張相琴，徐 峰，韓志明

（上海蔚來汽車有限公司，上海 201804）

輪胎偏磨損有多種形式，其中之一是胎肩不均勻磨耗而導致輪胎提前報廢，縮短輪胎使用壽命，甚至引起爆胎故障，危害行駛安全，并造成經濟損失。引起輪胎偏磨損的機理很復雜，主要涉及因素包括輪胎的結構設計和材料、車輛的使用和匹配設計以及行駛路面和駕駛習慣[1-5]。其中，靜態(tài)初始輪胎定位參數(shù)——前束和外傾角是造成輪胎偏磨損的重要因素[4-5]。初始輪胎定位參數(shù)設定是根據(jù)不同車型的設計理念、整車匹配等對應的外傾角變化來設計的。例如為了獲得更好的輪胎側偏性能和操控性能而增大負外傾角。為了平衡外傾角的影響，需要匹配前束值來保證輪胎的直線行駛和減小滾動阻力。文獻[6-8]分析前輪在前束和外傾角作用下的運動軌跡的幾何關系，推導出前束和外傾角的匹配公式。文獻[9]采用分析法優(yōu)化前束和外傾角的匹配，計算出最小側滑對應的前束值。車輛行駛時輪胎會受到滾動阻力、側向力、制動力及牽引力的作用，導致輪胎磨損分布差異。其中，電機在車輛行駛時充當電動機，在進入能量回收模式時利用制動減速的能量充當發(fā)電機。將制動的能量存儲到電池中，一方面可以延長車輛制動器的使用壽命，另一方面可延長電動汽車的續(xù)航里程[10]。

本工作基于有關前束和外傾角的側滑機理[6]，設定電動汽車的雙橫臂懸架的初始輪胎定位參數(shù)。針對電動汽車耐久性能路試出現(xiàn)的輪胎偏磨損問題，采集整車能量回收對應的制動力矩和計算雙橫臂懸架模型對應的KC（Kinematic &Compliance，運動學和柔性）曲線，發(fā)現(xiàn)電動汽車使用能量回收模式會增大制動力和能量回收頻次，減小前束值。同時，輪胎臺架試驗也定性驗證了減小前束值會加劇輪胎內側偏磨。最終，通過耐久性能路試確認修正的前束值與外傾角匹配，輪胎偏磨損量滿足設計要求。

1 制動能量回收對四輪定位和輪胎異常磨損的影響

1.1 輪胎定位初始設定

電動汽車輪胎的前束和外傾角匹配參考文獻[6]采用下式計算輪胎的接地印痕長度（l）。

式中，D為輪胎名義直徑，Δ為轉向輪胎在前橋垂直負荷作用下的徑向變形量，由下式確定：

式中：c和k均為修正因數(shù)，子午線輪胎的c為1.5，k＝0.001 5B＋0.42；B為輪胎斷面寬度，G1為前橋的垂直負荷，P為輪胎充氣壓力。

基于前束和外傾角匹配輪胎側滑量最小的幾何關系，在角度較小時，前束（β）與外傾角（γ）的對應關系簡化公式為

式中，Kz為輪胎的徑向剛度，L為整車軸距，d為測量前束處的輪輞直徑。

計算前束值需要的整車參數(shù)為：c1.5，k0.817 5，G113 000 N，D722 mm，P260 kPa，γ0.008 5 rad，d534 mm，Kz330 N·mm，L3 010 mm。計算的輪胎接地印痕長度為232 mm。為了改善轉彎的穩(wěn)定性和操控性能，靜態(tài)外傾角初始值設為－0.5°。將前束的單位轉化成角度[11]，靜態(tài)前束初始值設為0.1°。

1.2 輪胎偏磨損量

耐久性能路試數(shù)據(jù)（每5 000 km記錄一次）顯示，耐久路試的前輪輪胎為內側偏磨損。最嚴重的車輛行駛45 000 km時輪胎內側偏磨損量為2.2 mm。理論上輪胎達到磨損極限1.6 mm就需要更換，此時的內側花紋溝深度僅為1.52 mm，如圖1所示。關于偏磨損量，行業(yè)內沒有定量標準[3]，在滿載情況下，每1萬km的輪胎內外側偏磨損量應不超過1.5 mm。

圖1 初始定位參數(shù)輪胎的偏磨損情況

1.3 制動能量回收對輪胎定位的影響

為了提供更長的續(xù)航里程，電動汽車采用滑行能量回收模式，即松開油門踏板，車輛處于滑行狀態(tài)時電機給出制動力矩，從而通過能量回收實現(xiàn)車輛減速。該車型通過CAN軟件通信，采集前電機在0.2g（g為重力加速度）加速度下對應的輸入扭矩為200 N·m，考慮到傳動比，折算到單胎的制動力矩為960 N·m。輪胎的動態(tài)半徑為375 mm，則對應的制動力為2 560 N。

基于Adams/Car軟件建立汽車雙橫臂懸架模型，如圖2所示，計算得到制動力與前束的關系，如圖3所示。基于該曲線，制動力2 560 N對應的前束值將會減小0.05°。

圖2 基于Adams/Car軟件建立的汽車雙橫臂懸架模型

圖3 基于KC曲線計算的制動力與前束的關系曲線

2 輪胎磨損臺架試驗和路試驗證

輪胎磨損試驗按照滿載要求設定垂直負荷和充氣壓力，車速為120 km·h-1，測試時間為11 h。分別收集3組輪胎定位參數(shù)對應的輪胎磨損情況，如圖4和表1所示。

圖4 不同前束值對應的輪胎實際偏磨損情況

從表1可以看出，前束－0.2°，－0.1°和0°對應的均是內側偏磨損，內側偏磨損量分別為0.39，0.29和0.04 mm，可見前束初始負值越大，輪胎越容易產生內側偏磨損。

表1 輪胎定位參數(shù)對應的輪胎磨損量 mm

為了補償能量回收的影響，將前束初始值從0.1°更改為0.15°，重新進行耐久性能路試，結果如圖5所示。

從圖5可以看出，行駛5.5萬km后輪胎的偏磨損最大值為0.65 mm，提高了輪胎的使用壽命。

圖5 前束值修正后輪胎的偏磨損情況

3 結語

本工作基于涉及前束和外傾角的側滑機理設定電動汽車的雙橫臂懸架的初始定位參數(shù)，針對耐久性能路試中出現(xiàn)的輪胎內側偏磨損問題，考慮能量回收的影響，增大前束初始值，通過耐久性能路試驗證了修正的前束值與外傾角匹配，輪胎偏磨損量滿足設計要求，主要得到如下結論。

（1）電動汽車使用制動能量回收模式會增大制動力，減小前束值。

（2）前束初始負值越大，輪胎越容易產生內側偏磨損。

（3）考慮制動能量回收影響補償?shù)那笆蹬c外傾角匹配，輪胎偏磨損量滿足設計要求。