锦湖轮胎结构原理_部分D

Ⅳ- 138Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 4. Tire / Wheel Matching Ⅳ- 139Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 5. Uniformity Stiffness Unbalance 1）. Radial Force Variation(RFV) 2）. Lateral Force Variation(LFV) 3）. Tractive Force Variation(TFV) Ⅳ- 140Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 6. Groove Wander （1) Groove Wander 概念 在车辆发生Yaw 现象 往侧方向集中的力发生 沟槽(Groove)和轮胎间的相互作用 在以运行方向有沟槽的路面车辆运行 Ⅳ- 141Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved Pt.1 Pt.2 Pt.3 Pt.1 Pt.2 Pt.3 3/ 4” 1/ 8” 1/1 6” （2) Groove Wander 基本理论 Ⅳ- 142Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 6. 滚动阻力 1）. 概念 滚动阻力 运行中的轮胎在道路上运行一定距离时，运行以 外的能量即以热能损失。 vPP d dWF outin R /)( l   여기에서 ΔW : 机械能损失(起因于橡胶的Hysteresis特性) v : Speed Pin : 轮胎Input Power Pout : 轮胎 Output Power 2）. 对于车辆燃料费的轮胎给予度 (100km/h 运行时) 内部部品摩擦阻力25% 空气阻力 65% 轮胎滚动阻力 10% Ⅳ- 143Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 3）. 对于车辆燃料费的轮胎给予度 (10mode driving) Fly Wheel 2.9% Crank System 1.6% Traction System 1.1% Tire Rolling Resistance 14.4% Engine Friction 40.6% Air Drag 3.1% Differential System 3.6% Gear System 3.1% 4）. 滚动阻力测量 – 测量方法 1) Force Method (轮胎Maker 采用方法) 测量试验机Spindle的力 2) Torque Method 对于Input Torque用Output Torque测量 3) Power Method 对于Input Power用Output Power 测量 Ⅳ- 144Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 5）. 滚动阻力测量 – Force Method Ⅳ- 145Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 6）. 滚动阻力试验 (SAE J1269) ▷ 目的 : 为导出随空气压/负荷变化的试验式的试验 ▷ 试验式 (PC 轮胎) ▷ 滚动阻力试验装置 (4 Step 试验) Test po in t Tire Load % o f m ax load Tire In fla tion P ressure B ase P ressure (± increm ent) 1 90 - 4 .4 ps i regu la ted 2 90 +10.2 ps i regu la ted 3 50 - 4 .4 ps i regu la ted 4 50 +10.2 ps i regu la ted )/( 210 pAFAAFF zzD  A0,A1,A2 : Coefficients Fz : 负荷 P : 空气压 ※ 从4Step的试验结果，用重回归分析求出系数(A0,A1,A2 ) 。 ※ 代入试验式要求的空气压/负荷计算滚动阻力 (FD)。 Ⅳ- 146Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 7） 滚动阻力测量 – 测量项目别意义 SAE J1269 : 试验装备条件规定 1. FX : 在试验装备测量的力。 (轮胎阻力 + 装备阻力) 2. FS : 装备阻力。(在轮胎作用很小的垂直负荷测量) 3. FD : 滚动阻力。(在轴测量的相当于轮胎阻力的力换算为地面作 用的力) 4. *FD : 考虑温度的滚动阻力 。 -. 滚动阻力特性 – 空气压 / 负荷 공기압 변화에 대한 회전저항 변화 P205/60R15 722 30 40 50 60 70 80 90 10 20 30 40 50 공기압 [psi] 회 전 저 항 [ N] 하중변화에 대한 회전저항 변화 P205/60R15 722 30 35 40 45 50 55 60 65 70 300 400 500 600 하중 [kgf] 회 전 저 항 [ N] Ⅳ- 147Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved -. 轮胎设计因子别改善方向 Tread Radius 越扁平对 RR越有利。 Tread Width 越少对RR有利。 Tread Thickness 越薄对 RR越有利。 Section Width 宽越大对 RR越有利。 OD 外径越大对RR越有利。 Apex Height Height越低对 RR越有利。 Tread Comp’d Tanδ(70’C)越低对 RR越有利。 -. 轮胎滚动阻力改善方向 Volume, V Loss Tangent, Tanδ Strain Rate, ε 使用条件 (Load, Inflation) Aspect Ratio Tire Weight Tire Constructions Tire Material Material Processing 舒适感 操纵稳定性 噪音 磨损 耐久力 抓地力 Ⅳ- 148Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved -. 滚动阻力预测 在此 ε0 : 轮胎滚动中经历的Strain E” : Loss Modulus r : Loaded Radius V : Tire Volume 重新整理滚动中的轮胎运行阻力 (RR)如下。 r VE r VE r F o o R 2 2 2 1/ 2 2        回转滚动阻力 Ⅳ- 149Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 利用FEM的 Stress/Strain 解释 3次元 解释结果 (Strain 分布) Ⅳ- 150Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved -. 滚动阻力预测 – 内部温度分布 -. 滚动阻力预测 – 滚动阻力分布 Ⅳ- 151Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved -. 轮胎设计因子别给予度 – 解释 Tread 62% Belt Cushion 3% Sidewall 7% Apex 8% Inner 8% Belt 2%Chafer3% Base Strip 1% Cap Ply 2%Ply 4% Ⅳ- 152Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 插入 最初使用化的空气压轮胎 • J.B. Dunlop (1888年 Scotland) : 农夫的儿子, 兽医师, 农村地区出勤 • 自行车用轮胎 (内胎) : 内胎附着在轮辋的形态 。 : 试验在儿子 Bicycle.(1987) • 1888.7.23. 特许 • 和Solid 轮胎竞赛中压倒性胜利 :1889.5月belfast大会, 赢了一 天四个所有大会 • 特许卖给Harvey du Cros에게 , : 公司 The Pneumatic Tyre and Booth‘s Cycle Agency, Ltd。 : 最后成为 Dunlop。 Ⅳ- 153Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 1. 磨损(Wear) 1）. 绪论 ☞ 轮胎的磨损和轮胎寿命有直接关系，因此是使用者的主 要关心事项。 ☞ 轮胎磨损发生主要原因 - 内部原因 : 结构, 空气压, 橡胶性质 - 外部主要原因 : 车辆的, 路面结构, 使用条件等 ☞ 轮胎磨损评价 - 试验方法 - SIMULATION 预测方法 1) 轮胎& 空气压和经济上的相关关系 空气压 0.2 bar 不足时 空气压 0.4 bar 不足时 空气压 0.6 bar 不足时 燃料费 1% 燃料费增加 2% 燃料费增加 4% 燃料费增 加 轮胎的寿命 10% 寿命减少 30% 寿命减少 45% 寿命减少 Ⅲ. NVH Ⅳ- 154Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 2) 空气压给汽车的影响 不足时 适当时 高0.2bar 过大时 寿命 - + ++ - 磨损 - + + - 高速稳定性 - + ++ ++ 搭载量 - + ++ ++ 路面阻力 - + ++ ++ 舒适度 ++ + - - Hydroplaning - + + + 稳定性 - + ++ - * - : 不良, -- : 很不良, + : 良好, ++ : 很不良 3) 适当空气压和寿命相关关系 Ⅳ- 155Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 2. 轮胎磨损 OPTIMIZATION 轮胎开发 • 胎面花纹 Design• 轮胎形象 Design 轮胎 Model • 轮胎接地压力分布• 内部 Stress/Strain预测 车辆 Wear Test 室内评价 • 轮胎的接地压力 • Force & Moment • Dimension Wear Analysis 轮胎的接地压力 Optimization 轮胎磨损形象 评价 设计因子变更 Ⅳ- 156Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 3. 磨损 MECHANISM ☞ 轮胎磨损是因运行中的轮胎在接地面花纹活动发生的。 即, 磨损的大小可以用 Tangential Pressure 和 Slip摩 擦能显示。 W k E k P i j d s i jf i j   ( , ) ( , ) Ⅳ- 157Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 4. 异常磨损的例 名称 磨损形象 形象 原因 均匀 磨损 正常(均匀) 磨损 -适当空气压 -适当 W/A -适当 W/B -适当 Rotation 羽状 磨损 一侧胎肩部 Rib 初期 磨损 Camber 不良 偏心 磨损 -Shock/Strut 不良 -W/B 不良 多角形 磨损 胎肩部的 多角形磨损 -前轮驱动 车辆中 Rear Toe 不良 圆周方向 一部磨损 不规则 磨损 胎肩部的 不规则磨损 -空气压 不良(不足) 翎毛 磨损 圆周方向 一部磨损 - TOE 不良 Ⅳ- 158Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 5. 轮胎磨损试验方法 1) 试验方法 2) SIMULATION 方法 （1) 接地压分布测量 -在静止状态测量接地压力及接地形象 （2) 测量磨损能 (Flat Bed Machine) -在动态下测量花纹接地压和 SLIP量，评价磨损能 （3) Paint Wear Test -随车辆整列和轮胎MATCHING 状态的磨损形象评价 （4) 实车试验(Dedicated Test) -在实际车辆随运行距离的磨损进行状态评价 1）花纹的强性最佳化 -花纹形象及排列最佳化 2) 接地压最佳化 Ⅳ- 159Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 6 接地压分布测量试验结果 Ⅳ- 160Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 7 FLAT-BED （1) FLAT-BED MACHINE Ⅳ- 161Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved （2) FLAT-BED 实验结果 P205/65R14 KUMHO 737A PTN(현 Frictional Energy = 0.212[N.m] @ 30Psi, 370Kgf, 0deg -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1 51 101 151 201 251 301 351 401 Bed Position Stress or Slip [Volts] Px Py Pz Sx Sy W k E k P i j d s i jf i j   ( , ) ( , ) FRONT W.I Ratio vs 摩擦能 Ratio R2 = 0.5094 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 摩擦能 Ratio FR ON T W .I Ra tio ☞ 摩擦能量和实车磨损相关关系 Ⅳ- 162Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 1. PAINT WEAR TEST SYSTEM 1) 胎面表面反射度测量系统 光源及反射度探针 胎面 表 面格尺 反射度 测量计 Ⅳ- 163Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 2) PAINT WEAR 适用事例 A. 后轮CAMBER 的影响 PWI @SH (IN & OUT) to CAMBER 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 -1.50 -1.30 -1.10 -0.90 -0.70 -0.50 CAMBER PW I @ SH PWI@SH(IN) PWI@SH(OUT) * + PWI @SH (IN & OUT) to TOE 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 TOE PW I @ SH PWI@SH(IN) PWI@SH(OUT) * + B. 后轮TOE 的影响 C. 前轮 TOE 的影响 PWI @SH (IN & OUT) to TOE 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 -2.00 -1.00 0.00 1.00 2.00 TOE PW I @ SH PWI@SH(IN) PWI@SH(OUT) * + ☞ H SM 车辆 -现况 : SM CAR 6,000km 磨损是试验结果，后轮外侧发生过度的磨损 。 -OUTER SHOULDER FAST WEAR / HEEL & TOE WEAR 复合的现象 Ⅳ- 164Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 2. Wet Traction 1） Wet Traction 概念 轮胎表面, 道路表面, 物之间复杂的力学问题 （1) 主要原因 轮胎, 铺装道路, 滑移, 天气, 汽车状态 2) Test Methods （1) Wet Cornering Coefficient mc : mc = Fc / L Fc : average cornering force (lbs.) L : Static tire load (lbs.)  Test Cycle Ⅳ- 165Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved （2) The Locked-Wheel Method Produce a skid number (SN) as a function of test speed : SNv = F/N * 100 F = friction force N = normal load on the tire test V = test speed （3) Slip Method Produce brake slip number (BSN) as a function of percent slip and test speed. BSN (v,% slip) = F / N * 100 % slip = (V - g w) / V * 100 g = effective rolling radius of the tire w = angular velocity of the tire （4) Side-Force Methods Produce side-force coefficients (SFC) as a function of Yaw angle and test speed Side Force Coefficient : the ratio of the force perpendicular to the plane of the rotating tire to the vertical load on the tire when the plane of the tire is maintained at a fixed angle with respect to the forward velocity vector SFC(v,a) = Fs/ N * 100 v = test speed a = angle between the plane of the tire and Yaw angle N = normal load of the test tire Fs = force perpendicular to the plane of the test tire Ⅳ- 166Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 3） Kumho Simulation Tool （1) CFX (Wet Traction Simuation) -. Computational Fluid Dynamics (CFD) using CFX -. Solve continuity and Navier-Stokes Equations -. Find Slip (or Shear Stress) at the surface of a tire Ⅳ- 167Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 预测 Wet Traction Performance 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 车速度 (km/h) W et Tr ac tio n Co ef fic ien t  SMT Groove Ⅳ- 168Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved （2) CFX (Braking Traction Simuation) -. Computational Fluid Dynamics (CFD) using CFX -. Solve continuity and Navier-Stokes Equations -. Find resistance lead edge pressure at braking condition Ⅳ- 169Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 4) Snow Traction 概念 （1) 主要原因 -. Tire Carcass Effects ① Footprint Pressure Distribution ② Footprint Dimension ③ Snow Retention and Squirm Characteristics of the Tread -. Snow Expulsion ① Tread Pattern Movement ② Wheel Spin Velocity ③ Groove & Tread Element Geometry -. Tread Pattern Effects ① Outer Tread Surface ② Effective Longitudinal Grooves ③ Cross Grooves Ⅳ- 170Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved (2) Test Methods(by Smithers) - 静止距离 Test ① 车辆 : 安装Antilock braking system 的车辆 ② 速度 : 以35 mph加速后 brake ③ 测量 : 从35 mph 减速到5 mph，用自动装置记录距离 ④ Run : Tire 1 本 12 次 Run 利用 12 个 Data 求出平均和标准值，不在±1.5 标准偏差范围 内的Data 去掉，然后用剩下的data 重新求出新的平均值和标 准偏差。 ⑤ Run 顺序 : Control Tire 1 → Test Tire 1 → Test Tire 2 → Control Tire 2. ⑥ 各个的试验胎 和 Control 轮胎平均比较。 ⑦ 这样的顺序和分析至少适用2次在各个的试验轮胎。 Ⅳ- 171Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 试验各变量不同的分析轮胎，然后利用Multi-regression 方法， 利用常量a, b, c 的预测函数导出。 EFFECTIVE GROOVE, SIPE LINE 자동 탐색 自动探索错误时， MOUSE DETECT功能提供 EFFECTIVE GROOVE LENGTH L 5） KUPAS Snow Traction Tool （1) 函数的定义 y = a + bx + cx2 y = Snow Traction Index a,b,c = 상수 x = Lateral Density x2 = Sipe Density （2) 分析方法 Ⅳ- 172Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 3. Hydroplaning 1） Tire Hydroplaning （1) 主要原因 Tread 设计, Tread 深度, 车体的重量, 轮胎空气压, 水的深度等 2) Simulation Tools  CFX Simulation (Kumho developed Simulation Tool)  Dytran Simulation (MSC Software)  ADINA program 3) Experimental Methods  P.G. Glass Plate, Trailer Test Ⅳ- 173Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 2） Simulation Tools （1) CFD (Compuatational Fluid Dynamics) -. Governing Equations :  Mass conservation d/dt V = -ui.Si  Momentum conservation d/dt uV = -ui ui.Si + TiSi  Total energy conservation d/dt eV = -eui.Si -qi.Si+ui.TiSi  Equation of state P = f (, e) Ⅳ- 174Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved Ⅳ- 175Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved (2) Results (by Kumho Simulations) Tire Motion Tire Hydro-pressure Ⅳ- 176Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved Tire Stream-lines Tire Velocity Vectors Ⅳ- 177Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved (3) Results (Dytran : 考虑结构变形) Ⅳ- 178Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved Ⅳ- 179Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved Ⅳ- 180Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved 3） Verifications （1) Experimental results （2) Correlations Ⅳ- 181Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved - 用时间可预测 Hydroplaning Lift Force。 - 利用Multi-regression 统计方法开发函数 。 - 变量 : Later density, sipe density, void ratio (%). - 统计方法 : Multi-regression y = a + b x + c x2 + d x3 y = Hydroplnaing Lift Force (N/m2), x = Later Density (m/mm), x2= Sipe Density (m/mm), x3 = Void Ratio (%) 4） Hydroplaning 预测函数开发 （1) 效果及方法 （2) 结果 (continued) Ⅳ- 182Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved （3）Model (CFX PTN) Ⅳ- 183Copyright ⓒ 2002 by Kumho Tire All Rights reserved