轮胎接地与干抓地性能关系研究

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　　摘  要：基于已有的10条205/55R16乘用车轮胎接地性态参数，具体包括总体接地区域、胎肩区域、过渡区域、中心区域4个分区，采用相关分析法和偏最小二乘回归法构建了接地性态参数与轮胎接地性能的关系，掌握了不同接地性态参数与轮胎干抓地能力的影响。研究结果可为高性能乘用车轮胎花纹设计提供指导作用。
　　关键词：轮胎干抓地  接地性态参数  相关分析  偏最小二乘回归法
　　中图分类号：TQ336   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（c）-0026-03
　　Abstract： Based on the tire contact grounding parameters of 10 tires of different brands of 205/55R16 passenger tires， which including shoulder region; transition region and central region. Using correlation analysis， the high correlated parameters about dry grip were filtered out. The relationship between grounding parameters and dry grip was obtained by correlation analysis and partial least-squares regression method， the effects law of grounding parameters on dry grip performance was also obtained. The results can be used to provide guidance for high performance passenger car.
　　Key Words： Tire Dry Grip; Grounding characteristics; Correlation analysis; Partial Least-squares regression
　　轮胎作为车辆与路面接触的直接部件，在良好路面上，轮胎的抓地性能主要是通过制动距离表征[1]。轮胎接地压力性态参数是轮胎性能的综合体现[2]。但是目前对接地性态参数的研究，主要从是整个接地区的宏观性态进行统计分析或数值试验，在非对称乘用车轮胎花纹设计的主流趋势下，胎面花纹不同部位对轮胎性能起着不同影响。为此，该文选用市场占有率最高的205/55R16乘用车轮胎为对象[3]，通过对10个不同品牌轮胎进行接地特性试验，确定与轮胎干抓地性能高的相关接地性态参数，再使用最小偏二乘回归的方法，建立轮胎接地性态参数与抓地性能的关系，以便为综合性能优异的轮胎花纹开发设计提供帮助。
　　1  轮胎接地性态参数
　　轮胎接地性态试验时具体的测试流程详见参考文献[4]。依次完成表1所述的10条轮胎接地性态的测试工作。由于非对称花纹对轮胎性能具有决定性影响，将轮胎的接地区域划分为4个部分，即总体接地区域、胎肩区域、过渡区、中心区，如图1所示。每个接地区域又分别包含不同的附属参数。采用参考文献[5]描述的接地性态参数作为该文的计算参数。
　　2  轮胎接地性态参数分析
　　以轮胎干抓地力作为目标量，采用Pearson相关系数来对文献[5]中描述的68个接地性态参数进行筛选，最终筛选出与轮胎干-湿抓地性能相关性较高（Pearson相关系数绝对值大于0.6）的接地特性参数，见表2。表2中Pearson相关系数正值表示正相关关系，负值表示负相关关系。由表2可知，轮胎干抓地力与内侧胎肩接地面积、内侧胎肩印痕面积、外内胎肩接触面积比、内胎肩内侧长、中心区宽、中心区长宽比具有高相关性。
　　利用MATLAB环境编写偏最小二乘回归相关程序来对关键接地参数和性能指标进行回归分析，根据交叉有效性检验提取了3个主成分，可以反映接地参数93%的信息，轮胎干抓地力89%的信息。
　　进行干抓地力偏最小二乘回归分析，主成分与标准化后的接地特性参数之间的关系可以表示为：
　　F1=-0.396X2-0.398X3+0.386X4-0.424X5+0.452X12-0.390X13        （1）
　　F2=-0.570X2-0.245X3-0.050X4+0.578X5-0.467X12-0.251X13       （2）
　　F3=0.390X2-0.341X3+0.140X4-0.448X5+0.501X12+1.031X13                                                                              （3）
　　標准化的干抓地力和主成分间的回归方程：
　　Y1=0.397F1+0.193F2-0.308F3       （4）
　　得到标准化变量的PLS回归模型为： 　　Y1=-0.73X2+0.251X3-0.206X4+0.418X5-0.424X12-     0.211X13                    （5）
　　由式（5）可知，内侧胎肩接地面积、外内胎肩接触面积比、中心区宽、中心区长宽比与干抓地力存在负相关关系，其余参数为正相关关系。内胎肩内侧长、中心区宽比对干抓地力影响最大，内侧胎肩接地面积、内侧胎肩印痕面积、外内胎肩接触面积比、中心区长宽比次之。
　　还原到原始变量的关系为：
　　y1=-0.0003x2+0.0011x3-1.9973x4+0.145x5-0.205x12-0.3792x13+27.3013       （6）
　　将通过公式（6）得到的拟合值与试验值进行比对，结果见表3。拟合结果的绝对误差和相对误差均不超过5%，这说明采用偏最小二乘回归法构建轮胎接地参数与干抓地性能的关系具有一定的科学性和很高准确性。
　　3  结语
　　（1）对10个品牌的轮胎进行了接地压力分布试验，通过分区处理获取了68个轮胎接地特性参数，采用相关分析法，筛选出8个与轮胎干抓地力相关性较高的接地特性参数：内侧胎肩接地面积、内侧胎肩印痕面积、外内胎肩接触面积比、内胎肩内侧长、中心区宽、中心区长宽比。
　　（2）采用偏最小二乘回归构建轮胎接地特性参数与轮胎干抓地力间的关系，具体表现为：内侧胎肩接地面积、外内胎肩接触面积比、中心区宽、中心区长宽比与干抓地力存在负相关关系，其余参数为正相关关系。内胎肩内侧长、中心区宽比对干抓地力影响最大，内侧胎肩接地面积、内侧胎肩印痕面积、外内胎肩接触面积比、中心区长宽比次之。获得的回归方程拟合精度较高，最大误差在3%左右，可以用该模型对未来高性能轮胎花纹设计提供指导。
　　参考文献
　　[1] Kim S， Kondo K， Akasaka T. Contact Pressure Distribution of Radial Tire in Motion With Camber Angle[J].Tire Science & Technology，2000，28（1）：2-32.
　　[2] Zhou H， Wang G， Ding Y， et al. Effect of Friction Model and Tire Maneuvering on Tire-pavement Contact Stress[J]. Advances in Materials Science and Engineering，2015， 20（15）：1-10.
　　[3] 王國林，钱浩，周海超，等.基于接地特性的轮胎滑水速度与噪声性能关系[J].吉林大学学报：工学版，2019（1）：14-23.
　　[4] 张子仪.2016中国轮胎德国测试[EB/OL].[2016-08-03].http：//m.autohome.com.cn/share/article/891160？from=pc.
　　[5] 乔磊.轮胎振动噪声评价参数及空腔共振噪声降噪研究[D].江苏大学，2019.
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