汽车用块状深齿越野轮胎结构设计

做行走系统结构设计快十二年，经手的轮胎三维模型少说有七八十套，这套块状深齿轮胎的结构方案，是当初给非铺装路面作业的轻型越野车型做配套时攒的，当时甲方要求车辆能在碎石、泥泞、松散沙土路面保持足够抓地力，同时不能过度增加铺装路面行驶的胎噪，前前后后改了三版胎齿排布才定下来。

先聊实际应用场景，这类块状深齿轮胎不是给城市通勤车配的，主要适配林区作业的轻型皮卡、山地救援的小型越野车、非道路场地的作业车辆，日常行驶里要应对尖锐碎石的切割、泥泞路面的泥浆嵌塞、沙土路面的滑转，所以设计的时候没照搬普通公路胎的连续花纹结构。从功能特性上说，胎面的块状齿是独立排布的，每一块胎齿的侧边都做了3度的拔模斜度，一方面是橡胶硫化脱模的时候方便，另一方面车辆在侧倾过弯的时候，胎齿侧面能额外提供侧向抓附力，不会像连续花纹胎那样在松软路面出现侧滑。

说设计思路的时候得先提安装边界，这套轮胎匹配的是16英寸标准轮辋，轮辋配合面的直径严格卡着国标轮辋的安装公差，胎圈位置的钢丝圈直径做了适配，安装的时候不会出现胎圈卡不进轮辋、或者充气后滑圈的问题。轮胎整体的外径是750mm，断面宽度235mm，设计的时候特意控制了轮胎的静半径，保证装到车上之后不会和轮拱内衬、转向拉杆发生运动干涉，打满方向的时候预留的间隙有25mm，就算轮胎在重载下产生径向变形，也不会蹭到车身结构。

胎齿的排布不是随便画的，相邻两排的胎齿是错位排列的，每块胎齿的接地面积控制在12平方厘米左右，这样车辆在松软路面行驶的时候，胎齿能切入路面表层，不会因为接地比压太小出现打滑；同时胎齿之间的沟槽宽度留了22mm，深度有18mm，车辆在泥泞路面行驶的时候，沟槽里的泥浆能在轮胎转动的离心力作用下快速甩出，不会出现泥浆把沟槽填满、胎面变成光面失去抓地力的情况。之前做第一版方案的时候沟槽留窄了，去场地测试的时候跑了三公里泥地，胎面沟槽全被泥堵死，爬坡的时候直接滑下来，后来把沟槽加宽了5mm，又在每块胎齿的边缘做了1mm的倒角，才解决了夹泥的问题。

胎侧的设计也没忽略，胎侧厚度做了8mm，比普通公路胎厚3mm，就是为了应对非铺装路面的树枝、碎石刮蹭，避免胎侧被割破导致爆胎。胎体的帘线层排布角度做了优化，在保证轮胎径向缓冲能力的同时，提升了侧向的刚性，车辆在重载转向的时候，胎侧不会因为过度变形出现胎肩离地的情况。另外胎面的弧度做了调整，接地印痕的形状是接近矩形的，不是普通公路胎的椭圆形，这样接地压力分布更均匀，在硬路面行驶的时候不会出现胎面中间过度磨损的问题，能提升轮胎的使用寿命。

之前给甲方做装配验证的时候，把模型导入整车装配环境，模拟了车辆满载、极限压缩、最大转向角的多种工况，逐一核对了轮胎和周边部件的间隙，包括减震器下支座、刹车管路、轮拱挡泥板这些容易被忽略的位置，都留够了安全距离。做结构分析的时候，还模拟了单轮过100mm高凸台的冲击工况，胎体的变形量控制在允许范围内，不会因为冲击导致胎体帘线层断裂。很多新手做轮胎模型的时候只画个外观胎面，忽略了胎圈和轮辋的配合结构，真要做生产或者装配验证的时候根本用不了，这套模型里胎圈的钢丝圈结构、胎侧的厚度渐变、胎齿的根部圆角都做了还原，胎齿根部做了R3的圆角过渡，避免应力集中导致胎齿在反复形变的时候出现根部开裂的问题。

实际装车测试的时候，这套轮胎在干碎石路面的抓地力比普通公路胎高40%左右，泥泞路面的滑转率控制在15%以内，铺装路面行驶的时候，因为胎齿是错位排布的，胎噪也比传统的大花纹越野胎低2分贝左右，兼顾了非铺装路面的通过性和铺装路面的行驶舒适性。