泄气保用轮胎对车辆乘坐舒适性和动态行为的影响

　　泄气保用轮胎（Run-flat tires）通过保持气压损失下的行驶能力来提升车辆安全性，但其较高的垂向刚度被普遍认为会降低乘坐舒适性。本研究提出了一种基于仿真的方法，利用标准化随机路面激励和频率加权加速度指标，评估轮胎结构、尺寸和充气压力对垂向舒适性的影响。

　　泄气保用轮胎（Run-flat tires）通过保持气压损失下的行驶能力来提升车辆安全性，但其较高的垂向刚度被普遍认为会降低乘坐舒适性。本研究提出了一种基于仿真的方法，利用标准化随机路面激励和频率加权加速度指标，评估轮胎结构、尺寸和充气压力对垂向舒适性的影响。车辆垂向动力学通过一个二自由度四分之一车辆模型（two-degree-of-freedom quarter-vehicle model）捕获，该模型在MATLAB/Simulink中构建，并由代表典型铺装路面和实际驾驶条件的随机路面输入驱动。簧上质量的垂向加速度通过符合ISO标准的频率加权滤波器进行评估，从而能够直接与全身振动标准关联进行舒适性评估。对多种轮胎和运行配置的仿真表明，在匹配条件下，泄气保用轮胎始终产生比传统轮胎更高的加权加速度水平，并且增加充气压力会进一步加剧这种舒适性缺陷。结果定量描述了泄气保用技术对乘坐舒适性的影响，并突显了轮胎相关参数在塑造车辆乘员所经历的垂向振动环境中的关键作用。所有结果均在轮胎-悬架-簧上质量子系统层面报告，应被视为指示性比较基准，而非绝对的乘员舒适性预测。这些见解可进一步为基于振动的轮胎和悬架性能监测策略的开发提供信息。

　　在汽车安全领域，泄气保用轮胎（Run-flat tires）通过加固胎侧和胎圈结构，能够在气压显著下降后维持车辆短距离行驶能力，从而提高安全性。然而，这种加固结构显著增加了轮胎的垂向刚度，导致路面不平度引起的振动更易传递至车身和乘员，普遍被认为会降低乘坐舒适性。现有文献多聚焦于泄气保用轮胎的结构设计、低压或失压工况下的接触行为、以及爆胎场景下的车辆稳定性，而对舒适性的影响多为定性描述或基于简化指标（如峰值位移）的推断。缺乏将标准化随机路面激励与ISO 2631-1:1997频率加权加速度指标相结合的系统性量化研究。此外，轮胎结构、尺寸和充气压力对舒适性指标的联合影响尚未被充分表征，这一空白也限制了基于振动的轮胎监测策略（如间接胎压监测系统 iTPMS）的开发。为填补这一空白，本研究开发了一个基于仿真的框架，旨在量化轮胎类型、尺寸和压力对垂向乘坐舒适性的影响，并评估其与iTPMS的关联性。论文发表在《Electronics》。

　　研究采用的主要技术方法包括：（1）二自由度四分之一车辆模型（2-DOF quarter-vehicle model），用于模拟轮胎-悬架-簧上质量子系统的垂向动力学，该模型在MATLAB/Simulink中实现，采用状态空间表述和Runge–Kutta ODE45求解器；（2）基于ISO 8608:2016的随机路面生成方法，通过叠加谐波法合成时间域路面轮廓，采用B级和C级路面（分别对应中等粗糙和粗糙铺装路面），车速为50 km/h和80 km/h；（3）ISO 2631-1:1997 Wk频率加权滤波器，以数字形式实现（双线性变换），用于计算簧上质量垂向加速度的加权均方根值（aw,rms），并据此划分舒适等级。所有仿真参数（悬架刚度、阻尼、簧上质量、簧下质量、轮胎刚度）取自文献中紧凑型乘用车的代表性数据，轮胎刚度数据基于实测压力-刚度关系，未涉及具体样本队列或试剂操作。

　　通过仿线种场景（两组轮胎类型×两种尺寸×两种压力×两种路面等级×两种车速），得到aw,rms范围从0.542 m/s2（传统轮胎，215/45R16，0.20 MPa，B级路面，50 km/h）到1.678 m/s2（泄气保用轮胎，225/45R17，0.25 MPa，C级路面，80 km/h），覆盖ISO 2631-1:1997中“相当不舒适”至“非常不舒适”三个等级。结果显示四个一致单调趋势：泄气保用轮胎的aw,rms始终高于同尺寸、压力、路面和车速下的传统轮胎；充气压力从0.20 MPa升至0.25 MPa导致所有配置的aw,rms升高；C级路面激励高于B级；80 km/h车速高于50 km/h。C级与B级路面的aw,rms比值平均为1.998，接近理论值2.000，验证了模型内部一致性。

　　在所有32个匹配对比中，泄气保用轮胎的aw,rms平均比传统轮胎高9%，且这一差距在路面等级、车速和压力下保持稳定，表明加固胎侧带来的垂向刚度增加是舒适性下降的主导因素，与运行工况无关。在B级路面、80 km/h条件下，泄气保用轮胎在0.25 MPa时跨入“不舒适”类别，而传统轮胎仍处于“相当不舒适”阈值以下，体现了结构影响的实际意义。尺寸方面，225/45R17配置的aw,rms比215/45R16高约1.16%，与较大轮辋直径和较低扁平比带来的更高垂向刚度一致。

　　充气压力从0.20 MPa增至0.25 MPa导致aw,rms的相对变化平均为：传统轮胎8.09%，泄气保用轮胎7.8%，两者差异0.29个百分点，无统计学意义。这表明在0.20–0.25 MPa范围内，两类轮胎对压力的灵敏度相似，均约8%。对于基于垂向动力学的iTPMS，该结果意味着若正确定义轮胎类型基线刚度偏移（ku,run-flat/ku,conventional≈ 1.233），可对两类轮胎采用统一的压力-刚度校准曲线，从而简化多类型轮胎车队的iTPMS校准。

　　Wk加权加速度的时间历程显示，B级路面下峰值瞬时值约1.7–2.3 m/s2，C级路面下约3.4–4.7 m/s2，所有32个时程均未出现持续周期性分量，确认了数值解无共振锁定或伪影。

　　讨论部分指出，本研究的9%舒适性缺陷与文献[6]中测得的垂向刚度比（1.231）高度一致，提供了外部验证。压力灵敏度在两类轮胎间无显著差异，表明iTPMS算法可通用。但需注意模型局限性：二自由度四分之一车辆模型未考虑座椅-乘员生物动力学、俯仰和侧倾运动，以及车辆特定参数，因此aw,rms绝对值可能高于实际乘员振动暴露，但比较排名是稳健的。此外，随机路面采用单次实现，未来需通过蒙特卡洛扩展评估变异性。

　　结论总结：本研究提出的仿真框架将二自由度四分之一车辆模型与ISO 8608:2016随机路面输入和ISO 2631-1:1997 W

　　频率加权加速度相结合，评估了32种场景下轮胎结构、尺寸和压力对垂向舒适性的影响。泄气保用轮胎的a

　　平均比传统轮胎高9%，且压力灵敏度约8%在两类轮胎间一致。模型内部一致性通过C级/B级比值1.998得到验证。所有结果均受限于二自由度建模框架，应视为模型一致的比较基准而非绝对路面预测。研究结果确认了泄气保用轮胎的安全性优势伴随可量化的舒适性下降，充气压力、车速和路面质量直接影响传递给乘员的振动水平，因此选择泄气保用轮胎是在爆胎后行驶能力与乘坐舒适性之间的权衡，这些发现支持现代悬架优化和间接胎压监测系统策略。