梁榮亮 高明秋 苑林 徐軍輝 王景先

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心）

基于ECE R117的C1類輪胎雪面抓地性能測(cè)試研究*

梁榮亮 高明秋 苑林 徐軍輝 王景先

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心）

分析了歐盟ECE R117針對(duì)C1類輪胎的雪面抓地性能測(cè)試方法，建立了C1類輪胎的雪面抓地性能測(cè)試評(píng)價(jià)流程，結(jié)合CATARC寒區(qū)試驗(yàn)場(chǎng)，進(jìn)行了C1類雪地輪胎雪面抓地性能評(píng)價(jià)方案的可行性測(cè)試試驗(yàn)，為我國(guó)輪胎企業(yè)的產(chǎn)品性能開發(fā)、測(cè)試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)制定、輪胎與整車性能匹配及申請(qǐng)歐盟認(rèn)證提供了技術(shù)儲(chǔ)備。

1 前言

2011年9月，歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ECE）頒布的ECE R117法規(guī)首次對(duì)C1類和C2類雪地輪胎的雪面抓地性能指標(biāo)提出了要求，并規(guī)定自2012年11月1日起，進(jìn)入歐盟市場(chǎng)申請(qǐng)ECE認(rèn)證的C1類和C2類雪地輪胎需通過法規(guī)附錄7規(guī)定的雪地性能測(cè)試后，才可在輪胎胎側(cè)?？獭癆lpine Symbol”山峰雪花符號(hào)表示的雪地輪胎標(biāo)識(shí)[1]。

目前關(guān)于C1類雪地輪胎的雪面抓地性能測(cè)試方法（C2類輪胎測(cè)試規(guī)程與C1類輪胎類似）主要有ASTM F1805—2006《冰雪路面單輪直線驅(qū)動(dòng)牽引力標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》和ECE R117法規(guī)附錄7《輪胎雪地性能試驗(yàn)方法》。ECE R117法規(guī)附錄7中規(guī)定的雪面制動(dòng)試驗(yàn)方法可替代ASTM F1805-2006[2]的驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)方法來確定輪胎的雪面抓地性能，能夠確保測(cè)試方（認(rèn)證機(jī)構(gòu)、第三方實(shí)驗(yàn)室、測(cè)試經(jīng)營(yíng)者）和輪胎企業(yè)都能執(zhí)行測(cè)試并能夠在短暫的冬季對(duì)測(cè)試活動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化。

2 ECE R117雪面抓地性能測(cè)試程序

2.1 C1類輪胎雪面抓地性能測(cè)試

2.1.1 測(cè)試場(chǎng)地及環(huán)境

雪面抓地性能測(cè)試應(yīng)在平坦試驗(yàn)路面進(jìn)行，試驗(yàn)跑道應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度和寬度，任意方向的最大坡度≤2%，試驗(yàn)路面覆蓋有壓實(shí)的積雪。積雪路面包括厚度不小于3 cm的堅(jiān)硬壓實(shí)的積雪和厚度約為2 cm的中度壓實(shí)且經(jīng)過特別處理的表面雪層。當(dāng)采用CTI針入度計(jì)測(cè)得的雪面壓實(shí)指數(shù)為75～85時(shí)，即可判定測(cè)試場(chǎng)地雪面壓實(shí)度符合法規(guī)要求。另外，距地面約1 m處的空氣溫度和積雪路面約1 cm深處的積雪溫度均應(yīng)為-15～-2℃，且應(yīng)避免陽(yáng)光直射及日照、濕度和風(fēng)力有較大變化。

2.1.2 測(cè)試車輛及測(cè)試輪胎

使用車況良好且裝配有ABS的標(biāo)準(zhǔn)乘用車進(jìn)行測(cè)試，同一車輛可測(cè)試不同規(guī)格的輪胎。試驗(yàn)前輪胎需要在干路面磨合至少100 km，且與雪面接觸的輪胎表面應(yīng)進(jìn)行清潔。輪胎在安裝和進(jìn)行試驗(yàn)前在室外環(huán)境溫度下至少放置2 h，并將輪胎充氣壓力調(diào)整至試驗(yàn)規(guī)定的數(shù)值(冷態(tài)240 kPa)。施加在輪胎上的負(fù)荷應(yīng)為輪胎負(fù)荷指數(shù)對(duì)應(yīng)負(fù)荷的60%～90%。

如果車輛不能同時(shí)安裝標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)輪胎（下稱SRTT）和測(cè)試輪胎，可選擇1套特定輪胎作為參照輪胎。首先在1輛車上對(duì)SRTT和參照輪胎進(jìn)行測(cè)試，然后再在另一輛車上對(duì)測(cè)試輪胎和參照輪胎進(jìn)行測(cè)試。

2.1.3 測(cè)試循環(huán)及測(cè)試程序

無論是SRTT還是測(cè)試輪胎，每套C1類輪胎雪面制動(dòng)抓地性能測(cè)試至少重復(fù)進(jìn)行6次，每次制動(dòng)均足以促使ABS工作，且每次制動(dòng)區(qū)域不應(yīng)重疊（若不可避免區(qū)域重疊時(shí)，測(cè)試路面需重新進(jìn)行處理）。SRTT及測(cè)試輪胎可按R1-T-R2或R1-T1-T2-R2測(cè)試循環(huán)進(jìn)行。其中R1為SRTT的初次試驗(yàn)，R2為SRTT的重復(fù)試驗(yàn)，T為要評(píng)估的測(cè)試輪胎，即SRTT在重復(fù)試驗(yàn)前最多可進(jìn)行2套測(cè)試輪胎的測(cè)試評(píng)價(jià)。SRTT及測(cè)試輪胎的對(duì)比試驗(yàn)應(yīng)在2個(gè)不同的工作日內(nèi)進(jìn)行。

測(cè)試過程中測(cè)試車輛以不低于28 km/h的速度維持直線方向行駛，當(dāng)車輛達(dá)到測(cè)試區(qū)域時(shí)掛入空擋切斷動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，向制動(dòng)踏板施加緊急制動(dòng)力并維持，促使測(cè)試車輛的ABS動(dòng)作并使車輛穩(wěn)定減速直至車速低于8 km/h。利用車載測(cè)試設(shè)備獲取時(shí)間、距離、速度或加速度測(cè)量值，計(jì)算從25～10 km/h的平均減速度（下稱MFDD）。

2.2 測(cè)試評(píng)估及數(shù)據(jù)有效性檢驗(yàn)

測(cè)試輪胎與SRTT的測(cè)試循環(huán)若為R1-T-R2，則測(cè)試輪胎相對(duì)于SRTT的MFDD的加權(quán)平均值為：

式中，R1為SRTT初次試驗(yàn)的有效MFDD值，R2為 SRTT重復(fù)試驗(yàn)的有效MFDD值。

測(cè)試輪胎的實(shí)際MFDD測(cè)量值為t，則測(cè)試輪胎在該組測(cè)試循環(huán)中的雪面抓地性能指數(shù)（SGI）為：

測(cè)試輪胎與SRTT的測(cè)試循環(huán)若為R1-T1-T2-R2，則測(cè)試輪胎相對(duì)于SRTT的MFDD的加權(quán)平均值為：

測(cè)試輪胎T1、T2的實(shí)際MFDD測(cè)量值分別為t1和t2，則測(cè)試輪胎T1、T2在該組測(cè)試循環(huán)中的SGI為：

在完成雪面抓地性能測(cè)試后，須立即對(duì)MFDD平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，要求每套輪胎測(cè)試的變異系數(shù)C.V≤6%，同時(shí)要求前、后2套SRTT測(cè)試結(jié)果平均值的差異≤5%，即

3 CATARC寒區(qū)試驗(yàn)場(chǎng)

CATARC寒區(qū)汽車試驗(yàn)場(chǎng)特有的氣候環(huán)境使其成為整車企業(yè)進(jìn)行寒區(qū)耐久試驗(yàn)，寒區(qū)整車性能試驗(yàn)，ABS、TSC和ESP匹配標(biāo)定試驗(yàn)及低溫冷起動(dòng)標(biāo)定試驗(yàn)等的理想測(cè)試場(chǎng)地，其氣象條件及場(chǎng)地環(huán)境參數(shù)見表1。

表1CATARC寒區(qū)汽車試驗(yàn)場(chǎng)氣象條件及環(huán)境參數(shù)

4 試驗(yàn)樣車、輪轂及測(cè)試輪胎

4.1 試驗(yàn)樣車的選型

基于現(xiàn)行乘用車等級(jí)劃分（表2）及各等級(jí)車輛所匹配輪胎規(guī)格，我國(guó)A00級(jí)、A0級(jí)、A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)乘用車所裝配輪胎胎寬覆蓋175 mm、185 mm、195 mm、205 mm、215 mm、225 mm等規(guī)格，所對(duì)應(yīng)的輪轂直徑為14英寸、15英寸、16英寸、17英寸等4個(gè)規(guī)格，對(duì)應(yīng)的輪轂寬度為5.5J、6.0J、6.5J、7.0J（J表示輪轂凸緣形狀為溝槽型，寬度為15.7 mm，即輪轂凸緣寬度為15.7 mm。）等4個(gè)規(guī)格。輪胎行業(yè)規(guī)定輪轂與輪胎的對(duì)應(yīng)匹配如表3所列。

表2 基于軸距及排量的乘用車等級(jí)劃分

表3 輪胎行業(yè)規(guī)定輪轂與輪胎的對(duì)應(yīng)匹配

為客觀、科學(xué)地反映我國(guó)乘用車所裝配的C1類雪地輪胎的雪面抓地性能，試驗(yàn)用測(cè)試輪胎要保證最大限度地覆蓋上述6類胎寬規(guī)格。試驗(yàn)樣車分別為HG7130FBA型理念牌A級(jí)轎車和SVW7166GSD型明銳牌B級(jí)轎車，2輛試驗(yàn)樣車參數(shù)如表4所列。

表4 試驗(yàn)樣車參數(shù)

4.2 試驗(yàn)用輪轂的選型

理念牌轎車原車采用14×5.5J輪轂，裝配175/ 65R14輪胎，可通過更換輪轂的方式實(shí)現(xiàn)與175 mm、185 mm、195 mm胎寬的輪胎裝配。明銳牌轎車原車采用16×6.5J輪轂，裝配205/55R16輪胎，也通過更換輪轂實(shí)現(xiàn)與195 mm、205 mm、215 mm、225 mm胎寬的輪胎裝配。試驗(yàn)所用輪轂及配對(duì)輪胎參數(shù)見表5[3，4]。

表5 試驗(yàn)用輪轂及配對(duì)輪胎參數(shù)

為提高測(cè)試效率和測(cè)試數(shù)據(jù)的科學(xué)性和公正性，在明銳牌轎車的基礎(chǔ)上對(duì)195 mm、205 mm、215 mm、225 mm胎寬的系列輪胎進(jìn)行雪面抓地性能測(cè)試時(shí)，為避免采用中間參照輪胎的間接法測(cè)試造成的資源低效高耗，采用14×6.0J輪轂實(shí)現(xiàn)與P195/75R14（SRTT）的裝配，并通過在輪轂安裝端面加裝15 mm厚法蘭墊片來調(diào)整輪轂偏距值，以避免由于輪轂偏距值過小導(dǎo)致輪轂內(nèi)側(cè)與制動(dòng)器背板機(jī)械磨損，實(shí)現(xiàn)輪轂與整車的裝配。

4.3 測(cè)試輪胎及SRTT的選型

基于上述試驗(yàn)樣車及試驗(yàn)用輪轂的選型分析，針對(duì)我國(guó)冬季華北及東北地域?qū)ρ┑剌喬ナ袌?chǎng)需求，著重分析各類主流品牌雪地輪胎的雪面抓地性能。此次選型的雪地輪胎規(guī)格及品牌如表6和表7所列，其中適用于理念牌轎車的測(cè)試輪胎共4套，分別為175 mm胎寬系列2套，185 mm胎寬系列2套；適用于明銳牌轎車的測(cè)試輪胎共11套，分別為195 mm胎寬系列1套，205 mm胎寬系列5套，215 mm胎寬系列2套，225 mm胎寬系列3套。累計(jì)采購(gòu)涵蓋9大品牌的15套雪地輪胎，胎寬覆蓋乘用車所裝配的175 mm、185 mm、195 mm、205 mm、215 mm、225 mm等系列輪胎。根據(jù)ECE R117法規(guī)附錄7關(guān)于C1類雪地輪胎雪面抓地性能測(cè)試的要求，SRTT采用米其林輪胎公司生產(chǎn)的滿足ASTM E1136-2010要求的P195/75R14型輪胎作為所有測(cè)試輪胎的基準(zhǔn)參比[5]，技術(shù)指標(biāo)見表6，SRTT輪胎實(shí)物及200 km磨合前、后的胎面特性如圖1～圖3所示。

表6 理念牌試驗(yàn)樣車的測(cè)試輪胎

表7 明銳牌試驗(yàn)樣車的測(cè)試輪胎

5 測(cè)試前期準(zhǔn)備

5.1 試驗(yàn)車輛配載

按照ECE R117附錄7要求，施加在輪胎上的負(fù)荷應(yīng)為輪胎負(fù)荷指數(shù)對(duì)應(yīng)負(fù)荷的60%～90%（表6～表7），整理出每輛試驗(yàn)樣車可裝配測(cè)試輪胎及SRTT的負(fù)荷指數(shù)及對(duì)應(yīng)的輪荷、60%的試驗(yàn)輪荷及整車荷載、90%的試驗(yàn)輪荷及整車荷載[6，7]，同時(shí)在整個(gè)測(cè)試循環(huán)中堅(jiān)持“均布載荷、換胎不換載、換胎不換人”的原則進(jìn)行配載，避免由于載荷波動(dòng)及測(cè)試人員的變更對(duì)測(cè)試結(jié)果造成的影響。

5.2 調(diào)整輪胎氣壓

按照ECE R117附錄7要求，將輪胎充氣壓力調(diào)整至測(cè)試環(huán)境狀態(tài)下的試驗(yàn)規(guī)定數(shù)值（冷態(tài)240 kPa）。

5.3 試驗(yàn)路面檢驗(yàn)及環(huán)境參數(shù)記錄

按照ECE R117附錄7要求，用CTI針入度計(jì)測(cè)量試驗(yàn)場(chǎng)地雪面壓實(shí)度并記錄測(cè)試環(huán)境溫度，每套C1類輪胎雪面制動(dòng)抓地性能至少重復(fù)測(cè)試6次，且每次制動(dòng)輪跡不應(yīng)重疊。

6 雪面抓地性能測(cè)試評(píng)價(jià)

C1類輪胎雪面抓地性能測(cè)試立足于輪胎行業(yè)現(xiàn)狀，從測(cè)試技術(shù)服務(wù)角度為我國(guó)輪胎企業(yè)提供測(cè)試技術(shù)儲(chǔ)備，截至目前已累計(jì)完成涵蓋9大品牌、15套雪地輪胎的雪面抓地性能測(cè)試并已搭建C1類輪胎雪面抓地性能測(cè)試評(píng)價(jià)規(guī)程。

出于知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)及商業(yè)技術(shù)保密的目的考慮，隨機(jī)選取米其林、倍耐力、雙錢等三款測(cè)試輪胎進(jìn)行雪面抓地性能測(cè)試評(píng)價(jià)，涵蓋195 mm、205 mm、215 mm及225 mm等4大規(guī)格胎寬。在測(cè)試過程中為盡可能降低試驗(yàn)樣車、儀器設(shè)備、測(cè)試路面、氣象環(huán)境等偶然性突發(fā)因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的離散，在ECE R117附錄7的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理優(yōu)化，每套輪胎進(jìn)行8次有效測(cè)試，剔除最優(yōu)值及最差值，保留剩余6次有效測(cè)試結(jié)果用于后續(xù)評(píng)價(jià)。測(cè)試數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)結(jié)果見表8、表9和圖4。

表8 225 mm、195 mm測(cè)試輪胎測(cè)評(píng)結(jié)果

表9 205 mm、215 mm測(cè)試輪胎測(cè)評(píng)結(jié)果

由表7、圖4a和圖4b可知，在同一測(cè)試循環(huán)下，胎寬225 mm測(cè)試輪胎6次有效制動(dòng)的平均值比胎寬195 mm測(cè)試輪胎縮短0.2 m，有效MFDD增強(qiáng)5.3%，2組輪胎的MFDD變異系數(shù)分別為3.5%和4.1%，均滿足6%的限值要求，說明胎寬225 mm測(cè)試輪胎在雪面抓地性能測(cè)試時(shí)重復(fù)一致性要好于胎寬195 mm測(cè)試輪胎。SRTT的有效MFDD均值偏差率為3.8%，滿足5%的限值要求，SGI分別為1.20和1.16。

由表8、圖4c和圖4d可知，在同一測(cè)試循環(huán)下，胎寬205 mm測(cè)試輪胎6次有效制動(dòng)距離的平均值比胎寬215 mm測(cè)試輪胎延長(zhǎng)0.1 m，有效MFDD衰減1.7%，2組輪胎的MFDD變異系數(shù)分別為6.0%和5.4%，制動(dòng)距離及MFDD波動(dòng)較大，且胎寬205 mm測(cè)試輪胎的制動(dòng)距離偏差為0.9 m，胎寬215 mm測(cè)試輪胎的制動(dòng)距離偏差為0.7 m，在雪面抓地性能測(cè)試時(shí)重復(fù)一致性差于前一測(cè)試循環(huán)組。SRTT在前、后2組測(cè)試的有效MFDD均值分別為3.12 m/s2和3.22 m/s2，偏差率為3.1%，滿足5%的限值要求，SGI分別為1.12和1.13。

在輪胎測(cè)試過程中，由于雪地輪胎胎面溝槽及花紋的積雪殘留及空隙率均無法保證前后一致，而且2次測(cè)試的制動(dòng)區(qū)域的雪面壓實(shí)鋪裝程度也存在微觀變化，所以會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)距離及MFDD存在細(xì)微波動(dòng)的潛在貢獻(xiàn)因素，因此ECE R117規(guī)定允許變異系數(shù)及SRTT的偏差率分別存在6%和5%的富裕量。

7 結(jié)束語(yǔ)

依據(jù)ECE R117法規(guī)附錄7，在CATARC寒區(qū)試驗(yàn)場(chǎng)對(duì)C1類輪胎雪面抓地性能進(jìn)行了測(cè)試。從輪胎客觀評(píng)價(jià)體系中選取可作為國(guó)內(nèi)輪胎分級(jí)制度采用的客觀評(píng)價(jià)專項(xiàng)指標(biāo)，建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行深入分析，從技術(shù)角度研究適合中國(guó)國(guó)情同時(shí)又能推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的輪胎分級(jí)方式及等級(jí)劃分方法，為輪胎雪地性能的測(cè)試評(píng)價(jià)、輪胎與整車的性能匹配及輪胎的出口認(rèn)證提供了技術(shù)儲(chǔ)備。

1 ECE R117-2013 Uniform Provisions concerning the Ap?proval of Tyres with regard to Rolling Sound Emissions and/ or to Adhesion on Wet Surfaces and/or to Rolling Resis?tance.

2 ASTM F1805-2006 Standard Test Method for Single Wheel Driving Traction in a Straight Line on Snow and Ice-Cov?ered Surfaces.

3 ECE R30-2007 Uniform Provisions Concerning the Approv?al of Pneumatic Tyresfor Motor Vehicles and Their Trailers.

4 ECE R54-2003 Uniform Provisions Concerning the Approv?al of Pneumatic Tyresfor Commercial Vehicles and Their Trailers.

5 ASTM E1136-2010 Standard Specification forP195/75R14 Radial Standard Reference Test Tire.

6 GB 9743-2007轎車輪胎.

7 GB/T2978-2008轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷.

（責(zé)任編輯文 楫）

修改稿收到日期為2014年5月30日。

由圖10可看出，人工控制下排放檢測(cè)耗時(shí)較長(zhǎng)，整個(gè)過程耗時(shí)為80 s，比怠速控制的方式多消耗近20 s，關(guān)鍵原因在于高怠速穩(wěn)定時(shí)間比自動(dòng)控制方式長(zhǎng)，人工控制發(fā)動(dòng)機(jī)很難一開始就將轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在2 500±1 000 r/min的狀態(tài)。

7 結(jié)束語(yǔ)

開發(fā)了基于OBD的車輛下線雙怠速排放檢測(cè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過發(fā)送OBD指令控制發(fā)動(dòng)機(jī)高、低怠速，通過檢測(cè)軟件完成排放流程自動(dòng)控制。測(cè)試結(jié)果表明，在下線檢測(cè)中，該系統(tǒng)通過診斷接口給ECU發(fā)送OBD指令的同時(shí)還可采集冷卻液溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值，此種方式不僅高效，而且還免去了轉(zhuǎn)速測(cè)量設(shè)備及冷卻液溫度測(cè)量設(shè)備的使用，節(jié)省了檢測(cè)時(shí)間，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。目前，所開發(fā)的系統(tǒng)已在某企業(yè)下線檢測(cè)工位上得到應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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3 劉國(guó)權(quán),張伯英,宋衛(wèi)鋒.KWP2000協(xié)議分析及開發(fā)測(cè)試.汽車技術(shù),2006（5）:20～24.

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6 ISO 15765-3,Road vehicles—Diagnostics on Controller Ar?ea Networks（CAN）—Part 3:Implementation of unified di?agnostic services（UDS on CAN）.2004.

（責(zé)任編輯文 楫）

修改稿收到日期為2014年10月16日。

The Experimental Research of Snow Grip Performance of C1 Tyre Based on ECE R117

Liang Rongliang,Gao Mingqiu,Yuan Lin,Xu Junhui,Wang Jingxian
（China Automotive Technology and Research Center,Tianjin）

European ECE R117 concerning the test method for C1 tyre snow grip performance is analyzed,and the test&evaluation process for C1 tyre snow grip performance is established.The feasibility test for C1 tyre snow grip performance evaluation is carried out in CATARC cold area test ground,which provides technical reserve for products performance development of domestic tyre manufacturers,establishment of test&evaluation criteria,matching of tyre with vehicle performance as well as application for EU certification.

C1 tyre,Grip performance,Test

C1類輪胎 雪面抓地性能 測(cè)試

U467.1+1

A

1000-3703（2015）01-0052-07

中國(guó)汽車技術(shù)研究中心十二五汽車測(cè)試平臺(tái)重大科研專項(xiàng)（項(xiàng)目編號(hào)：CATARC13140101）。