陳緒飛 徐艷林

通力輪胎有限公司

輪胎滾動阻力測試方法研究

陳緒飛 徐艷林

通力輪胎有限公司

為了提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，最大限度地降低汽車行駛過程中的滾動阻力，選取不同規(guī)格的輪胎采用控制變量法進(jìn)行速度、充氣壓力以及負(fù)荷對滾動阻力影響的試驗。通過對試驗數(shù)的分析表明，滾動阻力隨汽車行駛速度的提高呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢，在整個速度范圍內(nèi)存在最佳行駛速度。隨著充氣壓力的增加，滾動阻力逐漸減小，為提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性，可適當(dāng)增大輪胎的充氣壓力。隨著負(fù)荷的加大，滾動阻力呈現(xiàn)近似線性的增長趨勢，但滾動阻力系數(shù)基本保持不變。因此，在獲得同等精度的滾動阻力系數(shù)前提下，可以降低輪胎的試驗負(fù)荷以達(dá)到節(jié)約試驗成本的目的。

輪胎；滾動阻力；影響因素；測試方法

隨著全球能源危機的影響以及人們環(huán)保意識的增強，綠色環(huán)保和節(jié)能減排已成為各大廠商設(shè)計和制造輪胎的主流方向。滾動阻力指輪胎行駛單位距離消耗的能量，是汽車性能的重要指標(biāo)之一，因該指標(biāo)能夠直接影響整車燃油的經(jīng)濟(jì)性而受到越來越廣泛的關(guān)注。

1 輪胎滾動阻力產(chǎn)生機理

輪胎主要由橡膠及橡膠復(fù)合材料構(gòu)成，在輪胎滾動過程中，受到循環(huán)變化的應(yīng)力應(yīng)變導(dǎo)致能量損耗，形成輪胎滾動阻力。

輪胎滾動阻力主要包括輪胎滾動時周期性變形中克服粘彈性橡膠材料的應(yīng)變滯后所消耗的內(nèi)摩擦功、輪胎與路面接觸消耗的外摩擦功、輪胎滾動時受到空氣阻力所消耗的功以及輪胎花紋塊拍擊路面發(fā)聲消耗的能量等。在中等行駛速度條件下，輪胎內(nèi)摩擦產(chǎn)生的能量消耗占輪胎總能量消耗的80%以上。因此，降低輪胎滾動阻力主要是指降低輪胎材料的內(nèi)摩擦阻力。

2 影響因素

2.1 輪胎材料特性

2.1.1 胎面材料

胎面膠是影響輪胎滾動阻力的關(guān)鍵部件，這基于胎面膠所在的部位和用量。輪胎材料滯后損失主要集中于胎冠部位。輪胎滾動時胎面膠、胎圈包布、三角膠、帶束層、內(nèi)襯層、胎側(cè)、簾布層和基部膠所占輪胎能耗的比例分別為39%、14%、13%、8%、8%、7%、6%和5%。材料滯后損失消耗的能量占輪胎總能量損耗的90%-95%，配方中所有配合組分對滯后損失均有一定影響，但聚合物類型是影響最大的因素。研究表明溶聚丁苯橡膠S-SBR可以有效降低胎面膠的滾動阻力。

2.1.2 配合劑

在胎面膠中使用白炭黑可以在降低輪胎滾動阻力的同時不影響輪胎的抗?jié)窕阅?。與填充普通炭黑的輪胎相比，白炭黑輪胎不僅降低了油耗，而且具有優(yōu)異的牽引性能。轉(zhuǎn)化炭黑表面具有無數(shù)的棱邊，其不規(guī)則表面將增加膠料的損耗因子tanδ值對溫度的依賴性，使膠料的滾動阻力明顯降低。

2.2 輪胎氣壓和負(fù)荷

輪胎氣壓與負(fù)荷是輪胎設(shè)計過程中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。它們的選取主要根據(jù)汽車的負(fù)荷而確定。隨著充氣壓力的增大，輪胎的滾動阻力降低。這是因為氣壓的增大，實際上增大了輪胎本身的剛度，在輪胎滾動過程中，其整體變形減小，帶來了遲滯損失減小，從而降低了輪胎滾動阻力。

2.3 輪胎行駛速度

輪胎的行駛速度對其滾動阻力的影響較復(fù)雜，在中低速度下行駛時，對輪胎滾動阻力的影響比較小，行駛速度增大可使輪胎的下沉量和損耗因子減小，從而使輪胎滾動阻力下降。當(dāng)車速到達(dá)某一值以上時滾阻增加較快，車速達(dá)到臨界值時，滾動阻力迅速增加，此時輪胎產(chǎn)生“駐波”現(xiàn)象，輪胎周緣不再是圓形，而呈明顯的波浪狀。

2 測試方法

2.1 室外道路試驗法

室外道路測試方法有滑行法、牽引法和功率平衡法等?；蟹ㄊ钱?dāng)汽車達(dá)到預(yù)定試驗速度后，傳動系與發(fā)動機及時脫離，借助慣性滑行至停止，使用五輪儀測量記錄滑行過程中的速度-時間關(guān)系；牽引法是通過裝有測力傳感器的單輪和雙輪試驗拖車在各種路面上進(jìn)行輪胎滾動阻力測量。由于空氣阻力影響測量結(jié)果，導(dǎo)致測試精度降低，因此滑行法和牽引法不夠準(zhǔn)確。功率平衡法是基于當(dāng)汽車穩(wěn)定行駛時，驅(qū)動車輪的輸出功率等于滾動阻力、空氣阻力、行駛路面坡度阻力以及加速阻力消耗的功率之和的假定，但由于車輪與底盤測功機輥筒之間以及底盤測功機內(nèi)部等摩擦的影響，并不完全滿足功率平衡要求，因此也存在一定的測量誤差。

室外道路試驗法能夠比較真實地模擬輪胎運行環(huán)境，但是地面溫度、路面狀況以及磨耗等外部條件變化的制約使得此類測試方法不易標(biāo)準(zhǔn)化。

2.2 間接法

間接法即不直接測量輪胎的滾動阻力，而是測量輪胎膠料的tanδ，因為滾動阻力主要是由膠料的滯后損失所引起，而tanδ則是表征輪胎膠料滯后損失的重要參數(shù)，它與輪胎的滾動阻力成正比。膠料的tanδ越小，輪胎的滾動阻力值越低。tanδ與輪胎所用材料的性能有關(guān)，改善輪胎用材料，可降低tanδ。目前，可按照ASTMD2231-1994標(biāo)準(zhǔn)方法使用動態(tài)模量儀設(shè)備來測量tanδ。間接法只能通過間接測量tanδ對滾動阻力進(jìn)行定性測量。

2.3 室內(nèi)臺架試驗法

室內(nèi)臺架試驗具有試驗條件可控、試驗結(jié)果可比性好、不受環(huán)境條件限制、試驗安全可靠和試驗周期短等優(yōu)點。室內(nèi)試驗臺架主要有雙輥筒試驗臺和單輥筒轉(zhuǎn)鼓試驗臺。

雙輥筒試驗臺一般指雙輥筒式底盤測功機，通常采用反拖法和滑行法測試滾動阻力。反拖法是用測功機的動力裝置驅(qū)動主動輥筒，再由輥筒驅(qū)動被測車輪旋轉(zhuǎn)；滑行法是借助測功機系統(tǒng)的慣性運動通過輥筒帶動車輪轉(zhuǎn)動。雙輥筒上測定的輪胎滾動阻力大于車輪單點支承在硬路面或大直徑單輥筒上的輪胎滾動阻力，因此精確的輪胎滾動阻力測量適宜在大直徑單輥筒轉(zhuǎn)鼓試驗臺上進(jìn)行。

3 結(jié)論

由于滾動阻力影響因素多且影響復(fù)雜，精確測量輪胎滾動阻力需要高精度的試驗設(shè)備，而且試驗條件和試驗環(huán)境等均須嚴(yán)格遵循相關(guān)技術(shù)要求，因此輪胎滾動阻力的測量十分困難。(1)通過對不同速度下滾動阻力試驗數(shù)據(jù)的分析驗證了汽車在標(biāo)示出駛速度下行駛具有最好的燃油經(jīng)濟(jì)性。(2)通過對不同負(fù)荷率下滾動阻力試驗數(shù)據(jù)的分析可以知道，降低國標(biāo)中規(guī)定的負(fù)荷，滾動阻力系數(shù)幾乎不受影響，可以降低輪胎滾動阻力試驗的成本。

[1] 王登祥.輪胎滾動阻力文獻(xiàn)評述[J].輪胎工業(yè)，1997，17(12)：707-712.

[2] 張紹國 高峰 杭柏林 李萌.汽車輪胎滾動阻力試驗機測試方法分析[J].輪胎工業(yè)，2012，12(3)：131-134.