基于ECE R117的C1類輪胎雪面抓地性能測試研究*

梁榮亮 高明秋 苑林 徐軍輝 王景先

（中國汽車技術(shù)研究中心）

基于ECE R117的C1類輪胎雪面抓地性能測試研究*

梁榮亮 高明秋 苑林 徐軍輝 王景先

（中國汽車技術(shù)研究中心）

分析了歐盟ECE R117針對C1類輪胎的雪面抓地性能測試方法，建立了C1類輪胎的雪面抓地性能測試評價流程，結(jié)合CATARC寒區(qū)試驗場，進行了C1類雪地輪胎雪面抓地性能評價方案的可行性測試試驗，為我國輪胎企業(yè)的產(chǎn)品性能開發(fā)、測試評價標準制定、輪胎與整車性能匹配及申請歐盟認證提供了技術(shù)儲備。

1 前言

2011年9月，歐洲經(jīng)濟委員會（ECE）頒布的ECE R117法規(guī)首次對C1類和C2類雪地輪胎的雪面抓地性能指標提出了要求，并規(guī)定自2012年11月1日起，進入歐盟市場申請ECE認證的C1類和C2類雪地輪胎需通過法規(guī)附錄7規(guī)定的雪地性能測試后，才可在輪胎胎側(cè)?？獭癆lpine Symbol”山峰雪花符號表示的雪地輪胎標識[1]。

目前關(guān)于C1類雪地輪胎的雪面抓地性能測試方法（C2類輪胎測試規(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)動牽引力標準試驗方法》和ECE R117法規(guī)附錄7《輪胎雪地性能試驗方法》。ECE R117法規(guī)附錄7中規(guī)定的雪面制動試驗方法可替代ASTM F1805-2006[2]的驅(qū)動試驗方法來確定輪胎的雪面抓地性能，能夠確保測試方（認證機構(gòu)、第三方實驗室、測試經(jīng)營者）和輪胎企業(yè)都能執(zhí)行測試并能夠在短暫的冬季對測試活動進行優(yōu)化。

2 ECE R117雪面抓地性能測試程序

2.1 C1類輪胎雪面抓地性能測試

2.1.1 測試場地及環(huán)境

雪面抓地性能測試應在平坦試驗路面進行，試驗跑道應有足夠的長度和寬度，任意方向的最大坡度≤2%，試驗路面覆蓋有壓實的積雪。積雪路面包括厚度不小于3 cm的堅硬壓實的積雪和厚度約為2 cm的中度壓實且經(jīng)過特別處理的表面雪層。當采用CTI針入度計測得的雪面壓實指數(shù)為75～85時，即可判定測試場地雪面壓實度符合法規(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為-15～-2℃，且應避免陽光直射及日照、濕度和風力有較大變化。

2.1.2 測試車輛及測試輪胎

使用車況良好且裝配有ABS的標準乘用車進行測試，同一車輛可測試不同規(guī)格的輪胎。試驗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進行清潔。輪胎在安裝和進行試驗前在室外環(huán)境溫度下至少放置2 h，并將輪胎充氣壓力調(diào)整至試驗規(guī)定的數(shù)值(冷態(tài)240 kPa)。施加在輪胎上的負荷應為輪胎負荷指數(shù)對應負荷的60%～90%。

如果車輛不能同時安裝標準基準輪胎（下稱SRTT）和測試輪胎，可選擇1套特定輪胎作為參照輪胎。首先在1輛車上對SRTT和參照輪胎進行測試，然后再在另一輛車上對測試輪胎和參照輪胎進行測試。

2.1.3 測試循環(huán)及測試程序

無論是SRTT還是測試輪胎，每套C1類輪胎雪面制動抓地性能測試至少重復進行6次，每次制動均足以促使ABS工作，且每次制動區(qū)域不應重疊（若不可避免區(qū)域重疊時，測試路面需重新進行處理）。SRTT及測試輪胎可按R1-T-R2或R1-T1-T2-R2測試循環(huán)進行。其中R1為SRTT的初次試驗，R2為SRTT的重復試驗，T為要評估的測試輪胎，即SRTT在重復試驗前最多可進行2套測試輪胎的測試評價。SRTT及測試輪胎的對比試驗應在2個不同的工作日內(nèi)進行。

測試過程中測試車輛以不低于28 km/h的速度維持直線方向行駛，當車輛達到測試區(qū)域時掛入空擋切斷動力傳動系統(tǒng)，向制動踏板施加緊急制動力并維持，促使測試車輛的ABS動作并使車輛穩(wěn)定減速直至車速低于8 km/h。利用車載測試設備獲取時間、距離、速度或加速度測量值，計算從25～10 km/h的平均減速度（下稱MFDD）。

2.2 測試評估及數(shù)據(jù)有效性檢驗

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

式中，R1為SRTT初次試驗的有效MFDD值，R2為 SRTT重復試驗的有效MFDD值。

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

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

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

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

3 CATARC寒區(qū)試驗場

CATARC寒區(qū)汽車試驗場特有的氣候環(huán)境使其成為整車企業(yè)進行寒區(qū)耐久試驗，寒區(qū)整車性能試驗，ABS、TSC和ESP匹配標定試驗及低溫冷起動標定試驗等的理想測試場地，其氣象條件及場地環(huán)境參數(shù)見表1。

表1CATARC寒區(qū)汽車試驗場氣象條件及環(huán)境參數(shù)

4 試驗樣車、輪轂及測試輪胎

4.1 試驗樣車的選型

基于現(xiàn)行乘用車等級劃分（表2）及各等級車輛所匹配輪胎規(guī)格，我國A00級、A0級、A級、B級、C級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，所對應的輪轂直徑為14英寸、15英寸、16英寸、17英寸等4個規(guī)格，對應的輪轂寬度為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個規(guī)格。輪胎行業(yè)規(guī)定輪轂與輪胎的對應匹配如表3所列。

表2 基于軸距及排量的乘用車等級劃分

表3 輪胎行業(yè)規(guī)定輪轂與輪胎的對應匹配

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

表4 試驗樣車參數(shù)

4.2 試驗用輪轂的選型

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，也通過更換輪轂實現(xiàn)與195 mm、205 mm、215 mm、225 mm胎寬的輪胎裝配。試驗所用輪轂及配對輪胎參數(shù)見表5[3，4]。

表5 試驗用輪轂及配對輪胎參數(shù)

為提高測試效率和測試數(shù)據(jù)的科學性和公正性，在明銳牌轎車的基礎上對195 mm、205 mm、215 mm、225 mm胎寬的系列輪胎進行雪面抓地性能測試時，為避免采用中間參照輪胎的間接法測試造成的資源低效高耗，采用14×6.0J輪轂實現(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致輪轂內(nèi)側(cè)與制動器背板機械磨損，實現(xiàn)輪轂與整車的裝配。

4.3 測試輪胎及SRTT的選型

基于上述試驗樣車及試驗用輪轂的選型分析，針對我國冬季華北及東北地域?qū)ρ┑剌喬ナ袌鲂枨?，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。累計采購涵蓋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型輪胎作為所有測試輪胎的基準參比[5]，技術(shù)指標見表6，SRTT輪胎實物及200 km磨合前、后的胎面特性如圖1～圖3所示。

表6 理念牌試驗樣車的測試輪胎

表7 明銳牌試驗樣車的測試輪胎

5 測試前期準備

5.1 試驗車輛配載

按照ECE R117附錄7要求，施加在輪胎上的負荷應為輪胎負荷指數(shù)對應負荷的60%～90%（表6～表7），整理出每輛試驗樣車可裝配測試輪胎及SRTT的負荷指數(shù)及對應的輪荷、60%的試驗輪荷及整車荷載、90%的試驗輪荷及整車荷載[6，7]，同時在整個測試循環(huán)中堅持“均布載荷、換胎不換載、換胎不換人”的原則進行配載，避免由于載荷波動及測試人員的變更對測試結(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)整至測試環(huán)境狀態(tài)下的試驗規(guī)定數(shù)值（冷態(tài)240 kPa）。

5.3 試驗路面檢驗及環(huán)境參數(shù)記錄

按照ECE R117附錄7要求，用CTI針入度計測量試驗場地雪面壓實度并記錄測試環(huán)境溫度，每套C1類輪胎雪面制動抓地性能至少重復測試6次，且每次制動輪跡不應重疊。

6 雪面抓地性能測試評價

C1類輪胎雪面抓地性能測試立足于輪胎行業(yè)現(xiàn)狀，從測試技術(shù)服務角度為我國輪胎企業(yè)提供測試技術(shù)儲備，截至目前已累計完成涵蓋9大品牌、15套雪地輪胎的雪面抓地性能測試并已搭建C1類輪胎雪面抓地性能測試評價規(guī)程。

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

表8 225 mm、195 mm測試輪胎測評結(jié)果

表9 205 mm、215 mm測試輪胎測評結(jié)果

由表7、圖4a和圖4b可知，在同一測試循環(huán)下，胎寬225 mm測試輪胎6次有效制動的平均值比胎寬195 mm測試輪胎縮短0.2 m，有效MFDD增強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測試輪胎在雪面抓地性能測試時重復一致性要好于胎寬195 mm測試輪胎。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，在同一測試循環(huán)下，胎寬205 mm測試輪胎6次有效制動距離的平均值比胎寬215 mm測試輪胎延長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%，制動距離及MFDD波動較大，且胎寬205 mm測試輪胎的制動距離偏差為0.9 m，胎寬215 mm測試輪胎的制動距離偏差為0.7 m，在雪面抓地性能測試時重復一致性差于前一測試循環(huán)組。SRTT在前、后2組測試的有效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次測試的制動區(qū)域的雪面壓實鋪裝程度也存在微觀變化，所以會導致制動距離及MFDD存在細微波動的潛在貢獻因素，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

依據(jù)ECE R117法規(guī)附錄7，在CATARC寒區(qū)試驗場對C1類輪胎雪面抓地性能進行了測試。從輪胎客觀評價體系中選取可作為國內(nèi)輪胎分級制度采用的客觀評價專項指標，建立相應的評價指標數(shù)據(jù)庫并進行深入分析，從技術(shù)角度研究適合中國國情同時又能推動技術(shù)進步的輪胎分級方式及等級劃分方法，為輪胎雪地性能的測試評價、輪胎與整車的性能匹配及輪胎的出口認證提供了技術(shù)儲備。

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、氣壓與負荷.

（責任編輯文 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耗時較長，整個過程耗時為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)定時間比自動控制方式長，人工控制發(fā)動機很難一開始就將轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在2 500±1 000 r/min的狀態(tài)。

7 結(jié)束語

開發(fā)了基于OBD的車輛下線雙怠速排放檢測自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過發(fā)送OBD指令控制發(fā)動機高、低怠速，通過檢測軟件完成排放流程自動控制。測試結(jié)果表明，在下線檢測中，該系統(tǒng)通過診斷接口給ECU發(fā)送OBD指令的同時還可采集冷卻液溫度和發(fā)動機轉(zhuǎn)速值，此種方式不僅高效，而且還免去了轉(zhuǎn)速測量設備及冷卻液溫度測量設備的使用，節(jié)省了檢測時間，減輕了工人勞動強度。目前，所開發(fā)的系統(tǒng)已在某企業(yè)下線檢測工位上得到應用。

參考文獻

1 楊志剛.汽車生產(chǎn)企業(yè)檢測線流程探討.裝備與制造技術(shù),2011（9）:174～176.

2 胡杰,盛祥政,李洪飛,等.基于智能手機的汽車故障診斷系統(tǒng)研究與開發(fā).汽車技術(shù),2011（9）:4～10.

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

4 王鱻文.基于OBDⅡ的汽車故障診斷儀的研制.自動化技術(shù)與應用,2007,26（6）:62～64.

5 ISO 14230-3,Road vehicles diagnostic system keyword pro?tocol 2000 Application layer.1999.

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 測試

U467.1+1

A

1000-3703（2015）01-0052-07

中國汽車技術(shù)研究中心十二五汽車測試平臺重大科研專項（項目編號：CATARC13140101）。