輪胎滾動阻力性能

張子鵬

隨著車輪每一次轉(zhuǎn)動，當(dāng)輪胎與路面接觸時，輪胎由于承重的原因會產(chǎn)生變形。隨著輪胎結(jié)構(gòu)的變形，其組成部件會變熱，并且一部分由發(fā)動機傳輸來的能量損耗了：這就是滾動阻力現(xiàn)象。

根據(jù)試驗測定，一輛轎車以100km/h速度行駛時，用于克服輪胎滾動阻力的燃油消耗約占汽車總油耗的20%；一輛載重汽車則可以達到30%或更高；輪胎滾動阻力每降低7%，便可使汽車燃油消耗降低1%，同時也可大幅降低CO2 排放量。綠色輪胎也在此背景下應(yīng)運而生，綠色輪胎是指由于應(yīng)用新材料和設(shè)計而導(dǎo)致滾動阻力小，因而耗油低、廢氣排放少的子午線輪胎。加強對輪胎滾動阻力的試驗研究，降低輪胎滾動阻力對于節(jié)能減排具有重要意義。

歐盟輪胎標(biāo)簽法規(guī)從2012年11月1日起強制執(zhí)行。該法規(guī)規(guī)定，在歐盟銷售的轎車胎、輕卡胎、卡車胎及公共汽車輪胎必須加貼標(biāo)簽，標(biāo)示輪胎的燃油效率、滾動噪聲和濕滑路面抓著力的等級，目標(biāo)是到2020年將歐洲能源消耗減少20%。要求產(chǎn)品出口到歐盟的輪胎和汽車制造商必須遵守歐盟的新輪胎標(biāo)簽法規(guī)。歐洲經(jīng)濟委員會在新出臺的ECE R117法規(guī)當(dāng)中對輪胎滾動阻力性能進行了明確要求，從2012年底開始?xì)W洲進口的輪胎必須通過此項法規(guī)。

滾動阻力測試方法簡介

輪胎滾動阻力確定方法有數(shù)值計算法和試驗測試法，試驗測試法又分為室外測試法和室內(nèi)測試法。由于室內(nèi)測試方法重復(fù)性比較好，故現(xiàn)在世界上都采用轉(zhuǎn)鼓上進行測試的方法。鼓試驗測試方法又包含測力法、扭矩法、功率法和減速度法。關(guān)于轉(zhuǎn)鼓的直徑現(xiàn)在各種國際標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中也不盡相同，主要有1.7m和2.0m兩種規(guī)格，不同直徑的轉(zhuǎn)鼓測量出的滾動阻力值也不相同，但是有的標(biāo)準(zhǔn)也給出了不同直徑之間的轉(zhuǎn)化公式。

為了能夠統(tǒng)一各方數(shù)值，歐洲選取了9臺滾動阻力設(shè)備作為基礎(chǔ)設(shè)備，將同一批不同規(guī)格的輪胎在9臺設(shè)備上分別進行測試，測試結(jié)果取平均值，形成基準(zhǔn)值。9臺滾動阻力設(shè)備通過數(shù)學(xué)公式關(guān)聯(lián)到基準(zhǔn)值，其他滾阻設(shè)備需要采用對標(biāo)的方式與9臺基準(zhǔn)設(shè)備當(dāng)中的1臺建立關(guān)聯(lián)，最終也關(guān)聯(lián)到基準(zhǔn)值上。

測試數(shù)據(jù)分析

輪胎工作組從2011年就陸續(xù)開始了輪胎滾動阻力測試方面的研究。對市場上現(xiàn)在銷售的1348款乘用車車型所用輪胎進行了統(tǒng)計，共計所用輪胎型號為245種，對其中最為常用的45，55，60，65，70系列的輪胎進行選擇，確定了對205/55 R16、185/60 R15、195/65 R15、175/70 R14、215/60 R16、225/45 R17共6種型號四季胎進行抽樣，選取6個型號的雪地輪胎，進行滾動阻力測試，輪胎型號分別為175/65 R14、195/65 R15、185/60 R15、215/60 R16、205/55 R16、225/45 R17，共計試驗輪胎數(shù)量為68套，其中四季胎40套，雪地胎28套，涉及14個品牌。

首先我們研究了輪胎滾動阻力與速度、載荷及充氣壓力之間的關(guān)系，通過控制變量法測量隨著速度、載荷及氣壓變化滾動阻力所發(fā)生的變化。

我們選擇了兩個規(guī)格的輪胎各兩條，分別進行變速度及變載荷試驗，試驗曲線如下圖所示。

從圖中可以看出1號及2號的輪胎滾動阻力隨著速度的增高而降低，但滾動阻力系數(shù)逐漸趨于平穩(wěn)；3號及4號輪胎的滾動阻力系數(shù)隨速度的增高變化不是很大。從該圖片可以看出，即使1號及2號隨著變化，最大比例也控制在5%左右。所以由此可以確定輪胎滾動阻力系數(shù)隨著試驗速度的變化不大。

從上圖當(dāng)中可以看出輪胎的滾動阻力系數(shù)在60%～120%額定載荷之間，輪胎滾動阻力系數(shù)變化不是很大。

我們挑選了兩個規(guī)格的輪胎，進行變氣壓測試，尋找輪胎充氣壓力與滾動阻力之間的關(guān)系。結(jié)果如下圖所示：

從上圖可以看出輪胎滾動阻力系數(shù)隨著輪胎氣壓的增大，滾動阻力系數(shù)降低，變化率在10%左右。

我們將所有的輪胎測試數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，具體情況如下：

從上圖分析可以看出，按照歐洲標(biāo)簽法進行劃分，抽樣的四季胎A級和B級輪胎數(shù)量為零，輪胎主要集中在E級，共計25條輪胎，所占比例高達65%，其次為C級17.5%，F(xiàn)級為12.5%，G級為5.0%，輪胎滾動阻力等級主要集中在后半段，說明目前國內(nèi)輪胎市場中四季胎的滾動阻力值較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達不到節(jié)能目的。從這方面來講，現(xiàn)在的輪胎企業(yè)需要加強產(chǎn)品滾動阻力方面的改善，多做摸底試驗，提高自身產(chǎn)品的質(zhì)量水平。

從上圖分析可以看出，目前國內(nèi)的雪地胎的滾動阻力的等級明顯分布要比四季胎高，大部分都集中在B、C、E這三個等級，分別占比14.29%、42.86%、39.29%。試驗用的雪地胎有一部分是廠家合作提供的，并且雪地胎都是經(jīng)過歐盟認(rèn)證的，主要銷往北歐國家。由此可以看出，盡管雪地胎從理論上講滾動阻力值應(yīng)較四季胎大，但是銷往歐洲的雪地胎的滾動阻力值比國內(nèi)市場的四季胎的滾動阻力值還小。由此，需要我們著重注意監(jiān)管國內(nèi)市場，加快國內(nèi)相關(guān)輪胎標(biāo)簽法規(guī)的盡快出臺。