乘用車輪胎滾動(dòng)阻力對(duì)整車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性影響的研究

付紅飛

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乘用車輪胎滾動(dòng)阻力對(duì)整車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性影響的研究

付紅飛

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241006）

該文從理論上對(duì)汽車滾動(dòng)阻力對(duì)整車油耗的影響進(jìn)行了分析，并運(yùn)用整車CAE分析和試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，指出了采用低滾阻輪胎能有效的降低整車油耗，并大力提倡各主機(jī)廠采用低滾阻輪胎，有利于汽車行業(yè)的節(jié)能減排，對(duì)中國(guó)汽車行業(yè)第三階段油耗限值和企業(yè)平均油耗目標(biāo)達(dá)成有較大幫助。

滾動(dòng)阻力；低滾阻輪胎；動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性；第三階段油耗限值

1 研究背景

以下圖1是2008-2017年的中國(guó)汽車銷量對(duì)比圖。2008年，中國(guó)的汽車銷量是938萬(wàn)臺(tái)，到2017年增長(zhǎng)為2888萬(wàn)，是世界第一大汽車消費(fèi)市場(chǎng)。我國(guó)從2010年開始就打破了被稱做“車輪上的國(guó)家”美國(guó)之前創(chuàng)下的1700萬(wàn)輛的銷售紀(jì)錄，穩(wěn)居全球產(chǎn)銷第一，中國(guó)汽車銷量正以超過業(yè)界預(yù)期的高速增長(zhǎng)著。

但與此同時(shí)，我國(guó)汽車行業(yè)的發(fā)展也面臨著新的挑戰(zhàn)。首先我國(guó)能源消耗猛增，原油進(jìn)口對(duì)外依存度越來越高（如圖2 中國(guó)原油進(jìn)口量歷年數(shù)據(jù)）。其次汽車排放污染的壓力也日益嚴(yán)重，因此降低汽車整車油耗，減少排放污染勢(shì)在必行，且形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。

圖1 中國(guó)2008-2017年汽車產(chǎn)銷量數(shù)據(jù)

根據(jù)國(guó)家已實(shí)施的《乘用車燃料消耗量限值》第三階段限值，2020年全國(guó)乘用車企業(yè)平均燃油消耗量目標(biāo)將降至5L/100km，此油耗目標(biāo)對(duì)各大車企降油耗的開發(fā)工作帶來極大的挑戰(zhàn)，特別是當(dāng)前大排量SUV熱銷的市場(chǎng)環(huán)境，油耗的壓力顯得格外明顯。第三階段限值標(biāo)準(zhǔn)沿用以整車整備質(zhì)量作為基準(zhǔn)參數(shù)的單車燃料消耗量評(píng)價(jià)體系，同時(shí)引入“企業(yè)平均燃料消耗量目標(biāo)值”的概念，將企業(yè)作為評(píng)價(jià)對(duì)象。比較起來，企業(yè)平均燃料消耗限值短期內(nèi)執(zhí)行比較寬松，而單車燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)嚴(yán)格。相比第二階段消耗量標(biāo)準(zhǔn)，即將公布的第三階段消耗限值下降20%，其中大排量汽車限值下降30%。因此汽車廠家特別是國(guó)內(nèi)自主研發(fā)企業(yè)面臨很大的升級(jí)壓力。為了降低整車油耗，本文從整車油耗影響因子分析中，我們重點(diǎn)從輪胎滾動(dòng)阻力對(duì)乘用車燃油消耗量的影響上進(jìn)行簡(jiǎn)要研究分析，以便對(duì)各主機(jī)廠的降油耗工作提供分析依據(jù)和必要幫助。

圖2 中國(guó)原油進(jìn)口量歷年數(shù)據(jù)

2 輪胎滾動(dòng)阻力對(duì)乘用車燃油消耗量的影響

如何降低乘用車燃油消耗量？以下理論分析可看出，降低輪胎滾動(dòng)阻力對(duì)降低整車燃油消耗有應(yīng)該有幫助。

根據(jù)汽車的力學(xué)平衡方程：

和汽車功率平衡方程：

從式（1）和式（2）中可以看出，汽車在平坦路面上主要的行駛阻力為汽車滾動(dòng)阻力和風(fēng)阻，這兩部分的力所做的功是無用功，有效減少這兩種阻力能夠改善車輛的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。為研究汽車滾動(dòng)阻力對(duì)車輛燃油經(jīng)濟(jì)性的影響程度，我們利用整車CAE分析常用的CRUISE軟件進(jìn)行了模擬計(jì)算，并通過整車性能試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。

3 理論計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)汽車在平坦路面的力的平衡方程：

其中公式右邊為汽車行駛阻力，在汽車試驗(yàn)過程中通常按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用道路滑行試驗(yàn)測(cè)量計(jì)算所得。下圖3為幾種車型實(shí)測(cè)滑行阻力曲線：

圖3 三種同類型的乘用車滑行阻力曲線

由圖可看出三車型滑行阻力Ft=Ff+Fw的關(guān)系為：A車型＞B車型＞C車型，如果三車型發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱輪胎等型號(hào)與布置完全一樣，C車型的油耗應(yīng)該是最低的。為了進(jìn)一步研究三款車型油耗的差異關(guān)系及影響，我們把A車型用其自身的整車滑行阻力曲線和直接采用B車型、C車型的滑行阻力曲線在CRUISE軟件進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果如下表1：

表1 三種滑行阻力曲線對(duì)動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性的影響CAE

由表1中可看出：如果該車型滑行阻力控制在車型C的水平，整車油耗可節(jié)約0.8L/100km，節(jié)油比例達(dá)到10%，降油耗相當(dāng)明顯。當(dāng)然滑行阻力中包含了整車風(fēng)阻的影響。為進(jìn)一步分析車輛滾動(dòng)阻力的影響，我們對(duì)車型A進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)，實(shí)測(cè)車輛的風(fēng)阻系數(shù)，然后結(jié)合公式進(jìn)行分析與計(jì)算，結(jié)果如圖4。

由圖4可見：車輛的滾動(dòng)阻力比整車風(fēng)阻對(duì)車輛的行駛阻力的貢獻(xiàn)大，低速時(shí)滾動(dòng)阻力貢獻(xiàn)大，只有隨著車輛的行駛速度到100km/h以上時(shí)，即高速公路行駛時(shí)風(fēng)阻的影響才超過滾動(dòng)阻力的影響。

圖4 車型A的滑行阻力分布圖

為了進(jìn)一步驗(yàn)證低滾阻輪胎對(duì)整車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性的影響，我們選擇了三種不同滾動(dòng)阻力的輪胎在某車型上做了對(duì)比試驗(yàn)。幾種輪胎的滑行阻力曲線對(duì)比如下：

圖5 三種不同滾阻輪胎裝在同一車型上試驗(yàn)滑行阻力曲線

動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)結(jié)果如下：

表2

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出：在三種輪胎中，普通輪胎滾動(dòng)阻力最大，油耗最高；低滾阻輪胎2次之，比普通輪胎省油0.34L/100km，節(jié)油4.4%；低滾阻輪胎1的滾動(dòng)阻力最小，油耗最省，比普通輪胎要省油0.49L/100km，節(jié)油6.3%。采用低滾阻輪胎在降低油耗的同時(shí)，整車的動(dòng)力性還有所改善。

以下圖6是中國(guó)某自主品牌乘用車廠研究的輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)對(duì)整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性影響趨勢(shì)圖，從圖中可以得出：

（1）整車百公里加速時(shí)間（單位：s）：隨著輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)的增加，百公里加速時(shí)間也有所增加，增加的幅度為0.08-0.12s/10%；

（2）整車NEDC工況下的百公里綜合油耗（L/100km）：隨著輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)的增加對(duì)綜合油耗的影響幅度為0.12 -0.15L/100km/10%。

圖6 輪胎滾動(dòng)阻力對(duì)整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性影響幅度分析

4 結(jié)論

從以上研究結(jié)果可看出，輪胎的滾動(dòng)阻力對(duì)整車的燃油消耗量有較大的影響，采用低滾阻系數(shù)的輪胎，能降低整車油耗0.34~0.49L/100km，節(jié)油4%~6.3%。按照中國(guó)私家車使用習(xí)慣，平均一年行駛約2萬(wàn)公里來計(jì)算，一年可節(jié)油68L~ 98L，節(jié)約油費(fèi)492元至709元（按照2011年92號(hào)汽油平均價(jià)7.24元/升計(jì)算）。根據(jù)低滾阻輪胎的成本計(jì)算，每條輪胎比普通輪胎貴50元計(jì)算，單車成本增加200元，半年即可收回成本，且隨著低滾阻輪胎的應(yīng)用率提高，成本會(huì)越來越低，效益會(huì)更加明顯。如果按2010年全國(guó)乘用車保有量21743萬(wàn)輛計(jì)算，按每輛車平均行駛2萬(wàn)公里，每輛車換低滾阻輪胎節(jié)油0.4L/100km計(jì)算，每年可節(jié)約燃油1284萬(wàn)噸，數(shù)字相當(dāng)可觀，既達(dá)到了燃油經(jīng)濟(jì)性的目的，又給社會(huì)環(huán)境優(yōu)化和節(jié)能減排做出巨大貢獻(xiàn)。

[1] 余志生.汽車?yán)碚?機(jī)械出版社,2000.10.

[2] 劉琦,陳強(qiáng),楊建園.輪胎滾動(dòng)阻力對(duì)整車燃油經(jīng)濟(jì)性的影響,汽車零部件,2011.8.

[3] 孫占先,劉超,孫向馨,李文久.汽車輪胎滾動(dòng)阻力與燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系,公路與汽運(yùn),2009.5.

[4] GB 18352.3-2005.輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)Ⅲ、Ⅳ階段).

[5] Europe: 70/220/EC.on the approximation of the laws of the Member States relating to measures to be taken against air pollution by emiss -ions from motor vehicles.

Study on the Effect of Rolling Resistance of Passenger Wheel Tyre on vehicleperformance & economy

Fu Hongfei

（Chery Auto Co., LTD., Anhui Wuhu 241006 )

This paper theoretically analyses the influence of rolling resistance on vehicle fuel consumption, and verifies it by CAE analysis and test. It points out that low rolling resistance tyres can effectively reduce vehicle fuel consumption. It also strongly advocates that low rolling resistance tyres should be used in main engine factories, which is conducive to energy saving and emission reduction in the automotive industry. It is also conducive to the third stage fuel consumption limit of China's automotive industry and the average fuel consumption of enterprises. It is helpful to achieve the goal of consumption.

Rolling Resistance;Low Rolling Resistance Tire; Performance & Economy; The Tthird Stage Fuel Consumption Limit

U467

A

1671-7988(2019)09-115-03

U467

A

1671-7988(2019)09-115-03

付紅飛，助理工程師，項(xiàng)目管理部項(xiàng)目總監(jiān)，就職于奇瑞汽車股份有限公司產(chǎn)品開發(fā)管理中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.038