低滾阻輪胎對輕型商用車輛油耗的影響

梁志鵬，黃星晨，徐洪友，郭寶光

低滾阻輪胎對輕型商用車輛油耗的影響

梁志鵬，黃星晨，徐洪友，郭寶光

（北汽福田汽車股份有限公司 工程研究總院，北京 102200）

為驗(yàn)證低滾阻輪胎對整車油耗的影響，選用某品牌的6T輕型商用樣車，裝配不同滾阻系數(shù)的輪胎（滾阻系數(shù)分別為EZ525-7.0‰、AZ630-6.0‰、AZ630-5.5‰），在裝載量為75%（即裝載4.5T）以及裝載量為滿載（即裝載6T）的不同條件下，分別進(jìn)行滑行及滑阻試驗(yàn)；滿載條件下進(jìn)行次高擋及最高擋等速油耗試驗(yàn)；最后分別在4.5T的裝載條件下進(jìn)行中國貨車行駛工況（CHTC-LT）及中國重型商用車瞬態(tài)工況（C_WTVC）油耗試驗(yàn)。通過試驗(yàn)得出采用低滾阻輪胎的試驗(yàn)樣車燃油消耗量要明顯低于高滾阻系數(shù)輪胎，進(jìn)而驗(yàn)證低滾阻輪胎可降低整車油耗。

低滾阻輪胎；滑行試驗(yàn)；滑阻試驗(yàn)；油耗試驗(yàn)；CHTC-LT工況；C_WTVC工況

在傳統(tǒng)商用車使用過程中，百公里油耗的高低一直是人們所關(guān)心的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)[1]。車輛的油耗一部分用來驅(qū)動車輛行駛，另一部分則用來克服內(nèi)部阻力。車輛在行駛過程中，會受到很多方面的阻力，例如風(fēng)的阻力、車輛內(nèi)部機(jī)械內(nèi)部之間的摩擦力等，而輪胎的滾動阻力往往都被人們忽視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車消耗所有燃油的4.2%是輪胎的滾動阻力所引起的，這個(gè)比例在高速公路行駛時(shí)會更高[2]。

本文就匹配6T輕型商用車所用型號為7.00R 16LT的輪胎，設(shè)計(jì)三種不同滾阻系數(shù)，滾阻系數(shù)分別為7.0‰、6.0‰、5.5‰；然后將三種不同滾阻的輪胎裝配于6T輕型商用樣車上，進(jìn)行滑行試驗(yàn)，通過計(jì)算可求得滑行試驗(yàn)的阻力系數(shù)；最后分別進(jìn)行滿載等速油耗試驗(yàn)、試驗(yàn)樣車在75%裝載條件下的中國貨車行駛工況（China Heavy-duty Commercial Vehicle Test Cycle for Truck, CHTC- LT）、中國重型商用車瞬態(tài)工況（China World Transient Vehicle Cycle, C_WTVC）油耗試驗(yàn)，進(jìn)而去驗(yàn)證低滾阻輪胎對油耗的影響。

1 滑行及滑阻試驗(yàn)

滑行試驗(yàn)的整個(gè)過程符合GB/T 12536—2017 汽車滑行試驗(yàn)方法的要求。

在試驗(yàn)場的性能測試道路上，采用同一車型分別裝配三種不同滾阻的輪胎進(jìn)行滑行試驗(yàn)?；袝r(shí)車輛分別按照滿載的75%以及滿載進(jìn)行裝載；滑行試驗(yàn)中，車輛的起始速度為50 km/h，記錄其滑行至0 km/h時(shí)所滑行的距離。

滑行試驗(yàn)在裝配不同滾阻系數(shù)的輪胎時(shí)，需保證滑行起始點(diǎn)相同以及整車除輪胎外，其他試驗(yàn)參數(shù)一致?；兴俣纫约盎芯嚯x數(shù)據(jù)按每隔5 km/h記錄?；性囼?yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 裝載50～0 km/h滑行距離曲線

根據(jù)滑行試驗(yàn)結(jié)果可知在不同裝載條件下，不同輪胎滾阻系數(shù)對應(yīng)的滑行距離以及滑行時(shí)間如表1所示。

表1 不同裝載、不同滾阻系數(shù)下的滑行距離及時(shí)間

裝載量輪胎滾阻系數(shù)/‰滑行距離/m滑行時(shí)間/s 裝載4.5T5.5737.6120.63 6.0624.2100.37 7.0582.690.02 裝載6T5.5858.3137.66 6.0721.0115.91 7.0639.699.37

1.1 滑行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

在滑行試驗(yàn)中，當(dāng)車輛從速度1滑行至速度2，速度變化|1-2|≤5 km/h時(shí)，可認(rèn)為在此階段的滑行為勻減速運(yùn)動[3]。通過全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System, GPS）測速儀VBOX3i測得各個(gè)勻減速段的滑行距離以及滑行速度如圖1所示。將速度由50 km/h降至0 km/h劃分為10段，第一段為50 km/h降至45 km/h，以此類推，最后一段為5 km/h降至0 km/h。根據(jù)滑行距離以及滑行速度變化可求得各個(gè)勻減速段的滑行加速度，如表2、表3所示。

通過表2、表3中的各個(gè)減速段內(nèi)的加速度大小，結(jié)合試驗(yàn)樣車的承載，可求得滑行車輛在各個(gè)減速段內(nèi)所受到的阻力大小，如圖2所示。

由圖2可知，在樣車裝載量為75%（即裝載4.5T）時(shí)，滑行車輛裝配滾阻系數(shù)為5.5‰的輪胎所受到的阻力值最小，裝配滾阻系數(shù)為7.0‰的輪胎所受到的阻力值最大；裝載量為滿載（即裝載6T）時(shí)，滑行車輛裝配滾阻系數(shù)為5.5‰的輪胎所受到的阻力值最小，裝配滾阻系數(shù)為7.0‰的輪胎所受到的阻力值最大。在上述兩種不同的加載條件下，均呈現(xiàn)出輪胎的滾阻系數(shù)越小，滑行阻力越小的趨勢。

表2 滑行試驗(yàn)中各個(gè)勻減速段內(nèi)的加速度 單位：m/s2

裝載滾阻系數(shù)第一段第二段第三段第四段第五段 裝載4.5T7.0‰-0.240 2-0.206 2-0.173 3-0.152 5-0.162 0 6.0‰-0.255 6-0.177 5-0.156 6-0.171 8-0.128 4 5.5‰-0.211 1-0.150 0-0.143 8-0.128 9-0.110 6 裝載6T7.0‰-0.226 0-0.166 3-0.155 1-0.146 1-0.144 3 6.0‰-0.198 5-0.173 0-0.138 7-0.126 1-0.118 7 5.5‰-0.158 3-0.131 3-0.128 3-0.117 4-0.111 2 裝載滾阻系數(shù)第六段第七段第八段第九段第十段 裝載4.5T7.0‰-0.130 7-0.126 0-0.124 0-0.108 8-0.095 5 6.0‰-0.123 3-0.114 6-0.111 9-0.101 2-0.086 9 5.5‰-0.104 1-0.101 1-0.093 3-0.086 4-0.078 4 裝載6T7.0‰-0.121 1-0.145 8-0.136 2-0.097 1-0.040 0 6.0‰-0.109 7-0.105 7-0.093 3-0.084 9-0.080 4 5.5‰-0.100 2-0.075 4-0.084 8-0.060 4-0.044 4

圖2 裝載時(shí)滑行阻力曲線

1.2 車輛行駛阻力計(jì)算

一般地，可將汽車在滑行過程中所受到的阻力近似為一個(gè)二次多項(xiàng)式，如式（1）所示，該二次多項(xiàng)式中的變量為車速[4]。

=++2（1）

式中，為常數(shù)項(xiàng)阻力，數(shù)值大小與速度大小無關(guān)；是一次項(xiàng)系數(shù)，表示與速度線性相關(guān)的阻力；是二次項(xiàng)系數(shù)，表示與速度平方相關(guān)的阻力。

利用origin軟件對上述試驗(yàn)所得速度以及行駛阻力進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合，便可分別求得裝載量為75%（即裝載4.5T）以及裝載量為滿載（即裝載6T）時(shí)式（1）二次多項(xiàng)式中的各項(xiàng)系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 車輛滑行阻力系數(shù)

裝載量阻力系數(shù)EZ525-7.0‰AZ630-6.0‰AZ630-5.5‰ 裝載4.5Ta521.6365.5410.7 b-1.442 41.484 3-2.864 5 c0.176 00.141 50.187 4 滿載6.0Ta628.7469.4387.6 b-0.665 82.678 03.235 5 c0.166 00.135 10.113 8

2 低滾阻輪胎對油耗影響的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證低滾阻輪胎能起到降低油耗的作用，分別從三個(gè)方面進(jìn)行試驗(yàn)，即滿載等速油耗試驗(yàn)、轉(zhuǎn)鼓油耗CHTC-LT工況試驗(yàn)、轉(zhuǎn)鼓油耗C_WTVC工況試驗(yàn)。

2.1 滿載等速油耗試驗(yàn)

在路段長度為500 m的試驗(yàn)道路上，采用等速百公里燃料消耗試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)[5]。本次試驗(yàn)分別采取次高擋（四擋）、最高擋（五擋）兩個(gè)擋位進(jìn)行油耗試驗(yàn)，四擋的車速從40 km/h開始，間隔車速為10 km/h，到80 km/h截止，共計(jì)測定5個(gè)試驗(yàn)車速；五擋的車速從50 km/h開始，間隔車速為10 km/h，到100 km/h截止，共計(jì)測定6個(gè)試驗(yàn)車速。測量結(jié)果如表4所示。

表4 不同滾阻輪胎四擋、五擋等速百公里燃料消耗量

滿載擋位車速/(km/h)EZ525-7.0‰AZ630-6.0‰AZ630-5.5‰ 四擋等速百公里燃料消耗量(L/100 km)408.147.397.34 509.698.718.27 6010.709.989.90 7012.5711.9611.68 8014.1213.7613.36 五擋等速百公里燃料消耗量(L/100 km)508.798.077.67 609.609.278.93 7010.7410.3710.05 8012.4812.1211.72 9014.4714.1513.37 10016.5216.2615.67

以目前所用滾阻系數(shù)為7.0‰的輪胎為例，由表4可知，若更換為滾阻系數(shù)為6.0‰的輪胎時(shí)，四擋等速百公里燃料消耗量平均可降低6.69%，五擋等速百公里燃料消耗量平均可降低3.62%；若更換為滾阻系數(shù)為5.5‰的輪胎時(shí)，四擋等速百公里燃料消耗量平均可降低8.88%，五擋等速百公里燃料消耗量平均可降低7.50%。因此，在車輛使用滾阻系數(shù)越低的輪胎，試驗(yàn)車輛的等速百公里燃料消耗量越小，且這一特點(diǎn)在低速時(shí)更加明顯。

2.2 轉(zhuǎn)鼓油耗CHTC-LT工況試驗(yàn)

中國重型商用車輛行駛工況（China Heavy- duty Commercial Vehicle Test Cycle, CHTC）分為6個(gè)工況，本次試驗(yàn)所采用的為貨車（車輛總重 ≤5 500 kg）的CHTC-LT工況[6]。在總質(zhì)量為4.5 T時(shí)，采用行駛工況（CHTC-LT）來測量試驗(yàn)樣車在裝配不同滾阻系數(shù)的輪胎時(shí)的油耗量。CHTC- LT工況包含：市區(qū)（第1部分309 s）、城郊（第2部分874 s）、高速（第3部分469 s）三個(gè)不同的速度區(qū)間，該工況的總時(shí)長為1 652 s，工況曲線如圖3所示。

圖3 CHTC-LT工況曲線

在CHTC-LT工況下，試驗(yàn)樣車總質(zhì)量為4.5T，分別裝配EZ525-7.0‰、AZ630-6.0‰、AZ630-5.5‰三種不同滾阻系數(shù)的輪胎，結(jié)合上述計(jì)算得出的滑行阻力系數(shù)，所得試驗(yàn)結(jié)果如表5—表7所示。

由表可知，試驗(yàn)樣車分別裝配EZ525-7.0‰、AZ630-6.0‰、AZ630-5.5‰三種不同滾阻系數(shù)輪胎進(jìn)行CHTC-LT工況試驗(yàn)，輪胎滾阻系數(shù)為5.5‰的綜合燃料消耗量最低為10.44 L/100 km，輪胎滾阻系數(shù)為7.0‰的綜合燃料消耗量最高為11.17 L/ 100 km；若將目前所使用滾阻系數(shù)為7.0‰的輪胎更換為滾阻系數(shù)為5.5‰，綜合燃料消耗量可降低6.5%，提高燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，減少了碳排放。進(jìn)一步驗(yàn)證了滾阻系數(shù)越低的輪胎，綜合燃料消耗量越低。

表5 CHTC-LT-裝配EZ525-7.0‰輪胎油耗試驗(yàn)結(jié)果

CHTC-LT工況試驗(yàn)次數(shù)燃料消耗/（L/100 km）燃料消耗均值/（L/100 km）綜合燃料消耗量/（L/100 km） 第一部分第1次14.7014.7610.45 第2次14.88 第3次14.70 第二部分第1次9.049.02 第2次8.98 第3次9.04 第三部分第1次11.2511.28 第2次11.33 第3次11.25

表6 CHTC-LT-裝配AZ630-6.0‰輪胎油耗試驗(yàn)結(jié)果

CHTC-LT工況試驗(yàn)次數(shù)燃料消耗/(L/100 km)燃料消耗均值/(L/100 km)綜合燃料消耗量/(L/100 km) 第一部分第1次16.0815.7311.17 第2次15.38 第3次15.74 第二部分第1次9.549.59 第2次9.56 第3次9.66 第三部分第1次12.1012.10 第2次12.04 第3次12.16

表7 CHTC-LT-裝配AZ630-5.5‰輪胎油耗試驗(yàn)結(jié)果

CHTC-LT工況試驗(yàn)次數(shù)燃料消耗/(L/100 km)燃料消耗均值/(L/100 km)綜合燃料消耗量/(L/100 km) 第一部分第1次15.7115.9510.44 第2次15.81 第3次16.32 第二部分第1次8.968.87 第2次8.81 第3次8.84 第三部分第1次11.4011.29 第2次11.23 第3次11.23

2.3 轉(zhuǎn)鼓油耗C_WTVC工況試驗(yàn)

C_WTVC由市區(qū)循環(huán)、公路循環(huán)以及高速循環(huán)三部分組成[7]。在裝載量為4.5T時(shí)，根據(jù)《重型商用車燃料消耗測試方法》（GB/T 27840—2021）中分類及特征里程分配比的要求，本次試驗(yàn)采用3 500 kg ≤車身總重≤5 500 kg的工況，其市區(qū)比例、公里比例以及高速比例分別為40%、40%、20%。C_WTVC工況包含：市區(qū)循環(huán)（900 s）、公路循環(huán)（468 s）、高速（432 s）三個(gè)不同的速度區(qū)間[8]，該工況的總時(shí)長為1 800 s，工況曲線如圖4所示。

圖4 重型商用車C_WTVC工況循環(huán)曲線圖

在C_WTVC工況下，試驗(yàn)樣車總質(zhì)量為4.5T，分別裝配EZ525-7.0‰、AZ630-6.0‰、AZ630-5.5‰三種不同滾阻系數(shù)的輪胎，按照市區(qū)比例、公里比例以及高速比例分別為40%、40%、20%分別進(jìn)行三次試驗(yàn)，所得試驗(yàn)結(jié)果如表8—表10所示。

表8 C_WTVC工況裝配EZ525-7.0‰輪胎油耗試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)次數(shù)工況行駛距離/m測量值/ml按分配系數(shù)計(jì)算結(jié)果/(L/100 km)綜合工況油耗/(L/100 km) 1城市部分5.805647.14.454 936 38610.744 778 09 市郊部分5.635483.887 260 841 高速部分9.151101.52.402 580 863 2城市部分5.762651.14.511 162 50910.857 637 28 市郊部分5.635562.53.983 407 087 高速部分9.1461083.52.363 067 684 3城市部分5.766654.607 346 28510.917 334 11 市郊部分5.676561.83.948 859 43 高速部分9.1041077.82.361 128 394

表9 C_WTVC工況裝配AZ630-6.0‰輪胎油耗試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)次數(shù)工況行駛距離/m測量值/ml按分配系數(shù)計(jì)算結(jié)果/(L/100 km)綜合工況油耗/(L/100 km) 1城市部分5.725624.64.369 722 20810.744 778 09 市郊部分5.618517.63.688 876 476 高速部分9.1171000.32.194 242 58 2城市部分5.734621.44.337 199 5710.857 637 28 市郊部分5.653510.23.609 475 781 高速部分9.067999.42.203 174 436 3城市部分5.753609.14.238 979 78910.917 334 11 市郊部分5.667520.63.675 245 927 高速部分9.1091 005.12.206 162 795

表10 C_WTVC工況裝配AZ630-5.5‰輪胎油耗試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)次數(shù)工況行駛距離/m測量值/ml按分配系數(shù)計(jì)算結(jié)果/(L/100 km)綜合工況油耗/(L/100 km) 1城市部分5.755631.44.399 174 87610.163 745 36 市郊部分5.649508.73.606 166 253 高速部分8.98968.72.158 404 229 2城市部分5.764641.34.453 006 41610.007 113 02 市郊部分5.642474.53.363 554 636 高速部分9.044991.12.190 551 965 3城市部分5.764608.34.223 863 7189.845 443 68 市郊部分5.642486.73.450 035 915 高速部分9.044982.52.171 544 047

由表可知，試驗(yàn)樣車分別裝配EZ525-7.0‰、AZ630-6.0‰、AZ630-5.5‰三種不同滾阻系數(shù)輪胎進(jìn)行C_WTVC工況試驗(yàn)，輪胎滾阻系數(shù)為5.5‰的綜合工況燃料消耗量最低為9.845 L/100 km，平均油耗為10.174 L/100 km；輪胎滾阻系數(shù)為6.0‰的綜合燃料消耗量最低為10.150 L/100km，平均油耗為10.174 L/100 km；輪胎滾阻系數(shù)為6.0‰的綜合燃料消耗量最低為10.150 L/100 km，平均油耗為10.840 L/100 km；若將目前所使用滾阻系數(shù)為7.0‰的輪胎更換為滾阻系數(shù)為5.5‰，綜合燃料消耗量可降低6.14%，提高燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，減少了碳排放。再次驗(yàn)證了滾阻系數(shù)越低的輪胎，綜合燃料消耗量越低。

3 結(jié)論

為了驗(yàn)證低滾阻輪胎能起到降低油耗的作用，分別從三個(gè)方面進(jìn)行試驗(yàn)，即滿載等速油耗試驗(yàn)、轉(zhuǎn)鼓油耗CHTC-LT工況試驗(yàn)、轉(zhuǎn)鼓油耗C_WTVC工況試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出以下兩點(diǎn)結(jié)論：

1）輪胎滾阻系數(shù)越低，所產(chǎn)生的綜合燃料消耗量越?。?/p>

2）輪胎滾阻系數(shù)越低，燃油消耗量低速工況下降幅更加明顯。

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Influence of Low Rolling Resistance Tires on Fuel Consumption of Light Commercial Vehicles

LIANG Zhipeng, HUANG Xingchen, XU Hongyou, GUO Baoguang

( The Engineering Research Institute of Beiqi Foton Motor Company Limited, Beijing 102200, China )

In order to verify the impact of low rolling resistance tires on the fuel consumption of the whole vehicle, a 6T light commercial prototype vehicle of a certain brand is selected and equipped with tires with different rolling resistance coefficients (rolling resistance coefficients:EZ525-7.0‰, AZ630-6.0‰, AZ630-5.5‰).Under different conditions of loading capacity of 75% (loading 4.5T) and full load (loading 6T), the sliding tests and sliding resistance tests are carried out respectively.The fuel consumption test of China heavy-duty commercial vehicle test cycle for truck (CHTC-LT) and China world transient vehicle cycle (C_WTVC) are carried out under the loading condition of4.5T respectively.Through the test, it is concluded that the fuel consumption of the test vehicle with low rolling resistance tires is significantly lower than that of high rolling resistance coefficient tires. Rolling resistance tires can reduce the fuel consumption of the whole vehicle.

Low rolling resistance tire;Sliding test;Sliding resistance test;Fuel consumption test; CHTC-LT working condition; C_WTVC working condition

U463.341；U467.3

A

1671-7988(2023)10-79-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.016

梁志鵬（1993—），男，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)檩p型商用車行駛系統(tǒng)開發(fā)，E-mail:lzp18634313785 @163.com。