商用車(chē)輪胎實(shí)際道路耗油量測(cè)試實(shí)例與探討

呂 偉，姜錫洲，李崇兵，姜 娉，孫宗濤，鞠 浩，曲家玉

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

車(chē)輛尾氣會(huì)產(chǎn)生多種造成環(huán)境污染的氣體，而二氧化碳是與道路交通運(yùn)輸業(yè)相關(guān)的溫室氣體，對(duì)環(huán)境造成不可逆的溫室效應(yīng)。2020年9月，我國(guó)明確提出2030年實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”與2060年實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)。如何減少汽車(chē)尾氣排放、降低油耗是車(chē)輛制造商長(zhǎng)期以來(lái)的研究課題[1-3]。

目前商用車(chē)輛逐漸趨向于車(chē)隊(duì)集中化、精細(xì)化管理，油價(jià)飆升等因素迫使車(chē)隊(duì)極力壓縮運(yùn)營(yíng)成本。燃油費(fèi)用作為必需支出項(xiàng)，占車(chē)隊(duì)管理費(fèi)用的35%，而商用車(chē)輪胎滾動(dòng)阻力產(chǎn)生的油耗占車(chē)輛總油耗的20%～30%[4]。

我公司多個(gè)商用車(chē)輪胎產(chǎn)品滾動(dòng)阻力系數(shù)已達(dá)到歐盟輪胎標(biāo)簽法A級(jí)要求，在低滾動(dòng)阻力技術(shù)領(lǐng)域取得了階段性成績(jī)，同時(shí)探索了商用車(chē)輪胎實(shí)際道路油耗測(cè)試，以期獲得輪胎滾動(dòng)阻力理論數(shù)據(jù)與實(shí)際油耗的關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)降低車(chē)輛油耗的目的。輪胎道路油耗測(cè)試方法大致可分為4種：（1）移動(dòng)油箱法，即測(cè)試時(shí)使用可移動(dòng)的油箱，在行駛前后稱量油箱質(zhì)量以確定耗油量；（2）使用油耗儀（見(jiàn)圖1）來(lái)標(biāo)定車(chē)輛的燃料消耗量；（3）空擋滑行距離測(cè)試，即自相同的出發(fā)點(diǎn)，沿同一路線，在相同的起始速度下脫離離合和剎車(chē)，使車(chē)輛滑行直至停止，測(cè)量車(chē)輛的滑行距離，滑行距離越長(zhǎng)，輪胎滾動(dòng)阻力越??；（4）車(chē)隊(duì)安裝節(jié)油輪胎前后自行統(tǒng)計(jì)，即將安裝低滾動(dòng)阻力輪胎車(chē)輛的油耗與其他車(chē)輛及以往該組車(chē)輛的油耗進(jìn)行比較。

圖1 油耗儀

借鑒同行業(yè)的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，本次商用車(chē)輪胎實(shí)際道路油耗測(cè)試采用車(chē)隊(duì)安裝節(jié)油輪胎前后對(duì)比的方法進(jìn)行，以模擬最真實(shí)的使用場(chǎng)景，獲取接近實(shí)際的數(shù)值。

1 測(cè)試

1.1 方案制定

1.1.1 輪胎方案

本次選取12R22.5 CST113A低滾動(dòng)阻力輪胎作為測(cè)試輪胎，與國(guó)內(nèi)某品牌12R22.5規(guī)格G輪胎進(jìn)行對(duì)比，整車(chē)共計(jì)22條輪胎，測(cè)試輪胎參數(shù)為：負(fù)荷指數(shù) 152/149，速度級(jí)別 L，層級(jí) 18，單胎負(fù)荷 3 550 kg，單胎充氣壓力 930 kPa。

1.1.2 測(cè)試車(chē)輛

為排除車(chē)輛因素影響，本次使用同一部車(chē)循環(huán)測(cè)試，測(cè)試車(chē)輛如圖2所示，車(chē)輛品牌為歐曼GTL，車(chē)型為6×4＋3，車(chē)廂參數(shù)為13.5 m×2.4 m。

圖2 測(cè)試車(chē)輛

1.1.3 測(cè)試路線

為排除頻繁剎車(chē)等主觀操作的影響，測(cè)試期間為同一駕駛員駕駛，且主要路段均為高速路況。綜合考慮路況、交通情況及測(cè)試成本，選取路線為榮成收費(fèi)站（距其3.5 km的中化加油站）至萊西收費(fèi)站，途經(jīng)榮烏高速和榮濰高速，單程約180 km，用時(shí)約2 h，往返1次作為1次有效測(cè)試，每組輪胎往返2次。測(cè)試路線如圖3所示。

圖3 測(cè)試路線

1.1.4 其他影響要素

為減小油品對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，本次均在距榮成收費(fèi)站3.5 km的中化加油站加油，且測(cè)試前將油箱中的存油排空。測(cè)試期間同一加油員使用同一加油槍?zhuān)訚M至油箱口同一位置。測(cè)試選取溫度、風(fēng)力相近的兩天進(jìn)行。測(cè)試全程關(guān)閉空調(diào)系統(tǒng)。

1.2 測(cè)試流程和設(shè)備

1.2.1 測(cè)試流程

經(jīng)過(guò)前期充分論證和準(zhǔn)備，測(cè)試共分4天開(kāi)展，測(cè)試流程如下。

第1天：輪胎安裝，包括成山CST113A輪胎和輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Tire Pressure Monitoring System，TPMS）；車(chē)貨總質(zhì)量為48 t。

第2天：安裝測(cè)試設(shè)備包括V-BOX（見(jiàn)圖4）、紅外熱成像儀（見(jiàn)圖5）、車(chē)內(nèi)噪聲測(cè)量?jī)x（見(jiàn)圖6）、風(fēng)速測(cè)量?jī)x（見(jiàn)圖7）、數(shù)顯氣壓表；第1次加滿油；按路線往返第1次，里程為S1；第2次加滿油的加油量為L(zhǎng)1，則第1次百公里耗油量＝（L1/S1）×100，以L·（100 km）-1表示；按路線往返第2次，里程為S1′；第3次加滿油的加油量為L(zhǎng)1′，則第2次百公里耗油量＝（L1′/S1′）×100，以L·（100 km）-1表示；計(jì)算平均百公里耗油量。

圖4 V-BOX

圖5 紅外熱成像儀

圖6 車(chē)內(nèi)噪聲測(cè)量?jī)x

圖7 風(fēng)速測(cè)量?jī)x

第3天：輪胎安裝，包括G輪胎和TPMS；車(chē)貨總質(zhì)量為48 t。

第4天：重復(fù)第2天流程，其中，按路線往返第1次，里程為S2，第2次加滿油的加油量為L(zhǎng)2，則第1次百公里耗油量＝（L2/S2）×100，以L·（100 km）-1表示；按路線往返第2次，里程為S2′，第3次加滿油的加油量為L(zhǎng)2′，則第2次百公里耗油量＝（L2′/S2′）×100，以L·（100 km）-1表示。

1.2.2 使用設(shè)備

輪胎安裝TPMS，通過(guò)在輪胎內(nèi)壁貼上集溫度、壓力和加速度于一體的智能傳感器，能夠完成有頻率地采集輪胎實(shí)時(shí)溫度、充氣壓力等數(shù)據(jù)，還能通過(guò)加速度完成對(duì)單胎負(fù)荷的計(jì)算，可以定位、監(jiān)測(cè)路況、里程等信息。

測(cè)試過(guò)程中使用V-BOX記錄實(shí)時(shí)車(chē)速及行駛路線，使用紅外熱成像儀測(cè)量行駛前后輪胎胎面、胎側(cè)、胎圈溫度，以驗(yàn)證輪胎局部生熱及散熱性能，使用車(chē)內(nèi)噪聲測(cè)量?jī)x進(jìn)行車(chē)內(nèi)噪聲測(cè)量，使用風(fēng)速測(cè)量?jī)x進(jìn)行風(fēng)速測(cè)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 耗油量

相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。綜合考慮天氣因素影響，測(cè)試結(jié)果均取第2次數(shù)據(jù)。從測(cè)試結(jié)果可以看出，12R22.5 CST113A低滾動(dòng)阻力輪胎的百公里耗油量較G輪胎降低4.9 L，降低比例為11.9%。

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)

2.2 滾動(dòng)阻力系數(shù)

按照ISO 28580《輪胎滾動(dòng)阻力測(cè)試方法》進(jìn)行輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)測(cè)試，CST113A輪胎和G輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)分別為4.6和6.8 N·kN-1。

綜合以上數(shù)據(jù)，可推導(dǎo)出輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)每降低10%，實(shí)際耗油量降低3.7%。該結(jié)論適用于與本次測(cè)試相同和相近的條件，包括車(chē)輛、路況、天氣狀況等。

以往類(lèi)似的研究結(jié)果表明，對(duì)于一輛在高速公路上行駛的40 t卡車(chē)來(lái)說(shuō)，滾動(dòng)阻力減小20%可以節(jié)約大約6%的燃料消耗[1]。由此可見(jiàn)，本次測(cè)試所得數(shù)據(jù)具有較高的可信度。

2.3 環(huán)境貢獻(xiàn)

假設(shè)1輛6×4＋3貨車(chē)，整車(chē)使用22條低滾動(dòng)阻力輪胎，平均百公里耗油量為36.4 L·（100 km）-1，每年行駛15萬(wàn)km，經(jīng)計(jì)算，每年可節(jié)省燃油7 350 L，年節(jié)省燃油費(fèi)為52 993元，減少二氧化碳排放量1.93 t（計(jì)算依據(jù)：根據(jù)BP中國(guó)碳排放計(jì)算器等資料——每升柴油產(chǎn)生二氧化碳2.63 kg，柴油價(jià)格按照測(cè)試當(dāng)日價(jià)格7.21元·L-1計(jì)算）。

2.4 其他數(shù)據(jù)和信息

測(cè)試過(guò)程中記錄其他技術(shù)參數(shù)及環(huán)境參數(shù)如表2所示。

表2 其他參數(shù)數(shù)據(jù)

對(duì)以上數(shù)據(jù)分析如下。

（1）充氣壓力變化。輪胎行駛1個(gè)往返后，因溫度升高，輪胎充氣壓力增大1.1～1.2 kPa。

（2）輪胎溫度。在商用車(chē)輪胎各部件對(duì)滾動(dòng)阻力的影響分布中，胎面所占比例最大，為30%～41%，且隨著輪胎規(guī)格的增大，胎面膠對(duì)滾動(dòng)阻力貢獻(xiàn)率增大[5-7]。本次測(cè)試中，CST113A輪胎胎面溫度較G輪胎低1.5 ℃，一定程度上反映了CST113A輪胎胎面膠生熱較低，胎冠散熱性較好，與測(cè)試結(jié)果保持了一致。CST113A輪胎輪輞部位溫度較G輪胎高1.2 ℃，推測(cè)與胎圈部位膠料生熱及胎圈穩(wěn)定性有關(guān)。

3 結(jié)語(yǔ)

輪胎實(shí)際道路油耗測(cè)試由于測(cè)試對(duì)象、測(cè)試條件、測(cè)試環(huán)境存在眾多不可控因素，而這些不可控因素很難甚至不可能完全消除，因此，實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)并不是一個(gè)精確值，只能在某個(gè)數(shù)值區(qū)間內(nèi)波動(dòng)。測(cè)試者所能做到的，是將可能影響測(cè)試數(shù)據(jù)的主觀因素考慮周全并盡量排除，保持客觀因素盡可能相近的情況下，無(wú)限接近真實(shí)值。

近些年，國(guó)內(nèi)汽車(chē)制造商及輪胎制造商保持高比例的研發(fā)投入，隨著技術(shù)和產(chǎn)品的多維度宣傳和推廣，國(guó)民已逐漸意識(shí)到輪胎滾動(dòng)阻力對(duì)車(chē)輛油耗的影響。本次商用車(chē)輪胎實(shí)際道路油耗測(cè)試有力地證實(shí)了使用低滾動(dòng)阻力輪胎在節(jié)油、環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，探索了道路油耗測(cè)試程序及方法，同時(shí)為低滾動(dòng)阻力輪胎產(chǎn)品的推廣提供了真實(shí)有效的數(shù)據(jù)，以期將燃油經(jīng)濟(jì)、低碳理念深入到每一位用戶心中。