绿色轮胎滚动阻力性能分析及影响因素

绿色轮胎滚动阻力性能分析及影响因素

付日辉

山东玲珑轮胎股份有限公司

山东烟台，265400

摘要：轮胎对汽车的重要性不言而喻，轮胎在滚动过程中所受到与滚动方向相反的阻力，就是轮胎的滚动阻力。滚动阻力无论对汽车的动能消耗，还是燃油损失、寿命都有着明显的影响。为此，只有减少轮胎的滚动阻力，才能进一步提高轮胎的运行性能，实现节能减排的同时，延长使用寿命。近年来，绿色轮胎广受社会关注，成为了我国轮胎发展的主要方向，绿色轮胎不仅能够保障汽车行驶安全性，还能减少滚动阻力，降低油耗和能耗，延长使用时间，无论是生产还是使用中，均符合当下的绿色理念。文章以绿色轮胎滚动阻力为核心，分别从三个方面展开了具体分析。

关键词：绿色轮胎滚动阻力；性能分析；影响因素

引言

制造业的发展为我国经济繁荣提供了基本动力，在制造业发展中，汽车工业占据着重要地位。轮胎是汽车组成中非常重要的环节，性能好坏直接关系着汽车的稳定与安全。近年来，我国汽车保有量不断增加，为了缓解能耗问题，主打安全、节能、环保的绿色轮胎受到了人们的喜爱。汽车在行驶中，自身能量会受阻力影响而产生损耗，可能有超过五分之一的能量因轮胎滚动阻力而消耗。绿色轮胎不仅能够缓解能量损耗，更能节省油耗。当前，传统轮胎已经被绿色轮胎逐渐取代，所以对绿色轮胎的性能方法也需要随之更新，并加强对绿色轮胎行驶中的滚动阻力影响因素进行分析。

1 绿色轮胎的特点

绿色轮胎能够符合可持续战略，同时符合新时期下人们的绿色生活理念，绿色轮胎与传统轮胎，无论在材质上还是设计理念上都有明显的不同，不仅能够减少轮胎的滚动阻力，还能降低能耗减少废气排放。同时，绿色轮胎在生产当中就完全符合绿色理念，在应用中更是满足了可持续发展战略、绿色轮胎的优势较为出众，例如耐磨性好、减少燃油消耗、降低滚动阻力等，相比起传统轮胎更能体现经济效益与社会效益，已经成为了人们选择轮胎产品的的首选。理论上来看，要想减少汽车的燃油消耗有多种方式，比如优化汽车动力、传动系统的设计，实现混动系统的循环利用。以及降低车身自重等。但是也必须要注意到轮胎滚动阻力给汽车产生的不良影响，在实际应用中减少轮胎滚动阻力，是一种非常理想的方法。汽车轮胎滚动阻力的存在因素主要包括轮胎胎体结构、花纹、深度、扁平率等内部因素，还包括气压、车速、载荷等外部因素，同时环境因素也会对滚动阻力造成影响。此外，汽车低阻力包含低风阻车身和低滚阻轮胎。车身风阻系数每降低10%，燃油消耗就会下降7%左右[1]。低滚阻绿色轮胎能够为整车带来5%左右的能耗下降，目前的市场普遍程度较差，但是在商用车型领域的增长比较明显。随着我国绿色产业的不断发展，以及绿色轮胎认证的进一步完善、国六严苛排放标准的实施，绿色轮胎在未来可能会快速普及。

2 绿色轮胎的滚动阻力性能分析

2.1室内试验法

室内试验法是汽车企业与科研机构所常用的一种轮胎滚动阻力性能分析方法，相比起室外，室内测试可以更快速的调整环境，得出数据的精准度也更高，从目前发展来看，室内试验法在未来可能会全面开展。室内试验法由于应用的设备与类型不同，所以会分成单转鼓试验和双转鼓试验。双转鼓应用了双辊筒的底盘测试机，为了提高试验条件的连续性，以及控制能力，应用此测试设备时还会用到反拖法，单转鼓测试法包括功率法、测力法等，在整个过程中采用的转鼓规格也存在明显不同，结果比较可靠，但是仍然会存在一些不足。由于单转鼓试验法比较统一控制，试验重复性比较理想，所以在国际试验和各大试验标准当中被采用，在未来也可能会成为常用测试法。

2.2道路试验法

首先，道路试验法能够进一步体现出轮胎使用当中各种内外部因素对滚动阻力造成的影响，例如多季节的地面温度、路况、天气、使用后的磨损等。这种测试方法也更接近轮胎的实际应用情况。传统的滚动阻力性能测试以滑行法和牵引法为主，近几年功率平衡法也比较常用。首先，在应用滑行法时，需要工作人员把汽车启动到预定速度，随后迅速分离发动机和传动系统，让汽车惯性进行滑行，直到停止。整个过程可以应用相关测量工具来记录时间。另外，牵引法就是应用装配测力的传感器拖动轮胎来进行试验，实验中所获得的滚动阻力相对较精准，不会受到其他力的影响。同时，需要注意的是，牵引法在应用先需要为轮胎热身，进行适应性测试，随后再测试滚动阻力。从当前数据来看，牵引法测试中基本会应用20、40、60与80km/h的速度进行观测。牵引法与滑行法存在一个明显的缺陷，那就是汽车测试中必须要保持被动状态，与主动状态的滚动阻力是完全不同的。最后，功率平衡法，车辆处于稳定状态时，关于驱动车轮，可以应用相关公式进行计算，Pd=Pf+Pw+Pi+Pj[2]。其中，Pd指的是汽车在行驶过程中车轮的输出功率，Pf则是汽车行驶中轮胎滚动阻力的消耗功率，Pi是汽车行驶过程中路面坡度阻力的消耗功率。Pj则是汽车行驶过程中加速时阻力的消耗功率。

3 绿色轮胎滚动阻力的影响因素

3.1轮胎表面材料的影响

轮胎表面材料的胎面胶会对滚动阻力造成较大的影响，一般来说，胎面和地面所产生的接触阻力是滚动阻力的一半，所以在对轮胎滚动阻力影响因素的分析中，胎面胶材质是必须要重视的一项内容。胎面胶一般是由油、硫化剂、填充剂，以及其他的辅助剂组成的，不同材料的胎面胶对轮胎滚动阻力所产生的的影响也有着明显差异。在对胶体系、补强体系、硫化体系进行试验后，能够得出以下三个结论。第一，在固定负荷之下，不同交替的胎面胶滚动阻力为Fbr＜Fsbr＜Fnr，但是在变形条件下，则会出现Fnr＜Fsbr＜Fbr。第二，NR、BR、SBR在生胶体系中[3]，对减少滚动阻力有着明显作用。第三，若是含油量增加，轮胎滚动阻力也会相应的呈现减小，如果在滚动阻力配方中添加炭黑用量，滚动阻力也会随着炭黑的增大而增大，但是是有限制的，会存在一个平衡点。第四，如果增加硫化体系的用量，则会相应的增大滚动阻力。

3.2速度的影响

汽车行驶速度方面，对轮胎滚动阻力的影响，总体上来看是比较复杂的，因为速度的变化可能会导致其他内在外在影响因素的变化。如果汽车在低速行驶状态下轮胎滚动阻力，基本不会受到车辆行驶速度的影响，如果汽车的行驶速度不断增大，轮胎下沉量可能会减小，损耗因子也就随之减小，所以轮胎的滚动阻力就会变小。若是轮胎处于较低速度，在滚动状态时，这两种变化基本上能够进行抵消，不会对轮胎滚动阻力产生较大影响。然而当轮胎滚动速度持续增大，并且增大到临界旋转速度时，会出现驻波现象，这种现象的产生会导致轮胎损耗因子出现跳跃式的增大，滚动阻力也会迅速变大。

3.3轮胎花纹的影响

当前，常见的几种轮胎花纹主要以平面光滑花纹、斜对角花纹、抛物线花纹和交叉花纹为主。轮胎和路面的接触，指的是轮胎胎面花纹和路面的接触，所以轮胎胎面花纹所产生的轮胎滚动阻力的影响因素是非常重要的。轮胎胎面花纹与路面的作用相对复杂，甚至还有很多问题至今没有得到一个明确的数据，所以众多学者和专家对此只进行了简单的分析。例如专家对轮胎胎面花纹的单元附着性影响做过研究，结果发现在四种胎面花纹测试中，交叉花纹对车辆轮胎滚动阻力的影响最大。

3.4气压和负荷的影响

汽车行驶过程当中，轮胎下沉是影响轮胎滚动阻力变大的一个重要因素。如果轮胎的负荷与充气压力增加，也会直接影响轮胎下沉量，因此分析轮胎下沉量的影响，也可以认为是分析轮胎气压与负荷问题的影响。具体来看，轮胎下沉量会随着轮胎的负荷变大而快速增大，轮胎滚动阻力则会随着下沉量的变大而增大。在相同负荷下，如果轮胎的充气压力短时间内进行增大，滚动阻力只会体现出减小的现象。同时，气体种类对轮胎内腔的气体温度与滚动阻力影响，主要表现在充气压力下降时，轮胎内气体温度会短时间上升，而且上升趋势明显升高，如果应用氮气进行充气，则气体温度不会出现明显变化。由此可见，在轮胎充气压力损失量的同时，滚动阻力大小基本相同，为此可以证明，轮胎滚动阻力大小会受到车辆充气压力的影响，不会受到轮胎气体充气种类的影响，但是会受到气体温度的影响。由于轮胎滚动阻力的垂直载荷相对较小，所以很难测量，对此项任务的测量精准度也较高。针对汽车轮胎滚动阻力测量可以依靠ISO、DIS、8767等国标标准，并结合相关计算方法来获得精准度最高的数据结果[4]。在对结果进行综合分析后可以得知，轮胎滚动阻力的大小会随着汽车气压的升高而变小，随着汽车载荷的增大而变大。

3.5轮胎高宽与直径比值的影响

轮胎断面高宽和轮胎与地面的接触面积有着直接关联，通常轮胎的滚动阻力会随着轮胎断面高宽的减小而变小。在国外学者的研究以后表明，轮胎滚动阻力和轮胎载荷、下沉量、印痕尺寸有着直接关联。同时，如果轮胎外圆直径相同，轮胎的滚动阻力也会体现出相同的特点，而且滚动阻力大小不会随着断面高宽的比而出现变化。在试验的同时，给出滚动阻力和速度之间的关系。如果轮胎断面高度比不出现变化，轮胎直径出现改变，则测试不同速度的轮胎滚动阻力。

结语

总之，我国绿色轮胎性能的提升空间较大，绿色轮胎不仅能够减少汽车行驶中能源的消耗，还能降低轮胎的滚动阻力，在我国有着光明的发展前景。因此，在绿色轮胎滚动阻力的性能分析与影响因素分析中需要注意轮胎表面材料的影响花纹的影响，以及气压负荷的影响进行判断，才能推动我国绿色轮胎的普及。

参考文献

[1]包崇美. 绿色轮胎滚动阻力性能分析及影响因素研究[D]. 吉林:吉林大学,2020.

[2]孙砚田. 轮胎滚动阻力分析及其性能优化方法研究[D]. 江苏:江苏大学,2016.

[3]王检. 绿色轮胎胎面胶SiO2/SSBR/BR复合材料的结构与性能研究[D]. 北京:北京化工大学,2018.

[4]张春颖. 低滚动阻力轮胎的研制[D]. 山东:中国石油大学(华东),2018.