皮卡商用车轮胎低滚阻优化设计

邱勇滔

摘 要：轮胎作为车辆与地面接触的元件，轮胎的状态可以表现出整车的性能变化，轮胎对汽车动力性、操纵稳定性、整车舒适性和燃油经济性均有关系。其中，轮胎对燃油经济性的影响主要体现在轮胎的滚阻系数，降低轮胎滚阻系数主要从两个方面出发，一是轮胎胎面配方（主）；二是轮胎的轻量化（次）；对各主机厂轮胎开发有着重要意义。

关键词：低滚阻轮胎；燃油经济性；轻量化；胎面配方.

Optimal design of low roll resistance of commercial pickup truck tire

Yongtao Qiu

（Product Development Technology Center, Jiangxi Isuzu Automobile Co., Ltd., Nanchang 330100, China）

Abstract: The tire as a vehicle and the ground contact components, the state of the tire can show the performance of the vehicle changes, the tire on the vehicle power performance, handling stability, vehicle comfort and fuel economy are related. Among them, the influence of tires on fuel economy is mainly reflected in the rolling resistance coefficient of tires, which is mainly reduced from two aspects: one is the tread formula (main); The second is the light weight of the tire (second); It is of great significance to the tire development of OEMs.

Key words: low roll resistance tire; Fuel economy; Lightweight; Tread formula.

1. 前言

随着国内汽车保有量的快速增加，汽车带来的能源、环境问题逐渐凸显。为了解决能源和环境问题，为推动和促进汽车节能技术发展、提高汽车燃料经济性水平，政府制定了分阶段的油耗和排放法规，以引导汽车产业技术的进步和销量结构的改善。2016年12月27日环境保护部、国家质检总局联合发布《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》即轻型车“国六”标准，标准设置国六a和国六b两个排放限值方案，分别于2020年和2023年实施。随着国家绿色环保政策的推出，人们越来越关注车辆的燃油经济性，车企对轮胎滚阻的要求也越来越高，而开发低滚阻的轮胎是我们降低整车油耗的有效手段。

2. 滚 动阻力产生的机理

滚动阻力定义为轮胎行驶单位距离后的能量消

耗；从根本上来说是负载情况下轮胎滚动^【1】。

滚动阻力的三种机理：

1. 轮胎在滚动过程中的变形；

2. 轮胎滚动的空气阻力；

3. 轮胎胎面与路面之间的微

滑移以及胎圈与轮辋之间的微滑移。

图1. 滚动阻力的影响因素

其中，机理①占滚动阻力的80%～95%，轮胎接触地面时产生三种主要变形：

Ⅰ：胎冠、胎侧和胎圈的弯曲变形；

Ⅱ：胎面的压缩变形；

Ⅲ：胎面和胎侧的剪切变形。

3. 轮 胎滚阻的影响因素

3.1充气压力的影响：

充气压力增大，滚动阻力和滚阻系数均下降。

实验表明，商用车轮胎当气压下降0.3bar时

（相对于额定气压），滚动阻力上升6%，当气压

下降1bar，滚动阻力上升30%^【2】。

3.2载荷的影响：

载荷增加，滚动阻力上升，单滚阻系数微幅下降。

图2. 充气压力与滚动阻力关系

图3. 载荷与滚动阻力关系

3.3环境温度的影响：

在轮胎的正常工作范围内，

由周期变形引起的能量耗散随

着温度的升高而减小，因此滚

动阻力减小。

滚动阻力与温度之间具有

非线性关系，然而，在10℃～

40℃范围内，温度每变化1℃，

滚动阻力变化0.6%^【1】。

图4. 温度与滚动阻力的关系

3 .4路面粗糙度的影响：

试验表明路面粗糙度增加，

滚动阻力有一定比例增加，主

要是路面粗糙使胎面局部变形更大^【1】。

4. 关键技术

图5 滚动时间与滚动阻力的关系

4.1.低滚阻胎面配方及轻量化的设计优化

通过优化轮胎内部结构及胎面配方可以满足轮胎轻量化及降低轮胎滚动阻力的要求，同时考虑轮胎开发经验，主要通过以下几个方面进行优化：

1. 胎面配方：在配方中使用更高成分的白炭黑配比，在降低滚阻的同时，还可以提高轮胎的湿地性能。

2. 带束层钢丝材料：使用单体强度更高，重量更轻的钢丝材料^【5】。

3. 带束层钢丝角度：调整钢丝角度，改善胎面刚性，增加操控性能同时降低滚阻。

4. 胎侧配方：使用低滚阻胎侧配方，降低整体滚阻水平。

5. 胎侧口型：优化胎侧口型形状，改善胎侧变形曲挠处应力的分布状态，降低变形带来的能量耗散^【4】。

6. 胎面基部结构：增加胎面基部胶，可适当降低滚阻的同时提升轮胎的舒适性^【3】。

7. 成型工艺：采用一次法成型工艺，自动化程度高，品质更稳定。

通过以上七个方面出发，不仅可以完成降低轮胎滚阻的目标，对于轮胎的抓地力、操纵稳定性及舒适性性能均有所提升，其中其中①②④对轮胎滚阻的影响约为85%～90%,③⑤⑥⑦对轮胎滚阻的影响约为10%～15%，本课题主要考虑①②④方面对轮胎滚阻的影响，并进行实际验证，如下是优化①②④后方案M-1与原车Contrel Tire轮胎滚阻测试结果对比分析：

表1 轮胎滚动阻力测试结果汇总表

根据试验测试结果可知，其中红色虚线代表原车轮胎滚阻测试结果，黑色实线代表优化后方案轮胎滚阻测试结果，由滚阻速度-曲线可知，采用低滚阻轮胎胎面配方及优化轮胎内部结构后，经换算可得，轮胎在80Km/h满载工况下滚阻系数由6.86‰减小至6.27‰，轮胎滚阻降低8.6%，整车MT车型在五档80Km/h工况下百公里油耗由5.10降小至4.93，节油率约为2.6%。

轮胎主要构成为橡胶材料，来源于石油化工产品。轻量化代表适用橡胶材料减少,减少材料消耗。汽车通过轮胎提供驱动力，低滚阻轮胎行驶过程中生热低，可以有效减少动能损耗，减少因摩擦损失的动力。该设计优化可以有效降低车身重量，能耗更低等优势。

5.总结

从理论分析研究降低轮胎滚阻影响因素出发，到做样试验轮胎滚阻实际表现，可以得出结论：试验表明，在胎面配方中使用更高成分的白炭黑配比，优化带束层钢丝材料（使用强度更高、重量更轻的钢丝材料）及优化胎侧配方这三个方面，使得轮胎的滚动阻力降低，满足整车目标要求。

新能源危机和环境污染是当今世界各国面临的重大问题，轮胎滚动阻力作为影响汽车燃油消耗、尾气排放和行驶安全性等的性能指标受到人们关注。基于发展我国轮胎产业、节约能源和环境保护的观点，研究开发轮胎滚动阻力具有现实意义、经济意义和社会意义。

参考文献：

[1]轮胎滚动阻力影响因素及测试方法[J].何燕,张忠富.轮胎工业.2004(04)

[2]汽车理论[M].机械工业出版社,余志生,2009

[3] Rolling loss of pneumatic high-way tire in the eighties. Schuring D J,Futamura S. Rubber Chemistry and Technology . 1990

[4] Effects of time and temperature on the reaction of tespt silane coupling agent during mixing with silica filler and tire rubber. Reuvekamp, L.A.E.M,Ten Brinke, J.W,Van Swaaij, P.J,Noordermeer, J.W.M. Rubber Chemistry and Technology . 2002

[5]白炭黑改性剂对溶聚丁苯橡胶性能的影响[J]. 邵光谱,丁乃秀,彭迁迁,刘天孟,刘光烨.橡胶工业. 2019(01)

个人简介：邱勇滔，1996年1月，男，汉，江西省南昌市人，本科学历，初级工程师，研究方向：汽车应用工程.