轮胎滚阻与油耗基本知识探讨课件

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1、1二、影响因素二、影响因素1.轮胎断面高宽比轮胎断面高宽比2.轮辋直径轮辋直径3.轮胎材料轮胎材料4.气压和负荷气压和负荷一、一、滚动阻力滚动阻力2一、滚动阻力一、滚动阻力1.车辆在行驶过程中的油耗主要损失在为克服各种阻力而做的功上。车辆在行驶过程中的油耗主要损失在为克服各种阻力而做的功上。3滚动阻力（续）滚动阻力（续）2.轮胎的滚动阻力是怎么产生的呢？轮胎的滚动阻力是怎么产生的呢？轮胎形变轮胎形变-（橡胶弹性体）（橡胶弹性体）-能量损失，占滚动阻力能量损失，占滚动阻力90%95%。减少轮胎滚动阻力的同时，保证了轮胎应有的抓地性.轮胎每减少滚动阻力轮胎每减少滚动阻力20%30%，即可省油，即可

2、省油6%8%4二、影响因素二、影响因素1 轮胎断面高宽比轮胎断面高宽比 轮胎滚动阻力随轮胎断面高宽比的减小而减小 不同系列(70,65)185/*R14 在低速状态下在低速状态下,两个系列轮胎的滚动阻力相差较大两个系列轮胎的滚动阻力相差较大,随着速度的增大随着速度的增大,这种差别这种差别逐渐减小逐渐减小,速度从速度从50km/h 增大到增大到120km/h 时时,两者之间的差从两者之间的差从41%减小到减小到22%.52 轮辋直径轮辋直径相同断面宽和高宽比轮胎185/60R*轮辋直径增大轮辋直径增大1 inch,轮胎的滚动阻力降低约轮胎的滚动阻力降低约16%,随着速度的增大随着速度的增大,这种

3、差这种差别变化很小。别变化很小。轮辋直径增大后轮辋直径增大后,在相同的垂直负荷下在相同的垂直负荷下,轮胎的变形相对减小轮胎的变形相对减小,降低了轮胎滚降低了轮胎滚动过程中产生的滞后损失动过程中产生的滞后损失,从而使轮胎滚动阻力降低。从而使轮胎滚动阻力降低。63 轮胎材料轮胎材料3.1 胎体材料试验测定当速度为试验测定当速度为80km/h80km/h时时,普通聚酯单层、普通聚酯单层、DSP DSP 聚酯和芳纶为胎体材料的聚酯和芳纶为胎体材料的165/70R13 165/70R13 轮胎的滚动阻力分别为轮胎的滚动阻力分别为68,65 68,65 和和45N 45N。3.2 带束层材料3.3 胎面材

4、料主要的受力部件主要的受力部件,它承受充气压力所产生应它承受充气压力所产生应力的力的60%60%70%70%。胶种和炭黑品种对胎面胶的滚动阻力起决胶种和炭黑品种对胎面胶的滚动阻力起决定作用定作用。近几十年来。近几十年来,白炭黑已被广泛应白炭黑已被广泛应用于胎面胶中以降低轮胎的滚动阻力用于胎面胶中以降低轮胎的滚动阻力,但但是是白炭黑的应用必须配合硅烷偶联剂白炭黑的应用必须配合硅烷偶联剂,才才能够在保证轮胎能够在保证轮胎耐磨性和湿滑路面上的牵耐磨性和湿滑路面上的牵引力不变引力不变的前提下的前提下,降低轮胎的滚动阻力。降低轮胎的滚动阻力。轮胎胎面胶材料的选用对轮胎的轮胎胎面胶材料的选用对轮胎的滚动阻

5、力影响较大滚动阻力影响较大,一般情况下由一般情况下由胎面产生的滚动阻力占轮胎滚动胎面产生的滚动阻力占轮胎滚动阻力的阻力的49%49%。74 气压和负荷气压和负荷 试验测定当充气压力为试验测定当充气压力为175,280 175,280 和和350kPa 350kPa 时时,205/60R15,205/60R15 二层聚酯帘线胎体轿车子二层聚酯帘线胎体轿车子午线轮胎在午线轮胎在80km/h 80km/h 速度下的滚动阻力分别为速度下的滚动阻力分别为56.3,53.2 56.3,53.2 和和47.1N 47.1N。由此可见。由此可见,随着充随着充气压力的增大气压力的增大,轮胎的滚动阻力降低轮胎的滚

6、动阻力降低。4.1 气压4.2 负荷 试验测定当负荷为试验测定当负荷为2822.4,4723.6 2822.4,4723.6 和和5360.6N 5360.6N 时时,205/60R15,205/60R15 轮胎在轮胎在80km/h80km/h速度下速度下的滚动阻力分别为的滚动阻力分别为33.2,53.2 33.2,53.2 和和51.0N51.0N。由此可见。由此可见,在一定的负荷范围内在一定的负荷范围内,轮胎滚动阻力随轮胎滚动阻力随负荷的增大而增大负荷的增大而增大,当达到一定的负荷后当达到一定的负荷后,负荷增大负荷增大,滚动阻力基本保持不变。滚动阻力基本保持不变。8小结：小结：以上分析表明

7、以上分析表明,轿车子午线轮胎的滚动阻力受多方面因素的影响轿车子午线轮胎的滚动阻力受多方面因素的影响,但起决定作但起决定作用的是由于轮胎变形产生的滞后损失以及所用材料本身的滞后损失。因此用的是由于轮胎变形产生的滞后损失以及所用材料本身的滞后损失。因此,要降要降低轮胎的滚动阻力低轮胎的滚动阻力,必须减小轮胎的变形必须减小轮胎的变形.滚阻力滚阻力断面高宽比的减小断面高宽比的减小S2SBRS2SBR和白炭黑等和白炭黑等滞后损失小的材料滞后损失小的材料 高模量的材料作带束层高模量的材料作带束层轮辋直径的增大轮辋直径的增大9谢谢！谢谢！10根据专业测试，当汽车以根据专业测试，当汽车以100 km/h的车速

8、匀速行驶时，主要会受到空气的车速匀速行驶时，主要会受到空气阻力、汽车内部部件之间的摩擦力以及轮胎的滚动阻力这三种阻力的影响阻力、汽车内部部件之间的摩擦力以及轮胎的滚动阻力这三种阻力的影响。三者分别占到全部阻力的。三者分别占到全部阻力的60%、15%和和25%。对汽车来说，全车对汽车来说，全车25%的油耗用在克服轮胎的滚动阻力上，为了减少这部的油耗用在克服轮胎的滚动阻力上，为了减少这部分阻力，分阻力，各大轮胎品牌改良了各大轮胎品牌改良了轮胎花纹轮胎花纹及及采用特殊橡胶轮胎采用特殊橡胶轮胎及及辐射状非辐射状非对称花纹轮胎对称花纹轮胎以及以及结构轮胎的优化结构轮胎的优化（接地面积越大，滚动阻力越大，

9、克服（接地面积越大，滚动阻力越大，克服阻力所消耗的能量越多），在减少轮胎滚动阻力的同时，保证了轮胎应有阻力所消耗的能量越多），在减少轮胎滚动阻力的同时，保证了轮胎应有的抓地性，有关机构测试表明轮胎每减少滚动阻力的抓地性，有关机构测试表明轮胎每减少滚动阻力20%30%，即可省油，即可省油6%8%。11首先要明确的是，一切节省油耗的措施，都是在保证车辆安全行驶的前提首先要明确的是，一切节省油耗的措施，都是在保证车辆安全行驶的前提下采取的，尤其是在选择轮胎方面。要想弄明白轮胎耗油的原因，首先要下采取的，尤其是在选择轮胎方面。要想弄明白轮胎耗油的原因，首先要了解轮胎的滚动阻力。了解轮胎的滚动阻力。轮胎

10、的滚动阻力是怎么产生的呢？当车辆行驶时，轮胎受汽车负载会变形轮胎的滚动阻力是怎么产生的呢？当车辆行驶时，轮胎受汽车负载会变形。轮胎本是是橡胶体，具有粘弹特性的，所以当轮胎因运动而变形回位时。轮胎本是是橡胶体，具有粘弹特性的，所以当轮胎因运动而变形回位时，这种类型的材料会损失部分能量并转化为热能。轮胎因运动而变形，不，这种类型的材料会损失部分能量并转化为热能。轮胎因运动而变形，不断造成能量损失，这就是产生轮胎滚动阻力的主要原因，大约占到轮胎全断造成能量损失，这就是产生轮胎滚动阻力的主要原因，大约占到轮胎全部滚动阻力的部滚动阻力的90%95%。很明显，只要降低了轮胎的滚动阻力，整个汽车受到的阻力就

11、会下降，由很明显，只要降低了轮胎的滚动阻力，整个汽车受到的阻力就会下降，由此就可达到降低油耗的目的。怎样才能做到既减少轮胎的滚动阻力，又不此就可达到降低油耗的目的。怎样才能做到既减少轮胎的滚动阻力，又不影响轮胎的抓地性能呢？影响轮胎的抓地性能呢？一般来讲，整车厂商在设计生产一款车型前，都会做大量的实验，为车辆一般来讲，整车厂商在设计生产一款车型前，都会做大量的实验，为车辆匹配不同的轮胎，使其达到比较经济省油的状况。因此，原车配套的轮胎匹配不同的轮胎，使其达到比较经济省油的状况。因此，原车配套的轮胎应该是比较省油的，最好不要轻易更换。但是由于批量生产的缘故，整车应该是比较省油的，最好不要轻易更换

12、。但是由于批量生产的缘故，整车生产商很难将性能最好或最节省燃油的轮胎配套在量产的车型上，因此，生产商很难将性能最好或最节省燃油的轮胎配套在量产的车型上，因此，为了进一步得到较低的油耗，您可以选择一些较先进的节能轮胎。为了进一步得到较低的油耗，您可以选择一些较先进的节能轮胎。121 1 轿车子午线轮胎滚动阻力的测试轿车子午线轮胎滚动阻力的测试本试验轮胎的滚动阻力在美国生产的本试验轮胎的滚动阻力在美国生产的TTM3 TTM3 型转鼓试验机上测试型转鼓试验机上测试,试验方法试验方法参照国际标准参照国际标准ISO/DIS8768 ISO/DIS8768 中的规定。滚动阻力可以通过中的规定。滚动阻力可以

13、通过4 4 种方法测试并种方法测试并计算计算,本试验采用测力法本试验采用测力法,其计算公式如下其计算公式如下:F Fr r=F=Ft t(1 1+R+Rt t/R)/R)式中式中F Fr r 轮胎的滚动阻力轮胎的滚动阻力,N;,N;F Ft t 传感器力值传感器力值,N;,N;R Rr r 稳态下的轮胎滚动半径稳态下的轮胎滚动半径,m;,m;R R 试验转鼓半径试验转鼓半径,m,m。从上述公式可以看出从上述公式可以看出,只要测出传感器上只要测出传感器上的力就可以计算出轮胎的滚动阻力。的力就可以计算出轮胎的滚动阻力。131.这主要是由于轮胎断面高宽比越大这主要是由于轮胎断面高宽比越大,轮胎变形越

14、大轮胎变形越大,而在高速旋转状而在高速旋转状态下态下,离心力的作用抵消了垂直负荷作用使轮胎结构上产生的部分离心力的作用抵消了垂直负荷作用使轮胎结构上产生的部分变形变形,从而减小了轮胎所用材料中形成的滞后损失从而减小了轮胎所用材料中形成的滞后损失,降低了轮胎的滚降低了轮胎的滚动阻力。因此动阻力。因此,随着速度的增大随着速度的增大,两者的差别减小。两者的差别减小。2.这是由于轮辋直径增大后这是由于轮辋直径增大后,在相同的垂直负荷下在相同的垂直负荷下,轮胎的变形相对减轮胎的变形相对减小小,降低了轮胎滚动过程中产生的滞后损失降低了轮胎滚动过程中产生的滞后损失,从而使轮胎滚动阻力降从而使轮胎滚动阻力降低

15、。低。3.*4.这是由于充气压力的增大这是由于充气压力的增大,实际上增大了轮胎本身的刚度实际上增大了轮胎本身的刚度,在轮胎的在轮胎的滚动过程中滚动过程中,其整体变形减小其整体变形减小,由此产生的滞后损失减小由此产生的滞后损失减小,从而降低了从而降低了轮胎的滚动力。轮胎的滚动力。142 23 3 轮胎材料轮胎材料2 23 31 1 胎体帘线胎体帘线在国内外轿车子午线轮胎设计和生产中在国内外轿车子午线轮胎设计和生产中,胎体帘线采用较多的为尼龙和聚酯帘线。在胎体帘线采用较多的为尼龙和聚酯帘线。在20 世纪世纪70 年代以及年代以及80 年代初期年代初期,人造丝也曾被广泛应用于轿车子午线轮胎。但是人造

16、丝的生产对环境污人造丝也曾被广泛应用于轿车子午线轮胎。但是人造丝的生产对环境污染较严重染较严重,随着人们对环保要求的提高随着人们对环保要求的提高,在在80 年代中期年代中期,轮胎工业中已很少使用人造丝轮胎工业中已很少使用人造丝,而聚酯帘而聚酯帘线尤其是高模量、低收缩聚酯帘线线尤其是高模量、低收缩聚酯帘线(DSP),因其强度大因其强度大,高温下变形小高温下变形小,滞后损失明显低于普通帘滞后损失明显低于普通帘线线,因此越来越多地应用于轮胎工业。为了进一步降低轮胎的滚动阻力因此越来越多地应用于轮胎工业。为了进一步降低轮胎的滚动阻力,人们还将玻璃纤维或芳人们还将玻璃纤维或芳纶用于胎体或带束层。纶用于胎

17、体或带束层。由此可见由此可见,同一规格的轮胎使用不同的胎体材料同一规格的轮胎使用不同的胎体材料,其滚动阻力有明显差异。芳纶帘线制成的轮胎其滚动阻力有明显差异。芳纶帘线制成的轮胎滚动阻力最低滚动阻力最低,DSP 聚酯帘线的轮胎滚动阻力介于芳纶帘线轮胎和普通聚酯帘线轮胎之间。这主聚酯帘线的轮胎滚动阻力介于芳纶帘线轮胎和普通聚酯帘线轮胎之间。这主要是由于芳纶帘线的强度比聚酯帘线高要是由于芳纶帘线的强度比聚酯帘线高,在使用过程中轮胎的变形小在使用过程中轮胎的变形小,产生的滞后损失小产生的滞后损失小;另一方另一方面面,由于使用了芳纶帘线由于使用了芳纶帘线,轮胎的质量减小轮胎的质量减小,也有利于降低轮胎的

18、滚也有利于降低轮胎的滚2 23 32 2 带束层帘线带束层帘线在子午线轮胎中在子午线轮胎中,带束层是主要的受力部件带束层是主要的受力部件,它承受充气压力所产生应力的它承受充气压力所产生应力的60%70%。为了控。为了控制轮胎在使用过程中的变形制轮胎在使用过程中的变形,轮胎设计者选用了高模量的材料用作带束层帘线轮胎设计者选用了高模量的材料用作带束层帘线,使带束层的伸张使带束层的伸张最小最小,从而有效地控制轮胎的变形从而有效地控制轮胎的变形,以降低轮胎滚动阻力。以降低轮胎滚动阻力。图图1 示出了示出了4 种不同带束层帘线的轮胎滚动阻力与速度的关系。从图种不同带束层帘线的轮胎滚动阻力与速度的关系。从

19、图1 可以看出可以看出,芳纶帘线带束层的芳纶帘线带束层的轮胎滚动阻力明显较低轮胎滚动阻力明显较低,在一定的速度范围内在一定的速度范围内,随着速度的增大随着速度的增大,芳纶帘线和其它帘线轮胎的滚动芳纶帘线和其它帘线轮胎的滚动阻力差别越来越大。其主要原因仍是芳纶帘线的强度较高以及较小的轮胎质量降低了轮胎的滚阻力差别越来越大。其主要原因仍是芳纶帘线的强度较高以及较小的轮胎质量降低了轮胎的滚动阻力。动阻力。152 23 3 轮胎材料轮胎材料轮胎胎面胶材料的选用对轮胎的滚动阻力影响较大轮胎胎面胶材料的选用对轮胎的滚动阻力影响较大,一般情况下由胎面产生的滚动阻力一般情况下由胎面产生的滚动阻力占轮胎滚动阻力

20、的占轮胎滚动阻力的49%。胎面胶主要由胎面胶主要由NR、SR、填充剂、油、硫化剂和其它助剂等组分组成、填充剂、油、硫化剂和其它助剂等组分组成,每种材料对轮胎的滚动阻每种材料对轮胎的滚动阻力都有一定的影响。研究表明力都有一定的影响。研究表明,胶种和炭黑品种对胎面胶的滚动阻力起决定作用胶种和炭黑品种对胎面胶的滚动阻力起决定作用。近几十年来。近几十年来,白炭黑已被广泛应用于胎面胶中以降低轮胎的滚动阻力白炭黑已被广泛应用于胎面胶中以降低轮胎的滚动阻力,但是但是白炭黑的应用必须配合硅烷偶联剂白炭黑的应用必须配合硅烷偶联剂,才能够在保证轮胎才能够在保证轮胎耐磨性和湿滑路面上的牵引力不变耐磨性和湿滑路面上的

21、牵引力不变的前提下的前提下,降低轮胎的滚动阻力。降低轮胎的滚动阻力。试验测定当速度为试验测定当速度为80km/h 80km/h 时时,以以TM(E2SBR),S11(S2SBR)TM(E2SBR),S11(S2SBR)和和S12(S2SBR)S12(S2SBR)为胎面材料的为胎面材料的225/50R16 225/50R16 轮胎的滚动阻力分别为轮胎的滚动阻力分别为50173,46.41 50173,46.41 和和43.18N 43.18N。由此可见。由此可见,采用采用S2SBR S2SBR 为胎面胶的为胎面胶的轮胎滚动阻力低于轮胎滚动阻力低于E2SBR E2SBR 为胎面胶的轮胎为胎面胶的轮胎。进一步的研究表明。进一步的研究表明2,2,如果在采用如果在采用S2SBR S2SBR 的同时的同时,加入适量的白炭黑和硅烷偶联剂加入适量的白炭黑和硅烷偶联剂,可以更有效地降低轮胎的滚动阻力。可以更有效地降低轮胎的滚动阻力。在在SR 的应用方面的应用方面,由于由于溶聚丁苯橡胶溶聚丁苯橡胶(S2SBR)的分子特性的分子特性,其滞后损失比其滞后损失比乳聚丁苯橡胶乳聚丁苯橡胶(E2SBR)低低,因而正越来越多地用于轿车子午线轮胎中因而正越来越多地用于轿车子午线轮胎中