轮胎滚动阻力测试方法及影响因素研究(3)

轮胎的扁平化则是轮胎断面结构的高度与宽度比例变得更小。子午线轮胎扁平化是第一步,现在已经从80系列转变为55,50系列,更小的是30,35系列。这主


轮胎的扁平化则是轮胎断面结构的高度与宽度比例变得更小。子午线轮胎扁平化是第一步,现在已经从80系列转变为55,50系列,更小的是30,35系列。这主要是因为高宽比的不断减小,轮胎的变形越来越小,滞后损失也就对应减小,所以也就减少了轮胎的滚动阻力。

(3)无内胎化

据研究发现,轮胎的质量与轮胎的滚动阻力会产生直接关系。因此,各轮胎公司都在努力寻求减轻轮胎质量的方法,而轮胎无内胎化是一个有效的发展方向。因为没有了内胎,轮胎的重量大大减少,从而燃料的消耗也就大大减少。当前,轿车使用的轮胎大部分都是无内胎的,大型车辆的轮胎也逐步向无内胎化的方向发展。

(4)轮辋直径

轮胎滚动阻力也会受到轮辋直径的影响。一般来说,在轮胎轮辋直径变大已后,在同样垂直承载下,轮胎的相对形变减少,形变减少轮胎滚动中的之后损失也就减少,轮胎的滚动阻力也就相应降低。现在车辆的轮辋直径代号已经越来越大。

(5)带束层结构

带束在圆周方向的弯曲变形主要取决于两个变量:带束的弯曲刚度和轮胎总的变形。可以说,轮胎的变形(或接地长度)基本决定了弯曲应变能力,可是带束的弯曲刚度改变了这种变形,这里可以认为是一个反馈过程。

因此要减少轮胎的变形损有两条途径:一是降低胎面橡胶的损失模量;二是增加带束的弯曲刚度。带束的弯曲刚度主要受补强材料(钢纤维帘线)及其他参数的影响。单纤维的直径,帘线的捻合以及帘布层数,从优化轮胎耐久性和牢固性考虑一般都在设计前已经确定,不能改变,唯一可变的参数是带束的角度和总的宽度。

(6)胎面结构

胎面结构对轮胎的滚动阻力产生的影响相对较大,因为这样,各轮胎公司在保证轮胎抓地力以及轮胎耐磨性的前提下,不断设计更多种的胎面花纹,致力于减少滚动阻力的影响。像米其林公司生产的XZA(前轴用)轮胎,胎面表面带有4条纵向花纹沟,花纹的深度是通过轮胎性能函数公式算出来的,这种结构形变很小,所以燃油损耗率就很低,滚动阻力就小。

(7)胎圈设计

胎圈的部分也包括胎圈钢丝圈本身、填料(三角胶条)和轮辋凸缘等部件,以及附加的加强部分(如胎圈包布)。胎圈部对滚动阻力起到特别重要的作用,不仅胎圈部本身对产生滚动阻力有贡献,而且它的设计在确定轮胎滚动阻力总变形中也是一个举足轻重的因素。填料(三角胶条)和轮辋凸缘所经受的应变大小是受载荷和气压的影响,而不是受胎圈的部位机械刚度影响。所以在此种变形应变模式下,目的是使损失柔量最小,并且尽量减小材料的体积。但若要使轮胎变形最小,那么就是要求增加胎圈部分的弯曲刚度。

1.4低滚阻轮胎功能特性

相比较普通轮胎,低滚阻轮胎与地面产生的摩擦力要小很多。所以,装配这种轮胎的车辆的燃油损耗及二氧化碳排放相应就会更低。参照米其林公司搜集的数据,装配低滚阻轮胎的汽车,燃油消耗每百公里减少0.2升,二氧化碳的排放量每公里减少4克。

目前常用的轮胎滚动阻力优化方法有修改胶料配方以及改变轮胎结构两种。Labauze等提出了“理想橡胶”的概念,认为轮胎胎面橡胶的损耗因子应呈现高温时较低,低温时较高的特性,以平衡轮胎的牵引力与滚动阻力性能[10];Kaewsakul等探究了橡胶材料特性对于迟滞损失的影响,认为对橡胶分子链进行改性能够提升轮胎滚动阻力性能[11];Hirishi等探究了白炭黑与炭黑比例对胶料迟滞损失的影响,认为添加一定比例的白炭黑可以降低轮胎滚动阻力[12];许晓晶等利用有限元方法建立了轮胎力学模型,分析得到轮胎各部件对于滚动阻力的贡献度,据此改进胶料配方,以实现轮胎滚动阻力优化[13]。