影响轮胎滚动阻力的自身因素
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影响轿车子午线轮胎滚动阻力的因素初探
影响轿车子午线轮胎滚动阻力的因素初探吴桂忠1,郑光亮1,曲学新2(1.北京橡胶工业研究设计院,北京 100039;2.成山轮胎股份有限公司,山东荣成 264300) 摘要:分析了影响轿车子午线轮胎滚动阻力的因素。
轮胎的结构、胎体及带束层帘线材料、胎面胶种类以及轮胎气压和负荷都对轿车子午线轮胎滚动阻力有一定的影响,具体体现在由于轮胎变形产生的滞后损失和材料本身的滞后损失。
通过减小轮胎断面高宽比、增大轮辋直径、采用高模量材料作带束层、使用S-SBR和白炭黑等滞后损失小的材料均可降低轮胎的滚动阻力。
关键词:轿车子午线轮胎;滚动阻力;轮胎变形;滞后损失 中图分类号:U463.341+.6 文献标识码:A 文章编号:1006-8171(2001)03-0131-04 对于21世纪的汽车工业来讲,“绿色环保”型轿车将是研究、发展和生产的重点。
在国内外汽车市场上轿车均占据相当重要的地位。
我国1998年的汽车产销量中,轿车占50%以上,我国轿车年生产能力已经超过100万辆[1],但是国产汽车中能够满足环保要求的却很少。
“绿色环保”型车主要体现在低能耗和低污染两个方面,而轮胎在这两个方面中起着重要的作用。
为了达到环保目的,汽车工业企业生产出了以电动汽车、太阳能汽车和燃气汽车为代表的“绿色汽车”。
但是要降低能耗,提高一次冲电或加气的行驶里程,必须降低轮胎的滚动阻力。
影响轮胎滚动阻力的因素很多,本工作就轮胎断面高宽比、轮辋直径、轮胎材料、气压和负荷等方面进行了研究和探讨。
1 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TTM3型转鼓试验机上测试,试验方法参照国际标准ISO/DIS8768中的规定。
滚动阻力可以通过4种方法测试并计算,本试验采用测力法,其计算公式如下:作者简介:吴桂忠(1962-),男,山东诸城人,北京橡胶工业研究设计院高级工程师,学士,主要从事轮胎设计及技术管理工作。
F r=F t(1+R t/R)式中 F r———轮胎的滚动阻力,N; F t———传感器力值,N; R r———稳态下的轮胎滚动半径,m; R———试验转鼓半径,m。
汽车理论第五版课后习题答案
1.1试说明轮胎滚动阻力的定义，产生机理和作用形式。
答：车轮滚动时,由于车轮的弹性变形、路面变形和车辙摩擦等原因所产生的阻碍汽车行驶的力称为轮胎滚动阻力。
产生机理和作用形式：(1)弹性轮胎在硬路面上滚动时，轮胎的变形是主要的，由于轮胎有内部摩擦，产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它做的功不能全部回收。
由于弹性迟滞，地面对车轮的法向作用力并不是前后对称的，这样形成的合力并不沿车轮中心（向车轮前进方向偏移）。
如果将法向反作用力平移至与通过车轮中心的垂线重合，则有一附加的滚动阻力偶矩。
为克服该滚动阻力偶矩，需要在车轮中心加一推力与地面切向反作用力构成一力偶矩。
（2）轮胎在松软路面上滚动时，由于车轮使地面变形下陷，在车轮前方实际形成了具有一定坡度的斜面，对车轮前进产生阻力。
（3）轮胎在松软地面滚动时，轮辙摩擦会引起附加阻力。
（4）车轮行驶在不平路面上时，引起车身振荡、减振器压缩和伸长时做功，也是滚动阻力的作用形式。
1.2滚动阻力系数与哪些因素有关？答：滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料和气压有关。
这些因素对滚动阻力系数的具体影响参考课本P9。
1.3 确定一轻型货车的动力性能（货车可装用4挡或5挡变速器，任选其中的一种进行整车性能计算）：1）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图。
2）求汽车最高车速，最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率。
3）绘制汽车行驶加速度倒数曲线，用图解积分法求汽车用2档起步加速行驶至70km/h的车速－时间曲线，或者用计算机求汽车用2档起步加速行驶至70km/h 的加速时间。
轻型货车的有关数据：汽油发动机使用外特性的Tq-n曲线的拟合公式为式中，Tq为发动机转矩（N?m）;n为发动机转速（r/min）。
发动机的最低转速nmin=600r/min,最高转速nmax=4000r/min。
装载质量 2000kg整车整备质量 1800kg总质量 3880kg车轮半径 0.367m传动系机械效率ηt=0.85滚动阻力系数 f=0.013空气阻力系数×迎风面积 CDA=2.77m2主减速器传动比 i0=5.83飞轮转动惯量 If=0.218kg?m2二前轮转动惯量 Iw1=1.798kg?m2四后轮转动惯量 Iw2=3.598kg?m2变速器传动比 ig(数据如下表)轴距 L=3.2m 质心至前轴距离（满载） a=1.974m质心高（满载） hg=0.9m分析：本题主要考察知识点为汽车驱动力－行使阻力平衡图的应用和附着率的计算、等效坡度的概念。
卡车的滚动阻力系数
卡车的滚动阻力系数
卡车的滚动阻力系数，简单来说，就像是衡量卡车轮子在地上滚的时候，有多大劲儿在拖后腿不让它轻松往前跑的一个指标。
这个系数大小不一，一般在0.008到0.015之间晃悠，具体得看几个方面：
轮胎本身：新轮胎和磨得差不多的旧轮胎，阻力就不一样。
轮胎的花纹啊、橡胶硬不硬啊，这些都影响着阻力。
气打得足不足：轮胎气少了，跟地面贴得紧，推着就费劲；气太足了，抓地又不够，所以气压得刚刚好。
路好不好走：干干净净、平平整整的柏油路，阻力就小；要是路湿滑或者坑坑洼洼的，阻力自然就大了。
拉多重的货：卡车装得货越多，轮胎压得越实，跟地面摩擦就越大，推起来就更费劲。
跑得多快：速度这事儿吧，对阻力影响不算太大，但也不是完全没影响。
要想知道某个卡车到底阻力系数是多少，还得靠实验来测，毕竟这涉及到的因素太多了，光靠猜可不行。
对于卡车司机或者车队管理者来说，了解这个系数挺重要的，能帮着省油，提高效率。
轮胎滚动阻力测试方法分析
百家争鸣
2021 ・ 13
粘弹性参数，同时导入第一步的分析结果，将第一步中的应 力和应变曲线通过傅里叶级数展开得到正弦变化的应力和应
变曲线（如图1所示），一般取2级或3级即可。随后代入通 过DMA测得的材料损耗因子，通过线性回归得到各级应力应 变回归闭合曲线（如图2所示）。各级应力应变回归闭合曲线
的面积之和就是滞后损失能量。第三步，将轮胎断面上的每 个单元滞后损失能量求和，然后计算轮胎滚动一周的损失能 量，再除以轮胎的外周长，最终得到轮胎的滚动阻力值山。 采用有限单元法分析可以通过计算机模拟快速的求解出轮胎 的滚动阻力值，对分析轮胎结构变化对滚动阻力的影响更加 便捷，不需要分别制作不同的模具进行生产，仅通过计算机 前处理过程在建模时对轮胎结构进行参数修改即可，大大节 省了人力成本、模具成本和研发时间。缺点是对分析人员的 有限元分析软件操作能力、计算机配置要求较高。
Shandong, 257300) Abstract: Under the threat ofglobal warming, China has putforward the specific goal ofcarbon peaking and carbon neutralization, which
测量气压调整到初始充气压力值，再次静置lOmin后进行核
实；设定测试载荷为轮胎最大载荷的80%；输入轮胎的名义 半径；然后根据需要输入其他显示界面的内容，按照正转一 次、反转一次求均值的方法即可开始测试。通过测试得到了 轮胎的滚动阻力系数。根据轮胎的滚动阻力系数是指轮胎在 滚动过程中，滚动阻力与轮胎所受到的载荷的比值，可以求 出轮胎的滚动阻力。
2021 ・ 13
百家争鸣
当代化工研究
Modem ChemiaU Resaimli 丄0»
自行车行车阻力分析
一、滚动阻力：相当于车轮在路面上滚动时所引起的能量损失。
它由滚动时轮胎断面产生变形、胎面与路面之间相对滑动、路面变形、由于路面不平而引起的振荡损失等因素组成。
影响自行车滚动阻力的因素有：1．人和车的总重量：如果负荷过大，充气轮胎的沉陷率过大，一方面滚动阻力显著增加，另一方面轮胎本身内部揉动很大，从而促使帘布层和橡胶层的老化。
骑自行车时，要减轻人的重量是不现实的，就要设法减轻车的重量。
2．轮胎结构和材质：胎冠的厚度和胎肩的厚度越大，滚动阻力系数越大。
胎冠的花纹呈线型、细条型、帘线的支数细，其滚动阻力系数往往较小，多用于运动车。
普通车对路面的抓着力、雨天的刹车力、防止侧滑能力、耐久性等有较高需求，往往采用块形花纹和帘线支数粗的轮胎，而其滚动阻力相应也增大。
因此，设计人员应根据具体的车型选用相应的轮胎。
3．车轮的规格；包括车轮尺寸和轮胎宽度。
当车轮直径较小时，由于曲率半径小，所以轮胎接地部分变形量增大，滚动阻力增大。
另外，不平或碍障物比较敏感的路面会使滚动阻力显著增大。
宽轮胎往往用于不平的道路和软性路面上。
4．胎压：轮胎的其他条件不变，胎压越低，变形量越大，滚动阻力越大。
随着胎压的增大，变形量减小，滚动阻力也相应地减小。
5．车架精度：在车架加工过程中，或多或少地存在加工精度问题，从滚动阻力分析的角度来看，车架精度差会引起：从俯视方向观察车轮，前后轮不在同一平面内，从后视方向观察车轮，两轮也不在同一平面上，使骑行产生“沉重”的感觉。
6．路面情况：直接影响骑行滚动阻力，因此还要考虑所设计自行车的使用路面情况。
二、空气阻力：自行车在空气中运动，空气本身也在流动，两者综合形成的相对运动，造成对自行车骑行阻力。
空气阻力由磨擦阻力和压力阻力构成，磨擦阻力是空气对车和人体表面的磨擦作用造成的阻力。
压力阻力有二种：一种是车和人的前部气流被紧挤，产生对抗车和人前进的正压力；另一种在后部和拐角处空气变得稀薄而引起涡流，产生将车和人吸住的负压。
轮胎滚阻等级标准
轮胎滚阻等级标准轮胎滚阻等级标准是衡量轮胎滚动阻力大小的指标，它通常用于车辆制造商和政府监管机构之间的交流，以便更好地确定车辆的燃油经济性和排放水平。
下面详细介绍轮胎滚阻等级标准的制定和应用。
制定轮胎滚阻等级标准是一个长期而复杂的过程，需要考虑到多个因素。
下面是制定该标准的一些主要考虑因素：1. 轮胎设计和制造技术轮胎的设计和制造技术对其滚动阻力有很大的影响，因此需要考虑不同制造技术、材料和工艺对其性能的影响。
2. 轮胎的尺寸和类型轮胎的尺寸和类型对其滚动阻力也有影响，因此制定标准时需要考虑不同类型和尺寸的轮胎之间的差异。
3. 滚阻测试方法和设备滚阻测试方法和设备的精度和可重复性对结果的准确性也有很大的影响，因此需要选择合适的测试方法和设备。
4. 对环境的影响综合考虑以上因素，国际上就制定了一套完整的轮胎滚阻等级标准，这个等级标准是由欧盟标准、美国标准和日本标准组成，并且已经得到了国际上多个汽车制造商的认可和采用。
轮胎滚阻等级标准的应用可以分为两个方面。
一方面是对车辆的影响，另一方面是对轮胎的影响。
轮胎的滚动阻力对车辆燃油经济性和排放水平有很大的影响。
因此，对于汽车制造商和政府监管机构来说，了解轮胎的滚动阻力等级是非常重要的。
他们可以将这些信息用于车辆的设计和制造，以提高车辆的燃油经济性和减少其碳排放。
轮胎滚阻等级还可以影响轮胎的使用寿命和安全性。
通常来说，滚动阻力越低的轮胎寿命越长，因为它们的磨损更少，并且可以减少因磨损而引起的事故。
此外，在湿滑路面上行驶时，轮胎的滚动阻力也会影响车辆的制动性能，因此需要选择具有适当滚动阻力等级的轮胎。
总之，轮胎滚阻等级标准对于车辆设计和制造以及道路安全都非常重要。
了解这些标准可以帮助消费者选择适合自己的轮胎，并为车辆燃油经济性和排放水平的改善做出贡献。
影响轿车子午线轮胎滚动阻力的因素初探
影响轿车子午线轮胎滚动阻力的因素初探
吴桂忠;郑光亮;曲学新
【期刊名称】《轮胎工业》
【年(卷),期】2001(021)003
【摘要】分析了影响轿车子午线轮胎滚动阻力的因素.轮胎的结构、胎体及带束层帘线材料、胎面胶种类以及轮胎气压和负荷都对轿车子午线轮胎滚动阻力有一定的影响,具体体现在由于轮胎变形产生的滞后损失和材料本身的滞后损失.通过减小轮胎断面高宽比、增大轮辋直径、采用高模量材料作带束层、使用S-SBR和白炭黑等滞后损失小的材料均可降低轮胎的滚动阻力.
【总页数】4页(P131-134)
【作者】吴桂忠;郑光亮;曲学新
【作者单位】北京橡胶工业研究设计院,北京,100039;北京橡胶工业研究设计院,北京,100039;成山轮胎股份有限公司,山东,荣成,264300
【正文语种】中文
【中图分类】U463.341+.6
【相关文献】
1.轿车子午线轮胎带束层结构对滚动阻力的影响 [J], 屈灿明;甘坚南
2.轿车子午线轮胎径向力波动八次谐波的影响因素及改进措施 [J], 徐海平;杭柏林;姜永典
3.轿车子午线轮胎NVH性能影响因素的研究 [J], 郑璐; 官声欣
4.结构参数对轿车子午线轮胎滚动阻力的影响 [J], 孙绪利;刘平娟;张凯凯;王龙庆;
李慧敏
5.结构参数对轿车子午线轮胎滚动阻力的影响 [J], 孙绪利;刘平娟;张凯凯;王龙庆;李慧敏
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滚动阻力基础知识
半钢子午胎研究室
Semi-steel Radial Tire Research Department
轮胎中对滚动阻力影响的方面
轮胎花纹磨损程度对滚阻的影响
1、轮胎花纹越深，其滚动阻力就越大，新旧轮胎滚动阻力的 差别大约为20-25%。 2、斜交轮胎新胎CR约为19kg/t，磨光时约为17.5kg/t；而即 使新的子午线轮胎，其CR <17.5kg/t。（以载重型轮胎对比）
半钢子午胎研究室
Semi-steel Radial Tire Research Department
滚动阻力基本慨念
滚动阻力的影响
1、滚动阻力会从燃料箱里消耗燃料 2、它不可能被完全消除. 3、滚动阻力可以通过轮胎结构设计及配方设计来降低滚动 阻力。 轮胎制造商在探索降低轮胎滚动阻力的方法应该同时 考虑轮胎的另外两个因素：轮胎的里程寿命与抓地力。 ——这正是轮胎设计的新趋势。
轮胎中对滚动阻力影响的方面
轮胎结构型式
子午线轮胎的滚动阻力比斜交胎低30%~40%，可节 油6~8%。
半钢子午胎研究室
Semi-steel Radial Tire Research Department
轮胎中对滚动阻力影响的方面
轮胎规格对滚阻的影响
外直径大的轮胎滚阻低
按照ISO标准:8767测量的一个规格为175/70R14轮胎的滚动阻力
半钢子午l Tire Research Department
低滚阻轮胎的发展状况
轮胎滚动阻力指标的制定背景
境： 1、美国制定了联邦节油CAFE（企业平均燃油经济性），要求 汽车的制造商出售的所有的新车都必须具有一定的平均燃油效 率，如每加仑多少英里。 2、欧洲汽车制造商协会ACEA提出排放新协议，新生产的汽车 每公里的二氧化碳排放量低于一定限值，如每公里多少克。 3、日本和韩国的汽车制造商协会也签署了该排放协议。 在此前提下，发达国家制订了相应的标准法规以期保护环
轮胎行驶中的阻力
轮胎行驶中的阻力轮胎是汽车行驶中的关键部件之一，它不仅负责提供支撑和缓冲作用，还需要承受汽车行驶时产生的各种阻力。
这些阻力是由各种因素引起的，比如空气阻力、摩擦阻力等。
在汽车行驶中，轮胎产生的阻力也是不可忽视的。
空气阻力是轮胎行驶中产生的一种阻力。
空气阻力是由空气对轮胎表面的摩擦产生的，通常受到车速和空气密度等因素的影响。
当汽车行驶速度越快，空气阻力就越大。
因此，轮胎的设计需要尽可能降低空气阻力，减少能量损失。
摩擦阻力也是轮胎行驶中产生的一种阻力。
摩擦阻力是由轮胎与路面之间的摩擦产生的，通常受到路面材料、轮胎材料、路面状况和车速等因素的影响。
当路面状况较差或者轮胎材料较硬时，摩擦阻力就越大。
因此，轮胎的设计需要尽可能降低摩擦阻力，减少能量损失。
弯道阻力也是轮胎行驶中产生的一种阻力。
当汽车行驶过弯道时，轮胎需要承受由离心力产生的侧向力，这会导致轮胎产生弯曲形变，从而产生弯道阻力。
当弯道半径越小或者车速越快时，弯道阻力就越大。
因此，轮胎的设计需要尽可能提高弯道性能，减少能量损失。
还有一种阻力是轮胎在转动过程中产生的滚动阻力。
滚动阻力是由轮胎与路面之间的滚动摩擦产生的，通常受到路面材料、轮胎材料、轮胎形状和车速等因素的影响。
当路面较粗糙或者轮胎材料较硬时，滚动阻力就越大。
因此，轮胎的设计需要尽可能降低滚动阻力，减少能量损失。
轮胎在汽车行驶中产生的阻力是多方面的，包括空气阻力、摩擦阻力、弯道阻力和滚动阻力等。
因此，轮胎的设计需要考虑多种因素，以尽可能降低阻力，提高汽车的能源利用效率。
同时，为了保证车辆的安全性能，轮胎的设计也需要兼顾抓地力、耐磨性和驾驶舒适性等方面的要求。
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Keywords
Tire Rolling Resistance, Influencing Factors, Tire Material, Tire Construction
影响轮胎滚动阻力的自身因素
魏 堃1，刘晓民1，满忠雷1，苏 杰1，宋 慧2，李廷希2
1山东出入境检验检疫局检验检疫技术中心，山东 青岛 2山东科技大学，山东 青岛
影响抗湿滑性能和轮胎滚动阻力的主要因素之一是芳烃油用量。低滚动阻力配方中，芳烃油的用量 一般都比较少，芳烃油用量越多，胶料抗湿滑性能越高，轮胎滚动阻力也随之增大；芳烃油用量越少， 轮胎滚动阻力也跟着越小[8]。 3.1.3. 填充剂
炭黑作为橡胶体系的填充材料，对轮胎滚动阻力的影响较大。根据前人的研究，可以得出结论：炭 黑颗粒越大，轮胎滚动阻力越大；炭黑使用越多，轮胎滚动阻力也越大。另外在减小炭黑用量的条件下， 炭黑 N299 可使胎面胶的滚动阻力、湿牵引性能和耐磨性能获得较好的平衡。
收稿日期：2016年8月20日；录用日期：2016年9月11日；发布日期：2016年9月14日
文章引用: 魏堃, 刘晓民, 满忠雷, 苏杰, 宋慧, 李廷希. 影响轮胎滚动阻力的自身因素[J]. 材料科学, 2016, 6(5): 285291. /10.12677/ms.2016.65037
Material Sciences 材料科学, 2016, 6(5), 285-291 Published Online September 2016 in Hans. /journal/ms /10.12677/ms.2016.65037
汽车在行驶中，轮胎转动会受到各种复杂的周期变形形式，对此的研究和描述是非常复杂的。但就 轮胎滚动阻力而言，无论是接地部位还是胎侧，轮胎最主要的变形形式就是弯曲变形。当然，除此之外， 接地部位的轮胎还会受到剪切变形和压缩变形的作用。在以上这些循环变形作用下，加之轮胎中各种橡 胶及其复合材料的粘弹特性，使得轮胎在加载过程中释放出来的功在卸载过程中不能全部回收，这些能 量损失就是粘弹滞后热损失，约占轮胎滚动阻力的 90%~95% [4]。
2. 轮胎滚动阻力产生的原理
轮胎的滚动阻力是一种能量损失的量度，它定义为轮胎滚过单位距离所损耗的能量，也称为轮胎滚 动损失。轮胎滚动损耗主要包括轮胎滚动时粘弹性材料克服应变滞后所消耗的迟滞功、轮胎滚动时搅动 空气引起的流体阻力消耗的功、轮胎与地面接触克服外摩擦消耗的功以及轮胎花纹拍打地面所消耗的功 等，其中轮胎材料内部的粘弹滞后损失是最主要的[3]。
决，但是白炭黑填充制造轮胎已经实现了商品化，并且不断扩大，这对于炭黑行业来说也是一种挑战， 炭黑行业也正在努力研究开发具有更多优良性能的新型炭黑[9]。
现在也有一些厂家选择短纤维作填充材料。试验表明，适当的使用短纤维，可使轮胎具有质量小、 滚动阻力低、舒适安全、驾驶灵活稳定的优点。短纤维具有三种取向，即径向取向、周向取向和轴向取 向，它的这些取向对轮胎性能有很大的影响，同时也是降低生热的关键因素[10]。
Open Access
Abstract
Reducing the rolling resistance of tires can play a profound effect on energy conservation and environmental protection, because energy conservation is the future development of the car. This article focuses on the principle of tire rolling resistance and their own conditions that affect the tire’s rolling resistance. Wherein the condition of the tire itself includes tread rubber material, matrix material, the mixing process, the cord angle of the crown, the aspect ratio of the tire section, rim diameter, weight of the tire, tread and the bead structure. This paper has provided a reference for improvement and perfection of the tire manufacturing process.
3.1.4. 其他材料 除了以上列出的胎面胶的几个主要的成分外，胎面胶的组成成分还有硫化剂和其他辅助材料。硫化
剂用量增加，轮胎的滚动阻力也跟着增加[11] [12]。另外，制造轮胎时添加偶联剂(如硅烷偶联剂)可以降 低轮胎的滚动阻力[8]。胎面的原材料对轮胎滚动阻力的影响如下表 1 所示。
3.2. 骨架材料的影响
此外，轮胎滚动阻力还受轮胎帘线层结构的影响。行驶面宽度小于带束层宽度能有效减小胎面与胎 圈之间的变形，减小滞后损失，从而降低轮胎滚动阻力。有研究表明，采用新型带束层结构的 HT85 轮 胎就是由中国公司生产的，其结构为由一层胶片从中间隔开两组交叉排列的钢丝帘线，这种设计结构能 有效降低轮胎滚动阻力。另外，轮胎滚动阻力还受带束层角度的影响。小的带束层角度，可有效地降低 轮胎滚动阻力[15]。从国内外轮胎的剖析结果来看，00 锦纶帘布作为保护层，具有一定角度的钢丝帘布 作为工作层的带束层结构应用比较多[16]。
魏堃 等
摘要
节能是未来汽车的发展方向，降低轮胎的滚动阻力可以起到节约能源和绿色环保的效果。本文主要讨论 了轮胎滚动阻力产生的原理和轮胎自身的条件对轮胎滚动阻力的影响，其中，轮胎的自身条件包括胎面 胶材料、骨架材料、混合工艺、胎冠帘线角度、轮胎断面高宽比、轮辋直径、轮胎重量、胎面花纹以及 胎圈结构。这些研究为改进和完善轮胎制造方法提供了参考。
Received: Aug. 20th, 2016; accepted: Sep. 11th, 2016; published: Sep. 14th, 2016 Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
关键词
轮胎滚动阻力，影响因素，轮胎材料，轮胎结构
1. 引言
随着人们生活的提高，汽车已经走进了千家万户，汽车给人们带来方便的同时，也为我们带来了一 些危害，比如：交通拥挤、环境污染、意外事故等。随着全球能源危机的影响以及人们环保意识的增强， 节能减排和绿色环保已成为各大轮胎厂家设计和制造轮胎的重要目标[1]。而轮胎滚动阻力的减小，将有 利于汽车能源消耗的减少。有关实验证明滚动阻力降低 10%，载重子午线轮胎和小型子午线轮胎分别可 节省燃料 3.94%和 1.22%。还有试验表明，轻型载重汽车轮胎或轿车轮胎用 5%左右的燃料来克服轮胎滚 动阻力；载重汽车轮胎也用 13%左右的燃料来克服轮胎滚动阻力[2]。因此，关于汽车滚动阻力的研究对 于降低汽车尾气排放、减少汽车燃料消耗、防止大气污染等具有十分重要的意义。
另外，还有实验得出结论在负荷固定的条件下，不同胶种的胎面胶滚动阻力的大小为顺丁橡胶(fBR) < 丁苯橡胶(fSBR) < 天然橡胶(fNR)；而在变形条件固定的条件下，则为 fNR < fSBR < fBR [6]。
胎面胶若采用丁苯橡胶时，乳聚丁苯橡胶为胎面胶所制备的轮胎滚动阻力大于溶聚丁苯橡胶为胎面 胶的轮胎滚动阻力。如果在采用溶聚丁苯橡胶的同时，加入适量的硅烷偶联剂和白炭黑，对于降低轮胎 的滚动阻力更加有效[7]。 3.1.2. 油
目前，我们经常用的填充材料是白炭黑。它属于低燃料消耗性的填充剂，通常与硅烷偶联剂并用， 制造的轮胎具有良好的抗湿滑特性和抗滚动阻力。当然用白炭黑作为胶料的填充剂也有许多问题尚未解
287
魏堃 等
胎体帘布 基 部 胶
胎侧胶
内衬层
胎面
带束层
三角胶 胎圈
Figure 2. The influence of different parts of tire on rolling resistance 图 2. 轮胎各个部位对轮胎滚动阻力的影响
由于胎面滚动阻力约占整个轮胎滚动阻力的 50%，所以，使用低滚动阻力的胎面胶配方对轮胎滚动 阻力的降低起到非常大的作用。胎面胶主要由各种橡胶、填充剂(如炭黑)、操作油、活性分散剂、硫化剂 和其他辅助剂组成，不同材料对轮胎滚动阻力的影响也不同。 3.1.1. 橡胶
用于制造轮胎的胎面胶的主要原料是橡胶，因此，橡胶的选择对于降低轮胎滚动阻力有很大的影响。 文兴[5]等人叙述了一种新的功能化合成橡胶，对于降低轮胎的滚动阻力有明显的效果。这种功能化的合 成橡胶在制备过程中，采用新的镧系催化剂体系研制高顺式聚丁二烯橡胶，然后再将它与充油功能溶聚 丁苯橡胶混合，采用白炭黑或炭黑填充，然后就可以用此类合成橡胶来制造低滚动阻力且具有最佳湿路 面抓着力与耐磨性能平衡的轮胎。
轮胎滚动阻力的影响因素很多，根据轮胎滚动阻力产生的原因，目前国内外大致提出了以下两个主 要的因素：汽车的行驶条件和轮胎自身条件。其中轮胎的自身条件又包括轮胎的制造材料和轮胎的设计 结构。本文着重论述了胎面胶材料、骨架材料、混合工艺、胎冠帘线角度、轮胎断面高宽比、轮胎的重 量、轮辋直径、胎面花纹和胎圈结构等轮胎的自身因素对滚动阻力的影响，为生产厂家准确测量轮胎滚 动阻力提供可靠而有价值的参考。
三角胶、带束层、内衬层、胎侧胶、胎体帘布和基部胶等方面，图 2 为它们所占整个轮胎滚动阻力的百 分比分别为 39%，14%，13%，8%，8%，7%，6%和 5%。下面主要介绍一下胎面胶、胎体帘线、带束层 钢丝、混合工艺、轮胎花纹、轮胎的重量和胎圈结构等因素对轮胎滚动阻力的影响。
Tire Rolling Resistance, Influencing Factors, Tire Material, Tire Construction
影响轮胎滚动阻力的自身因素
魏 堃1，刘晓民1，满忠雷1，苏 杰1，宋 慧2，李廷希2
1山东出入境检验检疫局检验检疫技术中心，山东 青岛 2山东科技大学，山东 青岛
影响抗湿滑性能和轮胎滚动阻力的主要因素之一是芳烃油用量。低滚动阻力配方中，芳烃油的用量 一般都比较少，芳烃油用量越多，胶料抗湿滑性能越高，轮胎滚动阻力也随之增大；芳烃油用量越少， 轮胎滚动阻力也跟着越小[8]。 3.1.3. 填充剂
炭黑作为橡胶体系的填充材料，对轮胎滚动阻力的影响较大。根据前人的研究，可以得出结论：炭 黑颗粒越大，轮胎滚动阻力越大；炭黑使用越多，轮胎滚动阻力也越大。另外在减小炭黑用量的条件下， 炭黑 N299 可使胎面胶的滚动阻力、湿牵引性能和耐磨性能获得较好的平衡。
收稿日期：2016年8月20日；录用日期：2016年9月11日；发布日期：2016年9月14日
文章引用: 魏堃, 刘晓民, 满忠雷, 苏杰, 宋慧, 李廷希. 影响轮胎滚动阻力的自身因素[J]. 材料科学, 2016, 6(5): 285291. /10.12677/ms.2016.65037
Material Sciences 材料科学, 2016, 6(5), 285-291 Published Online September 2016 in Hans. /journal/ms /10.12677/ms.2016.65037
汽车在行驶中，轮胎转动会受到各种复杂的周期变形形式，对此的研究和描述是非常复杂的。但就 轮胎滚动阻力而言，无论是接地部位还是胎侧，轮胎最主要的变形形式就是弯曲变形。当然，除此之外， 接地部位的轮胎还会受到剪切变形和压缩变形的作用。在以上这些循环变形作用下，加之轮胎中各种橡 胶及其复合材料的粘弹特性，使得轮胎在加载过程中释放出来的功在卸载过程中不能全部回收，这些能 量损失就是粘弹滞后热损失，约占轮胎滚动阻力的 90%~95% [4]。
2. 轮胎滚动阻力产生的原理
轮胎的滚动阻力是一种能量损失的量度，它定义为轮胎滚过单位距离所损耗的能量，也称为轮胎滚 动损失。轮胎滚动损耗主要包括轮胎滚动时粘弹性材料克服应变滞后所消耗的迟滞功、轮胎滚动时搅动 空气引起的流体阻力消耗的功、轮胎与地面接触克服外摩擦消耗的功以及轮胎花纹拍打地面所消耗的功 等，其中轮胎材料内部的粘弹滞后损失是最主要的[3]。
决，但是白炭黑填充制造轮胎已经实现了商品化，并且不断扩大，这对于炭黑行业来说也是一种挑战， 炭黑行业也正在努力研究开发具有更多优良性能的新型炭黑[9]。
现在也有一些厂家选择短纤维作填充材料。试验表明，适当的使用短纤维，可使轮胎具有质量小、 滚动阻力低、舒适安全、驾驶灵活稳定的优点。短纤维具有三种取向，即径向取向、周向取向和轴向取 向，它的这些取向对轮胎性能有很大的影响，同时也是降低生热的关键因素[10]。
Open Access
Abstract
Reducing the rolling resistance of tires can play a profound effect on energy conservation and environmental protection, because energy conservation is the future development of the car. This article focuses on the principle of tire rolling resistance and their own conditions that affect the tire’s rolling resistance. Wherein the condition of the tire itself includes tread rubber material, matrix material, the mixing process, the cord angle of the crown, the aspect ratio of the tire section, rim diameter, weight of the tire, tread and the bead structure. This paper has provided a reference for improvement and perfection of the tire manufacturing process.
3.1.4. 其他材料 除了以上列出的胎面胶的几个主要的成分外，胎面胶的组成成分还有硫化剂和其他辅助材料。硫化
剂用量增加，轮胎的滚动阻力也跟着增加[11] [12]。另外，制造轮胎时添加偶联剂(如硅烷偶联剂)可以降 低轮胎的滚动阻力[8]。胎面的原材料对轮胎滚动阻力的影响如下表 1 所示。
3.2. 骨架材料的影响
此外，轮胎滚动阻力还受轮胎帘线层结构的影响。行驶面宽度小于带束层宽度能有效减小胎面与胎 圈之间的变形，减小滞后损失，从而降低轮胎滚动阻力。有研究表明，采用新型带束层结构的 HT85 轮 胎就是由中国公司生产的，其结构为由一层胶片从中间隔开两组交叉排列的钢丝帘线，这种设计结构能 有效降低轮胎滚动阻力。另外，轮胎滚动阻力还受带束层角度的影响。小的带束层角度，可有效地降低 轮胎滚动阻力[15]。从国内外轮胎的剖析结果来看，00 锦纶帘布作为保护层，具有一定角度的钢丝帘布 作为工作层的带束层结构应用比较多[16]。
魏堃 等
摘要
节能是未来汽车的发展方向，降低轮胎的滚动阻力可以起到节约能源和绿色环保的效果。本文主要讨论 了轮胎滚动阻力产生的原理和轮胎自身的条件对轮胎滚动阻力的影响，其中，轮胎的自身条件包括胎面 胶材料、骨架材料、混合工艺、胎冠帘线角度、轮胎断面高宽比、轮辋直径、轮胎重量、胎面花纹以及 胎圈结构。这些研究为改进和完善轮胎制造方法提供了参考。
Received: Aug. 20th, 2016; accepted: Sep. 11th, 2016; published: Sep. 14th, 2016 Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
关键词
轮胎滚动阻力，影响因素，轮胎材料，轮胎结构
1. 引言
随着人们生活的提高，汽车已经走进了千家万户，汽车给人们带来方便的同时，也为我们带来了一 些危害，比如：交通拥挤、环境污染、意外事故等。随着全球能源危机的影响以及人们环保意识的增强， 节能减排和绿色环保已成为各大轮胎厂家设计和制造轮胎的重要目标[1]。而轮胎滚动阻力的减小，将有 利于汽车能源消耗的减少。有关实验证明滚动阻力降低 10%，载重子午线轮胎和小型子午线轮胎分别可 节省燃料 3.94%和 1.22%。还有试验表明，轻型载重汽车轮胎或轿车轮胎用 5%左右的燃料来克服轮胎滚 动阻力；载重汽车轮胎也用 13%左右的燃料来克服轮胎滚动阻力[2]。因此，关于汽车滚动阻力的研究对 于降低汽车尾气排放、减少汽车燃料消耗、防止大气污染等具有十分重要的意义。
另外，还有实验得出结论在负荷固定的条件下，不同胶种的胎面胶滚动阻力的大小为顺丁橡胶(fBR) < 丁苯橡胶(fSBR) < 天然橡胶(fNR)；而在变形条件固定的条件下，则为 fNR < fSBR < fBR [6]。
胎面胶若采用丁苯橡胶时，乳聚丁苯橡胶为胎面胶所制备的轮胎滚动阻力大于溶聚丁苯橡胶为胎面 胶的轮胎滚动阻力。如果在采用溶聚丁苯橡胶的同时，加入适量的硅烷偶联剂和白炭黑，对于降低轮胎 的滚动阻力更加有效[7]。 3.1.2. 油
目前，我们经常用的填充材料是白炭黑。它属于低燃料消耗性的填充剂，通常与硅烷偶联剂并用， 制造的轮胎具有良好的抗湿滑特性和抗滚动阻力。当然用白炭黑作为胶料的填充剂也有许多问题尚未解
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魏堃 等
胎体帘布 基 部 胶
胎侧胶
内衬层
胎面
带束层
三角胶 胎圈
Figure 2. The influence of different parts of tire on rolling resistance 图 2. 轮胎各个部位对轮胎滚动阻力的影响
由于胎面滚动阻力约占整个轮胎滚动阻力的 50%，所以，使用低滚动阻力的胎面胶配方对轮胎滚动 阻力的降低起到非常大的作用。胎面胶主要由各种橡胶、填充剂(如炭黑)、操作油、活性分散剂、硫化剂 和其他辅助剂组成，不同材料对轮胎滚动阻力的影响也不同。 3.1.1. 橡胶
用于制造轮胎的胎面胶的主要原料是橡胶，因此，橡胶的选择对于降低轮胎滚动阻力有很大的影响。 文兴[5]等人叙述了一种新的功能化合成橡胶，对于降低轮胎的滚动阻力有明显的效果。这种功能化的合 成橡胶在制备过程中，采用新的镧系催化剂体系研制高顺式聚丁二烯橡胶，然后再将它与充油功能溶聚 丁苯橡胶混合，采用白炭黑或炭黑填充，然后就可以用此类合成橡胶来制造低滚动阻力且具有最佳湿路 面抓着力与耐磨性能平衡的轮胎。
轮胎滚动阻力的影响因素很多，根据轮胎滚动阻力产生的原因，目前国内外大致提出了以下两个主 要的因素：汽车的行驶条件和轮胎自身条件。其中轮胎的自身条件又包括轮胎的制造材料和轮胎的设计 结构。本文着重论述了胎面胶材料、骨架材料、混合工艺、胎冠帘线角度、轮胎断面高宽比、轮胎的重 量、轮辋直径、胎面花纹和胎圈结构等轮胎的自身因素对滚动阻力的影响，为生产厂家准确测量轮胎滚 动阻力提供可靠而有价值的参考。
三角胶、带束层、内衬层、胎侧胶、胎体帘布和基部胶等方面，图 2 为它们所占整个轮胎滚动阻力的百 分比分别为 39%，14%，13%，8%，8%，7%，6%和 5%。下面主要介绍一下胎面胶、胎体帘线、带束层 钢丝、混合工艺、轮胎花纹、轮胎的重量和胎圈结构等因素对轮胎滚动阻力的影响。