米其林-滚动阻力ppt课件

1、Rolling ResistanceBasic FoundationRandall CLARK滚动阻力滚动阻力根本认识根本认识Rolling Resistance 滚动阻力滚动阻力 Definition and Origins Relative magnitude Cars Trucks Buses External VariablesBasic Foundation 根本认识 定义及来源 讲述范围 轿车 卡车 客车 外部要素What is Rolling Resistance?何为滚动阻力？何为滚动阻力？运动方向运动方向与运动方向相与运动方向相反的力反的力风惯性内摩擦滚动阻力滚动阻力定义为一

2、个轮胎运动单位间隔耗费的能量滚动阻力只能经过耗费能量来抑制用在汽车上，那么这些能量由燃料提供，因此，滚动阻力对油耗有直接的影响斜坡阻力Rolling Resistance:滚动阻力：滚动阻力： FRR Tire drag on vehicle motionFRR 轮胎相对车辆的运动滞后行使方向滚动阻力滚动阻力空气阻力空气阻力内部阻力机械摩擦内部阻力机械摩擦重力重力惯性阻力惯性阻力How can you feel Rolling Resistance?如何觉得滚动阻力如何觉得滚动阻力?If you ride a bicycle with tires at low pressure, you ha

3、ve to work harder to overcome the increased rolling resistance.当他骑着装有低风压轮胎的自行车时，他必需更加用力，以抑制添加的滚动摩擦力。So is it Energy or Force?所以，滚阻是能量还是力？所以，滚阻是能量还是力？ Rolling Resistance = tire rolling energy consumed per unit distance = work/distance = Newtons X meters / meters Rolling Resistance = resistive force o

4、f the tires = force = NewtonsBOTH ! 都是都是! 滚动阻力 = 轮胎经过每单位间隔所耗费的滚动能量 = 功/间隔 = 牛顿 X 米 / 米 滚动阻力 = 轮胎抵抗力 = 力 = 牛顿What causes Rolling Resistance?什么导致滚动阻力？什么导致滚动阻力？导致滚动阻力的三个主导致滚动阻力的三个主要的物理缘由要的物理缘由运动方向运动方向空气动力对转动轮胎的延迟作用占015%微小滑移5%屈挠屈挠紧缩与剪切接地部位的变形所呵斥的能量损失占能量损失总量的8095%轮胎的哪些部位耗费了大部分的能量轮胎的哪些部位耗费了大部分的能量? ?计算机模拟的

5、能量损失能量分散图轿车胎横截面卡车胎横截面该图采用有限元方法计算橡胶配方的作用橡胶配方的作用 积极方面： 提供抓着力，弹力，韧性， 耐磨性 消极方面： 浪费轮胎变形产生的热；从而损失了来自油箱 的能量硫所搭建的“桥轮胎在接地部位发生变形橡胶配方的选择橡胶配方的选择 有可以降低滚动阻力的橡胶配方 配方的选择必需根据各种设计要求 磨耗、抓地性、抗切割 有些高科技配方可以降低滚动阻力，而几乎不牺牲其他性能 胎面花纹的影响胎面花纹的影响例如：卡车胎例如：卡车胎低滚动阻力平滑的直花纹轮胎高滚动阻力横花纹轮胎橡胶配方和胎面花纹的选择影响滚动阻橡胶配方和胎面花纹的选择影响滚动阻力和生热力和生热202.414

6、9.6180.5*215.0F*215.0F*75.0F80.0100.0120.0140.0160.0180.0200.0高滚阻轮胎高滚阻轮胎低滚阻轮胎低滚阻轮胎用红外线照相机采到的卡车轮胎转动时的图片；两个轮胎在一样的负荷及充气压力下运转。低滚阻和高滚阻轮胎的比较低滚阻和高滚阻轮胎的比较将不同商标/类型的轮胎安装在车辆的一样部位，在夜间利用红外线照相机可以看到轮胎生热，即滚阻的不同他可以看出胎面花纹和配方的不同他可以看出胎面花纹和配方的不同低生热轮胎还有其他优点低生热轮胎还有其他优点 卡车轮胎： 胎体可以运用更长时间，因此潜在更多的翻新时机 优化资源利用 轿车轮胎： 减少行驶时破坏的时机

7、更平安轮胎构造能否会有影响轮胎构造能否会有影响? ?是的是的! ! 子午线轮胎更加优秀子午线轮胎更加优秀子午线轮胎构造斜交轮胎构造斜交层轮胎斜交层轮胎斜交层轮胎斜交层轮胎胎冠及胎胎冠及胎侧由一样侧由一样的构造层的构造层构成构成 各层重叠构成各层重叠构成较厚的胎体构较厚的胎体构造层造层 胎体由几个斜胎体由几个斜交叉的帘布层交叉的帘布层构成构成高摩擦高摩擦 = = 高滚阻高滚阻 胎侧的弯曲变形会传送到胎冠，胎侧的弯曲变形会传送到胎冠，从而导致：从而导致： 接地域域的变形接地域域的变形 胎体层间相互剪切导致过热胎体层间相互剪切导致过热 与路面的高摩擦力与路面的高摩擦力斜交轮胎斜交轮胎: : 胎冠和胎

8、侧相牵连胎冠和胎侧相牵连 Sidewall flexing is transmitted to the tread resulting in: Distortion of ground contact area Scissoring of casing plies that leads to overheating High friction with the road surface子午线轮胎子午线轮胎 胎体由一个辐射层构成胎体由一个辐射层构成 胎冠由几个钢丝层固定胎冠由几个钢丝层固定 胎侧和胎冠的活动是分开胎侧和胎冠的活动是分开的的 Casing made of one radial pl

9、y Crown stabilized by several steel plies Sidewalls and tread function separately辐射层构造辐射层构造胎冠和胎侧独立活胎冠和胎侧独立活动动, , 可以提供更大可以提供更大的接地面积的接地面积 可吸收对驾驶员、设可吸收对驾驶员、设备和装载物的震动备和装载物的震动胎面磨耗均匀而且胎面磨耗均匀而且缓慢缓慢胎体由单独一层胎体由单独一层钢丝帘布构成，钢丝帘布构成，这样就没有了层这样就没有了层间的摩擦，行驶间的摩擦，行驶时生热更低时生热更低胎冠由钢丝环带固胎冠由钢丝环带固定，改善了轮胎的定，改善了轮胎的抗刺穿及抗撕裂性抗刺穿及

10、抗撕裂性能能低摩擦低摩擦 = = 低滚阻低滚阻 胎侧的弯曲变形不会传到胎冠，因此： 接地域域变形更小 降低与地面的摩擦，以提高乘坐温馨性 低生热子午线轮胎：子午线轮胎： 胎侧和胎冠独立活动胎侧和胎冠独立活动子午线轮胎的优点子午线轮胎的优点 节省燃料 5%10% 抗刺穿才干更强 更平安 胎体低生热 更平安，翻新率更高 更耐磨 运用时间翻一翻 每年需求的轮胎减少， 减少废胎处置 对路面的损坏比斜交胎更小轮胎的规格有关系吗轮胎的规格有关系吗? ?有有! ! 越大越优秀越大越优秀轮胎外径对滚动阻力的影响以100为基准基准100：175/70 R14轮胎依规范ISO 8767测得。滚动阻力滚动阻力 定义

11、及来源 讲述范围 轿车 卡车 客车 外部要素根本认识根本认识与其他要素相对的重要性与其他要素相对的重要性轮胎滚阻耗费燃料占总燃料的百分比轮胎滚阻耗费燃料占总燃料的百分比: :公路公路 轿车 8 20% 或者说每100升燃料中，有8到20升耗费于轮胎的能量损失 卡客车 2535% 或者说每100升燃料中，有25到35升耗费于轮胎的能量损失与行驶道路也有很大关系与行驶道路也有很大关系滚动阻力占总阻力的百分比四种道路对比市内市外高速公路主流路面滚动阻力内摩擦力空气阻力惯性阻力 定义及来源 讲述范围 轿车 卡车 客车 外部要素滚动阻力滚动阻力根本认识根本认识行驶时间行驶时间滚阻迅速降低，然后趋于稳定滚

12、阻迅速降低，然后趋于稳定行驶时间对滚阻的影响轿车轮胎以100为基准基准100：轮胎滚动30分钟后依规范ISO 8767 测得。温度的影响温度的影响暖和的天气使得轮胎的效率更高低滚阻暖和的天气使得轮胎的效率更高低滚阻环境温度对滚阻的影响轿车胎基准100：在25下依规范ISO8767测得的滚阻规范ISO8767规定的丈量条件：轮胎气压=2.1bar，负荷=轮胎最大负荷的80%，速度=80km/h。在此范围内，温度每变化1，滚阻相应变化0.6%。速度的影响速度的影响轮胎的对能量损失的奉献 (FRR) 不变， 但所占百分比减小，由于在高速形状下，空气阻力起主导作用。The tire contribut

13、ion (FRR) does not change but the % contribution decreases because the aerodynamic drag dominates at higher speeds阻力速度充气压力的影响充气压力的影响较高的充气压力可降低滚动阻力较高的充气压力可降低滚动阻力轿车轮胎基准100：在充气压力为2.1bar下依规范ISO 8767测得。负荷的影响负荷的影响随着负荷的添加，轮胎变得更高效 (CRR) ，但是实践阻力 (FRR)增大了 ，由于轮胎的负荷添加了。综合的综合的Z = 加在轮胎上的垂直载荷占设计最大载荷的百分比加在轮胎上的垂直载荷占

14、设计最大载荷的百分比The tire becomes more efficient (CRR) - BUT the actual resistive force (FRR) increases because the load on the tire increases 轿车基准100：在负荷为最大负荷80%时依规范ISO 8767测得的滚动阻力滚动阻力滚动阻力: : 它会耗费油箱里的燃料 它无法被完全消除 某些轮胎构造和配方的设计可以降低滚动阻力要点要点滚动阻力滚动阻力根本认识根本认识Randall CLARK滚动阻力滚动阻力实验室丈量方法实验室丈量方法Randall CLARK丈量单位丈量

15、单位 滚动阻力 牛顿 滚动阻力系数 kg / ton滚动阻力滚动阻力: : 力和系数力和系数FRR ：在车辆上轮胎的实践拖曳力 CRR： 滚动阻力系数 = FRR/ZCRR 用以丈量轮胎的效率；普通表示为 kg/ton (或 kg / 1000 kg)滚动阻力测试转鼓滚动阻力测试转鼓 表示图表示图 推进汽缸滚动阻力测试转鼓滚动阻力测试转鼓四个根本的测试方法四个根本的测试方法 减速度法 阻力法 扭矩法 功率法减速度法减速度法减速测试法是ISO规范里规定的注：表示转动角速度；表示角加速度。.阻力法阻力法依ISO规范测定阻力力传感器测力计扭矩法扭矩法依ISO规范测定扭矩扭矩传感器扭矩计功率法功率法依

16、ISO规范测定输入的电功率瓦特计现行运用的测试规范现行运用的测试规范 ISO 方法 ISO 8767, 9948, 13327 2005年7月发行的ISO 18164 SAE 方法 SAE J1269, J1270 (扭矩、阻力、功率法) J2452 (减速度法) 其他未决问题其他未决问题 由于ISO 18164 搜集了大量能够的滚动阻力测试方法， ETRTO 决议规定其 参考方法 。其目的是产生直接可比结果的能够性，例如察看潜在的规那么。 这将与 ISO 18164 一致，但将规定一些需求的参数，以获得可比较的结果。在这方面，目的是将轮胎置于一样的热力学形状，并丈量一样的物理量。 如今该方法

17、曾经经过赞同，一项 round-robin 测试曾经在欧洲完成，关于实验室间滚动阻力值的比较的讨论正在进展中。 其他测试要素其他测试要素 测试的正确度及准确性 丈量滚动阻力时，在存在较大力的情况下，必需丈量小的力，因此，必需运用适当精度的设备和仪器。 设备的校准 必需按规那么检查，以防止测试结果的漂移。其他实验室测试方法其他实验室测试方法 测力计法 在轮胎滚动的同时测试轿车发动机 平路测试机 Dynamometers test car engines with tires rolling Flat track test machines测力计法测力计法单滚筒法单滚筒法 vs vs 双滚筒法双滚

18、筒法注释注释: 轮胎在单滚筒测力计上的变形大于在路面上的变形，比在双滚筒轮胎在单滚筒测力计上的变形大于在路面上的变形，比在双滚筒 测力计上的变形大得更多。测力计上的变形大得更多。 测力计产生的滚动阻力大于路面产生的滚动阻力测力计产生的滚动阻力大于路面产生的滚动阻力 。 在规范气压下，双滚筒测力计呵斥的变形甚至会导致轮胎破坏，因在规范气压下，双滚筒测力计呵斥的变形甚至会导致轮胎破坏，因此欧洲法规里允许在做双滚筒测力计测试时，将轮胎气压充到超越此欧洲法规里允许在做双滚筒测力计测试时，将轮胎气压充到超越规范值的规范值的50%。双滚筒测力计法双滚筒测力计法同时测试油耗及发动机排放同时测试油耗及发动机排

19、放重型车辆重型车辆: : 卡客车卡客车 发动机在车辆外测试其实践规格限制 (例如， 在测力计上没有测试发动机的排放) 在发动机测试时没有轮胎的影响，但是 依然有滚动阻力对车辆运用性能的影响平路测试机平路测试机 可消除 roadwheel curvature的潜在误差 只用于测试滚动阻力显得过于昂贵滚动阻力滚动阻力实验室测试方法实验室测试方法Randall CLARK滚动阻力滚动阻力实车测试滚动阻力和油耗实车测试滚动阻力和油耗Randall CLARK实车测试滚动阻力和油耗实车测试滚动阻力和油耗 油耗测试 实践车队运用 燃料测试 滑坡测试示范 更多有趣的测试方法.卡车队在规范的条件下测试油耗卡车

20、队在规范的条件下测试油耗 根据以往的卡车油耗确定出油耗基准 在一组卡车上安装不同的轮胎 将这组安装新胎的卡车的油耗和其他是卡车及以往该组车辆的油耗作比较 现有的规范测试程序 TMC1109 提供了规范车队进展油耗比较的内容组成的指点油耗的准确性很重要油耗的准确性很重要! !规范操作下的车队的油耗比较规范操作下的车队的油耗比较 轮胎的改动得到的油耗的改善： 6.8 英里/加仑 7.4 英里/加仑，即降低油耗 8.8%油耗测试油耗测试 短程测试 最小载重 确保车重一致 运用可挪动的油箱 在行驶前后秤油箱分量 比较不同套轮胎的油耗滚动阻力滚动阻力: : 滑坡例如滑坡例如 长平板 两辆安装不同轮胎的卡

21、车，以作对比 一样的出发点 脱离离合器 让车辆下滑直到停顿 丈量车辆之间的间隔 改换轮胎，反复以上步骤轿车例如轿车例如: :从斜坡上滑下从斜坡上滑下经过让轿车从一个斜坡上滑下，然后丈量车辆之间的间隔来比较两套不同的轮胎。轿车例如轿车例如: :从斜坡上滑下从斜坡上滑下 一样的轿车 普通轮胎 vs 节能 “绿色轮胎 “绿色轮胎比普通轮胎多滚出6米在在 Shell 环保马拉松的实践示范结果环保马拉松的实践示范结果滚动阻力对比滚动阻力对比: : 人拉实验人拉实验滚动阻力滚动阻力实车测试滚动阻力及油耗实车测试滚动阻力及油耗Randall CLARK滚动阻力滚动阻力改善油耗的轮胎创新改善油耗的轮胎创新Ra

22、ndall CLARK改善油耗的轮胎创新改善油耗的轮胎创新 历史： 充气轮胎 子午线轮胎 绿色轮胎 新一代宽断面轮胎可用单胎替代双胎 (卡客车用)最初的轮胎最初的轮胎: : 实心轮胎实心轮胎1896年年8月月26日，日，Edouard Michelin 比较实心轮胎和充气比较实心轮胎和充气轮胎的油耗：充气轮胎省油轮胎的油耗：充气轮胎省油30%滚动阻力测试转鼓滚动阻力测试转鼓表示图表示图在这期间获得了很多提高在这期间获得了很多提高轿车轮胎滚阻的改良kg/吨轮胎的构造能否有影响轮胎的构造能否有影响? ?有有! ! 子午线轮胎更加优秀子午线轮胎更加优秀子午线轮胎构造子午线轮胎构造斜交层轮胎构造斜交层

23、轮胎构造斜交层轮胎斜交层轮胎斜交层轮胎斜交层轮胎胎冠及胎胎冠及胎侧由一样侧由一样的构造层的构造层构成构成 各层重叠构成各层重叠构成较厚的胎体构较厚的胎体构造层造层 胎体由几个斜胎体由几个斜交叉的帘布层交叉的帘布层构成构成子午线轮胎子午线轮胎 胎体由一个辐射层构成 胎冠由几个钢丝层固定 胎侧和胎冠的活动是分开的子午线构造子午线构造胎冠和胎侧独立活动, 可以提供更大的接地面积 可吸收对驾驶员、设备和装载物的震动胎面磨耗均匀而且缓慢胎体由单独一层钢丝帘布构成，这样就没有了层间的摩擦，行驶时生热更低胎冠由钢丝环带固定，改善了轮胎的抗刺穿及抗撕裂性能子午线轮胎子午线轮胎: : 相当于一个油矿相当于一个油

24、矿? ? 以典型卡车为例 (6轮)： 行程：100,000 公里/年 油耗: 35 升/ 100公里 耗油35,000升/年 子午线轮胎可省油8%，即2800升 每辆卡车有6条轮胎， 所以每条子午线轮胎可省油是的是的! ! 由于它省油由于它省油! !每条轮胎每年可省油每条轮胎每年可省油 460升升!子午线轮胎子午线轮胎: : 经过省油，就像一个油矿经过省油，就像一个油矿“绿色绿色 轮胎轮胎: : 新一代低滚阻轮胎新一代低滚阻轮胎 采用与普通轮胎有时称为“黑色轮胎，以区别于新一代“绿色轮胎不同的胎面胶料配方 其实轮胎的颜色并没有改动 “绿色轮胎和“黑色轮胎都是黑色的 例子例子: : 轿车轮胎轿车

25、轮胎新型高能效新型高能效“绿色轮胎绿色轮胎 例子例子: 轿车轮胎轿车轮胎 普通 (或 “黑色) 轮胎的滚动阻力系数约为 13 kg/t ；而低滚阻“绿色轮胎约为10 kg/t 一部1.1吨的轿车，运用一套“黑色轮胎，其滚动阻力约为140N；运用一套“绿色轮胎，其滚动阻力约为100N；两者相差40N。这怎样能够这怎样能够?普通填充剂: 碳黑新型填充剂新型填充剂: : 硅土硅土新资料家族: 在胎面胶料配方中，硅土替代了碳黑加强填充剂功能聚合体化学组硅硅烷节硫“桥聚合体未来未来: : 难于置信的燃料节省可以在原型车及难于置信的燃料节省可以在原型车及轮胎上得以实现轮胎上得以实现省油的世界纪录是在200

26、5年6月26日的米其林的 Ladoux 试车跑道上发明的。该纪录是由来自瑞士Zurich Ecole Polytechnique的一个试车队在Shell 环保马拉松赛事上发明的，该纪录为14,227英里/ 加仑 (5,385公里/升)。于2003年5月发明的旧纪录为12,945 英里/加仑 (4,984公里/升) 。注: 这种轮胎不是普通公路运用轮胎!Shell 环保马拉松环保马拉松 也是一个展现轮胎影响车辆能耗的时机。也是一个展现轮胎影响车辆能耗的时机。 基于这种思索，基于这种思索， 米其林开发米其林开发了两种轮胎：一种轮胎的滚阻为了两种轮胎：一种轮胎的滚阻为 2kg/ton ， 另一种轮胎

27、的滚阻为另一种轮胎的滚阻为 1kg/ton。6月月25日上午日上午举行的竞赛采用高滚阻轮胎。举行的竞赛采用高滚阻轮胎。Zurich Ecole Polytechnique队创下了队创下了3,952公里公里/升的成果升的成果。下午的竞赛采用低滚阻轮胎，该队创下了。下午的竞赛采用低滚阻轮胎，该队创下了 5,134公里公里/升的成果。升的成果。 6月月26日该队发明了日该队发明了 14,227 英里英里/加仑加仑 (5385公里公里/升升) 的纪录。的纪录。 卡客车用新型轮胎卡客车用新型轮胎新一代宽胎面轮胎单胎运用新一代宽胎面轮胎单胎运用单胎替代双胎 = 降低滚动阻力 = 节省燃料米其林版米其林版:

28、_:_与普通子午胎不同的构造与普通子午胎不同的构造这样真的能这样真的能省油吗省油吗?普通带束层：置以一个角度采用无接头技术：沿轮胎圆周0角度缠绕讯问试车队讯问试车队 该车队的测试显示： X One 比双胎子午线轮胎省油12%讯问试车队讯问试车队 该车队的测试显示： X One 比双胎子午线轮胎省油10%对于客车也有同样的效果对于客车也有同样的效果 欧洲的UTAC 在客车上所作的测试显示：将客车上的普通子午线轮胎换成 X One 轮胎，可省油24%为新一代单胎用宽胎面轮胎开发的独为新一代单胎用宽胎面轮胎开发的独特的客车特的客车CIVIS客车采用X One轮胎，使得允许在每个轮心上配置一个电动发动

29、机，以降低滚动阻力。该车在法国 (Rouen and Clermont-Ferrand) 和美国 (拉斯维加斯)运用。轮胎宽度最大化，以轮胎宽度最大化，以 适用于低洼路面和适用于低洼路面和经过妨碍经过妨碍CIVIS客车的轮轴采用客车的轮轴采用 X One轮胎轮胎为经过妨碍，提高燃料效率以及减少客车数量为经过妨碍，提高燃料效率以及减少客车数量 每辆车可乘坐更多的人每辆车可乘坐更多的人每个轮心内配置一个电动发动机每个轮心内配置一个电动发动机滚动阻力滚动阻力改善油耗的轮胎创新改善油耗的轮胎创新Randall CLARK滚动阻力滚动阻力对发动机排放的影响对发动机排放的影响Randall CLARK降低滚动阻力有两个益处降低滚动阻力有两个益处 行驶一样的路程或拖运等量的货物需求更少的石油 更少的实践发动机排放和温室气体CO2我们曾经知道如何降低滚动阻力我们曾经知道如何降低滚动阻力能否可以丈量轮胎滚动阻力降低后，温室气体减少的量呢？可以！美国环保组织美国环保组织 SmartWay 运输联盟努力于促进汽车节省燃料和环保技术的开发 经过测试的新一代宽