米其林滚动阻力

米其林滚动阻力第1页/共98页WhatisRollingResistance?

何为滚动阻力？运动方向与运动方向相反的力风惯性内摩擦滚动阻力滚动阻力定义为一个轮胎运动单位距离消耗的能量滚动阻力只能通过消耗能量来克服用在汽车上，则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第2页/共98页RollingResistance:

滚动阻力：

FRR–TiredragonvehiclemotionFRR–轮胎相对车辆的运动滞后行使方向滚动阻力空气阻力内部阻力（机械摩擦）重力惯性阻力第3页/共98页HowcanyoufeelRollingResistance?

如何感觉滚动阻力?Ifyourideabicyclewithtiresatlowpressure,youhavetoworkhardertoovercometheincreasedrollingresistance.当你骑着装有低风压轮胎的自行车时，你必须更加用力，以克服增加的滚动摩擦力。第4页/共98页SoisitEnergyorForce?

所以，滚阻是能量还是力？RollingResistance=tirerollingenergyconsumedperunitdistance=work/distance=[NewtonsXmeters]/metersRollingResistance=resistiveforceofthetires=force=NewtonsBOTH!—都是!滚动阻力=轮胎通过每单位距离所消耗的滚动能量=功/距离=[牛顿X米]/米滚动阻力=轮胎抵抗力=力=牛顿第5页/共98页WhatcausesRollingResistance?

什么导致滚动阻力？导致滚动阻力的三个主要的物理原因运动方向空气动力对转动轮胎的延迟作用占0～15%微小滑移＜5%屈挠屈挠压缩与剪切接地部位的变形所造成的能量损失占能量损失总量的80～95%第6页/共98页轮胎的哪些部位消耗了大部分的能量?计算机模拟的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第7页/共98页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第8页/共98页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须依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

第9页/共98页胎面花纹的影响

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第10页/共98页橡胶配方和胎面花纹的选择影响滚动阻力和生热高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；两个轮胎在相同的负荷及充气压力下运转。第11页/共98页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相同部位，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…你可以看出胎面花纹和配方的不同第12页/共98页低生热轮胎还有其他优点卡车轮胎：胎体可以使用更长时间，因此潜在更多的翻新机会优化资源利用轿车轮胎：减少行驶时破坏的机会更安全第13页/共98页轮胎结构是否会有影响?是的!子午线轮胎更加优秀子午线轮胎结构斜交轮胎结构第14页/共98页斜交层轮胎胎体由几个斜交叉重叠的层构成Acasingmadeofseveralpliespositionedinacriss-crossmanner第15页/共98页斜交层轮胎胎冠及胎侧由相同的结构层构成

各层重叠构成较厚的胎体结构层

胎体由几个斜交叉的帘布层构成第16页/共98页高摩擦=高滚阻胎侧的弯曲变形会传送到胎冠，从而导致：接地区域的变形胎体层间相互剪切导致过热与路面的高摩擦力斜交轮胎:胎冠和胎侧相牵连Sidewallflexingistransmittedtothetreadresultingin:DistortionofgroundcontactareaScissoringofcasingpliesthatleadstooverheatingHighfrictionwiththeroadsurface第17页/共98页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Casingmadeof

oneradialplyCrownstabilizedbyseveralsteelpliesSidewallsandtreadfunctionseparately第18页/共98页辐射层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第19页/共98页低摩擦=低滚阻胎侧的弯曲变形不会传到胎冠，因此：

接地区域变形更小

降低与地面的摩擦，以提高乘坐舒适性低生热子午线轮胎：

胎侧和胎冠独立活动第20页/共98页子午线轮胎的优点节省燃料5%～10%抗刺穿能力更强更安全胎体低生热更安全，翻新率更高更耐磨–使用时间翻一翻每年需要的轮胎减少，减少废胎处理对路面的损坏比斜交胎更小第21页/共98页轮胎的规格有关系吗?有!!越大越优秀轮胎外径对滚动阻力的影响以100为基准基准100：175/70R14轮胎依标准ISO8767测得。第22页/共98页滚动阻力定义及起源讲述范围轿车卡车客车外部因素基本认识第23页/共98页与其他因素相对的重要性

轮胎滚阻消耗燃料占总燃料的百分比:公路轿车8～20%或者说每100升燃料中，有8到20升消耗于轮胎的能量损失卡客车25～35%或者说每100升燃料中，有25到35升消耗于轮胎的能量损失第24页/共98页与行驶路线也有很大关系滚动阻力占总阻力的百分比（四种路线对比）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第25页/共98页定义及起源讲述范围轿车卡车客车外部因素滚动阻力基本认识第26页/共98页行驶时间滚阻迅速降低，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分钟后依标准ISO8767测得。第27页/共98页温度的影响温暖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℃下依标准ISO8767测得的滚阻标准ISO8767规定的测量条件：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%。第28页/共98页速度的影响轮胎的对能量损失的贡献(FRR)不变，但所占百分比减小，因为在高速状态下，空气阻力起主导作用。Thetirecontribution(FRR)doesnotchangebutthe%contributiondecreasesbecausetheaerodynamicdragdominatesathigherspeeds阻力速度第29页/共98页充气压力的影响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下依标准ISO8767测得。第30页/共98页负荷的影响随着负荷的增加，轮胎变得更高效(CRR)，但是实际阻力(FRR)增大了，因为轮胎的负荷增加了。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Thetirebecomesmoreefficient(CRR)-BUTtheactualresistiveforce(FRR)increasesbecausetheloadonthetireincreases轿车基准100：在负荷为最大负荷80%时依标准ISO8767测得的滚动阻力第31页/共98页滚动阻力:它会消耗油箱里的燃料它无法被完全消除某些轮胎结构和配方的设计可以降低滚动阻力要点第32页/共98页滚动阻力

基本认识RandallCLARK第33页/共98页滚动阻力

实验室测量方法RandallCLARK第34页/共98页测量单位滚动阻力牛顿滚动阻力系数kg/ton第35页/共98页滚动阻力:

力和系数FRR

：在车辆上轮胎的实际拖曳力

CRR：

滚动阻力系数=FRR/ZCRR

用以测量轮胎的效率；一般表示为

kg/ton(或

kg/1000kg)第36页/共98页滚动阻力测试转鼓[示意图]推进汽缸第37页/共98页滚动阻力测试转鼓第38页/共98页四个基本的测试方法减速度法阻力法扭矩法功率法第39页/共98页减速度法减速测试法是ISO标准里规定的注：ω表示转动角速度；ω表示角加速度。.第40页/共98页阻力法依ISO标准测定阻力力传感器（测力计）第41页/共98页扭矩法依ISO标准测定扭矩扭矩传感器（扭矩计）第42页/共98页功率法依ISO标准测定输入的电功率瓦特计第43页/共98页现行使用的测试标准ISO方法ISO8767,9948,133272005年7月发行的ISO18164SAE方法SAEJ1269,J1270(扭矩、阻力、功率法)J2452(减速度法)

第44页/共98页其他未决问题因为ISO18164收集了大量可能的滚动阻力测试方法，

ETRTO决定规定其«

参考方法

»。其目的是产生直接可比结果的可能性，例如观察潜在的规则。这将与

ISO18164一致，但将规定一些需要的参数，以取得可比较的结果。在这方面，目标是将轮胎置于相同的热力学状态，并测量相同的物理量。如今该方法已经通过同意，一项

round-robin测试已经在欧洲完成，关于实验室间滚动阻力值的比较的讨论正在进行中。第45页/共98页其他测试因素测试的正确度及精确性

测量滚动阻力时，在存在较大力的情况下，必须测量小的力，因此，必须使用适当精度的设备和仪器。设备的校准必须按规则检查，以避免测试结果的漂移。第46页/共98页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DynamometerstestcarengineswithtiresrollingFlattracktestmachines第47页/共98页测力计法

单滚筒法vs双滚筒法注释: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。在标准气压下，双滚筒测力计造成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，将轮胎气压充到超过标准值的50%。第48页/共98页双滚筒测力计法同时测试油耗及发动机排放第49页/共98页重型车辆:卡客车发动机在车辆外测试其实际规格限制(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…仍然有滚动阻力对车辆使用性能的影响第50页/共98页平路测试机可消除

roadwheelcurvature的潜在误差只用于测试滚动阻力显得过于昂贵第51页/共98页滚动阻力

实验室测试方法RandallCLARK第52页/共98页滚动阻力

实车测试滚动阻力和油耗RandallCLARK第53页/共98页实车测试滚动阻力和油耗油耗测试实际车队使用燃料测试滑坡测试示范更多有趣的测试方法….第54页/共98页卡车队在标准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标准测试程序TMC1109提供了标准车队进行油耗比较的内容组成的指导油耗的精确性很重要!第55页/共98页规范操作下的车队的油耗比较轮胎的改变得到的油耗的改善：6.8英里/加仑～7.4英里/加仑，即降低油耗

8.8%第56页/共98页油耗测试短程测试最小载重确保车重一致使用可移动的油箱在行驶前后秤油箱重量比较不同套轮胎的油耗第57页/共98页滚动阻力:

滑坡示例长平板两辆安装不同轮胎的卡车，以作对比相同的出发点–脱离离合器让车辆下滑直到停止测量车辆之间的距离更换轮胎，重复以上步骤第58页/共98页轿车示例:

从斜坡上滑下通过让轿车从一个斜坡上滑下，然后测量车辆之间的距离来比较两套不同的轮胎。第59页/共98页轿车示例:

从斜坡上滑下相同的轿车普通轮胎

vs节能“绿色”轮胎“绿色”轮胎比普通轮胎多滚出6米在

Shell环保马拉松的实际示范结果第60页/共98页滚动阻力对比:

人拉试验第61页/共98页滚动阻力

实车测试滚动阻力及油耗RandallCLARK第62页/共98页滚动阻力

改善油耗的轮胎创新RandallCLARK第63页/共98页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（可用单胎代替双胎）(卡客车用)第64页/共98页最初的轮胎:实心轮胎1896年8月26日，EdouardMichelin比较实心轮胎和充气轮胎的油耗：充气轮胎省油30%第65页/共98页滚动阻力测试转鼓

[示意图]在这期间取得了很多进步轿车轮胎滚阻的改进（kg/吨）第66页/共98页轮胎的结构是否有影响?有!!子午线轮胎更加优秀子午线轮胎结构斜交层轮胎结构第67页/共98页斜交层轮胎胎体由几个斜交叉重叠的层构成第68页/共98页斜交层轮胎胎冠及胎侧由相同的结构层构成

各层重叠构成较厚的胎体结构层

胎体由几个斜交叉的帘布层构成第69页/共98页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第70页/共98页子午线结构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第71页/共98页子午线轮胎:相当于一个油矿?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!因为它省油!每条轮胎每年可省油460升!!第72页/共98页子午线轮胎:通过省油，就像一个油矿第73页/共98页“绿色”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变–

“绿色”轮胎和“黑色”轮胎都是黑色的例子:轿车轮胎第74页/共98页新型高能效“绿色”轮胎

例子:轿车轮胎普通(或“黑色”)轮胎的滚动阻力系数约为

13kg/t；而低滚阻“绿色”轮胎约为10kg/t一部1.1吨的轿车，使用一套“黑色”轮胎，其滚动阻力约为140N；使用一套“绿色”轮胎，其滚动阻力约为100N；两者相差40N。第75页/共98页这怎么可能?普通填充剂:碳黑新型填充剂:硅土新材料家族:在胎面胶料配方中，硅土代替了碳黑加强填充剂功能聚合体化学组硅硅烷节硫“桥”聚合体第76页/共98页未来:难于置信的燃料节省可以在原型车及轮胎上得以实现省油的世界纪录是在2005年6月26日的米其林的

Ladoux

试车跑道上创造的。该纪录是由来自瑞士ZurichEcolePolytechnique的一个试车队在Shell

环保马拉松赛事上创造的，该纪录为14,227英里/加仑(5,385公里/升)。于2003年5月创造的旧纪录为12,945

英里/加仑(4,984公里/升)。注:这种轮胎不是一般公路使用轮胎!!Shell环保马拉松也是一个展示轮胎影响车辆能耗的机会。基于这种考虑，米其林开发了两种轮胎：一种轮胎的滚阻为

2kg/ton，

另一种轮胎的滚阻为1kg/ton。6月25日上午举行的比赛采用高滚阻轮胎。ZurichEcolePolytechnique队创下了3,952公里/升的成绩。下午的比赛采用低滚阻轮胎，该队创下了

5,134公里/升的成绩。

6月26日该队创造了

14,227

英里/加仑(5385公里/升)的纪录。

第77页/共98页卡客车用新型轮胎第78页/共98页新一代宽胎面轮胎（单胎使用）单胎代替双胎=降低滚动阻力=节省燃料第79页/共98页米其林版:_________与普通子午胎不同的结构这样真的能省油吗??普通带束层：置以一个角度采用无接头技术：沿轮胎圆周0角度缠绕第80页/共98页询问试车队该车队的测试显示：

XOne比双胎子午线轮胎省油12%第81页/共98页询问试车队该车队的测试显示：XOne比双胎子午线轮胎省油10%第82页/共98页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

XOne轮胎，可省油2～4%第83页/共98页为新一代单胎用宽胎面轮胎开发的独特的客车…CIVIS客车采用XOne轮胎，使得允许在每个轮心上配置一个电动发动机，以降低滚动阻力。该车在法国(RouenandClermont-Ferrand)和美国(拉斯维加斯)使用。第84页/共98页轮胎宽度最大化，以适用于低洼路面和通过障碍CIVIS客车的轮轴采用

XOne轮胎为通过障碍，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个轮心内配置一个电动发动机第85页/共98页滚动阻力

改善油耗的轮胎创新RandallCLARK第86页/共98页滚动阻力

对发动机排放的影响RandallCLARK第87页/共98页降低滚动阻力有两个好处行驶相同的路程或拖运等量的货物需要更少的石油更少的实际发动机排放和温室气体（CO2）第88页/共98页我们已经知道如何降低滚动阻力…是否能够测量轮胎滚动阻力降低后，温室气体减少的量呢？可以！第89页/共98页美国环保组织SmartWay运输联盟致力于促进汽车节省燃料和环保技术的开发通过测试的新一代宽面单胎代替双胎在燃料节省和排放上的改善于2004年12月测试采用移动排放测试设备传感器；Inc;AnnArbor,Michigan将于2005年11月发表一篇SAE论文第90页/共98页如果滚动阻力降低了,

我们是否可以计算其对减少排放和节省燃料的潜在作用?第91页/共98页以

CO2为例CO2

最容易计算