探讨轮胎滚动阻力测试方法与测试设备

苏博

(上海轮胎橡胶（集团）股份有限公司轮胎研究所，上海 200072)

探讨轮胎滚动阻力测试方法与测试设备

苏博

(上海轮胎橡胶（集团）股份有限公司轮胎研究所，上海 200072)

汽车行驶过程中产生的运动阻力即车辆滚动阻力，阻力的大小直接影响燃油的消耗。文章对轮胎的滚动阻力的测试方法与测试设备进行分析探讨。

滚动阻力；测试方法；测试设备

轮胎的滚动阻力通常被定义为一条轮胎在单位距离内行驶时能量的损失。国际单位制传统上使用的滚动阻力单位为Nm/m，这与以N为单位的牵引力相等。轮胎与路面之间的滚动阻力可被看作是使加载负荷的轮胎匀速运动所需的纵向力，或者也可以被视为滚动阻力与轮胎负荷相除所得滚动阻力系数。

车辆滚动阻力是基本的运动阻力之一，无论在任何路面条件下均会产生。而其所带来的最直接的影响莫过于燃油的消耗了。研究表明，乘用轿车的平均滚动阻力减少10%将会使其油耗减少3%。滚动阻力直接影响车辆燃油消耗，对于二氧化碳排放的多少也有影响。

1 现场（路面)测试方法

1.1 滑行测试方法

测试车辆沿平坦路面直线下滑，其速度和距离都随时间变化情况而进行测量。作用于车辆上的阻力造成了车辆的减速。以能量损失特征和车辆自身数据为依据的根据相关方程式可计算滚动阻力。然而，这种测试方法所测得的数据并不精确，特别是在高速行驶条件下当空气阻力大于滚动阻力时。因此，我们有必要了解空气动力学阻力，以便对测试结果做出进一步修正。然而尽管解决这一问题的方法很多，但这一测试方法的准确性还是自有其限制。

1.2 滚落山坡测试方法

连接水平面的一段下坡被用来进行该测试。测试车辆在斜坡某一位置下滑，最后停止于水平路面的某一位置（如图1）。在速度低于15 km/h的测试情况下，空气阻力可以忽略不计。滚动阻力系数可以根据某些方程予以计算得出。此种测试方法的精确性与测试运动距离的精确程度密切相关。

1.3 牵引车测试方法

装有测试轮胎的测试车辆被装入自身拥有车轮的空气动力学仓内。该仓可将车辆与空气阻力隔开。在牵引装置与测试车辆间安置了一台具有较高精确度的拉力试验机（如图2）。测试车辆在水平测试轨道上被匀速牵引前进。拉力试验机记录了测试车辆所有轮胎用来平衡滚动阻力的受力情况。由于该测试车辆与气流阻隔开来，因此测试过程完全不受空气阻力的影响。然而，由于牵引车车速不可避免的要发生变化，因此测试结果的准确性将受到较大影响。由于牵引车辆速度改变所引起的惯性力也会干扰测试。该测试的准确性受制于精确的车速控制以及长时间的匀速运行。

图1 诺基亚测试轮胎滚动阻力

图2 使用牵引车测试方法测试轮胎与路面间的关动阻力

1.4 根据测试车辆内部驱动转矩的测试方法

该测试方法所依据的是测试车辆引擎和动力轮胎之间的驱动转矩。不幸的是，高速行驶下的空气阻力（超过15 km/h）会极大影响测试结果，因此，对测试结果进行修正在所难免。此种测试方法同样受制于速度的变化影响。

1.5 根据车辆最高行驶速度的测试方法

尽管滚动阻力影响汽车最高行驶速度，但在这种情况下，最重要的影响因素却经常是空气阻力。在车辆以最高速度行驶时所测得的所有滚动阻力都是极为不精确的。

1.6 拖车测试方法

多年来，一直被设计用于测试轮胎与路面之间的摩擦力的拖车同样可沿用于轮胎的滚动阻力的测试之中。被设计用来测试牵引力的拖车实际并不适用于滚动阻力的测试，因为滚动阻力大小大约只有最大牵引力的1%～2%。

因此，如果用于测试滚动阻力，其测试范围显然并不适用。通常情况下，这类拖车并不能提供轮胎滚动阻力测试以足够的精确性。我们要知道滚动阻力的大小通常只有轮胎负重的1%。如果我们测试滚动阻力的精确性目标力求达到2%，同时测试过程中的轮胎负载为3 000 N,那么该测试侧向力的仪器必须具有0.6 N的测试精度。在轮胎垂直负载达到3 000 N的系统里，想要匀速行驶于并不十分平坦的路面绝非易事。

图3 轮胎滚动阻力测试拖车以及工作原理

2 拖车测量设备

2.1 一般的测试拖车

据瑞典国家道路研究所报告称，早在20世纪80年代，比利时道路研究中心设计并建造了一种特殊的用来测试滚阻的拖车。它成为第一种用来测试滚动阻力的设备。图3显示了拖车及工作原理。

2.2 格但斯克工业大学的轿车胎测试拖车

在20世纪90年代末期，格但斯克工业大学设计并建造了一辆为轿车胎测量滚动阻力的测试拖车，在2005年投入使用。近些年，测试拖车的设计已获得专利，并不断地取得了改进。格但斯克工业大学测试拖车（如图4）。

图4 格但斯克工业大学设计的轮胎滚动阻力测试拖车

这种拖车是为测试轿车轮胎而设计。这款三轮拖车的设计是自持的也就意味着这款拖车能够自己和被拖的车起到连接作用。稳定拖车的前轮有自我调节性能。拖车的液压制动系统只在前轮运作，在道路行驶过程中可提供良好的制动性能，足以保证拖车良好的稳定性。为了适应轿车的悬架系统，这种拖车采用独立的前悬挂系统。

作用于测试车轮上的滚动阻力是测量臂在垂直方向上力的分量。同时，我们可应用感应传感器测量臂与臂之间的角度Θ并用来计算滚动噪声（如图5）。再对拖车在加速/减速和设计到水平平面臂的偏转的测试结果进行修正。

图5 测试系统原理

数据采集及分析系统为美国IOtech Inc.公司产高速、高性能装置Daqbook/200。信号可由安装在拖车上的传感器传递到车辆的启动装置。在车舱内，安装好笔记本电脑不仅可以控制测试，还可以存储离线分析结果，如图6。操作程序可用Borland Delphi 7软件进行编写，在Windows操作系统下通过运用标准装置进行数据相关处理。

图6 车内电脑数据传输系统

拖车的测试系统包括：①支撑车轮速度传感器（感应仪）－频率信号；②测试车轮速度传感器（旋转脉冲发生器）－频率信号；③测量臂的角位（感应仪）－模拟信号；④臂倾斜（测斜仪）－模拟信号；⑤测试车轮压力（压电传感器）－模拟信号；⑥测试轮胎温度（红外传感器）－模拟信号；⑦红外触发器－模拟信号。

2.3 BASt拖车

为测试轿车胎用的BASt滚动阻力拖车给测试轮胎/车轮组合件使用一个单独的车轮悬架（如图7、图8、图9）。

图7 为轿车轮胎设计的BASt滚动阻力测试拖车

图8 在BASt拖车上测试轮胎悬架的原理

图9 BASt拖车的悬架

2.4 IPW载重拖车

载重挂车装置测量卡车轮胎的滚动阻力。四条轮胎的滚动阻力总和的测量是由卡车和拖车测力传感器来完成。拖车的车身可以加载18 t的重量，前后车轴的负载都在9 t左右。其卡车拖车拖车，以一个每小时15 km的速度行驶以避免因风速带来的对测试结果产生的影响。卡车拖车测试装置见图10。

图10 卡车拖车滚动阻力测量装置

2.5 德国亚琛工业大学的移动轮胎测试台

德国亚琛工业大学开发出一款移动轮胎测试台。这个拖车主要是为了在实时记录轮胎的力和力矩，与道路测量的数据或在实验室获取的公众道路和试验场的测试数据做对比与分析（如图11、图12和图13）。

图11 德国亚琛工业大学的移动轮胎测试台

图12 在平坦道路上的测试

图13 在测试鼓上的测试

室内滚动阻力测试是通过试验机上进行测试，由于它的实验条件虽系模拟的使用条件但可以加以控制，故实验数据的重复性好。室外滚阻测试一般都是试验车辆在道路上完成的，尽管试验条件真是，但易受到外界因素的影响，存在误差。目前，国内轮胎滚动阻力试验以室内试验为主。随着国内轮胎试验场的建设，应加强对轮胎滚动阻力户外测试的研究。

Discussion on rolling resistance test methods and test equipments

Discussion on rolling resistance test methods and test equipments

Su Bo

(Tire Institute of Shanghai Tyre & Rubber (Group) Co., Ltd., Shanghai 200072, China)

The exercise resistance generated by moving vehicles is rolling resistance, which directly affects fuel consumption. The article discusses and analyses test methods and test equipment of tire rolling resistance.

rolling resistance; test method; test equipment

TQ336.1

1009-797X(2015)21-0065-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.21.013

(R-03)

苏博，（1980-），男，毕业于美国犹他州立大学，工程师，从事科技情报管理及法律咨询等工作。

2014-03-14