低滚阻轮胎节能效果的验证

2019-02-25王延克

客车技术与研究 2019年1期

关键词：车速阻力客车

王延克

(厦门金龙旅行车有限公司，福建厦门 361022)

车辆轮胎阻力的大小是影响车辆能耗的一个重要因素。为了能够进一步降低我司车辆的能耗，轮胎配套厂家专门推出了针对我司车辆的低滚阻轮胎。本文就低滚阻轮胎装车后的实际节能效果进行验证。

1 试验准备

1.1 试验车辆及轮胎的选型

为了检验低滚阻轮胎的节能效果，特选定了我司主要车型中的2款车，一辆10 m纯电动城市客车(轮胎型号275/70R22.5,轮胎气压830 kPa， 6条)和一辆9 m的纯电动旅游车(轮胎型号215/75R17.5，轮胎气压830 kPa， 6条)分别装配普通轮胎和低滚阻轮胎来进行测试。

10 m纯电动城市客车的整备质量为11 000 kg，最大总质量为17 500 kg，测试质量为15 550 kg；9 m纯电动旅游车的整备质量为6 100 kg，最大总质量为9 850 kg，测试质量为8 540 kg。

1.2 试验方法

本文采用道路滑行法[1-2]来进行车辆行驶阻力的估算，该行驶阻力包含风阻、轮胎与地面的摩擦阻力以及车辆发动机、传动系统的摩擦阻力等。

车辆的滑行测试在海南汽车试验场进行，测试车辆状态、环境、场地符合GB/T 12536—2017[3]的要求。

滑行前依照GB/T 18386—2017[4]，按照车辆最大装载质量的65%进行加载。

受测试车辆自身配置条件限制，10 m 城市客车滑行测试的起始车速确定为65 km/h，9 m旅游车滑行测试的起始车速确定为75 km/h。

2 试验结果及分析

2.1 滑行试验对比

在性能测试道路上分段滑行，往返各进行2次，用GPS(Vbox)每隔5 km/h记录一次滑行时间、车速。

滑行时尽量确保装配普通轮胎与低滚阻轮胎的磨损程度、试验场地、环境气温、压力、风速等因素相同。滑行曲线如图1所示。

图1 滑行时间曲线

从图1可以看出9 m、10 m客车装配低滚阻轮胎的滑行时间均比装配普通轮胎的滑行时间要长。由此可知，车辆装配低滚阻轮胎滑行过程中受到的阻力要小于装配普通轮胎时的阻力(可假定两者的其他阻力相同)。

2.2 滑行数据分析

假定车辆滑行过程中在各减速段内均为匀减速的状态(即车辆受到的综合外力F恒定)，从图1中的数据可知相应的减速段的时间t，通过式(1)可得到相应速度段的减速度a[5]。

F=ma=m▽V/t

(1)

式中：▽V为恒定的车速变化量，10 km/h；m为滑行车辆质量。

从而可以计算出车辆在使用普通轮胎和低滚阻轮胎进行滑行时在不同减速段内受到的阻力值，如图2所示。

图2 滑行阻力曲线

由上面的滑行结果可以看出，2辆客车使用低滚阻轮胎时，车辆在滑行时受到的阻力明显小于使用普通轮胎受到滑行阻力。由于在进行2种轮胎滑行试验时，试验人员尽可能地确保环境条件、路面条件、车辆配置(轮胎除外)、驾驶人员、仪器设备等都基本一致，且车辆受到的风阻也是基本一样，所以可以断定轮胎差异应该是引起车辆滑行阻力差异的主要因素。

2.3 阻力系数的计算

车辆在行驶过程中的阻力可以近似地看成是一个以车速为变量的二次多项式[6-7]，如式(2)所示。

F=A+B·X+C·X2

(2)

式中:F为车辆在行驶过程中受到的阻力；A为常数项系数，代表不随车速变化的恒定阻力(如轴承、密封圈、轮胎等)；B为一次项系数，代表所有随速度线性变化的阻力(如驱动系、差速器等)；C为二次项系数，代表随速度平方变化的阻力(如风阻、轮胎变形阻力等)；X为变量，代表车速。

将图2中的数据带入到Excel表中，使用Excel中自带的插图工具和二次多项式拟合工具可得10 m城市客车、9 m旅游客车分别装配普通轮胎和低滚阻轮胎时的滑行阻力系数[8]，见表1。

表1 滑行阻力系数

3 低滚阻轮胎节能效果验证

3.1 能耗及续驶里程测试

车辆使用低滚阻轮胎的最终目的是为了降低车辆的能耗，增加其续驶里程。因此，为了进一步验证低滚阻轮胎的效能，依据GB/T 18386—2017 ，使用通过以上方法计算出来的滑行阻力系数在我司的底盘测功机上设置车辆的行驶阻力[9-10],采用匀速法进行能耗和续驶里程测试，从而进一步验证低滚阻轮胎的节能效果。测试结果见表2。

表2 能耗及续驶里程

由表2中的测试数据可知，就匀速法而言，10 m和9 m 2款纯电动客车，在65%的加载质量下，装配低滚阻轮胎比装配普通轮胎的续驶里程分别增加了7.7%和10.7%，百公里能耗分别减少了7.3%和9.4%。

3.2 低滚阻轮胎节能效果的进一步验证

为了进一步验证低滚阻轮胎确实有着较好的节能效果，特选定这2辆纯电动客车不同的测试质量，依照以上方法进行测试，测试结果见表3。

表3 百公里能耗

表3的测试结果表明，就这 2款纯电动客车而言，在不同装载质量下，相较于普通轮胎，低滚阻轮胎确实有着较为显著的节能效能。10 m城市客车低滚阻轮胎的平均节能效率在7.7%左右，9 m旅游车低滚阻轮胎的平均节能效率在9.4%左右。且由轮胎厂家提供的信息可知，低滚阻轮胎和普通轮胎的使用寿命基本一致，而在价格上也相差无几。