米其林-滾動阻力講述

1、Rolling ResistanceBasic FoundationRandall CLARK滾動阻力滾動阻力基本認識Rolling Resistance 滾動阻力滾動阻力 Definition and Origins Relative magnitude Cars Trucks Buses External VariablesBasic Foundation 基本認識 定義及起源 講述范圍轎車卡車 客車 外部因素What is Rolling Resistance?何為滾動阻力？何為滾動阻力？運動方向運動方向與運動方向相與運動方向相反的力反的力風慣性內摩擦滾動阻力滾動阻力定義為一個輪胎運動單

2、位距離消耗的能量滾動阻力只能通過消耗能量來克服用在汽車上，則這些能量由燃料提供，因此，滾動阻力對油耗有直接的影響斜坡阻力Rolling Resistance:滾動阻力：滾動阻力： FRR Tire drag on vehicle motionFRR 輪胎相對車輛的運動滯后行使方向滾動阻力滾動阻力空氣阻力空氣阻力內部阻力（機械摩擦）內部阻力（機械摩擦）重力重力慣性阻力慣性阻力How can you feel Rolling Resistance?如何感覺滾動阻力如何感覺滾動阻力?If you ride a bicycle with tires at low pressure, you have

3、to work harder to overcome the increased rolling resistance.當你騎著裝有低風壓輪胎的自行車時，你必須更加用力，以克服增加的滾動摩擦力。So is it Energy or Force?所以，滾阻是能量還是力？所以，滾阻是能量還是力？ Rolling Resistance = tire rolling energy consumed per unit distance= work/distance= Newtons X meters / meters Rolling Resistance = resistive force of the

4、 tires= force= NewtonsBOTH ! 都是都是! 滾動阻力 = 輪胎通過每單位距離所消耗的滾動能量= 功/距離= 牛頓 X 米 / 米 滾動阻力 = 輪胎抵抗力= 力= 牛頓What causes Rolling Resistance?什么導致滾動阻力？什么導致滾動阻力？導致滾動阻力的三個主導致滾動阻力的三個主要的物理原因要的物理原因運動方向運動方向空氣動力對轉動輪胎的延遲作用占015%微小滑移5%屈撓屈撓壓縮與剪切接地部位的變形所造成的能量損失占能量損失總量的8095%輪胎的哪些部位消耗了大部分的能量輪胎的哪些部位消耗了大部分的能量? ?計算機模擬的能量損失能量分散圖轎車

5、胎橫截面卡車胎橫截面該圖采用有限元方法計算橡膠配方的作用橡膠配方的作用 積極方面： 提供抓著力，彈力，韌性， 耐磨性 消極方面： 浪費輪胎變形產生的熱；從而損失了來自油箱 的能量硫所搭建的“橋”輪胎在接地部位發(fā)生變形橡膠配方的選擇橡膠配方的選擇 有可以降低滾動阻力的橡膠配方 配方的選擇必須依據各種設計要求 磨耗、抓地性、抗切割 有些高科技配方可以降低滾動阻力，而幾乎不犧牲其他性能 胎面花紋的影響胎面花紋的影響例如：卡車胎例如：卡車胎低滾動阻力平滑的直花紋輪胎高滾動阻力橫花紋輪胎橡膠配方和胎面花紋的選擇影響滾動阻橡膠配方和胎面花紋的選擇影響滾動阻力和生熱力和生熱202.4149.6180.5*2

6、15.0F*215.0F*75.0F80.0100.0120.0140.0160.0180.0200.0高滾阻輪胎高滾阻輪胎低滾阻輪胎低滾阻輪胎用紅外線照相機采到的卡車輪胎轉動時的圖片；兩個輪胎在相同的負荷及充氣壓力下運轉。低滾阻和高滾阻輪胎的比較低滾阻和高滾阻輪胎的比較將不同商標/類型的輪胎安裝在車輛的相同部位，在夜間利用紅外線照相機可以看到輪胎生熱，即滾阻的不同你可以看出胎面花紋和配方的不同你可以看出胎面花紋和配方的不同低生熱輪胎還有其他優(yōu)點低生熱輪胎還有其他優(yōu)點 卡車輪胎： 胎體可以使用更長時間，因此潛在更多的翻新機會優(yōu)化資源利用 轎車輪胎： 減少行駛時破壞的機會更安全輪胎結構是否會有影

7、響輪胎結構是否會有影響? ?是的是的! ! 子午線輪胎更加優(yōu)秀子午線輪胎更加優(yōu)秀子午線輪胎結構斜交輪胎結構斜交斜交層輪胎層輪胎斜斜交層輪胎交層輪胎胎胎冠及胎冠及胎側由相同側由相同的結構層的結構層構成構成 各層各層重疊構成重疊構成較厚的胎體結較厚的胎體結構層構層 胎體胎體由幾個斜由幾個斜交叉的簾布層交叉的簾布層構成構成高摩擦高摩擦 = = 高滾阻高滾阻 胎側胎側的彎曲變形會傳送到胎冠，的彎曲變形會傳送到胎冠，從而導致：從而導致：接地接地區(qū)域的變形區(qū)域的變形胎體胎體層間相互剪切導致過熱層間相互剪切導致過熱與與路面的高摩擦力路面的高摩擦力斜交斜交輪胎輪胎: : 胎冠胎冠和胎側相牽連和胎側相牽連 Si

8、dewall 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子午線子午線輪胎輪胎 胎體胎體由一個輻射層構成由一個輻射層構成 胎冠胎冠由幾個鋼絲層固定由幾個鋼絲層固定 胎側胎側和胎冠的活動是分開和胎冠的活動是分開的的 Casing made of one radial ply Crown stabili

9、zed by several steel plies Sidewalls and tread function separately輻射輻射層構造層構造胎冠胎冠和胎側獨立活和胎側獨立活動動, , 可以可以提供更大提供更大的接地面積的接地面積 可可吸收對駕駛員、設吸收對駕駛員、設備和裝載物的震動備和裝載物的震動胎面胎面磨耗均勻而且磨耗均勻而且緩慢緩慢胎體胎體由單獨一層由單獨一層鋼絲簾布構成，鋼絲簾布構成，這樣就沒有了層這樣就沒有了層間的摩擦，行駛間的摩擦，行駛時生熱更低時生熱更低胎冠胎冠由鋼絲環(huán)帶固由鋼絲環(huán)帶固定，改善了輪胎的定，改善了輪胎的抗刺穿及抗撕裂性抗刺穿及抗撕裂性能能低摩擦低摩擦 =

10、= 低滾阻低滾阻 胎側的彎曲變形不會傳到胎冠，因此： 接地區(qū)域變形更小 降低與地面的摩擦，以提高乘坐舒適性低生熱子午線子午線輪胎：輪胎： 胎側胎側和胎冠獨立活動和胎冠獨立活動子午線輪胎的優(yōu)點子午線輪胎的優(yōu)點 節(jié)省燃料 5%10% 抗刺穿能力更強更安全 胎體低生熱更安全，翻新率更高 更耐磨 使用時間翻一翻每年需要的輪胎減少， 減少廢胎處理 對路面的損壞比斜交胎更小輪胎的規(guī)格有關系嗎輪胎的規(guī)格有關系嗎? ?有有! ! 越大越優(yōu)秀越大越優(yōu)秀輪胎外徑對滾動阻力的影響以100為基準基準100：175/70 R14輪胎依標準ISO 8767測得。滾動阻力滾動阻力 定義及起源講述范圍講述范圍轎車卡車 客車

11、外部因素基本認識基本認識與其他因素相對的重要性與其他因素相對的重要性輪胎滾阻消耗燃料占總燃料的百分比輪胎滾阻消耗燃料占總燃料的百分比: :公路公路 轎車 8 20%或者說每100升燃料中，有8到20升消耗于輪胎的能量損失 卡客車 2535%或者說每100升燃料中，有25到35升消耗于輪胎的能量損失與行駛路線也有很大關系與行駛路線也有很大關系滾動阻力占總阻力的百分比（四種路線對比）市內市外高速公路主流路面滾動阻力內摩擦力空氣阻力慣性阻力 定義及起源 講述范圍轎車卡車 客車外部因素外部因素滾動阻力滾動阻力基本認識基本認識行駛時間行駛時間滾阻迅速降低，然后趨于穩(wěn)定滾阻迅速降低，然后趨于穩(wěn)定行駛時間對

12、滾阻的影響（轎車輪胎）以100為基準基準100：輪胎滾動30分鐘后依標準ISO 8767 測得。溫度的影響溫度的影響溫暖的天氣使得輪胎的效率更高（低滾阻）溫暖的天氣使得輪胎的效率更高（低滾阻）環(huán)境溫度對滾阻的影響（轎車胎）基準100：在25下依標準ISO8767測得的滾阻標準ISO8767規(guī)定的測量條件：輪胎氣壓=2.1bar，負荷=輪胎最大負荷的80%，速度=80km/h。在此范圍內，溫度每變化1，滾阻相應變化0.6%。速度的影響速度的影響輪胎的對能量損失的貢獻 (FRR) 不變， 但所占百分比減小，因為在高速狀態(tài)下，空氣阻力起主導作用。The tire contribution (FRR)

13、 does not change but the % contribution decreases because the aerodynamic drag dominates at higher speeds阻力速度充氣壓力的影響充氣壓力的影響較高的充氣壓力可降低滾動阻力較高的充氣壓力可降低滾動阻力轎車輪胎基準100：在充氣壓力為2.1bar下依標準ISO 8767測得。負荷的影響負荷的影響隨著負荷的增加，輪胎變得更高效 (CRR) ，但是實際阻力 (FRR)增大了 ，因為輪胎的負荷增加了。綜合的綜合的Z = 加在輪胎上的垂直載荷占設計最大載荷的百分比加在輪胎上的垂直載荷占設計最大載荷的百分

14、比The tire becomes more efficient (CRR) - BUT the actual resistive force (FRR) increases because the load on the tire increases 轎車基準100：在負荷為最大負荷80%時依標準ISO 8767測得的滾動阻力滾動阻力滾動阻力: : 它會消耗油箱里的燃料 它無法被完全消除 某些輪胎結構和配方的設計可以降低滾動阻力要點要點滾動阻力滾動阻力基本認識Randall CLARK滾動阻力滾動阻力實驗室測量方法Randall CLARK測量單位測量單位 滾動阻力牛頓 滾動阻力系數 kg

15、/ ton滾動阻力滾動阻力: : 力和系數力和系數FRR ：在車輛上輪胎的實際拖曳力 CRR： 滾動阻力系數 = FRR/ZCRR 用以測量輪胎的效率；一般表示為 kg/ton (或 kg / 1000 kg)滾動阻力測試轉鼓滾動阻力測試轉鼓 示意圖示意圖 推進汽缸滾動阻力測試轉鼓滾動阻力測試轉鼓四個基本的測試方法四個基本的測試方法 減速度法 阻力法 扭矩法 功率法減速度法減速度法減速測試法是ISO標準里規(guī)定的注：表示轉動角速度；表示角加速度。.阻力法阻力法依ISO標準測定阻力力傳感器（測力計）扭矩法扭矩法依ISO標準測定扭矩扭矩傳感器（扭矩計）功率法功率法依ISO標準測定輸入的電功率瓦特計現

16、行使用的測試標準現行使用的測試標準 ISO 方法 ISO 8767, 9948, 13327 2005年7月發(fā)行的ISO 18164 SAE 方法 SAE J1269, J1270 (扭矩、阻力、功率法) J2452 (減速度法) 其他未決問題其他未決問題 因為ISO 18164 收集了大量可能的滾動阻力測試方法， ETRTO 決定規(guī)定其 參考方法 。其目的是產生直接可比結果的可能性，例如觀察潛在的規(guī)則。 這將與 ISO 18164 一致，但將規(guī)定一些需要的參數，以取得可比較的結果。在這方面，目標是將輪胎置于相同的熱力學狀態(tài)，并測量相同的物理量。 如今該方法已經通過同意，一項 round-ro

17、bin 測試已經在歐洲完成，關于實驗室間滾動阻力值的比較的討論正在進行中。 其他測試因素其他測試因素 測試的正確度及精確性 測量滾動阻力時，在存在較大力的情況下，必須測量小的力，因此，必須使用適當精度的設備和儀器。 設備的校準必須按規(guī)則檢查，以避免測試結果的漂移。其他實驗室測試方法其他實驗室測試方法 測力計法 在輪胎滾動的同時測試轎車發(fā)動機 平路測試機 Dynamometers test car engines with tires rolling Flat track test machines測力計法測力計法單滾筒法單滾筒法 vs vs 雙滾筒法雙滾筒法注釋注釋: 輪胎在單滾筒測力計上的變

18、形大于在路面上的變形，比在雙滾筒 測力計上的變形大得更多。 測力計產生的滾動阻力大于路面產生的滾動阻力 。 在標準氣壓下，雙滾筒測力計造成的變形甚至會導致輪胎破壞，因此歐洲法規(guī)里允許在做雙滾筒測力計測試時，將輪胎氣壓充到超過標準值的50%。雙滾筒測力計法雙滾筒測力計法同時測試油耗及發(fā)動機排放同時測試油耗及發(fā)動機排放重型車輛重型車輛: : 卡客車 發(fā)動機在車輛外測試其實際規(guī)格限制 (例如， 在測力計上沒有測試發(fā)動機的排放) 在發(fā)動機測試時沒有輪胎的影響，但是 仍然有滾動阻力對車輛使用性能的影響平路測試機平路測試機 可消除 roadwheel curvature的潛在誤差 只用于測試滾動阻力顯得過

19、于昂貴滾動阻力滾動阻力實驗室測試方法Randall CLARK滾動阻力滾動阻力實車測試滾動阻力和油耗Randall CLARK實車測試滾動阻力和油耗實車測試滾動阻力和油耗 油耗測試 實際車隊使用 燃料測試 滑坡測試示范 更多有趣的測試方法.卡車隊在標準的條件下測試油耗卡車隊在標準的條件下測試油耗 根據以往的卡車油耗確定出油耗基準 在一組卡車上安裝不同的輪胎 將這組安裝新胎的卡車的油耗和其他是卡車及以往該組車輛的油耗作比較 現有的標準測試程序 TMC1109 提供了標準車隊進行油耗比較的內容組成的指導油耗的精確性很重要油耗的精確性很重要! !規(guī)范操作下的車隊的油耗比較規(guī)范操作下的車隊的油耗比較

20、輪胎的改變得到的油耗的改善： 6.8 英里/加侖 7.4 英里/加侖，即降低油耗 8.8%油耗測試油耗測試 短程測試 最小載重 確保車重一致 使用可移動的油箱 在行駛前后秤油箱重量 比較不同套輪胎的油耗滾動阻力滾動阻力: : 滑坡示例滑坡示例 長平板 兩輛安裝不同輪胎的卡車，以作對比 相同的出發(fā)點 脫離離合器 讓車輛下滑直到停止 測量車輛之間的距離 更換輪胎，重復以上步驟轎車示例轎車示例: :從斜坡上滑下從斜坡上滑下通過讓轎車從一個斜坡上滑下，然后測量車輛之間的距離來比較兩套不同的輪胎。轎車示例轎車示例: :從斜坡上滑下從斜坡上滑下 相同的轎車 普通輪胎 vs 節(jié)能 “綠色”輪胎 “綠色”輪胎

21、比普通輪胎多滾出6米在在 Shell 環(huán)保馬拉松的實際示范結果環(huán)保馬拉松的實際示范結果滾動阻力對比滾動阻力對比: : 人拉試驗滾動阻力滾動阻力實車測試滾動阻力及油耗Randall CLARK滾動阻力滾動阻力改善油耗的輪胎創(chuàng)新Randall CLARK改善油耗的輪胎創(chuàng)新改善油耗的輪胎創(chuàng)新 歷史： 充氣輪胎 子午線輪胎 綠色輪胎 新一代寬斷面輪胎（可用單胎代替雙胎） (卡客車用)最初的輪胎最初的輪胎: : 實心輪胎實心輪胎1896年年8月月26日日，Edouard Michelin 比較實心輪胎和充氣輪胎的油耗：充氣輪胎省油30%滾動阻力測試轉鼓滾動阻力測試轉鼓 示意圖示意圖 在這期間取得了很多進

22、步在這期間取得了很多進步轎車輪胎滾阻的改進（kg/噸）輪胎的結構是否有影響輪胎的結構是否有影響? ?有有! ! 子午線輪胎更加優(yōu)秀子午線輪胎更加優(yōu)秀子午線輪胎結構子午線輪胎結構斜交層輪胎結構斜交層輪胎結構斜交斜交層輪胎層輪胎斜交斜交層輪胎層輪胎胎胎冠及胎冠及胎側由相同側由相同的結構層的結構層構成構成 各層各層重疊構成重疊構成較厚的胎體結較厚的胎體結構層構層 胎體胎體由幾個斜由幾個斜交叉的簾布層交叉的簾布層構成構成子午線子午線輪胎輪胎 胎體由一個輻射層構成 胎冠由幾個鋼絲層固定 胎側和胎冠的活動是分開的子午線子午線結構結構胎冠和胎側獨立活動, 可以提供更大的接地面積 可吸收對駕駛員、設備和裝載物

23、的震動胎面磨耗均勻而且緩慢胎體由單獨一層鋼絲簾布構成，這樣就沒有了層間的摩擦，行駛時生熱更低胎冠由鋼絲環(huán)帶固定，改善了輪胎的抗刺穿及抗撕裂性能子午線輪胎子午線輪胎: : 相當于一個油礦相當于一個油礦? ? 以典型卡車為例 (6輪)： 行程：100,000 公里/年油耗: 35 升/ 100公里 耗油35,000升/年 子午線輪胎可省油8%，即2800升 每輛卡車有6條輪胎， 所以每條子午線輪胎可省油是的是的! ! 因為它省油因為它省油! !每條輪胎每年可省油每條輪胎每年可省油 460升升!子午線輪胎子午線輪胎: : 通過省油，就像一個油礦通過省油，就像一個油礦“綠色綠色” 輪胎輪胎: : 新一

24、代低滾阻輪胎新一代低滾阻輪胎 采用與普通輪胎（有時稱為“黑色”輪胎，以區(qū)別于新一代“綠色”輪胎）不同的胎面膠料配方 其實輪胎的顏色并沒有改變 “綠色”輪胎和“黑色”輪胎都是黑色的 例子例子: : 轎車輪胎轎車輪胎新型高能效新型高能效“綠色綠色”輪胎輪胎 例子例子: : 轎車輪胎轎車輪胎 普通 (或 “黑色”) 輪胎的滾動阻力系數約為 13 kg/t ；而低滾阻“綠色”輪胎約為10 kg/t 一部1.1噸的轎車，使用一套“黑色”輪胎，其滾動阻力約為140N；使用一套“綠色”輪胎，其滾動阻力約為100N；兩者相差40N。這怎么可能這怎么可能?普通填充劑: 碳黑新型填充劑新型填充劑: : 硅土硅土新

25、材料家族: 在胎面膠料配方中，硅土代替了碳黑加強填充劑功能聚合體化學組硅硅烷節(jié)硫“橋”聚合體未來未來: : 難于置信的燃料節(jié)省可以在原型車及難于置信的燃料節(jié)省可以在原型車及輪胎上得以實現輪胎上得以實現省油的世界紀錄是在2005年6月26日的米其林的 Ladoux 試車跑道上創(chuàng)造的。該紀錄是由來自瑞士Zurich Ecole Polytechnique的一個試車隊在Shell 環(huán)保馬拉松賽事上創(chuàng)造的，該紀錄為14,227英里英里/ / 加侖加侖 (5,385公里公里/ /升升) )。于2003年5月創(chuàng)造的舊紀錄為12,945 英里/加侖 (4,984公里/升) 。注: 這種輪胎不是一般公路使用輪

26、胎!Shell 環(huán)保馬拉松 也是一個展示輪胎影響車輛能耗的機會。 基于這種考慮， 米其林開發(fā)了兩種輪胎：一種輪胎的滾阻為 2kg/ton ， 另一種輪胎的滾阻為另一種輪胎的滾阻為 1kg/ton。6月25日上午舉行的比賽采用高滾阻輪胎。Zurich Ecole Polytechnique隊創(chuàng)下了3,952公里/升的成績。下午的比賽采用低滾阻輪胎，該隊創(chuàng)下了 5,134公里/升的成績。 6月26日該隊創(chuàng)造了 14,227 英里/加侖 (5385公里/升) 的紀錄。 卡客車用新型輪胎卡客車用新型輪胎新一代寬胎面輪胎（單胎使用）新一代寬胎面輪胎（單胎使用）單胎代替雙胎 = 降低滾動阻力 = 節(jié)省燃料

27、節(jié)省燃料米其林版米其林版: :_ _與普通子午胎不同的結構與普通子午胎不同的結構這樣真的能這樣真的能省油嗎省油嗎?普通帶束層：置以一個角度采用無接頭技術：沿輪胎圓周0角度纏繞詢問試車隊詢問試車隊 該車隊的測試顯示： X One 比雙胎子午線輪胎省油12%詢問試車隊詢問試車隊 該車隊的測試顯示： X One 比雙胎子午線輪胎省油10%對于客車也有同樣的效果對于客車也有同樣的效果 歐洲的UTAC 在客車上所作的測試顯示：將客車上的普通子午線輪胎換成 X One 輪胎，可省油24%為新一代單胎用寬胎面輪胎開發(fā)的獨為新一代單胎用寬胎面輪胎開發(fā)的獨特的客車特的客車CIVIS客車采用X One輪胎，使得允

28、許在每個輪心上配置一個電動發(fā)動機，以降低滾動阻力。該車在法國 (Rouen and Clermont-Ferrand) 和美國 (拉斯維加斯)使用。輪胎寬度最大化，以輪胎寬度最大化，以 適用于低洼路面和適用于低洼路面和通過障礙通過障礙CIVIS客車的輪軸采用客車的輪軸采用 X One輪胎輪胎為通過障礙，提高燃料效率以及減少客車數量為通過障礙，提高燃料效率以及減少客車數量 每輛車可乘坐更多的人每輛車可乘坐更多的人每個輪心內配置一個電動發(fā)動機每個輪心內配置一個電動發(fā)動機滾動阻力滾動阻力改善油耗的輪胎創(chuàng)新Randall CLARK滾動阻力滾動阻力對發(fā)動機排放的影響Randall CLARK降低滾動阻

29、力有兩個好處降低滾動阻力有兩個好處 行駛相同的路程或拖運等量的貨物需要更少的石油 更少的實際發(fā)動機排放和溫室氣體（CO2）我們已經知道如何降低滾動阻力我們已經知道如何降低滾動阻力是否能夠測量輪胎滾動阻力降低后，溫室氣體減少的量呢？可以！美國環(huán)保組織美國環(huán)保組織 SmartWay 運輸聯盟致力于促進汽車節(jié)省燃料和環(huán)保技術的開發(fā) 通過測試的新一代寬面單胎代替雙胎在燃料節(jié)省和排放上的改善 于2004年12月測試 采用移動排放測試設備傳感器；Inc; Ann Arbor, Michigan 將于2005年11月發(fā)表一篇SAE 論文如果滾動阻力降低了如果滾動阻力降低了, , 我們是否可以計算其對減少排放和節(jié)省燃料的潛在作用?以以 CO2為例為例 CO2 最容易計算 同樣的方法對其他污染物也是正確的 其他污染物的計算更加復雜，因為它們不是線性的 原則: 未燃燒的燃料沒有排放 以卡車為例：將中國所有的卡車胎換成子午胎 以轎車為例： 將中國所有轎車輪胎換成低滾阻節(jié) 油輪胎省油假設省油假設 卡車輪胎：將所有的斜交胎換成子午胎，假設平均節(jié)油 8% 子午胎已經占市場的20% ，所以這樣將影響80% 的卡客車 轎車輪胎：將