乘用車輪胎滾動阻力對整車動力性經濟性影響的研究

付紅飛

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乘用車輪胎滾動阻力對整車動力性經濟性影響的研究

付紅飛

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241006）

該文從理論上對汽車滾動阻力對整車油耗的影響進行了分析，并運用整車CAE分析和試驗進行了驗證，指出了采用低滾阻輪胎能有效的降低整車油耗，并大力提倡各主機廠采用低滾阻輪胎，有利于汽車行業的節能減排，對中國汽車行業第三階段油耗限值和企業平均油耗目標達成有較大幫助。

滾動阻力；低滾阻輪胎；動力性經濟性；第三階段油耗限值

1 研究背景

以下圖1是2008-2017年的中國汽車銷量對比圖。2008年，中國的汽車銷量是938萬臺，到2017年增長為2888萬，是世界第一大汽車消費市場。我國從2010年開始就打破了被稱做“車輪上的國家”美國之前創下的1700萬輛的銷售紀錄，穩居全球產銷第一，中國汽車銷量正以超過業界預期的高速增長著。

但與此同時，我國汽車行業的發展也面臨著新的挑戰。首先我國能源消耗猛增，原油進口對外依存度越來越高（如圖2 中國原油進口量歷年數據）。其次汽車排放污染的壓力也日益嚴重，因此降低汽車整車油耗，減少排放污染勢在必行，且形勢日趨嚴峻。

圖1 中國2008-2017年汽車產銷量數據

根據國家已實施的《乘用車燃料消耗量限值》第三階段限值，2020年全國乘用車企業平均燃油消耗量目標將降至5L/100km，此油耗目標對各大車企降油耗的開發工作帶來極大的挑戰，特別是當前大排量SUV熱銷的市場環境，油耗的壓力顯得格外明顯。第三階段限值標準沿用以整車整備質量作為基準參數的單車燃料消耗量評價體系，同時引入“企業平均燃料消耗量目標值”的概念，將企業作為評價對象。比較起來，企業平均燃料消耗限值短期內執行比較寬松，而單車燃料消耗量標準相對嚴格。相比第二階段消耗量標準，即將公布的第三階段消耗限值下降20%，其中大排量汽車限值下降30%。因此汽車廠家特別是國內自主研發企業面臨很大的升級壓力。為了降低整車油耗，本文從整車油耗影響因子分析中，我們重點從輪胎滾動阻力對乘用車燃油消耗量的影響上進行簡要研究分析，以便對各主機廠的降油耗工作提供分析依據和必要幫助。

圖2 中國原油進口量歷年數據

2 輪胎滾動阻力對乘用車燃油消耗量的影響

如何降低乘用車燃油消耗量？以下理論分析可看出，降低輪胎滾動阻力對降低整車燃油消耗有應該有幫助。

根據汽車的力學平衡方程：

和汽車功率平衡方程：

從式（1）和式（2）中可以看出，汽車在平坦路面上主要的行駛阻力為汽車滾動阻力和風阻，這兩部分的力所做的功是無用功，有效減少這兩種阻力能夠改善車輛的動力性和燃油經濟性。為研究汽車滾動阻力對車輛燃油經濟性的影響程度，我們利用整車CAE分析常用的CRUISE軟件進行了模擬計算，并通過整車性能試驗進行了驗證。

3 理論計算與試驗驗證

根據汽車在平坦路面的力的平衡方程：

其中公式右邊為汽車行駛阻力，在汽車試驗過程中通常按國家標準采用道路滑行試驗測量計算所得。下圖3為幾種車型實測滑行阻力曲線：

圖3 三種同類型的乘用車滑行阻力曲線

由圖可看出三車型滑行阻力Ft=Ff+Fw的關系為：A車型＞B車型＞C車型，如果三車型發動機變速箱輪胎等型號與布置完全一樣，C車型的油耗應該是最低的。為了進一步研究三款車型油耗的差異關系及影響，我們把A車型用其自身的整車滑行阻力曲線和直接采用B車型、C車型的滑行阻力曲線在CRUISE軟件進行了計算分析，結果如下表1：

表1 三種滑行阻力曲線對動力性經濟性的影響CAE

由表1中可看出：如果該車型滑行阻力控制在車型C的水平，整車油耗可節約0.8L/100km，節油比例達到10%，降油耗相當明顯。當然滑行阻力中包含了整車風阻的影響。為進一步分析車輛滾動阻力的影響，我們對車型A進行了風洞試驗，實測車輛的風阻系數，然后結合公式進行分析與計算，結果如圖4。

由圖4可見：車輛的滾動阻力比整車風阻對車輛的行駛阻力的貢獻大，低速時滾動阻力貢獻大，只有隨著車輛的行駛速度到100km/h以上時，即高速公路行駛時風阻的影響才超過滾動阻力的影響。

圖4 車型A的滑行阻力分布圖

為了進一步驗證低滾阻輪胎對整車動力性經濟性的影響，我們選擇了三種不同滾動阻力的輪胎在某車型上做了對比試驗。幾種輪胎的滑行阻力曲線對比如下：

圖5 三種不同滾阻輪胎裝在同一車型上試驗滑行阻力曲線

動力性經濟性試驗結果如下：

表2

由以上實驗結果可看出：在三種輪胎中，普通輪胎滾動阻力最大，油耗最高；低滾阻輪胎2次之，比普通輪胎省油0.34L/100km，節油4.4%；低滾阻輪胎1的滾動阻力最小，油耗最省，比普通輪胎要省油0.49L/100km，節油6.3%。采用低滾阻輪胎在降低油耗的同時，整車的動力性還有所改善。

以下圖6是中國某自主品牌乘用車廠研究的輪胎滾動阻力系數對整車動力性和經濟性影響趨勢圖，從圖中可以得出：

（1）整車百公里加速時間（單位：s）：隨著輪胎滾動阻力系數的增加，百公里加速時間也有所增加，增加的幅度為0.08-0.12s/10%；

（2）整車NEDC工況下的百公里綜合油耗（L/100km）：隨著輪胎滾動阻力系數的增加對綜合油耗的影響幅度為0.12 -0.15L/100km/10%。

圖6 輪胎滾動阻力對整車動力性和經濟性影響幅度分析

4 結論

從以上研究結果可看出，輪胎的滾動阻力對整車的燃油消耗量有較大的影響，采用低滾阻系數的輪胎，能降低整車油耗0.34~0.49L/100km，節油4%~6.3%。按照中國私家車使用習慣，平均一年行駛約2萬公里來計算，一年可節油68L~ 98L，節約油費492元至709元（按照2011年92號汽油平均價7.24元/升計算）。根據低滾阻輪胎的成本計算，每條輪胎比普通輪胎貴50元計算，單車成本增加200元，半年即可收回成本，且隨著低滾阻輪胎的應用率提高，成本會越來越低，效益會更加明顯。如果按2010年全國乘用車保有量21743萬輛計算，按每輛車平均行駛2萬公里，每輛車換低滾阻輪胎節油0.4L/100km計算，每年可節約燃油1284萬噸，數字相當可觀，既達到了燃油經濟性的目的，又給社會環境優化和節能減排做出巨大貢獻。

[1] 余志生.汽車理論,機械出版社,2000.10.

[2] 劉琦,陳強,楊建園.輪胎滾動阻力對整車燃油經濟性的影響,汽車零部件,2011.8.

[3] 孫占先,劉超,孫向馨,李文久.汽車輪胎滾動阻力與燃油經濟性的關系,公路與汽運,2009.5.

[4] GB 18352.3-2005.輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ階段).

[5] Europe: 70/220/EC.on the approximation of the laws of the Member States relating to measures to be taken against air pollution by emiss -ions from motor vehicles.

Study on the Effect of Rolling Resistance of Passenger Wheel Tyre on vehicleperformance & economy

Fu Hongfei

（Chery Auto Co., LTD., Anhui Wuhu 241006 )

This paper theoretically analyses the influence of rolling resistance on vehicle fuel consumption, and verifies it by CAE analysis and test. It points out that low rolling resistance tyres can effectively reduce vehicle fuel consumption. It also strongly advocates that low rolling resistance tyres should be used in main engine factories, which is conducive to energy saving and emission reduction in the automotive industry. It is also conducive to the third stage fuel consumption limit of China's automotive industry and the average fuel consumption of enterprises. It is helpful to achieve the goal of consumption.

Rolling Resistance;Low Rolling Resistance Tire; Performance & Economy; The Tthird Stage Fuel Consumption Limit

U467

A

1671-7988(2019)09-115-03

U467

A

1671-7988(2019)09-115-03

付紅飛，助理工程師，項目管理部項目總監，就職于奇瑞汽車股份有限公司產品開發管理中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.038