205/55R16低滾動阻力、抗濕滑、低噪聲輪胎的設計

曲賓建，黃義鋼，王 君

（青島雙星輪胎工業有限公司，山東 青島 266400）

隨著全球汽車行業對低能耗、低排放和高安全性的迫切需求，輪胎行業也面臨相同的考驗。因此低滾動阻力、抗濕滑和低噪聲的輪胎產品成為全球輪胎企業的研發設計方向。經過對國內外輪胎市場的16個廠家29款產品的調查發現:以HP夏季205/55R16輪胎為例，滾動阻力和抗濕滑等級分別達到歐盟標簽法的C級和A級的比例僅為22.2%，其中國內廠家僅占7%；通過噪聲也僅有法國某M品牌和美國某G品牌的部分產品達到一級水平。

輪胎滾動阻力受輪胎的材料特性、結構、質量和使用條件等諸多因素影響，其中某些因素之間還相互關聯。單純降低輪胎滾動阻力并不難，但通常會同時犧牲輪胎的某些性能，特別是抗濕滑性能[1-2]。在此市場背景下，我公司成功研發出205/55R16低滾動阻力、抗濕滑、低噪聲輪胎并上市。現將該產品的設計情況介紹如下。

1 技術要求

此款產品的市場定位為歐洲市場，因此本設計參照《歐洲輪胎輪輞技術組織標準手冊（ETRTO）2016》，確定其主要技術參數為:規格205/55R16，充氣外直徑（D′） 632 mm，充氣斷面寬（B′） 214 mm，標準輪輞 6.5J，負荷指數91，速度等級 V。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

參照ETRTO標準及公司的設計經驗，本設計D取630 mm，B取212 mm，以保證最終產品符合設計要求。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

由于本設計方向為低滾動阻力和抗濕滑，因此b取170 mm，以保證具有優異的濕地抓著性能；h取7.5 mm，以保證獲得更低的滾動阻力。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

輪胎與輪輞之間的匹配很重要，如果太緊，會造成裝配困難；如果太松，則會造成行駛時輪胎與輪輞的滑移量過大。因此為了保證輪胎與輪輞的最優匹配，本設計d取404.2 mm，C取185.4 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

本設計采用有限元仿真軟件對斷面水平軸位置進行預測，既要保證低滾動阻力，又要滿足產品在行駛過程中不出現胎肩脫層和胎側鼓包等問題。綜合考慮，本設計H1/H2取0.91。

輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.5 胎面花紋

（1）采用非對稱花紋設計，以保證輪胎內側的排水性能和外側的抓著性能。

（2）采用溝槽處倒角設計，增大輪胎與路面的接觸面積，提高剎車性能。

（3）采用最優化的花紋節距寬度、數量及排列設計，降低噪聲，以提供安靜的駕乘環境。

胎面花紋展開如圖2所示。

圖2 胎面花紋展開示意

3 施工設計

3.1 胎面

（1）胎面采用溶聚丁苯橡膠（SSBR）并用高分散性白炭黑，其中SSBR為分子鏈末端官能化改性產品，極大地提高了其與白炭黑的結合能力，且不同微觀結構的SSBR可賦予輪胎低滾動阻力和優異的抗濕滑性能，加之高填充白炭黑對低滾動阻力和抗濕滑性能的貢獻，使輪胎具有經濟環保特性和行駛安全性[3-5]。

（2）配方中所采用的原材料均為環保材料，SSBR中充油及環保操作油均滿足苯并（a）芘含量小于1 mg·kg-1、8種多環芳烴（PAHs）總含量小于10 mg·kg-1的規定，無添加分解或參與反應后產生仲胺的硫化促進劑和硫載體等助劑以及防老劑A和D等萘胺類致癌性助劑。成品中鉛、汞及六價鉻質量分數不大于0.001，鎘質量分數不大于0.000 1，不同部位取樣PAHs產生的Hbay質量分數不大于0.003 5。

胎面采用平直設計，并設計有導電膠。厚度設計為中厚 6.5 mm，肩厚 7.2 mm，以確保滾動阻力性能達到標準要求。

3.2 帶束層

帶束層采用超高強度鋼絲簾線，單絲直徑為0.3 mm，設計角度為29°，以滿足其優異的操縱性和安全性。

3.3 成型

采用VMI一次法成型機，冠包側成型方式，以確保其優異的均勻性和動平衡性能。

3.4 硫化

采用低溫硫化方式，以降低輪胎滾動阻力。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

輪胎的外緣尺寸按照GB/T 521—2012進行測量，D′和B′分別為637和209 mm，滿足設計要求。

4.2 強度性能

輪胎的強度性能按照GB/T 4502—2016進行測試，破壞能為508.8 J，滿足國家標準要求。

4.3 脫圈阻力

輪胎的脫圈阻力按照GB/T 4502—2016進行測試，脫圈阻力為11 256 N，滿足國家標準要求。

4.4 耐久性能

輪胎的耐久性能按照GB/T 4502—2016進行測試，輪胎在規定負荷和充氣壓力下累計行駛時間為57.67 h，滿足國家標準要求。

4.5 高速性能

輪胎的高速性能按照GB/T 4502—2016進行測試，當試驗速度達到240 km·h-1并行駛10 min后輪胎未損壞，滿足國家標準要求；再以10 km·h-1的速度依次遞增，每次行駛10 min，最終達到320 km·h-1并行駛4 min，高速性能滿足研發設計要求。

4.6 實車測試

本產品委托歐洲權威的第三方測試機構（德國TüV SüD）進行測試，最終成功通過測試并順利拿到認證證書（見圖3）。

圖3 TüV認證標識

在歐洲市場如果能通過德國TüV SüD的認證，會極大地提高產品和品牌的知名度及客戶的信任度；并且會有很高的幾率被歐洲知名雜志（ADAC/Autobild）選中進行測試，非常有利于產品的海外宣傳。

TüV的測試報告顯示，本設計產品的滾動阻力和抗濕滑性能等級分別達到歐盟標簽法的C級和A級，通過噪聲達到一級（68 dB）水平。

5 結語

低滾動阻力、抗濕滑和低噪聲是輪胎產品的發展趨勢，目前外資品牌的技術能力和市場份額已大大超過國內企業。我公司研發的此款205/55R16輪胎極大地提高了產品的技術優勢，提高了國產品牌輪胎在海外的市場地位，為今后的銷售提供了強有力的產品技術保障。