輪胎選型對純電動重型汽車續駛里程的影響評價

摘要：詳細探討了輪胎選型對純電動重型汽車續駛里程的影響。通過實驗設計和參數設置，評估了普通輪胎與低滾阻輪胎在不同胎壓、載荷和溫度條件下的性能差異。實驗結果顯示，低滾阻輪胎顯著降低了滾動阻力，續駛里程增加了約15%。通過優化輪胎材料和結構設計、合理調整胎壓和控制溫度，可以有效提高車輛的能效表現，延長續駛里程。研究結論為電動重型汽車輪胎的選型和優化提供了科學依據。

關鍵詞：輪胎選型；純電動重型汽車；續駛里程

中圖分類號：U469 收稿日期：2024-04-10

DOI：1019999/jcnki1004-0226202408003

1 輪胎對純電動重型汽車續駛里程的影響

1.1 輪胎類型與性能特點

1.1.1 不同類型輪胎的特點

輪胎類型對純電動重型汽車的續駛里程具有顯著影響。普通輪胎和低滾阻輪胎是兩種主要的輪胎類型。普通輪胎通常設計用于提供良好的抓地力和耐用性，其滾動阻力較大，對電動汽車的能耗較高。而低滾阻輪胎則通過優化設計和特殊材料，顯著降低滾動阻力，從而提高車輛的續駛里程。例如，在某次實驗中，低滾阻輪胎的滾動阻力系數為0009，而普通輪胎的滾動阻力系數為0012。

實驗數據表明，在相同駕駛條件下，使用低滾阻輪胎的車輛其續駛里程相比使用普通輪胎的車輛增加了約15%。具體數據如表1所示。

低滾阻輪胎通過采用更先進的胎面橡膠和結構設計，減少了變形和能量損失，從而顯著降低滾動阻力。此外，低滾阻輪胎還優化了花紋設計，以減少摩擦力，提高車輛的行駛效率[1]。在干燥路面上的測試顯示，低滾阻輪胎的續駛里程提高了約12%，而在濕滑路面上的制動距離增加了約5%。這種優化在提升車輛續駛里程的同時，仍需權衡抓地力和安全性能。

1.1.2 輪胎的材料與結構對續駛里程的影響

輪胎材料和結構的選擇對純電動重型汽車的續駛里程有直接影響。高性能低滾阻輪胎通常采用硅基化合物和納米材料，這些材料具有高強度和低變形特性，可以顯著減少滾動阻力[2]。實驗數據顯示，一款采用硅基化合物的低滾阻輪胎，其能量消耗降低了10%以上，滾動阻力系數從0012降低到0009。表2是不同材料和結構的輪胎在實驗中的表現。

在結構方面，輪胎的胎體設計和胎面花紋也顯著影響其性能。采用輕量化設計的胎體結構可以減少輪胎的變形和內耗能量。例如，某型號的低滾阻輪胎通過優化胎體結構設計，滾動阻力系數降低至0009，續駛里程增加了約8%。此外，較淺的胎面花紋設計可以減少與地面的摩擦，從而進一步降低滾動阻力。然而，這種設計在濕滑路面上的抓地性能較差，需要在設計中進行權衡。

通過合理選擇和優化輪胎材料和結構，可以顯著提高純電動重型汽車的續駛里程。采用高性能材料和優化結構設計的輪胎，不僅能有效降低滾動阻力，還能在保持其他性能指標不下降的情況下，實現能源效率的提升。

1.2 輪胎滾動阻力與續駛里程

1.2.1 輪胎滾動阻力影響因素

輪胎滾動阻力是影響純電動重型汽車續駛里程的關鍵因素之一，主要由輪胎的材料、結構、胎壓、溫度以及車輛載荷等多個因素決定。a.材料方面，高性能橡膠材料，如硅基化合物和納米材料，能夠顯著降低輪胎的滾動阻力，減少能量損失。實驗數據顯示，采用硅基化合物材料的低滾阻輪胎，其滾動阻力系數可低至0009，相比普通橡膠材料的輪胎降低了約25%。b.結構方面，輪胎的胎面設計和胎體結構對滾動阻力的影響至關重要。輕量化的胎體設計和優化的胎面花紋能夠減少輪胎變形和摩擦損失，從而降低滾動阻力。例如，某型號低滾阻輪胎通過優化胎面花紋和胎體結構設計，使滾動阻力系數從0012降低至0009，續駛里程增加了約8%。

胎壓是另一個重要的影響因素。實驗數據顯示，在相同條件下，胎壓增加10%可以減少5%～7%的滾動阻力。合理的胎壓設置不僅能降低滾動阻力，還能延長輪胎的使用壽命，提高車輛的續駛里程。然而，過高的胎壓會影響輪胎的抓地力和行駛穩定性，需要在實際應用中找到最佳平衡點[3]。

溫度對滾動阻力的影響同樣顯著。較高的溫度會使輪胎材料變軟，增加變形，從而增加滾動阻力和能量消耗。實驗數據顯示，在20 ℃條件下，某型號低滾阻輪胎的滾動阻力系數為0010，而在40 ℃條件下則增加到0012。車輛載荷也是一個關鍵因素。較大的載荷會增加輪胎的變形，導致滾動阻力增加。實驗數據表明，在額定載荷的90%條件下，某型號低滾阻輪胎的滾動阻力系數為0009，而在額定載荷的110%條件下，其滾動阻力系數增加至0011。

通過優化輪胎材料和結構設計，合理調整胎壓和控制溫度，可以有效降低滾動阻力，提高純電動重型汽車的續駛里程。表3是不同因素對輪胎滾動阻力影響的數據匯總。

1.2.2 輪胎滾動阻力與純電動汽車能源消耗的關系

輪胎滾動阻力對純電動汽車的能源消耗有顯著影響。在純電動重型汽車的能量消耗構成中，輪胎滾動阻力占據了20%～30%的比例。因此，降低滾動阻力對于提高續駛里程至關重要。實驗表明，通過優化輪胎材料和結構設計，可以顯著降低滾動阻力，從而提高能源利用效率。例如，某型號低滾阻輪胎通過使用高性能橡膠和輕量化結構設計，將滾動阻力系數從0012降低到0009，續駛里程增加了約8%。

為了更直觀地展示輪胎滾動阻力對續駛里程和能量消耗的影響，可以通過表4總結相關數據。

通過表4可以看出，低滾阻輪胎在減少滾動阻力、增加續駛里程和減少能量消耗方面效果顯著。這進一步證明了通過技術改進和優化設計，可以在不影響其他性能的前提下，有效提高純電動汽車的續駛里程和能源利用效率。

綜合來看，輪胎滾動阻力與純電動汽車的能源消耗關系密切。通過合理選擇和優化輪胎材料與結構設計，控制胎壓和溫度，可以顯著降低滾動阻力，提高車輛的續駛里程和能源利用效率。

1.3 輪胎與車輛動力系統的匹配性

1.3.1 輪胎參數對車輛動力系統的適配性影響

輪胎參數對車輛動力系統的適配性具有重要影響，特別是對于純電動重型汽車而言，其電動機的輸出特性與輪胎參數的匹配程度直接關系到車輛的能效表現和續駛里程。關鍵的輪胎參數包括輪胎尺寸、負載指數和速度級別等。這些參數決定了輪胎的承載能力、滾動阻力以及對不同路面條件的適應性[4]。實驗數據顯示，某型號電動重卡在更換為低滾阻輪胎后，車輛的電能消耗降低了12%，續駛里程增加了約10%。

輪胎尺寸對動力系統的影響主要體現在傳動比和輪胎轉速上。較大的輪胎直徑可以減少單位時間內的輪胎轉動次數，從而降低電動機的負載，提升能效。然而，過大的輪胎尺寸會增加車身高度，影響車輛的穩定性和空氣阻力。表5中的數據顯示，不同尺寸輪胎在純電動重型汽車上的應用效果差異明顯。

負載指數和速度級別也對輪胎與動力系統的匹配性產生影響。高負載指數的輪胎能夠承受更大的重量，適合重型電動汽車，但其滾動阻力相對較大。速度級別則決定了輪胎的最高速度能力，對于需要在高速路況下行駛的車輛尤為重要。綜合考慮這些因素，選擇適合的輪胎參數，能夠有效提高純電動重型汽車的整體性能和續駛里程[5]。

1.3.2 輪胎對車輛行駛阻力的影響

輪胎對車輛行駛阻力的影響主要體現在滾動阻力和空氣阻力兩個方面。滾動阻力是輪胎與地面接觸時產生的阻力，與輪胎的材料、結構和胎壓等因素密切相關。實驗數據顯示，低滾阻輪胎在降低滾動阻力方面效果顯著，使車輛能量消耗減少10%以上。

空氣阻力則與輪胎的外形和尺寸有關。較寬的輪胎雖然能夠提供更好的抓地力，但也會增加車輛的空氣阻力，進而影響能效。實驗數據顯示，在相同行駛條件下，某型號低滾阻輪胎的空氣阻力系數降低了約8%，使車輛的續駛里程增加了約7%。表6是輪胎對行駛阻力影響的數據匯總。

通過以上數據可以看出，低滾阻輪胎在減少行駛阻力、提高續駛里程方面具有明顯優勢。綜合考慮滾動阻力和空氣阻力的影響，合理選擇輪胎類型和參數，可以顯著提升純電動重型汽車的能效表現和續駛里程。

2 輪胎選型對續駛里程的影響評價

2.1 實驗設計和參數設置

在評估輪胎選型對純電動重型汽車續駛里程的影響時，實驗設計和參數設置至關重要。此次實驗采用多組對比實驗方法，通過選取不同類型和規格的輪胎，結合實際道路測試和模擬試驗，全面分析其對續駛里程的影響。實驗中選取了普通輪胎和低滾阻輪胎兩種主要類型，并根據車輛載荷、行駛速度、路面條件等因素設定了多種測試參數。

實驗設計包括靜態滾動阻力測試和動態道路測試兩部分。在靜態測試中，通過專用測試設備測量輪胎在不同胎壓和載荷條件下的滾動阻力系數。動態道路測試則在實際道路環境中進行，選取了城市道路、高速公路和鄉村公路等多種典型路況，測試車輛在不同行駛條件下的續駛里程和能耗表現。

具體參數設置方面，實驗選取了三種不同胎壓（標準胎壓、增加10%和減少10%）和兩種不同載荷（額定載荷的90%和110%）進行測試。每種輪胎在不同參數條件下的測試數據分別記錄，并進行對比分析。實驗車輛為某型號純電動重型汽車，裝配有高精度電能監測設備，確保數據的準確性和可靠性。

實驗中還通過溫度控制設備，模擬不同環境溫度下的輪胎性能表現。實驗數據顯示，在20 ℃和40 ℃條件下，輪胎滾動阻力和續駛里程的差異顯著。

2.2 實驗結果及分析

實驗結果顯示，不同類型和規格的輪胎對純電動重型汽車的續駛里程有顯著影響。低滾阻輪胎在各種測試條件下均表現出優于普通輪胎的性能，特別是在滾動阻力和續駛里程方面。在標準胎壓和額定載荷的90%條件下，低滾阻輪胎的滾動阻力系數為0009，比普通輪胎低25%，續駛里程增加了約13%。

具體數據分析表明，低滾阻輪胎在不同溫度和載荷條件下均能有效降低滾動阻力，提高續駛里程。在40 ℃和額定載荷的110%條件下，低滾阻輪胎的滾動阻力系數為0011，續駛里程為320 km，而普通輪胎在同樣條件下的滾動阻力系數為0014，續駛里程為280 km。表7是實驗結果的詳細數據。

實驗分析還發現，胎壓對輪胎滾動阻力和續駛里程的影響顯著。研究表明，當胎壓增加10%時，采用低滾阻技術的輪胎其滾動阻力系數會進一步降低，這種現象在各種測試條件下均可觀察到。相應地，車輛的續駛里程也因此有所增加，這一變化對于提高車輛的能源效率和行駛性能極為重要。此外，實驗也考察了不同溫度條件對輪胎性能的具體影響。研究發現，在較高溫度環境下，由于輪胎材料的熱膨脹和柔軟性增加，滾動阻力相應增大，這導致續駛里程有所減少。

這一現象表明，輪胎的使用效率與環境溫度密切相關，而這一關系在寒冷條件下表現得尤為明顯。因此，在實際應用中，需綜合考慮環境溫度對輪胎性能的影響，通過合理調整胎壓以優化續駛里程。在進行長途行駛或者變化環境條件下行駛時，正確的胎壓調整策略不僅可以延長輪胎使用壽命，還能顯著提高行駛的安全性和經濟性。這些發現對于車輛維護和環境適應性提供了重要的實用指導。

通過對實驗結果的綜合分析，可以得出結論：低滾阻輪胎通過優化材料和結構設計，能夠顯著降低滾動阻力，提高純電動重型汽車的續駛里程。在實際應用中，合理選擇和優化輪胎參數，結合環境條件進行調整，可以有效提升車輛的能效表現[6]。

3 結語

研究結果表明，低滾阻輪胎在降低滾動阻力和提高續駛里程方面表現優異，特別是在不同環境條件下，其能效提升顯著。合理選擇和優化輪胎參數，結合實際使用環境進行調整，是提高純電動重型汽車續駛里程的重要手段。未來的研究應進一步探討更高性能材料和更優化的結構設計，以持續提升電動汽車的整體性能和能效，為綠色出行和節能減排做出貢獻。

參考文獻：

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[5]林禮貴輪胎的管理、使用和保養講座第5講輪胎的使用[J]輪胎工業，2003（7）：441-447

[6]汪立亮，李小林正確使用輪胎對提高行駛里程的影響分析[J]汽車與配件，1998（27）：22-23

作者簡介：

閆志國，男，1994年生，助理工程師，研究方向為安全達標檢測、強制性檢驗檢測。