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RollingResistanceBasicFoundationRandallCLARK滚动阻力基本认识RollingResistance—滚动阻力•DefinitionandOrigins•Relativemagnitude–Cars–Trucks–Buses•ExternalVariablesBasicFoundation—基本认识•定义及起源•讲述范围–轿车–卡车–客车•外部因素WhatisRollingResistance?何为滚动阻力？运动方向与运动方向相反的力风惯性内摩擦滚动阻力滚动阻力定义为一个轮胎运动单位距离消耗的能量滚动阻力只能通过消耗能量来克服用在汽车上，则这些能量由燃料提供，因此，滚动阻力对油耗有直接的影响斜坡阻力RollingResistance:滚动阻力：FRR–TiredragonvehiclemotionFRR–轮胎相对车辆的运动滞后行使方向滚动阻力空气阻力内部阻力（机械摩擦）重力惯性阻力HowcanyoufeelRollingResistance?如何感觉滚动阻力?Ifyourideabicyclewithtiresatlowpressure,youhavetoworkhardertoovercometheincreasedrollingresistance.当你骑着装有低风压轮胎的自行车时，你必须更加用力，以克服增加的滚动摩擦力。SoisitEnergyorForce?所以，滚阻是能量还是力？•RollingResistance=tirerollingenergyconsumedperunitdistance=work/distance=[NewtonsXmeters]/meters•RollingResistance=resistiveforceofthetires=force=NewtonsBOTH!—都是!•滚动阻力=轮胎通过每单位距离所消耗的滚动能量=功/距离=[牛顿X米]/米•滚动阻力=轮胎抵抗力=力=牛顿WhatcausesRollingResistance?什么导致滚动阻力？导致滚动阻力的三个主要的物理原因运动方向空气动力对转动轮胎的延迟作用占0～15%微小滑移＜5%屈挠屈挠压缩与剪切接地部位的变形所造成的能量损失占能量损失总量的80～95%轮胎的哪些部位消耗了大部分的能量?计算机模拟的能量损失能量分散图轿车胎横截面卡车胎横截面该图采用有限元方法计算橡胶配方的作用•积极方面：提供抓着力，弹力，韧性，耐磨性•消极方面：浪费轮胎变形产生的热；从而损失了来自油箱的能量硫所搭建的“桥”轮胎在接地部位发生变形橡胶配方的选择•有可以降低滚动阻力的橡胶配方•配方的选择必须依据各种设计要求–磨耗、抓地性、抗切割…•有些高科技配方可以降低滚动阻力，而几乎不牺牲其他性能胎面花纹的影响例如：卡车胎低滚动阻力平滑的直花纹轮胎高滚动阻力横花纹轮胎橡胶配方和胎面花纹的选择影响滚动阻力和生热202.4149.6180.5*215.0癋*75.0癋80.0100.0120.0140.0160.0180.0200.0153.9139.0174.3*215.0癋*75.0癋80.0100.0120.0140.0160.0180.0200.0高滚阻轮胎低滚阻轮胎用红外线照相机采到的卡车轮胎转动时的图片；两个轮胎在相同的负荷及充气压力下运转。低滚阻和高滚阻轮胎的比较将不同商标/类型的轮胎安装在车辆的相同部位，在夜间利用红外线照相机可以看到轮胎生热，即滚阻的不同…你可以看出胎面花纹和配方的不同低生热轮胎还有其他优点•卡车轮胎：胎体可以使用更长时间，因此潜在更多的翻新机会–优化资源利用•轿车轮胎：减少行驶时破坏的机会–更安全轮胎结构是否会有影响?是的!子午线轮胎更加优秀子午线轮胎结构斜交轮胎结构斜交层轮胎胎体由几个斜交叉重叠的层构成Acasingmadeofseveralpliespositionedinacriss-crossmanner斜交层轮胎胎冠及胎侧由相同的结构层构成各层重叠构成较厚的胎体结构层胎体由几个斜交叉的帘布层构成高摩擦=高滚阻•胎侧的弯曲变形会传送到胎冠，从而导致：–接地区域的变形–胎体层间相互剪切导致过热–与路面的高摩擦力斜交轮胎:胎冠和胎侧相牵连•Sidewallflexingistransmittedtothetreadresultingin:–Distortionofgroundcontactarea–Scissoringofcasingpliesthatleadstooverheating–Highfrictionwiththeroadsurface子午线轮胎•胎体由一个辐射层构成•胎冠由几个钢丝层固定•胎侧和胎冠的活动是分开的•Casingmadeofoneradialply•Crownstabilizedbyseveralsteelplies•Sidewallsandtreadfunctionseparately辐射层构造胎冠和胎侧独立活动,可以提供更大的接地面积可吸收对驾驶员、设备和装载物的震动胎面磨耗均匀而且缓慢胎体由单独一层钢丝帘布构成，这样就没有了层间的摩擦，行驶时生热更低胎冠由钢丝环带固定，改善了轮胎的抗刺穿及抗撕裂性能低摩擦=低滚阻•胎侧的弯曲变形不会传到胎冠，因此：–接地区域变形更小–降低与地面的摩擦，以提高乘坐舒适性–低生热子午线轮胎：胎侧和胎冠独立活动子午线轮胎的优点•节省燃料–5%～10%•抗刺穿能力更强–更安全•胎体低生热–更安全，翻新率更高•更耐磨–使用时间翻一翻–每年需要的轮胎减少，减少废胎处理•对路面的损坏比斜交胎更小轮胎的规格有关系吗?有!!越大越优秀轮胎外径对滚动阻力的影响以100为基准基准100：175/70R14轮胎依标准ISO8767测得。滚动阻力•定义及起源•讲述范围–轿车–卡车–客车•外部因素基本认识与其他因素相对的重要性轮胎滚阻消耗燃料占总燃料的百分比:公路•轿车–8～20%–或者说每100升燃料中，有8到20升消耗于轮胎的能量损失•卡客车–25～35%–或者说每100升燃料中，有25到35升消耗于轮胎的能量损失与行驶路线也有很大关系滚动阻力占总阻力的百分比（四种路线对比）市内市外高速公路主流路面滚动阻力内摩擦力空气阻力惯性阻力•定义及起源•讲述范围–轿车–卡车–客车•外部因素滚动阻力基本认识行驶时间滚阻迅速降低，然后趋于稳定行驶时间对滚阻的影响（轿车轮胎）以100为基准基准100：轮胎滚动30分钟后依标准ISO8767测得。温度的影响温暖的天气使得轮胎的效率更高（低滚阻）环境温度对滚阻的影响（轿车胎）基准100：在25℃下依标准ISO8767测得的滚阻标准ISO8767规定的测量条件：轮胎气压=2.1bar，负荷=轮胎最大负荷的80%，速度=80km/h。在此范围内，温度每变化1℃，滚阻相应变化0.6%。速度的影响轮胎的对能量损失的贡献(FRR)不变，但所占百分比减小，因为在高速状态下，空气阻力起主导作用。Thetirecontribution(FRR)doesnotchangebutthe%contributiondecreasesbecausetheaerodynamicdragdominatesathigherspeeds阻力速度充气压力的影响较高的充气压力可降低滚动阻力轿车轮胎基准100：在充气压力为2.1bar下依标准ISO8767测得。负荷的影响随着负荷的增加，轮胎变得更高效(CRR)，但是实际阻力(FRR)增大了，因为轮胎的负荷增加了。综合的Z=加在轮胎上的垂直载荷占设计最大载荷的百分比Thetirebecomesmoreefficient(CRR)-BUTtheactualresistiveforce(FRR)increasesbecausetheloadonthetireincreases轿车基准100：在负荷为最大负荷80%时依标准ISO8767测得的滚动阻力滚动阻力:•它会消耗油箱里的燃料•它无法被完全消除•某些轮胎结构和配方的设计可以降低滚动阻力要点滚动阻力基本认识RandallCLARK滚动阻力实验室测量方法RandallCLARK测量单位•滚动阻力–牛顿•滚动阻力系数–kg/ton滚动阻力:力和系数FRR：在车辆上轮胎的实际拖曳力CRR：滚动阻力系数=FRR/ZCRR用以测量轮胎的效率；一般表示为kg/ton(或kg/1000kg)滚动阻力测试转鼓[示意图]推进汽缸滚动阻力测试转鼓四个基本的测试方法•减速度法•阻力法•扭矩法•功率法减速度法减速测试法是ISO标准里规定的注：ω表示转动角速度；ω表示角加速度。.阻力法依ISO标准测定阻力力传感器（测力计）扭矩法依ISO标准测定扭矩扭矩传感器（扭矩计）功率法依ISO标准测定输入的电功率瓦特计现行使用的测试标准•ISO方法–ISO8767,9948,13327–2005年7月发行的ISO18164•SAE方法–SAEJ1269,J1270(扭矩、阻力、功率法)–J2452(减速度法)其他未决问题•因为ISO18164收集了大量可能的滚动阻力测试方法，ETRTO决定规定其«参考方法»。其目的是产生直接可比结果的可能性，例如观察潜在的规则。•这将与ISO18164一致，但将规定一些需要的参数，以取得可比较的结果。在这方面，目标是将轮胎置于相同的热力学状态，并测量相同的物理量。•如今该方法已经通过同意，一项round-robin测试已经在欧洲完成，关于实验室间滚动阻力值的比较的讨论正在进行中。其他测试因素•测试的正确度及精确性–测量滚动阻力时，在存在较大力的情况下，必须测量小的力，因此，必须使用适当精度的设备和仪器。•设备的校准–必须按规则检查，以避免测试结果的漂移。其他实验室测试方法•测力计法–在轮胎滚动的同时测试轿车发动机•平路测试机•Dynamometers–testcarengineswithtiresrolling•Flattracktestmachines测力计法单滚筒法vs双滚筒法注释:轮胎在单滚筒测力计上的变形大于在路面上的变形，比在双滚筒测力计上的变形大得更多。测力计产生的滚动阻力大于路面产生的滚动阻力。在标准气压下，双滚筒测力计造成的变形甚至会导致轮胎破坏，因此欧洲法规里允许在做双滚筒测力计测试时，将轮胎气压充到超过标准值的50%。双滚筒测力计法同时测试油耗及发动机排放重型车辆:卡客车•发动机在车辆外测试其实际规格限制–(例如，在测力计上没有测试发动机的排放)•在发动机测试时没有轮胎的影响，但是…–仍然有滚动阻力对车辆使用性能的影响平路测试机•可消除roadwheelcurvature的潜在误差•只用于测试滚动阻力显得过于昂贵滚动阻力实验室测试方法RandallCLARK滚动阻力实车测试滚动阻力和油耗RandallCLARK实车测试滚动阻力和油耗•油耗测试–实际车队使用–燃料测试•滑坡测试示范•更多有趣的测试方法….卡车队在标准的条件下测试油耗•根据以往的卡车油耗确定出油耗基准•在一组卡车上安装不同的轮胎•将这组安装新胎的卡车的油耗和其他是卡车及以往该组车辆的油耗作比较•现有的标准测试程序–TMC1109提供了标准车队进行油耗比较的内容组成的指导油耗的精确性很重要!规范操作下的车队的油耗比较•轮胎的改变得到的油耗的改善：6.8英里/加仑～7.4英里/加仑，即降低油耗8.8%油耗测试•短程测试•最小载重•确保车重一致•使用可移动的油箱•在行驶前后秤油箱重量•比较不同套轮胎的油耗滚动阻力:滑坡示例•长平板•两辆安装不同轮胎的卡车，以作对比•相同的出发点–脱离离合器•让车辆下滑直到停止•测量车辆之间的距离•更换轮胎，重复以上步骤轿车示例:从斜坡上滑下通过让轿车从一个斜坡上滑下，然后测量车辆之间的距离来比较两套不同的轮胎。轿车示例:从斜坡上滑下•相同的轿车–普通轮胎vs节能“绿色”轮胎•“绿色”轮胎比普通轮胎多滚出6米在Shell环保马拉松的实际示范结果滚动阻力对比:人拉试验滚动阻力实车测试滚动阻力及油耗RandallCLARK滚动阻力