胎面胶对轮胎滚动阻力的影响_颜晋钧
胎面胶对轮胎滚动阻力的影响
颜晋钧,陈 宏
(北京橡胶工业研究设计院,北京 100039)
摘要:综述胎面胶配方(包括橡胶品种和微观结构、炭黑品种等)和混炼工艺对轮胎滚动阻力的影响。采用橡胶并用、通过改变微观结构设计具有低滞后损失的橡胶、填充高分散性白炭黑和改性炭黑、采用适当的混炼工艺,可以降低轮胎的滚动阻力。
关键词:胎面胶;滚动阻力;配方设计;混炼工艺
中图分类号:T Q336.1;T Q330.38;T Q332;T Q333 文献标识码:B 文章编号:1006-8171(2007)01-0011-04
作者简介:颜晋钧(1979-),女,四川宁南人,北京橡胶工业研究设计院助理工程师,硕士,主要从事高分子材料的研究。
为建立节约型社会,在汽车消费方面,低油耗、小排量汽车得到推广。降低汽车油耗最重要的方法之一是降低轮胎滚动阻力。此外,轮胎滚
动阻力还直接影响轮胎的行驶性能和使用寿命。胎面胶是降低轮胎滚动阻力的关键,其配方历来是研究轮胎滚动阻力的焦点。胎面胶配方主要由橡胶、补强体系、硫化体系和其它加工助剂组成,每个组分对轮胎滚动阻力都有一定影响,其中橡胶及补强体系起着决定性作用。此外,选择合适的混炼工艺也是至关重要的,因为混炼工艺直接影响胎面胶的质量,进而影响轮胎的滚动阻力等使用性能。本文主要探讨胎面胶对轮胎滚动阻力的影响。1 胎面胶配方1.1 橡胶
1.1.1 橡胶品种选择
选择橡胶品种是配方设计的第一步。橡胶具有很强的粘弹特性,作为轮胎的主要原材料其滞后损失对轮胎滚动阻力影响很大。滞后损失是轮胎受力变形、再恢复其原形状时的能量损失,动态变形受硬度和弹性影响,回弹值越大或硬度越小,动态变形越大。确定了橡胶品种,通过动态试验就能确定其损耗因子(tan ),从而确定滞后损失。橡胶的tan 与玻璃化转变温度(T g )有很大关系,T g 越高,滞后损失越大。BR 的T g 极低,具有优
异的耐磨性能,非常适用于冬季轮胎,在30 以上其tan 也较低,表明这种材料是低滚动阻力和低生热轮胎的最佳原材料,但是其抗湿滑性能较差。NR 的T g 为-70 ,其低温屈挠性能和耐
磨性能都不如BR,但在同样低的滚动阻力和生热下,其抗湿滑性能较好[1]。苯乙烯质量分数为0.40的SBR 的T g 较高,因而耐磨性能较差,低温性能明显降低,滚动阻力和生热也比BR 和NR 差,但其抗湿滑性能,特别是高速下的制动性能极好。由此看出,轮胎的滚动阻力与抗湿滑性能是相互制约的。
此外,通过对NR,BR 和SBR 的比较发现,胶种单用或并用会影响轮胎的滚动阻力
[2]
。在定
负荷的情况下单用橡胶,轮胎滚动阻力随动态变形增大而线性增大;NR 分别与BR 或SBR 并用时轮胎滚动阻力介于两并用胶种之间。可以看出,胶种并用对降低轮胎滚动阻力是有利的,80份溶聚丁苯橡胶(SSBR)和20份NR 并用已成为原配轿车轮胎胎面胶配方的基本特色。1.1.2 橡胶微观结构设计
微观结构是决定聚合物T g 和宏观性能的关键因素。为解决橡胶材料滞后损失和抗湿滑性能之间的平衡性问题,需要对橡胶的微观结构进行设计。Nor dsiek K H 等[3]
提出了 理想橡胶 的概念。一种理想的橡胶应该在较低温度(-20~+20 )下具有较高的tan ,在较高温度下(50~70 )具有较低的tan ,以保证同时具有低滚动阻力和良好的抗湿滑性能。
Yoshimura N等[4]认为,对于轿车轮胎,低滚动阻力的聚合物要有理想的聚合物分子链、相对分子质量分布和网络结构,其中相对分子质量分布最重要。SSBR具有较窄的相对分子质量分布、较大的相对分子质量和优异的分子链特性,故其滞后损失比乳聚丁苯橡胶(ESBR)小,因而被广泛应用于低滚动阻力轮胎的胎面胶中。
分子链末端对聚合物滞后性能的影响也十分显著。相对于受约束的聚合物交联网络,聚合物分子链端基的活动比较自由,其相对运动使得聚合物分子链分布发生变化,产生滞后损失。通过化学改性,即在分子链末端接一个改性基团,一方面提高结合橡胶的质量分数,降低自由链末端运动能量损失;另一方面可以增强聚合物与炭黑之间的相互作用,改善炭黑的分散性,在炭黑表面形成一层聚合物,阻止炭黑絮凝,降低聚合物的滞后损失。
锡偶联SSBR在轮胎中的应用就是通过设计聚合物材料微观结构来提高轮胎综合性能的一个成功例子。SSBR与NR或BR并用,特别是用四氯化锡对SSBR进行改性,得到的胎面胶滚动阻力低,但耐磨性能有所下降。用4,4-二(二乙氨)二苯酮对SSBR进行化学改性,其滞后损失比用四氯化锡改性的SSBR还小[5]。此外,在相同T g 下,增大乙烯基聚丁二烯橡胶中乙烯基含量可降低轮胎滚动阻力,同时不损害抗湿滑性能,故采用高乙烯基聚丁二烯橡胶作胎面胶也是较好的选择。
1.2 补强体系
1.2.1 普通炭黑
炭黑作为橡胶的补强剂可以改善胶料的加工性能和制品在苛刻条件下的耐磨性能,且在经济性方面也具有优越性,已广泛应用于轮胎各个部件的胶料中。炭黑的形态、用量、分散程度和粒径等因素都直接影响到轮胎的加工性能和使用性能。炭黑粒径越小、表面积越大,补强性能越好;炭黑结构高、聚集体尺寸分布宽,胶料的粘度、定伸应力和硬度增大,轮胎的滚动阻力降低。H ess W M等[6]在含油量和聚合物体系不同的胎面胶配方中对一系列品种的炭黑进行了鉴定,发现炭黑用量减小4%,轮胎滚动阻力下降5%~6%。利用H ess的研究成果开发出的N200系列炭黑可以使轮胎的实用性能获得更好的平衡[7]。
1.2.2 白炭黑
与炭黑相比,白炭黑粒子更小、表面积更大,在胎面胶中加入白炭黑可以改善胎面胶的滞后性能和抗撕裂性能,同时具有较好的湿牵引性能。将白炭黑与炭黑应用于乙烯基质量分数分别为0.235,0.35和0.45的3种充油ESBR中,比较两者对胶料滞后损失的影响,结果表明,3种胶料都表现为低温下白炭黑胶料的tan 值比炭黑胶料大,抗湿滑性能比炭黑胶料好;高温下白炭黑胶料的tan 值比炭黑胶料小,滚动阻力比炭黑胶料低[8]。在ESBR/BR并用的轿车轮胎胎面胶中掺用占炭黑总用量50%的改性白炭黑,可以降低滚动阻力25%;在充油NR/BR并用的轿车轮胎胎面胶中掺用占炭黑总用量60%的改性白炭黑,可以降低滚动阻力18%,同时不会损失抗湿滑性能和耐磨性能[9]。
填充白炭黑的低滚动阻力轮胎的开发不断取得新进展,但白炭黑应用于胎面胶中也存在明显的问题。首先白炭黑在胶料中的分散性差,需加入硅烷偶联剂改善其分散性,并增加混炼段数。其次白炭黑胶料的电阻较高,一般不单用白炭黑,至少掺10份炭黑,以减少静电。德固萨、PPG和罗纳-普朗克等白炭黑生产商都在开发易分散的沉淀法白炭黑,其产品ZS1165M P(罗纳-普朗克法国公司)和H-i Si1EZ(PPG公司)等都是具有高分散性、专用于低滚动阻力轮胎胎面胶中的填充剂。采用炭黑和白炭黑共同填充胎面胶,比较高分散白炭黑、易分散白炭黑和普通白炭黑之间的差别,在SSBR/BR胎面胶中用白炭黑部分替代炭黑,60 时胶料的tan (频率1H z、应变1%)随白炭黑用量的增大而减小,且以高分散白炭黑胶料的tan 最小[10]。高分散白炭黑和多硫化双-烷氧基硅烷的发展使高填充白炭黑轮胎商品化获得重大突破。
目前在轿车轮胎胎面胶中采用白炭黑/硅烷偶联剂补强体系比采用炭黑更具技术优势,但由于不同轮胎品种对技术性能和经济性要求不同,有可能采用炭黑、白炭黑和炭黑/白炭黑并用等各
种补强体系,实现协作共存的局面。
1.2.3 低滚动阻力炭黑
炭黑的补强特性取决于炭黑的胶质形态和表面化学性质。聚集体表面复杂性和炭黑制造过程中形成的表面激活基团(如羟基、羰基和醌等)显著影响炭黑的补强效果。通过对炭黑表面的化学改性,可增强其补强作用,降低滚动阻力。低滚动阻力炭黑的主要代表有卡博特的ECO Black (CRX2000系列)和德固萨的inv ersion炭黑(EB136和EB137等)。
ECO Black是在炭黑生产过程中混入白炭黑,并对炭黑表面进行化学改性,是一种商业化的炭黑-白炭黑双向填充剂(CSDPF)。传统的炭黑由90%~99%碳元素组成,其它成分主要为氧和氢,而ECO Black则主要由炭黑和分散在炭黑相中的白炭黑构成,白炭黑在炭黑区域与聚合物产生强界面作用,使胶料具有理想的耐磨性能和较低的填充粒子间相互作用力,从而降低轮胎滚动阻力。根据白炭黑在填充剂聚集体中的分布状况,ECO Black分为表面覆盖白炭黑系列和均匀分布白炭黑系列两种,分别应用于轿车轮胎和载重轮胎中,均可获得良好的综合性能。
对于轿车轮胎,不论填充剂和油以及交联体系和硅烷偶联剂用量多少,ECO Black总是表现出比炭黑N234更优异的滞后性能,可以与白炭黑相媲美。对于载重轮胎,在充5份油的NR中分别填充ECO Black和炭黑N234,观察其低应变(5%)的动态性能,当炭黑N234被ECO Black 替代时,胶料在0和70 时的tan 分别下降8.4%和34.9%,加入硅烷偶联剂Si69后滞后损失进一步降低[11]。因此,与炭黑和白炭黑填充胶料相比,应用适当的工艺和配方,ECO Black填充胶料能提供较好的滞后损失平衡 在低温下较高的tan 和高温下较低的tan ,并确保较大幅度地降低滚动阻力,同时改善耐磨性能,并保持湿滑性能。比较不同品级的ECO Black可以看出, CRX2000的各项性能比较平衡,且只需使用少量偶联剂[12]。
inversio n炭黑是改变了表面形态的新一代炭黑,具有着色度低和聚集体尺寸分布相对宽的特点,其混入橡胶后仍然维持其高结构。inversion炭黑中的石墨晶粒较小,似乎是以较不规则的形式排列,遗留下大量的边和不重合的平面,这些炭黑更为无序的表面导致其填充胶料的tan 对温度有较强的依赖性。inversio n炭黑填充胶料的滚动阻力显著降低,且对磨耗性能无不利影响。
Sto ne C R等[13]对inversio n炭黑EB136和EB137进行了研究,结果表明,inv ersion炭黑填充胶料的粘弹性介于白炭黑和炭黑N234填充胶料之间,EB137填充胶料性能比EB136更接近于白炭黑填充胶料。与白炭黑填充胶料相比,in-v er sion炭黑填充胶料的混炼能耗少,焦烧时间长,交联速度快。inversio n炭黑填充胶料的加工性能比炭黑N234填充胶料好,且远远超过白炭黑填充胶料。因此,inversio n炭黑单用或与白炭黑和硅烷偶联剂并用都是对轮胎胶料有意义的填充剂。
2 混炼工艺
H iroshi M[14]研究SSBR与NR的相容性时对比了采用通常一段混炼和特定二段混炼工艺的胶料的滞后损失。结果表明,通过简单地改变混炼工艺可以使炭黑分散得更为均匀,从而有利于降低胶料的滞后损失。
NR、CIIR和聚丁二烯并用胶料采用二段混炼工艺混炼可以大大减小胶料的tan 。工艺流程为:第1段,将所有炭黑与一部分生胶进行混炼,得到炭黑填充量高且混炼良好的母炼胶;第2段,将一段母炼胶与剩下的生胶混炼[15]。采用二段混炼工艺混炼的胎面胶制成的轮胎,其滚动阻力降低了5%,而湿牵引性能和耐磨性能不变。
白炭黑表面性质和所用多官能团有机硅烷的反应性决定了白炭黑填充的轮胎胶料必须采用多段混炼。在各段混炼之间必须使胶料冷却以获得所要求的性能。目前白炭黑胶料使用双-烷氧多硫化硅烷,需要一段以上的辅助混炼。硅烷改性白炭黑填充胎面胶采用三段混炼工艺比二段混炼工艺更能提高白炭黑的分散度,降低轮胎滚动阻力。为了充分发挥硅烷偶联剂对白炭黑的改性效果,还必须注意混炼顺序。硅烷偶联剂和填充剂一定要在其它配合剂之前加入,这样既能防止其
它配合剂分子占据填充剂表面而使其活性受影响,又能防止硅烷偶联剂被其它配合剂吸收而终止其与填充剂的反应[16]。为了使硅烷偶联剂改性白炭黑达到理想状态,硅烷偶联剂一定要在填充剂加入之后且混炼温度已上升到两者反应所需温度时加入,待填充剂在橡胶中基本混合均匀并达到一定温度后,再加入油和其它配合剂。此外,由于白炭黑会与可溶性锌发生反应,因此氧化锌尽可能放在混炼后期加入。关于顺序,T sutsumi F 等[17]指出,若锡偶联的SBR在与炭黑混合前Sn C键被硬脂酸分解,那么其硫化胶就不再显示低滞后特性。因此,为了获得低滞后的炭黑填充硫化胶,必须先将锡偶联的SBR与炭黑混合。
此外,胶料停放时间过长,炭黑粒子最终可能迁移到高溶解度参数相中,因此缩短母炼胶的停放时间有利于降低轮胎滚动阻力。
3 结语
影响轮胎滚动阻力的因素很多,从胎面胶的角度来说,配方和混炼工艺都是很重要的因素,而胎面胶各组分之间以及配方与混炼工艺之间又相互关联。随着对轮胎滚动阻力研究的深入,低滞后损失的胎面胶还有很大的开发空间。
参考文献:
[1]刘其林,董长征.降低轮胎滚动阻力方法的初步探讨[J].轮
胎工业,1999,19(3):131-136.
[2]罗怀和.胎面胶配方因素对滚动阻力的影响[J].轮胎工业,
1996,16(4):212-213.
[3]Nordsiek K H,Marl.The Integral rubber concept an ap-
proach to an ideal tire tread ru bber[A].The125th M eeting of Rubber Division.Indianapolis,Indiana,U SA:1984-05-08.48.
[4]Yoshim ura N,Okuyama M,Yamagishi K.T he pr esent status
of research on rolling resistance in Japan[A].T he125th M eeting of Rubb er Division.An ah eim,California,U SA:1997-
05-06.31.
[5]何 燕,张忠富.轮胎滚动阻力影响因素及测试方法[J].轮
胎工业,2004,24(4):238-241.
[6]H ess W M,Klamp W K.T he effects of carb on b lack an d
other compoun ding variables on tire rolling resistance an d traction[J].Rub ber Chem istry T ech nology,1983,56(2): 390-417.
[7]Rodgers M B.H eavy du ty truck tire materials and per-
formance[J].Kautschuk an d Gummi Kunsts toffe,1993,46
(9):718-726.
[8]M ouri H,Akutagaw a K.Reducing energy los s to imp rove tire
rolling res istan ce[A].T he125th M eeting of Rubb er Div-i sion.Anaheim,California,U SA:1997-05-06.14.
[9]H arlod.H-i S il EZ eas y dispersity pr ecipitated silica[N].
Ru bber&Plastics New s,1995-07-31(12).
[10]Fultz W C,E vans L R.T ire tread com pounds w ith silica/
carbon black b lend s[A].Th e125th M eetin g of Rubber Div-i sion.Anaheim,California,U SA:1997-05-06.37.
[11]W ang M,M ahmud K,M urphy L.Carbon-silica du al phase
filler,a n ew gen eration reinforcing agent for rub ber.Part , characterization of carbon-silica dual p has e filler[A].T he 125th M eetin g of Ru bber Division.An aheim,California, U SA:1997-05-06.24.
[12]Patterson W J.炭黑-白炭黑双相填充剂[J].王小琼译.轮胎
工业,1999,19(7):414-421.
[13]Stone C R,H ens el D M,M entin g K H.Th e proces sability of
green tire tread compounds based on the n ew in version carbon black s[A].T he125th M eeting of Rubber Divis ion.
Anaheim,Californ ia,U SA:1997-05-06.5.
[14]H iroshi M.Rolling resistance is im portant to tires[N].
Rubber&Plastics New s,1996-01-15(26-29).
[15]Schu ring D J,Futamu ra S.Rolling loss of pn eumatic high-
way tire in th e eigh ties[J].Rubber Chem istry T ech nology, 1990,63(3):315-367.
[16]杨福芹.含白炭黑胎面胶的混炼[J].特种橡胶制品,2004,
25(2):37-40.
[17]Ts utsumi F,Sakakibara M,Oshim a N.S tru cture and dy-
nam ic properties of solu tion SBR coupled w ith tin com-pou nds[J].Rubber Chemistry Technology,1990,63(11):8.
收稿日期:2006-08-08
陕西通村公路突破1万km
中图分类号:U412.36+2 文献标识码:D
日前,陕西省已顺利完成2006年年初制定的 确保完成1万km通村公路 的建设任务,完成投资25.56亿元。
陕西省通村办通过提高预付资金、加快核准速度、保障省补资金迅速到位等积极措施,有效推进了通村公路的建设速度。咸阳市建设通村公路将近2000km,超过计划54%;渭南市完成通村公路1700km;延安、安康等市均建成了超过1000km的通村公路。
(摘自 中国汽车报 ,2006-11-20)
试说明轮胎滚动阻力的定义
第一章 1.1、试说明轮胎滚动阻力的定义、产生机理和作用形式? 1.2、滚动阻力系数与哪些因素有关？ 1.3、确定一轻型货车的动力性能（货车可装用4档或5档变速器，任选其中的一种进行整车性能计算）： 1）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图。 2）求汽车的最高车速、最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率。 3）绘制汽车行驶加速倒数曲线，用图解积分法求汽车有Ⅱ档起步加速行驶至70km/h 的车速－时间曲线，或者用计算机求汽车用Ⅱ档起步加速至70km/h 的加速时间。 轻型货车的有关数据： 汽油发动机使用外特性的Tq —n 曲线的拟合公式为 4321000(8445.3)1000(874.40)1000(44.165)1000( 27.25913.19n n n n Tq ?+?+?= 式中, Tq 为发功机转矩(N ·m)；n 为发动机转速(r ／min)。 发动机的最低转速n min =600r/min ，最高转速n max =4000 r ／min 装载质量 2000kg 整车整备质量 1800kg 总质量 3880 kg 车轮半径 0.367 m 传动系机械效率 ηт＝0.85
波动阻力系数f＝0.013 m 空气阻力系数×迎风面积C D A＝2.772 主减速器传动比i0＝5.83 m 飞轮转功惯量I f＝0.218kg·2 二前轮转动惯量I w1＝1.798kg·2m 四后轮转功惯量I w2＝3.598kg·2m 变速器传动比i g(数据如下表) 轴距 L＝3.2m 质心至前铀距离(满载)α＝1.947m 质心高(满载)h g＝0.9m 1.4、空车、满载时汽车动力性有无变化？为什么？ 1.5、如何选择汽车发动机功率? 1.6、超车时该不该换入低一档的排档? 1.7、统计数据表明，装有0.5～2L排量发动机的轿车，若是前置发动机前轮驱动(F.F.)轿车，其平均的轴负荷为汽车总重力的61.5％；若是前置发动机后轮驱动(F.R.)轿车，其平均的前轴负荷为汽车总重力的55.7％。设一轿车的轴距L＝ 2.6m，质心高度h＝0.57m。试比较采用F.F.及F. R．形式时的附着力利用情况，分析时其前轴负荷率取相应形式的平均值。确定上述F. F.型轿车在φ＝0. 2及0. 7路面上的附着力，并求由附着力所决定的权限最高车速与极限最大爬坡
滚动阻力成因分析与影响因素分析
滚动阻力的成因分析与影响因素分析报告 车辆1203班第2组 汽车在水平道路上等速行驶时受到的道路在行驶方向上的分力称为滚动阻力，主要有车轮的弹性变形、路面变形和车辙摩擦等。本文主要针对滚动阻力的成因和影响因素研究分析。 一、滚动阻力的成因分析 近代摩擦学关于滚动摩擦的理论认为：滚动体在力的推动下滚动，在赫兹接触区内除存在赫兹正压力外，还存在切向力，从而使接触区被分为微观滑动区和黏着区，在黏着区内只有滚动而无滑动，微观 滑动区内还存在着滑动，认为滚动摩擦阻力由 以下四个因素构成：弹性滞后、黏着效应、微 观滑动、朔性滞后。 但在车轮滚动过程中，热弹性滞后、黏着 效应、微观滑动、朔性滞后引起的能量损失所 占比例很小，因此，主要原因在于弹性滞后。 当弹性轮胎在硬路面（混凝土路、沥青路）上滚动时，轮胎的变形是主要的。由于弹性材料的粘弹性性能，弹性轮胎在硬支撑路面上行驶时，加载变形曲线和卸载变形曲线不重合导致能量损失，此能量系损耗在轮胎各部分组成相互间的摩擦以及橡胶、棉线等物质间的分子间摩擦，最后转化为热能消失在空气中，是轮胎变形时做的工不能全部收回。这种损失称为弹性物质的迟滞损失。（如右图） 这种迟滞损失表现为一种阻力偶。当车轮不滚动时,地面对车轮的法向反作用力的分布是前后对称的；当车轮滚动时,由于弹性迟滞现象,处于压缩过程的前部点的地面法向反作用力就会大于处于压缩过程的后部点的地面法向反作用力, F相对于法线前移这样,地面法向反作用力的分布前后不对称,而使他们的合力z
一个距离a, 它随弹性迟滞损失的增大而变大。即滚动时有滚动阻力偶矩 T Fz f a =? ,阻碍车轮滚动。（如下图） 由此可见，滚动阻力的作用形式为 f f f T F Wf F r == 。 另一方面，当轮胎在松软的路面上滚动时，轮胎的变形很小，主要是路面下凹变形，在车轮前方实际形成了具有一定坡度的斜面，对车轮前进产生阻力。还有车轮轴承内部也存在着磨擦，这些磨擦和变形都要损耗发动机的动力，从而形成了汽车行驶中的滚动阻力。车轮行驶在不平路面上时，引起车身振荡、减振器压缩和伸长时做功，也是滚动阻力的产生来源。 由上可知，汽车的滚动阻力主要是由轮胎和路面的变形引起的，而轮胎和支撑面的相对刚度决定了变形的特点。 二、滚动阻力影响因素分析 由滚动阻力的作用形式 f f f T F Wf F r == 可知，滚动阻力主要与滚动阻力 系数有关，试验可知，滚动阻力系数主要与以下因素有关。 路面环境 不同路面的滚动阻力系数不同。总的来说，路面状况越良好，摩擦因数越小，滚动阻力越小。 柔性路面（土路、草地、沙土、雪地）比硬性路面滚动阻力大。因为还需要克服附加滚动阻力，具体包括接触面材料被压缩和移动行程的车辙阻力和车辙与轮胎之间的摩擦力。
中英文文献翻译-低滚动阻力轮胎
附录 附录A： LOW ROLLING RESISTANCE TIRES According to the report,80% or more of a car’s fuel energy is wasted by friction and other such losses. 1.5 to 4.5% of total gasoline use could be saved if allreplacement tires in use had low rolling resistance. About 237 million replacement tires are sold in the U.S. each year – none has rolling resistance labeling. 1. America’s Fuel Use, Its Impacts,and Opportunities for Savings The environmental impacts of America’s gasoline use are profound. With over 160 million passenger cars and light trucks on the road, we burn about 126 billion gallons of gasoline per year. Our fuel use continues to rise about 3% annually, propelled by continued increases in total number of vehicles, rising average distance driven per car, and falling average fuel economy. Today, light-duty vehicles (cars & light trucks) are responsible for about 20% of the nitrogen oxides, 27% of the volatile organic compounds, 51% of the carbon monoxide, and roughly 30% of all the carbon dioxide (the main greenhouse gas) emitted from human activities nationwide. Rising fuel use also has enormous implications for protection of wilderness and public lands (vulnerable to increased exploration), water resources (vulnerable to tanker and pipeline accidents), and national security. So the opportunity to save money and improve environmental quality through fuel use reductions is clear. One of the most promising opportunities for fuel savings across the entire fleet of existing vehicles is to utilize low rolling resistance tires instead of standard replacement models. This change improves the inherent efficiency of the vehicle, automatically saving fuel over the typical 30,000 to 50,000 mile lifetime of a set of tires. This report examines the opportunity for saving gasoline through use of improved tire technology and recommends particular tire models for which our initial test data suggest environmental advantages. Its findings are applicable to government and corporate fleet managers as well as individual tire buyers. 2. How Tires Can Reduce Fuel Consumption
外文翻译：探讨汽车轮胎滚动阻力以及测试技术
Study of automobile tire rolling resistance and testing technology Human activities on the ecological damage to the environment has become a global problem, to reduce fuel consumption, reduce automobile exhaust emissions is energy conservation, prevention of air pollution in an important measure. Vehicle energy consumption is closely related with the tire rolling resistance. On cars or light trucks, the 3.4% ~ 6.6% of fuel consumption used to overcome rolling resistance tires; of loaded radial truck tire with the car example, 12.4% ~ 14.5% of fuel consumption to overcome the rolling resistance tires . Tire rolling resistance by 10%, fuel-efficient cars will be 1.2 percent, 4 percent savings trucks. To this end,the tire manufacturers have at home and abroad to develop new low-power tires to reduce rolling resistance, saving fuel. Automobile tires in the rolling process, the total vehicle rolling resistance accounts for about 20% of the resistance, if reduced by 10% per tire rolling resistance, lower 2% ~ 3% of fuel, then rolling resistance tires to enhance the level of control of vehicle contribution to fuel economy will be significant, but also in a wide range can be achieved. Therefore, how to effectively control the tire's rolling resistance is the industry facing a key issue. This article will explore the various angles and analysis as well as tire rolling resistance testing technology. I. Summary In the tire rolling process, the cycle of changes in the stress and strain lead to energy loss, the formation of tire rolling resistance, also known as the tire hysteresis energy loss. Studies have shown that to overcome tire rolling resistance on fuel consumption of the general accounting for the total fuel consumption of motor vehicles more than 10%. Reduce rolling resistance tires can reduce vehicle energy consumption, so that the car farther away from efficient. Tire rolling resistance is the overall energy consumption of material, equivalent to the tire rolling units of energy loss from the rolling units in addition to its distance, the dimensionless N ? m / m, although its equivalent to the dimensionless force, but from the point of view of energy analysis and understanding more convenient and reasonable. Through the measurement of rolling resistance tires can study the best section. However, the results of lab experiments can only make a comparison, the final road test should be used as the basis of the results. Second, research the history of
轮胎滚动阻力模型研究进展
作者简介:李锋祥(19822),男,山东临沂人,北京化工大学在读博士研究生,研究方向为轮胎力学与热学、强化传热与节能。 轮胎滚动阻力模型研究进展 李锋祥,杨卫民 (北京化工大学机电工程学院,北京 100029) 摘要:介绍国内外围绕轮胎滚动阻力所展开的理论模型研究、试验技术研究和模拟分析方法研究,指出轮胎滚动阻力模型研究的发展方向为精确和细化。在以往研究的基础上,提出一种新的轮胎滚动阻力模型———“Semi 2Tweel ”模型,该模型由轮辋模型、胎冠模型和弹性2阻尼子模型组成,可与温度场耦合。 关键词:轮胎;滚动阻力;模型研究 中图分类号:TQ336.1+1 文献标识码:B 文章编号:10002890X (2008)0420251205 在目前能源日益缺乏而需求不断增长的形势 下,提高能源利用率、降低轮胎滚动能量损失是轮胎研究人员面临的一项重大课题。在能源节省和环境清洁方面,减小车辆燃料消耗具有越来越重要的作用,而轮胎滚动阻力作为影响车辆燃料消耗的基本因素必须尽可能地降低[1]。基于保护环境和节约能源的观点,米其林曾提出新世纪新型轮胎的发展方向是低燃料消耗的绿色轮胎。低滚动阻力轮胎也是我国本世纪轮胎发展的方向,国家橡胶轮胎质量监督检验中心也即将开展轮胎滚动阻力检测新项目[2]。1 理论背景 摩擦学中对滚动阻力的定义是在滚动摩擦 中,由于滚动物体与支撑物体之间相互作用而产生变形和接触压力,接触压力在接触面内的不均匀分布产生阻碍滚动的扭矩,从而产生滚动阻力。而对轮胎来说,其滚动阻力定义为:轮胎在水平道路上滚过单位距离机械能转化为热能的能量,实际测试和计算时取力的单位(N )。在假定初始温度分布的条件下,轮胎滚动阻力为轮胎转动一周的总能耗除以轮胎在路面上滚过的相应距离[3]。轮胎滚动阻力包括轮胎与路面的摩擦力(滚动摩擦和滑动微摩擦)、轮胎内部材料摩擦产生的阻力、轮胎滚动时受到的空气阻力以及胎面花纹块撞击路面发声消耗的能量等。在中等行驶速度条 件下,轮胎内摩擦产生的能量消耗占轮胎总能量消耗的80%以上[4]。因此,通常所说的降低轮胎滚动阻力主要是指降低轮胎材料的内摩擦阻力。在20世纪90年代,固特异就对从两种角度定义的轮胎滚动阻力的一致性进行了试验验证[5]。轮胎滚动阻力受使用条件、轮胎材料特性、轮胎结构、加工工艺以及材料分布等诸多因素的影响,而且其中某些影响因素之间相互关联。理想的情况是在降低轮胎滚动阻力的同时提高轮胎的综合使用性能,至少不能以牺牲轮胎的其它性能为代价来降低轮胎滚动阻力。 建立合理且精确的稳态滚动子午线轮胎模型是研究子午线轮胎滚动阻力的必要手段,也是降低子午线轮胎滚动阻力和优化子午线轮胎结构和材料分布的基础。子午线轮胎结构复杂,且所用材料种类繁多。早期的研究[6]表明,轮胎的滚动阻力能量损失与轮胎结构有很大关系,因此,以结构作为研究降低子午线轮胎滚动阻力的切入点是合理且重要的。不仅如此,早在20世纪70年代,就已经开始了对轮胎滚动阻力模型的研究[7,8],目前已取得了很多研究成果,轮胎滚动阻力模型也逐渐向精确和细化的方向发展,而计算机技术和高性能计算(H PC )的飞速发展为此提供了足够的发展空间。2 国内外研究进展211 国内 针对轮胎模型和滚动阻力的研究,国内研究