基于ECE R117的C1類輪胎雪面抓地性能測試研究*

梁榮亮 高明秋 苑林 徐軍輝 王景先

（中國汽車技術(shù)研究中心）

基于ECE R117的C1類輪胎雪面抓地性能測試研究*

梁榮亮 高明秋 苑林 徐軍輝 王景先

（中國汽車技術(shù)研究中心）

分析了歐盟ECE R117針對(duì)C1類輪胎的雪面抓地性能測試方法，建立了C1類輪胎的雪面抓地性能測試評(píng)價(jià)流程，結(jié)合CATARC寒區(qū)試驗(yàn)場，進(jìn)行了C1類雪地輪胎雪面抓地性能評(píng)價(jià)方案的可行性測試試驗(yàn)，為我國輪胎企業(yè)的產(chǎn)品性能開發(fā)、測試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)制定、輪胎與整車性能匹配及申請(qǐng)歐盟認(rèn)證提供了技術(shù)儲(chǔ)備。

1 前言

2011年9月，歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ECE）頒布的ECE R117法規(guī)首次對(duì)C1類和C2類雪地輪胎的雪面抓地性能指標(biāo)提出了要求，并規(guī)定自2012年11月1日起，進(jìn)入歐盟市場申請(qǐng)ECE認(rèn)證的C1類和C2類雪地輪胎需通過法規(guī)附錄7規(guī)定的雪地性能測試后，才可在輪胎胎側(cè)模刻“Alpine Symbol”山峰雪花符號(hào)表示的雪地輪胎標(biāo)識(shí)[1]。

目前關(guān)于C1類雪地輪胎的雪面抓地性能測試方法（C2類輪胎測試規(guī)程與C1類輪胎類似）主要有ASTM F1805—2006《冰雪路面單輪直線驅(qū)動(dòng)牽引力標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》和ECE R117法規(guī)附錄7《輪胎雪地性能試驗(yàn)方法》。ECE R117法規(guī)附錄7中規(guī)定的雪面制動(dòng)試驗(yàn)方法可替代ASTM F1805-2006[2]的驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)方法來確定輪胎的雪面抓地性能，能夠確保測試方（認(rèn)證機(jī)構(gòu)、第三方實(shí)驗(yàn)室、測試經(jīng)營者）和輪胎企業(yè)都能執(zhí)行測試并能夠在短暫的冬季對(duì)測試活動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化。

2 ECE R117雪面抓地性能測試程序

2.1 C1類輪胎雪面抓地性能測試

2.1.1 測試場地及環(huán)境

雪面抓地性能測試應(yīng)在平坦試驗(yàn)路面進(jìn)行，試驗(yàn)跑道應(yīng)有足夠的長度和寬度，任意方向的最大坡度≤2%，試驗(yàn)路面覆蓋有壓實(shí)的積雪。積雪路面包括厚度不小于3 cm的堅(jiān)硬壓實(shí)的積雪和厚度約為2 cm的中度壓實(shí)且經(jīng)過特別處理的表面雪層。當(dāng)采用CTI針入度計(jì)測得的雪面壓實(shí)指數(shù)為75～85時(shí)，即可判定測試場地雪面壓實(shí)度符合法規(guī)要求。另外，距地面約1 m處的空氣溫度和積雪路面約1 cm深處的積雪溫度均應(yīng)為-15～-2℃，且應(yīng)避免陽光直射及日照、濕度和風(fēng)力有較大變化。

2.1.2 測試車輛及測試輪胎

使用車況良好且裝配有ABS的標(biāo)準(zhǔn)乘用車進(jìn)行測試，同一車輛可測試不同規(guī)格的輪胎。試驗(yàn)前輪胎需要在干路面磨合至少100 km，且與雪面接觸的輪胎表面應(yīng)進(jìn)行清潔。輪胎在安裝和進(jìn)行試驗(yàn)前在室外環(huán)境溫度下至少放置2 h，并將輪胎充氣壓力調(diào)整至試驗(yàn)規(guī)定的數(shù)值(冷態(tài)240 kPa)。施加在輪胎上的負(fù)荷應(yīng)為輪胎負(fù)荷指數(shù)對(duì)應(yīng)負(fù)荷的60%～90%。

如果車輛不能同時(shí)安裝標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)輪胎（下稱SRTT）和測試輪胎，可選擇1套特定輪胎作為參照輪胎。首先在1輛車上對(duì)SRTT和參照輪胎進(jìn)行測試，然后再在另一輛車上對(duì)測試輪胎和參照輪胎進(jìn)行測試。

2.1.3 測試循環(huán)及測試程序

無論是SRTT還是測試輪胎，每套C1類輪胎雪面制動(dòng)抓地性能測試至少重復(fù)進(jìn)行6次，每次制動(dòng)均足以促使ABS工作，且每次制動(dòng)區(qū)域不應(yīng)重疊（若不可避免區(qū)域重疊時(shí)，測試路面需重新進(jìn)行處理）。SRTT及測試輪胎可按R1-T-R2或R1-T1-T2-R2測試循環(huán)進(jìn)行。其中R1為SRTT的初次試驗(yàn)，R2為SRTT的重復(fù)試驗(yàn)，T為要評(píng)估的測試輪胎，即SRTT在重復(fù)試驗(yàn)前最多可進(jìn)行2套測試輪胎的測試評(píng)價(jià)。SRTT及測試輪胎的對(duì)比試驗(yàn)應(yīng)在2個(gè)不同的工作日內(nèi)進(jìn)行。

測試過程中測試車輛以不低于28 km/h的速度維持直線方向行駛，當(dāng)車輛達(dá)到測試區(qū)域時(shí)掛入空擋切斷動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，向制動(dòng)踏板施加緊急制動(dòng)力并維持，促使測試車輛的ABS動(dòng)作并使車輛穩(wěn)定減速直至車速低于8 km/h。利用車載測試設(shè)備獲取時(shí)間、距離、速度或加速度測量值，計(jì)算從25～10 km/h的平均減速度（下稱MFDD）。

2.2 測試評(píng)估及數(shù)據(jù)有效性檢驗(yàn)

測試輪胎與SRTT的測試循環(huán)若為R1-T-R2，則測試輪胎相對(duì)于SRTT的MFDD的加權(quán)平均值為：

式中，R1為SRTT初次試驗(yàn)的有效MFDD值，R2為 SRTT重復(fù)試驗(yàn)的有效MFDD值。

測試輪胎的實(shí)際MFDD測量值為t，則測試輪胎在該組測試循環(huán)中的雪面抓地性能指數(shù)（SGI）為：

測試輪胎與SRTT的測試循環(huán)若為R1-T1-T2-R2，則測試輪胎相對(duì)于SRTT的MFDD的加權(quán)平均值為：

測試輪胎T1、T2的實(shí)際MFDD測量值分別為t1和t2，則測試輪胎T1、T2在該組測試循環(huán)中的SGI為：

在完成雪面抓地性能測試后，須立即對(duì)MFDD平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，要求每套輪胎測試的變異系數(shù)C.V≤6%，同時(shí)要求前、后2套SRTT測試結(jié)果平均值的差異≤5%，即

3 CATARC寒區(qū)試驗(yàn)場

CATARC寒區(qū)汽車試驗(yàn)場特有的氣候環(huán)境使其成為整車企業(yè)進(jìn)行寒區(qū)耐久試驗(yàn)，寒區(qū)整車性能試驗(yàn)，ABS、TSC和ESP匹配標(biāo)定試驗(yàn)及低溫冷起動(dòng)標(biāo)定試驗(yàn)等的理想測試場地，其氣象條件及場地環(huán)境參數(shù)見表1。

表1CATARC寒區(qū)汽車試驗(yàn)場氣象條件及環(huán)境參數(shù)

4 試驗(yàn)樣車、輪轂及測試輪胎

4.1 試驗(yàn)樣車的選型

基于現(xiàn)行乘用車等級(jí)劃分（表2）及各等級(jí)車輛所匹配輪胎規(guī)格，我國A00級(jí)、A0級(jí)、A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)乘用車所裝配輪胎胎寬覆蓋175 mm、185 mm、195 mm、205 mm、215 mm、225 mm等規(guī)格，所對(duì)應(yīng)的輪轂直徑為14英寸、15英寸、16英寸、17英寸等4個(gè)規(guī)格，對(duì)應(yīng)的輪轂寬度為5.5J、6.0J、6.5J、7.0J（J表示輪轂凸緣形狀為溝槽型，寬度為15.7 mm，即輪轂凸緣寬度為15.7 mm。）等4個(gè)規(guī)格。輪胎行業(yè)規(guī)定輪轂與輪胎的對(duì)應(yīng)匹配如表3所列。

表2 基于軸距及排量的乘用車等級(jí)劃分

表3 輪胎行業(yè)規(guī)定輪轂與輪胎的對(duì)應(yīng)匹配

為客觀、科學(xué)地反映我國乘用車所裝配的C1類雪地輪胎的雪面抓地性能，試驗(yàn)用測試輪胎要保證最大限度地覆蓋上述6類胎寬規(guī)格。試驗(yàn)樣車分別為HG7130FBA型理念牌A級(jí)轎車和SVW7166GSD型明銳牌B級(jí)轎車，2輛試驗(yàn)樣車參數(shù)如表4所列。

表4 試驗(yàn)樣車參數(shù)

4.2 試驗(yàn)用輪轂的選型

理念牌轎車原車采用14×5.5J輪轂，裝配175/ 65R14輪胎，可通過更換輪轂的方式實(shí)現(xiàn)與175 mm、185 mm、195 mm胎寬的輪胎裝配。明銳牌轎車原車采用16×6.5J輪轂，裝配205/55R16輪胎，也通過更換輪轂實(shí)現(xiàn)與195 mm、205 mm、215 mm、225 mm胎寬的輪胎裝配。試驗(yàn)所用輪轂及配對(duì)輪胎參數(shù)見表5[3，4]。

表5 試驗(yàn)用輪轂及配對(duì)輪胎參數(shù)

為提高測試效率和測試數(shù)據(jù)的科學(xué)性和公正性，在明銳牌轎車的基礎(chǔ)上對(duì)195 mm、205 mm、215 mm、225 mm胎寬的系列輪胎進(jìn)行雪面抓地性能測試時(shí)，為避免采用中間參照輪胎的間接法測試造成的資源低效高耗，采用14×6.0J輪轂實(shí)現(xiàn)與P195/75R14（SRTT）的裝配，并通過在輪轂安裝端面加裝15 mm厚法蘭墊片來調(diào)整輪轂偏距值，以避免由于輪轂偏距值過小導(dǎo)致輪轂內(nèi)側(cè)與制動(dòng)器背板機(jī)械磨損，實(shí)現(xiàn)輪轂與整車的裝配。

4.3 測試輪胎及SRTT的選型

基于上述試驗(yàn)樣車及試驗(yàn)用輪轂的選型分析，針對(duì)我國冬季華北及東北地域?qū)ρ┑剌喬ナ袌鲂枨?，著重分析各類主流品牌雪地輪胎的雪面抓地性能。此次選型的雪地輪胎規(guī)格及品牌如表6和表7所列，其中適用于理念牌轎車的測試輪胎共4套，分別為175 mm胎寬系列2套，185 mm胎寬系列2套；適用于明銳牌轎車的測試輪胎共11套，分別為195 mm胎寬系列1套，205 mm胎寬系列5套，215 mm胎寬系列2套，225 mm胎寬系列3套。累計(jì)采購涵蓋9大品牌的15套雪地輪胎，胎寬覆蓋乘用車所裝配的175 mm、185 mm、195 mm、205 mm、215 mm、225 mm等系列輪胎。根據(jù)ECE R117法規(guī)附錄7關(guān)于C1類雪地輪胎雪面抓地性能測試的要求，SRTT采用米其林輪胎公司生產(chǎn)的滿足ASTM E1136-2010要求的P195/75R14型輪胎作為所有測試輪胎的基準(zhǔn)參比[5]，技術(shù)指標(biāo)見表6，SRTT輪胎實(shí)物及200 km磨合前、后的胎面特性如圖1～圖3所示。

表6 理念牌試驗(yàn)樣車的測試輪胎

表7 明銳牌試驗(yàn)樣車的測試輪胎

5 測試前期準(zhǔn)備

5.1 試驗(yàn)車輛配載

按照ECE R117附錄7要求，施加在輪胎上的負(fù)荷應(yīng)為輪胎負(fù)荷指數(shù)對(duì)應(yīng)負(fù)荷的60%～90%（表6～表7），整理出每輛試驗(yàn)樣車可裝配測試輪胎及SRTT的負(fù)荷指數(shù)及對(duì)應(yīng)的輪荷、60%的試驗(yàn)輪荷及整車荷載、90%的試驗(yàn)輪荷及整車荷載[6，7]，同時(shí)在整個(gè)測試循環(huán)中堅(jiān)持“均布載荷、換胎不換載、換胎不換人”的原則進(jìn)行配載，避免由于載荷波動(dòng)及測試人員的變更對(duì)測試結(jié)果造成的影響。

5.2 調(diào)整輪胎氣壓

按照ECE R117附錄7要求，將輪胎充氣壓力調(diào)整至測試環(huán)境狀態(tài)下的試驗(yàn)規(guī)定數(shù)值（冷態(tài)240 kPa）。

5.3 試驗(yàn)路面檢驗(yàn)及環(huán)境參數(shù)記錄

按照ECE R117附錄7要求，用CTI針入度計(jì)測量試驗(yàn)場地雪面壓實(shí)度并記錄測試環(huán)境溫度，每套C1類輪胎雪面制動(dòng)抓地性能至少重復(fù)測試6次，且每次制動(dòng)輪跡不應(yīng)重疊。

6 雪面抓地性能測試評(píng)價(jià)

C1類輪胎雪面抓地性能測試立足于輪胎行業(yè)現(xiàn)狀，從測試技術(shù)服務(wù)角度為我國輪胎企業(yè)提供測試技術(shù)儲(chǔ)備，截至目前已累計(jì)完成涵蓋9大品牌、15套雪地輪胎的雪面抓地性能測試并已搭建C1類輪胎雪面抓地性能測試評(píng)價(jià)規(guī)程。

出于知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)及商業(yè)技術(shù)保密的目的考慮，隨機(jī)選取米其林、倍耐力、雙錢等三款測試輪胎進(jìn)行雪面抓地性能測試評(píng)價(jià)，涵蓋195 mm、205 mm、215 mm及225 mm等4大規(guī)格胎寬。在測試過程中為盡可能降低試驗(yàn)樣車、儀器設(shè)備、測試路面、氣象環(huán)境等偶然性突發(fā)因素對(duì)測試結(jié)果的離散，在ECE R117附錄7的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理優(yōu)化，每套輪胎進(jìn)行8次有效測試，剔除最優(yōu)值及最差值，保留剩余6次有效測試結(jié)果用于后續(xù)評(píng)價(jià)。測試數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)結(jié)果見表8、表9和圖4。

表8 225 mm、195 mm測試輪胎測評(píng)結(jié)果

表9 205 mm、215 mm測試輪胎測評(píng)結(jié)果

由表7、圖4a和圖4b可知，在同一測試循環(huán)下，胎寬225 mm測試輪胎6次有效制動(dòng)的平均值比胎寬195 mm測試輪胎縮短0.2 m，有效MFDD增強(qiáng)5.3%，2組輪胎的MFDD變異系數(shù)分別為3.5%和4.1%，均滿足6%的限值要求，說明胎寬225 mm測試輪胎在雪面抓地性能測試時(shí)重復(fù)一致性要好于胎寬195 mm測試輪胎。SRTT的有效MFDD均值偏差率為3.8%，滿足5%的限值要求，SGI分別為1.20和1.16。

由表8、圖4c和圖4d可知，在同一測試循環(huán)下，胎寬205 mm測試輪胎6次有效制動(dòng)距離的平均值比胎寬215 mm測試輪胎延長0.1 m，有效MFDD衰減1.7%，2組輪胎的MFDD變異系數(shù)分別為6.0%和5.4%，制動(dòng)距離及MFDD波動(dòng)較大，且胎寬205 mm測試輪胎的制動(dòng)距離偏差為0.9 m，胎寬215 mm測試輪胎的制動(dòng)距離偏差為0.7 m，在雪面抓地性能測試時(shí)重復(fù)一致性差于前一測試循環(huán)組。SRTT在前、后2組測試的有效MFDD均值分別為3.12 m/s2和3.22 m/s2，偏差率為3.1%，滿足5%的限值要求，SGI分別為1.12和1.13。

在輪胎測試過程中，由于雪地輪胎胎面溝槽及花紋的積雪殘留及空隙率均無法保證前后一致，而且2次測試的制動(dòng)區(qū)域的雪面壓實(shí)鋪裝程度也存在微觀變化，所以會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)距離及MFDD存在細(xì)微波動(dòng)的潛在貢獻(xiàn)因素，因此ECE R117規(guī)定允許變異系數(shù)及SRTT的偏差率分別存在6%和5%的富裕量。

7 結(jié)束語

依據(jù)ECE R117法規(guī)附錄7，在CATARC寒區(qū)試驗(yàn)場對(duì)C1類輪胎雪面抓地性能進(jìn)行了測試。從輪胎客觀評(píng)價(jià)體系中選取可作為國內(nèi)輪胎分級(jí)制度采用的客觀評(píng)價(jià)專項(xiàng)指標(biāo)，建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行深入分析，從技術(shù)角度研究適合中國國情同時(shí)又能推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的輪胎分級(jí)方式及等級(jí)劃分方法，為輪胎雪地性能的測試評(píng)價(jià)、輪胎與整車的性能匹配及輪胎的出口認(rèn)證提供了技術(shù)儲(chǔ)備。

1 ECE R117-2013 Uniform Provisions concerning the Ap?proval of Tyres with regard to Rolling Sound Emissions and/ or to Adhesion on Wet Surfaces and/or to Rolling Resis?tance.

2 ASTM F1805-2006 Standard Test Method for Single Wheel Driving Traction in a Straight Line on Snow and Ice-Cov?ered Surfaces.

3 ECE R30-2007 Uniform Provisions Concerning the Approv?al of Pneumatic Tyresfor Motor Vehicles and Their Trailers.

4 ECE R54-2003 Uniform Provisions Concerning the Approv?al of Pneumatic Tyresfor Commercial Vehicles and Their Trailers.

5 ASTM E1136-2010 Standard Specification forP195/75R14 Radial Standard Reference Test Tire.

6 GB 9743-2007轎車輪胎.

7 GB/T2978-2008轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷.

（責(zé)任編輯文 楫）

修改稿收到日期為2014年5月30日。

由圖10可看出，人工控制下排放檢測耗時(shí)較長，整個(gè)過程耗時(shí)為80 s，比怠速控制的方式多消耗近20 s，關(guān)鍵原因在于高怠速穩(wěn)定時(shí)間比自動(dòng)控制方式長，人工控制發(fā)動(dòng)機(jī)很難一開始就將轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在2 500±1 000 r/min的狀態(tài)。

7 結(jié)束語

開發(fā)了基于OBD的車輛下線雙怠速排放檢測自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過發(fā)送OBD指令控制發(fā)動(dòng)機(jī)高、低怠速，通過檢測軟件完成排放流程自動(dòng)控制。測試結(jié)果表明，在下線檢測中，該系統(tǒng)通過診斷接口給ECU發(fā)送OBD指令的同時(shí)還可采集冷卻液溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值，此種方式不僅高效，而且還免去了轉(zhuǎn)速測量設(shè)備及冷卻液溫度測量設(shè)備的使用，節(jié)省了檢測時(shí)間，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。目前，所開發(fā)的系統(tǒng)已在某企業(yè)下線檢測工位上得到應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

1 楊志剛.汽車生產(chǎn)企業(yè)檢測線流程探討.裝備與制造技術(shù),2011（9）:174～176.

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6 ISO 15765-3,Road vehicles—Diagnostics on Controller Ar?ea Networks（CAN）—Part 3:Implementation of unified di?agnostic services（UDS on CAN）.2004.

（責(zé)任編輯文 楫）

修改稿收到日期為2014年10月16日。

The Experimental Research of Snow Grip Performance of C1 Tyre Based on ECE R117

Liang Rongliang,Gao Mingqiu,Yuan Lin,Xu Junhui,Wang Jingxian
（China Automotive Technology and Research Center,Tianjin）

European ECE R117 concerning the test method for C1 tyre snow grip performance is analyzed,and the test&evaluation process for C1 tyre snow grip performance is established.The feasibility test for C1 tyre snow grip performance evaluation is carried out in CATARC cold area test ground,which provides technical reserve for products performance development of domestic tyre manufacturers,establishment of test&evaluation criteria,matching of tyre with vehicle performance as well as application for EU certification.

C1 tyre,Grip performance,Test

C1類輪胎 雪面抓地性能 測試

U467.1+1

A

1000-3703（2015）01-0052-07

中國汽車技術(shù)研究中心十二五汽車測試平臺(tái)重大科研專項(xiàng)（項(xiàng)目編號(hào)：CATARC13140101）。