225/60R16 102H轎車子午線輪胎滾動阻力的改善

林輝寶，李紅衛，劉 超，孔東東，田 健，陳 虎

[1.特拓（青島）輪胎技術有限公司，山東 青島 266061；2.山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277000]

輪胎作為汽車與地面接觸的唯一部件，其滾動阻力直接關系到汽車油耗。各大輪胎廠針對輪胎的滾動阻力在新材料應用、施工設計、輪廓優化、花紋設計及仿真分析等方面做了大量的研究。本工作通過調整輪胎的結構設計、施工設計和膠料配方[1-2]，以減小各部位生熱損耗和輪胎質量，達到降低輪胎滾動阻力的目的。

1 技術參數

根據GB/T 2978—2014，確定225/60R16 102H轎車子午線輪胎的技術參數為：標準輪輞6 1/2J，充氣外直徑（D′） 676（668～684） mm，充氣斷面寬（B′） 228（219～235） mm，標準充氣壓力 290 kPa，標準負荷 850 kg。

2 調整方案

2.1 胎面

胎面采用傳統結構，由胎面膠、基部膠和翼膠組成。根據斷面分析重新優化胎面擠出口型以減小胎面厚度，胎面膠配方在不改變硬度的基礎上采用高分散性炭黑以減小60 ℃下的損耗因子。優化前胎面總厚度為7 mm，優化后胎面總厚度為6.5 mm。

2.2 冠帶層

冠帶層設計保持不變，采用1400dtex/2V1錦綸66浸膠簾布，1層冠帶層平鋪設計。冠帶層簾布參數為：單根簾線強力 215 N，線密度 0.292 g·m-1，壓延厚度 0.83 mm。

2.3 帶束層

優化前帶束層采用3×0.30HT鋼絲簾線，單根簾線強力為610 N，簾布密度為70根·dm-1，壓延厚度為1.3 mm。為減小質量，在滿足帶束層強度的基礎上，帶束層采用2層2×0.3ST鋼絲簾線，單根簾線強力為405 N，簾布密度為96根·dm-1，壓延厚度為1.2 mm。優化前帶束層安全倍數為8.21，優化后為8.16，滿足要求。

為了減小胎肩部位生熱，保證胎面剛性，減小帶束層彎曲變形，對帶束層施工參數進行優化。優化前帶束層角度為27°，寬度為190/178 mm；優化后帶束層角度為24°，寬度為186/172 mm。

2.4 胎體

胎體簾線采用高模量低收縮聚酯簾線，以降低因胎體生熱帶來的能量損失。優化前胎體采用2層1100dtex/2聚酯簾線，單根簾線強力為140 N，線密度為0.25 g·m-1，壓延厚度為1 mm；優化后胎體采用2層1400dtex/2聚酯簾線，單根簾線強力為250 N，線密度為0.49 g·m-1，壓延厚度為1.3 mm。優化前胎體安全倍數為12.68，優化后為11.32，雖然優化后胎體安全倍數有所降低，但仍遠大于強度安全值8。

2.5 鋼絲圈

鋼絲圈采用單根Φ1.295 mm高強度胎圈鋼絲進行六角形纏繞，鋼絲圈結構為4-5-4，安全倍數達到7.8，滿足設計要求。

2.6 胎側

通過將胎側厚度適當減小，減小了胎側部位質量。優化前后胎側擠出口型如圖1所示。

圖1 優化前后胎側擠出口型示意

2.7 三角膠

為了更好地將胎圈部位的應力均勻地傳遞到胎側，三角膠應具有較高的硬度，采用邵爾A型硬度為89度、高度為40 mm的三角膠。

2.8 內襯層

為減小輪胎質量，優化后采用厚度為1.2 mm的內襯層并取消過渡層設計。此外，優化氣密層膠配方以減小生熱。為避免胎里露線，在胎肩部位增加膠片。

3 成品性能

采用優化方案試制225/60R16 102H轎車子午線輪胎，并進行成品輪胎性能測試，以驗證改善效果。

3.1 外緣尺寸

成品輪胎的外緣尺寸按照GB/T 521—2012測定。結果表明，安裝在標準輪輞上的成品輪胎在標準充氣壓力下的充氣外直徑為670 mm，充氣斷面寬為227 mm，符合國家標準要求。

3.2 強度性能

強度性能按照GB/T 4502—2016進行測定。試驗條件為：充氣壓力 220 kPa，壓頭直徑 19 mm，壓頭速度 50 mm·min-1。試驗結果表明，輪胎的最小破壞能為558.5 J，試驗結束時壓頭觸及輪輞未壓穿。

3.3 脫圈阻力

脫圈阻力按照GB/T 4502—2016進行測定。結果表明，輪胎的脫圈阻力為15 964 N，超過標準規定的最小脫圈阻力（11 120 N），符合國家標準要求。

3.4 高速性能

高速性能按照GB/T 4502—2016進行測定，試驗條件為：充氣壓力 320 kPa，負荷 680 kg，初始試驗速度 170 km·h-1，在完成標準規定試驗階段后，按照每10 min速度遞增10 km·h-1繼續進行試驗。試驗結果表明，試驗輪胎累計行駛時間為110 min，最高通過速度為240 km·h-1，試驗結束時輪胎未損壞。

3.5 低氣壓耐久性能

低氣壓耐久性能按照FMVSS 139標準進行測定。試驗速度為120 km·h-1，充氣壓力為220 kPa，在完成34 h的常規耐久性試驗后進入低氣壓性能試驗階段（充氣壓力為160 kPa）。試驗結果表明，輪胎的累計行駛時間為44 h，試驗結束時輪胎負荷率為120%，輪胎未損壞。

3.6 滾動阻力

優化前后輪胎的滾動阻力試驗結果見表1。從表1可以看出，優化后輪胎的滾動阻力系數比優化前輪胎降低，且優化后輪胎的ECE滾動阻力標簽等級為A級水平，優化前輪胎為B級水平。

表1 成品輪胎滾動阻力試驗結果

4 結語

以225/60R16 102H轎車子午線輪胎為研究對象，主要從胎面、帶束層、胎體、胎側和內襯層的結構設計、施工設計及胎面膠和氣密層膠的配方優化方面進行方案調整。優化后的225/60R16 102H轎車子午線輪胎充氣外緣尺寸、強度性能、脫圈阻力、高速性能及低氣壓耐久性能均符合相應設計和國家標準要求，滾動阻力性能明顯改善，達到歐盟法規ECE R117標簽A級水平，滿足開發目標。