低滾阻輪胎對輕型商用車輛油耗的影響

梁志鵬，黃星晨，徐洪友，郭寶光

低滾阻輪胎對輕型商用車輛油耗的影響

梁志鵬，黃星晨，徐洪友，郭寶光

（北汽福田汽車股份有限公司 工程研究總院，北京 102200）

為驗證低滾阻輪胎對整車油耗的影響，選用某品牌的6T輕型商用樣車，裝配不同滾阻系數的輪胎（滾阻系數分別為EZ525-7.0‰、AZ630-6.0‰、AZ630-5.5‰），在裝載量為75%（即裝載4.5T）以及裝載量為滿載（即裝載6T）的不同條件下，分別進行滑行及滑阻試驗；滿載條件下進行次高擋及最高擋等速油耗試驗；最后分別在4.5T的裝載條件下進行中國貨車行駛工況（CHTC-LT）及中國重型商用車瞬態工況（C_WTVC）油耗試驗。通過試驗得出采用低滾阻輪胎的試驗樣車燃油消耗量要明顯低于高滾阻系數輪胎，進而驗證低滾阻輪胎可降低整車油耗。

低滾阻輪胎；滑行試驗；滑阻試驗；油耗試驗；CHTC-LT工況；C_WTVC工況

在傳統商用車使用過程中，百公里油耗的高低一直是人們所關心的一項重要性能指標[1]。車輛的油耗一部分用來驅動車輛行駛，另一部分則用來克服內部阻力。車輛在行駛過程中，會受到很多方面的阻力，例如風的阻力、車輛內部機械內部之間的摩擦力等，而輪胎的滾動阻力往往都被人們忽視。據統計，汽車消耗所有燃油的4.2%是輪胎的滾動阻力所引起的，這個比例在高速公路行駛時會更高[2]。

本文就匹配6T輕型商用車所用型號為7.00R 16LT的輪胎，設計三種不同滾阻系數，滾阻系數分別為7.0‰、6.0‰、5.5‰；然后將三種不同滾阻的輪胎裝配于6T輕型商用樣車上，進行滑行試驗，通過計算可求得滑行試驗的阻力系數；最后分別進行滿載等速油耗試驗、試驗樣車在75%裝載條件下的中國貨車行駛工況（China Heavy-duty Commercial Vehicle Test Cycle for Truck, CHTC- LT）、中國重型商用車瞬態工況（China World Transient Vehicle Cycle, C_WTVC）油耗試驗，進而去驗證低滾阻輪胎對油耗的影響。

1 滑行及滑阻試驗

滑行試驗的整個過程符合GB/T 12536—2017 汽車滑行試驗方法的要求。

在試驗場的性能測試道路上，采用同一車型分別裝配三種不同滾阻的輪胎進行滑行試驗?；袝r車輛分別按照滿載的75%以及滿載進行裝載；滑行試驗中，車輛的起始速度為50 km/h，記錄其滑行至0 km/h時所滑行的距離。

滑行試驗在裝配不同滾阻系數的輪胎時，需保證滑行起始點相同以及整車除輪胎外，其他試驗參數一致?；兴俣纫约盎芯嚯x數據按每隔5 km/h記錄。滑行試驗結果如圖1所示。

圖1 裝載50～0 km/h滑行距離曲線

根據滑行試驗結果可知在不同裝載條件下，不同輪胎滾阻系數對應的滑行距離以及滑行時間如表1所示。

表1 不同裝載、不同滾阻系數下的滑行距離及時間

裝載量輪胎滾阻系數/‰滑行距離/m滑行時間/s 裝載4.5T5.5737.6120.63 6.0624.2100.37 7.0582.690.02 裝載6T5.5858.3137.66 6.0721.0115.91 7.0639.699.37

1.1 滑行試驗數據分析

在滑行試驗中，當車輛從速度1滑行至速度2，速度變化|1-2|≤5 km/h時，可認為在此階段的滑行為勻減速運動[3]。通過全球定位系統（Global Positioning System, GPS）測速儀VBOX3i測得各個勻減速段的滑行距離以及滑行速度如圖1所示。將速度由50 km/h降至0 km/h劃分為10段，第一段為50 km/h降至45 km/h，以此類推，最后一段為5 km/h降至0 km/h。根據滑行距離以及滑行速度變化可求得各個勻減速段的滑行加速度，如表2、表3所示。

通過表2、表3中的各個減速段內的加速度大小，結合試驗樣車的承載，可求得滑行車輛在各個減速段內所受到的阻力大小，如圖2所示。

由圖2可知，在樣車裝載量為75%（即裝載4.5T）時，滑行車輛裝配滾阻系數為5.5‰的輪胎所受到的阻力值最小，裝配滾阻系數為7.0‰的輪胎所受到的阻力值最大；裝載量為滿載（即裝載6T）時，滑行車輛裝配滾阻系數為5.5‰的輪胎所受到的阻力值最小，裝配滾阻系數為7.0‰的輪胎所受到的阻力值最大。在上述兩種不同的加載條件下，均呈現出輪胎的滾阻系數越小，滑行阻力越小的趨勢。

表2 滑行試驗中各個勻減速段內的加速度 單位：m/s2

裝載滾阻系數第一段第二段第三段第四段第五段 裝載4.5T7.0‰-0.240 2-0.206 2-0.173 3-0.152 5-0.162 0 6.0‰-0.255 6-0.177 5-0.156 6-0.171 8-0.128 4 5.5‰-0.211 1-0.150 0-0.143 8-0.128 9-0.110 6 裝載6T7.0‰-0.226 0-0.166 3-0.155 1-0.146 1-0.144 3 6.0‰-0.198 5-0.173 0-0.138 7-0.126 1-0.118 7 5.5‰-0.158 3-0.131 3-0.128 3-0.117 4-0.111 2 裝載滾阻系數第六段第七段第八段第九段第十段 裝載4.5T7.0‰-0.130 7-0.126 0-0.124 0-0.108 8-0.095 5 6.0‰-0.123 3-0.114 6-0.111 9-0.101 2-0.086 9 5.5‰-0.104 1-0.101 1-0.093 3-0.086 4-0.078 4 裝載6T7.0‰-0.121 1-0.145 8-0.136 2-0.097 1-0.040 0 6.0‰-0.109 7-0.105 7-0.093 3-0.084 9-0.080 4 5.5‰-0.100 2-0.075 4-0.084 8-0.060 4-0.044 4

圖2 裝載時滑行阻力曲線

1.2 車輛行駛阻力計算

一般地，可將汽車在滑行過程中所受到的阻力近似為一個二次多項式，如式（1）所示，該二次多項式中的變量為車速[4]。

=++2（1）

式中，為常數項阻力，數值大小與速度大小無關；是一次項系數，表示與速度線性相關的阻力；是二次項系數，表示與速度平方相關的阻力。

利用origin軟件對上述試驗所得速度以及行駛阻力進行二次多項式擬合，便可分別求得裝載量為75%（即裝載4.5T）以及裝載量為滿載（即裝載6T）時式（1）二次多項式中的各項系數，計算結果如表3所示。

表3 車輛滑行阻力系數

裝載量阻力系數EZ525-7.0‰AZ630-6.0‰AZ630-5.5‰ 裝載4.5Ta521.6365.5410.7 b-1.442 41.484 3-2.864 5 c0.176 00.141 50.187 4 滿載6.0Ta628.7469.4387.6 b-0.665 82.678 03.235 5 c0.166 00.135 10.113 8

2 低滾阻輪胎對油耗影響的驗證

為了驗證低滾阻輪胎能起到降低油耗的作用，分別從三個方面進行試驗，即滿載等速油耗試驗、轉鼓油耗CHTC-LT工況試驗、轉鼓油耗C_WTVC工況試驗。

2.1 滿載等速油耗試驗

在路段長度為500 m的試驗道路上，采用等速百公里燃料消耗試驗方法進行試驗[5]。本次試驗分別采取次高擋（四擋）、最高擋（五擋）兩個擋位進行油耗試驗，四擋的車速從40 km/h開始，間隔車速為10 km/h，到80 km/h截止，共計測定5個試驗車速；五擋的車速從50 km/h開始，間隔車速為10 km/h，到100 km/h截止，共計測定6個試驗車速。測量結果如表4所示。

表4 不同滾阻輪胎四擋、五擋等速百公里燃料消耗量

滿載擋位車速/(km/h)EZ525-7.0‰AZ630-6.0‰AZ630-5.5‰ 四擋等速百公里燃料消耗量(L/100 km)408.147.397.34 509.698.718.27 6010.709.989.90 7012.5711.9611.68 8014.1213.7613.36 五擋等速百公里燃料消耗量(L/100 km)508.798.077.67 609.609.278.93 7010.7410.3710.05 8012.4812.1211.72 9014.4714.1513.37 10016.5216.2615.67

以目前所用滾阻系數為7.0‰的輪胎為例，由表4可知，若更換為滾阻系數為6.0‰的輪胎時，四擋等速百公里燃料消耗量平均可降低6.69%，五擋等速百公里燃料消耗量平均可降低3.62%；若更換為滾阻系數為5.5‰的輪胎時，四擋等速百公里燃料消耗量平均可降低8.88%，五擋等速百公里燃料消耗量平均可降低7.50%。因此，在車輛使用滾阻系數越低的輪胎，試驗車輛的等速百公里燃料消耗量越小，且這一特點在低速時更加明顯。

2.2 轉鼓油耗CHTC-LT工況試驗

中國重型商用車輛行駛工況（China Heavy- duty Commercial Vehicle Test Cycle, CHTC）分為6個工況，本次試驗所采用的為貨車（車輛總重 ≤5 500 kg）的CHTC-LT工況[6]。在總質量為4.5 T時，采用行駛工況（CHTC-LT）來測量試驗樣車在裝配不同滾阻系數的輪胎時的油耗量。CHTC- LT工況包含：市區（第1部分309 s）、城郊（第2部分874 s）、高速（第3部分469 s）三個不同的速度區間，該工況的總時長為1 652 s，工況曲線如圖3所示。

圖3 CHTC-LT工況曲線

在CHTC-LT工況下，試驗樣車總質量為4.5T，分別裝配EZ525-7.0‰、AZ630-6.0‰、AZ630-5.5‰三種不同滾阻系數的輪胎，結合上述計算得出的滑行阻力系數，所得試驗結果如表5—表7所示。

由表可知，試驗樣車分別裝配EZ525-7.0‰、AZ630-6.0‰、AZ630-5.5‰三種不同滾阻系數輪胎進行CHTC-LT工況試驗，輪胎滾阻系數為5.5‰的綜合燃料消耗量最低為10.44 L/100 km，輪胎滾阻系數為7.0‰的綜合燃料消耗量最高為11.17 L/ 100 km；若將目前所使用滾阻系數為7.0‰的輪胎更換為滾阻系數為5.5‰，綜合燃料消耗量可降低6.5%，提高燃油經濟性的同時，減少了碳排放。進一步驗證了滾阻系數越低的輪胎，綜合燃料消耗量越低。

表5 CHTC-LT-裝配EZ525-7.0‰輪胎油耗試驗結果

CHTC-LT工況試驗次數燃料消耗/（L/100 km）燃料消耗均值/（L/100 km）綜合燃料消耗量/（L/100 km） 第一部分第1次14.7014.7610.45 第2次14.88 第3次14.70 第二部分第1次9.049.02 第2次8.98 第3次9.04 第三部分第1次11.2511.28 第2次11.33 第3次11.25

表6 CHTC-LT-裝配AZ630-6.0‰輪胎油耗試驗結果

CHTC-LT工況試驗次數燃料消耗/(L/100 km)燃料消耗均值/(L/100 km)綜合燃料消耗量/(L/100 km) 第一部分第1次16.0815.7311.17 第2次15.38 第3次15.74 第二部分第1次9.549.59 第2次9.56 第3次9.66 第三部分第1次12.1012.10 第2次12.04 第3次12.16

表7 CHTC-LT-裝配AZ630-5.5‰輪胎油耗試驗結果

CHTC-LT工況試驗次數燃料消耗/(L/100 km)燃料消耗均值/(L/100 km)綜合燃料消耗量/(L/100 km) 第一部分第1次15.7115.9510.44 第2次15.81 第3次16.32 第二部分第1次8.968.87 第2次8.81 第3次8.84 第三部分第1次11.4011.29 第2次11.23 第3次11.23

2.3 轉鼓油耗C_WTVC工況試驗

C_WTVC由市區循環、公路循環以及高速循環三部分組成[7]。在裝載量為4.5T時，根據《重型商用車燃料消耗測試方法》（GB/T 27840—2021）中分類及特征里程分配比的要求，本次試驗采用3 500 kg ≤車身總重≤5 500 kg的工況，其市區比例、公里比例以及高速比例分別為40%、40%、20%。C_WTVC工況包含：市區循環（900 s）、公路循環（468 s）、高速（432 s）三個不同的速度區間[8]，該工況的總時長為1 800 s，工況曲線如圖4所示。

圖4 重型商用車C_WTVC工況循環曲線圖

在C_WTVC工況下，試驗樣車總質量為4.5T，分別裝配EZ525-7.0‰、AZ630-6.0‰、AZ630-5.5‰三種不同滾阻系數的輪胎，按照市區比例、公里比例以及高速比例分別為40%、40%、20%分別進行三次試驗，所得試驗結果如表8—表10所示。

表8 C_WTVC工況裝配EZ525-7.0‰輪胎油耗試驗結果

試驗次數工況行駛距離/m測量值/ml按分配系數計算結果/(L/100 km)綜合工況油耗/(L/100 km) 1城市部分5.805647.14.454 936 38610.744 778 09 市郊部分5.635483.887 260 841 高速部分9.151101.52.402 580 863 2城市部分5.762651.14.511 162 50910.857 637 28 市郊部分5.635562.53.983 407 087 高速部分9.1461083.52.363 067 684 3城市部分5.766654.607 346 28510.917 334 11 市郊部分5.676561.83.948 859 43 高速部分9.1041077.82.361 128 394

表9 C_WTVC工況裝配AZ630-6.0‰輪胎油耗試驗結果

試驗次數工況行駛距離/m測量值/ml按分配系數計算結果/(L/100 km)綜合工況油耗/(L/100 km) 1城市部分5.725624.64.369 722 20810.744 778 09 市郊部分5.618517.63.688 876 476 高速部分9.1171000.32.194 242 58 2城市部分5.734621.44.337 199 5710.857 637 28 市郊部分5.653510.23.609 475 781 高速部分9.067999.42.203 174 436 3城市部分5.753609.14.238 979 78910.917 334 11 市郊部分5.667520.63.675 245 927 高速部分9.1091 005.12.206 162 795

表10 C_WTVC工況裝配AZ630-5.5‰輪胎油耗試驗結果

試驗次數工況行駛距離/m測量值/ml按分配系數計算結果/(L/100 km)綜合工況油耗/(L/100 km) 1城市部分5.755631.44.399 174 87610.163 745 36 市郊部分5.649508.73.606 166 253 高速部分8.98968.72.158 404 229 2城市部分5.764641.34.453 006 41610.007 113 02 市郊部分5.642474.53.363 554 636 高速部分9.044991.12.190 551 965 3城市部分5.764608.34.223 863 7189.845 443 68 市郊部分5.642486.73.450 035 915 高速部分9.044982.52.171 544 047

由表可知，試驗樣車分別裝配EZ525-7.0‰、AZ630-6.0‰、AZ630-5.5‰三種不同滾阻系數輪胎進行C_WTVC工況試驗，輪胎滾阻系數為5.5‰的綜合工況燃料消耗量最低為9.845 L/100 km，平均油耗為10.174 L/100 km；輪胎滾阻系數為6.0‰的綜合燃料消耗量最低為10.150 L/100km，平均油耗為10.174 L/100 km；輪胎滾阻系數為6.0‰的綜合燃料消耗量最低為10.150 L/100 km，平均油耗為10.840 L/100 km；若將目前所使用滾阻系數為7.0‰的輪胎更換為滾阻系數為5.5‰，綜合燃料消耗量可降低6.14%，提高燃油經濟性的同時，減少了碳排放。再次驗證了滾阻系數越低的輪胎，綜合燃料消耗量越低。

3 結論

為了驗證低滾阻輪胎能起到降低油耗的作用，分別從三個方面進行試驗，即滿載等速油耗試驗、轉鼓油耗CHTC-LT工況試驗、轉鼓油耗C_WTVC工況試驗。根據實驗結果可得出以下兩點結論：

1）輪胎滾阻系數越低，所產生的綜合燃料消耗量越小；

2）輪胎滾阻系數越低，燃油消耗量低速工況下降幅更加明顯。

[1] 張新月,殷瑞婧,周福強,等.整車燃油經濟性與輪胎相關性的試驗研究與理論分析[J].輪胎工業,2017,37 (4):195-199.

[2] 李露,王登平,李林.低滾阻輪胎對6×4牽引車燃油經濟性的影響[J].汽車實用技術,2017,42(24):97-98.

[3] 李國棟,王兆甲,劉金鐸.汽車滑行阻力系數的測定方法研究[J].汽車實用技術,2015,40(10):79-81.

[4] 羅雄,劉易斯.汽車道路滑行阻力的研究[J].汽車科技, 2019(6):19-22.

[5] 王延克.低滾阻輪胎節能效果的驗證[J].客車技術與研究,2019,41(1):60-62.

[6] 宋子鈺,陶云飛,張暉,等.CHTC與C-WTVC工況油耗和排放的試驗研究[J].汽車技術,2020(6):51-57.

[7] 閆禎,王兆,鄭天雷,等.不同工況下重型商用車燃料消耗量模擬計算結果對比研究[J].中國汽車:英文版, 2019(2):39-43.

[8] 肖福文.低滾阻輪胎對電動客車續駛里程的影響研究[J].機電技術,2018(2):86-89.

Influence of Low Rolling Resistance Tires on Fuel Consumption of Light Commercial Vehicles

LIANG Zhipeng, HUANG Xingchen, XU Hongyou, GUO Baoguang

( The Engineering Research Institute of Beiqi Foton Motor Company Limited, Beijing 102200, China )

In order to verify the impact of low rolling resistance tires on the fuel consumption of the whole vehicle, a 6T light commercial prototype vehicle of a certain brand is selected and equipped with tires with different rolling resistance coefficients (rolling resistance coefficients:EZ525-7.0‰, AZ630-6.0‰, AZ630-5.5‰).Under different conditions of loading capacity of 75% (loading 4.5T) and full load (loading 6T), the sliding tests and sliding resistance tests are carried out respectively.The fuel consumption test of China heavy-duty commercial vehicle test cycle for truck (CHTC-LT) and China world transient vehicle cycle (C_WTVC) are carried out under the loading condition of4.5T respectively.Through the test, it is concluded that the fuel consumption of the test vehicle with low rolling resistance tires is significantly lower than that of high rolling resistance coefficient tires. Rolling resistance tires can reduce the fuel consumption of the whole vehicle.

Low rolling resistance tire;Sliding test;Sliding resistance test;Fuel consumption test; CHTC-LT working condition; C_WTVC working condition

U463.341；U467.3

A

1671-7988(2023)10-79-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.016

梁志鵬（1993—），男，碩士，助理工程師，研究方向為輕型商用車行駛系統開發，E-mail:lzp18634313785 @163.com。