设计参数对205/55R16 91V轿车轮胎性能的影响

刘俊杰，陈亚婷，王 君，苏国庆，卢艳伟，赵 帅

（青岛双星轮胎工业有限公司 ，山东 青岛 266400）

随着新能源汽车的快速发展，节能减排和保护环境越来越受到世界各国的重视，欧盟、日本等自2010年开始将轮胎滚动阻力性能要求上升到法规层面，而我国也将推出轮胎标签法并对轮胎的滚动阻力提出强制性要求。

近年来国际油价不断提升，消费者越来越重视整车的燃油经济性，轮胎对整车的燃油经济性有较大的影响。据有关资料显示，轮胎的滚动阻力每降低30%，整车的燃油经济性可以提升5%～8%[1-8]。

本工作通过调整205/55R16 91V轿车轮胎结构设计参数和胎面胶配方，研究其对轮胎性能的影响，从而优选出最佳生产方案。

1 实验

轮胎规格 205/55R16 91V，轮辋 6.5J×16，车型 吉利帝豪GL。

测试设备：H17A型邵氏硬度计，英国华莱士公司产品；Instron-5965型拉力试验机，美国英斯特朗公司产品；EPLEXOR 500N型动态热机械分析仪，德国GABO公司产品；T-34369.02型滚动阻力试验机，德国采埃孚股份公司产品；DGDJ-3型轮胎五刚性试验机，天津久荣车轮技术有限公司产品。

2 试验方案

2.1 胎面胶配方

胎面胶配方使用两种设计方案，主要调整生胶体系和填充体系。胎面胶配方如表1所示。

表1 胎面胶配方 份

配方1的白炭黑填充量小，胶料的玻璃化转变温度（Tg）低，目的是使胶料具有较低的滞后损失，从而使轮胎具有较低的滚动阻力；配方2的白炭黑填充量比配方1大，配方2胶料的Tg比配方1胶料高，目的是改善轮胎的制动性能。

2.2 结构设计方案

为研究胎面胶配方、三角胶高度、带束层角度及胎体帘布层层数对轮胎滚动阻力、干地制动性能、电阻及静负荷性能的影响，设计5个单一变量方案，其中方案A为基准方案，方案B—E为对比方案，如表2所示。

表2 结构设计方案

3 结果与讨论

3.1 胎面胶性能

胎面胶的性能如表3所示，tanδ为损耗因子。胎面胶的tanδ-温度曲线如图1所示。

图1 胎面胶的tan δ-温度曲线

表3 胎面胶的性能

从表3可以看出，与配方2胶料相比，配方1胶料的硬度、300%定伸应力和回弹值较高，拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度较低。可以预估配方1胶料的常温滞后损失比配方2胶料小。

从表3和图1可以看出，配方1胶料的Tg比配方2胶料高5 ℃，在0，25，70 ℃时的tanδ均比配方2胶料小。可以预估配方1轮胎的滚动阻力比配方2轮胎低，但配方2轮胎的制动性能比配方1轮胎优异。

3.2 滚动阻力

按照ISO 28580—2018进行轮胎滚动阻力测试，结果如表4所示。

表4 轮胎的滚动阻力系数 N·kN-1

从表4可以看出，胎面胶配方、三角胶高度、带束层角度、胎体帘布层层数等设计参数对轮胎的滚动阻力均有一定的影响。与方案A相比，方案B变更了胎面胶配方，轮胎滚动阻力系数增大了0.32 N·kN-1，方案B轮胎滚动阻力高，这与tanδ测试结果一致；方案C变更了三角胶高度，轮胎滚动阻力系数增大了0.31 N·kN-1；方案D变更了带束层角度，轮胎滚动阻力系数增大了0.25 N·kN-1；方案E变更了胎体材料和帘布层层数，轮胎滚动阻力系数增大了0.46 N·kN-1。可以得出三角胶高度增大、带束层角度减小、胎体帘布层层数和材料的变更会使轮胎的滚动阻力提高。

3.3 接地印痕、干地制动性能及电阻

轮胎接地印痕、干地制动性能及电阻测试结果如图2和表5所示。

图2 轮胎接地印痕

表5 轮胎的接地印痕、制动性能及电阻

从图2和表5可以看出：5个方案轮胎的接地印痕面积相差不大；方案A，C，D，E胎面胶配方采用配方1，轮胎的干地制动距离基本一致，从而证明带束层角度、三角胶高度、胎体帘布层层数和材料的变更对轮胎的干地制动性能影响不大；方案B轮胎的制动距离比方案A轮胎更小，说明其干地制动性能优于方案A轮胎，这与tanδ测试结果一致；5种方案轮胎的电阻均比较小，胎面胶配方及轮胎结构的变更对轮胎的电阻影响不大。

4 结论

以205/55R16 91V轿车轮胎为研究对象，从轮胎胎面胶配方、三角胶高度、带束层角度、胎体帘布层层数和材料进行优化，共设计5个方案，并测试轮胎的滚动阻力、接地印痕、干地制动距离、电阻。结果表明，胎面胶配方、三角胶高度、带束层角度、胎体帘布层层数和材料对轮胎的滚动阻力均有较大的影响。