225/60R16 102H轿车子午线轮胎滚动阻力的改善

林辉宝，李红卫，刘 超，孔东东，田 健，陈 虎

[1.特拓（青岛）轮胎技术有限公司，山东 青岛 266061；2.山东丰源轮胎制造股份有限公司，山东 枣庄 277000]

轮胎作为汽车与地面接触的唯一部件，其滚动阻力直接关系到汽车油耗。各大轮胎厂针对轮胎的滚动阻力在新材料应用、施工设计、轮廓优化、花纹设计及仿真分析等方面做了大量的研究。本工作通过调整轮胎的结构设计、施工设计和胶料配方[1-2]，以减小各部位生热损耗和轮胎质量，达到降低轮胎滚动阻力的目的。

1 技术参数

根据GB/T 2978—2014，确定225/60R16 102H轿车子午线轮胎的技术参数为：标准轮辋6 1/2J，充气外直径（D′） 676（668～684） mm，充气断面宽（B′） 228（219～235） mm，标准充气压力 290 kPa，标准负荷 850 kg。

2 调整方案

2.1 胎面

胎面采用传统结构，由胎面胶、基部胶和翼胶组成。根据断面分析重新优化胎面挤出口型以减小胎面厚度，胎面胶配方在不改变硬度的基础上采用高分散性炭黑以减小60 ℃下的损耗因子。优化前胎面总厚度为7 mm，优化后胎面总厚度为6.5 mm。

2.2 冠带层

冠带层设计保持不变，采用1400dtex/2V1锦纶66浸胶帘布，1层冠带层平铺设计。冠带层帘布参数为：单根帘线强力 215 N，线密度 0.292 g·m-1，压延厚度 0.83 mm。

2.3 带束层

优化前带束层采用3×0.30HT钢丝帘线，单根帘线强力为610 N，帘布密度为70根·dm-1，压延厚度为1.3 mm。为减小质量，在满足带束层强度的基础上，带束层采用2层2×0.3ST钢丝帘线，单根帘线强力为405 N，帘布密度为96根·dm-1，压延厚度为1.2 mm。优化前带束层安全倍数为8.21，优化后为8.16，满足要求。

为了减小胎肩部位生热，保证胎面刚性，减小带束层弯曲变形，对带束层施工参数进行优化。优化前带束层角度为27°，宽度为190/178 mm；优化后带束层角度为24°，宽度为186/172 mm。

2.4 胎体

胎体帘线采用高模量低收缩聚酯帘线，以降低因胎体生热带来的能量损失。优化前胎体采用2层1100dtex/2聚酯帘线，单根帘线强力为140 N，线密度为0.25 g·m-1，压延厚度为1 mm；优化后胎体采用2层1400dtex/2聚酯帘线，单根帘线强力为250 N，线密度为0.49 g·m-1，压延厚度为1.3 mm。优化前胎体安全倍数为12.68，优化后为11.32，虽然优化后胎体安全倍数有所降低，但仍远大于强度安全值8。

2.5 钢丝圈

钢丝圈采用单根Φ1.295 mm高强度胎圈钢丝进行六角形缠绕，钢丝圈结构为4-5-4，安全倍数达到7.8，满足设计要求。

2.6 胎侧

通过将胎侧厚度适当减小，减小了胎侧部位质量。优化前后胎侧挤出口型如图1所示。

图1 优化前后胎侧挤出口型示意

2.7 三角胶

为了更好地将胎圈部位的应力均匀地传递到胎侧，三角胶应具有较高的硬度，采用邵尔A型硬度为89度、高度为40 mm的三角胶。

2.8 内衬层

为减小轮胎质量，优化后采用厚度为1.2 mm的内衬层并取消过渡层设计。此外，优化气密层胶配方以减小生热。为避免胎里露线，在胎肩部位增加胶片。

3 成品性能

采用优化方案试制225/60R16 102H轿车子午线轮胎，并进行成品轮胎性能测试，以验证改善效果。

3.1 外缘尺寸

成品轮胎的外缘尺寸按照GB/T 521—2012测定。结果表明，安装在标准轮辋上的成品轮胎在标准充气压力下的充气外直径为670 mm，充气断面宽为227 mm，符合国家标准要求。

3.2 强度性能

强度性能按照GB/T 4502—2016进行测定。试验条件为：充气压力 220 kPa，压头直径 19 mm，压头速度 50 mm·min-1。试验结果表明，轮胎的最小破坏能为558.5 J，试验结束时压头触及轮辋未压穿。

3.3 脱圈阻力

脱圈阻力按照GB/T 4502—2016进行测定。结果表明，轮胎的脱圈阻力为15 964 N，超过标准规定的最小脱圈阻力（11 120 N），符合国家标准要求。

3.4 高速性能

高速性能按照GB/T 4502—2016进行测定，试验条件为：充气压力 320 kPa，负荷 680 kg，初始试验速度 170 km·h-1，在完成标准规定试验阶段后，按照每10 min速度递增10 km·h-1继续进行试验。试验结果表明，试验轮胎累计行驶时间为110 min，最高通过速度为240 km·h-1，试验结束时轮胎未损坏。

3.5 低气压耐久性能

低气压耐久性能按照FMVSS 139标准进行测定。试验速度为120 km·h-1，充气压力为220 kPa，在完成34 h的常规耐久性试验后进入低气压性能试验阶段（充气压力为160 kPa）。试验结果表明，轮胎的累计行驶时间为44 h，试验结束时轮胎负荷率为120%，轮胎未损坏。

3.6 滚动阻力

优化前后轮胎的滚动阻力试验结果见表1。从表1可以看出，优化后轮胎的滚动阻力系数比优化前轮胎降低，且优化后轮胎的ECE滚动阻力标签等级为A级水平，优化前轮胎为B级水平。

表1 成品轮胎滚动阻力试验结果

4 结语

以225/60R16 102H轿车子午线轮胎为研究对象，主要从胎面、带束层、胎体、胎侧和内衬层的结构设计、施工设计及胎面胶和气密层胶的配方优化方面进行方案调整。优化后的225/60R16 102H轿车子午线轮胎充气外缘尺寸、强度性能、脱圈阻力、高速性能及低气压耐久性能均符合相应设计和国家标准要求，滚动阻力性能明显改善，达到欧盟法规ECE R117标签A级水平，满足开发目标。