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1、公路与汽运第5期20Highways&AutomotiveApplications2009年9月汽车轮胎滚动阻力与燃油经济性的关系孙占先,刘超,孙向馨,李文久(青岛滨海学院,山东青岛266555)摘要:在石油资源越来越紧张的情况下,汽车节油显得越来越重要。文中分析了汽车燃油消耗量的主要影响因素;通过对汽车行驶时轮胎滚动阻力的分析,阐述了不同路面、不同轮胎的滚动阻力的形成原因及影响因素;指出降低轮胎滚动阻力系数是提高汽车燃油经济性的重要措施之一,并说明了如何通过减少轮胎的滚动阻力来达到节油的目的。关键词:汽车;燃油消耗量;轮胎滚动阻力;节油中
2、图分类号:U461.8文献标识码:A文章编号:1671-2668(2009)05-0020-03目前,如何有效地节约不可再生的能源已刻不1F=(Ff+Fw)ηT容缓地摆在每一位有识之士面前。对汽车行业的从式中:Ff为汽车的滚动阻力(N);Fw为汽车受到的业者而言,如何开发研制新型节能汽车、最大限度地空气阻力(N)。提高节油率更是责无旁贷且意义重大。车轮滚动时,轮胎与路面接触的区域产生变形,众所周知,各种汽车的燃油经济性是有差异的,相应的支撑路面也发生变形。由于轮胎和支承路面影响汽车燃油经济性的重要因素是发动机性能,但的相对刚度不同,它们的变
3、形特点也不同。图1表还有其他影响因素,包括汽车构造、汽车技术状况、示车轮在不同路面上的滚动情况。其中,图1(a)为驾驶技术和道路情况等。当汽车以等速ua行驶一弹性轮胎在硬路面上的滚动情况。此时轮胎的变形定距离s时,汽车的燃油消耗量(mL)是主要的,硬路面(砼和沥青等人工路面)在承受载PbsQ=102(1)荷时几乎没有变形,可以近似地视为刚性,车轮的滚uaρg动阻力主要来自轮胎的弹性迟滞损失。图1(b)为可按下式将其折算成等速的百公里燃油消耗量弹性轮胎在软路面上的滚动情况。软路面(土路、砂[L/(100km)]:地和积雪路面等)在车轮滚动过程
4、中形成车辙变形,PbCFbQ==(2)1.02uaρgηT同时轮胎本身也发生一定的很小量的弹性变形,车式中:P为阻力功率;b为燃油消耗率;s为汽车等速轮的滚动阻力来自松软路面的变形和轮胎的弹性迟行驶的距离;ua为汽车的行驶速度;ρ为燃油的密滞损失(车辙形成所消耗的能量远大于轮胎的弹性度;g为重力加速度;C为常数;F为行驶阻力;ηT为迟滞损失)。汽车传动系机械效率。由式(2)可知,汽车的燃油经济性主要受汽车行驶时遇到的阻力F和发动机有效油耗率b的影响。因此,只有使这些因素降低,才能减少汽车的油耗量,提高其经济性。本文主要讨论汽车轮胎滚动阻力对
5、汽车燃油经济性的影响,并探讨减少轮胎滚动阻力的措施。图1车轮在路面上的滚动情况1轮胎的滚动阻力下面从轮胎的径向变形过程出发,进一步分析如前所述,汽车燃油经济性受到行驶阻力F的弹性轮胎在硬路面上滚动时滚动阻力的形成。弹性影响,而汽车行驶阻力F一般可由下式计算(忽略轮胎在硬路面上滚动时,轮胎上每一微小弹性体工坡度阻力和加速阻力的情况):作状态的变化可以看成依次地进行径向加载与卸载公路与汽运总第134期Highways&AutomotiveApplications21的过程(如图2所示)。图2(a)为一径向载荷Q的距离随弹性迟滞损失的增大而增大。
6、合力Fz1与载弹性轮胎,如在轮胎上截取一截面2′-2,则当轮胎荷法向W1大小相等,方向相反。滚动一周时,此截面完成一次加载、卸载过程。法线若将法向反作用力Fz1平移至通过车轮中心,1′-4左边截取面逐步地滚向地面,这是加载(压则从动轮在硬路面上滚动时的受力情况如图3(b)缩)过程,此时变形曲线相当于图2(b)中的OCA曲所示,即滚动时有滚动阻力偶矩Tf=Fz1·a阻碍车线。当截取面位于4′-4位置时,具有最大的变形。轮滚动。同时,由图3可知,欲使从动轮在硬路面上当截取面位于4′-4右边时变形逐渐减小而处于卸滚动,需在车轮中心加一推力Fp1,
7、它与地面切向反载(恢复)过程,此时的变形曲线相当于图2(b)中的作用力构成一力偶矩来克服滚动阻力偶矩。由平衡EDA曲线。整个轮胎可视为无数截面连续不断地条件得:进行加载(压缩)与卸载(恢复)的过程。由图2可看Tf=Fp1·r出,加载时对轮胎所作的功(相当于面积OCABO)与即卸载过程中轮胎恢复变形时释放出的功(相当于面积TfaFp1==Fz1rrEDABFE)并不相等,两者之差即为轮胎变形过程中式中:r为车轮半径。的能量损失,称之为轮胎的弹性迟滞损失。a令=f,则Fp1=fFz1=fW,其中,f为滚动r阻力系数。可见,滚动阻力系数是车轮在一
8、定条件下滚动时所需推力与车轮负荷之比,即单位汽车重力所需的推力。换而言之,滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮负荷之乘积,即:Tf图2弹性车轮在硬路面上滚动时的情况Ff=Wf,且Ff=
