低滚动阻力轮胎结构设计

王国林，吴旭，梁晨，杨建

（江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212013）

来稿日期：2018-05-07

基金项目：国家自然基金（51675240）作者简介：王国林，（1965-），男，吉林人，博士研究生，教授，主要研究方向：车辆动态性能、载运工具运行安全控制和汽车轮胎力学；

吴旭，（1993-），女，山西人，硕士研究生，主要研究方向：低滚动阻力轮胎结构设计

1引言

轮胎作为车辆与地面接触的唯一部件，其滚动阻力直接影响汽车燃油消耗率[1]。研究表明，轮胎滚动阻力降低（15~30）%，可节省燃料消耗（3~6）%[2]，同时还能减少CO 和NO X 的排放。轮胎结构设计对轮胎滚动阻力有重要影响。随着能源危机和环境污染的日益严重，低滚动阻力轮胎结构设计得到众多学者的重视。

在20世纪90年代，国外学者就采用有限元分析方法得到较小的带束层宽度有助于降低轮胎滚动阻力[3]。轮胎结构与滚动阻力的关系研究，能够为低滚动阻力轮胎结构设计提供参考依据。文献[4]以载重子午线轮胎为研究对象，分析轮胎结构对滚动阻

力的影响，得出较窄的带束层宽度、较大的帘线角度以及合理的胎面结构均有利于降低轮胎滚动阻力。文献[5]采用均值分析法，得出带束层角度和宽度对滚动阻力影响显著，降低带束层宽度和三角胶高度有利于降低滚动阻力。

总而言之，轮胎结构对滚动阻力具有重要影响，带束层宽度及帘线角度对滚动阻力具有显著的影响，通过轮胎结构降低轮胎滚动阻力是可行的。

以205/55R16型子午线轮胎为研究对象，选取一系列轮胎结构设计参数并进行方案设计。将轮胎二维断面划分为两个区域，通过有限元分析，研究区域能量损耗对滚动阻力的影响规律。针对各自区域结构，进行区域能量损耗的灵敏度分析，研究各区

摘要：将轮胎断面划分为胎冠区域和非胎冠区域，采用有限元分析方法和灵敏度分析，建立滚动阻力和区域能量损耗

的关系，进行低滚动阻力轮胎结构设计，达到降低滚动阻力的目的。结果表明，变化区域能量损耗与滚动阻力呈线性变化。胎面结构对胎冠区域能量损耗的贡献度高达69%，对胎冠区域能量变化起决定性作用。合理的降低1#和2#带束层宽度，能降低胎面能量损耗，2#带束层对于胎面能量损耗的灵敏度更高。耐磨胶、胎体层、三角胶＆胎侧对非胎冠区域能量损耗的贡献度相当，在30%左右。合理的增加耐磨胶高度有利于耐磨胶和胎体能量损耗的降低。合理的降低三角胶高度会降低非胎冠区域能量损耗。基于区域能量损耗与轮胎结构关系，对轮胎胎体结构进行方案设计，最优方案比原始滚动阻力降低9.5%。

关键词：滚动阻力；结构设计；子午线轮胎；能量损耗中图分类号：TH16；U463

文献标识码：A

文章编号：1001-3997（2018）09增-0077-03

Tire Structure Design of Low Rolling Resistance

WANG Guo-lin ，WU Xu ，LIANG Chen ，YANG Jiang

（School of Automotive and Traffic Engineering ，Jiangsu University ，Jiangsu Zhenjiang 212013，China ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：The 2-D cross section of radial tire was divided into two areas ：the crown and the non-crown.The aim of research was to reducing the rolling resistance by redesign structure.The relationship between regional energy loss and rolling resistance was established by the sensitivity analysis and finite element analysis （FEA ）.As a result ，the energy loss of change region was consistent with the rolling resistance .In the crown region ，the mainly contribution of the energy loss was tread structure ，nearly up to 69%，which played a crucial role.Reasonably reducing the width of 1#and 2#belt could reduce the energy loss ，and 2#has higher sensitivity for the loss energy.In the non-crown ，abrasion ，carcass ，apex and sidewall had the same effect on the non-crown area loss energy ，and the Contribution was about 30%.The region loss energy decline with the increase of abrasion height.The reduction of apex height also reduced the non-crown energy loss.Based on above ，a final optimization was proposed ，which was lower than original scheme by 9.5%.Key Woｒdｓ：Rolling Reｓiｓｔａnｃe ；Sｔｒuｃｔuｒe Deｓign ；Rａdiａl Tiｒe ；Eneｒgy Loｓｓ

Machinery Design ＆Manufacture

机械设计与制造

增刊

2018年9月

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