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摘要：为满足中国制造2025提出的“绿色轮胎”要求，轮胎滚动阻力性能、湿抓地性能和外滚动噪声参数都需要提高。通过对电动汽车轮胎发展趋势的分析，发现电动汽车轮胎的设计需要匹配合适的参数。电动汽车轮胎采用低滚动阻力系数、高胎压、大直径、窄胎面、扁平化和特定的轮胎结构、花纹和材料，有利于动力性、经济性、操纵稳定性、湿路性能以及噪声和磨损的改善。结果表明，电动汽车轮胎的设计与匹配应与整车性能研究相结合，从整车设计之初就参与轮胎设计与分析工作。

关键词：纯电动汽车；特种轮胎；车辆性能

由于电动汽车具有良好的节能减排特性，汽车行业的专家学者普遍认为，电动汽车是未来汽车的发展趋势。目前电动汽车的发展和应用受到电池能量密度低的限制。如何降低汽车能耗，提高续驶里程成为研究热点。使用低滚动阻力轮胎是提高电动汽车续驶里程的一种快速有效的方法。 我国轮胎子午化完成后，为适应新世纪新政策，当前轮胎设计有了新的发展方向——节能环保轮胎、绿色轮胎、防水防滑安全轮胎、跑- 漏气轮胎和智能轮胎等。 《中国制造2025》也对低滚动阻力轮胎提出了明确要求：国产节能轮胎将持续提升湿滑、耐磨、噪声性能，降低滚动阻力30%，实现节油6%以上电动车看有没有内胎，他们的产品将占到50%以上的独立市场份额%。本文通过分析电动汽车轮胎的发展趋势，探讨如何降低电动汽车轮胎的滚动阻力。

1低滚动阻力的发展趋势

轮胎的胎压、直径和材质都会影响轮胎的滚动阻力，进而影响汽车的经济性。图 1 显示了滚动阻力系数 (f) 对单次充电行驶里程的影响。从图1可以看出，轮胎的滚动阻力是影响汽车经济性的最重要因素，汽车的经济性随着滚动阻力的增大而降低。

发动机输出功率的30%~40%消耗在轮胎滚动阻力上，而轮胎变形阻力占轮胎总滚动阻力的90%以上（轮胎空气阻力、轮胎和路面滑动阻力约占10%） )，因此，要有效降低轮胎的滚动阻力，就必须从降低轮胎的变形阻力入手。

1）减少轮胎滚动阻力可以从减少轮胎质量开始。当轮胎重量减轻时，轮胎的每个部件都需要使用最小的部件厚度，这也是为了保证轮胎的性能。可以通过使用轻质材料（例如芳纶带束层）代替钢带束来减轻轮胎的重量。

2）降低轮胎材料的滞后损失是降低轮胎滚动阻力的另一种解决方案。根据测试，每个轮胎部件的能耗占轮胎能耗的39%：胎面胶39%、胎圈包布14%、三角胶13%、带束层8%、胎侧7%和帘布层6%，所以能耗主要是通过改进胎面胶来减少。如今，通过降低轮胎材料的滞后损失来降低轮胎滚动阻力系数的手段是增加轮胎中的硅能。

2 高胎压发展趋势

轮胎的工作压力直接关系到汽车的安全性和经济性。载荷恒定时，轮胎工作压力过高，下沉变小，接地面积减少，单位面积受力增大，从而加速胎面中间磨损，缩短使用寿命轮胎的寿命，但在这种情况下，低滚动阻力有利于降低能耗；轮胎工作压力过低，下沉量增加，胎面边缘负荷增加，胎肩早期磨损增加滚动阻力，不利于节能降耗。

图2显示了滚动阻力系数与充气压力之间的关系。从图2可以看出，胎压越高，轮胎的滚动阻力越小。这是因为高胎压增加了轮胎本身的刚度，从而减少了滚动引起的变形和由此产生的滞后损失。轮胎滚动时消耗的能量与速度成正比。如果速度增加，轮胎的温度会增加，能量消耗也会增加。为了使轮胎高速行驶，保持良好的轮胎寿命和承载能力，需要增加气压，减少变形。

高胎压一方面会增加轮胎本身的刚度，降低轮胎的滚动阻力，另一方面也会增加轮胎的径向刚度，破坏车辆的平顺性，同时降低了轮胎的调心力矩，降低了车辆的操控稳定性。图 3 和图 4 显示了轮胎压力、径向刚度和调心力矩之间的关系。可见，高胎压有利有弊。针对不同的车辆使用情况，需要对胎压进行具体分析，确定最合适的胎压。

一般情况下，电动车行驶时胎压比较高，也是为了节能。在恒载情况下，低滚动阻力轮胎的滚动阻力值平均可降低12%~20%。如果一辆汽车使用4个低滚动阻力轮胎，平均油耗可以降低5%。轮胎气密层和结构的改进可以提高轮胎运行充气压力。

3 轮胎尺寸趋势

空气量是影响轮胎承载能力的主要因素之一，与轮胎的直径成正比。在达到相同承载能力的前提下，轮胎直径越小，轮胎使用的材料越多，轮胎的滚动阻力越大。较大的轮胎直径和较窄的胎面的组合具有几个优点。长期汽车行驶后，较小直径的轮胎更容易造成轮胎过度运动或变形，而较大直径的轮胎则保持轮胎与轮毂之间的相对静止，减少能量损失，过度的还获得了轮胎的运动或变形。提升。同时，由于胎面变窄，轮胎前部与空气的接触面积也会减少，从而降低轮胎的滚动阻力。另一方面，两者的结合为汽车提供了更大的布局空间。对于轮毂电机式电动汽车，大直径轮胎的配置保证了电机和制动系统的安装空间。

扁平化，即轮胎横截面结构的纵横比越来越小。轮胎截面的纵横比与滚动阻力呈正相关。纵横比的减小相应地减小了轮胎的变形和滞后损失，从而减小了轮胎的滚动阻力。纵横比对轮胎的侧偏刚度影响很大。如图 5 所示，对于小纵横比的轮胎，接地面积会变宽，反比的侧偏刚度会增加。因此，使用宽胎和小宽高比会提高侧偏刚度的主要指标。

4轮胎胎面变化的发展趋势

测试表明，轮胎通过散热方式的能耗占乘用车油耗的8%~20%，而胎面造成的能耗占轮胎滚动阻力的3/4。因此，降低轮胎滚动阻力需要从修改胎面开始。

1）胎面材料的变化。聚合物可以添加到橡胶中以降低轮胎滚动阻力。文献(by)提出在橡胶中添加二氧化硅，在降低轮胎滚动阻力的同时保证良好的湿滑性。轮胎骨架材料，带束层选用高强度钢丝，选用新型高性能纤维材料胎体层，有利于降低轮胎滚动阻力，实现节能减排。

2）轮胎结构的变化。避免从胎面到胎圈的变形有助于减少滞后损失，并且可以通过带束宽度大于行驶面宽度来有效控制变形。增加轮胎断面宽度和降低三角胶高度可以减少胎面的变形，从而降低滚动阻力。

3）胎面花纹的变化。各大轮胎公司在保证轮胎耐磨性和高附着力的前提下，设计了新的胎面花纹，以降低轮胎滚动阻力。例如米其林公司的XZA（前桥）轮胎，胎面花纹为纵向槽，槽深由轮胎性能函数计算确定。胎面花纹变形小，滚动损失小，节能效果好。

聚合物和二氧化硅的合理结合、优质的骨架材料、完美的轮廓设计、合适的花纹形状等，有利于电动汽车轮胎实现低滚动阻力。

5 低噪音

与内燃机汽车相比，电动汽车去除了发动机巨大的噪音源，使得高速行驶时的胎面噪音更加突出。低滚动阻力轮胎不仅节能，还降低了车轮滚动时的噪音，使电动汽车更安静。轮胎降噪技术的发展主要集中在胎面花纹。可以通过改变轮胎胎面横向凹槽的角度和宽度来改善噪声特性。图 6 显示了 100.0-20 14PR 型号的低噪声带耳斜交轮胎的改进效果。文献（ of Tire Noise and Roll ）对这款轮胎进行了轮胎/道路噪声和滚动阻力测试电动车看有没有内胎，本次测试中选择了5个轮胎，分别采用了不同的补强材料。实验表明，在不增加车辆外部噪声的情况下，可以通过改变轮胎的增强材料来降低轮胎的滚动阻力。对于车辆的内部噪声，结果并不一致。轮胎的增强材料增加了轮胎的刚性，传递到车辆悬架系统和整个车辆结构的振动和噪音也会增加。

其他6个电动车轮胎发展趋势

全天候轮胎的胎面花纹比夏季轮胎的胎面花纹复杂。采用全硅橡胶配方，轮胎的结构设计也更加完美。全天候轮胎结合了夏季轮胎和冬季轮胎的优点。

文献（基于可调轮胎附着力系统的车辆主动安全研究）根据车辆的制动工况，分析轮胎受力，设计无内胎轮胎模型，轮胎气压可改变了。固特异正在设计一款恒定胎压产品，通过内置的气泵保持胎压恒定，并且还可以对胎压进行连续监测，这也是节能减排、保障行车安全的有效手段。

米其林开发了一种驱动/悬架系统，将轮内电动机和电子主动悬架集成到车轮中，如图7所示。通过集成，可以省略大量的传动部件，车辆重量可以减少；车辆可以简化，有利于车辆的结构布局；可以实现多种复杂的驾驶模式。同时，集成有利于制动能量的回收，提高车轮控制的动态响应，有利于新能源汽车技术的应用。

文献（新技术、新产品）提出，虽然橡胶是绝缘体，但轮胎内层含有钢，可以传导超高频电能，频率是普通的100万倍电功率，导通过程中的电耗损失。非常小。如果电动汽车能使用这项技术，可以在汽车行驶时给轮胎充电，不会出现中途停电的问题。

7 个结论

轮胎对车辆的能耗和操控性能具有重要意义，也是动力和制动性能的保证。轮胎性能的研究和整车轮胎匹配性能的研究应该结合起来，简单地讨论轮胎的某种性能是没有意义的。轮胎要与车辆悬架系统的性能相匹配，两者匹配形成的综合系统在很大程度上影响着车辆的行驶性能，主要表现在刚度、柔韧性和动态性能上。一个轮胎与一辆汽车匹配表现出良好的动态力学性能，但与另一辆车匹配可能表现出较差的动态力学性能，即相同的轮胎匹配不同的汽车，动态力学表现出很大的差异。表现。在国外，为了实现轮胎与汽车性能的良好匹配，在设计汽车的同时，轮胎制造商与汽车制造商会进行密切的交流和研究，汽车制造商会向轮胎制造商提出与之匹配的轮胎动力力学。车。性能要求。对于轮胎制造商来说，在设计和生产满足汽车性能要求的轮胎时，需要开发轮胎动态力学模型，方便汽车制造商设计悬架系统和模拟计算车辆性能。轮胎动态力学模型由轮胎制造商在汽车制造商开始汽车设计之前提供给汽车制造商。目前国产轮胎多为选配，尚未进入按车型设计阶段，影响整车性能。

电动汽车由于其行驶和行驶特性，不同于传统的内燃机汽车，因此对轮胎的设计要求也不同。为全面提升电动汽车整车性能，达到最佳的动力性能、经济性、平衡稳定性、平顺性、振动噪声等，需要对电动汽车专用轮胎进行系统的设计分析和开发制造。电动汽车。