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先進輪胎設計技術,教您開創輪胎節能新紀元
  • 發布年度:2015
  • 主要類別:振動噪音
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 技術服務處 黃敏祥

    面對全球節能減碳意識高漲,各國政府不僅要求企業逐年減少碳排放量外,亦針對交通運輸車輛訂定更嚴厲之管制措施,使車廠持續改善機械損失並提升引擎運轉之燃燒效率,藉由改善車輛油耗達到節能減碳目的,而影響車輛油耗性能之因素主要有以下3項:
    (一) 空氣阻力佔60%,其與車輛設計外觀有關,量產後即無法修改。
    (二) 機械摩擦阻力佔15%,惟現今技術針對燃油引擎效率設計已達極致,修改空間有限
    (三) 輪胎/路面滾動阻力佔25%,透過改善輪胎滾動阻力,可減少車輛燃油損耗。
    根據國際清潔交通委員會(ICCT)研究,改善輪胎滾動阻力可減少車輛燃油損耗3~5%,相當於每年100 萬公噸的碳排放量,預估若廣泛使用節能輪胎,2020年後,每年約可節省300億公升燃油消耗,等於減少約1億公噸的二氧化碳排放量,可見輪胎/路面滾動阻力的確是降低車輛油耗之關鍵因素。

    隨著歐盟2012年起針對輸歐輪胎實施ECE R117最低門檻及性能分級標示管制,使得輪胎滾動阻力(節能)、濕抓地力(安全)及滾動噪音(舒適)等性能逐漸受消費者重視,然而滾動阻力與濕抓地力為兩個本質相反的指標,而花紋設計又關係著輪胎排水與噪音性能,如何在設計時一併考量上述相關性能,並依此開發B-B等級以上之輪胎(B-B分別為滾動阻力及濕地抓地力等級,由最佳的A級至最差的G級),考驗著國內各家輪胎廠之研發能量。有鑑於此,車輛中心(ARTC)於2011至2014年間協助海洋大學申請「低阻力、低噪音環保輪胎設計驗證技術研究」之學科專計畫,其研發團隊包含海洋大學、勤益科大、建大公司及ARTC等產學研單位,針對各項性能建立分析驗證技術,以縮短節能輪胎設計開發時程與成本,並於2015年7月31日舉辦「節能輪胎設計技術研討會」,將相關成果與大眾分享。

    活動一開始由海洋大學許榮均及邱進東兩位教授,針對低滾阻、低噪音、高抓地力性能之輪胎設計原則進行說明,除講解輪胎滾動阻力分析流程、輪胎材料參數設定以及輪胎各層對滾動阻力的貢獻程度外,亦提到胎面膠料會因滾動生熱而產生遲滯效應,分析過程中應考量溫度補償;另外對於輪胎噪音,則以ARTC所進行之單體及滑行噪音實測分析結果,搭配現有文獻,闡述目前發展之胎紋最佳化及噪音預測程式的功能。

    圖1. 輪胎各層材料對滾動阻力之貢獻比例
       
    圖2. 溝槽特性對輪胎排水暨濕抓地力影響 圖3. 低噪音花紋設計原則

    在實測驗證技術部分,則由ARTC進行說明,除展示噪音量測外亦發展即時行車型態測試模組,可評估同車輛不同輪胎於實際路上行駛之耗能,並分享輪胎滾動阻力、滑行阻力與實車油耗的關聯性及節能比例;另外對於濕抓地力測試部分,除解說ECE R117對各輪胎種類之測試路面、量測車速、量測程序及計算方式等要求外,亦展示所開發之輪胎濕抓地力量測模組功能以及於ARTC試車場實際測試之影片,期望協助國內業者於開發階段之無需至國外進行實測驗證,以降低成本與開發時程。最後則由建大公司宋旻峰課長講述最新輪胎接地流場噪音預估方法,此作法不受花紋形式限制,直接藉由溝槽內壓力變化進行傅立葉分析,能更精準預估輪胎噪音。

    圖4. 輪胎接地流場噪音分析
     

     ARTC濕地煞車測試影片

    本次研討會過程精采且回應熱烈,提供了國內輪胎業者在節能輪胎設計開發的參考方向,也展現國內輪胎設計驗證能量,期望未來能擴大國內輪胎研發人才的培育規模,有效提升產業競爭力,必能開創節能輪胎的新紀元。

    節能輪胎設計及驗證技術之相關內容細節,可洽詢車輛中心  振動噪音課 黃敏祥工程師,電話:04-7811222分機2415;也歡迎瀏覽本中心機動車輛噪音檢測實驗室網頁(連結)。

    圖5. 活動現場照片
       
    
    圖6. 講師合影
    (由左至右:建大公司宋旻峰課長、海洋大學許榮均教授、ARTC黃敏祥工程師)

     

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