牟守勇2
（1.北京橡胶工业研究设计院有限公司，北京100143；2.全国轮胎轮網标准化技术委员会，北京100143）
摘要：介绍雪地轮胎的使用及试验场地概况，分析ASTM F18O5—2006.ECE R117法规附录7.ISO18106:2016与我国GB/T33829—2017和GB/T33830—2017中轮胎雪地抓着性能测试方法的差异。可以看出，我国GB/T33829—2017和GB/T33830-2017增加了对试验场长度和宽度以及试验过程风速的要求，并要求使用国产标准轮胎。建议尽快确定雪地轮胎抓着指数指标，为轮胎抗湿滑性能、滚动阻力、噪声限值和分级、标签标准的发布和实施打好基础。
关键词：雪地轮胎；试验场；标准；雪地抓着性能；测试方法
中图分类号:TQ336.1；TQ33O.4+92文章编号：1000-890X（2019）01-0069-06
文献标志码：A DOI：10.12136/j.issn.1000-890X.2019.01.0069
雪地轮胎是指花纹、胎面和结构经特别设计，在冰雪条件下使车辆的启动、操控性能和刹车性能比普通
轮胎更好的轮胎⑴。随着人们安全意识不断提升，雪地轮胎在特定气候条件下的使用受到前所未有的重视，国际上通用的惯例是当温度低于7°C时使用雪地轮胎，而欧洲一些国家先后出台了在特定时间段内强制性使用雪地轮胎的法律法规。目前雪地轮胎已在我国东北三省、新疆和内蒙古等地区的冬季广泛使用⑵。
由于花纹结构和胎面胶的特殊性，雪地轮胎的滚动阻力、湿路面抓着性能、噪声等指标均与普通轮胎不同⑶。目前国际上轮胎雪地抓着性能测试方法主要有美国材料与试验协会标准ASTM F1805—2006（在覆雪或覆冰表面测定单轮直线驱动摩擦力的标准试验方法》、欧洲经济委员会ECE R117法规附录7《极端雪地条件下雪地轮胎性能测试步骤》和国际标准ISO18106:2016（乘用车、商用车、卡车和客车轮胎雪地抓地性能的测试方法—
—负荷下新轮胎》。全国轮胎轮辎标准化技术委员会一直致力于雪地轮胎相关标准的制定与标准验证试验相关工作，国家标准GB/T 33829—2017《轿车轮胎雪地抓着性能试验方法》和GB/T33830—2017（载重汽车轮胎雪地抓着性能试验方法》已于2017年5月发布，2018年4月1日作者简介：牟守勇（1984-），男，山东潍坊人，北京橡胶工业研究设计院有限公司高级工程师.硕士，主要从事轮胎轮辎标准研究。
E-mail:biaozhui@l63 起正式实施。
本文主要介绍雪地轮胎的使用与试验场地概况，对比和分析ASTM F1805—2006、ECE R117法规附录7JSO18106:2016与我国GB/T33829—2017和GB/T33830—2017的雪地轮胎试验方法异同，为我国雪地轮胎国家标准的进一步实施及高性能雪地轮胎的研发测试提供指导。
1雪地轮胎概况
1.1雪地轮胎使用情况
按照使用条件，国际上一般将雪地轮胎分为普通条件下使用的雪地轮胎和苛刻条件下使用的雪地轮胎。前者对轮胎雪地抓着性能指标无相关要求，胎侧一般模刻“M+S”或“M*S”标识，后者对轮胎雪地抓着指数（SG）有严格要求，C1轮胎（轿车轮胎）的SG》1.07（制动法）或SGM1.10（牵引力法）、C2轮胎（单胎负荷指数W121且速度级别为N及其以上的微型、轻型载重汽车轮胎）的SGN1.02（制动法）或SGN1.10（牵引力法）、C3轮胎（单胎负荷指数W121且速度级别为M及其以下的微型、轻型载重汽车轮胎和单胎负荷指数M122的微型、轻型载重汽车轮胎及载重汽车轮胎）的SGM1.25才是雪地轮胎，在胎侧模刻“M+S”和金标识⑷。目前GB/T6326-2014（轮胎术语及其定义》和《中国轮胎轮網气门嘴标准年鉴》均对雪地轮胎进行了定义及胎侧标识模刻的相关要求，但尚无SG的指标要求，随着GB/T33829—2017和
GB/T33830—2017的深入实施以及雪地轮胎验证试验的进行,SG指标即将确定。
雪地轮胎与普通轮胎在花纹结构等方面有较明显的差异，雪地轮胎在花纹块上一般分布一些细槽，这是为了使轮胎在冰雪路面上有更好的抓着性能而设计的些雪地轮胎和普通轮胎胎面花纹差异见图1。
(a)雪地轮胎
(b)普通轮胎
图I雪地轮胎和普通轮胎胎面对比
目前世界上雪地轮胎的使用区域主要集中在北纬40。以北，一般为雪较大或者气温较低的地区，例如北美(加拿大)、俄罗斯、日本、欧洲尤其是北欧国家，我国雪地轮胎使用地区主要在东北三省、新疆、内蒙古。雪地轮胎主要使用区域见图2。
图2世界范围内雪地轮胎便用区域(红框线内)
目前欧洲各国针对雪地轮胎的使用出台了不同的法律法规，冰岛、拉脱维亚、芬兰和卢森堡等国家要求在一年中特定时间内必须使用雪地轮胎，西班牙和意大利等国家要求在特定时间、特定区域内必须使用雪地轮胎，罗马尼亚、瑞典和德国要求在特定的气候条件下使用雪地轮胎，阿尔巴尼亚、比利时和葡萄牙等国家建议在冬季使用雪地轮胎或考防滑链，爱尔兰和丹麦等国家则对雪地轮胎的使用无相关法律法规要求。
1.2雪地轮胎试验场
随着雪地轮胎在世界范围内使用越来越广泛，轮胎企业对雪地轮胎的研发和测试更加重视，雪地轮胎试验场数量和质量也在逐步提高。国外雪地轮胎试验场主要有新西兰SHPG试验场、芬兰Test World试验场和诺记试验场、瑞典阿维斯焦(Arvidsjaur)试验场、普利司通北海道试验场等。Test World试验场有雪地轮胎室内试验场地，一年四季均可满足雪地轮胎的测试要求。我国主要有黑龙江红河谷汽车测试中心有限公司、中汽中心呼伦贝尔冬季汽车试验场等，但目前尚无雪地轮胎的室内试验场地。雪地轮胎室内与室外试验场见图3。
(a)雪地轮胎室外测试道路
(b)雪地轮胎室内测试道路
(c)芬迨Test World室外试验场全景
图3
雪地轮胎室内和室外试验场
2国内外雪地轮胎测试相关标准
目前国内外雪地轮胎测试方法主要有ASTM F1805—2006,ECE R117法规附录7JSO18106：2016及我
国GB/T33829—2017和GB/T33830—2017，其中ASTM F1805—2006使用牵引力法测试轮胎雪地抓着性能，试验车辆需要四轮式后轮驱动的专用车辆，试验轮胎与标准轮胎的对比试验需要在3个不同的工作日进行，试验成本较高，且只能对C1和C2轮胎进行测试国，因此目前该试验方法使用较少。ECE R117法规附录7JSO18106：2016及GB/T33829—2017和GB/T33830—2017采取试验轮胎与标准轮胎对比的方法，试验车辆可使用装配防抱死制动系统(ABS)的普通车辆，
C1和C2试验轮胎与标准轮胎的对比试验均在两个不同的工作日重复进行,C3试验轮胎与标准轮胎的对比试验只需在1个工作日进行.国内外雪地轮胎测试方法对比见表1
2.1试验条件
2.1.1路面条件
⑴整体要求ASTM Fl805—2006要求整个试验路面表面平整，坡度不大于2%，冇足够的长度 和宽度用于测试，21mX183m(70X600英尺)的试验场地能满足大部分的测试要求.ISO18106：2016和ECE R117法规附录7仅要求路面平整，坡度不大于2%，但GB/T33829—2017和GB/T33830—2017增加了试验道路长度宜为500m以上、宽度宜为5m以上.这是因为试验中标准轮胎及试验轮胎均至少要完成6次有效的刹车制动，H.制动区域不应重复，试验道路足够的长度及宽度利于试验的完成和试验数据的稳定性
(2)积雪层要求.ASTM Fl805—2006要求试验路面底层至少为5cm(2英寸)厚的坚硬压实的积雪层，表层为足够厚的中度压实积雪层，ISO18106：2016.ECE R117法规附录7及GB/T 33829—2017和GB/T33830—2017均要求底层为3cm厚的坚硬床实的积雪层，表层为约2cm厚的中度压实积雪层。
(3)雪地压实指数(CTI指数儿ASTM F1805—2006测试路面CTI指数为70-80，雪面摩擦因数为0.25〜0.41；ISO18106:2016和ECE R117法规附录7要求C1和C2轮胎测试路面CTI指数为75-85.C3轮胎测试路面CTI指数为80〜90I71o GB/T33829—2017和GB/T33830—2017要求使用雪地硬度仪在整个测试路面上均匀选取10个点测试CTI指数，最大值与最小值相差不超过8，取其平均值;C1轮胎和C2轮胎测试路面CTI指数平均值为75〜85叫C3轮胎测试路面CTI 指数平均值为80〜90何，从而保证试验道路路面的—致性，尽量减小路面条件对试验结果的影响
2.1.2气候条件
(1)空气温度ASTM F1805—2006要求在路面上方(30±5)cm处测得空气温度不超过3°C；ISO18106:2016和ECE R117法规附录7要求在地面上方约1m处测得空气温度为一15〜一2°C, GB/T33829—2017和GB/T33830—2017要求在地面上方约1m处测得空气温度为一21〜一7°C，这主要是基于我国东北地区冬季平均气温较低而确定的。
(2)积雪温度ASTM Fl805—2006要求积雪路面(2.5±1.3)cm深处测得温度为一15〜一4°C,
表1国内外雪地轮胎测试方法对比
标准与法规名称适用轮胎试验方法
GB T33829—2017轿车轮胎書地抓着性能试验方法C1轮胎制动法
GB T33830—2017载重汽乍轮胎雪地抓看杵能试验方法C2和C3轮胎C2轮胎采用制动法，C3轮胎采用
加速度法
ASTM Fl805—2006在覆雪或覆冰表面测定单轮直线驱动摩擦力的标准
冬季轮胎试验方法
C1和C2轮胎C1和C2轮胎均采用牵引力法ECE R117法规附录7极端雪地条件下雪地轮胎性能测试步骤Cl,C2和C3轮胎C1和C2轮胎采川制动法或牵引力
法,C3轮胎采川加速度法
ISO18106:2016乘用车、商用车、卡乍和客乍轮胎⑴地抓地性能的测
试方法—
—负荷下新轮胎Cl,C2和C3轮胎C】和C2轮胎采用制动法,C3伦胎
采用加速度法
注：ECE R117法规附录7中牵引力法直接引JIJASTM F1805—2006
ISO18106:2016和ECER117法规附录7要求积雪路面约1cm深处测得温度为一15-----4°C；GB/T 33829—2017和GB/T33830—2017要求积雪路面约1cm深处测得温度为一21〜一9°C，且增加了试验过程中气温变化不应超过10°C的要求，这是为尽量减小温度变化对试验结果的影响。
（3）日照及风速。ASTM F1805—2006要求试验过程中尽量避免阳光直射;ISO18106:2016和ECE R117法规附录7要求试验过程中尽量避免阳光直射和日照或湿度、风速有较大变化;GB/T 33829—2017和GB/T33830—2017要求试验过程中尽量避免阳光直射和日照或湿度有较大变化，且增加了风速不宜大于5m•s「的要求。
2.2标准轮胎
为减少试验轮胎的偏差，采用其与标准轮胎进行对比试验的方式，目前国际上采用米其林标准轮胎，但由于这种轮胎在进口报关等方面需要时间较长，因此GB/T33829—2017和GB/T33830—2017要求使用我国自主研发的标准轮胎。国内外标准轮胎对比见表2。
表2国内外标准轮胎对比
标准轮胎GB/T33829—2017和
GB/T33830—2017
ASTM F1805—2006ECE R117法规附录7ISO18106:2016
C1轮胎
标准轮胎195/75R1492S P195/75R14P195/75R14P195/75R14（国产标准轮胎）（米其林标准轮胎）（米其林标准轮胎）（米其林标准轮胎）相关标准CMA/HG013ASTM E1136ASTM E1136ASTM E1136
C2轮胎
标准轮胎225/75R16LT116/114S P195/75R14225/75R16C116/114S225/75R16C116/114S （国产标准轮胎）（米其林标准轮胎）（米其林标准轮胎）（米其林标准轮胎）
相关标准CMA/HG015ASTM E1136ASTM F2872ASTM F2872
C3轮胎
SN"<285mm
标准轮胎245/70R19.5136/134M245/70R19.5136/134M245/70R19.5136/134M （国产标准轮胎）（米其林标准轮胎）（米其林标准轮胎）相关标准CMA/HG011ASTM F2871ASTM F2871
SN“285mm
标准轮胎315/70R22.5154/150L315/70R22.5154/150L315/70R22.5154/150L （国产标准轮胎）（米其林标准轮胎）（米其林标准轮胎）相关标准CMA/HG012ASTM F2870ASTM F2870
注：1）轮胎名义断面宽度
2.3试验车辆
不同试验方法使用的车辆不同，ASTM F1805—2006测试方法为牵引力法，测试车辆使用后轮驱动的四轮专用车，测试轮位装配能测量动态径向力和垂直负荷力的传感器以及自动供油装置；ISO18106:2016,ECE R117法规附录7及GB/T 33829—2017和GB/T33830—2017C1和C2轮胎的试验方法为制动法或牵引力法，使用试验轮胎和标准轮胎都能够装配且带有ABS的试验车辆；C3轮胎试验
方法为加速度法，使用两轴标准型商用车辆，试验车辆装配牵引力控制系统（ASR/TCS）o雪地轮胎各试验方法使用的车辆见图4。
2.4测试原理
（1）牵引力法。通过逐步增大测试轮轴上的驱动力矩，同时在车辆的非测试轮轴上施加制动力矩，使车辆保持匀速行驶，再根据定义好的滑移或时间范围（基准），通过测得的径向力和垂直负荷力决定驱动牵引力因数。推荐的测试车辆速度为8km•h_1o
（2）制动法。采用装有ABS的试验车辆，用仪器测试轮胎在制动过程中的减速性能。试验时，试验车辆在规定的初始速度下直线行驶.然后紧急制动，使车辆四轮的ABS都动作并稳定减速，计算车辆速度为25-10km-h1的平均减速度。为减少测试偏差，采用试验轮胎与标准轮胎进行对比的试验方法。
（3）加速度法。使用具有ASR/TCS的商用车辆测量C3轮胎在直线加速过程中的雪地抓着性能。试验以规定的初始速度开始，施加油门启动牵引力控制系统，计算两个规定速度之间的平均
(a)牵引力法(b)制动法
图4雪地轮胎不同试验方法使用的车辆
(c)加速度法
加速度。轮胎的雪地性能通过试验轮胎的平均加速度与标准轮胎的平均加速度进行对比的试验方法获得。
2.5数据处理
ASTM Fl805—2006采用牵引力法，ISO 18106:2016,ECE R117法规附录7及GB/T33829—2017和GB/T33830—2017C1和C2轮胎均采用制动法或牵引力法,C3轮胎采用加速度法。这几种试验方法原理不同，因此试验数据处理也不同，各试验方法数据处理如下。
(1)牵引力法。SG用试验轮胎与标准轮胎在雪地路面上牵引力因数的比值来表示，计算公式如下：
SG=r a/7?a(1) 7"a=(M]+u2+h3+......+“”)/"(2)式中，7；为每组试验轮胎的牵引力因数平均值；亿为根据不同试验轮胎排序方式所对应的标准轮胎牵引力因数的加权平均值；”为每组试验轮胎的有效测试次数；"，为每次测试的试验轮胎牵引力因数。
(2)制动法。SG用试验轮胎与标准轮胎在雪地路面上制动性能的比值来表示，计算公式如下：
SGS/%(3)式中/为试验轮胎平均减速度的平均值.m•st "a为标准轮胎平均减速度的加权平均值,m•s-2。
试验轮胎与标准轮胎的对比试验均应在两个不同的工作日重复进行，试验结果取两次测试结果的平均
值。有效试验数据需同时满足两个要求：标准轮胎两次连续制动试验的稳定因数(Q不应大于5%，且任何一组标准轮胎或试验轮胎制动试验的变异因数(C.V.)不应大于6%。
(3)加速度法。SG用试验轮胎与标准轮胎在雪地路面上加速力因数的比值来表示，计算公式如下：
SG=AFC(T)/AFC(R)(4)式中.AFC⑺为标准轮胎的加速力因数，为试验轮胎平均加速度的平均值与重力加速度(g)的比值;AFC(A)为试验轮胎的加速力因数，为试验轮胎对应的标准轮胎平均加速度的加权平均值与g的比值。
有效试验数据需同时满足以下要求：标准轮胎两次连续制动试验的斤不应大于5%；任何一组标准轮胎或试验轮胎制动试验的C.V.不应大于6%；期间轮胎平均滑移率应为10%~40%，每次试验运行左右驱动轮之间的平均滑移率的差异不应超过8%。
3结语
通过雪地抓着性能测试得出轮胎SG，可以直观对比不同轮胎在冰雪路面上的抓着性能。ASTM F1805—2006JSO18106：2016、ECE R117法规附录7及GB/T33829—2017和GB/T33830—2017对于雪地轮胎抓着性能的试验原理和测试条件各有不同。GB/T33829—2017和GB/T33830—2017对试验场的长度和宽度以及试验过程中的风速等提出要求，从而利于试验的完成和试验数据的稳定性，此外还结
合我国实际气候情况，确定了相应的试验温度区间，并要求使用国产标准轮胎，这样不仅可以解决国外标准轮胎进口周期较长的问题，对国产标准轮胎的研发也起到促进作用。
由于雪地轮胎测试受到多方面因素的影响，在标准要求范围内，不同试验条件、不同试验场之间的试验结果对比及相关性是一个重要的研究课题，还需要进行大量的验证试验。全国轮标委将继续
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