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由于花紋結(jié)構(gòu)和胎面膠的特殊性，雪地輪胎的滾動阻力、濕路面抓著性能、噪聲等指標均與普通輪胎不同[3]。目前國際上輪胎雪地抓著性能測試方法主要有美國材料與試驗協(xié)會標準ASTMF1805—2006《在覆雪或覆冰表面測定單輪直線驅(qū)動摩擦力的標準試驗方法》、歐洲經(jīng)濟委員會ECE R117法規(guī)附錄7《極端雪地條件下雪地輪胎性能測試步驟》和國際標準ISO 18106：2016《乘用車、商用車、卡車和客車輪胎雪地抓地性能的測試方法—負荷下新輪胎》。全國輪胎輪輞標準化技術(shù)委員會一直致力于雪地輪胎相關(guān)標準的制定與標準驗證試驗相關(guān)工作，國家標準GB/T 33829-2017《轎車輪胎雪地抓著性能試驗方法》和GB/T 33830-2017《載重汽車輪胎雪地抓著性能試驗方法》已于2017年5月發(fā)布，2018年4月1日起正式實施。

本文主要介紹雪地輪胎的使用與試驗場地概況，對比和分析ASTM F1805—2006、ECE R117法規(guī)附錄7、ISO 18106：2016與我國GB/T 33829—2017和GB/T 33830—2017的雪地輪胎試驗方法異同，為我國雪地輪胎國家標準的進一步實施及高性能雪地輪胎的研發(fā)測試提供指導(dǎo)。

雪地輪胎與普通輪胎在花紋結(jié)構(gòu)等方面有較明顯的差異，雪地輪胎在花紋塊上一般分布一些細槽，這是為了使輪在冰雪路面上有更好的抓著性能而設(shè)計的[5]，雪地輪胎和普通輪胎胎面花紋差異見圖1。

（a）雪地輪胎

（b）普通輪胎

圖1 雪地輪胎和普通輪胎胎面對比

目前世界上雪地輪胎的使用區(qū)域主要集中在北緯40°以北，一般為雪較大或者氣溫較低的地區(qū)，例如北美（加拿大）、俄羅斯、日本、歐洲尤其是北歐國家，我國雪地輪胎使用地區(qū)主要在東北三省、新疆、內(nèi)蒙古。雪地輪胎主要使用區(qū)域見圖2。

目前歐洲各國針對雪地輪胎的使用出臺了不同的法律法規(guī)，冰島、拉脫維亞、芬蘭和盧森堡等國家要求在一年中特定時間內(nèi)必須使用雪地輪胎，西班牙和意大利等國家要求在特定時間、特定區(qū)域內(nèi)必須使用雪地輪胎，羅馬尼亞、瑞典和德國要求在特定的氣候條件下使用雪地輪胎，阿爾巴尼亞、比利時和葡萄牙等國家建議在冬季使用雪地輪胎或者防滑鏈，愛爾蘭和丹麥等國家則對雪地輪胎的使用無相關(guān)法律法規(guī)要求。

隨著雪地輪胎在世界范圍內(nèi)使用越來越廣泛，輪胎企業(yè)對雪地輪胎的研發(fā)和測試更加重視，雪地輪胎試驗場數(shù)量和質(zhì)量也在逐步提高。國外雪地輪胎試驗場主要有新西蘭SHPG試驗場、芬蘭Test World試驗場和諾記試驗場、瑞典阿維斯焦（Arvidsjaur）試驗場、普利司通北海道試驗場等。Test World試驗場有雪地輪胎室內(nèi)試驗場地，一年四季均可滿足雪地輪胎的測試要求。我國主要有黑龍江紅河谷汽車測試中心有限公司、中汽中心呼倫貝爾冬季汽車試驗場等，但目前尚無雪地輪胎的室內(nèi)試驗場地。雪地輪胎室內(nèi)與室外試驗場見圖3。

（c）芬蘭Test World室外試驗場全景

圖3 雪地輪胎室內(nèi)和室外試驗場

表1 國內(nèi)外雪地輪胎測試方法對比

2. 1. 1 路面條件

（1）整體要求。ASTM F1805—2006要求整個試驗路面表面平整，坡度不大于2%，有足夠的長度和寬度用于測試，21 m×183 m（70×600英尺）的試驗場地能滿足大部分的測試要求，ISO 18106：2016和ECE R117法規(guī)附錄7僅要求路面平整，坡度不大于2%，但GB/T 33829—2017和GB/T 33830—2017增加了試驗道路長度宜為500 m以上、寬度宜為5 m以上，這是因為試驗中標準輪胎及試驗輪胎均至少要完成6次有效的剎車制動，且制動區(qū)域不應(yīng)重復(fù)，試驗道路足夠的長度及寬度利于試驗的完成和試驗數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

（2）積雪層要求。ASTM F1805—2006要求試驗路面底層至少為5 cm（2英寸）厚的堅硬壓實的積雪層，表層為足夠厚的中度壓實積雪層，ISO 18106：2016、ECE R117法規(guī)附錄7及GB/T33829—2017和GB/T 33830—2017均要求底層為3 cm厚的堅硬壓實的積雪層，表層為約2 cm厚的中度壓實積雪層。

（3）雪地壓實指數(shù)（CTI 指數(shù)）。ASTMF1805—2006 測試路面CTI 指數(shù)為70 ～ 80，雪面摩擦因數(shù)為0. 25 ～ 0. 41；ISO 18106：2016 和ECE R117法規(guī)附錄7要求C1和C2輪胎測試路面CTI指數(shù)為75～85，C3輪胎測試路面CTI指數(shù)為80 ～ 90[7]。GB/T 33829—2017 和GB/T 33830—2017要求使用雪地硬度儀在整個測試路面上均勻選取10個點測試CTI指數(shù)，最大值與最小值相差不超過8，取其平均值；C1輪胎和C2輪胎測試路面CTI指數(shù)平均值為75～85[8]，C3輪胎測試路面CTI指數(shù)平均值為80～90[9]，從而保證試驗道路路面的一致性，盡量減小路面條件對試驗結(jié)果的影響。

2. 1. 2 氣候條件

（1）空氣溫度。ASTM F1805—2006要求在路面上方（30±5） cm處測得空氣溫度不超過3 ℃；ISO 18106：2016和ECE R117法規(guī)附錄7要求在地面上方約1 m處測得空氣溫度為－15～－2 ℃，GB/T 33829—2017和GB/T 33830—2017要求在地面上方約1 m處測得空氣溫度為－21～－7 ℃，這主要是基于我國東北地區(qū)冬季平均氣溫較低而確定的。

（2）積雪溫度。ASTM F1805—2006要求積雪路面（2. 5±1. 3） cm深處測得溫度為－15～－4 ℃，ISO 18106：2016和ECE R117法規(guī)附錄7要求積雪路面約1 cm深處測得溫度為－15～－4 ℃；GB/T33829—2017 和GB/T 33830—2017 要求積雪路面約1 cm深處測得溫度為－21～－9 ℃，且增加了試驗過程中氣溫變化不應(yīng)超過10 ℃的要求，這是為盡量減小溫度變化對試驗結(jié)果的影響。

（3）日照及風(fēng)速。ASTM F1805—2006要求試驗過程中盡量避免陽光直射；ISO 18106：2016和ECE R117法規(guī)附錄7要求試驗過程中盡量避免陽光直射和日照或濕度、風(fēng)速有較大變化；GB/T33829—2017和GB/T 33830—2017要求試驗過程中盡量避免陽光直射和日照或濕度有較大變化，且增加了風(fēng)速不宜大于5 m·s-1的要求。

為減少試驗輪胎的偏差，采用其與標準輪胎進行對比試驗的方式，目前國際上采用米其林標準輪胎，但由于這種輪胎在進口報關(guān)等方面需要時間較長，因此GB/T 33829—2017和GB/T 33830—2017要求使用我國自主研發(fā)的標準輪胎。國內(nèi)外標準輪胎對比見表2。

表2 國內(nèi)外標準輪胎對比

不同試驗方法使用的車輛不同，ASTMF1805—2006測試方法為牽引力法，測試車輛使用后輪驅(qū)動的四輪專用車，測試輪位裝配能測量動態(tài)徑向力和垂直負荷力的傳感器以及自動供油裝置；ISO 18106：2016、ECE R117法規(guī)附錄7及GB/T33829—2017和GB/T 33830—2017 C1和C2輪胎的試驗方法為制動法或牽引力法，使用試驗輪胎和標準輪胎都能夠裝配且?guī)в蠥BS的試驗車輛；C3輪胎試驗方法為加速度法，使用兩軸標準型商用車輛，試驗車輛裝配牽引力控制系統(tǒng)（ASR/TCS）。雪地輪胎各試驗方法使用的車輛見圖4。

圖4 雪地輪胎不同試驗方法使用的車輛

（1）牽引力法。通過逐步增大測試輪軸上的驅(qū)動力矩，同時在車輛的非測試輪軸上施加制動力矩，使車輛保持勻速行駛，再根據(jù)定義好的滑移或時間范圍（基準），通過測得的徑向力和垂直負荷力決定驅(qū)動牽引力因數(shù)。推薦的測試車輛速度為8 km·h-1。

（2）制動法。采用裝有ABS的試驗車輛，用儀器測試輪胎在制動過程中的減速性能。試驗時，試驗車輛在規(guī)定的初始速度下直線行駛，然后緊急制動，使車輛四輪的ABS都動作并穩(wěn)定減速，計算車輛速度為25～10 km·h-1的平均減速度。為減少測試偏差，采用試驗輪胎與標準輪胎進行對比的試驗方法。

（3）加速度法。使用具有ASR/TCS的商用車輛測量C3輪胎在直線加速過程中的雪地抓著性能。試驗以規(guī)定的初始速度開始，施加油門啟動牽引力控制系統(tǒng)，計算兩個規(guī)定速度之間的平均加速度。輪胎的雪地性能通過試驗輪胎的平均加速度與標準輪胎的平均加速度進行對比的試驗方法獲得。

ASTM F1805—2006 采用牽引力法，ISO18106：2016、ECE R117法規(guī)附錄7及GB/T 33829—2017和GB/T 33830—2017 C1和C2輪胎均采用制動法或牽引力法，C3輪胎采用加速度法。這幾種試驗方法原理不同，因此試驗數(shù)據(jù)處理也不同，各試驗方法數(shù)據(jù)處理如下。

（1）牽引力法。SG用試驗輪胎與標準輪胎在雪地路面上牽引力因數(shù)的比值來表示，計算公式如下：

SG＝Ta/Ra （1）

Ta＝（u1＋u2＋u3＋……＋un）/n （2）

式中，Ta為每組試驗輪胎的牽引力因數(shù)平均值；Ra為根據(jù)不同試驗輪胎排序方式所對應(yīng)的標準輪胎牽引力因數(shù)的加權(quán)平均值；n為每組試驗輪胎的有效測試次數(shù)；ui為每次測試的試驗輪胎牽引力因數(shù)。

（2）制動法。SG用試驗輪胎與標準輪胎在雪地路面上制動性能的比值來表示，計算公式如下：

SG＝A/WA （3）

式中，A為試驗輪胎平均減速度的平均值，m·s-2；WA為標準輪胎平均減速度的加權(quán)平均值，m·s-2。試驗輪胎與標準輪胎的對比試驗均應(yīng)在兩個不同的工作日重復(fù)進行，試驗結(jié)果取兩次測試結(jié)果的平均值。有效試驗數(shù)據(jù)需同時滿足兩個要求：標準輪胎兩次連續(xù)制動試驗的穩(wěn)定因數(shù)（k）不應(yīng)大于5%，且任何一組標準輪胎或試驗輪胎制動試驗的變異因數(shù)（C. V.）不應(yīng)大于6%。

（3）加速度法。SG用試驗輪胎與標準輪胎在雪地路面上加速力因數(shù)的比值來表示，計算公式如下：

SG＝AFC（T）/AFC（R） （4）

式中，AFC（T）為標準輪胎的加速力因數(shù)，為試驗輪胎平均加速度的平均值與重力加速度（g）的比值；AFC（R）為試驗輪胎的加速力因數(shù)，為試驗輪胎對應(yīng)的標準輪胎平均加速度的加權(quán)平均值與g的比值。

有效試驗數(shù)據(jù)需同時滿足以下要求：標準輪胎兩次連續(xù)制動試驗的k不應(yīng)大于5%；任何一組標準輪胎或試驗輪胎制動試驗的C.V.不應(yīng)大于6%；期間輪胎平均滑移率應(yīng)為10%～40%，每次試驗運行左右驅(qū)動輪之間的平均滑移率的差異不應(yīng)超過8%。

通過雪地抓著性能測試得出輪胎SG，可以直觀對比不同輪胎在冰雪路面上的抓著性能。ASTMF1805—2006、ISO 18106：2016、ECE R117法規(guī)附錄7及GB/T 33829—2017和GB/T 33830—2017對于雪地輪胎抓著性能的試驗原理和測試條件各有不同。GB/T 33829—2017和GB/T 33830—2017對試驗場的長度和寬度以及試驗過程中的風(fēng)速等提出要求，從而利于試驗的完成和試驗數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，此外還結(jié)合我國實際氣候情況，確定了相應(yīng)的試驗溫度區(qū)間，并要求使用國產(chǎn)標準輪胎，這樣不僅可以解決國外標準輪胎進口周期較長的問題，對國產(chǎn)標準輪胎的研發(fā)也起到促進作用。

由于雪地輪胎測試受到多方面因素的影響，在標準要求范圍內(nèi)，不同試驗條件、不同試驗場之間的試驗結(jié)果對比及相關(guān)性是一個重要的研究課題，還需要進行大量的驗證試驗。全國輪標委將繼續(xù)加大不同試驗條件和不同試驗場之間雪地輪胎測試的比對，為我國雪地輪胎研發(fā)及認證測試提供指導(dǎo)。我國將盡快推出雪地輪胎抓著指數(shù)要求，為輪胎抗?jié)窕阅堋L動阻力、噪聲限值和分級以及標簽標準的發(fā)布和實施打好基礎(chǔ)。