轮胎摩擦系数是决定车辆制动、操控与行驶安全的核心参数，而气候环境中的高低温条件会通过改变轮胎材料特性，显著影响摩擦系数。开展轮胎气候环境试验，系统分析高低温下摩擦系数的变化规律，是优化轮胎设计、保障极端环境行车安全的关键技术手段。

高低温环境对轮胎材料特性的基础影响

轮胎的核心材料是橡胶复合材料，其性能对温度极为敏感。橡胶存在玻璃化转变温度（Tg），当环境温度低于Tg时，橡胶分子链运动受限，从高弹性橡胶态转变为硬脆玻璃态；温度高于Tg较多时，分子链运动加剧，橡胶逐渐进入粘流态。这种状态变化直接改变轮胎与路面的接触特性——低温下橡胶变硬，贴合性下降；高温下橡胶变软，易发生蠕变，两者均会重塑摩擦界面的相互作用。

橡胶中的填充剂（如炭黑、白炭黑）也会随温度变化影响材料性能。低温时，填充剂粒子间作用力增强，可能导致橡胶内部结构不均匀，改变摩擦能量耗散方式；高温时，填充剂与橡胶分子的相互作用减弱，橡胶模量下降，进一步放大粘弹特性对摩擦的影响。此外，帘线与橡胶的粘合性在高低温下也会波动——低温下粘合强度下降，可能导致胎面与帘布层剥离；高温下粘合层软化，易引发胎面脱层，间接影响摩擦系数的稳定性。

轮胎高低温摩擦系数试验的核心方法与标准

高低温摩擦系数试验需借助气候环境试验舱与摩擦系数试验机组合设备。气候舱可精确控制温度（通常覆盖-40℃至80℃）、湿度等参数，试验机则通过驱动轮胎或模拟路面滑动，测量摩擦力与垂直载荷，计算摩擦系数（μ=摩擦力/垂直载荷）。

试验需严格控制关键变量：

一、垂直载荷，需模拟车辆实际载重（如乘用车单胎载荷500-1500N、商用车3000-5000N）。

二、滑动速度，覆盖常用行车速度（20-80km/h），避免速度波动影响剪切率。

三、路面类型，采用标准沥青或混凝土试件（轮廓算术平均偏差Ra控制在0.5-1.5μm），确保表面纹理一致。

国际通行标准包括ISO 18164《轮胎-路面摩擦特性试验方法》、GB/T 22036《汽车轮胎摩擦系数试验方法》，均规定了试验条件与数据采集要求——例如，每温度点需重复测试5次，取平均值以保证结果可靠性；试验前需对轮胎预磨合500米，清除表面脱模剂，避免初始数据偏差。

低温下轮胎摩擦系数的变化规律与机制

低温环境下，轮胎摩擦系数随温度降低呈“先缓降、后急降”趋势。以乘用车轮胎为例，25℃时摩擦系数约0.75；降至-10℃时，降至0.65；-30℃时可能跌至0.5以下。这种变化的核心是橡胶变硬导致真实接触面积减小——低温下橡胶无法填充路面微观纹理，真实接触面积仅为表观面积的10%-20%（常温下约30%-50%）。

玻璃态橡胶的能量耗散能力也会下降。摩擦过程分为粘性摩擦（橡胶变形耗散能量）与磨粒摩擦（表面粗糙度相互作用），低温下粘性摩擦分量显著减少，仅保留磨粒摩擦，整体摩擦系数降低。此外，即使干燥路面，低温也可能使表面细微水汽凝结成薄冰，进一步降低摩擦系数——这是极端低温下制动距离延长的重要原因。

以冬季轮胎与普通轮胎对比：冬季轮胎采用低Tg橡胶（如顺丁橡胶，Tg约-55℃），在-20℃时仍保持弹性，真实接触面积可达25%，摩擦系数约0.65；而普通轮胎（Tg约-40℃）在同温度下真实接触面积仅15%，摩擦系数约0.55。

高温下轮胎摩擦系数的变化规律与机制

高温环境下，轮胎摩擦系数呈现“先稳定、后持续下降”的趋势。当温度从25℃升至50℃时，摩擦系数通常保持在0.7-0.75；超过60℃后，摩擦系数逐渐下降，80℃时可能跌至0.6以下。这种变化源于橡胶的粘弹特性与热降解。

高温下橡胶分子链运动加剧，模量下降，与路面接触时易发生蠕变——橡胶顺着路面纹理流动，虽暂时增加接触面积，但持续滑动会导致橡胶表面剥离或粘滑，反而降低摩擦系数。同时，高温会引发橡胶热降解：交联键断裂，材料内聚力下降，摩擦过程中易产生橡胶颗粒，在接触界面形成润滑层，进一步拉低摩擦系数。

行驶中的轮胎因滚动摩擦会额外生热，胎面温度可能比环境温度高20-30℃。例如，夏季高速行驶时，胎面温度可达80℃以上，此时普通轮胎的摩擦系数可能降至0.55，而采用耐高温配方（如三元乙丙橡胶）的轮胎，因抑制了热降解，摩擦系数仍可保持0.65左右。

不同轮胎类型的高低温摩擦系数差异

不同轮胎类型因配方与结构设计不同，高低温摩擦系数差异显著。乘用车轮胎以丁苯橡胶为主，Tg约-40℃，25℃时摩擦系数约0.75，-30℃时降至0.5以下，80℃时降至0.6以下。

商用车载重轮胎采用高炭黑填充（40 phr）的橡胶配方，Tg约-35℃，强调高温稳定性。在60℃时，其摩擦系数约0.65，高于乘用车轮胎的0.6；但低温下（-20℃），因橡胶较硬，摩擦系数约0.6，略高于乘用车轮胎的0.55。

冬季轮胎以顺丁橡胶、丁基橡胶为主，Tg低至-55℃，侧重低温性能。在-20℃时，摩擦系数约0.65，远高于普通乘用车轮胎的0.55；但高温下（60℃），因橡胶偏软，摩擦系数约0.6，略低于普通轮胎的0.65。

越野轮胎因深花纹设计，高低温摩擦系数均高于公路轮胎。例如，某款越野轮胎在25℃时摩擦系数0.8，-20℃时0.7，80℃时0.68——深花纹增加了胎面与路面的机械互锁，部分抵消了高低温对材料的影响。

基于摩擦系数变化的轮胎配方优化策略

针对低温性能，需降低橡胶Tg——添加耐寒增塑剂（如邻苯二甲酸二辛酯）或采用低Tg橡胶（如顺丁橡胶、丁基橡胶），可将Tg从-40℃降至-55℃，使橡胶在-30℃仍保持弹性，提高低温摩擦系数。例如，冬季轮胎添加20 phr增塑剂后，-20℃时的摩擦系数比未添加时高0.1。

针对高温性能，需提高热稳定性——添加防老剂（如4020防老剂）抑制热降解，或采用耐高温橡胶（如三元乙丙橡胶），同时增加炭黑用量（从30 phr增至40 phr），提高橡胶模量，减少蠕变。例如，赛车轮胎采用高炭黑配方，80℃时摩擦系数仍可达0.8以上。

优化填充剂界面结合也能提升高低温性能。通过硅烷偶联剂（如Si69）处理白炭黑，可提高填充剂在橡胶中的分散性，增强能量耗散能力——这种配方的轮胎在-20℃时摩擦系数比未处理的高0.08，80℃时高0.05。