零压续跑轮胎技术现状与发展

2oo7年3月 农业机械学报 第38卷第3期 零压续跑轮胎技术现状与发展 佟 金 杨 欣 张 伏 张书军 陈秉聪 * 【摘要】针对车辆爆胎事故增加的现象， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了车辆爆胎的原因，定义了零压续跑轮胎的概念和技术内涵，划 分了安全轮胎技术类别，并按安全轮胎技术类别介绍了目前安全轮胎代表产品的现状与发展，展望了安全轮胎技 术及其发展趋势，开发具有自主知识产权的适合中国不同地区车辆、路况和气候环境的零压续跑轮胎技术系统有 其必要性和可能性。 关键词：车辆安全轮胎发展 中图分类号：U463．341 文献标识码：A DeVelopmentofRun—flatTireTechnology TongJinlYangXinlZhangFulZhangShunjun2ChenBingcon91 (1．以Zi以U以i可e缁i勿2．U，2i到P搿i缈o，W以nwic愚，UK) Abstract Thereasonsoftireblowoutwereanalyzedbasedontheincreasingaccidentsoftireblowout phenomena．Theconceptandconnotationoftherun—flattechnologyweredefinedandthetypesof therun—flatswereclassified．Therepresentativeproductsanddevelopmentstatusofrun—flat systemwereintroducedandthedevelopingtrendswerepredictedThenecessityandfeasibilityof developingrun—flatsystemforvehiclesandadaptingtotherequirementofmarketsforrun—flat basedonthestatusofChinawereDutforwardanddiscussed． KeywordsVehicle，Run—flat，Development 引言 安全、耐久、经济等是对轮胎的要求，其中安全 尤为重要。近年以来，随着道路质量的提高和高速公 路的发展，车辆的平均行驶速度有了很大提高，但同 时与轮胎安全相关的交通事故数量也呈上升趋势， 高速公路46％的交通事故是由于轮胎发生故障引 起的，仅爆胎一项就占事故总量的70％[1]。零压续 跑轮胎作为一种重要的安全轮胎产品越来越受到人 们的青睐。本文分析了车辆爆胎的几种原因，归纳总 结了安全轮胎技术类别、代表产品及其发展现状与 趋势。 1车辆爆胎原因分析 1．1扎破、割口或穿孔 轮胎被扎破、割口或穿孔是造成爆胎事故的主 要原因。被扎破的子午线轮胎有85％的事故发生在 胎面部位，10％发生在胎肩和胎侧部位，只有5％发 生在最靠近轮辋的部位[2]。 1．2胎压不正常 轮胎气压过高或过低都会缩短轮胎的使用寿 命，并影响油耗及行车安全性[2]。轮胎气压过高，胎 收稿日期：2005—11—24 *国家杰出青年科学基金(项目编号：50025516)、国家自然科学基金(项目编号：50675087)和吉林大学“985 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ”资助项目 佟金 吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室教授博士生导师，130025长春市 杨欣吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室博士生讲师(河北农业大学) 张伏吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室博士生 张书军英国华威大学工学院过程技术组首席研究员博士，cV47ALuK考文垂 陈秉聪吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室教授中国工程院院士 万方数据 万方数据 184 农业机械学报 助支撑体的结构形式又可划分为单块式、双块式、三 块式等，其中双块式和三块式较多见。这种轮胎最好 也配备TPMS[16~1引，是典型的零压续跑轮胎系统。 3安全轮胎代表产品及其发展 安全轮胎技术始于20世纪初[8~1 0’19]，胎面胶内 埋置金属片、防爆内胎、多腔等方法已被淘汰；自密 封方法尚在应用；胎侧补强、内支撑物、特制轮辋方 法得到完善而逐渐成为主流技术。出现了多种方法 的整合优化，演变成新的技术趋势，如胎侧补强与内 支撑物的综合，特制轮辋与胎侧补强的综合，特制轮 了技术方法筛选和技术路线确定。 3．1自密封型安全轮胎 代表产品是德国大陆公司在19世纪80年代末 研制成功的Gen。Seal轮胎和1998年法国米其林 集团公司研制成功的TigerPaw NailGard轮 胎[8~1引。Gen。Seal轮胎内设置防刺层，内装可流动 的软密封胶。当轮胎出现孔洞后，软密封胶在胎压作 用下自动流到穿孔处，保持轮胎不漏气。TigerPaw NailGard轮胎的构造和技术指标与Gen。Seal轮胎 基本相同。这种轮胎需要特殊加工工艺制造，轮胎价 格比较高，失压后一般行驶距离较短。 3．2特制轮辋与自体支撑型综合的安全轮胎 代表产品为日本普利司通公司的Expedia 轮胎／轮辋总成及法国米其林集团公司的MxV4轮 胎。1992年Expedia轮胎／轮辋总成研制成功，主要由胎侧补强轮胎、楔形轮辋、TPMs 3部分组成[2川。 在轮胎失压时，胎侧补强件参与支撑车体重量，胶料 弹性保证基本行驶功能。楔形轮辋胎圈座内侧有驼 亮。在零压下，Expedia轮胎能保证车辆以88 km／h的速度驶出240 km。1994年米其林MXV4轮胎研 制成功，其特点是失压后侧向操纵性能很好。配备的 TPMS由嵌在轮辋内的传感器和装在驾驶室仪表 盘上的可编程数字显示器组成。首先被引入1996年 型的林肯大陆轿车作为原配零压轮胎[21~23]。1 998年MXV4已发展成系列产品，其中MXV4 ZP轮胎在内压为零时能够使车辆以88 km／h的速度行驶80km。MXV4 ZP有4层胎面帘布层，材料包括人 造丝、芳纶和钢丝，增强的胎侧有3层人造丝，几乎 垂直于地面，其高度仅为同规格 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 轮胎的一半左 侧补强结构增加了非悬挂质量，亦需要特殊工艺处理，比普通轮胎重20％～40％，轮胎价格偏高。 3．3普通轮辋与自体支撑型综合的安全轮胎 代表产品有日本普利司通公司的Hawk系列、 日本住友橡胶工业公司的ccT和意大利倍耐力公司的Pirelli Eufori@[2引。1999年Hawk系列轮胎上 市，其加厚的胎侧采用独特的带束层，产品轻。轮胎 失压条件下使车辆以88 km／h的速度驶出80 km。 2000年6月日本住友推出ccT综合技术轮 胎，它虽属于刚性支撑式的自体支撑型，但与 MxV4等技术又有所不同。米其林MxV4等是通 过加厚、加固轮胎的某个部件，提高该部件的刚性， 从而达到轮胎失压后仍能保持充气轮廓，但同时增 胎侧这一段轮廓线有多个连续变化的曲率，即使减 薄胎侧，仍然拥有良好的自支撑能力。 2001年10月耐力公司运用自行开发的模块集 成自动化系统(MIRs)创新技术生产了其第一条子 午线零压续跑轮胎Eufori@口5|。其智能自撑式胎 侧，在失压时能够以80 km／h的速度安全行驶150 km。目前产品包括乘用轮胎、轻卡轮胎和载重轮胎[2 6|。由于安装在普通轮辋上，与其它形式安全 轮胎相比构造简单、使用简便，但其加厚的轮胎胎侧 刚性大而影响乘坐舒适性。 3．4特制轮辋与辅助支撑型综合的安全轮胎 代表产品有法国米其 林集团公司的PAX、德国 大陆公司的CWS和意大 利倍耐力公司的EMI。 1997法国米其林研制成 功PAV系统(vertical 图2米其林PAV系统anchoragetire[193)，结构 结构示意图 如图2所示，主要特点是ng_∽ntlgur甜10n o±轮胎断面最宽点在胎圈竺!：芝1inP仝Y 8i吼。m 处；胎圈内侧直径稍大于基篇I．二嚣善盎整 或等于轮胎外凸缘直径， 以便安装；胎侧接近垂直，高度只有相同规格普通轮 胎的1／2；特制平底轮辋，内置辅助空心橡胶支撑 环，起锁定胎圈和跑气支撑作用。基本上没有普通轮 胎的下胎侧耗能最大区段，因此其滚动阻力比普通 PAX系统[27~2引，其结构类似于PAV，在失压后能 够以80km／h的速度驶出200km。自2001年米其 林致力于减轻内置辅助橡胶支撑环的重量，已使橡 胶支撑环降低到4kg。米其林要求PAx与TPMs 配套使用，目的是让司机及时得知轮胎在跑气，尽可 能地缩短PAx处于非常状态的时间，延长PAx的 寿命。 万方数据 第3期 佟金等：零压续跑轮胎技术现状与发展 185 1999年德国大陆公司的cWS体系研制成 功[301，其基本结构与米其林PAX类似，包括无钢丝 圈补强挠性胎圈、钢丝补强橡胶支撑环、特制轮辋、 TPMS。意大利倍耐力公司于1994年推出EMI整 体组合膨胀泡沫轮胎[31|，其基本结构是在胎腔内预 置特殊的丁基橡胶泡沫环。在轮胎未泄气时，内压力 将泡沫环压向轮辋，起到减少应力集中、调节轮辋惯 性的作用。一旦轮胎失压，泡沫环立即快速膨胀，支 撑起胎体，维持轮胎正常行驶状态。由于特制轮辋与 辅助支撑型综合的安全轮胎要求必须配备TPMs 和非标准轮辋，所以购买投入较大，市场份额较小。 3．5普通轮辋与辅助支撑综合型安全轮胎 英国Tyron固定零压续跑系统采用了双块支 撑辊(roller)组合体作为内支撑(见图3a)[32|，两部 分直接由螺栓、螺母等紧固在普通深槽型标准轮辋 上，结构较简单。旋转组合零压续跑系统也是双块内 支撑辊，不同的是其两部分通过螺栓、螺母等连接并 紧固在一个开口式滑动带(runner)上(见图3b)，滑 动带与轮辋直接接触，被2块辅助支撑辊挤紧。 图3双块式辅助支撑辊结构简图 Fig．3Assistantsupportrolleroftwosegmentsrun—flat (a)固定零压续跑系统(b)旋转组合零压续跑系统 法国HutchinsonCRF是为充气轮胎设计的增 强聚合物(辅助支撑)装置[32~3引，cRF能减少轮胎 漏气运行的摩擦和温升，使用普通轮胎安装工具就 能容易地把CRF安装到传统的深槽型车轮的无内 胎轮胎内。可以根据所要求的不同载荷级别标准和 行驶距离来定做CRF。HutchinsonVFI是安装在多 体式平底轮辋的无内胎轮胎内的实心橡胶支撑体， 采用较灵活的组合式安装。在漏气失压后支撑体可 以直接承受车辆重量，并在任何气压条件下均可锁 定轮胎侧边的撑圈固定在轮缘上，因此在行驶过程 中不必担心轮胎漏气而造成轮胎脱圈碾胎或车轮悬 架系统损坏。HutchinsonTLMO也是安装在多体式 平底轮辋的轮胎内。采用了独创的蜂巢结构，其内隔 腔充满一定压力的惰性气体能确保在轮胎漏气零压 状态下增强支撑车重的能力。RodgardRunflats结 构类似于Tyron的固定零压续跑系统结构和原理， 分为高断面、标准断面、低断面和超低断面几 种[34~38I。采用轻质、高聚酯弹性材料制成的双块式 内支撑辊和滑动带组合而成，适合于深槽型普通轮 辋使用。 英国RunflatInternationalMarathon Inserts是典型的三块式内置旋转支撑辊组合结 构[3n411，支撑辊与普通深槽型轮辋中间凹槽配合。 目前，普通轮辋与辅助支撑型综合的安全轮胎 系统大多与普通轮辋配合设计，结构较简单，对拆装 工具没有特殊要求。在轮胎未受损坏时的使用性能 与普通充气轮胎一样，可以高速连续行驶。当轮胎失 压或爆胎后，内支撑承重能力较强，爆胎初期可以高 速行驶。内支撑部件本身多用具有防弹、自润滑等性 能的材料制成，发展前景好。 3．6普通轮辋、自体支撑及辅助支撑型综合的零压 续跑轮胎 代表产品是美国固特异轮胎橡胶公司的Engle EMTm~4引。此轮胎被美国CalIaway汽车公司选为 1995年出厂的高级轿车原配胎，并已成为1997 Corvette及PlymouthProwler标准原配胎。Engle EMT零压续跑轮胎装在普通轮辋上，胎侧厚度为 传统轮胎的6倍，配置了内支撑环等支撑部件，不必 和特制轮辋配套，标志着固特异在零压续跑轮胎技 术领域已达到领先水平。固特异采取改进胎体骨架 材料的技术，进行产品轻量化改造，规格为P295／ 35ZRl8的EagleF1GS—DEMT轮胎被称为新型轻 量化零压续跑轮胎H4~4引。截至1997年底，EMT已 适配小轿车、越野车和多用途运动车，价格比普通轮 胎高10％～15％。 4安全轮胎的技术发展趋势与应用 目前世界各大轮胎公司合作研究盛况空前， 2000年6月，固特异和米其林签署协议，固特异公 司将其EMT和气压监测技术的专利许可转让米其 林，米其林则将其PAx技术专利许让给固特异，并 成立各占50％技术份额的合资机构，共同完善现有 技术，协调技术标准[1引。日本普利司通公司与德国 大陆公司也签署了类似协议。至此，世界安全轮胎两 大合作联盟成立。以米其林为首的联盟有固特异、住 友、倍耐力、韩国轮胎公司，联盟成员致力于米其林 PAX和固特异EMT的商品化、市场化、标准化。普 利司通为首的联盟有大陆、日本横滨橡胶公司[1引。 三方联盟拟采用成员间互相输出技术，提供生产许 可证的方式，生产、销售安全轮胎，并为安全轮胎技 术确立全球标准加强合作。以当前的发展速度预测， 预计在2015年到2020年间，安全轮胎产品有望取 代普通轮胎。美国固特异、法国米其林、日本普利司 万方数据 186 农业枕械学摄 2 OO7年 通、德国大陆等著名轮胎公司都想方设法开辟中国 安全轮胎市场[47|，有的在中国申请了发明专 利‘48～50|。 中国自行研制安全轮胎开始于20世纪中叶，中 橡集团曙光橡胶工业研究设计院在20世纪70年 代，就已开发成功辅助支撑型安全轮胎。沈阳三橡轮 胎有限公司目前生产自封型、自体支撑型和辅助支 撑型3大类跑气保用轮胎。上海天衣轮胎有限公司、 北京启润世纪科技发展有限公司等开发自封式防漏 气轮胎或子午线轮胎免补技术[51|。吉林大学地面机 械仿生技术教育部重点实验室近期开展了基于标准 轮辋和轮胎的零压续跑轮胎内支撑研究工作[52“引。 因此，中国在零压续跑轮胎方面已经具有了一些技 术和产品，但是同国际先进水平相比仍有差距，还有 相当大的发展潜力和空间。 国外安全轮胎产品由于受价格和适用性等因素 影响尚不能很快进入中国市场，在近期内不能对中 国轮胎工业造成过大冲击。 我国应开展并加大安全轮胎的研发力度。中国 在开发安全轮胎方面应该注意：①选择适合于我国 车辆、路况、环境和消费水平的安全轮胎类型进行技 术开发。如普通轮辋和辅助支撑组合型的零压续跑 轮胎，由于设计制造成本较低，支撑体承重能力较强 且滚动阻力较小，可以作为主要研发对象。②瞄准零 压续跑轮胎技术关键和技术难点进行研究。如在关 键技术上对内支撑几何参数、结构等优化设计，解决 其轻量化、可靠性等问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，对其性能、材料、温度场等 方面的深入分析，解决抗冲击、续跑能力、寿命等问 题。③注意国内实际需求状况，寻找合适的领域作为 技术切入点，由点带面逐步展开，发展适合于我国现 阶段市场需求的过渡型、适用型产品。如可在农用车 辆、农业机械专用轮胎或中小型载重车辆轮胎方面 做第一步研究，开发全天候、全路面安全轮胎，然后 在此基础上逐步向其它车辆移植，扩展应用范围。 ④充分发挥我国技术优势和技术特色。如我国在地 面机械仿生技术理论与应用方面已有一定基础，探 讨零压续跑轮胎的若干仿生技术应用，有望在零压 续跑轮胎技术关键方面取得一定突破。 参考文献 1 安安，阮一鸣．关注轮胎安全[J]．汽车与安全，2004(8)：44～47． 2庄继德．现代汽车轮胎技术[M]．北京：北京理工大学出版社，2002． 3杨挺洁．高速行驶防爆胎[J]．公路与汽运，2004(4)：21～22． 4 ErnestZK，ThomasLB．Anatomyofaccidentsfollowingtiredisablements[C]．SAETechnicalPaperSeries1999— 01一0446，1999． 5 MichaelM．Arun—flatfuture[R]．SAElooFutureLookinCelebrationofSAE’sCentennialin2005，USA，2005． 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