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爆胎與輪胎安全技術 - qq分分彩|官网

  輪胎是汽車結構中最重要的部件之一,直接關系到駕駛性能和行車安全。隨著汽車性能的不斷提高、高等級公路的快速發展,對輪胎的安全性能提出了更高的要求。據統計,目前我國高速公路交通事故中由于爆胎而引發的交通事故已占意外原因引發事故總數的30%以上,爆胎已成為高速公路交通事故的重要肇因。為解決爆胎以及因輪胎漏氣、缺氣行駛進而引發爆胎等問題,世界各國科研人員都開展了各種各樣的研究,從不同角度著手改善輪胎的安全性,以盡可能減少爆胎,或在發生爆胎后盡可能減少損害。

  一、輪胎爆胎原因分析

  汽車輪胎按構造可分為斜交輪胎和子午線輪胎兩大類,其中子午線輪胎又分為有內胎型和無內胎型兩種。從環保、安全等角度看,無內胎子午線輪胎具有很大優越性,包括重量輕、滾動阻力小、內外胎之間無磨擦生熱、輪胎升溫低,有利于高速、長距離運輸等。另外,無內胎輪胎被扎破后,不會像有內胎輪胎那樣胎壓一泄到底,往往是緩慢漏氣,使駕駛人有一定的時間減速停車,因此具有更高的安全性。目前絕大多數高速行駛車輛(如轎車等)都使用無內胎的子午線輪胎,從輪胎發展趨勢看,子午化、無內胎化也是今后輪胎發展的主流。目前的輪胎安全技術,基本上都是在無內胎輪胎基礎上開發和推廣應用的。

  從爆胎產生原因看,有外界因素也有內在原因,概括起來主要有以下幾種:車輪行駛在路上遇到異物的撞擊或被割破;由于輪胎老化、胎側簾線斷裂等原因,在輪胎外側出現鼓包或裂紋,局部強度降低,當高速行駛時如果內部胎壓升高,造成爆胎;輪胎氣壓異常,包括胎壓過高或胎壓過低。

  輪胎氣壓異常對輪胎的影響主要表現在:當輪胎氣壓過高時,會引起輪胎伸張變形,胎體彈性降低,汽車在道路上行駛時所受到的動負荷也增大,如遇到沖擊會產生內裂或爆破,同時胎壓過高還會使輪胎的接地面積減少,使胎冠中部磨損加劇。胎壓過低,則會使輪胎胎面的中部區域與路面間接觸力量減小,胎肩承受的載荷增加,此時,輪胎的撓曲變形加大,剛度降低,易導致胎體簾布層呈環狀斷裂,嚴重時就會引發爆胎。另外,當車輛缺氣行駛時,隨著胎壓的下降,輪胎與地面的摩擦將成倍增加,胎溫急劇升高,使得輪胎變軟,強度下降,在這種情況下,如果車輛高速行駛,就可能導致爆胎。輪胎缺氣,即便是低速行駛也會損傷輪胎,埋下安全隱患。

  據統計,在各種爆胎原因中,輪胎氣壓過高占20%,輪胎氣壓不足占57%,其他占23%。因此,防止輪胎缺氣行駛,是減少爆胎產生的重要手段之一。

  二、輪胎安全技術

  與爆胎相關的輪胎安全技術可分為二大類,一類是預防輪胎因非正常使用而造成爆胎的“預防”技術;另一類是在爆胎后進行挽救,防止車輛因爆胎而發生事故的“補救”技術。

  (一)預防爆胎的技術

  1、輪胎壓力監測系統TPMS

  由于輪胎氣壓異常(尤其是缺氣)是引發爆胎的最重要原因,因此,通過技術手段監測胎壓,保持輪胎在正常胎壓狀況下行駛,是預防爆胎發生的重要手段。輪胎壓力監測系統TPMS(Tire Pressure Monitoring System)是在汽車行駛或停止時,對輪胎的壓力和溫度進行實時監測,以保證輪胎的壓力和溫度維持在標準范圍內。當輪胎壓力或溫度超過規定范圍時,TPMS能發出報警,提醒駕駛人及時檢查輪胎狀況。

  TPMS主要有直接式和間接式兩種類型,它們通過不同的工作原理對輪胎實施監測。直接式TPMS通過安裝在輪胎內的傳感器直接測量輪胎內的氣壓和溫度,并將有關數據以無線方式傳輸到駕駛室內的接收主機;間接式TPMS則通過汽車ABS系統的輪速傳感器測量輪胎的轉速,通過比較四個輪胎的轉速差來推斷輪胎氣壓是否異常:當某一只輪胎的氣壓太高或不足時,輪胎的直徑就會變大或變小,車輪的轉速也相應產生變化,監測系統將車輪轉速的變化情況同預先儲存的標準值比較,就能得出輪胎氣壓太高或不足結論,從而報警。

  這兩種系統各有優缺點:直接式系統測量精度高、報警時間短,無論停車或行駛時都能測量,但生產成本高,且目前使用的基本上都是帶電池TPMS,即安裝在輪胎內的傳感器單元需使用電池供電,因此電池壽命的長短直接關系到TPMS的使用年限,限制了傳感器單元的檢測采樣頻率和發射頻率。而間接式系統則不存在電池壽命問題,其生產成本也遠低于直接式系統,但間接式系統在使用上存在一定的局限性,如當車輛停止時或兩個以上輪胎同時缺氣時(這種情況可能在汽車閑置一段時間后發生)間接式系統就無法發揮作用;當工作環境發生變化,如更換新輪胎時,間接式系統需要重新設定;間接式系統也無法對輪胎溫度進行測量和報警。

  由于TPMS能在汽車行駛的動態過程中對輪胎狀況進行實時監測,對日常行駛中最常出現的輪胎漏氣、低壓行駛等現象能有效進行預警和提示,對提高汽車行駛安全性具有很好的“事先預防”的作用,是目前使用最廣泛的輪胎安全產品,在北美、歐洲、日本等市場已得到了廣泛應用。如美國從2007年9月起,所有新銷售的汽車都安裝了TPMS,TPMS已成為汽車電子系統中必備的安全裝置。我國目前配置安裝TPMS的車型還很少,但隨著我國道路狀況的不斷改善,人們對行車安全要求的不斷提高,TPMS在我國的應用也會越來越廣。

  2、防漏氣輪胎

  輪胎漏氣后缺氣行駛,是造成輪胎損傷和引發爆胎的重要原因之一,因此,除了采用TPMS等胎壓監測裝置監測胎壓外,世界各國還十分重視防漏型輪胎的開發研究,歷經了長期的摸索和試驗,曾對輪胎灌入防漏劑等,目的是在輪胎漏氣后堵住漏洞。但防漏劑的液態性能使其流動性大,特別在加速、剎車時,都能感覺到液體在車胎中的沖撞,影響輪胎的平衡性。同時,車輛高速行駛時,流動的防漏劑會在離心力的作用下向輪周的中心部流動,造成輪胎的不平衡和偏重,影響行駛安全。加上防漏劑對輪胎內腔和輪轂的腐蝕作用,使輪轂過早報廢,這些都限制了防漏劑的可應用性。

  新型的防漏氣輪胎,則是在輪胎內部噴涂一種特殊的防漏氣涂層,這種技術的關鍵是解決了涂層材料的物理、化學性能以及涂層材料和輪胎內壁之間的噴涂粘合工藝,使涂層材料在-45℃至120℃的溫度范圍內均能保持硬度和粘度不變,防止涂層材料在使用中的堆聚現象。在噴涂工藝方面,采用清洗劑處理輪胎內壁表面后直接噴涂的方法,使防漏材料和輪胎內壁之間能牢固粘合,同時不損傷輪胎內壁。

  用這種材料和工藝制成的輪胎具備耐扎、防漏氣的性能,其作用原理是,通過在輪胎內壁均勻地噴涂一層帶狀的、呈膠狀物的高分子有機合成橡膠,在胎內形成了一個帶有一定厚度的防漏氣安全?;げ?。當輪胎的行駛面被釘子等尖狀物體扎破后,?;げ愕慕鶴次錁突嵩謁布浯癰鞲齜較蚪浣艚舴庾?,不讓胎內氣體泄漏。釘子拔出后,膠狀物又會自動復位閉合,完全堵住漏洞,從而使輪胎照常行駛,不必換胎。

  新型防漏氣輪胎解決了輪胎慢性漏氣的問題,并能在輪胎內扎入異物后、或者在拔出異物后都能保持胎壓不漏氣,使輪胎在扎破后還能照常使用,具有“不怕扎”的功能,在防漏技術方面已達到國內外領先水平。該技術的推廣應用,不僅有利于提高輪胎的安全性,還能減少換胎、補胎等引起的麻煩,節省資源,具有良好的社會、經濟效益。

  (二)爆胎后的安全挽救技術

  1、汽車爆胎自動減速裝置

  TPMS的作用是對輪胎氣壓、溫度進行即時監測,在輪胎氣壓、溫度出現異常時,通過報警來提示駕駛員,由駕駛員提前減速、停車,對輪胎進行檢查,以降低和化解可能爆胎引發的危險。但TPMS的作用主要是預警,不能對突發的爆胎情況自動采取措施。

  汽車爆胎自動減速裝置則是一種帶有執行裝置的爆胎安全控制系統,它由輪胎信息采集部分和制動控制部分二部分組成,相當于在TPMS的基礎上,又增加了一套自動減速的執行裝置,形成從采集、監測到爆胎后自動執行的完整系統。

  汽車爆胎自動減速裝置的基本控制方式是通過現有的TPMS技術對輪胎壓力進行實時監測,當輪胎壓力下降到正常胎壓的70%時,系統發出聲光報警,提醒駕駛人檢查輪胎,防止輪胎缺氣行駛,起到預防爆胎的作用,系統本身不采取制動措施。當汽車高速行駛時(如大于70公里/小時),同時輪胎氣壓快速下降到正常胎壓的40%以下時,表示發生了爆胎,此時系統在極短的時間內迅速作出響應,點亮制動燈并同時采取點剎式制動,使汽車從爆胎瞬間起在幾秒到十幾秒時間內自動減速,直至停車。在此過程中,如駕駛人采取了制動措施(表明已反應過來,可有意識地控制車輛),系統則立即切換至人工控制狀態,而此時車速已明顯降低,即使剎車也不致引起失控。

  該系統之所以能在爆胎后起到良好的平穩制動效果,基本原因在于迅速反應。由于爆胎瞬間車輛尚未跑偏,而駕駛人本身不可能在零點幾秒的時間內反應過來,此時系統迅速代替駕駛人實施行車制動,降低車速,使高速行駛車輛的動能快速減小下來,從而避免了很多駕駛人可能出現的錯誤操作。即在反應過來后趕緊制動,此時往往已爆胎2~3秒,車輛已明顯跑偏,再采取緊急制動就極易造成車輛的甩尾、失控等嚴重事故。汽車爆胎自動減速裝置利用機電器件快速反應的特性,能彌補人腦對外界信息反應滯后的生理局限,在汽車爆胎后駕駛人還無法作出反應的極短時間內,即迅速制動,降低車速,贏得寶貴的3~5秒時間,使汽車在駕駛員反應過來之前,已提前50~100米距離進行制動,將汽車動能下降一半以上,有效降低爆胎后發生危險的概率。

  該技術的關鍵是爆胎后系統迅速響應并立刻采取制動的響應時間(響應同時還必須立刻點亮制動燈),時間越短,汽車開始減速并避免出現跑偏的效果也就越好,而制動力卻不必太大。從試驗效果看,在幾秒到十幾秒的時間內使汽車減速直至停車,都能取得平穩的制動效果,而適度的制動力還能減少在高速行駛時后面跟車發生追尾的可能,目前的響應時間已達300ms以內。

  汽車爆胎自動減速裝置經過多次轎車和大型客車的實車單胎爆胎試驗,包括前胎爆胎、后胎爆胎,試驗時轎車的最高爆胎車速達到160公里/小時以上,大客車的爆胎車速達到80公里/小時以上,在駕駛人輕扶方向盤情況下,車輛均能平穩制動,未出現明顯的跑偏、側滑等現象。

  該技術目前還處在試驗和單車試用階段,經過不斷改進和完善,有可能成為爆胎后能防止事故發生的重要裝備之一。

  2、汽車輪胎保險裝置

  爆胎后汽車失控的一個主要原因,就是爆裂輪胎的半徑突然變小,使車輛重心向爆胎一側偏移,同時爆裂輪胎的滾動阻力急劇上升,造成車身失衡,如駕駛人操作不當,就會造成車輛失控。為防止輪胎爆胎后半徑突變,最直接的方法就是在輪胎內加裝支撐結構,使輪胎在爆胎后能夠靠支撐骨架的作用減少半徑突變的沖擊,防止車輛失控,在可能時再依靠支撐骨架使汽車續行一段距離,到安全地點后進行換胎或維修。

  由于支撐骨架的材料、結構不同,對輪胎的支撐作用和續行能力也不同。目前國內開發出的一種帶差速結構的汽車輪胎保險裝置,在改善輪胎爆胎后的續行能力方面具有良好效果。該裝置采用內、外環的結構,兩環之間可以差速滑動。當汽車在行駛中發生爆胎后,汽車輪胎保險裝置可依靠其支撐作用減小輪胎爆胎前后的靜半徑變化量,避免車輛失控;同時,由于內、外環之間的差速滑動作用,使爆胎一側的周長差得以彌補,解決了輪胎續行時出現碾胎的問題,使車輛在爆胎后仍可受控繼續行駛一段較長的路程,離開爆胎現場。

  該裝置的最大特點就是解決了車輛爆胎后繼續行駛的問題,這對警用特種車輛、運鈔車、危險品運輸車等都具有非常實際的使用價值。

  綜上,各種輪胎安全技術之間也不是互不相關,如汽車爆胎自動減速裝置就是在TPMS技術上的延伸,而防漏氣輪胎與輪胎保險裝置配合使用,則能起到防扎、防漏,以至爆胎后繼續行駛的效能。隨著輪胎制造技術的不斷改進,以及輪胎安全技術在各種車型上的推廣應用,輪胎的安全性能將得到大幅提高,行車的安全性也會得到更有效的保障。(作者單位:公安部交通管理科學研究所)


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