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橡胶/轮胎 |
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新型轮胎设计凸显安全性与功能化 |
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作者：西北橡胶塑料研究设计院 王进文 田玉坤 来源：雅式工业专网 |
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自充气轮胎
Coda Development公司开发的专利自充气轮胎（SIT）系统是轮胎压力方面的一项重大进展。
原理
该系统采用蠕动泵原理，借助车辆重量和运动，按需为轮胎充气，空气来源於外部大气。整个系统仅由两个元件组成：作为轮胎蠕动泵的气管腔和控制充气过程的压力管理装置。
帕萨特CC新型轮胎ContiSeal具有自动癒合伤口功能。
蠕动管位於轮辋和胎侧之间，沿纵向设置在几乎整个轮辋圆周上。车辆重量使轮胎产生的法向变形在管的最低点处形成封闭段。随着轮胎沿路面行进，该封闭段将管内的空气推入轮胎中，同时又将外部的空气吸入管内。所以，车轮每转一圈就会充气一次，直至达到所需的压力为止。用常规轿车车轮进行的试验表明，变形轮胎胎侧和轮辋之间的压力足以产生比充气所需压力高得多的压力。
胎侧的设计
蠕动管可以按以下方式置入胎侧中。由於常规轮胎和轮辋之间已存在一些空间，其中增强胎侧在车辆重量作用下周期性地压在轮辋上，因此可以把气管制成轮胎胎侧中的缝隙。轮胎和轮辋组装到一起後，两者之间的压力（有时高达所需轮胎压力的10倍）将该缝隙密封，从而形成一个胎侧内的密封管。
对胎侧的设计进行简单地变化就可实现这种结构，简单的方法就是修改标准轮胎生产过程中的模具。也可以在胎侧之外设置气管，作为一个独立的装置放置在轮辋和轮胎之间。这种情况下，轮胎只是贴靠在气管上，通过变形将其封闭。因此，SIT既可以是轮胎的一部分，也可以是轮辋的一部分。
车轮每转一圈，上述充气系统就会对轮胎充气一次，不管轮胎的压力是否充足，因此，需要设计一个管理系统，在轮胎欠压时打开充气功能，而在达到所需的轮胎内压後关闭充气功能。如果轮胎压力适当，管理系统将气管的入口和出口与轮胎内部相接，所以在车轮转动过程中，空气仅在气管和轮胎之间循环，压力几乎保持不变。
除了接入轮胎中的吸气孔外，还有另一个通向轮胎外部的气孔，该气孔上安装有单向阀。
当轮胎压力下降到最佳压力值之下时，压力管理装置关闭轮胎内的吸气孔，立即在气管的吸气部分产生真空。真空将单向阀打开，气管开始从外部大气中吸取空气，之後充入轮胎。一旦达到了正确的轮胎压力，压力管理装置再次打开气管通向轮胎内的进气孔，气管和轮胎压力达到平衡，单向阀关闭。
SIT系统中，气管的一端有一个开孔通向轮胎，另一端有两个开孔，其中一个反通到轮胎中，安装了压力管理装置；另一个进气孔安装了单向阀，通向轮胎外面。
由於压力管理装置总是处於轮胎压力的包围之中，所以对其强度没有太高的要求：其设计决定了在大部分使用期内，内、外压力相等，当轮胎欠压时，在再次达到正确的充气压力之前偶尔低於周边压力（轮胎内压）。
其他优点
除了结构简单外（整个系统仅由一个气管、单向阀和压力管理系统组成），该装置还有另一个突出优点。
统计数据表明，为了补充由於轮胎正常泄漏而所产生的欠压，SIT只需每3000转充气一次。换言之，每行驶1万km（6214英里），只需工作3km（1.9 英里），在剩余的9997km （6212英里）内不需对轮胎充气。因此，在大部分时间内，只进行气管与轮胎之间的内部空气循环，两者之间的压力相等，从而进一步提高了系统的耐久性。
压力管理装置有另一个优点。采用SIT时，密封在压力管理装置中的空气与轮胎一起升温，所以无论轮胎是热还是冷，都可识别轮胎是否欠压。而对於一般轮胎，由於温度对轮胎压力有影响，一般推荐在轮胎冷却後进行充气。
另一方面，为了防止在外部温度较低时预设的充气压力下降，在一些情况下需要设定预设充气压力的最小值，而这也很容易实现。压力管理装置可以由一个经校准的弹簧或一个电磁控制阀取代。如果使用电磁控制阀，就很容易与强制使用的TPMS连接。在这种情况下，TPMS与SIT组合使用，不仅可以通知驾驶员轮胎欠压情况，还可以立即充气，在问题出现後就会尽快解决。
也可以反向操作。在轮胎不需要充气时，可以使外部大气中的空气进入气管，再将空气返回大气中，这样来进行循环。只有当欠压轮胎使压力管理装置关闭了气管连通外部大气的出口後，气管这一端内的压力会升高，之後高压空气通过单向阀流入轮胎中。所以反向作业系统也使用气管，但有一个通向外部大气的自由吸气孔，一个配备有压力管理装置的连通外部大气的出气孔，以及另一个配有单向阀的直接通入轮胎的出气孔。
智能轮胎
除了更坚固耐用，更舒适宁静外，如何让轮胎“有表达能力，更聪明”，一直是轮胎制造商努力的方向。最近10年，以米其林为首的大轮胎制造商已开发出多种智能轮胎技术及产品。轮胎智能化不仅仅是轮胎自身的一场革命，还将带动轮胎制造工艺技术与生产设备的变革。
智能轮胎是能够收集、传输有关自身所处环境的所有信息，并对这些信息做出正确判断和处理的轮胎。
稳定驾驶的智能轮胎
德国汉诺威的康蒂耐达大型轮胎制造公司开发出一种“稳定驾驶智能轮胎”，其结构是：轮胎侧壁上装有磁化传感器，将路况、刹车和车速数据传递给安装在车轴组合件某一位置上的另一传感器。
智能轮胎的作用之一是按需要刹住某几个轮胎，以免汽车在像冰一样滑的路面上行驶时发生弹跃或打滑。由於该产品的设计理念是顺应智能化道路的发展，因此能在最短的时间内向驾车者提供更多的信息。
德国西门子公司、维也纳工业大学和达姆斯塔特工业大学合作研制成功一种智慧汽车轮胎。其核心是一个特殊的传感器，它安装在外胎上，由驾驶座前的脉冲信号收发装置控制。收发装置通过天线发出脉冲电信号，测量轮胎的胎压和温度，测出的信号又重新变成电信号回馈给收发装置，自动报告轮胎状况，提醒司机注意。
这种轮胎在汽车正常运转中，当温度过高或者压力太低，有可能造成胎面破损时，都能及时为司机发出报警信号。由於司机能随时获知轮胎内部的状况，因而提高了防抱死刹车系统的效能。同时，这种“有感觉”的轮胎还能感知太滑的冰面或水面，提醒司机谨慎驾驶。
胎侧具有传导性的智能轮胎
大陆托福斯公司开发出一种智能轮胎—CGT智能轮胎体系，技术要点是在胎侧内嵌入磁性金属颗粒，使胎侧具传导性。
该轮胎将作为虚拟传感器，替代原来成本高昂的汽车侧滑传感器，成为大陆托福斯开发的新一代电子稳定控制系统（ESP）的一个组成部分。CGT智能轮胎体系共有磁化轮胎、胎侧扭力传感器（SWT）和车载电子控制系统（Teves系统）三个组成部分，其中SWT是智能轮胎体系关键部件。
SWT技术基本原理是，通过某种途径或手段，回馈轮胎在各种条件下（如加速行驶、制动、转弯等）对外力的反应。其技术诀窍是：在胎侧胶料中掺入金属粉末；当轮胎在行驶过程中，该胶料被磁化交替形成正、负极，从而能够把轮胎受力变形情况以某种可测信号反映出来；该信号被埋置於轮胎胎侧胶内的传感器捕获，并被传输到装在汽车驾驶室内的电子监测仪，即时由车载电子电脑转换成数据，应用於汽车动态控制。
可用手机遥控的智能轮胎
由芬兰诺基亚轮胎公司（Nokian Tyres Inc）推出的ITT智能轮胎可以用手机遥控。
ITT又称路探系统，由微型轻量化传感器和接收装置两部分构成。多个传感器装在轮胎内腔，亦即轮辋圈座上，负责测量轮胎气压和轮胎温度，随时将即时数据传送到接收装置，并在轮胎气压或轮胎温度超过设定值时，向接收装置发送报警信号。接收装置可以是手机，也可以是车载电脑，甚至可以是装在汽车维修中心的独立显示屏，除此之外，不再需要任何辅助设施。
ITT智能轮胎具有两项特点：作为监测装置和信号发射装置的多个传感器，不是在轮胎制造过程埋入轮胎体内，而是通过粘/捆绑方式安置在轮辋上；信号接收装置为普通手机。第一个特点的意义在於，只要在轮辋上安装了ITT，任何普通轮胎都可以升级为智能轮胎。第二个特点的意义在於，ITT智能轮胎将是迄今为止配置最简单的智能轮胎。
诺基亚轮胎公司己将最新智能化轮胎技术命名为路面探测安全系统（Road Snoop Safety Sytstem），并为此专门建立了一家子公司——Road Snoop有限公司，负责新产品的开发、生产和市场行销。
具有自我修复功能的轮胎
德国大众汽车推出一款时尚跑车帕萨特CC，该车装有“自动癒合伤口”功能的新型轮胎ContiSeal。
这种轮胎所用的橡胶材料内部含有数百万个充满液体的微型胶囊。一旦橡胶材料表面出现了裂纹，胶囊壁就会破裂并释放出液态的“修复剂”，在催化剂的帮助下，修复剂涌入裂缝，瞬间弥合。采用这种技术的轮胎产品寿命会延长2-3倍。测试表明，自我修复系统将受损材料的强度恢复到原来75%。
德国大陆公司的Ben Seal系列自封式无内胎轮胎，它的内腔两胎肩之间设置有特制的防刺层，内装可流动的密封胶，当轮胎被刺穿或者拔除刺入物後，密封胶在轮胎内压作用下自动流到穿孔处，堵塞孔洞。
美国固特 奇公司研发的Golden lifesever轮胎是一种有很好自封穿孔性的轮胎。例如，Golden lifesever l95／70HPl4超低端面椭圆形结构无内胎子午线轮胎，其密封层内表面贴复合发泡剂辅助胶片，轮胎硫化时形成海绵橡胶层，其网眼的气压与轮胎的内压相等。该海绵层外表面涂覆聚乙烯乳液层，轮胎运行时因生热作用而使乳液层熔化，当轮胎被刺穿或者在排除刺入物时，熔化乳液立即挤进穿孔处起密封作用。该乳液同时还有诱发海绵层膨胀等特殊效应。据该公司称，这种轮胎在胎面部位穿孔直径达6.4mm时，可自行封堵，若穿孔太大不能封堵时，则应将轮胎送去修补，此轮胎所用轮辋比普通轿车胎的轮辋稍宽。
韩国生产的多气室内胎已投放市场，使用这种内胎即使汽车轮胎损坏漏气还可行驶。这种内胎像珠子穿成链那样，由许多单个小胎室组成，每个胎室是一个自身带有阀的封闭储气室，若从一个胎室漏出气体，则内压作用使其他胎室延伸再次充满整个轮胎。这种轮胎出现故障不必换胎，只要更换破坏的分室即可。
日本普利司通公司跑气保用轮胎有Expedia系统和火鹰系列。Expedia系统是由跑气保用轮胎、楔形车轮和智慧预警器3部分组成。在无内压条件下，能够以88km/h的速度安全行驶240km。火鹰系列有4大特点：适配普通轮辋；无内支撑物；属普通端面；重量比固特异同类产品轻。
上述特点是藉加厚轮胎胎侧，采用独特的带束层设计而获得的。同时取消特制轮辋和内支撑物。这是它与其他跑气保用轮胎不同之处，因此更受市场欢迎。火鹰轮胎在失压下能够以88km/h速度安全行驶80km。
随着材料技术的发展，以及人们对轮胎安全、经济、舒适性要求的不断提高，轮胎设计仍将是最为活跃的领域之一，期待将来会出现功能性更强、更安全、经济的创新轮胎。
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(7/8/2009) |
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