智能轮胎安全环保驱动汽车的发展和未来

2018-02-15李婷

机电安全 2018年9期

李婷

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”，一直是汽车轮胎制造商努力的方向。智能轮胎滚动阻力更小、更耐磨、刹车距离更短，可将车辆行驶中的能量损耗减少到最低。

■“智能”轮胎的安全性能不断提高

汽车轮胎质量直接关系着交通和人身安全，2001年福特汽车公司的汽车轮胎质量问题曾在美国及全世界引起轩然大波。美国高速公路安全管理局根据这一事件分析得出结论认为，轮胎质量已演变成为汽车消费国家一个普遍的社会问题，因此规定：美国的汽车必须全部装配新一代的高性能轮胎。据了解，这种轮胎被称为新概念“智能”型轮胎。它的“智能”在于：汽车4 只轮胎内部安装有TPMS 系统装置，能测试出轮胎内的气压和温度高低，并通过无线通信装置将这些信息传递给安装在驾车人面前的信息接收装置，并在监视器上显示出来。如有不正常现象，驾车人可立即采取措施，防止因轮胎问题而引发的交通事故。

继美国之后，欧盟和日本等一些汽车消费大国的交通安全管理部门也效仿美国的做法，提倡汽车安装“智能”型高安全轮胎，今后也将会制定出台有关汽车使用高安全性能轮胎的法规。而在查明汽车交通事故原因方面，整车制造厂商与轮胎生产企业的责任将分得更加明确。这对轮胎制造企业既是压力，也是推动力，促使他们更多地采用科技新成果，开发生产出新一代的“智能”型高安全性能轮胎，使轮胎的安全性能不断提高，市场更多的新概念“智能”型轮胎的涌现，将为减少交通事故发挥重要的作用。

■智能轮胎及其主要功能

传统的轮胎产业已和新兴的电子、信息产业相结合，轮胎智能化时代越来越近，出现了“计算机化的轮胎”、“会说话的轮胎”、“可控轮胎”、“灵敏轮胎”等等。智能轮胎的研发是目前汽车技术新的发展方向之一。由于轮胎内置计算机芯片能自动监控轮胎行驶气压、温度、摩擦以及把行驶期间轮胎突然发生问题的信息传递到互联网上，从而提高了安全性，也起到降低油耗等作用。智能轮胎能实现的主要功能包括：收集、传输有关自身所处环境的所有信息，以及对这些信息做出正确判断和处理。

1 内压监测

除了因为与硬物碰撞或负荷过大而发生爆胎事故外，轮胎缓慢泄气同样是常见导致轮胎爆破的诱因。气压不足的轮胎与地面摩擦面积加大从而产生的摩擦热量也会激增，而且泄气势必造成“软弱”的胎壁受压和变形加剧，从而诱发爆胎事故。充气内压严重影响轮胎使用性能。轮胎欠压行驶将无法承载额定负荷，甚至导致轮胎早期损坏。此外，充气内压不达标还影响到其他操作性能正常发挥。当额定充气内压为700kPa时，欠压将导致滚动阻力增加2%；对驱动轴轮胎而言，相当于油耗增加了0.5%，磨耗加快了5%。通过安装轮胎充气内压监测装置，即可达到上述的目的。一旦发现轮胎充气内压不足，该装置立刻向驾驶者发出警报，提示驾驶者停车检查轮胎，或由车载电脑自动做出应急处置。

2 自动补充轮胎内压

既然轮胎充气的内压如此重要，仅仅及早发现轮胎漏气是不够的，还应当及时让逐渐瘪下去的轮胎鼓起来。把车载气泵系统与轮胎有机地结合起来，无疑是智能轮胎的发展方向之一。一旦轮胎漏气，装有“聪明软件”的车载电脑将根据充气内压监测装置提供的数据信息，自动启动车载气泵，向轮胎内充入气体，使轮胎保持合理的充气内压。在北美地区，已有多家公路运输公司开始在车上装备自动充气装置，利用预存在汽车制动液储存器内的高压空气来补充轮胎内压，确保所有轮胎保持合理的充气压力。空气流经控制箱进入车轴套管，再进入轴端的旋转联管节，最后进入需要补充内压的轮胎内腔。控制箱有测量、校准轮胎气压的功能。

3 追溯性记录

即历程可追溯性记录，就是说，轮胎在制造→出厂→使用(包括维修、翻新)→报废全过程中的每一个阶段均形成资料，而且该资料是可以随时提档查阅的。历程可追溯性记录资料一般应包括四个部分：轮胎的身份，亦即轮胎的产品资料，通常包括轮胎品牌、生产序列号、DOT 或ECE 代码、生产厂厂址、生产日期等；轮胎的户籍，亦即装车资料，通常包括汽车主轴号码、轮辋号码等；轮胎的使用资料，包括历次出车时轮胎的温度、充气内压、速度、变形等数据，以及历次翻新、修补情况等；轮胎报废资料，包括报废原因、报废日期等。

4 轮胎温度监测

温度历程监测同样重要，因为这与轮胎胎体的耐久性的轮胎使用寿命密切相关。因为轮胎使用性能的优劣是以吨·英里/小时来衡量的，并受到负荷和额定速度两者的制约。有的认为应当能够记录轮胎的使用历程，至少应记录温度峰值或时间表/温度历程。探测、传输轮胎数据由植入轮胎内的集成电路片完成，而配套的接收器/数据读出器则装在驾驶室内。

■各国开发的智能轮胎新品及特点

世界各大轮胎公司都纷纷投入巨资研发全新概念或革命性的生产技术，部分取代了传统工艺，并且有许多成果已实现了产业化。其特点都是提高了轮胎生产的精度，节省了能源，提高了生产效率。目前各国开发的智能轮胎主要有以下新品及其特点：

1 绿色智能轮胎

目前，全球合成橡胶市场每年正以3%的速度恢复增长，其中中国市场的增长速度预计将达到7%～8%。中国轿车销量占到全球汽车市场的22%，而相关的燃油消耗量将占到全球的1/3。由此，市场对采用“绿色”橡胶制成的环保型轮胎的需求大增。为满足市场的需求，“绿色”橡胶已被纳入其研发重点，由此制成的“绿色”轮胎将采用纳米技术，增加轮胎防冻裂、防磨损的能力，如在冰雪地区，轮胎的制动性能能够超过一般轮胎的20%。在现有基础上将降低30%左右的油耗，未来这一降耗指标还有望达到50%。

2 轮胎内压状态预警系统

长期以来，轮胎问题是造成和诱发交通事故的主要原因之一，尤其当汽车在高速公路上行驶时更是如此。美国汽车工程师协会的调查统计表明，美国每年有26万起交通事故是由于轮胎气压不足造成的，75%的轮胎故障是由于轮胎气压不足或渗漏引起的。

轮胎气压过低，轮胎变形，下沉量增大，胎温因摩擦增加而急剧升高，导致轮胎变软强度下降。同时过热状态会加速子午胎钢丝与橡胶的老化、变形、甚至内部断裂，这些都可能造成爆胎意外。汽车轮胎压力监测系统（简称TPMS）是用于在汽车行驶时实时监测轮胎气压和温度，对轮胎漏气、低压、高压或高温等情况进行报警，以保障行车安全，是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。有了TPMS，缺气状况将不会发生，从而能够保护胎面，延长轮胎使用寿命，而且能够省油，减小污染，可谓一举多得。

3 RSC轮胎和TPI电子警告系统

轮胎漏气虽不常发生，但总是令人惊慌和不快。虽然从统计数字来看轮胎发生损坏的概率相对较低，但是轮胎漏气是最令驾驶者不愉快的体验之一，现在，BMW成为全球首家为客户提供防爆轮胎系统部件（RSC）的制造商。RSC是一套轮胎安全组件，它使轮胎发生漏气的概率风险和驾驶者对此的担忧都成为过去。RSC 包含安装在EH2轮辋上的RSC轮胎和TPI电子警告系统。一旦轮胎压力开始下降，RSC 立即向驾驶者发出警告，但是即使轮胎压力下降为零，RSC仍能确保轮胎安全地固定在轮辋上，使轮胎继续行驶一定的距离。这样，车辆上不再需要放置备胎、修理套件和汽车千斤顶，而驾驶者也无需在路边亲自更换轮胎。但是，与此同时，RSC仍能在必要时继续确保100%的安全性。告知驾驶者轮胎压力发生下降，同时让车辆得以继续行驶。由于具有经过特殊设计的轮辋凸峰，EH2（加宽的凸峰）轮辋能够防止轮胎在压力突然下降后脱离轮辋。RSC轮胎与传统轮胎的不同之处包括防爆特性、加强的侧壁、附加的气门嘴条带和高耐热性的合成橡胶材料，根据车辆负载情况，这种自支撑轮胎能够在压力降至最低的情况下，使车辆以80km/h的最高车速继续行驶5-250km。

■智能轮胎可预防爆胎

轮胎有时确给我们的驾驶带来不便，出门在外，轮胎被扎了要在酷暑严寒中辛苦地换胎。更为危险的情形是在高速驾驶时发生爆胎，加之操作不当和外界环境的原因，很可能造成车毁人亡的事故。

防爆轮胎学名叫“泄气保用轮胎”，英文缩写RSC。充气后的轮胎胎壁是支撑车辆重量的主要部位，特别是一些扁平比（扁平比是轮胎高度与宽度的比）较大的轮胎，胎壁非常“肥厚”，“爆胎”严重时通常会导致胎壁的瞬间崩，从而使轮胎瞬间失去支撑力，导致车辆重心立刻发生变化，特别是前轮驱动车的前轮爆胎，爆胎后瞬间的重心转移很可能会令车辆失控。如果驾驶者没有爆胎后驾驶经验，可能会做到错误的驾驶动作，这将导致车辆无法挽救的失控。爆胎是非常严重的安全事故，特别是在高速公路爆胎。据统计，国内高速公路70%的意外交通事故是由爆胎引起的，而时速在160公里以上发生爆胎死亡率接近100%。给车辆配置“防爆轮胎”就最大程度的解决了令人担心的安全问题。不过，真正称得上的“防爆轮胎”是军用的6×6、8×6 等轮胎越野装甲车，它们的轮胎里设计了专门的金属条，即使遇到炮火弹片击穿也能保持轮胎不会发生形变，继续前进。普通的民用“防爆轮胎”虽然做不到如此强悍，但其“防爆”原理是基本一样的。

轮胎爆胎的原因主要系由胎内气压过高或过低所致，这已为行家们所公认。因而在高速行车条件下使轮胎内压保持在适当范围内就格外重要。如要汽车不爆胎，司机就得多检查，使汽车保持适当的气压。爆胎是汽车行驶中不时会碰到的事，严重时甚至会导致车毁人亡。经试验证实，80%的爆胎是有预兆的，至少在爆胎前1小时，轮胎的温度会出现异常。