浅析汽车轮胎

浅析汽车轮胎本文从轮胎的发展历史、功能、结构、分类、匹配、发展趋势等几个方面介绍轮胎的相关知识。标签：发展历史功能结构分类匹配发展趋势0引言随着社会的不断进步，人的生活空间不断加大，出行方式不断改善，人们享受着文明的成果。其高科技产物——汽车，是现代生活的主角。轮胎是汽车的重要部件之一。轮胎性能直接影响车辆的优劣。轮胎固定在轮辋上，支撑着车辆负载，传递着车辆的牵引力、制动力、转向力，减轻和吸收行驶时来自路面的振动和冲击，满足车辆的行驶性能并降低行驶时的噪音。1轮胎的简史1.1轮胎的演变早期轮胎是由木头制成的，从古代的战车和国外的绅士马车上可以看出。探险家哥伦布1493-1496年到达西印度群岛时发现当地孩子玩耍的橡胶硬块。处于好奇把橡胶硬块带回国内，若干年后橡胶得到了广泛应用，车轮也由木质变成橡胶。但是橡胶轮胎是实芯的，行走不方便，而且噪声大。1885年英国汤姆生发明空气轮胎，其舒适性与滚动阻力都比实芯轮胎好得多，但是负荷小，无法充气。1888年邓录普发明了充气轮胎，提高了负荷量，减小了滚动阻力。不久威尔奇发明了有钢丝圈结构的轮胎。1890年Dunlop和Weleh两家公司联合生产带钢丝圈结构的充气轮胎。1893年第一次采用棉帘布制造轮胎。1896年美国古德里奇公司造出了充气轮胎。1.2骨架材料的发展①棉帘线，1892年邓录普提出用无纬线的织物制轮胎的设想。②人造丝，1923年第一次出现人造丝帘线。③钢丝帘线，三十年代初，钢丝帘线开始在轮胎结构中应用。其特点是强度高、伸长小，制得的轮胎耐磨性和耐冲击性好。④尼龙帘线，早在1942年，尼龙帘线就应用于制造军用轮胎。具有强度高、密度小、弹性好、吸湿率低、耐冲击强度高等优点。⑤玻璃纤维，四十年代初，美国固特异和费尔斯通公司开始研究用玻璃纤维制造轮胎。⑥聚酯帘线，六十年代初美国用聚酯帘线制造轮胎。⑦芳纶(B纤维)，其70年代被研究制成功，其主要特点是强度高，伸长率小、耐热性好。2轮胎的功能①支撑汽车各部件，承受汽车重量，使汽车能够载人或者载货。②传递驱动力、转向力和制动力，使驾驶人员能够对汽车进行操控。轮胎对汽车安全性、操控性、舒适性有非常大的影响。③减小行驶阻力和能量消耗。④减缓行驶冲击，改善行驶条件，同时保护汽车和路面。轮胎作为一个弹性体，可以有效缓解地面对汽车的冲击，提高舒适性。3轮胎的结构3.1胎面，其与地面接触，驱动、制动、防滑、减震和保护胎体，胎面的磨损直接影响轮胎使用寿命。不同厂家的轮胎因材料、配方、工艺、花纹结构所表现出的特性是不同的。胎面花纹可分为4种基本类型：纵向花纹、横向花纹、越野花纹和混合花纹。3.2胎肩，也称为支撑部，是胎面与胎侧的连接过渡带，支撑胎面，防止胎面滑移。3.3胎侧，用来防止胎体受机械损伤和其它外界作用(如泥、水等)的橡胶覆盖层称为胎侧。保护胎体，耐屈挠。胎侧主要是在屈挠状态下工作，因此胎侧的厚度可以稍薄，但它能有效地承受多次屈挠应力，并应有很好的耐光、耐臭氧老化的性能。3.4花纹沟，在轮胎上布满了花纹，纵横交错，纵向沟可以增加侧向抓地力，防止车辆侧滑，提高安全性；侧向沟可以提高纵向抓地力和驱动力，缩短制动距离和加速时间。3.5胎圈，用来使外胎固定在轮辋上而不易伸张的刚性部分称为胎圈。其能在车辆运行时抵抗使外胎脱离轮辋的作用力。4轮胎的分类轮胎种类繁多，根据轮胎结构、用途、载荷能力、季节等因素进行综合分类如下：4.1按结构可分为：普通轮胎(斜交胎)和子午线轮胎。普通轮胎(斜交胎)：胎侧刚性强，侧向稳定性好；耐磨性、高速性、缓冲性、操作安全性均较子午线胎差。子午线轮胎：耐磨性高；高速性、减振性、操作安全性好，抓着力强，滚动阻力小、节油；侧向稳定性、低速舒适性差。4.2按用途可分为：汽车轮胎、工程机械轮胎、农业和林业机械轮胎、航空轮胎、摩托车轮胎、工业车辆轮胎、畜力车轮胎、人力车轮胎。4.3按照使用季节分为：夏季胎、四季胎、冬季胎。夏季胎侧重于轮胎的操纵稳定性。轮胎花纹块较粗，通常为不对称或者单导向花纹。四季胎胎纹细一点，沟槽多而深，侧重于乘坐舒适性，兼顾冬季胎和夏季胎的特点，但远不及冬季胎和夏季胎的效果。冬季胎采用低温配方，其橡胶较软，可以保证轮胎在低温下的柔韧性，能提高冰雪路面的抓地力。5轮胎的匹配汽车行使时，汽车能够与地面接触的唯一媒介就是轮胎。随着汽车性能不断提高，对轮胎的性能也提出了更高的要求。汽车的操纵稳定性，舒适性，动力性、经济性、制动性、震动噪声的性能，都是轮胎发挥和展现出来的。对车辆匹配轮胎是工程技术人员的责任，应该从以下几个方面进行。5.1轮胎与轮辋的匹配。轮胎与轮辋就相当于鞋和脚，众所周知，多大的脚就穿多大的鞋，鞋子小蹩脚；鞋子大，松旷不舒服。①輪胎与轮辋直径的匹配。轮胎和轮辋的最佳搭配尺寸可在轮胎的侧壁标示上查到，如：标准轮辋是7JJ，轮胎名义直径为15英寸，则表示这个轮辋与轮胎是最佳搭配。②轮胎与轮辋宽度的匹配。 相同的轮胎宽度，因轮胎的设计用途，结构等原因，标配的轮辋不一样。轮辋过窄，会使轮胎的胎壁无法舒展，胎肩位置有可能会触及地面。胎壁会比正常的安装凸出许多，汽车在崎岖路面行驶时凸出的软弱胎壁就很容易受到伤害，甚至爆胎。轮辋过宽，首先轮胎会很难安装，安装时需要胎边膨胀很宽才能密封，结果就会造成胎壁沿轮辋边扩散性放大，胎壁会比正常的安装舒张很多，尤其是气压过高的情况下，会造成轮胎胎冠受力加大，增加这部分的不规则磨损。轮辋合适，不但可以提高轮胎的使用寿命，而且还可以提高车辆的使用安全性和舒适性。5.2轮胎气压的匹配。轮胎气压的大小对车辆的行驶安全、动力性、经济性、舒适性、稳定性有很大的影响。气压过低：受轮胎结构的影响，压力主要集中在胎冠两侧，中间压力相对较小，增加了轮胎与地面的受力面积，整车油耗会增加，经济性下降。由于胎冠两侧的非正常磨损，缩短了轮胎的使用寿命。压力过高：压力主要集中在胎冠上，由于轮胎与地面的接触面积减小，轮胎与地面的抓地力降低，影响车辆的制动性和操纵稳定性。5.3四季胎，夏季胎、冬季胎的匹配。常说的四季胎、夏季胎和冬季胎区别在于他们所用的材料和胎面花纹不一样，因而产生的效果也不尽相同。四季胎就是全天候的，一年四季都可以使用；夏季胎、冬季胎侧重于极端天气下使用，而且其性能也极为显著。通过加速性能、制动性能、操控性能3方面试验对四季胎、夏季胎、冬季胎在各种路面下进行对比分析。轮胎的加速性能测试如下表1轮胎的制动性能测试如下表2当车辆在极限可控车速下通过双移线通道时，是对轮胎、底盘系统、转向系统、制动系统的综合评价。通过评价车辆在双移曲线中通过的最高可控稳定车速的方法来确定性能优劣。其测试如下表3通过各种路面上对冬季胎、四季胎、夏季胎的3方面的性能测试，可以看出冬季胎、夏季胎有明显的特点，而四季胎表现平平。由此可见，不同的季节使用不同的轮胎是非常必要的。在欧美国家受汽车文化和相关法规制度的影响，春、秋天，夏天，冬天用户会自觉使用四季胎、夏季胎、冬季胎。为此有些国家明确规定，在冬季汽车不更换冬季胎，车辆出现交通事故，保险公司不给于理赔，判定责任时不使用冬季胎的一方承担主要责任。随着极端天气的不断增多，适时更换冬季胎、夏季胎对汽车的行驶安全愈发凸显重要性。汽车是在不同载荷、速度、距离、路况、季节的复杂条件下使用，匹配舒适、省油、胎噪小、耐磨的轮胎是一项艰巨的工作。匹配轮胎的道路试验分为：客观测量试验、主观评价试验。①客观测量试验用客观值来量化其性能，考核方面有：制动性、动力性、经济性、操控性、NVH性能。②主观评价试验是用主观感受来评价车辆的操控性、舒适性、制动性、NVH性能。主观评价往往因为试验人员的经验、能力、习惯、身体条件等因素的不同而不同。国外很多汽车厂家都有自己的主观评价团队，是由不同层次（年龄、性别、身高、体重、学历、工作经验）的人组成，这样的团队做出的主观评价试验更具有代表性，能够满足大多数消费者的使用要求。③主客观相结合、相互补充是研制开发好产品的重要保障。主观评价试验往往能最快发现问题，客观试验则是对主观评价问题大小的量化。当客观测量与主观评价发生冲突时，要相互验证，最终确定解决方案。6轮胎的发展趋势目前，欧美等发达国家已经纷纷制定了一些法规，对轮胎的滚动阻力、湿地附着性能、安全、静音方面提出严格要求，为此各轮胎厂家都纷纷加大研发力度，开发一些独具特色的轮胎。6.1普林斯通推出可缺气行驶轮胎。可缺气行驶轮胎可以在0kpa的条件下以一定的速度行驶一定的距离。这一技术的实现，将会减少因车辆爆胎而造成的车毁人亡的惨剧。6.2米其林最近又推出静音性更高的乘用车轮胎。花纹块刚性在圆周均匀分布的“SlentRib“技术应用在轮胎上，通过控制轮胎表面花纹块的振动，使轮胎在旋转时产生很小的噪音。提高车辆的行驶舒适性。6.3美国一家科研机构研制出一种不怕炸的轮胎。利用仿生学蜂窝结构研制的轮胎保持了具有减震性能的同时最大程度的提高车轮强度。当然这种不怕炸只是在一定程度上的爆炸，不适合剧烈爆炸，不久的将来会投放军方使用。6.4当前在一些高档车上已经配备了汽车轮胎压力监视系统（TirePressureMonitoringSystem），主要是實时检测汽车行驶过程中的轮胎气压和温度，进行有效报警，可以预防爆胎引起的安全事故。7总结汽车为改善人类生活扮演重要的角色，汽车的操控性、安全性、舒适性对于驾乘人员固然重要。轮胎为汽车各种功能的实现提供重要保障。为汽车匹配合适的轮胎是工程师的职责，需要工程师丰富的经验来支撑。但是正