汽車輪胎磨損分析及安全技術(shù)展望

吳 丹 陳海軍

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530023）

隨著私家車保有量的不斷上漲，道路交通安全已經(jīng)成為大家都關(guān)注的熱門話題，由于輪胎安全問題引發(fā)的汽車道路交通事故占比很大。汽車輪胎作為提供驅(qū)動(dòng)力的部件，每天都要和粗糙的路面接觸，發(fā)生磨損是自然的事情。部分車主也認(rèn)為只要沒有到磨損極限，輪胎就不用打理無須更換。其實(shí)，輪胎的磨損反映出很多汽車在使用中的情況，可以從輪胎的磨損程度發(fā)現(xiàn)汽車隱藏的故障。

汽車輪胎的工作性能直接影響汽車的安全駕駛等情況。隨著對(duì)汽車制動(dòng)影響因素的攝入研究，發(fā)現(xiàn)汽車的輪胎花紋、輪胎結(jié)構(gòu)和輪胎的磨損程度都對(duì)汽車的制動(dòng)性能有著不同程度的影響，目前關(guān)于汽車輪胎磨損的研究一般有兩種，一是在實(shí)驗(yàn)室用試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行磨損機(jī)理研究，二是通過車輛隊(duì)列開展實(shí)車行駛試驗(yàn)。本文通過對(duì)輪胎磨損的研究，提出輪胎安全技術(shù)的展望和總結(jié)出的基地管理模式進(jìn)行論述。

1 輪胎磨損的形式及原因分析

1.1 胎冠雙肩異常磨損

如果出現(xiàn)輪胎在胎冠兩肩處磨損量異于別處（如圖1），一般是由于輪胎長期在氣壓不足或者長時(shí)間處于嚴(yán)重超載的情況下使用，這種情況下，輪胎與地面接觸的部分會(huì)比較寬，兩側(cè)與地面接觸，中間部分向上拱起（如圖2所示）。

圖1 輪胎胎肩兩側(cè)異常磨損

圖2 輪胎氣壓示意圖

長時(shí)間使用造成兩肩處超長磨損。不論是氣壓不足還是嚴(yán)重超載，都會(huì)引起輪胎的剛度下降，而且試用中也會(huì)出現(xiàn)溫度升高，加劇輪胎的磨損。這種情況下，汽車在行車過程中如有急加速或者緊急制動(dòng)，都有可能引起輪胎爆胎，危害行車安全。

應(yīng)對(duì)措施是：第一，避免超載；第二，按照車輛使用說明中的標(biāo)準(zhǔn)氣壓給輪胎充氣，同時(shí)注意季節(jié)變化，一般春秋季節(jié)，充氣氣壓等于額定氣壓，夏季略低，冬季適當(dāng)高于額定氣壓即可［1］。

1.2 輪胎胎肩一側(cè)異常磨損

輪胎有一側(cè)的胎肩嚴(yán)重磨損（如圖3），一般是駕駛粗暴，特別是轉(zhuǎn)向過急或者由于四輪定位角度調(diào)整的問題，前輪外傾角或者前束調(diào)整不當(dāng)，致使輪胎總是在滑移角度極限位置滾動(dòng)，出現(xiàn)“偏磨”。車輛出廠時(shí)對(duì)汽車的前輪外傾角和前束都有調(diào)整，但車輛在使用過程中四輪定位都有可能發(fā)生變化，只要車輪定位還在廠家的誤差范圍內(nèi)，一般可以通過四輪換位來解決較小的輪胎偏磨情況，如果發(fā)現(xiàn)輪胎嚴(yán)重偏磨，則要注意四輪定位是否正確了。

圖3 輪胎一側(cè)胎肩異常磨損

1.3 胎冠異常磨損

圖4 胎冠異常磨損

輪胎胎冠中部異常磨損（如圖4），其顯著特點(diǎn)是胎冠磨耗特別快，胎冠面幾乎被磨平，胎冠兩側(cè)磨損不明顯。其主要原因是輪胎長期在氣壓過高或者裝載量不足的條件下使用，輪胎簾線過度伸張變形，胎體彈性下降，此時(shí)汽車在行駛中負(fù)荷增加，一旦路面凹凸不平，或者遇到障礙物，爆胎的可能性非常大。且輪胎胎壓過高時(shí)輪胎與地面的接觸面積小，摩擦力不足，制動(dòng)距離也大大增加，極大影響行車安全。應(yīng)盡快調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)氣壓。

1.4 輪胎羽狀磨損

輪胎的胎面花紋凸塊及條形花紋的邊緣出現(xiàn)羽狀磨損（如圖5），主要的原因是定位錯(cuò)誤，一般是轉(zhuǎn)向輪前束過小（或過大）造成的。汽車前束保證汽車穩(wěn)定地直線行駛，使轉(zhuǎn)向輪具有自動(dòng)回正作用，即當(dāng)轉(zhuǎn)向輪在遇到外力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，在外力消失后能保證其立即自動(dòng)回到直線行駛的位置。不同的車輛前束值是不同的，前束值如果沒在規(guī)定值范圍之內(nèi)，就會(huì)造成轉(zhuǎn)向不準(zhǔn)等轉(zhuǎn)向特性變差的情形，同時(shí)會(huì)造成轉(zhuǎn)向輪非正常磨損，如果前束值偏小，則輪胎有內(nèi)測向外側(cè)呈鋸齒狀磨損，此時(shí)應(yīng)加大前束值。反之，如前束值偏大，輪胎則由外側(cè)向內(nèi)次呈鋸齒狀磨損，此時(shí)可減小前束值。一般可通過改變橫拉桿的長度來調(diào)整。

圖5 羽狀磨損

1.5 輪胎局部磨損

圖6 輪胎局部磨損 輪胎波浪狀磨損

輪胎出現(xiàn)某一部位或者幾個(gè)部位磨損明顯快于其他部位（如圖6）。造成這種情形的原因很多，比如制動(dòng)器工作不良，在剎車時(shí)別住車輪造成局部磨損；或者車輪定位不良；車輪縱向跳動(dòng)異常；駕駛粗暴，急加速急減速。此時(shí)應(yīng)調(diào)整懸掛，對(duì)車輪進(jìn)行動(dòng)平衡校準(zhǔn)，并調(diào)整輪胎、輪輞相位，避免粗暴駕駛。

1.6 輪胎波浪狀磨損

輪胎的波浪形磨損,也稱為多角形磨損,在異常磨損的同時(shí)往往伴有汽車行駛中的異常振動(dòng),究其原因主要有：①兩側(cè)的輪胎動(dòng)不平衡不良,引起雙側(cè)輪胎離心力加大,當(dāng)行駛速度越高,離心力越大。②輪胎安裝時(shí)產(chǎn)生偏心,出現(xiàn)松曠現(xiàn)象。③轉(zhuǎn)向節(jié)偏斜或傳動(dòng)軸安裝偏心。④轎車起動(dòng)過快或多次使用緊急制動(dòng)等不良駕駛習(xí)慣。⑤換位次序不良。針對(duì)這種磨損，一般需要調(diào)整輪胎動(dòng)平衡，檢查并緊固底盤各機(jī)械部件，避免粗暴的駕駛。

2 輪胎安全技術(shù)展望

輪胎技術(shù)的發(fā)展主要考慮如何提高輪胎的滾動(dòng)阻力性能、摩擦性能、磨耗性能以及安全性能。在安全技術(shù)方面主要以減少爆胎概率，控制爆胎后損失為主要發(fā)展方向［2］。

2.1 汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)TPMS

胎壓監(jiān)測系統(tǒng)簡稱TPMS，是Tire Pressure Monitoring System的縮寫，其主要部件有安裝在汽車輪胎內(nèi)的壓力傳感器、溫度傳感器、信號(hào)處理器、發(fā)射器、數(shù)字信號(hào)處理單元以及顯示器。能在汽車行進(jìn)或停放的時(shí)候，對(duì)輪胎的壓力、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，確保輪胎壓力、溫度都在可控范圍，一旦超出TMPS系統(tǒng)能發(fā)出提醒，提醒駕駛員及時(shí)檢查輪胎狀況。

胎壓監(jiān)測系統(tǒng)有兩種形式：一種是間接式，主要是通過汽車ABS系統(tǒng)的輪速傳感器的數(shù)據(jù)來比較輪胎之間轉(zhuǎn)速差別，從而判斷輪胎是否異常；另一種是直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，在輪胎里面加裝4個(gè)胎壓監(jiān)測傳感器，利用無線發(fā)射技術(shù)將各個(gè)輪胎內(nèi)部的壓力、溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到中央處理模塊，當(dāng)某個(gè)輪胎出現(xiàn)異常時(shí)就可以直接報(bào)警提醒車主。

間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)價(jià)格低廉，但無法具體指示哪一個(gè)輪胎氣壓出現(xiàn)問題，而且當(dāng)兩個(gè)或者四個(gè)輪胎同時(shí)缺氣（如車輛長期停置）時(shí)就沒法檢測出氣壓的問題。這種監(jiān)測系統(tǒng)也不能測量輪胎溫度，在更換輪胎后，系統(tǒng)還需要重新設(shè)定；直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)警示信號(hào)精確，當(dāng)輪胎壓力快速降低時(shí)（如爆胎），系統(tǒng)能立即發(fā)出警告，日常行車時(shí)也能直接檢查到每個(gè)車輪的胎壓值。但由于生產(chǎn)成本比較高，而且受電池壽命的影響，目前配備直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的車輛并不多。

由于胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）能很好地對(duì)胎壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)輪胎爆胎起到很好的預(yù)防作用，目前已經(jīng)成為中國汽車電子產(chǎn)業(yè)的研發(fā)熱點(diǎn)。而在美國、歐洲和日本，該項(xiàng)技術(shù)也已經(jīng)成為應(yīng)用相當(dāng)廣泛的輪胎安全技術(shù)。比如美國的法律要求從2007年8月起在美國銷售的所有乘用車和輕型卡車必須安裝胎壓監(jiān)測系統(tǒng)。

2.2 防爆胎

防爆輪胎學(xué)名叫“泄氣保用輪胎”，英文縮寫RSC。這樣的輪胎在出現(xiàn)壓力下降時(shí)，能立刻向駕駛者發(fā)出警告，同時(shí)能確保輪胎安全地固定在輪輞上，使輪胎繼續(xù)行駛一定的距離。這樣，車輛上不再需要放置備胎。

輪胎作為支撐車輛重量的主要部件，胎壁設(shè)計(jì)都比較厚，特別是扁平比大的輪胎，而突然的爆胎會(huì)使胎壁的瞬間崩脫，使輪胎一下子失去支撐力，導(dǎo)致車輛重心立刻發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生車輛側(cè)翻等情形。而防爆胎在輪輞凸峰中做了優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)凸峰進(jìn)行了加寬，這樣的輪輞能夠防止輪胎在壓力突然下降后脫離輪輞。同時(shí)車輪根據(jù)車輛負(fù)載情況，及時(shí)壓力降至最低的情況下，使車輛以80公里/小時(shí)的最高車速繼續(xù)行駛50～250km。

這項(xiàng)技術(shù)大大地提高了車輛使用中的安全性，同時(shí)減少備胎裝備后節(jié)約汽車的空間，減輕汽車整備質(zhì)量，也大大提高了經(jīng)濟(jì)性。不過這樣的輪胎價(jià)格不菲，一般也都在寶馬、奔馳等品牌中采用［3］。

2.3 汽車爆胎自減速裝置

即便是安裝了汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的車仍然是存在爆胎的可能性，而根據(jù)對(duì)交通事故的研究表明，駕駛員對(duì)外界信號(hào)的平均反應(yīng)時(shí)間大概是0.16s，這個(gè)反應(yīng)時(shí)間還會(huì)隨著車速的增加而增加，同時(shí)信號(hào)源的干擾或者疊加更會(huì)影響駕駛員的反應(yīng)時(shí)間，而多數(shù)爆胎引起的嚴(yán)重事故都是由于駕駛員來不及反應(yīng)或者瞬間誤操作導(dǎo)致的，那么，在爆胎發(fā)生的瞬間，如果能有汽車爆胎自減速裝置，將會(huì)大大降低嚴(yán)重交通事故的發(fā)生概率［4］。

汽車爆胎自減速裝置主要由檢測模塊、伺服模塊、制動(dòng)模塊組成，其工作原理是當(dāng)檢測模塊檢測到爆胎信號(hào)，通過無線電發(fā)射、導(dǎo)線傳送的方式傳送到伺服模塊進(jìn)行信號(hào)處理，并控制制動(dòng)模塊工作。

其技術(shù)主要利用了機(jī)電器件快速反應(yīng)特性，彌補(bǔ)人腦對(duì)外界信息反應(yīng)滯后的生理局限，在汽車爆胎遇險(xiǎn)后，人還沒有來得及做出反應(yīng)的寶貴時(shí)間里自動(dòng)制動(dòng)，使汽車減速或停車，為人們行車安全帶來極大保障。

3 結(jié)語

綜上所述，輪胎作為汽車的主要零部件，主要安全部件，同時(shí)也是主要消耗部件，對(duì)輪胎磨損的機(jī)理研究，輪胎安全問題的討論是非常有必要的，而隨著汽車輪胎結(jié)構(gòu)、材料的優(yōu)化改進(jìn)，汽車安全技術(shù)的不斷進(jìn)步，輪胎也朝著更加節(jié)能、環(huán)保和安全的方向發(fā)展。

［1］孫宏偉.汽車輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)的研制［D］.吉利大學(xué)，2005.

［2］劉雅文.綠色輪胎漸行漸近［J］.中國石油和化工，2013（10）.

［3］周相鋼.淺議汽車輪胎的保養(yǎng)及使用［J］.科技與企業(yè)，2013（5）.

［4］姚紅.對(duì)汽車主動(dòng)安全新技術(shù)的探討［J］.科技致富向?qū)В?011（18）.