中央充放氣系統(tǒng)在全地形越野車上的應(yīng)用

田春娟，宋鑫

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710043）

中央充放氣系統(tǒng)在全地形越野車上的應(yīng)用

田春娟，宋鑫

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710043）

∶文章簡述了中央充放氣系統(tǒng)的概念以及發(fā)展歷程，并針對我廠自主設(shè)計開發(fā)的4*4全地形車輛布置情況進(jìn)行介紹。結(jié)合實際工況使用輪胎進(jìn)行充放氣時間計算，根據(jù)使用路況對氣壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證車輛通過性，提高工作效率。

∶中央充放氣系統(tǒng)；方案布置；充放氣時間計算

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.033

CLC NO.: U463.345Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)09-88-03

引言

汽車輪胎中央充放氣系統(tǒng)（CTIS）是一套專門為汽車在行駛中（或停駛時），能夠在駕駛室內(nèi)就能隨意完成檢測和調(diào)節(jié)輪胎氣壓的系統(tǒng)。一方面，該系統(tǒng)可使汽車在通過沙漠、灘涂、泥濘地等松軟地面及冰雪路面時，通過系統(tǒng)快速降低輪胎氣壓，增大輪胎的接地面積，提高汽車通過性。另一方面，若汽車行駛過程中輪胎被扎或者被子彈擊穿，該系統(tǒng)則能實時為輪胎充氣，使汽車順利離開危險地帶或到達(dá)目的地。

中央充放氣系統(tǒng)最早是在二戰(zhàn)時期由美國提出來的，直到20世紀(jì)80年代后，美國在CTIS研究上取得重大突破。隨著技術(shù)的日趨成熟，CTIS系統(tǒng)已經(jīng)成為各國輪式裝甲車及軍車基本配置，民用越野車也逐漸裝配該系統(tǒng)。下面將以我廠4*4沙漠全地形越野車的中央充放氣系統(tǒng)作為介紹對象，對布置及充放氣時間進(jìn)行分析。

1、CTIS系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)介紹

圖1　系統(tǒng)布置圖

該系統(tǒng)主要由氣源、電控閥組、旋轉(zhuǎn)密封氣室、車輪閥、閉鎖閥、電子控制裝置以及控制面板組成。通過手動或預(yù)置操作控制公路/越野/泥沙雪地行駛時候各車輪的額定氣壓。手動操作時駕駛員可根據(jù)胎壓讀數(shù)情況進(jìn)行胎壓的增加或者減小操作；預(yù)置操作時，駕駛員可根據(jù)路面情況選擇相應(yīng)的預(yù)置輪胎壓力，控制系統(tǒng)則根據(jù)路面情況選擇相應(yīng)的預(yù)置輪胎壓力值，控制系統(tǒng)比較當(dāng)時胎壓與預(yù)置值的差異，自動進(jìn)行充氣或者放氣，直至和預(yù)置值保持一致。車輛系統(tǒng)布置如圖1所示。

2、CTIS系統(tǒng)的主要零部件和功能

2.1操作面板（如圖2）

圖2

該裝置安裝于駕駛室內(nèi)部，通過本裝置可以方便的進(jìn)行充氣、放氣、測壓以及保壓的控制操作；還可以修改各種工況下的壓力參數(shù)。中央充放氣系統(tǒng)電器系統(tǒng)由駕駛室控制，CAN控制器及控制閥總成組成。

2.2控制器總成

采用模塊化結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)單橋、雙橋的充放氣以及測壓需求，結(jié)構(gòu)簡單，方便安裝布置以及維護(hù)。

圖3

2.3輪邊系統(tǒng)總成

此系統(tǒng)通過輪輞預(yù)留孔雨車橋上的旋轉(zhuǎn)氣室出氣孔進(jìn)行連接，出口與氣門嘴相連接。

圖4

3、車輛充放氣時間計算

根據(jù)下圖容器充氣壓力-時間特性曲線圖，我們不難看出當(dāng)容器中的壓力小于或者等于臨界壓力*p時，則最小截面處氣流的流速將保持聲速，向被充氣容器流動的氣體流量也將保持常數(shù)。充填的曲線保持線性變化（見oa線）；而當(dāng)容器內(nèi)壓力大于臨界壓力*p時，因充氣速度將降低（小于聲速），流動屬于亞聲速范圍，隨著容器內(nèi)壓力上升，流量會逐漸降低，因此從達(dá)到臨界壓力起到充氣結(jié)束，曲線（ab線為非線性變化）。

圖5　充氣時壓力-時間特性曲線

假設(shè)在充氣過程中環(huán)境溫度保持不變且氣源、管道和輪胎內(nèi)溫度不變，則充氣所需的時間為：

其中Ps——?dú)庠吹慕^對壓力(MPa)

P1——容器內(nèi)的初始絕對壓力(MPa)

τ——充氣與放氣的時間常數(shù)

式中 V——輪胎的容積（L）

S——有效截面積（mm2）

k——絕熱指數(shù)，我們一般取1.4（見機(jī)械設(shè)計手冊-5-38.1-20）

式中S0——充放氣管路截面積

α——系數(shù)，由參考文獻(xiàn)2手冊圖38.1-19可查出

圖6　放氣時壓力-時間特性曲線

輪胎放氣時的壓力——時間特性曲線如圖6所示：由圖可以看出，當(dāng)輪胎內(nèi)壓力大于臨界壓力時，放氣最小斷面處將始終保持聲速，但此聲速值隨著容器中的溫度而變化，所以放氣的流量也是變化值，曲線為非線性變化；而當(dāng)輪胎內(nèi)的壓力P

式中P1——初始絕對壓力

S=αS0p*——臨界壓力，一般取p*=1.893*0.1013 = 0.192MPa

τ——時間常數(shù)，由式1.2決定根據(jù)以上公式推理，現(xiàn)對本次設(shè)計4*4全地形車輪胎進(jìn)行充放氣時間計算，整車輸出氣源壓力保持800KPa，環(huán)境溫度25℃，整車充放氣管路內(nèi)徑為φ9mm，氣門嘴處進(jìn)氣直徑為4.5mm。為提高車輛通過型，整車標(biāo)配365/85R20越野輪胎（輪胎容積248L），具體設(shè)定參數(shù)如下：

表1

365/85-R20充氣時間計算如下：可由參考文獻(xiàn)1手冊查出α=0.15

時間常數(shù)：

輪胎充氣時間計算：輪胎初始壓力180Kpa，目標(biāo)壓力400Kpa，氣門嘴處通氣直徑4.5mm。

因此，假定在放氣過程中外界環(huán)境溫度保持不變，且不考慮輪胎在充氣過程中體積的變化，單胎放氣時間為4分28秒。

輪胎放氣時間計算：輪胎初始壓力400Kpa，目標(biāo)壓力180Kpa，氣門嘴處通氣直徑4.5mm。

按照式1.4計算放氣時間：

因此，假定在放氣過程中外界環(huán)境溫度保持不變，且不考慮輪胎在充氣過程中體積的變化，單胎放氣時間為4分28秒。

4、結(jié)束語

本文針對性的介紹了CTIS在4*4全地形車上的方案布置，并根據(jù)輪胎容積對充放氣時間進(jìn)行計算，為以后車輛在實際使用過程中自動調(diào)節(jié)胎壓提供理論依據(jù)。正確使用中央充放氣系統(tǒng)，可根據(jù)系統(tǒng)中設(shè)置的針對不同路況（公路/越野/泥沙雪地）在形式中隨時切換，并可根據(jù)需要手動設(shè)置相對應(yīng)輪胎氣壓。增加輪胎壽命延長汽車的壽命周期，能夠減輕或者避免貨物損傷提高駕駛舒適性。此外正確的使用CTIS系統(tǒng)還能夠提高車輛燃油經(jīng)濟(jì)性。CTIS提高車輛的越野機(jī)動能力，使其能夠在更多的不利道路條件下行駛。

[1] 劉惟信,汽車設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社.

[2] 《機(jī)械設(shè)計手冊》新版,機(jī)械設(shè)計手冊編委會編著.——3版.機(jī)械工業(yè)出版社,2004.8.

[3] 常明,趙玉璠,陳軍.汽車輪胎中央充放氣系統(tǒng)的發(fā)展歷程[J].汽車運(yùn)用,2004.

Application of the CTIS in the whole terrain off road vehicle

Tian Chunjuan, Song Xin
(Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710020)

This paper briefly introduces the concept and development processof the Central Tire Inflation/Deflation Off-road Vehicel, and for the indepent design and development of our plant 4*4 all terrain rehicles layout. In combination with the actual conditions, the use of tire inflation and deflation time calcuation, according to the use of road conditions to adjust the air pressure to ensure that the rehicel can be successfully passed thetest and improve work efficiently.

Central Tire Inflation/Deflation System; Scheme arrangement; Inflation/Deflation time.

∶U463.345

∶A

∶1671-7988 (2016)09-88-03

田春娟（1984—），女，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司，從事汽車零部件設(shè)計。