汽車爆胎應急安全裝置標準及試驗方法研究

汪祖國 劉勇 邱冉冉 李洋

摘要：汽車爆胎應急安全技術(shù)直接關(guān)系到行車安全，國內(nèi)已制定了一些相關(guān)的國家及行業(yè)標準，但目前在相關(guān)評價標準、試驗方法以及檢測實施方面均存在一定的缺陷或不足。本文針對上述問題進行了研究并分別提出了對應解決方案，相關(guān)解決方案被有效應用到國家及行業(yè)標準的制修訂當中;同時對比分析了多種爆胎模擬方法并經(jīng)試驗驗證，探索出一種行車狀態(tài)有線控制炸藥爆胎模擬方法，可起到與道路行駛車輛實際爆胎相同的模擬效果。文章內(nèi)容對促進國內(nèi)相關(guān)標準的制修訂，規(guī)范行業(yè)檢測實施都有良好效果，并將間接提高汽車爆胎應急安全性能水平。

關(guān)鍵詞：爆胎應急安全裝置;爆胎模擬;泄氣時間

中圖分類號：u467.1+1 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2020）04-0043-07

汪祖國

畢業(yè)于吉林工業(yè)大學，獲學士學位，2006年9月獲上海交通大學工程碩士學位，現(xiàn)就職于國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（襄陽），主要從事整車檢測及相關(guān)標準法規(guī)研究工作，受聘擔任全國警用裝備標準術(shù)委員會委員和全國汽標委客分委會委員。

當前高速公路交通事故頻發(fā)，據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)高速公路發(fā)生的交通事故超過32%由爆胎引起，其中重大交通事故約占70%，造成重大人員傷亡及財產(chǎn)損失。國內(nèi)外也一直致力于汽車爆胎應急安全技術(shù)的研究與應用。因此，我國汽車及交通行業(yè)主管部門對汽車爆胎引起的安全事故尤為重視，近年來不斷推進車輛爆胎應急安全裝置的技術(shù)研究及標準制定工作，相關(guān)領域的產(chǎn)品和技術(shù)水平也得到快速發(fā)展和提升。

目前市場上常見的爆胎應急安全技術(shù)方案主要有以下幾種：1、采用特制的防爆輪胎：如泄氣保用輪胎（即RSC輪胎，胎壁進行了加強設計，失壓后可以靠胎壁支撐行駛）、實心輪胎、蜂巢輪胎等;2、在普通車輪中安裝爆胎應急安全裝置：典型結(jié)構(gòu)含以下兩種，一種是安裝于輪輞凹槽上的環(huán)形支撐體裝置（爆胎后可行駛里程較長，主要用于軍警等特種車輛），另一種是安裝于輪輞凹槽上的環(huán)帶結(jié)構(gòu)裝置（爆胎時阻止輪胎脫圈，避免輪輞接地）;3、爆胎監(jiān)測與安全控制系統(tǒng)（BMBS）等電控系統(tǒng)：爆胎時自動漸進制動，與ABS和EBD等相結(jié)合，通過調(diào)節(jié)各車輪制動力，防止車輪長時間抱死，避免跑偏、側(cè)滑和甩尾。

上述幾種技術(shù)方案中，在普通車輪中安裝的環(huán)帶結(jié)構(gòu)爆胎應急安全裝置由于具備結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，成本相對較低的特點，近幾年得到市場的普遍認可及推廣應用，特別是在營運車輛上的應用更是得到汽車及交通行業(yè)主管部門的重點支持，自2010年以來先后制定了JT/T 782《營運客車爆胎應急安全裝置技術(shù)要求》、JT/T 1178.1《營運貨車安全技術(shù)條件第1部分：載貨汽車》嘲等標準，對爆胎應急安全裝置在不同車輛上的安裝以及性能要求進行了規(guī)定，相關(guān)產(chǎn)品及標準經(jīng)過近十年的使用也暴露出一些問題和不足，本文旨在通過對相關(guān)試驗方法及標準的研究，有針對性地提出解決方案，進而促進汽車爆胎應急安全性能的提高。

1現(xiàn)行標準及存在問題

1.1我國現(xiàn)行評價、試驗標準

雖然爆胎應急安全技術(shù)最早起源于國外，但目前國際上尚未針對汽車爆胎應急安全裝置制定相關(guān)標準，而國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品應用發(fā)展迅猛，自2010年以來已制定了一系列相關(guān)標準，具體內(nèi)容見表1。

1.2現(xiàn)行標準存在問題

1.2.1 GB 7258-2017《機動車運行安全技術(shù)條件》

強制性國家標準GB 7258-2017《機動車運行安全技術(shù)條件》已發(fā)布并實施，標準規(guī)定了部分車型須安裝輪胎爆胎應急防護裝置的要求，但對該裝置目前缺乏相應的試驗及評價標準。

1.2.2 JT/T 782-2010《營運客車爆胎應急安全裝置技術(shù)要求》

JT/T 782-2010《營運客車爆胎應急安全裝置技術(shù)要求》標準于2010年發(fā)布并實施，標準在近8年的實施過程中有效促進了汽車爆胎應急安全裝置的應用與技術(shù)進步，為營運客車的爆胎應急安全提供了有力保障，大量的試驗經(jīng)驗總結(jié)也暴露出原標準存在的一些不足之處，主要包括以下幾個方面：

（a）標準適用范圍僅針對營運客車，而交通部標準JT/T 1178.1-2018附錄A對營運貨車爆胎應急安全裝置制定了相應的技術(shù)要求和試驗方法，二者均是針對汽車爆胎應急安全裝置的標準，但在試驗方法上存在較大差異，有必要進行協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

（b）現(xiàn)有標準主要針對爆胎應急安全裝置的裝車性能要求，未對其自身強度、耐久性等提出具體要求，不能滿足實際使用需求，存在一定的安全隱患。

（e）爆胎后轉(zhuǎn)向性能試驗方法不能客觀反映安全裝置在爆胎后是否能有效維持汽車轉(zhuǎn)向功能。

（d）爆胎后制動性能試驗方法僅針對直線爆胎場景，不能滿足實際路況中彎道爆胎應急安全的要求，同時爆胎后制動初速度較低，不能滿足實際道路爆胎后駕駛?cè)藛T進行高速緊急制動時的安全要求。

（e）爆胎后續(xù)駛里程等各裝車性能試驗缺乏對試驗截止里程時安全裝置的狀態(tài)要求，易導致結(jié)果判定不統(tǒng)一，且易發(fā)生試驗結(jié)果判定合格，實際應用存在安全隱患的情況。

（f）爆胎模擬條件缺乏統(tǒng)一規(guī)定，試驗結(jié)果差異過大，且不能反映真實的爆胎狀況。

（g）具體試驗方法規(guī)定不夠具體細化，不同人員試驗操作方法不統(tǒng)一。

2應對措施

針對上述問題，在參考業(yè)內(nèi)專業(yè)人員建議基礎上提出以下解決方案：

2.1國標制定

制定關(guān)于汽車爆胎應急安全裝置I生能要求及試驗方法的國家標準，為了便于實施和操作，相關(guān)標準內(nèi)容與現(xiàn)行行業(yè)標準在試驗方法上務須協(xié)調(diào)一致，目前國家標準委已同意該標準的制定立項，并全面開展工作。

2.2 JT/T782-201 0主要修訂內(nèi)容

2.2.1 JT/T 782-2010僅適用于營運客車，JT/T1178.1-2018附錄A針對對營運貨車，二者均是針對汽車爆胎應急安全裝置的標準，理論上汽車爆胎應急安全裝置在客車及貨車上的應用及要求沒有本質(zhì)區(qū)別，因此將二者整合修訂為一個標準，適用于所有營運車輛，將更利于行業(yè)規(guī)范管理及汽車爆胎應急安全裝置的安全應用。

2.2.2結(jié)合爆胎應急安全裝置的實際使用環(huán)境、工況以及在實際裝車使用過程中發(fā)現(xiàn)的具體問題，有針對性地增加爆胎應急安全裝置的高低溫、耐鹽霧、機械振動以及耐久性能方面的要求，確保爆胎應急安全裝置裝車后在復雜環(huán)境條件下的實際使用效果。

2.2.3修改爆胎前后轉(zhuǎn)向力增量的評價指標，將原來的不超過爆胎前的120%修訂為不增加50N。主要原因：經(jīng)大量驗證試驗發(fā)現(xiàn)，原標準中規(guī)定的相對增量對于一定數(shù)量的車型來說難以滿足，而且車輛在安裝不同爆胎應急安全裝置且裝置有效的情況下，爆胎時該增量的大小主要取決于車輛本身結(jié)構(gòu)和性能，與爆胎應急安全裝置關(guān)系很小。另外由于當前汽車基本都安裝有轉(zhuǎn)向助力裝置，不同類型的車輛其轉(zhuǎn)向力大小跟車輛類型劃分（M2、M3、N1、N2、N3）已沒有明顯的對應關(guān)系，因此爆胎后轉(zhuǎn)向力增量的大小應主要考慮不發(fā)生劇變且駕駛員能夠控制，試驗表明：各種類型車輛均可滿足50 N的限值要求且一般駕駛員對50N范圍內(nèi)的增量均能有效操控。

另外修改爆胎后轉(zhuǎn)向性能要求及評價指標并對相應試驗方法進行修訂，主要原因：原標準評價指標基于車輛在低速轉(zhuǎn)彎行駛時（10 km/h左右）進行評價，而爆胎應急安全裝置的作用原理是在汽車高速爆胎時能夠保證汽車制動和轉(zhuǎn)向功能穩(wěn)定有效，因此原有評價指標不能有效評價車輛在實際行駛過程中爆胎時應急安全裝置的作用效果，結(jié)合當前我國高速公路限速以及運管部門對營運車輛的限速規(guī)定，建議提高試驗車速要求。另外GB/T6323中規(guī)定的蛇形行駛試驗方法能夠很好的反映汽車在中高速行駛時的轉(zhuǎn)向性能，因此建議直接引入相應蛇形行駛試驗的相關(guān)內(nèi)容（行駛軌跡、車速、標樁間距等）。由此可通過爆胎后較高車速蛇形行駛試驗確保車輛爆胎后的轉(zhuǎn)向性能。

2.2.4增加彎道爆胎試驗要求及爆胎前后轉(zhuǎn)向力增量的評價指標，主要原因：由于車輛在實際行駛過程中爆胎既可能在直道發(fā)生也可能在彎道發(fā)生，而彎道發(fā)生爆胎時的危險程度更高，因此為了驗證爆胎應急安全裝置在彎道爆胎時的作用效果，有必要增加彎道爆胎試驗項目的相關(guān)規(guī)定。

另外將原標準規(guī)定的“應符合GB7258-2004之7.13.1.1相關(guān)要求”修訂為按照發(fā)動機結(jié)合的0型試驗進行評價，提高試驗車速，制動距離評價指標采用GBl2676-2014中的限值公式，限值相比正常車況的要求僅寬松了5%，以確保爆胎后的制動性能。主要原因：實踐證明，汽車在實際行駛過程中發(fā)生爆胎，通常是在高速狀態(tài)下才會發(fā)生大的交通事故，由于爆胎后多數(shù)駕駛員的應急反應都是進行緊急制動，因此在高速狀態(tài)下進行爆胎后的發(fā)動機結(jié)合的0型試驗最能反映爆胎應急安全裝置在爆胎時的安全防護性能。

2.2.5在爆胎后性能試驗項目中考慮爆胎應急安全裝置的失效情況，主要原因：原標準僅對車輛制動性能、轉(zhuǎn)向性能以及可控行駛距離等提出了要求，但未對爆胎應急安全裝置本身進行要求，存在下述風險：車輛在試驗過程中爆胎應急安全裝置已經(jīng)發(fā)生了明顯變形、松脫、開裂或斷裂等失效現(xiàn)象，而整車的相關(guān)性能試驗結(jié)果仍可能符合標準要求，但車輛在實際使用過程中如發(fā)生爆胎卻有可能因為安全裝置失效導致不能起到防護作用。

2.2.6增加輪胎爆胎模擬要求（包括泄氣時間、模擬裝置、模擬效果）。主要原因：只有在模擬爆胎效果盡可能接近真實爆胎情況下進行相關(guān)試驗，才能客觀反映車輛在實際行駛過程中爆胎時爆胎應急安全裝置的防護效果，也只有對爆胎模擬進行統(tǒng)一規(guī)定才能盡可能保證試驗結(jié)果的一致性。因此在制定具體要求時主要應基于以下幾個方面的考慮：

（a）泄氣時間作為表征爆胎效果的一項特征參量，必須滿足，具體數(shù)值可直接引用現(xiàn)有標準GB/T 30513-2014《乘用車爆胎監(jiān)測及控制系統(tǒng)技術(shù)要求和試驗方法》，并經(jīng)試驗驗證。

（b）用于模擬爆胎的方式方法各異，如果安裝在車輪上，模擬裝置勢必對車輪的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量、輪胎動平衡等產(chǎn)生影響，進而影響試驗結(jié)果，因此必須通過一定指標進行限制，對裝置的質(zhì)量進行限制是最簡單有效的方法，基于工程實踐中對5%以內(nèi)的影響通?？梢院雎缘目紤]，建議規(guī)定其質(zhì)量不應超過車輪質(zhì)量的5%;

（c）大量的爆胎事故表明，實際車輛發(fā)生爆胎時，多數(shù)情況均為在輪胎側(cè)壁產(chǎn)生比較大的裂口或孔洞，理論和多次驗證試驗結(jié)果均可證明，當輪胎側(cè)壁存在較大裂口時輪胎強度與通過放氣失壓的完整輪胎存在很大差異，對相關(guān)項目的試驗結(jié)果影響很大，因此為了確保模擬爆胎效果盡可能接近真實爆胎情況、保證試驗方法的統(tǒng)一性以及試驗結(jié)果的一致性，需要增加爆胎模擬須形成一定尺寸的孔洞或裂口方面的要求，具體尺寸的規(guī)定依據(jù)對不同規(guī)格輪胎采取炸藥爆胎時測量的泄氣時間、裂口及孔洞尺寸情況分析確定。

（d）另外對于本標準中提及的爆胎應急安全裝置，現(xiàn)有產(chǎn)品其作用原理主要基于爆胎時阻止輪胎胎圈脫離輪輞，如果爆胎時胎圈撕裂，現(xiàn)有產(chǎn)品將不能有效起到爆胎防護的作用，因此對于模擬爆胎效果需增加“不應造成輪胎胎圈撕裂”的限定。

2.2.7對試驗質(zhì)量及載荷分布進行明確，增加試驗順序以及試驗可控行駛距離試驗應與爆胎后的直線制動試驗結(jié)合在一起進行的內(nèi)容。主要原因：原標準對試驗質(zhì)量及載荷分布、以及爆胎后可控行駛距離試驗方法規(guī)定不具體，特別是針對行駛車速以及輪胎爆胎狀態(tài)，試驗過程沒有明確要求，試驗操作不統(tǒng)一，對試驗結(jié)果的影響很大，且不能客觀反映實際爆胎過程中對可控行駛距離的需求。汽車實際行駛過程中發(fā)生爆胎，通常駕駛員的應急反應是進行緊急制動，待車速降低后再靠邊停車，整個過程如能順利完成則爆胎后的安全防護有效，因此，本標準在可控行駛距離試驗中應明確與爆胎后的直線制動試驗結(jié)合在一起進行。相關(guān)內(nèi)容根據(jù)大量試驗經(jīng)驗總結(jié)確定，便于檢測人員統(tǒng)一操作和試驗結(jié)果的一致性細化試驗方法，增強標準的可操作性。

上述解決方案經(jīng)過零部件臺架及整車裝車驗證試驗并修改完善，目前均已得到行業(yè)普遍認可，預計很快將會體現(xiàn)在新的國家標準及行業(yè)標準中。

3爆胎模擬方法

為了檢測和評價汽車爆胎后的各項性能，在汽車行駛過程中模擬汽車輪胎發(fā)生爆胎是一項必不可少的工作，本文第2.2條的第6點已經(jīng)建議增加輪胎爆胎模擬要求（包括泄氣時間、模擬裝置、模擬效果），但具體采取什么方式進行爆胎模擬才能達到實際爆胎的效果呢，我們對各種不同的爆胎模擬進行了驗證試驗和對比分析。

目前已應用到爆胎檢測實踐當中的爆胎模擬方式主要有表2中列出的幾種方式。

為了確定合適的爆胎模擬方式，對上述幾種典型爆胎模擬方式根據(jù)實際試驗情況以及試驗工作重點關(guān)心的維度進行對比，表3列出了具體對比結(jié)果。

根據(jù)表3的對比情況可以得出結(jié)論：炸藥爆破模擬方法具有較好的綜合性能，特別是在爆胎模擬效果方面具有顯著優(yōu)勢，因此為了更加直觀且客觀地評價安全裝置或系統(tǒng)的性能水平，目前推薦采用炸藥爆破模擬方法。當然我們也期望未來開發(fā)出可以達到炸藥爆破模擬效果的機械式模擬方法，相關(guān)研究工作行業(yè)內(nèi)也在不斷進行當中。

針對炸藥爆破模擬方法，為了更全面的了解爆胎效果，掌握爆胎后泄氣時間的變化情況，進而統(tǒng)一確定易于操作的爆胎模擬要求，根據(jù)現(xiàn)有載重車輛輪胎規(guī)格系列標準，以輪胎斷面寬度為主要特征參數(shù)選取了245/70R19.5及12R22.5兩種規(guī)格尺寸的輪胎進行炸藥爆胎模擬試驗，通過調(diào)節(jié)炸藥當量進行多次測試，觀測爆胎破口形態(tài)、尺寸同時測量爆胎時輪胎氣壓的時域變化曲線。相關(guān)試驗結(jié)果見表4：

通過爆破模擬試驗可以看出爆胎后的破口形態(tài)主要表現(xiàn)為裂口或孔洞，輪胎泄氣時間與裂口長度或孔徑強相關(guān)，裂口長度或孔徑越大，泄氣時間越短，由于實際爆胎狀況本身千差萬別，炸藥模擬爆破也很難對破口尺寸及形態(tài)實現(xiàn)精準控制。為了既達到瞬間失壓又在胎側(cè)產(chǎn)生裂口或孔洞的實際爆胎狀態(tài)，同時又易于操作，在結(jié)合上述試驗結(jié)果并綜合考慮多種因素的情況下提出了針對2.2條的第6點所述問題的具體解決方案，亦即：模擬爆胎應通過破壞胎體并在胎側(cè)產(chǎn)生一處孔洞或裂口實現(xiàn)，爆胎模擬過程中輪胎氣壓從正常狀態(tài)降至當前環(huán)境氣壓時的時間應≤0.75 s（該值取自已發(fā)布標準GB/T 30513-2014）。如果模擬爆胎時胎側(cè)裂口或孔洞達到一定尺寸：對斷面寬度≤245 mm的輪胎，胎側(cè)裂口長度或孔洞孔徑≥50 mm，對斷面寬度>245 mm的輪胎，胎側(cè)裂口長度或孔徑≥80 mm，則可視為滿足要求。同時要求安裝在輪胎上的爆胎用模擬裝置，其質(zhì)量不應超過車輪質(zhì)量的5%。

在試驗過程中與專業(yè)爆破公司合作提出了一種有線控制車輪爆胎模擬方法，可以實現(xiàn)汽車行駛過程中任意時刻的爆胎模擬，并通過炸藥劑量的調(diào)節(jié)控制爆胎時輪胎裂口或孔洞尺寸的大小，以確保泄氣時間滿足規(guī)定的限值要求。該方法已通過大量的整車試驗驗證，目前在汽車檢測行業(yè)公認為最有效的爆胎模擬方法，圖1是裝車驗證試驗圖例。

4結(jié)語

汽車爆胎應急安全技術(shù)直接關(guān)系到行車安全，本文對相關(guān)汽車爆胎應急安全裝置試驗的標準、方法以及在實施過程中存在主要問題進行了闡述并提出了相應解決方案，目前相關(guān)解決方案已得到汽車行業(yè)標準化主管部門及汽車行業(yè)技術(shù)專家的一致認可，并在相關(guān)國家標準制定以及行業(yè)標準JT/T 782-2010的修訂中得到采納，相信隨著相關(guān)國家及行業(yè)標準的發(fā)布實施，必然會對汽車爆胎應急安全性能的提高起到良好的促進作用，進而提升我國的汽車爆胎應急安全水平。