汽車輪胎爆胎測試試驗(yàn)及其相關(guān)安全控制技術(shù)研究綜述

康誠 　嚴(yán)欣 　高友發(fā) 　張森

摘 要：汽車輪胎安全及其測試技術(shù)是汽車技術(shù)研究的重要方面。在對國內(nèi)外汽車輪胎安全及其技術(shù)法規(guī)的分析的基礎(chǔ)上，梳理汽車輪胎安全性能的主要指標(biāo)的試驗(yàn)方法及現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀，特別是對輪胎爆胎安全控制及其測試試驗(yàn)技術(shù)方面進(jìn)行分析，提出未來車輪胎爆胎安全控制及測試技術(shù)研究的重點(diǎn)內(nèi)容和發(fā)展方向，預(yù)測未來的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：汽車輪胎 安全性能 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn) 爆胎輪胎

因輪胎的安全問題導(dǎo)致的交通事故長期存在，2018年公安部交管局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，機(jī)動(dòng)車僅因輪胎爆胎原因發(fā)生事故數(shù)量就有185起，死亡65人，322人受傷[1]。輪胎爆胎原因分析受多種因素的影響，確定輪胎爆胎原因成為一個(gè)復(fù)雜的難題。不僅需要對于事故車輛運(yùn)動(dòng)過程、事故道路路面情況進(jìn)行分析，而且還需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全方位、有條理、系統(tǒng)的檢測，這樣才能得出準(zhǔn)確的判斷結(jié)論[2]。汽車輪胎與地面直接接觸，它不但，承載了汽車全部重量，而且在行駛過程中，汽車與地面之間的各種力也都作用在輪胎上。其隨載能力、抓地能力、耐磨性、耐久性、耐蝕性等等性能要求，對于汽車行駛的安全性、能量使用的經(jīng)濟(jì)性、駕乘的舒適性等都常重要。自輪胎發(fā)明以來，除了在輪胎的設(shè)計(jì)制造方面是輪胎技術(shù)研究的主要內(nèi)容之外，輪胎的測試技術(shù)也是隨著輪胎技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。所以與輪胎相關(guān)的汽車安全控制及測試技術(shù)一直是汽車技術(shù)研究的重要內(nèi)容。

1 國內(nèi)外汽車輪胎安全標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)法規(guī)分析

1.1 汽車輪胎安全標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)法規(guī)簡介

介于輪胎對于汽車制造及安全使用的極端重要性，隨著輪胎工業(yè)的不斷不展，世界各國相繼制定了汽車輪胎安全標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)法規(guī)。

美國2007年9月1日制定實(shí)施了第139號(hào)聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn) （FMVSS NO.139）《輕型車輛用子午線輪胎》，以及另外兩個(gè)安全標(biāo)準(zhǔn)：分別是FMVSS NO.109《新充氣斜交輪胎和某些特殊輪胎》以及FMVSS NO.119《車輛總重4536kg（10000磅）以上的機(jī)動(dòng)車輛用新充氣輪胎和摩托車輪胎》。歐盟也制定了汽車輪胎的一系列相關(guān)法規(guī)，如ECE30《關(guān)于批準(zhǔn)乘用車用充氣輪胎的統(tǒng)一規(guī)定》、ECE54《關(guān)于批準(zhǔn)商業(yè)車輛及其拖車用充氣輪胎的統(tǒng)一規(guī)定》），國際標(biāo)準(zhǔn)化組織也制定了ISO國際標(biāo)準(zhǔn)，如ISO 10191《轎車輪胎室內(nèi)性能試驗(yàn)方法》、 ISO 10454《載重汽車輪胎室內(nèi)性能試驗(yàn)方法》）。其他國家日本、印度等國也相繼制定了有關(guān)輪胎的標(biāo)準(zhǔn)。

我國轎車輪胎和載重汽車輪胎性能檢測方法國家標(biāo)準(zhǔn)的修訂，在采用國際標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，參考了美國、歐洲、日本等國的技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，試驗(yàn)方法基本等效，只是對某些試驗(yàn)條件略作修改，以滿足國內(nèi)的需要[3]、[4]。主要借鑒了美國的安全標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)參考了歐盟的法規(guī)極國際標(biāo)準(zhǔn)。主要有GB 9743—2015《轎車輪胎》和GB 9744—2015《載重汽車輪胎》。另外還有GB/T 2978—2014《轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》和GB/T 2977—2016《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》兩項(xiàng)產(chǎn)品系列標(biāo)準(zhǔn)及GB/T 4502—2016《轎車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》和GB/T 4501—2016《載重汽車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》兩項(xiàng)方法標(biāo)準(zhǔn)雖然屬于推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)，但是被GB 9743—2015《轎車輪胎》和GB 9744—2015《載重汽車輪胎》強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)所引用。我國轎車輪胎及載重汽車輪胎的性能要求在某些規(guī)定上甚至還高于國際標(biāo)準(zhǔn)及國外技術(shù)法規(guī)的要求。

1.2 輪胎性能檢測標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容

以轎車輪胎性能檢測標(biāo)準(zhǔn)為例。相關(guān)檢測包括強(qiáng)度性能試驗(yàn)、無內(nèi)胎輪胎脫圈試驗(yàn)、高速性能試驗(yàn)、耐久性能試驗(yàn)以及低氣壓性能試驗(yàn)等內(nèi)容。（見表1）

從以上有關(guān)輪胎標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)及其具體內(nèi)容可以看出，目前汽車輪胎的生產(chǎn)、使用雖然有了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，但仍有不全面之處。比如目前僅有室內(nèi)試驗(yàn)方法，還沒有室外試驗(yàn)方法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，另外從試驗(yàn)的內(nèi)容上來說，試驗(yàn)項(xiàng)目仍有需要補(bǔ)充之處，或者說輪胎產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造及使用的其他標(biāo)準(zhǔn)、整車試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)中，涉及到輪胎試驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容需要在輪胎標(biāo)準(zhǔn)中體現(xiàn)。如抓地性能試驗(yàn)、耐磨性能試驗(yàn)，耐熱性性能試驗(yàn)等內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求。特別是對爆胎檢測試驗(yàn)方面，由于當(dāng)前仍處于研究階段，所以相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)還處于缺失狀態(tài)。

2 汽車輪胎安全及檢測試驗(yàn)技術(shù)研究進(jìn)展

2.1 汽車輪胎性能檢測研究進(jìn)展

本世紀(jì)以來，圍繞汽車輪胎安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和性能檢測要求，關(guān)于輪胎各性能指標(biāo)的檢測方法的研究成果較多，2000年以來僅知網(wǎng)收錄的有關(guān)輪胎檢測的文獻(xiàn)近千篇，論文主要圍繞輪胎的性能指標(biāo)研究各種檢測方法、裝備等。如文獻(xiàn)[5]、[6]即對汽車輪胎壓力智能檢測、輪胎平衡機(jī)對輪胎進(jìn)行動(dòng)平衡測試展開研究。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的不深入，特別是人工智能、各種新傳感技術(shù)在輪胎檢測試驗(yàn)中的應(yīng)用，使得輪胎的檢測方法、檢測精度越來越先進(jìn)、越來越可靠，同時(shí)也從某種程度上也推動(dòng)了輪胎制造水平的提高、汽車安全評價(jià)的科學(xué)性。關(guān)于輪胎性能相關(guān)的參數(shù)檢測方法、檢測裝備方面的研究未來仍舊是重要內(nèi)容。

2.2 爆胎安全控制研究進(jìn)展

近年來，關(guān)于對爆胎的預(yù)防和爆胎后的應(yīng)對措施的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)內(nèi)容。以下將從輪胎的安全檢測、防爆輪胎的研制、爆胎安全控制研究、爆胎試驗(yàn)技術(shù)及法規(guī)研制四個(gè)方面展開論述。

爆胎，是指充氣輪胎在極短時(shí)間內(nèi)（一般約0.1s左右），胎體突然破裂而失去充氣輪胎中所充氣體的狀況，是充氣輪胎的一種非正?？焖偈?。爆胎是汽車常見的行駛故障，高溫、超速、超載、不適當(dāng)?shù)奶旱榷紩?huì)引起爆胎。爆胎后，會(huì)出現(xiàn)明顯的橫擺、偏航，甚至是甩尾、激轉(zhuǎn)等。由于心理緊張、駕駛經(jīng)驗(yàn)不足等原因，駕駛員很難及時(shí)做出準(zhǔn)確有效的反應(yīng)，而且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)過度操作甚至是錯(cuò)誤操作，嚴(yán)重威脅著駕乘人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全。最近幾年在高速公路交通事故中，由于輪胎引起的事故占有大約46%，其中70%以上的事故是由于爆胎引起的。為了減少因爆胎而引起的交通事故，對于汽車爆胎檢測研究是十分必要的。

1）輪胎的安全檢測

由于爆胎經(jīng)常會(huì)引發(fā)一系列惡性事故，各大汽車廠商都采取了相應(yīng)的措施，比如胎壓在線監(jiān)測系統(tǒng)（Tire Pressure Monitoring System， TPMS）、防爆輪胎等，希望通過對輪胎的監(jiān)測預(yù)警和結(jié)構(gòu)的改善減少或避免爆胎的發(fā)生，但這都屬于爆胎前的預(yù)防措施，并不具備主動(dòng)控制爆胎車輛的能力。而由于爆胎的危險(xiǎn)性，且輪胎破裂的形式、位置、程度各異，相關(guān)實(shí)驗(yàn)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，依然停留在理論研究階段，現(xiàn)階段很難實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用[7]。

2）防爆輪胎的研制

鑒于爆胎的危險(xiǎn)性，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行大量工作，取得了很大的進(jìn)展，主要集中在爆胎輪胎、爆胎汽車動(dòng)力學(xué)響應(yīng)以及主動(dòng)控制等方面。為提高充氣輪胎的各項(xiàng)性能，現(xiàn)已研發(fā)多種基于充氣輪胎結(jié)構(gòu)的安全輪胎，也稱之為零胎壓續(xù)行輪胎，也就是人們熟知的防爆輪胎[8]。

3）爆胎安全控制研究

另外一個(gè)研究的熱點(diǎn)是當(dāng)爆胎發(fā)生后的汽車安全控制問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了許多爆胎車輛控制策略、方法的研究，但這方面的技術(shù)仍然需要進(jìn)一步完善，在今后一段時(shí)期內(nèi)仍將是重點(diǎn)研究的內(nèi)容[9]、[10]。

4）爆胎試驗(yàn)技術(shù)及法規(guī)研制

關(guān)于爆胎試驗(yàn)技術(shù)、裝備的研究及相應(yīng)法規(guī)的研究也尤為迫切，如現(xiàn)有的試驗(yàn)場爆胎設(shè)備也是基于相關(guān)法規(guī)要求的基礎(chǔ)上研發(fā)爆胎測試或者相關(guān)駕駛培訓(xùn)，大多數(shù)采取充放氣形式，在輪轂上安裝若干根由電磁閥控制的氣管，通過控制電磁閥，利用氣管對輪胎充氣或者放氣，其爆胎放氣的速度取決于在輪轂上打孔的尺寸與數(shù)量，放氣速度快也就意味著輪轂上的孔大且多，嚴(yán)重影響測試與培訓(xùn)過程的安全，難以滿足爆胎放氣的時(shí)間要求，無法對前輪和后輪獨(dú)立測試，無法靈活地滿足不同測試要求。急需開展爆胎試驗(yàn)技術(shù)的研究及裝備的研發(fā)。同時(shí)相關(guān)的試驗(yàn)法規(guī)也需要進(jìn)行研制，爆胎試驗(yàn)技術(shù)將沒有統(tǒng)一的規(guī)范，將使試驗(yàn)結(jié)果難以比——帶來不必要的混亂。

3 結(jié)語

綜上所述，輪胎的安全是汽車安全的重要方面，其檢測試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)需要進(jìn)一地步完善，安全耐用的輪胎是輪胎設(shè)計(jì)制造長遠(yuǎn)課題，輪胎室內(nèi)、場地在行駛中的在線檢測、試驗(yàn)技術(shù)也需要不斷發(fā)展和完善，特別是輪胎發(fā)生問題，如行駛中的爆胎發(fā)生后，汽車控制研究需要更加深入，提出應(yīng)對的策略及在汽車控制措施并加以應(yīng)用，這樣從多方面保障，才能進(jìn)一步提高汽車的安全性。

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