文_宋喜秀

車輪之論

文_宋喜秀

心心相印的軸心，滾滾向前的車輪，凝聚了向心力，跳動著平衡心，滾動著循環(huán)論。汽車車輪的生態(tài)方式，處處蘊藏著理論的智慧。

從汽車構造的角度而言，車輪是汽車行駛系統(tǒng)的執(zhí)行部件；從科技進程來講，車輪是見證社會進步的文明使者。由于技術上的歷史悠久和工藝上的爐火純青，獨特鮮明的車輪構造模式在經(jīng)營和管理領域具有深刻而廣泛的意義。

1 中心論

汽車所有車輪的軸線如何在轉向瞬間指向同一個圓心呢？1817年，德國人林肯斯潘杰(Len Ken Sperger)發(fā)明了轉向梯形機構，并將在英國獲得的專利權轉讓給了阿克曼(Ru-dolph Ackerman)。整個轉向過程中全部車輪圍繞同一瞬時中心相對于地面作圓周滾動的理想特性。依據(jù)阿克曼轉向公式設計的車輛，沿著彎道轉彎時，所有轉向輪的各瞬間轉軸都能在整個轉向范圍內(nèi)交會于一個共同的瞬時轉向中心，使得車輪做純滾動運動無磨損，車輛也可以順暢地轉彎。1857年，英國的達吉恩蒸汽汽車(Dudgeon Steamer)首次采用了轉向盤轉向技術，由轉向梯形轉向盤，以及包含各種控制方式的轉向器等裝置共同構成了汽車的轉向系統(tǒng)。

1.1 萬軸一心

隨著物流業(yè)的發(fā)展，越來越多的大型貨物及裝備迫切需要特種超長型列車來滿足需求。但是掛車簡單加長以后，汽車列車的彎道通過性受到嚴重影響。所以，對重型車輛全輪轉向技術的研究成為關鍵。通常，用牽引車帶動機械液壓轉向系統(tǒng)，配合液壓隨動機制，牽引車與掛車聯(lián)動轉向，就能實現(xiàn)全輪轉向。

以法國尼古拉斯(Nicolas)和德國歌德浩夫(Goldhofer)為代表的多軸液壓掛車產(chǎn)品為例，沿車架兩側縱向布置2列能夠獨立轉向的輪軸，每個輪軸安裝2或4只輪胎。半掛車全輪轉向系統(tǒng)通常由轉向油缸、第一拉桿、轉向拉桿、轉向控制臂(板)以及與輪軸剛化連接的懸架轉臂等多種結構構成。轉向時通過鵝頸的轉向油缸組驅(qū)動第一拉桿，再由轉向拉桿及轉向控制臂來驅(qū)動各個懸架轉臂，從而實現(xiàn)轉向指令從牽引車向各個車輪傳遞。轉向控制臂(板)每變換一個位置，不同的輪軸就會得到一個不同的車輪轉角，以保障所有的車輪都按照需要的轉角進行偏轉。全掛車則由牽引桿通過轉向架推拉第一拉桿及以后的轉向桿系完成全輪轉向的(圖3)。

經(jīng)歷了近200年的發(fā)展，以“萬軸一心”的生動表現(xiàn)，閃耀著車輛轉向無側滑的理論光輝。

1.2 轉向順暢

在汽車誕生的初期，車輛轉向操縱是仿照自行車的轉向方式，即用一個操縱桿或手柄直接操縱前輪轉向。幾乎每輛自行車的車把軸都不是與地面完全垂直的，而是后傾的。由于前輪固定在車把的前叉上，因此又叫前叉后傾。前叉后傾結構(圖5)能夠使車輪在顛簸不平的路面上所受彈力T分解為前叉吸收的分彈力F和驅(qū)動車輪滾滾向前的推力P。顯而易見，前叉后傾角γ越大，兩個分力越大，高速狀態(tài)下的轉向靈活性越高，但低速狀態(tài)下的轉向穩(wěn)定性越差。因此，前叉后傾角取值要兼顧不同狀態(tài)的不同要求。

與自行車前叉后傾的轉向機制相仿，汽車裝配時車輪主銷也必須向后傾斜一定的角度。車輪與車架、車橋、轉向節(jié)之間的相對位置要求，叫做轉向車輪定位，也稱前輪定位，包括主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪外傾角和前輪前束4個參數(shù)。對后輪來說也同樣存在與后軸之間安裝的相對位置，稱后輪定位。后輪定位包括車輪外傾角和后輪前束。前輪定位和后輪定位總起來說叫四輪定位。

車輪定位后，汽車可以輕松地直線行駛和輕松轉向，輪胎和轉向機件的磨損大大降低。當然，車輛使用很長時間后，轉向沉重、發(fā)抖、跑偏、不正、不回位或者輪胎單邊磨損、波狀磨損、塊狀磨損、偏磨等不正常磨損，以及車感漂浮、顛簸、搖擺等現(xiàn)象出現(xiàn)時，用戶就應該考慮檢修車輪定位值了。

2 平衡論

車輪平穩(wěn)運轉、車輛安全運行，還涉及車輪的質(zhì)量分布、胎壓平衡以及與輪胎原料有關的生態(tài)平衡問題。

2.1 質(zhì)量平衡減少磨損

車輪由輪胎、輪轂組成一個整體，當這個整體的局部質(zhì)量分布不均勻時，車輪質(zhì)量軸心和幾何軸心出現(xiàn)偏移，偏離軸心的質(zhì)量就會產(chǎn)生慣性力，慣性力及其產(chǎn)生的慣性力矩會使車輛發(fā)生周期性振動，磨損、噪聲等一系列心理不平衡問題后遺癥就會接踵而來。為了避免或消除不平衡問題，就要通過增加配重的方法，使車輪上各個質(zhì)量離心力的合力及離心力引起的力偶矩的總和都等于零。這個增加配重的過程就是人們常說的動(靜)平衡。

定期檢測平衡，不但能延長輪胎壽命，還能提高汽車行駛時的穩(wěn)定性，避免在高速行駛時因輪胎擺動、跳動，失去控制而造成交通事故。

2.2 氣壓平衡利于安全

千里之行，始于足下。輪胎是汽車和地面間的惟一接觸部位。所以，輪胎質(zhì)量和輪胎故障是駕駛人員最為擔心和最難預防的，子午線輪胎缺氣25%時就難以靠人為觀察判斷。研究顯示，85%的輪胎存在胎壓不平衡的問題，在高速公路上發(fā)生的交通事故有70%～80%是爆胎引起的，每年全國因爆胎死亡人數(shù)數(shù)以萬計。為此，世界各國都成立有權威檢測機構，進行專門的產(chǎn)品認證，權威的輪胎產(chǎn)品認證型式主要有：

DOT——美國交通部規(guī)定安全標準?！癉OT”后面緊挨著的11位數(shù)字及字母表示輪胎的識別號碼或序列號。DOT分為A、B、C 3級。

E/e Mark——歐洲對于機動車整車及涉及安全的零部件和系統(tǒng)有安全認證的要求，具體體現(xiàn)為E標志和e標志認證。

JIS——日本工業(yè)標準，是日本最重要、最權威的國家級標準，由日本工業(yè)標準調(diào)查會(JISC)制定。

CCC——中國強制性產(chǎn)品認證(China Compulsory Certification，縮寫CCC)。3C認證是我國政府為保護消費者人身安全和國家安全，依法實施的一種產(chǎn)品合格評定制度。特別是GB/ T 2977-2008《重載汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負荷》發(fā)布后，迫切需要能夠?qū)喬鈮哼M行實時自動監(jiān)測的汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)(Tire Pressure Monitor System，TPMS)，對輪胎漏氣和高低氣壓進行報警，保障駕車者、乘車人的生命安全。

近年來，我國自主研發(fā)的TPMS產(chǎn)品達到了國際先進水平，具有靜態(tài)和高速可靠接收、即時反應、低功耗、長壽命等特點。2013年3月1日，國家標準委對擬立項的《乘用車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)的性能要求和試驗方法》國家標準項目公開征求意見。

2.3 生態(tài)平衡：輪胎翻新利于環(huán)保

輪胎本身就是一種消耗品，除了車輪定位參數(shù)問題，緊急制動、急劇轉彎等不良駕駛習慣也都會造成輪胎異常磨損而影響使用壽命。輪胎原料又是一種化工產(chǎn)品，其生產(chǎn)加工過程涉及環(huán)境保護問題，由此衍生出了廢舊輪胎的翻新和回收利用產(chǎn)業(yè)。2012年7月，工信部公布了《輪胎翻新行業(yè)準入條件》和《廢輪胎綜合利用行業(yè)準入條件》，準入條件對廢舊輪胎綜合利用企業(yè)的設立和布局、生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模、資源回收利用以及能耗等方面都做出了明確要求。以生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模為例，已建成的輪胎翻新企業(yè)，年綜合生產(chǎn)能力要在2萬標準折算條以上；已建成的廢輪胎綜合利用企業(yè)，年處理能力≥1萬t。

3 循環(huán)論

車輪周而復始、循環(huán)往復的旋轉運動特點，既是物理學的一種運動狀態(tài)，也是管理學的一種經(jīng)濟規(guī)律。車輪循環(huán)論作為一種經(jīng)濟規(guī)律，同樣適用于車輪行業(yè)的發(fā)展軌跡。

3.1 良性循環(huán)：讓輪胎制造走上綠色之路

循環(huán)經(jīng)濟把資源開發(fā)的重點轉向廢棄物資源的再生利用上，既可以替代部分原生礦產(chǎn)資源，減少大量礦產(chǎn)資源進口，彌補中國原生資源不足，又能形成“資源—產(chǎn)品—廢棄物—再生資源”的循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式，稱得上是朝陽產(chǎn)業(yè)。為此，國家發(fā)展改革委在《“十二五”資源綜合利用指導意見》中要求，到2015年工業(yè)固體廢物綜合利用率達到72%，其中再生銅、鋁、鉛占當年總產(chǎn)量的比例分別達到40%、30%和70%。廢舊鋼鐵經(jīng)鋼鐵爐料綜合回收、程序分后，經(jīng)過精細加工，就能成為質(zhì)量過硬的汽車輪轂。廢鐵“變”輪轂的良性循環(huán)表明：再生資源綜合利用是一項值得推廣的化害為利、變廢為寶、造福人類的好產(chǎn)業(yè)。

另一類良性循環(huán)是創(chuàng)新。創(chuàng)建于1889年的法國米其林集團公司，不僅是橡膠車輪成功代替鐵制車輪的創(chuàng)始人，同時也是子午線輪胎的發(fā)明者。子午線輪胎當時被稱作“x”型，利用鋼絲簾布層鞏固結構的這種輪胎于1949年正式推向市場，引發(fā)了輪胎產(chǎn)業(yè)的一場高技術革命。

子午線輪胎以及后來發(fā)明的無內(nèi)胎子午胎，使米其林簡化了生產(chǎn)工藝，節(jié)省了30%的生產(chǎn)原料。創(chuàng)新驅(qū)動的產(chǎn)品和服務，使米其林循環(huán)發(fā)展的“足跡”遍布全球，成為世界3大輪胎公司之一。

3.2 惡性循環(huán)：產(chǎn)品創(chuàng)新是根本

循環(huán)論的本質(zhì)是周期性——不在循環(huán)中創(chuàng)新升級，就在循環(huán)中淘汰出局，這是一種周期性的進化規(guī)律。輪胎的使用壽命一般建議是4萬km左右，如果行駛里程較少，但使用時間超過2年同樣建議更換。車輪生產(chǎn)涉及材料科學、模具加工、金屬成型、表面涂裝、產(chǎn)品檢測等一系列技術和學科，具有資金投入高、技術要求高、生產(chǎn)成本高的“三高”特點，使車輪、輪胎的生存和發(fā)展充滿風險。

據(jù)中國橡膠協(xié)會統(tǒng)計，2008年中國出口美國輪胎產(chǎn)品22億美元，占中國輪胎產(chǎn)量的40%，美國輪胎市場的50%，盡管我國出口的這些轎車和輕型卡車輪胎產(chǎn)品，屬于低端低價的單胎，但還是遭受了特保調(diào)查，美方的關稅稅率從3.4%增加到懲罰性的特保稅稅率35%。而國內(nèi)市場又同時放寬了外資品牌的進入條件，使一些國產(chǎn)輪胎的生存環(huán)境進一步惡化。

從2009年9月開始，連續(xù)3年的特保稅保護政策，使賴以生存的中國低端輪胎企業(yè)，特別是以互保形式貸款起家的一些新進企業(yè)陷入生存危機。從2010年開始，產(chǎn)能數(shù)以億計的山東東營廣饒縣，通過舉辦中國(廣饒)國際橡膠輪胎展逐步建立起了輪胎市場的新常態(tài)。然而，事隔6年之后的2014年6月，美國鋼鐵工人聯(lián)合會舊事重提，要求美國商務部對中國制造的乘用車輪胎和輕卡輪胎啟動反傾銷和反補貼“雙反”調(diào)查。7月15日，美國商務部決定同意該項申請，對中國輪胎啟動“雙反”初步調(diào)查。11月24日發(fā)布的初裁結果為：中國輪胎企業(yè)將被征收17.7%～81.3%不等的懲罰性關稅。逐步提高產(chǎn)品附加值，盡早走出低質(zhì)低價的低端循環(huán)，這就是惡性循環(huán)的歷史教訓。

表1 輪胎性能比較

3.3 新陳代謝：輪胎品種及車輪新技術日新月異

以中國為首的亞太區(qū)市場已經(jīng)成為跨國車輪、輪胎企業(yè)最為看重的戰(zhàn)略腹地，作為全球最大的商用車市場，面對日新月異的市場誘惑，面臨著一輪又一輪的改進和創(chuàng)新機遇。

以高速持續(xù)行駛而不聚熱著稱的無內(nèi)胎輪胎(俗稱原子胎)是利用輪胎內(nèi)壁和胎圈的氣密層保證輪胎與輪輞間良好的氣密性，外胎兼起內(nèi)胎的作用，空氣充填在胎中，當輪胎穿孔時，壓力不會急劇下降，能安全的繼續(xù)行駛一段距離；不存在因內(nèi)、外胎之間摩擦和卡住而引起的損壞；輪胎氣密層內(nèi)膜緊粘在輪胎內(nèi)壁上，使輪胎在高速行駛中不易聚熱，目前已普遍采用，大有將內(nèi)胎的常規(guī)胎取而代之之勢。

事實上，在無內(nèi)胎輪胎家族中，還有另外一種輪胎——實心胎。實心胎能夠最大限度地防止爆胎、漏氣等現(xiàn)象的發(fā)生。作為輪胎發(fā)明的雛形，實心胎在一些軍用汽車、大型工程機械上重新得到了廣泛應用。從實心胎到有“心”胎，再到無內(nèi)胎輪胎，再回到實心胎，輪胎的機構形式進化，同樣符合循環(huán)論規(guī)律。

當然，無內(nèi)胎輪胎對柏油、水泥路面的適應性突出，即使路面濕滑也能保持較強的附著力，但對土質(zhì)路面，特別是泥濘路面，附著力小、穩(wěn)定性差，又因其超載能力有限，與中國國情及路況“水土不服”，所以在短途類、工程類商用汽車上還有明顯的局限性。

方興未艾的模塊化制動系統(tǒng)平臺(modular Braking System Platform：縮寫mBSP)也給車輪改進帶來了機遇。mBSP是威伯科研制成功的“即插即用”型制動方案，并在IAA 2014上首次亮相。mBSP具有相同的ABS和EPS組件安裝接口，可以交換裝配ABS和EPS，也可以與定制客戶自身軟件的無縫集成及功能擴展。所以，卡車、客車制造商可以通過定制mBSP滿足制動系統(tǒng)局部裝配的需求，有效防止車輪抱死及平衡失衡。