許權(quán)威，任基科，李濤，李志鵬

商用車爆胎應(yīng)急安全裝置的應(yīng)用分析

許權(quán)威，任基科*，李濤，李志鵬

（鄭州鑫御馳汽車配件有限公司，河南 鄭州 450000）

近年來，伴隨著我國(guó)汽車保有量的逐漸增多，全國(guó)每年車輛爆胎事故的發(fā)生量一直居高不下。為了解決車輛因爆胎導(dǎo)致的轉(zhuǎn)向性能和制動(dòng)性能的劇減問題，國(guó)家出臺(tái)了一系列的法律法規(guī)，制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)試驗(yàn)方法和爆胎后轉(zhuǎn)向性、制動(dòng)性做出了具體的要求；并且引導(dǎo)商用車逐步安裝爆胎應(yīng)急安全裝置。文章介紹了汽車爆胎的后果，爆胎后輪胎性能的變化；分析了商用車爆胎應(yīng)急安全裝置的安裝方法、工作原理，及該裝置對(duì)車輛性能的影響和應(yīng)用前景。

商用車；爆胎；輪輞；應(yīng)急安全裝置

引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)高速公路交通事故中，車輛爆胎引發(fā)的事故占總數(shù)的30%以上[1]，直接或間接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1.4萬億人民幣，嚴(yán)重威脅了人民的生命安全，給人民造成了巨大的財(cái)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失，因此爆胎被認(rèn)為是高速公路的“頭號(hào)殺手”。車輛發(fā)生爆胎的原因主要有以下幾點(diǎn)：超速行駛、超載、胎壓過高或過低、輪胎磨損老化、環(huán)境溫度過高、路況差等。車輛突然發(fā)生爆胎，輪胎會(huì)在短時(shí)間內(nèi)泄氣干癟，使車輛轉(zhuǎn)向和制動(dòng)性能急劇下降，從而導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。特別是商用車由于載重大，發(fā)生爆胎的概率更大，造成的后果也更嚴(yán)重。為了降低商用車爆胎造成的危害，國(guó)家制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)商用車爆胎后的制動(dòng)性能、轉(zhuǎn)向性能以及可控行駛距離作了要求。因此，在商用車上安裝爆胎應(yīng)急安全裝置也就變得極為迫切。

1 爆胎應(yīng)急安全裝置的工作原理

目前，車輛的輪胎大多為真空輪胎，真空胎由于安裝需求，需將輪輞內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)出凹槽或斜面，使輪胎一側(cè)滑入凹槽或低斜的一端，但這卻成為輪胎爆胎或瞬間失壓時(shí)，輪胎與輪輞脫落的主因。發(fā)生爆胎時(shí)，氣壓急劇泄露，輪胎整體塌陷，泄壓后的輪胎在負(fù)載作用下滑入凹槽。外側(cè)胎唇受擠壓向內(nèi)收縮，不再緊貼輪輞邊緣，與輪輞脫離；胎面在地面上碾行，與輪輞產(chǎn)生速度差，產(chǎn)生的阻滯力矩會(huì)使輪胎與輪輞脫離[2]。若緊急制動(dòng)或猛打方向，阻滯力矩會(huì)瞬間增大，加速輪胎與輪輞的脫離。當(dāng)輪輞與地面直接接觸時(shí)，車輪附著力會(huì)急劇降低，車輛偏斜、側(cè)滑，造成翻車等嚴(yán)重交通事故。

爆胎應(yīng)急安全裝置是繼安全帶、安全氣囊及ABS之后第四項(xiàng)汽車被動(dòng)安全裝置。該裝置從三個(gè)方面保證了車輛發(fā)生爆胎后的制動(dòng)性能、轉(zhuǎn)向性能以及可控行駛距離。其原理是把真空胎輪輞的凹槽或斜面填補(bǔ)起來，在車輛發(fā)生爆胎事故后，該裝置會(huì)阻止輪胎胎唇向凹槽滑移，這樣輪胎就不會(huì)和輪輞脫離，保證車輛對(duì)地面的有效附著力；有效減少車輛爆胎前后的高度差，增加泄壓輪的支撐高度，減少側(cè)傾力，使車輛行駛方向持續(xù)可控；同時(shí)增大泄壓輪的滾動(dòng)阻力，有效保證了爆胎后車輛的轉(zhuǎn)向性能。

2 爆胎應(yīng)急安全裝置的組成介紹及安裝方式

本文介紹的爆胎應(yīng)急安全裝置如圖1所示，其組成部分主要包括：墊塊，起支撐作用，增大與輪輞的摩檫力并減少金屬接觸產(chǎn)生的異響和損傷；緊固帶，起主要支撐作用，并將墊塊連接在一起；壓緊扣、連接扣、螺栓扣等，起連接作用。

圖1 爆胎應(yīng)急安全裝置

安裝方式：（1）輪胎輪輞組裝；（2）隨車工具組裝；（3）爆胎應(yīng)急裝置組裝；（4）壓裝輪胎；（5）安裝爆胎應(yīng)急裝置，緊固螺栓；（6）去除工具，輪胎回位。如圖2所示。

圖2 安裝流程示意圖

3 爆胎應(yīng)急安全裝置試驗(yàn)測(cè)試

結(jié)合爆胎應(yīng)急安全裝置的實(shí)際使用環(huán)境，在設(shè)計(jì)開發(fā)中主要對(duì)其進(jìn)行了以下幾項(xiàng)測(cè)試。

3.1 有限元分析

圖3 應(yīng)力分析圖

圖4 變形分析圖

圖5 應(yīng)變分析圖

根據(jù)JT/T1178.2-2019《營(yíng)運(yùn)貨車安全技術(shù)條件第二部分：牽引車輛與掛車》[3]的規(guī)定，對(duì)于總質(zhì)量大于或等于12000 kg且最高車速大于等于90km/h的非雙轉(zhuǎn)向軸載貨汽車，所有轉(zhuǎn)向輪均應(yīng)安裝爆胎應(yīng)急安全裝置。本文用Solidworks Simulation對(duì)該裝置進(jìn)行有限元分析，以總質(zhì)量12t的載貨汽車為分析對(duì)象，前轉(zhuǎn)向軸受到的正壓力為35000N～45000N，側(cè)壓力為3000N～4000N。這里均取上限值，對(duì)該裝置施加45000N的正向壓力和4000N的側(cè)向壓力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：該裝置受到的應(yīng)力情況如圖3所示，所受應(yīng)力最大約為5.8× 107N/平方米，變形情況如圖4所示，最大變形約為0.26mm，應(yīng)變情況如圖5所示，最大應(yīng)變?yōu)?.64%。結(jié)果表明該裝置所受的最大應(yīng)力、最大變形和最大應(yīng)變均在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)，滿足使用要求。

3.2 動(dòng)平衡試驗(yàn)分析

由于車輪的平衡性關(guān)乎著車輛行駛過程中的安全性與舒適性，所以該裝置安裝后對(duì)車輪平衡性的影響至關(guān)重要。本文以安裝該裝置的輪輞為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示：裝有該裝置的輪輞的不平衡量為：

U=m×R=7g×28.575cm=200.025g?cm （1）

符合QC/T242-2004《汽車車輪不平衡量要求及測(cè)試方法》[4]的要求。

圖6 動(dòng)平衡試驗(yàn)

3.3 高低溫試驗(yàn)

由于爆胎應(yīng)急裝置在實(shí)際使用的過程中溫度變化較大，所以本文對(duì)其進(jìn)行了高低溫試驗(yàn)，以測(cè)試其是否能滿足使用要求。本次試驗(yàn)依據(jù)GB/T 2423.2-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第二部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)B：高溫》、GB/T 2423.1-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第二部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)A：低溫》標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行[5]。

高溫試驗(yàn)，溫度：140℃±2℃，時(shí)間：24h，如圖7所示；

低溫試驗(yàn)，溫度：–40℃±2℃，時(shí)間：24h，如圖8所示。

圖7 高溫試驗(yàn)

圖8 低溫試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果：高低溫試驗(yàn)后，該裝置相對(duì)輪輞均未有竄動(dòng)、松動(dòng)現(xiàn)象，也沒有開裂、斷裂的情況，符合設(shè)計(jì)要求。

4 不同類型的爆胎應(yīng)急裝置的對(duì)比分析

目前市場(chǎng)上各種類型的爆胎應(yīng)急安全裝置的原理大致都是一樣的，都是通過填補(bǔ)輪輞上的凹槽來阻止輪胎與輪輞脫離來保證車輛發(fā)生爆胎后的持續(xù)可控性，但不同結(jié)構(gòu)的安全裝置對(duì)車輛的影響卻有很大的不同。例如產(chǎn)品的重量，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，質(zhì)量每增加1Kg，商用車100km油耗增加0.8-1.2L。下面從不同類型裝置的重量、材質(zhì)、連接方式等幾個(gè)方面來分析其性能和對(duì)車輛的影響。

塑料墊珠式：連接扣開放式設(shè)計(jì)，抗拉強(qiáng)度低，易變形；墊塊間隔分布，強(qiáng)度低，與輪輞接觸面積小，導(dǎo)致爆胎后產(chǎn)品易相對(duì)輪輞滑動(dòng)；非支撐處易發(fā)生變形。

鏈條式：各個(gè)支撐片通過銷軸連接，車輛長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，銷軸易松動(dòng)脫落；TPMS安裝處結(jié)構(gòu)不合理，爆胎后沖擊易折斷；采用鑄鋼材質(zhì)，重量大，不符合車輛輕量化要求；采用間隔支撐，非支撐處爆胎時(shí)結(jié)構(gòu)不可靠，易發(fā)生變形。

拼焊式：采用鋼質(zhì)筋支撐，兩側(cè)易變形，焊接工藝會(huì)影響產(chǎn)品整體力學(xué)性能；鋼材質(zhì)與輪輞直接接觸，易劃傷輪輞，造成輪輞生銹腐蝕。

橡膠制品：產(chǎn)品材質(zhì)為橡膠，車輛長(zhǎng)時(shí)間行駛時(shí)，輪輞內(nèi)部溫度較高，橡膠極易老化，產(chǎn)品失效；強(qiáng)度差，時(shí)間久時(shí)易老化變形；重量較大，不符合車輛輕量化要求。

全支撐式：采用墊塊全支撐，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，爆胎時(shí)產(chǎn)品不易變形；與輪輞接觸面積大，摩檫力大，不易與輪輞產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)；墊塊采用PA 6材質(zhì)，重量輕，強(qiáng)度高，且不易劃傷輪輞；緊固帶采用碳纖維或彈簧鋼兩種材質(zhì)，選擇余地大；產(chǎn)品整體質(zhì)量較輕，符合車輛輕量化要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

爆胎應(yīng)急安全裝置作為一款車輛被動(dòng)安全裝置，能夠有效預(yù)防車輛發(fā)生爆胎后交通事故的發(fā)生及人員的傷亡，避免重大損失，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。本文結(jié)合該裝置的實(shí)際使用環(huán)境，對(duì)其進(jìn)行了多個(gè)試驗(yàn)分析，結(jié)果顯示該裝置符合設(shè)計(jì)、使用要求，能夠保證車輛在發(fā)生爆胎后的轉(zhuǎn)向性、制動(dòng)性和持續(xù)可控性。該裝置具有很好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)，相信該裝置會(huì)有更好的應(yīng)用和市場(chǎng)前景。

[1] 秦東煒,吳云強(qiáng).爆胎與輪胎安全技術(shù)[J].道路交通管理,2009,000 (008):54-56.

[2] 李德海.客車爆胎應(yīng)急安全裝置的道路試驗(yàn)研究[J].汽車實(shí)用技術(shù), 2017,000(014):101-103.

[3] None.牽引車輛與掛車安全技術(shù)條件將于7月1日正式實(shí)施[J].重型汽車,2019(2):2-2.

[4] QC/T 242-2004,汽車車輪不平衡量要求及測(cè)試方法[S].

[5] GB/T 5170.5-2016,電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備檢驗(yàn)方法[S].

Application Analysis of Emergency Safety Device for commercial Vehicle Tire Burst

Xu Quanwei, Ren Jike*, Li Tao, Li Zhipeng

( Zhengzhou Xinyuchi Auto Parts Co., Ltd., Henan Zhengzhou 450000 )

In recent years, with the gradual increase in the number of vehicles in China, the number of tire blowout accidents throughout the country has remained high every year. In order to solve the problem of sharp reduction of steering performance and braking performance caused by tire burst, the state has issued a series of laws and regulations, formulated corresponding standards to made specific requirements on test methods and steering and braking performance after tire burst; and guided commercial vehicles to gradually install tire burst emergency safety devices. This paper introduces the conse -quence of tire burst and the change of tire performance after tire blow out. It also analyzes the installation method and working principle of emergency safety device for commercial vehicle, as well as its influence on vehicle performance and application prospect.

Commercial vehicle; Tire burst; Rim; Emergency safety device

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.025

U463

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1671-7988(2021)04-81-03

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1671-7988(2021)04-81-03

許權(quán)威（1995-），男，工程師，就職于鄭州鑫御馳汽車配件有限公司，研究方向：車輛工程。

任基科（1981-），男，工程師，就職于鄭州鑫御馳汽車配件有限公司，研究方向：汽車設(shè)計(jì)。