盧偉　劉曉冬　陳偉進

摘 要：爆胎事故作為高死亡率的事故，國家針對營運客車商用車等均制定了相應(yīng)爆胎應(yīng)急裝置的標準，部分標準對模擬爆胎提出了具體要求。雖然M1與N1類小型汽車尚未有國家標準，但國內(nèi)車企已經(jīng)在主動研究符合GB/T 38796—2020對爆胎后車輛性能要求的被動安全措施。文章分析了現(xiàn)有模擬爆胎方法的優(yōu)缺點，并設(shè)計了一種適用于小型汽車的隨動刺破式模擬爆胎裝置，該裝置安裝于車架羊角處，通過無線電遙控，可以實現(xiàn)任意時刻的直線與彎道模擬爆胎。并根據(jù)試驗驗證，證明此方法可以滿足國標要求。

關(guān)鍵詞：爆胎 爆胎模擬裝置 隨動式 刺破式

1 引言

汽車在行駛過程中依靠輪胎與地面的接觸來提供附著力，一旦輪胎出現(xiàn)問題，車輛則會失去平衡，在駕駛員應(yīng)急經(jīng)驗不足的情況下錯誤操作方向盤、急踩制動或者鋼圈觸地都可能導(dǎo)致翻車，發(fā)生交通事故。在高軼男[1]等人對我國2015年-2019年的109萬起交通事故分析中表明，因輪胎問題引起的事故占7%，死亡率49%，單起事故平均死亡人數(shù)達1.3人。

鑒于爆胎高死亡率的情況下，交通部在2016年制定的JT/T 1094—2016 《營運客車安全技術(shù)條件》中對營運客車的爆胎應(yīng)急安全裝置進行要求[2]，現(xiàn)在已經(jīng)強制執(zhí)行，新制定的GB/T 38796—2020《汽車爆胎應(yīng)急安全裝置性能要求和試驗方法》對適用于N2、N3、M2、M3類車輛的輪胎模擬爆胎時間提出了更嚴格的試驗要求[3]。隨著國家對商用車爆胎國標的制定與強制實施，以及國內(nèi)消費者對車輛被動安全的更加關(guān)注，許多國內(nèi)主機廠已經(jīng)在主動研究符合GB/T 38796—2020的M1與N1類車輛的被動安全措施。

本文旨在對現(xiàn)有標準與爆胎試驗方法研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種可滿足JT/T 782—2020[4]與GB/T 38796—2020，適用于小型汽車的新型爆胎模擬裝置，并通過試驗來驗證該方法的可行性，供行業(yè)相關(guān)人員參考。

2 汽車爆胎的原因

爆胎的原因從受力方向分有外力和內(nèi)力兩種，外力通常是在行駛過程中接觸尖銳物體導(dǎo)致爆胎；內(nèi)力爆胎的根本原因是內(nèi)部氣體壓力過大，超過輪胎承載極限導(dǎo)致爆胎，內(nèi)力因素導(dǎo)致的爆胎主要有以下3種原因：

（1）高速行駛導(dǎo)致輪胎形變部位產(chǎn)生駐波現(xiàn)象，從而產(chǎn)生高溫。

（2）輪胎老化、磨損、凸起等情況導(dǎo)致輪胎承載載荷能力降低導(dǎo)致爆胎。

（3）車輛超載導(dǎo)致輪胎承載了可承受范圍以外的載荷導(dǎo)致爆胎。

3 模擬爆胎研究現(xiàn)狀

3.1 模擬爆胎標準分析

現(xiàn)行標準GB 7258—2017，JT/T 1094—2016，JT/T 1178.1—2018對模擬爆胎無相關(guān)要求，JT/T 782—2020與GB/T 38796—2020對模擬爆胎要求如下：

由表1可以看出不同標準對模擬爆胎泄氣要求一致，其中JT/T 782—2020對安裝在車輪上的裝置質(zhì)量要求不得超過車輪質(zhì)量5%。

3.2 常見模擬爆胎方法分析

現(xiàn)行常見的模擬爆胎方式主要有4種：炸藥形式、射釘槍形式、快速放氣式和平臺式[5]。根據(jù)試驗經(jīng)驗以上4種爆胎形式均存在部分缺陷如表2，包括對路面損傷，爆胎后場地清掃困難以及放氣較慢等缺陷，其中快速放氣式已不滿足現(xiàn)行標準對模擬爆胎的要求。楊運生等人在傳統(tǒng)平臺刺破式切割胎面的基礎(chǔ)上，增加了側(cè)面兩處刀具，車輛通過時中間刀具刺入固定輪胎，兩側(cè)刀具切入胎側(cè)形成爆胎[6]。該方式的爆胎效果比傳統(tǒng)平臺式爆胎效果理想，但沒有改變平臺式的弊端，無法彎道爆胎以及對駕駛員精準駕駛的要求高。因此需要一種新的模擬爆胎方法來滿足現(xiàn)行標準且能提高試驗效率。

4 隨動刺破式爆胎法及試驗驗證

4.1 隨動刺破式爆胎法

車輛的全部載荷均由輪胎承擔，輪胎在車輛的行駛過程中起到了牽引，制動，通過能力，同時需要吸收從路面?zhèn)鱽淼臎_擊力以起到緩沖的作用，因此輪胎在設(shè)計制造過程中強度越來越高。

為了實現(xiàn)模擬爆胎自然需要對輪胎結(jié)構(gòu)進行研究，找到合適的切割口，小型汽車常用輪胎為子午線輪胎，其截面圖如圖1所示。胎冠作為與地面直接接觸部分，其內(nèi)部有鋼絲層、簾布層等多種結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較厚。胎側(cè)作為支撐與緩沖作用，因此比較柔軟薄弱，且里面簾布層較少[7]。較胎面比較更容易使用刀具將胎側(cè)切開，在規(guī)定時間完成泄氣或形成符合國標要求的切口。

根據(jù)刺破胎側(cè)的總體思路，如圖2所示我們設(shè)計了一個刀具，通過羊角處螺栓安裝在車架上，未增加輪胎的質(zhì)量，正常行駛時刀具與輪胎內(nèi)側(cè)平行，不干擾輪胎的正常行駛，通過電磁控制開關(guān)，在需要爆胎時按下開關(guān)刀具劃過180°，利用輪胎行駛的轉(zhuǎn)動慣量接觸刀具，劃破輪胎內(nèi)側(cè)。刀具設(shè)計為可更換行駛，在多次試驗后可能出現(xiàn)刀具變鈍或者損壞的情況，更換新的刀具即可，使用較為方便。刀具設(shè)計時需考慮到其鋒利程度與硬度，保證爆胎效果和減少更換頻率來降低試驗準備時間以提高試驗效率，刀具固定軸承在設(shè)計時也需考慮到其強度，要求其不易變形。每次試驗完畢后更換輪胎的同時再次復(fù)位刀具即可進行下一次試驗。因為該裝置可固定于不同輪胎，隨輪胎滾動，所以我們稱之為隨動刺破式。不同的車型需要定制刀具和車架的專用適配件。

4.2 試驗驗證

試驗按照GB/T 38796—2020《汽車爆胎應(yīng)急安全裝置性能要求和試驗方法》對模擬爆胎的要求進行試驗。

試驗時對車輛進行了80kph的直線爆胎，試驗基本信息如表3。

如圖3所示，為右前輪爆胎過程視頻截圖，刀片劃破輪胎內(nèi)側(cè)，胎內(nèi)氣壓已經(jīng)泄氣至當前大氣壓，如圖4所示為爆胎后的輪胎內(nèi)側(cè)切口圖。

輪胎的泄氣時間較難直接檢測，我們使用了高速攝影機進行攝影并由幀數(shù)計算時間，得出泄氣時間約在0.6s左右。試驗后對輪胎切口進行測量，長度100mm左右。該模擬爆胎設(shè)備爆胎效果理想，符合JT/T 782—2020與GB/T 38796—2020對模擬爆胎的要求。具體試驗數(shù)據(jù)如表4，一次爆胎測試結(jié)束后進行下次爆胎更換輪胎時復(fù)位設(shè)備即可，工作效率高。

5 結(jié)束語

本文通過對國標中模擬爆胎要求進行分析，同時分析了現(xiàn)有爆胎方式的優(yōu)缺點，以刺破式為切入點設(shè)計了一種設(shè)備隨動刺破式的模擬爆胎設(shè)備，試驗結(jié)果符合國標對模擬爆胎的要求，同時可以進行彎道任意時刻爆胎，不僅可應(yīng)用于小型汽車的爆胎試驗也可應(yīng)用于對駕駛員不同工況爆胎后的失控駕駛技能培訓(xùn)。商用車也可參考該設(shè)計思路，因商用車輪胎較于小型汽車更厚更結(jié)實，胎壓更高，刺破難度也大大增加，需要充分考慮其結(jié)構(gòu)與設(shè)備選材的強度要求，在試驗試制前需進行CAE有限元分析，避免試驗時因軸承或刀具的斷裂導(dǎo)致的安全事故的發(fā)生。

參考文獻：

[1]高佚男，鞏建強.我國道路交通事故特征及致因分析[J/OL]，安全與環(huán)境學(xué)報.https：//doi.org/10.13637/j.issn.1009-6094.2022.1844.

[2]交通運輸部.營運客車安全技術(shù)條件：JT/T 1094—2016[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2016.

[3]國家市場監(jiān)督管理總局，國家標準化管理委員會.汽車爆胎應(yīng)急安全裝置性能要求和試驗方法：GB/T 38796—2020[S].北京：中國標準出版社，2020.

[4]交通運輸部.營運車輛爆胎應(yīng)急安全裝置技術(shù)要求和試驗方法：JT/T 782—2020[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2020.

[5]汪祖國，汪曉旋.客車爆胎應(yīng)急安全裝置試驗方法研究[J].汽車科技，2016（2）：79-83.

[6]楊運生，吳軍，魏仲文.一種適合場地試驗的重型車前輪爆胎方法研究[J].中國汽車， 2022（001）：12-17.

[7]方俊.汽車輪胎結(jié)構(gòu)解析與合理使用[J].汽車實用技術(shù)， 2019（12）：179-182.