关于轮胎

令狐冲

有位海军上校对乘坐早期汽车的感受有如下追述：“这是我初次尝试不用马拉的交通工具。1896年，我乘坐铁轮的汽车在高低不平的花岗石路上行驶，车子的剧烈颠簸使我联想到药水瓶上的说明－－服前摇匀。”
轮胎是汽车等各种机动车辆的重要性能零部件之一，其性能的优劣会直接影响到汽车的平顺性和稳定性，甚至还影响到动力性和燃油经济性。随着人们对汽车行驶速度、行驶安全性、操纵稳定性、乘坐舒适性和节能经济性等方面的要求不断提高，轮胎不仅要安全、经济、绿色环保，而且要式样新颖。因此，轮胎的新技术研发一直从未停止。当代汽车已被科技武装到牙齿，轮胎自然也是科技较量的重要战场。
轮胎的发展史
1845年，英国一个铁匠获得了第一个橡胶充气轮胎的专利权。
1888年约翰•邓禄普制成了橡胶空心轮胎，随后托马斯又制造了带有气门开关的橡胶空心轮胎。
1891年，C.K. Welch发明了金属线胎圈轮胎。
4 D( a( w0 ?% F直到1908年至1912年间，轮胎才有了显著的变化，即胎面胶上有了提高使用性能的花纹，从而开拓了轮胎胎面花纹的历史，并增加了轮胎的断面宽度，允许采用较低的内压，以保证获得较好的缓冲性能。
8 w' X8 x3 _5 b* B: Q" ^, u: ?+ k1911年，美国哈德门轮胎和橡胶制品公司的财务管理员菲利普，在亚利山大 • 施特劳斯的文件中发现了施特劳斯于1894年的一次发明。利用这个发明他们推出了成套的内外胎轮胎，即用橡胶和织物织成外胎，里面装上橡胶内胎。至此，充气轮胎取得了完全的成功，汽车才真正穿上了现代化的"鞋子"。
# Z# O1 n) d8 x$ Y1930年米其林发明了无内胎轮胎。
! D& q8 D1 p  l, `- H1946年米其林发明了子午线轮胎。
从汽车轮胎发展的历史我们不难看出，在前50年主要是解决如何提高轮胎的使用寿命问题，而近年来，由于汽车制造和交通运输部门对轮胎的要求日益苛刻，轮胎新技术研究的重点转到轮胎行驶性能、安全性能、舒适性能和经济性能上来。
轮胎原料配方
我们都知道轮胎的主要原料是橡胶，但是仅仅只有橡胶是远远不够的，还需要向其中添加各种添加剂，使轮胎具有弹性好、滚动阻力小、耗油低、生热低、耐磨、耐穿刺、承载能力大、乘坐舒适等性能，很大程度上取决于轮胎原材料的开放和选用。
介绍以下几种近年来出现的轮胎新原料及添加剂。
6 w) B" s8 v3 K5 Y* |充油天然橡胶（OENR）：不仅可以较大幅度地降低滚动阻力，而且也能使冰面抓着性能同时得到高。
* i, O- R& ^: W. T! W7 R% u( O聚丁二烯橡胶：聚丁二烯橡胶与溶聚丁苯橡胶可并用作为节油轮胎胎面胶，具有这种胎面胶的轮胎有最佳的抓着力与磨耗的综合平衡性能，还有较低的滚动阻力，能节省燃料5％。
发泡橡胶：所谓发泡橡胶指的是具有许多微型独立气泡的橡胶。发泡率为20％～30％时可提高冰上摩擦系数3～4倍。这样，通过提高冰上摩擦系数可缩短10％～15％ 的轮胎制动距离。采用发泡橡胶的无防滑钉轮胎的冰上摩擦力虽然比不上镶钉轮胎，但其摩擦力非常接近。
聚氨脂弹性体：具有高耐磨、可着色、高耐切割性、优良的耐油及耐化学品等优点，而且对人体无毒害作用，又能完全生物降解，且不必添加炭黑和芳烃油，是制造轮胎胎面的理想材料。
; W) L% e7 \- X; M" s白炭黑：白炭黑又称水合二氧化硅、活性二氧化硅和沉淀二氧化硅，通过使用特殊的聚合物和白炭黑/硅烷体系，可以获得高的湿路面牵引性能和湿路面刹车性能，并通过降低滚动阻力使燃料消耗降低5%。
BoTred（以淀粉为基料的新型填充剂）： BoTred是一种以淀粉为基料的新型填充剂。先从玉米中提取玉米淀粉衍生物，变成微滴后经处理转换成生物聚合物填充剂。BloTred为球形粒子，便于将机械能降至最小和降低滚动阻力。
" p( z3 v3 r% q* h  X2 m, E  O( |短纤维：短纤维的加入可以提高轮胎的刚性，使得轮胎在行驶过程中承受同样载荷时下沉量明显减小，即轮胎的变形减小，因而滚动阻力也下降；将短纤维用于轮胎胎面时，不仅可以提高胎面的刚性，而且可以使胎面的摩擦系数下降，滚动阻力系数降低，滚动阻力也相应下降。将短纤维应用于轮胎胎面及其它部位时，可通过短纤维的模量和各向异性来改变胶料的性能，以降低轮胎行驶过程中的噪声，另外还能提高轮胎的耐久性能。
7 B+ t' Y- F$ F% |3 O" D0 s添加硅配方:其核心是在胎面橡胶中添加硅材料，含硅的轮胎在具备优异抓地力的同时，产生较少的能量损失，从而降低滚动阻力和磨耗力，实现比普通轮胎更胜一筹的省油效果，并尽可能地延长轮胎寿命。
轮胎的帘线
由于有了帘线的出现，轮胎才会变得更加坚固，不易变形。子午线轮胎在整个轮胎产业中具有划时代的意义，子午线轮胎是胎体帘线按子午线方向排列，是帘线周向排列或接近周向排列的缓冲层紧紧箍在胎体上的一种新型轮胎。它由胎面、胎体、胎侧、缓冲层（或带束层）、胎圈、内衬层（或气密层）六个主要部分组成。按照胎体和带束层所用帘线材料不同，子午线轮胎可分为三种：全钢丝子午线轮胎、半钢丝子午线轮胎和全纤维子午线轮胎。
人造丝帘线：人造丝曾在轮胎帘线中占主要地位，因为成本、强度、耐疲劳等性能不佳，早已被尼龙所取代，但由于人造丝尺寸稳定性好，用其作为子午线轮胎胎体材料能获得优越的操纵性能，所以现在还常常用于高性能轮胎，在欧洲它仍然是轮胎的主要材料。欧洲的轮胎制造商坚持认为生产顶级性能的半钢子午线轮胎非人造丝莫属，理由是除尺寸稳定性外，发热低是聚酯望尘莫及的。
玻璃纤维帘线：研究表明，短玻璃纤维应用于胎面翻新胶料中(0.02～0.03份)可明显改善翻新轮胎的耐刺穿能力。玻璃纤维强度高、耐热、尺寸稳定，可用于子午线轮胎缓冲层和斜交轮胎保护层，其综合物理和机械性能最接近于金属帘线。
芳族聚酰胺帘线：德国邓禄普公司最近成功地开发出带束层和钢丝圈都不采用钢丝而使用芳族聚酰胺纤维(凯夫拉)的超轻量轮胎。带束层和钢丝圈都采用芳族聚酰胺纤维在世界上尚属首次，取名为SP SPORT 8000 ULW 的这种轮胎可减轻重量30％。这种轮胎除重量轻外，还具备如下优点：节约燃料费；提高乘坐舒适性；提高轮胎的接地性能；提高翻新性能。
! M* h' g! N! `/ h1 o2 n3 }& N钢丝纤维帘线：是轿车轮胎、子午线轻型载重轮胎、子午线载重轮胎和公共汽车轮胎带束层常用的主要材料。轮胎用钢丝骨架材料的发展主要体现在新技术、新产品（新结构钢丝帘线）方面，主要的目的是为轮胎行业提供性能更优、选用范围更宽的钢丝骨架材料。近年来，高强度钢丝帘线在国外轮胎制造业中被大量采用，其强度超出普通钢丝帘线20%～40%。
- w0 R2 B7 L( p3 D$ `/ aTIPS：轮胎为什么是黑色的？
, Y/ B; F* o  F其实早在十九世纪，汽车橡胶轮胎由于添加剂的不同，其颜色并不固定。到1915年，由于采用碳元素与碳氢化合物高温凝聚的工艺，橡胶呈现墨水般的纯黑色，而且耐磨性达到前所未有的水准。此后，橡胶轮胎进入黑色一统天下的漫长时期。在二十世纪三、四十年代，国外许多拥有轿车的人为了显示自己的财富与社会地位，纷纷把轮胎的外侧壁刷上白色油漆，以区别他人，体现个性。但是这种轮胎美容法最大的缺点就是轮胎使用一段时间后，油漆会逐渐剥落，胎侧斑驳，很不雅观，这种方式逐渐被冷落了。到20世纪601年代，使用白色橡胶的白色橡胶轮胎又见复苏，不过这种轮胎的强度和反抗撕烈性能较差，耐老化性能差，成本也较为昂贵，使用时间稍久，胶料就会慢慢变黄变棕，失去原来的装饰效果。80年代，日本、德国和美国等发达国家曾重新生产并投入胎侧带有白色字体或环带的轮胎，美国的固特异公司甚至还设计出一种全透明的轮胎，它在夜间可以照明。90年代，米其林公司与法国一家化工集团合作，用二氧化硅取代碳，取得了良好的效果。由于二氧化硅的固有颜色是白色，可以加入任意不同的染色剂轮胎从而可以任意选择颜色了。近些年来，随着新型橡胶防老化剂和白色以及浅色橡胶补强剂的出现，又进一步推动了装饰轮胎的发展。不过无论如何，彩色轮胎始终只能作为装饰轮胎使用，其成本性能等很多方面还是无法与人们使用了数十年的黑色轮胎相提并论，所以，汽车轮胎仍是黑色的。
轮胎花纹设计
轮胎花纹主要由花纹沟、花纹块及节距等构成。其主要作用就是增加胎面与路面间的磨擦力，以防止车轮打滑（这与鞋底部花纹的原理是一样的）。轮胎花纹具有提高胎面接地弹性的性能，在胎面和路面间切向力(如驱动力、制动力和横向力)的作用下，花纹块能相应产生较大的切向弹性变形。切向力增加，轮胎的切向变形随之增大，接触面的“磨擦作用”也就随之增强，进而阻止了胎面与路面间的打滑或打滑趋势。这种性能在很大程度上消除了无花纹(光胎面)轮胎易打滑的弊病，保障与轮胎和路面间磨擦性能有关的动力性、制动性、转向操纵性和行驶稳定性的正常发挥。
轮胎花纹的分类
轮胎花纹可谓方寸之间，变化万千，但归纳起来，主要有下面这7种：纵向花纹、横向花纹、混合花纹、雪地花纹、越野花纹、定向花纹和非对称花纹。
纵向花纹：纵向花纹的共同特点是胎面纵向连续，横向断开，因而胎面纵向刚度大，而横向刚度小，轮胎抗滑能力也显现出横强而纵弱。拥有这种花纹的轮胎行驶摩擦力小，高速行驶时的操控性、稳定性和安全性较好，噪声较小且舒适性较好。但驱动和制动力较横向花纹的轮胎差。
横向花纹：横向花纹共同特点是胎面横向连续，纵向断开，因而胎面横向刚度大，而纵向刚度小。拥有这种花纹的轮胎行驶摩擦力、驱动力及制动力都较大，耐切割性能好。但横向摩擦力小、易侧滑，易发生异常磨损且噪声较大。
6 Q0 r! h% K7 k- h4 \, m混合花纹：混合花纹是介于纵向花纹和横向花纹之间的一种过渡性花纹。其特点是胎面中部具有方向各异或以纵向为主的窄花纹沟槽，而在两侧则以方向各异或以横向为主的宽花纹沟槽。拥有这种花纹的轮胎横向花纹部分（胎肩）易发生异常磨损。
4 \3 |2 a$ G% s8 j5 ~+ Y泥雪地花纹：是指专为适于泥地和雪地使用而设计的花纹。它用字母“M+S”表示，“M”指泥地，而“S”指雪地。此类轮胎一般都直接将“M+S”锈刻得轮胎的侧壁上。这类轮胎花纹驱动力、制动力强，但耐磨性差，寿命短，易产生异常磨损。
越野花纹：越野花纹的共同特点是花纹沟槽宽而深，花纹块接地面积比较小。由于花纹块的接触压力大，滚动阻力大，故不适合在良好硬路面上长时间行驶。否则，将加重轮胎磨损，增加燃油消耗，汽车行驶振动也比较厉害。
定向花纹：定向花纹的特点是高速性、加速性好、滚动阻力低、排水性好、湿滑路面操控性好，但费用较高，易产生异常磨损。
/ [  R/ L1 `* u: F6 o非对称花纹：这类花纹的侧向转弯稳定性好，排水性能好、湿滑路面操控性好，但费用较高，安装时必须注意内、外侧方向。
就目前市场上主流的产品来看，使用非对称花纹的轮胎为最多，其实仔细想来原因很简单。现在主流的轮胎产品多以全性能胎为主，也就是说一副轮胎可以适用各种地形和天气状况下的路面。要想达到全性能，那么胎面上就需要针对不同路况下的行驶状况设计花纹，在这样的前提下，非对称的花纹设计就成了主流了。光说或许大家还不太明白，让我们来看一个实例吧。
3 Z& c2 W: n- [( }( G- p新的Excellence系列轮胎是典型的非对称花纹轮胎，在保证良好驾驶安全性的同时，提出了“轮胎功能区划分”的新概念。按照轮胎花纹的不同，Excellence在同一条轮胎上提供了“安全功能区”、“操控功能区”和“舒适功能区”三种不同的花纹，用以达到更加均衡的驾驶感受。这就是固特异的三能科技。追求操控性是所有爱车人的一致要求。在安全的前提下，有足够的操控性也是Excellence的目标之一。
/ M( w3 o* }- v' \9 {在设计中，Excellence的“操控功能区”是由坚实的胎肩花纹块和连贯的花纹条组成。这种结构可以为车辆提供灵敏的转向反应，即使在临近极限状态下的转向和刹车，轮胎也能使车辆保证足够的稳定性。Excellence轮胎的“安全功能区”以其独特的胎面花纹要素为特征，连贯的大角度斜切面花纹和宽大的纵向沟槽能够有效地排出胎面积水，从而确保轮胎在湿滑路面的抓地力和操控性。“舒适功能区”主要指一层橡胶软垫降低噪音，缓冲颠簸，保证舒适顺畅的行驶。
细品Excellence轮胎的花纹设计，可以发现：四条非等间距的纵向花纹非常显眼，一方面它能提高高速行驶性能，四条纵向花纹中两侧的花纹沟较宽，这样降低了噪声，胎肩处的斜向沟槽除了能够有效地提高排水性能外，还使得轮胎的接地面积最大化，提高轮胎转弯时的抓地力，增强操控性。轮胎胎面内侧的大斜条花纹块和小斜条花纹块的非对称搭配，构成了“安全功能区”，花纹块上的沟槽仍可见到“V”型花纹的踪影，“V”型花纹能够提供优越的高速直线行驶稳定性能和提高轮胎操控性能。
轮胎新技术
3 x9 F; e! _$ r  i胎体是构成轮胎骨架的单层或多层覆胶帘线部分，质地柔软，要求有良好的耐冲击性能和耐屈挠性能。近年来也出现了许多胎体方面的新技术，如缺气保用技术、“霸力泡”技术、AQ多能驰技术等。其中又以缺气保用技术为各大轮胎厂商所重视。
$ M! [  |- r  y" F0 H% G( Z6 p+ q缺气保用胎技术：
轮胎的主要原料是橡胶，而橡胶制品在经过一段时间的使用以后就会出现老化现象，如果继续使用，轮胎会在压力下出现漏气甚至爆胎情况。在汽车高速行驶过程中，轮胎故障是所有驾驶员最为担心和最难预防的，也是突发性、恶性交通事故发生的重要原因。据统计，在高速公路上发生的交通事故中，70%～80%是由爆胎引发的。于是，各个轮胎厂商把缺气保用做为轮胎技术的重点研发方向，纷纷推出了各自的缺气保用胎。例如：米其林PAX系统、固特异RunOnFlat技术、马牌ContiSeal技术和普利司通COOLING FIN技术等。
$ C% X" ]9 q7 G2 g目前缺气保用轮胎即安全轮胎主要分为三种：自我支撑型、辅助系统型、自我修补密封型。PAX系统属于辅助系统型，RunOnFlat技术和普利司通COOLING FIN属于自我支撑型，德国马牌ContiSeal技术则属于自我修补密封型。
“霸力泡”技术
“霸力泡”是固特异胎面刀槽泡状互锁技术的音译。通过精密的轮胎模具设计加工，在轮胎的胎面细刀槽中制作出可以互相咬合半球状凸起和凹陷。当轮胎接触地面时，胎面各部分元素都可以张开，在加速过程中胎面可以更好地贴合地面以提供可靠的抓地力，而在离开地面时，胎面各部分元素通过霸力泡再次咬合在一起，这样在大大提高抓地力的同时，还能降低轮胎路噪。
AQ多能驰技术
" |5 p, y  Q8 rAQ多能驰技术的设计初衷是为了减少轮胎磨损对性能带来的影响。它有着以下技术特点：第一，利用电脑提供的自动改进设计法对轮胎进行最佳优化设计。不只是形状设计，还包括花纹、结构、材料等轮胎的全要素都能够达到最优化；第二，通过加长碳素分子的链状排列结构，提高轮胎耐久性能；第三，将轮胎胎圈的胎踵部分设计成圆形，确保轮胎与轮辋装配后的圆度，从而达到提高均匀性、平衡性之目的。
. h. d) d" L) s! p, k5 U5 P/ X& w轮胎新技术之未来技术趋势
未来的轮胎是什么样？是电影《I，Robot》中那辆随意转向的Audi RSQ所用的球形轮胎，还是《第五元素》里科本-达拉斯那辆已不需要轮胎的漂浮出租车。不管是不是科幻电影里华丽的道具，至少我们可以看到一个轮胎大致的发展方向，不过要实现它们可能还需要一段时间，我们还是回头来看看稍微靠近我们一点的一些轮胎新技术。
纳米轮胎
1 N% T4 i$ S, Y. t% }“纳米技术”指对运用100 nm 以下微小结构的物质和材料的技术。纳米技术是新世纪汽车发展的核心技术。纳米技术能够从汽车车身应用到车轮，几乎涵盖了汽车的全部，比如车身、底盘、内装、轮胎、传动系统、排气系统等，均可因纳米技术的运用而产生不同的功能特性。纳米材料和橡胶工业关系相当密切，大部分粉状橡胶助剂粒径都在纳米材料范围或接近纳米材料范围，例如炭黑粒径约11～500 nm;白炭黑粒径在11～110 nm。在橡胶产品生产中，炭黑新一代纳米技术已成功运用其它纳米粒子作为助剂，而不再局限于使用炭黑或白炭黑，如ZnO、CaCO3 、A12O3 、TiO2 ，最大的改变即是，轮胎的颜色已不再仅限于黑色，而能有多样化的鲜艳色彩。彩色轮胎的性能与黑色轮胎完全相同，不同的是在轮胎侧壁上带有白、红、黄、蓝、绿等颜色的凸形大字体或环带，可与车型的种类、造型、漆色、商标色等其他饰物相匹配，突出车辆的个性。目前国内在利用纳米材料改性橡胶技术领域还存在着复合体系单一，复合方法简单，工业化程度不高等问题，轮胎纳米复合材料的特性和潜能在今后很长一段时间仍需靠纳米科技的发展去挖掘和提高。因此，立足于传统的炭黑/橡胶、白炭黑/橡胶和黏土/橡胶纳米复合技术的同时，深入研究纳米粒子与轮胎界面胶联强化的机理，探索纳米粒子与橡胶复合的新方法，对提高轮胎的性能是十分必要的，甚至可以开发出更高性能的轮胎橡胶制品。
智能轮胎
智能轮胎，可以向汽车驾驶系统提供轮胎充气压力、升温、受力、变形等信息情况，并可通过植入射频标识(FID) 等来追溯从制造到使用的全过程。像人们用手或脚可以感觉到热、冷或打滑一样，汽车上唯一与路面接触的轮胎可建立向驾驶员提供轮胎—路面状况信息的系统来感觉这些，如轮胎气压智能监测系统(简称TPMS) 和轮胎防爆系统(RSC) ；美国固特异轮胎推出的Unisteel智能轮胎可在遇到轮胎气压偏离设定值、轮胎温度超过设定值、轮胎脱离车轴的情况下自动报警。此外还有法国米其林轮胎公司推出的MEMS智能轮胎，德国大陆- 通用轮胎公司推出的CGT智能轮胎，芬兰诺基亚轮胎公司推出的ITT智能轮胎等。

1 V+ w& b. y7 t; {+ T, O& O转自 当代汽车

y_y_ping

好资料，拜读了！！

asdf-y

以前不了解的新技术,有了点概念.谢谢,长见识了.

daixiaobin

不错的资料，希望轮胎行业大发展

令狐冲

大家在研究一下