商用車爆胎應急安全裝置的應用分析

許權威，任基科，李濤，李志鵬

商用車爆胎應急安全裝置的應用分析

許權威，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，伴隨著我國汽車保有量的逐漸增多，全國每年車輛爆胎事故的發生量一直居高不下。為了解決車輛因爆胎導致的轉向性能和制動性能的劇減問題，國家出臺了一系列的法律法規，制定了相應的標準，對試驗方法和爆胎后轉向性、制動性做出了具體的要求；并且引導商用車逐步安裝爆胎應急安全裝置。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急安全裝置的安裝方法、工作原理，及該裝置對車輛性能的影響和應用前景。

商用車；爆胎；輪輞；應急安全裝置

引言

據統計，在我國高速公路交通事故中，車輛爆胎引發的事故占總數的30%以上[1]，直接或間接經濟損失高達1.4萬億人民幣，嚴重威脅了人民的生命安全，給人民造成了巨大的財產經濟損失，因此爆胎被認為是高速公路的“頭號殺手”。車輛發生爆胎的原因主要有以下幾點：超速行駛、超載、胎壓過高或過低、輪胎磨損老化、環境溫度過高、路況差等。車輛突然發生爆胎，輪胎會在短時間內泄氣干癟，使車輛轉向和制動性能急劇下降，從而導致交通事故的發生。特別是商用車由于載重大，發生爆胎的概率更大，造成的后果也更嚴重。為了降低商用車爆胎造成的危害，國家制定了相關的標準，對商用車爆胎后的制動性能、轉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急安全裝置也就變得極為迫切。

1 爆胎應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，需將輪輞內環設計出凹槽或斜面，使輪胎一側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，輪胎與輪輞脫落的主因。發生爆胎時，氣壓急劇泄露，輪胎整體塌陷，泄壓后的輪胎在負載作用下滑入凹槽。外側胎唇受擠壓向內收縮，不再緊貼輪輞邊緣，與輪輞脫離；胎面在地面上碾行，與輪輞產生速度差，產生的阻滯力矩會使輪胎與輪輞脫離[2]。若緊急制動或猛打方向，阻滯力矩會瞬間增大，加速輪胎與輪輞的脫離。當輪輞與地面直接接觸時，車輪附著力會急劇降低，車輛偏斜、側滑，造成翻車等嚴重交通事故。

爆胎應急安全裝置是繼安全帶、安全氣囊及ABS之后第四項汽車被動安全裝置。該裝置從三個方面保證了車輛發生爆胎后的制動性能、轉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起來，在車輛發生爆胎事故后，該裝置會阻止輪胎胎唇向凹槽滑移，這樣輪胎就不會和輪輞脫離，保證車輛對地面的有效附著力；有效減少車輛爆胎前后的高度差，增加泄壓輪的支撐高度，減少側傾力，使車輛行駛方向持續可控；同時增大泄壓輪的滾動阻力，有效保證了爆胎后車輛的轉向性能。

2 爆胎應急安全裝置的組成介紹及安裝方式

本文介紹的爆胎應急安全裝置如圖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）爆胎應急裝置組裝；（4）壓裝輪胎；（5）安裝爆胎應急裝置，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 爆胎應急安全裝置試驗測試

結合爆胎應急安全裝置的實際使用環境，在設計開發中主要對其進行了以下幾項測試。

3.1 有限元分析

圖3 應力分析圖

圖4 變形分析圖

圖5 應變分析圖

根據JT/T1178.2-2019《營運貨車安全技術條件第二部分：牽引車輛與掛車》[3]的規定，對于總質量大于或等于12000 kg且最高車速大于等于90km/h的非雙轉向軸載貨汽車，所有轉向輪均應安裝爆胎應急安全裝置。本文用Solidworks Simulation對該裝置進行有限元分析，以總質量12t的載貨汽車為分析對象，前轉向軸受到的正壓力為35000N～45000N，側壓力為3000N～4000N。這里均取上限值，對該裝置施加45000N的正向壓力和4000N的側向壓力。實驗結果如下：該裝置受到的應力情況如圖3所示，所受應力最大約為5.8× 107N/平方米，變形情況如圖4所示，最大變形約為0.26mm，應變情況如圖5所示，最大應變為0.64%。結果表明該裝置所受的最大應力、最大變形和最大應變均在設計要求的范圍內，滿足使用要求。

3.2 動平衡試驗分析

由于車輪的平衡性關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車輪平衡性的影響至關重要。本文以安裝該裝置的輪輞為試驗對象，對其進行動平衡試驗。試驗結果如圖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試方法》[4]的要求。

圖6 動平衡試驗

3.3 高低溫試驗

由于爆胎應急裝置在實際使用的過程中溫度變化較大，所以本文對其進行了高低溫試驗，以測試其是否能滿足使用要求。本次試驗依據GB/T 2423.2-2008《電工電子產品環境試驗第二部分：試驗方法試驗B：高溫》、GB/T 2423.1-2008《電工電子產品環境試驗第二部分：試驗方法試驗A：低溫》標準中的相關規定進行[5]。

高溫試驗，溫度：140℃±2℃，時間：24h，如圖7所示；

低溫試驗，溫度：–40℃±2℃，時間：24h，如圖8所示。

圖7 高溫試驗

圖8 低溫試驗

試驗結果：高低溫試驗后，該裝置相對輪輞均未有竄動、松動現象，也沒有開裂、斷裂的情況，符合設計要求。

4 不同類型的爆胎應急裝置的對比分析

目前市場上各種類型的爆胎應急安全裝置的原理大致都是一樣的，都是通過填補輪輞上的凹槽來阻止輪胎與輪輞脫離來保證車輛發生爆胎后的持續可控性，但不同結構的安全裝置對車輛的影響卻有很大的不同。例如產品的重量，據相關統計，質量每增加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、連接方式等幾個方面來分析其性能和對車輛的影響。

塑料墊珠式：連接扣開放式設計，抗拉強度低，易變形；墊塊間隔分布，強度低，與輪輞接觸面積小，導致爆胎后產品易相對輪輞滑動；非支撐處易發生變形。

鏈條式：各個支撐片通過銷軸連接，車輛長期運行時，銷軸易松動脫落；TPMS安裝處結構不合理，爆胎后沖擊易折斷；采用鑄鋼材質，重量大，不符合車輛輕量化要求；采用間隔支撐，非支撐處爆胎時結構不可靠，易發生變形。

拼焊式：采用鋼質筋支撐，兩側易變形，焊接工藝會影響產品整體力學性能；鋼材質與輪輞直接接觸，易劃傷輪輞，造成輪輞生銹腐蝕。

橡膠制品：產品材質為橡膠，車輛長時間行駛時，輪輞內部溫度較高，橡膠極易老化，產品失效；強度差，時間久時易老化變形；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，結構穩定，爆胎時產品不易變形；與輪輞接觸面積大，摩檫力大，不易與輪輞產生相對滑動；墊塊采用PA 6材質，重量輕，強度高，且不易劃傷輪輞；緊固帶采用碳纖維或彈簧鋼兩種材質，選擇余地大；產品整體質量較輕，符合車輛輕量化要求。

5 結束語

爆胎應急安全裝置作為一款車輛被動安全裝置，能夠有效預防車輛發生爆胎后交通事故的發生及人員的傷亡，避免重大損失，且結構簡單，安裝方便。本文結合該裝置的實際使用環境，對其進行了多個試驗分析，結果顯示該裝置符合設計、使用要求，能夠保證車輛在發生爆胎后的轉向性、制動性和持續可控性。該裝置具有很好的經濟效應和社會效應，相信該裝置會有更好的應用和市場前景。

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

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

[3] None.牽引車輛與掛車安全技術條件將于7月1日正式實施[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試方法[S].

[5] GB/T 5170.5-2016,電工電子產品環境試驗設備檢驗方法[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

B

1671-7988(2021)04-81-03

U463

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1671-7988(2021)04-81-03

許權威（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：汽車設計。