安全轮胎

自从人类发明制造出汽车以来，轮胎因扎破、漏气，轻则耽误时间，为换胎、修胎，乃至由此引发交通堵塞令人烦恼。重则引发爆胎，乃至造成车毁人亡的交通事故让人伤感。随着汽车工业的迅速发展，交通道路网络的日趋完善，对提高机动车辆轮胎的性能，发展安全、耐用、高速低价产品已成为当前科研生产部门的重要攻关项目之一。根据有关统计资料分析显示，高速公路上近50%的重大交通事故因轮胎慢性漏气而引起，而且多是扎钉，漏气而导致轮胎在运行过程中发热爆胎。根据现时对轮胎性能分析，需要进一步提高轮胎的各项技术、经济指标，重点是解决轮胎的防爆、防漏气问题，安全轮胎的研发与生产越来越引起生产厂家的重视。

安全轮胎，英文是"Run-Flat tire"，其意为轮胎在遭遇到外来物刺扎后，不会一时漏气或者漏气非常缓慢，能够保持一段时间的行驶，轮胎行业直译为"跑气保用轮胎"亦称"缺气保用轮胎"。从1934年固特异取得首项安全轮胎专利算起，轮胎行业对安全轮胎的研制开发走过了70多年的历程。

1、安全轮胎发展初期:技术探索，百花齐放

"抗刺扎、防爆破、失压后还能走"是安全轮胎的三点基本要求。对于"失压后还能走"，其衡量指标包括失压后的行驶速度和驶出距离。就保证汽车暂时稳定行驶的安全轮胎而言，汽车工业目前的标准是以50-55英里/小时(80-88公里/小时)速度驶出100英里(160公里)。为了达到这个目的，在过去70年中，尤其是前60年，人们尝试过许多方法，可谓五花八门，各有利弊。发展初期有代表性的安全轮胎技术有:

(1)增加胎面厚度，防止外物刺透胎面结构简单，但侧向稳定性差。

(2)在胎面胶内埋置小金属片以阻挡外物结构简单，但侧向稳定性差，减震性不好。

(3)将灌装有粘性液体的小胶囊预先置于轮胎内腔或贴在轮胎内壁上，或者在轮胎胎体内预置粘胶层，有时还采取把少量低比重的合成微孔纤维絮置入轮胎内腔的辅助措施;当轮胎遭刺伤后，粘性液体逸出，流动到穿孔处，与合成微孔纤维絮一起堵塞洞孔;这种结构的安全轮胎通常被称为自封式轮胎。粘性液体有降低失压轮胎内壁摩擦生热的作用，但粘性液体或粘胶容易失效;由于小胶囊和纤维絮在胎腔内自由活动，影响轮胎的平衡性能。

(4)大轮胎套小轮胎，亦即在无内胎轮胎(外轮胎)的内腔设置一个带有普通内胎的规格较小的无胎面轮胎(内轮胎)，内外轮胎之间留有充装空气的空间(外气室)，当外轮胎失压后，内轮胎发挥作用;内、外气室各有一套独立的气门芯和嘴;这种结构的安全轮胎通常被称为多腔轮胎结构复杂，轮胎重量明显增大，制造成本较高。

(5)在轮胎内腔安装一条径向顶部有帘线补强的加强内胎，这种结构通常被称为防爆内胎轮胎，结构简单，不影响乘坐舒适性

(6)在轮胎内腔填塞海绵代替充气，这种结构的安全轮胎通常被称为海绵填充轮胎，胎体发硬，乘坐舒适性差，轮胎行驶生热较大，不适用于高速车辆。

(7)将胎侧内部做成囊状，囊内填充海绵，或者在两胎侧部内表面加贴断面为月牙状的补强胶片。这种结构的安全轮胎通常被称为胎侧补强型轮胎，胎侧刚性高，侧向稳定性好，失压后内生热低。

(8)在轮胎内腔加装一个可拆卸的弹性支撑环，用来在轮胎失压后支撑胎面和加强胎侧。这种结构的安全轮胎通常被称为具有内支撑物的轮胎，轮胎内壁与弹性支撑环接触处摩擦生热大，易造成早期损坏。

(9)用环氧树脂把胎圈粘在轮辋圈座上，使得轮胎失压后不会脱圈。这被看作是后期特制轮辋的雏形，轮胎一轮辋连成一体，增加反复利用轮辋的难度。

经过长期的探索和反复试验，到20世纪90年代中后期，上述有些方法已经被淘汰，譬如简单地在胎面胶内埋置小金属片、防爆内胎、多腔等，有些方法虽然尚在应用，但其产品无市场或原有市场已明显萎缩，譬如液体自封，有些方法则得到完善而逐渐上升为主流技术，譬如胎侧补强、内支撑物、特制轮辋。在此期间出现了一种新的趋势，那就是将多种原来单独使用的方法组合起来，加以整合优化，演变成能够制造出综合性能更好、更有竞争力的安全轮胎的新技术，譬如胎侧补强+内支撑物、特制轮辋+胎侧补强、特制轮辋+内支撑物。可以这样说，从20世纪30年代到90年代中后期大约60多年时间内，安全轮胎由技术探索，百花齐放，过渡到相对集中和基本定型，完成了技术方法筛选和工艺路线确定这一历史过程，从发展初期步入了发展中期。

2、安全轮胎发展中期:技术优化，渐成流派

从20世纪90年代中后期开始，安全轮胎的工作重点已转移到使技术更精纯、工艺更成熟、产品更有效。在初期发展的基础上，经过整合优化，目前安全轮胎技术已形成由轮胎结构来划分的两大类和以配套轮辋来划分的两大类。

若以轮胎结构来划分，有两大类安全轮胎技术:(1)自封式安全轮胎一一在胎腔或密封层内预先充入足量密封剂，轮胎遭外物刺穿后，密封剂自动流到穿孔处，堵塞洞孔，阻止轮胎充气内压下降，从而维持正常行驶状态;(2)刚性支撑式安全轮胎一一又可细分为自体支撑型和加物支撑型两种。前者与普通轮胎相比，并未增加任何部件，只是通过特殊设计或增强原有的某个部件，使轮胎失压后保持行驶轮廓，典型的例子是胎侧补强型;后者通过引进普通轮胎所没有的部件，达到轮胎失压后保持行驶轮廓的目的，典型的例子是内支撑物型。

若以配套轮辋来划分，也有两大类安全轮胎技术:(1)普通(标准)轮辋型;(2)特制(非标)轮辋型。若以用途来划分，同样有两大类:(1)保证汽车暂时稳定行驶的安全轮胎;(2)长时间连续行驶的安全轮胎。

上述前两种分类条件，其实也可理解为制造安全轮胎的技术手段，亦即((1)自封技术;(2)刚性支撑技术;(3)特制(非标)轮辋技术。如前所述，发展初期的安全轮胎大都可归入某个单一的分类，也就是说，当时由于条件限制，比较倾向于采用单一的技术手段来制造安全轮胎。越是发展到后来，就越难归入某一类，因为现有的安全轮胎已经是应用多种技术的组合体。

最近10年间已实现商品化的安全轮胎新产品主要有:

自封式安全轮胎德国大陆公司(Continental A. G.)的Gen* Seal和法国米其林集团公司(Group Michelin)的Tiger Paw NailGard都是在20世纪90年代曾一度走红市场的产品。德国大陆公司(Continental A. G.)的Gen* Seal是一种自封式无内胎安全轮胎，于上世纪80年代末由德国大陆公司研制成功。从轮胎断面图上看，在Gen* Seal内腔两胎肩之间区段，设置有特制的防刺层，内装可流动的软密封胶。当Gen* Seal被刺穿或者拔除刺入物后，软密封胶在轮胎充气内压作用下自动流到穿孔处，堵塞孔洞，即使洞伤深达3/16英寸，亦能保持轮胎不漏气。大陆建议Gen* Seal最好与轮胎充气内压监测系统(TPMS)配套使用，该系统是根据轮胎滚动半径变小而发出报警信号的。

和Gen* Seal一样，法国米其林集团公司(Group Michelin)的TigerPaw NailGard也是一种自封式无内胎安全轮胎，于1998年由法国米其林集团公司研制成功。其构造和技术指标与大陆Gen* Seal基本相同。从该轮胎打的商标为尤尼罗伊尔(Uniroyal)，我们就不难判断它在米其林轮胎产品系列中属于中档产品。

(2)特制轮辋+自体支撑型安全轮胎

顾名思义，这种安全轮胎必须装在非标轮辋上使用，而且轮胎上的某个部件是经过加厚或者是被衬上特制补强件的。最常见的属于这一类的安全轮胎是特制轮辋+胎侧补强型安全轮胎。特制轮辋在轮胎失压后可有效地防止胎圈脱座。有代表性的产品为日本普利司通公司的Expedia轮胎-轮辋总成和法国米其林集团公司的MXV4轮胎。

日本普利司通公司于1992年3月研制成功Expedia轮胎一轮辋总成，并于次年初在欧洲市场销售。该总成由三部分组成:(1)安全轮胎一一胎侧衬有特制补强件，在轮胎失压时足以支撑汽车重量;同时胶料的耐热性非常好，在轮胎失压后仍然保持弹性，保证轮胎不会丧失基本行驶功能，也不必担心胎内磨擦引起轮胎破损;(2)楔形轮辋一一这是一种特制轮辋，类似于德国大陆公司的CTS反向轮辋，是在普通轮辋的基础上，在两胎圈座内狈J各多了一条驼峰状凸缘;轮胎漏气后，该驼峰状凸缘起到阻止轮胎脱圈的作用;(3)TPMS一一由固定在轮辋圈座上的压力传感器和安装在车内的蜂鸣器或指示灯组成;当轮胎充气内压下降到某个设定值时，蜂鸣器发出声音或指示灯闪亮。在无内压条件下，Expedia总成能够以55英里/小时( 88公里/小时)速度驶出150英里(240公里)。

法国米其林集团公司于1994年研制成功MXV4轮胎，1997年6月在北美替换配件市场销售。MXV4轮胎的特点是失压后侧向操纵性能很好。TPMS由嵌在轮辋圈座上的传感器和装在驾驶室仪表盘上的可编程数字显示器组成。1998年MXV4已发展成系列产品，有多种规格型号，其中MXV4ZP在内压为零时能够以55英里/小时(88公里/小时)速度行驶50英里(80公里)的路程。当时MXV4 ZP的价格比普通轮胎高40一50美元，配套使用的TPMS价格为300一400美元。

(3)特制轮辋+加物支撑型安全轮胎

这种安全轮胎除需要与特制轮辋配套使用外，它的另一个特点是在轮胎内部多了一些普通轮胎所没有的部件，譬如内支撑物。最具代表性的产品有法国米其林集团公司的PAX、德国大陆公司的CWS体系和意大利倍耐力公司(Pirelli SpA)的EMI(整体组合膨胀泡沫轮胎)。

1997年初法国米其林集团公司郑重向媒体宣布，研制成功一款独特的安全轮胎一一PAV(垂直固定充气轮胎)。1998年夏PAV作为原装配件开始供应各欧洲汽车厂家。1999年米其林将PAV技术升级，改称PAX。

作为当时全球断面最低(60系列)的安全轮胎，PAX在失压后能够以50英里/小时(80公里/小时)速度驶出125英里(200公里)。其结构特点为:(1)轮胎断面最宽处在胎圈，而且胎圈直径大于或等于轮胎外凸缘直径;(2)轮胎胎侧接近垂直，而不是像普通轮胎那样呈鼓出的圆弧状，而且胎侧高度只有相同规格普通轮胎的1/2; (3)特制平底轮辋，内置橡胶环，起锁定胎圈以及支撑胎面的作用。

米其林强制性地要求PAX与TPMS配套使用，因为PAX的使用性能太好了，如果没有TPMS，司机根本无法凭感觉区分PAX的充气行驶状态和失压行驶状态，结果是到达目的地才发现已失压行驶了很长时间。在失压情况下承载负荷行驶对轮胎造成非常大的负担，所以不管对普通轮胎还是安全轮胎而言，失压行驶都是非常状态，配备TPMS的目的就是尽可能地缩短PAX处于非常状态的时间，延长PAX的寿命。这也是几乎所有安全轮胎制造商都建议或要求配备TPMS的理由。

德国大陆公司的CWS体系于1999年底研制成功，其基本结构与米其林PAX类似，由四部分组成:(1)无钢丝圈补强挠性胎圈;(2)钢丝补强橡胶支撑环(简称CSR );(3)特制轮辋;(4)与之配套的TPMS(简称TPMS)或漏气检测装置(DDS )o CWS体系已于2001年配套轿车。

意大利倍耐力公司的EM工于1994年推出，其基本结构是在胎腔内预置经特殊工艺制成的丁基橡胶泡沫环。在轮胎未泄气时，内压力将泡沫环压向轮辋，起到减少应力集中，调节轮辋惯性的作用;一旦轮胎失压，泡沫环立即快速膨胀，充满整个胎腔，支撑起胎体，达到轮胎充气效果，维持轮胎正常行驶状态。EMI已配套赛车。

(4)自体支撑+加物支撑型安全轮胎

这种安全轮胎装在普通轮辋上即可使用，但在轮胎内部除有某个部件是经过加厚处理之外，还配置了一些额外的支撑部件，譬如内支撑环。自体支撑+加物支撑技术特别适用于高断面轮胎和重量较大的车辆，它保证轮胎在失压后得到支撑，而且避免轮胎内表面相互摩擦，导致早期损坏。最有代表性的产品当数美国固特异轮胎橡胶公司的Engle EMTo

美国固特异轮胎橡胶公司的Engle EMT是在Double Engle的基础上，进一步完善TPMS，改进轮胎结构(亦即增强胎侧)后产生的。Engle EMT最吸引人的特点是装在普通轮辋上使用，这标志着固特异在安全轮胎技术领域已达到领先水平。与必须和特制轮辋配套的其它安全轮胎相比，无疑EMT具有更强的市场竞争力。Engle EMT轮胎在失压状态下能够保持原有的充气形状，胎腔内壁不会互相贴近产生磨损，从而保持基本的行驶性能。

截止1997年底，Engle EMT已有适配小轿车、越野车和多用途运动车的8种规格型号，价格比普通轮胎高10 % } 15。固特异建议，EngleEMT最好与TPMS配套使用。当然，若不装备TPMS，也不会影响Engle EMT的使用性能。TPMS每套售价为250一300美元。Engle EMT的性能指标为失压后以55英里/小时(88公里/小时)速度驶出200英里(320公里))o

Engle EMT的平行换代产品一一Engle GS系列自1991年创建以来，至1994年已有A到D共4个分系列;其中GS-A为非对称花纹轮胎，GS-D为有向花纹轮胎。GS-C具有用特殊方法缠绕而成的2层钢丝带束层，不但耐高温，而且低生热，确保失压行驶时100%保持原有操纵性能。

(5)自体支撑型安全轮胎

这也是一种装在普通轮辋上即可使用的安全轮胎，它通过特殊设计或增强轮胎胎体内的某个部件，从而达到失压后保持轮胎行驶轮廓，有足够刚性承载车辆和乘员的负荷的目的，应该说这是一种构造最简单、使用最简便的安全轮胎。但自体支撑技术存在两个缺点:(1)胎侧刚性太大，影响乘坐舒适性;(2)比较适用于低断面轮胎和比较轻的车辆。最具代表性的产品有日本普利司通公司的Hawk系列安全轮胎、日本住友橡胶工业公司(Sumitomo Rubber Industries Ltd.)的CCT和意大利倍耐力公司的Pirelli Eufori®。

日本普利司通公司的Hawk系列安全轮胎于1999年应市，它有四大特点:(1)适配普通轮辋;(2)无内支撑物;(3)属于普通断面;;4)重量比固特异同类产品轻。上述特点是藉加厚轮胎胎侧，采用独特的带束层设计而获得的。其中无需特制轮辋和内支撑物是Hawk轮胎与迄今问世的其他安全轮胎不同之处，因此它比同类产品更受市场欢迎。Hawk轮胎在失压条件下能够以55英里/小时(88公里/小时)速度驶出50英里(80公里))。

日本住友橡胶工业公司于2000年6月推出CCT(综合技术轮胎)，它虽然属于刚性支撑式的自体支撑型，但与传统技术又有所不同。目前应用的自体支撑技术，譬如普利司通Hawk以及米其林MXV4，都是通过用更多的橡胶和织物来加厚、加固胎侧，提高该部件的刚性，从而达到轮胎失压后仍然保持充气轮廓的目的。这样做难免增加轮胎重量(通常比普通轮胎重20%一4 0% )，劣化乘坐舒适性。CCT从胎面到胎侧这一段轮廓线有多个连续变化的曲率，具有这种轮廓线的轮胎，即使减薄胎侧，仍然拥有良好的自支撑能力，因此这种轮胎又被称为轻量化安全轮胎。

意大利倍耐力公司在2001年10月东京车展上推出Eufori®，这是运用MIRS(模块集成自动化系统)技术生产的第一条子午线安全轮胎。它拥有智能自撑式胎侧，在失压时能够以50英里/小时(80公里/小时)速度安全行驶90英里(150公里)，因为曾在网上公开征名，故又被称为"e轮胎。倍耐力同样推荐，在使用Eufori®时最好配套TPMS。

M工RS是倍耐力于上世纪90年代初投巨资开发的一项创新技术。目前该公司已分别在意大利、美国、英国、德国建成多间应用MIRS技术生产轮胎的工厂，产品有乘用轮胎、轻卡轮胎和载重轮胎，但用MIRS技术生产安全轮胎还是首次。

(6)活节轮胎

马来西亚Asiatic Airboss公司于1993年研制成功防刺穿活节式工业轮胎/轮辋系统一一Airbos:活节，它由活节式轮胎和特制轮辋组成，适配装载机和挖掘机。活节式轮胎未装上轮辋时，看上去像是一条橡胶履带，由数10个用薄钢板补强的、剖面为圆角梯形的中空橡胶件组成，在每个橡胶件底边开有洞眼，并已在成型时安上螺栓;将每个橡胶件底边的螺栓与特制轮辋上的相应洞眼对准，用螺母固定，即得到轮胎总成。活节式轮胎用模压法或浇注法均可制造，材料为天然橡胶或丁苯橡胶，聚氨醋由于成本太高暂时还无法普及应用。活节数多寡视轮胎规格而定。这些活节遭损坏后，可独个取下翻新或更换。

按照前述的安全轮胎分类，活节式工业轮胎/轮辋系统应属于特制轮辋+多腔型。Airbos:活节式轮胎具有如下优异性能:(1)使用寿命是普通轮胎的4.5倍，在使用12个月后胎面厚度仍保持75%; (2)刚性分别比充气轮胎和实心轮胎大23. 5%和100%，滚动阻力下降50%一58%; (3)减震性为充气轮胎的1. 52 1. 85倍;(4)牵引力比充气轮胎大37%0

Airbos:活节式工业轮胎/轮辋系统在投产当年就有300万美元的销售额，到1997年底已增长到3亿多美元，规格也由原来的3个增加到27个，除在欧亚销售外，曾一度占领90%的北美农机具轮胎市场，但近年来市场有所萎缩。

从国外安全轮胎的发展和应用来看，不论是自封型还是支撑型，都是对原有轮胎结构的彻底变革。目前被大量应用于高端车型的支撑型安全轮胎，是治标不治本的方法，只能保障轮胎在漏气的情况下以一定的速度行驶一定的量程，并没有从根本上解决漏气的问题，还需特殊轮胎、特制轮辋，并与TPMS配套使用，难以应用于现有的车辆和轮胎，使用成本高。德国大陆公司(Continental A. G.)的Gen* Seal和法国米其林集团公司(Group Michelin)的Tiger Paw NailGard自封型安全轮胎，虽解决了漏气问题，但也属于特殊结构轮胎，虽在20世纪90年代一度走红，但现已逐步淡出市场，同样难以应用于现有普通轮胎。

科泰安首创将高分子记忆技术应用于轮胎安全领域，当遇到有异物(如钉子、尖锐的碎石)扎进轮胎时，高分子材料将随扎入物体的"进出"而随之一起"运动"，并迅速将扎入的异物周围紧密包围，从而形成"胎外有孔、胎内有堵"的轮胎自修补现象，轮胎遇扎不漏，从而确保安全行驶。图:科泰安安全轮胎技术原理演示。

安全轮胎又称为"零压轮胎"，其英文是run-flat tire，意为瘪了还能走的轮胎， 业界习惯直译为"跑气保用轮胎"。普通轮胎遭到外物刺扎后，先是很快漏气，接着发生胎侧下塌，胎圈脱离轮辋，轻则无法继续行驶，重则导致车辆倾覆。与之相比，安全轮胎在遭到刺扎后，不会漏气或者漏气非常缓慢，能够保持行驶轮廓，胎圈依然固定在轮辋上，从而保证汽车能够长时间或者暂时稳定行驶。汽车装上这种轮胎后，不但安全性能大大提高，而且不再需要携带备用轮胎。

自固特异公司1934年取得防爆内胎安全轮胎专利以来，经过70多年的摸索和科研攻关，已基本完成了由概念到产品的转化，在21世纪第二个十年可望实现从产品到市场的飞跃。

自2001年以来，安全轮胎在欧洲和北美的销量大幅增长，甚至有人认为"安全轮胎取代普通轮胎的历史序幕已经拉开"。

为了迎接安全轮胎消费高峰的到来，各大轮胎制造商纷纷扩大产能。固特异于2003年投资2. 5亿美元完成了对生产的俄克拉荷马州轮胎厂的改造，购买了轮胎硫化机，更新了成型设备，新建了仓库。倍耐力打算在近期内将生产轮胎的德国轮胎厂的生产能力提高1倍，达到400万套/年。在3年时间内让倍耐力安全轮胎产品占领高性能轮胎市场的10%0

美国固特异2006年7月6日宣布将在大连工厂投资1800万美元生产"缺气保用"轮胎，从而成为第一家在中国制造"缺气保用"轮胎的轮胎公司，以提高汽车行驶的安全性。

固特异亚太区总裁皮埃尔柯华德说，固特异将再投资1.2亿美元，用于"缺气保用"轮胎的生产上，满足中国配套和替换轮胎市场以及出口的需要。柯华德说，"缺气保用"轮胎可以在2007年正式投产，5年内中国的销售量和出口量将达到20万条。

据"固特异"对全球市场调查，2007年安全轮胎全球销量为400万条、2008年为600万条、2009年为1600万条。安全轮胎也越来越多地被选为汽车标准配置或推荐配置，说明安全轮胎已经渡过了概念阶段，开始进入原装配件(OE)市场的大规模商业化。全球各大轮胎制造商正力图在今后1一2年内使安全轮胎的销售额增至2倍。在未来的10年安全轮胎将完全取替普通轮胎。

防爆轮胎在轮胎泄气的情况下，车辆仍然可以80公里/小时的车速行驶80公里;如果驾驶者没有爆胎后驾驶经验(大多数人都没有)，可能会做到错误的驾驶动作(例如急刹车)，这将导致车辆无法挽救的失控。

爆胎是非常严重的安全事故，特别是在高速公路爆胎。据统计，国内高速公路70%的意外交通事故是由爆胎引起的，而时速在160公里以上发生爆胎死亡率接近100%。

给车辆配置"防爆轮胎"就最大程度的解决了令人担心的安全问题。不过，真正称得上的"防爆轮胎"是军用的6×6、8×6等轮胎越野装甲车，它们的轮胎里设计了专门的金属条，即使遇到炮火弹片击穿也能保持轮胎不会发生形变，继续前进。普通的民用"防爆轮胎"虽然做不到如此强悍，但其"防爆"原理是基本一样的。

轮 胎是在各种车辆或机械上装配的接地滚动的圆环形弹性橡胶制品。通常安装在金属轮辋上，能支承车身，缓冲外界冲击，实现与路面的接触并保证车辆的行驶性能。轮胎通常由外胎、内胎、垫带3部分组成。也有不需要内胎的，其胎体内层有气密性好的橡胶层，且需配专用的轮辋。世界各国轮胎的结构，都向无内胎、子午线结构、扁平和轻量化的方向发展。

常见分类

轮胎常见的分类方式是按照结构划分为斜交线轮胎、子午线轮胎。子午线胎与斜交线胎的根本区别在于胎体。斜交线胎的胎体是斜线交叉的帘布层;而子午线胎的胎体是聚合物多层交叉材质，其顶层是数层由钢丝编成的钢带帘布，可减少轮胎被异物刺破的几率。