【轉帖】輪胎知識：解讀非充氣輪胎的結構及優缺點

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2014/12/8 8:00:00來源：車雲網 責任編輯：吳侃

1888年鄧祿普發(fā)明世界上第一條充氣輪胎的時候，恐怕他老人家從來就沒(méi)有想象過(guò)這(zhè)麼(me)一個橡膠的物件竟然能(néng)夠在随後(hòu)的一百多年裡(lǐ)成(chéng)功的改變了世界。

　　輪胎工業發(fā)展到今天俨然已經(jīng)成(chéng)爲了一門獨立的學(xué)科，産品也呈現出了全面(miàn)開(kāi)花的态勢。按照胎體結構分爲了實心胎和充氣胎，按照連線排布結構又分爲斜交胎和子午線胎，根據組成(chéng)結構不同又分爲無内胎充氣輪胎和有内胎充氣輪胎等等。

　　而在近年來，輪胎家族中又開(kāi)始出現了介于實心輪胎和充氣輪胎之間的非充氣輪胎。諸如米其林、普利司通等等的輪胎企業紛紛推出了這(zhè)種(zhǒng)非充氣輪胎的概念産品，那麼(me)這(zhè)種(zhǒng)産品是何方神聖，接下來咱們就來好(hǎo)好(hǎo)研究一下。

　　不過(guò)在正式切入主題之前，筆者還(hái)是先啰嗦兩(liǎng)句普通輪胎的結構，因爲這(zhè)有助于理解非充氣輪胎的結構。普通輪胎從外到内大緻可以分爲胎冠、帶束層、簾布層、氣密層、胎圈部幾個部分。不同企業的簾布層(即胎體層)是輪胎的骨架，兩(liǎng)側邊緣通過(guò)鋼絲圈固定在輪辋凸緣和輪辋底座上，在保持輪胎内壓的同時還(hái)起(qǐ)到支撐載荷的作用。而帶束層則是用于緩沖胎體和胎面(miàn)的剛度。對(duì)子午線輪胎而言，帶束層的作用還(hái)在于捆緊簾線，完成(chéng)在半徑方向(xiàng)内的壓縮，保證輪胎圓周方向(xiàng)的剛度，同時保證小扁平比輪胎的實現。

　　非充氣輪胎最早出現于山地自行車，由美國(guó)工程師布萊恩·拉塞爾提出。在2005年，米其林推出了名爲Tweel的全球首款非充氣輪胎。Tweel的推出徹底改變了現代輪胎必須由壓縮空氣提供支撐的做法，取而代之的是輪胎與輪辋一體化的設計。

　　用于提供整條輪胎剛性的是從輪胎側面(miàn)輻射開(kāi)來的網狀支撐結構，該網狀結構根據不同企業的不同而有所不同，米其林的Tweel采用類似于馬車車輪的輻條式，而普利司通的AirFree則是相互交錯的輻射式，韓泰iFLEX是獨特的網狀結構，此外還(hái)有蜂巢式等等。

　　無論何種(zhǒng)結構，其功能(néng)都(dōu)大同小異，爲輪胎提供支撐，同時通過(guò)支撐結構的形變來減小輪胎的震動，達到改善舒适性的目的。至于胎面(miàn)則依舊保持着現有輪胎的結構。簡單點說，我們大可以認爲非充氣式輪胎的内部支撐結構就等同于強化之後(hòu)的簾布層和帶束層的結合體。

　　爲了保證強度，這(zhè)些輻條的材質還(hái)大多運用了能(néng)夠保持柔軟的高性能(néng)樹脂材料打造。輻條的排布則以減少輪胎變形時的内壓爲主要設計原理，通過(guò)不同形狀的輻條排布實現輪胎變化時壓力的傳導。而韓泰的iFLEX甚至還(hái)考慮到了排出異物的需求。

　　由于沒(méi)有傳統輪胎的充氣需求，同時也沒(méi)有傳統輪胎的輪辋，所以非充氣式輪胎相比于普通輪胎而言具有免維護、免爆胎、免洩露的功能(néng)。而非充氣輪胎在縱向(xiàng)受到沖擊載荷時，其内部的支撐結構能(néng)夠擁有相比于普通的充氣輪胎要大得多的型變量，由此減輕了崎岖路面(miàn)通過(guò)輪胎傳遞到懸架和車身的路面(miàn)沖擊，提高車輛的舒适性表現。

　　在高速通過(guò)長(cháng)距離高頻次的障礙物時，得益于輪胎較大的型變量和較快的回彈力，非充氣式輪胎能(néng)夠極大的降低車輛的抛離感，提升越野駕駛過(guò)程中的行駛穩定性。另外一點在于，由于非充氣式輪胎在承受縱向(xiàng)沖擊時擁有優秀的變形和回彈性能(néng)，所以在低附着力的越野路面(miàn)條件下，通過(guò)支撐結構的變形可以大幅度的增加胎面(miàn)與地面(miàn)的接觸面(miàn)積，提升輪胎的附着力。在胎面(miàn)與地面(miàn)的接觸部分形成(chéng)一小塊小小的履帶效應，幫助車輛脫困。

　　對(duì)于車輛輪胎而言，縱向(xiàng)剛性的好(hǎo)壞直接影響到的是駕乘的舒适性，而橫向(xiàng)剛性的好(hǎo)壞則直接影響到操控穩定性。這(zhè)也就是高性能(néng)的街道(dào)跑車往往願意選擇低扁平比輪胎，而越野車又親睐于高扁平比輪胎的原因所在。一個注重于橫向(xiàng)剛度以提升高速過(guò)彎時的側向(xiàng)支撐，提高過(guò)彎極限，而另一個則注重于縱向(xiàng)剛度以保證越野過(guò)程中的舒适性，也提升輪胎在越野過(guò)程中的壽命。

　　老話講魚和熊掌不可兼得，但是非充氣輪胎則很好(hǎo)的避免了以上問題。我們注意到，無論是米其林的Tweel，還(hái)是普利司通的Airless，在支撐結構的排布上均采用了橫向(xiàng)排布的結構形式。如此一來當輪胎在承受縱向(xiàng)載荷時，支撐結構間的縫隙便能(néng)夠得到充分的壓縮，提升輪胎的形變量，保證舒适性。

　　二來當輪胎在承受橫向(xiàng)載荷時，由于受力方向(xiàng)與支撐結構的作用力方向(xiàng)平行，所以支撐結構間的間隙失效，完全通過(guò)支撐結構對(duì)輪胎進(jìn)行支撐，輪胎橫向(xiàng)的型變量變小，提高輪胎的側偏剛度，繼而提升車輛的側向(xiàng)支撐，保證操控穩定性。

　　第三，非充氣式輪胎由于取消了輪毂、鋼圈等等傳統輪胎的結構，再配合上高強度樹脂等材料的運用，質量相比于傳統輪胎輪毂的組合有了較大幅度的縮減。輪胎重量的降低最直觀的改變就體現在整車簧下質量的降低上，特别是對(duì)于采用多連杆式獨立懸挂的車型而言，更小的簧下質量必然會保證懸挂系統的動态響應更加趨于理想狀态。

　　在經(jīng)濟性方面(miàn)，非充氣式輪胎由于在結構上將(jiāng)胎側和胎面(miàn)完全分離開(kāi)來，所以在胎面(miàn)的設計上可以更爲大膽的運用低滾阻的橡膠配方。而且由于輪胎結構的簡化，非充氣式輪胎在運動過(guò)程中由于輪胎反複變形帶來的能(néng)量損失被大幅度的減小，繼而達到提升車輛燃油經(jīng)濟性的效果。由于運動過(guò)程中輪胎運作較爲穩定，所以這(zhè)種(zhǒng)輪胎的胎面(miàn)在耐磨程度上一般也是普通輪胎的3倍。

　　當然，這(zhè)種(zhǒng)非充氣式的輪胎也并非是無懈可擊。雖然免充氣的結構充分避免了輪胎被紮壞的可能(néng)性，但是由于支撐結構裸露在外，而且這(zhè)些高分子結構的塑形材料結構強度并不如想象中那強大，一旦輪胎内部進(jìn)入異物，那麼(me)必將(jiāng)會導緻支撐結構的受損。

　　而且，由于采用裸露的結構，在泥濘路段、積雪路段行駛時，帶有附着效應的泥土以及積雪便會堆積在支撐結構内，將(jiāng)輪胎的形變功能(néng)短接。更重要的一點在于，由于内部支撐結構的原因，這(zhè)一類輪胎還(hái)無法承受較重的負載以及較高的速度。

　　比如普利司通的第二代AirFree，最高行駛時速也僅僅爲60Km/h，所以這(zhè)種(zhǒng)輪胎目前隻能(néng)運用在一些慢速車輛上，比如割草機和超輕型車一類。韓泰的iFLEX雖然設計了獨特的排沙結構，但是關于其性能(néng)則一直沒(méi)有公布，韓泰隻是表示量産之後(hòu)這(zhè)條輪胎有望搭載于微型車上。

　　編者小結：

　　在汽車真正實現不用輪子也能(néng)開(kāi)之前，輪胎工業的發(fā)展必將(jiāng)伴随着汽車工業一同進(jìn)步。非充氣輪胎雖然現在還(hái)處于概念論證階段，但是相信随着技術的進(jìn)步，困擾非充氣輪胎大規模推廣的短闆必將(jiāng)逐漸被消除。從目前來看，非充氣輪胎已經(jīng)逐步在ATV上運用，想必再不過(guò)了多長(cháng)時間，這(zhè)一類型的輪胎將(jiāng)會迎來普及。