汽車爆胎的分析研究

楊碩天，葸淑苗

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

汽車爆胎的分析研究

楊碩天，葸淑苗

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章利用陜西重型汽車有限公司所做的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析，并研究了汽車車速與輪胎最高溫度、車速與輪胎最高壓力之間的關(guān)系，最終得出影響汽車爆胎的主要因素，有效防止和降低了汽車爆胎現(xiàn)象，對(duì)汽車安全行駛和人身財(cái)產(chǎn)安全提供保障。

汽車爆胎；輪胎最高壓力；輪胎最高溫度；道路安全

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-40-03

引言

道路交通安全不僅直接關(guān)系到人民群眾生命財(cái)產(chǎn)的安全[1-3]，而且直接影響道路運(yùn)輸?shù)男屎唾|(zhì)量，影響著國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展。近年來(lái)，因汽車爆胎而引起的交通事故居高不下，且有上升的趨勢(shì)，尤其在高速公路上由爆胎引起的交通事故數(shù)量龐大且事故嚴(yán)重。根據(jù)有關(guān)資料顯示，在高速公路上發(fā)生的交通事故中，爆胎事故占65%以上。因此，探討高速公路上汽車爆胎的原因，是降低高速公路上交通事故的有效措施[4-6]。

1 車速與輪胎最高溫度的關(guān)系

1.1 實(shí)驗(yàn)

根據(jù)陜西重型汽車有限公司所作實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)。

1.1.1 實(shí)驗(yàn)條件

（1）外界溫度：30℃。

（2）外界大氣壓：1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

（3）實(shí)驗(yàn)車型：自卸汽車SX3162BL381。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將溫度傳感器安裝在輪輞上 ，靠近氣門嘴閥桿根部（配有不銹鋼氣嘴取代原有氣嘴）， 傳感器傳遞信息并先發(fā)射到最近的導(dǎo)線，然后再通過(guò)導(dǎo)線輸人到接收機(jī)上。

（2）在高速公路上將汽車車速穩(wěn)定在40km/h，當(dāng)通過(guò)溫度傳感器得到的溫度數(shù)值不再改變時(shí)，記下此時(shí)顯示的溫度。然后將車速分別穩(wěn)定在50km/h、60km/h、70km/h、80km/h、90km/h、100km/h、110km/h，從而得到相應(yīng)速度下對(duì)應(yīng)的輪胎最高溫度T（℃），分析汽車車速與輪胎最高溫度之間的關(guān)系如圖1所示，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

圖1 車速與輪胎最高溫度的關(guān)系曲線

表1 不同車速下輪胎的最高溫度

1.2 數(shù)據(jù)分析

由圖1可知，V-T的曲線近似為二次曲線，因此對(duì)表1的數(shù)據(jù)作最優(yōu)逼近法分析。

假設(shè) T=a+bV+cV2

則 f0（V）=1，f1（V）=V，f1（V）=V2

T=[68.8，75.9，81.2，89.2，99.6，110.7，124.1，131.9]

當(dāng)t=30時(shí) T=330.2+0.0161V+0.0058V2

則當(dāng)外界溫度為t0時(shí)，得到車速與輪胎最高溫度之間的關(guān)系式：

2 車速與輪胎最高壓力的關(guān)系

因汽車的載重與其本身的質(zhì)量相比相對(duì)較小，在此不考慮載重對(duì)胎壓的影響，只考慮輪胎溫度的變化而使胎壓發(fā)生變化。

2.1 后輪胎

由PV=NRT

當(dāng)汽車運(yùn)動(dòng)時(shí)，車輪體積P變化很小，在此忽略氣體體積的變化，即，

其中，P0后為后輪胎的基準(zhǔn)胎壓。當(dāng)汽車以V勻速行駛時(shí)，后輪胎的最高壓力P后max= P后。

為后輪胎氣壓增加的比例。

2.2 前輪胎

同上，即當(dāng)車以速度V勻速行駛時(shí)，前輪胎的最高壓力為：

其中P0前為錢輪胎的基準(zhǔn)胎壓。

而當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，前輪胎受額外負(fù)載的作用，輪胎氣壓將增大，而當(dāng)汽車緊急制動(dòng)時(shí)，前輪胎的胎壓將達(dá)到最大值。假設(shè)汽車制動(dòng)時(shí)的最大減速度為Gjmax，則有力矩平衡得到：

而以速度V勻速行駛時(shí)前輪胎所受的支持力為：

由

而當(dāng)G=Gjmax時(shí)，前輪胎將得到最大的胎壓為：

假設(shè)，

為前輪胎的氣壓增加的比例。

3 爆胎原因的分析

下面以陜重汽制造的自卸汽車SX3162BL381為例，在一個(gè)大氣壓和t0=20的條件下，有公式（1）（3）（6）得表2。

表2 不同車速下的輪胎情況

3.1 持續(xù)運(yùn)行車速的影響

由公式（2）（5）得，車輪的最高壓力與持續(xù)運(yùn)行速度V相關(guān)，且V增大，P前max和P后max都增大。由表2可見，車速?gòu)?0增至70時(shí)，ΔK后1=1.2289-1.1021=0.1266；而當(dāng)車速?gòu)?0增至110時(shí)，ΔK后2=1.4327-1.2289=0.2038，顯然，ΔK后1<ΔK后2，即P前max和P后max的增加速度隨V的增加而變大。

3.2 外界大氣壓的影響

對(duì)于公式（2）（5）成立的前提條件是外界大氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，但由于地域差別會(huì)造成外界大氣壓的不同，特別是在高原地區(qū)，其外界氣壓小于1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，此時(shí)實(shí)際上是增加了輪胎內(nèi)壓與外界大氣壓的壓差，增加了爆胎的危險(xiǎn)性。

3.3 外界溫度的影響

由公式（2）（5），若車輪的初始胎壓仍按基準(zhǔn)胎壓沖氣，而在外界溫度發(fā)生變化時(shí)，實(shí)際的車輪胎壓仍然會(huì)發(fā)生變化。令車輪沖氣時(shí)外界溫度為t0，而當(dāng)沖氣后外界溫度變化為t1時(shí)，Δt0= t1- t2，由PV=NRTP0/T0=P'/T'P'=（T0+Δt0）·P0/ T0，所以在外界溫度發(fā)生變化時(shí)，車輪的實(shí)際胎壓會(huì)隨著外界溫度的增加而增加。

3.4 車輛制動(dòng)的影響

由公式（5）可知，當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，前輪會(huì)產(chǎn)生額外的壓力，見表2，在V=70Km·h-1處，K前4=1.3306，而當(dāng)G=1.0m/s2時(shí) ，用公式（5）可得K前3=1.2718，即K前4>K前3，所以P前max越大，尤其是在緊急制動(dòng)時(shí)，G=Gjmax，此時(shí)P前max達(dá)到最大。

3.5 輪胎材料的影響

由公式（1）可知，車輪的最高溫度與持續(xù)運(yùn)行速度V相關(guān)，且V增加，T增加。而當(dāng)車輪溫度升高時(shí)，輪胎材料的力學(xué)性能下降，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)溫度由0℃升高到100℃時(shí)，橡膠的強(qiáng)度及與簾線的吸附力大約降低50%，不同材料的簾線，其強(qiáng)度也有不同程度的下降。溫度升高引起材料疲勞，強(qiáng)度降低，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)簾線的強(qiáng)度時(shí)，簾線就會(huì)折斷，從而導(dǎo)致爆胎。

3.6 輪胎初始胎壓的影響

在上高速公路前，先要檢查輪胎的氣壓。汽車在行駛中，輪胎將產(chǎn)生壓縮及膨脹，產(chǎn)生“駐波"現(xiàn)象，即所謂的輪胎變形，特別是在輪胎初始胎壓過(guò)低且車速較高時(shí)，這種現(xiàn)象更加明顯，此時(shí)輪胎內(nèi)部異常高溫，將產(chǎn)生橡膠層與覆蓋層分離，或外胎面橡膠破碎飛散等現(xiàn)象而引起爆胎，發(fā)生車輛事故。

4 結(jié)論

綜上所述，高速公路上引起爆胎的主要原因是車輛長(zhǎng)時(shí)間高速行駛和超速行駛，導(dǎo)致輪胎的溫度升高，輪胎材料的力學(xué)性能下降。據(jù)專業(yè)人士介紹，當(dāng)輪胎氣壓高于基準(zhǔn)胎壓的1 . 3倍時(shí)，就有發(fā)生爆胎的可能性，而當(dāng)輪胎氣壓高于基準(zhǔn)胎壓的2倍時(shí)，爆胎的幾率接近100%。由表2可見，當(dāng)小轎車車速持續(xù)在90 km/h以上運(yùn)行時(shí)，就有發(fā)生爆胎的可能性。因此，必須避免長(zhǎng)時(shí)間高速行駛，嚴(yán)禁超速行駛，這樣就可以大幅度地減少爆胎發(fā)生的可能性。

[1] 孔金玲,吳哲超,楊笑天,等. 高速公路滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)建[J]. 公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）,2015, 132(12):9-11.

[2] 孫宏偉. 汽車輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)的研制[D]. 吉林大學(xué), 2005.

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[4] 張放. 汽車爆胎的原因及應(yīng)對(duì)措施問(wèn)題研究[J]. 汽車實(shí)用技術(shù),2013(10):101-104.

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Analysis and study of car detonation

Yang Shuotian, Xi Shumiao
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200）

The text analyzed the experimental data from the heavy truck limited company in Xi’an, and expatiated the relation between the speed of car and the tallest temperature in tire, as well as the relation between speed and the tallest pressure in tire. Finally found out the main factors of affecting the automobile tire, which can effectively prevent and reduce the tire bursting and provide protection for driving safety and property safety.

tire burst; tallest temperature in tire; tallest pressure in tire; road safety

U462.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)19-40-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.015

楊碩天（1988-），男，就職于陜西重型汽車有限公司。現(xiàn)主要從事汽安全等研究。