轮胎设计与制造工艺创新的发展方向--资料

的刹车制动功能应当由车辆自身来解决。如飞机在着陆时的减速方式，在高速滑行区段的减速由机翼上翘起的空气阻尼板承担（如图12）。因此，今后高速车辆设计也应当设置空气阻尼板，不能将减速重负无限地压在轮胎上。

第五，节能运动性与减振舒适性，由于现有轮胎结构设计使刚性真圆的节能运动性能要求与柔性缓冲的减振性能要求之间存在难以调和的尖锐矛盾，加之减振功能并非车轮固有的性能要求，因此，应当将减振缓冲功能性要求大部分转由汽车悬架去承担。轮胎本身除牵引性和刹车制动性所要求的基本变形缓冲量可分担部分减振任务之外，绝大部分可以由悬架配置的空气弹簧来实现（如图13）。目前，铁路机车采用高刚性金属车轮配合空气弹簧减振缓冲就是节能运动与减振性能分别承担的例子。一些高档轿车悬架系统也已引入了空气弹簧，为轮胎减负创造了有利条件。但是，由于受到传统思维方式的影响，轮胎设计还在过多地考虑减振舒适性。

第六，节能运动性、减振舒适性与失效安全性。目前，交通事故已成为威胁人类生命安全的第一元凶，其中相当一部分是由于轮胎失效造成的。因此，安全性要求应当成为轮胎设计的首要考虑因素。目前基于充气轮胎的两种安全结构设计都没有大面积推广，今后，基于新材料的大轮辋非充气轮胎可望成为这一矛盾的更好解决方案。

5.轮胎设计与制造工艺创新的发展方向

从上述轮胎功能与结构之间的矛盾及其可能的解决方案可以预见，轮胎工业需要一次重大的技术革命，才能从根本上解决这些矛盾，以适应汽车工业快速发展的要求。但是，轮胎发展的历史也表明，即使是公认综合性能优异的子午线轮胎，从1946年至今60余年的大力推动，还没有完全取代落后的斜交轮胎。今后轮胎领域的技术发展虽然会加快，但也不能指望与汽车工业更新换代的发展速度相提并论。因此，轮胎设

计与制造工艺创新研发总体上可以分为两个层面：一个层面是基于现有子午线结构的改良型结构创新设计与基于现代先进技术的制造工艺创新。另一个层面是基于对子午线轮胎完全否定的结构设计与制造工艺创新发展。下面从一些技术研究动态出发，初步探讨轮胎工业未来技术发展走向，以期起到抛砖引玉的作用。

1）基于子午线结构的轮胎设计与制造工艺创新发展

子午线轮胎的结构设计和材料的创新。近年来，随着节能环保呼声的日益提高，低滚动阻力的节能环保绿色轮胎成为各大轮胎公司宣传的热点。其中，比较强调材料创新的贡献，如引入白炭黑，减少内摩擦生热；内衬层高气密材料的研究开发也是当今轮胎行业技术竞争的焦点之一，动态硫化合金DVA是美国埃克森美孚公司开发的新一代气密材料，目前仍处于垄断阶段，仅向少数轮胎企业提供，我国自主研发的“赛丁基”技术可望突破这一技术壁垒。在结构设计方面，从轮胎节能运动本质特性可知，轮胎在负载下变形引起的翻转力臂的变化是影响滚动阻力的决定性因素。为了兼顾牵引性和刹车制动性，宽胎面圆柱体形轮胎在负载下翻转力臂要比窄胎面短，滚动阻力小。大轮辋直径除了有利于保持轮胎整体刚性圆柱度之外，在出现瘪气甚至爆胎情况下的车辆安全性也较高。因此，子午线轮胎结构优化的趋势是向超低断面扁平化方向发展。同时，在子午线轮胎骨架材料配置方面，胎体帘布和带束层材料及帘线角设计等借助有限元分析技术也有进一步优化以满足不同性能要求的发展空间。在钢丝圈的结构设计方面，从多边形断面到圆形断面配合三角胶实现胎体帘布反包的传统路线还没有太多的改进，笔者带领团队进行的一项研究表明，采用碳纤维缠绕成水滴形断面的胎圈可以大幅度提高轮胎的承载能力。采用新的制造工艺实现胎体帘线的整体缠绕，可以大幅度提高轮胎的承载能力和综合性能。此外，采用轮胎材料的创新研究成果，并结合功能性的胎面花纹设计，可以满足轮胎的环境及路面适应性要求，还可提高操控稳定性、负载牵引性能和减振降噪性能等。因此，根据轮胎的使用要求，在胎面材料选用和花纹设计等方面有着较大的创新发展潜力。

子午线轮胎制造工艺的创新是提高轮胎制造质量的关键，全球各大轮胎公司已为此展开了激烈的竞争，技术封锁更是十分严密。在过去的十余年中，我国轮胎制造业基本实现了子午化改造，由于国内汽车工业发展的强力拉动，轮胎企业普遍得益于规模化和劳动力密集型产业的竞争优势，取得了黄金十年的高速发展。但是，轮胎制造工艺的国内外差距还十分悬殊。今后，轮胎制造工艺从炼胶、胎坯成型到硫化定型的各个工艺环节，在节能环保加工、智能化高效操作、精密化稳定成型等方面都有很大的创新发展空间。目前推广的低温炼胶工艺与传统炼胶工艺相比，炼胶质量与节能效果都十分显著，但仍有进一步节能增效的必要性与可能性；在胎坯成型方面，现行的多鼓分段成型工艺更是上世纪八十年代的技术，由于人工操作的环节较多，按照六西格玛的质量管理要求还很难满足，以机器人为中心的智能化集成制造是国际先进水平的体现，而我国尚处于研究开发阶段；在硫化定型方面，从米其林公司推出的新型高性能轮胎产品可以看出，

已经淘汰了传统的胶囊硫化工艺，而采用内外模直压硫化定型的新工艺。此外，长期以来所惯用的蒸汽加热硫化工艺也将被高效节能的新型硫化工艺及装备所取代。

2）非子午线结构的轮胎设计与制造工艺创新发展

充气轮胎发展至今虽然已有近200年的历史，如今成为主流的子午线轮胎也无法满足日益提高的多项性能要求。科技发展往往遵循着一种螺旋上升的规律。米其林公司近年来研究开发的高分子材料辐条式轮胎，如图9，乍一看好像回到了古代木质轮辐车轮的结构，但却表明了一种彻底否定充气轮胎的创新研发理念。目前，由于在使用性能上还有待进一步提高并接受实践检验，尚处于概念轮胎阶段。

在新型结构轮胎的设计制造工艺创新方面，笔者带领的研究团队正在创新研发一种弹性单元积分式非充气轮胎，如图14所示为空气弹簧支撑环形履带的巨型轮胎，这种新概念巨型轮胎进一步研究进入实用化后，可用小型平板硫化机制造巨型工程轮胎，大幅度降低制造成本，并且便于维修和更换。如图15所示为基于现代材料科技成果的刚柔结构非充气概念轮胎，采用现代注射成型方法，可使轮胎制造工艺大为简化，并且使材料的循环利用成本大幅降低。

这些否定子午线结构的新概念轮胎，如果进入实用化阶段，现有的全部工艺装备都将被淘汰，对各种轮胎用橡胶原材料的需求也将会有重大调整，橡胶产能将会过剩，由特种工程塑料取而代之，对传统橡胶工业上中下游产业都将造成重大影响。