安全輪胎設計理論與方法

前言

輪胎是車輛接觸地面的唯一媒介，其主要功能是支撐整車重量，向地面傳遞驅動力、制動力和轉向力，保證車輛具有良好的乘坐舒適性和行駛平順性。對輪胎的性能要求是安全、耐久、經濟、舒適等，其中安全尤為重要，一旦行駛中輪胎出現爆胎等故障，輕則車輛不能行駛，重則發生交通事故，造成人員傷亡和財產損失。安全輪胎（runflattire，RFT）和胎壓監測系統（tirepressuremonitoringsystem，TPMS）是繼安全帶、安全氣囊、ABS之後的又一汽車安全保障系統，是解決車輛爆胎安全的關鍵技術措施。

世界著名輪胎公司都非常注重RFT技術的研究和開發。2000年，米其林（Michelin）和固特異（Goodyear）宣告成立各占50%技術份額的合資機構，共同完善現有內支撐式RFT技術，互相分享最新研究成果。2004年，日本普利司通（Bridgestone）和德國大陸（Continental）簽署了研發自體支撐式RFT的技術協定，與內支撐式RFT形成了技術競爭。致力於基於普通輪胎配套內支撐式RFT的法國Hutchinson、美國Rodgard、英國Tyron和RunflatInternationalLtd.等公司，各自在軍事車輛、警車、VIP轎車、SUV等特種車輛領域發展自己的市場，並顯現出巨大的技術優勢。安全輪胎（RFT）與胎壓監測系統（TPMS）配合使用，使得輪胎超出了“一條輪胎”的技術內涵，成為由輪輞、輪胎、內支撐、胎壓監測裝置等核心部件組成的安全輪胎技術系統（safetytiretechnologysystem,STTS）。目前，很多高檔車輛已經將STTS作為標準配置。以當前的發展速度預測，不久普通乘用車輛也有望普及套用RFT和TPMS。

基於標準輪輞和輪胎配套設計內支撐，設計製造成本較低，常壓行駛中不影響車輛的操向性能，突然爆胎時可有效保護車輛安全，爆胎失壓後可繼續行駛較長距離，在軍車、警車、運鈔車、消防車、救護車、專用校車、VIP轎車、SUV、特種工程車和農用車等諸多領域可推廣套用。國外輪胎企業對內支撐式RFT技術研發和生產都實行嚴格的保密制度，我國開展RFT技術研究只能採取自主研發或花費巨額資金合資建廠，引進國外技術。即使合資建廠或引進技術，也需要進一步消化吸收再創新，而自主研發是符合我國科技發展戰略的一個重要途徑。內支撐的結構、尺寸和材料是RFT設計的三大關鍵技術。由於缺少完善的設計理論，沒有系統的設計方法，當前設計多基於傳統經驗，在很大程度上制約著這一技術向更多車輛的移植和套用。

本書主要是針對RFT內支撐結構設計和尺寸計算作系統闡述，從學科交叉角度分析安全輪胎零壓滾動機理，探討RFT內支撐設計計算的理論依據，並採用數位化設計方法，基於標準輪輞和輪胎設計內支撐組合體，並對其進行結構分析、最佳化和改進，通過台架試驗驗證RFT的性能。本書闡述的理論和方法是作者自2004年以來，主研和承擔RFT相關科研項目成果的提煉和總結。主要項目包括：國家傑出青年科學基金（50025516）和吉林大學“985工程”資助項目“車輛安全關鍵技術安全輪胎（Runflat）系統”、吉林大學工程仿生教育部重點實驗室開放基金項目（K200707）“零壓續跑輪胎內支撐幾何結構與強度”、中國博士後科學基金面上資助項目（201000480290）“安全輪胎內支撐強度與性能最佳化”等。這些科研項目的完成，先後得到吉林大學佟金教授、清華大學汽車安全與節能國家重點實驗室張金換教授的精心指導。兩位導師在百忙之中審閱書稿並為本書作序，作者在此表示最衷心的感謝！項目研究工作還分別得到了吉林大學馬雲海教授、陳東輝教授、鄒猛博士和張成春博士，清華大學許述財博士、馬春生博士，河南科技大學張伏博士，山東交通學院吳娜博士，山西農業大學賀俊林教授，河北農業大學劉俊峰教授、馬躍進教授、馮曉靜教授，劉洪傑博士和李建平博士等多位老師和同事的熱心幫助。得到了吉林大學工程仿生教育部重點實驗室、汽車動態模擬國家重點實驗室、清華大學汽車安全與節能國家重點實驗室、河北農業大學機電工程學院和長城汽車學院等單位試驗工程師的幫助和試驗儀器設備的支持。在本書完稿之際，向所有提供指導、幫助、支持的專家、老師、同事表示感謝！並謹贈此書留念。

安全輪胎設計理論與方法

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