非充氣輪胎

非充氣輪胎摒棄了作為充氣輪胎重要組成部分的壓縮空氣，取而代之以輪胎與輪輞一體化的設計。其輪輞和彈性輪輻可以通過變形來減輕振動，並能夠非常輕鬆地回彈，以吸收來自地面顛簸的能量。由於沒有傳統輪胎的充氣需求，同時也沒有傳統輪胎的輪輞，所以非充氣式輪胎相比於普通輪胎而言具有免維護、免爆胎、免泄露的功能。另外，非充氣輪胎在縱向受到衝擊載荷時，其內部的支撐結構能夠擁有相比於普通的充氣輪胎要大得多的型變數，由此減輕了崎嶇路面通過輪胎傳遞到懸架和車身的路面衝擊，提高車輛的舒適性表現。

基本介紹

• 中文名：非充氣輪胎
• 外文名：Non-pneumatic tires
• 首位設計者：布萊恩·拉塞爾

起源及發展

就目前來看，汽車還是在陸地上行駛的交通工具，因此只要存在就離不開車輪，這是一個老生常談又容易被人忽視的話題，所以在一輛整車上，輪胎應該算是最基礎、最重要的部件，沒有之一。

圓形的車輪是人類歷史上上最古老、最重要的發明，圓形滾動的效果，讓物體運動更為輕鬆省力，有研究表明在六千多年人們已開始使用圓形的輪子，美洲的印第安人在滾木上拖動重物，這似乎還不算車輪，但基本原理一致。古時候的車輪一開始以石頭製成，再到後來使用木頭，直到後來哥倫布在美洲發現了橡膠。在橡膠輪胎剛開始套用的年代，車輪還是實心的，車輛行駛起來很不舒適，與地面摩擦產生的噪音也非常明顯。相比於木製車輪，主要是磨損降低了，但其它方面沒有本質區別。直到1845年，蘇格蘭土木技師湯姆森發明了世界上第一條充氣輪胎，並以《馬車和其他車輛的車輪改良》為題，獲得了英國發明專利。

木製車輪

實心橡膠車輪

之後，充氣輪胎成為了世界的主流，所有以車輪為基本行走載體的交通工具都在使用這種輪胎。充氣輪胎在舒適性上的改善巨大，也在不斷的發展中相繼誕生了無內胎輪胎、子午線輪胎等各種新技術，但是萬變不離其宗的是它們都需要充氣。需要充氣的輪胎，在性能上符合人們對車輛更舒適、更安靜、更節能的需求，但是也存在其弊端，那就是容易被尖銳物體穿透，也就是我們俗稱的“爆胎”。一旦發生類似情況，對車輛的行駛安全構成嚴重威脅，同時也給車輛使用帶來很大麻煩，我相信所有有過換輪胎經驗的人都會對此表示認同。

充氣輪胎

怎么才能解決這一問題呢？也許回歸傳統是一個不錯的方法，於是出現了非充氣輪胎。這一概念最早在非汽車用輪胎上出現，是由美國工程師布萊恩·拉塞爾提出的，用於山地腳踏車輪胎。拉塞爾表示，無氣輪胎內層的拉伸運動允許在前進過程中產生的彈性勢能，且被儲存在輪胎內部，使其成為一個“三百六十度彈弓”，彈性勢能轉換成動能之後反而提升腳踏車速度。拉塞爾說，無氣車胎還採用了電阻焊管技術，輪胎的彈性比傳統的強，而且新技術還確保輪胎儲存最多的動能。

組成結構

為了有助於理解非充氣輪胎的結構，先了解一下普通輪胎的結構。普通輪胎從外到內大致可以分為胎冠、帶束層、帘布層、氣密層、胎圈部幾個部分。不同企業的帘布層(即胎體層)是輪胎的骨架，兩側邊緣通過鋼絲圈固定在輪輞凸緣和輪輞底座上，在保持輪胎內壓的同時還起到支撐載荷的作用。而帶束層則是用於緩衝胎體和胎面的剛度。對子午線輪胎而言，帶束層的作用還在於捆緊簾線，完成在半徑方向內的壓縮，保證輪胎圓周方向的剛度，同時保證小扁平比輪胎的實現。

無論何種結構，其功能都大同小異，為輪胎提供支撐，同時通過支撐結構的形變來減小輪胎的震動，達到改善舒適性的目的。至於胎面則依舊保持著現有輪胎的結構。簡單點說，我們大可以認為非充氣式輪胎的內部支撐結構就等同於強化之後的帘布層和帶束層的結合體。

為了保證強度，這些輻條的材質還大多運用了能夠保持柔軟的高性能樹脂材料打造。輻條的排布則以減少輪胎變形時的內壓為主要設計原理，通過不同形狀的輻條排布實現輪胎變化時壓力的傳導。

優缺點

優點

由於沒有傳統輪胎的充氣需求，同時也沒有傳統輪胎的輪輞，所以非充氣式輪胎相比於普通輪胎而言具有免維護、免爆胎、免泄露的功能。而非充氣輪胎在縱向受到衝擊載荷時，其內部的支撐結構能夠擁有相比於普通的充氣輪胎要大得多的型變數，由此減輕了崎嶇路面通過輪胎傳遞到懸架和車身的路面衝擊，提高車輛的舒適性表現。

在高速通過長距離高頻次的障礙物時，得益於輪胎較大的型變數和較快的回彈力，非充氣式輪胎能夠極大的降低車輛的拋離感，提升越野駕駛過程中的行駛穩定性。另外一點在於，由於非充氣式輪胎在承受縱向衝擊時擁有優秀的變形和回彈性能，所以在低附著力的越野路面條件下，通過支撐結構的變形可以大幅度的增加胎面與地面的接觸面積，提升輪胎的附著力。在胎面與地面的接觸部分形成一小塊小小的履帶效應，幫助車輛脫困。

對於車輛輪胎而言，縱向剛性的好壞直接影響到的是駕乘的舒適性，而橫向剛性的好壞則直接影響到操控穩定性。這也就是高性能的街道跑車往往願意選擇低扁平比輪胎，而越野車又親睞於高扁平比輪胎的原因所在。一個注重於橫向剛度以提升高速過彎時的側向支撐，提高過彎極限，而另一個則注重於縱向剛度以保證越野過程中的舒適性，也提升輪胎在越野過程中的壽命。

如此一來，當輪胎在承受縱向載荷時，支撐結構間的縫隙便能夠得到充分的壓縮，提升輪胎的形變數，保證舒適性。

二來當輪胎在承受橫向載荷時，由於受力方向與支撐結構的作用力方向平行，所以支撐結構間的間隙失效，完全通過支撐結構對輪胎進行支撐，輪胎橫向的型變數變小，提高輪胎的側偏剛度，繼而提升車輛的側向支撐，保證操控穩定性。

第三，非充氣式輪胎由於取消了輪轂、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，質量相比於傳統輪胎輪轂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，特別是對於採用多連桿式獨立懸掛的車型而言，更小的簧下質量必然會保證懸掛系統的動態回響更加趨於理想狀態。

在經濟性方面，非充氣式輪胎由於在結構上將胎側和胎面完全分離開來，所以在胎面的設計上可以更為大膽的運用低滾阻的橡膠配方。而且由於輪胎結構的簡化，非充氣式輪胎在運動過程中由於輪胎反覆變形帶來的能量損失被大幅度的減小，繼而達到提升車輛燃油經濟性的效果。由於運動過程中輪胎運作較為穩定，所以這種輪胎的胎面在耐磨程度上一般也是普通輪胎的3倍。

缺點

當然，這種非充氣式的輪胎也並非是無懈可擊。雖然免充氣的結構充分避免了輪胎被扎壞的可能性，但是由於支撐結構裸露在外，而且這些高分子結構的塑形材料結構強度並不如想像中那強大，一旦輪胎內部進入異物，那么必將會導致支撐結構的受損。

而且，由於採用裸露的結構，在泥濘路段、積雪路段行駛時，帶有附著效應的泥土以及積雪便會堆積在支撐結構內，將輪胎的形變功能短接。更重要的一點在於，由於內部支撐結構的原因，這一類輪胎還無法承受較重的負載以及較高的速度。

前景

在汽車真正實現不用輪子也能開之前，輪胎工業的發展必將伴隨著汽車工業一同進步。非充氣輪胎雖然現在還處於概念論證階段，但是相信隨著技術的進步，困擾非充氣輪胎大規模推廣的短板必將逐漸被消除。從目前來看，非充氣輪胎已經逐步在ATV上運用，想必過不了多長時間，這一類型的輪胎將會迎來普及。