一种小型汽车随动刺破式爆胎方法研究

卢伟　刘晓冬　陈伟进

摘 要：爆胎事故作为高死亡率的事故，国家针对营运客车商用车等均制定了相应爆胎应急装置的标准，部分标准对模拟爆胎提出了具体要求。虽然M1与N1类小型汽车尚未有国家标准，但国内车企已经在主动研究符合GB/T 38796—2020对爆胎后车辆性能要求的被动安全措施。文章分析了现有模拟爆胎方法的优缺点，并设计了一种适用于小型汽车的随动刺破式模拟爆胎装置，该装置安装于车架羊角处，通过无线电遥控，可以实现任意时刻的直线与弯道模拟爆胎。并根据试验验证，证明此方法可以满足国标要求。

关键词：爆胎 爆胎模拟装置 随动式 刺破式

1 引言

汽车在行驶过程中依靠轮胎与地面的接触来提供附着力，一旦轮胎出现问题，车辆则会失去平衡，在驾驶员应急经验不足的情况下错误操作方向盘、急踩制动或者钢圈触地都可能导致翻车，发生交通事故。在高轶男[1]等人对我国2015年-2019年的109万起交通事故分析中表明，因轮胎问题引起的事故占7%，死亡率49%，单起事故平均死亡人数达1.3人。

鉴于爆胎高死亡率的情况下，交通部在2016年制定的JT/T 1094—2016 《营运客车安全技术条件》中对营运客车的爆胎应急安全装置进行要求[2]，现在已经强制执行，新制定的GB/T 38796—2020《汽车爆胎应急安全装置性能要求和试验方法》对适用于N2、N3、M2、M3类车辆的轮胎模拟爆胎时间提出了更严格的试验要求[3]。随着国家对商用车爆胎国标的制定与强制实施，以及国内消费者对车辆被动安全的更加关注，许多国内主机厂已经在主动研究符合GB/T 38796—2020的M1与N1类车辆的被动安全措施。

本文旨在对现有标准与爆胎试验方法研究的基础上，设计了一种可满足JT/T 782—2020[4]与GB/T 38796—2020，适用于小型汽车的新型爆胎模拟装置，并通过试验来验证该方法的可行性，供行业相关人员参考。

2 汽车爆胎的原因

爆胎的原因从受力方向分有外力和内力两种，外力通常是在行驶过程中接触尖锐物体导致爆胎；内力爆胎的根本原因是内部气体压力过大，超过轮胎承载极限导致爆胎，内力因素导致的爆胎主要有以下3种原因：

（1）高速行驶导致轮胎形变部位产生驻波现象，从而产生高温。

（2）轮胎老化、磨损、凸起等情况导致轮胎承载载荷能力降低导致爆胎。

（3）车辆超载导致轮胎承载了可承受范围以外的载荷导致爆胎。

3 模拟爆胎研究现状

3.1 模拟爆胎标准分析

现行标准GB 7258—2017，JT/T 1094—2016，JT/T 1178.1—2018对模拟爆胎无相关要求，JT/T 782—2020与GB/T 38796—2020对模拟爆胎要求如下：

由表1可以看出不同标准对模拟爆胎泄气要求一致，其中JT/T 782—2020对安装在车轮上的装置质量要求不得超过车轮质量5%。

3.2 常见模拟爆胎方法分析

现行常见的模拟爆胎方式主要有4种：炸药形式、射钉枪形式、快速放气式和平台式[5]。根据试验经验以上4种爆胎形式均存在部分缺陷如表2，包括对路面损伤，爆胎后场地清扫困难以及放气较慢等缺陷，其中快速放气式已不满足现行标准对模拟爆胎的要求。杨运生等人在传统平台刺破式切割胎面的基础上，增加了侧面两处刀具，车辆通过时中间刀具刺入固定轮胎，两侧刀具切入胎侧形成爆胎[6]。该方式的爆胎效果比传统平台式爆胎效果理想，但没有改变平台式的弊端，无法弯道爆胎以及对驾驶员精准驾驶的要求高。因此需要一种新的模拟爆胎方法来满足现行标准且能提高试验效率。

4 随动刺破式爆胎法及试验验证

4.1 随动刺破式爆胎法

车辆的全部载荷均由轮胎承担，轮胎在车辆的行驶过程中起到了牵引，制动，通过能力，同时需要吸收从路面传来的冲击力以起到缓冲的作用，因此轮胎在设计制造过程中强度越来越高。

为了实现模拟爆胎自然需要对轮胎结构进行研究，找到合适的切割口，小型汽车常用轮胎为子午线轮胎，其截面图如图1所示。胎冠作为与地面直接接触部分，其内部有钢丝层、帘布层等多种结构，结构较厚。胎侧作为支撑与缓冲作用，因此比较柔软薄弱，且里面帘布层较少[7]。较胎面比较更容易使用刀具将胎侧切开，在规定时间完成泄气或形成符合国标要求的切口。

根据刺破胎侧的总体思路，如图2所示我们设计了一个刀具，通过羊角处螺栓安装在车架上，未增加轮胎的质量，正常行驶时刀具与轮胎内侧平行，不干扰轮胎的正常行驶，通过电磁控制开关，在需要爆胎时按下开关刀具划过180°，利用轮胎行驶的转动惯量接触刀具，划破轮胎内侧。刀具设计为可更换行驶，在多次试验后可能出现刀具变钝或者损坏的情况，更换新的刀具即可，使用较为方便。刀具设计时需考虑到其锋利程度与硬度，保证爆胎效果和减少更换频率来降低试验准备时间以提高试验效率，刀具固定轴承在设计时也需考虑到其强度，要求其不易变形。每次试验完毕后更换轮胎的同时再次复位刀具即可进行下一次试验。因为该装置可固定于不同轮胎，随轮胎滚动，所以我们称之为随动刺破式。不同的车型需要定制刀具和车架的专用适配件。

4.2 试验验证

试验按照GB/T 38796—2020《汽车爆胎应急安全装置性能要求和试验方法》对模拟爆胎的要求进行试验。

试验时对车辆进行了80kph的直线爆胎，试验基本信息如表3。

如图3所示，为右前轮爆胎过程视频截图，刀片划破轮胎内側，胎内气压已经泄气至当前大气压，如图4所示为爆胎后的轮胎内侧切口图。

轮胎的泄气时间较难直接检测，我们使用了高速摄影机进行摄影并由帧数计算时间，得出泄气时间约在0.6s左右。试验后对轮胎切口进行测量，长度100mm左右。该模拟爆胎设备爆胎效果理想，符合JT/T 782—2020与GB/T 38796—2020对模拟爆胎的要求。具体试验数据如表4，一次爆胎测试结束后进行下次爆胎更换轮胎时复位设备即可，工作效率高。

5 结束语

本文通过对国标中模拟爆胎要求进行分析，同时分析了现有爆胎方式的优缺点，以刺破式为切入点设计了一种设备随动刺破式的模拟爆胎设备，试验结果符合国标对模拟爆胎的要求，同时可以进行弯道任意时刻爆胎，不仅可应用于小型汽车的爆胎试验也可应用于对驾驶员不同工况爆胎后的失控驾驶技能培训。商用车也可参考该设计思路，因商用车轮胎较于小型汽车更厚更结实，胎压更高，刺破难度也大大增加，需要充分考虑其结构与设备选材的强度要求，在试验试制前需进行CAE有限元分析，避免试验时因轴承或刀具的断裂导致的安全事故的发生。

参考文献：

[1]高佚男，巩建强.我国道路交通事故特征及致因分析[J/OL]，安全与环境学报.https：//doi.org/10.13637/j.issn.1009-6094.2022.1844.

[2]交通运输部.营运客车安全技术条件：JT/T 1094—2016[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2016.

[3]国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.汽车爆胎应急安全装置性能要求和试验方法：GB/T 38796—2020[S].北京：中国标准出版社，2020.

[4]交通运输部.营运车辆爆胎应急安全装置技术要求和试验方法：JT/T 782—2020[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2020.

[5]汪祖国，汪晓旋.客车爆胎应急安全装置试验方法研究[J].汽车科技，2016（2）：79-83.

[6]杨运生，吴军，魏仲文.一种适合场地试验的重型车前轮爆胎方法研究[J].中国汽车， 2022（001）：12-17.

[7]方俊.汽车轮胎结构解析与合理使用[J].汽车实用技术， 2019（12）：179-182.