自動充氣輪胎工作原理

1、Manny有關(guān)悍馬 Swamper輪胎的網(wǎng)頁供圖悍馬的CTIS管路固特異 （Goodyear） 公司網(wǎng)站供圖007中的邦德?lián)碛凶詣映錃廨喬ィ否R汽車和大多數(shù)卡車司機(jī)也擁有它們，而軍方更是有多年的使用歷史。有了自動充氣輪胎，車輛可以針對當(dāng)前的路面狀況做出調(diào)整， 以使性能達(dá)到理想狀態(tài)，并保證安全行駛。目前，很多汽車都配備了壓力監(jiān)控系統(tǒng)，但在沒有外部氣源的情況下，駕駛員無法對輪胎進(jìn)行任何操作。雖然市場上有多種自動充氣輪胎系統(tǒng)，但它們大多只提供給商用和軍用領(lǐng)域。而悍馬的CTIS （中央輪胎充放氣系統(tǒng)）系 統(tǒng)則是一個例外。在本文中，我們將了解一些現(xiàn)有的輪胎充氣系統(tǒng)，并預(yù)測市場可能會在何時推出適用于普通汽

2、車用戶的型號。根據(jù)aaa （美國汽車協(xié)會）網(wǎng)站的調(diào)查，在路面行駛的汽 車中約有80將在著一個或多個輪胎充氣不足的問題。汽車的正常行駛（尤其在碰到路面上的坑洞或路緣時）、滲透作用和溫度的季節(jié)性變化都會導(dǎo)致輪胎泄氣。在冬天，輪胎的千帕值每個月會下降一到兩個單位，在夏天則下降得更多。 而且，僅憑目測無法判斷它們的充氣狀況 如何。必須使用輪胎壓力測量儀。充氣不足不僅會對輪 胎造成損害，而且會增加油耗，影響汽車的行駛方式， 并 且會帶來安全隱患。一如果輪胎充氣不足，其胎面磨損會加速。根據(jù)固特異公司的研究，輪胎氣壓不足率每上升20%它的壽命里程數(shù)就會下降 15%與充氣狀況正常的輪胎相比，充氣不足的輪胎會更

3、快 地產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，從而更容易造成輪胎損壞。下面顏色較淡的區(qū)域就是胎面上被過度磨損的部分。由于輪胎具有彈性，因此在它們滾動時，底部將變平。 與地面接觸的部分一旦與地面脫離， 就會反彈并恢復(fù)成原來的形狀。這種反彈會形成波浪式運(yùn)動，并產(chǎn)生一定的摩擦。當(dāng)輪胎中的空氣較少時，這種波浪式運(yùn)動起伏就會增大，導(dǎo)致摩擦程度加重，而摩擦?xí)蔁崃?。如果生成的熱量達(dá)到一定程度，輪胎簾布周圍的橡膠就會融化，進(jìn)而造成輪胎損壞。要了解更多信息，請參考輪胎工作原理。由于充氣不足的輪胎在滾動時會受到額外的阻力，因此汽車發(fā)動機(jī)必須增加工作負(fù)荷才能維持正常彳T駛。AAA網(wǎng)站的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)充氣不足的胎輪較正常水平降低13.8

4、千帕?xí)r，燃油效率會下降10% 這樣，如果駕駛時間超過一年，那么您在購買汽油方面的累計額外 支出將達(dá)數(shù)百美元之多。壓力監(jiān)控系統(tǒng)目前市場上有多種輪胎壓力技術(shù)，還有一些技術(shù)也即將面市。根據(jù)美國輪胎壓力安全法案的規(guī)定,在不久的將來，所有車輛都必須配備輪胎壓力監(jiān)控系 統(tǒng)。這樣，駕駛員便可及時得知輪胎壓力的情況。此類壓力監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)問世數(shù)十年之久，在某些車型中已成為標(biāo)準(zhǔn)配置。它們只是單純地監(jiān)控汽車上每個輪胎的氣壓，并在輪胎氣壓低于某個預(yù)先設(shè)定 的最佳壓力值時向駕駛員發(fā)出通知。輪胎充氣系統(tǒng)有三個主要用途：檢測：檢測特定輪胎的氣壓是否下降。這意味著系統(tǒng)必須持續(xù)或間歇地監(jiān)控每個輪 胎的氣壓。通知：通知駕駛員出現(xiàn)

5、的相關(guān)問題。充氣：通過充氣，使輪胎氣壓恢復(fù)正常。這意味著必須有一個氣源和一個只在需要 時才開啟的止回閥。雖然市面上的輪胎充氣系統(tǒng)在設(shè)計上各有不同，但它們也 有一些共同的要素。都使用某種類型的 氣門嘴隔離各個輪胎，以免在檢 查或?qū)ζ涑錃鈺r，其他輪胎會漏氣。都采用某種方法來檢測輪胎壓力。多數(shù)情況下，它們使用中央傳感器 將信息傳遞到電子控制單元， 然后再通知駕駛員。都有一個氣源，通常是車上現(xiàn)有的系統(tǒng)，如 制動或 氣動系統(tǒng)。 但是，當(dāng)使用現(xiàn)有系統(tǒng)時，它們必須 保證不會對這些系統(tǒng)的原有功能造成影響。為此,會有相應(yīng)的安全檢查措施。首先要保證有足夠的 氣壓用于該氣源的主要用途，然后才能用來為輪胎充氣。都必須

6、能夠?qū)庠粗械目諝鈧鞯捷喬ブ校ㄍǔＪ峭ㄟ^軸管）。有些系統(tǒng)采用密封式輪轂軸管，并用 軟管連接輪轂和輪胎氣門嘴，其他系統(tǒng)則讓內(nèi)胎直接穿過軸管，并將軸管作為通氣導(dǎo)管。都必須備有減壓孔，用來將空氣從輪胎中排出，而 不致?lián)p壞輪轂或后軸密封件?，F(xiàn)在，讓我們來看看市場上各類主要的自動充氣輪胎系統(tǒng) 是如何利用這些要素來工作的，首先介紹中央輪胎充氣系統(tǒng)（CTIS）。CTIS的設(shè)計理念是：通過控制每個輪胎中的氣壓來改善汽車在不同路面上的行駛性能。例如，降低輪胎中的氣壓可增大輪胎與地面的接觸面積，從而使汽車能更輕松地在較軟的地面行駛。這樣還可以降低對路面造成的損害。對施工地點(diǎn)和農(nóng)田而言，此做法具有重要意義。由于駕駛

7、員可以直接控制每個輪胎的空氣壓力，車輛的可操控性就大 大提高了。CTIS的另一項功能是在輪胎出現(xiàn)緩慢漏氣或被戳破時維持 其內(nèi)部的氣壓。在出現(xiàn)此類情況時，系統(tǒng)將根據(jù)駕駛員事 先設(shè)置的特定氣壓，自動控制充氣過程。CTIS的制造商主要有兩家：美國的德納公司（Dana自動充氣輪胎與跑氣保用輪胎承載汽車和卡車重量的不是輪胎 本身，而是輪胎內(nèi)部的空氣。 跑 氣保用輪胎具有堅硬的側(cè)壁，可 在汽車的一個或多個輪胎沒氣時 繼續(xù)支撐汽車的重量。這樣，即使輪胎被扎破變癟，您也可以將 汽車開到目的地。跑氣保用輪胎由防熱簾線層和橡膠層交錯組 成，并通常用承重材料制成的月 牙狀楔形加強(qiáng)側(cè)壁，以防在輪胎 無氣壓時造成側(cè)壁褶

8、曲。與跑氣保用輪胎不同，自動充氣 輪胎旨在將輪胎的壓力始終維持 在適當(dāng)?shù)乃?。自動充氣系統(tǒng)的意義主要在于減慢泄漏速度、優(yōu) 化性能和保證安全，而不是在輪 胎沒氣的情況下讓車輛繼續(xù)行 駛。早期的CTIS早在1984年，通用公司（GM就 在CUCWF拓者和皮卡車型上使用 了 CTIS。CUC淀商用多用途載貨 汽車（Commercial Utility Cargo Vehicle ）的縮寫，美軍從 20世 紀(jì)80世紀(jì)中期就一直使用這種卡 車。它們實際上是在標(biāo)準(zhǔn)大小的 雪佛蘭Blazers和皮卡車型的基 礎(chǔ)上配備了一些特殊的軍用設(shè) 備。Corporation ）和法國的Syegon （地面工業(yè)武器集團(tuán)公

9、司（GIAT）的一個部門）。 德納公司推出的CTIS有兩種型號：軍用 CTIS （由PSI開發(fā)）和用于商業(yè)重型機(jī)械的輪胎壓力控制系統(tǒng)（TPCS 。CTIS:內(nèi)部結(jié)構(gòu)下面是整個系統(tǒng)的示意圖：晅子控制單元(ECU)Source; RcadranQer車輪氣門嘴在車輪的頂端。如果是雙輪并裝，氣門嘴一般只與外車輪連接，以使兩輪胎間的氣壓平衡。車輪氣門嘴的一個作用是在輪胎未被使用時，將其與整個系統(tǒng)隔離，以減輕 密封件承受的壓力，從而延長其使用壽命。通過車輪氣門嘴還可以按照需要對輪胎進(jìn)行充氣和放氣。位于乘客座位后的電子控制單元(ECU是該系統(tǒng)的核心。它能處理駕駛員的指令，監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的所有信號，并控制系統(tǒng)每

10、隔10分鐘對輪胎壓力進(jìn)行一次檢查，以確保將壓力維持在預(yù)先設(shè)定的水平。ECUB指令傳送到氣動控制單元，后者直接控制車輪氣門嘴和通風(fēng)系統(tǒng)。氣動控制單元還含有一個傳感器，用于將輪胎壓力的讀數(shù)傳輸給ECU駕駛員可以通過操作員控制面板選擇與當(dāng)前路況匹配的輪胎壓力模式。這個面板安裝在儀表板上，可顯示當(dāng)前的輪胎壓力、 選擇的模式和系統(tǒng)狀態(tài)。當(dāng)駕駛員選擇某個輪胎設(shè)置時，信號將由控制面板傳輸?shù)诫娮涌刂茊卧?，然后到達(dá)氣動控制單元，最后到達(dá)車輪氣門嘴。當(dāng)車輛加速行駛時(例如在高速公路上時)，為防止輪胎損壞，輪胎的壓力將升高。CTIS中含有一個速度傳感器，它可以將車速信息傳送給電子控制單元。如果車輛繼續(xù)加速行駛一段時

11、間，系統(tǒng)會自動對輪胎充氣，以使氣壓與速度相適應(yīng)。這類系統(tǒng)使用為制動系統(tǒng)提供空氣的同一壓縮機(jī)作為氣源。壓力開關(guān)可以確保制動系統(tǒng)優(yōu)先使用空氣，它能防止貯氣罐在剎車制動充足氣之前就向CTIS供應(yīng)空氣。更詳細(xì)的介紹下面是CTIS在汽車行駛時的工作情況：電子控制單元指示氣動控制單元檢查當(dāng)前的壓力，并根據(jù)駕駛員選定的壓力對輪胎進(jìn)行充氣或放氣。如果系統(tǒng)確定需要對輪胎充氣，它會首先檢查制動系統(tǒng)保留的壓力是否處于適當(dāng)?shù)乃?；如果是，它會向車輪氣門嘴施加輕微的氣壓，以便開始充氣。 如果輪胎充氣過足， 系統(tǒng)會在車輪氣門嘴形成少量的負(fù)壓。當(dāng)氣動控制單元發(fā)現(xiàn)已經(jīng)達(dá)到合適的氣壓時，氣門嘴就會關(guān)閉。Sourca: Lvnc

12、h Mummef悍馬汽車的自動充氣輪胎系統(tǒng)：輪部結(jié)構(gòu)從上圖中您可以看到充、放氣時空氣從進(jìn)入輪胎開始的流動路線。管道系統(tǒng)從車輛的空氣壓縮機(jī)伸出，并在穿過輪轂后到達(dá)輪胎的閥門。依靠“快速拆卸”設(shè)計，可將輪胎與CTIS系統(tǒng)斷開，以便對其進(jìn)行拆卸和維護(hù)。（此圖還顯示了悍馬汽車的跑氣保用功能，借助這一功能，輪胎在沒氣的情況下也能繼續(xù)支撐車輛。）德納公司的輪胎維護(hù)系統(tǒng)是一套用于牽引掛車的“智能”系統(tǒng)，它可以監(jiān)控輪胎氣壓并根據(jù)需要對輪胎進(jìn)行充氣，以保持正確的壓力水平。它使用掛車剎車供氣罐中的空氣對輪胎進(jìn)行充氣。該系統(tǒng)主要包括三個部件:輪胎軟管系統(tǒng)。它提供對輪胎充氣時使用的氣體通路，它帶有止回閥，這樣在系統(tǒng)不

13、檢查輪胎或?qū)喬ミM(jìn)行充氣時，空氣管和密封件不會承受壓力。這樣可以減輕密封件的磨損。旋轉(zhuǎn)接頭。它由氣封、油封和 軸塞組成，用于將空氣軟管從非旋轉(zhuǎn)軸連接到旋轉(zhuǎn)轂蓋。其氣封可防止漏氣，而油封可阻止污物。轉(zhuǎn)轂還有一個排氣口，用于釋放轂蓋中的壓力。歧管。歧管中含有壓力保護(hù)閥，其作用是，當(dāng)制動系統(tǒng)的氣壓低于550千帕?xí)r，禁止輪胎自動充氣系統(tǒng)使用壓縮空氣。歧管還包含一個用于保持氣體清潔的進(jìn)氣濾清器、一個測定輪胎壓力的壓力傳感器和一個控制進(jìn)入輪胎的氣流的螺線管。與CTIS類似，此系統(tǒng)也有一個控制整個系統(tǒng)的電子控制單元。此電子控制單元可以檢查并確保系統(tǒng)正常工作。此外，當(dāng)輪胎氣壓比正常壓力低10%寸，它還可以通過

14、掛車上的報警燈（可通過后視鏡看到）通知駕駛員并執(zhí)行系統(tǒng)診斷。系統(tǒng)執(zhí)行初始壓力檢查，并向需要加氣的輪胎充氣。每個輪胎軟管中的止回閥可確保在對一個輪胎充氣時，不會造成其他輪胎的壓力降低。完成初始壓力檢查后，系統(tǒng)將減壓，以釋放密封件上的壓力。系統(tǒng)將每隔10分鐘對管道進(jìn)行一次加壓并重新檢查壓力。系統(tǒng)通過空氣管中的一系列氣脈測定輪胎壓力。如果一段時間后管道未達(dá)到目標(biāo)壓力，系統(tǒng)將開始對輪胎進(jìn)行充氣，直到達(dá)到正確的壓力水平為止。AIRGO系統(tǒng)AIRGO系統(tǒng)是一種持續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)，它使用一系列止回閥來檢測氣壓的降低情況。與其他一些系統(tǒng)不同， AIRGO并不使用來自車輛制動系統(tǒng)的氣體。在系統(tǒng)的任意位置出現(xiàn)氣體泄漏時

15、（1）系統(tǒng)會從車輛的氣動系統(tǒng)（未顯示）吸入氣體（2）并通過車輛的軸管將其送出（3）（如果對軸管進(jìn)行了加壓，則通過軸管本身，否則通過導(dǎo)管），隨后氣體通過轂蓋組（4）進(jìn)入需要充氣的輪胎。掛車尾部有報警燈，可通過駕駛員的后視鏡看到。 當(dāng)系統(tǒng)對某個輪胎充氣后， 報警燈將亮起。由于此系統(tǒng)是持續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)，密封件會受到很大磨損， 因此AIRGO采用石墨和表面硬化鋼密封件，而不非橡膠密封件。Meritor 輪胎充氣系統(tǒng) （MTIS）MTIS適于在牽引掛車上使用。它使用掛車上的壓縮氣體對低于相應(yīng)氣壓水平的輪胎進(jìn)行充氣。氣體從現(xiàn)有掛車氣體補(bǔ)給系統(tǒng)進(jìn)入控制箱，然后進(jìn)入每個軸管?？諝夤艽┻^軸管將氣體送到軸端的旋轉(zhuǎn)通用

16、接頭，進(jìn)而將氣體送到每個輪胎。如果氣壓顯著降低，系統(tǒng)會通過指示燈通知駕駛員。土“心：同削1口|整個系統(tǒng)由輪端總成和控制模塊組成。輪端總成輪端總成包括一根帶止回閥的撓性軟管。止回閥僅允許氣體進(jìn)入輪胎，而不允許流出，從而可確保在對一個輪胎進(jìn)行充氣時，其他輪胎的氣壓不會降低。SOurCEJ. M用心輪端總成輪端總成還在軸內(nèi)加入了一個定子（非旋轉(zhuǎn)部件）和一個連接到轂蓋的通流三通管。通流三通管采用動態(tài)密封機(jī)制， 既允許轉(zhuǎn)動，又可防止高壓氣體從軸管進(jìn)入輪轂時出現(xiàn)壓力損失。高壓氣體通過一根管子從定子送到三通管。轂蓋總成中帶有排氣口，以確保輪端內(nèi)的壓力不會過高。單向氣頂可阻止灰塵和水等污物進(jìn)入輪端。對于帶空心

17、軸的軸管，該系統(tǒng)采用壓力塞將受壓的軸內(nèi)部與輪端隔開，以此來保護(hù)定子?？刂葡到y(tǒng)系統(tǒng)控制模塊帶有截止閥和濾清器，前者可防止氣體進(jìn)入該系統(tǒng)，后者則可阻止水分和污物。泄氣閥可釋放系統(tǒng)壓力，以便進(jìn)行維護(hù)工作。與使用自帶氣體供給裝置的其他系統(tǒng)類似，此系統(tǒng)帶有壓力保護(hù)閥，可確保在氣體供給壓力低于550千帕?xí)r不吸入氣體。通過系統(tǒng)壓力調(diào)整節(jié)輪，可對整個系統(tǒng)的氣壓進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)大量氣體充入輪胎（說明輪胎可能已經(jīng)穿孔）時，氣流感應(yīng)開關(guān)將激活指示燈，以通知駕駛員。其他系統(tǒng)PressureGuard : PressureGuard 系統(tǒng)將氣體從掛車的氣體 供給系統(tǒng)經(jīng)軸管送到轉(zhuǎn)轂，然后送到輪胎的閥門中。（有關(guān)更多信息，請參

18、考 PressureGuard。） TIREMAAX : TIREMAAX 系統(tǒng)使用掛車的氣體供給系統(tǒng)來 維持輪胎氣壓水平。當(dāng)系統(tǒng)檢測到輪胎壓力較低時，它會向 操作人員發(fā)出信號，并將氣體從掛車氣罐送到需要充氣的輪 胎。（有關(guān)更多信息，請參考 Henrickson TIREMAAX。）自動充氣輪胎的未來米其林正在和其他幾家公司一起開發(fā)名為輪胎智能壓力管理（ Tire Intelligent Pressure Management,簡稱TIPM）的主動壓力管理系統(tǒng)，此系統(tǒng)計劃于2005年投入使用。此系統(tǒng)配備有壓縮機(jī)，可在車輛行駛過程中自動調(diào)整每個輪胎的氣壓，以補(bǔ)償泄漏和慢泄漏穿孔帶來的影響。駕駛員能夠根據(jù)所需的駕駛模式來調(diào)整氣壓：舒適模式、運(yùn)動模式、全地形模式或障礙地形模式。目前，至少還有另外兩種面向消費(fèi)者的系統(tǒng)正處于早期開發(fā)階段：EnTire系統(tǒng)和CycloidAirPump 系統(tǒng)。EnTire自動充氣輪胎 系統(tǒng)使用閥門從大氣中吸入氣體，然后使用蠕動泵將氣體注入充氣不足的輪胎。其目標(biāo)是將輪胎壓力始終保持在特定水平。蠕動泵A注入輪胎當(dāng)論胎轉(zhuǎn)動時