蒙城嘉宏
汽車、運動、遊玩、文學創作、攝影詩詞……
輪胎的發展史
1845年，英國一個鐵匠獲得了第一個橡膠充氣輪胎的專利權。
1888年約翰·鄧祿普製成了橡膠空心輪胎，隨後托馬斯又製造了帶有氣門開關的橡膠空心輪胎。
1891年，C.K.Welch發明了金屬線胎圈輪胎。
直到1908年至1912年間，輪胎才有了顯著的變化，即胎麵膠上有了提高使用性能的花紋，從而開拓了輪胎胎麵花紋的曆史，並增加了輪胎的斷麵寬度，允許采用較低的內壓，以保證獲得較好的緩衝性能。
1911年，美國哈德門輪胎和橡膠製品公司的財務管理員菲利普，在亞利山大·施特勞斯的文件中發現了施特勞斯於1894年的一次發明。利用這個發明他們推出了成套的內外胎輪胎，即用橡膠和織物織成外胎，裏麵裝上橡膠內胎。至此，充氣輪胎取得了完全的成功，汽車才真正穿上了現代化的"鞋子"。
1930年米其林發明了無內胎輪胎。
1946年米其林發明了子午線輪胎。
從汽車輪胎發展的曆史我們不難看出，在前50年主要是解決如何提高輪胎的使用壽命問題，而近年來，由於汽車製造和交通運輸部門對輪胎的要求日益苛刻，輪胎新技術研究的重點轉到輪胎行駛性能、安全性能、舒適性能和經濟性能上來。
輪胎原料配方
我們都知道輪胎的主要原料是橡膠，但是僅僅隻有橡膠是遠遠不夠的，還需要向其中添加各種添加劑，使輪胎具有彈性好、滾動阻力小、耗油低、生熱低、耐磨、耐穿刺、承載能力大、乘坐舒適等性能，很大程度上取決於輪胎原材料的開放和選用。
介紹以下幾種近年來出現的輪胎新原料及添加劑。
充油天然橡膠（OENR）：不僅可以較大幅度地降低滾動阻力，而且也能使冰麵抓著性能同時得到高。
聚丁二烯橡膠：聚丁二烯橡膠與溶聚丁苯橡膠可並用作為節油輪胎胎麵膠，具有這種胎麵膠的輪胎有最佳的抓著力與磨耗的綜合平衡性能，還有較低的滾動阻力，能節省燃料5％。
發泡橡膠：所謂發泡橡膠指的是具有許多微型獨立氣泡的橡膠。發泡率為20％～30％時可提高冰上摩擦係數3～4倍。
這樣，通過提高冰上摩擦係數可縮短10％～15％的輪胎製動距離。采用發泡橡膠的無防滑釘輪胎的冰上摩擦力雖然比不上鑲釘輪胎，但其摩擦力非常接近。
聚氨脂彈性體：具有高耐磨、可著色、高耐切割性、優良的耐油及耐化學品等優點，而且對人體無毒害作用，又能完全生物降解，且不必添加炭黑和芳烴油，是製造輪胎胎麵的理想材料。
白炭黑：白炭黑又稱水合二氧化矽、活性二氧化矽和沉澱二氧化矽，通過使用特殊的聚合物和白炭黑/矽烷體係，可以獲得高的濕路麵牽引性能和濕路麵刹車性能，並通過降低滾動阻力使燃料消耗降低5%。
BoTred（以澱粉為基料的新型填充劑）：BoTred是一種以澱粉為基料的新型填充劑。先從玉米中提取玉米澱粉衍生物，變成微滴後經處理轉換成生物聚合物填充劑。BloTred為球形粒子，便於將機械能降至最小和降低滾動阻力。
短纖維：短纖維的加入可以提高輪胎的剛性，使得輪胎在行駛過程中承受同樣載荷時下沉量明顯減小，即輪胎的變形減小，因而滾動阻力也下降；將短纖維用於輪胎胎麵時，不僅可以提高胎麵的剛性，而且可以使胎麵的摩擦係數下降，滾動阻力係數降低，滾動阻力也相應下降。將短纖維應用於輪胎胎麵及其它部位時，可通過短纖維的模量和各向異性來改變膠料的性能，以降低輪胎行駛過程中的噪聲，另外還能提高輪胎的耐久性能。
添加矽配方:其核心是在胎麵橡膠中添加矽材料，含矽的輪胎在具備優異抓地力的同時，產生較少的能量損失，從而降低滾動阻力和磨耗力，實現比普通輪胎更勝一籌的省油效果，並盡可能地延長輪胎壽命。
輪胎的簾線
由於有了簾線的出現，輪胎才會變得更加堅固，不易變形。子午線輪胎在整個輪胎產業中具有劃時代的意義，子午線輪胎是胎體簾線按子午線方向排列，是簾線周向排列或接近周向排列的緩衝層緊緊箍在胎體上的一種新型輪胎。它由胎麵、胎體、胎側、緩衝層（或帶束層）、胎圈、內襯層（或氣密層）六個主要部分組成。按照胎體和帶束層所用簾線材料不同，子午線輪胎可分為三種：全鋼絲子午線輪胎、半鋼絲子午線輪胎和全纖維子午線輪胎。
人造絲簾線：人造絲曾在輪胎簾線中占主要地位，因為成本、強度、耐疲勞等性能不佳，早已被尼龍所取代，但由於人造絲尺寸穩定性好，用其作為子午線輪胎胎體材料能獲得優越的操縱性能，所以現在還常常用於高性能輪胎，在歐洲它仍然是輪胎的主要材料。歐洲的輪胎製造商堅持認為生產頂級性能的半鋼子午線輪胎非人造絲莫屬，理由是除尺寸穩定性外，發熱低是聚酯望塵莫及的。
玻璃纖維簾線：研究表明，短玻璃纖維應用於胎麵翻新膠料中(0.02～0.03份)可明顯改善翻新輪胎的耐刺穿能力。玻璃纖維強度高、耐熱、尺寸穩定，可用於子午線輪胎緩衝層和斜交輪胎保護層，其綜合物理和機械性能最接近於金屬簾線。
芳族聚酰胺簾線：德國鄧祿普公司最近成功地開發出帶束層和鋼絲圈都不采用鋼絲而使用芳族聚酰胺纖維(凱夫拉)的超輕量輪胎。帶束層和鋼絲圈都采用芳族聚酰胺纖維在世界上尚屬首次，取名為SPSPORT8000ULW的這種輪胎可減輕重量30％。這種輪胎除重量輕外，還具備如下優點：節約燃料費；提高乘坐舒適性；提高輪胎的接地性能；提高翻新性能。
鋼絲纖維簾線：是轎車輪胎、子午線輕型載重輪胎、子午線載重輪胎和公共汽車輪胎帶束層常用的主要材料。輪胎用鋼絲骨架材料的發展主要體現在新技術、新產品（新結構鋼絲簾線）方麵，主要的目的是為輪胎行業提供性能更優、選用範圍更寬的鋼絲骨架材料。近年來，高強度鋼絲簾線在國外輪胎製造業中被大量采用，其強度超出普通鋼絲簾線20%～40%。
TIPS：輪胎為什麽是黑色的？
其實早在十九世紀，汽車橡膠輪胎由於添加劑的不同，其顏色並不固定。到1915年，由於采用碳元素與碳氫化合物高溫凝聚的工藝，橡膠呈現墨水般的純黑色，而且耐磨性達到前所未有的水準。此後，橡膠輪胎進入黑色一統天下的漫長時期。在二十世紀三、四十年代，國外許多擁有轎車的人為了顯示自己的財富與社會地位，紛紛把輪胎的外側壁刷上白色油漆，以區別他人，體現個性。但是這種輪胎美容法最大的缺點就是輪胎使用一段時間後，油漆會逐漸剝落，胎側斑駁，很不雅觀，這種方式逐漸被冷落了。到20世紀601年代，使用白色橡膠的白色橡膠輪胎又見複蘇，不過這種輪胎的強度和反抗撕烈性能較差，耐老化性能差，成本也較為昂貴，使用時間稍久，膠料就會慢慢變黃變棕，失去原來的裝飾效果。80年代，日本、德國和美國等發達國家曾重新生產並投入胎側帶有白色字體或環帶的輪胎，美國的固特異公司甚至還設計出一種全透明的輪胎，它在夜間可以照明。90年代，米其林公司與法國一家化工集團合作，用二氧化矽取代碳，取得了良好的效果。由於二氧化矽的固有顏色是白色，可以加入任意不同的染色劑輪胎從而可以任意選擇顏色了。近些年來，隨著新型橡膠防老化劑和白色以及淺色橡膠補強劑的出現，又進一步推動了裝飾輪胎的發展。不過無論如何，彩色輪胎始終隻能作為裝飾輪胎使用，其成本性能等很多方麵還是無法與人們使用了數十年的黑色輪胎相提並論，所以，汽車輪胎仍是黑色的。
輪胎花紋設計
輪胎花紋主要由花紋溝、花紋塊及節距等構成。其主要作用就是增加胎麵與路麵間的磨擦力，以防止車輪打滑（這與鞋底部花紋的原理是一樣的）。輪胎花紋具有提高胎麵接地彈性的性能，在胎麵和路麵間切向力(如驅動力、製動力和橫向力)的作用下，花紋塊能相應產生較大的切向彈性變形。切向力增加，輪胎的切向變形隨之增大，接觸麵的“磨擦作用”也就隨之增強，進而阻止了胎麵與路麵間的打滑或打滑趨勢。這種性能在很大程度上消除了無花紋(光胎麵)輪胎易打滑的弊病，保障與輪胎和路麵間磨擦性能有關的動力性、製動性、轉向操縱性和行駛穩定性的正常發揮。
輪胎花紋的分類
輪胎花紋可謂方寸之間，變化萬千，但歸納起來，主要有下麵這7種：縱向花紋、橫向花紋、混合花紋、雪地花紋、越野花紋、定向花紋和非對稱花紋。
縱向花紋：縱向花紋的共同特點是胎麵縱向連續，橫向斷開，因而胎麵縱向剛度大，而橫向剛度小，輪胎抗滑能力也顯現出橫強而縱弱。擁有這種花紋的輪胎行駛摩擦力小，高速行駛時的操控性、穩定性和安全性較好，噪聲較小且舒適性較好。但驅動和製動力較橫向花紋的輪胎差。
橫向花紋：橫向花紋共同特點是胎麵橫向連續，縱向斷開，因而胎麵橫向剛度大，而縱向剛度小。擁有這種花紋的輪胎行駛摩擦力、驅動力及製動力都較大，耐切割性能好。但橫向摩擦力小、易側滑，易發生異常磨損且噪聲較大。
混合花紋：混合花紋是介於縱向花紋和橫向花紋之間的一種過渡性花紋。其特點是胎麵中部具有方向各異或以縱向為主的窄花紋溝槽，而在兩側則以方向各異或以橫向為主的寬花紋溝槽。擁有這種花紋的輪胎橫向花紋部分（胎肩）易發生異常磨損。
泥雪地花紋：是指專為適於泥地和雪地使用而設計的花紋。它用字母“M+S”表示，“M”指泥地，而“S”指雪地。此類輪胎一般都直接將“M+S”鏽刻得輪胎的側壁上。這類輪胎花紋驅動力、製動力強，但耐磨性差，壽命短，易產生異常磨損。
越野花紋：越野花紋的共同特點是花紋溝槽寬而深，花紋塊接地麵積比較小。由於花紋塊的接觸壓力大，滾動阻力大，故不適合在良好硬路麵上長時間行駛。否則，將加重輪胎磨損，增加燃油消耗，汽車行駛振動也比較厲害。
定向花紋：定向花紋的特點是高速性、加速性好、滾動阻力低、排水性好、濕滑路麵操控性好，但費用較高，易產生異常磨損。
非對稱花紋：這類花紋的側向轉彎穩定性好，排水性能好、濕滑路麵操控性好，但費用較高，安裝時必須注意內、外側方向。
就目前市場上主流的產品來看，使用非對稱花紋的輪胎為最多，其實仔細想來原因很簡單。現在主流的輪胎產品多以全性能胎為主，也就是說一副輪胎可以適用各種地形和天氣狀況下的路麵。要想達到全性能，那麽胎麵上就需要針對不同路況下的行駛狀況設計花紋，在這樣的前提下，非對稱的花紋設計就成了主流了。光說或許大家還不太明白，讓我們來看一個實例吧。
新的Excellence係列輪胎是典型的非對稱花紋輪胎，在保證良好駕駛安全性的同時，提出了“輪胎功能區劃分”的新概念。按照輪胎花紋的不同，Excellence在同一條輪胎上提供了“安全功能區”、“操控功能區”和“舒適功能區”三種不同的花紋，用以達到更加均衡的駕駛感受。這就是固特異的三能科技。追求操控性是所有愛車人的一致要求。在安全的前提下，有足夠的操控性也是Excellence的目標之一。
在設計中，Excellence的“操控功能區”是由堅實的胎肩花紋塊和連貫的花紋條組成。這種結構可以為車輛提供靈敏的轉向反應，即使在臨近極限狀態下的轉向和刹車，輪胎也能使車輛保證足夠的穩定性。Excellence輪胎的“安全功能區”以其獨特的胎麵花紋要素為特征，連貫的大角度斜切麵花紋和寬大的縱向溝槽能夠有效地排出胎麵積水，從而確保輪胎在濕滑路麵的抓地力和操控性。“舒適功能區”主要指一層橡膠軟墊降低噪音，緩衝顛簸，保證舒適順暢的行駛。
細品Excellence輪胎的花紋設計，可以發現：四條非等間距的縱向花紋非常顯眼，一方麵它能提高高速行駛性能，四條縱向花紋中兩側的花紋溝較寬，這樣降低了噪聲，胎肩處的斜向溝槽除了能夠有效地提高排水性能外，還使得輪胎的接地麵積最大化，提高輪胎轉彎時的抓地力，增強操控性。輪胎胎麵內側的大斜條花紋塊和小斜條花紋塊的非對稱搭配，構成了“安全功能區”，花紋塊上的溝槽仍可見到“V”型花紋的蹤影，“V”型花紋能夠提供優越的高速直線行駛穩定性能和提高輪胎操控性能。
胎體是構成輪胎骨架的單層或多層覆膠簾線部分，質地柔軟，要求有良好的耐衝擊性能和耐屈撓性能。
輪胎新技術
近年來也出現了許多胎體方麵的新技術，如缺氣保用技術、“霸力泡”技術、AQ多能馳技術等。其中又以缺氣保用技術為各大輪胎廠商所重視。
缺氣保用胎技術：
輪胎的主要原料是橡膠，而橡膠製品在經過一段時間的使用以後就會出現老化現象，如果繼續使用，輪胎會在壓力下出現漏氣甚至爆胎情況。在汽車高速行駛過程中，輪胎故障是所有駕駛員最為擔心和最難預防的，也是突發性、惡性交通事故發生的重要原因。據統計，在高速公路上發生的交通事故中，70%～80%是由爆胎引發的。於是，各個輪胎廠商把缺氣保用做為輪胎技術的重點研發方向，紛紛推出了各自的缺氣保用胎。例如：米其林PAX係統、固特異RunOnFlat技術、馬牌ContiSeal技術和普利司通COOLINGFIN技術等。
目前缺氣保用輪胎即安全輪胎主要分為三種：自我支撐型、輔助係統型、自我修補密封型。PAX係統屬於輔助係統型，RunOnFlat技術和普利司通COOLINGFIN屬於自我支撐型，德國馬牌ContiSeal技術則屬於自我修補密封型。
“霸力泡”技術
“霸力泡”是固特異胎麵刀槽泡狀互鎖技術的音譯。通過精密的輪胎模具設計加工，在輪胎的胎麵細刀槽中製作出可以互相咬合半球狀凸起和凹陷。當輪胎接觸地麵時，胎麵各部分元素都可以張開，在加速過程中胎麵可以更好地貼合地麵以提供可靠的抓地力，而在離開地麵時，胎麵各部分元素通過霸力泡再次咬合在一起，這樣在大大提高抓地力的同時，還能降低輪胎路噪。
AQ多能馳技術
AQ多能馳技術的設計初衷是為了減少輪胎磨損對性能帶來的影響。它有著以下技術特點：第一，利用電腦提供的自動改進設計法對輪胎進行最佳優化設計。不隻是形狀設計，還包括花紋、結構、材料等輪胎的全要素都能夠達到最優化；第二，通過加長碳素分子的鏈狀排列結構，提高輪胎耐久性能；第三，將輪胎胎圈的胎踵部分設計成圓形，確保輪胎與輪輞裝配後的圓度，從而達到提高均勻性、平衡性之目的。
輪胎新技術之未來技術趨勢
未來的輪胎是什麽樣？是電影《I，Robot》中那輛隨意轉向的AudiRSQ所用的球形輪胎，還是《第五元素》裏科本-達拉斯那輛已不需要輪胎的漂浮出租車。不管是不是科幻電影裏華麗的道具，至少我們可以看到一個輪胎大致的發展方向，不過要實現它們可能還需要一段時間，我們還是回頭來看看稍微靠近我們一點的一些輪胎新技術。
納米輪胎
“納米技術”指對運用100nm以下微小結構的物質和材料的技術。納米技術是新世紀汽車發展的核心技術。納米技術能夠從汽車車身應用到車輪，幾乎涵蓋了汽車的全部，比如車身、底盤、內裝、輪胎、傳動係統、排氣係統等，均可因納米技術的運用而產生不同的功能特性。納米材料和橡膠工業關係相當密切，大部分粉狀橡膠助劑粒徑都在納米材料範圍或接近納米材料範圍，例如炭黑粒徑約11～500nm;白炭黑粒徑在11～110nm。在橡膠產品生產中，炭黑新一代納米技術已成功運用其它納米粒子作為助劑，而不再局限於使用炭黑或白炭黑，如ZnO、CaCO3、A12O3、TiO2，最大的改變即是，輪胎的顏色已不再僅限於黑色，而能有多樣化的鮮豔色彩彩色輪胎的性能與黑色輪胎完全相同，不同的是在輪胎側壁上帶有白、紅、黃、藍、綠等顏色的凸形大字體或環帶，可與車型的種類、造型、漆色、商標色等其他飾物相匹配，突出車輛的個性。目前國內在利用納米材料改性橡膠技術領域還存在著複合體係單一，複合方法簡單，工業化程度不高等問題，輪胎納米複合材料的特性和潛能在今後很長一段時間仍需靠納米科技的發展去挖掘和提高。因此，立足於傳統的炭黑/橡膠、白炭黑/橡膠和黏土/橡膠納米複合技術的同時，深入研究納米粒子與輪胎界麵膠聯強化的機理，探索納米粒子與橡膠複合的新方法，對提高輪胎的性能是十分必要的，甚至可以開發出更高性能的輪胎橡膠製品。
智能輪胎
智能輪胎，可以向汽車駕駛係統提供輪胎充氣壓力、升溫、受力、變形等信息情況，並可通過植入射頻標識(FID)等來追溯從製造到使用的全過程。像人們用手或腳可以感覺到熱、冷或打滑一樣，汽車上唯一與路麵接觸的輪胎可建立向駕駛員提供輪胎—路麵狀況信息的係統來感覺這些，如輪胎氣壓智能監測係統(簡稱TPMS)和輪胎防爆係統(RSC)；美國固特異輪胎推出的Unisteel智能輪胎可在遇到輪胎氣壓偏離設定值、輪胎溫度超過設定值、輪胎脫離車軸的情況下自動報警。此外還有法國米其林輪胎公司推出的MEMS智能輪胎，德國大陸-通用輪胎公司推出的CGT智能輪胎，芬蘭諾基亞輪胎公司推出的ITT智能輪胎等。
