安全輪胎

普通輪胎遭到外物刺扎後，先是很快漏氣，接着發生胎側下塌，胎圈脱離輪輞，輕則無法繼續行駛，重則導致車輛傾覆。與之相比，安全輪胎在遭到刺扎後，不會漏氣或者漏氣非常緩慢，能夠保持行駛輪廓，胎圈依然固定在輪輞上，從而保證汽車能夠長時間或者暫時穩定行駛。汽車裝上這種輪胎後，不但安全性能大大提高，而且不再需要攜帶備用輪胎。

安全輪胎的歷史可追溯到20世紀初葉，美國固特異輪胎橡膠公司於1934年取得防爆內胎安全輪胎專利，1955年研製成功雙腔安全輪胎，1963年開始批量生產具有內支撐物的安全輪胎——Double Engle，1970年藉Double Engle成為賽車安全輪胎配套供應商，1987年在紐約車展上推出首批EMT（Extended Mobility Tire，高機動性輪胎）。1992年EMT被選為1994年款豪華轎車的推薦配件和1995年款豪華轎車的原裝配件，固特異因此而成為世界首家轎車安全輪胎配套供應商。

自從人類發明製造出汽車以來，輪胎因扎破、漏氣，輕則耽誤時間，為換胎、修胎，乃至由此引發交通堵塞令人煩惱。重則引發爆胎，乃至造成車毀人亡的交通事故讓人傷感。隨着汽車工業的迅速發展，交通道路網絡的日趨完善，對提高機動車輛輪胎的性能，發展安全、耐用、高速低價產品已成為當前科研生產部門的重要攻關項目之一。根據有關統計資料分析顯示，高速公路上近50%的重大交通事故因輪胎慢性漏氣而引起，而且多是扎釘，漏氣而導致輪胎在運行過程中發熱爆胎。根據現時對輪胎性能分析，需要進一步提高輪胎的各項技術、經濟指標，重點是解決輪胎的防爆、防漏氣問題，安全輪胎的研發與生產越來越引起生產廠家的重視。

安全輪胎，英文是“Run-Flat tire”，其意為輪胎在遭遇到外來物刺扎後，不會一時漏氣或者漏氣非常緩慢，能夠保持一段時間的行駛，輪胎行業直譯為“跑氣保用輪胎”亦稱“缺氣保用輪胎”。從1934年固特異取得首項安全輪胎專利算起，輪胎行業對安全輪胎的研製開發走過了70多年的歷程。

“抗刺扎、防爆破、失壓後還能走”是安全輪胎的三點基本要求。對於“失壓後還能走”，其衡量指標包括失壓後的行駛速度和駛出距離。就保證汽車暫時穩定行駛的安全輪胎而言，汽車工業目前的標準是以50-55英里/小時(80-88公里/小時)速度駛出100英里(160公里)。為了達到這個目的，在過去70年中，尤其是前60年，人們嘗試過許多方法，可謂五花八門，各有利弊。發展初期有代表性的安全輪胎技術有:

(1)增加胎面厚度，防止外物刺透胎面結構簡單，但側向穩定性差。

(2)在胎面膠內埋置小金屬片以阻擋外物結構簡單，但側向穩定性差，減震性不好。

(3)將灌裝有粘性液體的小膠囊預先置於輪胎內腔或貼在輪胎內壁上，或者在輪胎胎體內預置粘膠層，有時還採取把少量低比重的合成微孔纖維絮置入輪胎內腔的輔助措施;當輪胎遭刺傷後，粘性液體逸出，流動到穿孔處，與合成微孔纖維絮一起堵塞洞孔;這種結構的安全輪胎通常被稱為自封式輪胎。粘性液體有降低失壓輪胎內壁摩擦生熱的作用，但粘性液體或粘膠容易失效;由於小膠囊和纖維絮在胎腔內自由活動，影響輪胎的平衡性能。

(4)大輪胎套小輪胎，亦即在無內胎輪胎(外輪胎)的內腔設置一個帶有普通內胎的規格較小的無胎面輪胎(內輪胎)，內外輪胎之間留有充裝空氣的空間(外氣室)，當外輪胎失壓後，內輪胎髮揮作用;內、外氣室各有一套獨立的氣門芯和嘴;這種結構的安全輪胎通常被稱為多腔輪胎結構複雜，輪胎重量明顯增大，製造成本較高。

(5)在輪胎內腔安裝一條徑向頂部有簾線補強的加強內胎，這種結構通常被稱為防爆內胎輪胎，結構簡單，不影響乘坐舒適性

(6)在輪胎內腔填塞海綿代替充氣，這種結構的安全輪胎通常被稱為海綿填充輪胎，胎體發硬，乘坐舒適性差，輪胎行駛生熱較大，不適用於高速車輛。

(7)將胎側內部做成囊狀，囊內填充海綿，或者在兩胎側部內表面加貼斷面為月牙狀的補強膠片。這種結構的安全輪胎通常被稱為胎側補強型輪胎，胎側剛性高，側向穩定性好，失壓後內生熱低。

(8)在輪胎內腔加裝一個可拆卸的彈性支撐環，用來在輪胎失壓後支撐胎面和加強胎側。這種結構的安全輪胎通常被稱為具有內支撐物的輪胎，輪胎內壁與彈性支撐環接觸處摩擦生熱大，易造成早期損壞。

(9)用環氧樹脂把胎圈粘在輪輞圈座上，使得輪胎失壓後不會脱圈。這被看作是後期特製輪輞的雛形，輪胎一輪輞連成一體，增加反覆利用輪輞的難度。

經過長期的探索和反覆試驗，到20世紀90年代中後期，上述有些方法已經被淘汰，譬如簡單地在胎面膠內埋置小金屬片、防爆內胎、多腔等，有些方法雖然尚在應用，但其產品無市場或原有市場已明顯萎縮，譬如液體自封，有些方法則得到完善而逐漸上升為主流技術，譬如胎側補強、內支撐物、特製輪輞。在此期間出現了一種新的趨勢，那就是將多種原來單獨使用的方法組合起來，加以整合優化，演變成能夠製造出綜合性能更好、更有競爭力的安全輪胎的新技術，譬如胎側補強+內支撐物、特製輪輞+胎側補強、特製輪輞+內支撐物。可以這樣説，從20世紀30年代到90年代中後期大約60多年時間內，安全輪胎由技術探索，百花齊放，過渡到相對集中和基本定型，完成了技術方法篩選和工藝路線確定這一歷史過程，從發展初期步入了發展中期。

從20世紀90年代中後期開始，安全輪胎的工作重點已轉移到使技術更精純、工藝更成熟、產品更有效。在初期發展的基礎上，經過整合優化，目前安全輪胎技術已形成由輪胎結構來劃分的兩大類和以配套輪輞來劃分的兩大類。

若以輪胎結構來劃分，有兩大類安全輪胎技術:(1)自封式安全輪胎一一在胎腔或密封層內預先充入足量密封劑，輪胎遭外物刺穿後，密封劑自動流到穿孔處，堵塞洞孔，阻止輪胎充氣內壓下降，從而維持正常行駛狀態;(2)剛性支撐式安全輪胎一一又可細分為自體支撐型和加物支撐型兩種。前者與普通輪胎相比，並未增加任何部件，只是通過特殊設計或增強原有的某個部件，使輪胎失壓後保持行駛輪廓，典型的例子是胎側補強型;後者通過引進普通輪胎所沒有的部件，達到輪胎失壓後保持行駛輪廓的目的，典型的例子是內支撐物型。

若以配套輪輞來劃分，也有兩大類安全輪胎技術:(1)普通(標準)輪輞型;(2)特製(非標)輪輞型。若以用途來劃分，同樣有兩大類:(1)保證汽車暫時穩定行駛的安全輪胎;(2)長時間連續行駛的安全輪胎。

上述前兩種分類條件，其實也可理解為製造安全輪胎的技術手段，亦即(1)自封技術;(2)剛性支撐技術;(3)特製(非標)輪輞技術。如前所述，發展初期的安全輪胎大都可歸入某個單一的分類，也就是説，當時由於條件限制，比較傾向於採用單一的技術手段來製造安全輪胎。越是發展到後來，就越難歸入某一類，因為現有的安全輪胎已經是應用多種技術的組合體。

最近10年間已實現商品化的安全輪胎新產品主要有:

自封式安全輪胎德國大陸公司(Continental A. G.)的Gen* Seal和法國米其林集團公司(Group Michelin)的Tiger Paw NailGard都是在20世紀90年代曾一度走紅市場的產品。德國大陸公司(Continental A. G.)的Gen* Seal是一種自封式無內胎安全輪胎，於上世紀80年代末由德國大陸公司研製成功。從輪胎斷面圖上看，在Gen* Seal內腔兩胎肩之間區段，設置有特製的防刺層，內裝可流動的軟密封膠。當Gen* Seal被刺穿或者拔除刺入物後，軟密封膠在輪胎充氣內壓作用下自動流到穿孔處，堵塞孔洞，即使洞傷深達3/16英寸，亦能保持輪胎不漏氣。大陸建議Gen* Seal最好與輪胎充氣內壓監測系統(TPMS)配套使用，該系統是根據輪胎滾動半徑變小而發出報警信號的。

和Gen* Seal一樣，法國米其林集團公司(Group Michelin)的TigerPaw NailGard也是一種自封式無內胎安全輪胎，於1998年由法國米其林集團公司研製成功。其構造和技術指標與大陸Gen* Seal基本相同。從該輪胎打的商標為尤尼羅伊爾(Uniroyal)，我們就不難判斷它在米其林輪胎產品系列中屬於中檔產品。

(2)特製輪輞+自體支撐型安全輪胎

顧名思義，這種安全輪胎必須裝在非標輪輞上使用，而且輪胎上的某個部件是經過加厚或者是被襯上特製補強件的。最常見的屬於這一類的安全輪胎是特製輪輞+胎側補強型安全輪胎。特製輪輞在輪胎失壓後可有效地防止胎圈脱座。有代表性的產品為日本普利司通公司的Expedia輪胎-輪輞總成和法國米其林集團公司的MXV4輪胎。

日本普利司通公司於1992年3月研製成功Expedia輪胎一輪輞總成，並於次年初在歐洲市場銷售。該總成由三部分組成:(1)安全輪胎一一胎側襯有特製補強件，在輪胎失壓時足以支撐汽車重量;同時膠料的耐熱性非常好，在輪胎失壓後仍然保持彈性，保證輪胎不會喪失基本行駛功能，也不必擔心胎內磨擦引起輪胎破損;(2)楔形輪輞一一這是一種特製輪輞，類似於德國大陸公司的CTS反向輪輞，是在普通輪輞的基礎上，在兩胎圈座內狽J各多了一條駝峯狀凸緣;輪胎漏氣後，該駝峯狀凸緣起到阻止輪胎脱圈的作用;(3)TPMS一一由固定在輪輞圈座上的壓力傳感器和安裝在車內的蜂鳴器或指示燈組成;當輪胎充氣內壓下降到某個設定值時，蜂鳴器發出聲音或指示燈閃亮。在無內壓條件下，Expedia總成能夠以55英里/小時( 88公里/小時)速度駛出150英里(240公里)。

法國米其林集團公司於1994年研製成功MXV4輪胎，1997年6月在北美替換配件市場銷售。MXV4輪胎的特點是失壓後側向操縱性能很好。TPMS由嵌在輪輞圈座上的傳感器和裝在駕駛室儀表盤上的可編程數字顯示器組成。1998年MXV4已發展成系列產品，有多種規格型號，其中MXV4ZP在內壓為零時能夠以55英里/小時(88公里/小時)速度行駛50英里(80公里)的路程。當時MXV4 ZP的價格比普通輪胎高40一50美元，配套使用的TPMS價格為300一400美元。

(3)特製輪輞+加物支撐型安全輪胎

這種安全輪胎除需要與特製輪輞配套使用外，它的另一個特點是在輪胎內部多了一些普通輪胎所沒有的部件，譬如內支撐物。最具代表性的產品有法國米其林集團公司的PAX、德國大陸公司的CWS體系和意大利倍耐力公司(Pirelli SpA)的EMI(整體組合膨脹泡沫輪胎)。

1997年初法國米其林集團公司鄭重向媒體宣佈，研製成功一款獨特的安全輪胎一一PAV(垂直固定充氣輪胎)。1998年夏PAV作為原裝配件開始供應各歐洲汽車廠家。1999年米其林將PAV技術升級，改稱PAX。

作為當時全球斷面最低(60系列)的安全輪胎，PAX在失壓後能夠以50英里/小時(80公里/小時)速度駛出125英里(200公里)。其結構特點為:(1)輪胎斷面最寬處在胎圈，而且胎圈直徑大於或等於輪胎外凸緣直徑;(2)輪胎胎側接近垂直，而不是像普通輪胎那樣呈鼓出的圓弧狀，而且胎側高度只有相同規格普通輪胎的1/2; (3)特製平底輪輞，內置橡膠環，起鎖定胎圈以及支撐胎面的作用。

米其林強制性地要求PAX與TPMS配套使用，因為PAX的使用性能太好了，如果沒有TPMS，司機根本無法憑感覺區分PAX的充氣行駛狀態和失壓行駛狀態，結果是到達目的地才發現已失壓行駛了很長時間。在失壓情況下承載負荷行駛對輪胎造成非常大的負擔，所以不管對普通輪胎還是安全輪胎而言，失壓行駛都是非常狀態，配備TPMS的目的就是儘可能地縮短PAX處於非常狀態的時間，延長PAX的壽命。這也是幾乎所有安全輪胎製造商都建議或要求配備TPMS的理由。

德國大陸公司的CWS體系於1999年底研製成功，其基本結構與米其林PAX類似，由四部分組成:(1)無鋼絲圈補強撓性胎圈;(2)鋼絲補強橡膠支撐環(簡稱CSR );(3)特製輪輞;(4)與之配套的TPMS(簡稱TPMS)或漏氣檢測裝置(DDS )o CWS體系已於2001年配套轎車。

意大利倍耐力公司的EM工於1994年推出，其基本結構是在胎腔內預置經特殊工藝製成的丁基橡膠泡沫環。在輪胎未泄氣時，內壓力將泡沫環壓向輪輞，起到減少應力集中，調節輪輞慣性的作用;一旦輪胎失壓，泡沫環立即快速膨脹，充滿整個胎腔，支撐起胎體，達到輪胎充氣效果，維持輪胎正常行駛狀態。EMI已配套賽車。

(4)自體支撐+加物支撐型安全輪胎

這種安全輪胎裝在普通輪輞上即可使用，但在輪胎內部除有某個部件是經過加厚處理之外，還配置了一些額外的支撐部件，譬如內支撐環。自體支撐+加物支撐技術特別適用於高斷面輪胎和重量較大的車輛，它保證輪胎在失壓後得到支撐，而且避免輪胎內表面相互摩擦，導致早期損壞。最有代表性的產品當數美國固特異輪胎橡膠公司的Engle EMTo

美國固特異輪胎橡膠公司的Engle EMT是在Double Engle的基礎上，進一步完善TPMS，改進輪胎結構(亦即增強胎側)後產生的。Engle EMT最吸引人的特點是裝在普通輪輞上使用，這標誌着固特異在安全輪胎技術領域已達到領先水平。與必須和特製輪輞配套的其它安全輪胎相比，無疑EMT具有更強的市場競爭力。Engle EMT輪胎在失壓狀態下能夠保持原有的充氣形狀，胎腔內壁不會互相貼近產生磨損，從而保持基本的行駛性能。

截止1997年底，Engle EMT已有適配小轎車、越野車和多用途運動車的8種規格型號，價格比普通輪胎高10 % 15。固特異建議，EngleEMT最好與TPMS配套使用。當然，若不裝備TPMS，也不會影響Engle EMT的使用性能。TPMS每套售價為250一300美元。Engle EMT的性能指標為失壓後以55英里/小時(88公里/小時)速度駛出200英里(320公里)o

Engle EMT的平行換代產品一一Engle GS系列自1991年創建以來，至1994年已有A到D共4個分系列;其中GS-A為非對稱花紋輪胎，GS-D為有向花紋輪胎。GS-C具有用特殊方法纏繞而成的2層鋼絲帶束層，不但耐高温，而且低生熱，確保失壓行駛時100%保持原有操縱性能。

(5)自體支撐型安全輪胎

這也是一種裝在普通輪輞上即可使用的安全輪胎，它通過特殊設計或增強輪胎胎體內的某個部件，從而達到失壓後保持輪胎行駛輪廓，有足夠剛性承載車輛和乘員的負荷的目的，應該説這是一種構造最簡單、使用最簡便的安全輪胎。但自體支撐技術存在兩個缺點:(1)胎側剛性太大，影響乘坐舒適性;(2)比較適用於低斷面輪胎和比較輕的車輛。最具代表性的產品有日本普利司通公司的Hawk系列安全輪胎、日本住友橡膠工業公司(Sumitomo Rubber Industries Ltd.)的CCT和意大利倍耐力公司的Pirelli Eufori ®。

日本普利司通公司的Hawk系列安全輪胎於1999年應市，它有四大特點:(1)適配普通輪輞;(2)無內支撐物;(3)屬於普通斷面;；(4)重量比固特異同類產品輕。上述特點是藉加厚輪胎胎側，採用獨特的帶束層設計而獲得的。其中無需特製輪輞和內支撐物是Hawk輪胎與迄今問世的其他安全輪胎不同之處，因此它比同類產品更受市場歡迎。Hawk輪胎在失壓條件下能夠以55英里/小時(88公里/小時)速度駛出50英里(80公里)。

日本住友橡膠工業公司於2000年6月推出CCT(綜合技術輪胎)，它雖然屬於剛性支撐式的自體支撐型，但與傳統技術又有所不同。目前應用的自體支撐技術，譬如普利司通Hawk以及米其林MXV4，都是通過用更多的橡膠和織物來加厚、加固胎側，提高該部件的剛性，從而達到輪胎失壓後仍然保持充氣輪廓的目的。這樣做難免增加輪胎重量(通常比普通輪胎重20%一4 0% )，劣化乘坐舒適性。CCT從胎面到胎側這一段輪廓線有多個連續變化的曲率，具有這種輪廓線的輪胎，即使減薄胎側，仍然擁有良好的自支撐能力，因此這種輪胎又被稱為輕量化安全輪胎。

意大利倍耐力公司在2001年10月東京車展上推出Eufori ®，這是運用MIRS(模塊集成自動化系統)技術生產的第一條子午線安全輪胎。它擁有智能自撐式胎側，在失壓時能夠以50英里/小時(80公里/小時)速度安全行駛90英里(150公里)，因為曾在網上公開徵名，故又被稱為e輪胎。倍耐力同樣推薦，在使用Eufori ®時最好配套TPMS。

M工RS是倍耐力於上世紀90年代初投巨資開發的一項創新技術。目前該公司已分別在意大利、美國、英國、德國建成多間應用MIRS技術生產輪胎的工廠，產品有乘用輪胎、輕卡輪胎和載重輪胎，但用MIRS技術生產安全輪胎還是首次。

(6)活節輪胎

馬來西亞Asiatic Airboss公司於1993年研製成功防刺穿活節式工業輪胎/輪輞系統一一Airbos:活節，它由活節式輪胎和特製輪輞組成，適配裝載機和挖掘機。活節式輪胎未裝上輪輞時，看上去像是一條橡膠履帶，由數10個用薄鋼板補強的、剖面為圓角梯形的中空橡膠件組成，在每個橡膠件底邊開有洞眼，並已在成型時安上螺栓;將每個橡膠件底邊的螺栓與特製輪輞上的相應洞眼對準，用螺母固定，即得到輪胎總成。活節式輪胎用模壓法或澆注法均可製造，材料為天然橡膠或丁苯橡膠，聚氨醋由於成本太高暫時還無法普及應用。活節數多寡視輪胎規格而定。這些活節遭損壞後，可獨個取下翻新或更換。

按照前述的安全輪胎分類，活節式工業輪胎/輪輞系統應屬於特製輪輞+多腔型。Airbos:活節式輪胎具有如下優異性能:(1)使用壽命是普通輪胎的4.5倍，在使用12個月後胎面厚度仍保持75%; (2)剛性分別比充氣輪胎和實心輪胎大23. 5%和100%，滾動阻力下降50%一58%; (3)減震性為充氣輪胎的1. 52 1. 85倍;(4)牽引力比充氣輪胎大37%0

Airbos:活節式工業輪胎/輪輞系統在投產當年就有300萬美元的銷售額，到1997年底已增長到3億多美元，規格也由原來的3個增加到27個，除在歐亞銷售外，曾一度佔領90%的北美農機具輪胎市場，但近年來市場有所萎縮。

從國外安全輪胎的發展和應用來看，不論是自封型還是支撐型，都是對原有輪胎結構的徹底變革。目前被大量應用於高端車型的支撐型安全輪胎，是治標不治本的方法，只能保障輪胎在漏氣的情況下以一定的速度行駛一定的量程，並沒有從根本上解決漏氣的問題，還需特殊輪胎、特製輪輞，並與TPMS配套使用，難以應用於現有的車輛和輪胎，使用成本高。德國大陸公司(Continental A. G.)的Gen* Seal和法國米其林集團公司(Group Michelin)的Tiger Paw NailGard自封型安全輪胎，雖解決了漏氣問題，但也屬於特殊結構輪胎，雖在20世紀90年代一度走紅，但現已逐步淡出市場，同樣難以應用於現有普通輪胎。