未来轮胎的发展趋势

作者:本网编辑 文章来源:编译自Automobil Insdustrie 发布时间:2014-09-05
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轮胎工业企业的研究人员开发了许多令人惊叹的方案:蒲公英制成的橡胶、无气轮胎或以及胶中的传感器。而且,在这些不可思议设想中,已经有一部分接近批量生产了。

蒲公英是一种非常普通的、不引人注意的植物,但其茎中所蕴含的乳胶却成为了汽车工业专业杂志讨论的重要话题,因为这种乳白色的液体能够用于橡胶的制造。蒲公英橡胶就像传统橡胶树生产的橡胶一样适于制造汽车轮胎。如图1,在轮胎研发中,使用新的原材料是一个大趋势。这一领域中的研发人员不仅对轮胎花纹的数量和位置进行研究,同样也对基础材料进行研究,对辅助功能和轮胎是否真的需要充气进行研究。


图1  从事轮胎工业研究的工作人员表示,轮胎在未来的发展趋势将会很吸引人更多新的材料和技术

利用蒲公英乳胶制造轮胎并不是一种新兴的工艺,但从蒲公英中提取橡胶的质量受到许多不确定因素的影响。橡胶树只生长在有着特定温度和降雨条件的地区,也就是所谓的“橡胶带”。早在20世纪初,俄罗斯的研究人员就盯住了蒲公英,在第二次世界大战中俄罗斯就开始了第一次利用本地生长的蒲公英生产橡胶的试验。德国的科学家也开始了对这种植物的研究,但这种合成橡胶(布纳橡胶)的实用性不佳使这种材料的开发被很快终止。二战之后,“热带橡胶”取代了蒲公英,同时也取代了同样适合于提取橡胶的银胶菊。

源自蒲公英的橡胶产品

近几年来,人们对这两种植物的兴趣又重新回暖,由于气候条件的限制,橡胶树的种植范围不能任意地扩大,同时也出现了与粮食和棕榈等食品和油料作物争夺土地的情况。而且橡胶原材料的价格波动也非常大,近5年时间里每公斤橡胶原材料的价格在1~5欧元之间波动。


图2  今天的和未来的轮胎材料对比

从长期发展的角度出发,轮胎生产厂商与研究机构合作。如图2所示,人们对当今的轮胎制造工艺与未来轮胎的发展方向进行了对比。大陆公司和亚琛市的弗朗霍夫分子生物学和应用生态学研究所IME在蒲公英橡胶工业化生产的研发项目中展开了合作。目前在明斯特市已经建造了一套吨级产能的蒲公英橡胶试验设备。第一条蒲公英橡胶轮胎的产出指日可待了。这种“随处可见的杂草”明显地减轻了橡胶生产对橡胶带的依赖,缩短了供货运输的距离。

在利用银胶菊提取橡胶的研发方面,倍耐力公司与ENI(Agip)石油公司的子公司,Versalis化工公司展开了合作。银胶菊(灰白银胶菊)是一种多年生不可食用的低矮灌木。据倍耐力公司介绍,它只需少量的水即可生存,无需使用农药。由于它有着很高的乳胶生产能力,因此也是一种极具潜力的橡胶来源。


图3  米其林公司的Tweel无气轮胎方案已经在轻型建筑机械中得到了应用

未来的汽车轮胎将做到无需充气

在不久的将来,随着无气轮胎技术的成熟,那些检查轮胎是否有气的胎压传感器将被彻底淘汰。尽管126年前在轮胎产业中引入充气技术是一个划时代的创举,自John Boyd Dunlops先生发明了充气轮胎,近几年来轮胎工程师们又开始研发不充气的轮胎。


图4  普利司通公司Airfree Concept无气轮胎方案中,许多的片状辐条承担着支撑和负重的任务

无气轮胎到底是什么样子?米其林公司的Tweel、普利司通公司开发制造的Airfree Concept和韩泰公司的I-Flex等无气轮胎方案会告诉您一切,如图3~5。传统橡胶材料轮胎的外胎内部是塑料的支架式结构件,这种支架式结构件应有同样的弹性和使用寿命。而上述这些无气轮胎则有着不同的设计,在米其林公司的Tweel无气轮胎中,它的支架结构就像传统的轮辐车轮一样;而普利司通公司的解决方案是许多片状辐条;韩泰公司的产品,其内部设计则类似蜜蜂的蜂窝。这种轮胎众所周知的优点是不会爆胎,另外无气轮胎还有重量轻的优点,这是轿车生产商梦寐以求的。但是由于固定的支撑结构可能使其滚动阻力变大,于是各大轮胎供应商就无气轮胎滚动阻力大这一问题展开了研发。据普利司通公司介绍,他们最新研发的无气轮胎的滚动摩擦阻力已经降低到了和当今充气轮胎相当的水平。而真正的技术进步还不只如此。韩泰公司始终强调说,其开发的I-Flex所使用的材料降低了滚动过程中的能源消耗量。他们并未对这产品材料的具体情况作出详细介绍。而尽管无气轮胎在径向有一定的弹性,但在横向则没有,造成这种轮胎形状的变化与汽车驾驶状态保持一致变得有一定的难度。


图5  韩泰公司蜂窝结构的I-Flex无气轮胎方案具有和普通充气轮胎同样的使用灵活性

尽管如此,无气轮胎的研发人员一直在努力推动其事业的发展,其中最积极的企业要属法国米其林公司了,实际上,他们已经把无气轮胎投放到小型建筑机械市场中了。之后,这种轮胎也引起了军方的极大兴趣,因为在军事行动中,即便这种轮胎被击中,也不太可能会直接造成致命的后果。美国的Resillient技术公司就为美军多用途车辆悍马提供无气轮胎。如图6所示,这种花纹表面装有传感器的无气轮胎可将更多的轮胎数据和路面信息发送给车辆。


图6  安装在轮胎花纹表面的传感器能够提供更多的轮胎和路面信息

新的轮胎技术的研发是一项长期持续不断的工作,工程师不只是对产品的细节进行改进,也要对制造轮胎的技术进行研究。让我们拭目以待,看看谁先把“不爆胎”的产品大规模投放到民用汽车市场。

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