汽车爆胎的分析研究

杨硕天，葸淑苗

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

汽车爆胎的分析研究

杨硕天，葸淑苗

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

文章利用陕西重型汽车有限公司所做的实验数据进行数学统计分析，并研究了汽车车速与轮胎最高温度、车速与轮胎最高压力之间的关系，最终得出影响汽车爆胎的主要因素，有效防止和降低了汽车爆胎现象，对汽车安全行驶和人身财产安全提供保障。

汽车爆胎；轮胎最高压力；轮胎最高温度；道路安全

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-40-03

引言

道路交通安全不仅直接关系到人民群众生命财产的安全[1-3]，而且直接影响道路运输的效率和质量，影响着国家的经济建设和社会发展。近年来，因汽车爆胎而引起的交通事故居高不下，且有上升的趋势，尤其在高速公路上由爆胎引起的交通事故数量庞大且事故严重。根据有关资料显示，在高速公路上发生的交通事故中，爆胎事故占65%以上。因此，探讨高速公路上汽车爆胎的原因，是降低高速公路上交通事故的有效措施[4-6]。

1 车速与轮胎最高温度的关系

1.1 实验

根据陕西重型汽车有限公司所作实验得到的数据。

1.1.1 实验条件

（1）外界温度：30℃。

（2）外界大气压：1个标准大气压。

（3）实验车型：自卸汽车SX3162BL381。

1.1.2 实验步骤

（1）将温度传感器安装在轮辋上 ，靠近气门嘴阀杆根部（配有不锈钢气嘴取代原有气嘴）， 传感器传递信息并先发射到最近的导线，然后再通过导线输人到接收机上。

（2）在高速公路上将汽车车速稳定在40km/h，当通过温度传感器得到的温度数值不再改变时，记下此时显示的温度。然后将车速分别稳定在50km/h、60km/h、70km/h、80km/h、90km/h、100km/h、110km/h，从而得到相应速度下对应的轮胎最高温度T（℃），分析汽车车速与轮胎最高温度之间的关系如图1所示，具体实验数据如表1所示。

图1 车速与轮胎最高温度的关系曲线

表1 不同车速下轮胎的最高温度

1.2 数据分析

由图1可知，V-T的曲线近似为二次曲线，因此对表1的数据作最优逼近法分析。

假设 T=a+bV+cV2

则 f0（V）=1，f1（V）=V，f1（V）=V2

T=[68.8，75.9，81.2，89.2，99.6，110.7，124.1，131.9]

当t=30时 T=330.2+0.0161V+0.0058V2

则当外界温度为t0时，得到车速与轮胎最高温度之间的关系式：

2 车速与轮胎最高压力的关系

因汽车的载重与其本身的质量相比相对较小，在此不考虑载重对胎压的影响，只考虑轮胎温度的变化而使胎压发生变化。

2.1 后轮胎

由PV=NRT

当汽车运动时，车轮体积P变化很小，在此忽略气体体积的变化，即，

其中，P0后为后轮胎的基准胎压。当汽车以V匀速行驶时，后轮胎的最高压力P后max= P后。

为后轮胎气压增加的比例。

2.2 前轮胎

同上，即当车以速度V匀速行驶时，前轮胎的最高压力为：

其中P0前为钱轮胎的基准胎压。

而当汽车制动时，前轮胎受额外负载的作用，轮胎气压将增大，而当汽车紧急制动时，前轮胎的胎压将达到最大值。假设汽车制动时的最大减速度为Gjmax，则有力矩平衡得到：

而以速度V匀速行驶时前轮胎所受的支持力为：

由

而当G=Gjmax时，前轮胎将得到最大的胎压为：

假设，

为前轮胎的气压增加的比例。

3 爆胎原因的分析

下面以陕重汽制造的自卸汽车SX3162BL381为例，在一个大气压和t0=20的条件下，有公式（1）（3）（6）得表2。

表2 不同车速下的轮胎情况

3.1 持续运行车速的影响

由公式（2）（5）得，车轮的最高压力与持续运行速度V相关，且V增大，P前max和P后max都增大。由表2可见，车速从40增至70时，ΔK后1=1.2289-1.1021=0.1266；而当车速从70增至110时，ΔK后2=1.4327-1.2289=0.2038，显然，ΔK后1<ΔK后2，即P前max和P后max的增加速度随V的增加而变大。

3.2 外界大气压的影响

对于公式（2）（5）成立的前提条件是外界大气压为1个标准大气压，但由于地域差别会造成外界大气压的不同，特别是在高原地区，其外界气压小于1个标准大气压，此时实际上是增加了轮胎内压与外界大气压的压差，增加了爆胎的危险性。

3.3 外界温度的影响

由公式（2）（5），若车轮的初始胎压仍按基准胎压冲气，而在外界温度发生变化时，实际的车轮胎压仍然会发生变化。令车轮冲气时外界温度为t0，而当冲气后外界温度变化为t1时，Δt0= t1- t2，由PV=NRTP0/T0=P'/T'P'=（T0+Δt0）·P0/ T0，所以在外界温度发生变化时，车轮的实际胎压会随着外界温度的增加而增加。

3.4 车辆制动的影响

由公式（5）可知，当车辆制动时，前轮会产生额外的压力，见表2，在V=70Km·h-1处，K前4=1.3306，而当G=1.0m/s2时 ，用公式（5）可得K前3=1.2718，即K前4>K前3，所以P前max越大，尤其是在紧急制动时，G=Gjmax，此时P前max达到最大。

3.5 轮胎材料的影响

由公式（1）可知，车轮的最高温度与持续运行速度V相关，且V增加，T增加。而当车轮温度升高时，轮胎材料的力学性能下降，实验表明，当温度由0℃升高到100℃时，橡胶的强度及与帘线的吸附力大约降低50%，不同材料的帘线，其强度也有不同程度的下降。温度升高引起材料疲劳，强度降低，当应力超过帘线的强度时，帘线就会折断，从而导致爆胎。

3.6 轮胎初始胎压的影响

在上高速公路前，先要检查轮胎的气压。汽车在行驶中，轮胎将产生压缩及膨胀，产生“驻波"现象，即所谓的轮胎变形，特别是在轮胎初始胎压过低且车速较高时，这种现象更加明显，此时轮胎内部异常高温，将产生橡胶层与覆盖层分离，或外胎面橡胶破碎飞散等现象而引起爆胎，发生车辆事故。

4 结论

综上所述，高速公路上引起爆胎的主要原因是车辆长时间高速行驶和超速行驶，导致轮胎的温度升高，轮胎材料的力学性能下降。据专业人士介绍，当轮胎气压高于基准胎压的1 . 3倍时，就有发生爆胎的可能性，而当轮胎气压高于基准胎压的2倍时，爆胎的几率接近100%。由表2可见，当小轿车车速持续在90 km/h以上运行时，就有发生爆胎的可能性。因此，必须避免长时间高速行驶，严禁超速行驶，这样就可以大幅度地减少爆胎发生的可能性。

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Analysis and study of car detonation

Yang Shuotian, Xi Shumiao
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200）

The text analyzed the experimental data from the heavy truck limited company in Xi’an, and expatiated the relation between the speed of car and the tallest temperature in tire, as well as the relation between speed and the tallest pressure in tire. Finally found out the main factors of affecting the automobile tire, which can effectively prevent and reduce the tire bursting and provide protection for driving safety and property safety.

tire burst; tallest temperature in tire; tallest pressure in tire; road safety

U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)19-40-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.015

杨硕天（1988-），男，就职于陕西重型汽车有限公司。现主要从事汽安全等研究。