一種汽車輪胎降溫裝置

　　摘要：輪胎作為汽車行駛過程中最為關鍵的零部件，汽車行駛過程中輪胎與地面直接接觸，不停地產生變形及摩擦，產生大量的能量損耗，造成輪胎溫度升高，而高溫不僅會加速輪胎的老化，降低輪胎的性能，由于熱量太高易造成爆胎危險。因此本文對汽車輪胎的降溫裝置進行了研究，介紹了一種汽車輔助系統裝置。這種降溫裝置在汽車行駛過程中通過 ECU 自動控制對輪胎進行降溫，保證輪胎處于合適的溫度范圍內，旨在降低汽車行駛中的安全隱患，保障行車安全。

　　宮靜; 楊松銘; 楊根， 內燃機與配件 發表時間：2021-08-23

　　關鍵詞：爆胎;降溫裝置;ECU 自動控制;行車安全

　　0 引言

　　輪胎是整車與路面直接接觸的唯一一個零部件，其性能及安全性直接影響著整車表現，包括其安全性、操縱穩定性、舒適性、動力性和經濟型等，其中安全性為最關鍵的性能保障，也是駕駛員最為關注的對象。輪胎由橡膠、簾布層、鋼絲帶等組成，而橡膠本身是一種粘彈性體。車輛高速行駛時，輪胎與地面直接接觸，不停地變形及摩擦，產生大量的能量損耗，造成輪胎溫度快速升高，高溫會加速輪胎的老化，降低輪胎的安全性能，且容易因熱量太高而造成爆胎。

　　目前汽車輪胎一般靠行車過程中環境氣流進行冷卻降溫，這種降溫方式效果不可控，特別是在炎熱的夏季，環境溫度本身就比較高，輪胎與地面接觸摩擦后會產生更大的熱量，此時通過環境氣流進行冷卻降溫，效果非常不理想，幾乎無法達到很好的降溫效果。

　　目前市場上由很多減小爆胎幾率的方法，包括安裝在汽車后備箱內的水箱，分別安裝在汽車的四個輪罩上并位于輪胎上方的滴管及連接水箱與各滴管的連接管道，使用水對輪胎進行降溫，但這種結構的輪胎降溫裝置對輪胎的降溫效果并不佳。此外還有缺氣保用輪胎，自修復輪胎等等，但每種措施都有相應缺點，比如缺氣保用輪胎通過增強胎側支撐力達到防爆胎目的，輪胎重量大，剛度大，整車舒適性能差。而自修復輪胎是通過胎內側涂抹自修復液實現，成本高，對修復液本身的材料要求極高，易出現高速動不平衡量大引起的方向盤抖動問題。

　　本文介紹的該汽車輔助裝置，包括安裝在輪罩內側面上的基座，基座上安裝有可朝向輪胎吹風的吹風葉輪。汽車行駛過程中通過吹風葉輪對輪胎進行吹風，從而對輪胎進行降溫，防止輪胎溫度過高，延緩了輪胎的老化，避免了因輪胎溫度過高而出現的爆胎現象，消除了輪胎溫度過高帶來的安全隱患。

　　1 降溫裝置方案設計

　　為了解決輪胎溫度過高易爆胎問題，本文采用的技術方案是加裝一種汽車輪胎降溫裝置，該汽車輪胎降溫裝置包括安裝在輪罩內側面上的基座，基座上安裝有可朝向輪胎吹風的吹風葉輪。汽車行駛過程中通過吹風葉輪對輪胎進行吹風，從而對輪胎進行降溫，防止輪胎溫度過高，延緩了輪胎的老化，避免了因輪胎溫度過高而出現的爆胎現象，消除了輪胎溫度過高帶來的安全隱患。另外，吹風裝置的啟動和暫停是由一種帶有 ECU 溫度控制器的控制裝置自動控制，實時根據溫度大小啟動裝置或者停止降溫。具體如圖 1 所示為輪胎降溫裝置結構示意圖，圖 2 為吹風葉輪的連接結構示意圖，圖 3 為驅動葉輪的連接結構示意圖，圖 4 為專制驅動葉輪的結構示意圖。

　　圖 1-圖 4 中：1-基座，2-吹風葉輪，3-防護罩，4-噴射管，5-液氮噴頭，6-液氮輸送管，7-驅動葉輪，8-轉軸，9- 葉片，10-輔助驅動片，11-安裝座，12-軸承，13-網罩，14- 擋板，15-輪罩。

　　這種降溫裝置，首先在車輪輪罩內側面上安裝一個基座，基座上安裝有可朝向輪胎吹風的吹風葉輪，吹風葉輪外側安裝有防護罩，防護罩上均布設有若干根噴射管，噴射管上安裝有若干個液氮噴頭，液氮噴頭朝向輪胎設置，防護罩上安裝液氮輸送管，噴射管均與液氮輸送管連通，液氮輸送管連接液氮儲罐，液氮儲罐安裝在汽車上，液氮輸送管上安裝電磁閥，基座上安裝有溫度檢測器，溫度檢測器、電磁閥與汽車 ECU 電連接。另需要指出吹風葉輪同軸連接由風帶動轉動的驅動葉輪，驅動葉輪設置在輪罩外側，驅動葉輪和吹風葉輪之間連接轉軸，轉軸可轉動安裝在輪罩上。驅動葉輪包括若干片均布設置的葉片，葉片外表面上垂直設有輔助驅動片，輔助驅動片均呈沿著逆時針或順時針方向凸出的弧形結構。

　　在基座內安裝有驅動電機，驅動電機輸出軸與吹風葉輪連接，驅動電機電連接汽車 ECU，汽車 ECU 采集輪胎轉速信號，汽車 ECU 通過采集到的溫度檢測器的溫度信號和輪胎轉速信號來控制驅動電機，實現裝置啟停自動化控制。基座通過轉軸連接安裝座，安裝座和轉軸之間安裝軸承，安裝座緊固安裝在輪罩上。

　　2 降溫裝置工作原理

　　該汽車降溫裝置的工作原理為，基座上安裝有可朝向輪胎吹風的吹風葉輪，基座上吹風葉輪外側安裝有防護罩，防護罩上均布設有六根噴射管，噴射管上安裝有兩個液氮噴頭，液氮噴頭朝向輪胎設置，防護罩上安裝液氮輸送管，噴射管均與液氮輸送管連通，液氮輸送管連接液氮儲罐，液氮儲罐安裝在汽車上，液氮輸送管上安裝電磁閥，基座上安裝有溫度檢測器，溫度檢測器、電磁閥與汽車 ECU 電連接。吹風葉輪同軸連接由風帶動轉動的驅動葉輪;驅動葉輪設置在輪罩外側，驅動葉輪和吹風葉輪之間連接轉軸;轉軸可轉動安裝在輪罩上。驅動葉輪包括若干片均布設置的葉片，葉片外表面上垂直設有輔助驅動片，輔助驅動片均呈沿著逆時針或順時針方向凸出的弧形結構。轉軸上連接安裝座，安裝座和轉軸之間安裝軸承;安裝座緊固安裝在輪罩上，安裝座上連接有網罩，驅動葉輪設置網罩內，輪罩內側面上基座上方安裝有擋板。

　　另外，基座上安裝有驅動電機，驅動電機輸出軸與吹風葉輪連接，驅動電機電連接汽車 ECU，汽車 ECU 采集輪胎轉速信號，汽車 ECU 通過采集到的溫度檢測器的溫度信號和輪胎轉速信號來控制驅動電機。汽車 ECU 根據溫度檢測器檢測到的輪胎位置的溫度信號，控制電磁閥的通斷。當檢測到的溫度高于設定值時，汽車 ECU 控制電磁閥開啟，液氮儲罐內的高壓液氮，通過液氮輸送管、噴射管，從液氮噴頭朝向輪胎噴射出來，低溫高壓的氮氣對輪胎進行快速降溫，同時吹風葉輪向輪胎吹風打散低溫氮氣，使低溫氮氣對輪胎的降溫更加均勻。汽車行駛過程中驅動葉輪被氣流帶動轉動，并通過轉軸打動吹風葉輪轉動，從而實現吹風葉輪不間斷轉動向輪胎吹風降溫。這種結構設置不需要汽車電源提供能量，節能環保，而且隨著車速的不斷提高，作用在驅動葉輪上的氣流不斷在增大，從而提高驅動葉輪的轉速，也就可以提高吹風葉輪的轉速，從而增大吹向輪胎的風力，提高降溫效果。使汽車行駛過程中 ，輪胎始終保持合適的溫度，減少輪胎橡膠因溫度升高導致的老化現象，降低爆胎幾率，提高行車安全。

　　3 結論

　　論文中研究了輪胎降溫的方法和自動控制裝置的啟停。與現有技術相比，這種汽車輔助裝置的有益效果是：汽車輪胎降溫裝置對輪胎降溫效果好，行車過程中輪胎表面不易出現高溫，延緩了輪胎的老化，避免了因輪胎溫度過高而出現的爆胎現象，消除了輪胎溫度過高帶來的安全隱患。同時這種控制是一種自控控制，按實際需要進行，增加了汽車智能化及自動控制化的高科技感，為未來汽車行業智能化控制提供了幫助。