中央轮胎充放⽓系统的应⽤与发展
美国轮胎
2019-09-15
什么是中央轮胎充放⽓系统?它有什么重要的功⽤?对⼤多数⼈来说，是难以回答的。因为中央轮胎充放⽓系统的重要性还未被⼤多数⼈所了解。其实，所谓中央轮胎充放⽓系统，它是⼀种系统装置，主要安装在⼀些特殊⽤途的轮式车辆上。在车辆⾏驶中，驾驶员在驾驶室内通过操纵装置就可以对车辆的轮胎进⾏充放⽓或测压，以实现轮胎压⼒的调节。这种对轮胎充⽓压⼒进⾏调节的装置就叫做中央轮胎充放⽓系统（CentralTyreInflateSystem），简称CTIS。
通常的车辆，⼀般只能⾏驶在平坦的⽔泥路、沥青路或⽐较硬实的砂⽯⼟路上，如果碰到⽐较特殊的松软路⾯或⽆路地段，驾驶员决不敢贸然强⾏。
如何才能提⾼轮式车辆通过复杂路⾯的能⼒呢?研究和实践表明，根据不同路⾯特征，对轮胎压⼒进⾏调整，就能达到提⾼轮式车辆通过复杂路⾯的⽬的。
⼀、中央轮胎充放⽓系统的重要功⽤
装有CTIS的轮式车辆，能最⼤限度地发挥车辆的使⽤效能和运输效率，使车辆的越野性能提⾼到⼀个新的⽔平。
我们知道，车辆在良好的公路上⾏驶时，⼈们总希望它以尽可能⾼的车速⾏驶，以便充分发挥它的机动能⼒。这就需要尽可能地提⾼轮胎的充⽓压⼒，以减⼩滚动阻⼒和轮胎变形能量的耗损。同时，在车辆通过复杂路⾯时，我们不仅希望车辆能顺利通过，⽽且还希望车辆保持⼀定的越野速度，这就需要降低轮胎的充⽓压⼒。例如，当车辆通过凹凸不平的颠簸路⾯时，需要适当地降低轮胎的充⽓压⼒，以提⾼轮胎的减振能⼒，降低车轮所受到的振动和冲击，从⽽提⾼车辆⾏驶的平顺性，改善乘坐⼈员的舒适性和载货的安全性。当车辆通过沙地、雪地、泥沼草地、新翻耕地以及泥泞松软路⾯时，必须最⼤限度地降低轮胎的充⽓压⼒，以此增⼤车轮的接地⾯积，减⼩车轮的单位接地压⼒和车轮下陷深度，减⼩车辆压实阻⼒和推⼟⾏驶阻⼒，提⾼牵引⼒，确保车辆安全和顺利地通过松软路⾯。驾驶员借助驾驶室内的操纵控制盒，⽆须停车就可以完成车轮轮胎的调压⼯作，最⼤限度地发挥了车辆的机动性潜⼒和使⽤效能，从⽽提⾼了车辆的运输效率。
特别是对于轮式军⽤越野车和轮式战⽃车辆，是否安装有CTIS，对它的越野性能有极⼤的影响。在通过松软路⾯时，有了CTIS的帮助，⼏分钟、⼗⼏分钟就可以进⼊良好的⾏车技术状态。如果车辆没有安装CTIS，那就得把车停下来放⽓，通过困难路⾯后，⼜得把车辆停下来充⽓，这样就得花上⼀两个⼩时，甚⾄更长的时间，既贻误战机，⼜不利于保存⾃⼰。
由此可知，CTIS对提⾼轮式车辆的越野能⼒和使⽤效能，对轮式战⽃车辆捕捉战机保存⾃⼰，起到⾮常重要的作⽤。
⼆、中央轮胎充放⽓系统的应⽤与发展
既然CTIS对提⾼轮式车辆的越野性能有如此⾄关重要的作⽤，这⾃然使许多⼯业化国家⾮常重视。美国是世界上最早研制CTIS的国家。1942年，美国最先设计出伸缩导套式轮胎充放⽓系统，安装在DUKW2.5t的⽔陆两⽤汽车和美军M51型6×6越野汽车上。只因设计不合理，伸缩导套式⽓路转换装置外露⽽可靠性差，故未能得到推⼴应⽤。50年代中期，美国⼜先后在
T51、T53和T54等车辆上进⾏了改进试验，⽓路转换装置由外露伸缩导套式改为轴套滑环式，可靠性有所提⾼。70年代后期⾄80年代，美国AMG公司⼜研制出了称之为EMS的轮胎充放⽓系统，安装在美军的M939和M809系列的5t战术卡车上。在安全性、充放⽓时间和操作控制⽅⾯⼜有了明显提⾼。
⽬前，美国正在对CTIS进⾏全⾃动控制的试验与研究，它的原理是图通过车下安装的测速雷达，向地⾯发射雷达波，利⽤从地⾯反射回来的反射波和发射波的多普勒频率差，来测定车辆与地⾯的相对速度和车轮滑转率，以此作为调整轮胎⽓压的输出信号，来控制充放⽓电磁阀动作，适时控制轮胎的充放⽓。该系统是否已到实⽤阶段，尚未看到有关资料报道。但不管怎样，全⾃动控制的CTIS应当是今后的发展趋势。
前苏联是在50年代才开始CTIS的研制⼯作，并且进展很快。60年代～70年代进⼀步改进了该系统。70年代～80年代即⼴泛应⽤于前苏联⽣产的各型越野汽车和各种轮式装甲车辆上。CTIS⼏乎成了前苏
联军⽤车辆的⼀种制式装备。
受前苏联的影响，⼀些东欧国家的车辆也安装了类似的CTIS。
该系统结构简单，操作也较⽅便，具有⼀定的⼯作可靠性，维修保养也很简单，是⽬前俄罗斯使⽤的最具代表性的⼀种轮胎调压系统。
⽬前俄罗斯安装在БТР-70上的CTIS，同美国AMG公司⽣产的EMS系统在结构上稍有不同。⾸先，两者的旋转密封环结构不同；其次，EMS系统在⼿控盘上直接设定了三种路况的轮胎⽓压状态：⼀般公路状态517(kPa)；越野路⾯241(kPa)；沙地路⾯69(kPa)。这种设计免除了轮胎压⼒调节时间，驾驶员直接把⼿柄搬到⾏车的路况上即可，⽅便了驾驶员操作。EMS系统还采⽤了⼤排量的空压机(0.46m3/min)，既保证了汽车制动系统⽤⽓安全，⼜缩短了充⽓时间。另外，EMS系统采⽤了空⽓歧管代替中央控制阀，取消了各轮胎的控制阀，因⽽简化了结构。两种系统的共同之处是其旋转密封环经常处于⾼⽓压之下，易于磨损⽽漏⽓，导致系统失灵。
由于CTIS对提⾼轮式车辆的越野性能起着⾮常重要的作⽤，因⽽各国军⽅都特别重视。80年代初，继美、苏之后，法国拉⽐纳尔（Labinal）公司开发出了与美、苏在⼯作原理、结构型式上完全不同的CTIS，并安装在法国的⼀些越野车和VAB系列轮
式装甲车辆上。该系统由控制盘、电⼦处理机、中央⽓动控制箱、旋转密封环及轮边⽓动阀组成。
拉⽐纳尔公司的CTIS，其先进之处在于采⽤按键式控制盘代替机械式⼿控装置，操纵更为⽅便。系统在充⽓状态时，中央⽓动控制装置内的充⽓电磁阀打开⽓路，从贮⽓罐来的⾼压空⽓经旋转密封⽓室和轮边⽓动阀进⼊轮胎。系统在放⽓状态时，中央⽓动控制装置内的放⽓电磁阀打开，并输出控制压⼒到各车轮的轮边⽓动阀，此时各车轮的轮边⽓动阀可同时、就近放⽓。因⽽系统充、放⽓速度更快。若系统不⼯作时，轮边⽓动阀将轮胎出⽓⼝截⽌，使轮胎内⽓压与系统隔离，从⽽保证了CTIS 出现故障时不影响车辆的正常⾏驶。该系统的先进之处还在于系统具有测压和故障显⽰功能。驾驶员根据需要，只要在电⼦控制盘上按下相应按键，各车轮的⽓压⽤数码显⽰在控制盘上，故障显⽰系统可及时显⽰各种故障信号，以便及时采取相应措施。如车轮在低压状态下⾏驶，车速超过规定值时，控制盘的蜂鸣器鸣响，警告灯闪亮。
法国拉⽐纳尔公司的CTIS代表了当前的最⾼⽔平。
80年代初，德国的奔弛汽车公司也为它的奔弛-3236、奔弛-4050安装了CTIS。奔驰车上的CTIS系统与美国AMG公司的EMS 和俄罗斯БТР-70上的CTIS相⽐具有明显的优点。其⼀是控制盘由机械式变为电控式，操作更⽅便；其⼆是车轮状态阀(⼜名轮胎闭锁阀)⽆须司机下车去搬动，系统照样可以正常⼯作；其三是CTIS不⼯作时，旋转密封⽓室与⼤⽓相通，处于⽆压状态，因⽽密封圈的磨损⼤为减少，寿命提⾼，可靠性更好。但是该系统仍然有⼀些不⾜之处。例如放⽓过程，由于轮胎内的空⽓要经过状态阀、⼆位⼆通阀、旋转密封⽓室，再经过继动阀排⼊⼤⽓，路径较长，因⽽放⽓时间较长。特别
是⼆位⼆通阀的阻尼放⽓⼯作原理，决定了系统放⽓时间甚⾄⽐充⽓时间还长。其次，系统结构有缺陷，系统在充⽓过程中，由于⽓体流经中后桥继动阀的分流作⽤，必然使进⼊前桥的⽓体与进⼊中后桥的⽓体存在⼀定的压⼒差，造成前桥车轮与中后桥车轮充⽓不均，胎压不同。为了避免充⽓不均现象，通常对前桥及中后桥交替操作，增长了充放⽓时间。因此，该系统没有法国拉⽐纳尔公司的CTIS先进。
我国早在50年代就开始研制CTIS，长春⼀汽在CA-30越野车上，安装了类似ЗИЛ-157车上的轮胎调压系统，并对系统中的旋转密封环作了⼏种⽅案的研究试验，但最终并未真正解决旋转密封环的⼯作可靠性问题，经部队试⽤后因故障多⽽没被采⽤。
1988年，在天津总后车船研究所召开的越野汽车年度会上有⼈曾提出，我国在⼆汽EQ240、EQ245和陕汽250等越野车上，希望留出安装CTIS的空间位置，⼀旦该系统研制开发成熟后便于上车安装。然⽽，时⾄今⽇也未进⼊实⽤阶段。只有天津总后运输⼯程学院汽车教研室对CTIS做了⼀些扎实的研制⼯作，并与航空航天部合作，在WS580-DF-11导弹发射车专⽤底盘上试装了⼀套CTIS，其试验结果、性能和⼯作可靠性如何，⾄今未见有资料介绍。
中国北⽅车辆研究所虽对CTIS的研制⼯作起步较晚，但⾃1991年提出论证开始，经过6年多的艰⾟努⼒，终于成功地研制出了性能⽐较先进的CTIS93中央轮胎充放⽓系统。该系统不但适⽤于WZ551、W
Z551A、WZ551C和WZ550等⼀系列轮式装甲车辆，⽽且也适⽤于采⽤"铁马"汽车底盘的⼀系列军⽤战术车辆。对系统个别部件进⾏改进设计后，它还适⽤于采⽤"施泰尔"、"泰拖拉"底盘的载重越野汽车以及EQ240、EQ245和SX250等越野车辆。
CTIS93系统由控制盒、阀箱、旋转密封⽓室、轮胎阀及连接电缆和导⽓管组成。
控制盒安装在驾驶室内，由驾驶员操作。控制盒上有总电源开关、状态旋钮、各轮电磁阀开关、功能指⽰灯以及观测压⼒表。状态旋钮有零位（系统未使⽤）、充⽓、放⽓和测压4个档位。控制盒操作简单⽽⼜轻便。
只要空间合适，CTIS93系统的阀箱可以布置在车内的任意位置，因为控制盒与阀箱之间是由电缆连接的。阀箱由安全阀、调压阀和⼀组电磁阀组成。阀箱的作⽤是：保障充⽓⽓路畅通；保障放⽓⽓路畅通；保障实现车轮测压功能；确保制动⽤⽓安全。
旋转密封⽓室布置在转向节和轮毂之间，它的主要功能是在系统⼯作时实现静态和动态⽓路的转换⽽不得漏⽓。系统不⼯作时通过管路与⼤⽓相通。CTIS93系统的轮胎阀是结构精巧的多功能阀，它不但担负给轮胎充⽓，还担负轮胎就近放⽓的任务。系统不⼯作时它⼜把轮胎⽓压与系统隔离，使旋转密封⽓室与⼤⽓相通，从⽽降低旋转密封⽓室的磨损。系统损坏时，它的截⽌阀可以将轮胎进⽓管⼝封死，其内置的⽓门嘴可以实施轮胎的充放⽓。CTIS93系统的轮胎阀具有世界独创性和领先⽔平。
三、⼏种CTIS的结构及性能⽐较
从40年代美军开始采⽤外露导套式充放⽓系统，到80年代初法国采⽤微机控制的CTIS，技术上跨越了四代。每⼀代在操作⽅便性、性能及⼯作可靠性上均⽐前⼀代有明显提⾼。美国AMG公司的EMS系统和俄罗斯安装在БТР-70上的CTIS属于第三代。它们的共同缺陷是，密封导⽓切换装置即使不⼯作也承受着轮胎内⾼⽓压的作⽤，容易磨损漏⽓，使系统失灵。德国安装在奔驰-3236越野车上的CTIS，密封导⽓切换装置(俗称旋转密封⽓室)在系统不⼯作时与⼤⽓相通，不承受轮胎内⾼⽓压的作⽤，因⽽密封导⽓切换装置⼯作可靠性和寿命有很⼤提⾼。但它的充放⽓性能指标不够先进。
我国研制的CTIS93系统具有当前世界先进⽔平。
由图我们清楚地看到，拉⽐纳尔公司的CTIS⽐我国的CTIS93系统多出⼀件电⼦处理机。从驾驶员操纵来说，并没有太⼤的差别，只不过法国的系统控制盘使⽤按键，⽽我们的系统控制盒则⽤⼿拨动电⼦开关⽽已。CTIS93系统控制盒，在操作功能上，与法国的系统的控制盘＋电⼦处理机完全相同。实际上，法国系统的先进之处在于，它的CTIS具有系统故障诊断功能。在CTIS⼯作时，驾驶员可随时按下故障诊断按键，检查系统是否有故障，如果有，控制盘上的警告灯闪亮，蜂鸣器鸣响。系统有电⼦处理机使系统增⾊不少，可是⼀旦电⼦处理机有⽑病，则整个系统便瘫痪。
我国研制的CTIS93系统中的⼏个部件具有⾮常先进的独创性。例如阀箱设计，它把控制充、放⽓和测
压的各个电磁阀组合在⼀块很⼩的模板上，并把制动⽤⽓安全控制阀、调压阀等⼀起组装在⼀个阀箱内(通称为中央⽓动控制装置)，体积⼤⼤缩⼩，拆装检修⾮常⽅便。尤其是CTIS93系统中的轮胎阀设计，它把系统的单向充⽓阀、就近放⽓阀、状态阀、轮胎截⽌阀、轮胎⽓门嘴等各种功能，统统纳⼊⼀阀之中，且⼩巧玲珑，是⽬前世界上独⼀⽆⼆的新颖结构。
各国CTIS间的性能⽐较较为困难，表1列出的性能⽐较仅供分析参考，因为每个系统所⽤的空压机排量不同，车辆轮胎数量和容量不同，CTIS内导⽓管截⾯积也不同，故每个CTIS的充放⽓时间⽆法在真正意义上进⾏⽐较。但不管怎样，轮胎阀就近放⽓是设计上的⼀⼤进步，它⼤⼤缩短了放⽓时间。⽽在系统不⼯作时，旋转密封⽓室与⼤⽓相通，不承受车轮轮胎内很⾼的⽓体压⼒，因⽽提⾼了旋转密封⽓室的⼯作可靠性和寿命。只有我国的CTIS93系统和法国的系统做到了这两点。
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