庞连红 张亚菊
(南京信息职业技术学院，江苏南京210000
)摘要：车辆在行驶过程中，轮胎除了正常的均匀磨损外，还会产生不同程度的异常磨损㊂轮胎磨损主要有走合期轻微磨损㊁稳定磨损㊁剧烈加速磨损3个过程㊂定期检查轮胎花纹深度并依此及时对轮胎进行保养维护，可以减少不必要的轮胎磨损，降低事故发生率，提高车辆行驶安全性㊂目前，轮胎花纹磨损检测方法主要有接触式和非接触式2种，都是通过对轮胎各点的花纹深度进行检测，进而得知轮胎磨损的具体情况㊂随着科技的发展，将无线传输技术和大数据应用相结合的智能化检测技术应用于
轮胎磨损检测，可以将轮胎的监测㊁报警㊁预警和反馈等功能进行融合，形成高效的轮胎检测应用体系㊂
关键词：轮胎花纹；磨损；检测
基金项目：南京信息职业技术学院自然科研(青年一般)项目 一种会报警的轿车用子午线轮胎沟槽深度尺 (Y
K 20211405)㊂作者简介：庞连红(1986 )，女，硕士研究生，主要研究方向为汽车制造与检验技术㊂并列第一作者：张亚菊(1987 )
，女，硕士研究生，主要研究方向为智能交通技术㊂0 前言
轮胎是汽车行驶系统的主要零部件，与地面直接接触，关系到行驶安全性㊁平顺性㊁舒适性和经济性㊂为了保证车辆行驶过程中有足够的驱动力和摩擦力，在轮胎上设计有花纹，用来提高轮胎与地面之间的摩擦系数，增大驱动力，减少轮胎打滑㊂另外，花纹还有利于轮胎的散热㊂但是，当汽车行驶一定里程后，轮胎花纹深度会因磨损变浅，如果花纹深度过浅，将会降低轮胎的抓地力及轮胎贮水㊁排水能力，行驶过程中会使驾乘人员感觉车子方向偏离或轮胎打滑(即水滑现象)，对行车的安全性带来极大隐患
[1]
㊂
据统计，中国每年大约有46%的高速公路交通事
故由轮胎故障导致，其中25%是由轮胎花纹深度过浅且低于安全极限值导致㊂轮胎的磨损已经成为交通事故发生的重要原因之一，严重影响了汽车的行驶安全性和稳定性㊂所以，轮胎也需要与发动机一样定期进行维护㊁保养和检修，以保证轮胎在其使用过程中的安全性与舒适性㊂1 轮胎花纹磨损
车辆的驱动力和制动力均来自于轮胎花纹与路面
产生的摩擦力，其磨损程度直接影响汽车行驶的安全性和稳定性㊂车辆在行驶过程中，轮胎除了正常均匀磨损外，还会受到不同程度的异常磨损，比如汽车的载质量㊁轮胎压力㊁轮胎动平衡及驾驶习惯等，都会造成
轮胎不同程度的异常磨损[
2
]㊂车辆在行驶过程中，轮胎与地面接触，随着行驶里
程增加，轮胎磨损不断加剧㊂轮胎磨损通常有3个阶段：走合期轻微磨损 稳定磨损 剧烈加速磨损㊂1.1 磨损走合期
新轮胎的表面粗糙，刚使用时与地面的实际接触点较少，接触面积较小，在相同载荷情况下，接触点的附着力㊁摩擦力较大，因此新轮胎的磨损率较高㊂随着运行轮胎表面部分磨损，其表面粗糙度降低，轮胎逐渐变得光滑，轮胎与地面的实际接触面积增加，单位接触点的数量也随之增加，磨损率降低，轮胎进入稳定磨损阶段㊂
1.2 磨损稳定期
此阶段是轮胎的正常工作阶段㊂经过前一阶段的磨合，轮胎与地面接触面积和单位接触点数量适中，摩擦表面逐渐硬化，微观几何形状发生变化，磨损进入缓慢稳定时期，磨损率基本保持不变，磨损量和时间成正比㊂
68
2022 NO.2
汽车与新动力
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
1.3磨损加速期
轮胎经过长时间磨损后，轮胎摩擦副表面的花纹间隙和形状发生了变化，行驶时轮胎温度升高，同时轮胎表层的疲劳强度也相应地降低，其磨损率也随之急剧增大㊂在这个阶段，车辆会产生异常振动和噪声㊂随着使用时间的增加，轮胎的摩擦副接触面温度迅速上升，最终轮胎剧烈磨损，摩擦副接触面作用完全失效㊂轮胎剧烈磨损情况通常可分为以下几种情况㊂1.3.1轮胎胎肩磨损
轮胎胎肩的早期磨损，主要是轮胎充气量不足或车辆长期超负荷行驶，造成轮胎与地面的摩擦接触面积
过大引发㊂试验表明，轮胎的充气气压高于或低于额定值的20%，其磨损加大，导致轮胎的使用寿命减少20%~25%㊂
另外，车辆的减振器或轴承等部件受损严重，也会导致与地面接触的轮胎胎肩出现凸状或波浪状磨损㊂1.3.2轮胎胎冠磨损
充气量过大㊁胎压过高是轮胎胎冠出现早期磨损的主要原因㊂适宜的充气压力，可降低轮胎的滚动阻力，提高车辆燃油经济性㊂如果轮胎胎压过高，超过标准值，轮胎的减振性能会受影响㊂在轮胎变形量过大的情况下，与地面接触面积变小，导致只有胎冠部分与地面接触，形成早期磨损，轮胎使用寿命缩短㊂
1.3.3轮胎内侧磨损
有些车辆的悬挂系统变形，如一些旧车，整个车身凹陷，两个轮胎的对称性会出现问题，导致轮胎明显变形㊂此时，内侧出现严重磨损，轮胎外层边缘则呈毛刺状㊂1.3.4轮胎内层磨损
当轮胎与坚硬物体接触，如在崎岖不平的路面上，左右摩擦副接触面积减小，单位面积接触压力增大，接触点在重压下造成轮胎内层的磨损㊂此时，轮胎内层极易破损㊂
1.3.5表面均匀磨损
均匀磨损是轮胎磨损的正常现象，一旦发现轮胎花纹磨平或者达到磨损标识处，必须更换轮胎㊂轮胎的磨损过程复杂，磨损形式多样㊂除了前面提到的磨损因素外，路况(包括路面的纹理㊁温度㊁环境等)㊁轮胎载荷㊁轮胎结构等也是影响轮胎磨损的重要因素㊂2现行标准规定的检测工具和方法
子午线轮胎花纹深度在‘机动车运行安全技术条件“(G B7258 2017)标准中有如下规定：轿车用轮胎花纹深度应大于1.6m m，其磨损极限为1.6m m；货车㊁客车用轮胎花纹磨损极限为2.0m m㊂‘机动车安全技术检验项目和方法“(G B38900 2020)在轮胎的检验方法上也作了如下规定：目视检查轮胎规格或型号，目测胎压和轮胎花纹深度，不正常时则使用轮胎气压表㊁轮胎花纹深度尺等工具测量相关参数㊂该标准明确了测量工具为花纹深度尺，但未明确测量方法和依据的相应测量标准㊂‘轮胎外缘尺寸测量方法“(G B/T521 2012)中对于测量工具进行了规定：使用游标卡尺或轮胎花纹深度尺测量花纹深度时，应避免触碰轮胎表面磨损极限标识或其他字符图案标记㊂测量工具必须垂直于花纹沟槽底部㊂
3轮胎磨损检测技术现状
目前，轮胎花纹磨损检测技术方法主要分为接触式和非接触式，都是通过获得轮胎各点的花纹深度信息，进行综合研究并评估分析，进而得知轮胎磨损的具体情况㊂
3.1接触式检测
接触式检测又叫机械检测，利用金属探针对轮胎花纹深度进行测量㊂这种检测方法操作简单㊁价格便宜，深受车主和汽车修理厂的青睐㊂但其最大的缺点是仅适于抽样检测，且人为因素也会影响检测的精度和效率㊂
常见的轮胎花纹沟槽深度尺有直读式和数显式两种，外观如图1所示，测量范围为0~100m m㊂随着技术的发展，近年来市场出现了结合轮胎花纹深度尺㊁基于物联网的轮胎花纹深度智能检测系统[3]㊂该系统采用了深度尺探针和通信芯片相融合的技术：芯片内嵌入深度尺，利用深度尺探针对轮胎进行监测，数据传回芯片进行处理，并显示在触摸屏上㊂同时，此系统能够自动㊁实时对监测到的数据进行分析处理和运算评估，并通过移动端发送给客户[4]，最终实现为用户及时提供轮胎保养的建议，增强了用户的体验感㊂
3.2非接触式检测
非接触式检测不需要与轮胎表面直接接触，检测方式更加灵活，主要分为2类：视觉检测和传感器检测㊂由于非接触式检测存在测量速度慢㊁精度低㊁效率低等缺点，因此该检测方式并未得到广泛应用㊂随着
69
汽车与新动力
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
图1轮胎花纹沟槽深度尺分类及外观
光电和图像处理等技术的发展，非接触式检测技术也在不断突破创新㊂
4轮胎磨损检查技术的发展趋势
4.1激光检测法
随着光电技术的发展，激光三角法在轮胎花纹深度测量方面得到了很好的应用，测量轮胎花纹深度值的准确性更高，稳定性更好㊂但激光三角法同时也存在一些精度问题，如轮胎材料吸收光线，影响光的反射；检测环境的光亮度会影响提取激光图像；相机接收反射光时产生误差也会影响精度㊂此外，轮胎磨损检测的精度与磨损是否规则有密切关系，当磨损不规则时，光线照射下会产生阴影，进而出现测量误差㊂
轮胎磨损激光检测通常有点激光和线激光两种测量方式㊂线激光测量效率高，但对磨损的粗糙曲面测量时，容易出现断线的情况，导致中心线难以提取；点激光测量提取中心线较容易，但检测效率较低[5]㊂使用激光检测时，可根据实际情况选用㊂
4.2轮胎内置传感器检测方法
轮胎寿命随着车辆与人们的生产生活越来越密不可分，在轮胎磨损实际检测中，残留的灰尘㊁石子㊁水渍等杂物会影响轮胎胎面图像的采集效果，进而干扰检测精度㊂此外，轮胎的转速也是影响检测精度的因素之一㊂在实际行车过程中，轮胎转速越高，相机采集胎面图像形成的拖影就越大㊂同时，相机在不同光照条件下，采集的胎面图像清晰度不同，也会影响检测精度[6]㊂针对上述情况，提出了将传感器植入轮胎内部的研究方案㊂目前，传感器内置方案存在2个难点有待解决:①植入传感器本身的效果㊂传感器植入轮胎的位置不同，检测的精度会存在差异，如何到最佳点，尚需进行研究论证㊂同时，还要考虑到植入的传感器，能否经受住在轮胎制造过程中的高温高压，保持完好性能不受损坏㊂②将植入传感器对轮胎质量的影响降到最低㊂传感器芯片的植入，会改变轮胎的原有构造，如果结合不好，随着压力㊁应力的变化，会使轮胎内部结构脱离，最终会导致轮胎报废㊂
5结语
定期检查轮胎花纹深度及保养维护，可以减少不必要磨损，降低事故发生概率，提高行驶的安全系数㊂另外，也要定期检查轮胎气压及车轮定位参数是否在标准范围之内，同时杜绝超载，可延长轮胎的使用寿命㊂
现阶段，轮胎花纹深度的检测仍然是以深度尺为主，智能化技术在轮胎胎面磨损检测领域的研究较少㊂随着科技的发展，为提高用户的行车安全，将无线传输技术和大数据应用相结合，可以将轮胎的监测㊁报警㊁预警和反馈等机制进行联合，形成高效的现代化轮胎检测应用体系㊂
参考文献
[1]赵丰田，王野.车辆使用中轮胎例行检查与保养要点[J].汽车维修,2013(2):43-44.
[2]肖军.汽车轮胎花纹及其磨蚀平花的处理和预防[J].中国轮胎资源综合利用,2016(3):40-43.
[3]匡兴红，叶海雄，吕春峰.基于物联网系统的智能轮胎花纹深度尺以及智能轮胎花纹深度检测系统:C N201620295123.7[P].2016-09-07.
[4]庞博维，崔敏，杨琨，等.轮胎胎面磨损检测技术研究进展[J].无损检测,2021(7):83-94.
[5]鹿剑，张益娜.轮胎胎冠花纹深度测量方法的比对研究[J].中国计量,2016(10):108-118.
[6]王文军，梁荣亮，孙鸿洋.纯电动汽车轮胎磨损关键影响因素研究[J].中国汽车,2021(1):16-23.
70汽车与新动力
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
发布评论