一种汽车轮胎降温装置

　　摘要：轮胎作为汽车行驶过程中最为关键的零部件，汽车行驶过程中轮胎与地面直接接触，不停地产生变形及摩擦，产生大量的能量损耗，造成轮胎温度升高，而高温不仅会加速轮胎的老化，降低轮胎的性能，由于热量太高易造成爆胎危险。因此本文对汽车轮胎的降温装置进行了研究，介绍了一种汽车辅助系统装置。这种降温装置在汽车行驶过程中通过 ECU 自动控制对轮胎进行降温，保证轮胎处于合适的温度范围内，旨在降低汽车行驶中的安全隐患，保障行车安全。

　　宫静; 杨松铭; 杨根， 内燃机与配件 发表时间：2021-08-23

　　关键词：爆胎;降温装置;ECU 自动控制;行车安全

　　0 引言

　　轮胎是整车与路面直接接触的唯一一个零部件，其性能及安全性直接影响着整车表现，包括其安全性、操纵稳定性、舒适性、动力性和经济型等，其中安全性为最关键的性能保障，也是驾驶员最为关注的对象。轮胎由橡胶、帘布层、钢丝带等组成，而橡胶本身是一种粘弹性体。车辆高速行驶时，轮胎与地面直接接触，不停地变形及摩擦，产生大量的能量损耗，造成轮胎温度快速升高，高温会加速轮胎的老化，降低轮胎的安全性能，且容易因热量太高而造成爆胎。

　　目前汽车轮胎一般靠行车过程中环境气流进行冷却降温，这种降温方式效果不可控，特别是在炎热的夏季，环境温度本身就比较高，轮胎与地面接触摩擦后会产生更大的热量，此时通过环境气流进行冷却降温，效果非常不理想，几乎无法达到很好的降温效果。

　　目前市场上由很多减小爆胎几率的方法，包括安装在汽车后备箱内的水箱，分别安装在汽车的四个轮罩上并位于轮胎上方的滴管及连接水箱与各滴管的连接管道，使用水对轮胎进行降温，但这种结构的轮胎降温装置对轮胎的降温效果并不佳。此外还有缺气保用轮胎，自修复轮胎等等，但每种措施都有相应缺点，比如缺气保用轮胎通过增强胎侧支撑力达到防爆胎目的，轮胎重量大，刚度大，整车舒适性能差。而自修复轮胎是通过胎内侧涂抹自修复液实现，成本高，对修复液本身的材料要求极高，易出现高速动不平衡量大引起的方向盘抖动问题。

　　本文介绍的该汽车辅助装置，包括安装在轮罩内侧面上的基座，基座上安装有可朝向轮胎吹风的吹风叶轮。汽车行驶过程中通过吹风叶轮对轮胎进行吹风，从而对轮胎进行降温，防止轮胎温度过高，延缓了轮胎的老化，避免了因轮胎温度过高而出现的爆胎现象，消除了轮胎温度过高带来的安全隐患。

　　1 降温装置方案设计

　　为了解决轮胎温度过高易爆胎问题，本文采用的技术方案是加装一种汽车轮胎降温装置，该汽车轮胎降温装置包括安装在轮罩内侧面上的基座，基座上安装有可朝向轮胎吹风的吹风叶轮。汽车行驶过程中通过吹风叶轮对轮胎进行吹风，从而对轮胎进行降温，防止轮胎温度过高，延缓了轮胎的老化，避免了因轮胎温度过高而出现的爆胎现象，消除了轮胎温度过高带来的安全隐患。另外，吹风装置的启动和暂停是由一种带有 ECU 温度控制器的控制装置自动控制，实时根据温度大小启动装置或者停止降温。具体如图 1 所示为轮胎降温装置结构示意图，图 2 为吹风叶轮的连接结构示意图，图 3 为驱动叶轮的连接结构示意图，图 4 为专制驱动叶轮的结构示意图。

　　图 1-图 4 中：1-基座，2-吹风叶轮，3-防护罩，4-喷射管，5-液氮喷头，6-液氮输送管，7-驱动叶轮，8-转轴，9- 叶片，10-辅助驱动片，11-安装座，12-轴承，13-网罩，14- 挡板，15-轮罩。

　　这种降温装置，首先在车轮轮罩内侧面上安装一个基座，基座上安装有可朝向轮胎吹风的吹风叶轮，吹风叶轮外侧安装有防护罩，防护罩上均布设有若干根喷射管，喷射管上安装有若干个液氮喷头，液氮喷头朝向轮胎设置，防护罩上安装液氮输送管，喷射管均与液氮输送管连通，液氮输送管连接液氮储罐，液氮储罐安装在汽车上，液氮输送管上安装电磁阀，基座上安装有温度检测器，温度检测器、电磁阀与汽车 ECU 电连接。另需要指出吹风叶轮同轴连接由风带动转动的驱动叶轮，驱动叶轮设置在轮罩外侧，驱动叶轮和吹风叶轮之间连接转轴，转轴可转动安装在轮罩上。驱动叶轮包括若干片均布设置的叶片，叶片外表面上垂直设有辅助驱动片，辅助驱动片均呈沿着逆时针或顺时针方向凸出的弧形结构。

　　在基座内安装有驱动电机，驱动电机输出轴与吹风叶轮连接，驱动电机电连接汽车 ECU，汽车 ECU 采集轮胎转速信号，汽车 ECU 通过采集到的温度检测器的温度信号和轮胎转速信号来控制驱动电机，实现装置启停自动化控制。基座通过转轴连接安装座，安装座和转轴之间安装轴承，安装座紧固安装在轮罩上。

　　2 降温装置工作原理

　　该汽车降温装置的工作原理为，基座上安装有可朝向轮胎吹风的吹风叶轮，基座上吹风叶轮外侧安装有防护罩，防护罩上均布设有六根喷射管，喷射管上安装有两个液氮喷头，液氮喷头朝向轮胎设置，防护罩上安装液氮输送管，喷射管均与液氮输送管连通，液氮输送管连接液氮储罐，液氮储罐安装在汽车上，液氮输送管上安装电磁阀，基座上安装有温度检测器，温度检测器、电磁阀与汽车 ECU 电连接。吹风叶轮同轴连接由风带动转动的驱动叶轮;驱动叶轮设置在轮罩外侧，驱动叶轮和吹风叶轮之间连接转轴;转轴可转动安装在轮罩上。驱动叶轮包括若干片均布设置的叶片，叶片外表面上垂直设有辅助驱动片，辅助驱动片均呈沿着逆时针或顺时针方向凸出的弧形结构。转轴上连接安装座，安装座和转轴之间安装轴承;安装座紧固安装在轮罩上，安装座上连接有网罩，驱动叶轮设置网罩内，轮罩内侧面上基座上方安装有挡板。

　　另外，基座上安装有驱动电机，驱动电机输出轴与吹风叶轮连接，驱动电机电连接汽车 ECU，汽车 ECU 采集轮胎转速信号，汽车 ECU 通过采集到的温度检测器的温度信号和轮胎转速信号来控制驱动电机。汽车 ECU 根据温度检测器检测到的轮胎位置的温度信号，控制电磁阀的通断。当检测到的温度高于设定值时，汽车 ECU 控制电磁阀开启，液氮储罐内的高压液氮，通过液氮输送管、喷射管，从液氮喷头朝向轮胎喷射出来，低温高压的氮气对轮胎进行快速降温，同时吹风叶轮向轮胎吹风打散低温氮气，使低温氮气对轮胎的降温更加均匀。汽车行驶过程中驱动叶轮被气流带动转动，并通过转轴打动吹风叶轮转动，从而实现吹风叶轮不间断转动向轮胎吹风降温。这种结构设置不需要汽车电源提供能量，节能环保，而且随着车速的不断提高，作用在驱动叶轮上的气流不断在增大，从而提高驱动叶轮的转速，也就可以提高吹风叶轮的转速，从而增大吹向轮胎的风力，提高降温效果。使汽车行驶过程中 ，轮胎始终保持合适的温度，减少轮胎橡胶因温度升高导致的老化现象，降低爆胎几率，提高行车安全。

　　3 结论

　　论文中研究了轮胎降温的方法和自动控制装置的启停。与现有技术相比，这种汽车辅助装置的有益效果是：汽车轮胎降温装置对轮胎降温效果好，行车过程中轮胎表面不易出现高温，延缓了轮胎的老化，避免了因轮胎温度过高而出现的爆胎现象，消除了轮胎温度过高带来的安全隐患。同时这种控制是一种自控控制，按实际需要进行，增加了汽车智能化及自动控制化的高科技感，为未来汽车行业智能化控制提供了帮助。