金汉杰，肖凌云*，王 琰，周晓琴

[1.国家市场监督管理总局缺陷产品管理中心，北京 100101；2.国家市场监管重点实验室（产品缺陷与安全），北京100101]

近年来，汽车轮胎质量投诉中，鼓包是反映强烈的问题之一。2019和2020年我中心收到轮胎鼓包与爆胎合计投诉分别为59和197例，位居轮胎质量投诉排行榜前列。车质网[1-2]轮胎投诉数据显示，2019和2020年轮胎鼓包投诉问题分别以476和245例的投诉量成为排列第2和第3位的轮胎投诉故障点，爆胎投诉分别为192和161例，成为第4大轮胎投诉故障点。更值得关注的是，爆胎与轮胎鼓包有着密切的联系，鼓包如果没有被及时发现，会逐步造成部件间脱层乃至爆胎，成为消费者日常行车安全的隐患。

1 国内外轮胎耐撞击性能研究现状

轮胎鼓包关联因素众多，国内外采用不同的试验方法开展了较多有关轮胎耐撞击性能以及轮胎鼓包的试验研究，美国汽车工程师学会（SAE）开展了轮胎撞击测试并制定了撞击测试方法[3]。美国高速公路安全管理局（NHTSA）开展了路牙石撞击试验（on-vehicle curbimpact test）、路面障碍冲击测试（road hazard impact test）等实车试验，并将试验结果与对应轮胎的实验室摆锤跌落试验进行比较，得出摆锤从100°角度跌落的撞击力大致相当于55系列轮胎以28.98 km·h-1（18 mile·h-1）、65系列轮胎以35.42 km·h-1（22 mile·h-1）、75系列轮胎以48.30 km·h-1（30 mile·h-1）的速度撞击路缘的结论[4]。此外，德国汽车工业联合会（VDA）开展了室内钟摆法轮胎耐撞击性能测试。国内研究了与室内摆锤法测试轮胎耐撞击性能相关的设备及试验方法，并于2013年颁布了GB/T 30195—2013《汽车轮胎耐撞击性能试验方法》[5]。李小龙[6]在轮胎冲击性能的数值分析方法与研究中提出，轮胎冲击强度的高低可认为是轮胎受到外力冲击后产生振动变形从而吸收能量的能力强弱。丁家翔等[7]对子午线轮胎鼓包问题进行了研究，认为合理选择轮胎断面高度、胎体采用双层帘布可以提高轮胎抗鼓包能力。国家橡胶轮胎质量监督检验中心[8]的轮胎撞击鼓包测试分析报告认为，同等条件下扁平率低的轮胎更容易鼓包。贾永辉[9]在浅析轮胎鼓包产生原因及预防措施时认为，车辆行驶过程中，轮胎受到强烈的挤压会造成轮胎帘线断裂而鼓包。

胎体是轮胎的主要受力部件之一，其作用是承载、耐撞击、耐屈挠。胎体结构决定胎面形状，从而决定与胎面形状直接相关的各项轮胎性能。胎体结构还直接决定胎体本身性能，这些性能主要为胎冠中心线的周向一致性、胎侧刚性等[10]。轮胎结构除对轮胎自身性能具有一定影响外，还对汽车使用性能具有一定影响[11-12]。轮胎属于大变形部件，因此需要研究轮胎撞击特性[13]。考虑汽车行驶时的实际路况，可采用摆锤法冲击试验模拟车轮轮胎总成的路障冲击[14]。

本工作在上述对轮胎耐撞击性能以及鼓包研究的基础上，采用区别于上述研究的方法，具体选取了某品牌的两种同规格不同胎体结构的轿车子午线轮胎，开展实验室对比试验，比较两者之间耐撞击性能的差异，以研究胎体结构与耐撞击性能之间的关系。

2 轮胎耐撞击试验

2.1 试验对象

采用某品牌的两种胎体结构（见图1）的215/50R17 91V轿车子午线轮胎开展耐撞击性能试验，其中图1（a）为单层帘布高反包胎体结构，图1（b）为双层帘布低反包胎体结构，两种结构均为目前市场上轿车轮胎常见胎体结构。样品轮胎其他信息为：轮胎结构 胎侧部位两层聚酯帘布，胎冠部位两层聚酯帘布＋2层钢丝帘布＋1层锦纶帘布；测试数量 5条。

图1 两种胎体结构示意Fig.1 Two carcass structures

2.2 试验设备

采用轮胎撞击测试机（见图2）模拟轮胎受到外力瞬间撞击时的状况。通过不同形式的撞击头在不同高度落下，模拟不同障碍物和不同车速对轮胎的撞击破坏过程。

图2 轮胎撞击测试机Fig.2 Tire impact tester

2.3 试验条件和试验过程

将测试轮胎牢固安装在轮胎撞击测试机上，调整好位置，撞击锤角度设置为外倾角6°，侧偏角0°，偏差±0.5°。将测试轮胎气压调整到标准要求的200 kPa。启动测试设备，使摆杆和摆锤在达到预定的撞击高度和撞击角度位置以获得需要的撞击动能，然后让摆杆和摆锤从锁定位置自由下落，撞击试验轮胎。每个试验点撞击3 min后，逐个检查轮胎撞击点及附近，记录鼓包高度并检查轮胎气压[15]。

3 试验数据

3.1 单层帘布高反包胎体结构

对单层帘布高反包胎体结构轮胎进行了25次有效撞击试验，试验数据如下。

（1）有4个测试点出现鼓包临界点（鼓包高度不大于0.5 mm），这些鼓包为不明显鼓包。试验数据见表1。

表1 未产生明显鼓包的测试点试验数据（Ⅰ）Tab.1 Test data of test points without obvious bulges（Ⅰ）

（2）有6个测试点产生了高度为0.5～1 mm的鼓包，试验数据见表2。

表2 鼓包高度0.5～1 mm的测试点试验数据Tab.2 Test data of test points with bulge heights of 0.5～1 mm

（3）有13个测试点产生了高度大于1 mm的鼓包，试验数据见表3，典型胎侧鼓包情况见图3。

图3 典型胎侧鼓包Fig.3 Typical sidewall bulge

表3 鼓包高度大于1 mm的测试点试验数据Tab.3 Test data of test points with bulge heights greater than 1 mm

（4）有2个测试点出现轮胎破裂、漏气现象，试验数据见表4，胎侧破裂情况见图4。

图4 胎侧破裂Fig.4 Sidewall rupture

表4 破裂和漏气的测试点试验数据（Ⅰ）Tab.4 Test data of test points of rupture and air leakage（Ⅰ）

3.2 双层帘布低反包胎体结构

对双层帘布低反包胎体结构轮胎进行了25次有效撞击试验，试验结果如下。

（1）有21个测试点出现鼓包临界点，这些鼓包为不明显鼓包，试验数据见表5。

表5 未产生明显鼓包的测试点试验数据（Ⅱ）Tab.5 Test data of test points without obvious bulges（Ⅱ）

（2）有1个测试点产生了高度为0.5～1 mm的鼓包，试验数据为：撞击动能 1 242 J，鼓包高度0.92 mm，气压 200 kPa。

（3）有1个测试点产生了高度大于1 mm的鼓包，试验数据为：撞击动能 1 293 J，鼓包高度1.40 mm，气压 200 kPa。

（4）有2个测试点出现轮胎破裂、漏气现象，试验数据如表6所示，胎侧破裂、漏气情况如图5所示。

图5 胎侧破裂和漏气Fig.5 Sidewall rupture and air leakage

表6 破裂和漏气的测试点试验数据（Ⅱ）Tab.6 Test data of test points of rupture and air leakage（Ⅱ）

4 结果与讨论

结合单层帘布高反包结构和双层帘布低反包结构两种胎体结构轮胎受到撞击后的状态和相关试验数据，做出如下分析。

4.1 轮胎撞击后状态对比

两种胎体结构轮胎撞击后鼓包、破裂状态见表7。

从表7可以看出：撞击试验后，双层帘布低反包结构轮胎未产生明显鼓包的次数和占比分别为21和84%，远大于单层帘布高反包胎体结构轮胎未产生明显鼓包的次数和占比4和16%，鼓包发生率较低。

表7 同规格不同胎体结构轮胎撞击后形态分布Tab.7 Status of tires with same specification and different carcass structures after impact

4.2 轮胎耐撞击性能对比

按照GB/T 38528—2020《轿车轮胎耐撞击性能评价》的规定，鼓包高度为0～1 mm的轮胎通过试验，认定为未鼓包；鼓包高度大于1 mm以及破裂的轮胎不能通过试验，认定为鼓包。所以，在比较耐撞击动能时，通过试验的轮胎比较最大撞击动能，未通过试验的轮胎比较最小撞击动能，对比数据见表8。

表8 同规格不同胎体结构轮胎的耐撞击性能对比Tab.8 Comparison of impact resistances of tires with same specification and different carcass structures

从表8可以看出，双层帘布低反包胎体结构轮胎未产生明显鼓包时最大撞击动能和产生鼓包或轮胎破裂时最小撞击动能均明显大于单层帘布高反包胎体结构轮胎。

5 结论

（1）单层帘布高反包胎体结构轮胎鼓包发生率远大于双层帘布低反包胎体结构轮胎。

（2）单层帘布高反包胎体结构轮胎产生明显鼓包以及轮胎破裂时最小撞击动能明显小于双层帘布低反包胎体结构轮胎，即前者耐撞击性能明显较差。

（3）胎体结构对轮胎耐撞击性能具有重要影响。