非充气轮胎

布莱恩·拉塞尔设计的轮胎

非充气轮胎摒弃了作为充气轮胎重要组成部分的压缩空气，取而代之以轮胎与轮辋一体化的设计。其轮辋和弹性轮辐可以通过变形来减轻振动，并能够非常轻松地回弹，以吸收来自地面颠簸的能量。由于没有传统轮胎的充气需求，同时也没有传统轮胎的轮辋，所以非充气式轮胎相比于普通轮胎而言具有免维护、免爆胎、免泄露的功能。另外，非充气轮胎在纵向受到冲击载荷时，其内部的支撑结构能够拥有相比于普通的充气轮胎要大得多的型变量，由此减轻了崎岖路面通过轮胎传递到悬架和车身的路面冲击，提高车辆的舒适性表现。

起源及发展

就目前来看，汽车还是在陆地上行驶的交通工具，因此只要存在就离不开车轮，这是一个老生常谈又容易被人忽视的话题，所以在一辆整车上，轮胎应该算是最基础、最重要的部件，没有之一。

圆形的车轮是人类历史上上最古老、最重要的发明，圆形滚动的效果，让物体运动更为轻松省力，有研究表明在六千多年人们已开始使用圆形的轮子，美洲的印第安人在滚木上拖动重物，这似乎还不算车轮，但基本原理一致。古时候的车轮一开始以石头制成，再到后来使用木头，直到后来哥伦布在美洲发现了橡胶。在橡胶轮胎刚开始应用的年代，车轮还是实心的，车辆行驶起来很不舒适，与地面摩擦产生的噪音也非常明显。相比于木制车轮，主要是磨损降低了，但其它方面没有本质区别。直到1845年，苏格兰土木技师汤姆森发明了世界上第一条充气轮胎，并以《马车和其他车辆的车轮改良》为题，获得了英国发明专利。

之后，充气轮胎成为了世界的主流，所有以车轮为基本行走载体的交通工具都在使用这种轮胎。充气轮胎在舒适性上的改善巨大，也在不断的发展中相继诞生了无内胎轮胎、子午线轮胎等各种新技术，但是万变不离其宗的是它们都需要充气。需要充气的轮胎，在性能上符合人们对车辆更舒适、更安静、更节能的需求，但是也存在其弊端，那就是容易被尖锐物体穿透，也就是我们俗称的“爆胎”。一旦发生类似情况，对车辆的行驶安全构成严重威胁，同时也给车辆使用带来很大麻烦，我相信所有有过换轮胎经验的人都会对此表示认同。

怎么才能解决这一问题呢？也许回归传统是一个不错的方法，于是出现了非充气轮胎。这一概念最早在非汽车用轮胎上出现，是由美国工程师布莱恩·拉塞尔提出的，用于山地自行车轮胎。拉塞尔表示，无气轮胎内层的拉伸运动允许在前进过程中产生的弹性势能，且被储存在轮胎内部，使其成为一个“三百六十度弹弓”，弹性势能转换成动能之后反而提升单车速度。拉塞尔说，无气车胎还采用了电阻焊管技术，轮胎的弹性比传统的强，而且新技术还确保轮胎储存最多的动能。

组成结构

为了有助于理解非充气轮胎的结构，先了解一下普通轮胎的结构。普通轮胎从外到内大致可以分为胎冠、带束层、帘布层、气密层、胎圈部几个部分。不同企业的帘布层(即胎体层)是轮胎的骨架，两侧边缘通过钢丝圈固定在轮辋凸缘和轮辋底座上，在保持轮胎内压的同时还起到支撑载荷的作用。而带束层则是用于缓冲胎体和胎面的刚度。对子午线轮胎而言，带束层的作用还在于捆紧帘线，完成在半径方向内的压缩，保证轮胎圆周方向的刚度，同时保证小扁平比轮胎的实现。

无论何种结构，其功能都大同小异，为轮胎提供支撑，同时通过支撑结构的形变来减小轮胎的震动，达到改善舒适性的目的。至于胎面则依旧保持着现有轮胎的结构。简单点说，我们大可以认为非充气式轮胎的内部支撑结构就等同于强化之后的帘布层和带束层的结合体。

为了保证强度，这些辐条的材质还大多运用了能够保持柔软的高性能树脂材料打造。辐条的排布则以减少轮胎变形时的内压为主要设计原理，通过不同形状的辐条排布实现轮胎变化时压力的传导。

优缺点

优点

由于没有传统轮胎的充气需求，同时也没有传统轮胎的轮辋，所以非充气式轮胎相比于普通轮胎而言具有免维护、免爆胎、免泄露的功能。而非充气轮胎在纵向受到冲击载荷时，其内部的支撑结构能够拥有相比于普通的充气轮胎要大得多的型变量，由此减轻了崎岖路面通过轮胎传递到悬架和车身的路面冲击，提高车辆的舒适性表现。

在高速通过长距离高频次的障碍物时，得益于轮胎较大的型变量和较快的回弹力，非充气式轮胎能够极大的降低车辆的抛离感，提升越野驾驶过程中的行驶稳定性。另外一点在于，由于非充气式轮胎在承受纵向冲击时拥有优秀的变形和回弹性能，所以在低附着力的越野路面条件下，通过支撑结构的变形可以大幅度的增加胎面与地面的接触面积，提升轮胎的附着力。在胎面与地面的接触部分形成一小块小小的履带效应，帮助车辆脱困。

对于车辆轮胎而言，纵向刚性的好坏直接影响到的是驾乘的舒适性，而横向刚性的好坏则直接影响到操控稳定性。这也就是高性能的街道跑车往往愿意选择低扁平比轮胎，而越野车又亲睐于高扁平比轮胎的原因所在。一个注重于横向刚度以提升高速过弯时的侧向支撑，提高过弯极限，而另一个则注重于纵向刚度以保证越野过程中的舒适性，也提升轮胎在越野过程中的寿命。

如此一来，当轮胎在承受纵向载荷时，支撑结构间的缝隙便能够得到充分的压缩，提升轮胎的形变量，保证舒适性。

二来当轮胎在承受横向载荷时，由于受力方向与支撑结构的作用力方向平行，所以支撑结构间的间隙失效，完全通过支撑结构对轮胎进行支撑，轮胎横向的型变量变小，提高轮胎的侧偏刚度，继而提升车辆的侧向支撑，保证操控稳定性。

第三，非充气式轮胎由于取消了轮毂、钢圈等等传统轮胎的结构，再配合上高强度树脂等材料的运用，质量相比于传统轮胎轮毂的组合有了较大幅度的缩减。轮胎重量的降低最直观的改变就体现在整车簧下质量的降低上，特别是对于采用多连杆式独立悬挂的车型而言，更小的簧下质量必然会保证悬挂系统的动态响应更加趋于理想状态。

在经济性方面，非充气式轮胎由于在结构上将胎侧和胎面完全分离开来，所以在胎面的设计上可以更为大胆的运用低滚阻的橡胶配方。而且由于轮胎结构的简化，非充气式轮胎在运动过程中由于轮胎反复变形带来的能量损失被大幅度的减小，继而达到提升车辆燃油经济性的效果。由于运动过程中轮胎运作较为稳定，所以这种轮胎的胎面在耐磨程度上一般也是普通轮胎的3倍。

缺点

当然，这种非充气式的轮胎也并非是无懈可击。虽然免充气的结构充分避免了轮胎被扎坏的可能性，但是由于支撑结构裸露在外，而且这些高分子结构的塑形材料结构强度并不如想象中那强大，一旦轮胎内部进入异物，那么必将会导致支撑结构的受损。

而且，由于采用裸露的结构，在泥泞路段、积雪路段行驶时，带有附着效应的泥土以及积雪便会堆积在支撑结构内，将轮胎的形变功能短接。更重要的一点在于，由于内部支撑结构的原因，这一类轮胎还无法承受较重的负载以及较高的速度。

前景

在汽车真正实现不用轮子也能开之前，轮胎工业的发展必将伴随着汽车工业一同进步。非充气轮胎虽然现在还处于概念论证阶段，但是相信随着技术的进步，困扰非充气轮胎大规模推广的短板必将逐渐被消除。从目前来看，非充气轮胎已经逐步在ATV上运用，想必过不了多长时间，这一类型的轮胎将会迎来普及。

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