一种用于配合轮胎使用的安全气囊及安装和使用方法与流程

1.本发明涉及一种用于配合轮胎使用的安全气囊的安装和使用方法，配合无内胎充气轮胎使用，属于轮胎和轮毂相关的车轮技术领域，主要解决轮胎破损后继续行驶的问题。


背景技术：

2.在无侧壁支撑的充气轮胎车轮领域，往往由于轮胎破损或轮毂内轮缘开裂，导致轮胎缺气不能继续行驶，为了防止车轮破损漏气：a、车辆会配备一个备胎；b、自修复轮胎；c、补胎液。但这些技术会有一系列的缺陷，不能应对一些场景，等待救援是一个非常糟糕的体验，不仅耽误行程，甚至还会付出不菲的拖车费。
3.a、车辆会配备一个备胎：a、更换麻烦，需要有一定体力的人员才能更换；b、如果两个或两个以上车轮同时破损，车辆将不能继续行驶，c、备胎占用空间大，增加车重，油耗大；d、成本高。
4.b、自修复轮胎，是在轮胎内侧涂刷一层粘性很大的涂层：a、如果直径较大的异物刺穿胎面(轮胎与地面接触的位置)，如直径大于6mm的异物，粘性涂层同样不能防止漏气；b、如果胎侧损坏不能防止泄气；c、如果轮毂开裂不能防止漏气；d、自修复轮胎增重一般在1.5kg以上，距离车轮轴心远，转动惯量大，将导致加速慢、刹车距离长、耗能大、排放大不环保；e、成本高；f、粘性很大的自修复涂层会影响轮胎材料的回收再利用；f、寿命和轮胎同寿命，寿命短。
5.c、补胎液与自修复轮胎的a、b、c和f项相似。
6.现有技术中，还有预防爆胎事故的一些技术，如支撑体技术(轮胎爆胎后轮胎下沉一部分，支撑体支撑轮胎胎面)，这些技术在轮胎0气压后，轮胎的操控性能就大幅削弱，并且由于轮胎在滚动中胎面和胎侧弯曲变形大，发热量大，不能长时间、长距离、高速行驶；否则轮胎橡胶会因高温造成热失效和机械强度失效。有些支撑体是类似气囊，支撑体直径小于轮胎内表面直径，支撑体将轮毂轮辋内表面完全覆盖了，这将会严重影响轮胎内部的散热，轮胎内部热空气不能直接接触轮辋金属内表面进行散热，轮胎内部热量会集聚并过热，过热会使轮胎橡胶热失效和机械强度失效，引发事故。轮胎爆胎后轮胎会下沉一部分，支撑体支撑轮胎胎面，这时车轮的舒适性差，操控性差(轮胎侧偏刚度大幅降低)。
7.现有技术2019112306222在轮毂上设置左右气体发生器，在轮胎突然爆胎的情况下紧急启动类似爆破的充气装置，支撑气囊充气膨胀后呈半圆形，两个半圆形成一个圆；这个技术存在严重的缺陷，当爆胎后，事实上左右气体发生器不可能同时被触发，想达到同步触发是非常难以实现的；以车辆120km/h宝爆胎为例，车轮直径为700mm计算，约0.066s转动一周，如果左右气体发生器不能够在0.066s内同时完成启动，那将是灾难，车轮会半边处于有气状态，半边处于无气压状态，车轮滚动严重失圆，车辆会在瞬间失控，事故风险远大于爆胎本身对车辆和驾驶者的伤害。本发明与此技术有明显的不同，1、如果轮胎破损是被异物刺破的并且异物还保留在轮胎上的情况下，左右气囊打开，异物会刺破左右气囊中的一个(由于现有技术2019112306222是气囊折叠后膨胀的，因此不具备防刺穿功能)，这将是灾
难的，车轮会半边处于有气状态，半边处于无气压状态，车轮滚动严重失圆，车辆会在瞬间失控，与本发明不同。2、现有技术2019112306222因为没有气门嘴，因此在车轮非突发泄气状态下不会被触发，车辆将不能继续行驶，与本发明不同。3、由于轮胎内表面是气密层，气密层材料摩擦力大，并且表面很粗糙(排气线和排气纹理)，因此现有技术2019112306222气囊膨胀会与轮胎内表面气密层表面有很大的摩擦，摩擦力会使得气囊不能自由的打开，一些位置会产生褶皱和折叠难以完全打开，这将会导致轮胎是一个非圆形状态，这样轮胎失圆后将难以行进；在高速情况下更是会造成灾难性的后果；本发明安全气囊外面表面有润滑涂层，可以降低安全气囊与轮胎内标面的摩擦，从而可以顺畅的打开安全气囊，让车轮呈圆形滚动。4、两个半圆行程的气囊存在气压差，将导致车轮失圆不能圆形滚动，而本发明的安全气囊是一个环形容器，因此可以保证车轮圆形滚动。
8.现有技术中，宝马汽车采用缺气保用轮胎技术，该技术在轮胎气压与环境气压相同时(称之为轮胎0气压)，车辆还能以80时速行驶一段距离，但该技术在0气压行驶过程中，存在一些问题，由于轮胎0气压：a、0气压车轮滚动阻力大，车辆会出现偏航；b、0气压轮胎在继续行驶中容易脱圈，事实上已经有多例缺气保用轮胎脱圈问题；c、轮胎0气压行驶的舒适性和操控性差(轮胎0气压后侧偏刚度大幅降低，弯道等车辆操控性差)。d、轮胎0气压后行驶速度低、距离短；同时由于缺气保用轮胎侧壁后弹性差、轮胎硬，在车轮受到冲击时轮毂失圆情况比较严重，轮毂内轮缘开裂问题明显高于普通的轮胎。缺气保用轮胎胎侧加厚增重大(一般单条轮胎重量会增加1.5kg以上)，转动惯量大，将导致加速慢、刹车距离长、耗能大、排放大不环保。
9.本发明的目的是解决上述技术的不足，可以更大限度的满足车轮漏气后车辆继续行驶的用户需求。本发明安全气囊配合有气密层的轮胎使用，在安全气囊安装之前，轮胎内表面和轮辋内表面间无内胎；轮胎侧壁无支撑，轮胎与外界气压相同后会被完全压扁，轮胎内表面互相接触；轮毂至少由两个供气门嘴穿过的孔，其中一个为轮胎充气所用，称之为轮毂气门嘴；在不影响轮胎正常拆装情况下，本发明有以下优势：1、安全气囊总质量小于500g，远低于自修复轮胎粘性涂层重量，操控性更好、更节能环保；2、当行驶中的轮胎被异物刺破后，由于安全气囊是折叠安装在轮毂轮槽内的，深度深、面积小，安全气囊不易被异物刺破；3、无论轮毂开裂漏气、轮胎胎侧破损、爆胎或者被较大直径的异物刺穿，在拔出异物后，可以快速通过安全气囊气门嘴充气，操作方便，可以让轮胎恢复充气状态，轮胎的操控性和舒适性几乎不受影响(比非全尺寸备胎性能更好)，可以快速长距离行驶，更好的保证出行安全。4、安全气囊表面的润滑涂层可以保证气囊与轮胎内表面接触时可以顺畅滑动，在充气过程中安全气囊可以顺利打开，可以让轮胎保持圆形滚动，同时润滑涂层可以降低轮胎内表面和安全胶囊的摩擦，避免磨损和降低摩擦生热，从而能够以更高速度保持更长距离的续航。5、本发明的安全气囊寿命可达10年以上，比轮胎和补胎液的寿命更长。


技术实现要素：

10.本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种用于配合轮胎使用的安全气囊，其特征在于，安全气囊呈圆环状，由布基增强气密层组成，安全气囊自身可以承载至少2bar的气压，在承载2bar气压前后，所述布基增强气密层拉伸变形量为0-5％；所述安全气囊可折叠安装在轮毂凹槽内，折叠后的安装高度＜轮毂标称直径；所述安全气囊包含有安全气囊
气门嘴，安全气囊气门嘴可穿过轮毂的孔，外露在轮毂外；所述布基增强气密层最大外径不小于轮胎内表面的直径；所述安全气囊完全充气后的体积v1不小于轮胎充气至常规胎压后轮胎与轮辋之间空气的体积v2；所述安全气囊完全充气后的截面的外周长l1不小于对应位置轮胎内表面与轮毂轮辋内表面形成的密闭空间截面的内周长l2。
11.可选地，所述安全气囊至少部分外表面部分设置有润滑涂层。
12.可选地，所述安全气囊在与轮胎胎侧内表面接触的位置，设置的布基增强气密层比其它位置至少多一层。
13.可选地，v1≤1.05v2，l1≤1.05l2。
14.可选地，所述布基增强气密层每1m2的质量小于500g。
15.可选地，设置润滑涂层后安全气囊与轮胎内表面的摩擦系数μ
润
≤设置润滑涂层前安全气囊与轮胎内表面的摩擦系数μ
原
的1/5。
16.可选地，所述润滑涂层为固态润滑涂层；或者所述润滑涂层至少有两层润滑涂层，其中一层为固态润滑涂层，另一层为半固态润滑涂层，在安全气囊外表面设置固态润滑涂层后，在固态润滑涂层表面再设置一层半固态润滑涂层。
17.可选地，安全气囊被构造为，当轮胎胎侧裂口长度≤55mm，或轮胎胎侧破损孔径≤15mm时、或当轮胎胎胎面被直径≤15mm的异物刺穿拔出异物后，通过安全气囊气门嘴进行充气至轮胎正常气压后，车辆以不低于100km/h行驶300公里后，安全气囊行驶前后的气压相差不超过10％。
18.可选地，安全气囊的安装和使用方法，在安全气囊安装之前，轮胎内表面和轮辋内表面间无内胎；轮胎侧壁无支撑，轮胎与外界气压相同被完全压扁，轮胎内表面互相接触；轮毂至少由两个供气门嘴穿过的孔，其中一个为轮胎充气所用，称之为轮毂气门嘴；其特征在于，a、先将环形安全气囊翻越轮毂轮缘安装在轮毂凹槽内，安全气囊处于折叠状态，安全气囊气门嘴穿过轮毂的孔，外露在轮毂外，安全气囊圆周环绕有固定带，固定带将折叠好的安全气囊牢靠的固定在轮毂凹槽内，安全气囊折叠后的安装高度＜轮毂标称直径，靠近近轮毂气门嘴位置的轮毂凹槽在轮毂轴向至少有x长度没有被安全气囊覆盖，所述x≥轮胎胎圈厚度，保证轮胎可以顺利的拆装；将轮胎安装到轮毂上，对轮胎进行充气后，车辆在正常行驶时，安全气囊在轮毂轮槽内一直处于折叠状态；当轮胎损伤没有气压被压扁，且充气也会快速泄气不能正常行驶时，在清除刺穿轮胎的异物后，将轮胎完全放气，再通过安全气囊气门嘴对安全气囊进行充气至轮胎正常气压，在充气压力作用下，固定带会被撑破，让被压扁的轮胎重新鼓起，从而让车辆可以继续行驶。
19.在没有外围约束情况下，安全气囊自身可以承载至少2bar的气压，在承载2bar气压前后，所述布基增强气密层拉伸变形量为0-5％，当轮胎破损处一个较大的破口或裂缝时，安全气囊不会出现破裂情况，也不容易产生鼓包；(有内胎的车轮，内胎是弹性橡胶，当外胎破损较大的破口或裂缝时，内胎在气压的作用下会从破口或裂缝中膨出，由于内胎承载的压力很小，内胎就会破裂)。
20.轮胎胎侧位置最为薄弱，一旦破损，破口或裂缝就会比较大，安全气囊在与轮胎胎侧内表面接触位置的布基增强层的比其它位置至少多一层，可以应对胎侧较大的破口或裂缝。
21.安全气囊是折叠安装在轮毂轮槽内的，深度深、面积小，安全气囊不易被异物刺
破；安全气囊充气后形成一个封闭的圆环。
22.当轮胎损伤没有气压被压扁，且充气也会快速泄气不能正常行驶时，在清除刺穿轮胎的异物后，将轮胎完全放气，通过安全气囊气门嘴进行充气，在充气压力作用下，让被压扁的轮胎缓慢鼓起，在这个过程中，安全气囊折叠或褶皱严重，并且与轮胎内表面产生较大的挤压力；在润滑涂层的作用下，安全气囊相对轮胎内表面轻松的滑动，轮胎在充满气后，安全气囊外表面与轮胎内表面和轮辋内表面充分贴合，让车轮能够进行圆形滚动。固态润滑涂层+半固态润滑涂层的润滑效果更好，固态涂层提供好的附着力，在挤压时不会被挤压跑，半固态润滑涂层部分浸入固态润滑涂层内，提供湿润滑，润滑系数更低，半固态润滑涂层浸入固态润滑涂后，在受到压力时不会被挤压跑。
23.在安全气囊支撑轮胎行驶的过程中，润滑涂层可以降低轮胎内表面和安全胶囊的摩擦，避免磨损和降低摩擦生热，固态润滑涂层表面的半固态润滑涂层对避免磨损和降低摩擦生热效果更好，从而保证车辆能够以更高速度保持更长距离的续航；安全气囊在使用前后，轮胎的舒适性和操控性相同或相近，可以让驾驶者轻松操控车辆。
附图说明
24.图1为安全气囊安装在轮毂轮槽内的截面示意图；
25.图2为图1安全气囊放大图；
26.图3为安全气囊安装在轮胎内的截面示意图；
27.图4为轮胎气压与环境气压相同时被压扁的示意图；
28.图5为轮胎气压与环境气压相同时被压扁的截面示意图；
29.图6为安全气囊充气后的截面示意图；
30.图7为胎侧加强安全气囊充气后的截面示意图；
31.图8为安全气囊固态润滑涂层示意图；
32.图9为安全气囊固态润滑涂层和半固态润滑涂层的示意图；
33.图中标记示意为：
34.1-轮毂轮辋，2-轮毂轮槽，3-固定带；4-安全气囊；5-轮胎胎圈厚度；6-未被安全气囊覆盖距离；7-安装高度；8-轮胎；9-轮毂；10-轮毂气门嘴；11-安全气囊气门嘴；12-路面；13-布基增强气密层；14-固态润滑涂层；15-半固态润滑涂层。
具体实施方式
35.轮胎为有气密层的轮胎，在安全气囊4安装之前，轮胎4内表面和轮毂轮辋1内表面间无内胎；轮胎侧壁无支撑，轮胎与外界气压相同后会被完全压扁，轮胎内表面互相接触，如图4，图5。
36.如图1、图2，安全气囊4被折叠的安装在轮毂轮辋1的轮槽2内，固定带3将安全气囊4牢牢的固定在轮槽2内，安装高度7≤17mm。安全气囊4的布基增强层的材质为尼龙或涤纶，布基增强层表面有橡胶、硅胶或聚氨酯材料涂刷的气密层。如图4，轮毂9有轮毂气门嘴10和安全气囊气门嘴11，轮毂气门嘴10为轮胎8充气，安全气囊气门嘴11为安全气囊4充气；防止用户混淆气门嘴，安全气囊气门嘴11可以设置掩饰盖板，当需要使用安全气囊气门嘴11时，再将掩饰板移除；或者安全气囊气门嘴11设置在轮毂轮辐后面不易被发现；安全气囊气门
嘴11与轮毂密封，不会造成轮胎漏气，。
37.如图1-图3，轮胎8在拆装过程中，固定带3可以防止轮胎触碰到安全气囊4造成变形、破损或移位，同时防止车轮在高速转动时安全气囊4发生移位造成动平衡失衡。未被安全气囊覆盖距离6＞轮胎胎圈厚度5，安装高度7比较低，轮胎内径的空洞可以顺利穿过，这样轮胎8可以顺利的拆装。轮胎8安装完成后，车辆在正常行驶时，安全气囊4一直处于压缩收纳状态，如果轮胎被异物刺破时，由于安全气囊是折叠安装在轮毂轮槽内的，深度深、面积小，安全气囊不易被异物刺破。
38.如图4-图5，当轮胎损伤没有气压被压扁，且充气也会快速泄气不能正常行驶时，在清除刺穿轮胎的异物和将轮胎8气压放到0气压后，通过安全气囊气门嘴进行充气，在充气压力作用下，固定带3断裂，在充气压力作用下，让被压扁的轮胎8缓慢的从路面12上鼓起，在这个过程中，安全气囊折叠或褶皱严重，并且与轮胎内表面产生较大的挤压力；如图8，安全气囊8的外表面设置了固态润滑涂层14，固态润滑涂层14的主要成分为石墨或二硫化钼，重量小于50g；为了使安全气囊8的外表面更滑润滑，如图9，在固态润滑涂层14表面上又设置一层半固态润滑涂层15，半固态润滑涂层15为含硅润滑脂，半固态润滑涂层15部分浸入固态润滑涂层14内形成一层很薄的薄膜(用手触碰仅有湿湿的感觉，用手指按压滑动半固态润滑涂层15不会产生堆积现象)，半固态润滑涂层15质量小于固态润滑涂层14质量。在润滑涂层的作用下，安全气囊相对轮胎内表面轻松的滑动，轮胎在充满气后，如图6，安全气囊外表面与轮胎内表面和轮辋内表面贴合，让车轮能够进行圆形滚动。轮毂气门嘴10和安全气囊气门嘴11可以进行功能合并成一个气门嘴。
39.为了防止轮胎胎侧的破损太大时，安全气囊4会膨出(类似胎侧的鼓包状)，特意在轮胎胎侧对应为位置多设置了一层布基增强气密层13，如图7。
40.本发明可以应用在普通轮胎、带静音棉的轮胎上，但不易使用在自密封轮胎上，自密封轮胎的粘性涂层会粘附安全气囊4，让安全气囊4相对滑动困难，造成褶皱不能充分被打开，安全气囊在充气后，受粘性涂层影响，轮胎滚动呈非圆形，车轮滚动时车轮轴心上下跳动，不能平稳行驶。
41.下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
42.实施例1
43.安全气囊4自身在无约束的情况下最少承压3bar，在承载3bar气压前后，布基增强气密层拉伸变形量小于1.5％，安全气囊4在轮胎胎侧对应位置多设置有一层布基增强气密层13，安装高度7＝10mm。测试轮胎为235/50r19，安全气囊的质量为400g，气温为15℃-25℃之间，安全气囊4完全充气后，通过车轮轴心的截面的外周长为l1，对应位置轮胎内表面与轮毂轮辋内表面形成的密闭空间截面的内周长为l2，l1＝1.02l2，布基增强气密层的外径是轮胎内表面直径的1.02倍，胎侧破损长度为55mm的裂缝，裂缝处无异物。
44.方案1，安全气囊4外表面设置固态润滑涂层14和半固态润滑涂层15，固态润滑涂层14的主要成分为石墨，半固态润滑涂层15为含硅润滑脂；设置润滑涂层后安全气囊与轮胎内表面的摩擦系数为μ
润
，设置润滑涂层前安全气囊与轮胎内表面的摩擦系数为μ
原
，μ
润
＝15％μ
原
，通过安全气囊气门嘴11为安全气囊4逐渐充气至2.3bar，被压扁的轮胎重新鼓起轮胎恢复成原状，安全气囊外表面与轮胎内表面和轮辋内表面贴合，胎侧裂缝处无明显鼓包现象，充气后的轮胎8呈圆形滚动，车辆以100时速行驶了310公里后安全气囊4的气压没有
低于2.2bar，全气囊4无破坏性损伤。
45.方案2，安全气囊4外表面无润滑涂层，通过安全气囊气门嘴11为安全气囊4逐渐充气至2.3bar，安全气囊4不能将被压扁的轮胎恢复成原状，充气后的轮胎不能进行圆形滚动，安全气囊产生了折叠问题，车轮在滚动的过程中，车轮中心上下跳动，车辆不能顺畅的行驶。
46.实施例2
47.与实施例1的不同之处在于，胎侧破损的是15mm圆洞，测试结果与实施例1相同。
48.实施例3
49.与实施例1的不同之处在于，轮胎破损的位置是胎面，胎面被直径15mm圆钉刺穿，拔出圆钉后，测试结果与实施例1相同。

技术特征：
1.一种用于配合轮胎使用的安全气囊，其特征在于，安全气囊呈圆环状，由布基增强气密层组成，安全气囊自身可以承载至少2bar的气压，在承载2bar气压前后，所述布基增强气密层拉伸变形量为0-5％；所述安全气囊可折叠安装在轮毂凹槽内，折叠后的安装高度＜轮毂标称直径；所述安全气囊包含有安全气囊气门嘴，安全气囊气门嘴可穿过轮毂的孔，外露在轮毂外；所述布基增强气密层最大外径不小于轮胎内表面的直径；所述安全气囊完全充气后的体积v1不小于轮胎充气至常规胎压后轮胎与轮辋之间空气的体积v2；所述安全气囊完全充气后的截面的外周长l1不小于对应位置轮胎内表面与轮毂轮辋内表面形成的密闭空间截面的内周长l2。2.根据权利要求1所述的安全气囊，其特征在于，所述安全气囊至少部分外表面部分设置有润滑涂层。3.根据权利要求1所述的安全气囊，其特征在于，所述安全气囊在与轮胎胎侧内表面接触的位置，设置的布基增强气密层比其它位置至少多一层。4.根据权利要求1所述的安全气囊，其特征在于，v1≤1.05v2，l1≤1.05l2。5.根据权利要求1所述的安全气囊，其特征在于，所述布基增强气密层每1m2的质量小于500g。6.根据权利要求2所述的安全气囊，其特征在于，设置润滑涂层后安全气囊与轮胎内表面的摩擦系数μ
润
≤设置润滑涂层前安全气囊与轮胎内表面的摩擦系数μ
原
的1/5。7.根据权利要求2所述的安全气囊，其特征在于，所述润滑涂层为固态润滑涂层；或者所述润滑涂层至少有两层润滑涂层，其中一层为固态润滑涂层，另一层为半固态润滑涂层，在安全气囊外表面设置固态润滑涂层后，在固态润滑涂层表面再设置一层半固态润滑涂层。8.根据权利要求2所述的安全气囊，其特征在于，安全气囊被构造为，当轮胎胎侧裂口长度≤55mm，或轮胎胎侧破损孔径≤15mm时、或当轮胎胎胎面被直径≤15mm的异物刺穿拔出异物后，通过安全气囊气门嘴进行充气至轮胎正常气压后，车辆以不低于100km/h行驶300公里后，安全气囊行驶前后的气压相差不超过10％。9.一种如权利要求1-8任一所述的安全气囊的安装和使用方法，在安全气囊安装之前，轮胎内表面和轮辋内表面间无内胎；轮胎侧壁无支撑，轮胎与外界气压相同被完全压扁，轮胎内表面互相接触；轮毂至少由两个供气门嘴穿过的孔，其中一个为轮胎充气所用，称之为轮毂气门嘴；其特征在于，a、先将环形安全气囊翻越轮毂轮缘安装在轮毂凹槽内，安全气囊处于折叠状态，安全气囊气门嘴穿过轮毂的孔，外露在轮毂外，安全气囊圆周环绕有固定带，固定带将折叠好的安全气囊牢靠的固定在轮毂凹槽内，安全气囊折叠后的安装高度＜轮毂标称直径，靠近近轮毂气门嘴位置的轮毂凹槽在轮毂轴向至少有x长度没有被安全气囊覆盖，所述x≥轮胎胎圈厚度，保证轮胎可以顺利的拆装；将轮胎安装到轮毂上，对轮胎进行充气后，车辆在正常行驶时，安全气囊在轮毂轮槽内一直处于折叠状态；当轮胎损伤没有气压被压扁，且充气也会快速泄气不能正常行驶时，在清除刺穿轮胎的异物后，将轮胎完全放气，再通过安全气囊气门嘴对安全气囊进行充气至轮胎正常气压，在充气压力作用下，固定带会被撑破，让被压扁的轮胎重新鼓起，从而让车辆可以继续行驶。

技术总结
本发明公开了一种用于配合轮胎使用的安全气囊及安装和使用方法，当车辆正常行驶时，安全气囊被收纳折叠安装在轮毂轮槽内；安全气囊自身可以承载不小于2bar的气压，无论轮毂开裂漏气、轮胎胎侧破损、爆胎或者被较大直径的异物刺穿，在拔出异物后，可以快速通过安全气囊气门嘴进行充气，在安全气囊外表面的润滑涂层作用下，被折叠的安全气囊可以顺利的打开，可以让轮胎恢复充气状态，并进行圆形滚动，轮胎的操控性和舒适性相同或相近，保证用户行程不被耽误。不被耽误。不被耽误。


技术研发人员：卫向坡
受保护的技术使用者：卫向坡
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/6/26