中央充放气系统在全地形越野车上的应用

田春娟，宋鑫

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710043）

中央充放气系统在全地形越野车上的应用

田春娟，宋鑫

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710043）

∶文章简述了中央充放气系统的概念以及发展历程，并针对我厂自主设计开发的4*4全地形车辆布置情况进行介绍。结合实际工况使用轮胎进行充放气时间计算，根据使用路况对气压进行调节，保证车辆通过性，提高工作效率。

∶中央充放气系统；方案布置；充放气时间计算

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.033

CLC NO.: U463.345Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)09-88-03

引言

汽车轮胎中央充放气系统（CTIS）是一套专门为汽车在行驶中（或停驶时），能够在驾驶室内就能随意完成检测和调节轮胎气压的系统。一方面，该系统可使汽车在通过沙漠、滩涂、泥泞地等松软地面及冰雪路面时，通过系统快速降低轮胎气压，增大轮胎的接地面积，提高汽车通过性。另一方面，若汽车行驶过程中轮胎被扎或者被子弹击穿，该系统则能实时为轮胎充气，使汽车顺利离开危险地带或到达目的地。

中央充放气系统最早是在二战时期由美国提出来的，直到20世纪80年代后，美国在CTIS研究上取得重大突破。随着技术的日趋成熟，CTIS系统已经成为各国轮式装甲车及军车基本配置，民用越野车也逐渐装配该系统。下面将以我厂4*4沙漠全地形越野车的中央充放气系统作为介绍对象，对布置及充放气时间进行分析。

1、CTIS系统基本结构介绍

图1　系统布置图

该系统主要由气源、电控阀组、旋转密封气室、车轮阀、闭锁阀、电子控制装置以及控制面板组成。通过手动或预置操作控制公路/越野/泥沙雪地行驶时候各车轮的额定气压。手动操作时驾驶员可根据胎压读数情况进行胎压的增加或者减小操作；预置操作时，驾驶员可根据路面情况选择相应的预置轮胎压力，控制系统则根据路面情况选择相应的预置轮胎压力值，控制系统比较当时胎压与预置值的差异，自动进行充气或者放气，直至和预置值保持一致。车辆系统布置如图1所示。

2、CTIS系统的主要零部件和功能

2.1操作面板（如图2）

图2

该装置安装于驾驶室内部，通过本装置可以方便的进行充气、放气、测压以及保压的控制操作；还可以修改各种工况下的压力参数。中央充放气系统电器系统由驾驶室控制，CAN控制器及控制阀总成组成。

2.2控制器总成

采用模块化结构，可实现单桥、双桥的充放气以及测压需求，结构简单，方便安装布置以及维护。

图3

2.3轮边系统总成

此系统通过轮辋预留孔雨车桥上的旋转气室出气孔进行连接，出口与气门嘴相连接。

图4

3、车辆充放气时间计算

根据下图容器充气压力-时间特性曲线图，我们不难看出当容器中的压力小于或者等于临界压力*p时，则最小截面处气流的流速将保持声速，向被充气容器流动的气体流量也将保持常数。充填的曲线保持线性变化（见oa线）；而当容器内压力大于临界压力*p时，因充气速度将降低（小于声速），流动属于亚声速范围，随着容器内压力上升，流量会逐渐降低，因此从达到临界压力起到充气结束，曲线（ab线为非线性变化）。

图5　充气时压力-时间特性曲线

假设在充气过程中环境温度保持不变且气源、管道和轮胎内温度不变，则充气所需的时间为：

其中Ps——气源的绝对压力(MPa)

P1——容器内的初始绝对压力(MPa)

τ——充气与放气的时间常数

式中 V——轮胎的容积（L）

S——有效截面积（mm2）

k——绝热指数，我们一般取1.4（见机械设计手册-5-38.1-20）

式中S0——充放气管路截面积

α——系数，由参考文献2手册图38.1-19可查出

图6　放气时压力-时间特性曲线

轮胎放气时的压力——时间特性曲线如图6所示：由图可以看出，当轮胎内压力大于临界压力时，放气最小断面处将始终保持声速，但此声速值随着容器中的温度而变化，所以放气的流量也是变化值，曲线为非线性变化；而当轮胎内的压力P

式中P1——初始绝对压力

S=αS0p*——临界压力，一般取p*=1.893*0.1013 = 0.192MPa

τ——时间常数，由式1.2决定根据以上公式推理，现对本次设计4*4全地形车轮胎进行充放气时间计算，整车输出气源压力保持800KPa，环境温度25℃，整车充放气管路内径为φ9mm，气门嘴处进气直径为4.5mm。为提高车辆通过型，整车标配365/85R20越野轮胎（轮胎容积248L），具体设定参数如下：

表1

365/85-R20充气时间计算如下：可由参考文献1手册查出α=0.15

时间常数：

轮胎充气时间计算：轮胎初始压力180Kpa，目标压力400Kpa，气门嘴处通气直径4.5mm。

因此，假定在放气过程中外界环境温度保持不变，且不考虑轮胎在充气过程中体积的变化，单胎放气时间为4分28秒。

轮胎放气时间计算：轮胎初始压力400Kpa，目标压力180Kpa，气门嘴处通气直径4.5mm。

按照式1.4计算放气时间：

因此，假定在放气过程中外界环境温度保持不变，且不考虑轮胎在充气过程中体积的变化，单胎放气时间为4分28秒。

4、结束语

本文针对性的介绍了CTIS在4*4全地形车上的方案布置，并根据轮胎容积对充放气时间进行计算，为以后车辆在实际使用过程中自动调节胎压提供理论依据。正确使用中央充放气系统，可根据系统中设置的针对不同路况（公路/越野/泥沙雪地）在形式中随时切换，并可根据需要手动设置相对应轮胎气压。增加轮胎寿命延长汽车的寿命周期，能够减轻或者避免货物损伤提高驾驶舒适性。此外正确的使用CTIS系统还能够提高车辆燃油经济性。CTIS提高车辆的越野机动能力，使其能够在更多的不利道路条件下行驶。

[1] 刘惟信,汽车设计.北京:清华大学出版社.

[2] 《机械设计手册》新版,机械设计手册编委会编著.——3版.机械工业出版社,2004.8.

[3] 常明,赵玉璠,陈军.汽车轮胎中央充放气系统的发展历程[J].汽车运用,2004.

Application of the CTIS in the whole terrain off road vehicle

Tian Chunjuan, Song Xin
(Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710020)

This paper briefly introduces the concept and development processof the Central Tire Inflation/Deflation Off-road Vehicel, and for the indepent design and development of our plant 4*4 all terrain rehicles layout. In combination with the actual conditions, the use of tire inflation and deflation time calcuation, according to the use of road conditions to adjust the air pressure to ensure that the rehicel can be successfully passed thetest and improve work efficiently.

Central Tire Inflation/Deflation System; Scheme arrangement; Inflation/Deflation time.

∶U463.345

∶A

∶1671-7988 (2016)09-88-03

田春娟（1984—），女，助理工程师，就职于陕西重型汽车有限公司，从事汽车零部件设计。