非充氣輪胎英文全稱為Non-Pneumatic Tire，縮寫(xiě)為NPT。非充氣輪胎具備不需充氣、耐用、易翻新和防爆等特征。與標(biāo)準(zhǔn)子午線輪胎的工作效率和操縱性相比，非充氣輪胎在高速行駛狀況下會(huì)遭受較大的震動(dòng)。非充氣輪胎技術(shù)省去了充氣輪胎在使用前檢查胎壓并經(jīng)常充氣的環(huán)節(jié)，其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使輪胎原料成本大大削減，且具有優(yōu)良的安全性能，解決了易被扎破甚或爆胎引發(fā)安全事故的缺陷問(wèn)題，使非充氣輪胎成為輪胎研究發(fā)展的又一亮點(diǎn)。
全球非充氣輪胎產(chǎn)品研發(fā)情況
1．米其林
（1）Tweel非充氣輪胎
2005年，輪轂一體型輪胎——Tweel面世。與以往利用壓縮空氣的輪胎不同，Tweel的橡膠胎面使用可彎曲的輻條連接在輪轂上面，而這些輻條依次由一個(gè)鋁心軸支撐。柔軟的輪輻雖然會(huì)變形，但通過(guò)與容易復(fù)原的輪輞結(jié)合，可使輪胎通過(guò)吸收沖擊而馬上復(fù)原。由于這種車輪不需充氣，更不會(huì)出現(xiàn)爆胎現(xiàn)象，所以比充氣輪胎更加堅(jiān)固。與原有的輪胎不同，Tweel輪胎可以分別優(yōu)化縱向剛性(主要是乘坐舒適性)和橫向剛性(主要是操縱性能和拐彎性能)，例如橫向剛性可提高5倍，試制品的操作非常輕便。
Tweel輪胎還具有一些優(yōu)點(diǎn)，如不用維護(hù)保養(yǎng)；不用擔(dān)心漏氣；提高了耐磨性；輪胎與路面的接觸壓力分布均勻；可簡(jiǎn)化制造工序；基本結(jié)構(gòu)可以回收再利用(胎面容易再生)；外形美觀(低斷面化)。
（2）Airless非充氣輪胎
Airless輪胎增加了車輛駕駛的安全性能和乘坐的舒適性能，這是由于它的控制彈性特征在橫向、縱向和垂直方向都有所控制。該種輪胎的徑向結(jié)構(gòu)由115條帶有玻璃纖維的樹(shù)脂環(huán)組成，其上連接著橡膠胎面。當(dāng)胎面磨損嚴(yán)重時(shí)，只需要更換胎面。與Tweel非充氣輪胎的特征一樣，Airless無(wú)須擔(dān)心漏氣，也不需要維護(hù)保養(yǎng)，還可適用于二輪機(jī)動(dòng)車。
圖1 米其林Tweel和Airless非充氣輪胎
2．固鉑
固鉑輪胎公司與美國(guó)威斯康辛州麥迪遜的聚合物研究中心合力開(kāi)發(fā)了一種新型非充氣輪胎——仿生學(xué)蜂巢輪胎。該款輪胎適用于軍隊(duì)，可裝配在悍馬越野車輛上。與以往悍馬越野車輛所裝配的泄氣保用輪胎相比，蜂巢輪胎的重量更輕，具有良好的防御能力（炸彈和地雷）。相對(duì)來(lái)說(shuō)，蜂窩結(jié)構(gòu)的輪胎具有不怕炸的特點(diǎn)，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在保持一定減震性能的同時(shí)最大化地提高車輪強(qiáng)度。未來(lái)的軍用車輛中將會(huì)更多地使用這種“強(qiáng)悍”的輪胎。
3．韓泰
韓泰輪胎公司針對(duì)現(xiàn)代、起亞集團(tuán)正在開(kāi)發(fā)中的電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)出了一款非充氣輪胎。該款輪胎制造過(guò)程由原有的8個(gè)階段縮減為4個(gè)階段，有利于節(jié)約能源、減少有害物質(zhì)排放，同時(shí)原料單一化還有助于今后收集、再利用。
圖2 韓泰非充氣輪胎
韓泰還設(shè)計(jì)了Tiltread-A，Motiv，Tessella，eMembrane和MagTrac等多款非充氣輪胎。其中，Tiltread-A由3個(gè)環(huán)狀部分結(jié)構(gòu)組成，輪胎在行駛過(guò)程中保持最大的牽引性能；Motiv適用于非公路路面，胎面采用塊狀花紋設(shè)計(jì)，在苛刻路面條件下可保持良好性能；Tessella強(qiáng)調(diào)綠色環(huán)保設(shè)計(jì)理念，可隨意調(diào)整胎面配方，更換胎面；eMembrane具有較低的滾動(dòng)阻力，在提高燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，輪胎在濕滑路面條件下保持良好的抓著性；MagTrac由獨(dú)立的車輪和輪轂組成，具有較低的噪聲和良好的舒適性。
4．普利司通
非充氣輪胎是通過(guò)輪胎側(cè)面輻射的特殊形狀和輻條來(lái)支持負(fù)荷，擁有無(wú)需填充空氣、節(jié)省維護(hù)的優(yōu)越性，更不用擔(dān)心爆胎。此外，輪胎側(cè)面輪輻部分的材質(zhì)是可再生使用的（可循環(huán)材料）熱塑性樹(shù)脂，包括輪胎胎面部分的橡膠在內(nèi)，可高度實(shí)現(xiàn)環(huán)保、安全和舒適性。為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間行駛情況下的耐久性，普利司通也在積極研發(fā)及測(cè)試，不斷改良，以達(dá)到理想的使用壽命。
非充氣輪胎在輪轂和橡膠外胎之間，主要是依靠熱塑性樹(shù)脂代替了空氣來(lái)承受車體重量和地面沖擊?？蓮澢妮棗l直接與橡膠胎面相連，即使沒(méi)有空氣，靈活的輻條與可變形的輪轂也可保證充分的避震性，起到與充氣輪胎同樣的緩沖地面摩擦力的作用，從而確保了舒適性能。
圖3 普利司通非充氣輪胎
5．大陸
2013年4月，大陸輪胎公司推出該公司第一款非充氣轎車輪胎——ContiSpringContact。該輪胎內(nèi)部采用橡膠涂層的彈簧設(shè)計(jì)，能使輪胎保持較低的滾動(dòng)阻力和輪胎/路面噪聲，及較長(zhǎng)的使用壽命。該款輪胎在濕路面條件下可保持良好的驅(qū)動(dòng)性能及制動(dòng)性能。同時(shí)，安裝的集成傳感器可將相關(guān)信息傳送至互聯(lián)網(wǎng)。目前，該公司正將該款非充氣輪胎運(yùn)用于車隊(duì)中，采集數(shù)據(jù)。
圖4 大陸ContiSpringContact
6．橫濱
橫濱的非轎車充氣輪胎CONCEPT Youmyaku 225/40R18是一款扁平化產(chǎn)品，能在濕路面條件下保持良好的制動(dòng)性和抓著性。
圖5 橫濱非充氣輪胎（CONCEPT Youmyaku 225/40R18）
7．北極星工業(yè)公司
北極星工業(yè)公司（Polaris Industries）在2012年推出一款適用于全地形路面的非充氣輪胎。該產(chǎn)品與固鉑推出的仿生學(xué)蜂巢輪胎有所類似。
圖6 北極星非充氣輪胎
全球非充氣輪胎專利數(shù)據(jù)分析
1．專利檢索說(shuō)明
本研究專題的數(shù)據(jù)來(lái)源為Orbit 專利家族數(shù)據(jù)庫(kù)FAMPAT（95個(gè)國(guó)家及專利授權(quán)機(jī)構(gòu)）全文數(shù)據(jù)庫(kù)（包括中、日、美、歐等21個(gè)國(guó)家及專利授權(quán)機(jī)構(gòu)），時(shí)間截至2013年8月9日。
2．專利數(shù)據(jù)分析
（1）專利技術(shù)總體趨勢(shì)分析
以專利申請(qǐng)量（時(shí)間的柱狀圖和專利申請(qǐng)人）為基礎(chǔ)，專利技術(shù)總體趨勢(shì)分析用來(lái)幫助了解確定當(dāng)前技術(shù)所處的發(fā)展階段、預(yù)測(cè)技術(shù)發(fā)展極限，從而進(jìn)行有效的技術(shù)管理。通過(guò)分析所處的發(fā)展階段，可以了解相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀、推測(cè)未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向。全球非充氣輪胎技術(shù)1985~2013年專利數(shù)量分布見(jiàn)圖7。
圖7 全球非充氣輪胎技術(shù)1985~2013年專利申請(qǐng)量分布
（橫軸為公開(kāi)日的時(shí)間年，縱軸為申請(qǐng)專利數(shù)量）
從圖7可以看出，1985~1988年，非充氣輪胎的專利零星出現(xiàn)，主要申請(qǐng)人來(lái)自Uniroyal和Goodyear輪胎公司。1985年，Uniroyal輪胎公司申請(qǐng)了專利EP-159888。該項(xiàng)專利是有關(guān)一款非充氣輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖8）。這項(xiàng)專利技術(shù)初步展示了非充氣輪胎的結(jié)構(gòu)布局，也為后來(lái)更加先進(jìn)的非充氣輪胎的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
圖8 專利EP-15988中的非充氣輪胎結(jié)構(gòu)
從1989~2006年，非充氣輪胎的專利申請(qǐng)數(shù)量有所增長(zhǎng)，并維持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，表明各大公司都在猶豫是否大力發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)，對(duì)非充氣輪胎的研發(fā)力度不是很大，基本處在開(kāi)發(fā)初期。但可以看出米其林公司在這一時(shí)期很注重非充氣輪胎的研究，其專利申請(qǐng)數(shù)量最大，見(jiàn)圖12。在1990年米其林輪胎公司申請(qǐng)的專利EP-401564中介紹了蜂窩狀的非充氣輪胎設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖9。
圖9 EP-401564中蜂窩狀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在1991年米其林輪胎公司申請(qǐng)的專利US5042544中同樣介紹了關(guān)于非充氣輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還對(duì)負(fù)載下的輪胎變形進(jìn)行了分析，見(jiàn)圖10。
圖10 專利US5042544中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在2003~2012年間，非充氣輪胎專利申請(qǐng)量快速增長(zhǎng)，至今一直保持較高的申請(qǐng)量，涉及該領(lǐng)域的企業(yè)也明顯增多，其中包括米其林、普利司通、橫濱、住友、韓泰。這表明業(yè)界對(duì)非充氣輪胎的重視度逐漸升高，對(duì)其技術(shù)研究、研發(fā)投資的規(guī)模也越來(lái)越大。
2003年，米其林輪胎公司申請(qǐng)的專利WO03018332中介紹了一款支撐結(jié)構(gòu)輪胎，包括胎面徑向加強(qiáng)環(huán)形帶和輻條等，見(jiàn)圖11。
圖11 專利WO03018332中的輪胎設(shè)計(jì)
此項(xiàng)專利在世界各地都有申請(qǐng)專利，全球布局廣泛，并且這項(xiàng)專利技術(shù)是非充氣輪胎領(lǐng)域內(nèi)被引用次數(shù)最多的一項(xiàng)，表明專利中所提及的技術(shù)含金量較高。
專利申請(qǐng)人1985~2013年的專利申請(qǐng)量見(jiàn)圖12。
圖12 專利申請(qǐng)人歷年的專利申請(qǐng)量
2013年前8個(gè)月份內(nèi)，全球有關(guān)非充氣輪胎已經(jīng)申請(qǐng)了22項(xiàng)專利技術(shù)，到年底有望突破上一年的41的申請(qǐng)量，達(dá)到歷史最高。由此可以看出非充氣輪胎專利技術(shù)呈現(xiàn)快速發(fā)展之勢(shì)。
（2）非充氣輪胎主要專利申請(qǐng)人
圖13 非充氣輪胎專利申請(qǐng)人總的申請(qǐng)量
從圖13可以看出，排名靠前的申請(qǐng)人均為世界輪胎巨頭，說(shuō)明這些企業(yè)對(duì)研發(fā)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的重視程度很高。
其中，排名第一的是法國(guó)米其林公司，截至2013年8月份，該公司申請(qǐng)量占全球非充氣輪胎總申請(qǐng)量的近15%。自1987年申請(qǐng)非充氣輪胎方面的專利以來(lái)，該公司幾乎每年都有多個(gè)專利申請(qǐng)，這足以說(shuō)明米其林很重視非充氣輪胎開(kāi)發(fā)，并且循序漸進(jìn)。
排名第二的是普利司通輪胎公司，自從2008年開(kāi)始申請(qǐng)非充氣輪胎專利以來(lái)，已經(jīng)累計(jì)申請(qǐng)了37項(xiàng)專利。由此可見(jiàn)其在2008年后，對(duì)這方面的研究力度相當(dāng)大，發(fā)展趨勢(shì)相當(dāng)迅猛，成為了非充氣輪胎技術(shù)研發(fā)的主力軍。
在排名前10位的申請(qǐng)人中，日本公司占了4家。作為一個(gè)自然資源不充沛的國(guó)際，日本一直對(duì)能源有著很高的需求。由于非充氣輪胎在輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有突破性進(jìn)展，輪胎能夠大大減少橡膠原材料的使用，節(jié)約自然資源，日本公司自2007年以后，加大了對(duì)非充氣輪胎的研究力度。
在排名前列的企業(yè)中，沒(méi)有出現(xiàn)中國(guó)公司。我國(guó)企業(yè)應(yīng)該在這方面加大研發(fā)力度，克服技術(shù)難關(guān)，提高自身競(jìng)爭(zhēng)力。隨著可持續(xù)發(fā)展逐漸成為社會(huì)的主流，非充氣輪胎必將成為日后輪胎發(fā)展的一個(gè)重頭戲，把握了非充氣輪胎的技術(shù)，也就把握了輪胎的發(fā)展趨勢(shì)。加之非充氣輪胎能夠大大降低企業(yè)成本，對(duì)社會(huì)、對(duì)企業(yè)都是雙贏的。
（3）前三名申請(qǐng)人的專利區(qū)域布局
申請(qǐng)人通常會(huì)在目標(biāo)市場(chǎng)進(jìn)行專利布局，以提高自身在目標(biāo)市場(chǎng)的占有率和競(jìng)爭(zhēng)力，通過(guò)對(duì)申請(qǐng)人專利區(qū)域布局的分析，可以反映出個(gè)申請(qǐng)人對(duì)不同區(qū)域的重視程度。涉及非充氣輪胎專利申請(qǐng)的前三名（米其林、普利司通、橫濱）專利申請(qǐng)人的申請(qǐng)流向分布見(jiàn)圖14。
圖14 米其林、普利司通、橫濱公司的非充氣輪胎專利技術(shù)
由圖14可以看出，米其林公司的專利申請(qǐng)遍布全球各大市場(chǎng)，專利布局面非常廣。普利司通和橫濱公司對(duì)日本的專利布局比較全面，對(duì)全球其他地區(qū)的專利布局相對(duì)較為薄弱，可見(jiàn)這兩家公司現(xiàn)在主要的市場(chǎng)目標(biāo)定為國(guó)內(nèi)。
（4）中國(guó)市場(chǎng)的非充氣輪胎專利申請(qǐng)
涉及非充氣輪胎的269項(xiàng)專利申請(qǐng)中，有67項(xiàng)為在華申請(qǐng)或有在華的同族申請(qǐng)，占總量的25%，其中絕大部分為國(guó)外公司在華申請(qǐng)，說(shuō)明國(guó)外公司對(duì)這一技術(shù)在中國(guó)市場(chǎng)上的應(yīng)用較為重視，同時(shí)也看到，國(guó)內(nèi)在這項(xiàng)技術(shù)上較為落后。非充氣輪胎在中國(guó)申請(qǐng)專利的主要申請(qǐng)人排名見(jiàn)圖15。
圖15 非充氣輪胎在中國(guó)申請(qǐng)專利的主要申請(qǐng)人排名
（4）主要專利權(quán)人的專利引用情況
圖16 主要專利權(quán)人的專利引用情況
注：柱狀圖中，淺色為自引數(shù)量，深色為他引數(shù)量。
從自引數(shù)量和他引數(shù)量二者之間的比例，可判斷該專利權(quán)人的技術(shù)研發(fā)特點(diǎn)。淺色大于深色，代表自主研發(fā)大于借鑒他人已有的技術(shù)，反之則代表借鑒大于自主研發(fā)。幾乎所有的專利權(quán)人在技術(shù)開(kāi)發(fā)方面自主研發(fā)數(shù)量都小于技術(shù)借鑒。表明這項(xiàng)技術(shù)的技術(shù)含量很高，單憑借自主研發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，研究非充氣輪胎常常需要引用借鑒他人的技術(shù)專利。從圖16可以看出，米其林公司的自引專利數(shù)量是最高的，占總自引數(shù)的近50%。由此可見(jiàn)，米其林公司的非充氣輪胎的研發(fā)水平最高，技術(shù)含金量最大，被許多在這項(xiàng)技術(shù)上剛剛起步的其他公司（如住友公司、橫濱公司等）多次引用，是先進(jìn)技術(shù)的先鋒。
結(jié)論
隨著汽車性能的不斷提高和輪胎日益苛刻的使用條件，要求輪胎制造者能夠不斷選用新材料，創(chuàng)新輪胎結(jié)構(gòu)，促使輪胎向長(zhǎng)壽命、安全和環(huán)保的方向發(fā)展。
非充氣輪胎著重于強(qiáng)調(diào)輪胎的安全性，但其不具備充氣輪胎的獨(dú)有特性，在未來(lái)市場(chǎng)中，非充氣輪胎仍無(wú)法完全取代充氣輪胎產(chǎn)品，但其發(fā)展空間仍很大，必將成為市場(chǎng)的亮點(diǎn)之一。
