2021年3月19日，在沧州经济开发区兴业公园自动驾驶体验站，市民体验乘坐“自动驾驶出租车”

    由戴姆勒发明制造的早期汽车所使用的实心轮胎，便是最朴素和原始的免充气轮胎。从这个意义上说，免充气轮胎并非新鲜事物，它始终伴随着近现代交通文明的发展。

文/顾功尧

编辑/胡艳芬

　　试验场上，一辆特斯拉Model 3轿车轻巧地绕开密集的反光锥，它急转腾挪，加速减速，似乎驾轻就熟。最近，当这段试车视频出现在网络，网民们的关注点不在车辆的外形、配置上，而是转移到了它的轮胎——一种设计独特的免充气轮胎。

　　人们发现，这种免充气轮胎摒弃了作为充气轮胎重要组成部分的压缩空气，取而代之的是一种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，并能够通过回弹吸收来自地面颠簸的能量。

　　当轮胎没有了充气需求，是不是就不会发生漏气、爆胎等问题，还能免去维护成本？其实早在现代汽车轮胎产生之前，车轮就是免充气的。而当轮胎巨头们纷纷开始研发并推广免充气轮胎，人们不禁发问，这是一种复兴还是创新？

车轮与轮胎，与人类文明同行

　　常有一种观点，认为车轮是人类最伟大的发明之一。有了车轮，人员和物资的流动效率就能大幅提高，而从古至今，文明的发展演进都离不开人与物的交流。早在两千多年前的春秋战国时期，王公贵族就常以车马陪葬，如今透过考古发掘，我们还能清晰地看到完整的车轮轮廓。

　　从最基本的结构来看，现代汽车的车轮往往包括轮毂和轮胎两部分。轮毂构成了车轮的骨架，其中心与车轴相连，其周向表面则被轮胎包裹。

　　在数千年的人类交通史中，大多数时候轮胎是不存在的，木制的车轮或轮毂直接与道路表面接触。这种“硬碰硬”结构，使得行驶中的车辆缺乏对地面起伏颠簸的缓冲，这直接影响到车轮和车体结构的耐久性、乘车人的舒适感及装载货物的完整有序。

　　直到近代，橡胶工业的发展使得人们有机会在车轮外侧加装一圈橡胶轮胎，即便起初只是实心结构，相比过往已经是巨大的进步。德国斯图加特的奔驰博物馆收藏了戴姆勒在1886年发明制造的世界上第一辆汽车，人们可以清楚地看到其照搬了当时马车车轮的通行设计，在直径巨大而轮毂框架细窄的车轮上包覆了一圈薄薄的橡胶。笔者曾在北京南城的汽车博物馆内见过这台车的复制展品。

　　伴随着汽车工业在20世纪的飞速发展和汽车产品的广泛普及，轮胎也在米其林、固特异这种“百年轮胎老店”的努力下不断创新。且不说能提高路面附着性的各式胎面花纹设计、能优化结构且节省燃油的子午线轮胎设计，单说充气轮胎，也是一项在一百多年前颇有新意又影响深远的发明。一方面轮胎可以利用其中填充的空气增强对路面冲击的缓冲效果，另一方面内里空心的轮胎自身质量较小，可以使得车轮部分的固有共振频率提高，同样有利于减少传递到车身座舱内的路面振动，提高舒适性。

免充气轮胎一直都在

　　尽管充气轮胎占据了汽车、自行车、飞机等大部分交通应用场景，但免充气轮胎也一直存在于某些特定场景中。比如由戴姆勒发明制造的早期汽车所使用的实心轮胎，便是最朴素和原始的免充气轮胎。从这个意义上说，免充气轮胎并非新鲜事物，它始终伴随着近现代交通文明的发展。

　　漏气或爆胎是充气轮胎的常见问题，通常情况下，简单的维修或更换即可解决问题，并不太影响交通工具的继续使用。但对于行驶在恶劣道路环境下的一些工程机械或军用车辆来说，其轮胎的尺寸和重量往往是民用轿车的若干倍，容易损伤却又不便更换，这时候免充气轮胎就派上用场了。早在1910年前后，西方国家就有军用车辆装上了内部呈蜂窝状结构的轮胎，专业人士将这类三维造型统称为孔隙结构。孔隙结构避免了实心结构所带来的重量负担，在设计合理的前提下也可以满足弹性和刚度等方面的力学要求。

　　在民用领域，最常见的免充气轮胎应用场景之一是割草机。无论是商业运营的高尔夫球场，还是普通家庭的庭院草坪，割草机只需在有限的范围和速度内行驶，需要担心的是草地上隐藏的碎石或杂物，要时刻避免轮胎被刺破，因此免充气轮胎就成为割草机的不二之选。

　　米其林公司经过几十年的潜心研发，制造并专门注册了免充气轮胎品牌Tweel，成为这类轮胎的典型代表。2005年，米其林将Tweel轮胎尝试搭载在一台奥迪A4轿车上，并在当年的底特律国际车展上公开展示，可见其雄心并不止于割草机这样的“小生意”；随后，2011年普利司通公司也对外展示了类似的防刺穿免充气轮胎；紧接着2013年，韩泰轮胎公司也发布了这种产品。

　　从传统车辆工程的角度来看，造型各异的免充气轮胎的某些物理特性，仍然限制着其在更大范围内应用于普通乘用车辆。例如，即便采取了孔隙结构，其轮胎重量终究还是大于充气轮胎，这就限制了使用免充气轮胎车辆的最高行驶速度。与此同时，免充气轮胎更加贴合凹凸不平的路面，这就导致行驶中滚动阻力上升，从而提高车辆的耗油量或耗电量，而燃料经济性是人们选择家用车辆时的重要考量指标。

应用场景会更广泛

　　近几个月来的几则新闻，将免充气轮胎的话题重又带回到大众视野。

　　2021年的慕尼黑国际车展上米其林将它旗下品牌名为Uptis的免充气轮胎安装在一辆微型电动车上公开展示，并且宣布将和美国通用汽车公司合作，计划在2024年将配备了这种轮胎的乘用车正式投入市场。实际上，2019年这两家公司就已经合作在通用旗下的Bolt电动车上试装了Uptis轮胎，以初步测试其各方面的性能。

　　2021年底，固特异公司也为全球热销的特斯拉Model 3电动车装上了免充气轮胎，以超过每小时80公里的速度在测试场上飞驰。从时间计划来看，固特异倒不像米其林那般野心勃勃，它只是期待在2030年将这种免维护的轮胎正式推向市场。

　　国内也有轮胎公司在持续深耕这一领域。据报道，2022年初，江苏江昕轮胎公司宣布扩大其免充气轮胎的产能，在徐州下属的邳州市计划建成国内最大的免充气轮胎研发和生产基地。

　　免充气轮胎算不上新奇产品，却掀起新一轮热潮，原因是多方面的。

　　首先，全球汽车保有量持续快速增加，导致每年因为爆胎等原因报废的轮胎多达上亿条，特别是绝大多数轮胎以石油化工提炼的合成橡胶为原料，造成了巨大的资源浪费和环境负担。在气候变化及可持续发展作为全球议题，变得日益紧迫的当下，免充气轮胎在免维护和使用寿命长等方面的优势进一步凸显出来。

　　其次，免充气轮胎相比充气轮胎往往具有更复杂的内部结构，例如前面提到的类似蜂窝的孔隙结构。传统橡胶成形工艺并不利于制造格外复杂的结构，而近年来3D打印技术取得了长足进步，这种增材制造方式虽然生产速度偏低，但非常适合生成复杂结构。而上述固特异、米其林公司的最新产品，皆是通过3D打印技术制造，可降低生产成本，其打印所用原料还是回收再利用的废旧橡胶，能进一步降低对环境的不利影响。

　　最后，共享出行和自动驾驶技术的发展，给免充气轮胎的应用规模带来了更大的想象空间。就共享车辆而言，提升其有效服务时间是重要的考量，这就要求务必降低其维修保养的频率和时间，而免充气轮胎恰能切中要害，满足这种需求。

　　无人驾驶出租车在过去5年内迅猛发展，越来越多的国内外城市出现了示范商业运营的项目，甚至彻底取消了驾驶位上的安全员。在这种情景下，若是轮胎出现爆胎等异常情况，就不能指望有经验的司机在第一时间更换备胎，而只能等待远程派来的救援人员，但这样一来会影响服务质量和运营效率。因此，随着无人驾驶出租车的发展，免充气轮胎将会有更多用武之地。

来源：2022年10月5日出版的《环球》杂志 第20期

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