非充气轮胎英文全称为Non-Pneumatic Tire，缩写为NPT。非充气轮胎具备不需充气、耐用、易翻新和防爆等特征。与标准子午线轮胎的工作效率和操纵性相比，非充气轮胎在高速行驶状况下会遭受较大的震动。非充气轮胎技术省去了充气轮胎在使用前检查胎压并经常充气的环节，其特殊的结构设计使轮胎原料成本大大削减，且具有优良的安全性能，解决了易被扎破甚或爆胎引发安全事故的缺陷问题，使非充气轮胎成为轮胎研究发展的又一亮点。

全球非充气轮胎产品研发情况

1．米其林
（1）Tweel非充气轮胎
2005年，轮毂一体型轮胎——Tweel面世。与以往利用压缩空气的轮胎不同，Tweel的橡胶胎面使用可弯曲的辐条连接在轮毂上面，而这些辐条依次由一个铝心轴支撑。柔软的轮辐虽然会变形，但通过与容易复原的轮辋结合，可使轮胎通过吸收冲击而马上复原。由于这种车轮不需充气，更不会出现爆胎现象，所以比充气轮胎更加坚固。与原有的轮胎不同，Tweel轮胎可以分别优化纵向刚性(主要是乘坐舒适性)和横向刚性(主要是操纵性能和拐弯性能)，例如横向刚性可提高5倍，试制品的操作非常轻便。

Tweel轮胎还具有一些优点，如不用维护保养；不用担心漏气；提高了耐磨性；轮胎与路面的接触压力分布均匀；可简化制造工序；基本结构可以回收再利用(胎面容易再生)；外形美观(低断面化)。

（2）Airless非充气轮胎

Airless轮胎增加了车辆驾驶的安全性能和乘坐的舒适性能，这是由于它的控制弹性特征在横向、纵向和垂直方向都有所控制。该种轮胎的径向结构由115条带有玻璃纤维的树脂环组成，其上连接着橡胶胎面。当胎面磨损严重时，只需要更换胎面。与Tweel非充气轮胎的特征一样，Airless无须担心漏气，也不需要维护保养，还可适用于二轮机动车。

图1 米其林Tweel和Airless非充气轮胎

2．固铂

固铂轮胎公司与美国威斯康辛州麦迪逊的聚合物研究中心合力开发了一种新型非充气轮胎——仿生学蜂巢轮胎。该款轮胎适用于军队，可装配在悍马越野车辆上。与以往悍马越野车辆所装配的泄气保用轮胎相比，蜂巢轮胎的重量更轻，具有良好的防御能力（炸弹和地雷）。相对来说，蜂窝结构的轮胎具有不怕炸的特点，利用结构设计的优势在保持一定减震性能的同时最大化地提高车轮强度。未来的军用车辆中将会更多地使用这种“强悍”的轮胎。

3．韩泰

韩泰轮胎公司针对现代、起亚集团正在开发中的电动汽车开发出了一款非充气轮胎。该款轮胎制造过程由原有的8个阶段缩减为4个阶段，有利于节约能源、减少有害物质排放，同时原料单一化还有助于今后收集、再利用。

图2 韩泰非充气轮胎

韩泰还设计了Tiltread-A，Motiv，Tessella，eMembrane和MagTrac等多款非充气轮胎。其中，Tiltread-A由3个环状部分结构组成，轮胎在行驶过程中保持最大的牵引性能；Motiv适用于非公路路面，胎面采用块状花纹设计，在苛刻路面条件下可保持良好性能；Tessella强调绿色环保设计理念，可随意调整胎面配方，更换胎面；eMembrane具有较低的滚动阻力，在提高燃油经济性的同时，轮胎在湿滑路面条件下保持良好的抓着性；MagTrac由独立的车轮和轮毂组成，具有较低的噪声和良好的舒适性。

4．普利司通

非充气轮胎是通过轮胎侧面辐射的特殊形状和辐条来支持负荷，拥有无需填充空气、节省维护的优越性，更不用担心爆胎。此外，轮胎侧面轮辐部分的材质是可再生使用的（可循环材料）热塑性树脂，包括轮胎胎面部分的橡胶在内，可高度实现环保、安全和舒适性。为了实现长时间行驶情况下的耐久性，普利司通也在积极研发及测试，不断改良，以达到理想的使用寿命。

非充气轮胎在轮毂和橡胶外胎之间，主要是依靠热塑性树脂代替了空气来承受车体重量和地面冲击。可弯曲的辐条直接与橡胶胎面相连，即使没有空气，灵活的辐条与可变形的轮毂也可保证充分的避震性，起到与充气轮胎同样的缓冲地面摩擦力的作用，从而确保了舒适性能。

图3 普利司通非充气轮胎

5．大陆

2013年4月，大陆轮胎公司推出该公司第一款非充气轿车轮胎——ContiSpringContact。该轮胎内部采用橡胶涂层的弹簧设计，能使轮胎保持较低的滚动阻力和轮胎/路面噪声，及较长的使用寿命。该款轮胎在湿路面条件下可保持良好的驱动性能及制动性能。同时，安装的集成传感器可将相关信息传送至互联网。目前，该公司正将该款非充气轮胎运用于车队中，采集数据。

图4 大陆ContiSpringContact

6．横滨

横滨的非轿车充气轮胎CONCEPT Youmyaku 225/40R18是一款扁平化产品，能在湿路面条件下保持良好的制动性和抓着性。

图5 横滨非充气轮胎（CONCEPT Youmyaku 225/40R18）

7．北极星工业公司

北极星工业公司（Polaris Industries）在2012年推出一款适用于全地形路面的非充气轮胎。该产品与固铂推出的仿生学蜂巢轮胎有所类似。

图6 北极星非充气轮胎

全球非充气轮胎专利数据分析

1．专利检索说明

本研究专题的数据来源为Orbit 专利家族数据库FAMPAT（95个国家及专利授权机构）全文数据库（包括中、日、美、欧等21个国家及专利授权机构），时间截至2013年8月9日。

2．专利数据分析

（1）专利技术总体趋势分析

以专利申请量（时间的柱状图和专利申请人）为基础，专利技术总体趋势分析用来帮助了解确定当前技术所处的发展阶段、预测技术发展极限，从而进行有效的技术管理。通过分析所处的发展阶段，可以了解相关技术领域的现状、推测未来技术发展方向。全球非充气轮胎技术1985~2013年专利数量分布见图7。

图7 全球非充气轮胎技术1985~2013年专利申请量分布

（横轴为公开日的时间年，纵轴为申请专利数量）

从图7可以看出，1985~1988年，非充气轮胎的专利零星出现，主要申请人来自Uniroyal和Goodyear轮胎公司。1985年，Uniroyal轮胎公司申请了专利EP-159888。该项专利是有关一款非充气轮胎的结构设计（见图8）。这项专利技术初步展示了非充气轮胎的结构布局，也为后来更加先进的非充气轮胎的设计奠定了基础。

图8 专利EP-15988中的非充气轮胎结构

从1989~2006年，非充气轮胎的专利申请数量有所增长，并维持在一个稳定的范围内，表明各大公司都在犹豫是否大力发展这项技术，对非充气轮胎的研发力度不是很大，基本处在开发初期。但可以看出米其林公司在这一时期很注重非充气轮胎的研究，其专利申请数量最大，见图12。在1990年米其林轮胎公司申请的专利EP-401564中介绍了蜂窝状的非充气轮胎设计，见图9。

图9 EP-401564中蜂窝状的结构设计

在1991年米其林轮胎公司申请的专利US5042544中同样介绍了关于非充气轮胎结构设计，还对负载下的轮胎变形进行了分析，见图10。

图10 专利US5042544中的结构设计

在2003~2012年间，非充气轮胎专利申请量快速增长，至今一直保持较高的申请量，涉及该领域的企业也明显增多，其中包括米其林、普利司通、横滨、住友、韩泰。这表明业界对非充气轮胎的重视度逐渐升高，对其技术研究、研发投资的规模也越来越大。

2003年，米其林轮胎公司申请的专利WO03018332中介绍了一款支撑结构轮胎，包括胎面径向加强环形带和辐条等，见图11。

图11 专利WO03018332中的轮胎设计

此项专利在世界各地都有申请专利，全球布局广泛，并且这项专利技术是非充气轮胎领域内被引用次数最多的一项，表明专利中所提及的技术含金量较高。

专利申请人1985~2013年的专利申请量见图12。

图12 专利申请人历年的专利申请量

2013年前8个月份内，全球有关非充气轮胎已经申请了22项专利技术，到年底有望突破上一年的41的申请量，达到历史最高。由此可以看出非充气轮胎专利技术呈现快速发展之势。

（2）非充气轮胎主要专利申请人

图13 非充气轮胎专利申请人总的申请量

从图13可以看出，排名靠前的申请人均为世界轮胎巨头，说明这些企业对研发和知识产权保护的重视程度很高。

其中，排名第一的是法国米其林公司，截至2013年8月份，该公司申请量占全球非充气轮胎总申请量的近15%。自1987年申请非充气轮胎方面的专利以来，该公司几乎每年都有多个专利申请，这足以说明米其林很重视非充气轮胎开发，并且循序渐进。

排名第二的是普利司通轮胎公司，自从2008年开始申请非充气轮胎专利以来，已经累计申请了37项专利。由此可见其在2008年后，对这方面的研究力度相当大，发展趋势相当迅猛，成为了非充气轮胎技术研发的主力军。
在排名前10位的申请人中，日本公司占了4家。作为一个自然资源不充沛的国际，日本一直对能源有着很高的需求。由于非充气轮胎在轮胎结构设计上有突破性进展，轮胎能够大大减少橡胶原材料的使用，节约自然资源，日本公司自2007年以后，加大了对非充气轮胎的研究力度。

在排名前列的企业中，没有出现中国公司。我国企业应该在这方面加大研发力度，克服技术难关，提高自身竞争力。随着可持续发展逐渐成为社会的主流，非充气轮胎必将成为日后轮胎发展的一个重头戏，把握了非充气轮胎的技术，也就把握了轮胎的发展趋势。加之非充气轮胎能够大大降低企业成本，对社会、对企业都是双赢的。

（3）前三名申请人的专利区域布局

申请人通常会在目标市场进行专利布局，以提高自身在目标市场的占有率和竞争力，通过对申请人专利区域布局的分析，可以反映出个申请人对不同区域的重视程度。涉及非充气轮胎专利申请的前三名（米其林、普利司通、横滨）专利申请人的申请流向分布见图14。

图14 米其林、普利司通、横滨公司的非充气轮胎专利技术

由图14可以看出，米其林公司的专利申请遍布全球各大市场，专利布局面非常广。普利司通和横滨公司对日本的专利布局比较全面，对全球其他地区的专利布局相对较为薄弱，可见这两家公司现在主要的市场目标定为国内。

（4）中国市场的非充气轮胎专利申请

涉及非充气轮胎的269项专利申请中，有67项为在华申请或有在华的同族申请，占总量的25%，其中绝大部分为国外公司在华申请，说明国外公司对这一技术在中国市场上的应用较为重视，同时也看到，国内在这项技术上较为落后。非充气轮胎在中国申请专利的主要申请人排名见图15。

图15 非充气轮胎在中国申请专利的主要申请人排名

（4）主要专利权人的专利引用情况

图16 主要专利权人的专利引用情况

注：柱状图中，浅色为自引数量，深色为他引数量。

从自引数量和他引数量二者之间的比例，可判断该专利权人的技术研发特点。浅色大于深色，代表自主研发大于借鉴他人已有的技术，反之则代表借鉴大于自主研发。几乎所有的专利权人在技术开发方面自主研发数量都小于技术借鉴。表明这项技术的技术含量很高，单凭借自主研发远远不够，研究非充气轮胎常常需要引用借鉴他人的技术专利。从图16可以看出，米其林公司的自引专利数量是最高的，占总自引数的近50%。由此可见，米其林公司的非充气轮胎的研发水平最高，技术含金量最大，被许多在这项技术上刚刚起步的其他公司（如住友公司、横滨公司等）多次引用，是先进技术的先锋。

结论

随着汽车性能的不断提高和轮胎日益苛刻的使用条件，要求轮胎制造者能够不断选用新材料，创新轮胎结构，促使轮胎向长寿命、安全和环保的方向发展。

非充气轮胎着重于强调轮胎的安全性，但其不具备充气轮胎的独有特性，在未来市场中，非充气轮胎仍无法完全取代充气轮胎产品，但其发展空间仍很大，必将成为市场的亮点之一。