智能轮胎

车辆控制系统中的重要组成部分

智能轮胎中的“智能”指未来轮胎将不再是车辆上被动的橡胶复合体, 而是车辆控制系统中影响车辆驾驶安全性和舒适性的重要组成部分, 能为车内和外部用户的控制系统提供数据信息。智能轮胎内装有计算机芯片，或将计算机芯片与胎体相连接，它能自动监控并调节轮胎的行驶温度和气压，使其在不同情况下都能保持最佳的运行状态，既提高了安全系数，又节省了开支。估计若干年后的智能轮胎能探测出路面的潮湿后改变轮胎的花纹，以防打滑。

智能轮胎分类

轮胎充气内压监测

目前轮胎监测系统（Tire Pressure Monitoring Systems，TPMSs ）有直接型和间接型两种类型。

1）直接型轮胎气压监测

直接型TPMS需要另外在每条轮胎中安装压力传感器, 以直接测量轮胎气压。传感器将压力信息通过RF( Radio Frequency, 射频) 信号发送到中央接收单元进行数据处理。直接型TPMSs 能够监测所有轮胎的气压, 可靠性与灵敏度高, 能监测到轮胎出现的很小的压力损失。间接型T PMSs不需要额外安装压力传感器。

2）间接型轮胎气压监测

目前间接型TPMS借用ABS中的轮速传感器测量4 个车轮的转速。当某条轮胎的气压下降时, 轮胎滚动半径减小, 车轮转速相应增大, 系统主要通过比较两条对角线上车轮转速的总和判断压力是否下降。这是因为在车辆任意角度的转向中, 外侧车轮的转速一定比里侧车轮的转速高, 如果间接型TPMSs 把某个车轮的转速与4 个车轮转速的平均值相比较, 则车辆在转弯或曲线行驶时, 系统会发出错误警报。同理, 如果把其中某个车轮的转速和另外3 个车轮的转速分别比较, 由于车辆在转弯或曲线行驶时, 外侧车轮的转速比里侧车轮的转速高, 将会产生外侧轮胎气压比里侧轮胎气压低的假象。

历程可追溯性记录

所谓历程可追溯性记录就是要求轮胎在制造-出厂-使用(包括维修,翻新)-报废全过程中的每一阶段均形成资料,而且可以随时提档查阅。

自动补充轮胎充气内压

装备车载气泵可以及时补充轮胎充气内压。一旦轮胎漏气，轮胎充气内压监测装置将发出警报，车载电脑据此启动车载气泵，车载气泵向轮胎内腔充入气体，使轮胎恢复合理的充气内压。

轮胎温度监测

轮胎在行驶过程中因生热而逐渐升高温度，高温加速橡胶,帘线等高聚物的降解，从而导致轮胎使用寿命缩短。轮胎温度监测系统由两部分组成：植入轮胎胎体内的微型传感器，它负责探测，传输轮胎温度数据;装在汽车驾驶室内的接收器/数据读出器，负责接收,显示数据。

其他参数监测

比如监测轮胎的受力，变形等动态力学状况，向汽车自动驾驶系统提供数据。

基本设计方法

智能轮胎的研究可以分为几个相对独立而又互相联系的组成部分: 智能轮胎设计、智能轮胎传感器设计、智能通信、智能数据处理和决策。

智能轮胎设计

近年来轮胎设计逐渐归为智能轮胎的研究范畴。目前的研究主要集中于轮胎表面物理和化学结构的仿真设计 , 其研究成果以著名的UNI-T为代表。UNI-T 技术由下述3 项核心技术组成,能够使轮胎保持良好的工作状态并延长使用寿命。

(a ) 计算机优化元件系统COCS ( ComputerOpt imized Component System)

COCS 能提供轮胎的优化设计方法, 包括轮胎的外形、材料、结构和胎面等, 获得前所未有的轮胎滚动效果。

( b) O 型胎圈技术( O-Bead)

O 型胎圈技术保证生产的每个胎圈都更加近似于圆, 从而使得轮胎能够更好地滚动。

( c) 长链炭黑技术( Long Link Carbon)

炭黑是橡胶的主要补强材料, 长链炭黑能提高胎面耐磨性能以延长胎面寿命和节省燃料。

智能传感器设计

在智能传感器设计领域有不少文献报道。由于轮胎与路面的接触状态是确定车辆加速、减速和转向的关键, 大多数研究都通过监测摩擦因数的变化来测量轮胎表面的张力变化。轮胎滑动与摩擦因数的关系，其中摩擦基本上可以看作一个粘滞元件, 与轮胎的粘性和轮胎表面的分子聚合力有关。轮胎在干燥和湿滑路面情况下滑动率与摩擦因数的关系不同。

智能通讯设计

智能轮胎通讯是将传感器采集到的数据经过初步处理后通过车内现场总线传送到相应的处理系统, 包括传感器的集成制造、现场总线设计和实现及通讯协议的制定等。该研究显然和智能汽车的总体设计紧密相关。目前的产品一般是在已有现场总线的基础上发展的。下面通过对固特异公司相关产品的分析, 对该技术进行初步的介绍。固特异公司目前已经进行了十多年称为“ RFID”的智能轮胎数据处理和通讯研究。其研究方向主要集中于轮编号、温度和压力的被动测量三方面。该公司强调建立被动式( 无需电池)集成传感器, 以达到故障监测和延长轮胎使用寿命的目的。其中被动式传感器的基本组成如图1所示。

智能轮胎技术的关键问题

随着汽车电子化、智能化的发展, 智能轮胎技术的含义不断扩大, 不仅包括对轮胎气压的监测,同时包括对轮胎温度、轮胎磨耗程度和轮胎道路摩擦力等参数的监测, 因此智能轮胎技术需要解决如下关键问题。

1、开发能够嵌入轮胎的新型传感器系统, 使其能够测量轮胎的受力、滑动摩擦因数、胎面磨耗、轮胎损坏和道路表面质量。

2、解决智能轮胎系统无线通讯接口和电源提供方式问题。若胎内部分使用的电池是有源系统, 必须考虑系统的质量、能耗、电池寿命; 若是无源系统, 必须考虑能源的提供方式。

3、智能轮胎集成所有电子部件在轮胎内, 轮胎制造过程中的高压和高温环境对电子部件的抗高压和高温能力将是一个严峻的考验, 必须考虑合理的轮胎制造和维护工艺。

4、传感器嵌入轮胎后对轮胎性能影响的分析研究。传感器嵌入轮胎后相当于在轮胎中加入了杂质, 如果传感器与轮胎胎体之间的结合问题解决不好, 将会对轮胎结构产生破坏性的影响。

5、解决电磁干扰和电磁兼容问题。汽车上的电子系统很多, 必须解决监测系统和车内其它电子系统之间以及车辆与车辆之间相互的电磁干扰和电磁兼容问题。

6、在实际驾驶条件下测试车辆上安装的智能轮胎系统是否符合规定的技术要求。

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