智能輪胎中的“智能”指未來輪胎將不再是車輛上被動的橡膠復合體,而是車輛控制系統中影響車輛駕駛安全性和舒適性的重要組成部分,能為車內和外部用戶的控制系統提供數據信息。智能輪胎內裝有計算機芯片，或將計算機芯片與胎體相連接，它能自動監控并調節輪胎的行駛溫度和氣壓，使其在不同情況下都能保持最佳的運行狀態，既提高了安全系數，又節省了開支。估計若干年后的智能輪胎能探測出路面的潮濕后改變輪胎的花紋，以防打滑。
智能輪胎分類
輪胎充氣內壓監測
目前輪胎監測系統（TirePressureMonitoringSystems，TPMSs）有直接型和間接型兩種類型。
1）直接型輪胎氣壓監測
直接型TPMS需要另外在每條輪胎中安裝壓力傳感器,以直接測量輪胎氣壓。傳感器將壓力信息通過RF(RadioFrequency,射頻)信號發送到中央接收單元進行數據處理。直接型TPMSs能夠監測所有輪胎的氣壓,可靠性與靈敏度高,能監測到輪胎出現的很小的壓力損失。間接型TPMSs不需要額外安裝壓力傳感器。
2）間接型輪胎氣壓監測
目前間接型TPMS借用ABS中的輪速傳感器測量4個車輪的轉速。當某條輪胎的氣壓下降時,輪胎滾動半徑減小,車輪轉速相應增大,系統主要通過比較兩條對角線上車輪轉速的總和判斷壓力是否下降。這是因為在車輛任意角度的轉向中,外側車輪的轉速一定比里側車輪的轉速高,如果間接型TPMSs把某個車輪的轉速與4個車輪轉速的平均值相比較,則車輛在轉彎或曲線行駛時,系統會發出錯誤警報。同理,如果把其中某個車輪的轉速和另外3個車輪的轉速分別比較,由于車輛在轉彎或曲線行駛時,外側車輪的轉速比里側車輪的轉速高,將會產生外側輪胎氣壓比里側輪胎氣壓低的假象。
歷程可追溯性記錄
所謂歷程可追溯性記錄就是要求輪胎在制造-出廠-使用(包括維修,翻新)-報廢全過程中的每一階段均形成資料,而且可以隨時提檔查閱。
自動補充輪胎充氣內壓
裝備車載氣泵可以及時補充輪胎充氣內壓。一旦輪胎漏氣，輪胎充氣內壓監測裝置將發出警報，車載電腦據此啟動車載氣泵，車載氣泵向輪胎內腔充入氣體，使輪胎恢復合理的充氣內壓。
輪胎溫度監測
輪胎在行駛過程中因生熱而逐漸升高溫度，高溫加速橡膠,簾線等均聚物的降解，從而導致輪胎使用壽命縮短。輪胎溫度監測系統由兩部分組成：植入輪胎胎體內的微型傳感器，它負責探測，傳輸輪胎溫度數據;裝在汽車駕駛室內的接收器/數據讀出器，負責接收,顯示數據。
其他參數監測
比如監測輪胎的受力，變形等動態力學狀況，向汽車自動駕駛系統提供數據。
設計方法
智能輪胎的研究可以分為幾個相對獨立而又互相聯系的組成部分:智能輪胎設計、智能輪胎傳感器設計、智能通信、智能數據處理和決策。
智能輪胎設計
近年來輪胎設計逐漸歸為智能輪胎的研究范疇。目前的研究主要集中于輪胎表面物理和化學結構的仿真設計,其研究成果以著名的UNI-T為代表。UNI-T技術由下述3項核心技術組成,能夠使輪胎保持良好的工作狀態并延長使用壽命。
(a)計算機優化元件系統COCS(ComputerOptimizedComponentSystem)
COCS能提供輪胎的優化設計方法,包括輪胎的外形、材料、結構和胎面等,獲得前所未有的輪胎滾動效果。
(b)O型胎圈技術(O-Bead)
O型胎圈技術保證生產的每個胎圈都更加近似于圓,從而使得輪胎能夠更好地滾動。
(c)長鏈碳黑技術(LongLinkCarbon)
炭黑是橡膠的主要補強材料,長鏈炭黑能提高胎面耐磨性能以延長胎面壽命和節省燃料。
智能傳感器設計
在智能傳感器設計領域有不少文獻報道。由于輪胎與路面的接觸狀態是確定車輛加速、減速和轉向的關鍵,大多數研究都通過監測摩擦因數的變化來測量輪胎表面的張力變化。輪胎滑動與摩擦因數的關系，其中摩擦基本上可以看作一個粘滯元件,與輪胎的粘性和輪胎表面的分子聚合力有關。輪胎在干燥和濕滑路面情況下滑動率與摩擦因數的關系不同。
智能通訊設計
智能輪胎通訊是將傳感器采集到的數據經過初步處理后通過車內現場總線傳送到相應的處理系統,包括傳感器的集成制造、現場總線設計和實現及通訊協議的制定等。該研究顯然和智能汽車的總體設計緊密相關。目前的產品一般是在已有現場總線的基礎上發展的。下面通過對固特異公司相關產品的分析,對該技術進行初步的介紹。固特異公司目前已經進行了十多年稱為“RFID”的智能輪胎數據處理和通訊研究。其研究方向主要集中于輪編號、溫度和壓力的被動測量三方面。該公司強調建立被動式(無需電池)集成傳感器,以達到故障監測和延長輪胎使用壽命的目的。其中被動式傳感器的基本組成如圖1所示。
關鍵問題
隨著汽車電子化、智能化的發展,智能輪胎技術的含義不斷擴大,不僅包括對輪胎氣壓的監測,同時包括對輪胎溫度、輪胎磨耗程度和輪胎道路摩擦力等參數的監測,因此智能輪胎技術需要解決如下關鍵問題。
1、開發能夠嵌入輪胎的新型傳感器系統,使其能夠測量輪胎的受力、滑動摩擦因數、胎面磨耗、輪胎損壞和道路表面質量。
2、解決智能輪胎系統無線通訊接口和電源提供方式問題。若胎內部分使用的電池是有源系統,必須考慮系統的質量、能耗、電池壽命;若是無源系統,必須考慮能源的提供方式。
3、智能輪胎集成所有電子部件在輪胎內,輪胎制造過程中的高壓和高溫環境對電子部件的抗高壓和高溫能力將是一個嚴峻的考驗,必須考慮合理的輪胎制造和維護工藝。
4、傳感器嵌入輪胎后對輪胎性能影響的分析研究。傳感器嵌入輪胎后相當于在輪胎中加入了雜質,如果傳感器與輪胎胎體之間的結合問題解決不好,將會對輪胎結構產生破壞性的影響。
5、解決電磁干擾和電磁兼容問題。汽車上的電子系統很多,必須解決監測系統和車內其它電子系統之間以及車輛與車輛之間相互的電磁干擾和電磁兼容問題。
6、在實際駕駛條件下測試車輛上安裝的智能輪胎系統是否符合規定的技術要求。
參考資料 >