智能輪胎監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

楊月春/牡丹江市交通職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校

智能輪胎監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

楊月春/牡丹江市交通職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校

闡述了智能輪胎監(jiān)測技術(shù)的概念，介紹了智能輪胎監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）的種類，主要包括間接式、直接式和混合式，分析了智能輪胎監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，主要包括高精度無源檢測、自動控制、信號并入車載局域網(wǎng)（CAN）、智能輪胎、與其它技術(shù)的融合等。

輪胎；監(jiān)測；技術(shù)；發(fā)展

引言：車輛輪胎既起到承載全車質(zhì)量的作用，又起到避震和緩沖的作用。它是全車重要的部件之一，對車輛的行駛性、通過性、環(huán)保性、舒適性和安全性有直接的影響，尤其在安全性方面，一旦行駛中輪胎出現(xiàn)故障，輕則不能行駛，重則發(fā)生事故。據(jù)美國汽車工程師學(xué)會最近的調(diào)查，每年75%的輪胎故障是由于輪胎滲漏或充氣不足引起的。據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)，在中國高速公路上發(fā)生的交通事故有70%是由于爆胎引起的，而在美國這一比例則高達(dá)80%，如何防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題。

21世紀(jì)汽車/輪胎的發(fā)展主題將是人性化，其內(nèi)涵包括智能便利、綠色安全。如何提高輪胎的主動安全性并使輪胎智能化是輪胎、汽車制造商努力追求的目標(biāo)，為此世界各大輪胎制造商紛紛加大了智能輪胎監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)力度。輪胎監(jiān)測系統(tǒng)主要用于在車輛行駛時實(shí)時地自動監(jiān)測輪胎壓力，并對輪胎漏氣、低氣壓、高氣壓進(jìn)行預(yù)警，然后還要根據(jù)測量結(jié)果自動調(diào)整輪胎的壓力，且調(diào)整過程無需駕駛員干預(yù)，所以智能輪胎監(jiān)測技術(shù)對促進(jìn)輪胎、汽車、交通等行業(yè)的發(fā)展，對節(jié)能環(huán)保、提高行駛安全性都具有重大意義。

一、智能輪胎監(jiān)測技術(shù)的概念

智能輪胎監(jiān)測技術(shù)能夠收集、記錄、傳輸與輪胎所處環(huán)境相關(guān)的信息，并對這些信息作出正確的判斷和處理。它使未來的輪胎將不再是車輛上的被動橡膠復(fù)合體，而是影響車輛駕駛安全性和舒適性的車輛控制系統(tǒng)的重要組成部分，能為車內(nèi)和車外用戶的控制系統(tǒng)提供所關(guān)心的數(shù)據(jù)信息。目前的智能輪胎監(jiān)測技術(shù)主要是TPMS （Tire Pressure Monitoring System，輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)），它可以監(jiān)測輪胎的氣壓，而直接型TPMS同時也能監(jiān)測胎內(nèi)氣體的溫度。國際上許多汽車公司正積極開發(fā)新型智能輪胎監(jiān)測技術(shù)，試圖在實(shí)現(xiàn)輪胎壓力與溫度監(jiān)測的同時，完成對諸如輪胎道路摩擦、胎面磨耗和道路表面質(zhì)量等功能的監(jiān)測，并將其與智能駕駛、導(dǎo)航和電子安全系統(tǒng)等其它汽車控制預(yù)警結(jié)合起來，共同組成一個完整的智能汽車電子監(jiān)控系統(tǒng)。

二、智能輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的種類

目前，國外研究開發(fā)的輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)有三種：間接式、直接式和混合式。

1.間接式智能輪胎監(jiān)測系統(tǒng)。在裝有ABS的汽車上，通過對輪胎振動或輪胎半徑分析，間接檢測出輪胎的充氣壓力是否超過報(bào)警極限值，從而決定是否需要報(bào)警。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是簡單且費(fèi)用低，但其局限性很大：

（1）不能顯示出各條輪胎準(zhǔn)確的瞬時氣壓值；

（2）同一車軸或同一側(cè)車輪或4條輪胎氣壓同時下降時，不能報(bào)警；

（3）不能同時兼顧車速、監(jiān)測精度及發(fā)動機(jī)的布置和驅(qū)動方式；

（4）反應(yīng)時間長且不能判斷出故障輪胎輪位。

2.直接式智能輪胎監(jiān)測系統(tǒng)。直接式系統(tǒng)是在每條輪胎上安裝壓力傳感器，經(jīng)無線發(fā)射器將氣壓信息從輪胎內(nèi)部傳至中央接收模塊，各輪胎的瞬時壓力值可以準(zhǔn)確地顯示在駕駛室內(nèi)的監(jiān)視器上，易確定故障輪胎輪位。此類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，市場前景也十分看好，但技術(shù)較為復(fù)雜，成本較高，故需簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

3.混合式智能輪胎監(jiān)測系統(tǒng)。混合式系統(tǒng)即前兩種系統(tǒng)的綜合。在一個四輪間接式系統(tǒng)的兩條相互成對角的輪胎上各裝一個壓力傳感器，它兼有以上兩個系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)可以降低成本，克服間接系統(tǒng)不能檢測出多條輪胎同時出現(xiàn)充氣壓力異常的缺點(diǎn)，但它仍不能提供4條輪胎內(nèi)實(shí)際壓力的實(shí)時數(shù)據(jù)。

三、TPMS的技術(shù)指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)

1.技術(shù)指標(biāo)。

（1）系統(tǒng)成本。直接式TPMS系統(tǒng)需采用性價比高的電子產(chǎn)品以降低系統(tǒng)成本。

（2）系統(tǒng)功耗。系統(tǒng)要求鋰離子電池的壽命達(dá)到3～5年，因此必須采用低功耗器件。另外，器件還要提供休眠和待機(jī)模式。

（3）通信質(zhì)量。系統(tǒng)需在汽車高速行駛過程中保證射頻信號接收的靈敏度，抑制噪聲，從而提高通信質(zhì)量。

（4）介質(zhì)兼容性。輪胎監(jiān)測傳感器置于輪胎內(nèi)部，經(jīng)常在灰塵、剎車油環(huán)境條件下工作，傳感器特別容易被腐蝕。因此，傳感器必須具有良好的介質(zhì)兼容性和可靠性。

2.技術(shù)參數(shù)。

輪胎壓力監(jiān)測范圍為100～450kPa，監(jiān)測精度為17kPa；溫度監(jiān)測范圍為－40～125°C，監(jiān)測精度為±5°C；電池電壓監(jiān)測范圍為2.1～3.6V，監(jiān)測精度為100mV；供電電壓為3～12V；工作環(huán)境溫度，輪胎監(jiān)測模塊為-40～125°C，中央監(jiān)測模塊為-40～80° C。

四、發(fā)展趨勢

輪胎氣壓實(shí)時監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但競爭的序幕早已拉開，各公司都在努力開發(fā)具有競爭力的產(chǎn)品，以期在未來的競爭中立于不敗之地。具有以下特征的產(chǎn)品將是未來的發(fā)展趨勢。

（1）分辨率高、無源且體積小。輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)要檢測出輪胎氣壓異常的狀況，只有具有高分辨率才能有高的精度。電池壽命是有限的，且容量也受溫度影響。為提高系統(tǒng)的可靠性，傳感器最好能進(jìn)行無源檢測。輪胎能否正常工作不僅與氣壓有關(guān)，還與溫度、車輪轉(zhuǎn)速及載質(zhì)量等有關(guān)，未來的壓力傳感器在測量輪胎氣壓的同時，還應(yīng)能測量輪胎內(nèi)溫度和載質(zhì)量。許多研究表明，利用輪胎氣壓傳感器收集到的信息，可對車輛懸掛系統(tǒng)進(jìn)行故障監(jiān)測并校正導(dǎo)航系統(tǒng)。因此，未來的傳感器應(yīng)該是集各種功能于一身的無源智能型傳感器。

（2）能進(jìn)行自動控制的高性價比系統(tǒng)。隨著檢測技術(shù)向自動化方向發(fā)展，人們對輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的要求也在不斷提高，人們需要性能優(yōu)良、體積小、安裝簡單且價格低廉的系統(tǒng)，因此需要集成現(xiàn)有系統(tǒng)的部分功能模塊，縮減部件，以降低成本，提高性價比，使其成為現(xiàn)有車輛亦能選裝且成本較適中的系統(tǒng)。

（3）可并入車載局域網(wǎng)中共享信息。輪胎氣壓實(shí)時監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)是智能交通的子系統(tǒng)——智能汽車中智能輪胎的一部分，輪胎氣壓信號會并入車載局域網(wǎng)（CAN）中以共享信息。輪胎氣壓信號不僅是一個安全信號，而且可在汽車穩(wěn)定性、通過性、行駛里程、速度和舒適性等方面發(fā)揮作用。

（4）智能輪胎的開發(fā)。集成所有電子部件在輪胎內(nèi)。輪胎制造過程中的高壓和高溫環(huán)境對電子部件的抗高壓和抗高溫能力將是一個嚴(yán)峻的考驗(yàn)，因此必須具有合理的輪胎制造、維護(hù)工藝。

（5）電磁干擾和電磁兼容問題。汽車上的電子系統(tǒng)很多，因此必須解決監(jiān)測系統(tǒng)和車內(nèi)其它電子系統(tǒng)之間、車輛與車輛之間相互的電磁干擾和電磁兼容問題。

（6）與其它先進(jìn)技術(shù)的融合。與全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS））、智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）及藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)等結(jié)合，可進(jìn)一步提高汽車的智能化，因此在開發(fā)智能輪胎監(jiān)測技術(shù)時，可考慮留有與以上技術(shù)相融合的軟硬件接口。

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