汽車輪胎金屬異物的安全威脅評估方法

張 馳，趙佳琪，田力夫

（遼寧工業(yè)大學(xué)，汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121000）

汽車經(jīng)濟時代的來臨，改變的不僅僅是我們的出行方式，更使我們的生活方式甚至整個社會文明發(fā)生了改變[1]。同理，一個時代的經(jīng)典核心技術(shù)的出現(xiàn)也會帶動整個行業(yè)的未來創(chuàng)新發(fā)展。伴隨家用汽車對現(xiàn)代摩登家庭日常出行方式的猛烈沖擊，汽車的安全性和環(huán)保性，已經(jīng)不單單成為汽車產(chǎn)品功能的集中表現(xiàn)，更代表著未來車輛工程科學(xué)與有關(guān)交叉學(xué)科的交匯發(fā)展。智能化系統(tǒng)也在無處無刻地發(fā)揮著它們的功能，為人類社會創(chuàng)新發(fā)展、經(jīng)濟快速發(fā)展保駕護航，同樣這也被廣泛地應(yīng)用到汽車輪胎產(chǎn)品安全上[2]。將現(xiàn)代高新電子技術(shù)的發(fā)展成果加以應(yīng)用到汽車輪胎上的汽車技術(shù)，必定會有力地推動安全、合理的汽車經(jīng)濟時代的來臨。由于汽車在現(xiàn)實生活中的推廣和應(yīng)用，汽車的安全性隨之受到社會各界極大的關(guān)注，這當(dāng)中對于輪胎金屬異物的風(fēng)險監(jiān)測也愈來愈受到汽車生產(chǎn)單位的重視。

1 汽車輪胎金屬異物的安全威脅評估方法

1.1 超聲波定位金屬異物

對于汽車輪胎金屬異物的安全威脅評估，檢測輪胎是否發(fā)生明顯漏氣以及定位金屬異物是評估辦法的關(guān)鍵部分，其主要功能是將輪胎內(nèi)金屬異物產(chǎn)生的氣流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘朳3]。按照其功能，選擇DYA-300-02Y系列的氣體流超聲波傳感器，在2米范圍內(nèi)300kHz超聲波燃氣表探頭頻率波動固定在±7.5kHz～100kHz，主要用于超聲波檢測金屬異物的方向探測，超聲波作為氣體流量計,其靈敏度的承載驅(qū)動電壓為1000Vpp，距離范圍為0.5m，回波震蕩為30mV。工作峰值電壓小于900Vpp。

1.2 分析探測信號頻率及其波動值

經(jīng)過超聲波檢測確定輪胎內(nèi)存在金屬異物的時候，通過探測器發(fā)射的信號頻率，確定金屬異物自身所散射信號的波動值是否在正常范圍。其所使用的單片機的固定頻率為3M，采取經(jīng)過16分頻為13.2kHZ的濾波作為探測器的標準信號源，在探測儀器的檢測終端，得到較為穩(wěn)定的正弦濾波[4]。經(jīng)單片機采樣分析整理后的幅值信號，將作為啟動/停止轉(zhuǎn)換器的檢測依據(jù)。

1.3 傅立葉變換和分析

通過啟動/停止轉(zhuǎn)換器將獲得的數(shù)據(jù)進行儲存，當(dāng)數(shù)據(jù)達到一定額度的時候，就會對這些數(shù)據(jù)進行傅立葉變換和分析，進而得知汽車輪胎內(nèi)金屬異物安全威脅程度。當(dāng)儲存數(shù)據(jù)中出現(xiàn)符合安全威脅異常特征的數(shù)

據(jù)時，就說明探測到了嵌入汽車輪胎的金屬異物具備較高的危險性。探測器也會離開發(fā)出振鳴聲音以及閃光燈兩種報警信號，以便及時通知探測者馬上取出輪胎內(nèi)的金屬異物。

2 實驗分析

為了保證本文提出的汽車輪胎金屬異物的安全威脅評估方法有效性，進行仿真試驗與結(jié)果分析。利用不同的汽車輪胎作為試驗對象，模擬汽車輪胎出現(xiàn)金屬異物的試驗環(huán)境，進行汽車輪胎金屬異物的安全威脅評估能力的試驗。對汽車輪胎的類型、金屬異物的類型、環(huán)境狀態(tài)工作環(huán)境、輪胎模塊每秒總功耗進行模擬。利用常規(guī)汽車輪胎金屬異物的安全威脅評估方法作為試驗對比對象，進行試驗。

2.1 試驗參數(shù)設(shè)置

為保證試驗的準確性，將兩種方法支持下的汽車輪胎置于相同的試驗參數(shù)中，進行汽車輪胎金屬異物安全危險檢測識別能力的試驗，其安全危險識別能力的仿真試驗參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 試驗參數(shù)設(shè)置

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2.2 試驗結(jié)果分析

試驗過程中，利用兩種不同的汽車輪胎金屬異物安全危險識別方法同時在相同的工作環(huán)境中進行實驗，針對不同的汽車輪胎金屬異物的安全威脅評估方法以及試驗環(huán)境，分析其金屬異物安全危險識別能力的變化。

試驗前,有必要記錄被試輪胎的具體位置以及被金屬異物破壞前后的詳細狀況。試驗過程中，應(yīng)該認真檢查、記錄每一個階段下輪胎的安全狀況。這當(dāng)中具體包括輪胎受壓、輪胎溫度、外觀變化以及安全情況等；記錄各個階段可以行駛的最大里程和最長時間。行駛試驗結(jié)后，記其靈敏度和抗干擾情況。實驗結(jié)果見下圖。

圖1 兩種不同的汽車輪胎金屬異物安全危險識別結(jié)果對比圖

本文設(shè)計汽車輪胎金屬異物的安全威脅評估方法，免去了以往汽車輪胎金屬異物探測器所需的頻繁校準。為汽車輪胎的安全威脅評估提供了高效、精準、方便的評估辦法。經(jīng)實際實驗結(jié)果表明，該方法對于汽車輪胎金屬異物的安全威脅識別，相比于傳統(tǒng)方法，其靈敏度較高，抗干擾能力也比較強，可靠度強。

3 結(jié)束語

本文對汽車輪胎金屬異物的安全威脅評估方法進行分析，依托金屬異物探測與超聲波技術(shù)的結(jié)合機制，根據(jù)汽車輪胎內(nèi)部壓力值的反饋與分析，對汽車輪胎內(nèi)的出現(xiàn)的金屬異物的安全威脅評估提出具體方法，實現(xiàn)本文設(shè)研究。希望本文的研究能夠為汽車輪胎金屬異物的安全威脅評估方法提供理論依據(jù)。