未來(lái)的輪胎信息系統 ITS輪胎智能檢測系統分析

　　這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是在理論上車(chē)輪電子器件的功能沒(méi)有任何限制。同時(shí)，采用壓電技術(shù)的壓力計體積和重量大大低于電池供電的系統。

　　目前，最好的電池供電系統重量約為30克，而采用壓電轉換器的系統重量遠低于這一數字。由于這種技術(shù)目前仍處于初級階段，還有很大發(fā)展空間，因此今后體積有望進(jìn)一步減小。

體積減小的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的：首先，減少了必須旋轉的笨重體積，提高了輕捷性；其次，減少了壓力元件所需的配平重量。從物理學(xué)原理看，整個(gè)車(chē)輪電子器件的重量應低于10克，而要保證使用壽命。電池本身重量即達到5克，難以滿(mǎn)足這一重量目標；另一方面，壓電轉換器的重量有望進(jìn)一步減輕——這只不過(guò)是進(jìn)一步創(chuàng )新的問(wèn)題。

　　大陸集團認為，理論上，ITS最好直接放置于輪胎內。這樣做的主要好處是：

　　·更加準確快速地測量溫度，不會(huì )受到輪轂的負面影響；

　　·拆裝輪胎時(shí)不會(huì )損壞模塊；

　　·不會(huì )因氣門(mén)漏氣造成壓力下降(氣門(mén)使用壽命比電池短)；

　　·輪胎檢測的接觸面長(cháng)，結果更加準確。

　　如果仍在輪轂處進(jìn)行壓力檢測，采用壓電轉換器也同樣有效。即使這種情況下位置相對固定，壓電器件仍然可以將動(dòng)能轉換為足夠的電能，將數據傳送給車(chē)載電子系統。

　　除電池外，壓電轉換器還可以取代另一個(gè)組件，即“停車(chē)開(kāi)關(guān)”。這種開(kāi)關(guān)在汽車(chē)行駛時(shí)進(jìn)行記錄，并將運動(dòng)報告給車(chē)輪電子系統。停車(chē)時(shí)，開(kāi)關(guān)關(guān)閉電子系統，檢查常規車(chē)距，確定是否需要重新移動(dòng)車(chē)輛。這個(gè)功能目前顯著(zhù)延長(cháng)了電池的使用壽命。壓電轉換器只在汽車(chē)行駛時(shí)產(chǎn)生電壓，因此不需要“停車(chē)開(kāi)關(guān)”。

　　ITS網(wǎng)絡(luò )

　　由于處于輪胎內壁中央位置，ITS可以獲得大量信息，而不僅僅是胎壓。舉例來(lái)說(shuō)，作為“功能網(wǎng)絡(luò )”概念的組成部分，已計劃利用ITS數據控制汽車(chē)動(dòng)力。

　　除壓力傳感器外，ITS單元還含有兩個(gè)分別用于檢測溫度和加速度的傳感器。這些傳感器的信息可用來(lái)更加準確地確定胎壓，例如，通過(guò)考慮不同溫度條件進(jìn)一步減少誤報警。這樣有利于壓縮報警閾值范圍，進(jìn)而降低油耗。

　　此外，傳感器的數據還可以用來(lái)計算輪胎承載力。輪胎廠(chǎng)商的數據，如輪胎型號等，可保存在電子系統中。同時(shí)，還可以確定輪胎狀況和行駛里程。

　　那么，如何生成其他輪胎數據呢?當輪胎接觸面出現和消失時(shí)，可以檢測加速度。加速度數據結合胎壓可用來(lái)計算輪胎周長(cháng)。利用這種信息以及接觸面長(cháng)度可計算輪胎受力。這個(gè)力是車(chē)輪負載的測量值，在考慮四個(gè)車(chē)輪的情況下表明汽車(chē)負載狀況。同時(shí)，這種信息還可用來(lái)生成函數，針對負載狀況和車(chē)輛重心精確地調整輪胎目標壓力，從而節省油耗。

　　目前不是所有胎壓檢測系統都能確定正確的目標壓力。這意味著(zhù)，滿(mǎn)載車(chē)輛有可能在輪胎氣壓僅支持部分負載的情況下繼續行駛。而未生成必要的報警。ITS消除了這一問(wèn)題。車(chē)輛重心信息可用來(lái)提高各種安全功能，如防滾翻。這種功能還有助于保證輕卡和重卡的安全行駛，例如，行駛過(guò)程中負載偏移。

　　以載重1.6噸的中型車(chē)為例，每個(gè)車(chē)輪應承載大約400千克的重量。利用壓電系統產(chǎn)生的電壓，現在可以確定每個(gè)車(chē)輪承載的重量是否的確為400千克，或者是否出現這樣的情況，例如，由于重物集中在行里箱中，造成后輪受力過(guò)大。在這種情況下，電子系統會(huì )提示駕駛員調整胎壓，以防止輪胎損壞并避免額外油耗。

　　自動(dòng)變速箱也可以根據負載和動(dòng)力載荷狀況進(jìn)行控制，例如當車(chē)輛動(dòng)力和負載達到極限時(shí)。ITS可向變速箱控制單元提供相應信息，控制單元根據信息將最佳車(chē)速命令傳送給自動(dòng)變速箱。

　　這種車(chē)輛負載信息還可以用來(lái)調整車(chē)輛的軸向力和徑向力。這是因為輪胎參數不可能保持恒定。溫度、負載、使用年限和狀態(tài)等可測量輪胎條件，可集成到車(chē)輛動(dòng)力控制系統中，或用于啟動(dòng)安全系統。

　　ITS可提供關(guān)于車(chē)輪接觸的行駛路面摩擦力是否不同的信息，從而更好地調整ABS系統。理論上，ITS提供的所有安全功能完全可以用于商用車(chē)，例如，需要格外注意危險品運輸車(chē)輛的安全。

　　事實(shí)上，傳感器與輪胎從生產(chǎn)開(kāi)始便直接建立了相互間的關(guān)系。這也意味著(zhù)，ITS傳感器系統可以保存輪胎的所有相關(guān)數據，如速度級別和胎面特性等。這樣，車(chē)輛可以自動(dòng)提醒駕駛員，例如，當其超過(guò)冬季輪胎允許的最高行駛速度時(shí)會(huì )自動(dòng)提醒駕駛員。而且ITS可根據行駛里程提示磨損情況，并建議何時(shí)更換輪胎。

　　這種系統的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是有利于低壓安全胎。一方面，輪胎漏氣時(shí)，系統可迅速通知駕駛員；而當胎壓的確明顯下降時(shí)，電子系統可自動(dòng)監控剩余里程，并在接近允許行駛的最大剩余里程時(shí)提醒駕駛員。

　　同時(shí)，這一系統在未來(lái)還可實(shí)現車(chē)輛間通信。例如，配置輪胎信息系統的輪胎可收集抓地力強弱的數據，將路面附著(zhù)情況通知其他車(chē)輛，從而減少事故，特別是存在冰雪危險的情況下。
在更遠的未來(lái)，可利用這種機械性非常敏感的傳感器確定摩擦系數。最終，在確定額定壓力時(shí)，利用徑向力與軸向力之比決定磨擦系數。當壓力施加在路面時(shí)，橡膠會(huì )變形。輪胎內部的壓電轉換器可以檢測到這種運動(dòng)，并將其轉換為電信號。

　　總結與展望

　　監控胎壓的間接與直接監測系統存在一個(gè)基本差別，由于采用電池作為能源，間接監測系統的使用壽命一般為10年左右。

　　大陸集團目前正在開(kāi)發(fā)壓電轉換器作為電源，取代傳統電池。汽車(chē)制造商不需要進(jìn)行很大改動(dòng)，因為采用這種可與車(chē)載系統集成的器件，其余系統架構仍保持原樣。未來(lái)，這種電子單元將安裝在輪胎中。而不再像以前的器件那樣裝在輪轂中或氣門(mén)上。壓電轉換器提供信號還意味著(zhù)，輪胎信息系統將為底盤(pán)調整和車(chē)輛動(dòng)力控制的改善提供新的機遇。