未來(lái)的輪胎信息系統(tǒng) ITS輪胎智能檢測(cè)系統(tǒng)分析

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

　　目前，最好的電池供電系統(tǒng)重量約為30克，而采用壓電轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)重量遠(yuǎn)低于這一數(shù)字。由于這種技術(shù)目前仍處于初級(jí)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)是顯而易見的：首先，減少了必須旋轉(zhuǎn)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)車輪電子器件的重量應(yīng)低于10克，而要保證使用壽命。電池本身重量即達(dá)到5克，難以滿足這一重量目標(biāo)；另一方面，壓電轉(zhuǎn)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)新的問題。

　　大陸集團(tuán)認(rèn)為，理論上，ITS最好直接放置于輪胎內(nèi)。這樣做的主要好處是：

　　·更加準(zhǔn)確快速地測(cè)量溫度，不會(huì)受到輪轂的負(fù)面影響；

　　·拆裝輪胎時(shí)不會(huì)損壞模塊；

　　·不會(huì)因氣門漏氣造成壓力下降(氣門使用壽命比電池短)；

　　·輪胎檢測(cè)的接觸面長(zhǎng)，結(jié)果更加準(zhǔn)確。

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

　　除電池外，壓電轉(zhuǎn)換器還可以取代另一個(gè)組件，即“停車開關(guān)”。這種開關(guān)在汽車行駛時(shí)進(jìn)行記錄，并將運(yùn)動(dòng)報(bào)告給車輪電子系統(tǒng)。停車時(shí)，開關(guān)關(guān)閉電子系統(tǒng)，檢查常規(guī)車距，確定是否需要重新移動(dòng)車輛。這個(gè)功能目前顯著延長(zhǎng)了電池的使用壽命。壓電轉(zhuǎn)換器只在汽車行駛時(shí)產(chǎn)生電壓，因此不需要“停車開關(guān)”。

　　ITS網(wǎng)絡(luò)

　　由于處于輪胎內(nèi)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(jì)劃利用ITS數(shù)據(jù)控制汽車動(dòng)力。

　　除壓力傳感器外，ITS單元還含有兩個(gè)分別用于檢測(cè)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(zhǔn)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(bào)警。這樣有利于壓縮報(bào)警閾值范圍，進(jìn)而降低油耗。

　　此外，傳感器的數(shù)據(jù)還可以用來(lái)計(jì)算輪胎承載力。輪胎廠商的數(shù)據(jù)，如輪胎型號(hào)等，可保存在電子系統(tǒng)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(shù)據(jù)呢?當(dāng)輪胎接觸面出現(xiàn)和消失時(shí)，可以檢測(cè)加速度。加速度數(shù)據(jù)結(jié)合胎壓可用來(lái)計(jì)算輪胎周長(zhǎng)。利用這種信息以及接觸面長(zhǎng)度可計(jì)算輪胎受力。這個(gè)力是車輪負(fù)載的測(cè)量值，在考慮四個(gè)車輪的情況下表明汽車負(fù)載狀況。同時(shí)，這種信息還可用來(lái)生成函數(shù)，針對(duì)負(fù)載狀況和車輛重心精確地調(diào)整輪胎目標(biāo)壓力，從而節(jié)省油耗。

　　目前不是所有胎壓檢測(cè)系統(tǒng)都能確定正確的目標(biāo)壓力。這意味著，滿載車輛有可能在輪胎氣壓僅支持部分負(fù)載的情況下繼續(xù)行駛。而未生成必要的報(bào)警。ITS消除了這一問題。車輛重心信息可用來(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(fù)載偏移。

　　以載重1.6噸的中型車為例，每個(gè)車輪應(yīng)承載大約400千克的重量。利用壓電系統(tǒng)產(chǎn)生的電壓，現(xiàn)在可以確定每個(gè)車輪承載的重量是否的確為400千克，或者是否出現(xiàn)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(tǒng)會(huì)提示駕駛員調(diào)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(jù)負(fù)載和動(dòng)力載荷狀況進(jìn)行控制，例如當(dāng)車輛動(dòng)力和負(fù)載達(dá)到極限時(shí)。ITS可向變速箱控制單元提供相應(yīng)信息，控制單元根據(jù)信息將最佳車速命令傳送給自動(dòng)變速箱。

　　這種車輛負(fù)載信息還可以用來(lái)調(diào)整車輛的軸向力和徑向力。這是因?yàn)檩喬?shù)不可能保持恒定。溫度、負(fù)載、使用年限和狀態(tài)等可測(cè)量輪胎條件，可集成到車輛動(dòng)力控制系統(tǒng)中，或用于啟動(dòng)安全系統(tǒng)。

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

　　事實(shí)上，傳感器與輪胎從生產(chǎn)開始便直接建立了相互間的關(guān)系。這也意味著，ITS傳感器系統(tǒng)可以保存輪胎的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，如速度級(jí)別和胎面特性等。這樣，車輛可以自動(dòng)提醒駕駛員，例如，當(dāng)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(jù)行駛里程提示磨損情況，并建議何時(shí)更換輪胎。

　　這種系統(tǒng)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(tǒng)可迅速通知駕駛員；而當(dāng)胎壓的確明顯下降時(shí)，電子系統(tǒng)可自動(dòng)監(jiān)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(tǒng)在未來(lái)還可實(shí)現(xiàn)車輛間通信。例如，配置輪胎信息系統(tǒng)的輪胎可收集抓地力強(qiáng)弱的數(shù)據(jù)，將路面附著情況通知其他車輛，從而減少事故，特別是存在冰雪危險(xiǎn)的情況下。
在更遠(yuǎn)的未來(lái)，可利用這種機(jī)械性非常敏感的傳感器確定摩擦系數(shù)。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(shù)。當(dāng)壓力施加在路面時(shí)，橡膠會(huì)變形。輪胎內(nèi)部的壓電轉(zhuǎn)換器可以檢測(cè)到這種運(yùn)動(dòng)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

　　總結(jié)與展望

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

　　大陸集團(tuán)目前正在開發(fā)壓電轉(zhuǎn)換器作為電源，取代傳統(tǒng)電池。汽車制造商不需要進(jìn)行很大改動(dòng)，因?yàn)椴捎眠@種可與車載系統(tǒng)集成的器件，其余系統(tǒng)架構(gòu)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上。壓電轉(zhuǎn)換器提供信號(hào)還意味著，輪胎信息系統(tǒng)將為底盤調(diào)整和車輛動(dòng)力控制的改善提供新的機(jī)遇。