未來的輪胎信息系統(tǒng) ITS輪胎智能檢測系統(tǒng)分析

　　2007 年9月，美國規(guī)定所有載重量小于4.5噸的新汽車必須安裝胎壓監(jiān)控系統(tǒng)。歐洲目前正在討論這項措施，按照歐盟委員會的意見，從2012年起，所有新車型都必須配備輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)。作為TPMS(胎壓監(jiān)控系統(tǒng))全球領(lǐng)先廠商之一，大陸集團正在開發(fā)無電池解決方案。ITS(輪胎智能監(jiān)測系統(tǒng))采用壓電技術(shù)，將動能轉(zhuǎn)換為電能，從而取代電池供電。此外，由于輪胎中集成電子器件，ITS還可以支持大量安全和舒適性新功能。

　　簡介

　　早在20世紀90年代，歐洲便首度開發(fā)出用于檢測和監(jiān)控胎壓的系統(tǒng)。其最初的目的是提高舒適度，因為輪胎減震特性配合底盤調(diào)節(jié)最終將對汽車抓地能力和整體舒適性產(chǎn)生決定性作用。為此，必須解決輪胎和汽車兩大行業(yè)之間的利益沖突。輪胎廠商主張盡可能提高胎壓以保證安全并減少磨損。而汽車廠商則堅持適度胎壓，從而獲取更高的駕乘舒適性。

　　2000年，美國因胎壓不當造成的一系列事故引起公眾高度關(guān)注。針對這一情況，2005年9月，美國立法機構(gòu)規(guī)定所有新的轎車和輕卡必須安裝胎壓監(jiān)控系統(tǒng)。除安全外，保持正常胎壓還有助于減少二氧化碳排放，因為胎壓不足會加大滾動阻力，增加油耗。據(jù)估算。胎壓低于 0.5巴時，油耗將增加2％～3％。法國公路安全機構(gòu)S e curit e RouTI e re2005年的一項調(diào)查結(jié)果顯示，如果每輛汽車胎壓正常，僅法國便可以每年減少二氧化碳排放量160萬噸。此外，汽車在胎壓不足的情況下行駛會造成輪胎提前更換。

　　目前，采取有效方法減少二氧化碳排放以利于環(huán)保的討論，使胎壓監(jiān)控系統(tǒng)再次成為熱點。所有采用低壓安全胎的汽車已被強制安裝這類系統(tǒng)，其他大量車型可以選裝。胎壓監(jiān)控系統(tǒng)分為間接式和直接式兩種類型，下面對這兩種系統(tǒng)分別加以說明。

　　間接檢測系統(tǒng)

　　這是最為經(jīng)濟高效的一種胎壓監(jiān)控系統(tǒng)，可利用ABS車輪傳感器發(fā)射的信號間接檢測胎壓。系統(tǒng)測量各個車輪的轉(zhuǎn)速，計算每個輪胎的滾動周長。胎壓低會造成滾動半徑減小。輪速加快的情況下，通過對四個車輪的比較可以檢測可能存在的胎壓下降情況。

　　直接檢測系統(tǒng)

　　目前，已有21家汽車制造商采用大陸集團的直接胎壓監(jiān)控系統(tǒng)(上圖)。胎壓監(jiān)控系統(tǒng)(TPMS)測量胎內(nèi)實際壓力。此外，系統(tǒng)還可同時檢測多個輪胎是否胎壓下降。這些系統(tǒng)可放置在輪轂內(nèi)部的深槽中，或作為輪胎氣門的獨立單元。

　　上述兩種系統(tǒng)由電池和電子器件組成，測量輪胎內(nèi)部壓力，并將輪胎的檢測值傳送至車載電子系統(tǒng)進行檢查和分析。必要時，通知駕駛員胎壓存在的問題。

　　為避免輪轂與胎內(nèi)空氣之間的熱率差造成誤報警，大陸集團結(jié)合這種相移因素的考慮，在運算中引入了專用修正系數(shù)。

　　電池為這種胎壓監(jiān)控系統(tǒng)的改進提供了最大空間。電池大而且相當重，因為要保證五到十年的使用壽命，體積不可能做得很小。目前似乎不可能指望電池技術(shù)有所發(fā)展，在這方面已沒有改進余地。如果電池電量用光，不得不更換整個胎壓監(jiān)測電子單元。出于穩(wěn)定性考慮，胎壓電子單元采用永久塑封。為避免使用壽命受限，大陸集團正在積極開發(fā)滿足未來需求的壓電技術(shù)。

　　ITS：采用壓電技術(shù)的輪胎信息系統(tǒng)

　　至少在部分車型中，典型機械和液壓系統(tǒng)已實現(xiàn)電子化，如制動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在這方面，輪胎是唯一尚未觸及的大型汽車組件。而未來的ITS將在一定程度上使輪胎具備“智能”，而且系統(tǒng)可與整個車載電子架構(gòu)集成。大陸集團計劃于2010年實現(xiàn)ITS量產(chǎn)，目前正在與著名汽車制造商探討合作意向。

　　ITS初步功能設(shè)計主要以大陸集團成熟的TPMS架構(gòu)為基礎(chǔ)，用壓電轉(zhuǎn)換器取代電池。理論上，壓電轉(zhuǎn)換器的功能與眾所周知的壓電噴油器相似。輪胎中，壓電器件將機械運動力轉(zhuǎn)換為電能。

　　壓電轉(zhuǎn)換器由涂有壓電陶瓷的彈簧鋼組成。輪胎滾動時，壓電陶瓷暴露于張力或壓力之下。這兩種情況造成的變形會產(chǎn)生一定電壓。這種電壓經(jīng)整流后輸入電容。電容用來配置電子器件，而不是專門用于特性電源。硅片器件的工作需要一定量的電壓，電容可以滿足這種需求。隨后。壓力和輪胎數(shù)據(jù)通過TPMS系統(tǒng)常用方法傳送給汽車車身的接收器，供車載電子系統(tǒng)進行分析。