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智能轮胎面面观

供稿:工控网 2006/9/29 8:56:00

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近年,世界各大轮胎造商纷纷致力开发智能轮胎(intelligent tyre),也已经试各种类型的样品。这些样品大多具有自动监测轮胎充气内压的功能,其中一些能够同时自动监测轮胎温度和轮胎受力变形,另一些则拥有电子身份,最高档的甚至配备轮胎内压自动补充装置。在林林总总的智能轮胎样品中,公路运输业真正需要什麽样的智能轮胎呢?要回答这个问题,首先必须弄清楚何谓智能轮胎。从广义上说,智能轮胎就是有智力、有头脑的轮胎。从狭义上说,智能轮胎是能够收集、传输有关自身所处环境的所有信息,并对这些信息作出正确判断和处理的轮胎。
轮胎充气内压监测 对公路运输业而言,现代的子午线轮胎已经发展到更耐磨、更节油,耐久性和牵引性能更好。轮胎造业对新设计和新材料的不懈追求,使公路运输业受惠良多。不过,除了新技术、新工艺、新材料之外,还有一个严重影响轮胎使用性能的因素,就是轮胎的充气内压。 合理的充气内压是最好的。轮胎欠压行驶将无法承载额定负荷,甚至导致轮胎早期损坏。此外,充气内压不达标还影响到其它操作性能正常发挥。当额定充气内压为700kPa(10psi)时,欠压将导致滚动阻力增加2%;对驱动轴轮胎而言,相当於油耗增加了0.5%,磨耗加快了5%。如果轮胎长期在欠压状态下行驶,将损害轮胎的结构完整性和胎体可翻性。因此,监测轮胎充气内压并使之维持良好状态应是智能轮胎的首要功能。通过安装轮胎充气内压监测装置,即可达到上述的目的。一旦发现轮胎充气内压不足,该装置立刻向驾驶者发出警报,提示驾驶者停车检查轮胎或由车载电脑自动作出应急处置。目前已有多种轮胎充气内压监测装置局部投入使用,还有一些正在研发。 历程可追溯性记录 所谓“历程可追溯性记录”也就是说,轮胎在造→出厂→使用(包括维修、翻新)→报废全过程中的每一个阶段均形成资料,而且该资料是可以随时提档查阅的。历程可追溯性记录资料一般应包括四个部分: * 轮胎的身份,亦即轮胎的产品资料,通常包括轮胎品牌、生产序列号、DOT或ECE代码、生产厂厂址、生产日期等;
* 轮胎的户籍,亦即装车资料,通常包括汽车主轴号码、轮辋号码等;
* 轮胎的使用资料,包括历次出车时轮胎的温度、充气内压、速度、受力、变形等数据,以及历次翻新、修补情况等;
* 轮胎报废资料,包括报废原因、报废日期等。 历程可追溯性记录是比DOT、ECE代码更先进的管理方法,因为它引进了电子注册和电子数据库管理。如果与远程信息系统联接,只要这条轮胎仍在路上使用,在信息网所覆盖的围就能找到它。具有这种功能的轮胎一旦出现产品质量问题,汽车厂商和轮胎造商可以很快确定召回围,提高召回效率。但是这种管理的成本也比较高。 在现阶段,上述设想已可借助一张RFID(radio frequency identification)卡而得到实现。这是一种夹在两片长条形铜丝网中间的硅芯片,通常在轮胎造的成形工序中被埋置於生胎坯,经硫化而被固封在轮胎胎侧内。RFID直译为射频标识,是一项利用射频信号去标识产品的新兴技术。RFID卡可以完全取代目前普遍使用的印刷条形码,射频标识必须通过“读出”才能被“看到”,与印刷条形码不一样。但只要在射频信号输出围内,就可以利用专用仪器“读出”它。 目前有好几家公司正以RFID技术作为研发智能轮胎的基础,美国固特异轮胎橡胶公司(Goodyear Tire & Rubber Co.)就是其中的一员。 该公司和西门子VDO汽车配件公司(Siemens VDO Automotive AG)合作,成功研一种钮扣电池般大小的带RFID卡传感器。该传感器除了能够感知轮胎充气内压、轮胎胎体温度的变化并发射反映这种变化的信号外,还具有标识轮胎的功能,也就是说,它既可用於轮胎充气内压监测,还可以用於轮胎历程可追溯性记录。可想而知,装备了这种传感器的轮胎,其智能化程度是相当高的。 值得注意的是NHTSA(美国联邦公路交通安全管理局)正在制订的一项新标准,要求轮胎必须具备最基本的示踪能力,并极有可能等效用美国AIAG(Automotive Industry Action Group)标准提出的RFID卡条款。该项标准将在2003年11月实施。这一举措对轮胎智能化将起到不可估量的促进作用。 自动补充轮胎内压 既然轮胎充气的内压如此重要,仅仅及早发现轮胎漏气是不够的,还应当及时让逐渐瘪下去的轮胎鼓起来。因此,自动补充轮胎内压被列为智能轮胎的第三项功能。 装备车载气泵可以解决上述问题。一旦轮胎漏气,装有“聪明软件”的车载电脑将根据充气内压监测装置提供的数据信息,自动启动车载气泵,向轮胎内腔充入气体,使轮胎保持合理的充气内压。在北美地区,已有多家公路运输公司开始在车上装备自动充气装置,利用预存在车制动液贮存器内的高压空气来补充轮胎内压,确保所有轮胎保持合理的充气压力。空气流经控制箱进入车轴套管,再进入轴端的旋转联管节,最後进入需要补充内压的轮胎内腔。控制箱有测量、校准轮胎气压的功能。上述装置不消耗制动液压,而且配备有检查阀,防止当一个轮胎漏气时其它轮胎也跟漏气。 据美国太平洋联盟(Union Pacific)运输公司反映,配备自动充气装置後,用於大型轮胎的开支明显降低。这得益於轮胎充气内压均衡,从而收到降低轮胎磨耗、提高轮胎耐久性和节约燃油的良好效果。 把车载气泵系统与轮胎有机地结合起来,无疑是智能轮胎的发展方向之一。但是,这种装置的结构非常杂,价格十分昂贵,而且必定增加车轮总成的重量。因此,对於轮胎业界和汽配业界而言,把车载气泵系统设计得更加小巧将是有待攻关的课题。 轮胎温度监测 土木工程机械、装载机、铲运机等大型设备的用户期望智能轮胎具有温度监测功能,因为轮胎使用性能的优劣是以吨-英/小时来衡量的,并受到负荷和额定速度两者的制约。 温度历程同样重要,因为这与轮胎胎体的耐久性和轮胎使用寿命密切相关。工程轮胎造商持同样看法,而且认为应当能够记录轮胎的使用历程,至少应记录温度峰值或时间/温度历程。探测、传输轮胎数据由植入轮胎内的集成电路片完成,而配套的接收器/数据读出器则装在驾驶室内或工地上。 其它参数监测指轮胎的受力、变形等动态力学状况。如果掌握这一系列的参数,对保持汽车驾驶性能良好、延长轮胎寿命很有帮助。 智能轮胎产品简介 目前研发成功的智能轮胎大多数具有两种以上的功能,下面选择其中有代表性的作扼要介绍。 会说话的载重轮胎 由美国固特异轮胎橡胶公司(Goodyear Tire & Rubber Co.)推出的Unisteel智能轮胎,在遇到紧急情况时自动鸣响警笛,提醒驾驶者取防措施。令Unisteel轮胎作出反应的情况包括:轮胎气压超过或低於设定值、轮胎温度超过设定值、有人偷拆轮胎。 Unisteel智能轮胎的监测装置是一小块单片集成电路,自动测量轮胎的温度、气压、转速、跑出程和其它数据;信号发射装置是超微型发送器,它和单片集成电路组配在一起,负责将上述测得数据用特定代码发送出去;信号接收装置是手握式解码读出器,它在接收到讯号後将其译成数字显示在液晶显示屏上。在轮胎造时的成形工序中,监测装置和信号发射装置被埋入轮胎胎壁内。作为信号接收装置的手握式解码读出器,方便驾驶者出车时插装在车上,下车後随身携带。 这种会说话的轮胎让驾驶者随时解轮胎状况,及时做好维护保养,延长轮胎的使用寿命。此外,其反窃功能可让长途运输人员在晚上高枕无忧。 绿色智能轮胎 日本普利司通公司(Bridgestone Corp.)推出的UNI-T智能轮胎集绿色技术和智能化於一体,将环保节能概念有机地融入现代化轮胎产品。UNI-T是智能轮胎终端网络技术的缩写,它包含三个部分:计算机优化部件系统,简称CO-CS;无接头圆形胎圈,简称O胎圈;长链炭黑,简称LL炭黑。普通炭黑粒子呈团球状,长宽比(L/W)约为1.0,而LL炭黑粒子呈长链球状,微观结构类似白炭黑,长宽比达到2.0。後者不仅补强性能比前者好,可以减少配合量,而且滚动阻力低,是新一代的橡胶补强材料。 CGT智能轮胎体系 由德国大陆橡胶公司(Continental A.G)所属大陆通用轮胎公司(Continental General Tire Inc.)推出的CGT智能轮胎体系共有磁化轮胎、胎侧扭力传感器(简称SWT)和车载电子控制系统(简称Teves系统)三个组成部分,其中SWT是智能轮胎体系的关键部件。 SWT技术的基本原理是,通过某种途径或手段,反馈轮胎在各种条件下(譬如加速行驶、制动、转弯等)对外力的反应。其技术的诀窍是:在胎侧胶料中掺入金属粉末;当轮胎在行驶过程中,该胶料被磁化交替形成正、负极,从而能够把轮胎受力变形情况以某种可测信号反映出来;该信号被埋置於轮胎胎侧胶内的传感器捕获,并被传输到装在汽车驾驶室内的电子监测仪,即时由车载电子计算机转换成数据,应用於汽车动态控制。 CGT智能轮胎体系曾於2000年被美国《大众科学杂志》列入“上年度世界百例科技发明”,并被评为汽车科技领域的八个获奖项目之一。 黑匣子轮胎 由法国米其林集团公司(Groupe Michelin)旗下米其林(北美)公司(Michelin North America Inc.)推出的MEMS智能轮胎被称为黑匣子轮胎。MEMS就是轮胎的“黑匣子”,它由四大部件组成: * 轮胎感应片位於轮胎内壁,当轮胎造时在成形工序中被植入,它在轮胎的整个寿命期间(一般为1~7年)发挥作用;
* 接收器拾取感应片传导过来的实时信息,并将信息传送到连接装置;
* 连接装置将接收器传送过来的信息输入便携式贮存装置;
* 便携式贮存装置贮存被监测轮胎的所有数据并加以显示。 MEMS技术在开发成功後最早被应用於大型货车轮胎和土方机械轮胎,因为这两种轮胎的成本较高,需要加倍保护。目前MEMS技术已普及到各种类型轮胎,事实表明该技术的适用性不俗。 <

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