智能輪胎監測技術及其發展

楊月春/牡丹江市交通職業中等專業學校

智能輪胎監測技術及其發展

楊月春/牡丹江市交通職業中等專業學校

闡述了智能輪胎監測技術的概念，介紹了智能輪胎監測系統（TPMS）的種類，主要包括間接式、直接式和混合式，分析了智能輪胎監視系統的發展趨勢，主要包括高精度無源檢測、自動控制、信號并入車載局域網（CAN）、智能輪胎、與其它技術的融合等。

輪胎；監測；技術；發展

引言：車輛輪胎既起到承載全車質量的作用，又起到避震和緩沖的作用。它是全車重要的部件之一，對車輛的行駛性、通過性、環保性、舒適性和安全性有直接的影響，尤其在安全性方面，一旦行駛中輪胎出現故障，輕則不能行駛，重則發生事故。據美國汽車工程師學會最近的調查，每年75%的輪胎故障是由于輪胎滲漏或充氣不足引起的。據公安部統計，在中國高速公路上發生的交通事故有70%是由于爆胎引起的，而在美國這一比例則高達80%，如何防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題。

21世紀汽車/輪胎的發展主題將是人性化，其內涵包括智能便利、綠色安全。如何提高輪胎的主動安全性并使輪胎智能化是輪胎、汽車制造商努力追求的目標，為此世界各大輪胎制造商紛紛加大了智能輪胎監測技術的開發力度。輪胎監測系統主要用于在車輛行駛時實時地自動監測輪胎壓力，并對輪胎漏氣、低氣壓、高氣壓進行預警，然后還要根據測量結果自動調整輪胎的壓力，且調整過程無需駕駛員干預，所以智能輪胎監測技術對促進輪胎、汽車、交通等行業的發展，對節能環保、提高行駛安全性都具有重大意義。

一、智能輪胎監測技術的概念

智能輪胎監測技術能夠收集、記錄、傳輸與輪胎所處環境相關的信息，并對這些信息作出正確的判斷和處理。它使未來的輪胎將不再是車輛上的被動橡膠復合體，而是影響車輛駕駛安全性和舒適性的車輛控制系統的重要組成部分，能為車內和車外用戶的控制系統提供所關心的數據信息。目前的智能輪胎監測技術主要是TPMS （Tire Pressure Monitoring System，輪胎氣壓監測系統），它可以監測輪胎的氣壓，而直接型TPMS同時也能監測胎內氣體的溫度。國際上許多汽車公司正積極開發新型智能輪胎監測技術，試圖在實現輪胎壓力與溫度監測的同時，完成對諸如輪胎道路摩擦、胎面磨耗和道路表面質量等功能的監測，并將其與智能駕駛、導航和電子安全系統等其它汽車控制預警結合起來，共同組成一個完整的智能汽車電子監控系統。

二、智能輪胎監測系統的種類

目前，國外研究開發的輪胎氣壓監測系統有三種：間接式、直接式和混合式。

1.間接式智能輪胎監測系統。在裝有ABS的汽車上，通過對輪胎振動或輪胎半徑分析，間接檢測出輪胎的充氣壓力是否超過報警極限值，從而決定是否需要報警。該系統的優點是簡單且費用低，但其局限性很大：

（1）不能顯示出各條輪胎準確的瞬時氣壓值；

（2）同一車軸或同一側車輪或4條輪胎氣壓同時下降時，不能報警；

（3）不能同時兼顧車速、監測精度及發動機的布置和驅動方式；

（4）反應時間長且不能判斷出故障輪胎輪位。

2.直接式智能輪胎監測系統。直接式系統是在每條輪胎上安裝壓力傳感器，經無線發射器將氣壓信息從輪胎內部傳至中央接收模塊，各輪胎的瞬時壓力值可以準確地顯示在駕駛室內的監視器上，易確定故障輪胎輪位。此類系統的優點是顯而易見的，市場前景也十分看好，但技術較為復雜，成本較高，故需簡化結構，降低成本，以擴大其應用范圍。

3.混合式智能輪胎監測系統。混合式系統即前兩種系統的綜合。在一個四輪間接式系統的兩條相互成對角的輪胎上各裝一個壓力傳感器，它兼有以上兩個系統的優點。該系統可以降低成本，克服間接系統不能檢測出多條輪胎同時出現充氣壓力異常的缺點，但它仍不能提供4條輪胎內實際壓力的實時數據。

三、TPMS的技術指標與技術參數

1.技術指標。

（1）系統成本。直接式TPMS系統需采用性價比高的電子產品以降低系統成本。

（2）系統功耗。系統要求鋰離子電池的壽命達到3～5年，因此必須采用低功耗器件。另外，器件還要提供休眠和待機模式。

（3）通信質量。系統需在汽車高速行駛過程中保證射頻信號接收的靈敏度，抑制噪聲，從而提高通信質量。

（4）介質兼容性。輪胎監測傳感器置于輪胎內部，經常在灰塵、剎車油環境條件下工作，傳感器特別容易被腐蝕。因此，傳感器必須具有良好的介質兼容性和可靠性。

2.技術參數。

輪胎壓力監測范圍為100～450kPa，監測精度為17kPa；溫度監測范圍為－40～125°C，監測精度為±5°C；電池電壓監測范圍為2.1～3.6V，監測精度為100mV；供電電壓為3～12V；工作環境溫度，輪胎監測模塊為-40～125°C，中央監測模塊為-40～80° C。

四、發展趨勢

輪胎氣壓實時監測與報警系統目前還沒有統一的標準，但競爭的序幕早已拉開，各公司都在努力開發具有競爭力的產品，以期在未來的競爭中立于不敗之地。具有以下特征的產品將是未來的發展趨勢。

（1）分辨率高、無源且體積小。輪胎氣壓監測系統要檢測出輪胎氣壓異常的狀況，只有具有高分辨率才能有高的精度。電池壽命是有限的，且容量也受溫度影響。為提高系統的可靠性，傳感器最好能進行無源檢測。輪胎能否正常工作不僅與氣壓有關，還與溫度、車輪轉速及載質量等有關，未來的壓力傳感器在測量輪胎氣壓的同時，還應能測量輪胎內溫度和載質量。許多研究表明，利用輪胎氣壓傳感器收集到的信息，可對車輛懸掛系統進行故障監測并校正導航系統。因此，未來的傳感器應該是集各種功能于一身的無源智能型傳感器。

（2）能進行自動控制的高性價比系統。隨著檢測技術向自動化方向發展，人們對輪胎氣壓監測系統的要求也在不斷提高，人們需要性能優良、體積小、安裝簡單且價格低廉的系統，因此需要集成現有系統的部分功能模塊，縮減部件，以降低成本，提高性價比，使其成為現有車輛亦能選裝且成本較適中的系統。

（3）可并入車載局域網中共享信息。輪胎氣壓實時監測與報警系統是智能交通的子系統——智能汽車中智能輪胎的一部分，輪胎氣壓信號會并入車載局域網（CAN）中以共享信息。輪胎氣壓信號不僅是一個安全信號，而且可在汽車穩定性、通過性、行駛里程、速度和舒適性等方面發揮作用。

（4）智能輪胎的開發。集成所有電子部件在輪胎內。輪胎制造過程中的高壓和高溫環境對電子部件的抗高壓和抗高溫能力將是一個嚴峻的考驗，因此必須具有合理的輪胎制造、維護工藝。

（5）電磁干擾和電磁兼容問題。汽車上的電子系統很多，因此必須解決監測系統和車內其它電子系統之間、車輛與車輛之間相互的電磁干擾和電磁兼容問題。

（6）與其它先進技術的融合。與全球定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS））、智能運輸系統（ITS）及藍牙（Bluetooth）技術等結合，可進一步提高汽車的智能化，因此在開發智能輪胎監測技術時，可考慮留有與以上技術相融合的軟硬件接口。

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