輪胎是汽車(chē)不可缺少的重要零部件，有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，大約有6%的交通事故是由輪胎引起的(見(jiàn)圖1)。法國(guó)米其林集團(tuán)近期的調(diào)查報(bào)告表明．商用車(chē)輛故障有25%起緣于輪胎，而其中又有85%是因?yàn)檩喬ヂ月馑隆Ｃ绹?guó)交通管理部門(mén)2010年的統(tǒng)計(jì)資料亦表明，超過(guò)2/3的汽車(chē)存在不同程度的輪胎欠壓現(xiàn)象(見(jiàn)圖2)。輪胎的溫度和壓強(qiáng)對(duì)新車(chē)安全具有很大的影響，監(jiān)控輪胎的壓強(qiáng)和溫度具有重要意義。

　　為此，筆者采用了多傳感技術(shù)、RFID電子標(biāo)簽以及機(jī)械傳動(dòng)理論，以SolidWorks為建模平臺(tái)，設(shè)計(jì)出了一種能克服諸多局限的智能輪胎，實(shí)現(xiàn)了輪胎的智能化。

1 設(shè)計(jì)方案

　　智能輪胎包括輪胎性能的實(shí)時(shí)檢測(cè)、輪胎信息的記錄和識(shí)別、輪胎花紋的改變?nèi)矫嬖O(shè)計(jì)。

　　1.1 輪胎性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

　　傳統(tǒng)的輪胎結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。首先，筆者對(duì)汽車(chē)輪胎的工作環(huán)境進(jìn)行了分析，明確了設(shè)計(jì)的輪胎需要適應(yīng)高雎、高強(qiáng)度以及溫差大的工作環(huán)境。傳統(tǒng)的輪胎壓力、溫度狀態(tài)、漏氣情況以及疲勞程度無(wú)從知曉，一般都是憑感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)判斷其安全性，因經(jīng)驗(yàn)有一定的不確定性，從而造成很多交通事故。因此希望通過(guò)在車(chē)胎內(nèi)部安裝壓力、溫度傳感器，對(duì)車(chē)胎氣壓、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)(見(jiàn)圖4)。汽車(chē)通過(guò)RFID技術(shù)讀取相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)，駕駛員可以清楚地了解各輪胎的性能情況(見(jiàn)圖5)。

    圖3 車(chē)胎結(jié)構(gòu)

圖4 車(chē)胎內(nèi)部安裝壓力傳感器

圖5 輪胎內(nèi)部信號(hào)傳輸

　　其次，要想實(shí)現(xiàn)輪胎花紋的變化，需要了解路面的實(shí)時(shí)摩擦因數(shù)，摩擦因數(shù)的基本測(cè)量原理：通過(guò)傳感器檢測(cè)車(chē)輪運(yùn)行狀態(tài)，由控制部分單片機(jī)對(duì)車(chē)輪車(chē)速、滑移率等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行必要分析，從而得到摩擦因數(shù)(見(jiàn)圖6)。

圖6 地面摩擦因數(shù)測(cè)量流程圖

　　1.2 輪胎信息的記

　　錄和運(yùn)輸基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，輪胎的綜合性能參數(shù)記錄在內(nèi)置的RFID存儲(chǔ)器中，每個(gè)輪胎具有唯一的電子標(biāo)簽。通過(guò)車(chē)載或是布于道路上的讀寫(xiě)器讀取信息，并根據(jù)信息進(jìn)行相關(guān)操作。

　　對(duì)相應(yīng)的傳感器、RFID電子標(biāo)簽、單片機(jī)控制電路進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)汽車(chē)的特殊環(huán)境，在芯片選型、電路設(shè)計(jì)上采用了能夠抗振、抗壓、耐高溫的零件，確保系統(tǒng)在復(fù)雜的行車(chē)環(huán)境中能夠正常使用。

　　1.3 輪胎花紋的改變裝置

　　針對(duì)智能輪胎的工作要求對(duì)其中花紋控制環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于汽車(chē)輪胎的高要求和重要性，采用了可靠的機(jī)械控制方式對(duì)輪胎花紋的形狀和深度進(jìn)行控制。

　　車(chē)輪任意時(shí)刻轉(zhuǎn)速信號(hào)是從轉(zhuǎn)速傳感器獲取，它安裝在隨車(chē)輪輪軸一起旋轉(zhuǎn)的傳感齒輪附近并與齒圈對(duì)準(zhǔn)。齒罔隨車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒圈的齒頂和齒間隙交替的與傳感器相對(duì)，使感應(yīng)線圈中的磁場(chǎng)周期性變化，線圈中產(chǎn)生交變電壓信號(hào)，該信號(hào)由控制部分分析，從而得到車(chē)輪轉(zhuǎn)速。拉力傳感器測(cè)量輪胎與地面之間摩擦力的大小，它安裝在拉桿與輔軸的連接處，工作時(shí)，能準(zhǔn)確反映連接處相互作用力，并將其發(fā)送至控制部分。

　　得到了摩擦因數(shù)，就可以通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)方式控制輪胎的花紋形狀和深度。實(shí)現(xiàn)輪胎在不同路面的自適應(yīng)效果。

2 以SolidWorks為平臺(tái)的建模仿真

　　在花紋控制方面，主要以SolidWorks為建模平臺(tái)，建立起仿真的三維效果，利用這種方法設(shè)計(jì)能夠減少設(shè)計(jì)時(shí)間，增加精確性，提高設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代化設(shè)計(jì)發(fā)展的需要。

　　2.1 SolidWorks計(jì)算機(jī)軟件介紹

　　SolidWorks是由美國(guó)的SolidWorks公司研究開(kāi)發(fā)的基于造型的三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件。以SolidWorks為核心的CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)全面滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理一體化集成要求。SolidWorks是基于Windows下的一種具有強(qiáng)大的三維建模功能與工程圖繪制、IPA動(dòng)畫(huà)制作、實(shí)物渲染等功能的工程軟件。隨著SolidWorks版本的不斷提高、性能的不斷增強(qiáng)以及功能的不斷完善，SolidWorks已經(jīng)完全滿(mǎn)足現(xiàn)代企業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的要求，并已廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造的各個(gè)行業(yè)。

　　2.2 SolidWorks軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及其特點(diǎn)

　　在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)頭腦中首先產(chǎn)生的是三維圖像，然后利用投影及附加的各種規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，把頭腦中的三維圖像“翻譯”出來(lái)，描繪到圖紙上成為二維圖紙。計(jì)算機(jī)三維軟件的產(chǎn)生，如SolidWorks軟件，使設(shè)計(jì)師頭腦中產(chǎn)生的三維實(shí)體圖像可以直接仿真到計(jì)算機(jī)屏幕上．既形象又直觀。因此，應(yīng)用三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)師思想不經(jīng)“翻譯”進(jìn)行直觀的展示，是人們自然的思維過(guò)程，能夠使思想表達(dá)更直觀、準(zhǔn)確、清晰。

3 結(jié)束語(yǔ)

　　智能輪胎能夠根據(jù)路面的情況改變花紋的形狀和深度，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛行駛、輪胎磨損、行車(chē)安全的優(yōu)化；傳感器能夠?qū)嵤┓答佪喬サ膲毫蜏囟刃畔?，減少爆胎的發(fā)生；RFID技術(shù)能夠使輪胎物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)輪胎的唯一性識(shí)別。對(duì)于廠家而言，能夠方便輪胎的召回，減少損失，能夠使輪胎廠家在消費(fèi)者中樹(shù)立良好的口碑。