0 引言

　　汽車已成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚拇焦ぞ撸谄嚢l(fā)達(dá)目糸，旅客運(yùn)輸?shù)?0%以上，貨物運(yùn)輸?shù)?0%以上由汽車來完成，汽車工韭水平和家庭平均擁有的汽車數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志。汽車無疑給人們帶來了巨大的利益。但是，隨著汽車數(shù)量的增加，變通事故，交通堵塞，環(huán)境污染等變通問題越來越嚴(yán)重，已經(jīng)成為全球性的社會公害問題，同時也成為汽車工程界工程技術(shù)人員急需解決的重要課題。

圖1 因欠壓造成交通事故

　　輪胎是汽車不可缺少的重要零部件，但有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，大約有6%的交通事故是由輪胎引起的。法國米其林集團(tuán)近期的調(diào)查報告表明，商用車輛故障有25%起緣于輪胎，而其中又有85%是因?yàn)檩喬ヂ月馑?。美國交通管理部門2010年的統(tǒng)計資料亦表明，超過2/3的汽車存在不同程度的輪胎欠壓現(xiàn)象。輪胎的溫度和壓強(qiáng)對新車安全具有很大的影響，監(jiān)控輪胎的壓強(qiáng)和溫度具有重要的意義。

圖2 輪胎欠壓

　　在問題輪胎的召回制度上，目前國內(nèi)主要利用模壓在胎側(cè)的DOT碼來實(shí)現(xiàn)召回，召回生產(chǎn)日期所指出的一周生產(chǎn)的一批輪胎。其召回范圍大，散量多，無法實(shí)現(xiàn)對單個問題輪胎的召回;而在行車過程中，經(jīng)常出現(xiàn)雨量天氣，路況復(fù)雜，單一的輪胎花紋無法滿足行車既安全又快速的要求。

　　為此，采用了多傳感技術(shù)，RFID電子標(biāo)簽，以及機(jī)械傳動方式為理論，以SolidWorks為建模平臺，設(shè)計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，命名為“飛翔智能輪胎?！?/p>

　　1 作品方案

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

圖3 輪胎結(jié)構(gòu)

　　1.1 飛翔輪胎性能的實(shí)時監(jiān)剎

　　首先，項(xiàng)目組對汽車輪胎的工作環(huán)境進(jìn)行了分析，明確了作品需要適應(yīng)高壓、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從知曉，一般都是憑感覺經(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。本項(xiàng)目組希望通過在車胎內(nèi)部安裝壓力、溫度傳感器，對車胎氣壓、溫度的實(shí)時監(jiān)測，汽車通過RFID技術(shù)讀取相關(guān)檢測數(shù)據(jù)，駕駛員可以清楚地了解各輪胎的性能情況。

　　其次，要想實(shí)現(xiàn)輪胎花紋的變化，首先需要了解路面的實(shí)時摩擦因數(shù)。摩擦因數(shù)的基本測量原理：通過傳感器檢測車輪運(yùn)行狀態(tài)，由控制部分單片機(jī)對車輪車速、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)。

圖4 輪胎內(nèi)部安裝壓力傳感器

圖5 輪胎內(nèi)部信號傳輸

　　1.2 飛翔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存儲器中，每個輪胎有唯一的電子標(biāo)簽，通過車載或是布于道路上讀寫器讀取信息，并根據(jù)信息進(jìn)行相關(guān)操作。

　　對相應(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)汽車的特殊環(huán)境。筆者在芯片選型，電路設(shè)計上都采用了能夠抗震、抗壓、耐高溫的設(shè)計，確保系統(tǒng)在復(fù)雜的行車環(huán)境中能夠正常使用。

　　1.3 飛翔輪胎花紋的改變裝置

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

　　車輪任意時刻轉(zhuǎn)速信號是從轉(zhuǎn)速傳感器獲取。它安裝在隨車輪輪軸一起旋轉(zhuǎn)的傳感齒輪附近并與齒圈對準(zhǔn)。齒圈隨車輪轉(zhuǎn)動，齒圈的齒頂和齒間隙交替地與傳感器相對，使感應(yīng)線圈中的磁場周期性變化，線圈中產(chǎn)生交變電壓信號，該信號由控制部分分析，從而得到車輪轉(zhuǎn)速。拉力傳感器是測量輪胎與地面之間摩擦力的大小，其安裝在拉桿與輔軸的連接處，工作時，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)，就可以通過機(jī)械傳動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。

圖6 地面摩擦因數(shù)測量流程圖

　　2 以SolidWorks為平臺的建模仿真

　　在花紋控制這一方面，本項(xiàng)目組主要以SolidWoks為建模平臺，建立起仿真的三維效果，利用這種方法設(shè)計能夠減少設(shè)計時間，增加精確性，提高設(shè)計的創(chuàng)新性，能夠滿足現(xiàn)代化設(shè)計發(fā)展的需要。

　　2.1 SolidWorks計算機(jī)軟件介紹

　　SolidWorks是由美國的SolidWorks公司研究開發(fā)的基于造型的三維機(jī)械設(shè)計軟件。以SolidWorks為核心的CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)全面滿足產(chǎn)品設(shè)計、分析、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理一體化集成要求。SalidWorks是基于Windows下的一種具有強(qiáng)大的三雒建模功能與工程圖繪制、IPA動畫制作、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)完全滿足現(xiàn)代企業(yè)機(jī)械設(shè)計的要求，并已廣泛應(yīng)用干機(jī)械設(shè)計和機(jī)械制造的各個行業(yè)。

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

　　在傳統(tǒng)的設(shè)計中。設(shè)計師在設(shè)計時頭腦中首先產(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，描繪到圖紙上成為二維圖紙。計算機(jī)三維軟件的產(chǎn)生，如SolidWorks軟件，使設(shè)計師頭腦中產(chǎn)生的三維實(shí)體圖像可以直接仿真到計算機(jī)屏幕上，既形象又直觀。因此，應(yīng)用三維軟件進(jìn)行設(shè)計使設(shè)計師思想不經(jīng)‘翻譯’進(jìn)行直觀的展示，是人們自然的思維過程，能夠使思想表達(dá)更直觀、準(zhǔn)確、清晰。

　　2.3 設(shè)計實(shí)例

圖7 智能輪胎仿真

圖8 齒輪傳動機(jī)構(gòu)

圖9 齒輪傳動機(jī)構(gòu)工程圖

　　3 結(jié)束語

　　設(shè)計組利用多傳感技術(shù)、RFID電子標(biāo)簽、機(jī)械傳動方式等對輪胎進(jìn)行設(shè)計，利用SolidWorks軟件對智能輪胎進(jìn)行仿真建模，設(shè)計出多傳感技術(shù)的智能輪胎。

　　飛翔智能輪胎能夠根據(jù)路面的情況改變花紋的形狀和深度，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛行駛、輪胎磨損、行車安全的優(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)輪胎的唯一性識別。基于多傳感技術(shù)的智能輪胎在一定程度上對于用戶而言，能夠減少輪胎的爆胎率，能適應(yīng)各種行車路況，具有很高的實(shí)用性;對于廠家而言，能夠方便輪胎的召回，減少損失，能夠使輪胎廠家在消費(fèi)者中樹立良好的口碑。