隨著汽車數(shù)量的增加，交通事故、交通堵塞、環(huán)境污染等越來越嚴重，已經(jīng)成為全球性的社會公害，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。

　　輪胎是汽車不可缺少的重要零部件，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(見圖1)。法國米其林集團近期的調(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%是因為輪胎慢性漏氣所致。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(見圖2)。輪胎的溫度和壓強對新車安全具有很大的影響，監(jiān)控輪胎的壓強和溫度具有重要意義。

　　為此，筆者采用了多傳感技術(shù)、RFID電子標簽以及機械傳動理論，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，實現(xiàn)了輪胎的智能化。

　　1 設(shè)計方案

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

　　1.1 輪胎性能的實時監(jiān)測

　　傳統(tǒng)的輪胎結(jié)構(gòu)見圖3。首先，筆者對汽車輪胎的工作環(huán)境進行了分析，明確了設(shè)計的輪胎需要適應高雎、高強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)驗判斷其安全性，因經(jīng)驗有一定的不確定性，從而造成很多交通事故。因此希望通過在車胎內(nèi)部安裝壓力、溫度傳感器，對車胎氣壓、溫度進行實時監(jiān)測(見圖4)。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(見圖5)。

圖3 車胎結(jié)構(gòu)

　　其次，要想實現(xiàn)輪胎花紋的變化，需要了解路面的實時摩擦因數(shù)，摩擦因數(shù)的基本測量原理：通過傳感器檢測車輪運行狀態(tài)，由控制部分單片機對車輪車速、滑移率等相關(guān)參數(shù)進行必要分析，從而得到摩擦因數(shù)(見圖6)。

圖6 地面摩擦因數(shù)測量流程圖

　　1.2 輪胎信息的記錄和運輸基于物聯(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，每個輪胎具有唯一的電子標簽。通過車載或是布于道路上的讀寫器讀取信息，并根據(jù)信息進行相關(guān)操作。

　　對相應的傳感器、RFID電子標簽、單片機控制電路進行設(shè)置，根據(jù)汽車的特殊環(huán)境，在芯片選型、電路設(shè)計上采用了能夠抗振、抗壓、耐高溫的零件，確保系統(tǒng)在復雜的行車環(huán)境中能夠正常使用。

　　1.3 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，采用了可靠的機械控制方式對輪胎花紋的形狀和深度進行控制。

　　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。齒罔隨車輪轉(zhuǎn)動，齒圈的齒頂和齒間隙交替的與傳感器相對，使感應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。拉力傳感器測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，能準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)，就可以通過機械傳動方式控制輪胎的花紋形狀和深度。實現(xiàn)輪胎在不同路面的自適應效果。

　　2 以SolidWorks為平臺的建模仿真

　　在花紋控制方面，主要以SolidWorks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。SolidWorks是基于Windows下的一種具有強大的三維建模功能與工程圖繪制、IPA動畫制作、實物渲染等功能的工程軟件。隨著SolidWorks版本的不斷提高、性能的不斷增強以及功能的不斷完善，SolidWorks已經(jīng)完全滿足現(xiàn)代企業(yè)機械設(shè)計的要求，并已廣泛應用于機械設(shè)計和機械制造的各個行業(yè)。

　　2.2 SolidWorks軟件在機械設(shè)計中的應用及其特點

　　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)則和標準，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)生的三維實體圖像可以直接仿真到計算機屏幕上.既形象又直觀。因此，應用三維軟件進行設(shè)計使設(shè)計師思想不經(jīng)“翻譯”進行直觀的展示，是人們自然的思維過程，能夠使思想表達更直觀、準確、清晰。

　　3 結(jié)束語

　　智能輪胎能夠根據(jù)路面的情況改變花紋的形狀和深度，實現(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)，實現(xiàn)輪胎的唯一性識別。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者中樹立良好的口碑。