智能轮胎面面观

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智能轮胎面面观

邓海燕   
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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。
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+ c5 `3 R3 R" ~, ^# \; L6 `. [9 {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。
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1 F5 s% R6 D& M( J% {1 t1 f历程可追溯性记录

7 D" o9 ^5 o; F  a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：

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* 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；
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# t$ c) P+ F! r* 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。


% L( \' k- n( D" P9 d% G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。

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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。

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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。
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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。

7 i; a& |" d; ~: A( p4 L4 e自动补充轮胎内压
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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。

2 D! \! A; g2 x2 q6 @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。

& U/ Y9 r+ b# _6 `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。
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8 W5 H, l  Q. A2 `& T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
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) I/ k3 [3 W2 `. z  P6 Z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。
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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。
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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。
" t- ]+ W' [- Q5 y7 k+ M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
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( O, t& y7 D( t9 \7 V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。
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CGT智能轮胎体系
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$ ~3 w+ R$ b, m# z' A- A4 y; x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。

/ @, t3 r' L% e: G- ]# uSWT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。
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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。
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黑匣子轮胎
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3 y& Z, p& R: F- O7 \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：
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! A" B& j' C+ I1 o- Q1 t- g* 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；
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0 _1 t* c% {5 D& u% c, b* 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；

; c+ |. k# h5 H0 P* 连接装置将接收器传送过来的信息输入便携式贮存装置；
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* 便携式贮存装置贮存被监测轮胎的所有数据并加以显示。

( W4 y- p- V0 E% f. nMEMS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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用手机遥控的轮胎

由芬兰诺基亚轮胎公司（Nokian Tyres Inc.）推出的ITT智能轮胎可以用手机遥控。ITT又称路探系统，由微型轻量化传感器和接收装置两部分构成。多个传感器装在轮胎内腔，亦即轮辋圈座上，负责测量轮胎气压和轮胎温度，随时随地将实时数据传送到接收装置，并在轮胎气压或轮胎温度超过设定值时，向接收装置发送报警信号。接收装置可以是手机，也可以是车载电脑，甚至可以是装在汽车维修中心的独立显示屏。除此之外，不再需要任何辅助设施。
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与上述多种智能轮胎相比，ITT智能轮胎具有两项特点：作为监测装置和信号发射装置的多个传感器，不是在轮胎造过程埋入轮胎体内，而是通过粘/捆绑方式安置在轮辋上；信号接收装置为普通手机。第一个特点的意义在於，只要在轮辋上安装了ITT，任何普通轮胎都可以升级为智能轮胎。第二个特点的意义在於，ITT智能轮胎将是迄今为止配置最简单的智能轮胎。
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4 s1 f8 s' H; i8 ?' c  v* h目前ITT只能监测轮胎的气压和温度，但诺基亚公司已手增加像轮胎磨耗程度、道路摩擦力等监测项目。

展望未来

业内人士谈论智能轮胎已经超过10年。在此期间，固特异智能轮胎已在北美、欧洲投入实地使用将近4年，总试用程超过5,000万公。智能轮胎最终会否大规模地投入实际应用，将不仅仅取决於技术的原因，来自外部的力量也会加速智能轮胎的发展。对公路运输市场而言，智能轮胎能否成功投入应用的关键因素是成本与收益之比。不过，没有一类产品是面面俱圆的，专业运输车队只能根据自己的实际需要来加以选择。美国国会前年已通过了TREAD法，以法律形式规定机动车辆必须装备某几种类型的轮胎充气内压预警装置。相关行业正为此而寻求解决方案，同时在等待NHTSA颁布相应细则。这对推广智能轮胎技术而言，无疑是个喜讯。事实上，某些“基本的智能化”早已被收入现行标准之中，譬如现在盛行的DOT代码制度。

; }' ?- k9 g2 t: k 正如专家所预言的那样，21世纪汽车/轮胎的发展主题将是人性化，其内涵包括智能便利、绿色安全。更精更纯的传统技术是支持这一发展主题的基础，并突破某些历史性禁区的新概念技术得到大规模应用。各大轮胎公司必将通过各种途径争取汽车造商、电子器件造商、因特网服务商的配合和协助，使上述种种智能轮胎技术与其它行业的先进软硬件技术（如全球定位系统、地理信息系统、智能运输系统、蓝芽等）相结合，届时轮胎必将成为集安全、环保、智能化於一体的产品。

(http://www.newmaker.com)

zhushuai

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