杨 杰

（西安航空学院 车辆工程学院，陕西 西安 710077）

1 技术设想基础理论

智能轮胎是一种智能化的轮胎，能够自动收集和传输有关自身及所处环境的信息，并对该信息进行标准判断，根据判断结果进行相关操作，提高汽车的安全性、经济性、舒适性。

当汽车在行驶过程中，有一定的速度，轮胎下的动水压力与轮胎的垂直载荷相平衡时，轮胎脱离地面，处于浮起状态的现象为汽车滑水现象，汽车出现这种现象的情况有：刚开始下雨的路面、路面上有积水层[1]。在这两种情况下，路面上会形成黏度很高的膏体状的水膜液，轮胎高速从水膜液里通过时，由于水膜液的润滑功能，轮胎在滚动时受到水膜液的干扰，而轮胎自身无法排除水膜液的干扰，自然轮胎的附着性能极速归零，附着力也就很小。路面的积水层包括水膜区、过渡区、直接接触区。胎面与路面产生附着力便在直接接触区，发生滑水现象的真正原因是过渡区和直接接触区的消失，也就是说此时的附着力几乎没有。综上所述是附着能力非常小的危险情况，亦是汽车在行驶过程中会常遇见较多的情况。在发生路面有雨水及有积水情况时，汽车的制动性能和转向性能会极大降低，汽车的行驶安全性能也极大地降低。所以运用智能轮胎自动地对轮胎运动状态实时调整，避免滑水现象的发生，提高汽车的行驶安全性能的避免滑水现象的技术是可能的被需要的。

2 智能轮胎避免滑水现可能性条件

轮胎是汽车的组成中一个重要的元件，承载来自于车身力并且与地面相接触，传递力和力矩，它对汽车的动力性、安全性、操纵稳定性及安全性等性能有非常大的影响。在整个汽车发展历史中，轮胎一直是汽车的整体中一个相当重要的元件。过去轮胎的运动状态还没有办法准确的获取收集并判断的，但是随着智能网联汽车的发展，轮胎已经不再仅仅是一个被动件，而在一些智能元件的帮助下变成一个能够自主的元件。随着传感器的发展，其功能越来越强大，运用也非常广泛。

由此设想，如果将各种对应功能的传感器安置到轮胎内，能否对轮胎运动状及其数据的实时收集观察以及判断呢?我的答案是能，运用胎压监测仪与速度检测仪，时时刻刻收集轮胎的加速度状态和压力状态。轮胎的接地状态与轮胎的加速度状态有一定的线性关系，得出轮胎实时接地印痕长度，轮胎的接地印痕长度反映了轮胎所受的垂向力，胎压和轮胎的滚动速度的状态。因此，通过轮胎的加速度信息预测计算轮胎所受的垂向载荷，这是我的一个不成熟的想法。如今的智能轮胎技术可进行轮胎的各个参数的检测，历程可追溯性记录技术检测。所谓历程可追溯性记录是指在生产的轮胎过程中，将可以实现信息收集、处理和发送的功得能FIAD卡装入轮胎内,是一种微型芯片，通过它可以实现对轮胎各参数信息的实时掌握[2]。因此 RFID卡便可作为这种设想所需信息的收集装置。

3 基于智能轮胎避免滑水现象有可能性的条件下设想相应措施去改变轮胎的运动状态

在车轮可通过接地印痕的长度来预测车轮的垂向载荷的前提条件下。汽车发生滑水现象时的车轮状态包括低速滚动状态和高速滚动状态:低速行驶通过积水路面时，仍然有着小部分附着力。低速通过时，因为水与灰尘等污物形成的水膜液有粘滞性，轮胎与路面接触面接会出现滑转滚动。高速通过积水路面时，高速滚动的轮胎下会产生动水压力，它的值与车速的平方成正比关系。这个动水压力平衡了轮胎垂直载荷使胎面与地面分离，即是水膜区增大，过渡区与直接接触区减小。如今较为常用的轮胎包括胎面无沟槽和胎面有沟槽的轮胎，这些常用轮胎路过积水层时，设轮胎下的动水压力的升力为Fh，积水层与轮胎接触面积为A以及水的密度为q，车速ua的关系式为：Fh=q×ua2×A，因为动水压力平衡轮胎的垂直载荷时出现滑水现象，所以估算滑水现象的车速为6.34开根号轮胎的胎压，公式为：，可以通过车速ua得到此时的加速度。

由此分析可得出结论：可通过在轮胎内安装胎压监测系统和加速度传感器，收集胎压和加速度这两个信息之后经过微型芯片处理系统可得出相应的校准后的滑水现象时的加速度的信息，通过校准后的加速度信息预测车轮的印痕长度而得到相应的车轮垂向的载荷力，由于滑水现象时载荷力与积水层产生的升力相等。可在轮胎内安装微型芯片转换系统将该载荷力转换为(以微分方程拉式变换后得到)脉冲信号，再将这个脉冲输入信号经过一个反馈系统输出给电压传感应器，在车轮内部接入电极片产生相应的电压电流，运用电生磁的原理，以及磁极的同性相斥原理，胎内安装相应的磁极，通过两磁极产生与积水层产生的升力大小相等方向相反的磁作用力。两力相互抵消，积水层的升动力被抵消后，汽车车轮可高速通过积水层的时候不会出现滑水现象。

3.1 基于控制论的基础上设想避免滑水现象的施行措施系统

确定以胎压监测系统监测出的实时胎压及车速传感器实时收集的车速和加速度信息作为输入，以最终产生的磁作用力为输出，反馈部分的信息为汽车垂向载荷力的大小，比较部分为微型数据处理芯片，执行部分为微型数据转换芯片及电磁感应线路和装于轮胎内部边缘的磁极[3]，形成一个典型的机械反馈系统。因为车速及胎压是不断变化的，它反应着车轮垂向载荷的变化情况，本身具有相应的调节反馈作用。考虑传感器在进入积水层时的信息收集处理及系统反应的时间，安装一个路面平整度和一个湿度检测仪在车的前悬或轴中心，将该部分收集的信息集中到反馈系统的信息处理芯片上，并参与系统的对轮胎运动状态的判别，以此来保证磁力与积水层升力相抵消的这个动作准时发生,且不影响汽车在正常路面的行驶。

4 符合该技术的轮胎材料的结构

如今轮胎材料的主要材质是橡胶。轮胎材料分为天然橡胶和合成橡胶为。天然橡胶的性能比合成橡胶的优越，但是其成本高。为了使避免滑水现象技术普遍化，选用合成橡胶作为该技术的轮胎材料结构。在制造轮胎的过程中，使用化学添加剂促使轮胎的功能性更强。碳黑可以提高橡胶的硬度、强度和耐磨性。早期的汽车轮胎是内外胎结构，内胎是橡胶制成，外胎由橡胶及多层帘子布制成。子午线轮胎是无内胎的轮胎[4]。选用合成纤维材质的钢丝子午线轮胎，因为需要在轮胎内设置相应的磁极和传感器所以需要轮胎的材质更为轻便，强度高，且具有一定的吸引电流的能力，碳离子的活性高对避免滑水现象系统有一定的辅助作用。因为在胎内布置的传感器增多，故而对轮胎的空间设置需要在满足规定要求上尽可能的大，便于电气设备,制动器，传感器的协调布置。

5 结论

综合所述，伴随着汽车零部件产业的发展、轮胎制造工业的发展，本文设想的通过传感器收集汽车在行驶时车轮不同的运动状态，并通过该方式获得汽车在发生滑水现象时的车轮的状态及其滚动的速度，依据相关的理论计算公式换算出在发生滑水现象时的受力状态，再通过力平衡的原理抵消掉使汽车产生滑水现象的力，提出以机械控制为基础建立微电子控制反馈系统来改变轮胎的运动状态，提高轮胎的自动化与智能独立化的相关标准的技术是有可能实现的。智能轮胎避免滑水现象的技术是有可能的，且在强大的传感器的助力下轮胎必然在许多方面是越来越智能与安全。