飞翔智能轮胎的仿真设计

　　0 引言

　　汽车已成为人们日常生活不可缺少的代步工具，在汽车发达目糸，旅客运输的60%以上，货物运输的50%以上由汽车来完成，汽车工韭水平和家庭平均拥有的汽车数量已经成为衡量一个国家工业发达程度的标志。汽车无疑给人们带来了巨大的利益。但是，随着汽车数量的增加，变通事故，交通堵塞，环境污染等变通问题越来越严重，已经成为全球性的社会公害问题，同时也成为汽车工程界工程技术人员急需解决的重要课题。

图1 因欠压造成交通事故

　　轮胎是汽车不可缺少的重要零部件，但有关统计数据表明，大约有6%的交通事故是由轮胎引起的。法国米其林集团近期的调查报告表明，商用车辆故障有25%起缘于轮胎，而其中又有85%是因为轮胎慢性漏气所致。美国交通管理部门2010年的统计资料亦表明，超过2/3的汽车存在不同程度的轮胎欠压现象。轮胎的温度和压强对新车安全具有很大的影响，监控轮胎的压强和温度具有重要的意义。

图2 轮胎欠压

　　在问题轮胎的召回制度上，目前国内主要利用模压在胎侧的DOT码来实现召回，召回生产日期所指出的一周生产的一批轮胎。其召回范围大，散量多，无法实现对单个问题轮胎的召回;而在行车过程中，经常出现雨量天气，路况复杂，单一的轮胎花纹无法满足行车既安全又快速的要求。

　　为此，采用了多传感技术，RFID电子标签，以及机械传动方式为理论，以SolidWorks为建模平台，设计出了一种能克服诸多局限的智能轮胎，实现了轮胎的智能化，命名为“飞翔智能轮胎。”

　　1 作品方案

　　飞翔智能轮胎包括轮胎性能的实时检测、轮胎信息的记录和识别、轮胎花纹的改变三方面设计。

图3 轮胎结构

　　1.1 飞翔轮胎性能的实时监刹

　　首先，项目组对汽车轮胎的工作环境进行了分析，明确了作品需要适应高压、高强度以及温差大的工作环境。传统的轮胎压力、温度状态、漏气情况以及疲劳程度无从知晓，一般都是凭感觉经验判断其安全性。因经验有一定的不确定性，从而造成很多交通事故。本项目组希望通过在车胎内部安装压力、温度传感器，对车胎气压、温度的实时监测，汽车通过RFID技术读取相关检测数据，驾驶员可以清楚地了解各轮胎的性能情况。

　　其次，要想实现轮胎花纹的变化，首先需要了解路面的实时摩擦因数。摩擦因数的基本测量原理：通过传感器检测车轮运行状态，由控制部分单片机对车轮车速、滑移率等相关参数进行必要分析，从而得到摩擦因数。

图4 轮胎内部安装压力传感器

图5 轮胎内部信号传输

　　1.2 飞翔轮胎信息的记录和运输

　　基于物联网技术，轮胎的综合性能参数记录在内置的RFID存储器中，每个轮胎有唯一的电子标签，通过车载或是布于道路上读写器读取信息，并根据信息进行相关操作。

　　对相应的传感器、RFID电子标签、单片机控制电路进行设置。根据汽车的特殊环境。笔者在芯片选型，电路设计上都采用了能够抗震、抗压、耐高温的设计，确保系统在复杂的行车环境中能够正常使用。

　　1.3 飞翔轮胎花纹的改变装置

　　针对智能轮胎的工作要求对其中花纹控制环节进行设计。由于汽车轮胎的高要求和重要性，采用了可靠的机械控制方式对轮胎花纹的形状和深度进行控制。

　　车轮任意时刻转速信号是从转速传感器获取。它安装在随车轮轮轴一起旋转的传感齿轮附近并与齿圈对准。齿圈随车轮转动，齿圈的齿顶和齿间隙交替地与传感器相对，使感应线圈中的磁场周期性变化，线圈中产生交变电压信号，该信号由控制部分分析，从而得到车轮转速。拉力传感器是测量轮胎与地面之间摩擦力的大小，其安装在拉杆与辅轴的连接处，工作时，能准确反映连接处相互作用力，并将其发送至控制部分。

　　得到了摩擦因数，就可以通过机械传动方式控制轮胎的花纹形状和深度，实现轮胎在不同路面的自适应效果。

图6 地面摩擦因数测量流程图

　　2 以SolidWorks为平台的建模仿真

　　在花纹控制这一方面，本项目组主要以SolidWoks为建模平台，建立起仿真的三维效果，利用这种方法设计能够减少设计时间，增加精确性，提高设计的创新性，能够满足现代化设计发展的需要。

　　2.1 SolidWorks计算机软件介绍

　　SolidWorks是由美国的SolidWorks公司研究开发的基于造型的三维机械设计软件。以SolidWorks为核心的CAD/CAE/CAM集成系统全面满足产品设计、分析、制造、产品数据管理一体化集成要求。SalidWorks是基于Windows下的一种具有强大的三雒建模功能与工程图绘制、IPA动画制作、实物渲染等功能的工程软件。随着SolidWorks版本的不断提高、性能的不断增强以及功能的不断完善，SolidWorks已经完全满足现代企业机械设计的要求，并已广泛应用干机械设计和机械制造的各个行业。

　　2.2 SolidWorks软件在机械设计中的应用及其特点

　　在传统的设计中。设计师在设计时头脑中首先产生的是三维图像，然后利用投影及附加的各种规则和标准，把头脑中的三维图像“翻译”出来，描绘到图纸上成为二维图纸。计算机三维软件的产生，如SolidWorks软件，使设计师头脑中产生的三维实体图像可以直接仿真到计算机屏幕上，既形象又直观。因此，应用三维软件进行设计使设计师思想不经‘翻译’进行直观的展示，是人们自然的思维过程，能够使思想表达更直观、准确、清晰。

　　2.3 设计实例

图7 智能轮胎仿真

图8 齿轮传动机构

图9 齿轮传动机构工程图

　　3 结束语

　　设计组利用多传感技术、RFID电子标签、机械传动方式等对轮胎进行设计，利用SolidWorks软件对智能轮胎进行仿真建模，设计出多传感技术的智能轮胎。

　　飞翔智能轮胎能够根据路面的情况改变花纹的形状和深度，能够实现车辆行驶、轮胎磨损、行车安全的优化;传感器能够实施反馈轮胎的压力和温度信息，减少爆胎的发生;RFID技术能够使轮胎物联网，实现轮胎的唯一性识别。基于多传感技术的智能轮胎在一定程度上对于用户而言，能够减少轮胎的爆胎率，能适应各种行车路况，具有很高的实用性;对于厂家而言，能够方便轮胎的召回，减少损失，能够使轮胎厂家在消费者中树立良好的口碑。