0 引言

　　汽車已成為人們日常生活不可缺少的代步工具，在汽車發(fā)達目糸，旅客運輸的60%以上，貨物運輸的50%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量已經成為衡量一個國家工業(yè)發(fā)達程度的標志。汽車無疑給人們帶來了巨大的利益。但是，隨著汽車數量的增加，變通事故，交通堵塞，環(huán)境污染等變通問題越來越嚴重，已經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，但有關統(tǒng)計數據表明，大約有6%的交通事故是由輪胎引起的。法國米其林集團近期的調查報告表明，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象。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的意義。

圖2 輪胎欠壓

　　在問題輪胎的召回制度上，目前國內主要利用模壓在胎側的DOT碼來實現召回，召回生產日期所指出的一周生產的一批輪胎。其召回范圍大，散量多，無法實現對單個問題輪胎的召回;而在行車過程中，經常出現雨量天氣，路況復雜，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，RFID電子標簽，以及機械傳動方式為理論，以SolidWorks為建模平臺，設計出了一種能克服諸多局限的智能輪胎，實現了輪胎的智能化，命名為“飛翔智能輪胎。”

　　1 作品方案

　　飛翔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、輪胎花紋的改變三方面設計。

圖3 輪胎結構

　　1.1 飛翔輪胎性能的實時監(jiān)剎

　　首先，項目組對汽車輪胎的工作環(huán)境進行了分析，明確了作品需要適應高壓、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，一般都是憑感覺經驗判斷其安全性。因經驗有一定的不確定性，從而造成很多交通事故。本項目組希望通過在車胎內部安裝壓力、溫度傳感器，對車胎氣壓、溫度的實時監(jiān)測，汽車通過RFID技術讀取相關檢測數據，駕駛員可以清楚地了解各輪胎的性能情況。

　　其次，要想實現輪胎花紋的變化，首先需要了解路面的實時摩擦因數。摩擦因數的基本測量原理：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、滑移率等相關參數進行必要分析，從而得到摩擦因數。

圖4 輪胎內部安裝壓力傳感器

圖5 輪胎內部信號傳輸

　　1.2 飛翔輪胎信息的記錄和運輸

　　基于物聯(lián)網技術，輪胎的綜合性能參數記錄在內置的RFID存儲器中，每個輪胎有唯一的電子標簽，通過車載或是布于道路上讀寫器讀取信息，并根據信息進行相關操作。

　　對相應的傳感器、RFID電子標簽、單片機控制電路進行設置。根據汽車的特殊環(huán)境。筆者在芯片選型，電路設計上都采用了能夠抗震、抗壓、耐高溫的設計，確保系統(tǒng)在復雜的行車環(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)進行設計。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。

　　車輪任意時刻轉速信號是從轉速傳感器獲取。它安裝在隨車輪輪軸一起旋轉的傳感齒輪附近并與齒圈對準。齒圈隨車輪轉動，齒圈的齒頂和齒間隙交替地與傳感器相對，使感應線圈中的磁場周期性變化，線圈中產生交變電壓信號，該信號由控制部分分析，從而得到車輪轉速。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，就可以通過機械傳動方式控制輪胎的花紋形狀和深度，實現輪胎在不同路面的自適應效果。

圖6 地面摩擦因數測量流程圖

　　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，利用這種方法設計能夠減少設計時間，增加精確性，提高設計的創(chuàng)新性，能夠滿足現代化設計發(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計軟件。以SolidWorks為核心的CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)全面滿足產品設計、分析、制造、產品數據管理一體化集成要求。SalidWorks是基于Windows下的一種具有強大的三雒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已經完全滿足現代企業(yè)機械設計的要求，并已廣泛應用干機械設計和機械制造的各個行業(yè)。

　　2.2 SolidWorks軟件在機械設計中的應用及其特點

　　在傳統(tǒng)的設計中。設計師在設計時頭腦中首先產生的是三維圖像，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生，如SolidWorks軟件，使設計師頭腦中產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計使設計師思想不經‘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。

　　2.3 設計實例

圖7 智能輪胎仿真

圖8 齒輪傳動機構

圖9 齒輪傳動機構工程圖

　　3 結束語

　　設計組利用多傳感技術、RFID電子標簽、機械傳動方式等對輪胎進行設計，利用SolidWorks軟件對智能輪胎進行仿真建模，設計出多傳感技術的智能輪胎。

　　飛翔智能輪胎能夠根據路面的情況改變花紋的形狀和深度，能夠實現車輛行駛、輪胎磨損、行車安全的優(yōu)化;傳感器能夠實施反饋輪胎的壓力和溫度信息，減少爆胎的發(fā)生;RFID技術能夠使輪胎物聯(lián)網，實現輪胎的唯一性識別?；诙鄠鞲屑夹g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，能適應各種行車路況，具有很高的實用性;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者中樹立良好的口碑。