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基于SolidWorks软件应用的多传感技术智能轮胎的仿真设计
作者:谢溪凌 汪俊亮 郑卫刚
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汽车与公路设备展厅
乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ...
摘要:长期以来,由于轮胎导致的各种问题频频出现,为此对汽车轮胎进行优化设计,以SolidWorks软件为三维建模平台,运用多传感技术对轮胎和路面情况进行实时监测,采用RFID射频技术标识和跟踪轮胎,使用机械传动方式控制轮胎的花纹形状和深度,能够实现轮胎的智能化,保障行车安全。运用压力、温度传感器对轮胎内压强、温度进行检测,在轮胎中增加RFID电子标签对轮胎出厂信息、车辆轮胎匹配信息进行记录,在不同路况下,改变轮胎花纹,使轮胎的摩擦因数与路面信息相适应。

随着汽车数量的增加,交通事故、交通堵塞、环境污染等越来越严重,已经成为全球性的社会公害,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。

轮胎是汽车不可缺少的重要零部件,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意义。

为此,笔者采用了多传感技术、RFID电子标签以及机械传动理论,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。

1 设计方案

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。

1.1 轮胎性能的实时监测

传统的轮胎结构见图1。

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图1 车胎结构

首先,笔者对汽车轮胎的工作环境进行了分析,明确了设计的轮胎需要适应高雎、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。因此希望通过在车胎内部安装压力、温度传感器,对车胎气压、温度进行实时监测。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,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(见图2)。

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图2 地面摩擦因数测量流程图

1.2 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,每个轮胎具有唯一的电子标签。通过车载或是布于道路上的读写器读取信息,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,在芯片选型、电路设计上采用了能够抗振、抗压、耐高温的零件,确保系统在复杂的行车环境中能够正常使用。

1.3 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。齿罔随车轮转动,齿圈的齿顶和齿间隙交替的与传感器相对,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。拉力传感器测量轮胎与地面之间摩擦力的大小,它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。

2 以SolidWorks为平台的建模仿真

在花纹控制方面,主要以SolidWorks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。SolidWorks是基于Windows下的一种具有强大的三维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,并已广泛应用于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。

3 结束语

智能轮胎能够根据路面的情况改变花纹的形状和深度,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。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。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (12/9/2012)
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