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汽车与公路设备 |
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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 |
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作者：谢溪凌 汪俊亮 郑卫刚 |
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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。
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)。
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)
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(12/9/2012) |
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