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智能輪胎系統(tǒng)

車輛的大多數(shù)行為都是由輪胎力確定的，包括輪胎的縱向力（Fx）、側(cè)向力（Fy）和垂向力（Fz）。然而，傳統(tǒng)的輪胎力測(cè)量方法必須通過(guò)偏航率傳感器和加速度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行換算估計(jì)才能夠獲得。但是這樣的估計(jì)結(jié)果會(huì)由于輪胎變形量和路面附著系數(shù)的不同而出現(xiàn)誤差，所以基于動(dòng)力學(xué)原理對(duì)輪胎力做出準(zhǔn)確估計(jì)依然比較困難。為了克服這樣的限制，對(duì)輪胎力的直接測(cè)量研究目前正在進(jìn)行中。傳感器直接測(cè)量輪胎力大致可分為兩種方法：一種將傳感器放置在輪胎內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量；另一種是將傳感器放在輪轂進(jìn)行測(cè)量。

主要研究了傳感器放置在輪胎內(nèi)部的輪胎力測(cè)量方法。這種方法需要在輪胎內(nèi)側(cè)安裝應(yīng)變傳感器，并將應(yīng)變信號(hào)以無(wú)線信號(hào)的形式發(fā)送給車上的接收裝置，接收裝置讀取數(shù)據(jù)后，通過(guò)CAN總線發(fā)送到i-tire ECU（電子控制單元），經(jīng)過(guò)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換與計(jì)算可以獲得相應(yīng)的輪胎力。智能輪胎系統(tǒng)的整體系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

傳感器安裝在輪胎的內(nèi)襯層內(nèi)，用于檢測(cè)該輪胎的變形量。SAW集成信號(hào)讀取設(shè)備可以接收輪胎應(yīng)變傳感器所發(fā)出的無(wú)線信號(hào)，經(jīng)由CAN總線將所接受的應(yīng)變信號(hào)傳遞給i-Tire ECU，i-Tire ECU可以根據(jù)應(yīng)變信號(hào)計(jì)算出相應(yīng)的輪胎力，然后，輪胎力信息通過(guò)CAN總線發(fā)送到其它控制系統(tǒng)。此智能輪胎系統(tǒng)的關(guān)鍵在于傳感器以及i-Tire ECU的研發(fā)。①傳感器：用于測(cè)量輪胎應(yīng)變的傳感器大致可分為連接到輪轂的應(yīng)變傳感器和安裝在輪胎內(nèi)橡膠表面的應(yīng)變傳感器兩類。而輪胎力傳感器的構(gòu)造包括應(yīng)變傳感器和無(wú)線通信兩部分。②i-Tire ECU：由于傳感器所測(cè)得的信號(hào)為輪胎應(yīng)變信號(hào)而非輪胎力，所以需要編制一套變換算法，從而可以將應(yīng)變信息轉(zhuǎn)換輪胎力。i-Tire ECU中所嵌入的這套輪胎力轉(zhuǎn)換算法可分為Fy算法和Fz算法，該算法是用C語(yǔ)言編制實(shí)現(xiàn)的，并且接受了臺(tái)架系統(tǒng)測(cè)試和實(shí)車試驗(yàn)的測(cè)試。

此外，在硬件方面，3個(gè)CAN接口信道被配置成從該SAW集成信號(hào)讀取設(shè)備與i-Tire ECU之間傳遞應(yīng)變信號(hào)的通道。

本研究驗(yàn)證了i-Tire ECU以及嵌入式輪胎力傳感器在輪胎力測(cè)量領(lǐng)域的潛力。

Hee Young Jo et al. SAE 2013-01-0744.

編譯：張玉倫