王立陽(yáng) 施育欣 郁詠梅

華東師范大學(xué)第四附屬中學(xué) 上海市 200062

我國(guó)的汽車(chē)保有量越來(lái)越高，家庭的私家車(chē)也越來(lái)越多(本實(shí)踐主要以家用小汽車(chē)為例，其他車(chē)輛也可參考)。目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)的胎壓監(jiān)測(cè)大多是實(shí)施成本相對(duì)較低的間接式系統(tǒng)，是在偵測(cè)到某一輪胎的轉(zhuǎn)速與其他輪子的轉(zhuǎn)速差距過(guò)大時(shí)提醒該輪胎壓可能異常，但其無(wú)法提供實(shí)際的胎壓數(shù)值。這樣，能對(duì)個(gè)別輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行報(bào)警，但車(chē)輛輪胎胎壓整體偏高或偏低，則沒(méi)法給出警示。

然而汽車(chē)輪胎是汽車(chē)的重要安全部件，胎壓對(duì)于車(chē)輛的行車(chē)安全等非常重要：①胎壓不正?？赡軙?huì)爆胎。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(NHTSA)報(bào)告：胎壓低于標(biāo)準(zhǔn)值25%，爆胎幾率增加3 倍；高于標(biāo)準(zhǔn)值25%，爆胎幾率增加1 倍；②影響剎車(chē)性能。胎壓過(guò)高，胎面凸起、與地面接觸面積減少，摩擦力減少，會(huì)增加剎車(chē)距離，降低車(chē)輛的安全性；③影響油耗。胎壓過(guò)低，胎面和地面接觸面積增加，摩擦力、阻力增大，增加油耗；④縮短輪胎壽命。胎壓過(guò)高，引起胎面中間過(guò)度磨損；胎壓過(guò)低，胎面兩邊會(huì)過(guò)度磨損，都會(huì)使輪胎提前報(bào)廢。資料顯示每年發(fā)生在中國(guó)的交通事故約有30%是因輪胎胎壓過(guò)低導(dǎo)致，而高速公路交通事故中由胎壓?jiǎn)栴}引起的比率高達(dá)50%。同時(shí)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，僅保持乘用車(chē)胎壓正常，每年就可節(jié)約汽油消耗約220 萬(wàn)噸，節(jié)約燃油費(fèi)用100 億元?？梢?jiàn)，如果能保證輪胎的胎壓維持在一個(gè)理想的范圍內(nèi)，既能使汽車(chē)爆胎、毀胎的概率減小，又能降低油耗和減少車(chē)輛零部件的損壞。

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 2978-2014，絕大部分轎車(chē)用子午線輪胎標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力(文中也有稱(chēng)胎壓，均指壓強(qiáng))值都是250kPa，換算下來(lái)就是我們常說(shuō)的“2.5kg”(即2.5kg/cm)。汽修店也常默認(rèn)打“2.5kg”的固定胎壓，比一個(gè)車(chē)型一個(gè)胎壓要簡(jiǎn)單好記，車(chē)子也不容易出問(wèn)題(主要與胎壓偏低比)。但實(shí)際上，很多家用車(chē)的標(biāo)定胎壓是比250kPa 低的：如19 款豐田卡羅拉的建議胎壓是230kPa，大眾朗逸等建議胎壓更低只有210kPa，這樣更準(zhǔn)確。

1 問(wèn)題的提出

綜上所述，汽車(chē)各個(gè)輪胎的胎壓不但要保持均勻，還要保持在合適的壓力范圍內(nèi)。目前，胎壓要保持均勻通過(guò)國(guó)內(nèi)普遍采用的間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已能保證，輪胎的異常漏氣也能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)；然而，胎壓要保持在合適的數(shù)值范圍內(nèi)情況并不理想。

能否通過(guò)科學(xué)的輪胎充氣操作來(lái)解決呢？

此外，汽車(chē)輪胎的胎壓會(huì)隨氣溫的變化而變化。給汽車(chē)輪胎充氣時(shí)，到底充到多少壓力值科學(xué)合理呢？調(diào)整汽車(chē)輪胎的胎壓，什么頻度合適呢？

2 分析討論

由前面介紹可知，汽車(chē)胎壓對(duì)車(chē)輛行車(chē)的影響危害，在胎壓低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)比高于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)要大。有資料統(tǒng)計(jì)爆胎引發(fā)的交通意外80%來(lái)源于輪胎壓力不足，同時(shí)考慮輪胎正常情況有微量的氣體泄漏，擬將胎壓控制在1.00～1.10 倍推薦胎壓值(記為P，具體車(chē)型前、后輪對(duì)的建議胎壓結(jié)合其常用載荷情況。一般可在車(chē)輛用戶手冊(cè)，車(chē)輛相關(guān)部位(駕駛室車(chē)門(mén)(B 柱附近)旁邊的標(biāo)簽、車(chē)輛駕駛座旁的抽屜、油箱蓋小門(mén)上)等找到)范圍內(nèi)，并假設(shè)原則上每三個(gè)月(也考慮了輪胎正常情況有微量的氣體泄漏)檢查調(diào)整胎壓一次。

同理，按t氣溫時(shí)胎壓為P，則輪胎在氣溫t時(shí)充氣的壓力設(shè)定值P為：

接下來(lái)三個(gè)月內(nèi)實(shí)際最高溫度t對(duì)應(yīng)輪胎實(shí)際最高壓力P，則有：

需注意，如t＞容許最高氣溫t則要把三個(gè)月長(zhǎng)的時(shí)間段逐步縮短(起始日期不變)后再確認(rèn)，直到滿足t≤t，并記錄這時(shí)的時(shí)段長(zhǎng)度。根據(jù)公式一的計(jì)算，t在-15～49℃時(shí)t比t高26～29℃，作為三個(gè)月的氣溫波動(dòng)范圍通常夠了；氣溫變化較為劇烈的季節(jié)可能需縮短時(shí)長(zhǎng)。這樣，接下來(lái)三個(gè)月(或上面記錄的時(shí)長(zhǎng))內(nèi)實(shí)際胎壓理論上在1.00～P/P倍推薦胎壓值范圍內(nèi)波動(dòng)。

如能把上述研究成果開(kāi)發(fā)成手機(jī)上的汽車(chē)胎壓智能設(shè)定App，使用將更便捷。App Inventor 2 是一個(gè)基于云端以圖形化形式編程的手機(jī)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，將枯燥的代碼編程方式轉(zhuǎn)變?yōu)榉e木式的圖形化編程，可使我們的創(chuàng)意變?yōu)榘沧?Android)手機(jī)的應(yīng)用變得簡(jiǎn)單而有趣。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 App Inventor 開(kāi)發(fā)環(huán)境

App Inventor 誕生于谷歌公司，后移交給麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行后續(xù)的開(kāi)發(fā)與維護(hù)。2013 年12 月3 日App Inventor 2(簡(jiǎn)稱(chēng)AI2)問(wèn)世，其開(kāi)發(fā)工具由3 部分組成：開(kāi)發(fā)服務(wù)器、編譯服務(wù)器及測(cè)試工具。開(kāi)發(fā)服務(wù)器用于創(chuàng)建項(xiàng)目、設(shè)計(jì)用戶界面和編寫(xiě)程序，編譯服務(wù)器用于將應(yīng)用打包成APK 文件供用戶使用，這兩個(gè)服務(wù)器通常合二為一。本文通過(guò)谷歌瀏覽器，使用云端服務(wù)器(網(wǎng)址為“http://ai2.17coding.net”)提供的在線App Inventor 2 開(kāi)發(fā)環(huán)境。測(cè)試工具使用AI伴侶(在該網(wǎng)站下載“MITAI2Companion.apk”到測(cè)試用安卓手機(jī)并安裝，這里用小米8 透明版手機(jī))，通過(guò)手機(jī)(與開(kāi)發(fā)用電腦連接在同一個(gè)局域網(wǎng))的WiFi，實(shí)現(xiàn)AI 伴侶與開(kāi)發(fā)服務(wù)器上開(kāi)發(fā)工具的連接。

3.2 界面和使用的組件

本汽車(chē)胎壓智能設(shè)定App 的人機(jī)界面如下圖：

該界面用到了標(biāo)簽、下拉框、文本框、按鈕、復(fù)選框和對(duì)話框等組件，界面布局主要使用水平布局和表格布局。

3.3 軟件功能

在上圖1 人機(jī)界面上部的輸入?yún)^(qū)域，“胎壓?jiǎn)挝贿x擇”下拉框可以選擇使用者要用的壓力單位，以匹配汽車(chē)和充氣泵的壓力單位；文本框可以分別輸入充氣時(shí)的氣溫t，后期最低氣溫t和最高氣溫t(接下來(lái)三個(gè)月去年同期歷史最低和最高氣溫、當(dāng)前天氣預(yù)報(bào)(一般可含往后十五天)最低和最高氣溫中，最低的低值和最高的高值)，以及汽車(chē)的推薦胎壓值(根據(jù)汽車(chē)載荷情況，后輪對(duì)可能與前輪對(duì)不同?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況，決定是否勾選“前后相同”復(fù)選框)。

我省地處黃土高原，是全國(guó)水土流失最嚴(yán)重的省份之一，水土流失面積10.8萬(wàn)平方公里，占總土地面積的69%。面對(duì)生態(tài)窘境，我省水土保持投入力度不斷加大，治理范圍不斷擴(kuò)大，尤其是中央水利發(fā)展資金水土保持、坡耕地水土流失綜合治理、黃土高原固溝保塬、京津風(fēng)沙源水土保持等重點(diǎn)工程項(xiàng)目，綜合治理成效顯著。永和的紅棗、石樓的核桃、隰縣的玉露香梨……給群眾帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的獲得感、幸福感。

圖1 App 界面圖截圖

點(diǎn)擊“計(jì)算”按鈕，首先根據(jù)上面的公式一計(jì)算出容許最高氣溫t，后進(jìn)行比較，如t大于t，則彈出“最高氣溫超值”報(bào)警對(duì)話框，要求由三個(gè)月縮短時(shí)段長(zhǎng)度后重新找出t和t，修改輸入后重新計(jì)算；如t小于等于t，則接著根據(jù)公式二計(jì)算出輪胎充氣壓力設(shè)定值P，同時(shí)根據(jù)公式三計(jì)算出接下來(lái)的時(shí)段內(nèi)實(shí)際胎壓理論波動(dòng)范圍(可乘以100 后四舍五入成整數(shù)再除以100，來(lái)保留二位小數(shù))，顯示在下面的輸出區(qū)域。

如點(diǎn)擊“清除”按鈕，則輸入和輸出區(qū)域全部恢復(fù)初始狀態(tài)；點(diǎn)擊“退出”按鈕，彈出確認(rèn)對(duì)話框，確認(rèn)后退出App。

3.4 程序流程圖

汽車(chē)胎壓智能設(shè)定App 主要的程序流程圖如下圖2 所示。

圖2 程序流程圖

4 軟件測(cè)試

汽車(chē)胎壓智能設(shè)定App 在安卓手機(jī)上進(jìn)行了測(cè)試，主要狀態(tài)截屏如下。

進(jìn)入App，界面上可以選擇胎壓值的單位：（圖3）

圖3 胎壓?jiǎn)挝贿x擇截屏

可以輸入有關(guān)數(shù)據(jù)：（圖4）

圖4 數(shù)據(jù)輸入截屏

然后，點(diǎn)擊“計(jì)算”按鈕，開(kāi)始計(jì)算。如果輸入的t大于輸入t對(duì)應(yīng)的t值，則彈出報(bào)警對(duì)話框，提示縮短時(shí)段長(zhǎng)度后重新找出t和t：

圖5 報(bào)警對(duì)話框截屏

修改t和t輸入，點(diǎn)擊“計(jì)算”，結(jié)果如下：

圖6 計(jì)算結(jié)果截屏

當(dāng)前/后輪對(duì)推薦壓力值相同時(shí)，前后輪對(duì)壓力數(shù)據(jù)可如下合并顯示：

圖7 前后輪對(duì)壓力合并顯示截屏

點(diǎn)擊“退出”按鈕，彈出確認(rèn)對(duì)話框，再點(diǎn)“確認(rèn)”，則退出程序：（圖8）

圖8 退出程序確認(rèn)對(duì)話框截圖

每三個(gè)月(或計(jì)算中縮短了的時(shí)長(zhǎng))按上述汽車(chē)胎壓智能設(shè)定App 給出的輪胎設(shè)定壓力值，對(duì)輪胎進(jìn)行充氣(或調(diào)整壓力)，能使汽車(chē)輪胎的胎壓始終控制在較為理想范圍內(nèi)；該App 同時(shí)也顯示接下來(lái)的時(shí)段內(nèi)實(shí)際輪胎壓力理論波動(dòng)范圍?？梢?jiàn)，汽車(chē)胎壓智能設(shè)定App 使用便捷，可使車(chē)輛行駛更安全，運(yùn)行效率高、車(chē)輛損耗低。

5 展望

后面可以升級(jí)汽車(chē)胎壓智能設(shè)定App 自動(dòng)查出當(dāng)?shù)亟酉聛?lái)三個(gè)月去年同期歷史氣溫、當(dāng)前預(yù)報(bào)天氣氣溫，再自動(dòng)找出最低氣溫t和最高氣溫t。如充氣泵能配上藍(lán)牙功能，甚至可以考慮用手機(jī)App 算出的輪胎設(shè)定壓力值，通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙直接去設(shè)定(到設(shè)定值自動(dòng)停泵)氣泵的壓力設(shè)定值。

本汽車(chē)胎壓智能設(shè)定App 配合目前國(guó)內(nèi)車(chē)輛常見(jiàn)的間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能更便捷地保持汽車(chē)輪胎胎壓均勻、并保持在較為理想的壓力范圍內(nèi)，減小汽車(chē)爆胎、毀胎的概率，降低油耗和減少車(chē)輛零部件的損壞，綠色低碳，應(yīng)用前景廣闊，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。