汽車輪胎的監測裝置研究

李文超 劉奎 王獻玉

摘要：汽車的輪胎是汽車組成的重要部件之一，汽車的行駛安全與速度與輪胎的材料和性能有著很重要的關聯。因此，在行駛過程中對輪胎的溫度、壓力等參數進行檢測是十分有必要的。本文主要分析了現有對汽車輪胎的壓力、溫度等進行檢測的裝置的結構及其應用范圍。

關鍵詞：汽車輪胎;溫度檢測;壓力檢測;傳感器;單片機

在汽車行駛過程中輪胎直接與地面接觸發生摩擦，因此可能會造成磨損、溫度升高等情況，有可能對影響行車安全。此外，當路面狀況不夠平坦或者有銳物時，輪胎可能會破損，導致無法行車。因此需要對輪胎的狀態進行檢測分析。

1 汽車輪胎溫度檢測裝置

汽車輪胎的功能狀態與材料溫度密切相關，在汽車行進過程中，輪胎長時間與地面發生摩擦會使得溫度升高，如果輪胎長時間處于高溫狀態，則會使得輪胎材料受損、性能下降、使用壽命降低，嚴重時甚至會影響到駕駛人員的生命安全。因此在汽車行進過程中，需要實時對輪胎溫度進行檢測，避免因輪胎過熱而造成材料受損，以確保行車安全。

在行進過程中對汽車輪胎進行溫度檢測的主要部件是溫度傳感器，它將輪胎溫度的變化轉變成電壓電流等電量的變化，再通過中央控制單元進行處理分析。溫度傳感器的主要元件是熱敏電阻，根據溫度發生變化時熱敏電阻的阻值也會發生相應變化的原理設計而成。在進行溫度檢測時，安裝在汽車輪胎內的溫度傳感器陣列對輪胎內部的溫度進行實時監測，并將溫度的變化體現為外部電路電壓和電流的變化。傳感器安裝的位置并不是隨機的，而是根據在以往汽車爆胎事故處理中的經驗，總結出易發生爆胎的區域，將傳感器放置在這些區域附近測量。電流和電壓都是模擬量，不能直接被單片機或計算機進行處理，因此還需要經過數模轉換電路將連續的模擬量轉換為離散的數字量。在汽車輪轂上安裝有可以進行信號處理的單片機系統，可以對經過數模轉換之后的數字信號進行處理和分析。

目前大多數汽車中都配置了能夠進行信號處理、音視頻播放等功能的計算機系統，計算能力和速度均強于單片機，而且可以進行實時顯示和提醒。因此經汽車輪轂附近單片機系統進行處理的信號會送到駕駛室的計算機系統之中進行分析，并將結果在屏幕上進行數字化顯示。同時在計算機內部還可設置一條對溫度進行判斷的命令語句，一旦所檢測到到的溫度超過設定的閾值，就通過汽車內部的揚聲器發出警報，提醒駕駛員當前駕駛存在風險，應及時停車休整，以免造成安全事故。初始設定的溫度閾值應略小于汽車發生爆胎事故時溫度的臨界值，確定方式一般是通過精密試驗測量和詢問專家意見。

2 汽車輪胎壓力檢測裝置

汽車在行駛過程中輪胎由于收到利器戳刺時會造成輪胎漏氣，進而造成爆胎。此外，由于汽車長期行駛而造成輪胎溫度升高進而造成氣壓增大或由于車主保養不當等原因也可能會引起爆胎。一旦發生爆胎，汽車將無法正常行進，嚴重時還會造成交通事故，因此在行駛過程中需要對對汽車輪胎內部的壓力進行檢測以避免爆胎事故。

目前應用于壓力監測的裝置主要是壓力傳感器，壓電陶瓷使其功能實現的主要元件。其基本測量原理是壓電陶瓷自身的壓電效應，壓力檢測元件在受到張力或者拉力時，其表面的電荷量會發生變化，且電荷量的多少與所施加作用力的大小密切相關。在進行壓力檢測時通過測量壓電陶瓷表面電荷量的多少就可以確定其壓力變化范圍，常用的做法是形成閉合的電回路。汽車在行進過程中輪胎會不斷的發生轉動，進而受到地面擠壓力的作用產生形變，使得輪胎內部的壓強發生變化，進而造成壓力的變化。

現階段大多數汽車輪胎壓力檢測系統裝置結構主要包括由壓電陶瓷組成的壓力傳感器、外圍電路、信號接收系統以及傳輸系統。由于汽車輪胎內部的壓力變化而造成壓電陶瓷表面產生的電荷變化是一個瞬態的過程，壓電陶瓷表面存儲的電荷量時時刻刻隨壓力而改變，需要對這一部分變化進行放大，之后再轉變為電流或電壓等可以直接檢測的物理量。之后通過信號傳輸系統送入汽車內部的計算機系統進行處理分析，將進行數模轉換之后的電信號經過事先設計好的算法轉化為輪胎內部的壓力，并在主機屏幕上進行顯示。與溫度檢測系統類似，壓力檢測系統也設置了判斷和報警裝置，以對異常值做出響應。

實際測量中為了構成通電回路，大多數壓力檢測系統會采用外接電池提供能量，但外接電池的能量畢竟是有限的，當所存儲的電能耗盡時就需要進行更換，在實際使用時比較麻煩。最近有學者報導了一種利用壓電陶瓷的壓電效應提供電能，從而使壓電陶瓷作為整個測量回路的電能提供元件的方法。此方法直接將壓電陶瓷與可以存儲電能的原件電容相連，構成充放電回路，由于壓電陶瓷表面的電荷量時刻隨壓力變化而變化，相當于一個交流源，所以電路可以導通。當壓力穩定時，壓電陶瓷表面電荷量不變，相當于直流源，回路中沒有電流，提示壓力處于穩定值。這種方法可以自主發電，不需要外部電池，減少了更換電池所帶來的麻煩。

3 結語

汽車輪胎的性能與行車安全密切相關，輪胎狀態異常時會發生爆胎，不僅會耽擱駕駛員正常行程，還有可能造成嚴重的交通事故。根據對近幾年來汽車爆胎事故的原因進行分析，發展除外部條件引起的輪胎受損之外，高溫高壓是造成事故的主要原因，因此在行駛過程中對溫度、壓力等進行檢測是非常有必要的。目前在對汽車輪胎的狀態進行檢測時都是依靠溫度、壓力等傳感器元件收集數據，再由車載計算機系統進行分析處理。

參考文獻：

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