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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)的輪胎力測量方法必須通過偏航率傳感器和加速度傳感器數(shù)據(jù)進行換算估計才能夠獲得。但是這樣的估計結果會由于輪胎變形量和路面附著系數(shù)的不同而出現(xiàn)誤差，所以基于動力學原理對輪胎力做出準確估計依然比較困難。為了克服這樣的限制，對輪胎力的直接測量研究目前正在進行中。傳感器直接測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)部進行測量；另一種是將傳感器放在輪轂進行測量。

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

傳感器安裝在輪胎的內(nèi)襯層內(nèi)，用于檢測該輪胎的變形量。SAW集成信號讀取設備可以接收輪胎應變傳感器所發(fā)出的無線信號，經(jīng)由CAN總線將所接受的應變信號傳遞給i-Tire ECU，i-Tire ECU可以根據(jù)應變信號計算出相應的輪胎力，然后，輪胎力信息通過CAN總線發(fā)送到其它控制系統(tǒng)。此智能輪胎系統(tǒng)的關鍵在于傳感器以及i-Tire ECU的研發(fā)。①傳感器：用于測量輪胎應變的傳感器大致可分為連接到輪轂的應變傳感器和安裝在輪胎內(nèi)橡膠表面的應變傳感器兩類。而輪胎力傳感器的構造包括應變傳感器和無線通信兩部分。②i-Tire ECU：由于傳感器所測得的信號為輪胎應變信號而非輪胎力，所以需要編制一套變換算法，從而可以將應變信息轉(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語言編制實現(xiàn)的，并且接受了臺架系統(tǒng)測試和實車試驗的測試。

此外，在硬件方面，3個CAN接口信道被配置成從該SAW集成信號讀取設備與i-Tire ECU之間傳遞應變信號的通道。

本研究驗證了i-Tire ECU以及嵌入式輪胎力傳感器在輪胎力測量領域的潛力。

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

編譯：張玉倫