李文超 劉奎 王獻(xiàn)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(guān)聯(lián)。因此，在行駛過程中對輪胎的溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行檢測是十分有必要的。本文主要分析了現(xiàn)有對汽車輪胎的壓力、溫度等進(jìn)行檢測的裝置的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：汽車輪胎;溫度檢測;壓力檢測;傳感器;單片機(jī)

在汽車行駛過程中輪胎直接與地面接觸發(fā)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(dāng)路面狀況不夠平坦或者有銳物時(shí)，輪胎可能會破損，導(dǎo)致無法行車。因此需要對輪胎的狀態(tài)進(jìn)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(tài)與材料溫度密切相關(guān)，在汽車行進(jìn)過程中，輪胎長時(shí)間與地面發(fā)生摩擦?xí)沟脺囟壬?，如果輪胎長時(shí)間處于高溫狀態(tài)，則會使得輪胎材料受損、性能下降、使用壽命降低，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懙今{駛?cè)藛T的生命安全。因此在汽車行進(jìn)過程中，需要實(shí)時(shí)對輪胎溫度進(jìn)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(jìn)過程中對汽車輪胎進(jìn)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(zhuǎn)變成電壓電流等電量的變化，再通過中央控制單元進(jìn)行處理分析。溫度傳感器的主要元件是熱敏電阻，根據(jù)溫度發(fā)生變化時(shí)熱敏電阻的阻值也會發(fā)生相應(yīng)變化的原理設(shè)計(jì)而成。在進(jìn)行溫度檢測時(shí)，安裝在汽車輪胎內(nèi)的溫度傳感器陣列對輪胎內(nèi)部的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將溫度的變化體現(xiàn)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(jī)的，而是根據(jù)在以往汽車爆胎事故處理中的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出易發(fā)生爆胎的區(qū)域，將傳感器放置在這些區(qū)域附近測量。電流和電壓都是模擬量，不能直接被單片機(jī)或計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，因此還需要經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量。在汽車輪轂上安裝有可以進(jìn)行信號處理的單片機(jī)系統(tǒng)，可以對經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字信號進(jìn)行處理和分析。

目前大多數(shù)汽車中都配置了能夠進(jìn)行信號處理、音視頻播放等功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算能力和速度均強(qiáng)于單片機(jī)，而且可以進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和提醒。因此經(jīng)汽車輪轂附近單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理的信號會送到駕駛室的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中進(jìn)行分析，并將結(jié)果在屏幕上進(jìn)行數(shù)字化顯示。同時(shí)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部還可設(shè)置一條對溫度進(jìn)行判斷的命令語句，一旦所檢測到到的溫度超過設(shè)定的閾值，就通過汽車內(nèi)部的揚(yáng)聲器發(fā)出警報(bào)，提醒駕駛員當(dāng)前駕駛存在風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)及時(shí)停車休整，以免造成安全事故。初始設(shè)定的溫度閾值應(yīng)略小于汽車發(fā)生爆胎事故時(shí)溫度的臨界值，確定方式一般是通過精密試驗(yàn)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(shí)會造成輪胎漏氣，進(jìn)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(jìn)而造成氣壓增大或由于車主保養(yǎng)不當(dāng)?shù)仍蛞部赡軙鸨ァＲ坏┌l(fā)生爆胎，汽車將無法正常行進(jìn)，嚴(yán)重時(shí)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(nèi)部的壓力進(jìn)行檢測以避免爆胎事故。

目前應(yīng)用于壓力監(jiān)測的裝置主要是壓力傳感器，壓電陶瓷使其功能實(shí)現(xiàn)的主要元件。其基本測量原理是壓電陶瓷自身的壓電效應(yīng)，壓力檢測元件在受到張力或者拉力時(shí)，其表面的電荷量會發(fā)生變化，且電荷量的多少與所施加作用力的大小密切相關(guān)。在進(jìn)行壓力檢測時(shí)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(jìn)過程中輪胎會不斷的發(fā)生轉(zhuǎn)動，進(jìn)而受到地面擠壓力的作用產(chǎn)生形變，使得輪胎內(nèi)部的壓強(qiáng)發(fā)生變化，進(jìn)而造成壓力的變化。

現(xiàn)階段大多數(shù)汽車輪胎壓力檢測系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)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(tǒng)以及傳輸系統(tǒng)。由于汽車輪胎內(nèi)部的壓力變化而造成壓電陶瓷表面產(chǎn)生的電荷變化是一個(gè)瞬態(tài)的過程，壓電陶瓷表面存儲的電荷量時(shí)時(shí)刻刻隨壓力而改變，需要對這一部分變化進(jìn)行放大，之后再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱瓤梢灾苯訖z測的物理量。之后通過信號傳輸系統(tǒng)送入汽車內(nèi)部的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理分析，將進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換之后的電信號經(jīng)過事先設(shè)計(jì)好的算法轉(zhuǎn)化為輪胎內(nèi)部的壓力，并在主機(jī)屏幕上進(jìn)行顯示。與溫度檢測系統(tǒng)類似，壓力檢測系統(tǒng)也設(shè)置了判斷和報(bào)警裝置，以對異常值做出響應(yīng)。

實(shí)際測量中為了構(gòu)成通電回路，大多數(shù)壓力檢測系統(tǒng)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(dāng)所存儲的電能耗盡時(shí)就需要進(jìn)行更換，在實(shí)際使用時(shí)比較麻煩。最近有學(xué)者報(bào)導(dǎo)了一種利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)提供電能，從而使壓電陶瓷作為整個(gè)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(gòu)成充放電回路，由于壓電陶瓷表面的電荷量時(shí)刻隨壓力變化而變化，相當(dāng)于一個(gè)交流源，所以電路可以導(dǎo)通。當(dāng)壓力穩(wěn)定時(shí)，壓電陶瓷表面電荷量不變，相當(dāng)于直流源，回路中沒有電流，提示壓力處于穩(wěn)定值。這種方法可以自主發(fā)電，不需要外部電池，減少了更換電池所帶來的麻煩。

3 結(jié)語

汽車輪胎的性能與行車安全密切相關(guān)，輪胎狀態(tài)異常時(shí)會發(fā)生爆胎，不僅會耽擱駕駛員正常行程，還有可能造成嚴(yán)重的交通事故。根據(jù)對近幾年來汽車爆胎事故的原因進(jìn)行分析，發(fā)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(jìn)行檢測是非常有必要的。目前在對汽車輪胎的狀態(tài)進(jìn)行檢測時(shí)都是依靠溫度、壓力等傳感器元件收集數(shù)據(jù)，再由車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。

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