汽车轮胎的监测装置研究
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摘要：汽车的轮胎是汽车组成的重要部件之一，汽车的行驶安全与速度与轮胎的材料和性能有着很重要的关联。因此，在行驶过程中对轮胎的温度、压力等参数进行检测是十分有必要的。本文主要分析了現有对汽车轮胎的压力、温度等进行检测的装置的结构及其应用范围。
关键词：汽车轮胎;温度检测;压力检测;传感器;单片机
在汽车行驶过程中轮胎直接与地面接触发生摩擦，因此可能会造成磨损、温度升高等情况，有可能对影响行车安全。此外，当路面状况不够平坦或者有锐物时，轮胎可能会破损，导致无法行车。因此需要对轮胎的状态进行检测分析。
1 汽车轮胎温度检测装置
汽车轮胎的功能状态与材料温度密切相关，在汽车行进过程中，轮胎长时间与地面发生摩擦会使得温度升高，如果轮胎长时间处于高温状态，则会使得轮胎材料受损、性能下降、使用寿命降低，严重时甚至会影响到驾驶人员的生命安全。因此在汽车行进过程中，需要实时对轮胎温度进行检测，避免因轮胎过热而造成材料受损，以确保行车安全。
在行进过程中对汽车轮胎进行温度检测的主要部件是温度传感器，它将轮胎温度的变化转变成电压电流等电量的变化，再通过中央控制单元进行处理分析。温度传感器的主要元件是热敏电阻，根据温度发生变化时热敏电阻的阻值也会发生相应变化的原理设计而成。在进行温度检测时，安装在汽车轮胎内的温度传感器阵列对轮胎内部的温度进行实时监测，并将温度的变化体现为外部电路电压和电流的变化。传感器安装的位置并不是随机的，而是根据在以往汽车爆胎事故处理中的经验，总结出易发生爆胎的区域，将传感器放置在这些区域附近测量。电流和电压都是模拟量，不能直接被单片机或计算机进行处理，因此还需要经过数模转换电路将连续的模拟量转换为离散的数字量。在汽车轮毂上安装有可以进行信号处理的单片机系统，可以对经过数模转换之后的数字信号进行处理和分析。
目前大多数汽车中都配置了能够进行信号处理、音视频播放等功能的计算机系统，计算能力和速度均强于单片机，而且可以进行实时显示和提醒。因此经汽车轮毂附近单片机系统进行处理的信号会送到驾驶室的计算机系统之中进行分析，并将结果在屏幕上进行数字化显示。同时在计算机内部还可设置一条对温度进行判断的命令语句，一旦所检测到到的温度超过设定的阈值，就通过汽车内部的扬声器发出警报，提醒驾驶员当前驾驶存在风险，应及时停车休整，以免造成安全事故。初始设定的温度阈值应略小于汽车发生爆胎事故时温度的临界值，确定方式一般是通过精密试验测量和询问专家意见。
2 汽车轮胎压力检测装置
汽车在行驶过程中轮胎由于收到利器戳刺时会造成轮胎漏气，进而造成爆胎。此外，由于汽车长期行驶而造成轮胎温度升高进而造成气压增大或由于车主保养不当等原因也可能会引起爆胎。一旦发生爆胎，汽车将无法正常行进，严重时还会造成交通事故，因此在行驶过程中需要对对汽车轮胎内部的压力进行检测以避免爆胎事故。
目前应用于压力监测的装置主要是压力传感器，压电陶瓷使其功能实现的主要元件。其基本测量原理是压电陶瓷自身的压电效应，压力检测元件在受到张力或者拉力时，其表面的电荷量会发生变化，且电荷量的多少与所施加作用力的大小密切相关。在进行压力检测时通过测量压电陶瓷表面电荷量的多少就可以确定其压力变化范围，常用的做法是形成闭合的电回路。汽车在行进过程中轮胎会不断的发生转动，进而受到地面挤压力的作用产生形变，使得轮胎内部的压强发生变化，进而造成压力的变化。
现阶段大多数汽车轮胎压力检测系统装置结构主要包括由压电陶瓷组成的压力传感器、外围电路、信号接收系统以及传输系统。由于汽车轮胎内部的压力变化而造成压电陶瓷表面产生的电荷变化是一个瞬态的过程，压电陶瓷表面存储的电荷量时时刻刻随压力而改变，需要对这一部分变化进行放大，之后再转变为电流或电压等可以直接检测的物理量。之后通过信号传输系统送入汽车内部的计算机系统进行处理分析，将进行数模转换之后的电信号经过事先设计好的算法转化为轮胎内部的压力，并在主机屏幕上进行显示。与温度检测系统类似，压力检测系统也设置了判断和报警装置，以对异常值做出响应。
实际测量中为了构成通电回路，大多数压力检测系统会采用外接电池提供能量，但外接电池的能量毕竟是有限的，当所存储的电能耗尽时就需要进行更换，在实际使用时比较麻烦。最近有学者报导了一种利用压电陶瓷的压电效应提供电能，从而使压电陶瓷作为整个测量回路的电能提供元件的方法。此方法直接将压电陶瓷与可以存储电能的原件电容相连，构成充放电回路，由于压电陶瓷表面的电荷量时刻随压力变化而变化，相当于一个交流源，所以电路可以导通。当压力稳定时，压电陶瓷表面电荷量不变，相当于直流源，回路中没有电流，提示压力处于稳定值。这种方法可以自主发电，不需要外部电池，减少了更换电池所带来的麻烦。
3 结语
汽车轮胎的性能与行车安全密切相关，轮胎状态异常时会发生爆胎，不仅会耽搁驾驶员正常行程，还有可能造成严重的交通事故。根据对近几年来汽车爆胎事故的原因进行分析，发展除外部条件引起的轮胎受损之外，高温高压是造成事故的主要原因，因此在行驶过程中对温度、压力等进行检测是非常有必要的。目前在对汽车轮胎的状态进行检测时都是依靠温度、压力等传感器元件收集数据，再由车载计算机系统进行分析处理。
参考文献：
[1]罗庆生，韩宝玲.一种新型汽车轮胎温度在线检测装置的研究[J].中国机械工程，2003（16）：8789+6.
[2]刘奇元，肖雨，许鹏.基于压电陶瓷的轮胎压力检测系统设计[J].电子技术与软件工程，2016（16）：117118.
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