基于SolidWorks軟件應用的多傳感技術智能輪胎的仿真設計
輪胎是汽車不可缺少的重要零部件，有關統計數據表明，大約有6%的交通事故是由輪胎引起的(見圖1)。法國米其林集團近期的調查報告表明．商用車輛故障有25%起緣于輪胎，而其中又有85%是因為輪胎慢性漏氣所致。美國交通管理部門2010年的統計資料亦表明，超過2/3的汽車存在不同程度的輪胎欠壓現象(見圖2)。輪胎的溫度和壓強對新車安全具有很大的影響，監控輪胎的壓強和溫度具有重要意義。
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為此，筆者采用了多傳感技術、RFID電子標簽以及機械傳動理論，以SolidWorks為建模平臺，設計出了一種能克服諸多局限的智能輪胎，實現了輪胎的智能化。
1 設計方案
智能輪胎包括輪胎性能的實時檢測、輪胎信息的記錄和識別、輪胎花紋的改變三方面設計。
1.1 輪胎性能的實時監測
傳統的輪胎結構見圖3。首先，筆者對汽車輪胎的工作環境進行了分析，明確了設計的輪胎需要適應高雎、高強度以及溫差大的工作環境。傳統的輪胎壓力、溫度狀態、漏氣情況以及疲勞程度無從知曉，一般都是憑感覺經驗判斷其安全性，因經驗有一定的不確定性，從而造成很多交通事故。因此希望通過在車胎內部安裝壓力、溫度傳感器，對車胎氣壓、溫度進行實時監測(見圖4)。汽車通過RFID技術讀取相關檢測數據，駕駛員可以清楚地了解各輪胎的性能情況(見圖5)。
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圖3 車胎結構
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圖4 車胎內部安裝壓力傳感器
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圖5 輪胎內部信號傳輸
其次，要想實現輪胎花紋的變化，需要了解路面的實時摩擦因數，摩擦因數的基本測量原理：通過傳感器檢測車輪運行狀態，由控制部分單片機對車輪車速、滑移率等相關參數進行必要分析，從而得到摩擦因數(見圖6)。
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圖6 地面摩擦因數測量流程圖
1.2 輪胎信息的記
錄和運輸基于物聯網技術，輪胎的綜合性能參數記錄在內置的RFID存儲器中，每個輪胎具有唯一的電子標簽。通過車載或是布于道路上的讀寫器讀取信息，并根據信息進行相關操作。
對相應的傳感器、RFID電子標簽、單片機控制電路進行設置，根據汽車的特殊環境，在芯片選型、電路設計上采用了能夠抗振、抗壓、耐高溫的零件，確保系統在復雜的行車環境中能夠正常使用。
1.3 輪胎花紋的改變裝置
針對智能輪胎的工作要求對其中花紋控制環節進行設計，由于汽車輪胎的高要求和重要性，采用了可靠的機械控制方式對輪胎花紋的形狀和深度進行控制。
車輪任意時刻轉速信號是從轉速傳感器獲取，它安裝在隨車輪輪軸一起旋轉的傳感齒輪附近并與齒圈對準。齒罔隨車輪轉動，齒圈的齒頂和齒間隙交替的與傳感器相對，使感應線圈中的磁場周期性變化，線圈中產生交變電壓信號，該信號由控制部分分析，從而得到車輪轉速。拉力傳感器測量輪胎與地面之間摩擦力的大小，它安裝在拉桿與輔軸的連接處，工作時，能準確反映連接處相互作用力，并將其發送至控制部分。
得到了摩擦因數，就可以通過機械傳動方式控制輪胎的花紋形狀和深度。實現輪胎在不同路面的自適應效果。
2 以SolidWorks為平臺的建模仿真
在花紋控制方面，主要以SolidWorks為建模平臺，建立起仿真的三維效果，利用這種方法設計能夠減少設計時間，增加精確性，提高設計的創新性，能夠滿足現代化設計發展的需要。
2.1 SolidWorks計算機軟件介紹
SolidWorks是由美國的SolidWorks公司研究開發的基于造型的三維機械設計軟件。以SolidWorks為核心的CAD/CAE/CAM集成系統全面滿足產品設計、分析、制造、產品數據管理一體化集成要求。SolidWorks是基于Windows下的一種具有強大的三維建模功能與工程圖繪制、IPA動畫制作、實物渲染等功能的工程軟件。隨著SolidWorks版本的不斷提高、性能的不斷增強以及功能的不斷完善，SolidWorks已經完全滿足現代企業機械設計的要求，并已廣泛應用于機械設計和機械制造的各個行業。
2.2 SolidWorks軟件在機械設計中的應用及其特點
在傳統的設計中，設計師在設計時頭腦中首先產生的是三維圖像，然后利用投影及附加的各種規則和標準，把頭腦中的三維圖像“翻譯”出來，描繪到圖紙上睿豐德二維圖紙。計算機三維軟件的產生，如SolidWorks軟件，使設計師頭腦中產生的三維實體圖像可以直接仿真到計算機屏幕上．既形象又直觀。因此，應用三維軟件進行設計使設計師思想不經“翻譯”進行直觀的展示，是人們自然的思維過程，能夠使思想表達更直觀、準確、清晰。
3 結束語
智能輪胎能夠根據路面的情況改變花紋的形狀和深度，實現車輛行駛、輪胎磨損、行車安全的優化；傳感器能夠實施反饋輪胎的壓力和溫度信息，減少爆胎的發生；RFID技術能夠使輪胎物聯網，實現輪胎的唯一性識別。對于廠家而言，能夠方便輪胎的召回，減少損失，能夠使輪胎廠家在消費者中樹立良好的口碑。
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