汽车轮胎防爆技术分析
      （内蒙古农业大学，机电工程学院，车辆工程，刘秉昕）
摘要：通过主流防爆胎技术的分析，阐述了其关键技术及工作原理、作用、使用方法等，并对于轮胎防爆技术的发展做了展望。
关键词：轮胎压力；胎压监测系统；防爆轮胎
                                                                    The analysis of Tire explosion-proof technology
Abstract: Mainstream anti-puncture technique through the analysis of its key technologies and described the working principle, the role, using the methods and technology for the development of explosion-proof tires do look
Key words: tire pressure; tire pressure monitoring system; Flat tires

前言
一旦在高速行驶的过程中轮胎突然爆裂，那么所引起的后果将是不堪设想的。据2006年的统计数据显示，因高速行驶中突然爆胎而导致的车毁人亡事故被列为高速公路意外事故榜首，占高速公路意外事故死亡人数的49.81％，受伤人数占63.94％，超越疲劳驾车、超速行驶成为高速道路交通意外的最大杀手。据美国汽车工程师学会最近的调查显示，美国每年有19.5万起交通事故是由于爆胎造成的。2000年11月1日，美国公路交通安全局要求所有在美国销售的汽车都必须安装“轮胎压力监视系统”（TPMS）。一下将介绍几种主流的轮胎防爆技术。
1.吉利BMBS爆胎监测与安全控制系统美国轮胎
BMBS技术的英文全称为BLOW-OUT MONITORING AND BRAKE SYSTEM，中文全称为“爆胎监测与安全控制系统”。  BMBS技术的核心是轮胎气压的实时监测和快速行车制动，使汽车在爆胎后能及时制动，增大车轮与地面的附着力，并在ABS的支持下，使车轮滑移无法产生。制动同时使爆胎车轮对应一侧正常车轮产生的制动力大于或接近爆胎

车轮的滚动阻力与制动力之和，有效防止爆胎方向偏航。制动更能使汽车行驶速度快速降低，彻底化解爆胎风险。
当爆胎发生时车辆的重心发生突然的转移，从而导致车辆急剧跑偏，如果此时不正确地控制方向盘或施加制动力的话，将会加剧车辆失控的程度。BMBS系统的安全控制功能就在于主动地控制每一个车轮的制动力。当出现爆胎时轮胎气压监测采样单元能够即刻采集到这一信号，并将这一信号立即传递给中央控制单元，中央控制单元几乎同时发出指令给制动器单元和尾灯警示信号，制动器单元瞬间爆发出强大的制动力，在极短时间内（0.2至0.5秒之间，为从爆胎发生到产生制动的时间）促使汽车产生紧急制动并安全减速。
而为了避免车辆跑偏，BMBS系统会通过ABS去实时控制爆胎的车轮以及对应的同轴车轮的制动力，维持同轴两个车辆相同的制动力从而抑制跑偏发生。
2.宝马RSC防爆轮胎
既然爆胎那么可怕，那么造一个不会爆的轮胎不就行了吗？就在这一个思维的指引下由德国马牌轮胎（Continental）研制，并被BMW宝马汽车全系列车型广泛采用的RSC防爆轮胎
就应运而生了。RSC包含安装在EH2轮辋上的RSC轮胎和TPI电子警告系统两大部分。轮胎压力监示器(TPI)通过不断比较各个轮胎的转速而对各个轮胎的气压进行监视，一旦轮胎压力开始下降，电子警告系统立即向驾驶者发出警告，让驾驶者时刻了解轮胎的工作状况。
RSC在轮胎完全泄气的情况下，车辆仍然可以80公里/小时的车速行驶250公里。但这已经足够！RSC已经可以避免在高速公路爆胎时几乎会导致的重大安全事故，而且可以避免你在高速公路上冒险换轮胎情况。另一方面在所有的轮胎损坏故障中，只有20%是轮胎压力突然或迅速下降。换言之，在80%的情况下轮胎压力下降都是个缓慢的渐进过程，而此时，RSC轮胎能够使车辆继续行驶长达2,000公里。因此毫不夸张地说，RSC轮胎本身就是自己的备用轮胎。这种安全性的显著改善还在于ABS防抱死制动系统、ASC自动稳定控制系统、DSC动态稳定控制系统始终保持功能完全正常。
为什么RSC有如此能耐在零气压的状态下依然保持车辆的正常行驶呢？主要是因为加厚的橡胶侧壁、附加的气门嘴条带和高耐热性的合成橡胶材料。即使失去气压，侧壁也能够支撑车辆的重量，不会导致严重的变形，因此轮胎爆胎后并不会严重影响车辆的行驶，甚至
车主有可能感觉不到。为了防止轮胎变形后脱离轮圈，轮圈是经过特殊设计的，轮圈上的突峰能够防止轮胎在压力突然下降后脱离，以保万无一失。
BMW宝马是唯一全系车型均配备RSC防爆轮胎的厂家，而其在推广这一技术时也并非一帆风顺。早年的RSC防爆轮胎，加固的侧壁令到舒适性大大下降，甚至影响了车辆的操控性能，这将严重影响宝马车的豪华运动形象。经过几年的努力，马牌RSC防爆轮胎的性能已经与普通轮胎非常接近，而其出的安全性也得到人们接受。
3.丰田轮胎气压监测系统（间接TPMS）
TPMS 主要分为2种类型:一种是直接式T PMS,它利用安装在轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压,并通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上.当轮胎气压异常时,系统就会自动报警.另一种是间接式 T PMS, 它根据轮胎气压降低,车轮速度增加,利用汽车已经存在的 ABS 轮速传感器来比较车轮的轮速差别, 从而间接监测轮胎的气压变化.
丰田公司针对这种现状开发了一种轮胎气压报警系统(间接TPMS) , 并安装试车成功.【1】当轮胎气压降低时,报警灯点亮以警示驾驶员, 使驾驶员能及时处理轮胎故障,减少交通事故的发生.
丰田公司轮胎气压监测报警系统检测过程如图所示. 由图可以看出,其检测核心是汽车稳定性控制系统( vehicle stability control, VSC) .
它是一套电脑程序, 通过对各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析,帮助车辆保持动态平衡.它以ABS 为基础, 利用汽车ABS 轮速传感器监测每只轮胎的转速情况. 工作时, VSC 系统不需要驾驶员对其进行操作, 而是根据实际情况做出反应,因此汽车的行驶安全性大大提高. VSC 系统根据汽车ABS 轮速传感器传来的信号计算出保持汽车行驶的参数值, 并与预定的理论值相比较,从而发出警告命令.
丰田公司就是利用 VSC 控制系统来完成轮胎压力监测的. 它将ABS 轮速传感器采集车轮的速度信号送至VSC 控制单元,由控制单元经过波形处理,滤除共振外的杂波并推算轮胎共振频率的变化,根据轮胎弹簧常数的变化,最后得出轮胎气压的变化情况. V SC 控制器对轮胎气压变化情况进行判断,将轮胎气压与某一提前设定的阈值进行比较.当轮胎气压低于这一阈
值时,便将报警信号输出至报警灯,由报警灯提醒驾驶员及时检查胎压,避免发生危险,从而实现实时在线监测轮胎气压.
4.胎压监测系统（直接TPMS）
汽车轮胎压力监视系统( tire pressure monitoring system, TPMS)主要用于在汽车行驶过程中对轮胎气压进行实时自动监测, 对轮胎漏气和低气压进行报警, 以保障行车安全【2-3】。
TPMS系统主要有二个部分组成：安装在汽车轮胎上的远程轮胎压力监测模块和安装在汽车驾驶台上的中央监视器(LCD/LED显示器)。直接安装在每个轮胎里测量轮胎压力和温度模块，将测量得到的信号调制后通过高频无线电波(RF)发射出去。一辆轿车或面包车TPMS系统有4个或5个(包括备用胎)TPMS监测模块，一辆卡车有8~36个TPMS监测模块。中央监视器接收TPMS监测模块发射的信号，将各个轮胎的压力和温度数据显示在屏幕上，供驾驶者参考。如果轮胎的压力或温度出现异常，中央监视器根据异常情况，发出报警信号，提醒驾驶者采取必要的措施。
由于汽车轮胎现在大多都是没有内胎的真空子午胎，因此，将TPMS的轮胎压力监测模块
安装在轮胎里是十分方便和容易的，但是汽车在高速跑动时轮胎内环境和温度是十分恶劣的，压力、温度、湿度变化特别大，所以该模块的设计要按军级产品的要求来选用元器件，按工业产品的要求来制订生产工艺，然而它是一个量大面广的汽车通用安全产品，要按消费电子产品来定价。
轮胎压力监测模块由五个部分组成：1. 具有压力、温度、加速度、电压检测和后信号处理ASIC芯片组合的智能传感器MCM。2. 8-16位单片机(MCU)。3. RF射频发射芯片。4. 锂电池。5. 天线。外壳选用高强度ABS塑料。所有器件、材料都要满足-40℃~+125℃的使用温度范围。
轮胎压力监测模块是安装在轮胎上的轮胎压力、温度实时监测和数据发送系统装置，它的内部结构如图2所示。轮胎压力监测模块做成的TPMS发射器分成车胎内内置和车胎外外置两种。
TPMS智能传感器是整合了硅显微机械加工(MEMS)技术制作的压力传感器、温度传感器、加速度计、电池电压检测、内部时钟和一个包含模数转换器(ADC)、取样/保持(S/H)、SPI口、校准(Calibration)、数据管理(Data)、ID码的数字信号处理ASIC单元或MCU的SOC，
模块具有掩膜可编程性，即可以利用客户专用软件进行配置。它是由MEMS传感器和ASIC/MCU电路二块芯片，用集成电路工艺做在一个封装里的。智能传感器是一个MCM模块，它将压力/温度、加速度和MCU集成在一起(图3)；为了便于TPMS接收器的识别，每个压力传感器都具有16-32位独特的ID码。
5.PAX轮胎系统
米其林早在1997年就宣布了PAX系统的面市，PAX系统非常先进，是一种包括四元素的固定组合：全新结构的轮胎、特制的轮辋、内置支撑环和胎压探测器。特别的是，它必须由特殊设计的轮圈安装，轮圈拥有向外锚定的子口，当轮胎垂直安装在轮圈上时，特殊设计的子口能像卡子一样把轮胎卡在轮圈上。

  由于拥有新的胎唇锚泊系统以及长度较短并崩紧的胎壁，PAX轮胎系统比传统轮胎有较少的偏向现象，尤其在转弯时为驾驶者提供了更佳更快速的反馈信息。PAX轮胎系统以两个卡子把轮胎机械地固定在轮辋上，并在轮胎内部装有支撑环，令胎唇不论在任何情况下仍牢固地卡在轮辋上。


  使用PAX轮胎系统，无需备胎，它让车辆具有赛车的行驶性能，提高了驾车安全、舒适性及操控性之间的平衡。同时PAX轮胎系统还可以显著地改善了轮胎性能，节能省油，并可提高运动性及安全性，即使轮胎缺气或爆破后，在不损坏轮胎－轮辋装置与影响行车安全的前提下，仍能以时速80公里行驶200公里，全面保护驾驶者及乘客。PAX轮胎系统的设计者为每个轮胎安装一个胎压探测器，以便在泄气时发出讯号到仪表盘上，通知驾驶者。PAX照顾到安全性和舒适性，因此像奥迪A8、劳斯莱斯等顶级车都采用PAX。