RFID智能轮胎研究
作者:KEVIN Li
除了更坚固耐用,更舒适宁静外,如何让轮胎有表达能力,更聪明,一直是轮胎制造商努力的方向。
21世纪轮胎发展的主题将是人性化,其内涵包括智能便利,绿安全,最近10年间,以米其林为首的大轮胎制造商已开发出多种智能轮胎技术及产品,轮胎智能化不仅仅是轮胎自身的一场革命,还将带动轮胎制造工艺与生产设备产生变革,让轮胎多一些智慧,让人类更安全。
智能轮胎的分类:
第一种智能:轮胎充气内压监测。轮胎欠压是交通安全的重大隐患,米其林近期的调查报告表明,商用车辆故障有25%起源于轮胎,而其中又有85%是因为轮胎慢性漏气所致。美国交通管
理部门2001年的统计亦表明,超过2/3的汽车存在不同程度的轮胎欠压现象,英国交通管理部门的数据表明,轮胎欠压引起的交通事故占有交通事故的6%。此外,经验表明,若轮胎的额定充气内压为700kPa,欠压导致滚动阻力增加2%,对典型的驱动轴轮胎而言,相当于友好增加0.5%,磨耗加快5%。如果轮胎长期在欠压状态下行驶,必将损害轮胎的结构完整性和胎体可翻新性。监测轮胎充气内压并使之维持良好状态。应该是智能轮胎在具备普通轮胎所有功能之后的第一项智能化功能,通过安装轮胎充气内压监测装置即可达到上述水平。
第二种智能:历史可追溯性记录,所谓历史可追溯性记录就是要求轮胎在制造-出厂-使用(包括维修、翻新)-报废全过程中的每一阶段均形成资料,而且可以随时提供查阅。
目前,美国联邦公路交通安全管理局和美国汽车工业立法小组正在制定新标准,在相应的新标准《轮胎示踪能力标准》和《轮胎历程可追溯记录标准》中,历程可追溯性记录的内容包括:轮胎的身份、即轮胎品牌、生产序列号、DOT代码、生产厂厂址、生产日期、轮胎的户籍,即装车资料、通常包括汽车主轴号码、轮辋号码、轮胎的使用资料、即历次出车时轮胎的温度、充气内压、速度、受力、变形等数据以及历次翻新、修补情况;轮胎报废资料,即报废原因,报废日期,寻求实现历程可追溯性记录的途径,目前间诸文献的方法是给轮胎装
上RFID(射频识别卡),RFID卡是一种具有电脑功能的微型卡式传感器,它包含了从信息搜集,信息处理到信息发送所必需的全部部件。
第三种智能:自动补充轮胎充气内压,装备车载气泵可以及时补充轮胎充气内压,一旦轮胎漏气,轮胎充气内压监测装置将发出警报,车载电脑据此启动车载气泵,车载气泵向轮胎内腔入气体,使轮胎回复合理的充气内压。
第四种智能:轮胎温度监测,轮胎在行驶过程中因生热而逐渐升高温度,高温加速橡胶,窗帘等高聚物的降解,从而导致轮胎使用寿命缩短。轮胎温度检测系统由两部分组成:注入轮胎体内的微型传感器,他负责探测,传入轮胎温度数据;装载汽车驾驶室内的接收器/数据读出器,负责接收,显示数据。
第五种智能:其他参数监测,比如监测轮胎的受力,变形等动态学状况,向汽车自动驾驶系统提供数据。
    智能轮胎的品种
    只有至少具备上述5种智能中的一项才有资格成为智能轮胎。在现阶段已研制成功的智能
轮胎中,大多数已具备了上述两项或两项以上的功能。
    会说的轮胎:Unisteel智能轮胎。由固特异退出的Unisteel智能轮胎在遇到下列情况时自动鸣笛报警:轮胎气压超过或低于设定值;轮胎温度超过设定值;有人偷拆轮胎。这种轮胎将使司机能够随时了解轮胎状况,及时做好维护保养,延长轮胎使用寿命。
    带黑匣子的轮胎:MEMS轮胎是由米其林轮胎北美公司推出MEMS技术在开发成功后最早被应用于大型货车轮胎和土方机械轮胎,因为这两种轮胎成本较高,需要加倍保护。目前MEMS技术已经普及各种类型轮胎,实践证明该技术的适应性不错。
    有磁力的轮胎CGT智能轮胎体系。由德国大陆公司属下的大陆通用轮胎公司推出CGT智能轮胎体系由三部分组成:磁化轮胎;胎侧扭力传感器;车载电子控制系统。其工作原理为胎侧胶料掺有金属粉末,轮胎扭转时胶料被磁化交替形成正、负极,轮胎的受力/变形专程某种可测信号被传感器捕获并传输到电子监测仪,由车载电脑转换成数据,应用于汽车动态控制。
    到电子身份证的轮胎,RFID轮胎,由米其林旗下的米其林轮胎北美公司推出RFID轮胎与
普通轮胎的不同之处在于胎侧内装有RFID卡,先在轮胎生产厂内被写入轮胎序列号,生产日期,生产厂代号等信息,然后在汽车制造厂的总线上写入汽车标识号码。这一样一旦轮胎出现质量问题,就可以缩小召回范围。目前能力批量生产RFID轮胎的仅米其林一家,数百条RFID轮胎已安装在城市出租车上,于今年1月份开始为期18个月的试用。米其林打算把RFID轮胎作为2005年型汽车的备选件推向市场。
    用手机遥控的轮胎ITT智能轮胎,由芬兰诺基亚轮胎公司推出ITT智能轮胎的基本构成有两个部分,微型轻量化传感器,接收装置。它有两个不同点,作为监测装置和信号发射装置的多个传感器不是在轮胎制造过程埋入体内,而是通过粘着/捆绑方式安置在轮辋上;信号接收装置为普通手机,其意义在于只要安装ITT,那么任何普通轮胎都可以升级为智能轮胎,是迄今为止配置最简单的智能轮胎。
轮胎排名固特异    未来展望
    业内人士谈论智能轮胎已经10多年了,在此期间,固特异智能轮胎已在北美,欧洲投入实地使用将近4年,总试用里程超过5000万千米。目前正在制定中的NHTSA和AIAG新标准,对促进智能轮胎的推广无疑是福音。
    同时,轮胎智能化必将对轮胎制造工装设备提出新的要求,如米其林RFID轮胎,成型设备必须完成智能部件的嵌入,硫化设备必须适应智能部件的固封;大陆通用轮胎CGT智能,混炼、压出、硫化设备必须满足磁化胶料的工艺要求,这是橡胶机械行业应当密切关注的。
    毋庸置疑,世界各大轮胎公司将通过各种途径争取得到汽车制造商,电子器件制造商等配合协助,使智能轮胎技术与其他行业先进的软、硬件技术相结合,届时轮胎必将集安全、绿(环保),智能一体化。
马来西亚五六公司采用RFID防止轮胎爆胎
一年前,马来西亚物流公司LeeTingSan(LTS)Group对旗下部分卡车(总400辆)测试了一套RFID轮胎管理系统,测试结果证明贴标轮胎得到了更好的维护,与非贴标轮胎相比,爆胎情况大大减少,据负责安装这套系统的AutoRFIDSolutions管理主管Thiyagarajah称。这套轮胎管理方案e-Tyre由马来西亚RFID公司FECInternation提供,由EPCGen2无源RFID片状标签、判断轮胎胎面深度的气压和轮胎探针(片状标签和轮胎探针由Translogik提供)、手持RFID阅读器和e-Tyre软件组成。
公司于2010年1月测试这项技术,总共设计了三台14轮卡车,共42个轮胎。LTS员工将一张RFID片状标签(RFID嵌体封装进橡胶保护层)永久性粘贴在各个轮胎的外壳,即面对车心的轮胎壁。Auto RFID Solutions 培训员工如何采用粘贴剂粘贴标签。接着采用一台All That Identification (ATLD)制造的RFID AT870 RFID 手持机读取每张标签的唯一ID码,ID码在LTS后端系统的e-Tyre软件里与输入手持信息相对应,入品牌和型号。当轮胎安上卡车时,工人采用手持读取轮胎标签,接着输入相关信息,入卡车车辆识别码、行驶证号、制造商、型号和存放仓库名,级里程表数等信息,将车辆与该轮胎相对应。
LTS员工将一张RFID片状标签(RFID嵌体封装进行橡皮保护层)永久性粘贴在这个轮胎的外壳。
起初试行规模很小,Ahilan称,“由于在马来西亚物流行业,RFID算是一项新兴技术,我们需要时间向卡车拥有者来解释RFID的优势” 。
据Ahilan称,Lee Ting San Group是马来西亚提供整体物流,集装箱托运和仓库服务最大的公司,在Penang和该国北部都设有分点机构,与绝大多数物流公司一样,LTS手工追踪卡车轮胎的维护和维修:检测员监测轮胎的压力和胎面,并手工记录下结果,需要时维修轮胎,
并在此纸面记录细节信息。然而,拥有大型车队的公司通常很难管理轮胎所有的细节信息,使得轮胎不能适时维护和维修,从而导致安全问题、高燃油成本和较短的轮胎寿命。
这套RFID系统解决了上述问题,Ahilan称,当轮胎需要维修时系统向公司发出警报,并电子记录每一次检测时间和结果。LTS希望这样可以消除数据手机产生的错误,入轮胎ID码记录错误或重要细节的遗失,提高公司轮胎维护和充气流程的可视性,也减少由不正确轮胎充气造成的爆胎。
当计划监测轮胎时,手持机下载e-tyre数据。检测员来到每辆卡车跟前,先对手持机更新历程数和其他车辆数据,接着读取轮胎RFID标签。标签读取完后,检测员采用轮胎探针测试轮胎的胎面和压力,信息通过蓝牙连接到手持机。每次数据接收时操作员在手持机屏幕上查看每项测量结果。接着,阅读器放置在与一台PC相连的托柄,阅读器的所有数据(标签ID码与检测数据相对应)与轮胎及车辆细节一起储存。
软件接着提供报告和分析,包括轮胎需要维修和丢弃的时间,及翻新频率或其它维修历史,帮助LTS测试轮胎的性能。软件还可以向员工下单,通知他们维护或维修(如翻新或旋转)或丢弃轮胎。
RFID片状标签的尺寸为120毫米×35毫米×5毫米,含96字节的EPC码和512字节的用户内存;然而,LTS目前只采用标签的RFID码。目前,Ahilan称,公司这套系统收到的最大利益是确保轮胎压力的定期检查和按需充气。在这套系统安装之前,他称,平均每个月爆胎一次。
“引入这套系统后”Ahilan称,“我们再也没有出现爆胎”。他称,这套方案根本上提高了LTS车队的公路安全,帮助公司提供更安全,更稳定的服务给终端用户。而且,由于轮胎定期充入适当的压力,寿命也更长了。Lee Ting San Group计划扩展这套系统使用,Ahilan称,在另外10辆卡车上应用RFID技术,具体实施时间尚未确定。
基于RFID的轮胎生产线解决方案
方案概述
利用条形码对物体进行识别的技术已经十分成熟并得到了广泛的应用,其工作特点之一就是条码阅读器需要准确对准贴附于物体表面的条码标签才能正确的读取信息。由于轮胎产品的特殊性,使得轮胎在生产流水线各个工序之间传送时会发生不可预料的转动和偏移。如果采
用传统的条码系统,这种转动和便宜会导致阅读器无法时刻对准贴附轮胎表现的条码信息。解决这一问题的方法,或者是采用手动逐个扫描条码,但会大大降低效率;或者是采用全景式条码扫描设备,但其价格十分高昂。
RFID作为一种新型的数据收集方式,其重要特点之一就是阅读器标签的自由读取性能。标签无需与读写器对齐或在其视野范围之内,只要在读取器的读取范围内就可以读到信息。所以,如果在轮胎上安置RFID标签,无论轮胎在传输过程中如何转动或偏移,只要标签处于RFID读写器的有效读取范围内就可以正确读出标签的信息。知道工控系统做出相应动作。并且由于RFID读取速度快于条码,这样就可以提高流水线的传输速度,进一步提高效率。
RFID在当前轮胎制造行业中的应用
    目前,RFID技术在轮胎制造中的应用正在逐渐开展。包括固特异、米其林以及普利司通在内的几家大型轮胎制造厂商纷纷上马含有RFID标签的ID轮胎。这种轮胎将一个小型的RFID标签在轮胎制造工序中埋置于生胎体内,然后经过硫化固封在轮胎内侧,从而伴随轮胎一生。
    这个RFID标签可以记录下轮胎的轮胎序列号、生产日期、生产商代号等信息,同时可与轮胎DOT码和ECE码绑定。在生产制造时,可以随时对产品单件进行生产管理、质量监控、配送物流管理等。在轮胎使用过程中,可以跟踪和记录轮胎的维修、翻新、报废等情况,追溯轮胎使用历程。既提高了轮胎的生产效率和产品质量、同时促进了售后服务和安全性管理。并且,配有温度或压力传感器的RFID智能轮胎也已问世,这种轮胎可以将轮胎在使用中的温度或压力信息传奇并存储到RFID标签内,如果出现问题可以马上发出警告使用者和厂家。