3.2 轮胎状态测量方法

轮胎压力与温度状态的变化会引起轮胎应力的变化和胎面的变形，轮胎摩擦状态的变化也会引起轮胎胎面的变形，轮胎振动状态的变化会引起轮胎径向加速度的变化，通过实验测试建立轮胎胎面变形与轮胎压力、温度、摩擦和振动状态之间的关系，可以利用传感器测量胎面的变形实现轮胎状态的测量。目前轮胎状态的测量方法主要包括胎内测量方法和胎体测量方法，胎内测量方法将传感器固定在轮胎内与胎内气体直接接触，胎体测量方法将传感器嵌入安装在轮胎内壁或胎侧，用来直接测量轮胎胎面的变形。

胎内测量方法主要用来测量轮胎胎内的压力和温度变化，因此，传感器必须与胎内气体直接接触，可以将传感器固定在轮辋上或直接将传感器安装在气门嘴下部。固定在轮辋的结构如图3.1所示，文献[4][5]对固定传感器的方式和结构进行了研究，这种固定方式，随着轮胎的高速旋转，传感器容易松动，并且固定过程比较麻烦。安装在气门嘴下部的结构如图3.2所示，文献[6]～[8]对这种安装结构进行了研究，这种安装方式需要进行气门嘴结构和安装方式的专门设计，并且气门嘴还可以作为传感器的发射天线，但是传感器的安装和固定过程也比较麻烦。

图3.1 传感器固定在轮辋上进行胎内温度和压力的测量

图3.2 传感器安装在气门嘴下部进行胎内温度和压力的测量

胎体测量方法的传感器直接与轮胎橡胶接触，可以直接测量轮胎胎面的变形，获取轮胎的摩擦状态信息。文献[9]设计了一种嵌入胎面的传感器安装方式，如图3.3所示，传感器通过粘贴的方式安装在轮胎内，可以直接测量轮胎接地区的多维变形。

由于胎面嵌入安装的粘贴不牢固，文献[10]～[12]研究了一种固定传感器的安装架，这种安装架在轮胎硫化过程中直接制造出来，传感器可以嵌入固定在安装架内部，进行轮胎内压力、温度、摩擦和振动等状态的测量。文献[10]设计的安装架结构如图3.4所示，这种传感器安装架位于轮胎内腔，通过与内衬层共同硫化形成的泡沫橡胶混合物已经成为轮胎整体结构的一部分。安装架包括狭缝，传感器可以被插入安装在狭缝中，安装和固定过程都比较方便。

图3.3 传感器嵌入安装在胎面内进行轮胎变形的测量^[9]

图3.4 传感器嵌入安装在胎内安装架进行轮胎状态的测量^[10]

根据不同的测量方法，出现了不同类型的传感器。下面主要对集成MEMS传感器、轮胎阻抗传感器、超声波传感器、光学传感器、电磁传感器和声表面波传感器进行分析研究。