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智慧輪胎發展現況與應用
  • 發布年度:2021
  • 主要類別:振動噪音
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 環能與車電工程處 黃敏祥

    輪胎是車輛與路面接觸的唯一部件,除了支撐車身重量外,也緩和路面的不規則衝擊,同時扮演車輛驅動、制動、轉向等作用力傳遞之關鍵角色,對車輛安全、操控及舒適性有直接且重要影響。

    近二十年所發展各種的主動安全系統設計,如防鎖死煞車系統(ABS)、循跡防滑控制系統(TCS)、電子車身穩定系統(ESC)及胎壓偵測系統(TMPS)等,皆使用傳感器擷取車身動態或影像訊息而開發,然而之前引發所有車身動態行為的源頭「輪胎/路面摩擦力」卻未被探討。

    有鑑於此,芬蘭技術研究中心(VTT Technical Research Centre of Finland Ltd)於2001~2005年首次嘗試結合傳感器及訊號處理,將車輛行駛中輪胎及路面交互作用,轉換成輪胎運行時之滑移角、滑移率及負載等有效量化資訊(圖1),期望藉此掌握輪胎接地/離地振動特性(圖2),以改善道路交通安全,此技術手法為智慧輪胎奠定研究基礎與方向。

    圖1. 胎體訊號量測方式
    資料來源:APOLLO

    圖2. 輪胎運轉振動特性
    資料來源:APOLLO

    隨著車用感應器、人工智能及網路傳輸技術快速發展與應用,讓車輛愈來愈智慧及安全,然而對於主導車輛傳動的輪胎,卻始終無法將輪胎/路面接觸資料輸出,也為傳統輪胎的智慧化帶來更多樣性之樣態及面貌,舉凡透過感測器蒐集輪胎訊號(如胎壓/溫度/振動/磁感應...),並經演算法處理後,經雲端或後台提供應用或服務之系統,皆可稱為智慧輪胎。

    根據全球汽車智慧輪胎市場調查報告顯示,智慧輪胎市場產值將由2018年的8億美元逐年倍增,至2022年預計超過300億美元,預估歐洲,中東和非洲地區(EMEA Countries List)智慧輪胎市佔率將達50%(圖3),即使如此,整體智慧輪胎市場尚處於初始成長階段(圖4)。

    圖3. 智慧輪胎銷售與市場
    資料來源:TechNavio

    圖4. 智慧輪胎技術發展狀況
    資料來源:TechNavio

    各輪胎廠也因為近年電動車發展趨勢投入智慧輪胎研發,下表為國際輪胎廠目前對智慧輪胎之發展概況,其中較普遍應用的技術為胎壓監控系統(Tire-pressure monitoring system, TPMS),其餘如磨耗預警、路面偵測、自動充氣、自動修補及輪胎自發電設計等智慧功能等項目,則依各輪胎廠技術發展策略稍有不同。

    表. 國際輪胎大廠在智慧輪胎發展現況

    目前國內已有學術研究單位開始透過感測器收集輪胎各項操作資訊(如胎壓、溫度及振動等),開始透過實驗設計、測試數據特徵歸納及演算法處理,發展磨耗預警、路面偵測…等輪胎智慧功能設計,未來亦可應用雲端蒐集相關輪胎動態特性數據,並透過後台整合行車控制或運作決策,提升我國智慧運輸載具系統設計能力。

    智慧輪胎的開發過程,有關感測器功能、成本及驗證技術都是待突破瓶頸,面對此新興技術領域,車輛中心(ARTC)將應用過去整車NVH驗證技術及訊號解析經驗,提供智慧輪胎技術功能設計與驗證服務,協助輪胎產業強化國際競爭力。如需進一步了解或有相關設計開發需求,歡迎聯繫ARTC振動噪音課黃敏祥課長。
    (電話04-7811222分機2415,e-mail:msheng@artc.org.tw)。

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