智慧輪胎如何支援連網汽車?

作者 : Giles Kirkland,EDN

輪胎發展至今,除了一些不同以往的創新,當今的汽車製造商還考慮了安全性、耐用性、性能,以及可持續性,使輪胎技術能夠取得突破性進展…

早期的輪胎相當原始,是由實心橡膠條製成。後來,Charles Goodyear發明了硫化橡膠,Robert Thomson於1846年申請了硫化橡膠充氣輪胎的專利。40年後,汽車問世,Robert Thomson在與John Dunlop的專利爭奪戰中敗北。米其林(Michelin)兄弟很快發明了可拆卸輪胎,到1970年代,帶胎面的充氣子午線輪胎(今天仍在大多數汽車中使用)已成為標準。

輪胎發展至今,除了一些不同以往的創新,當今的汽車製造商還考慮了安全性、耐用性、性能,以及可持續性,使輪胎技術能夠取得突破性進展。

現今的輪胎技術

以輪胎雜訊為例,產生輪胎雜訊的原因主要有兩個:一個是胎紋雜訊,由不斷釋放的胎面氣泡引起,與人的語音相比是一種較高頻的聲音;另一個原因是空腔雜訊,是由空氣在輪胎內部「彈跳」(bouncing)並壓在車輪上引起的。當更精密的電動馬達發明之後,人們自然就想要更安靜的輪胎。

普利司通(Bridgestone)於2019年3月推出了QuietTrack輪胎,輪胎上有多個短斜線槽通向胎肩,使空氣可以排出而不是隨著輪胎的旋轉而被壓縮(圖1)。凹槽被切成三種不同尺寸的寬度來干擾彼此的雜訊,從而將其降至人類和語音頻率。此外,QuietTrack輪胎的縱向溝道較細,溝槽中毫米(mm)級高度的鋸齒可以分解高頻聲音。事實證明,它可以提高車輛在雪地和潮濕地面的牽引力。

圖1 電動車沒有高轉速引擎,因此輪胎橡膠產生的雜訊更加明顯。QuietTrack輪胎降低了令人討厭的雜訊,這對電動車而言非常重要。(圖片來源:Bridgestone)

這種輪胎採用了ContiSeal自修補技術,在胎面內側施加一層黏性密封劑,當輪胎被刺破以後,密封劑滲透出去,刺孔的80%都可以被密封。這種技術適用於直徑最大為5mm的刺孔,降低了輪胎漏氣和在路邊換胎的可能。

未來的輪胎技術

固特異(Goodyear)於2017年推出了一種球形概念輪胎——Eagle 350 Urban,採用這種輪胎的車輛可以朝任何方向行駛。輪胎內建的人工智慧(AI)與輪胎外部可以檢測不同路面和行駛條件的感測器相連,並使用致動器來適應輪胎的形狀和胎面。除了傳輸資料以改善煞車、操縱和效率外,Eagle 350 Urban還可以在輪胎刺穿時促進修補。

非充氣式氧氣輪胎採用獨特的開放式結構,它並非由氣壓支持,而是利用回收的輪胎粉塵透過3D列印出來的,並在胎壁上附著活苔蘚。它從道路上吸收水、從空氣中吸收二氧化碳來餵食苔蘚,進行光合作用並產生氧氣。它還使用Li-Fi(一種基於光的行動無線技術)連接到物聯網(IoT)基礎設施,進行車對車(V2V)和車對基礎設施(V2I)資料交換。

2020年則出現了非充氣式reCharge輪胎,它採用生物降解液體化合物膠囊進行胎面再生。人工智慧可根據駕駛的個人情況及輪胎狀況對化合物進行客製,以適應路況。

倍耐力(Pirelli)推出了首款利用5G網路可靠傳輸資訊的智慧輪胎,促進了與車輛、駕駛和更大規模道路基礎設施之間的通訊(圖2)。

圖2 Pirelli聲稱是首家利用5G網路的輪胎公司。

接下來,Michelin的Uptis輪胎可望在2024年問世。其「組裝式無氣車輪結構技術」(assembled airless wheel structure technology)消除了輪胎穿孔、爆胎和輪胎漏氣的風險。Uptis輪胎可以減少原材料的使用、輪胎報廢和備用輪胎,最大限度地減少了資源的使用和浪費。

具體來說,Goodyear為特斯拉(Tesla)提供的輪胎具有專用的降噪泡沫(如果你喜歡安靜的話),而雪鐵龍(Citroen) 19_19自動駕駛概念電動車的輪胎則設計為在乾燥時變硬、潮濕時變軟。

輪胎的連網之路

輪胎可以利用5G和IoT傳輸資訊,以提高先進駕駛輔助系統(ADAS)和自動駕駛車的安全性和性能。例如,Goodyear的AndGo平台使用預測軟體連接車隊與服務網路。

輪胎的3D列印、回收和環保材料的使用,以及減少輪胎的磨損和報廢,這些都是輪胎製造商持續努力的重心。更耐用的非充氣輪胎和輪胎車輪一體技術也可提高安全性並減少維護需求,對無人駕駛車尤其重要。已數十年的輪胎現狀,現在似乎都要改變了。

(參考原文:How intelligent tires support connected-car applications,by Giles Kirkland)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2020年11月號雜誌

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