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轮胎压力监测系统推出

自2007年9月1日起，对于在美国销售的每一款新车都必须使用轮胎压力监测系统（TPMS），欧洲正在采用类似的法规来减少二氧化碳排放量，提高燃油经济性并增强安全性。中国也认同类似的立法。

国会于2000年11月1日颁布了运输、召回增强、问责制和文件（称为TREAD）法案，福特召回了650万辆以明火石胎作为原始设备的运动型多功能车（福特探险者），这款车在当时最畅销。至少有270人死于因设备故障引发的撞车事故。部分原因是由于轮胎缺陷，车辆操纵限制和因低压汽车运行使得事故被恶化^[1]。

数据显示绝大多数的美国人在一个月的开车时间里，没有检查过轮胎的气压。美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）在2001年检查了近12,000辆汽车，发现约有27％的汽车中至少有一辆轮胎的充气量不足25％或更多。如今，轮胎压力问题实际上已经从美国新闻中出现，同时NHTSA也被要求执行TREAD法令中的指令来实施TPMS标准，此法规称为联邦机动车辆安全标准（FMVSS）138。称为联邦机动车辆安全标准（FMVSS）138.该法规规定了当一个或多个轮胎的气压低于汽车制造商推荐的标牌冷膨胀压力时，轮胎监视器必须在20分钟内检测出异常情况并警告司机^[1]。

今天所有的轻型车辆都必须符合FMVSS138规范，NHTSA报告称所有原始设备制造商（OEM）都已成功实现了合规性。汽车制造商可以决定在轮胎压力监测中部署何种技术; 然而，绝大多数使用直接系统是将传感器放置在轮胎气门杆底部的轮胎内。传感器包括电池，当检测到低压时，通过无线电发射器向驾驶员发出信号。

美国国家公路交通安全管理局表示，现在对FMVSS 138的成功进行评估为时尚早，因为在几年内将不会收集相关的碰撞统计数据。前NHTSA副行政官员Joseph Kanianthra表示，根据NHTSA强制实施车辆安全标准的指导原则，TPMS“不具成本效益”。

Kanianthra估计，美国公路上目前配备TPMS的车辆为20-40万辆。Kanianthra说：“我不认为许多轮胎经销商机械师在TPMS上接受过培训，”Kanianthra在NHTSA退休后开创了一家安全咨询公司Active Safety Engineering LLC^[1]。

轮胎技术人员习惯使用强力和不适当的工具去除旧轮胎可能会损坏轮胎中的TPMS传感器，并导致在安装新轮胎时传感器停止工作。Kanianthra表示，现在说这个问题是否广泛传播还为时过早，“但这很可能发生，因为许多消费者和经销商都不太了解TPMS。”轮胎行业协会报告说：所有主要零售商在本地都有制度，以确保TPMS在轮胎旋转，修理或更换后正常工作。

Schrader Electronics Ltd.是美国第一大TPMS供应商，Continental AG是第二大。Continental AG的客户包括底特律的三家汽车制造商，以及进口到美国的梅赛德斯—奔驰和大众汽车。

当客户提供车辆进行轮胎维修时，一些纠纷浮出水面，但没有告知车间该车辆配备了TPMS。系统剃刮被破坏并停用，并且没有人愿意付费替换它们。有些车辆在车上有五个传感器——每个车轮一个，加上行李箱中的备用零件。轮胎每个月自然会损失大约1磅/英寸2（0.068栅）。如果消费者不将轮胎（包括某些车辆的备用品）正确充气，最终会触发仪表板上的警示灯。一些美国司机完全禁用了TPMS的备用轮胎，以避免每隔几个月就用备用摔跤保持空气压力^[1]。

在欧洲，驾驶员通常更加勤快地维护车辆，政府正在争论TPMS的性能要求，主要是通过提高滚动阻力来提高燃油经济性。预计欧洲国家将在2012年开始逐步实施该标准，到2014年100％承诺此标准。尽管欧洲经常引领美国采用新技术，但TPMS的加工已经逆转。

NHTSA此前表示，TPMS将为车辆的价格增加49美元至69美元。几年前，当TPMS新推出时，TRW的所有初始系统都得到了增强，这意味着他们可以识别低压轮胎（图1）并为每个轮胎提供压力读数。“随着目前的经济时代，原始设备制造商一直试图削减和节省资金，”TRW汽车全球销售Tim Timnon说。“他们中的很多人已经转向价格较低的基本系统。”优质汽车继续提供增强的能力，而汉能公司目前在美国市场的渗透率约为10％。绝大多数系统在满足NHTSA性能要求的同时，为驾驶员提供了一个简单的警告就是当至少有一个轮胎在没有确定哪个轮胎存在问题的情况下正在失去气压。

图1 TPMS警告信号和增强的轮胎识别信息（通用汽车提供）。

作为一种商业模式，TPMS向技术供应商提出了一个难题。政府强制执行的极高产量有利于保持制造工厂的运营，但由此带来的商品定价变得不那么有吸引力^[1]。

能量收集减震器

麻省理工学院（MIT）的一群本科生开发了一种能量收集减震器，将混合动力汽车的燃油效率提高了10％。麻省理工学院高级研究员，该团队成员Shakeel Avadhany在一份声明中说：“我们希望这项技术用于非常重的卡车，军用车辆和消费者混合动力车。”

该团队声称，减震器（图2）将道路颠簸产生的能量转化为电能，同时比常规冲击更有效地平稳车辆行驶。团队成员扎克安德森说，在发现传统的悬挂系统浪费了大量的能源之后，学生们创造了新的冲击。为了利用这种浪费的能量，学生们用液压系统建立了一个原型冲击，迫使流体通过连接到发电机的涡轮机。有源电子阻尼系统可进行平滑的车辆行驶并产生电力，为电池组充电或为电力设备供电。

图2能量收集减震器（麻省理工学院）。

麻省理工学院的学生测试表明，重型卡车中的六次冲击每次在标准高速公路上行驶时可产生高达1千瓦的功率。这可以取代重型卡车和军用车辆中的大型交流发电机负载，甚至可能运行燃气 - 电动混合制冷卡车拖车。麻省理工学院称正在由行业供应商开发。

如果电子设备发生故障，冲击仍然可以起传统减震器的作用。这项技术正在申请专利，学生们已经成立了一家创业公司Levant Power Corp.，将减震器商业化。Avadhany表示，该技术将成为一个区别对象，可以帮助AM通用公司和制造悍马公司的合作伙伴通用动力公司签署美国陆军即将推出联合轻型未来战术车。

该团队声称，其减震系统将使陆军能够减少战区的燃料储备，并提供更好的军用车辆处理能力。安德森说：“如果骑行更顺畅，你可以更快地越过地形。” 他们的目标是在明年夏季之前制定一个精心设计的震撼版本，然后他们将为潜在的车队客户提供设备。学生们表示，像沃尔玛这样的公司每年可以通过为其卡车车队装备冲击而节省1300万美元的燃料成本^[2]。

电子在印第安纳波利斯500赛车

印地赛车联盟（Indy Racing League，简称IRL）也被称为IndyCar，要求所有赛车都使用相同的发动机和半自动变速器，以便车队能够利用电子和遥测技术为他们提供获得胜利车道所需的额外优势。

2009年5月24日是阵亡将士纪念日，标志着印第安纳波利斯500比赛的第93次比赛。在2.5英里赛道周围的一场艰苦的500英里比赛中，这场比赛让33辆赛车和驾驶员相互对抗。最快的平均速度超过185英里/小时，最高时速达到235米/小时。

IRL为汽车设定了规格，使其几乎相同。这些团队可以增强汽车中使用的传感器和遥测系统（图3）。无论是选择进入坑的最佳时间还是选择使用哪种轮胎，这些修改通常可以提供团队需要赢得的优势^[3]。

图3 许多传感器都装在印有汽车的遥控器上，而其他车则连接到车载记录仪上（AJ Foyt Racing提供）。

所有的车都是一样的

每辆车的发动机和变速器/齿轮箱都是一样的；他们不能被调整。这意味着没有玩过发动机控制单元（ECU）。同样，发动机转速限制在10,300转/分钟。超过极限，发动机将减速9,500r / min，因此有一个激励措施来推动极限，但不超过它。要达到225英里/小时的速度，汽车使用650马力，3-L本田V8发动机，每辆车售价约290万美元。

半自动传输

AJ Foyt Racing的首席工程师Adam Schaechter说，过去几年中最大的变化之一就是改用六速，全前进挡，半自动变速器。 它消除了离合器踏板，并提供电子控制来同步时序和扭矩要求，从而实现顺畅，高效的换挡。 驾驶员只需要与在换档之间上下切换的换档拨片相抗衡。换档控制装置包含应变仪，以确定驾驶员何时需要换档 ^[3]。

车队不能调整换挡机构和参数，但可以修改传动比。改变比率需要5-10分钟。球队经常在练习期间改变它们，以确定特定场合的最佳组合，因为诸如湿度和温度等所有因素都会影响赛车的处理方式。选择正确的传动比是提高球队获胜机会的一种方法。

方向盘仪表

IndyCar狭窄的内部是斯巴达，所以简单易读的输出是常态。 就复杂性而言，与战斗机驾驶舱内的平视显示器相比，输出在频谱的另一端。 它比典型的汽车更简单。

自定义方向盘并不一定意味着完全的定制。许多团队使用Pi Research等公司的方向盘仪表显示器。Pi Sigma Dash仪表显示器可以很容易地集成到定制轮子设计中。重要的控制装置距驾驶员戴手套的手只有几英寸，方便操作。数字显示器提供基本的详细信息，例如当前的档位，而较长但小的中央条显示屏提供更详细的状态或错误条件文本消息。

图4中央栏中的文本区域显示了单圈时间，当前或平均速度，油水温度以及油箱中剩余的燃油量。方向盘顶部的一排发光二极管（LED）提供换档反馈。LED指示灯显示什么时候换档，只需一个开关即可切换。我们可以很容易地显示每分钟的发动机转速，特别是当想法保持在每分钟最大转速下，一排LED使得读数更容易。

图4 （a）典型的Indy汽车仪表显示屏;（b）集成在IndyCar方向盘中的仪表显示屏（Pi Research和AJ Foyt Racing提供）

车轮上的两个刻度盘调节控制混合燃料和悬架。燃料组合有助于控制消耗，并影响汽车何时需要停车。关于油耗和船上燃油量的遥测信息可以让维修人员实时反馈汽车何时不得不停在加油站内。

Penske Dallara / Honda车队技术总监兼赛事工程师Ron Ruzewski指出，他们车队的每位车手都有备用方向盘。司机带着他们的方向盘驾驶另一辆车。换一个车轮很简单，因为有一个用于控制状态信息的普通连接器和一个标准轮毂^[3]。

赛车方向盘比典型的方向盘要贵一点，即使与那些在高端消费者车上使用多种控制器的人相比也是如此。车轮是定制的，因此备份至关重要。如果没有他们，司机可能不得不使用陌生的设备 - 在一个普通的瞬间操作环境中，这不是一个好的选择。

遥控遥测

维修人员偶尔会把遥控遥测系统放在车上，但技术人员在比赛中不断监测汽车遥测信息。来自单个汽车的遥测信号包括来自数十个传感器的实时数据，但是从少数PC屏幕一次只能监测一个子集。

即使是维修站工作人员也会通过遥测屏幕了解汽车的性能。显示器前面的技术人员会密切关注趋势或问题，并向与司机沟通的人提供反馈。司机是焦点，不应该被他或她的后座司机分散注意力。用于显示遥测的软件通常是定制的，除了在超过阈值时提供警报外，此设计还用于突出显示趋势。如果情况严重并需要立即采取措施，驱动程序会自动查看警报。

例如，轮胎是在比赛中经常多次改变的关键部件。在赛车道旁的修理加油站中，更换一套轮胎只需要6秒钟。轮胎的类型，甚至更换套件的轮胎压力都是在赛车离开赛道之前进行的选择。选择取决于一系列因素，例如轮胎特性，轨道特性（包括温度等细节）以及遥测车上的数据。

另外，可以使用遥测来检测轮胎泄漏，以监测其压力。 提早检测泄漏，可以让汽车在轮胎变平之前尽快返回到维修站进行快速更换。 另一个调整领域是冷却系统。 如果汽车和发动机运行过冷或过热，则下一次汽车进入维修区时需要进行更改。

局域网（LAN）分发遥测信息，因此很容易为混合车队添加更多的工作站。Ron Ruzewski指出拥有多辆车的车队，例如Penske，通常每辆车都有专门的车队使用通用网络。 这使得队员可以查看有关其他车辆的信息，这有助于确定轨道状况如何影响轨道上的其他车辆^[3]。

建立自己的传感器

传感器已经内置了许多传感器。通过用于连接汽车控制和监控系统的控制器局域网（CAN）总线可以获得大量的传感器信息。同样，传感器被安装在整个汽车内，例如轮胎压力和温度传感器。

这些团队可以添加更多的传感器，以补充已经内置在车内的传感器。 这些设备中有许多是具有标准网络接口的现成传感器。 这些团队偶尔会设计和构建自己的传感器。 这涉及使用非现成的设备的定制电路板。 使用微控制器可将定制传感器轻松挂接到遥测系统。 Schaechter表示，增加数字接口的低成本复杂传感器的可用性大大简化了创建传感器模块的工作。 事实上，现在定制传感器模块通常是在内部创建的，而不会被纳入咨询公司。

安全第一，数据第二

偶尔的小碰撞和IndyCar的主要碰撞，这是IRL黑匣子发挥作用的地方。与飞机上的黑匣子类似，它的设计目的是在比赛过程中幸存下来并记录传感器信息。多年来，黑盒设计受益于改进的电子设备。这包括更复杂的传感器，例如作为驾驶员用于通信的耳机的一部分的重力加速度传感器。

这些信息有助于重新发生碰撞，但对于在严重碰撞后帮助驾驶员的医务人员也有帮助。同样，数据存储方面的改进可以记录更多信息，在事后提供更准确的碰撞重建。

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