一、輪胎冷卻係統

　　結構如圖1所示，輪胎冷卻係統是由強製冷器、鼓風電動機、蓄水箱、水泵、水氣混合器、水管、噴頭、各種傳(chuan) 感器以及ECU和輪胎等組成。強製冷器的工作線路和鼓風機、水泵以及水氣混合器的線路獨立，如果大氣溫度比較低，鼓風機的進氣可以不需要冷卻，並且強製冷器的冷氣排放量和溫度可以控製。在鼓風機的作用下，從(cong) 強製冷器出來的冷氣（或者大氣的冷氣）與(yu) 從(cong) 蓄水箱泵進的水在水氣混合器的混合室內(nei) 混合成低溫的水氣混合物，ECU根據測試的輪胎溫度值和車速等信號控製噴頭的流量和壓力，給輪胎噴灑適量的低溫水氣混合物，達到降低輪胎溫度的目的；考慮長途旅行加水困難的因素，可以定時噴灑或者減量，或用手動控製。

　　係統結構的機械核心部分是水氣混合器，由水泵、水氣混合室組成，水泵的出水口連接水氣混合室的進水口，水氣混合室內(nei) 有水霧化器，使氣體(ti) 與(yu) 水充分接觸，水氣混合室內(nei) 靠電機的攪動使水氣盡可能形成混合物，水氣混合室的出水口連接水氣混合物輸送管。該結構可使氣體(ti) 在常溫常壓下與(yu) 水能在很短的時間內(nei) 混合成濃度很高的水霧，混合物溫度降低，噴射到輪胎表麵有利於(yu) 降低輪胎溫度，並且可減少冷卻物質量，從(cong) 而減少水量，而且既能使輪胎降溫又不會(hui) 造成輪胎太濕而打滑。 溫度測量器件采用非接觸性溫度測量元件（紅外線檢測器件），儀(yi) 器結構設計要求能夠防塵防水。輪胎與(yu) 地麵摩擦力越大、車速越高，溫度就越高，溫度測量器件可以直接測量輪胎的溫度變化。

　　二、輪胎冷卻係統的電路原理

　　如圖2所示，電路係統部分包括開關(guan) 電源、溫度傳(chuan) 感器、車速傳(chuan) 感器、電流傳(chuan) 感器、電壓傳(chuan) 感器及ECU等。開關(guan) 電源給係統供給穩定的電源；溫度傳(chuan) 感器提供信號給ECU判斷是否控製冷卻係統工作；車速傳(chuan) 感器提供信號給ECU，ECU根據經驗試驗數據和車的本身參數（如輪胎的比熱值、車輛質量等）判斷在此車況下車輛行駛時輪胎能達到的溫度，以及計算相應的熱值；ECU通過電流傳(chuan) 感器和電壓傳(chuan) 感器提供的信號精確控製電流和電壓的大小，自動控製製冷器、鼓風機、水泵和水氣混合器電機的功率和轉速；噴頭處壓力和流量傳(chuan) 感器通過控製混合物的壓力和流量的值來控製水氣混合物的量，達到最佳化的噴量。傳(chuan) 感器的電源為(wei) 經過處理的穩定電源，保證電源穩定可靠。

　　傳(chuan) 感器采集的信號需要經過電路的穩壓、放大、過濾等處理，才能接入ECU、然後控製執行部件按指令自動完成相應的處理結果。電路包括6部分。

　　（1）開關(guan) 電源電路車輛電源經過開關(guan) 電源電路處理成器件的穩定電源，減小信號的幹擾等不穩定因素。

　　（2）傳(chuan) 感器的處理電路傳(chuan) 感器的信號轉化為(wei) 電信號後，電壓信號有些隻有幾十毫伏，電流信號有些是微安級，因此信號需要放大、過濾等處理；有些傳(chuan) 感器是電阻信號，需要轉化成電壓或電流信號，所有的信號經電路處理後，可以與(yu) 開關(guan) 電源直接連接。

　　（3）控製電路把經過放大、過濾等處理的信號接進控製電路，對信號進行簡單計算、轉化等處理後，接入A/D轉換器傳(chuan) 輸入ECU運行。

　　（4）負載部分包括各個(ge) 傳(chuan) 感器和測試元件、噴頭調節器、鼓風機、水泵、強製冷器電機、水氣混合器等部件。

　　（5）電源插頭共有19個(ge) 接口，可以給開關(guan) 電源和其他負載供電。

　　（6）執行部件主要是各個(ge) 觸發器，根據ECU提供的脈衝(chong) 等信號發出相應的電信號，使電路實現相應的功能。

　　在汽車行駛中，如果輪胎快速升溫，測試器件測得的信號經過電路對電信號進行處理後，進入ECU，ECU對采集的電信號進行處理，隨後ECU傳(chuan) 輸控製信號，控製執行部件自動做出相應的指令，決(jue) 定係統是否需要啟動強製冷器，是否需要啟動鼓風機、電泵、水氣混合器以及調整噴頭壓力及流量大小等操作。

　　本冷卻係統在駐車熄火時，可以用手動功能工作。停車後需要對輪胎降溫時，由汽車電池供電，為(wei) 操作方便，在儀(yi) 表盤處設計輪胎溫度值顯示器，根據儀(yi) 表盤顯示的輪胎溫度值，調節製冷器的功率，調節相應的ROM中事先存貯的鼓風機、水泵和水氣混合器的數據，啟動獨立的工作係統，噴頭會(hui) 給輪胎噴射低溫混合物。

　　三、輪胎冷卻係統的軟件設計

　　輪胎的比熱容與(yu) 輪胎的溫度有關(guan) ，隨著溫度升高，輪胎比熱容增大，比熱容與(yu) 溫度的關(guan) 係為(wei) ：

　　c=c0+bT（1）

　　表1列出了這幾種常用輪胎橡膠材料，在-20～90℃範圍內(nei) 式（1）中的c0、b的值。

　　係統的啟動與(yu) 調速的執行指令，是根據傳(chuan) 感器采集的水氣混合物的傳(chuan) 熱關(guan) 係、輪胎與(yu) 低溫混合物的傳(chuan) 熱關(guan) 係信號決(jue) 定的。在水氣混合器裏，水氣混合物的傳(chuan) 熱關(guan) 係為(wei) ：

　　水的比熱容cp水取4.2×103J/（kg·℃），進入水氣混合器後，混合物中加入適量的冷卻劑。氣體(ti) 的比熱容cp氣由相應的儀(yi) 器件測得，在這裏測得的是空氣的摩爾比熱容，空氣的比熱容隨著溫度和壓力的改變而改變。測得比熱容的信號傳(chuan) 給ECU處理。根據式（2）確定水、氣的量，當鼓風機氣流比較大時，空氣量多且氣壓大，水氣混合物濃度高，混合物冷卻速度快。

　　係統軟件設計時，采集該車輪胎的自然老化溫度、在使用期內(nei) 安全老化溫度T1、安全行駛不爆炸的工作溫度T2、輪胎的比熱容、混合物的密度及比熱容等信息，然後試驗標定。非接觸性傳(chuan) 感器（紅外線溫度檢測元件）將車速、電壓、電流、壓力和流量的信號轉換成電信號後，由電路進行放大整形、過濾等處理後輸出電信號值，經A/D轉換器把模擬信號轉換成適合於(yu) 數字處理的二進製代碼給ECU。ECU根據物體(ti) 傳(chuan) 熱關(guan) 係，計算輪胎降溫所需的低溫混合物量，由噴頭調節壓力和流量來控製混合物的量。

　　輪胎冷卻係統工作的程序如圖3所示，溫度傳(chuan) 感器和車速傳(chuan) 感器的信號處理後傳(chuan) 輸給A/D轉換器轉換成ECU能處理的信號，ECU做出判斷是否需要啟動強製冷係統給鼓風機供冷氣（如大氣溫度足夠低，可以從(cong) 大氣中取氣）。當需要啟動輪胎冷卻係統時，通過氣溫和壓力、水溫、輪胎溫度等信號計算出需要的混合物量，啟動水泵和鼓風機以及水氣混合器，並且通過電壓、電流傳(chuan) 感器的信號精確調節相應電動機的轉速來控製進入工作係統的相應的空氣和水量。ECU根據需要的混合物量，自動調節噴頭出口的壓力和流量，控製精確噴灑量。當輪胎溫度下降時，停止強製冷卻係統的工作，這樣可以減少係統的功耗，使蓄水箱攜帶的有限水量得到充分利用。

　　四、總結

　　輪胎電子控製冷卻係統是一種利用車上原有的ECU硬件和計算機軟件平台設計的控製係統，可在行車中實時監測分析判定，對構成危險的輪胎溫度和影響輪胎溫度工況進行預測，控製車輛自動噴灑質量輕的低溫混合物，直到輪胎溫度達到安全範圍。它給輪胎提供一個(ge) 安全的工作溫度，降低了駕車爆胎造成的危險以及延長了輪胎的使用期。