基本信息
- 项目名称：
- 转动的生命线--基于胎压监测的爆胎紧急充气系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 爆胎是非常严重的安全事故，特别是在高速公路爆胎。据统计，国内高速公路70%的意外交通事故是由爆胎引起的，而时速在160公里以上发生爆胎死亡率接近100%。本系统通过传感器将爆胎信号传递给控制器，控制器发出指令使气体发生器瞬间产生大量气体，通过特别加工的气道（中空轮辐导通轮辋和轮心处的气体发生室）给车胎充气，缓解爆胎车辆的不稳定性。
- 详细介绍：
- 统计表明：交通意外增加的主要原因是高速行驶中因轮胎故障引起的爆胎。在国内，有统计数据表明，高速公路上的交通事故中，46%是由于轮胎发生故障引起的，而其中爆胎一项就占事故总量的70%以上。在枯燥的概念之外，我们可以看到一串颇为惊心的数字，高速行驶爆胎导致的死亡人数占高速公路意外事故死亡人数的49.81%，占受伤人数的63.94%，占直接财产损失的43.38%。高速行驶爆胎被公认为高速行驶状态下行车安全的头号杀手。 该系统可以通过传感器将爆胎信号传递给控制器，控制器发出指令使气体发生器瞬间产生大量气体，通过特别加工的气道（中空轮辐导通轮辋和轮心处的气体发生室）给车胎充气，缓解爆胎车辆的不稳定性。首次提出了“真空管胎”这一概念：外半侧刚度大，韧性小；内半侧刚度小，韧性大。在正常的状态下，真空管胎可以当真空胎使用；当爆胎后，气体发生器引爆释放气体，通过气体通道进入到钢圈与真空管胎内半侧之间，由于气体压力差和离心力内半侧就会向上顶起，使其紧附在外半侧上，弥合了爆胎裂口，形成双层真空胎。巧妙的适应了紧急充气过程，同时很好地解决了动平衡和内胎安置困难等问题。 由于采用了上述方案，本系统的优点是：①解决了当今汽车爆胎只能预防但不能有效处理的问题。②只是对现有轮胎进行改造，并不会对汽车其他部件做很大的改动，所以应用起来有实际基础，可以迅速普及。③基本是纯机械构造，系统安全稳定④安装和维修方便；⑤成本与原来轮胎相比并没有增加多少，设计开发和生产制造的周期短。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 在实际的轮胎检查中，存在安全隐患的居然占到总车辆数的40%以上。由于现有的防爆轮胎设备及措施还未能达到保证行车安全的要求，研究开发新型爆胎预防及处理系统这一课题就显得尤为重要。 独创点： 1.气体发生器作为充气来源，并安置在车轮中心，利用传感器和控制器使其引爆产生气体； 2.中空轮辐作为气流通道，气体从气体发生室流向“真空管胎”，给轮胎紧急充气缓解爆胎后汽车的剧烈震动并防止失控； 3."真空管胎”在充气后由完整的管状变为双层胎，填补漏气口。 相关设计指标： A．在正常的状态下，真空管胎可以当真空胎或管胎使用；当爆胎后，气体发生器引爆释放气体，通过气体通道进入到钢圈与真空管胎内半侧之间，由于气体压力差和离心力内半侧就会向上顶起，使其紧附在外半侧上，形成双层真空胎，弥合了爆胎裂口，从而保证轮胎不再漏气，车辆正常行驶。 B．技术作用可靠安全，但仍需考虑漏气以及真空管胎再次破裂等问题，宗旨是尽量提高可靠度。 C．高速行驶爆胎的危险性，远远高于低速行驶爆胎的危险性，所以设置为超过80km/h才开启引爆模式。 D．汽车爆胎后重新充气，之后运行的时间取决于内半侧材料，但必须达到几分钟的要求。 E．用于充气的气体须对环境无害。 F．能在较大温度、振动和电磁干扰工作范围内工作；另一方面，应避免过热、剧烈撞击、强磁场引起气体发生器内药品燃烧。我们选择的气体发生器系统经过了40 L压力舱实验，这也是国际上通行的气体发生器标准实验。
科学性、先进性
- 现阶段国内外鲜有爆胎防治的有效措施，且汽车轮胎气压监视系统（TPMS）、爆胎监测与安全控制系统(BMBS)、轮胎充氮气、实心防爆轮胎等都明显受制于有效性、成本或是其舒适性。 我们选择的气体发生器系统经过了40 L压力舱实验，验证了本系统的可行性，这也是国际上通行的气体发生器标准实验。 整个系统的估算成本为560元。
获奖情况及鉴定结果
- 1.参加2011年第二届上海市创新论坛，被评为“十佳项目” 2.相关论文《Tire Pressure Monitoring Inflatable Restraint System》被EI收录 3.委托教育部科技查新工作站进行项目新颖性鉴定，未发现有与本项目“基于胎压监测的爆胎紧急充气系统”查新要点和科学技术要求中提及的内容相同的文献报道
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 知识产权归学校所有，允许技术转让、合作开发。
作品可展示的形式
- ■实物、产品■模型■图纸■磁盘■现场演示■图片■录像■样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 在理论上很好得解决了当今汽车爆胎只能预防但不能有效处理的问题，具有很强的研究价值。本课题不但可以解决实际驾驶过程中一个亟待解决的安全问题，而且只是对现有轮胎进行改造，并不会对汽车其他部件做很大的改动，所以应用起来有实际基础，可以迅速普及。 如果只是将真空管胎换成普通的真空胎，将气体发生器换成气体压缩瓶（可内充氮气，可延长轮胎寿命），保留其他部件，那么就形成了一个轮胎自充气系统，就是说不用打气的轮胎，并可以使胎压始终维持在安全水平，延长轮胎寿命。
同类课题研究水平概述
- 一、当前国内外爆胎的解决方法 1.汽车轮胎气压监视系统 在轮胎的轮毂或气嘴上安装一个传感器。传感器中包括感应气压的电桥式电子气压感应装置，它将气压信号转换为电信号，通过无线发射装置将信号发射出来。驾驶者从监视器上就可以清楚地知道每个轮胎的气压值以及温度值。当轮胎的气压及温度有异于设定的标准值时，监视器将自动报警。 2.轮胎充氮气 给轮胎充氮气是一种避免高温引起爆胎的方法。首先，氮气是惰性气体，分子自由行程比氧气大，在橡胶内的渗透率低。因此，轮胎气压下降速率大幅度降低，维持正常胎压时间增长。同时，氮气在温度变 化时体积膨胀远比含有水分的空气低，因此降低了爆胎几率。其次，氮气充填轮胎可延缓橡胶老化。充氮气的轮胎比充空气的轮胎多跑 26%的里程。 3.爆胎监测与安全控制系统 技术的核心是轮胎气压的实时监测和快速行车制动，使汽车在爆胎后能及时制动，增大车轮与地面的附着力，并在ABS的支持下，使车轮滑移无法产生。制动同时使爆胎车轮对应一侧正常车轮产生的制动力 大于或接近爆胎车轮的滚动阻力与制动力之和，有效防止爆胎方向偏航。制动更能使汽车行驶速度快速降低，彻底化解爆胎风险。 4.实心防爆轮胎 因为有了加厚的橡胶侧壁，即使失去气压，侧壁也能够支撑车辆的重量，不会导致严重的变形，因此轮胎爆胎后并不会严重影响车辆的行驶，甚至车主有可能感觉不到。 二、当前解决方法的缺点和不足 现行的胎压检测系统（TPMS），无论是直接式（PSB）还是间接式（WSB）都只停留在对胎压的检测上，而一旦发生诸如在高速突然爆胎的情况，只是单一的报警提醒显然是不够的。值得注意的是，TPMS是"事前主动"型汽车安全保护系统，在轮胎出现危险征兆之前提供预警，避免重大交通意外发生。 基于此，我们提出了发明“基于胎压检测的自充气装置”的思想。 由郭孔辉院士研究论证的吉利BMBS技术虽能方便安全地使车速迅速降低，但仍避免不了爆胎时对汽车各部件及乘车人员的冲击，以及制动过程中轮胎附着力的降低。而安全气囊的应用就能很好的解决这一问题。其次，BMBS由于高昂的造价并未在家庭用车上普及，只是在极少数豪华车型上得以应用。
