隨著汽車和機動性的發展，其輪胎的性能要求必須與時俱進。為了支持向連通性，自動化，乘車共享和電氣化（CASE）的發展，輪胎的安全性，效率和環境資歷至關重要。Falken及其母公司住友橡膠工業（SRI）等輪胎制造商正在轉向更先進的制造技術，以開發越來越智能的輪胎產品。



隨著汽車制造商投入數十億美元開發CASE技術（這些技術將在未來十年內徹底改變移動領域），一級供應商正在研究大量技術以提供支持。



電子顯微鏡下的新輪胎



凹槽深度對于在潮濕環境中處理至關重要



可以收獲紅利的重要領域之一是輪胎。汽車與道路之間的關鍵接口，輪胎變得越來越智能。研發工作正在加速發展，這些產品不僅可以提供當今所需的性能和安全性，而且可以作為推動未來移動性生態系統發展的關鍵推動力。包括人工智能（AI）在內的新工藝，材料和技術，使工程師能夠在這一領域做出重大改變。



什么是智能輪胎？



Tire Leap AI分析和高級4D納米設計技術是兩項核心材料技術，這些技術為SRI認為其“智能輪胎概念”做出了貢獻。這匯集了一系列先進技術和性能維持技術，可滿足電氣化，自動化和乘車共享的出行需求。



其中包括：無氣輪胎，不僅可以消除flat胎，而且可以消除費力的輪胎充氣和壓力監測過程；傳感核心技術可從現有的車輪速度信號中檢測輪胎壓力，從而消除了附加傳感器并降低了成本和維護成本；主動胎面，可根據當前路面改變橡膠的功能。自2015年以來，SRI一直在宣布這些技術的要素，其目標是到2030年在輪胎上全部投入使用并實施。



對于不斷發展的移動技術而言，至關重要的不只是輪胎本身。4級及以上級別的自動駕駛汽車需要仔細維護，如果發現任何過度磨損或損壞的跡象，將通知技術支持團隊。遠程胎壓監測系統（TPMS）可以支持這一點。安裝在輪胎輪輞內部的直接TPMS可以將壓力數據傳輸至車載計算機系統，該計算機系統會將信息轉發至控制中心。它允許監視每個單獨輪胎的壓力，并在發生任何壓力變化的情況下采取維護措施。



SRI已成功建立了自己的TPMS與位于日本群馬大學的GRANTS（采用下一代運輸系統的研究中心）的自動駕駛控制中心之間的鏈接。



目前，輪胎仍被認為是一種苦惱。當他們磨損或失敗時，有一些改變。但是很顯然，在未來，它們將在我們汽車的性能，安全性和效率方面發揮更大的作用。



分析輪胎材料特性



輪胎由多種材料制成，例如橡膠，增強填充物質（例如二氧化硅和炭黑）以及各種化學物質和添加劑，從而提供了增強混合物和結構的機會。輪胎的特性源自這些材料之間的復雜相互作用。



住友橡膠公司的Dr. BerndL?wenhaupt解釋說：“將天然材料和合成材料結合在一起，輪胎通常會隨著時間的推移以及在磨損過程中退化，從而導致輪胎失去某些性能。”



“即使在適當的條件下擱置兩年，輪胎仍可能損失其濕抓地性能的10％。”



迄今為止，要了解和理解對輪胎材料和結構的復雜影響以減少這種降解是極為困難的。



SRI已與日本北海道大學北海道大學的長谷山喜美教授（Kimi Haseyama）合作開發了第一項將AI應用于輪胎開發的深度學習技術。由于能夠及時“飛躍”，因此被稱為“輪胎飛躍AI分析”，它根據過去的趨勢預測當前和將來的狀況。



它可以預測橡膠的性能和結構在整個輪胎生命周期中會因負載，磨損和老化而發生變化，并使工程師能夠洞悉性能將如何受到影響。



使用AI技術分析輪胎性能



作為全球第五大輪胎制造商，SRI擁有110多年的橡膠科學知識，對于該技術的預測準確性至關重要。SRI提供了真實的數據以及大量的高級輪胎圖像，以“饋送” AI技術。



整理了大量顯示新舊輪胎內部結構的圖像。這些圖像是使用電子顯微鏡捕獲的，該電子顯微鏡利用加速電子束作為照明源而不是可見光。



其優點是電子顯微鏡具有更高的分辨率和高達200萬倍的放大倍率。相比之下，光學顯微鏡可提供1,000-2,000倍的放大倍率。



數據和詳細圖像被輸入到北海道大學長谷山教授及其團隊開發的算法中，該算法著手分析數據和圖像以推斷估計的橡膠性能。



AI技術在輪胎設計中的應用



AI技術可檢測和評估舊輪胎的橡膠特性以及表面和內部結構，并將其與新輪胎的橡膠特性進行比較。從這些信息中，可以得出輪胎整個生命周期的模式，并提供統計反饋。



結果，Tire Leap AI分析可以準確預測材料和結構隨時間的變化，并隨著這些物理特性如何表現為性能特征，例如橡膠在受到外力作用時如何變形。



工程師們正在利用這種先進的材料知識來開發新的輪胎膠料，并在其生命周期內預測其性能，從而制造出不僅使用壽命更長，而且性能更穩定的輪胎。



“人工智能技術遠遠超出了人類預測變化的能力，”L?wenhaupt解釋說：“它發現了化合物和結構中的老化和磨損模式，這將極大地促進未來的輪胎技術和先進產品的發展。”



隨著AI技術獲得更多數據，它會繼續學習和發展。隨著時間的推移，該技術可以估計的屬性數量將繼續增加。



Tire Leap AI分析位于SRI稱為“性能維持技術”的一系列進步中。L?wenhaupt對此進行了擴展：“性能維持技術（PST）”使輪胎能夠保持與新輪胎相同的性能更長的時間。它抑制了磨損過程中發生的性能下降及其隨時間的劣化。隨著汽車變得更智能，這對于輪胎行業以及消費者都具有巨大的潛力。



這樣的好處之一就是它將對自動駕駛汽車的安全做出貢獻。由于輪胎的性能不會隨時間變化太大，因此自動駕駛汽車必須考慮的變量變少了。該技術將使我們能夠開發出性能更好，更安全，使用壽命更長且無需頻繁保養的輪胎。這也具有環境效益，因為它們不需要經常更換。 隨著人們更加重視減少垃圾填埋場和更廣泛的碳循環，這對制造商而言越來越重要。



智能輪胎對現實世界的影響



那么，這對于現實世界在道路上的使用實際上意味著什么呢？一部分是更柔軟的輪胎。L?wenhaupt解釋說：“橡膠會隨著軟化劑的滲入而變硬，隨著時間的流逝，這會降低抓地力。” “通過確保橡膠保持柔韌性，我們可以維持牽引性能。另外，提高耐磨性意味著可以保持胎面中的凹槽深度，以實現更持久的滑水性能。



“最終，我們的目標是開發出在更換之前保持零磨損不變的相同性能的輪胎。當然，這意味著進一步提高耐磨損性和經時劣化。但是，由于不可能完全防止由于這些原因和其他原因而導致的性能下降，我們也在努力建立一種技術，該技術允許輪胎進行自我修復，甚至可以通過隨著時間的推移實際改善其性能來補償輪胎的性能下降。”



在2019年推出Tire Leap AI Analysis之后，該技術已經產生了新的輪胎產品– Enasave Next III。該輪胎于2019年12月在日本推出，被評為AA級，是能源效率和濕制動方面最高的。



4D納米設計技術分析輪胎材料特性



Tire Leap AI Analysis不是唯一用于開發此輪胎性能的先進技術。它已與SRI的Advanced 4D Nano Design Technology（高級4D納米設計技術）一起使用，該技術使用量子化學計算。通過使用粒子加速器和先進的模擬計算機研究輪胎材料的分子結構，SRI已成功地在納米級模擬和控制了用于輪胎的橡膠化合物的分子結構。



例如，它分析了輪胎中多余的熱量如何產生以及在何處產生，通常會導致能量損失并增加滾動阻力，進而影響燃油消耗。與傳統輪胎模型相比，先進的4D納米設計技術幫助在分子水平上將其最小化，從而節省多達5％的燃料。



來源：賢集網