前言

爆胎一直是高速公路交通事故的头号杀手，汽车在高速公路上行驶时，当车速超过160km/h时发生爆胎，驾驶人几乎没有生还的可能。为了解决爆胎问题，汽车和轮胎研究人员想尽办法，对轮胎材料和结构不断进行改进，设计漏气保用轮胎和无内胎轮胎，但是，这些轮胎结构复杂，体积和重量都比较大，成本较高，降低了轮胎的舒适性和经济性。随着信息技术的发展，智能技术的兴起和网络技术的普及，智能轮胎成为解决爆胎问题和提高轮胎性能的有效手段。

智能轮胎是一种新兴的智能化的轮胎，它能够通过胎内安装的传感器或汽车其他传感器获取轮胎的压力、温度、摩擦和振动等状态信息，根据获取的信息进行轮胎压力和安全等状态的智能判断，当轮胎状态异常时能够自动报警，提醒驾驶人及时处理，保证轮胎的压力经常处于标准压力附近，当轮胎出现快速漏气或爆胎等危险状态时能够自动代替或辅助驾驶人进行汽车的制动或转向操纵，从根本上解决轮胎漏气或爆胎引起的交通事故，从而显著提高汽车的安全性、环保性、经济性和舒适性。

作者最早接触智能轮胎研究是2002年9月，当时刚进入中国科学院自动化研究所攻读博士学位，导师王飞跃教授将自己发表的第一篇智能轮胎的论文“智能轮胎的研究及其相关核心技术”拿给我看，并且把相关的参考文献也一起打印给我，通过和导师的交流，对智能轮胎研究的前景充满了憧憬，确定了进行智能轮胎研究的目标和方案。当时的智能轮胎研究大部分都集中在有源传感器测量轮胎的压力和温度，通过无线发射方式进行信息的收集，博士课题需要一定的理论深度，因此，针对有源传感器的局限性，确定了“应用于智能轮胎的无源无线声表面波压力和温度传感器” 的博士课题，随后的三年时间，在导师的指导下，通过与山东威海三角轮胎公司和美国亚利桑那大学合作，设计了一套应用于智能轮胎的无源无线声表面波压力和温度传感器，解决了传感器压电基片切割方向优化选择问题以及同时进行轮胎压力和温度测量的信号校正问题。

2005年7月，博士毕业后，进入桂林电子科技大学工作，通过和导师王飞跃教授合作，继续从事智能轮胎相关问题的研究，随后，获得了中国科学院复杂系统与智能科学重点实验室（目前的复杂系统管理与控制国家重点实验室）开放课题“智能轮胎技术研究”的资助，针对智能轮胎中的TPMS进行了轮胎压力监测功能实现方面的研究，同时，进行基于轮胎电容阻抗的无源无线声表面波传感器研究，在导师的指导下，完成了智能轮胎方面最早的专著《Intelligent Tires: Modeling, Sensing, and Analysis》的撰写，对轮胎的模型、轮胎传感器和轮胎压力、温度与摩擦特性进行了详细的阐述，该专著2007年由美国Westing Publishing Co.出版。

2008年，在完成开放课题“智能轮胎技术研究”之后，获得了国家自然科学基金青年基金项目“基于轮胎阻抗和SAW谐振器的无线无源轮胎压力传感器研究”资助，对轮胎阻抗与轮胎压力之间的关系进行了深入的研究，建立了轮胎电容阻抗变化与轮胎压力变化之间的线性关系，设计实现了基于轮胎阻抗和SAW谐振器的无线无源轮胎压力传感器测试系统。

随着MEMS技术的进步，轮胎传感器芯片集成了轮胎压力、温度、电池电压和加速度传感器、无线发射器和微控制器，集成度和信号采集精度都很高，进行智能轮胎的TPMS的开发难度逐渐降低，国内外涌现了大量的TPMS产品，而对于无源无线传感器的研究，由于设计、制造和安装等方面的问题，仍然没有实现市场化，在没有新的研究思路的情况下，作者转入热门的电动汽车研究，在2014年获得了国家自然科学基金项目“基于滑移率优化分配的电动汽车再生制动自适应动态协调控制算法研究”，该研究基于前期在智能轮胎状态信息获取方法方面的研究，进行电动汽车制动力分配与控制算法的研究，属于智能轮胎获取信息应用方面的一种拓展，因此，随后的研究大部分也围绕智能轮胎信息获取及应用方面。

2013年以来，导师王飞跃教授密切关注智能轮胎的研究动向，为作者在智能轮胎方面的研究指明了方向，鼓励作者在原来的著作《Intelligent Tires: Modeling, Sensing, and Analysis》的基础上，结合近年来国内外的研究成果，完成一本内容全面的智能轮胎著作，为更多的研究者提供参考。2013年3月开始，作者着手准备智能轮胎著作的撰写，对国内外在智能轮胎相关方面的研究内容进行了广泛的阅读，特别是轮胎状态参数估计方面的众多的内容。2016年11月，完成了初稿的撰写，导师王飞跃教授进行了认真的阅读，并给出了十分详细的意见，另外，安排陆浩、吕宏强、孙星恺、任志远和王晓等人构建了智能轮胎知识(情报)服务平台，完整地收集了国内外在智能轮胎方面的研究成果，为作者提供了非常丰富的国内外文献资料。在此基础上，作者进一步扩充了书稿的内容，终于在2017年7月完成了修改稿。

本书的内容围绕智能轮胎研究的总体概况、物理基础、状态信息获取方法、功能实现方法以及问题分析与展望进行阐述。总体概况部分为第1章智能轮胎概述，对智能轮胎的研究背景、定义、功能、结构和发展情况进行阐述。物理基础部分为第2章轮胎物理特性分析，对轮胎的温度、压力、摩擦和振动特性进行了详细的分析和研究，为智能轮胎分析和设计提供物理基础。状态信息获取方法部分分为6章，是本书的核心部分，对于智能轮胎的研究，信息的获取和处理是最根本的问题，也是作者花费大量时间研究的问题。第3章轮胎状态测量与轮胎传感器设计部分对智能轮胎常用的传感器的结构、原理、实验测试结果和优缺点进行了详细的分析和总结。第4章汽车动力学与轮胎模型分析部分对汽车动力学和常用的轮胎模型进行详细的分析和阐述，为基于轮胎模型的轮胎状态参数估计提供理论基础。第5～8章介绍了各种轮胎状态参数的估计方法，第5章为轮胎压力与侧偏刚度估计，第6章为汽车速度估计，第7章为轮胎/路面摩擦估计，第8章为汽车侧偏角估计。功能实现方法部分通过第9～11章进行阐述，第9章对TPMS实现的轮胎压力监测的功能进行介绍，第10章对爆胎预警与控制功能进行介绍，第11章对轮胎状态智能调节功能进行介绍。问题分析与展望部分通过第12章平行轮胎进行阐述，通过对智能轮胎研究问题的分析，介绍了设计的平行轮胎框架，预测了平行轮胎解决智能轮胎目前研究问题的可行性。附录部分给出了智能轮胎知识（情报）服务平台的介绍，方便同行研究人员基于网站平台进行交流。

本书的内容主要来源于作者和作者导师王飞跃教授的研究成果，部分成果来源于同行的研究，其中参考同行的研究成果，在书中都进行了详细的标注，在此深表谢意。任何一个领域的发展都需要广大学者的共同研究，本书为从事智能轮胎及相关领域研究的同行提供了相对完善的参考资料，限于作者研究水平和眼界，难免会出现错误和疏漏之处，欢迎同行研究者提出批评指正。

借此机会，我要感谢我的博士生导师王飞跃教授，是他将我引入智能轮胎的研究领域，多年来不断地支持和鼓励我，引导我从事智能轮胎研究的正确方法和思路，是他对待智能轮胎的研究热情和献身科学研究的精神鼓舞了我，给予我长期坚持智能轮胎研究的信心和勇气。另外，也感谢为本书撰写建立智能轮胎知识（情报）服务平台系统的陆浩、吕宏强、孙星恺、任志远和王晓博士，感谢几位为本书完成提供了非常完善的文献资料。

张向文

桂林电子科技大学