تایر هوشمند و نقش آن در هوشمندسازی حمل‌ونقل

پیشرفت فناوری در صنایع مختلف رشد بسیاری کرده و صنعت تایر نیز از این عرصه جا نمانده است. با ظهور مفاهیمی مانند اینترنت اشیا و حمل‌ونقل هوشمند، صنعت خودروسازی به سوی استفاده از تایر هوشمند حرکت کرده است. اگرچه تایر هوشمند در ابتدای راه قرار دارد اما بعضی از تولیدکنندگان مانند میشلن، کنتیننتال و پیرلی موفق به ساخت نمونه‌های تجاری شده‌اند. تایرهای هوشمند با استفاده از حسگرهای دما و فشار، این پارامترها را بررسی و اطلاعاتی در مورد وضعیت و عملکرد تایر به وسیله‌نقلیه ارسال می‌کنند. بدین‌ترتیب راننده می‌داند چه زمانی باید لاستیک را عوض کند یا در شرایط حساس چه واکنشی نشان دهد. بنابراین، تایر هوشمند نقش مهمی در هوشمندسازی حمل‌ونقل دارد.

ایمنی و عملکرد خودرو به وضعیت تایرها بستگی دارد. به همین دلیل بهبود عملکرد تایرها موردتوجه قرار گرفته است. مطالعه عمقی در مورد تایرها در دهه 80 میلادی با توسعه سیستم پایش فشار تایر آغاز شد. این سیستم با پایش فشار داخلی تایر در صورت وجود مشکل به راننده هشدار می‌دهد.

امروزه تولیدکنندگان بر روی تقویت ایمنی فعال و استفاده از حسگرهای پیشرفته تمرکز کرده‌اند. همین موضوع باعث شده افراد توجه ویژه‌ای به گسترش مفهوم تایر هوشمند نشان دهند. تایر هوشمند بر بستر اینترنت اشیا سعی بر افزایش ایمنی و کاهش تصادفات دارد.

اینترنت اشیا که از آن به عنوان انقلاب صنعتی چهارم یاد می‌شود، کمک می‌کند تا اشیا در تمام زیرساخت‌های شبکه از راه دور کنترل و زمینه لازم برای تبدیل جهان فیزیکی به سیستم‌های مبتنی بر کامپیوتر فراهم شود. اینترنت اشیا در تمام جنبه‌های سیستم حمل‌ونقل هوشمند کاربرد دارد. طراحی تایرهای هوشمند نیز گامی در جهت هوشمندسازی حمل‌ونقل است. این المان علاوه‌بر افزایش ایمنی به کاهش ترافیک و ایجاد نظم در جاده نیز کمک می‌کند. با استفاده از اطلاعات ارسالی توسط تایر هوشمند می‌‌توان ساختار کلی تایر را نیز بهینه کرد. در این مطلب با ساختار تایرهای هوشمند آشنا خواهیم شد.

ساختار تایر هوشمند

تایرهای هوشمند دارای دو بخش اساسی هستند؛ حسگرهای فشار و دما که داخل تایر قرار دارند و سیستم کنترلی که داخل خودرو تعبیه می‌شود. علاوه‌براین چون از نظر فیزیکی نمی‌توان تایر در حال دوران را به خودرو متصل کرد، به سیستمی برای تولید توان موردنیاز و انتقال اطلاعات نیز نیاز هست. در نزدیک تایر، یک سیستم پردازش سیگنال برای دریافت اطلاعات و داخل کامپیوتر خودرو یک واحد کنترل برای پردازش داده‌ها و اعمال تغییرات لازم وجود دارد.

بعضی از تایرها در کنار حسگرهای دما و فشار دارای حسگرهای پیشرفته موج صوتی و سطحی، حسگر کرنش و شتاب‌سنج میکروالکترومکانیک نیز هستند. یکی از مهم‌ترین چالش‌ها در ساخت این تایرها، قرار دادن و اتصال حسگر به لایه داخلی تایر است. حسگرها باید سختی پایین و امکان تغییر طول زیادی داشته باشند. اگر سختی حسگر زیاد باشد، احتمال جداشدن آن از تایر زیاد است. ضمناً استفاده از حسگرهای بزرگ نیز ممکن نیست.

برای انتقال داده‌ها نیز باید از سیستم بی‌سیم استفاده کرد. نکته مهم دیگر در مورد ساختار تایرهای هوشمند، فعال کردن تایر است. برای انجام این امر باید از باتری یا تکنیک برداشت انرژی استفاده کرد. استفاده از باتری به دلیل طول عمر پایین و مشکلات زیست‌محیطی توصیه نمی‌شود. بنابراین روش برداشت انرژی موردتوجه قرار گرفته است. در روش برداشت انرژی، انرژی مکانیکی حاصل از دوران خودرو با استفاده خازن، پیزوالکتریک و الکترومغناطیس به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.

تولید تایر هوشمند در شرکت‌های تایرسازی بزرگ دنیا

شرکت‌های تایرسازی بزرگ دنیا، طراحی و تولید تایرهای هوشمند را در دستور کار خود قرار داده‌اند. در این راستا، شرکت ایتالیایی پیرلی موفق به تولید سیستم یکپارچه کانسو شده که با استفاده از یک حسگر، اطلاعات کلیدی را به یک برنامه روی تلفن همراه راننده ارسال می‌کند. ساختار کانسو به گونه‌ای است که یک حسگر با فقط چند گرم وزن که داخل تایر تعبیه شده، اطلاعات مفید را به فضای ابری پیرلی می‌فرستد. در نهایت اطلاعات پردازش‌شده به برنامه روی تلفن همراه راننده ارسال می‌شود. این سیستم دما و فشار هریک از تایرها را در حال سکون نیز اندازه می‌گیرد.

همچنین اطلاعات لازم برای بار استاتیک عمودی، پوشش و مقدار مسافت طی‌شده توسط هر تایر را نیز پایش می‌کند. اگر تایر پنچر یا کم‌باد شود، تایر کانسو با استفاده از حسگر فشار این موضوع را تشخیص و به راننده هشدار می‌دهد.

شرکت کنتیننال نیز در سال 2017 از فناوری تایر هوشمند خود رونمایی کرد که امکان پایش پیوسته وضعیت تایر را فراهم می‌کند. این سیستم رسانا، اطلاعات دریافتی از طریق حسگر را به دریافت‌کننده داخل تایر ارسال می‌کند. این حسگرها به طور پیوسته دما و عمق پوشش را پایش می‌کنند. اگر مقادیر اندازه‌گیری شده بیشتر یا کمتر از حد معین باشند یا چیزی داخل لاستیک نفوذ کرده باشد به راننده هشدار می‌دهد.

تایر هوشمند بر بستر اینترنت اشیا

بنابر اعلام سازمان‌های جهانی، سالانه حدود 11 هزار تصادف ناشی از عملکرد نامناسب تایرها اتفاق می‌افتد. استفاده از تایر هوشمند به کاهش تصادفات و افزایش ایمنی کمک بزرگی می‌کند. طراحی تایر هوشمند بر بستر اینترنت اشیا به فراهم شدن اطلاعات دقیق‌تر می‌انجامد. در این بستر، تایر با جمع‌آوری پیوسته داده‌ها، ردیابی عملکرد تایر در بازه‌های زمانی مختلف امکان‌پذیر است. این تایر با پایش جاده و تشخیص قطرات برف و باران نیز به راننده هشدار می‌دهد. همچنین به کمک این سیستم می‌توان بررسی کرد که آیا خودرو حین حرکت به چیزی برخورد یا راننده به طور ناگهانی ترمز کرده است. با استفاده از بستر اینترنت اشیا می‌توان بین خودروهای مختلف ارتباط برقرار کرد و اطلاعات بین آن‌ها را به اشتراک گذاشت. بدین‌ترتیب هوشمندسازی حمل‌ونقل به کاهش ترافیک و ایجاد نظم در جاده نیز کمک می‌کند.

توسعه فناوری تایر هوشمند با توجه به مزایای مختلف آن اعم از پایش وضعیت تایر خودرو، پایش وضعیت کلی عملکرد خودرو، شناسایی گلوگاه‌ها، ارسال هشدارهای عملی برای کنترل عملکرد خودرو و به اشتراک‌گذاری اطلاعات مفید بین خودروها به سرعت در حال گسترش است. بنابراین این نوع تایر می‌تواند نقش بی‌بدیلی در توسعه حمل‌ونقل هوشمند داشته باشد.​