早期的轮胎相当原始，是由实心橡胶条制成的。后来，Charles Goodyear发明了硫化橡胶，Robert Thomson于1846年申请了硫化橡胶充气轮胎的专利。四十年后，汽车问世，Robert Thomson在与John Dunlop的专利争夺战中败北。米其林兄弟很快发明了可拆卸轮胎，到1970年代，带胎面的充气子午线轮胎（如今仍在大多数汽车中使用）已成为标准。
轮胎发展至今，除了一些不同寻常的创新，当今的汽车制造商还考虑了安全性、耐用性、性能以及可持续性，使轮胎技术能够取得突破性进展。
以轮胎噪声为例，产生轮胎噪声的原因主要有两个：一个是花纹噪声，由不断释放的胎面气泡引起，与人的语音相比是一种较高频的声音；另一个原因是空腔噪声，是由空气在轮胎内部“弹跳”并压在车轮上引起的。当更精密的电动机发明之后，人们自然就想要更安静的轮胎。
Bridgestone公司于2019年3月推出了QuietTrack轮胎，轮胎上有多个短斜线槽通向胎肩，使空气可以排出而不是随着轮胎的旋转而被压缩（图1）。凹槽被切成三种不同尺寸的宽度来干扰彼此的噪声，从而将其降至人类和语音频率。此外，QuietTrack轮胎的纵向沟道较细，沟槽中毫米级高度的锯齿可以分解高频声音。事实证明，它可以提高汽车在雪地和潮湿地面的牵引力。
图1：电动汽车没有高转速发动机，因此轮胎橡胶产生的噪声更加明显。QuietTrack轮胎降低了令人讨厌的噪声，这对电动汽车（EV）而言非常重要。（图片来源：Bridgestone）
这种轮胎采用了ContiSeal自修补技术，在胎面内侧施加一层粘性密封剂，当轮胎被刺破以后，密封剂渗透出去，刺孔的80％都可以被密封。这种技术适用于直径最大为5毫米的刺孔，降低了轮胎漏气和在路边换胎的可能。
Goodyear于2017年推出了一种球形概念轮胎，Eagle 350 Urban，采用这种轮胎的车辆可以向任何方向行驶。轮胎内置的人工智能与轮胎外部可以检测不同路面和行驶条件的传感器相连，并使用执行器来适应轮胎的形状和胎面。除了传输数据以改善制动、操纵和效率外，Eagle 350 Urban还可以在轮胎刺穿时促进修补。
非充气式氧气轮胎采用独特的开放式结构，它并非由气压支持，而是利用回收的轮胎粉尘通过3D打印出来的，并在胎壁上附着活苔藓。它从道路上吸收水、从空气中吸收二氧化碳来喂食苔藓，进行光合作用并产生氧气。它还使用Li-Fi（一种基于光的移动无线技术）连接到物联网（IoT）基础设施，进行车对车（V2V）和车对基础设施（V2I）数据交换。
2020年则出现了非充气式焕新概念轮胎，它采用生物降解液体化合物胶囊进行胎面再生。AI可根据驾驶员的个人情况及轮胎状况对化合物进行定制，以适应路况。
Pirelli推出了首款通过5G网络可靠传输信息的智能轮胎，促进了与车辆、驾驶员和更大规模道路基础设施之间的通信（图2）。
图2：Pirelli声称是首家利用5G网络的轮胎公司。
接下来，米其林的Uptis概念轮胎可望在2024年面世。其“组装式不充气车轮结构技术”消除了轮胎穿孔、爆胎和轮胎漏气的风险。Uptis轮胎可以减少原材料的使用、轮胎报废和备用轮胎，最大限度地减少了资源的使用和浪费。
具体来说，Goodyear为特斯拉提供的轮胎具有专用的降噪泡沫（如果你喜欢安静的话），而雪铁龙19_19概念电动车的轮胎则设计为在干燥时变硬、潮湿时变软。
轮胎可以通过5G和IoT传输信息，以提高高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶汽车的安全性和性能。例如，Goodyear的AndGo平台使用预测软件将车队与服务网络连接起来。
轮胎的3D打印，回收和环保材料的使用，以及减少轮胎的磨损和报废，这些都是轮胎制造商持续努力的重心。更耐用的非充气轮胎和轮胎车轮一体技术也可提高安全性并减少维护需求，因此对无人驾驶汽车尤其重要。
数十年来轮胎基本保持原样，现在似乎一切都要变了。
（原文刊登于EDN美国版，参考链接：How intelligent tires support connected-car applications，由Jenny Liao编译。）
本文为《电子技术设计》2020年11月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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