Американские инженеры разработали датчик, способный в реальном времени отслеживать износ автомобильных шин. В нем установлен радар, который излучает миллиметровые волны и по отражению определяет оставшуюся глубину протектора с точностью 0,68 миллиметра, а также способен обнаруживать в протекторе посторонние предметы.

Статья о разработке была представлена на конференции MobiSys 2020.

Шины – это один из главных факторов, влияющих на то, как автомобиль двигается по дороге, управляется и тормозит. Эти параметры напрямую зависят от состояния колеса: износа шины и давления в ней. Во многих странах все новые автомобили должны быть оборудованы системой контроля давления в шинах, которая прямо или косвенно следит за давлением и сигнализирует о том, что в одной или нескольких шинах оно снизилось. Для контроля состояния самой шины пока применяются либо стандартные интервалы (пробег, после которого рекомендуется заменить шины), либо визуальный осмотр.

Инженеры из Университета Карнеги — Меллона под руководством Энтони Роув (Anthony Rowe) разработали систему, позволяющую в реальном времени отслеживать состояние протектора: износ и наличие в нем посторонних объектов. В ее основе лежит автомобильный радар, работающий в миллиметровом диапазоне на частотах от 77 до 81 гигагерца и изначально предназначенный для обнаружения препятствий. По задумке авторов радары можно размещать в колесных арках. Также во время части испытаний они размещали его на испытательном стенде недалеко от расположенного горизонтально колеса.

Радар излучает сигналы, принимает отражения и составляет карту глубины поверхности шины. Инженеры повысили изначальное разрешение радара двумя методами. Во-первых, в радаре есть восемь антенн, и это позволяет суммировать сигналы от них для улучшения точности. Во-вторых, они использовали метод обратного радиолокационного синтезирования апертуры (ISAR), при котором разрешения съемки объекта увеличивается благодаря его движению. В данном случае авторы использовали для увеличения разрешения вращение шины, благодаря которой одни и те же ее элементы отражают сигналы с разных положений.

Ограничение метода ISAR заключается в том, что радару необходимо знать угол поворота колеса в каждый момент. Разработчики использовали для этого алюминиевые полоски определенной длины, наклеенные на продольные углубления протектора. Поскольку полоски имеют разную и известную заранее длину, радар может в любой момент по их расположению определить фрагмент шины, который он снимает в данный момент. Кроме того, полоски позволяют отфильтровать в сигнале объекты, застрявшие в протекторе.

Наклеенные алюминиевые полоски в углублениях протектора / Akarsh Prabhakara et al. / MobiSys 2020

Инженеры проверили работу радара на шиномонтажном стенде, а также во время реальных поездок на автомобиле, в одной арке которого был закреплен прототип датчика. Они сначала испытали его на искусственных поверхностях с разным типом препятствий, создающих вибрации разной интенсивности. Испытания показали, что точность определения износа (разницы в высоте между выступами и углублениями протектора) составляет 0,21 миллиметра для малых вибраций, 0,68 для средних и 0,73 для высоких. Испытания на реальных дорогах с разными покрытиями показали точность от 0,19 до 0,68 миллиметра.