Sumitomo Rubber Industries в сотрудничестве с профессором Хироси Тани из Университета Кансай работает над исследованиями и разработкой устройства для выработки электроэнергии, которое может генерировать энергию от вращения шин и подавать питание на датчики и другие устройства, установленные вокруг шин. В марте мы также разработали метод измерения износа шин и формы контактной поверхности с помощью этого устройства.Мы попросили Муцуки Сугимото, менеджера группы разработки интеллектуальных материалов отдела планирования исследований Sumitomo Rubber Industries, рассказать об этой технологии, которую можно использовать для подачи питания и датчиков. 。

Преобразование вращения шины в «энергию»

Поскольку CASE и MaaS трансформируют автомобильную промышленность, шины также должны играть новую роль. Ожидается, что оснащение шин сенсорными функциями, такими как определение состояния дорожного покрытия и степени его износа, будет способствовать сокращению трудозатрат при управлении и осмотре, а также повышению безопасности.

Sumitomo Rubber продвигает разработку устройства для выработки электроэнергии, которое можно использовать в качестве источника питания для TPMS (системы контроля давления в шинах), которая необходима для проверки давления и температуры в шинах. Компания начала совместную разработку внутришинных электрогенераторов в 2017 году после того, как к ней обратился профессор Тани, который разрабатывал очень гибкие устройства для выработки электроэнергии.

Сугимото говорит: «Шины подвергаются различным воздействиям, таким как вращение и вибрация. Преобразовывая их в электричество с помощью сбора энергии, мы можем эффективно их использовать».

Сбор энергии — это технология, которая собирает небольшое количество окружающей нас энергии, такой как свет, вибрация и тепло, и преобразует ее в электричество. Примером, уже находящимся в практическом использовании, является солнечная батарея.

Устройство для выработки электроэнергии, которое разрабатывает Sumitomo Rubber, использует явление трибоэлектрификации статического электричества. К внутренней части шины прикреплено плоское устройство весом в несколько граммов, и при перемещении двух встроенных пленок за счет вращения создается статическое электричество.

Хотя генерируемый ток невелик, шины постоянно вращаются во время движения, поэтому энергия может непрерывно собираться и храниться в цепи, функционируя в качестве источника питания вместо батареи TPMS. Его можно использовать вместо батарей-таблеток, используемых в настоящее время, и, если он будет введен в практическое использование, может быть реализована безбатарейная TPMS.

В настоящее время сложно заменить батарею, встроенную в TPMS, а когда батарея садится, часто заменяют датчик. Если появится возможность вырабатывать электроэнергию внутри шины, ее можно будет использовать, не беспокоясь о сроке службы батареи.

Кроме того, в автомобильной шинной промышленности становится популярным получение различной информации, такой как определение условий износа шин и состояния дорожного покрытия, а также разработка технологий использования такой информации. В результате информация отправляется наружу шины чаще, чем раньше, и ожидается, что обычные батареи разрядятся.

Если устройства для выработки энергии трения установлены на шинах, вращение шин будет продолжать генерировать электроэнергию во время движения. Практическое применение, вероятно, устранит операционные барьеры для датчиков, которые потребляют много энергии и нуждаются в частом обмене данными.

Кроме того, Sumitomo Rubber разрабатывает «метод измерения состояния износа шин и формы пятна контакта», в котором это устройство используется в качестве датчика. Сенсорное устройство меньше, чем устройство для выработки электроэнергии, весит менее 1 грамма на штуку и устанавливается в несколько блоков. Наблюдая за формой волны статического напряжения, которое генерируется каждый раз, когда шина вращается, можно определить состояние износа шины.

По форме сигнала можно измерить «контактную длину» шины, соприкасающейся с землей. Так как контактная длина в новом состоянии и контактная длина в изношенном состоянии меняются, можно определить степень износа путем сравнения всех данных.

Размещая эти датчики в поперечном направлении шины и используя их, становится возможным анализировать состояние износа в направлении ширины. Суть этой технологии в том, что этот метод позволяет обнаружить неравномерный износ.

Существует потребность в обнаружении износа в транспортных средствах, таких как грузовики и автобусы. В транспортной отрасли, где важно понимать состояние износа шин, ожидается, что это будет способствовать эффективности управленческой работы, такой как проверка состояния износа и оценка времени вращения.

В то же время сбор данных по окружности и ширине шины позволит узнать правильную форму контакта с землей во время движения. Сугимото объясняет: «Форма пятна контакта — это параметр, влияющий на эффективность использования топлива и сцепление шин с дорогой. Поскольку такие данные собираются автоматически, они могут быть полезны при проектировании шин».

Даже в Sumitomo Rubber сотрудники, отвечающие за эксперименты и технологии, сказали, что они могут использовать эту технологию в разработке, потому что движение внутри шины можно будет выразить в виде волны.

В дальнейшем предполагается, что он будет подключен к развернутой в настоящее время службе управления давлением воздуха TPMS. В будущем мы будем продвигать разработку для практического использования, стремясь создать устройство, которое можно использовать без ухудшения таких функций шины, как долговечность, сопротивление качению и устойчивость рулевого управления.

Проблемы массового производства и коммерциализации включают температуру окружающей среды, долгосрочное использование, устойчивость к высокоскоростному вождению и проектирование производственного процесса.

Кроме того, компания также разрабатывает «SENSING CORE» (сенсорное ядро), которое использует сигналы скорости вращения колеса, генерируемые вращением шины, в качестве системы, которая может определять давление, температуру и износ в шинах. Главной особенностью и преимуществом этой технологии является то, что она не требует датчика. Однако, в зависимости от пользователя, бывают случаи, когда требуется информация о неравномерном износе, а есть случаи, когда получить сигналы скорости вращения колеса сложно.

Предоставляя его параллельно с сенсорным ядром, можно будет подготовить варианты обслуживания, отвечающие различным требованиям клиентов.

Г-н Сугимото выражает свое желание, говоря: «Наша цель и миссия — работать вместе с Кансайским университетом над его разработкой и внедрением на практике в регионе Кансай». Технологии обнаружения шин и решения для управления ими находятся в процессе разработки и, как ожидается, будут распространяться в будущем. Создание среды, в которой широкий круг пользователей может пользоваться услугами, сыграет роль в создании общества мобильности, в котором каждый может безопасно передвигаться.