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。

附1：本书的组织结构

根据目前智能轮胎研究和发展的现状，综合作者多年来的研究结果，本书通过12章内容对智能轮胎相关的理论和研究成果进行比较全面的分析和总结.

本书分为智能轮胎总体介绍、智能轮胎物理基础、智能轮胎状态信息获取方法、智能轮胎功能实现、智能轮胎总结与展望5个部分，其中智能轮胎总体介绍通过第1章的智能轮胎概述部分进行阐述；智能轮胎物理基础通过第2章的轮胎物理特性分析进行阐述；智能轮胎状态信息获取方法通过第3章的轮胎状态测量与轮胎传感器设计、第4章汽车动力学与轮胎模型分析、第5章轮胎压力与侧偏刚度估计、第6章汽车速度估计、第7章轮胎/路面摩擦估计和第8章汽车侧偏角估计进行阐述，其中第3章为通过传感器直接获取轮胎状态参数的方法介绍，第4～8章为轮胎状态估计方法的介绍，第4章对轮胎状态估计需要的汽车动力学和轮胎模型进行全面的介绍；智能轮胎功能实现通过第9章TPMS、第10章爆胎预警与控制和第11章轮胎状态智能调节系统进行介绍；智能轮胎总结与展望通过第12章平行轮胎进行介绍。下面对各章的具体内容进行说明：

第1章对轮胎的功能、结构、分类和技术发展以及智能轮胎的研究背景、定义、功能、结构与发展状况进行阐述，通过这一章的内容，可以对轮胎和智能轮胎研究有一个总体的了解。

第2章对轮胎的温度、压力、摩擦和振动特性进行分析和研究，从而明确轮胎温度、压力、摩擦和振动特性对轮胎性能的影响，为智能轮胎进行轮胎状态的调节和性能的改善提供物理依据。

第3章对智能轮胎获取轮胎状态信息的方法进行介绍，对目前研究的集成MEMS传感器、轮胎阻抗传感器、超声波传感器、光学传感器、电磁传感器和声表面波传感器的结构、原理、实验测试结果和优缺点进行详细的分析和阐述，为智能轮胎传感器的使用和研究指明方向。

第4章对汽车动力学和常用的轮胎模型进行详细的分析和阐述，汽车动力学是进行汽车状态分析和控制的基础，轮胎模型是进行轮胎受力状态分析和研究的基础，通过对汽车动力学模型和轮胎模型的仿真分析，为智能轮胎控制策略的制定和轮胎状态参数的估计提供理论基础。

第5章对轮胎压力与侧偏刚度的估计方法进行分析和阐述，通过仿真研究，比较不同估计方法的优缺点，为智能轮胎进行轮胎压力估计与侧偏刚度估计方法的选择提供理论依据。

第6章对汽车纵向速度和侧向速度的估计方法进行分析和阐述，纵向速度可用于智能轮胎求解轮胎在路面的纵向滑移率，侧向速度可用于智能轮胎求解轮胎在路面的侧向滑移率，通过仿真研究，比较不同估计方法的优缺点，为智能轮胎求解轮胎在路面的纵向滑移率和侧向滑移率提供理论参考。

第7章对轮胎在路面的摩擦系数和摩擦力估计方法进行分析和阐述，摩擦系数和摩擦力是轮胎和路面的非常重要的状态信息，通过仿真研究，比较不同估计方法的优缺点，为智能轮胎获取轮胎在路面的摩擦状况信息提供理论参考。

第8章对汽车侧偏角估计方法进行分析和阐述，汽车侧偏角是汽车稳定性控制的重要参数，在智能轮胎实现异常状态的稳定性控制时需要侧偏角信息，另外，侧偏角信息也是智能轮胎求解前后轮摩擦力过程所需要的重要参数，通过仿真研究，比较不同估计方法的优缺点，为智能轮胎获取汽车侧偏角信息提供理论参考。

第9章对TPMS进行详细的分析和阐述，对TPMS研究的背景和意义进行介绍，对TPMS的功能和相关标准进行解释，对目前研究的各种类型的TPMS的原理和优缺点进行比较分析，为智能轮胎实现轮胎压力监测功能的研究指明了方向。

第10章对爆胎预警与控制进行阐述，对爆胎发生的原因进行分析，对爆胎后轮胎性能的变化进行研究，根据爆胎理论和实验结果，对爆胎预警与控制方法进行研究，为智能轮胎实现爆胎预警与控制功能提供了理论基础。

第11章对轮胎状态智能调节系统进行分析和阐述，介绍了轮胎中央充放气系统的功能、结构和原理，对轮胎压力和车速智能调节系统进行仿真研究，为智能轮胎实现轮胎状态智能调节功能提供了理论指导。

第12章针对目前智能轮胎研究存在的问题，基于平行系统理论，提出平行轮胎的理论框架，对平行轮胎实现中的关键技术进行分析，为解决智能轮胎研究目前存在的问题和未来的发展方向提供了一种有价值的思路。

附2：智能轮胎知识（情报）服务平台                            

当前，智能技术已经上升为国家战略，其研究与应用已经渗透到生产和生活的各个领域。随着时代的发展，轮胎也已不再是车辆上被动的橡胶复合体，而是成为一种能够对轮胎的状态进行检测、判断和处理的智能化轮胎。智能轮胎通过对轮胎状态信息的智能化的判断和处理，已经成为车辆控制系统中影响车辆驾驶安全性、环保性、经济性和舒适性的重要组成部分,为车内和外部用户的控制系统提供数据信息。为了为智能轮胎研究人员提供更好的知识和情报，基于智能轮胎领域的相关文献和专利研究成果，团队成员陆浩、吕宏强、孙星恺、任志远和王晓构建了智能轮胎知识(情报)服务平台，该平台以ASKE（Application Specific Knowledge Engine）技术对海量的、分布于各类数据库的智能轮胎文献成果进行自动搜集；以知识自动化技术对相关文献成果进行数据处理、知识提取、算法分析、模型构建等，形成对智能轮胎领域知识发现自动化处理的流程；基于SciTS（Science of Team Science，群体研究科学）方法，对于分析挖掘出的文献知识由多位专家群体决策进行知识深度加工。通过上述环节，最终形成智能轮胎领域的专有领域知识库，包括：12个智能轮胎研究方向的文献和专利知识库；智能轮胎领域研究人员和机构知识库；智能轮胎领域研究热点及变化知识库等数据及数据解析结果。

智能轮胎的12个研究方向是根据专家的讨论和对智能轮胎文献的查找确定的，数据库的文献按照这12个研究方向进行统计和分析，具体如下：

1)智能轮胎技术：智能轮胎相关技术的综述类文献及具体应用类文献；

2)轮胎压力：轮胎压力测量和分析类文献；

3)轮胎温度:轮胎温度测量和分析类文献；

4)轮胎摩擦:轮胎摩擦和路面附着特性测量和分析类文献；

5)轮胎振动:轮胎振动测量和分析类文献；

6)轮胎传感器：轮胎状态测量和传感器类文献；

7)轮胎模型：轮胎建模和分析类文献；

8)轮胎状态估计：轮胎和车辆状态估计类文献；

9)TPMS：TPMS及相关技术类文献；

10)爆胎:爆胎分析、非充气轮胎、防爆轮胎、安全轮胎和爆胎控制类文献；

11)轮胎状态调节：轮胎自动充放气系统及相关技术类文献；

12)轮胎新材料:轮胎新材料类文献。

为了方便同行研究人员进行知识传播与共享，建立了智能轮胎知识(情报)平台的网站，网址为：http://www.intelligent-tire.com，个人可以通过实名信息注册后进行智能轮胎信息的查询、统计和下载，另外，网站平台提供了用户交互的论坛，方便同行研究人员进行信息的交互。

网站平台主要由文献查阅和统计分析两部分组成。其中文献查阅部分主要服务于研究人员对智能轮胎相关文献的检索需求，帮助研究人员快速查阅特定领域、类型、国内外的期刊和专利等成果资料。文献查阅部分功能由如下部分组成：

(1)检索查询:通过选择检索类型进行查询，检索类型包括作者、期刊、标题和关键词。

(2)检索结果筛选:可通过筛选条件对研究领域、成果类型、中英文、年份、期刊5个维度进行筛选，精确匹配科研人员最关心的相关成果。

(3)检索结果列表:检索结果列表显示了相关成果的标题、子方向、作者、机构、年份、摘要、关键词及被引次数等信息。

统计分析部分从研究方向、发表年份、被引次数、引用次数、期刊分布五个方面，对科研成果的整体统计、中文期刊文章、英文期刊文章、会议文章、中文专利、英文专利进行分析统计，为科研人员提供全方位多角度的参考。