基于轮胎阻抗的汽车轮胎压力监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开的基于轮胎阻抗的汽车轮胎压力监测装置，通过在轮胎内部嵌入声表面波谐振器，并将轮胎橡胶和钢丝所组成轮胎的电容与电阻作为声表面波谐振器的外接阻抗负载。轮胎状态变化引起轮胎阻抗的变化，轮胎阻抗的变化引起声表面波谐振器谐振频率的变化，声表面波谐振器通过外部的激励脉冲发生谐振将谐振频率信号无源无线的发送出来，从而实现轮胎状态的无线无源检测。在轮胎状态检测过程中，将不同的钢丝与多个不同的声表面波谐振器相连组成多个具有不同外接阻抗负载的声表面波谐振器，利用多个声表面波谐振器的谐振频率的组合实现轮胎压力、温度、磨损和老化等状态的检测。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

基于轮胎阻抗的汽车轮胎压力监测装置(一)
本技术涉及一种汽车安全行驶监测装置，特别涉及一种基于轮胎阻抗的汽车轮胎压 力监测装置。(二)
技术介绍
在汽车行驶中，轮胎爆破是所有驾驶者最为担心和最难预防的，它会引起或诱发严重的 交通事故。特别是在高速行驶时，轮胎爆破将更加危险，安全专家指出，当汽车时速超过 160公里以上时，轮胎爆破而造成的死亡率几乎接近100%。根据理论分析，轮胎爆破前，轮 胎的压力会出现异常，因此通过对轮胎压力的监测和异常情况的报警可以从根本上避免轮胎 爆破造成的危险。另外，如果轮胎的充气压力不足，则轮胎滚动阻力增大，汽车油耗增加， 同时胎面异常磨耗加剧，导致轮胎早期报废，因此，对轮胎压力的实时监测和异常情况的报 警对提高汽车的安全性、经济性和稳定性具有非常重要的意义。现有的轮胎压力测量方法，如CN209245公告号的名称为"汽车轮胎低气压报警器"的专 利，该专利是将传感器固定在轮毂上实现轮胎压力和温度的直接接触和测量，但是，这种安 装过程比较复杂，需要将轮胎从钢圈上去掉进行传感器的固定，固定的传感器在轮胎的长时 间旋转和振动过程中容易发生松动或脱落，轮胎在恶劣天气和高速运动时，轮胎内部形成的 高温、潮湿环境极易降低传感器的性能甚至损坏传感器。另外，这种测量方法由于将传感器 安装在轮胎的内部，需要能够长时间供电的电源， 一般使用高性能的锂电池供电，但是锂电 池的寿命是有限的，更换电池很不方便，并且锂电池体积和重量比较大，增加了轮胎旋转的 动态负载，易破坏轮胎的动态平衡，废弃的电池还会造成环境的污染。为了避免上述传感器在安装方面的问题，2005年，R. Matsuzakia和A. Todoroki在 2005年第119期《Sensors and Actuators》第323 31页上发表文章"利用电容和振荡电路进 行轮月台变开多的无线测量(Wireless Strain Monitoring of Tires Using Electrical Capacitance Changes with an Oscillating Circuit)"，首次将轮月台压力变化弓l起的月台 面电容阻抗变化转化为频率变化无线发射出来，即将轮胎的胎面橡胶和钢丝看作电容元件， 橡胶为介电材料，钢丝为导电材料，相邻钢丝之间的橡胶和钢丝一起可以组成一个轮胎电容 元件。在轮胎模块中，轮胎压力的变化引起轮胎胎面的变形，胎面钢丝之间的距离发生变化 ，由胎面钢丝和橡胶组成的电容器的电容发生变化，电容的变化经过CR振荡器转化为频率的变化，通过发射器的天线发射出去。在外部模块接收器接收发射器发射的频率信号，并经过 频率计数器计算送给电脑进行处理，将获得的测量频率信号的变化转化为轮胎压力的变化， 从而实现轮胎压力的无线测量。这样虽然可以省去常规的轮胎压力传感器，避免了安装常规 传感器时出现的各种麻烦，但是在利用轮胎电容阻抗和CR振荡器进行轮胎压力的无线测量时 ，测量信号在发射时需要供电电源， 一般使用高性能的锂电池供电，因此这种轮胎状态测量 方法仍然存在使用电池供电存在的各种问题，另外，CR振荡器和发射器由电阻和放大器等电 子元件组成，进行胎面嵌入安装的难度很大，并且安装后会影响轮胎的胎面弹性和刚度。 (三)
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种无需使用电池供电、安装容易的基于轮胎阻 抗的汽车轮胎压力监测装置。本技术为实现上述方法所设计的基于轮胎阻抗的汽车轮胎压力监测装置，包括将轮 胎压力所引起的胎面电容和电阻阻抗的变化转化为频率变化无线发射出来的轮胎模块，以及 根据接收到的频率变化求解轮胎压力变化的外部模块。所述外部模块沿用现有技术所常用的 外部模块构成，所述每个轮胎模块包括嵌入在轮胎橡胶内的至少一个声表面波谐振器、近端 天线和匹配阻抗；声表面波谐振器的一端通过匹配阻抗与轮胎胎面橡胶内的公共钢丝G相连 ，另一端通过导线与不同于公共钢丝G的轮胎钢丝Sn相连，声表面波谐振器与匹配阻抗间还 接有近端天线。轮胎模块的声表面波谐振器在受到外部模块发送来的射频脉冲信号的激励， 在轮胎压力的影响下发生谐振，并通过近端天线将谐振频率返回外部模块进行频率计算，进 而求解出轮胎的压力。由于轮胎温度的变化会弓1起声表面波谐振器的中心谐振频率的偏移，因此为了消除这些 因素的影响，使得轮胎压力的测量结果更为准确，需要进行测量误差的补偿。作为改进，所 述轮胎模块的轮胎橡胶内还可以嵌入通过两个具有相同结构和相同中心谐振频率的声表面波 谐振器相连而成的声表面波谐振器组。两个声表面波谐振器相接的一端通过匹配阻抗与公共 钢丝G相连，声表面波谐振器组的另外两端一个通过导线与公共钢丝G相连， 一个通过导线与 不同于公共钢丝G的轮胎钢丝Sn相连，声表面波谐振器与匹配阻抗间还接有近端天线。由于 温度变化对两个声表面波谐振器中心谐振频率的影响一样，因此，利用这两个声表面波谐振 器的谐振频率就可以消除温度对声表面波谐振器中心谐振频率的影响，得到正确的轮胎压力位于同一个轮胎模块内的多个声表面波谐振器和/或声表面波谐振器组均共用一个匹配 阻抗和近端天线。位于同一个轮胎模块内的不同声表面波谐振器和/或声表面波谐振器组所接的轮胎钢丝 Sn各不相同，即外接轮胎阻抗不同，以此求解那些能够影响轮胎压力测量结果的其它轮胎参 数，如轮胎的温度、磨损和老化程度等。根据所需求解的参数的个数选定声表面波谐振器和 /或声表面波谐振器组的个数，并使得每个声表面波谐振器和/或声表面波谐振器组具有不同的中心谐振频率。利用n(n》3)个声表面波谐振器组的2n个声表面波谐振器的谐振频率，根 据轮胎参数(如压力、和/或温度、和/或磨损和老化程度等)与轮胎阻抗的关系以及轮胎阻 抗与声表面波谐振器谐振频率的关系，通过数据融合的方法可以同时获得轮胎的多种参数( 如压力、和/或温度、和/或磨损和老化程度等)信息。所述外部模块包括相互连接的远端天线和射频收发器、频率计数器、微控制器、以及电源；远端天线和射频收发器用于向声表面波谐振器和/或声表面波谐振器组发射射频脉冲 信号，以及接收声表面波谐振器和/或声表面波谐振器组返回的谐振频率脉冲信号；频率计数器用于对接收到的谐振频率进行计算，并将计算结果送入微控制器；微控制器用于控制远端天线和射频收发器的工作状态、和/或发射射频脉冲信号的时 间和频率大小、和/或接收谐振频率信号的时间、并根据轮胎状态(如压力、和/或温度、和 /或磨损和老化程度等)与声表面波谐振器谐振频率之间的关系求解轮胎的具体状态(如压 力、和/或温度、和/或磨损和老化状态等)信息。所述射频收发器和远端天线的套数与轮胎模块的个数相同，每一套射频收发器和远端天 线对应一个轮胎模块。所述微控制器还与存储器、和/或报警装置、和/或显示装置相连，存储器用于存储轮胎 的安全压力范围、轮胎的压力-频率、和/或温度-频率、和/或磨损和老化-频率关系以及每 次测量的轮胎压力值、和/或温度、和/或磨损和老化程度；报警装置用于在轮胎的压力过高 或过低时，发出报警信号；显示装置用于显示轮胎的压力值、和/或轮胎的状态、和/或故障 类型。外部模块根据轮胎的具体状态(如温度、和/或磨损和老化本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于轮胎阻抗的汽车轮胎压力监测装置，包括外部模块（１）和至少一个轮胎模块（２），其特征在于：所述每个轮胎模块（２）包括嵌入在轮胎橡胶内的至少一个声表面波谐振器（４）、近端天线和匹配阻抗；声表面波谐振器（４）的一端通过匹配阻抗与轮胎胎面橡胶内的公共钢丝Ｇ相连，另一端通过导线与不同于公共钢丝Ｇ的轮胎钢丝Ｓｎ相连，声表面波谐振器（４）与匹配阻抗间还接有近端天线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张向文，许勇，潘明，樊永显，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：45[]