СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ШИН АВТОМОБИЛЯ

Изобретение относится к технике контроля состояния шин автомобиля.

Влияние шин на безопасность движения транспортных средств всегда было в центре внимания специалистов в данной области техники. В соответствии с общепринятыми схемами построения современных систем контроля давления в шинах (TPMS) они состоят из двух основных компонентов: модулей дистанционного измерения давления и температуры в шинах (RTPM), установленных внутри шин транспортного средства, и блока управления со средством индикации (ЖК-дисплей), установленного в кабине водителя. Модули RTPM устанавливаются в каждой шине для измерения давления и температуры в шинах и передачи полученной информации с помощью средств радиосвязи на блок управления. На ЖК-дисплее блока управления отображаются значения давления и температуры каждой шины для информирования водителя, причем при отклонении давления или температуры в шине от нормальных значений вырабатываются различные сигналы для предупреждения водителя о необходимости принятия соответствующих мер. Источниками питания модулей RTPM, как правило, являются литий-тионилхлоридные батарейки, которые имеют ограниченный срок службы, снижающийся при отрицательной температуре окружающей среды и повышенной влажности, утилизация их вместе с датчиками, в которые они встроены, требует специальных мер по экологической безопасности. Как известно из уровня техники, наиболее предпочтительны для модулей RTPM альтернативные источники питания - зарядные устройства, получающие электрическую энергию путем преобразования кинетической энергии тела и магнитного поля [патент РФ №2304342 опубликован 10.08.2007] или с использованием пьезоэлектрической технологии [патент РФ №2377137 опубликован 27.12.2009]. Использование системы TPMS обеспечивает поддержание нормального давления в шинах, предотвращая и снижая аварийность, связанную с разрывами шин. Однако при значениях интервалов измерения давления в шинах современными системами TPMS, составляющих в среднем 60 сек для экономии расхода батарейки, имеются некоторые ограничения. Такие системы осуществляют только индикацию информации о давлении и температуре в шинах. Материалы соответствующих исследований показывают, что разрывы шин происходят совершенно неожиданно без всяких очевидных или определенных признаков и, когда шина лопается, давление в ней падает до нуля в течение 100 мс. [патент РФ №2398680, опубликован 10.09.2010]. В то же время имеются такие предпосылки к разрыву шин, как скрытые повреждения жесткой конструкции шины, при которых происходит выпячивание упругого эластомерного материала шины (появление грыжи), создающее разбалансировку колеса. Такое повреждение в труднодоступном для визуального осмотра месте или возникшее во время движения может привести к аварийной ситуации, неожиданному разрыву шины. Модули RTPM при этом не выполняют функции предупреждения и профилактики, так как давление и температура в шинах могут быть в пределах нормы до наступления аварийной ситуации. При использовании в качестве зарядного устройства для блока питания модуля RTPM электрического генератора колебательного движения или пьезоэлектрических устройств решаются две задачи. Первая, срок службы не ограничен временем работы батарейки и, следовательно, можно значительно уменьшить интервал измерения давления в шинах, не требуется состояние «сна», вызванное ограниченной емкостью батарейки. Вторая, генератор электрической энергии вращающейся шины является источником электрического сигнала соответствующего уровню вибрации, анализируя характеристики которого можно определить появление грыжи, так как происходит разбалансировка колеса, передача дополнительной информации о вибрационном состоянии шины позволит предотвратить аварию.

Известна система контроля шин автомобиля [патент РФ №2425760 опубликован 10.08.2011], в которой применены интегрированные датчики давления и температуры, а также двунаправленный канал связи, но в данном изобретении не указано как обеспечить долговечность работы в плане автономного питания i-го количества электронных блоков передачи сигналов i-го колеса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является система контроля шин автомобиля [патент РФ №2398680 опубликован 10.09.2010], содержащая блок дистанционного измерения параметров состояния шины, центральный контроллер, блок речевых сообщений и устройство торможения с использованием тормозов. Блок дистанционного измерения параметров состояния шины содержит датчик измерения состояния шины и формирования сигналов измеренных значений параметров, блок обработки сигналов и формирования данных о состоянии шины, радиопередающий модуль, таймер и батарейку. Недостатком такой системы являются ограниченные возможности применения только для автомобилей, оборудованных специальным автоматизированным тормозным устройством и блоком речевых сообщений соответственно понятным каждому водителю, кроме того время работы системы ограничено емкостью батарейки. Предпочтительно использование блок-схемы известных систем TPMS с техническим решением по настоящему изобретению.

Технический результат, на который направлено изобретение, состоит в улучшении существующих систем контроля состояния шин, в результате которого система TPMS становится более информативной.

Указанный технический результат достигается тем, что в систему контроля состояния шин, содержащую датчик состояния шины, блок обработки сигналов, микроконтроллер, радиопередатчик, радиоприемник, центральный контроллер, дисплей и источник питания, введены зарядное устройство, использующее вибрацию шины для генерирования электроэнергии, и блок питания, микроконтроллер выполнен с возможностью анализа амплитудно-частотных характеристик сигнала, генерируемого зарядным устройством. Выход датчика состояния шины соединен с первым входом блока обработки сигналов, выход которого соединен с входом микроконтроллера. Выход микроконтроллера соединен с входом радиопередатчика. Первый выход зарядного устройства соединен со вторым входом блока обработки сигналов, а второй - с входом блока питания. Выход блока питания соединен с входами питания блока обработки сигналов, микроконтроллера и радиопередатчика. Выход радиоприемника соединен с входом центрального контроллера, выход которого соединен с дисплеем. Выход источника питания соединен с входами питания радиоприемника и центрального контроллера.

Для пояснения сущности изобретения прилагается рисунок фиг. 1, на котором условно представлено расположение блоков системы для одного модуля дистанционного измерения параметров состояния шины: 1 - датчик состояния шины; 2 - блок обработки сигналов; 3 - микроконтроллер; 4 - радиопередатчик; 5 - зарядное устройство; 6 - блок питания; 7 - радиоприемник; 8 - центральный контроллер; 9 - дисплей; 10 - источник питания.

Количество модулей дистанционного измерения параметров состояния шины обусловлено количеством колес в транспортном средстве.

Выход датчика состояния шины 1 соединен с первым входом блока обработки сигналов 2, выход которого соединен с входом микроконтроллера 3. Выход микроконтроллера 3 соединен с входом радиопередатчика 4. первый выход зарядного устройства 5 соединен со вторым входом блока обработки сигналов 2, а второй - с входом блока питания 6. Выход блока питания 2 соединен с входами питания блока обработки сигналов 2, микроконтроллера 3 и радиопередатчика 4. Выход радиоприемника 7 соединен с входом центрального контроллера 8, выход которого соединен с дисплеем 9. Выход источника питания соединен с входами питания радиоприемника 7 и центрального контроллера 8.

Работает система контроля состояния шин следующим образом. Датчик состояния шины 1, который является интеллектуальным сенсором, с определенной частотой измеряет давление, температуру, ускорение шины и передает сигналы, содержащие измеренные значения параметров в блок обработки сигналов 2. Блок обработки сигналов 2 осуществляет прием и преобразование принятых сигналов для передачи пакета данных в микроконтроллер 3, который сравнивает их с заданным диапазоном пороговых значений и при наличии отклонений через радиопередатчик 4 предает на блок управления в кабине водителя. Блок управления содержит радиоприемник 7, центральный контроллер 8, дисплей 9 и источник питания 9, схема соответствует используемым в известных системах TPMS, и работает он по известным принципам. Принятый радиоприемником пакет данных поступает на центральный контроллер, который принимает решение об оповещении водителя посредством отображения на дисплее о характере состояния шины. Источник питания, обеспечивающий работу электрических схем блока управления, может использовать энергоресурсы автомобиля или содержать встроенный аккумулятор или солнечные батареи.

В модуль дистанционного измерения параметров состояния шины введены зарядное устройство 5 и блок питания 6. Зарядное устройство 5 является преобразователем энергии вибрации шины в электрическую энергию и может быть электромагнитным генератором или пьезоэлектрическим устройством.

Электромагнитный генератор или генератор возвратно-поступательного движения, в общем случае, содержит ферромагнитный цилиндрический корпус, герметизированный с обеих сторон заглушками из немагнитного материала, в который вставлен ферромагнитный анизотропный каркас с размещенными на нем обмотками, соединенными последовательно-согласно и зафиксированными немагнитными кольцами, магнитную систему, состоящую из постоянного магнита и полюсных наконечников из ферромагнитного материала. При возвратно-поступательном движении магнитной системы создается ЭДС (электродвижущая сила), величина которой зависит от скорости движения и при последовательно-согласном соединении обмоток суммируется и поступает на выход генератора. Различные варианты построения электромагнитного генератора, служащего автономным источником питания микроэлектронных схем автономных объектов, описаны в патенте РФ №2304341, опубликованном 10.08.2007.

Пьезоэлектрическое устройство предназначено для генерирования электрического заряда под воздействием механических сил. При механическом воздействии вибрации шины на пьезоэлектрические элементы происходит преобразование механической деформации в электрический заряд, который затем преобразуется и сохраняется в устройстве накопления энергии. Пьезоэлектрическое устройство может быть выполнено из различных пьезоэлектрических материалов: титанат бария, поливинилиденфторид, кристаллы или волокна цирконат-титаната свинца.

Со второго выхода зарядного устройства 5 электроэнергия поступает в блок питания 6, основная функция которого состоит в выпрямлении, преобразовании и накоплении электрического заряда, который генерируется в зарядном устройстве. Блок питания 2 может быть спроектирован для различных электронных схем, и, как правило, содержит выпрямитель, подключенный к зарядному конденсатору, с которого снимается напряжение для питания электрической схемы. Достаточное количество накопленной электроэнергии затем снабжает электроэнергией электронные системы, включающие в себя элементы для идентификации различных физических параметров шины, а также радиочастотные устройства передачи. С выхода блока питания 2 электроэнергия поступает на входы питания блока обработки сигналов 2, микроконтроллера 3 и радиопередатчика 4.

С первого выхода зарядного устройства 5 электроэнергия поступает на второй вход блока обработки сигналов 2, который преобразовывает принятые сигналы для передачи пакета данных в микроконтроллер 3. Микроконтроллер 3 сравнивает полученные данные с заданным диапазоном пороговых значений и при наличии отклонений, периодических выбросов в амплитудно-частотной характеристике генерируемого зарядным устройством сигнала, через радиопередатчик 4 передает на блок управления в кабине водителя информацию о наличии неисправности шины. Так как модули дистанционного измерения параметров состояния шины установлены на каждой шине, водитель получает информацию по каждой шине отдельно.

Таким образом, осуществляется постоянное обеспечение электроэнергией модулей дистанционного измерения параметров состояния шины и получение дополнительной информации о физическом состоянии шины.

Система контроля шин автомобиля может быть реализована с применением процессоров на элементах любых отечественных и зарубежных серий (например, ESP32, ESP8266), с применением современных материалов.