一種新型汽車輪胎健康狀況監測系統及方法
2023-10-11 17:54:29
專利名稱：一種新型汽車輪胎健康狀況監測系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車輪胎健康狀況監測系統及方法，特別是在輪胎使用中對胎體的壓力、溫度和應力的監測系統及其監測方法， 包括車載的在線監測和汽車下線時的合格監測。
背景技術：
保持標準的車胎氣壓行駛和及時發現車胎漏氣是防止爆胎的關鍵。現有解決問題的方法有兩種當前盛行的低成本的手執式數字胎壓計的方法不能保證即時發現車胎漏氣；目前用於200多萬輛通用和福特公司汽車上的間接測量技術——用防搶死剎車輪胎速度傳感器來測量比較每一個輪胎轉速，從而推斷出輪胎的壓力是否不足的方法實在是既麻煩又不準確。
另外，在每一個車胎中安裝上胎壓監測傳感器和射頻發射器的智能輪胎正在引起極大的關注，智能輪胎與汽車儀錶盤上一個接受器及顯示器配合，即構成一個輪胎壓力監測系統，即TPMS(Tire Pressure Monitoring System)，它也可以直稱為胎壓監測傳感器(Tire Pressure Monitoring Sensor)。該系統的傳感器一般是基於MEMS技術的，即矽壓阻式壓力傳感器或矽集成電容式壓力傳感器。
現有技術中壓力傳感器是基於MEMS技術的，該技術生產的元件較精密不適合輪胎監測這種惡劣的環境，長期使用容易失效，而且製作成本較高。另外這種傳感器畢竟是電類傳感器，容易受幹擾。原有的輪胎壓力監測系統只能測壓力，這種單一物理量的測量容易產生誤判斷，可靠性差。
發明內容
本發明旨在解決以下幾個問題選用體積小、重量輕和可靠性高的傳感器；系統除可測壓力外，還可以測量胎體的應力和溫度，綜合評估輪胎的健康狀況。
本發明是一種新型汽車輪胎健康狀況監測系統，主要包括解調器、數據處理單元、微處理器、分析系統、報警裝置和雙光柵傳感器。雙光柵傳感器通過光纖連接到解調器，解調器輸出的電信號連接到數據處理單元，微處理器連接數據處理單元和分析系統，分析系統連接汽車的其它性能參數和報警裝置。
本發明是一種新型汽車輪胎健康狀況監測方法，其特徵在於雙光柵傳感器輸出兩個不同的波長光，該光的波長值隨被測量變化；解調器測量這兩個波長的大小並將其變成對應的電信號輸出到數據處理單元；數據處理單元將該電信號進行模數轉換並根據預設的方程係數計算被測物理量的值；微處理器讀入被測物理量的值，放入其內部寄存器並送顯示單元和分析系統；分析系統接受被測物理量的值和來自其它汽車傳感器的性能參數進行綜合分析和比較，根據需要輸出報警信號；報警裝置接收到報警信號輸出聲音信號和光信號，提醒駕駛者停車檢修。
如前所述的一種新型汽車輪胎健康狀況監測系統，其特徵在於解調器是雙邊緣波長解調器，分析系統是專家分析系統，報警裝置是聲光報警裝置。
如前所述的一種新型汽車輪胎健康狀況監測系統，其特徵在於還包括三個LED顯示單元，和微處理器連接分別顯示輪胎的三個測量物理量。
本發明傳感器的體積小，容易粘貼在胎體或直接植入胎體內部而不會輪胎的正常使用。另外光纖光柵傳感器是光類傳感器不易受幹擾。本發明除可測壓力外，還可以測量胎體的應力和溫度，綜合評估輪胎的健康狀況。
圖1輪胎健康狀況檢測系統結構圖具體實施方式
實施例一對輪胎溫度、應力和壓力的測量雙光柵傳感器輸出兩個不同的波長光，該光的波長值隨被測量變化，保偏光纖上的光纖光柵的中心波長是由兩個快慢軸上的固有折射率來決定的。均勻光纖布拉格光柵具有嚴格均勻的周期性折射率調製，它的布拉格共振波長λB＝2Λneff(1)其中，Λ為光柵的周期，neff為光纖中傳播模式的有效折射率。因此對於在保偏光纖上不同軸上寫入的兩個光柵，其中心波長分別為λBx＝2Λnx(2)λBy＝2Λny(3)不同軸上的兩個光纖光柵的中心波長差為Δλ＝2ΛΔn (4)其中Δn＝nx-ny。
儘管因為快軸與慢軸折射率的不同，刻在保偏光纖上的光纖光柵有兩個靠得很近的峰，但我們卻不可能以此同時測量溫度和縱向應力，原因在於它們隨著溫度和縱向應力的變化幾乎是同步的。所以我們在保偏光纖的同一位置分別刻寫波長各為1300nm窗口(1280～1320nm)和1550nm窗口(1530～1570nm)的雙光柵，以此雙光柵作為傳感探頭，由于波長值相隔很大，他們對溫度和縱向應力的靈敏係數是不同的，以此來測量溫度和縱向應力。解調器測量這兩個波長的大小並將其變成對應的電信號輸出到數據處理單元，對於1300nm和1550nm波長的各兩個峰，既然它們的變化是各自同步的，從中各選一個峰即可。
數據處理單元將該電信號進行模數轉換並根據預設的方程係數計算被測物理量的值。假定波長變化量分別與應變ε和溫度的改變量ΔT呈線性關係，且忽略應變、溫度的交叉感應，布拉格光柵波長λB對應變和溫度的敏感性可用下式表示ΔλB1＝Kε1ε+KT1ΔT (5)ΔλB2＝Kε2ε+KT2ΔT (6)式中，Kε1，Kε2；KT1，KT2分別為波長不同的兩個光纖光柵應變係數和溫度係數，其大小主要由光纖材料、布拉格光柵周期決定。由於兩個光柵周期相差較大，兩個光纖光柵應變係數和溫度係數是不同的，通過解(5)和(6)組成的二元一次方程組，即可求得應變和溫度值。
如果光柵所在處的溫度和軸向應變發生變化，同一個光柵的兩個峰將會向長波或者短波方向移動，但兩個峰之間的間距，即波長差不會變化。而在壓力即橫向應力的作用下，兩個峰之間的間距就會增大或者減小，以此來測量輪胎所受壓力的大小。
微處理器讀入被測物理量的值，放入其內部寄存器並送顯示單元和分析系統；分析系統接受被測物理量的值和來自其它汽車傳感器的性能參數進行綜合分析和比較，根據需要輸出報警信號；報警裝置接收到報警信號輸出聲音信號和光信號，提醒駕駛者停車檢修。
實施例二對車輪速度的測量如果我們在輪胎上粘貼一個刻在保偏光纖上的光纖光柵，在汽車行駛的過程中，輪胎上的光纖光柵受到周期性的衝擊壓力的作用。在此壓力的作用下，保偏光纖上的同一個光纖光柵的兩個峰周期性的張開和復原。兩個峰每張開一次，即給出一個脈衝信號，以一個計時器記錄兩個脈衝之間的時間間隔τ，輪胎的周長是固定不變的，假定為2πR，則車輪速度為v＝2πR/τ (7)以光纖傳感器檢測汽車車輪速度，成本低，能耗小，賴久性好，精確度高，信號穩定性好，而且光纖尺寸小，重量輕，對車輪的影響幾乎可忽略不計，因而是替代現有汽車車輪速度傳感器的理想產品。
權利要求
1.一種新型汽車輪胎健康狀況監測系統，主要包括解調器、數據處理單元、微處理器，分析系統和報警裝置，其特徵在於還包括雙光柵傳感器，雙光柵傳感器通過光纖連接到解調器，解調器輸出的電信號連接到數據處理單元，微處理器連接數據處理單元和分析系統，分析系統連接汽車的其它性能參數和報警裝置。
2.如權利要求1所述的一種新型汽車輪胎健康狀況監測方法，其特徵在於雙光柵傳感器輸出兩個不同的波長光，該光的波長值隨被測量變化；解調器測量這兩個波長的大小並將其變成對應的電信號輸出到數據處理單元；數據處理單元將該電信號進行模數轉換並根據預設的方程係數計算被測物理量的值；微處理器讀入被測物理量的值，放入其內部寄存器並送顯示單元和分析系統；分析系統接受被測物理量的值和來自其它汽車傳感器的性能參數進行綜合分析和比較，根據需要輸出報警信號；報警裝置接收到報警信號輸出聲音信號和光信號，提醒駕駛者停車檢修。
3.如權利要求1所述的一種新型汽車輪胎健康狀況監測系統，其特徵在於解調器是雙邊緣波長解調器。
4.如權利要求1所述的一種新型汽車輪胎健康狀況監測系統，其特徵在於分析系統是專家分析系統。
5.如權利要求1所述的一種新型汽車輪胎健康狀況監測系統，其特徵在於報警裝置是聲光報警裝置。
6.如權利要求1所述的一種新型汽車輪胎健康狀況監測系統，其特徵在於還包括三個LED顯示單元，分別輸出輪胎的三個測量物理量。
全文摘要
本發明涉及一種汽車輪胎健康狀況監測系統及方法，特別是在輪胎使用中對胎體的壓力、溫度和應力的監測系統及其監測方法。本發明是一種新型汽車輪胎健康狀況監測系統，主要包括解調器、數據處理單元、微處理器、分析系統、報警裝置和雙光柵傳感器。雙光柵傳感器輸出兩個不同的波長光，該光的波長值隨被測量變化。本發明傳感器的體積小，容易粘貼在胎體或直接植入胎體內部而不會輪胎的正常使用。另外光纖光柵傳感器是光類傳感器不易受幹擾。本發明除可測壓力外，還可以測量胎體的應力和溫度，綜合評估輪胎的健康狀況。
文檔編號B60C23/00GK1631688SQ200410061379
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月17日 優先權日2004年12月17日
發明者姜德生, 梅加純, 範典 申請人:武漢理工大學