專利名稱：基于輪胎阻抗的汽車輪胎壓力監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于輪胎阻抗的汽車輪胎壓力監(jiān)測裝置
(一) 技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及一種汽車安全行駛監(jiān)測裝置，特別涉及一種基于輪胎阻抗的汽車輪胎壓 力監(jiān)測裝置。
(二) 背景技術(shù)
在汽車行駛中，輪胎爆破是所有駕駛者最為擔(dān)心和最難預(yù)防的，它會引起或誘發(fā)嚴(yán)重的 交通事故。特別是在高速行駛時，輪胎爆破將更加危險，安全專家指出，當(dāng)汽車時速超過 160公里以上時，輪胎爆破而造成的死亡率幾乎接近100%。根據(jù)理論分析，輪胎爆破前，輪 胎的壓力會出現(xiàn)異常，因此通過對輪胎壓力的監(jiān)測和異常情況的報警可以從根本上避免輪胎 爆破造成的危險。另外，如果輪胎的充氣壓力不足，則輪胎滾動阻力增大，汽車油耗增加， 同時胎面異常磨耗加劇，導(dǎo)致輪胎早期報廢，因此，對輪胎壓力的實時監(jiān)測和異常情況的報 警對提高汽車的安全性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性具有非常重要的意義。
現(xiàn)有的輪胎壓力測量方法，如CN209245公告號的名稱為"汽車輪胎低氣壓報警器"的專 利，該專利是將傳感器固定在輪轂上實現(xiàn)輪胎壓力和溫度的直接接觸和測量，但是，這種安 裝過程比較復(fù)雜，需要將輪胎從鋼圈上去掉進行傳感器的固定，固定的傳感器在輪胎的長時 間旋轉(zhuǎn)和振動過程中容易發(fā)生松動或脫落，輪胎在惡劣天氣和高速運動時，輪胎內(nèi)部形成的 高溫、潮濕環(huán)境極易降低傳感器的性能甚至損壞傳感器。另外，這種測量方法由于將傳感器 安裝在輪胎的內(nèi)部，需要能夠長時間供電的電源， 一般使用高性能的鋰電池供電，但是鋰電 池的壽命是有限的，更換電池很不方便，并且鋰電池體積和重量比較大，增加了輪胎旋轉(zhuǎn)的 動態(tài)負載，易破壞輪胎的動態(tài)平衡，廢棄的電池還會造成環(huán)境的污染。
為了避免上述傳感器在安裝方面的問題，2005年，R. Matsuzakia和A. Todoroki在 2005年第119期《Sensors and Actuators》第323 31頁上發(fā)表文章"利用電容和振蕩電路進 行輪月臺變開多的無線測量(Wireless Strain Monitoring of Tires Using Electrical Capacitance Changes with an Oscillating Circuit)"，首次將輪月臺壓力變化弓l起的月臺 面電容阻抗變化轉(zhuǎn)化為頻率變化無線發(fā)射出來，即將輪胎的胎面橡膠和鋼絲看作電容元件， 橡膠為介電材料，鋼絲為導(dǎo)電材料，相鄰鋼絲之間的橡膠和鋼絲一起可以組成一個輪胎電容 元件。在輪胎模塊中，輪胎壓力的變化引起輪胎胎面的變形，胎面鋼絲之間的距離發(fā)生變化 ，由胎面鋼絲和橡膠組成的電容器的電容發(fā)生變化，電容的變化經(jīng)過CR振蕩器轉(zhuǎn)化為頻率的變化，通過發(fā)射器的天線發(fā)射出去。在外部模塊接收器接收發(fā)射器發(fā)射的頻率信號，并經(jīng)過 頻率計數(shù)器計算送給電腦進行處理，將獲得的測量頻率信號的變化轉(zhuǎn)化為輪胎壓力的變化， 從而實現(xiàn)輪胎壓力的無線測量。這樣雖然可以省去常規(guī)的輪胎壓力傳感器，避免了安裝常規(guī) 傳感器時出現(xiàn)的各種麻煩，但是在利用輪胎電容阻抗和CR振蕩器進行輪胎壓力的無線測量時 ，測量信號在發(fā)射時需要供電電源， 一般使用高性能的鋰電池供電，因此這種輪胎狀態(tài)測量 方法仍然存在使用電池供電存在的各種問題，另外，CR振蕩器和發(fā)射器由電阻和放大器等電 子元件組成，進行胎面嵌入安裝的難度很大，并且安裝后會影響輪胎的胎面彈性和剛度。 (三)實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種無需使用電池供電、安裝容易的基于輪胎阻 抗的汽車輪胎壓力監(jiān)測裝置。
本實用新型為實現(xiàn)上述方法所設(shè)計的基于輪胎阻抗的汽車輪胎壓力監(jiān)測裝置，包括將輪 胎壓力所引起的胎面電容和電阻阻抗的變化轉(zhuǎn)化為頻率變化無線發(fā)射出來的輪胎模塊，以及 根據(jù)接收到的頻率變化求解輪胎壓力變化的外部模塊。所述外部模塊沿用現(xiàn)有技術(shù)所常用的 外部模塊構(gòu)成，所述每個輪胎模塊包括嵌入在輪胎橡膠內(nèi)的至少一個聲表面波諧振器、近端 天線和匹配阻抗；聲表面波諧振器的一端通過匹配阻抗與輪胎胎面橡膠內(nèi)的公共鋼絲G相連 ，另一端通過導(dǎo)線與不同于公共鋼絲G的輪胎鋼絲Sn相連，聲表面波諧振器與匹配阻抗間還 接有近端天線。輪胎模塊的聲表面波諧振器在受到外部模塊發(fā)送來的射頻脈沖信號的激勵， 在輪胎壓力的影響下發(fā)生諧振，并通過近端天線將諧振頻率返回外部模塊進行頻率計算，進 而求解出輪胎的壓力。
由于輪胎溫度的變化會弓1起聲表面波諧振器的中心諧振頻率的偏移，因此為了消除這些 因素的影響，使得輪胎壓力的測量結(jié)果更為準(zhǔn)確，需要進行測量誤差的補償。作為改進，所 述輪胎模塊的輪胎橡膠內(nèi)還可以嵌入通過兩個具有相同結(jié)構(gòu)和相同中心諧振頻率的聲表面波 諧振器相連而成的聲表面波諧振器組。兩個聲表面波諧振器相接的一端通過匹配阻抗與公共 鋼絲G相連，聲表面波諧振器組的另外兩端一個通過導(dǎo)線與公共鋼絲G相連， 一個通過導(dǎo)線與 不同于公共鋼絲G的輪胎鋼絲Sn相連，聲表面波諧振器與匹配阻抗間還接有近端天線。由于 溫度變化對兩個聲表面波諧振器中心諧振頻率的影響一樣，因此，利用這兩個聲表面波諧振 器的諧振頻率就可以消除溫度對聲表面波諧振器中心諧振頻率的影響，得到正確的輪胎壓力
位于同一個輪胎模塊內(nèi)的多個聲表面波諧振器和/或聲表面波諧振器組均共用一個匹配 阻抗和近端天線。位于同一個輪胎模塊內(nèi)的不同聲表面波諧振器和/或聲表面波諧振器組所接的輪胎鋼絲 Sn各不相同，即外接輪胎阻抗不同，以此求解那些能夠影響輪胎壓力測量結(jié)果的其它輪胎參 數(shù)，如輪胎的溫度、磨損和老化程度等。根據(jù)所需求解的參數(shù)的個數(shù)選定聲表面波諧振器和 /或聲表面波諧振器組的個數(shù)，并使得每個聲表面波諧振器和/或聲表面波諧振器組具有不同
的中心諧振頻率。利用n(n》3)個聲表面波諧振器組的2n個聲表面波諧振器的諧振頻率，根 據(jù)輪胎參數(shù)(如壓力、和/或溫度、和/或磨損和老化程度等)與輪胎阻抗的關(guān)系以及輪胎阻 抗與聲表面波諧振器諧振頻率的關(guān)系，通過數(shù)據(jù)融合的方法可以同時獲得輪胎的多種參數(shù)( 如壓力、和/或溫度、和/或磨損和老化程度等)信息。
所述外部模塊包括相互連接的遠端天線和射頻收發(fā)器、頻率計數(shù)器、微控制器、以及電
源；
遠端天線和射頻收發(fā)器用于向聲表面波諧振器和/或聲表面波諧振器組發(fā)射射頻脈沖 信號，以及接收聲表面波諧振器和/或聲表面波諧振器組返回的諧振頻率脈沖信號；
頻率計數(shù)器用于對接收到的諧振頻率進行計算，并將計算結(jié)果送入微控制器；
微控制器用于控制遠端天線和射頻收發(fā)器的工作狀態(tài)、和/或發(fā)射射頻脈沖信號的時 間和頻率大小、和/或接收諧振頻率信號的時間、并根據(jù)輪胎狀態(tài)(如壓力、和/或溫度、和 /或磨損和老化程度等)與聲表面波諧振器諧振頻率之間的關(guān)系求解輪胎的具體狀態(tài)(如壓 力、和/或溫度、和/或磨損和老化狀態(tài)等)信息。
所述射頻收發(fā)器和遠端天線的套數(shù)與輪胎模塊的個數(shù)相同，每一套射頻收發(fā)器和遠端天 線對應(yīng)一個輪胎模塊。
所述微控制器還與存儲器、和/或報警裝置、和/或顯示裝置相連，存儲器用于存儲輪胎 的安全壓力范圍、輪胎的壓力-頻率、和/或溫度-頻率、和/或磨損和老化-頻率關(guān)系以及每 次測量的輪胎壓力值、和/或溫度、和/或磨損和老化程度；報警裝置用于在輪胎的壓力過高 或過低時，發(fā)出報警信號；顯示裝置用于顯示輪胎的壓力值、和/或輪胎的狀態(tài)、和/或故障 類型。
外部模塊根據(jù)輪胎的具體狀態(tài)(如溫度、和/或磨損和老化程度等)，利用存儲器存儲 的輪胎在不同狀態(tài)(如溫度、和/或磨損和老化程度等)下的壓力安全范圍，通過智能推理 ，對當(dāng)前狀態(tài)下輪胎的壓力安全狀態(tài)做出正確的判斷，如果輪胎的壓力過高或過低，微控制 器給報警裝置發(fā)信號和顯示裝置發(fā)信號，如果輪胎的壓力狀態(tài)正常，微控制器僅給顯示裝置 發(fā)信號。
本實用新型根據(jù)輪胎壓力和輪胎胎面的電容和電阻阻抗的關(guān)系以及輪胎胎面阻抗與聲表
6面波諧振器的諧振頻率之間的關(guān)系實現(xiàn)輪胎壓力的無源無線檢測，節(jié)省了常規(guī)的傳感器，降 低了成本；監(jiān)測系統(tǒng)的輪胎模塊體積很小，輪胎模塊的聲表面波諧振器的抗電磁干擾和耐熱 性能都很好，可以在輪胎生產(chǎn)過程中直接嵌入安裝在輪胎的胎面鋼絲層的橡膠內(nèi)，避免了目 前輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的輪胎模塊安裝在氣門嘴部位或輪轂部位存在的安裝、固定和性能影響 等問題；輪胎模塊采用無源工作方式，避免了目前輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)中使用有源傳感器需要 使用電池供電而限制監(jiān)測系統(tǒng)使用壽命的問題和電池污染問題，也避免了目前輪胎壓力監(jiān)測 系統(tǒng)中采用有源傳感器時輪胎模塊體積和重量較大而增加輪胎旋轉(zhuǎn)的動態(tài)負載和影響輪胎的 動態(tài)平衡的問題。

以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行進一步詳細說明。
圖l為本實用新型的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為對應(yīng)圖1的外部模塊的工作流程圖。
圖3為本實用新型的另一種實施例的聲表面波諧振器組Mn的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為在同一個輪胎內(nèi)嵌入多個如圖3的聲表面波諧振器組Mn連接的示意圖。
圖5為對應(yīng)圖4的外部模塊的工作流程圖。
附圖說明1、外部模塊；2、輪胎模塊；3、基片；4、聲表面波諧振器；5、聲表面波
諧振器組。
具體實施方式
實施例l:
基于輪胎阻抗的汽車輪胎壓力監(jiān)測裝置的實施方式可以由如圖l所示的至少一個輪胎模
塊2和外部模塊1組成。位于不同輪胎內(nèi)的輪胎模塊2包括嵌入在輪胎胎面鋼絲層橡膠內(nèi)的聲 表面波諧振器4和與之相連的鋼絲、近端天線與匹配阻抗。聲表面波諧振器4由基片3和基片 3表面的叉指換能器與兩個完全一樣的反射器組成，反射器完全對稱的布置在叉指換能器的 兩側(cè)。聲表面波諧振器4的叉指換能器的一端與匹配阻抗相連，另外該端還與近端天線相連 ，聲表面波諧振器4的叉指換能器的另一端與胎面鋼絲Sn相連。匹配阻抗的一端與近端天線 連接在一起，另一端連接公共鋼絲G。公共鋼絲G是不同于聲表面波諧振器4的叉指換能器直 接連接的胎面鋼絲Sn的另一根鋼絲。鋼絲為導(dǎo)電材料，橡膠為介電材料，另外，橡膠內(nèi)含有 的碳黑為導(dǎo)電材料，這樣由胎面鋼絲Sn、公共鋼絲G、以及它們之間的橡膠可以組成輪胎的
電容和電阻阻抗，該輪胎電容和電阻阻抗可以看作聲表面波諧振器4的外接輪胎阻抗負載。
當(dāng)輪胎的壓力變化時，輪胎鋼絲Sn與公共鋼絲G間的距離發(fā)生變化，輪胎鋼絲Sn、公共鋼絲G
7和橡膠組成的阻抗元件的電容和電阻發(fā)生變化，聲表面波諧振器4的阻抗負載發(fā)生變化，聲 表面波諧振器4的諧振頻率發(fā)生變化。
外部模塊l由遠端天線、射頻收發(fā)器、頻率計數(shù)器、微控制器、存儲器、報警顯示裝置 和電源組成，電源一般為汽車的供電電源。由于存在多個輪胎模塊2，為了進行輪胎模塊2的 區(qū)分，外部模塊l可以設(shè)置多套射頻收發(fā)器和遠端天線，其套數(shù)與輪胎模塊2的個數(shù)相同，每 一套收發(fā)器和遠端天線對應(yīng)一個輪胎模塊2，并將射頻收發(fā)器和天線安裝在輪胎上部的遮灰 板上。頻率計數(shù)器、微控制器、存儲器和顯示報警裝置安裝在駕駛室內(nèi)，每一套遠端天線和 收發(fā)器都通過導(dǎo)線連接到外部模塊l的頻率計數(shù)器和微控制器，微控制器與頻率計數(shù)器、收 發(fā)器和顯示報警裝置相連，存儲器可以存儲輪胎的安全壓力范圍以及前幾次測量的輪胎壓力 值。
當(dāng)外部模塊l的微控制器向某一個射頻收發(fā)器發(fā)送發(fā)射脈沖的命令后，該射頻收發(fā)器通 過遠端天線向輪胎模塊2發(fā)送與聲表面波諧振器4的中心諧振頻率相同的射頻脈沖信號。輪胎 模塊2的近端天線直接連接聲表面波諧振器4的叉指換能器，聲表面波諧振器4利用叉指換能 器將接收到的射頻信號轉(zhuǎn)化為聲表面波諧振器4基片3表面的聲表面波，聲表面波在聲表面波 諧振器4的叉指換能器和反射器之間傳播發(fā)生諧振。與聲表面波諧振器4相連的外接輪胎阻抗 為輪胎的電容和電阻阻抗，輪胎的電容和電阻阻抗受輪胎的壓力等因素的影響，聲表面波諧 振器4的諧振頻率受外接的輪胎阻抗的影響，因此，輪胎的壓力等狀態(tài)可以通過聲表面波諧 振器4的諧振頻率反映出來。聲表面波諧振器4的諧振頻率信號通過聲表面波諧振器4的叉指 換能器轉(zhuǎn)化為相同頻率的電磁脈沖信號，該電磁脈沖信號通過輪胎模塊2的近端天線發(fā)射出 去。
外部模塊l的收發(fā)器在發(fā)射完脈沖信號后，當(dāng)收到外部模塊l的微控制器發(fā)送的接收脈沖 命令后進入接收狀態(tài)， 一旦接收到對應(yīng)輪胎模塊2發(fā)送的脈沖信號后，將接收脈沖信號傳送 給頻率計數(shù)器進行脈沖頻率的計算。計算的脈沖頻率送給微控制器，微控制器根據(jù)輪胎壓力 變化與聲表面波諧振器4的諧振頻率的變化之間的關(guān)系進行輪胎壓力的計算，然后將計算得 到的輪胎壓力與存儲器存儲的該輪胎模塊2前幾次輪胎壓力信號以及輪胎壓力變化的安全范 圍進行比較，利用智能算法判斷輪胎的壓力狀態(tài)是過高、過低或正常。如果輪胎壓力狀態(tài)為 過高或過低，微控制器給報警裝置發(fā)信號，報警裝置發(fā)出報警信號；同時，微控制器給顯示 裝置發(fā)信號，顯示輪胎的狀態(tài)和故障類型，否則微控制器僅給顯示裝置發(fā)信號，顯示出輪胎 的壓力值。
外部模塊l的微控制器控制射頻收發(fā)器和遠端天線的工作狀態(tài)以及發(fā)射脈沖信號的時間、頻率和接收脈沖信號的時間。每一個發(fā)射或接收命令只能發(fā)送給一個收發(fā)器，即每一次只 能有一個收發(fā)器工作。當(dāng)所有的輪胎模塊2的壓力測量數(shù)據(jù)都收到后，微控制器根據(jù)輪胎的 壓力情況確定下一次測量的開始時間。當(dāng)輪胎的壓力異常時，應(yīng)該縮短兩次測量之間的時間 ，否則，可以增加兩次測量之間的時間。
當(dāng)存在m (m>l)個輪胎模塊2時，如圖2，本實施例外部模塊l的工作流程如下
a) 初始化發(fā)射脈沖的時間T1和接收脈沖的時間T2，定義收發(fā)器的編號為i (i=l m， m 為輪胎模塊2的個數(shù))，并初始化1=1，轉(zhuǎn)入步驟b);
b) 判斷i是否超過m+l，即是否檢測完所有的輪胎模塊2，如果沒有，轉(zhuǎn)入步驟c)，否 則轉(zhuǎn)入步驟d);
c) 外部模塊l的微控制器向第i個收發(fā)器發(fā)送發(fā)射脈沖命令，第i個收發(fā)器收到發(fā)射脈沖 命令后通過遠端天線發(fā)送射頻脈沖信號，發(fā)射時間為T1，然后，外部模塊l的微控制器向第 i個收發(fā)器發(fā)送接收脈沖命令，第i個收發(fā)器收到接收脈沖命令后，第i個收發(fā)器的遠端天線 處于接收脈沖信號狀態(tài)，等待接收輪胎模塊2返回的諧振頻率信號脈沖，接收時間為T2，最 后，第i個收發(fā)器將收到的脈沖信號送入頻率計數(shù)器進行頻率計算，計算結(jié)果送入微控制器
，微控制器根據(jù)輪胎的壓力變化與聲表面波諧振器4的頻率變化之間的關(guān)系求解輪胎的壓力 ，i=i+l，轉(zhuǎn)入步驟b);
d) 外部模塊l的微控制器根據(jù)接收到的m個輪胎模塊2的壓力變化信號和存儲器存儲的各 個輪胎模塊2前幾次輪胎壓力信號以及輪胎壓力變化的安全范圍，利用智能算法進行m個輪胎 壓力狀態(tài)的智能判斷，如果某一個輪胎的壓力狀態(tài)異常壓力過高或壓力過低，轉(zhuǎn)入步驟e)
，如果所有的輪胎的壓力狀態(tài)都正常，轉(zhuǎn)入步驟f);
e) 外部模塊l的微控制器向報警裝置發(fā)出報警命令，報警裝置發(fā)出報警信號，微控制器 向顯示裝置發(fā)送輪胎壓力狀態(tài)信息和壓力值，顯示裝置顯示每一個輪胎的壓力狀態(tài)，如果壓 力異常，顯示異常的具體狀態(tài)，如果壓力正常，僅顯示壓力值，等待測量間隔時間T3，轉(zhuǎn)入 步驟a);
f) 外部模塊l的微控制器向顯示裝置發(fā)送每一個輪胎的具體壓力值，顯示裝置顯示每一 個輪胎的壓力值，然后等待測量間隔時間T4， T4可以大于T3，轉(zhuǎn)入步驟a)。
實施例2:
本實施例通過在輪胎內(nèi)部嵌入多個聲表面波諧振器組5，不僅可以同時獲取輪胎的壓力 、溫度、磨損和老化信息，還可以根據(jù)獲得的輪胎壓力、溫度、磨損和老化信息進行輪胎壓 力安全狀態(tài)的正確判斷。本實施例的外部模塊l的結(jié)構(gòu)與實施例l相同，其輪胎模塊2的結(jié)構(gòu)比實施例1復(fù)雜，即每 個輪胎模塊2主要由聲表面波諧振器組5、近端天線和匹配阻抗組成。該聲表面波諧振器組5 為兩個具有完全相同結(jié)構(gòu)的聲表面波諧振器4相互連接而成，兩個聲表面波諧振器4相接的一 端通過匹配阻抗與公共鋼絲G相連，在聲表面波諧振器4與匹配阻抗間還接有近端天線。聲表 面波諧振器組5的另外兩端一個通過導(dǎo)線與公共鋼絲G相連，即不連接外接輪胎阻抗； 一個通 過導(dǎo)線與不同于公共鋼絲G的輪胎鋼絲Sn相連，即連接外接輪胎阻抗，如圖3所示。
當(dāng)輪胎內(nèi)部的溫度變化時，溫度的變化會弓1起聲表面波諧振器4中心諧振頻率的變化， 從而引起測量誤差。本實用新型還可以利用不連接外接輪胎阻抗的聲表面波諧振器4進行測 量誤差的補償，由于溫度的變化同樣會影響連接外接輪胎阻抗的聲表面波諧振器4的中心諧 振頻率。另外，這兩個聲表面波諧振器4的結(jié)構(gòu)與中心諧振頻率完全相同，所處環(huán)境也完全 相同，因此，溫度變化在這兩個聲表面波諧振器4上引起的頻率變化應(yīng)該是一樣的。于是， 利用這兩個聲表面波諧振器4的頻率變化就可以消除溫度變化引起的測量誤差，從而得到正 確的輪胎壓力狀態(tài)信息。
另外，在利用聲表面波諧振器組5進行輪胎壓力測量時，由于輪胎在不同溫度下的安全 壓力范圍不同，輪胎在不同磨損和老化程度下的安全壓力范圍也不同，因此，外部模塊l為 了能夠進行輪胎壓力安全狀態(tài)的正確判斷，還需要獲得輪胎內(nèi)部的溫度信息以及輪胎的磨損 和老化狀態(tài)信息。此時，為了同時得到輪胎的壓力、溫度、磨損和老化狀態(tài)信息并補償溫度 變化對聲表面波諧振器4中心諧振頻率的影響，本實施例在同一個輪胎內(nèi)嵌入n(n》3)個具有 不同中心諧振頻率的聲表面波諧振器組5來實現(xiàn)。如圖4所示，為了同時獲得更多的輪胎信息 ，本實施可以在同一個輪胎內(nèi)嵌入多個聲表面波諧振器組5，這些聲表面波諧振器組5相連的 一端均通過同一個匹配阻抗與公共鋼絲G相連，且在公共鋼絲G和匹配阻抗間接同一個近端天 線。每一個聲表面波諧振器組5的兩個剩余端，外接阻抗的一端與不同的輪胎鋼絲Sn相連， 不接輪胎阻抗的一端均與公共鋼絲G相連。各個聲表面波諧振器組5連接的外接輪胎阻抗端所 連接的輪胎鋼絲Sn不同，其中心諧振頻率也不同，但它們不連接外接輪胎阻抗端始終與公共 鋼絲G相連。分別測量各個聲表面波諧振器組5的兩個聲表面波諧振器4的諧振頻率的變化， 然后將測量的信息進行數(shù)據(jù)融合可以得到需要的輪胎壓力、溫度、磨損和老化狀態(tài)信息。外 部模塊l可以根據(jù)輪胎的具體磨損和老化狀態(tài)，以及輪胎內(nèi)的溫度狀況，利用存儲器存儲的 輪胎在不同溫度、不同磨損和老化程度的壓力安全范圍，通過智能推理，對當(dāng)前溫度和當(dāng)前 的磨損與老化程度下輪胎的壓力安全狀態(tài)做出正確的判斷。如果輪胎的壓力過高或過低，微 控制器給報警裝置發(fā)信號，報警裝置發(fā)出報警信號；同時，微控制器給顯示裝置發(fā)信號，顯
10示輪胎的狀態(tài)和故障類型，如果輪胎的壓力狀態(tài)正常，微控制器僅給顯示裝置發(fā)信號，顯示 出輪胎的壓力值。
假定嵌入在汽車輪胎內(nèi)的每個聲表面波諧振器組5外接輪胎阻抗端分別連接輪胎鋼絲S j (j=l， 2， 3……n)，各個聲表面波諧振器組5具有不同的中心諧振頻率fjo (j=l， 2， 3… …n)，且各個聲表面波諧振器組5的中心諧振頻率之間要具有一定的差異，即各聲表面波諧 振器組5中心諧振頻率之間的差都要大于外接輪胎阻抗的最大變化引起的聲表面波諧振器4諧 振頻率變化。根據(jù)聲表面波諧振器組5的中心諧振頻率，設(shè)計各頻率下的聲表面波諧振器組 5、匹配阻抗和近端天線，與聲表面波諧振器組5相連的匹配阻抗與近端天線都是經(jīng)過優(yōu)化設(shè) 計的，在滿足聲表面波諧振器4、匹配阻抗和近端天線胎面嵌入安裝的條件下，聲表面波諧 振器組5的能量利用率、頻率穩(wěn)定性、插入損耗和品質(zhì)因數(shù)綜合性能最好，近端天線的發(fā)射 和接收性能最佳。
當(dāng)外部模塊l的微控制器向某一個收發(fā)器發(fā)送發(fā)射脈沖的命令后，該收發(fā)器首先通過遠 端天線發(fā)送頻率為fio的射頻脈沖信號，fio為輪胎模塊2的第一個聲表面波諧振器組5M^勺中 心諧振頻率，即Mi的兩個聲表面波諧振器4的中心諧振頻率。與此收發(fā)器和遠端天線對應(yīng)的 輪胎模塊2的近端天線接收發(fā)射的射頻脈沖信號，輪胎模塊2的近端天線直接連接各聲表面波 諧振器組5的兩個聲表面波諧振器4，聲表面波諧振器4的叉指換能器將接收到的射頻脈沖信 號轉(zhuǎn)化為聲表面波并在聲表面波諧振器4的基片3表面?zhèn)鞑?，由于輪胎模塊2的第一個聲表面 波諧振器組5M^勺兩個聲表面波諧振器4的中心諧振頻率與接收脈沖信號的頻率一致，因此， 在該聲表面波諧振器組5的兩個聲表面波諧振器4發(fā)生諧振。假定由同一個聲表面波諧振器組 5的一個不與輪胎阻抗相連的聲表面波諧振器4a的諧振頻率為fn，另一個與輪胎阻抗相連的 聲表面波諧振器4b的諧振頻率為f^。其中表面波諧振器a會受f^到輪胎內(nèi)部溫度的影響，溫 度會引起該聲表面波諧振器4a中心諧振頻率的偏移，假定引起的偏移為AfT1，因此它的諧 振頻率為
Til = /。i + A/n 1
與輪胎的阻抗相連的聲表面波諧振器4b，輪胎的壓力、溫度、磨損和老化都會引起外接 輪胎阻抗的變化，外接輪胎阻抗的變化又引起該聲表面波諧振器4b諧振頻率的變化，假定為 fi(P，T，W)。另外輪胎溫度同樣引起聲表面波諧振器4b的中心諧振頻率的偏移Afn，因此， 該聲表面波諧振器4b的諧振頻率為
聲表面波諧振器4a和聲表面波諧振器4b分別將自身的諧振頻率信號轉(zhuǎn)化為相同頻率的電磁脈沖信號，該電磁脈沖信號通過輪胎模塊2的天線發(fā)射出去。外部模塊l的收發(fā)器在發(fā)射完 脈沖信號后，當(dāng)收到外部模塊l的微控制器發(fā)出的接收脈沖命令后進入接收狀態(tài)，當(dāng)接收到 對應(yīng)輪胎模塊2發(fā)送的脈沖信號后，將接收脈沖信號發(fā)送給頻率計數(shù)器進行脈沖頻率的計算 ，利用頻率計數(shù)器分別得到頻率fll和fl2，然后將得到的頻率送給微控制器。
接下來，外部模塊l的微控制器再次向同一個收發(fā)器發(fā)送發(fā)射脈沖的命令，該收發(fā)器通 過遠端天線發(fā)送頻率為f2Q的射頻脈沖信號，f2Q為輪胎模塊2的第二個聲表面波諧振器組5的 中心諧振頻率。按照相同的原理外部模塊l可以得到聲表面波諧振器組5M2的兩個聲表面波諧 振器4的諧振頻率fn和f22。
然后，按照同樣的方法可以得到其它聲表面波諧振器組5的兩個聲表面波諧振器4的諧振
頻率信號，外部模塊l的微控制器在得到的頻率信號的基礎(chǔ)上求解下式
< /22 = /。2 + + A/r2 3
Al = /。n + A/k
乂廣4 + X^工『)+ A4 3
求解的方法可以采用數(shù)據(jù)融合和智能算法，因此，外部模塊i可以得到輪胎的壓力、溫 度、磨損和老化狀態(tài)信息。利用這種方法測量輪胎的壓力、溫度、磨損和老化信息時，標(biāo)定
的方法是采用標(biāo)準(zhǔn)的輪胎壓力、溫度傳感器和LCR測試儀對輪胎在不同壓力、不同溫度、不 同磨損和老化程度的阻抗進行測量，然后將測量的結(jié)果與利用本實用新型的測量方法測量的 頻率進行對比，獲得壓力-頻率、溫度-頻率、磨損和老化-頻率的對應(yīng)關(guān)系，然后將該對應(yīng) 關(guān)系存入外部模塊l的存儲器，根據(jù)這些對應(yīng)關(guān)系，外部模塊l的微控制器可以根據(jù)得到的頻 率信號求解出具體的輪胎壓力、溫度、磨損和老化程度。
外部模塊l的微控制器根據(jù)求解得到的輪胎壓力、溫度、磨損和老化狀態(tài)信息，利用存 儲器存儲的輪胎在不同溫度、不同磨損和老化程度的壓力安全范圍，通過智能算法對輪胎在 當(dāng)前溫度和當(dāng)前的磨損與老化程度下輪胎的壓力安全狀態(tài)做出判斷，如果輪胎的壓力過高或 過低，微控制器給報警裝置發(fā)信號，報警裝置發(fā)出報警信號；同時，微控制器給顯示裝置發(fā) 信號，顯示輪胎的狀態(tài)和故障類型，如果輪胎的壓力狀態(tài)正常，微控制器僅給顯示裝置發(fā)信 號，顯示出輪胎的壓力值。
外部模塊l的微控制器控制射頻收發(fā)器和遠端天線的工作狀態(tài)以及發(fā)射脈沖信號的時間、頻率和接收脈沖信號的時間。每一個發(fā)射或接收命令只能發(fā)送給一個收發(fā)器，即每一次只 能有一個收發(fā)器工作。當(dāng)所有的輪胎模塊2的測量信號都收到后，微控制器根據(jù)輪胎的壓力 狀態(tài)確定下一次測量的開始時間。當(dāng)輪胎的壓力異常時，應(yīng)該縮短兩次測量之間的時間，否 則，可以增加兩次測量之間的時間。
當(dāng)存在m (m>l)個輪胎模塊2并且每個輪胎模塊2有n(n》3)個聲表面波諧振器組5時，如 圖5，本實施例外部模塊l的工作流程如下
a) 初始化發(fā)射脈沖的時間T1和接收脈沖的時間T2，定義收發(fā)器的編號為i (i=l m， m 為輪胎模塊2的個數(shù))，并初始化1=1，轉(zhuǎn)入步驟b);
b) 判斷i是否超過m+l，即是否檢測完所有的輪胎模塊2，如果沒有，轉(zhuǎn)入步驟c)，否 則轉(zhuǎn)入步驟g);
c) 定義聲表面波諧振器組5的編號為j(j^ n， n為聲表面波諧振器組5的個數(shù))，并初 始化]'=1，轉(zhuǎn)入步驟d);
d) 判斷j是否超過n+l，即是否獲得了該輪胎模塊2的所有聲表面波諧振器組5的測量信 息，如果沒有，轉(zhuǎn)入步驟e)，否則轉(zhuǎn)入步驟f);
e) 外部模塊l的微控制器向第i個收發(fā)器發(fā)出發(fā)射脈沖命令，第i個收發(fā)器收到發(fā)射脈沖 命令后通過遠端天線發(fā)送射頻脈沖信號，發(fā)射時間為T1，發(fā)射頻率為輪胎模塊2的第j個聲表 面波諧振器組5的中心諧振頻率foj，然后，外部模塊l的微控制器向第i個收發(fā)器發(fā)接收脈沖 命令，第i個收發(fā)器收到接收脈沖命令后，第i個收發(fā)器的遠端天線處于接收脈沖信號狀態(tài)， 等待接收輪胎模塊2返回的諧振頻率信號脈沖，接收時間為T2，最后，第i個收發(fā)器將收到的 脈沖信號送入頻率計數(shù)器進行頻率計算，計算結(jié)果送入微控制器，j"'+l，轉(zhuǎn)入步驟d);
f) 利用存儲器存儲的壓力-頻率、溫度-頻率、磨損和老化-頻率的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)輪胎 模塊2的n個聲表面波諧振器組5的測量頻率與輪胎的壓力、溫度、磨損和老化程度之間的關(guān) 系，通過數(shù)據(jù)融合的方法求解輪胎的具體壓力、溫度、磨損和老化程度，i=i+l，轉(zhuǎn)入步驟
g) 外部模塊l的微控制器根據(jù)接收到的m個輪胎模塊2的壓力、溫度、磨損和老化狀態(tài)信 息，利用存儲器存儲的輪胎在不同溫度、不同磨損和老化程度的壓力安全范圍，通過智能算 法對m個輪胎在當(dāng)前溫度和當(dāng)前的磨損與老化程度下輪胎的壓力安全狀態(tài)做出判斷，如果某 一個輪胎的壓力狀態(tài)異常壓力過高或壓力過低，轉(zhuǎn)入步驟h)，如果所有的輪胎的壓力狀態(tài)都 正常，轉(zhuǎn)入步驟i);
h) 外部模塊l的微控制器向報警裝置發(fā)出報警命令，報警裝置發(fā)出報警信號，微控制器
13向顯示裝置發(fā)送輪胎壓力狀態(tài)信息和壓力值，顯示裝置顯示每一個輪胎的壓力狀態(tài)，如果壓 力異常，顯示異常的具體狀態(tài)，如果壓力正常，僅顯示壓力值，等待測量間隔時間T3，轉(zhuǎn)入 步驟a);
i)外部模塊l的微控制器向顯示裝置發(fā)送每一個輪胎的具體壓力值，顯示裝置顯示每一 個輪胎的壓力值，然后等待測量間隔時間T4， T4可以大于T3，轉(zhuǎn)入步驟a)。
本實用新型不僅限于上述實施例，只要在輪胎橡膠內(nèi)嵌入聲表面波諧振器4或聲表面波 諧振器組5，并將輪胎鋼絲和橡膠構(gòu)成的輪胎自身電容和電阻作為其外接阻抗就屬于本實用 新型的保護范圍。
權(quán)利要求權(quán)利要求1基于輪胎阻抗的汽車輪胎壓力監(jiān)測裝置，包括外部模塊(1)和至少一個輪胎模塊(2)，其特征在于所述每個輪胎模塊(2)包括嵌入在輪胎橡膠內(nèi)的至少一個聲表面波諧振器(4)、近端天線和匹配阻抗；聲表面波諧振器(4)的一端通過匹配阻抗與輪胎胎面橡膠內(nèi)的公共鋼絲G相連，另一端通過導(dǎo)線與不同于公共鋼絲G的輪胎鋼絲Sn相連，聲表面波諧振器(4)與匹配阻抗間還接有近端天線。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于輪胎阻抗的汽車輪胎壓力監(jiān)測裝置，其 特征在于所述輪胎模塊(2)還包括至少一個聲表面波諧振器組(5)，該聲表面波諧振器 組(5)通過兩個具有相同結(jié)構(gòu)和相同中心諧振頻率的聲表面波諧振器(4)相互連接而成， 兩個聲表面波諧振器(4)相接的一端通過匹配阻抗與公共鋼絲G相連，聲表面波諧振器(4 )與匹配阻抗間還接有近端天線，聲表面波諧振器組(5)的另外兩端一個通過導(dǎo)線與公共 鋼絲G相連， 一個通過導(dǎo)線與不同于公共鋼絲G的輪胎鋼絲Sn相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于輪胎阻抗的汽車輪胎壓力監(jiān)測裝置 ，其特征在于所述位于同一輪胎模塊(2)內(nèi)的不同聲表面波諧振器(4)和/或聲表面波 諧振器組(5)共用一個匹配阻抗和近端天線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于輪胎阻抗的汽車輪胎壓力監(jiān)測裝置 ，其特征在于所述位于同一輪胎模塊(2)內(nèi)的不同聲表面波諧振器(4)和/或聲表面波 諧振器組(5)所接的輪胎鋼絲Sn各不相同，即每一個聲表面波諧振器(4)和/或聲表面波 諧振器組(5)具有不同的外接輪胎阻抗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于輪胎阻抗的汽車輪胎壓力監(jiān)測裝置 ，其特征在于所述外部模塊(1)包括至少一個相互連接的遠端天線和射頻收發(fā)器、頻率 計數(shù)器、微控制器、以及電源；遠端天線和射頻收發(fā)器用于向聲表面波諧振器(4)和/或聲表面波諧振器組(5)發(fā) 射射頻脈沖信號，以及接收聲表面波諧振器(4)和/或聲表面波諧振器組(5)返回的諧振 頻率脈沖信號；頻率計數(shù)器用于對接收到的諧振頻率進行計算，并將計算結(jié)果送入微控制器； 微控制器用于控制遠端天線和射頻收發(fā)器的工作狀態(tài)、和/或發(fā)射射頻脈沖信號的時間和頻率大小、和/或接收諧振頻率信號的時間、并根據(jù)測量頻率變化求解輪胎的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于輪胎阻抗的汽車輪胎壓力監(jiān)測裝置，其特征在于所述射頻收發(fā)器和遠端天線的套數(shù)與輪胎模塊(2)的個數(shù)相同，每一套射頻收發(fā)器和遠端天線對應(yīng)一個輪胎模塊(2)。
專利摘要本實用新型公開的基于輪胎阻抗的汽車輪胎壓力監(jiān)測裝置，通過在輪胎內(nèi)部嵌入聲表面波諧振器，并將輪胎橡膠和鋼絲所組成輪胎的電容與電阻作為聲表面波諧振器的外接阻抗負載。輪胎狀態(tài)變化引起輪胎阻抗的變化，輪胎阻抗的變化引起聲表面波諧振器諧振頻率的變化，聲表面波諧振器通過外部的激勵脈沖發(fā)生諧振將諧振頻率信號無源無線的發(fā)送出來，從而實現(xiàn)輪胎狀態(tài)的無線無源檢測。在輪胎狀態(tài)檢測過程中，將不同的鋼絲與多個不同的聲表面波諧振器相連組成多個具有不同外接阻抗負載的聲表面波諧振器，利用多個聲表面波諧振器的諧振頻率的組合實現(xiàn)輪胎壓力、溫度、磨損和老化等狀態(tài)的檢測。
文檔編號B60C23/00GK201264489SQ20082030117
公開日2009年7月1日 申請日期2008年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月16日
發(fā)明者張向文, 樊永顯, 明 潘, 勇 許 申請人:桂林電子科技大學(xué)