CN100554011C - 车辆轮胎中央充放气控制盒 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种能够非常方便地调整车辆轮胎内压力的车辆轮胎中央充放气控制盒，具有一个电连接接气源、控制单元、执行单元及气路转换单元和报警、指示、显示电路装置，控制轮胎进行充放气的单片机控制电路和键盘矩阵电路、路面状态显示电路，高集成度的PIC单片机芯片内设置有对不同路面状态下检测判断轮胎气压状况，选择自动和手动控制方式对轮胎进行充放气的程序部件，并通过电连接的电流信号转换电压信号电路、隔离放大电路和轮胎压力监测系统、电磁阀执行系统共同完成对轮胎压力的测量、显示、控制和执行。无论在车辆停驶状态，还是行驶中都可在驾驶室内方便地对轮胎气压进行自动检测和调节，可以对车辆轮胎进行自动和手动充放气选择控制。

Description

车辆轮胎中央充放气控制盒

技术领域

本发明涉及一种用于轮式车辆轮胎中央充放气系统中安装在驾驶室内，方便地对全车轮胎气压进行检测和调节，控制轮胎充气和放气的控制装置。特别是能够非常方便地调整越野车和军用车上运行的中央充放气控制系统轮胎内压力的电子控制器。

背景技术

在战争中或行进的车辆，常常需要在农田或泥泞地面上越野行驶。如果汽车以正常轮胎气压行驶时，就会发生陷车或打滑。许多现代化的武器如导弹、火炮等都装在轮式车辆上，当轮胎内胎被扎破或被子弹击穿漏气时；当汽车长距离连续行驶时，轮胎的发热，胎内气压的升高，都可能会引起轮胎爆裂或漏气，发生不能行使的情况。为了提高车载军事装备的机动性能和生存能力，提高轮式车辆通过沙漠、泥泞或冰雪等复杂路面的能力，西方发达国家90年代初研究成功了安装在一些特殊用途的轮式车辆上运行的中央充放气控制系统(英文简称CTI/DS)，可以对车辆轮胎进行充气、放气或测压。该系统主要由气源、控制单元、执行单元及气路转换单元等几个部分组成。该系统目前已广泛应用在军事及民用领域，成为了许多轮式越野车辆的标准装备。该系统的优点在于，通过调低轮胎气压，可以增加轮胎的弹性和缓冲能力，改变轮胎接触地面积来改变的汽车牵引力，使驾驶员无论在汽车停驶状态还是行驶中都可在驾驶室内方便地对轮胎气压进行检测和调节，获得最佳的牵引力及综合性能，以适应不同的工况，使汽车在松软地面上的通过性能会随轮胎气压降低而得到增强。其中和测压部分、电磁阀件共同构成车辆中央充放气控制系统，并控制轮胎充气和放气，指示轮胎当前压力，保证轮胎压力合适的压力值的控制盒关键技术，出于军事上的目的，西方国家一直处于保密状态，未见有关涉及该技术详细资料的文献报道。

据悉中国北方车辆研究所研究生产，用于某种装甲车辆上的轮胎充放气控制盒，是由几个控制对应轮胎进行充气或放气的钮子开关，和一个指示对应轮胎压力值的指针式压力表组成。该控制盒采用的钮子开关不能自复位，只能用一个全手动的控制过程，通过人工控制才能停止已经执行的控制动作。由于该控制盒仅有一个压力表显示轮胎压力值，因此它使车辆在不同的路面状态行驶中不能实现全自动控制和安全行驶。

中国专利公开的申请号为200420058080，公告号为2820581，申请日为2004年12月31日，公告日为2006年9月27日公开的名称为“轮胎中央充放气控制装置”实用新型专利，将电磁充放气控制阀，电磁放气控制阀，管路控制装置，设在底座上开设的主进气口，轮胎进气口，排气口上，通过底座内开设的内导气管路与主进气口，轮胎进气口，排气口相联通。并将电磁充放气控制阀和电磁放气控制阀的管路控制阀芯伸入底座的内导气管路中。该装置是利用电磁阀的吸合和断开来实现控制气道的通断，采用机械手动方式进行控制，没有轮胎气压指示，只能凭经验和感觉来控制轮胎的充气和放气，自动化程度很低，不能适应现代化军事装备越野车辆的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种无论在车辆停驶状态，还是行驶中都可在驾驶室内方便地对轮胎气压进行自动检测和调节，可以对车辆轮胎进行自动和手动充气、放气选择控制，可以对车辆的轮胎压力进行实时监控显示、报警的车辆轮胎中央充放气控制盒。

为了达到上述目的，本发明提供的一种车辆轮胎中央充放气控制盒，具有一个电连接控制电路的控制面板，该控制盒电连接气源、控制单元、执行单元及气路转换单元，其特征在于：所述的控制电路有一个至少电连接有晶振电路、路面状态显示电路、键盘矩阵电路、电流信号转换电压信号电路和隔离放大电路，还电连接有报警、指示和显示电路装置的数据译码、移位、段寻址和LED驱动电路的单片机，所述的单片机是PIC单片机，该单片机内设置有对不同路面状态下检测判断轮胎气压状况，选择自动和手动控制方式对轮胎进行充放气的程序部件，并通过连接轮胎中央充放气系统中的控制装置和轮胎压力监测系统(TPMS)、电磁阀执行系统共同完成对轮胎压力的测量、显示、控制和执行。

所述单片机含有可以接收副机发送的轮胎压力信号，对每个轮胎进行逐一判断，将接收到的轮胎压力值和当前路面状态的设定值进行比较，在设定值范围内则处理下一个轮胎信号，若轮胎压力信号高于设定值，就控制放气阀打开，对轮胎进行放气，若轮胎压力信号低于设定值，就控制充气阀打开，对轮胎进行充气，完成轮胎处理程序后返回主程序，进行下一轮处理，及根据键盘控制进行手动控制，没有按下停止键盘，程序一直执行，超出安全范围，自动关闭阀件程序的控制程序部件。

所述单片机还电连接有与电源电路连接的滤波电路。

本发明具有如下优点和有益效果。

操作简便，方便。车辆行驶或停车中，在驾驶室内通过简单操作就可以实现对轮胎压力的调节。只需将控制盒上的″路面状况选择开关″置于所需档位，即可实现对各轮胎的自动充气，放气。面板上设置的″路面状况档位选择开关″可满足各种路面的通过要求。自动和手动两种控制状态可以由驾驶员根据不同的工况需要进行选择，获得最佳的牵引力和综合性能。使驾驶员无论在汽车停止状态还是行驶中都可在驾驶室内方便地检测全车轮胎气压和及时调节，避免危险情况的发生。通过其自动控制程序可以对单桥轮胎或单胎气压进行检测和调节。当运载车辆的高度受桥洞、运载飞机仓门等限制时，可以很方便地降低轮胎气压，适当降低汽车总高度。当轮胎内胎被扎破或被子弹击穿漏气时，利用本发明可使汽车在行驶过程中给轮胎充气，尽快开离危险地带。此外，还能减缓路面对车辆的冲击。汽车在越野行驶时，当汽车轮胎气压过高，汽车受到严重的冲击和振动时，通过本发明的自动轮胎气压调整，可减小相关部件和车身的加速磨损和损坏，减轻通过轮胎传递给汽车的冲击和车载货物受损。使汽车运送的军用物资装备和车载武器系统的安全性有了保证。这对于军用越野汽车来说具有非常重要的意义。通过本发明调低轮胎气压，不仅可以增加轮胎的弹性和缓冲能力，减少轮胎的磨损，还能通过气压检测和调整增大牵引力，节约燃油消耗，改善装载有现代化武器装备轮式车辆在泥泞、沙漠地面上发生陷车或打滑越野行驶的通过性能。从而大大提高车载军事装备的机动性能和生存能力。在单片机内设的程序部件指令下，当车辆行驶或静止时，本发明可实时地对车辆轮胎压力自动监测并进行显示，当轮胎压力高于正常值时对轮胎进行放气，当轮胎压力低于正常值时对轮胎进行充气，保障车辆在不同路面的行车安全。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

图1是本发明的控制电路方框图。

图2是本发明实施例优选的电流/电压转换电路图。

图3是本发明由串行接口LED数码管及键盘管理器件芯片构成的数码管动态显示电路接线图。

图4是本发明控制程序部件的流程图。

图5是本发明控制盒的面板示意图。

具体实施方式

图1描述了安装在控制盒内与图5所示面板上控制按钮和显示指示器相连接的控制电路。该控制电路电连接于由电、气源、控制单元、执行单元车轮阀、闭锁阀及气路转换单元组成的轮胎中央充放气系统。

在图1、图2中，位于控制电路核心的部件是PIC单片机。该单片机可以但不限于是选用抗干扰能力较强，内部集成度较高，有8路12位AD转换、I2C通信模块、USART串口通信模块、4组8位标准双向端口的PIC单片机。比如选用MICROCHIP公司的PIC16系列单片机。选用PIC16系列单片机不仅可以大大简化外围电路，提高整个产品的可靠性，而且适合于比较恶劣的汽车工况环境。当然也可根据不同地区，不同车辆的具体需要适当增减档位的PIC单片机。

连接滤波电路的电源输出电路，可以是24V输入/5V输出电路，它可以是将车载24V电源转换成可供集成电路使用的5V电源。滤波电路是为尽量减少电源干扰，保证供给PIC单片机电源干净的常规电路。与单片机OSC1、OSC2引脚相连接的晶振电路可以选用普遍使用的石英振荡电路。与PIC单片机的RA口连接的路面状态显示电路可以选用输出口直接驱动发光二极管的电路。先将单片机RA口设置为输出口，使用单片机RA口直接驱动发光二极管电路进行路面的显示。把PIC单片机I/O口作为输出，以提供很强的负载驱动能力，使在高电平输出时，拉出电流和低电平输出时的灌入电流都可以达到25mA。

连接PIC单片机的键盘矩阵电路，可以选用除去复位键外共有十二个按键组成的3×4的矩阵键盘，将这十二个按键与PIC单片机的RB口连接。这样就可以利用RB口作为外部中断信号输入的特点，将键盘输入信号作为中断信号进行处理。PIC单片机上有一个常用的串行通信接口，因此被测量的轮胎压力信号与单片机通过串口进行通信。单片机的串口是TX和RX引脚，TX是单片机的发送端口，RX是单片机的接收端口，通信协议和波特率的设定是根据安装在轮胎侧面，与轮胎通过管路连接，用来检测轮胎压力的测压副机的要求进行的。副机送出的轮胎压力信号为了抗干扰和减少损耗，是以电流信号进行传输的。

连接PIC单片机的电流电压信号转换电路是图2所示的能将电流信号转换成单片机能接受的电压信号的常规成熟的通用电路。该电路同时将单片机发出的电压信号转化成电流信号传送给副机，信号通过图2所示电流/电压转换电路9011三极管和9012三极管两个三极管进行信号的转换。9011三极管的集电极通过电阻R5连接单片机的串口RX引脚。9012三极管的基极电阻R2连接单片机的串口TX。

连接PIC单片机的隔离放大电路是将单片机输出的5V信号放大成可以驱动电磁阀的24V信号。本实施例选用的是可以起隔离作用的固态继电器。

连接PIC单片机的数据译码、移位、段寻址、LED驱动电路，可以选用广州周立功公司的ZLG7289A串行接口LED数码管及键盘管理器件，它的内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有二种译码方式，还具有多种控制指令，具有片选信号，可方便地实现多于8位的显示。

参见图3，本实施例选用了，但不限于是图3所示的由三片ZLG7289A芯片构成的数码管动态显示电路。三片串行接口LED数码管及键盘管理器件ZLG7289A芯片分别与2个3位数码管和6个发光二极管相连。但数码管和发光二极管个数的选用可以不受本实施例的限制。该三片ZLG7289A芯片的片选端分别连接单片机RC0、RC1、RC2，数据输入端共同连接单片机RC5，时钟信号端共同连接单片机RC3。ZLG7289A芯片采用SPI串行方式与单片机通讯，串行数据从PIC单片机的数据线DATA引脚送入芯片，并由PIC单片机的时钟线CLK端同步。当片选信号变为低电平后，PIC单片机DATA引脚上的数据在PIC单片机CLK引脚的上升沿被写入PIC单片机ZLG7289A的缓冲寄存器。当需要发送显示数据时，单片机首先将选中的ZLG7289A芯片的片选信号CS置为低电平，然后按ZLG7289A芯片要求的格式从时钟CLK上发送16个CLK脉冲，从数据线DATA端发送2个8位字节的数据，前8位是地址指令，确定数据发送给哪个数码管，后8位是数据指令，确定数码管显示的数据。

图4描述了PIC单片机含有的软件程序部件的主程序流程，在整个程序处理中，键盘信号和轮胎压力信号是通过中断进行处理的，键盘信号是通过单片机RB口产生中断，轮胎压力信号是通过PIC单片232口产生中断，轮胎压力信号的中断级别要高于键盘信号。在程序执行过程中，一旦有中断信号产生，程序就立即去处理中断程序，两个中断同时产生则优先处理轮胎压力信号，然后再处理键盘信号。

自动控制程序的处理流程是：对每个轮胎进行逐一判断，将接收到的轮胎压力值和当前路面状态的设定值进行比较，在设定值范围内则处理下一个轮胎信号，如果轮胎压力信号高于设定值，就控制放气阀打开，对轮胎进行放气，如果轮胎压力信号低于设定值，就控制充气阀打开，对轮胎进行充气。六个轮胎处理完成后返回主程序，进行下一轮的处理。

手动控制程序是根据键盘的控制进行的，按下右一轮胎充气，就控制右一轮胎的充气阀打开，按下右二轮胎放气，就控制右二轮胎的放气阀打开，如果没有按下停止键盘，程序就一直执行，但超出安全范围，则程序会自动关闭阀件。

在图5中，电连接控制电路的控制面板4的控制盒1，包括上述描述的实施方式是针对六轮装甲车设计的连接轮胎中央充放气系统中的控制装置。它和轮胎压力监测系统(TPMS)、电磁阀执行系统共同完成对轮胎压力的测量、显示、控制、执行。控制面板4上可以设有五种但不限于是五种路面状态显示的：公路、高速路、越野路、泥沙路、沙漠路，路面状态显示装置6和路面设置键盘5通过程序进行判断和处理它们之间的对应关系。路面设置键盘5设置的五种路面状态，可以根据需要设定哪种路面，便按下相应的键盘，单片机接收信号后，便会调出相应的程序进行压力的判断，对车辆的轮胎压力进行实时显示，当路面键盘中的一个按下后，其对应的指示灯点亮。安装在报警显示3两侧的压力显示2连接于图1所示的LED驱动电路，可以用六个三位数码管分别显示六个轮胎的压力值。报警显示3可以选用六个发光二极管显示。图中的箭头符号表示车头的方向，箭头左边从上到下分别是左一、左二、左三轮胎的压力值和报警灯，箭头右边从上到下分别是右一、右二、右三轮胎的压力值和报警灯。在自动状态下，轮胎压力不正常时，压力显示发光二极管报警。在手动状态下，报警灯显示对哪个轮胎在进行操作，如：对右一轮胎充气，则右一报警灯亮。在车辆行驶或停止时，都可以对轮胎的压力进行实时监控，当轮胎的压力值高于设定值时，就对轮胎进行放气；当轮胎的压力值低于设定值时，就对轮胎进行充气。

椭圆形键盘8外部设置的键盘可以在任何状态下使用，可进行复位和自动/手动的转换；椭圆形内的键盘只能在手动状态下使用，进行对轮胎充放气的手动操作，“左”键盘按下一次选择左一轮，“左”键盘连续按下二次选择左二轮，“左”键盘连续按下三次选择左三轮，“右”键盘也是如此操作，当轮胎选定后，再按下“充气”键盘，则对轮胎进行充气，按下“放气”键盘，则对轮胎进行放气。

连接于图1所示的LED驱动电路的指示灯7是指示自动/手动状态的显示，在手动状态下显示轮胎是进行充气还是放气操作。

本实施例的控制方式有自动和手动选择。自动控制是按生产厂家程序设定要求进行控制，手动控制是用户按实际需求设定控制要求。

Claims (9)

1.一种车辆轮胎中央充放气控制盒，具有一个电连接控制电路的控制面板，该控制盒电连接气源、控制单元、执行单元及气路转换单元，其特征在于：所述的控制电路有一个至少电连接有晶振电路、路面状态显示电路、键盘矩阵电路、电流信号转换电压信号电路和隔离放大电路，还电连接有报警、指示和显示电路装置的数据译码、移位、段寻址和LED驱动电路的单片机，所述的单片机是PIC单片机，该单片机内设置有对不同路面状态下检测判断轮胎气压状况，选择自动和手动控制方式对轮胎进行充放气的程序部件，并通过连接轮胎中央充放气系统中的控制装置和轮胎压力监测系统(TPMS)、电磁阀执行系统共同完成对轮胎压力的测量、显示、控制和执行。

2.根据权利要求1所述的车辆轮胎中央充放气控制盒，其特征在于，手动程序部件由键盘进行手动控制，没有按下停止键盘，程序一直执行，超出安全范围，自动关闭阀件程序的控制程序部件。

3.根据权利要求1或2所述的车辆轮胎中央充放气控制盒，其特征在于，键盘信号通过上述单片机RB口产生中断，轮胎压力信号是通过PIC单片机232口产生中断，轮胎压力信号的中断级别高于键盘信号。

4.根据权利要求3所述的车辆轮胎中央充放气控制盒，其特征在于，程序部件中的自动控制程序的处理流程是：对每个轮胎进行逐一判断，将接收到的轮胎压力值和当前路面状态的设定值进行比较，在设定值范围内则处理下一个轮胎信号，如果轮胎压力信号高于设定值，就控制放气阀打开，对轮胎进行放气，如果轮胎压力信号低于设定值，就控制充气阀打开，对轮胎进行充气。

5.根据权利要求4所述的车辆轮胎中央充放气控制盒，其特征在于，程序部件中的手动控制程序是根据键盘的控制进行的，按下轮胎充气键，轮胎充气阀被打开，按下轮胎放气键，轮胎放气阀被打开，如果没有按下停止键盘，程序就一直执行，若超出安全范围，程序将自动关闭上述充气阀和放气阀件。

6.根据权利要求1所述的车辆轮胎中央充放气控制盒，其特征在于，该控制电路还具有电源电路，所述单片机还电连接有与所述电源电路连接的滤波电路。

7.根据权利要求1所述的车辆轮胎中央充放气控制盒，其特征在于，所述的单片机具有8路12位AD转换、I²C通信模块、USART串口通信模块和4组8位标准双向端口。

8.根据权利要求4所述的车辆轮胎中央充放气控制盒，其特征在于，所述的单片机是PIC16系列单片机。

9.根据权利要求1所述的车辆轮胎中央充放气控制盒，其特征在于，键盘矩阵电路与所述PIC单片机的RB口连接。

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