CN101071087B - 汽车轮胎预警系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种气压传感器，应用于汽车轮胎预警系统中置于轮胎内对其压力进行检测并预警，包括导通管、管体、和在管体内受气压增高或降低变化作用而进行往返运动的气压致动装置，以及受气压致动装置联动接通报警电路的开关装置，该管体的内腔通过导通管导通至轮胎的气门嘴外，以保持与轮胎外相同的大气压力。相应地还公开一种汽车轮胎预警系统以及公开一种发射电路，以应用该气压传感器。本发明通过导通管将整个气压传感器在轮胎气压和大气压中进行气压感测，可以避免由真空泄漏所引起的失灵现象；此外，可以延长电池的使用寿命，也即延长整个汽车轮胎预警系统的使用寿命。

Description

汽车轮胎预警系统
技术领域
本发明涉及一种汽车轮胎预警系统及其气压传感器和发射电路，属于汽车零配件领域。
背景技术
目前的轮胎压力监视系统(TPMS)的共同特点是采用惠登斯电桥原理组合而成的，这种系统的优点是测量精度高，能实时监测轮胎内的气压和温度，但缺点是要求使用环境条件比较苛刻，气压和温度的监测是通过各自的传感器实现的，这些传感器必须连续供电，否则传感器便会失去监测作用。由于长期通电，在轮胎环境变化大的情况下，电池寿命比较短，并且容易出现误报现象。现在市面上的机械式或电子式的气压传感器内部都会形成空腔部位，空腔内必须形成真空，否则，由于传感器连接材料受到高温、低温或潮湿等影响，使得该空腔部位的空气体积变化时，体积变化后的空气便会作用于相应的连杆机构动作，从而导致气压传感器失灵误报警。
实际上，绝对的真空是很难形成了，即使形成了较高程度的真空，气体也会通过物体外壳表面通过分子之间的作用逐渐渗入，最终使所谓的真空逐渐被空气充满，因此，只要依赖于所述的真空部位，上述气压传感器的性能逐渐下降便是一种必然，其使用寿命也相对较快结束。
因此，由电池导致和由真空状态导致的气压传感器的使用寿命综合直接影响到轮胎预警系统的使用性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车轮胎预警系统，能实时监测轮胎内的气压和温度，要求轮胎在标准气压状态下传感器绝对不耗电并且要求消除气压传感器严重依赖于真空内腔的情况。
本发明的另一目的在于提供一种气压传感器，使其略去真空腔的设计，实现因需接通报警电路的功能、延长上述第一目的所述的系统的寿命。
为解决本发明的技术问题，本发明采用如下技术方案实现：
本发明的气压传感器，应用于汽车轮胎预警系统中置于轮胎内对其压力进行检测并预警，包括导通管、管体、和在管体内受气压增高或降低变化作用而进行往返运动的气压致动装置，以及受气压致动装置联动接通报警电路的开关装置，该管体的内腔通过导通管导通至轮胎的气门嘴外，以保持与轮胎外相同的大气压力。
更具体的结构如下：
所述管体一端固定设有支撑装置，该支撑装置提供给所述导通管插置其内与管体内腔导通的贯通孔。
所述支撑装置包括与管体内壁紧密固定的具有内螺纹的套筒，和具有外螺纹的锁固件，该锁固件设有所述贯通孔，且与所述套筒螺锁。
所述气压致动装置包括设置在管体一端的弹性感受元件、第一端与弹性感受元件相固定的连杆机构、和第一端与连杆机构第二端相固定的弹性元件，弹性元件的第二端与所述支撑装置相固定，弹性感受元件受气压差影响时，带动所述连杆机构压缩或拉伸弹性元件。
所述弹性感受元件套设在管体一端，管体在该端上套设具有进气口的紧固件。
所述连杆机构包括活塞和芯轴，所述活塞固定于所述弹性感受元件和芯轴之间。
所述连杆机构的第二端与所述支撑装置各固设弹簧座，所述弹性元件固定在两个弹簧座之间。
所述弹性元件可为柱形弹簧或锥形弹簧。
所述导通管呈折弯状。
所述开关装置具有固定在连杆机构上随之联动的金属凸台和分居于凸台两侧并固定在管体内壁上的第一和第二导电件，两个导电件分别与高压和低压报警电路电性连接，所述支撑装置作为低压和高压报警电路的公用的第三导电件，气压变化时，连杆机构带动凸台接通第一/第二导电件、连杆机构上的弹簧座、以及支撑装置之间的通路，进一步与高压或低压报警电路电性连接形成回路，非报警状态时，凸台刚好置于第一和第二导电件之间以切断低压与高压报警电路。
所述管体设有槽孔，所述各导电件均设有引出线，通过所述槽孔引出至管体外。
所述开关装置还具有绝缘支撑件，其封装所述第一和第二导电件并与管体内壁维持固定，并形成通孔，供所述连杆机构穿越，以维持该连杆机构在管体内的相对固定。
本发明的汽车轮胎预警系统，包括独立电源、传感装置、发射装置、接收装置，独立电源为传感装置和发射装置供电，传感装置感受轮胎的气压和/或温度后转换为电信号，发射装置将该电信号发射至所述接收装置，接收装置检测该电信号并进行警示，其特征在于：所述传感装置包括本发明第一目的所述的气压传感器，该气压传感器通过其引出线与发射装置电性连接。
所述发射装置包括高压报警电路和低压报警电路。
所述独立电源、气压传感器和发射装置均置于一盒体内，且于盒体上还设有标准气门嘴。
所述标准气门嘴和盒体之间设有支撑架。
所述独立电源为电池。
本发明的发射电路，应用于汽车轮胎预警系统中，由气压传感器触发接通而发送无线信号，该发射电路由8位单片机PIC12C508A控制，芯片VDD端与传感器输出端D_IN口通过三个二极管连接，组成信号开关电路，当传感器端检测到危险信号时，传感器端送出高电平，使二极管导通，从而触发给VDD端提供开启电压，使PIC12C508A工作；同时，根据D_IN端通过1K电阻向GP0/GP1/GP3提供标记信号，分别表示温度、高压、低压报警，单片机PIC12C508A通过处理，由GP4口发送报警信号，对可编码芯片PT2240B进行报警信号脉冲编码，并通过天线进行无线发送。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明由于在气压传感器中克服了传统需要设置真空腔的技术缺陷，通过导通管将整个气压传感器在轮胎气压和大气压中进行气压感测，这样可以避免由真空泄漏所引起的失灵现象；此外，由于通过连杆机构因需触发报警电路，因此，可以延长电池的使用寿命，也即延长整个汽车轮胎预警系统的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的汽车轮胎预警系统的结构原理示意图，其中省略接收装置；
图2是本发明的气压传感器的剖视图，其还包括标准气门嘴和支撑架；
图3是本发明的发射装置的电路图；
图4是本发明的接收装置的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
请参阅图1，本发明的汽车轮胎预警系统包括独立电源1、气压传感器2、温度传感器3、发射装置4和接收装置(未图示)，所述独立电源1、气压传感器2、温度传感器3和发射装置4被装置于一盒体5内，该盒体5被分为几个间隔区域，各区域之间能实现空气的流动，每个区域分别装置独立电源1、气压传感器2、温度传感器3和发射装置4，其中，独立电源1为气压传感器2、温度传感器3和发射装置4供电，可以采用传统的各种电池作为独立电源1。气压传感器2和温度传感器3分别与发射装置4电性连接，气压传感器2完成气压感应检测，温度传感器3完成温度感应检测，检测后的气压和温度数据以电信号的方式发送至发射装置4，由发射装置4的发射电路(参阅图3)将其发射至空中。接收装置一般设置在汽车内，譬如置于仪表台上，发射装置4可依据电信号判断温度和气压的高低，据此进一步推动相应报警设备如喇叭、显示器、警示灯等进行报警。
如图2所示，本发明的气压传感器2，包括贯通的管体21和气压致动装置以及导通管29和开关装置。
管体21可用塑料管制成，要求满足一定的刚性，图2所示的管体21左侧部分，主要用于感受轮胎内的气压，而右侧部分则主要用于保持与轮胎外相同的大气压。管体21右侧还设有槽孔210，在保证气密性的前提下，还设有3条引出线L1/L2/L3，作为气压传感器2与发射装置4的发射电路电性连接之用。
所述气压致动装置包括弹性感受元件22、连杆机构(25和26)、弹性元件23和支撑装置(27和28)。所述弹性感受元件22为橡胶材料，故而具有一定的弹性，该弹性感受元件22可被制成鼓皮状，套设于管体21的左侧，也可如图2所示，制成一圆片状，阻挡住管体21入口，为了加固弹性感受元件22与管体21之间的连接，在管体21左侧设置一管状的紧固件24，通过紧固件24与管体21将弹性感受元件22夹紧来加强所述弹性感受元件22与管体21之间的连接，由此，该紧固件24必备一进气口240，以使轮胎内气压进入该进气口240以作用于该弹性感受元件22。
在弹性感受元件22的右侧，即管体21之内，设置所述连杆机构(25和26)，该连杆机构(25和26)包括活塞25和芯轴26，活塞25为T型活塞，固定在图2所示的弹性感受元件22的右侧壁上，而芯轴26则与活塞25相固定，这样，弹性感受元件22向左或向右鼓起时，便可带动活塞25进而带动芯轴26进行向左或向右移动。
在芯轴26的右侧，也即管体21的右端口处，设置所述支撑装置(27和28)，该支撑装置(27和28)包括锁固件27和套筒28。所述套筒28固定在管体21的右端口内壁，用胶水或其它公知的方式紧密连接，以保持其气密性。所述锁固件27为一中间设有通孔270的螺钉27，该套筒28设有内螺纹，如此，锁固件27便可与套筒28相螺锁。此时，整个管体21内部形成一空腔218，螺钉27的通孔270成为唯一的空气进出口。
所述导通管29，呈折弯状，以适应所述盒体5的设计需要。所述导通管29一端插置于所述锁固件27的通孔270内，另一端则插置于标准气门嘴6直接将轮胎外大气压导通至该管体21的内腔218。如此，整个管体21的内腔218的气压便与外届气压相同。在标准气门嘴6与所述盒体5之间，通过支撑架7与盒体5内部形成稳固连接。
在所述锁固件27与所述芯轴26之间，设置有所述的弹性元件23，该弹性元件23可为柱形弹簧，或者也可采用锥形弹簧以节省空间，因此，图2中芯轴26的最右端以及锁固件27即螺钉的最里端均固定设有弹簧座231和232，弹性元件23两端固定在两个弹簧座231和232上，以此实现各个部件的相互配合。
可见，调节螺钉27与套筒28之间的相对位置关系，便可对弹性元件23的张力进行调节，由此可以实现对气压传感时的灵敏度以及对可感测的气压值进行调节。
气压传感器2的管体21空腔218处，还设有所述开关装置，该开关装置包括支撑件81、凸台82以及3个导电件8a，8b，8c。其中，第一和第二导电件8a和8b固定在管体21内壁上，并且部分延伸至靠近芯轴26处，所述凸台82为金属件，固定在连杆机构(25和26)的芯轴26上并置于第一和第二导电件8a和8b之间，连杆机构(25和26)左右移动时可带动凸台82抵触第一或第二导电件8a或8b，由此使两个导电件8a和8b之间实现电性连接。第一和第二导电件8a和8b分别与发射装置电路(参阅图3)的低压和高压报警电路电性连接，所述支撑装置(27和28)作为高压和低压报警电路的公用的第三导电件8c，由所述套筒28起连接作用。气压变化时，连杆机构(25和26)带动凸台82接通第一/第二导电件8a/8b、芯轴26右段、芯轴26右端的弹簧座231、弹性元件23、弹簧座232、以及支撑装置(27和28)的锁固件27和套筒28之间的通路，进一步与低压或高压报警电路电性连接形成回路。调节支撑装置(27和28)的螺钉27，将凸台82刚好置于第一和第二导电件8a和8b之间以切断低压与高压报警电路，以此作为非报警状态时的标准状态。
所述的自管体21的槽孔210穿至管体21内部的引出线共有3条L1，L2，L3，分别与3个导电件8a，8b，8c焊接，如此，3个导电件8a，8b，8c方可实现与发射装置4中的发射电路(参阅图3)电性连接，形成高压和低压报警电路的回路。
所述开关装置的支撑件81为绝缘材料制成，其大致呈筒状，封装所述第一和第二导电件8a和8b并与管体21内壁维持固定，其内部可供所述连杆机构(25和26)穿越，同时可以维持该芯轴26在管体21内垂直方向上的相对固定。
上述各个部件中，也可以采用一些公知的替代方式实现，例如：将管体21一端弃用所述支撑装置(27和28)，设计成与管体21一体成型也可同样实现类似的功能，这种设计的缺陷在于不能提供螺钉27对弹簧元件23的拉伸程度进行调节。类似此种简单替换，本领域普通技术人员均知晓，因此恕不赘述。
由此，气压传感器2因为其管体21内腔218与轮胎外的大气压保持相等，不必设置真空腔体，也能通过气压致动装置实现与报警电路的开关控制，在实现了原有功能的基础上克服了传统技术的诸多不足，具有较高的实用价值。
请参阅图1，汽车轮胎预警系统中的温度传感器3，在本发明中采用双金属记忆合金传感器，多见于申请人之前公开的多件专利文献中，该温度传感器3内安装有记忆合金片和导电金属，并由一外管包裹密封而成，轮胎内温度达到一定值时，温度传感器3的记忆合金片动作，与导电金属组成一电路，将该电路与发射装置4的发射电路(参阅图3)连接，实现将轮胎内的温度值通过无线密码发射电路发射至接收装置。
请结合图1、图3和图4，汽车轮胎预警系统的硬件电路主要包括发射装置4的发射电路和接收装置的接收电路，发射装置4与接收装置属本领域内普通技术人员公知内容，因此仅对其做简单介绍。在发射装置4的发射电路(图3)中，主要包括高压报警电路和低压报警电路，其配合上述气压传感器2中所述的3条引出线，以判别不同的气压状态，触发发射电路向接收电路发送出标识不同状态的信号，从而达到界定报警情况的目的。本发明的发射装置4和接收装置的工作频率为315MHz，有效传输距离30米内，足以满足各种汽车轮胎日常监测需求。
由此，本汽车轮胎预警系统具有轮胎温度、高压、低压报警检测功能，通过安置于轮胎内的气压传感器2和温度传感器3可以分别检测轮胎温度、高压、低压等情况，在超过预设范围时，传感器2和3触发发射装置4送出报警信号；系统接收装置在收到报警信号后，对信号进行处理，并通过语音报警系统进行危险状态提示，人声报警，红灯闪烁警示等功能。
如图3所示，发射装置4利用了传感器供电电压与8位单片机控制芯片PIC12C508A工作电压之间的差值关系，采用三只普通二极管D2，D3，D4正向分别连接高压时引出线L2、低压时引出线L1、温度传感器3的输出端与PIC12C508A电源端VDD，组成信号开关电路，实现了发射装置4的最小化功耗设计。轮胎正常状态下，传感器输出端没有信号输出，处于低电平状态，使二极管截止，控制芯片处于睡眠状态，没有功率耗损；当传感器检测到轮胎危险状态时，传感器输出端输出高电平信号，触发二极管导通，使发射装置4控制芯片PIC12C508A开始工作；同时，根据D_IN端通过1K电阻置位PIC12C508A的GP0/GP1/GP3口，提供传感器参数标记信号，分别表示温度、高压、低压报警，从而组成温度报警电路、高压报警电路和低压报警电路，实现了对危险状态参数的自动识别。单片机PIC12C508A通过信号处理，由GP4口发送报警信号，对可编程编码芯片PT2240B进行报警信号脉冲编码，并通过天线进行无线发送。此设计解决了目前国内轮胎多参数检测的自动识别与最小化功耗设计的关键技术问题。
如图4所示，接收装置的接收电路由315MHz射频无线接收模块、LPC924单片机控制电路、API8108语音发生电路、PCF8563时钟信号脉冲发生电路、3V/5V稳压电路组成。当射频接收模块接收到数据时，由RXD口驱动三极管8050导通，从而控制LPC924的RESET口，产生信号复位并接收同步码，实现发射端信号与接受处理模块信号同步。同时，系统通过开关置位X1、X2、X3、Y1、Y2口，来实现单片机对检测参数范围的学习与记录功能。单片机LPC924还实现了对语音发生电路的编程控制，通过P0.0、P0.1对语音芯片API8108进行语音编程控制，实现了人声报警功能，可以发出“温度过高请检查”、“气压过高请检查”、“气压过低请检查”等功能。另外，通过外接点阵式彩色LED，LPC924实现了系统商标“轮胎报警系统”显示，以及状态警示、温度报告等功能。
综上，本发明汽车轮胎预警系统结构简单，成本低廉，有利于延长产品的使用寿命。

Claims (17)

1.一种气压传感器，应用于汽车轮胎预警系统中置于轮胎内对其压力进行检测并预警，其特征在于：包括导通管、管体、和在管体内受气压增高或降低变化作用而进行往返运动的气压致动装置，以及受气压致动装置联动接通报警电路的开关装置，该管体的内腔通过导通管导通至轮胎的气门嘴外，以保持与轮胎外相同的大气压力。
2.根据权利要求1所述的气压传感器，其特征在于：所述管体一端固定设有支撑装置，该支撑装置提供给所述导通管插置其内与管体内腔导通的贯通孔。
3.根据权利要求2所述的气压传感器，其特征在于：所述支撑装置包括与管体内壁紧密固定的具有内螺纹的套筒，和具有外螺纹的锁固件，该锁固件设有所述贯通孔，且与所述套筒螺锁。
4.根据权利要求3所述的气压传感器，其特征在于：所述气压致动装置包括设置在管体一端的弹性感受元件、第一端与弹性感受元件相固定的连杆机构、和第一端与连杆机构第二端相固定的弹性元件，弹性元件的第二端与所述支撑装置相固定，弹性感受元件受气压差影响时，带动所述连杆机构压缩或拉伸弹性元件。
5.根据权利要求4所述的气压传感器，其特征在于：所述弹性感受元件套设在管体一端，管体在该端套设有具有进气口的紧固件。
6.根据权利要求5所述的气压传感器，其特征在于：所述连杆机构包括活塞和芯轴，所述活塞固定于所述弹性感受元件和芯轴之间。
7.根据权利要求6所述的气压传感器，其特征在于：所述连杆机构的第二端与所述支撑装置各固设弹簧座，所述弹性元件固定在两个弹簧座之间。
8.根据权利要求7所述的气压传感器，其特征在于：所述弹性元件为柱形弹簧或锥形弹簧。 
9.根据权利要求8所述的气压传感器，其特征在于：所述导通管呈折弯状。
10.根据权利要求4至9中任意一项所述的气压传感器，其特征在于：该开关装置具有固定在连杆机构上随之联动的金属凸台和分居于凸台两侧并固定在管体内壁上的第一和第二导电件，两个导电件分别与高压和低压报警电路电性连接，所述支撑装置作为低压和高压报警电路的公用的第三导电件，气压变化时，连杆机构带动凸台接通第一/第二导电件、连杆机构上的弹簧座、以及支撑装置之间的通路，进一步与高压或低压报警电路电性连接形成回路，非报警状态时，凸台刚好置于第一和第二导电件之间以切断低压与高压报警电路。
11.根据权利要求10所述的气压传感器，其特征在于：所述管体设有槽孔，所述各导电件均设有引出线，通过所述槽孔引出至管体外。
12.根据权利要求10所述的气压传感器，其特征在于：所述开关装置还具有绝缘支撑件，其封装所述第一和第二导电件并与管体内壁维持固定，并形成通孔，供所述连杆机构穿越，以维持该连杆机构在管体内的相对固定。
13.一种汽车轮胎预警系统，其包括独立电源、传感装置、发射装置、接收装置，独立电源为传感装置和发射装置供电，传感装置感受轮胎的气压和/或温度后转换为电信号，发射装置将该电信号发射至所述接收装置，接收装置检测该电信号并进行警示，其特征在于：所述传感装置包括如权利要求1至12任意一项中所述的气压传感器，该气压传感器通过其引出线与发射装置电性连接。
14.根据权利要求13所述的汽车轮胎预警系统，其特征在于：所述发射装置包括高压报警电路和低压报警电路。
15.根据权利要求14所述的汽车轮胎预警系统，其特征在于：所述独立电源、气压传感器、双金属记忆合金温度传感器和发射装置均置于一盒体内，且于盒体上还设有标准气门嘴。
16.根据权利要求15所述的汽车轮胎预警系统，其特征在于：所述标准气门嘴和盒体之间设有支撑架。
17.根据权利要求16所述的汽车轮胎预警系统，其特征在于：所述独立电源为电池。 
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