CN101445024B - 轮胎压力监测控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种结构相对简单，能够通过监测胎压及自动放气来改善轮式车辆地面通过性的轮胎压力监测控制系统。该系统包括若干个安装在车辆轮胎气嘴上的胎压监控模块，以及放置在车内的监控主机；所述胎压监控模块，包括胎压监控模块电路板和一与轮胎内腔连通的充放气室；充放气室前后端分别装设放气嘴和充气嘴；并可在所述胎压监控模块电路控制下自动放气；监控主机实时接收由胎压监控模块传输来的自身识别ID，轮胎压力和轮胎温度值，并显示在液晶屏幕上。本发明结构简单，造价成本低，也便于维护，适于广泛地推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及车辆轮胎压力监控装置，尤其涉及一种监测车用轮胎胎压并自动控制胎压以改善轮式车辆地面通过性的的轮胎压力监测控制系统。
背景技术
现有的轮胎压力监测控制系统有两种。其一是TPMS系统(汽车轮胎压力监测系统TirePressure Monitoring System)，通过内置或外置胎压温度监测模块，实时地对轮胎气压以及内部温度进行自动监测，当轮胎胎压或温度发生异常，如漏气、压力不足时，通过高频无线信号将异常情况传送至驾驶室的主模块，及时报警提示驾驶者，以保障行车安全。该系统不能调整胎压，因此不能改善轮式车辆的地面通过性。其二是轮胎中央充放气系统CTI/DS(Central Tires Inflation/Deflation System)，该系统通过一套复杂的气动阀及旋转密封，可以在车辆行驶过程中，对车辆轮胎进行测压、充气/放气操作，实现了对轮胎压力的自动调节，提高了车辆在通过沙漠、泥泞或冰雪等复杂路面的能力。
CTI/DS系统对于调节轮胎压力方便而快捷，在西方发达国家获得应用。但也存在着以下几个缺点：
1)装置结构复杂；
2)材料要求高，制造加工难度大；
3)制造成本和使用成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构相对简单，能够通过监测胎压及自动放气来改善轮式车辆地面通过性的轮胎压力监测控制系统。
本发明所述轮胎压力监测控制系统，包括若干个安装在车辆轮胎气嘴上的胎压监控模块，以及放置在车内的监控主机。所述胎压监控模块，包括胎压监控模块电路板和一与轮胎内腔连通的充放气室；所述充放气室包括一由前盖和后盖封闭的壳体，该壳体腔内设置一微动电机，微动电机的输出轴端装设有螺杆，与该螺杆形成相对螺旋运动的丝套可带动设置在其前端的密封垫压紧或脱离放气嘴的内端面；放气嘴通过螺纹连接压紧第一O型圈至前盖，前盖通过螺纹连接压紧第二O型圈至壳体，后盖将充气嘴压紧固定在壳体后端面上；所述胎压监控模块电路板包括控制和传输组件，电机驱动组件，程序存储组件，以及轮胎压力和温度采集组件，控制传输组件按程序存储组件所存储的程序运行，接收监控主机的命令，并控制轮胎压力温度采集组件采集胎压及温度值，控制电机驱动组件产生微动电机的驱动信号。
本发明可在所述壳体上设置与充放气室互不连通的电池盒腔，电池盒盖与壳体的电池盒腔螺纹连接。旋下电池盖即可方便地更换电池。因电池盒与密闭气室不连通，故更换电池对轮胎工作状态无影响。
本发明所述充气嘴采用轮胎气门芯标准件，用于自动放气后的人工充气。
本发明所述控制传输组件包括控制传输电路和固定安装在壳体上的天线。因天线位于胎压监控模块的表面，其传输接收的效率较高。
本发明还可在胎压监控模块表面套装橡胶护套，以对胎压监测模块起防护作用。
本发明所述监控主机包括控制和存储组件，无线收发组件，按键和显示组件，以及电源组件。监控主机主要功能有：显示轮胎压力和温度值，胎压超限报警，用户输入控制，参数设置以及控制指令传输。
当处于胎压监视状态时，充放气室内的丝套连同密封垫压紧在放气嘴内端面上，此时壳体、后盖、充气嘴、丝套、密封垫、放气嘴、前盖形成密闭的气室，并通过连接管、轮胎气门嘴与轮胎内腔相连通，使轮胎压力温度与充放气室相一致。设置在胎压监控模块电路板上的压力温度传感器传感轮胎的温度压力，经设置在胎压监控模块电路板上的微处理器处理后，温度压力高频电信号经天线传送至监控主机。监控主机通过天线发送放气指令至胎压监控模块电路板后，产生微动电机驱动信号，微动电机转动带动螺杆，使螺杆与丝套之间产生相对螺旋运动。丝套受壳体约束，只能沿壳体内腔平面做直线移动，从而使密封垫与放气嘴的内端面之间形成气隙，轮胎压力气体经放气嘴排放至大气。此时压力温度传感器实时采集当前的轮胎压力和温度值，并通过高频无线信号传输，监控主机根据存储在存储芯片内的各种设置参数，实时发送停止放气指令，微电机驱动螺杆，使丝套、密封垫压紧放气嘴的内端面，使充放气室重新密闭。
本发明所述胎压监控模块平时自动处于休眠状态，定时醒来采集轮胎内的压力和温度，并通过866MHz的高频无线信号向外传输；同时当胎压监控模块通过无线信号接收到监控主机的控制放气命令时，进入完全工作状态，一边通过控制电机进行轮胎放气操作，一边实时采集当前的轮胎压力和温度值，并通过高频无线信号传输。监控主机实时接收由胎压监控模块传输来的自身识别ID，轮胎压力和轮胎温度值，并显示在液晶屏幕上，监控主机根据存储在存储芯片内的各种设置参数，对轮胎压力和轮胎温度进行实时判定，如果超限，则进行超限报警。
本发明结构简单，造价成本低，也便于维护，适于广泛地推广应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步描述。
图1本发明所述胎压监控模块结构视图；
图2为图1的A向局部视图(拆除充气嘴及后盖)；
图3为图1的B向局部视图(拆除放气嘴及前盖)；
图4胎压监控模块电路原理示意图
图5胎压监控模块中控制和传输组件19的电路原理图
图6胎压监控模块中电机驱动组件20的电路原理图
图7胎压监控模块中程序存储组件21的电路原理图
图8胎压监控模块中轮胎压力和温度采集组件22的电路原理图
图9监控主机电路原理示意图
图10监控主机模块中控制和存储组件23的电路原理图
图11监控主机模块中无线收发组件24的电路原理图
图12监控主机模块中按键和显示组件25的电路原理图
图13监控主机模块中电源组件26的电路原理图
图1、2及3中：
1.壳体 2.微电机 3.螺杆 4.丝套 5.密封垫 6.放气嘴 7.电池8.电池盒盖 9.天线 10.充气嘴 11.后盖 12.前盖 13.橡胶护套 14.连接管 15.电路板 16.压力温度传感器 17.O型圈 18.天线护盖
具体实施方式：
如图1、图2及图3所示，本发明所述胎压监控模块装置包括一个由前盖12和后盖11封闭的壳体1。后盖11通过螺纹连接压紧O型圈17至壳体1，后盖11同时将充气嘴10压紧在壳体1上，微电机2用粘结剂固定在壳体1中，微电机2的输出轴带动螺杆3转动，螺杆3与丝套4形成相对螺旋运动，丝套4带动密封垫5压紧或脱离放气嘴6的内端面，放气嘴6通过螺纹连接压紧O型圈至前盖12，前盖12通过螺纹连接压紧O型圈至壳体1。电路板15装设在壳体1内，其上设置有压力温度传感器16。天线9安装在壳体1上，通过内置导线与电路板15相连，天线9外表面装有天线护盖18，以对天线9起保护作用。壳体1还设有电池盒腔，腔内装入电池7，电池盒盖8通过螺纹连接压紧O型圈至壳体1。
如图2、3所示，由壳体1、后盖11、充气嘴10、丝套4、密封垫5、放气嘴6、前盖12、O型圈17形成密闭的气室，通过连接管14与轮胎气门嘴相连。
图4给出了胎压监控模块电路原理示意图，如该图所示，控制传输组件按程序存储组件所存储的程序运行，接收监控主机的命令，并控制轮胎压力温度采集组件采集胎压及温度值，控制电机驱动组件产生微动电机的驱动信号。
图5给出了控制和传输组件19的电路原理图，组件19的核心为Nordic公司的CPU芯片NRF9E5，在图5中的标号为U1。NRF9E5是一款工作频率为433/868/915MHz的智能射频芯片，集成了8051微控器、4通道10位A/D转换以及多通道RF收发功能，工作电压为1.9V～3.3V，可以工作于低功耗模式。NRF9E5的P00，P03，P04，P05，P06和P07引脚与轮胎压力和温度采集组件22的1，4，5，6，7，8引脚相连；NRF9E5的P01和P02引脚与电机驱动组件20的3，4脚相连；NRF9E5的14和15引脚接16MHz的晶振与1兆欧电阻并接的电路，同时14和15脚分别用22pf的电容接地；NRF9E5的10，11，12和13引脚分别通过0欧姆电阻与程序存储组件21的5，2，6和1引脚相连；控制和传输组件19将采集到的轮胎压力，温度以及自身的ID号通过高频无线信号传输给监控主机，该高频无线信号的频率为866MHz，这个频率主要由天线发射电路决定，在图5中，该天线发射电路由标号C12，C13，C14，C15以及R33的电阻电容构成。
图6给出了电机驱动组件20的电路原理图，组件20的核心是一片线驱动器，型号为美信公司的MAX3485芯片。电机驱动组件20输出最多高达25MA的驱动电流，适用于驱动电机。
图7给出了程序存储组件21的电路原理图，组件21事先存储胎压监控模块所需的程序代码，模块开始工作时，控制和传输组件19从程序存储组件21中的U2中获取程序代码，然后运行。
图8给出了轮胎压力和温度采集组件22的电路原理图，组件22的核心是一片轮胎压力和温度传感器，型号为Freescale公司的MPXY8020。MPXY8020是专用于轮胎压力和监控系统的多功能、低功耗的传感芯片，其内部除了压力和温度传感电路外，还具有内部唤醒功能的数字接口电路。MPXY8020与单片机的接口有6个端口，S1(1脚)和S2(8脚)是MPXY8020的工作模式控制端口，分别为低功耗的待机模式、压力测量模式、温度测量模式及测量数据输出模式，DATA(6脚)和CLK(7脚)为软件控制的串行接口，进行测量数据的传输；OUT(4脚)端口为输出端口。
图9给出了监控主机电路原理示意图。
图10给出了控制和存储组件23的电路原理图，组件23核心部分是一个微处理器(MCU)，该微处理器的型号是Cygnal公司的C8051F340，在图10中的标号为U5。C8051F340内部具有可达48MIPS的高速、流水线结构的微控制器内核，内部集成了通用串行总线控制器(USB)，电源稳压器，带有模拟多路器的10位数据采集转换器，多大64KB的片内Flash存储器，两路串口以及多达40个的输入输出端口(IO)。U5的16到23的共8个数据总线引脚和按键和显示组件25中J1的7到14共8引脚相连，由于U5是3.3V的系统，而按键和显示组件25一个是5V的系统，因此U5的16到23的共8个引脚通过阻值为10K的排阻J8实现电平上拉。U5的31，32，33，34引脚分别与按键和显示组件25中的S1，S2，S3，S4引脚，从而获取四个按键的状态信息。U5的5，6引脚分别与控制和存储组件23中标号为U8的存储器的5，6引脚相连。为了实现以及和无线收发组件24之间的数据传输，U5的3，46脚分别与无线收发组件24中的U1的1，2脚相连，利用TTL电平实现数据通讯。
图11给出了无线收发组件24的电路原理图，所述无线收发组件24的主要功能是接收由分别位于多个轮胎内的胎压监控模块发出的包含有自身识别ID号，对应轮胎压力和温度等信息的高频信号，该信号频率和轮胎压力监控模块的无线信号频率一致，都为866MHz。该部分的电路和胎压监控模块中的控制和传输组件19电路一致。
图12给出了按键和显示组件25的电路原理图，组件25包含4个按键以及1个128×64的液晶屏。在图12中，所述按键编号为S1，S2，S3和S4，所述液晶屏的接口标号为J1。4个按键通过组合关系完成参数修改，查看等功能。
图13给出了电源组件26的电路原理图，组件26由车载点烟器取得电源，并为各个组件提供电源。由于车载点烟器输出不稳定，且干扰大，所以电源组件26采用两级电源转换，第一级采用U3，F1，C21，C22，C23，C24组成DC/DC转换器，实现12V到5V的变换，使输出电流电压固定在5V±5％以内。第二级采用U4，C16，C17，C18，C19，R7，R21和D1组成线性降压转换器，并使输出电压稳定在3.3V±1％以内。
Claims (4)
1.一种轮胎压力监测控制系统，包括若干个安装在车辆轮胎气嘴上的胎压监控模块，以及放置在车内的监控主机，其特征在于：所述胎压监控模块，包括胎压监控模块电路板和一与轮胎内腔连通的充放气室；所述充放气室包括一由前盖和后盖封闭的壳体，该壳体腔内设置一微动电机，微动电机的输出轴端装设有螺杆，与该螺杆形成相对螺旋运动的丝套可带动设置在其前端的密封垫压紧或脱离放气嘴的内端面；放气嘴通过螺纹连接压紧第一O型圈至前盖，前盖通过螺纹连接压紧第二O型圈至壳体，后盖将充气嘴压紧固定在壳体后端面上；所述胎压监控模块电路板包括控制传输组件，电机驱动组件，程序存储组件，以及轮胎压力温度采集组件，控制传输组件按程序存储组件所存储的程序运行，接收监控主机的命令，并控制轮胎压力温度采集组件采集胎压及温度值，控制电机驱动组件产生微动电机的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的轮胎压力监测控制系统，其特征在于：所述控制传输组件包括控制传输电路和天线，天线固定安装在壳体上。
3.根据权利要求1或2所述的轮胎压力监测控制系统，其特征在于：所述壳体上设置与充放气室互不连通的电池盒腔，电池盒盖与壳体的电池盒腔螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的轮胎压力监测控制系统，其特征在于：在所述胎压监控模块表面套装橡胶护套。
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