CN102069686A - 基于有机压电材料的汽车轮胎监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车电子测量领域，具体涉及一种基于有机压电材料的汽车轮胎监测装置。其由轮胎内探头、胎内电路部分(从级)和主控电路部分组成，是利用PVDF薄膜配合特定的支架做成探头，将汽车轮胎在运行过程中的轮胎欠压下的作用距离x的变化经过探头转化为作用在PVDF膜上的压力和形变，从而产生压电信号，利用压电信号来反映轮胎的状态。同时将感应信号经过多物理量的数据修正处理，通过无线通讯方式传输信号，系统可以对胎压进行实时、有效地测量和估计，还可以判断轮胎真正危险的漏气欠压情况并报警。

Description

基于有机压电材料的汽车轮胎监测装置

技术领域

本发明属于汽车电子测量领域，具体涉及一种基于有机压电材料的汽车轮胎监测装置。

技术背景

轮胎是汽车的重要部件，其性能的优劣，将直接影响汽车的驱动性、舒适性、稳定性和安全性。根据美国汽车工程师学会最近的调查，每年75％的轮胎故障是由于轮胎渗漏或充气不足引起的；据公安部统计，在中国高速公路上发生的交通事故有70％是由于轮胎问题引起的。所以，能够对轮胎状态，尤其是胎压进行实时有效监测，从而在汽车行驶时能及时发现车胎漏气，使之保持标准的胎压是解决上述问题的关键。

由此可见，对汽车轮胎监测系统的研究与开发具有重大的科研意义，于是汽车轮胎气压监测系统TPMS(Tire Pressure Monitoring System)开始得到开发与使用，并成为了相关领域的科学研究焦点。同时，许多新的材料和技术也应用到轮胎监测系统中，其中主要有两种传感器件：一是在硅基上利用微电子机械系统MEMS(Micro Electro Mechanical System)工艺制作的电容式或者压阻式压力传感器，还有一种是采用声表面波SAW(Surface Acoustic Wave)技术设计的无线射频传感器件。国内对TPMS的研究起步较晚，虽然有了一些技术研究和方案，还有轮胎监测报警系统的专利。但由于其可靠性、稳定性和灵敏度等方面还远达不到实际使用的要求，所以这些专利很少得到应用。国外对于TPMS系统的研究从20世纪70年代末就开始了，到目前为止，英、法、德、日等发达国家的相关科研机构已申请了许多专利。而且，国外的电子厂商，如英飞凌、飞思卡尔、摩托罗拉等，已生产了硅集成电容式或硅压电阻式的商品化TPMS压力传感器件。

压电现象在1880年被居里兄弟发现，到现在已经有100多年的历史了。所谓压电效应就是某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态。不过压电材料大多数为无机材料，如石英晶体、陶瓷等。1969年，日本科学家Kawai发现极化后的有机材料聚偏氟乙烯(PVDF)具有压电特性后，PVDF压电薄膜的优越性能引起了人们的广泛关注。经研究发现，较之过去传统的无机压电材料，PVDF具有如下特点：

1)压电常数d和压电系数g比一般的压电石材料高，使得它在一定的条件下可以有更明显的压电效应。

2)柔性和加工性能好，可弯曲不易破碎，任意剪裁，可制成5μm～1mm厚度不等、形状不同的大面积薄膜，因此适于做大面积传感元件。

3)声阻抗低，与水、人体肌肉的声阻抗很接近，并且柔顺性好，便于人体接触，因此用作水听器和医用仪器的传感元件时，可不用阻抗变换器。

4)频率响应宽，室温下在10^-5～10⁹Hz范围内响应平坦，即从准静态、低频、高频、超声及超高频均能转换机电效应。

5)机械强度高，使得它的化学稳定性和耐疲劳性高。

6)高介电强度，可耐受强电场作用，此时大部分陶瓷已退极化。

7)质量轻，它的密度只是压电陶瓷的1/4，做成传感器对被测量的结构影响小。

8)容易加工和安装，可以根据实际需要来制定形状，用一般的树脂胶，如502胶来粘贴固定。

因为PVDF有着优越的物理特性和巨大的应用价值，所以使其成为国内外相关科研领域的研究热点，并在电声、水声、结构监测、航空和航海、医疗电子和机器人领域都有着广泛的实际应用。而且PVDF材料在检测汽车轮胎方面也有了一些尝试，圣地亚哥大学的Jingang Yi将PVDF传感器贴到轮胎内侧，制成了通过PVDF形变产生的信号来反映车轮与地面之间的接触和摩擦信息的传感器。但是目前还没有系统地将PVDF应用于TPMS的研究。

基于国内外TPMS和PVDF压电材料的研究现状，本发明利用PVDF压电材料配合特定的支架做成探头，将感应信号经过多物理量的数据拟合处理，通过无线信号传输系统，设计制作出一种能对轮胎状况进行准确估计，结构简明，可实际应用的轮胎监测系统。

发明内容

本发明利用了新型有机功能材料PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜的压电效应，将汽车轮胎在运行过程中的胎压情况，经过探头转化为作用在PVDF膜上的压力和形变，从而产生压电效应的极化电荷，再用该压电信号来反映表征轮胎的状态。

本发明所涉及的基于有机压电材料的汽车轮胎监测装置，由轮胎内探头、胎内电路部分(从级)和主控电路部分组成(主级，主控电路包括无线电收发模块和单片机，其作用是从汽车总线中读取轮胎的转速f，并将f值通过主控电路的收发模块发送到胎内电路的无线电收发模块14，并接受来自无线电收发模块14的轮胎欠压下的作用距离x的相关信息，将其储存后发送到汽车总线)。轮胎内探头的结构如图1所示(其中，(a)，(c)是探头在轮胎内的侧视图，(b)，(d)是探头的俯视图)，1是轮胎，2是轮毂，3是探头基底支架，4是压电薄膜，5是作用单元，6是橡胶薄膜。其中，探头基底支架3是可以用树脂胶粘接在轮胎1内表面上的板材，如软塑料板、橡胶板等，长28～45cm，宽10～20cm，厚度1～20mm。压电薄膜4为有机压电薄膜聚合物，如PVDF，P(VDF-TrFE)(聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物)等，面积小于探头基底支架3的面积，厚度20μm～1mm，压电常数d₃₃＞10pC/N，断裂伸长大于10％，断裂拉伸强度大于20MPa，压电薄膜4的上下表面用真空镀膜法、电镀法或热喷涂法镀上金属电极，电极材料可以是金、银或铝。作用单元5是硬度大于探头基底支架3的球状或椭球状物体，质量轻(如塑料质地赛璐珞)，长直径不大于6cm，短直径不小于2cm。

探头基底支架3的边缘用树脂胶粘接在轮胎1的内表面上，两面镀有金属电极的压电薄膜4也用胶粘在探头基底支架3的正中位置，作用单元5压在压电薄膜4的正中位置，并用少许树脂胶将其粘接固定在压电薄膜上，橡胶薄膜6将压电薄膜4和作用单元5包覆住，其边缘用树脂胶粘在探头基底支架3上，形成“碗状”结构。在轮胎内标准气压时，橡胶薄膜6下部距离轮胎内表面0.5～2cm。

设轮胎的半径为R，轮胎的中心到地面的距离为h。当轮胎处在标准气压P₀时(P₀大约2～3bar)，车轮在行驶过程中形状几乎不会发生变化，h≈R，如图1(a)所示。当轮胎内气体因为漏气等原因有所损耗的时候，轮胎内气压会欠压，这样轮胎形状一定会发生变化，如图1(b)所示，尤其是轮胎的与路面相接触部分，产生形变较大，h＜R；当轮胎内部的探头部分转到路面时，作用单元5就会向上挤压PVDF压电膜4，向其电轴方向(垂直薄膜面)施加正向的压力，相应的PVDF膜就会产生电荷Q_TE。同时，基板3也会随着轮胎形变和作用单元5的挤压而变形，那么PVDF压电膜4也随之弯曲，内部产生横向拉应力，PVDF膜也会产生出感应电荷Q_LE，整个PVDF压电薄膜4产生总的电荷为Q。将PVDF压电薄膜的两个表面用常温固化银胶分别和导线粘接，这样可将电荷Q导出到胎内电路系统进行后续处理。

Q＝Q_TE+Q_LE       (1)

Q_TE＝d₃₃σ_tA₁    (2)

Q_LE＝d₃₁σ_lA₂    (3)

其中，d₃₃，d₃₁是压电薄膜的压电常数，σ_t，σ_l是单位面积上的正向压力和形变拉伸力，A₁，A₂是有效作用面积。

适当的选取探头基底支架3和作用单元5的尺寸，调节好其到轮胎内表面的距离，使得在轮胎内气体正常压力范围内，或者路面不好颠簸时，探头基底支架3和PVDF压电薄膜4的形变很小，作用单元5没有因为轮胎瘪气形变而受挤压作用在PVDF压电薄膜4上，这样压电薄膜4就不会产生或产生很小的电荷。当轮胎漏气欠压时，探头基底支架3有了明显形变，而且作用单元5对PVDF压电薄膜4有了压力，所以就会产生压电效应电荷Q。而且电荷Q随作用单元5对PVDF压电薄膜4正向作用距离x的变化而变化。这里轮胎气压P(胎压)和作用距离x是按固定关系一一对应的，轮胎漏气越多，轮胎气压P越小，轮胎形变越大，作用单元5对PVDF压电薄膜4正向作用距离x越大，产生的压电电荷量Q也越多，电荷Q是作用距离x或胎压P的函数，我们可以通过对电荷Q的测量来测量作用距离x，实时的表征轮胎的形变状况，在一定程度上也可以反映胎压状况。

胎内(从级)电路系统如图2所示，由电荷放大器7、前置放大器8、峰值保持电路9、A/D采集电路10、复位电路11(复位电路是为了采集完峰值保持电路的电压值后，把电马上放掉好连续下一次采集)、单片机12、温度传感器13、无线电收发模块14组成；系统的工作原理是：电荷放大器7可将压电薄膜4所产生的电荷Q转化为电压信号U_i。如果U_i很小，再经过前置放大器8进行放大成为U。因为U是一个根据电荷Q转化来的动态近脉冲的信号，峰值保持电路9可输出等于U峰值的直流电压，A/D采集电路10再将此直流电压值转换为数字信号传给单片机12；

由压电效应产生的电荷量Q所转化的信号U，是随着作用单元5对PVDF压电薄膜4正向作用距离x变化而变化的，是作用距离x的函数U(x)，所以我们可以通过测量U来间接测定轮胎的形变，而轮胎形变的大小与胎压或轮胎的漏气与否与漏气程度直接相关。但是文献中{温度：[1]A.V.Shirinov，W.K.Schomburg.Pressure sensor from a PVDF film[J]Sensors and Actuators A，2008，142：48-55；[2]王丙利，脉象远程诊断系统中PVDF传感器研究[D].黑龙江大学微电子学与固态电子学，2006：39-43；频率：[3]Jingang Yi，Hong Liang.A PVDF-Based Deformation and Motion Sensor：Modeling and Experiments[J]IEEE SENSORS JOURNAL，2008，8(4)：284-291；[4]王利恒，周锡元，PVDF传感器动态压电特性的试验研究[J]，工业建筑，2006年，36(3)：55-58；[5]孟仁俊，PVDF压电薄膜传感器的研制[D]，华东大学纺织工程，2008：31-36}所述压电效应产生的电荷Q除了随压力变化外，还受温度T和激励频率(车轮的转动频率)f的影响，需要我们通过参量进行校正算法和数据处理。单片机12根据温度传感器13所采集的胎内的温度值T和主控电路发送的转速频率信息f(车上装有轮速传感器，可获得车轮转速信息f)再对电压值进行处理。处理后数据通过无线收发模块14发送到置于车上的主控系统电路，最后通过总线输出到汽车的控制面板从而显示轮胎信息。其中，所说的主控系统电路部分是由单片机和无线收发模块构成的。

在对胎压进行实际测量前，先是利用控制变量法，建立车轮转速频率f、轮胎内的温度T、轮胎欠压下的作用距离x(对应于胎压P的变化)、电压信号U之间的经验关系曲线，具体方法是：

(1)首先在一定的转速频率f₀下，一定的温度T₀下，可以测量得到作用距离为x₀时的电压值U₀，作用距离为x₁时的电压值U₁......，从而得到一系列数据点(U₀，x₀)、(U₁，x₁)......(U_n，x_n)；

然后在工作温度范围内(-30℃～60℃)，改变温度为T₁，重复上述实验过程，同样得到一系列数据点(T₁，U₁，x₁)、(T₁，U₂，x₂)......(T₁，U_n，x_n)；改变温度为Tn，最终得到在频率为f₀时的一系列数据点(T_n，U_n，x_n)；

(2)然后用MATLAB软件通过上述测得的一系列数据点(f₀，T_n，U_n，x_n)拟合出在频率f₀时三参量(U，T，x)的经验关系曲面。再根据汽车要求的x和T的分辨率划分曲面，由曲面划分的格点对应的坐标值可以得到一组三维变量数组[U_n，T_n，x_n]。在用MATLAB拟合出曲面中，如果在实际测量系列数据点(T，U，x)个数无法到达汽车要求的分辨率所用的个数，即做拟合曲面的数据点稀疏。这就需要用MATLAB在曲面上重新划分(在测量点中间插多个等间隔的值)得到新的数组[U_n，T_n，x_n]。

(3)按照(1)、(2)同样的步骤，改变汽车转速频率f₀为f₁，可以测得在另一频率下的温度T、电压信号U和作用距离x的数据；拟合曲面，划分曲面，又得到一组的三维变量数组[U_n，T_n，x_n]；改变频率f₁为f_n，最后得到一系列不同转速频率f_n下的多组三维变量数组[U_n，T_n，x_n]数据，将这些数据按照一定的地址储存在单片机12中。

在实际通过测量U计算作用距离x的工作中，先是由单片机12得到轮胎的转速频率f值(具体是由主控电路部分从汽车数据总线中得到转速频率f值信息，将f值通过无线收发模块发送，再由胎内电路部分的无线收发模块14接收，传到单片机12中)，由温度传感器13测得轮胎内的温度值T，再由胎内电路得到信号电压值U，通过储存在单片机12中的三维变量数组[U_n，T_n，x_n]，从而查出唯一对应的作用距离x值，最后单片机12将作用距离x等信息通过无线收发模块14发送到主控系统，由主控系统通过汽车数据总线将此信息通过仪表显示或声光报警等方式通知驾驶员。

另外，也可以直接利用控制变量法和查表法，建立车轮转速频率f、温度T、电压信号U和胎压P之间的经验关系曲面，其中胎压P可以用成品商用的汽车胎压传感器测得。同样得到一系列不同转速频率f_n下的多组三维变量数组[U_n，T_n，P_n]数据，将这些数据按照一定的地址储存在单片机12中。在实际需要测量胎压的工作中，由测得的f、U和T的值，通过储存在单片机12中的三维变量数组[U_n，T_n，P_n]，直接查出唯一对应的胎压P值。

由上所述，系统根据特定的算法由多个参量值可以测定作用距离x，判断轮胎缺气欠压形变程度，而且还应该设定报警阈值x_th，使得当作用距离x大于x_th时，即轮胎形变很大临近危险状态需要停车报警。而且当有一个作用距离x信号大于报警阈值x_th时，这可能是一个偶然的干扰，如汽车猛然颠簸或恰好探头部分碰到硬物，这时主控电路系统还要能区分真实轮胎欠压危险形变还是意外干扰，单片机需要分析和设置特定变量W计数，当有N次连续欠压信号产生时才能说明汽车真正漏气，此时才能报警，其中N设定范围为2～10。具体程序是有一个作用距离x大于x_th时，变量W加1，判断W是否达到N。若达到N，说明轮胎真实漏气形变较大，主控电路系统需通过总线向汽车发送报警信息；若W不到N，继续下一次判断，下一次的作用距离x不大于x_th时，W自动清零。

为完成本发明，另一个主要任务是压电信号的获得，如图3所示为压电电荷信号的转换电路，它就是胎内电路系统的核心部分，包括电荷放大器7，前置放大器8，峰值保持电路9和复位电路11。电荷放大器7由一个运算放大器(A1)15和积分电容(C1)17构成，Rf是反馈电阻16，电阻16目的是提高电路的稳定性。运算放大器15的正负输入端分别接PVDF压电薄膜4的两个电极，其中正向输入端还接地。如果将输入电容和导线电容忽略的话，其输出电压U_i与压电电荷Q的关系是：

$U_i=-\frac{Q}{C_1},---\left(4\right)$

运放15为双电源运算放大器，积分电容17值范围是300pF～0.1μF，反馈电阻16阻值约为100kΩ～100MΩ。前置放大器8是一个同向比例放大器，其特点是输入阻抗较高，正输入端接电荷放大器7输出端，前置放大器8输出电压U与输入电压U_i的关系为：

$U=(1+\frac{R_2+R_{w2}}{R_1+R_{w1}})U_i,---\left(5\right)$

R_w(R_w＝R_w1+R_w2)是可调电阻20，可以使前置放大器8的放大倍数在

范围内连续可调。峰值保持电路9是由两个运放22、27构成，其中运放22的正输入端接前置放大器8输出。峰值保持电路9可以输出一个直流电压，其幅值等于输入信号U的峰值，输出接A/D采集电路10的输入端，这样A/D采集电路10就可以得到一个稳定的信号，转化后的数字电压通过单片机的12的I/O口输入。为了能实时的反应轮胎运行所产生的压电信号，峰值保持电路9还需要在A/D采集电路10采集完信号后复位。复位电路11是由单片机12控制的，复位电路11中的晶体管(Tr)28集电极接运放27的正输入端，并与电容(C2)26相连，发射极串联电阻(Re)29后接地。当单片机12通过I/O口对晶体管28的基极输入一个正脉冲信号时，晶体管28集电极和射极饱和导通，将峰值保持电路9中电容26上的电量放掉，峰值保持电路9的输出变为零，重新跟随输出信号U的峰值。其中，晶体管28为任何高速晶体管或场效应管。图3中所涉及的运放15、18、22、27为双电源供电，即正负电压±Vcc和地(0V)。图4是前置放大器7随压电信号的输出(A线)和峰值保持电路9的输出(B线)波形。峰值保持电路9的复位时间t要根据汽车转速频率f来确定，转速信息通过无线模块从轮胎外部传入，再由单片机12确定延时时间t。延时时间为车轮转动一圈所用的时间，这样保证探头产生一个压电信号，系统可以采集到对应电压U值。

由于是在轮胎的封闭系统内，所以经过单片机12处理过的数据需要经过无线通讯模块14向主控部分传输，胎内的电路用电池经DC-DC电源模块供电。

为了使电路简化，进一步减少功耗，我们还设计了单电源供电的胎内信号处理电路，即电路供电电源只有正电源V_cc和地(0V)，是由电荷放大器，峰值保持电路和复位电路组成(单电源供电的胎内信号处理电路)。图5是单电源供电的电荷放大器，它是用来替代前面所述的电荷放大器7，其由一个运算放大器(A1)33和积分电容(C3)32组成，构成其原理与设计与图3中的电荷放大器7相似，不同之处在于运算放大器33为单电源运放，需要在电源(V_cc)和负输入端引入稳压二极管(Dz)30，在压电薄膜4的两极间设置有并联电阻31，并联电阻31接在运算放大器33的正、负输入端，运算放大器(33)的正输入端接地，积分电容32接在运放33的负输入端和输出端。二极管30和电阻31的作用是：当PVDF压电薄膜4产生的压电电荷Q经过电阻31形成电流，单电源运算放大器33负输入端和正输入端的电位可以有较小的压差变化，使运放33将交变信号的负向部分按照式(4)转化为电压信号。其中，要求稳压二极管30的稳压值V_z大于电源电压V_cc，电阻31范围为10kΩ～500kΩ，积分电容32范围是100pF～0.1μF。在运算放大器33的输出端接有电阻34和电容35构成低通滤波器，用来去除环境杂散干扰信号，它们的具体数值根据具体情况选取。

用于单电源电荷放大器后续的前置放大器，峰值保持电路和复位电路都与如图3所示的双电源供电电路的相同，只是其中的运算放大器18、22、27换成单电源运放。

综上所述，本发明设计了一种基于PVDF薄膜压电效应的轮胎监测装置，装置系统可以对轮胎形变进行实时、有效地测量和估计，还可以准确判断轮胎真正危险的漏气欠压形变情况并报警，系统以无线通讯方式进行数据的传输。本发明可以广泛应用于各种汽车轮胎的监控与测量。

附图说明

图1.探头在轮胎内的结构如图

图2.胎内电路系统示意图

图3压电信号转换处理电路

图4.前置放大器和峰值保持电路的输出信号

图5.单电源电荷放大器

图6.不同作用距离下前置放大器输出

图7.双电源电路的前置放大器输出电压信号峰值随作用距离的关系曲线。

图8.不同作用距离下单电源电荷放大器的输出

图9.单电源电荷放大器电压信号峰值随作用距离的关系曲线。

具体实施方式

实施例1：探头的具体结构

实验中所用的轮胎1为普通的轿车轮胎，外径为60cm，轮胎面宽约20cm。具体的探头结构见图1，探头基底支架3是橡胶板，尺寸长35cm，宽18cm，厚度5mm。压电薄膜4是PVDF压电薄膜，面积为2cm×2cm，厚度100μm，压电常数d₃₃＝21pC/N，薄膜两面镀上铝电极。作用单元5是乒乓球，其直径4cm。压电薄膜4贴在探头基底支架3正中，橡胶薄膜6是气球膜，它将作用单元固定在探头基底支架3上的，同时作用单元5定在压电薄膜正中。在轮胎内标准气压时，橡胶薄膜6下部距离轮胎内表面为1cm。

实施例2：压电信号转换及处理电路

如图3所示，电荷放大器7的积分电容17为4700pF，反馈电阻16阻值为3.3MΩ。前置放大器8中电阻19、21及可调电阻20分别为12kΩ、110kΩ和200kΩ。在峰值保持电路9中，电阻25为10kΩ，电压保持电容26为0.1μF，整流二极管23、24选用1N4148。复位电路11的晶体管28选用2SC1815，射极电阻29为1kΩ。图3中各个信号处理电路中所用的运算放大器15、18、22、27选用了通用的低噪声高精运放OP-07。如图2所示温度传感器13用铂热敏电阻，单片机12用AT89C52，无线收发模块14选择24L01，主控部分的单片机和无线收发模块也是同样。电路的供电电压为±15V和地(0V)。

例如经实验测得当环境温度为15℃，探头激励频率(对应转速频率)f约为1.67Hz时，对应汽车行驶速度为11.3km/h时，压电电荷Q经过转化为前置放大器8的输出电压信号U。因为作用单元5对压电薄膜4正向作用距离x和胎压P是一一对应的，轮胎漏气越多，轮胎气压P越小，轮胎形变越大，作用距离x越大，产生的压电电荷量Q也越多，得到的电压信号U也越大。电压信号U波形随作用距离x的变化如图7所示，图6(a)、(b)、(c)和(d)分别对应x＝0，3mm，9mm和15mm时的情况。图7为电压信号U峰值随作用距离x的关系曲线，是根据图6波形电压信号U波形随作用距离x的变化得到的。

实施例3：单电源电荷放大器的设计

实验设计的单电源的电荷放大器如图5所示，单电源运算放大器33选用LM358，电阻31为130kΩ，积分电容32为1000pF，稳压二极管30选用1N4746A，滤波电阻34和滤波电容35分别为130kΩ和0.1μF。电路的供电电压为15V和地(0V)。

同样的在环境温度为15℃下，当激励频率f约为1.67Hz时，单电源电荷放大器电压输出随作用单元5作用距离x的变化如图8所示，图中(a)、(b)、(c)和(d)分别对应x＝0，3mm，9mm和15mm时的情况。图9电荷放大器U峰值随作用距离x的关系曲线，是根据图8波形电压信号U波形随作用距离x的变化得到的。可见单电源电荷放大器输出信号的灵敏度比实施例2所述的双电源电路输出的好，所以单电源后续电路可以省去前置放大器。

Claims (6)

1.一种基于有机压电材料的汽车轮胎监测装置，包括轮胎内探头、胎内电路部分和主控电路三个部分，其特征在于：

(1)轮胎内探头由探头基底支架(3)、压电薄膜(4)、作用单元(5)和橡胶薄膜(6)组成，压电薄膜(4)的面积小于探头基底支架(3)的面积，压电薄膜(4)的上、下表面镀有金属电极，作用单元(5)是硬度大于探头基底支架(3)的球状或椭球状物体，且质量轻；探头基底支架(3)的边缘用树脂胶粘接在轮胎(1)的内表面上，压电薄膜(4)贴在探头基底支架(3)的正中位置，作用单元(5)压在压电薄膜(4)的正中位置，并用少许树脂胶将其粘接固定在压电薄膜(4)上，橡胶薄膜(6)将压电薄膜(4)和作用单元(5)包覆住，其边缘用树脂胶粘在探头基底支架(3)上，形成“碗状”结构，在轮胎内标准气压时，橡胶薄膜6下部距离轮胎内表面0.5～2cm；

(2)胎内电路由电荷放大器(7)、前置放大器(8)、峰值保持电路(9)、A/D采集电路(10)、复位电路(11)、单片机(12)、温度传感器(13)和无线电收发模块(14)组成，电荷放大器(7)将压电薄膜(4)所产生的电荷Q转化为电压信号U_i，再经过前置放大器(8)放大成为U，峰值保持电路(9)输出等于U峰值的直流电压，A/D采集电路(10)将此直流电压值转换为数字信号传给单片机(12)；

(3)利用控制变量法，建立车轮转速频率f、轮胎内的温度T、轮胎欠压下的作用距离x、电压信号U之间的经验关系曲面，通过划分曲面后将得到的一系列不同车轮转速频率f_n下的多组三维变量数组[U_n，T_n，x_n]的数据按照一定的地址储存在单片机(12)中；

(4)在实际测量中，根据测得的f、T和U值，由单片机(12)中存储的不同车轮转速频率f_n下的多组三维变量数组[U_n，T_n，x_n]的数据求得轮胎欠压下的作用距离x，然后通过无线收发模块(14)发送到主控系统中。

2.如权利要求1所述的一种基于有机压电材料的汽车轮胎监测装置，其特征在于：探头基底支架(3)为软塑料板或橡胶板，长28～45cm，宽10～20cm，厚度1～20mm。

3.如权利要求1所述的一种基于有机压电材料的汽车轮胎监测装置，其特征在于：压电薄膜(4)为的厚度为20μm～1mm，压电常数d₃₃＞10pC/N，断裂伸长大于10％，断裂拉伸强度大于20MPa。

4.如权利要求3所述的一种基于有机压电材料的汽车轮胎监测装置，其特征在于：压电薄膜(4)为聚偏氟乙烯PVDF或三氟乙烯的无规共聚物P(VDF-TrFE)。

5.如权利要求1所述的一种基于有机压电材料的汽车轮胎监测装置，其特征在于：金属电极的材料是金、银或铝。

6.如权利要求1所述的一种基于有机压电材料的汽车轮胎监测装置，其特征在于：电荷放大器(7)由一个运算放大器(33)和积分电容(32)组成，运算放大器(33)为单电源运放，同时在电源V_cc和运算放大器(33)的负输入端连入稳压二极管(30)，在压电薄膜(4)的两极间设置有并联电阻(31)，并联电阻(31)接在运算放大器(33)的正、负输入端，运算放大器(33)的正输入端接地，积分电容(32)接在运算放大器(33)的负输入端和输出端；稳压二极管(30)的稳压值V_z大于电源电压V_cc，并联电阻(31)范围为10kΩ～500kΩ，积分电容(32)范围是100pF～0.1μF；在运算放大器(33)的输出端接有电阻(34)和电容(35)构成低通滤波器，用来去除环境杂散干扰信号，同时，运算放大器(18)、(22)和(27)为单电源运算放大器。

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