CN105539025A - 一种轮胎安全监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种轮胎安全监测装置。目的是提供一种轮胎安全监测装置，包括沿汽车行进方向水平放置的光源组件，所述光源组件发出的光线与过轮胎中心线、沿竖直方向的轮胎截面垂直，光线经过轮胎的纵向沟槽后照射到显像组件上，所述显像组件包括第一光敏压板，所述第一光敏压板被光线照射后，将轮胎纵向沟槽截面形状输出给处理器，所述处理器将轮胎纵向沟槽的截面形状绘制成轮胎的三维模型；所述处理器与显示装置连接；所述轮胎一侧的胎肩附近设有金属探测器，另一侧的胎肩附近设有金属接收器。当花纹沟槽内卡入较大的石子或钉子等杂物时，可及时提醒驾驶员及时对杂物进行处理，极大提高汽车行驶时轮胎的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车主动安全监控领域，具体涉及一种轮胎安全监测装置。
背景技术
目前市场上销售的汽车使用的轮胎大多数为普通花纹轮胎，其花纹由排水用的纵向沟槽及增加侧向力的横向沟槽构成，现有的轮胎安全监测装置只对轮胎的压力进行监测，当胎压不正常时报警提示驾驶员，轮胎在使用过程中胎面花纹会产生磨损，当花纹深度磨损到限后，如果轮胎继续使用，极易出现爆胎的情况。汽车长时间行驶后，对花纹深度的检查，目前只依靠驾驶员停车时观察轮胎上设置的限位块进行判断，而没有相关的监测装置对轮胎的花纹深度进行监测，如果驾驶员没有经验或忘记检查，会产生严重的安全隐患。
汽车行驶时经常会有石子，钉子等杂物卡在花纹中，普通花纹轮胎的纵向沟槽的深度、宽度较大，横向沟槽的深度、宽度较小。汽车行驶时，纵向、横向的沟槽内都会卡入石子等杂物，但纵向沟槽内的石子往往体积较大，且凸出轮胎表面，对于凸出轮胎表面的杂物。如果不及时处理，则很有可能在汽车高速行驶时，杂物受到地面的压力而挤压两侧的橡胶，使轮胎产生裂纹，减少使用寿命，严重时甚至有可能爆胎。
而对于不同的杂物，需要对其进行判断，如果是石子，则将其取出即可，如果是钉子等金属物体，无法判断是否已经刺穿轮胎表面，这时将钉子直接拔出的话会使轮胎漏气，汽车失去行驶能力，因此不能立即将钉子拔出，而应该保证汽车低速行驶至最近的修理厂进行处理。对于这样的情况，目前仍是依靠驾驶员停车目视检查，或在维修保养时由维修人员目视检查，依然存在极大的安全隐患。
现有技术CN20080120013中提到的一种用于评价轮胎表面外观的设备，利用轮胎表面的反射，使用线性彩色照相机获取轮胎表面的清洗图像，但该发明使用的线性照相机结构复杂，需要专用的检测台架放置照相机，难以直接应用在汽车上，且只能拍摄轮胎表面的二维图像，后期处理不方便，也无法自动对轮胎表面上的石子、钉子等杂物进行判断。
现有技术CN201080031750中提到的一种在轮胎内、外表面的外观检查中通过高效率地拍摄轮胎缩短检查时间，并高精度地合成拍摄到的图像的轮胎检测装置，该装置包括沿轮胎周向上位置相对偏移并且在轮胎的宽度方向上摄像位置相互不同的多个照相机拍摄得到的轮胎内周面的摄像图进行合成，来检查轮胎的内、外表面的缺陷，该装置由于结构复杂，需要多台照相机同时拍摄，且各台照相机设置位置要求严格，难以安装在汽车上，因此只能用于轮胎生产后的检测，难以应用在汽车日常的安全监测中。
现有技术CN200910265999中提到的一种轮胎磨耗测定装置，利用设置于透镜内部的余弦光栅，将光照射到行驶前后的轮胎表面，然后用数字照相机测定照射到轮胎表面上的光的强度，用以分析轮胎的磨耗状态，该装置结构简单，可有效测量轮胎磨耗，但依赖于轮胎表面的光的反射，当轮胎表面沾有杂物，如雨水等，则会因反射效果不好，难以测量轮胎磨耗，也无法自动对轮胎表面上的石子、钉子等杂物进行判断。
发明内容
针对上述监测装置的不足，本发明的目的是提供一种及时监测轮胎花纹深度，辨别卡入轮胎花纹内的杂物是否对汽车造成危害，有效保护汽车行车安全的轮胎安全监测装置。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种轮胎安全监测装置，包括安装在轮胎上，用于检查轮胎花纹纵向沟槽深度的限位块，所述限位块内设有金属标定片，所述轮胎前方、汽车翼子板内衬上、安装水平放置的光源组件，所述光源组件包括第一灯组，所述第一灯组的高度与轮胎上表面高度一致，所述第一灯组发出的光线与过轮胎中心线、沿竖直方向的轮胎纵向沟槽截面垂直，光线经过轮胎花纹的纵向沟槽后照射到轮胎后方、汽车翼子板内衬相应位置上的显像组件，所述显像组件包括第一光敏压板，所述第一光敏压板被光线照射后，将纵向沟槽截面形状输出给处理器，所述处理器将纵向沟槽截面形状绘制成轮胎的三维模型；所述处理器与显示装置连接；轮胎内侧、靠近胎肩附近位置设有金属探测器。
优选的，所述光源组件还包括第二灯组，所述第二灯组的高度与胎肩高度相适，所述第二灯组发出的光线与过轮胎中心线、沿竖直方向的轮胎胎肩截面垂直，所述第二灯组发出的光线经过轮胎两侧的胎肩后，照射到轮胎后方、汽车翼子板内衬相应位置的第二光敏压板上，所述第二光敏压板将经过轮胎中心线、沿竖直方向的胎肩、胎侧的截面形状传递给处理器。
优选的，所述轮胎为汽车的转向轮胎时，其附近设置的光源组件、第一光敏压板、第二光敏压板上设有偏转机构，所述转向轮胎上方相应位置设置轮胎偏转角度传感器。
优选的，所述第一光敏压板、第二光敏压板上设置遮光板，所述遮光板上透光孔的大小与第一光敏压板、第二光敏压板的大小相适应；所述遮光板的透光孔上设有偏光镜。
优选的，所述显示装置为汽车中央控制台显示器，或车载导航显示器，或单独设置在仪表台区域的显示器。
利用上述任意一项所述的轮胎安全监测装置进行轮胎安全检测的方法，步骤包括：监测周期标定、数据采集、数据处理、数据显示；
其中监测周期标定的步骤为：所述处理器将限位块随轮胎旋转运动至金属探测器附近时，所述金属探测器将电压信号传递给处理器的时刻标定为一个监测周期开始的时刻；限位块随轮胎旋转360°后，再次运动至金属探测器附近时，所述金属探测器将电压信号传递给处理器的时刻标定为一个监测周期结束时刻；
数据采集的步骤为：所述第一光敏压板、第二光敏压板从t0时刻开始接收光源组件发出的光线，并向处理器传递纵向沟槽截面形状、胎肩截面形状、胎侧截面形状；当处理器判定一个监测周期结束时，第一光敏压板、第二光敏压板停止接收光线；
数据处理的步骤为：所述处理器对监测周期内所有的纵向沟槽截面形状与轮胎花纹的标准形状进行对比，计算轮胎纵向沟槽最小深度，并对所有的纵向沟槽截面形状进行判断，标记出不同类型的杂物；所述处理器对监测周期内所有胎肩截面形状、胎侧截面形状与标准轮胎的胎肩、胎侧截面形状进行对比，将胎肩、胎侧截面形状与标准轮胎不一致的位置标记；所述处理器将监测周期内收集到的所有纵向沟槽截面形状、胎肩截面形状、胎侧截面形状绘制成轮胎三维模型，并将不同类型的杂物的标记、胎肩、胎侧截面形状异常的标记标识在轮胎三维模型的相应位置；
数据显示的步骤为：所述处理器将轮胎的三维模型、纵向沟槽最小深度传送至显示装置。
优选的，所述处理器对纵向沟槽截面形状进行判断，并标记出不同类型的杂物的方法为：所述处理器将轮胎纵向沟槽截面形状与轮胎花纹的标准形状进行对比，当纵向沟槽截面形状中含有杂物，且杂物的高度凸出轮胎表面，而此时金属探测器电压信号无变化，处理器将该杂物标定为危险非金属杂物；当纵向沟槽截面形状中含有杂物，且杂物没有凸出轮胎表面，而此时金属探测器电压信号无变化，处理器将该杂物标定为普通非金属杂物；当纵向沟槽截面形状中含有杂物，同时金属探测器电压信号发生变化，且该电压信号不是由金属标定片引起时，处理器将该杂物标定为危险金属杂物；当纵向沟槽截面形状中没有杂物，金属探测器电压信号发生变化，且该电压信号不是由金属标定片引起时，处理器将该纵向沟槽截面标定为含有不可见的危险金属杂物。
优选的，所述第一光敏压板、第二光敏压板的采样频率f按照以下公式计算：
f≥V/L
上式中V为轮胎旋转时其滚动圆的速度，L为轮胎纵向沟槽的宽度。
优选的，当纵向沟槽最小深度与限位块的高度差小于2mm时，所述显示装置发出报警信号。
优选的，所述处理器记录单位时间内限位块旋转的圈数，将该旋转圈数与轮胎滚动圆半径作为参数计算车轮的行驶速度，并将车轮行驶速度参数传送至ECU。
本发明具有以下有益效果：当花纹沟槽内卡入较大的石子或钉子等杂物时，可及时提醒驾驶员及时对杂物进行处理，极大提高汽车行驶时轮胎的安全性，还可以对不易被驾驶员查看的位置进行监测，尤其是轮胎内侧的胎肩、胎侧处的鼓包，极大简化了汽车的日常养护中的轮胎养护环节。
附图说明
图1为本发明的结构示意图正视图；
图2为第一光敏压板21、第二光敏压板22放置位置示意图；
图3为处理器3接收显像组件2的数据后绘制轮胎三维模型步骤示意图；
图4为轮胎纵向沟槽内杂物判断方式示意图；
图5为显像组件2、处理器3、显示装置4连接示意图。
具体实施方式
本发明所述的“前”、“后”、“内侧”、“外侧”为轮胎安装在汽车上时的相对位置，与本发明的具体结构无关。
如图1-5所示的，一种轮胎安全监测装置，包括安装在轮胎上，用于检查轮胎花纹纵向沟槽深度的限位块61，所述限位块61内设有金属标定片，所述轮胎前方、汽车翼子板内衬上、安装水平放置的光源组件1，所述光源组件1包括第一灯组101，所述第一灯组101的高度与轮胎上表面高度一致，所述第一灯组101发出的光线与过轮胎中心线、沿竖直方向的轮胎纵向沟槽截面垂直，光线经过轮胎花纹的纵向沟槽后照射到轮胎后方、汽车翼子板内衬相应位置上的显像组件2，所述显像组件2包括第一光敏压板21，所述第一光敏压板21被光线照射后，将轮胎纵向沟槽截面形状输出给处理器3，所述处理器3将轮胎纵向沟槽截面形状绘制成轮胎的三维模型；所述处理器3与显示装置4连接。所述处理器3可以是单独安装在汽车上的中央处理器，也可以集成在汽车ECU中，作为ECU的一个子模块。所述显示装置4可以是汽车中央控制台显示器，或车载导航显示器，也可以是单独设置在仪表台区域的显示器。轮胎内侧、靠近胎肩附近位置设有金属探测器51。
所述光源组件1还包括第二灯组102，所述第二灯组102的高度与胎肩高度相适，所述第二灯组102发出的光线与过轮胎中心线、沿竖直方向的轮胎胎肩截面垂直，所述第二灯组102发出的光线经过轮胎两侧的胎肩后，照射到轮胎后方、汽车翼子板内衬相应位置的第二光敏压板22上，所述第二光敏压板22将经过轮胎中心线、沿竖直方向的胎肩、胎侧的截面形状传递给处理器3。
更好的实施方式是，在第一光敏压板21、第二光敏压板22前方设置遮光板，所述遮光板上透光孔的大小第一光敏压板21、第二光敏压板22的大小相适应。这样可以使投射到第一光敏压板21、第二光敏压板22上的轮胎截面形状更清晰，所述遮光板的透光孔上设有偏光镜，这样可以过滤太阳光、路灯、其他车辆等发出的光线，避免显像组件2受到干扰。
当轮胎为汽车的转向轮胎时，其沿汽车纵向方向的角度会因汽车转向而发生偏转，因此更好的实施方式是:在转向轮胎附近设置的光源组件1、第一光敏压板21、第二光敏压板22上设置偏转机构，所述偏转机构可以与汽车转向传动机构连接，汽车转向时，转向传动机构的运动会带动偏转机构动作。也可以在转向轮胎上方相应位置设置轮胎偏转角度传感器，当转向轮胎发生偏转时，所述偏转角度传感器监测转向轮胎偏转的角度，并传递给处理器3，处理器3将信号发送给偏转机构的驱动电机，由驱动电机动作，通过偏转机构带动转向轮胎附近设置的光源组件1、第一光敏压板21、第二光敏压板22与转向轮胎共同偏转一定角度，从而保证光源组件1发出的光线不受转向轮胎偏转的影响，同时第一光敏压板21、第二光敏压板22也能顺利接收光线。
利用上述任意一项所述的轮胎安全监测装置进行轮胎安全检测的步骤包括：监测周期标定、数据采集、数据处理、数据显示。
其中监测周期标定的步骤为：所述处理器3将限位块61随轮胎旋转运动至金属探测器51附近时，所述金属探测器51将电压信号传递给处理器3的时刻标定为一个监测周期开始的t0时刻；限位块61随轮胎旋转360°后，再次运动至金属探测器51附近时，所述金属探测器51将电压信号传递给处理器3的时刻标定为一个监测周期结束时刻；
数据采集的步骤为：所述第一光敏压板21、第二光敏压板22从t0时刻开始接收光源组件1发出的光线，并向处理器3传递纵向沟槽截面形状、胎肩截面形状、胎侧截面形状；当处理器3判定一个监测周期结束时，第一光敏压板21、第二光敏压板22停止接收光线；
数据处理的步骤为：所述处理器3对监测周期内所有的纵向沟槽截面形状与轮胎花纹的标准形状进行对比，计算轮胎纵向沟槽最小深度，并对所有的纵向沟槽截面形状进行判断，标记出不同类型的杂物；所述处理器3对监测周期内所有胎肩截面形状、胎侧截面形状与标准轮胎的胎肩、胎侧截面形状进行对比，将胎肩、胎侧截面形状与标准轮胎不一致的位置标记；所述处理器3将监测周期内收集到的所有纵向沟槽截面形状、胎肩截面形状、胎侧截面形状绘制成轮胎三维模型，并将不同类型的杂物的标记、胎肩、胎侧截面形状异常的标记标识在轮胎三维模型的相应位置；
数据显示的步骤为：所述处理器3将轮胎的三维模型、纵向沟槽最小深度传送至显示装置4。
所述处理器3对纵向沟槽截面形状进行判断，并标记出不同类型的杂物的方法为：将所有轮胎纵向沟槽截面形状与轮胎花纹的标准形状进行对比，当纵向沟槽截面形状中含有杂物，且杂物的高度凸出轮胎表面，而此时金属探测器51电压信号无变化，即图4中的t1至t2时刻，处理器3将该杂物标定为危险非金属杂物；当纵向沟槽截面形状中含有杂物，且杂物没有凸出轮胎表面，而此时金属探测器51电压信号无变化，处理器3将该杂物标定为普通非金属杂物；当纵向沟槽截面形状中含有杂物，同时金属探测器51电压信号发生变化，且该电压信号不是由金属标定片引起时，即图4中的t3至t4时刻，处理器3将该杂物标定为危险金属杂物；当纵向沟槽截面形状中没有杂物，金属探测器51电压信号发生变化，且该电压信号不是由金属标定片引起时，处理器3将该纵向沟槽截面标定为含有不可见的危险金属杂物。
对于危险非金属杂物，处理器3向显示装置4传送提示信号，并在轮胎三维模型中显示出危险非金属杂物的位置，提醒驾驶员及时清理。对于危险金属杂物、以及标定为含有不可见的危险金属杂物的纵向沟槽截面，处理器3向显示装置4传送报警信号，提醒驾驶员轮胎可能被金属杂物扎破，需要降低车速行驶并及时修理轮胎，并在轮胎三维模型中显示出危险金属杂物、以及含有不可见的危险金属杂物的纵向沟槽截面的位置，方便轮胎维修时对破损位置及时定位。
处理器3将监测周期内收集到的所有纵向沟槽截面形状作为轮胎三维模型的扫略截面，以轮胎的滚动圆半径作为三维模型的引导线，通过多截面扫略的方式绘制轮胎三维模型；同时对监测周期内所有的轮胎纵向沟槽的截面形状进行对比，计算纵向沟槽最小深度，并将轮胎的三维模型、纵向沟槽最小深度传送至显示装置4。
由于卡入纵向沟槽内的石子等杂物的轮廓形状大体为圆形，因此轮胎安全监测装置应至少能检测到长度和宽度一样的杂物，则所述第一光敏压板21、第二光敏压板22的采样频率f按照以下公式计算：
f≥V/L
上式中V为轮胎旋转时其滚动圆的速度，L为轮胎纵向沟槽的宽度。例如一款普通轮胎的纵向沟槽宽度为15mm，汽车正常行驶速度80km/h，单位转换后汽车行驶速度为22222mm/s，则f≥22222/15＝1481Hz。
更好的实施方式是，所述处理器3记录单位时间内限位块61旋转的圈数，将该旋转圈数与轮胎滚动圆半径作为参数计算车轮的行驶速度，所述车轮的行驶速度传送至ECU，这样可以代替普通的轮速传感器，减少零件数量，节约成本。
驾驶员可以通过显示装置4查看轮胎的三维模型、纵向沟槽最小深度、以及纵向沟槽、横向沟槽内是否有威胁行车安全的杂物卡入。当纵向沟槽最小深度与限位块的高度差小于2mm时，显示装置4发出报警信号，提醒驾驶员该轮胎已磨耗到限，需要更换新的轮胎。
Claims (10)
1.一种轮胎安全监测装置，包括安装在轮胎上，用于检查轮胎花纹纵向沟槽深度的限位块(61)，所述限位块(61)内设有金属标定片，其特征在于：所述轮胎前方、汽车翼子板内衬上、安装水平放置的光源组件(1)，所述光源组件(1)包括第一灯组(101)，所述第一灯组(101)的高度与轮胎上表面高度一致，所述第一灯组(101)发出的光线与过轮胎中心线、沿竖直方向的轮胎纵向沟槽截面垂直，光线经过轮胎花纹的纵向沟槽后照射到轮胎后方、汽车翼子板内衬相应位置的显像组件(2)，所述显像组件(2)包括第一光敏压板(21)，所述第一光敏压板(21)被光线照射后，将纵向沟槽截面形状输出给处理器(3)，所述处理器(3)将纵向沟槽截面形状绘制成轮胎的三维模型；所述处理器(3)与显示装置(4)连接；轮胎内侧、靠近胎肩附近位置设有金属探测器(51)。
2.根据权利要求1所述的一种轮胎安全监测装置，其特征在于：所述光源组件(1)还包括第二灯组(102)，所述第二灯组(102)的高度与胎肩高度相相适，所述第二灯组(102)发出的光线与过轮胎中心线、沿竖直方向的轮胎胎肩截面垂直，所述第二灯组(102)发出的光线经过轮胎两侧的胎肩后，照射到轮胎后方、汽车翼子板内衬相应位置的第二光敏压板(22)上，所述第二光敏压板(22)将经过轮胎中心线、沿竖直方向的胎肩、胎侧的截面形状传递给处理器(3)。
3.根据权利要求2所述的一种轮胎安全监测装置，其特征在于：所述轮胎为汽车的转向轮胎时，其附近设置的光源组件(1)、第一光敏压板(21)、第二光敏压板(22)上设有偏转机构，所述转向轮胎上方相应位置设置轮胎偏转角度传感器。
4.根据权利要求3所述的一种轮胎安全监测装置，其特征在于：所述第一光敏压板(21)、第二光敏压板(22)上设置遮光板，所述遮光板上透光孔的大小与第一光敏压板(21)、第二光敏压板(22)的大小相适应；所述遮光板的透光孔上设有偏光镜。
5.根据权利要求1所述的一种轮胎安全监测装置，其特征在于：所述显示装置(4)为汽车中央控制台显示器，或车载导航显示器，或单独设置在仪表台区域的显示器。
6.利用权利要求1到5中任意一项所述的轮胎安全监测装置进行轮胎安全检测的方法，步骤包括：监测周期标定、数据采集、数据处理、数据显示；
其中监测周期标定的步骤为：所述处理器(3)将限位块(61)随轮胎旋转运动至金属探测器(51)附近时，所述金属探测器(51)将电压信号传递给处理器(3)的时刻标定为一个监测周期开始的t0时刻；限位块(61)随轮胎旋转360°后，再次运动至金属探测器(51)附近时，所述金属探测器(51)将电压信号传递给处理器(3)的时刻标定为一个监测周期结束时刻；
数据采集的步骤为：所述第一光敏压板(21)、第二光敏压板(22)从t0时刻开始接收光源组件(1)发出的光线，并向处理器(3)传递纵向沟槽截面形状、胎肩截面形状、胎侧截面形状；当处理器(3)判定一个监测周期结束时，第一光敏压板(21)、第二光敏压板(22)停止接收光线；
数据处理的步骤为：所述处理器(3)对监测周期内所有的纵向沟槽截面形状与轮胎花纹的标准形状进行对比，计算轮胎纵向沟槽最小深度，并对所有的纵向沟槽截面形状进行判断，标记出不同类型的杂物；所述处理器(3)对监测周期内所有胎肩截面形状、胎侧截面形状与标准轮胎的胎肩、胎侧截面形状进行对比，将胎肩、胎侧截面形状与标准轮胎不一致的位置标记；所述处理器(3)将监测周期内收集到的所有纵向沟槽截面形状、胎肩截面形状、胎侧截面形状绘制成轮胎三维模型，并将不同类型的杂物的标记、胎肩、胎侧截面形状异常的标记标识在轮胎三维模型的相应位置；
数据显示的步骤为：所述处理器(3)将轮胎的三维模型、纵向沟槽最小深度传送至显示装置(4)。
7.根据权利要求6所述的轮胎安全检测的方法，其特征在于：所述处理器(3)对纵向沟槽截面形状进行判断，并标记出不同类型的杂物的方法为：所述处理器(3)将轮胎纵向沟槽截面形状与轮胎花纹的标准形状进行对比，当纵向沟槽截面形状中含有杂物，且杂物的高度凸出轮胎表面，而此时金属探测器(51)电压信号无变化，处理器(3)将该杂物标定为危险非金属杂物；当纵向沟槽截面形状中含有杂物，且杂物没有凸出轮胎表面，而此时金属探测器(51)电压信号无变化，处理器(3)将该杂物标定为普通非金属杂物；当纵向沟槽截面形状中含有杂物，同时金属探测器(51)电压信号发生变化，且该电压信号不是由金属标定片引起时，处理器(3)将该杂物标定为危险金属杂物；当纵向沟槽截面形状中没有杂物，金属探测器(51)电压信号发生变化，且该电压信号不是由金属标定片引起时，处理器(3)将该纵向沟槽截面标定为含有不可见的危险金属杂物。
8.根据权利要求6所述的轮胎安全检测的方法，其特征在于：所述第一光敏压板(21)、第二光敏压板(22)的采样频率f按照以下公式计算：
f≥V/L
上式中V为轮胎旋转时其滚动圆的速度，L为轮胎纵向沟槽的宽度。
9.根据权利要求6所述的轮胎安全检测的方法，其特征在于：当纵向沟槽最小深度与限位块(61)的高度差小于2mm时，所述显示装置(4)发出报警信号。
10.根据权利要求6所述的轮胎安全检测的方法，其特征在于：所述处理器(3)记录单位时间内限位块(61)旋转的圈数，将该旋转圈数与轮胎滚动圆半径作为参数计算车轮的行驶速度，并将车轮行驶速度参数传送至ECU。
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