CN107745610A - 基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置及方法，该装置包括2N个测量电极、沿圆周方向布设在待测量轮胎上的导电橡胶环和应力测量装置，2N个测量电极沿圆周方向均匀布设在轮毂外圆周上，导电橡胶环布设于待测量轮胎与轮毂之间的接触位置处；每个测量电极的一端均与应力测量装置连接且其另一端均与导电橡胶环紧密接触；该方法按测量时间间隔T_测对驾驶过程中待测量轮胎的应力分布进行测量并根据测量结果进行爆胎预警判断。本发明通过在待测量轮胎上沿圆周方向布设电阻率随应力变化的导电层，并采用沿圆周方向均匀布设在轮毂上并与导电层接触的2N个测量电极实现轮胎应力分布测量，能简便、准确且实时进行轮胎爆胎预警。

Description

基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置及方法

技术领域

本发明属于车辆安全监测技术领域，尤其是涉及一种基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置及方法。

背景技术

汽车已经成为人们出行必不可少的交通工具之一，车辆的安全性和可靠性直接决定人们的生命安全。汽车轮胎作为汽车的主要承载部件，其安全性更不容忽视。目前，市面上所采用的汽车轮胎监测装置，一般只能对车辆行驶过程中轮胎的胎压进行监测，而对轮胎内部的早期缺陷无法进行实施预警，也无法反映车辆行驶过程中轮胎的受力情况，更不能给出轮胎的应力分布，所监测参数单一，使用效果差，因而车辆驾驶过程中存在诸多安全隐患，并且无法实现精确爆胎预警。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，通过在待测量轮胎上沿圆周方向布设电阻率随应力变化的导电层，并采用沿圆周方向均匀布设在轮毂上并与导电层接触的2N个测量电极实现应力分布测量，能简便、准确且实时测量轮胎真实应力分布状态，并能实现精确爆胎预警。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征在于：包括2N个测量电极、沿圆周方向布设在待测量轮胎上的力敏元件和基于电阻动态层析成像的应力测量装置，所述待测量轮胎安装于轮毂上，2N个所述测量电极沿圆周方向均匀布设在轮毂的外圆周上；所述力敏元件为导电橡胶环，所述导电橡胶环布设于待测量轮胎与轮毂之间的接触位置处；其中，N为正整数且N≥8；每个所述测量电极的一端均与应力测量装置连接且其另一端均与导电橡胶环紧密接触。

上述基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征是：所述轮毂上设置有绝缘层，所述绝缘层位于待测量轮胎与轮毂之间的接触位置处。

上述基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征是：2N个所述测量电极分两组进行布设，两组所述测量电极分别布设在轮毂的内外两侧，每组所述测量电极均包括N个沿圆周方向均匀布设在轮毂上的测量电极，每组所述测量电极中的N个所述测量电极均位于竖直一平面上；两组所述测量电极中的测量电极呈交错布设。

上述基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征是：所述导电橡胶环为待测量轮胎最外层的外侧橡胶层，所述外侧橡胶层为内部掺入导电炭黑后形成的外侧导电层，所述外侧导电层的数量为两个，两个所述外侧导电层分别布设于待测量轮胎的内部两侧。

上述基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征是：所述导电橡胶环为与待测量轮胎连接为一体的导电橡胶层。

上述基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征是：2N个所述测量电极的结构和尺寸均相同；所述测量电极为柱状电极，所述测量电极与轮毂之间以螺纹方式连接，所述轮毂上开有2N个供测量电极安装的螺纹孔；

2N个所述测量电极均呈水平布设，每个所述测量电极均沿轮毂的轴向布设。

上述基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征是：每个所述测量电极的外端均装有与导电橡胶环紧密接触的导电套，每个所述测量电极的内端均通过第一导线与应力测量装置连接，所述轮毂上安装有供所述第一导线安装的导线盘；

所述导线盘为绝缘圆环，所述导线盘上装有多个沿圆周方向均匀布设的导体接触头，每个所述导体接触头均通过第二导线与应力测量装置连接；所述轮毂上所安装导体接触头的数量与测量电极的数量相同且二者的布设位置一一对应，每个所述测量电极均通过一个所述导体接触头与应力测量装置连接。

上述基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征是：所述应力测量装置包括激励源、控制器和压差测量单元，2N个所述测量电极中任意相邻两个所述测量电极均与激励源连接并组成一个激励电路，2N个所述测量电极与激励源组成2N个所述激励电路，2N个所述激励电路均由控制器进行通断控制，2N个所述激励电路均与控制器连接；

2N个所述测量电极中任意相邻两个所述测量电极均与压差测量单元连接并组成一个压差测量电路，2N个所述测量电极与压差测量单元组成2N个所述压差测量电路，2N个所述压差测量电路均由控制器进行通断控制，2N个所述压差测量电路均与控制器连接；所述压差测量单元为对与其连接的两个所述测量电极之间的电压差值进行测量的测量单元。

上述基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征是：所述应力测量装置还包括与压差测量单元连接的信号放大电路；

所述控制器通过第一多路转换开关对2N个所述激励电路进行通断控制，2N个所述激励电路均与第一多路转换开关连接；

所述控制器通过第二多路转换开关对2N个所述压差测量电路进行通断控制，2N个所述压差测量电路均与第二多路转换开关连接；

所述第一多路转换开关和第二多路转换开关均由控制器进行控制且二者均与控制器连接。

同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好的车辆轮胎爆胎预警方法，其特征在于：采用所述基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置且按照预先设定的测量时间间隔T_测对驾驶过程中待测量轮胎的应力分布进行测量，并获得各次测量时刻待测量轮胎的应力分布测量结果；各测量时刻所述待测量轮胎的应力分布测量方法均相同；

对任一测量时刻待测量轮胎的应力分布进行测量时，包括以下步骤：

步骤一、数据采集：通过控制器对2N个所述激励电路分别进行通断控制，由先至后完成2N种不同激励状态下的数据采集过程；每种激励状态下2N个所述激励电路中均有一个所述激励电路处于接通状态且其余2N-1个所述激励电路均处于断开状态；

2N种激励状态下的数据采集过程均相同；任一种激励状态下的数据采集过程如下：

步骤101、激励电路通断控制：通过控制器对2N个所述激励电路分别进行通断控制，使该种激励状态下处于接通状态的一个所述激励电路接通，并使该种激励状态下处于断开状态的其余2N-1个所述激励电路均断开；

本步骤中，处于接通状态的所述激励电路为当前激励电路，所述当前激励电路中的两个所述测量电极均为激励电极；

2N个所述压差测量电路中包含所述激励电极的所述压差测量电路为当前断开压差测量电路，所述当前断开压差测量电路的数量为3个；2N个所述测量电极中除3个所述当前断开压差测量电路之外的2N-3个所述压差测量电路均为当前接通压差测量电路；

步骤102、压差测量电路通断控制：通过控制器对2N个所述压差测量电路分别进行通断控制，使步骤101中3个所述当前断开压差测量电路均处于断开状态，并使2N-3个所述当前接通压差测量电路均处于接通状态；

步骤103、电压压差测量：采用压差测量单元对步骤102中2N-3个所述当前接通压差测量电路的两个所述测量电极之间的电压差值分别进行测量，获得2N-3个电压差值测量结果，并将所获得的2N-3个电压差值测量结果同步传送至控制器；所获得的2N-3个电压差值测量结果为该种激励状态下的数据采集结果；

步骤104、多次重复步骤101至步骤104，完成2N种不同激励状态下的数据采集过程，并获得2N种激励状态下的数据采集结果；2N种激励状态下的数据采集结果包括2N×(2N-3)个电压差值测量结果；

步骤二、基于电阻层析成像的数据处理：采用控制器或与控制器连接的上位机且调用电阻层析成像模块，对步骤一中获得的2N×(2N-3)个电压差值测量结果进行处理，获得该测量时刻待测量轮胎的电阻层析成像结果，所获得的电阻层析成像结果为此时待测量轮胎的应力分布测量结果；

步骤三、爆胎预警判断：采用控制器或所述上位机且根据步骤二中获得的此时待测量轮胎的应力分布测量结果，对此时待测量轮胎进行爆胎预警判断，并根据判断结果发出预警提示；

步骤四、返回步骤一，对下一测量时刻待测量轮胎进行应力分布测量。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置结构简单、设计合理且加工简便，投入成本较低。

2、所采用的应力测量装置结构设计合理，利用导电橡胶作为应力敏感传感材料，轮毂安装测量电极，通过测量电阻率分布来推演车辆行驶过程中轮胎的内应力的变化。并且，使用操作简便，由一对相邻测量电极注入轮胎导电橡胶内的激励信号建立敏感场，在其它的相邻测量电极对上测量电极上的压差；之后切换到下一个相邻电极对并注入激励信号，以相同的方式测量其余相邻电极上的压差；如此重复，直到返回最初的激励状态。

3、使用效果好且实用价值高，与传统的胎压监测相比，能监测到轮胎行驶过程中轮胎内应力的变化，为轮胎的早期缺陷监测提供了可能，采用电阻层析成像方法来对轮胎的内应力进行测量，克服了采用应变式传感器无法对轮胎应力分布进行测量的缺点，另外通过测量获得轮胎行驶状态下的应力分布，从而获取了车辆行驶过程中车轮与地面的受力情况，填补了人-车-路闭环系统车-路之间数据缺失，为研究汽车的智能化发展和汽车的主动安全开辟了一条新的道路。并且，基于轮胎应力分布测量结果，能实现精确爆胎预警。

综上所述，本发明通过在待测量轮胎上沿圆周方向布设电阻率随应力变化的导电层，并采用沿圆周方向均匀布设在轮毂上并与导电层接触的2N个测量电极实现应力分布测量，能简便、准确且实时测量轮胎真实应力分布状态，并能实现精确爆胎预警。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明2N个测量电极的布设位置示意图。

图2为本发明测量电极在轮毂上的布设位置示意图。

图3为图2中A处的局部放大图。

图4为本发明导电橡胶环与测量电极的布设位置示意图。

图5为本发明导线盘的结构示意图。

图6为本发明应力测量装置与平衡块在轮毂上的布设位置示意图。

图7为本发明应力测量装置的电路原理框图。

图8为采用本发明进行车辆轮胎动态应力分布测量时的方法流程框图。

附图标记说明:

1—导电橡胶环； 2—测量电极； 3—应力测量装置；

3-1—激励源； 3-2—控制器； 3-3—压差测量单元；

3-4—信号放大电路； 3-5—第一多路转换开关；

3-6—第二多路转换开关； 4—待测量轮胎； 5—轮毂；

6—圆环形接线盘； 7—导电片； 8—穿线孔；

9—平衡块。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5及图6所示的基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，包括2N个测量电极2、沿圆周方向布设在待测量轮胎4上的力敏元件和基于电阻动态层析成像的应力测量装置3，所述待测量轮胎4安装于轮毂5上，2N个所述测量电极2沿圆周方向均匀布设在轮毂5的外圆周上；所述力敏元件为导电橡胶环1，所述导电橡胶环1布设于待测量轮胎4与轮毂5之间的接触位置处；其中，N为正整数且N≥8；每个所述测量电极2的一端均与应力测量装置3连接且其另一端均与导电橡胶环1紧密接触。

本实施例中，N＝8。所述轮毂5上总共安装有16个所述测量电极2。

实际使用时，可根据具体需要，对N的取值大小进行相应调整。

所述导电橡胶环1与待测量轮胎4连接为一体，所述导电层与待测量轮胎4的应力应变状态相同，并且导电橡胶环1的电阻率随应力变化进行相应变化，因而电阻率测量结果能直接、准确反映应力分布。所述导电橡胶环1为力敏导电橡胶环。

本发明通过测量导电橡胶环1中相邻两个测量电极2之间的电阻率值，实现待测量轮胎4上相邻两个测量电极2之间区域的应力测量，并且采用布设于轮毂5上的2N个所述测量电极2实现待测量轮胎4上各区域的应力测量，从而获得待测量轮胎4上的应力分布测量结果。其中，相邻两个测量电极2指的是沿圆周方向位置相邻的两个所述测量电极2。

本实施例中，将2N个测量电极2沿圆周方向由前至后进行编号，所述2N个测量电极2的编号分别为1#、2#、3#、…、2N#。相邻两个测量电极2指的是编号相邻的编号相邻的两个所述测量电极2。

实际加工时，所述导电橡胶环1布设于待测量轮胎4的外缘上，并且导电橡胶环1布设于待测量轮胎4的外侧壁上。

本实施例中，所述轮毂5上设置有绝缘层，所述绝缘层位于待测量轮胎4与轮毂5之间的接触位置处。

如图2、图4所示，2N个所述测量电极2分两组进行布设，两组所述测量电极2分别布设在轮毂5的内外两侧，每组所述测量电极2均包括N个沿圆周方向均匀布设在轮毂5上的测量电极2，每组所述测量电极2中的N个所述测量电极2均位于竖直一平面上；两组所述测量电极2中的测量电极2呈交错布设。

其中，编号分别为1#、3#、5#、7#、9#、11#、13#和15#的测量电极2为一组所述测量电极2，编号分别为2#、4#、6#、8#、10#、12#、14#和16#的测量电极2为另一组所述测量电极2。

本实施例中，所述导电橡胶环1为待测量轮胎4最外层的外侧橡胶层，所述外侧橡胶层为内部掺入导电炭黑后形成的外侧导电层，所述外侧导电层的数量为两个，两个所述外侧导电层分别布设于待测量轮胎4的内部两侧。

为方便加工，所述导电橡胶环1为与待测量轮胎4连接为一体的导电橡胶层。

所述导电橡胶层采用电阻率随应力变化的导电橡胶，由于导电橡胶具有力敏感性且其电阻率随着应力的变化而变化，因而能满足应力测量需求。

对待测量轮胎4进行生产加工时，在所述待测量轮胎4的胎面层(即外表面层)掺入导电炭黑形成具有力敏感的导电橡胶层。考虑到轮毂5具有导电性，而待测量轮胎4上与轮毂5接触的地方为导电橡胶，所以在轮毂5上安装测量电极2之前必须对轮毂5与测量电极2的接触区涂抹上一层绝缘材料(如绝缘漆等)，形成所述绝缘层。

实际加工时，也可以在待测量轮胎4的胎面层内部两侧对称设置两个导电橡胶层，并形成两个所述导电橡胶环1。

本实施例中，如图3所示，所述轮毂5的内外两侧边缘上均沿圆周方向开有N个供测量电极2安装的电极安装孔。

本实施例中，2N个所述测量电极2的结构和尺寸均相同。

如图3所示，所述测量电极2为柱状电极，所述测量电极2与轮毂5之间以螺纹方式连接，所述轮毂5上开有2N个供测量电极2安装的螺纹孔(即所述电极安装孔)。

本实施例中，2N个所述测量电极2均呈水平布设，每个所述测量电极2均沿轮毂5的轴向布设。

每个所述测量电极2的两端均伸出至轮毂5外侧。

并且，每个所述测量电极2与轮毂5之间均进行绝缘处理。

本实施例中，每个所述电极安装孔内均喷涂一层绝缘材料(如绝缘漆等)，以保证测量电极2与轮毂5之间连接处的绝缘性。

本实施例中，所述测量电极2的直径为Φ5mm。实际使用时，根据具体需要，对测量电极2的直径和长度进行相应调整。所述测量电极2伸出至轮毂5外侧后与导电橡胶充分接触。

本实施例中，所述测量电极2为常规的测量电位差选用的电极。

本实施例中，每个所述测量电极2的外端均装有与导电橡胶环1紧密接触的导电套，每个所述测量电极2的内端均通过第一导线与应力测量装置3连接，所述轮毂5上安装有供所述第一导线安装的导线盘，详见图5；

所述导线盘为绝缘圆环，所述导线盘上装有多个沿圆周方向均匀布设的导体接触头，每个所述导体接触头均通过第二导线与应力测量装置3连接；所述轮毂5上所安装导体接触头的数量与测量电极2的数量相同且二者的布设位置一一对应，每个所述测量电极2均通过一个所述导体接触头与应力测量装置3连接。

为提高导电效果，可在测量电极2与导电橡胶(即导电橡胶环1)充分接触的一端布设一个导电性能良好的导电套(如金属导电套等)，以保证导电橡胶环1与导电橡胶环1之间的电连接可靠性。

本实施例中，所述导线盘为圆环形接线盘6。所述导线盘的数量为两个，两个所述导线盘分别布设在轮毂5的内外两侧，每个所述导线盘上均设置有N个所述导体接触头，N个所述导体接触头沿圆周方向均匀布设，N个所述导体接触头的布设位置分别与每组所述测量电极2中N个所述测量电极2的布设位置一一对应。每组所述测量电极2中的N个所述测量电极2分别与一个所述导线盘上的N个所述导体接触头连接。

所述导线盘与轮毂5呈同轴布设，所述导体接触头与所述导线盘呈垂直布设。

本实施例中，所述导体接触头为导电柱或导电片7。

本实施例中，所述第一导线和所述第二导线均为连接导线，所述导线盘上开有供所述连接导线穿过的穿线孔8。这样，所有的第一导线和第二导线均从穿线孔8穿过，实现所有连接导电均从所述导线盘引出的目的，布设整齐，并且节省空间。

本实施例中，将从所述导线盘引出的各第一导线分别与一个测量电极2连接，并将从所述导线盘引出的各第二导线均与应力测量装置3连接，便完成接线过程，操作简便，使用安全、可靠。并且，从两个所述导线盘引出的所有连接导线均集中于一处。

如图6所示，本实施例中，所述应力测量装置3布设在轮毂5上。

并且，所述应力测量装置3安装在轮毂5的外侧，并且应力测量装置3位于轮毂5的中部，应力测量装置3通过螺栓安装在轮毂5上。

所述待测量轮胎4与轮毂5组成车轮，增设应力测量装置3与所述导线盘后，为保证车轮的动平衡，在轮毂5上增设平衡块9。

如图7所示，所述应力测量装置3包括激励源3-1、控制器3-2和压差测量单元3-3，2N个所述测量电极2中任意相邻两个所述测量电极2均与激励源3-1连接并组成一个激励电路，2N个所述测量电极2与激励源3-1组成2N个所述激励电路，2N个所述激励电路均由控制器3-2进行通断控制，2N个所述激励电路均与控制器3-2连接；

2N个所述测量电极2中任意相邻两个所述测量电极2均与压差测量单元3-3连接并组成一个压差测量电路，2N个所述测量电极2与压差测量单元3-3组成2N个所述压差测量电路，2N个所述压差测量电路均由控制器3-2进行通断控制，2N个所述压差测量电路均与控制器3-2连接；所述压差测量单元3-3为对与其连接的两个所述测量电极2之间的电压差值进行测量的测量单元。

本实施例中，所述应力测量装置3还包括与压差测量单元3-3连接的信号放大电路3-4；

所述控制器3-2通过第一多路转换开关3-5对2N个所述激励电路进行通断控制，2N个所述激励电路均与第一多路转换开关3-5连接；

所述控制器3-2通过第二多路转换开关3-6对2N个所述压差测量电路进行通断控制，2N个所述压差测量电路均与第二多路转换开关3-6连接；

所述第一多路转换开关3-5和第二多路转换开关3-6均由控制器3-2进行控制且二者均与控制器3-2连接。

本实施例中，所述激励源3-1和信号放大电路3-4均与控制器3-2连接。

本实施例中，所述控制器3-2为单片机。

实际使用时，所述控制器3-2也可以采用其它类型的控制芯片，如ARM芯片等。

本实施例中，所述激励源3-1为电压源。

如图8所示的一种车辆轮胎爆胎预警方法，采用所述基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置且按照预先设定的测量时间间隔T_测对驾驶过程中待测量轮胎4的应力分布进行测量，并获得各次测量时刻待测量轮胎4的应力分布测量结果；各测量时刻所述待测量轮胎的应力分布测量方法均相同；

对任一测量时刻待测量轮胎4的应力分布进行测量时，包括以下步骤：

步骤一、数据采集：通过控制器3-2对2N个所述激励电路分别进行通断控制，由先至后完成2N种不同激励状态下的数据采集过程；每种激励状态下2N个所述激励电路中均有一个所述激励电路处于接通状态且其余2N-1个所述激励电路均处于断开状态；

2N种激励状态下的数据采集过程均相同；任一种激励状态下的数据采集过程如下：

步骤101、激励电路通断控制：通过控制器3-2对2N个所述激励电路分别进行通断控制，使该种激励状态下处于接通状态的一个所述激励电路接通，并使该种激励状态下处于断开状态的其余2N-1个所述激励电路均断开；

本步骤中，处于接通状态的所述激励电路为当前激励电路，所述当前激励电路中的两个所述测量电极2均为激励电极；

2N个所述压差测量电路中包含所述激励电极的所述压差测量电路为当前断开压差测量电路，所述当前断开压差测量电路的数量为3个；2N个所述测量电极2中除3个所述当前断开压差测量电路之外的2N-3个所述压差测量电路均为当前接通压差测量电路；

步骤102、压差测量电路通断控制：通过控制器3-2对2N个所述压差测量电路分别进行通断控制，使步骤101中3个所述当前断开压差测量电路均处于断开状态，并使2N-3个所述当前接通压差测量电路均处于接通状态；

步骤103、电压压差测量：采用压差测量单元3-3对步骤102中2N-3个所述当前接通压差测量电路的两个所述测量电极2之间的电压差值分别进行测量，获得2N-3个电压差值测量结果，并将所获得的2N-3个电压差值测量结果同步传送至控制器3-2；所获得的2N-3个电压差值测量结果为该种激励状态下的数据采集结果；

步骤104、多次重复步骤101至步骤104，完成2N种不同激励状态下的数据采集过程，并获得2N种激励状态下的数据采集结果；2N种激励状态下的数据采集结果包括2N×(2N-3)个电压差值测量结果；

步骤二、基于电阻层析成像的数据处理：采用控制器3-2或与控制器3-2连接的上位机且调用电阻层析成像模块，对步骤一中获得的2N×(2N-3)个电压差值测量结果进行处理，获得该测量时刻待测量轮胎4的电阻层析成像结果，所获得的电阻层析成像结果为此时待测量轮胎4的应力分布测量结果；

步骤三、爆胎预警判断：采用控制器3-2或所述上位机且根据步骤二中获得的此时待测量轮胎4的应力分布测量结果，对此时待测量轮胎4进行爆胎预警判断，并根据判断结果发出预警提示；

步骤四、返回步骤一，对下一测量时刻待测量轮胎4进行应力分布测量。

其中，T_测＝30s～5min。

实际使用时，可根据具体需要，对T_测的取值大小进行相应调整。

本实施例中，步骤一中2N×(2N-3)个电压差值为电压。

本实施例中，所述压差测量单元3-3为电压测量单元，两个所述测量电极2之间的电压差值指的是两个所述测量电极2之间的电压，也称为电位差。每个所述电压差值测量结果均为一个电压值。

步骤二中对2N×(2N-3)个电压差值测量结果进行处理时，按照常规的电阻层析成像方法进行处理。

并且，对2N×(2N-3)个电压差值测量结果进行处理时，先将测得的电压值换算成对应的电阻率值，然后进行反演计算，获得待测量轮胎4的电阻率层析成像结果。实际进行反演计算时，采用Landweber算法进行计算，获得待测量轮胎4的电阻率分布成像，进而得到应力分布测量结果。

步骤二中对2N×(2N-3)个电压差值测量结果进行处理时，可参照北京：科学出版社于2013年03月出版的王化祥著的《电学层析成像》一书，第四章第54页至第108页中记载的方法进行处理。

本实施例中，步骤101中通过控制器3-2对第一多路转换开关3-5进行控制，实现对2N个所述压差测量电路分别进行通断控制。

步骤102中通过控制器3-2对第二多路转换开关3-6进行控制，实现对2N个所述压差测量电路分别进行通断控制。

实际接线时，所述激励源3-1通过第一多路转换开关3-5和所述第一导线分别与2N个所述测量电极2连接，所述压差测量单元3-3通过第二多路转换开关3-6和所述第二导线分别与2N个所述测量电极2连接。

由上述内容可知，通过第一多路转换开关3-5的选通将激励源3-1发出的激励信号输至任意相邻两个所述测量电极2，接通一个所述激励电路；再通过第二多路转换开关3-6的选通，并采用压差测量单元3-3完成2N-3个所述当前接通压差测量电路的两个所述测量电极2之间的电压差值的测量，完成一种激励状态下的数据采集过程；再通过第一多路转换开关3-5的选通接通下一个所述激励电路，如此不断重复，完成2N种激励状态下的数据采集过程。

本实施例中，步骤104中获得2N种激励状态下的数据采集结果后，还需对所获得的2N种激励状态下的数据采集结果进行同步存储。

本实施例中，步骤二中进行基于电阻层析成像的数据处理时，采用所述上位机且调用电阻层析成像模块，对步骤一中获得的2N×(2N-3)个电压差值测量结果进行处理，实际操作非常简便。

所述上位机为车载电脑、笔记本等。

步骤三中进行爆胎预警判断时，根据步骤二中获得的此时待测量轮胎4的应力分布测量结果，并结合生产厂家提供的待测量轮胎4能耐受的最大应力，便能简便、快速且准确进行爆胎预警判断，再根据判断结果发出预警提示。待测量轮胎4能耐受的最大应力是指经耐压试验测试得出的超过该应力轮胎便发生爆胎的应力值。

实际使用时，待测量轮胎4能耐受的最大应力也是指引起轮胎帘布层内钢丝断裂的应力。

因而，轮胎爆胎预警也是对待测量轮胎4的结构完整性进行预警。

本实施例中，步骤三中进行爆胎预警判断时，根据步骤二中获得的此时待测量轮胎4的应力分布测量结果，先调用差值比较模块找出待测量轮胎4上的异常区域，所述异常区域为根据步骤二中获得的此时待测量轮胎4的应力分布测量结果得出的此时待测量轮胎4上应力值大于待测量轮胎4能耐受的最大应力的区域；再调用面积计算模块，计算得出所找出的待测量轮胎4上的异常区域的总面积s，再根据计算得出的异常区域的总面积s进行爆胎预警判断。因而，异常区域的总面积s为爆胎预警指标。

所述异常区域也是因轮胎帘布层内钢丝断裂而引发的应力集中区域。

实际进行爆胎预警判断时，根据预先设定的爆胎预警阈值S进行判断，当计算得出的异常区域的总面积s大于爆胎预警阈值S时，发出预警提示。

其中，爆胎预警阈值

实际使用时，可根据具体需要对爆胎预警阈值S的取值大小进行相应调整，其中S_表为待测量轮胎4的表面积。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征在于：包括2N个测量电极(2)、沿圆周方向布设在待测量轮胎(4)上的力敏元件和基于电阻动态层析成像的应力测量装置(3)，所述待测量轮胎(4)安装于轮毂(5)上，2N个所述测量电极(2)沿圆周方向均匀布设在轮毂(5)的外圆周上；所述力敏元件为导电橡胶环(1)，所述导电橡胶环(1)布设于待测量轮胎(4)与轮毂(5)之间的接触位置处；其中，N为正整数且N≥8；每个所述测量电极(2)的一端均与应力测量装置(3)连接且其另一端均与导电橡胶环(1)紧密接触。

2.按照权利要求1所述的基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征在于：所述轮毂(5)上设置有绝缘层，所述绝缘层位于待测量轮胎(4)与轮毂(5)之间的接触位置处。

3.按照权利要求1或2所述的基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征在于：2N个所述测量电极(2)分两组进行布设，两组所述测量电极(2)分别布设在轮毂(5)的内外两侧，每组所述测量电极(2)均包括N个沿圆周方向均匀布设在轮毂(5)上的测量电极(2)，每组所述测量电极(2)中的N个所述测量电极(2)均位于竖直一平面上；两组所述测量电极(2)中的测量电极(2)呈交错布设。

4.按照权利要求3所述的基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征在于：所述导电橡胶环(1)为待测量轮胎(4)最外层的外侧橡胶层，所述外侧橡胶层为内部掺入导电炭黑后形成的外侧导电层，所述外侧导电层的数量为两个，两个所述外侧导电层分别布设于待测量轮胎(4)的内部两侧。

5.按照权利要求1或2所述的基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征在于：所述导电橡胶环(1)为与待测量轮胎(4)连接为一体的导电橡胶层。

6.按照权利要求1或2所述的基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征在于：2N个所述测量电极(2)的结构和尺寸均相同；所述测量电极(2)为柱状电极，所述测量电极(2)与轮毂(5)之间以螺纹方式连接，所述轮毂(5)上开有2N个供测量电极(2)安装的螺纹孔；

2N个所述测量电极(2)均呈水平布设，每个所述测量电极(2)均沿轮毂(5)的轴向布设。

7.按照权利要求1或2所述的基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征在于：每个所述测量电极(2)的外端均装有与导电橡胶环(1)紧密接触的导电套，每个所述测量电极(2)的内端均通过第一导线与应力测量装置(3)连接，所述轮毂(5)上安装有供所述第一导线安装的导线盘；

所述导线盘为绝缘圆环，所述导线盘上装有多个沿圆周方向均匀布设的导体接触头，每个所述导体接触头均通过第二导线与应力测量装置(3)连接；所述轮毂(5)上所安装导体接触头的数量与测量电极(2)的数量相同且二者的布设位置一一对应，每个所述测量电极(2)均通过一个所述导体接触头与应力测量装置(3)连接。

8.按照权利要求1或2所述的基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征在于：所述应力测量装置(3)包括激励源(3-1)、控制器(3-2)和压差测量单元(3-3)，2N个所述测量电极(2)中任意相邻两个所述测量电极(2)均与激励源(3-1)连接并组成一个激励电路，2N个所述测量电极(2)与激励源(3-1)组成2N个所述激励电路，2N个所述激励电路均由控制器(3-2)进行通断控制，2N个所述激励电路均与控制器(3-2)连接；

2N个所述测量电极(2)中任意相邻两个所述测量电极(2)均与压差测量单元(3-3)连接并组成一个压差测量电路，2N个所述测量电极(2)与压差测量单元(3-3)组成2N个所述压差测量电路，2N个所述压差测量电路均由控制器(3-2)进行通断控制，2N个所述压差测量电路均与控制器(3-2)连接；所述压差测量单元(3-3)为对与其连接的两个所述测量电极(2)之间的电压差值进行测量的测量单元。

9.按照权利要求8所述的基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置，其特征在于：所述应力测量装置(3)还包括与压差测量单元(3-3)连接的信号放大电路(3-4)；

所述控制器(3-2)通过第一多路转换开关(3-5)对2N个所述激励电路进行通断控制，2N个所述激励电路均与第一多路转换开关(3-5)连接；

所述控制器(3-2)通过第二多路转换开关(3-6)对2N个所述压差测量电路进行通断控制，2N个所述压差测量电路均与第二多路转换开关(3-6)连接；

所述第一多路转换开关(3-5)和第二多路转换开关(3-6)均由控制器(3-2)进行控制且二者均与控制器(3-2)连接。

10.一种利用如权利要求8所述装置对待测量轮胎进行爆胎预警的方法，其特征在于：采用所述基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置且按照预先设定的测量时间间隔T_测对驾驶过程中待测量轮胎(4)的应力分布进行测量，并获得各次测量时刻待测量轮胎(4)的应力分布测量结果；各测量时刻所述待测量轮胎的应力分布测量方法均相同；

对任一测量时刻待测量轮胎(4)的应力分布进行测量时，包括以下步骤：

步骤一、数据采集：通过控制器(3-2)对2N个所述激励电路分别进行通断控制，由先至后完成2N种不同激励状态下的数据采集过程；每种激励状态下2N个所述激励电路中均有一个所述激励电路处于接通状态且其余2N-1个所述激励电路均处于断开状态；

2N种激励状态下的数据采集过程均相同；任一种激励状态下的数据采集过程如下：

步骤101、激励电路通断控制：通过控制器(3-2)对2N个所述激励电路分别进行通断控制，使该种激励状态下处于接通状态的一个所述激励电路接通，并使该种激励状态下处于断开状态的其余2N-1个所述激励电路均断开；

本步骤中，处于接通状态的所述激励电路为当前激励电路，所述当前激励电路中的两个所述测量电极(2)均为激励电极；

2N个所述压差测量电路中包含所述激励电极的所述压差测量电路为当前断开压差测量电路，所述当前断开压差测量电路的数量为3个；2N个所述测量电极(2)中除3个所述当前断开压差测量电路之外的2N-3个所述压差测量电路均为当前接通压差测量电路；

步骤102、压差测量电路通断控制：通过控制器(3-2)对2N个所述压差测量电路分别进行通断控制，使步骤101中3个所述当前断开压差测量电路均处于断开状态，并使2N-3个所述当前接通压差测量电路均处于接通状态；

步骤103、电压压差测量：采用压差测量单元(3-3)对步骤102中2N-3个所述当前接通压差测量电路的两个所述测量电极(2)之间的电压差值分别进行测量，获得2N-3个电压差值测量结果，并将所获得的2N-3个电压差值测量结果同步传送至控制器(3-2)；所获得的2N-3个电压差值测量结果为该种激励状态下的数据采集结果；

步骤104、多次重复步骤101至步骤104，完成2N种不同激励状态下的数据采集过程，并获得2N种激励状态下的数据采集结果；2N种激励状态下的数据采集结果包括2N×(2N-3)个电压差值测量结果；

步骤二、基于电阻层析成像的数据处理：采用控制器(3-2)或与控制器(3-2)连接的上位机且调用电阻层析成像模块，对步骤一中获得的2N×(2N-3)个电压差值测量结果进行处理，获得该测量时刻待测量轮胎(4)的电阻层析成像结果，所获得的电阻层析成像结果为此时待测量轮胎(4)的应力分布测量结果；

步骤三、爆胎预警判断：采用控制器(3-2)或所述上位机且根据步骤二中获得的此时待测量轮胎(4)的应力分布测量结果，对此时待测量轮胎(4)进行爆胎预警判断，并根据判断结果发出预警提示；

步骤四、返回步骤一，对下一测量时刻待测量轮胎(4)进行应力分布测量。