CN108674097A - 一种汽车轮胎加热装置 - Google Patents

Abstract

一种汽车轮胎加热装置。轮胎橡胶在冬季严寒情况下变硬、失去弹性，导致和地面接触面积变小、抓地力减少。本发明在轮辋内部粘贴电发热膜并安装温度和压力传感器以及微型风扇。所有电缆（含数据线）通过轮轴上配电环碳刷组件和外置控制器相连。外置控制器和汽车电瓶、发电机相连。发动机先点火启动让发电机工作，当外置控制器收到温度传感器的低温信号后给发热膜供电加热空气，空气热量再通过轮胎自身的导热能力把胎体橡胶加热。当轮胎内空气温度和压力达到设定值后外置控制器停止对发热膜供电。轮胎橡胶温度回升后恢复弹性，可以把抓地力保持在正常的安全行车水平。

Description

一种汽车轮胎加热装置

技术领域

本发明属于汽车制造领域，设计一种对汽车轮胎加热的装置。

背景技术

汽车轮胎橡胶在冬季寒冷环境下变硬，弹性减少，导致和地面接触面积减少，这样抓地力也大幅降低。轮胎冷硬后，轮胎驱动力、操控性、稳定性都受到影响，刹车距离变长影响安全。对轮胎加热使轮胎变暖恢复弹性是非常有效的方法。对轮胎加热可以用外置的加热设备但不能随车使用，对车主来说并不方便。还有设计内置电热丝的轮胎，这需要轮胎厂把电热丝加入到轮胎内，属于特种轮胎，制造技术比较复杂，而且不利于维护更换。另外一种方法就是更换冬季轮胎。冬季轮胎适合北方冰雪期较长的环境，并不适合我国黄河和长江中下游地区短时间寒冷天气，而且冬季轮胎偏软油耗高。本发明是在轮辋上铺装电发热膜，然后对车轮内部空间空气加热，提升轮胎温度。技术上容易实现，适合汽车制造厂安装。对轮胎规格也没有特殊要求。

发明内容

本发明的目的是设计一种对汽车轮胎加热的装置。使轮胎温度在严寒天气环境下也能保持在设定的范围内，这样轮胎的弹性和抓地力可以恢复到正常状态，满足安全行驶的要求。

本发明在汽车的轮胎内部轮辋的表面粘贴电发热膜、安装温度传感器和压力传感器模块以及微型风扇。通过电缆和数据线连接到配电金属环组件上，金属环组件通过圆形绝缘底座固定在轮轴上并和碳刷组件接触导电。碳刷组件安装在外圈上，通过电缆和数据线连接到外置控制器。外置控制器连接到电瓶和发电机。工作过程：汽车钥匙打开后（一键启动的车按下第一次按钮）全车通电。内置的温度压力传感器模块工作，当监测到低温信号发送给外置控制器请求加热。此时，启动发动机进入怠速热车过程。外置控制器检测车内供电系统电压高于13V(以12V轿车供电系统为例)，判断发动机已经启动，发电机开始工作，然后接通继电器给发热膜供电。微型风扇也同时工作，快速将发热膜发出的热量均匀传导到空气中。轮胎内空气加热后，空气热量传导到轮胎橡胶上。轮胎橡胶自身导热能力将热量从里到外逐步传递，使得橡胶整体升温，恢复弹性。

当轮胎内空气温度加热到40°C时，或者轮胎压力达到300KPA。外置控制器断开继电器，停止给发热膜供电。

车轮是滚动的而电瓶和外置控制器不可能滚动。我们借鉴直流电机碳刷结构，设置金属环组件和对应的碳刷组件来解决电力和数据电流传输问题。金属环组件的四个耐磨导电圆环安装在圆圈型的底座上，圆圈形底座安装到轮轴上。碳刷组件也有四个微型碳刷。碳刷前端和金属环接触，碳刷后端有弹簧顶在圆形的外圈上。外圈和内圈有轴承连接，可以相对旋转但不会轴向窜动，这样保证每个碳刷对应一个金属圆环。设计四组金属环和碳刷是为了满足供电和数据的传输要求。对于驱动车轮，轮轴和车轮同步转动，配电环组件的内圈是转动的而外圈是固定的。对于非驱动轮，轮轴是固定的，配电环组件的内圈也是固定的而外圈是和车轮同步转动的。

内置传感器模块由温度传感器、压力传感器组成。负责监控轮胎内的空气温度和压力信号并将电信号发送给外置控制器。当轮胎内空气温度低于零下7℃，启动电发热膜。当轮胎内空气温度达到40℃或者压力超过300KPA时关闭电发热膜。

内置风扇可将发热膜产生的热量快速均匀导出到轮胎内的空气中。设置-7℃启动加热是因为橡胶在这个温度以下快速变硬。工程师也可以根据橡胶的温度特性修改参数值。

外置控制器由微处理器芯片、电压比较器、继电器、电路板、接线端口等构成。电压比较器负责检测发动机是否启动。以轿车为例，正常电瓶电压是12V，发电机工作后的电压是13.8V-14V，当电压比较器检测到电压高于13V并且收到传感器发出的低温信号后，接通继电器给发热膜供电。如果检测到某个轮胎的温度异常升高，也会强制中断这个轮胎的加热。另外在车辆行驶超过30分钟后，轮胎橡胶分子在反复碾压后自己也能升温。外置控制器会强制给四个轮胎内发热膜断电。本装置不用电瓶直接供电给发热膜，以免耗电太多导致电瓶电压过低无法启动发动机。外置控制器有数据输出接口，可以连接一个显示器显示轮胎压力温度、故障码等数据信息，也可以接入汽车电脑和OBD检测系统。

轮辋上钻有圆孔。传感器模块盒底部有空心螺杆，空心螺杆外侧有O型密封圈。空心螺杆与轮辋外侧插头底座连接，并用螺母紧固。电线从空心螺杆引出到外侧插座。外侧插座对应的插头有线束连接到配电环组件。在轮胎修补或者四轮换位时候，用手伸进轮辐内，可以很方便的拔掉插头，拆卸轮胎。外部插座插头连接件内有密封圈防水。

本发明的工作和控制过程全自动，无需驾驶员操作。

本发明原理简单明了，技术上容易实现，元器件容易生产制造。解决了冬季温度偏低轮胎受冷硬化问题，提高了抓地力，保障了行车安全。

本发明采用电发热膜加热，汽车工程师如果改成其他发热元件也视为本专利的保护范围。

附图说明

图1是本发明的原理和部件布局图（以前置前驱转向轮为例）。

图2是本发明的电路连接图。

图3是本发明的配电环碳刷组件示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过实例描述，对本发明的具体实施所涉及的部件，各个部分的位置关系和连接，以及系统的工作原理参数做进一步详细说明。

参照附图，本实例对轮胎加热的装置；轮辋上开圆孔8，传感器模块盒2的空心螺杆穿出和接插件7用螺母固定。

在轮辋表面粘贴电发热膜1，发热膜设计宽度不大于轮辋宽度的1/4，保持3/4的面积不覆盖是为了轮辋还具有正常的散热能力；发热膜底部设有隔热层，防止热量直接从轮辋金属传导耗散掉；发热膜可用耐高温硅橡胶粘结到轮辋上。

三个微型风扇3按照120°角粘贴到轮辋上并和发热膜有导线连接。

发热膜、传感器、插座、风扇等安装后，需要对轮辋做动平衡。

配电环内圈20金属环组件4和碳刷组件5外圈21安装在万向球笼11前端的轮轴6上。

配电环组件内圈20有电线接口18通过电缆数据线14连接到轮辋的接插件7。碳刷组件外圈21有电线接口19通过电缆数据线15连接到外置控制器12。对于兼顾转向加驱动的前轮，动力从半轴通过万向球笼11传递给轮轴6。非驱动轮直接把配电环组件内外圈安装到前端轮轴上，配电环组件内圈20和轮轴连接变成固定，碳刷组件外圈21和车轮连接变成转动。非驱动轮电路连接顺序和驱动轮正好相反。本发明不改变汽车现有结构。轮轴安装配电环组件后需要做动平衡。

内圈20和外圈21由防水轴承22连接，减少运转阻力。

外置控制器12和汽车蓄电池16连接，汽车蓄电池16由电缆和汽车发电机17连接。外置控制器12的基本供电由蓄电池提供，电发热膜供电由汽车发电机17提供。当发动机启动后发电机开始工作并且收到温度过低信号后，外置控制器才接通继电器给轮辋内的电发热膜1供电。

外置控制器12为独立部件。

外置控制器12内安装有电压比较器，电压比较器负责比较电瓶电压和发电机电压的压差，这样可以检测到发动机是否启动。

外置控制器12同时接收内置传感器传出的温度和压力信号，当检测到压力温度信号异常后，强制中断对某个车轮的发热膜供电。

外置控制器12也可以收到具体元器件的故障报错信息。外置控制器设有数据输出接口13,可以连接到汽车电脑或者车内显示器。

Claims (6)

1.一种汽车轮胎加热装置，其特征在于轮胎内部轮辋上表面一周粘贴电发热膜并安装温度压力传感器模块和微型风扇，所述元件通过电缆和数据线连接到轮轴的配电环组件上然后再和外置控制器连接，外置控制器连接到汽车电瓶，汽车电瓶和发电机连接。

2.根据权利要求1所述的汽车轮胎加热装置，其特征在于轮辋上开有圆孔；传感器模块盒底部有空心螺杆，空心螺杆外侧有O型密封圈；空心螺杆与轮辋外侧插座连接并用螺母紧固；电线从空心螺杆引出到外侧插座内的接线端子。

3.根据权利要求1所述的汽车轮胎加热装置，其特征在轮辋外侧插头到配电圆环组件有电缆和数据线束连接；外侧插头可插拔并有防水密封圈与插座耦合。

4.根据权利要求1所述的汽车轮胎加热装置，其特征在于对于前置前驱的转向前轮配电金属环组件和碳刷组件布置在万向球笼前端的轮轴上；碳刷组件通过电缆和数据线连接到外置控制器；对于兼顾转向和驱动的前轮，动力从半轴通过万向球笼传递给轮轴，配电环组件内圈转动，碳刷组件外圈不转动；非驱动轮直接把配电环安装到前端轮轴上，配电环内圈组件静止而碳刷组件外圈随车轮转动；配电环组件连接到外置控制器，而碳刷组件连接到轮辋上电线接口，电路连接方式和驱动车轮正好相反。

5.根据权利要求1所述的轮胎加热装置，配电金属环安装到内圈底座上，内圈底座（绝缘材料制成）安装到前端轮轴上；碳刷组件安装到配电环外圈上；内圈和外圈可以相互高速转动并保持轴向相对静止；电流从外圈内的碳刷到金属环再到内圈底座；内圈外圈上都有电线接口；内外圈通过防水轴承连接。

6.根据权利要求1所述轮胎加热装置，外置控制器和汽车蓄电池连接；汽车蓄电池通过电缆和汽车发电机连接；外置控制器和内置传感器的基本供电由蓄电池提供，电发热膜供电由汽车发电机提供；外置控制器为独立部件；外置控制器内安装有电压比较器，电压比较器负责比较电瓶电压和发电机电压的压差，这样可以检测到发动机是否启动；外置控制器同时接收内置传感器传出的温度和压力信号，当检测温度过低后接通继电器给发热膜通电；温度或者压力达到设定值后，关闭发热膜通电；外置控制器预留数据接口可以连接到汽车电脑或者车内的显示器；外置控制器也具有报错功能，当检测的某个元器件发生故障后报故障码，便于售后检修。