CN109823121A - 轮胎中央充放气自动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮胎中央充放气自动控制系统及方法，该系统包括中央控制阀总成（1）、储气罐（2）、充气控制组件及放气控制组件；充气控制组件包括空气压缩机（4）及无刷电机（5），无刷电机连ECU（6）并通过空气压缩机连储气罐，储气罐连中央控制阀总成；中央控制阀总成连放气控制组件，放气控制组件包括轮边放气阀总成（8）、导电滑环（9）、旋转气室（10）、有源胎压与温度传感器（11）、轮边电子控制单元（12）及单向阀（13），导电滑环为轮边放气阀总成和ECU供电，旋转气室通过单向阀连轮胎；有源胎压与温度传感器（11）连轮边电子控制单元，轮边电子控制单元连轮边放气阀总成及ECU。本发明能实时监测胎压，并自动保持和精确调整胎压。

Description

轮胎中央充放气自动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种汽车轮胎的充放气设备及方法，尤其涉及一种轮胎中央充放气自动控制系统及方法。

背景技术

目前，军用越野车、工程机械、农业机械等车辆上普遍应用了轮胎中央充放气系统（CTIS），如图1所示，该系统包含控制面板KZJM、控制器KZQ、控制阀KZF、线束XS、保压阀KF、旋转气室QS、轮胎阀LT、锁闭阀BS、轮胎TAI、储气筒ZQT以及联接各部件的气管路和线束组成。储气筒ZQT为控制阀KZF提供气源。控制面板KZJM发送测压、充气和放气指令给控制器KZQ，控制阀KZF执行控制器指令，实现对系统的气压控制；充气时，高气压通过控制阀KZF，沿气路、保压阀KF、旋转气室QS、轮胎阀LT、闭锁阀BS、气门嘴后，到达轮胎；其中，轮胎阀LT是单向阀，只能单向导通，轮胎里的气体无法流出。闭锁阀BS是一个手动气阀，上面安装气门嘴，当系统失效时，可以在外部为轮胎充放气。放气时，控制阀KZF给系统一个压力脉冲，旋转气室QS和轮胎阀LT被打开，然后控制阀KZF逐渐缓慢降低气压到预设阈值，这样的情况下，轮胎里的高压气体将逐渐降低到预设阈值，当到达放气的目标气压后，控制阀KZF关闭，保压阀KF会打开，与外界相通，快速释放系统压力，此时轮胎阀LT也迅速闭合，轮胎里的气压将不再降低。

通过轮胎中央充放气系统（CTIS），驾驶员在驾驶室就可以对车辆轮胎进行充气、放气或测压，可提高轮式车辆通过沙漠、泥泞或冰雪等复杂路面的能力，提高汽车通过性、舒适性、燃油经济性及安全性。但现有技术的轮胎中央充放气系统（CTIS）存在如下三个技术难题：

1、CTIS系统充气速度慢，目前最快速度也需要6分钟充满一个车桥。

2、CTIS系统采用轮边放气技术，需要两套管路和旋转气室，布置困难，寿命低，可靠性差，成本尺寸等都较大，而且冬天放气孔宜被冻结；采用集中放气方式，其速度很慢，效率低下，很不利于战场的生存。

3、CTIS系统不能实时显示胎压，每次操作都要先测压，而且测压时间长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轮胎中央充放气自动控制系统（ACTIS）及方法，能实时监测并显示胎压，能自动保持和精确调整胎压以满足各驾驶模式对胎压的要求，提高驾乘体验。

本发明是这样实现的：

一种轮胎中央充放气自动控制系统，包括中央控制阀总成、储气罐、充气控制组件及对应安装在汽车轮胎上的四组放气控制组件；充气控制组件包括空气压缩机及无刷电机，无刷电机的输入端与汽车电子控制单元的输出端连接，无刷电机的输出端通过空气压缩机与储气罐连接，储气罐与中央控制阀总成连接；中央控制阀总成与四组放气控制组件连接，每组放气控制组件包括轮边放气阀总成、导电滑环、旋转气室、有源胎压与温度传感器、轮边电子控制单元及单向阀，导电滑环安装在轮胎的轮毂轴承上，轮边放气阀总成与轮胎气门嘴连接，导电滑环为轮边放气阀总成和汽车电子控制单元供电，旋转气室安装在轮边的轮毂轴承上并与中央控制阀总成连接，位于两对轮毂轴承之间，旋转气室通过单向阀与轮胎连接；有源胎压与温度传感器设置在轮胎内，旋转气室位于气门嘴尾部，轮边电子控制单元的输入端与有源胎压与温度传感器的数据接口连接，轮边电子控制单元的输出端与轮边放气阀总成连接，轮边电子控制单元与汽车电子控制单元无线连接。

所述的中央控制阀总成由四个独立控制的电磁气阀组件构成，四个独立控制的电磁气阀组件分别与四组放气控制组件对应连接。

所述的轮胎中央充放气自动控制系统还包括模式旋钮，模式旋钮与汽车电子控制单元和汽车CAN总线连接。

所述的轮胎中央充放气自动控制系统还包括显示屏，显示屏安装在驾驶室内，显示屏与汽车电子控制单元连接。

所述的储气罐内设有储气罐压力传感器，储气罐压力传感器与汽车电子控制单元连接。

一种轮胎中央充放气自动控制方法，包括如下步骤：

步骤1：通过模式旋钮选择汽车的驾驶模式，在汽车电子控制单元内预设有不同驾驶模式对应的不同胎压要求；

步骤2：有源胎压与温度传感器采集四个轮胎的胎压和温度数据，并通过轮边电子控制单元发送胎压和温度信号到汽车电子控制单元；

步骤3：汽车电子控制单元接收胎压和温度信号，汽车电子控制单元通过中央控制阀总成控制充气控制组件对轮胎充气，并将胎压和温度信号传递给轮边电子控制单元，继而控制轮边放气阀总成对轮胎放气，使轮胎保持预设胎压；

步骤4：显示屏实时显示和监测系统工作状态。

在所述的步骤3中，当轮胎慢漏气时，充气控制组件对轮胎充气的具体方法为：汽车电子控制单元根据有源胎压与温度传感器实时监测和计算漏气速度，并使无刷电机控制空气压缩机将储气罐内的气体通过中央控制阀总成的电磁气阀组件对漏气轮胎进行充气。

在所述的步骤3中，当轮胎胎压低于胎压阈值而车速高于车速阈值时，汽车电子控制单元控制无刷电机经空气压缩机将储气罐内的高压气体输入中央控制阀总成，中央控制阀总成的电磁气阀组件通过旋转气室经单向阀传导到胎压低的轮胎中进行自动充气至预设胎压。

在所述的步骤3中，当车速低于车速阈值而车辆振动加速度大于车辆振动加速度阈值时，汽车电子控制单元通过轮边电子控制单元控制轮边放气阀总成为轮胎放气，导电滑环为轮边放气阀总成供电。

在所述的步骤3中，当轮胎内部温度高于轮胎内部温度阈值且胎压高于胎压阈值时，汽车电子控制单元控制显示屏进行报警。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明可以按照所选择的驾驶模式，对轮胎进行自动充放气至预设胎压，并保持，确保车辆行驶的安全性和平稳性，提高驾乘体验。

2、本发明能在轮胎慢漏气时根据胎压数据实时监测与计算漏气速度，并控制中央控制阀总成和无刷电机对轮胎自动充气，保证轮胎压力符合当前驾驶模式的要求。

3、本发明能在监测到胎压较低而车速较高时为轮胎自动充气到预设额定压力，起到保护轮胎的作用。

4、本发明能在车速较低而振动加速度较大时为轮胎自动放气，降低胎压，提高乘坐的舒适性。

5、本发明可以计算分析胎压和温度数据，并实时显示胎压等系统工作状态，达到实时监测和爆胎预警的目的。

本发明通过有源胎压与温度传感器实时监测并显示胎压，能自动保持和精确调整胎压以满足各驾驶模式对胎压的要求，提高驾乘体验，同时具有应急快速充放气、轮胎状态报警、实时胎压的控制与提醒等功能。

附图说明

图1是现有技术轮胎中央充放气系统的原理图；

图2是本发明轮胎中央充放气自动控制系统的原理图，图中，实线为气路连接线，虚线为电路/信号连接线。

图中，1中央控制阀总成，2储气罐，3储气罐压力传感器，4空气压缩机，5无刷电机，6汽车电子控制单元（ECU），7显示屏，8轮边放气阀总成（WVVA），9导电滑环（CS），10旋转气室（RATG），11有源胎压与温度传感器，12轮边电子控制单元（轮边ECU），13单向阀（OWV），14汽车CAN总线，15模式旋钮，DC直流电源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图2，一种轮胎中央充放气自动控制系统，包括中央控制阀总成1、储气罐2、充气控制组件及对应安装在汽车轮胎上的四组放气控制组件；充气控制组件包括空气压缩机4及无刷电机5，无刷电机5的输入端与汽车电子控制单元6（ECU）的输出端连接，优选的，无刷电机5可采用PWM调速的直流无刷电机，汽车电子控制单元6实时控制无刷电机5的转速和功率，无刷电机5的输出端通过空气压缩机4与储气罐2连接，储气罐2与中央控制阀总成1连接，优选的，储气罐2可采用设有安全阀的高压储气罐，用于高压空气的存储。

所述的中央控制阀总成1与四组放气控制组件连接，每组放气控制组件包括轮边放气阀总成8、导电滑环9、旋转气室10、有源胎压与温度传感器11、轮边电子控制单元（轮边ECU）12及单向阀13。导电滑环9安装在轮胎的轮毂轴承上，轮边放气阀总成8与轮胎气门嘴连接，导电滑环9为轮边放气阀总成8和汽车电子控制单元6供电，轮边放气阀总成8由电磁单向气阀和保护阀组成，电磁单向气阀实现轮边放气，并通过保护阀起到避免异物入侵等作用，导电滑环9的旋转实现连续不断地为轮边放气阀总成8供电，解决了轮边空间受限的问题。旋转气室10安装在轮边的轮毂轴承上并与中央控制阀总成1连接，旋转气室10位于两对轮毂轴承之间，旋转气室10通过单向阀13与轮胎连接，实现充气功能。有源胎压与温度传感器11设置在轮胎内，位于气门嘴尾部，优选的，有源胎压与温度传感器11内置气压传感器PS和温度传感器TS，并带有有源接口和数据接口，用于测量胎压和温度，有源接口外接直流电源DC。轮边电子控制单元12的输入端与有源胎压与温度传感器11的数据接口连接，轮边电子控制单元12的输出端与轮边放气阀总成8连接，轮边电子控制单元12与汽车电子控制单元6无线连接，汽车电子控制单元6负责采集气压传感器、温度传感器、车速、档位、发动机转速、无刷电机转速等信号，并按照内置程序控制中央控制阀总成1、无刷电机5和轮边放气阀总成8，输出各种信号给汽车CAN总线14和显示屏7。

所述的中央控制阀总成1由四个独立控制的电磁气阀组件构成，四个独立控制的电磁气阀组件分别与四组放气控制组件对应连接，可以实现四个轮胎充气管路的独立通与断，从而能给某个轮胎单独充放气。

所述的轮胎中央充放气自动控制系统还包括模式旋钮15，模式旋钮15与汽车电子控制单元6和汽车CAN总线14连接，通过模式旋钮15可用于选择汽车的驾驶模式，如泥地、雪地、沙地、岩石、公路、草地、干土路、石子路等，且不同的驾驶模式分别对应不同的预设胎压，实现轮胎中央充放气自动控制策略，从而确保车辆行驶的舒适和平稳。

所述的储气罐2内设有储气罐压力传感器3，储气罐压力传感器3与汽车电子控制单元6连接，优选的，储气罐压力传感器3为气压传感器，用于测量储气罐2内的压力，并将信号传递给汽车电子控制单元6，确保储气罐2的安全使用。

所述的轮胎中央充放气自动控制系统还包括显示屏7，显示屏7安装在驾驶室内，显示屏7与汽车电子控制单元6连接，用于显示系统工作状况、轮胎气压和温度信息等。

一种轮胎中央充放气自动控制方法，包括如下步骤：

步骤1：通过模式旋钮15选择汽车的驾驶模式，在汽车电子控制单元6内预设有不同驾驶模式对应的不同胎压要求。

步骤2：有源胎压与温度传感器11采集四个轮胎的胎压和温度数据，并通过轮边电子控制单元12发送胎压和温度信号到汽车电子控制单元6，优选的，轮边电子控制单元12可采用射频的方式与汽车电子控制单元6无线连接，便于胎压和温度信号的发送。

步骤3：汽车电子控制单元6接收胎压和温度信号，汽车电子控制单元6通过中央控制阀总成1控制充气控制组件对轮胎充气，并将胎压和温度信号传递给轮边电子控制单元12，继而控制轮边放气阀总成8对轮胎放气，使轮胎保持预设胎压，可单独为一个轮胎进行充放气或多个轮胎同时充放气。

当轮胎损伤而慢漏气时，充气控制组件对轮胎充气的具体方法为：汽车电子控制单元6根据有源胎压与温度传感器11实时监测和计算漏气速度，并使无刷电机5控制空气压缩机4将储气罐2内的气体通过中央控制阀总成1的电磁气阀组件对漏气轮胎进行充气，确保轮胎压力了符合当前驾驶模式的要求。

当轮胎胎压低于胎压阈值而车速高于车速阈值时（轮胎胎压阈值和车速阈值可根据轮胎和汽车生产厂的要求进行具体定义，在泥/沙/雪、公路、越野、石子路等不同的工况下均预设有不同的胎压阈值和车速阈值），汽车电子控制单元6控制无刷电机5经空气压缩机4将储气罐2内的高压气体输入中央控制阀总成1，中央控制阀总成1的电磁气阀组件通过旋转气室10经单向阀13传导到胎压低的轮胎中进行自动充气至预设的额定胎压。优选的，无刷电机5采用可调速无刷电机，空气压缩机4采用高速活塞式空气压缩机，可依据气量需求调整转速与压力，实现很宽泛的流量控制，使轮胎的充气速度提升5倍以上。

当车速低于车速阈值而车辆振动加速度高于车辆振动加速度阈值时（车速阈值和车辆振动加速度阈值可根据轮胎和汽车生产厂的要求进行具体定义，在泥/沙/雪、公路、越野、石子路等不同的工况下均预设有不同的车辆振动加速度阈值和车速阈值），汽车电子控制单元6通过轮边电子控制单元12控制轮边放气阀总成8为轮胎放气，导电滑环9为轮边放气阀总成8供电，达到自动降低胎压的目的，以提高乘坐舒适性，放气速度相对于集中放气可提升10倍以上。

当轮胎内部温度高于轮胎内部温度阈值且胎压高于胎压阈值时（轮胎内部温度阈值和胎压阈值可根据轮胎和汽车生产厂的要求进行具体定义，在泥/沙/雪、公路、越野、石子路等不同的工况下均预设有不同的轮胎内部温度阈值和胎压阈值），汽车电子控制单元6控制显示屏7进行报警，提示轮胎有潜在爆胎风险。

步骤4：显示屏7实时显示和监测系统工作状态，工作状态包括充气、放气、自动补气、驾驶模式（泥/沙/雪、公路、越野、石子路等）等。

本发明轮胎中央充放气自动控制系统的实施方式如下：

在军用轮式车辆中常见的模式旋钮有泥/沙/雪、公路、越野等多种模式。泥/沙/雪的工况下，轮胎接地面积越大，车辆附着能力越强，通过性越好。所以这种情况下，轮胎气压要放低，当驾驶员通过模式旋钮选择驾驶模式，本发明轮胎中央充放气自动控制系统(ACTIS)会依据车速信号、轮速信号、振动加速度信号等判断，是否可以执行放气指令，如可以，则将轮胎压力调整到泥/沙/雪工况下的预设胎压值。当车辆离开泥/沙/雪工况后进入公路时，车速增加，车辆振动加速度减小，系统会根据车速和车辆振动加速度情况自动调整胎压到公路模式的预设胎压值，从而保证车辆的操控性，驾驶安全性。当车辆进入越野路面时，胎压如果过高，车辆舒适性下降，此时，系统会依据车速和车辆振动加速度信号，降低胎压到越野路面的预设胎压值。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轮胎中央充放气自动控制系统，其特征是：包括中央控制阀总成（1）、储气罐（2）、充气控制组件及对应安装在汽车轮胎上的四组放气控制组件；充气控制组件包括空气压缩机（4）及无刷电机（5），无刷电机（5）的输入端与汽车电子控制单元（6）的输出端连接，无刷电机（5）的输出端通过空气压缩机（4）与储气罐（2）连接，储气罐（2）与中央控制阀总成（1）连接；中央控制阀总成（1）与四组放气控制组件连接，每组放气控制组件包括轮边放气阀总成（8）、导电滑环（9）、旋转气室（10）、有源胎压与温度传感器（11）、轮边电子控制单元（12）及单向阀（13），导电滑环（9）安装在轮胎的轮毂轴承上，轮边放气阀总成（8）与轮胎气门嘴连接，导电滑环（9）为轮边放气阀总成（8）和汽车电子控制单元（6）供电，旋转气室（10）安装在轮边的轮毂轴承上并与中央控制阀总成（1）连接，旋转气室（10）位于两对轮毂轴承之间，旋转气室（10）通过单向阀（13）与轮胎连接；有源胎压与温度传感器（11）设置在轮胎内，位于气门嘴尾部，轮边电子控制单元（12）的输入端与有源胎压与温度传感器（11）的数据接口连接，轮边电子控制单元（12）的输出端与轮边放气阀总成（8）连接，轮边电子控制单元（12）与汽车电子控制单元（6）无线连接。

2.根据权利要求1所述的轮胎中央充放气自动控制系统，其特征是：所述的中央控制阀总成（1）由四个独立控制的电磁气阀组件构成，四个独立控制的电磁气阀组件分别与四组放气控制组件对应连接。

3.根据权利要求1所述的轮胎中央充放气自动控制系统，其特征是：所述的轮胎中央充放气自动控制系统还包括模式旋钮（15），模式旋钮（15）与汽车电子控制单元（6）和汽车CAN总线（14）连接。

4.根据权利要求1所述的轮胎中央充放气自动控制系统，其特征是：所述的轮胎中央充放气自动控制系统还包括显示屏（7），显示屏（7）安装在驾驶室内，显示屏（7）与汽车电子控制单元（6）连接。

5.根据权利要求1所述的轮胎中央充放气自动控制系统，其特征是：所述的储气罐（2）内设有储气罐压力传感器（3），储气罐压力传感器（3）与汽车电子控制单元（6）连接。

6.一种利用权利要求1-4中任一所述的轮胎中央充放气自动控制系统的控制方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤1：通过模式旋钮（15）选择汽车的驾驶模式，在汽车电子控制单元（6）内预设有不同驾驶模式对应的不同胎压要求；

步骤2：有源胎压与温度传感器（11）采集四个轮胎的胎压和温度数据，并通过轮边电子控制单元（12）发送胎压和温度信号到汽车电子控制单元（6）；

步骤3：汽车电子控制单元（6）接收胎压和温度信号，汽车电子控制单元（6）通过中央控制阀总成（1）控制充气控制组件对轮胎充气，并将胎压和温度信号传递给轮边电子控制单元（12），继而控制轮边放气阀总成（8）对轮胎放气，使轮胎保持预设胎压；

步骤4：显示屏（7）实时显示和监测系统工作状态。

7.根据权利要求6所述的轮胎中央充放气自动控制方法，其特征是：在所述的步骤3中，当轮胎慢漏气时，充气控制组件对轮胎充气的具体方法为：汽车电子控制单元（6）根据有源胎压与温度传感器（11）实时监测和计算漏气速度，并使无刷电机（5）控制空气压缩机（4）将储气罐（2）内的气体通过中央控制阀总成（1）的电磁气阀组件对漏气轮胎进行充气。

8.根据权利要求6所述的轮胎中央充放气自动控制方法，其特征是：在所述的步骤3中，当轮胎胎压低于胎压阈值而车速高于车速阈值时，汽车电子控制单元（6）控制无刷电机（5）经空气压缩机（4）将储气罐（2）内的高压气体输入中央控制阀总成（1），中央控制阀总成（1）的电磁气阀组件通过旋转气室（10）经单向阀（13）传导到胎压低的轮胎中进行自动充气至预设胎压。

9.根据权利要求6所述的轮胎中央充放气自动控制方法，其特征是：在所述的步骤3中，当车速低于车速阈值而车辆振动加速度高于车辆振动加速度阈值时，汽车电子控制单元（6）通过轮边电子控制单元（12）控制轮边放气阀总成（8）为轮胎放气，导电滑环（9）为轮边放气阀总成（8）供电。

10.根据权利要求6所述的轮胎中央充放气自动控制方法，其特征是：在所述的步骤3中，当轮胎内部温度高于轮胎内部温度阈值且胎压高于胎压阈值时，汽车电子控制单元（6）控制显示屏（7）进行报警。