CN112124014A - 一种具有监测传感器的特巨型轮胎胎冠及轮胎 - Google Patents

Abstract

一种具有监测传感器的特巨型轮胎胎冠及轮胎，所述监测传感器安装在胎冠的内部并位于基部胶与带束层之间，沿周向多组分布排列，且所述监测传感器至少包括温度检测模块。本发明通过安装在特巨型轮胎胎冠内部的监测传感器，能够实时监测胎面及带束层温度并将数据通过无线通信发送到车载数据终端或手持装置等接收装置。可及时发现内部可能出现脱空故障的位置，为维修人员快速确定解决方案提供了一个有效的手段，可以防止故障扩大而导致轮胎的报废。在故障出现的初期采取维修措施，不仅提高轮胎的使用寿命，还提高了车辆运行安全性、避免财产的重大损失。

Description

一种具有监测传感器的特巨型轮胎胎冠及轮胎

技术领域

本发明涉及一种具有监测传感器的特巨型轮胎胎冠及轮胎，特别涉及一种具有可监测轮胎脱空等缺陷的监测传感器的特巨型轮胎胎冠及轮胎。

背景技术

所谓特巨型轮胎，参照中华人民共和国化工行业标准《HG/T2177-2011》轮胎外观质量标准中轮胎尺寸的划分，轮辋名义直径33英寸及以上且名义断面宽度为24英寸及以上的充气轮胎，为特巨型轮胎。目前满足此规格要求的轮胎主要用于非铺装路面的大型矿用车辆及工程车辆，以下统一称为特巨型轮胎。例如轮胎规格59/80R63的特巨型轮胎，直径在4000mm左右，重量5.5吨/条，价格昂贵，平均使用寿命约4000至5000小时。

特巨型轮胎应用在矿山作业车辆上，矿山路面一般是采用现场的碎石铺设，路面上大量散落的尖锐锋利石块容易使轮胎出现切割、刺扎损伤。而且路面坑洼不平、坡度大、弯道多，轮胎的动载荷变形及冲击使轮胎发热量大、强度降低，加重了故障的伤害。对工程轮胎来说，脱空故障是导致轮胎报废的主要原因。所谓脱空是指轮胎内部胶层之间、或者胶层与钢丝之间出现的分离现象。大面积的脱空故障造成轮胎结构的破坏，无法修复，而且存在爆胎等重大安全事故的危险。

使用中的脱空多是因为损伤导致。由于特巨型轮胎体积、厚度较大，有些刺扎损伤不会导致轮胎马上漏气，驾驶人员不能及时发现。当泥沙进入轮胎伤口以后，随着轮胎的滚动、碾压，沙砾之间及沙砾与橡胶之间不断摩擦导致内部伤口逐步扩大，逐渐导致轮胎出现无法修补的脱空而报废。如果刺扎损伤较深致使带束层钢丝出现暴露、损伤的情况，钢丝在空气、水分作用下，很快会出现锈蚀并与橡胶脱离。随着轮胎的运行，脱离面摩擦产生热量，致使橡胶性能下降，进一步加剧了脱离现象，逐渐导致轮胎出现无法修补的脱空而报废。

有的轮胎由于制造时的问题，在胎面内部会出现无法检测到的空隙，随着轮胎运行过程中的自然温升及轮胎滚动的挤压作用下，空隙会增大，导致出现橡胶间的摩擦，最终形成内部大范围脱空而报废。

以现有技术，轮胎在脱空初期被发现可以进行修复，但目前并没有较成熟的脱空监测方法。根据实际应用的经验，由于一般的轿车轮胎及卡客车轮胎的体积较小，生产时的胶料均匀度很好，一般不会产生制造脱空的情况，且材料厚度较低，出现刺扎故障时，很容易就直接造成漏气，使用者易于觉察，所以不需采用脱空故障监测手段。因此现有技术中对于脱空检查的研究还是相对较少。目前判断工程轮胎脱空的手段，在现场是采用敲打轮胎的方法，通过观察及侦听声音来判断，受环境噪音及操作者经验影响，准确率较低，且特巨型轮胎胎面宽厚、敲打时几乎感觉不到声音变化。还有一种方法是将轮胎拆下，通过专用的检验设备来进行，但是非常不方便，而且这种检验设备价格过高，一般用户不可能配备。由于特巨型轮胎的价值昂贵，提前报废是一种重大经济损失。因此需要找到一种方法，能够在脱空的早期发现故障情况，用较低的成本及时的进行修复，从而避免轮胎报废导致的重大经济损失。

发明内容

为了解决现有技术无法早期发现特巨型工程轮胎脱空故障且不能准确确定故障位置、无法及时判断刺扎等损伤的严重程度，轮胎不能及时得到检修，使得脱空范围扩大导致轮胎报废的问题，本发明提供一种具有监测传感器的特巨型轮胎。

本发明的技术方案如下：

一种具有监测传感器的特巨型轮胎胎冠，其特征在于所述监测传感器安装在胎冠的内部并位于基部胶与带束层之间，沿周向多组分布排列，且所述监测传感器至少包括温度检测模块。

优选的所述监测传感器的排列方式为与轮胎的胎面花纹块相对应，在胎冠周向按沿周排布的每组花纹块或者每间隔1组或多组花纹块的间距设置1组传感器；每组传感器沿轮胎轴向的阵列数为至少1个，其位置在胎冠中心附近或/和胎冠两侧胎肩附近。

进一步优选的沿轮胎周向每间隔一块花纹设置一组传感器，每组由沿轮胎轴向的3个监测传感器构成，分别位于胎冠周向的中心位置及胎冠两侧靠近胎肩的位置。

优选的胎冠表面具有盲孔，孔底位于到基部胶及带束层之间，所述监测传感器安装于孔底，上部装入填充橡胶棒或橡胶生胶料。

优选的所述监测传感器还包括微处理单元MCU、无线通信模块、电池、外围电路。微处理单元MCU及外围电路至少能够完成运算、控制、存储、模数转换、数据处理、电源管理等任务。电池为传感器主体中各模块提供电能。传感器主体所包含的各组成部分可以是一个芯片或部件，也可以是多个芯片或部件，其中的芯片或者部件集成了传感器主体的部分模块或者全部模块。能够将获取的数据通过无线通讯的方式发送到一种接收装置，这种接收装置可为车载数据终端。

优选的其它监测模块可包括检测轮胎转动的姿态检测模块，所述姿态检测模块具有加速度传感器和/或陀螺仪。使传感器能够判断轮胎的滚动，区分不同状态的温度参数，并按照设定的程序执行相应操作。

优选的所述其它检测模块还包括具有检测轮胎花纹磨损量的磨耗检测模块。所述磨耗检测模块设置于花纹块内，与轮胎花纹同步损耗，并将采集的数据发送到车载数据终端或手持装置，

优选的每个监测传感器具有用于身份识别的唯一编码，使其在车载数据终端及数据管理系统中唯一的标识一个传感器。

优选的所述胎冠为新轮胎、翻新轮胎或已经使用的轮胎的胎冠。

一种采用前述胎冠的轮胎，所述轮胎为新轮胎、翻新轮胎或已经使用的轮胎。

有益的效果：

本发明的特巨型轮胎胎冠实现了通过监测传感器来监测胎冠内部温度，进而可以判断特巨型轮胎早期脱空故障。本发明通过安装在特巨型轮胎胎冠内部的监测传感器(以下简称传感器)，能够实时监测胎面及带束层温度并将数据通过无线通信发送到车载数据终端或手持装置等接收装置。采用胎冠侧安装的方式，安装时对轮胎带束层及主钢丝无任何影响，避免做胎体贯穿安装时形成的钢丝损伤、避免破坏胎体的受力结构。

1、当轮胎出现制造脱空故障，或者由于胎冠及带束层损伤导致出现深层损伤、或者由于损伤而出现内部脱空故障时，故障点及附近材料会在材料摩擦及挤压的作用下形成局部温度异常升高的情况。因此在轮胎出现脱空故障时，伴随的是局部材料的摩擦所产生的大量热能，导致局部材料温度升高产生异常变化。采用在轮胎胎冠内部沿周向及轴向进行阵列设置多个无线温度传感器的措施，可以在车辆运行中实时获取轮胎各监测点的温度，可以相对准确的反映故障状态。通过对所有的检测点温度数据进行分析及对比，即可及时发现内部可能出现脱空故障的位置，为维修人员快速确定解决方案提供了一个有效的手段，可以防止故障扩大而导致轮胎的报废。在故障出现的初期采取维修措施，不仅提高轮胎的使用寿命，还提高了车辆运行安全性、避免财产的重大损失。

2、利用加速度和/或陀螺仪元件可以判断轮胎的运行状态，并以此制定传感器的工作策略，能够减少传感器的能耗，提高电池寿命，且可以根据轮胎的运行状态准确判断测的结果所反映的轮胎内部实际状态。

3、通过传感器带有的无线通信功能，能够将数据实时发送到接收装置进行显示，并可以通过接收装置将数据发送到远程的数据管理系统，对全部数据进行保存及分析，进而为轮胎的选择及使用提供优化的方案。

4、为确保行车安全，现有技术的轮胎使用过程中，需人工定期检查轮胎的磨损情况，依此判断轮胎及车辆的使用状态。通过在胎冠监测传感器中增加磨耗检测模块，能够按设定的策略检测轮胎的磨损量，同时可以发现局部磨损、过度磨损及偏磨等异常磨损情况，减少人员的工作强度并提高了工作效率。通过轮胎的磨损量监测还可以为车辆及轮胎的运行状态判定提供数据，告知使用者及时排查车辆及路况故障，为安全行车提供一定保障。

附图说明

图1：实施例1的胎冠断面示意图；

图2：实施例1监测传感器的排列方式及花纹对应关系示意图；

图3：实施例1传感器的系统结构框图；

图4：实施例1传感器结构示意图；

图5：实施例2的胎冠断面示意图；

图6：实施例2传感器结构示意图；

图7：图1中Ⅰ处放大图；

图8：图6中Ⅱ处放大图。

图中各标号列示如下：

1-外壳，2-电池，3-特高频通信天线，4-微处理单元MCU，5-低频通信天线，6-温度检测模块，7-传感器，8-损耗橡胶体，10-盲孔，11-基部胶，12-带束层，13-填充橡胶棒。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明进行进一步的解释。

实施例1

本实施例为一种具有轮胎监测传感器的特巨型轮胎胎冠，可实时监测轮胎胎面及带束层的温度。本实施例传感器的安装方式如图1和图7所示，在轮胎胎冠上加工深度到基部胶11及带束层12之间的盲孔10，将本实施例的传感器7安装到孔底，在盲孔10内装入带有橡胶粘贴胶料的填充橡胶棒13，并排除盲孔10内空气，其中填充橡胶棒13可用橡胶生胶料替代，并硫化使其与轮胎成为一体。

本实施例传感器的安装规律如图2所示，沿轮胎周向每间隔一块花纹设置一组传感器7，每组由沿轮胎轴向的3个监测传感器7构成，分别位于胎冠周向的中心位置及胎冠两侧靠近胎肩的位置，例如如图2所示最上面被虚线框起的三个即为一组组1，下面三个被虚线框起的为另一组组2，中间未框起的为间隔的组。

其传感器7的主要功能结构框图如图3所示，具体结构如图4所示，传感器包括微处理单元MCU4、温度检测模块6，特高频通信天线3和低频通信天线5、电池2、外壳1，其低频无线通信模块及特高频无线通信模块与微处理单元MCU4通过电路连接；其加速度传感器集成于温度检测模块6中。传感器所有部件安装在一个外壳1里，温度检测模块6贴紧外壳1底部内壁，使其直接测量外壳1所接触的橡胶温度，提高温度测量的准确性。

所述微处理单元MCU4及外围电路，至少能够完成运算、控制、存储、模数转换、数据处理、电源管理等任务，并通过特高频通信天线3将采集的数据发送到车载数据终端。

实际使用时，在不停车的情况下即可实时获取各监测点的温度，可以反映真实的故障状态。通过对所有的检测点温度数据进行分析及对比，即可及时发现内部可能出现脱空故障的位置，便于及时检修。

实施例2：

在实施例1的特巨型轮胎胎冠基础上，将其监测传感器7增加了磨耗检测模块，形成同时具有温度检测及磨耗量检测的监测传感器9，如图5、6、8所示。在图4所示的监测传感器7基础上增加损耗橡胶体8的磨耗检测模块，其具有与盲孔匹配的尺寸，同时采用能够与损耗橡胶体8整体连接的外壳。通过增加磨耗检测模块使传感器成为具有温度及磨耗量检测功能的轮胎监测传感器，进一步的扩展了监测传感器的功能。所述监测传感器9能够按设定的策略检测轮胎的磨损量，同时可以发现局部磨损、过度磨损及偏磨等异常磨损情况。为车辆及轮胎的运行状态判定提供数据，通过轮胎的磨损量监测能够告知使用者及时排查车辆及路况故障，为安全行车提供保障。

Claims (9)

1.一种具有监测传感器的特巨型轮胎胎冠，其特征在于所述监测传感器安装在胎冠的内部并位于基部胶与带束层之间，沿周向多组分布排列，且所述监测传感器至少包括温度检测模块。

2.根据权利要求1所述的特巨型轮胎胎冠，其特征在于所述监测传感器的排列方式为与轮胎的胎面花纹块相对应，在胎冠周向按沿周排布的每组花纹块或者每间隔1组或多组花纹块的间距设置1组传感器；每组传感器沿轮胎轴向的阵列数为至少1个，其位置在胎冠中心附近和/或胎冠两侧胎肩附近。

3.根据权利要求2所述的特巨型轮胎胎冠，其特征在于沿轮胎周向每间隔一块花纹设置一组传感器，每组由沿轮胎轴向的3个监测传感器构成，分别位于胎冠周向的中心位置及胎冠两侧靠近胎肩的位置。

4.根据权利要求1所述的特巨型轮胎胎冠，其特征在于胎冠表面具有盲孔，孔底位于到基部胶及带束层之间，所述监测传感器安装于孔底，上部装入填充橡胶棒或橡胶生胶料。

5.根据权利要求1所述的特巨型轮胎胎冠，其特征在于所述所述监测传感器还包括具有检测轮胎花纹磨损量的磨耗检测模块，所述磨耗检测模块设置于花纹块内，与轮胎花纹同步损耗。

6.根据权利要求1所述的特巨型轮胎胎冠，其特征在于所述监测传感器还包括检测轮胎转动的姿态检测模块，所述姿态检测模块具有加速度传感器和/或陀螺仪。

7.根据权利要求1所述的特巨型轮胎胎冠，其特征在于每个监测传感器具有用于身份识别的唯一编码，使其在车载数据终端及数据管理系统中唯一的标识一个传感器。

8.根据权利要求1-7任一所述的特巨型轮胎胎冠，其特征在于所述胎冠为新轮胎、翻新轮胎或已经使用的轮胎的胎冠。

9.一种采用权利要求1-8任一所述的胎冠的轮胎，所述轮胎为新轮胎、翻新轮胎或已经使用的轮胎。

Images