CN112498019B - 一种利用胎压检测车辆载重量的检测系统及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用胎压检测车辆载重量的检测系统及检测方法，包括多个轮胎监测组件、多个发送器、接收调理模块、中央处理器和比较器，多个轮胎监测组件均预设有其独立的ID序列号并置于混凝土罐车的不同轮胎内；多个发送器置于不同的轮胎内；接收调理模块用于接收并调理所有所述发送器所发送的每个ID序列号的轮胎所对应的胎内压力及温度数据信号，中央处理器用于接收经接收调理模块调理后的胎内压力及温度数据，比较器内预先设定每个独立的ID序列号的轮胎所对应的额定载重阈值以及总车辆的额定载重阈值，与中央处理器双向电连接。本利用胎压检测车辆载重量的检测系统及检测方法，能够有效快速准确测量车辆的载荷量，实时性好。

Description

一种利用胎压检测车辆载重量的检测系统及检测方法
技术领域
本发明涉及水泥罐车测重技术领域，尤其涉及一种利用胎压检测车辆载重量的检测系统及检测方法。
背景技术
目前，水泥罐车是目前混凝土泵站与施工地之间的主要运输工具，其由于体型太重量重，其一直是道路交通中的巨无霸，为此其一旦因为超重而发生事故，其往往成为道路上的重要危险源。水泥罐车的主要危险除了人为因素外，剩余因素中就是水泥罐车载重量的问题，在运输过程中往往因为水泥罐车因为超载而导致车轮爆胎，进而导致车辆失去控制发生事故。
虽然目前的水泥罐车都有基本的额定载荷体积，但是由于不同的混凝土所采用的原料、以及原料配比不同，导致了相同体积内的不同混凝土其的重量也不同，如果只是简单地通过额定载荷体积来判断整个水泥罐车是否超载显然是不合理的。而且在水泥罐车在不同的温度下工作，其的载荷量也不尽相同。
因此如果是每次水泥罐车在出搅拌站时过地磅，虽然可以实现出站监控，但是这样的方式仅仅是通过把控整车的载重量，例如中国专利ZL201911152332.0-一种离散式车辆轮胎承重检测方法中公开了一种通过车辆碾压设置在道路上的压力传感器实时检测来车辆中重量的方案，但是这类检测系统设置在固定的道路上，其次车辆碾压容易损坏，为此该技术方案的效果并不是很理想，并不能根据当天或者运输过程道路实际的工作环境进行检测轮胎是否处于安全的运行胎压内。
针对与上述的问题，中国专利ZL201310445351.9-一种基于胎压监测系统的超载提醒方法中公开了一种利用测量车轮轮胎内部压力反向测算每个轮胎所产生的载重压力，能够满足一般车辆的简单胎压监测需求。但是在该技术方案中仅仅是考虑到轮胎受热后的膨胀因素，而在水泥罐车载荷运输过程中，由于轮胎温度温升，导致了轮胎内气压受热膨胀，同时轮胎本身也会受热膨胀，因此该技术方案中并没有考虑轮胎和胎内气体在受热时均膨胀的情况，得整个测算方案不够准确合理。为此需要提供一种通过胎压准确检测载荷量的测量方法或者装置来解决上述的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决上述所提及的技术问题之一，提供一种利用胎压检测车辆载重量的检测系统及检测方法，能够有效快速准确测量车辆的载荷量，实时性好。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用胎压检测车辆载重量的检测系统，包括：
多个轮胎监测组件，其均预设有其独立的ID序列号并置于混凝土罐车的不同轮胎内，用于检测胎内压力及温度数据；
多个发送器，置于不同的轮胎内，用于将对应轮胎内的所述轮胎监测组件所检测到的胎内压力及温度数据信号向外发送；
接收调理模块，用于接收并调理所有所述发送器所发送的每个ID序列号的轮胎所对应的胎内压力及温度数据信号，
中央处理器，用于接收经接收调理模块调理后的胎内压力及温度数据，并对接收到的数据信号进行计算处理，生成胎内压力值及温度值；及
比较器，其内预先设定每个独立的ID序列号的轮胎所对应的额定载重阈值以及总车辆的额定载重阈值，用于接收中央处理器输送的胎内压力值及温度值，并将该胎内压力值及温度值与预设的报警阈值比较，与中央处理器双向电连接。
作为上述技术方案的改进，所述接收调理模块包括
无线射频接收器，用于接收多个发送器所发送的胎内压力及温度数据信号；
信号放大器，其用于放大无线射频接收器所接收到每个独立的ID序列号的轮胎所对应胎内压力及温度数据信号；
滤波器，其与所述信号放大器连接，用于去除放大后每个独立的ID序列号的轮胎所对应胎内压力及温度数据信号中的噪音；
模数转换器，其与所述滤波器连接，用于将去除噪音后的每个独立的ID序列号的轮胎所对应胎内压力及温度数据信号转换为数字信号后发送到中央处理器。
作为上述技术方案的改进，所述轮胎监测组件包括温度传感器、气压传感器和内部计时器，所述轮胎监测传感器和温度传感器根据所述计时器预设的时间间隔，开启轮胎压力和温度检测，并将所检测的数据信号通过发送器向外输送。
作为上述技术方案的改进，还包括报警器，所述报警器与中央处理器电连接。
作为上述技术方案的改进，所述发送器为无线射频发射器。
一种利用胎压检测车辆载重量的检测方法，每个轮胎监测组件均预设有其独立的ID序列号，在比较器中预先设定每个轮胎的额定载重阈值，中央处理器根据独立的ID序列号来判断数据和信号的来源，以及数据和信号所对应的轮胎，包括以下步骤：
S1、每组轮胎监测组件定时检测对应轮胎内的压力及温度，并通过其对应发射器将轮胎压力及轮胎温度信号发送至接收调理模块；
S2、接收调理模块接收并调理发射器所发送的每个ID序列号的轮胎所对应的胎内压力及温度数据信号；
S3、中央处理器接收经接收调理模块调理后的胎内压力及温度数据信号，并对接收到的数据信号进行计算处理，生成每个ID序列号的轮胎所对应的胎内压力值及温度值，以及根据所述胎内压力及温度数据信号内的独立的ID序列号来识别所对应的轮胎；
S4、中央处理器计算每个轮胎内的轮胎载重压力以及所有ID序列号的轮胎所对应的总压力值，通过所有轮胎压力的总压力值除去当地的重力加速度再减去车辆的空载质量得到车辆的实际载重量，并将车辆的实际载重量的数据信号输送至比较器，比较器判断车辆的载重量是否超过预先设置的额定载重阈值，若是则进行超载提醒；
单个轮胎温度上升导致轮胎压力上升值为：
△P＝P0×(1-V1(1+3α(t-T))/V2(1+0.00367(t-T)))
其中，t为轮胎温度，单位为℃；P0为轮胎标准压力，预先设置在接收调理模块中；T为常温23℃；V1为轮胎的初始体积，单位为m3；V2为轮胎气压的初始体积，单位为m3，α为轮胎热膨胀系数；
每个ID序列号所对应的轮胎载重压力为：
P＝(Pt-△P)
其中，Pt为轮胎监测传感器检测的轮胎压力；
整个车辆的实际载重量为：
m＝∑Pn/g-M
其中，n为轮胎的数量，M为车辆的空载质量，g为当地的重力加速度。
作为上述技术方案的改进，在S3与S4之间还包括以下步骤：
S31、中央处理器将每个ID序列号的轮胎所对应的胎内压力值及温度值发送至比较器，比较器将该胎内压力值与预设的每个独立的ID序列号所对应的轮胎所对应的额定轮胎载重压力比较；将比对结果返回中央处理器；
S32、中央处理器根据比较器的对比结果发出指令，若每个独立的ID序列号所对应的轮胎内的当前轮胎载重压力任一超过比较器内的预设额定载重阈值，则向报警器发出报警信号，同时中央处理器向外界终端显示设备显示触发报警信号的轮胎的ID序列号；若每个独立的ID序列号所对应的轮胎内的当前轮胎载重压力均不超过比较器内的预设额定载重阈值，则进入下一步。
作为上述技术方案的改进，所述轮胎热膨胀系数α为100×10-6～185×10-6。
与现有技术相比本申请的有益效果是：
本发明的检测系统在每个轮胎上利用轮胎监测组件实现实时检测胎内压力及温度数据，通过发送器与接收调理模块的配合实现无线接收检测数据，减少车辆的布线，降低成本，减少操作复杂度；同时接收调理模块能够调理所有所述发送器所发送的每个ID序列号的轮胎所对应的胎内压力及温度数据信号，减少其他因素影响胎内压力及温度数据信号的失真度；中央处理器根据接收调理模块所提供轮胎压力和轮胎温度对车辆每个轮胎产生的压力判断车辆是否处于超载状态，若车辆处于超载状态则进行超载提示，超载检测实时性好、效率高，准确率高，且实施方便简单，成本低，通过实时监测车辆的载重情况，提高行车的安全性。
附图说明
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明实施例的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件，当部件被称为“设置在中部”，不仅仅是设置在正中间位置，只要不是设置在两端部都属于中部所限定的范围内。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合
如图1所示，本发明提供了一种利用胎压检测车辆载重量的检测系统，包括多个轮胎监测组件、多个发送器、接收调理模块、中央处理器和比较器，多个轮胎监测组件均预设有其独立的ID序列号并置于混凝土罐车的不同轮胎内，用于检测胎内压力及温度数据；多个发送器置于不同的轮胎内，用于将对应轮胎内的所述轮胎监测组件所检测到的胎内压力及温度数据信号向外发送；接收调理模块用于接收并调理所有所述发送器所发送的每个ID序列号的轮胎所对应的胎内压力及温度数据信号，中央处理器用于接收经接收调理模块调理后的胎内压力及温度数据，并对接收到的数据信号进行计算处理，生成胎内压力值及温度值；比较器内预先设定每个独立的ID序列号的轮胎所对应的额定载重阈值以及总车辆的额定载重阈值，用于接收中央处理器输送的胎内压力值及温度值，并将该胎内压力值及温度值与预设的报警阈值比较，与中央处理器双向电连接。
其中本申请中对每个轮胎进行编号成独立的ID序列号，这样便于工作人员实时了解每个轮胎的实时胎内压力，便于整体把控整个车辆的载重安全。因为在实际的运输过程中，有可能某个轮胎磨损后，而导致了整个轮胎的变形量增大，而胎内的压力值并未超过额定压力值，这时常规的检测手段则会显示该轮胎安全。因此在车辆轮胎内压力值时需要考虑整个轮胎热变形后的体积增大问题，这样在检测轮胎内压力值时更准确。中央处理器在本实施例中为单片机，且单片机的型号为89C51；而比较器为市场上的常规的比较电路或者集成模块即可。
进一步的，为了使得中央处理器所接收到的每个ID序列号所对应的胎内压力及温度数据更加准确，减少外部数据干扰，所述接收调理模块包括无线射频接收器、信号放大器、滤波器和模数转换器，其中，无线射频接收器用于接收多个发送器所发送的胎内压力及温度数据信号；信号放大器用于放大无线射频接收器所接收到每个独立的ID序列号的轮胎所对应胎内压力及温度数据信号；滤波器与所述信号放大器连接，用于去除放大后每个独立的ID序列号的轮胎所对应胎内压力及温度数据信号中的噪音；模数转换器与所述滤波器连接，用于将去除噪音后的每个独立的ID序列号的轮胎所对应胎内压力及温度数据信号转换为数字信号后发送到中央处理器。由于接收调理模块内置有无线射频接收器，为此所述发送器为无线射频发射器。
进一步的，在本申请中轮胎监测组件由于需要同时检测对应轮胎内的温度和压力值，为此所述轮胎监测组件包括温度传感器、气压传感器和内部计时器，所述轮胎监测传感器和温度传感器根据所述计时器预设的时间间隔，开启轮胎压力和温度检测，并将所检测的数据信号通过发送器向外输送。其中，内部计时器能够实现实时控制温度传感器、气压传感器进行检测轮胎内的温度和压力值。
在本申请的一些实施例中，由于轮胎为相对独立的检测目标，为此本轮胎监测组件还包括了电源模块，其中电源模块可以为蓄电池。而中央处理器和比较器安装在轮胎外部，这时可以与车辆的供电系统连接，例如车辆点烟器进行通电连接，这时需要电源模块进行转换电压。这个外部的电源模块，优选型号为TB01-T2S05的电源模块。此外，所述电源模块8的输出电压为12～24V。
在本申请的一些实施例中，本检测系统还包括报警器，所述报警器与中央处理器电连接，报警器主要用于每个轮胎的额定压力报警以及整车载荷报警。为了便于提高数据可视化，本申请的一些实施例中，本检测系统还包括显示屏，其中显示屏可以安装在车辆的驾驶室内，便于驾驶员进行观察判断每个轮胎的压力值以及整车的压力载荷等。
本发明的检测系统在每个轮胎上利用轮胎监测组件实现实时检测胎内压力及温度数据，通过发送器与接收调理模块的配合实现无线接收检测数据，减少车辆的布线，降低成本，减少操作复杂度；同时接收调理模块能够调理所有所述发送器所发送的每个ID序列号的轮胎所对应的胎内压力及温度数据信号，减少其他因素影响胎内压力及温度数据信号的失真度；中央处理器根据接收调理模块所提供轮胎压力和轮胎温度对车辆每个轮胎产生的压力判断车辆是否处于超载状态，若车辆处于超载状态则进行超载提示，超载检测实时性好、效率高，准确率高，且实施方便简单，成本低，通过实时监测车辆的载重情况，提高行车的安全性。
本申请还提供了一种利用胎压检测车辆载重量的检测方法，每个轮胎监测组件均预设有其独立的ID序列号，在比较器中预先设定每个轮胎的额定载重阈值，中央处理器根据独立的ID序列号来判断所述数据和信号的来源，以及所述数据和信号所对应的轮胎，包括以下步骤：
S1、每组轮胎监测组件定时检测对应轮胎内的压力及温度，并通过其对应发射器将轮胎压力及轮胎温度信号发送至接收调理模块；
S2、接收调理模块接收并调理所述发送器所发送的每个ID序列号的轮胎所对应的胎内压力及温度数据信号；
S3、中央处理器接收经接收调理模块调理后的胎内压力及温度数据信号，并对接收到的数据信号进行计算处理，生成每个ID序列号的轮胎所对应的胎内压力值及温度值，以及根据所述胎内压力及温度数据信号内的独立的ID序列号来识别所对应的轮胎；
S4、中央处理器计算每个轮胎内的轮胎载重压力以及所有ID序列号的轮胎所对应的总压力值，通过所有轮胎压力的总压力值除去当地的重力加速度再减去车辆的空载质量得到车辆的实际载重量，并将车辆的实际载重量的数据信号输送至比较器，比较器判断车辆的载重量是否超过预先设置的额定载重阈值，若是则进行超载提醒；
单个轮胎温度上升导致轮胎压力上升值为：
△P＝P0×(1-V1(1+3α(t-T))/V2(1+0.00367(t-T)))
其中，t为轮胎温度，单位为℃；P0为轮胎标准压力，预先设置在接收调理模块中；T为常温23℃；V1为轮胎的初始体积，单位为m3；V2为轮胎气压的初始体积，单位为m3，α为轮胎热膨胀系数；
每个ID序列号所对应的轮胎载重压力为：
P＝(Pt-△P)
其中，Pt为轮胎监测传感器检测的轮胎压力；
整个车辆的实际载重量为：
m＝∑Pn/g-M
其中，n为轮胎的数量，M为车辆的空载质量，g为当地的重力加速度。
在本申请中，所述轮胎热膨胀系数α为100×10-6～185×10-6，适用于多种类型的轮胎材质。其中，所述额定载重阈值为车辆在额定载重时，每个轮胎所安装对应位置时所对应的轮胎所承受的额定重量值的总和。在本申请中，由于整个混凝土罐车的重心基本位于整个车体的中部，为此车辆的所有轮胎的受到的基本载荷相同，为此整车的轮胎基本采用相同性能的轮胎。但是由于不同的轮胎在车辆使用过程可能磨损量不同，导致了每个轮胎的温变情况也不同以及膨胀量也不同，如果轮胎是在安全范围内进行使用，则轮胎的膨胀量与温度之间基本呈现一定的线性规律，这时的轮胎外形完好，不会出现鼓包或漏气的情况出现。其中，鼓包或者漏气的情况会使得整个轮胎内的压力值骤变，因此每个轮胎所检测到的压力值与常规温度下的压力值存在较大差距时，这时工作人员可以马上判断该轮胎存在安全问题。
轮胎在静态时，轮胎在受压后会形变，内部体积变小，胎内压力也会升高，这时所有轮胎内的胎内压力值基本等于整个车辆载荷重量。但是在动态过程中，轮胎在转动过程中与以地面摩擦后，轮胎温度升高，这时会发生线型膨胀，整个轮胎内部的容积相对静态时会变大，因此这时还要考虑运输过程中测量轮胎内压力值需要考虑轮胎和胎内气体在受热时均膨胀的情况。因此轮胎温度上升导致轮胎压力上升值应该等于气体膨胀的体积减去轮胎膨胀后增加的体积，这样整个轮胎在使用过程中的胎压更加准确。
在本申请的一个改进方案中，可能存在某个轮胎出现了气压过高的情况，这时可能是温升过高或者是轮胎出现了质量问题，这时为了提高混凝土罐车运行的安全性，在S3与S4之间还包括以下步骤：
S31、中央处理器将每个ID序列号的轮胎所对应的胎内压力值及温度值发送至比较器，比较器将该胎内压力值与预设的每个独立的ID序列号所对应的轮胎所对应的额定轮胎载重压力比较；将比对结果返回中央处理器；
S32、中央处理器根据比较器的对比结果发出指令，若每个独立的ID序列号所对应的轮胎内的当前轮胎载重压力任一超过比较器内的预设额定载重阈值，则向报警器发出报警信号，同时中央处理器向外界终端显示设备显示触发报警信号的轮胎的ID序列号；若每个独立的ID序列号所对应的轮胎内的当前轮胎载重压力均不超过比较器内的预设额定载重阈值，则进入下一步。
在上述实施例中，S32中的下一步则是S4，这样便于系统进行计算整车的额定载重量。在S31的主要作用是单独判断单个轮胎的内部载荷量，避免单个轮胎出现了异常的状况。其中，中央处理器根据比较器的对比结果发出指令，若每个独立的ID序列号所对应的轮胎内的当前轮胎载重压力任一超过比较器内的预设额定载重阈值，则向报警器发出报警信号。此外比较器内还存储有每个独立的ID序列号所对应的轮胎的压力下限值，如果每个独立的ID序列号所对应的轮胎内的当前轮胎载重压力任一低于比较器内的预设下限载重阈值时，这时中央处理器也会根据比较器的对比结果发出报警指令，报警器报警，这时工作人员可以判断该轮胎出现了鼓包或者爆胎漏气的情况，实现紧急停车，保障了水泥罐车的运输安全。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种利用胎压检测车辆载重量的检测方法，其特征在于，每个轮胎监测组件均预设有其独立的ID序列号，在比较器中预先设定每个轮胎的额定载重阈值，中央处理器根据独立的ID序列号来判断每个数据和信号的来源，以及每个数据和信号所对应的轮胎，包括以下步骤：
S1、每组轮胎监测组件定时检测对应轮胎内的压力及温度，并通过其对应发射器将轮胎压力及轮胎温度信号发送至接收调理模块；
S2、接收调理模块接收并调理发射器所发送的每个ID序列号的轮胎所对应的胎内压力及温度数据信号；
S3、中央处理器接收经接收调理模块调理后的胎内压力及温度数据信号，并对接收到的数据信号进行计算处理，生成每个ID序列号的轮胎所对应的胎内压力值及温度值，以及根据所述胎内压力及温度数据信号内的独立的ID序列号来识别所对应的轮胎；
S4、中央处理器计算每个轮胎内的轮胎载重压力以及所有ID序列号的轮胎所对应的总压力值，通过所有轮胎压力的总压力值除去当地的重力加速度再减去车辆空载重力得到车辆的实际载重量，并将车辆的实际载重量的数据信息输送至比较器，比较器判断车辆的载重量是否超过预先设置的额定载重阈值，若是则进行超载提醒；
单个轮胎温度上升导致轮胎压力上升值为：
△P＝P0×(1-V1(1+3α(t-T))/V2(1+0.00367(t-T)))
其中，t为轮胎温度，单位为℃；P0为轮胎标准压力，预先设置在接收调理模块中；T为常温23℃；V1为轮胎的初始体积，单位为m3；V2为轮胎气压的初始体积，单位为m3，α为轮胎热膨胀系数；
每个ID序列号所对应的轮胎载重压力为：
P＝(Pt-△P)
其中，Pt为轮胎监测传感器检测的轮胎压力；
整个车辆的实际载重量为：
m＝∑Pn/g-M
其中，n为轮胎的数量，M为车辆的空载质量，g为当地的重力加速度。
2.根据权利要求1所述的一种利用胎压检测车辆载重量的检测方法，其特征在于，在S3与S4之间还包括以下步骤：
S31、中央处理器将每个ID序列号的轮胎所对应的胎内压力值及温度值发送至比较器，比较器将该胎内压力值与预设的每个独立的ID序列号所对应的轮胎所对应的额定轮胎载重压力比较；将比对结果返回中央处理器；
S32、中央处理器根据比较器的对比结果发出指令，若每个独立的ID序列号所对应的轮胎内的当前轮胎载重压力任一超过比较器内的预设额定载重阈值，则向报警器发出报警信号，同时中央处理器向外界终端显示设备显示触发报警信号的轮胎的ID序列号；若每个独立的ID序列号所对应的当前轮胎内的轮胎载重压力均不超过比较器内的预设额定载重阈值，则进入下一步。
3.根据权利要求1所述的一种利用胎压检测车辆载重量的检测方法，其特征在于，所述轮胎热膨胀系数α为100×10-6～185×10-6。
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