CN112572067A - 一种轮胎监测装置及轮胎监测管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轮胎监测管理装置及轮胎监测管理系统，在胎冠部位设置胎冠监测模块，其包括若干具有花纹磨耗检测和温度检测两种功能的监测传感器，能够检测胎冠内部温度、胎面花纹磨耗量并记录轮胎累计运行时间，结合胎温胎压传感器采集的胎腔内部的压力及温度数据，能够准确获取到轮胎温度，通过自动采集、上传轮胎胎冠内部温度以及相关的车辆运动状态数据，使工程轮胎胎冠内部故障在初、中期得到发现，提醒使用者采取必要的维护措施，本发明在轮胎的使用、车辆调度、矿山道路设计及维护等工作中可为用户提供多种数据支持，延长轮胎的使用寿命、充分降低轮胎的整体使用成本，提高工程轮胎的管理水平。

Description

一种轮胎监测装置及轮胎监测管理系统

技术领域

本发明涉及工程轮胎监测管理技术领域，具体涉及一种轮胎监测装置及轮胎监测管理系统。

背景技术

轮胎作为车辆的消耗部件，其费用占车辆使用成本的25％～35％以上，轮胎的消耗主要是两种情况，一种是达到正常使用寿命的完磨报废，另一种是由于轮胎故障或者车辆故障导致的早期报废，以现有的相关统计数据可知，工程轮胎早期报废的比例已接近轮胎消耗总量的一半甚至更多，其中由于制造不良、使用损伤导致的脱空、爆裂是报废的常见故障。

工程车辆常运行于非铺装路面，路面散落的大量矿石碎块及其它杂物具有尖利的棱角，经常造成轮胎的刺扎及切割损伤，随着轮胎的使用损伤处不断摩擦发热造成内部橡胶脱落，随着橡胶脱落面积的逐步扩大形成使用脱空。另外由于制作中轮胎材料内部存在的小气泡，随轮胎使用中的碾压及发热，气泡会逐渐扩大也会形成制造脱空，脱空产生初期不会造成轮胎漏气，不易被用户发现，但其最终结果是导致轮胎提前报废，甚至会发生安全事故。现有技术采用人工检查对刺扎及切割损伤或脱空故障无法做到及时判定并使其得到排除，只有当脱空到严重时才会被发现，这时的轮胎故障已经无法修复，只能提前报废。

事实上，工程车辆的载重量大、扭矩大，所行驶路面坡度大、凹凸不平且经常改变，所以工程轮胎的变形及发热量很大，而且由于工程轮胎胎冠材料结构非常厚重，在运行中不能及时散发的热量导致胎体温度不断升高，累积的热量会造成轮胎橡胶性质改变、结构损坏甚至报废。

为提高轮胎的使用安全性，目前在轮胎领域普遍采用了胎温胎压系统，是通过胎温胎压传感器采集胎腔内空气的温度和压力来监测轮胎的工作状态。现有技术中，TPMS系统采集的是胎腔内空气的温度，而并不是直接监测轮胎的材料结构内部温度，但由于工程轮胎的体积巨大，胎腔容纳了大量的空气，胎面及胎体结构宽厚，橡胶和空气的传热能力很差，所以胎冠材料内部、胎腔内壁、空气的温度存在一定差异，即使在胎冠内部出现局部高温时，也不会使空气的温度明显升高，因此用胎腔内空气的温度无法及时反映胎冠内部的温度，用来反映整个轮胎的温度也存在明显的滞后。根据现有的使用经验来看，工程轮胎的故障损伤主要是集中在胎冠部位，其胎侧及胎圈趾口处的故障所占比例很小，轮胎运行时产生的热量也是在胎冠、胎肩部位容易产生积聚，所以对胎冠、胎肩部位温度变化的监测具有更大意义。

综上所述，可以看出现有技术对轮胎温度的检测存在滞后，不能及时反应工程轮胎的真实温度，无法及时判定脱空或损伤等故障，不具有发现轮胎初中期故障检测的功能。

发明内容

为解决现有轮胎监测管理技术无法及时判断轮胎初、中期故障、无法反映轮胎胎冠和胎肩部位真实的温度状态等问题，本发明提供了一种轮胎监测管理装置及轮胎监测管理系统，通过对轮胎温度以及车辆的运行状态数据进行监测、记录和分析，使工程轮胎胎冠内部故障在初、中期得到发现，提醒使用者采取必要的维护措施，避免工程轮胎故障不断扩大造成提前报废。本发明在轮胎的使用、车辆调度、矿山道路设计及维护等工作中可为用户提供多种数据支持，延长轮胎的使用寿命、充分降低轮胎的整体使用成本，提高工程轮胎的管理水平。

本发明的技术方案如下：

一种轮胎监测装置，其特征在于，包括胎冠监测模块、胎温胎压传感器和车载数据终端，所述胎冠监测模块和胎温胎压传感器均与车载数据终端相连；

所述胎冠监测模块设置在胎冠部位且底部伸入至基部胶层，顶部与轮胎花纹行驶面齐平，所述胎冠监测模块包括若干具有花纹磨耗检测和温度检测两种功能的监测传感器，并沿周向多组分布排列，用于检测胎冠温度、胎面花纹磨耗量及记录轮胎累计运行时间；

所述胎温胎压传感器设置在胎腔内壁，用于采集胎腔内部的压力及温度数据；

所述车载数据终端，用于获取胎冠监测数据、胎温胎压数据，并联合自身的车辆状态数据按设定的格式和周期一并上传至外部的轮胎管理单元。

优选地，所述胎冠监测模块中的监测传感器的排列方式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一组或多组花纹块的间距设置一组监测传感器；每组监测传感器沿轮胎轴向的阵列数为一个或多个，其位置在胎冠中心附近和/或胎冠两侧胎肩附近。

优选地，沿轮胎周向每间隔一块花纹设置一组监测传感器，每组设置沿轮胎轴向的一个或多个监测传感器，分别位于胎冠周向的中心位置或/和胎冠两侧靠近胎肩的位置。

优选地，所述胎冠监测模块在安装时设置位置参考标记，按排列顺序建立各监测传感器与胎冠位置的位置关系，使各个监测传感器与胎冠内部的采样点一一对应，每个监测传感器具有用于身份识别的唯一标识编码。

优选地，每条轮胎设置一个胎温胎压传感器，每个胎温胎压传感器都具有用于身份识别的唯一标识编码。

优选地，所述车载数据终端安装在车辆驾驶室或车辆底盘位置，并且包括车辆状态传感器、数据处理及控制模块、无线通讯模块和显示模块，所述车辆状态传感器、无线通讯模块和显示模块均与数据处理及控制模块电连接；

所述车辆状态传感器用于采集车辆状态数据；数据处理及控制模块按照设定的逻辑获取车辆状态传感器的数据，通过无线通讯模块与胎冠监测模块及胎温胎压传感器建立无线连接并获取胎冠监测数据和胎温胎压数据，将两路数据进行规范后存储并发送至显示模块进行显示，并对两路数据进行判断，对超过阈值的数据根据设定的报警限值级别通过显示模块做特殊化显示并发出声、光报警。

优选地，所述车辆状态传感器包括环境温度传感器、定位模块和/或姿态传感器、载重传感器，所述环境温度传感器用于获取车辆运行的环境温度；所述定位模块用于获取车辆的实时位置、行驶速度；所述姿态传感器用于实时获取车辆姿态及运动状态数据，得到车辆的加速度、角加速度、道路的坡度，所述载重传感器用来获取车辆的载重量。

一种轮胎监测管理系统，其特征在于，包括上述的轮胎监测装置，还包括与轮胎监测装置相连的轮胎管理单元，所述轮胎管理单元包括接口模块、基础信息管理模块、信息存储模块、轮胎故障分析模块、轮胎寿命分析模块和展示输出模块，

所述接口模块用于获取车载数据终端的上传数据，对数据进行解析、有效性判断及转换处理；所述基础信息管理模块用于对系统相关的基础数据进行登记备案及维护，以及系统各模块基础参数、相互关系的设置及建立；所述轮胎故障分析模块根据获得的轮胎胎冠内部温度的分布规律及差值并结合获得的胎腔内部压力来判断轮胎故障；所述轮胎寿命分析模块基于胎面花纹磨耗量及所对应的运行时间形成对轮胎寿命的关系式，进而通过由轮胎状态数据及车辆状态数据所形成的轮胎寿命影响因数对轮胎实际运行的剩余寿命进行修正；所述信息存储模块用于存储从轮胎监测装置接收的数据以及轮胎管理单元各模块产生的累积数据；所述展示输出模块用于对需要浏览、备案的信息、分析数据及监测数据，经过数据汇总统计后，进行展示及输出。

优选地，所述轮胎故障分析模块根据所述胎冠监测模块建立表征整个胎冠内部温度分布趋势的温度分布图，并根据所述胎冠监测模块的某一时刻温度值及一个时间段的温度值累积数据，获得轮胎胎冠内部温度的分布规律及差值，当胎冠某采集点的温度数据出现相对高温并保持一定差值时，判定为故障状态，通过对异常点周围的胎冠监测模块温度数值的分布趋势进行分析确定故障点的位置及范围。

优选地，所述轮胎故障分析模块通过所述胎冠监测模块获得胎面花纹磨损量，据此计算出同一轮胎不同部位的胎面花纹磨损量差异值，以及相同时间段的不同轮胎相同部位的胎面花纹磨损量差异值，根据差异值的范围及所处轮胎胎面的部位确定轮胎磨损状态，并根据磨损的部位及形式确定出导致磨损的原因；

和/或，所述轮胎寿命分析模块通过所述胎冠监测模块获得胎面花纹磨损量及轮胎运行时间，据此形成轮胎剩余寿命的基础关系式；结合通过所述胎冠监测模块获得的轮胎温度、压力数据，以及车辆状态数据所形成的轮胎寿命影响因数对所述轮胎剩余寿命的基础关系式进行修正，得到实际的轮胎剩余寿命。

本发明的技术效果如下：

本发明提供的一种轮胎监测装置及轮胎监测管理系统在胎冠部位设置胎冠监测模块，包括若干具有花纹磨耗检测和温度检测两种功能的监测传感器，能够检测胎冠内部温度、胎面花纹磨耗量并记录轮胎累计运行时间，结合胎温胎压传感器采集的胎腔内部的压力及温度数据，能够准确获取到轮胎温度，通过自动采集、上传轮胎胎冠内部温度以及相关的车辆运动状态数据，为管理人员提供测算TKPH使用值的基础数据。当轮胎出现温度异常及压力异常时发出报警来提醒驾驶员及时检查轮胎，并且由于轮胎的温度在达到一定的临界值时，橡胶材料组织会发生分子结构上的改变，导致其物理性能急剧下降，各种严重损伤及安全隐患伴随高温出现。故通过胎冠内部温度的实时监测，对轮胎监测数据的积累及分析，早期发现轮胎的故障，能够降低轮胎使用的安全风险，避免故障扩大导致的高额维修费用或轮胎提前报废的经济损失，能够有效延长工程轮胎的使用寿命，减少轮胎提前报废造成的经济损失，并且为轮胎的使用及车辆的调度提供基础数据。

轮胎管理单元通过网络与车载数据终端进行实时连接通讯，对基础信息及车载数据终端上传的监测数据进行储存、管理及分析，将分析的结果按业务要求进行汇总后输出。通过轮胎管理单元对工程轮胎胎冠温度的监测数据进行长期的、大量的积累，能够为新胎制造商提供工程轮胎在实际运行过程中的真实数据，在新胎的设计开发过程可以减少开发周期、降低开发成本。本发明通过对轮胎温度以及车辆的运行状态数据进行监测、记录和分析，对工程轮胎胎冠内部故障在初、中期得到发现，提醒使用者采取必要的措施，避免工程轮胎提前报废，在轮胎的使用及车辆调度、矿山内部道路设计及维护等工作中为用户提供多种数据支持，延长轮胎使用寿命、充分降低轮胎的整体使用成本，提高工程轮胎的管理水平，解决了现有轮胎管理系统无法及时判断轮胎初、中期故障、无法反应轮胎胎冠内部真正温度状态的问题。

本发明轮胎监测管理系统中的轮胎管理单元中，最核心的是设置轮胎寿命分析模块和轮胎故障分析模块，轮胎寿命分析模块基于胎面花纹磨耗量及所对应的运行时间形成对轮胎寿命的关系式，进而通过由轮胎状态数据及车辆状态数据所形成的轮胎寿命影响因数对轮胎实际运行的剩余寿命进行修正，其可以估测轮胎实际剩余使用寿命，且能够预估现有工程轮胎的剩余使用时间，为用户制订新胎采购计划提供可靠参考，在确保正常使用数量的前提下降低库存成本；轮胎故障分析模块根据轮胎温度的变化确定出轮胎的故障状态以及磨耗情况，通过对轮胎磨耗量的阵列式监测，能够自动获得轮胎胎面花纹的不同部位的磨损量，能够反映轮胎的整体磨损情况，结合轮胎管理单元中与磨耗相关因素的数据积累，能够分析磨损状态形成的原因，指导用户制订纠正措施，从轮胎管理、车辆管理、道路设计和人员驾驶习惯方面实施预防及改进。

本发明基于轮胎状态及车辆状态监测数据的积累，能够利用轮胎管理单元对历史数据进行分析及统计、分类汇总等数学处理，不仅能够对使用中的轮胎进行故障判断、寿命分析，还能为用户管理人员对车辆调度及道路规划设计提供详细的参考数据，记录了轮胎的全寿命历程，对轮胎的选型、维护、以及成本控制提供数据，能够指导用户完成轮胎的选型、规范安装及使用操作，为用户提高轮胎使用安全性、降低轮胎整体使用成本提供了一个有效手段。

附图说明

图1为本发明轮胎监测装置的优选结构框图。

图2为本发明胎冠断面示意图。

图3为图2中I处放大图。

图4为本发明监测传感器的优选排列方式及花纹对应关系示意图。

图5为本发明监测传感器及胎温胎压传感器的优选布置方式示意图。

图6为本发明轮胎监测管理系统的优选结构框图。

图中各标号列示如下：

10-轮胎监测装置，101-胎冠监测模块，1011-监测传感器，102-胎温胎压传感器，20-车载数据终端，201-无线通讯模块，202-数据处理及控制模块，203-车辆状态传感器，2031-环境温度传感器，2032-定位模块，2033-姿态传感器，2034-载重传感器，204-显示模块，205-移动通信模块，30-轮胎管理单元，301-接口模块，302-基础信息管理模块，303-信息存储模块，304-轮胎故障分析模块，305-轮胎寿命分析模块，306-展示输出模块；

A-胎冠，B-胎肩，C-胎侧。

具体实施方式

为了更清楚的理解该发明的内容，将结合附图和实施例详细说明。

本发明公开了一种轮胎监测装置，其结构如图1所示，轮胎监测装置10包括胎冠监测模块101、胎温胎压传感器102和车载数据终端20，胎冠监测模块101和胎温胎压传感器102均与车载数据终端20相连。

其中，胎冠监测模块101设置在胎冠部位且底部伸入至基部胶层，也就是说，胎冠监测模块101底部设置在胎冠内部，所述的胎冠内部，是指处于轮胎带束层之上的基部胶层及与其相邻的胎面胶层底部。如图2所示的胎冠断面示意图以及图3所示的局部放大图，轮胎外部依次划分为胎冠A、胎肩B和胎侧C，胎冠监测模块101包括若干具有花纹磨耗检测和温度检测两种功能的监测传感器1011，各监测传感器1011均设置在胎冠A内部且底部伸入至基部胶层，顶部与轮胎花纹行驶面齐平，监测传感器1011沿周向多组分布排列，具有温度检测功能、胎面花纹磨耗量检测及轮胎运行时间累积功能。

胎冠监测模块101在胎冠部位按一定的规律进行排布，组成胎冠监测模块阵列。其数量及排列方式与轮胎的胎面花纹块相对应，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组胎冠监测模块，如图5所示优选结构；每组胎冠监测模块沿轮胎轴向的阵列数为1个或多个，其位置在胎冠中心附近和/或胎冠两侧胎肩附近。胎冠监测模块在安装时设置位置参考标记，按照排列顺序建立各监测传感器与胎冠位置的位置关系，可将该位置关系录入轮胎管理系统，使各个监测传感器与胎冠内的采样点一一对应。如图4所示实施例，沿轮胎周向每间隔一块花纹设置一组监测传感器1011，每组设置沿轮胎轴向的三个监测传感器1011，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。每个监测传感器都具有用于身份识别的唯一标识编码，确保其在轮胎管理单元中的唯一性。

胎温胎压传感器102设置在胎腔内壁，用于采集胎腔内部的压力及温度数据；每条轮胎设置一个胎温胎压传感器，每个胎温胎压传感器都具有用于身份识别的唯一标识编码，确保其在轮胎管理单元中的唯一性。

车载数据终端20，安装在车辆驾驶室或车辆底盘位置，用于获取胎冠监测数据、胎温胎压数据，并联合车辆状态数据按设定的格式和周期一并上传至外部的轮胎管理单元。车载数据终端20包括车辆状态传感器203、数据处理及控制模块202、无线通讯模块201和显示模块204，还进一步包括移动通信模块205。车辆状态传感器203、无线通讯模块201、显示模块204和移动通信模块205均与数据处理及控制模块202电连接。

其中，车辆状态传感器203用于采集车辆状态数据，参见图6，可包括环境温度传感器2031、定位模块2032、姿态传感器2033和载重传感器2034中的一个或多个，环境温度传感器2031用于获取车辆运行的环境温度；定位模块2032用于获取车辆的实时位置、行驶速度；姿态传感器2033用于实时获取车辆姿态及运动状态数据，得到车辆的加速度、角加速度、道路的坡度；载重传感器2034用于获取车辆运行时的载重量。

数据处理及控制模块202按照设定的逻辑获取车辆状态传感器的数据，通过无线通讯模块201与胎冠监测模块101及胎温胎压传感器102建立无线连接并获取胎冠监测数据和胎温胎压数据，将两路数据进行规范后存储并发送至显示模块204做适当的显示，数据处理及控制模块202对数据进行初步判断，对超过阈值的数据根据设定的报警限值级别通过显示模块204做特殊化显示并发出声、光报警。

车载数据终端20通过移动通信模块205接入网络，按照设定的通讯协议访问轮胎管理单元的接口模块并传送数据。同时，可以从轮胎管理单元下载车载数据终端20的设置参数及报警限值，包括胎冠温度限值、胎面花纹磨耗量限值、胎压限值、胎温限值等。

本发明还涉及一种轮胎监测管理系统，其结构如图6所示，包括上述的轮胎监测装置10，还包括与轮胎监测装置10相连的轮胎管理单元30，轮胎管理单元30通过网络与车载数据终端20进行实时连接通讯，对基础信息及车载数据终端20上传的监测数据进行储存、管理及分析，将分析的结果按业务要求进行汇总后输出。轮胎管理单元30主要包括接口模块301、基础信息管理模块302、信息存储模块303、轮胎故障分析模块304、轮胎寿命分析模块305和展示输出模块306。

其中，接口模块301用于获取车载数据终端的上传数据，对数据进行解析、有效性判断及转换处理。基础信息管理模块302用于对系统相关的基础数据进行登记关联及维护，以及系统各模块基础参数、相互关系的设置及建立，其中包括车辆、轮胎、轮胎监测装置10的基础信息、报警限值设定、车辆及轮胎的使用信息等，所述的车辆、轮胎、轮胎监测装置10的基础信息可以进一步包括车辆牌照号、车辆类型、轮胎位置、轮胎胎号、轮胎型号、花纹初始深度、车载数据终端20编号、胎冠监测模块101编号、胎温胎压传感器102编号，以及车辆、轮胎、车载数据终端、胎冠监测模块101、温胎压传感器102的对应关系。所述的报警限值至少包括胎冠温度、胎面花纹磨耗量、胎腔压力、胎腔温度。所述的车辆及轮胎的使用信息包括载重、双轮匹配规则、同轴轮胎匹配规则、胎面花纹磨耗范围、轮胎换位时间、轮胎装卸胎时间、轮胎维保信息，用来记录轮胎所经历的维修、保养、装拆等操作。

胎冠监测模块101中包括的各测量点形成与轮胎胎冠花纹相关的结构，其检测的温度数据指示了轮胎运行中胎冠内部对应位置的温度值及其变化范围。带束层由钢丝及橡胶组成，与单纯橡胶结构相比，具有较好传热性能的同时也存在由于散热形成的温度梯度变化，由各测量点形成的特征点温度分布可以表征整个胎冠内部的温度分布趋势，根据某一时刻的各测量点的分布位置与温差值及一段运行时间的温度范围及变化趋势能够得到多个测量点与发热点的距离关系，从而推测出现异常高温的胎冠位置。

胎冠监测模块101中包括的各测量点形成与轮胎胎冠花纹相关的结构，其检测的磨耗数据指示了胎面花纹对应位置的磨耗量。基于胎面的磨耗是近似连续变化，由各测量点形成的特征点磨耗量的分布可以表征整个胎面花纹的磨耗量变化，同时可以表示出异常磨损的磨耗量数值。

轮胎故障分析模块304可根据胎冠监测模块阵列建立温度分布图，根据各个胎冠监测模块的某一时刻温度值及一个时间段的温度值累积数据，获得轮胎胎冠内部温度的分布规律及差值。当胎冠某采集点的温度数据出现相对高温并与中间温度值保持一定的温差时，可判定为故障状态，通过对异常点周围的胎冠监测模块温度数值的分布趋势进行分析，进一步确定故障点的位置及范围。为用户提供故障信息及时进行轮胎维修，降低经济损失。

当胎冠温度出现异常时，通常揭示了轮胎出现内部的脱空故障或者是由于损伤后形成的脱空故障，这种故障不会导致轮胎立即出现漏气及爆裂，但是在持续的使用中会很快发展成大面积脱空，形成无法修复的轮胎胎面剥离故障导致轮胎提前报废，严重时会发生轮胎爆裂的严重安全事故。

工程轮胎普遍通过TKPH额定值来选择轮胎，并且在使用过程中通过测算TKPH使用值来控制车辆速度及载重，以避免造成轮胎的损伤。所谓TKPH额定值是轮胎在38℃环境温度下达到最高许用工作温度时载重与速度的乘积，是轮胎的最高使用极限，TKPH使用值是实际运行时根据载重、运距、运行时间等估算的实际工作强度，要求TKPH使用值要小于TKPH额定值。

根据胎冠各测量点温度的平均值及偏差范围，结合胎温数据可以判定轮胎是否处于超负荷工作，可通过展示输出模块306提醒用户管理人员对车辆采取适当措施以降低轮胎损伤的风险及保障行车安全。通过对同一轮胎所有测量点的温度及同一车辆不同轮胎的平均温度进行评估，进一步可以将评估操作扩展到某一时段，评估的结果结合环境温度的因素及试验的修正后可以作为测算TKPH使用值的依据，供使用单位设定载荷、运距、车速的优化方案。

轮胎所处的环境温度对轮胎的温升具有较大影响，较高的环境温度明显降低车辆的运载效率。通过轮胎胎冠温度监测及环境温度的监测，可以指导轮胎使用单位根据环境温度及胎冠温度数据的变化及时调整车辆运行计划，并采取降速、停车等适当措施保护轮胎。

轮胎故障分析模块304通过胎冠监测模块101获得胎面花纹磨损量，据此计算同一轮胎不同部位的胎面花纹磨损量差异值，以及相同时间段的不同轮胎相同部位的胎面花纹磨损量差异值，根据差异值的范围及所处轮胎胎面的部位，可以推测所述时间段内是否出现异常磨损，并根据异常磨损的部位及形式推测导致异常磨损的原因。基于胎压会对磨损产生的影响，推测过程需计入异常胎压的因素。通过展示输出模块306发出预警信息，指导用户及时检查轮胎、车辆、路况的使用状态，以及驾驶人员的错误操作，并为管理人员制订纠正措施提供支持。

胎冠监测模块可直接检测轮胎花纹的磨损量，降低人工检测轮胎磨损量的工作量，并根据磨损量的变化趋势提醒使用单位适时的更换轮胎。对轮胎胎冠上不同位置的磨损量对比、以及不同轮胎的花纹磨损量对比，发现轮胎异常磨损时可通过展示输出模块发出预警信息，指导用户及时检查车辆的健康状况及轮胎是否经常运行于极限工作条件下。

轮胎的磨损分为正常磨损及异常磨损，正常磨损是指轮胎胎冠各部位的磨损比较均匀，轮胎各部分磨耗量相差较小，说明轮胎使用合理。异常磨损时各部位磨耗量相差较大，如偏磨损、局部磨损或形成多边形等规律性的磨损。这种轮胎的磨耗现象一般是反映了轮胎、车辆、路况的问题或故障，以及驾驶人员的错误操作，通过磨耗的自动监测及分析能够对故障类型进行判定，并为管理人员制订纠正措施提供支持。

对于胎温胎压的异常，在车载数据终端报警提示驾驶员进行处理，同时在轮胎管理单元中进行报警，并结合环境温度、路况、运行时间及载重因素分析异常原因，为轮胎的维护提供参考数据。

轮胎寿命分析模块305，根据对轮胎及车辆监测数据的积累还可以获得各监测数据对轮胎寿命的影响，进一步的可以估测轮胎寿命。基于工程轮胎的使用特点，其寿命是以运行时间来衡量的，现有的时间记录方式是参照发动机运行时间进行统计，由于实际使用情况十分复杂，所以统计的时间与轮胎实际运行时间差异较大。另外在使用单位在测算TKPH使用值时多是结合现场测量轮胎温度，根据班次运距、工作时间、单胎平均载荷进行粗略估算。但是使用过程中影响轮胎温升的因素太多，实际得到的结果偏差较大。

本发明的轮胎管理单元通过胎冠监测模块能够直接获取轮胎胎冠温度及轮胎实际运行时间累计值，可以降低人员的工作强度，减少人为因素造成的测量误差，为使用单位估算TKPH使用值提供更加准确的参考价值。

轮胎的寿命除正常磨损以外，还受轮胎使用状态及车辆运行状态因素综合作用的影响，其中主要的影响因素包括环境温度、轮胎温度、胎压、载重、车速、包括坡度及弯道的路况、运距、运行时间等因素，所以在估算轮胎剩余寿命时需要将相关因素进行统计归纳后计入计算过程，工程轮胎的寿命通常是采用运行时间表示，以下过程用来估算轮胎剩余运行时间：

·单位时间磨损量＝当前磨损量/当前行驶时间

·剩余运行时间＝(花纹总高度-保留花纹高度-当前磨损量)/单位时间磨损量

其中，当前磨损量是指安装后监测的磨损量；当前行驶时间是指当前磨损量所对应的运行时间；花纹总高度是指安装时的花纹高度；保留花纹高度是指确保轮胎安全运行的最小花纹高度。

通过持续的数据积累，能够获取相关因素对轮胎磨耗量的影响程度，并形成对轮胎寿命的关系因数，据此可将轮胎的实际剩余寿命进行修正：

实际轮胎剩余寿命＝剩余运行时间×K1×K2×K3×K4

其中：K1：车辆系数，参考因素包括载重及载重运行时间、空载重量及空载运行时间；K2：温度系数，参考因素包括轮胎温度范围、处于各温度范围的持续时间、环境温度范围；K3：胎压系数，参考因素包括胎压变化区间，过低胎压、过高胎压，以及相应的持续时间；K4：路况及运距的综合系数，参考因素包括车辆运行时的坡度、坡度运行时间、车速、转弯的半径及速度；每种轮胎的结构、材料不同，从使用特性上有较大区别，为此上述与轮胎寿命相关的参数对每种轮胎的寿命影响程度不尽相同，所以需要利用轮胎管理系统对相应轮胎进行监测数据累积后确定公式中的系数，并且保持持续修正。

信息存储模块303用来存储轮胎管理单元各模块产生的累积数据，以轮胎的胎号为主体，基于时间过程的记录。其中包括基础信息，胎冠监测模块、胎温胎压以及车辆状态传感器获得的积累数据等。

展示输出模块306用来对需要浏览、备案的信息、分析数据及监测数据，经过数据汇总统计后，进行展示及输出。展示及输出模块可包括终端显示器、手机、打印机等。

根据轮胎监测分析的结果，以及车载数据终端采集的监测数据，对轮胎使用状态进行汇总统计，形成图表展示。其中包括基于运行时间的胎冠温度、坡度、故障类型及故障率、胎面花纹磨耗量、胎压胎温、车速、里程、载重量等统计图表，以及各因素之间的关系曲线。

进一步地，还可以将轮胎状态监测的原始数据导出为数据表，利用使用单位现有的数据分析软件进行进一步分析，用于专项计算分析使用，比如油耗分析、车辆调度、生产计划等系统。

采用本发明的轮胎监测装置及轮胎监测管理系统，具有以下优点：

·采用轮胎监测装置能够自动采集、上传轮胎胎冠内部温度、相关的车辆运动状态数据，为管理人员提供测算TKPH使用值的基础数据，也可以用修正的结果来评价轮胎的工作强度，减少人员工作量和劳动强度，对降低人力成本有显著作用。当轮胎的温度达到一定的临界值时，橡胶材料组织会发生分子结构上的改变，导致其物理性能急剧下降，各种严重损伤及安全隐患都是伴随高温出现，所以通过胎冠内部温度的实时监测，能够降低轮胎使用的安全风险。

·轮胎监测装置可以为驾驶员提供轮胎胎冠温度、胎温胎压的实时数据信息，当轮胎出现温度异常及压力异常时发出报警来提醒驾驶员及时检查轮胎。持续的温度异常通常是轮胎出现严重损伤及脱空故障的初期表现，通过轮胎内部温度的阵列式监测能够在轮胎内部故障发生的初期得以发现，及时采取适当的维修措施予以排除，避免故障扩大导致的高额维修费用或轮胎提前报废的经济损失，能够有效延长工程轮胎的使用寿命。

·通过对轮胎磨耗量的阵列式监测，能够自动获得轮胎胎面花纹的不同部位的磨损量，能够反映轮胎的整体磨损情况，结合轮胎管理系统中与磨耗相关因素的数据积累，如胎温、胎压、车速、加速度、坡度等历史数据，能够分析磨损状态形成的原因，指导用户制订纠正措施，从轮胎管理、车辆管理、道路设计和人员驾驶习惯方面实施预防及改进。

·通过轮胎管理单元的寿命分析模块，能够预估现有工程轮胎的剩余使用时间，为用户制订新胎采购计划提供可靠参考，在确保正常使用数量的前提下降低库存成本。

·基于轮胎状态及车辆状态监测数据的积累，能够利用轮胎管理系统对历史数据进行分析及统计、分类汇总等数学处理，不只能够对使用中的轮胎进行故障判断、寿命分析，还能为用户管理人员对车辆调度及道路规划提供详细的参考数据。通过轮胎管理系统记录了轮胎的全寿命历程，对轮胎的选型、维护、以及成本控制提供数据，能够指导用户完成轮胎的选型、规范安装及使用操作，为用户提高轮胎使用安全性、降低轮胎整体使用成本提供了一个有效手段。将轮胎状态监测的原始数据以适当的数据交换格式导出，可用于使用单位现有的专业分析软件进行专项分析的基础数据，比如油耗分析、车辆调度、生产计划等系统。

·通过轮胎管理单元对工程轮胎胎冠温度的监测数据进行长期的、大量的积累，能够为新胎制造商提供工程轮胎在实际运行过程中的真实数据，在新胎的设计开发过程可以减少开发周期、降低开发成本。

本发明所引用的轮胎相关名词、名称参考国家标准《GB/T6326-2014轮胎术语及其定义》。应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种轮胎监测装置，其特征在于，包括胎冠监测模块、胎温胎压传感器和车载数据终端，所述胎冠监测模块和胎温胎压传感器均与车载数据终端相连；

所述胎冠监测模块设置在胎冠部位且底部伸入至基部胶层，顶部与轮胎花纹行驶面齐平，所述胎冠监测模块包括若干具有花纹磨耗检测和温度检测两种功能的监测传感器，并沿周向多组分布排列，用于检测胎冠温度、胎面花纹磨耗量及记录轮胎累计运行时间；

所述胎温胎压传感器设置在胎腔内壁，用于采集胎腔内部的压力及温度数据；

所述车载数据终端，用于获取胎冠监测数据、胎温胎压数据，并联合自身的车辆状态数据按设定的格式和周期一并上传至外部的轮胎管理单元。

2.根据权利要求1所述的轮胎监测装置，其特征在于，所述胎冠监测模块中的监测传感器的排列方式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一组或多组花纹块的间距设置一组监测传感器；每组监测传感器沿轮胎轴向的阵列数为一个或多个，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所述的轮胎监测装置，其特征在于，沿轮胎周向每间隔一块花纹设置一组监测传感器，每组设置沿轮胎轴向的一个或多个监测传感器，分别位于胎冠周向的中心位置或/和胎冠两侧靠近胎肩的位置。

4.根据权利要求1至3之一所述的轮胎监测装置，其特征在于，所述胎冠监测模块在安装时设置位置参考标记，按排列顺序建立各监测传感器与胎冠位置的位置关系，使各个监测传感器与胎冠内部的采样点一一对应，每个监测传感器具有用于身份识别的唯一标识编码。

5.根据权利要求1所述的轮胎监测装置，其特征在于，每条轮胎设置一个胎温胎压传感器，每个胎温胎压传感器都具有用于身份识别的唯一标识编码。

6.根据权利要求1所述的轮胎监测装置，其特征在于，所述车载数据终端安装在车辆驾驶室或车辆底盘位置，并且包括车辆状态传感器、数据处理及控制模块、无线通讯模块和显示模块，所述车辆状态传感器、无线通讯模块和显示模块均与数据处理及控制模块电连接；

所述车辆状态传感器用于采集车辆状态数据；数据处理及控制模块按照设定的逻辑获取车辆状态传感器的数据，通过无线通讯模块与胎冠监测模块及胎温胎压传感器建立无线连接并获取胎冠监测数据和胎温胎压数据，将两路数据进行规范后存储并发送至显示模块进行显示，并对两路数据进行判断，对超过阈值的数据根据设定的报警限值级别通过显示模块做特殊化显示并发出声、光报警。

7.根据权利要求6所述的轮胎监测装置，其特征在于，所述车辆状态传感器包括环境温度传感器、定位模块和/或姿态传感器、载重传感器，所述环境温度传感器用于获取车辆运行的环境温度；所述定位模块用于获取车辆的实时位置、行驶速度；所述姿态传感器用于实时获取车辆姿态及运动状态数据，得到车辆的加速度、角加速度、道路的坡度，所述载重传感器用来获取车辆的载重量。

8.一种轮胎监测管理系统，其特征在于，包括权利要求1至7之一所述的轮胎监测装置，还包括与轮胎监测装置相连的轮胎管理单元，所述轮胎管理单元包括接口模块、基础信息管理模块、信息存储模块、轮胎故障分析模块、轮胎寿命分析模块和展示输出模块，

所述接口模块用于获取车载数据终端的上传数据，对数据进行解析、有效性判断及转换处理；所述基础信息管理模块用于对系统相关的基础数据进行登记备案及维护，以及系统各模块基础参数、相互关系的设置及建立；所述轮胎故障分析模块根据获得的轮胎胎冠内部温度的分布规律及差值并结合获得的胎腔内部压力来判断轮胎故障；所述轮胎寿命分析模块基于胎面花纹磨耗量及所对应的运行时间形成对轮胎寿命的关系式，进而通过由轮胎状态数据及车辆状态数据所形成的轮胎寿命影响因数对轮胎实际运行的剩余寿命进行修正；所述信息存储模块用于存储从轮胎监测装置接收的数据以及轮胎管理单元各模块产生的累积数据；所述展示输出模块用于对需要浏览、备案的信息、分析数据及监测数据，经过数据汇总统计后，进行展示及输出。

9.根据权利要求8所述的轮胎监测管理系统，其特征在于，所述轮胎故障分析模块根据所述胎冠监测模块建立表征整个胎冠内部温度分布趋势的温度分布图，并根据所述胎冠监测模块的某一时刻温度值及一个时间段的温度值累积数据，获得轮胎胎冠内部温度的分布规律及差值，当胎冠某采集点的温度数据出现相对高温并保持一定差值时，判定为故障状态，通过对异常点周围的胎冠监测模块温度数值的分布趋势进行分析确定故障点的位置及范围。

10.根据权利要求9所述的轮胎监测管理系统，其特征在于，所述轮胎故障分析模块通过所述胎冠监测模块获得胎面花纹磨损量，据此计算出同一轮胎不同部位的胎面花纹磨损量差异值，以及相同时间段的不同轮胎相同部位的胎面花纹磨损量差异值，根据差异值的范围及所处轮胎胎面的部位确定轮胎磨损状态，并根据磨损的部位及形式确定出导致磨损的原因；

和/或，所述轮胎寿命分析模块通过所述胎冠监测模块获得胎面花纹磨损量及轮胎运行时间，据此形成轮胎剩余寿命的基础关系式；结合通过所述胎冠监测模块获得的轮胎温度、压力数据，以及车辆状态数据所形成的轮胎寿命影响因数对所述轮胎剩余寿命的基础关系式进行修正，得到实际的轮胎剩余寿命。

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