CN1313293C

CN1313293C - 汽车轮胎的胎压监测装置

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Publication number: CN1313293C
Application number: CNB2003101006967A
Authority: CN
Inventors: 蔡青松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2007-05-02
Anticipated expiration: 2023-10-14
Also published as: CN1607108A

Abstract

本发明为一种汽车轮胎的胎压监测装置，该装置由环状压力气囊、位移传感器、信号处理器、胎压显示器及连通管所组成。其中环状压力气囊的固定面固定于汽车轮胎的钢圈内侧，并与轮胎同步运转。且环状压力气囊的外缘由连通管与轮胎的气嘴或特设的通口接通，因此两者内部压力相等；再者，环状压力气囊的隔膜既能阻绝气体外泄，又能随压力调整位置；另外，上述位移传感器为以非接触方式监测环状压力气囊隔膜的位置，并产生对应的胎压信号，胎压信号经由信号处理器处理后，传送至驾驶座前的胎压显示器，因此各轮胎的胎压状况可一目了然的获取。

Description

汽车轮胎的胎压监测装置

技术领域

本发明涉及一种汽车轮胎的胎压监测装置，尤指一种由环状压力气囊、位移传感器、信号处理器、胎压显示器及连通管所组成的胎压监测装置，该装置可用于汽车在静止状态和行驶状态中，均能监测轮胎的胎压状况。

背景技术

开车时驾驶人有时会感觉到既使猛踩油门，车子也是加速迟缓、操控费力，而误以为是引擎失常；然而，其实是胎压不足，轮胎变形、阻力增大所致，但是当胎压过大时，加速虽然灵敏、跑起来轻快，然而遇路面不佳时，却抖动厉害、座感颇为不适；再者，若四轮胎压不均，导致轮径不一时，在高速行驶中，则容易产生蛇行及方向盘掌控不易的情形，进而也容易导致擦撞或对撞的危险状况，且胎压不足或过高状况下，重载高速行驶很容易发生爆胎失控，很多事故大都与胎压不当有直接密切的关系，因此胎压的问题直接涉及行车的安全。

然而，一般传统检查车胎胎压的方法，大都采用静态胎压计，即采用车辆停止时连接轮胎的气嘴进行检测，却无法在车辆行进中进行监测，因此必须养成日常行车前检查胎压的习惯，否则一旦忘记检查，胎压失常未觉，很容易导致事故的发生；由此，便有从事此行业者于汽车轮胎内或其气嘴上装设一压力传感器及无线电发射器，如台湾审定公告第323600号专利案，即利用射频载波方式将压力传感器所感测的压力信号传送出去，而在车室内则设有一无线电接收器及显示器，无线电接收器于接收到发射器所发射的信号后，即经相关系信号处理单元解调处理，再由显示器显示胎压状况。然而，此类无线电方式的胎压警示器皆有如下困扰问题：

一、胎压感测单元及发射信号的装置都装设于轮胎内或气嘴上，皆须靠电池电力才能运作，但电池电力有限，又需长时持续作业，造成电池寿命短，更换电池频繁又不可预期，因此疑虑甚多。

二、轮胎于行驶时内部温度很高，对于电池及相关电路装置的稳定性、可靠性及寿命都极为不利，万一电池失效又未察觉，则形同未设胎压警示装置状态，更增加了危险状况。

三、另有业者设计仅在胎压过低或过高时发射警告信号，因此在胎压正常时不发射射频信号，则其情况形同电池或发射器失效一样，故警示装置正常与否并无法研判。

四、以无线电方式发射胎压信号，则各轮胎必须编码或赋予特定的载波频道，以便区分、不相干扰，但却增加警示器电路的复杂性与生产成本。

五、如果在最省电状况下使用，其电池更换周期仍然不逾5～6个月，其费用不低，且电池更换也较为麻烦。

六、轮胎原本就是高速运转、承负重载与冲击的动态零件，在轮胎上局部位置增加胎压的警示装置，安装固定本就不易，何况又使质量分布严重不均，动态平衡更为不易，导致轮胎运转时强烈振动，有加速轮胎恶化与爆胎的危险性。

七、此外，爆胎或更换轮胎时容易影响或损坏感测与发射装置，且感测与发射装置的维修及校正亦非常不便。

由此，要如何设法解决上述已有技术的缺陷与不便，即为相关业者所亟欲研究改进的方向。

发明内容

本发明的主要目的乃在于提供一种汽车轮胎的胎压监测装置。该装置是通过环状压力气囊的固定面固定于汽车轮胎的钢圈内侧，并与轮胎同步运转，且位移传感器以非接触方式监测环状压力气囊隔膜的位置，并产生对应的胎压信号，胎压信号经过信号处理器，即传送至驾驶座前的胎压显示器显示，因此各轮胎的胎压状况即一目了然的获取。

为达上述目的，本发明采用的技术手段如下：

一种汽车轮胎的胎压监测装置，包括有环状压力气囊、位移传感器、信号处理器、胎压显示器及连通管所组成，其特征在于：

该环状压力气囊的一侧边固定于汽车轮胎的轮圈内缘，且相对轮圈的另侧则设有具隔膜的传感面，而传感面的隔膜为可随轮胎的胎压变化而产生轴向位移；

该位移传感器定位于环状压力传感器于隔膜对应的轴座上，并可供检测隔膜的轴向位移及产生对应的已调信号；

该信号处理器连接于位移传感器的下游位置，且可提供激励信号给位移传感器，并可将位移传感器的已调信号进行解调、滤波、放大及比值处理为对应的胎压值；

该胎压显示器连接于信号处理器的下游位置，并可供显示信号处理器的胎压值；

该连通管连通于轮胎与环状压力气囊间，并使轮胎与环状压力气囊的内部压力相等。

通过上述技术特征，本发明具有下列诸多优点：

一、本发明的环状压力气囊可由传感面的隔膜将胎压转换为对应位置的线性关系，故只要以非接触式位移传感器，监测隔膜的位置就可导知胎压状况，即使轮胎上不需要装设任何耗电的电路或感测组件。

二、环状压力气囊以转轴为中心，所以其质量分布均匀且十分对称，故可轻易与轮胎的动态平衡一起校正解决，完全不具动态不平衡的困扰，且其为不锈钢或耐久性的材料制作，又受轮圈保护，无日晒雨淋或撞击所损的虞，几乎不需保养。

三、本发明各轮胎皆各有专属的胎压监测装置，与专属的有线信号输送线，既简便又可避免信号干扰的缺陷。

四、位移传感器(Displacement sensor)为非接触型(Contactless)除感应式(Inductive type)外，亦可依使用者的需求而可有电容式(Capacitive type)或磁感式(Magnetic type)等可供选择。

附图说明

图1为本发明的方块示意图。

图2为本发明的环状压力气囊与位移传感器安装位置示意图。

图3为本发明的环状压力气囊的结构示意图。

图3A为本发明的环状压力气囊的结构示意图。

图4为本发明全车装配时的方块示意图。

图5为本发明的全车轮胎胎压监测装置安装位置示意图。

图6A为本发明胎压与隔膜位置的关系对应图。

图6B为本发明胎压与间隙的关系对应图。

图6C为本发明胎压与已调信号电压的关系对应图。

图6D为本发明胎压与反已调信号电压的关系对应图。

图中符号说明

11 环状压力气囊

110 底盘 14 胎压显示器

111 固定面 141 胎压上下限设定装置

112 传感面 142 声响警报器

113 内墙 15 连通管

114 外墙 151 通气口

115 气室 16 隔膜

116 底面 17 汽车电池

12 位移传感器 18 稳压器

13 信号处理器 19 电源开关

20 轮胎

21 钢圈 22 气嘴

31 轴座

具体实施方式

为能对本发明的目的、技术特征、该装置的构造及其功效有进一步的认识与了解，兹配合附图与实施例，详细说明如下。

请参阅图1、图2及图3所示，该装置由一中空的环状压力气囊11(Pressure Cell)、一位移传感器12(Displacement Sensor)、一信号处理器13(Signal Processor)、一胎压显示器14(Pressure Display)及一连通管15(Link tube)所组成，其中：

如图2、图3所示，该环状压力气囊11的固定面111与轮胎20的钢圈21同轴固装并可同步运转，再者，上述环状压力气囊11远离固定面111的另侧则设有传感面112，且于传感面112上设有不锈钢制成的波浪状隔膜16(Diaphragm)，且通过连通管15与轮胎20的气嘴22(Air Inlet)或特设的通口相连接，使环状压力气囊11内气体与轮胎20内气体相通，达到二者的气压相等，进而隔膜16可随轮胎20的胎压的变化，而产生对应的轴向位移，当压力大时，隔膜16则朝a方向移动，压力小时则朝b方向移(如图2放大图所示)，因此只要监测其位置，即可获知相对应的轮胎20压力(如图6A所示)；再者，位移传感器12(Displacement Sensor)固定于轮胎20的轴座31上(如图2所示)，并与环状压力气囊11的隔膜16(Diaphragm)保持一微小间隙，当胎压(Pressure)增大时，间隙则减小；反之，当胎压降低时，间隙则相对的增大，其为反变关系(如图6B所示)，且上述位移传感器12为一非接触涡电流感应式传感器，且因涡流效应对于金属的接近十分敏感。因此当该间隙随胎压变化而改变时，位移传感器12由信号处理器13提供的激励电压，也因涡流效应产生振幅调制(Amplitude Modulation)现象，其调制后的信号(Modulated Signal)则称为已调信号(V_sig)；故当间隙增大时，涡流效应减弱，已调信号(V_sig)也增大；反之，间隙减小时，涡流效应增强，已调信号(V_sig)也减小，可见已调信号(V_sig)与间隙(Gap)成正比关系，而环状压力气囊11的内部压力(Pressure)与已调信号(V_sig)则为线性的反比关系(如图6C所示)；另外，上述信号处理器13内设有一反相器(Inverter)，可通过反相器(Inverter)而得到一反已调信号(V_sig)，反已调信号则与压力(P)成正比关系(如图6D所示)，因此胎压愈大信号愈大，胎压愈小信号也相对愈小；再者，信号经信号处理器13加以解调(Demodulating)、滤波(Filtering)、放大(Amplifying)、比值(Scaling)处理后，输至胎压显示器14，而胎压显示器14为可装设于驾驶座前的仪表板上(如图1所示)，以模拟或数字方式将胎压显示出来，所以只要打开汽车电池17的电源开关19，即使汽车电池17的电源先于稳压器18予以稳定电压，再分别供应位移传感器12、信号处理器13及胎压显示器14。

通过上述构件的组成，当汽车轮胎20的胎压发生变化时，隔膜16将因胎压的变化而产生对应的轴向位移，使位移传感器12感测到此位移的距离，而将位移的讯号传送至信号处理器13，经由信号处理器13的处理后，传输至胎压显示器14，显示轮胎20的胎压变化状况，可通过胎压显示器14，实时获得轮胎20的胎压状况，由此而给驾驶者提供是否行车的数据，以达成安全行驶汽车的目的。

再者，在胎压显示器14可进一步依序连接有胎压上下限设定装置141及声响警报器142，以警报声增加警示效果。

在本发明中，请参阅图2、图4及图5所示，该装置的环状压力气囊11及连通管15分别安装于汽车的四个轮胎20上，而信号处理器13隐藏于仪表板下的机箱内，胎压显示器14则安装于仪表板上驾驶员容易看见的位置(如：仪表板的一侧边上)，令使用者坐上驾驶座就可以看见胎压显示器14所显示各轮胎的胎压的变化状况。

在本发明中，复请参阅图1所示，该装置尚包括一稳压器18，该稳压器18设于胎压显示器14与汽车电池17之间，令其分别与胎压显示器14、汽车电池17相连接，且其并与汽车的电源开关19相接，当使用者激活电源开关19为闭路状态(ON)时，可使汽车电池17的电源先于稳压器18予以稳定电压，再供应位移传感器12、信号处理器13、胎压显示器14。本发明所采用的位移传感器12、信号处理器13、胎压显示器14可以采用现有的技术，因此不再详细阐述其具体结构。

复请参阅图2、图3所示，该隔膜16依据胎压的变化量，而产生相对应的轴向位移，当胎压趋大时，该隔膜16将向外凸出，当胎压减少时，该隔膜16则向内缩，该位移传感器12依据该隔膜16的位移产生相对应的位移感测讯号。

再者，上述的环状压力气囊11与汽车轮胎20的轮圈21内缘可为一体成型所制成或为分离式设计所构成。如第3图所示，其中该环状压力气囊11由圆环状的固定面111与固定面111平行的圆环状传感面112及一组同心支撑固定面111与传感面112的管形内墙113、外墙114所组成，且内墙113、外墙114的边缘与固定面111及传感面112密接形成气室115，且外墙114设有一通气口151，可藉由连通管15与轮胎20的气嘴22或特定的通口211相通。

另如图3A所示，该环状压力气囊11的内外墙113、114及与固定底盘110接着的底面116亦可由较厚的不锈钢片一体冲压成型，成为一具有刚性结构体的框架，而传感面112的隔膜16则为具靭性的不锈钢薄片、在轴向方向冲压成具弹性的同心波浪状，其边缘则与框架的内外墙113、114的端缘密切焊合，形成一环状连通气室115。

本发明的位移传感器12在环状压力气囊11动态高速旋转情况下，可监测对应于胎压的隔膜16位置，并将其转换为对应的胎压信号。其中该位移传感器12为一非接触涡电流感应式传感器，而环状压力气囊11为一压力转换位移的线性转换器。另外，环状压力气囊11可为耐久的材料(如：不锈钢)制作，不受风吹与雨淋日晒或常态振动冲击所损，且其质量分布十分均匀，能与轮胎20动态平衡校正一次完成。

本发明的环状压力气囊的容气体积设计如下：

V_air＝(R_o ²-R_i ²)×π×L_d，且R_o、R_i为环状压力气囊内墙与外墙的半径，并当气囊内压力变化时，其变异可略而不计，L_d为气囊的轴向长度，因此其容积变化成为一维的线性关系：

ΔV_air＝A×ΔL_d，或ΔL_d＝A^-1×ΔV_air，

式中A＝(R_o ²-R_i ²)×π，为环状压力气囊的圆环径向截面积，亦为常数值。

本发明的环状压力气囊的隔膜位置G、对于环状压力气囊内部的压力P于轴向具有敏感的线性应变特性，

即P＝k₁×G，k₁＝P/G，k₁为环状压力气囊的转换数或传输比，且位移传感器的输出会随隔膜位置G的远近、产生一对应的已调信号，

V_sig，即G＝k₂×V_sig，k₂＝G/V_sig，K₂为

位移传感器的转换数或传输比，进而可导知胎压

P＝k₁×k₂×V_sig＝k×V_sig，

k＝k₁×k₂＝P/V_sig＝P×V_sig ^-1，k为胎压监测装置的统传输比或传换数。

综上所述，本发明上述汽车轮胎的胎压监测方法与装置于使用时，确实能达到其功效及目的，故本发明诚为一实用性优异的发明，符合发明专利的申请要件，依法提出申请。

Claims

1.一种汽车轮胎的胎压监测装置，包括有环状压力气囊、位移传感器、信号处理器、胎压显示器及连通管所组成，其特征在于：

2.如权利要求1所述的汽车轮胎的胎压监测装置，其中该环状压力气囊为设有一通气口，且通气口为可供连通管套设定位。

3.如权利要求1所述的汽车轮胎的胎压监测装置，其中该环状压力气囊为可随轮胎同步转动。

4.如权利要求1所述的汽车轮胎的胎压监测装置，其中该环状压力气囊由圆环状的固定面与固定面平行的圆环状传感面及一组同心支撑固定面与传感面的管形内外墙所组成，且内外墙的边缘与固定面及传感面密接形成气囊，外墙并设有一通气口。

5.如权利要求1所述的汽车轮胎的胎压监测装置，其中该环状压力气囊可由隔膜、框架及一圆环形固定底盘组成，且框架为较厚的不锈钢一体冲压成型并具不易变形的刚性结构体，而隔膜则为具韧性的不锈钢薄片且在轴向方向冲压成具弹性的同心波浪状，而边缘则与框架的内外墙缘密接结合，形成一环状连通气室。

6.如权利要求1所述的汽车轮胎的胎压监测装置，其中该位移传感器在环状压力气囊动态高速旋转情况下，可监测对应于胎压的隔膜位置，并将其转换为对应的胎压信号。

7.如权利要求1所述的汽车轮胎的胎压监测装置，其中该环状压力气囊为一压力转换位移的线性转换器。

8.如权利要求1所述的汽车轮胎的胎压监测装置，其中该位移传感器为一非接触涡电流感应式传感器。