CN201941531U - 轿车轮胎压力、温度实时报警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轿车轮胎压力、温度实时报警系统，解决了中低档轿车不配备胎压监测装置的问题，该报警系统包括低压、高温传感装置，高压传感装置，霍尔元件及声光报警器，所述传感装置由活塞机构及永久磁铁组成，两传感装置在胎内压力变化时带动活塞位移，进而缩短永久磁铁与霍尔元件间距离，霍尔元件检测到的磁场强度同时发生变化，当永久磁铁位移到霍尔元件的响应距离时，通过霍尔检测电路、单片机控制电路及声光报警电路启动声光报警器，实现声光报警。该报警系统不使用电池，结构简单、轻巧，安装方便，成本低廉，可以安装在中低档轿车上，有利于提高中低档轿车的安全级别，防止由于爆胎引起的交通事故。

Description

轿车轮胎压力、温度实时报警系统

技术领域

本实用新型涉及一种监测轿车轮胎安全的装置，具体的是当轿车轮胎的压力、温度出现异常时可以监测报警的装置。

背景技术

爆胎是引起突发性交通事故的重要原因之一。据统计，在中国高速公路上发生的交通事故有70%是由于爆胎引起的，而在美国这一比例则高达80%。解决爆胎问题的最有效的途径，是研制一套能够对轮胎的温度和压力进行实时监测报警系统。目前，国内和国外已经开发出具有同时检测轮胎压力和温度的轮胎压力监测系统(Tire Pressure Monitoring System，简称TPMS)。TPMS主要分为两种类型：一种是基于车轮速度的TPMS(WSB TPMS，间接式TPMS)，这种系统是通过轿车ABS系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监视胎压的目的，该类系统的主要缺点是无法对两个以上轮胎同时缺气的状况和速度超过100km/h的情况进行判断，只适合轿车行驶过程中的胎压监测，对备胎或当车辆停滞时，便无法判断，所以监测的局限性比较大；另一种是基于压力传感器的TPMS(PSB TPMS，直接式TPMS)，这种系统是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，利用无线发射器将压力信息从轮胎内部发送到中央接收器模块上的系统，然后对各轮胎气压数据进行显示，当轮胎气压太低或漏气时，系统会自动报警；直接式TPMS要求在轮胎内使用电池，因电池需要更换，所以用户使用时比较麻烦；另外直接式TPMS系统采用高频发射胎内温度、压力信号，车内设置接收仪器，系统复杂、成本高，因此，目前市场上存量和产量最大的中低档轿车出于成本的考虑并不安装该套直接式TPMS。

发明内容

本实用新型的目的是为中低档轿车提供了一种轮胎压力、温度实时报警系统，该系统内无需使用电池，使用方便，且成本低廉，从而使众多的中低档轿车获得更安全的保障。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：轿车轮胎压力、温度实时报警系统，包括低压、高温传感装置，高压传感装置，霍尔元件及声光报警器；所述的低压、高温传感装置由A活塞筒、带支杆的A活塞及固定在支杆端头的A永久磁铁组成，A活塞筒通过A支架或底座固定在轮辋上，在A活塞与A活塞筒围成的密闭空间内放有低沸点化学物质；所述高压传感装置包括B活塞筒、带支杆的B活塞及固定在支杆端头的B永久磁铁，其中B活塞的支杆顺同方向两度弯折，弯折角为直角，B活塞筒通过B支架或底座固定在轮辋上；在每个轿车车轮的轮胎与轮辋围成的空间内、在轮辋上安装低压、高温传感装置和高压传感装置，并在每个轮辐内侧固定一个不随车轴旋转的霍尔元件，所有霍尔元件导线连接设置在驾驶室内的声光报警器；每个传感装置与霍尔元件间的距离，满足当轮胎内压力升高到额定压力上限时、或当压力达到额定压力下限时、或当轮胎内温度达到额定温度上限时，B永久磁铁或A永久磁铁随着车轮转动到与霍尔元件间的最短距离，该距离为霍尔元件的响应距离。

前述在每个轮辐内侧固定一个不随车轴旋转的霍尔元件，是将霍尔元件固定在轮毂轴承上。优选在轮毂轴承上固定一支架，该支架垂直轮毂轴承，霍尔元件固定在该支架上，这样可减少霍尔元件与永久磁铁间的距离。

前述低沸点化学物质是丙酮、乙醚、正戊烷、二氯甲烷、二氯乙烷中的一种。

本实用新型具有如下有益效果：本申请的报警系统不使用电池，结构简单、轻巧，安装方便，成本低廉，可以安装在中低档轿车上，有利于提高中低档轿车的安全级别，防止由于爆胎引起的交通事故。

附图说明

图1是本申请轿车轮胎压力、温度实时报警系统结构示意图。

图2是车轮采用铝合金轮毂时，低压、高温传感装置及高压传感装置的结构及安装方式示意图。

图3是车轮采用钢质轮毂时，霍尔元件安装位置示意图。

图4是车轮采用钢质轮毂时，高压传感装置安装位置示意图。

图5A是电源电路。

图5B是电源电路。

图5C是电源电路。

图6A是霍尔检测电路。

图6B是霍尔检测电路。

图6C是霍尔检测电路。

图6D是霍尔检测电路。

图7是单片机控制电路。

图8A是声光报警电路。

图8B是声光报警电路。

其中：低压、高温传感装置10，A活塞筒11，带支杆的活塞12，A永久磁铁13，A支架或底座14，高压传感装置20，B活塞筒21，带支杆的B活塞22，B永久磁铁23，A支架或底座24，霍尔元件30，声光报警器40，轮辋50，轮胎60。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

由图1所示，本实用新型的轿车轮胎压力、温度实时报警系统，可实现高压报警和低压、高温报警，包括低压、高温传感装置10，高压传感装置20，霍尔元件30及声光报警器40。

由图2所示，其中的低压、高温传感装置10包括A活塞筒11、带支杆的活塞12及固定在支杆端头的A永久磁铁13，A活塞筒11通过A支架或底座14固定在轮辋50上，在活塞12与A活塞筒11围成的密闭空间内放入低沸点化学物质，如丙酮、乙醚、正戊烷、二氯甲烷、二氯乙烷等；高压传感装置20包括B活塞筒21、带支杆的B活塞22及固定在支杆端头的B永久磁铁23，其中活塞22的支杆顺同方向两度弯折，弯折角为直角，B活塞筒21通过B支架或底座24固定在轮辋50上。

该报警系统的连接方式，由图1所示，是在每个轿车车轮的轮胎60与轮辋50围成的空间内、在轮辋上安装低压、高温传感装置10和高压传感装置20，并在每个轮辐内侧固定一个不随车轴旋转的霍尔元件，该霍尔元件的安装位置还与轮毂的材质有关，因车轮转动时，霍尔元件30是不转动的，所以每个车轮内的传感装置10、20随着车轮的转动与该车轮内的霍尔元件30间的距离是呈周期性变化的，随着传感装置与霍尔元件间距离的变化，霍尔元件切割传感装置上永久磁铁的磁力线，霍尔元件检测到的磁感应强度发生变化，这样霍尔元件才能发挥作用；当采用铝合金轮毂时，铝合金材质不会对磁感应强度产生影响，所以霍尔元件的安装位置如图2所示，即霍尔元件30位于轮辋的下面，而采用钢质轮毂时，因钢质材料会对磁感应强度产生影响，所以霍尔元件的安装位置如图3结合图4所示，需探出轮毂，延伸到轮胎侧面，而此时低压、高温传感装置10和高压传感装置20的安装位置也要随着调整，以高压传感装置20为例，如图4所示，要保证B永久磁铁23也调整到相应的侧面，这样才能保证永久磁铁与霍尔元件间距离最短，霍尔元件的磁感应效果最好；霍尔元件30与各传感装置间的距离需满足以下条件：当车轮内的压力上升时，B永久磁铁23在压力作用下发生位移，当压力升高到额定压力上限时，B永久磁铁23与霍尔元件30的最短距离满足霍尔元件30的响应距离；当压力达到额定压力下限或当轮胎内温度达到额定温度上限时，A永久磁铁13与霍尔元件30间的最短距离满足霍尔元件30的响应距离。这里要注意A活塞筒11内加入的低沸点化学物质的量，要满足当轮胎内温度上升及轮胎内压力下降时A永久磁铁13的位移量保持一致，这样才能确保低压或高温时都可报警。所有霍尔元件30导线连接设置在驾驶室内的声光报警器40。

本申请通过电源电路、霍尔检测电路、单片机控制电路、语言报警电路和光报警电路，实现轮胎压力、温度的声光报警。

如图5A、5B、5C所示，所述电源电路包括自恢复保险丝（F1）、3.3V稳压芯片ASM117-3.3(U1)、5V稳压芯片LM7805（U3）、电容(C1~C7)。U3将轿车12V电压转换为5V供霍尔传感器、单片机等使用，U1将5V电压转换为3.3V电压供语音芯片ISD4002使用，电容起滤波和退偶的作用。

如图6A、6B、6C、6D所示，所述的霍尔检测电路包括霍尔元件（IC1、IC2、IC3、IC4）、电容（C8、C9、C10、C11）和电阻（R9、R10、R11、R12、R15、R16、R17、R18）。霍尔元件为线性霍尔SS495或其他电压输出线性霍尔元件；电容起到滤波作用；电阻起温度补偿和分压作用。它们保证霍尔元件输出电压不受温度的影响，还保证输出电压在单片机自带AD的电压采集范围。当轮胎内气压、温度达到设定报警极限值时，胎内低压、高温传感器10或高压传感器11上的磁铁与霍尔元件之间的距离就会达到报警距离，霍尔元件检测到磁信号，通过电阻的温度补偿与分压和电容滤波后输出电压信号值。

如图7所示，所述单片机控制电路包括单片机（U2）、电容（C12、C13、C14）、电感（L1）。该部分主要是接收来自霍尔检测电路的信号，并通过单片机自带的AD将其转换变成数字量，该数字量与设定值进行比较，从而判断轮胎的压力和温度是否正常，并控制语音报警电路和光报警电路做出反应。

如图8A、8B所示，所述声光报警电路包括语音芯片ISD4002（U4）、音频功率放大器LM386（U5）、扬声器（LS1）、八个发光二极管（DS1 、DS3 、DS5 、DS7发红光 ，DS2、 DS4 、DS6 、DS8发绿光）以及它们的外围器件组成。芯片U4的通过串行通信接口(SP I)接收来自单片机的控制，芯片U5将U4输出的声音信号进行放大以驱动扬声器发出声音。声音的大小可通过可变电阻R13的大小进行调节。八个发光二极管（DS1～DS8）通过单片机的PD口的控制发光，电阻R1~R8起限流作用。

如果轿车左前胎压力低于设定值或温度高于设定值，则线性霍尔IC1输出的电压信号通过单片机的转换与比较，驱动指示二极管DS1发光，同时让语音报警电路发出“左前胎压力过低或温度过高”的声音报警；如果左前胎压力高于设定上限值，则线性霍尔IC1输出的电压信号通过单片机的转换与比较，驱动指示二极管DS2发光，同时让语音报警电路发出“左前胎压力过高”的声音报警。如果轿车右前胎压力低于设定值或温度高于设定值，则线性霍尔IC2输出的电压信号通过单片机的转换与比较，驱动指示二极管DS3发光，同时让语音报警电路发出“右前胎压力过低或温度过高”的声音报警；如果右前胎压力高于设定上限值，则线性霍尔IC2输出的电压信号通过单片机的转换与比较，驱动指示二极管DS4发光，同时让语音报警电路发出“右前胎压力过高”的声音报警。如果轿车左后胎压力低于设定值或温度高于设定值，则线性霍尔IC3输出的电压信号通过单片机的转换与比较，驱动指示二极管DS5发光，同时让语音报警电路发出“左后胎压力过低或温度过高”的声音报警；如果左后胎压力高于设定上限值，则线性霍尔IC3输出的电压信号通过单片机的转换与比较，驱动指示二极管DS6发光，同时让语音报警电路发出“左后胎压力过高”的声音报警。如果轿车右后胎压力低于设定值或温度高于设定值，则线性霍尔IC4输出的电压信号通过单片机的转换与比较，驱动指示二极管DS7发光，同时让语音报警电路发出“右后胎压力过低或温度过高”的声音报警；如果右后胎压力高于设定上限值，则线性霍尔IC4输出的电压信号通过单片机的转换与比较，驱动指示二极管DS8发光，同时让语音报警电路发出“右后胎压力过高”的声音报警。

具体的高压报警的工作过程为：设定轮胎充气压力为0.25MPa，此时高压传感装置20上的B永久磁铁23的位移记为0mm，当胎内压力增大时推动活塞22向内发生位移，活塞支杆端头的B永久磁铁23与霍尔元件30的距离减少，当胎压高于额定压力上限、B永久磁铁23与霍尔元件30之间的距离满足霍尔元件的响应距离 (报警距离) 时，霍尔元件30便产生电压信号，此电压信号通过电缆线传输声光报警器40上，实现高压报警。

低压、高温报警的工作过程为：当温度正常、胎压低于初始充气压力时，低压、高温传感装置10的A活塞12发生向外的位移，安装在活塞支杆端头的A永久磁铁13与霍尔元件30的位移减少，二者之间的距离逐渐缩短，当胎压低于额定压力下限时，A永久磁铁13与霍尔元件30之间的距离满足霍尔元件的响应距离 (报警距离)，便产生电压信号，此电压信号通过电缆线传输至位于驾驶室内的声光报警器40上，实现低压报警。当胎压处于额定压力上或下限之间时，温度升高，A活塞筒11中的低沸点化学物质在高温下提供的蒸汽压则推动活塞12向外移动，当温度升至报警温度70℃时，化学物质提供的蒸汽压推动活塞12向外移动至报警位置，实现额定压力下的高温报警。

活塞筒、活塞可用聚乙烯、聚丙烯等塑料类材料以及轻质金属制作。

Claims (5)

1.轿车轮胎压力、温度实时报警系统，包括低压、高温传感装置（10），高压传感装置（20），霍尔元件（30）及声光报警器（40）；其特征在于：所述的低压、高温传感装置（10）由A活塞筒（11）、带支杆的A活塞（12）及固定在支杆端头的A永久磁铁（13）组成，A活塞筒（11）通过A支架或底座（14）固定在轮辋（50）上，在A活塞（12）与A活塞筒（11）围成的密闭空间内放有低沸点化学物质；所述高压传感装置（20）包括B活塞筒（21）、带支杆的B活塞（22）及固定在支杆端头的B永久磁铁（23），其中B活塞（22）的支杆顺同方向两度弯折，弯折角为直角，B活塞筒（21）通过B支架或底座（24）固定在轮辋（50）上；在每个轿车车轮的轮胎（60）与轮辋（50）围成的空间内、在轮辋（50）上安装低压、高温传感装置（10）和高压传感装置（20），并在每个车轮的轮辐内侧上固定一个不随车轴旋转的霍尔元件（30），所有霍尔元件（30）导线连接设置在驾驶室内的声光报警器（40）；每个传感装置与霍尔元件（30）间的距离，满足当轮胎内压力升高到额定压力上限时或当压力达到额定压力下限时或当轮胎内温度达到额定温度上限时，B永久磁铁（23）或A永久磁铁（13）与霍尔元件（30）间的最短距离为霍尔元件（30）的响应距离。

2.根据权利要求1所述的轿车轮胎压力、温度实时报警系统，其特征在于：轮毂为铝合金材质时，所述霍尔元件（30）固定在轮辐内侧、轮辋（50）的下面。

3.根据权利要求1所述的轿车轮胎压力、温度实时报警系统，其特征在于：轮毂为钢质材质时，所述霍尔元件（30）固定在轮辐内侧、轮胎的侧面。

4.根据权利要求2或3所述的轿车轮胎压力、温度实时报警系统，其特征在于：所述霍尔元件（30）固定在轮毂轴承上。

5.根据权利要求1所述的轿车轮胎压力、温度实时报警系统，其特征在于：低沸点化学物质是丙酮、乙醚、正戊烷、二氯甲烷、二氯乙烷中的一种。

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