CN2785895Y - 一种轮胎压力、温度传感器、信号发射器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种监测轮胎压力、温度，维护汽车安全的，汽车用电子配件。为了解决现有产品的功耗大、安装调试不便、可靠性差等问题。本实用新型提供了一种直接安装在轮胎气阀上的轮胎压力、温度传感、信号发射器，它包括压力温度传感器、主电路板；压力温度传感器包括相联接的压力温度传感芯片、传感器电路板；主电路板包括射频收发模块的微处理器芯片、电源电池、天线模块；主电路板还可以是包括射频收发模块的微处理器芯片、电源管理模块、电子泵模块、天线模块的无电池结构；该轮胎压力温度传感、信号发射器外包覆有绝缘体外壳；主电路板与压力温度传感器之间有密封胶圈相间隔；该轮胎压力温度传感、信号发射器下端呈圆柄型，圆柄内有空腔，压力、温度传感芯片通过空腔与外界相连通。本实用新型具有直接安装在轮胎气阀上、使用方便，绿色环保、利用2.4G的频率等优点。

Description

一种轮胎压力、温度传感器、信号发射器

技术领域

本实用新型属于监测轮胎压力、温度，维护汽车安全的，汽车用电子配件。

背景技术

汽车行驶过程中实时对汽车轮胎内气压及温度的变化进行监控，并及时将监控所得的数据信息通告驾驶者，这对行车安全是极为重要的。

在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。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％。

目前对汽车轮胎气压及温度进行监控的技术或方法，主要分为下面两种；

(1)、直接TPMS(轮胎压力检测系统)：要求在每个轮胎内使用压力传感器，并安装无线发射器，用于将压力等信息从轮胎内部发送到中央接收器上。并对测量的信息进行提示或报警。

(2)、间接TPMS：要求已安装及使用防抱死系统(ABS)的车辆，进行相关的测量及控制软件升级，来测定轮胎气压变化。对于在4个轮子上都装有车轮速度传感器的系统来说，此类软件的升级可以用于监测车速的变化。当轮胎压力降低时，车辆的重量会使轮胎直径变小，这反过来会导致车速发生变化。经过正确计算与精确判断，这种车速变化可用于触发警报系统来向司机发出轮胎气压不足的警告。

这两个系统相比较，每个系统都有自己的优点。直接系统可以提供更高级的功能，使用直接系统，可以随时测定每个轮胎内部的实际瞬压，很容易确定故障轮胎的位置。间接系统相对便宜，已经装备了4轮ABS(每个轮胎装备1个轮速传感器)的汽车只需对软件升级。但是，目前这类系统没有直接系统准确率高，它基本不能确定故障轮胎的准确位置，只能是判断出确实有轮胎的气压有问题，在某些情况下此类系统会无法正常工作：例如同一车轴的两个轮胎气压都出现相当的气压变低的情况时。

间接TPMS系统完全不适用于较低档的未安装ABS系统的车辆，及已出厂的正在使用的车辆。因为对一个已经出厂的未安装间接TPMS系统的车辆，如果需要安装间接TPMS系统，需要经过极其复杂的系统装配及校准过程，在成本上是无法接受的。

根据上面的分析，很明显直接TPMS更有效且更具市场竞争力。

目前国内公司推出的轮胎压力监控产品虽各有差异，但存在明显的共性。轮胎压力监控产品的基本原理是：安装于轮胎内的感应器/发射器模组，感应及测量每个轮胎的气压和温度，并将这些信息通过无线信号传输到安装在驾驶室内的接收器上，并以数字显示等方式实时显示相关信息或用声音信号示警。其中轮胎气压感应器与发射器多采用一体化模块式设计，内有高强度电池供电：接收器与显示器也为模块式一体化设计，显示器为气压、温度全功能数字式显示等。

国内产品其共性表现为：

A：因为产品体积较大，重量较重，感应器/发射器模组只能安装在轮胎内部或轮辐上；

B：感应器/发射器模组内装有电池进行供电；

C：所使用的RF信号传输频率为315MHZ或434MHZ；

D：完全独立于汽车局域网工作。

除了上面介绍的产品形式以外，还有一些依据机械结构及传动原理来进行轮胎压力检测的方法及产品，由于目前这类产品已经完全没有了实用价值，故这类产品不在本实用新型申请的讨论范围以内。

现有产品在设计及使用上，存在以下几方面的缺陷：

(1)、现有产品结构设计中，基本上是将轮胎气压感应器/发射器装在轮胎内侧或轮辐上，对这样的产品结构进行安装或拆卸，需要特殊的工具装备与专业的技术，安装调试过程需要在汽车生产厂或汽车修配厂完成，给实际应用推广带来不便。

(2)、轮胎气压传感器/发射器与接收器之间需要用特定ID来分别识别，以便在报警时确认究竟是哪个轮胎出了问题，大多数原有产品中对备胎的问题没有办法处理，即在临时换胎的情况下，系统对备胎无法进行监测。

(3)、目前的系统或产品，无论是国外公司开发的还是国内厂家生产的，使用的信号传输频率均为433MHZ或315MHZ。这是一个很常用的电子产品工作频率，在大密度使用条件下容易造成产品间的相互干扰，而且利用这个频率工作的产品体积也相应较大，在功耗上及产品安装使用上都不利。

(4)、现有产品中传感器/发射器部分用锂电池供电，使产品的使用环境受一定的限制，如在高热的情况下不适合电池的工作，产品的使用寿命受电池消耗的影响，在传感器/发射器端要靠减少单位时间检测次数来节省电源，不利行车的安全。使用电池也不利于环境的保护。

理论上产品中电池的使用寿命3-5年，在电池寿命结束时要到专业的汽车修配厂进行轮胎的拆卸，更换电池或直接更换传感器组件。但实际应用中电池使用寿命要远远低于这个数字。

(5)、感应器/发射器端产品的体积较大，重量很难减小。在高速转动的车轮上，少许的重量增加都会对轮胎的转动平衡带来很大的影响。

(6)、现有的产品在结构上相对复杂，安装及使用都很不方便。特别是利用ABS系统升级的间接TPMS系统，其校准过程非常复杂。而且间接TPMS系统在检测过程中存在较大的缺陷。

(7)目前汽车局域网技术发展很快，在汽车上新增的电子产品或系统都需要考虑到车载局域网的技术标准，并将其功能及应用充分结合到局域网技术标准中。

目前轮胎压力检测产品(特别是国内推出的产品)，多以独立于车载局域网的方式工作，没有与汽车局域网相结合，没有在结合的基础上提供更多的功能。

实用新型内容

为了解决上述现有产品存在的诸多问题或缺陷，使产品性能与功用得以提高，本实用新型是采用下述设计解决的：

一种轮胎压力、温度传感、信号发射器，它包括压力温度传感器、主电路板；压力温度传感器包括相联接的压力温度传感芯片、传感器电路板；主电路板包括2.4G射频收发模块的微处理器芯片、电源电池、天线模块；该轮胎压力温度传感、信号发射器外包覆有绝缘体外壳；主电路板与压力温度传感器之间有密封胶圈相间隔；该轮胎压力温度传感、信号发射器下端呈圆柄型，圆柄内有空腔，压力温度传感芯片通过空腔与外界相连通。

所用的电源电池可以是现有各种长寿、环保、微型电池，例纽扣电池等。以使技术简单，使用方便。

本实用新型还可进一步采用下述无电池设计：

一种轮胎压力、温度传感、信号发射器，它包括压力温度传感器、主电路板；压力温度传感器包括传感器电路板及安装其上的传感器芯片。主电路板包括2.4G射频收发模块的微处理器芯片、电源管理模块、电子泵模块、天线模块；该轮胎压力温度传感、信号发射器外包覆有绝缘体外壳；主电路板与压力温度传感器之间有密封胶圈相间隔；该轮胎压力温度传感、信号发射器下端呈圆柄型，圆柄内有空腔，压力温度传感芯片通过空腔与外界相连通。

所述的轮胎压力、温度传感、信号发射器，其传感器电路板可以包括：MOTOROLA温度压力传感芯片MPXY8020A及外围元件。

传感器电路板上的外围元件可以是0402封装的贴片电容及电阻。数量在5个以内。其作用是信号通路及电源去偶合。电阻及电容的数量及数值需要在测试中调整。

所述的轮胎压力、温度传感、信号发射器，主电路板中压力温度传感器微处理器芯片可以为NORDIC生产的NRF24E1，这是内置8051单片机及2.4G频率发射接收模块的芯片，在主电路板上以微带天线的形式设计制作2.4G天线模块。以实现2.4G频率的正常收发。

所述的主电路板中轮胎压力、温度传感、信号发射器，其电子泵模块由感应振荡电路及相应滤波整流电路组成。该模块的作用是感应2.4G频率信号产生振荡，提供电源能量的累积基础。

主电路板中电源管理模块的工作原理受NRF24E1中软件设计的控制，负责将电子泵产生的电源能量转化成稳定的，持续的，可供各功能模块正常工作的电源。

上述的轮胎压力、温度传感、信号发射器，其主电路板与压力温度传感器之间相间隔的密封胶圈外，即圆柄外还可以有螺纹。螺纹是将组件安装到轮胎气门上的紧固部分。

本实用新型可以是采用无电池供电、直接安装在轮胎气阀上的轮胎压力温度传感、信号发射器(以下简称传感器组件)，其工作原理：

本实用新型直接安装在轮胎气阀上的轮胎压力温度传感器、信号发射器可以应用于直接TPMS系统。

本实用新型可以与信号接收组件、控制显示组件配套使用。其工作原理是：信号接收组件发射2.4G频率的振荡信号传送到传感器组件，并在传感器组件中产生谐振，利用电子泵电荷积累技术及先进的电源管理技术产生可以驱动组件内各模块工作的稳定电源。传感器组件将监测到的轮胎内气体压力及温度数据以2.4G频率的调制信号实时发射出去。信号接受组件接收实时信号后再将信息传输给控制显示组件。

本实用新型传感器组件在结构上为一体化设计。结合汽车轮胎气阀的结构，将部件制作成易于直接安装在轮胎气阀上的旋紧式结构。使用时将部件旋进汽车轮胎气阀即可。

本实用新型传感器组件可以由五大功能模块组成及作用为：

(1)、压力温度传感器

使用MEMS(微电子机械系统)生产的压力温度传感器MPXY8020A，可以适应汽车轮胎中各种恶劣的环境条件，实时提供监测得到的气体压力及温度数据信号。

(2)、微处理器芯片NRF24E1(即MCU)

集成了2.4G射频收发模块的微处理器芯片，负责传感器监测数据信号的管理、实时发送。并负责进行地址识别等。

(3)、电源管理模块

组件整体电源管理。电源管理模块属现有技术，一般包括电源管理芯片及一两个外围的电阻电容等。其作用是：1，向需求的电路部分供应稳定的电压输出，2，低电源报警。3，电源滤波整型等。

(4)、电子泵模块

利用电磁感应原理积累电能，以达到可以供应各模块正常工作的要求。电子泵模块中的感应震荡电路及相应的滤波整流电路为现有技术。

(5)2.4G天线模块

负责2.4G信号的收发

与现有的汽车轮胎压力(温度)监测产品相比较，本实用新型采用了以下技术：

(1)、采用2.4G开放频率段实现测量信号的无线传输，在这样高频段工作，产品使用元器件的尺寸，发射接受天线尺寸等都将大幅度减少。这必将显著减少传感器组件的体积，重量及产品功耗。

(2)、传感器组件可以采用无电池直接供电的工作模式，由信号接受组件发出的2.4G频率信号在传感器组件内产生谐振，利用电子泵技术及先进的电源管理技术生成可以维持传感器组件稳定工作的电源。采用无电池直接供电的设计思路，同样将很大程度上减少传感器组件的体积和重量，也同时解决了现有产品存在的使用寿命的问题，也可以减少废电池对环境可能造成的危害。

(3)、在体积及重量都大幅度减少的前提下，传感器组件可以根据轮胎气阀的结构，特别制作成可以直接将传感器组件安装在轮胎气阀上的结构形式。既在不拆卸汽车轮胎的前提下，将传感器组件直接旋进汽车轮胎的气阀内。这样的产品结构设计便于实际使用与部件更换。

(4)除去气阀外壳外，整个传感器组件的总重量约为10克。这样的重量完全可以实现将产品直接安装在汽车轮胎气阀上的设计要求。

本实用新型直接安装在轮胎气阀上的传感器组件与现有技术相比解决了现有技术产品中的不足，产生了积极的有益效果如下：

(1)、简化该类产品的安装及使用的复杂程度，使产品的安装不再需要专业的技能及设备，可以作为汽车标配，装配在新出厂的汽车上或直接由驾驶者安装在已出厂的汽车上。扩大了产品的推广及使用的范围；

(2)、在减少感应器/信号发射器模块体积及功耗的基础上，还可以采用无电池直接供电的工作模式，即采用先进的感应式电子泵供电方式，解决产品使用寿命及电池消耗的问题；

(3)、取消电池供电的传统模式，对促进环保及减少废电池可能造成的环境污染，将起积极的推动作用；

附图说明

图1为本实用新型工作原理示意图

图2、3均为本实用新型功能模块组成示意图

图4为本实用新型结构示意图

图4中各部件说明：

1针嘴部分  材料：金属

2导气空腔

3螺纹  用于传感器组件的固定

4外壳  材料：高强度塑料

5进气孔

6压力温度传感芯片

7传感器电路板

8密封胶圈

9主电路板位置

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型不局限于下述实施例。

实施例1

一种轮胎压力、温度传感、信号发射器，它包括压力温度传感器、主电路板9；压力温度传感器包括相联接的压力温度传感芯片6、传感器电路板7；主电路板9包括2.4G射频收发模块的微处理器芯片、纽扣电池、2.4G天线模块；该轮胎压力温度传感、信号发射器外包覆有绝缘体外壳4；主电路板9与压力温度传感器之间有密封胶圈8相间隔；压力温度传感芯片6与外界有一进气孔5相连通。压力温度传感芯片6与进气孔5之间还有一个导气空腔2。主电路板9与压力温度传感器之间相间隔的密封胶圈外有螺纹3，螺纹用于紧固，进气孔5位于针嘴1中。压力温度传感芯片6、传感器电路板7；其压力温度传感器为压力温度传感器MPXY8020A，其压力温度传感器的天线模块为2.4G天线模块。主电路板中压力温度传感器微处理器芯片为NORDIC生产的NRF24E1。

实施例2

一种轮胎压力、温度传感、信号发射器，它包括压力、温度传感器、主电路板9；压力温度传感器包括相联接的压力温度传感芯片6、传感器电路板7；主电路板9包括2.4G射频收发模块的微处理器芯片、电源管理模块、电子泵模块、2.4G天线模块；该轮胎压力温度传感、信号发射器外包覆有绝缘体外壳4；主电路板9与压力温度传感器之间有密封胶圈8相间隔；压力温度传感芯片6与外界有一进气孔5相连通。压力温度传感芯片6与进气孔5之间还有一个导气空腔2。主电路板9与压力温度传感器之间相间隔的密封胶圈外有螺纹3，螺纹用于紧固，进气孔5位于针嘴1中。压力温度传感芯片6、传感器电路板7；其压力温度传感器为压力温度传感器MPXY8020A，其压力温度传感器的天线模块为2.4G天线模块。主电路板中压力温度传感器微处理器芯片为NORDIC生产的NRF24E1。

Claims (4)

1.一种轮胎压力、温度传感器、信号发射器，其特征在于：包括压力温度传感器、主电路板；压力温度传感器包括相连接的温度传感芯片、传感器电路板；主电路板包括2.4G射频收发模块的微处理芯片、电源电池或电源管理模块加电子泵模块、天线模块；该轮胎压力温度传感信号发射器外包覆有绝缘体外壳；主电路板与压力温度传感器之间有密封胶圈间隔；该轮胎压力温度传感、信号发射器下端呈圆柄型，圆柄内有空腔，压力温度传感芯片通过空腔与外界连通。

2.根据权利要求1所述的轮胎压力、温度传感器、信号发射器，其特征在于：其传感器电路板包括传感芯片MPXY8020A及相关外围元器件。

3.根据权利要求1所述的轮胎压力、温度传感器、信号发射器，其特征在于：主电路板采用内置2.4G射频收发模块的主控芯片NRF24E1。

4.根据权利要求3所述的轮胎压力、温度传感器、信号发射器，其特征在于：其电子泵模块有感应振荡电路及相应滤波电路组成，该模块的作用是感应2.4G频率信号产生振荡，提供电源能量的累积基础。

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