WO2023014239A1 - Пассивный измеритель параметров воздуха в шинах и угловых скоростей колес - Google Patents

Пассивный измеритель параметров воздуха в шинах и угловых скоростей колес Download PDF

Info

Publication number
WO2023014239A1
WO2023014239A1 PCT/RU2021/000332 RU2021000332W WO2023014239A1 WO 2023014239 A1 WO2023014239 A1 WO 2023014239A1 RU 2021000332 W RU2021000332 W RU 2021000332W WO 2023014239 A1 WO2023014239 A1 WO 2023014239A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrical
tire
signal generator
pressure
wheel
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000332
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Михаил Михайлович ЗАКАТОВ
Роман Михайлович ЗАКАТОВ
Original Assignee
Михаил Михайлович ЗАКАТОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Михайлович ЗАКАТОВ filed Critical Михаил Михайлович ЗАКАТОВ
Priority to PCT/RU2021/000332 priority Critical patent/WO2023014239A1/ru
Publication of WO2023014239A1 publication Critical patent/WO2023014239A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/20—Devices for measuring or signalling tyre temperature only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L17/00—Devices or apparatus for measuring tyre pressure or the pressure in other inflated bodies

Definitions

  • the invention relates to transport engineering and can be used in the automotive industry, tractor construction.
  • tire pressure monitoring devices In order to ensure the safe driving of a car based on tire pressure, various types of tire pressure monitoring devices have been developed. Currently, two fundamentally different tire pressure monitoring devices are used: a tire pressure and temperature monitoring device with direct pressure and temperature measurements; device for monitoring the change in air pressure in one tire with an indirect assessment of the change in pressure.
  • Tire pressure and temperature control devices with direct measurements differ in the location of sensor blocks with pressure and temperature sensors: control device with internal sensor blocks mounted on the outer surface of the wheel rim inside the tire; control device with external sensor units, mounted on tire valves. All sensor units use coded radio frequency channels to transmit tire pressure and temperature values to a monitor located in the vehicle interior, and contain a power source for pressure and temperature sensors and a radio transmitter.
  • this change is determined by estimating the differences in the angular speeds of rotation of all wheels.
  • the angular speed of each wheel is determined using sensors already present. The difference in the angular speeds of rotation of the wheels occurs when the rolling radius of the corresponding tire changes due to the change in air pressure in the tire.
  • the angular speed of the wheel on which this tire is installed increases with decreasing pressure and decreases with increasing pressure compared to the angular speeds of rotation of the other three wheels of the vehicle, in tires of which the pressure is correct.
  • the disadvantages of pressure monitoring systems with indirect control of changes in tire pressure are: measuring not tire pressure, but its change compared to tire pressures on other wheels; comparatively long detection times ( ⁇ 10 minutes) of pressure changes; detecting only a significant change in tire pressure; errors caused by changes in the rolling radius of tires depending on the uneven loading of the vehicle; inoperability with the same change in pressure in all tires of the vehicle.
  • the disadvantages of control systems with direct measurements compared to control systems with indirect measurements are: high cost; lower reliability associated with the complexity of radio devices; difficulty in maintaining the system during operation; limited service life of power supplies; various problems caused by the use of electromagnetic radiation to communicate the monitor with sensor units.
  • a device that monitors the pressure in a car tire, which contains a pressure sensor, the inner cavity of which communicates with the inner cavity of the tire (International application PCT No. 80/02837, V60S23/04, 1986).
  • the pressure of the air coming from the tire acts on the movable element, which is acted upon in the opposite direction by a spring.
  • the movement of the movable element is fixed by two switches that generate the corresponding signals.
  • the transmitter which is part of the device, has a winding and an excitation system, which, in accordance with the signals of the pressure sensor, supplies a time-varying current to the winding, as a result of which a magnetic field is created that activates the receiver, which generates a signal proportional to tire pressure.
  • the disadvantages of this device are large dimensions, design complexity, lack of reliability, determined by the fact that the device contains switches, a movable element, an excitation system, power supplies mounted on the wheel.
  • a device for monitoring the pressure in a car tire RF Patent No. 2009898, V60S23 / 04, 1992.
  • a primary round inductor connected by wires through a hole in the wheel rim into an electric circuit with an electric pressure sensor located on the outer surface of the wheel rim inside the tire, which changes the resistance in the electric circuit when the air pressure in the tire changes.
  • a signal receiving unit consisting of a cylindrical permanent magnet located at one end on the bracket, and a secondary round inductor placed at the other end of the permanent magnet facing the wheel rim.
  • the primary inductor generates, when it moves near the signal receiving node, when exposed to the magnetic field of a cylindrical permanent magnet of the signal receiving node, an induction current, the strength of which depends on the electrical resistance of the circuit, i.e. on the air pressure in the tire.
  • the induction current generates its own magnetic field of the primary inductor, which depends on the air pressure.
  • a variable EMF is induced in the secondary coil, which depends on the air pressure in the tire.
  • Variable EMF is an electrical signal transmitted by wire to a signaling device located at the driver's side.
  • An electric pressure sensor made in the form of a membrane key, opens the electrical circuit when the tire pressure drops below the threshold value. The strength of the induction current becomes zero.
  • the electrical signal is not supplied to the signaling device, which notifies the driver of a decrease in pressure below the threshold value by light and sound signals.
  • a working model of a car tire pressure monitoring device was presented at the BRUSSELS EUREKA ‘96 exhibition and was awarded a diploma and a bronze medal.
  • a prototype device for monitoring the pressure in a car tire was tested in 1999 at JSC Moskvich, Moscow. Tests confirmed the results of theoretical and experimental studies the physical foundations of the measuring system with inductive signal transmission from a moving object to a fixed measuring unit, which were used in the development of a device for monitoring the pressure in a car tire. In particular, mathematical models of electrical signals and voltages were obtained theoretically and experimentally confirmed.
  • the closest to the invention in design is "Passive gauge of pressure and air temperature in a car wheel tire” (RF Patent No. 2509656, V60S23/04, 2012).
  • the passive meter contains on the wheel rim connected in an electrical circuit a primary inductor and an electrical pressure sensor that changes the resistance in the electrical circuit depending on the air pressure in the tire; an additional primary inductor and a temperature sensor connected to an electrical circuit, which changes the electrical resistance of the circuit when the air temperature in the tire changes; one or more permanent magnets, and/or one or more rim areas with magnetic permeabilities different from the magnetic permeability of the material from which the wheel rim is made, and/or one or more bulges and/or one or more recesses.
  • a permanent magnet and a secondary inductor On the fixed part of the car are located: a permanent magnet and a secondary inductor; connected to the secondary inductor in an electrical circuit, an active, powered by electricity from a power source, or passive, without a power source, a device for wireless transmission of information to a signaling device installed in the passenger compartment.
  • the claimed invention Passive meter of air parameters in tires and angular speeds of wheels
  • a signal generator is installed near the rim of the wheel or tire, generating an external magnetic field, and generating, when exposed to its own magnetic field of the pressure (temperature) sensor, an electrical signal depending on pressure (temperature), and generating, when the wheel rotates, electrical voltages, when exposed to magnetic fields of structural parts.
  • a passive wireless information transmission node connected to it in an electrical circuit is installed near the signal generator with software for processing electrical signals and voltages to determine information about pressure, temperature, angular velocity, angular acceleration of the wheel, the power supply of which is carried out by electric signals and voltages.
  • a wireless node for displaying information received from a passive wireless node for information transmission is installed in the vehicle interior.
  • a passive wired information display unit connected to an electrical circuit with a signal generator is installed with software for processing electrical signals and voltages to determine information about pressure, temperature, angular velocity, angular acceleration of the wheel, the power supply of which is carried out by electric signals and voltages.
  • the average angular velocity is estimated from any other measured time intervals between the times of registration of electrical signals and electrical voltages.
  • Estimation of the instantaneous angular velocity w mg is based on the use of the known dependences of the electrical voltage parameters on the angular velocity of the wheel: the amplitude of the electrical voltage the duration of the electric voltage t ⁇ u003d (p , forms of electric voltage, obtained theoretically and confirmed experimentally.
  • the instantaneous angular velocity is estimated from the measured value of the amplitude Lmeas according to the formula where Y -1 (A) is the function inverse to the function (u), and according to the measured value t meas according to the formula Where - a function inverse to the function ⁇ p(u).
  • the average angular acceleration £ cf on the time interval AT is estimated from the results of estimates of the angular velocities: w n at the beginning of the time interval, and w k - at the end of the time interval according to the formula
  • Knowledge of the angular velocity of the wheel is necessary for the operation of detection algorithms, estimation of the parameters of electrical signals, and, consequently, for the estimation of pressure and temperature. If necessary, information about the angular velocity of the wheel can be transmitted to other vehicle systems that require knowledge of the angular velocity of the wheels, for example, ABS, ESP systems.
  • a plate made of a magnetic material with a high magnetic permeability shields the magnetic field, i.e., if a permanent magnet is in front of the plate, then the magnetic field behind the plate is zero.
  • the pressure (temperature) sensor is placed inside the tire on the outer surface of the steel rim of the wheel, and the signal generator, which creates an external magnetic field, is placed near the inner surface of the rim.
  • the part of the sensor that generates its own magnetic field must be placed on the inner surface of the rim, and the part of the sensor that determines the dependence of its own magnetic field on pressure (temperature) must be placed inside the tire on the outer surface of the rim.
  • the electrical connection of the sensor parts is made through a hole in the wheel rim, as shown in FIG. 1, position 1
  • the second goal is achieved by the fact that in the case of using a steel wheel rim, the pressure (temperature) sensor is placed inside the tire not on the wheel rim, but on the tire itself, for example, one of the possible options is to place the pressure (temperature) sensor on the sidewall of the tire, as shown in Fig. fig. 4, item 14.
  • the material from which the sidewall of the tire is made is non-magnetic, therefore, the external magnetic field of the signal generator located near the tire is present inside the tire and the sensor's own magnetic field creates an electrical signal in the signal generator.
  • the shielding of the external magnetic field does not occur and the pressure (temperature) sensor can installed inside the tire on the outer surface of the wheel rim.
  • the third goal is achieved by the fact that the wireless information transmission node contains a generator and emitter of sound waves, and the transmission of information is carried out by coded sound signals.
  • the passive meter is operational only while the vehicle is moving when the set minimum speed is exceeded.
  • the conducted studies have shown that with an appropriate choice of parameters of the signal generator, pressure and temperature sensors, the minimum speed of performance of the proposed meter will be ⁇ 2 - 4 km/h.
  • the passive meter has advantages such as:
  • Passive meter does not need any power supply
  • FIG. 1 shows the layout of the components of the device according to patent No. 2009898, explaining the principle of its operation, on which the following designations are used:
  • Electric pressure sensor made in the form of a membrane key with a diameter of 30 mm, weight - 6 gr.;
  • a signal receiving unit containing a cylindrical permanent magnet and a secondary round inductor
  • Cylindrical permanent magnet with a diameter of 16 mm, a height of 6 mm, and a mass of 33 g;
  • FIG. 2 shows photos of the diploma and medal of the exhibition BRUSSELS EUREKA ’96.
  • FIG. 4 shows one of the possible layouts of the nodes of a passive meter of air parameters in tires and the angular speeds of the wheels, on which the following designations are used:
  • the pressure (temperature) sensor 14 moves in the external magnetic field of the signal generator 16.
  • the pressure sensor 335 temperature
  • an induction current is generated, parameters which are determined by the resistance of the pressure (temperature) resistor.
  • the induction current creates its own magnetic field of the pressure (temperature) sensor, which J40 generates in the inductor of the signal generator, formed preferably by a permanent magnet and an inductor, EMF induction, which is an electrical signal with parameters depending on air pressure (temperature).
  • an electric voltage is generated, depending on the angular velocity of the wheel, when exposed to the magnetic field of the structural part 15, preferably a permanent magnet.
  • the electrical signals and electrical voltage of the signal generator are fed through wires to a wired information display unit installed in the interior 50 of the vehicle. Its software determines the relevant information about pressure, temperature, angular velocity, angular acceleration of the wheel. Relevant pressure and temperature information is displayed with sound and light signals. If necessary, the wired information display unit transmits the wheel number 55, the value of the wheel angular velocity to other vehicle systems, for example, ABS, ESP.
  • the wired information display node When the wired information display node is active, it contains a source of electrical energy or is powered by the vehicle's electrical network.
  • the wired information display node When the wired information display node is made passive, its power supply is provided by 560 electrical signals and signal generator voltages.
  • the signal generator For wireless transmission of information to the wireless information display node, the signal generator is connected by electrical wires 17 to a wireless information transmission node 18 installed next to it, equipped with software for processing electrical signals and >65 electrical voltages to determine the appropriate information about the air parameters and the angular speed of the wheel.
  • the transmission of the relevant information to the wireless information display node can be carried out, for example, over an encoded audio channel using sound waves.
  • the wireless information transmission node 70 When the wireless information transmission node 70 is passive, its power supply is provided by electrical signals and voltages of the signal generator.

Abstract

Пассивный измеритель параметров воздуха в шинах и угловых скоростей колес транспортного средства содержит на колесе или шине конструктивные детали, генерирующие магнитные поля, сенсоры давления и температуры, генерирующие магнитные поля при вращении колеса во внешнем магнитном поле, зависящие, соответственно, от давления и температуры воздуха, генератор сигналов, установленный вблизи колеса, генерирующий внешнее магнитное поле, электрическое напряжение, при воздействии магнитного поля конструктивной детали, используемое для питания пассивных узлов измерителя и определения угловой скорости, электрические сигналы, при воздействии магнитных полей сенсоров, используемые для определения параметров воздуха, электрически связанный с генератором сигналов пассивный беспроводной узел передачи информации, определяющий информацию о параметрах воздуха, угловой скорости, и передающий информацию на беспроводной узел отображения информации по звуковому каналу, или пассивный проводной узел отображения информации, образующий с генератором сигналов электрическую цепь.

Description

ПАССИВНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА В ШИНАХ И УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ КОЛЕС
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в автомобилестроении, тракторостроении.
При эксплуатации транспортного средства необходимо контролировать давления воздуха в шинах, чтобы избежать как повышенного, так и пониженного давления. Низкое давление воздуха в шине вызывает повышенный прогиб шины, тем самым увеличивая ее износ и температуру, влияющую на прочность шины, а также увеличение расхода топлива. При превышении давления воздуха в шине выше необходимого давления, уменьшается площадь контакта между шиной и дорогой, что приводит к быстрому истиранию середины шины. При движении транспортного средства с неисправной тормозной системой, например, при заклинивании тормозных колодок, нагревается воздух в шине, следовательно, измерение температуры воздуха позволяет контролировать исправность тормозной системы.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для обеспечения безопасного вождения автомобиля, обусловленного давлением воздуха в шине, были разработаны различные типы устройств контроля давлений в шинах. В настоящее время используются два принципиально различных устройства контроля давлений в шинах: устройство контроля давлений и температур воздуха в шинах с прямыми измерениями давлений и температур; устройство контроля изменения давления воздуха в одной шине с косвенной оценкой изменения давления.
Устройства контроля давлений и температур воздуха в шинах с прямыми измерениями, различаются по месту установки сенсорных блоков с датчиками давления и температуры: устройство контроля с внутренним сенсорными блоками, устанавливаемыми на внешней поверхности обода колеса внутри шины; устройство контроля с внешними сенсорными блоками, устанавливаемыми на вентилях шин. Все сенсорные блоки используют закодированные радиочастотные каналы для передачи значений давления и температуры воздуха в шине на монитор, размещенный в салоне транспортного средства, и содержат источник электропитания датчиков давления, температуры и радиопередатчика.
В устройствах контроля давления с косвенной оценкой изменения давления воздуха в одной шине это изменение определяется оценкой различий угловых скоростей вращения всех колес. В автомобиле с системой ABS угловая скорость вращения каждого колеса определяется с помощью уже имеющихся датчиков. Разница в угловых скоростях вращений колес возникает, когда радиус качения соответствующей шины изменяется из-за изменения давления воздуха в шине. Угловая скорость вращения колеса, на котором установлена эта шина, увеличивается при уменьшении давления и уменьшается при увеличении давления по сравнению с угловыми скоростями вращения трех других колес транспортного средства, в шинах которых давление соответствует норме.
Недостатками систем контроля давления с косвенным контролем изменения давления воздуха в шине являются: измерение не давления в шине, а его изменения по сравнению с давлениями в шинах на других колесах; сравнительно длительные периоды времени обнаружения (~ 10 минут) изменения давления; обнаружение только значительного изменения давления воздуха в шине; ошибки, вызываемые изменениями радиусов качений шин в зависимости от неравномерности загрузки транспортного средства; неработоспособность при одинаковом изменении давлений во всех шинах транспортного средства. Недостатками систем контроля с прямыми измерениями по сравнению с системами контроля с косвенными измерениями являются: высокая стоимость; меньшая надежность, связанная со сложностью радиотехнических устройств; сложность в обслуживании системы при эксплуатации; ограниченный срок службы источников электропитания; различные проблемы, обусловленные использованием электромагнитного излучения для связи монитора с сенсорными блоками. Одним из направлений в решении проблемы создания простых устройств с прямыми измерениями давлений и температур в шинах, является разработка устройств не содержащих, установленных на ободе колеса сложных радиотехнических устройств, требующих для своей работы электропитания: радиопередатчиков, датчиков давления и температуры и др. Такие устройства имеют много преимуществ, например: простота конструкции; высокая надежность; низкая цена; увеличенный срок службы; простота технического обслуживания; индукционная передача информации о давлении и температуре с колеса, следовательно, устранение проблем, связанных с использованием электромагнитных волн.
Известно устройство, контролирующее давление в шине автомобиля, которое содержит датчик давления, внутренняя полость которого сообщается с внутренней полостью шины (Международная заявка РСТ № 80/02837, В60С23/04, 1986 г.). Давление воздуха, поступающего из шины, действует на подвижный элемент, на который в противоположном направлении действует пружина. Перемещение подвижного элемента фиксируется двумя переключателями, генерирующими соответствующие сигналы. Передатчик, входящий в состав устройства, имеет обмотку и возбуждающую систему, которая в соответствии с сигналами датчика давления подает изменяющийся со временем ток в обмотку, в результате чего создается магнитное поле, которое приводит в действие приемное устройство, генерирующее сигнал, пропорциональный давлению в шине. Недостатками этого устройства являются большие габариты, сложность конструкции, недостаточная надежность, определяемые тем, что устройство содержит переключатели, подвижный элемент, возбуждающую систему, источники электропитания, устанавливаемые на колесе.
Одно из возможных решений указанной проблемы, реализовано в устройстве для контроля за давлением в шине автомобиля (Патент РФ № 2009898, В60С23/04, 1992 г). На внутренней поверхности обода колеса расположена первичная круглая катушка индуктивности, связанная проводами через отверстие в ободе колеса в электрический контур с электрическим датчиком давления, расположенным на внешней поверхности обода колеса внутри шины, изменяющим сопротивление в электрическом контуре при изменении давления воздуха в шине. Вблизи обода колеса расположен узел приема сигнала, состоящий из цилиндрического постоянного магнита, расположенного одним торцом на кронштейне, и вторичной круглой катушки индуктивности, размещенной на другом торце постоянного магнита, обращенного к ободу колеса. Первичная катушка индуктивности генерирует, при ее перемещении вблизи узла приема сигнала, при воздействии на нее магнитного поля цилиндрического постоянного магнита узла приема сигнала, индукционный ток, сила которого зависит от электрического сопротивления контура, т. е. от давления воздуха в шине. Индукционный ток генерирует собственное магнитное поле первичной катушки индуктивности, зависящее от давления воздуха. При воздействии переменного собственного магнитного поля первичной катушки индуктивности на вторичную катушку индуктивности узла приема сигнала во вторичной катушке наводится переменная ЭДС, зависящая от давления воздуха в шине. Переменная ЭДС является электрическим сигналом, передаваемым по проводам на сигнальное устройство, расположенное у водителя. Электрический датчик давления, выполненный в виде мембранного ключа, размыкает электрический контур при снижении давления в шине ниже порогового значения. Сила индукционного тока становится равной нулю. Электрический сигнал не поступает на сигнальное устройство, которое оповещает водителя о снижение давления ниже порогового значения световым и звуковым сигналами.
Действующая модель устройства для контроля за давлением в шине автомобиля была представлена на выставке BRUSSELS EUREKA ‘96 и была удостоена диплома и бронзовой медали.
Опытный образец устройства для контроля за давлением в шине автомобиля был испытан в 1999 г. в АО «Москвич» г. Москва. Испытания подтвердили результаты теоретических и экспериментальных исследовании физических основ измерительной системы с индукционной передачей сигнала с перемещающегося объекта на неподвижный измерительный узел, которые были использованы при разработке устройства для контроля за давлением в шине автомобиля. В частности, были получены теоретически и подтверждены экспериментально математические модели электрических сигналов и напряжений.
Наиболее близким к изобретению по конструкции является «Пассивный измеритель давления и температуры воздуха в шине колеса автомобиля» (Патент РФ № 2509656, В60С23/04, 2012 г.). Пассивный измеритель содержит на ободе колеса связанные в электрическую цепь первичную катушку индуктивности и электрический датчик давления, изменяющий сопротивление в электрической цепи в зависимости от давления воздуха в шине; связанные в электрическую цепь дополнительную первичную катушку индуктивности и датчик температуры, изменяющий электрическое сопротивление цепи при изменении температуры воздуха в шине; один или несколько постоянных магнитов, и / или одну или несколько областей обода с магнитными проницаемостями, отличными от магнитной проницаемости материала, из которого сделан обод колеса, и / или одну или несколько выпуклостей, и / или одно или несколько углублений. На неподвижной части автомобиля расположены: постоянный магнит и вторичная катушка индуктивности; связанное с вторичной катушкой индуктивности в электрическую цепь активное, с питанием электроэнергией от источника электроэнергии, или пассивное, без источника электроэнергии, устройство беспроводной передачи информации на сигнальное устройство, установленное в салоне автомобиля.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявляемое изобретение «Пассивный измеритель параметров воздуха в шинах и угловых скоростей колес» содержит, установленные на ободе колеса или на шине, конструктивные детали, генерирующие магнитные поля, сенсоры давления и температуры, генерирующие при вращении колеса во внешнем магнитном поле, собственные магнитные поля, зависящие, соответственно, от давления и температуры. Вблизи обода колеса или шины установлен генератор сигналов, генерирующий внешнее магнитное поле, и генерирующий, при воздействии на него собственного магнитного поля сенсора давления (температуры), электрический сигнал, зависящий от давления (температуры), и генерирующий, при вращении колеса, электрические напряжения, при воздействии на него магнитных полей конструктивных деталей. При осуществлении беспроводной передачи информации, вблизи генератора сигналов установлен, связанный с ним в электрическую цепь, пассивный беспроводной узел передачи информации с программным обеспечением обработки электрических сигналов и напряжений для определения информации о давлении, температуре, угловой скорости, угловом ускорении колеса, электропитание которого осуществляется электрическими сигналами и напряжениями. В салоне транспортного средства установлен беспроводной узел отображения информации, полученной от пассивного беспроводного узла передачи информации. При осуществлении проводной передачи информации в салоне транспортного средства установлен, связанный в электрическую цепь с генератором сигналов пассивный проводной узел отображения информации с программным обеспечением обработки электрических сигналов и напряжений для определения информации о давлении, температуре, угловой скорости, угловом ускорении колеса, электропитание которого осуществляется электрическими сигналами и напряжениями.
Целями заявляемого изобретения являются:
1. Измерения угловых скоростей и угловых ускорений колес транспортного средства;
2. Сохранение целостности обода колеса, выполненного из материала с магнитной проницаемостью много большей единицы, например, стали, при размещении сенсоров давления и сенсоров температуры внутри шины;
3. Передача информации с пассивного беспроводного узла передачи информации на беспроводной узел отображения информации без использования электромагнитных волн. Первая цель достигается использованием программного обеспечения обработки электрических сигналов и электрических напряжений, установленного на соответствующем узле пассивного измерителя. Например, по измеренному интервалу времени At между временами регистраций электрических сигналов от сенсора давления и сенсора температуры, установленных на ободе колеса радиусом г, на известном расстоянии S друг от друга, измеренном по дуге обода, оценивается средняя на этом интервале времени угловая скорость щср v = S/At, щср = vjr.
Аналогично, средняя угловая скорость оценивается по любым другим измеренным интервалам времени между временами регистраций электрических сигналов и электрических напряжений. Оценка мгновенной угловой скорости шмг основана на использовании известных зависимостей параметров электрического напряжения от угловой скорости колеса: амплитуды электрического напряжения
Figure imgf000009_0001
длительности электрического напряжения т = (р
Figure imgf000009_0002
, формы электрического напряжения, полученными теоретически и подтвержденными экспериментально. Например, мгновенная угловая скорость оценивается по измеренному значению амплитуды Лизм по формуле
Figure imgf000009_0003
где У-1 (А) - функция, обратная функции (щ), и по измеренному значению тизм по формуле
Figure imgf000009_0004
где
Figure imgf000009_0005
- функция, обратная функции <р(щ). Среднее угловое ускорение £ср на интервале времени АТ оценивается по результатам оценок угловых скоростей: щн в начале интервала времени, и шк - в конце интервала времени по формуле
Figure imgf000009_0006
Знание угловой скорости вращения колеса необходимо для работы алгоритмов обнаружения, оценки параметров электрических сигналов, и, следовательно, для оценки давления и температуры. При необходимости информация об угловой скорости колеса может передаваться на другие системы транспортного средства, для работы которых необходимо знание угловых скоростей колес, например, системы ABS, ESP.
Известно, что пластина, изготовленная из магнитного материала с большой магнитной проницаемостью, экранирует магнитное поле, т. е., если постоянный магнит находится перед пластиной, то за пластиной магнитное поле равно нулю. Такая ситуация возникает при размещении сенсора давления (температуры) внутри шины на внешней поверхности стального обода колеса, и размещении генератора сигналов, создающего внешнее магнитное поле, вблизи внутренней поверхностиобода. В этом случае для обеспечения работы сенсора давления (температуры), часть сенсора, генерирующую собственное магнитное поле, нужно размещать на внутренней поверхности обода, а часть сенсора, определяющую зависимость собственного магнитного поля от давления (температуры), размещать внутри шины на внешней поверхности обода. Электрическое соединение частей сенсора осуществляется через отверстие в ободе колеса, как показано на фиг. 1, позиция 1
Вторая цель достигается тем, что в случае использования стального обода колеса сенсор давления (температуры) размещается внутри шины не на ободе колеса, а на самой шине, например, одним из возможных вариантов является размещение сенсора давления (температуры) на боковине шины, как показано на фиг. 4, позиция 14. Материал, из которого сделана боковина шины, является немагнитным, следовательно, внешнее магнитное поле генератора сигналов, размещенного вблизи шины, присутствует внутри шины и собственное магнитное поле сенсора создает электрический сигнал в генераторе сигналов. В случае использования колеса, с ободом, изготовленным из немагнитного материала с малой магнитной проницаемостью, экранирование внешнего магнитного поля не происходит и сенсор давления (температуры) может устанавливаться внутри шины на внешней поверхности обода колеса.
Третья цель достигается тем, что беспроводной узел передачи информации содержит генератор и излучатель звуковых волн, и передача информации осуществляется кодированными звуковыми сигналами.
Пассивный измеритель является работоспособным только во время движения транспортного средства при превышении установленной минимальной скорости. Проведенные исследования показали, что при соответствующем выборе параметров генератора сигналов, сенсоров давления и температуры, минимальная скорость работоспособности заявляемого измерителя составит ~ 2 - 4 км/час. По сравнению с известными устройствами контроля давлений и температур воздуха в шинах с прямыми измерениями, пассивный измеритель имеет преимущества, например:
1. Пассивный измеритель не нуждается в источниках электропитания;
2. На колесе или на шине отсутствуют радиопередатчики, датчики давления и температуры, подвижные механические части;
3. Индуктивная передача электрических сигналов и напряжений с колеса или шины на генератор сигналов, исключающая использование электромагнитных волн;
4. Простая конструкция, небольшие размер и масса сенсора давления (температуры) при его, предпочтительном, изготовлении в виде электрического контура из катушки индуктивности и резистора давления (температуры), т. е., резистора, сопротивление которого зависит от давления (температуры) воздуха в шине, низкая стоимость;
5 Возможность использования сенсора давления (температуры) на колесе, как с камерной, так и с бескамерной шиной;
6. Простая конструкция, небольшие размер и масса генератора сигналов при его, предпочтительном, изготовлении из катушки индуктивности и постоянного магнита, низкая стоимость;
7. Возможность использования проводной связи генератора сигналов с проводным узлом отображения информации, устраняющей многие проблемы, возникающие при осуществлении беспроводной связи;
8. Возможность использования звуковых волн для беспроводной передачи информации, устраняющая многие проблемы, возникающие при использовании электромагнитных волн;
9. Низкая стоимость пассивного измерителя для длинных автопоездов, имеющих много колес;
Использование угловых скоростей колес, измеренных пассивным измерителем, может привести к отказу от использования на транспортном средстве других систем измерения угловых скоростей, следовательно, к снижению цены на транспортное средство.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 приведена схема расположения составных частей устройства по патенту № 2009898, поясняющая принцип его работы, на которой использованы следующие обозначения:
1. Первичная круглая катушка индуктивности диаметром 16 мм, толщиной — 2 мм, массой - 2 гр.;
2. Электрический датчик давления, выполненный в виде мембранного ключа диаметром 30 мм, массой - 6 гр.;
3. Узел приема сигнала, содержащий цилиндрический постоянный магнит и вторичную круглую катушку индуктивности;
4. Цилиндрический постоянный магнит диаметром 16 мм, высотой 6 мм, массой 33 гр.;
5. Вторичная катушка индуктивности, аналогичная первичной катушке индуктивности;
6. Сигнальное устройство;
7. Обод колеса;
8. Шина;
9. Кронштейн;
10. Защита тормозного барабана; 11. Провод;
12. Тормозной барабан;
13. Схема размещения узлов устройства на колесе. 15 На фиг. 2 представлены фотографии диплома и медали выставки BRUSSELS EUREKA ’96.
На фиг. 3 представлены:
А - титульный лист протокола испытаний в АО «Москвич» г. Москва;
В — выписка из протокола испытаний. 20 На фиг. 4 приведена одна из возможных схем размещения узлов пассивного измерителя параметров воздуха в шинах и угловых скоростей колес, на которой использованы следующие обозначения:
14. Сенсор давления (температуры);
15. Конструктивная деталь; 25 16. Генератор сигналов;
17. Электрический провод, соединяющий генератор сигналов с беспроводным узлом передачи информации;
18. Беспроводной узел передачи информации.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ 30 Пассивный измеритель параметров воздуха в шинах и угловых скоростей колес, рассмотренный в данном частном примере, который не является ограничением для осуществления изобретения, работает следующим образом.
При вращении колеса 7 сенсор давления (температуры) 14 перемещается во внешнем магнитном поле генератора сигналов 16. В сенсоре давления 335 (температуры), изготовленного, предпочтительнее, в виде электрического контура из катушки индуктивности и резистора давления (температуры), генерируется индукционный ток, параметры которого определяются сопротивлением резистора давления (температуры). Индукционный ток создает собственное магнитное поле сенсора давления (температуры), которое J40 генерирует в катушке индуктивности генератора сигналов, образованного, предпочтительнее, постоянным магнитом и катушкой индуктивности, ЭДС индукции, которая является электрическим сигналом с параметрами, зависящими от давления (температуры) воздуха. Также в генераторе сигналов 45 генерируется, при вращении колеса, электрическое напряжение, зависящее от угловой скорости колеса, при воздействии магнитного поля конструктивной детали 15, предпочтительнее, постоянного магнита. Электрические сигналы и электрическое напряжение генератора сигналов поступают по проводам на проводной узел отображения информации, установленный в салоне 50 транспортного средства. Его программное обеспечение определяет соответствующую информацию о давлении, температуре, угловой скорости, угловом ускорении колеса. Соответствующая информация о давлении и температуре отображается звуковыми и световыми сигналами. При необходимости, проводной узел отображения информации передает номер 55 колеса, значение угловой скорости колеса на другие системы транспортного средства, например, ABS, ESP. При выполнении проводного узла отображения информации активным, он содержит источник электрической энергии или питается от электросети транспортного средства. При выполнении проводного узла отображения информации пассивным, его электропитание осуществляется 560 электрическими сигналами и напряжениями генератора сигналов. Для беспроводной передачи информации на беспроводной узел отображения информации, генератор сигналов соединяется электрическими проводами 17 с установленным рядом с ним беспроводным узлом передачи информации 18, снабженным программным обеспечением обработки электрических сигналов и >65 электрических напряжений для определения соответствующей информации о параметрах воздуха и угловой скорости колеса. Передача соответствующей информации на беспроводной узел отображения информации, может осуществляться, например, по кодированному звуковому каналу, с использованием звуковых волн. При выполнении беспроводного узла передачи 70 информации пассивным, его электропитание осуществляется электрическими сигналами и напряжениями генератора сигналов.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Пассивный измеритель параметров воздуха в шинах и угловых скоростей колес, содержащий конструктивные детали, генерирующие магнитные поля, установленные на ободе колеса, и / или на шине, включающие, по меньшей мере, один постоянный магнит, и / или, по меньшей мере, одну деталь, изготовленную из материала с магнитной проницаемостью, и / или электрической проводимостью, отличными от магнитных проницаемостей, и / или электрических проводимостей материалов обода колеса, и / или шины, и / или, по меньшей мере, одну выпуклость, и / или, по меньшей мере, одно углубление на внутренней поверхности обода колеса, отличающийся тем, что на ободе колеса, и / или на шине установлен, по меньшей мере, один сенсор давления, генерирующий при вращении колеса во внешнем магнитном поле, собственное магнитное поле, зависящие от давления воздуха в шине, и / или, по меньшей мере, один сенсор температуры, генерирующий при вращении колеса во внешнем магнитном поле, собственное магнитное поле, зависящие от температуры воздуха в шине, и установлен вблизи внутренней поверхности обода колеса, и / или внешней поверхности шины, по меньшей мере, один генератор сигналов, генерирующий внешнее магнитное поле, и генерирующий при воздействии на него собственного магнитного поля сенсора давления или собственного магнитного поля сенсора температуры, электрический сигнал, зависящий, соответственно, от давления или температуры воздуха в шине, а также, генерирующий электрическое напряжение при воздействии на него магнитного поля конструктивной детали, и установлен вблизи генератора сигналов, по меньшей мере, один беспроводной узел передачи информации, образующий электрическую цепь, по меньшей мере, с одним генератором сигналов, и снабженный контроллером и встроенным соответствующим программным обеспечением обработки электрических сигналов и электрических напряжений для определения соответствующей информации о давлении, и / или температуре воздуха в шине, установленной на колесе, и / или угловой скорости, и / или угловом ускорении колеса, причем беспроводной
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) узел передачи информации содержит, по меньшей мере, один генератор электромагнитных волн с, по меньшей мере, одной антенной, излучающей электромагнитные волны, и / или, по меньшей мере, один генератор звуковых волн с, по меньшей мере, одним излучателем звуковых волн, при этом передача соответствующей информации осуществляется по кодированному радиоканалу, с использованием электромагнитных волн, и / или по кодированному звуковому каналу, с использованием звуковых волн, причем, при выполнении беспроводного узла передачи информации пассивным (не содержащим источников электрической энергии и не соединенным с электросетью транспортного средства) его электропитание осуществляется электрическими сигналами, и / или электрическими напряжениями генератора сигналов, причем пассивный беспроводной узел передачи информации может содержать накопитель электрической энергии, содержащий, по меньшей мере, один аккумулятор, и /или, по меньшей мере, один конденсатор, причем, по меньшей мере, один беспроводной узел передачи информации и, по меньшей мере, один генератор сигналов могут быть объединены, по меньшей мере, в одном блоке, и на транспортном средстве, предпочтительнее в салоне, установлен, по меньшей мере, один беспроводной узел отображения информации, содержащий контроллер и встроенное соответствующее программное обеспечение и, по меньшей мере, одну приемную антенну электромагнитных волн, и / или, по меньшей мере, один приемник звуковых волн, и отображающий номер колеса, и соответствующую информацию о давлении и / или температуре в шине, полученную с узла беспроводной передачи информации, и, передающий, при необходимости, информацию о номере колеса, его угловой скорости на другие системы транспортного средства, например, системы ABS, ESP, и /или установлен на транспортном средстве, предпочтительнее в салоне, по меньшей мере, один проводной узел отображения информации, соединенный в электрическую цепь с генератором сигналов, содержащий контроллер и встроенное соответствующее программное обеспечение обработки электрических сигналов и электрических напряжений, поступающих с
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 15 генератора сигналов, определяющий и отображающий номер колеса, и соответствующую информацию о давлении и / или температуре в шине, и, передающий, при необходимости, информацию о номере колеса, его угловой скорости на другие системы транспортного средства, например, системы ABS, ESP, причем при выполнении проводного узла отображения информации пассивным (не содержащим источников электрической энергии и не соединенным с электросетью транспортного средства) его электропитание осуществляется электрическими сигналами, и / или электрическими напряжениями генератора сигналов, причем пассивный проводной узел отображения информации может содержать накопитель электрической энергии, содержащий, по меньшей мере, один аккумулятор, и /или, по меньшей мере, один конденсатор, причем все узлы отображения информации могут быть объединены, по меньшей мере, в одном блоке.
2. Пассивное устройство по п. 1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один сенсор давления содержит, по меньшей мере, одну катушку индуктивности и, по меньшей мере, одно электротехническое устройство, предпочтительнее, резистор, сопротивление которого зависит от давления воздуха в шине, причем, по меньшей мере, одна катушка индуктивности образует, по меньшей мере, с одним электротехническим устройством, по меньшей мере, один электрический контур, и / или, по меньшей мере, один сенсор температуры содержит, по меньшей мере, одну катушку индуктивности и, по меньшей мере, одно электротехническое устройство, предпочтительнее, резистор, сопротивление которого зависит от температуры воздуха в шине, причем, по меньшей мере, одна катушка индуктивности образует, по меньшей мере, с одним электротехническим устройством, по меньшей мере, один электрический контур, причем, по меньшей мере, один сенсор давления, и / или, по меньшей мере, один сенсор температуры объединены, по меньшей мере, в одном блоке.
3. Пассивное устройство по п. 2, отличающееся тем, что, по меньшей мере,
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 16 одна катушка индуктивности выполнена в виде одного витка электропроводом с поперечным сечением произвольной формы и размерами, например, прямоугольной, круглой, эллиптической, или иной формы, и / или в виде разрезанной шайбы, и / или, в виде разрезанного кольца, и / или, в виде разрезанного по радиусу диска, изготовленных из немагнитного электропроводящего материала.
4. Пассивное устройство по п. 1, отличающееся тем, что генератор сигналов содержит, по меньшей мере, один постоянный магнит, произвольной формы, и / или, по меньшей мере, один электромагнит, произвольной формы, и, по меньшей мере, одну катушку индуктивности, произвольной формы, причем, по меньшей мере, одна катушка индуктивности расположена вблизи постоянного магнита, и / или вблизи электромагнита, и / или установлена на постоянном магните, и / или на электромагните.
5. Пассивное устройство по п. 4, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один генератор сигналов образован цилиндрическим постоянным магнитом и круглой катушкой индуктивности, расположенной на торце цилиндрического постоянного магнита, причем для установки генератора сигналов вблизи внутренней поверхности обода колеса и / или внешней поверхности шины генератор сигналов расположен на опоре, установленной на транспортном средстве вблизи колеса, предпочтительнее, другим торцом цилиндрического постоянного магнита.
6. Пассивное устройство по п. 1, отличающееся тем, что, отображение информации осуществляется соответствующими световыми и / или звуковыми сигналами.
7. Пассивное устройство по п. 1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один сенсор давления и / или, по меньшей мере, один сенсор температуры, и / или, по меньшей мере, одна конструктивная деталь установлены на шине при ее изготовлении.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/RU2021/000332 2021-08-04 2021-08-04 Пассивный измеритель параметров воздуха в шинах и угловых скоростей колес WO2023014239A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2021/000332 WO2023014239A1 (ru) 2021-08-04 2021-08-04 Пассивный измеритель параметров воздуха в шинах и угловых скоростей колес

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2021/000332 WO2023014239A1 (ru) 2021-08-04 2021-08-04 Пассивный измеритель параметров воздуха в шинах и угловых скоростей колес

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023014239A1 true WO2023014239A1 (ru) 2023-02-09

Family

ID=85156027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/000332 WO2023014239A1 (ru) 2021-08-04 2021-08-04 Пассивный измеритель параметров воздуха в шинах и угловых скоростей колес

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023014239A1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993025399A1 (en) * 1992-06-17 1993-12-23 Smith, Göran Tire pressure indication device
RU2009898C1 (ru) * 1992-05-06 1994-03-30 Михаил Михайлович Закатов Устройство для контроля за давлением в пневматической шине автомобиля
RU2509656C1 (ru) * 2012-09-20 2014-03-20 Михаил Михайлович Закатов Пассивный измеритель давления и температуры воздуха в шине колеса автомобиля
RU2533850C2 (ru) * 2009-12-21 2014-11-20 Континенталь Аутомотиве Гмбх Колесная электроника, колесо транспортного средства и транспортное средство
RU2550107C1 (ru) * 2011-04-25 2015-05-10 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Устройство контроля давления воздуха в шинах
RU2597330C1 (ru) * 2012-07-24 2016-09-10 Дзе Йокогама Раббер Ко., Лтд. Передающее устройство, система мониторинга состояния шины и шина в сборе

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2009898C1 (ru) * 1992-05-06 1994-03-30 Михаил Михайлович Закатов Устройство для контроля за давлением в пневматической шине автомобиля
WO1993025399A1 (en) * 1992-06-17 1993-12-23 Smith, Göran Tire pressure indication device
RU2533850C2 (ru) * 2009-12-21 2014-11-20 Континенталь Аутомотиве Гмбх Колесная электроника, колесо транспортного средства и транспортное средство
RU2550107C1 (ru) * 2011-04-25 2015-05-10 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Устройство контроля давления воздуха в шинах
RU2597330C1 (ru) * 2012-07-24 2016-09-10 Дзе Йокогама Раббер Ко., Лтд. Передающее устройство, система мониторинга состояния шины и шина в сборе
RU2509656C1 (ru) * 2012-09-20 2014-03-20 Михаил Михайлович Закатов Пассивный измеритель давления и температуры воздуха в шине колеса автомобиля

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102666146B (zh) 用于在轮胎中产生电能的方法
US9718315B2 (en) Device and method using passive element to influence signal based on tire characteristic
JP2011189795A (ja) タイヤ摩耗検出装置
CN107128132A (zh) 轮胎传感器
KR20060065546A (ko) 차량 바퀴의 좌측 또는 우측 위치를 확인하기 위한 방법 및장치
CN103863019A (zh) 自主、插入式磨损或磨耗感测系统
CN101093185A (zh) 具有感应电源的轮胎参数监测系统
TW200821185A (en) In-tire multi-element piezoelectric sensor
JP2014227124A (ja) 車輪位置判定装置
JP5264842B2 (ja) タイヤセンサ及びタイヤ状態監視装置
CN109720156A (zh) 轮胎传感器定位方法和装置
JP2003507231A (ja) 回転素子、特に空気タイヤの動的状態をモニターする方法
US8217776B2 (en) Tire pressure sensor location identification
JP2014227125A (ja) タイヤ摩耗検出装置
WO2023014239A1 (ru) Пассивный измеритель параметров воздуха в шинах и угловых скоростей колес
JPH08227492A (ja) 車両のタイヤ内空気圧モニター装置
TW201741158A (zh) 無線胎壓監測系統的操作方法
CN111516439B (zh) 胎内式的轮胎状况监测结构
US20180073855A1 (en) Novel sensor for monitoring direct and realtime measurement of friction between tire and road for driver and driverless vehicle applications
JP2003182325A (ja) タイヤ状態監視装置
US20070279204A1 (en) Method and system for tire inflation monitoring
JP2012051499A (ja) タイヤセンサ及びタイヤ状態監視装置
RU2509656C1 (ru) Пассивный измеритель давления и температуры воздуха в шине колеса автомобиля
JP2003344205A (ja) タイヤの内圧異常検出方法
KR100534881B1 (ko) 타이어의 공기압 감지장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21952956

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2024105319

Country of ref document: RU

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE