CN110654188B - 一种车胎胎压监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车胎胎压监测技术领域，公开了一种车胎胎压监测装置，包括检测终端以及监测终端，检测终端包括重力传感器、超声波传感器、控制器以及无线通信电路；重力传感器以及超声波传感器均安装于车体上，超声波传感器的探头朝向地面设置；重力传感器与控制器电连接；超声波传感器与控制器电连接；控制器与无线通信电路电连接，并通过无线通信电路与监测终端无线连接。本发明具有胎压监测无需接触车胎，不会对车胎造成影响的技术效果。

Description

一种车胎胎压监测装置及方法

技术领域

本发明涉及车胎胎压监测技术领域，具体涉及一种车胎胎压监测装置及方法。

背景技术

胎压直接关系到行车安全，对胎压进行实时监测并在胎压出现异常时及时提醒可以有效降低由此带来的安全隐患；现有技术方案一般通过压力传感器直接接触车胎进行胎压检测，这种检测方式对传感器的性能以及车胎的性能都存在一定影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种车胎胎压监测装置及方法，解决现有技术中胎压检测需要传感器直接接触车胎，对车胎性能和传感器性能造成影响的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种车胎胎压监测装置，包括检测终端以及监测终端，所述检测终端包括重力传感器、超声波传感器、控制器以及无线通信电路；

所述重力传感器以及所述超声波传感器均安装于车体上，所述超声波传感器的探头朝向地面设置；所述重力传感器与所述控制器电连接，并用于检测车胎与重力方向之间的倾角；所述超声波传感器与所述控制器电连接，并用于检测所述探头所在探测面与地面之间的探测距离；所述控制器与所述无线通信电路电连接，并通过所述无线通信电路与所述监测终端无线连接，所述控制器用于根据所述倾角以及所述探测距离判断所述车胎是否处于异常状态，并在车胎处于异常状态时通过所述无线通信电路发送异常信号至所述监测终端，所述监测终端用于根据所述异常信号发出异常提醒。

本发明还提供一种车胎胎压监测方法，包括以下步骤；

检测车胎与重力方向之间的倾角；

检测车体上的探测面与地面之间的探测距离；

根据所述倾角以及所述探测距离判断所述车胎是否处于异常状态，并在车胎处于异常状态时通过无线通信方式发送异常信号；

根据所述异常信号发出异常提醒。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明采用重力传感器和超声波传感器，这两个传感器均安装于车体上，不需要与车胎接触。重力传感器用于检测车胎与重力方向之间的倾角，超声波传感器用于检测探测面与地面之间的探测距离，根据倾角与探测距离可以计算出车胎与地面接触点到探测面之间的垂直距离，当车胎胎压发生异常时，车胎将发生形变，车胎与地面接触点到探测面之间的实时垂直距离也将发生变化，此时的实时垂直距离会小于车胎胎压正常时车胎接触点到探测面之间的距离，控制器通过比较垂直距离与正常垂直距离判断车胎胎压是否正常，并通过无线通信电路发送异常信号至监测终端，实现与车胎无接触的胎压监测。

附图说明

图1是本发明提供的车胎胎压监测装置一实施方式的电路结构图；

图2是本发明提供的车胎胎压监测装置一实施方式的安装示意图；

图3是本发明提供的车胎胎压监测方法一实施方式的流程图；

图4是本发明提供的车胎胎压方法一实施方式中实时垂直距离的计算原理图。

附图标记：

1、检测终端，11、重力传感器，12、超声波传感器，13、控制器，14、无线通信电路，2、监测终端，10、车胎。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本发明的实施例1提供了车胎胎压监测装置，包括检测终端1以及监测终端2，所述检测终端1包括重力传感器11、超声波传感器12、控制器13以及无线通信电路14；

所述重力传感器11以及所述超声波传感器12均安装于车体上，所述超声波传感器12的探头朝向地面设置；所述重力传感器11与所述控制器13电连接，并用于检测车胎10与重力方向之间的倾角；所述超声波传感器12与所述控制器13电连接，并用于检测所述探头所在探测面与地面之间的探测距离；所述控制器13与所述无线通信电路14电连接，并通过所述无线通信电路14与所述监测终端2无线连接，所述控制器13用于根据所述倾角以及所述探测距离判断所述车胎10是否处于异常状态，并在车胎10处于异常状态时通过所述无线通信电路14发送异常信号至所述监测终端2，所述监测终端2用于根据所述异常信号发出异常提醒。

本发明提供的车胎胎压监测装置，其胎压检测原理为：当自行车轮胎胎压异常时，轮胎将发生形变，超声波传感器12的探头的探测面与路面的距离也将发生变化，超声波传感器12将探测距离数据实时传输给控制器13，重力传感器11将实时检测车轮的空间姿态，将车轮的倾角数据实时传输给控制器13，辅助超声波传感器12更精确地确定胎压状态。根据倾角与探测距离可以计算出车胎10与地面接触点到探测面之间的垂直距离。胎压异常时，即瘪胎时的垂直距离会明显小于胎压正常时的垂直距离，因此通过监测垂直距离即可实现对胎压异常的监测。

本实施例中超声波传感器12采用主动式超声波传感器12，主动式超声波传感器12可以发射超声波并接受反射波，通过测量发射和接收的时间间隔来确定其与探测目标之间的距离。具体的，本实施例采用型号为TELESKY US-015的超声波传感器12。重力传感器11利用正压电效应工作，正压电效应即对于不存在对称中心的异极晶体，加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态在晶体内部建立电场。当传感器内部的晶体由于变形发生极化而产生电压，已知产生电压和所施加的加速度之间的关系就可以将加速度转化成电压输出。在本发明中重力传感器11用于监测车轮的空间姿态，为排除因车辆转向或路面崎岖等因素导致超声波传感器12探头未水平垂直对准平整地面而产生的干扰进行校正，辅助超声波传感器12更精确地确定胎压状态。具体的，本实施例采用型号为TELESKY ADXL345的三轴重力加速度传感器；控制器13采用华大的型号为HC32F460的MCU控制器。

本发明基于超声波传感器12的探头与路面的距离间接测量轮胎接触路面部分的型变量，胎压异常时该距离将发生变化，并通过重力传感器11对该距离进行校正，摒除车辆转向等因素的干扰，且超声波传感器12和重力传感器11均无需直接接触轮胎。

优选的，每一个车胎10处上均安装有一所述检测终端1，各所述检测终端1的无线通信电路14均与所述监测终端2无线连接。

每个车胎10上均安装一个检测终端1，从而实现各个车胎10胎压的检测。具体的，各检测终端1之间也可通过自身无线通信电路14进行无线通信连接，连接成功后，只需各检测终端1中的一个与监测终端2建立连接，即可将各车轮的胎压异常情况传输给监测终端2。

优选的，如图2所示，所述车体为自行车，所述检测终端1有两个，一个所述检测终端1安装于自行车的前叉上，且位于减震器的下方，另一个所述检测终端1安装于自行车的后上叉与后下叉的连接处，两个所述检测终端1的无线通信电路14均与所述监测终端2无线连接。

前轮的检测终端1安装在前叉上，且位于减震器的下方，位于减震器下方是为了排除减震器伸缩对探测距离的干扰，后轮的检测终端1在后上叉与后下叉连接处，两个检测终端1的超声波传感器12探头均垂直对准地面。两个检测终端1分别安装在自行车前叉和后叉上，更换车轮或轮胎后不需要对监测装置的初始参数进行额外设置。

优选的，所述无线通信电路14为蓝牙电路或ANT+无线电路。

无线通信电路14采用现有技术实现即可。具体的，蓝牙电路可采用金瓯BLE0305C2P蓝牙芯片实现，ANT+无线带上可采用昂特ANT-E01-ML01D无线芯片实现。

优选的，所述监测终端2为智能码表、智能手机或电子仪表盘。

监测终端2主要用于反馈胎压异常信号，实现异常提醒的功能，因此具有无线通信功能的智能设备均可作为监测终端2使用。智能码表是骑行过程中常用的用于显示骑行数据的电子设备，采用智能码表作为监测终端2，从而使得智能码表具备胎压异常监测功能，无需额外增加设备。智能手机是人们日常生活中常用的电子设备，采用智能手机作为监测终端2具有方便实用的优点。电子仪表盘是汽车中常用的用于显示汽车工作状况的电子设备，采用电子仪表盘作为监测终端2，无需额外增加设备，将胎压异常监测功能集成于电子仪表盘内。

优选的，所述控制器13还用于通过所述无线通信电路14将所述重力传感器11所检测的倾角数据以及所述超声波传感器12所检测的探测距离数据发送至所述监测终端2。

无线通信电路14除了发送胎压异常信号外，还用于发送重力传感器11和超声波传感器12所检测的数据，重力传感器11和超声波传感器12所检测的数据除了作为胎压异常检测的判定依据外，还可作他用。例如重力传感器11和超声波传感器12所检测的数据可以反映车体的姿态变化，从而实现车体姿态的记录。

实施例2

如图3所示，本发明的实施例2提供了车胎胎压监测方法，包括以下步骤；

S1、检测车胎10与重力方向之间的倾角；

S2、检测车体上的探测面与地面之间的探测距离；

S3、根据所述倾角以及所述探测距离判断所述车胎10是否处于异常状态，并在车胎10处于异常状态时通过无线通信方式发送异常信号；

S4、根据所述异常信号发出异常提醒。

本发明提供的车胎胎压监测方法，与上述车胎胎压监测装置对应，因此上述车胎胎压监测装置所具备的技术效果，车胎胎压监测方法同样具备，在此不再赘述。

优选的，如图4所示，图4中X表示地面，Y表示重力方向，根据所述倾角以及所述探测距离判断所述车胎10是否处于异常状态，具体为：

根据所述倾角以及所述探测距离计算所述车胎10与地面接触点到探测面之间的实时垂直距离：

b＝d-c/cotβ

其中，b为所述实时垂直距离，d为所述探测距离，c为车胎10与地面接触点到探测面的垂直面之间的水平距离，c为常数，β为所述倾角；

判断所述实时垂直距离与正常垂直距离之间的差值是否小于设定阈值，如果是，则判定车胎10胎压正常，否则判定车胎10胎压异常，所述正常垂直距离为车胎10胎压正常时车胎10与地面的接触点到探测面之间的距离。

设定阈值根据车胎10充气状态和不充气状态时厚度差值设定。例如对于自行车而言，设定阈值可设为5mm，对于汽车而言，设定阈值可设为10mm。

优选的，根据所述倾角以及所述探测距离判断所述车胎10是否处于异常状态之前还包括：

对所述水平距离以及所述设定距离进行校准。

水平距离以及正常垂直距离与超声波传感器12的安装位置有关，因此当车体发生维修或使用时间过长时，水平距离和正常垂直距离可能会发生一些偏差，因此优选对水平距离以及正常垂直距离进行校准。正常垂直距离的校准采用超声波传感器12和重力传感器11实现即可，即在胎压正常时检测并计算实时垂直距离作为正常垂直距离。水平距离的校准，可再设置一个校准用超声波传感器，校准用超声波传感器与控制器电连接，校准用超声波传感器与超声波传感器12固定连接，且探测方向相互垂直，校准用超声波传感器沿车胎转轴的轴线方向设置，且朝向车胎转轴设置，用于水平距离的校准，校准用超声波传感器一般处于关闭状态，校准时进入工作状态，以节省电量。校准可分为手动校准和自动校准，自动校准由控制器13按设定时间间隔发送校准指令自动进行，手动校准即使用者在维修等情况时通过监测终端2手动发出校准指令至检测终端1进行校准。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种车胎胎压监测装置，其特征在于，包括检测终端以及监测终端，所述检测终端包括重力传感器、超声波传感器、控制器以及无线通信电路；

所述重力传感器以及所述超声波传感器均安装于车体上，所述超声波传感器的探头朝向地面设置；所述重力传感器与所述控制器电连接，并用于检测车胎与重力方向之间的倾角；所述超声波传感器与所述控制器电连接，并用于检测所述探头所在探测面与地面之间的探测距离；所述控制器与所述无线通信电路电连接，并通过所述无线通信电路与所述监测终端无线连接，所述控制器用于根据所述倾角以及所述探测距离判断所述车胎是否处于异常状态，并在车胎处于异常状态时通过所述无线通信电路发送异常信号至所述监测终端，所述监测终端用于根据所述异常信号发出异常提醒；

其中，所述超声波传感器为主动式超声波传感器，所述重力传感器是基于正压电效应工作的传感器；

所述车体为自行车，所述检测终端有两个，一个所述检测终端安装于自行车的前叉上，且位于减震器的下方，另一个所述检测终端安装于自行车的后上叉与后下叉的连接处，两个所述检测终端的无线通信电路均与所述监测终端无线连接。

2.根据权利要求1所述的车胎胎压监测装置，其特征在于，每一个车胎处上均安装有一所述检测终端，各所述检测终端的无线通信电路均与所述监测终端无线连接。

3.根据权利要求1所述的车胎胎压监测装置，其特征在于，所述无线通信电路为蓝牙电路或ANT+无线电路。

4.根据权利要求1所述的车胎胎压监测装置，其特征在于，所述监测终端为智能码表、智能手机或电子仪表盘。

5.根据权利要求1所述的车胎胎压监测装置，其特征在于，所述控制器还用于通过所述无线通信电路将所述重力传感器所检测的倾角数据以及所述超声波传感器所检测的探测距离数据发送至所述监测终端。

6.一种车胎胎压监测方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-5任一项所述的车胎胎压监测装置，所述方法包括以下步骤;

检测车胎与重力方向之间的倾角；

检测车体上的探测面与地面之间的探测距离；

根据所述倾角以及所述探测距离判断所述车胎是否处于异常状态，并在车胎处于异常状态时通过无线通信方式发送异常信号；

根据所述异常信号发出异常提醒；

根据所述倾角以及所述探测距离判断所述车胎是否处于异常状态，具体为：

根据所述倾角以及所述探测距离计算所述车胎与地面接触点到探测面之间的实时垂直距离：

b=d-c/cotβ

其中，b为所述实时垂直距离，d为所述探测距离，c为车胎与地面接触点到探测面的垂直面之间的水平距离，c为常数，β为所述倾角；

判断所述实时垂直距离与正常垂直距离之间的差值是否小于设定阈值，如果是，则判定车胎胎压正常，否则判定车胎胎压异常，所述正常垂直距离为车胎胎压正常时车胎与地面的接触点到探测面之间的距离。

7.根据权利要求6所述的车胎胎压监测方法，其特征在于，根据所述倾角以及所述探测距离判断所述车胎是否处于异常状态之前还包括：

对所述水平距离以及所述探测距离进行校准。