[發明專利]一種極超前預警輪胎爆胎危險的監測裝置及方法

在審

• 申請號: 202111207257.0
• 申請日: 2021-10-15
• 公開（公告）號: CN113858893A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 張明偉;袁國濤;司鳳娟;衛俊;楊坤;王國柱
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: B60C23/00
• 分類號: B60C23/00
• 代理公司: 北京喆翙知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 范國剛

本發明公開了一種極超前預警輪胎爆胎危險的監測裝置及方法。本發明包括：在輪轂軸承位置附近安裝多種類型傳感器，實時、連續捕捉的健康輪胎在正常行駛狀態條件下的震動信號、音頻信號等胎噪信號；當輪胎軋上鋼釘、石粒等異物后胎噪信號會隨之發生改變，異物觸地發出的信號完全融入到胎噪信號中；基于輪胎軋上異物前后胎噪信號的差異性，配合測速計對信號進行實時連續解析，獲得異物位置、角度、類型特征，進而及時反饋給駕乘人員，實現極超前預警輪胎工況、避免輪胎受損發展成為爆胎危險。本發明結構簡單、易于維護保養，兼顧高靈敏性、高時效性、高準確性等特點，同時有利于培養駕乘人員形成及時檢查輪胎工況、及時清理輪胎異物的良好用車習慣。

技術領域

本發明應用于車輛防爆胎領域，對輪胎爆胎危險進行極超前監測預警，極大程度地保障駕乘人員的生命和財產安全。

背景技術

汽車在無異物的路面上行駛時，輪胎壓在路面上會產生穩定的噪聲，這些噪聲稱為背景胎噪。在不同的路面上會產生不同的背景胎噪。當路面上出現螺釘、金屬片、碎石粒等異物并被輪胎軋上時，這些異物會隨輪胎的轉動而不停地撞擊地面，產生“噠、噠、噠、…”的撞擊聲。一旦輪胎被異物扎破，就存在爆胎風險，特別是在較高車速工況下。針對輪胎爆胎風險，一些汽車加裝了防爆胎監測設備，在一定程度上降低了車輛爆胎帶來的危害。最常應用的監測儀器是胎壓檢測系統，它是當輪胎氣壓發生變化后，胎壓監測傳感器感應到了輪胎內氣壓的變化而向采集主機反饋信息，采集主機收到胎壓變化信息之后顯示出胎壓數值的異常變化，由駕駛人員根據異常胎壓變化數值自行決定是否應采取一些防爆胎措施。

從性質上講，胎壓檢測系統屬于被動防爆胎監測預警系統。大量的調查發現，胎壓檢測系統在實際使用中存在諸多缺陷，在正常工況條件下出現異常錯誤報警，在異常工況條件下出現對微弱的胎壓變化感應不夠靈敏、后知后覺、不預警、預警介入遲緩等。當輪胎上軋上異物、但沒被扎破，在這個狀態之前的預警胎壓檢測系統均無法實現；當輪胎被扎破、但沒有漏氣、胎壓沒有變化，這種狀態胎壓檢測系統也無法實現預警；當輪胎被扎破、發生了一定程度的漏氣現象、但胎壓發生的微弱變化沒有達到氣壓傳感器的感應靈敏度，這時胎壓檢測系統仍然起不了預警爆胎的作用；只有等輪胎被扎破、引起氣壓發生的變化達到了氣壓傳感器的靈敏值，才能使傳感器有所感應，胎壓降低到設定的氣壓閾值時胎壓檢測系統才會發出預警信息。但在一些情況下，胎壓檢測系統監測到了氣壓變化而發出報警、但駕駛人員尚未做出及時應對措施的時候，車輛爆胎危險也已經發生。這是由于輪胎氣壓發生變化時，由于氣壓差異會導致輪胎與地面的接觸面積發生改變，四輪轉速與摩擦力不平衡，導致車輛底盤受力不均勻，引起輪胎爆胎危險，在高速運行工況下這種情況非常常見。

車輛輪胎發生爆胎的五個常規階段劃分如圖2所示。胎壓檢測系統的這種滯后性在一定程度上決定了基于氣壓變化原理的該類型系統達不到超前預警、快速響應爆胎風險的有利效果，而使駕駛人員的生命安全遭到威脅，存在嚴重的安全隱患。這就迫切需要一種新的技術，來實現對車輛爆胎現象的極超前監測預警，從而規避胎壓檢測系統的諸多缺陷。

如前所述，軋上異物的輪胎與地面接觸時會發出異響，這種異常聲響可以被音頻傳感器感應到。根據同一時刻多個音頻傳感器接收到的音頻信號的振幅大小和能量大小，可以非常準確地確定異物所在的輪胎。知道了異物的存在、也知道了異物所在的輪胎，車主就能非常方便地查找輪胎面上的異物，從而及時地清理掉異物，避免了輪胎被扎破引起的漏氣和爆胎風險。同時，軋上異物的輪胎與地面接觸時也會產生震動波，沒有異物時的震動波與有異物時的震動波之間有一定的差距，震動波在信號波動峰值、能量值、頻譜等多個方面都具有很大的差異性，通過震動波差異性對比分析，也可以非常準確地判定異物的存在與否、異物具體所在的輪胎等關鍵問題。

本發明之所以能夠實現輪胎爆胎現象的極超前監測預警，關鍵是因為所依賴的技術支持并不是基于氣壓傳感器所獲取的信息，而是基于震動傳感器、音頻傳感器和測速計等傳感器所獲取的信息進行解析。

發明內容