[发明专利]基于轮胎阻抗的汽车轮胎压力监测方法及其装置

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种汽车安全行驶监测方法及其装置，特别涉及一种基于轮胎阻抗的汽车轮胎压力监测方法及其装置。

(二)背景技术：

在汽车行驶中，轮胎爆破是所有驾驶者最为担心和最难预防的，它会引起或诱发严重的交通事故。特别是在高速行驶时，轮胎爆破将更加危险，安全专家指出，当汽车时速超过160公里以上时，轮胎爆破而造成的死亡率几乎接近100％。根据理论分析，轮胎爆破前，轮胎的压力会出现异常，因此通过对轮胎压力的监测和异常情况的报警可以从根本上避免轮胎爆破造成的危险。另外，如果轮胎的充气压力不足，则轮胎滚动阻力增大，汽车油耗增加，同时胎面异常磨耗加剧，导致轮胎早期报废，因此，对轮胎压力的实时监测和异常情况的报警对提高汽车的安全性、经济性和稳定性具有非常重要的意义。

现有的轮胎压力测量方法，如CN209245公告号的名称为“汽车轮胎低气压报警器”的专利，该专利是将传感器固定在轮毂上实现轮胎压力和温度的直接接触和测量，但是，这种安装过程比较复杂，需要将轮胎从钢圈上去掉进行传感器的固定，固定的传感器在轮胎的长时间旋转和振动过程中容易发生松动或脱落，轮胎在恶劣天气和高速运动时，轮胎内部形成的高温、潮湿环境极易降低传感器的性能甚至损坏传感器。另外，这种测量方法由于将传感器安装在轮胎的内部，需要能够长时间供电的电源，一般使用高性能的锂电池供电，但是锂电池的寿命是有限的，更换电池很不方便，并且锂电池体积和重量比较大，增加了轮胎旋转的动态负载，易破坏轮胎的动态平衡，废弃的电池还会造成环境的污染。

为了避免上述传感器在安装方面的问题，2005年，R.Matsuzakia和A.Todoroki在2005年第119期《Sensors and Actuators》第323-331页上发表文章“利用电容和振荡电路进行轮胎变形的无线测量(Wireless Strain Monitoring of Tires Using ElectricalCapacitance Changes with an Oscillating Circuit)”，首次将轮胎压力变化引起的胎面电容阻抗变化转化为频率变化无线发射出来，即将轮胎的胎面橡胶和钢丝看作电容元件，橡胶为介电材料，钢丝为导电材料，相邻钢丝之间的橡胶和钢丝一起可以组成一个轮胎电容元件。在轮胎模块中，轮胎压力的变化引起轮胎胎面的变形，胎面钢丝之间的距离发生变化，由胎面钢丝和橡胶组成的电容器的电容发生变化，电容的变化经过CR振荡器转化为频率的变化，通过发射器的天线发射出去。在外部模块接收器接收发射器发射的频率信号，并经过频率计数器计算送给电脑进行处理，将获得的测量频率信号的变化转化为轮胎压力的变化，从而实现轮胎压力的无线测量。这样虽然可以省去常规的轮胎压力传感器，避免了安装常规传感器时出现的各种麻烦，但是在利用轮胎电容阻抗和CR振荡器进行轮胎压力的无线测量时，测量信号在发射时需要供电电源，一般使用高性能的锂电池供电，因此这种轮胎状态测量方法仍然存在使用电池供电存在的各种问题，另外，CR振荡器和发射器由电阻和放大器等电子元件组成，进行胎面嵌入安装的难度很大，并且安装后会影响轮胎的胎面弹性和刚度。

(三)发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种无需使用电池供电、安装容易的基于轮胎阻抗的汽车轮胎压力监测方法及其装置。

本发明的基本构思为：通过在轮胎内部嵌入声表面波谐振器，并将轮胎橡胶和钢丝所组成轮胎的电容与电阻作为声表面波谐振器的外接阻抗负载。轮胎状态变化引起轮胎阻抗的变化，轮胎阻抗的变化引起声表面波谐振器谐振频率的变化，声表面波谐振器通过外部的激励脉冲发生谐振将谐振频率信号无源无线的发送出来，从而实现轮胎状态的无线无源检测。在轮胎状态检测过程中，将不同的钢丝与多个不同的声表面波谐振器相连组成多个具有不同外接阻抗负载的声表面波谐振器，利用多个声表面波谐振器的谐振频率的组合实现轮胎压力、温度、磨损和老化等状态的检测。

本发明所设计的基于轮胎阻抗的汽车轮胎压力监测方法，包括如下步骤：

1)在轮胎胎面橡胶内嵌入声表面波谐振器组成轮胎模块，声表面波谐振器两端分别与轮胎胎面的不同钢丝相连，轮胎胎面钢丝和橡胶所构成的轮胎自身电容和电阻作为声表面波谐振器的外接轮胎阻抗；

2)通过外部模块向声表面波谐振器发射频率与声表面波谐振器的中心谐振频率相同的射频脉冲信号；

3)声表面波谐振器在射频脉冲的激励下发生谐振，该谐振频率受声表面波谐振器外接的轮胎阻抗的影响，轮胎的阻抗受轮胎压力等变化的影响，该谐振频率信号返回至外部模块；