專利名稱：汽車輪胎的胎壓監(jiān)測方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車輪胎的胎壓監(jiān)測方法與裝置，尤指一種由環(huán)狀壓力氣囊、位移傳感器、信號處理器、胎壓顯示器及連通管所組成的胎壓監(jiān)測裝置，該裝置可用于汽車在靜止?fàn)顟B(tài)和行駛狀態(tài)中，均能監(jiān)測輪胎的胎壓狀況。
背景技術(shù)：
開車時駕駛?cè)擞袝r會感覺到既使猛踩油門，車子也是加速遲緩、操控費力，而誤以為是引擎失常；然而，其實是胎壓不足，輪胎變形、阻力增大所致，但是當(dāng)胎壓過大時，加速雖然靈敏、跑起來輕快，然而遇路面不佳時，卻抖動厲害、座感頗為不適；再者，若四輪胎壓不均，導(dǎo)致輪徑不一時，在高速行駛中，則容易產(chǎn)生蛇行及方向盤掌控不易的情形，進(jìn)而也容易導(dǎo)致擦撞或?qū)ψ驳奈ｋU狀況，且胎壓不足或過高狀況下，重載高速行駛很容易發(fā)生爆胎失控，很多事故大都與胎壓不當(dāng)有直接密切的關(guān)系，因此胎壓的問題直接涉及行車的安全。
然而，一般傳統(tǒng)檢查車胎胎壓的方法，大都采用靜態(tài)胎壓計，即采用車輛停止時連接輪胎的氣嘴進(jìn)行檢測，卻無法在車輛行進(jìn)中進(jìn)行監(jiān)測，因此必須養(yǎng)成日常行車前檢查胎壓的習(xí)慣，否則一旦忘記檢查，胎壓失常未覺，很容易導(dǎo)致事故的發(fā)生；由此，便有從事此行業(yè)者于汽車輪胎內(nèi)或其氣嘴上裝設(shè)一壓力傳感器及無線電發(fā)射器，如臺灣審定公告第323600號專利案，即利用射頻載波方式將壓力傳感器所感測的壓力信號傳送出去，而在車室內(nèi)則設(shè)有一無線電接收器及顯示器，無線電接收器于接收到發(fā)射器所發(fā)射的信號后，即經(jīng)相關(guān)系信號處理單元解調(diào)處理，再由顯示器顯示胎壓狀況。然而，此類無線電方式的胎壓警示器皆有如下困擾問題
一、胎壓感測單元及發(fā)射信號的裝置都裝設(shè)于輪胎內(nèi)或氣嘴上，皆須靠電池電力才能運作，但電池電力有限，又需長時持續(xù)作業(yè)，造成電池壽命短，更換電池頻繁又不可預(yù)期，因此疑慮甚多。
二、輪胎于行駛時內(nèi)部溫度很高，對于電池及相關(guān)電路裝置的穩(wěn)定性、可靠性及壽命都極為不利，萬一電池失效又未察覺，則形同未設(shè)胎壓警示裝置狀態(tài)，更增加了危險狀況。
三、另有業(yè)者設(shè)計僅在胎壓過低或過高時發(fā)射警告信號，因此在胎壓正常時不發(fā)射射頻信號，則其情況形同電池或發(fā)射器失效一樣，故警示裝置正常與否并無法研判。
四、以無線電方式發(fā)射胎壓信號，則各輪胎必須編碼或賦予特定的載波頻道，以便區(qū)分、不相干擾，但卻增加警示器電路的復(fù)雜性與生產(chǎn)成本。
五、既使在最省電狀況下使用，其電池更換周期仍然不逾5～6個月，其費用不低且作業(yè)也較為麻煩。
六、輪胎原本就是高速運轉(zhuǎn)、承負(fù)重載與沖擊的動態(tài)零件，在輪胎上局部位置增加胎壓的警示裝置，安裝固定本就不易，何況又使質(zhì)量分布嚴(yán)重不均，動態(tài)平衡更為不易，導(dǎo)致輪胎運轉(zhuǎn)時強(qiáng)烈振動，有加速輪胎惡化與爆胎的危險性。
七、此外，爆胎或更換輪胎時容易影響或損壞感測與發(fā)射裝置，且感測與發(fā)射裝置的維修及校正亦非常不便。
由此，要如何設(shè)法解決上述已有技術(shù)的缺陷與不便，即為相關(guān)業(yè)者所亟欲研究改進(jìn)的方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的乃在于提供一種汽車輪胎的胎壓監(jiān)測方法與裝置。該裝置是通過環(huán)狀壓力氣囊的固定面固定于汽車輪胎的鋼圈內(nèi)側(cè)，并與輪胎同步運轉(zhuǎn)，且位移傳感器以非接觸方式監(jiān)測環(huán)狀壓力氣囊隔膜的位置，并產(chǎn)生對應(yīng)的胎壓信號，胎壓信號經(jīng)過信號處理器，即傳送至駕駛座前的胎壓顯示器顯示，因此各輪胎的胎壓狀況即一目了然的獲取。


圖1為本發(fā)明的方塊示意圖。
圖2為本發(fā)明的環(huán)狀壓力氣囊與位移傳感器安裝位置示意圖。
圖3為本發(fā)明的環(huán)狀壓力氣囊的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3A為本發(fā)明的環(huán)狀壓力氣囊的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明全車裝配時的方塊示意圖。
圖5為本發(fā)明的全車輪胎胎壓監(jiān)測裝置安裝位置示意圖。
圖6A為本發(fā)明胎壓與隔膜位置的關(guān)系對應(yīng)圖。
圖6B為本發(fā)明胎壓與間隙的關(guān)系對應(yīng)圖。
圖6C為本發(fā)明胎壓與「已調(diào)信號」電壓的關(guān)系對應(yīng)圖。
圖6D為本發(fā)明胎壓與「反已調(diào)信號」電壓的關(guān)系對應(yīng)圖。
圖中符號說明11 環(huán)狀壓力氣囊110底盤14胎壓顯示器111固定面 141 胎壓上下限設(shè)定裝置112傳感面 142 聲響警報器113內(nèi)墻15連通管114外墻151 通氣口115氣室16隔膜116底面17汽車電池
12 位移傳感器 18穩(wěn)壓器13 信號處理器 19電源開關(guān)20 輪胎21 鋼圈22氣嘴31 軸座具體實施方式
為能對本發(fā)明的目的、技術(shù)特征、該裝置的構(gòu)造及其功效有進(jìn)一步的認(rèn)識與了解，茲配合附圖與實施例，詳細(xì)說明如下。
請參閱圖1、圖2及圖3所示，該裝置由一中空的環(huán)狀壓力氣囊11(Pressure Cell)、一位移傳感器12(Displacement Sensor)、一信號處理器13(Signal Processor)、一胎壓顯示器14(Pressure Display)及一連通管15(Link tube)所組成，其中如圖2、圖3所示，該環(huán)狀壓力氣囊11的固定面111與輪胎20的鋼圈21同軸固裝并可同步運轉(zhuǎn)，再者，上述環(huán)狀壓力氣囊11遠(yuǎn)離固定面111的另側(cè)則設(shè)有傳感面112，且于傳感面112上設(shè)有不銹鋼制成的波浪狀隔膜16(Diaphragm)，且通過連通管15與輪胎20的氣嘴22(Air Inlet)或特設(shè)的通口相連接，使環(huán)狀壓力氣囊11內(nèi)氣體與輪胎20內(nèi)氣體相通，達(dá)到二者的氣壓相等，進(jìn)而隔膜16可隨輪胎20的胎壓的變化，而產(chǎn)生對應(yīng)的軸向位移，當(dāng)壓力大時，隔膜16則朝a方向移動，壓力小時則朝b方向移(如圖2放大圖所示)，因此只要監(jiān)測其位置，即可獲知相對應(yīng)的輪胎20壓力(如圖6A所示)；再者，位移傳感器12(Displacement Sensor)固定于輪胎20的軸座31上(如圖2所示)，并與環(huán)狀壓力氣囊11的隔膜16(Diaphragm)保持一微小間隙，當(dāng)胎壓(Pressure)增大時，間隙則減??；反之，當(dāng)胎壓降低時，間隙則相對的增大，其為反變關(guān)系(如圖6B所示)，且上述位移傳感器12為一非接觸渦電流感應(yīng)式傳感器，且因渦流效應(yīng)對于金屬的接近十分敏感。因此當(dāng)該間隙隨胎壓變化而改變時，位移傳感器12由信號處理器13提供的激勵電壓，也因渦流效應(yīng)產(chǎn)生振幅調(diào)制(Amplitude Modulation)現(xiàn)象，其調(diào)制后的信號(ModulatedSignal)則稱為「已調(diào)信號」(Vsig)；故當(dāng)間隙增大時，渦流效應(yīng)減弱，「已調(diào)信號」(Vsig)也增大；反之，間隙減小時，渦流效應(yīng)增強(qiáng)，「已調(diào)信號」(Vsig)也減小，可見「已調(diào)信號」(Vsig)與間隙(Gap)成正比關(guān)系，而環(huán)狀壓力氣囊11的內(nèi)部壓力(Pressure)與「已調(diào)信號」(Vsig)則為線性的反比關(guān)系(如圖6C所示)；另外，上述信號處理器13內(nèi)設(shè)有一反相器(Inverter)，可通過反相器(Inverter)而得到一「反已調(diào)信號」(Vsig)，反已調(diào)信號則與壓力(P)成正比關(guān)系(如圖6D所示)，因此胎壓愈大信號愈大，胎壓愈小信號也相對愈??；再者，信號經(jīng)信號處理器13加以解調(diào)(Demodulating)、濾波(Filtering)、放大(Amplifying)、比值(Scaling)處理后，輸至胎壓顯示器14，而胎壓顯示器14為可裝設(shè)于駕駛座前的儀表板上(如圖1所示)，以模擬或數(shù)字方式將胎壓顯示出來，所以只要打開汽車電池17的電源開關(guān)19，即使汽車電池17的電源先于穩(wěn)壓器18予以穩(wěn)定電壓，再分別供應(yīng)位移傳感器12、信號處理器13及胎壓顯示器14。
通過上述構(gòu)件的組成，當(dāng)汽車輪胎20的胎壓發(fā)生變化時，隔膜16將因胎壓的變化而產(chǎn)生對應(yīng)的軸向位移，使位移傳感器12感測到此位移的距離，而將位移的訊號傳送至信號處理器13，經(jīng)由信號處理器13的處理后，傳輸至胎壓顯示器14，顯示輪胎20的胎壓變化狀況，可通過胎壓顯示器14，實時獲得輪胎20的胎壓狀況，由此而給駕駛者提供是否行車的數(shù)據(jù)，以達(dá)成安全行駛汽車的目的。
再者，在胎壓顯示器14可進(jìn)一步依序連接有胎壓上下限設(shè)定裝置141及聲響警報器142，以警報聲增加警示效果。
在本發(fā)明中，請參閱圖2、圖4及圖5所示，該裝置的環(huán)狀壓力氣囊11及連通管15分別安裝于汽車的四個輪胎20上，而信號處理器13隱藏于儀表板下的機(jī)箱內(nèi)，胎壓顯示器14則安裝于儀表板上駕駛員容易看見的位置(如儀表板的一側(cè)邊上)，令使用者坐上駕駛座就可以看見胎壓顯示器14所顯示各輪胎的胎壓的變化狀況。
在本發(fā)明中，復(fù)請參閱圖1所示，該裝置尚包括一穩(wěn)壓器18，該穩(wěn)壓器18設(shè)于胎壓顯示器14與汽車電池17之間，令其分別與胎壓顯示器14、汽車電池17相連接，且其并與汽車的電源開關(guān)19相接，當(dāng)使用者激活電源開關(guān)19為閉路狀態(tài)(ON)時，可使汽車電池17的電源先于穩(wěn)壓器18予以穩(wěn)定電壓，再供應(yīng)位移傳感器12、信號處理器13、胎壓顯示器14。本發(fā)明所采用的位移傳感器12、信號處理器13、胎壓顯示器14可以采用現(xiàn)有的技術(shù)，因此不再詳細(xì)闡述其具體結(jié)構(gòu)。
復(fù)請參閱圖2、圖3所示，該隔膜16依據(jù)胎壓的變化量，而產(chǎn)生相對應(yīng)的軸向位移，當(dāng)胎壓趨大時，該隔膜16將向外凸出，當(dāng)胎壓減少時，該隔膜16則向內(nèi)縮，該位移傳感器12依據(jù)該隔膜16的位移產(chǎn)生相對應(yīng)的位移感測訊號。
再者，上述的環(huán)狀壓力氣囊11與汽車輪胎20的輪圈21內(nèi)緣可為一體成型所制成或為分離式設(shè)計所構(gòu)成。如第3圖所示，其中該環(huán)狀壓力氣囊11由圓環(huán)狀的固定面111與固定面111平行的圓環(huán)狀傳感面112及一組同心支撐固定面111與傳感面112的管形內(nèi)墻113、外墻114所組成，且內(nèi)墻113、外墻114的邊緣與固定面111及傳感面112密接形成氣室115，且外墻114設(shè)有一通氣口151，可藉由連通管15與輪胎20之氣嘴22或特定之通口211相通。
另如第3A圖所示，該環(huán)狀壓力氣囊11之內(nèi)外墻113、114及與固定底盤110接著之底面116亦可由較厚之不銹鋼片一體沖壓成型，成為一具有剛性結(jié)構(gòu)體之框架，而傳感面112之隔膜16則為具靭性之不銹鋼薄片、在軸向方向沖壓成具彈性之同心波浪狀，其邊緣則與框架之內(nèi)外墻113、114的端緣密切焊合，形成一環(huán)狀連通氣室115。
本發(fā)明的位移傳感器12在環(huán)狀壓力氣囊11動態(tài)高速旋轉(zhuǎn)情況下，可監(jiān)測對應(yīng)于胎壓的隔膜16位置，并將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的胎壓信號。其中該位移傳感器12為一非接觸渦電流感應(yīng)式傳感器，而環(huán)狀壓力氣囊11為一壓力轉(zhuǎn)換位移的線性轉(zhuǎn)換器。另外，環(huán)狀壓力氣囊11可為耐久的材料(如不銹鋼)制作，不受風(fēng)吹與雨淋日曬或常態(tài)振動沖擊所損，且其質(zhì)量分布十分均勻，能與輪胎20動態(tài)平衡校正一次完成。
本發(fā)明的環(huán)狀壓力氣囊的容氣體積設(shè)計如下Vair＝(Ro2-Ri2)×π×Ld，且Ro、Ri為環(huán)狀壓力氣囊內(nèi)墻與外墻的半徑，并當(dāng)氣囊內(nèi)壓力變化時，其變異可略而不計，Ld為氣囊的軸向長度，因此其容積變化成為一維的線性關(guān)系ΔVair＝A×ΔLd，或ΔLd＝A-1×ΔVair，式中A＝(Ro2-Ri2)×π，為環(huán)狀壓力氣囊的圓環(huán)徑向截面積，亦為常數(shù)值。
本發(fā)明的環(huán)狀壓力氣囊的隔膜位置G、對于環(huán)狀壓力氣囊內(nèi)部的壓力P于軸向具有敏感的線性應(yīng)變特性，即P＝k1×G，k1＝P/G，k1為環(huán)狀壓力氣囊的轉(zhuǎn)換數(shù)或傳輸比，且位移傳感器的輸出會隨隔膜位置G的遠(yuǎn)近、產(chǎn)生一對應(yīng)的已調(diào)信號，Vsig，即G＝k2×Vsig，k2＝G/Vsig，K2為位移傳感器的轉(zhuǎn)換數(shù)或傳輸比，進(jìn)而可導(dǎo)知胎壓P＝k1×k2×Vsig＝k×Vsig，k＝k1×k2＝P/Vsig＝P×Vsig-1，k為胎壓監(jiān)測裝置的統(tǒng)傳輸比或傳換數(shù)。
本發(fā)明具有下列諸多優(yōu)點
一、上述環(huán)狀壓力氣囊可由傳感面的隔膜將胎壓轉(zhuǎn)換為對應(yīng)位置的線性關(guān)系，故只要以非接觸式位移傳感器，監(jiān)測隔膜的位置就可導(dǎo)知胎壓狀況，即使輪胎上不需要裝設(shè)任何耗電的電路或感測組件。
二、環(huán)狀壓力氣囊以轉(zhuǎn)軸為中心，所以其質(zhì)量分布均勻且十分對稱，故可輕易與輪胎的動態(tài)平衡一起校正解決，完全不具動態(tài)不平衡的困擾，且其為不銹鋼或耐久性的材料制作，又受輪圈保護(hù)，無日曬雨淋或撞擊所損之虞，幾乎不需保養(yǎng)。
三、本發(fā)明各輪胎皆各有專屬的胎壓監(jiān)測裝置，與專屬的有線信號輸送線，既簡便又可避免信號干擾的缺陷。
四、位移傳感器(Dislacement sensor)為非接觸型(Contactless)除感應(yīng)式(Inductive type)外，亦可依使用者的需求而可有電容式(Capacitive type)或磁感式(Magnetic type)等可供選擇。
綜上所述，本發(fā)明上述汽車輪胎的胎壓監(jiān)測方法與裝置于使用時，確實能達(dá)到其功效及目的，故本發(fā)明誠為一實用性優(yōu)異的發(fā)明，符合發(fā)明專利的申請要件，依法提出申請。
權(quán)利要求
1.一種汽車輪胎的胎壓監(jiān)測方法與裝置，包括有環(huán)狀壓力氣囊、位移傳感器、信號處理器、胎壓顯示器及連通管所組成，其特征在于該環(huán)狀壓力氣囊的一側(cè)邊固定于汽車輪胎的輪圈內(nèi)緣，且相對輪圈的另側(cè)則設(shè)有具隔膜的傳感面，而傳感面的隔膜為可隨輪胎的胎壓變化而產(chǎn)生軸向位移；該位移傳感器定位于環(huán)狀壓力傳感器于隔膜對應(yīng)的軸座上，并可供檢測隔膜的軸向位移及產(chǎn)生對應(yīng)的已調(diào)信號；該信號處理器連接于位移傳感器的下游位置，且可提供激勵信號給位移傳感器，并可將位移傳感器的已調(diào)信號進(jìn)行解調(diào)、濾波、放大及比值處理為對應(yīng)的胎壓值；該胎壓顯示器連接于信號處理器的下游位置，并可供顯示信號處理器的胎壓值；該連通管連通于輪胎與環(huán)狀壓力氣囊間，并使輪胎與環(huán)狀壓力氣囊的內(nèi)部壓力相等。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車輪胎的胎壓監(jiān)測方法與裝置，其中該環(huán)狀壓力氣囊為設(shè)有一通氣口，且通氣口為可供連通管套設(shè)定位。
3.如權(quán)利要求1所述的汽車輪胎的胎壓監(jiān)測方法與裝置，其中該環(huán)狀壓力氣囊為可隨輪胎同步轉(zhuǎn)動。
4.如權(quán)利要求1所述的汽車輪胎的胎壓監(jiān)測方法與裝置，其中該環(huán)狀壓力氣囊由圓環(huán)狀的固定面與固定面平行的圓環(huán)狀傳感面及一組同心支撐固定面與傳感面的管形內(nèi)外墻所組成，且內(nèi)外墻的邊緣與固定面及傳感面密接形成氣囊，外墻并設(shè)有一通氣口。
5.如權(quán)利要求1所述的汽車輪胎的胎壓監(jiān)測方法與裝置，其中該環(huán)狀壓力氣囊可由隔膜、框架及一圓環(huán)形固定底盤組成，且框架為較厚的不銹鋼一體沖壓成型并具不易變形的剛性結(jié)構(gòu)體，而隔膜則為具韌性的不銹鋼薄片且在軸向方向沖壓成具彈性的同心波浪狀，而邊緣則與框架的內(nèi)外墻緣密接結(jié)合，形成一環(huán)狀連通氣室。
6.如權(quán)利要求1所述的汽車輪胎的胎壓監(jiān)測方法與裝置，其中該位移傳感器在環(huán)狀壓力氣囊動態(tài)高速旋轉(zhuǎn)情況下，可監(jiān)測對應(yīng)于胎壓的隔膜位置，并將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的胎壓信號。
7.如權(quán)利要求1所述的汽車輪胎的胎壓監(jiān)測方法與裝置，其中該環(huán)狀壓力氣囊為一壓力轉(zhuǎn)換位移的線性轉(zhuǎn)換器。
8.如權(quán)利要求1所述的汽車輪胎的胎壓監(jiān)測方法與裝置，其中該位移傳感器為一非接觸渦電流感應(yīng)式傳感器。
全文摘要
本發(fā)明為一種汽車輪胎的胎壓監(jiān)測方法與裝置，該裝置由環(huán)狀壓力氣囊、位移傳感器、信號處理器、胎壓顯示器及連通管所組成。其中環(huán)狀壓力氣囊的固定面固定于汽車輪胎的鋼圈內(nèi)側(cè)，并與輪胎同步運轉(zhuǎn)。且環(huán)狀壓力氣囊的外緣由連通管與輪胎的氣嘴或特設(shè)的通口接通，因此兩者內(nèi)部壓力相等；再者，環(huán)狀壓力氣囊的隔膜既能阻絕氣體外泄，又能隨壓力調(diào)整位置；另外，上述位移傳感器為以非接觸方式監(jiān)測環(huán)狀壓力氣囊隔膜的位置，并產(chǎn)生對應(yīng)的胎壓信號，胎壓信號經(jīng)由信號處理器處理后，傳送至駕駛座前的胎壓顯示器，因此各輪胎的胎壓狀況可一目了然的獲取。
文檔編號B60C23/02GK1607108SQ20031010069
公開日2005年4月20日 申請日期2003年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月14日
發(fā)明者蔡青松 申請人:蔡青松