УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЗА ДАВЛЕНИЕМ ВОЗДУХА В ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЕ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1999 года по МПК B60C23/02 

Изобретение относится к автомобилестроению и может быть использовано в других областях техники, где необходим динамический контроль давления воздуха в пневматической шине.

Известно сигнальное устройство падения давления в пневматической шине транспортного средства, содержащее накручиваемый на вентиль колпачок, оборудованный манометрическим контактом, передатчик ультракоротких волн, укрепленный на колесе и связанный пусковой цепью с упомянутым контактом, приемник, расположенный в кабине транспортного средства и соединенный со звуковым сигнализатором или световой сигнальной лампой на приборном щитке (FR 2266614, B 60 C 23/04, 1975).

Недостатки известного устройства обусловлены значительным пространственным разнесением чувствительного к давлению манометрического контакта и передатчика, что предопределяет сложность монтажа устройства и существенно снижает его эксплуатационную надежность.

Известно устройство для сигнализации о падении давления в пневматической шине транспортного средства, содержащее колпачок, смонтированный на вентиле шины и выполненный с возможностью восприятия из него воздуха одновременно по двум каналам, корпус, размещенный вслед за колпачком и снабженный крышкой, пороговый датчик давления, установленный внутри колпачка и выполненный с мембраной и коммутационным узлом, первый из контактных элементов которого укреплен в центре мембраны, а второй контактный элемент, представляющий собой отрезок проводника, - между стенками колпачка, радиопередатчик, установленный вместе с автономной аккумуляторной батареей внутри корпуса и подключенный к ней питающей цепью через упомянутый коммутационный узел с возможностью запуска при снижении давления в шине, радиоприемник, расположенный в кабине транспортного средства и соединенный выходом со входами звукового сигнализатора и/или блока выдачи визуальной информации (DE 3930479, B 60 C 23/04, 1991).

Недостаток указанного устройства заключается в ограниченных функциональных возможностях, позволяющих его применять только для бескамерных шин. Достаточно сложная конструкция используемого в устройстве порогового датчика давления, предусматривающая реализацию дополнительного канала подачи воздуха в подмембранный отсек, вызывает трудности в настройке датчика, проверке работоспособности устройства в целом и замене аккумуляторной батареи.

Перспективными являются устройства для контроля давления воздуха в пневматической шине транспортного средства, выполненные с использованием пассивных транспондеров /ответчиков/ с резонансными LC-контурами (SU 94028846, B 60 C 23/04, 1997; FR 2661642, B 60 C 23/04, 1991; DE 3801278, B 60 C 23/04, 1989; DE 3802100, B 60 C 23/04, 1989; EP 0201149, B 60 C 23/04, 1986; EP 034818, B 60 C 23/04, 1990). Однако эффективное применение подобных транспондеров требует адекватных решений по их размещению и функциональной связи с пороговыми датчиками давления.

Наиболее близким к предложенному является устройство для динамического контроля давления воздуха в пневматической шине транспортного средства, содержащее колпачок, выполненный с возможностью нанесения на вентиль шины, корпус с крышкой, пороговый датчик давления с мембраной и коммутационным узлом, первый из контактных элементов которого укреплен в центре мембраны, первую втулку, введенную в отверстия колпачка и корпуса посредством резьбовых соединений с возможностью регулировочного перемещения по продольной оси и снабженную на одном конце головкой для отжима штока золотника вентиля шины и поперечными каналами для пропускания воздуха из вентиля, а на другом конце воздушным фильтром, диаметральным стержнем, в центре которого укреплен второй контактный элемент, и навинченной второй втулкой, на внешнем торце которой укреплена мембрана порогового датчика давления с возможностью замыкания контакта коммутационного узла при снижении давления воздуха в шине ниже заданного уровня, радиопередатчик, установленный вместе с автономной аккумуляторной батареей внутри корпуса и подключенный к ней питающей цепью через упомянутый коммутационный узел, радиоприемник, расположенный на транспортном средстве и соединенный выходами со входами звукового сигнализатора и/или блока выдачи визуальной информации (RU 2103184, B 60 C 23/02, 1998.

Указанное устройство характеризуется оригинальной конструкцией измерительной части, обеспечивающей высокую точность настройки. Вместе с тем передача информации о падении давления воздуха в шине реализована в устройстве с аппаратурной избыточностью, поскольку в данном случае в качестве передатчика использован активный транспондер, нуждающийся, в частности, в автономном электропитании.

Задачей изобретения является упрощение подобного контрольного устройства и повышение его эксплуатационной надежности.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для динамического контроля давления воздуха в пневматической шине транспортного средства, содержащем смонтированный на вентиле шины колпачок, примыкающий к колпачку корпус, расположенные в корпусе радиоэлектронный узел передачи информации и пороговый датчик давления воздуха с мембраной и предназначенным для запуска узла передачи информации коммутационным узлом, первую втулку, введенную в отверстия колпачка и корпуса посредством резьбовых соединений с возможностью регулировочного перемещения по продольной оси и снабженную на одном конце головкой для отжима штока золотника вентиля шины и поперечными каналами для пропускания воздуха из вентиля, а на другом конце воздушным фильтром и навинченной второй втулкой, резиновые уплотнения, размещенные вокруг первой втулки на внутренней поверхности колпачка и между противостоящими поверхностями колпачка и корпуса, радиоэлектронный узел приема информации, установленный на базе транспортного средства и соединенный выходами со входами расположенных в кабине звукового сигнализатора и/или блока выдачи визуальной информации, корпус выполнен из немагнитного материала, узел передачи информации - в виде пассивного транспондера с возможностью кодирования поступающих радиочастотных сигналов, а узел приема информации - в виде излучателя радиочастотных сигналов с возможностью декодирования отклика пассивного транспондера, при этом мембрана порогового датчика давления укреплена на внешнем торце второй втулки с возможностью размыкания контакта коммутационного узла при снижении давления воздуха в шине ниже заданного уровня, а контактные элементы коммутационного узла включены в цепь транспондера.

Решению поставленной задачи способствуют также частные существенные признаки предложенного устройства.

Пассивный транспондер включает в себя резонансный LG-контур, а контактные элементы коммутационного узла включены в рассечку LC-контура.

Узел приема информации включает в себя частотный генератор, настроенный на частоту резонанса LC-контура транспондера, и связанный с генератором выходной орган фиксации изменения нагрузочного режима.

Выходной орган фиксации изменения нагрузочного режима в узле приема информации может быть выполнен в виде амплитудного детектора колебаний или детектора потребляемой генератором мощности.

Транспондер может включать в себя дополнительный резонансный LC-контур с такой же, как и в основном LC-контуре, частотой резонанса, а коммутационный узел порогового датчика давления - дополнительный размыкающий контакт. В этом случае контактные элементы коммутационного узла включаются в рассечку дополнительного LC-контура, а мембрана порогового датчика давления укрепляется с возможностью размыкания дополнительного контакта коммутационного узла при снижении давления воздуха в шине ниже заданного уровня, большего уровня, соответствующего размыканию первого контакта.

На чертеже представлена конструкция передающего полукомплекта предложенного устройства, устанавливаемого непосредственно на вентиле шины.

На схеме обозначены; колпачок 1, корпус 2, первая втулка 3 с головкой 4 для отжима штока золотника вентиля шины, поперечными каналами 5 для пропускания воздуха из вентиля, воздушным фильтром 6 и навинченной второй втулкой 7, пороговый датчик давления с мембраной 8 и коммутационным узлом, имеющим контактные элементы 9-11, радиоэлектронный узел передачи информации в виде серийного пассивного транспондера, используемого в качестве радиочастотного идентификатора, в частном случае, с резонансными LC-контурами 12, 13, резиновые уплотнения 14, 15.

Колпачок 1 выполнен с возможностью навинчивания на вентиль шины. Корпус 2 из немагнитного материала /например, пластмассы/ примыкает к колпачку 1. Втулка 3 введена в отверстия колпачка 1 и корпуса 2 посредством резьбовых соединений с возможностью регулировочного перемещения по продольной оси относительно колпачка 1 и корпуса 2. Мембрана 8 и коммутационный узел 9-11 порогового датчика давления, а также резонансные LC-контура 12, 13 транспондера расположены внутри корпуса 2. При этом мембрана 8 укреплена на внешнем торце втулки 7 с возможностью последовательного размыкания контактов 11-10 и 10-9 при снижении давления воздуха в шине ниже сначала одного, а затем другого заданных уровней. Контакты 11-10 и 10-9 включены в рассечки соответственно LC-контуров 13 и 12 транспондера. Последние, в частном случае, могут быть приклеены к одной из стенок /например, основанию/ корпуса. Электрическое соединение контактов 11-10 и 10-9 с LC-контурами 13 и 12 осуществлено короткими проводниками. Резиновые уплотнения 14 и 15 размещены вокруг втулки 3 соответственно на внутренней поверхности колпачка 1 и между противостоящими наружными поверхностями колпачка 1 и корпуса 2.

Не показанный на чертеже радиоэлектронный узел приема информации установлен на базе транспортного средства и соединен выходами со входами также непоказанных звукового сигнализатора и/или блока выдачи визуальной информации, расположенных в кабине. Узел приема информации включает в себя частотный генератор, настроенный на частоту резонанса LC-контуров 12, 13 транспондера, и связанный с генератором выходной орган фиксации изменения нагрузочного режима. Выходной орган может быть выполнен в виде амплитудного детектора или детектора потребляемой генератором мощности.

При настройке предложенного устройства уставкам для размыкания контактов 11-10 и 10-9 задают положения мембраны 8 при давлениях воздуха в шине, равных 0,75 P_н и 0,5 P_н /P_н - номинальное давление воздуха в шине, рекомендуемое заводом-изготовителем для конкретной марки шины/.

Работает устройство следующим образом.

При навинчивании колпачка 1 вместо штатного колпачка на вентиль шины происходит частичное утапливание штока золотника вентиля шины головкой 4. Резьбовые соединения втулки 3 с колпачком 1 и корпусом 2 обеспечивают возможность априорного регулирования положения втулки 3 с оптимизацией усилия, действующего на шток. Поступающий из шины под давлением /например, 2 атм (бар)/ воздух проходит по поперечным каналам 5 втулки 3, ее внутренней полости, через воздушный фильтр 6, очищающий его от пыли и грязи, и прогибает мембрану 8. /Опорное для мембраны 8 давление, действующее с другой ее стороны, т. е. внутри корпуса 2, составляет, например, 1 атм (бар)/. Этот прогиб вызывает замыкание контактов 11-10, 10-9 коммутационного узла. В указанном состоянии, соответствующем рабочему давлению в шине, цепи резонансных LC-контуров 13, 12 транспондера замкнуты.

Частотный генератор расположенного на базе транспортного средства радиоэлектронного узла приема информации периодически излучает кодовую радиочастотную посылку, которая воспринимается резонансными LC-контурами 13, 12 транспондера. Их отклик, регистрируемый выходным органом фиксации изменения нагрузочного режима генератора по определенному значению амплитуды колебаний или потребляемой генератором мощности, свидетельствует о нормальном давлении в шине транспортного средства.

С падением давления воздуха в шине колеса мембрана 8 выпрямляется.

При снижении давления до первой уставки /0,75 P_н/ срабатывания порогового датчика давления воздуха размыкается контакт 11-10 коммутационного узла, что приводит к разрыву цепи в колебательном LC-контуре 13 транспондера. С исчезновением отклика от LC-контура 13 увеличивается до определенного /априорно известного/ значения амплитуда и частотного генератора в узле приема информации и снижается также до определенного значения потребляемая им мощность. Амплитудный детектор колебаний или детектор потребляемой генератором мощности запускает расположенные в кабине звуковой сигнализатор и/или блок выдачи визуальной информации, которые, работая в режиме предупредительной сигнализации, выдают сигнал водителю о начале аномального процесса в шине колеса.

В случае дальнейшего снижения давления в поврежденной шине до второй уставки /0,5 P_н/ срабатывания порогового датчика давления воздуха размыкается и контакт 10-9 коммутационного узла, что приводит к разрыву цепи и в колебательном LC-контуре 12 транспондера. С исчезновением отклика от LC-контура 12 еще более увеличивается амплитуда и частотного генератора в узле приема информации и еще более снижается потребляемая им мощность. Амплитудный детектор колебаний или детектор потребляемой генератором мощности переводит звуковой сигнализатор и/или блок выдачи визуальной информации в режим аварийной сигнализации и те выдают водителю сигнал о необходимости остановки автомобиля и замене поврежденной шины.

Выше было рассмотрено функционирование одной из возможных модификаций предложенного устройства с пассивным транспондером, представленным исключительно резонансными LC-контурами, принудительный разрыв цепей которых обеспечивает простейшее униполярное кодирование поступающих радиочастотных сигналов, т.е. амплитудную модуляцию колебаний и мощности, потребляемой частотным генератором, в узле приема информации. Следует, однако, отметить, что существует большое количество пассивных транспондеров, серийно выпускаемых различными фирмами мира, с иными схемными реализациями и, в частности, с LC-контурами, имеющими разные резонансные частоты, или с дополнительными конденсаторами, включенными последовательно с LC-контурами. Такие транспондеры осуществляют и иное, например время-импульсное, кодирование поступающих радиочастотных сигналов, которое является более помехоустойчивым, чем униполярное, и позволяет получить более высокую точность контроля. В зависимости от типа используемого транспондера соответствующим образом реализуется и блок приема информации на базе транспортного средства и, в частности, его декодирующая часть.

Предложенное устройство, характеризующееся компактностью и малогабаритным исполнением, позволяет избежать аварийной ситуации при движении транспортного средства, которая могла бы иметь место вследствие разрушения шины из-за недостаточного давления воздуха в ней. Еще раз укажем, что устройство заменяет собой штатный колпачок на вентиле шины, т.е. его применение не требует каких-либо дополнительных монтажных работ. Достаточно простая конструкция радиоэлектронного узла передачи информации предопределяет повышенную эксплуатационную надежность контрольного устройства в целом.

Важно подчеркнуть, что данное устройство надежно функционирует не только в статике, но и при движении транспортного средства.

Устройство относится к автомобилестроению и может быть использовано в других областях техники, где необходим контроль давления в пневматической шине. Устройство содержит колпачок, который навинчивается на вентиль шины вместо штатного колпачка, и корпус, в отверстия которых введена снабженная воздушным фильтром втулка с головкой для отжима штока золотника вентиля шины. Внутри корпуса размещены пороговый датчик давления с мембраной и коммутационным узлом, а также пассивный транспондер. При рабочем давлении в шине мембрана имеет прогиб, контакт коммутационного узда замкнут и транспондер воспринимает радиочастотные сигналы от установленного на базе транспортного средства излучателя. В случае недопустимого снижения давления в шине мембрана выпрямляется, контакт коммутационного узла размыкается и транспондер перестает выдавать отклик. Отсутствие отклика фиксируется в узле приема информации и к водителю поступает сигнал тревоги. Устройство обладает повышенной эксплуатационной надежностью. Его установка на шине не требует каких-либо дополнительных монтажных работ. 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для динамического контроля давления воздуха в пневматической шине транспортного средства, содержащее смонтированный на вентиле шины колпачок, примыкающий к колпачку корпус, расположенные в корпусе радиоэлектронный узел передачи информации и пороговый датчик давления воздуха с мембраной и предназначенным для запуска узла передачи информации коммутационным узлом, первую втулку, введенную в отверстия колпачка и корпуса посредством резьбовых соединений с возможностью регулировочного перемещения по продольной оси и снабженную на одном конце головкой для отжима штока золотника вентиля шины и поперечными каналами для пропускания воздуха из вентиля, а на другом конце - воздушным фильтром и навинченной второй втулкой, резиновые уплотнения, размещенные вокруг первой втулки на внутренней поверхности колпачка и между противостоящими поверхностями колпачка и корпуса, радиоэлектронный узел приема информации, установленный на базе транспортного средства и соединенный выходами со входами расположенных в кабине звукового сигнализатора и/или блока выдачи визуальной информации, отличающееся тем, что корпус выполнен из немагнитного материала, узел передачи инфомации - в виде пассивного транспондера с возможностью кодирования поступающих радиочастотных сигналов, а узел приема информации - в виде излучателя радиочастотных сигналов с возможностью декодирования отклика пассивного транспондера, при этом мембрана порогового датчика давления укреплена на внешнем торце второй втулки с возможностью размыкания контакта коммутационного узла при снижения давления воздуха в шине ниже заданного уровня, а контактные элементы коммутационного узла включены в цепь транспондера. 2. Устройство для динамического контроля по п.1, отличающееся тем, что пассивный транспондер включает в себя резонансный LC-контур, а контактные элементы коммутационного узла включены в рассечку LC-контура. 3. Устройство для динамического контроля по п.2, отличающееся тем, что узел приема информации включает в себя частотный генератор, настроенный на частоту резонанса LC-контура транспондера, и связанный с генератором выходной орган фиксации изменения нагрузочного режима. 4. Устройство для динамического контроля по п.3, отличающееся тем, что выходной орган фиксации изменения нагрузочного режима в узле приема информации выполнен в виде амплитудного детектора колебаний. 5. Устройство для динамического контроля по п.3, отличающееся тем, что выходной орган фиксации изменения нагрузочного режима в узле приема информации выполнен в виде детектора потребляемой генератором мощности. 6. Устройство для динамического контроля по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что транспондер включает в себя дополнительный резонансный LC-контур с такой же, как и в основном LC-контуре, частотой резонанса, а коммутационный узел порогового датчика давления - дополнительный размыкающий контакт, контактные элементы которого включены в рассечку дополнительного LC-контура, при этом мембрана порогового датчика давления укреплена с возможностью размыкания дополнительного контакта коммутационного узла при снижении давления воздуха в шине ниже заданного уровня, большего уровня, соответствующего размыканию первого контакта.