ПНЕВМОКОНТРОЛЛЕР ДАВЛЕНИЯ В АВТОШИНАХ Российский патент 2005 года по МПК B60C23/04 G01L17/00 

Пневмоконтроллер давления в автошинах - электромеханическое устройство, которое относится к области приборостроения и предназначено для использования в автомобилестроении в качестве автоматического сигнального устройства контролирующего уровень давления в шинах и сигнализации при его падении ниже допустимого.

Конгрессом США принят закон о запрете эксплуатации с 2003 года легкового автотранспорта без систем контроля за давлением в шинах (“За рулем”, №6/2001, стр. 54).

Для борьбы с несанкционированным снижением рабочего давления в шинах автотранспорта и предупреждения аварийности, для контроля и активного поддержания давления в шинах существуют различные технические решения. Например, в военной технике известны и применяют системы, поддерживающие давление в шинах колес, такие как “Устройство подвода воздуха от неподвижной цапфы к вращающейся ступице” (RU 2019434, RU 2132283). Но подобные системы нецелесообразно использовать в серийном автомобилестроении из-за их конструктивной сложности, высокой себестоимости и отсутствия особых условий эксплуатации.

Известно устройство, предназначенное для динамического контроля за давлением воздуха в пневматической шине транспортного средства (RU 2047115, 6 G 01 L 17/00). Суть изобретения заключается в том, что оно содержит два индукционных преобразователя в виде постоянных магнитов, выполненных с возможностью установки на соответствующих колесах, и индукционных катушек, выполненных с возможностью установки на неподвижной части транспортного средства и взаимодействующих с соответствующими магнитами, а также блок обработки и индикации сигналов, включающий информационные светодиоды, блокировочный диод, индикаторный светодиод, шунтирующий резистор. Изменение давления воздуха в шинах колес сопровождается изменением их радиусов и соответствующим изменением частот вращения. Информационные сигналы колес, возбуждаемые в индукционных катушках, поступают по каналу связи на светодиоды, которые фиксируют частоту их вращения. Блокировочный диод защищает индикаторный светодиод, а шунтирующий резистор выбирается таким образом, чтобы индикаторный светодиод загорался при совпадении импульсов на светодиодах. По частоте загорания индикаторного светодиода можно судить о разности давления воздуха в соответствующей паре колес.

Техническое решение с применением принципа изменяющегося радиуса колеса имеет следующие недостатки.

Не учтено изменение радиусов колес в зависимости от различной загрузки транспортного средства и неравномерности ее расположения. Не учтено то, что геометрические размеры шин имеют достаточно большой разброс, даже в новых, до нескольких миллиметров, а расчет авторов показывает, что изменение радиуса ΔR на 0,1 мм соответствует изменению давления ΔР на 0,1 кгс/см² (см. RU 2047115, /11), поэтому система изначально готова к выдаче ошибки.

Система не будет работать в статическом состоянии автомобиля (на стоянке), т.к. при отсутствии движения нет разницы частот вращения колес. Также при равной спущенности шин, что наиболее часто происходит, когда шины длительное время не подкачивают, данная система работать не будет.

Наиболее близким предлагаемому изобретению, т.е. прототипом, является “Устройство для динамического контроля за давлением воздуха в пневматической шине транспортного средства” (RU 2143345, МПК 6 В 60 С 23/02, 1998).

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 узла 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.

Указанное устройство имеет следующие недостатки.

Необходимо выделять на каждое колесо определенную частоту “кодовой радиочастотной посылки”, т.е. отдельную кодировку для LC-контура каждого устройства с установкой на базе транспортного средства для этих целей по отдельному частотному генератору с соответствующим декодированием на узле приема информации и настроенных на частоту резонанса LC-контуров транспондеров, для исключения взаимовлияния.

В случае выхода из строя любого из элементов передающего полукомплекта (согласно терминологии авторов), т.е. устройства, возникает необходимость в полной его замене, т.к. ремонту оно не подлежит. В результате возникает необходимость подбора нового устройства для замены с соответствующими радиочастотными параметрами, что будет сделать достаточно сложно.

Настройка резонансных частот LC-контуров требует специальной аппаратуры, квалификации и это при предполагаемом массовом производстве. Устройство по сложности настройки сопоставимо с прибором для измерений, причем высокого класса точности.

Устройство не надежно в работе и недолговечно, т.к. имеет откровенно слабое место, а именно коммутационный узел. Возможны несанкционированные колебания контактов под воздействием вибрации, а также нарушения или отказ из-за ударов, деформации корпуса устройства, окисления контактов (если они не изготовлены из благородных металлов). Необходима помехозащищенность устройства, включая пассивный транспондер и узел приема информации (экранирование). Не учтены колебания температуры окружающей среды, которая может быть от -30°С зимой и до +30°С летом и тогда изменения давления в шинах могут достигать 20-25% от номинала.

В настоящее время фирма “Беру” предлагает датчик давления и температуры воздуха вместе с радиопередатчиком, работающим на частоте 433 МГц, включающий литиево-ионную батарейку, и крепящийся на специальном вентиле, который устанавливается вместо штатного. Ведущие автопроизводители такие, как “Мерседес-Бенц”, БМВ, “Рено”, “Вольво” и т.д., предлагают будущим автовладельцам доплатить за данную систему около 500 долларов США. В России указанная сумма составляет примерно 10% от стоимости нового автомобиля.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства для контроля аварийного падения давления в автомобильной шине в статическом состоянии и во время движения автомобиля. Устройство должно быть простым в изготовлении и обслуживании, дешевым, надежным и ремонтноспособным в простейших условиях. Оно не должно предполагать значительных изменений и доработок в существующих конструкциях узлов и агрегатов на серийно выпускаемых автомобилях и могло бы быть установлено в условиях автосервиса как дополнительное оборудование на автомобилях, выпущенных до внедрения настоящего изобретения в производство.

Цель достигается путем применения известного принципа передачи электрического сигнала от неподвижной части электромашины - статора на вращающуюся часть - ротор с использованием вращающегося контактного кольца на роторе и установленной стационарно щетки.

Новизной настоящего изобретения, существенным признаком отличия от прототипа является отсутствие сложной радиопередающей системы, взамен которой применено передающее устройство состоящее из контактного кольца на рабочей поверхности тормозного диска или барабана, электротехнической щетки расположенной на защитном кожухе тормозного диска или на тормозной колодке и применение вместо навинчивающегося на вентиль шины устройства простейшего датчика давления подобного по устройству и принципу действия аварийному датчику давления масла типа ММ-120Д ЗиМ или 2101-3810600 который вставляется в обод колеса аналогично вентилю бескамерной шины.

Описание устройства

Пневмоконтроллер давления в автошинах включает сигнальный прибор давления, поз.1, Фиг.1, установленный в салоне автомобиля в виде блока, поз.6, световой сигнализации из светодиодов или электролампочек, причем возможна дополнительно звуковая сигнализация, поз.5. Также пневмоконтроллер включает в себя датчик сигнального прибора, поз.2, установленный на ободе колеса.

Передающее устройство состоит из контактного кольца, поз.3, Фиг.1, установленного на рабочей поверхности тормозного диска или барабана, и электротехнической угольно-графитовой или электрографитированной щетки, поз.4, Фиг.1, закрепленной на защитном кожухе тормозного диска или на тормозной колодке.

Схема обеспечивает передачу электрического сигнала от датчика, поз.2, к контактному кольцу, поз.3, и далее через щетку, поз.4, к сигнальному прибору давления, поз.1. Схема запитана бортовым напряжением от аккумулятора.

Устройство работает следующим образом.

Установленный на ободе колеса, поз.7, Фиг.2, и входящий чувствительным элементом внутрь бескамерной шины, поз.12, датчик сигнального прибора, поз.2, настроен на замыкание контактов на установленное пороговое значение давления. Он срабатывает при снижении давления внутри шины, т.е. замыкает контакты и коммутирует электрическую схему пневмоконтроллера при понижении давления ниже установленного.

Электрический ток от клеммы (+) через сигнальный прибор давления, поз.6, Фиг.1, через сигнальную лампочку, поз.1, по проводу, соединяющемуся с щеткой, поз.4, через контактное кольцо, поз. 3, и по электропроводу, соединяющемуся с датчиком сигнального прибора, поз.2, через обод колеса поступает на массу (-).

В результате срабатывает светозвуковой сигнал предупреждения.

Количество пневмоконтроллеров определяется количеством колес, подлежащих отслеживанию. В обычном варианте на четыре колеса необходимы четыре комплекта с общим блоком звуковой сигнализации. На схеме Фиг.1 показаны выводы клемм А, Б, С, Д от сигнального прибора давления (блока светозвуковой сигнализации) с общим зуммером звуковой сигнализации, поз.5, к датчикам сигнального прибора каждого колеса. Изобретение можно проиллюстрировать примерами вариантов конкретной реализации на базе серийно выпускаемых узлов автомобильной промышленности.

Пример 1.

Пример иллюстрирует конструкцию устройства пневмоконтроллера давления в шинах для автомобиля с передним приводом ВАЗ-21103 на переднее колесо с дисковыми тормозами. Датчик сигнального прибора, поз.2, Фиг.2, герметично установлен на ободе колеса, поз.7, чувствительным элементом внутрь полости шины, поз.12, и настроен на срабатывание при давлении 1,65+/-0,05 кгс/см². От датчика, поз.2, внутри защитной металлической трубки малого диаметра 3-4 мм, поз.13, электропровод подводится к ступице, поз.8, через штекер, поз.14, и далее через дополнительно изготовленные отверстия в ступице, поз.8, и посадочной торцевой части тормозного диска, поз.9, к контактному кольцу, поз.3, которое установлено на внутренней рабочей поверхности тормозного диска и изолировано от него. Далее сигнал снимается электротехнической щеткой, поз.4, установленной на защитном кожухе, поз.10. От щетки сигнал по проводу через вывод “А” поступает в блок сигнализации, поз.6, на сигнальный прибор давления, поз.1, и зуммер, поз.5, Фиг.1.

Один из вариантов технического решения подвода сигнала от датчика к сигнальному прибору показан на Фиг.3. Где, поз.9, вентилируемый тормозной диск, поз.15, втулка, поз.16, электропровод который подводится к контактному кольцу, поз.3, через междисковое пространство вентиляционных ребер, поз.17. Контактное кольцо находится в пазу на внутренней рабочей поверхности тормозного диска и соосно его оси вращения, приклеено и изолировано от него с помощью полиэфирных или фенолформальдегидных полимеров, или эпоксидной смолы, или электроизоляционного лака, поз.18.

На Фиг.4 показано возможное расположение щетки.

На защитном кожухе, поз.10, тормозного диска, поз.9, установлена с помощью винтов, поз.19, щетка в щеткодержателе, поз.4. Графит щетки находится в контакте с контактным кольцом, поз.3. Контактное кольцо периодически во время торможения находится в соприкосновении с тормозной колодкой тормозного механизма, поз.20, благодаря чему постоянно находится в относительно чистом состоянии, т.к. очищается от грязи и влаги при торможения с помощью фрикционных накладок.

От щетки электрический сигнал поступает на сигнальный прибор давления, выполненный в виде электролампочки или светодиода, для индикации и дополнительно на зуммер блока звуковой сигнализации, находящиеся в салоне автомобиля в любом удобном месте. При падении давления внутри одной из шин, ниже установленной, на которую настроен датчик давления, контакты в нем замыкаются, возникает замкнутая цепь, загорается соответствующая лампочка, чем и оповещает водителя о неисправности, возникшей в конкретном колесе. Поз.21 поворотный кулак передней подвески автомобиля на Фиг.2, 4 обозначен для более полного представления взаиморасположения элементов.

Пример 2.

Пример иллюстрирует устройство пневмоконтроллера давления в шинах для автомобиля ВАЗ-21103 на заднее колесо с тормозными барабанами и обозначен на Фиг.5.

Датчик сигнального прибора установлен на ободе чувствительным элементом внутрь полости шины аналогично Примеру 1, как показано на Фиг.2. На тормозной колодке, поз.22, Фиг.5, установлена щетка в щеткодержателе, поз.24, с помощью винтов и соприкасающаяся с контактным кольцом, поз.25, Фиг.6. Контактное кольцо находится на рабочей поверхности тормозного барабана, поз.23. Оно устроено и изолировано от тормозного барабана в специально изготовленном пазу. Щетка всегда находится в соприкосновении с контактным кольцом независимо от положения колодки, т.к. пружина щетки в щеткодержателе постоянно ее поджимает. В колодке, поз.22, и фрикционной накладке изготовлено отверстие для щетки для соприкосновения с дорожкой контактного кольца. При снижении давления ниже установленного датчик сигнального прибора срабатывает и происходит коммутация схемы. Через провод, проходящий через корпус тормозного барабана, Фиг.6, щетку, поз.24, Фиг.5, и далее опять же по электропроводу сигнал поступает на соответствующий сигнальный прибор.

Пример 3.

Одним из элементов настоящего изобретения является датчик сигнального прибора, который может быть подобным аварийному датчику давления, например по типу ММ-120Д ЗиМ или 2101-3810600, применяемые в качестве датчиков контрольной лампы давления масла в системе смазки двигателя. Для технической реализации изобретения предлагается в одном из вариантов применить аналогичный датчик с возможными изменениями в конструкции, габаритных размерах и устройства посадочного места по примеру, обозначенному на схеме Фиг.7.

Предлагаемый датчик состоит из:

поз.35 металлический корпус с резьбовой частью для крепления к диску; поз.26 пластмассовый колпачок; поз.27 контрогайка; поз.28 клемма датчика; поз.29 контакт-регулятор; поз.30 упорная пружина; поз.31 упорная чашечка; поз.32 завальцеванная контактная тарелка; поз.33 чувствительная мембрана; поз.34 пластмассовый шток.

Сжатый воздух давит на мембрану, поз.33, при давлении выше установленного возникающее усилие превышает силу упругости пружины, поз.30, и упорная чашечка, поз.31, не входит в контакт с контактной тарелкой. При снижении давления пластмассовый шток, поз.34, смещается под воздействием пружины и контакты упорная чашечка, поз.31, и контактная тарелка замыкаются. В результате от клеммы датчика, поз.28, на корпус, поз.25, поступает электрический сигнал и вся электрическая схема пневмоконтроллера замыкается.

В связи с тем, что температура окружающей среды может колебаться от -30°С зимой до +30°С летом возникают изменения давления в шине, разница которых может доходить до 25%. Для исключения температурного фактора и возникающей при этом погрешности предусмотрен регулирующий элемент, выполненный в виде контакта-регулятора, поз.29. При необходимости с помощью отвертки и предусмотренного в торце контакта-регулятора шлица можно изменить степень сжатия упорной пружины и тем самым настроить датчик на необходимое давление в соответствии с изменившейся температурой. С помощью контрогайки, поз.27, это положение можно зафиксировать. Регулировку можно производить самостоятельно, контролируя срабатывание датчика по показаниям стандартного автомобильного манометра, надетого на вентиль шины колеса.

Современные требования безопасности движения требуют обеспечения стабильного безаварийного состояния основных узлов и систем автомобиля. Ходовая часть и колеса являются ответственными элементами безопасности автомобиля. В частности, состояние автошин, давление в них непосредственно влияют на безопасность движения.

Данное изобретение позволяет снизить износ шин, обеспечить устойчивость автомобиля во время движения, избежать потери управления транспорта и разрушения покрышек и соответственно аварии. Устройство просто в изготовлении и монтаже, надежно в эксплуатации и ремонтноспособно без участия специального оборудования и квалифицированного персонала.

Устройство работает в статическом и динамическом состояниях, т.е. во время стоянки и при движении автомобиля.

Изобретение относится к области приборостроения для использования в автомобилестроении. Пневмоконтроллер включает датчик сигнального прибора, установленный на ободе колеса чувствительным элементом внутрь полости шины, сигнальный прибор давления, установленный в салоне автомобиля для сигнализации, и передающее устройство. Передающее устройство состоит из контактного кольца, установленного на рабочей поверхности тормозного диска или барабана и изолированного от него, электротехнической щетки, находящейся в соприкосновении с контактным кольцом и расположенной на защитном кожухе тормозного диска или на тормозной колодке, и схемы соединений. В результате снижается износ шин, повышается устойчивость и безопасность движения автомобиля. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Пневмоконтроллер давления в автошинах, включающий датчик сигнального прибора, установленный на ободе колеса чувствительным элементом внутрь полости шины, сигнальный прибор давления, установленный в салоне автомобиля для сигнализации, и передающее устройство, отличающийся тем, что передающее устройство состоит из контактного кольца, установленного на рабочей поверхности тормозного диска или барабана и изолированного от него, электротехнической щетки, находящейся в соприкосновении с контактным кольцом и расположенной на защитном кожухе тормозного диска или на тормозной колодке, и схемы соединений.2. Пневмоконтроллер давления в автошинах по п.1, отличающийся тем, что сигнальный прибор давления представляет собой устройство визуальной, световой и/или звуковой сигнализации, состоящий из лампочек или светодиодов и зуммера, включение которого происходит при замыкании контактов в датчике сигнального прибора при снижении давления в шине ниже установленного.3. Пневмоконтроллер давления в автошинах по п.1, отличающийся тем, что датчик сигнального прибора представляет собой устройство мембранного типа, кoнтакты которого замыкаются, когда контролируемое давление в шине, действующее на мембрану датчика, станет меньше допустимой критической величины.4. Пневмоконтроллер давления в автошинах по п.3, отличающийся тем, что датчик сигнального прибора дополнительно содержит регулировочное устройство для установки порогового значения, при котором происходит замыкание контактов в датчике.