汽车轮胎、机器、急减速 故障预警系统的设计原理

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　　一、应用汽车轮胎、机器、急减速故障预警系统的必要性

　　随着世界经济的发展，基础投资的不断加大，已使公路设施的改善和高速公路里程的猛增，使公路交通的平均车速有了很大提高，这无疑给国家和人民带来了巨大财富。但同时交通事故尤其是爆胎事故、追尾事故也相应迅速增加，给人民的生命和财产造成极大损失。据我国公安部交管部门提供的数据，1999年我国道路交通死亡人数为8.35万人，2000年死亡9.39万人，比上年增长12%；2001年死亡10.59万人，又增长了13%。这个数字的概念是：我国因交通事故死亡的人数相当于每天掉下两架波音747飞机，或一年就有一个小城镇被毁灭！衡量交通安全状况有个非常重要的指标叫“万车死亡率”，据2001年的统计；当年我国的万车死亡率为15.45；从上述这些触目惊心的数据来看，交通安全应该是未来交通发展的重要指标，将成为指导每个人交通行为的第一准则。

　　目前，现有的汽车轮胎检测报警器存在的缺陷在于∶①靠机械气压开关检测漏气精确度差、不可靠；②靠感应充电方式检测压力，安装繁琐、易损坏；③不能随时精确显示压力、温度数据、无法保障轮胎合理使用；④不具备语音提示报警,会造成驾驶员视线转移；⑤出现故障、急减速停车时，不能有效的给后随车辆可见的警示信号，易造成追尾事故。

　　在诸多交通事故中，汽车爆胎、追尾事故就占总事故率的85%以上。而轮胎爆胎的原因是：①轮胎气压过高；②轮胎漏气；③轮胎温度异常升高；④轮胎松动、掉胎。追尾事故的原因是：①前方车辆爆胎失控；②视线不好，不能提前获知前方有事故车辆；③司机分神不注意。因此，若解决所述问题便可大量减少交通事故的发生。

　　针对以上问题，汽车轮胎、机器、急减速故障预警系统克服了以上所有技术难题；实现了汽车轮胎气压、温度；汽车机器、操作故障；急减速、防追尾、防撞车的检测预警；可视度差的天气引路导航等功效。为人们提供一种能大量减少交通事故的高性价比产品，实现科技创安之目的！

　　二、我们研制汽车轮胎、机器、急减速故障预警系统的主导思想

　　1、主机与各分机的通信采用无线高速数据编译码传输，并用数据纠错软件,具有无线电同频干扰自动预警功能；减少了收发数据占用信道的时间，提高了频点利用率及动态预警可靠性强。

　　2、分机和主机对多种传感器检测处理，对汽车的轮胎、机器、急减速等故障实现了综合智能化预警；可使汽车使用寿命延长、耗油量降低、更加安全舒适。

　　3、配置的警示灯利用高亮度全天候调光信号灯，由微型单片机及软件程序运算控制激光灯，在可视度高时激光灯亮度低，可视度低时激光灯亮度高。能在可视度低的天气有效提示，在可视度高的天气信号灯不扰人眼；实现更安全有效的提示。

　　4、主机的中央处理器和软件程序检测到各类故障,控制无线收发、警示灯向后随车辆报警，汽车恢复正常运行后自动解除报警；也可手动开/关警示灯；从而实现雾天引路导航和防追尾功能。

　　5、主机的中央处理器及软件程序配合语音模块将各种警情及压力、温度用语音报出，使驾驶员可听到各类信息；不会因转移视线影响驾驶。

　　6、各分机安装到汽车各轮胎内充气后，当汽车正常启动运行主机将接收各分机自检的压力数据由中央处理器写入EER0M，作为相应基准胎压数据，完成对各轮胎标准气压的记忆,从而适应不同型号汽车轮胎的预警。

　　7、分机用动态传感器控制逆变供电自动控制，实现汽车轮胎转动后及汽车轮胎停止转动后延时数分钟供电，停车超过数分钟不耗电；使分机微型电池能保障使用5年以上。

　　8、分机在每次汽车运行数分钟后，中央处理器配合软件程序发一次压力数据给主机,由主机判别是否收到各分机数据来完成自检功能；保证车辆安全可靠。

　　三、汽车轮胎、机器、急减速故障预警系统的工作原理及特点

　　1、系统概述

　　汽车轮胎、机器、急减速故障预警系统发明专利技术，属汽车电子信息领域，由主机、分机、警示灯组成。

　　当配有该装置的汽车运行时，安装在车胎内的各分机开始工作，若某一轮胎发生漏气、气压高、温度高、松动时，则无线发射信息给主机；主机中央处理器并判断加速度传感器和汽车缺油、水温高、未放手刹、电瓶缺电的电平信号，发出相对应的语音、数字显示、灯光提示，使驾驶员快速获知警情。若出现严重的轮胎故障和急减速事故，主机便无线发射报警信息、驱动警示灯闪烁给后随车辆警示。视线差的天气开启警示灯可引路导航。需要救助时按动主机对应按键，便发出国际标准“SOS”无线及灯光信号。从而集汽车轮胎压力/温度/松动监控、机器故障检测、防止车辆追尾、恶劣天气导航、救助等功能与一体，是当今汽车综合智能预警的新产品。

　　2、系统特点

　　各种预警功能特点

　　注:1.有“√”表示有对应的预警方式；

　　2.语音和数显对驾驶员提示预警；

　　3.无线预警是主机向安装该系统车辆（200米内）发射信号；

　　4.警示灯在紧急求助时按SOS规则闪亮，其它预警均按2Hz频率闪亮；

　　时代光华产品与国外同类产品对比表

　　项目是系统工程的创新发明，研制出的产品已批量使用，与国内外同类产品对比，项目是当今世界上性价比最优良的系统。

　　3、技术解决方案

　　①分机

　　图1

　　图1是本发明分机的组成部分，压力传感器（21）、温度传感器（22）、声波传感器(23)、中央处理器（24）、发射模块（25）、动态传感器（26）、逆变供电（27）。

　　动态传感器（26）是由一个圆柱金属管中心用绝缘体固定一弹簧,分别引出两个电极,在静止状态圆柱金属管与弹簧不导通,若运动时可间断导通；当汽车轮胎转动达到一定速度时，动态传感器（26）间断导通，通过限流电阻给逆变供电（27）工作控制端电容充电，当电容充满后,

　　逆变供电（27）则工作输出给分机供电；使分机在汽车轮胎转动后及汽车轮胎停止转动后延时数分钟供电，长时间停车不耗电；从而实现分机的自动开关控制。

　　在逆变供电（27）工作时，中央处理器（24）利用看门狗每秒钟从睡眠状态转为工作状态，在工作状态分别访问压力传感器（21）、温度传感器（22）、声波传感器(23)是否正常；当有不正常数据时，便控制发射模块（26）给主机发送大于19.2K bit/s高速报警数据；实现低功耗节电效果。

　　在逆变供电（27）工作时，压力传感器（21）将检测轮胎的气压模拟数据输入给中央处理器（24），中央处理器（24）经A/D转换，将该气压数据与上次记存的胎压数据对比后计算变化量，当轮胎气压变化量超过一定值，则控制发射模块（25）向主机发射报警数据，从而实现检测轮胎的气压变化。

　　在逆变供电（27）工作时，温度传感器（22）将检测轮胎的温度数字信号输入给中央处理器（24），中央处理器（24）将该温度数据与前数分钟已存储的温度数据对比后判别轮胎是否温升太快；若轮胎温升太快或超过一定温度数值,中央处理器（24）则控制发射模块（26）给主机发送报警数据；从而实现检测轮胎的高温故障。

　　在逆变供电（27）工作时，声波传感器(23)将检测轮胎的振动模拟信号输入给中央处理器（24），中央处理器（24）经A/D转换，将该振动信号与已存储的振动数据对比后判别轮胎是否松动；若轮胎松动中央处理器（24）则控制发射模块（26）给主机发送报警数据；从而实现检测轮胎的松动故障。

　　每次汽车运行数分钟，当逆变供电（27）工作时，中央处理器（24）配合软件程序访问压力传感器（21），将轮胎的压力数据发送给主机,由主机判别完成对分机的自检功能。

　　②主机

　　图2是本发明主机的组成部分，警示灯（30）、无线收发(31)、语音模块(32)、显示模块（33）、中央处理器（34）、指令控制（35）、汽车故障电平输入口（36）、电源稳压（37）、加速度处理器(38)、加速度传感器（39）。电源稳压（37）输入端连接在受汽车钥匙控制的电源上,汽车启动后稳压供电输出，同时中央处理器（34）若检测出启动时电瓶压降过大时，控制语音模块 (32)发出“电瓶缺电”语音提示,完成对电瓶的检测和预警。

　　无线收发(31)和分机发射模块（25）都采用19.2K bit/s高速率、低功耗硬件，由中央处理器（34）与分机的中央处理器（24）和高速数据编译码专用数据纠错软件,完成了各类预警数据的高速无线数据传输；中央处理器（34）并具有无线电波同频干扰自动预警功能；提高了频点的利用率和抗干扰性能。

　　高灵敏加速度传感器(29)通过加速度处理器(28)和软件程序配合，动态监控汽车的急减速故障,若出现急减速故障将信号送给加速度处理器(28)分析后，再送给中央处理器（24）控制无线收发(21)、警示灯（30）向后随车辆报警；汽车恢复正常运行后自动解除报警；从而完成对急减速故障和运动状态的检测预警。

　　语音模块(22)采用固态录音器件，录入阅读数据和预警的语音，形成能合成百句的语音库，中央处理器（24）及软件程序配合语音模块(22)、显示模块（33）、将各种警情及压力、温度数据，用语音报出、数字显示、使驾驶员能听到看到各类信息。

　　汽车故障电平输入口（36）是与汽车的水温过高、手动刹车未放、油料不足、车门未关好等指示灯的正极连接，当出现以上某种故障，指示灯的正极输出高电平，该高电平经中央处理器（24）及软件程序判别后，控制语音模块(22) 语音报出对应故障信息，从而实现对汽车操作及机器故障的预警。

　　各分机安装到汽车各轮胎后，当汽车正常启动运行{即在数分钟时间内分别能收到轮胎分机发送的压力数据}的前两次，主机无线收发(31)将接收各分机自检的压力数据由中央处理器（34）写入EER0M，作为相应基准胎压数据，完成对各轮胎标准气压的记忆,从而适应不同型号汽车轮胎的预警。

　　警示灯（30）它由激光灯基准供电、光敏器件、中央处理器、控制输出组成；

　　通电后基准供电供给多台激光灯一定的电流，激光灯发出正常环境下的亮光；光敏器件检测使用环境的亮度信号送往中央处理器，通过软件程序及中央处理器将控制输出送出相应电流或电压，能使激光灯增加相应亮度；使可视度高时激光灯亮度低，可视度低时激光灯亮度高。从而实现信号灯在不同环境可视度的情况下更有效的提示。

　　指令控制（35）的K1为放音键、K2为选择键、K3为确认键，与中央处理器（24）配合，当触发K1时，重复显示、放音最后接收的轮胎数据和对应的轮胎位置指示灯点亮；若在放音时再触发K1，便显示、放音前一次接收的轮胎数据；依次类推可重复显示、放音最后4次接收的轮胎数据；若在放音时再触发K3，显示模块（33）显示F01进入轮胎位置设置状态，3秒内通过触发K2，屏幕依次显示F02、F03、F04、F05、FO6、F01轮胎编号，若确认对应轮胎触发K3完成记存；从而实现对应轮胎数据的重复显示、放音和轮胎位置调换。

　　该发明的产品出厂时，中央处理器（24）及软件程序已记存默认：左前胎为F01(红色标注)、右前胎为F02(绿色标注)、右后胎为F03(兰色标注)、左后胎为F04(黄色标注)、左后内侧胎为F05(黑色标注)、右后内侧胎为FO6(白色标注)，按此顺序分别安装各分机,则不用对主机（12）进行任何设置即可使用。

　　四、结束语

　　我们从汽车用户的实际需求出发，攻破了多项技术难关,推出了汽车轮胎、机器、急减速故障预警系统的技术方案，并将该项目实现了产业化，现已按企业标准由公安部交通安全产品质量监督检测中心对产品检测。望相关专业的同行一起讨论，提出宝贵意见！

　　我们的经历验证：在技术上,我们国家绝不比其他国家落后，只要坚持创新的民族精神，一定会超越发达国家。本项目在汽车厂应用后，靠专利技术壁垒保护民族汽车产业，实现经济强国的宏伟蓝图！