一种基于导电膜的汽车防爆胎预警装置的制作方法

本实用新型涉及汽车轮胎安全领域，具体涉及一种基于导电膜的汽车防爆胎预警装置。

背景技术：

目前汽车爆胎引发的交通事故占据了夏季高速公路车祸原因的很大比例。爆胎原因一般为超载、超速导致的轮胎气压过高，或者轮胎磨损严重、尖锐物体刺扎导致的轮胎缓慢漏气，当行驶车速较高时，由于轮胎发热导致气体膨胀，从而冲破受损部位导致爆胎。轮胎突然爆破，驾驶员来不及控制车辆，极易导致侧滑，从而发生撞击、侧翻和驶出车道的交通事故。

目前，避免爆胎引发的交通事故除了规范驾驶以外，胎压检测系统成为许多汽车的安全配置。现今胎压监测装置可分为两种：一种是间接式胎压监测系统，又称为WSBTPMS。WSBTPMS需要通过汽车的制动防抱死系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监测胎压的目的，当轮胎压力降低时，车辆的重量会使轮胎直径变小，车速就会产生变化，车速变化就会触发WSBTPMS通过仪表显示报警。二是直接式胎压监测系统，又称为PSBTPMS，PSBTPMS是利用安装在轮胎内的压力传感器来测量轮胎的气压和温度，利用无线发射器将压力信息从轮胎内部发送到中央接收器模块上的系统，然后对轮胎气压数据进行显示。当轮胎出现高压，低压，高温时，系统就会报警提示车主。

虽然现今的胎压检测装置能够提醒车主胎压不足，从而提醒车主轮胎可能出现问题，及时检查轮胎，但是并不能够区分是正常胎内空气损耗泄漏还是轮胎被扎受损导致缓慢漏气，于是在轮胎被扎而刺破物仍停留在轮胎里导致极缓慢漏气时，胎压将显示正常，此时车主高速行驶则会留下安全隐患。当汽车高速行驶时由于轮胎温度的升高和轮胎变形、振动，会导致刺破物突然挤出，轮胎瞬间迅速爆胎导致车祸发生。可见现今胎压监测装置检测准确性和及时性不高，也无法告知轮胎被扎受损具体部位，增加了查找漏点的难度和维修工时。

目前透明导电膜制备技术愈发成熟，近年来，导电膜在民用工业方面的使用，也日趋广泛。诸如民用飞机、电机车、汽车等风挡玻璃用电热膜，节能用建筑玻璃，垒息照像和液晶彩色电视，水利建筑安全等方面都得到了应用。本实用新型借助导电膜技术致力于解决轮胎刺破后的及时报警以及伤口的准确定位问题。

技术实现要素：

本实用新型设计开发了一种基于导电膜的汽车防爆胎预警装置，本实用新型的实用新型目的是通过导电膜合理布局，解决轮胎在被刺破瞬间、尚未发生漏气时即可对漏气情况准确及时报警的问题。

本实用新型提供的技术方案为：

一种基于导电膜的汽车防爆胎预警装置，包括：

导电膜组，其均匀覆盖在轮胎内壁表面，并且连接电源；

电流检测装置，其分别布置在所述导电膜的四个边角；

控制器，其电联所述电流检测装置，通过电流信息确定轮胎破损信息并输出。

优选的是，所述导电膜为多条导电丝正交排布形成的电阻网格矩阵，并且在所述网格矩阵中每个网格边长对应一个导电丝等效电阻。

优选的是，还包括：蜂鸣器和破损坐标显示器；

其中，所述破损坐标显示器包括：

破损轮胎指示灯，其为四组圆形排布的背景灯，分别一一对应汽车的轮胎；

导电膜破损位置指示灯，其呈“田”字型排布在圆形排布的背景灯内，分别对应所述轮胎内的导电膜；

破损导电膜编号显示屏，其安装在所述导电膜破损位置指示灯下方，用于指示破损导电膜编号。

优选的是，所述导电膜设置为正方形，其边长与所述轮胎的胎宽相等。

优选的是，所述控制器粘附在所述轮胎胎侧内壁上。

本实用新型与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、本实用新型所述的基于导电膜的汽车防爆胎预警系统弥补了轮胎被划破不能及时报警的缺陷，避免了慢撒气现象在高温时导致的轮胎爆胎，第一时间保证了汽车行驶中的安全，并减少了驾驶员检查轮胎的麻烦；

2、本实用新型所述的基于导电膜的汽车防爆胎预警系统能够较为精确地找到轮胎的伤口，并通过车载数显仪表及时通知驾驶员，并方便维修人员参考用于检测漏点和补胎，检测效率提高了导电膜片数倍，片数越多，检测效率越快；

3、本实用新型所述的基于导电膜的汽车轮胎防爆预警系统利用新型材料，成本低，质量轻，且不影响轮胎强度和原有结构；

4、本实用新型所述的基于导电膜的汽车防爆胎预警系统在轮胎被刺破后，只需按照常规补胎方式修理轮胎，无需修复导电膜，对未来使用影响微乎其微，与轮胎为全寿命一体化一次性消耗品。

附图说明

图1为本实用新型所述的基于导电膜的汽车防爆胎预警装置在汽车中的布置位置示意图。

图2为本实用新型所述的轮内检测装置在轮胎上的布置结构图。

图3为本实用新型所述的单片导电膜电路图。

图4为本实用新型所述的轮内检测装置的电气原理图。

图5为本实用新型所述的车内报警装置的电气原理图。

图6为本实用新型所述的车内报警装置的破损坐标显示器界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本实用新型提供所述的基于导电膜的汽车防爆胎预警系统共分为两大部分：

1.轮内检测装置

轮内检测装置布置在轮胎内部，嵌入在轮胎内壁；主要包括导电膜组、判定单片机和无线传输模块三部分。

导电膜组由多片导电膜并联组成，每片导电膜是由多条导电丝正交排布组成的电阻矩阵，相邻导电丝之间的平行间距综合依据轮胎刺入物种类尺寸来确定；导电丝为添加型导电涂料，在聚乙烯涂料中添加导电微粒、固化剂、助剂等材料组成，这种导电丝的电阻均匀，具有一定的弹性和韧性，使其不会因为正常行驶中轮胎的变形而发生断裂。每块导电膜一般设计为正方形，也可根据需要设计成其他形状；一个轮胎上布置的导电膜的数量依据轮胎的规格选定。正方形导电膜边长推荐等于胎宽，也可根据需要选择任意尺寸，多个导电膜组成导电膜组覆盖轮胎胎冠内壁。导电膜组按照一定顺序贴在轮胎胎冠内侧并进行标号，每片导电膜四角都有电流检测装置，电流检测装置与判定单片机连接。当轮胎上产生危险伤痕时，导电膜相应位置的导电丝也会随之断裂破坏，不同位置发生破损会使各区域电路的阻值发生不同的变化，导致电路输出的电流发生变化，并将电流和导电膜的编号信息经导线传输给判定单片机。导电膜中的导电丝排布密集，按照事先规定的顺序粘贴在轮胎胎冠内表面。当轮胎被刺破导致电路电流发生变化时，通过比较四个电流值的变化量可得到导电膜的破损位置，可精确到一张导电膜的四分之一区域；如果进行预先标定，将得到的电流值与预先标定值进行比对，可以精确到具体是哪一根或哪几根导电丝发生断裂，但用这种方法所需标定的数据量和实际应用时传输的信号长度会根据一张导电膜上导电丝的数量而变化，导电丝越多，则需要标定的数据越大，传输的信号长度越长。

由于车辆在行驶中，轮胎会经常由于地面不平而发生形变，形变也可能会导致导电膜电阻发生轻微变化。判定单片机可以区分轮胎正常变形，并准确判断流经导电膜的电流的变化是否由轮胎破损引起，判断方法如下：判定单片机在检测到导电膜的电流发生变化后，会将电流值记录到随机存储器中，经过1秒后再次读取该导电膜的四个电流，若四个电流恢复则退出检测，不发送故障信号；若电流不恢复，则经过1秒后再次读取，重复10次，若始终不恢复正常值。如果经过判断，轮胎确有破损，则对破损位置进行定位，随后将报警开启信号、轮胎编号、导电膜编号和破损位置信息发送给车内报警装置。

各个轮内检测装置之间独立运作，可以不受干扰地检测各个轮胎的健康状况，并通过各自的无线传输模块将信号发送给车内报警装置。此外，由于电源、判定单片机和无线传输模块固定在轮胎胎侧内壁，因此还需要对轮胎进行动平衡，在对应位置加上配重块。

2.车内报警装置

车内报警装置主要由无线接收模块、警示单片机和警示器组成。

无线接收模块负责接收从轮内检测装置发来的信号，并将信号发送给警示单片机。

警示单片机接收到信号后，会对信号进行处理，并驱动警示器进行报警。

警示器接收到信号后，会通过响起蜂鸣器警示驾驶员，并在显示屏上亮起相应的破损轮胎LED灯，显示破损导电膜编号，并显示导电膜破损位置坐标或区域。

结合附图对本实用新型做详细的描述，本实用新型在原有轮胎的基础上，通过嵌入以导电膜为核心元件的轮内检测装置，并结合车内报警装置共同完成汽车防爆胎预警的功能。

如图1所示，本实用新型所述的基于导电膜的汽车防爆胎预警系统主要由轮内检测装置200和车内报警装置300两部分组成；其中，轮内检测装置200布置在轮胎100内部，嵌入在轮胎内壁上；轮内检测装置200的供电电源为电池，车内报警装置300布置在汽车中控仪表台上，由自带的太阳能电池板或引入汽车12V电源供电。

如图2所示，本实用新型所述的轮内检测装置200包括导电膜组220、单片机判定电路210；其中，导电膜组220由多片独立的导电膜并联组成，每块导电膜一般设计为正方形，也可根据需要设计成其他形状；一个轮胎上布置的导电膜的数量依据轮胎的规格选定，正方形导电膜边长推荐选作胎宽，也可根据需要选择任意尺寸，多个导电膜组成的导电膜组220嵌入并均匀覆盖轮胎胎冠内壁表面，并按照一定顺序进行编号，轮胎一侧的侧壁上标注有导电膜编号起始标记224，导电膜编号顺序是从导电膜编号起始标记224开始顺时针旋转为序，便于维修人员迅速查找漏点，导电膜两两之间尽量紧密布置，不留间隙，若出现轮胎内壁周长无法整除导电膜边长的情况，即最后一部分不足以布置一张导电膜的情况时，可使其覆盖最初粘贴的导电膜(编号为1号的导电膜)；单片机判定电路210粘附在轮胎胎侧内壁上，包括判定单片机、电源(纽扣电池)、无线传输模块。为避免单片机判定电路210的质量造成轮胎动不平衡，在轮胎内壁对称位置需要粘贴配重块；导电膜组220在轮胎出厂时即安装于轮胎内部，与轮胎作为一整体销售，导电膜不影响轮胎原有结构和性能，并且除电源(电池)外与轮胎同寿命，轮胎被刺导致导电膜破损后只需按照常规方式补胎，无需额外修复导电膜，故可以与轮胎全寿命；轮胎伤痕定位装置可放置于车内任意位置，与轮内检测装置200进行无线通信。

如图3所示，本实用新型所述的导电膜电路主要包括导电膜、电源接入端、电流检测装置221；其中，导电膜为利用电路打印技术打印出的多条导电丝正交排布形成的电阻网格矩阵，电阻网格矩阵表面覆盖有弹性橡胶进行绝源。导电丝为添加型导电涂料，在聚乙烯涂料中添加导电微粒、固化剂、助剂等材料组成，这种导电丝的电阻均匀，具有一定的弹性和韧性，使其不会因为正常行驶中轮胎的变形而发生断裂；每个网格边长对应一个导电丝等效电阻222；电阻网格间距可以依据轮胎刺入物尺寸综合确定；间距越小，网格越密，漏点检测定位精度越高，但是响应的数据量越大，对单片机寄存器要求越高。综合考虑可以优选为3mm；每块导电膜一般设计为正方形，也可根据需要设计成其他形状；单片导电膜的尺寸根据轮胎规格选择，推荐单片导电膜边长等于胎宽，也可根据需求更改，但必须保证拼接后能保证覆盖胎宽，导电膜利用工业胶粘于轮胎胎冠内壁；实施例所述的电流检测装置221由分布在导电膜四个边角的电流传感器组成，当导电膜某个或某些位置的导电丝等效电阻222发生断裂，其导电膜的总电阻必将发生变化，电流检测装置221能够通过其电流检测值的变化判断导电膜阻值变化，并将此信号发送给判定单片机用于检测轮胎刺入物造成的导电膜(轮胎)破损位置223；图示实例为导电膜电阻矩阵的单个电阻发生破损，实际情况也可能同时破损多个相邻电阻。电流检测装置能够对上述两种情况都作出检测；电流检测装置221的精度取决于所采用的电阻矩阵中导电丝的数量，导电丝越多，检测精度越高，但响应数据编码数量越大；需要说明的是，采用四个分布在导电膜边角的电压传感器同样可以用于检测导电膜阻值的变化，本实施例采用电流传感器。电源接入端的负极与四个电流检测装置的输出端相连，电源接入端的正极与导电膜中心相连。

如图4所示，本实用新型所述的轮内检测装置200的单片机判定电路210主要包括判定单片机、电源模块和无线传输模块；如图4所示的轮内检测装置200的电气原理图，每片导电膜的电流检测装置221的信号输出端与判定单片机模拟量信号输入端相连；电源模块实施例中采用纽扣电池，以减小质量，电源模块为导电膜组、判定单片机和无线传输模块供电；汽车停车时，判定电路不工作，判定单片机处在低功耗休眠状态，以减少电源模块功率损耗。判定单片机通过比较读取的每个导电膜四个电流检测装置的电流值变化对破损位置进行定位；位置信息可以是导电膜某个四分之一区域或整张导电膜的精确位置，大致区域和精确位置取决于实现标定存储的数据量和选取的控制单片机的寄存器大小；如果进行大量事先标定，就可通过与标定值进行比对得到精确的破损位置，本实例以大致区域为例说明。判定单片机通过上述方法获取破损导电膜破损区域或破损位置坐标信号后，将自身所在的轮胎编号、有破损的导电膜编号，及其破损导电膜破损区域或破损位置坐标信号传输给无线传输模块，无线传输模块将上述信号编码后通过无线电信号传输给车内报警装置。

如图5所示，本实用新型所述的车内报警装置300包括无线接收模块、警示单片机和警示器组成；无线接收模块通过其天线接收从轮内检测装置200发来的信号，并将信号经导线发送给警示单片机通信信号输入端，警示单片机的多个I/O输出端分别与警示器相连，将破损轮胎的位置信息发送给警示器；警示器由蜂鸣器、破损坐标显示器组成，分别起到声、光报警的作用，电源模块从车载12V电源获得供电后，将转换后的5V和12V直流电经导线分别提供给无线接收模块、警示单片机以及蜂鸣器、破损坐标显示器使用；需要说明的是，本实用新型所述的车内报警装置200的电源不仅限于从实施例所示的车载12V电源获取电能，也可以从其自身的太阳能电池板获得能源，或者直接集成在汽车仪表中，从仪表获取电能。

如图6所示，本实用新型所述警示器的破损坐标显示器界面主要包括四个破损轮胎指示灯310、十六个导电膜破损位置指示灯320、四个破损导电膜编号指示屏330；四个圆环形的破损轮胎指示灯310为一圈环形LED背景灯，分别代表汽车的四个轮胎破损状态，亮起时代表该轮胎出现了破损，否则代表该轮胎没有破损。每个破损轮胎指示灯的下方为破损导电膜编号指示屏330，其为一个两位的数码管，该数字代表导电膜编号，亮起时能够显示该破损轮胎哪个导电膜被刺破，当该轮胎没有破损时，该两位数码管熄灭；每个破损轮胎指示灯310环带的中心有一呈田字格布置的四个导电膜破损位置指示灯320，每个格子里是一个发光二极管，亮起时代表该导电膜的某四分之一区域发生破损，当该轮胎没有破损时，四个发光二极管熄灭；无论哪个轮胎出现破损，本实用新型所述的车内报警装置的控制单片机都会激活警示器的蜂鸣器鸣叫，已提醒驾驶员注意轮胎是否安全，是否有爆胎可能。

本实用新型所述的基于导电膜的汽车防爆胎预警系统工作原理如下：

在整个系统安装于车上后，启动发动机车辆开始行驶时，轮内检测装置启动。当轮胎被刺破时轮内检测装置中的导电膜会随之破损，导电膜中的导电丝会断裂，导电膜电路中的电流检测装置检测到的四个电流会根据破损位置的不同而发生不同的变化，电流检测装置将四个电流值信号传输给判定单片机，判定单片机会对这个导电膜进行多次检测以确保检测的准确性。若确定导电膜发生破损就会开始判断轮胎破损位置，判定单片机既可通过简单的比较电流变化量大小的方式来粗略的判断轮胎破损的大概位置，也可通过与预先存储在寄存器中的标定值比对的方式得到精确的破损位置。得到轮胎破损位置之后，判定单片机会通过无线传输模块将开启报警信号、轮胎编号、导电膜编号和破损位置信息发送给车内报警装置。车内报警装置通过无线接收模块接收到的信号会发送给警示单片机，警示单片机会对接收到的信号进行处理，发送给警示器，驱动蜂鸣器响起，显示屏上显示破损位置坐标，以达到在轮胎气压发生变化前第一时间提醒驾驶员，并防止可能的爆胎意外发生的效果。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。