Устройство автоматического контроля и предаварийной сигнализации снижения давления воздуха в камерных и бескамерных шинах пневматических колес автомобилей

Изобретение относится к области автомобилестроения и может быть использовано в качестве дополнительного устройства для повышения безопасности водителей транспортных средств.

Известно, что в списке основных причин транспортных аварий и ДТП неисправности шин автомобилей занимают третье место после неисправности тормозных систем и езде в состоянии алкогольного опьянения.

Как известно, движение автомобиля на полуспущенных шинах ведет не только к частичной потере управляемости и устойчивости автомобиля, но и нередко приводит к вылету автомобиля на встречную полосу движения или уходу в кювет. Подобный режим движения также ведет к существенному сокращению срока службы шин (из-за разрушения корда) и повышенному расходу горючего. Разные показатели давления в шинах колес при резком торможении могут вызвать также и переворот автомобиля с непредсказуемыми последствиями.

Известно устройство контроля падения давления в шинах автомобилей [1], содержащее датчики падения давления, схему «ИЛИ» и индикатор, состоящий из двух датчиков, реагирующих на разность давления в шинах, один - переднего моста, второй - заднего моста, причем основу каждого датчика составляет гибкая трубка из изоляционного материала, изогнутая таким образом, что имеет две вертикальные части, каждая из которых соединена с одной из шин моста, заполнена незамерзающей токопроводящей жидкостью с вмонтированными тремя электродами, два из которых расположены в вертикальной части трубки на уровне поверхности жидкости, определяющем допустимое падение давления в шине автомобиля, и соединены с источником питания через выключатель, а третий электрод постоянно залит жидкостью и соединен с одним из входов схемы «ИЛИ». При этом другой вход схемы «ИЛИ» подсоединен к датчику второго моста автомобиля, а выход схемы «ИЛИ» подключен к индикатору через упомянутый выключатель.

Недостатком данного устройства является не только сложность конструкции, но и наличие ложных показаний при движении автомобиля по уклону (перетекание жидкости в трубке, как в сообщающихся сосудах), при движении на подъеме и спусках.

Известны два изобретения, близкие по идейному воплощению, защищенные патентами РФ [2, 3], основанные на измерении разности частот вращения колес, в одном из которых давление отлично от нормального, причем в одном из них [2] даже подчеркнуто в названии - контроль давления в ведущих колесах автомобиля. Основным недостатком указанных изобретений является ошибочное утверждение о том, что частота вращения ведущих колес автомобиля будто бы зависит от величины давления в их шинах. На самом же деле эта частота определяется, как известно, лишь частотой вращения коленчатого вала двигателя автомобиля и положением рычага переключения КПП, а от величины давления в шинах никак не зависит. Поэтому подобные изобретения могут быть использованы лишь для контроля падения давления в шинах ведомых пневматических колес автомобиля.

В настоящее время среди многочисленных систем контроля давления воздуха в шинах легкового и грузового автотранспорта можно отметить как наиболее эффективные зарубежные системы TPMS компании «Tyredog» (Тайвань) [4], реализацией которых в РФ занимается группа «Сагах» (С.-Петербург). Конструктивно подобные системы представляют собой комплект внешних датчиков (4-6 шт.), каждый из которых накручивается на золотник (вместо защитных колпачков), и монитор, устанавливаемый либо на лобовом стекле, либо на зеркале заднего вида автомобиля. Связь датчиков с монитором осуществляется с помощью телеметрической системы, работающей в высокочастотном диапазоне ЭМИ (433,92 МГц), радиопередатчик которой размещен в каждом датчике. Опрос датчиков осуществляется через каждые 5 секунд. Подобные системы действительно позволяют водителю получать достоверную информацию о состоянии контролируемых параметров. Однако они отличаются значительной сложностью в их изготовлении и высокой стоимостью.

Среди отечественных аналогов рассмотрим в качестве прототипа систему контроля давления в шинах автомобилей «Саша», отмеченную 3-мя патентами РФ, серебряной медалью Международного салона изобретений («Женева-2009»). По утверждению авторов значительных инвестиций - 200000 $ США [5].

Принцип действия этой системы основан на измерении разности частот вращения пар колес автомобиля передней и задней оси, возникающих при снижении давления в одном из колес и соответствующем изменении его радиуса. Система включает в себя датчики частот, располагаемые на тормозных щитах колес автомобиля, и электронный блок, устанавливаемый на приборной панели, на котором фиксируется текущая и аварийно опасная информация о состоянии шин автомобиля. Несмотря на определенную сложность и высокую стоимость изготовления такой системы (которую можно было бы оставить без внимания - жизнь водителя всегда дороже), в рассматриваемой системе следует отметить, как уже было указано ранее, один наиболее значимый недостаток - подобная система действительно способна регистрировать указанную разность частот вращения лишь таких колес, которые не являются ведущими. В последние годы, как известно, наиболее широкое распространение (особенно среди легковых автомобилей) получили переднеприводные автомобили, передняя ось и колеса которой связаны еще и с рулевым управлением. Но частота вращения ведущих колес этой пары, как уже упоминалось, никак не зависит от величины давления воздуха в их шинах, а зависит исключительно от частоты вращения коленчатого вала двигателя и положения связанной с ним КПП. В ведомых парах колес указанная зависимость имеет место. Поэтому область использования рассмотренной системы контроля давления в шинах «Саша» ограничена, поскольку она может быть пригодной лишь для контроля давления в шинах ведомых пар пневматических колес автомобилей.

Предлагается более простая конструкция устройства контроля давления в шинах пневматических колес автомобиля и сигнализации их предаварийного и аварийного состояния. Устройство представлено в виде двух самостоятельных блоков, один из которых представляет собой набор достаточно простых по конструкции датчиков (для обычного легкового автомобиля нужно 4 датчика) - преобразователей механических перемещений в электрические сигналы (потенциометрического типа) и блока световой предаварийной и аварийной сигнализации. Устройство обеспечивает достаточно точную сигнализацию предаварийного состояния, и тем самым повышает безопасность водителей автотранспортных средств, отличается простотой конструкции и небольшими затратами на его изготовление.

Схема устройства автоматического контроля и предаварийной сигнализации снижения давления воздуха в камерных и бескамерных шинах пневматических колес автомобилей представлена на рис. 1.

Устройство работает следующим образом. При снижении давления воздуха в шине 1 индикаторное колесо 2, выполненное с возможностью свободного вращения в подшипниках 3, закрепленных на неподвижной части тормозного щитка 4, соприкасается с дорожным покрытием и его перемещение в вертикальной плоскости вместе с толкателем 5 относительно пружины 6 изменяет положение ползунка реостата R1. Это, в свою очередь, приводит к изменению величин тока и падению напряжения на нагрузочном сопротивлении R2. Выходное напряжение потенциометрического датчика механических перемещений, поступая в электронный блок 7 контроля и сигнализации снижения давления в шине автомобиля, преобразуется в последнем в световые сигналы «норма, предаварийное, аварийное» для каждой шины автомобиля. Питание каждого датчика осуществляется от бортовой сети автомобиля напряжением 12 В. Как показали результаты экспериментальных исследований, индикаторное колесо 2 должно быть выполнено диаметром, равным высоте профиля шины, и расположено так, что его нижняя отметка была бы выше дорожного покрытия на 0,5 высоты профиля шины автомобиля.

Вместо потенциометрического датчика можно применить любой другой относительно недорогой первичный преобразователь механических перемещений в электрические сигналы - индуктивный, емкостный, полупроводниковый и т.п. Однако в этом случае для питания устройства должен быть использован источник переменного тока или соответствующий преобразователь.

Проведенные расчеты показали, что при серийном производстве автомобилей с комплектацией подобными системами контроля давления воздуха в шинах автомобиля стоимостные показатели последнего будут увеличены на 0,15-0,2% от его стоимости.

Литература

1. Устройство контроля падения давления в шинах автомобиля. Патент РФ №2160437, 1999 г.

2. Контроль давления в шинах ведущих колес автомобиля. Патент РФ №2067751, 1992 г.

3. Устройство контроля давления в шинах автомобиля. Патент РФ №2047115, 2000 г.

4. Система контроля давления воздуха в пневматических шинах колес автомобилей. Патент №2419555, 2011 г.

5. Устройство контроля давления воздуха в шинах движущегося автомобиля. Патент РФ №33646, 2003 г.

1. Устройство автоматического контроля и предаварийной сигнализации снижения давления воздуха в камерных и бескамерных шинах пневматических колес автомобилей, содержащее элементы, реагирующие на снижение давления воздуха, и блок сигнализации, отличающееся тем, что в качестве элемента, реагирующего на снижение давления воздуха, применено индикаторное колесо, связанное толкателем с преобразователем механических перемещений в электрические сигналы, поступающие на электронный блок сигнализации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индикаторное колесо, связанное с толкателем и входящее в соприкосновении с дорожным покрытием при снижении давления воздуха в шине автомобиля, выполнено диаметром, равным высоте профиля шины, и расположено так, что его нижняя отметка находится выше дорожного покрытия на 0,5 высоты профиля шины автомобиля.