Система мониторинга состояния шин транспортных средств
VEHICLE TIRES STATE MONITORING SYSTEM

Изобретение относится к беспроводным средствам мониторинга объектов, а именно к системе мониторинга состояния шин транспортных средств (ТС).
В уровне техники известна система мониторинга состояния шин ТС (RU 2495762 С1, 20.10.2013), включающая компьютерный блок ТС, содержащий модуль визуализации для вывода полученной информации и приёмо-передающий модуль для приёма данных, их обработки и передачи информации, по меньшей мере один измерительный модуль для шин ТС, содержащий датчик давления и выполненный с возможностью передачи измеренных данных на по меньшей мере один приёмо-передающий модуль. Главный недостаток системы заключается в малом числе измеряемых параметров, характеризующих состояние шин.
В качестве прототипа выбрана система мониторинга состояния шин ТС (RU 2659120 С1, 28.06.2018), включающая по меньшей мере один компьютерный блок ТС, содержащий модуль визуализации для вывода полученной информации о состояния шин и приёмо-передающий модуль для приёма данных, их обработки и передачи информации о состояния шин, по меньшей мере один измерительный модуль для шин транспортного средства, выполненный с возможностью передачи данных на по меньшей мере один приёмо-передающий модуль и включающий датчик измерения давления, датчик измерения температуры и трёхосевой акселерометр для контроля траектории движения шины, а также удалённый сервер для получения информации от одного или нескольких компьютерных блоков, её хранения и предоставления к ней доступа. Недостатками прототипа являются длительный процесс интеграции измерительных модулей в системе, малая функциональность системы и недостаточная информативность.
Задачей настоящего изобретения является создание универсальной системы мониторинга состояния шин, подходящей для любого типа ТС, имеющей увеличенное количество считываемых параметров, увеличенное число каналов передачи данных и упрощенную возможность добавления и прописывания датчиков в системе в соответствии с их фактическим местоположением на ТС, а также возможность формировать уведомления о критических состояниях шин.
Технический результат
заключается в повышении безопасности эксплуатации ТС любого типа.
Указанный результат достигается в системе мониторинга состояния шин ТС, содержащей по меньшей мере один компьютерный блок ТС, включающий приёмо-передающий модуль для приёма данных, их обработки и передачи информации о состоянии шин и модуль визуализации для вывода полученной информации, по меньшей мере один измерительный модуль для шин ТС, выполненный с возможностью передачи данных на по меньшей мере один приёмо-передающий модуль и включающий в себя датчик измерения давления от 0,1 до 14 бар, датчик измерения температуры от -40 до +120°C, микроволновый датчик для измерения высоты протектора шины от 0,5 до 12 мм и трёхосевой акселерометр для контроля траектории движения шины, а также измерения вибрации и ускорений от 0,1 до 15 g. При этом по меньшей мере один компьютерный блок выполнен с возможностью вывода уведомления об отклонении давления, температуры или траектории движения по меньшей мере одной шины более, чем на 12,5% от базового значения, а также вывода уведомления об отсутствии передачи данных с по меньше мере одного измерительного модуля.
В частном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один компьютерный блок выполнен с возможностью вывода дополнительного уведомления об отклонении давления, температуры или траектории движения по меньшей мере одной шины более, чем на 25% от базового значения.
Также по меньшей мере один компьютерный блок выполнен с возможностью вывода дополнительного уведомления об отклонении давления, температуры или траектории движения по меньшей мере одной шины более, чем на 50% от базового значения.
По меньшей мере один компьютерный блок выполнен с возможностью сохранения базового значения давления, температуры и высоты протектора шины для каждого измерительного модуля.
Система может содержать удалённый сервер, выполненный с возможностью получения информации о состоянии шин от по меньшей мере одного компьютерного блока, её хранения и предоставления к ней доступа, а также с возможностью формирования и передачи на по меньшей мере один компьютерный блок отчётов по полученной информации, SMS и E-Mail уведомлений.
Удалённый сервер может быть выполнен с возможностью отслеживания местоположения по меньшей мере одного компьютерного блока с использованием ГЛОНАСС или GPS и LBS.
Система может содержать по меньшей мере одну RFID-метку, выполненную с возможностью размещения во внутреннем пространстве шины, внутри корда или на внешней поверхности шины, и по меньшей мере один считыватель RFID-меток для идентификации шин с измерительным модулем, их отслеживания и контроля эксплуатации, выполненный стационарным и/или ручным с возможностью передачи данных на по меньшей мере один компьютерный блок и/или удалённый сервер по одному или нескольким каналам из перечисленных: GSM, GPRS, 3G, LTE, Wi-Fi, Bluetooth, LoRa и NB-IoT.
При этом ручной считыватель RFID-меток выполнен с возможностью их считывания посредством одного или нескольких каналов, работающих на частоте LF 125 кГц, NFC 13,56 МГц, RF 315 МГц, 433 МГц или UHF 860-960 МГц, а стационарный считыватель – посредством одного или нескольких каналов, работающих на частоте RF 315 МГц, 433 МГц или UHF 860-960 МГц.
По меньшей мере один измерительный модуль выполнен со сменной или незаменяемой батареей с возможностью размещения на вентиле шины с внешней стороны, внутренней стороны, внутри корда шины, на колёсном диске, или на внутренней поверхности шины.
Компьютерный блок включает одно или несколько устройств из следующих: смартфон, планшетный компьютер, бортовой компьютер ТС, ручной программатор, ГЛОНАСС-трекер, GPS-трекер, GSM-модем, дисплей, и выполнен с возможностью передачи информации о состоянии шин по одному или нескольким каналам из следующих: GSM, GPRS, 3G, LTE, Wi-Fi, Bluetooth, LoRa, NB-IoT.
По меньшей мере один измерительный модуль выполнен с возможностью передачи данных по одному или нескольким каналам из следующих: LF 125 кГц, NFC 13,56 МГц, RF 315 МГц, 433 МГц, UHF 860-960 МГц, Bluetooth 2,4 ГГц.
Система может содержать по меньшей мере один ретранслятор для приёмо-передачи данных между по меньшей мере одним измерительным модулем и по меньшей мере одним компьютерным блоком.
По меньшей мере один измерительный модуль выполнен с возможностью записи и передачи идентификационного номера, характеризующего местоположение модуля на ТС.
За счёт установки измерительных модулей, содержащих упомянутые датчики, которые выполнены с возможностью измерения множества параметров в большом диапазоне, а также за счёт уведомлений о критических отклонениях измеряемых параметров шин достигается повышение безопасности эксплуатации ТС любого типа: легкового, грузового, мотоциклетного, а также спецтехники.
Предлагаемое решение поясняется с помощью фиг.1-4.
На фиг.1 представлен пример реализации предлагаемой системы мониторинга.
На фиг.2а представлена схема формирования идентификационного номера измерительного модуля в системе в соответствии с его реальным местоположением на шасси ТС.
На фиг.2б представлена схема формирования идентификационного номера измерительного модуля в системе в соответствии с его реальным местоположением на шасси прицепа ТС.
На фиг.3а представлен измерительный модуль для установки на колесном диске внутри шины.
На фиг.3б представлен измерительный модуль для установки на внутренней поверхности шины.
На фиг.3в представлен измерительный модуль для установки снаружи шины на вентиле подкачки.
На фиг.3г представлен измерительный модуль для установки внутри шины на вентиле подкачки.
На фиг.4а представлена схема расположения RFID меток на диагональных типах шин.
На фиг.4б представлена схема расположения RFID меток на радиальных типах шин.
Система мониторинга состояния шин транспортных средств содержит по меньшей мере один компьютерный блок 1 ТС, включающий приёмо-передающий модуль для приёма данных, их обработки и передачи информации о состоянии шин и модуль визуализации для вывода полученной информации, а также содержит по меньшей мере один измерительный модуль 2 для шин ТС, включающий в себя датчик измерения давления в диапазоне от 0,1 до 14 бар, датчик измерения температуры в диапазоне от -40 до +120°C, микроволновый датчик для измерения высоты протектора шины в диапазоне от 0,5 до 12 мм и трёхосевой акселерометр для контроля траектории движения шины, а также измерения вибрации и ускорений в диапазоне от 0,1 до 15 g. Такая конфигурация измерительного модуля существенно повышает безопасность эксплуатации ТС любого типа.
Упомянутая информация касается состояния шин и представляет собой обработанные данные приёмо-передающим модулем компьютерного блока 1, которые были получены от одного или нескольких измерительных модулей 2. Информация включает величины давления и температуры, количество оборотов, значения и количество критических ускорений, высоту протектора и значение угла отклонения плоскости вращения колеса от вертикали.
Под компьютерным блоком 1 в рамках данного изобретения понимается одно устройство или совокупность нескольких устройств, связанных между собой беспроводными или проводными каналами. В качестве указанных устройств могут быть использованы бортовой компьютер ТС, смартфон, планшетный компьютер, ручной программатор, ГЛОНАСС-трекер, GPS-трекер, GSM-модем, дисплей или любое другое подходящее устройство или несколько устройств. Главное для такого устройства – наличие модуля визуализации, такого как дисплей, для вывода информации и приёмо-передающего модуля для приёма данных, их обработки – за счёт наличия вычислительного элемента – и передачи информации по одному или нескольким каналам связи, выбранным из следующих: GSM, GPRS, 3G, LTE, Wi-Fi, Bluetooth, LoRa, NB-IoT. Так, приёмо-передающий модуль может быть выполнен в виде отдельного устройства или быть встроенным в другое с дисплеем.
Измерительный модуль 2 изготавливается как со сменной, так и незаменяемой батареей и представляет собой блок датчиков, выполненный с возможностью размещения внутри корда шины, на колесном диске (фиг.3а), на внутренней поверхности шины (фиг.3б), либо на вентиле шины с внешней стороны (фиг.3в) или внутренней (фиг.3г). Каждый измерительный модуль 2 изготавливается с возможностью передачи данных по одному или нескольким каналам из следующих: LF 125 кГц, NFC 13,56 МГц, RF 315 МГц, 433 МГц, UHF 860-960 МГц, Bluetooth 2,4 ГГц, на по меньшей мере один приёмо-передающий модуль, а также изготавливается с возможностью записи и передачи идентификационного номера, характеризующего местоположение модуля 2 на ТС. Идентификационный номер состоит из двух символов, где первый символ соответствует номеру оси, а второй – номеру ряда расположения колеса (фиг.2а-2б). На фиг.2а представлена схема для ТС на одном шасси, на фиг.2б представлена схема для прицепа (полуприцепа).
Интерфейс дисплея компьютерного блока 1 позволяет не только выводить информацию о состоянии колес, но и конфигурировать систему, назначать местоположение измерительных модулей 2 на ТС, предоставляет возможность доступа к архиву всей собранной информации о состоянии шин, возможность формирования отчётов за выбранный период, возможность уведомления о критических событиях. Так, например, компьютерный блок 1 выполнен с возможностью вывода трёх уведомлений – по преимущественному варианту осуществления изобретения – в случаях обнаружения отклонения давления, температуры или траектории движения по меньшей мере одной шины более, чем на 12,5% от базового значения для первого уведомления; отклонения более, чем на 25% для второго уведомления; и отклонения более, чем на 50% для третьего уведомления. Применение данных величин отклонений для вывода уведомления о критическом состоянии повышает безопасность эксплуатации ТС. Базовое значение какого-либо замеряемого параметра из указанных выше, кроме траектории движения шины, которая считается как угол между вертикалью и плоскостью вращения колеса, задаётся пользователем и сохраняется в компьютерном блоке 1 для каждого используемого измерительного модуля 2 отдельно в соответствии с типом ТС, например, для легкового автомобиля величина базового давления может составить 2,1-2,3 бар, для грузового – 7,5-8,5 бар.
Что касается высоты протектора шины, то его критическое значение определяется для каждого типа используемого ТС, так, например, при достижении высоты протектора в 1,6-2 мм для легковых ТС или 3-4 мм для грузовых ТС компьютерный блок 1 также выдаёт соответствующее уведомление. Также блок 1 может выводить уведомления об отсутствии или потери передачи данных с по меньше мере одного измерительного модуля 2.
Стоит отметить, что вывод уведомлений о критических событиях подразумевает выдачу визуальных и/или звуковых сообщений пользователю, отличающихся от выдаваемых сообщений при штатном, обычном режиме работы при нормальных показаниях датчиков.
В некоторых вариантах реализации изобретения, система мониторинга включает удалённый сервер 3, он же облачный сервис, для получения информации о состоянии шин от по меньшей мере одного ТС, а именно от одного или нескольких компьютерных блоков 1, её хранения и предоставления к ней доступа, при этом удалённый сервер 3 выполнен с возможностью формирования и передачи на по меньшей мере один компьютерный блок 1 отчётов по полученной информации, а также SMS и E-Mail уведомлений. Также удалённый сервер 3 может отправлять информацию и уведомления на другие компьютерные блоки 1, не привязанные к конкретному ТС, но имеющим доступ к системе. Кроме того, удалённый сервер 3 может отслеживать фактическое местоположение одного или нескольких ТС с помощью фиксации координат в точке считывания с помощью, например, смартфона, планшетного компьютера, трекера и спутниковых группировок ГЛОНАСС, GPS и технологии LBS (Location-based service).
В преимущественном варианте осуществления система мониторинга включает по меньшей мере одну RFID-метку, выполненную с возможностью размещения во внутреннем пространстве шины (фиг.4а поз.5), внутри корда (фиг.4а-4б поз.6) или на внешней поверхности шины (фиг.4б поз.7), и по меньшей мере один считыватель RFID-меток для идентификации шин с измерительным модулем, их отслеживания и контроля эксплуатации, выполненный стационарным и/или ручным с возможностью передачи данных на по меньшей мере один компьютерный блок 1 и/или удалённый сервер 3 по одному или нескольким каналам из перечисленных: GSM, GPRS, 3G, LTE, Wi-Fi, Bluetooth, LoRa и NB-IoT.
Считыватель RFID-меток выполняется стационарным для размещения, например, на въезде в автопарк для автоматического распознавания большого количества ТС с соответствующей системой, и/или ручным для расположения на конкретном ТС. При этом ручной считыватель RFID-меток выполнен с возможностью их считывания посредством одного или нескольких каналов, работающих на частоте LF 125 кГц, NFC 13,56 МГц, RF 315 МГц, 433 МГц или UHF 860-960 МГц, а стационарный считыватель – посредством одного или нескольких каналов, работающих на частоте RF 315 МГц, 433 МГц или UHF 860-960 МГц.
RFID-метки используются для идентификации шин с измерительным модулем, контроля периода эксплуатации и процесса утилизации, а также пресечения попыток подмены шины и перестановки измерительного модуля на фальсифицированную шину.
В состав системы мониторинга может входить по меньшей мере один ретранслятор 4 для усиления связи между элементами системы. Ретранслятор 4 размещается на шасси ТС и принимает данные от по меньшей мере одного измерительного модуля 2 и перенаправляет их в приёмо-передающий модуль компьютерного блока 1, либо на другой ретранслятор 4.  Количество ретрансляторов 4 не ограничивается, они могут применяться на прицепах и полуприцепах.
Пример реализации системы мониторинга по настоящему изобретению показан на фиг.1. Измерительные модули 2 установлены на каждой шине грузового ТС с прицепом. Использованы два ретранслятора 4. В состав компьютерного блока 1 ТС входят смартфон, ручной программатор, бортовой компьютер с приборной панелью, дисплей, снабжённый приёмо-передающим модулем, и GPS-трекер. Второй ретранслятор соединён посредством проводных соединений CAN 1939, RS 232 и 485 с бортовым компьютером, дисплеем и GPS-трекером. Данные с измерительных модулей 2 передаются на ретрансляторы 4, предусмотрена возможность передачи напрямую в смартфон и ручной программатор посредством канала Bluetooth. GPS-трекер передает информацию о состоянии шин на удалённый сервер 3, к которому имеют доступ другие компьютерные блоки 1.
Предлагаемое изобретение реализуется известными способами за счёт известных в уровне техники устройств и элементов.
Изобретение работает следующим образом.
Один или несколько измерительных модулей устанавливают на вентиль, диск или внутреннюю поверхность шины колеса. Размещают RFID-метку во внутреннем пространстве шины, внутри корда или на внешней поверхности шины.
Колеса транспортного средства, снабжённые измерительными модулями и RFID-метками, регистрируют в системе мониторинга. Для этого в процессе считывания измерительных модулей, например, смартфоном или ручным программатором посредством одного или нескольких из каналов из следующих: LF 125 кГц, NFC 13,56 МГц, RF 315 МГц, 433 МГц, UHF 860-960 МГц, Bluetooth 2,4 ГГц, им присваивают двухсимвольный идентификационный номер шины, соответствующей данному модулю, номер записывают в систему. Считывают RFID-метки с помощью ручного считывателя и соотносят каждую RFID-метку шины с одним или несколькими измерительными модулями, установленными на ней. Данная информация сохраняется в компьютерном блоке ТС и передаётся на удалённый сервер с определением геолокации в конкретный момент времени посредством приёмо-передающего модуля компьютерного блока или ручного считывателя RFID-меток.
В интерфейсе дисплея компьютерного блока продолжают конфигурировать систему мониторинга, добавляя или удаляя шины, задавая значения давления, температуры и высоты протектора шины, характерные для используемого ТС. В систему задают периодичность передачи данных от измерительных модулей. Итоговые настройки также передают на удалённый сервер.
В процессе эксплуатации ТС посредством приёмо-передающего модуля компьютерного блока получают данные от измерительных модулей, обрабатывают их, выдают информацию о состоянии шин на дисплее компьютерного блока, а также передают её на удалённый сервер. Такой информацией является значения давления, температуры, вибрации, высоты протектора шины, величины ускорения при движении шины и соответствующий номер RFID-метки. Упомянутую информацию также сохраняют в компьютерном блоке и в удалённом сервере для дальнейшего использования и получения отчётов за интересующий период времени, при этом в компьютерном блоке хранят информацию не более 90 дней, а на сервере более 90 дней.
Через удалённый сервер получают информацию о данном ТС и другие компьютерные блоки, не относящиеся к эксплуатируемому ТС, но имеющие доступ к системе мониторинга.
Удалённый сервер позволяет принимать, хранить и систематизировать получаемую от одного или более ТС информацию о состоянии наблюдаемых шин, а также формировать SMS и E-Mail уведомления, отчёты по отдельным или групповым аккаунтам, типам ТС, конкретным параметрам и/или временному периоду с предоставлением доступа к информации посредством использования пароля для входа в личный кабинет пользователя. Через сервер отслеживают перемещение одного или нескольких ТС с измерительными модулями и компьютерным блоком, включающим ГЛОНАСС-трекер и/или GPS-трекер.
В случае возникновения отклонения давления, температуры или траектории движения по меньшей мере одной шины от базового значения на 12,5%, 25% или 50% выдают уведомление о данном событии на дисплее одного, или нескольких компьютерных блоков, подключенных к системе, в том числе, через удалённый сервер. Таким же образом уведомляют о случаях потери соединения или отсутствии передачи данных от одного или нескольких измерительных модулей.
Настоящая система мониторинга проверена на практике и позволяет использовать набор измерительных модулей различного конструктивного исполнения для установки внутри или снаружи шин легковых, грузовых, автобусных, мотоциклетных, авиационных или большегрузных ТС и спецтехники, позволяет контролировать увеличенное количество считываемых параметров шин, имеет упрощенную возможность добавления и прописывания в системе измерительных модулей в соответствии с их фактическим местоположением на ТС, а также позволяет формировать уведомления о критических состояниях шин и передавать информацию на удалённый сервер мониторинга.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить безопасность эксплуатации ТС.