УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ СИГНАЛИЗАЦИИ ОБ ОТКЛОНЕНИИ ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА В ШИНЕ ОТ НОРМЫ
DEVICE AND METHOD FOR ALARM OF TYRE AIR PRESSURE DEVIATION FROM NORM

Изобретение касается устройства, способа и программы для сигнализации об отклонений давления воздуха в шине от нормы.
Трудно обнаружить уменьшение давления воздуха в шине, в частности, например, спущенную шину, которая позволяет продолжать движение, даже когда давление воздуха в ней равно нулю. В случае когда транспортное средство движется с высокой скоростью с шиной, в которой уменьшено давление воздуха, возникает опасность разрыва шины.
Были исследованы различные способы обнаружения уменьшения давления воздуха в шине. Однако если давление воздуха в шине равно нулю, большинство этих способов не могут обнаружить такого уменьшения давления, поскольку в них, на основании изменений ускорения, делается вывод о плохих дорожных условиях и все данные не воспринимаются.
В публикации № 305011/1988 выложенной заявки на патент Японии описан способ обнаружения уменьшения давления воздуха в шине по скоростям колес четырехколесного транспортного средства с использованием системы предупреждения о падении давления воздуха в шине. Однако этот способ не позволяет обнаружить нулевое давление воздуха в шине.
В основу изобретения положена задача создания устройства, способа и программы для обнаружения отклонений давления воздуха в шине от нормы, которые позволяют обнаружить в шине отклонение от нормы давления воздуха, даже если давление воздуха в шине равно нулю.
Один из аспектов изобретения касается устройства для сигнализации об отклонении давления воздуха в шине от нормы, которое содержит средства: (1) вычисления отклонений ускорения соответствующих шин от ускорений этих шин, вычисленных исходя из скоростей вращения колес, (2) сравнения вычисленных отклонений ускорения соответствующих шин, (3) определения, по результатам сравнения, факта отклонения давления воздуха в шине от нормы, когда отклонение ускорения этой шины превышает отклонения ускорения остальных шин.
Предпочтительно, чтобы средство (3) определяло отклонение давления воздуха в шине от нормы только в случае отклонения ускорения этой шины не менее чем на значение порога 1 и менее чем на значение порога 2, полученного умножением коэффициента со значением по меньшей мере 1 на максимальное отклонение ускорения среди отклонений ускорения остальных шин, когда отклонение ускорения шины превышает отклонения ускорения остальных шин.
Предпочтительно, чтобы средство (3) было средством определения отклонения давления воздуха в шине от нормы в случае, если отклонение ускорения этой шины превышает порог 3, а максимальное отклонение ускорения среди отклонений ускорения остальных не достигает значения порога 4, когда отклонение ускорения шины превышает отклонения ускорения остальных шин.
Предпочтительно, чтобы устройство, кроме того, содержало средство (4) определения отклонения давления воздуха в шине от нормы только в случае, если скорость вращения колеса этой шины определена как большая или меньшая при сравнении скорости вращения колеса этой шины со скоростью вращения колес остальных шин, когда давление воздуха в этой шине определено средством (3) как равное нулю.
Другой аспект изобретения касается способа сигнализации об отклонении давления воздуха в шине от нормы, который содержит операции: (1) вычисления отклонений ускорения соответствующих шин от ускорений этих шин, вычисленных исходя из скоростей вращения колес, (2) сравнения вычисленных отклонений ускорения соответствующих шин и (3) определения, в результате этого сравнения, факта отклонения давления воздуха в шине от нормы, когда отклонение ускорения этой шины превышает отклонения ускорения остальных шин.
Предпочтительно, чтобы операция (3) была операцией определения отклонения давления воздуха в шине от нормы только в случае отклонения ускорения шины не менее чем на значение порога 1 и менее чем на значение порога 2, полученного умножением коэффициента со значением по меньшей мере 1 на максимальное отклонение ускорения среди отклонений ускорения остальных шин, когда отклонение ускорения шины превышает отклонения ускорения остальных шин.
Предпочтительно, чтобы операция (3) была операцией определения отклонения давления воздуха в шине от нормы в случае, если отклонение ускорения шины превышает значение порога 3, а максимальное отклонение ускорения среди отклонений ускорения остальных шин не достигает значения порога 4, когда отклонение ускорения шины превышает отклонения ускорения остальных шин.
Желательно, чтобы этот способ включал также операцию (4) определения факта отклонения давления воздуха в шине от нормы только в случае, если скорость вращения колеса этой шины определена как большая или меньшая при сравнении скорости вращения колеса этой шины со скоростью вращения колес остальных шин, когда давление воздуха в этой шине, определенное операцией (3), равно нулю.
Еще один аспект изобретения касается программы для сигнализации об отклонении давления воздуха в шине от нормы, которая обеспечивает выполнение компьютером процедур: (1) вычисления отклонений ускорения соответствующих шин от ускорений этих шин, вычисленных исходя из скоростей вращения колес, (2) сравнения вычисленных отклонений ускорения соответствующих шин и (3) определения, в результате этого сравнения, факта отклонения давления воздуха в шине от нормы, когда отклонение ускорения этой шины превышает отклонения ускорения остальных шин.
Предпочтительно, чтобы процедура (3) была процедурой определения отклонения давления воздуха в шине от нормы только в случае отклонения ускорения шины не менее чем на значение порога 1 и менее чем на значение порога 2, полученного умножением коэффициента со значением по меньшей мере 1 на максимальное отклонение ускорения среди отклонений ускорения остальных шин, когда отклонение ускорения шины превышает отклонения ускорения остальных шин.
Предпочтительно, чтобы процедура (3) была процедурой определения отклонения давления воздуха в шине от нормы в случае, если отклонение ускорения шины превышает значение порога 3, а максимальное отклонение ускорения среди отклонений ускорения остальных шин не достигает значения порога 4, когда отклонение ускорения шины превышает отклонения ускорения остальных шин.
Предпочтительно, чтобы программа включала также процедуру (4) определения факта отклонения давления воздуха в шине от нормы только в случае, если скорость вращения колеса этой шины определена как большая или меньшая при сравнении скорости вращения колеса этой шины со скоростью вращения колес остальных шин, когда давление воздуха в этой шине, определенное процедурой (3), равно нулю.
В соответствии с изобретением возможно создать устройство, способ и программу для сигнализации об отклонении давления воздуха в шине от нормы, которые могут обнаружить нулевое давление воздуха в шине путем обнаружения в результате сравнения отклонений ускорения соответствующих шин того, что отклонение ускорения этой шины превышает отклонения ускорения остальных шин.
На чертежах:
фиг.1 изображает блок-схему устройства для сигнализации об отклонении давления воздуха в шине от нормы, выполненного в соответствии с изобретением,
фиг.2 изображает блок-схему электрического оборудования устройства по фиг.1 для сигнализации об отклонении давления воздуха в шине от нормы,
фиг.3 показывает скорость вращения колеса и сумму абсолютных значений ускорений соответствующих шин испытуемого транспортного средств А с шинами с нормальным давлением воздуха и
фиг.4 показывает скорость вращения колеса и сумму абсолютных значений ускорений соответствующих шин испытуемого транспортного средства В с шинами с нормальным давлением воздуха.
Предлагаемое устройство для сигнализации об отклонении давления воздуха в шине от нормы содержит средства (1) вычисления отклонений ускорения соответствующих шин от ускорений этих шин, вычисленных исходя из скоростей вращения колес, (2) сравнения вычисленных отклонений ускорения соответствующих шин и (3) определения, по результатам сравнения, факта отклонения давления воздуха в шине от нормы, когда отклонение ускорения этой шины превышает отклонения ускорения остальных шин.
Далее предлагаемое устройство для сигнализации об отклонении давления воздуха в шине от нормы рассматривается со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 изображает блок-схему возможного выполнения устройства для сигнализации об отклонении давления воздуха в шине от нормы в соответствии с изобретением.
Устройство (фиг.1) для сигнализации об отклонении давления воздуха в шине от нормы определяет, упало или нет давление воздуха в четырех шинах (передней левой (ПЛ), передней правой (ПП), задней левой (ЗЛ) и задней правой (ЗП)) транспортного средства. Это устройство для сигнализации отклонении давления воздуха в шине от нормы содержит датчики 1 скорости колес, т.е. обычные средства измерения скорости для каждой шины. Выходной сигнал датчика 1 скорости поступает в управляющий узел 2, к которому подключены сигнальное устройство 3 и включающее устройство 4. Сигнальное устройство 3 содержит жидкокристаллический дисплейный элемент, плазменный дисплейный элемент или электронно-лучевую трубку для представления информации о шинах с уменьшенным давлением воздуха. Включающее устройство 4 может управляться водителем.
Управляющий узел 2 содержит интерфейс 2а ввода/вывода, необходимый для передачи сигнала внешнему устройству или приема сигнала от него, центральный процессорный узел (ЦПУ) 2b, который служит вычислительным центром, постоянную память (ROM) 2с, которая содержит рабочие программы управления ЦПУ 2b, и оперативную память (RAM) 2d, в которой временно записываются и считываются данные, когда ЦПУ 2b выполняет операции управления (фиг.2).
i
1
4
Датчик 1 скорости колеса посылает импульсный сигнал, соответствующий количеству оборотов шины (импульсы скорости колеса). В ЦПУ 2b с определенным периодом ΔT отсчета (равным, например, 1 с) вычисляются угловые скорости F(F-F) четырех шин на основе импульсов скорости колеса от датчика 1 скорости колеса. Скорости F1-F4 представляют соответственно угловые скорости шин ПЛ, ПП, 3Л и 3П.
i
i
Поскольку шины изготовляют с некоторым допуском (начальной разницей), эффективные радиусы вращения соответствующих шин (полученные делением расстояния, пройденного за один оборот, на 2π) не обязательно равны между собой, даже когда внутренние давления во всех шинах нормальны. Таким образом, угловые скорости вращения F шин варьируются, поэтому вычисляются угловые скорости F1 для коррекции вариаций, обусловленных начальными различиями. В частности, эти значения корректируются по формулам:
1
F1=F1;
2
F1=mF2;
3
F1=F3;
4
F1=nF4.
i
1
2
3
4
i
Коэффициенты m, n коррекции определяются, например, вычислением угловой скорости F вращения в условиях движения транспортного средства по прямой, при этом m=F/F и n=F/F определяются на основании вычисления угловых скоростей F вращения.
i
Затем вычисляются угловые скорости вращения Vi на основе F1.
Наименьшая скорость вращения (более медленной шины) и наибольшая скорость вращения (более быстрой шины) вычисляются по формулам:
DEL (1)={(V1+V4}/2-(V2+V3)/2}/{(V1+V2+V3+V4)/4}×100 (%)
DEL (2)={(V1+V2)/2-{V3+V4)/2}/{(V1+V2+V3+V4)/4}×100 (%)
DEL (3)={(V1+V3)/2-(V2+V4)/2}/{(V1+V2+V3+V4)/4}×100 (%)
В этих формулах V1-V4 представляют собой скорости колеса передней левой шины (ПЛ), передней правой шины (ПП), задней левой шины (ЗЛ) и задней правой шины (ЗП) соответственно.
Анализ знаков вычисленных значений DEL (1)-(3) позволяет определить более быстрые и более медленные колеса (табл.1 и 2).
Таблица 1
Шина с наименьшей скоростью вращения
Знак DEL_R
DEL1_R
DEL2_R
DEL3_R
Шина ПП
+
-
+
Шина ПЛ
-
-
-
Шина ЗП
-
+
+
Шина ЗЛ
+
+
-
Таблица 2
Шина с наибольшей скоростью вращения
Знак DEL_R
DEL1_R
DEL2_R
DEL3_R
Шина ПП
-
+
-
Шина ПЛ
+
+
+
Шина ЗП
+
-
-
Шина ЗЛ
-
-
+
Ускорение колеса шины в операции (1) вычисляется по упомянутым выше скоростям вращения колеса.
Отклонение ускорения является интегрированным значением 25 абсолютных значений ускорений, полученных для каждых 40 мс (т.е. на протяжении 1 с). В случае если интегрированное значение для определенной шины отличается от интегрированных значений для других шин, это является признаком того, что давление воздуха в этой шине отклонилось от нормы (в частности имеет нулевое значение) (средство (1)).
Вычисленные отклонения ускорений соответствующих шин сравниваются вычитанием или вычислением отношений полученных соответствующих отклонений ускорения (средство (2)).
В случае когда по результатам сравнения отклонение ускорения определенной шины превышает отклонения ускорения остальных шин, делается вывод, что давление воздуха в этой шине отклонилось от нормы (средство (3)). Раньше можно было обнаружить уменьшение давления воздуха, поскольку ускорения не изменяются, когда давление воздуха не равно нулю (за исключением плохих дорог). Однако не удавалось обнаружить отклонения давления воздуха от нормы, в частности нулевое давления воздуха. С другой стороны, устройство в соответствии с изобретением позволяет обнаружить нулевое давление воздуха в одном колесе, используя тот факт, что отклонение ускорения происходит только в шине с нулевым значением давления (в случае плохой дороги отклонение имеет место в двух или более колесах).
Предпочтительно, чтобы средство (3) обнаруживало нулевое давление воздуха в шине только в случае отклонения ускорения шины, не меньшего чем значение порога 1 и меньшего чем значение порога 2, полученного умножением коэффициента со значением по меньшей мере 1 на максимальное отклонение ускорения среди отклонений ускорения остальных шин, когда отклонение ускорения шины превышает отклонения ускорения остальных шин. Такой порог устанавливается на основе результатов, полученных при дорожных испытаниях транспортного средства с нормальным давлением воздуха в шинах и при испытаниях транспортного средства с давлением воздуха в шинах 0 бар.
Кроме того, предпочтительно, чтобы средство (3) определяло, что давление воздуха в шине равно нулю в случае отклонения ускорения этой шины более чем на значение порога 3, а максимальное отклонение ускорения среди отклонений ускорения остальных шин менее, чем значение порога 4, когда отклонение ускорения этой шины превышает отклонения ускорения остальных шин. Такой порог устанавливается по результатам дорожных испытаний транспортного средства с нормальным давлением воздуха в шинах и при испытаниях транспортного средства с давлением воздуха в шинах 0 бар.
Устройство для сигнализации об отклонении давления воздуха в шине от нормы в соответствии с изобретением, кроме того, содержит средство (4) определения отклонения давления воздуха в шине от нормы только в случае, если скорость вращения колеса этой шины определена как наибольшая или наименьшая путем сравнения скорости вращения колеса этой шины со скоростью вращения колес остальных шин, когда давление воздуха в этой шине определено средством (3) как отклонившееся от нормы.
Бывают случаи, когда шина с наибольшим отклонением ускорения не является шиной с наибольшей или наименьшей скоростью вращения колеса. В этих случаях отклонения давления воздуха от нормы, например до нуля, может не быть. Средство (4) предназначено предотвращать ложную тревогу, которая может возникнуть при таких обстоятельствах.
Устройство для сигнализации об отклонении давления воздуха в шине от нормы в соответствии с изобретением может не обнаружить нулевого давления воздуха средством (3), если данное транспортное средство движется с высокой скоростью (больше 100 км/час). Причиной этого является невозможность обнаружения нулевого давления воздуха при высоких скоростях движения.
Один из аспектов изобретения касается способа сигнализации об отклонении давления воздуха в шине от нормы, включающего операции (1) вычисления отклонений ускорения соответствующих шин от ускорений этих шин, вычисленных исходя из скоростей вращения колес, (2) сравнения вычисленных отклонений ускорения соответствующих шин и (3) определения, в результате этого сравнения, факта отклонения давления воздуха в шине от нормы, когда отклонение ускорения этой шины превышает отклонения ускорения остальных шин.
Кроме того, один из аспектов изобретения касается программы для сигнализации об отклонении давления воздуха в шине от нормы, которая обеспечивает выполнение компьютером процедур: (1) вычисления отклонений ускорения соответствующих шин от ускорений этих шин, вычисленных исходя из скоростей вращения колес, (2) сравнения вычисленных отклонений ускорения соответствующих шин и (3) определения, в результате этого сравнения, факта отклонения давления воздуха в шине от нормы, когда отклонение ускорения этой шины превышает отклонения ускорения остальных шин.
ПРИМЕР
Изобретение иллюстрируется примерами, которые, однако, не ограничивают его объем.
Ниже приведены условия испытаний для подтверждения пригодности способа сигнализации об уменьшении давления воздуха в шине согласно изобретению, а также дано описание испытаний.
(Условия эксперимента)
Тип испытуемого транспортного средства: транспортное средство для 2 человек.
Размер передних колес: 245/40ZR18.
Размер задних колес: 265/35ZR18.
Место проведения экспериментов: Sumitomo Rubber Industries, испытательная трасса Okayama и прилегающие местные прямые дороги.
(Испытания транспортного средства)
Эксперимент был проведен с использованием испытательного транспортного средства А с шинами с нормальным давлением воздуха и испытательного транспортного средства В с шиной ПЛ с давлением воздуха 0 бар (остальные шины имели нормальное давление воздуха).
<Дорожные испытания>
<Дорожные испытания испытательного транспортного средства А>
Далее рассматриваются дорожные испытания с использованием испытательных транспортных средств А и В. Во время этих испытаний данные вычислялись ежесекундно на протяжении 130 с с момента начала испытания.
(Шина ПЛ)
Ниже приведен способ расчета данных для 1 с после начала испытания.
Скорость вращения колеса шины ПЛ транспортного средства А измеряли 25 раз каждые 40 мс на протяжении 1 с. Каждое из 25 ускорений колес было вычислено из полученных скоростей вращения колеса, и были получены абсолютные значения ускорений соответствующих колес. После этого была вычислена сумма 25 абсолютных значений (Σ|Уск.ПЛ|) ускорений шины ПЛ для 1 с от начала испытания.
Кроме того, была вычислена скорость вращения колеса шины ПЛ для 1 с от начала испытания (ПЛ1) по 25 значениям скорости вращения колеса шины ПЛ с использованием импульсных сигналов от датчика скорости транспортного средства и периода отсчета.
1
1
Для полученных значений (Σ|Уск.ПЛ|) и (ПЛ) скорость вращения колеса и сумма абсолютных значений ускорения были нанесены на график, в котором по горизонтальной оси отложена скорость вращения колеса, а по вертикальной оси - абсолютные значения ускорения (график (ПЛ)).
Точно таким же способом был построен график для транспортного средства А по данным для 2 - 130 с от начала испытания (для шин ПП, ЗЛ и ЗП).
Подобно тому, как это было сделано для шины ПЛ испытательного транспортного средства А, данные были нанесены на график для каждой секунды на протяжении от 1-й до 130-й секунды от начала испытания для получения графиков для шин ПП, ЗЛ и ЗП транспортного средств А.
Построенный таким способом график для транспортного средства А изображен на фиг.3.
<Дорожные испытания испытательного транспортного средства В>
Точно так же, как для дорожного испытания транспортного средства А, был построен график по данным для шин ПЛ, ПП, ЗЛ и ЗП транспортного средства В. Испытания были проведены для отрезка времени 130 с от начала испытания. Данный график изображен на фиг.4.
<Результаты испытаний>
На фиг.3 для испытательного транспортного средства А отклонение (Σ|Уск.ПЛ|) составило приблизительно 20, отклонение (Σ|Уск.ПП|) - приблизительно 30, отклонение (Σ|Уск.ЗЛ|) - приблизительно 40 и отклонение (Σ|Уск.ЗП|) - приблизительно 20. Таким образом, отклонения были приблизительно одинаковы.
С другой стороны, на фиг.4 видно, что отклонение (Σ|Уск.ПП|) составило приблизительно 30, отклонение (Σ|Уск.ЗЛ|) - приблизительно 30 и отклонение (Σ|Уск.ЗП|) - приблизительно 20, т.е. эти отклонения приблизительно одинаковы. Однако отклонение (Σ|Уск.ПЛ|), которое составило приблизительно 70, отличалось от других отклонений.
Из этого можно видеть, что шину с нулевым давлением воздуха можно обнаружить, установив порог для отклонения на уровне 45 и коэффициент на уровне 1,5.
Хотя выше были описаны несколько примеров осуществления изобретения, понятно, что изобретение не ограничивается ими и в нем могут быть сделаны различные изменения и модификации в рамках его сущности и объема.