Система централизованной накачки шин

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СИСТЕМА ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ НАКАЧКИ ШИН(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Высоцкий Михаил Степанович Николаев Юрий Иванович Ярусов Анатолий Григорьевич Бутылин Григорий Владимирович Швец Дмитрий Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Система централизованной накачки шин, содержащая установленные на раме автомобиля компрессор, соединенный с ним ресивер, клапаны с электромагнитным управлением по числу колес, входные трубопроводы которых связаны с выходом ресивера, и центральный блок управления, содержащий микроконтроллер, а также установленные на каждом колесе устройство подвода воздуха, входным трубопроводом соединенное с выходом клапана с электромагнитным управлением на раме, микроконтроллер, датчик давления,72802011.06.30 датчик температуры в шине колеса и клапан с электромагнитным управлением, который входным трубопроводом соединен с выходом устройства подвода воздуха, а выходным трубопроводом - с шиной колеса и входом датчика давления, причем микроконтроллер на каждом колесе связан по радиоканалу с центральным блоком управления, его входы подключены соответственно к выходам датчиков давления и температуры, а выход - к входу управления клапана на колесе, отличающаяся тем, что содержит микроконтроллеры,установленные на раме автомобиля по числу мостов, каждый из которых связан по радиоканалу с центральным блоком управления, а выходами подключен к входам управления соответствующего клапана на раме автомобиля, при этом все клапаны имеют дополнительно выходы в атмосферу, а центральный блок управления содержит подключенные к соответствующим входам микроконтроллера устройство задания требуемого давления в шинах, двухпозиционный переключатель и кнопки переключения номера шины, а также подключенные к соответствующим выходам микроконтроллера светодиодные индикаторы для индикации давления, температуры и номера шины, светодиод и звуковой сигнализатор состояния шин.(56) 1. Патент США 6507276, МПК 760 23/02, 2003. 2. Патент США 6561017, МПК 701 23/00, 2003. 3. Патент РБ 5493 (прототип). 4. Гришкевич А.И. и др. Автомобили Конструкция, конструирование и расчет. Системы управления и ходовая часть. - Минск Вышэйшая школа, 1987. Предлагаемая система относится к автомобильной технике, а именно - к средствам централизованной накачки колесных шин от общего компрессора. Автомобили повышенной проходимости, например тягачи, оборудуются системой централизованной накачки шин, обеспечивающей возможность оперативного управления давлением в шинах в зависимости от дорожных условий, температуры и общей массы автомобиля с грузом. Известна система дистанционного контроля над давлением в шинах 1, содержащая датчики давления, установленные на ступицах колес, средства передачи сигналов по радиоканалам и электронный блок управления, установленный в кабине водителя. Недостаток этой системы в том, что она только измеряет давление и не позволяет производить оперативное управление этим давлением. Известна также система централизованной накачки шин 2, содержащая установленные на раме автомобиля компрессор, ресивер (баллон сжатого воздуха), источник вакуума(вакуумный насос), центральный блок управления, пульт управления, радиоприемник и двухпозиционные распределители с электромагнитным управлением. Эта система также содержит установленные на каждом колесе устройство подвода воздуха, трехпозиционный распределитель с пневматическим управлением, датчик давления, микропроцессорный блок управления и радиопередатчик. Недостатком этой системы является невозможность управления давлением индивидуально в каждой шине. Реализация только группового управления приводит к тому, что в случае большого повреждения одной из шин, сопровождающегося невосполнимой потерей воздуха, остальные шины этой группы не могут быть подкачаны, т.к. при попытке подкачки воздух из этих шин будет вытекать через поврежденную шину. Другим недостатком этой системы является ее сложность. Система содержит не только источник высокого давления (компрессор), но и источник вакуума. Распределители,установленные на колесах, имеют сложное пневматическое управление. Для передачи как высоких давлений воздуха, так и создания вакуума, уплотнительные манжеты множества вращающихся устройств подвода воздуха имеют сложную конструкцию. 2 72802011.06.30 Ближайшим аналогом предлагаемой системы является система централизованной накачки шин 3, содержащая установленные на раме автомобиля компрессор, соединенный с ним ресивер, по количеству колес - двухпозиционные распределители (клапаны) с электромагнитным управлением, центральный блок управления, выходами подключенный к входам упомянутых распределителей, входные трубопроводы которых соединены с выходом ресивера, а также установленные на каждом колесе устройство подвода воздуха, входным трубопроводом соединенное с выходом соответствующего упомянутого распределителя, микроконтроллер, датчик давления, датчик температуры в шине и два двухпозиционных распределителя, первый из которых входным трубопроводом соединен с выходом устройства подвода воздуха, а выходным трубопроводом - с шиной колеса, входом датчика давления и входом второго распределителя. При этом каждый микроконтроллер,установленный на колесе, связан по радиоканалу с центральным блоком управления, его входы подключены к выходам датчиков, а выходы - к входу управления соответствующего распределителя. Недостатком этой системы является ее сложность сигналы от центрального блока управления к входам распределителей, установленных на раме автомобиля, передаются по множеству проводов, которые должны быть протянуты вдоль всего автомобиля. При использовании системы на многоосном автомобиле (на многозвенном автопоезде) длинные провода должны быть выполнены в виде отрезков,соединенных разъемами, что снижает надежность соединений применение монитора с клавиатурой требует сложного программного обеспечения,подобного обеспечению универсального компьютера. Это усложняет практическое применение системы водителем автомобиля. Задачей настоящей полезной модели является упрощение конструкции системы и повышение надежности ее работы. Это достигается использованием передачи сигналов по радиоканалам взамен проводов, проложенных вдоль всего автопоезда, и исполнения центрального блока управления на базе более простых элементов, не требующих сложного программного обеспечения. Поставленную задачу решает система централизованной накачки шин, содержащая установленные на раме автомобиля компрессор, соединенный с ним ресивер, клапаны с электромагнитным управлением по числу колес, входные трубопроводы которых связаны с выходом ресивера, и центральный блок управления, содержащий микроконтроллер, а также установленные на каждом колесе устройство подвода воздуха, входным трубопроводом соединенное с выходом клапана, микроконтроллер, датчик давления, датчик температуры в шине колеса и клапан, который входным трубопроводом соединен с выходом устройства подвода воздуха, а выходным трубопроводом - с шиной колеса и входом датчика давления, причем микроконтроллер на каждом колесе связан по радиоканалу с центральным блоком управления, его входы подключены соответственно к выходам датчиков, а выход - к входу управления клапана. Согласно техническому решению система содержит микроконтроллеры, установленные на раме автомобиля по числу мостов,каждый из которых связан по радиоканалу с центральным блоком управления, а выходами подключен к входам управления соответствующего клапана на раме автомобиля. При этом все клапаны имеют дополнительно выходы в атмосферу, а центральный блок управления содержит подключенные к соответствующим входам микроконтроллера устройство задания требуемого давления в шинах, двухпозиционный переключатель и две кнопки переключения номера шины, а также подключенные к соответствующим выходам микроконтроллера светодиодные индикаторы для индикации давления, температуры и номера шины, светодиод и звуковой сигнализатор состояния шин. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемой системы централизованной накачки шин многоосного автомобиля. При этом для упрощения изображены 72802011.06.30 только пара передних колес, оснащенных одинарными шинами, и две пары колес, оснащенных сдвоенными шинами. Предлагаемая система содержит центральный блок 1 управления, установленный в кабине водителя (не показана), первый исполнительный блок 2 оборудования, установленный на раме (не показана), вторые исполнительные блоки 3-8, установленные на соответствующих колесах автомобиля. Центральный блок 1 управления содержит микроконтроллер 9, устройство 10 задания требуемого давления в шинах, первый светодиодный индикатор (СДИ) 11 для индикации давления или температуры, двухпозиционный переключатель 12 индикации давления или температуры, второй СДИ 13 для индикации номера шины, кнопки 14, 15 переключения номера шины, светодиод 16 и звуковой сигнализатор 17 состояния шин. На кристалле микроконтроллера 9 установлен приемопередатчик радиосигналов (не показан). Выходы задающего устройства 10, имеющего вид, например, потенциометра или многоступенчатого переключателя, двухпозиционного переключателя 12 и кнопок 14, 15,подключены к соответствующему входу микроконтроллера 9, как показано на чертеже. Первый и второй групповые выходы микроконтроллера 9 соединены соответственно с входами управления СДИ 11 и 13, а третий и четвертый выходы соединены соответственно со светодиодом 16 и звуковым сигнализатором 17 состояния шин. Исполнительный блок 2, установленный на раме автомобиля, содержит воздушный компрессор 18, ресивер 19 и, по числу колес, двухпозиционные клапаны 20-25 с электромагнитным управлением. Вход ресивера 19 трубопроводом соединен с выходом компрессора 18, а выход трубопроводом связан с входами всех клапанов 20-25, выходы которых в исходном (выключенном) состоянии соединены с атмосферой, а в рабочем (включенном) состоянии соединены со своими входами. Исполнительный блок 2 также содержит (по числу мостов автомобиля) микроконтроллеры 26-28, каждый из которых своими двумя выходами попарно подключен к входам управления клапанов 20-25 соответственно. Микроконтроллеры 26-28 связаны по радиоканалам с центральным блоком управления 1. В исполнительном блоке 3, установленном на переднем колесе автомобиля (на чертеже изображена часть пневматической шины 29 в осевом разрезе), имеется датчик 30 температуры и датчик 31 давления воздуха в шине 29. В блоке 3 содержится также двухпозиционный клапан 32 с электромагнитным управлением, устройство 33 подвода воздуха и микроконтроллер 34 с приемопередатчиком (не показан), размещенным на кристалле микроконтроллера 34. Устройство 33 подвода воздуха имеет известную конструкцию 4 и предназначено для подвода сжатого воздуха из ресивера 19 через включенные клапаны 20 и 32 в шину 29 вращающегося колеса. Устройство 33 своим входным трубопроводом соединено с выходом клапана 20, а выходным трубопроводом - с входом клапана 32, выход которого трубопроводом соединен с шиной 29 и входом датчика 31 давления. Датчики 30, 31 выходами подключены соответственно к первому и второму входам микроконтроллера 34. Конструкция клапана 32 аналогична конструкции клапанов 20-25. Компоновка блока 4, установленного на втором переднем колесе автомобиля, аналогична описанной в блоке 3. Блоки 5-8, установленные на колесах со сдвоенными шинами (на чертеже показаны пара шин 35, 36 в осевом разрезе), отличаются лишь параллельным соединением шин 35,36 соответствующим трубопроводом. Предлагаемая система централизованной накачки шин работает следующим образом. В обязанности водителя входит задание с помощью устройства 10 наиболее рационального давления в шинах, соответствующего категории дороги, по которой едет автомобиль, и его общей массе с грузом. Предусмотрены три категории дорог 4 72802011.06.30 первая категория - дорога с асфальтовым или бетонным покрытием,вторая категория - дорога с гравийным покрытием, плотный грунт,третья категория - бездорожье снег, грязь, сыпучий песок. Эти три категории дорог отмечены в задающем устройстве 10 тремя секторами с соответствующими раскрасками. Поворот устройства 10 в пределах сектора учитывает массу автомобиля с грузом. На дороге первой категории водитель устанавливает задающее устройство 10 в правый сектор, и описываемая система автоматически устанавливает в шинах наибольшее давление. Этим достигается минимальное сопротивление качению колес и экономия топлива. На дорогах второй и третьей категории, когда водитель устанавливает задающее устройство 10 в средний или левый сектор, система устанавливает соответственно пониженное давление в шинах, достигая этим повышенную проходимость автомобиля и устойчивость движения. Если автомобиль движется в неизменных дорожных условиях и давление в шинах близко к давлению, заданному водителем, то система находится в режиме контроля над давлениями и температурами в шинах. Микроконтроллер 34 периодически опрашивает датчики 30 температуры и давления 31 в шине 29 и передает данные по радиоканалу в центральный блок 1 управления. Микроконтроллер 9 блока 1 управления по радиоканалу принимает данные о давлениях и температурах в шинах всех колес. Водитель с помощью кнопок 14, 15, имеющих знакии, может выбрать для контроля любое из колес, параметры которого (давление или температура определяются положением двухпозиционного переключателя 12) будут отображены в цифровом виде на СДИ 11. Микроконтроллер 26 поддерживает клапан 20 в исходном (выключенном) состоянии,в котором его выход и устройство 33 подвода воздуха соединены с атмосферой, а отвод трубопровода от ресивера 19 закрыт. Аналогично микроконтроллер 34 поддерживает клапан 32 в исходном состоянии, в котором его выход соединен с атмосферой, а трубопровод,ведущий в шину 29, закрыт. Таким образом, в исходном состоянии все шины закрыты, а устройства 33 подвода воздуха находятся под низким (атмосферным) давлением, что способствует долговечной работе их вращающихся уплотнителей. Если автомобиль выехал на дорогу более низкой категории, и водитель повернул задающее устройство 10 влево, в системе начнутся действия по снижению давления в шинах. Это происходит следующим образом. Новое положение задающего устройства 10 вводится в микроконтроллер 9, который по радиоканалам передает новое задание давления в шинах всем микроконтроллерам 34,установленным на колесах. Микроконтроллер 34 переключает клапан 32 в рабочее состояние, в котором соединяются его вход и выход. В результате воздух из шины 29 через клапан 32, устройство 33 и клапан 20 будет выходить в атмосферу. Снижение давления в шине 29 контролируется датчиком 31. Когда давление в шине 29 достигнет давления, заданного водителем, микроконтроллер 34 выключает клапан 32, закрывая трубопровод и шину 29. После окончания описанных действий устройство 33 подвода воздуха вновь оказывается под низким (атмосферным) давлением. Аналогичные действия происходят во всех блоках 4-8 и в остальных шинах. Если автомобиль выехал на дорогу более высокой категории, и водитель повернул задающее устройство 10 вправо, в системе начнутся действия по повышению давления в шинах. Это происходит следующим образом. Новое положение задающего устройства 10 вводится в микроконтроллер 9, который по радиоканалам передает новое задание давления в шинах микроконтроллерам 26-28 в блоке 2 и всем микроконтроллерам 34, установленным на колесах. Микроконтроллер 26 переключает клапан 20 в рабочее состояние, в котором соединяются его вход и выход, а микроконтроллер 34 аналогично переключает клапан 32. В результате воздух из ресивера 19 через клапан 20, устройство 33 и клапан 32 будет 5 72802011.06.30 поступать в шину 29. Повышение давления в шине 29 контролируется датчиком 31. Когда давление в шине 29 достигнет давления, заданного водителем, микроконтроллер 34 выключает клапан 32, закрывая трубопровод и шину 29. Факт достижения давления в шине 29 значения, заданного водителем, микроконтроллер 34 сообщает по радиоканалу в центральный блок 1. Здесь микроконтроллер 9 по радиоканалу передает команду микроконтроллеру 26, который выключает клапан 20, закрывая отвод трубопровода от ресивера 19 и открывая устройство 33 подвода воздуха в атмосферу. После окончания описанных действий устройство 33 подвода воздуха вновь оказывается под низким (атмосферным) давлением. Аналогичные действия происходят во всех блоках 4-8 и в остальных шинах. Система автоматически обнаруживает повреждения (проколы) шин, сопровождаемые невосполнимой потерей давления. Если при подкачке воздуха в шину 29 в течение установленного времени давление остается ниже минимально допустимого порога, то эта шина признается неисправной. В таком случае микроконтроллер 34 по показаниям датчика давления 31 выключает клапан 32, закрывая трубопровод и соответствующую шину 29. Таким образом, поврежденная шина 29 будет исключена из системы, а в остальных шинах поддерживается заданное водителем давление, обеспечивая возможность дальнейшего движения автомобиля. Кроме того, микроконтроллер 34 по радиоканалу сообщает о проколе шины 29 центральному микроконтроллеру 9, который на СДИ 13 высвечивает номер 29 поврежденной шины, а на СДИ 11 - давление в этой шине. Микроконтроллер 9 также включает светодиод 16 и звуковой сигнализатор 17 с целью обратить внимание водителя на возникшую неисправность. Через одну минуту звуковой сигнализатор 17 выключается,а светодиод 16 продолжает гореть до устранения повреждения шины 29. Если у автомобиля повреждены несколько шин, то водитель с помощью кнопок 14, 15 может перебрать номера всех шин и, наблюдая давления в них на СДИ 11, обнаружить все поврежденные шины для их последующего ремонта. Таким образом, система упрощает поиск поврежденных шин, в то время как визуальный их просмотр в условиях сильного загрязнения мог бы вызвать затруднения. При использовании предлагаемой системы водитель получает возможность на СДИ 11 наблюдать за изменениями давления во всех шинах в зависимости от дорожных условий и скорости движения автомобиля. Это необходимо для рациональной эксплуатации шин,изменения проходимости автомобиля и снижения расхода топлива. Предлагаемая система обеспечивает также автоматический контроль температуры в шинах автомобиля. При достижении в шине 29 опасной температурной границы микроконтроллер 34 передает этот факт по радиоканалу в центральный блок 1, в котором микроконтроллер 9 на СДИ 13 высвечивает номер перегретой шины 29, а на СДИ 11 температуру в этой шине. Микроконтроллер 9 также включает светодиод 16 и звуковой сигнализатор 17 с целью обратить внимание водителя на возникшую ситуацию. Водитель обязан снизить скорость движения, что обеспечит снижение выделения тепла и температуры в шинах. Через одну минуту звуковой сигнализатор 17 выключается, а светодиод 16 продолжает гореть до устранения перегрева шины 29. Техническим результатом использования предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции системы и повышение надежности ее работы. Это достигается использованием передачи сигналов по радиоканалам взамен проводов, проложенных вдоль всего автопоезда, и исполнения центрального блока управления на базе простых элементов, не требующих сложного программного обеспечения. При этом упрощается практическое применение системы водителем автомобиля. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6