基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统

1.本发明涉及轮胎应变测量技术领域，尤其是涉及一种基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统。


背景技术：

2.轮胎是车辆行驶系统的重要组成部件，其性能决定着车辆的动力性、制动性、安全性及舒适性。随着网络技术和信息电子技术的普及，智能化轮胎研究成为提升轮胎性能的新手段。智能轮胎通过在轮胎内部安装传感器或相关敏感元件，实现对轮胎温度、压力、应变等状态参数的测量，进而可实现对轮胎力学性能的估计。智能轮胎可对轮胎安全状态做出正确判断，在爆胎等事故出现前，为驾驶员提出预警并做出相应控制。该技术可极大改善驾驶安全性，减少交通事故数量。
3.加快推进轮胎智能化水平，改善轮胎内传感器及电子元器件使用寿命，提升数据采集精度及丰富度是当今智能轮胎所需解决的首要问题。智能轮胎的发展将促进无人驾驶和网联汽车的发展。
4.应用于轮胎中的硬质电子元件及导线在轮胎内部经受循环拉压应变，存在工作环境恶劣、使用寿命短等问题，此外单点式应变传感器所采集数据具有局限性和偶然性，难以为轮胎状态预测提供足够数据支撑。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统，解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统，包括基于折纸结构的拉伸电路，拉伸电路设置为拱形，拉伸电路的上端设置有硬质电子元器件，拉伸电路下端的两个支撑点与轮胎内表面连接，拉伸电路上端平面与拉伸电路下端连接处设置有之字形电路；
7.阵列式应变测量模块包括应变测量单元、柔性电路、若干应变敏感单元，用于采集轮胎多点、多向应变数据；
8.温压监测模块，用于监测轮胎内温度及压力；
9.数据处理模块，用于接收来自阵列式应变测量模块和温压监测模块的数据并处理；
10.无线传输模块，用于接收数据处理模块传输的数据并与车载终端进行数据通讯；
11.电源管理模块，用于整个系统电能供应与管理；
12.无线充电模块，用于为轮胎内锂电池提供无线充电。
13.优选的，阵列式应变测量模块中的应变测量单元、温压监测模块、数据处理模块、无线传输模块、电源管理模块、无线充电模块均设置在拉伸电路上，阵列式应变测量模块中的柔性电路及应变敏感单元设置在轮胎内表面。
14.优选的，柔性电路以波浪形式布置于轮胎内表面，应变测量单元通过柔性电路与相连。
15.优选的，采用单轴或多轴布置形式布置在一个布置点位，布置点位采用周向环形阵列方式均匀布置在轮胎内表面，应变测量单元用于接收全部应变敏感单元所产生的数据。
16.优选的，无线传输模块的无线传输方式为蓝牙传输、无线宽带传输。
17.优选的，电源管理模块包括电源管理电路和锂电池，锂电池通过导线与电源管理电路连接。
18.优选的，无线充电模块包括无线充电接收线圈，无线充电接收线圈通过导线与电源管理模块连接。
19.因此，本发明采用上述基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统，具有以下有益效果：
20.(1)本发明的基于折纸结构的拉伸电路改进了轮胎内部电子元器件工作环境，通过将布置在轮胎内部的有关模块架起，解决了硬质电路无法经受拉伸变形的问题，提高了电子元器件使用寿命。此外，本发明所述的系统具有体积小、布置方便的特点，能够减少系统布置对轮胎性能影响。
21.(2)本发明的阵列式应变测量模块可依据敏感元布置形式获取轮胎内表面横向、纵向等不同方向应变数据，为轮胎状态监测提供了更加全面的数据。同时周向阵列式应变布置方式为传感器提供有效校准，进而提升测量精度。各通过柔性电路相连，能够提高系统可靠性。此外，柔性电路以波浪形式粘贴于轮胎内表面，能够解决轮胎滚动过程中拉伸破环电路的问题。
22.(3)通过搭载本发明的监测系统能够获取轮胎内表面应变、温度和压力数据，本发明的系统与外部进行能量和信号传输均采用无线方式，能够解决因更换电池而反复拆装轮胎的问题。
23.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
24.图1是本发明基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统实施例的结构示意图；
25.图2是本发明实施例的拉伸电路结构示意图；
26.图3是本发明实施例的柔性电路布置示意图；
27.图4是本发明实施例各模块布置示意图。
28.附图标记
29.1、硬质电子元器件；2、之字形电路；3、拉伸电路；4、柔性电路；5、应变敏感单元；6、应变测量单元；7、温压监测模块；8、数据处理模块；9、无线传输模块；10、电源管理模块；11、无线充电模块。
具体实施方式
30.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
31.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
32.实施例
33.如图所示，本发明所述的基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统，包括基于折纸结构的拉伸电路3，拉伸电路3主体采用拱形结构，拉伸电路3可以进行拉伸。拉伸电路3的上端设置有硬质电子元器件1，拉伸电路3的上端平台用于将硬质电子元器件1架起，拉伸电路3下端的两个支撑点与轮胎内表面连接。拉伸电路3上端平面与下端两支撑面连接的折痕处导线采用“之”字形布置方式，为之字形电路2，能够将导线弯曲变形转换为拉伸变形。
34.阵列式应变测量模块中的柔性电路4、应变敏感单元5设置在轮胎内表面，应变测量单元6、温压监测模块7、数据处理模块8、无线传输模块9、电源管理模块10、无线充电模块11均设置在拉伸电路3上。该电路用于将温压监测模块7、数据处理模块8、无线传输模块9、电源管理模块10及无线充电模块11架起。
35.阵列式应变测量模块包括应变测量单元6、柔性电路4、若干应变敏感单元。柔性电路4以柔性印刷电路板工艺为基础，采用具有高挠性的印刷电路板，以波浪形式粘贴于轮胎内侧表面。应变测量单元6通过柔性电路4与应变敏感单元5相连。应变敏感单元5采用单轴或多轴布置形式布置在一个布置点位，布置点位具有多个，多个布置点位采用周向环形阵列方式均匀布置在轮胎内表面，通过导线与柔性电路4相连。应变敏感单元5个数可依据轮胎径向尺寸均匀调整。在轮胎接地过程中应变敏感单元5经受拉伸或压缩变形，导致内部电阻发生变化，通过电阻变化将轮胎内表面应变信号转换为电压信号输出至应变测量单元6。应变测量单元6具有高速采集能力，应变测量单元6用于接收应变敏感单元5所产生电压信号，应变测量单元6对数据进行滤波、放大、数模转换后输出至数据处理模块8。
36.温压监测模块7，用于监测轮胎内温度及压力。温压监测模块7集成于折纸结构的拉伸电路3上，温压监测模块7在车辆行驶过程中实时采集轮胎温度及胎压数据，该模块在采样周期内以固定采样频率进行采样。温压监测模块7将温度、胎压物理信号转化为电信号，并对信号进行滤波及数模转换后输出至数据处理模块8。
37.数据处理模块8，用于接收来自阵列式应变测量模块和温压监测模块7的数据并处理。数据处理模块8接收阵列式应变测量模块及温压监测模块7输出的数据，并将信号进行处理、封装后输出至无线传输模块9。
38.无线传输模块9，用于接收数据处理模块8传输的数据并与车载终端进行数据通讯。无线传输模块9接收数据处理模块8输出的数据，将温度、胎压、应变数据通过无线形式发送车载移动终端进行分析处理。无线传输模块9的无线传输方式包括单不限于蓝牙传输、
无线宽带传输等。
39.电源管理模块10，用于整个系统电能供应与管理。电源管理模块10包括电源管理电路和锂电池，锂电池通过导线与电源管理电路连接。在轮胎处于静止状态时，电源管理模块10处于休眠状态，减少能量损耗。在车辆启动后，轮胎开始转动，电源管理模块10迅速激活，进入工作状态，为系统高效且稳定的提供电能。当锂电池电量不足时，电源管理模块10产生相应信号输出至无线传输模块9，由无线传输模块9将信号发送至车载终端，提醒驾驶员及时补电。锂电池通过电源管理电路为阵列式应变测量模块、温压监测模块7、数据处理模块8、无线传输模块9提供稳定电能。保证各模块正常工作所需的能量。
40.无线充电模块11，用于提供无线充电。无线充电模块11包含充电管理电路及无线充电接收线圈。无线充电模块11通过导线与电源管理电路相连，电池电量不足时，电源管理电路产生信号发送至无线传输模块9，无线传输模块9将信号发送至车载终端提醒驾驶员充电。充电时，无线充电接收线圈接收轮胎外部无线充电发射线圈发出的能量，由电源管理电路将无线充电接收线圈接收的能量进行整流、稳压后由电源管理芯片进行处理为锂电池充电。
41.使用时，在轮式车辆行驶过程中，轮胎与路面接触区域发生挤压变形，挤压变形区两侧发生拉伸变形，应变测量单元将单轴或多轴应变敏感单元5的应变信号转换为电压信号进行滤波放大等处理后发送至数据处理模块8，所述数据处理模块8对信号进行处理和封装后发送至无线传输模块9，无线传输模块9与车载终端进行信息传输，发送当前状态下轮胎应变情况。温压监测模块7在车辆行驶过程中实时采集轮胎温度及胎压数据，该模块在采样周期内以固定采样频率进行采样，将采集数据进行滤波和数模转换后发送至数据处理模块8对数据进行处理和封装后发送至无线传输模块9，通过无线传输模块9与车载终端进行信息传输，发送轮胎在当前状态下的温度和胎压信息。电源管理模块10包含电源管理电路和锂电池，两者通过导线相连。电源管理电路与锂电池协同工作为整个系统稳定高效的提供电能，同时当电量不足时，电源管理电路产生信号发送至无线传输模块9，通过无线传输模块9与车载终端通信，提醒驾驶员及时充电。无线充电模块11接收外部电能后将能量传输至电源管理电路为锂电池充电。
42.因此，本发明采用上述基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统，通过将布置在轮胎内部的有关模块架起，解决了硬质电路无法经受拉伸变形的问题，提高了电子元器件使用寿命。通过阵列式应变测量模块提升了测量精度。
43.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统，其特征在于：包括基于折纸结构的拉伸电路，拉伸电路设置为拱形，拉伸电路的上端设置有硬质电子元器件，拉伸电路下端的两个支撑点与轮胎内表面连接，拉伸电路上端平面与拉伸电路下端连接处设置有之字形电路；阵列式应变测量模块包括应变测量单元、柔性电路、若干应变敏感单元，用于采集轮胎多点、多向应变数据；温压监测模块，用于监测轮胎内温度及压力；数据处理模块，用于接收来自阵列式应变测量模块和温压监测模块的数据并处理；无线传输模块，用于接收数据处理模块传输的数据并与车载终端进行数据通讯；电源管理模块，用于整个系统电能供应与管理；无线充电模块，用于为轮胎内锂电池提供无线充电。2.根据权利要求1所述的基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统，其特征在于：阵列式应变测量模块中的应变测量单元、温压监测模块、数据处理模块、无线传输模块、电源管理模块、无线充电模块均设置在拉伸电路上，阵列式应变测量模块中的柔性电路和应变敏感单元设置在轮胎内表面。3.根据权利要求1所述的基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统，其特征在于：柔性电路以波浪形式布置于轮胎内表面，应变测量单元通过柔性电路与相连。4.根据权利要求3所述的基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统，其特征在于：采用单轴或多轴布置形式布置在一个布置点位，布置点位采用周向环形阵列方式均匀布置在轮胎内表面，应变测量单元用于接收全部应变敏感单元所产生的数据。5.根据权利要求1所述的基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统，其特征在于：无线传输模块的无线传输方式为蓝牙传输、无线宽带传输。6.根据权利要求1所述的基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统，其特征在于：电源管理模块包括电源管理电路和锂电池，锂电池通过导线与电源管理电路连接。7.根据权利要求1所述的基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统，其特征在于：无线充电模块包括无线充电接收线圈，无线充电接收线圈通过导线与电源管理模块连接。

技术总结
本发明涉及轮胎应变测量技术领域，且公开了一种基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统，包括基于折纸结构的拉伸电路，拉伸电路设置为拱形，拉伸电路的上端设置有硬质电子元器件，拉伸电路下端的两个支撑点与轮胎内表面连接，拉伸电路上端平面与拉伸电路下端连接处设置有之字形电路；阵列式应变测量模块包括应变测量单元、柔性电路、若干应变敏感单元；温压监测模块、数据处理模块、无线传输模块、电源管理模块、无线充电模块。因此，本发明采用上述基于折纸结构的阵列式智能轮胎应变测量系统，通过将布置在轮胎内部的有关模块架起，解决了硬质电路无法经受拉伸变形的问题，通过阵列式应变测量模块提升了测量精度。应变测量模块提升了测量精度。应变测量模块提升了测量精度。


技术研发人员：李臻 王亚东 何志祝 王龙龙 杨晓 翟志强 杨子涵
受保护的技术使用者：中国农业大学
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/8/28