一种工程机械轮胎磨耗传感器及工程机械轮胎的制作方法

1.本发明涉及一种轮胎监测传感器，特别涉及一种用于工程机械轮胎的轮胎磨耗传感器及使用该传感器的工程机械轮胎。


背景技术：

2.轮胎属于车辆的一种消耗部件，其正常使用寿命主要体现在行驶面的损耗程度，并直接影响使用寿命及安全。轮胎的磨损情况还可以反映车辆的状态，如出现偏磨、沿周均布的有规律的磨耗点等等，说明车辆、轮轴、轮毂需要进行调整。特别是对于工程机械轮胎来说，由于行驶于非铺装路面，凹凸不平的路面容易导致轮胎出现异常磨损；而且路面条件恶劣，经常存在具有锋利边缘的碎石等杂物，除摩擦损耗外，还存在着被切割、刺扎导致的橡胶掉块等情况，严重影响轮胎的寿命。所以，在工程机械轮胎的使用过程中，能够及时了解轮胎的磨损情况对使用者意义重大。这里的工程机械轮胎特指轮辋名义直径33英寸及以上且名义断面宽度为24英寸及以上的充气特巨型轮胎。
3.目前检测胎面磨损情况可以有三种方式：一种是人工测量花纹深度，通过花纹深度尺或其它工具进行读数并手工记录；第二种是利用计算的方式，通过获取里程及轮胎的转数，利用计算的方式得到轮胎直径变化得到磨损值；第三种是利用传感器获取数据。其中利用传感器获取磨损量数据的技术具有更多的优点，能够避免人工测量的误差、降低劳动强度，避免计算方式中轮胎直径受充气压力及负载变化导致的尺寸偏离。
4.从可获得的资料上对现有传感器技术的方案描述上分析，结合传感器自身结构上的特点，能够得知现有轮胎磨耗检测的传感器技术主要应用于轿车轮胎及卡客车轮胎，不适用于体积巨大、胎面宽厚的特巨型轮胎。另外，虽然存在可用于特巨型轮胎的电阻式传感器，但容易受油污、泥水的影响而出现电阻率不稳定的情况，而且这种电阻式传感器的安装方式需穿透整个胎冠，可能会破坏轮胎的主体钢丝层及带束钢丝层，对于高负荷重载的特巨型轮胎来说，易形成故障隐患。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种工程机械轮胎的轮胎磨耗传感器及工程机械轮胎。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种工程机械轮胎的轮胎磨耗传感器，其特征在于包括可磨耗部件、传感器主体，
8.所述可磨耗部件包括支撑体和柔性线路板，所述柔性线路板嵌于所述支撑体内部且与所述传感器主体电连接；
9.所述柔性线路板由多条导线从柔性线路板的顶端到底部间隔形成阶梯式电路，并与所述传感器主体电连接。
10.优选的所述柔性线路板上的阶梯式电路的所有导线的一端连接在一条共用导线上，另外一端引出到柔性线路板底部，所有导线连接到传感器主体。
11.优选的所述传感器主体包括微处理单元、无线通讯模块、信号处理模块、数据转换模块、电池及外围电路，传感器主体的各部分具有电连接，所述柔性线路板通过信号处理模块的接口与所述传感器主体电连接。
12.优选的所述支撑体为橡胶支撑体，由相互配合的两部分组成，拼合后的外部形成一个圆柱体，内部构成一段容纳所述柔性线路板的空腔，匹配所述柔性线路板的形状并将其夹紧固定。
13.优选的包括外壳，所述传感器主体安装在所述外壳内部，所述支撑体底部嵌入所述外壳并形成柱状结构。
14.所述阶梯式电路的导线的排列数量和间隔尺寸根据工程机械轮胎大小和胎面厚度不同而变化，通常优选排列数量20个左右，间隔5mm左右。
15.优选的所述支撑体容纳所述柔性线路板的空腔其侧向的投影为往复弯曲的、连续的“w”状或正弦波状，其形状、尺寸与弯曲的柔性线路板互相匹配并与其夹紧固定。
16.优选的所述阶梯式电路为一组平行分布的“l形”导线，每条导线的短边为与轮胎径向方向垂直，长边为沿轮胎径向方向，所述短边之间在径向按设定间距布置，所有短边的一端与延伸到柔性线路板底边的共用导线交接，长边的一端单独延伸到柔性线路板底边。
17.优选的在外表面设置环状、螺旋状的凹槽或凸起的棱线。
18.一种具有前述的轮胎磨耗传感器的工程机械轮胎，其特征在于所述磨耗传感器埋设于轮胎胎面的花纹块中并与胎面橡胶紧密结合，其轴线沿轮胎的径向布置，传感器主体置于胎面内部，可磨耗部件顶端与胎面花纹顶部平齐，并在使用过程中随轮胎胎面的磨损而损耗。
19.本发明的有益效果如下：
20.本发明提供了一种适于工程特巨型轮胎使用的磨耗传感器，利用电平原理以更加便捷、可靠的方式来完成特巨型轮胎磨损量的实时监测，为特巨型轮胎的维修更换、寿命预测以及车辆状况的判断及时地提供可靠的基础数据。
21.1、利用数字电路中线路断开可形成相反电平信号的原理，具有多条导线的电路中存在被消耗后产生断路的导线后，电平信号的组合值会发生变化，以此感受胎面的磨损量变化。
22.柔性线路板上所有导线的一端连接在一起，另外一端引出到柔性线路板底部，其中一条为共用导线，其余为消耗导线，所有导线通过接口连接到传感器主体的信号处理模块。在线路完好的情况下，信号处理模块在共用导线施加高电平信号时，在每条导线的另一端可以得到相同的电平信号；当导线损耗断开后，对应导线的另一端得到低电平信号，通过信号处理模块对柔性线路板各导线端的电平比较，可获得各导线的通断状态，并由数据转换模块根据导线的间隔尺寸将电平组合转换为磨损量表达值。柔性线路板可以是单层电路，也可以是多层电路。
23.排列的间隔尺寸值即反映了轮胎的阶段磨损值。当轮胎在运行中磨损时，可磨耗部件与轮胎同步磨损，柔性线路板上的导线随着轮胎的磨损程度依次暴露并消耗形成断路，将消耗导线所代表的磨损值累加后即获得轮胎的总磨损量。
24.利用数字电路的逻辑电平信号组合来反映线路的通断，能够排除可能存在的电阻性介质的干扰。在轮胎磨损后会出现导线裸露的情况，当存在泥水等介质时，会在导线间出
现一定的电阻性连接，对阻性敏感元件会形成一定的干扰，导致反馈的测量结果的偏差。本专利采用电平信号变化的方式采集数据，通过合理设置高、低电平值的范围，即使在断路的导线之间具有阻性连接的情况，也能够得到与断路相同的电平状态，避免外界环境对传感器获取的数据产生影响。
25.2、传感器埋设于轮胎的胎面中，对带束层钢丝及胎体主钢丝没有任何影响，不会导致轮胎性能的变化。
26.3、可磨耗部件采用橡胶材料对柔性线路板进行支撑，并预先使其形成连续的往复弯曲形状，可以使柔性线路板在轮胎受压变形时产生可预料的形变，避免其出现不可控的形变导致线路的损伤。采用橡胶支撑体的材料相比于轮胎胎面的材料弹性模量稍小，能够使其更好的与胎面同步形变。
27.4、具有独立的无线通信模块，能够直接将数据传送到车载接收装置或手持设备。
28.5、传感器自身具有完整功能，可独立安装，不需在轮胎上安装其它辅助部件。
29.6、容纳柔性线路板的空腔，其侧向的投影为往复弯曲的、连续的“w”状或正弦波状，其形状、尺寸与弯曲的柔性线路板互相匹配并形成夹紧固定。采用此结构，能够缓冲轮胎滚动过程中对柔性线路板及传感器主体产生的冲击，避免冲击导致的柔性线路板损坏及其与传感器主体连接的故障。
30.7、在传感器的柱形外表面设置环状、螺旋状的凹槽或凸起的棱线，能够增大传感器与轮胎的接触面积，有利于提高安装的牢固程度。
31.总之，本发明利用电平信号变化采集磨损数据，避免现有传感器技术存在的外部干扰因素，为特巨型轮胎的管理提供合适的磨损量数据采集部件，有利于轮胎的寿命预测及使用管理，并为车辆状态判定提供基础数据。
附图说明
32.图1：传感器的系统结构框图，
33.图2：实施例1结构示意图，
34.图3：实施例1中的柔性线路板示意图，
35.图4：实施例1安装的轮胎断面示意图，
36.图5：图4的i局部放大示意图，
37.图中各标号列示如下：
38.1-外壳，2-传感器主体，3-橡胶支撑体，4-柔性线路板，5-共用导线，6-消耗导线的短边，7-消耗导线的长边，11-胎面基部胶，12-轮胎带束层，13-胎面花纹块，14-轮胎趾口。
具体实施方式
39.为了更好的理解本发明，下面结合附图与具体实施例对本发明进行进一步的解释。
40.实施例1
41.本实施例实现了一种用于工程机械轮胎的磨耗传感器，轮胎规格为59/80r63的特巨型轮胎，其系统结构框图如图1所示。其具体结构如图2所示，其中包括传感器主体2、外壳1及可磨耗部件，其中可磨耗部件由橡胶支撑体3及柔性线路板4组成。
42.所述传感器主体2安装在所述外壳1内部，所述橡胶支撑体3与外壳1形成嵌入式连接，组成一个柱状结构。所述柔性线路板4通过信号处理模块的接口与传感器主体1电连接。所述橡胶支撑体3是由相互配合的两部分组成，拼合后的外部形成一个圆柱体，利用中部的空腔将柔性线路板4夹紧固定，并使其形成往复弯曲的、连续的“w形”。
43.所述柔性线路板4的电路如图3所示，由一组平行分布的“l形”铜箔导线构成消耗导线，其每条与轮胎径向垂直的消耗导线的短边6之间按设定间距布置，消耗导线的排列数量和间隔尺寸根据工程机械轮胎大小和胎面厚度不同而变化，通常本实施例的轮胎型号优选排列数量20个左右，间隔5mm左右。所有短边的一端与延伸到柔性线路板底边的共用导线5交接，沿轮胎径向的消耗导线的长边7的一端单独延伸到柔性线路板底边。所有导线在底边通过接口连接到传感器主体2的信号处理模块。消耗导线的短边6按照设定的数量及间隔尺寸形成阶梯式电路，每条导线代表一个磨损值，排列的间隔尺寸值即反映了轮胎的阶段磨损值。
44.磨耗传感器的安装方式如图4、图5所示，磨耗传感器埋设于轮胎胎面的花纹块中并与胎面橡胶紧密结合，其轴线沿轮胎的径向布置，传感器主体2置于胎面内部，可磨耗部件顶端与胎面花纹13顶部平齐，并在使用过程中随轮胎胎面的磨损而损耗。
45.磨耗传感器的底部在胎面的基部胶11以上，对轮胎带束层12不存在影响结构性能的情况。
46.在使用过程中，如图3所示的消耗导线的短边6随轮胎的磨损而逐条损坏。当其损坏后，相应导线成为断路状态。当信号处理模块在共用导线5上施加高电平信号后，在信号处理模块中断路状态的导线对应低电平。根据所获得的低电平信号的组合与相应的消耗导线短边6的间距做累加，即得到胎面磨损的具体数值。进一步的即可获得剩余胎面花纹的高度。