CN100354644C - 包括自动定位轮发射机的用于监视车辆轮胎的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个用于监视车辆轮胎的系统，包括用于定位无线发射机位置的装置，包括：具有第一天线的第一无线接收信道；具有第二天线的第二无线接收信道，所述的第一和第二天线定义一个轴D1；比较由第一和第二天线接收的无线信号的相位的装置，用于确定由第一天线接收的信号的相位相对于由第二天线接收的信号的相位是超前、滞后或相同的相位；处理来自比较装置的结果的装置，确定给出所述的无线发射机相对于天线的位置。

Description

包括自动定位轮发射机的用于监视车辆轮胎的系统

本申请涉及自动定位无线发射机的设备，特别涉及在车轮中的无线发射机。

传统的用于监视车辆轮胎压力的系统包括具有完整无线发射机的车轮单元，所述的完整无线发射机通常发送数据到中央处理单元，以便处理来自传感器的数据，尤其是膨胀压力和温度，以及一个识别代码。所述的车轮单元位于车辆的每个车轮-轮胎部件中，并且中央处理单元位于车辆底盘中。每个车轮单元都有其特定的识别代码。

例如，专利申请WO94/20317就是这样的系统。

为了确保功能，中央处理单元会将车辆中的车轮单元的具有其特定代码的位置存储在它的存储器中。这对检查接收信号的信号源来讲是很必要的，可以避免与其它装备相同的车辆的潜在冲突。如果在故障的情况下可以表示相应的轮胎，对其也是很有必要的，例如失去压力。

在如WO94/20317所述的装置的情况下，这样的识别是在系统进行第一次操作的时候自动进行的。

申请WO97/06968描述了一个用于监视车辆轮胎的装置，其中中央处理单元连接到四个接收端，分别直接处理相应的车辆的四个轮胎中的一个。根据接收到的无线电信号的强度，很容易确定接收到的信号的源发射机是哪一个。然而，这个装置具有如下缺点：只能处理在邻近范围内的四个车轮的接收机，并且只能将这些接收机电连接到中央处理单元。这使得在车辆中安装这样的系统成本较高。

本发明的目的是：监视具有两个车轴的车辆的轮胎的第一系统，每个车轴装备有一个车轮-轮胎部件，并且两个车轮-轮胎部件定义了轴D1，轴D1包括一个在每个车轮-轮胎部件中使用无线发射机，发射频率为大于300MHz的F短脉冲，来进行处理的车轮单元，一个通过车轮单元的发射机处理发送的数据的中央处理单元，和自动定位在车辆上的无线发射机的装置，将被设置在车辆的底盘中。这个系统中的自动定位装置包括：

具有第一天线的第一无线接收频道；

具有第二天线的第二无线接收频道，第一和第二天线定义一个用于处理实质上与D1平行的轴，并且通过间距d被分开，由此，λ是发射机的无线传输频率F的波长，d满足如下公式：

(2n+1)λ/4-λ/8≤d≤(2n+1)λ/4+λ/8，n是一个整数，n≥0；

第一无线信号相位比较装置，其中所述的无线信号是由第一和第二天线接收的，用来确定由第一天线接收的无线信号相应于由第二天线接收的无线信号是超前、滞后或相同的相位；并且

处理装置，用于处理由第一比较装置发送来的结果，来表示相应于所述的天线的无线发射机的位置。

第一系统尤其针对两轮车辆。

这个装置没有效用，为了确定无线信号的出处，传统的测角的无线解决方案(多普勒效应、旋转天线等等)，然而，由于成本和对几毫秒的传输的位置进行确定的困难，精确性很差。

该装置分析来自两个接收天线信号源的相对相位。所述的这些信号的相对相位可以在不用明确地知道两个接收天线的间距的情况下被确定。间距d最好等于λ/4。

本发明的另一个目的是一个对具有两个车轴的车辆的轮胎进行监视的系统，每个车轴具有两个车轮-轮胎部件，并且四个车轮-轮胎部件定义了两个对角线D1和D2，包括在每个车轮-轮胎部件中使用无线发射机发射频率为大于300MHz的F短脉冲来进行处理的车轮单元，一个处理通过车轮单元的发射机发送的数据的中央处理单元，和无线发射机的自动定位车辆位置的装置，将被设置在车辆的底盘中。这个第二系统中自动定位装置包括：

具有第一天线的第一无线接收频道；

具有第二天线的第二无线接收频道，第一和第二天线定义一个用于处理实质上与D1平行的轴，并且通过间距d被分开，由此，λ是发射机的无线传输频率F的波长，d满足如下公式：

(2n+1)λ/4-λ/8≤d≤(2n+1)λ/4+λ/8，n是一个整数，n≥0；

第一无线信号相位比较装置，其中所述的无线信号是由第一和第二天线接收的，用来确定由第一天线接收的无线信号相应于由第二天线接收的无线信号是超前、滞后或相同的相位；

具有第三天线的第三无线接收频道；

具有第四天线的第四无线接收频道，第三和第四天线定义了一个轴，用于处理实质上与D2平行的轴，并通过间距分开，λ是发射机的无线发送频率F的波长，d’满足如下公式：

(2n+1)λ/4-λ/8≤d’≤(2n+1)λ/4+λ/8，n是一个整数，n≥0；

第二无线信号相位比较装置，所述的无线信号是由第三和第四天线接收的，用来确定由第三天线接收的无线信号相应于由第四天线接收的无线信号是超前、滞后或相同的相位；

处理装置，用于处理由第二比较装置发送来的结果，来表示相应于所述的天线的无线发射机的位置。

第二系统尤其针对四轮车辆。

根据最佳实施例，第一和第三无线接收频道是共享的。

如上所述，间距d和d’分开的每对天线最好实质上等于λ/4。

使用这个自动定位装置，可以很容易的确定实质上沿着轴D1或D2进行处理的无线发射机的位置。由于天线被等于四分之一波长的间距隔开，由两个组合的天线接收的无线信号将具有约90度的相位差。

当该装置被组合装备到一个具有两个车轴和四个车轮的车辆上时，有利于处理由实质上沿着四个车轮的对角线D1和D2的两对天线定义的两个轴。所述的装置的处理装置可以很容易地表示接收的信号的来源。在车轮发射机上的轴所在的位置是由一对组合的天线确定的，所述的这对天线接收相位差为90度的信号；并且发射机所在位置，包含D1和D2的平面的象限，由接收超前相位信号的天线确定。

这个规则也完全适用于监视了轮胎压力的系统，考虑到了天线相对于发射机的位置，精确到±45度就足够了。该装置还具有允许可靠的定位信号的优点，即使是短脉冲的信号，虽然很短时间，例如几毫秒。

根据本发明的系统还具有永久检验正确车轮相对位置的优点。它可以自动的给中央处理单元的存储器中正确的位置再分配车轮单元的识别代码。

为了增加确定的可靠性，该装置的处理装置可以仅仅表示无线发射机被设置在特定天线这方，分别相对于轴D1或D2，分别只是第二或第一比较装置记录由相应的一对实质上同相位的天线接收的信号。

根据本发明的一个有益特征，当第一和第二比较装置都记录了由具有实质上相同的相位移的相应的一对天线所接收的信号，处理装置表示“零信号”。

由此可以确定，例如，如果车辆有备用轮胎，从无线发射机接收的无线信号则在车辆的备用轮胎中。实际上，备用轮胎通常都位于车辆的前端或后端或中间。

车轮单元的无线发射机的发射频率远大于300MHz。在低频的情况下，根据本发明的规则，不能容易的应用，因为组合的天线距离太远。另一方面，例如433MHz的频率，信号的波长是70cm，间距d(λ/4)是17cm并且可以减少到8cm(λ/8)。这样，在这个例子中可以以10*10*3cm这样小的空间容纳整个装置。这个装置还可以结合监视系统的中央处理单元和它的全部功能，包括检查功能和发送数据到车辆的乘客单元中的指示器。

天线最好包括一个螺旋状绕组，这样绕组线的未卷绕长度实质上等于无线发射机的频率的波长的四分之一。有利地，天线绕组使它们的轴实质上位于垂直于轴D1和D2。

定位装置最好位于车辆的底盘的中央部分中。尤其最佳的位置是在底盘的下面。另一个优选的位置是在车辆的乘客单元的顶部的中央部分。

根据一个优选实施例，定位装置的一个无线信号的接收频道用于对从车轮单元传输到中央处理单元的数据进行接收和解码。

还可以提供一个附加的接收频道，以便于对从车轮单元传输到中央处理单元的数据进行接收和解码。

现在参考附图描述各个实施例，这些附图是：

图1，根据本发明的四轮车辆轮胎监视系统实现的示意图；

图2，在四轮车辆的情况下，四个天线装置的接收天线的位置；

图3，根据测量到的相位移进行定位的原则；

图4，信号获取和他们的相位移；

图5，根据本发明的第一定位装置的示意图；

图6，根据本发明的第二定位装置的示意图；

图7，根据本发明的具有三个接收天线的第三定位装置的示意图；

图8，在四轮车辆的情况下，具有三个天线的装置的接收天线的设置。

图1表示根据本发明在两轴、四轮车辆中轮胎监视系统实现的示意图。所述的车辆包括四个轮胎部件1。所述的轮胎监视系统包括车轮单元2，对每个轮胎1的内腔进行内部处理，并且装备了特定的无线发射机和压力及温度的传感器，一个中央处理单元3，一个用于自动定位无线发射机的装置4，和一个指示器5。中央处理单元3和自动定位装置位于车辆的底盘中，指示器5位于乘客单元中。车轮-轮胎部件的中心定义了两个对角线D1和D2，底盘划分成为四个象限A、B、C、D，如图所示。在图1所示的例子中，中央处理单元3和自动定位装置4都装备有无线接收和/或发送频道。在这种情况下，装置4仅用于确定接收车轮单元发射的信号的位置。还可以更完整的结合两个单元，尤其是通过使用装置4的一个无线接收频道接收和发送信号到中央处理单元3。以相同的方式，两个单元3、4作为单独的元件表示，但是完全可以将它们结合成一个并且相同的外壳。

图2示出了在四轮车辆中实现四个接收天线的示意图。该图是图1的中的元件4的放大图。天线6、7、8、9靠近车辆中央的地方，位于底盘上并且最好低于底盘以便实现位于车轮中的发射机和接收天线之间的无线信号的传输。四个天线分成两组，天线6、7实质上沿着轴D1以对角线连接车轮的两个轴。天线8和9实质上沿着第二轴D2以对角线连接车轮的最后两个轴。间距d等于无线传输波长的四分之一，将天线6-7和天线8-9分开。对于频率为433MHz，波长为70cm的波来讲，d是15到18cm。四个天线是螺旋状天线，包括一个未卷绕长度也实质上等于无线发射波长四分之一的绕组。这种天线作为调谐天线是公知的，可以结合使用很小的体积和很低的成本提供很好的输出。

四个天线实际上位于一个正方形(square)之中，每个在此定义由轴D1和D2组成的区域的象限。天线6在象限A中，天线7在象限D中，天线8在象限B中，天线9在象限C中。

两个天线的间距通过间距(λ/4)在90度信号的接收端产生最大相移。

在图3(a)中，示出了发射机E，这个发射机的无线发射的波前10和两个接收天线距离发射机E的间距相同。如图4(a)所示，由于间距E-R1和E-R2相等，由R1和R2接收的信号相位相同。

图3(b)示出了两个接收器R1和R2沿着一个轴通过发射机E设置的情况。在这种情况下，距离E-R1和E-R2相差信号的波长的4分之一，因此，如图3(b)  和4(b)所示，由R1接收的信号比由R2接收的信号超前了90度相位。

图4(c)说明了发射机E沿着一个轴通过接收器R1和R2的情况，但是比R1更接近R2。那么由R2接收的信号比由R1接收的信号超前了90度相位。

在比较了它们的相位之后，所述的信号由位置检测逻辑进行处理。

举例来说，每个相位比较器结合第一和第二天线工作产生一个相应的信号：

信号源与两个天线距离相等＝0

信号源接近第一天线＝+1

信号源接近第二天线＝-1

下表示出了参考图2的接收信号的发射机的象限的给定逻辑：

一对天线6/7	一对天线8/9	车轮发射机的象限
			+1	0	A
0	+1	B
			0	-1	C
-1	0	D

任意逻辑相应于表中四种情况的信号都被认为是无效的。另一方面，任何其它组合都是不允许的。

图5表示根据本发明的定位装置的第一个图表。这个装置包括四个无线信号接收频道。每个包括一个螺旋状天线6、7、8、9，滤波器11和限制放大器12用于规范信号的振幅。两个相位比较器两个两个地接收信号。比较器13比较由天线6、7接收的信号；比较器14比较由天线8、9接收的信号。该装置还包括用于处理通过两个比较器传输的数据的装置15。这些处理装置，例如微型计算机，实现检测和位置逻辑并且传输无线发射机16的位置到轮胎监视系统的中央处理单元(未示出)。

图6示出了第二实施例，每个频道进一步包括一个联接到通用振荡器17的频率混合器18。混合器的输出使用了输出F-F2，F是无线信号的频率并且F2是振荡器的频率。如果F的值是433MHz，具有433MHz频率的混合器可以使用。F-F2则是10MHz，相位比较器的成本可以大大减少。这样的接收频道使用超外差接收机的原理。

图7、8示出了根据本发明的包括用三个天线代替四个天线的四轮车辆定位装置。

图8示出了在车辆的中央的三个天线的位置。如图所示，轴D1和D2实质上相应于两个对角线两个两个地连接车轮。天线19最好位于两个轴D1和D2的交叉点，天线20在轴D1上，天线21在轴D2上。第一对相互组合的天线由位于D1上的天线19和天线20组成。第二对由位于D2上的天线19和21组成。如上所述，天线19和天线20之间的间距d实质上等于λ/4；天线19和21之间的间距d’也实质上等于λ/4。

图7示出了这样的装置的示意图。这个图与图5的一个替换例相似。接收频道包括天线19和一个限制放大器22，连接到两个相位比较器13和14，而不是如上所述的单独一个。这样可以简化实现该装置。

需要三个接收天线操作这个装置实质上和具有四个天线的上述装置相似。

根据本发明的用于四轮车辆的装备有装置的监视压力系统的操作如下所述：

●接收的信号由一对对角设置的天线进行分析；

●确定一对相互组合的天线，它们接收相位差为90度的信号；它确定轴D1和D2，在它上面定位接收的信号的车轮发射机

●在这样的一对相互组合的天线中，确认接收超前相位信号的天线；这识别包含D1和D2的无线发射机所在的平面象限；

●它用参数表检查车轮发射机连接的位置是否改变；以及

●将车轮发射机的位置发送到中央处理单元，以便分析和处理数据，被传输的信号尤其包括压力和温度。

为了保证确定的可靠性，发射机的位置可以仅表示是否一个天线接收一个相位超前的信号并且是否其它对天线接收两个相位相同的信号。

统计处理通常是需要的，以便消除接收端在车轮的特定方位角位置产生的任何附加回波。

两个天线之间的对角之间的间距d可以减少到波长的λ/8或9cm，而不需要系统进行很高精度的测量。

接收频道中的一个可以用于接收来自四轮发射机的全部数据以及它们发送到系统的中央处理单元。

根据本发明的定位装置具有如下优点：允许在轮胎压力监视系统初始化的时候自动分别定位每个车轮发射机的位置，而不需人工干预。中央处理单元还可以通过对车辆的查询了解并存储四轮单元的识别码。

在普通的监视系统的操作中，使用根据本发明的装置可以执行这些识别码的参数监视。这可以使对中央处理单元进行编程成为可能，以便对出现的问题发出警告。例如在车辆修理厂中忽视车轮替换问题的情况下。监视压力系统的自动重初始化还可以在车轮替换之后执行。

根据本发明的装置可以被包括在一个很小的外壳中。最好位于车辆的中央、底盘的下面或乘客单元的顶部的中央部分。所述的外壳还可以联想到所有其它的轮胎监视功能，例如同系统的中央处理单元相联系并且使用车辆的显示系统直接通信。

Claims (17)

1.具有两个轴的车辆的轮胎监视系统，每个轴都装备有车轮-轮胎部件并且两个车轮-轮胎部件定义了轴D1，包括布置在每个车轮-轮胎部件中的具有无线发射机的车轮单元，该无线发射机发射频率F为大于300MHz的波的短脉冲，一个中央处理单元，用于处理由车轮单元的发射机发射的数据，和一个用于自动定位无线发射机在车辆上的位置的装置，被设置在车辆的底盘中，其中自动定位装置包括：

具有第一天线的第一无线接收频道；

具有第二天线的第二无线接收频道，第一和第二天线定义一个实质上与D1平行布置的轴，并且通过间距d被分开，由此，λ是发射机的无线传输频率F的波长，d满足如下公式：

(2n+1)λ/4-λ/8≤d≤(2n+1)λ/4+λ/8，n是一个整数，n≥0；

第一无线信号相位比较装置，其中所述的无线信号是由第一和第二天线接收的，用来确定由第一天线接收的无线信号相应于由第二天线接收的无线信号是超前、滞后或相同的相位；以及

处理装置，用于处理由第一比较装置发送来的结果，来指示相应于所述的天线的无线发射机的位置。

2.根据权利要求1所述的系统，其中d实质上等于λ/4。

3.根据权利要求2所述的系统，其中：

当第一比较装置确定由第一天线接收的无线信号相位超前于相关的由第二天线接收的无线信号，所述的处理装置指示无线发射机相对于轴D1位于第一天线侧；并且

当第一比较装置确定由第一天线接收的无线信号相位滞后于相关的由第二天线接收的无线信号，所述的处理装置指示无线发射机相对于轴D1位于第二天线侧。

4.根据权利要求3所述的系统，其中当第一比较装置确定由第一和第二天线接收无线信号的相位实质上相同，所述的处理装置指示无线发射机位于第一和第二天线的中间。

5.根据权利要求2所述的系统，其中所述天线包括一个螺旋状绕组，所述绕组的线的未卷绕长度实质上等于λ/4。

6.根据权利要求2所述的系统，其中天线的绕组具有设置垂直于轴D1的轴。

7.具有两个轴的车辆的轮胎监视系统，每个轴都装备有两个车轮-轮胎部件并且四个车轮-轮胎部件定义了两个对角线D1和D2，包括布置在每个车轮-轮胎部件中的具有无线发射机的车轮单元，该无线发射机发射频率F为大于300MHz的波的短脉冲，一个中央处理单元，用于处理由车轮单元的发射机发射的数据，和一个用于自动定位无线发射机在车辆上的位置的装置，被设置在车辆的底盘中，其中自动定位装置包括：

具有第一天线的第一无线接收频道；

具有第二天线的第二无线接收频道，第一和第二天线定义一个实质上与D1平行布置的轴，并且通过间距d被分开，由此，λ是发射机的无线传输频率F的波长，d满足如下公式：

(2n+1)λ/4-λ/8≤d≤(2n+1)λ/4+λ/8，n是一个整数，n≥0；

第一无线信号相位比较装置，其中所述的无线信号是由第一和第二天线接收的，用来确定由第一天线接收的无线信号相应于由第二天线接收的无线信号是超前、滞后或相同的相位；

具有第三天线的第三无线接收频道；

具有第四天线的第四无线接收频道，第三和第四天线定义了一个实质上与D2平行布置的轴，并通过间距d’分开，λ是发射机的无线发送频率F的波长，d’满足如下公式：

(2n+1)λ/4-λ/8≤d’≤(2n+1)λ/4+λ/8，n是一个整数，n≥0；

第二无线信号相位比较装置，所述的无线信号是由第三和第四天线接收的，用来确定由第三天线接收的无线信号相应于由第四天线接收的无线信号是超前、滞后或相同的相位；

处理装置，用于处理由第一和第二比较装置发送来的结果，来表示相应于所述的天线的无线发射机的位置。

8.根据权利要求7所述的系统，其中第三和第一频道是共享的。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其中间距d和d’实质上等于λ/4。

10.根据权利要求9所述的系统，其中：

当第一比较装置确定由第一天线接收的无线信号相位超前于相关的由第二天线接收的无线信号，所述的处理装置指示无线发射机相对于轴D1位于第一天线侧；并且

当第一比较装置确定由第一天线接收的无线信号相位滞后于相关的由第二天线接收的无线信号，所述的处理装置指示无线发射机相对于轴D1位于第二天线侧。

11.根据权利要求10所述的系统，其中当第一比较装置确定由第一和第二天线接收无线信号的相位实质上相同，所述的处理装置指示无线发射机位于第一和第二天线的中间。

12.根据权利要求9所述的系统，其中：

当第二比较装置确定由第三天线接收的无线信号相位超前于相关的由第四天线接收的无线信号，所述的处理装置指示无线发射机相对于轴D2位于第三天线侧；并且

当第二比较装置确定由第三天线接收的无线信号相位滞后于相关的由第四天线接收的无线信号，所述的处理装置指示无线发射机相对于轴D2位于第四天线侧。

13.根据权利要求12所述的系统，其中当第二比较装置确定由第三和第四天线接收无线信号的相位实质上相同，所述的处理装置指示无线发射机位于第三和第四天线的中间。

14.根据权利要求12所述的系统，其中只有当第二或第一比较装置记录了由相应的天线对接收的信号具有实质上相同的相位移的情况下，所述处理装置才指示所述无线发射机分别相对于轴D1或D2位于一给定的天线侧。

15.根据权利要求9所述的系统，其中当第一和第二比较装置都记录了通过相应的天线对接收的信号的相位实质上相同情况下，处理装置指示“零信号”。

16.根据权利要求9所述的系统，其中所述天线包括一个螺旋状绕组，所述绕组的线的未卷绕长度实质上等于λ/4。

17.根据权利要求16所述的系统，其中天线的绕组具有设置垂直于轴D1和D2的轴。

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