CN100473551C - 外置轮胎气压传感器系统 - Google Patents

Abstract

一种带有拉伸传感器的外置轮胎气压传感器系统，该拉伸传感器具有随纵向位移电阻可变的特性。该拉伸传感器连接到一处理器，处理器周期性地对拉伸传感器的电阻取样。传感器主体固定到充气轮胎外侧壁使得主体被轮胎侧壁移动，电阻是轮胎内部气压的函数。当处理器确定气压低于一个临界指时，r.f.发生器被处理器启动产生一个轮胎低压信号。该信号被接收器转换成对驾驶者的警报。

Description

外置轮胎气压传感器系统

发明背景

本发明涉及汽车轮胎气压传感器。特别地，本发明涉及使用一种外置传感器监测车辆的内部轮胎气压的方法和系统。

轮胎气压传感器系统已为人所知，通常被用来监测车辆的单个充气轮胎的内部气压并且当车辆的一个或多个轮胎内部气压过低或过高以至危险时给驾驶者提供一个警告信号。当内部轮胎气压被传感器检测到处于一个预定的正常工作范围之外时，典型地，由连接到轮胎气压传感器的微处理器控制的一个r.f.信号发生器产生警告信号。该r.f.信号被传递到一个车载接收器，接收器通过视觉的(通过启动一个报警灯或显示器)或听觉的(通过启动一个音响警报器)或二者兼有的方式利用该警告信号提醒驾驶者。

已知的轮胎气压系统典型地采用两种基本设计结构之一。第一种类型的设计结构采用内布置，其中所有部件包括轮胎气压传感器系统的信号传递部分都置于胎体内部。在这种类型的典型的安装布置中，通常通过将压力传感器、r.f.发生器、微处理器和D.C.蓄电池电源固定到车轮的一个内表面，从而在轮胎充气之前将这些部件安装在充气轮胎内部。第一种类型的设计结构有几个缺点。首先，系统部件在胎体内的安装不简单，需要很仔细地注意部件的位置和装配，增加了整车制造成本。此外，许多车辆使用钢带轮胎，其与轮胎内产生的r.f.信号以一种有害的方式相互作用。进一步地，当蓄电池或系统部件中的其他任何一个部件故障，更换损坏的部件需要将受损轮胎从车轮上拆下来才能进行更换工作，这样既耗时又代价昂贵。

目前用于轮胎气压传感器系统的基本设计结构的第二种类型应用了安装在一个罩子内的部件，该罩子螺纹连接到外露的轮胎气门杆外端。虽然这种设计布置避免了上述与内置轮胎气压监测系统有关的缺点，但是它又带来下列其它的缺陷。首先，由于压力监测系统由外凸的气门杆支撑，由车轮和轮胎旋转产生的加速力，这个力能达到200g.数量级，会严重削弱传感器系统的精确度。此外，系统部件很容易因疏忽而丢失或被盗。

至今仍没有一种既简单又精确耐用且避免了上述缺陷的轮胎气压监测系统。

发明内容

本发明包括采用外置部件监测车辆内部轮胎气压的方法和系统，其制造和在车辆上的安装相对简单和廉价，它提供了精确的内部轮胎气压读数，在出故障时能容易和廉价地替换，并且没有上述已知系统的缺陷。

在一个主要的方面，本发明包括一个外置轮胎气压传感器系统，该系统具有一个可变电阻位移传感器元件，当它与充气轮胎的外壁面连接在一起时用来提供表现出内部轮胎气压的电阻值。该可变电阻位移传感器元件具有随纵向位移大致成线性变化的可变电阻特性。一个处理器连接到位移传感器元件并将对应于内部轮胎气压不足时的电阻值转变成r.f.发生器启动信号。r.f.发生器启动信号连接到一个r.f.发生器电路，当该电路被所述处理器启动时发送出一个轮胎低压警报信号。该可变电阻位移传感器、处理器和r.f.发生器电路最好装配在一个挠性基底上，这样一个完整的单元可以很容易固定到轮胎外侧壁。

本发明进一步包括一个D.C.电源例如电池，用于向可变电阻位移传感器、处理器和r.f.发生器电路提供电力。

在最佳实施方式中，处理器进一步包括数值确定电路，该电路用于确定在充气轮胎旋转过程中由可变电阻位移传感器提供的最大和最小电阻值，并用于计算最大和最小电阻值之间的差值。处理器中的比较电路将该差值和一个预定临界值进行比较。当差值大于所述预定临界值时，处理器启动r.f.发生器。

处理器进一步包括控制电路，该电路用于根据所述差值的大小控制所述数值确定电路和所述比较电路的操作。当所述差值的大小未超过所述临界值时，所述控制电路将所述数值确定电路和所述比较电路的操作延迟第一时间间隔，例如一分钟，当所述差值的大小超过所述临界值时，将所述数值确定电路和所述比较电路的操作延迟较短的第二时间间隔，例如十秒钟。

本发明进一步包括接收电路，该电路用于将所述低压警报信号转换成报警指示信号以操作一个可看见或可听见的驾驶员警报。

本发明为配备有充气轮胎的车辆监测内部轮胎气压的问题提供了一种方便的解决方案。该系统既可在新车制造过程中安装也可以作为修理用零件安装。本发明在安装或更换废弃部件时不必将轮胎从车轮上拆卸下来，当更换D.C.蓄电池电源时这一点尤其有用。进一步地，没有轮胎气压传感器系统的现有车辆很容易以较低成本用最新技术加以改进。这对在全路况车辆上强制安装轮胎低压警报装置的要求特别有利。

为了完全了解本发明的特点和优点，应当参照结合附图的详细的说明书。

附图说明

图1是根据本发明的单个轮胎气压监测系统的示意图；

图2是车辆轮胎和车轮的透视图，其中在其上安装有压力监测系统；

图3是沿图2中线3-3的剖视图；

图4是根据本发明的轮胎气压监测系统的方框图；

图5A和5B分别表示充气适当的轮胎和充气不足的轮胎的传感器阻值随车轮角位置变化的示意图。

最佳实施方式详述

现在看附图，图1是根据本发明的轮胎气压监测系统的压力传感器部分的示意图。在此图中可以看到，压力传感器，通常用附图标记10表示，包括一个拉伸传感器12、一个结合了压力计算、信号产生和r.f.传递电路的集成电路14、一个天线15和一个D.C.蓄电池电源16。四个主要的传感器部件全部由一个挠性的基座或基底元件17承载，该元件安装在车辆轮胎侧壁19的外表面18上。

拉伸传感器12是已知的部件，它具有欧姆电阻特性，即随着传感器主体直线纵向移动，电阻在一个预计的范围内变化。由于拉伸传感器12的主体固定到轮胎侧壁19的外表面18，当轮胎侧壁19膨胀或压缩时该主体的长度将改变。轮胎侧壁19膨胀或压缩的量是内部轮胎气压和轮胎角位置的函数，且与阻值关联，阻值被拉伸传感器12定期测量。这样，随着时间推移通过定时测量拉伸传感器12的阻值，可以随时监测内部轮胎气压。在实际使用本发明时，拉伸传感器12的阻值变化在纵向移动数值的预期范围内可被认为基本成线性变化，这样简化了压力传感器10的计算。拉伸传感器12最好是英格兰普利茅斯Merlin系统有限公司的Merlin拉伸传感器。也可以使用其它等效的可变电阻传感器。

参照附图2和3，以任何合适的方式将压力传感器10牢固地固定到轮胎侧壁19。例如，一种强力耐用的环氧树脂或硅酮基粘合剂可以应用到压力传感器基底17和轮胎侧壁19的相邻面并允许在压力下固化。还可以采用热粘合方式，使用与轮胎侧壁材料热粘合的基底17材料以实现热粘合目的。

图4是本发明的方框图。从图中可以看出，拉伸传感器12和一个传统的电阻桥接电路31电连接。桥接电路31的输出连接到微型控制器32。来自蓄电池16的D.C.电力直接提供给微型控制器32。微型控制器32控制D.C.电力施加给电桥31和r.f.发送器34。r.f.发送器34的输出连接到天线15。桥接电路31、微型控制器32和r.f.发送器34都最好集成到集成电路14里。如果需要，桥接电路31和r.f.发送器也可以集合成独立回路。如上面提到的那样，本发明所有部件最好装配到一个挠性的基底17上(如图1所示)，以便于安装到轮胎侧壁19上。

图5A和5B示出了两个不同轮胎气压条件下电阻测量的过程：轮胎气压在容许的压力范围内(图5A)；轮胎气压低于容许的最小值(图5B)。在图5A所示的容许的轮胎气压情况下，测得的拉伸传感器12的阻值在最大值R_max和最小值R_min之间变化，在最大值时压力传感器10离路面距离最小并受到最大位移(临近路面)，在最小值时压力传感器10离路面距离最大并受到最小位移。用来计算轮胎气压的参数是差值R＝(R_max)-(R_min)。该参数由微型控制器32计算。当这个值位于预定范围内，如图5A所示情形，没有信号从天线15发送出去，因为内部轮胎气压在允许范围内。当R值大于预定值，微型控制器32启动r.f.发送器34，发送器使天线15发送出低压信号。该低压信号被一个传统的车载接收电路(未示出)接收，该电路将低压信号转换成可察觉的警告信号，如可以看见的指示器、可以听见的警报器，或二者兼有。通常，接受电路包括一个解码器，它将低压信号译解成可用来操作警报指示器的形式。在美国专利Nos.5900808，6175301和6453737中解释和描述了这种接收器的典型例子。由于这种接收器对本领域技术人员是常规和已知的，所以不必作进一步叙述。

为保存蓄电池电力，可以周期性地而非连续地进行电阻测量。例如，首先计算出R的一个初始值。如果R的这个值小于临界值，微型控制器32将等待一分钟，然后进行参数R的另一次计算。如果R值的任一次计算结果超过临界值，微型控制器32将等待较短时间(十秒)然后进行参数R的另一次计算。如果结果是超过临界值的另一个R值，微型控制器32启动r.f.发送器产生一个轮胎低压信号。如果结果是未超过临界值的一个连续的R值，微型控制器32将等待一分钟，然后进行下一次计算。

虽然迄今最佳实施方式是作为用于一个轮胎的单一单元来描述的，但是车辆的每一个轮胎都将装备一个轮胎气压监测系统。使用不同的编码排列以便能够唯一地识别每个单独的传感器，构造警报指示器以识别目前充气不足的特殊轮胎。

现在很清楚的是，本发明提供了一种简单、低成本的内部轮胎气压传感器系统，它相对简单地安装到车辆轮胎上而不需要将轮胎从车轮上拆卸下来。此外，根据本发明的轮胎气压传感器系统在轮胎制造过程中就能安装在车辆轮胎上。进一步地，不需将轮胎从车轮上拆下来就可以更换蓄电池或其它出故障的系统部件，简化了维修和整个系统的更换从而降低维护费用。最后，本发明提供了一个在所有使用充气轮胎的车辆上用于监测轮胎安全的精确可靠的系统。

虽然本发明已经参照具体实施方式作了描述，如果需要也可采用各种各样的改进、替代实施方式和等效物。例如，虽然本发明是使用粘合剂和热粘合方式将传感器固定到轮胎侧壁，但是，如果认为合适，也可采用其他已知的技术将传感器固定到轮胎侧壁。因此，以上所述不能被认为是限制本发明，本发明由从属权利要求限定。

Claims (10)

1.一种外置轮胎气压传感器系统，包括：

可变电阻位移传感器元件，用于当它连接到充气轮胎的外壁面时，提供指示内部轮胎气压的电阻值；

处理器，连接到所述位移传感器元件，用于将对应于内部轮胎气压不足时的电阻值转变成r.f.发生器启动信号；

r.f.发生器电路，用于当它被所述处理器启动时，发送轮胎低压警报信号。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可变电阻位移传感器元件具有随纵向位移基本线性变化的可变电阻特性。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可变电阻位移传感器、所述处理器和所述r.f.发生器电路装配在柔性基底上。

4.如权利要求1所述的系统，进一步包括D.C电源，用于向所述可变电阻位移传感器、所述处理器和所述r.f.发生器电路提供电力。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器进一步包括数值确定电路，该电路用于确定在充气轮胎的一个旋转过程中由所述可变电阻位移传感器提供的最大和最小电阻值，并用于计算所述最大和最小电阻值之间的差值。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理器进一步包括比较电路，该电路用于比较所述差值和预定临界值，并且当所述差值大于所述预定临界值时用于启动所述r.f.发生器。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述处理器进一步包括控制电路，该电路用于根据所述差值的大小控制所述数值确定电路和所述比较电路的操作。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，当所述差值的大小未超过所述临界值时，所述控制电路将所述数值确定电路和所述比较电路的操作延迟第一时间间隔，而当所述差值的大小超过所述临界值时，将所述数值确定电路和所述比较电路的操作延迟第二时间间隔。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一时间间隔大于所述第二时间间隔。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气压传感器系统进一步包括接收器电路，该电路用于将所述低压警报信号转换成报警指示信号。

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