CN101041318A - 一种无源内置式轮胎气压监测系统 - Google Patents

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宋海涛
高军礼
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Abstract

本发明为“一种无源内置式轮胎气压监测装置”属汽车电子行业领域。该发明提供一种无源内置式轮胎气压监测装置，用于监测车辆的充气轮胎。该监测装置的特征在于，该监测装置包含：至少一个传感器模块，可以选配的外接信号转发模块以及一个中央控制模块。该传感器模块，加装于该车辆的轮胎中，用于感知轮胎的状态，并通过无线电信号传送出该状态；传感器模块无需电池供电，所需电能由信号转发模块发射的电磁信号提供。该选配的外接信号转发模块，加装于轮胎附近，用于和该传感器模块通讯并向传感器模块供电，该转发模块将其和传感器模块间的通讯转发至中央控制模块。该中央控制模块，内含一信号转发单元和一数据处理单元：信号转发单元具有外接信号转发模块的全部功能，数据处理单元可处理轮胎状态数据。

Description

一种无源内置式轮胎气压监测系统
技术领域
本发明涉及一种轮胎的气压监测装置(TPMS)，特别是涉及一种无源内置式轮胎气压监测装置。该装置位于胎内的气压传感器模块无须自带电池为其供电，而是由信号转发模块所发射的电磁信号提供其正常工作所需电能。
背景技术
轮胎气压监测装置是用于汽车行驶时实时的对轮胎气压进行自动监测，当轮胎气压异常时自动向车内人员发出报警信号，以保障行车安全和司乘人员生命安全的保障预警系统。高速公路42％的交通事故是由于爆胎引发轮胎故障造成的。由于轮胎老化、过度磨损、胎压异常、轮胎外伤等造成的轮胎爆裂时刻威胁着车内人员的生命安全，仅美国每年就有2.6万起交通事故与轮胎有关，其中75％的轮胎故障是由于轮胎压力不足或渗漏造成的。
目前，轮胎气压监测系统主要分为两种类型：一种是间接式轮胎气压监测系统。它通过汽车ABS的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监视胎压的目的，其缺点是无法对两个以上轮胎同时缺气的状况和速度超过100公里/小时的情况进行判断。另一种是直接式轮胎气压监测系统。它利用安装在每一个轮胎里的以锂电池为电源的气压传感器来直接测量轮胎的气压，并通过无线电频率调制发射到安装在驾驶台的监视器上。监视器随时显示各轮胎气压、温度，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压状况。当轮胎气压太低、渗漏、太高、或温度太高时，系统就会自动报警。直接式TPMS从功能和性能上均优于间接式TPMS。
然而，现有技术中使用的轮胎气压监测系统具有明显的不足。直接式轮胎气压监测系统中使用电池作为轮胎气压传感器的电源，由于受电池体积和容量所限，电池供电的轮胎气压传感器不可能在全部使用年限期间(例如十年)进行轮胎气压值的连续测量。因而一般采用间歇式测量的办法。但是，气压测量的时间间隔和轮胎气压检测系统的性能息息相关。一般说来，检测频率愈高则间隔时间愈短，及早发现胎压的危险变化的可能性就越高，轮胎的安全性也就越高。
现有的使用电池供电的胎压检测技术一方面希望能够及早地检测到胎压的变化，以尽早地感知轮胎的损伤，需要连续测量轮胎中的压力等参数；另一方面希望节约胎压传感器的电池能耗，因而要降低轮胎气压测量的频率。可见，在现有的技术方案中，这是一对不可调和的矛盾。如前所述，这导致了此种轮胎气压传感器在其全部使用年限中(如十年)必须进行更换电池等维护工作，给用户带来了不便。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种轮胎气压监测装置。该装置的气压传感器模块可以很容易地加装于车辆轮胎中，而且无须自带电池为其供电，并可有效的监测车辆轮胎的气压变化。
本发明的又一目的在于提供一种信号转发模块。该模块加装于车辆轮胎附近，用于和轮胎气压传感器模块通讯并对其供电。同时该转发模块将其和传感器模块间的通讯转发至中央控制模块，并由中央控制模块进行处理。
为达到上述目的，本发明提供一种无源内置式轮胎气压监测装置，用于监测车辆的轮胎气压。该监测装置包含：至少一个传感器模块，可以选配的外接信号转发模块以及一个中央控制模块。该传感器模块，加装于该车辆的轮胎中，用于感知轮胎的状态，并通过无线电信号传送出该状态；传感器模块无需电池供电，所需电能由信号转发模块发射的电磁信号提供。该选配的外接信号转发模块，加装于轮胎附近，用于和该传感器模块通讯并向传感器模块供电，该转发模块将其和传感器模块间的通讯转发至中央控制模块。该中央控制模块，内含一信号转发单元和一数据处理单元：信号转发单元具有外接信号转发模块的全部功能，数据处理单元可处理轮胎状态数据。
根据本发明的另一观点，提供一种信号转发模块配置于车辆中。该信号转发模块除完成通常的气压传感器信号转发功能外，同时在无线电管制所许可的范围内发射一射频载波。该射频载波耦合至气压传感器模块，经整流、滤波后，其携带的能量用来为气压传感器模块提供工作电源。
为了让本发明的上述目的和特征、优点能更明显，下文例举本发明较佳实施例，并配合所示附图，作详细说明。
附图说明
图1为本发明的一实施例的监测装置系统方框图，该监测装置用于监测该充气轮胎气压等状态；
图2为本发明的一实施例的轮胎气压传感器模块的电源产生电路，该装置用于从射频信号中获取气压传感器模块所需的工作电源。
图3为本发明的一实施例的轮胎压力传感器模块的数据采集过程。
图中符号说明
10  轮胎气压监测系统    20  中央处理模块
21  嵌入微处理器        22  显示单元
23  内置信号转发单元    24  外置信号转发模块接口
25  电源开关             26  电源接口电路
30  信号转发模块         40a 轮胎气压传感器模块
40b 轮胎气压传感器模块   40c 轮胎气压传感器模块
40d 轮胎气压传感器模块   50  电源产生电路
51  胎外射频供电电路     52  胎内电源产生电路
53  射频振荡电路         54E 类功率放大电路
55  整流电路             56  滤波电路
57  DC/DC变换电路        58  耦合回路线圈
具体实施方式
本发明现将以加装至一使用充气轮胎的车辆中，用于监测车辆的轮胎气压的变化情况为范例，于下文中更加完整地描述，但了解本发明用于监测轮胎气压及状态并不以此为限。
现参考图1，其显示根据本发明的一轮胎气压监测系统10方框图，该气压监测系统用于监测轮胎状态，诸如气压、温度等。该监测系统10包含了一中央控制模块20及可选的外置信号转发模块30及多个传感器模块40a，40b，40c，40d。该中央控制模块20另包含一嵌入处理器21、一显示装置22、一内置信号转发模块23、一外置信号转发模块接口25、一电源开关25及一电源接口电路26。
该传感器模块40a、40b、40c及40d分别配置于一车辆的充气轮胎中，并用于感应该轮胎的状态。之后，该模块从信号转发模块接收射频信号获取自身工作所需电源且通过射频信号送出轮胎状态信息。根据本发明的一实施例中，该传感器模块40a、40b、40c及40d分别加装于该车辆的左前轮、右前轮、左后轮、及右后轮，并分别用于监测该车辆的以上诸轮胎的状态。
参考图2，其显示一轮胎压力传感器模块的电源产生电路50的原理图，根据本发明，该电源产生电路用以从射频信号中获取气压传感器模块所需的工作电源。该压力传感器模块的电源产生电路包括轮胎体外射频供电电路(初级回路)51和轮胎体内接收回路(次级回路)52两部分，其中轮胎体外射频供电电路由射频振荡电路53、E类功率放大器54、耦合回路线圈58的初级组成；轮胎体内接收回路由耦合回路线圈58的次级、整流回路55和滤波电路56组成。进行轮胎气压检测时，通过信号转发模块中射频供电系统对轮胎体内发射射频信号，轮胎体内电源电路对该信号整流、滤波后通过一个DC/DC变换器57升压为工作电路提供稳定的工作电压。
参考图3，其显示一轮胎压力传感器模块的采集过程。各轮胎中的压力传感器模块每次启动采集，直接将从压力传感器和温度传感器上获得的模拟信号转换为数字量并存储，先根据温度传感器的温度结果选择合适的压力传感器特性曲线，再通过特性曲线得到准确的压力值，然后将该压力值发送至信号转发模块。
虽然前述的描述及附图已揭示本发明的较佳实施例，依然必须了解到各种增添、修改和取代可能使用于本发明较佳实施例，而不会脱离如权利要求所界定的本发明原理的精神及范围。熟悉该技术者将可体会本发明可能使用于很多形式、结构、布置、比例、材料、组件和组件的修改。因此，本文于此所提示的实施例于所有观点，应被视为用于说明本发明，而非用于限制本发明。

Claims (8)

1.一种无源内置式胎压监测装置，用于监测一车辆的充气轮胎，该车辆具有多个轮胎。该监测装置的特征在于，该监测装置包含：
至少一个传感器模块，该模块无需电池供电，加装于该车辆的轮胎中，用于感知轮胎的状态，并通过无线电信号传送出该状态；
选配的外接信号转发模块，加装于轮胎附近，用于和该传感器模块通讯并向传感器模块供电，该转发模块将其和传感器模块间的通讯转发至中央控制模块；
一个中央控制模块，内含一信号转发单元和一数据处理单元。信号转发单元具有外接信号转发模块的全部功能；数据处理单元可处理轮胎状态数据。
2.根据权利要求1所述的胎压监测装置，其特征在于，该传感器模块无须内置电池供电。
3.根据权利要求1所述的胎压监测装置，其特征在于，该传感器模块所需电能由信号转发模块发射的电磁信号提供。
4.根据权利要求1所述的胎压监测装置，其特征在于，该传感器模块和信号转发模块无有线电路连接，仅通过无线方式耦合。
5.根据权利要求1所述的胎压监测装置，其特征在于，该外接信号转发模块固定安装在距轮胎6米内，若车体长度小于此数值，转发器可以省略。
6.根据权利要求1所述的胎压监测装置，其特征在于，该外接信号转发模块通过电缆，电性连接至中央控制模块。
7.根据权利要求6所述的胎压监测装置，其特征在于，该外接信号转发模块包含一天线，天线长度为该无线电信号的电磁波的1/4波长。
8.根据权利要求7所述的胎压监测装置，其特征在于，该无线电信号的中央频率为约433.92MHz，该天线的长度为约17cm。
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