CN101115634A - 胎压监测系统的自动定位 - Google Patents

Abstract

一种提供自动判定轮胎/车轮10在车辆上安装位置的装置和方法。单个编码的特定场分布发生器40位于车辆的轮舱中，其位置被与安装在车辆上的轮胎10相连的场检测传感器50读取。在车辆行驶时，特定场分布发生器40的元件越过场检测传感器50，然后场检测传感器可以“读取”由特定场分布表示的数据，从而可精确地确定轮胎位置。

Description

胎压监测系统的自动定位

技术领域

本发明涉及车辆轮胎使用的胎压监测系统(TPMS)。特别涉及这种系统的改进，尤其是自动识别每个轮胎相对于车辆车轮位置的装置和方法。

背景技术

充气轮胎和车轮结构中含有电子装置会带来许多实际优点。轮胎电子装置可包括传感器和其他用于传递轮胎识别参数以及获得与轮胎各种物理参数，例如温度、压力、胎面磨损、轮胎转数、车速等，相关信息的部件。这些性能信息在轮胎监控和警报系统中很有用，其还可以在反馈系统中使用，以调节正确的轮胎参数或车辆系统操作和/或性能。

然而与轮胎结构结合的电子系统提供的另一个潜在功能是商用车和其他类型车的资产追踪和性能特性。商用卡车车队、航空飞机和地面移动/采矿车都是可利用轮胎电子系统和相关信息传输的优势的产业。无线电频率识别(RFID)标记可用于为给定轮胎提供特定识别，使轮胎具有跟踪能力。轮胎传感器可判定车辆上的每个轮胎的行驶距离，从而有助于这种商用系统的维修计划。

与胎压监测系统(TPMS)及其连接的传感器相关的一个具体领域是确认传感器和车辆之间关系的方法。更具体地，知道传感器相对于车辆的物理位置对特定应用的正确操作是很重要的。更精确地，知道每个轮胎/车轮结合体相对于轮胎所安装的具体车辆的具体物理位置对于特定操作很重要或重大。

这种定位感应应用的一个实例可包括胎压监测应用，其中例如知道右前轮胎与后轮胎相比当前处于低压状态对于车辆驾驶员来说是很重要的。如果出现例如快速气体损失，导致突然出现极端低压状态、，其会影响车辆的方向控制或稳定性，尤其是在车辆高速行驶的情况下，此时这种低压状态极其重要。传感器位置的重要应用的另一个实例是当轮胎传感器主动地用于即时控制车辆的某种功能。这些功能的实例可包括防锁(anti-lock)或防滑制动系统。

在胎压监测系统的传统应用中，已经意识到轮胎/车轮位置识别的问题，并且通常使用三种方式中的一种解决。在轮胎位置识别系统的第一种应用中，特定轮胎/车轮结合体的相对位置被手动输入到TPMS的存储器或储存元件中。使用该技术的系统的实例可以在Knapp的2003年7月10日公开的美国公开申请US2003/0128108A1和Nantz等的2003年9月4日公开的US2003/0164031A1中找到。在‘108装置中，检测到的压力变化或轮胎旋转的预定序列(sequence)变化触发手动输入与车辆上新的轮胎位置相关的数据的需求。在‘031装置中，随着轮胎转动或移动，当车轮静止时开始一序列，其中车辆上每个轮胎都以预定序列进行撞击，这样轮胎中或轮胎上的传感器检测该冲击并且告知已识别出的冲击轮胎，其被记录为特定车辆位置以备今后使用。

第二种识别车辆具体轮胎位置的已知方法包括被称为询问/回答型的系统。Lill的2002年6月6日公开的美国公开申请US2002/0067285A1、Dixit等的2002年7月4日公开的US2002/0084895A1、Dixit等的2002年7月4日公开的US2002/0084896A1、以及Poirier等的2002年12月26日公开的US2002/0196137A1举例说明了这种询问/回答型系统。根据该第二种方法，与特定轮胎传感器相连的收发器周期性发送请求在轮胎舱(tirewell)中物理定位的标记，以发送包含在该标记中的信息。所包含的信息可包括事先存储的与轮舱在车辆上具体位置相关的信息。然后发送的信息被与轮胎传感器相连的接收器接收，并存储以备用。

第三种识别车辆具体轮胎位置的已知方法涉及根据车辆进行具体操作时轮胎的操作特性自动判定相对的轮胎位置的方法。通常这些方法涉及根据车辆行驶时车轮的不同转速来判定具体轮胎位置。更具体地，车辆可以以一种或多种特定方式驱动，TPMS装置根据车辆驱动的具体方向和测量的轮胎/车轮结合体的不同速度确定每个轮胎/车轮结合体的具体位置。Van Niekerk等的2002年7月18日公开的美国公开申请US2002/0092345A1；Niekerk等的2002年7月18日公开的US2002/0092347A1；以及Fischer等的2003年4月24日公开的US2003/0076222A1典型地揭示了该第三种识别车辆具体轮胎位置的方法。

虽然已经提出了各种车辆轮胎位置识别装置的方案，以及利用传统技术提出了位置信息记录方法的各种组合，但是没有出现如下文所述与本主题技术一致的包括所有所需特性的设计。

发明内容

鉴于现有技术的已知特征以及本主题所提到的特征，提出一种改进的用于识别轮胎/车轮结合体在车辆上的安装位置的方法。需要指出的是虽然本文余下的主要部分涉及使用与车轮安装定位结构成一体或靠近的基于永磁体的结构，并且该结构与适当的传感器配对以检测永磁体产生的磁场，但这种使用没有限制本发明，实际上，这种结构可与不同的其他能产生和/或检测非磁场的场的装置或元件组合，这在下文将要详细说明。此外，应注意场产生和场感应元件的相对位置可互换。因此例如，在使用永磁体和磁场感应元件的非限制性实例中，唯一的要求是这种元件分别与可相对移动的部件连接。另外，虽然此处使用术语“轮舱”，但其解释为不仅包括通常所说的轮舱的物理结构，还包括靠近轮胎和车轮结合体通常在车辆上安装的位置的大致区域。需要指出的是，例如所谓的“平板”卡车以及其他车辆可能实际上没有局部围绕轮胎/车轮结合体的“舱”，即使轮胎/车轮结合体物理上安装在例如与车辆相连的车轴上。

在一典型结构中，车轮安装位置特定标记位于或靠近一个或多个车辆的车轮安装位置(例如轮舱)。在一典型实施例中，这种轮舱特定标记可包括配置为用于提供与每个轮舱相关的特定磁场分布的一个或多个磁体。更普遍地，典型的轮舱特定标记可包括编码的场发生器，用于专门识别标记所在的轮舱。如上所述，本发明主要涉及永磁体的编码阵列(array)，但是这不限制本发明。

在本发明的另一些典型实施例中，各种场发生装置或机构的编码阵列可用于为轮舱提供特定识别标记。其非穷举的实例不仅可包括前述永磁体还包括电磁体，二者均可与检测所产生的磁场或电磁场的适当的传感器配对。用于检测磁场或电磁场的适当的传感器的非穷举实例包括：磁通门(Fluxgate)、超导量子干涉装置(SQUID)、霍耳效应、磁阻效应、质子旋进(Proton Precession)和光学泵浦传感器(Pumpedsensors)。可以清楚地理解本发明不限于磁场或电磁场以及配对的传感器，而是可以使用任何可用的与合适的场传感器配对的场发生装置或机构。这种场发生装置或机构和传感器可包括、但不限于磁场和电磁场、光波辐射、核辐射、和声波辐射。鉴于根据本发明对本领域技术人员非常明显，本发明几乎利用任何可检测的场发生元件、装置或系统来实现本方法。

具体参见本发明的典型实施例，一排永磁体用于在每个轮舱中产生特定磁分布。该特定磁分布提供各个轮舱的位置的编码信息识别。当轮胎旋转时，安装在车轮上的轮舱中的与轮胎相连的传感器检测每个轮舱的特定磁分布，从而正确地识别轮胎相对于其所安装车辆的确切位置。

这种形式的信息发送方法的优点包括电路简单以及节省能源。例如，不像一些已知的系统那样需要与轮胎相连的胎压监测系统电路发送询问信号并且接收发射响应，而是通过检测到的持续产生的磁场来传输感测到的编码信息。这种传输编码位置信息的方法不需要提供附加电源。

这种信息发送类型的另一个优点是信息发送不受如前述已知系统中出现的人为数据输入错误的影响。例如，在前述已知的需要手动输入数据的系统中，数据可能会输入错误或根本没有输入。另外即使在进行轮胎/车轮结合体位置的自动判定的已知系统中，这种判定也必须通过人的交互启动，并且依靠人的特定动作，例如通过特定方式操作车辆，以使前述已知的自动检测系统可以执行其检测操作。

根据本发明的某些实施例的方面，提出能减少人为错误和/或疏忽对轮胎/车轮结合体位置检测装置和系统精确性产生影响的方法。更具体地，提出能减少数据输入错误和/或未输入数据到胎压监测系统中的可能性的方法，其中正确识别轮胎/车轮结合体位置对于车辆装置和系统的操作很重要。

根据本发明的其他实施例的方面，提出能减少在装置的轮胎/车轮位置识别阶段不正确操作车辆产生的影响或轮胎移动或周期转动后与胎压检测系统相关的校准操作产生的影响的方法。

根据本发明的其他实施例的另一些方面，提出能减少胎压监测系统所需的总电能的方法，其中该系统包括需要轮胎/车轮位置识别以正确操作。

通过此处的详细描述，本发明的其他方面将被阐明，或其对于本领域技术人员来说是显而易见的。还应了解对此处所示的、提到的和讨论的特征和元件的修改和变形可在本发明的各种实施例中和应用中实现，其均没有超出本发明的构思。变形实例可包括，但不限于所示的、提及的或讨论的等效方法、特征或步骤的替代，以及各种部件、特征、步骤或类似方面的功能、操作或位置的调换。

此外，应了解本发明的不同实施例以及目前不同的优选实施例可包括目前公开的特征、步骤或元件或它们等同物(包括在附图中未示出的或未详细说明的特征、部件或步骤或其构成)的各种组合或构造。未在发明内容部分说明的本发明的其他实施例可包括和包含在上述发明内容部分提及的特征、组件或步骤，和/或本申请其他部分说明的其他特征、组件或步骤的各种组合。通过下面的说明书部分，本领域技术人员能很好地理解这些实施例以及其他实施例的特征和方面。

附图说明

针对本领域技术人员，参考附图在具体实施方式中详尽可行地公开了本发明，包括其最优实施方式，其中：

图1示意地表示根据本发明的安装在轮舱中的场发生标记装配体和与胎压监测系统相连的传感器之间的操作关系；

图2示意地表示本发明的特定场发生器穿过场传感器装置的相对移动。

图3(a)-3(d)示意地表示执行本发明方法的特定场分布发生标记装置的基本结构；以及

图4(a)-4(d)示意地表示根据本发明胎压监测系统的与自动轮胎位置检测组件相连的传感器产生的相应典型波形。

在整个说明书和附图中，相同的附图标记表示本发明相同或类似的特征或元件。

具体实施方式

如在发明内容部分所述，本发明特别涉及胎压监测系统中的轮胎/车轮位置数据输入方法，对于该系统，安装在车辆上的各个轮胎的具体位置对于车辆或系统操作很重要。

所公开的技术的可选择组合对应于本发明的多个不同实施例。需要指出的是这里示出和讨论的每个实施例都没有限制本发明。作为一个实施例一部分的所示出或所述的特征或步骤可以与另一实施例的方面结合以产生其他实施例。另外，某些特征可与未明确提到的能产生相同或类似功能的类似装置或特征互换。

下面详细说明自动定位系统和方法的优选实施例。参考附图，图1示意地表示安装在轮舱30中车轮20上的轮胎10。特定场分布发生器40固定在轮舱30中，这样安装在轮胎10内部的场检测传感器50可以检测到特定场分布发生器40产生的特定场分布。场检测传感器50可被包含为胎压监测系统(TPMS)的一部分或作为与TPMS连接或不连接的单个传感器。需要明确的是虽然对于本发明来说，提供专门用于识别特定轮胎/车轮结合体在车辆上的位置的特定场分布发生器40和场检测传感器50很重要，并且此处示出的技术用于TPMS中或与TPMS一起使用，但是该应用不限于本发明，因为该位置信息可用于任何环境中。

仍然参考图1，可以看出场检测传感器50显示为安装在轮胎10的胎冠部分，而特定场发生器40显示为安装在轮舱30内表面的相应位置。图1还示出了场检测传感器和特定场分布发生器的可选择的安装位置，这样场检测传感器50′可定位在轮胎10的胎侧部分，而特定场分布发生器40′可定位在轮舱中面对轮胎10胎侧的部分。实际中，场检测传感器50或50′以及特定场分布发生器40或40′可分别定位在轮胎和轮舱中任意部分，或相反，只要选择的位置在轮胎随车辆移动而转动的情况下可提供两个装置之间的相对移动即可。

参见附图2，其示意地表示了场检测传感器50和特定场分布发生器40的相对位置。如箭头70所示，在使用中，场检测传感器50和特定场发生器40彼此相对移动，从而使单个场发生元件80、82、84、86依次移动过场检测传感器50，从而场检测传感器50产生一系列信号以产生特定的位置识别信号，这在下面将要详细说明。

仍然参见图2，特定场分布发生器40表示为包括多个安装在支架或支撑面60上的单个场发生元件80、82、84、86。实际中，一个或多个场发生元件80、82、84、86可能实际上在物理上不存在，下面将详细说明。此外，所示的支撑面60实际上可包含轮舱的内表面，或可包含连接单个场发生元件的实际支撑面，使支撑面60可固定在轮舱的内表面。

参见图3(a)-3(d)，其示出了特定场分布发生器40第一实施例的典型结构。在此典型实施例中，使用多个永磁体作为场发生元件。图3(a)-3(d)分别表示单个场发生元件的特定结构，其分别表示左前轮胎、右前轮胎、左后轮胎和右后轮胎。在此典型实施例中，表示左前轮胎的特定场分布发生元件的结构在图3(a)中通过使两个永磁体100，130各自的南极朝向场检测传感器50的定位来表示。在此实例中，场发生元件110、120包含空元件，也就是说这些位置是空的，其特征为空磁场。

参见图3(b)，示出了表示右前轮胎的特定场分布的典型结构。在该实例中，场发生元件200和230分别与图3(a)中的元件100和130类似，以相同方式，可为使各自的南极朝向场检测传感器50定位的永磁体。在图2(a)所示的结构中，场发生元件210与场发生元件110类似均包括空元件，这样在该位置产生空磁场，即没有磁场产生。另一方面，场发生元件220可为北极朝向场检测传感器50定位的永磁体。因此由“右前”轮胎特定场分布发生器产生的特定场分布依次表示为南极、空、北极和南极。这些磁极或空表示在图3(a)-3(d)中用圆圈分别加上表示南极的字符“X”、表示北极的字符“+”和表示空或没有磁场(即没有磁体存在)的字符“/”符号性示出。

参见附图3(c)和3(d)，可以理解表示左后轮胎的特定场分布的图3(c)依次由元件300、310、320和330表示，且每个元件分别实施为南极、北极、空和南极。图3(d)以类似方式通过分别表示南极、北极、北极和南极的元件400、410、420和430表示指示右后轮胎的特定场分布。

应理解图3(a)-3(d)所示的结构只是磁极和空结构以及场发生元件全部数量的举例说明。例如，可以使用不同特定组合和不同数量的场发生元件。当在后面将要说明的原因下需要提供对称编码以及需要容纳多于四个轮胎位置时，会出现这些变形。另外需要说明的是，在本实施例中场发生器实现为永磁体只是一个举例因为如前所述，也可期望使用许多其他类型的场发生器。

参见图4(a)-4(d)，其示出了检测到的由场检测传感器50产生的信号的典型形式。通过其与图3(a)-3(d)的对称性可以明显看出，在场发生永磁体的南极对准场检测传感器50的情况下，图4(a)-4(d)分别显示相对趋向负方向(negatively going)的脉冲，在场发生永磁体的北极对准场检测传感器50的情况下，其分别显示趋向正方向的脉冲，在空磁场、即没有磁体对准场检测传感器50时，没有脉冲。

简要回顾图3(a)-3(d)，可以记起在每个时刻，所产生的场序列都以对准场检测传感器50的磁性南极(在图中用带有“X”的圆圈表示)开始和结束。这种将南极对准场检测传感器50既可作为序列脉冲的“开始”，也可作为序列脉冲的“结尾”。在每个序列的开始和结尾使用这种特定场，并避免使这种特定场作为可能被认为是序列的“数据”部分的可能脉冲之一，从而提供相对简单的用于检测数据序列开始和结束的机制。

最后，根据轮胎旋转方向，由场检测传感器感应的特定场分布发生元件产生的数据可能会被误译。通常在这种情况下车辆会“反”向开始移动，例如从停车位置“返回(backing out)”。本发明通过提供两种方案解决该问题。第一可选择的方案是选择如单个特定场分布产生的对称编码。这种选择能完全避免判断车辆行驶方向的问题。第二种可选择方案可涉及使用车载局域网(LAN)获得的信息，该车载局域网为其他目的可感测或被告知车辆的行驶方向。在此情况下，在车辆反向行驶时，可指示轮胎/车轮位置判定系统或者忽略特定场分布发生器的读数，或者以逆序解码特定场分布发生器的读数，以获得正确的数据。

虽然参考具体实施例详细说明了本发明，但应注意本领域技术人员在理解前述内容的基础上可以很容易地得出这些实施例的替换方案、变形和等效方案。因此，本公开的范围是实例而并非限制，而且本公开不排除对于本领域技术人员是显而易见的本发明的修改、变形和/或添加方案。

Claims (17)

1.一种识别物理位置的方法，该方法包括步骤：

提供多个独立场发生器；

将独立场发生器布置成一组或多组场发生器，每组场发生器包括选择性定位的独立场发生器的特定序列；

提供至少一个响应独立场发生器产生的场的传感器；

将该一组或多组场发生器中的一组以及该至少一个传感器在将要识别的物理位置上彼此靠近；以及

使该至少一个传感器和该至少一组场发生器相对移动，从而该相对移动使一组场发生器中的独立场发生器依次通过该至少一个传感器；

由此，该场发生器和该至少一个传感器之间的相对移动使该至少一个传感器产生与选择性定位的独立场发生器的特定序列对应的信号，从而产生特定识别物理位置的信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述提供多个独立场发生器的步骤包括提供多个单个永磁体。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述布置的步骤包括布置单个永磁体，从而使单个永磁体的选定磁极选择性定位。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述布置的步骤还包括选择性定位独立场发生器，使每个特定序列单独对称。

5.一种识别轮胎在车辆上安装位置的方法，包括步骤：

提供多个独立场发生器；

将独立场发生器布置成一组或多组场发生器，每组场发生器包括选择性定位的独立场发生器的特定序列；

将该一组或多组场发生器中的至少一组以及用于相对移动的响应于该独立场发生器产生的场的该至少一个传感器安装在车辆上要识别的物理位置上；以及

使该至少一个传感器和该至少一组场发生器之间相对移动，从而该相对移动使一组场发生器中的独立场发生器依次通过该至少一个传感器；

由此该场发生器和该至少一个传感器之间的相对移动使该至少一个传感器产生与选择性定位的独立场发生器的特定序列对应的信号，从而产生特定识别轮胎在车辆上的安装位置的信号。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述安装步骤包括将一组或多组场发生器中的至少一组安装在靠近至少一个轮胎在车辆上的安装位置上。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述布置的步骤包括布置单个永磁体，从而使单个永磁体的选定磁极选择性定位。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述布置的步骤还包括选择性定位独立场发生器，使每个特定序列单独对称。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述安装步骤包括将一组或多组场发生器中的至少一组安装在至少一个轮胎上。

10.一种轮胎位置识别系统，包括：

至少多个独立场发生器，其被构造为选择性定位的独立场发生器的特定序列；以及

至少一个传感器，所述传感器响应于独立场发生器产生的场，

其特征在于所述至少多个独立场发生器之一和所述至少一个传感器与要识别的轮胎位置相连，所述至少多个独立场发生器中的另一个和所述至少一个传感器与轮胎相连，从而当轮胎旋转时，该场发生器和该传感器之间的相对运动使该传感器产生与选择性定位的独立场发生器的特定序列对应的信号，从而产生特定识别轮胎位置的信号。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于该独立场发生器包括单个永磁体。

12.如权利要求10所述的系统，其特征在于选择性定位的独立场发生器的每个特定序列都单独对称。

13.一种车辆轮胎安装位置识别系统，包括：

多个独立场发生器，其被构造为选择性定位的独立场发生器的多个特定序列，并且放置在靠近选定的要识别的多个轮胎在车辆上的安装位置；以及

多个轮胎，每个都支撑响应于独立场发生器产生的场的传感器；

因此当所述多个轮胎的单独几个旋转时，该场发生器和该传感器之间的相对运动使传感器产生与选择性定位的独立场发生器的特定序列对应的信号，从而产生特定识别轮胎在车辆上的安装位置的信号。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于该独立场发生器的每一个均包括永磁体。

15.如权利要求13所述的系统，其特征在于选择性定位的独立场发生器的每个特定序列都是单独对称的。

16.一种位置指定标记装置，包括：

多个独立场发生器，其被构造为选择性定位的独立场发生器的多个特定序列；

其特征在于所述选择性定位的独立场发生器的多个特定序列中的单独几个安装在单独基体上，以产生装置的单独位置指定标记。

17.如权利要求16所述的标记装置，其特征在于所述独立场发生器包括永磁体。

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