CN101370675A

CN101370675A - 轮胎压力检测系统以及轮胎压力检测装置

Info

Publication number: CN101370675A
Application number: CNA2007800030804A
Authority: CN
Inventors: 铃木裕久; 赤间英治; 长谷川和男
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2027-01-24
Also published as: WO2007086391A1; TW200736080A; KR100988671B1; TWI326644B; JPWO2007086391A1; JP4657307B2; CN101370675B; US20090184815A1; KR20080070859A; US8330594B2

Abstract

在从轮胎向车体侧传达压力信息的轮胎压力检测系统(TPMS)中，若存在多种数据，则结构会复杂化。传感器单元(6)接收来自传感器控制单元(10)的发送电磁场，并对其进行整流检波。传感器单元(6)的计数器(30)基于该整流检波信号来检测轮胎的旋转周期，与该旋转周期连动地切换开关(32)，并在轮胎的每个旋转时依次发送多个发送数据。

Description

轮胎压力检测系统以及轮胎压力检测装置

技术领域

本发明涉及用于检测汽车等的轮胎空气压的轮胎压力检测系统以及轮胎压力检测装置，特别涉及被安装在轮胎侧的传感器单元将包含轮胎空气压的多个数据无线传输到车体侧的控制单元的技术。

背景技术

在美国，实施着以在汽车中安装轮胎空气压警报装置作为义务的法律。在该轮胎空气压的监视(TPMS：Tire Pressure Monitoring System)中，提出了使用RFID(radio frequency Identification)技术的系统。该系统是安装在轮胎的、具有检测空气压的功能的无线转发机(传感器单元)和车体侧的读取器(控制单元)利用RFID技术进行无线通信。

此外，还提出了除了轮胎的气压之外，监视轮胎的气温的TPMS。以往，由无线转发机对通过传感器取得的气压、气温的测量值进行数字编码，并通过RFID技术将得到的数字代码传输到车体侧的读取器。数字代码包含气压、气温的识别信息和测量值的信息，读取器能够从接收的该数字代码检测气压以及气温各自的测量值。

发明内容

发明要解决的课题

在无线转发机中，将多个发送数据合成为一个信号或变换为一个数字编码比特串等，会产生电路结构变得复杂和消耗电力可能变大等问题。此外，在读取器中，也同样地产生结构变得复杂的问题。

解决课题的方案

本发明的轮胎压力检测系统，配置在车体的控制单元和安装在所述车体的轮胎的传感器单元被无线连接，并将所述传感器单元检测的所述轮胎内的气压传达到所述控制单元，所述控制单元包括：电磁场产生电路，产生以规定的发送频率变化的发送电磁场；以及数据接收电路，基于起因于所述传感器单元所产生的所述发送电磁场的变动，检测来自所述传感器单元的发送数据，所述传感器单元包括：天线，接收所述发送电磁场，同时与所述发送电磁场相互进行作用，并对该发送电磁场产生所述变动，从而与所述控制单元进行通信；以及数据发送电路，改变流过所述天线的天线电流来产生所述发送电磁场的所述变动，并交替地发送包含所述气压的多种所述发送数据，所述数据发送电路基于所述发送电磁场的接收强度的变化来检测所述轮胎的旋转周期，并与该旋转周期连动地切换所述发送数据的种类来进行发送动作。

根据本发明，传感器单元基于所述发送电磁场的接收强度的变化来检测所述轮胎的旋转周期，并与该旋转周期连动地切换所述发送数据的种类来进行发送动作，所以不需要信号的合成和向一个数字代码的变换。

在上述的轮胎压力检测系统中，所述数据发送电路包括：检波电路，将对应于所述发送电磁场的所述发送频率的变化进行整流检波；以及旋转检测电路，基于与所述控制单元的通信时和非通信时的所述检波电路的输出电平的变化，检测所述轮胎的一个旋转。

此外，在上述的轮胎压力检测系统中，所述数据发送电路包括：存储单元，存储用于确定下次发送的所述发送数据的所述种类的信息；以及电源单元，存储从所述发送电磁场得到的电力，跨过多个所述旋转周期而持续对所述存储单元提供动作电力，使得能够保持所述信息。

此外，在上述的轮胎压力检测系统中，所述传感器单元具有用于检测所述轮胎内的气温的温度传感器，所述发送数据除了包括所述气压之外，还包括所述气温。

本发明的轮胎压力检测装置，包括：天线，与从外部提供的供给电磁场相互进行作用，并对该供给电磁场产生振幅的变动；以及数据发送电路，改变流过所述天线的天线电流来对所述供给电磁场进行振幅调制，将包含气压的多种发送数据交替地发送并传达到外部，所述数据发送电路基于所述供给电磁场的接收强度的变化来检测轮胎的旋转周期，并与该旋转周期连动地切换所述发送数据的种类来进行发送动作。

在上述的轮胎压力检测装置中，所述数据发送电路包括：检波电路，将对应于所述供给电磁场的频率的变化进行整流检波；以及旋转检测电路，基于所述检波电路的输出电平的变化，检测所述轮胎的一个旋转。

此外，在上述的轮胎压力检测装置中，所述数据发送电路包括：存储单元，存储用于确定下次发送的所述发送数据的所述种类的信息；以及电源单元，存储从所述供给电磁场得到的电力，跨过多个所述旋转周期而持续对所述存储单元提供动作电力，使得能够保持所述信息。

此外，在上述的轮胎压力检测装置中，还包括用于检测所述轮胎内的气温的温度传感器，所述发送数据除了包括所述气压之外，还包括所述气温。

发明效果

根据本发明，不需要将发送数据合成为一个信号和变换为一个数字编码比特串，实现了传感器单元和控制单元的结构的简化。特别地，传感器单元中的结构的简化，还可以关系到消耗电力的抑制。

附图说明

图1是表示用于检测汽车等的车辆的轮胎空气压的轮胎压力检测系统的概略的结构的示意图。

图2是本发明的实施方式的传感器单元和传感器控制单元的概略的电路图。

图3(a)～图3(f)是用于说明本发明的实施方式的系统的动作的示意性的信号波形图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施的方式(以下，称为实施方式)。

图1是表示用于检测汽车等车辆的轮胎空气压的轮胎压力检测系统的概略结构的示意图。本系统包括以下部件：安装在汽车2的各轮胎4上的无线转发机即传感器单元6、和安装在车体8的轮胎4的附近位置的读取器即传感器控制单元10。传感器单元6和传感器控制单元10之间，例如经由传感器控制单元10发送的13.56MHz的电磁场通过感应耦合方式进行无线连接。另外，两者间的无线连接也可以通过在RFID技术中使用的其它频率或其它耦合方式实现。

传感器单元6被构成为无电池，其将来自传感器控制单元10的电磁场变换为驱动电力来动作。而且，传感器单元6检测被安装在轮胎内的气压以及气温，并发送该数据。另一方面，传感器控制单元10检测传感器单元6发送的数据，例如通知到ECU等的车辆控制单元12。车辆控制单元12例如基于轮胎的压力信息或温度信息，检测轮胎的异常状态并控制车辆的运行，或在显示装置14显示压力、温度的测量结果并通知到驱动器。

图2是传感器单元6以及传感器控制单元10的概略的电路图。传感器控制单元10包括电磁场产生电路和数据接收电路，并包括振荡电路18、驱动器A1、线圈L1、包络线检波电路20、波形整形电路22、滤波电路24以及处理单元26。

电磁场产生电路包括振荡电路18、驱动器A1以及线圈L1。振荡电路18生成频率f0的时钟，并提供到驱动器A1。驱动器A1将输出端子连接到线圈L1的一个端子，线圈L1的另一个端子接地。驱动器A1根据从振荡电路18提供到输入端子的频率f0的时钟，对线圈L1流过频率f0的交流电流，线圈L1根据该交流电流，产生以发送频率f0变化的发送电磁场。

数据接收电路包括：包络线检波电路20、波形整形电路22、滤波电路24以及处理单元26。数据接收电路具有基于后述的传感器单元6对发送电磁场产生的变动的频率，取得来自传感器单元6的发送数据的作用，其细节在传感器单元6的说明之后进行说明。

传感器单元6作为天线具有由线圈L2以及电容器C2构成的并联LC谐振电路，并经由线圈L2和线圈L1之间的电磁场而无线连接到传感器控制单元10。例如在本系统中，利用在线圈L1和线圈L2接近时两者通过电磁感应而变压器耦合的情况。在传感器控制单元10侧，若如上所述那样线圈L1产生频率f0的电磁场变动，则在变压器耦合的线圈L2的两端产生频率f0的交流电压。

另外，电容器C2的电容被设定为该并联LC谐振电路的谐振频率成为f0。根据该LC谐振电路的结构，在外界的交流磁场中，线圈L2对传感器控制单元10产生的频率f0的分量产生谐振现象，能够使在线圈L2的两端产生的交流的电压振幅放大。线圈L2的一个端子例如经由电阻R1接地，线圈L2的另一个端子上连接了具有检波、电力生成、压力以及温度的检测、数据发送等的功能的响应电路。此外，在线圈L2的两端连接了后述的晶体管Q1。

在线圈L2的另一端分别连接了二极管D2、D3的阳极，还连接了阳极被接地的二极管D1的阴极。传感器单元6构成为无电池，该单元中需要的功率是，通过根据来自传感器控制单元10的发送电磁场而在线圈L2中产生的交流电流用二极管D2进行整流检波来生成。通过在二极管D2的整流所得到的直流电流对电容器C3进行充电，该电容器C3作为传感器单元6的一般电源(系统电源)提供充电电力。

此外，还在二极管D2的阴极正向连接了二极管D4，二极管D4的阴极连接了电容器C4的一个端子。电容器C4的另一个端子接地。该电容器C4构成用于计数器30的电源，并与电容器C3相同地通过对线圈L2的输出电流进行整流的直流被充电，对计数器30提供动作电力。电容器C4例如由电解电容器等具有大电容的电容器构成，对伴随轮胎4的旋转的线圈L2的输出电流的变动进行平滑化，跨过轮胎4的多个旋转周期而持续对计数器30提供动作电力。由此，计数器30可以与伴随轮胎4的旋转的发送电磁场的接收强度的变化无关地保持计数状态。而且，电容器C4的电容可以设定为，在以需要监视轮胎的状态的车辆速度下的轮胎旋转周期维持规定电压以上的电力。

二极管D3也与二极管D2相同地，作为对与发送电磁场的发送频率对应的交流电流进行整流检波的检波电路起作用。二极管D3的阴极连接到电阻R2以及电容器C5的一个端子。电阻R2以及电容器C5的另一个端子分别接地。这些电阻R2以及电容器C5通过电容器C5的充电和电阻R2的放电，构成低通滤波器。该低通滤波器的输出成为计数器30的输入。

在本系统中，对应于切换发送的数据的种类为压力和温度的两种，计数器30选择性地取得两个状态。即，本系统的计数器30与计数动作连动地，交替地取两个计数状态。因此，此时，计数器30还可以由锁存电路构成。计数器30基于其计数状态，生成对于开关32的控制信号，并交替地切换开关32。开关32选择性地使压力检测电路34以及温度检测电路36的任一个动作。例如，开关32可以构成为切断或连接对压力检测电路34、温度检测电路36的系统电源的供给。

压力检测电路34包含用于检测轮胎内的气压的压力传感器，并输出与该压力传感器的测量值对应的频率fp的振荡信号。此外，温度检测电路36包含用于检测轮胎内的温度的温度传感器，并输出与该温度传感器的测量值对应的频率ft的振荡信号。这里，压力检测电路34的输出频率的频带(设中心频率为f1，宽度为±Δf1)和温度检测电路36的输出频率的频带(设中心频率为f2，宽度为±Δf2)设定为不同，且互相分离。这些压力检测电路34、温度检测电路36的输出振荡信号成为对于频率f0的发送电磁场的振幅调制信号，所以设定为f1、f2《f0较好，在如上述那样将f0设为13.56MHz的情况下，作为一例，可以将fl设定为300kHz、f2设定为150kHz。此外，通过设定为Δf1+Δf2<|f1-f2|，两个频带分离。

例如，压力传感器是电容型压力传感器，是从R、C、L等电属性值中将电容Cp对应于压力P改变的传感器元件。压力检测电路34包括将线圈Lp与压力传感器的电容Cp组合而构成的LC振荡电路，该LC振荡电路生成频率fp对应于压力P的变化而变化的振荡信号。此外，例如温度传感器是电阻温度传感器，是电属性值中将电阻Rt对应于温度T改变的传感器元件。温度检测电路36包括将电容Ct与温度传感器的电阻Rt组合而构成的CR振荡电路，该CR振荡电路生成频率ft对应于温度T的变化而变化的振荡信号。

压力检测电路34、温度检测电路36的输出分别成为“与非”(NAND)门38的输入信号。从这些压力检测电路34、温度检测电路36到“与非”门38的输入信号在各检测电路34、36进行输出振荡信号的动作时，对应于其振荡频率而切换逻辑电平“H”(High)和“L”(Low)。另一方面，压力检测电路34、温度检测电路36构成为，在非动作时对“与非”门38的输入保持在高电平。这样，“与非”门38输出与正在动作者的检测电路的振荡信号相同频率的时钟。

“与非”门38的输出被施加到晶体管Q1的栅极。例如，晶体管Q1在“与非”门38的输出为高电平时成为导通状态，另一方面，在“与非”门38的输出为低电平时成为截止状态。根据这个结构，与晶体管Q1截止状态时相比，在导通状态时线圈L2的阻抗更小。

该线圈L2的阻抗的变化带来将线圈L1、L2耦合的电磁场的变动，对传感器控制单元10的上述的发送电磁场的发送电路的发送负荷带来变化。即，传感器单元6将对应于发送数据即压力和温度的频率的变动影响到传感器控制单元10的发送电磁场，传感器控制单元10根据通过线圈L1所接收的该变动，取得来自传感器单元6的发送数据。

设置在传感器控制单元10的数据接收电路是用于取得来自该传感器单元6的发送数据的电路。数据接收电路在通过电容器C1截断直流之后连接到驱动器A1的输出端子。数据接收电路的包络线检波电路20对起因于上述发送负荷的变动的驱动器A1的输出端子上的交流电流的振幅的变动进行检波，并提取与该振幅变动对应的振幅调制信号。被提取的频率f1或f2的振幅调制信号在通过波形整流电路22整理了波形之后输入到滤波电路24。

滤波电路24根据输入的振幅调制信号，求出其频率。例如，滤波电路24可以由数字滤波电路构成，作为其一部分而内置频率计数器。频率计数器将振幅调制信号的频率输出到处理单元26。

处理单元26预先存储频率和压力、温度的值之间的对应表，基于该表，从输入的频率进行发送数据的种类、即为压力或温度的任一个的判别，此外，将频率变换为压力、温度的测量值并再现发送数据。处理单元26将这样得到的压力以及温度输出到车辆控制单元12。

接着，详细说明本系统的动作。图3是用于说明本系统的动作的示意性的信号波形图。传感器控制单元10连续地生成发送电磁场，但经由在车辆行驶时的该发送电磁场的传感器控制单元10和传感器单元6之间的通信，因通过轮胎的旋转而传感器控制单元10和传感器单元6的距离周期地变化，所以成为间歇的通信。图3(a)表示通过传感器单元6的天线所检测的发送电磁场的波形。该图3(a)表示仅在传感器单元6的天线接近传感器控制单元10的期间τ1，检测发送电磁场并输出以对应于该发送电磁场的频率f0变化的波形40，在远离的期间τ2，不检测发送电磁场。而且，τ1+τ2为轮胎的一个旋转的周期。

图3(b)是表示基于传感器单元6所检测的发送电磁场而生成的电源电压的变化的波形。在图3(b)中，用实线所示的波形42表示电容器C3提供的系统电源的电压变化。与发送电磁场的检测开始(τ1的开始)，同时开始电容器C3的充电而系统电源的电压上升，与发送电磁场的检测结束(τ1的结束)，同时开始电容器C3的放电而系统电源的电压下降。计数器30通过使用了CMOS晶体管等的锁存电路等构成，在轮胎的每一个旋转，将开关32从当前的状态切换到其他状态。这里，若电源电压降低，则因计数器30所保持的当前的状态被复位(reset)，所以难以正确地进行轮胎的下一个旋转周期中的开关32的切换。这里，在本系统中，作为用于计数器30的电源而设置了大电容的电容器C4。电容器C4的电压在期间τ1中，与电容器C3相同地保持在高电压，同时在期间τ2中，如图3(b)中点线44所示，从期间τ1中的高电压的降低较少，保持计数器30的动作所需的电压。因此，计数器30在期间τ2中，也能够保持被设定的状态，能够正确地进行对应于下一个旋转周期的开关32的切换控制。例如，计数器30在某一旋转周期中将开关32设定为压力检测电路34侧，并作为发送数据而发送了压力信息的情况下，在期间τ2中，保持用于表示本次的发送数据为压力信息的计数器状态作为用于确定下一次应发送的发送数据的种类的信息，或者设定并保持用于表示下一次应发送的发送数据为温度信息的计数器状态。

图3(c)表示对计数器30的输入信号的波形。该输入信号的波形46与系统电源的波形42相同地，在轮胎的每个旋转周期进行一个周期的变动。但是，波形46通过电阻R2以及电容器C5的充放电动作，与波形42相比，上升和下降的时间常数变大。图3(d)表示对于该输入信号的计数器30内的比较器的输出波形。设置在计数器30的输入的比较器与对应于轮胎的旋转而周期性地变动的波形46同步地交替输出高电平和低电平。例如图3(d)所示，比较器在波形46超过规定的阈值VH时将输入电平切换为低电平，另一方面，在低于规定的阈值VL时将输出电平切换为高电平。即，计数器30具有基于在传感器控制单元10和传感器单元6之间的通信时即期间τ1和非通信时即期间τ2的输入信号电平的变化，检测轮胎的一个旋转的旋转检测电路的功能。

计数器30例如与比较器的输出从低电平上升到高电平的定时同步地切换计数器状态。例如在早于比较器输出的上升定时t1的期间τ1是表示发送数据为温度信息的计数器状态的情况下，计数器30与在时刻t1的比较器输出的上升连动地，将计数器状态切换为表示下一次应发送的发送数据为压力信息的状态。同样地，在下一个上升定时t2，计数器30将计数器状态切换为表示下一次应发送的发送数据为温度信息的状态。这些切换的定时在期间τ2内，在该期间系统电源为断开状态。但是，如上所述，计数器30从电容器C4提供电源，在期间τ2中也进行切换动作，从而能够存储并保持其状态。

计数器30根据计数器状态来切换开关32。例如在时刻t1，切换开关32，使得将系统电源连接到压力检测电路34，在时刻t2，切换开关32，使得连接到温度检测电路36。这样，传感器单元6基于发送电磁场的接收强度的变化来检测轮胎的旋转周期，与旋转周期连动地切换发送数据的种类。

图3(e)是从“与非”门38输出的振荡信号的波形。在时刻t1连接到系统电源的压力检测电路34，在其之后，若轮胎旋转而传感器单元6接近传感器控制单元10并系统电源上升，则开始振荡动作，并在将f1设为中心频率的频带生成具有对应于检测的压力的频率fp的时钟48。若轮胎旋转而传感器单元6远离传感器控制单元10并停止系统电源的供给，则时钟48也停止。同样地，在时刻t2连接到系统电源的温度检测电路36，在被提供系统电源的期间，持续振荡动作，并在将f2设为中心频率的频带生成具有对应于检测的温度的频率ft的时钟50。这样，从“与非”门38在轮胎的每个旋转周期交替地输出频率fp的时钟48和频率ft的时钟50。而且，由该“与非”门38的输出，晶体管Q1的导通/截止被控制，线圈L2的阻抗变化，对将线圈L1、L2耦合的电磁场的强度带来变动。即，将图3(e)所示的“与非”门38的输出信号作为振幅调制信号，来自传感器控制单元10的发送电磁场被振幅调制。图3(f)是表示该被振幅调制的发送电磁场的波形。

传感器控制单元10的包络线检波电路20从图3(f)所示的发送电磁场的变动检波并提取图3(e)所示的振幅调制信号。滤波电路24求出在包络线检波电路20输出的振幅调制信号中间歇地交替出现的时钟波形48、50的频率，并输出到处理单元26。而且，处理单元26基于频率和发送数据之间的对应表，求出发送数据的种类以及其值。

另外，在上述结构中，发送数据的种类设为压力和温度的两种，但也可以将发送数据的种类设为三种以上。在其结构中，计数器构成为选择性地取得对应于发送数据的种类的数的状态，例如与计数器动作连动地，依次并循环地切换计数器状态。而且，构成为与其计数器的输出连动地，开关切换三个以上的物理量的检测电路。

此外，在上述的结构中，在期间τ2计数器30设定为与下一次的发送数据的种类对应的计数状态，但也可以构成为在期间τ2保持与之前的期间τ1发送的发送数据的种类对应的计数状态，在下一个期间τ1进行发送数据的种类的切换。此时，与图3(d)所示的比较器输出的下降连动地，计数器30切换状态，切换开关32。而且，电路被构成为，在各期间τ1的中途进行开关的切换之后到停止系统电源的期间τ1的结束为止，来自压力检测电路34或温度检测电路36的振荡信号提供给晶体管Q1。

Claims

1.一种轮胎压力检测系统，配置在车体的控制单元和安装在所述车体的轮胎的传感器单元被无线连接，并将所述传感器单元检测的所述轮胎内的气压传达到所述控制单元，其特征在于，

所述控制单元包括：

电磁场产生电路，产生以规定的发送频率变化的发送电磁场；以及

数据接收电路，基于起因于所述传感器单元而产生的所述发送电磁场的变动，检测来自所述传感器单元的发送数据，

所述传感器单元包括：

天线，接收所述发送电磁场，同时与所述发送电磁场相互进行作用，并对该发送电磁场产生所述变动，从而与所述控制单元进行通信；以及

数据发送电路，改变流过所述天线的天线电流来产生所述发送电磁场的所述变动，并交替地发送包含所述气压的多种所述发送数据，

所述数据发送电路基于所述发送电磁场的接收强度的变化来检测所述轮胎的旋转周期，并与该旋转周期连动地切换所述发送数据的种类来进行发送动作。

2.如权利要求1所述的轮胎压力检测系统，其特征在于，

所述数据发送电路包括：

检波电路，将对应于所述发送电磁场的所述发送频率的变化进行整流检波；以及

旋转检测电路，基于与所述控制单元的通信时和非通信时的所述检波电路的输出电平的变化，检测所述轮胎的一个旋转。

3.如权利要求1或2所述的轮胎压力检测系统，其特征在于，

所述数据发送电路包括：

存储单元，存储用于确定下次发送的所述发送数据的所述种类的信息；以及

电源单元，存储从所述发送电磁场得到的电力，跨过多个所述旋转周期而持续对所述存储单元提供动作电力，使得能够保持所述信息。

4.如权利要求1或2所述的轮胎压力检测系统，其特征在于，

所述传感器单元具有用于检测所述轮胎内的气温的温度传感器，

所述发送数据除了包括所述气压之外，还包括所述气温。

5.一种轮胎压力检测装置，其特征在于，包括：

天线，与从外部提供的供给电磁场相互进行作用，并对该供给电磁场产生振幅的变动；以及

数据发送电路，改变流过所述天线的天线电流来对所述供给电磁场进行振幅调制，将包含气压的多种发送数据交替地发送并传达到外部，

所述数据发送电路基于所述供给电磁场的接收强度的变化来检测轮胎的旋转周期，并与该旋转周期连动地切换所述发送数据的种类来进行发送动作。

6.如权利要求5所述的轮胎压力检测装置，其特征在于，

所述数据发送电路包括：

检波电路，将对应于所述供给电磁场的频率的变化进行整流检波；以及

旋转检测电路，基于所述检波电路的输出电平的变化，检测所述轮胎的一个旋转。

7.如权利要求5或6所述的轮胎压力检测装置，其特征在于，

所述数据发送电路包括：

电源单元，存储从所述供给电磁场得到的电力，跨过多个所述旋转周期而持续对所述存储单元提供动作电力，使得能够保持所述信息。

8.如权利要求5或6所述的轮胎压力检测装置，其特征在于，

还包括用于检测所述轮胎内的气温的温度传感器，

所述发送数据除了包括所述气压之外，还包括所述气温。