CN102015336A - 用于无线式轮胎压力监测的方法、系统和系统部件 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于监测和无线式传讯数据(D，D^*)的方法(100)，该数据包括关于汽车(FZ)的车轮(R1，R2，R3，R4)的轮胎中的压力状况的信息(DRK)。在该方法中，安装于车轮(R1，R2，R3，R4)中的电子模块将数据(D，D^*)无线式传送到安装在汽车(FZ)上的控制器(STG)。在与汽车(FZ)的停止状态相关的第一模式(SM)中无数据传送，而在至少一个与汽车(FZ)的另一状态相关的其它模式(FM，BM)中相应电子模块(RE)以数据报(DT，DT^*)的形式将数据(D，D^*)传送到控制器(STG)。相应电子模块(RE)至少间歇性地在每时间单位内将n个包含数据(D，D^*)的数据报(DT，DT^*)传送到控制器(STG)，其中n为时间的函数。

Description

用于无线式轮胎压力监测的方法、系统和系统部件

本发明涉及一种用于监测和无线式传讯包含关于存在于汽车车轮的充气轮胎中的压力状况信息的数据的方法。

本发明进一步涉及适合于该方法的系统，以及系统部件，例如安装在汽车中的控制器，以及安装在其中一个车轮中并无线式传送数据到控制器的电子模块。

在2005年2月发表于杂志《automobiltechnische Zeitschrift》(版本2/2005，德国VIEWEG出版社)中的文章《Tyre Safe System-TSS》中描述了轮胎压力控制系统，其中监测且无线式传讯多种包含关于存在于汽车车轮的充气轮胎中的压力状况信息的数据。如基于该文的图3和4所描述的那样，该已知系统包括多个安装于汽车车轮中的电子模块，其也称为车轮电子装置。这些电子模块通过传感器获取存在于各充气轮胎中的状况，例如压力和温度，并把相应的数据传送到中央单元，即安装于汽车中的中央控制器(见该文的图1)。该控制器又对数据进行评估，例如以驱动连接于汽车内部的轮胎压力指示器(见图5)。由于车轮电子装置通过微型电池、通常为锂电池来供电，因此必须要注意仅能有很小的电流或电能的消耗，以达到尽可能长的电池使用寿命。为此目的，例如传感器的测量周期取决于汽车运动的影响(见该文第3页第2.2段)。因此，数据可在更短的测量间隔内获取，并只在汽车运动时进行传送。优选地，数据以数据报的形式传送(见该文之表2)。

在特定的系统中，控制数据报的发送也可通过询问应答器或载波发射器进行。在此情况下，控制器传送触发信号，以根据需要激活相应的车轮电子装置，从而使车轮电子装置接着获取数据并将数据传送到控制器。对该解决方案来说，需要有反向信道、触发发射器和接收器。虽然通过这种方法可以对车轮中的各个车轮电子装置进行明确的寻址以便例如检测到车轮定位的精确位置，然而此解决方案要求一定程度的复杂性。如在该文中基于图1中的右边视图所描述的那样，期望有更新的系统以尽可能地减少反向信道、触发发射器和接收器。

从专利文献EP1467877 B1中也得知，通过询问应答器即触发发射器来仅根据需求而激活相应的车轮电子装置，以提高电池的服务寿命。在此文献中实现了特别可靠的轮胎压力监测，这是源于该系统设计成即使不论出于何种原因询问应答器的信号失效，车轮电子装置也能自动地以预定的最小传送速率传送数据。这样，在此文献所描述的方法和系统中可以放弃掉询问器。但是，数据将仅以相对低的传送速率传送。

从专利文献EP0915764 B1中得知了一种用于处理轮胎压力监测系统的信号的方法，其中车轮电子装置自动地以数据报的形式传送数据到控制器，不需要特定的触发和询问。但是，为了不用触发和/或反向信道也能够确定车轮位置，它建议在控制器上提供多个接收天线，它们一起处理由天线接收的信号并分析其信号强度。通过循环地去激活每个接收天线，就可确定哪个去激活点造成了无线电信号强度的最大丢失，由此得出它是位于距车轮电子装置最近的天线。

因此，这种解决方案可以完全放弃触发系统，但是在接收天线部分需更加复杂。此外已知有这样一种方法，其使用的负载循环为在静止时50％LF而在驾驶操作中为100％，这会导致相应的电能损失。

因此，本发明的目的是提出一种如上所述类型的方法和系统或装置，它们克服了所描述的缺点，同时仍能以低复杂性来实现。特别是，本发明提出了一种用于监测和无线式传讯数据的方法和适合于该方法的系统，以及相关的系统部件，通过它们可实现降低车轮电子装置的能量需求。

通过具有权利要求1所述特征的方法、以及分别具有相关独立权利要求特征的系统、控制器和电子模块可以实现上述目的。

为此，本发明提出了在与汽车的停止状态相关的第一模式期间没有数据传送，并且在至少一个与汽车的不同状态相关的其它模式期间，数据通过相应的电子模块或车轮电子装置以数据报的形式传送到控制器，其中电子模块至少间歇性地以累积方式连续地传送多个包含相同数据的数据报到控制器。

这种传送方式的结果是产生了多个数据报的捆绑累积(这里也称为突发模式)，以至于所需数据仅以间断方式、然而是压缩的形式传送到控制器。这使得能够知道车轮的位置。通过这种方法，总体传送时间会缩短，但由于数据报的累积，传送数据的实际使用时间没有缩短或仅仅微小地缩短，因此不会发生数据丢失。

通过从属权利要求可以清楚地明白本发明的有益实施例。

因此，有利的是，在与汽车的驾驶状态相关的第二模式中以第一数据报的形式传送数据，而在与汽车的启动状态相关的第三模式中仅部分地以短于第一数据报的第二数据报的形式传送数据。这样就对汽车的实际驾驶状态和启动状态做了区分，其中在启动阶段传送较短形式的数据报和/或最低可能的数据量，这是由于特别是在此阶段对数据的需求较大。为了满足控制器部分上对数据需求的增加而又不对车轮电子装置的电池施加过度的负担，数据报缩短到必要的最小值。数据报的累积又保证了控制器安全地接收到多个车轮电子装置的所有数据，其例如用来在汽车车轴之间进行区分。这种传送方式在这里也称为突发模式(Burst-Mode)，其中应当清楚地是，这种传送方式不能与移动通信领域的无线电突发传送相混淆。

关于这一点，更加有利的是至少或仅仅在与汽车启动状态相关的第三模式阶段中，相应的电子模块或车轮电子装置以累积方式连续地传送多个包含相同数据的第二数据报到控制器。因此，如果优选地在启动状态中传送一束多个缩短的数据报，那么在相对短的启动阶段中由于较高的使用数据密度就可以保证传送所有必须的数据。除此之外，由于数据报的缩短，可达到降低能量需求和因此对车轮电子装置的电池的较小影响，与此同时能够确定多个车轮电子装置的位置。

同样有利的是，第二数据报中的数据至少或仅仅包含关于相应车轮的旋转方向信息，并且对旋转方向进行评估以确定相应的车轮是在汽车的左侧还是在右侧。由这些测量的结果，很容易检测到车轮的大致位置，因此至少可以确定数据是从汽车的哪一侧传送来的。为此，不需要反向信道和/或触发发射器等。只有旋转方向是必须要监测的。为此目的，优选使用集成在电子模块中的运动和/或加速度传感器。

同样特别有利的是，第二数据报即缩短的数据报中的数据至少未包含存在于相应车轮中的状况的信息，和/或存在于各自车轮温度和/或压力的信息。通过这种方法，在启动模式中第二数据报也可以缩短，其中仅仅传送确定大致精确或稍微精确的车轮位置所需的数据。

与此相反，第一数据报中的数据至少包含关于车轮压力状况的和/或此处存在的温度的信息是有益的。通过这种方法，在驾驶模式中使用尽可能长的数据报。关于这点，有利的是通过集成在车轮电子装置中的压力传感器测定关于压力状况的信息，或者通过集成的温度传感器测定关于温度的信息。

控制器也可优选地评估接收自相应模块(车轮电子装置)的数据，和/或用额外的数据对其进行补充。

同样特别有利的是，控制器和/或与之相连的无线接收装置如天线安装于就汽车轮轴而言的不同距离处，并且在控制器中基于所接收到的场强将接收自相应模块的无线电信号进行相互比较，以确定该相应车轮是位于前轮轴中的一个还是后轮轴中的一个。通过这种方法，可用简单的方法在接收场强的基础上确定相应的车轮电子装置是装在前轴还是后轴上。关于这点，更加有利的是，基于接收放大的接收信号来评价包含在接收数据内的关于相应车轮的旋转方向的信息，以确定相应车轮的位置。按照这种方法，基于旋转方向，由此首先可以确定相应车轮是在汽车的左侧或右侧，接着基于接收场强马上可以判断车轮是位于前轴还是后轴。总之，通过这种方法，可以明确、快速和容易地判断出每个车轮的位置。

同样优选的是，控制器将它所评估过的和/或补充过的数据作为结果数据经过接口、尤其是数据总线提供给安装在汽车上的其他装置和/或模块。控制器可设计为中央数据获取和评估单元，它优选地通过标准接口向其他装置和/或模块如显示器提供结果数据。关于这点，控制器通过数据接口和/或数据总线以第三数据报的形式提供结果数据是有益的。此数据报可独立于前面提及的无线电数据报来设置，例如可为标准的数据总线数据报，比如CAN总线等。更加有利的是，如果负载循环作为驾驶循环数量的函数来切换，即在停止模式和驾驶操作之间切换，例如从50％/100％到0％/100％中的50，这将导致进一步的能量节约。

车轮电子装置在生产后在停止模式中激活具有0％LF负载循环的是更有益的。

在下文中将基于不同的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述，其中：

图1以状态图的形式显示了定义用于本发明方法和系统的不同操作模式；

图2以流程图的形式显示了根据本发明的包含其单个步骤的方法；

图3是汽车中不同系统部件的布置的示意图；

图4显示了根据本发明的电子模块或车轮电子装置的设计的示意图；

图5显示了用于方法和系统的不同数据报。

图6显示了传送频率相对于驾驶时间的图。

在更详细地介绍图1、2和根据本发明的方法之前，首先将基于图3和4来解释根据本发明的系统的基础设计。

图3显示了汽车FZ中的系统的基础设计和/或安装，其中电子模块或车轮电子装置RE插入到汽车的各个车轮R1到R4中，它们无线式传送其数据D1^*到D4^*到安装于汽车中作为中央控制单元的控制器STG。

控制器STG与形式为天线A的无线接收装置相连，以便接收每个车轮电子装置RE的无线电信号和评估包含于其中的数据。控制器STG通过数据接口或数据总线与其它装置和/或模块(未示出)相连，并向它们提供结果数据D’，其从对所接收到的数据D1^*到D4^*的评估和可选的其它额外数据中得到。

控制器STG或天线没有位于汽车FZ的中央，而是优选地不对称于汽车的横向轴线安装，也就是说，它们要么位于汽车的前部要么位于汽车的后部。这样，控制器STG的天线A以不同的接收场强接收到各个车轮电子装置RE的无线电信号，由此可确定相应的车轮电子装置是位于汽车FZ的前部V还是后部H。

图4以框图的形式表示了集成于车轮中的车轮电子装置RE的设计。车轮电子装置大体上包含微控制器CRT，它具有集成的计时器TM并与不同的传感器S1和S3相连。这些传感器例如为压力传感器S1、温度传感器S2和至少一个加速度传感器S3。微控制器CRT处理由传感器提供的数据，并将该数据转发到发送单元TX，该发送单元TX又通过无线电发送数据D或D^*到控制器STG。

下面将基于图1、2和5来详细描述所述系统的操作模式及其部件，以及根据本发明方法的原理：

在根据本发明的方法中，至少在汽车的启动阶段中，至少间断地将数据D^*以多个数据报DT^*的形式从相应的电子模块或相应的车轮电子装置RE发送到控制器STG，所述数据报包含相同的数据D^*并以累积的方式连续发送。

在图1中的模式表示为模式BM，并且因此也称作累积模式或突发模式。优选地，此模式仅在启动阶段、即汽车从停止模式SM转变为驾驶模式FM的阶段中起作用。突发模式尤其涉及汽车的启动阶段，在此阶段每个车轮电子装置RE都以累积的、优选为缩短的数据报DT^*的形式传送数据D^*到控制器STG，接着控制器STG可基于该数据来详细确定每个车轮的位置。

一旦汽车的启动阶段结束且汽车进入实际驾驶模式FM，数据D便以长数据报DT的形式传送，其中，如同突发模式中的累积方式就可被放弃掉。在驾驶模式FM中传送的数据应包含车轮电子装置RE可能提供给控制器STG的所有信息。相反，在突发模式BM中仅传送用于监测单个车轮位置所必须的数据D^*，例如关于车轮的旋转方向RL和/或标识ID或车轮自身标示的信息。

一旦汽车的驾驶模式结束，则退出第二模式FM，同时发生向停止模式SM的转变。在此模式SM中，车轮电子装置RE优选不发射任何数据。一旦例如可通过加速度传感器(见图4中的S3)探测到汽车FZ重新开始运动，则发生向启动模式或突发模式BM的转变。如图1所示，汽车状态从表示了汽车停止状态的第一模式SM经对应于另一模式即突发模式BM的中间模式切换到表示了汽车驾驶状态的第二模式FM。该第三模式BM与汽车的相应启动状态相关。

下面将基于图2同时也参考图1和5来对包括了步骤110到130的方法100进行更加详细的描述。

方法100开始于步骤110，在其中已经进行了从第一模式SM到第三模式BM即启动模式的切换。这例如可以基于加速度传感器(见图4中的传感器S3)来监测，并也可基于计时器(见图4中的计时器TM)来控制，使得该模式BM仅维持一段有限的时间。在步骤115中，为此模式BM进行数据传送，其中相应的模块或车轮电子装置RE以多个累积数据报的形式传送数据D^*到控制器STG。

如图5所示，特定的车轮电子装置RE传送缩短的数据报DT^*，它仅包含常规的多个数据D中的一些数据D^*，在正常驾驶状态模式FM中所述数据D以长数据报DT传送。短数据报DT^*例如是9字节的数据报，它包含用于相应的车轮电子装置部件RE和因此用于相应车轮的至少一个唯一标识符，以及表明相应车轮旋转方向的信息RL。甚至基于标识符ID，控制器STG就可检查是否所有的车轮电子装置RE是可工作的，或是否探测到了至少4个不同的标识符ID以及四个车轮。除此之外，基于信息RL，控制器STG可探测相应的车轮是位于汽车的左侧还是右侧。例如，如果基于信息RL表明车轮顺时针转动，则可推断车轮位于汽车右侧R。相反，可推断车轮位于汽车左侧L。通过这种方法就能够基于如此少的信息来进行车轮的初始定位。

另外，在步骤115中，控制器STG评估各个接收信号的接收场强，并把它们相互比较。由于控制器或天线A(也见图3)的位置或者更靠近汽车的前部或者更靠近汽车的后部，因此基于接收场强便可容易地确定相应的车轮电子装置RE是位于汽车FZ的前轴V还是位于后轴H。连同前面确定的某一侧和/或车轮电子装置的转动方向(汽车的左侧或右侧)，由此可实现各个车轮的精确位置确定。因此，在天线A安装成靠近汽车前轴的情况下，例如如果基于信息RL表明车轮顺时针旋转，同时如果控制器STG探测到相对高的接收场强，则可推定该车轮位于前轴V上汽车的右侧R。参阅图3，通过这种方法就可以清楚地探测到车轮R2的位置。其余车轮的探测可用相似的方法进行。在步骤115中，基于短数据报DT^*已经可以清楚且唯一地定位单个车轮的位置，同时在步骤115中，基于单个DT也可显示FZ内的当前压力。

除此之外，以累积方式或以突发模式传送缩短的数据报DT^*保证了控制器STG能够全部地和正确地接收所需数据。除了前面已经提及的信息ID和RL，缩短的数据报DT^*也可包含其它的数据，比如同步数据和测试数据如校验和数据。

无论如何，总之数据报DT^*明显短于传统的数据报DT。例如，数据报DT^*仅包含9字节，而长数据报DT包含15字节。如图5所示，在随后驾驶模式FM中传送的长数据报DT也可包含关于相应轮胎中的压力状态DRK和温度T的信息。这些信息通过适当的传感器即压力传感器S1和温度传感器S2(见图4)来获取。另外，数据报DT也可包含关于电池剩余使用寿命的信息RZ。

这里提出的方法利用了前文提及的突发模式BM以在开始启动汽车时进行数据传送，该突发模式BM代表了缩短的数据报DT^*的累积。在较短的时间如1分钟内，用此方法传送大量含有相同或至少相似数据内容的数据报DT^*。由于这种传送方式，可非常快地定位车轮，由于缩短的数据报的长度例如从15字节变为9字节，因此可节省额外的能量。例如，如果25个数据报以累积的方式被连续地传送，考虑到缩短数据报DT^*与正常数据报DT相比，可以实现减少大约40％的能量需求。这是在无任何信息丢失的情况下实现的。

一旦开始阶段或BM模式结束，在步骤120中进行到下一模式、即与汽车驾驶状态相关的FM模式的切换。接着在步骤125中，使用较长的数据报DT以尽可能地传送所有从相应车轮电子装置RE中获取的数据D到控制器STG。在此FM模式中，也可对数据报DT进行累积式发送，但这不是必须的。在步骤130中，在行驶状态结束后发生向停止状态即SM模式的转变。如前文所述，在该第一模式SM中没有数据传送发生。

因此，对于信息内容和能量节省而言，这些不同的模式整体上可使数据能够最佳地传送。由于所提出的在汽车的实际驾驶状态和启动状态之间进行区分，可通过缩短的数据报实现优化数据传送，特别是对于汽车的启动阶段而言。

除相应车轮电子装置RE和控制器STG之间的实际数据传送之外，本发明还包含从控制器STG到安装在汽车上的其它装置或模块如仪表盘中的显示器的结果数据DT’的进一步传送(见图5)。

为此目的，控制器STG评估接收数据D或D^*，并可选地增补额外的数据D+以形成结果数据D’。例如，此数据通过标准总线数据报DT’传送到其它装置或模块。例如，与由控制器STG所确定的接收场强相关并表征相应车轮电子装置RE是在汽车的前轴还是在后轴的状态位或字节ST可被认为是额外的数据D+。因此，状态字节ST可呈现为状态V或状态H(见图3)。连同呈现为状态L或R且由车轮电子装置传送的信息RL一起，它提供了唯一的车轮定位。

这里所描述的方法以及实施该方法的装置和单元与特别有利的实施方案相关，但不能理解为它们限于此。相反，本发明的保护范围还包含进一步的改进，并且尤其是通过权利要求书的语句来确定。

附图标记清单

SM            第一模式(停止模式)

FM            第二模式(驾驶模式)

BM            第三模式(突发模式)

100           包含(部分)步骤110-130的方法

DRK           关于车轮(R1-R4)中的压力状况的信息

FZ            汽车

STG           控制器

A             天线

BUS           接口或数据总线

R1-R4         车轮

RE            电子模块或车轮电子装置

S1，S2，S3    压力传感器(S1)、温度传感器(S2)和加速

              度传感器(S3)

CRT           微控制器

TX            发射器(处于车轮电子装置内)

D             车轮电子装置的数据(常规范围)

D^*            车轮电子装置的数据(缩短范围)

D+            来自控制器的额外数据

D’           来自控制器的结果数据(对于数据总线)

DT            数据报(常规的)

DT^*           数据报(缩短的)

DT’          数据报(数据总线上的结果数据)

ID，RL，DRK，

T，RZ，ST     关于相应车轮/轮胎的数据或信息，特别是标识

              符(ID)、右-左(RL)、压力(DRK)

SYNC，

CRC1，CRC2    关于同步或对于真实性检查(校验和)的数据

Claims (7)

1.一种用于监测和无线式传讯数据(D，D^*)的方法(100)，所述数据包括关于存在于汽车(FZ)的车轮(R1，R2，R3，R4)的充气轮胎中的压力状况的信息(DRK)，所述数据通过安装于车轮(R1，R2，R3，R4)中的电子模块(RE)无线式传送到安装在汽车(FZ)上的控制器(STG)，其中在与汽车(FZ)的停止状态相关的第一模式(SM)中无数据传送，而在至少一个与汽车(FZ)的不同状态相关的其它模式(FM，BM)中通过相应的电子模块(RE)以数据报(DT，DT^*)的形式将所述数据(D，D^*)传送到控制器(STG)，其特征在于，至少间歇性地在每时间单位内将n个包含所述数据(D，D^*)的数据报(DT，DT^*)通过相应的电子模块(RE)传送到所述控制器(STG)，其中n为时间的函数。

2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，所述数据在与汽车(FZ)的驾驶状态相关的一个其它模式(FM)中以较低的传输频率传送，而在与汽车(FZ)的启动状态相关的另外一个模式(BM)中以较高的传输频率传送。

3.根据权利要求2所述的方法(100)，其特征在于，所述数据在与汽车(FZ)的驾驶状态相关的第四模式(FM’)中以更低的传输频率传送。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第四模式(FM’)开始于在开始驾驶后大约15分钟。

5.一种用于监测和无线式传讯包含关于存在于汽车(FZ)的车轮(R1，R2，R3，R4)的充气轮胎中的压力状况信息(DRK)的数据的系统，所述系统包括安装于汽车(FZ)中的控制器(STG)，以及安装于车轮(R1，R2，R3，R4)中并无线式传送数据(D)到所述控制器(STG)的电子模块(RE)，在与汽车(FZ)的停止状态相关的第一模式(SM)中无数据传送，而在与汽车(FZ)的驾驶状态相关的第二模式(FM)中以数据报(DT，D^*)的形式通过相应的电子模块(RE)将数据传送到控制器(STG)，其特征在于，所述数据报至少间断地通过相应的电子模块(RE)以变化的传输频率传送到控制器(STG)。

6.一种控制器(STG)，用于用来监测和无线式传讯数据的系统，其特征在于，所述控制器(STG)至少间断地以变化的传输频率接收来自相应电子模块(RE)的数据报。

7.一种电子模块(RE)，特别是车轮电子装置用于用来监测和无线式传讯数据的系统，其特征在于，所述电子模块(RE)至少间断地以变化的传输频率传送数据报到控制器(STG)。

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