CN102686417B - 测量和分析轮胎气压并分配车轮位置的方法以及轮胎气压测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在轮胎气压测量系统中用于测量和分析轮胎气压并分配汽车（1）的车轮位置（I，II，III，IV）的方法，其包括向汽车（1）的每个车轮（2）分配气压检测装置（10）、特别是磁场强度接收器的LF接收器（11）、分析单元（13）、RF传送装置（12）和单独车轮代码。LF接收器（11）接收安装在汽车（1）的中央单元（3）的LF传送装置（4）发出的电子LF信号，分析单元（13）分析接收到的信号振幅并由此确定车轮旋转速率，车轮（2）的RF传送装置（12）向汽车（1）的中央单元（3）发送带有关于车轮旋转速率信息的RF信号以及单独车轮代码。中央单元（3）使用另一个测量系统（7）确定车轮（2）的车轮位置（I，II，III或IV），并且向汽车（1）的已知车轮位置（I，II，III或IV）分配气压检测装置（10）及其单独车轮代码。轮胎气压测量系统含有安装于汽车（1）的中央单元（3），中央单元含有LF传送装置（4）、RF接收装置（5）和中央分析装置（6）。在汽车（1）的每个车轮（2）上安装有气压检测装置（10）、LF接收装置（11）、RF传送装置（12）和分析单元（13），以利用接收到的LF信号的周期性变化的振幅来确定旋转速率，还额外提供了测量装置（7），以测量每个车轮（2）的车轮旋转速率和/或确定转弯类型。

Description

测量和分析轮胎气压并分配车轮位置的方法以及轮胎气压测量系统
技术领域
本发明涉及在轮胎气压测量系统中，测量和分析轮胎气压并分配待分析的汽车的车轮位置的方法，以及相应的执行该方法的轮胎气压测量系统。
背景技术
现代汽车拥有轮胎气压监测系统，该系统测定当前的轮胎气压并且在与预先设定的轮胎气压存在偏差时向驾驶者发出警告。这种轮胎气压监测系统对汽车的安全性作出相当大的贡献。
这一类系统通常在轮胎内装备有压力感应器，该感应器将当前的气压传送至中央分析单元。其中，汽车的每个车轮都分配有一个气压检测装置，该装置将信息连同单独车轮识别符转移至分析单元。除其他问题之外，该布置的一个问题是数据转移必须以大体无差错（largelyerror-free）的方式执行。而且，气压检测装置可以被分配至特定的车轮位置，这会产生特定的问题。如果不是这样的话，驾驶者将不会被告知在某个特定的车轮位置出现的问题。但是如果车轮被更换，且最后被安装至汽车的不同位置，则不能保证相应车轮的气压检测装置会被分配至汽车的特定车轮位置。为了消除这种错误的来源，现有技术中描述了将气压检测装置分配至特定车轮位置的系统及系统中的车轮检测。
因此，例如EP0806307A2公开了一种感应器，该感应器使用车轮旋转产生的能量来简单地测量车轮的当前旋转速率，并将其传送至相关的接收器。通过接收器与中央单元之间的线缆，各个车轮的当前旋转速率被传送至中央单元。这种布置的缺点是，接收器的接线成本相对较高，以及相应的对干扰的敏感度较高。
EP1807270B1公开了一种车轮探测系统，该系统使用射频信号和接收到的信号的振幅（由于车轮旋转而周期性变化），来估计车轮的当前旋转速率。这种布置的缺点是，因为来自周围的反射会产生干扰和发生信号丢失，因此射频很容易受到干扰。这意味着由信号（可推知旋转速率）来确定周期是很困难的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种在测量轮胎气压的系统中测量和分析轮胎气压的方法，该方法分配待分析汽车的车轮位置，并且本发明还提供了执行该方法的轮胎气压测量系统，其构造既简单又有成本效益，并且有相当高的抗干扰能力。
上述目的通过独立权利要求的轮胎气压测量方法和系统实现。
本发明的方法用于在轮胎气压测量系统中测量和分析轮胎气压，并且分配待分析的汽车的车轮位置。向汽车的每个车轮分配以下部件：气压检测装置，（低频）LF接收器（特别是磁场强度接收器），分析单元，（射频）RF传送装置和单独车轮代码。LF接收器接收安装在汽车的中央单元的LF传送装置发出的电子LF信号。该车轮的分析单元分析接收到的信号振幅并由此确定车轮旋转速率。车轮的传送装置继而向汽车的中央单元发送带有关于所确定的车轮旋转速率信息的RF信号和单独车轮代码。中央单元利用另一个测量系统确定车轮的车轮位置，从而中央单元能够对汽车上已知的车轮位置分配气压检测装置及其单独车轮代码。
在上述方法的一个特别有利的实施例中，将通过传送至中央单元的车轮代码识别的车轮的车轮旋转速率，与从另一个测量装置（特别是防抱死制动系统（ABS系统））得到的已知位置的车轮旋转速率相比较，从而确定车轮位置。如果传送的车轮旋转速率和从其他测量装置得到的车轮旋转速率的紧密相符（closeagreement），中央单元将相应的气压检测装置及其单独汽车代码分配至汽车上已知的车轮位置。
作为另一种选择，所述分配还可以通过相互比较传送的四个车轮的车轮旋转速率来实现。为此，首先使用测量装置确定转弯的种类，特别是确定其是右转弯还是左转弯。特别地，该测量装置可以是转向角传感器、陀螺仪或转向灯。由于绕弯道行驶时四个车轮有不同的曲率半径，从传送的车轮旋转速率的相互比较中，中央单元可以基于转弯的种类推断每个车轮位于汽车的哪个位置。
术语“低频”应该理解为在较低的波长范围内的长波，具有大约20-150KHz的频率。与之相比，“射频”指大于100MHz的频率。鉴于低频信号的波长较长，几乎不会发生干扰，意味着能更简单地探测车轮旋转的周期并且不容易出错。在另一方面，车轮的气压检测装置向汽车的中央单元发送的信号使用射频信号，能实现更好的数据传送。
本发明的方法的优点在于，不需要从汽车的中央单元向车轮区域连线，通常这种连线是为了将已发送的信号或待发送的信号传送至车轮附近。
在上述方法的一个有利的实施例中，为了实现车轮的定位探测或者接收测量的车轮气压信号，所述气压检测装置通过中央单元发出的LF信号来启动。气压检测装置包括压力感应器，该感应器测量车轮中的当前气压并将其分别传送至气压检测装置的分析单元或RF传送器。从这里当前的气压连同车轮代码使用RF信号被传送至汽车的中央单元。
在本发明的一个有利的实施例中，LF信号还用于同步气压检测装置。
如果车轮的旋转速率是由探测到的LF信号的周期性变化的信号振幅来确定，那么可以分别地向汽车的特定位置分配车轮。特别是当汽车处于运动中时，每一个车轮的旋转速率相对于其他车轮的旋转速率都会有偏差。这是因为汽车几乎不会沿直线行驶，而是由于驾驶者的细小的转向动作而总是或多或少地曲线行驶。车轮的单独旋转速率由探测到的LF信号的周期性变化的信号振幅而确定。由于车轮旋转，接收到的信号振幅会周期性变化。由于信号接收器被固定于车轮的一个位置并绕车轮的轴线旋转，其结果是接收器的位置相对LF传送器不断地变化。因此，接收到的信号振幅会发生变化，从而可以估计车轮的旋转速率。
只要特定的车轮位置及其车轮代码被分配至特定的气压检测装置，从该气压检测装置发送至汽车的中央单元且具有该车轮代码的所有其他信号都被分配至汽车上相应的已定义的车轮位置。这意味着实现车轮识别和车轮位置分配不需要信号的每次发送。
如果车轮位置的分配发生于汽车绕弯道行驶时，将特别有利。特别地，当汽车绕弯道行驶时，在汽车上能记录到明显不同的车轮旋转速率。因此，特别容易实现通过相应的汽车位置来识别单独车轮旋转速率。
为了确保车轮代码与车轮位置持续保持一致，在预先设定的事件之后向车轮代码再次分配车轮位置会更有利。此类事件的例子可以是启动发动机点火、距离上一次分配的特定时间、系统探测到的轮胎变化、完成一定的汽车里程，或其他类似的事件。
根据本发明的执行上述方法的轮胎气压测量系统包括：安装在汽车中的中央单元，该中央单元含有（低频）LF传送装置、（射频）RF接收装置和中央分析装置。在汽车的每一个车轮上安装有气压检测装置、（低频）LF接收装置、（射频）RF传送装置和分析单元，从而利用从LF传送装置接收到的（低频）LF信号的周期性变化振幅来确定旋转速率。上述轮胎压力测量系统进一步含有测量装置，用于测量每个车轮的车轮旋转速率和/或用于确定转弯类型。
为了比较由LF传送和接收装置的频率确定的车轮旋转速率和汽车已知车轮位置的车轮旋转速率，在一个特别优选的实施例中，将测量装置提供在每个车轮位置的固定位置上，从而确定该处的车轮旋转速率。中央单元同时与车轮上的RF传送装置和安装在已知车轮位置的固定的测量装置通讯。由此获得的数据可以便于比较，并因此便于从车轮向特定的车轮位置分配信号。在此分配之后，气压检测装置通过低频传送和接收装置进行初始化和/或同步，并且气压检测装置确定的车轮气压经由射频传送和接收装置发送。
优选地，上述低频接收装置是磁场强度接收器。车轮的旋转速率影响低频信号的磁场强度的变化，从中能够测量周期，从而可以估计实际的旋转速率。
优选地，上述低频接收装置、射频传送装置和分析单元构成气压检测装置的组件。气压检测装置可以作为一个组合组件固定于车轮上。
附图说明
在以下实施例中描述了本发明的其他优点。
图1显示了汽车的示意图。
图2显示了汽车经历转弯的示意图。
图3显示了不同车轮上周期性变化的信号振幅。
具体实施方式
图1展示了含有四个车轮2的汽车1的示意图。在汽车1中安装了中央单元3，中央单元3包括低频LF传送器4和射频RF接收器5。另外，中央单元3包括中央分析装置6。中央分析装置6通过线缆8连接有测量装置7a，该测量装置安装在每个车轮2的固定位置上。测量装置7a确定分配给它的车轮2的旋转速率。测量装置可以是另一监测系统的一个组件，例如防抱死制动系统ABS或电子稳定程序ESP。
每个车轮2上安装有气压检测装置10。气压检测装置10例如包括压力感应器，该感应器检测车轮的内部压力。另外，在每个车轮2上提供了低频LF接收器11和射频RF传送器12。气压检测装置10、LF接收器11和RF传送器12与分析单元13连接。在分析单元13中，特别分析了由LF接收器11接收的LF传送器4发出的信号。只要车轮2旋转，接收到的LF信号的振幅会改变，形成周期性变化的信号振幅。通过该周期，可以估计各个车轮的旋转速率。这可通过计算接收到的最低信号等级（signallevel）或接收到的最大信号等级来实现。作为另一种选择，还可以确定平均信号等级，并与实际信号等级多久与平均信号等级符合一次的值相比较。还可以通过各次符合来测量车轮2的实际旋转速率。另一种可能性是对接收到的信号等级进行快速傅里叶变换，并由此估计车轮的当前旋转速率。
由分析单元13确定的车轮2的旋转速率通过RF传送器12经大于100MHz的射频传送至中央单元3的RF接收器5。
由中央单元3的LF传送器4发出的信号通过长波传送至车轮2上的LF接收器11，该传送发生在大约20-150KHz的频率范围。此处重要的不是所给出的具体低频频率和射频频率。更重要的是用于确定旋转速率的信号有较长的波长，因此，相比于向中央单元3的旋转速率信息的传送（及随后的与各个车轮2的压力相关的信号的传送）而言，更不容易受由反射和干扰而产生的错误的影响。与较长波长的低频相比，使用较短波长的射频能确保数据的准确传输。
为了将各个车轮2分配至汽车的特定位置，在中央单元3中会分析由各个车轮2通过RF传送器12发送的车轮2的旋转速率。其由中央分析装置6执行，中央分析装置，从通过线缆8固定安装在每一个车轮2上的测量装置7a，接收关于各个位置的车轮2的旋转速率的数据。中央分析装置6将RF接收器5接收的关于各个车轮2的旋转速率的信号，与由测量装置7a传送的在特定位置的车轮2的旋转速率相比较。只要与传送的车轮旋转速率是实质上一致的，由各个车轮2的RF传送器12额外发送的ID-车轮代码会被分配至汽车上车轮的特定位置。系统由此可以在额外发送的ID代码的帮助下，在各个RF传送器12的连续信号传送中，探测接收到的信号与哪个车轮位置相关。
作为另一种选择，还可以通过互相比较4个车轮2传送的车轮旋转速率来分配车轮位置。为此，首先通过测量装置7b确定转弯的类型，该测量装置7b如图1所示与方向盘14相连。在这一点上，区分左转弯和右转弯是非常必要的。特别地，该测量装置7b可以是转向角传感器、陀螺仪或转向灯。由于绕弯道行驶时四个车轮2会经历不同的、独特的弯曲半径，基于转弯的类型，通过互相比较传送的车轮旋转速率，中央单元3能够确定每个车轮2位于汽车1的哪个位置。
因此各个车轮2的分析单元13探测到其会进行旋转速率测量，同样地会利用LF传送器4和LF接收器11的低频确定一个对应的信号，适当时同时确定用于同步系统的信号。基于中央单元3发出的适当的LF信号，分析单元13会被激活，并被要求进行旋转速率测量。
优选地，在各个车轮2上的LF接收器11是磁场强度接收器。对特别选用的低频信号，只需要估计磁场的磁场强度。因此形成缓慢变化的磁场，其很大程度上对干扰来源不敏感。因此对车轮旋转周期的探测也相对简单。
LF接收器11、RF传送器12和分析单元13能够与气压检测装置10共同组成单独的模块。因此其能够非常简单地附在车轮2上受保护的位置。LF传送器4和RF接收器5也可以是中央单元3的组成组件。当然它们也可以安装于中央单元3之外。但重要的是，专用的传送器4或接收器5不安装于每一个车轮上，而是LF传送器4和RF接收器5处在汽车1的所有车轮2的中心。
图2是当汽车绕弯道行驶时汽车1的俯视图。各个同心圆表示在汽车1的各个位置的单个车轮2的轨道。从中可以清楚看到，在位置I的车轮沿最大的曲线半径行驶，而在位置III的车轮则不得不通过最小的弯曲半径。因此，在位置I的车轮2必须有最高的旋转速率，而在位置III的车轮2的旋转速率最低。在位置II和IV的车轮2也有不同的旋转速率和弯曲半径，即使不如在位置I和III的车轮2明显。从该示意图可以清楚得出，在沿弧形轨道行驶的汽车中探测在各个位置的车轮2的旋转速率是特别有利的，因为在这种情况下汽车1的单个车轮2的旋转速率的差异最明显。
图3展示了图2的汽车1在位置I至IV的各个车轮上的信号振幅的变化。从中清楚可见在位置I信号振幅的变化频率最高。由此推断在此处形成最高的车轮旋转速率。因此，例如通过计算各自的振幅或使用其他前面已经描述的方法，可以获得旋转速率。信号振幅的最低变化频率发生在位置III。因此最低车轮旋转速率发生在此处。该车轮旋转速率之后是位置II的旋转速率，此后是位置IV的旋转速率。通过计算各个车轮的旋转速率并将该旋转速率与各个车轮2的ID-代码一起传送，通过与测量装置7的值相比较，可以知道在汽车1上的车轮的位置，并且该位置不会改变，在中央单元3向汽车1上特定的位置I至IV分配车轮2的ID-代码。后续的信号连同车轮2的ID-代码被发送至中央单元3，因此能够被准确分配至汽车1上特定的位置I至IV。
在各个位置I至IV的旋转速率的计算与关于车轮2内的当前气压的每个信号传送一同进行。但是通常只需在某些特别的事件中传送旋转速率和车轮位置。这些事件可以是，例如，当汽车的点火开关被接通或人工输入、发生了轮胎的更换。当然，其他事件也可以选择来执行旋转速率计算并分配位置。
本发明并不受图示实施例的限制。在任何时候都可能在权利要求的范围内对本发明进行修改。
引用列表
1汽车
2车轮
3中央单元
4LF传送器
5RF接收器
6中央分析装置
7测量装置
8线缆
10气压检测装置
11LF接收器
12RF传送器
13分析单元
14方向盘
I，II，III，IV车轮位置

Claims (17)

1.一种用于在轮胎气压测量系统测定和分析轮胎气压并分配待分析汽车(1)的车轮位置(I，II，III，IV)的方法，
其中向汽车(1)的每个车轮(2)分配气压检测装置(10)、LF接收器(11)、分析单元(13)、RF传送装置(12)和单独车轮代码，
其中LF接收器(11)接收安装在汽车(1)的中央单元(3)的LF传送装置(4)发出的电子LF信号，
分析单元(13)分析接收到的LF信号振幅并由此确定车轮旋转速率，
车轮(2)的RF传送装置(12)向汽车(1)的中央单元(3)发送带有关于车轮旋转速率信息的RF信号以及单独车轮代码，
中央单元(3)使用另一个测量系统(7)确定车轮(2)的车轮位置(I，II，III或IV)，所述另一个测量系统(7)是监测系统的一个组件，并且
中央单元(3)向汽车(1)的已知车轮位置(I，II，III或IV)分配气压检测装置(10)及其单独车轮代码。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LF接收器(11)是磁场强度接收器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定车轮(2)的车轮位置(I，II，III或IV)，中央单元(3)将传送的车轮旋转速率与由所述另一个测量系统包括的第一测量装置(7a)的已知位置的车轮旋转速率相比较，如果两个车轮旋转速率的紧密相符，中央单元(3)将传送的车轮(2)的车轮代码分配至所述第一测量装置(7a)的已知位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一测量装置(7a)是ABS系统。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其特征在于，为了确定车轮(2)的车轮位置(I，II，III或IV)，中央单元(3)相互比较传送的四个车轮(2)的车轮旋转速率，根据转弯的类型，中央单元(3)将传送的车轮(2)的车轮代码分配至车轮位置(I，II，III或IV)，其中转弯的类型由所述另一个测量系统包括的第二测量装置(7b)确定，所述第二测量装置(7b)是转向角传感器、陀螺仪或转向灯控制器。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述转弯的类型是左转弯或右转弯。
7.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其特征在于，气压检测装置(10)或位置(I，II，III，IV)的确定由中央单元(3)发出的LF信号启动。
8.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其特征在于，气压检测装置(10)由中央单元(3)发出的LF信号同步。
9.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其特征在于，车轮(2)的旋转速率由探测到的LF信号的周期性变化的信号振幅确定。
10.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其特征在于，车轮位置(I，II，III，IV)被分配至从同一车轮代码的气压检测装置(10)向中央单元(3)发送的所有后续信号。
11.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其特征在于，车轮位置(I，II，III，IV)的分配发生于汽车(1)绕弯道行驶时。
12.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其特征在于，在预先设定的事件之后，向车轮代码再次分配车轮位置(I，II，III，IV)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述预先设定的事件是启动发动机点火、距离上一次分配的时间、更换轮胎、或完成汽车里程。
14.一种执行根据权利要求1-13中的任一项所述的方法的轮胎气压测量系统，
含有安装于汽车(1)的中央单元(3)，中央单元含有LF传送装置(4)、RF接收装置(5)和中央分析装置(6)，
含有安装在汽车(1)的每个车轮(2)上的气压检测装置(10)、LF接收器(11)、RF传送装置(12)和分析单元(13)，以利用接收到的LF信号的周期性变化的振幅来确定旋转速率，以及
另一个测量系统(7)，以测量每个车轮(2)的车轮旋转速率和/或确定转弯类型。
15.根据权利要求14所述的轮胎气压测量系统，其特征在于，第一测量装置(7a)安装于每个车轮位置(I，II，III，IV)的固定位置。
16.根据权利要求14-15中的任一项所述的轮胎气压测量系统，其特征在于，LF接收器(11)是磁场强度接收器。
17.根据权利要求14-15中的任一项所述的轮胎气压测量系统，其特征在于，LF接收器(11)、RF传送装置(12)、分析单元(13)和气压检测装置(10)以及/或者LF传送装置(4)、RF接收装置(5)和中央分析装置(6)各自形成一个模块。
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