CN110203173B - 具有动态压力补偿的充气机 - Google Patents

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Abstract

一种充气机，包括：充气机壳体、可操作以产生与充气机的出口压力有关的压力信号的压力传感器、位于充气机壳体内的电机、可拆卸地联接到充气机壳体的电池组以及电联接到电机和电池组的控制器。控制器配置成接收来自压力传感器的压力信号，基于压力信号确定增压变化速率，基于增压变化速率确定静态压力值，并且基于目标压力值、静态压力值和增压变化速率确定电机时间延迟。控制器还被配置成当电机时间延迟大体上等于零时产生控制信号。控制信号可操作以使到电机的电力关闭以停止充气机的增压状态。

Description

具有动态压力补偿的充气机
技术领域
本发明涉及充气机。
背景技术
诸如车辆轮胎、自行车轮胎、运动球、浮管等的许多物体都必须填充有压缩空气。这样的物体可以使用各种不同的填充设备(诸如手动泵，压缩机或便携式充气机)填充空气。通常，用户必须监测物体内的压力，以确定何时达到期望的填充压力。用户可以使用单独的压力计或被结合在填充设备中的压力计来监测压力。
发明内容
在一方面，本发明提供一种充气机，其包括充气机壳体、压力传感器、位于充气机壳体内的电机、电池组和控制器。压力传感器可操作以产生与充气机的出口压力的值有关的压力信号。电池组可拆卸地联接到充气机壳体上。控制器电联接到电机和电池组。控制器包括非临时性计算机可读介质和处理器。控制器包括存储在计算机可读介质中的计算机可执行指令，其用于控制充气机的操作以接收来自压力传感器的压力信号，将来自压力信号的充气机的出口压力的值与目标压力值进行比较，当充气机的出口压力的值大于或等于目标压力值时，基于压力信号确定增压变化速率，基于压力信号、目标压力值和增压变化确定电机时间延迟，并且当电机时间延迟大体上等于零时产生控制信号。控制信号可操作以使到电机的电力关闭以停止充气机的增压。
在另一方面，本发明提供了一种控制充气机的计算机实现的方法。充气机包括处理器、压力传感器、电机和电池组。该方法包括从压力传感器接收与充气机的出口压力相关的压力信号，使用处理器将来自压力信号的充气机的出口压力的值与目标压力值进行比较，当充气机的出口压力的值大于或等于目标压力值时，使用处理器基于压力信号确定增压变化速率，使用处理器基于压力信号、目标压力值和增压变化速率确定电机时间延迟，并且当电机时间延迟大体上等于零时，使用处理器产生控制信号。控制信号可操作以使到电机的电力关闭以停止充气机的增压。
在另一方面，本发明提供了一种充气机，其包括充气机壳体和位于充气机壳体内的电机。电机限定电机轴线并且包括可绕电机轴线旋转的输出轴。电池组可拆卸地联接到充气机壳体上，并且电池组被配置成当联接到充气机壳体上时以额定输出电压向电机供电。充气机还包括位于充气机壳体内并联接到输出轴的泵。该泵包括限定气缸轴线的气缸以及响应于输出轴的旋转而在气缸内沿气缸轴线往复运动的活塞。该泵具有在约21,875立方厘米每分钟(cc/min)和约63,000cc/min之间最大流率。
在另一方面，本发明提供一种充气机，其包括充气机壳体、可操作以产生与充气机的出口压力有关的压力信号的压力传感器、位于充气机壳体内的电机、可拆卸地联接到充气机壳体的电池组以及电联接到电机和电池组的控制器。控制器包括非临时性计算机可读介质和处理器。该控制器包括存储在计算机可读介质中的计算机可执行指令，用于控制充气机的操作以接收来自压力传感器的压力信号，基于压力信号确定增压变化速率，基于增压变化速率确定静态压力值，基于目标压力值、静态压力值和增压变化速率确定电机时间延迟，并且当电机时间延迟大体上等于零时产生控制信号。控制信号可操作以使到电机的电力关闭以停止充气机的增压状态。
在另一方面，本发明提供了一种控制充气机的计算机实现的方法，充气机包括处理器、压力传感器、电机和电池组。该方法包括从压力传感器接收与充气机的出口压力有关的压力信号，基于压力信号确定增压变化速率，并且基于增压变化速率确定静态压力值。该方法进一步包括基于目标压力值、静态压力值和增压变化速率来确定电机时间延迟，并且当电机时间延迟大体上等于零时产生控制信号，以使从电池组到电机的电力关闭以停止充气机的增压状态。
在另一方面，本发明提供了一种使具有内部容积在约10加仑和约12加仑之间的车辆轮胎充气的方法。该方法包括用充气机将压缩空气排入内部容积。充气机具有充气机壳体、位于充气机壳体内的电机，壳体限定电机轴线并且包括可围绕电机轴线旋转的输出轴、配置成以额定输出电压向电机供电的DC电源以及联接到输出轴的位于充气机壳体内的泵。该泵包括限定气缸轴线的气缸以及响应于输出轴的旋转而在气缸内沿气缸轴线往复运动的活塞。通过将压缩空气排入内部容积，在内部容积的开始压力在28psi到31psi之间的情况下，将内部容积的静态压力增加5psi，该过程在40至60秒内发生。
在另一方面，本发明提供了一种使具有内部容积在约10加仑和约12加仑之间的车辆轮胎充气的方法。该方法包括用充气机将压缩空气排入内部容积。充气机具有充气机壳体、位于充气机壳体内的电机，壳体限定电机轴线并且包括可围绕电机轴线旋转的输出轴、配置成以额定输出电压向电机供电的DC电源以及联接到输出轴的位于充气机壳体内的泵。该泵包括限定气缸轴线的气缸以及响应于输出轴的旋转而在气缸内沿气缸轴线往复运动的活塞。通过将压缩空气排入内部容积，在内部容积的开始压力在25psi的情况下，将内部容积的静态压力增加15psi，该过程在120秒内发生。
通过考虑下面的详细描述和附图，本发明的其它特征和方面将变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据本发明一个实施例的充气机的透视图。
图2示出了图1的充气机的另一透视图。
图3示出了图1的充气机的横截面图。
图4示出了图1的充气机的一部分的透视图。
图5示出了图1的充气机的控制模块的横截面图。
图6示出了根据本发明一个实施例的用于图1的充气机的控制系统。
图7A、图7B和图7C示出了用于控制图1的充气机操作的过程。
图8A、图8B和图8C示出了用于控制图1的充气机操作的另一过程。
图9A示出了用于控制图1的充气机操作的另一过程。
图9B示出了用于控制图1的充气机操作的另一过程。
图9C、图9D和图9E示出了用于控制图1的充气机操作的另一过程。
在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解的是，本发明的应用并不限于在下面的描述中阐述的或者在下面的附图中示出的部件构造和布置细节。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或执行。而且，应该理解，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，其不应该被认为是限制性的。
具体实施方式
图1-图5示出了根据本发明实施例的便携式充气机10。充气机10包括具有前侧18、后侧22以及在前侧18和后侧22(图1)之间延伸的左侧26和右侧30的充气机壳体14。示出的壳体14是蛤壳式壳体，其由在将充气机10平分的分离面34处连接的两个协作的半部分限定。在其他实施例中，分离面34可以不平分充气机10。或者，壳体14可以是整体结构，或者可以其他方式形成。
在所示实施例中，外部框架38联接到壳体14的外部。框架38优选地由耐冲击材料(例如，聚碳酸酯-ABS混合物)制成，并且框架在壳体14上的放置可以帮助保护壳体14免受跌落或其他冲击。图示的框架38包括沿壳体14的左侧26延伸的第一部分42、沿壳体14的右侧30延伸的第二部分46以及在第一部分42和第二部分46之间延伸的第三部分50。第三部分50限定与壳体14间隔开并且可由用户抓握以便于携带和移动充气机10的把手。在所示的实施例中，框架38的第一部分42和第二部分46中的每一个还包括分别沿着壳体14的左侧26和右侧30在前后方向上延伸的基部54。每个基部54包括多个支脚58(图2)，当充气机10直立(即，图1所示的定向)时，该支脚58可与表面(未示出)接合。支脚58优选地由弹性材料(例如，橡胶或硅树脂)制成，以抑制在充气机10的操作期间产生的振动。
充气机10进一步包括支撑在壳体14(图3)内的电机62和配置成向电机62提供电力的电池66(图1)。电池66可拆卸地联接到电池插座70，电池插座70至少部分地位于从壳体14的前侧18向内延伸的电池凹部74内。所示的电池66是具有多个可再充电电池单元(例如，锂基电池单元；未示出)的动力工具电池组，其为电池66提供大约12V或更小的额定输出电压。在其他实施例中，电池66可以具有不同的额定电压，诸如18V、36V或40V。或者，充气机10可以是被配置成从墙壁插座或其他远程电源(诸如，铅酸电池)接收电力的有绳工具。
参考图3，充气机10包括泵78和用于从电机62向泵78提供扭矩的驱动组件82。所示的电机62是直流电机，并且可以是有刷或无刷电机。电机62包括限定电机轴线90的输出轴86。驱动组件82至少部分地容纳在齿轮箱94内并且包括固定到输出轴86以绕电机轴线90旋转的小齿轮98，与小齿轮98啮合并且可以绕横向于电机轴线90的齿轮轴线104旋转的锥齿轮102，以及在偏离齿轮轴线104的偏心枢轴110处联接到锥齿轮102的曲柄臂106。泵78包括限定气缸轴线118的气缸114(气缸轴线118横向于电机轴线90和齿轮轴线104)以及联接到曲柄臂106的活塞122。活塞122响应于锥齿轮102的旋转而沿着气缸轴线118在气缸114内往复运动。
在一些实施例中，气缸114具有在约23毫米(mm)和约29mm之间的内径D。在所示实施例中，内径D约为26毫米。在一些实施例中，活塞122可沿着气缸轴线118移动约15mm至约21mm之间的冲程长度L。在所示实施例中，冲程长度L约为18mm。因此，在所示的实施例中，泵78的内部气缸直径与冲程长度之比(D:L)大约为1.44。
基于气缸114的内径D和活塞122的冲程长度L，泵78具有的每冲程的位移QS可以按照下面公式1来计算：
相应地，在一些实施例中，泵78具有在约6.25立方厘米至约14立方厘米之间的每冲程位移QS。在所示的实施例中，泵78具有约9.5立方厘米的每冲程位移QS。
在一些实施例中，锥齿轮102可以由电机62驱动到在大约3500转每分钟(RPM)和大约4500RPM之间的最大速度N。在所示的实施例中，锥齿轮102可以由电机62驱动到约4000RPM的最大速度N。泵78的流率Q可以通过将每冲程位移QS乘以锥齿轮102的转速N来计算，如下面在公式2中所述：
Q＝Qs×N 公式2
因此，在一些实施例中，泵78在0psig的排放压力下具有在约21,875立方厘米每分钟(cc/min)与约63,000cc/min之间的流率Q。在一些实施例中，由于电池66具有大约12V的额定输出电压，所以充气机10可以具有介于大约1,822cc/min每伏特和大约5,250cc/min每伏特之间的电池电压比Q:V。例如，流率与电池电压比Q:V可以是约2,083cc/min每伏特。充气机10的高流率Q和相应的流率与电池电压比Q:V有利地使得充气机10可以快速地将可充气物体填充到期望的压力。
例如，充气机10可以用于填充车辆的充气轮胎。用于客车的典型轮胎具有约10加仑至约12加仑的内部可填充容积。在一些实施例中，充气机10可以将10-12加仑的轮胎中的静态压力从28-31(或约30)磅每平方英寸(psi)增加到35psi，该过程在40秒到60秒之间发生。在一些实施例中，充气机10可以将10-12加仑的轮胎中的静态压力从28-31磅每平方英寸(psi)增加到35psi，该过程在40秒到50秒之间发生。充气机10在具有约10.5加仑的内部容积的245/45R19车辆轮胎上进行了测试。使用具有额定输出电压为12V的电池，充气机10在119秒内将轮胎从25psi的初始压力填充到40psi的静态压力。
参照图3，泵78还包括出口腔室126和设置在出口腔室126和气缸114之间的单向阀130。所示的阀130是弹簧偏置的提升阀；然而，可以使用任何其他合适类型的单向阀。阀130配置成当气缸114内的压力超过阀130的开启压力时(例如，当活塞122在其压缩冲程期间沿箭头A的方向移动时)打开。阀130配置成当活塞122在其返回冲程期间沿箭头B的方向移动时关闭，以维持出口腔室126内的升高的压力。入口开口134设置在气缸114的与出口腔室126相对的一端(图4)附近。示出的入口开口134径向延伸通过气缸114并且允许环境空气在活塞返回冲程结束时流入气缸114(用于随后的压缩)。
参考图2和图4，出口软管138从出口腔室126延伸并穿过壳体14的后侧22中的开口142。出口软管138终止于适配器146。适配器146可以连接至延伸软管150、各种适配器154等。在示出的实施例中，充气机10包括软管裹件158，软管裹件158具有联接到壳体14的后侧22的一体式贮藏室162，用于存储延长软管150和适配器154。
控制单元166被提供以用于控制充气机10的操作(图4和图5)。所示的控制单元166包括设有控制器174(图6)的印刷电路板170(“PCB”)和用户界面178。参照图5，用户界面178包括显示器200，诸如单色显示器，液晶二极管(LCD)显示器或能够显示字母数字数据的其它显示器，以及多个按键或按钮204。在所示实施例中，按钮204联接到PCB 170上的开关208。在其他实施例中，显示器200可以是触敏的，并且一个或多个按钮204可以是在显示器200上显示的虚拟按钮。用户可以经由显示器200和/或按钮204与控制器174通信，这允许用户从显示器200进行选择、输入数据等。每个按钮204可以对应于显示器200上显示的不同动作，允许用户与控制器174交互以打开/关闭充气机10、控制充气机10的操作等。
控制单元166大体设置在电池66上方并且包括相对于壳体14的前侧18以倾斜角度延伸的盖板208(图1)。第一密封件212围绕盖板208，以在盖板208和壳体14之间提供大体上防水的密封(图5)。在所示实施例中，透镜216覆盖显示器。透镜216优选地由诸如聚碳酸酯的透明耐冲击材料制成。第二密封件220设置在透镜216和盖板208的下侧之间，以在透镜216和盖板208之间提供大体上防水的密封。
参考图4和图5，控制单元166还包括与控制器174通信的一个或多个压力传感器224。管228从压力传感器224上的第一配件232延伸到出口腔室126上的第二配件236。管228建立压力传感器224和出口腔室126之间的流体连通，以使得压力传感器224可以检测出口腔室126内的压力(并且因此检测被充气物体内的压力)。
如图6的机电示意图所示，使用充气机10内的控制电子设备来控制、监测和调节由电池组66提供给充气机10的电力。图6示出了与充气机10相关联的控制器174。控制器174电气地和/或通信地连接到充气机10的各种模块或部件。例如，所示的控制器174连接到电力输入模块300、电池组接口302、一个或多个温度传感器304、一个或多个压力传感器224、用户界面模块178、远程通信接口306和电机开关模块308(例如，包括一个或多个开关FET)。控制器174包括可操作以用于控制充气机10的操作、控制用户界面178、监测充气机10的操作等的硬件和软件的组合。
在一些实施例中，控制器174包括多个电气和电子部件，其向控制器174和/或充气机10内的部件和模块提供电力、操作控制和保护。例如，控制器174包括处理单元310(例如，微处理器、微控制器或其他合适的可编程设备)、存储器312、输入单元314和输出单元316。处理单元310尤其包括控制单元318、算术逻辑单元(“ALU”)320和多个寄存器322(在图6中被示为一组寄存器)，并且使用已知的计算机架构(诸如修改的哈佛架构、冯·诺依曼架构等)来实现。处理单元310、存储器312、输入单元314和输出单元316以及连接到控制器174的各种模块通过一个或多个控制和/或数据总线(例如，公共总线324)连接。为了说明的目的，在图6中总体上示出了控制和/或数据总线。基于本文所述的本发明，对于本领域技术人员而言，用于各种模块和部件之间的互连和通信的一个或多个控制和/或数据总线的使用是已知的。
存储器312例如包括程序存储区域和数据存储区域。程序存储区和数据存储区可以包括不同类型存储器的组合，诸如只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)(例如动态RAM[“DRAM”]、同步DRAM[“SDRAM”]等)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、闪存、硬盘、SD卡或其它合适的磁性、光学、物理、电子存储设备或其他数据结构。处理单元310连接到存储器312，并且执行能够被存储在存储器312的RAM中(例如，在执行期间)、在存储器312的ROM中(例如，大体上永久性地)或在另一个非暂时性计算机可读介质(诸如另一个存储器或盘)中的软件指令。包括在充气机10的实施方式中的软件可以被存储在控制器174的存储器312中。该软件包括例如固件、一个或多个应用、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块以及其他可执行指令。控制器174被配置成从存储器中取回并且执行与这里描述的控制过程和方法有关的指令等。在其他实施例中，控制器174可以包括另外的、更少的或不同的部件。
电池组接口302包括机械和电气部件的组合，这些机械和电气部件被配置成且可操作以用于使充气机10与电池组66交互(例如机械地、电气地和通信地连接)。例如，由电池组66提供给充气机10的电力通过电池组接口302提供给电力输入模块300。电力输入模块300包括有源和无源部件的组合以在电力被提供给控制器174之前调节或控制从电池组66接收的电力。电池组接口302还向电机开关模块308供电，其由开关FET开关以选择性地向电机62提供电力。电池组接口302还包括例如通信线路326，用于提供控制器174和电池组66之间的通信线路或链路。远程通信接口306(例如，蓝牙、NFC、WAN、USB、以太网、蜂窝、网状网络或类似的接口)使用户能够经由有线或无线连接使用外部或远程设备(例如，移动电话或计算机；未示出)来控制用户界面178。在一些实施例中，远程通信接口被配置成接收与充气机10期望实现的目标压力值有关的信号。
图7A、图7B和图7C是用于控制充气机10的操作的过程400。过程400开始于控制器174从压力传感器224接收压力传感器信号PSENSOR(步骤402)。控制器174然后确定原始压力值(步骤404)。在一些实施例中，原始压力值PRAW如公式3所述进行计算：
PRAW＝PSENSOR×Const_AdjustA+Cons_AdjustB 公式3
其中Const_AdjustA和Cons_AdjustB是存储在存储器312中的特定于压力传感器224的常数。每当需要基于来自压力传感器224的信号来确定新的压力值时，这些值被用于确定原始压力。
在步骤406中，控制器174确定充气机10是否处于温度大于或等于摄氏30度或另一规定温度值的环境内。控制器174基于从温度传感器304接收到的信号来确定与充气机的周围环境相关联的温度。无论步骤406的结果如何，控制器174都从原始压力PRAW确定温度校正压力PTC(步骤408、410)。取决于充气机环境的温度，使用不同的温度偏移值计算温度校正压力PTC。例如，在步骤408中，当温度大于或等于摄氏30度时，计算温度校正压力PTC以补偿由于大于或等于摄氏30度的温度而引起的压力增加。在步骤410中，当温度低于摄氏30度时，计算温度校正压力PTC以补偿由于低于摄氏30度的温度而引起的压力降低。本领域技术人员将能够根据公知的温度和压力之间的关系并根据本公开来计算温度校正压力PTC。
在确定温度校正压力PTC之后，控制器174确定电机62是否接通(步骤412)。如果电机62接通，则过程400继续进行到图7B所示和描述的控制部分A。如果电机62关闭，则过程400继续进行到图7C所示和描述的控制部分B。
参照控制部分A和图7B，控制器174确定电机62是否已经接通并且工作了指定的持续时间或时间或电机接通极限(步骤414)。可以基于控制器174内部的定时器并监测控制器174的电机接通引脚来确定电机62已经工作的持续时间。当电机62接通时，电机接通引脚被设置为接通并且电机接通定时器开始运行。类似地，当电机62关闭时，电机接通引脚被设置为关闭，并且电机接通定时器被停止。结果，控制器174记录电机62已经运转了多久。如果在步骤414中，电机62已经工作到电机接通极限，则控制器174将温度校正压力PTC存储为先前压力值PPREV(步骤416)。在一些实施例中，电机接通极限是4.0秒。在步骤416之后，过程400返回到图7A所示和描述的控制部分C，因此过程400可以再次开始。在一些实施例中，过程400每0.4秒执行一次。如果在步骤414中，电机62在电机接通极限的时间内没有工作，则控制器174确定电机62是否已经工作了比电机接通极限更长的时间(步骤418)。如果在步骤418中，电机62在长于电机接通极限的时间内都没有工作，则过程400返回到控制部分C和图7A，因此过程400可以再次开始。如果在步骤418中，电机62已经工作的时间长于电机接通极限，则控制器174确定电机延迟时间TMD(步骤420)。
电机延迟时间TMD对应于在充气机10的增压(pressurization)状态结束之前电机将被操作的时间量。电机延迟时间TMD是基于在感测到的压力RPC的增压变化速率和充气机10的增压状态开始(下面描述)之前与管228相关的静态压力PSTATIC来计算的。如下面等式4所示计算增压变化速率RPC：
其中PTC是来自步骤408或步骤410的温度校正压力值，并且PPREV是来自步骤416的先前压力值。在一些实施例中，在其计算的若干次迭代中对增压变化速率RPC进行平均。例如，可以在过程400的每一次迭代(例如，每0.4秒)或每次达到电机接通极限(例如，每四秒)计算增压速率。无论间隔如何，控制器174可以对多次增压变化速率RPC的计算进行平均。通过对增压变化速率RPC进行平均，控制器可以限制传感器异常读数可能导致的较大的速率波动。
然后计算静态压力值PSTATIC。静态压力值PSTATIC在整个充气机10的增压状态期间被定期地更新。静态压力值PSTATIC在电机62被接通之前被初始地确定。然而，在增压状态已经开始之后，通过将增压速率RPC乘以电机接通极限(即，PTC-PPREV)来更新静态压力值。因此，控制器174有效地增加对应于在最近的电机接通时间间隔期间所增加的压力量的增量压力值ΔP。利用静态压力值PSTATIC和增压变化速率RPC，控制器174计算电机延迟时间TMD，如下面在公式5中所述：
其中PTARGET是使用用户界面178设定的目标压力值。电机延迟时间TMD具有秒的单位并且随着充气机10的增压状态的行进而逐渐接近零。在步骤420中，在计算出电机延迟时间TMD之后，可以将上述的电机接通定时器复位为零，以开始对下一个电机接通时间间隔进行计数。
在步骤420之后，控制器174确定电机延迟时间TMD是否小于或等于零(步骤422)。当电机延迟时间TMD达到零或大体上为零(例如，任意接近零的数字)时，更新的静态压力PSTATIC大体上等于目标压力PTARGET。如果在步骤422中，电机延迟时间TMD不等于或小于零，则过程400返回到图7A所示和所描述的控制部分C，从而过程400可以再次开始。如果在步骤422中，电机延迟时间TMD等于或小于零，则过程400进行到步骤424，在步骤424中，控制器174关闭电机62，并且响应于更新的静态压力PSTATIC等于目标压力PTARGET而终止充气机10的增压状态。在步骤424之后，过程400返回到图7A所示和描述的控制部分C，从而过程400可以再次开始。
返回到步骤412和图7A，如果电机62关闭，则过程400进行到图7C所示和描述的控制部分B。参照图7C，静态压力值PSTATIC设置为温度补偿压力PTC(步骤426)。在步骤428中，控制器174确定电机是否关闭。当电机62为关闭时，电机关闭引脚被设置为关闭。然而，如果电机不关闭(即，电机已经开始工作)，则控制器174将当前压力值设定为等于温度补偿压力PTC(步骤430)。在设定好当前压力(在步骤430)之后，过程400返回到图7A所示和描述的控制部分C，因此过程400可以再次开始。如果在步骤428中，电机62关闭，则电机关闭定时器开始运行并在步骤432中增加。在步骤434中，将电机关闭定时器与电机关闭极限(例如1.25s)进行比较。如果在步骤434中，电机关闭定时器大于或等于电机关闭极限，则控制器174将当前压力值设定为等于温度补偿压力PTC，并且复位电机关闭位以重置电机关闭定时器(步骤436)。在设定好当前压力(在步骤436中)之后，过程400返回到图7A中所示和所描述的控制部分C，因此过程400可以再次开始。
返回到步骤434，如果电机关闭定时器不大于或等于电机关闭极限，则控制器174将当前压力值设置为等于从用户界面178接收的用户期望的目标压力PTARGET(步骤438)。在设定好当前压力(在步骤438中)之后，过程400返回到图7A所示和所描述的控制部分C，所以过程400可以再次开始。
图8A、图8B和图8C是用于控制充气机10的操作的另一过程500。过程500与过程400的不同之处在于，充气机的控制是基于电池组电压调节后的压力值。过程500开始于控制器174从压力传感器224接收压力传感器信号PSENSOR(步骤502)。控制器174然后确定原始压力值(步骤504)。在一些实施例中，原始压力值PRAW如下面在公式6所述被计算：
PRAW＝PSENSOR×Const_AdjustA+Cons_AdjustB 公式6
其中Const_AdjustA和Cons_AdjustB是存储在存储器312中的特定于压力传感器224的常数。每当需要基于来自压力传感器224的信号来确定新的压力值时，这些值被用于确定原始压力。
在步骤506中，控制器174确定充气机10是否处于温度大于或等于摄氏30度或另一规定温度值的环境内。控制器174基于从温度传感器304接收到的信号来确定充气机周围环境的温度。不管步骤506的结果如何，控制器174根据原始压力PRAW确定温度校正压力PTC(步骤508、510)。取决于充气机环境的温度，使用不同的温度偏移值计算温度校正压力PTC。例如，在步骤508中，当温度大于或等于摄氏30度时，计算温度校正压力PTC以补偿由于大于或等于摄氏30度的温度而引起的压力的任何增加。在步骤510中，当温度低于摄氏30度时，计算温度校正压力PTC以补偿由于低于摄氏30度的温度而引起的任何压力降低。本领域技术人员将能够基于温度和压力之间的公知的关系来计算温度校正压力PTC。
在确定温度校正压力PTC之后，控制器174确定电机62是否接通(步骤512)。如果电机62接通，则过程500继续到图8B所示和描述的控制部分D。如果电机62断开，则过程500继续到图8C所示和描述的控制部分E。
参考控制部分D和图8B，控制器174确定电压调节的压力值PVA(步骤514)。电压调节的压力值PVA被确定为电池组66电压的函数。在一些实施例中，可以针对电池组66的任何测得的电压来计算电压调节的压力值PVA。在其它实施例中，电压调节的压力值PVA仅针对一般对应于“高”电压和“低”电压的两个离散电压值(例如，12V和10V)进行计算。
作为说明性示例，可以基于10V电池组电压和12V电池组电压来调节温度补偿压力PTC。可以计算用于进行调节的10V压力值和12V的压力值，如在以下公式7和8中所示：
P10V＝PTC×Adjust_Gassing10A+Adjust_Gassing10B 公式7
P12V＝PTC×Adjust_Gassing12A+Adjust_Gassing12B 公式8
其中Adjust_Gassing10A，Adjust_Gassing10B，Adjust_Gassing12A和Adjust_Gassing12B是存储在存储器312中的常数值，它们涉及来自充气机10的增压如何相对于电池组66的电压电平变化。一般而言，电池组电压越接近电池组66的额定电压，用于基于电压的压力调节的常数标量乘法因子越接近1(即，1)。电压调节的压力值PVA可以如下面公式9所示进行计算：
在步骤514之后，控制器174确定电压调节的压力值PVA是否大于或等于用户期望的目标压力PTARGET(步骤516)。如果在步骤516中，电压调节的压力值PVA不大于或等于用户期望的目标压力PTARGET，则过程500返回到参照图8A描述的控制部分F，因此过程500可以再次开始。如果在步骤516中，电压调节的压力值PVA大于或等于用户期望的目标压力PTARGET，则过程500进行到步骤518，在步骤518中，控制器174关闭电机62并终止充气机10的增压状态。在步骤518之后，过程500返回到图8A中所示和所描述的控制部分F，从而过程500可以再次开始。
返回到步骤512和图8A，如果电机62关闭，则过程500进行到图8C所示和描述的控制部分E。参照图8C，将静态压力值PSTATIC设置为温度补偿压力PTC(步骤520)。在步骤522中，控制器174确定电机62是否关闭。当电机62关闭时，电机关闭引脚被设置为关闭。然而，如果电机62不关闭(即，电机62已经开始工作)，则控制器174将当前压力值设定为等于温度补偿压力PTC(步骤524)。在当前压力被设定在步骤524之后，过程500返回到图8A所示和所描述的控制部分F，从而过程500可以再次开始。如果在步骤522中电机62关闭，则电机关闭定时器开始运行并且在步骤526中增加。在步骤528中，将电机关闭定时器与电机关闭极限(例如1.25s)进行比较。如果在步骤528中，电机关闭定时器大于或等于电机关闭极限，则控制器174将当前压力值设定为等于温度补偿压力PTC，并且复位电机关闭位以重置电机关闭定时器(步骤530)。在设定好当前压力(在步骤530中)之后，过程500返回到图8A所示和所描述的控制部分F，从而过程500可以再次开始。
返回到步骤528，如果电机关闭定时器不大于或等于电机关闭极限，则控制器174将当前压力值设定为等于从用户界面178接收的用户期望的目标压力PTARGET(步骤532)。在设定好当前压力(在步骤532中)之后，过程500返回到图8A所示和所描述的控制部分F，从而过程500可以再次开始。在一些实施例中，过程500的电压调节压力技术可以被包括在过程400的电机延迟时间技术中并且与过程400的电机延迟时间技术组合，使得测得的压力值可以针对电池组66的电压进行调节。
图9A、图9B、图9C和图9D提供了用于控制充气机10操作的另一种控制方法。图9A、图9B、图9C和图9D的控制方法被分成三个独立的过程，其可以由控制器174独立地、顺序地或者同时地执行。图9A是用于在用户按压用户界面178的充气按钮之后控制电机62的开/关操作的过程600。图9B是用于基于温度故障状况和电池组电压故障状况确定充气机10是否能够继续运行的过程700。图9C和图9D是用于控制充气机10的增压状态终止的过程。
参考图9A和过程600，过程600开始于控制器174确定用户界面178的充气按钮是否已经被用户按下(步骤602)。如果没有按压充气按钮，则过程600将返回到步骤602，直到用户界面178的充气按钮被按下。如果在步骤602中，充气按钮被按下，则控制器174确定电机62是否关闭(步骤604)。如果电机没有关闭(即，电机接通)，则控制器174关闭电机62(步骤606)，并且过程600返回到步骤602。在返回到步骤602之后，用户不必再次按下充气按钮。例如，如果在预定时间间隔(例如，5秒内)内按压了充气按钮，则控制器174可以认为充气按钮已经被按下，并且控制器174在步骤604中再次检查以查看电机62是否关闭。
如果在步骤604中，电机62关闭，则控制器174确定充气机10的温度以确定温度是否在可接受的操作温度范围(例如，大于预定的温度值，诸如摄氏50度)之外。在一些实施例中，控制器174基于从温度传感器304接收到的信号来确定充气机10的周围环境的温度。如果充气机10的温度不在可接受的操作温度范围内，则过程600结束。在过程600结束之后，过程600可以再次立即执行或在延迟(例如2秒)后执行，以再次检查充气机的温度是否在可接受的操作温度范围内。如果在步骤608中，充气机的温度处于可接受的操作温度范围内，则控制器174确定用户设定的目标压力是否大于压力传感器224感测的压力(步骤610)。如果目标压力不大于感测压力，则不需要对物体充气，过程600结束。如果在步骤610中，目标压力大于感测压力，则控制器174开启电机62(步骤612)以启动充气机10的增压状态，然后过程600结束。在一些实施例中，如果用户在步骤610中未提供目标压力值，则控制器174将目标压力值设定为预定值(例如，120磅每平方英寸[“PSI”])。
参照图9B和过程700，过程700开始于控制器174确定电机62是否接通(步骤702)。如果电机62未接通(即，电机关闭)，则过程700返回到步骤702，并且控制器174等待电机62接通。如果在步骤702中，电机62接通，则控制器174确定充气机10的温度以确定温度是否在可接受的操作温度范围之外(例如，大于预定的温度值，诸如摄氏50度)(步骤704)。在一些实施例中，控制器174基于从温度传感器304接收的信号来确定充气机10的周围环境的温度。如果充气机10的温度不在可接受的操作温度范围内，则控制器174关闭电机62(步骤708)。如果在步骤704中，充气机的温度处于可接受的操作温度范围内，则控制器174确定电池组66的电压是否在可接受的范围内(即，小于高电压截止值并且大于低电压截止值)(步骤706)。例如，在诸如锂基电池单元的电池组中使用的某些类型的电池单元已经规定了较高和较低的电压截止值。如果电池单元或电池组62的电压在充电期间达到高电压极限限，则可以停止充电。或者，如果电池单元或电池组62在使用期间达到低电压极限，则控制器174可以防止电池单元或电池组62的进一步放电。如果在步骤706中，电池组电压不在可接受的范围内，则控制器174关闭电机62(步骤708)。如果电池组62的电压在可接受范围内，则过程700结束。在过程700结束之后，过程700可以再次立即执行或者在延迟(例如2秒)之后执行，以再次检查充气机的温度和电池组62的电压是否在可接受的操作范围内。
参考图9C和图9D以及过程800，过程800开始于控制器174确定电机62是否接通(步骤802)。如果电机62未接通(即，电机关闭)，则过程800返回到步骤802，并且控制器174等待电机62接通。如果在步骤802中，电机62接通，则控制器174确定用户是否已将目标压力调节到新值(步骤804)。如果用户将目标压力调节到新值，则控制器174将重置电机工作时间变量(例如，电机62已经接通多久)(步骤806)。如果感测压力之前已经超过目标压力值(如下所述)，那么控制器174也可以重置“第一次”位。过程800然后返回到步骤802。如果在步骤804中，用户没有将目标压力调节到新值，则控制器174确定感测压力是否大于或等于上限压力(例如，120PSI)(步骤808)。如果感测压力大于或等于压力上限，则控制器174关闭电机62(步骤810)，并且过程800结束。如果在步骤808中，感测的压力小于压力上限，则控制器174增加定时器(步骤812)。定时器可以用来终止充气机10的增压状态。过程800然后进行到图9D所示和所描述的控制部分J。
参考过程800和图9D所示的控制部分J，控制器174确定电机工作时间是否已经达到第一极限(例如，4秒)(步骤814)。如果在步骤814中，电机工作时间未达到第一极限，则控制器174确定目标压力值与当前感测压力值之间的压力差ΔP(步骤816)。在控制器174确定压力差(在步骤816中)之后，过程800返回到控制部分K和图9C，在该处过程800在重新执行之前结束。在一些实施例中，过程800每0.4秒执行一次。
如果在步骤814中，电机工作时间已经达到第一极限，则控制器174确定电机工作时间是否已经达到第二极限(例如，12秒)(步骤818)。如果电机工作时间没有达到第二极限，则控制器174确定电机延迟时间TMD(步骤820)。电机延迟时间TMD对应于在充气机10的增压状态结束之前电机62将被操作的时间量。电机延迟时间TMD基于感测压力的增压变化速率RPC和目标压力值与当前感测压力值之间的增量压力值ΔP来计算。增压变化速率RPC的计算如下面公式10中所示：
其中，PS是当前感测压力值，PSPREV是来自过程800的先前迭代的先前感测压力值，以及INTERVAL是PS与PSPREV之间的时间间隔(例如，0.4秒、4.0秒等)。在一些实施例中，增压变化速率RPC在其计算的几次迭代中被平均。例如，增压速率可以用过程800的每次迭代(例如，0.4秒间隔)或每次电机工作时间达到第一极限(例如4秒间隔)来计算。无论间隔如何，控制器174可以对多次增压变化速率RPC的计算进行平均。通过平均增压变化速率RPC，控制器可以限制传感器异常读数可能导致的较大的速率波动。电机时间延迟TMD是通过将目标压力值和当前感测压力值之间的增量压力值ΔP除以增压变化速率RPC来确定的，如下面的公式11所示。
在控制器174确定电机延迟时间TMD之后，控制器174将定时器的值与所确定的电机延迟时间TMD进行比较(步骤822)。如果电机延迟时间TMD小于或等于定时器，则控制器174关闭电机(步骤838)。如果电机延迟时间TMD大于定时器，则过程800返回到控制部分K和图9C，在该处过程800在重新执行之前结束。
返回到步骤818，如果电机工作时间已经达到第二极限，则控制器174确定当前感测压力是否小于目标压力值(步骤824)。在一些实施例中，将当前感测压力与小于用户设定的目标压力的值进行比较。例如，可以将当前感测压力与用户设定的目标压力减去预设值(例如，减去0.1PSI和5.0PSI之间的值)进行比较。如果在步骤824中感测压力小于目标压力，则电机工作时间重置为零，并且过程800返回到控制部分K和图9C，在该处过程800在重新执行之前结束。如果在步骤824中，当前感测压力大于或等于目标压力，则控制器174确定当前感测压力是否第一次大于或等于目标压力(步骤828)。如果当前感测压力第一次大于或等于目标压力，则过程800进行到图9E所示和所述的控制部分M。
如果在步骤828中，在过程800的第二或随后迭代，当前感测压力大于或等于的目标压力，则控制器800减小电机延迟时间(步骤830)。在减少电机延迟时间TMD之后，控制器174将电机延迟时间TMD的值与零进行比较(步骤832)。如果电机延迟时间TMD小于或等于零，则控制器174关闭电机(步骤834)，并且过程800返回到过程800结束的控制部分K和图9C。如果电机延迟时间TMD大于零，则过程800返回到控制部分J和步骤814。
参照控制部分M和图9E，控制器174已经确定当前感测压力第一次大于或等于目标压力。控制器174然后设置“第一次”位以指示这是第一次当前感测压力大于或等于目标压力(步骤836)。在步骤836之后，控制器174确定目标传感器压力(步骤838)。目标传感器压力与用户设定的目标压力不同，因为其补偿了与电池组66的电压有关的下降值。下降值基于电池组66有效性的降低补偿用户设定的目标压力，以在其电压降低时为充气机供电。当电池组电压降低时，充气机10不以与电池组66完全充电时相同的速率提供加压空气。另外，被充气物体的目标PSI越高，电池组66的电压就越快地耗尽。例如，电池组电压下降值可以基于用户设定的目标压力和电池组66的当前电压根据经验预先确定(empiricallypredetermined)。取决于电池组66的当前电压(例如，12V、10V等)和用户设定的目标压力，控制器174从存储器312中检索预定的下降值以补偿用户设定的目标压力。通常，电池组66的电压越低以及用户设定的目标压力越高，电池组电压下降值越大。
在确定了目标传感器压力(在步骤838中)之后，控制器174确定新的电机延迟时间TMD(步骤840)。电机延迟时间TMD对应于在充气机10的增压状态结束之前电机62将被操作的时间量。当电机时间延迟TMD等于零(即，已经连续减小到小于或等于零的值)时，控制器174终止增压状态。电机延迟时间TMD如上面在公式11中所述那样被计算。在控制器174确定电机延迟时间TMD之后，控制器174确定电机时间延迟TMD是否大于或等于时间极限(例如大约100秒)(步骤842)。如果在步骤842中，电机时间延迟TMD大于或等于时间极限，则控制器174将电机时间延迟TMD设定为时间极限的值(步骤844)。在步骤844之后，控制器174确定电机时间延迟TMD是否小于或等于零(步骤846)。如果电机时间延迟TMD小于或等于零，则控制器174关闭电机(步骤848)，并且过程800返回到控制部分K和图9C，在该处过程800结束。如果在步骤842中，电机时间延迟TMD小于时间极限，则控制器174确定电机时间延迟TMD是否小于或等于零(步骤846)。如果电机时间延迟TMD小于或等于零，则控制器174关闭电机(步骤848)，并且过程800返回到过程800结束的控制部分K和图9C。如果在步骤846中，电机时间延迟TMD大于零，则过程800返回到控制部分J和步骤814。
在下面的权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种充气机，包括：
充气机壳体；
压力传感器，所述压力传感器能够操作以产生与所述充气机的出口压力值有关的压力信号；
位于所述充气机壳体内的电机；
能够拆卸地联接到所述充气机壳体的电池组；以及
电联接到所述电机和所述电池组的控制器，所述控制器包括非暂时性计算机可读介质和处理器，所述控制器包括存储在所述计算机可读介质中的计算机可执行指令，其用于控制所述充气机的操作以：
接收来自所述压力传感器的所述压力信号，
将来自所述压力信号的所述充气机的出口压力值与目标压力值进行比较，
基于所述压力信号确定增压变化速率，
基于所述压力信号、所述目标压力值和所述增压变化速率来确定电机时间延迟，以及
当所述电机时间延迟大体上等于零时产生控制信号，
其中，所述控制信号能够操作以使到所述电机的电力关闭以停止所述充气机的增压。
2.如权利要求1所述的充气机，其特征在于，所述控制器还包括存储在所述计算机可读介质中的计算机可执行指令，其用于控制所述充气机的操作以：
基于所述电池组的电压来调节所述目标压力值以确定目标传感器压力，所述目标传感器压力能够操作以用于确定所述电机延迟时间。
3.如权利要求1所述的充气机，还包括：用户界面，所述用户界面包括用于接收与所述目标压力值有关的输入的至少一个按钮。
4.如权利要求3所述的充气机，还包括：用于从远程设备接收与所述目标压力值有关的输入的远程通信接口。
5.如权利要求4所述的充气机，其特征在于，所述远程设备是移动电话。
6.如权利要求1至5中任一项所述的充气机，其特征在于，所述控制器还包括存储在所述计算机可读介质中的计算机可执行指令，其用于控制所述充气机的操作以：
当所述充气机的温度大于预定温度值时，使到所述电机的电力关闭。
7.如权利要求1至5中任一项所述的充气机，其特征在于，所述控制器还包括：存储在所述计算机可读介质中的计算机可执行指令，其用于控制所述充气机的操作以：
当所述电池组的电压小于或等于低电压截止值时，使到所述电机的电力关闭。
8.如权利要求1至5中任一项所述的充气机，其特征在于，所述控制器还包括存储在所述计算机可读介质中的计算机可执行指令，其用于控制所述充气机的操作以：
当来自所述压力信号的所述充气机的出口压力值大于压力极限时，使到所述电机的电力关闭。
9.如权利要求1至5中任一项所述的充气机，其特征在于，当所述充气机的所述出口压力值大于或等于所述目标压力值时，确定所述增压变化速率，并且所述目标压力值对应于用户设定的目标压力减去预设值。
10.如权利要求9所述的充气机，其特征在于，所述预设值是0.1psi-5.0psi。
11.一种控制充气机的计算机实现的方法，所述充气机包括处理器、压力传感器、电机和电池组，所述方法包括：
从所述压力传感器接收与所述充气机的出口压力有关的压力信号；
使用所述处理器将来自所述压力信号的所述充气机的出口压力值与目标压力值进行比较；
使用所述处理器基于所述压力信号确定增压变化速率；
使用所述处理器基于所述压力信号、所述目标压力值和所述增压变化速率来确定电机时间延迟；以及
当所述电机时间延迟大体上等于零时，使用所述处理器产生控制信号，
其中，所述控制信号能够操作以使到所述电机的电力关闭以停止所述充气机的增压。
12.如权利要求11所述的计算机实现的方法，还包括：基于所述电池组的电压来调节所述目标压力值以确定目标传感器压力，所述目标传感器压力能够操作以用于确定所述电机延迟时间。
13.如权利要求11所述的计算机实现的方法，还包括：通过用户界面接收与所述目标压力值相关的输入。
14.如权利要求13所述的计算机实现的方法，还包括：在远程通信接口处接收来自远程设备的与所述目标压力值有关的所述输入。
15.如权利要求14所述的计算机实现的方法，其特征在于，所述远程设备是移动电话。
16.如权利要求11至15中任一项所述的计算机实现的方法，还包括：当所述充气机的温度大于预定温度值时，使到所述电机的电力关闭。
17.如权利要求11至15中任一项所述的计算机实现的方法，还包括：当所述电池组的电压小于或等于低电压截止值时，使到所述电机的电力关闭。
18.如权利要求11至15中任一项所述的计算机实现的方法，还包括：当来自所述压力信号的所述充气机的所述出口压力值大于压力极限时，使到所述电机的电力关闭。
19.如权利要求11至15中任一项所述的计算机实现的方法，其特征在于，当所述充气机的所述出口压力值大于或等于所述目标压力值时，确定所述增压变化速率，并且所述目标压力值对应于用户设定的目标压力减去预设值。
20.如权利要求19所述的计算机实现的方法，其特征在于，所述预设值是0.1psi-5.0psi。
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