CN111770843A - 用于检测机动车辆的发动机的运转的系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于检测机动车辆的发动机的运转的系统，该机动车辆配有至少一个轮胎压力监测发射器，包括：低频级（1），其包括谐振级（3），谐振级（3）串联连接到天线（2）、处理级（4）、第一开关（4a）和第二开关（4b），第一开关（4a）连接到至少两个电容，以便控制所述电容中的至少一个的并联连接，第二开关（4b）连接到至少两个电阻，以便控制所述电阻中的至少一个的并联连接，低频级（1）的输出端（A、B）布置在处理级（3）的输入端处，以便将感知到的信号传输到信号处理装置，信号处理装置被配置成将感知到的信号的水平与预定阈值水平进行比较。

Description

用于检测机动车辆的发动机的运转的系统和方法

技术领域

本发明的技术领域是轮胎压力监测系统，并且更具体地是在这样的系统中的车辆运动的检测。

背景技术

轮胎压力监测系统，也称为TPMS（Tire Pressure Monitoring System的英语缩写）胎压监测系统，近来随着机动车设备与安全方面的欧洲标准的修订已推广至大多数机动车辆。

根据现有技术，通过射频链路实现的TPMS轮胎压力监测系统包括连接到车辆的电子控制单元的TPMS轮胎压力监测接收器，以及至少一个TPMS轮胎压力监测发射器，其布置在车辆车轮处，并且连接到TPMS轮胎压力监测系统的测量装置。通常，车辆的每个车轮都配有TPMS轮胎压力监测发射器。

每个TPMS轮胎压力监测发射器都配有高频级和低频级。

高频级使得能够与TPMS接收器建立数据链接，以便从车轮向车辆交换测量数据。

低频级使得能够将TPMS发射器与TPMS接收器配对、识别发射器被布置于其上的车辆车轮、以及执行从车辆向车轮或从工具向车轮的各种诊断。

TPMS发射器是由电池供电的自主系统。采用加速度传感器来根据车辆是否在移动而在各运转模式之间切换TPMS发射器，尤其是在称为行驶模式的周期性RF（Radio-Fréquence的缩写）发射模式或称为停车模式的RF发射停止模式之间。

然而，加速度传感器特别耗能，使得其使用减少了TPMS发射器的自主持续时间。加速度传感器的存在还在设计期间强加了成本和重量的需要。

无论是电动、混合动力还是热动力，车辆的运动都与其发动机的运转相关。为了不依赖于加速度传感器的存在来确定车辆是否正在运动，需要使得能够确定车辆发动机是否正在运转的TPMS系统。

发明内容

本发明的主题是一种用于检测机动车辆的发动机的运转的系统，该机动车辆配有至少一个轮胎压力监测发射器。轮胎压力监测发射器包括：

• 低频级，其包括谐振级，谐振级的输入端连接到天线并且输出端连接到处理级，

• 与第二开关串联连接的第一开关，该组合件串联连接在天线、谐振级和处理级之间，

• 第一开关连接到至少两个电容，以便控制所述电容中的至少一个的并联连接，从而改变低频级的等效电容，

• 第二开关连接到至少两个电阻，以便控制所述电阻中的至少一个的并联连接，从而能够改变低频级的等效电阻，

• 低频级的输出端布置在处理级的输入端处，以便将感知到的信号传输到信号处理装置，该信号处理装置被配置成将感知到的信号的水平与预定阈值水平进行比较，以便确定车辆发动机是否正在运转。

信号处理装置可以是数字信号处理装置，其被配置成提取由天线接收的低频信号所携带的数据，并且被配置成将感知到的信号的水平与预定阈值水平进行比较，以便确定车辆发动机是否正在运转。

信号处理装置可以包括运算放大器类型的模拟比较器，其与被配置成提取由天线接收的低频信号所携带的数据的信号处理装置并联地连接到低频级的输出端，比较器还连接到电压源，该电压源的强度取决于预定阈值水平，比较器被配置成将感知到的信号的水平与预定阈值水平进行比较，以便确定车辆发动机是否正在运转。

本发明的主题还有一种用于检测车辆的发动机的运转的方法，该车辆配有根据前述权利要求中的任一项所述的轮胎压力监测发射器，该方法包括以下步骤：

• 由低频级在第一持续时间内测量天线所感知到的信号强度，

• 确定是否存在机动车辆发动机的特征噪声，

• 如果是这种情况，则由低频级在小于第一持续时间的第二持续时间内再次测量信号强度，

• 确定测得信号强度是否大于预定强度阈值，

• 如果是这种情况，则确定测得信号强度的比较出现次数是否等于预定次数，

• 如果测得信号强度的比较出现次数不等于预定次数，则使出现次数递增单位一，并使该方法重新进行由低频级在第二持续时间内再次测量信号强度，

• 如果测得信号强度的比较出现次数等于预定次数，则得出检测到发动机运转的结论。

为了确定机动车发动机的噪声的存在，可以执行以下步骤：

• 执行窄带频率滤波以检测电动机的运转，

• 确定低频级感知到的信号强度是否大于预定阈值，

• 如果是这种情况，则得出确定了电动机正在运转的结论，

• 如果不是这种情况，则执行宽带频率滤波以检测热机的运转，

• 确定低频级针对第二频率和针对至少两个品质因子感知到的噪声水平的代数平均值是否大于预定义的阈值，以及

• 如果是这种情况，则得出确定了热机正在运转的结论。

为了执行窄带频率滤波以检测电动机的运转，可以执行以下步骤：

• 控制轮胎压力监测发射器的低频级的开关，以便获得第一相等频率和第一品质因子，

• 然后确定低频级感知到的信号强度，

• 确定低频级感知到的信号强度是否大于预定阈值，

• 如果不是这种情况，则使频带号递增单位一，并控制开关以根据新的频带号而获得大于第一频率的新频率，同时维持第一品质因子，并使该方法重新进行确定低频级感知到的信号强度。

为了执行宽带频率滤波以检测热机的运转，可以执行以下步骤：

• 控制轮胎压力监测发射器的低频级的开关，以获得第二预定义频率和第二品质因子，

• 针对第二品质因子确定信号强度，

• 确定品质因子指数（indice）是否等于品质因子指数的预定义值，

• 如果不是这种情况，则递增品质因子指数并使该方法重新进行控制轮胎压力监测发射器的低频级的开关，以获得新的品质因子，该新的品质因子等于预定义的品质因子列表中的与品质因子指数相关联的品质因子，

• 如果品质因子指数等于品质因子指数的预定义值，则确定与每个品质因子相关联的噪声水平的代数平均值。

为了确定发动机是否仍在运转，可以执行以下步骤：

• 由低频级在第三持续时间内测量信号强度，

• 确定测得信号强度是否大于预定强度阈值，

• 如果是这种情况，则确定测得信号强度的比较出现次数是否等于预定次数，

• 如果不是这种情况，则使出现次数递增单位一，并使该方法重新进行在第一持续时间期间测量信号强度，以及

• 如果测得信号强度的比较出现次数等于预定次数，则确定发动机仍在运转。

本发明的主题还有一种用于控制机动车辆的轮胎压力监测发射器的方法，包括确定机动车辆的发动机的运转的步骤和确定发动机仍在运转的步骤，其中，执行以下步骤：

• 确定机动车辆的发动机是否正在运转，

• 如果机动车辆的发动机正在运转，则将轮胎压力监测发射器切换为行驶模式，

• 如果机动车辆的发动机没有正在运转，则在停车模式下控制轮胎压力监测发射器。

附图说明

通过阅读下面的描述，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见，所述描述仅作为非限制性示例给出并且是参考附图进行的，在附图中：

- 图1例示了热力动力总成在低频域中的功率/频率谱，

- 图2例示了电动动力总成在低频域中的功率/频率谱，

- 图3例示了根据现有技术的轮胎压力监测发射器的低频级的主要元件，

- 图4例示了根据本发明的轮胎压力监测发射器的低频级的主要元件，

- 图5例示了用于检测车辆发动机的运转的方法的主要步骤，

- 图6例示了用于确定机动车辆发动机的特征噪声的存在的步骤的主要子步骤，并且

- 图7例示了用于监测发动机的运转连续性的方法的主要步骤。

具体实施方式

在声域中或者在低频域中，热机都是噪声源。实际上，使得能够操控发动机、交流发电机、点火线圈或其他电气/电子设备的元件在整个频带上产生低频噪声。图1和图2例示了针对热力或电动车辆的这样的低频噪声。

图1例示了热力动力总成在低频域中的功率/频率谱、以及当动力总成关闭时的背景功率/频率谱。可以看出，当动力总成正在运转时，该谱的平均功率在宽频带中升高了20dB。

类似地，图2例示了电动动力总成在低频域中的功率/频率谱、以及当动力总成关闭时的背景功率/频率谱。可以看出，当动力总成正在运转时，该谱的平均功率在窄频带中升高了13dB。

尽管在热机的情况下和在电动机的情况下发生功率升高的频带是不同的，但是这些频带以之为中心的发射频率是接近的。同样，在动力总成运转期间测得的功率是相似的。

鉴于动力总成运转的标志处于低频域中，发明人想到了采用TPMS发射器的低频级来检测它的想法。由于低频级在TPMS发射器的当前使用寿命期间未被充分使用，因此这样的使用对于TPMS发射器的运转是透明的。

在图3中，可以看到根据现有技术的TPMS发射器的低频级的主要元件。

标为1a的低频级包括标为2的天线、标为3的谐振级和标为4的处理级。

天线2通常包括与电阻R1并联连接的电感L1。

谐振级3在输入端处连接到天线2，并且在输出端处连接到处理级4。谐振级3包括电容C1和电阻R2，它们并联连接在谐振级3的输入端与输出端之间。

处理级4包括与输入端并联连接的集成电阻RIC和集成电容CIC。

输出端A和B布置在处理级4的输入端处，以便将感知到的信号传输到信号处理装置以提取接收到的数据。

这样的低频级1a的各部件被选择成使得接收频率为f₀的波所携带的信息，频率f₀由下式给出：

（式1）

其中

L_eq：低频级1a的部件的等效电感，

C_eq：低频级1a的部件的等效电容。

从低频级1a的各部件的值，还得出表征半高频谱宽度的品质因子Q的值。

（式2）

其中

R_eq：低频级的部件的等效电阻。

于是可以理解，从值R_eq、L_eq、C_eq得出由低频级1a接收和处理的频谱带。

如前文结合图1和图2看到的，热机的发射频谱带比电动机的频谱带更宽且更强，二者都以一个接近的频率为中心。

于是需要能够改变值R_eq、L_eq、C_eq，以便根据配有TPMS系统的车辆所装配的发动机的类型来进行频带选择。

为了实现这一点，提出了图4例示的标为1的低频级。根据现有技术的低频级1a和低频级1共享相似的天线和谐振级。为了维持本描述的简洁，这些元件不再描述，并且将参考结合图3给出的描述。具有相同附图标记的元件是相似的。

低频级1包括连接到集成电容CIC以及其他电容Cli和Cln的第一开关4a。要理解到，第一开关4a可以连接到n个集成电容，并且它可以连接n个集成电容中的数量i个集成电容。通过巧妙地选取所连接的电容的值，于是可以改变低频级1的等效电容以获得任何期望的值。

类似地，第二开关4b与第一开关4a串联连接。

第二开关4b连接到集成电阻RIC以及其他电阻Rli和Rln。要理解到，第二开关4b可以连接到n个集成电阻，并且第二开关4b可以连接n个集成电阻中的数量i个集成电阻。通过巧妙地选取所连接的电阻的值，于是可以改变低频级的等效电阻以获得任何期望的值。

于是，根据通过切换集成开关4a、4b获得的值，可以改变级1的频率值以及品质因子。例如，通过改变等效电阻R_eq，可以改变品质因子而同时保持相同的频率。同样，通过改变等效电容C_eq，可以改变频率而同时保持相同的品质因子。

于是就可以用同一个低频级1从宽带检测变为窄带检测。

在特定实施例中，可以布置连接到输出端A和B的运算放大器类型的比较器，以便将感知到的信号水平与存储值进行比较，以得出发动机正在运转的结论。

这样的实施例使得能够免除使用数字处理装置，所述数字处理装置通常存在于这样的低频级中以便对存在于接收到的低频信号中的信息进行解码和处理。与将要执行以检测运转中的发动机的存在的处理相比，这种装置尺寸过大，并且与运算放大器相比这种装置特别耗能。这样的实施例使得能够进一步降低TPMS发射器的能耗。

现在将描述用于检测车辆发动机的运转的方法的步骤，该车辆配有包括低频级1的TPMS发射器。

在图5中，可以看到用于检测车辆发动机的运转的方法的主要步骤。

在第一步骤5中，低频级1在第一持续时间内测量信号强度。

在第二步骤6中，确定是否存在机动车辆的发动机的特征噪声。如果不是这种情况，则使该方法重新进行第一步骤5。

如果是这种情况，则该方法在第三步骤7处继续，在第三步骤7中，低频级1在小于第一持续时间的第二持续时间内再次测量信号强度。

然后该方法在第四步骤8处继续，在第四步骤8中，确定测得信号强度是否大于预定强度阈值。如图1和图2所示，本领域技术人员可以根据发动机运转和发动机不运转的情况下的功率谱来确定这样的阈值。

如果不是这种情况，则使该方法重新进行第一步骤5。

如果是这种情况，则该方法在第五步骤9处继续，在第五步骤9中，确定测得信号强度的比较出现次数是否等于预定次数。

如果不是这种情况，则该方法在第六步骤10处继续，在第六步骤10中，出现次数递增单位一。然后使该方法重新进行第四步骤8。

如果是这种情况，则该方法以检测到发动机运转而结束。

于是可以以类似于借助于加速度传感器检测车辆运动的方式来处理发动机运转的检测。尤其可以切换TPMS发射器的运转模式，以便执行周期性RF发射。

在特定实施例中，该方法继续进行发动机运转连续性监测，其由图7例示并且在下面描述其执行。

现在将描述确定是否存在机动车辆的发动机的特征噪声的步骤6中包括的子步骤，如图6所示。

在子步骤11中，执行窄带频率滤波以便检测与电动机相关联的谱峰的存在。

为了实现这一点，控制TPMS发射器的低频级1的开关4a、4b，以便获得等于较低频带的频率的第一频率和第一品质因子。

在步骤12中，然后确定由低频级1感知到的信号强度。

在步骤13中，将低频级1感知到的信号强度与预定阈值进行比较。如果信号强度大于预定阈值，则该方法在步骤14处继续，在步骤14中，得出存在运转中的电动机的特征噪声的结论。确定噪声的存在还使得能够配置低频级1以便确定窄带信号强度。

如果不是这种情况，则在步骤15中使频带号递增单位一。

在步骤16中，确定频带号是否大于最大频带号。最大频带号对应于较低频带的频率和较高频带的频率除以与品质因子相关联的频率偏差。

如果不是这种情况，则使该方法重新进行步骤12，即控制开关以根据新的频带号而获得大于第一频率的新频率，同时维持第一品质因子。新频率等于较低频带的频率与频带号乘以与品质因子相关联的频率偏差的乘积之和。

如果是这种情况，则该方法在步骤17处继续，在步骤17中，执行宽带频率滤波，以便检测与热机相关联的频谱噪声的存在。

为了实现这一点，控制TPMS发射器的低频级1的开关4a、4b，以获得第二预定义频率和第二品质因子。

在步骤18中，针对第二品质因子确定信号强度。

该方法在步骤19处继续，在步骤19中，确定品质因子指数是否等于品质因子指数的预定义的值。术语“品质因子指数”应理解为指示在预定义的品质因子列表中考虑的品质因子的指数，该列表包括至少等于品质因子指数的预定义值的数量的不同品质因子。

如果不是这种情况，则该方法在步骤20处继续，在步骤20中，递增品质因子指数。然后使该方法重新进行步骤18，即控制TPMS发射器的低频级1a的开关4a、4b，以便获得新品质因子，该新品质因子等于预定义的品质因子列表中与当前品质因子指数相关联的品质因子。确定与新品质因子相关联的新信号强度。

如果是这种情况，则该方法在步骤21处继续，在步骤21中，确定与每个品质因子相关联的噪声水平的代数平均值。

在步骤22中，确定噪声水平的代数平均值是否大于预定义的阈值。

如果是这种情况，则该方法在步骤14处继续，在步骤14中，得出存在运转中的热机的特征噪声的结论。确定噪声的存在还使得能够配置低频级1以便确定宽带信号强度。

如果不是这种情况，则使该方法重新进行步骤5，即低频级1测量信号强度。

在特定实施例中，该方法继续监测发动机运转的连续性，以确保发动机随时间推移持续运转。图7例示了这样的实施例。

该方法于是包括步骤23，在步骤23中，低频级1在第三预定持续时间内再次测量信号强度。在特定实施例中，第三预定持续时间等于第二预定持续时间。

该方法然后在步骤24处继续，在步骤24中，确定测得信号强度是否大于预定强度阈值。如图1和图2所示，本领域技术人员可以根据发动机运转和发动机不运转的情况下的功率谱来确定这样的阈值。

如果不是这种情况，则使该方法重新进行步骤5。实际上，认为发动机未按预期运转。于是需要通过使该方法重新进行步骤5来进行新的运转检测。

如果是这种情况，则该方法在步骤25处继续，在步骤25中，确定测得信号强度的比较出现次数是否等于预定次数。

如果不是这种情况，则该方法在步骤26处继续，在步骤26中，出现次数递增单位一。然后使该方法重新进行步骤24。

如果是这种情况，则该方法以检测到发动机运转连续性而结束。

当检测到发动机在运转时，可以循环或周期性地重复步骤23至26，以监测发动机是否持续运转。

根据本发明的检测系统和方法使得能够检测电动、热动力或混合动力的动力总成的运转的低频特征噪声。于是根据本发明的系统可以取代由TPMS系统使用的加速度传感器来切换运转模式。

Claims (9)

1.用于检测机动车辆的发动机的运转的系统，该机动车辆配有至少一个轮胎压力监测发射器，其特征在于，轮胎压力监测发射器包括：

• 低频级（1），其包括谐振级（3），谐振级（3）的输入端连接到天线（2）并且输出端连接到处理级（4），

• 与第二开关（4b）串联连接的第一开关（4a），该组合件串联连接在天线（2）、谐振级（3）和处理级（4）之间，

• 第一开关（4a）连接到至少两个电容，以便控制所述电容中的至少一个的并联连接，从而改变低频级的等效电容，

• 第二开关（4b）连接到至少两个电阻，以便控制所述电阻中的至少一个的并联连接，从而能够改变低频级的等效电阻，

• 低频级（1）的输出端（A、B）布置在处理级（3）的输入端处，以便将感知到的信号传输到信号处理装置，该信号处理装置被配置成将感知到的信号的水平与预定阈值水平进行比较，以便确定车辆发动机是否正在运转。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，信号处理装置是数字信号处理装置，其被配置成提取由天线（2）接收的低频信号所携带的数据，并且被配置成将感知到的信号的水平与预定阈值水平进行比较，以便确定车辆发动机是否正在运转。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，信号处理装置包括运算放大器类型的模拟比较器，其与被配置成提取由天线（2）接收的低频信号所携带的数据的数字信号处理装置并联地连接到低频级（1）的输出端（A、B），比较器还连接到电压源，该电压源的强度取决于预定阈值水平，比较器被配置成将感知到的信号的水平与预定阈值水平进行比较，以便确定车辆发动机是否正在运转。

4.用于检测车辆的发动机的运转的检测方法，该车辆配有根据前述权利要求中的任一项所述的轮胎压力监测发射器，该方法包括以下步骤：

• 由低频级（1）在第一持续时间内测量天线所感知到的信号强度，

• 确定是否存在机动车辆发动机的特征噪声，

• 如果是这种情况，则由低频级（1）在小于第一持续时间的第二持续时间内再次测量信号强度，

• 确定测得信号强度是否大于预定强度阈值，

• 如果是这种情况，则确定测得信号强度的比较出现次数是否等于预定次数，

• 如果测得信号强度的比较出现次数不等于预定次数，则使出现次数递增单位一，并使该方法重新进行由低频级（1）在第二持续时间内再次测量信号强度，

• 如果测得信号强度的比较出现次数等于预定次数，则得出检测到发动机运转的结论。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其中，为了确定机动车发动机的噪声的存在，执行以下步骤：

• 执行窄带频率滤波以检测电动机的运转，

• 确定低频级（1）感知到的信号强度是否大于预定阈值，

• 如果是这种情况，则得出确定了电动机正在运转的结论，

• 如果不是这种情况，则执行宽带频率滤波以检测热机的运转，

• 确定低频级（1）针对第二频率和针对至少两个品质因子感知到的噪声水平的代数平均值是否大于预定义的阈值，以及

• 如果是这种情况，则得出确定了热机正在运转的结论。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其中，为了执行窄带频率滤波以检测电动机的运转，执行以下步骤：

• 控制轮胎压力监测发射器的低频级（1）的开关（4a、4b），以便获得第一相等频率和第一品质因子，

• 然后确定低频级（1）感知到的信号强度，

• 确定低频级（1）感知到的信号强度是否大于预定阈值，

• 如果不是这种情况，则使频带号递增单位一，并控制开关（4a、4b）以根据新的频带号而获得大于第一频率的新频率，同时维持第一品质因子，并使该方法重新进行确定低频级（1）感知到的信号强度。

7.根据权利要求5或6中的任一项所述的检测方法，其中，为了执行宽带频率滤波以检测热机的运转，执行以下步骤：

• 控制轮胎压力监测发射器的低频级（1）的开关（4a、4b），以获得第二预定义频率和第二品质因子，

• 针对第二品质因子确定信号强度，

• 确定品质因子指数是否等于品质因子指数的预定义值，

• 如果不是这种情况，则递增品质因子指数并使该方法重新进行控制轮胎压力监测发射器的低频级（1）的开关（4a、4b），以获得新的品质因子，该新的品质因子等于预定义的品质因子列表中的与品质因子指数相关联的品质因子，

• 如果品质因子指数等于品质因子指数的预定义值，则确定与每个品质因子相关联的噪声水平的代数平均值。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的检测方法，其中，为了确定发动机是否仍在运转，执行以下步骤：

• 由低频级（1）在第三持续时间内测量信号强度，

• 确定测得信号强度是否大于预定强度阈值，

• 如果是这种情况，则确定测得信号强度的比较出现次数是否等于预定次数，

• 如果不是这种情况，则使出现次数递增单位一，并使该方法重新进行在第一持续时间期间测量信号强度，以及

• 如果测得信号强度的比较出现次数等于预定次数，则确定发动机仍在运转。

9.用于控制机动车辆的轮胎压力监测发射器的方法，包括根据权利要求4至7中的任一项所述的确定机动车辆的发动机的运转的步骤和根据权利要求8所述的确定发动机仍在运转的步骤，其中，执行以下步骤：

• 确定机动车辆的发动机是否正在运转，

• 如果机动车辆的发动机正在运转，则将轮胎压力监测发射器切换为行驶模式，

• 如果机动车辆的发动机没有正在运转，则在停车模式下控制轮胎压力监测发射器。

Images