CN112389137A - 使用方向敏感天线的tpms自动定位 - Google Patents

Abstract

本文描述了使用方向敏感天线的TPMS自动定位。一种定位TPMS传感器模块的方法，包括：由TPMS传感器模块发射TPMS信号；以及由定位模块基于在相控阵天线处接收TPMS信号来定位TPMS传感器模块，相控阵天线包括多个接收天线，每个接收天线均被配置为接收不同相位处的TPMS信号，其中多个接收天线包括参考接收天线和至少一个附加接收天线。定位TPMS传感器模块包括：测量在参考接收天线处接收的TPMS信号的参考相位；测量在至少一个附加接收天线中的每一个处接收的TPMS信号的相应偏移相位；确定参考相位和每个相应偏移相位之间的相移；以及基于与TPMS信号相对应的每个确定的相应相移，确定TPMS传感器模块的位置。

Description

使用方向敏感天线的TPMS自动定位

技术领域

本公开一般地涉及轮胎压力监视系统(TPMS)，并且更具体地涉及在TPMS中对TPMS传感器模块进行定位。

背景技术

轮胎压力监视系统(TPMS)在车辆安全和减少排放中起重要作用。该市场的大部分由直接轮胎压力监视系统服务，其中每个轮胎包含TPMS传感器模块。因此，电池供电的传感器模块被组装在轮胎内部来监视其轮胎压力。传感器模块包含压力传感器、微控制器、射频(RF)发射器和纽扣电池。

原则上，传感器模块测量轮胎压力并且使用单向链路来将测量数据传输到车辆的中央单元。由于无法更换电池，传感器模块的寿命由电池寿命确定。功耗的主要部分由RF传输生成。因此，重要的是尽可能地减少RF传输的功耗。

传感器模块还可以具有低频(LF)接收器，低频接收器用于在车辆生产或修理场中将传感器模块安装到轮胎之后对传感器模块进行配置(例如，在更换模块的情况下或固件更新来维护已使用的传感器模块的情况下)。通常，从传感器模块到车辆的下行链路通信经由315MHz或434MHz的RF发射器实现，而到传感器模块的上行链路通信经由125kHz的LF接收器实现。因此，具有两个通信信道的两个通信设备被用于车辆和传感器模块之间的双向通信。

为了适当地评估每个轮胎，车辆必须能够对每个TPMS传感器模块进行定位，这意味着它必须能够知道哪个传感器模块位于哪个轮胎位置(例如，左前、右后等)。在过去，使用手动定位，例如将固定位置编程到传感器模块中。当前的技术允许自动定位。然而，一些车辆(例如，包括牵引拖车的卡车)具有多个轮轴、没有轮速传感器的轮轴、双轮胎以及彼此紧邻的多个轮胎，这使得利用现有方法不可能对每个TPMS传感器模块进行精确地定位。例如，RF接收信号强度指示(RSSI)不能提供区分附近轮轴或双轮胎的准确性。在双轮胎存在的情况下，g传感器(例如，用于2g感测)无法区分左外轮胎和右内轮胎。另外，角位置感测(APS)需要轮速传感器的存在，而轮速传感器通常在拖车轮胎上不存在。另外，APS的准确性可能不足以区分附近的轮轴或双轮胎。因此，当前的定位技术可能不足以在这样的环境中定位TPMS传感器模块。因此，可能期望能够定位每个TPMS传感器模块的改进的TPMS。

发明内容

一个或多个实施例提供轮胎压力监视系统(TPMS)，轮胎压力监视系统(TPMS)包括具有传感器标识符(ID)的TPMS传感器模块和被配置为对TPMS传感器模块进行定位的定位模块。TPMS传感器模块包括：被配置为测量轮胎的内部空气压力并且生成轮胎压力信息的压力传感器；以及被配置为发射至少包括传感器ID的TPMS信号的发射器。定位模块被配置为基于接收TPMS信号来对TPMS传感器模块进行定位。定位模块包括相控阵天线，相控阵天线包括多个接收天线，每个接收天线被配置为接收TPMS信号。TPMS信号在多个接收天线中的每个接收天线处具有不同的相位。多个接收天线包括参考接收天线和至少一个附加接收天线。定位模块包括定位电路，定位电路被配置为测量在参考接收天线处接收的TPMS信号的参考相位，测量在至少一个附加接收天线中的每一个处接收的TPMS信号的相应偏移相位，确定在参考相位和每个相应偏移相位之间的相应相移，以及基于与TPMS信号相对应的每个确定的相应相移来确定TPMS传感器模块的位置。

一个或多个实施例提供轮胎压力监视系统(TPMS)，轮胎压力监视系统包括：多个轮轴组件，每个轮轴组件耦合至安装有不同轮胎的不同轮对；多个TPMS传感器模块，其中多个TPMS传感器模块中的每一个具有唯一的传感器标识符(ID)，并且多个TPMS传感器模块中的每一个被配置为测量对应轮胎的内部气压并且传输至少包括其唯一的传感器ID的对应TPMS信号；以及定位模块，被配置为基于接收多个TPMS传感器模块中的每一个的对应TPMS信号来对多个TPMS传感器模块中的每一个进行定位。定位模块包括相控阵天线，相控阵天线包括多个接收天线，每个接收天线被配置为接收每个对应的TPMS信号，其中每个对应的TPMS信号在多个接收天线中的每一个接收天线处具有不同的相位，并且其中多个接收天线包括参考接收天线和至少一个附加接收天线。定位模块还包括定位电路，定位电路被配置为：针对每个对应的TPMS信号，测量在参考接收天线处接收的对应TPMS信号的参考相位；测量在至少一个附加接收天线中的每一个处接收的对应TPMS信号的相应偏移相位；确定在参考相位和每个相应偏移相位之间的相应相移；以及基于与第一TPMS信号相对应的每个确定的相应相移，确定与对应TPMS信号相关联的TPMS传感器模块的位置。

一个或多个实施例提供了定位至少一个轮胎压力监视系统(TPMS)传感器模块的方法。该方法包括：通过TPMS传感器模块发射TPMS信号，TPMS信号至少包括TPMS传感器模块的传感器标识符(ID)；以及由定位模块基于在相控阵天线处接收TPMS信号来定位TPMS传感器模块，相控阵天线包括多个接收天线，每个接收天线均被配置为接收TPMS信号，其中TPMS信号在多个接收天线中的每一个处具有不同的相位，并且其中多个接收天线包括参考接收天线和至少一个附加接收天线。定位TPMS传感器模块包括：测量在参考接收天线处接收的TPMS信号的参考相位；测量在至少一个附加接收天线中的每一个处接收的TPMS信号的相应偏移相位；确定在参考相位和每个相应偏移相位之间的相应相移；以及基于与TPMS信号相对应的每个确定的相应相移，确定TPMS传感器模块的位置。

附图说明

本文中参考附图描述了实施例。

图1图示了根据一个或多个实施例的一体式轮胎压力监视系统(TPMS)传感器模块；

图2是根据一个或多个实施例的用于车辆的传感器模块定位系统200的示意图；

图3图示了图2所示的传感器模块定位系统的示意图，其中相控阵天线被解构以示出阵列的单独天线；

图4是根据一个或多个实施例的定位模块300的示意性框图；以及

图5图示了根据一个或多个实施例的多个TMPS传感器模块的相移曲线。

具体实施方式

在下文中，阐述了多个细节来提供对示例性实施例的更彻底的解释。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。在其他实例中，以框图的形式或以示意图的形式而不是详细地示出了公知的结构和设备，以避免使实施例模糊。另外，除非另外特别指出，否则下文中描述的不同实施例的特征可以彼此组合。

此外，在以下描述中利用等效或相同的附图标记表示等效或相同的元件或具有等效或相同的功能的元件。由于在附图中相同或功能等效的元件被赋予相同的附图标记，因此可以省略对具有相同附图标记的元件的重复描述。因此，针对具有相同或相似附图标记的元件提供的描述可以互换。

将理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”至另一元件时，则不存在中间元件。应当以类似的方式来解释用于描述元件之间的关系的其他词语(例如，“在......之间”与“直接在......之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。

在本文描述的或附图中示出的实施例中，只要基本上保持例如用于传输某种信号或某种信息的连接或耦合的一般目的，则任何直接的电连接或耦合(即，没有附加中间元件的任何连接或耦合)也可以通过间接连接或耦合(即，与一个或多个附加中间元件连接或耦合)来实现，反之亦然。来自不同实施例的特征可以被组合来形成其他实施例。例如，除非相反地指出，否则关于实施例之一描述的变化或修改也可以适用于其他实施例。

实施例涉及传感器和传感器系统，并且涉及获得关于传感器和传感器系统的信息。传感器可以指代将待测量的物理量转换为电信号(例如，电流信号或电压信号)的部件。物理量可以例如包括磁场(例如，地球磁场)、电场、压力、加速度、温度、力、电流或电压，但不限于此。如本文所述，传感器设备可以是角度传感器、线性位置传感器、速度传感器、运动传感器、压力传感器、加速度传感器、温度传感器、磁场传感器等。

磁场传感器例如包括测量磁场的一个或多个特性(例如，磁场通量密度、场强、场角、场方向、场取向等)的一个或多个磁场传感器元件，一个或多个特性与检测和/或测量生成磁场的元件(例如，磁体、载流导体(例如，导线)、地球或其他磁场源)的磁场模式相对应。

传感器电路可以被称为以原始测量数据的形式从压力场传感器元件接收信号(即，传感器信号)的信号处理电路和/或信号调节电路。传感器电路可以包括将来自压力传感器的模拟信号转换为数字信号的模数转换器(ADC)。传感器电路还可包括对数字信号执行一些处理的数字信号处理器(DSP)(例如，以准备用于传输的轮胎压力信息)。因此，传感器封装件包括经由信号处理和/或调节来将压力传感器的小信号调节和放大的电路。

如本文中所使用的，信号调节是指以使得信号满足用于进一步处理的下一级要求的方式来操纵模拟信号。信号调节可以包括从模拟到数字的转换(例如，经由模数转换器)、放大、滤波、转换、偏置、范围匹配、隔离以及使传感器输出适合于调节之后的处理所需的任何其他过程。

根据一个或多个实施例，压力传感器和传感器电路均被容纳(即，集成)在同一芯片封装件(例如，塑料封装的封装件(例如，引线封装件或无引线封装件)或表面安装设备(SMD)封装件)中。该芯片封装件也称为传感器封装件。传感器封装件可以与其他部件进行组合来形成传感器模块、传感器设备等。

如本文所使用的，传感器设备可以指代包括如上所述的传感器和传感器电路的设备。传感器设备可以被集成在单个半导体管芯(例如，硅管芯或芯片)上，但是在其他实施例中，可以使用多个管芯来实现传感器设备。因此，传感器和传感器电路被设置在同一半导体管芯上或在同一封装件中的多个管芯上。例如，传感器可以在一个管芯上，并且传感器电路可以在另一管芯上，使得它们在封装件内彼此电连接。在这种情况下，管芯可以由相同或不同的半导体材料(例如，GaAs和Si)组成，或者可以将传感器溅射到不是半导体的陶瓷或玻璃薄片上。

图1图示了根据一个或多个实施例的一体式TPMS传感器模块100。TPMS传感器模块100是安装在轮胎内部的直接TPMS传感器。TPMS传感器模块100包括低频(LF)接收器8、低噪声放大器(LNA)9、接收器电路10、压力传感器11、微控制器单元(MCU)12、射频(RF)发射器13、可选的加速度传感器14、可选的温度传感器15、ADC 16、电池17和天线18。

特别地，加速度传感器14可以是用于测量由汽车移动生成的加速度(例如，针对运动检测)和/或测量地球的重力场的单轴或多轴加速度计。在后一种情况下，由于轮胎旋转，测量地球重力场会导致振幅为1g的正弦信号。换言之，即，当加速度传感器绕轴旋转时(即，当轮胎绕其轴旋转时)，由加速度传感器移动通过地球重力场的运动生成正弦信号。该正弦信号被称为+/-1g信号。

该+/-1g信号可以用于计算TPMS传感器模块相对于轮轴的角位置。此外，该角度信息可以用于通过将其与来自轮速传感器的角度信息进行比较来对轮进行定位。

如果安装了两轴加速度计，使得一个灵敏度轴指向轮的径向方向，并且第二灵敏度轴指向轮的切线方向，则来自两个轴的正弦+/-1g信号彼此之间具有90°相移。如果将TPMS传感器模块以相同的方式安装在所有轮胎中，并且位于车辆左侧轮中的加速度计的切线轴指向例如行驶方向，则位于车辆右侧轮中的加速度计的切线轴指向行驶方向的相对方向。这导致左侧的相移为90°，右侧的相移为-90°。因此，由每个加速度计产生的相移的符号使得TMPS传感器模块或ECU检测TMPS传感器模块和对应的轮胎是安装在车辆的左侧还是右侧。这称为2g方向感测。

然而，在双轮胎存在的情况下，相对的相移并不一定意味着安装在相对侧上。这是因为对于双轮胎，内轮胎和外轮胎面对面地安装，使得如果外轮胎中的切向加速度计指向行驶方向，则内轮胎中的切向加速度计指向与行驶方向相对的方向。因此，在车辆的一侧(例如，右侧)上的外轮胎与在车辆的另一侧(例如，左侧)上的内轮胎可能无法区分。

压力传感器11可以作为典型的半导体技术的一部分而被并入，并且可以是微机电系统(MEMS)压力传感器。因此，压力传感器11可以使得TPMS传感器100能够辅助监视轮胎压力。压力传感器11、加速度传感器14和温度传感器15各自测量对应的物理量，并且将电信号形式的模拟传感器信息提供给ADC 16，ADC 16将模拟信号转换成数字信号，然后再向MCU12提供数字传感器信息。

因此，压力传感器11电连接至MCU 12，并且被配置为测量轮胎的内部气压。TPMS传感器模块100还可以包括加速度传感器14，加速度传感器14电连接至MCU 12并且被配置为检测和/或测量轮胎的加速度(例如，用于检测车辆的运动或生成用于感测轮胎的旋转方向的+-1g信号)。TPMS传感器模块100还可以包括温度传感器15，温度传感器15电连接至MCU12并且被配置为检测和/或测量轮胎的内部温度，内部温度可以用于补偿一个或多个压力传感器测量值。例如，所测量的温度可以用于校正传感器信号的斜率和偏移的温度相关性。

电源17(例如，电池单元)进一步被提供以向TPMS传感器100及其部件供电。

MCU 12从压力传感器11接收测量值形式的轮胎压力信息，并且处理该信息。MCU12可以存储轮胎压力信息以及/或者针对RF发射器13准备轮胎压力信息。MCU 12可以进一步从加速度传感器14接收加速度信息以及从温度传感器15接收温度信息。RF发射器13接收所收集的数据以从MCU 12传输。

耦合到天线18的RF发射器13被配置为经由天线18与车辆电子控制单元(ECU)110或应答器(未示出)通信。例如，RF发射器13可以被配置为向ECU 110或应答器发射传感器数据(例如，压力传感器数据、加速度传感器数据、温度传感器数据、加速度传感器数据)或其他反馈信息(包括从传感器数据导出的反馈信息(例如，速度/速率数据、轮胎旋转周期数据、轮胎加载数据等))。

因此，RF发射器13电连接至MCU 12，并且被配置为将携带传感器数据和/或反馈信息的RF信号发射至车辆ECU 110或应答器。RF信号可以由发射器13自主地发射，或者响应于MCU 12从车辆ECU 110或应答器接收信息、确认或命令形式的数据而发射，其中该数据由LF接收器8接收。

备选地，RF信号可以被发射到诸如前述的应答器的定位模块(例如，图2中的定位模块300)。此外，RF信号可以被发射到设置工具、诊断和测试工具或任何其他RF接收器。定位模块例如可以被集成在车辆的主体中或被集成在拖车的主体中，并且可以被配置为与每个TPMS传感器模块100对接以用于其定位以及与其通信。在一些示例中，定位模块可以是ECU 110，并且在其他示例中，控制模块可以是物理地位于TPMS传感器模块和ECU 110之间的应答器。在后一情况下，定位模块可以用作TPMS传感器模块100和ECU 110之间的接口、中继和/或中介。

ECU 110或定位模块可以包括：用于接收传感器数据和/或定位数据的RF接收器1；用于处理传感器数据和/或定位数据的处理单元2；以及用于存储经处理的传感器数据或其他信息(例如，轮胎信息)的存储器单元3。应当理解，尽管示例可以涉及使用RF信号进行通信，但是可以替代地使用其他类型的信号(例如，蓝牙低功耗(BLE)信号)。还应理解，该示例中的ECU 110可以利用定位模块(即，应答器)(例如，图2中的定位模块300)代替，或者可以在传感器模块100与ECU 110之间添加和设置定位模块。

ECU 110可以被配置为接收传感器数据并且从传感器数据中导出信息(例如，接触面数据、接触面持续时间数据、速度/速率数据、轮胎旋转数据、轮胎负载数据)或者可以从RF发射器13(即，TPMS传感器模块100)或TPMS定位模块直接接收一个或多个这样的信息。

另外，定位模块的ECU 110可以被配置为接收定位数据并且确定针对每个TPMS传感器模块100的轮位置，或者ECU 110可以从定位模块接收针对每个TPMS传感器模块100的轮位置。

如上所述，TPMS传感器模块100可以包括加速度传感器14，加速度传感器14电连接至MCU 12，并且被配置为检测和/或测量轮胎的离心加速度和/或轮胎的切向加速度并且生成加速度传感器数据。加速度传感器数据可以用于检测车辆的运动、计算车辆速度或速率(m/s)、计算轮胎旋转周期(s或ms)、计算轮胎的轮胎磨损、计算行进距离(km)、确定与轮的旋转相对应的TPMS传感器模块100的旋转方向，并且最终确定TPMS传感器模块100位于轮轴的哪一侧(例如，左侧或右侧)。

如上所述，加速度传感器14可以是集成在单个芯片上并且具有用于生成+/-1g信号的至少一个灵敏度轴的加速度计。加速度计可以进一步包括用于生成另一+/-1g信号的第二灵敏度轴。MCU 12可以被配置为接收两个+/-1g信号，并且确定它们之间的相移。

进而，MCU 12可以被配置为基于相移和定位算法来生成TPMS传感器模块100的定位信息(即，指示TPMS传感器模块100所在的车辆侧)，或者可以将相移信息作为定位信息发射到ECU 110或定位模块(例如，图2中的定位模块312)，其然后基于相移信息和定位算法来进行车辆侧确定。最后，TPMS传感器模块可以被ECU 110或定位模块完全定位(即，左前、右前等)。

TPMS传感器模块100还包括接收器路径，接收器路径包括LF接收器8、LNA 9和接收器电路10。接收器路径可以用于从ECU 110或定位模块接收通信数据。通信数据可以包括但不限于针对TPMS传感器模块100的配置信息、编程信息(例如，用于刷新固件代码)或控制信息。接收器电路10可以对所接收的通信信号解调制并且将数据提供给MCU 12。

具体地，LNA 9被配置为接收表示通信信号的电信号，并且在不会显著降低其信噪比的情况下将信号放大。然后将经放大的信号提供给接收器电路10，接收器电路10可以在将信息提供给MCU 12之前，对信号执行附加信号处理。

MCU 12进一步包括被配置为在其中存储信息的存储器19。存储器19也可以设置在MCU 12的外部，并且与其电耦合。例如，存储器19可以用于存储每个轮胎的轮胎信息(例如，轮胎类型、轮胎尺寸(例如，直径)、轮胎里程或轮胎磨损中的至少一个)。可以针对每个轮胎单独提供轮胎信息，并且轮胎信息可以包括轮胎品牌、轮胎尺寸、轮胎材料、轮胎刚度参数、轮胎胎面信息、轮胎季节信息(例如，冬季或夏季轮胎)和其他轮胎特性。存储器19还可以存储表示轮胎的里程和/或轮胎的磨损的数值。这些数值可以由MCU 12例如根据加速度传感器数据来计算。

备选地，ECU 110可以存储一个或多个轮胎信息，并且可以例如根据加速度传感器数据和/或轮胎信号来计算表示轮胎里程和/或轮胎磨损的数值，并且可以将数值存储在ECU 110的存储器中。

MCU 12包括至少一个处理电路(例如，信号处理器)，至少一个处理电路从压力传感器11、加速度传感器14和温度传感器15接收包括各种传感器数据的传感器信号，并且执行信号处理和/或对其进行调节。例如，至少一个处理电路可以将原始传感器测量值转换为传感器值(例如，轮胎压力值、加速度值和温度值)。另外，如本文所述，MCU 12的至少一个处理电路可以计算接触面数据、接触面持续时间数据、速度/速率数据、轮胎旋转数据、轮胎磨损数据和轮胎负载数据中的一个或多个。

MCU 12还可经由控制信号来控制一个或多个传感器设备。例如，MCU 12可以提示一个或多个传感器设备进行测量，或者可以请求存储器19中存储的信息。

为了使得MCU 12计算车辆速度v和行进距离，可以将存储器19中存储的轮胎直径信息与加速度传感器数据一起使用。

备选地，MCU 12可以将传感器数据输出到RF发射器13，以传输到定位模块或ECU110。

图2是根据一个或多个实施例的针对车辆的传感器模块定位系统200的示意图。特别地，图2示出了配置有定位模块300的牵引拖车的仰视图。牵引拖车包括构成主车辆厢的牵引机301和附接到牵引机301并且通常具有多个后轮轴的拖车302。在这种情况下，拖车302具有三个后轮轴组件303、304和305。因此，多个轮轴组件可以彼此靠近，使得两个相邻的轮组件200之间的间隔不超过轮胎直径。

每个轮轴组件303至305包括机械地固定到拖车302的轮轴壳体。每个轮轴壳体容纳并机械地耦合到对应轮轴。轮轴壳体是旋转固定的(即，它们不旋转)。每个轮轴被配置为在壳体内旋转并且机械地耦合到绕轴旋转的两个对应轮组件200。因此，在图2中可以看到轮轴壳体，其中每个轮轴布置在对应的轮轴壳体中。

传感器模块定位系统200包括六个轮组件200a至200e(统称为轮组件200)。此外，每个轮组件200包括TPMS传感器模块100。因此，传感器模块定位系统200包括六个TPMS传感器模块100a至100e(统称为TPMS传感器模块100)。

每个TPMS传感器模块100被配置为向诸如定位模块300的中央接收器发射RF信号。该中央接收器然后可以使用从每个TPMS传感器模块100发送的信息来标识每个TPMS传感器模块100的确切位置。

特别地，传感器模块定位系统200包括电耦合到牵引机301的车辆电源310的定位模块300。车辆电源310是牵引机301的电池，其向定位模块300提供功率。定位模块300使用由车辆电源310提供的功率来接收和处理所接收的传感器模块信号，从中生成定位数据，并且将定位数据发射到ECU 110。定位模块300还可以从TPMS传感器模块100接收传感器数据，从所接收的传感器模块信号中提取传感器数据，并且将所提取的传感器数据与定位数据一起或单独地传输到ECU 110。

当将定位数据和/或传感器数据传输到ECU 110时，定位模块300可以传输与对应的定位数据和/或传感器数据相关联的传感器模块标识符(ID)，使得ECU 110可以将传感器模块数据与对应的传感器模块100相关联。

定位模块300包括相控阵天线311，相控阵天线311包括被配置为从TPMS传感器模块100接收RF信号的多(N)个单独天线。接收天线阵列是由定位模块300用来执行传感器模块100的定位的方向敏感天线。例如，至少两个单独天线的组合加上其相位评估(例如，相移)实现了方向灵敏度。定位模块300还包括发射天线312，发射天线312被配置为将包括定位数据和/或传感器数据的RF信号发射至ECU 110。

定位模块300进一步包括：包括负责接收和发射相应信号的电路的RF收发器313；以及被配置为确定每个TPMS传感器模块100的位置(即，对其定位)的数字信号处理电路314。

定位模块300被配置为使用发射天线312将定位数据发射到车辆的ECU 110。在发射传感器数据的情况下，定位模块可以被看作是用于将传感器数据接收和中继到ECU 110的中继器。传感器数据包括轮胎压力信息、轮胎温度信息、轮胎加速度信息和/或由MCU 12从中导出的信息。

定位模块300被配置为经由相控阵天线311通过感测传感器模块信号(即，TPMS信号)被接收的空间方向来执行定位。TPMS信号可以包括对应传感器模块的传感器ID，或者可以包括传感器数据和传感器ID。因此，作为示例，TPMS信号可以携带包括传感器ID、压力信息和温度信息的数据消息或分组。

利用方向敏感天线的自动定位的实现方式使用了相控阵天线311。如将更详细地描述，使用模拟混频器，将由相控阵天线311中的每个天线接收的TPMS信号与相似频率的参考信号混合，以便将每个TPMS信号下变频为基带或中频带(IF频带)。然后，在每个经下变频的信号上采用低通滤波器，以便提取可以由模数转换器(ADC)采样的低频分量。

以这种方式，对于每个TPMS信号，源自从相应TPMS传感器模块100的行进距离差异的、天线之间的相移可以由定位处理器获取。特别地，定位处理器针对每个TPMS信号生成相移曲线(profile)，并且基于相移曲线来确定RF信号的源的方向(即，传入RF信号的方向)。通过将所接收的信号的该方向信息链接到来自TPMS传感器模块100的同一接收信号中接收的传感器ID，传感器位置可以被标识并且被链接到每个传感器ID(即，每个TPMS传感器模块100)。定位模块300进一步被配置为针对每个TPMS传感器模块110，将包括传感器位置的定位数据和对应的传感器ID传输到ECU 110。

图3图示了图2中所示的传感器模块定位系统200的示意图，其中相控阵天线311被解构以示出阵列的单独天线Ant1、Ant2、Ant3和Ant4。另外，示出了垂直对称轴316和水平对称轴317。垂直对称轴316表示六个轮胎200的垂直对称中心，而水平对称轴317表示六个轮胎200的水平对称中心。可以看出，线316以正交方式将每个轮轴组件303至305一分为二，而线317与轮轴组件303至305平行。为了使得天线布置更加明显，一些距离和偏移可能被夸大并且没有按比例绘制。

在该示例中，每侧上的相邻轮胎200之间的距离d1(所测量的中心到中心)选择为1.2米，而左侧和右侧的轮胎200间隔开被设置为2.4米的距离d2。而且，在该示例中，相控阵天线311的天线被布置在平行于水平对称轴317的线中(即，平行于轮轴组件303至305)并且被布置为关于轮胎200不对称。然而，这些天线不需要放置在与水平轴平行的线中，而是可以在相对于水平轴的对角线上形成线。备选地，天线的布置可以形成任何二维几何形状。根据该形状，不同的放置是可能的。例如，天线可以以梯形形状布置。

特别地，天线Ant1、Ant2、Ant3和Ant4等距地间隔开距离d3。由线318表示的相控阵天线311的水平中心(即，第一对称中心)相对于水平对称轴317偏移距离d4(例如，4.6米)。由线319表示的相控阵天线311的垂直中心(即，第二对称中心)相对于垂直对称轴316偏移距离d5(例如，30厘米)。虽然天线Ant1、Ant2、Ant3和Ant4沿线318等距地间隔开距离d3，但间隔可以不均匀分布。在一些示例中，相邻天线之间的距离d3可以是2至20厘米。而且，距离d4使得所有轮胎200均在相控阵天线311的水平中心的同一侧上。

注意，只要相控阵天线311的垂直或水平中心(也可以称为质心)没有沿由至少两个轮胎限定的任何对称轴(例如，没有沿对称线316或317)对准，并且间隔足以区分TPMS信号的对应相移，上述距离仅应被视为示例，并且仅是设计的选择。还应当理解，只要可以检测每个TPMS传感器模块的位置变化，相控阵天线311不限于四个天线，而是可以使用多于一个的任何数目的天线。在一些示例中，两个天线可能就足够了，而在其他示例中，可以使用更多天线来改进精度。例如，随着天线的增加，用于区分两个RF信号之间的方向的角分辨率会改进。

由于天线Ant1、Ant2、Ant3和Ant4相对于TPMS传感器模块100的不对称布置，每个TPMS传感器模块100相对于每个天线具有唯一的位置。天线之一被用作参考天线，从该参考天线测量相对于其他每个天线的相移。行进不同距离的信号彼此之间具有不同的相位。因此，每个传感器模块100到每个天线的行进距离的差异导致针对该传感器模块的TPMS信号在每个天线处具有不同的相位。

参考天线(例如，天线Ant1)与每个其他天线(例如，天线Ant2、Ant3和Ant4)之间的相移可以由定位模块300确定。该结果是针对每个传感器模块100的唯一相移曲线。定位模块300可以将每个相移曲线与TPMS信号的源的方向(即，到对应的轮200处的对应传感器模块100的方向)相关。每个方向可以进一步由定位模块300相关到轮位置。

例如，TPMS传感器模块100a可以发射由天线Ant1、Ant2、Ant3和Ant4接收的TPMS信号。TPMS信号包括TPMS传感器模块100a独有的传感器ID，并且可以包括传感器数据。定位模块300在天线Ant1、Ant2、Ant3和Ant4处接收TPMS信号，测量参考天线Ant1和天线Ant2之间的第一相位差(即，第一相移)，测量参考天线Ant1与天线Ant3之间的第二相位差(即，第二相移)，并且测量参考天线Ant1与天线Ant4之间的第三相位差(即，第三相移)。

相移被存储和编译成针对TPMS传感器模块100a的相移曲线。根据该相移曲线，定位模块300被配置为确定来自TPMS传感器模块100a的TPMS信号的传输方向，并且根据所确定的方向来确定TPMS传感器模块100a的轮位置。定位模块300被配置为将TPMS传感器模块100a的轮位置连同其传感器ID(例如，以数据消息或分组形式链接的两个信息)发送到ECU110，ECU 110存储所接收的信息。

图4是根据一个或多个实施例的定位模块300的示意性框图。定位模块300包括相控阵天线311、发射天线312、RF收发器313和数字信号处理电路314，RF收发器313包括负责接收和发射相应RF信号的电路，数字信号处理电路314被配置为确定每个TPMS传感器模块100的位置(即，对其定位)。

相控阵天线311包括参考接收天线(在这种情况下为天线1)和至少一个附加接收天线n。天线1和n被配置为从每个TPMS传感器模块100接收RF信号(即，TPMS信号)。为简洁起见，将假定图4中所示的RF信号源自TPMS传感器模块100a，但是应当理解，针对所有传感器模块100执行相同的定位过程。如图所示，天线1从TPMS传感器模块100a接收信号RF1，并且天线n从TPMS传感器模块100a接收信号RFn，其中RF1和RFn在每个相应天线处具有不同的相位。

RF收发器313包括针对每个接收天线的接收器电路路径和针对发射天线312的发射电路路径。每个接收器电路路径包括混频器(例如，混频器401和402)和低通滤波器(例如低通滤波器411和412)。RF收发器313还包括生成参考信号RFref的参考信号发生器410(例如，本地振荡器)和模拟多路复用器420。参考信号RFref的频率具有从TPMS传感器模块100的发射频率的小偏移量，使得由混频器生成缓慢变化的信号。

每个接收器电路路径还可以在混频器之前包括前置放大器(未示出)以用于生成经放大的RF接收信号。前置放大器可以是例如低噪声放大器(LNA)。

混频器401接收信号RF1和RFref，使得信号RF1例如被下混频为基带信号BB1(或IF频带)，并且通过模拟信号处理来在基带中进一步被处理。混频可以在一个级中执行(即，从RF频带直接进入基带)，或者也可以通过一个或多个中间级中执行(即，从RF频带进入中间频带，再进入基带)。在这种情况下，接收混频器401有效地包括串联连接的多个单独的混频器级。

类似地，混频器402接收信号RF2和RFref，使得信号RF2例如被下混频为基带信号BBn(或IF带)，并且通过模拟信号处理来在基带中进一步被处理。混频可以在一个级中执行(即，从RF频带直接进入基带)，或者也可以通过一个或多个中间级中执行(即，从RF频带进入中间频带，再进入基带)。在这种情况下，接收混频器402有效地包括串联连接的多个单独的混频器级。

模拟信号处理实质上包括对基带信号BB1和BBn进行滤波以及可能地进行放大。低通滤波器411和412执行滤波，以便抑制不期望的边带和镜像频率。备选地，可以使用通带滤波器。

经处理的基带信号BB1'和BBn'被发送到多路复用器420，多路复用器420被配置为接收来自低通滤波器的经处理的基带信号，并且将每个经处理的基带信号选择性地输出到数字信号处理电路314以用于进行数字信号处理和定位分析和确定。多路复用器420可以被配置为基于传感器ID来选择性地输出经处理的基带信号，使得与同一传感器ID相对应的但是与不同接收天线相对应的信号被顺序地输出到数字信号处理电路314以用于进行相移分析。

具体地，数字信号处理电路314包括模数转换器(ADC)421，模数转换器421被配置为从多路复用器420接收经多路复用的信号，其中经处理的基带信号在数字域中被数字化并且被发送到处理器422。因此，数字信号处理链可以至少部分地以能够在处理器422(例如，微控制器、数字信号处理器或另一计算机单元)上执行的软件的形式实现。处理器422被配置为提取每个信号的传感器ID，并且确定每个附加接收天线相对于参考天线的相移，生成针对TPMS传感器模块100a的与其传感器ID相对应的相移曲线，基于与之对应的TPMS信号的发射/接收方向来确定传感器模块100a的方向，并且基于所确定的发射/接收方向来确定TPMS传感器模块100a的位置。

在确定TPMS传感器模块100a的位置之后，处理器422将包括TPMS传感器模块100a的位置和对应的传感器ID的定位信息发送到RF收发器313的RF发射器430。如果适用，则处理器422还可以将传感器数据提供给RF发射器430。RF发射器430被配置为生成包括定位信息、对应的传感器ID和可能的传感器数据的数据消息，并且将数据消息发射到ECU 110。

将理解，针对每个TPMS传感器模块100执行类似的定位过程，并且RF发射器430可以单独地或在同一数据消息(即，同一RF信号)中向ECU 110报告每个TPMS传感器模块100的位置。

图5图示了根据一个或多个实施例的多个TMPS传感器模块的相移曲线。特别地，相移曲线基于参考图2至图3描述的系统，其中相邻天线之间的距离d3为20cm。可以看出，每个TPMS传感器模块100产生彼此可区别的不同相移曲线。因此，定位模块300的处理器422能够基于每个唯一的相移曲线来定位每个TPMS传感器模块。

尽管已描述了各种实施例，但是对于本领域普通技术人员将显而易见的是，更多的实施例和实现方式可以在本公开的范围内。例如，尽管各实施例可以针对牵引拖车，但是应当理解，本文所述的传感器模块定位系统可以应用于其他类型的车辆。

因此，除了根据所附权利要求及其等同物之外，本发明不受限制。关于由上述部件或结构(组件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，除非另有说明，否则即使这些部件在结构上与本文所示的本发明的示例性实现方式中执行该功能的公开结构不等效，用于描述这样的部件的术语(包括对“装置”的引用)也旨在与执行所描述的部件的指定功能(即，在功能上等效)的任何部件或结构相对应。

此外，所附权利要求于此并入具体实施方式中，其中每个权利要求可以作为单独的示例实施例而独立。尽管每个权利要求可以单独作为单独的示例实施例，但是应注意，尽管从属权利要求可以在权利要求中引用一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他示例实施例也可以包括从属权利要求与每个其他从属或独立权利要求的主题的组合。除非指出不意图特定的组合，否则本文提出了这样的组合。此外，即使权利要求没有直接引用独立权利要求，旨在将该权利要求的特征也包括到任何其他独立权利要求。

还要注意，说明书或权利要求书中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的相应动作中的每一个的装置的设备来实现，反之亦然，其中所实现的一个或多个设备的上下文中描述的功能或功能串可以作为方法来执行。

此外，应理解，说明书或权利要求书中公开的多个动作或功能的公开内容可以不被解释为在特定顺序内。因此，除非出于技术原因这些动作或功能不可互换，否则多个动作或功能的公开内容将不会将它们限制为特定的顺序。此外，在一些实施例中，单个动作可以包括或可以分解成多个子动作。除非明确排除，否则这样的子动作可以被包括在单个动作内并且是单个动作的公开内容的一部分。

本公开中描述的技术可以至少部分地以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。例如，所描述的技术的各个方面可以在一个或多个处理器(包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)或任何其他等效的集成或离散逻辑电路以及这些部件的任何组合)内实现。术语“处理器”、“处理电路”等通常可以指代单独或与其他逻辑电路或任何其他等效电路组合的任何前述逻辑电路。包括硬件的控制单元还可以执行本公开的一种或多种技术。这样的硬件、软件和固件可以在同一设备内或在单独的设备内实现，以支持本公开中描述的各种技术。

尽管已公开了各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，进行各种改变和修改，这些改变和修改将实现本文所公开的概念的一些优点。对于本领域技术人员显而易见的是，执行相同功能的其他部件可以适当地替换。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构或逻辑上的改变。应提到，即使在未明确提及的特征中，参考特定附图解释的特征也可以与其他附图的特征组合。对总体发明构思的这种修改旨在由所附权利要求书及其合法等同物覆盖。

Claims (20)

1.一种轮胎压力监视系统TPMS，包括：

第一TPMS传感器模块，具有第一传感器标识符ID，其中所述第一TPMS传感器模块包括：

第一压力传感器，被配置为测量第一轮胎的内部气压并且生成第一轮胎压力信息；以及

第一发射器，被配置为发射包括至少所述第一传感器ID的第一TPMS信号；以及

定位模块，被配置为基于接收所述第一TPMS信号来定位所述第一TPMS传感器模块，其中所述定位模块包括：

相控阵天线，包括多个接收天线，每个接收天线被配置为接收所述第一TPMS信号，其中所述第一TPMS信号在所述多个接收天线中的每个接收天线处具有不同的相位，其中所述多个接收天线包括参考接收天线和至少一个附加接收天线；以及

定位电路，被配置为测量在所述参考接收天线处接收的所述第一TPMS信号的第一参考相位，测量在所述至少一个附加接收天线中的每个接收天线处接收的所述第一TPMS信号的第一相应偏移相位，确定所述第一参考相位与每个第一相应偏移相位之间的第一相应相移，以及基于与所述第一TPMS信号相对应的每个确定的第一相应相移来确定所述第一TPMS传感器模块的位置。

2.根据权利要求1所述的TPMS，其中所述定位电路被配置为生成表示所述第一TPMS传感器模块的所述位置的第一定位信息，并且所述定位模块进一步包括：

发射器，被配置为发射第一消息，所述第一消息包括所述第一定位信息和链接到所述第一定位信息的所述第一传感器ID。

3.根据权利要求2所述的TPMS，进一步包括：

车辆控制器，被配置为从所述定位模块接收所述第一消息并且存储所述第一TPMS传感器模块的所述位置。

4.根据权利要求1所述的TPMS，其中所述定位电路被配置为基于每个第一相应相移来确定所述第一TPMS传感器模块相对于所述相控阵天线的方向，并且基于所确定的方向来确定所述第一TPMS传感器模块的所述位置。

5.根据权利要求1所述的TPMS，其中：

所述至少一个附加接收天线包括至少两个附加接收天线，并且

所述定位电路被配置为测量在所述至少两个附加接收天线中的每个接收天线处接收的所述第一TPMS信号的所述第一相应偏移相位，基于每个第一相应相移来生成与所述第一TPMS传感器模块相对应的第一相移曲线，以及基于所生成的第一相移曲线来确定所述第一TPMS传感器模块的所述位置。

6.根据权利要求5所述的TPMS，其中所述定位电路被配置为基于所述第一相移曲线来确定所述第一TPMS传感器模块相对于所述相控阵天线的方向，以及基于所确定的方向来确定所述第一TPMS传感器模块的所述位置。

7.根据权利要求1所述的TPMS，进一步包括：

第二TPMS传感器模块，具有第二传感器标识符ID，其中所述第二TPMS传感器模块包括：

第二压力传感器，被配置为测量第二轮胎的内部气压并且生成第二轮胎压力信息；以及

第二发射器，被配置为发射包括至少所述第二传感器ID的第二TPMS信号，

其中所述定位模块被配置为基于接收所述第二TPMS信号来定位所述第二TPMS传感器模块，

其中所述多个接收天线中的每个接收天线被配置为接收所述第二TPMS信号，其中所述第二TPMS信号在所述多个接收天线中的每个接收天线处具有不同的相位，并且

其中所述定位电路被配置为测量在所述参考接收天线处接收的所述第二TPMS信号的第二参考相位，测量在至少一个附加接收天线中的每个接收天线处接收的所述第二TPMS信号的第二相应偏移相位，确定所述第二参考相位与每个第二相应偏移相位之间的第二相应相移，以及基于与所述第二TPMS信号相对应的每个确定的第二相应相移来确定所述第二TPMS传感器模块的位置。

8.一种轮胎压力监视系统TPMS，包括：

多个轮轴组件，每个轮轴组件耦合到安装有不同轮胎的不同轮对；

多个TPMS传感器模块，其中所述多个TPMS传感器模块中的每个TPMS传感器模块具有唯一传感器标识符ID，并且所述多个TPMS传感器模块中的每个TPMS传感器模块被配置为测量对应轮胎的内部气压并且传输包括至少其唯一传感器ID的对应TPMS信号；以及

定位模块，被配置为基于接收所述多个TPMS传感器模块中的每个TPMS传感器模块的所述对应TPMS信号来定位所述多个TPMS传感器模块中的每个TPMS传感器模块，其中所述定位模块包括：

相控阵天线，包括多个接收天线，每个接收天线被配置为接收每个对应TPMS信号，其中每个对应TPMS信号在所述多个接收天线中的每个接收天线处具有不同的相位，其中所述多个接收天线包括参考接收天线和至少一个附加接收天线；以及

定位电路，被配置为针对每个对应TPMS信号，测量在所述参考接收天线处接收的所述对应TPMS信号的参考相位，测量在所述至少一个附加接收天线中的每个接收天线处接收的所述对应TPMS信号的相应偏移相位，确定所述参考相位与每个相应偏移相位之间的相应相移，以及基于与第一TPMS信号相对应的每个确定的相应相移来确定与所述对应TPMS信号相关联的TPMS传感器模块的位置。

9.根据权利要求8所述的TPMS，其中针对每个对应TPMS信号，所述定位电路被配置为基于每个相应相移来确定与所述对应TPMS信号相关联的所述TPMS传感器模块相对于所述相控阵天线的方向，以及基于所确定的方向来确定与所述对应TPMS信号相关联的所述TPMS传感器模块的所述位置。

10.根据权利要求8所述的TPMS，其中：

所述至少一个附加接收天线包括至少两个附加接收天线，并且

所述定位电路被配置为针对每个对应TPMS信号，测量在所述至少两个附加接收天线中的每个接收天线处接收的所述对应TPMS信号的所述相应偏移相位，基于每个相应相移来生成与所述对应TPMS信号相关联的所述TPMS传感器模块相对应的相移曲线，以及基于所生成的相移曲线来确定与所述对应TPMS信号相关联的所述TPMS传感器模块的所述位置。

11.根据权利要求10所述的TPMS，其中所述定位电路被配置为针对每个对应TPMS信号，基于所述相移曲线来确定与所述对应TPMS信号相关联的所述TPMS传感器模块相对于所述相控阵天线的方向，以及基于所确定的方向来确定与所述对应TPMS信号相关联的所述TPMS传感器模块的所述位置。

12.根据权利要求8所述的TPMS，其中：

所述多个轮轴组件具有：在第一方向上延伸的第一对称中心，所述第一对称中心将所述多个轮轴组件正交地对等分；以及在第二方向上延伸的第二对称中心，所述第二方向平行于所述多个轮轴组件的纵向延伸；并且

所述多个接收天线相对于所述第一对称中心不对称地布置。

13.根据权利要求12所述的TPMS，其中所述多个接收天线具有在所述第一方向上延伸的第一对称中心，所述多个接收天线的所述第一对称中心从所述多个轮轴组件的所述第一对称中心偏移。

14.根据权利要求13所述的TPMS，其中所述多个接收天线具有在所述第二方向上延伸的第二对称中心，其中所述多个轮轴组件被布置在所述多个接收天线的所述第二对称中心的同一侧上。

15.根据权利要求8所述的TPMS，其中所述多个接收天线具有在第一方向上延伸的第一对称中心以及在与所述第一方向正交的第二方向上延伸的第二对称中心，并且所述第一对称中心和所述第二对称中心从在所述第一方向或所述第二方向上延伸的、由包括第一轮胎的轮胎对限定的任何对称轴偏移。

16.根据权利要求12所述的TPMS，其中所述多个接收天线被布置在线中，其中在所述多个接收天线的相邻接收天线之间具有均匀距离。

17.一种定位至少一个轮胎压力监视系统TPMS传感器模块的方法，所述方法包括：

由TPMS传感器模块传输包括至少所述TPMS传感器模块的传感器标识符ID的TPMS信号；以及

由定位模块基于在相控阵天线处接收所述TPMS信号来定位所述TPMS传感器模块，所述相控阵天线包括多个接收天线，每个接收天线被配置为接收所述TPMS信号，其中所述TPMS信号在所述多个接收天线中的每个接收天线处具有不同的相位，其中所述多个接收天线包括参考接收天线和至少一个附加接收天线，

其中定位所述TPMS传感器模块包括：

测量在所述参考接收天线处接收的所述TPMS信号的参考相位，测量在所述至少一个附加接收天线中的每个接收天线处接收的所述TPMS信号的相应偏移相位，确定所述参考相位和每个相应偏移相位之间的相应相移，以及基于与所述TPMS信号相对应的每个确定的相应相移来确定所述TPMS传感器模块的位置。

18.根据权利要求17所述的方法，其中定位所述TPMS传感器模块包括：

基于每个相应相移，确定所述TPMS传感器模块相对于所述相控阵天线的方向；以及

基于所确定的方向，确定所述TPMS传感器模块的所述位置。

19.根据权利要求17所述的方法，其中：

所述至少一个附加接收天线包括至少两个附加接收天线，并且

定位所述TPMS传感器模块包括：

测量在所述至少两个附加接收天线中的每个接收天线处接收的所述TPMS信号的所述相应偏移相位，基于每个测量的相应相移来生成与所述TPMS传感器模块相对应的相移曲线，以及基于所生成的相移曲线来确定所述TPMS传感器模块的所述位置。

20.根据权利要求19所述的方法，其中定位所述TPMS传感器模块包括：

基于所述相移曲线，确定所述TPMS传感器模块相对于所述相控阵天线的方向；以及

根据所确定的方向，确定所述TPMS传感器模块的所述位置。

Images