CN1918012A - 用于机动车辆的轮胎压力监控装置 - Google Patents

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J·巴雄
R·哈特曼
A·奥托
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Abstract

本发明涉及用于机动车辆的轮胎压力监控装置。该监控装置包括至少一个控制装置(6)和/或至少一个中间箱(10)，所述控制装置和中间箱通过轮速传感器导线兼控制导线(5)或通过轮速传感器导线(11)和控制导线(13)与布置在轮罩范围内的轮罩收发器(4)连接，所述收发器适用于向在轮罩附近布置在车轮或轮胎中的发送应答器(1)进行无线的单向或双向信息传送或能量传送。

Description

用于机动车辆的轮胎压力监控装置
技术领域
本发明涉及如权利要求1的前序部分所述的用于机动车辆的轮胎压力监控装置。
背景技术
可靠地监控机动车辆或摩托车的所有轮子的轮胎压力，对于车辆的安全有重大的意义。对于如何才能实现轮胎压力监控系统，存在各种不同的方法。在所谓的直接测量的轮胎压力监控系统中，直接在轮胎中测量轮胎充气压力，并借助发送装置与接收装置进一步传送至电子分析装置。在例如DE 19938431C2中已经描述了这种直接测量的轮胎压力监控系统。轮胎充气压力通常借助以电池为动力的压力模块测知，并利用无线传送发送给一个或更多的接收模块。这种已知的系统的主要缺点为，压力模块的寿命由于使用电池而严重受到限制，并且由于电池中的有害物质而使环境可接收性受到限制。另一缺点为，当将单个压力模块定位到某个安装位置(例如左前轮、右前轮等)时，通常需要很复杂的电子装置。例如DE 19926616C2中公开了一种用于定位轮胎压力检测装置的方法。
监控轮胎充气压力的另一种可能性为，在轮胎中或轮胎上固定无电池的发送应答器，它从外面例如借助无线电波供给能量。此发送应答器探测轮胎充气压力，并将其发送至分析单元，以用于进一步处理。例如，从DE19924830A1知道一种用于测量机动车辆轮胎中的压力和温度和用于磨损监控的设备，该设备包括用于探测轮胎充气压力的发送应答器。从EP0832765B1知道另一种具有发送应答器的轮胎压力监控系统。此外，从US6400261B1知道一种用于借助发送应答器进行轮胎状况监控的方法。另外，在EP 1354729A1中描述了一种用于监控并鉴别充气轮胎的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种轮胎压力监控装置，该装置能以可靠而廉价的方式检测并定位机动车辆或摩托车的多个轮胎的压力损失。
按照本发明，通过如权利要求1的轮胎压力监控单元来实现上述目的。
在一优选的实施形式中，在每个车轮的附近特别优选地在车辆的每个轮罩中设置轮罩收发器，所述收发器与发送应答器交换信息并与轮速传感器连接。
优选地，所有轮罩收发器通过轮速传感器导线和控制导线与单个控制装置和/或单个中间箱连接。
在另一优选的实施形式中，轮罩收发器与发送应答器之间的数据只在车轮的一定的角度范围即所谓的传送区A内发送和接收。
发射天线的印刷电路板与车辆的电缆束之间优选通过压入触头连接。
在另一优选的实施形式中，首先通过车轮的多次旋转借助布置在发送应答器中的中间蓄能器收集足够的能量，然后进行发送应答器的数据的发送。
有利地，轮罩收发器的发送频率在0.8kHz左右至800kHz左右的范围内，特别优选地在70kHz左右至200kHz左右的范围内。
发送应答器的发送频率优选在0.8MHz左右至800MHz左右的范围内，特别优选地在5MHz左右至100MHz左右的范围内。
在另一有利的实施形式中，发送应答器的发送频率被调制以进行数据传送。
优选通过车辆中已有的轮速传感器导线传送从轮罩收发器至控制装置或中间箱的数据。
特别优选的是，通过轮速传感器导线将数据从控制装置或中间箱传送至轮罩收发器或发送应答器上。
进一步优选的是，轮罩收发器的数据调制到轮速传感器的数据中。
有利地，控制装置与机动车辆的制动控制装置(ECU)制成一体。
在从属权利要求中可以看到其它优选实施形式。
附图说明
下面参考附图描述本发明。图中：
图1示出本发明的轮胎压力监控系统；
图2示出安装好的发送应答器的视图；
图3示出本发明轮胎压力监控系统的第二实施形式；
图4示出本发明轮胎压力监控系统的第三实施形式；
图5示出发射天线和发送应答器在车辆轮子上的可能布置；
图6示出本发明发射天线的结构。
具体实施方式
图1示出本发明轮胎压力监控系统的概况。发送应答器1向轮罩收发器4发送轮胎信息和/或其它数据，并从轮罩收发器4接收能量信号和/或数据信号。轮罩收发器4通过轮速传感器导线3从轮速传感器2得到另外的数据。轮罩收发器4通过供给导线7被供应能量，并通过轮速传感器导线兼控制导线5与控制装置6交换数据。此处，在图1中只示出轮罩收发器4与控制装置6的连接。按照本发明，在每个车轮附近例如在车辆的每个轮罩中设置轮罩收发器4，该收发器与发送应答器1交换信息并与轮速传感器2连接。所有轮罩收发器4通过轮速传感器导线兼控制导线5与一个单个的控制装置6连接。由此，本发明的用于四轮车辆的轮胎压力监控系统有一控制装置6、四个与控制装置6连接的轮罩收发器4、四个发送应答器1和四个与轮罩收发器4连接的轮速传感器2。
由此，用于两轮车辆的轮胎压力监控系统有一控制装置6、两个与控制装置6连接的轮罩收发器4、两个发送应答器1和两个与轮罩收发器4连接的轮速传感器2。在摩托车中，轮罩收发器4布置在挡泥板内侧。如果这样做不到，例如在越野摩托车中，由于挡泥板与轮胎的距离大，因而轮罩收发器4与发送应答器1之间的传送距离过大，则轮罩收发器4也可以布置在其它合适的地点，例如伸缩管(Tauchrohr)或立管(Standrohr)上。
在图2中示出车辆的车轮9，在其里面有发送应答器1。在车轮上方布置轮罩收发器4。此处，只能在车轮的一定的角度范围即所谓的传送区A内向发送应答器1发送并从其接收数据。
在图3中示出本发明轮胎压力监控系统的第二实施形式。此处，轮罩收发器4不像图1那样直接与控制装置6连接，而是在轮速传感器导线11a～11d与12a～12d之间连接中间箱10。此外，中间箱10通过控制导线13a～13d与未示出的轮罩收发器4连接。中间箱10通过接口14、15、16被供应能量。中间箱可通过数据导线17与车辆数据总线(CAN、LIN等)或其它系统交换数据。
图4示出本发明轮胎压力监控系统的第三实施形式。从图3看到的轮胎压力监控系统被作如下补充，以使一附加的发送应答器天线—例如与点火钥匙中的另一发送应答器交换信息的发送应答器天线—在中间箱10上连接到连接导线18。此附加的发送应答器天线可通过附加的控制导线19来致动。由此，例如，如果点火钥匙中的发送应答器被识别成属于所述车辆，则就可以使防盗装置去激活。
在图5中示出发射天线20、21和发送应答器1在车辆轮子9上的可能布置。发射天线20、21可以是能与收发器4连接的构件，或者发射天线20、21在结构上与收发器4成一体。发射天线20、21主要由无铁氧体填充物的线圈(发射天线20)或由有填充物—例如用于磁路优化的铁氧体芯部—的线圈(发射天线21)组成。当然，也可以用具有如图5c所示的用于磁路优化的铁氧体芯部的线圈代替在图5a、5b、5d、5e中示出的无铁氧体填充物的线圈。图5a示出具有两个在侧面布置的发射天线20和一个垂直的发送应答器1的车轮。这种布置对于其中发射天线20或收发器4不可能安装在挡泥板的内侧摩托车，尤其是对于越野摩托车特别适合。此外，如图5a的布置有这样的优点，即由于有两个线圈，所以在较小的电流强度或较少的线圈圈数时可以产生强的场(电场或磁场)。图5b示出一与图5a类似的布置，此处，只有发射天线20布置在共用的壳体中。图5c同图5b一样有两个在一共用的壳体中的线圈，其中，此处，线圈有用于磁路优化的铁氧体芯部。在图5d中示出，在客车和载重卡车中使用时，发射天线20相对于发送应答器4的优选的布置。图5e示出发射天线20相对于车轮的侧面布置，以及布置在轮胎的侧壁上的发射应答器1。特别在具有大的弹簧行程的车辆例如越野摩托车或越野汽车中，只有侧面布置的发射天线20才有可能在发送应答器1和收发器4之间进行传送；在如图5d的布置中，由于发送应答器1与收发器4之间的距离过大，所以不可能进行这种传送。
在图6中示出按照本发明的发射天线20的结构。图6a示出具有一印刷电路板26的下壳部29，在印刷电路板上布置多个构件28，此处为SMD构件。印刷电路板26与未示出的车辆的电缆束之间的连接例如借助压入触头24实现。当然，也可以用其它连接技术如钎焊接的插接触头等。一线圈23借助绝缘位移触头25与印刷电路板26连接。在下壳部29的上方有一上壳部22，如图6b所示，所述上壳部通过由摩擦焊接接触点27表示的摩擦焊接方法与下壳部29连接。除了摩擦焊接方法外，还可以设想其它用于连接下壳部29与上壳部22方法，例如用螺纹拧接，或粘接。图6c示出发射天线20的一种变型，其中，借助绝缘位移触头31进行电缆引出线30与印刷电路板26的直接接触，以代替插接触头。此处，线圈23可以有材料填充物例如铁氧体填充物，或者没有铁氧体填充物。构件28用于放大信号。由于线圈的电场或磁场本来就不会理想地对齐，故可采用其它线圈去“引导”场。此处，一线圈的场分布可通过具有相同或相反的场分布的另一个场的线圈来影响。由此，线圈的场可对准发送应答器1，因而效率提高。
在具有电子控制制动系统(EBS)例如防抱死制动系统(ABS)或电子稳定程序控制(ESP)的车辆中，已经有用于探测车轮转速的轮速传感器2，该轮速传感器通过连接导线与制动控制装置连接。本发明的轮胎压力监控系统使用此轮速传感器2和一部分连接导线。在本发明的轮胎压力监控系统中，在每个车轮的附近都安装轮罩收发器4，该轮罩收发器与位于此车轮上的轮速传感器2连接，并与控制装置6或中间箱10连接。此外，在轮罩收发器4与位于轮胎中或轮胎上的发送应答器1之间设有无线连接，所述轮罩收发器4设置在轮胎附近，例如设置在轮罩中。轮罩收发器4主要包括具有电子控制装置的发射天线20、21，该电子控制装置向发送应答器1传送能量。此外，还可通过发射天线20、21将数据传给发送应答器1。轮罩收发器4还包括用于接收从发送应答器1送出的数据的接收天线，以及用于放大收到的数据的放大电路。发射天线与接收天线在此处以不同的频率范围工作。发送应答器1的发射频率宜如此设计，以使只需要小的发射能量。另一方面，轮罩收发器4的发射频率如此设计，以使即使在车辆快速行驶时，也能在短的传送区A内将足够的能量从轮罩收发器4传送给发送应答器1，以使发送应答器1能送出轮胎信息。对于发送应答器1，还有这样的可能性，即通过车轮的几圈旋转能收集足够的能量(中间蓄能器)，并且只有在具有足够的能量时，才在合适的时刻送出数据。此外，所用的频率要符合各国规定的有关可自由利用的频率范围的准则。合适的频率例如在HF范围或MF范围，其中，对于轮罩收发器4的发送频率，适合的频率例如在0.8kHz左右至800kHz左右的范围内，特别在70kHz左右至200kHz左右的范围内，而对于发送应答器1的发送频率，则合适的频率例如在0.8MHz左右至800MHz左右的范围内，特别是在5MHz左右至100MHz左右的范围内。迄今为止的发送应答器-接收器系统多数只为短的传送距离(发送应答器与接收器之间的距离约为30cm)设计。通过控制装置6或中间箱10中的接收装置和多个轮罩收发器4的分离，可通过本发明轮胎压力监控系统将此小的传送距离加大到几米。发送应答器1通过与其贴近布置的轮罩收发器4发送和接收数据或能量。轮罩收发器4从位于远处的控制装置6或位于远处的中间箱10收控制信号。为了向发送应答器1传送数据，可对发送频率进行调制例如调幅(ASK)、调频(FSK)或调相(PSK)。在(模拟)调幅(ASK)时，(数字)数据要如此传送，以使信号幅度在正常功率(Leistung)(对应于数字“1”)和零功率(对应于数字“0”)之间来回切换，由此，即使实际上进行的是模拟数据传送，仍然也能传送数字信号。
此处，从轮罩收发器4至控制装置6或中间箱10的数据传送通过车辆中已有的轮速传感器导线3、11进行。此时，轮罩收发器4的要传送的数据要调制到轮速传感器2的数据中。同样可以通过轮速传感器导线3、11将数据从控制装置6或中间箱10传送至轮罩收发器4或发送应答器1。
控制装置6可例如与制动控制装置(ECU)制成一体。如果不能进行这种一体化，则采用中间箱10，它承担控制装置的任务。此处，中间箱10连接在轮速传感器导线11、13之间。中间箱10向车辆数据总线(例如CAN、LIN等)传送通过轮速传感器导线11接收并经过分析的数据，以用于进一步处理、显示或分析。这些数据也可按已知的方式以数字信号的形式传送。如果例如有轮胎压力损失，则可将其通知车辆驾驶员以及必要时通知其它车辆系统。
为了确定轮胎压力，将控制信号从控制装置6或中间箱10传送给轮罩收发器4。轮罩收发器4向相关联的发送应答器1送出能量信号和/或数据信号。轮罩收发器4的能量信号和/或数据信号被相关联的发送应答器1接收和/或改变。在接收到足够的能量以后，发送应答器1借助传感器测量轮胎信息例如轮胎压力或轮胎温度，并接着借助布置在发送应答器1中的发射装置发出轮胎信息。发出的轮胎信息被布置在相关联的收发器4中的或可与收发器4连接的接收天线接收。必要时将所接收到的轮胎信息放大并进一步送至控制装置6或中间箱10。接着在控制装置6或中间箱10中分析轮胎信息，并总是向车辆驾驶员报告，或只在有轮胎缺陷时报告。
可同时或依次传送用于控制轮罩收发器4的控制信号。在同时控制轮罩收发器4时，即意味着所有轮罩收发器4承担向与各自相关联的发送应答器1传送能量时，只要发送应答器1有足够的能量去发送轮胎信息(轮胎压力、温度等)，它们就会将轮胎信息传送给轮罩收发器4。轮罩收发器4放大从发送应答器1接收到的轮胎信息，并将其传送给控制装置6或中间箱10。由此，例如在车辆已经起动时，能尽可能快地获得轮胎信息，并考虑到可能的轮胎充气压力损失而对该信息进行分析。可以对所有车轮或只对前轮或只对后轮进行分析。此处，如果没有与轮胎信息一起发出的例如形式为轮胎识别码(标识符)的附加信息，就不能将所接收的轮胎信息定位到(轮胎的)安装位置。
与之相反，如果单独控制轮罩收发器4，则就有可能将所接收的轮胎信息定位到(轮胎的)安装位置。此处，控制装置6或中间箱10必须知道，在什么安装位置上有轮罩收发器4。也可以例如依次致动所有轮罩收发器4，以便知道发送应答器1的位置。于是，首先致动位于安装位置“左前轮”的轮罩收发器。随之接收到的发送应答器信号就被定位到安装位置“左前轮”。然后，关于该发送应答器位于安装位置“左前轮”的识别码被写入发送应答器。此识别码可以是数码的形式。此数码可在以后的数据传送中从发送应答器(与轮胎信息)一起发送，由此，任何时候发送的轮胎信息都包含对安装位置的定位。
如果轮胎信息以数据信号的形式通过调制到现有的轮速传感器导线3、11上而从轮罩收发器4发送至控制装置6或中间箱10，则可以通过使用传送器而使经过调制的数据信号还原。为此，每个轮速传感器导线需要一个传送器。接着，传送器的输出信号可永久地接在一导线上，而不至于由此失去对发送应答器1安装位置的识别的选择。由于控制装置6或中间箱10可有目的地单独辨认轮罩收发器4，因而也能辨认发送应答器1，故即使只在一根导线上传送，从轮罩收发器4发送至控制装置6或中间箱10的数据也能单独地定位到安装位置。在这种情况下，因为发送应答器1仅在已被供给能量后才发送轮胎信息，所以不需要现有技术中使用的多路复用器或类似装置。
在本发明轮胎压力监控系统的一个实施形式中，控制装置6或中间箱10设有另一用于发送应答器天线的输入，该输入可以对例如与点火钥匙一体或与作为点火钥匙替代物的模块(例如识别卡)一体的发送应答器进行分析和/或可选地记录。
用于致动轮罩收发器4的发射天线20、21的电子控制装置可包括常用的振荡电路。不过，建议按照功率需求借助H桥控制来运行发射天线，从而在达到发送功率之前实际上都不需要起振时间，并且其中，可通过对包括切断时刻的准确频率的预先规定，而瞬时准确并非常快速地通过例如调幅(ASK)进行数据耦合。发射天线20、21可以构造成扁平盘绕的空心线圈(“平面天线”)，这些线圈放在例如用塑料制成的壳体22、29中。这些壳体22、29可同时包括电子控制装置和用于接收从发送应答器1发送的数据的接收天线。发射天线20、21、电子控制装置与接收天线也可以与其它构件一起直接一体地做在轮罩收发器4的壳体22、29中。为了保护构件，例如通过摩擦焊接法将两件式壳体22、29的下壳部29与上壳部22连接在一起，从而封装壳体22、29。在发射天线20、21中，利用天线的磁场传送能量。发射天线20、21和/或连接导线的接触可例如借助绝缘位移触头实现。对于例如壳体22、29与发射天线20、22或收发器4之间的接插连接，可使用压入技术进行接触。
再有，可以实施一学习阶段，以识别发送应答器1与相关联的轮罩收发器4的相对位置。由于在用于传送数据的发送应答技术中，在发送应答器1与轮罩收发器4之间不能超过一定的距离，故在将发送应答器1装在轮胎中或轮胎上时，在发送应答器1与轮罩收发器4之间只有一定的传送区A可用于传送数据。如果轮罩收发器4接收来自发送应答器1的数据，则在此时刻，可对分配给相关联的轮速传感器2的计数器进行读取或重设，从而可以知道发送应答器1相对于车轮旋转的位置。例如，车轮旋转一圈，轮速传感器2具有42个边沿的边沿数。当从发送应答器1接收数据时，则同时数出轮速传感器2的边沿数。例如，在接收发送应答器数据时，确定边沿23。可通过控制装置6或中间箱10确定关于发送应答器1与轮速传感器2的相对位置的信息。只有当发送应答器1位于轮罩收发器4的附近，即在示例中靠近轮速传感器2的边沿23时，才从轮罩收发器4向发送应答器1传送功率或数据。还可以界定一个范围，例如在边沿23的前面的五个边沿和在边沿23后面的五个边沿，其中，轮罩收发器4通过控制装置6的致动而发送。通过发送应答器1的位置确定，相对于传统的发送应答器方案，可显著地减少电流消耗。也可通过车辆的点火运行(Zündungslauf)存储关于相对位置的信息，从而即使重新点火，此信息也可立即再次使用。
再有，轮速传感器2可以分析在个别车轮上是否存在由于轮胎压力损失引起的过度的车轮滑移。关于车轮打滑的信息也可例如直接从车辆数据总线或从制动控制装置查询。如果不存在过度的车轮打滑，则可减少对由发射应答器1发送的数据的分析，这可以通过减少控制装置6或中间箱10对轮罩收发器4的致动来实现。
从发送应答器1经过轮罩收发器4发送至控制装置6或中间箱10的轮胎信息可通过报警灯或显示器向车辆驾驶员示出。
如果使用有紧急运行性能的轮胎(“漏气保用轮胎”)，并且检测到轮胎在紧急状态行驶，则将此事向车辆驾驶员指出，或者也将此信息传送给其它系统，以便例如通过与发动机电子装置一起限制车辆的最大可能速度。通过对有紧急运行性能的轮胎的监控和例如在紧急运行的车轮有缺陷时对速度的限制，也可将所用的备用轮胎的尺寸做得小一些，这可降低轮胎的成本和重量。
所用的发送应答器1包括从电波或磁波获得能量尤其是数据的转换器、至少一个用于检测轮胎信息的传感器和一个用于发送轮胎信息的传送器。此外，在发送应答器1中设有至少一个数据存储器，以存储轮胎信息和/或其它数据。在发送应答器1中可以存储数据，例如轮胎的制造日期、轮胎的运行性能(通过查询公里读数)、有时还有轮胎损伤或用太低的充气压力行驶，例如可在修理厂读出这些数据。
存储在发送应答器1中的数据和/或由发送应答器1检测到的数据(轮胎的充气压力、温度等)也可例如借助遥测技术传送到外部的接收器上。
轮速传感器导线3、11、12合适地制成绞合的导线的形式。如果使用控制装置6，则轮速传感器导线兼控制导线5也可制成绞合的导线。此外，供电导线7可以与轮速传感器导线兼控制导线5一起地或者与其分开地通向轮罩收发器4。

Claims (11)

1.一种用于机动车辆的轮胎压力监控装置，该监控装置具有布置在车轮或轮胎中或者布置在车轮或轮胎上的发送应答器(1)，该发送应答器通过无线的单向或双向信息传送或能量传送分别与一个相关联的轮罩收发器(4)连通，其特征在于，轮胎压力监控装置包括至少一个控制装置(6)和/或至少一个中间箱(10)，所述控制装置和/或中间箱通过轮速传感器导线兼控制导线(5)或通过轮速传感器导线(11)和控制导线(13)与布置在轮罩范围内的轮罩收发器(4)连接。
2.如权利要求1所述的轮胎压力监控装置，其特征在于，轮罩收发器(4)与轮速传感器(2)连接。
3.如权利要求1所述的轮胎压力监控装置，其特征在于，控制装置(6)或中间箱(10)利用轮速传感器导线兼控制导线(5)或轮速传感器导线(11)从轮罩收发器(4)接收数据或向轮罩收发器(4)传送数据。
4.如上述权利要求中至少一项所述的轮胎压力监控装置，其特征在于，轮罩收发器(4)各自包括至少一个具有电子控制装置的发射天线(20、21)和一个具有放大电路的接收天线，所述发射天线用于向相关联的发送应答器(1)发送能量和/或数据，而所述接收天线则用于接收并放大从相关联的发送应答器(1)发出的轮胎信息。
5.如权利要求4所述的轮胎压力监控装置，其特征在于，轮罩收发器(4)的至少一个发射天线(20、21)包括用于发送能量和/或数据的H桥控制。
6.如上述权利要求中至少一项所述的轮胎压力监控装置，其特征在于，控制装置(6)或中间箱(10)通过数据导线(17)与车辆中的其它系统交换数据。
7.如上述权利要求中至少一项所述的轮胎压力监控装置，其特征在于，控制装置(6)或中间箱(10)包括至少一个连接导线(18)和至少一个用于致动另一发送应答器的附加控制导线(19)。
8.如权利要求7所述的轮胎压力监控装置，其特征在于，另一发送应答器与点火钥匙或者与适用于起动车辆或使防盗装置去激活的组件例如插卡或钥匙挂件等制成一体。
9.如上述权利要求中至少一项所述的轮胎压力监控装置，其特征在于，至少一个用于向发送应答器(1)传送能量的发射天线(20、21)包括至少一个线圈(23)。
10.如上述权利要求中至少一项所述的轮胎压力监控装置，其特征在于，用于向发送应答器(1)传送能量的发射天线(20、21)包括至少一个具有铁氧体芯部或铁磁芯部的线圈(23)，该铁氧体芯部或铁磁芯部引导磁力线，以改善向发送应答器(1)的传导。
11.如上述权利要求中至少一项所述的轮胎压力监控装置，其特征在于，用于向发送应答器(1)传送能量的发射天线(20、21)，除了包括至少一个用于向发送应答器(1)传送能量的线圈(23)外，还包括另一个通过引导经过发送应答器(1)的磁力线而提高效率的线圈。
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