CN1938170B - 车轮的遥控询问 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车轮的遥控询问，涉及一种评估轮胎状况的方法和装置，尤其但不唯一地涉及一种评估车轮上轮胎旋转状况的方法和装置。提供一种装置，其包括多个天线(101、102、103、104、105、106、107、108)，用于在车轮移动通过天线时将询问信号发射到无线被动压电谐振传感器(110、112)，该传感器被安装到待评估的所述车轮上并适用于检测车轮状况；其中天线在沿着将由待评估的所述车轮沿着前进的一路径的一线中布置。

Description

车轮的遥控询问

技术领域

本发明涉及一种用于评估轮胎状况的方法和装置，尤其但不唯一地涉及一种评估车轮上轮胎旋转状况的方法和装置。

发明内容

本发明提供一种用于评估车轮状况的装置，该装置包括多个天线，用于在车轮移动通过天线时将询问信号发射到无线被动压电谐振传感器，该传感器被安装到待评估的所述车轮上并适用于检测车轮的状况；其中天线在沿着将由待评估的所述车轮沿着前进的一路径的一线中布置。本发明还提供一种包括上述装置的系统，其中每个天线单独连接到所有天线共有的多通道询问控制单元的单独通道。在本发明的其它方面中限定了进一步包括新颖的和有利特征的装置或系统。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1是询问卡车和拖车机动车轮胎的本发明的第一实施例的示意性侧视图；

图2是询问卡车和拖车机动车轮胎的第一实施例的示意性后端视图；

图3是第一实施例的天线阵列布置的示意性俯视图；

图4是本发明第二实施例的天线阵列布置的示意性俯视图；

图5是本发明第三实施例的天线阵列布置的示意性俯视图；

图6是涉及卡车和拖车机动车轮胎传感器的第三实施例的阵列的示意性俯视图；

图7是表示图6所示的天线为使其间的干扰最小化的启动顺序的图表；

图8是用于RF-ID询问的天线开关系统的示意性框图；

图9是在图8的系统中使用的开关矩阵的示意性框图；

图10是关于前述实施例的系统布置的示意性框图。

具体实施方式

在附图中所示的实施例运行以测量车(例如卡车和拖车机动车)上每个轮胎的状况。更具体地，该实施例适用于测量轮胎压力和温度。该实施例为安装在一表面上的静止系统，待询问的车在该表面上被驱动。车的每个轮胎装备有适用于检测压力和温度的无线被动传感器(优选为无线被动SAW谐振传感器)。每个轮胎也可以装备有RF-ID标签使得特定的轮胎可以被明确识别。当待询问的车在本发明的实施例提供的表面上经过时，位于每个车轮胎中的无线被动传感器和RF-ID被访问，并为每个轮胎进行轮胎压力和温度测量。

在本发明的上下文中，无线被动传感器涉及任何基于高品质因数谐振结构或多个对物理量，例如机械应变、温度和湿度灵敏的结构的传感器。一个或多个高品质因数谐振结构能够被耦合(即，直接或通过匹配电路连接)到天线。这种结构例如是SAW(表面声波)谐振器、STW(表面横波)谐振器、FBAR(薄膜体声波)谐振器和介质谐振器。而且，在本发明的上下文中，无线被动SAW谐振传感器包括任何基于压电高品质因数谐振结构或多个对物理量灵敏的结构的传感器，该传感器耦合到天线并利用沿衬底表面传播的声波，上述结构在该衬底上制造。

明显地，在使用静止天线来询问安装在横向运动经过天线的旋转轮胎上的无线被动传感器中存在几个问题。应当理解，传感器关于轮胎/车轮的旋转轴的角位置影响从天线获得的读数的准确性。实际上，在轮胎经过天线的时刻，轮胎与天线的侧向距离也影响准确性。在实验中，已经发现在当轮胎经过天线时在轮胎和天线之间的间隔(给定轮胎直径)相对大(例如直径大约1米的轮胎间隔为1米)的情况中，在传感器位于车轮顶部时从传感器响应来自天线的询问信号的返回信号最强。在传感器处于其它角位置时，返回信号较弱。然而，在当轮胎经过天线时在轮胎天线之间的间隔(给定轮胎直径)相对小的情况(例如，直径约1米的轮胎间隔为10cm)中，在传感器位于车轮底部时从传感器响应来自天线的询问信号的返回信号最强。这些实验结果涉及天线位于车外侧的情况。然而，应当理解，较大的车辆使用在车的每侧上安装到一个轮轴的两个车轮。在这些情况中，用于询问内侧轮胎的天线将直接位于车体下，由于悬架部件和其它车组件遮挡信号，在实验中已经发现传感器的最强返回信号总是出现在当传感器位于车轮底部(即，最接近地面)时。

为了说明上述因素，附图中所示的系统使用多个在一线中并排布置的天线(而不是仅一个天线)。这个天线阵列理想上被布置在一直线中，从而车辆可以便于在穿过系统的直线路径中驾驶。然而，如果需要天线可以以弯曲形状布置。阵列的总长度La至少等于待询问的每个轮胎的周长。然而，阵列中天线的数量可以根据车辆轮胎类型适当变化。在附图所示的实施例中，天线阵列包括共计8个天线。假设天线阵列的总长度La大于或等于待询问的轮胎的周长，应当理解当车辆运动经过阵列时，在每个轮胎中的传感器相对于8个天线中的至少一个将位于最佳询问位置。来自这个天线的读数可用于获得轮胎压力和温度的准确测量。与经过阵列的每个轮胎有关的RF-ID标签也将被询问。

为了避免干扰，系统被构成为使天线阵列中的每个天线仅在待询问的轮胎正经过时发射信号。换句话说，通过考虑使用最接近轮胎的天线执行询问。在这种方式中，利用空间和偏振差异将来自不同轮胎的信号分开。如果使用足够的天线，能够确保从阵列中的天线的至少一个获得可接受的读数。

参考图1，图中显示了8个天线101、102、103、104、105、106、107、108的第一阵列100，该询问SAW设备110、112分别安装到卡车和拖车机动车118的轮胎114、116。可以看到阵列100中的第一天线101最接近第二示例轮胎114，并因此正在发射询问信号，同时阵列100中的第四天线104最接近第一示例轮胎116，并因此也正在发射询问信号。阵列100中的剩余的6个天线不发射询问信号以使干扰最小化。

为了确保第一天线阵列100的天线被启动以在大约当车辆的轮胎114、116经过时发送询问信号，提供连接每个天线的车轮启动开关。这些开关/传感器120(见图5)检测相对于特定传感器在预定已知位置的车轮的存在。开关120可以通过机械、气动或光学手段由轮胎启动。理想地，开关120包括由待评估的车轮施压的气压管。可选地，开关120可以使用微波(雷达)启动或可以包括任何常规近程传感器。

在用于询问车辆外侧轮胎的外侧阵列(例如图1所示的第一阵列100)的情况中，系统可以被构成为使开关120仅在轮胎变成直接对着所述天线的位置(如上所指)启动天线。然而，对于某些车辆或对于车辆上的某些轮胎位置，可以通过在待询问的轮胎直接处于相对天线的位置之前或之后由天线发送信号获得询问信号的最强返回信号。这是在哪里定位天线以从车辆之下询问轮胎的情况。如上所述，可以适当将天线直接定位在车辆之下以便于询问内侧安装的轮胎。在这种情况中，已经发现可以通过在轮胎经过天线之前和/或之后启动天线将与来自悬架和轮轴组件的干扰有关的问题最小化。在图5的实施例中，可以看出这通过相对外部阵列100、400和相关开关120使内侧传感器阵列200、300偏移来实现。对于常规直径约1米的卡车轮胎偏移量为35cm。从而，随着车辆如图5中的箭头A所指移动，可以看到当车辆轮胎114、116启动开关120时(例如通过向其施加车辆重量)，基本直接相对每个外侧轮胎定位的外侧天线被启动并发射询问信号。然而，同时位于每个被启动的外侧天线之前35cm的内侧天线被启动。当车辆以箭头A的方向前进时，另外的开关120将被启动，这导致沿着每个阵列100、200、300、400中停止先前启动的天线101、201、301、401、104、204、304、404，和启动下一天线102、202、302、402、105、205、305、405。当车辆以箭头A的方向前进时，在每个阵列中的每个天线将被轮流启动。

因此应当明白，为车辆轮胎的每个线提供一个天线阵列。因此，对于诸如卡车和拖车的其中每个轮轴支撑左和右外侧车轮122、124和左和右内侧车轮126、128的机动车(见图2)，存在4条轮胎线，因此提供4个阵列。每个阵列将询问在特定轮胎线中的所有经过的轮胎。应当明白，当属于特定的轮胎时可以通过参考在正进行测量时询问的RF-ID标签校验轮胎测量。

图5的偏移天线阵列构造可以使单个开关120启动4个天线(每个天线阵列中的一个)并也能够有助于减少询问信号的干扰。通过如图4所示将外侧天线阵列100、400相对内侧天线阵列200、300完全偏移可以进一步减少干扰。在这种布置中，当车辆经过询问系统时，在外侧阵列100、400中的所有天线将被启动，并且只有那时所有在内侧阵列200、300中的天线才将被启动。当然，依靠系统的构造和车辆运动方向，内侧阵列200、300的所有天线可以在外侧阵列100、400的天线之前被启动。在图4的系统中，第一开关组可用于启动内侧阵列200、300的天线，同时第二开关组可用于启动外侧阵列100、400的天线。

虽然图4的布置相当有助于减少询问信号的干扰，但是这种布置在长度上占据2倍之多的空间。通过将所有4个天线阵列如图3所示并排排列而不是采用偏移构造可以使所用空间最小化。然而，在这种布置中，干扰不会被减少到在图4的布置中实现的程度，并且将需要对内侧和外侧阵列进行独立开关以确保在车轮经过之前或之后启动内侧天线，同时相反，在当车轮经过时启动外侧天线。

图5所示的场景显示了使8个天线启动的共计8个轮胎(安装于轮轴130、132上)。在附图的图6中，两个轮轴130、132已经相对图5所示的它们的位置向前运动，响应这种运动和有关的开关120的操作，先前所启动的天线已被停止，沿每个阵列的下个天线已被启动。在图6中，8个天线102、202、302、402、105、205、305和405被启动。在启动同时，天线询问安装到任一轮胎的传感器。这种询问可以以各种方式实现。最简单的方法是同时询问所有的传感器。然而，依靠所使用的天线，存在可导致由同时接收来自临近轮胎的信号引起的干扰的显著问题的情况。可选方法是时分多路传输多个天线的询问，使得最可能导致干扰问题的天线不会被同时询问。换句话说，可以彼此发生过强水平干扰的天线能够在不同时隙(即不同时间)询问。

这种时分询问的最简单实时方式是在任何给定时间仅有一个启动的天线发射/接收信号。然而，如果同时询问两个或更多传感器将增加询问的速度，结合图7，图6示例了同时询问的例子，其中8个天线以两组4个天线询问(换句话说，在任何给定时间，有4个天线同时发射和接收)。图6所示的两组天线已经被选择以使在相同时隙中天线发射/接收之间的隔离最大。参考图6和7，可以看到天线105、205、302和402同时发射和接收信号。这种天线组合导致干扰最小。然后第二组天线102、202、305和405发射和接收信号。同样，这种天线组合导致干扰最小。因此获得在给定角位置中的所有8个轮胎的第一测量值。然而，随后将该过程重复使得多个测量值被获得。对于以3英里每小时运动的车辆，应当理解由每个天线获得40个之多的测量值。然后可以为特定轮胎将来自每个阵列的测量值解析以提供最终压力和温度读数。应当明白，由于提供了天线阵列，对于每个轮胎至少一个天线将相对轮胎传感器被理想定位以使询问达到最佳效果。

在前述实施例中使用的天线可以是接线天线，然后也可以使用偶极天线或环形天线。而且，天线不需如附图中示意性显示的那样位于路面上。天线可以埋入车辆行驶的路面下。

如果总阵列长度是3.2m并且每个阵列由8个天线组成，在3mph的速度时每个天线的最大询问时间将是约300ms(在5mph时为180ms)。在被动传感器询问的情况中，这对于时分多路传输两个天线的询问是足够长的。然而，在RF-ID标签的情况中，时间量不充分。为了执行相同的RF-ID标签的时分多路传输，总的询问时间(包括通过RS232线返回数据所占的时间)必须在30mph时不大于150ms(在3mph时不大于90ms)。实验表明，在使用传统RF-ID读出器的情况下，虽然可以在一些情况下实现小于150ms的询问时间，但不可能确保这个询问时间。但是，使用图8和9所示的天线开关系统，应当能够通过为每个阵列使用两个RF-ID板实现系统。在这种构造中，RF-ID板将被触发以在每次新的轮轴进入系统时开始搜索标签，然后气压传感器将用于跟踪通过阵列的这个轮作过后的位置并将该板自动连接到直接相对轮胎的天线。在任何给定时间在阵列内应当仅有两个轮轴出现，因此RF-ID板将每次专用于一个轮轴，并将通过天线开关自动跟踪通过整个阵列的那个轮轴。

本发明不限于上述具体实施例。另外的布置方式对于本领域普通技术人员将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种用于评估车轮状况的装置，该装置包括多个天线，用于在车轮移动通过天线时将询问信号发射到无线被动压电谐振传感器，该传感器被安装到待评估的所述车轮上并适用于检测车轮的状况；该装置还包括用于检测车轮相对于每个天线的位置的部件，并且响应预定的相关位置，启动所示天线之一使得所述一个天线发射询问信号；其中天线在沿着将由待评估的所述车轮沿着前进的一路径的一线中布置，并且其中天线的线长至少等于待评估的车轮的外周长。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述检测部件在当检测部件启动所述一个天线时停止除所述一个天线之外的所述天线。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述检测部件在待评估的车轮的轮轴直接侧向对着所述一个天线时，启动所述一个天线。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述检测部件当待评估的车轮的轮轴沿着天线的线在所述一个天线之前或之后时，启动所述一个天线。

5.根据权利要求4所述的装置，其中待评估的车轮的轮轴沿着天线的线在所述一个天线之后或之前35cm。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述检测部件包括负载灵敏部件，该负载灵敏部件在使用中通过向其施加待评估的车轮的负重被启动。

7.根据权利要求1所述的装置，其中每个天线适用于将询问信号发射到无线被动压电谐振传感器并从传感器接收响应。

8.根据权利要求1所述的装置，其中至少一个天线是单项天线。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述单项天线是偶极或八木—宇田阵列。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其中所有天线为相同类型。

11.根据权利要求7至9中任一项所述的装置，其中每个天线以在所评估的车轮停留的表面上的一高度处定位，从而每个天线位于安装被评估车轮的车辆的离地距离内。

12.根据权利要求7至9中任一项所述的装置，其中每个天线定位在由被评估的车轮沿着前进的路径一侧向距离处。

13.一种包括根据权利要求1所述的装置的系统，其中每个天线单独连接到所有天线共有的多通道询问控制单元的单独通道。

14.根据权利要求13所述的系统，其中多通道询问控制单元驱动每个已经被启动以响应车轮位置的天线，控制单元变换具有相关信号的被启动的天线的驱动，否则所述信号将彼此干扰。

15.根据权利要求14所述的系统，其中多通道询问控制单元包括一个用于各自多个天线的无线电收发机，和用于每个天线的RF开关，该开关使天线可有选择地连接到相关无线电收发机。

16.根据权利要求15所述的系统，其中通过使用与天线相连的RF开关有选择地将天线连接到相关无线电收发机，天线被启动以响应车轮的位置。

17.根据权利要求13所述的系统，其中多通道询问控制单元适用于(i)从第一时隙中的所有天线的第一组并且然后从第二时隙中的所有天线的第二组发射RF询问信号以在待评估的车轮的有关传感器中激励固有振荡；(ii)接收由传感器振荡产生的信号；(iii)估计所接收信号的幅度和频率；以及(iv)确定从多个天线接收的信号的平均频率值。

18.根据权利要求17所述的系统，其中只有满足预定标准的频率值才被计算平均值。

19.根据权利要求13所述的系统，其中提供第一、第二、第三和第四多个天线；第一和第四多个天线被定位以使具有待评估车轮的车辆在其之间经过；以及第二和第三多个天线被定位以使所述车辆的车轮能经过其任一边。

20.根据权利要求19所述的系统，其中第一和第四多个天线相对第二和第三多个天线纵向偏移。

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