DE102004021774A1

DE102004021774A1 - Reifendruck-Überwachungssystem

Info

Publication number: DE102004021774A1
Application number: DE102004021774A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hagl; Herbert Meier
Original assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Current assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2005-11-24
Also published as: EP1591279A3; US20050242939A1; EP1591279A2; US7378951B2; JP2005313897A

Abstract

Es wird ein Fahrzeugreifendruck-Überwachungssystem bereitgestellt, das für jeden zu überwachenden Reifen eine Transpondereinheit (10) umfasst, wobei die Transpondereinheit einen eingebauten HF-Sender (12) aufweist und mit dem zu überwachenden Reifen physisch verbunden ist. Ein Drucksensor für jeden zu überwachenden Reifen ist mit Schaltungen in einer zugeordneten Transpondereinheit verbunden. Eine Abfrageeinrichtung (7) ist mit jeder Transpondereinheit verbunden und physisch an einem Fahrzeug in der Nähe eines Rades (9), auf dem ein zu überwachender Reifen montiert ist, eingebaut. Ein zentraler HF-Empfänger (4) wird für alle Transpondereinheiten bereitgestellt. Jede Transpondereinheit ist mit einer zugehörigen Abfrageeinrichtung induktiv gekoppelt und enthält ein Element zum Speichern elektrischer Ladung, das dafür geeignet ist, mit Energie geladen zu werden, die von der zugehörigen Abfrageeinrichtung in einer ersten Betriebsart induktiv geliefert wird, wobei das Element zum Speichern elektrischer Ladung dem HF-Sender der Transpondereinheit in einer zweiten Betriebsart eine Spannungsversorgung bietet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeugreifendruck-Überwachungssystem.
Herkömmliche Reifendruck-Überwachungssysteme besitzen batteriebetriebene HF-Sender, die an einem Fahrzeugrad oder -reifen befestigt sind. Die Temperaturbedingungen in der Nähe eines Fahrzeugrades beeinträchtigen die Batterielebensdauer in starkem Maße. Eine Alternative zur Verwendung von batteriebetriebenen HF-Sendern wäre ein batterieloser Transponder, der in oder an der Radfelge bzw. dem Reifen befestigt ist. Jeder Transponder würde ein zugehöriges Lesegerät für den Empfang und die Verarbeitung von Daten, die vom Transponder empfangen werden, benötigen. Daten können zwischen dem Transponder und dem Lesegerät unter Verwendung von bekannten Transpondertechniken, wie zum Beispiel NF (125 kHz, 134,2 kHz) Voll- oder Halb-Duplex, HF (13,5 MHz) Voll-Duplex oder UHF-Rückstreuung, ausgetauscht werden.
Die vorliegende Erfindung bietet ein Fahrzeugreifendruck-Überwachungssystem, das batterielose Transponder und einen zentralen HF-Empfänger verwendet.
Konkret liefert die Erfindung ein Fahrzeugreifendruck-Überwachungssystem, das für jeden zu überwachenden Reifen eine Transpondereinheit umfasst, wobei die Transpondereinheit einen eingebauten HF-Sender aufweist und mit dem zu überwachenden Reifen physisch verbunden ist. Ein Drucksensor ist für jeden zu überwachenden Reifen mit Schaltungen in einer zugeordneten Transpondereinheit verbunden. Eine Abfrageeinrichtung ist mit jeder Transpondereinheit verbunden und physisch an einem Fahrzeug in der Nähe eines Rades, auf dem ein zu überwachender Reifen montiert ist, eingebaut. Ein zentraler HF-Empfänger wird für alle Transpondereinheiten des Systems bereitgestellt. Jede Transpondereinheit ist mit einer zugehörigen Abfrageeinrichtung induktiv gekoppelt und enthält ein Element zum Speichern elektrischer Ladung, das dafür geeignet ist, mit Energie geladen zu werden, die von der zugehörigen Abfrageeinrichtung in einer ersten Betriebsart induktiv geliefert wird. Das Element zum Speichern elektrischer Ladung bietet dem HF-Sender der Transpondereinheit in einer zweiten Betriebsart eine Spannungsversorgung. Die Funktion der Abfrageeinrichtungen ist es, in der ersten Betriebsart sequentiell Energie an die jeweils zugehörige Transpondereinheit zu liefern und es der Transpondereinheit in der zweiten Betriebsart zu ermöglichen, den HF-Sender für die Übertragung von Daten von der Transpondereinheit zum zentralen HF-Empfänger im Fahrzeug zu betreiben. Die Verarbeitung der Daten kann in einem geeigneten Steuergerät stattfinden, das dem zentralen Empfänger zugeordnet ist. Somit benötigen die Abfrageeinrichtungen keine Datenverarbeitungsfähigkeit und sie müssen auch nicht für eine Datenübertragung verkabelt werden. Folglich wird der offensichtliche Nutzen eines batterielosen Konzepts nicht auf Kosten einer Datenverarbeitungsfähigkeit in den Abfrageeinrichtungen und auf Kosten einer komplexen Verkabelungen erreicht. Obwohl in der Transpondertechnik ein sequentieller Betrieb bekannt ist, bei dem in einer ersten Betriebsart zur Energieübertragung Energie in einem Kondensator gespeichert wird, und dann in einer zweiten Betriebsart zum Datenaustausch die gespeicherte Energie zur Datenübertragung verwendet wird, haben Machbarkeitsstudien ergeben, dass die Menge an gespeicherter Energie, die für den Betrieb eines HF-Senders zur Übertragung der relevanten Daten an einen zentralen HF-Empfänger in einem Fahrzeug benötigt wird, relativ groß ist und eine große Speicherkapazität sowie eine lange Ladezeit erfordert. Für die beabsichtigte Anwendung sind lange Ladezeiten jedoch akzeptabel, da es unproblematisch ist, wenn die Abstände zwischen aufeinander folgenden Reifendruckmesswerten bis zu einigen Sekunden betragen. Ebenso stellen große Speicherkondensatoren mit bis zu mehreren Zehn μF für die beabsichtigte Anwendung kein Problem dar, da der Platzbedarf unkritisch ist.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem zentralen HF-Empfänger um einen im Fahrzeug als Teil eines Fernsteuersystems installierten Empfänger, der mit einem Fernsteuergerät verbunden ist, das mit zusätzlicher Funktionalität zur Verarbeitung von Daten, die von den Transpondereinheiten empfangen werden, und zur Ansteuerung einer Anzeigevorrichtung im Fahrzeug ausgestattet ist. Immer mehr Fahrzeuge sind beispielsweise mit einem schlüssellosen Fernzugangssystem ausgestattet, das einen HF-Empfänger umfasst. Solch ein vorhandener Empfänger kann so angepasst werden, dass er im erfindungsgemäßen Reifendruck-Überwachungssystem eingesetzt werden kann.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Fahrzeugreifendruck-Überwachungssystems darstellt;
2 in einem Blockdiagramm den Teil des Überwachungssystems darstellt, der an einem Fahrzeugrad befestigt ist.
Das Blockdiagramm aus 1 zeigt ein komplettes Überwachungssystem in einem Fahrzeug 1 mit zentralen Teilen im Fahrzeugkörper. Das Fahrzeug 1 ist mit einem schlüssellosen Fernzugangssystem ausgestattet, von dem ein Steuergerät 2 und ein zentraler HF-Empfänger 4 abgebildet sind. Steuergerät 2 und HF-Empfänger 4 werden auch für das Fahrzeugreifendruck-Überwachungssystem verwendet. Steuergerät 2 empfängt eine Eingabe vom zentralen HF-Empfänger 4. Steuergerät 2 gibt Daten an eine Anzeigevorrichtung 6 und an vier Abfrageeinrichtungen 7 ab, die in vier Radkästen 8 eingebaut und vier zu überwachenden Rädern 9 zugeordnet sind. Die Abfrageeinrichtungen 7 sind vorzugsweise hinter einem Schmutzschutz aus Kunststoff eingebaut oder darin integriert oder auf einer Kunststoffauskleidung befestigt. In jedem Rad 9 befindet sich eine Transpondereinheit 10, die jeweils mit einem entsprechenden Reifen physisch verbunden ist. Die Transpondereinheiten 10 werden vorzugsweise an der Felge eines Rades befestigt und sind daher nach einem Reifenwechsel weiter verwendbar. Jede Transpondereinheit 10 enthält einen HF-Sender 12 mit einer zugehörigen Antenne und einen NF-Resonanzkreis 14, der induktiv mit einer entsprechenden Abfrageeinrichtung 7 gekoppelt ist. Jeder Abfrager 7 ist entweder über eine Zweidrahtverbindung oder über ein Bussystem mit dem zentralen Steuergerät 2 verbunden. Abfrageeinrichtungen 7 werden dafür verwendet, den Transpondereinheiten 10 Spannung zu liefern, und sie können auch Befehle und Daten an die Transpondereinheiten senden. Das erfindungsgemäße Fahrzeugreifendruck-Überwachungssystem ist ein sequentielles System. In einer ersten Betriebsart wird Spannung von den Abfrageeinrichtungen 7 an die Transpondereinheiten über induktive Kopplung geliefert, und in einer zweiten Betriebsart betreiben die Abfrageeinrichtungen 7 ihre HF-Sender 12, um Messdaten an den zentralen HF-Empfänger 4 zu senden.
Unter Bezugnahme auf 2 wird die Funktion der Transpondereinheiten ausführlicher erläutert. In 2 ist eine Transpondereinheit 10 aus 1 detaillierter abgebildet. Ein Block 18 mit gestrichelter Linie begrenzt den Teil der Transpondereinheit 10, der in einer integrierten Schaltung integriert ist. Der HF-Sender 12, der NF-Resonanzkreis 14, ein Kondensator zum Speichern von Ladung 24 und ein Drucksensor 26 sind mit dieser integrierten Schaltung 18 verbunden.
Der HF-Sender 12 ist an einen Ausgangsanschluss gekoppelt. Der NF-Resonanzkreis 14, der durch eine Induktivitätsantenne 20 und einen Kondensator 22 gebildet wird, ist mit NF-Eingangsanschlüssen der integrierten Schaltung 18 verbunden. Kondensator 24 ist mit Spannungsversorgungsanschlüssen verbunden und wird geladen, um dem HF-Sender 12 und den Messschaltungen Energie zu liefern. Drucksensor 26, der den Reifendruck misst, ist mit analogen Eingangsanschlüssen verbunden.
Die integrierte Schaltung 18 selbst enthält Schaltungen zur Verarbeitung der Messdaten, zum Erfassen einer Anforderung von den Abfrageeinrichtungen 7 und zur Steuerung der Spannungsversorgung.
Die vom Resonanzkreis 14 empfangene Energie wird von einem Gleichrichter in einem Gleichrichterblock 28 in der integrierten Schaltung 18 gleichgerichtet, der mit dem Resonanzkreis 14 über die NF-Eingangsanschlüsse verbunden ist. Gleichrichterblock 28 gibt eine gleichgerichtete Spannung an einen Spannungsregler 32 sowie an den externen Kondensator 24 über die Spannungsversorgungsanschlüsse aus. Die Speisespannung vom Kondensator 24 wird auch an einen Datenpuffer 34 und an einen weiteren Spannungsregler 36 geliefert. Gleichrichterblock 28 leitet auch das an seinem Eingang empfangene Signal an einen Ausgang weiter, der mit einem Eingang eines Demodulators 30 verbunden ist. Ein Hauptbestandteil der integrierten Schaltung 18 ist eine programmierbare Steuereinheit 38, die ihre Spannungsversorgung vom Spannungsregler 32 erhält. Die programmierbare Steuereinheit 38 steuert die Messung von Daten und verarbeitet die Messdaten. Demodulator 30 empfängt ein Abfragesignal von Abfrageeinrichtung 7 über Gleichrichterblock 28. Nach der Demodulation gibt Demodulator 30 ein Auslösesignal an die programmierbare Steuereinheit 38 ab. Ein Ausgang der programmierbaren Steuereinheit 38 ist mit einem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 40 verbunden, von dem zwei andere Eingänge mit dem Drucksensor 26 über die analogen Eingangsanschlüsse verbunden sind. Ein in die integrierte Schaltung 18 integrierter Temperaturfühler 42, ist mit einem Ausgang mit einem weiteren Eingang des Analog-Digital-Wandlers 40 verbunden. Analog-Digital-Wandler 40 gibt die umgewandelten Messdaten an einen Eingang der programmierbaren Steuereinheit 38 ab. Die programmierbare Steuereinheit 38 empfängt einen Takt über einen Taktanschluss 44. Die programmierbare Steuereinheit 38 kann über einen Aktivierungsanschluss 46 aktiviert werden. Dieser Aktivierungsanschluss ist auch mit Datenpuffer 34 verbunden. Über Datenpuffer 34 können Programmdaten von einem Dateneingabeanschluss 48 in die programmierbare Steuereinheit 38 geladen werden; auch ein EEPROM 50 wird bereitgestellt und mit der programmierbaren Steuereinheit 38 verbunden. EEPROM 50 und Datenpuffer 34 werden dafür verwendet, Programmdaten in die programmierbare Steuereinheit 38 zu laden, und um beispielsweise die Sensorkurve an den tatsächlich verwendeten Drucksensor anzupassen. Ein Ausgang der programmierbaren Steuereinheit 38 ist mit einem Eingang eines Kodierers 52 verbunden. Nach der Verarbeitung der Messdaten gibt die programmierbare Steuereinheit 38 die zu sendenden Daten an den Kodierer 52 ab. Ein Ausgang des Kodierers 52 ist mit einem Eingang des HF-Senders 12 über einen Ausgangsanschluss der integrierten Schaltung 18 verbunden. Der Kodierer 52 kodiert die Daten und gibt die kodierten Daten an den HF-Sender 12 ab. Der zu verwendende Code kann ein Manchester Code sein.
In einer ersten Betriebsart, die mehrere Sekunden dauern kann, wird Kondensator 24 geladen. Abfrageeinrichtung 7 enthält einen NF-Sender, der mit einer NF-Frequenz von 125 kHz oder 134,2 kHz arbeitet. Der NF-Sender sendet eine elektromagnetische Welle mit der NF-Frequenz. NF-Resonanzkreis 14 ist auf diese NF-Frequenz abgestimmt und empfängt jedes Mal Energie, wenn die Transpondereinheit 10, die sich mit dem Rad dreht, vor der im Radkasten 8 eingebauten Abfrageeinrichtung 7 passiert. Die Energie, die vom Resonanzkreis 14 empfangen und vom Gleichrichter im Gleichrichterblock 28 gleichgerichtet wird, wird dann im Kondensator 24 gespeichert. Um eine effektive Energieumwandlung zu ermöglichen, umfassen die Abfrageeinrichtungen 7 jeweils eine Antenne, die sich bezüglich der Fahrzeugrotation entlang eines Hauptteils der Erstreckung in Umfangsrichtung einer Kunststoffauskleidung erstreckt. Die Kapazität des Kondensators 24 reicht von mehreren μF bis zu mehreren Zehn μF, um eine ausreichende Energiespeicherung zu gewährleisten.
In einer zweiten Betriebsart sendet Abfrageeinrichtung 7 eine Anforderung für die Ubertragung von Messdaten. Während dieser Betriebsart, die nur mehrere Millisekunden andauert, wird Energie vom Kondensator 24 an den HF-Sender 12 geliefert. Die Messanforderung wird von Demodulatoreinheit 30 demoduliert und an die programmierbare Steuereinheit 38 abgegeben. Die programmierbare Steuereinheit 38 nimmt dann Temperatur- und Druckmessdaten vom Analog- Digital-Wandler 40. Die erhaltenen Messdaten werden in der programmierbaren Steuereinheit 38 verarbeitet und an Kodierer 52 gesendet. Kodierer 52 kodiert die empfangenen Daten und gibt sie über den Ausgangsanschluss an den HF-Sender 12 ab, der ein Antworttelegramm sendet. Bei einer angenommenen Länge des Telegramms von 64 Bit und einer Bitrate von 9,6 kBit/s, dauert die Übertragung der Messdaten an den zentralen Empfänger 4 nur einige Millisekunden. Nachdem das Antworttelegramm mit den Messdaten vom HF-Sender 12 gesendet wurde, endet die zweite Betriebsart und die erste Betriebsart wird wieder aufgenommen.
Als Alternative zum Senden einer Anforderung an Transpondereinheit 10 durch Abfrager 7 am Ende einer Ladeperiode, kann Transpondereinheit 10 auch eine vollständige Aufladung des Kondensators 24 erkennen und in die Sendebetriebsart schalten, wenn eine vorbestimmte Ladespannung erreicht ist.
Die NF-Sender in jedem Abfrager 7 können kontinuierlich arbeiten. Als weitere Alternative arbeiten die NF-Sender diskontinuierlich und das Ende jeder NF-Sendeperiode wird durch die zugehörigen Transpondereinheiten erfasst, wodurch automatisch in die Datenübertragungsbetriebsart geschaltet wird.

Claims

Fahrzeugreifendruck-Überwachungssystem, das folgendes umfasst: eine Transpondereinheit (10) für jeden zu überwachenden Reifen, wobei die Transpondereinheit (10) einen eingebauten HF-Sender (12) umfasst und mit dem zu überwachenden Rad/Reifen physisch verbunden ist, einen Drucksensor (26) für jeden zu überwachenden Reifen, der mit Schaltungen in einer zugeordneten Transpondereinheit (10) verbunden ist, eine Abfrageeinrichtung (7), die mit jeder Transpondereinheit (10) verbunden ist und an einem Fahrzeug (1) in der Nähe eines Rades (9), auf dem ein zu überwachender Reifen montiert ist, physisch befestigt ist, und einen zentralen HF-Empfänger (4) für alle Transpondereinheiten (10); wobei jede Transpondereinheit (10) induktiv mit einer zugehörigen Abfrageeinrichtung (7) gekoppelt ist und ein Element zum Speichern elektrischer Ladung (24) umfasst, das so angepasst ist, dass es mit Energie geladen wird, die von der zugehörigen Abfrageeinrichtung (7) in einer ersten Betriebsart induktiv geliefert wird, und wobei das Element zum Speichern elektrischer Ladung (24) dem HF-Sender (12) der Transpondereinheit (10) in einer zweiten Betriebsart eine Spannungsversorgung bereitstellt.
Überwachungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem das Element zum Speichern elektrischer Ladung (24) ein Kondensator ist.
Überwachungssystem gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem es sich bei dem zentralen HF-Empfänger (4) um einen Empfänger handelt, der im Fahrzeug (1) als Teil eines Fernsteuersystems installiert ist, der mit einem Fernsteuergerät verbunden ist, das mit zusätzlicher Funktionalität zur Verarbeitung von Daten, die von den Transpondereinheiten (10) empfangen werden, und zur Ansteuerung einer Anzeigevorrichtung (6) im Fahrzeug (1) ausgestattet ist.
Überwachungssystem gemäß Anspruch 3, bei dem die Abfrageeinrichtungen (7) ebenfalls mit dem Fernsteuergerät verbunden sind und von diesem gesteuert werden.
Überwachungssystem gemäß Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei dem es sich bei dem Fernsteuersystem um ein schlüsselloses Fernzugangssystem handelt.
Überwachungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Abfrageeinrichtungen (7) in jeweils entsprechenden Radkästen (8) des Fahrzeugs (1) eingebaut sind und die Elemente zum Speichern elektrischer Ladung (24) während der Rotation der jeweiligen Räder geladen werden.
Überwachungssystem gemäß Anspruch 6, bei dem die Abfrageeinrichtungen (7) auf einer Kunststoffauskleidung befestigt sind und eine Antenne umfassen, die sich bezüglich der Fahrzeugrotation entlang eines Hauptteils der Erstreckung in Umfangsrichtung der Auskleidung erstreckt.
Überwachungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem es sich bei der von den Abfrageeinrichtungen (7) an die Transpondereinheiten (10) übertragenen Energie um eine elektromagnetische Welle mit einer Trägerfrequenz im NF-Bereich handelt.
Überwachungssystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, bei dem der Kondensator (24) eine Kapazität im Bereich von mehreren μF bis zu mehreren Zehn μF aufweist.
Überwachungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem jede Transpondereinheit folgendes umfasst: a) eine integrierte Schaltung (18) mit – einer programmierbaren Steuereinheit (38) – einem Gleichrichter (28), der mit NF-Eingangsanschlüssen verbunden ist und einen Ausgang hat, – einem Spannungsversorgungsanschluss, der mit dem Ausgang des Gleichrichters (28) verbunden ist, – mindestens einem analogen Eingangsanschluss für einen Drucksensor (26), und – einem Kodierer (52), bei dem ein Eingang mit einem Ausgang der programmierbaren Steuereinheit 38 und ein Ausgang mit einem Ausgangsanschluss der integrierten Schaltung (18) verbunden ist, b) einen Resonanzkreis (14) mit einer Induktivitätsantenne (20) und einem Kondensator (22), der mit den NF-Eingangsanschlüssen der integrierten Schaltung (18) verbunden ist, c) einen Kondensator zum Speichern elektrischer Ladung (24), der mit dem Spannungsversorgungsanschluss der integrierten Schaltung (18) verbunden ist; und d) einen HF-Sender (12), bei dem ein Signaleingang mit dem Ausgangsanschluss der integrierten Schaltung (18) gekoppelt ist, bei dem ein Versorgungseingang mit dem Kondensator zum Speichern elektrischer Ladung (24) verbunden ist und bei dem ein Ausgang mit einer Antenne verbunden ist.