DE102017129685A1

DE102017129685A1 - Einzelachsen-erdmagnetfeldsensor zur bewegungserfassung bei einer tpms-anwendung

Info

Publication number: DE102017129685A1
Application number: DE102017129685.9A
Authority: DE
Inventors: Jooil Park; Felix Gow; Thomas Lange; Karine Pillet; Wolfgang Raberg; Maximilian Werner; Ren Yi YOU
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2018-06-28
Also published as: CN108227025B; US10399394B2; CN108227025A; US20180162183A1

Abstract

Ein Sensormodul wird bereitgestellt, das einen Magnetsensor und einen Mikrocontroller umfasst. Der Magnetsensor ist ausgebildet, um eine Größe einer Magnetfeldkomponente eines Erd-Magnetfeldes zu messen, die auf eine Erfassungsachse des Magnetsensors projiziert wird, und ist ausgebildet, um ein Messsignal zu erzeugen. Der Magnetsensor ist ausgebildet, um sich um eine Achse durch das Erd-Magnetfeld derart zu drehen, dass das Messsignal zwischen einem ersten Extrem und zweiten Extrem oszilliert, da die Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, sich aufgrund der Drehung des Magnetsensors um die Achse ändert. Der Mikrocontroller ist ausgebildet, um das Messsignal zu empfangen, eine vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten über eine Abtastperiode zu erwerben, einen Abweichungswert der erworbenen Mess-Abtastwerte zu berechnen, und zu bestimmen, ob sich der Magnetsensor um die Achse dreht, basierend auf einem Schwellentest des Abweichungswerts.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Vorrichtung und auf Verfahren zur Bewegungsdetektion und insbesondere auf Magnetsensoren, die zum Detektieren der Bewegung eines Fahrzeugs ausgebildet sind.
HINTERGRUND
Reifendrucküberwachungssysteme (TPMS; Tire Pressure Monitoring Systems) spielen eine wichtige Rolle bei der Fahrzeugsicherheit und Reduktion von Emissionen. Einige Länder und Verwaltungsorgane haben verbindliche Vorschriften eingeführt, die erfordern, dass Fahrzeuge TPMS aufweisen; z.B. die USA, die Europäische Union und Korea. Ein Großteil dieses Marktes wird durch direkte Reifendrucküberwachungssysteme bedient, bei denen jeder Reifen ein TPMS-Sensormodul enthält. Aufgrund dieser Marktdurchdringung sind die Kosten und die Größe dieser Sensormodule von großer Wichtigkeit. Aktuelle Sensormodule bestehen auf einer integrierten Reifendrucksensor- (TPS; tire pressure sensor) Schaltung, einer Batterie, Antennen zur Kommunikation und einer sehr geringen Anzahl von diskreten, passiven elektrischen Komponenten.
Die meisten Sensormodule verwenden einen Bewegungsdetektionssensor zum Bewahren der Lebensdauer der Batterie des Sensormoduls durch Eintreten in den Leistung-Aus-Modus, während das Fahrzeug geparkt ist. Auf diese Weise kann die Lebensdauer des Sensors und von dessen nicht austauschbarer Batterie maximiert werden. Heute ist die üblichste Weise, die Bewegung des Rades zu messen, das Verwenden eines Radialrichtungs-Beschleunigungssensors (z.B. eines Z-Achsen-Beschleunigungssensors, X-Achsen-Beschleunigung) oder von Erschütterungssensoren. Somit antwortet der typische Bewegungsdetektionssensor auf g-Kraft und ist entweder ein Beschleunigungsmesser oder ein Erschütterungssensor.
Um zu detektieren, ob das Fahrzeug fährt oder geparkt ist, werden die Beschleunigungssensoren gemäß einer Abtastperiode abgetastet. Normalerweise wird der z-Achsen-Beschleunigungssensor verwendet, um einen absoluten Wert der Zentrifugalkraft zu messen, der die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert. Die minimale detektierbare Geschwindigkeit ist durch den Beschleunigungs-Versatzfehler begrenzt, der während der Kalibrierung des Sensors bei der Halbleiterherstellung eingestellt werden kann. Kalibrierungsverfahren gemäß dem Stand der Technik ergeben einen Versatzfehler von +/-3,5g, was die Bewegungsdetektionsschwelle auf ungefähr 20km/h einschränkt. Das heißt, eine Bewegungsdetektion kann unter 20km/h nicht detektiert werden.
Ein anderer Nachteil von Beschleunigungssensoren ist, dass sie einen Kalibrierungsprozess benötigen, um eine absolute Beschleunigung in radialer Richtung zu messen (z.B. Versatzkalibrierung, Temperaturkalibrierung, Empfindlichkeitskalibrierung, etc.). Der Kalibrierungsprozess wird in der Halbleiter-Fertigungsstraße ausgeführt. Um zusätzliche Lebensdauer-Verschiebungen zu vermeiden und dieselbe hohe Genauigkeit für den Versatzfehler beizubehalten, kann die Anwendung auch einen Autokalibrierungsprozess benötigen, um die Genauigkeit über ihre Lebensdauer zu bewahren. Der Kalibrierungsprozess erfordert mehr Kosten und Zeit bei der Sensorherstellung und die Autokalibrierung bei der Anwendung benötigt mehr Energie. Der Versatzfehler dominiert die minimale Fahrzeuggeschwindigkeit zur Bewegungsdetektion, die momentan mit dieser Lösung auf 20km/h begrenzt ist.
TPMS-Sensoren, die Beschleunigungssensoren mikroelektromechanischer Systeme (MEMS; microelectromechanical systems) verwenden, müssen vorsichtig gehandhabt werden vor der Installation in ein Rad, um das Brechen des Beschleunigungsmessers aufgrund mechanischer Resonanz zu verhindern. Somit ist das Risiko des Brechens hoch.
Zusätzlich enthalten TPMS-Sensoren, die chipexterne Erschütterungssensoren verwenden, eine Schaltungsanordnung, die das Signal von dem Erschütterungssensor bedingt, so dass eine Bewegung detektiert werden kann. TPMS-Sensor-Software für Sensoren mit Erschütterungs-Erfassungstechnik erfordert normalerweise, dass mehrere Erschütterungen beobachtet werden, bevor erwogen wird, dass der Sensor in Bewegung ist. Ferner sind die Erschütterungssensoren Bauelemente mit sehr hoher Impedanz und daher muss die Signalkonditionierungsschaltungsanordnung auch von sehr hoher Eingangsimpedanz sein. Leider führt dies normalerweise zu einer Schaltung, die inhärent anfällig für elektromagnetische Interferenz (EMI; electromagnetic interference) ist. Das Ergebnis ist ein Sensor, der möglicherweise arbeitet und Energie verbraucht, wenn sich das Fahrzeug nicht bewegt. Ferner erfordert die externe Befestigung der Erschütterungssensoren zusätzlichen Raum auf der gedruckten Schaltungsplatine (PCB; printed circuit board) und sie sind ferner relativ kostspielig im Vergleich zu einer integrierten Lösung (z.B. Beschleunigungssensoren). Die zusätzliche Kalibrierung auf PCB-Ebene erfordert mehr Geld und Zeit, da eine spezielle Ausrüstung in der Fertigungsstraße eines Tier 1 erforderlich ist.
Daher kann ein verbesserter Bewegungsdetektionssensor erwünscht sein.
ZUSAMMENFASSUNG
Es besteht ein Bedarf zum Bereitstellen eines verbesserten Konzeptes für ein Sensormodul, ein Verfahren und ein Bewegungsdetektions- und Reifendrucküberwachungs-System.
Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand von einem der Ansprüche erfüllt werden.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Sensormodul umfassend einen Magnetsensor, der ausgebildet ist, um eine Größe einer Magnetfeldkomponente eines Erd-Magnetfeldes zu messen, das auf eine Erfassungsachse des Magnetsensors projiziert wird, und der ausgebildet ist, um ein Messsignal basierend auf der Größe der Magnetfeldkomponente zu erzeugen, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, wobei der Magnetsensor ausgebildet ist, um sich um eine Achse durch das Erd-Magnetfeld derart zu drehen, dass das Messsignal zwischen einem ersten Extrem und zweiten Extrem oszilliert, da sich die Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, aufgrund der Drehung des Magnetsensors um die Achse ändert; und einen Mikrocontroller, der ausgebildet ist, um das Messsignal von dem Magnetsensor zu empfangen, eine vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal über eine vorbestimmte Abtastperiode zu erwerben, einen Abweichungswert der erworbenen Mess-Abtastwerte zu berechnen, und zu bestimmen, ob sich der Magnetsensor um die Achse dreht, basierend auf einem Schwellentest des Abweichungswerts.
Optional ist der Mikrocontroller ausgebildet, um eine vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal in nicht einheitlichen Intervallen über die vorbestimmte Abtastperiode zu erwerben.
Wiederum optional ist der Mikrocontroller ausgebildet, um eine vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal in einheitlichen Intervallen über die vorbestimmte Abtastperiode zu erwerben.
Optional, während der Rotation des Magnetsensors um die Achse, ist der Magnetsensor ausgebildet, um das Messsignal als eine sinusförmige Wellenform zu erzeugen, basierend auf der Erfassungsachse, die sich durch das Erd-Magnetfeld dreht.
Wiederum optional ist der Mikrocontroller ausgebildet, um die sinusförmige Wellenform unabhängig von Rauschen zu detektieren, das durch den Magnetsensor gemessen wird.
Optional bestimmt der Mikrocontroller, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, auf eine Bedingung hin, dass der Abweichungswert gleich oder größer ist als ein Abweichungs-Schwellenwert, und bestimmt, dass sich der Magnetsensor nicht um die Achse dreht, auf eine Bedingung hin, dass der Abweichungswert kleiner ist als ein Abweichungs-Schwellenwert.
Wiederum optional ist der Mikrocontroller ausgebildet, um kontinuierlich eine Bewegung des Magnetsensors bei vorbestimmten Abtastperioden zu überwachen, und auf eine Bedingung hin bestimmt der Mikrocontroller, dass der Magnetsensor stationär ist, wobei der Mikrocontroller in einem Niedrigleistungszustand ausgebildet ist, bis eine Bewegung des Magnetsensors detektiert wird.
Optional kann das Sensormodul ferner einen Sender aufweisen, der elektrisch mit dem Mikrocontroller verbunden ist; und einen Drucksensor, der elektrisch mit dem Mikrocontroller verbunden ist, wobei auf eine Bedingung hin, dass der Mikrocontroller bestimmt, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, der Mikrocontroller ausgebildet ist, um Druckinformationen von dem Drucksensor zu empfangen und die Druckinformationen zu dem Sender zur Übertragung zu übertragen.
Wiederum optional, auf die Bedingung hin, dass der Mikrocontroller bestimmt, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, ist der Mikrocontroller ausgebildet, um den Drucksensor zu steuern, um die Druckinformationen zu erwerben.
Optional, auf eine Bedingung hin, dass der Mikrocontroller bestimmt, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, ist der Mikrocontroller ausgebildet, um aus einem Niedrigleistungszustand in regelmäßigen Intervallen auszutreten, um Druckinformationen zu erwerben, bis der Mikrocontroller bestimmt, dass der Magnetsensor sich nicht mehr um die Achse dreht.
Wiederum optional ist der Magnetsensor ausgebildet, um die Größe der Magnetfeldkomponente basierend auf einer Ausrichtung der Erfassungsachse zu der Magnetfeldkomponente zu messen.
Optional ist das erste Extrem ein Maximalwert und das zweite Extrem ist ein Minimalwert.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zur Detektion einer Bewegung umfassend das Messen einer Größe einer Magnetfeldkomponente eines Erd-Magnetfeldes, das auf eine Erfassungsachse eines Magnetsensors projiziert wird, wobei der Magnetsensor ausgebildet ist, um sich um eine Achse durch das Erd-Magnetfeld zu drehen; Erzeugen eines Messsignals basierend auf der Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, wobei, da sich der Magnetsensor um die Achse durch das Erd-Magnetfeld derart dreht, dass das Messsignal zwischen einem ersten Extrem und zweiten Extrem oszilliert, da sich die Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, aufgrund der Drehung des Magnetsensors um die Achse ändert; Erwerben einer vorbestimmten Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal über eine vorbestimmte Abtastperiode; Berechnen eines Abweichungswerts der erworbenen Mess-Abtastwerte; und bestimmen, ob sich der Magnetsensor um die Achse dreht, basierend auf einem Schwellentest des Abweichungswerts.
Optional umfasst das Erwerben der vorbestimmten Anzahl von Mess-Abtastwerten das Erwerben der vorbestimmten Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal in nicht einheitlichen Intervallen über die vorbestimmte Abtastperiode.
Wiederum optional umfasst das Erwerben der vorbestimmten Anzahl von Mess-Abtastwerten das Erwerben der vorbestimmten Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal in einheitlichen Intervallen über die vorbestimmte Abtastperiode umfasst..
Optional, während der Rotation des Magnetsensors um die Achse, Erzeugen des Messsignals als eine sinusförmige Wellenform, basierend auf der Erfassungsachse, die sich durch das Erd-Magnetfeld dreht.
Wiederum optional umfasst das Verfahren ferner das Detektieren der sinusförmigen Wellenform unabhängig von Rauschen, das durch den Magnetsensor gemessen wird.
Optional umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, auf eine Bedingung hin, dass der Abweichungswert gleich oder größer ist als ein Abweichungs-Schwellenwert; und das Bestimmen, dass sich der Magnetsensor nicht um die Achse dreht, auf eine Bedingung hin, dass der Abweichungswert kleiner ist als ein Abweichungs-Schwellenwert.
Wiederum optional umfasst das Verfahren ferner ein kontinuierliches Überwachen einer Bewegung des Magnetsensors bei vorbestimmten Abtastperioden, und auf eine Bedingung hin, dass bestimmt wird, dass der Magnetsensor stationär ist, Beibehalten des Magnetsensors in einem Niedrigleistungszustand, bis eine Bewegung des Magnetsensors detektiert wird.
Optional, auf eine Bedingung hin, dass bestimmt wird, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, umfasst das Verfahren ferner das Empfangen von Druckinformationen von dem Drucksensor; und das Übertragen der Druckinformationen zu einem Sender zur Übertragung zu einem externen Bauelement.
Optional, auf die Bedingung hin, dass bestimmt wird, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, umfasst das Verfahren ferner das Steuern des Drucksensors, um die Druckinformationen zu erwerben.
Wiederum optional, auf eine Bedingung hin, dass bestimmt wird, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, umfasst das Verfahren ferner das Austreten aus einem Niedrigleistungszustand in regelmäßigen Intervallen, um Druckinformationen zu erwerben, bis bestimmt wird, dass der Magnetsensor sich nicht mehr um die Achse dreht.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Reifendrucküberwachungssystem (TPMS) umfassend einen Reifen mit einer Rotationsachse; einen Magnetsensor, der an dem Reifen befestigt ist und ausgebildet ist, um eine Rotation des Reifens zu überwachen durch Messen einer Größe einer Magnetfeldkomponente eines Erd-Magnetfeldes, das auf eine Erfassungsachse des Magnetsensors projiziert wird, wobei der Magnetsensor ausgebildet ist, um ein Messsignal basierend auf der Größe der Magnetfeldkomponente zu erzeugen, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, wobei sich die Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird ändert, wenn sich der Magnetsensor um die Rotationsachse dreht; und einen Mikrocontroller, der ausgebildet ist, um das Messsignal von dem Magnetsensor zu empfangen, eine vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal über eine vorbestimmte Abtastperiode zu erwerben, einen Abweichungswert der erworbenen Mess-Abtastwerte zu berechnen, und zu bestimmen, ob sich der Reifen um die Rotationsachse dreht, basierend auf einem Schwellentest des Abweichungswerts.
Optional ist der Mikrocontroller ausgebildet, um eine vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal in nicht einheitlichen Intervallen über die vorbestimmte Abtastperiode zu erwerben.
Wiederum optional ist der Mikrocontroller ausgebildet, um eine vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal in einheitlichen Intervallen über die vorbestimmte Abtastperiode zu erwerben.
Optional umfasst das TPMS ferner einen Drucksensor, der elektrisch mit dem Mikrocontroller verbunden ist und ausgebildet ist, um einen internen Luftdruck des Reifens zu messen; und einen Sender, der elektrisch mit dem Mikrocontroller verbunden ist und ausgebildet ist, um Druckinformationen von dem Microcontroller zu empfangen und die Druckinformationen als ein Datensignal zu übertragen, wobei auf eine Bedingung hin, dass der Mikrocontroller bestimmt, dass sich der Reifen um die Rotationsachse dreht, der Mikrocontroller ausgebildet ist, um Druckinformationen von dem Drucksensor zu empfangen und die Druckinformationen zu dem Sender zur Übertragung zu übertragen.
Optional, auf die Bedingung hin, dass der Mikrocontroller bestimmt, dass sich der Reifen um die Rotationsachse dreht, ist der Mikrocontroller ausgebildet, um den Drucksensor zu steuern, um die Druckinformationen zu erwerben.
Wiederum optional sind der Magnetsensor, der Mikrocontroller, der Drucksensor und der Sender monolithisch.
Optional ist die Erfassungsachse des Magnetsensors tangential zu einem Kreis ausgerichtet, der konzentrisch zu der Rotationsachse ist und empfindlich für zumindest eine Magnetfeldkomponente des Erd-Magnetfeldes ist.
Ausführungsbeispiele stellen Vorrichtungen, Verfahren und Systeme für eine Detektion einer Bewegung bereit.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Sensormodul bereitgestellt. Das Sensormodul umfasst einen Magnetsensor, der ausgebildet ist, um eine Größe einer Magnetfeldkomponente eines Erd-Magnetfeldes zu messen, die auf eine Erfassungsachse des Magnetsensors projiziert wird, und der ausgebildet ist, um ein Messsignal basierend auf der Größe der Magnetfeldkomponente zu erzeugen, die auf die Erfassungsachse projiziert wird. Der Magnetsensor ist ferner ausgebildet, um sich um eine Achse durch das Erd-Magnetfeld derart zu drehen, dass das Messsignal zwischen einem ersten Extrem und zweiten Extrem oszilliert, da die Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, sich aufgrund der Drehung des Magnetsensors um die Achse ändert. Das Sensormodul umfasst ferner einen Mikrocontroller, der ausgebildet ist, um das Messsignal von dem Magnetsensor zu empfangen, eine vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal über eine vorbestimmte Abtastperiode zu erwerben, einen Abweichungswert der erworbenen Mess-Abtastwerte zu berechnen, und zu bestimmen, ob sich der Magnetsensor um die Achse dreht, basierend auf einem Schwellentest des Abweichungswerts.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zur Detektion einer Bewegung bereitgestellt. Das Verfahren zur Detektion einer Bewegung umfasst das Messen einer Größe einer Magnetfeldkomponente eines Erd-Magnetfeldes, die auf eine Erfassungsachse eines Magnetsensors projiziert wird, wobei der Magnetsensor ausgebildet ist, um sich um eine Achse durch das Erd-Magnetfeld zu drehen; Erzeugen eines Messsignals basierend auf der Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, wobei, da sich der Magnetsensor um die Achse durch das Erd-Magnetfeld dreht, das Messsignal zwischen einem ersten Extrem und zweiten Extrem oszilliert, da sich die Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, aufgrund der Drehung des Magnetsensors um die Achse ändert; Erwerben einer vorbestimmten Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal über eine vorbestimmte Abtastperiode; Berechnen eines Abweichungswerts der erworbenen Mess-Abtastwerte; und Bestimmen, ob sich der Magnetsensor um die Achse dreht, basierend auf einem Schwellentest des Abweichungswerts.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Reifendrucküberwachungssystem (TPMS) bereitgestellt. Das TPMS umfasst einen Reifen mit einer Rotationsachse; einen Magnetsensor, der an dem Reifen befestigt ist und ausgebildet ist, um eine Rotation des Reifens durch Messen einer Größe einer Magnetfeldkomponente eines Erd-Magnetfeldes zu überwachen, die auf eine Erfassungsachse des Magnetsensors projiziert wird, wobei der Magnetsensor ausgebildet ist, um ein Messsignal basierend auf der Größe der Magnetfeldkomponente zu erzeugen, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, wobei sich die Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, aufgrund der Drehung des Magnetsensors um die Rotationsachse ändert; und einen Mikrocontroller, der ausgebildet ist, um das Messsignal von dem Magnetsensor zu empfangen, eine vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal über eine vorbestimmte Abtastperiode zu erwerben, einen Abweichungswert der erworbenen Mess-Abtastwerte zu berechnen, und zu bestimmen, ob sich der Magnetsensor um die Achse dreht, basierend auf einem Schwellentest des Abweichungswerts.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele werden hierin unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

1 stellt ein monolithisches Reifendrucküberwachungssystem- (TPMS-) Sensormodul gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen dar;
2A stellt Erd-Magnetfeldvektoren um die Erde gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen dar;
2B zeigt einen Neigungswinkel von einem der Erd-Magnetfeldvektoren relativ zu der Erdoberfläche gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
3A und 3B zeigen zwei Befestigungsanordnungen eines direkten TPMS-Moduls gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
4 stellt eine Querschnittsansicht eines befestigten Reifendrucksensors (TPS) gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen dar;
5A und 5B stellen Querschnittsansichten eines befestigten Magnetsensors mit einer Erfassungsachse dar, die zur Bewegungserfassung verwendet wird, ausgerichtet in der x-Richtung, und eines entsprechenden Messsignals, das während der Rotation erzeugt wird, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
6 stellt ein Flussdiagramm eines Bewegungsdetektionsverfahrens gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen dar; und
7A-7C stellen Beispiele von Messsignalen dar, die durch einen Magnetsensor ausgegeben werden und durch eine Mikrocontrollereinheit (MCU; microcontroller unit) abgetastet werden, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend wird eine Mehrzahl von Details ausgeführt, um eine ausführlichere Erklärung der beispielhaften Ausführungsbeispiele zu geben. Für Fachleute auf dem Gebiet ist es jedoch offensichtlich, dass Ausführungsbeispiele ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform oder in einer schematischen Ansicht und nicht im Detail gezeigt, um das Verunklaren der Ausführungsbeispiele zu vermeiden. Zusätzlich können Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele nachfolgend miteinander kombiniert werden können, außer dies ist spezifisch anderweitig angegeben.
Ferner werden entsprechende oder gleiche Elemente oder Elemente mit entsprechender oder gleicher Funktionalität in der nachfolgenden Beschreibung mit entsprechenden oder gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Da den entsprechenden oder gleichen Elementen in den Figuren dieselben Bezugszeichen gegeben werden, kann eine wiederholte Beschreibung für Elemente, die mit denselben Bezugszeichen versehen sind, weggelassen werden. Somit sind Beschreibungen für Elemente mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen gegenseitig austauschbar.
Es wird daraufhingewiesen, dass wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, das Element direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt“ mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzte Ausdrücke sollen auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z. B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“ etc.).
Bei Ausführungsbeispielen, die hierin beschrieben oder in den Zeichnungen gezeigt sind, kann jede direkte elektrische Verbindung oder Kopplung, d.h. jegliche Verbindung oder Kopplung ohne zusätzliche dazwischen liegende Elemente, auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung, d.h. eine Verbindung oder Kopplung mit einem oder mehreren dazwischen liegenden Elementen sein, oder umgekehrt, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, zum Beispiel das Übertragen einer bestimmten Art von Signal oder das Übertragen einer bestimmten Art von Information, im Wesentlichen beibehalten wird. Merkmale von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu bilden. Zum Beispiel können Abänderungen oder Modifikationen, die in Bezug auf eines der Ausführungsbeispiele beschrieben sind, auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein, außer dies ist anderweitig angegeben.
Signalkonditionierung, nach hiesigem Gebrauch, bezieht sich auf das Manipulieren eines analogen Signals auf solche Weise, dass das Signal die Anforderungen einer nächsten Stufe zur weiteren Verarbeitung erfüllt. Signalkonditionierung kann das Umwandeln von analog zu digital (z.B. über einen Analog-zu-Digital-Wandler), Verstärkung, Filtern, Umwandeln, Vorspannen, Bereichsanpassung, Isolation und jegliche andere Prozesse umfassen, die erforderlich sind, um eine Sensorausgabe nach der Konditionierung geeignet zur Verarbeitung zu machen.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Sensoren und Sensorsysteme, und das Erhalten von Informationen über Sensoren und Sensorsysteme. Ein Sensor kann sich auf eine Komponente beziehen, die eine physikalische Größe, die gemessen werden soll, in ein elektrisches Signal umwandelt, zum Beispiel ein Stromsignal oder ein Spannungssignal. Die physikalische Größe kann zum Beispiel ein Magnetfeld (z.B. das Erd-Magnetfeld), ein elektrisches Feld, einen Druck, eine Kraft, einen Strom oder eine Spannung aufweisen, ist aber nicht darauf beschränkt. Ein Sensorbauelement, wie hierin beschrieben ist, kann ein Winkelsensor, ein linearer Positionssensor, ein Geschwindigkeitssensor, ein Bewegungssensor, ein Drucksensor und ähnliches sein.
Ein Magnetfeldsensor umfasst zum Beispiel ein oder mehrere Magnetfeldsensorelemente, die eine oder mehrere Charakteristika eines Magnetfeldes messen (z.B. einen Betrag einer Magnetfeld-Flussdichte, eine Feldstärke, einen Feldwinkel, eine Feldrichtung, eine Feldausrichtung, etc.), entsprechend dem Detektieren und/oder Messen des Magnetfeldmusters eines Elements, das das Magnetfeld erzeugt (z.B. ein Magnet, ein stromtragender Leiter (z.B. ein Draht), die Erde oder eine andere Magnetfeldquelle).
Gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen sind ein Magnetfeldsensor und eine Sensorschaltung beide in demselben Chipgehäuse untergebracht (d. h. integriert) (z.B. ein gekapseltes Kunststoff-Gehäuse, wie beispielsweise mit Anschlussleitung versehenes Gehäuse oder Gehäuse ohne Anschlussleitungen, oder ein Gehäuse einer oberflächenmontierten Vorrichtung (SMD; surface mounted device). Dieses Chipgehäuse wird auch als Sensorgehäuse bezeichnet. Das Sensorgehäuse kann mit einem Back-Bias-Magneten kombiniert werden, um ein Sensormodul, Sensorbauelement oder ähnliches zu bilden.
Ein oder mehrere Magnetfeldsensorelemente, oder kurz Magnetfeldsensoren, die in dem Sensorgehäuse umfasst sind, sind somit dem Magnetfeld ausgesetzt, und das Sensorsignal (z.B. ein Spannungssignal), das durch jedes Magnetfeldsensorelement bereitgestellt wird, ist proportional zu der Größe des Magnetfeldes, zum Beispiel. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „Sensor“ und „Erfassungselement“ in dieser Beschreibung durchgehend austauschbar verwendet werden können, und die Begriffe „Sensorsignal“ und „Messwert“ in dieser Beschreibung durchgehend austauschbar verwendet werden können.
Die Sensorschaltung kann als eine Signalverarbeitungsschaltung und/oder eine Signalkonditionierungsschaltung bezeichnet werden, die das Signal (d.h. Sensorsignal) von dem Magnetfeldsensorelement in der Form von Rohmessdaten empfängt und aus dem Sensorsignal ein Messsignal herleitet, das das Magnetfeld repräsentiert. Die Sensorschaltung kann einen Digital-Wandler (ADC) umfassen, der das analoge Signal aus dem einen oder den mehreren Sensorelementen in ein digitales Signal umwandelt. Die Sensorschaltung kann auch einen digitalen Signalprozessor (DSP) umfassen, der eine Verarbeitung an dem digitalen Signal ausführt, wie nachfolgend erörtert wird. Daher umfasst das Sensorgehäuse eine Schaltung, die das Kleinsignal des Magnetfeldsensors über Signal-Verarbeitung und/oder -Konditionierung konditioniert und verstärkt.
Ein Sensorbauelement, nach hiesigem Gebrauch, kann sich auf eine Vorrichtung beziehen, die einen Sensor und eine Sensorschaltung umfasst, wie vorangehend beschrieben wurde. Ein Sensorbauelement kann auf einem einzelnen Halbleiterchip (z. B. Silizium-Die oder -Chip) integriert sein, obwohl bei anderen Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl von Chips zum Implementieren eines Sensorbauelements verwendet werden kann. Somit sind der Sensor und die Sensorschaltung entweder auf demselben Halbleiterchip oder auf mehreren Chips in demselben Gehäuse angeordnet. Zum Beispiel kann der Sensor auf einem Chip sein und die Sensorschaltung auf einem anderen Chip, derart, dass sie elektrisch innerhalb des Gehäuses miteinander verbunden sind. In diesem Fall können die Chips aus demselben oder aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien sein, wie zum Beispiel GaAs und Si, oder der Sensor könnte auf ein Keramik- oder GlasPlättchen gesputtert sein, das kein Halbleiter ist.
Magnetfeldsensorelemente umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Hall-Platten, vertikale Hall-Effektbauelemente oder magnetoresistive Sensoren, häufig bezeichnet als XMR-Sensoren, was eine gemeinsame Bezeichnung für anisotroper Magnetowiderstand (AMR), Riesen-Magnetowiderstand (GMR), Tunnel-Magnetowiderstand (TMR) etc. ist.
1 stellt ein monolithisches TPMS-Sensormodul 100 dar, das einen Magnetsensor 11 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen umfasst. Das TPMS-Sensormodul 00 ist ein direkter TPMS-Sensor, der innerhalb des Reifens befestigt ist. Ein Magnetsensor 11 kann als Teil einer typischen Halbleiter-Technik eingebracht sein. Daher kann ein Magnetsensor 11 einen monolithischen TPMS-Sensor 100, der den Sensor 11, eine Mikrocontroller-Einheit (MUS) 12, einen Radiofrequenz- (RF-) Sender 13, und einen MEMS-Drucksensor (MEMS; mikroelektromechanisches-System) 14 umfasst, basierend auf einer Detektion oder Überwachung (d.h. Rotation) eines sich drehenden Bauglieds aktivieren, wie z.B. eines Rades. Eine Leistungsversorgung 15 (z.B. eine Batteriezelle) ist ebenfalls bereitgestellt, um Leistung zu dem TPMS-Sensor 100 und dessen Komponenten zu liefern.
Der Magnetsensor 11 kann ein Einachsen- oder Mehrachsen-Sensor mit einer Erfassungsachse (d.h. Empfindlichkeitsachse) ausgerichtet in der jeweiligen beliebigen Einzelrichtungsachse (z.B. x-Achse, z-Achse, etc.) sein und ausgebildet sein, um das Erdmagnetfeld in der Richtung der Erfassungsachse zu messen. Genauer gesagt umfasst der Magnetsensor 11 zumindest ein Sensorelement, das eine Erfassungsachse aufweist, die zur Bewegungsdetektion verwendet wird, die empfindlich für das Erd-Magnetfeld ist.
Die MCU 12 empfängt Messwerte von zumindest einem Sensorelement und/oder einer Sensorschaltung des Magnetsensors 11 und berechnet eine Abweichung von Mess-Abtastwerten, die durch den Magnetsensor 11 genommen werden. Wenn die Abweichung größer ist als ein Schwellenwert, wird die Bewegung durch die MCU 12 detektiert und eine weitere Handlung wird unternommen (z.B. Reifendrucküberwachung wird initiiert).
Die Intensität des Erd-Magnetfeldes reicht von ungefähr 250mG bis ungefähr 650mG, abhängig von dem Ort, und ein Neigungswinkel der Feldvektoren weist ebenfalls eine Abhängigkeit von der Position der Erde auf, im Bereich von 0° bis 90°. 2A stellt Erd-Magnetfeldvektoren um die Erde dar. Jeder Magnetfeldvektor weist einen Neigungswinkel relativ zu der Erdoberfläche auf, abhängig von dem Ort auf der Erde. Z.B. stellt 2B einen Neigungswinkel von einem der Erd-Magnetfeldvektoren relativ zu der Erdoberfläche dar. Da die Erd-Magnetfeldvektoren überall sind, kann der Magnetsensor 11 die Erd-Magnetfeldvektoren als Referenzvektoren verwenden, um die Rotation des Rades zu detektieren. Zum Beispiel kann der Magnetsensor 11 eine Größe von einem oder mehreren Erd-Magnetfeldvektoren messen (d. h. Magnetfeldkomponenten des Erd-Magnetfeldes), die auf eine Erfassungsachse des Magnetsensors 11 projiziert werden. Nach hiesigem Gebrauch können ein Magnetfeldvektor und eine Magnetfeldkomponente austauschbar verwendet werden.
3A und 3B zeigen zwei Befestigungs-Anordnungen eines direkten TPMS-Moduls 30 mit einem Magnetsensor 31 (z.B. einem TMR-Sensor), der in eine PCB 36 integriert ist. Das TPMS-Modul 30 ist an einer festen Position innerhalb des Rades 32 befestigt (z.B. an der Rückseite des Ventilschafts jedes Rades eines Fahrzeugs). Die Erfassungsachse des Magnetsensors 31, die zur Bewegungsdetektion verwendet wird, ist mit der x-Richtung ausgerichtet. Wie oben erwähnt wurde, kann der Magnetsensor 31 jeglicher Magnetsensor mit einer Erfassungsachse sein, der zum Erfassen von Erd-Magnetfeldvektoren und zum Ausgeben von Messwerten oder Messsignalen derselben ausgebildet ist. Somit detektiert der Magnetsensor 31 Abweichungen der Magnetfeldstärke relativ zu einer Ausrichtung der Erfassungsachse in der Form einer Sinuskurve, wenn sich die Erfassungsachse um die Rad-Rotationsachse 33 dreht, wenn sich das Rad 32 dreht.
4 stellt eine Querschnittsansicht eines befestigten Reifendrucksensors (TPS) mit einem Magnetsensor 41 dar, der eine Erfassungsachse aufweist, die für eine Bewegungsdetektion ausgerichtet in der x-Richtung verwendet wird. Somit ist die Erfassungsrichtung des Magnetsensors 41 Bx und der Erd-Magnetfeldvektor ist ein Referenzvektor Bref, der durch den Magnetsensor 41 zur Detektion einer Rotation des Rades 42 verwendet wird. Genauer gesagt misst der Magnetsensor 41 eine Größe von einer oder mehreren Erd-Magnetfeldkomponenten, die auf eine Erfassungsachse Bx des Magnetsensors 41 projiziert werden. Die x-Achse des Magnetsensors 41 ist mit dem magnetischen Norden der Erde ausgerichtet (d.h. tangential zu einem Umfang eines Kreises, der konzentrisch zu dem Rad 42 oder der Rotationsachse ist), während die z-Achse des Magnetsensors 41 antiparallel zu dem Erd-Magnetfeld ausgerichtet ist. Als ein Ergebnis, während einer Rotation des Rades 42, dreht sich die Erfassungsachse Bx des Magnetfeldsensors 41 tangential um das Rad 42 (oder die Rotationsachse), derart, dass die Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse Bx projiziert wird, sich ändert, wenn sich der Magnetsensor 41 um die Rotationsachse des Rades 42 dreht.
Zum Beispiel, wenn sich der Magnetsensor 41 um die Rotationsachse des Rades 42 dreht, ist die Erfassungsachse Bx genau parallel zu dem Erd-Magnetfeldvektor Bref an einem bestimmten Punkt während der Rotation ausgerichtet. Ferner gibt es einen Punkt, an dem die Erfassungsachse Bx des Magnetfeldsensors 41 exakt antiparallel zu dem Erd-Magnetfeldvektor Bref ausgerichtet ist. Dieses Phänomen des Wechselns zwischen paralleler und antiparalleler Ausrichtung im Hinblick auf Bref tritt unabhängig von dem Ort auf der Erde auf. Folglich kann der Magnetsensor 41 Abweichungen einer Größe der Magnetfeldstärke der Magnetfeldkomponente relativ zu der Ausrichtung der Erfassungsachse in der Form einer Sinuskurve detektieren, wenn sich die Erfassungsachse um die Radrotationsachse dreht. Ferner kann eine Sensorschaltung des Magnetsensors 41 ein Messsignal erzeugen, das einem sinusförmigen Signal ähnelt, das von einem ersten Maximum (z.B. -Bref) zu einem zweiten Maximum (z.B. +Bref) reicht, basierend auf der gemessenen Größe der Erd-Magnetfeldkomponenten, die auf die Erfassungsachse unter Verwendung der Messwerte projiziert werden, die durch das/die Sensorelement/e des Magnetsensors 41 detektiert werden.
5A und 5B stellen Querschnittsansichten eines befestigten Magnetsensors 51 mit einer Erfassungsachse dar, die zur Bewegungserfassung verwendet wird, ausgerichtet in der x-Richtung, und ein entsprechendes Messsignal, das während der Rotation erzeugt wird, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen.
Genauer gesagt zeigt 5A einen Magnetsensor 51, der an einem Rad 52 an einer festen Position befestigt ist. Bei diesem Beispiel ist das Rad 52 in Deutschland angeordnet, wo der Erd-Magnetfeldvektor Bref einen Neigungswinkel von 42 Grad im Hinblick auf die Erdoberfläche aufweist. Da sich das Rad 52 um seine Achse dreht, dreht sich der Magnetsensor 51 von Position A zu Position F und die Ausrichtung der Erfassungsachse verändert sich zu dem Erd-Magnetfeldvektor Bref. Zum Beispiel ist an Position B die Erfassungsachse parallel zu Bref Folglich ist der Messwert, gemessen durch ein Sensorelement des Magnetsensors 51, auf einem Maximum (d.h. einem ersten Maximum). An Position E ist die Erfassungsachse antiparallel zu Bref. Folglich ist der Messwert, gemessen durch ein Sensorelement des Magnetsensors 51, auf einem Minimum (d.h. einem zweiten Maximum). Zwischen Position A und E variiert der Messwert zwischen dem Maximal- und Minimal-Wert derart, dass ein sinusförmiges Signal erzeugt wird, das von -Bref zu +Bref reicht. Das Vorhandensein eines sinusförmigen Signales wird durch die Sensorschaltung oder den Mikrocontroller des Sensormoduls detektiert und zeigt an, dass das Rad 52 in Bewegung ist. Ferner kann eine Frequenz des sinusförmigen Signals mit einer Rotationsgeschwindigkeit des Rades korreliert sein.
Bei einem anderen Beispiel stellt 5B einen Magnetsensor 51 dar, der an einem Rad 52 an einer festen Position befestigt ist, aber das Rad 52 ist an dem magnetischen Äquator der Erde angeordnet. An dem magnetischen Äquator weist der Erd-Magnetfeldvektor Bref einen Neigungswinkel von 0 Grad im Hinblick auf die Erdoberfläche auf. Da sich das Rad 52 um seine Achse dreht, dreht sich der Magnetsensor 51 von Position A zu Position F und die Ausrichtung der Erfassungsachse verändert sich zu dem Erd-Magnetfeldvektor Bref. Während der Neigungswinkel von Bref unterschiedlich verglichen zu dem Beispiel ist, das in 5A dargestellt ist, ist das Ergebnis der Erzeugung eines sinusförmigen Signals dasselbe. D.h., obwohl der maximale und der minimale Messwert an Position A bzw. D auftreten, im Vergleich zu Position B und E in 5A, behält das sinusförmige Signal sein allgemeines Format derart, dass eine Bewegung detektiert werden kann durch Detektieren der sinusförmigen Wellenform des Messsignals.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Magnetsensor 51 derart ausgebildet sein kann, dass die Maxima und Minima gemäß einem unterschiedlichen Erfassungsschema detektiert werden, solange die Größe einer Magnetfeldkomponente eines Erd-Magnetfeldes, die auf eine Erfassungsachse des Magnetsensors projiziert wird, sich basierend auf der Rotation des Magnetsensors (oder der Erfassungsachse) durch das Erd-Magnetfeld ändert. Zum Beispiel werden die Maxima und Minima möglicherweise nicht in parallelen bzw. antiparallelen Ausrichtungen detektiert, wie in 5A und 5B beschrieben ist. Zum Beispiel ändert sich in dem Fall von AMR-Sensoren ein Widerstandswert für ein AMR-Sensorelement gemäß einem Quadrat eines Sinus eines Winkels der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird. Jedoch oszilliert ein Messsignal immer noch zwischen einem ersten Extrem und einem zweiten Extrem mit derselben Frequenz wie die Rotation des Rades, da sich die Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, aufgrund der Drehung des Magnetsensors 51 um die Achse ändert.
Ferner, während 5A und 5B den TPMS in einer idealen Anwendung zeigen, ist bei Echtwelt-Anwendungen der tatsächliche Magnetfeldvektor an der TPS-Position die Summe aller Magnetfeldquellen. Das erste dominante Magnetfeld ist das Erd-Magnetfeld (z.B. Bref) und das zweite dominante Magnetfeld kann eines oder mehrere Streufelder sein, die durch ferromagnetisches Material in der Nähe des TPS induziert werden (z.B. ein Stahlrad, eine Chassis und einen Körper eines Fahrzeugs).
Die konstanten Streufelder aus dem Rad und Reifen jedoch ändern nicht das allgemeine Format oder die Form des sinusförmigen Signals, das aus der Bewegung des Magnetsensors erzeugt wird, der sich durch das Erd-Magnetfeld bewegt. Stattdessen können konstante Streufelder aus dem Rad und Reifen nur den Versatzpegel der sinusförmigen Welle ändern, gemessen durch den Magnetsensor während der Rotation. D.h., eine Abweichung zwischen Mess-Abtastwerten aufgrund der sinusförmigen Wellenform ist immer noch vorhanden, unabhängig von dem Versatz, der durch die Streufelder induziert wird. Zusätzlich ändern die konstanten Streufelder, die aus dem Fahrzeug-Chassis und dem -Körper kommen, nur die Richtung und Stärke des erfassten Erd-Magnetfeldes. Anders ausgedrückt wird nur der Bref-Vektor verändert. Diese Streufelder sind kein Problem, da die Sinuswelle ihr allgemeines Format behält und somit eine Abweichung zwischen Mess-Abtastwerten derart detektiert werden kann, dass eine Rotation des Rades detektiert wird. D.h., da nur ein beliebiger Bref-Vektor benötigt wird, um ein sinusförmiges Messsignal zu erzeugen und eine Abweichung zwischen Mess-Abtastwerten zu detektieren, beeinflussen diese Streufelder nicht die Fähigkeit des Magnetsensors (z.B. über einen Mikrocontroller), eine Abweichung bei Messungen bei der Rotation durch das Erd-Magnetfeld zu detektieren.
Nur der Magnetsensor, der sich innerhalb des Erd-Magnetfeldes dreht, wird benötigt, um eine Abweichung bei Messungen (d.h. Abtastwerten) zu detektieren. Dementsprechend nimmt ein Magnetsensor gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen eine vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten mit bestimmten Zeitintervallen dazwischen und gibt die Abtastwerte an einen Mikrocontroller des Sensormoduls aus. Der Mikrocontroller (MUC) seinerseits ist ausgebildet, um die Abweichung dieser Abtastwerte zu berechnen, was einen Betrag einer Änderung innerhalb dieses Messsignals bedeutet, um zu bestimmen, ob ein Rad in Bewegung oder in einem geparkten Zustand ist.
Z.B. stellt 6 ein Flussdiagramm eines Bewegungsdetektionsverfahrens 600 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen dar. Zum Beispiel, wie oben erwähnt wurde, umfasst das TPMS-Sensormodul (z. B. TPMS-Sensormodul 100) einen Magnetsensor und einen MCU. Der Magnetsensor ist ausgebildet, um ein Messsignal an einen MCU des TPMS-Sensormoduls auszugeben. Das Messsignal entspricht einem Signal, das durch den Magnetsensor erzeugt wird (z.B. erzeugt durch eine Erfassungsschaltung basierend auf Messwerten, die von Sensorelement(en) empfangen werden), aus dem Messen des Erd-Magnetfeldvektors Bref gemäß der Erfassungsachse des Magnetsensors. Bei Schritt 605 wird eine vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten durch den MCU über eine vorbestimmte Abtastperiode genommen. Zum Beispiel können 5 Mess-Abtastwerte aus dem Messsignal genommen werden, das aus dem Magnetsensor über eine Abtastperiode von 10 Sekunden empfangen wird. Bei Ablauf des Abtastintervalls wird eine Bewegungsbestimmung ausgeführt. Zum Beispiel kann unter Verwendung von drei aufeinanderfolgenden Abtastperioden eine Bewegungsbestimmung, die durch den MCU gemacht wird, nicht in Bewegung, nicht in Bewegung, in Bewegung sein. Zusätzlich kann der MCU ausgebildet sein, um eine einheitliche oder nicht einheitliche Abtastung über die Abtastperiode zu verwenden. Zum Beispiel heiß das, jeder genommene Abtastwert kann einheitlich von dem anderen unter Verwendung eines gleichen Intervalls beabstandet sein oder nicht einheitlich beabstandet sein unter Verwendung von zumindest zwei unterschiedlichen Intervallen innerhalb der Abtastperiode. Zum Beispiel kann unter Verwendung einer nicht einheitlichen Abtastung ein Abtastintervall derart variieren, dass Abtastzeiten bei 0ms, 47ms, 93ms, 186ms und 373ms sind, die Abtastintervalle sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Bei Schritt 610 berechnet der MCU einen Abweichungswert aus den erworbenen Abtastwerten.
Bei Schritt 615 macht der MCU eine Bewegungsbestimmung durch Anwenden der berechneten Abweichung an einen Schwellentest. Genauer gesagt wird bestimmt, dass sich ein Rad bewegt, wenn die Abweichung gleich oder größer ist als (oder einfach größer als, basierend auf der Implementierung) eine vorbestimmte Abweichungsschwelle.
Wenn zum Beispiel ein Fahrzeug sich nicht bewegt, kann der Magnetsensor das Erd-Magnetfeld plus ein Rauschen des ADC messen, und der Magnetsensor wird zusätzlich dazu gemessen, aufgrund von Streufeldern, was tatsächlich sehr klein ist. Da sich jedoch der Magnetsensor nicht durch das Erd-Magnetfeld dreht, ist die Abweichung zwischen mehreren Abtastwerten klein (z.B. ist jede Messung des Erd-Magnetfeldes die gleiche, plus das Rauschen aus den Streufeldern wird klein sein). Somit wird bei einem geparkten Fahrzeug die Abweichung klein sein (begrenzt auf das Streufeldrauschen) und kleiner als die vorbestimmte Schwelle. In diesem Fall ist der MCU ausgebildet, um zu bestimmen, dass sich das Fahrzeug nicht bewegt.
Andererseits, wenn sich das Fahrzeug bewegt, ist dasselbe Streufeldrauschen vorhanden, aber der Magnetsensor misst auch ein zusätzliches, variierendes +/-B-Feld als ein Ergebnis des Magnetsensors, der sich durch das Erd-Magnetfeld dreht, wo das +/-B-Feld B das Erd-Magnetfeld mit einer Amplitude ist, die von dem Ort auf der Erde und der Fahrtrichtung des Fahrzeugs abhängt. Während sich das Rad dreht, bedeutet dies, dass der Magnetsensor ebenfalls innerhalb des Magnetfeldes gedreht wird, was zu Messungen führt, die zwischen Versatz-B bis Versatz+B oszillieren. Aufgrund der Oszillation zwischen maximalen und minimalen B-Werten wird eine sinusförmige Wellenform erzeugt, aus der eine Abweichung durch den MCU berechnet werden kann. Wenn eine bestimmte Menge an Abtastwerten mit bestimmten nicht einheitlichen Intervallen zwischen diesen Abtastwerten genommen wird, zeigen diese Abtastwerte eine Abweichung, die eine Schwelle im Vergleich zu dem Fall überschreitet, dass das Fahrzeug geparkt ist. Da in diesem Fall die Abweichung die vorbestimmte Abweichungsschwelle erreicht oder überschreitet, kann eine Bewegung durch den MCU detektiert werden. Somit ist das absolute Magnetfeld, Frequenz oder Phase des Messsignals nicht für die Bewegungsdetektion erforderlich, da die Abweichung allein ausreichend ist.
Der MCU steuert den Drucksensor des TPMS und bleibt in einem Niedrigzustand während ein Fahrzeug geparkt ist, um Energie zu sparen. Somit, während eines Niedrigleistungszustands, misst oder überträgt der MCU keine Druckinformationen.
Nach dem Bestimmen durch den MCU, dass sich das Rad oder Fahrzeug nicht bewegen (d.h. das Fahrzeug ist geparkt), kann der MCU weiter auf eine Bewegungsdetektion hin überwachen, aber in einem Niedrigleistungszustand bleiben. Während des Niedrigleistungszustands detektiert der MCU den Bewegungszustand des Fahrzeugs (z.B. in Bewegung oder nicht in Bewegung), und, wenn keine Bewegung detektiert wird, verbleibt er in dem Niedrigleistungszustand, um regelmäßig eine Bewegungsdetektion auszuführen. Andererseits, wenn eine Bewegung detektiert wird, wacht der MCU aus dem Niedrigleistungszustand in regelmäßigen Intervallen auf, um Druckinformationen zu empfangen, zu messen und/oder zu übertragen sowie damit fortzufahren, die Bewegungsdetektion auszuführen, bis der MCU bestimmt, dass das Fahrzeug geparkt ist. Hier kann der MCU den Drucksensor steuern, um aufzuwachen, um eine Druckmessung des Reifens auszuführen und die Messinformationen (d.h. Druckinformationen) an den MCU zu senden. Wenn der MCU bestimmt, dass das Fahrzeug wieder in einem geparkten Zustand ist, tritt er wieder in den Niedrigleistungszustand ein und kann nur auf Bewegung hin überwachen. Somit kann der MCU kontinuierlich die Bewegung des Magnetsensors überwachen, ungeachtet seines eigenen Leistungszustands.
7A-7C stellen Beispiele von Messsignalen dar, die durch einen Magnetsensor ausgegeben werden und durch einen MCU abgetastet werden, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Genauer gesagt zeigt 7A ein Messsignal, das während eines geparkten Zustands gemessen wird, wobei eine kleine Abweichung aufgrund von Streufeldrauschen existiert. Dementsprechend wird für nicht einheitliche Abtastwerte, die durch den MCU genommen werden, eine Abweichung von 77 durch den MCU berechnet, die unter eine vorbestimmte Abweichungsschwelle fällt. In diesem Fall bestimmt der MCU, dass das Fahrzeug in einem geparkten Zustand ist und bleibt in einem Niedrigleistungszustand.
Andererseits zeigt 7B ein Messsignal, das während eines Bewegungszustandes von weniger als 20km/h gemessen wird. Dementsprechend wird für nicht einheitliche Abtastwerte, die durch den MCU genommen werden, eine Abweichung von 9,113 durch den MCU berechnet, die über der vorbestimmten Abweichungsschwelle ist. In diesem Fall bestimmt der MCU, dass sich das Fahrzeug bewegt und beginnt das Messen von Druckinformationen, die durch den Drucksensor bereitgestellt werden, oder setzt dies fort, und überträgt die Druckinformationen an den RF-Sender zur Übertragung.
Auf ähnliche Weise zeigt 7C ein Messsignal, das während eines Bewegungszustandes von größer als 20km/h gemessen wird. Dementsprechend wird für nicht einheitliche Abtastwerte, die durch den MCU genommen werden, eine Abweichung von 31,806 durch den MCU berechnet, die über der vorbestimmten Abweichungsschwelle ist. In diesem Fall bestimmt der MCU, dass sich das Fahrzeug bewegt und beginnt das Messen von Druckinformationen, die durch den Drucksensor bereitgestellt werden, oder setzt dies fort, und überträgt die Druckinformationen an den RF-Sender zur Übertragung.
Obwohl die obigen Ausführungsbeispiele in dem Kontext beschrieben sind, dass die x-Achse als die Erfassungsachse verwendet wird, kann jegliche Achse verwendet werden, solange die Erfassungsachse ausgerichtet ist, um zwischen parallelen und antiparallelen Ausrichtungen relativ zu dem Erd-Magnetfeldvektor Bref zu oszillieren, oder derart, dass ein periodisches Signal erzeugt wird, wenn der Magnetsensor durch das Erd-Magnetfeld rotiert. Ferner, in dem Fall, in dem ein Magnetsensor zwei oder drei mögliche Erfassungsachsen umfasst, muss nur eine für die Bewegungsdetektion verwendet werden, während die andere Erfassungsachse für andere Anwendungen verwendet werden kann.
Ferner ist es für Durchschnittsfachleute offensichtlich, obwohl verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, dass viele weitere Ausführungsbeispiele und Implementierungen innerhalb der Tragweite der Erfindung möglich sind. Dementsprechend soll die Erfindung nicht eingeschränkt sein, außer im Hinblick auf die angehängten Ansprüche und ihre Entsprechungen. Im Hinblick auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen ausgeführt werden (Anordnungen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systeme, etc.) sollen die Ausdrücke (einschließlich einer Bezugnahme auf ein „Mittel“), die verwendet werden, um solche Komponenten zu beschreiben, außer anderweitig angegeben, jeglicher Komponente oder Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (z.B. die funktional äquivalent ist), obwohl sie strukturell nicht äquivalent zu der offenbarten Struktur ist, die die Funktion bei den hierin dargestellten exemplarischen Implementierungen der Erfindung ausführt.
Somit kann ein robusteres Erfassungssystem durch die obigen Ausführungsbeispiele realisiert werden, das in der Lage ist, Bewegungsgeschwindigkeiten von weniger als 20km/h zu bestimmen.
Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
Es sollte ferner darauf hingewiesen werden, dass in der Beschreibung oder in den Patentansprüchen offenbarte Verfahren durch eine Vorrichtung implementiert werden können, die ein Mittel zum Ausführen eines jeden der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
Ferner versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll. Daher werden diese durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Ausführungsbeispielen ein einzelner Schritt mehrere Teilschritte umfassen oder in mehrere Teilschritte aufgeteilt sein. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht explizit ausgeschlossen sind.

Claims

Ein Sensormodul, umfassend: einen Magnetsensor, der ausgebildet ist, um eine Größe einer Magnetfeldkomponente eines Erd-Magnetfeldes zu messen, die auf eine Erfassungsachse des Magnetsensors projiziert wird, und ausgebildet ist, um ein Messsignal basierend auf der Größe der Magnetfeldkomponente zu erzeugen, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, wobei der Magnetsensor ausgebildet ist, um sich um eine Achse durch das Erd-Magnetfeld derart zu drehen, dass das Messsignal zwischen einem ersten Extrem und einem zweiten Extrem oszilliert, da die Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, sich aufgrund der Drehung des Magnetsensors um die Achse ändert; und einen Mikrocontroller, der ausgebildet ist, um das Messsignal von dem Magnetsensor zu empfangen, eine vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal über eine vorbestimmte Abtastperiode zu erwerben, einen Abweichungswert der erworbenen Mess-Abtastwerte zu berechnen, und zu bestimmen, ob sich der Magnetsensor um die Achse dreht, basierend auf einem Schwellentest des Abweichungswerts.
Das Sensormodul gemäß Anspruch 1, wobei der Mikrocontroller ausgebildet ist, um eine vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal in nicht einheitlichen Intervallen über die vorbestimmte Abtastperiode zu erwerben.
Das Sensormodul gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Mikrocontroller ausgebildet ist, um die vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal in einheitlichen Intervallen über die vorbestimmte Abtastperiode zu erwerben.
Das Sensormodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei während der Rotation des Magnetsensors um die Achse der Magnetsensor ausgebildet ist, um das Messsignal als eine sinusförmige Wellenform zu erzeugen, basierend auf der Erfassungsachse, die sich durch das Erd-Magnetfeld dreht.
Das Sensormodul gemäß Anspruch 4, wobei der Mikrocontroller ausgebildet ist, um die sinusförmige Wellenform unabhängig von Rauschen zu detektieren, das durch den Magnetsensor gemessen wird.
Das Sensormodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Mikrocontroller bestimmt, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, auf eine Bedingung hin, dass der Abweichungswert gleich oder größer ist als ein Abweichungs-Schwellenwert, und bestimmt, dass sich der Magnetsensor nicht um die Achse dreht, auf eine Bedingung hin, dass der Abweichungswert kleiner ist als der Abweichungs-Schwellenwert.
Das Sensormodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Mikrocontroller ausgebildet ist, um kontinuierlich eine Bewegung des Magnetsensors bei vorbestimmten Abtastperioden zu überwachen, und auf eine Bedingung hin, dass der Mikrocontroller bestimmt, dass der Magnetsensor stationär ist, ist der Mikrocontroller in einem Niedrigleistungszustand ausgebildet, bis eine Bewegung des Magnetsensors detektiert wird.
Das Sensormodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen Sender, der elektrisch mit dem Mikrocontroller verbunden ist; und einen Drucksensor, der elektrisch mit dem Mikrocontroller verbunden ist, wobei auf eine Bedingung hin, dass der Mikrocontroller bestimmt, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, der Mikrocontroller ausgebildet ist, um Druckinformationen von dem Drucksensor zu empfangen und die Druckinformationen zu dem Sender zur Übertragung zu übertragen.
Das Sensormodul gemäß Anspruch 8, wobei auf die Bedingung hin, dass der Mikrocontroller bestimmt, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, der Mikrocontroller ausgebildet ist, um den Drucksensor zu steuern, um die Druckinformationen zu erwerben.
Das Sensormodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei, auf eine Bedingung hin, dass der Mikrocontroller bestimmt, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, der Mikrocontroller ausgebildet ist, um aus einem Niedrigleistungszustand in regelmäßigen Intervallen auszutreten, um Druckinformationen zu erwerben, bis der Mikrocontroller bestimmt, dass der Magnetsensor sich nicht mehr um die Achse dreht.
Das Sensormodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Magnetsensor ausgebildet ist, um die Größe der Magnetfeldkomponente basierend auf einer Ausrichtung der Erfassungsachse zu der Magnetfeldkomponente zu messen.
Das Sensormodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Extrem ein Maximalwert und das zweite Extrem ein Minimalwert sind.
Ein Verfahren zur Bewegungsdetektion, umfassend: Messen einer Größe einer Magnetfeldkomponente eines Erd-Magnetfeldes, die auf eine Erfassungsachse eines Magnetsensors projiziert wird, wobei der Magnetsensor ausgebildet ist, um sich um eine Achse durch das Erd-Magnetfeld zu drehen; Erzeugen eines Messsignals basierend auf der Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, wobei, wenn sich der Magnetsensor um die Achse durch das Erd-Magnetfeld dreht, das Messsignal zwischen einem ersten Extrem und einem zweiten Extrem oszilliert, da die Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, sich aufgrund der Drehung des Magnetsensors um die Achse ändert; und Erwerben einer vorbestimmten Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal über eine vorbestimmte Abtastperiode; Berechnen eines Abweichungswerts der erworbenen Mess-Abtastwerte; und Bestimmen, ob sich der Magnetsensor um die Achse dreht, basierend auf einem Schwellentest des Abweichungswerts.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Erwerben der vorbestimmten Anzahl von Mess-Abtastwerten das Erwerben der vorbestimmten Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal in nicht einheitlichen Intervallen über die vorbestimmte Abtastperiode umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei das Erwerben der vorbestimmten Anzahl von Mess-Abtastwerten das Erwerben der vorbestimmten Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal in einheitlichen Intervallen über die vorbestimmte Abtastperiode umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei während der Rotation des Magnetsensors um die Achse, das Messsignal als eine sinusförmige Wellenform erzeugt wird, basierend auf der Erfassungsachse, die sich durch das Erd-Magnetfeld dreht.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, ferner umfassend: Detektieren der sinusförmigen Wellenform unabhängig von Rauschen, das durch den Magnetsensor gemessen wird.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, ferner umfassend: Bestimmen, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, auf eine Bedingung hin, dass der Abweichungswert gleich oder größer ist als ein Abweichungsschwellenwert; und Bestimmen, dass sich der Magnetsensor nicht um die Achse dreht, auf eine Bedingung hin, dass der Abweichungswert kleiner ist als der Abweichungsschwellenwert.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, ferner umfassend: kontinuierliches Überwachen einer Bewegung des Magnetsensors bei vorbestimmten Abtastperioden, und auf eine Bedingung hin, dass bestimmt wird, dass der Magnetsensor stationär ist, Beibehalten des Magnetsensors in einem Niedrigleistungszustand, bis eine Bewegung des Magnetsensors detektiert wird.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei auf eine Bedingung hin, dass bestimmt wird, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht: Druckinformationen von einem Drucksensor empfangen werden; und Druckinformationen an einen Sender zur Übertragung zu einem externen Bauelement übertragen werden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei auf die Bedingung hin, dass bestimmt wird, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, der Drucksensor gesteuert wird, um die Druckinformationen zu erwerben.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei auf eine Bedingung hin, dass bestimmt wird, dass sich der Magnetsensor um die Achse dreht, aus einem Niedrigleistungszustand in regelmäßigen Intervallen ausgetreten wird, um Druckinformationen zu erwerben, bis bestimmt wird, dass der Magnetsensor sich nicht mehr um die Achse dreht.
Ein Reifendrucküberwachungssystem (TPMS), umfassend: einen Reifen mit einer Rotationsachse; einen Magnetsensor, der an dem Reifen befestigt ist und ausgebildet ist, um eine Rotation des Reifens durch Messen einer Größe einer Magnetfeldkomponente eines Erd-Magnetfeldes zu überwachen, die auf eine Erfassungsachse des Magnetsensors projiziert wird, wobei der Magnetsensor ausgebildet ist, um ein Messsignal basierend auf der Größe der Magnetfeldkomponente zu erzeugen, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, wobei sich die Größe der Magnetfeldkomponente, die auf die Erfassungsachse projiziert wird, aufgrund der Drehung des Magnetsensors um die Rotationsachse ändert; einen Mikrocontroller, der ausgebildet ist, um das Messsignal von dem Magnetsensor zu empfangen, eine vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal über eine vorbestimmte Abtastperiode zu erwerben, einen Abweichungswert der erworbenen Mess-Abtastwerte zu berechnen, und zu bestimmen, ob sich der Reifen um die Rotationsachse dreht, basierend auf einem Schwellentest des Abweichungswerts.
Das TPMS gemäß Anspruch 23, wobei der Mikrocontroller ausgebildet ist, um eine vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal in nicht einheitlichen Intervallen über die vorbestimmte Abtastperiode zu erwerben.
Das TPMS gemäß Anspruch 23 oder 24, wobei der Mikrocontroller ausgebildet ist, um die vorbestimmte Anzahl von Mess-Abtastwerten aus dem Messsignal in einheitlichen Intervallen über die vorbestimmte Abtastperiode zu erwerben.
Das TPMS gemäß einem der Ansprüche 23 bis 25, ferner umfassend: einen Drucksensor, der elektrisch mit dem Mikrocontroller verbunden ist und ausgebildet ist, um einen internen Luftdruck des Reifens zu messen; und einen Sender, der elektrisch mit dem Mikrocontroller verbunden ist und ausgebildet ist, um Druckinformationen von dem Microcontroller zu empfangen und die Druckinformationen als ein Datensignal zu übertragen, wobei auf eine Bedingung hin, dass der Mikrocontroller bestimmt, dass sich der Reifen um die Rotationsachse dreht, der Mikrocontroller ausgebildet ist, um Druckinformationen von dem Drucksensor zu empfangen und die Druckinformationen zu dem Sender zur Übertragung zu übertragen.
Das TPMS gemäß Anspruch 26, wobei auf die Bedingung hin, dass der Mikrocontroller bestimmt, dass sich der Reifen um die Rotationsachse dreht, der Mikrocontroller ausgebildet ist, um den Drucksensor zu steuern, um die Druckinformationen zu erwerben.
Das TPMS gemäß Anspruch 26 oder 27, wobei der Magnetsensor, der Mikrocontroller, der Drucksensor und der Sender monolithisch sind.
Das TPMS gemäß einem der Ansprüche 23 bis 28, wobei die Erfassungsachse des Magnetsensors tangential zu einem Kreis ausgerichtet ist, der konzentrisch zu der Rotationsachse ist und empfindlich für zumindest eine Magnetfeldkomponente des Erd-Magnetfeldes ist.