DE102020116477A1 - Körperschall für tpms-lokalisierung und kommunikation - Google Patents

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Abstract

Ein TPMS (Tire Pressure Monitoring System)-Sensormodul, wie es hierin bereitgestellt ist, enthält einen Drucksensor, der so konfiguriert ist, dass er einen inneren Luftdruck eines Reifens misst und Reifendruckinformation erzeugt; einen Wandler, der so konfiguriert ist, dass er ein durch Schallwellen induziertes Körperschallsignal empfängt; eine Empfängerschaltung, die elektrisch mit dem Wandler verbunden und so konfiguriert ist, dass sie das Körperschallsignal detektiert und eine Detektionsanzeige erzeugt, dass das Körperschallsignal detektiert worden ist; eine Verarbeitungsschaltung, die elektrisch mit dem Drucksensor und der Empfängerschaltung verbunden und so konfiguriert ist, dass sie die Reifendruckinformation von dem Drucksensor empfängt, die Detektionsanzeige von der Empfängerschaltung empfängt, und ein Kommunikationssignal erzeugt als Antwort auf das Empfangen der Detektionsanzeige; und einen Sender, der elektrisch mit der Verarbeitungsschaltung verbunden und so konfiguriert ist, dass er das Kommunikationssignal überträgt.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Reifendrucküberwachungssystem (TPMS, Tire Pressure Monitoring System) und genauer auf die Lokalisierung und Kommunikation mit TPMS-Sensormodulen in einem TPMS.
  • HINTERGRUND
  • Reifendrucküberwachungssysteme (TPMS, Tire Pressure Monitoring System) spielen eine wichtige Rolle für die Fahrzeugsicherheit und die Reduzierung von Emissionen. Ein Großteil dieses Marktes wird von direkten Reifendrucküberwachungssystemen bedient, bei denen jeder Reifen ein TPMS-Sensormodul enthält. Somit wird ein batteriebetriebenes Sensormodul im Inneren eines Reifens montiert, um den Reifendruck zu überwachen. Das Sensormodul enthält einen Drucksensor, einen Mikrocontroller, einen Hochfrequenz (RF, Radio-Frequency)-Sender und eine Knopfzelle.
  • Im Prinzip misst das Sensormodul den Reifendruck und verwendet eine unidirektionale Verbindung, um die Messdaten an eine Zentraleinheit in dem Fahrzeug zu übertragen. Da die Batterie nicht gewechselt werden kann, wird die Lebensdauer des Sensormoduls durch die Batterielebensdauer bestimmt. Ein großer Teil des Stromverbrauchs wird durch die RF-Übertragung erzeugt. Daher ist es eine wichtige Aufgabe, den Stromverbrauch für die RF-Übertragung so weit wie möglich zu reduzieren.
  • Das Sensormodul kann auch einen Niederfrequenz (LF, Low-Frequency)-Empfänger haben, der zur Konfiguration des Sensormoduls nach der Montage des Sensormoduls am Reifen in der Fahrzeugproduktion oder in einer Reparaturwerkstatt verwendet wird (z.B. bei Austauschmodulen oder bei einem Firmware-Update zur Wartung bereits eingesetzter Sensormodule). Typischerweise wird die Downlink-Kommunikation vom Sensormodul zum Fahrzeug über den RF-Sender bei 315 oder 434 MHz realisiert, während die Uplink-Kommunikation zum Sensormodul über den LF-Empfänger bei 125 kHz realisiert wird. Für die bidirektionale Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und dem Sensormodul werden somit zwei Kommunikationsvorrichtungen mit zwei Kommunikationskanälen verwendet.
  • Um jeden Reifen richtig beurteilen zu können, muss ein Fahrzeug in der Lage sein, jedes TPMS-Sensormodul zu lokalisieren, das heißt es muss wissen, welches Sensormodul sich an welcher Reifenposition (z.B. vorne links, hinten rechts, usw.) befindet. Früher wurde die manuelle Lokalisierung, z.B. das Einprogrammieren einer festen Position in das Sensormodul, verwendet. Aktuelle Technologien ermöglichen eine automatische Lokalisierung. Einige Fahrzeuge, wie Lastwagen einschließlich Zugmaschinenanhänger, haben jedoch mehrere Achsen und mehrere Reifen in unmittelbarer Nähe zueinander, was die genaue Lokalisierung jedes TPMS-Sensormoduls erschwert. Somit sind die derzeitigen Lokalisierungstechniken möglicherweise nicht ausreichend, um TPMS-Sensormodule in solchen Umgebungen zu lokalisieren. Daher kann ein verbessertes TPMS, das in der Lage ist, jedes TPMS-Sensormodul zu lokalisieren und mit ihm zu kommunizieren, wünschenswert sein.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen ein Reifendrucküberwachungssystem (TPMS)-Sensormodul bereit, einschließlich: einen Drucksensor, der so konfiguriert ist, dass er einen inneren Luftdruck eines Reifens misst und Reifendruckinformation erzeugt; einen Wandler, der so konfiguriert ist, dass er ein durch Schallwellen induziertes Körperschallsignal empfängt; eine Empfängerschaltung, die elektrisch mit dem Wandler verbunden und so konfiguriert ist, dass sie das Körperschallsignal detektiert und eine Detektionsanzeige erzeugt, dass das Körperschallsignal detektiert wurde; eine Verarbeitungsschaltung, die elektrisch mit dem Drucksensor und der Empfängerschaltung verbunden und so konfiguriert ist, dass sie die Reifendruckinformation vom Drucksensor empfängt, die Detektionsanzeige von der Empfängerschaltung empfängt, und als Antwort auf den Empfang der Detektionsanzeige ein Kommunikationssignal erzeugt; und einen Sender, der elektrisch mit der Verarbeitungsschaltung verbunden und so konfiguriert ist, dass er das Kommunikationssignal überträgt.
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen ein Reifendruck-Überwachungssystem (TPMS) bereit, einschließlich: einen ersten Schallwandler, der mechanisch mit einem ersten Achsaggregat gekoppelt ist, wobei der erste Schallwandler so konfiguriert ist, dass er erste Schallwellen basierend auf einem ersten Eingangssignal erzeugt; ein erstes Rad mit einer ersten Metallfelge, die mechanisch mit dem ersten Achsaggregat gekoppelt ist; und ein erstes TPMS-Sensormodul, das mechanisch mit der ersten Metallfelge gekoppelt ist. Das erste TPMS-Sensormodul enthält einen ersten Drucksensor, der so konfiguriert ist, dass er einen inneren Luftdruck eines an dem ersten Rad montierten Reifens misst und erste Reifendruckinformation erzeugt; einen ersten Wandler-Empfänger, der so konfiguriert ist, dass er ein erstes Körperschallsignal empfängt, das durch die ersten Schallwellen induziert wird; eine erste Empfängerschaltung, die elektrisch mit dem ersten Wandler-Empfänger verbunden und so konfiguriert ist, dass sie das erste Körperschallsignal detektiert und eine erste Detektionsanzeige erzeugt, dass das erste Körperschallsignal detektiert wurde; eine erste Verarbeitungsschaltung, die elektrisch mit dem ersten Drucksensor und der ersten Empfängerschaltung verbunden und so konfiguriert ist, dass sie die erste Reifendruckinformation von dem ersten Drucksensor empfängt, die erste Detektionsanzeige von der ersten Empfängerschaltung empfängt, und ein erstes Kommunikationssignal als Antwort auf den Empfang der ersten Detektionsanzeige erzeugt; und einen ersten Sender, der elektrisch mit der ersten Mikrocontrollereinheit verbunden und so konfiguriert ist, dass er das erste Kommunikationssignal überträgt. Das TPMS enthält ferner einen Controller, der so konfiguriert ist, dass er den ersten Schallwandler über das erste Eingangssignal treibt, um das erste Körperschallsignal zu erzeugen.
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen ein Verfahren zur Lokalisierung mindestens eines Reifendrucküberwachungssystem (TPMS)-Sensormoduls bereit. Das Verfahren umfasst ein Treiben eines ersten Schallwandlers durch einen Controller, um erste Schallwellen basierend auf einem ersten Eingangssignal zu erzeugen, um ein erstes Körperschallsignal zu induzieren, das sich von einem ersten Achsaggregat zu einem ersten TPMS-Sensormodul ausbreitet, das mit einem ersten Rad gekoppelt ist; ein Detektieren des ersten Körperschallsignals durch das erste TPMS-Sensormodul; ein Erzeugen eines ersten Detektionsindikators durch das erste TPMS-Sensormodul, der anzeigt, dass das erste Körperschallsignal detektiert worden ist; ein Erzeugen eines ersten Kommunikationssignals durch das erste TPMS-Sensormodul als Antwort auf den ersten Detektionsindikator; ein Übertragen des ersten Kommunikationssignals an den Controller durch das erste TPMS-Sensormodul; und ein Bestimmen einer Position des ersten TPMS-Sensormoduls durch den Controller basierend auf dem ersten Kommunikationssignal.
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen ein Reifendruck-Überwachungssystem (TPMS) bereit, einschließlich eines Schallwandlers, der mechanisch mit einem Achsaggregat gekoppelt ist, wobei der Schallwandler so konfiguriert ist, dass er Schallwellen basierend auf einem Eingangssignal erzeugt; einen Controller, der so konfiguriert ist, dass er den Schallwandler über das Eingangssignal treibt, um ein Körperschallsignal zu erzeugen, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er den Schallwandler so moduliert, dass das erste Körperschallsignal Kommunikationsdaten trägt; ein Rad mit einer Metallfelge, die mechanisch mit dem Achsaggregat gekoppelt ist; und ein TPMS-Sensormodul, das mechanisch mit der Metallfelge gekoppelt und so konfiguriert ist, dass es mit dem Controller kommuniziert. Das TPMS-Sensormodul enthält einen Drucksensor, der so konfiguriert ist, dass er einen inneren Luftdruck eines an dem Rad montierten Reifens misst und Reifendruckinformation erzeugt; einen Wandler-Empfänger, der so konfiguriert ist, dass er das durch die Schallwellen induzierte Körperschallsignal empfängt; eine Empfängerschaltung, die elektrisch mit dem Wandler-Empfänger verbunden und so konfiguriert ist, dass sie die Kommunikationsdaten aus dem Körperschallsignal extrahiert; eine Verarbeitungsschaltung, die elektrisch mit dem Drucksensor und der Empfängerschaltung verbunden und so konfiguriert ist, dass sie die Reifendruckinformation von dem Drucksensor empfängt und die extrahierten Kommunikationsdaten von der Empfängerschaltung empfängt; und einen Sender, der elektrisch mit der Verarbeitungsschaltung verbunden und so konfiguriert ist, dass er ein Kommunikationssignal an den Controller sendet.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen sind hierin unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
    • 1 veranschaulicht ein monolithisches TPMS (Tire Pressure Monitoring System)-Sensormodul gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
    • 2 ist eine Querschnittsansicht einer Radanordnung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen; und
    • 3 ist eine schematische Darstellung eines Körperschallsystems für einen Zugmaschinenanhänger gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • DEATAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden wird eine Vielzahl von Details aufgeführt, um die beispielhaften Ausführungsformen genauer zu erläutern. Für den Fachmann wird es jedoch offensichtlich sein, dass Ausführungsformen auch ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Vorrichtungen eher in Blockdiagrammform oder in einer schematischen Ansicht als im Detail dargestellt, um eine Unklarheit der Ausführungsformen zu vermeiden. Darüber hinaus können Merkmale der verschiedenen im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
  • Weitere, äquivalente oder ähnliche Elemente oder Elemente mit äquivalenter oder ähnlicher Funktionalität werden in der folgenden Beschreibung mit äquivalenten oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Da gleiche oder funktional gleichwertige Elemente in den Abbildungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, kann eine wiederholte Beschreibung für Elemente, die mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, entfallen. Daher sind die Beschreibungen für Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen gegenseitig austauschbar.
  • Es wird davon ausgegangen, dass ein Element, wenn es als „verbunden“ oder „gekoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt werden kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wird dagegen ein Element als „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Worte, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten in ähnlicher Weise interpretiert werden (z.B. „zwischen“ versus „direkt zwischen“, „benachbart“ versus „direkt benachbart“, usw.).
  • In den hierin beschriebenen oder in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen kann jede direkte elektrische Verbindung oder Kopplung, d.h. jede Verbindung oder Kopplung ohne zusätzliche Zwischenelemente, auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung, d.h. eine Verbindung oder Kopplung mit einem oder mehreren zusätzlichen Zwischenelementen, oder umgekehrt, realisiert werden, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, z.B. die Übertragung einer bestimmten Art von Signal oder die Übertragung einer bestimmten Art von Information, im Wesentlichen beibehalten wird. Merkmale aus verschiedenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden. Beispielsweise können Variationen oder Modifikationen, die in Bezug auf eine der Ausführungsformen beschrieben werden, auch auf andere Ausführungsformen anwendbar sein, sofern nicht anders angegeben.
  • Ausführungsformen beziehen sich auf Sensoren und Sensorsysteme sowie auf die Gewinnung von Information über Sensoren und Sensorsysteme. Ein Sensor kann sich auf eine Komponente beziehen, die eine zu messende physikalische Größe in ein elektrisches Signal umwandelt, zum Beispiel ein Stromsignal oder Spannungssignal. Die physikalische Größe kann beispielsweise ein Magnetfeld (z.B. das Erdmagnetfeld), ein elektrisches Feld, einen Druck, eine Beschleunigung, eine Temperatur, eine Kraft, einen Strom oder eine Spannung umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Eine Sensorvorrichtung, wie sie hierin beschrieben wird, kann ein Winkelsensor, ein linearer Positionssensor, ein Geschwindigkeitssensor, ein Bewegungssensor, ein Drucksensor, ein Beschleunigungssensor, ein Temperatursensor, ein Magnetfeldsensor und ähnliches sein.
  • Ein Magnetfeldsensor umfasst beispielsweise ein oder mehrere Magnetfeldsensorelemente, die eine oder mehrere Eigenschaften eines Magnetfeldes messen (z.B. einen Betrag der Magnetfeldflussdichte, eine Feldstärke, einen Feldwinkel, eine Feldrichtung, eine Feldorientierung, usw.), die der Detektion und/oder Messung des Magnetfeldmusters eines Elements entsprechen, welches das Magnetfeld erzeugt (z.B. ein Magnet, ein stromführender Leiter (z.B. ein Draht), die Erde oder eine andere Magnetfeldquelle).
  • Eine Sensorschaltung kann als Signalverarbeitungsschaltung und/oder als Signalkonditionierungsschaltung bezeichnet werden, die das Signal (d.h. das Sensorsignal) vom Druckfeldsensorelement in Form von Rohmessdaten empfängt. Die Sensorschaltung kann einen Analog-Digital-Wandler (ADC) enthalten, der das analoge Signal vom Drucksensor in ein digitales Signal umwandelt. Die Sensorschaltung kann auch einen digitalen Signalprozessor (DSP) enthalten, der eine Verarbeitung des digitalen Signals durchführt (z.B. um Reifendruckinformation für die Übertragung vorzubereiten). Daher umfasst das Sensorpackage eine Schaltung, die das kleine Signal des Drucksensors über Signalverarbeitung und/oder - konditionierung aufbereitet und verstärkt.
  • Signalkonditionierung, wie sie hierin verwendet wird, bezieht sich auf die Manipulation eines analogen Signals in einer Weise, dass das Signal die Anforderungen einer nächsten Stufe für die weitere Verarbeitung erfüllt. Die Signalkonditionierung kann eine Umwandlung von analog zu digital (z.B. über einen Analog-Digital-Wandler), eine Verstärkung, eine Filterung, eine Umwandlung, ein Vorspannen, eine Bereichsanpassung, eine Isolierung und alle anderen Prozesse umfassen, die erforderlich sind, um eine Sensorausgabe für die Verarbeitung nach der Konditionierung geeignet zu machen.
  • Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen sind ein Drucksensor und eine Sensorschaltung beide in demselben Chipgehäuse (oder Chippackage) untergebracht (d.h. integriert) (z.B. ein kunststoffgekapseltes Gehäuse, wie ein „leaded package“ oder „leadless package“, oder ein SMD (Surface Mounted Device)-Gehäuse). Dieses Chipgehäuse wird auch als Sensorgehäuse bezeichnet. Das Sensorgehäuse kann mit anderen Komponenten kombiniert werden, um ein Sensormodul, eine Sensorvorrichtung oder ähnliches auszubilden.
  • Eine Sensorvorrichtung, wie sie hierin verwendet wird, kann sich auf eine Vorrichtung beziehen, die einen Sensor und eine Sensorschaltung wie oben beschrieben enthält. Eine Sensorvorrichtung kann auf einem einzigen Halbleiterdie (z.B. Siliziumdie oder Chip) integriert sein, obwohl in anderen Ausführungsformen eine Vielzahl von Dies zur Implementierung einer Sensorvorrichtung verwendet werden kann. Daher sind der Sensor und die Sensorschaltung entweder auf demselben Halbleiterdie oder auf mehreren Dies im selben Gehäuse angeordnet. Der Sensor könnte sich beispielsweise auf einem Die und die Sensorschaltung auf einem anderen Die befinden, so dass sie innerhalb des Gehäuses elektrisch miteinander verbunden sind. In diesem Fall können die Dies aus demselben oder verschiedenen Halbleitermaterialien, wie GaAs und Si, bestehen, oder der Sensor kann auf ein Keramik- oder Glasplättchen gesputtert werden, das kein Halbleiter ist.
  • 1 veranschaulicht ein monolithisches TPMS-Sensormodul 100 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Das TPMS-Sensormodul 100 ist ein direkter TPMS-Sensor, der im Inneren eines Reifens montiert ist. Konkret wird das TPMS-Sensormodul 100 an die Metallfelge eines Rades im Inneren eines Reifens montiert (d.h. mechanisch gekoppelt). Das TPMS-Sensormodul 100 beinhaltet einen Wandler 8, einen rauscharmen Verstärker (LNA, Low Noise Amplifier) 9, eine Empfängerschaltung 10, einen Drucksensor 11, eine Mikrocontrollereinheit (MCU, Microcontroller Unit) 12, einen Hochfrequenz (RF, Radio Frequency)-Sender 13, einen optionalen Beschleunigungssensor 14, einen optionalen Temperatursensor 15, einen ADC 16, eine Batterie 17 und eine Antenne 18.
  • Insbesondere kann der Beschleunigungssensor 14 ein einachsiger oder mehrachsiger Beschleunigungsmesser sein, der zur Messung der durch die Bewegung des Fahrzeugs erzeugten Beschleunigung (z.B. zur Bewegungsdetektion) und/oder zur Messung des Schwerefeldes der Erde verwendet wird. Im letzteren Fall ergibt die Messung des Erdschwerefeldes ein Sinussignal mit 1g Amplitude aufgrund der Reifendrehung. Mit anderen Worten, ein sinusförmiges Signal, das durch die Bewegung des Beschleunigungssensors erzeugt wird, der sich durch das Erdschwerefeld bewegt, während er sich um eine Achse dreht (d.h. wenn der Reifen um seine Achse rotiert). Dieses sinusförmige Signal wird als +/-1g-Signal bezeichnet.
  • Dieses +/-1g-Signal kann zur Berechnung der Winkelposition des TPMS-Sensormoduls in Bezug auf die Radachse verwendet werden. Außerdem kann diese Winkelinformation zur Lokalisierung des Rades durch Vergleich mit der Winkelinformation der Radgeschwindigkeitssensoren verwendet werden.
  • Wenn ein zweiachsiger Beschleunigungsmesser so montiert ist, dass eine Empfindlichkeitsachse in die radiale Richtung des Rades und die zweite Empfindlichkeitsachse in die tangentiale Richtung des Rades zeigt, haben die sinusförmigen +/-1g-Signale der zwei Achsen eine Phasenverschiebung von 90° zueinander. Wenn die TPMS-Sensormodule in allen Reifen gleich montiert sind und die Tangentialachse eines Beschleunigungsmessers, der sich in einem Rad auf der linken Seite des Fahrzeugs befindet, beispielsweise in Fahrtrichtung zeigt, dann zeigt die Tangentialachse eines Beschleunigungsmessers, der sich in einem Rad auf der rechten Seite des Fahrzeugs befindet, entgegengesetzt zur Fahrtrichtung. Daraus ergeben sich eine Phasenverschiebung von 90° auf der linken Seite und eine Phasenverschiebung von -90° auf der rechten Seite. Daher kann ein TMPS-Sensormodul oder eine ECU anhand des Vorzeichens der von jedem Beschleunigungsmesser erzeugten Phasenverschiebung detektieren, ob das TMPS-Sensormodul und der entsprechende Reifen auf der linken Seite oder der rechten Seite des Fahrzeugs montiert ist. Dies wird als 2g-Richtungserfassung bezeichnet.
  • Der Drucksensor 11 kann als Teil einer typischen Halbleitertechnologie eingebaut sein und kann ein MEMS (Microelectromechanical Systems)-Drucksensor sein. Daher kann der Drucksensor 11 den TPMS-Sensor 100 aktivieren, um bei der Überwachung des Reifendrucks zu helfen. Der Drucksensor 11, der Beschleunigungssensor 14 und der Temperatursensor 15 messen jeweils eine entsprechende physikalische Größe und stellen analoge Sensorinformation in Form von elektrischen Signalen an den ADC 16 bereit, der die analogen Signale in digitale Signale umwandelt, bevor er der MCU 12 digitale Sensorinformation bereitstellt.
  • Der Drucksensor 11 ist also elektrisch mit der MCU 12 verbunden und so konfiguriert, dass er den internen Luftdruck eines Reifens misst. Das TPMS-Sensormodul 100 kann auch den Beschleunigungssensor 14 enthalten, der elektrisch mit der MCU 12 verbunden und so konfiguriert ist, dass er eine Beschleunigung des Reifens detektiert und/oder misst (z.B. zur Detektion einer Bewegung eines Fahrzeugs oder zur Erzeugung eines +-lg-Signals, das zur Erfassung einer Drehrichtung des Reifens verwendet wird). Das TPMS-Sensormodul 100 kann auch den Temperatursensor 15 enthalten, der elektrisch mit der MCU 12 verbunden und so konfiguriert ist, dass er eine Innentemperatur des Reifens detektiert und/oder misst, die zur Kompensation einer oder mehrerer Drucksensormessungen verwendet werden kann. Eine gemessene Temperatur kann zum Beispiel zur Korrektur der Temperaturabhängigkeit von Flanke und Offset des Sensorsignals verwendet werden.
  • Eine Stromversorgung 17 (z.B. eine Batteriezelle) ist ferner bereitgestellt, um den TPMS-Sensor 100 und seine Komponenten mit Strom zu versorgen.
  • Die MCU 12 empfängt Reifendruckinformation in Form von Messwerten vom Drucksensor 11 und verarbeitet die Information. Die MCU 12 kann die Reifendruckinformation speichern und/oder die Reifendruckinformation für den RF-Sender 13 aufbereiten. Die MCU 12 kann ferner Beschleunigungsinformation vom Beschleunigungssensor 14 und Temperaturinformation vom Temperatursensor 15 empfangen. Der RF-Sender 13 empfängt die gesammelten Daten zur Übertragung von der MCU 12.
  • Der an die Antenne 18 gekoppelte RF-Sender 13 ist so konfiguriert, dass er über die Antenne 18 mit einer Fahrzeug-ECU (Electronic Control Unit) 110 kommuniziert. Der RF-Sender 13 kann beispielsweise so konfiguriert sein, dass er Sensordaten (z.B. Drucksensordaten, Beschleunigungssensordaten, Temperatursensordaten, Beschleunigungssensordaten) oder andere Rückkopplungsinformation, einschließlich der aus den Sensordaten abgeleiteten Rückkopplungsinformation (z.B. Schnelligkeits-/Geschwindigkeitsdaten, Reifenrotationsperiodendaten, Reifenlastdaten, usw.) an die ECU überträgt.
  • Der RF-Sender 13 ist somit elektrisch mit der MCU 12 verbunden und so konfiguriert, dass er ein RF-Signal überträgt, das die Sensordaten und/oder Rückmeldeinformation an die Fahrzeug-ECU 110 überträgt. Das RF-Signal kann vom Sender 13 autonom oder als Antwort auf den Empfang von Daten durch die MCU 12 in Form von Information, einer Bestätigung oder einem Befehl von der Fahrzeug-ECU 110 übertragen werden.
  • Alternativ kann das RF-Signal an ein Steuermodul, eine Einstellwerkzeug, ein Diagnose- und Testwerkzeug oder einen anderen RF-Empfänger übertragen werden. Das Steuermodul kann zum Beispiel in den Körper des Fahrzeugs oder in den Körper eines Anhängers integriert sein und kann so konfiguriert sein, dass es mit jedem TPMS-Sensormodul 100 zur Lokalisierung und Kommunikation mit diesem verbunden werden kann. In einigen Beispielen kann das Steuermodul die ECU 110 sein, in anderen Beispielen kann das Steuermodul von der ECU 110 getrennt sein. Im letzteren Fall kann das Steuermodul als Schnittstelle, Relais und/oder Vermittler zwischen den TPMS-Sensormodulen 100 und der ECU 110 dienen.
  • Die ECU 110 kann einen RF-Empfänger 1 zum Empfang von Sensordaten und/oder Lokalisierungsdaten, eine Verarbeitungseinheit 2 zur Verarbeitung der Sensordaten und/oder Lokalisierungsdaten und eine Speichereinheit 3 zur Speicherung von Verarbeitungssensordaten oder anderer Information (z.B. Reifeninformation) enthalten. Es wird anerkannt, dass sich die Beispiele zwar auf die Verwendung von RF-Signalen für die Kommunikation beziehen, dass aber stattdessen auch andere Arten von Signalen, wie Bluetooth-Signale mit geringer Energie (BLE, Bluetooth Low Energy), verwendet werden können.
  • Die ECU 110 kann so konfiguriert werden, dass sie die Sensordaten empfängt und Information aus den Sensordaten ableitet (z.B. Aufstandsflächendaten, Aufstandsflächendauerdaten, Schnelligkeits-/Geschwindigkeitsdaten, Reifendrehungsdaten, Reifenlastdaten) oder eine oder mehrere solcher Informationen direkt vom RF-Sender 13 (d.h. vom TPMS-Sensormodul 100) oder vom TPMS-Steuermodul empfängt.
  • Zusätzlich kann die ECU 110 so konfiguriert sein, dass sie Lokalisierungsdaten empfängt und die Radposition für jedes TPMS-Sensormodul 100 bestimmt oder die Radposition für jedes TPMS-Sensormodul 100 vom TPMS-Steuermodul empfängt.
  • Wie oben erwähnt, kann das TPMS-Sensormodul 100 einen Beschleunigungssensor 14 enthalten, der elektrisch mit der MCU 12 verbunden und so konfiguriert ist, dass er eine Zentrifugalbeschleunigung des Reifens und/oder eine Tangentialbeschleunigung des Reifens detektiert und/oder misst und Beschleunigungssensordaten erzeugt. Die Beschleunigungssensordaten können zur Detektion einer Bewegung eines Fahrzeugs, zur Berechnung einer Fahrzeugschnelligkeit oder - geschwindigkeit (m/s), zur Berechnung einer Reifenrotationsperiode (s oder ms), zur Berechnung eines Reifenverschleißes, zur Berechnung einer zurückgelegten Strecke (km), zur Bestimmung einer Drehrichtung des TPMS-Sensormoduls 100 entsprechend der Raddrehung und letztendlich zur Bestimmung, auf welcher Seite (z.B. links oder rechts) einer Achse sich das TPMS-Sensormodul 100 befindet, verwendet werden.
  • Wie oben erwähnt, kann der Beschleunigungssensor 14 ein auf einem einzelnen Chip integrierter Beschleunigungsmesser sein, der mindestens eine Empfindlichkeitsachse hat, die zur Erzeugung eines +/-1g-Signals verwendet wird. Der Beschleunigungsmesser kann ferner eine zweite Empfindlichkeitsachse enthalten, die zur Erzeugung eines anderen +/-1g-Signals verwendet wird. Die MCU 12 kann so konfiguriert sein, dass sie die zwei +/-1g-Signale empfängt und eine Phasenverschiebung zwischen ihnen bestimmt.
  • Die MCU 12 wiederum kann so konfiguriert sein, dass sie Lokalisierungsinformation des TPMS-Sensormoduls 100 basierend auf der Phasenverschiebung und einem Lokalisierungsalgorithmus erzeugt (d.h. Anzeigen der Fahrzeugseite, bei der sich das TPMS-Sensormodul 100 befindet), oder sie kann die Phasenverschiebungsinformation als Lokalisierungsinformation an die ECU 110 oder ein Steuermodul (z.B. Steuermodul 312) übertragen, das dann die fahrzeugseitige Bestimmung basierend auf der Phasenverschiebungsinformation und dem Lokalisierungsalgorithmus vornimmt.
  • Das TPMS-Sensormodul 100 enthält auch einen Empfängerpfad, der den Wandler 8, den LNA 9 und die Empfängerschaltung 10 enthält. Der Empfängerpfad kann sowohl für die Lokalisierung des TPMS-Sensormoduls 100 als auch für den Empfang von Kommunikationsdaten vom TPMS-Steuermodul verwendet werden. Kommunikationsdaten können Konfigurationsinformation, Programmierinformation (z.B. für „Reflashing“ von Firmware-Code) oder Steuerinformation für das TPMS-Sensormodul 100 beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Ein Wandler ist jede Vorrichtung, die zur Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere verwendet wird - typischerweise bei der Umwandlung von Eingangsenergie in Ausgangsenergie. Damit eine Wandlung stattfinden kann, muss auch ein Wechsel von einer Energieform stattfinden, wie eine Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie oder umgekehrt. Ein Schallwandler kann zum Beispiel ein elektrisches Audiosignal in eine Schallwelle, oder umgekehrt, Schallwellen in ein elektrisches Audiosignal umwandeln.
  • Ein Wandler kann als Sender oder Empfänger konfiguriert sein. Ein Mikrofon beispielsweise wandelt Eingangsenergie (d.h. Schallwellen) in Ausgangsenergie (d.h. ein elektrisches Audiosignal) um. Ein Mikrofon ist sowohl für eine Amplitude als auch für eine Frequenz der Schallwellen empfindlich. Ein Mikrofon ist somit ein Empfänger. Ein empfindlicher Beschleunigungsmesser ist ein weiteres Beispiel für einen Wandler-Empfänger. Ein empfindlicher Beschleunigungsmesser kann beispielsweise dazu verwendet werden, mechanische Schwingungen, die durch Schallwellen verursacht werden, die sich durch ein Medium, wie ein Metall, ausbreiten, in elektrische Signale umzuwandeln, die für die Amplitude und die Frequenz der mechanischen Schwingungen repräsentativ sind, die wiederum repräsentativ für die Amplitude und die Frequenz der Schallwellen sind, welche die mechanischen Schwingungen induzieren.
  • Darüber hinaus sind piezoelektrische Wandler eine Art elektroakustischer Wandler aus bestimmten festen Materialien, die in der Lage sind, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Beispielsweise beginnt eine Schwingung von Piezoelementen, wenn Wechselspannungen angelegt werden. Durch ihre schnelle Antwort - im Bereich von Mikrosekunden und darunter - können sie in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt werden, sogar bei der Erzeugung von Ultraschall.
  • Ein piezoelektrischer Ultraschallwandler erzeugt Ultraschallaktivität, das heißt er erzeugt Ultraschallwellen oberhalb der für das menschliche Ohr hörbaren Frequenzen (d.h. 16 kHz oder größer). Er funktioniert durch schnelle Ausdehnung und Kontraktion, wenn eine geeignete elektrische Frequenz und Spannung angelegt wird. Die Ausdehnung und Kontraktion bringt die Membran des Wandlers zum Vibrieren und erzeugt Ultraschallwellen. Daher ist ein piezoelektrischer Wandler als Sender konfiguriert, der elektrische Audiosignale in Schallwellen umwandelt.
  • Der Wandler 8 ist ein Wandler-Empfänger, der so konfiguriert ist, dass er Eingangsenergie in ein elektrisches Signal umwandelt. Der Wandler 8 kann zum Beispiel ein Mikrofon, ein empfindlicher Beschleunigungsmesser oder ein anderer Wandlertyp sein, der in der Lage ist, eine durch Schallwellen induzierte Eingangsenergie in ein elektrisches Signal umzuwandeln.
  • Wie im Folgenden näher beschrieben wird, werden Schallwellen an einer Achse des Fahrzeugs erzeugt und breiten sich als mechanische Schwingungen durch ein Achsaggregat aus, das mechanisch an die Metallfelge eines Rades gekoppelt ist, wo die mechanischen Schwingungen vom Wandler 8 in Form von Schwingungsenergie detektiert werden. Die Schwingungsenergie kann den mechanischen Schwingungen selbst entsprechen oder die mechanischen Schwingungen können bei der Metallfelge Schallwellen erzeugen, da die mechanischen Schwingungen durch Austreten aus der Struktur der Metallfelge in Schall umgewandelt werden.
  • Wenn der Wandler 8 ein Mikrofon ist, kann ein kleiner Luftspalt zwischen dem Metallrand und dem Wandler 8 vorhanden sein. Hier werden Schallwellen erzeugt, da der durch das Achsaggregat und die Metallfelge laufende Schall bei der Metallfelge austritt. Die Schallwellen werden durch den Luftspalt übertragen und vom Wandler 8 detektiert.
  • Wenn der Wandler 8 ein empfindlicher Beschleunigungsmesser ist, ist der Wandler 8 mechanisch mit der Metallfelge gekoppelt und so konfiguriert, dass er die mechanischen Schwingungen misst, die durch den Schall, der sich durch das Achsaggregat und die Metallfelge ausbreitet, erzeugt werden. Der empfindliche Beschleunigungsmesser misst somit die mechanischen Schwingungen direkt.
  • Falls es sich bei dem Wandler 8 um einen Beschleunigungsmesser handelt, kann es sich um einen einachsigen Beschleunigungsmesser handeln, der auf an Körperschallsignale angepasste Frequenzen empfindlich ist. Alternativ kann der Wandler 8 ein mehrachsiger Beschleunigungsmesser sein, der auch als Beschleunigungssensor 14 funktionieren kann. Das heißt, der Wandler 8 kann den Beschleunigungssensor 14 ersetzen oder mindestens eine Empfindlichkeitsachse desselben ergänzen. In diesem Fall kann der Beschleunigungsmesser mindestens zwei Empfindlichkeitsachsen enthalten, eine zur Erzeugung eines +/-1g-Signals und die andere Empfindlichkeitsachse zur Detektion von Körperschallsignalen. Der Beschleunigungsmesser kann ferner eine dritte, zur ersten Empfindlichkeitsachse orthogonale Empfindlichkeitsachse enthalten und zur Erzeugung eines zweiten +/-1g-Signals verwendet werden. Dabei kann der Wandler 8 ein oder zwei +/-1g-Signale bereitstellen, die zur Bestimmung einer Phasenverschiebung zwischen den beiden +/-1g-Signalen verwendet werden. Beispielsweise können zwei +/-1g-Signale durch die erste und die dritte Empfindlichkeitsachse erzeugt werden, die MCU 12 kann eine Phasenverschiebung zwischen den zwei +/-1g-Signalen bestimmen und ferner eine Position (z.B. Rechtsseiten- oder Linksseiteninformation) des TPMS-Sensormoduls 100 basierend auf der Phasenverschiebung bestimmen. Alternativ kann ein +/-1g-Signal durch den Beschleunigungsmesser 14 und ein anderes +/-1g-Signal durch den Wandler 8 erzeugt werden, und die MCU 12 kann eine Phasenverschiebung zwischen den zwei +/-1g-Signalen zur Lokalisierung des TPMS-Sensormoduls 100 bestimmen.
  • Der mehrachsige Beschleunigungsmesser (d.h. der Wandler 8) kann mit zwei verschiedenen Empfindlichkeiten konfiguriert sein, wobei eine erste Empfindlichkeit bei hohen Frequenzen für die erste und die dritte Empfindlichkeitsachse niedrig ist, die zur Bestimmung der Achsposition des TPMS-Sensormoduls 100 verwendet wird, und eine zweite Empfindlichkeit bei hohen Frequenzen für die zweite Empfindlichkeitsachse hoch ist, die zur Detektion von Körperschallsignalen verwendet wird. Das Konzept besteht darin, dass der Beschleunigungsmesser (d.h. der Wandler 8) ein spezielles und zusätzliches mechanisches Element hat, dessen Resonanzfrequenz auf die Tonträgerfrequenz des Körperschallsignals abgestimmt ist. Aufgrund der Resonanzanregung hat die dominante Achse dieses Elementes einen geringen Einfluss auf seine Empfindlichkeit. Die Beschleunigungsmesserachsen, welche die Fahrzeugbewegung und die +/-1g-Messung detektieren sollen, sind unabhängig von diesem Element und sollten so gestaltet sein, dass ihre Resonanzfrequenz viel niedriger als die Tonträgerfrequenz ist. Sie werden also nicht durch das Schallsignal beeinflusst. Auf diese Weise ist die Beschleunigungsmesserfunktionalität für die Fahrzeugbeschleunigung und die +/-1g-Messung von der Schallwandlerfunktionalität entkoppelt.
  • Unabhängig von der Art des verwendeten Wandlers erzeugt der Wandler 8 ein analoges elektrisches Signal, das repräsentativ für mechanische Schwingungen (d.h. Schallwellen) ist, die sich durch die Metallfelge eines entsprechenden Rades ausbreiten. Der LNA 9 ist so konfiguriert, dass er das elektrische Signal empfängt und das Signal verstärkt, ohne sein Signal-Rausch-Verhältnis wesentlich zu verschlechtern. Der LNA 9 ist zwar nicht auf ein bestimmtes Frequenzband beschränkt, kann aber beispielsweise an eine Trägerwelle mit einer Frequenz von mindestens 16kHz angepasst werden. Das verstärkte Signal wird dann der Empfängerschaltung 10 bereitgestellt, die eine zusätzliche Signalverarbeitung an dem Signal vornehmen kann, bevor sie Information an die MCU 12 bereitstellt.
  • Beispielsweise kann die Empfängerschaltung 10 als Antwort auf die Detektion eines Körperschallsignals eine Detektionsanzeige erzeugen. Zusätzlich oder alternativ kann die Empfängerschaltung 10 ein Körperschallsignal demodulieren, um aus dem Körperschallsignal kodierte Information, Lokalisierungsinformation oder Kommunikationsdaten zu extrahieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Empfängerschaltung 10 Messungen, wie Signalstärkemessungen, an einem Körperschallsignal durchführen und eine gemessene Signalstärke mit einem Schwellenwert vergleichen, um die weitere Vorgehensweise zu bestimmen. Die Empfängerschaltung 10 kann dann die Detektionsanzeige, extrahierte kodierte Information, extrahierte Lokalisierungsinformation oder extrahierte Kommunikationsdaten zur weiteren Verarbeitung an die MCU 12 übertragen.
  • Die Empfängerschaltung 10 kann die Signalstärke eines Signals messen und die Signalstärke mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleichen, um zu verifizieren, dass das bei der Metallfelge detektierte Signal von einem durch ein entsprechendes Achsaggregat übertragenen Körperschallsignal stammt, und nicht von Vibrationen, die durch die Bewegung des Fahrzeugs verursacht werden, von einem anderen Körperschallsignal, das durch ein anderes Achsaggregat übertragen wird, oder von anderen Geräuschen. Das heißt, der vorgegebene Schwellenwert sollte hoch genug sein, um ein Körperschallsignal, das sich durch das entsprechende Achsgehäuse ausbreitet, von anderen mechanischen Schwingungen oder Schallwellen zu unterscheiden, die von Natur aus schwächer sind (z.B. aufgrund von Dämpfung oder von einer schwächeren Quelle stammend). Die vorgegebene Schwelle dient also dazu, nicht relevante Signale herauszufiltern.
  • Insbesondere kann die Empfängerschaltung 10 so konfiguriert sein, dass sie die Signalstärke eines empfangenen Signals misst, die gemessene Signalstärke mit einem vorgegebenen Schwellenwert, wie einem Stärke-Schwellenwert, vergleicht und nur als Antwort auf die gemessene Signalstärke, die den Stärke-Schwellenwert überschreitet, eine Detektionsanzeige erzeugt, die anzeigt, dass das empfangene Signal ein Körperschallsignal ist, das vom entsprechenden Achsgehäuse des Sensormoduls stammt. Andernfalls kann die Detektionsanzeige nicht erzeugt werden und das empfangene Signal ignoriert werden. Mit anderen Worten, die Empfängerschaltung 10 kann feststellen, ob das empfangene Signal ein Körperschallsignal ist oder nicht, das von dem entsprechenden Achsgehäuse des Sensormoduls stammt. Die Empfängerschaltung 10 kann dafür verantwortlich sein, die MCU 12 darüber zu informieren, dass ein von ihrem entsprechenden Achsgehäuse stammendes Körperschallsignal am TPMS-Sensormodul 100 detektiert wurde, und die Detektionsanzeige kann diesem Zweck dienen. Die MCU 12 kann dann ein Kommunikationssignal, wie einen RF-Rahmen (z.B. einen Bestätigungsrahmen), zur Übertragung als Antwort auf den Empfang der Detektionsanzeige von der Empfängerschaltung 10 erzeugen.
  • Alternativ wird auch anerkannt, dass die MCU 12 diese Schwellenwertanalyse durchführen kann, bevor sie entscheidet, ob sie einen RF-Rahmen erzeugt und sendet oder ein empfangenes Signal ignoriert.
  • Die Empfängerschaltung 10 kann auch einen Dekodierer/Demodulator umfassen, der so konfiguriert ist, dass er das Signal dekodiert und/oder die Trägerfrequenz misst. Insbesondere kann die Empfängerschaltung 10 das kodierte Körperschallsignal vom LNA 9 empfangen, das kodierte Körperschallsignal demodulieren, um das Signal in ein Datensignal umzuwandeln und das Datensignal an die MCU 12 ausgeben. Als Antwort kann die MCU 12 ein Kommunikationssignal, wie einen RF-Rahmen, der möglicherweise die detektierten/dekodierten Information über das Signal enthält, zur Übertragung erzeugen und den RF-Rahmen an den Sender 13 senden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Datensignal Kommunikationsdaten entsprechen, die über das kodierte Körperschallsignal empfangen werden, und die MCU 12 kann Kommunikationsdaten empfangen und basierend auf den Kommunikationsdaten eine Aktion durchführen.
  • Die Empfängerschaltung 10 kann das Datensignal an die MCU 12 weiterleiten, wenn das Signal gleich oder größer als der vorgegebene Schwellenwert ist. Andernfalls kann die Empfängerschaltung 10 entscheiden, das detektierte Signal zu ignorieren. Wie oben erwähnt, dient der vorbestimmte Schwellenwert dazu, nicht relevante Signale herauszufiltern. Alternativ kann der Vergleich mit dem vorgegebenen Schwellenwert optional sein, und der Dekodierer kann das Signal ohne diese Bedingung dekodieren.
  • Die MCU 12 enthält ferner den Speicher 19, der so konfiguriert ist, dass er Information darin speichert. Der Speicher 19 kann auch außerhalb der MCU 12 bereitgestellt und stattdessen elektrisch mit dieser gekoppelt sein. Der Speicher 19 kann beispielsweise zur Speicherung von Reifeninformation für jeden Reifen verwendet werden, wie zumindest eines von Reifentyp, Reifendimensionen (z.B. Durchmesser), Reifenkilometer oder Reifenverschleiß. Die Reifeninformation kann für jeden Reifen separat bereitgestellt werden und kann eine Reifenmarke, Reifendimensionen, Reifenmaterialien, Reifensteifigkeitsparameter, Reifenprofilinformation, Reifensaisoninformation (z.B. Winter- oder Sommerreifen) und andere Reifeneigenschaften beinhalten. Der Speicher 19 kann auch numerische Werte speichern, die für eine Laufleistung eines Reifens und/oder einen Verschleiß des Reifens repräsentativ sind. Diese numerischen Werte können von der MCU 12 zum Beispiel aus den Daten des Beschleunigungssensors berechnet werden.
  • Alternativ kann die ECU 110 eine oder mehrere Reifenteilinformationen speichern und die numerischen Werte, die für die Laufleistung eines Reifens und/oder den Verschleiß des Reifens repräsentativ sind, zum Beispiel aus den Beschleunigungssensordaten und der Reifeninformation berechnen und die numerischen Werte im Speicher der ECU 110 speichern.
  • Eine Verarbeitungseinheit, entweder in der MCU 12 oder in der ECU 110, ist so konfiguriert, dass sie ein Maß für die Laufleistung eines Reifens bestimmt, indem sie die Quadratwurzel aus einer Anzahl von Messwerten der Zentrifugalbeschleunigung erhält und anschließend eine Summe der Messwerte bildet, deren Quadratwurzel erhalten wurde. Bei Kenntnis der Werte des Reifenradius und des Einbauradius des Systems kann die Laufleistung auch in absoluten Werten bestimmt werden.
  • Darüber hinaus ist die Verarbeitungseinheit entweder der MCU 12 oder der ECU 110 so konfiguriert, dass sie ein Maß für den Reifenverschleiß Twear eines Reifens bestimmt, indem sie eine Summe aus einer Anzahl von Messwerten der Zentrifugalbeschleunigung bildet. Die Verarbeitungseinheit kann zusätzlich so konfiguriert werden, dass sie den Wert für den Verschleiß durch quadratisches Gewichten einer Winkelgeschwindigkeit bestimmt. Die Winkelgeschwindigkeit ist auch austauschbar mit der Fahrzeugschnelligkeit oder der Fahrzeuggeschwindigkeit. Alternativ kann der Reifenverschleiß Twear basierend auf der Gesamtfahrdistanz des Reifens unter Verwendung einer linearen Beziehung zwischen Distanz und Reifenverschleiß geschätzt werden.
  • Die MCU 12 enthält mindestens eine Verarbeitungsschaltung (z.B. einen Signalprozessor), welche die Sensorsignale einschließlich verschiedener Sensordaten vom Drucksensor 11, dem Beschleunigungssensor 14 und dem Temperatursensor 15 empfängt und die Signalverarbeitung und/oder -konditionierung darauf durchführt. Die mindestens eine Verarbeitungsschaltung kann zum Beispiel rohe Sensormessungen in Sensorwerte (z.B. Reifendruckwerte, Beschleunigungswerte und Temperaturwerte) umwandeln. Zusätzlich kann die mindestens eine Verarbeitungsschaltung der MCU 12 eine oder mehrere der hierin beschriebenen Aufstandsflächendaten, Aufstandsflächendauerdaten, Schnelligkeits-/Geschwindigkeitsdaten, Reifendrehungsdaten, Reifenverschleißdaten und Reifenlastdaten berechnen.
  • Die MCU 12 kann auch eine oder mehrere der Sensorvorrichtungen über Steuersignale steuern. Zum Beispiel kann die MCU 12 ein oder mehrere Sensorvorrichtungen zur Durchführung einer Messung auffordern oder im Speicher 19 gespeicherte Information anfordern.
  • Damit die MCU 12 die Fahrzeuggeschwindigkeit v und die zurückgelegte Strecke berechnen kann, kann die im Speicher 19 gespeicherte Reifendurchmesserinformation zusammen mit den Beschleunigungssensordaten verwendet werden.
  • Alternativ kann die MCU 12 Sensordaten an den Sender 13 zur Übertragung an ein Steuermodul oder an die ECU 110 ausgeben. Beispielsweise kann die MCU 12 Reifendruck p, Dauer der Aufstandsfläche D, Fahrzeuggeschwindigkeit v, Reifenverschleiß Twear und Reifentemperatur Ttemp an den Sender 13 zur Übertragung an die ECU 110 ausgeben. Der Sender 13 kann diese Information in einem Signal oder über mehrere Signale übertragen. Wenn die MCU 12 die Fahrzeuggeschwindigkeit v nicht berechnet, kann die MCU 12 auch (über den Sender 13) die Reifendrehungsperiode Trot und/oder den Reifendurchmesser dtire an das Steuermodul oder die ECU 110 übertragen, so dass das Steuermodul oder die ECU 110 die Fahrzeuggeschwindigkeit v berechnen kann. Wie oben angemerkt kann die ECU 110 die Fahrzeuggeschwindigkeit auch durch andere bekannte Techniken berechnen.
  • Eine Reifenbelastung Fload für jeden Reifen wird basierend auf den oben diskutierten Eingangsparametern und einem Systemmodel zur Reifenbelastungsabschätzung berechnet. Insbesondere beinhalten die Eingabeparameter den Reifendruck p, die Dauer der Aufstandsfläche D, die Fahrzeuggeschwindigkeit v und die Reifentemperatur Ttemp, und können ferner den Reifenverschleiß Twear und Reifeninformation beinhalten.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht einer Radanordnung 200 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Die Radanordnung enthält eine Metallfelge 20 und einen Reifen 21, der auf die Metallfelge 20 montiert ist und einen Hohlraum 22 ausbildet, in welchem der Reifendruck mit einem TPMS-Sensormodul 100 gemessen wird.
  • Ein TPMS-Sensormodul 100 gemäß den offenbarten Ausführungsformen ist entweder direkt auf den Felgenkörper der Felge 20 montiert oder über ein Radventil 23 am Felgenrand angebracht. Das TPMS-Sensormodul 100 ist fest mit dem Metallteil der Radanordnung gekoppelt, um die Körperschallsignale zu empfangen. Dementsprechend zeigt 2 zwei mögliche Positionen für die Montage des TPMS-Sensormoduls 100.
  • An einer ersten Position, repräsentiert durch das TPMS-Sensormodul 100x, ist das TPMS-Sensormodul 100 mechanisch direkt mit der Metallfelge 20 gekoppelt, die gemäß einem Körperschallsignal schwingt. Der Wandler 8 kann so konfiguriert werden, dass er direkt mechanische Schwingungen misst, die durch ein Körperschallsignal induziert werden, oder indirekt die mechanischen Schwingungen misst, die durch ein Körperschallsignal induziert werden, indem Schallwellen gemessen werden, die durch die mechanischen Schwingungen in der Nähe des TPMS-Sensormoduls 100 erzeugt werden.
  • An einer zweiten Position, die durch das TPMS-Sensormodul 100y dargestellt wird, ist das TPMS-Sensormodul 100 mechanisch mit dem Radventil 23 der Radanordnung 200 gekoppelt, wobei das Ventil 23 gemäß einem Körperschallsignal schwingt. Um eine gute Kopplung an die mechanischen Schwingungen aufrechtzuerhalten, sollte das Ventil 23 mechanisch auf eine Weise an die Metallfelge 20 gekoppelt sein, dass die mechanischen Schwingungen von der Metallfelge 20 zu dem Ventil 23 übertragen werden (d.h., um Signalverluste zu vermeiden). Ein Metallradventil ist daher für eine solche Aufgabe gut geeignet. Der Wandler 8 kann so konfiguriert sein, dass er direkt die durch ein Körperschallsignal induzierten mechanischen Schwingungen misst oder indirekt die durch ein Körperschallsignal induzierten mechanischen Schwingungen durch die Messung von Schallwellen, die durch die mechanischen Schwingungen in der Nähe des TPMS-Sensormoduls 100 erzeugt werden, misst.
  • 3 ist eine schematische Darstellung eines Körperschallsystems 300 für einen Zugmaschinenanhänger gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Insbesondere zeigt 3 eine Unteransicht eines Zugmaschinenanhängers, der mit dem Körperschallsystem 300 konfiguriert ist. Ein Zugmaschinenanhänger beinhaltet eine Zugmaschine 301, die den Hauptfahrzeugraum bildet, und einen Anhänger 302, der an die Zugmaschine 301 angehängt ist und typischerweise mehrere Hinterachsen hat. In diesem Fall hat der Anhänger 302 drei Hinterachsaggregate 303, 304 und 305. Somit können mehrere Achsaggregate nahe beieinander liegen, so dass zwei benachbarte Radanordnungen 200 nicht mehr als einen Reifendurchmesser voneinander entfernt sind.
  • Jedes Achsaggregat 303-305 umfasst ein Achsgehäuse, das mechanisch am Anhänger 302 befestigt ist. Jedes Achsgehäuse nimmt eine entsprechende Achse auf und ist mechanisch mit ihr gekoppelt. Die Achsgehäuse sind drehfest (d.h. sie drehen sich nicht). Jede Achse ist so konfiguriert, dass sie sich innerhalb des Gehäuses dreht und mechanisch mit zwei Radanordnungen 200 gekoppelt ist. Insbesondere ist jede Achse mechanisch mit einer Metallfelge 20 jeder Radanordnung 200 gekoppelt, die sich bei der Drehung der Achse dreht. Die Achsgehäuse sind daher in 3 zu sehen, wobei jede Achse in einem entsprechenden Achsgehäuse angeordnet ist. Es besteht ein vollständiger Metallweg von einem Achsaggregat (d.h. aus Metall) zu einer Metallfelge 20, der einen Weg für das Tragen eines Körperschallsignals in Form von mechanischen Schwingungen bereitstellt, das sich entlang des Weges von dem Achsaggregat zur Metallfelge 20 bewegt.
  • Das Körperschallsystem 300 beinhaltet sechs Radanordnungen 200a-200e, die zusammen als Radanordnungen 200 bezeichnet werden. Außerdem enthält jede Radanordnung 200 ein TPMS-Sensormodul 100. Das Körperschallsystem 300 umfasst somit sechs TPMS-Sensormodule 100a-100e, die zusammen als TPMS-Sensormodule 100 bezeichnet werden.
  • Das Körperschallsystem 300 beinhaltet ferner drei Schallwandler 306-308 (z.B. piezoelektrische Wandler), die durch ein Kopplungsmedium 309-311 an das entsprechende Achsaggregat 303-305 (z.B. an ein Achsgehäuse oder eine Achse) gekoppelt sind. In einigen Fällen können die Wandler 306-308 mechanisch an die Radaufhängungsbaugruppe gekoppelt sein. Ein solches Kopplungsmedium 309-311 wird benötigt, um Oberflächenrauigkeiten auszugleichen und somit Luftspalte bei der Schnittstelle zwischen einem Schallwandler 306-308 und einem Achsaggregat zu vermeiden. Das Kopplungsmedium 309-311 kann daher ein weiches Medium wie Klebstoff (z.B. Silikon- oder Schmelzkleber) oder Bitumen sein. Typischerweise ist das Kopplungsmedium 309-311 eine nichtmetallische Schicht mit einer Dicke von weniger als 100 Mikrometer.
  • Die Schallwandler 306-308 sind so konfiguriert, dass sie Schallwellen (z.B. Ultraschall oder Nahe-Ultraschall) zur Lokalisierung der TPMS-Sensormodule 100a-100f und zur Übertragung von Kommunikationssignalen, wie Datensignalen (z.B. Konfigurationssignale, Programmiersignale oder Steuersignale), an diese erzeugen. Somit werden die Schallwandler 306-308 bei Frequenzen von 16kHz oder größer moduliert. Die Schallwellen induzieren ein Körperschallsignal (SBS, Structure Borne Sound), das sich in Form von mechanischen Schwingungen vom Achsgehäuse zu jeder Metallfelge 20 jeder an das entsprechende Achsgehäuse gekoppelten Radanordnung 200 bewegt. Mit anderen Worten, ein Körperschallsignal (SBS) strahlt von einem Schallwandler in beiden seitlichen Richtungen eines Achsaggregats nach außen ab, so dass die an gegenüberliegenden Enden des Achsaggregats angeordneten Radanordnungen 200 ein Körperschallsignal (SBS) erhalten. Um zumindest in der Nähe von Ultraschall zu sein, kann das Körperschallsignal außerdem ein moduliertes Trägersignal sein, das sich als mechanische Schwingungen mit einer Trägerfrequenz von mindestens 16kHz ausbreitet.
  • Das Körperschall-(SBS-)Signal wird von dem Achsaggregat zur Metallfelge 20 geleitet, wo das TPMS-Sensormodul 100 das Signal empfangen, dekodieren (abhängig von der verwendeten Modulation) und ein Kommunikationssignal (z.B. eine RF-Antwort) an einen zentralen Empfänger (z.B. an ein Steuermodul oder eine ECU 110) senden kann. Dieser zentrale Empfänger kann dann die von jedem TPMS-Sensormodul 100 gesendete Information verwenden, um die genaue Position jedes TPMS-Sensormoduls 100 zu identifizieren.
  • Das Körperschallsystem 300 beinhaltet ferner ein Steuermodul 312, das elektrisch an eine Fahrzeugstromversorgung 313 der Zugmaschine 301 gekoppelt ist. Die Fahrzeugstromversorgung 313 ist eine Batterie der Zugmaschine 301, die das Steuermodul 312 mit Strom versorgt. Das Steuermodul 312 ist elektrisch mit den Schallwandlern 306-308 gekoppelt und verwendet die von der Fahrzeugstromversorgung 313 gelieferte Energie zum Treiben der Schallwandler 306-308. Insbesondere ist das Steuermodul 312 ein Controller, der Eingangssignale mit elektrischer Frequenz und Spannung an die Schallwandler 306-308 anlegt, um diese zu treiben.
  • Das Steuermodul 312 enthält einen RF-Sendeempfänger 314, einen Verarbeitungskern 315 und einen Treiber 316. Der RF-Sendeempfänger 314 enthält mindestens eine Antenne zum Empfangen von RF-Signalen, die von den Sendern 13 der TPMS-Sensormodule 100 übertragen werden, und zum Übertragen von Information an die ECU 110.
  • Der Treiber 16 ist so konfiguriert, dass er jeden der Schallwandler 306-308 über Eingangssignale gemäß vom Verarbeitungskern 315 bereitgestellten Steuersignalen treibt.
  • Zusätzlich oder alternativ kann der Verarbeitungskern 315 des Steuermoduls 312 die Position jedes TPMS-Sensormoduls 100 bestimmen und jede Position in der Form oder Positionsinformation über den Sendeempfänger 314 an die ECU 110 übertragen. Das Steuermodul 312 kann auch Sensorinformation von jedem TPMS-Sensormodul 100 empfangen und die Sensorinformation an die ECU 110 senden.
  • Jedes TPMS-Sensormodul 100 hat eine eindeutige Kennung (ID), die ihm eindeutig entspricht. Folglich kann jedes TPMS-Sensormodul 100 ein RF-Signal mit seiner ID übertragen. Auf diese Weise kann das Steuermodul 312 und/oder die ECU 110 in der Lage sein, die von verschiedenen TPMS-Sensormodulen 100 übertragenen Signale/Informationen zu unterscheiden und das TPMS-Sensormodul 100 zu identifizieren, von dem ein Signal/eine Information stammt.
  • Für die Lokalisierung jedes TPMS-Sensormoduls 100a-100f unter Verwendung der Schallwandler 306-308 kann eine Reihe von Ansätzen verwendet werden. In einem Beispiel kann jeder Schallwandler 306-308 durch das Steuermodul 312 nacheinander ausgelöst werden. Bei diesem Ansatz aktiviert das Steuermodul 312 jeweils nur einen Schallwandler 306-308, der einem entsprechenden Achsaggregat 309-311 entspricht.
  • Die Wandler 8 der TPMS-Sensormodule 100, die mit dem jeweiligen Achsaggregat 309-311 gekoppelt sind, würden dann das vom entsprechenden Schallwandler 306-308 induzierte Körperschallsignal empfangen. Jedes TPMS-Sensormodul 100, welches das Körperschallsignal empfängt, würde dann durch Senden eines RF-Signals (z.B. eines RF-Rahmens, wie eines Bestätigungsrahmens (ACK), mit seiner ID) an das Steuermodul 312 antworten, das anzeigt, dass ein Körperschallsignal empfangen wurde. Die Antwort kann sofort als Antwort auf das Detektieren und möglicherweise Verifizieren des Körperschallsignals gesendet werden. Da das Steuermodul 312 weiß, welcher Schallwandler 306-308 aktiviert wurde, kann es auf die Position der TPMS-Sensormodule 100, die mit einem RF-Signal antworten, schließen, durch Assoziieren der Position mit dem entsprechenden Achsaggregat 309-311.
  • Insbesondere ist die Empfängerschaltung 10 der TPMS-Sensormodule 100 so konfiguriert, dass sie das Körperschallsignal detektiert und eine Detektionsanzeige erzeugt, dass das Körperschallsignal detektiert wurde. Die Empfängerschaltung 10 kann ferner bestimmen, ob die Detektionsanzeige basierend auf einem Signalstärkeschwellwerttest erzeugt werden soll, wodurch das empfangene Signal als ein von einem entsprechenden Achsgehäuse stammendes Körperschallsignal verifiziert wird, wie zuvor beschrieben.
  • Die Verarbeitungsschaltung des TPMS-Sensormoduls 100, wie die MCU 12, kann die Detektionsanzeige von der Empfängerschaltung 10 empfangen, die anzeigt, dass ein Körperschallsignal von einem entsprechenden Achsgehäuse detektiert wurde, und als Antwort auf den Empfang der Detektionsanzeige ein Kommunikationssignal (d.h. das RF-Signal) erzeugen. Der RF-Sender 13 kann dann das Kommunikationssignal an das Steuermodul 312 übertragen.
  • Das RF-Signal kann auch Beschleunigungsinformation, Rotationsinformation oder Lokalisierungsinformation (z.B. Linksseiten- oder Rechtsseiteninformation) enthalten, die durch die MCU 12 vom Beschleunigungssensor 14 oder vom Wandler 8 abgeleitet werden. Zum Beispiel kann die MCU 12 ein +-1g-Signal verwenden, das vom Beschleunigungssensor 14 oder vom Wandler 8, wie oben beschrieben, erzeugt wird, um eine Drehrichtung (z.B. im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) eines TPMS-Sensormoduls 100 zu identifizieren. Die Drehrichtung kann ferner dazu verwendet werden, zu bestimmen, auf welcher Seite einer Achse (d.h. des Fahrzeugs) sich das TPMS-Sensormodul 100 befindet. Diese Information kann verwendet werden, um zwei TPMS-Sensormodule 100 zu unterscheiden, die an dasselbe Achsaggregat 309-311 gekoppelt sind, und ferner um die genaue Position der zwei TPMS-Sensormodule 100 zu identifizieren.
  • Zum Beispiel haben zwei an entgegengesetzte Seiten einer Achse gekoppelte Radanordnungen entgegengesetzte Drehrichtungen. Daher kann das Steuermodul 312, basierend auf der Drehrichtung eines TPMS-Sensormoduls 100, identifizieren, auf welcher Seite (z.B. einer rechten Seite oder einer linken Seite) sich ein TPMS-Sensormodul 100 befindet. Mit dieser Information kann das Steuermodul 312 eine Achse und eine Position auf dieser Achse identifizieren, an der sich ein TPMS-Sensormodul 100 befindet.
  • Da die Schallwandler 306-308 einzeln ausgelöst werden, können die Schallwellen und damit die Körperschallsignale selbst eine einfache Trägerwelle auf einer festen Frequenz sein. Folglich dürfen die TPMS-Sensormodule 100a-100f, nämlich deren Empfängerschaltungen 10, nur einen Signaltyp dekodieren können, der für jede Achse gleich sein kann.
  • In einem anderen Beispiel kann das Steuermodul 312 so konfiguriert sein, dass es mehrere oder alle Schallwandler 306-308 gleichzeitig auslöst. In diesem Fall kann jeder Wandler 306-308 ein anderes Eingangssignal vom Steuermodul 312 empfangen, so dass jeder Wandler 306-308 unterschiedliche, unterscheidbare Schallwellen und folglich unterschiedliche Körperschallsignale erzeugt. Somit kann jedes Körperschallsignal für ein entsprechendes Achsaggregat 309-311 eindeutig sein zur Detektion bei den entsprechenden TPMS-Sensormodulen 100a-100f.
  • Zum Beispiel können die verschiedenen Körperschallsignale unterschiedliche Frequenzen haben, die von dem jeweiligen Wandler 8 gemessen und von der jeweiligen Empfängerschaltung 10 identifiziert werden. Alternativ kann das Steuermodul 312 einige Daten in jedes Körperschallsignal kodieren, indem es die von einem Schallwandler erzeugte Schallwelle moduliert und damit das Körperschallsignal moduliert. Zum Beispiel kann das Steuermodul 312 einige Daten in jedes Körperschallsignal kodieren unter Verwendung von ASK- (Amplitude Shift Keying) oder FSK (Frequency Shift Keying)-Modulation.
  • Diese kodierte Information kann von einer Empfängerschaltung extrahiert werden, um ein entsprechendes Achsaggregat zu identifizieren. Jedes der TPMS-Sensormodule 100a-100f würde an seinem Wandler 8 ein entsprechendes Körperschallsignal empfangen und an seiner Empfängerschaltung 10 die Trägerfrequenz des Körperschallsignals dekodieren und/oder messen. Als Antwort auf die Dekodierung und/oder Messung der Trägerfrequenz des Körperschallsignals würde jedes TPMS-Sensormodul 100a-100f einen RF-Rahmen (z.B. einen ACK-Rahmen) an das Steuermodul 312 senden. Der RF-Rahmen kann die detektierte/dekodierte Information des jeweiligen Körperschallsignals als kodierte Information enthalten sowie eine ID des TPMS-Sensormoduls 100a-100f und Beschleunigungsinformation oder Rotationsinformation. Die detektierte/dekodierte Information verhält sich hier wie ein eindeutiger Achsaggregat-Identifikator, der ein Achsaggregat von den anderen unterscheidet.
  • Zusätzlich ist die Empfängerschaltung 10 der TPMS-Sensormodule 100 so konfiguriert, dass sie das Körperschallsignal detektiert und eine Detektionsanzeige erzeugt, dass das Körperschallsignal erkannt wurde. Die Empfängerschaltung 10 kann die Detektionsanzeige zusammen mit der kodierten Information der MCU 12 bereitstellen. Die Empfängerschaltung 10 kann ferner bestimmen, ob die Detektionsanzeige basierend auf einem Signalstärkeschwellwerttest erzeugt werden soll, wodurch das empfangene Signal als Körperschallsignal, das von einem entsprechenden Achsgehäuse stammt verifiziert wird, wie zuvor beschrieben. Wenn zum Beispiel ein Wandler 8 in der Lage ist, ein „fremdes“ Körperschallsignal, das von einem anderen Achsaggregat stammt, aufzufangen, kann das fremde Körperschallsignal erheblich gedämpft werden, so dass es den Stärke-Schwellenwert nicht überschreitet.
  • Als Antwort auf den RF-Rahmen ist das Steuermodul 312 in der Lage, ein TPMS-Sensormodul 100a-100f basierend auf der Sensormodul-ID zu lokalisieren, eine Achse basierend auf der detektierten/dekodierten Information, und eine Position auf dieser Achse, bei der das TPMS-Sensormodul 100 sich befindet, basierend auf der Beschleunigungsinformation oder der Rotationsinformation.
  • Im Falle von Übersprechen zwischen einem Schallwandler, der an einem Achsaggregat montiert ist, und einem TPMS-Sensormodul, das an ein anderes Achsaggregat gekoppelt ist, kann das TPMS-Sensormodul (d.h. die Empfängerschaltung 10 oder die MCU 12) einen geeigneten Auswahlalgorithmus zusätzlich oder alternativ zu dem oben erwähnten Signalstärkeschwellwerttest verwenden.
  • Um einen solchen Algorithmus zu ermöglichen, können die Wandler 306-308 ein moduliertes und kodiertes Signal mit einem unterschiedlichen Code für jedes Achsaggregat verwenden. Der Algorithmus im TPMS-Sensormodul ist so konfiguriert, dass er eine bestimmte Zeit wartet (d.h. ein Messzeitfenster oder eine Time-Out-Periode) nach dem Empfang eines ersten Signals mit einem ersten Code für den Empfang weiterer Signale. Die Empfängerschaltung 10 jedes TPMS-Sensormoduls 100a-100f ist so konfiguriert, dass sie die Signalstärke der empfangenen Signale misst, um einen entsprechenden RSSI (Received Signal Strength Indicator)-Wert zu bestimmen. Der Algorithmus speichert die empfangenen Codes zusammen mit dem RSSI-Wert. Schließlich wird der Code mit dem höchsten RSSI-Wert zusammen mit der TPMS-Sensormodul-ID an das Steuermodul 312 zurückgesendet. Als Ergebnis ist das Steuermodul 312 in der Lage, ein TPMS-Sensormodul basierend auf dem empfangenen Code und der ID zu lokalisieren.
  • Die Körperschallsignale können auch für die Kommunikation mit den TPMS-Sensormodulen 100a-100f verwendet werden. Zum Beispiel können die Körperschallsignale Datennachrichten zu den TPMS-Sensormodulen 100a-100f übertragen. Die ECU 110 oder das Steuermodul 312 kann Datennachrichten erzeugen, und das Steuermodul 312 kann einen entsprechenden Schallwandler 306-308 modulieren, um die Datennachricht über ein Körperschallsignal an sein entsprechendes TPMS-Sensormodul 100a-100f zu übertragen.
  • Die Datennachricht kann eine Anfrage für bestimmte Sensordaten oder andere Rückmeldeinformation, Konfigurationsinformation, die zur Konfiguration des TPMS-Sensormoduls verwendet wird, einen Befehl, der das TPMS-Sensormodul anweist, eine andere Aktion durchzuführen (z.B. einen Wake-Up- oder einen Power-Down-Befehl), Firmware-Code zur Programmierung des TPMS-Sensormoduls, usw. enthalten. Ein FSK- oder ASK-moduliertes Trägerwellensignal kann für die Datenkommunikation verwendet werden. Wenn der Wandler 8 ein Beschleunigungsmesser ist, können hochenergetische Impulse für das Körperschallsignal verwendet werden. Darüber hinaus können Daten durch Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen kodiert werden (z.B. Pulsdichtemodulation).
  • Die Empfängerschaltung 10 jedes TPMS-Sensormoduls 100a-100f ist so konfiguriert, dass sie die Körperschallsignale dekodiert und die Daten daraus extrahiert. Darüber hinaus können Datennachrichten getrennt von Lokalisierungsanfragen gesendet werden und durch verschiedene Modulationen davon unterscheidbar sein.
  • Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass viele weitere Ausführungsformen und Implementierungen im Rahmen der Offenbarung möglich sind. Dementsprechend soll die Erfindung nicht eingeschränkt werden, außer im Hinblick auf die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente. Hinsichtlich der verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Baugruppen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systeme, usw.) erfüllt werden, sollen die zur Beschreibung dieser Komponenten verwendeten Begriffe (einschließlich eines Verweises auf ein „Mittel“), sofern nicht anders angegeben, jeder Komponente oder jeder Struktur entsprechen, welche die beschriebene Funktion des beschriebenen Bauteils erfüllt (d.h. funktionell äquivalent ist), auch wenn sie nicht strukturell äquivalent zu der offenbarten Struktur ist, welche die Funktion in den hierin dargestellten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung erfüllt.
  • Darüber hinaus werden hiermit die folgenden Ansprüche in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich allein als separate Beispielausführungsform stehen kann. Während jeder Anspruch für sich allein als separate Beispielausführungsform stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispielausführungsformen auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hierin vorgeschlagen, es sei denn, es wird angegeben, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Darüber hinaus ist beabsichtigt, auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch einzubeziehen, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt von dem unabhängigen Anspruch abhängig gemacht wird.
  • Es ist ferner zu beachten, dass die in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbarten Verfahren durch eine Vorrichtung implementiert werden können, die Mittel zur Durchführung jeder der jeweiligen Handlungen dieser Verfahren hat, und umgekehrt, wenn eine Funktion oder ein Satz von Funktionen, die im Zusammenhang mit der Implementierung einer oder mehrerer Vorrichtungen beschrieben werden, als Verfahren ausgeführt werden kann.
  • Ferner ist zu verstehen, dass die Offenbarung mehrerer Handlungen oder Funktionen, die in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbart werden, nicht so ausgelegt werden kann, dass sie in der spezifischen Reihenfolge ist. Daher wird die Offenbarung mehrerer Handlungen oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge beschränken, es sei denn, diese Handlungen oder Funktionen sind aus technischen Gründen nicht austauschbar. Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen eine einzige Handlung mehrere Unterhandlungen enthalten oder in mehrere Unterhandlungen unterteilt sein. Solche Unterhandlungen können eingeschlossen und Teil der Offenbarung dieser einzelnen Handlung sein, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen sind.
  • Die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken können zumindest teilweise in Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination davon implementiert sein. Beispielsweise können verschiedene Aspekte der beschriebenen Techniken in einem oder mehreren Prozessoren implementiert sein, einschließlich eines oder mehrerer Mikroprozessoren, DSPs (Digital Signal Processors), ASICs (Application Specific Integrated Circuits) oder anderer äquivalenter integrierter oder diskreter Logikschaltungen sowie beliebiger Kombinationen solcher Komponenten. Der Begriff „Prozessor“, „Verarbeitungsschaltung“ oder ähnliches kann sich im Allgemeinen auf jede der vorgenannten logischen Schaltungen beziehen, allein oder in Kombination mit anderen logischen Schaltungen oder anderen äquivalenten Schaltungen. Eine Steuereinheit einschließlich Hardware kann auch eine oder mehrere der Techniken dieser Offenbarung durchführen. Solche Hardware, Software und Firmware können innerhalb derselben Vorrichtung oder in separaten Vorrichtungen implementiert sein, um die verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken zu unterstützen.
  • Obwohl verschiedene beispielhafte Ausführungsformen offenbart worden sind, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die einige der Vorteile der hierin offenbarten Konzepte erreichen, ohne vom Geist und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Es wird für den Fachmann offensichtlich sein, dass andere Komponenten, welche die gleichen Funktionen erfüllen, in geeigneter Weise ersetzt werden können. Es ist zu verstehen, dass auch andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass der Umfang der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Es ist zu erwähnen, dass Merkmale, die mit Bezug auf eine bestimmte Figur erklärt sind, mit Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden können, auch in den nicht ausdrücklich erwähnten. Solche Änderungen des allgemeinen erfinderischen Konzepts sollen durch die beigefügten Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente abgedeckt werden.

Claims (25)

  1. Reifendruck-Überwachungssystem (TPMS)-Sensormodul, umfassend: einen Drucksensor (11), der so konfiguriert ist, dass er einen inneren Luftdruck eines Reifens misst und Reifendruckinformation erzeugt; einen Wandler (8), der so konfiguriert ist, dass er ein durch Schallwellen induziertes Körperschallsignal empfängt; eine Empfängerschaltung (10), die elektrisch mit dem Wandler (8) verbunden und so konfiguriert ist, dass sie das Körperschallsignal detektiert und eine Detektionsanzeige erzeugt, dass das Körperschallsignal detektiert worden ist; eine Verarbeitungsschaltung, die elektrisch mit dem Drucksensor (11) und der Empfängerschaltung (10) verbunden und so konfiguriert ist, dass sie die Reifendruckinformation von dem Drucksensor (11) empfängt, die Detektionsanzeige von der Empfängerschaltung (10) empfängt, und ein Kommunikationssignal erzeugt als Antwort auf das Empfangen der Detektionsanzeige; und einen Sender (13), der elektrisch mit der Verarbeitungsschaltung verbunden und konfiguriert ist, das Kommunikationssignal zu übertragen.
  2. TPMS-Sensormodul nach Anspruch 1, wobei das Körperschallsignal ein moduliertes Trägersignal ist, das sich als mechanische Schwingungen mit einer Trägerfrequenz von über 16 kHz ausbreitet.
  3. TPMS-Sensormodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Empfängerschaltung (10) so konfiguriert ist, dass sie das Körperschallsignal dekodiert und der Verarbeitungsschaltung aus dem dekodierten Körperschallsignal abgeleitete Daten bereitstellt, und die Verarbeitungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie das Kommunikationssignal einschließlich der aus dem dekodierten Körperschallsignal abgeleiteten Daten und einer eindeutigen Kennung, die dem TPMS-Sensormodul entspricht, erzeugt.
  4. TPMS-Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wandler (8) ein Mikrofon oder ein Beschleunigungsmesser ist.
  5. TPMS-Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Empfängerschaltung (10) so konfiguriert ist, dass sie eine Signalstärke des detektierten Körperschallsignals misst, die gemessene Signalstärke mit einem Stärke-Schwellenwert vergleicht, und die Detektionsanzeige nur als Antwort auf die gemessene Signalstärke, die den Stärke-Schwellenwert überschreitet, erzeugt.
  6. TPMS-Sensormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: der Wandler (8) ein Beschleunigungsmesser mit einer ersten Empfindlichkeitsachse ist, die so konfiguriert ist, dass sie ein +/-1g-Signal erzeugt, und einer zweiten Achse, die so konfiguriert ist, dass sie das Körperschallsignal detektiert, und die Verarbeitungsschaltung konfiguriert ist, Lokalisierungsinformation in Bezug auf eine Position des TPMS-Sensormoduls basierend auf dem +/-1g-Signal zu erzeugen.
  7. Reifendruck-Überwachungssystem (TPMS), umfassend: einen ersten Schallwandler (306-308), der mechanisch mit einem ersten Achsaggregat (309-311) gekoppelt ist, wobei der erste Schallwandler (306-308) so konfiguriert ist, dass er erste Schallwellen basierend auf einem ersten Eingangssignal erzeugt; ein erstes Rad umfassend eine erste Metallfelge, die mechanisch mit dem ersten Achsaggregat (309-311) gekoppelt ist; ein erstes TPMS-Sensormodul (100), das mechanisch mit der ersten Metallfelge gekoppelt ist, wobei das erste TPMS-Sensormodul (100) umfasst: einen ersten Drucksensor (11), der so konfiguriert ist, dass er einen inneren Luftdruck eines an dem ersten Rad montierten Reifens misst und erste Reifendruckinformation erzeugt; einen ersten Wandler-Empfänger (8), der so konfiguriert ist, dass er ein erstes Körperschallsignal empfängt, das durch die ersten Schallwellen induziert wird; eine erste Empfängerschaltung (10), die elektrisch mit dem ersten Wandler-Empfänger (8) verbunden und so konfiguriert ist, dass sie das erste Körperschallsignal detektiert und eine erste Detektionsanzeige erzeugt, dass das erste Körperschallsignal detektiert worden ist; eine erste Verarbeitungsschaltung, die elektrisch mit dem ersten Drucksensor (11) und der ersten Empfängerschaltung (10) verbunden und so konfiguriert ist, dass sie die erste Reifendruckinformation von dem ersten Drucksensor (11) empfängt, die erste Detektionsanzeige von der ersten Empfängerschaltung (10) empfängt, und ein erstes Kommunikationssignal erzeugt als Antwort auf das Empfangen der ersten Detektionsanzeige; und einen ersten Sender (13), der elektrisch mit der ersten Verarbeitungsschaltung verbunden und so konfiguriert ist, dass er das erste Kommunikationssignal überträgt; und einen Controller (312), der so konfiguriert ist, dass er den ersten Schallwandler (306-308) über das erste Eingangssignal treibt, um das erste Körperschallsignal zu erzeugen.
  8. TPMS nach Anspruch 7, wobei sich das erste Körperschallsignal, das durch die ersten Schallwellen induziert wird, entlang eines Ganzmetallweges von dem ersten Achsaggregat (309-311) bis zu der ersten Metallfelge ausbreitet.
  9. TPMS nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Controller (312) so konfiguriert ist, dass er das erste Kommunikationssignal empfängt und eine Position des ersten TPMS-Sensormoduls (100) basierend auf dem ersten Kommunikationssignal bestimmt.
  10. TPMS nach Anspruch 9, ferner umfassend: eine Fahrzeug-ECU (Electronic Control Unit) (110), wobei der Controller (312) so konfiguriert ist, dass er ein zweites Kommunikationssignal an die Fahrzeug-ECU (110) überträgt, wobei das zweite Kommunikationssignal die Position des ersten TPMS-Sensormoduls (100) enthält.
  11. TPMS nach einem der Ansprüche 7 bis 10, ferner umfassend: ein Kopplungsmedium (309-311), das so konfiguriert ist, dass es den ersten Schallwandler (306-308) mit dem ersten Achsaggregat (309-311) koppelt, wobei das Kopplungsmedium (309-311) eine Nichtmetallschicht mit einer Dicke von weniger als 100 Mikrometer ist.
  12. TPMS nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei: der erste Schallwandler (306-308) ein piezoelektrischer Ultraschallwandler ist, und der erste Wandler-Empfänger (8) ein Mikrofon oder ein Beschleunigungsmesser ist.
  13. TPMS nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei: die erste Empfängerschaltung (10) so konfiguriert ist, dass sie das erste Körperschallsignal dekodiert und der ersten Verarbeitungsschaltung Daten, die von dem dekodierten ersten Körperschallsignal abgeleitet sind, bereitstellt, und die erste Verarbeitungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie das erste Kommunikationssignal einschließlich der Daten, die von dem dekodierten ersten Körperschallsignal abgeleitet sind, und einer eindeutigen Kennung, die dem ersten TPMS-Sensormodul (100) entspricht, erzeugt.
  14. TPMS nach einem der Ansprüche 7 bis 13, ferner umfassend: einen zweiten Schallwandler (306-308), der mechanisch mit einem zweiten Achsaggregat (309-311) gekoppelt ist, wobei der zweite Schallwandler (306-308) so konfiguriert ist, dass er basierend auf einem zweiten Eingangssignal zweite Schallwellen erzeugt; ein zweites Rad umfassend eine zweite Metallfelge, die mechanisch mit dem zweiten Achsaggregat (309-311) gekoppelt ist; und ein zweites TPMS-Sensormodul (100), das mechanisch mit der zweiten Metallfelge gekoppelt ist, wobei das zweite TPMS-Sensormodul (100) umfasst: einen zweiten Drucksensor (11), der so konfiguriert ist, dass er einen inneren Luftdruck eines an dem zweiten Rad montierten Reifens misst und zweite Reifendruckinformation erzeugt; einen zweiten Wandler-Empfänger (8), der so konfiguriert ist, dass er ein zweites Körperschallsignal empfängt, das durch die zweiten Schallwellen induziert wird; eine zweite Empfängerschaltung (10), die elektrisch mit dem zweiten Wandler-Empfänger (8) verbunden und so konfiguriert ist, dass sie das zweite Körperschallsignal detektiert und eine zweite Detektionsanzeige erzeugt, dass das zweite Körperschallsignal detektiert worden ist; eine zweite Verarbeitungsschaltung, die elektrisch mit dem zweiten Drucksensor (11) und der zweiten Empfängerschaltung (10) verbunden und so konfiguriert ist, dass sie die zweite Reifendruckinformation von dem zweiten Drucksensor (11) empfängt, die zweite Detektionsanzeige von der zweiten Empfängerschaltung (10) empfängt, und ein zweites Kommunikationssignal erzeugt als Antwort auf die zweite Detektionsanzeige; und einen zweiten Sender (13), der elektrisch mit der zweiten Verarbeitungsschaltung verbunden und so konfiguriert ist, dass er das zweite Kommunikationssignal überträgt; und wobei der Controller (312) so konfiguriert ist, dass er den zweiten Schallwandler (306-308) über das zweite Eingangssignal treibt, um das zweite Körperschallsignal zu erzeugen.
  15. TPMS nach Anspruch 14, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er den ersten Schallwandler (306-308) und den zweiten Schallwandler (306-308) zu unterschiedlichen Zeiten sequentiell treibt, und ein entsprechendes Achsaggregat unter dem ersten Achsaggregat (309-311) und dem zweiten Achsaggregat (309-311) bestimmt, denen das erste TPMS-Sensormodul (100) und das zweite TPMS-Sensormodul (100) entsprechen basierend auf dem ersten Kommunikationssignal und dem zweiten Kommunikationssignal.
  16. TPMS nach Anspruch 14, wobei der Controller (312) konfiguriert ist, gleichzeitig den ersten Schallwandler (306-308) und den zweiten Schallwandler (306-308) zu treiben, und ein entsprechendes Achsaggregat unter dem ersten Achsaggregat (309-311) und dem zweiten Achsaggregat (309-311) zu bestimmen, denen das erste TPMS-Sensormodul (100) und das zweite TPMS-Sensormodul (100) entsprechen basierend auf dem ersten Kommunikationssignal und dem zweiten Kommunikationssignal.
  17. TPMS nach Anspruch 16, wobei: der Controller (312) so konfiguriert ist, dass er den ersten Schallwandler (306-308) und den zweiten Schallwandler (306-308) treibt, so dass das erste Körperschallsignal anders kodiert ist als das zweite Körperschallsignal, die erste Empfängerschaltung (10) so konfiguriert ist, dass sie erste kodierte Information aus dem Körperschallsignal extrahiert, und die erste Verarbeitungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie die erste kodierte Information in das erste Kommunikationssignal einschließt, die zweite Empfängerschaltung (10) so konfiguriert ist, dass sie zweite kodierte Information aus dem Körperschallsignal extrahiert, und die zweite Verarbeitungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie die zweite kodierte Information in das zweite Kommunikationssignal einschließt, und der Controller (312) konfiguriert ist, das entsprechende Achsaggregat unter dem ersten Achsaggregat (309-311) und dem zweiten Achsaggregat (309-311) zu bestimmen, denen das erste TPMS-Sensormodul (100) und das zweite TPMS-Sensormodul (100) entsprechen basierend auf der empfangenen ersten kodierten Information und der empfangenen zweiten kodierten Information.
  18. TPMS nach Anspruch 17, wobei: die erste Empfängerschaltung (10) konfiguriert ist: das erste Körperschallsignal und das zweite Körperschallsignal zu empfangen, die erste kodierte Information aus dem ersten Körperschallsignal zu extrahieren, eine erste Signalstärke des ersten Körperschallsignals zu messen, und einen ersten RSSI (Received Signal Strength Indicator)-Wert zu erzeugen, welcher der ersten Signalstärke entspricht, die zweite kodierte Information aus dem zweiten Körperschallsignal zu extrahieren, eine zweite Signalstärke des zweiten Körperschallsignals zu messen, und einen zweiten RSSI-Wert zu erzeugen, welcher der zweiten Signalstärke entspricht, einen höchsten RSSI-Wert unter dem ersten RSSI-Wert und dem zweiten RSSI-Wert auszuwählen, und validierte kodierte Information aus der ersten kodierten Information und der zweiten kodierten Information auszuwählen, die dem ersten Körperschallsignal und dem zweiten Körperschallsignal mit dem höchsten RSSI-Wert entspricht, und die erste Verarbeitungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie die validierte kodierte Information und eine eindeutige Kennung, die dem ersten TPMS-Sensormodul (100) entspricht, in das erste Kommunikationssignal einschließt.
  19. TPMS nach einem der Ansprüche 9 bis 18, ferner umfassend: einen Beschleunigungsmesser (14), der so konfiguriert ist, dass er ein +/-1g-Signal erzeugt, wobei die Verarbeitungsschaltung so konfiguriert ist, dass sie eine Achsposition des TPMS-Sensormoduls (100) basierend auf dem +-lg-Signal bestimmt und die Achsposition in das erste Kommunikationssignal einschließt.
  20. Verfahren zur Lokalisierung mindestens eines Reifendruck-Überwachungssystem (TPMS)-Sensormoduls, wobei das Verfahren umfasst: Treiben, durch einen Controller (312), eines ersten Schallwandlers (306-308), um erste Schallwellen basierend auf einem ersten Eingangssignal zu erzeugen, um ein erstes Körperschallsignal zu induzieren, das sich von einem ersten Achsaggregat (309-311) zu einem ersten TPMS-Sensormodul (100) ausbreitet, das mit einem ersten Rad gekoppelt ist; Detektieren, durch das erste TPMS-Sensormodul (100), des ersten Körperschallsignals; Erzeugen, durch das erste TPMS-Sensormodul (100), eines ersten Detektionsindikators, der anzeigt, dass das erste Körperschallsignal detektiert wurde; Erzeugen, durch das erste TPMS-Sensormodul (100), als Antwort auf den ersten Detektionsindikator, eines ersten Kommunikationssignals; Übertragen, durch das erste TPMS-Sensormodul (100), des ersten Kommunikationssignals an den Controller (312); und Bestimmen, durch den Controller (312), einer Position des ersten TPMS-Sensormoduls (100) basierend auf dem ersten Kommunikationssignal.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend: Treiben, durch den Controller (312), eines zweiten Schallwandlers (306-308), um zweite Schallwellen basierend auf einem zweiten Eingangssignal zu erzeugen, um ein zweites Körperschallsignal zu induzieren, das sich von einem zweiten Achsaggregat (309-311) zu einem zweiten TPMS-Sensormodul (100) ausbreitet, das mit einem zweiten Rad gekoppelt ist; Detektieren, durch das zweite TPMS-Sensormodul (100), des zweiten Körperschallsignals; Erzeugen, durch das zweite TPMS-Sensormodul (100), eines zweiten Detektionsindikators, der anzeigt, dass das zweite Körperschallsignal detektiert wurde; Erzeugen, durch das zweite TPMS-Sensormodul (100) als Antwort auf den zweiten Detektionsindikator, eines zweiten Kommunikationssignals; Übertragen, durch das zweite TPMS-Sensormodul (100), des zweiten Kommunikationssignals an den Controller (312); und Bestimmen, durch den Controller (312), einer Position des zweiten TPMS-Sensormoduls (100) basierend auf dem zweiten Kommunikationssignal.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der erste Schallwandler (306-308) und der zweite Schallwandler (306-308) nacheinander zu unterschiedlichen Zeiten bei einer gleichen Frequenz getrieben werden.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, wobei: der erste Schallwandler (306-308) und der zweite Schallwandler (306-308) gleichzeitig getrieben werden, so dass das erste Körperschallsignal anders kodiert ist als das zweite Körperschallsignal, wobei das Verfahren ferner umfasst: Extrahieren, durch das erste TPMS-Sensormodul (100), einer ersten kodierten Information aus dem ersten Körperschallsignal; Erzeugen, durch das erste TPMS-Sensormodul (100), des ersten Kommunikationssignals, die erste kodierte Information zu enthalten; Extrahieren, durch das zweite TPMS-Sensormodul (100), einer zweiten kodierten Information aus dem zweiten Körperschallsignal; Erzeugen, durch das zweite TPMS-Sensormodul (100), des zweiten Kommunikationssignals, die zweite kodierte Information zu enthalten; Bestimmen, durch den Controller (312), der Position des ersten TPMS-Sensormoduls (100) und der Position des zweiten TPMS-Sensormoduls (100) durch Bestimmen eines entsprechenden Achsaggregats unter einem ersten Achsaggregat (309-311) und einem zweiten Achsaggregat (309-311), denen das erste TPMS-Sensormodul (100) und das zweite TPMS-Sensormodul (100) jeweils entsprechen basierend auf der ersten kodierten Information und der zweiten kodierten Information.
  24. Reifendruck-Überwachungssystem (TPMS), umfassend: einen Schallwandler (306-308), der mechanisch mit einem Achsaggregat (309-311) gekoppelt ist, wobei der Schallwandler (306-308) so konfiguriert ist, dass er Schallwellen erzeugt basierend auf einem Eingangssignal; einen Controller (312), der so konfiguriert ist, dass er den Schallwandler (306-308) über das Eingangssignal treibt, um ein Körperschallsignal zu erzeugen, wobei der Controller (312) so konfiguriert ist, dass er den Schallwandler (306-308) moduliert, so dass das erste Körperschallsignal Kommunikationsdaten trägt; ein Rad, das eine mechanisch mit dem Achsaggregat (309-311) gekoppelte Metallfelge umfasst; ein TPMS-Sensormodul (100), das mechanisch mit der Metallfelge gekoppelt und so konfiguriert ist, dass es mit dem Controller (312) kommuniziert, wobei das TPMS-Sensormodul (100) umfasst: einen Drucksensor (11), der so konfiguriert ist, dass er einen inneren Luftdruck eines an dem Rad montierten Reifens misst und Reifendruckinformation erzeugt; einen Wandler-Empfänger (8), der so konfiguriert ist, dass er das durch die Schallwellen induzierte Körperschallsignal empfängt; eine Empfängerschaltung (10), die elektrisch mit dem Wandler-Empfänger (8) verbunden und so konfiguriert ist, dass sie die Kommunikationsdaten aus dem Körperschallsignal extrahiert; eine Verarbeitungsschaltung, die elektrisch mit dem Drucksensor (11) und der Empfängerschaltung (10) verbunden und so konfiguriert ist, dass sie die Reifendruckinformation von dem Drucksensor (11) empfängt und die extrahierten Kommunikationsdaten von der Empfängerschaltung (10) empfängt; und einen Sender (13), der elektrisch mit der Verarbeitungsschaltung verbunden und so konfiguriert ist, dass er ein Kommunikationssignal an den Controller (312) überträgt.
  25. TPMS nach Anspruch 24, wobei die Kommunikationsdaten mindestens eines von Konfigurationsinformation, Programmierinformation, oder Steuerinformation für das TPMS-Sensormodul (100) enthalten.
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