-
Verwandte Anmeldung
-
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der U. S. Patentanmeldung Nr. 12/876,756, eingereicht am 7. September 2010, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme enthalten ist.
-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines Reifens auf einem Fahrzeug und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines Reifens auf einem Fahrzeug zur Verwendung in einem Reifendrucküberwachungssystem.
-
Hintergrund
-
Systeme zum Abtasten des Reifenzustands und zum Anzeigen der abgefühlten Reifenzustandsinformation an einen Fahrzeuginsassen sind bekannt. Oft sind derartige Systeme als Reifendrucküberwachungssysteme bekannt, obwohl das System nicht nur den Reifendruck abtasten kann, sondern ebenfalls andere Reifenzustände, wie beispielsweise die Reifentemperatur, abtasten kann. Derartige Reifendrucküberwachungssysteme umfassen eine reifenbasierte Sensoranordnung, die sowohl den Druck als auch die Temperatur innerhalb des assoziierten Reifens abtastet und die abgefühlte Druck- und Temperaturinformation an einen fahrzeugbasierten Empfänger, d. h. einem Empfänger, der in dem Fahrzeug angebracht ist, überträgt. Das übertragene, abgetastete Reifenzustandssignal kann ein codiertes Funk- bzw. RF-Signal (RF = Radio Frequency) sein. Der fahrzeugbasierte Empfänger wird mit einer Anzeige verbunden, die in dem Fahrzeuginnenraum gelegen ist, um beispielsweise ein Warnsignal dem Fahrzeugführer anzuzeigen, wenn ein Zustand eines zu geringen Reifendrucks existiert oder ein Zustand eines überhitzten Reifens auftritt.
-
Jede reifenbasierte Sensoranordnung kann einen eindeutigen Identifizierungscode besitzen, der mit dieser assoziiert ist. Die reifenbasierte Sensoranordnung überträgt ein Signal, das den eindeutigen Identifizierungscode und den abgefühlten Reifenzustand umfasst. Der fahrzeugbasierte Empfänger muss das empfangene Signal von der reifenbasierten Sensoranordnung und insbesondere den eindeutigen Reifenidentifizierungscode mit einer bestimmten Reifenposition an dem Fahrzeug assoziieren, um die abgefühlte Reifenzustandsinformation in geeigneter Weise dem Fahrzeugführer anzuzeigen, d. h. den Reifendruck-/-temperaturzustand und die Positionsinformation so anzeigen, dass der Fahrzeugführer identifizieren kann, welcher Reifen einen abgefühlten, ungeeigneten Zustand aufweist.
-
Das Assoziieren der Reifenposition mit den eindeutigen Reifensendercodes erfordert einen Lernprozess durch den fahrzeugbasierten Empfänger. Viele Prozesse wurden vorgeschlagen, um diese Lernfunktion zu bewerkstelligen, einschließlich Signalabfrageverfahren, in denen jede reifenbasierte Sensoranordnung separat abgefragt wird. Ansprechend auf das Empfangen eines Abfragesignals sendet die reifenbasierte Sensoranordnung ein Antwortsignal mit ihrer eindeutigen Identifikationsinformation. Beim Empfang des Antwortsignals, assoziiert der fahrzeugbasierte Empfänger den eindeutigen Reifenidentifikationscode mit dieser Reifenposition, da das System „kennt”, welche Reifenposition gerade abgefragt wurde. Das fahrzeugbasierte System speichert die Identifizierungscodes und die Reifenpositionskorrelationen im Speicher zur Verwendung in seinem Anzeigebetrieb.
-
Die U. S. Patentanmeldungsveröffentlichung US 2006/0142911 gemäß Allard et al. offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lokalisieren der Position eines Rads auf der rechten oder linken Seite eines Fahrzeugs, das die Signale von zwei Magnetsensoren verwendet. Die U. S. Patentanmeldungsveröffentlichung US 2006/0044125 von Pierbon offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren der rechten/linken Position eines Rads an einem Fahrzeug, die Beschleunigungssignale von den ersten und zweiten Mitteln verwenden, die imstande sind die Beschleunigung zu messen, wie beispielsweise Schocksensoren enthaltende Elemente, die aus piezoelektrischer Keramik bestehen. Die U. S. Patentanmeldungsveröffentlichung US 2009/0204361 von Watasue offenbart ein Reifenrotationsdetektionssystem und -verfahren, das einen Beschleunigungsmesser verwendet und die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft der Erde berücksichtigt.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines Reifens auf einem Fahrzeug gerichtet.
-
Gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bestimmt eine Vorrichtung eine Position eines Reifens auf einem Fahrzeug, das eine reifenbasierte Abtasteinheit aufweist, wobei jeder Reifen auf dem Fahrzeug eine assoziierte, reifenbasierte Abtasteinheit besitzt. Jede reifenbasierte Abtasteinheit umfasst einen ersten Sensor, der zur Rotation mit dem Reifen angebracht ist, und um ein erstes Sensorsignal zu erzeugen, das eine Anzeige für eine derartige Rotation bildet, einen zweiten Sensor, der zur Drehung mit dem Reifen und zur Erzeugung eines zweiten Sensorsignals angebracht ist, das eine Anzeige für eine derartige Rotation bildet, sowie einen Sender zum Senden eines Signals, das eine Anzeige für eine Phasenbeziehung zwischen den ersten und zweiten Sensorsignalen bildet. Ein Achsenpositionssensor ist vorgesehen, um jede Position der reifenbasierte Abtasteinheit relativ zu einer vorderen und hinteren Achse des Fahrzeugs zu bestimmen, und sieht ein Achsenpositionssignal für jede reifenbasierte Abtasteinheit vor. Eine Steuervorrichtung überwacht die übertragenen Phasensignale jeder reifenbasierten Abtasteinheit und bestimmt die Achsenpositionssignale. Die Steuervorrichtung vergleicht die Phasenbeziehungen der reifenbasierten Abtasteinheiten für mögliche Reifenpositionen unter Berücksichtigung der bestimmten Achsenpositionen der reifenbasierten Abtasteinheiten, bestimmt einen Konfidenzwert durch Gewichten der verglichenen Phasenbeziehungen, vergleicht die Phasendifferenz jeder reifenbasierten Abtasteinheit relativ zu der Phasendifferenz der anderen reifenbasierten Abtasteinheiten für mögliche Fahrzeugreifenpositionen, und assoziiert jede reifenbasierte Abtasteinheit mit einer Fahrzeugposition ansprechend auf die Konfidenzwerte.
-
Gemäß einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, weist ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Reifens auf einem Fahrzeug die folgenden Schritte auf: Abtasten der Reifenrotation durch ein erstes Verfahren und Erzeugen eines ersten Signals, das eine Anzeige für die abgetastete Rotation bildet, Abtasten der Reifenrotation durch ein zweites Verfahren und Erzeugen eines zweiten Signals, das eine Anzeige für die abgetastete Rotation bildet, Übertragen eines Signals, das eine Anzeige für eine Phasenbeziehung zwischen den ersten und zweiten Signalen bildet, Messen der Signalstärke der übertragenen Sensorsignale, und Überwachen der Phasenbeziehung der übertragenen Signale, Bestimmen der Konfidenzwertgewichte aus den überwachten Phasenbeziehungen, Überwachen der empfangenen Signalstärke der übertragenen Signale und Korrelieren der Position jeder reifenbasierten Abtasteinheit mit der Fahrzeugposition ansprechend auf die Konfidenzwerte.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die vorangehenden und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten des Gebiets bei Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung gemeinsam mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich werden, in denen zeigt:
-
1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugreifens mit einer reifenbasierten Sensoreinheit gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, die Reifen- und Sensorpositionen darstellt;
-
3 eine schematische Darstellung der Fahrzeugreifen, die überlagerte Sensordiagramme für den reifenbasierten Sensor der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
4 ein schematisches Blockdiagramm des fahrzeugbasierten Empfängers gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
5 ein schematisches Blockdiagramm einer reifenbasierten Sensoreinheit gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
6 ein Flussdiagramm, das einen Steuerprozess darstellt, der durch die reifenbasierte Sensoreinheit gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
-
7 ein schematisches Blockdiagramm des fahrzeugbasierten Empfängers gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
-
8 ein Flussdiagramm, das einen Steuerprozess darstellt, der von dem reifenbasierten Empfänger gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Bezug nehmend auf 1 wird eine Vorrichtung 10, die gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemacht ist, verwendet, um die Position eines Reifens 12 auf einem Fahrzeug 14 zu bestimmen. Die Vorrichtung 10 weist eine reifenbasierte Sensoranordnung 15 mit einem Beschleunigungsmesser 16 und einem Magnetsensor 18 auf, der innerhalb eines Gehäuses 22 angebracht ist. Das Gehäuse 22 ist auf der Innenseite des Hohlraums gelegen, der durch den Fahrzeugreifen 12 definiert wird. Die reifenbasierte Sensoranordnung 15 weist ferner den/die Sensor(en) 19 zum Abfühlen bzw. Abtasten der Reifenzustände, wie beispielsweise Druck und/oder Temperatur auf.
-
Das Gehäuse 22 könnte an einem inneren Seitenwandteil des Reifens 12 befestigt sein oder könnte an dem Rad 23 (gezeigt als 22') angebracht sein, an dem der Reifen 12 angebracht ist, oder könnte an einem Ventilschaft 25 (gezeigt als 22'') angebracht sein. Eine fahrzeugbasierte Einheit 20 mit einer Antenne 36 ist an dem Fahrzeug, wie beispielsweise innerhalb des Fahrzeuginnenraums, angebracht, um die übertragenen, elektrischen Signale, z. B. Funk bzw. RF, von der Sensoranordnung 15 zu empfangen. Die reifenbasierte Sensoranordnung 15 kann einen Sender zum Senden der Signale aufweisen, die eine Anzeige für die abgetasteten Parameter bilden, oder kann einen Sendeempfänger bzw. Transceiver zum Senden der RF-Signale an die fahrzeugbasierte Einheit aufweisen, die eine Anzeige für die abgetasteten Parameter bilden und um die Signale von der fahrzeugbasierten Einheit 20, wie beispielsweise die RF- oder Niedrigfrequenz- bzw. LF-Signale, zu empfangen.
-
Bezug nehmend auf 2 besitzt das Fahrzeug 12 vier Reifen, die an assoziierten Ecken des Fahrzeugs gelegen sind. Zum Zweck der Erläuterung sind die vier Ecken des Fahrzeugs 14 als vorne rechts („FR”), vorne links („FL”), hinten rechts („RR”) und hinten links („RL”) bezeichnet. Die reifenbasierten Sensoranordnungen 15 für jede der Fahrzeugecken werden als S1, S2, S3 und S4 bezeichnet. In der vorliegenden Beschreibung des beispielhaften Ausführungsbeispiels ist der Sensor S1 an der vorderen rechten bzw. FR-Position gelegen, der Sensor S2 ist an der vorderen linken bzw. FL-Position gelegen, der Sensor S3 ist an der hinteren, rechten bzw. RR-Position gelegen und der Sensor S4 ist an der hinteren, linken bzw. RL-Position gelegen. Wenn jedoch der Systembetrieb anfänglich beginnt, „weiß” die fahrzeugbasierte Einheit 20 jedoch nicht, wo die Sensoren S1, S2, S3 und S4 gelegen sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Sensorpositionen unter Verwendung der Beschleunigungsmessersensorinformation, der Erdmagnetfeldsensorinformation und der empfangenen Signalstärkeinformation bestimmt um sie mit jeder Sensor- und Reifenposition zu assoziieren und zu korrelieren.
-
Bezug nehmend auf 3 kann der Beschleunigungsmesser 16 ein piezoelektrischer Messwertwandler bzw. PZT (PZT = Piezoelectric Transducer) sein, der eine Spannung erzeugt, die sich mit der Kraft verändert, wenn sich die Reifen drehen. Zwei Kräfte, die der Beschleunigungsmesser während der Reifenrotation erfährt, sind die Zentripetalkraft und die Erdanziehungskraft. Während sich der Beschleunigungsmesser 16 in einem Kreis während einer Reifendrehung bewegt, wird er die Erdanziehungskraft sich von +1G bis –1G verändern sehen, und diese weist ein sinusförmiges Muster über eine Rotation des Reifens hinweg auf. Die Zentripetalkraft wird entweder einen konsistenten Pegel besitzen, wenn sich das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit fortbewegt, oder wird sich langsam mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, im Vergleich zu der Veränderung in der Erdanziehungskraft während der Rotation verändern. Die Reifen auf gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs drehen sich natürlicherweise in entgegengesetzten Richtungen während der Bewegung des Fahrzeugs. Dies würde bewirken, dass die zwei PZT-Signale um 180 Grad versetzt voneinander sind, in Bezug auf eine gemeinsame, fixe Referenz (z. B. vertikal zu der Erdoberfläche). In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die PZT-Achse der Empfindlichkeit (Spitzenspannung) um 25 Grad zu der Anbringungsoberfläche einer Leiterplatte geneigt, auf der der Sensor angebracht ist. Dies hat den Effekt der Verringerung der Rechts- vs. Links-PZT-Phasenverschiebung von 180 Grad auf 130 Grad (180 – 25 – 25). Um einen Referenzpunkt für den Vergleich der Beschleunigungsmessersignale aufzubauen, um die linke Seite versus die rechte Seite des Fahrzeugs zu bestimmen, wird der Erdmagneffeldsensor 18 verwendet.
-
Der Erdmagneffeldsensor 18 ist ebenfalls innerhalb des Gehäuses 22 angebracht, um sich mit dem Reifen 12 zu drehen. Wenn sich der Reifen 12 und der Erdmagneffeldsensor 18 während der Fahrzeugbewegung drehen, bewegt sich der Spulenteil des Erdmagnetfeldsensors 18 durch das Magnetfeld der Erde. Wie gut bekannt ist, wird, wenn sich die Spule durch ein Magnetfeld bewegt, ein elektrisches Signal über die Spule hinweg induziert. Das Ausgabesignal von dem Erdmagneffeldsensor 18, wenn sich der Sensor durch das Magnetfeld der Erde während der Reifenrotation bewegt, ist ein sinusförmiges Signal. Die Spitze des sinusförmigen Signals von dem Magnetsensor 18 wird um 90 Grad relativ zu der Spitze des Magnetfelds verschoben. Der Winkel des Erdmagnetfelds verändert sich geographisch, z. B. eine Neigung um 90 Grad an den Erdpolen und um 0 Grad am Äquator der Erde. Bei irgendeinem Magnetneigungswinkel und dem gleichen Reifenwinkel, sind die linken und rechten Signale ausgerichtet und können daher als ein Referenzwert verwendet werden. Es wurde entdeckt, dass ein Phasenvergleich zwischen dem Ausgabesignal des Magnetsensors 18 (verwendet als ein Referenzpunkt) und des Ausgabesignals des Beschleunigungsmessersignals (der das Gravitationsfeld der Erde abfühlt) liefert eine Anzeige dafür, ob sich die Sensoranordnung auf der rechten Seite oder der linken Seite des Fahrzeugs befindet. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden mehrere Messungen vorgenommen und gemittelt, um eine geeignete Datenkorrelation zwischen der Magnetsensorinformation und der Beschleunigungsmesserinformation zu erhalten, um in präziser Weise zu bestimmen, ob sich der Reifen auf der linken oder rechten Seite des Fahrzeugs befindet. Die relative Phaseninformation zwischen den beiden Sensoren wird bei den Signalspitzen gemessen und die fahrzeugbasierte Einheit 20 bestimmt die Drehung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn, um die linke Seite oder rechte Seite des Fahrzeugs zu bestimmen. Ein Sechs-Phasen-Konfidenztest wird durch die fahrzeugbasierte Einheit 20 verwendet, um die Sensor-/Fahrzeug-Position zu korrelieren.
-
Bezug nehmend auf 4 umfasst die fahrzeugbasierte Einheit 20 eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise eine Mikrosteuervorrichtung. Fachleute des Gebiets werden erkennen, dass die Steuerfunktionen der fahrzeugbasierten Einheit unter Verwendung einer diskreten Schaltung oder eine anwendungsspezifischen, integrierten Schaltung bzw. ASIC (ASIC = Application Specific Integrated Circuit) bewerkstelligt werden könnten. Um die Sensorposition mit der Fahrzeugreifenposition zu korrelieren, müssen nicht nur die linke und rechte Seite bestimmt werden, sondern ebenso muss die vordere und hintere Position bestimmt werden. Um zu bestimmen, ob die Reifen auf der vorderen oder hinteren Seite des Fahrzeugs gelegen sind, überwacht die Steuervorrichtung die Signalstärke der Reifensensorübertragungen unter Verwendung der Empfangssignalstärkeanzeige- bzw. RSSI-Schaltung (RSSI = Receive Signal Strength Indication) und lokalisiert ihre assozierte Empfangsantenne 36 an einer Position, so dass die Entfernung zwischen den vorderen und hinteren Achsen (vordere und hintere Reifenpositionen) unterschiedlich sind. Die Steuervorrichtung der fahrzeugbasierten Einheit 20 verarbeitet die Phasendifferenzinformation und die RSSI-Information und liefern unter Verwendung der Analyse gemäß der vorliegenden Erfindung, eine präzise Bestimmung der Position eines reifenbasierten Sensors, der ein Reifenzustandsinformationssignal überträgt. Unter Verwendung der bestimmten Sensorpositionsinformation, sendet die Steuervorrichtung 20 den Reifenzustand und die Positionsinformation an eine geeignete Anzeige 56 innerhalb des Fahrzeuginnenraums für den Fahrzeugführer.
-
Die Steuervorrichtung 20 empfängt Phaseninformationssignale von jeder der reifenbasierten Überwachungsvorrichtungen über ihre Antenne 36. Wie erwähnt, ist die Antenne 36 bei einer gleichen Entfernung von den vorderen und hinteren Achsen des Fahrzeugs angeordnet. Die Steuervorrichtung 20 umfasst eine RSSI-Bewertungsschaltung 40, die basierend auf der Signalstärke bestimmt, ob ein empfangenes Signal von einem der Sensormodule ist, die mit den Reifen auf der vorderen Achse 42 des Fahrzeugs assoziiert sind, oder von einem der Sensormodule ist, die mit den Reifen auf der hinteren Achse 44 des Fahrzeugs assoziiert sind. Die Steuervorrichtung, die sämtliche übertragenen Signale von den Sensoren S1, S2, S3 und S4 überwacht, wendet einen Konfidenztestprozesspositionsalgorithmus 48 an, der jeden bestimmten Sensor S1, S2, S3 und S4 mit einer assoziierten Reifenposition FL, FR, RL oder RR auf dem Fahrzeug korreliert oder assoziiert 50. Der Druck-/Temperatur-Informationsteil des übertragenen Signals wird für jeden der Sensoren überwacht 52, und die Reifenzustandsinformation kann gemeinsam mit der assoziierten, bestimmten Reifenpositionsinformation für den Fahrzeugführer angezeigt werden. Wie Fachleute des Gebiets erkennen können, kann die Anzeige der Reifenzustandsinformation nur auf abnormale Reifenzustände beschränkt sein oder kann eine kontinuierliche Reifendruck- und Temperaturinformation sein, wenn dies so erwünscht ist.
-
Ebenfalls können die Signale von den reifenbasierten Sensoren 16, 18 verwendet werden, um die Rate und die Zeitvorgabe der übertragenen Information zu steuern. Das sinusförmige Ausgabesignal von beiden Sensoren 16, 18 zeigt an, dass sich das Fahrzeug bewegt. Ein flaches Signal oder kein Signal von den Sensoren 16, 18 ist eine Anzeige für keine Fahrzeugbewegung. Die fahrzeugbasierte Einheit 15 kann ebenfalls eine Steuervorrichtung, wie beispielsweise eine Mikrosteuervorrichtung, zur Überwachung der Ausgabesignale von den Sensoren 16, 18 und zur Steuerung der Übertragung der Phasen- und Reifenzustandsinformation und zur Steuerung der Übertragungsraten, besitzen. Die Steuervorrichtung der reifenbasierten Einheit 15 kann beispielsweise die Ausgaben der Sensoren 16, 18 alle drei Sekunden ausgeben, um zu bestimmen, ob es eine Fahrzeugbewegung gibt oder nicht. Wenn eine Bewegung detektiert wird, misst die Steuervorrichtung der reifenbasierten Einheit dann die Phasendifferenz zwischen dem Erdmagnetfeldsignal von dem Sensor 18 und der Beschleunigungsmesserausgabe von dem Sensor 16. Mehrere Messungen können vorgenommen und dann gemittelt werden. Sobald ein Phasendifferenzwert bestimmt ist, wird dieser gemeinsam mit der abgefühlten Fahrzeugzustandsinformation übertragen. Die Rate der Datenübertragung während der Fahrzeugbewegung kann vorbestimmt werden. Die Raten der Datenübertragung, die eine Anzeige für die Fahrzeugbewegung und den Reifenzustand bilden, können unterschiedlich oder gleich sein. Wenn keine Fahrzeugbewegung abgefühlt wird, wird keine Datenübertragung vorgenommen. Darüber hinaus können die Rate der Druckmessungen und die Rate der Bewegungsmessungen unterschiedlich oder gleich sein und können davon abhängen, ob es eine abgefühlte Fahrzeugbewegung gibt oder nicht.
-
Bezug nehmend auf 5 wird der Betrieb der reifenbasierten Sensoreinheiten 15 besser verstanden werden. Jede der reifenbasierten Einheiten 15 wird in einer ähnlichen Art und Weise konstruiert und betrieben. Wie erwähnt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Phasendifferenz zwischen dem Erdmagnetsensorsignal und dem Beschleunigungsmessersignal (der ein Signal aufgrund der Drehung, des Beschleunigungsmessers durch das Gravitationsfeld der Erde vorsieht) bestimmt. Um die Bestimmung dieser Phasendifferenz vorzunehmen, werden die Signale von den zwei Sensoren über einen Analog-zu-Digital-Wandler bemustert, gefiltert und in ein digitales Signal umgewandelt, so dass die Phasendifferenz aus den Kanten der digitalen Signale bestimmt werden kann. Genauer gesagt, umfasst der Beschleunigungsmessersensor 16 einen Beschleunigungsmesser 60, wie beispielsweise einen piezoelektrischen Sensor. Die Signalverarbeitungsschaltung 62 kann irgendeine von verschiedenen Formen sein, wie beispielsweise eine diskrete Schaltung, eine Mikrosteuervorrichtung oder ein ASIC und kann in entweder einer analogen oder einer diskreten Domäne eingebaut sein. Das beschriebene, beispielhafte Ausführungsbeispiel verwendet die digitale Domäne.
-
Die Ausgabe des Beschleunigungsmessers ist mit einer Signalverstärkung und einem Analog-zu-Digital-Wandler bzw. ADC (ADC = Analog-to-Digital Converter) 64 verbunden. Die Signalverarbeitungsschaltung 62 steuert, wie oft der ADC 64 erprobt bzw. abgefragt wird. Es sollte erkannt werden, dass die Sampling- bzw. Abfragerate abhängig von der Rotationsrate sein wird. Im Allgemeinen sollte die Abfragerate, die durch die Signalprozessorschaltung 62 gesteuert wird, zumindest 10 Mal der Rotationsrate des Reifens 12 entsprechen. Das abgefragte Beschleunigungssignal wird dann mit einer Bewegungsdetektionsschaltung 68 und einem Software-Tiefpassfilter 70 verbunden. Der Tiefpassfilter 70 hilft bei der Entfernung des Straßenrauschens aus dem Beschleunigungsmessersignal. Die Signalverarbeitungsschaltung verwendet das Bewegungsdetektionsergebnis zur Steuerung der Abtast- und Übertragungsrate. Die Bewegungsdetektion 68 kann entweder durch Abtasten des Veränderungsbetrags (aufgrund der Rotation um die Erdanziehungskraft) oder eines diskreten Pegels (Zentripetalkraft) abhängig von der Bauart des verwendeten Beschleunigungsmessers implementiert werden. Für den Fall eines PZT-basierten Beschleunigungsmessers, basiert die Bewegungsdetektion auf einem Betrag der Signalveränderung. Außer dass die Bewegung durch 68 detektiert wird, sind der LPF 70 und nachfolgende Schaltungen nicht aktiviert. Von dem LPF 70 und unter Verwendung von standardmäßigen Signalverarbeitungstechniken, wird ein Referenzsignalpegel 72 bestimmt. Die typische Implementierung für den Referenzsignalpegel bestimmt einen Durchschnitt durch Verwenden eines Tiefpassfilters, der viel niedriger als die Rotationsrate ist. Andere Techniken, wie beispielsweise adaptive Filter, können ebenfalls genutzt werden, und zwar abhängig von der Natur des Signals. Das tiefpassgefilterte Beschleunigungssignal wird dann mit dem Signalreferenzpegel 72 in der Datenunterteilungsvorrichtung 74 verglichen. Die Datenunterteilungsvorrichtung 74 wandelt dann das analoge Signal in ein digitales Signal (0 oder 1) um. Die Kantendetektionsschaltung 76 ermöglicht der Periodenmessschaltung 78, die Zeitdauer bzw. Periode des Beschleunigungssignals zu bestimmen. Sie baut ebenfalls eine Taktreferenz auf, die zur Bestimmung der Phasendifferenz verwendet wird. Die Schaltung 78 wird ebenfalls die Gültigkeit der Zeitdauer, die sie bestimmen, basierend auf der Geschwindigkeitsfähigkeit des Fahrzeugs bestimmen.
-
Der Erdmagneffeldsensor 18 umfasst eine Abtastspule 80. Die Abtastspule 80 ist mit der Signalverarbeitungsschaltung 62 verbunden und insbesondere mit der Signalkonditionierung und ADC 84, die durch die Signalverarbeitungsschaltung 62 in einer ähnlichen Art und Weise verbunden ist, wie sie in Bezug auf die PZT 16 beschrieben ist. Das abgefragte Signal ist von der ADC 84 mit dem Tiefpassfilter 90 verbunden, der durch die Bewegungsdetektionsschaltung 68 aktiviert wird. Ein Signalreferenzpegel 92 wird dann von dem LPF 70 bestimmt und der Referenzpegel 92 wird mit dem LPF-Signal 90 in der Datenunterteilungsvorrichtung 94 verglichen. Die Datenunterteilungsvorrichtung 94 macht ein digitales Signal aus dem digitalisierten, analogen Signal und wird in die Kantendetektion 96 eingespeist, die die Periodenmessung 98 aktiviert, um die Periode zu bestimmen, und baut ebenfalls ein Taktreferenz für die Verwendung beim Vergleich der Phasendifferenz auf. Die Schaltung 98 wird ebenfalls die Gültigkeit der Periode, die sie bestimmt, bestimmen.
-
Eine Phasendifferenzschaltung 100 vergleicht die Periodeninformation 78 und 98 auf Ähnlichkeit und wird die Kantendetektionstaktreferenzen 76 und 96 und die Periodeninformation 98 verwenden, um die Phasendifferenz zwischen dem abgetasteten Erdmagnetfeld und dem Beschleunigungsmessersignal, welches die Rotation durch das Gravitationsfeld der Erde anzeigt, zu bestimmen. Die Phasendifferenzschaltung 100 verwendet das Erdmagnetfeld als eine Nullpunktreferenz und bestimmt die Phasendifferenz des Beschleunigungsmessers relativ zu dieser Referenz. Diese bestimmte Phasendifferenz wird an die fahrzeugbasierte Empfängereinheit 20 über einen Funkfrequenz- bzw. RF-Sender 106 übertragen. Wie erwähnt, könnte die reifenbasierte Einheit 15 einen Reifendrucksensor und/oder Temperatursensor zum Abfühlen der Reifenbedingung. Als Teil des RF-Signals, das von dem Sender 106 übertragen werden könnte, könnte nicht nur die bestimmte Phasendifferenzinformation, sondern auch die Reifenzustandsinformation umfassen. Die fahrzeugbasierte Einheit 20 verwendet die abgetastete Phaseninformation von den reifenbasierten Einheiten bei den vier Reifenpositionen und die empfangene Signalstärkeninformation in einem oder mehreren Positionsbestimmungsalgorithmen, um jede Sensorposition mit der assoziierten Fahrzeugreifenposition zu korrelieren.
-
Bezug nehmend auf 6 ist der Steuerprozess 150, der durch die Steuervorrichtung 62 der reifenbasierten Einheit ausgeführt wird, um den Phasendifferenzwert zu bestimmen, gezeigt. Der Prozess startet bei Schritt 152, wo die Anfangsbedingungen, Flags bzw. Kennzeichen, geeigneten Werte etc. eingestellt werden. Bei Schritt 154 wird der Wert der Spannung, die über die Spule 80 hinweg induziert wird, gemessen, gefiltert und ein Kantenwert wird bestimmt. In Schritt 156 wird eine Bestimmung gemacht, ob eine Anstiegskante gerade aufgetreten ist, und wenn dies der Fall ist, wird zu Schritt 158 fortgeschritten, der eine Taktzeit aufzeichnet und die Periode basierend auf der vorangehenden Anstiegsspulentaktzeit bestimmt. Wenn eine Anstiegsspulenkante aufgetreten ist oder nicht aufgetreten ist, wird der Fluss mit Schritt 160 fortsetzen, der bestimmt, ob die letzte Spulenperiode gültig ist. Wenn die letzte Spulenperiode nicht gültig war, führt der Prozess eine Schleife zurück zu Schritt 154 aus. Auf diese Weise muss eine gültige Spulenperiode vor der Erprobung bzw. Abfrage des PZT-Signals in Schritt 164 erhalten werden.
-
Bei Schritt 164 wird der Wert der Spannungsausgabe von dem Beschleunigungssensor 16 gemessen, gefiltert und ein Kantenwert bestimmt. In Schritt 166 wird eine Bestimmung vorgenommen, ob eine Anstiegskante gerade auf dem Beschleunigungssignal aufgetreten ist, und wenn dies der Fall ist, wird zu Schritt 168 fortgeschritten, welche die Taktzeit aufzeichnet und die Periode basierend auf der vorangehenden Anstiegsbeschleunigungstaktzeit bestimmt. Wenn eine Anstiegskante nicht in Schritt 166 aufgetreten ist, führt der Prozess eine Schleife zurück zu Schritt 154 aus. Sobald eine Beschleunigungsperiode in Schritt 166 bestimmt und die Taktzeit aufgezeichnet und die Periode in Schritt 168 bestimmt ist, wird die Gültigkeit der Periode in 170 bestimmt. Die Gültigkeit basiert auf dem Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs. Wenn sie nicht gültig ist, führt der Prozess eine Schleife zurück zu Schritt 154 aus, bis sowohl eine gültige Spulen- als auch Beschleunigungsperiode erhalten wird.
-
In Schritt 180 wird eine Phasendifferenzbestimmung unter Verwendung der aufgezeichneten Taktzeiten von der letzten Spule und den Beschleunigungsanstiegskanten und der letzten Spulenperiode vorgenommen. Auf diese Weise bezieht sich die Phasendifferenz immer auf das Spulensignal (Referenzsignal). Nachdem die Phasendifferenz bestimmt ist, wird die Information über eine RF-Nachricht an den fahrzeugbasierten Empfänger 20 in Schritt 182 gesendet. Schritt 184 überprüft dann, ob ausreichend Phasendifferenz-RF-Nachrichten gesendet worden sind, und wenn dies der Fall ist, schreitet zu Schritt 186 voran, der den Phasendifferenzprozess beendet. Der Prozess führt dann eine Schleife zurück zu Schritt 154 aus, wenn sämtliche der Phasendifferenznachrichten nicht gesendet worden sind.
-
Durch Bezugnahme auf 7 wird der Betrieb des fahrzeugbasierten Empfängers 20 besser verstanden werden. Die fahrzeugbasierte Steuervorrichtung 20 kann ein Mikrocomputer sein, der programmiert ist, um einen Steuerprozess auszuführen, einschließlich eines oder mehrerer Algorithmen. Die Funktionen, die durch die fahrzeugbasierte Steuervorrichtung 20 ausgeführt werden, können jedoch durch andere digitale und/oder analoge Schaltungen ausgeführt werden, einschließlich separater elektrischer oder elektronischer Komponenten, die auf einem oder mehreren Schaltplatten montiert sein können, die eine diskrete Schaltung verwenden oder als ein ASIC hergestellt sind.
-
Jede reifenbasierte Einheit
15 umfasst einen assoziierten Sensor. Zu Erläuterungszwecken sind die vier reifenbasierten Einheiten hier als S1, S2, S3 und S4 bezeichnet, von denen jede assoziierte, bestimmte Phaseninformation (Phasendifferenz zwischen dem Magnetfeldsensor und dem Beschleunigungsmesser) und die assoziierte Reifenzustandsinformation überträgt. Die fahrzeugbasierte Einheit
20, die die Phaseninformation und die assoziierte, bestimmte Signalstärkeninformation verwendet, die sie ableitet, korreliert die Sensoren S1, S2, S3 und S4 mit der Reifenposition FR, FL, RR und RL auf dem Fahrzeug. Da die Reifen getauscht, neu montiert etc. werden könnten, muss das fahrzeugbasierte System
20 jede der reifenbasierten Sensoreinheiten S1, S2, S3 und S4 mit einer Position auf dem Fahrzeug assoziieren oder korrelieren, d. h. FR, FL, RR oder RL. Es gibt vier mögliche Kombinationen der Sensor-/Fahrzeugeckenpositionen. Unter der Annahme, dass die vorderen zwei Sensoren als S1 und S2 bezeichnet werden, und die hinteren, zwei Sensoren als S3 und S4 bezeichnet werden, sind die vier möglichen Kombinationen der linken und rechten Sensoren:
| FR | FL | RR | RL |
| S1 | S2 | S3 | S4 |
| S2 | S1 | S3 | S4 |
| S1 | S2 | S4 | S3 |
| S2 | S1 | S4 | S3 |
-
Die RF-Signale von den reifenbasierten Sendern werden über die Antenne 36 und eine Empfängerschaltung 210 empfangen. Die Empfängerschaltung 210 umfasst die RSSI-Schaltung 40 und eine Wandlerschaltung 212, die das empfangene RF-Reifensignal (mit der Phasendifferenzinformation und der Reifenzustandsinformation) in ein digitales Format umwandelt. Die digitale Information ist mit einer Signalverarbeitungsschaltung 216 verbunden, die das digitale RF-Signal überwacht und die Sensor-ID-Information (S1, S2, S3 oder S4) und die Phasendifferenzinformation einholt, d. h. die Phasendifferenz zwischen dem Magnetsensorsignal und dem Beschleunigungsmessersignal für diesen Sensor. Die empfangene Phasendifferenzinformation und die Sensor-ID-Information werden dann in einem Phasendatenspeicher 218 gespeichert. Da vier Sensoren vorhanden sind (einer ist mit jedem der vier Reifen assoziiert), werden vier empfangene Nachrichten in dem Phasendatenspeicher 218 gespeichert.
-
Die Empfangsschaltung 210 umfasst ebenfalls die RSSI-Empfangsschaltung 40, die mit einer RSSI-Messschaltung 224 verbunden ist, die die Signalstärke von jedem der empfangenen Signale misst. Der RSSI-Wert für jedes der Signale von den vier reifenbasierten Einheiten 15 wird in einem RSSI-Datenspeicher 228 gespeichert. Da die Empfangsantenne 36 eine in einer unterschiedlichen Entfernung von den vorderen und hinteren Achsen positioniert ist, werden die zwei Signale von den reifenbasierten Einheiten, die mit der vorderen Achse assoziiert sind, einen unterschiedlichen RSSI-Wert zu den Signalen von den reifenbasierten Einheiten besitzen, die mit der hinteren Achse assoziiert sind. Die Steuervorrichtung 20 bestimmt welche zwei Signale von den vorne angebrachten Reifen sind und welche zwei Signale von den hinten angebrachten Reifen sind in einem RSSI-Algorithmus 230. Die Steuervorrichtung der fahrzeugbasierten Empfängereinheit 20 führt dann sechs Phasenkonfidenztests für jede der vier möglichen Sensorkonfigurationen 232, 234, 236 und 238 aus, und zwar unter Verwendung der gespeicherten Phaseninformation in dem Phasendatenspeicher 218 und der RSSI-Information von der vorderen/hinteren Bestimmungsfunktion 230. Die Ergebnisse der Paare von Sensorphasenvergleichen (4 × 6 × 24) werden auf eine Gewichtungstabelle 222 angewendet, um einen Konfidenzwert für jeden Vergleich zu bestimmen. Die Konfidenzwerte werden zusammengefügt, was sechs Ergebnisse zugehörig zu den sechs Tests für jede der Konfigurationen 232, 234, 236 und 238 gibt.
-
Die Details von
232 (
234,
236 und
238 sind ähnlich) betrachtend, sind die sechs Test, die ausgeführt werden und die idealen, erwarteten Ergebnisse nachfolgend aufgelistet.
| Test # | Räder | Sensoren | Phasen in Grad |
| 1 | FR-FL | S1–S2 | 130 |
| 2 | RR-RL | S3–S4 | 130 |
| 3 | RL-FL | S4–S2 | 0 |
| 4 | RR-FR | S3–S1 | 0 |
| 5 | FR-RL | S1–S4 | 130 |
| 6 | RR-FL | S3–S2 | 130 |
-
Es wird klar verstanden, dass die Richtung des Erdmagnetfelds abhängig von der Position ist. Dies ist als der Neigungswinkel des Magnetfelds beschrieben. Da der Winkel des Spitzenmagnetfelds als die Referenz für die Beschleunigungsmesserphasenverzögerung verwendet wird, wird die Phasenverzögerung von einem Rad abhängig von der geographischen Position des Fahrzeugs sein. Wenn sie jedoch mit einem weiteren Reifen verglichen wird, wird diese Abhängigkeit entfernt. Wenn beispielsweise ein linker Reifen in Boston eine Phase Δ von 100 Grad besitzt und der rechte Reifen eine Phase Δ von 230, ist die resultierende Differenz 130 Grad.
-
Wenn sich der Neigungswinkel um 50 Grad aufgrund der Veränderung der Position bzw. des Ortes verändert, würden die gleichen zwei Reifen Winkel von 150 bzw. 280 Grad besitzen und ihre Differenz würde immer noch 130 Grad betragen. Auf diese Weise existiert eine 0 Grad Nullphasendifferenz für die vorderen und hinteren Sensoren auf der gleichen Seite des Fahrzeugs und eine Phasendifferenz von 130 Grad für die Sensoren auf den gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs (unter der Annahme idealer Bedingungen), und zwar unabhängig von der globalen Position. Die idealen Bedingungen decken sich jedoch nicht mit der Realität. Wenn die Messungen durch die reifenbasierten Sensoren bei unterschiedlichen Fahrrichtungen vorgenommen werden, kann sich die erwartete Phasendifferenz zwischen dem Magnetsensor 18 (verwendet als Nullpunktreferenz) und dem Beschleunigungsmesser 16 ebenfalls abhängig von dem Neigungswinkel verändern.
-
In den Konfidenztests, die bei 232 gezeigt sind, werden für Test #1 vierundzwanzig Paare von FR- und FL-Phasen Δ subtrahiert. Jedes der 24 Ergebnisse wird mit der Gewichtungstabelle 222 verglichen, um einen Konfidenzwert für diesen Paarvergleich zu erhalten. Die Konfidenzwerte werden als eine vorbestimmte Tabelle der Werte gespeichert, die dem Phasensubtraktionsergebnis zugewiesen sind, verglichen mit der antizipierten Phasendifferenz (0 Grad oder 130 Grad). Beispielsweise wenn eine Messphasendifferenz 160 Grad beträgt (anstelle der erwarteten 130 Grad), kann ein Gewichtungswert von 2 zugewiesen werden. Wenn eine gemessene Phasendifferenz 130 Grad beträgt, kann ein Gewichtungswert von 4 zugewiesen werden. Wenn eine gemessene Phasendifferenz 240 Grad beträgt (anstelle der erwarteten 130 Grad), kann ein Gewichtungswert von –2 zugewiesen werden. Die vierundzwanzig Gewichtungswerte von Test #1 werden dann zusammengefügt. Es sollte erkannt werden, das das Ergebnis der 24 Additionen ein positiver oder negativer Wert sein kann, und zwar abhängig davon, wie oder schlechten die Daten sind. Das Ergebnis der Addition der Konfidenzwerte für Test #1 wird mit einem Schwellenwert verglichen und wenn es größer als der Schwellen wert ist, wird der Test als BESTANDEN betrachtet. Ein ähnlicher Prozess wird für die anderen 5 Tests auftreten und insgesamt vier Konfigurationen. Die Ergebnisse sämtlicher 6 Tests, Konfidenzwerte und ob die Tests für jede der vier Konfigurationen 232, 234, 236 und 238 bestanden wurden, werden durch die Positionszuweisungslogik 240 verwendet, um die Sensor-/Fahrzeugposition zu korrelieren.
-
Die Positionszuweisungsfunktion 240 besitzt drei separate Kriterien 242, 244 und 246, die vor der Zuweisung erfüllt sein müssen. Das Kriterium 242 erfordert, dass ein kumulativer Konfidenzwert von sämtlichen sechs Tests innerhalb einer Konfiguration 232, 234, 236 oder 238 einen aufsummierten Konfidenzschwellenwert übersteigt. Das Kriterium 244 erfordert, dass eine vorbestimmte Anzahl von Konfidenztests bestanden sein muss (Konfidenzwerte größer als die Schwellenwerte in 232, 234, 236 und 238). Zuletzt erfordert Kriterium 246, dass eine vorbestimmte Konfidenzwerttrennung zwischen der Konfiguration mit dem höchsten aufsummierten Konfidenzwert, 242, und der nächst höchsten aufsummierten Konfidenzwertkonfiguration. Wenn alle drei Tests erfüllt sind, findet die Sensor-ID-/Fahrzeugpositionskorrelation statt.
-
Durch Vergleichen sämtlicher vier Reifensensorphaseninformation (gleiche Achse, Kreuzachse und gleiche Seite) wird ein viel robusteres Verfahren erreicht, verglichen mit einem Vergleich der gleichen Achse. Beispielsweise, wenn ein Reifensensor S1 fehlerhafte Information aufweist, würde es keinen Weg geben, um eine Entscheidung über die Position zwischen S1 und S2 (gegeben, dass sie sich auf der gleichen Achse befinden) zu treffen. Durch Vergleichen von S2 mit S3 und S4, kann ein hohes Vertrauen bei der Lokalisierung der Sensoren S1, S2, S3 und S4 aufgebaut werden.
-
Bezug nehmend auf 8 ist der Autolokalisierungslernprozess für den fahrzeugbasierten Empfänger 20 gezeigt. Wenn die Fahrzeugzündung in Schritt 302 angeschaltet wird, werden die Anfangsbedingungen bzw. -zustände, Flags bzw. Kennungen, geeigneten Werte etc. eingestellt. In Schritt 304 wird dann eine Bestimmung vorgenommen, dahingehend ob sämtliche der Sensoren der reifenbasierten Einheiten 15 das Senden der abgetasteten Daten abgeschlossen haben und ob die Speicherpuffer 218 und 228 die Daten von den vier Sensoren gespeichert haben. Wenn die Bestimmung in Schritt 304 negativ ist, schreitet der Prozess zu Schritt 306 voran, wo die fahrzeugbasierte Einheit 20 fortfährt, Sensornachrichten zu empfangen und die RSSI-Werte zu messen und führt dann eine Schleife zurück zu Schritt 304 aus. Wenn die Bestimmung in Schritt 304 bestätigend ist, schreitet der Prozess zu Schritt 308 voran, wo eine Bestimmung vorgenommen wird, dahingehend ob die RSSI-Werte der empfangenen Sensorsignale eine ausreichende Trennung in Werte anzeigen, um die vordere oder hintere Sensorposition zu entscheiden. Wenn die Bestimmung in Schritt 308 negativ ist, schreitet der Prozess zu Schritt 310 voran, wo der Autolokalisierungsprozess abgebrochen wird. Wenn der Prozess in Schritt 310 abgebrochen wird, werden die zuvor gespeicherten Sensorpositionskorrelationsdaten in Schritt 312 erneut abgerufen und der Steuerprozess schaltet dann in seinen normalen Reifendrucküberwachungsmodus in Schritt 314 unter Verwendung der alten, reifenbasierten Sensorpositionswerte.
-
Wenn die Bestimmung in Schritt 308 bestätigend ist, wird die Sensorpositionskorrelation für die vorderen und hinteren Sensoren in Schritt 320 bestimmt und die Sensor-IDs werden den vorderen und hinteren Sensoren in Schritt 322 zugewiesen. Um dann die linke und rechte Position zusätzlich zu der bereits bestimmten vorderen und hinteren Position zu bestimmen, bestimmt der Prozess in Schritt 330 die linken und rechten Positionen unter Verwendung der Konfidenzphasentests der Funktion 240. Wie erwähnt, sind die drei Tests (1) die Anzahl der passierten Tests, (2) die Konfidenzwerte, die größer als die Schwellenwerte sind, und (3) die ausreichende Konfidenztrennung für eine besondere, mögliche Korrelation, wie sie in der Funktion 240 dargestellt ist. In Schritt 332 wird eine Bestimmung vorgenommen, dahingehend ob die Sensorpositionen bestimmt worden sind. Wenn die Bestimmung in Schritt 332 negativ ist (die drei Tests der Funktion 240 sind nicht erfüllt), wird die zuvor bestimmte Positionskorrelation zu Schritt 312 zurückgeführt. Wenn die Bestimmung in Schritt 332 bestätigend ist, werden neue (wenn sie in der Tat unterschiedlich sind) Sensor-IDs (S1, S2, S3 und S4) den vier Fahrzeugeckenpositionen (FL, FR, RL und RR) in Schritt 340 zugewiesen (korreliert). Nachdem die neue Sensor-/Positionskorrelation in Schritt 340 zugewiesen ist, schaltet der Druck dann auf seinen normalen Reifendrucküberwachungsmodus um.
-
Aus der obigen Beschreibung der Erfindung werden Fachleute des Gebiets Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen entnehmen. Derartige Verbesserungen, Veränderungen und/oder Modifikationen innerhalb des Fachkönnens sollen die beigefügten Ansprüche abdecken.
