DE69431127T2

DE69431127T2 - Reifendruckfernüberwachungssystem

Info

Publication number: DE69431127T2
Application number: DE69431127T
Authority: DE
Inventors: Stephen Mcclelland
Original assignee: Schrader Bridgeport International Inc
Current assignee: Schrader Bridgeport International Inc
Priority date: 1994-11-22
Filing date: 1994-11-22
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2014-11-23
Also published as: CA2166710A1; JP3982830B2; JPH10508264A; CA2166710C; DE69431127D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Reifendruckfernüberwachungssystem für Fahrzeuge. Das System sieht temperaturkompensierte und, in einer Ausführungsform, höhenkompensierte Reifendruckanzeigen durch Übertragung eines Funkfrequenz-(RF)-Signals von reifenmontierten Sensoren zu einem zentralen Ort an dem Fahrzeug vor. Das System beinhaltet auch die Technologie der Anmelderin, wie sie in einer parallel anhängigen Anmeldung PCT/US 93/01995, angemeldet am 11. März 1993 beschrieben ist, welche sich unter anderem auf eine Technik bezieht, welche es dem System ermöglicht, eine Reifenidentifikation und - Position an einem Fahrzeug zu lernen ohne Irritation von anderen Fahrzeugen, welche in der Nähe sein können. Die Offenbarung der parallel anhängigen Anmeldung ist ausdrücklich hier durch Bezugnahme eingeschlossen.

Hintergrund der Erfindung

In der Vergangenheit hat es viele Versuche gegeben, eine Reifendrucküberwachung in Fahrzeugen vorzusehen. Zahlreiche Patente wurden veröffentlicht, welche verschiedene Ansätze offenbaren. Frühere Gestaltungen tendierten dahin, von elektromechanischer Natur zu sein, mit großen Induktionsspulernechanismen, die an dem Rad und einer Bremstrommel angebracht sind. Diese Systeme boten einen hohen Informationsgrad, und zwar sowohl bezüglich Reifendruck und Reifentemperatur, auf einer kontinuierlichen Grundlage. Jedoch machten hohe Kosten und Installationsschwierigkeiten solche Systeme für die Mehrzahl der Mainstream- Autofirmen nicht akzeptabel.
In letzter Zeit sind Systeme niedrigerer Kosten entwickelt wurden, welche eine einfache Druck-Schwellenwertwarnung vorsehen mittels eines Druckschalters, einer internen Energiequelle, und einer Funkwellenkommunikationsverbindung von jedem Rad zu einem Armaturenbrettempfänger und -Display. Diese Systeme sind für Autofirmen auf Grund ihrer niedrigen Kosten und einfachen Installationen attraktiver. Jedoch weisen diese Systeme eine Anzahl von Problemen auf, welche unter anderem einschließen: die Fähigkeit eine langreichende und zuverlässige Energiequelle vorzusehen, die Größe und Gewicht der Rädereinheit und Montage der Einheit im Inneren des Rades. Darüber hinaus wurde die in solchen Systemen verfügbare Information auf einen einzelnen Druckschwellenwert beschränkt, typischerweise 25 psi, welcher hinsichtlich Änderungen in der Temperatur kompensiert oder nicht kompensiert sein kann, welche im Inneren des Reifens auftreten. Auch sind solche Systeme, von denen einige nicht im Inneren des Reifens montiert sind, nicht in der Lage gewesen, Änderungen von Höhe zu kompensieren, welche die Leistungsfähigkeit von Reifendrucküberwachungssystemen beeinflussen können. Die PCT-Patentanmeldung WO 92 14620 A, angemeldet auf Truck Tech, Corp., offenbart gemäß dem generischen Teil des Anspruchs 1 eine Vorrichtung zur Überwachung eines jeweiligen Betriebsparameters eines jeden einer Mehrzahl von entfernt sich befindenden Geräten. Ein Fahrzeug weist eine Mehrzahl von Rädern auf, wobei jedes Rad einen Luftreifen mit entsprechenden Betriebsparametern aufweist, wie etwa Reifendruck und -Temperatur. Der Luftdruck und Temperatur eines jeden Reifens wird gemessen und übermittelt zu einem zentralen Ort in einem Fahrgastzellenabschnitt des Fahrzeugs. Eine Fahrgastzelleneinheit empfängt und zeigt an den Luftdruck und Temperatur, um den Fahrer über eventuelle Probleme mit den Fahrzeugreifen zu informieren.
Die Deutsche Patentanmeldung DE 34 45 854 A, angemeldet auf Robert Bosch GmbH, offenbart eine Überwachungseinheit zum Prüfen veränderlicher Bedingungen, wie etwa dem Luftdruck eines Fahrzeugreifens. Die Überwachungseinheit schließt einen Sensor ein, der an dem Rad angeordnet ist, zur Übertragung variierender Signale, gemäß dem Druck in dem Reifen. Ein Empfänger ist in dem Fahrzeug enthalten und mit einer Auswerteeinheit verbunden. Eine Batterie ist vorgesehen zur Zuführ von Energie zu dem Sensor und sie ist mit der zweiten Einheit über einen Zentrifugal-Schalter verbunden, welcher in der Stillstandsposition geöffnet ist und geschlossen ist, wenn sich das Fahrzeugrad dreht.

Zusammenfassung der Erfindung

Im Hinblick auf das Vorhergehende ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System vorzusehen, welches eine kontinuierliche Reifendruckinformation auf einer Echtzeitbasis gibt, wie in den früheren Spulentypsystemen, aber welches das Funkwellenkommunikationssystem niedriger Kosten der Schwellenwertbasierten Systeme der letzteren Zeit verwendet. Als Ergebnis bietet das erfinderische System einen hohen Informationsgrad, während niedrige Kosten und verhältnismäßige Einfachheit beibehalten werden, und somit wird es für Autohersteller attraktiver sein.
In einer Ausführungsform des erfinderischen Systems wird jede Reifeneinheit gebildet durch ein Gehäuse niedrigen Profils, welches an der Rückseite eines herkömmlichen Einklemm-Reifenventils an der Innenseite des Rades und Reifens montiert ist. Das Gehäuse nimmt eine Elektronikeinheit auf, welche eine Batterie, einen Drucksensor, einen Abroll-(Bewegungs-)Schalter, Steuerelektroniken, und einen Funkübertrager aufweist. Die gesamte Anordnung ist bevorzugt vollständig vergossen, um die Elektroniken von der Umwelt zu schützen. Die Gesamtgröße und -Gewicht werden bei einem minimalen Wert gehalten; das gesamte Gehäuse ist im Inneren von dem Radmittentiefbett angeordnet, wodurch Probleme beim Reifenaufziehen und Reifenentfernen verhindert werden.
Die Rädereinheiten messen einen Reifendruck und melden die Information an einen Armaturenbrettempfänger über Funkwellenkommunikation. Um Batterieleistung zu sparen wird der Druck periodisch abgetastet, typischerweise einmal alle 10 Sekunden, während das Fahrzeug in Bewegung ist. Zusätzlich werden die RF- Signale periodisch übertragen, typischerweise einmal jede Minute, wiederum während das Fahrzeug in Bewegung ist, vorausgesetzt, dass sich der Reifendruck nicht rasch ändert. Rasche Reifendruckänderungen (z. B. mehr als 1 psi in 10 Sekunden) werden im Verlauf der Druckmessungen erfasst und unmittelbar über eine RF-Übertragung an den Armaturenbrettempfänger gemeldet. Diese unmittelbare Übertragung stellt sicher, dass der Fahrer über einen gefährlichen Druckwert gewarnt wird, sobald ein solcher auftritt.
Wie bereits vorher darauf angespielt, ist jede Reifeneinheit bevorzugt auch mit einem Abroll- oder Bewegungs-Erkennungsschalter vorgesehen, welcher eine Fahrzeugbewegung ermittelt, um eine weitere Batterieschonung zu ermöglichen. Während das Fahrzeug in Bewegung ist, typischerweise mit einer Geschwindigkeit größer als 10 mph, erhält die Vorrichtung Reifendruckabtastungen und überträgt diese wie gerade beschrieben. Wenn jedoch das Fahrzeug steht, insbesondere z. B. wenn das Fahrzeug über Nacht in einer Garage abgestellt ist, ändert sich die Periodizität einer Druckabtastung und von RF-Übertragungen erheblich. Typischerweise werden Druckabtastungen einmal alle 15 Minuten anstatt alle 10 Sekunden vorgenommen während das Fahrzeug länger Zeitdauern ruht. Die RF- Meldungen werden nur einmal pro Stunde anstatt einmal pro Minute übertragen.
Der erfinderische Ansatz, welcher Vorteil aus der verringerten Gefahr von Reifendruckverringerungen während ein Fahrzeug sich nicht bewegt zieht, verringert einen Energieverbrauch deutlich; da jedoch der Empfänger immer aktiv ist, ist ein sofortiges Auslesen des Reifendrucks verfügbar, sobald die Fahrzeugzündung eingeschaltet wird. Als Ergebnis kann, falls über Nacht während das Auto steht ein Leck auftritt, sobald der Fahrer den Schlüssel am Morgen dreht, ein Warnlicht oder Alarm ausgelöst werden, um den Fahrer über den niedrigen Reifendruckzustand zu warnen, bevor das Fahrzeug zu fahren beginnt.
Jede Radeinheit weist einen einzigartigen Identifikationscode auf, welcher bei einer Installation in dem Empfänger einprogrammiert ist. Bis zu 2 Millionen Identifikationscodes sind verfügbar, um so ein Übersprechen zwischen Fahrzeugen und entsprechend falsche Aufnahme von Information zu verhindern. Jede RF- Übertragung enthält Druckinformation und den Identifikationscode des einzelnen Rades, um es dem Empfänger zu erlauben, zu wissen, welches der 4 Räder sich gemeldet hat, und auch, um alle Meldungen von anderen Fahrzeugen in nächster Nähe, ausgestattet mit einem ähnlichen System, zu verwerfen. Das Vorsehen eines einzigartigen Identifikationscodes vermeidet vollständig falsche Druckmeldungen von benachbarten Fahrzeugen.
Der Armaturenbrettempfänger empfängt die RF-Übertragungen und dekodiert die digitale Information, welche aus dem Rad-Identifikationscode und der entsprechenden Reifendruckinformation zusammengesetzt ist. Der Empfänger verbindet den Bordcomputer des Autos und/oder eine Armaturenbrett-angeordnete Anzeige. Die Anzeige kann in Form einer LCD, einer Lampe, eines Summtons oder sogar eines Sprachsynthesizers bestehen, um den Fahrer vor unnormalen Drücken zu warnen. Jede Anzahl von Schwellenwerten mit unterschiedlichen Alarmebenen kann zum Zeitpunkt der Herstellung ausgewählt werden; Alternativ ist es möglich, einen vom Fahrer zu programmierenden Schwellenwert vorzusehen.
Der Empfänger im Armaturenbrett des Autos besteht aus einem RF- Empfängerabschnitt, einem Mirkocontroller-Abschnitt, einem Ausgabeschnittstellen-Abschnitt und einem barometrischen Druckmess-Abschnitt. Ein Beispiel eines solchen Empfängerabschnitts wird in der oben erwähnten PCT-Anmeldung diskutiert. Da die Rädereinheiten insgesamt im Inneren der Reifen- und Rad- Anordnung aufgenommen sind, sind die Druckmessungen, welche von der Radeinheit vorgenommen werden, unabhängig von dem äußeren Umgebungsdruck. Weitere Änderungen und insbesondere Änderungen in Höhe rühren zu einer breiten Veränderung im umgebenden atmosphärischen Druck. Insbesondere kann das Fahren in hohen Höhen den Umgebungsdruck um einige psi ändern; z. B. besteht im 12 000 Fuß eine Änderung von 6 psi im Umgebungsdruck.
Um die Radeinheits-Druckmessungen um äußere Umgebungsdruckänderungen zu korrigieren, überwacht ein in dem Empfänger eingebauter Drucksensor kontinuierlich einen Umgebungsdruck. Diese Information wird verwendet, um einen Warn-"Eich"-Druck des Reifendrucks, der angezeigt werden soll, vorzusehen. Dieser Ansatz ist sehr hilfreich, wenn alle 4 Reifendrücke an dem Armaturenbrett des Fahrzeugs angezeigt werden, da der Fahrer den Reifendruck an dem Armaturenbrett ablesen kann und diese Ablesungen mit denjenigen vergleichen kann, die an einem einfachen Reifendruckmessgerät gemessen werden, das auf das Ventil des Reifens aufgesetzt wird.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist eine andere Option verfügbar, welche von Fahrzeugherstellern gewünscht sein kann, welche nicht vorhaben, eine vollständige Druckauslese-Anzeige zu liefern, sondern der vorhaben, etwas in Richtung eines Schwellenwert-Warnlicht-Systems zu liefern. In diesem Fall ist es möglich, eine Radeinheit vorzusehen, welche eine Temperatur-kompensierte Druckanzeige vorsieht. Wenn ein Fahrzeug für eine Zeitspanne in Bewegung ist, kann die Reifentemperatur deutlich ansteigen, abhängen von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Straßenzustände, Umfang des Bremsens etc. Da die Reifen- und Rad-Anordnung eine gedichtete Druckkammer bildet, steigt und fallt der Reifendruck direkt proportional zur Reifentemperatur.
Wie oben erwähnt, ist es in einige Fällen bevorzugt, falls die Druckmessungen bezüglich Druckänderungen bedingt durch Temperatur transparent sind und nur auf Druckänderungen reagierend, welche durch einen Verlust (oder Anstieg) von Luft in dem Reifen bewirkt sind. Demgemäß wurde das erfinderische System gestaltet, um einen solchen temperaturkompensierten Druckwert vorzusehen. Wenn ausgewählt, wird der von jedem Rad gemeldete Druck auf eine Standarttemperatur bezogen. Angenommen der Reifendruck beträgt z. B. 30 psi bei 20ºC Umgebungstemperatur, und dass das Auto gefahren wird, steigt die innere Reifentemperatur auf 40ºC auf Grund der Reibung des Reifens mit der Straße. Dieser Temperaturanstieg um 20ºC führt zu einem proportionalen Anstieg des Reifensdrucks in absoluten Zahlen und daher wird sich der Druck auf ungefähr 33 psi ändern. Normalerweise würde das System die Druckänderung melden und die 33 psi würden auf der Anzeige angezeigt. In einem temperaturkompensierten System würde der angezeigte Druck bei 30 psi bleiben, sogar obwohl der wahre Druck sich erhöht hat. Auf diesem Weg würde nur Lufteinlass oder Luftauslass zu einer Druckänderung führen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorhergehende und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun detailliert mit den angefügten Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Schaltung ist, die in der Steuerung des erfinderischen Reifendrucküberwachungssystems verwendet wird, in Übereinstimmung mit einer vorliegenden bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Flussdiagramm ist, welches einen darstellenden Ablauf eines Steuerbetrieb in Übereinstimmung mit der vorliegend bevorzugten Ausführungsform darstellt; und
Fig. 3 ein weiteres Flussdiagramm ist, welches einen anderen illustrierenden Ablauf eines Steuerbetriebs in Übereinstimmung mit der vorliegend bevorzugten Ausführungsform darstellt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In Fig. 1, welche ein elektronisches Blockdiagramm der Rädereinheit ist, ist eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 100 gezeigt, wie sie im Zentrum des Geräts ist. Die ASIC ist gezeigt, 6 periphere Geräte aufweisend, welche direkt mit ihr verbunden sind, wie auch eine Einzelzellenlithiumbatterie- Quelle 110. Die gezeigten sechs peripheren Geräte schließen ein: einen Drucksen sor 120, 4 Arten von Schaltern 130-160 (ein optionaler Druckschalter 130, ein Abrollschalter 140, ein Neigungsschalter 150 und Schutzkontakt-(Magnet- )Schalter 160) und eine UHF-Oszillatorübermittlerschaltung 170.
Die Gesamtschaltung arbeitet wir folgt. Die ASIC 100 überwacht kontinuierlich den Status des Abrollschalters 140. Der Abrollschalter 140 zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit an. Wenn das Fahrzeug steht, oder bei Geschwindigkeiten unter 10 mph, ist der Abrollschalter 140 offen. Wenn jedoch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer als 10 mph ist, schließt sich der Abrollschalter 140. Die ASIC 100, welche eine gemischte (analog und digital) CMOS-Custom-integrierte Schaltung ist, ermittelt das Schließen des Abrollschalters 140.
Auf Schließen des Abrollschalters 140 hin beginnt die ASIC 100, den Reifendruck periodisch abzutasten, typischerweise alle 10 Sekunden, wie durch einen Drucksensor 120 ermittelt wird. In einer Ausrührungsform ist der Drucksensor 120 ein mikrobearbeiteter Piezo-Widerstand-Siliziumsensor; in einer anderen Ausführungsform ist der Drucksensor 120 ein kapazitiver Drucksensor, hergestellt unter Verwendung einer gleichen Mirkobearbeitungstechnologie. Während des Messzyklus betreibt die ASIC 100 den Drucksensor 120 und überwacht die Ausgaben des Sensors 120, welche in die ASIC 100 gespeist werden. Ausgabe des Sensors 120 ist entweder eine Spannung proportional zum Druck (in dem Fall der Piezo-Widerstandsdrucksensor-Ausführungsform) oder eine Kapazität proportional zum Druck (im Fall der kapazitiven Drucksensorausführungsform). Die Sensorausgabe wird gemessen und der Druck wird berechnet unter Verwendung von Kalibrierungskonstanten die in dem internen nicht flüchtigen (EEPROM) Speicher der ASIC selbst gespeichert sind. Die Konstanten werden in die ASIC 100 automatisch während einem Anfangs-Kalibrationsvorgang geladen, der während des Herstellungsprozesses durchgeführt wird. Solche Verfahren sind den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt und brauch hier so nicht weiter ins Detail gehen. Temperaturkorrektur und -Kommpensionstechniken werden auch bei dieser Stufe angewandt, innerhalb des ASIC 100, um eine richtige Messung des Reifendrucks über den Temperaturbereich von Interesse vorzusehen.
Die Druckmessung oder ein Druckabtastvorgang erfordert ungefähr 100 ms; am Ende des Vorgangs fährt die ASIC 100 in einen speziellen Niedrigenergie- oder "Schlaf-"Modus. Während dieser Zeit betreibt die ASIC 100 einfach einen Uhrzähler und überwacht ihre 4 Schalteingänge. Falls der Abrollschalter 140 geschlossen bleibt, "erwacht" die ASIC 100 dann nach 10 Sekunden aus dem Schlafmodus und wiederholt den Druckmessvorgang. Typischerweise einmal pro Minute während des Fahrens aktiviert die ASIC 100 periodisch den UHF- Übertrager bzw. -Sender 170, um die Druckinformation mittels Funkkommunikation einem Armaturenbrettempfänger an Bord des Fahrzeugs zu übertragen.
Die ASIC 100 liefert Energie an einen UHF-Oszillator, welcher eine Grundfrequenz im Bereich von 300-450 MHz aufweist. Zusätzlich bietet die ASIC 100 digitale Information an die UHF-Schaltung 170, welche den Grund-Oszillator moduliert. Die UHF-Schaltung 170 ist eine Oszillator- und Verstärkerkonfiguration, welche durch einen akustischen Oberflächenquellen (SAW)-Resonator frequenzgesteuert ist. Dieser Ansatz für eine Frequenzsteuerung behält eine Frequenzstabilität und -Steuerung über einen breiten Betriebstemperaturbereich bei. Ein Beispiel eines SAW-Resonators wird in der oben bezuggenommenen PCT- Anmeldung diskutiert.
Die UHF-Schaltung 170 weist eine integrale Antenne auf, welche auch mit dem Reifenventil verbunden ist, an welchem das Gehäuse der gesamten Elektronik montiert ist. Das Reifenventil sieht eine Antenne vor, welche sich außerhalb des Reifens erstreckt und der RF-Kommunikationsleistungsfähigkeit signifikant hilft. Die Funksignale können entweder amplitudenmoduliert (AM) oder frequenzmoduliert (FM) sein, abhängend vom Kundenwunsch und anderen Anwendungsgründen. In jedem Fall wird die digitale zu übertragende Information auf die Grundfrequenz kodiert durch die ASIC 100 und sie wird darauffolgend durch die Empfängerschaltung an Bord des Fahrzeugs dekodiert.
Die durch die Radeinheit übertragene digitale Information enthält Radeinheitsidentitätscodierungen, welche bis zu 21 Bits lang sein können (was somit 2 Millionen individuelle Kodierungen ermöglicht), 8 Bits an Druckdaten und verschiedene Funktions-Bits, welche spezielle Nachrichten erlauben, wie etwa "geringe Batteriespannung", übertragen zu werden. Zusätzlich sind Fehlertestbits eingefügt, um den Dekodierungsvorgang zu unterstützen, und fehlerhafte Daten daran zu hindern, protokolliert oder angezeigt zu werden.
Eine komplette Übertragung findet statt über 1 Sekunde. Jede einzelne Übertragung, welche ein "Wort" der Information enthält, tritt über eine viel kürzere Zeitperiode, typischerweise 20 ms, auf. Um jedoch eine hohe Leistungsfähigkeit sicherzustellen, und insbesondere um sicherzustellen, dass der Empfänger an Bord die Übertragung empfängt, werden die Worte mehrere Male wiederholt, zufällig über die 1 Sekunde beabstandet. Die Zufallsnatur der Beabstandung des Wortes erlaubt, dass Übertragungen von mehr als einem Übertrager zur gleichen Zeit empfangen werden, sogar, wenn die Anfänge aller der Übertragungen vollständig synchronisiert sind. Um zu vermeiden, dass alle Übertrager ihre Übertragungen synchronisiert aufweisen, was dazu führt, dass alle Räder zu exakt der gleichen Zeit eine Meldung machen, und auch, dass die übertragenen Wörter unterschiedlich voneinander beabstandet sind, variiert die eigentliche Zeitperiode der Übertragungen von Einheit zu Einheit. Wenn beispielsweise das Fahrzeug in Betrieb ist, kann ein Übertrager alle 60 Sekunden übertragen, während ein anderer alle 63 Sekunden übertragen kann etc. Diese Beabstandung der Übertragungen heißt, dass sogar in dem unwahrscheinlichen Fall, dass zwei oder mehr Übertrager während einer gegebenen Übertragung zusammenfallen, 1 Minute später, während der nächsten Übertragung dieser Übertrager, sie nicht zusammenfallen werden. Diese Art der Zufallsanordnung ist in der oben bezuggenommenen PCT-Anmeldung wiederum diskutiert.
Das einminütige kontinuierliche Updaten der Übertragungen ist rein zu Kontrollzwecken vorgesehen. Der Empfänger erwartet, dass jedes Rad jede Minute überträgt während das Fahrzeug in Bewegung ist (d. h. sich mit mehr als 10 mph bewegt). Die Identifikationskodierungen und Druckdaten, die in jeder Übertragung enthalten sind, werden von dem Empfänger verwendet, um als erstes zu identifizieren, dass die Übertragung von einem Rad vorliegt, welches zu dem Fahrzeug gehört; zweitens von welcher Radposition (z. B. vorne links) die Übertragung kommt; und drittens den tatsächlichen Reifendruck.
Zur raschen Druckänderung, wie sie auftreten würde, falls ein Leck vorhanden wäre, initiiert die ASIC 100 eine Übertragung sobald sie eine signifikante Änderung im Druck ermittelt, wie in Fig. 2 dargestellt. Beispielsweise angenommen, dass die Druckabtastungen, die alle 10 Sekunden abgenommen werden, einen konstanten Druck 33 psi in einem gegeben Rad zeigen, wird die entsprechende Radeinheit dann jede 1 Minute einen Druck 33 psi übertragen, mit dem entsprechend Identifikationscode, zu dem Armaturenbrett. Falls sich 10 Sekunden später bei der nächsten Druckabtastung der Druck um mehr als 1 psi (in diesem Beispiel, falls der Druck auf 32 psi oder niedriger gefallen ist) geändert hat, würde die ASIC 100 diese Änderung ermitteln. Als erstes tastet die ASIC 100 den Drucksensor 1 Sekunde später erneut ab, um die Druckänderung zu verifizieren, und dann überträgt sie die neue Information unverzüglich. Auf diesem Weg werden Kontrollmitteilungen einmal pro Minute vermehrt durch unmittelbare Übertragungen sobald eine signifikante Druckänderung ermittelt wird. Dieses unmittelbare Updaten warnt den Fahrer vor jeglichen unnormalen Änderungen des Druckes sobald solche Änderungen auftreten.
Während das Fahrzeug in Bewegung ist, wiederholt sich der obige Ablauf an Vorgängen kontinuierlich. Wenn das Fahrzeug zum Stehen kommt oder wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter 10 mph fällt, öffnet der Abrollschalter 140. Auf die Ermittlung der Öffnung des Abrollschalters 140 hin startet die ASIC 100 einen Zähler/Zeituhr. Nach dem Ablauf einer vorbestimmten Dauer (in einer Ausrührungsform 5 Minuten), um normale Fahrereignisse wie etwa Stoppschilder, Ampeln und Verkehrsstauungen einzurechnen, welche normalerweise nicht zu einer verlängerten Fahrzeugstandzeit rühren würden, wird die ASIC 100 die längere Standzeit als Anzeige interpretieren, dass das Fahrzeug nun abgestellt ist. Im Abstellmodus, kann die ASIC 100 programmiert sein, zwei unterschiedliche Rollen auszuführen. In einer Ausführungsform wird die ASIC 100 eine Überwachung des Reifendrucks vollständig stoppen und wird keine Übertragungen machen werden. In diesem Zustand befindet sich die ASIC 100 in einem Modus vollständig heruntergefahrener Energie, wobei sie nur sehr geringe Leistung aufnimmt. Auch kann in diesem Modus der Empfänger vollständig abgeschaltet sein, wenn die Zündung des Autos ausgeschaltet ist. In einer anderen Ausführungsform wird während der Abstell- bzw. Standperioden die Radeinheit aktiv bleiben, wobei sie fortfährt, die Ausgabe des Drucksensors 120 abzutasten und RF-Übertragungen wie zuvor zu machen. Jedoch ist die Abtastzeitdauer nun signifikant verlängert, typischerweise auf 15 Minuten entgegen zu 10 Sekunden. Auch ist die Zeitdauer für Kontroll-RF-Übertragungen von 1 Minute auf typischerweise einmal pro Stunde erhöht. Nun überwachen die Rädereinheiten durch aktiv Aufrechterhalten des Empfängers in dem Fahrzeug während die Zündung aus ist, z. B. über Nacht, immer noch und sie melden einen Reifendruck. Daher können, wenn der Fahrer den Schlüssel bei Zündung am nächsten Morgen umdreht, die Reifendrücke in allen 4 Rädern angezeigt werden und Alarme gemeldet werden, falls nötig, bevor der Fahrer die Garage oder die Einfahrt verlässt. Die Anzahl der Druckabtastungen und RF-Meldungen ist drastisch verringert worden, um Batterieleistung zu sparen, während das Fahrzeug steht, aber der Fahrer ist immer noch mit einer "Unmittelbar An"-Reifendruckmeldung versorgt. Das Vorhergehende ist in Fig. 3 zusammengefasst.
Die Funktionen der anderen drei in Fig. 1 gezeigten Schalter werden nun diskutiert werden. Ein magnetisch aktivierter Schutzkontaktschalter 160, der in der Rädereinheit enthalten ist, ist mit der ASIC 100 verbunden. Der Schutzkontakt- Schalter 160 wird aktiviert durch einen kleinen Magneten in der Hand, der nahe an den Ventilschaft an der Kante der Radfelge außerhalb des Reifens angewandt wird. Wann immer ein Magnet in diese Position gehalten wird, schließt sich der Schutzkontaktschalter. Die ASIC 100 ermittelt dieses Schließen; nach einer Verifikationszeitdauer von 2 Sekunden übermittelt die ASIC 100 kontinuierlich eine bestimmte "Lern"-Sequenz, wie in der oben beschriebenen parallel anhängigen PCT-Anmeldung beschrieben. Falls der Magnet von dem Rad weggebracht wird, öffnet sich der Schutzkontaktschalter 160 und die Übertragungen hören sofort auf. Diese Betätigung wird verwendet, wenn das System an dem Fahrzeug installiert wird, und es ist auch nützlich, wenn die Reifen gewechselt werden oder gedreht, wie beschrieben in der oben bezuggenommenen PCT-Anmeldung.
Bei allen Rädern, ausgestattet mit Übertragern, von denen jedes einen unterschiedlichen unbekannten Identifikationscode aufweist, ist das folgende Verfahren für den Systemempfänger entwickelt worden, zum "Lernen" für das Fahrzeug einzigenartigen Räderidentifikationscodes. Der Empfänger kann in einen bestimmten "Lernmodus" versetzt werden durch einen einfachen Schalter an der Außenseite des Empfängers oder durch Programmieren des Empfängers über einen digitalen Kommunikationsteil an dem Empfänger, welcher mit einem Computer an Bord des Fahrzeugs verbunden sein kann. Im "Lernmodus" erwartet der Empfänger vier unterschiedliche Übertragungen zu empfangen, wiederum eine von jedem Rad (für ein vierrädriges Auto; die Sequenz wird unterschiedlich sein oder sogar erweitert für Fahrzeuge mit einer größeren Anzahl von Rädern). Die Person, welche das System installiert, geht um das Fahrzeug in einer vorgeschriebenen Abfolge, mit einem Magnet in der Hand (vielleicht angebracht an einen Stab, um es der Person zu ersparen, sich nahe des Reifens bücken zu müssen) und aktiviert eine Lernübertragung von jedem Reifen unter Verwendung des Magneten in der Hand in der vorherbeschriebenen Art und Weise. (Dieser Vorgang kann auch automatisch durchgeführt werden mit durch robotergesteuerten Magneten an einer Autoproduktionsstraße.) Der Empfänger empfängt die unterschiedlichen Übertragungen und lädt die Identifikationscodes, die er empfangen hat, in einen nicht flüchtigen (EEPROM) Speicher.
Bei normalen Betrieb des Systems wird für jede empfangene Übertragung der empfangene Identifikationscode mit denen im Speicher verglichen. Falls der Code übereinstimmt, verarbeitet der Empfänger die Druckdaten und bringt die Anzeige auf den neuesten Stand oder gibt einen Alarm aus, falls nötig. Falls jedoch der empfangene Identifikationscode nicht mit irgendeinem der im Speicher gespeicherten übereinstimmt, wird die gesamte Übertragung als von einem anderen Fahrzeug mit einem ähnlichen System oder als Rauschen von anderen Quellen eingeschätzt und wird verworfen.
Die anderen zwei in Fig. 1 gezeigten Schalter sind optional und hängen von bestimmten Kundenerfordemissen ab. Der Druckschalter 130 ist ein Druckschalter vom mechanischen Membrantyp, der entweder intern unter Druck gesetzt ist oder unter Vakuum steht, welcher bei einem gegebenen Schwellenwertdruck schaltet. Die ASIC 100 ist fabrikseitig programmierbar, um so drei mögliche Optionen vorzusehen bezüglich der Verwendung eines Druckschalters wie dem Druckschalter 130. Gemäß einer ersten Option, in welcher nur ein Druckschalter verwendet wird, um einen Reifendruck zu überwachen, wird die Abtastung des Drucksensors und eine nachfolgende Druckberechnung ersetzt durch die einfache Ermittlung des Druckschalters. Bei Reifendrücken oberhalb des Schalterschwellenwertpunkts ist der Druckschalter geschlossen und die Radeinheit überträgt ein "normal"- oder "gut'-Drucksignal als Teil ihrer Übertragungsabfolge. Falls der Druck unter den Schalterschwellenwert fällt, öffnet der Druckschalter. Dies wird unverzüglich durch die ASIC 100 ermittelt und ein "unnormal"- oder "niedrig"- Drucksignal wird übertragen. Der Empfänger lässt in diesem Fall einen Alarm ertönen oder er aktiviert ein Warnlicht.
Übereinstimmend mit der zweiten Option werden sowohl ein Druckschalter und ein Drucksensor zusammen verwendet. Bei hohen und normalen Drücken, wenn der Druckschalter geschlossen ist, wird der Drucksensor nicht alle 10 Sekunden abgetastet, nur gelegentlich, um den Schalterzustand doppelt zu testen, beispielsweise jede 1 Stunde. Wenn sich der Druckschalter 130 auf Grund eines fallenden Drucks öffnet, gibt der Drucksensor Abtastmessungen heraus und ein richtiger Wert der Niedrigdruckbedingung kann übermittelt werden, was eine enge Überwachung unnormaler Reifedrücke erlaubt. Auf diese Art und Weise ist der Energieverbrauch dramatisch reduziert, da typischerweise über 95% der Zeit der Druck in dem Reifen normal sein wird, und der geschlossene Druckschalter 130 verhindert, dass unnötige Druckabtastungen während dieser Zeitdauer vorgenommen werden.
In Übereinstimmung einer dritten Option zur Verwendung des Druckschalters wird ein Druck überwacht während das Fahrzeug in Ruhe ist, wobei der Sensor 120 dann zur Drucküberwachung verwendet wird während das Fahrzeug sich bewegt. Das heißt, sobald sich der Abrollschalter 140 öffnet, was anzeigt, dass das Fahrzeug ruht, hören alle Drucksensorabtastungen auf und das ASIC 100 wirkt einfach auf eine Änderung im Zustand des Druckschalters hin, dabei signifikant batterieleistungssparend, da keine Druckabtastungen über die Lebensdauer des Autos hin vorgenommen werden, während das Auto ruht.
Der in Fig. 1 gezeigte Neigungsschalter 150 wird verwendet, um anzuzeigen, dass das Rad um einen bestimmten Winkel geneigt ist, typischerweise 30º aus der normalen vertikalen Position. Auf diese Art und Weise kann der Schalter 150 eine Entfernung eines Rads von dem Fahrzeug ermitteln, wie beispielsweise im Fall eines Raddiebstahls. Falls der Autoalarm des Fahrzeugs aktiviert ist, kann eine bestimmte Sicherheitsübertragung, initialisiert durch die Radeinheit, wenn der Neigungsschalter 150 sich schließt, vorgenommen werden, um den Autoalarm ertönen zu lassen. Dieses Merkmal kann eine Abschreckung für Raddiebe bieten.
Der Empfänger in dem Reifenniedrigdruckwarnsystem ist von herkömmlicher Gestaltung. Ein superheterodynes oder superregeneratives RF-Vor-Feld kann aus gewählt sein, abhängend von einem Modulationstyp und einer Datenrate die für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist. Der Dekodierungsabschnitt, welcher auf einem Mirkocontroller basiert, schließt einen nicht flüchtigen Speicher ein zur Speicherung der vier Räderadressen, die während der "Lernmodus"-Abfolge bei einer Installation geladen werden. Ein Analogschaltkreis, welcher einen Drucksensor einschließt, wird verwendet, um eine Messung von Umgebungsatmosphärendruck vorzusehen, welcher die eingehenden Raddrücke für Messegerätmessungen korrigiert. Ausgabetreiberblöcke sind enthalten, um ausreichende Pufferung und Treiberfähigkeit für die Art der Zwischenverbindung und Anzeige/Warnung, die ausgewählt ist, vorzusehen.
Die in dem Mikrocontroller eingebettete Empfängersoftware weist die Fähigkeit auf, die "Lernmodus"-Abfolge durchzuführen, sie kann Reifenorte unter Verwendung externer Programmierung drehen, sie erlaubt Einstellung der Schwellenwertgrößen und sie sieht auch eine diagnostische Information für jede Komponente des Systems vor, d. h. alle vier Übertrager und der RF-Abschnitt des Empfängers. Einige dieser Details sind in der oben erwähnten PCT-Anmeldung beschrieben; andere werden für Fachleute auf diesem Gebiet klar werden und brauchen so hier nicht im Detail beschrieben werden.
Auch ist der Empfänger in der Lage angepasst zu werden, um andere Empfänger auf einer gleichen Grundfrequenz zu empfangen, um viel größere Steuerfähigkeiten zu bieten. Zum Beispiel können "schlüssellose Fernzugangs"-Systeme, die zur Zeit für Fahrzeuge entwickelt werden, gestaltet werden, die Empfängerkomponente des Reifenniedrigdruckwarnsystems zu verwenden, was bemerkenswerte Kosten durch Kombination sowohl einer Reifenniederdruckwarnung und eines schlüssellosen Zugangs in einer gemeinsamen Empfängereinheit spart.
Während die Erfindung mit Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, werden verschiedene Modifikationen den Fachleuten in diesem technischen Gebiet klar werden. Demgemäß ist die Erfindung als nur unter Bezugnahme auf die angehängten Ansprüche limitiert zu interpretieren.

Claims

1. Reifendruckfernüberwachungssystem für ein Fahrzeug, welches zumindest zwei Räder mit darauf montierten Reifen aufweist, für jeden dieser Reifen einen Drucksensor (120) einschließend, zum Fühlen eines Druck des Reifens, und dementsprechend Reifendruchmessungen vorsehend, einen Funkübertrager (170) zum Übertragen der Reifendruckmessungen über Funkübertragungen, eine Energieversorgung (110) und

eine Steuerschaltung (100), die mit dem Drucksensor (120) und dem Funkübertrager (170) verbunden ist, zum Steuern des Betriebs des Drucksensors und des Funkübertragers, die Steuerung einer Periodizität des Betriebs des Drucksensors und des Funkübertragers einschließend;

wobei das Reifendruckfernüberwachungssystem für jeden der Reifen gekennzeichnet ist durch

einen Abrollschalter (140), der mit der Steuerschaltung (100) verbunden ist und zumindest einen ersten und einen zweiten Zustand aufweist, zum Überwachen eines Bewegungszustandes des Fahrzeugs; und

wobei in Antwort auf den ersten Zustand des Abrollschalters (140) die Steuerschaltung (100) den Drucksensor (120) und den Funkübertrager (170) veranlasst, mit einer ersten Periodizität zu arbeiten, und die Steuerschaltung in Antwort auf den zweiten Zustand des Abrollschalters den Drucksensor und den Funkübertrager veranlasst, mit einer zweiten Periodizität zu arbeiten, die häufiger ist, als die erste Periodizität.

2. Reifendruckfernüberwachungssystem nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die erste Periodizität für den Drucksensor (120) 15 Minuten und eine Stunde für den Funkübertrager (170) beträgt, und die zweite Periodizität 10 Sekunden für den Drucksensor und eine Minute für den Radioübertrager beträgt.

3. Reifendruckfernüberwachungssystem nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch einen Neigungsschalter (150), der mit der Steuerschaltung (100) verbunden ist und zumindest einen ersten und einen zweiten Zustand aufweist, zum Überwachen eines Winkels bei dem der Reifen montiert ist, wobei in Antwort auf den ersten und zweiten Zustand des Neigungsschalters die Steuerschaltung (100) den Funkübertrager (170) veranlasst, einen Alarm auszugeben, welcher auf einen unbefriedigenden Montagezustand des Reifens hinweist.

4. Reifendruckfernüberwachungssystem nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass in Antwort auf die Reifendruckmessungen die Steuerschaltung (100) den Funkübertrager (170) veranlasst, digitale Signale auszugeben, welche eine vorbestimmte Anzahl an Bits aufweisen.

5. Reifendruckfernüberwachungssystem nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Anzahl an Bits eine erste Anzahl an Bits einschließt, welche eine eindeutige Identifikation des Reifens bietet.

6. Reifendruckfernüberwachungssystem nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch einen magnetisch betätigten Schalter (160), der mit der Steuerschaltung (100) verbunden ist und auf das Vorhandenseins eines magnetischen Feldes reagiert, zum Setzen des magnetisch aktivierten Schalters in einen ersten Zustand, wobei die Steuerschaltung (100) auf den ersten Zustand des magnetisch aktivierten Schalters (160) antwortet, um den Funkübertrager (170) zu veranlassen, ein Identifikationssignal zu übertragen, welches eindeutig den Reifen identifiziert.

7. Reifendruckfernüberwachungssystem nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (120) Änderungen in der Höhe ausgleicht, die sich unter verschiedenen Fahrzuständen ergeben.

8. Reifendruckfernüberwachungssystem nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (120) einen Piezo-Wiederstand- Sensor umfasst.

9. Reifendruckfernüberwachungssystem nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (120) einen kapazitiven Sensor umfasst.