TWI417527B - 具絕佳靈敏度及省電效能之胎壓偵測器系統 - Google Patents

Description

具絕佳靈敏度及省電效能之胎壓偵測器系統

本發明係有關於汽車胎壓感測器。更明確地，本發明係有關於使用具有絕佳的靈敏度的感測器系統省電裝置來監視車輛的內部胎壓之以電池作電源的方法與系統。

壓力偵測系統是習知的且普遍被用來監視一車輛的各個氣壓式輪胎的內部空氣壓力並在一或多個車輛輪胎內的內部空氣壓力為危險性地高或低時提供一警告訊號給駕駛人。該警告訊號典型地是由一r.f.訊號產生器所產生的，該r.f.訊號產生器是由一連接至該胎壓感測器的微處理器所控制的，當該感測器測得的內部胎壓是位在一預定的正常操作範圍之外，滿足一高壓力情況或一低壓力情況時，該警告訊號就會被產生。此r.f.訊號被傳送至一車裝的接收器其使用該警告訊號來視覺地(藉由啟動一警示燈或顯示器)或聽覺地(藉由啟動一可聽到的警鈴)或兩者來警告駕駛人。供給至該感測器電路的電力是由一電池所提供，該電池必需在可用電力掉落到一有用程度以下時加以更換。

習知的胎壓系統，譬如揭示於2003年1月21日提申名稱為“External Mounted Tire Pressure Sensor System”的美國專利申請案第10/346,490號中所揭示者，其揭示內容藉由此參照被併於本文中，該申請案使用一種具有一線性可變電阻特性的機械式應變感測器於一電橋電路(electrical bridge circuit)的分支內來測量一其上安裝了該感測器的輪胎的內部壓力。此種感測器對於一在汽車環境中會經常地遭遇到之機械式振動相對不敏感。此外，該電路(即，電橋電路)的配置相對簡單，具有習知的性能特徵，及被證實在操作中具有合理的可靠性。

雖然使用該應變感測器及電橋電路的該習知的感測器電路有一定的有效性，但仍有固有的限制因素侷限了此類裝置的效能。首先，由於只有單一的可變電阻元件(該應變計)被加入到該電橋電路的一個分支上，所以該感測器電路的靈敏度即受限於所使用之該單一應變計的可變電阻範圍。這將會限制了該感測器系統之潛在的測量範圍。此外，該習知的感測器電路易受到導因於該可變電阻應變感測器之不同的熱阻係數及形成該電橋電路之固定的電阻之測量不精確的影響。其次，因為該感測器電路是由該主要電池持續性地供電，所以該電池的有用壽命即受限於電池的電力容量。此缺點會因為安裝上的限制對構件要求要有更小的實體尺寸而變得更加嚴重。因此，電池的更換就變成了此種習知的感測器系統的效率的最主要限制了。

針對上述的缺點要提供一種簡單但精確且持久的胎壓監視系統所投注的努力到目前無止都未獲致成功。

本發明包含使用可變電阻感測器組件來監視車胎內部 壓力的方法與系統，該可變電阻感測器組件具有比習知裝置更高的靈敏度及更大的溫度波動承受度；及包含一種省電裝置來提供更長的有效電池壽命。

在一第一設備態樣中，本發明包含一對一胎壓感測系統的改良，該胎壓感測系統具有一可變電阻位移感測器當其被耦接至一氣壓胎上時可提供代表內部胎壓的電阻值；一處理器其被耦接至該位移感測器元件用來將對應於不當的內部胎壓的電阻值轉變成為r.f.產生器啟動訊號；及一r.f.產生器電路用來在被該處理器啟動時傳送一不安全的胎壓警示訊號。該改良包含一可變電組感測器組件其具有第一及第二單獨的伸展感測器，每一伸展感測器都具有一第一可撓曲層其包含一可變電組元件及一第二可撓曲支撐層，其中各單獨的伸展感測器被安排成該第一伸展感測器的第一可撓曲層是與該第二伸展感測器的第一可撓曲層相面對，使得可變電阻元件係彼此相面對。該等可變電阻元件被插入到一具有四個分支的電橋電路中：該四個分支中的一第一對分支具有串聯地相連接的固定電阻元件，而該四個分支中的一第二對分支則具有串聯地相連接之該第一與第二伸展感測器的可變電阻元件。

在此基本實施例的一較佳變化例中，該可變電阻感應器組件更包括第三及第四伸展感測器，其中第三及第四單獨的伸展感測器中的每一伸展感測器都具有一第一可撓曲層其包含一可變電組元件及一第二可撓曲支撐層。該第三及第四單獨的伸展感測器彼此被安排成該第三伸展感測器的第二 可撓曲支撐層係面向該第四伸展感測器的第二可撓曲支撐層。而且，該第三伸展感測器的第一可撓曲層被安排成面向該第二伸展感測器的第二可撓曲支撐層。該等可變電阻元件被插入到一具有四個分支的電橋電路中：該四個分支中的第一個分支具有該第一伸展感測器的可變電阻元件，該四個分支中的第二個分支具有該第四伸展感測器的可變電阻元件，該四個分支中的第三個分支具有該第二伸展感測器的該可變電阻元件，及該四個分支中的第四個分支具有該第三伸展感測器的該可變電阻元件。該第一及第二分支係串聯地相連接，及該第三與第四分支係串聯地相連接。

在上述兩個實施例中，在該電橋電路中的歐姆電連接可確保導因於溫度改變的電阻改變可被該等電阻構件的配置所抵消掉。

該胎壓感測系統包括該處理器，該r.f.產生器電路，該可變電阻感測器組件，及一電池在內的胎壓感測系統構件全部被安裝在一共同的支撐基板上，其具有一可撓曲的部分其至少在該可變電阻感測器組件的底下。該支撐基板可被安裝在一輪胎側壁上，外側壁或內側壁上皆可；或在製成輪胎期間嵌埋在輪胎側壁內。在表面安裝的例子中，一固定在輪胎側壁上的感測器導件可滑動地捕捉住該感測器組件的一自由端。該感測器組件的另一端則被固定於該輪胎側壁上。此配置可防止該感測器組件過度的縱長向伸展及過早的失效。

本發明的第二設備態樣包含一用在一胎壓感測系統上 的省電裝置，該胎壓感測系統具有一可變電阻感測器當其被耦接至一氣壓式輪胎上時可提供代表內部胎壓的電阻值；一處理器其被耦接至該感測器用來將對應於不當的內部胎壓的電阻值轉變成為r.f.產生器啟動訊號；及一r.f.產生器電路用來在被該處理器啟動時傳送一不安全的胎壓警示訊號。該省電裝置以一種與輪胎速度有關的方式來限制供應至該可變電阻感測器組件的電力，使得電力只有在輪胎速度到達一門檻的速度值之後的一與輪胎速相關的測量期間才會從電池被供應出來。較佳地，此測量期間是與一給定尺寸的輪胎完成一預定的周轉圈數(number of revolutions)所需要的時間有關。

該省電裝置具有一輸入端子其被設計成可耦接至一電力源(在一特定的實施例中其為電池)，一輸出端子用來供應電力至該可變電阻感測器，及一車速敏感的開關用來在該輪胎達到一第一預定的速度將該輸入端子連接至該輸出端子及用來在該輪胎速到掉到低於該第一預定的速度時將該輸入端子與該輸出端子分開。在一實施例中，該開關包含一導電的接點件，譬如一彈簧，其具有一第一部分連接至該輸出出端子及一自由端，及一導電的擺動件，譬如一彈簧或一擺動臂，其具有一第一部分連接至該輸入端子及一安裝在該自由端上之質量件。該質量件係被安裝來在該輪胎達到該第一預定的速度時與該接點件之該自由端建立實體接觸，來讓電力能夠從該輸入端子傳送至該輸出端子。較佳地，該質量件具有相反端；及該開關上設有連接 至該輸出端之第一及第二接點件，其中該第一接點件具有一位在該質量件的兩相反端中的一端的路徑上的自由端，及該第二接點件具有一位在該質量件的兩相反端中的另一端的路徑上的自由端。在此結構下，可方便將該省電裝置安放在一車胎上。

在另一實施例中，一可磁性致動的簧片開關被耦接在該輸入端子與該輸出端子之間，及一磁鐵被安裝在該輸軸臂的自由端上用以在該輪胎達到該第一預定的速度時作動該簧片開關。

在另一實施例中，該省電裝置更包含一耦接至該處理器的控制訊號輸出端子；及該車速敏感的開關包括控制訊號機構用來在該輪胎達到一不同於(較佳地為高於)該第一預定速度之第二預定速度時將該電力輸入端子連接至該控制訊號輸出端子及用來在該輪胎的速度掉到低於該第二預定的速度之下時讓該輸入端子與該控制訊號輸出端子分離。當該控制訊號被接收到時，該控制訊號係被當作給該處理器的一個表示，代表現在可使用一不同的，較小的測量期間。此不同的測量期間亦與該輪胎完成一預定的週轉數所需的時間有關。

在此實施例中，該開關結構大體上與使用在第一實施例中的開關相同。該控制訊號機構包含一接點件其具有一連接至該控制訊號輸出端子的第一部分及一自由端，及在此開關中的該質量件是被安裝來在該輪胎達到該第二預定的速度時與該接點件建立實體接觸。與該第一實施例相同的，該質量件較佳地具有相反端；及該控制訊號機構包括連接至該控制訊號輸出端之第一及第二接點件，該第一接點件具有一位在該質量件的兩相反端中的一端的路徑上的自由端，及該第二接點件具有一位在該兩相反端中的另一端的路徑上的自由端。

在方法的態樣中，本發明包含一種降低在一用電操作的壓力感測系統中的電力消耗的方法，該壓力感測系統具有一可變電阻感測器當其被耦接至一氣壓式輪胎上時可提供代表內部胎壓的電阻值，一處理器其被耦接至該位移感測器元件用來將對應於不當的內部胎壓的電阻值轉變成為r.f.產生器啟動訊號；及一r.f.產生器電路用來在被該處理器啟動時傳送一不安全的胎壓警示訊號，該方法包含的步驟為：(a)提供一電力的來源；及(b)提供電力至該可變電阻感測器持續達一胎壓測量時間，該胎壓測量時間的長短與輪胎的速度相關。提供電力的步驟(b)較佳地包括下面的步驟：(i)在輪胎速度達到一第一輪胎速度門檻值之前不供應電力至該可變電阻感測器，(ii)當該輪胎達到該第一速度門檻值時提供電力至該可變電阻感測器持續達一測量時間，該測量時間與在該第一輪胎速度下達到一預定的輪胎週轉圈數所需的時間長度有關，及(iii)當該輪胎速度掉落到低於該第一輪胎速度門檻值時停止供應電力至該可變電阻感測器。

該方法可藉由修改提供電力的步驟(b)來進一步提供一第二測量期間用以包括當該輪胎速度到達一第二輪胎速度門檻值時將該測量期間的長度改變至一不同的數值的步驟，該不同的數值與在該第二輪胎速度門檻值下達到一預定的輪胎週轉圈數所需的時間長度有關。

本發明對於監視在配備有氣壓式輪胎的車輛的內部胎壓的問題提供了一便利的解決方案。該系統可在製造相輪胎期間或在製造一新車期間被安裝，或當作一上市之後的零件來加以安裝。又，沒裝設胎壓感測系統之既有的車輛可在一相對低的花費下用最先進的系統輕易地加以翻新。這對於要求所有上路的車輛上都要求要裝上低胎壓警示裝置的地區特別有利。該感測系統提供實質上加強的測量靈敏度，且該省電裝置實質上降低電力消耗，這對於使用很難接近的電池來作為電力來源的安裝而言是特別重要的。

為了要對本發明的本質及有點有更完整的瞭解，將參照配合附圖的詳細說明來加以描述。

現翻到附圖，圖1為一使用單一伸展感測器於一電橋電路中之單一胎壓監視電路之先前技藝的示意圖。如此圖所示，該監視電路(其被標示為10)包括一單一伸展感測器12其歐姆地連接在一電橋電路的一個分支中，如圖所示，該電橋電路具有三個其它的分支，每一分支都具有一固定電阻R被歐姆地連接。該伸展感測器12為一習知的構件其具有一以一可預測的量隨著該感測器本體的直線縱長向位移量而改變之歐姆電阻的特性。該伸展感測器12具有一第一層14其上安裝有一薄的可變電阻元件15；及一第二基礎層其載負該第一層並提供該感測器12額外的機械強度。該等固定電阻R的數值都是相同的。該來自D.C電力的來源(未示出)的參考電壓V_in 被提供至該電橋電路10的兩個節點。伸展感測器12以一種該伸展感測器12將如內部壓力的函數般地屈曲(flex)的方式被安裝到一車輛輪胎(未示出)上。該伸展感測器12的電阻值將與導因於該內部胎壓的屈曲量及該屈曲發生的方向有關。如圖1中所示的，當感測器12屈曲於一第一方向上時，該電阻值會增加(R＋r)，其中R為該感測器12在靜止時的電阻及r為導因於該感測器12的屈曲之額外的電阻值。相同地，當感測器12屈曲於相反方向上時，該電阻值會降低(R－r)。隨著該伸展感測器的電阻的改變，測量電壓V_out 亦將隨之改變，因而提供內部胎壓的測量值。

圖2為具有四個伸展感測器22a－22d於一依據本發明的電橋電路20中的單一胎壓監視電路的立體圖。如此圖所示的，每一感測器組件22都包含四個兩層的伸展感測器，每一感測器都具有一承載該可變電阻元件的第一層24，及一基礎層25。伸展感測器22a，22b被安排成其第一層相面對；而剩下的兩個伸展感測器22c，22d則被安排成背對背的關係。面向同一方向的感測器22a及22c在圖2中被註記R＋r；而同樣面向與感測器22a及22c的方向相反的方向上之感測器22b及22d則被註記R－r。如圖2所示，該等感測器被歐姆地連接，其中R+r感測器被安排在該電橋電路20的兩個相反的分支中，及R-r感測器被安排在該電橋電路20的另兩個相反的分支中。藉由此配置，導因於熱效應之在電阻上的變化可完全被電性地抵消掉，使得測得的電阻值為一純粹的內胎壓的函數。該感測器組件22以一種下文中描述的方式被實體上地安裝到該輪胎上。

圖3為類似圖2的立體圖，其顯示一單一胎壓監視電路的另一實施例，其具有兩個被安排成一電橋電路中的串聯連接分支的伸展感測器。如此圖所示的，每一感測器組件32都包含兩個兩層的伸展感測器，每一伸展感測器都具有一承載該可變電阻元件的第一層24，及一基礎層25。兩個伸展感測器32a，32b以它們的第一層是相面對的關係被安排成一R+r，R-r的配置。該等單層感測器如圖3所示地被歐姆地連接，其中R+r感測器及R-r感測器以串聯連接的方式被安排在該電橋電路30的相鄰的分支中。該電橋電路的另外兩個分支被提供電阻值同為R的固定電阻元件26。藉由此配置，導因於熱效應之在可變電阻元件上的任何變化可完全被電性地抵消掉，及導因於熱效應之對於固定電阻元件R的任何變化可完全被電性地抵消掉，使得測得的電阻值為一純粹的內胎壓的函數。該感測器組件22以一種下文中描述的方式被實體上地安裝到該輪胎上。

圖4顯示圖1的先前技術電橋電路與圖2及圖3所示 之本發明的兩個實施例的靈敏度比較。如此圖中所示，對於圖1中之先前技術的單一感測器而言輸出電壓V_out的大小為r/4R的函數。對於圖3的兩個感測器的實施例而言，輸出電壓V_out的大小為r/2R的函數。對於圖2的四個感測器的實施例而言，輸出電壓V_out的大小為r/R的函數。熟習此技藝者將可瞭解的是，圖2的實施例提供對於靈敏度的提高比先前技藝的設計高出了四倍；而圖3的實施例所提供之對於靈敏度的提高則比先前技藝的設計高出了兩倍。這代表了在測量能力上具有實質上的改進。

圖5為依據本發明的一胎壓監視系統50的示意立體圖，其顯示出主要構件的實際安排。如此圖所示的，該胎壓監視系統50的主要構件包括一積體電路51，一電池52，一伸展感測器組件22或32，一天線54，及一運動偵測器55(將於下文中說明)。這些構件可以任何想要的方式(譬如藉由使用一適當的黏劑)而被固定到一基材層56上。該積體電路51包含可經常在一r.f.監視系統中看到的主動電子構件，因此將不再於本文中詳加說明因為對於熟習此技藝者而言這些都是習知的。天線54以一種一般的方式被耦接至該積體電路51的r.f.區。該伸展感測器組件22，32被歐姆地連接至包含在該積體電路51內的電橋電路。電池52被連接至該積體電路51的電力輸入端子。基材層56藉由一適當的黏劑而被黏附到一安裝層57上。至少在該伸展感測器組件22，32底下之該基材層56及安裝層57的部分應有足夠的撓曲性用以容許該伸展感測器組件隨著輪胎側壁一起屈曲用以提供精確的電阻值。對於表面安裝的應用而言，一大致U型的感測器導件58其具有固定端59a，59b用以可滑動地抓住該伸展感測器組件22，32，及底下的該基材層56及安裝層57部分。該感測器導件被作成可將該伸展感測器組件22，32保持著與輪胎側壁緊密相鄰，同時可讓該伸展感測器組件22，32在感測器導件58內有滑移的運動的大小。

伸展感測器組件22，32的下端藉由將該基材層56及安裝層57的大致矩形的下部黏到一第一輪胎固定點(外胎表面，內胎表面或一內部固定點)上而被固定到該第一輪胎固定點上。該感測器導件58的固定端59a，59b被固定到一第二輪胎固定點處。當輪胎側壁的輪廓因為內部胎壓的改變而改變時，該伸展感測器組件22，32將可隨著該輪廓改變而屈曲，因為伸展感測器組件22，32的下端被固定到輪胎固定點上且透過該感測器導件58被可滑動地保持與輪胎側壁緊貼。然而，因為至有該伸展感測器組件22，32的下端被固定到該第一輪胎固定點，所以伸展感測器組件22，32不會被拉伸至斷裂點，如果該伸展感測器組件22，32的整個長度都被牢牢地黏著的話就會發生斷裂。此安裝結構可防止該伸展感測器組件22，32過早損壞。

如圖6所示，一依據本發明的單一胎壓監視系統50可藉由將該安裝層57(圖5)黏附到輪胎側壁的一適當的位置處而被安裝到一輪胎61的側壁上。這可藉由使用一適當的黏劑，譬如環氧樹脂黏劑，來完成。較佳地，該系統50係使用兩鉤與圈(hook-and-loop)附著系統構件，譬如以Velcro商標所販賣的構件，來附著於輪胎側壁上。此結構可提供該被安裝的壓力感測系統額外的振動阻尼效果。

圖7為一通過一車輛輪胎及輪子組件的剖面圖，其顯示該輪胎壓力感測系統50的兩個可能的設置處。如此圖所示，該系統50可藉由上文中所述的附著機構而被附著在車輛輪胎上。此設置可容許一用罄的電池52被輕易地更換因為電池52可以很方便地接近。或者，系統50可在輪胎被安裝到輪子63上之前被附著在內胎壁62上。此設置可提供對於系統50的構件保護使它們不會受到機械性的磨損惡劣環境狀況的損害，但其缺點為當需要更換電程52時必需將輪胎63拆下來。

圖8為一類似圖7的剖面圖，其顯示該輪胎感測系統的另一可能的設置。如此圖所示，該感測器系統50被模製到該輪胎內介於外側壁61與內側壁62之間。因為輪胎模製處理所需的溫度與系統50的構件的耐受溫度比較起來相對低，所以內部設置是可行的。此內部設置可提供系統50的構件最大的保護因為它們整個被包覆在輪胎材質內。然而，當電池52耗盡時，就無法加以更換了。

用來決定內胎壓的電阻測量處理與上文中提到之美國專利申請案第10/346,490號中所揭示者極為類似。所測得之該伸展感測器組件22，32的電阻值變動於一最大值的R_max (此時該壓力感測系統50係位在離路面最小距離處且具有最大的位移，即最接近路面)與一最小值的R_min (此時該壓力感測系統50係位在離路面最遠距離處，即離路面最遠，且具有最小的位移)之間。用來計算它壓的參數為R＝(R_max )－(R_min )。此參數係由該積體電路51內的程式化電路來計算的。當此數值位在一有兩個預定的門檻值所界定之預定的可接受範圍內時，就不會有訊號被傳送至天線54因為該內胎壓是落在被容許的範圍內。當該R的數值大於一預定的第一門檻值－滿足一低壓力情況時，積體電路51會啟動一內部的r.f.傳送器，其會產生一將從該天線54被傳送出去的低壓力訊號。相類似地，當該R的數值小於一預定的第二門檻值一滿足一高壓力情況時，積體電路51會啟動該內部的r.f.傳送器，其會產生一將從該天線54被傳送出去的高壓力訊號。該低壓力訊號或高壓力訊號被傳統的內建接收器電路(未示出)所接收，其將該低或高壓力訊號轉換成可感知的警示訊號，譬如可看到的指示器，一可聽見的警鈴，或兩者。大體上，該接收器電路包括一解碼器用來將該高或低壓力訊號解碼成為可被用來操作該警示指示器的形式。此接收器的代表性例子被揭示與描述於美國專利第5,900,808號；第6,175,301號；及第6,453,737號中。因為接收器電路是傳統的且對於熟習此技藝者而言是習知的，所以無需在此作進一步的說明。

為了要保留電池電力，電阻測量可被週期地實施而不是持續性地實施。例如，R的一初始值可首先被計算。如果R的數值低於該第一門檻值但高於該第二門檻值(即，顯示胎壓係落在可接受的範圍內)的話，積體電路51將會等待1分鐘，然後進行另一次參數R的計算。如果R值的任何計算結果落在由兩個門檻值所界定的範圍之外的話(即，高於該第一門檻值或低於該第二門檻值)，則積體電路51將等待一較短的時間(10秒鐘)然後實施另一次的參數R的計算。如果計算的結果為R的另一個數值仍落在有該二門檻值所界定的範圍之外的話，則積體電路51將會動該R.F.傳送器用以產生一低或高胎壓訊號。如果其結果為R的一連續數值沒有落在由該二門檻值所界定的範圍之外的話，則該積體電路51將會等待1分鐘，然後進行下一個計算。

為了要進一步節省電池的電力，從電池52到該積體電路51的電力在一運動偵測器55的控制下被選擇性地提供，該運動偵測器的第一實施例55A被示於圖9中。如此圖所示，電池52的一個端子(在此實施例中為正端子)被連接至該運動偵測器55A的第一端子91。端子91被歐姆地連接至一對沿著一質量塊95的擺動路徑94設置的接點彈簧92，93。用導電材料製成的該質量塊95被安裝到一同樣是用導電物質製成的擺動彈簧96的上端。該擺動彈簧96的下端則被歐姆地連接至一電力輸出端子98。該電力輸出端子98被連接至該積體電路51的電力輸入端子。

在操作時，當其上安裝了該胎壓感測系統50的該車胎靜止不動時，該質量塊95係位在該接點彈簧92，93的中間且被該擺動彈簧96保持在此位置。當位於此中間位置時，該質量塊並沒有與接點彈簧92，93相接觸，因此電力不會從電池52被提供到該輸出端子98，因而不會有電力的消耗。當車胎開始轉動時，質量塊95在離心力的影響下沿著該擺動路徑94偏斜於接點彈簧92的方向上或接點彈簧93的方向上，其端視該運動偵測器55在該輪胎側壁上的方位及輪胎的轉動方向而定。當輪胎的轉速達到一預定的數值(如，10m.p.h.)時，質量塊95就會被偏移一足以與接點彈簧92，93接觸的距離。在此時，一歐姆電路即被建立在該電力輸入端子91與該電力輸出端子98之間，且D.C.電流可從電池52流至該積體電路51。應注意到的是，可讓電路被供應至該積體電路51的該輪胎速度為一設計上的選擇且可被設定在一個熟習此技藝者認為適當的數值。當電力連接被建立於電池52與積體電路51之間時，上文中所述之該胎壓測量處理即可開始。

圖10顯示該運動偵測器55B的另一實施例。在此實施例中，擺動彈簧96用一擺動臂101來取代，其底端被可擺動地安裝至一固定的參考點且具有一鐵磁質量塊103安裝在其上端。一永久磁鐵105被固定至該運動偵測器55B的一固定的參考點。圖10的實施例的操作與圖9的實施例極為相似，其差別只在於介於該質量塊103與該永久磁鐵105之間的磁力讓該質量塊103保持不會與接點彈簧92或93接觸，直到導因於輪胎轉動的離心力大於介於該質量塊103與該永久磁鐵105之間的磁性保持力量為止。

圖10A及10B顯示運動偵測器55C的另一個實施例。圖10A顯示在未啟動狀態下的運動偵測器55C，而圖10B則顯示在啟動狀態下的該運動偵測器55C。在此實施例中，擺動臂101的上端安裝了一永久磁鐵106。永久磁鐵105被固定到該運動偵測器55C的一固定的參考點。接點彈簧92，93被一磁性地作動之正常下為打開(open)的接點簧片開關108所取代，該接點簧片開關具有一第一端子109其歐姆地連接至輸入端子91及一第二端子110其歐姆地連接至端子98。圖10A及10B的實施例的操作係如下所述。當導因於輪胎轉動的離心力小於介於磁鐵106與磁鐵105之間的磁性保持力量時，該擺動臂101及磁鐵106被保持在圖10A所示的姿態，在此姿態中磁鐵106遠離該簧片開關108的距離足以讓該簧片開關被保持在未被啟動的狀態且沒有電路從端子91被傳送至端子98。當導因於輪胎轉動的離心力大於介於該磁鐵106與該磁鐵105之間的磁性保持力量時，該擺動臂101及磁鐵106即被轉動(在10B中為逆時鐘方向)，使得磁鐵106接近簧片開關108並造成其內的接點閉合，藉此歐姆地連接端子91及98並將電路從電池52傳送至積體電路51。雖然在圖10A及10B中只有一個簧片開關108被示出，但應被瞭解的是有一對簧片開關108被使用在該運動偵測器55C中，位在類似於圖9中之接點彈簧92，93所在的位置處。

將會很明顯的是，包含運動偵測器55A－55C於該胎壓感測系統50中可藉由在其上安裝有輪胎的該車輛在靜止中或以低速移動時，停止提供D.C.電力至該積體電路51來延長電池52的有效壽命。更進一步的省電可藉由使用如圖11所示之多階段運動偵測器55D來達成。如此圖所示的，該多階段運動偵測器55D具有與運動偵測器55A相同的元件91，92，93，95，96及98。此外，運動偵測器55D包括一對額外的電力接點彈簧112，113，其沿著該質量塊95的擺動路徑94的相反端被安裝但被安排在沿著該擺動路徑94之接點彈簧92，93的內接觸面的外側的位置點。電力接點彈簧112，113被歐姆地並聯連接至該積體電路51的一專屬的輸入埠。該接點彈簧112，113與該輸出端子115的目的是要提供一控制訊號給該積體電路51指出該輪胎的轉速已經達到比由該質量塊95與接點彈簧92或接點彈簧93的接觸所界定的輪胎轉速還高的預定數值。例如，控制彈簧92，93與質量塊95形成接觸並容許電力被供應至該積體電路51實施胎壓測量處理的機械式參數可被設定在10m.p.h.；而控制彈簧112，113與質量塊95形成接觸並產生控制訊號的機械式參數可被設定在50m.p.h.。

在胎壓測量處理期間，當電流被供應至該感測器組件50時，大量的電力從電池52中被消耗掉。多階段運動偵測器55D讓積體電路51可藉由將測量時間限制在對胎壓的精確測量作成車速的函數所需要的時間長度來將測量處理期間電流的供應總量最小化。圖12A及12B顯示此電力修裁技術應用於具有0.32公尺半徑的205/65R15輪胎上。對於10m.p.h.的車速而言，此特定的輪胎週轉一區所需的時間為0.45秒。因此，得到R_min 及R_max 的一次測量值所需要的最小時間為0.45秒。因為當電力被提供至該積體電路51時該輪胎在任何一個給定時間的角位置(angular position)在此系統中是不確定的，所以在電力被提供之後讓該胎壓測量處理持續實施兩個完整的輪胎周轉是較保險的。參考圖12A，在車速為10m.p.h.時，胎壓測量處理被實施0.9秒的時間，這是在該胎壓測量處理實施之後完成兩個完整的輪胎週轉所需要的時間。因此，當該端子115處的控制訊號是不起作用(inactive)時，在電力從電池52經由導電路徑端子91，彈簧96，質量塊95，接點彈簧92或93，及端子98被傳送至積體電路51之後，藉由該運動偵測器55D該胎壓測量處理被實施0.9秒。

對於50m.p.h.的車速而言，輪胎週轉一圈所需要的時間為0.09秒；且轉完整的兩圈所需要的時間為0.18秒。因此，獲得一可靠的R_mi n及R_max 測量值所需要的最小時間為0.18秒。參考圖12B，在車速為50m.p.h.時，胎壓測量處理被實施0.18秒的時間，這是在該胎壓測量處理實施之後完成兩個完整的輪胎週轉所需要的時間。因此，藉由該多階段運動偵測器55D，在電力從電池52經由導電路徑端子91，彈簧96，質量塊95，接點彈簧92或93，及端子98被傳送至積體電路51；及電力從電池52經由導電路徑端子91，彈簧96，質量塊95，接點彈簧112或113，及端子115送至積體電路51(藉以確立控制訊號)之後，該胎壓測量處理只被實施0.18秒。

很明顯的是，該多階段運動偵測器55D限制了在胎壓測量處理期間的電力消耗同時能夠獲得一精確的胎壓測量。應被瞭解的是，雖然多階段運動偵測器55D已參照運動偵測器55A的共同元件來加以描述，但偵測器55D可使用運動偵測器55B及55C的共同元件來建構。而且，應被瞭解的是，額外的階段可被加至該多階段運動偵測器55D用以加入更多且不同的速度門檻值。例如，一額外的接點彈簧組可用比圖11裝的接點彈簧112，113更寬的間距來安裝用以指定一具有更短的電力開啟時間長度之第三(更高速)的速度門檻值。又，應被瞭解的是，如果有需要的話，這些測量時間可根據不同於較佳實例中的兩圈週轉數的週轉圈數來實施。

雖然到目前為止所描述的較佳實施例係以一輪胎一個單一的單元為例，但實際上一輛車上的每一個輪胎都將配備一個胎壓感測系統50。各式的編碼安排可被實施用以獨一無二地指出每一個單獨的感測器，且該警示顯示器可被建構來明確地指出哪一個輪胎洩氣了。

很明顯的是，本發明提供了一種簡單，低成本的胎壓感測系統，其在結構上相對簡單並比習知使用單一伸展感測器的系統享有更高的測量靈敏度。此外，依據本發明的胎壓感測系統可容許不同的安裝模式，譬如在輪胎製造時被加入到輪胎內，在安裝輪子之前將其安裝在該輪胎的的內側壁上，及在已安裝好輪子之後將其安裝在該輪胎的的外側壁上。又，本發明的運動偵測器部分可限制電力的消耗並進而延長電池的壽命。最後，本發明提供一種精確且可靠的系統來監視所有使用氣壓式輪胎的車輛上的輪胎安全。

雖然本發明已參照特定的實施例來加以說明，但不同的修改，替代性的實施例及等效物可在有需要時亦可被使用。例如，配成對的彈簧92，93可用一沿著該質量塊支撐件的擺動軸設置之單一的彈簧來取代。如果使用單一的彈簧的話，則必需小心地將該感測系統定向於該輪胎上的適當方向上，用以確保電力供應至該積體電路51是在該車輛向前運動時發生。而且，雖然本發明已用黏劑作為例子來將感測器粘附在輪胎側壁上，但為了將感測器附裝到輪胎側壁上的目的，在有必要時其它已知的技術亦可被使用。因此，以上所述不應被解讀為本發明的限制，本發明的範圍是由下面的申請專利範圍來界定。

10．．．胎壓監視電路

12．．．伸展感測器

14．．．第一層

15．．．可變電阻元件

20．．．電橋電路

22．．．感測器組件

22a．．．伸展感測器

22b．．．伸展感測器

22c．．．伸展感測器

22d．．．伸展感測器

24．．．第一層

25．．．基礎層

26．．．固定電阻元件

32．．．感測器組件

32a．．．伸展感測器

32b．．．伸展感測器

50．．．胎壓監視系統

51．．．積體電路

52．．．電池

54．．．天線

55．．．運動偵測器

55B．．．運動偵測器

55C．．．運動偵測器

55A．．．運動偵測器

55D．．．多階段運動偵測器

56．．．基材層

57．．．安裝層

58．．．感測器導件

59a．．．固定端

59b．．．固定端

61．．．輪胎

62．．．輪胎壁

63．．．輪子

91．．．第一(輸出)端子

92．．．接點彈簧

93．．．接點彈簧

94．．．擺動路徑

95．．．質量塊

96．．．擺動彈簧

98．．．電力輸出端子

101．．．擺動臂

103．．．質量塊

105．．．永久磁鐵

106．．．磁鐵

108．．．簧片開關

112．．．電力接點彈簧

113．．．電力接點彈簧

115．．．輸出端子

圖1為一使用單一伸展感測器於一電橋電路中之單一胎壓監視電路之先前技藝的示意圖；圖2為具有四個伸展感測器於一依據本發明的電橋電路中的單一胎壓監視電路的立體圖；圖3為一類似圖2的立體圖，其顯示一單一胎壓監視電路的另一實施例，其具有兩個被安排成一電橋電路中的串聯連接分支的伸展感測器；圖4顯示圖1的先前技術電橋電路與圖2及圖3所示之本發明的兩個實施例的靈敏度比較；圖5為依據本發明的一胎壓監視系統的示意立體圖，其顯示出主要構件的實際安排；圖6為一立體圖其顯示裝在一輪胎的外側壁上的一依據本發明的單一胎壓監視系統；圖7為一通過一車輛輪子及輪胎的剖面圖，其顯示本發明之可能的設置；圖8為一類似圖7的剖面圖，其顯示本發明的內部設置；圖9為依據本發明的運動偵測器的第一實施例的立體圖；圖10為依據本發明的運動偵測器的另一實施例的立體圖；圖10A及10B為依據本發明的運動偵測器的另一實施例的立體圖，其據有一簧片開關；圖11為依據本發明的運動偵測器的一多階段實施例的立體圖；及圖12A及12B為時機(timing)圖，其顯示圖11的多階段運動偵測器在兩個不同輪子速度時的操作。

20．．．電橋電路

22．．．感測器組件

22a．．．伸展感測器

22b．．．伸展感測器

22c．．．伸展感測器

22d．．．伸展感測器

Claims (20)

1. 一種胎壓感測系統，包含一可變電阻位移感測器，當其被耦接至一氣壓胎上時可提供代表內部胎壓的電阻值；一處理器，其耦接至該位移感測器元件用來將對應於不當的內部胎壓的電阻值轉變成為r.f.產生器啟動訊號；及一r.f.產生器電路用來在被該處理器啟動時傳送一不安全的胎壓警示訊號；其特徵在於：該可變電阻位移感測器包含一可變電組感測器組件其具有第一及第二單獨的伸展感測器，每一伸展感測器都具有一第一可撓曲層其包含一可變電組元件及一第二可撓曲支撐層，各單獨的伸展感測器被安排成該第一伸展感測器的第一可撓曲層是與該第二伸展感測器的第一可撓曲層相面對。
2. 如申請專利範圍第1項之胎壓感測系統，更包含一電橋電路其具有四個分支，該四個分支中的一第一對分支具有串聯地相連接的固定電阻元件，該四個分支中的一第二對分支則具有串聯地相連接之該第一與第二伸展感測器的可變電阻元件。
3. 如申請專利範圍第1項之胎壓感測系統，其中該可變電阻感應器組件更包括第三及第四單獨的伸展感測器，該第三及第四伸展感測器中的每一伸展感測器都具有一第一可撓曲層其包含一可變電組元件及一第二可撓曲支撐層，該第三及第四單獨的伸展感測器彼此被安排成該第三伸展感測器的第二可撓曲支撐層係面對該第四伸展感測器的第二可撓曲支撐層，該第三伸展感測器的第一可撓曲 層被安排成面對該第二伸展感測器的第二可撓曲支撐層。
4. 如申請專利範圍第3項之胎壓感測系統，更包含一電橋電路其具有四個分支，該四個分支中的第一個分支具有該第一伸展感測器的可變電阻元件，該四個分支中的第二個分支具有該第四伸展感測器的可變電阻元件，該四個分支中的第三個分支具有該第二伸展感測器的該可變電阻元件，及該四個分支中的第四個分支具有該第三伸展感測器的該可變電阻元件，該第一及第二分支係串聯地相連接，該第三與第四分支係串聯地相連接。
5. 如申請專利範圍第1項之胎壓感測系統，其中該處理器、該r.f.產生器電路，及該可變電阻感測器組件係安裝在一支撐基材上，其具有一在該可變電阻感測器組件的底下之可撓曲的部分。
6. 如申請專利範圍第1項之胎壓感測系統，其更包含一省電裝置用來限制供應至該可變電阻感測器組件的電力，該省電裝置包含一輸入端子其被設計成可耦接至一電力源，一輸出端子用來供應電力至該可變電阻感測器組件，及一車速敏感的開關用來在輪胎達到一第一預定的速度時將該輸入端子連接至該輸出端子及用來在該輪胎速度掉到低於該第一預定的速度時將該輸入端子與該輸出端子分開。
7. 如申請專利範圍第6項之胎壓感測系統，其中該開關包含一導電的接點件，其具有一第一部分連接至該輸出出端子及一自由端，及一導電的擺動件，其具有一第一 部分連接至該輸入端子及一安裝在自由端上之質量件，該質量件係被安裝來在該輪胎達到該第一預定的速度時與該接點件該自由端建立實體接觸。
8. 如申請專利範圍第7項之胎壓感測系統，其中該質量件具有二相反端；及其中該開關具有連接至該輸出端之第一及第二接點件，該第一接點件具有一自由端其位在該二相反端中的一端的路徑上，該第二接點件具有一位在該二相反端中的另一端的路徑上的自由端。
9. 如申請專利範圍第6項之胎壓感測系統，其中該省電裝置更包含一耦接至該處理器的控制訊號輸出端子；及其中該車速敏感的開關包括控制訊號機構，用來在該輪胎達到一不同於該第一預定速度之第二預定速度時將該輸入端子連接至該控制訊號輸出端子及用來在該輪胎的速度掉到低於該第二預定的速度時讓該輸入端子與該控制訊號輸出端子分離。
10. 如申請專利範圍第9項之胎壓感測系統，其中該開關包含一導電的接點件其具有一連接至該輸出端子的第一部分及一自由端，及一導電的擺動件其具有一連接至該輸入端子的第一部分及一安裝在一自由端上的質量件，該質量件被安裝來在該輪胎達到該第一預定的速度時與該接點件的自由端建立實體接觸；及其中該控制訊號機構包含一第二接點件其具有一連接至該控制訊號輸出端之第一部分及一自由端，該質量件被安裝來在該輪胎達到該第二預定的速度時與該接點件的自由端建立實體接觸。
11. 如申請專利範圍第10項之胎壓感測系統，其中該質量件具有相反端；及其中該控制訊號機構包括連接至該控制訊號輸出端之第一及第二接點件，該第一接點件具有一自由端其位在該質量件的兩相反端中的一端的路徑上，及該第二接點件具有一自由端其位在該兩相反端中的另一端的路徑上。
12. 一種使用在一胎壓感測系統中之省電裝置，該胎壓感測系統具有一可變電阻感測器當其被耦接至一氣壓式輪胎上時可提供代表內部胎壓的電阻值；一處理器其被耦接至該感測器用來將對應於不當的內部胎壓的電阻值轉變成為r.f.產生器啟動訊號；及一r.f.產生器電路用來在被該處理器啟動時傳送一不安全的胎壓警示訊號；該省電裝置用來限制供應至該可變電阻感測器的電力，該省電裝置包含一輸入端子其被設計成可耦接至一電力源、一輸出端子用來供應電力至該可變電阻感測器，及一車速敏感的開關用來在該輪胎達到一第一預定的速度時將該輸入端子連接至該輸出端子及用來在該輪胎速到掉到低於該第一預定的速度時將該輸入端子與該輸出端子分開。
13. 如申請專利範圍第12項之省電裝置，其中該開關包含一導電的接點件，其具有一第一部分連接至該輸出出端子及一自由端，及一導電的擺動件，其具有一第一部分連接至該輸入端子及一安裝在自由端上之質量件，該質量件係被安裝來在該輪胎達到該第一預定的速度時與該接點件之該自由端建立實體接觸。
14. 如申請專利範圍第13項之省電裝置，其中該質量件具有相反端；及其中該開關具有連接至該輸出端之第一及第二接點件，該第一接點件具有一自由端其位在該二相反端中的一端的路徑上，該第二接點件具有一位在該二相反端中的另一端的路徑上的自由端。
15. 如申請專利範圍第12項之省電裝置，其更包含一耦接至該處理器的控制訊號輸出端子；及其中該車速敏感的開關包括控制訊號機構，用來在該輪胎達到一不同於該第一預定速度之第二預定速度時將該輸入端子連接至該控制訊號輸出端子及用來在該輪胎的速度掉到低於該第二預定的速度時讓該輸入端子與該控制訊號輸出端子分離。
16. 如申請專利範圍第15項之省電裝置，其中該開關包含一導電的接點件其具有一連接至該輸出端子的第一部分及一自由端，及一導電的擺動件其具有一連接至該輸入端子的第一部分及一安裝在一自由端上的質量件，該質量件被安裝來在該輪胎達到該第一預定的速度時與該接點件的自由端建立實體接觸；及其中該控制訊號機構包含一接點件其具有一連接至該控制訊號輸出端之第一部分及一自由端，該質量件被安裝來在該輪胎達到該第二預定的速度時與該接點件的自由端建立實體接觸。
17. 如申請專利範圍第16項之省電裝置，其中該質量件具有相反端；及其中該控制訊號機構包括連接至該控制訊號輸出端之第一及第二接點件，該第一接點件具有一自由端其位在該質量件的兩相反端中的一端的路徑上，及 該第二接點件具有一自由端其位在該兩相反端中的另一端的路徑上。
18. 一種降低在一以電為動力的壓力感測器系統中的電力消耗的方法，該壓力感測系統具有一可變電阻感測器當其被耦接至一氣壓式輪胎上時可提供代表內部胎壓的電阻值，一處理器其被耦接至該感測器用來將對應於不當的胎壓的電阻值轉變成為r.f.產生器啟動訊號；及一r.f.產生器電路用來在被該處理器啟動時傳送一不安全的胎壓警示訊號，該方法包含的步驟為：(a)提供一電力的來源；及(b)提供電力至該可變電阻感測器持續達一胎壓測量時間，該胎壓測量時間的長短與輪胎的速度相關。
19. 如申請專利範圍第18項的方法，其中該提供電力的步驟(b)包括下面的步驟：(i)在輪胎速度達到一第一輪胎速度門檻值之前不供應電力至該可變電阻感測器，(ii)當該輪胎達到該第一輪胎速度門檻值時提供電力至該可變電阻感測器持續達一測量時間，該測量時間與在該第一輪胎速度下達到一預定的輪胎週轉圈數所需的時間長度有關，及(iii)當該輪胎速度掉到低於該第一輪胎速度門檻值時停止供應電力至該可變電阻感測器。
20. 如申請專利範圍第19項的方法，其中該提供電力的步驟(b)更包括當該輪胎速度到達一第二輪胎速度門檻值時將該測量時間的長度改變至一不同的數值的步驟，該不同的數值與在該第二輪胎速度門檻值下達到一預 定的輪胎週轉圈數所需的時間長度有關。