TWI798629B - 多天線胎壓偵測器自動定位裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明一種多天線胎壓偵測器自動定位裝置，其包括：複數胎壓偵測 器、接收器及中央處理器，複數胎壓偵測器安裝於車輛各輪胎，各輪胎上安裝有胎壓偵測器，又各胎壓偵測器內建訊號發射單元，而接收器包含有二天線及內建的接收控制單元，各胎壓偵測器所發送之訊號與各天線之間分別形成第一相位角及第二相位角，接收控制單元接收各第一相位角及各第二相位角，並經過內部所內建的運算單元運算後可得複數不同參數值的相位差，進而判斷各輪胎的位置，最後以中央處理器內建的訊號接收單元接收由接收器之運算單元所計算後之資訊後予以顯示完成定位。

Description

多天線胎壓偵測器自動定位裝置
本發明一種多天線胎壓偵測器自動定位裝置，詳指應用於汽車領域之技術，主要利用裝設於各輪胎上之各胎壓偵測器與各天線間相位角的不同並予以計算相對角度，進而精準清楚辨識各輪胎的前後、左右位置，並判斷各輪胎的定位是否準確，即為一種實用性極佳之發明。
近年來非常重視且提倡交通安全，不論是走路的行人，或是開車的駕駛都有許多必須遵守的交通規則，其中又以近幾年來所規定，在新出廠的小客車及小貨車，都必須配備「胎壓偵測輔助系統」，用以提升用路人的整體安全性以外，也確保車輛高速行駛的穩定性。
所以說車廠在進行生產、組裝的過程中，會於輪胎上裝設胎壓偵測器，提供日後汽車行駛於路上時，利用胎壓偵測器得以偵測輪胎的壓力、溫度、電池電量等輪胎資訊給予駕駛人知曉，所以為了方便前述之說明，故胎壓偵測器的安裝都必須經過多道工序上的調整、設定、與輪胎的定位配合，最後方可在日後汽車行駛時進行對輪胎的偵測。然而，前述胎壓偵測器的定位設定方式常見的方法有兩種，分別是1.手動輸入：透過診斷線(OBD II)介面輸入主機，並以手持主機的方式逐顆輪胎一一的順序讀取，且必須仔細的以人為方式判斷當下輸入之輪胎相對汽車的位置，十分不便。
2.自動定位：胎壓偵測器可以區分為胎內式及胎外式兩種，其中胎內式胎壓偵測器由於裝設方向固定，接收器由偵測器上的X跟Z軸加速度計取值，再透過演算法運算取得輪胎位置，此方式又細分為兩種，分別為A、WAL(Wireless Auto Location)：X-Axis旋轉方向判斷左右輪，再透過信號強弱判斷前後輪藉以定位；B、PAL(Phase Auto Location)：由ABS取得輪胎轉動角度，再跟RF發射時間對比取得轉動時輪圈的相位角差，藉此計算輪胎位置。上述這兩種方法在裝設胎壓偵測器時，胎壓偵測器之X軸必須平行於行車方向，Z軸必須垂直於行車方向方能精確計算加速度。但，胎外式的胎壓偵測器，因為氣嘴角度不一，且旋轉組裝後的角度也不一定，導致偵測器本身的X、Z軸感測器資料無法使用PAL方法定位。
綜上述，如果胎壓偵測器在汽車組裝過程後還沒有辦法精確的進行定位時，那導致日後汽車在行駛時，胎壓偵測系統對於各輪胎的偵測會持續在錯誤中進行偵測，造成汽車在行駛上具有極高的危險性存在。
本發明主要是以更快速、更精確的方式進行各輪胎上之胎壓偵測器的定位設定，其改善習知技術中所述之缺失及問題。為此，本發明人極力達成前述發明之目的與功效，本發明一種多天線胎壓偵測器自動定位裝置，其包括：複數胎壓偵測器，其安裝於車輛之複數輪胎，各輪胎上安裝有至少一胎壓偵測器，又各胎壓偵測器進一步內建有一訊號發射單元；一接收器，其包含有二天線及內建之一接收控制單元，該二天線之間係為同水平高度並具有一定的間距設置，各胎壓偵測器係以各訊號發射單元發送訊號至該二天線予以接收，又各胎壓偵測器所發送之訊號與各天線之間分別形成一第一相位 角及一第二相位角，而該接收控制單元接收各第一相位角及各第二相位角，並經過內部所內建之一運算單元之運算後可得複數不同參數值的相位差，而該接收控制單元係以各相位差的參數值計算出各胎壓偵測器與接收器之間之相對角度，予以判斷左右、前後之各輪胎的位置；及一中央處理器，其包含內建之一訊號接收單元，該訊號接收單元係接收由接收器之運算單元所計算後之資訊後予以顯示；其中，利用該二天線的設置接收各胎壓偵測器所發出的訊號後形成第一相位角及第二相位角，再藉由運算單元計算第一相位角及第二相位角之間的相位差，進而形成數個相位差參數值，該接收控制單元以數個相位差參數值予以精確判斷各輪胎的左右、前後位置而完成定位。
根據上述對於本發明之說明，其優點在於，透過該二天線的設置而得到各輪胎上所安裝之各胎壓偵測器的第一相位角、第二相位角，再利用運算單元的計算即可得到不同參數值的相位差，再透過不同參數值的相位差計算出各胎壓偵測器與接收器之間之相對角度，以判斷各輪胎所在的位置，藉此以最快速的方式完成各輪胎的精準定位，減少誤差並改善人力輸入方式所帶來的問題。可見本發明可說是一種相當具有實用性及進步性之發明，相當值得產業界來推廣，並公諸於社會大眾。
10:輪胎
1:胎壓偵測器
11:訊號發射單元
12:處理單元
13:壓力感測單元
14:溫度感測單元
15:加速度感測單元
2:接收器
21:天線
22:接收控制單元
23:運算單元
24:射頻收發單元
θ1:第一相位角
θ2:第二相位角
3:中央處理器
31:訊號接收單元
4:初始位置
5:極近位置
6:極遠位置
第一圖為本發明方塊示意圖。
第二圖為本發明左下輪胎所安裝之胎壓偵測器於初始位置時，胎壓偵測器與各天線之間定位示意圖。
第三圖為本發明左上輪胎所安裝之胎壓偵測器於初始位置時，胎壓偵測器與各天線之間定位示意圖。
第四圖為本發明右下輪胎所安裝之胎壓偵測器於初始位置時，胎壓偵測器與各天線之間定位示意圖。
第五圖為本發明右上輪胎所安裝之胎壓偵測器於初始位置時，胎壓偵測器與各天線之間定位示意圖。
第六圖為本發明左下輪胎所安裝之胎壓偵測器於輪胎旋轉時，胎壓偵測器位於極近位置、極遠位置時，胎壓偵測器與各天線之間定位示意圖。
第七圖為本發明左上輪胎所安裝之胎壓偵測器於輪胎旋轉時，胎壓偵測器位於極近位置、極遠位置時，胎壓偵測器與各天線之間定位示意圖。
第八圖為本發明右下輪胎所安裝之胎壓偵測器於輪胎旋轉時，胎壓偵測器位於極近位置、極遠位置時，胎壓偵測器與各天線之間定位示意圖。
第九圖為本發明右上輪胎所安裝之胎壓偵測器於輪胎旋轉時，胎壓偵測器位於極近位置、極遠位置時，胎壓偵測器與各天線之間定位示意圖。
為了清楚說明本創作所能達成上述之目的及功效，茲搭配圖示就本創作的實施例加以詳細說明其特徵與功效。請參閱第一圖至第九圖所示，本發明一種多天線胎壓偵測器自動定位裝置，其包括：複數胎壓偵測器1，其安裝於車輛之複數輪胎10，每一輪胎10上安裝有至少一胎壓偵測器1，又各胎壓偵測器1進一步內建有一訊號發射單元11；一接收器2(本發明圖示係將該接收器2安裝於車輛末端位置為主要技術說明，但並非用以限制該接收器2的安裝位置)，該接收器2包含有二天線21及內建之一接收控制單元22，該二 天線21之間係為同水平且為同高度並具有一定的間距設置，各胎壓偵測器1係以各訊號發射單元11發送訊號至該二天線21予以接收，又各胎壓偵測器1所發送之訊號與各天線21之間分別形成一第一相位角θ1及一第二相位角θ2，而該接收控制單元22接收各第一相位角θ1及各第二相位角θ2，並經過內部所內建之一運算單元23之運算後可得複數不同參數值的相位差，而該接收控制單元22係以各相位差的參數值予以判斷左右、前後之各輪胎10的位置；及一中央處理器3，其包含內建之一訊號接收單元31，該訊號接收單元31係接收由接收器2之運算單元23所計算後之資訊後予以顯示；其中，利用該二天線21的設置接收各胎壓偵測器1所發出的訊號後形成第一相位角θ1及第二相位角θ2，再藉由運算單元23計算第一相位角θ1及第二相位角θ2之間的相位差，進而形成數個相位差參數值，該接收控制單元22以數個相位差參數值予以精確判斷各輪胎10的左右、前後位置而完成定位。
請見第一至九圖所示。根據上述之說明後，於下以單一輪胎10中進行說明，於第二至五圖中可以清楚的看見圖中具有四顆輪胎10，各輪胎10分別以A(左下)、B(左上)、C(右下)、D(右上)給予代號，方便下述之說明，每一輪胎10上設置有胎壓偵測器1，而每一胎壓偵測器1按照前述各輪胎10的編號而給予相對應之代號分別為A1、B1、C1、D1，又首先本發明主要係以各輪胎10未發生偏擺的狀態下進行定位方式說明，以第二圖所示，當A輪胎10並未旋轉時，A1胎壓偵測器1位於固定位置並定義為一初始位置4，A1胎壓偵測器1會利用該訊號發射單元11發送訊號至接收器2，該接收器2所設置的該二天線21(分別以X、Y為代稱)皆會進行訊號接收，此時該接收器2可以透過X天線21及Y天線21之間為間距設置的方式，進而得到A1胎壓偵測器 1至X天線21間的第一相位角θ1、A1胎壓偵測器1至Y天線21第二相位角θ2，此時第一相位角θ1的角度會小於第二相位角θ2之角度，又該接收控制單元22得到了第一相位角θ1、第二相位角θ2的角度值後，利用該接收器2內建的運算單元23進行相位差計算，此時所得到的參數值即為A輪胎10的專屬數據，而後再將運算單元23所計算後的相位差訊息傳送至中央處理器3，該中央處理器3以訊號接收單元31接收後進行訊號的處理、轉換，如此一來可讓A輪胎10精確定位，並給予駕駛人知悉A輪胎10當下的狀況(第二圖中以A、C為主進行訊號傳輸繪製以判斷左、右胎，其餘輪胎10亦會同時進行訊號發送，而虛線的繪製同樣為訊號的傳輸，又第三至五圖亦同)。
其餘的B輪胎10、C輪胎10、D輪胎10的定位方式相同於前述之作法，而上述的定位方式其主要是針對各輪胎10相對車輛的左、右位置，尚無法精準判斷各輪胎10的前後位置，因此要判斷各輪胎10的前後位置則必須在各輪胎10進行旋轉下才得以精確定位，又請見第六圖所示，又A1胎壓偵測器1於各輪胎10進行旋轉時，A1胎壓偵測器1相對接收器2則分別可定義一極近位置5、一極遠位置6，當A1胎壓偵測器1處在該極近位置5時，A1胎壓偵測器1會發射訊號至接收器2的X天線21及Y天線21接收，又當A1胎壓偵測器1位於該極遠位置6時，同樣會再發射訊號至接收器2的X天線21及Y天線21接收，經過A輪胎10一段時間的旋轉，以及該接收器2一端時間的接收、累績訊號後，藉由該運算單元23的計算下可得到A輪胎10的另一相位差參數值，如此一來即可定位各輪胎10的前後位置，再看第七圖所示，第六圖與第七圖之間的第一相位角θ1及第二相位角θ2的角度值並非相同，所以可以很清楚的判斷同為左方的上、下輪胎10之位置；完成後再匹配前述A輪胎10在 判斷左、右位置時所產生的相位差參數值下，即可精確的判斷出A輪胎10的位置系安裝在車輛左邊下方(第六圖中以A、B為主進行訊號傳輸繪製以判斷前、後胎，其中A輪胎10以粗實線表示極近位置5、以細實線表示極遠位置6，其餘輪胎10亦會同時進行訊號發送，而虛線的繪製同樣為訊號的傳輸，又第六至九圖亦同)。
根據上述之說明下，本發明其餘的B輪胎10、C輪胎10、D輪胎10的定位方式相同於前述之作法，如此一來透過各胎壓偵測器1在初始位置4或是極近位置5、極遠位置6所發射至該二天線21的訊號，經過運算單元23一連串的運算下所得到的相位差參數之不同，進而可精準、快速的判斷各輪胎10的位置並予以定位，又前述所說的相位差運算，該運算單元依照算式θ=arccos((ψ λ)/(2πd))進行計算，其中θ為胎壓偵測器1與接收器2之間之相對角度，ψ為相位差、λ為各胎壓偵測器1所發送至各天線21的波長、d為該二天線21之間的距離，藉由此計算式的運算下，即可精確的計算出各胎壓偵測器1所發射之訊號至該二天線21之間的相位角差，藉此讓接收控制單元22能夠根據參數值來判斷各輪胎10的位置。
另外在說明本發明其他的細部特徵，首先請見第一圖所示，本發明在該接收器2的訊號發送上採用內建一射頻收發單元24，該射頻收發單元24係以接收各胎壓偵測器1的訊號，以及發送該運算單元23所計算後之相位差參數值至該中央處理器3，又本發明的中央處理器3可為具顯示屏幕的電子設備，因此該中央處理器3可提供給駕駛者、設定者進行查看各輪胎10定位後之結果、定位前的狀況等訊息。接續說明，本發明的中央處理器3除了能夠顯示各輪胎10的定位狀態外，更可顯示各輪胎10的細部狀況，例如說各胎壓偵測器1進一步分別內 建一處理單元12、一壓力感測單元13、一溫度感測單元14及一加速度感測單元15，該壓力感測單元13係偵測輪胎10內所剩之壓力，該溫度感測單元14係偵測輪胎10內的溫度，該加速度感測單元15則偵測輪胎10旋轉時的轉速，而前述偵測後則彙整於該處理單元12進行整合，該處理單元12整合完成後再由該訊號發射單元11發送至該接收器2，該接收器2再將各項資訊整理、轉換後傳送至中央處理器3，最後得以顯示於中央處理器3而讓駕駛人、設定者知曉當下各輪胎10的壓力、溫度、加速度等相關參數值，確保行車上的安全性，請見第一圖所示。
最後值得一提的是，本發明如要提供更精確的定位，可在天線21的設置數量上進行增加，越多的天線21設置越能夠抵抗雜訊的干擾，且多數天線21的排列可為線性排列、矩陣排列或圓形排列(圖均未示)，透過多數天線21的設置提高運算的精確，使各輪胎10在定位上更加的確實。
1:胎壓偵測器
11:訊號發射單元
12:處理單元
13:壓力感測單元
14:溫度感測單元
15:加速度感測單元
2:接收器
21:天線
22:接收控制單元
23:運算單元
24:射頻收發單元
θ1:第一相位角
θ2:第二相位角
3:中央處理器
31:訊號接收單元

Claims (4)

  1. 一種多天線胎壓偵測器自動定位裝置，其包括：複數胎壓偵測器，其安裝於車輛之複數輪胎，各輪胎上安裝有至少一胎壓偵測器，又各胎壓偵測器進一步內建有一訊號發射單元；一接收器，其包含有二天線及內建之一接收控制單元，該二天線之間具有一定的間距設置，各胎壓偵測器係以各訊號發射單元發送訊號至該二天線予以接收，又各胎壓偵測器所發送之訊號與各天線之間分別形成一第一相位角及一第二相位角，而該接收控制單元接收各第一相位角及各第二相位角，並經過內部所內建之一運算單元之運算後可得複數不同參數值的相位差，而該接收控制單元係以各相位差的參數值計算出各胎壓偵測器與接收器之間之相對角度，予以判斷左右、前後之各輪胎的位置；及一中央處理器，其包含內建之一訊號接收單元，該訊號接收單元係接收由接收器之運算單元所計算後之資訊後予以顯示；運算單元內對於第一相位角、第二相位角之間的相位差之計算式為θ=arccos((ψ λ)/(2πd))，其中θ為胎壓偵測器與接收器之間之相對角度，ψ為該二天線接收之相位角差、λ為各胎壓偵測器所發送至各天線的無線信號波長、d為該二天線之間的距離，天線的設置數量可大於二，以複數天線的設置係可用於加速的定位及速度精確度，且其排列方式可為線性排列、矩陣排列或圓形排列；其中，利用該二天線的設置接收各胎壓偵測器所發出的訊號後形成第一相位角及第二相位角，再藉由運算單元計算第一相位角及第二相位角之間的相位差，進而形成數個相位差參數值，該接收控制單元以數個相位差參數值予以精確判斷各輪胎的左右、前後位置而完成定位；各胎壓偵測器於各輪胎 尚未旋轉時定義為一初始位置，而各胎壓偵測器於初始位置時所發射至接收器的訊號可定位各輪胎的左右位置；又各胎壓偵測器於各輪胎進行旋轉時，各胎壓偵測器相對接收器則分別可定義一極近位置、一極遠位置，各胎壓偵測器處在該極近位置、該極遠位置時所發射至接收器的訊號可定位各輪胎的前後位置；又各胎壓偵測器係以不間斷方式持續發送訊號至接收器，該接收器內建的運算單元持續計算以提高各輪胎定位的精準度。
  2. 如請求項1所述之多天線胎壓偵測器自動定位裝置，其中該接收器進一步包含內建之一射頻收發單元，該射頻收發單元係以接收各胎壓偵測器的訊號，以及發送該運算單元所計算後之相位差參數值至該中央處理器。
  3. 如請求項1所述之多天線胎壓偵測器自動定位裝置，其中各胎壓偵測器進一步分別內建一處理單元、一壓力感測單元、一溫度感測單元及一加速度感測單元，該壓力感測單元係偵測輪胎內所剩之壓力，該溫度感測單元係偵測輪胎內的溫度，該加速度感測單元則偵測輪胎旋轉時的轉速，而前述偵測後則彙整於該處理單元進行整合，該處理單元整合完成後再由該訊號發射單元發送至該接收器。
  4. 如請求項2所述之多天線胎壓偵測器自動定位裝置，其中各胎壓偵測器進一步分別內建一處理單元、一壓力感測單元、一溫度感測單元及一加速度感測單元，該壓力感測單元係偵測輪胎內所剩之壓力，該溫度感測單元係偵測輪胎內的溫度，該加速度感測單元則偵測輪胎旋轉時的轉速，而前述偵測後則彙整於該處理單元進行整合，該處理單元整合完成後再由該訊號發射單元發送至該接收器。
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