专利名称：气压监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轮胎气压监测系统，用于监测一辆车的每一只轮胎的气压状态。
背景技术：
迄今为止，已经提出了各种类型的用于监测车辆每一只轮胎气压的系统。在日本专利NO.3212311中就公开了这样一种轮胎气压监测系统，在该系统中，每一只轮胎中都设置一个传感器单元，该系统还具有一个监测单元；其中，该传感器单元包括用于测量轮胎气压的一个传感器以及用于发送轮胎气压测量值的一个发射机；而监测单元用于接收从传感器单元发出的信号，以便在每只轮胎气压测量值降低到预定值以下时提出一个警告。
在这种现有的轮胎气压监测系统中，为了掌握每一只传感器单元所安装于其上的轮胎的位置，而将分配给每一个传感器单元的指定ID码以与轮胎位置相关的状态注册到监测单元中。利用这种装置，当接收到所发射的包含气压测量值和ID码的信号时，监测单元就可以根据ID码而掌握是哪只传感器单元发射了信号，以及拥有该传感器单元的轮胎。因此，由于以这样一种方式可以检测到轮胎位置，因此，当根据气压测量值作出轮胎气压处于异常状况下的判断时，就能够指出轮胎位置，并做出关于该轮胎气压异常的通知。
但是，前述的每一个传感器单元的ID码以与轮胎位置相关的状态在监测单元中的注册过程需要很繁复的操作。即，通过对监测单元的切换操作将监测单元的工作模式从监测模式切换为注册模式，并且，为了进行ID码注册而规定轮胎的位置。在这种情况下，例如，通过迅速降低轮胎气压，而从处于相应的轮胎位置上的传感器单元强行发送ID码以在监测系统中进行注册。可以对车辆的所有轮胎实施这些操作。
另外，既便在通过上述操作而将每一个传感器单元的ID码以与轮胎位置相关的状态注册到监测单元的情况下，如果车辆用户为了使轮胎的磨损状况保持一致而轮换了轮胎的位置，那么所注册的ID码和轮胎位置之间的关系就不再有意义了。
发明内容
本发明是以消除上述缺陷为目的而开发的，并因此，本发明的一个目的是提供一种轮胎压力监测系统，它不需要复杂的注册操作，既便是在轮胎进行了轮换的情况下，也能够掌握每个传感器所处的轮胎位置。
为此，根据本发明的一个方案，提供了包含若干传感器单元以及一个监测单元的一种轮胎气压监测系统；其中，为车辆的每只轮胎提供了一个传感器单元，用于测量相应轮胎的气压，并用于发送具有气压测量值的的一个传输信号；所述监测器单元用于接收来自若干传感器单元中每一个传感器单元的传输信号，以便根据包含在传输信号中的气压测量值来监测每只轮胎的气压状态；其特征在于，监测单元包括以分别与多个传感器单元相关的状态提供的多个发射装置，并且每个发射装置都发射用于请求发送传输信号的一个指令信号，并具有一个传播区域，这样，指令信号仅仅到达相应的传感器单元；这若干传感器单元中的每一个都包括用于接收指令信号的接收装置，当接收指令信号时，接收装置响应该指令信号而发射所述传输信号。
这样，由于发射装置位于监测单元内，以便仅仅向相应的传感器单元发射请求发射传输信号的指令信号，因此，既便没有以与轮胎位置相关的状态来登记传感器单元的ID码，也可以识别出传感器单元所在的轮胎位置。即，由于监测单元拥有有关哪一个发射装置已经发射出指令信号这一信息，因此，可以识别出与响应所述指令信号而已发射出传输信号的传感器单元的相应的轮胎位置。
在前述轮胎气压监测系统中，每个发射装置都具有一个发射环形天线，用于以将磁场用作媒介的方式来发射指令信号；发射环形天线位于相应的轮胎车轮的轮轴附近，或是环绕相应的轮胎；发射环形天线的中心轴沿着轮胎轮轴，这样磁通量就会通达(go)轮胎轮轴的方向；而每个传感器单元的接收装置都具有用于接收磁通量的一个接收环形天线，接收环形天线被放置得使接收环形天线的中心轴与发射环形天线中心轴的方向相符。
在使发射装置通过以磁场为媒介的方式发射指令信号的情况下，由于磁场衰减与距离的立方成正比，因此，可以很轻松地设置发射装置的传播区域，这样，指令信号可以仅仅到达相应的传感器单元。此外，由于发射环形天线位于每个轮胎轮子的轴附近，或是环绕每只轮胎，且发射环形天线与接收环形天线的中心轴取相同方向，因此，既便两个天线间的位置关系由于轮胎的旋转而改变，也总是能保持令人满意的通信状态。
最好是，发射装置向每个传感器单元发射包含不同识别码的一条指令信号，而传感器单元相应该指令信号而发射包含识别码的一个传输信号。这样，当监测单元接收到传输信号时，监测单元可以确认传输信号是响应它自己的指令信号的一个应答信号。
此外，最好是，在监测单元中，众多的发射装置在彼此不同的时刻发射指令信号。这防止了来自于各个传感器单元的传输信号彼此受到干扰，并确保满意接收来自它的传输信号。
还有，最好是，监测单元还包括一个乘客检测装置，用于检测乘客进入车内，当乘客检测装置检测出乘客进入车内时，监测单元向每个传感器单元发射指令信号。根据本发明，监测单元可以确定多个传感器单元内的发射时刻，如果乘客没有进入车内，且车辆处于停止条件下，则禁止从传感器单元进行发射，因此减少了传感器单元的功耗。
另外还有，最好是以使用具有高于100kHz或高于10MHz的一个低频信号作为载波的方式发射指令信号。当将低频信号用作用于指令信号的载波时，指令信号进入环绕式处理状态，因此，保持与安装在轮胎内的传感器单元的令人满意的通信。
通过参照以下附图所作的对本发明实施例的详细说明，能够使本发明的其它目的和特征更加显而易见。
图1示意性地显示了根据本发明一个实施例的轮胎气压监测系统一种结构；图2A是一张框图，它显示了根据这一实施例的一个传感器单元的内部结构；图2B是一张框图，它显示了根据这一实施例的一个监测单元的一种内部结构；图3是一张说明图，它显示了根据这一实施例的发射环形天线和接收环形天线的位置关系；
图4是一张流程图，它显示了在根据这一实施例的传感器单元中执行的处理；图5是一张流程图，它显示了在根据这一实施例的监测单元中执行的处理；图6是一张时序图，它显示了根据这一实施例的触发信号和传输信号的产生时刻；图7是一张说明图，它显示了对根据这一实施例的发射环形天线的位置的一种修改；以及图8A和8B说明了对根据这一实施例的接收环形天线的修改。
具体实施例方式
以下将参照附图对本发明的一个实施例进行说明。这一实施例涉及这样一个实例将按照本发明的轮胎气压监测系统应用于四轮乘客车辆上。不过，也可以将按照本发明的轮胎气压监测系统应用于诸如像运货卡车和公共汽车这样的其它车辆中。
图1示意性地显示了按照本实施例的轮胎气压监测系统一种结构。如图1所示，按常规被指定为附图标记1的轮胎气压监测系统包括分别设置在车辆轮胎51、52、53和54内的传感器单元10、20、30和40，用于测量轮胎气压，并用于发送包含气压测量值的信号。另外，轮胎气压监测系统包括位于车辆侧面的一个监测单元100，用于接收从传感器单元10、20、30和40发射出的信号，以便根据包含在传输信号中的气压测量值来监测轮胎51、52、53和54的气压状态。这一监测单元100由用于发射请求启动气压测量的触发信号的发射环形天线61、62、63和64、气压监测器ECU 80、以及一个指示器70构成；其中，气压检测器包括用于接收来自于传感器单元10、20、30和40的传输信号的接收电路，以及其他部件。
在这种结构中，所有传感器单元10、20、30和40都具有相同的排布，与传感器单元10、20、30和40相关设置的所有发射环形天线61、62、63和64也具有相同的结构，因此，以下仅仅对设置在右前轮胎中的传感器10以及与传感器10相关安置的发射环形天线61进行说明。
图2A是一张框图，它显示了传感器单元10的内部结构。如图2A所示，传感器单元10由一个气压传感器17、用于产生包含所测量气压和指定(专属)ID码的传输信号的一个控制电路16、一个发射电路18以及一个发射天线19构成；其中，发射电路18用于以将电波(例如，处于几百MHz频段内的一个RF(射频)信号)用作载波的方式来发射传输信号。此外，传感器单元10还包括一个接收环形天线11、用于对所接收到的触发信号进行放大的一个放大电路12、一个检波电路13、一个放大电路14以及一个波形整形电路15；其中，所述接收环形天线11用于以下述方式接收从发射环形天线61发射出的、用作指令信号的一个触发信号将磁场用作媒介，将低频信号(例如高于一百kHz或高于10MHz)用作载波；所述检波电路13用于对处于与所述载波分离的状态下的放大的触发信号进行检测；所述放大电路14用于对检测到的触发信号进行放大；波形整形电路15用于对放大的触发信号进行波形整形。
从监测单元100的每个发射环形天线61、62、63和64向每个传感器单元10、20、30和40发射为不同的编码信号形式的触发信号。此外，例如，当从发射环形天线61向传感器单元10发射触发信号时，触发信号被接收环形天线11所接收，之后，在经过放大电路、检波电路13、放大电路14和波形整形电路15的处理后，被输出到控制电路16。一旦接收到(输入)触发信号，则控制电路16就向发射电路18输出包含所测量的气压值、指定ID码以及所输入的编码信号的一个传输信号，发射电路18发射所述传输信号。
顺便提一句，传感器单元10、20、30和40以这样一种方式安装在轮胎51、52、53和54上传感器单元与轮胎气门整体地构成，或是将它们直接安装在轮胎轮圈上。此外，还可以是除了气压传感器17外，每个传感器单元10、20、30和40还包括用于测量温度的一个温度传感器。这种做法使得对轮胎气压状态作出判断时考虑到了由于温度变化而产生的轮胎气压的波动。
其次，参见图2B，以下，将对监测单元100的结构作出详细说明。图2B是一张框图，它显示了监测单元100的结构。
如图2B所示，监测单元100的气压监测器ECU80一个接收天线81，用于接收来自每个传感器单元10、20、30和40的传输信号。接收天线81所接收到的信号被反馈到接收电路82，以便进行诸如像放大和检测这样的处理。在这以后，在控制电路83中，从所接收到的信号中提取出ID码、编码信号、气压测量值等，并根据包含在接收信号内的气压测量值，对每只轮胎51、52、53和54的气压状态作出判断。
顺便提一句，尽管接收天线81以及接收电路82位于为各个传感器单元10、20、30和40所共用的气压监测器ECU 80内，但也可以将它们放置在各个传感器单元10、20、30和40内。在这种情况下，可以将每个接收天线放置在传感器单元10、20、30和40的附近，例如像放置在轮舱或其它类似位置内，从而能够满意地接收到传输信号。
气压监测器ECU 80中对于轮胎51、52、53和54的气压状态的判定结果，被显示在安装在车内仪表板上的指示器(显示器)70上。也可以在出现了异常气压的情况下，通过使用峰鸣器75(参见图1)来发出警报声。
如图2B所示，指示器71包括用LED制作的指示部件71，并以与轮胎51、52、53和54的位置相应的状态定位。如果气压监测器ECU 50作出判断轮胎气压落入异常状态，例如轮胎气压落到预定值以下，则与气压异常的轮胎相对应的指示部件71发光，以及/或峰鸣器75发出声音，从而通知驾驶员轮胎气压的异常。
顺便提一句，使用一个显示器作为指示器70也是可取的，该显示器能够直接显示各个轮胎51、52、53和54的气压测量值，或者是，例如，不使用数目上与轮胎51、52、53和54的位置相等的指示部件，而仅仅在指示器70内使用一个报警灯，这样，如果一只或多只轮胎的气压值取异常值，则报警灯发光，以通知轮胎气压的异常情况。
另外，为了从发射环形天线61发射出触发信号，气压监测器ECU 80包括一个接口(I/F)电路84以及一个驱动电路85。即，控制电路83通过IF电路84控制驱动电路85，并且驱动电路85向发射环形天线61提供一个电流，这样，发射环形天线61按照以磁场为媒介的方式发射包含预定编码信号的一个触发信号。
此外，参见图3，以下，将对监测单元100内的发射环形天线61以及传感器单元10内的接收环形天线11的定位进行说明。如图3所示，例如可以将发射天线61固定在轴外壳90或是位于轮胎51的轴(未示出)附近的类似物上，以便使发射环形天线61的中心轴沿着所述轴，以使磁通量通达轮轴的方向。顺便提一句，除了轴外壳90之外，发射环形天线61还可以被固定在转向节(steeringknuckle)、悬挂臂等上。
包含接收环形天线11的传感器单元10被固定地安装在轮胎51的轮圈92上。此时，传感器单元10相对于轮圈92是静止的，以致接收环形天线11的中心轴方向与发射环形天线61的中心轴相一致。当发射环形天线61与接收环形天线11的中心轴取相同方向时，同时采用低频信号作为用于触发信号的载波，则，既便由于轮胎51的旋转而改变了天线11和61之间的位置关系，从发射环形天线61中产生的磁通量也能如图3中的实线和虚线所指示的那样，有效通过接收环形天线11，以产生与该磁通量相应的电流。因此，在天线11和61之间能够保持令人满意的通信。
以下，将参见图4和5的流程图，对具有上述结构的轮胎气压监测系统1中执行的数学运算的流程进行说明。图4是一张流程图，它显示了将要在每个传感器单元10、20、30和40内执行的处理；图5是一张流程图，它显示了将要在监测单元100内执行的处理。在传感器单元10、20、30和40中执行的操作都相同，因此，以下将仅就传感器10进行说明。
图4中，在步骤S10中，对于从发射环形天线61发射出的触发信号的接收进行判定。在接收到触发信号的情况下，操作流程转到步骤S20。另一方面，在没有接收到触发信号的情况下，操作进入等待状态，直到接收到该信号。
在步骤S20中，气压传感器17测量气压。在传感器单元10安装有温度传感器的情况下，温度传感器测量轮胎内部的温度。这样，传感器单元10开始测量气压等参数。
在步骤S20中测量过气压等之后，接着执行步骤S30，以实现发射处理。在这一发射处理中，控制单元16产生了至少包括气压测量值、分配给传感器10的指定ID码、以及所接收到的触发信号的编码的一个传输信号。所产生的传输信号通过发射电路18和发射天线19被发射出去。前述指定的ID码是事先指定给各个传感器单元10、20、30和40的，并被存储在控制电路16的存储器(未示出)内。
其次，参见图5的流程图，以下将对监测单元100内将要执行的处理进行说明。响应车辆的点火开关的闭合，该流程图中显示的处理开始。
首先，在步骤S100，在预定的时间间隔，从分别与传感器单元10、20、30和40相关设置的发射环形天线61、62、63和64中，发射出不同的编码信号，作为触发信号。
接着，在步骤S110中，响应该触发信号，来确定所接收到的信号是否是从传感单元10、20、30和40发射出的传输信号。在接收到传输信号的情况下，操作进程跳转到步骤S120，执行对每只轮胎51、52、53和54的气压的判定处理，如果气压为异常值，就执行报警处理。在这种气压判定处理中，首先将包含在接收信号内的ID码与事先登记的ID码相比较，以便确定是否满足预定的关系，例如是否彼此一致。当这种判定显示出接收信号是来自于安装在车辆上的轮胎51、52、53和54的每个传感器单元10、20、30和40的时，则执行一种判定，判定包含在接收信号内的诸如像气压值这样的测量值是否是一个适当的值。在这个实施例中，由于ID码是如上所述分配给每个传感器单元10、20、30和40的，因此，可以防止根据来自其他车辆等的信号而使轮胎气压的判定出现错误，因此提高了对轮胎气压进行监测的可靠性。
如上所述，由于从监测单元100发射出的编码信号被合并到来自于每个传感器单元10、20、30和40的传输信号内，因此，当接收到传输信号时，监测器单元100可以确定安装有发出该传输信号的传感器单元10、20、30或40的轮胎51、52、53或54的位置。
即，监测单元100从分别与传感器单元10、20、30和40相关设置的发射环形天线61、62、63和64发射不同的编码信号，作为触发信号。这种触发信号是以这样一种方式发射的将磁场用作媒介，磁场衰减与距离的立方成正比，因此，触发信号传播区域仅仅被限制到传感器单元10、20、30和40中相应的一个上。由于监测单元100知道触发信号的编码，以及发射触发信号的那个发射环形天线61、62、63或64的位置，因此，当接收到来自于传感器单元10、20、30和40的传输信号时，监测单元100可以根据包含在接收信号内的编码信号而捕捉到传感器单元10、20、30或40的位置。
然而，如上所述，在这个实施例中，由于来自发射环形天线61、62、63和64中的一个天线的触发信号只到达传感器单元10、20、30和40中相应的一个传感器单元上，因此，不使用编码信号，也可以确定出传感器单元10、20、30和40的位置。如图6所示，当点火开关(IG)闭合时，监测单元100立即向传感器单元10、20、30和40连续发射触发信号。一旦接收到触发信号，则每个传感器单元10、20、30和40就开始测量气压等参数。在气压等测量完毕时，它发射包含一个ID码和一个气压测量值的一个传输信号。因此，当从发射环形天线61、62、63和64连续发射触发信号期间的时间间隔被设置得比一直发射触发信号直到接收到来自于传感器单元10、20、30和40的传输信号的时间间隔(时间长度)还要长时，就可以确定出哪个触发信号产生出上述的传输信号，即，从多个传输信号中辨别出。此外，当以这种方式使从发射环形天线61、62、63和64输出的触发信号的定时彼此错开时，可以防止来自于传感器单元10、20、30和40的传输信号之间的射频干扰。
在上述气压判定处理中，判定轮胎气压处于异常状态下，例如，如果轮胎气压落到适当范围以下，则执行报警处理，这样，与从包含在接收信号内的编码信号检测出的轮胎位置相对应的指示部件71发光，以通知驾驶员气压异常。因此，驾驶员可以立即获取显示异常气压的车辆的那只轮胎51、52、53和54的信息。
如上所述，在这个实施例中，以将磁场用作媒介的方式，将触发信号从发射环形天线61、62、63和64发射到相应的传感器单元10、20、30和40，传感器单元10、20、30和40响应该触发信号而发射传输信号。因此，在监测单元100中，既便是没有以与具有传感器单元10、20、30和40的轮胎的位置相关地注册传感器单元10、20、30和40的ID码，也可以在具有传感器单元10、20、30和40的轮胎的位置中进行识别。
顺便提一句，尽管发射环形天线61和接收环形天线11的上述实施例仅仅用于触发信号的发射和接收，但也可以以这样一种方式来发射包含气压测量值、ID码等的传输信号，其中，将接收环形天线11用作发射天线，将发射环形天线61用作接收天线。
此外，还可以设置一个电容器，用于暂时存储由于从发射环形天线61射出的磁通量而在接收环形天线11内产生的电流，且通过将该电容器用作电源，从而从传感器单元10发射一个传输信号。在这种情况下，由于将低频信号用作用于触发信号(指令信号)的载波，因此，可降低用于放大和检测所需的功耗，这样能够轻松确保用于发射传输信号的功率。
还有，在上述实施例中，为了在乘客在车内时通知轮胎51、52、53和54的气压状态，只有在车的点火开关处于闭合条件下才能执行图5的流程图所示的处理。另一方面，为了检测乘客处于车内，除了点火开关，例如还可以采用辅助开关(ACC)或是放置于座位上的就坐传感器，可以在这种开关指示乘客处于车内时，进行气压检测，并将该检测结果通知乘客。
另外，尽管在上述实施例中，发射环形天线61位于轴附近，例如是安装在轴外壳90上，但也可以将发射环形天线61安装在轮胎51周围，即，如图7所示，位于轮胎51上方或旁边的车身部分上。同样，在这种情况下，倘若发射环形天线61的中心轴与接收环形天线11的中心轴处于同一方向，则不管传感器单元10如何转动都可进行内部天线的通信。
另外还有，作为接收环形天线11，可以在这个实施例中使用上述内置于传感器单元10中的一种类型，也可以如图8A和8B所示，采用沿着轮胎内周或是沿着轮圈的外周盘绕数圈的大半径类型。
应当理解，本发明并不仅限于上述实施例，而是意图覆盖未脱离本发明主旨和范围的本发明的实施例的所有改变和修改形式。
权利要求
1.一种轮胎气压监测系统，包括若干传感器单元，每个传感器单元设置在车辆的每一只轮胎中，该传感器单元用于测量相应轮胎的气压，并用于发射包含气压测量值的传输信号；以及一个监测单元，用于接收来自所述多个传感器单元中的每个传感器单元的所述传输信号，以根据包含在所述传输信号内的气压测量值来监测每个所述轮胎的气压状态，其特征在于，所述监测单元包括分别以与所述多个传感器单元相关的状态提供的多个发射装置，所述发射装置的每一个都发送请求发射所述传输信号的一条指令信号，所述发射装置还具有一个传播区域，以使所述指令信号仅仅到达相应的传感器单元，以及所述多个传感器单元中每一个传感器单元都包括用于接收所述指令信号的一个接收装置，当接收到所述指令信号时，所述接收装置响应该指令信号而发送所述传输信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述发射装置都具有一个发射环形天线，用于以将磁场用作媒介的方式发送所述指令信号，所述发射环形天线位于相应的轮胎轮子的轴附近，或是环绕相应的轮胎，且所述发射环形天线的中心轴沿着所述的轴定位，以使磁通量通达所述轴的方向；而每个所述传感器单元的所述接收装置都具有用于接收所述磁通量的一个接收环形天线，所述接收环形天线是这样定位的，以使所述接收环形天线的中心轴与所述发射环形天线的中心轴的方向一致。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述发射装置向每个所述传感器单元发射包含不同识别码的一个指令信号，同时所述传感器单元响应所述指令信号，发射包含所述识别码的一个传输信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监测单元使所述多个发射装置在彼此不同的时刻发射所述指令信号。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监测单元还包括乘客检测装置，用于检测所述车辆内部的乘客存在，当所述乘客检测装置检测出乘客存在于所述车辆内部时，所述监测单元向每个所述传感器单元发射所述指令信号。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，以这样一种方式发射所述指令信号使用具有高于100kHz或高于10MHz的低频信号作为载波。
全文摘要
提供了一种轮胎气压监测系统，既便在进行了轮胎的轮换的情况下，也能掌握存在有传感器单元的轮胎位置。在轮胎气压监测系统中，以将磁场用作媒介的方式，仅仅将触发信号从发射环形天线发射到相应的传感器单元，一旦接收到触发信号，则传感器单元就测量气压等参数，并将包含测量值的传输信号发射到监测单元。监测单元根据来自传感器单元的传输信号，对存在有该传感器单元的轮胎位置进行确定。
文档编号B60C23/04GK1496867SQ0315148
公开日2004年5月19日 申请日期2003年9月24日 优先权日2002年9月24日
发明者奥村亮三 申请人:株式会社电装