低电流消耗的轮胎压力监测系统
阅读：655发布：2020-05-25
专利汇可以提供低电流消耗的轮胎压力监测系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 轮胎压 力 监测系统 ，包括：一个与轮胎的环境压力保持液体流通的压力 传感器 ；一个用于检测车辆启动时产生的噪声的噪声检测器；一个管理模 块 ，其一方面能够接受和处理由 压力传感器 提供的数据，另一方面，能够接受和处理由噪声检测器提供的数据，这样，当车辆停止时，压力传感器在“经济”模式下工作；当车辆行驶时，压力传感器在“正常”模式下工作。，下面是低电流消耗的轮胎压力监测系统专利的具体信息内容。
1.一种轮胎压力监测系统，包括：
一个与轮胎的环境压力保持液体流通的压力传感器；
一个用于检测车辆启动时产生的噪声的噪声检测器；
一个管理模块，其一方面能够接受和处理由压力传感器提供的数 据，另一方面，能够接受和处理由噪声检测器提供的数据，这样，当 车辆停止时，压力传感器在“经济”模式下工作；当车辆行驶时，压 力传感器在“正常”模式下工作。
2.根据权利要求1所述的轮胎压力监测系统，其中，该噪声检 测器是压电式的。
3.根据权利要求2所述的轮胎压力监测系统，其中，该噪声检测 器还是一个压力变化检测器。
4.根据权利要求1到3中的任一所述轮胎压力监测系统，其中， 该噪声检测器对与其相连接的车轮角位移产生的噪声敏感。
5.根据权利要求1到3中任一所述轮胎压力监测系统，其中，该 噪声检测器对车辆发动机产生的噪声敏感。
6.根据权利要求1到3的任一所述轮胎压力监测系统，其中，“经 济”模式下由压力传感器进行测量的时间间隔基本上长于“正常”模 式下的。
7.根据权利要求1到3的任一所述轮胎压力监测系统，其中，当 运行模式从“经济”模式转换到“正常”模式时，在“加速”测量 模式中有一运行过渡阶段，在过渡阶段由压力传感器进行测量的时间 间隔基本上比“正常”模式下的短。
技术领域
背景技术
轿车和轮胎生产厂家正努力将现代公路用户对安全、舒适以及方 便的不断增长的需求考虑进来。这种现象从很多种设备的普通特性就 很清楚地看出，仅仅在几年前这些设备类型还没有实际存在，比如安 全气囊、防抱死制动系统(ABS)、ESP设备等。
最近已经有轮胎气压测量和/或监测设备可以投入使用。通过简单、 可靠和定时地提醒驾驶员他/她的车辆轮胎的充气度，提高了安全性、 改善了燃料利用率和轮胎使用寿命等。这些系统通常包括至少一个自 测轮胎的传感器。
因此，已知某些类型的压力传感器(譬如电容传感器或电阻传感 器)，例如，在给定时间可进行测量轮胎的压力。通常，这些传感器需 要电源供应以进行测量和传输收集的信息。已知在车轮上可配备有电 池。如果希望频繁地、甚至连续测量轮胎气压，这在想要测量轮胎是 否漏气的情况下是必须的，那么电池必须是容易更换的，因为传感器 工作对电池有相当大的需求量，使得电池很快就会用完。因此，电池 必须以简单、快速和廉价方式有效地更换。
在这种情况下，经常会遇到由于电池触点引起地可靠性问题，电 池触点必须能够承受最为恶劣的环境。触点恶化使电能的供应有变得 随机、不稳定，甚至完全断开的危险。
为了改变这种状况，采用非替代性电池，其能以限定的方式结合 在电路中，例如通过焊接。通过这种方法，可以保证更可靠的能量供 应。另外，如果要防止电池寿命过短，就非常需要避免连续给压力监 测系统供电，以避免可用电池能量过快消耗掉。因此已经研究出多种 能够使传感器只有在必须的时候才连续工作的装置。这样，当车辆静 止时，就没有必要进行连续的测量。解决这一问题的一个已有方案是 采用一个离心开关，使得当车辆停止时，传感器断开。这种离心开关， 比如一个弹簧承载球，通常用于检测车辆的运行状态(不管行驶中还 是静止)。以譬如3到5公里/小时的速度下持续几秒钟的任何运动， 都会使得传感器再次启动。但是，这种开关有一些限制。实际上，离 心开关非常昂贵，且不耐用，精度也不高，这是因为在正常测量模式 重新开始前车辆经常需要行驶200米或300米甚至更长的距离。在这 种情况下，可能在驾驶员刚离开他/她的停车位，开上高速公路，他/ 她就被警告轮胎气不足甚至漏气。很明显，这种情况希望尽量避免。
最近已经有轮胎气压测量和/或监测设备可以投入使用。通过简单、 可靠和定时地提醒驾驶员他/她的车辆轮胎的充气度，提高了安全性、 改善了燃料利用率和轮胎使用寿命等。这些系统通常包括至少一个自 测轮胎的传感器。
因此，已知某些类型的压力传感器(譬如电容传感器或电阻传感 器)，例如，在给定时间可进行测量轮胎的压力。通常，这些传感器需 要电源供应以进行测量和传输收集的信息。已知在车轮上可配备有电 池。如果希望频繁地、甚至连续测量轮胎气压，这在想要测量轮胎是 否漏气的情况下是必须的，那么电池必须是容易更换的，因为传感器 工作对电池有相当大的需求量，使得电池很快就会用完。因此，电池 必须以简单、快速和廉价方式有效地更换。
在这种情况下，经常会遇到由于电池触点引起地可靠性问题，电 池触点必须能够承受最为恶劣的环境。触点恶化使电能的供应有变得 随机、不稳定，甚至完全断开的危险。
为了改变这种状况，采用非替代性电池，其能以限定的方式结合 在电路中，例如通过焊接。通过这种方法，可以保证更可靠的能量供 应。另外，如果要防止电池寿命过短，就非常需要避免连续给压力监 测系统供电，以避免可用电池能量过快消耗掉。因此已经研究出多种 能够使传感器只有在必须的时候才连续工作的装置。这样，当车辆静 止时，就没有必要进行连续的测量。解决这一问题的一个已有方案是 采用一个离心开关，使得当车辆停止时，传感器断开。这种离心开关， 比如一个弹簧承载球，通常用于检测车辆的运行状态(不管行驶中还 是静止)。以譬如3到5公里/小时的速度下持续几秒钟的任何运动， 都会使得传感器再次启动。但是，这种开关有一些限制。实际上，离 心开关非常昂贵，且不耐用，精度也不高，这是因为在正常测量模式 重新开始前车辆经常需要行驶200米或300米甚至更长的距离。在这 种情况下，可能在驾驶员刚离开他/她的停车位，开上高速公路，他/ 她就被警告轮胎气不足甚至漏气。很明显，这种情况希望尽量避免。
发明内容
本发明可以改善上述问题。为了达到此目的，本发明提出一种轮 胎压力监测系统，包括：
一个与轮胎的环境压力保持液体流通的压力传感器；
一个用于检测车辆启动时产生的噪声的噪声检测器；
一个管理模块，其一方面能够接受和处理由压力传感器提供的数 据，另一方面，能够接受和处理由噪声检测器提供的数据，这样，当 车辆停止时，压力传感器在“经济”模式下工作；当车辆行驶时，压 力传感器在“正常”模式下工作。
由于噪声检测器，有可能省去上述离心开关。优选在该系统上安 装一高通滤波器，以只保持大于10或100Hz的频率。
该噪声检测器优选是压电式的。
该技术是自测自检的，可靠且精确，并具有非常短的响应时间， 比如少于100ms。此外，压电式传感器的一个主要特征是它们能够不 需要电力供应而进行工作。更具体地，由压电式材料构成的膜的变形 能够产生微电流。这个电流随后被用于读取、处理或分析信号的电路。 只有电子模块需要电源供应，但是很微弱。因此提供了长使用寿命的 电池。
该噪声检测器还优选为一压力变化检测器。
除了与检测压力变化相关的功能，例如作为爆胎检测器或用来控 制压力测量传感器的重复率，压电式压力变化传感器还可作为麦克风， 其可以容易地精确检测到行驶模式的一个输入。由于压电式检测器甚 至能够检测发动机的启动，使得驾驶员在车辆行驶前做出反映，因此 任何异常情况的检测是非常迅速的，驾驶员可以在离开停车场之前得 到通知，实际上甚至在进入行驶状态之前就得到通知。根据本发明的 一个优选实施方案，压电式检测器的电能消耗基本为0。通过这种方式， 可节约电池的能量。
在一较佳的实施例中，该噪声检测器对与其相连接的车轮的角位 移产生的噪声敏感。
根据本发明的另一较佳的实施例，该噪声检测器对车辆发动机产 生的噪声敏感。
最好，“经济”模式下由压力传感器测量的时间间隔基本上长于 “正常”模式下的。
在“经济”模式下，有可能减少轮胎压力测量的频率。于是监测 系统只需以一定的时间间隔供给电能，例如2，3，5，30，60，120 分钟等。一旦继续行驶，就重新采用“正常”模式。
根据本发明的一较佳实施方案，当运行模式从“经济”模式转换 到“正常”模式时，在“加速”测量模式中具有一个运行过渡阶段， 在过渡阶段由压力传感器测量的时间间隔基本上比“正常”模式下的 短。
该轮胎压力监测系统包括一个传输装置，其使得数据从优选安装 有传感器和检测器的车轮传送到车辆的非转动部分。这种传输装置优 选具有一个或多根天线。
该传输装置可以是转发器类型的，或实际上是无线电发射机/接受 机类型的。
该压力变化检测器优选用于作用于另一以电或机械方式与所述检 测器协同工作的部件。
该设备需要进行响应的时间间隔是非常短，例如时间t趋向于0 秒。时间越短，该设备对提高安全性更有利。
由管理模块传输的信号优选是电信号或无线电信号。
例如，该噪声和压力变化检测器包括一个具有两个腔的外壳，这 两个腔通过一个压电式薄膜彼此分开并基本上相互绝缘，第一腔承受 参考压力，第二腔能够与希望被监测的介质环境保持液体流通，所述 薄膜在所述环境的压力变化下发生变形，该变形能够产生一个电信号， 其强度与变形的程度有关。
参考腔的参考压力基本上是恒定的，不随被监测环境压力的变化 而改变，这使得两腔间的压力差改变，被监测环境压力变化产生一个 压电式信号。
较佳地，该薄膜用于对变形地幅值和/或速度做出响应，该变形是 压力变化的程度和/或变化率的函数。
优选地，参考压力对应于真空。
该传感器较佳安装成使被监测介质环境对应于轮胎腔内压力。例 如，传感器可以直接安装在所述腔内；另一方面，导管可以使周围介 质输送到安装在例如车轮上的传感器。
根据本发明的设备较佳安装在车轮上，且较佳具有至少一个将数 据传输到车辆的非转动部分的装置，以确保信号从车轮传送到车辆。 该车辆可以具有至少一个数据接受装置。
本发明还提供一种具有一个上述噪声检测器的轮胎。
本发明还提供一种具有一个上述噪声检测器的轮缘。
附图说明
参考附图，根据本发明的爆胎检测设备的非限制描述，本发明的 其它特征和优点将更加清楚。
图1是根据本发明的压力变化传感器的剖视图；
图2为一曲线图，示出了与一定类型易发生在车辆轮胎内的压力 变化相关的信号的例子；
图3示出了监测轮胎的流程图，该轮胎具有根据本发明的监测系 统；
图4是测量和/或监测车辆轮胎压力的系统的原理图，该系统具有 一个压力传感器和一个压力变化检测器。
一个与轮胎的环境压力保持液体流通的压力传感器；
一个用于检测车辆启动时产生的噪声的噪声检测器；
一个管理模块，其一方面能够接受和处理由压力传感器提供的数 据，另一方面，能够接受和处理由噪声检测器提供的数据，这样，当 车辆停止时，压力传感器在“经济”模式下工作；当车辆行驶时，压 力传感器在“正常”模式下工作。
由于噪声检测器，有可能省去上述离心开关。优选在该系统上安 装一高通滤波器，以只保持大于10或100Hz的频率。
该噪声检测器优选是压电式的。
该技术是自测自检的，可靠且精确，并具有非常短的响应时间， 比如少于100ms。此外，压电式传感器的一个主要特征是它们能够不 需要电力供应而进行工作。更具体地，由压电式材料构成的膜的变形 能够产生微电流。这个电流随后被用于读取、处理或分析信号的电路。 只有电子模块需要电源供应，但是很微弱。因此提供了长使用寿命的 电池。
该噪声检测器还优选为一压力变化检测器。
除了与检测压力变化相关的功能，例如作为爆胎检测器或用来控 制压力测量传感器的重复率，压电式压力变化传感器还可作为麦克风， 其可以容易地精确检测到行驶模式的一个输入。由于压电式检测器甚 至能够检测发动机的启动，使得驾驶员在车辆行驶前做出反映，因此 任何异常情况的检测是非常迅速的，驾驶员可以在离开停车场之前得 到通知，实际上甚至在进入行驶状态之前就得到通知。根据本发明的 一个优选实施方案，压电式检测器的电能消耗基本为0。通过这种方式， 可节约电池的能量。
在一较佳的实施例中，该噪声检测器对与其相连接的车轮的角位 移产生的噪声敏感。
根据本发明的另一较佳的实施例，该噪声检测器对车辆发动机产 生的噪声敏感。
最好，“经济”模式下由压力传感器测量的时间间隔基本上长于 “正常”模式下的。
在“经济”模式下，有可能减少轮胎压力测量的频率。于是监测 系统只需以一定的时间间隔供给电能，例如2，3，5，30，60，120 分钟等。一旦继续行驶，就重新采用“正常”模式。
根据本发明的一较佳实施方案，当运行模式从“经济”模式转换 到“正常”模式时，在“加速”测量模式中具有一个运行过渡阶段， 在过渡阶段由压力传感器测量的时间间隔基本上比“正常”模式下的 短。
该轮胎压力监测系统包括一个传输装置，其使得数据从优选安装 有传感器和检测器的车轮传送到车辆的非转动部分。这种传输装置优 选具有一个或多根天线。
该传输装置可以是转发器类型的，或实际上是无线电发射机/接受 机类型的。
该压力变化检测器优选用于作用于另一以电或机械方式与所述检 测器协同工作的部件。
该设备需要进行响应的时间间隔是非常短，例如时间t趋向于0 秒。时间越短，该设备对提高安全性更有利。
由管理模块传输的信号优选是电信号或无线电信号。
例如，该噪声和压力变化检测器包括一个具有两个腔的外壳，这 两个腔通过一个压电式薄膜彼此分开并基本上相互绝缘，第一腔承受 参考压力，第二腔能够与希望被监测的介质环境保持液体流通，所述 薄膜在所述环境的压力变化下发生变形，该变形能够产生一个电信号， 其强度与变形的程度有关。
参考腔的参考压力基本上是恒定的，不随被监测环境压力的变化 而改变，这使得两腔间的压力差改变，被监测环境压力变化产生一个 压电式信号。
较佳地，该薄膜用于对变形地幅值和/或速度做出响应，该变形是 压力变化的程度和/或变化率的函数。
优选地，参考压力对应于真空。
该传感器较佳安装成使被监测介质环境对应于轮胎腔内压力。例 如，传感器可以直接安装在所述腔内；另一方面，导管可以使周围介 质输送到安装在例如车轮上的传感器。
根据本发明的设备较佳安装在车轮上，且较佳具有至少一个将数 据传输到车辆的非转动部分的装置，以确保信号从车轮传送到车辆。 该车辆可以具有至少一个数据接受装置。
本发明还提供一种具有一个上述噪声检测器的轮胎。
本发明还提供一种具有一个上述噪声检测器的轮缘。
附图说明
参考附图，根据本发明的爆胎检测设备的非限制描述，本发明的 其它特征和优点将更加清楚。
图1是根据本发明的压力变化传感器的剖视图；
图2为一曲线图，示出了与一定类型易发生在车辆轮胎内的压力 变化相关的信号的例子；
图3示出了监测轮胎的流程图，该轮胎具有根据本发明的监测系 统；
图4是测量和/或监测车辆轮胎压力的系统的原理图，该系统具有 一个压力传感器和一个压力变化检测器。
具体实施方式
图4为根据本发明的用于监测轮胎1的压力的系统的原理图。其 包括如下所述的一个压力传感器7和一个压力变化传感器2。并且具有 一个和传感器2以电子或机械方式协同工作的管理模块3。电池4将 电能供给模块3和传感器7，可选择地，也可以供给传感器2，但是根 据本发明的传感器2的优选类型是不需要任何电能的，其可以节省电 池4的电能。为了使车轮的数据能够传输到车辆，优选且最好提供一 个传输模块5。比如，可以包括一个发射器(优选为高频发射器)和一 个转发器等。也可以加上天线6使得图4的设备更加完整。
该设备用于安装在车轮上，可安装于轮缘或轮胎上。其也可以结 合在这些部件中的一个或另一个中，比如模制在轮胎壁内。因此，一 个不用电能的压力变化检测器2被优先选用，使得电池4的寿命能够 尽可能地与轮胎、车轮或车辆的寿命一样长。电池4被装入设备1中， 例如可以是焊入的。以这种方式，就可以避免因更换电池而带来原有 的频繁接触问题。
图1显示压电式压力变化检测器2的一种特别的优选类型。其包 括一个具有两个腔21和22的外壳25，其中的个腔通过一个压电式薄 膜23彼此分开并基本上相互绝缘。一个开口24在检测器的第一腔21 和希望被检测的环境或介质之间建立液体流通。腔22受到参考压力， 或无压力或处于真空下。一个电输出端28能够传输在薄膜23变形过 程中产生的微弱电流信号。
如果腔22处于真空下，薄膜23通常表现为凹的变形，其在真空 下被推向腔22。来自孔24的所有附加压力都对薄膜23的变形产生作 用，薄膜23将占据一个稳态位置，例如26。控制腔21内压力的任何 下降都将使薄膜23发生新的变形，然后该薄膜趋向于恢复到最初的(基 本上是平直的)形状或轮廓27。在曲率变化的情况下，薄膜23释放 出一个微弱电流，该电流为变形的幅值和/或速度的函数。这样，通过 孔24与腔21相连的轮胎爆胎时，就会使腔21内的压力明显急剧地降 低。薄膜23从第一稳态轮廓到第二稳态轮廓的变形使得由电输出端 28产生一个电流。该电流其后可以由管理模块3接受并进行适当的处 理。
图2示出了由根据本发明的压力变化检测器2产生的信号的一些 例子。该图示出了表现出的物理现象和检测器的相应信号之间的关系。 例如，在充气模式A中，压力增加，即改变。这使得产生一个例如正 的恒定信号，其与微弱、连续以及规则的压力变化相联系。
在压力不变时，即在B和D处，由于薄膜保持固定，其轮廓不发 生改变，因此没有信号产生。
在压力减小的情况下，即在C处，一个负的恒定信号与微弱、恒 定以及规则的压力减少相联系。
在F处，轮胎爆裂或压力突然急剧损失，由于传感器的薄膜在短 时间内发生严重的变形，这期间需要从第一基本稳态轮廓过渡到另一 基本稳态轮廓，从而产生一个短时间的“尖峰”形式的信号。
在E处，压力处于稳态，车辆处于行驶状态。行驶噪声可以由传 感器根据其灵敏度进行采集。其起到噪声检测器、传感器或麦克风的 作用。这种作为压力变化传感器/行驶噪声检测器的双重功能是特别有 利的，如图3所示。
图3示出了应用根据本发明的压力监测系统的轮胎监测方法的工 作框图。在标准功能模式下，由压力传感器7进行的测量在给定时间 间隔重复进行。
为了延长电池的使用寿命使其达到最大，一旦不需要对轮胎进行 连续的监测(一般在车辆停止的情况下，尤其是长时间停止时)希望 尽量减少给定时间间隔的重复测量次数。最终，噪声检测器2连续监 测车辆和最好是一个或多个轮胎的声音状态。通常，当车辆静止时， 就不发出声音或声音大小基本为0。噪声检测器能够检测这种状态。于 是，管理模块3启动“经济”模式，其测量时间间隔基本上比标准模 式的长。这种运行模式尤其能够节省电池。如果噪声检测器校准使得 能够检测发动机的运行噪声，那么在行驶之前都可以转换为标准模式。 这样，在车辆上路前，与异常压力有关的任何问题都可检测出来。如 果检测器校准使得只能检测出车轮的行驶，这使得一旦进行了第一个 角位移，即可被检测到，因此在车辆在上路或高速行驶前，任何压力 问题都可暴露出来。
较佳地，当运行模式从“经济”变换到“正常”，在“加速”测量模 式下具有一个很短的过渡阶段，该“加速”测量模式使得一个或多个 轮胎压力的任何反常现象被快速或基本上同时检测出来。
该设备用于安装在车轮上，可安装于轮缘或轮胎上。其也可以结 合在这些部件中的一个或另一个中，比如模制在轮胎壁内。因此，一 个不用电能的压力变化检测器2被优先选用，使得电池4的寿命能够 尽可能地与轮胎、车轮或车辆的寿命一样长。电池4被装入设备1中， 例如可以是焊入的。以这种方式，就可以避免因更换电池而带来原有 的频繁接触问题。
图1显示压电式压力变化检测器2的一种特别的优选类型。其包 括一个具有两个腔21和22的外壳25，其中的个腔通过一个压电式薄 膜23彼此分开并基本上相互绝缘。一个开口24在检测器的第一腔21 和希望被检测的环境或介质之间建立液体流通。腔22受到参考压力， 或无压力或处于真空下。一个电输出端28能够传输在薄膜23变形过 程中产生的微弱电流信号。
如果腔22处于真空下，薄膜23通常表现为凹的变形，其在真空 下被推向腔22。来自孔24的所有附加压力都对薄膜23的变形产生作 用，薄膜23将占据一个稳态位置，例如26。控制腔21内压力的任何 下降都将使薄膜23发生新的变形，然后该薄膜趋向于恢复到最初的(基 本上是平直的)形状或轮廓27。在曲率变化的情况下，薄膜23释放 出一个微弱电流，该电流为变形的幅值和/或速度的函数。这样，通过 孔24与腔21相连的轮胎爆胎时，就会使腔21内的压力明显急剧地降 低。薄膜23从第一稳态轮廓到第二稳态轮廓的变形使得由电输出端 28产生一个电流。该电流其后可以由管理模块3接受并进行适当的处 理。
图2示出了由根据本发明的压力变化检测器2产生的信号的一些 例子。该图示出了表现出的物理现象和检测器的相应信号之间的关系。 例如，在充气模式A中，压力增加，即改变。这使得产生一个例如正 的恒定信号，其与微弱、连续以及规则的压力变化相联系。
在压力不变时，即在B和D处，由于薄膜保持固定，其轮廓不发 生改变，因此没有信号产生。
在压力减小的情况下，即在C处，一个负的恒定信号与微弱、恒 定以及规则的压力减少相联系。
在F处，轮胎爆裂或压力突然急剧损失，由于传感器的薄膜在短 时间内发生严重的变形，这期间需要从第一基本稳态轮廓过渡到另一 基本稳态轮廓，从而产生一个短时间的“尖峰”形式的信号。
在E处，压力处于稳态，车辆处于行驶状态。行驶噪声可以由传 感器根据其灵敏度进行采集。其起到噪声检测器、传感器或麦克风的 作用。这种作为压力变化传感器/行驶噪声检测器的双重功能是特别有 利的，如图3所示。
图3示出了应用根据本发明的压力监测系统的轮胎监测方法的工 作框图。在标准功能模式下，由压力传感器7进行的测量在给定时间 间隔重复进行。
为了延长电池的使用寿命使其达到最大，一旦不需要对轮胎进行 连续的监测(一般在车辆停止的情况下，尤其是长时间停止时)希望 尽量减少给定时间间隔的重复测量次数。最终，噪声检测器2连续监 测车辆和最好是一个或多个轮胎的声音状态。通常，当车辆静止时， 就不发出声音或声音大小基本为0。噪声检测器能够检测这种状态。于 是，管理模块3启动“经济”模式，其测量时间间隔基本上比标准模 式的长。这种运行模式尤其能够节省电池。如果噪声检测器校准使得 能够检测发动机的运行噪声，那么在行驶之前都可以转换为标准模式。 这样，在车辆上路前，与异常压力有关的任何问题都可检测出来。如 果检测器校准使得只能检测出车轮的行驶，这使得一旦进行了第一个 角位移，即可被检测到，因此在车辆在上路或高速行驶前，任何压力 问题都可暴露出来。
较佳地，当运行模式从“经济”变换到“正常”，在“加速”测量模 式下具有一个很短的过渡阶段，该“加速”测量模式使得一个或多个 轮胎压力的任何反常现象被快速或基本上同时检测出来。
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