专利名称：汽车轮胎充气压力的监控设备和方法
技术领域：
本发明涉及汽车轮胎充气压力的一种监控设备，它包括车轮转速或表征汽车车轮速度其他的参数的确定装置；车轮转速或车轮速度参数的差值的一个计算装置；一个对这些差参数与额定值误差进行分析并在该额定值误差超过一个阈值时发出一个报警信号的装置。此外，本发明涉及一种相应的方法。
保持汽车的正确的轮胎压力对行车安全和对燃油消耗具有重大的意义。所以，建议定期检查轮胎压力，以便找出压力损失，并采取适当的对策。一般是进行补充气即可。但汽车的使用者往往疏于定期检查，因而轮胎压力例如由于缓慢的扩散损失而可下降到低于行车所需的最佳压力水平。
所以，人们提出了许多种设备，用它们可对错误的轮胎压力向汽车的使用者进行自动报警。这些设备既可确定一般由于轮胎损坏或气门损坏引起的单个轮胎中的相当快的压力损失，又可确定全部轮胎中的缓慢变化的压力损失。
在这方面，DE 43 03 583 OS和DE 196 02 593 pS分别提出了一种轮胎充气阀，用这种阀可直接测量汽车车轮的轮胎压力。测出的压力信息通过一个集成在该阀中的由蓄电池供电的发送器传送到一个接收器。该接收器固定安装在汽车上并与一个分析装置协同工作。在出现压力误差时，产生一个相应的报警信号，并向汽车的使用者显示出来。
但这种设备是很昂贵和很复杂的，因为一方面由于在行车中气门引起的动态力而应当把这类气门做得很小，但另一方面，这类气门在长期使用寿命和可靠信息传递所需的足够的发射功率方面却受到了限制；此外，压力测量和数据产生都必须完全在这类气门内完成。
DE 43 09 265 OS提出了一种直接测量轮胎压力的系统，该系统除了把压力测量集成在轮胎充气阀内以外，还部分装入一个轮辋中，从而在一定程度上减少了空间的限制，但要求使用具有压力通道的特殊轮辋。
此外，提出了用间接的方式即不是直接测量压力的方式来监控轮胎内的充气压力。作为上述发送器/接收器系统的另一种解决方案在DE36 30 116 OS中描述了一种相应的设备。根据DE 36 30 116 OS提出的装置，防抱死系统内测出的车轮速度被用来确定轮胎内的压力变化。为此，车轮速度信号或导出的信号例如动态的滚动范围相互地或与一个从车轮信号中导出的参考信号进行比较。从误差中推断超出阈值时的压力损失，并将该压力损失显示给汽车的使用者。这些信号的分析是在所代表的行车状态下进行的，所以避免了在通过一段弯道到一次轮胎压力报警时的速度差。
但用这种间接工作的系统时，如果在多个轮胎上同时发生缓慢变化的压力损失，则难于确定这种压力损失。所以，DE 196 25 544 pS提出了这样的补救措施，把每个车轮根据防抱死系统导出的车轮速度信息记录在一个一览表中，然后根据所记录的数值的下降趋势判断出缓慢变化的压力损失。但这种方法需要大量的计算工作和存储能力。
此外，上述那类不直接工作的系统往往需要借助一个“正确的”系统状态进行校准，因为它们的工作原理都基于一个轮胎内的充气压力影响该轮胎的滚动圆周。但压力的相关性是很小的，所以很难测量。此，为防车轮抱死系统设置的车轮转速传感器被用来测量行程并比较四个车轮经过的行程来推断压力损失。即使在较大的压力损失时，轮胎的圆周变化也是几乎察觉不出的，因而在分析车轮速度信号或导出的信号时，排除了特别是由于轮胎公差或不同的磨损引起的不同轮胎直径的干扰源。一种常用的方法是，在校准阶段，把一个“校正的”系统状态的时间点测出的校准值输入该系统中。这个工作例如由汽车的司机操作一个校准按钮来实现。
但在该按钮误操作的情况中，会造成系统失调的危险，从而可导致错误报警或消除必要的报警。为了减轻司机的负担，WO 97/09188建议校准阶段通过一个与减震器连接的开关来自动启动。当达到一定的弹簧行程时，该开关便触发。但其前提条件是，在校准阶段的数据采集状态中必须保持正确轮胎压力时的“校正的”系统状态。
在这种背景下，本发明的目的是提出轮胎压力监控用的上述各种系统的另一种解决方案，特别是，本发明旨在提出一种特别简单的、防止误操作的设备以及一种相应的方法，该设备或方法以廉价的方式用于汽车中。
这个目的是通过开头所述的一个设备来实现的，该设备包括一个装置，用来直接测量车轮的轮胎的充气压力并把表征该充气压力的参数传送到分析装置，当表征该充气压力的参数与一个额定值的误差超过相应的阈值时，在该分析装置中发生一个报警信号。
这样就提供了轮胎压力监控的一个廉价的方案，这个方案利用由一个防抱死系统提供的车轮转速或车轮速度信号，并由此可继续间接的轮胎压力的附加提供，获得的信号的分析大大简化了对发生缓慢压力损失的判断。
轮胎内的充气压力是这样进行监控的，首先测出汽车车轮的车轮转速或其他表征车轮速度的参数、从中算出差值，并在差值与一个额定值的误差超过一定阈值时产生一个报警信号。这基本上相当于上述的方法。但在一个车轮上附加地直接测量了轮胎的充气压力。当与一个额定值的误差超过另一个阈值时，产生一个报警信号。这样，一方面就可观察到，与其他的轮胎比较，是否在一个唯一的轮胎上产生了太大的压力降，例如在突然的轮胎损坏或气门损坏时就是这种情况。另一方面，通过直接的压力测量确定最佳行车的轮胎压力的允许误差范围是否下降到低于一定的压力水平，以便由此确定全部轮胎内的同时缓慢变化的压力损失。
此外，在数据分析时的错误判断降低到最低限度，因为测出的轮胎压力作为参考值使用，而与导出值例如记录的一览表无关。
通过在一个车轮上测出的充气压力作为参考值还可省掉上述的校准装置并避免与它有关的操作错误。确切地说，由此获得了描述一个轮子上的实际充气压力的信息，而与系统状态无关。在这个信息的支持下，在结合从车轮速度信号或车轮转速信号导出的信息的进一步分析的情况下，就可获得全部轮胎内的充气压力的可靠信息，而无须测量整个轮胎中的实际充气压力。
在本发明的一个有利的方案中，差值的额定值的误差的容差范围表示一个比表征该充气压力的参数的额定值误差的容差范围小的压差范围。因此可按这样的方法进行，即首先通过参考测量确定一般的压力水平。如果该压力水平低于一个要求的额定值，则该设备在分析装置中借助车轮转速信息或车轮速度信息用一种计算法确定是否在单个轮胎之间存在明显超过了差值的阈值。如果不存在这种情况，则这个状态被视为一种缓慢变化的压力损失，并用一个相应的信号告知汽车司机。
反之，如果测出的压力在要求的压力额定值的容许范围内，则在分析车轮转速信息或车轮速度信息时，确定超过这些差值的一个阈值，并视为一个确定的轮胎的错误的轮胎压力。通过车轮转速或车轮速度信息的适当分析，可告知司机哪个轮胎存在错误的轮胎压力。
原则上，间接的轮胎压力监控和直接测量的压力监控可相互独立地同时进行，并在存在一定的评判准则时，每个系统都发生一个报警信号。通过这两个系统的相互调节，特别是通过它们的引起产生报警信号的阈值的相互调节，可实现简便而又廉价的轮胎压力监控，这种监控可达到对轮胎压力状态产生的信息的高度可靠性。但也可把两个系统获得的信息相互紧密地联系在一起。例如可用测出的轮胎压力和从车轮转速信号或车轮速度信号中导出的差值计算那些没有进行直接压力测量的轮胎的轮胎压力。这方面的一个方案例如在于，在分析装置中，对每个轮胎都从测出的充气压力和差值中确定一个表征相应轮胎的充气压力的参数，并分析该参数的额定值误差是否超过相应的阈值。这样，就可在很大程度上实现汽车全部轮胎中的充气压力的单独监控，而无须每个单独的汽车车轮或相应的轮胎设置一个自己的直接测量压力的装置。
在多数情况中，汽车的前轮和后轮预先充有不同的轮胎压力。在用一个唯一的直接测压装置的情况下，在判断差值时，必须在分析装置中考虑前轮和后轮之间的要求的压差。但这种考虑也可避免，即例如对汽车的每个轮轴在一个车轮上设置一个充气压力的直接测量装置。从而可实现一个很简单的运行状况，即在这种运行状况中，对每个轮轴来说，除了测出的充气压力外，作为其他的信息只需要一个从相应轮轴的两个车轮的两个车轮转速信号或车轮速度信号中导出的差值。
众所周知，轮胎压力是与轮胎的温度有关的，所以，测出的压力值或确定表征该充气压力的参数的误差额定值最好进行温度补偿。为此，可设置一个相应的温度补偿装置。该装置例如装在一个设置在轮胎上或车轮上的一个温度传感器形式的压力传感器中。在这种情况下，就实现了测出的压力值的补偿，所以只须把信息从车轮传递到固定安装在汽车上的分析装置。但也可把温度信息与压力信息分开传递到该分析装置，再在该处与测出的压力信息或预先给定的额定值进行合并。预先给定的额定值可作为固定参数预先给出并存储在该分析装置中。但该额定值通常与许多其他参数例如汽车的装载状态或所用的轮胎型号有关，这些参数在产生额定值时一起进行考虑。
在本发明的另一个有利方案中，车轮转速值或车轮速度值与一个通过全部车轮转速值或车轮速度值形成的平均值作为额定值进行比较。然后该额定值可作为一个公差范围的平均值使用，一个仍容许的额定误差作为阈值与该平均值进行比较。
此外，这些差值例如可从车轮转速值或车轮速度值中这样进行推导，即它们分别为正好两个车轮确定的，其中的一个车轮配置了一个充气压力的直接测量装置。在这种情况中，对每个车轮来说，可特别简单地从相关的一个参考车轮的差值中和从该参考车轮测出的轮胎压力中推导出相关车轮的轮胎压力。
下面结合附图的一些实施例来详细说明本发明。附图表示
图1按本发明监控汽车轮胎中的充气压力的一个设备的第一实施例的示意图；图2图1所示设备的工作方式的说明图示；图3图1所示设备的工作方式的另一个说明图示；图4按本发明监控汽车轮胎中的充气压力的一个设备的另一实施例的工作方式的说明图示；图5图4所示设备的工作方式的另一个说明图示。
图1第一实施例表示一辆只示出了车轮1的汽车以及一个监控车轮1轮胎内的充气压力的设备。
充气压力的监控设备包括确定车轮转速或其他表征该汽车车轮速度参数的装置2以及从这些车轮转速或车轮速度参数中计算差值Δni1的一个计算装置。这里借助于装在汽车内的防抱死系统，它的传感器用于探测车轮转速ni，它的测量行驶速度的装置同时就是轮胎监控设备的一部分，并用来推导速度参数。
在图1中用n1至n4表示的测出的车轮转速或车轮速度参数在一个固定安装在该汽车上的中心控制器3内进行处理。这个控制器3含有从车轮抱死系统提供的车轮转速或车轮速度参数中计算差值Δni1的装置。但也可把已经在防抱死系统中产生的差值Δni1输入控制器3中。
此外，该轮胎压力监控设备包括一个用来直接测量汽车车轮1轮胎内的充气压力pl的装置4，在图1实施例中，例如在前左轮1上就设置了这样一个装置。这个压力测量装置4例如作为压力传感器集成在一个轮胎气门中，该气门还含有一个发送装置，以便把测出的轮胎压力pl或一个表征该压力的信息pl以无线的方式传递到一个固定在该汽车上的接收装置5。一个表征测出轮胎压力的参数pl从接收装置5传递到控制器3，并在该处继续进行处理。也可将接收装置5直接集成在控制器3中，或在汽车车轮1的其他部位例如在轮辋中进行压力测量。
为了补偿由于温度变化引起的压力波动，该压力传感器最好与一个温度传感器组合，这样就可从该压力测量装置把一个已进行温度校正的信号发送到接收装置5。
产生的信号在控制器3的分析装置6中进行处理，并确定额定值的误差。如果该误差超过一个规定的阈值，则产生一个报警信号，并通过一个显示装置7告知该汽车的司机。对司机的报警是在可视区域内用光学和/或声学的方式来实现的，所以在行车过程中可察觉这种报警。也可根据产生故障的方式进行微分，以便司机知道哪一个轮胎出现了充气压力的误差或所有轮胎的压力水平例如由于缓慢的压力损失是否下降到低于一个临界值。
图2表示上述设备的操作方法的例子。其中，在车轮转速值或车轮速度值的基础上同时进行间接的轮胎压力监控和一个汽车车轮1的直接的压力测量。这是按一定的时间间隔或在行车过程中连续进行的。如果分析的参数偏离一定的误差范围，则分别单独发生一个报警信号。
在直接的压力测量时，如果测出的轮胎压力pl和一个预定的额定值psoll之间的误差超过最佳行车所能接受的公差范围或压差Δpmax时，则发生一个报警信号。为此，在分析装置6中，设置了一个适当的比较装置6a。额定值psoll在这里无须是一个固定的预定参数。确切地说，该额定值与汽车的工况匹配，以便例如考虑汽车的装载情况或所用的轮胎型号。为此，最好设置一个额定值发送器，但它在这里没有示出。
这里在另一个比较装置6b中，按相同的方式监控相对于一个可接受的车轮转速差或车轮速度差Δnref形式的阈值的差值Δni1。其中，求差分别在一个汽车车轮的车轮转速值或车轮速度值与直接进行压力测量的那个汽车车轮的一个车轮转速值或车轮速度值之间进行。在这个实施例中，对所有的值规定了一个相同的阈值Δnref，超过此阈值时，简单地说，就会引起报警信号的产生。但也可对每对车轮确定一个自己的阈值Δnref。
为了避免错误报警的危险，在超过一个阈值时，要进行这个结果的检验，例如输出信息，亦即车轮转速或车轮速度参数和表征一个轮胎内的充气压力的参数都要重新确定和分析。只有当第一次预报建立时，才产生一个报警信号。此外，应保证汽车处于一个适合轮胎压力监控的行驶状态，亦即例如不是正在通过一段弯道。通过一段弯道可通过转向轮转向角的测定来确认。在这种情况中，车轮压力监控所根据的信息的分析应当停止。
第一实施例的工作方式可用图3所示的汽车的(a)(b)和(c)三个不同的车轮压力状态来进行说明。其中，(a)表示一种正常状态，在这个正常状态内，每个轮胎内都保持一个“正确的”轮胎压力pi(i＝1至4)。此外，图3绘出了直接进行压力pl测量的那个轮胎的压差Δpi1。这些压差pl相当于从间接的轮胎压力监控中已知的车轮转速或车轮速度参数的差值Δni1，其中必要时可算入一个校正系数。在图3的正常状态(a)中，差值全部在具有最大容许误差Δnref的容许公差范围内，这在图3中用压力值Δpref表示并用阴影线示出。此外，从图3可以看出，这个公差范围比额定压力值psoll的公差范围窄。
在状态(b)的情况中，由于缓慢的压力损失，所有轮胎中的压力水平都下降了。一旦直接进行压力测量的那个轮胎内的压力下降到低于压力值的下限容许阈值psoll-Δpmax时，立即产生一个报警信号。由于间接的轮胎压力监控的公差范围与直接压力测量的公差范围比较是很窄的，所以只在汽车的一个唯一的轮胎上进行直接的压力测量完全足够。与在全部轮胎上进行直接压力测量比较，无论如何节省了相当昂贵的探测装置。
状态(c)表示一个轮胎内的压力p2比其他轮胎内的压力明显下降的情况，但直接监控的这个轮胎内的压力pl没有偏离容许的公差范围。这个压力降在间接的轮胎压力监控时根据在恒定的汽车速度时提高的车轮转速在控制器3的比较装置6b中进行确定并向司机发出信号，而且可同时通知他哪个车轮发生了故障。
图4表示轮胎压力监控设备的另一个实施例。这个设备与第一实施例的区别主要在通过分析提供的输出信息。例如在第二实施例中，在控制器3中处理车轮转速或车轮速度参数时，首先确定参考值no，该参考值在这里表示车轮转速或车轮速度参数ni的平均值。在所示实施例的变型中，也可形成一个加权的平均值，其中每个车轮转速或车轮速度参数ni都对应一个自己的加权系数。从单个车轮转速或车轮速度参数ni中用参考值no产生差值Δni并与一个阈值Δnref相比。在超过该阈值Δnref时产生一个报警信号并象第一实施例那样显示出来。按这种方式可在单个轮胎之间有效确定压差的发生。
也象第一实施例那样，可同时进行直接的压力监控。但在图4所示情况中，从差值Δni和直接测出的压力pl中确定不是直接监控的轮胎中的压力并与绝对压力的一个额定值psoll进行比较。如果该额定压力值psoll超过一定的阈值Δpmax时，则又是触发一个报警信号。这种方法的优点是，即使一个不是直接监控的轮胎中的压力偏离该绝对压力的公差范围时，也产生一个报警信号。
图4实施例的操作方法可从图5中一目了然。其中(a)又是表示一个正常状态，在这个状态中，所有轮胎内都保持一个正确的轮胎压力pi，亦即各个轮胎内的压力都在容许的公差范围内。在状态(b)所示缓慢压力损失时，如果只有一个轮胎中的压力即这里的压力p2偏离该压力公差范围时，尽管在这个轮胎上没有进行直接的压力测量，则种情况仍被识别出来。状态(c)又是表示在一个轮胎中发生了一个比其他轮胎有明显压差的情况，这种明显的压差例如发生在轮胎损坏或气门损坏时。这种情况在这里又是在间接的轮胎压力监控时被确定为超过阈值Δnref，并向司机显示出来。
上述设备和方法可按特别简单的方式对汽车实施可靠而又廉价的轮胎压力监控，这种监控只根据在轮胎一部分上直接测出的轮胎压力进行，几乎不需要司机插手，因而对错误操作不敏感。
参考符号一览表1汽车车轮2车轮转速或其他表征车轮速度的参数的确定装置(车轮转速或车轮速度传感器)3控制器4直接测量充气压力的装置(压力传感器)5接收装置6分析装置6a 比较装置6b 比较装置7显示装置ni一个车轮i的车轮转速或车轮速度参数Δni1车轮转速或速度值ni与直接压力测量的车轮转速或速度参数nl的误差no参考值(车轮转速或速度值ni的平均值)Δni车轮转速或速度值ni与参考值no的误差Δnref车轮转速或速度值的容许误差pi轮胎压力或表征轮胎压力的参数psoll直接压力测量的车轮的轮胎压力的额定值Δpmax压力额定值psoll的最大容许误差Δpi用压力值表示的速度值ni和参考值no的误差
权利要求
1.汽车轮胎的充气压力的监控设备，包括车轮转速或表征汽车车轮速度其他参数(ni)的确定装置(2)；车轮转速或车轮速度参数(ni)的差值(Δni；Δni1)的计算装置(6b)；一个对这些差值(Δni；Δni1)与额定值误差进行分析并在该额定值误差超过一个阈值(Δnref)时发生一个报警信号的装置，其特征为，设置了一个装置(4，5)来直接测量一个车轮(1)的轮胎内的充气压力(pi1)并把一个表征该充气压力的参数(pi1)传递到分析装置(6)，当表征该充气压力的参数(pl)与一个额定值(psoll)的误差超过一个相应的阈值(Δpmax)时，在该分析装置中产生一个报警信号。
2.按权利要求1的装置，其特征为，差值(Δni；Δni1)的容许额定值误差的公差范围表示一个比表征该充气压力的参数(pl)的容许额定值误差的公差范围小的压差范围。
3.按权利要求1或2的装置，其特征为，在分析装置(6)中对每个轮胎都从测出的充气压力值(pl)和差值(Δni)中确定一个表征相应轮胎的充气压力的参数(pi)，并分析该参数的额定值误差是否超过相应的阈值(Δpmax)。
4.按权利要求1至3任一项的装置，其特征为，设置了一个温度补偿装置来补偿测出的空气压力值(pl)或补偿确定表征该充气压力的参数(pl)的误差的额定值(psoll)。
5.按权利要求1至4任一项的装置，其特征为，车轮转速或车轮速度参数(ni)分别与一个通过全部车轮转速或车轮速度参数(ni)求出的平均值作为额定值(no)进行比较。
6.按权利要求1至4任一项的装置，其特征为，分别对两个车轮(1)确定差值(Δni1)，其中车轮(1)之一与空气压力的直接测量装置(4，5)相对应。
7.按权利要求1至6任一项的装置，其特征为，在汽车的每个轮轴的一个车轮上设置一个直接测量充气压力的装置(4，5)。
8.汽车轮胎内的充气压力的监控方法，其中测量汽车车轮(1)的车轮转速或其他表征该车轮速度的参数(ni)、从中求出差值(Δni；Δni1)并在这些差值与一个额定值的误差超过一个阈值(Δnref)时产生一个报警信号，其特征为，在一个车轮上直接测量轮胎内的充气压力，并在额定值(Δpsoll)的误差超过另一个阈值(Δpmax)时产生一个报警信号。
9.按权利要求8的方法，其特征为，差值(Δni；Δni1)的额定值误差的公差范围表示一个比表征充气压力的参数(pi；pl)的额定值误差的公差范围小的压差范围。
10.按权利要求8或9的方法，其特征为，对每个轮胎都从测出的充气压力值(pl)和差值中确定一个表征相应轮胎的充气压力的参数(pi)，并分析该参数的额定值误差是否超过相应的阈值(Δpmax)。
11.按权利要求8至10任一项的方法，其特征为，测出的压力参数(pl)或表征充气压力的参数(pl)的额定值(psoll)进行了温度补偿。
12.按权利要求8至10任一项的方法，其特征为，车轮转速或车轮速度参数(ni)分别与一个通过全部车轮转速或车轮速度值(ni)求出的平均值作为额定值(no)进行比较。
13.按权利要求8至11任一项的方法，其特征为，分别对两个车轮(1)确定差值(Δni1)，并在一个车轮(1)上直接测量充气压力。
14.按权利要求8至13任一项的方法，其特征为，在汽车的每个轮轴的一个车轮(1)上直接测量充气压力。
全文摘要
汽车轮胎内的充气压力的监控设备，包括汽车车轮转速或其他表征汽车车轮速度的参数的确定装置(2)；车轮转速或车轮速度参数的差值的计算装置(6b)；一个对这些差值与一个额定值误差进行分析并在该额定值误差超过一个阈值时发生一个报警信号的装置(6)。此外，该监控设备包括一个用来直接测量轮胎内的充气压力并把一个表征该充气压力的参数传递到分析装置(6)的装置(4、5)，当表征该充气压力的参数与一个额定值的误差超过一个相应的阈值时，该分析装置发生一个报警信号。
文档编号B60C23/20GK1479678SQ01820092
公开日2004年3月3日 申请日期2001年11月19日 优先权日2000年12月5日
发明者F·皮希, R·雷恩克, B·维格纳, F 皮希, 衲, 骺 申请人:大众汽车有限公司