识别车轮模块的位置的方法

专利名称：识别车轮模块的位置的方法
技术领域：
本发明涉及识别包括在车轮和/或其相关轮胎中的车轮模块的位置的方法；例 如，涉及如下一种识别车轮模块的位置的方法，该车轮模块能操作成监测车轮和/或其相 关轮胎的特性，且经由通信链接将表征这些上述特征的信息传输至电子控制单元(ECU)和 /或控制系统，例如用于向使用者显示。此外，本发明还涉及用于执行上述方法的车轮模块。 此外，本发明涉及对包括这些车轮模块的车辆进行维修的方法。此外，本发明还涉及能在计 算硬件上执行的软件及软件产品，用于执行这些上述方法。
背景技术：
轮胎(tyre)是道路车辆的关键部件，其在美式英语中也称为“轮胎(tire)”。现 代的轮胎不但确保与其相关联的道路车辆在多变的天气条件下附着在道路表面上，而且还 执行隔离振动和冲击的功能。此外，在其工作寿命期间，轮胎需要经受可能高达数千乃至上 百万次变形循环而不表现出工作硬化故障，且由于粘性阻尼效应还表现出相对适中的能量 耗散程度。作为额外的运行要求，现代轮胎需要稳健地抵抗刮擦和对其冲击的物体。此外， 无内胎轮胎即使在受到较大应力时(例如，在紧急制动期间)，也需要稳健地夹持在其相关 的轮毂上。根据现代轮胎的这些上述要求，轮胎由弹性合成橡胶、金属丝网强化的天然橡胶 和/或塑性材料、碳纤维和类似材料构成。因此，现在的轮胎认作是高度优化和先进的产品运行期间的轮胎故障可能会导致相关车辆停止移动乃至发生事故。此外，轮胎在 不适当的压力下运行可不利地影响相关车辆的燃料经济性；鉴于燃料成本，以及鉴于二氧 化碳的产生及其对世界气候变化可感知的影响，燃料经济性就变得日益相关。已知的是将传感器安装到机动车辆上来监测诸如轮胎压力和一个或多个正交轴 线上的加速度等的特性，并且将表示这些特性的信息经由无线通信链路传输至电子控制单 元(ECU)，该电子控制单元(ECU)构成车辆数据管路系统的一部分。通过采用这种布置结 构，能够提醒驾驶员需要对其车辆的一个或多个轮胎充气，以便改善驾驶质量和安全性。在公布的日本专利no. JP 2003211924(Mazda Motor)中，公开了一种气动传感器 装置，其适于结合车辆轮胎使用来检测轮胎压力和产生对应的轮胎压力信息。该装置包括 用于发送压力信息和识别代码来将该传感器装置与同时包括在车辆其他车轮上的其他此 类传感器装置区分开的发送器。车辆的控制单元能操作成接收发送来的压力信息及其相关 的识别代码。接收到的压力信息储存在控制单元的存储器中。控制单元能操作成在轮胎压 力不正确符合预定标准的情况下给出警告。在公布的英国专利申请no. GB 2385931 A中描述的轮胎监测器安装在轮胎附近， 靠近其轮胎充气门杆。轮胎监测器包括用以测量压力、温度及其相应轮胎的转弯方向的传 感器。此外，监测器能操作成将测得的传感器信号通过发送器传递至其相应的接收器中，以 用于后续处理和最终在显示单元上呈现。与接收器通信的车载控制器能操作成基于接收器 处接收到的无线信号的强度来确定压力信息与前轮轮胎还是与后轮轮胎相关，以及基于相关的转弯方向数据来确定压力数据与右侧轮胎还是左侧轮胎相关。由于轮胎状况是影响车辆运行的经济性和安全性的一个重要因素，因此，技术问 题在于如何提供更为先进的车轮监测和轮胎监测。当运输队运营者的运输队中具有许多车 辆时，确保运输队中所有车辆的车轮和轮胎监测的质量最为重要。这些质量至少部分可通 过遵循严格的人工维护程序来确保，例如，通过在预定行驶公里数之后执行定期车辆检查 和系统地更改轮胎。然而，仍然会发生的是，轮胎和车轮漏掉了这些严格的维护程序的保 养，且因此可表现出潜在危害。例如，车轮可能在未经相应车主允许的情况下进行互换，这 因此会绕过这些严格的维护程序，或车轮由于失窃而互换。此外，车轮轮毂在其工作寿命内 易于提供许多更换的轮胎。如前文阐明的那样，轮胎监测器是已知的。为了测量车轮状态和检测未经允许胡 乱更改轮胎，例如，当车轮临时从其相关车辆上移除时，例如在北欧和加拿大从冬季轮胎更 换至夏季轮胎时，就需要更为先进的轮胎和车轮的监测器。然而，尤其是在轮胎在彼此不同 的时间更换并且车轮及其轮胎在夏季轮胎与冬季轮胎之间互换时倾向于保持在储存室一 段时间时，这里会出现关于如何操纵轮胎和车轮监测器的复杂构造的技术问题。本发明试图解决上述技术问题。

发明内容
本发明的一个目的在于提供一种识别包括在车辆设备中的车轮和/或轮胎监测 器的位置的改进方法，该车辆设备能够提高此车辆的安全性和可靠性。该目的是由如所附权利要求1限定的根据本发明的第一方面的方法解决的。提供 了一种识别在车辆中使用的设备的一个或多个模块的位置的方法，所述设备用于监测车辆 至少一个车轮的运行，所述设备包括一个或多个传感器模块，该一个或多个传感器模块能 操作地安装成与所述至少一个车轮一起回转，所述一个或多个模块能操作地与所述车辆的 处理装置通信联接，所述一个或多个模块能操作成确定所述车轮的至少一个物理参数且产 生用于所述处理装置的至少一个对应的传感器信号，所述处理装置能操作成处理所述至少 一个传感器信号，以计算表征所述至少一个车轮的运行的信息，其特征在于，该方法包括如 下步骤(a)与所述设备的一个或多个模块通信，用于在所述设备的处理装置处接收所述 一个或多个模块的识别代码，所述一个或多个模块安装在所述车辆的至少一个车轮上；(b)使所述车辆沿着由所述转向感测装置感测到的曲线轨迹行驶，并且记录所述 车辆的转向方向，同时记录由所述一个或多个模块确定的所述物理参数的时域记录以及所 述一个或多个模块的对应识别代码，所述物理参数与所述至少一个车轮的一个或多个轮胎 相关；并且(c)关于时间对所述转向方向和所述时域记录进行分析，以识别所述一个或多个 模块在所述车辆的所述至少一个车轮上位于何处，所述分析利用以下特性所述曲线轨迹 外侧上的轮胎与所述曲线轨迹内侧上的轮胎相比在所述物理参数的所述时域记录中将具 有不同的值；并且对于车辆的向前行驶方向而言，靠近所述车辆前部区域的轮胎与靠近所 述车辆后部区域的轮胎相比先经历所述物理参数的时域记录的变化和/或所述物理参数 的时域记录的变化率更高。
本发明的优点在于，提供了识别设备的一个或多个模块在车辆车轮上所处的位置 的简单而实用的方法。可选的是，提供了一种识别在车辆中使用的设备的一个或多个传感器模块的位置 的方法，所述设备用于监测车轮至少一个车轮的运行，传感器模块能操作地安装成与至少 一个车轮一起回转，一个或多个模块能操作地与车辆的处理装置(ECU)通信联接，该一个 或多个模块能操作成感测车轮的至少一个物理参数且产生至少一个对应传感器信号来用 于所述处理装置，该处理装置(EOT)能操作成处理至少一个传感器信号，以计算表征至少 一个车轮的运行的信息，其特征在于，该方法包括如下步骤(a)使所述车辆沿着由转向感测装置所感测到的曲线轨迹行驶，并且记录车辆的 转向角度，同时记录由一个或多个模块测得的横向加速度(Az)的时域记录以及所述一个或 多个模块的对应识别代码(ID)；并且(b)关于时间(t)对转向角度和所述时域记录进行分析，以识别一个或多个模块 在车辆的至少一个车轮上位于何处，该分析利用以下特性与直线轨迹相比，在曲线轨迹期 间，位于曲线轨迹外侧上的加速度计比位于曲线轨迹内侧上的加速度计经历更大的横向加 速度；并且在执行曲线轨迹期间，对于车辆的向前行驶方向而言，靠近车辆的前部区域定位 的加速度计比靠近车辆的后部区域定位的加速度计先瞬时经历横向加速度的增大。在此方法中，所述物理参数由布置在模块中的传感器直接测得的横向加速度构 成。可选的是，在执行识别车辆中的设备的方法时，该设备包括用于感测车辆转向方 向的转向感测装置，该方法包括如下步骤(a)与设备的一个或多个模块通信，用于在设备的处理装置处接收所述一个或多 个模块的识别代码(ID)，一个或多个模块安装在车辆的至少一个车轮上；(b)使所述车辆沿着由转向感测装置感测到的曲线轨迹行驶，并且记录车辆的转 向角度，同时记录由一个或多个模块测得的压力的时域记录以及所述一个或多个模块的对 应识别代码(ID)，该压力与至少一个车轮的一个或多个轮胎相关；并且(c)关于时间对转向角度和时域记录进行分析，以识别一个或多个模块在车辆的 至少一个车轮上位于何处，该分析利用以下特性曲线轨迹外侧上的轮胎比曲线轨迹内侧 上的轮胎经历更大的压力增大；并且对于车辆的向前方向而言，靠近车辆的前部区域的轮 胎比靠近车辆后部区域轮胎先经历压力的增大。在此方法中，所述物理参数由模块中的传感器直接测得的压力构成。可选的是，提供了一种识别在车辆中使用的设备的一个或多个传感器模块的位置 的方法，该设备用于监测车轮至少一个车轮的运行，传感器模块能操作地安装成与至少一 个车轮一起回转，一个或多个模块能操作地与车辆的处理装置(EOT)通信联接，一个或多 个模块能操作成确定测车轮的至少一个物理参数，且产生至少一个对应传感器信号来用于 处理装置，处理装置(EOT)能操作成处理至少一个传感器信号，以计算表征至少一个车轮 的运行的信息，其特征在于，该方法包括如下步骤(a)与所述设备(680，690，2200)的一个或多个模块(400)通信，用于在所述设备 (680，690，2200)的处理装置(950)处接收一个或多个模块(400)的识别代码(ID)，所述一个或多个模块(400)安装在所述车辆(900)的至少一个车轮(10)上；(b)使所述车辆(900)沿着由转向感测装置感测到的曲线轨迹行驶，并且记录所 述车辆(900)的转向方向，同时记录从所述一个或多个模块(400)产生的信号中确定的所 述角速度的时域记录以及所述一个或多个模块(400)的对应识别代码(ID)；并且(c)关于时间(t)对所述转向方向和所述时域记录进行分析，以识别所述一个或 多个模块(400)在所述车辆(900)的所述至少一个车轮(10)上位于何处，所述分析利用 以下特性在曲线轨迹期间，与位于所述曲线轨迹内侧上的车轮的角速度量值相比，位于所 述曲线轨迹外侧上的车轮的角速度量值更大；并且，在执行所述曲线轨迹期间，对于车辆 (900)的向前行驶方向而言，靠近所述车辆(900)的前部区域定位的车轮的角速度与靠近 所述车辆(900)的后部区域定位的车轮相比先瞬时经历量值的增加和/或所述量值的增加 率更高。在该方法中，所述物理参数从模块中的传感器产生的传感器信号中得出。优选的 是，传感器可以是布置在各相应模块中的加速度计，该加速度计产生沿切向方向和/或径 向方向的加速度信号分量(Ax，Ay)。在该方法中，通过识别从一个或多个模块(400)中得出的对应于至少一个车轮 (10)的旋转的加速度信号分量(Ax，Ay)中的周期性脉冲(500)，执行识别安装到至少一个车 轮(10)的轮胎(30)的壁部(230)或内缘上的那些一个或多个模块(400)的步骤。可选的是，在执行该方法时，所述设备包括用于感测至少一个车轮的角方位(e ) 的传感器装置。可选的是，当执行该方法时，信号表征以下的至少一种(e)在至少一个车轮处感测到的一个或多个加速度分量(Ax，Ay)；以及(f)在至少一个车轮的轮胎中感测到的压力。可选的是，当执行该方法来提供对至少一个车轮的伪连续监测或连续监测时，在 车辆于正常使用中行驶的同时反复执行该方法。可选的是，在执行该方法时，还包括步骤(a)之后的附加步骤通过识别从一个或 多个模块中得出的对应于至少一个车轮的旋转的加速度信号分量(Ay，Az)中的周期性脉 冲，来识别安装在至少一个车轮的轮胎的壁部或内缘上的一个或多个模块。可选的是，在执行本发明的上述方法时，一个或多个模块包括用于感测该处的温 度(Tm。d)的温度传感器，一个或多个模块能操作成将表征温度(Tm。d)的信号传输到处理装 置(ECU)，以用于计算表征至少一个车轮的运行的信息。当执行关于车轮运行的计算时，对 温度(Tm。d)的监测使得至少一个车轮的轮胎内测得的压力(P)能够至少部分地针对温度影 响而修正。此外，在检测到过度升温的情况下，可选地由所述设备发出警示。可选的是，在执行本发明的上述方法时，所述一个或多个模块包括以下部件中的 至少一个(a)压力传感器，该压力传感器能操作成感测至少一个车轮的轮胎内存在的压力 (P)，一个或多个模块能操作成将表征压力(P)的信号传输到处理装置(ECU)，以用于计算 表征至少一个车轮的运行的信息；(b)应变仪传感器，该应变仪传感器用于测量至少一个车轮的轮胎的挠度，该模块 能操作成将表征挠度的信号传输到处理装置(E⑶)，用于计算表征至少一个车轮的运行相关的信息；(c)加速度计，该加速度计用于测量至少一个车轮上的一个或多个模块的安装位 置(L1，L2，L3，L4)处的至少一个轴线上的加速度(Ax，Ay，Az)，一个或多个加速度计能操作 成将表征加速度(Ax，Ay，Az)的信号传输到处理装置(E⑶)，用于计算表征至少一个车轮的 运行的信息；以及(d)磁性传感器，该用于测量施加到一个或多个模块上的磁场，一个或多个模块能 操作成将表征所施加的磁场的信号传输到处理装置(ECU)，用于控制所述设备的运行。已经发现这些物理参数有利于在评估至少一个车轮的运行时进行监测。将会认识 到的是，一个或多个模块可配备有选项(a)至(d)的子集；例如，所述模块可仅设有压力传 感器、或仅有加速度计、或压力传感器和加速度计的组合，这取决于采用本发明的上述方面 的哪种方法。此外，某些模块可选为仅设有单轴线加速度计，而其他这些模块设有三轴线加 速度计。按照本发明，包括在模块内的传感器的其他组合也是可能的。更加可选的是，在执行该方法时，加速度计为多轴线加速度计，其能操作成关于至 少一个车轮的旋转来测量径向轴线、切向轴线和横向轴线中的至少一个上的加速度分量 (Ax，Ay，Az)。另外更加可选的是，加速度计为硅微加工装置。该硅装置极为稳健，成本效益 合算，且能够提供精确和准确的加速度测量。可选的是，在执行该方法时，在使用加速度计时，处理装置(ECU)能操作成应用与 加速度计的一个或多个感测轴线的自动对准，以便将它们与相对于至少一个车轮的旋转的 径向轴线、切向轴线和横向轴线中的至少一个有效对准。这种自动对准能够通过使一个或 多个模块以减小的角度重要性放置在至少一个车轮上，从而简化一个或多个模块的安装。更加可选的是，在执行该方法时，处理装置(ECU)包括角解算器，其用于执行自动 对准，解算器能操作成在其校准期间寻找零值横向加速度分量，且寻找在所述至少一个车 轮的一次或多次完全回转内进行积分时为零值的切向加速度分量。通过应用这种自动对 准，得出了描述至少一个车轮的运行的更为典型的信号，用于处理装置进行分析。可选的 是，可对至少一个车轮的部分回转(例如，半回转)执行加速度测量，而至少一个车轮的剩 余一半回转的测量由此合成而用于积分目的；这种执行就理解为对车轮的一次完全回转的 平均禾只分(meanintegration)。更加可选的是，在执行该方法时，处理装置(ECU)能操作成在以下至少一种情形 期间校准其自动对准(a)在相对于其一个或多个模块配置处理装置(EOT)时的校准程序；以及(b)在驾驶车辆期间的动态方式。可选的是，在执行本发明的上述方法时，一个或多个模块安装到至少一个车轮上 的一个或多个位置(Ll，L2，L3，L4)上，一个或多个位置包括(a)在至少一个车轮的轮毂上大致处于至少一个车轮旋转轴线(B-B)处；(b)在至少一个车轮的轮毂上距至少一个车轮的旋转轴线(B-B)有一定的径向距 罔；(c)在至少一个车轮的轮胎内，用于感测轮胎内的压力(P)，至少一个模块安装到 至少一个车轮的轮毂的外周表面上；(d)在车轮轮胎内，用于感测轮胎内的压力(P)，一个或多个模块安装到轮胎内侧壁表面上，用于测量侧壁的挠曲特性；以及(e)在至少一个车轮的外周缘的内表面上，用于测量该处的加速度。在这些不同位置处安装一个或多个模块的有益之处在于至少一个车轮中的某些 类型的缺陷在一个或多个模块安装在特定有利位置上时可更为可靠地感测出。例如，利用 安装在其轮毂附近的车轮上的模块可更好地感测出车轮的不平衡，而利用附接到轮胎侧壁 或可灵活充气的腔体上的模块可更好地感测出轮胎或可充气腔体的挠曲特性。更加可选的 是，模块安装在轮胎的内侧缘上，靠近其胎面(L4)。可选的是，在执行本发明的上述方法时，所述一个或多个模块包括至少一个无线 接口，该至少一个无线接口用于在一个或多个模块与处理装置(ECU)之间通信，一个或多 个模块形成无线网络，其中一个或多个模块中的某些能操作成用作一个或多个中继节点， 用于在处理装置(ECU)与一个或多个模块中的另外一些模块之间进行信号交换。通过建立 这种通信网络，安装在无线屏蔽区中的模块就能操作成经由该网络将它们测得的信号提供 给处理装置，在无线屏蔽区中，所述模块被传导元件遮蔽。可选的是，在执行本发明的上述方法时，所述一个或多个模块包括包括用于在一 个或多个模块与处理装置(EOT)之间通信的至少一个无线接口，一个或多个模块形成无线 网络，该无线网络可动态地重新配置，用于在一个或多个模块与处理装置(ECU)之间进行 信号交换。由自身动态地重新配置的网络所展现的能力的优点在于在一个或多个模块 停止将其相应信号提供给处理装置(ECU)的情况下，该设备能够以减少的监测功能继续运 行。网络这种可重新配置的性质不但使设备更为稳健，而且例如响应于更换一个或多个车 轮容许设备在附加模块加装到设备上时进行调整。可选的是，在执行本发明的上述方法时，一个或多个模块包括包括用于在一个或 多个模块与处理装置(ECU)之间通信的至少一个无线接口，一个或多个模块形成无线网 络，该无线网络响应于一个或多个模块运行中的功能状态与非功能状态之间变化而动态地 重新配置，用于使设备能够在监测至少一个车轮的运行方面以更改的功能继续起作用。这 种运行特征还防止了设备仅由于其模块在运行中产生问题(例如，其电池组在运行中变为 完全放电完毕)而变得不起作用。可选的是，在执行本发明的上述方法时，一个或多个模块分别设有对应的识别代 码(ID)，所述识别代码(ID)用于与模块外的处理装置(ECU)通信，使得处理装置(ECU)能 够识别出对应的信号数据发送自哪个模块。使用此类识别代码(ID)使得能够清楚地识别 出已经出现问题或已经发现具有潜在问题的一个或多个车轮，并将对应的明确信息警示发 送给车辆驾驶员和/或负责解决这些问题或潜在问题的维修厂。可选的是，在执行本发明的上述方法时，一个或多个模块包括一个或多个电源来 为一个或多个模块通电，一个或多个电源包括至少一个可再充电池组和用于使一个或多 个电源再充电的一个或多个发电机，一个或多个发电机通过至少一个车轮的旋转而获取能 量。更加可选的是，一个或多个发电机为以下的至少一个(a)基于质量运动的电磁式发电机，该质量能操作成响应于至少一个车轮旋转而 移动；以及(b)基于由质量产生的力的压电式发电机，该质量能操作成响应于至少一个车轮 旋转而将变化的力施加到压电装置上。
由于一个或多个模块绕其相应的车轮旋转，故提供集电环或电感应联接件表现出 相当实际的复杂性，尤其是鉴于目前车轮上围绕车轮的区域已经密集地填充有其他部件， 如ABS旋转传感器、盘式制动器、悬架部件等。然而，在延长使用之后，除非再充电或更换， 否则本地电源就会耗尽。所包括的一个或多个发电机能够解决这些问题。为了搜集表征至少一个车轮运行的更为典型的测量值，车轮监测设备可选的是实 现成使得一个或多个模块围绕至少一个车轮径向地分布，用于在所述至少一个车轮的多个 角位置处感测至少一个车轮的运行。至少一个车轮中或周围的某些导电部件易于形成无线电静区且产生法拉第屏。可 选的是，为了解决由这些无线电静区和法拉第屏引起的问题，在车轮监测设备中，一个或多 个模块中的至少一个可选为包括联接到至少一个车轮的轮胎的导电丝网上的无线接口，该 导电丝网能操作成用作至少一个模块的无线贴片天线，用于支持所述至少一个模块与处理 装置(EOT)之间的无线通信。可选的是，本发明的上述方法包括在与处理装置(EOT)通信联接的显示器上将信 息呈现给车辆驾驶员的步骤，该信息指示以下情况中的至少一种(a) 一个或多个模块的运行状态；(b)至少一个车轮的状况；(c)与至少一个车轮相关的一个或多个故障或潜在故障；(d)与在识别出与至少一个车轮相关的一个或多个故障或潜在故障的情况下车辆 驾驶员所采取的一个或多个动作有关的信息；以及(e)车辆的至少一个车轮是否已被更改(例如，胡乱更改)的指示。然而，显示器不限于显示如(a)至(e)中的这些信息，且可选为能够呈现由处理装 置提供的其他分析信息，例如，如一个或多个模块感测到的一个或多个车轮参数的变化的 时间记录；例如，显示器有利的是可呈现作为时间的函数的轮胎压力的曲线图、描述目前与 处理装置通信联接的模块的构造的列表等。可选的是，本发明上述方法包括为处理装置(EOT)提供与远离该车辆的维修厂通 信的无线接口，处理装置(ECU)能操作成传输表征至少一个车轮的功能性的信息，该信息 表征在从一个或多个模块提供的信号中计算时与至少一个车轮相关的一个或多个故障或 潜在故障的信息，并且该无线接口用于从维修厂接收关于解决一个或多个故障或潜在故障 的动作的指令。更加可选的是，本发明的上述方法包括向车辆提供全球定位单元的步骤，该全球 定位单元用于产生表征车辆空间位置的信号，且用于经由处理装置(EOT)将信息传送给维 修厂的无线接口，该信息表征车辆的空间位置。可选的是，在执行本发明的上述方法时，一个或多个模块包括联接到相关数据存 储器上的处理器，一个或多个模块通过其压力传感器能操作成记录至少一个车轮的轮胎内 的与时间(t)相关的压力(P)，该时间(t)由包括在一个或多个模块内的时钟装置(CLK)确 定，且处理器能操作成监测压力(P)随时间(t)的变化，以识别出以下情况的一个或多个(a)空气或气体从轮胎中逐渐泄漏，这表明需要将空气或气体再充入轮胎中，以及(b)轮胎的任何突然减压，这明发生了扎破事件或快速放气事件，或已经更换轮 胎。
更加可选的是，一个或多个模块能操作成将消息传输到处理装置，该消息为关于 至少一个车轮的轮胎由于突然减压(例如，由胡乱更改事件造成)而可能不可靠的感测数 据。该处理可用于检测在相关轮胎临时从车辆上拆下且在处理装置(ECU)的无线通信范围 之外时发生的事件，如未经允许的轮胎更换。产生该消息用于提高安全性；未经允许或无意 的车辆轮胎或车轮的更换可能会导致安全风险或可靠性降低，这些有利的是通知车辆的驾 驶员。可选的是，在执行本发明的上述方法时，个或多个模块能操作成监测压力(P)，而 不论一个或多个模块是否处于其休眠节能状态。这样操作就使得可检测到处于停车状态时 的车辆上执行的胡乱更改。可选的是，在执行上述方法时，一个或多个模块能操作成在活动状态与节能休眠 状态之间切换。休眠状态的有益之处在于；其延长了与一个或多个模块相关的电池组的使 用周期，且使得很少需要对电池组频再充电，从而延长了其工作寿命。可再充电电池组在其 电储存容量降低之前仅能够承受有限的充电循环次数。更加可选的是，在执行该方法时，一个或多个模块响应于无线传输至一个或多个 模块的一个或多个指令而在活动状态与休眠状态之间切换。通过使用这些无线指令，可行 的是，例如在车辆停车和关闭其内燃机之后，立即迫使一个或多个模块全部进入其休眠状 态下；当车辆未使用时，休眠状态就将能量保存在一个或多个模块的电池组中。同样，当车 辆再次启动时，单个无线指令能够将一个或多个模块从其休眠状态唤醒。更加可选的是，在执行该方法时，一个或多个模块能操作成响应于时段(t)而从 活动状态切换至节能休眠状态，在该时段(t)内，一个或多个模块监测以下的一个或多个(a)在预定的时段(t)内，至少一个车轮的轮胎压力(P)变化停止；以及(b)在预定的时段(t)内，至少一个车轮上感测到的加速度(Ax，Ay，Az)的变化停 止。更加可选的是，一个或多个模块能操作成响应于一个或多个模块的检测而从节能 休眠状态切换至活动状态，一个或多个模块检测以下项的一个或多个(a)与至少一个车轮的旋转相关的至少一个车轮的轮胎压力(P)变化的恢复；以 及(b)至少一个车轮上感测到的加速度(Ax，Ay，Az)变化的恢复。同样，有利的是，所述一个或多个模块能够自动且自发地回到其活动状态，而不需 要处理装置发送任何明确的指令。可选的是，在执行本发明的上述方法时，所述至少一个物理参数包括以下参数中 的至少一个(a)至少一个车轮的轮胎内的压力(P)，该压力(P)在一个或多个模块处测得；(b)加速度(Ax，Ay，Az)，该加速度(Ax，Ay，Az)大致在一个或多个模块处测得；其中，处理装置(ECU)能操作成对与压力⑵和/或加速度(Ax，Ay，Az)对应的信 号进行谐波分析，该谐波分析能操作成识别关于角频率(《)的谐波分量，角频率(《)对应 于至少一个车轮的角方位(0)对时间的变化率。某些问题或潜在问题易于仅由谐波分量 的处理量值来识别出来，而挠度问题的检测有利的是需要分析处理装置中的谐波磁性数据 和相对谐波相位数据这两者。见图10，例如由于处理装置识别的谐波分量中的相对相位变化而引起出现的峰值的偏斜。更加可选的是，在执行该方法时，谐波分析对以下项中的至少一个进行计算(a)谐波分量的量值；以及(b)谐波分量之间的相对相位关系。更加可选的是，在执行该方法时，处理装置(ECU)能操作成使用谐波分析来识别 以下至少一种情况的发生(a)至少一个车轮的不平衡；(b)至少一个车轮中存在的不平衡的特定类型；(c)至少一个车轮关于其轮轴歪斜；(d)至少一个车轮松开且抵靠其紧固件动；(e)至少一个车轮的轮胎具有其挠曲特性的缺陷；(f)至少一个车轮的轮胎未充分充气；(g)至少一个车轮的轮胎过度充气；(h)至少一个车轮的轮胎为椭圆形，或具有高级浅裂变形；(i)至少一个车轮其中具有质量不平衡；以及(j)与旋转地支承至少一个车轮的轮轴相关的车轮轴承在运行中以非预期的方式 振动或发出异响，表现出故障或可能形成故障。处理装置不限于检测以上问题(a)至(j)，且能够检测其他问题，例如，如一个或 多个模块的加速度或声学感测信号表明的、与车轮的轮轴相关的轴承中的异响噪音。更加可选的是，在执行本发明的方法时，处理装置(ECU)能操作成通过应用以下 方式对谐波分量进行分析(a)基于规则的算法，该基于规则的算法用于从谐波分量中识别一个或多个故障 或潜在故障；(b)神经网络，该神经网络被预先编程，以在提供描述谐波分量的数据时识别出一 个或多个故障或潜在故障；以及/或者(c)谐波滤波器，该谐波滤波器用于使表征至少一个车轮的一个或多个故障或潜 在故障的一个或多个谐波分量的特定组合突显。可选地，也能在所述设备中采用其他途径的谐波分量分析。可选的是，在执行本发明的上述方法时，所包括的步骤为向处理装置(EOT)提供 易于结合车辆和相关预期特性使用的车轮类型的预定列表，且一个或多个模块能操作成将 信息传输到处理装置(ECU)，该信息关于识别一个或多个模块安装于其上的车轮的类型，且 处理装置(ECU)能操作成将一个或多个模块提供的测量信号与从预定列表中估计的一个 或多个模块的预期信号相比较，且其中，测量信号与模拟信号之间的差异表示一个或多个 故障或潜在故障。此途径易于免除执行谐波分析的需要，且因此处理装置的计算强度较小。可选的是，在执行上述方法时，一个或多个模块在其中包括一个或多个处理器，而 在运行中执行的用于识别至少一个车轮中的一个或多个故障或潜在故障的计算工作在一 个或多个处理器与处理设备(ECU)之间共享。可选的是，车辆内的计算负载的分布以便避 免造成处理装置处的数据处理过载，尤其是在一些模块包括在车辆的车轮上时。可选的是，在上述方法中，处理装置(ECU)能操作成发送消息，该消息请求一个或多个模块回应处理装置(EOT)，以便向处理装置(EOT)说明其识别代码(ID)，从而使得处理 装置能够识别一个或多个模块的构造且识别一个或多个模块的所述构造中出现的变化。更 加可选的是，一个或多个模块能操作成还响应于表征其上安装有一个或多个模块的至少一 个车轮的预期特性的数据。为了使处理装置能操作成执行对车辆车轮的正确监测，就需要 提供在车轮上的模块的新近列表或模块。可选的是，在执行上述方法时，处理装置(EOT)能操作成将用于感测至少一个车 轮的角方位(0)的传感器装置的旋转测量值与一个或多个对应模块提供的信号相比较， 用于检查传感器装置和/或一个或多个模块的功能运行。更加可选的是，该传感器装置是 与车辆制动器相关的ABS车轮角方位传感器。期望车轮监测设备的运行完整性使得对问题 和潜在问题的检测尽可能有效。可选的是，为了从已经包括在车辆上的现有部件上获得更 多功能，在执行车轮监测设备时，传感器装置为与车辆制动器相关的ABS车轮角方位传感器。根据本发明的第二方面，提供了一种车轮监测设备，该车轮监测设备能操作成执 行按照本发明的第一方面、第二方面和第三方面的方法。根据本发明的第三方面，提供了一种模块，该模块能操作成在车辆内运行，用于执 行按照本发明的第一方面、第二方面和第三方面的方法。根据本发明的第四方面，提供了一种车辆，该车辆包括按照本发明第四方面的车 轮监测设备，该设备能操作成按照本发明的第一方面、第二方面和第三方面监测车辆(900) 的至少一个车轮(10)的运行。可选的是，车辆为以下的至少一种重型商用车辆、建筑用车辆、汽车、摩托车、小 型摩托车、飞行器、直升飞机、自行车。根据本发明的第五方面，提供了一种车轮，该车轮包括安装于其上的一个或多个 模块，所述一个或多个模块能操作成与本发明第四方面的车轮监测设备一起起作用，所述 车轮监测设备操作成按照本发明的第一方面、第二方面和第三方面监测车辆的至少一个车 轮的运行。根据本发明的第六方面，提供了一种轮胎，该轮胎包括按照本发明第五方面的模 块。可选的是，模块安装到轮胎的侧壁上或胎面部分附近。当上述设备已经按照本发明第一方面、第二方面和第三方面中的至少一个“校准” 时，即，识别一个或多个模块的位置，则设备能操作成提供车轮和轮胎的监测。然后，另一技 术问题关于如何最佳使用设备所提供的信息来保持车辆在使用中的运行。该附加技术问题至少部分由本发明解决。根据本发明的第七方面，提供了一种系统，该系统包括一个或多个车辆，其中，各 车辆包括能操作成执行按照本发明的第一方面、第二方面和第三方面中的至少一个的方法 的车轮监测设备，该系统包括(a)控制中心，该控制中心用于协调一个或多个车辆的维修或维护；(b) 一个或多个维修厂，所述一个或多个维修厂能操作成执行一个或多个车辆的 维修或更换；其中该系统能操作成
(c)使各车轮监测设备能够监测其一个或多个相关车轮的运行，以及检测所述一 个或多个相关车轮何时出现问题或潜在问题；(d)使各车轮监测设备能够将问题或潜在问题传输到控制中心，用于使控制中心 识别能够解决这些问题或潜在问题的一个或多个维修厂；并且(e)使控制中心能够将指令传输到其车轮监测设备已经检测到问题或潜在问题的 一个或多个车辆，并且传输到用于解决这些问题或潜在问题的已识别出的一个或多个维修可选的是，(e)中的系统能操作成在有要维护或维修的一个或多个车辆到达之前 通知所识别出的一个或多个维修厂，使得所述识别出的一个或多个维修厂有机会为要维护 或维修的一个或多个车辆的到来而进行准备。可选的是，当执行该方法时，控制中心能操作成在不需要一个或多个车辆的一 个或多个驾驶员介入的情况下，在所述识别到的一个或多个维修厂处自动地组织维护或维修。可选的是，在该系统中，一个或多个车辆包括全球定位感测设备，该全球定位感测 设备在所述一个或多个车辆上与车轮监测设备通信联接，用于使一个或多个车辆能够将其 位置传输到控制中心，使得控制中心能操作成识别在地理位置上最合适地设置的用于维修 一个或多个车辆的一个或多个维修厂。根据本发明的第八方面，提供了一种操作包括一个或多个车辆的系统的方法，其 中，各车辆包括能操作成执行按照本发明的方法的车轮监测设备，该系统包括(a)控制中心，该控制中心用于协调一个或多个车辆的维修或维护；(b) 一个或多个维修厂，所述一个或多个维修厂能操作成对一个或多个车辆进行 维修或更换；其中，该方法包括如下步骤(c)使各车轮监测设备能够监测其一个或多个相关车轮的运行，以及检测所述一 个或多个相关车轮何时出现问题或潜在问题；(d)使各车轮监测设备能够将问题或潜在问题传输到控制中心，用于使控制中心 识别能够解决这些问题或潜在问题的一个或多个维修厂；并且(e)使控制中心能够将指令传输到其车轮监测设备已经检测到问题或潜在问题的 一个或多个车辆，并且传输到用于解决这些问题或潜在问题的所识别出的一个或多个维修根据本发明的第九方面，提供了一种记录在数据载体上的软件产品，该产品可在 计算硬件上执行，用于执行按照本发明的方法。本发明的特征易于以任何组合结合在一起，而不脱离如所附权利要求限定的本发 明的范围。


现在将参照以下附图仅以举例的方式来描述本发明的实施例，在附图中图1为现代重型商用车辆的的车轮的示图；图2为图1中的车轮的一部分的示意性截面视图；图3为图1中的车轮的轮胎(车胎)的示意性截面视18
图4为重型商用车辆的现代前轮组件的截面视图；图5为重型商用车辆的现代后轮组件的截面视图；图6为图1中的车轮的示意性截面视图，示出了为了按照本发明使用来安装监测 模块的潜在位置；潜在位置包括位置L1处的轮毂安装位置、位置L2处的轮毂缘安装位置、 以及侧壁位置L3和胎缘位置L4处的胎内安装位置；图7为图1中车轮的轮胎的示意性截面视图，其中，其监测模块利用从该模块到在 轮毂上露出的贴片天线的线缆连接来安装在车轮的轮毂缘上的位置L2处；图8为图1中车轮的轮胎的示意性截面视图，其中，其监测模块安装在轮胎上的位 置L3处，该模块设有包围轮胎边缘且在轮胎外表面上露出的膜天线；图9为示出安装在图1中的车轮上的监测模块的空间运动的简图，同时示出弹簧 悬架的示图和在运行时作用在车轮上的力的示图；图10为示出在运行中可从安装在如图6中所示的位置L3处的监测模块上获得的 加速度信号的总体形式的曲线图；图10a示出了当车辆转向时压力如何变化的实例；图10b示出在进弯和出弯期间显示的来自传感器模块400的压力信号；图10c示出了作为时间的函数的车轮的角位置；图11为按照本发明结合图1中的车轮使用的车轮和轮胎监测设备的第一实施方 式，该监测设备能操作成处理加速度信号；图12为按照本发明结合图1中的车轮使用的车轮和轮胎监测设备的第二实施方 式；该监测设备能操作成处理压力信号；图13为按照本发明结合图1中的车轮使用的车轮和轮胎监测设备的第三实施方 式，该监测设备能操作成处理加速度信号和压力信号；图14为能操作成安装到图1中的车轮上且感测该车轮的运行特性的监测模块的 简图；图15a至图15e示出了安装在图1和图6中的车轮上的多个位置处的监测模块的 各种备选网络通信构形；图16为按照本发明使用的用于结合远程控制设施和维修厂的重型商用车辆的车 轮监测系统的简图；图17a为按照本发明的用于定位图16中系统的一个或多个模块的位置的另一备 选方法的图示；图17b为表示在执行如图17a中所示的备选方法期间感测到的横向加速度的曲线 图的图示；图18为与运营重型商务车辆运输队的企业相关的涉及服务中心和站点的业务系 统的图示；图19为设有包括加速度计的模块的图1中的车轮的示图，该模块及其加速度计安 装成使得其感测轴线与车轮的真正的横向轴线、径向轴线和切向轴线成角度地未对准；以 及图20为在结合使用图19中的车轮来实施本发明时使用的车轮和轮胎检测设备的 第四实施方式，该监测设备能操作成处理加速度信号。
具体实施例方式1.本发明的背景与私有机动车的车主相比，运营运输队的商业企业(例如，重型商用车辆的运输 队)面临不同的车辆维护和安全性问题，前文中阐述了为私有机动车的车主研发出的现代 的简单轮胎监测装置。对于运营运输队的企业而言，由于一次事故、故障或司法案件可能会 不利地影响企业的名誉及与其客户的关系，故可靠性和安全性极为重要。对于运营运输队 的企业来说，车辆维护以及在出现车辆技术问题并导致破坏之前避免上述问题的发生相当 重要。在诸如重型商用车辆的车辆运输队中有许多车辆和用于车辆的轮毂组，这些轮毂 在不同时间装备有新轮胎。轮毂可能在车辆之间互换，并且，当认为它们现有的轮胎已经磨 尽时，可分别安装新轮胎。此外，在某些天气中，例如在北欧和加拿大，法律要求在冬季轮胎 与夏季轮胎之间转换；冬季轮胎与夏季轮胎之间的这种转换是通过更换轮毂而非从其相应 的轮上移除轮胎来实现的。因此，车轮车轮在未用于车辆上时，通常会放入储存器中。当车 轮及其相关轮胎进行储存时，可能会出现各种用事件，而这在车轮及其轮胎再次重新安装 到车辆上时会不利地影响车辆的安全性。这些用事件例如包括胡乱更改事件。运营运输队的企业通常在其所有车辆都实际上用于赚取利润时达到最大经济效 益；进行维修或闲置的车辆代表着未产生利润的投资，且甚至可代表着价值的贬值。与此相 关的问题在于有效维护高强度使用的车辆，尤其是针对其车轮和轮胎。本发明的益处在于 能够改善车轮模块的识别以监测和预测车轮和轮胎的潜在问题；运输队的车辆例如可出于 维护的目的而召回或重新调度。提高监测质量是通过使用更为理想且创新的传感器构造和 相关数据处理来实现的。这种改善的监测是通过采用复杂构造的车轮监测器来实现的，车 轮监测器自身会表现出复杂的管理和数据搜集问题。参看图1，其中以侧视图的形式示出了重型商用车辆的车轮的简图。该车轮大体上 由10表示。此外，车轮10包括由20表示的钢轮和由30表示的轮胎(车胎)。现代的轮 胎30通常是无内胎的，即，不包括任何单独的内胎。轮20的圆形内部法兰40包括用于接 纳螺栓或类似紧固件的圆形布置的安装孔50，该螺栓或类似的紧固件用于将车轮10附接 到其相关车辆的轴(图1中未示出)上。从内部法兰40沿径向向外延伸的是大致为截头 圆锥形的轮辐60，其具有如图所示的形成于其中的一系列沿径向方向的圆形或椭圆形通风 孔70，例如，这些通风孔70之一使得能够接近气门嘴80，该气门嘴80与由轮胎30包围的 空间流体(空气)连通，以用于对轮胎30充气或放气。在其周长处，截头圆锥形轮辐60联 接到圆形轮辋90上。圆形轮辋90能操作成接纳轮胎30。在图1中，截面轴线由A-A表示，而图2中的车轮10的对应截面视图大致示出了 车轮10的上部。出于现在将要阐述的原因，车轮10的一般形式经过多年的发展已经大致 为最为理想的实施方式。内部法兰40设有其规则间隔开的安装孔50构造，用于使用上述 螺栓或紧固件来将车轮10牢固地安装到相应车辆的轮轴110的一端上；轮轴110能操作 成围绕轴线B-B旋转。孔50的通路通常提供成将车轮10更确定地保持在轮轴110上。通 常，对于重型商用车辆而言，所包括的盘式制动器115在轮轴110的一端附近，相对紧邻截 头圆锥形轮辐60及其相关的通风孔70。此外，目前还包括用于实现ABS制动系统来感测轮轴110的角方位且因此感测车轮10的角方位的ABS角传感器编码器118来作为重型商 用车辆的标准部件；角度传感器编码器118能操作成产生表征车轮10的旋转角度0的信 号。角传感器编码器118通常实现为光学感测装置、静电感测装置和/或磁性感测装置。在运行中，当使重达10吨的商用车辆从80km/小时的速度在几秒内停止时，相当 于吸收大约3X106焦耳数量级的动能，这些动能可导致与轮轴110相关联的盘式制动器 115中的瞬时能量耗散率在数十千瓦的数量级上。因而，截头圆锥形轮辐60中的孔70使 空气能够循环而到达盘式制动器115的一个或多个金属盘来用于冷却目的。此外，轮辐60 中的孔70还有助于降低车轮10的非悬挂重量，而不会不利地影响及机械强度，且为气门嘴 80提供了通路。轮辋90具有形成在其中的多个凸脊来提高其机械强度，且还具有末端凸脊 170来在运行中提供对轮胎30的可靠保持。轮胎30围住的空间由120表示，在运行期间， 该空间保持在高压P下。接下来参看图3，示出了轮胎30的一部分的示范性截面视图。轮胎30包括用于抵 靠在圆形轮辋90的凸脊170上的内缘180。通常使用模制在轮胎30中的钢环或钢带200 来加强内缘180。此外，轮胎30包括通过模制到轮胎30中而嵌入的一个或多个强化编织 金属丝网和/或强化纤维丝网210。轮胎30的胎面部分220具有比该轮胎30的侧壁320 的横向厚度大的径向厚度；胎面部分220较厚，用于容纳轮胎30的胎面。在运行中，胎面部 分220能操作成提供对道路表面(未示出)的牢固抓持和排水功能，而壁部230设计成在 车轮10及其相关的轮胎30在运行中于道路表面上旋转时周期性地弹性挠曲。轮胎30、甚至车轮10都存在多种潜在的故障模式，使用这些车轮10的运营车辆 (例如，重型商用车辆)运输队的企业将期望在各种故障模式造成破坏、事故或延误所涉车 辆之前进行识别和纠正。所遇到的问题包括(a)轮胎30中的气压P过低会导致壁部230以及相关的一个或多个丝网210过度 挠曲，使得它们有机械硬化和过早断裂的危险；当气压P过低时，轮胎30与邻接该轮胎30 的道路表面之间就会出现过大的接触面积，从而导致过度的轮胎磨损，且还导致增大的滚 动阻力，因此导致车辆的低燃料经济性；在冰雪状况下，轮胎30与道路表面之间过大的接 触面积反过来还可导致轮胎30与道路表面之间的抓持下降，这是因为轮胎30与道路表面 之间的接触力并非像理想期望的那样集中，而迫使轮胎30顺应易于提供抓持的道路表面 中的路面不平整性。轮胎30在其内部气压P过低时的过度变形可能会因轮胎30内的一定 程度的非弹性变形而导致过大的能量耗散，由此产生的相关升温在最坏的情况下可超过轮 胎30的制造材料所能承受的温度。此外，当轮胎30内的压力P过低时，还会有如下风险 即，当受到极大横向应力时，例如当沿着路缘石刮擦时，内缘180会失去其与凸脊170的密 封，随后空气会从轮胎30中突然流失；(b)应用于孔50的、用于将车轮10固定到轮轴110上的一个或多个螺栓或紧固件 在车轮10与轮轴110的附接期间可能会不当地上紧，或可能易于在运行中松脱；一个或多 个螺栓或紧固件的这种松脱和潜在丢失可导致车轮10在轮轴110上动或发出异响，而在最 坏的情况下，甚至会与轮轴110分离并滚走(！)；(c)轮胎30和/或气门嘴80可发生泄漏，使得在运行中会出现轮胎30内的压力 P的部分损失；如果未检测到此类压力损失P，则可能出现上文在(a)处列出的问题；然而， 压力P会随着轮胎温度Ttyre而变化，且还随着轮胎30是否经由其气门嘴80再充入压缩空气或其他气体来周期性地维护而变化；(d)轮胎30在使用中可能出现不平衡，例如，轮胎30的一部分橡胶会随着使用而 受到不均勻的侵蚀，或之前加到车轮10上的平衡配重可能会与车轮10分离；在重型商用 车辆的后部处通常采用的如图5所示的双轮胎布置的情形中，已知的是，建筑砖或类似物 体偶尔会夹在双轮胎之间，且在双车轮旋转的同时该物体随后由于离心力而被甩出的情况 下，会出现危险的抛射；从轮胎处弹射出的这种物体在其撞穿机动车前窗时可能会造成相 当大的危险，从而导致伤害或事故；以及(e)轮胎30可能以一些其他对称方式变成椭圆或扭曲的，这未必会导致车轮10的 非对称不平衡；此外，轮毂20自身可变得弯曲，从而使其偏斜出平面外，而未必会导致车轮 10中的非对称不平衡。参看图4和图5，示出了重型商用车辆的现代制造的前轮和后轮组件的实例的示 图，示出了车辆车轮周围的紧凑区域是如何实现的。前轮和后轮组件中只有很小的多余空 间来容纳用于监测车轮运行状况的附加设备。其他因素有所包括的与上述制动器115相 关的部件在运行中邻近车轮10;制动器115具有与其相关的其他部件，例如，用于将制动衬 块部件推压到制动器115的盘部件上的伺服促动器。然而，常规的使用方法在于使所包括 的ABS传感器编码器118 (图4和图5中未示出)围绕轮轴110且紧邻车轮10，该ABS传感 器编码器118用于在其安装于车轮10的轮轴110上时测量车轮10的旋转角度e。有益于测量以便监测车轮10及相关轮胎30的状况的特性包括运行期间的温度 T、压力P和瞬时加速度A。另外还可行的是，使所包括的膜应变仪位于轮胎30的壁部230 内或连结到轮胎30的壁部230上，以便测量它们的壁部的挠度。温度T和加速度A可能在 车轮10上的各种空间位置处测出相互不同的结果，而在由轮胎30围住的以120表示的空 间内形成的压力P在运行中实际上是相似的，因为压力P在相对短的一段时间内是均衡的； 由于压力脉冲能够在空间120内以大约250米/秒量级的速度传播，故压力均衡估计出现 在几毫秒内。车轮10的直径为大约1米。图6示意性地示出了传感器有利地安装到车轮10上的位置类型。当在各类位置 上包括多个传感器时，多个传感器就有利地分布在围绕车轮10成角度分布的位置上，用于 提供表现出轮毂20及其轮胎30的运行的最具代表性的信息。在位置L1处，有利地采用紧固件来将第一传感器模块附接到轮毂20上，或甚至经 由一个或多个孔50而附接到轮轴110上。第一传感器模块能够通过与气门嘴80流体(空 气或气体)连通来监测轮胎压力P，能够监测轮毂20的温度Thub，且根据所采用的加速度计 的类型而感测出轮毂20的沿一个、两个或三个正交轴线(x，y，z)的加速度。有利的是，包 括在第一传感器模块中的用于执行测量的一个或多个压力传感器和加速度计是现在被称 为MEMS(“微电子机械系统”)的硅微加工的集成电子元件。轮毂20的温度Thub通常会不 同于轮胎30的温度Ttyre ；因而，在第一模块处测得的温度Tm。d并非理想地代表轮胎30的温 度Tty,e，因此不代表轮胎30的状态；轮毂20通常会受到直接的冷却空气流，而在制动期间， 轮毂20将被从相关的盘式制动器115处流出的热空气快速加热，如前文中所述，例如在执 行紧急制动期间或在执行紧急制动之后不久，盘式制动器115会受到峰值达数千瓦的突然 能量耗散。第一位置L1处的第一模块并未被传导部件完全遮蔽，这就使第一模块与车辆的 电子控制单元(ECU)或电子管理系统之间的短距无线通信是可能的。位置L1处的第一传
22感器模块最易接近，且易于改装到车辆上，而只需要最小的机械变化。有利的是，第二传感器模块在位置L2处安装到轮辋90的内表面上，因而在运行中 直接受到在轮胎30内形成的压力P。该位置L2处的第二模块能够在测量该处的温度Tm。d时 提供对轮胎30的温度TtyM和上述压力P的精确测量。此外，与位置L1处的第一模块相比， 包括在第二模块内的用于测量位置L2处的加速度A的一个或多个加速度计离轴线B-B (见 图2)的径向距离更大，因此受到由车轮10的旋转引起的加速度的较大径向分量。将第二传 感器模块安装在位置L2处的缺点在于与轮辋90相结合的丝网210具有形成法拉第笼的 倾向，这严重减弱了来自第二模块的无线传输，除非该第二模块具有穿过轮辋90的天线出 口，例如小气密孔，在位置L2处联接到第二模块上的天线导线经由该小气密孔向外延伸到 截头圆锥形轮辐60上，用于提高无线通信效率。在图7中，示出了如下示例位置L2处的 第二模块经由从安装在轮辋90中且能操作成承受压力P的绝缘馈通件(feed-through) 310 中穿过的天线导线300联接到膜金属贴片天线320 ；可选的是，贴片天线320附接到截头圆 锥形轮辐60以用于机械保护。替代地或另外，位置L2处的第二模块电联接到轮胎30的丝 网210上，且能操作成采用该丝网210作为天线来与上述电子控制单元(EOT)或车辆电子 管理系统进行无线通信。作为又一备选方式，位置L2处的第二模块可借助于穿过馈通件 310的导线或借助于导电膜连接而直接电联接到位置L1处的第一模块，且可选地从该第一 模块获得电力，以及将测量数据传输至该第一模块。有利的是，第三传感器模块在位置L3处安装到轮胎30的内表面上，例如在将轮胎 30安装到轮毂20上之前，通过使用橡胶或塑性材料粘合剂等将该第三模块粘结到轮胎30 上；作为备选，在制造和保养轮胎30时，使用搭扣型压配合来将第三传感器模块安装到轮 胎30上也是可行且实施起来更快。位置L3处的第三模块能够测量该处的温度Tm。d，从而提 供轮胎温度Ttyre的直接典型指示、压力P的直接典型指示，且还能够通过测量加速度A或利 用应变仪测量来提供轮胎30的壁部230的挠曲特性的典型指示；然而，由位置L3处的第三 模块产生的加速度信号是当车轮10在运行中旋转且其侧壁230挠曲时的各种加速度分量 的复合调制信号，而安装在位置L1处的第一模块的加速度计能操作成产生如下加速度信 号，该加速度信号中包括量值相对较大的直线加速度分量，这使得位置L1处的第一模块可 能很适于监测此类直线加速度分量。可选的是，位置L3处的第三模块也联接到一个或多个 电阻膜或光学纤维应变仪传感器(未示出)上，该电阻膜或传感器联接到或甚至嵌入在轮 胎30的橡胶材料内，例如，联接到轮胎30的侧壁230和/或周缘上。安装在位置L3处的 第三模块所遇到的与位置L2处的第二模块类似的无线通信问题在于与轮辋90相结合的 丝网210起到法拉第笼的作用，从而减弱来自轮胎30内的空间120处的无线通信。为了改 善无线通信，位置L3处的第三模块可选地设有例如由金属膜制成的导电膜天线350，如图8 中所示，该天线350夹在柔性绝缘材料(例如聚酰亚胺)层之间。有利的是，天线350围绕 内缘180包，且向上围绕轮胎30的外壁表面。位置L2处的第二模块也易于设有此类膜天 线，例如，布置在轮辋90的边缘上，甚至延伸到截头圆锥形轮辐60上。然而，此类膜天线在 轮胎30安装到轮毂20上时易于受损，除非通过用于提供机械保护而加装的橡胶保护膜360 或类似部件来充分进行保护。替代地或另外，第三模块易于使其天线电联接到轮胎30的丝 网210上，然后该丝网210能够用作天线；有利的是，该第三模块设有用于在安装期间穿透 侧壁230内侧的导电穿孔销，用于提供与导电丝网210的电连接。还作为备选，位置L2处的第二模块能操作成用作无线中继节点，用于经由位置L2处的第二模块将信号从位置L3 处的第三模块传送至车辆的电子控制单元(ECU)；安装到车轮10上的模块之间的这种节点 通信将在下文中更为详细地描述，且对应于进行配合而形成通信网络的模块。可选地，第四模块安装在邻近轮胎30的胎面区域的位置L4处，且以与安装在位置 L3处的第三模块大致相似的方式工作。现在将参照图9来进一步阐述分别由位置L1、L2和L3处的第一模块、第二模块和
第三模块产生的测量信号。在图9中，示出了旋转轴线B-B，车轮10在运行中围绕旋转轴线B-B回转。车轮10 经由轮轴110设有联接到车辆底盘CH上的钢板弹簧和/或气动悬架；该悬架由弹簧常数Ks 表示。从与轮胎30接触的道路表面施加到轮胎30上的力由力F(t)表示；轮胎30具有由 弹簧常数Kt描述的弹簧柔顺度，该弹簧常数Kt取决于轮胎30内的压力P，并且还取决于轮 胎30的机械设计。分别位于位置LI、L2和L3处的第一传感器模块、第二传感器模块和第 三传感器模块均由模块400表示，当车轮10围绕对应于轮轴110的轴线B-B旋转时，模块 400在运行中界定了由410表示的径向路径。径向路径410具有半径r，且模块400相对于 正常径向方向420以倾斜角 倾斜。模块400能操作成测量以下参数中的至少一个(a)模块400处的温度Tm。d ；(b)模块400处的温度P ；以及(c) 一个或多个轴线x、y、z上的直线加速度，例如图9所示，其中，当倾斜角小为 0度时，z轴线平行于轴线B-B，当倾斜角 为0度时，y轴线对应于车轮10的径向方向，而 x轴线对应于切线方向，当接近0度时，与切线方向相关的加速度受倾斜角 的影响较小。当模块400安装在位置L1处时，该模块400经由轮胎30的气门嘴80来测量轮胎 30的压力P。如前文所述，如果需要的话，模块400可选地装备有其他类型的传感器，例如，电 阻式应变仪、压电应变仪、湿度传感器等。出于识别的目的，方便的是该模块400可选地设 有磁性传感器，该磁性传感器例如使用磁性簧片继电器开关来实现，当例如具有100毫特 斯拉的近场磁场强度的永磁铁邻近该模块400 (例如，与模块400的距离在10cm内)放置 时，该磁性簧片继电器开关就能操作成导电。参看图9，当车轮10以恒定的角速度(0旋转且倾斜角 基本为0度时，由x轴线 加速度计测得的加速度\由等式l(Eq. 1)给出Ax = g sin(wt+入)Eq. 1其中，Ax = x轴线的加速度测量值；r =从轴线B-B到模块400所安装处的半径；(0 =车轮10的旋转角速度；g =重力常数(大约lOm/s2)；并且A =角偏移。当车轮10以恒定的角速度《旋转且倾斜角 基本为0度时，由y轴线加速度计 测得的加速度Ay由等式2(Eq. 2)给出Ay = rw2+g sin(wt+入)Eq. 2
其中Ay = y轴线的加速度测量值；r =从轴线B-B到模块400所安装处的半径；(0 =车轮10的旋转角速度；g =重力常数(大约lOm/s2)；并且A =角偏移。有利的是，当安装在其轮轴110上时，车轮10设有上述ABS角传感器编码器118， 用于测量车轮10的位置角度e和车轮10的旋转角速度《 = d e /dt。根据等式1的所测 得的加速度Ax与该ABS传感器编码器118的测量值的差异易于用来检测以下情况的一个 或多个(i)检测ABS传感器编码器118的故障；以及(ii)轮胎30相对于轮毂20的滑移，尤其是适合在位置L3处感测时(尽管此类滑 移很少发生，但如果发生通常会有灾难性的后果)。假定该ABS传感器编码器118正确起作用，则针对由ABS传感器编码器118确定 的旋转角度9的变化来检测加速度Ax例如能用于动态地确认模块400的正确运行。当倾斜角 不为零时，模块400还能够测量分别大致沿y方向和z方向的加速度 Ay和Az，例如，这适合于位置L3处的第三模块在轮胎30的壁部230挠曲时，或在L1和L2 处当轮20相对于轮轴110歪斜或其紧固件松脱时。大致如等式3和等式4(Eq. 3和Eq. 4) 中定义的那样提供所测得的加速度信号Az = (rco2+g sin (co t+A )) sinEq. 3Ay = (rco2+g sin (co t+A )) cosEq. 4对于位置LI和L2，以图9所示的方位安装的模块400的倾斜角 通常基本为零， 使得加速度Az的量值通常相对小，而加速度Ay是如下力的综合结果由道路表面特性产生 的力F(t)、由车轮10的转动引起的离心分量r 2，以及由车轮10的转动而调整的重力g。 然而，在因轮20变歪而引起的车轮10不平衡的情况中，例如(a)由于用来将轮20经由其孔50附接到轮轴110上的紧固件或螺栓的松脱；(b)由于冲击或事故或断裂造成轮20变形，或者(c)轮轴110自身由于故障或冲击而没有对准，倾斜角 变成由等式5 (Eq. 5)定义的车轮10的旋转角度0的函数小=(j5maxsin(wt+U ))Eq. 5其中小.=失准角；并且u =关于车轮10旋转的角偏移，然后，使得等式3至等式5易于组合使用，来确定由安装在位置L1和L2处的模块 400所测得的加速度Ay和Az的性质。因此，按照本发明，加速度信号Az可用于通过使用在 一个或多个位置L1和L2处的模块400进行监测来识别角失准或紧固件问题。然而，安装 在位置L3处的模块400会受到壁部230的较大挠曲，这趋于决定着车轮10的横向动或轮 轴110的角失准的角度变化的量值。此外，如前文中所述，将模块400安装在位置L1处有 利于从轮胎30的气门嘴80处测量轮胎30的压力P，但由于制动器115在运行中的间歇性加热，由位置L1处的模块400测得的温度Tm。d并不精确代表轮胎30的温度Ttyre。此外，将 模块400安装在位置L2处有利于测量轮胎30的压力P，以及测量轮胎30的典型运行温度 (即，Tm。d=位置L2处的TtyJ。当模块400安装在位置L3处时，其能够提供轮胎30的压力P和温度的典型测量 值(即，Tffl0d = Ttyre)。然而，当模块400安装在位置L3处时，轮胎30的壁部230的周期性 挠曲会导致倾斜角 随着车轮30的旋转角度0而极大地变化；然后，倾斜角 大致变 成第一近似值，即轮胎30的壁部230的挠曲角。那么，对于安装在位置L3处的模块400而 言，倾斜角 变成如等式6(Eq.6)定义的级数 其中小。=角偏移；G(P)=描述轮胎30的壁部230的角度变化的函数，该角度变化随着轮胎30的不 与道路表面接触的部分中的压力P的变化而变化；H⑵=取决于压力P的函数，描述了当轮胎30的一部分与道路表面形成接触时壁 部230的角偏转；k =谐波系数；i =谐波次数；(0 =车轮10的旋转角速度；并且￡i=角偏移。图10在信号VI中提供了当模块400安装在位置L3处且车轮10旋转时的角小 的定性图；当轮胎30的在其内壁230上承载有模块400的部分与道路表面形成接触时，倾 斜角 随着轮胎壁部230的挠曲而快速变化。图10中的横坐标轴表示时间t内的旋转角 度0，即，角度0 = t，图10中的纵坐标轴大致表示壁部的倾斜角 。周期500对应于 车轮10的一圈完全回转，即，A e = 2 JI。图11、图12、图13和图20中示出了大体上由1表示的车轮监测设备的示例。车轮 监测设备1可包括图11、图12、图13和图20中示出的数据处理设备600、680、690和2200 中的任何一个。例如，结合本发明使用的设备能够用于第一分析方法，该第一分析方法包括如下 步骤计算轮胎30的预期性能特性，然后，将该预期性能特性与测得的特性相比较。第一方 法包括如下步骤(a)对于限定等式6中的角度和函数G和H的给定类型的轮胎30而言，对于 测得的轮胎30的给定压力P而言，对于在轮胎30处测得的给定温度Tty,e而言，以及对于例 如由上述ABS传感器编码器118确定的轮胎30的给定旋转角速度(0而言，计算对应的预 计模拟角度 ，并从中得出希望由安装在位置L3处的模块400中所包括的加速度计产生的 加速度Az的模拟量值；(b)感测如由模块400测得的加速度Az的典型样本；以及(c)通过检查来确定所模拟出的加速度Az和测得的加速度\的相互不同程度是 否超过预定的阈值量；如果它们彼此不基本一致，则由此推断出轮胎30可能有缺陷，且需要更换。例如，有可能在轮胎30于运行中出现故障之前识别丝网210的老化。有利的是， 这种模拟需要在包括在车辆的模块400和/或电子控制单元(ECU)中的计算硬件上执行谐 波合成，以得出模拟的加速度Az。例如，结合本发明使用的设备能够用于第二分析方法，该第二分析方法包括如下 步骤对表征轮胎30在运行中出现的加速度\的数据进行采样；对该采样数据进行谐波分 析，例如，通过应用快速傅里叶变换(FFT)或类似类型的变换；然后，从该谐波分析中得出 参数；以及，然后将计算出的参数与轮胎30的预期参数相比较；如果轮胎30的计算参数与 预计参数之间的相互差异超过预定的阈值量，则能够检测出轮胎30的潜在故障，且如果需 要就更换轮胎30。该第二方法包括所执行的如下步骤(a)对由模块400中的加速度计产生的表征加速度Az的信号进行采样，以提 供对应的采样数据，然后对该采样数据进行谐波分析，例如，通过有效的快速傅里叶变换 (FFT)算法，以便得出其谐波含量，且因此得出一系列谐波系数；可选地，也计算出如等式 6(Eq. 6)中^所表示的、谐波之间的相位关系，以在进行比较时使用；以及(b)在结合对轮胎30的温度Ttyre和压力P的了解的情况下，基于轮胎特性(如柔 度和弹性，以及轮胎壁部的形状和轮廓)的查找参考表，从谐波分析中确定车轮10上存在 的轮胎30的类型；以及(c)将确定的轮胎30类型与实际识别的轮胎30类型进行比较；如果它们之间的 相互差异超过预定的阈值量，则确定轮胎30有可能有缺陷，且可能需要更换。在使用上述第二方法时，在预计的轮胎与车轮10上实际的轮胎30互不相同的情 况下，因而可由此推断出轮胎30的老化或故障。如下文将阐述的，有利的是，当模块400如 图8所示地安装在轮胎30的壁部230上时，模块400设有进行区分的识别代码(ID)。有利 的是，该代码表现出在位置L3处附接有模块400的轮胎30的特性。模块400能操作成通 过无线方式将识别代码(ID)传输至电子控制单元(ECU)，该电子控制单元能操作用以执行 差异比较。有利的是，还对一个或多个加速度信号K和Ay进行谐波分析，以进一步证实按 照该第二方法执行的谐波分析的可靠性。安装在位置L3处的模块400尤其可有效检测关于轮胎30内的挠曲和耗散而出现 的潜在问题或缺陷，安装在位置L1处的模块400尤其可有效测量车轮10中的非对称变动， 且还用于确定车轮10及其相关轮胎30的非对称类型。对于检测车轮10中的不平衡且还 检测不平衡类型而言，甚至更为优选的是，模块400以非旋转方式安装在轮轴110上，大致 对应于轴线B-B。然而，关于车轮10中的不平衡的更多车轮诊断信息，则易于在模块400安 装于车轮10上且操作成随车轮10旋转时得出，优选该模块接近车轮10的旋转轴线B-B，例 如大致在位置L1处。如下文将更为详细地阐述的，监测车轮10旋转时的压力P提供了关 于轮胎30的性能(例如，轮胎30的多浅裂变形)的非预期的大量附加信息。参看图11，示出了大体由600指出的按照本发明的数据处理设备；该数据处理设 备能操作成提供车轮监测和轮胎监测。数据处理设备600能够在模块400和上述电子控制 单元(ECU)中的至少一个上实现，这取决于该处理易于在何处最方便而高效地执行。此外， 处理设备600易于在硬件及可在运行中于计算硬件上执行的软件中的至少一个上实现。该 软件有利的是作为可在计算硬件上执行的软件产品来提供。该软件产品有利的是传送至数
27据载体上的设备600 ；该数据载体有利的是以下数据载体中的至少一种固态电子数据载 体、无线信号、电信号、光纤信号、光学和/或磁性可读数据载体。在车轮10稳态旋转即具有恒定的角速度《的情况下，由于倾斜角 大致为零， 径向加速度Ay对时间的变化(即dAy/dt)的量值大致为零，不同于由重力g引起的与车轮 10的旋转角度e相关的影响。轮胎30在运行中所接触的道路表面产生的瞬时加速度导致 如图9中所示的力F(t)随时间t变化，且引起在轮轴110处产生的直线竖直指向的加速度 K的变化分量，加速度K的变化分量与车轮10的周期性旋转不相关。然而，与车轮10的 旋转相关的直线竖直指向的加速度分量Av(例如，如参照上述ABS传感器编码器118提供的 车轮10的旋转角度e及其旋转角频率《的指示)有利于确定车轮10中的不平衡，且还 可能阐明车轮10中存在的不平衡类型。ABS传感器编码器及其相关信号处理电路由图11 中的118表示。当一个或多个模块400安装在车轮10上的一个或多个位置L1至L4处时， 它们在运行中与车轮10 —起旋转。结果，测量如图9中所示的加速度K和Ay的一个或多 个模块400中的一个或多个加速度计全部都响应于车轮10的旋转来感测直线竖直指向的 加速度。为了适当调整加速度Ax和Ay，对于一个或多个模块400和/或与模块400无线通 信的电子控制单元(ECU)来说，需要执行角解析，例如等式7 (Eq. 7)中所描述的 其中，比例常数。图11中由620表示的解算器在运行中执行这种角解析。有利的是，解算器620从 ABS传感器编码器及其相关电路118中接收其旋转角度0的角基准。解算器620还有益于 操作成除去由于重力g引起的加速度Av中的从属角分量，该分量在解析出的加速度Av中是 恒定的。对于已知车轮10被正确平衡的状况下，例如在车轮10新安装在车辆上之后执行 常规校准期间，在解析出的加速度Av中除去由于重力g引起的加速度分量有利于自动确定 等式7(Eq. 7)中的比例常数屯和d2。通过对表示关于车轮10的旋转的角频率《的加速度Av的信号执行谐波分析，例
如在图11中由630表示的谐波分析器中执行，能够确定不平衡的严重程度；例如，有利的
是，在定标器640中通过谐波定标函数y(m)来独立地定标谐波Q(m)的振幅，然后在求和单
元650中进行求和来计算总和值St。t，在该谐波Q(m)中，m为加速度乂信号中的谐波数。然
后，在由660表示的阈值检测器中将该总和值St。t与预定阈值Th进行比较，以确定车轮10
是否需要注意校正不平衡，例如，通过增加平衡重量或更换轮胎30。等式8和等式9描述了
所需的相关计算 /Slot=^Q(m)'y(m)Eq. 8
m=s[如果St。t > Th,则车轮10需要注意Eq. 9等式9对应于图11中所示的判定点DK1。可选的是，使得在定标器640中执行的谐波定标函数y(m)取决于安装在车轮10 上的轮胎30的类型；例如，安装在车轮10上的稳健的凸块轮胎能够比为了在驾驶期间减少 能量消耗而优化的倾斜高性能高速轮胎在表现出任何形式的潜在危险之前显现较大程度 的不平衡。此外，有利的是，使得在定标器640中执行的谐波定标函数y(m)是从轮胎30安
28装到轮20上时的初始时间、起的时间t的函数，即，等式8中的y (m，t)。此外，还有利的 是，使得该谐波定标函数y (m)是从ABS传感器编码器118确定的、自从轮胎30安装在车轮 10上起该车轮10已经历的回转数的函数，即，y(m, N)，其中，N为轮胎30的回转数。使得 谐波定标函数y(m，t)或y(m，N)为变量的原因在于与新安装的基本未磨损的轮胎30相 比，磨损较大的轮胎30中的不平衡更可能会导致轮胎30的故障，未磨损的轮胎30的内部 丝网210尚未受到由于重复挠曲造成的实质工作硬化。从谐波Q(m)的振幅中确定的车轮10的不平衡类型是从给定谐波的相对振幅中确 定的；这种确定是在图11中的以670表示的分析器中通过谐波分析来执行的。此外，有利 的是，这种谐波分析使用一组软件规则来实现，通过将谐波模板应用于谐波中来识别所呈 现的特定不平衡类型的标记图，或通过将表征谐波Q(m)振幅的数据馈送到神经网络中，该 神经网络被训练成识别所出现的某些类型的缺陷。取决于安装在轮20上的轮胎30的类型， 有利的是，可选地提供软件规贝U、谐波模板和神经网络中的一种或多种。此外，还有利的是， 所述规则、谐波模板和神经网络中的一种或多种可选地取决于轮胎30的已使用时间和/或 磨损程度。当计算存在于加速度乂中的谐波Q(m)的相对振幅时，有利的是，将谐波Q(m)振 幅的标准化实现为如图11中所使用的信号处理的一部分。例如，当上述孔50中的将轮毂20附接到轮轴110上的紧固件已经不当地上紧或 松开而使得轮毂20围绕其轮轴110发出异响时，车辆的悬架(例如图9中弹簧Ks所表示 的)通常可有效地让车辆的驾驶员察觉不到任何问题。在车轮10旋转时，轮毂20围绕其 螺栓或紧固件晃动导致车轮10的突然的较小摇动；甚至还已知的是，截头圆锥形轮辐60在 其被脉冲激励而进行对应于挠曲的“COS2 0模式”的共振(即，轮辋90和截头圆锥形轮辐 60的环状变形)时，产生类似于钟声的铃声。这些很小的突然摇动引起相对较高的谐波中 的信号能量，例如，在谐波Q(m)中的第10到第20次谐波的范围内，定标函数y(m)可布置 成隔离用于专门检测车轮10上的紧固件松开，以警示车辆的驾驶员。有利的是，几个不同的定标函数y(m)同时应用于谐波Q (m)，使得数据处理设备 600同时监测所出现的若干个不同类型的不平衡。在数据处理设备600的备选或附加实施方案中，由模块400测得的压力P被以图 12中所示的方式提供给谐波分析器630，以代替解析出的加速度乂 ；在图12中，适于以谐波 方式分析压力P的数据处理设备600大体上由680指示。当车轮10在运行中旋转时，轮胎 30中的不规则(例如，导致轮胎30隆起的局部凸起或弱化部)表现为某些角0位置处的 压力脉冲。通过分析随车轮10的旋转角度e而变化的压力P的变化，即，与转动速率《 相关的压力P的分量，就可以提供对轮胎30的附加监测，以改善对轮胎30中的缺陷或潜在 缺陷的检测。数据处理设备680以与数据处理设备600大体上相似的方式工作，只是分析 的是压力P，而不是加速度Av。可选的是，如图13所示且如该图中的690所指示的，通过将 数据处理设备600、680组合在一起来提供按照本发明的数据处理设备，以便提供一致或周 期性交替的谐波分析以及对加速度Av和压力P的监测；在数据处理设备690中设置有以软 件或硬件方式实现的切换装置695，用于在压力P与加速度乂之间选择。在图13中示意性 地示出的数据处理设备690的优点在于在运行中易于实现对车轮10的更全面的监测。有利的是，在电子控制单元(ECU)和/或模块400内将由安装在位置L3处的模块 400感测到的对轮胎30壁部230的挠曲的上述分析与关于定位在一个或多个位置L1和L2中的一个或多个模块400执行的谐波信号分析的结果进行比较。当该比较的情况如下时 位于互不相同的位置L1至L3处的模块400引起相互冲突的分析结果，则车轮10和/或其 轮胎30很有可能存在潜在问题；然后，有利的是，根据情况将示消息从数据处理设备600、680或690传送给车辆驾驶员和/或传送给运营这些 车辆的运输队的企业的控制中心，告知需要对车辆进行维护，例如，对车辆将来的维护计划 设立后勤保障。这些后勤保障例如可包括预先安排可用的替换轮胎，以及，把要进行维护 的车辆的到达通知给维修厂，以便能在维修厂处执行适当的任务调度。安装在一个或多个位置L1至L3处的一个或多个模块400可选为与电子控制单元 (EOT)通信，易用于检测轮胎30中的更多的逐渐瞬时变化，例如，由于轮胎30的缓泄漏(例 如在数周或数月的时段内)而造成的压力P逐渐减小。此外，上述电子控制单元(ECU)与 一个多个模块400无线通信，可选地与上述电子控制单元(EOT)配合的一个或多个模块400 可用于监测轮胎30的突然减压，例如突然减压和与将新更换的轮胎30安装到轮毂20上相 关的随后再加压。当装备有安装于其内的模块400的前期轮胎30被缺少任何此类模块400 的替换轮胎30更换时，监测这种突然减压就很重要，使得设备600、680或690能够适当选 择例如图11所示的各种信号处理函数的参数。在并未可靠了解轮胎30的识别信息和状态 时，有利的是，在数据处理设备600、680或690中采用表征轮胎30大致中等程度的胎面磨 损的参数默认值。有利的是，在已经检测到这种突然减压的情况下，发出消息“非可靠信息” 等来提醒驾驶员可能正在向电子控制单元(ECU)提供非代表性信息。例如，在未经授权就 替换轮胎30或出现与轮胎30相关的胡乱更改事件时，就会出现这种情况。现在将参照图14来概略地描述模块400。在运行中，模块400需要很稳健，而且 造价低廉。此外，例如当安装在上述位置L3中时，模块400就相对难以接近，且需要在无使 用者干涉的情况下可靠运行。有利的是，模块400使用上述微电子机械系统(MEMS)技术， 例如，该技术基于硅微加工制造工艺。模块400包括电池组700，除其他部件外，电池组700 还包括一个或多个电化学电池，其能操作成向计算机处理器710提供电力。包括软件产品 的数据存储器720与处理器710通信地相联；该软件产品包括可在处理器710上执行的软 件代码，且能操作成协调模块400的功能。处理器710具有与其相关的时钟(CLK)和用于 将模拟传感器信号转换成对应的采样传感器数据的模数(A/D)转换器；有利的是，该模数 转换(A/D)是基于具有适中的功率消耗的高速多通道E -A型转换器。E -A转换器目前 用于功率要求苛刻的装置中，例如微型助听器，它由电池组供电，且需要在无看管(例如电 池组充电)的情况下长期工作。模块400还包括用于提供往返于模块400的双向通信的短 距无线接口 730 ；有利的是，使用目前的蓝牙、Weebre或按照相关标准通信协议运行的类似 的无线接口技术来实现该无线接口 730。作为备选，模块400可实现为包括逻辑电路的专用 集成电路(ASIC)。模块400还包括由750表示的一个或多个传感器的阵列，其对应的一个或多个输 出联接到上述A/D转换器上。取决于模块400的预期位置，即位置L1、L2、L3和L4，以及所 期望的车轮监测功能性的程度，传感器的阵列750包括以下传感器中的一个或多个(a)有利地基于MEMS结构的压力传感器760，其包括具有应变仪或振荡共振信号 读出的硅微加工膜；(b)用于测量模块400附近的空气或表面的温度的温度传感器765，其中，温度传
30感器765有利地具有_40°C至+100°C的测量范围；(c)有利地以MEMS结构实现的加速度计770，其包括弹簧悬架上的一个或多个硅 微加工检验质量，而一个或多个检验质量的对应位置读出值表征加速度；可选的是，对于提 高准确度和响应而言，该加速度计是力反馈型加速度计；有利的是，加速度计770感测一 个、两个或三个正交轴线上的加速度。为了最佳地监测车轮10以及相关轮胎30的运行，加 速度计770实现为三轴线加速度计；(d)磁性传感器775，其优选实现为真空封装的簧片继电器开关，而且易于实现为 霍尔效应装置；可选地包括的磁性传感器775使用靠近模块400的强磁性来触发该模块 400 ；然而，如将在下文更详细阐述的，触发该模块400的其他途径也是可能的，且符合本发 明；以及(e)应变仪传感器780，当模块400安装在车轮10上的位置L3处时，其最可能与 模块400相关。传感器780可在轮胎30安装到轮20上之前附接到轮胎30上。可选的是，模块400易于包括上文并未详细描述的其他类型的传感器。可选的是，电池组700至少部分是可再充电池组，且设有其自身的电磁再充电装 置，在运行中，该装置响应于车轮10的旋转而受到促动，例如，其方式有些类似于自动上发 条的机械腕表，其中，手腕运动可用于移动不平衡质量，以便提供给手表上发条的能量。作 为备选或此外，还能够采用电池组700响应于车轮10的旋转而进行压电再充电。在运行中，计算机处理器710能操作成执行自诊断，且在模块400内发生局部或 总体故障的情况下经由其无线接口 730发送示消息，且在模块400完全可用时发送确定消 息；在模块400故障的情况下，其相关的车辆是不移动的，但仅会导致关于车轮和相关轮胎 监测的功能性下降。有利的是，可通过电子控制单元(EOT)来通知车辆驾驶员关于功能性 降低，且车辆驾驶员可选择是否不顾模块400的故障而继续行驶。在运行中，当计算机处理器710检测到来自加速度计770的信号在预定时段之外 也大致恒定时，例如，在车轮10停止旋转的时期之后范围从几秒至高达10分钟的时段内， 计算机处理器710有利的是能操作成促使模块400采取休眠模式来在无线接口 730基本上 断电期间节省电力。在休眠模式期间，计算机处理器710有利的是能操作成周期性临时触 发无线接口 730 —段短的时期，以检测来自车辆的电子控制单元(ECU)的“唤醒”命令。一 旦计算机处理器710检测到来自加速度计770和/或压力传感器760的信号瞬时变化，例 如在预定时段内，则处理器710操作成将模块400切换至其活动状态，即，非休眠状态，而且 其如图14所示的所有功能部件都投入运行中。作为备选或此外，模块400可在接收到来 自电子控制单元(ECU)950的特定休眠指令时明确设置成休眠模式；有利的是，该特定指令 包括采取这种休眠模式的模块400的识别代码(ID)；类似的是，模块400可通过接收来自 电子控制单元(ECU)950的特定唤醒指令而明确地指示为采取功能活动状态，即，非休眠状 态。另外作为备选或此外，包括在车辆的车轮10上的所有模块400均可通过从电子控制单 元(ECU) 950无线传输来的总体明确指令而设置成休眠状态，或设置成功能活动状态；有利 的是，该总体明确指令是响应于车辆驾驶员启动和停止车辆的内燃机或电力牵引马达而由 电子控制单元(ECU)950设置的。当车辆具有混合动力系或设有由燃料电池提供电力的电 动力系时，这种电力牵引马达就是相关的。当在模块400内执行大量数据处理以便在车辆上分配计算负载时，例如，信号处理涉及应用快速傅里叶变换(FFT)或类似的信号处理算法，模块400就能操作成接收其给 定的相关车轮10上的源于上述ABS传感器编码器118及其与给定车轮10关联的相关电路 的同步信号。有利的是，该同步信号由车辆的上述电子控制单元(ECU)950提供，从而操作 成提供车辆轮毂的数据通信。由于车辆的车轮10有可能以互不相同的速率回转，例如，当 车辆转向时或由于轮胎30的外径存在微小差异，每个车轮10及其相关模块就需要相对于 其相关的ABS传感器编码器118分别同步。有利的是，由计算机处理器710执行的数据处理能够减少通过无线接口 730传输 至电子控制单元(ECU)的大量数据。这种局部数据处理的有利之处在于当模块400运行 时，主要是无线接口 730消耗电池组700的大多数电力。通过处理器710周期性地在时间 帧的开始时传输传感器信号的实际数据值并然后传输表示每一时间帧期间的数据值变化 的数据，能够进一步减少模块400中的数据流。可选地，还能够采用获得数据压缩的其他途 径来减少无线接口 730处的功率消耗。有利的是，考虑到Nyquist采样标准，模块400能操 作成为每个加速度计轴线和/或压力传感器760以50样本/秒至200样本/秒的范围内 的最大样本速率来传输加速度计信号数据和压力P数据。对于温度T，还可选用达到每秒1 个样本的较低速率，这是因为与加速度A和压力P相比，温度T变化较慢。还有利的是，模块400能操作成允许软件更新被从电子控制模块(ECU)下载到模 块400上，例如，经由模块400的无线接口 730，用于升级或改进其运行，例如，响应于车辆运 营者所采用的修正后的安全标准或政策。这些软件更新还使得随后能够采用新的、改进后 的数据处理算法，即软件升级。如前文中阐述的，模块400被编程为具有识别代码(ID)，该识别代码可由上述电 子控制单元(ECU)使用，用于将该模块400与车辆上的其他类似的模块400区分开，且与偶 尔从附近经过的、例如在高速公路行驶期间位于相邻车道上的其他车辆上的类似类型的模 块400区分开。电子控制单元(ECU)能操作成使用识别代码(ID)来识别出经由模块400 传输的数据来自车辆的哪一部分。下文将更详细地描述这种识别。与其无线接口 730合并的计算机处理器710还操作成可选地提供通信网络功能。 有利的是，计算机处理器710具有直接连线的接口，使得安装在车轮10上的位置L1处的第 一模块400能够经由穿过如图7所示的馈通件310的线缆或光纤通信链路直接联接到在空 间120内在位置L2处安装在轮辋90上的第二模块400，如图15a所示。因而，定位在位置 L1处的第一模块400的处理器730能操作成(a)处理由其传感器的阵列750产生的信号，且将处理过的信号作为处理数据传 送至第一模块400的其无线接口 730上，用于与电子控制单元(EOT)通信，以及(b)接收从位置L2处的第二模块输出的处理信号，用于经由第一模块400及其无 线接口 730传送至电子控制单元(ECU)。作为备选，来自位置L2处的第二模块400的数据信号能够(a)经由位置L2处的第二模块的无线接口 730传输至位置L1处的第一模块的无 线接口 730，然后，(b)该数据信号可经由第一模块400的其相关的计算机处理器710的无线接口 730中继至电子控制单元(EOT)。此类通信链路还易于逆向使用，用于将上述ABS同步信号经由位置L1处的第一模块400传送至位置L2处的第二模块400，如图15b所示。以类似的方式，位置L2处的第二模块400能够用作安装在位置L3处的第三模块 400的网络中继。有利的是，位置L2处的第二模块400由穿过馈通件310的线缆或光纤联 接到位置L1处的第一模块400，而位置L3处的第三模块400无线联接到位置L2处的第二 模块400，如图15c所示。通过图15c中的构造，就可避免丝网210和轮辋90的用作法拉第 屏的问题。考虑到当车轮10在运行中旋转时在位置L3处的第三模块400可能响应于轮胎 30的壁部230的挠曲而相对于位置L2处的第二模块400大量多次移动，位置L3处的第三 模块400与位置L2处的第二模块400之间的无线通信是有益的；链接所述位置L2和L3处 的模块的线缆或类似直接连接不但易受到工作硬化效应的破坏，而且一旦轮胎30已经安 装到轮毂20上，则由于使用者随后难以接近空间120，所以实际上不能用于附接。在备选构造中，位置L3处的第三模块400 (替换了位置L4处的模块400)电联接 到轮胎30的丝网210上，该丝网210用作高效贴片式无线电天线，用于以无线方式与电子 控制单元(EOT)通信。在此构造中，位置L3处的第三模块400能够用作无线中继节点，用 于传输来自在位置L2处安装在轮辋90上的第二模块400的数据。图15d中示出了此类构 造。位置LI、L2、L3和L4处的模块400的其他网络构造也是可行的。例如，如图15e 所示，模块400可选地操作成全部经由其无线接口 730以无线方式与电子控制单元(EOT) 直接通信。另外作为备选，模块400可根据在电子控制单元(ECU)处接收到的无线信号强 度来动态地重新配置，例如，如前文参照图15a至图15e阐述的各种网络节点之间的无线信 号强度。当在车辆上更换或更改车轮10时，这种重新配置由模块400提供的通信网络的灵 活性是有益的。下文将更详细地描述这种适应性。有利的是，安装在位置LI、L2、L3和L4处的第一模块、第二模块、第三模块和第 四模块400分别设有其唯一定义的识别代码(ID)，模块400能操作成在与电子控制单元 (ECU)通信时采用该识别代码(ID)来将其数据与其他模块400的数据区分开。此外，当电 子控制单元(EOT)发送源自ABS传感器编码器118的同步信号时，例如在模块400处本地 执行大量数据处理来减少运行中经由其无线接口 730传输至电子控制单元(ECU)的大量数 据的情况下，这些识别代码(ID)是有益的。在前文中，已经描述了诸如车轮10及其相关的一个或多个模块400和安装在车辆 上的其电子控制单元(ECU)的部件。这些部件构成车轮监测和轮胎监测系统的一部分，现 在将参照图16来更详细地阐述该系统。在图16中，示出了大体上由900指出的上述车辆的平面图。车辆900在运行中 由在图16中以910表示的上述驾驶员驾驶。此外，车辆900包括前部牵引单元920，该前 部牵引单元920包括操作成向一对可操纵的前轮10提供动力的内燃机930，该前轮10有 利的是以大致如图4所示的方式实现。内燃机930是以下发动机中的至少一种现代的气 缸内燃机、具有涡轮增压器的内燃机、电串联或并联的混合动力发动机、燃气涡轮发动机、 向相关的电动马达牵引装置提供电力的燃料电池系统。车辆900还包括具有如图所示的两 组双后轮10的拖挂单元940 ；有利的是，双后轮10以图5所示的方式实现，且可选地能够 以前部牵引单元920的前轮10类似的方式操纵。车辆900的车轮10的其他构造也是可能 的，而图16仅是描述本发明的一个示例。车辆900还设有由950表示的上述电子控制单元
33(ECU)；电子控制单元(ECU) 950包括结合数据存储器和一个或多个无线接口及电接口的计 算机处理器，该计算机处理器能操作成执行包括可执行软件代码的一个或多个软件产品。 电子控制单元(ECU) 950与驾驶员910操作的操纵台915通信联接。可选的是，电子控制单 元(ECU) 950还与内燃机930通信联接，用于执行发动机管理和监测功能，例如，任意限制速 度，或向驾驶员推荐适合的速度，在该速度下，驾驶员910能够在电子控制单元(ECU) 950检 测到车辆900的一个或多个车轮10的问题或潜在问题的情况下驾驶车辆900。此外，电子 控制单元(ECU) 950还无线联接到如前文所述的安装在车辆900的一个或多个车轮10上的 一个或多个模块400。电子控制单元(E⑶)950包括天线960，该天线960用于发送和接收由970表示的 无线信号，用于使车辆900能够与其他设施通信，如图16所示，例如与这些车辆900的运输 队的企业组织后勤部门的控制中心1000通信，或者与维修厂1010通信，车辆900的车轮10 及其轮胎30能在该维修厂1010处保养或更换。有利的是，电子控制单元(ECU)950能操作 成监测车辆900车轮10的运行，且自动地通知控制中心1000需要告知驾驶员910将车辆 900驶入维修厂1010中来保养其车轮10和相关轮胎30，例如作为针对该车辆900制定的 运输调度的一部分，从而对企业提供给其客户的服务所造成的干扰较少。可选地，对维修厂 1010的访问是响应于气候条件或时间而触发，例如，在北欧和北美与将夏季轮胎30更换为 冬季轮胎30有关。可选的是，电子控制单元(E⑶)950还无线联接到全球定位系统(GPS) 1020上，用 于在运行中确定车辆900在地球表面上的空间位置。例如，GPS系统1020是由美国当局管 理的GPS系统，或是相当的欧洲伽利略定位系统。另外作为备选或此外，GPS系统1020基 于称为GPRS等的移动电话系统，即蜂窝网系统。在运行中，电子控制单元(ECU)950能操作 成确定车辆900位于何处和在何处将此位置信息传送至控制中心1000，以便控制中心1000 了解车辆900的位置。此外，如上文所阐述的那样，在电子控制单元(E⑶)950通过一个或 多个模块400而检测到其一个或多个车轮10有缺陷且需要维护或有可能变成有缺陷的或 需要维护的情况下，控制中心1000可将车辆900指引至在地理位置上适当便利的服务中心 1010。可选的是，控制中心1000能操作成基于对车辆900位置的了解来安排牵引车920在 适合的地理位置处与其拖挂车940分离开，使得备选的牵引车能快速联接到拖挂车940上， 以迅速地将拖挂车940及其内容物拖运至其目的地，例如，拖运至客户处；因此，牵引车920 可得到保养，而不会干扰拖挂车940至客户处的时间要求苛刻的运送任务。此外，服务中心 1010还可预先收到警示，该警示直接来自车辆900或间接经由控制中心1010或来自这两 者，关于车辆900的到达以及车辆900的一个或多个车轮10的可能问题的指示。向控制中 心1000且可选地向服务中心1010发送这种关于车辆900问题的通知易于自动地发生，而 不需要驾驶员910说明消息并主动通知如下对象中的一个或多个控制中心1000、服务中 心1010或客户。因此，易于实现客户服务的改善。在其电子控制单元950检测到关于车辆900的一个或多个车轮10的问题或其 一个或多个模块400的故障的情况下，为了使车辆900不会停止移动，则电子控制单元 (ECU) 950就操作成产生各种警示消息。在一个或多个模块400出故障的情况下，电子控制 单元(E⑶)950就将该故障的警告发送给控制中心1000和驾驶员910中的至少一个，但继 续监测其模块400继续正确工作的其他车轮10。安装在一个或多个车轮10上的模块400的监测功能的这种友好的下降易于改善车辆900的运行稳健性，即，一个或多个模块400的 损坏不会使车辆900不移动。然后，鉴于其一个或多个模块400变得不运行，驾驶员900和 /或控制中心1000就决定是否继续驾驶车辆900。一个或多个模块400损坏的潜在原因例 如是其中的电池组700耗尽，或更换了轮胎30。2.按照本发明的识别模块的位置的方法关于本发明，以上说明描述了各种设备和模块，本发明易于结合这些设备和模块 来实现。然而，本发明涉及识别包括在车轮和/或其相关轮胎中的车轮模块的位置的方法； 例如，涉及识别车轮模块位置的方法，该车轮模块能操作成监测车轮和/或其相关轮胎的 特性且经由通信链路将表征上述这些特性的信息传输至电子控制单元(ECU)和/或控制系 统，例如用于为使用者显示。此外，本发明还涉及用于使用上述方法的车轮模块；这些车轮 模块的各种实施方式已经在前文中描述了，且还将在以下段落中描述。从图16中将会认识到，车辆900具有许多车轮10，即，在前文所述的示例中为十 个。当每个车轮10均在位置LI、L2和L3处设有三个模块400时，车辆900就可能装备有 三十个这种模块400 ；如果在每个位置L1、L2、L3或L4处包括一个以上的模块400，例如，位 置L2处的一个模块400径向设置在0 =0°处而另一个设置在e =180°处，则有可能 甚至存在三十个以上的这种模块400。实际上，可以确定的是，车轮10有利地设有三个以下 的模块400，使得总共大约五至二十个模块400 (例如，十个模块400)例如可方便地完全用 于车辆900。在对电子控制单元(ECU) 950进行编程来识别相应的模块400定位在车辆900 中的哪一车轮上时出现了一个问题。对于驾驶员910或对车辆900负责的其他人员而言，得到模块400的识别代码 (ID)及模块400在车辆900中的位置的列表，并人工地将这些信息输入(例如，通过在计 算机键盘上键入)电子控制单元(ECU) 950中可能是极为辛苦的，且可能容易造成数据输入 错误。因此，出现一种需求将车辆(900)关于其模块400的空间设置来自动定位(即“校 准”)，即，告知电子控制单元(ECU)950关于其模块400的空间设置。这种“校准”对于向驾 驶员910、控制中心1000和/或服务中心1010提供正确信息很重要，这些信息涉及车辆 900的车轮10可能有缺陷，可能有缺陷或需要修理，例如充入压缩空气来增大其压力P，或 需要更换轮胎30。某些类型的不平衡缺陷或轮胎壁部230缺陷不可通过仅随意目视检查车 轮10及其轮胎30来确定。参看图9，切向加速度由Ax表示，径向加速度由Ay表示，而横向加速度由Az表示。 接下来参看图17a，绘出了“校准”车辆900的方法的第一实施例，该方法通过促使车辆900 执行绕旋转中心W半径为R的向右转向来“校准”车辆900。该第一实施例与横向加速度Az 相关；参见对加速度\进行适当空间限定的图9。该“校准”方法所依据的特性是与该转向 的内侧上的右侧车轮10ar、10br、10cr相比，该向右转向的外侧上的左侧车轮10al、10bl、 10cl经历较大离心力，该离心力表示为加速度Az，该加速度Az由与这些左侧车轮10al、 10bl、10cl相关联安装的模块400感测到。此外，前轮10alU0ar比中间车轮10bl及10br、 尤其是比后轮10cl及10rl先瞬时经历加速度的增大。在该实施例中，驾驶员910例如通过按下操纵台915上的适合的开关、按键或按钮 来输入电子控制单元(ECU) 950，该输入为驾驶员910期望调用根据本发明第一实施例的方 法来识别模块400在车辆900上的位置，即，“校准”车辆900。驾驶员910然后沿直线方向驾驶车辆900 —段短的距离，使得车轮10的横向加速度Az基本为零。然后驾驶员910在 操纵台915处转动车辆900的方向盘，以便使前轮10al、10ar枢转，促使车辆900执行从位 置Q1至位置Q5的上述向右转向，然后转动方向盘使前轮lOalUOar变直，以促使车辆900 在位置Q5之后继续进一步沿直线轨迹行进。在向右转向期间，模块400能操作成测量其 车轮10的横向加速度Az，且将对应的采样数据传输至电子控制模块(ECU) 950，该电子控制 模块(ECU) 950将样本数据保存在其存储器中；该样本数据与提供采样数据的模块400的 识别代码(ID) —起传输。当完成转向时，例如在驾驶员910首次按下操纵台915上的开 关或响应于驾驶员910再次压下操纵台915上的开关之后的规定时间段之后，电子控制单 元(ECU) 950终止其对样本数据的采集，且然后进行到对保存在其存储器中的样本数据进 行分析。通过比较加速度\的相对量值以及它们各具有最大量值时的位置，电子控制单元 (ECU) 950就能够识别提供样本数据的模块400在车辆900中定位在何处。图17b为分别由 曲线 1500、1510、1520、1530、1540、1550 表示的车轮 10al、10ar、10bl、10br、10cl、10cr 的加 速度信号4的图示。有利的是，驾驶员910将信息输入电子控制单元(ECU)950中，该信息 表明驾驶员910是否期望关于向右转弯或向左转弯来执行根据本发明第一实施例的方法。 作为备选，与校准期间的转弯方向有关的信息能从与车辆900的方向盘相关的转向角传感 器中自动得出；该转弯方向信息被提供给电子控制单元(ECU)950。由于安装在第三位置L3处的模块400在每一转弯中提供如图10所示的加速度脉 冲，该“校准”方法并未最佳用于确立位置L3处的模块400在车轮10上的位置，而是可令 人满意到用于识别安装在位置L1和L2处的模块400的位置。作为备选，本发明的第二实施例所涉及的“校准”车辆900的方法涉及监测瞬时压 力P，该瞬时压力P由各相应车轮10的模块400感测到。当驾驶车辆900以便执行向右转 向时，作为备选的是向左转向，在执行转弯时，位于车辆900所沿的曲线轨迹外侧上的车轮 10将比该曲线轨迹内侧上的车轮10瞬时具有更高程度的压力增大。该压力变化尤其与前 轮10al、10ar有关。后面的成对车轮的特征也将为在执行转弯时，车辆900所沿的曲线轨 迹的外侧上的车轮10将比该曲线轨迹的内侧上的车轮10瞬时具有更高程度的压力增大， 然而差别要比前轮所表现出的小。此外，尤其对于不可转向的后轴而言，压力变化将延迟， 且与前轴处出现的压力变化相比，出现的速率更低。图10a示出了车辆进行转向时压力如何变化的示例。首先，在促使车辆直线向前 行驶时，模块中各传感器分别产生了大致相同的压力等级P1。根据本发明，由于各模块位置 的识别将取决于对各模块的压力变化的分析，故在直线向前行驶时，各传感器的压力等级 不必相等。在此示例中，为了简化，假定了怎样操作根据本发明的方法的图示。在由相应传 感器模块400检测到的压力不同的情况下，压力等级可为标准的，或作为备选，可监测各传 感器的等级或压力变化。在时刻tl，车辆开始转弯，首先注意到的是外侧前轮处的压力增大并且内侧前 轮处的压力相应地减小。这里假定进行右转弯，从而导致右侧前轮10ar处的压力减小且左 侧前轮处的压力增大。在车辆具有固定后轴的情况下，存在至t2的时间延迟，直到车辆开 始围绕具有中间一组车轮10bl、10br的第一后轴转弯。其压力变化将以比前轮的压力变化 低的速率dP/dt发生。最后，在时刻t3处，车辆开始围绕具有后一组车轮lOclUOcr的第 二后轴转弯。其压力变化也将以比前轮的压力变化低的速率dP/dt发生。第二轴处的压力变化率可与第一后轴的量值相同。通过识别压力变化的顺序，以及通过注意进弯时哪些压力信号变低而哪些变高， 就可确定相应传感器模块的位置。在图10b中，示出了进弯和出弯期间来自传感器模块400的压力信号，该进弯和出 弯期间即从车辆在直线向前行进之后开始转弯的阶段直到车辆在出弯之后开始直线向前 行驶的阶段。应当注意的是，前轮lOarUOal先进弯，从而有对应的大幅压力变化，而具有 车轮10br、10bl、10cl、10cr的第一后轴和第二后轴分别以较低的变化率依次跟随。当出弯 时，前轮10ar、10al处的压力等级将率先以较高速率变化。另外，具有车轮10br、0bl、10cl、 10cr的第一后轴和第二后轴将分别以较低变化率依次跟随。因此，不论是否研究进弯或出 弯的压力变化，压力变化所发生的时刻都将指示出车轮的轴并因此指示出传感器所处的位 置。在转向的后轮轴结合转向的前轮轴一起使用时，前轴和转向的后轴处的压力变化 的时刻可以是同时的。对于具有前转向轴和后转向轴的正常车辆而言，压力变化率在后轴 处较低。在操纵车辆且执行根据第二实施例的方法时，可使用以下程序驾驶员910例如通过按下操纵台915上的适合的开关、按或按钮来输入电子控制 单元(ECU)950，该输入为驾驶员910期望调用根据本发明第二实施例的方法来识别模块 400在车辆900上的位置，即，“校准”车辆900。驾驶员910然后沿直线方向驾驶车辆910 一段短的距离，使得可记录各轮胎中的压力等级P” ...PN。驾驶员910然后在操纵台915 处转动车辆900的方向盘，以便使前轮lOalUOar枢轴转动，促使车辆900执行从位置Q1 至位置Q5的上述向右转向，然后转动方向盘使前轮lOalUOar变直，以促使车辆900在位 置Q5之后继续进一步沿直线轨迹行进。在向右转向期间，模块400能操作成测量其车轮10 处的压力，且将对应采样数据传输至电子控制模块(ECU)950，该电子控制模块(ECU)950将 样本数据保存在其存储器中；样本数据与提供采样数据的模块400的识别代码(ID) —起传 输。当完成转向时，例如在驾驶员910首次按下操纵台915上的开关或响应于驾驶员910 再次压下操纵台915上的开关之后的规定时间段之后，电子控制单元(ECU) 950终止其对样 本数据的采集，且然后进行到对保存在其存储器中的样本数据进行分析。通过比较初始压 力等级的相对压力差异以及它们分别开始与初始值偏离超过设定值时的位置，电子控制单 元(ECU) 950就能够识别提供样本数据的模块400在车辆900中定位在何处。有利的是，驾 驶员910将信息输入电子控制单元(ECU)950中，该信息表明驾驶员910是否期望关于向右 转弯或向左转弯来执行根据本发明第一实施例的方法。作为备选，与校准期间的转弯方向 有关的信息能从与车辆900的方向盘相关的转向角传感器中自动得出；该转弯方向信息被 提供给电子控制单元(ECU) 950。在本发明的第三实施例中，所述物理参数是从所述一个或多个模块(400)产生的 信号中得出的角速度。在该实施例中，所述方法包括以下步骤(b)使所述车辆(900)沿着由转向感测装置感测到的曲线轨迹行驶，并且记录所 述车辆(900)的转向方向，同时记录从所述一个或多个模块(400)产生的信号中确定的所 述角速度的时域记录以及所述一个或多个模块(400)的对应识别代码(ID)；并且(c)关于时间(t)对所述转向方向和所述时域记录进行分析，以识别所述一个或多个模块(400)在所述车辆(900)的所述至少一个车轮(10)上所处的位置，所述分析利用 以下特性在所述曲线轨迹期间，与位于所述曲线轨迹内侧上的车轮的角速度量值相比，位 于所述曲线轨迹外侧上的车轮的角速度量值将更大；并且，在执行所述曲线轨迹期间，对于 车辆(900)的向前行驶方向而言，靠近所述车辆(900)的前部区域定位的车轮的角速度与 靠近所述车辆(900)的后部区域定位的车轮相比先瞬时经历量值的增加和/或所述量值的 增加率更高。优选的是，所述传感器可为加速度计，其产生从所述一个或多个模块(400)中得 出的沿切向和/或径向方向的加速度信号分量(Ax，Ay)。在第三实施例中，各车轮的角速度测量值从模块的传感器信号中得出。优选的是， 传感器信号可为来自于加速度计的加速度信号分量，该加速度计能够产生代表沿切向的加 速度的信号。由于重力的影响，传感器信号分量将由具有以下特征的信号表示八!￡ =八1+八18土11(0^+小)，其中，八。、八1和小为常数，而 为车轮的角速度。一旦车辆开始转向，曲线外侧上的车轮所沿的路线长于曲线内侧上的车轮，这使 得在曲线方向已知时，计算机能够将位于车辆左侧和右侧上的模块的信号分离。此外，如 前文关于本发明的第一实施例所阐述的那样，在进弯时，前轴将首先开始转向，然后是中轴 (如果存在一个)和后轴上的车轮。在图10c中，示出了作为时间的函数的车轮的角位置。首先，所有车轮以相等的速 度行驶。在时间tl处，由第一轴外侧车轮产生第一次分离，由于该外侧车轮所沿的路线较 长，故角速度比所有其他车轮都高。由定位在外侧前轮处的模块产生的信号因而特征将为 角速度的量值要比其他模块的信号要大。一定时间过后，在时间t2处，第一轴内侧车 轮将开始以低于其他车轮的角速度《al旋转。一旦第二轴开始转动，在安装于中轴(如果 存在一个)上的左侧车轮和右侧车轮的角速度之间的分离之后，紧接着是后轴左侧车轮和 右侧车轮上的类似方式的角速度分离。应当注意的是，在出弯时，前轮首先具有与左侧车轮 和右侧车轮的共同角速度，紧接着是中轴(如果存在一个)和后轴。最后，所有车轮都将具 有作为车辆速度的共同角速度。表示模块400所提供的各信号的特性的角速度可以以任何常规方式确定，例如， 通过估计由常数 确定的平均通过水平之间的时间。在操纵车辆且执行根据第三实施例的方法时，可使用以下程序驾驶员910例如通过按下操纵台915上的适合的开关、按键或按钮来输入电子控 制单元(ECU) 950，该输入为驾驶员910期望调用根据本发明第二实施例的方法来识别模块 400在车辆900上的位置，即，“校准”车辆900。驾驶员910然后沿直线方向驾驶车辆910 较短距离，以便可记录各轮胎的角速度. .《N。驾驶员910然后在操纵台915处转动车 辆900的方向盘，以便使前轮10al、10ar枢轴转动，促使车辆900执行从位置Q1至位置Q5 的上述右转，且然后转动方向盘使前轮lOalUOar变直，以促使车辆900在位置Q5之后继 续进一步沿直线轨迹行进。在向右转向期间，模块400能操作成测量其车轮10处的切向加 速度，且将对应的采样数据传输至电子控制模块(ECU)950，该电子控制模块(ECU)950将样 本数据保存在其存储器中；样本数据与提供采样数据的模块400的识别代码(ID) —起传 输。当完成转向时，例如在驾驶员910首次按下操纵台915上的开关或响应于驾驶员910 再次压下操纵台915上的开关之后的规定时间段之后，电子控制单元(ECU) 950终止其对样本数据的采集，且然后进行到对保存在其存储器中的样本数据进行分析。通过比较各车轮 的角速度与初始角速度的相对差异以及它们分别开始偏离初始值时的位置，电子控制单元 (ECU) 950就能够识别提供样本数据的模块400在车辆900中定位在何处。有利的是，驾驶 员910将信息输入电子控制单元(ECU)950中，该信息表明驾驶员910是否期望关于向右转 弯或向左转弯来执行根据本发明第一实施例的方法。作为备选，关于校准期间转弯方向的 信息能从与车辆900方向盘相关的转向角传感器中自动得出；该转弯方向信息被提供给电 子控制单元(ECU) 950。根据本发明的第一实施例、第二实施例和第三实施例的“校准”车辆900的方法易 于通过采用以下普通“校准”方法来进一步改进(a)驾驶员910触发电子控制单元(E⑶)950将消息无线发送至其所有车轮10及 其相关模块400来识别其自身；例如，该消息有利的是在车辆900每次受到触发时由电子控 制单元(E⑶)950发送，以防车辆900已在停用状态下静止时，车辆900的车轮10已被更改。 模块400通过表述其存在性及其对应识别代码(ID)来作出响应。电子控制单元(ECU)950 转至将识别代码(ID)的列表或类似记录保存在其数据存储器中；(b)驾驶员910然后驾驶车辆900跨过基本没有地形特征的平坦道路表面；安装 在车轮10的位置L3处(类似于位置L4处)的模块400将以如图10所示的方式产生脉冲 加速度信号K,而位置L1和L2处的模块400提供基本上无脉冲的信号，重力g的影响忽略 不计。因而，电子控制单元(E⑶)950从识别代码(ID)的列表或记录中识别出哪些模块400 安装在其相应的车轮10的位置L3或L4处；(c)驾驶员910然后执行根据本发明的第一实施例、第二实施例和第三实施例的 一种或多种方法，这些方法清楚地识别出安装在其相应车轮10上的位置L1和L2处的模块 400在车辆900中设置在何处；以及(d)然后，电子控制单元(ECU)950以如图10中所示的方式监测来自安装在车轮 10上的位置L3或L4处的模块400的脉冲信号，并且将如图10中所示的车辆900的给定行 驶时间段内的脉冲数与由ABS传感器编码器118确定的车轮10的回转数相关联。由于车 轮10彼此之间略微有差别(例如有效外径)，所以可以确定的是，某些车轮10将比其他车 轮10执行更多旋转，从而允许关联以确定安装在位置L3处的哪一模块400对应于哪一车 轮10。上述普通“校准”方法和根据本发明“校准”车辆的方法的步骤可以以各种不同的 组合进行合并，以便更可靠地检测模块400在车辆的车轮10上位于何处。相比于由磁性触 发进行的“校准”车辆900的第一方法而言，这些方法易于简化车辆900的运行且避免误差。3.按照本发明的出于车辆维护的目的对车轮和轮胎进行监测参看图18，从具有多个服务中心1010a、1010b、1010c和保存在该中心1010a、 1010b、1010c和仓库2010a、2010b处的一批车轮10的控制中心来操纵车辆900的运输队 的企业(由2000表示)所遇到的潜在工作情形为安装在车辆900上的车轮10和储存在 服务中心1010和/或仓库2010处的车轮10的安装于其上的模块400可能具有彼此不同 的构造，如图18中使用的各种网格图案绘出的。此外，可以确定的是，模块400还可构造成 具有不同的传感器组合；例如，一些模块400将包括压力传感器760和温度传感器765，而 其他模块将包括加速度计770和温度传感器765，而另一些将包括压力传感器760、温度传
39感器765和加速度计770的全体组合。加速度计770可能为单轴线加速度计、两轴线加速 度计或三轴线加速度计。此外，作为政策的一个方面，企业2000可能期望在其车辆900的 前轮10a上得到的某些限定的模块400构造，而在其车辆900后轮10b、10c上得到其他限 定的模块400构造。此外，当车轮10从车辆900上移除和安装到车辆900上时，作为企业 采用的维护计划的一部分，任何给定车辆900上的模块400的构造可能动态地变化。此外， 某些模块400可能偶尔由于其电池组700耗尽而失效。鉴于图18中的车轮10的不同形状 所代表的这些潜在的多样性，“校准”车辆900的上述第六方法并非在所有情形下都是最佳 的。为了解决这种复杂情形，有利的是，上述设备600、680、690以动态变化的方式、响应于 由“校准”车辆900的一个或多个上述方法确定的可用的不同模块400构造来执行，或响应 于所表明的从模块400到电子控制单元950通信的功能性来执行。有利的是，当模块400响应于从电子控制单元(ECU) 950发送的用于给定车辆900 中的模块的上述消息来识别其自身时，例如在普通“校准”方法的步骤(a)中，模块400的响 应不但是表明其识别代码(ID)，而且是其功能性的描述，即，指明包括在其内的传感器的其 独立构造，以及可选择其能力来在该处执行本地数据处理。例如，某些模块400能操作成以 其识别代码(ID)以及它们分别仅具有压力传感器760和温度传感器765的信息作出响应， 而其他模块400能操作成以其识别代码(ID)以及它们分别仅具有x轴线和y轴线加速度 计770和温度传感器765的信息等作出响应，用于包括在电子控制单元(ECU)950处保持的 上述列表或记录中。因而，电子控制单元(E⑶)950能够动态地选择最适合的车辆900 “校 准”方法，且在操纵台915上对应地通知驾驶员910。通过使电子控制单元(E⑶)950 了解 其车轮10的功能性，就能够将此信息传送至控制中心1000，以用于指导车辆900的维护计 划，例如，将车辆900派往具有适合的等同替换车轮10的服务中心1010。因此，企业2000在其车辆900上有利地实行普通车轮监测方法，该方法包括如下 步骤(a)建立与其一个或多个车辆900的通信；(b)从一个或多个车辆900的电子控制模块(ECU)950上接收响应信息，该信息与 其车轮10上的模块400的构造和一个或多个车轮10的运行状态有关，例如，车轮10是否 形成不平衡或松开；(c)为一个或多个车辆900确定其一个或多个车轮10是否需要维护或更换；(d)在步骤(c)中已经发现需要更换的情况下，识别出具有用于一个或多个车辆 900的一个或多个适合的替换车轮的一个或多个服务中心1010，或在步骤(c)中已经发现 需要更换的情况下，使设施进行对一个或多个车辆900的维护；以及(e)将发现需要维护或更换其一个或多个车轮10的一个或多个车辆900引导至一 个或多个服务中心1010之一，用于对一个或多个车辆900进行车轮维护或更换。上述普通车轮监测方法易于通过控制中心1000和/或一个或多个服务中心1010 基于计算机的监督来自动地执行。当执行该方法时，服务中心1010和/或仓库2020能操 作成以动态方式传输其车轮10的库存信息。此外，控制中心1000还操作成至少关于装备 有按照本发明的一个或多个模块400的其车轮10动态地保持其车辆900的运行状态的记 录。采用普通车轮监测方法的有益之处在于安全性和可靠性得到了改善，这可能会为企业2000带来保险费用的利益，以及可能提高其对其客户的服务的质量。4.可用于实施本发明的模块的自动对准如从前文中认识到的那样，在将本发明实现为各种构造时采用模块400。当模块 400包括如图14中所示的加速度计770时，模块400就认作是一种惯性导航单元(INU)。此 夕卜，前文中阐明了处理信号对应于径向、切向和横向加速度，即，如图9中所示的Ay、Ajn Az， 且对其进行解析以产生图11和图13中所示的竖直加速度乂极有利于得出如下指示车轮 10的不平衡、车轮10的不平衡类型、车轮是否歪斜出平面、车轮10的紧固件是否松开，以及 监测轮胎30壁部230的挠曲特性。然而，以类似于用于操纵车辆(如，火箭、直升飞机、飞 行器等)的惯性导航单元(INU)相似的方式，通常发现惯性导航单元(INU)与这些车辆的 各种基准轴线精确角对准进行安装是很重要的。然而，实现这种精确角对准所需要的准确 度和精确度实现起来可能很耗时而昂贵。以相似的方式，按照本发明，十分期望的是一个或 多个模块400可安装在车轮10上，例如在一个或多个位置L1至L4上，而不需要很高程度 的安装精确度和准确度。通过实施本发明，使得模块400可以以不需要精确确保其方位的 方式进行安装，则与为车轮装备一个或多个模块400相关的时间和成本就可减少。现在将 参照本发明的示例性实施例来阐述本发明的这些实施方式。对于正确地安装到其轮轴110上的给定车轮10而言，有利的是参照(a)作为与轴线B-B平行的z轴线的横向方向；(b)从轴线B-B且因此从轮轴110算起的径向方向，其作为y轴线；以及(c)在车轮10的给定位置上的切向轴线，其作为x轴线，如图19所示；z轴线和y线轴与位置L1至L4有关。x轴线取决于从轴线B_B算起的点处的半 径r。图19对应于图9中的倾斜角 基本为零。如先前所述的那样，加速度Az尤其有用， 如图10所示，用于监测轮胎30的挠曲特性，以及检测车轮10是否相对于其轮轴110成歪 斜角。此外，从给定模块400处测得的K和Ay加速度分量中解析出的竖直加速度K有利 于监测车轮10中的不平衡，且还有利于监测所涉及的不平衡类型。然而，如图19中所示， 模块400可能安装在车轮10上的角失准位置上，使得其由x'、y'、z'表示的其局部正交 轴线未与产生高度有用的Ax、Ay、Az加速度信号所需的真实轴线x、y、z对准。加速度Ax'、Ay'、kj分别对应于沿局部正交轴线x'、y'、z'的加速度测量值。 可行的是，如由等式10(Eq. 10)定义的矩阵映射所提供的那样，相对于真实轴线x、y、z对加
其中，角a和3为将轴线V映射到真实轴线x、y、z上的解析角。在车轮10以恒定角速度《旋转时会出现特殊情况，例如，如可由电子控制单元 (ECU) 950从来自于ABS传感器编码器118产生的信号中确定的那样，车辆900直线向前行 驶且不转向，例如，如从联接到操纵台915处的方向盘上的角传感器中确定的那样，且车轮 10的平面正交于轴线B-B，且因此正交于轮轴110上，其中(a)如等式ll(Eq. 11)限定的，横向角速度Az基本为零；(b)当在车轮10的旋转角度0的完整变化范围、S卩2 Ji内进行积分时，切向加速度\大致为零。 6i 其中，e i和e 2为对应于车轮10的第一和第二旋转角度e的积分上限和积分下限。 其中，Y为偏斜角，n为整数，n= 1,2,3,...角a和0的适合值适于通过迭代方式来计算，以便可大致实现等式11和等式 12，或至少易于实现关于角a和0的最小条件。例如，存在于加速度Ax'、Ay'、AZ‘中的 干扰性道路表面噪音可能需要查找最小条件作为最佳近似值，以满足等式11和等式12。角a和0的最佳值可从等式10、11和12中的显解中找出，或通过为了表征加速 度Ax'、Ay'、AZ‘的样本信号的角a和0的组合而迭代重复计算，直到实现与等式11和 12最接近的近似值。有利的是，角a和0的计算在电子控制单元(E⑶)950处执行。作为备选，还可 使用在模块400处执行的分布式计算来计算角a和0。一旦在如等式11和12给出的最 小条件或零条件下计算出角a和0，应用按照等式10的这些角a和0获得加速度Ax、 Ay、\来用于监测车轮10的运行，例如，如图11和图13中所示的那样，则易于在电子控制 单元(ECU) 950或模块400处实现，或在电子控制单元(ECU) 950与模块400的计算机处理 器710之间分配，以分散计算工作量。等式10至12是自动解析由模块400的加速度计770感测到的加速度的示例，用 以如图11和图13中结合前文描述所示的那样产生适于处理的对应加速度信号。尽管描述 了三轴线加速度计770的自动解析，但在加速度计770为两轴线加速度计(例如，形式简化 的)时，也可使用这种类似的自动解析。该自动解析还能称为自动对准。自动解析(例如，如等式10至12中所述的)的有益之处在于安装在一个或多个 位置L1至L4处的一个或多个模块400不需要按照高度精确的角对准来安装到车轮10上， 从而简化了一个或多个模块400在车轮10上安装，且可能会减少组装和安装成本。当按照等式10至12的自动解析用于设备600中时，对应的设备如图20中的2200 大体指出的，其中，自动解算器由2210表示。设备2200包括至少一个模块400，其加速度计 770能操作成产生加速度信号Ax'、Ay'、kj，加速度信号首先在自动解算器2210中自动 解析，以产生加速度Ax、Ay、Az的对应解析加速度数据。解析的加速度Ax、Ay、Az然后相对于 由ABS传感器编码器118感测到的车轮10的旋转角度0在解算器620中进一步解析，以 产生对应的竖直加速度乂信号数据，且还产生加速度Az信号数据。加速度AV、AZ的信号数 据然后在谐波分析器630中进行谐波分析，以分别产生关于车轮10旋转的角频率《的一 系列谐波系数Qv(m)和让細)。谐波系数(^011)和让⑷然后可选为在定标器640中进行谐 波定标，以产生对应的定标谐波系数yv (m). Qv (m)和yz (m). Qz (m)，它们然后按照绝对量值和 相对量值进行分析来确定如下情况(a)车轮10是否不平衡；(b)车轮10中存在的不平衡类型；
(c)车轮10是否相对于轮轴110歪斜；(d)车轮10的紧固件是否松开且颤动；(e)轮胎30在其挠曲特性方面是否有缺陷，例如，其丝网210变得破损；(f)轮胎30是否未充分充气；(g)轮胎30是否过度充气；(h)轮胎30是否为椭圆形或具有高等级的浅裂变形；(i)车轮10中是否存在质量不平衡；(j)与轮轴110相关的车轮轴承是否以表征故障或可能出现故障的非预期方式振 动或发出异响，从而，提供使用设备2200执行的一些备选类型的分析。当可选不需要定标器640中的谐波定标时，有利的是，其定标值设置成统一值，例 如1(!11) = l、yz(m) = 1的单一值，或简单地不利用该定标器640。此外，对于设备2200，一 个或多个模块400可选为安装在一个或多个位置LI、L2和L3上。设备2200易于以硬件、 在计算硬件上执行的软件或这些硬件和软件的组合来实施。此外，设备2200易于大致实施 在电子控制单元(ECU)950中、模块400上或模块400和电子控制单元(ECU)950的组合上。 可选地，该软件作为一个或多个数据载体上的一个或多个软件产品而提供。此外，软件可选 地能根据包括在车轮10上的一个或多个模块400的可能变化的构造而动态地重新配置。图20中所示的设备2200易于以与图13中所示的设备690相似的方式更改，即， 同时或交替地操作成对表征轮胎30空间120中的压力P的采样信号进行谐波分析。自动解算器2210需要校准，以便确定如前文所述的其修正角a和0。这种校准 有利的是实现为“校准”模块400的上述方法的一部分，即，使电子控制单元(ECU)950能够 识别要求与其通信的哪一模块400在车辆900上，其中，模块400安装在车辆900的车轮10 的各种位置上，且模块400的运行特性可能彼此不同；如先前阐述的那样，车辆900的某些 车轮10比车辆900的其他车轮设有类型更为广泛的模块400的情况下，运行中就可能会以 可能的瞬时动态变化方式出现状况。自动解算器2210中的自动解析对于安装在位置L3处 的模块400具有如下效果用以将等式6中的偏斜角设置成大致为零值，即，(^ = 0， 从而可能简化用于监测轮胎30的挠曲特性的运行中的相关信号处理。5.本发明的应用尽管前文描述的本发明的用途关于重型商用车辆，但将会认识到的是，本发明还 可应用于其他类型的车辆，例如飞行器的轮子上、机动车的车轮上、摩托车或自行车的车轮 上、重型工程设备上、发电风力涡轮机的片上，用以识别可能的结构问题等。诸如“具有”、“为”、“包括”、“包含”、“构成”、“结合”的表述解释为包括未明确限定 的附加部件或项；即，以非排他的方式理解这些项。此外，涉及到的单数也解释为还包括复 数。此外，包括在所附权利要求中的括号内的数字和其他符号并不解释为影响所阐明的权 利要求的范围，而是仅在研究权利要求时帮助理解本发明。6.本发明的可选变型在不脱离如所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，易于实现前文所述的本 发明实施例的改进。例如，前文已经描述了用于感测车轮车轮10旋转的ABS传感器编码器118的使用。然而，此外或作为备选，如前文阐述的那样，还可基于作用在模块400的加速计770上 的重力g来计算旋转角度9的测量值。在工作中，重力g会在加速度分量Ax、Ay中显现，且 叠加到由车辆车辆900的普通加速或减速造成的车轮10处经历的任何加速度上。由于典 型的时间比例，其中，如在加速度分量Ax、Ay中观察到的重力g的循环波动比这种普通加速 或减速造成的影响大体上更快，故可行的是，在车辆900的重量和来自于车辆900的发动机 或马达930的原动力输出可估计或测量时，滤出或补偿加速度分量Ax、Ay中的这些分量。当 从加速度分量Ax、Ay中得出车轮10的角方位0时，除ABS传感器编码器118之外，或作为 备选，这种得出并不排除使用模块的轴线x'、y' >z'与分别表征竖直、切向和横向的轴线 的车轮10的真实轴线x、y、z的上述自动对准。以这种方式得出角方位e使得本发明例如 能够应用于未配备有ABS制动或仅在其某些车轮上部分配备有ABS制动的车辆上。此外， 这种得出使得本发明能够在某些情况下能够改装未配备有ABS制动的老式车辆。
轮胎30的侧壁230的挠曲还易于由安装在位置L3处的第一模块400感测，第一 模块400相对于安装在位置L2处的第二模块400移动，第二模块400在空间上紧邻第一模 块400。在运行中，侧壁230的挠曲导致第一模块400与第二模块400之间的相对空间距离 对应地变化。 在第一构造中，第一模块400设有辐射源，而第二模块400能操作成监测在该处接 收到的部分辐射的量值，且将对应的信号无线传送给电子控制单元(ECU) 950。信号代表第 一模块400与第二模块400之间随其车轮10旋转而变化的空间间隔发生变化。在第二构造中，第二模块400设有辐射源，而第一模块400能操作成监测在该处接 收的部分辐射的量值且将对应的信号无线传送给电子控制单元(ECU) 950，例如将轮胎30 的丝网210用作无线贴片天线。信号代表第一模块400与第二模块400之间随其车轮10 旋转而变化的空间间隔发生变化。该辐射可以是以下项中的至少一种举几个例子来说，由永磁铁产生的大致恒定 的磁场、交变磁场、超声辐射、无线辐射、光脉冲辐射、电容式静电联接的辐射。有利的是使 用压电转换器来产生和接收超声辐射。
4权利要求
一种识别在车辆(900)中使用的设备(1)的一个或多个模块(400)的位置的方法，所述设备(1)用于监测所述车辆(900)的至少一个车轮(10)的运行，所述设备(1)包括能操作地安装成与所述至少一个车轮(10)一起回转的一个或多个传感器模块(400)，所述一个或多个模块(400)能操作地与所述车辆(900)的处理装置(710，ECU 950)通信联接，所述一个或多个模块(400)能操作成确定所述车轮(10)的至少一个物理参数并产生用于所述处理装置(950)的至少一个对应的传感器信号，所述处理装置(710，ECU 950)能操作成处理所述至少一个传感器信号，以计算表征所述至少一个车轮(10)的运行的信息，其特征在于，所述方法包括如下步骤(a)与所述设备(1)的一个或多个模块(400)通信，用于在所述设备(1)的处理装置(950)处接收所述一个或多个模块(400)的识别代码(ID)，所述一个或多个模块(400)安装在所述车辆(900)的至少一个车轮(10)上；(b)使所述车辆(900)沿着由所述转向感测装置感测到的曲线轨迹行驶，并且记录所述车辆(900)的转向方向，同时记录由所述一个或多个模块(400)确定的所述物理参数的时域记录以及所述一个或多个模块(400)的对应识别代码(ID)，所述物理参数与所述至少一个车轮(10)的一个或多个轮胎(30)相关；并且(c)关于时间对所述转向方向和所述时域记录进行分析，以识别所述一个或多个模块(400)在所述车辆(900)的所述至少一个车轮(10)上位于何处，所述分析利用以下特性所述曲线轨迹外侧的轮胎(30)与所述曲线轨迹内侧的轮胎(30)相比在所述物理参数的所述时域记录中将具有不同的值；并且，对于车辆(900)的向前行驶方向而言，靠近所述车辆(900)的前部区域的轮胎(30)与靠近所述车辆(900)的后部区域的轮胎(30)相比先经历所述物理参数的时域记录的变化和/或所述物理参数的时域记录的变化率更高。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述物理参数是由所述一个或多个模块(400)测 得的横向加速度(Az)，其特征在于，所述方法的步骤(b)和步骤(c)如下(b)使所述车辆(900)沿着由转向感测装置感测到的曲线轨迹行驶，并且记录所述车 辆(900)的转向方向，同时记录由所述一个或多个模块(400)测得的横向加速度(Az)的时 域记录以及所述一个或多个模块(400)的对应识别代码(ID)；并且(c)关于时间(t)对所述转向方向和所述时域记录进行分析，以识别所述一个或多个 模块(400)在所述车辆(900)的所述至少一个车轮(10)上所处的位置，所述分析利用以下 特性与直线轨迹相比，在所述曲线轨迹期间，位于所述曲线轨迹外侧的加速度计将比位于 所述曲线轨迹内侧的加速度计经历更大的横向加速度；并且，在执行所述曲线轨迹期间，对 于车辆(900)的向前行驶方向而言，靠近所述车辆(900)的前部区域定位的加速度计比靠 近所述车辆(900)的后部区域定位的加速度计先经历横向加速度的瞬时增大。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述物理参数是在每个车轮内测得的压力，其特 征在于，所述方法的步骤(b)和步骤(c)如下(b)使所述车辆沿着由所述转向感测装置感测到的曲线轨迹行驶，并且记录所述车辆 的转向方向，同时记录由所述一个或多个模块测得的压力的时域记录以及所述一个或多个 模块的对应识别代码(ID)，所述压力与所述至少一个车轮的一个或多个轮胎相关；并且(c)关于时间对所述转向方向和所述时域记录进行分析，以识别所述一个或多个模块在所述车辆的至少一个车轮上所处的位置，所述分析利用以下特性所述曲线轨迹外侧的 轮胎将比所述曲线轨迹内侧的轮胎经历更大的压力增大；并且，对于车辆的向前方向而言， 靠近所述车辆的前部区域的轮胎比靠近所述车辆的后部区域的轮胎先经历压力的增大。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述物理参数是从所述一个或多个模块(400)产 生的信号中得出的角速度，其特征在于，所述方法的步骤(b)和步骤(c)如下(b)使所述车辆(900)沿着由转向感测装置感测到的曲线轨迹行驶，并且记录所述车 辆(900)的转向方向，同时记录从所述一个或多个模块(400)产生的信号中确定的所述角 速度的时域记录以及所述一个或多个模块(400)的对应识别代码(ID)；并且(c)关于时间(t)对所述转向方向和所述时域记录进行分析，以识别所述一个或多个 模块(400)在所述车辆(900)的所述至少一个车轮(10)上所处的位置，所述分析利用以 下特性在所述曲线轨迹期间，与位于所述曲线轨迹内侧的车轮的角速度量值相比，位于 所述曲线轨迹外侧的车轮的角速度量值将更大；并且，在执行所述曲线轨迹期间，对于车辆 (900)的向前行驶方向而言，靠近所述车辆(900)的前部区域定位的车轮的角速度与靠近 所述车辆(900)的后部区域定位的车轮相比先经历量值的瞬时增加和/或所述量值的增加 率增高。
5.根据权利要求4所述的方法，其中由所述模块产生的所述信号是从所述一个或多个 模块(400)得到的沿切向方向和/或径向方向的的加速度信号分量(Ax，Ay)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个模块(400)包括 温度传感器(765)，所述温度传感器(765)用于感测所述温度传感器(765)处的温度(Tm。d)， 所述一个或多个模块(400)能操作成将表征所述温度(Tm。d)的信号传输到所述处理装置 (710，EOT 950)，用于计算表征所述至少一个车轮(10)的运行的所述信息。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个模块(400)包括 以下部件中的至少一个(a)压力传感器(760)，所述压力传感器(760)能操作成感测存在于所述至少一个车轮 (10)的轮胎(30)内的压力(P)，所述一个或多个模块(400)能操作成将表征所述压力(P) 的信号传输到所述处理装置(710，ECU 950)，用于计算表征所述至少一个车轮(10)的运行 的所述信息；(b)应变仪传感器(780)，所述应变仪传感器(780)用于测量所述至少一个车轮(10) 的所述轮胎(30)的挠度，所述模块(400)能操作成将表征所述挠度的信号传输到所述处理 装置(710，ECU 950)，用于计算表征所述至少一个车轮(10)的运行的所述信息；(c)加速度计(770)，所述加速度计(770)用于在所述至少一个车轮(10)上的所述一 个或多个模块(400)的安装位置(L1，L2，L3，L4)处测量至少一个轴线上的加速度(Ax，Ay， Az)，所述一个或多个模块(400)能操作成将表征所述加速度(Ax，Ay，Az)的信号传输到所述 处理装置(710，ECU950)，用于计算表征所述至少一个车轮(10)的运行的所述信息；以及(d)磁性传感器(775)，所述磁性传感器(775)用于测量施加到所述一个或多个模块 (400)上的磁场，所述一个或多个模块(400)能操作成将表征所述施加的磁场的信号传输 到所述处理装置(710，EOT 950)，用于控制所述设备(1)的运行。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述加速度计(775)为多轴线加速度计，所述多轴 线加速度计能操作成关于所述至少一个车轮(10)的旋转来测量沿径向轴线、切向轴线和横向轴线中的至少一个上的加速度分量(Ax，Ay，Az)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个模块(400)安装在 所述至少一个车轮(10)上的一个或多个位置(Ll，L2，L3，L4)处，所述一个或多个位置包 括(a)在所述至少一个车轮(10)的轮毂(20)上大致位于所述至少一个车轮(10)的旋转 轴线(B-B)处；(b)在所述至少一个车轮(10)的轮毂(20)上距所述至少一个车轮(10)的所述旋转轴 线(B-B)有一定的径向距离；(c)在所述至少一个车轮(10)的轮胎(30)内，用于感测所述轮胎(30)内的压力(P)， 所述至少一个模块(400)安装到所述至少一个车轮(10)的轮毂(20)的外周表面(90)上；(d)在所述车轮(10)的轮胎(30)内，用于感测所述轮胎(30)内的压力(P)，所述一个 或多个模块(400)安装到所述轮胎(30)的内侧壁表面(230)上，用于测量所述侧壁(230) 的挠曲特性；以及(e)在所述至少一个车轮(10)的外周缘的内表面上，用于测量所述内表面处的加速度。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个模块(400)包括 至少一个无线接口(730)，所述至少一个无线接口(730)用于在所述一个或多个模块(400) 与所述处理装置(ECU 950)之间通信，所述一个或多个模块(400)形成无线网络，其中所述 一个或多个模块(400)中的一些模块(400)能操作成用作一个或多个中继节点，用于在所 述处理装置(ECU 950)与所述一个或多个模块(400)中的其他模块(400)之间进行信号交 换。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个模块(400)每个 均设有对应的识别代码(ID)，所述识别代码(ID)用于传输至所述处理装置(ECU 950)，使 得所述处理装置(ECU 950)能够识别出对应的信号数据发送自哪个模块(400)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个模块(400)在所 述至少一个车轮(10)上沿径向分布，用于在所述至少一个车轮(10)上的多个角位置处感 测所述至少一个车轮(10)的运行。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括如下步骤在与所述处理装置 (ECU 950)通信联接的显示器(915)上向所述车辆(900)的驾驶员呈现信息，所述信息指示 以下项中的至少一种(a)所述一个或多个模块(400)的运行状态；(b)所述至少一个车轮(10)的状况；(c)与所述至少一个车轮(10)相关的一个或多个故障或潜在故障；(d)与在识别出与所述至少一个车轮(10)相关的一个或多个故障或潜在故障的情况 下由所述车辆(900)的驾驶员(910)采取的一个或多个动作有关的信息；以及(e)所述车辆(900)的所述至少一个车轮(10)是否已被更改的指示。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括如下步骤为所述处理装置(ECU 950)设置无线接口(960)，所述无线接口(960)用于与远离所述车辆(900)的维修厂 (1000，1010，2000，2010)通信，所述处理装置(ECU 950)能操作成传输表征所述至少一个车轮(10)的功能性的信息，所述信息表征从所述一个或多个模块(400)提供的信号中计 算出的与所述至少一个车轮(10)相关的一个或多个故障或潜在故障，并且所述无线接口 (960)用于从所述维修厂接收与解决所述一个或多个故障或潜在故障有关的动作的指令。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述至少一个物理参数包括以下 参数中的至少一个(a)所述至少一个车轮(10)的轮胎(30)内的压力(P)，所述压力(P)在所述一个或多 个模块(400)处测得；(b)加速度(Ax，Ay，Az)，所述加速度(Ax，Ay，Az)大致在所述一个或多个模块(400)处测得；其中，所述处理装置(710，EOT 950)能操作成对与所述压力⑵和/或所述加速度(Ax， Ay，Az)对应的信号进行谐波分析，所述谐波分析能操作成识别关于角频率(《)的谐波分 量，所述角频率(《)对应于所述至少一个车轮(10)的角方位(e)对时间的变化率。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述谐波分析对以下项中的至少一个进行计算(a)谐波分量的量值；以及(b)谐波分量之间的相对相位关系。
17.根据权利要求15、16或17所述的方法，其中所述处理装置(710，E⑶950)能操作 成通过应用以下项来执行所述谐波分量的所述分析(a)基于规则的算法，所述基于规则的算法用于从所述谐波分量中识别一个或多个故 障或潜在故障；(b)神经网络，所述神经网络被预先编程，以在提供描述所述谐波分量的数据时识别一 个或多个故障或潜在故障；以及/或者(c)谐波滤波器，所述谐波滤波器用于使表征所述至少一个车轮(10)的一个或多个故 障或潜在故障的一个或多个谐波分量的特定组合突显。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述处理装置(ECU950)能操作 成发送如下消息，所述消息请求所述一个或多个模块(400)回应所述处理装置(ECU 950)， 以向所述处理装置(ECU 950)说明所述一个或多个模块(400)的识别代码(ID)，从而使得 所述处理装置能够识别一个或多个模块(400)的构造并且识别所述一个或多个模块(400) 的所述构造中出现的任何变化。
19.一种车轮监测设备(1)，所述车轮监测设备(1)能操作成执行如前述权利要求中的 任一项所述的方法。
20.一种模块(400)，所述模块(400)能操作成在车辆(900)中工作以使用如权利要求 1至18中的任一项所述的方法。
21.—种车辆(900)，所述车辆(900)包括如权利要求19所述的车轮监测设备(1)，所 述车轮监测设备(1)能操作成按照权利要求1至18中的任一项所述的方法来监测所述车 辆(900)的至少一个车轮(10)的运行。
22.一种车轮(10)，所述车轮(10)包括一个或多个模块(400)，所述一个或多个模块 (400)安装在所述车轮(10)上，所述一个或多个模块(400)能操作成与如权利要求19所述 的车轮监测设备(600，680，690，2200) 一起工作，所述车轮监测设备(600，680，690，2200)能操作成按照如权利要求1至18中的任一项所述的方法来监测所述车辆(900)的至少一 个车轮(10)的运行。
23.一种轮胎(30)，所述轮胎(30)包括如权利要求20所述的模块(400)。
24.根据权利要求23所述的轮胎(30)，其中所述模块(400)安装到所述轮胎(30)的 侧壁(230)上。
25.—种包括一个或多个车辆(900)的系统，其中每个车辆(900)均包括车轮监测设备 (1)，所述车轮监测设备⑴能操作成执行如权利要求1至18中的任一项所述的方法，所述 系统包括(a)控制中心(1000)，所述控制中心(1000)用于协调所述一个或多个车辆(900)的维 修或维护；(b)一个或多个维修厂(1010)，所述一个或多个维修厂(1010)能操作成对所述一个或 多个车辆(900)进行维修或更换；其中，所述系统能操作成(c)使得每个车轮监测设备(1)均能监测其一个或多个相关车轮(10)的运行，并在所 述一个或多个相关车轮(10)出现问题或潜在问题时能够检测出；(d)使得每个车轮监测设备(1)均能将所述问题或潜在问题传输到所述控制中心 (1000)，用于所述控制中心(1000)识别出能够解决所述问题或潜在问题的一个或多个维 修厂(1010)；并且(e)使得所述控制中心(1000)能够将指令传输到其车轮监测设备(1)已经检测到问题 或潜在问题的所述一个或多个车辆(900)，并传输到用于解决所述问题或潜在问题的所述 识别出的一个或多个维修厂(1010)。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述系统在所述(e)中能操作成在要维护或维 修的所述一个或多个车辆(900)到达之前通知所述识别出的一个或多个维修厂(1010)，使 得所述识别出的一个或多个维修厂(1010)有机会对要维护或维修的所述一个或多个车辆 (900)的到来而进行准备。
27.根据权利要求25或26所述的系统，其中所述控制中心(1000)能操作成在不需 要所述一个或多个车辆(900)的一个或多个驾驶员(910)介入的情况下，在所述识别出的 一个或多个维修厂(1010)处自动地组织所述维护或维修。
28.根据权利要求25、26或27所述的系统，其中所述一个或多个车辆(900)上包括全 球定位感测设备(1020)，所述全球定位感测设备(1020)与所述车轮监测设备(1)通信联 接，用于使所述一个或多个车辆(900)能够将其位置传输到所述控制中心(1000)，使得所 述控制中心(1000)能操作成识别在地理位置上最合适地设置的用于保养所述一个或多个 车辆(900)的一个或多个维修厂(1010)。
29.一种操作包括一个或多个车辆(900)的系统的方法，其中每个车辆(900)均包括车 轮监测设备(1)，所述车轮监测设备(1)能操作成使用如权利要求1至18中的任一项所述 的方法，所述系统包括(a)控制中心(1000)，所述控制中心(1000)用于协调所述一个或多个车辆(900)的维 修或维护；(b)一个或多个维修厂(1010)，所述一个或多个维修厂(1010)能操作成对所述一个或多个车辆(900)进行维修或更换；其中，所述方法包括如下步骤(c)使得每个车轮监测设备(1)均能监测其一个或多个相关车轮(10)的运行，并在所 述一个或多个相关车轮(10)出现问题或潜在问题时能够检测出；(d)使得每个车轮监测设备(1)均能将所述问题或潜在问题传输到所述控制中心 (1000)，用于所述控制中心(1000)识别出能够解决所述问题或潜在问题的一个或多个维 修厂(1010)；并且(e)使得所述控制中心(1000)能够将指令传输到其车轮监测设备(1)已经检测到问题 或潜在问题的所述一个或多个车辆(900)，并传输到用于解决所述问题或潜在问题的所述 识别出的一个或多个维修厂(1010)。
30. 一种记录在数据载体上的软件产品，所述产品能在计算硬件上执行，用于执行如权 利要求1至18中的任一项所述的方法。
全文摘要
一种识别在车辆(900)中使用的设备(600，680，690，2200)的一个或多个模块(400)的位置的方法，所述设备(600，680，690，2200)用于监测所述车辆(900)的至少一个车轮(10)的运行，所述设备(600，680，690，2200)包括能操作地安装成与所述至少一个车轮(10)一起回转的一个或多个传感器模块(400)，所述一个或多个模块(400)能操作地与所述车辆(900)的处理装置(710，ECU 950)通信联接，所述一个或多个模块(400)能操作成感测所述车轮(10)的至少一个物理参数且产生用于所述处理装置(950)的至少一个对应的传感器信号，所述处理装置(710，ECU 950)能操作成处理所述至少一个传感器信号，以计算表征所述至少一个车轮(10)的运行的信息，其特征在于，所述方法包括如下步骤(a)与所述设备(680，690，2200)的一个或多个模块(400)通信，用于在所述设备(680，690，2200)的处理装置(950)处接收所述一个或多个模块(400)的识别代码(ID)，所述一个或多个模块(400)安装在所述车辆(900)的至少一个车轮(10)上；(b)使所述车辆(900)沿着由所述转向感测装置感测到的曲线轨迹行驶，并且记录所述车辆(900)的转向方向，同时记录由所述一个或多个模块(400)测量到的所述物理参数的时域记录以及所述一个或多个模块(400)的对应识别代码(ID)，所述物理参数与所述至少一个车轮(10)的一个或多个轮胎(30)相关；并且，(c)关于时间对所述转向方向和所述时域记录进行分析，以识别所述一个或多个模块(400)在所述车辆(900)的所述至少一个车轮(10)上位于何处，所述分析利用以下特性所述曲线轨迹外侧上的轮胎(30)与所述曲线轨迹内侧上的轮胎(30)相比在所述物理参数的所述时域记录中将具有不同的峰值；并且，对于车辆(900)的向前行驶方向而言，靠近所述车辆(900)的前部区域的轮胎(30)与靠近所述车辆(900)的后部区域的轮胎(30)相比先经历所述物理参数的时域记录的变化和/或所述物理参数的时域记录的变化率更高。
文档编号B60C23/04GK101878122SQ200780101743
公开日2010年11月3日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日
发明者佩尔·哈塞尔贝里, 埃里克·卡莱舍 申请人:沃尔沃拉斯特瓦格纳公司