专利名称：相对于旋转轴线的距离变化的检测的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及使用应答器的系统，该应答器为能够以非接触式或者无线的方 式与终端通信的(通常是可移动的)应答器。更具体而言，本发明涉及使用应答器用于检测围绕轴线旋转的对象上的点相对 于该轴线的距离变化的系统(对于圆形对象为半径的长度变化)。下面会在轮胎中压力故 障的检测的背景下更加具体地描述本发明。
背景技术：
越来越多的轮胎配备有压力传感器，以检测不良充气且提醒驾驶员、检测保养 服务等。应答器系统的出现已使得能够避免轮胎的轮毂与车辆之间的有线连接。压力传 感器于是与能够将信息传送至车辆(例如轮轴、挡泥板内侧等)所支撑的终端的应答器结 合。应答器通常为有源应答器，即与为其提供其操作所需功率的电池(通常为可充电的 电池)结合。传感器_应答器元件可以由轮毂或者由实际的轮胎支撑。可以有其它类型的传感器与轮胎中的应答器结合。例如可以有磨损传感器。与轮胎结合的元件包括关于特定的所检测的参量(压力、轮胎厚度、温度)的 传感器，转换成电信号的电路以及用于将信息传送至终端的应答器。此外，为检测若干 不同性质的参量(例如，压力和磨损)，需要两个传感器或者甚至两个完整的元件。由于成本明显，压力传感器通常由具有更长寿命的轮毂支撑。对于机动车辆， 这导致在临时更换轮毂(例如，对于备用车轮或者安装在其它轮毂上的雪地轮胎)的情况 下无法确保压力检测功能。
发明内容
期望具有用于检测轮胎压力故障的元件，相比有源应答器和压力传感器的结 合，该元件更简单或者更便宜。也期望具有用于检测轮胎的潜在问题的通用元件。也期望具有独立于轮胎轮毂的解决方案。也期望使用应答器的其他功能，例如用于轮胎识别的功能。更通常地，可能也期望具有用于检测围绕轴线旋转的对象上的点相对于该轴线 的距离变化的元件。为实现所有或者部分这些目的以及其它目的，本发明的至少一个实施例提供用 于检测围绕轴线旋转的对象上的至少一个点相对于该轴线的距离变化的方法，该方法利 用位于相对于该轴线的固定位置处且能够针对附接至该对象的至少一个谐振电路发射射 频场的终端，该方法包括在终端侧测量和记录代表终端的振荡电路与所述至少一个谐 振电路之间的耦合的参量的最大值；以及检测该周期性最大值的变化。根据本发明的实施例，谐振电路为能够将识别标记传送至终端的应答器的元件。根据本发明的实施例，在对象的初始状态下在终端侧测量和记录所述参量的参考值。根据本发明的实施例，在不存在对象的情况下在终端侧测量和记录所述参量的 空载值，基于该空载值与测量值的商相对于该空载值与参考值的商的变化执行所述检 测。根据本发明的实施例，调整终端的振荡电路的串联电阻，使得参考值对应于终 端与谐振电路之间的最佳耦合位置。根据本发明的实施例，选择串联电阻的值，使得空载值与参考值之间的比大致 等于2。根据本发明的实施例，所述参量为关于振荡电路中的电流或者关于其两端的电 压的数据。根据本发明的实施例，对象为安装在轮轴上的车轮的轮胎，且谐振电路在相对 于轮胎胎面的固定位置上附接至该轮胎。本发明的至少一个实施例也提供检测围绕轴线旋转的对象上的至少一个点相对 于该轴线的距离的系统，该系统利用位于相对于该轴线的固定位置处且能够朝向附接至 对象的谐振电路发射射频场的终端，该系统用于实现上述方法。根据本发明的实施例，该系统还包括用于检测旋转对象的停止或者启动的装 置，和/或用于检测旋转对象的停止位置的装置，和/或用于测量旋转对象的速度的装置。
在下文中的结合附图的具体实施例的非限制性描述中将详细地讨论本发明的上 述目的、特征以及优点。图1为车辆车轮的侧视图，示出用于检测轮胎缺陷的系统的实施例；图2为图1所示车轮的轴向截面图；图3非常示意性地示出可用在图1所示系统中的终端_应答器对的示例；图4为图3所示终端的简化的框图；图5为图3所示终端的简化的框图；图6示出根据标准化耦合的应答器的谐振电路两端的电压的变化。图7为在终端侧的调节电路的实施例的局部视图；图8为示出终端的初始化阶段的实施例的流程图；图9为示出用于检测压力缺陷的方法的实施例的流程图。
具体实施例方式在不同的附图中，为相同的元件指定相同的参考标记。为了清楚，仅示出和描 述有助于理解本发明的那些步骤和元件。特别地，未详细描述在应答器与终端之间的通 信中可能的数据交换，本发明与任何普通通信兼容。图1为车辆4的车轮8的非常简化的侧视图，示出用于检测轮胎缺陷的系统的实施例。图2为在图1所示车轮的轴线位置处的竖直截面图。车轮8包括安装在车辆4的轮轴41上的轮毂81以及安装在轮毂上的轮胎83。 包括至少一个谐振电路的电子元件2与轮胎83的胎面831结合。在更高级的实施例中， 元件2为电子标签(TAG)或者电磁应答器。车辆装备有射频传输终端1，且对于更高级的实施例，该终端1与应答器通信。 终端1由车辆的面对轮胎胎面831的支架(armature)支撑，例如如图所示，由连接至轮轴 41且隐藏在车体的挡泥板44的内侧的支架43支撑。该特征在图1和图2中由将轮轴41 连接至终端1的臂或者支撑部43的虚线示出。作为一变型，对于飞机类型的交通工具， 终端可由着陆齿轮连杆的端部支撑。终端1例如经由线缆连接5或者由射频连接而被连 接至数据处理系统，例如车辆的嵌入式计算机46。终端可经由嵌入式计算机46由车辆的 电池供电。优选地，所有车轮配备有元件2且与终端1结合。元件2例如附接至胎面831的内表面，如图所示，或嵌入在胎面中。使用置于胎 面的内表面上的元件使得可以不需要改变轮胎83的制造或者使得能够装备现有的轮胎。 作为一变型，元件2置于轮胎内侧(例如在轮毂81上)，位于使得元件2对于轮胎每转动 一圈时经过终端1前面(或者至少在其范围内)的位置。终端1和元件2相对定位成使得轮胎厚度的变化(由于磨损、过度充气或者放气 引起)转化为元件2与终端1的间隔距离的改变。相对于对应正确充气的未磨损轮胎的 参考距离的该距离改变于是由能够触发警报或者任何其它合适动作的终端检测出。下面将更加具体地述及应答器，但是与终端的通信除外，该操作与由简单的谐 振电路形成的元件2相同。图3非常示意性地示出图1和图2所示的终端-应答器系统的实施例。终端1包括由电感器Ll与电容器Cl、电阻器Rl串联形成的串联振荡电路。该 串联振荡电路由设备11控制，该设备11包括但不限于放大器或者天线耦合器以及特别是 设有调制器/解调器并设有控制和数据处理电路(通常为微处理器)的传输控制和运行电 路。设备11通常与不同的输入/输出电路(与车辆的嵌入式计算机46交互的元件)和 /或处理电路(未示出)通信。能够与终端1协作的元件2包括振荡电路，该振荡电路例如是并联的，由两个端 子22和23之间并联的电感器L2与电容器C2形成。在简化的实施例中，该元件限于可 以与电阻器(未示出)结合的这两个元件。在所示的实施例中，该元件是能够例如通过 传递标识符或者其它数据而响应来自终端的询问的应答器。端子22和23于是为控制和 处理电路21的输入端子。应答器2也可以包括能够为其不同的元件供电的电池24。实际中，端子22和23连接至整流元件(未在图3中示出)的输入，该整流单元 的输出形成应答器内部的电路的电源端子。这些电路通常包括存储器和用于将数据传送 至终端的调制解。根据应答器类型(根据应用以及要执行的任务)，这些电路也可包括可 从终端接收的信号的解调器、微处理器以及各种其它处理电路。终端和应答器的振荡电路通常被调谐至与终端的震荡电路的激励信号的频率对 应的相同频率。该高频信号(例如，13.56MHz)不仅用作用于将数据从终端传送至应答 器的载波，而且用作用于位于终端的场中的应答器的远程供电载波。当应答器2在终端1的场中时，在应答器的谐振电路的端子21和23之间产生高频电压。该电压用于提供应 答器的电子电路21的供电电压。该电压也可用于为电池或者应答器的其它功率储存元件 24充电，当应答器不在终端的范围内时，电池或者应答器的其它功率储存元件24为电路供电。已经提出了执行对与应答器和终端之间的耦合有关的参量的测量以估算应答器 与终端分隔的距离。在美国专利6,473,028 (B4231)中描述了通过应答器估计距离的技术 的示例。在美国专利6,650,226 (B4262)中描述了通过终端估计距离的技术的示例。这样 的距离估计通常用于优化功率输送或者两个元件之间的通信。图4示出终端1的实施例的框图。如上文所示，终端1包括由电感器或者天线 Ll与电容元件Cl、电阻元件Rl串联形成的振荡电路。在图4所示的示例中，这些元件 连接在放大器或者天线耦合器14的输出端12与参考电压(通常为地)处的端子13之间。 用于测量振荡电路中的电流的元件15例如插入在电容元件Cl与地13之间。测量元件15 属于将在下文中描述的相位调节回路。放大器14接收源自调制器16 (MOD)的高频传输 信号E，该调制器例如从石英振荡器(未示出)接收参考频率(信号OSC)。若需要，调 制器16接收待传送的数据的信号Tx，且在与终端之间没有数据传输的情况下，提供能够 驱动应答器的谐振电路的高频载波(例如，13.56MHz)。电容元件Cl为可由信号CTRL 控制的可变电容元件。相对于参考信号执行天线Ll中的电流的相位调节。该调节为高 频信号调节，即，在不存在待传送的数据的情况下对与信号E对应的载波信号的调节。 通过改变终端的振荡电路的电容Cl执行该调节，以保持天线中的电流与参考信号的恒定 相位关系。该参考信号例如对应于由振荡器提供至调制器的信号OSC。信号CTRL由 电路17 (COMP)产生，该电路17具有检测相对于参考信号的相位差的功能和相应地改变 元件Cl的电容的功能。通过测量元件15，相位测量例如通过测量振荡电路中的电流I执 行。在所示的示例中，变流器包括在元件Cl与地端子13之间的初级绕组151，以及 次级绕组152，次级绕组152具有直接接地的第一端子且其另一端子提供表示测量结果的 信号MES。电流至电压转换电阻器153与次级绕组152并联连接。测量结果MES被发 送至比较器17，该比较器17借助于信号CTRL相应地控制电容元件Cl。在图4所示的实施例中，比较器17使用与用于解调源自应答器且可能由振荡电 路接收的信号的相位解调器相同的相位解调器(未示出)。相应地，比较器17提供信号 Rx,向由框18表示的终端的电子电路的其余部分回馈从应答器接收的数据的可能逆向调 制(retromodualtion)。相位调节回路的响应时间被选择为足够长，以避免干扰源自应答器的可能的逆 向调制，而与应答器穿过终端的场的速度相比足够短。可提到的是相对于调制频率(例 如，远程供电载波的频率13.56MHz以及用于将数据从应答器传送至终端的逆向调制频率 847.5kHz)的静态调节。作为图4所示的变流器的变型，可使用其它电流测量元件(例如，电阻器)。在文献EP-A-O 857 981中描述了相位调节终端的示例。图5示出应答器2的实施例。整流元件25 (例如全波整流桥)被连接在振荡电路 (并联的电感器或者天线L2与电容元件C2)的端子22与端子23之间。桥25的整流后 的输出由平滑电容元件C25连接且为电路26 (ALIM)提供电压V25用于管理应答器电源。电路26为用框27表示的其它应答器电路提供其操作所需的功率。在图3中，元件25、 C25、26和27包括框21内。在图5中，认为应答器仅在被远程供电(没有电池)时操 作。电路27对谐振电路的端子22与端子23之间的数据进行采样，以在整流之前解调从 终端接收的可能数据。若应答器需要将数据传送至终端，则电路27包括能够调制由应答 器在终端所产生的场上形成的负载的所谓的逆向调制电容和/或电阻元件。在终端侧， 该负载变化转化为其震荡电路的电流或者电压的改变(假设放大器或者天线耦合器能够 提供恒定的电流)。由变流器(15，图4)或者其他测量元件测量的电流或者电压(例如， 测量电容元件Cl两端的电压)的该变化使得终端能够对从应答器接收的数据解码。在重 要的仅为应答器检测的简化形式中，可以省略解调和逆向调制电路。在终端侧调节相位，使得能够利用在终端振荡电路中的电流和电压测量，以当 应答器在终端的场中时得出与应答器(或者简化实施例中的简单谐振电路)的耦合相关的 fn息ο与耦合相关的数据反应两个元件之间的距离变化。这使得能够检测轮胎厚度的 变化，以及由此检测充气或者磨损问题。充气问题与磨损问题之间的区分可以通过考虑 厚度变化所用的时间由计算机系统(终端或者嵌入式计算机)执行。这些数据特别地将应答器与终端之间的耦合、也就是终端1的振荡电路与元件2 的振荡电路之间的耦合系数考虑在内。该耦合系数实质上取决于应答器与终端间隔的距 离。应答器的振荡电路与终端的振荡电路之间的称为k的耦合系数在0至1的范围内。 该系数可以由下述公式定义k = f(公式 1 )(公式 1)
VL1L2其中，M表示终端的和应答器的振荡电路的电感器Ll与L2之间的互感。与可由与应答器成不同操作配置的终端测量的电参量有关的不同关系用于周期 性地确定应答器与终端之间的距离变化。更具体而言，对于每圈(或者每η圈)检测应 答器与终端之间的最小距离变化。在终端侧可用的数据为在终端的串联振荡电路中的电流I。该电流通过下述关系 与驱动振荡电路的所谓发电机电压(称为Vg)以及振荡电路的表观阻抗Zlapp有关
权利要求
1.一种用于检测围绕轴线旋转的对象上的至少一个点相对于该轴线的距离变化的方 法，该方法利用位于相对于该轴线(41)的固定位置处且能够针对附接至所述对象的至少 一个谐振电路(L2，C2)发射射频场的终端(1)，包括步骤在终端侧测量和记录代表所述终端的振荡电路(Li，Cl)与所述至少一个谐振电路之 间的耦合的参量的最大值；以及检测该周期性最大值的变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个谐振电路为能够将识别标志传输 至所述终端的应答器元件。
3.根据权利要求1或者2所述的方法，其中，在所述终端侧，在所述对象的初始条件 下测量和记录所述参量的参考值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述终端侧，在不存在所述对象情况下测量 和记录所述参量的空载值，基于该空载值与测量值的商相对于该空载值与所述参考值的 商的变化实现所述检测。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，调节所述终端的振荡电路的串联电阻(Rl)， 使得所述参考值对应于所述终端与所述谐振电路之间的最佳耦合位置。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，选择所述串联电阻(Rl)的值使得所述空载值 与所述参考值之间的比大致等于2。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述参量为关于所述振荡电路中 的电流或者关于所述振荡电路两端的电压的数据。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述对象为组装在轮轴(41)的 车轮(3)的轮胎(83)，且所述谐振电路(L2，C2)在相对于轮胎胎面的固定位置上附接至 所述轮胎。
9.一种用于检测围绕轴线旋转的对象上的至少一个点相对于该轴线的距离的系统， 该系统利用位于相对于所述轴线(41)的固定位置处且能够针对附接至所述对象的谐振电 路(L2，C2)发射射频场的终端(1)，用于实现根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
10.根据权利要求9所述的系统，还包括用于检测所述旋转对象的停止或者启动的装置。
11.根据权利要求10所述的系统，包括用于检测所述旋转对象的停止位置的装置。
12.根据权利要求10所述的系统，包括用于测量所述旋转对象的速度的装置。
13.一种用于车辆的轮胎，用于根据权利要求9至12中任一项所述的系统。
14.一种用于车辆的终端，用于根据权利要求9至12中任一项所述的系统。
全文摘要
本发明涉及用于检测围绕轴线旋转的对象上的至少一个点相对于该轴线的距离变化的方法，该方法利用位于相对于所述轴线(41)静止的位置处且能够针对附接至所述对象的至少一个谐振电路(2)发射射频场的终端(1)。所述方法包括步骤在所述终端侧测量和记录代表所述终端的振荡电路与所述至少一个谐振电路之间的耦合的参量的最大值；以及检测所述周期性最大值的变化。
文档编号G01P3/44GK102016602SQ200980115300
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月28日 优先权日2008年4月30日
发明者路克·伍达克 申请人:意法半导体(鲁塞)公司