专利名称：轮胎状态检测系统和方法
技术领域：
本发明涉及轮胎状态检测系统和方法，其使用发射器和接收器以便检测轮胎的气压，其中所述发射器安装在具有轮胎的车轮内。所述发射器包括传感单元，发射所述传感单元输出的检测信号。所述接收器安装在车轮的底盘内，接收来自所述发射器的所述检测信号。
背景技术：
在传统的轮胎气压检测系统中，轮胎气压检测系统具有发射器，其安装在具有轮胎的车轮内，具有传感单元例如压力传感器。所述系统还具有接收器，其具有天线，安装在车轮的底盘内。当所述发射器发射包括从所述传感单元接收的检测信号的无线电波，所述接收器通过所述天线接收所述波。因而，所述轮胎的气压在底盘侧被监视。
所述发射器在间隔内发射包括所述检测信号的波，以便延长车轮内所述发射器的电池寿命。因而，检测系统被设计为降低电能消耗。而且，所述检测系统被设计为当异常事件发生时与通常间隔相比缩短所述间隔。异常事件可以是过度的压力降低、快速减压和过度温度增加。另外，当车辆不移动时，所述系统延长所述间隔以便降低电池的消耗，当其移动时缩短所述间隔。
因而，所述系统通过改变依赖于所述状况的检测信号发射间隔降低能量消耗(JP3428466)。
尽管所述轮胎系统在异常事件中与通常间隔相比缩短所述间隔，但是它仍可能不能完成传感异常事件，例如轮胎爆裂，其持续时间短于所述通常间隔。如果所述系统被设计为经常在与所述通常间隔相比更短的间隔内发射所述检测信号，以便传感这种紧急异常事件，则它将大量消耗其电池能量，所述电池的寿命将显示减少。
在JP H08-172675A中提出无电池的发射器，其通过用于充电的无线电波(此后称为充电波)接收能量供应，在它里面不需要电池。
因为无电池的发射器免除了电池耗尽，它能经常在最短的间隔内获得压力，传感紧急异常事件。
但是，当所述发射器通过来自所述底盘侧的所述充电波接收电能时，所述充电波可能堵塞邻近车辆中的无线通信。从另一个方面，包括来自所述发射器的检测信号的无线电波可能被来自另一个车辆的充电波阻塞，所述检测信号的接收比率可能被降低。
发明内容
本发明解决上述问题。因而本发明的目的是改进使用无电池的发射器的轮胎状态检测系统和方法。
本发明的轮胎状态检测系统和方法具有发射器和接收器。所述发射器安装在车辆的车轮内，所述接收器安装在车辆的底盘内。所述接收器具有存储器，根据来自所述发射器的检测信号将所述轮胎的状态存储在存储器中。接着，所述接收器根据早先存储的状态的变化，确定向所述发射器发射充电波的发射正时之间的间隔。
因而，依赖于状态的变化，所述发射正时以及因此的下次发射正时之间的间隔被改变。因而，所述轮胎状态检测系统能缩短与处于紧急状况的车轮有关的检测信号的发射正时的间隔，在所述紧急状况下必须在短的间隔内获得其轮胎状态。
本发明及其另外的目的、特征和优势从下面的说明书、附加的权利要求书及附图中得到最好地理解，在附图中图1显示本发明实施例中轮胎气压检测系统的方框图；图2A显示实施例中发射器的方框图；图2B显示实施例中接收器的方框图；图3显示实施例中发射正时确定的流程图；以及图4显示实施例中发射器操作的正时图。
具体实施例方式
如图1所示，轮胎气压检测系统作为轮胎状态检测系统安装在车辆1中。该系统具有发射器2、接收器3和警告单元4。
发射器2安装在车辆1的车轮5a-5d中。每个发射器2与相应于车轮5a-5d的轮盘中的空气喷射阈连接。发射器2检测相应于车轮5a-5d的轮胎的充气气压，将检测到的压力一起放入响应帧，并发射该响应帧。接收器3安装在车辆1的底盘6中，向发射器2发射用于充电的电波(此后称为充电波)。而且，接收器3从发射器2接收响应帧，利用响应帧中的检测压力执行各种处理过程和计算，以便监视轮胎的气压。
每个发射器2通过来自接收器3的充电波充电，由充电的能量驱动。特别是，如图2A所示，每个发射器2具有传感单元21、充电单元22、中央单元23和天线24。发射器2一旦通过天线24接收到充电波就开始工作，将所述波转换为电能，并将所述电能存储在充电单元22中。充电中的这种转发方法已广为人知。
每当接收到充电波，充电单元22就存储通过天线24接收的充电波中的电能，并将所述电能供应给传感单元21和中央单元23。
传感单元21暴露在相应轮胎的内部空间。传感单元21包括例如隔膜式压力传感器，每当它接收到来自充电单元22的电能，就输出指示轮胎气压的检测信号。
中央单元23具有控制器23a和无线波单元23b。控制器23a具有CPU、ROM、RAM以及输入/输出。每当它接收到来自充电单元22的电能，CPU就根据存储在ROM中的程序执行预定的处理过程。
特别是，每当控制器23a接收到来自传感单元21的检测信号，控制器23a就处理所述信号，将得到的压力和车轮ID放入响应帧。车轮ID是标识符，以便区别每个车轮与其它车轮。接着控制器23a通过无线波单元23b将响应帧作为已处理的检测信号发射给接收器3。
当充电波的发射停止时或者当充电单元22存储足够的能量以发射响应帧时，根据所述程序执行用于将所述帧发射给接收器3的过程。例如，控制器23a监视来自接收器3的充电波，一旦传感到被监视信号的下边缘外形时，就执行用于发射所述帧的过程，所述下边缘外形当充电波的发射停止时出现。下边缘是接收器告知发射器发射正时的通知。
无线波单元23b不仅接收充电波，将它们输出给充电单元22和控制器23a，而且将控制器23a接收的响应帧发射给接收器3。
因而，发射器2检测相应轮胎的气压，循环地通过相应的天线24发射响应帧。
接收器3调整充电正时，使发射器2在正时时刻充电，以致发射器2在确定的正时时刻发射响应帧。另外，接收器3基于发射器在正时时刻发射的响应帧监视轮胎的气压。
天线31的数量与轮胎的数量一致，也就是与发射器2的数量一致。每个天线31以一一对应的方式位于与发射器2之一相关的位置处。例如，每个天线31固定在相应发射器2的预定距离处。天线31是双向天线，其发射充电波，接收响应帧。但是，天线31可具有分别致力于发射的天线和致力于接收的天线。
如图2所示，中央单元32具有无线波单元32a，控制器32b以及具有非易失性EEPROM的存储器32c。控制器32b具有CPU、ROM、RAM、输入/输出以及计数器。CPU根据存储在ROM中的程序执行预定的处理过程。
无线波单元32a在控制器32b的控制下通过天线31输出充电波，接收来自发射器2的响应帧，将所述帧发送给控制器32b。
控制器32b基于下述的发射正时确定过程，确定发射器2发射响应帧的发射正时，并发射充电波，以致每个充电单元22在响应帧的发射正时时刻完成收集电能。如果发射器2被设计为发射由充电波发射终结触发的帧，则控制器32b在所述帧发射正时的同时停止发射充电波。另外，控制器32b接收来自无线波单元32a的响应帧，并根据存储在所述帧中的车轮ID在车轮5a-5d中指定车轮，其中相应的发射器2发射已接收的帧。
另外，控制器32b根据接收到的帧中的检测压力执行各种信号处理和计算，以便监视车轮5a-5d的轮胎气压，将依赖于获得的压力的电信号输出给警告单元4，因而指示轮胎压力的异常。
特别是，控制器32b作出关于轮胎气压是否低于预定阈值的决定。基于“是”的决定(低压)，它向警告单元4输出指示轮胎气压降低的信号。
而且，控制器32b向其它ECU 7发送各种轮胎气压，所述其它ECU通过车辆内LAN例CAN执行其它车辆控制。ECU 7可包括制动ECU、发动机ECU以及类似物，起到车辆控制器的作用。另外，控制器32b可接收来自ECU 7请求轮胎气压的信号，基于该接收将所述压力返回给ECU7。因而，ECU 7能基于接收的来自控制器32b的压力执行车辆控制，例如制动控制和发动机控制。因此，车辆控制装置由轮胎气压检测系统、ECU 7、由ECU 7驱动的执行器等等构成。来阐述的执行器可以是制动装置或者发动机控制机构。接着车辆控制装置依赖于轮胎气压检测系统检测到的轮胎气压执行制动控制和发动机控制。
存储器32c存储控制器32b的各种计算结果以及检测的轮胎气压，将它们中的每一个与车轮5a-5d中的一个相关联。
警告单元4位于驾驶员可以看见的位置，具有警告灯、警告显示器、警告蜂鸣器中的至少一个，其中的每一个都位于车辆1的仪表板上。当警告单元4从接收器3的控制器32b接收到指示轮胎气压降低的信号时，它相应地发出警告信息以便通知驾驶员这种降低。
接下来，将描述如上所述结构的轮胎气压检测系统的工作。
首先，正好在发射器2发射响应帧的发射正时之前，接收器3通过相应的天线31向每个发射器2发射充电波。充电波的发射正时(此后称为充电正时)通过执行后述的发射正时设置过程确定。
相应的发射器2接收充电波，充电单元22存储电能。当充电单元22存储足够的电能时，中央单元23将传感单元21的压力检测结果放入响应帧，将得到的帧发射给接收器3。当它的电容器电压达到预定充电电压时，充电单元22可认为已经存储了足够的电能。
当接收器3接收来自发射器2的响应帧时，控制器32b根据接收的帧内的检测结果中的ID指定发射器2中的一个，其发射已接收的帧。接着控制器32b将计算得到的压力存储到存储器32c。而且，控制器32b作出关于计算得到的压力是否低于预定阈值的决定。基于“是”的决定，向警告单元4输出指示压力过度降低的信号。
而且，每当它获得压力，或者每当它接收来自ECU 7请求压力的信号，控制器32b就向ECU 7发送轮胎气压。因而，ECU 7能根据轮胎气压执行最适当的制动控制或发动机控制。
接下来，将详细描述发射正时确定过程。正好在发射器2之一发射响应帧的每个发射正时(此后称为帧发射正时)之后，控制器32b基于先前帧发射正时处的轮胎气压执行所述过程。
参见图3和图4描述确定帧发射正时的方法。在图4中，响应帧的发射正时以圆点显示。
在步骤100处，控制器32b获得现在的轮胎气压a1。现在的轮胎气压是控制器32b获得的最新轮胎气压。
随后在步骤110处，控制器32b计算先前的轮胎气压a0与现在的轮胎气压a1之间的差值ΔPa的绝对值(也就是，ΔPa＝|a1-a0|)。先前的轮胎气压a0是控制器32b在先前帧发射正时处获得的轮胎气压，也就是说，正好在正时确定过程的先前执行的正时之前。
随后在步骤120处，控制器32b作出关于计算得到的绝对值ΔPa是否小于第一阈值ΔP1的决定。第一阈值ΔP1是关于差值ΔPa是否小到足够得出结论轮胎气压几乎没有变化的参考值。因而，如果差值ΔPa小于第一阈值ΔP1，则值ΔPa指示没有异常或者紧急状况。
因而，如果决定是“是”，控制器32b在步骤130处确定下面的帧发送正时，以致现在的发送正时和下次发送正时之间的间隔成为预定的最大间隔Tmax(参见图4中t0和t1之间的时段)。
如果在步骤120处的决定为“否”，则控制器32b在步骤140处作出关于计算得到的绝对值ΔPa是否大于第二阈值ΔP2的决定。第二阈值ΔP2是大于ΔP1的参考值，设置用于确定差值ΔPa是否大到足够得出结论轮胎气压剧烈变化，必须在更短的间隔内，也就是更频繁地获得相应车轮的轮胎气压。此处，相应车轮是具有已经发射已接收的响应帧的发射器2之一的车轮5a-5d之一。因而，如果差值ΔPa大于第二阈值ΔP2，则存在紧急或异常状况。
因而，如果步骤140处的决定为“是”，控制器32b在步骤150处确定下次帧发送正时，以致前次帧发送正时与下次帧发送正时之间的间隔成为预定的最小间隔Tmin。最小间隔可确定为这样的间隔在该间隔处轮胎气压检测系统尽可能快地执行发射。另一方面，最小间隔可确定为这样的间隔其短到足够很好的响应于紧急状况(参见图4中t2和t3之间的时段)。
如果步骤140处的决定为“否”，可得出结论计算得到的绝对值ΔPa指示轮胎气压既不存在没有效果的变化，也不存在紧急的状况。在这种情况下，保持不等式ΔP1＜ΔPa＜ΔP2。在这种情况下，控制器32b在步骤160处执行间隔计算过程，以便调整前次帧发送正时与下次发送正时之间的间隔。
在步骤160的执行间隔计算过程中，间隔可通过下面的方程式计算。
Ta＝Tmin+(Tmax-Tmin)×|ΔP2-ΔPa|/|ΔP2-ΔP1|方程式给出中间间隔Ta，其依赖于计算得到的绝对值ΔPa，位于最大间隔Tmax和最小间隔Tmin之间(参见图4中t1和t2之间的时段)。
在确定间隔之后，控制器32b依赖于确定的间隔指定下次帧发送正时。接着控制器32b发射充电波以致发射器2在指定的正时发射下次响应帧。
随后，控制器32b在步骤170处将现在的轮胎气压a1存储到存储器32c，结束间隔计算过程。
如上所述，实施例的轮胎气压检测系统循环地基于先前的轮胎气压a0和现在的轮胎气压a1计算下次帧发送正时，接着计算绝对值ΔPa。下次帧发送正时每次都被计算。
轮胎气压检测系统因而能指定处于紧急状况的至少一个车轮5a-5d，在紧急状况下必须在短间隔内获得其轮胎气压，仅仅缩短该车轮帧发送正时之间的间隔。
因而，在接收器3通过充电波向发射器2供应电能的情况下，除非必要接收器3并不发射充电波。这降低了接收器3在其它车辆中堵塞无线通信的可能性。此外，这也降低了来自发射器2的响应帧的接收因来自另一个车辆的充电波而堵塞的可能性，以及接收比率减小的可能性。
接收器3可被设计为在不同的正时接收来自4个车轮的气压检测信号。在这种情况下，仅仅缩短处于紧急状况的车轮的帧发送正时之间的间隔。因而，并不需要花费太多的时间来处理来自未处于紧急状况的其它车轮的轮胎气压的检测信号。因而，接收器3能处理来自处于紧急状况的车轮的检测信号，没有长延迟地更新有关车轮轮胎气压的数据。
结果，轮胎气压检测系统能在帧发送正时之中确定合适的间隔。
而且，轮胎气压检测系统在短间隔内获得有关来自处于紧急状况的车轮的轮胎气压的数据。因而，控制器32b能在短间隔内向其它ECU7发送获得的数据。
因而，ECU 7能对紧急异常敏感地执行制动控制或发动机控制，例如引起轮胎爆裂的有影响的变化，其要求最新的信息。例如，在车辆的姿态控制中，例如ABS控制和防侧滑控制，轮胎气压检测系统能根据轮胎气压通过调整滑移率执行合适的控制。
(修改)本发明应不局限于上述讨论和图中所示的实施例，而是在不脱离本发明实质的情况下以各种方式被实现。例如，车轮5a-5d的帧发送正时可被独立确定。在这种情况下，相应于不同车轮的两个帧发送正时可能彼此冲突。为了避免该冲突，轮胎气压检测系统可在发射中对具有最低轮胎气压的车轮给予优先权。但是，优选的是对具有高的压力变化绝对值ΔPa的车轮给予优先权。
因为存在这样的情况其中车轮5a-5d在事件的普通过程中失去它们的轮胎气压，所以轮胎气压的低值并不总是指示紧急事件。因而，如果轮胎气压检测系统对具有最高绝对值的差值ΔPa的车轮给予优先权，它能够执行与紧急事件密切相关的轮胎气压检测。
另外，步骤160的间隔计算过程能通过使用Ta＝T0×ΔP2/ΔPa代替实施例中的方程式来执行，其中T0是现在和前次帧发送正时之间的间隔。在这种情况下，如果计算得到的间隔长于Tmax，则计算得到的值可由Tmax代替。而且，如果计算得到的间隔短于Tmin，则计算得到的值可由Tmin代替。
通过使用该方程式，下一次的发送正时成为如下的正时在该正时轮胎气压被估计由值ΔP2改变。所述估计基于根据先前的轮胎气压a0和现在的轮胎气压a1的线性外推。
但是，所述估计可基于根据现在正时的和过去若干N次正时的轮胎气压的外推。在这种情况下，外推可以是较高的阶(例如第2阶、第3阶、第10阶)例如)拉格朗日插值。通过使用较高阶的外推，轮胎气压检测系统可在更加合适的正时检测轮胎气压。
另外，除了轮胎气压之外的任何其它状态可用于确定帧发送正时。例如，轮胎气压检测系统可根据来自包含在相应的传感单元21中的温度传感器的检测信号指定轮胎空气温度的变化，确定帧发送正时，以致当指定的温度变化变大时，正时之间的间隔变短。而且如果轮胎气压检测系统根据轮胎气压和轮胎空气温度确定间隔时，它可能确定更合适的帧发送正时。
另外，轮胎状态检测系统可根据来自包含在相应的传感单元21中的振动传感器的检测信号指定轮胎振动频率的变化，确定帧发送正时，以致当指定的频率变化变大时，正时之间的间隔变短。
因而，这是充分的，如果轮胎气压检测系统根据来自包含在相应的传感单元21中的相应传感器的检测信号指定轮胎状态的变化，确定帧发送正时，以致当指定的变化变大时，正时之间的间隔变短。
另外，天线31可由所有的发射器2共同使用的天线代替。
另外，控制器23a可存储从传感单元21接收的轮胎状态，使无线波单元23b发射在现在的时刻和上次的时刻接收的轮胎状态之间的变化。接着，控制器32b可通过无线波单元32a接收该变化，根据该变化确定现在的发射正时和下次发射正时之间的间隔。
控制器23a也可存储从传感单元21接收的轮胎状态，计算在现在的时刻和上次的时刻接收的轮胎状态之间的变化，根据该变化确定现在的发射正时和下次发射正时之间的间隔，正如上述实施例的控制器32a所做的。接着控制器23a使无线波单元23b发射该间隔，控制器32b可接收该间隔，根据该变化确定该间隔为现在的发射正时和下次发射正时之间的间隔。
权利要求
1.一种用于车辆的轮胎状态检测系统，包括发射器(2)，其安装在具有轮胎的车轮(5a-5d)中，所述发射器(2)包括传感单元(21)，其用于循环地输出与所述轮胎状态有关的检测信号；第一无线波单元(23b，24)，其用于接收用于充电的电波；以及充电单元(22)，其用于存储和供应已接收的电波的电能；其中所述第一无线波单元(23b，24)通过电能供应发射所述检测信号；以及接收器(3)，其安装在车辆的底盘中，包括存储器(32c)；第二无线波单元(32a)，其用于接收来自所述发射器(2)的检测信号，发射所述电波；以及底盘侧控制器(32b)，其用于根据已接收的检测信号确定所述轮胎的状态，其中底盘侧控制器(32b)还用于根据已接收的检测信号将相应于所述发射器(2)的所述轮胎状态存储到所述存储器(32c)；指定存储在所述存储器(32c)内的状态变化；根据所述指定变化确定发射正时之间的间隔，在所述间隔内所述第二无线波单元(32a)向所述发射器(2)发射所述电波；以及使所述第二无线波单元(32a)在确定的间隔内向所述发射器(2)发射用于充电的所述电波。
2.如权利要求1所述的轮胎状态检测系统，其特征在于，所述底盘侧控制器(32b)计算的变化是在前次发射正时和现在发射正时存储的状态之间的变化，如果所述计算得到的变化小于第一阈值，则由所述底盘侧控制器(32b)确定的间隔成为其最大值(Tmax)。
3.如权利要求1或2所述的轮胎状态检测系统，其特征在于，如果所述计算得到的变化大于第二阈值，则由所述底盘侧控制器(32b)确定的间隔成为其最小值(Tmin)，所述第二阈值大于所述第一阈值。
4.如权利要求3所述的轮胎状态检测系统，其特征在于，如果所述计算得到的变化大于所述第一阀值且小于所述第二阈值，则所述底盘侧控制器(32b)确定的间隔成为在所述最小值(Tmin)和所述最大值(Tmax)之间的中间值。
5.如权利要求1或2所述的轮胎状态检测系统，其特征在于，所述底盘侧控制器(32b)通过根据过去的发射正时中已存储状态的较高阶而不是一阶的外推，估计轮胎状态的随后变化，基于所述随后变化确定现在的发射正时和下次发射正时之间的间隔。
6.如权利要求1或2所述的轮胎状态检测系统，其特征在于，所述底盘侧控制器(32b)将与轮胎气压有关的状态存储在存储器(32c)中，指定轮胎气压的变化，根据所述指定变化确定所述间隔。
7.如权利要求1或2所述的轮胎状态检测系统，其特征在于，所述底盘侧控制器(32b)将与轮胎空气温度有关的状态存储在存储器(32c)中，指定轮胎空气温度的变化，根据所述指定变化确定所述间隔。
8.如权利要求1或2所述的轮胎状态检测系统，其特征在于，所述底盘侧控制器(32b)将与轮胎振动频率有关的状态存储在存储器(32c)中，指定轮胎振动频率的变化，根据所述指定变化确定所述间隔。
9.如权利要求1或2所述的轮胎状态检测系统，其特征在于，所述底盘侧控制器(32b)确定所述间隔，以致如果所述指定变化变大，所述间隔就延长。
10.如权利要求1或2所述的轮胎状态检测系统，还包括控制单元(7)，其接收来自所述接收器(3)的轮胎状态，根据所述状态执行制动控制和发动机控制中的至少一个。
11.如权利要求1或2所述的轮胎状态检测系统，其特征在于所述底盘侧控制器(32b)还用于使所述第二无线波单元(32a)通过依赖于所述确定间隔的所述无线波单元(23b，24)通知所述发射器(2)发射正时；以及所述无线波单元(23b，24)在通知的正时发射所述检测信号。
12.一种用于检测车辆轮胎状态的方法，所述方法包括以下步骤循环地从安装在车辆底盘中的底盘侧装置(3)向安装在车轮中的轮侧装置(2)发射用于充电的电波；由所述轮侧装置(2)循环地检测车轮轮胎的状态(ΔPa)；通过所述电波中发射的电能从所述轮侧装置(2)向所述底盘侧装置(3)发射与所述检测状态(ΔPa)有关的信号；以及根据与所述检测状态(ΔPa)有关的所述信号，确定发射电波的步骤的下次正时。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于所述检测状态是轮胎中预定参数的变化(ΔPa)；以及当所述变化较小时，所述下次正时被更多地延迟。
全文摘要
一种具有无电池的发射器(3)的轮胎状态检测系统，根据在前次发射正时和现在的发射正时存储的轮胎状态之间的变化(ΔPa)，确定供应给所述发射器(3)的用于充电的电波的发射正时之间的间隔。特别是，如果所述计算得到的变化(ΔPa)小于第一阈值(ΔP1)，则将现在的发射正时和下次发射正时之间的间隔设置为预定的最大间隔(Tmax)，如果所述变化大于第二阈值(ΔP2)，则将所述间隔设置为预定最小间隔(Tmin)，如果所述变化大于所述第一阈值(ΔP1)且小于所述第二阈值(ΔP2)，则将间隔设置为中间间隔(Ta)。
文档编号B60C23/02GK1743823SQ20051009968
公开日2006年3月8日 申请日期2005年9月2日 优先权日2004年9月3日
发明者渡部宣哉 申请人:株式会社电装