专利名称：车轮电子单元、车辆车轮和车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车轮电子单元、车辆车轮(Fahrzeugrad)和车辆。
背景技术：
车辆车轮的轮胎压力由于不同的原因(例如车轮的环境压力、温度、车轮的老化等)而遭受确定的改变。在本上下文中已发觉，错误调节的轮胎压力是道路交通中的事故的主要因素。由于车辆安全性和可靠性是汽车领域中的中心因素，所以单是出于安全技术的原因就必须定期检验轮胎压力。但是研究已表明，仅仅少数车辆驾驶员定期检查轮胎压力。现代汽车尤其是出于这些原因而具有轮胎信息设备。该轮胎信息设备具有安装在车辆车轮中的车轮电子单元，所述车轮电子单元测量不同测量量(例如轮胎压力、轮胎温度、车轮负荷等等)的车轮特定的测量值并且将由此导出的信息发送给车辆侧的接收装置。 车轮电子单元也可以被用于车轮定位。
发明内容
现在，本发明所基于的任务是提供一种改进的车轮电子单元。根据本发明，该任务借助具有权利要求1的特征的车轮电子单元和/或借助具有权利要求14的特征的车辆车轮和/或借助具有权利要求15的特征的车辆来解决。因此设置了一种用于轮胎信息设备的车轮电子单元，其在安装好的状态下被布置在车辆的车辆车轮中，所述车轮电子单元包含第一传感器，所述第一传感器被设计来记录具有至少一个车轮特定的第一参数的测量信号；以及分析装置，所述分析装置被设计来根据测量信号确定车轮在测量时刻的当前旋转位置。设置了一种车辆车轮、尤其是用于装备有轮胎信息设备的车辆的车辆车轮，所述车辆车轮具有轮缘和轮胎，其中车辆车轮此外还具有至少一个被布置在车辆车轮中或者在车辆车轮上的根据本发明的车轮电子单元。设置了一种具有多个车轮和具有轮胎信息设备的车辆、尤其是载客汽车，其中至少一个车轮装备有根据本发明的车轮电子单元。本发明所基于的思想在于，在如可应用在轮胎信息设备中或者应用于轮胎信息设备的车轮电子单元中，提供用于确定车轮特定的参数的传感器。在车轮电子单元中的这种本身公知的传感器通常被用于将来自所测量的车轮特定的参数的信息通过发送装置发送给车辆侧的接收装置。在本发明中，由传感器所测量的车轮特定的参数和测量值现在附加地被输送给特意设置在车轮电子单元中的分析装置，这些参数和测量值接着在该分析装置被分析。借助分析装置，接着根据所测量的车轮特定的第一参数确定车辆车轮的当前旋转位置。车轮电子单元以及设置在该车轮电子单元中的第一传感器由此在功能性方面予以扩展。尤其是，现在通过车轮电子单元不再仅发送车轮特定的参数。更确切地说，附加地或者可替换地，也获得在哪个时刻进行车轮特定的参数的测量和/或在哪个时刻要进行包含车轮特定的参数的信息的发送的信息。
本发明的有利的扩展方案和改进方案由其他从属权利要求结合附图的各幅图而得到。在优选的扩展方案中设置有用于发送信息信号的发送装置。该信息信号例如可以包含关于车辆车轮的在分析装置中所确定的旋转位置的信息。附加地或者可替换地，信息信号也可以包含关于车轮特定的第二参数的信息。车轮特定的第二参数例如可以包含当前的轮胎压力、轮胎轮廓、轮胎温度、车轮的纵向加速度、车轮的横向加速度等等。此外在此也可以设置如下信息所述信息被用于车轮定位，如例如对于相对应的车辆车轮特定的频率调制和/或幅度调制、车辆车轮的在所发送的信息信号中所包含的序列号等等。在进一步优选的扩展方案中设置有控制设备，所述控制设备在车辆车轮的可预先给定的位置或者车辆车轮的可预先给定的角度范围中发送信息信号。信息信号的发送例如可以基于时间和基于旋转角地进行。在此，不必一定同时或者紧接在确定该信息信号之后发送该信息信号。更确切地说，有时也有利的是，信息信号在车辆车轮的有利于发送的时刻或者角度范围被发送。特别有利的是，信息信号以这种方式在如下范围中被发送在该范围的情况下保证了该信息信号的在车辆侧的接收，并且在该范围的情况下，例如车辆车轮并且由此设置在其中的车轮电子单元没有被车辆侧的结构(譬如车轮罩(Radkasten)或者其他车身部分)遮住，这使在车辆侧的接收困难或者必要时甚至会阻止在车辆侧的接收。通过精确的旋转位置直接在车轮电子单元中被确定并且由此已知，能通过有针对性地发送信息信号，一方面尤其是与通信连接的质量有关地改进了到车辆侧的接收装置的通信。此外， 以这种方式也能够节省车轮电子单元侧的能量，因为车轮电子单元在一定程度上不再必须 “无计划地”将所发送的信息信号发送给车辆侧的接收装置。尤其是，在此甚至可以省去多次冗余的发送或者耗能的发送接收协议。可替换地，例如通过添加任意的等待时间，可以故意将发送信号分布到在0°到360°之间的所有角度范围上，使得保证了所发送的发送信号的至少确定的部分在车辆侧也被接收。此外，也可有利的是，控制装置将信息信号在车轮的一转或多转期间发送多次(例如3到5次)。多次发送例如可以在统计学上不是预先给定的时刻和车辆车轮的旋转位置中进行。一方面通过多次发送信息信号和随之出现的冗余，而另一方面通过不是预先给定的、在统计学上自由选择的发送时刻，附加地保证了，信息信号例如还更可靠地被发送到车辆侧的接收装置。在优选的扩展方案中，第一传感器被构造为位置传感器或者被构造为位置开关。 该第一传感器在此被设计来根据对已知的参考区域或者参考点的检测而确定在车辆车轮上的预先给定的点的当前旋转位置。在可替换于此的扩展方案中，第一传感器也可以被构造为磁敏传感器。这种磁敏传感器例如是霍尔传感器或者簧片开关(Reed-khalter)。磁敏传感器被设计来通过测量已知的磁场而确定车辆车轮的当前旋转位置。已知的磁场例如可以通过安置在车辆车身上的电磁体或者永磁体来产生。通常，该磁体被安置在车辆车身上(例如在车轮罩中的)已知的固定地预先给定的位置处。该传感器也可以针对地磁场的分析而设计，以便确定其旋转位置。在可替换于此的扩展方案中，第一传感器被构造为所谓的惯性传感器。惯性传感器例如可以是加速度传感器或者震动传感器。借助加速度传感器可能的是，根据通过车辆车轮的速度增加或者减小所确定的加速度来确定车辆车轮上的预先给定的点的当前旋转位置。通过震动传感器能确定这样所确定的加速度的导数并且由此确定当前的旋转位置。在特别优选的扩展方案中，第一传感器被构造为压电传感器。压电传感器被构造来确定车辆车轮的轮胎的弯曲度的改变。压电传感器在此可以根据该压电传感器要检测何种改变而被构造为变形传感器、弯曲传感器、压缩传感器和/或延伸传感器 (Dehnungssensor)0在优选的扩展方案中，分析装置被构造来对测量信号进行基于重力的分析。尤其是，针对基于重力的分析，分析装置可以利用所测量的加速度或者所测量的加速度的导数。在同样优选的扩展方案中，分析装置具有采样装置，所述采样装置为了确定通常以模拟方式存在的测量信号的采样值而对该测量信号进行采样。分析在分析装置中接着通常以数字方式进行，例如借助测量信号的所确定的采样值来进行。在优选的扩展方案中设置有速度传感器，所述速度传感器确定车辆车轮或者车辆的当前速度。此外，采样装置还被构造来进行采样时刻的自适应匹配(adaptive Anpassung)0采样时刻的自适应匹配通过根据车辆车轮的所确定的速度进行对测量信号的采样来实现。测量信号通常是与车辆速度和由此与车辆车轮的角速度有关的测量值。现在通过进行采样时间的自适应匹配，考虑不同的速度。由此例如始终通过恒定的预先给定的采样来测量所述测量信号的对应于车辆车轮的一转的周期。这主要是在车辆车轮的角速度非常大的情况下提高了采样的精度并且由此提高了测量的精度。附加地或可替换地也可考虑的是，在车辆侧确定关于车辆车轮或车辆的当前速度的信息，并且所述信息通过车辆侧的发送装置被传送给车轮电子单元。在这种情况下，车轮电子单元也必须具有在车轮侧的接收装置和分析装置，所述在车轮侧的接收装置和分析装置可以记录和分析在车辆侧所发送的信号，以便这样确定速度。然而，这在电路和计算方面开销较大。在优选的扩展方案中，分析装置具有滤波装置，用于对所确定的测量信号进行滤波并且由此用于使所确定的测量信号平滑。尤其是，优选地设置有具有恒定的、即线性的相移的滤波装置。这种具有恒定相移的滤波装置优选地可被构造为贝塞尔滤波器。滤波器的该扩展方案使所测量的测量信号的分析容易，因为由此已知了滤波与频率无关地进行。在同样优选的扩展方案中，分析装置具有相移装置。利用该相移装置能减小并且优选地甚至完全补偿由于对测量信号滤波而产生的相移。尤其是结合具有恒定的线性相移的滤波装置，有利地能借助相移装置又取消且由此补偿该恒定的线性相移。这例如通过简单地算出已知的恒定相移进行，直至测量信号又相位正确地存在。在优选的扩展方案中，设置有至少一个第二传感器，所述至少一个第二传感器被设计来确定车轮特定的第二参数。借助车轮特定的第一参数，如上面已阐述的那样已确定了对于确定当前旋转位置所需的这种参数。借助第二传感器现在可能的是，附加地确定其他车轮特定的参数、譬如当前的轮胎压力、轮胎温度、轮胎轮廓、车辆车轮的加速度等等，并且将这些其他车轮特定的参数以信息信号的形式从车轮侧的发送装置发送到车辆侧的接收装置。在特别优选的扩展方案中，仅仅设置有唯一的传感器，所述唯一的传感器兼有第一传感器和第二传感器的功能。尤其是，当例如通过第一传感器已经测量如下这种信息时，这才是有利的所述信息不仅对确定车轮位置是必要的而且也被发送给车辆侧的接收装置，用于在车辆信息设备中进一步分析。这种信息例如可以是车辆车轮的加速度、重力信息、轮胎压力等等。在根据本发明的车辆车轮的扩展方案中，车轮电子单元例如可以被安置在车轮轮毂上。可替换地，也可以考虑的是，车轮电子单元被硫化在车辆车轮的轮胎中，或者借助特意为此设置的夹紧装置被夹紧在外胎(Reifenmantel)的内部(例如在胎面的区域中)。也可考虑的是，将传感器粘合到外胎的胎面中。可替换于此地，也可以将容器粘合到胎面中， 传感器接着被引入到该容器中。从如下组中选择一个或多个旋转位置作为车辆车轮的可预先给定的旋转位置 -达到车辆车轮相对于围绕车辆车轮的空间的预先给定的角位置；
-轮胎压痕引入部(Latscheingang)，即在车辆车轮的轮周长上的预先给定的点进入车轮支承面(所谓的轮胎压痕(Latsch))中；
-轮胎压痕引出部，即在车辆车轮的轮周长上的预先给定的点离开车轮支承面； -轮胎压痕中部或车辆车轮的最下部位置，即车辆车轮的轮周长上的预先给定的点达到车轮支承面的中部；
-达到车辆车轮的最上部位置；
-3点钟位置或者9点钟位置，即达到车辆车轮的在车辆车轮的最上部位置与车辆车轮的最下部位置或车轮支承面的中部之间的位置。此外，其他任意固定地预先给定的旋转位置自然也是可能的。可替换于此地，也可能的是，车轮电子单元在任意旋转位置进行信息信号的发送，然而信息信号的传输一同发送关于车辆车轮的当前旋转位置的信息，其中这些信息恰好被发送。这并不要求识别专用的车轮位置，而是要求连续地确定当前旋转位置。上述扩展方案和改进方案只要有意义就能任意彼此组合。本发明的其他可能的扩展方案、改进方案和实施方案也包括未明确述及的、前面或以下关于实施例所描述的本发明的特征的组合。尤其是，在此，本领域技术人员也可以将单个方面作为改进或补充而添加到本发明的相应的基本形式。
以下借助在附图的各幅图中所说明的实施例进一步阐述本发明。在此 图1示出了装备有根据本发明的轮胎信息设备的车辆的示意图1A、1B示出了根据本发明的车辆车轮或根据本发明的车轮电子单元的示意图； 图IC以方框电路图示出了根据本发明的车轮电子单元的优选实施例； 图2示出了车辆车轮上的预先给定的点(例如车轮电子单元)的不同旋转位置； 图3示出了安置在车辆车轮上的压电传感器的测量信号的变化曲线； 图4A、4B示意性地示出了加速度传感器关于车辆车轮的不同旋转位置的变化曲线； 图5示出了用于基于轮毂的车轮电子单元的传感器；
图5A、5B示出了对应于图5的针对基于轮毂的车轮电子单元的根据时间变化的速度和加速度；
图6示出了由加速度传感器所记录的测量信号的完整的振荡； 图7示出了针对由加速度传感器所记录的测量信号的振荡的通常的采样情形；图7A、7B示出了由加速度传感器所记录的测量信号的过采样或欠采样； 图7C、7D示出了在来自图7A、B的信号的情况下的自适应采样； 图8示出了叠加有噪声信号的测量信号； 图8A-8C示出了通过滤波产生的在测量信号中的不同的相移； 图9A、9B示例性地根据时间示出了贝塞尔滤波器对由加速度传感器所记录的测量信号的表现(Verhalten)；
图10AU0B示例性地示出了由加速度传感器所记录的加速度信号在采样和滤波的情况下根据时间变化的信号变化曲线；
图11示出了由车辆车轮的四个车轮电子单元所发送的发送信号的场强的变化曲线； 图12示出了由车轮电子单元发送的信号分成多个帧的划分，这些帧整体形成脉冲串。在附图的各幅图中(只要未另外阐明)，相同的和功能相同的元件分别配备有相同的附图标记。
具体实施例方式图1示出了装备有轮胎压力控制设备的车辆的示意图。在此用附图标记10标明的车辆具有四个车轮11。每个车轮11都关联有车轮电子单元12。在车辆侧，车轮电子单元12中的每个都关联有发送/接收单元13，所述发送/接收单元13例如与在所有情况下和其关联的车轮电子单元12处于通信式连接。车轮电子单元12和发送/接收单元13总体上是轮胎信息设备的组成部分，该轮胎信息设备此外还具有中央控制设备14。此外，该控制设备14还具有程序控制的装置15 (例如微控制器或者微处理器)和存储装置16 (例如 ROM或者DRAM)。此外，车辆10还具有驾驶员信息系统17。图1A、1B示出了根据本发明的车辆车轮或根据本发明的车轮电子单元的示意图， 如其例如可以使用在图1的车辆中那样。图IA中所示的车辆车轮11具有轮毂20，在该轮毂20上以公知的方式施加有车轮轮胎21。车轮电子单元12现在可以被直接安置在轮毂20上，例如被安置在气门的区域中。此外也可考虑的是，例如在使用夹紧装置的情况下，车轮电子单元12被安置在车轮轮胎21的内部中的胎面的区域中。最后也可考虑的是，车轮电子单元12被硫化在车轮轮胎 21的橡胶材料中。图IB中所示的车轮电子单元12在最小变型方案中具有传感器22，该传感器22被设计来记录具有至少一个车轮特定的第一参数的测量信号XI。测量信号Xi被输送给如下分析装置23 所述分析装置23被设计来根据测量信号Xl确定车轮电子单元12关于关联的车辆车轮11的当前旋转位置。分析装置12在输出侧提供如下信息信号X2 所述信息信号X2包含关于车辆车轮11的所传送的旋转位置的信息和必要时其他车轮特定的参数的信肩、ο图IC示出了根据本发明的车轮电子单元12的优选实施例。除了第一传感器22 和分析装置23之外，此处此外还设置有控制装置M以及发送装置25。控制装置M记录由分析装置23产生的信息信号X2，并且根据该信息信号X2来利用控制信号X3控制发送装置 25。例如，控制装置M可根据信息信号X2确定发送装置25在哪个时间要发送信息信号X2 或者由此导出的信号。由发送装置25发送的发送信号此处用X4标明。
车轮电子单元12在此除了第一传感器22之外还具有至少一个第二传感器四，所述至少一个第二传感器四确定车轮特定的第二参数(譬如轮胎压力或者轮胎温度)，并且根据所述车轮特定的第二参数将另一信息信号X5输送给分析装置23。优选地，分析装置23 此外还具有采样装置沈、滤波器27以及相移装置观。通过采样装置沈来对由第一传感器 22或第二传感器四所产生的模拟信息信号X2、X5进行采样。通过滤波装置27，在采样之前或者之后对信息信号X2J5进行滤波，并且在相移装置观中补偿或者至少减小必要时通过滤波装置27产生的相移。本发明所基于的思想在于，提供如下车轮电子单元12 所述车轮电子单元12确定车轮电子单元12相对于车辆车轮11的旋转位置，并且在这样确定的旋转位置的情况下或者根据在所限定的其他位置中的旋转位置(例如基于时间地或者基于角度地)将由车轮电子单元12所确定的车轮特定的参数发送给车辆侧的接收装置13。为此，图2示出了相对于车辆车轮11压在其上的公路路面31的数个特定位置30。例如，可以设置上部位置a、轮胎压痕引入部b、轮胎压痕引出部C、轮胎压痕中部或者最下部位置d、3点钟位置e或者9点钟位置f。此外，自然也可考虑在图2中未示出的任意其他固定位置30。在实践中，有时出现当例如存在有强烈噪声的信号时，不能确定车轮取向或预先给定的车轮位置。这例如在车辆所行驶的道路具有极大的不平坦性时会出现。如果不能检测到车轮位置或者取向或者在识别期间也出现超时，则这在车轮电子单元中要被查明。在这种情况下，通常始终还寄送无线电电报，以便将关于轮胎的当前信息(譬如轮胎充气压力 (Reifenfuelldruck))发送给控制设备用于进行监控。在此接着必要的是，车轮电子单元以电报或以发送信号(X4)来提示涉及不与取向相关的发射。这通常通过在发送信号(X4)的电报中将一位置到1或0来实现。该位也被称为同步标记。因此，为了进行定位，在控制设备中仅处理所发送的信息，而不分析无线电传输时刻。以下描述了车轮电子单元和包含在其中的传感器的运行方式和工作方式
1.等待被设置用于传输发送信号和相对应包含在其中的电报(所谓的发射)的传输时亥IJ。因为车轮电子单元并不连续地发送并且无线电规则常常规定在两个相继的发射之间的最小间隔，所以针对接下来的发射，车轮电子单元必须等待预先给定的时间片，例如每隔15秒。2.检测在要发送接下来的发送信号(发送电报)的预先给定的车轮位置或者旋转位置(也就是车轮的角位置)。可替换地，也可以在所有情况下确定接着在发送电报中被一同发送的当前车轮位置。3.只要可以确定预先给定的或者旋转的车轮位置，同步标记就被置为1。在其他情况下，同步标记被置为0。4.随着发送电报发送所述发送信号。5.跳回至步骤1。以这种方式保证了 当不能进行车轮位置的确定时，也寄送来自轮胎传感器的所需的数据。为了检测旋转位置30或旋转角位置，针对轮毂安装的(felgenmontiert)以及针对轮胎安装的(reifenmontiert)车轮电子单元12考虑如下不同的方案
-车轮电子单元12根据其在车轮罩中的位置来确定其旋转位置30。这样，例如磁体被固定在每个车轮罩中。当轮胎电子单元12靠近磁体时，这可以被检测，例如通过霍尔传感器、簧片开关等等来检测。对于传感器，这样获得了固定的参考位置。可替换地，也可能会检测在车轮罩中总归存在的部分、譬如减震器。-车轮电子单元12借助特定的位置传感器或者位置开关来确定其旋转位置30。 位置传感器(也即位置调节传感器)借助参考场或者参考点(例如在车轮罩的区域中的磁场)的测量来查明车辆车轮11在三维空间中(至少相对于车辆10或者公路31)的位置和取向。-在轮胎集成的(与基于轮毂的相比)车轮电子单元12中(所述车轮电子单元12 例如被安置在轮胎21的胎面的内侧上(参见图1A))，附加地存在检测轮胎压痕引入部或者轮胎压痕引出部的可能性。这例如可以借助加速度传感器或者震动传感器来实现。加速度传感器是如下传感器或者感测器(Fuehler)所述传感器或者感测器通过确定作用于测试块(Testmasse)(例如车辆车轮或者轮毂)的惯性力来测量加速度。因此，例如可以确定是进行速度增加还是进行速度减小。加速度传感器属于惯性传感器组。这种惯性传感器用于测量线性加速度力和旋转力。但是也可以使用压电传感器，所述压电传感器测量轮胎的弯曲度的改变。在此，或者可以采用压敏的压电传感器，或者可以采用检测压电堆叠的变形(例如弯曲、拉伸、压缩等等)的压电传感器。压电传感器具有如下的附加优点所述压电传感器的输出电压可以被用作车轮电子单元12的控制装置的触发信号。由此，不需要主动持续地询问传感器22， 这阻止了高的能量消耗。这是有利的，因为设置在车轮电子单元之内的传感器需要自给自足的能量供给，例如电池、蓄电池、能量发生器等等。特别有利的是，除了轮胎电子单元的能量供给之外还可以采用例如总归被设置用于轮胎压痕位置的压力测量的压电传感器。图3示出了由安置在车辆车轮中的压电传感器记录的信号的变化曲线。该压电传感器测量轮胎在其胎面内侧处的变形。所记录的测量信号中的峰值标识出传感器的轮胎压痕引入部或轮胎压痕引出部。这些位置可以借助峰值检测来确定。这例如借助简单的阈值监控或者最小值识别或最大值识别而是可能的。图4A、4B示意性示出了在轮胎中被安置在胎面处的加速度传感器的所测量的加速度A根据车辆车轮的旋转角α的变化曲线。当传感器进入轮胎压痕中(位置b)或从轮胎压痕出来(位置C)、即在或300°处时，能在所测量的信号中识别出强烈的峰值。因此，在此也可以如下地确定位置b、C。-利用轮胎电子单元中的加速度传感器或者震动传感器来分析车辆的纵向加速度(加速/减速):例如，这样可以检测到最上部位置a、最下部位置d、3点钟位置e或者9点钟位置f。但是，所出现的加速度通常是小的并且也仅仅与行驶情况有关地出现。-分析重力向量到轮胎电子单元中的加速度传感器或者也为震动传感器上的投影根据所得到的正弦波的分析(最大值搜索、最小值搜索、过零搜索)，例如可以确定最上部位置a或者最下部位置d以及3点钟位置e或者9点钟位置f。加速在每次旋转时出现并且因此可良好再现地被使用。一方面通过车辆车轮的旋转运动引起的离心加速度作用于在Z方向上(即径向)具有加速度传感器的轮胎传感器，而另一方面重力作用于该轮胎传感器。以下阐述了对测量信号的基于重力的分析图5示出了用于基于轮毂的车轮电子单元的传感器，但是该传感器也可以用于基于轮胎的车轮电子单元。可看到的是，速度V引起加速度信号A中的大直流分量(参见图5A、5B)， 并且将幅度为大约Ig的振荡向上调制到加速度信号上(图5B)。此外可看到的是，振荡的频率也与车辆速度有关。车辆速度越大，则车轮的旋转频率越大，并且针对一转的旋转时间越小。根据在振荡之内的位置读取传感器的旋转位置。为此，以下将描述各种方法。替换于加速度传感器，也可以使用震动传感器。该震动传感器并不测量加速度，而是测量加速度的导数。在震动传感器的情况下，与图5B中的曲线相比，导数曲线会产生无平均值的振荡，然而，该无平均值的振荡也具有变化的振荡周期。该周期与由加速度传感器所测量的信号的周期相等。与此相对应地，震动传感器的信号的所限定的位置也可以被确定。不同于加速度传感器，并不对加速度的值进行绝对预测。图6示出了由加速度传感器所记录的测量信号的完整的振荡。为了检测旋转位置必须分析所记录的振荡。在这种情况下，例如图2中所示的位置对应于加速度传感器的振荡的如下部位。图6中的位置d例如被限定为局部最大值，位置a被限定为局部最小值，而位置e和f被表征为振荡的上升过零和下降过零。这些部位可以通过对该曲线的加速度值进行采样和分析来确定。在这种情况下，必需的是，对曲线足够频繁地采样，以便足够精确地再现所搜索的位置。图7示出了通常的采样情形。当对一个周期以大约10-30个值进行采样时，振荡可以足够精确地被分辨。图7A、7B示出了，振荡的周期如何与车辆或车轮的速度有关。在恒定的采样时间的情况下，遵循在不同的速度范围中对振荡进行欠采样或过采样。欠采样(图7A)通常导致对所限定的旋转位置的劣化的识别。过采样(图7B)导致振荡的所采样的值的存储器位置需求提高并且导致能量需求提高，因为每个采样在所有情况下都意味着对加速度传感器的读取。由于车轮电子单元以电池或者能量发生器来供给并且可供使用的能量有限，所以这并不是值得期望的。因而特别有利的是采样时间的自适应选择，如这在图7C、7D中所示的那样。根据车辆的速度并且根据振荡的周期限定采样时间。采样时间通过分析加速度值的绝对值(离心分量加上被向上调制的振荡)来确定。离心分量以及振荡周期与车辆车轮的旋转速度有关。当由于例如使用震动传感器而不存在加速度的绝对值时，可能的是在第一步确定振荡的周期，例如通过过零搜索来确定，并且基于此接着确定采样时间。这两种方法的出发点是振荡的周期并不突然改变，而是在车轮的数转期间仅仅略微变化。由于车辆只可在有限的范围中加速或者减速，所以该方法也是允许的。此外，当每个周期的采样数目在确定的允许范围中时，振荡始终还可以足够良好地被分辨。这也是重要的，因为采样时间在实践中并不能完全自由地选择，而是(由于车轮电子单元的定时(Taktimg))仅仅能设置确定的值。根据如在图7-7D中所示的采样，能良好地实现位置识别、例如振荡最大值的检测。也可以使用简单的算法用于最大值搜索、最小值搜索或过零搜索。但是，实际上存在叠加有噪声的测量信号，使得在采样和分析之前需要对测量信号进行滤波。图8示出了叠加有噪声信号的测量信号。虚线示出了所基于的、模拟的、被构造为正弦信号的测量信号。图8中的采样点包含叠加的噪声。测量信号的滤波引起如下平滑所述平滑又能够实现对所希望的旋转位置的分析
11和由此实现对所希望的旋转位置的识别。然而，滤波具有相移的大多不希望的副作用。这在图8A中借助(没有噪声的)正弦振荡示出。在图8A中可看到的是，通过振荡被延迟并且由此被偏移，振荡的幅度受滤波影响。然而，只要振荡能够在幅度方面被良好地分辨，这关于在振荡内的位置确定没有影响。仅相偏(Phasenversatz)是相关的。通常，该相偏针对检测特性而言是不重要的，因为所检测到的位置在所选择的滤波器的情况下始终是相等的。然而，这仅仅适用于固定的振荡频率。在存在不同的速度并且因此存在不同的振荡频率的实际行驶情形下，这导致不同的相偏并且因此导致问题。借助图8B、8C中的实线的(例如最大值的)检测导致划成虚线的输出速度的不同的位置。例如，在图8C中，角偏差显著更高。这是因为相偏与振荡频率有关。原理上，对于检测算法可能的会是(基于当前频率)确定和补偿相应的相移。但是，这要求精确地知悉振荡频率并且在计算方面开销大，这牺牲了能量资源的成本。原则上，存在避开相移的两种可能性
一方面，输入信号可以被滤波两次，一次在时间上正向地并且接着在时间上反向地在使用相同的滤波器的情况下被滤波。通过第一滤波所获得的相移通过第二滤波来消除，使得最终的输出信号不再具有相移。然而，输入信号和中间结果必须首先被存储，以便接着能够在时间上反向地被滤波。这要求附加的存储器需求，并且也导致要检测的位置在较长的处理之间之后才能被检测到。也就是说，与穿过要检测的位置在时间上接近地对车轮电子单元的所记录的测量信号的分析几乎不可实现。此外通过两次滤波也使滤波器的有效阶数 (ordnung)番羽倍。可替换地，有利的会是使用如下滤波器所述滤波器在对于分析感兴趣的频率范围上(近似)展现出恒定的相移。这种滤波器例如是在该相位中是线性的贝塞尔滤波器。这导致经过滤波的测量曲线对于所有输入频率在时间上恒定的偏移。由此可能的是，在所有由传感器所记录的测量信号的情况下考虑恒定的偏移，并且通过在车辆侧的控制设备中的校准算法来补偿所述恒定的偏移。图9A和9B示例性地示出了贝塞尔滤波器的特性。该变化曲线被表征为使得例如输入信号的最大值和经过滤波的信号的最大值的时间差近似相寸。相移的问题能够最为精巧地通过如下方式来解决使用自适应采样时间，并且基于采样地对所采样的信号进行滤波(参见图10A、10B)。因此，消除了原始时间向量的相关性。在图10AU0B中可看到的是，经过滤波的信号在这两种情况下在相同部位与原始测量信号相交，这能推断出关于相位(即角度)而不是时间的恒定延迟。例如，当经过滤波的信号的最大值被检测到时，该信号在图IOA和图IOB中在输入信号的相同相位中。(与行驶的速度或振荡频率无关的)恒定相位形式的延迟具有如下优点，旋转位置的识别简单地偏移了恒定的角位置。由于在定位方法中不是绝对位置而仅是相对关系的问题，所以该特征是非常有利的并且不需要算法的匹配。在传输发送信号时，存在所谓的“黑斑(Black Spot)”。在此，涉及车辆车轮的角位置，在这些角位置处，车辆侧的接收器难于或甚至不能接收完整的发送信号(所谓的电报)。 这归因于在车辆车轮与车辆车身之间的无线电间距例如被车身部分(譬如车轮罩)损害。图11示出了由四个车轮的车轮电子单元所接收到的信号的场强E的变化曲线。可看到的是，场强E强烈地与车轮角位置α有关。现在如果例如为了正确接收发送信号所需的阈值在大约85daii处，则由左前车轮的车轮电子单元所发送的信号在大约190°的部位处并不被接收。然而，如果恰好始终在该位置处或者例如在180° (该车轮在发送期间继续转动)要被发送，则发送信号的接收并不可能。因而，有时有利的是，并不总是在相同的旋转位置处发射发送信号，而是例如一同嵌入任意的、统计学分布的延迟。在此始终还识别专用的位置，然而在该识别之后等待确定的时间。对于接着进行的发送信号的发送，一同发送等待时间作为信息，使得接收单元又可以算出该等待时间。等待时间可以是基于时间的或者是基于角度的，例如根据在车轮电子单元中从算法的运行来看什么可以更好地被实施。这样，例如在自适应采样时间的情况下， 相同数目的采样间隔良好近似地对应于基于角度的延迟。在选择延迟时间时，值的预先给定的集合是有意义的，该集合在发射时按顺序连续地被选择或者从该集合中被随机选择。 因此可能的是信号的发送在统计学上均勻地分布到车辆车轮的整个360°上。在实践中又始终会出现，各个传输并不被正确地接收，例如由于无线电干扰或者由其他车轮电子单元的发送信号引起的抹消(Ausloeschimg)。出于这样的原因，有时有利的是，冗余地发送车轮电子单元的信息。因此，发送信号的各个帧都被发送，其包含相同的信息。图12示出了，持续时间Tl的三个帧40如何形成所发送的测量信号的持续时间T2 的所谓的脉冲串41。在脉冲串41的各个帧40之间存在不同的或者相同的持续时间T3、T4 的预先限定的暂停，这些暂停也又要负责将这些帧尽可能均勻地分布到360°的轮周长上。在轮胎电子单元的与位置有关的发送的范围中，因此必要的是使该方法适配。需要根据对脉冲串的仅一个或两个帧的接收可以返回计算(zurueckrechnen)到原始的位置检测上。为此需要每个帧都携带在脉冲串内涉及第几帧的信息。附加地，自然也需要将在前面的段落中所描述的延迟时间的信息包含在每个帧中。利用该知识和关于帧之间的暂停时间的知识，接着逐渐地返回计算到原始检测点并且由此返回计算到旋转位置。尽管上面借助优选的实施例已描述了本发明，但本发明并不限于此，而是可以以各种各样的方式和方法来修改。为了确定轮胎压力，可以使用已知的方法、例如直接进行测量的轮胎压力确定系统。直接进行测量的系统例如借助合适的压力传感器直接确定在轮胎中处于主导地位的轮胎压力。间接进行测量的系统例如确定轮胎的横向加速度或者纵向加速度并且由此导出轮胎压力。此外，轮胎压力也能通过分析车辆车轮的转速特征或者振荡特征来确定。此外，本发明并不一定限于在PKW中采用的轮胎信息设备。更确切地说，本发明同样能有利地被用在任意车辆中，譬如用在载重汽车、摩托车、巴士、车辆的拖车等等。轮胎信息设备的扩展方案、尤其是在所使用的车轮电子单元的数目、发送/接收装置、程序控制的装置和车轮电子单元的扩展方案、在车轮电子单元与车辆侧的发送/接收装置之间的通信方式等等方面也能变化。在此处要指出的是，本发明也涉及轮胎本身的定位，因此也要在“用于定位车辆上的至少一个轮胎的设备和方法”的意义上来阅读权利要求。术语“车轮”接着也会在本申请的其余部分中在心理上通过“轮胎”代替。不是使用四个与相应的车轮或车轮电子单元关联的接收装置，而是也可以考虑仅仅使用唯一的中央接收装置，所述唯一的中央接收装置接着被设计来接收和分析所有车轮电子单元的发送信号。
附图标记列表
10车辆
11车辆车轮
12车轮电子单元
13发送/接收装置
14轮胎信息设备的控制设备
15程序控制的装置、微控制器
16存储装置
17车辆信息系统
20车轮轮毂
21车轮轮胎
22 (第一)传感器
23分析装置
24控制装置
25发送装置
26采样装置
27滤波装置
28相移装置
29 (第二)传感器
30在车轮上的点的旋转位置
31公路
40帧
41脉冲串
42暂停
a上部位置
b轮胎压痕引入部
c轮胎压痕引出部
d最下部位置
e3点钟位置
f9点钟位置
g重力加速度
t时间
A加速度
E场强
T1-T4持续时间 V速度 Xl测量信号 X2信息信号 X3控制信号X4发送信号 X5信息信号 α旋转角
权利要求
1.一种用于轮胎信息设备的车轮电子单元(12)，其在安装好的状态下被布置在车辆 (10)的车辆车轮(11)中，该车轮电子单元(12)包含第一传感器(22)，所述第一传感器(22)被设计来记录具有至少一个车轮特定的第一参数的测量信号(XI)，以及分析装置(23 )，所述分析装置(23 )被设计来根据测量信号(Xl)确定车辆车轮(11)在测量时刻的当前旋转位置(a-f)。
2.根据权利要求1所述的车轮电子单元，其特征在于，设置有用于进行发送信号(X4) 的发送的发送装置，所述发送信号(X4)包含关于车辆车轮(11)的所确定的旋转位置(a-f ) 和/或车轮特定的第二参数(X5)的信息。
3.根据权利要求2所述的车轮电子单元，其特征在于，设置有控制装置(24)，所述控制装置(24)控制发送装置，使得在车辆车轮(11)的可预先给定的旋转位置(a-f)中或者在车辆车轮(11)的可预先给定的角度范围中、尤其是基于时间地和/或基于旋转角地来发送所述发送信号(X4)。
4.根据权利要求2所述的车轮电子单元，其特征在于，设置有控制装置(24)，所述控制装置(24)控制发送装置，使得在车辆车轮(11)的一转或多转期间将所述发送信号(X4)发送多次、尤其是直至3次至10次并且优选地直至3次至5次。
5.根据上述权利要求之一所述的车轮电子单元，其特征在于，第一传感器(22)被构造为位置传感器或者位置开关，所述位置传感器或者位置开关根据已知的参考区域或者参考点的检测来确定车辆车轮(11)上的预先给定的点的旋转位置(a-f )。
6.根据上述权利要求之一所述的车轮电子单元，其特征在于，第一传感器(22)被构造为通过测量已知的磁场来确定车辆车轮(11)的旋转位置(a-f)的磁敏传感器、尤其是霍尔传感器或者簧片开关。
7.根据上述权利要求之一所述的车轮电子单元，其特征在于，第一传感器(22)被构造为根据通过车辆车轮(11)的速度增加或者速度减小所确定的加速度或加速度的导数来确定旋转位置(a-f)的惯性传感器、尤其是加速度传感器或者震动传感器。
8.根据上述权利要求之一所述的车轮电子单元，其特征在于，第一传感器(22)被构造为确定车辆车轮(11)的轮胎(21)的弯曲度的改变的压电传感器。
9.根据上述权利要求之一所述的车轮电子单元，其特征在于，分析装置(23)被构造来对测量信号(XI)、尤其是所测量的加速度或者所测量的加速度的导数进行基于重力的分析。
10.根据上述权利要求之一所述的车轮电子单元，其特征在于，分析装置(23)具有采样装置(26)，所述采样装置(26)为了确定采样值而对测量信号(XI)进行采样，其中在分析装置(23)中根据所确定的采样值进行分析。
11.根据权利要求10所述的车轮电子单元，其特征在于，设置有速度传感器，所述速度传感器确定车辆车轮(11)的速度，并且采样装置(26 )被构造为使得所述采样装置(26 )进行采样时间的自适应匹配，其中对测量信号(Xl)的采样根据车辆车轮(11)的所确定的速度来进行。
12.根据上述权利要求之一所述的车轮电子单元，其特征在于，分析装置(23)具有-用于对测量信号(Xl)进行滤波的滤波装置(27)、尤其是带有恒定的线性相移的滤波装置(27 )、例如贝塞尔滤波器，和/或-相移装置(28)，所述相移装置(28)减小并且优选地补偿由于对测量信号(Xl)的滤波而产生的相移。
13.根据上述权利要求之一所述的车轮电子单元，其特征在于，设置有至少一个第二传感器(29)，所述至少一个第二传感器(29)被设计来确定车轮特定的第二参数(X5)，譬如确定当前的轮胎压力、轮胎轮廓、车辆车轮(11)的纵向加速度、车辆车轮(11)的横向加速度、 轮胎温度。
14.根据上述权利要求之一所述的车轮电子单元，其特征在于，设置有在发送信号 (X4)中寄存如下信息的装置所述信息表征预先给定的车轮位置或者旋转位置是否能够被确定。
15.一种车辆车轮(11)、尤其是用于装备有轮胎信息设备的车辆(10)的车辆车轮 (11)，其具有轮毂(20)和轮胎(21)，其中车辆车轮(11)此外还具有至少一个布置在车辆车轮(11)中或者在车辆车轮(11)上的根据权利要求1或13之一所述的车轮电子单元(12)。
16.一种车辆(10)、尤其是载客汽车，其具有多个车轮和具有轮胎信息设备，其中至少一个车辆车轮(11)装备有根据权利要求1或13之一所述的车轮电子单元(12)。
全文摘要
本发明涉及一种用于轮胎信息设备的车轮电子单元，其在安装好的状态下被布置在车辆的车辆车轮中，该车轮电子单元具有第一传感器，所述第一传感器被设计来记录具有至少一个车轮特定的第一参数的测量信号；以及分析装置，所述分析装置被设计来根据测量信号确定车辆车轮在测量时刻的当前旋转位置。
文档编号B60C23/04GK102470711SQ201080029961
公开日2012年5月23日 申请日期2010年12月9日 优先权日2009年12月21日
发明者芬克 A. 申请人:欧陆汽车有限责任公司