用于确定轮胎在车辆上的位置的方法和装置的制作方法

专利名称：用于确定轮胎在车辆上的位置的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于确定轮胎在车辆上的位置的方法和装置，以及特别是，在轮胎压力监测系统中用于确定轮胎在车辆上的位置的方法和装置。
背景技术：
用于感测轮胎状况以及将感测到的轮胎状况信息显示给车辆拥有者的系统是已知的。通常来说，尽管该系统不仅可以感测轮胎压力还可以感测其它轮胎状况(例如轮胎温度)，这种系统还是被称作轮胎压力监测系统。这种轮胎压力监测系统包括基于轮胎的传感器组件，所述组件感测其相关轮胎内的压力和温度并且将感测到的压力和温度信息传输至基于车辆的接收器(例如，安装在车辆中的接收器)。传输的感测轮胎状况信号可以是编码的射频(“RF”)信号。基于车辆的接收器被连接至位于车辆舱室中的显示器用于当存在充气不足的轮胎压力状况或者发生过热的轮胎状况时，例如将警报信号显示给车辆驾驶员。每个基于轮胎的传感器组件可以具有与其相关的唯一标识码。基于轮胎的传感器组件传输包括唯一标识码和感测到的轮胎状况的信号。基于车辆的接收器必须把从基于轮胎的传感器组件接收到的信号以及特别是唯一的轮胎标识码与在车辆上的特定轮胎位置定位相关联，以便将感测到的轮胎状况信息合适地显示给车辆驾驶员(例如，显示压力/温度状况和位置信息以便车辆驾驶员可以识别哪个轮胎有感测到的不适当的状况)。将轮胎位置与轮胎发送器唯一标识码相关联需要由基于车辆的接收器进行的学习过程。很多过程被提出以实现该学习功能，包括信号询问方法，其中每个基于轮胎的传感器组件被单独询问。响应于接收到询问信号，基于轮胎的传感器组件发送具有其唯一标识信息的响应信号。根据接收的响应信号，由于系统“知道”哪个轮胎位置刚被询问，因此基于车辆的接收器将该唯一的轮胎标识码与其轮胎位置相关联。基于车辆的系统将标识码和轮胎位置的相关性存储在存储器中供其显示器操作使用。Allard等人的美国专利申请公开US2006/0142911公开了一种使用来自两个磁性传感器的信号，用于定位车轮在车辆右侧或者左侧的位置的方法和装置。Pierbon的美国专利申请公开US2006/0044125公开了一种使用来自第一装置和第二装置的加速度信号用于在车辆上检测车轮的右侧/左侧位置，所述第一装置和第二装置能够测量加速度，例如结合由压电陶瓷制成的元件的冲击传感器。Watasue的美国专利申请公开US2009/0204361公开了使用加速计和考虑地球重力导致的加速度的轮胎旋转检测系统和方法。

发明内容
本发明涉及用于确定轮胎在车辆上的位置的方法和装置。
根据本发明的示例性实施例，一种装置，确定轮胎在车辆上的位置，包括:基于轮胎的传感单元，所述车辆上的每个轮胎具有相关联的基于轮胎的传感单元。每个基于轮胎的传感单元包括:第一传感器，安装用于与所述轮胎一起旋转以及用于生成表示这种旋转的第一传感器信号；第二传感器，安装用于与所述轮胎一起旋转以及用于生成表示这种旋转的第二传感器信号；发送器，用于发送表示所述第一传感器信号和第二传感器信号之间的相位关系的信号。轮轴位置传感器被提供用于确定相对于所述车辆的前轮轴和后轮轴的每个基于轮胎的传感单元的位置并且为每个基于轮胎的传感单元提供轮轴位置信号。控制器监测每个基于轮胎的传感单元所发送的相位信号和所确定的轮轴位置信号。控制器考虑到基于轮胎的传感单元的所确定的轮轴位置，为可能的轮胎位置比较基于轮胎的传感单元相位关系，通过对所比较的相位关系进行加权来确定置信度值，对每个可能的车辆轮胎位置相对于其它基于轮胎的传感单元的相位差比较每个基于轮胎的传感单元的相位差，响应于置信度值，将每个基于轮胎的传感单元与车辆位置相关联的装置。根据本发明另一个示例性实施例，用于确定轮胎在车辆上位置的方法包括以下步骤:通过第一方法感测轮胎旋转并且生成表示感测到的旋转的第一信号，通过第二方法感测轮胎旋转并且生成表示感测到的旋转的第二信号，发送表示第一信号和第二信号之间相位关系的信号，测量发送的感测器信号的信号强度，以及监测发送的信号的相位关系，根据监测的相位关系确定置信度加权，监测发送信号的接收信号强度，以及响应于置信度，将每个基于轮胎的传感单元位置与车辆位置相关联。


结合附图考虑本发明以下的详细描述，本领域的技术人员可以更清楚本发明的前述和其他的特征和优点。图1是根据本发明示例性实施例具有基于轮胎的传感器单元的车辆轮胎的示意图；图2是描述轮胎和传感器位置的车辆示意图；图3是车辆轮胎示意图，显示了本发明基于轮胎的传感器的叠加传感器示意图；图4是根据本发明示例性实施例基于车辆的接收器的示意性框图；图5是根据本发明示例性实施例基于轮胎的传感器单元的示意性框图；图6是根据本发明示例性实施例描述由基于轮胎的传感器单元使用的控制过程流程图；图7是根据本发明示例性实施例基于车辆的接收器的示意性框图；以及图8是根据本发明示例性实施例描述由基于车辆的接收器使用的控制过程流程图。
具体实施例方式参照图1，根据本发明示例性实施例制造的装置10被用于确定轮胎12在车辆14上的位置。装置10包括基于轮胎的传感器组件15，其具有安装在外壳22内的磁性传感器18和加速计16。外壳22位于由车辆轮胎12限定的空腔内侧。基于轮胎的传感器组件15进一步包括用于感测轮胎状况(例如压力和/或者温度)的传感器19 (一个或多个)。
外壳22可以被固定至轮胎12的内侧壁部分，或者可以被连附至有轮胎12安装在其上的车轮23 (显示为22’)，或者可以被连附至阀杆25 (显示为22’’)。具有天线36的基于车辆的单元20被安装至该车辆，例如在车辆舱室内用于从传感器组件15接收发送的电子信号(例如，射频(“RF”))。基于轮胎的传感器组件15可以包括发送器，用于发送表示感测到的参数的信号或者可以包括收发器，用于将表示感测到的参数的RF信号发送至基于车辆的单元以及用于从基于车辆的单元20接收信号(例如RF或者低频(“LF”)信号)。参照图2，车辆12具有四个轮胎位于车辆的相关角落。出于解释的目的，车辆14的四个角落被指定为右前(“FR”)、左前(“FL”)、右后(“RR”)和左后(“RL”)。每一个车辆角落的基于轮胎的传感器组件15被标识为S1、S2、S3和S4。在示例性实施例的当前描述中，传感器SI位于FR位置处，传感器S2位于FL位置处，传感器S3位于RR位置处，以及传感器S4位于RL位置处。但是，当系统操作刚开始时，基于车辆的单元20不“知道”传感器S1、S2、S3和S4位于何处。根据本发明，通过使用加速计传感器信息、地球磁场传感器信息和接收到的信号强度信息，传感器的位置被确定以将每个传感器和轮胎位置相关联和相关。参照图3，加速计16可以是压电换能器(“PZT”)，当轮胎旋转时，其生成随着力而改变的电压。在轮胎旋转期间，加速计经受的两个力是向心力和地球重力。当加速计16在一个轮胎旋转期间进行圆周运动时，它将发现地球重力从+IG变成-1G并且在轮胎的一个旋转周期上呈正弦图形。当车辆恒速运行时，向心力将是恒定水平，或者与旋转期间地球重力的变化相比，向心力将缓慢地随着车辆速度而改变。在车辆对侧上的轮胎在车辆移动期间以相反的方向自然地旋转。这将导致两个PZT信号相对于共同固定参考(例如，垂直从地球表面)相差彼此180度。在本发明示例性实施例中，灵敏度(峰值电压)的PZT轴线从印刷电路板安装表面倾斜25度，其中传感器安装在所述印刷电路板上。这具有将右侧相对左侧的PZT相位关系从180度减少至130度(180-25-25)的效果。为了建立用于加速计信号比较的参考点以确定车辆左侧与车辆右侧，地球磁场传感器18被使用。地球磁场传感器18还被安装在外壳22内以便与轮胎12 —起旋转。当轮胎12和地球磁场传感器18 —起随着车辆移动旋转时,地球磁场传感器18的线圈部分穿过地球磁场。众所周知，当线圈穿过磁场，穿过线圈感生电信号。当传感器在轮胎旋转期间穿过地球磁场时，来自地球的磁场传感器18的输出信号为正弦信号。来自磁性传感器18的正弦信号的峰值相对磁场峰值被移位90度。地球磁场角度会发生地理上的改变，例如，在地球两极处90度倾斜和在地球赤道处呈O度。在任何磁倾角和相同轮胎角处，左信号和右信号对齐并且可以因此被用作参考值。已经发现磁性传感器18的输出信号(被用作参照点)与加速计信号的输出信号(感测地球重力场)之间的相位比较提供传感器组件在车辆右侧或者左侧上的指示。根据本发明，进行多次测量并对其进行平均以在磁性传感器信息和加速计信息之间获取合适的数据关联性，以便精确确定轮胎在车辆的左侧还是右侧。在信号峰值处测量的两个传感器之间的相对相位信息，而基于车辆的单元20确定顺时针方向与逆时针方向的旋转以便确定车辆的左侧或者右侧。六个相位置信测试由基于车辆的单元20使用以关联传感器/车辆位置。参照图4，基于车辆的单元20包括控制器(例如微控制器)。本领域技术人员将理解基于车辆的单元的控制功能可以通过使用离散电路或者专用集成电路(“ASIC”)来实现。为了将传感器位置与车辆轮胎位置相关联，不仅必须确定左侧和右侧，而且还要确定前面位置和后面位置。为了确定轮胎位于车辆的前面还是后面，控制器通过使用接收信号强度指示(“RSSI”)电路监测轮胎传感器发送的信号强度并且将它的相关接收天线36安置在如下位置处，该位置使得前轮轴和后轮轴(前轮胎位置和后轮胎位置)之间的距离不同。基于车辆的单元20的控制器处理相位差信息和RSSI信息，并且根据本发明通过使用分析，提供正在发送轮胎状况信息信号的基于轮胎的传感器位置的精确确定。通过使用确定的传感器位置信息，控制器20为车辆驾驶员发送轮胎状况和位置信息至车辆舱室内适当的显示器56。控制器20通过它的天线36从每一个基于轮胎的监测器接收相位信息信号。如上所述，天线36位于距车辆前轮轴和后轮轴不均衡的距离处。控制器20包括RSSI评估电路40，其基于信号强度确定接收到的信号是来自车辆前轮轴42上的轮胎相关联的传感器模块中的一个还是来自车辆后轮轴44上的轮胎相关联的传感器模块中的一个。控制器监测来自传感器S1、S2、S3和S4的所有发送信号，应用置信度测试过程位置算法48将每个特定传感器S1、S2、S3或者S4与车辆上的相关轮胎位置FL、FR、RL或者RR相关或者相关联50。针对每一个传感器监测52发送信号的压力/温度信息部分，并且轮胎状况信息可以与相关确定的轮胎位置信息一起显示给车辆驾驶员。如本领域技术人员将理解的，轮胎状况信息的显示可以仅限于异常轮胎状况或者如果需要的话可以是连续的轮胎压力和温度信息。同样，来自基于轮胎的传感器16、18的信号可以被用于控制发送信息的速率和时机。来自传感器16、18两者之一的正弦输出信号指不车辆正在移动。来自传感器16、18的平坦信号或者没有信号表示没有发生车辆移动。基于车辆的单元15还可以具有控制器(例如微控制器)用于监测来自传感器16、18的输出信号并且用于控制相位和轮胎状况信息的发送以及用于控制发送速率。基于轮胎的单元15的控制器可以，例如，每三秒种监测传感器16、18的输出以确定是否有车辆移动。如果检测到运动，那么基于轮胎的单元的控制器测量来自传感器18的地球磁场信号和来自传感器16的加速计输出之间的相位差。可以进行多次测量，然后取平均值。一旦相位差值被确定，那么它与感测到的轮胎状况信息一起被发送。在车辆运动期间的数据传输速率可以被预先确定。表示车辆运动和轮胎状况的数据传输速率可以不同或者可以相同。如果没有感测到车辆运动，就不进行数据传输。同样，压力测量的速率和运动测量的速率可以是不同的或者是相同的，并且可以取决于是否有感测到车辆运动。参照图5，可以更好地理解基于轮胎的传感器单元15的操作。每一个基于轮胎的单元15以类似方式构建并且以类似的方式操作。如上所述，根据本发明，地球磁传感器信号和加速计信号之间的相位差(提供因穿过地球重力场的加速计旋转产生的信号)被确定。为了做出这个相位差的确定，来自两个传感器的信号通过模数转换器采样，滤波并且转换至数字信号，以使得相位差可以通过数字信号边沿确定。具体的，加速计传感器16包括加速计60 (例如压电传感器)。信号处理电路62可以采取多种形式中的任何一种(例如离散电路、微控制器，或者ASIC)，并且可以在模拟域或者数字域中实现。描述的示例性实施例使用数字域。加速计的输出被连接至信号放大和模数转换器(“ADC”)64。信号处理电路62控制多久ADC64被采样。应当理解，采样率依赖于旋转速率。一般来说，由信号处理电路62控制的采样率应该至少是轮胎12旋转速率的10倍。采样加速度信号接着被连接至运动检测电路68和软件低通滤波器70。低通滤波器70有助于去除来自加速计信号的路面噪声。信号处理电路使用运动检测结果用于控制传感速率和传输速率。根据所使用的加速计类型，运动检测68可以通过感测改变量(由于围绕地球重力旋转)，或者离散水平(向心力)实现。对于基于PZT的加速计的情况，运动检测基于信号变化量。除非通过68检测到运动，LPF70和连续电路不会启动。通过LPF70和使用标准信号处理技术，确定基准信号电平72。基准信号电平的典型实施方式通过使用低通滤波器确定平均值，所述平均值远远低于旋转速率。根据信号的性质，也可以利用其它技术(例如自适应滤波器)。然后，在数据限幅器(data slicer)74中，低通滤波的加速度信号比较基准信号电平72。数据限幅器74将模拟信号转换成数字信号(O或者I)。边缘检测器电路76启动周期测量电路以确定加速度信号的周期。它还建立时钟参考以用于相位差确定。根据车辆的速度能力，电路78还将确定它确定的周期的有效性。地球磁场传感器18包括传感线圈80。传感线圈80被连接至信号处理电路62并且更具体地说是连接至信号调节和ADC84，所述信号调节和ADC84通过信号处理电路62以关于PZT16所述的类似方式进行控制。采样信号从ADC84连接至低通滤波器90，其由运动检测电路68启动。然后通过LPF70确定基准信号电平92并且在数据限幅器94中比较基准电平92与LPF信号90。数据限幅器94从数字化模拟信号获得数字信号，并且被馈送给启动周期测量98以确定周期的边缘检测96，并且还建立时钟参考以用于相位差比较。电路98还将确定它确定的周期的有效性。相位差电路100比较周期信息78和98的相似性，并且将使用边缘检测时钟参考76和96以及周期信息98以确定感测的地球磁场和加速计信号之间的相位差，所述加速计信号表示穿过地球重力场的旋转。相位差电路100使用地球磁场作为零参考点并且确定相对于该参考的加速计相位差。该确定的相位差经由射频(“RF”)发送器106发送至基于车辆的接收器单元20。如上所述，基于轮胎的单元15可以包括用于感测轮胎状况的轮胎压力传感器和/或者温度传感器。作为从发送器106发送的RF信号的一部分，不仅可以包括确定的相位差信息，而且可以包括轮胎状况信息。基于车辆的单元20使用来自四个轮胎位置处基于轮胎的单元感测到的相位信息和在一个或者多个位置确定算法中接收的信号强度信息以将每个传感器位置与相关车辆轮胎位置相关联。参照图6，示出了由基于轮胎的单元控制器62执行的控制过程150，用于确定相位差值。该过程从步骤152开始，在该步骤处设定初始状况、标记、适当值等。在步骤154处，测量、滤波穿过线圈80感生的电压的值并且确定了边界值。在步骤156中，确定是否刚刚出现上升沿，如果是的话，进入步骤158，记录时钟时间并且根据前一个上升线圈时钟时间确定周期。如果线圈上升沿已出现或者未出现，流程将继续至步骤160，确定最后线圈周期是否有效。如果最后线圈周期不是有效的，那么过程循环返回至步骤154。以这种方式，在步骤164中，有效的线圈周期必须在PZT信号的采样之前获得。在步骤164处，从加速度传感器16输出的电压值被测量、滤波并且边界值被确定。在步骤166中，确定是否刚刚在加速度信号上出现上升沿，并且如果是的话，进入步骤168，记录时钟时间并且根据前一个上升加速度时钟时间确定周期。如果在步骤166上升沿没有出现，过程循环返回至步骤154。一旦加速度周期在步骤166被确定并且在步骤168记录了时钟时间以及确定了周期，那么在170确定周期的有效性。有效性基于车辆的速度范围。如果不是有效的，那么过程循环返回至步骤154直到获得有效线圈和加速度周期。在步骤180，通过使用从最后线圈记录的时钟时间和加速度上升沿以及最后线圈周期来确定相位差。因此，相位差总是关于线圈信号(基准信号)。在确定相位差之后，在步骤182，信息通过RF消息被发送至基于车辆的接收器20。然后步骤184检查是否已经发送了足够的相位差RF消息，并且如果是的话，将进入步骤186，结束相位差处理。如果所有相位差信息都没有被发送，过程循环返回至步骤154。参照图7，将更好地理解基于车辆的接收器20的操作。基于车辆的控制器20可以是微型计算机，被编程为执行控制过程(包括一个或者多个算法)。但是，由基于车辆的控制器20执行的功能可以通过其它数字电路和/或者模拟电路实现，包括单独的电气组件或者电子组件，所述组件通过使用离散电路被装配在一个或者多个电路板上或者制造成ASIC。每个基于轮胎的单元15包括相关联的传感器。出于解释的目的，四个基于轮胎的单元在此被指定为S1、S2、S3和S4，所述单元的每一个发送相关的确定的相位信息(磁场传感器和加速计之间的相位差)并且关联轮胎状况信息。通过使用得到的相位信息和相关确定的信号强度信息，基于车辆的单元20将传感器S1、S2、S3和S4与车辆上的轮胎位置FR、FL、RR和RL相关联。由于轮胎可以被更换、重新安装等，因此基于轮胎的系统20需要将基于轮胎的传感器单元S1、 S2、S3和S4的每一个与轮胎上的位置(例如，FR、FL、RR或者RL)相关联或者相关。有四种传感器/车辆角落位置的可能组合。假设前面两个传感器被指定为SI和S2以及后面两个传感器被指定为S3和S4，左侧传感器和右侧传感器的四种可能组合为:
权利要求
1.一种用于确定轮胎在车辆上位置的装置，包括: 基于轮胎的传感单元，所述车辆上的每个轮胎具有相关联的基于轮胎的传感单元，每个基于轮胎的传感单元包括: 第一传感器，安装用于与所述轮胎一起旋转以及用于生成表示这种旋转的第一传感器信号; 第二传感器，安装用于与所述轮胎一起旋转以及用于生成表示这种旋转的第二传感器信号; 发送器，用于发送表示所述第一传感器信号和第二传感器信号之间的相位关系的信号; 轮轴位置传感器，用于确定相对于所述车辆的前轮轴和后轮轴的每个基于轮胎的传感单元的位置并且为每个基于轮胎的传感单元提供轮轴位置信号；以及 控制器，用于监测每个基于轮胎的传感单元所发送的相位信号和所确定的轮轴位置信号，所述控制器包括， 考虑到基于轮胎的传感单元的所确定的轮轴位置，用于为可能的轮胎位置比较基于轮胎的传感单元相位关系的装置， 用于通过对所比较的相位关系进行加权来确定置信度值的装置， 用于对每个可能的车辆轮胎位置相对于其它基于轮胎的传感单元的相位差比较每个基于轮胎的传感单元的相位 差的装置，以及 用于响应于置信度值，将每个基于轮胎的传感单元与车辆位置相关联的装置。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一传感器是重力传感器。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述重力传感器是加速计。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二传感器是磁场传感器。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述磁场传感器包括线圈。
6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括轮胎状况传感器，用于感测轮胎的状况以及用于发送表示感测到的轮胎状况的信号。
7.根据权利要求1所述的装置，进一步包括接收器装置，用于确定所发送的信号的接收信号强度，其中为了确定安装了传感器的轮胎的轮轴位置，所述接收器更接近其中一个轮轴。
8.根据权利要求1所述的装置，进一步低频启动装置，位于所述轮轴中的一个上或者靠近所述轮轴中的一个，以便确定安装了传感器的轮胎的轮轴位置。
9.一种用于确定轮胎在车辆上位置的方法，包括以下步骤: 通过第一方法感测轮胎旋转并且生成表示感测到的旋转的第一信号； 通过第二方法感测轮胎旋转并且生成表示感测到的旋转的第二信号； 发送表示第一信号和第二信号之间的相位关系的信号； 测量所发送的传感器信号的信号强度；以及 监测所发送的信号的相位关系，通过监测的相位关系确定置信度值加权，监测所发送的信号接收信号强度，以及响应于置信度值，将每个基于轮胎的传感单元位置与车辆位置相关联。
全文摘要
一种装置，确定轮胎在车辆上的位置，其包括基于轮胎的传感单元，车辆上的每个轮胎具有相关的基于轮胎的传感单元。每个基于轮胎的传感单元包括第一传感器，被安装用于与轮胎一起旋转以及用于生成表示这种旋转的第一传感器信号，第二传感器，被安装用于与轮胎一起旋转以及用于生成表示这种旋转的第二传感器信号，和发送器，用于发送表示第一传感器信号和第二传感器信号之间相位信息的信号。轮轴位置传感器被提供用于确定相对于车辆前轮轴和后轮轴每个基于轮胎的传感单元位置并且为每个基于轮胎的传感单元提供轮轴位置信号。控制器监测每个基于轮胎的传感单元发送的相位信号和确定的轮轴位置信号。鉴于基于轮胎的传感单元确定的轮轴位置，控制器针对可能的轮胎位置比较基于轮胎的传感单元相位关系，通过加权比较的相位关系确定置信度值，针对每个可能的车辆轮胎位置比较相对于其它基于轮胎的传感单元的每个基于轮胎的传感单元相位差，以及响应于置信度值，将每个基于轮胎的传感单元与车辆位置相关联。
文档编号B60C23/04GK103221237SQ201180042987
公开日2013年7月24日 申请日期2011年8月26日 优先权日2010年9月7日
发明者D·L·朱兹思维克, D·拉斯姆森 申请人:Trw汽车美国有限责任公司