用于实时监控胎压的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于实时监控尤其是汽车上的胎压的方法，其中，至少在车辆不运动情况下仅在借助设置在轮胎内的压力传感器所确定的压力值位于预给定的正常范围之外时才将其由车轮电子单元不使用固定在车辆上的触发器发送器地以无线电技术在短的发送间隔内传输给安装在车辆中的监控单元，而车轮电子单元在车辆不运动时在确定的时间间隔内以数量级为25μs至500μs的、短的发送持续时间发送至少一个适合于系统监控的信号并且在使用相同时隙或该时隙的整分数或倍数时进行胎压测量。
【专利说明】用于实时监控胎压的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于实时监控汽车上的胎压的方法，其中，至少在车辆不运动的情况下仅在借助设置在轮胎内的压力传感器确定的压力值位于预给定的正常范围之外时才将其由车轮电子单元不使用固定在车辆上的触发器发送器以无线电技术在短的发送间隔内传输给安装在车辆中的监控单元。对于现有技术例如参见DE 102 13 266 Al。
【背景技术】
[0002]当今在轿车中已使用用于监控车辆轮胎内气压的系统，所述系统测量轮胎内的压力并且遥测地、即通过无线电将其传送给安装在车辆内的监控单元。如今用于此的车轮电子单元设计用于在车辆以高于例如15km/h阈值的速度(这可借助集成在车轮电子单元中的加速度传感器确定)运动时在短的时间间隔内发送所谓的电报，该电报通常包含关于发送器的信息、即所谓的识别号码以及轮胎内空气的压力和温度的当前值，为此通常需要数量级为5毫秒至20毫秒的发送持续时间。集成在车轮电子单元内的电池在此设计用于在大约10年的时间段上为此提供所需的电能。
[0003]在使用上一段落中所描述的车轮电子单元之前，使用这样的安装在轮胎内的监控单元，其在接收由固定在车辆上地安装在相应轮胎附近的发送单元发出的触发器信号后才将测得的压力值传送给固定在车辆上地安装的监控单元。
[0004]在不同的国家中，有法律要求随着车辆的启动立即监控轮胎内的气压并且在识别出不允许的轮胎压力时向驾驶员指示这点，而车辆为此不运动。因而在车辆停车时也必须进行压力监控，因此不能使用当今所用的上面已简单描述过的系统。虽然可改变所述系统，从而连续地、即在车辆停车时并且尤其是在车辆完全没有启动时向监控单元发送测得的轮胎压力值，但如此远不能达到所要求的供应车轮电子单元的电池约10年的使用寿命。另外(更加理论性地)可使用已经提到过的较早的具有触发器发送器的系统，借助该系统可向车轮电子单兀隐含告知车辆的启动，即，仅在车辆启动时发送相应的触发器信号并且车轮电子单元因此可明显较少地工作(并且因此所需电能显著降低)，但这带来相对高的成本。
[0005]另外，由开头所提的DE 102 13 266 Al已知，将至少一部分检测到的胎压测量值以可变化的频率传输给接收单元、在当前称为监控单元，其中胎压测量值传输的频率由检测到的胎压测量值本身推导出。只要检测到的胎压测量值处于正常范围内，在此安装在轮胎或者车轮内的发送单元完全可以不传输所有检测到的测量值。因此已经显著减少了发送单元的能量需求，但已表明，该已知系统的有利的且确保期望电池使用寿命的设计尚不能在车辆较长的停车阶段后随着车辆的启动基本上立即获得关于胎压监控系统的功能可靠性和尤其是胎压正确性或可能情况下胎压错误的有效说明。
【发明内容】
[0006]因此，本发明的任务在于提出一种方法，该方法在使用常见的电池的情况下适于在所要求的例如约10年的运行持续时间上实时监控胎压，而无需固定在车辆上的触发器发送器。在此术语“实时监控”结合胎压监控系统可理解为实时的胎压监控系统，其在一些国家中在未来将在法律上被规定并且通过其可在几秒内向车辆驾驶员或使用者显示与胎压过高或胎压不足或系统故障有关的警告。在此也要求立即随着车辆的启动在车辆还处于停车中时在几秒钟内向驾驶员极迅速地显示系统故障或轮胎内的气压不足。
[0007]该任务的解决方式在于一种用于实时监控尤其是汽车上的胎压的方法，其中，至少在车辆不运动情况下仅在借助设置在轮胎内的压力传感器所确定的压力值位于预给定的正常范围之外时才将其由车轮电子单元不使用固定在车辆上的触发器发送器地以无线电技术在短的发送间隔内传输给安装在车辆中的监控单元，而车轮电子单元在车辆不运动时在确定的时间间隔内以数量级为25 μ s至500 μ s的、短的发送持续时间发送至少一个适合用于系统监控的信号并且在使用相同时隙或该时隙的整分数或倍数时进行胎压测量。有利的扩展方案是从属权利要求的内容。另外在其它权利要求中还给出用于实施根据本发明方法的装置的特征。
[0008]为了能够简单并且在许多年中在不更换集成在车轮电子单元中的电池的情况下实现所要求的实时监控，据此提出，这样划分在胎压监控系统中原则上需要的并且组合在当今常见的系统中的功能:一方面系统和无线电线路监控以及另一方面胎压监控，使得这两个功能的每个在满足所述实时要求的情况下在能量消耗方面得以优化。按此意义近似连续地、即在短的时间间隔内依次发出至少一个用于监控系统和无线电线路的信号给集成在车辆中的监控单元，而至少在车辆停车时仅在胎压以任何形式位于其预给定的正常范围之外时才发送传送胎压的信号。当然，同样近似连续地测量轮胎内的压力，但至少在车辆不运动时仅在测量值不正常时才发送它们。因此根据本发明至少在车辆不运动时在车轮电子单元本身中首先检验所测得的压力值位于正常范围之内还之外。
[0009]这种功能划分的优点在于，系统监控信号的短暂的发送所需电能明显低于所测得的压力值和通常也包括反映或传输所测得温度值的信号的耗时的发送。由于通常车辆不运动的时间范围明显大于车辆运动的时间范围，所以如果仅在车辆停车时实施所提出的方法，就已可借助本发明的方法显著降低车轮电子单元中的电能消耗。当在此提出的方法原则上也在移动的车辆中被实施时，当然还可进一步减少车轮电子单元的能量消耗。在车辆运动时，原则上仍在短的发送间隔内由车轮电子单元发出用于系统监控的信号，而只有在所测得的轮胎压力值(和轮胎内空气的温度值，其在下文中还将被详细说明)位于预给定的正常范围之外时才传输它们。车辆是静止还是运动在此优选可如迄今已经常见的那样借助集成在车轮电子单元中的加速度传感器来确定。但作为替换方案，也可借助其它适合于此的传感器、例如借助所谓轮胎印迹中轮胎的变形来确定。
[0010]另外，本发明利用已经在开头所提文献中记载的认识:胎压监控系统的车轮电子单元所需的大部分电能由该单元的无线电发送器消耗，而本来的对轮胎内空气的压力以及通常也包括温度的测量只消耗发送所需能量的一小部分。除了该已知的事实，在当前在无线电技术待传输的信息方面也所有区别。相对长的并且因此耗能的信息传输根据本发明至少在车辆不运动时局限于几种情况并且因此仅在识别不正常时才进行。而在时间上极短的用于检测系统功能的信息传输所需能量极少并且因此可以或应当也在车辆不移动时定期和经常进行，因为与此有关的信号根据所选择的易受干扰性方面的要求仅需数量级为25微秒至500微秒的极短的发送持续时间。[0011]在当前的独立权利要求1中规定，至少在车辆不运动时仅在借助压力传感器所确定的在轮胎内的压力值位于预给定的正常范围之外时才将其传输给固定在车辆上的监控单元。当然可能情况下将所确定的轮胎内空气的温度值与所传输的压力值一起传输。然而在车辆不运动时、至少在车辆已经较长时间段停车后无需传输温度值。但如果轮胎内的空气的温度因车辆较长和/或较快地行驶而升高(已知这导致轮胎内的压力升高)，则也应考虑轮胎内的空气温度，因为只有借此才能有效说明在轮胎内是否存在不允许的高压。但相应的估计也可如上所述在应用根据本发明的方法的情况下在固定在车辆中的监控单元中进行。即重要的仅在于:随着车辆的启动(在启动时通常轮胎内的空气由于之前的车辆停车状态不会明显高于环境温度)在第一步骤中检验在轮胎中是否存在不允许的低压。按此意义来理解权利要求1中所使用的术语“位于预给定的正常范围之外”。即按此意义只需检验所测得的轮胎中的压力是否低于预给定的极限值，优选附加地检验是否存在时间上的压力降，该压力降大于预给定的关于压力变化的极限值。
[0012]在此还应再次指出，在车辆停车时在短的时间间隔内近似连续地进行轮胎压力的测量，而向固定在车辆上的监控单元传送所确定的压力值至少在车辆停车情况下仅在所确定的测量值低于预给定的极限值并且因此位于预给定的正常范围之外时才进行。固定在车辆上的监控单元同样也可近似连续地接收相应的信息或者固定在车辆上的监控单元随着车辆启动才开始运转，之后监控单元才接收到车轮电子单元的紧接着的发送电报，但始终可及时通知轮胎内可能出现的压力损失。
[0013]然而，在车轮电子单元中不仅可检验所测得的轮胎内的气压是否低于预给定的极限值并且因此位于预给定的正常范围之外，和/或在时间上看是否可确定大于(按正常范围的意义)预给定的极限值的压力降，而且也可同时检验在轮胎内是否存在不允许的高压。在此在该所谓的在车轮电子单元中进行的第一检验步骤中(在该步骤中至少在车辆不运动时决定是否完全将压力值传输给固定在车辆上的监控单元(可出于简化原因不考虑温度因素)。但这种因素并非必须不予考虑。
[0014]按上一段的意义(根据权利要求9)提出，车轮电子单元至少在车辆不运动时以无线电技术仅传输这样的压力值，所述压力值低于轮胎的部分加载的冷态充气压力的极限值或高于轮胎完全加载的冷态充气压力的极限值或者所述压力值高于在一定时间段上确定的轮胎内的压力降的极限值。轮胎完全加载的冷态充气压力在此是指在对应于环境温度的空气温度下在轮胎被填充其最大压力时轮胎内的气压，而部分加载的冷态充气压力是指如通常那样出于舒适原因适当减小的轮胎充气压力。部分加载的冷态充气压力的所述极限值在此例如可以是部分加载的冷态充气压力的75%并且完全加载的冷态充气压力的极限值例如可以是完全加载的冷态充气压力的125%。优选在车轮电子单元内也进行监控的轮胎内在时间上快速的压力降的极限值例如可以是0.3巴/分钟的值。
[0015]计算结果是，所述确定的时间间隔(借助其或在其之内车轮电子单元在车辆停车时(并且因此在车辆停放并且未运行时)也以数量级为25μ s至500μ s的发送持续时间发送短的电报，所述电报包含用于系统监控的信号)的数量级可以是4秒至10秒，以便满足开头所提的基本要求(权利要求2)。在此，车轮电子单元可在该时间范围或另一时间范围内以固定的时隙发送或者车轮电子单元可以以变化的时隙发送，其中两次发送之间的时间间隔例如可在4.4秒至5.6秒的范围中。有利的是，在此两次发送之间的时间间隔根据车轮电子单元的识别号码(ID号码)或该ID号码的一部分连续地变化，由此车轮电子单元近似分布在多次发送上地将其ID号码或ID号码的一部分传输给固定在车辆上的监控单元。由于监控单元已知安装在车辆上的车轮电子单元的ID号码，所以可借助各个信号之间的时间间隔可靠区分“自己的”车轮电子单元与其它车辆的车轮电子单元。作为替换方案，车轮电子单元可以以变化的时隙进行发送，其中当前与下一发送时刻之间的时间差通过随机数发生器来确定并且优选在当前电报中以编码形式一起被传输(权利要求3、5)。
[0016]有利的是，至少在车辆停放(这对应于“点火关闭”)时车辆侧的监控单元出于省电原因可仅在希望车辆自身的车轮或车轮电子单元的无线电信号的时间范围内被激活(权利要求4)。这样可避免车辆电池在车辆较长的停车状态下被完全放电。但应再次明确指出，监控单元完全无须在车辆停车时也接收车轮电子单元的信号以便能实施根据本发明的方法；更多地，监控单元随着车辆的启动才开始运行就足以。监控单元在开始运行后立即接收车轮电子单元的信号并且由此可识别车轮电子单元至少是功能正常的。如果车轮电子单元的这些信号并未传送压力值，则可认为车辆所有轮胎的充气压力处于预给定的正常范围中，因而不存在安全关键性的状态。但如果固定在车辆上的监控单元在车辆停放(即不运行)时至少有时被激活并因此可接收车轮电子单元的信号，则由此不仅可以以更高的可靠性随着车辆的启动立即向车辆使用者报告各个轮胎中的压力值处于预给定的正常范围之内还是处于正常范围之外，而且也可附加地在车辆停放时提供轮胎的损伤报警或防盗报警。例如可在车辆停放并且未运行(即停放于停车场)时在向监控单元传送表示轮胎扎刺的压力降的情况下激活报警设备或者通过移动无线电网络发出相应的消息。通过场强监控由车轮电子单元发出的信号可识别轮胎拆卸并且同样触发报警设备。
[0017]现在更进一步说明车轮电子单元中对胎压的确定和检验。首先为此将预给定的正常范围、即至少一个关于轮胎内必须有的最小压力的极限值、但优选一个通过最小值和最大值定义的范围、例如以已经提到过的轮胎部分加载和完全加载的冷态充气压力的极限值的形式适合地作为程序输入车轮电子单元中(这在下文中还将进一步说明)。至少在车辆不运动时、必要时也在车辆运动时在时间范围为I秒至5秒的、短的时间间隔内测量轮胎内的压力。理想的是使该测量时间间隔关联车轮电子单元的发送间隔，使得压力测量的时隙遵循至少适合用于系统监控的信号发送的时间间隔。即压力测量可以以车轮电子单元发送短的电报的所述时间间隔的整数倍或整分数进行。优选压力测量两倍于电报频繁发送。即，如每两秒发送一个电报，则每秒进行一次压力测量。当所述确定的时间间隔如上所述例如根据ID号码改变时，则压力测量速率相应改变。压力测量速率于是例如在2.2 — 2.8秒的时间范围内改变。如果所确定的压力值位于预给定的正常范围内，则车轮电子单元定期并且在所述短的时间间隔内(=发送间隔)仅发送所述的并且在下文中还将详细说明的适用于系统监控的信号，而附加地包括车轮电子单元的ID号码以及最新测得的压力值和温度值的完整的发送电报则仅在极长的、通常长于5分钟的发送间隔内被发送。只有当车轮电子单元借助所测得的压力值确定尤其是低压或快速的压力降、或可选地为过压时，即所确定的压力值位于预给定的正常范围之外时，车轮电子单元才在所述短的确定的时间间隔内发送压力值以及ID号码并且优选发送完整的、也包括温度值的电报。
[0018]在解释压力测量和检验之后，下面说明由车轮电子单元近似连续地并且因此在车辆停车时也发送的系统和无线电线路监控信号。对于系统和无线电线路监控信号根据易受干扰性要求例如下面的实施方式是可能的:例如每次发送出于省电原因可仅由发送持续时间在约25μ S至ΙΟΟμ S的范围内的一个短的载波信号构成。作为替换方案，车轮电子单元优选可以以容差能量需求较少的幅移键控模式(ASK模式)发送短的并且单义地标记其在车辆上的位置的位模式，该位模式的发送持续时间可约为ΙΟΟμ s至500μ S。这种发送模式用于左前车轮电子单元的可能的例子是11010101，用于右前车轮电子单元的是10110101，用于左后车轮电子单元的是10101101，并且用于右后车轮电子单元的是10101011。这种模式的优点在于:车辆的四个车轮位置可在ASK模式中得以可靠区分并且对于每个车轮位置逻辑“I”的发送持续时间都一样长、即可以预期所有四个车轮位置的电池使用寿命没有区别。在此可在安装时将相应的车轮位置作为程序输入车轮电子单元中，在此使用原则上已知的车轮电子单元，其自动确定其位置。作为替换方案，每个被发送的信号可由车轮电子单元的(已经提到过的)ID号码或者缩短的ID号码构成，其中也优选选择ASK模式的节能传输。
[0019]根据权利要求3的一种扩展方案，已经原则上解释过的确定的时间间隔(在其中车轮电子单元在短的发送间隔内发送至少一个适合用于系统监控的信号)可取决于从车辆前次的前进起所经过的持续时间。出于省电原因可在车辆较长的停车时间如24小时(在其中车辆未启动)后切换到第二发送模式中，在该模式中两次发送之间的间隔优选放大数量级例如为10的整数因数。但尤其是在这种长的时间间隔下，自由运行的RC振荡器的容差却导致问题，所述RC振荡器在发送器和接收器中用于待机运行中。为了解决定位在车轮电子单元中的发送器和固定在车辆上的监控单元中的接收器之间在定时内的不同时间容差的问题，可在接收器中实现估计器，其为各个车轮电子单元和接收器或者监控单元本身引入关于时间容差的校正系数。通常可认为，定时不能短期改变，而只能缓慢地并且尤其是与温度有关地漂移。下面说明这种估计的可能的过程:
[0020]在车辆停放或者车辆停止运行后，车轮电子单元还能在确定的持续时间上、如5分钟(但这可与轮胎的冷却、即轮胎内空气温度的变化有关)完全活动，也就是说，在该时间段内仍以FSK模式(频移键控模式)发送包括压力值和温度值的完整的电报，所述电报也由固定在车辆上的监控单元接收。在此之后车轮电子单元借助确定的并且监控单元、即接收器已知的时间特性转换为ASK模式并且仅发送所述短的(无线电线路)监控信号。监控单元在此仍在确定的时间上完全活动并且在该时间期间为每个车轮电子单元确定各自的校正系数用于标称发送定时。如发送定时进一步漂移，也可为估计或者预期的漂移考虑由车轮电子单元测得的温度(或温度历史记录)和车辆侧可用的外界温度或控制器微控制设备的芯片温度。一旦确定所需值，则接收器本身在确定的时间中进入待机模式，其中该时间必须比直到下一预期由车轮电子单元发送的信号短最大容差。借助之后输入的信号在考虑其各自的校正系数的情况下接收器本身接着确定其时间校正系数。由此接收器可以逐步优化其校正并且进一步减少必要的接通时间，这使接收器、即固定在车辆上的监控单元的能量消耗最小化。
[0021]现在重新回到压力值的传送，可规定，至少第一个在确定所测得的轮胎压力偏离正常范围后待发送的压力值或该压力值之后的几个压力值或仅一个表示这种偏离的位序列以幅移键控模式被发送，为此所需的能量少于当相应值如通常那样以频移键控模式(FSK模式)被发送时的能量。例如特定的表示车辆确定的轮胎上不允许的压力偏离的位序列可以是11010111。随后优选以FSK模式传输迄今常见的完整的电报。[0022]同样出于省电原因可规定，至少在车辆停车时首先在所谓的“省电模式”中进行压力测量，在所述省电模式中测量精度例如比在正常运行模式中小例如2至3倍。在这种测量精度降低的测量中所需电能减少并且尽管如此仍能可靠识别是否接近或即将接近预给定的报警阈值、即所述正常范围的极限。一旦接近该报警阈值，则测量精度优选切换到正常运行模式中。
[0023]一种有利的用于实施根据本发明方法的装置可包括实体构造的逻辑电路，其代替基本上可自由编程的微控制器。这种又称为状态机的逻辑电路的特征在于能量需求减小并且在适合的设计下能够可靠且简单地执行必要的行动、如生成发送位序列、发送定时、即确定所述时间间隔并且相应发送相应的信号和/或连续监控压力并且识别从预给定的正常范围的偏离。
[0024]此外，一种有利的用于实施根据本发明方法的装置可包括至少一个适合于防止对存储在车轮电子单元中的极限值的不希望的操作的措施。可规定，车轮电子单元仅可在其首次被激活后例如在24小时的时间段内通过LF接口一次性地被写入相应的表示正常范围的压力值。作为替换方案可规定，只能在车轮电子单元以对应于平衡轮胎或设有轮胎的车辆车轮时所用的速度旋转时才能被写入，使得只有在平衡时才能对压力值编程。作为替换方案可规定，车轮电子单元只能通过其壳体上的电触点被写入压力值。或者车轮电子单元只能通过其LF接口被写入压力值，在此期间车轮电子单元位于特定装置中，该装置为车轮电子单元加载精确定义的4.0-6.5巴的值域范围内的压力。或者，车轮电子单元可在其被激活后通过所充入的压力值自动编程。除了所述示例性的措施外，还可要求确定的LF最小场强。
[0025]根据本发明方法的一个特殊优点在于，借此可继续使用目前安装在车辆侧的监控单元，使得对于要求实时的胎压监控系统的国家只需安装特定的车轮电子单元，在该车轮电子单元中执行本方法。
【权利要求】
1.用于实时监控胎压尤其是汽车上的胎压的方法，其中，至少在车辆不运动的情况下仅在借助设置在轮胎内的压力传感器所确定的压力值位于预给定的正常范围之外时才将所述压力值由车轮电子单元不使用固定在车辆上的触发器发送器地以无线电技术在短的发送间隔内传输给安装在车辆中的监控单元，而车轮电子单元在车辆不运动时在确定的时间间隔内以数量级为25 μ s至500 μ s的、短的发送持续时间发送至少一个适合于系统监控的信号并且在使用相同时隙或该时隙的整分数或倍数时进行胎压测量。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述确定的时间间隔的数量级为4秒至10秒。
3.根据权利要求1或2的方法，其中，所述确定的时间间隔与从车辆前次的前进起所经过的持续时间有关或持续变化。
4.根据上述权利要求之一的方法，其中，安装在车辆中的监控单元仅在希望有车辆车轮的无线电信号的时间范围内被激活。
5.根据上述权利要求之一的方法，其中，发送系统监控信号的所述确定的时间间隔根据车轮电子单元的识别号码或随在以前的发送电报中一起被传输的随机数变化。
6.根据上述权利要求之一的方法，其中，系统监控信号的发送电报以幅移键控模式发送并且包含表示车轮位置的位模式。
7.根据上述权利要求之一的方法，其中，在车辆较长时间的停车阶段后所述确定的时间间隔是在车辆前进中或较短停车阶段中所选择的时间间隔的整数倍，并且为较长的停车阶段使用估计方法，以便校准车轮电子单元和监控单元中不同的时间容差。
8.根据上述权利要求之一的方法，其中，在车辆停车时以降低的测量精度进行压力测量，所述压力测量电能需求降低。
9.根据上述权利要求之一的方法，其中，以无线电技术仅传送如下压力值，所述压力值低于轮胎部分加载的冷态充气压力的极限值或高于轮胎完全加载的冷态充气压力的极限值或者所述压力值高于在一定时间段上所确定的轮胎内的压力降的极限值。
10.根据上述权利要求之一的方法，其中，至少第一个在确定所测得的轮胎压力偏离正常范围后待发送的压力值或该压力值之后的几个压力值或仅一个表示这种偏离的位序列以幅移键控模式被发送。
11.用于实施根据上述权利要求之一的方法的装置，包括实体构造的逻辑电路。
12.用于实施根据上述权利要求之一的方法的装置，包括用于防止对存储在车轮电子单元中的极限值的操作的措施。
【文档编号】B60C23/04GK103476604SQ201280017834
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年4月24日 优先权日:2011年5月13日
【发明者】A·施瓦贝, J·哈特曼 申请人:宝马股份公司