脉冲宽度测量方法及装置的制造方法_2

文档序号:9509480阅读:来源:国知局
型的运动传感器、压力传感器、位移传感器或转动传感器可替换这里描述的震动传感器。
[0046]在示出的实施例中,压力传感器208检测轮胎监测器200关联的轮胎的气动气压。温度传感器209测量轮胎和/或轮胎中气体的温度。在可选的实施例中,可由用于检测轮胎数据的其他设备配合或替换压力传感器208,或者省略传感器208。
[0047]在轮胎监测器200中提供了传感器接口,在该示例中该接口为震动传感器接口207,该传感器接口用于提供必要的控制信号以及检测来自震动传感器210、212的电信号。在一实施例中,震动传感器210、212用于对加速度进行响应,以产生电荷输出信号形式的输出。通常地,输出信号大约为lmV/g。震动传感器接口 207接收实质上为模拟信号的电输出信号,对该信号进行放大并过滤,以向控制器202输出对应的处理后输出信号。震动传感器接口 207根据来自控制器202的控制信号进行运行。优选地,震动传感器210、212可通过复用技术共享相同的接口 207。
[0048]在使用过程中,当轮子转动时,基于震动传感器210、212中的一个或两个传感器产生的电信号,控制器202可确定轮胎的至少一个特性。例如,震动传感器的输出可被用于确定轮胎是位于车辆的左边还是右边,和/或轮胎是否在转动。控制器202可由任何合适的组件来实施,例如,微处理器、微控制器或其他合适的可编程数据处理设备,以执行这里描述的功能。
[0049]图3示出了轮胎301的一部分,在这里,轮胎301安装有轮胎监测单元200。通常地,单元200通过合适的方式安装或连接在轮胎301的内表面上,特别是安装在车轮踏面上,而不是内壁上。该轮胎的轮胎监测单元通常被称为轮胎安装传感器(tyre mountedsensor, TMS)。随着轮胎301转动,在任何给定的时间,与路面接触的轮胎301的该部分被压平。被压平部分即为轮胎的压痕。作为示例地,压痕的一个或多个特性(作为示例地,尺寸,例如具体通常在车辆行驶方向上测量的长度)可被用于指示轮胎的负载。由传感器210,212中任意一个或两个产生的电信号可被用于测量该压痕,具体地用于测量其长度,下面将对此进行详细描述。应理解,虽然示出的实施例包括两个传感器210、212,然而,本发明的可选实施例可不只一个传感器或多于两个传感器,以用于提供一个或多个目标信号,而该一个或多个目标信号的脉冲宽度则可以被测量。
[0050]当车辆在行驶时,由传感器210、212或其中一个产生的电输出信号包括一系列脉冲,每个脉冲对应于携带监测器200 (更具体地是携带传感器210、212)的轮胎一部分冲击马路或车辆行驶的其他表面时的一实例。图5A示出了时间域中传感器210、212中的一个或两个传感器产生的信号的一示例,图5A中的信号为采样的信号(信号中没有内插),信号描述了两个脉冲P1、P2。这些脉冲的宽度用于指示轮胎压痕长度,该宽度通常被实时测量。
[0051]在本发明的优选实施例中,目标信号(例如,来自传感器210、212中任何一个或其他目标信号处理传感器的输出信号)中脉冲宽度的测量值可通过在脉冲频域表示中从基准频率值开始检测第一最小频率值(该值可能为空值)来获得。当最小值出现时,通过求频率值的倒数可得到脉冲宽度的测量值。在矩形脉冲情况下,这与确切的宽度相对应,该测量值对脉冲幅度总是不敏感,且与脉冲宽度成比例。可以对基准频率值进行选择,以适应于应用场景,基准频率值可以为0或更高。例如,对于典型的轮胎安装传感器(TMS),基准频率可大约为40Hz。更普遍地,基准频率可以为相对目标信号的频率表示中可能出现的最低频率,具体地为关于目标信号脉冲的最低频率。
[0052]现在请参考图4A、4B,图中分别示出了一曲线图,其中一曲线图示出了时间域中三个样本脉冲信号Pa、Pb、Pc,一曲线图示出了各个脉冲信号Pa、Pb、Pc对应的各自频率表示Fa、Fb、Fc。其中,每个脉冲Pa、Pb、Pc以时间等于0为中心。脉冲Pa、Pb为矩形脉冲,Pb比脉冲Pa宽50 %,脉冲Pc为抛物线脉冲。
[0053]从图4B可以看出,由单个矩形时间域的脉冲持续时间T的任何合适变换(例如,频率变换)产生的信号包括基正弦信号,其第一零点或最小值出现在频率f_= 1/T处,在该示例中,频率变换为傅里叶变换。在实践中,信号通常被粗略地通过矩形脉冲逼近。尽管如此,其频谱仍然以频率f_处的最小值为特征,该频率的倒数值提供了脉冲宽度的测量值。
[0054]时间域信号(通常在变换前被取样)的频谱可通过用于执行频率分析的任何方便频率或其他变换组件获取,例如,离散傅里叶变换(DFT),如快速离散傅里叶变换(FFT)。
[0055]频率分析还可以通过使用一组(数字或模拟)带通滤波器来实现,以例如用于实施戈泽尔(Goertzel)算法。
[0056]由于不需要进行信号存储,因此,使用滤波器组作为频率变换组件是有益的,当每个样本变得可用时,使用滤波器组更新结果,这样,可延展计算时间(这与FFT相反,FFT只能应用到样本块)。这可有益地减少输出延迟,在大多数情况下可得到更有效的算法。如果需要,可选地,滤波器组可使用模拟电路来实现。
[0057]为了计算€_,可使用一简单方法将单一脉冲从目标信号中分离出来,并对其进行采样、在信号样品上执行N点FFT (或其他合适的变换)。该方法对于一些应用来说有很多缺点,例如,存储需求(因为FFT是运行在样本块上)。另外,计算效率只能通过计算整个频谱(或至少高达奈奎斯特(Nyquist)频率fs/2的频谱)来获得,而本发明需要用于分析的频谱部分则更少。样本的数目N还可以为2的幂,以完全利用FFT的性能。
[0058]可选地,可使用相对窄的带通(或窗口)滤波器组。例如,滤波器组可用于实施Goertzel算法,该算法对每个感兴趣的频率或频谱中的每个点利用二阶IIR滤波器。可对滤波器组中滤波器的数目进行选择,以适合应用和/或频率分析需要的精确度。通常地,该数目决定于频率表示中的最小和最大预计频率值。各个滤波器组之间的分离度或间隔可以被选择,以产生期望的精确度。优选地,滤波器之间的频率间隔为2n,其中,η为正整数。尽管使用Goertzel算法计算DFT所有窗口比使用FFT算法成本将更高,然而,每个滤波器的动作仍与计算DFT (例如,FFT或其他合适的变换)的“频率窗口”等价。尽管如此,这具有这样一个优点,即频率可被设置在频谱的任何地方(这与DFT中规则间隔fs/N不同),且可以设置任何数量的频率。另外,在每个样本实施的算法被更新,从而不需要缓存来存储输入和输出(尽管对于滤波器实施来说,一些缓存是必需的)。
[0059]图6为用于在目标信号(输入)上执行频率分析和确定最小脉冲频率的信号处理装置605的方框图。装置605包括频率分析器,频率分析器在这里以滤波器607组的优选形式示出,该滤波器组可由任何方便的形式实现(例如,通过计算机软件)。表示脉冲或每个脉冲的对应频谱可通过将目标信号传递通过每个滤波器607来获得。在滤波器为数字滤波器的实施例中,输入信号在被提供给滤波器之前被采样,但在滤波器为模拟滤波器的实施例中,输入信号不需要首先被采样。
[0060]在目标信号包括一系列分隔开的脉冲的典型应用中,由于在脉冲之间目标信号中没有明显的能量(例如,这可以从图5A看出),只要一个脉冲通过滤波器607,则滤波器607的各自输出将近似保持常数,直到下一脉冲到达。因此,在下一脉冲到达前的任一时间,滤波器607的输出可以作为脉冲期望频谱的近似值。合适地,滤波器607的各自输出可由锁存设备609捕获。锁存设备609可由输入611处的触发信号激活。作为示例地,触发信号可从脉冲检测器的输出中获得,脉冲检测器可合适地包括峰值检测器613,目标信号被提供给该峰值检测器613,该峰值检测器可被运行以检测每个脉冲的出现以及在检测每个脉冲的基础上生成触发信号。可选地,峰值检测器613可连接一延迟元件615,以用于在触发信号中引入延迟,从而保证在滤波器输出被读取之前脉冲通过滤波器607。
[0061]应理解,峰值检测器613以及延迟元件615并不是必需的,尤其是峰值的精确检测是不必要的,对延迟的仅有的要求是延迟必须小于脉冲之间的最
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