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CN105765603B - 用于从应答器动态读取数据的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于从具有线性极化天线的车辆轮胎应答器动态读取数据的系统，所述系统包括至少一个天线和至少一个读取器，所述至少一个天线可接收由所述应答器传送的数据，所述至少一个读取器被耦合至天线并能够读取和存储来自所述应答器的数据，其中所述天线是具有垂直电场的线性极化天线。

Description

用于从应答器动态读取数据的系统
技术领域
本发明涉及一种用于动态读取记录在轮胎的应答器中的数据的系统，特别地涉及当轮胎在所述系统附近经过时自动地识别所述轮胎。
背景技术
文件EP 2 202 099 A1介绍了一种用于从车辆轮胎的具有线性极化天线的应答器动态读取数据的系统。该系统将天线和读取器相结合，所述天线能够接收由应答器传送的数据，所述读取器被耦合至所述天线并能够读取和存储来自应答器的数据。该系统使用圆形极化天线。
该系统特别地被用于当竞赛车辆经过例如定位于线路入口的门户件(portal)时自动地识别该车辆的轮胎的编号。所述轮胎的编号被记录在定位于所述轮胎的表面上或结构中的应答器的存储器中。
然而，应当注意到，该系统不允许从应答器稳固地读取数据。事实上，在所述系统和所述轮胎的应答器的某些相对位置，无论车辆位移的速度如何，读取都几乎是是不可能的。
发明内容
本发明的主题是一种用于从车辆轮胎的应答器动态读取数据的系统，所述系统包括至少一个天线和至少一个读取器，所述至少一个天线能够接收由所述应答器发送的数据，所述至少一个读取器被耦合至所述天线并能够读取和存储来自所述应答器的数据。该系统的特征在于，所述天线是具有垂直电场的线性极化天线。
将具有线性极化而非先前的圆形极化的天线用作系统天线的事实提供了当系统天线与应答器天线对准时向读取功率赋予3dB的增益的优点。垂直电场的选择还提供了几乎(或多或少地)将所述波相对于地面的混响现象消除的优点。
这在通过所述系统读取在轮胎应答器中记录的数据的稳固性方面产生了非常显著的改善。
所述系统天线优选具有等于或小于6dBi的增益。
举例来说，在欧洲，天线终端上的传导功率可等于或小于29.15dBm。由于天线增益将为6dBi，所以由这种天线辐射的总功率等于或小于35.15dB(2W ERP)，这符合欧洲标准。
举例来说，在美国，可使用具有6dBi的增益和30dBm的最大传导功率的天线以便符合标准。最大辐射功率因此为36dB(4W EIRP)。
有利地，根据本发明的主题之一的读取系统包括至少两个线性极化天线，所述至少两个线性极化天线具有垂直电场并在轮胎的滚动方向上以小于1.20米且优选大约1米(1米左右)的距离相对于彼此偏移。
实验发现，考虑到大约50至60km/h的车辆的最大驾驶速度和读取器的访问周期，诸如先前所述的天线可以至少在轮胎的沿着与天线方向正交的方向的、大约1米的位移距离上连续地通讯。因此，两个相邻天线的存在确保对于同样具有大约二米的周长的轮胎来说存在至少一个理想的读取位置且通常存在至少两个理想的读取位置。
当轮胎的应答器和读取系统的两个天线具有相同定向、也就是说轮胎的应答器的天线被垂直地排布时，读取位置是理想的。
优选地，所述两个天线相对于行驶地面以基本上与轮胎的旋转轴线的高度相等的高度设置。
根据一有利的实施例，所述两个天线交替地运行。
该运行模式使得能够避免所述两个天线之间的干扰。所述干扰可能当所述两个天线同时并在小于2MHz的频率差下起作用时出现。
优选地，所述两个天线被联接至同一读取器。
该简单实施例确保在所述两个天线之间不会有干扰。
根据一有利实施例，轮胎的应答器是一种其中寄存了轮胎的独特识别编号的UHFRFID(超高频射频识别装置)。
本发明的主题还为一种用于从车辆轮胎的应答器动态读取数据的、沿着车辆行驶路径设置的门户件(portal)，其特征在于，所述门户件在所述行驶路径的每一侧(两侧)包括如先前所述的读取系统。
本发明特别地涉及预定用于装配至客车、SUV(“运动型多用途车辆”)、两轮车辆(特别是摩托车)、飞行器以及包括厢式货车、“HGV(重型货车)”、即地铁列车的工业车辆、公共汽车、公路运输车辆(卡车、拖拉机、拖车)、诸如农业或土木工程车辆的非公路车辆、其他运输或维修车辆的轮胎。
定义
应答器读取系统的功率必须符合世界各地的精确标准。
由读取系统和天线所辐射的功率对应于在所述区域中辐射的总功率。各向同性天线被用作计算的参考，其中各向同性天线被理解成是指球形天线或各向同性天线。
所有的实际天线都在不同程度上具有方向性并且因此与(假设的)各向同性天线相比在其主方向上具有更大的功率密度。EIRP(等效各向同性辐射功率)的概念已经被引入，以便允许不同的天线彼此比较。该概念代表为了在天线的主波束的方向上提供相同的功率密度而必须被施加至各向同性天线的有效功率。应用如下：
EIRP＝P0×Gi
其中P0是发送功率并且Gi是天线的增益。
也被称为“ERP”(有效辐射功率)的等效辐射功率(以半波偶极子天线的等效辐射功率为参考)通常也被使用。
于是应用如下：
其中Gd是等效偶极子天线的增益。
附图说明
附图显示了一种用于在汽车竞赛车辆的情况下从车辆应答器动态读取数据的门户件，所述汽车竞赛车辆需要在约50至60km/h的高速下读取：
-图1示出了RFID UHF(超高频射频识别)应答器的实例；
-图2以立体图示出了在其表面上包括应答器的轮胎的局部部段；
-图3示出了数据读取系统的示意图；以及
-图4示意性地显示了数据读取系统的运行。
具体实施方式
图1示出了装配有形成偶极子的两个天线12的应答器(无源射频识别应答器10)的实例。该类应答器大体上是指被简写为RFID的应答器。该类应答器包括存储于存储器中的轮胎的独特识别编号。其还可以包括例如与轮胎的制造或者类型相关的其他数据。应答器10是一种在850和950MHz之间的频率范围内运行的RFID UHF(超高频射频识别)应答器。所述应答器10包括附接至承载件16并连接至两个天线12的芯片14，所述两个天线12具有近乎螺旋形的形状。应答器10可以在轮胎22的制造期间定位于所述轮胎22的结构内或者可以在所述轮胎的固化之后的操作期间附接至所述轮胎的外表面，如图2中所示。轮胎22被高度示意性地示出。所述轮胎22包括胎面24、两个侧壁26、两个胎圈28、内衬30，并且所述轮胎22被安装在车轮32上。应答器10借助于橡胶贴片27附接至侧壁26的外表面。
所示RFID UHF应答器10包括存储器和用于将存储于存储器中的数据传送至外部读取器的电路。所述应答器可以是有源的，但通常是无源的，并且所述应答器从外部源接收传送至其的RF(射频)信号、特别是接收将容纳于应答器的存储器中的数据的多重传送触发所需的能量。轮胎的独特识别编号由轮胎制造商在生产期间或者生产之后的期间指定。该编号允许轮胎在其整个使用寿命中被跟踪。该编号可以遵循所推荐的“电子产品代码”(EPC)的格式或者可以具有任意其他格式。
图3示意性地示出了根据本发明的一个主题的用于动态读取数据的门户件(portal)40。该门户件由两个相同的系统50和70组成，所述两个相同的系统50和70各自设置在车辆的行驶轨迹的一侧。箭头F指示车辆的行驶方向。如图所示，各个系统在一侧包括两个外壳52和54、在另一侧包括两个外壳72和74并且包括三对相关联的通行传感器56和76(D1)、58和78(D2)还有60和80(D3)。系统40还包括预定用于接收和处理数据的计算机或PC(个人电脑)42。
各个外壳都包括天线53、55，以将RF信号传送至车辆轮胎应答器以及从车辆轮胎应答器接收RF信号。所述外壳由不干扰RF信号的、诸如聚丙烯的材料制成。所述天线是方向性的，并且其最大的传送/接收方向被朝向车辆并且垂直于车辆的移动方向地定向。
外壳54和74还包括可控开关62、可编程逻辑控制器64和RFID UHF读取器66。
在系统50的情况下，参见图4，读取器66能够被耦合至天线53和55，以便读取和存储来自应答器的数据；所述读取器66是一种传统的、市场上可买到的RFID读取-访问器；所述可控开关62在一侧连接至两个天线53和55并在另一侧连接至可编程逻辑控制器64；所述可控开关62的作用是提供读取器66和各个天线53、55之间的选择性耦合；开关62的切换速度小于50μs、并为大约10μs；可编程逻辑控制器64在一侧连接至开关62并在另一侧连接至三对轮胎通行传感器56和76(D1)、58和78(D2)以及60和80(D3)；所述可编程逻辑控制器64的作用是根据来自这些轮胎通行传感器56和76(D1)、58和78(D2)以及60和80(D3)的信号来控制开关62。读取器66和控制器64也被连接至计算机或PC(个人电脑)42，以便将已经被读取的数据以及控制器所记录的事件序列发送给所述计算机或PC(个人电脑)42。
各对通行传感器被设置在天线上游或下游的行驶轨迹上。这些传感器可以是任意类型的传感器，例如具有光、激光、红外线等波束的传感器；于是轮胎的通行在光学传感器的情况下与光信号的中断联系起来，或者在压电式压力传感器的情况下与因轮胎的通行而产生的额外压力联系起来。第一对传感器D1和第一天线的轴线之间的沿着车辆的行驶方向的距离大约为该第一天线的有效读取长度的一半。第二对传感器D2大约定位在两个天线中间。最后，第三对传感器以大约为第二天线的有效读取距离的一半的距离定位在第二天线的下游。因为各个天线的该有效读取长度大约为一米，所以在系统40中，传感器沿着车辆的行驶方向、在各个天线的每一侧(两侧)以约50cm设置。各个天线的上游的传感器起到指示轮胎到达下游天线的读取场的作用，第三对传感器起到指示轮胎通行结束(即，该轮胎离开读取系统)的作用。第三对传感器还可以由超过给定时间便关断的装置来替代。通行传感器的响应时间为大约1微秒。
特别地，有效的读取距离根据天线类型、读取器的参数化、所使用的应答器和轮胎的类型而变化并且还取决于车辆的通行速度。该距离可以实验性地估算并且对应于从与轮胎相关联的应答器读取数据的条件在其中稳固且可靠的距离。
光学传感器的光束被定位在距离行驶地面最小距离处。该距离优选小于3cm，为大约1至2cm。这避免了来自车辆车身的干扰。
各个天线以距离车辆轮胎的侧壁在0.80和1.20米之间的距离定位，所述车辆轮胎的应答器在车辆通行期间必须被读取。各个天线还以其中心与车辆轮胎的旋转轴线齐平的方式垂直地定位，以便当应答器天线和系统天线两者垂直地排布时确保良好的读取条件。
外壳52、54、72、74的各个天线是具有垂直电场的线性极化天线。这允许当应答器天线和系统天线两者垂直地排布时使用最大的读取功率；这还使系统天线和应答器天线之间的RF波或者信号的相对于地面的混响最小化。
所示的应用包括如下严格的要求，即当车辆以大约50至60km/h的最大速度经过系统时能够从应答器读取数据。这意味着，车辆在1ms内走过14至17mm的距离。
具有大约1μs的响应时间的通行传感器和具有小于50μs的切换时间的可控开关的使用使得能够即刻激励第一天线的读取以及当第二传感器指示轮胎到达第二天线前方时非常快速地从第一天线切换至该第二天线。因此，市场上可买到的不同读取器的响应时间的不同没有影响。此外，该系统确保两个天线实际上被交替地控制，从而排除了任何测量之间的干扰的风险。
根据本发明的一个主题的门户件的运行如下：
当车辆在由箭头F指示的方向上出现在门户件40的前方时，前轮胎导致第一屏障传感器D1(表示为56和76)触发。
该触发被传送至逻辑控制器64，所述逻辑控制器64即刻经由开关62启动读取器66以及外壳52和72的天线A1(表示为53)。这些天线访问车辆的两个前轮胎的应答器并且收集和存储由这些应答器传送的数据。
当前轮胎导致第二屏障传感器D2(表示为58和78)触发时，该信号被传送至控制器，所述控制器指示开关62以将第一天线A1(53)的读取器66切换至外壳54和74的第二天线A2(表示为55)。这些第二天线访问车辆的两个前轮胎的应答器并且收集和存储由这些转发器传送的数据。
所述切换速度如下(约为10μs)，即由应答器传送的数据的读出和记录从第一天线至第二天线几乎是连续的。
第三屏障传感器D3(表示为60和80)的触发指示车辆的前轮胎已经离开门户件的天线的有效读取区域。该信号被传送至控制器，所述控制器将读取器66置于待命状态。
读取器66于是可以将所有被记录的数据传送至PC(个人电脑)42以用于校验和处理。
然而，当车辆的轴距如下，即在前轮胎导致第三屏障传感器D3触发之前车辆的后轮胎导致第一屏障传感器D1触发时，控制器保持将读取器66分配给第二天线A2直至第三屏障传感器D3的实际触发。这允许完整地读取车辆的前轮胎。一旦第三屏障传感器被触发，控制器就指示开关62启动第一天线A1。
于是可能出现以下情况，即在第一车辆的后轮胎已经导致第三屏障传感器D3触发之前第二车辆的前轮胎导致第一屏障传感器D1触发。在该情况下，控制器如先前地通过保持将读取器66分配给第二天线A2直至第三屏障传感器D3被触发来起作用。
为了便于分配由应答器传送的数据，有利的是，为车辆车身(例如靠近后轮胎地)增加应答器。来自该应答器的数据也可被天线A1和A2读取。
一种如先前所述的系统已经被实施。该系统由被设置成具有30dBm的最大传导功率的英频杰(Impinj)读取器、彼此间隔开1m并且垂直地定向的两个易腾迈(Intermec)线性天线、在行驶轨迹的相反侧具有发送器和接收器的三个班纳(Banner)红外检测单元(两个在其相关联的天线前方50cm处设置而第三个在第二天线后方50cm处设置)、具有四个输出端(已使用三个)的科恩(Keon)可控开关和用以控制由PIC微控制器和输入端/输出端组成的开关的实验室制造的电子卡组成。被测试的轮胎配备有由Patch Rubber提供的SpeedyPatch和可从Hanna获得的RFID UHF应答器。
已经在竞赛车辆的特定情况下描述了用于从应答器动态读取数据的门户件和系统，其中所述门户件于是被定位在例如竞赛线路的入口前方或者被定位在站台的出口处。该类门户件可适合于所有类型的车辆和轮胎。

Claims (10)

1.用于从车辆轮胎的具有线性极化天线的应答器动态读取数据的读取系统，其中，所述读取系统包括至少一个天线和至少一个读取器，所述至少一个天线能够接收由所述应答器传送的数据，所述至少一个读取器被耦合至所述天线并能够读取和存储来自所述应答器的数据，其特征在于，所述天线是具有垂直电场的线性极化天线。
2.根据权利要求1所述的读取系统，其特征在于，所述天线具有等于或者小于6dBi的增益。
3.根据权利要求2所述的读取系统，其特征在于，所述读取系统的天线是具有等于或者小于6dBi的增益的天线，并且通过所述天线的最大传导功率为30dBm。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的读取系统，其特征在于，所述读取系统包括至少两个线性极化天线，所述至少两个线性极化天线具有垂直电场并且在所述轮胎的滚动方向上以小于1.20m的距离相对于彼此偏移。
5.根据权利要求4所述的读取系统，其特征在于，所述至少两个线性极化天线以所述轮胎的旋转轴线的高度设置。
6.根据权利要求4所述的读取系统，其特征在于，所述至少两个线性极化天线交替地运行。
7.根据权利要求4所述的读取系统，其特征在于，所述至少两个线性极化天线被联接至同一读取器。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的读取系统，其特征在于，所述轮胎的应答器是其中寄存了所述轮胎的独特识别编号的UHF RFID。
9.根据权利要求4所述的读取系统，其特征在于，所述至少两个线性极化天线在所述轮胎的滚动方向上以大约1m的距离相对于彼此偏移。
10.用于从车辆轮胎的应答器动态读取数据的、沿着所述车辆的行驶路径设置的门户件，其特征在于，所述门户件在所述行驶路径的每一侧包括根据前述权利要求中的任一项所述的读取系统。
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