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CN109937526A - 设有可再充电供电装置的轮胎参数监测系统的电子组件 - Google Patents

设有可再充电供电装置的轮胎参数监测系统的电子组件 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于一种电子组件（1），其旨在安装在装有轮胎的车辆车轮的气门嘴（2）上，其集成了用于监测所述车轮的至少一个运转参数的电子装置以及所述电子装置的可再充电供电装置（4），所述电子组件（1）的特征在于，其包括用于向可再充电供电装置（4）进行再充电的装置，这些再充电装置包括：可移动元件（5），其至少一部分（5a）被磁化，其能够被穿过气门嘴（2）来为轮胎打气的气流（F）所移动，并且能够与线圈（7）配合来产生磁场（B）的变化和电磁感应，以及用于管理可再充电供电装置（4）的充电的设备（8）。

Description

设有可再充电供电装置的轮胎参数监测系统的电子组件
技术领域
本发明涉及机动车领域，并且更具体地涉及轮胎参数监测系统（所谓的TPMS系统，TPMS是英语术语“Tyre Pressure Monitoring System（胎压监测系统）”的首字母缩合词）的电子组件，其旨在安装在车辆车轮的气门嘴上并且包括可再充电供电装置。本发明还延伸到用于管理根据本发明的电子组件的可再充电供电装置的充电的方法。本发明还涉及用于监测轮胎的至少一个参数的系统。
背景技术
出于安全的目的，越来越多的机动车辆具有TPMS监测系统。
这些监测系统通常装备：
• 一方面是电子组件（也称为“车轮单元”），其安装在车辆的每个车轮上并集成了专用于测量参数（如车轮的径向加速度、装配该车轮的轮胎的压力和温度）的传感器，并且还包括微控制器、存储器和射频发射器，以及
• 另一方面是中央单元（未示出，安装在车辆上），其用于接收由每个车轮的射频发射器发射的信号，其包括电子计算机（或ECU，英语的“Electronic Control Unit（电子控制单元）”），其集成了连接到天线的射频接收器。
这些电子组件周期性地向中央单元提供每个轮胎的基本参数的测量——压力、温度、加速度。然后可以在目标应用中利用这些测量，所述目标应用尤其是：
• 传感器的自动学习或跟踪传感器本身的位置；
• 定位车轮以便检查与所定位的每个车轮相对应的轮胎压力；
• 检测轮胎的过载和磨损情况。
由专用传感器进行的测量被转换并经由装配有天线的发射器/接收器设备和CAN总线传输到集成在中央单元中的微处理器。电子组件的微控制器经由射频波发射模块将这些压力、加速度和温度数据传输到车辆上装配的TPMS系统的中央处理单元。相反，该中央处理单元将LF（英语术语“Low Frequency（低频）”的首字母）低频控制数据发射到微控制器。所实施的所有这些装置（传感器、中央单元、经由发射器/接收器的通信网络）形成了胎压检查系统，该系统通常称为TPMS系统（英语术语“Tire Pressure Monitoring System（胎压监测系统）”的首字母缩合词）。
由电子组件提供给中央单元的数字数据表示连续的变化水平。中央处理单元可以基于这些值来在过滤和采样之后制定压力、温度、磨损和/或过载信号，以便将这些信号传输到车载计算机。
轮胎监测在整个行程中进行多次，甚至在车辆停车时也是如此。因此经常需要用于向TPMS系统供电的电池。
因此，使用TPMS系统的一个重要方面涉及能耗，特别是电子组件的能耗。实际上，这些长时间使用无线通信装置的电子组件由具有有限容量的能源来供电。一般而言，电子组件运转所需的能量由纽扣电池型的电池来提供。这种电池包括固定的电荷量，保证电子组件平均持续10年的运转。
电子组件的电池的主要缺点在于，电池的内部漏电流仅其自身就占其容量的近30％，以至于电池的尺寸过大才能保证10年的平均使用寿命（如今对应于长于轮胎使用寿命的持续时间）。因此，电池占电子组件总重量的20％，这对电子组件的机械性能产生负面影响。
此外，电池的能量容量决定了可由电子组件管理的功能的数量，使得电池的能量容量方面的限制局限了可由TPMS系统提供的应用的数量。此外，难以在不使TPMS系统的监测功能降级的情况下减少TPMS系统可以提供的应用的使用。
最后，电子组件的电池价格占所述车轮单元的总价格的相当大的份额。
缓解这种情况的解决方案、尤其是专利US2004/0078662中描述的解决方案在于设想了用包括压电元件的供电装置来替换纽扣电池，该压电元件能够将源于车轮的旋转和振动的机械能转换成电能。
根据该原理，供电装置产生可再生能源，因此车轮单元的使用寿命在理论上是无限的。
然而，压电元件提供的能量的量相对较小，并且目前来说，该能量的量显得过小而不能获得足以用于集成在车轮单元中的各种电子部件的供电，特别是不能获得测量车轮运转参数的序列的可接受的周期性，即足够高的周期性。
本发明的目的是缓解使用纽扣电池的解决方案，并且本发明的主要目标是提供能够产生可再生能源的供电装置。
为此，从文献JP 2005 022457、JP 2004 268746和US 2005/248447中已知了（用于胎压监测系统的）如下供电装置，其使用佩尔蒂埃效应并将车轮上呈现的温度梯度转换成电能。然而，这样产生的电能很少，因为车轮上呈现的温度梯度难以收集并以最佳方式利用。
本发明的目的是提供一种没有上述缺点的替代解决方案。
发明内容
根据本发明，该目的首先借助于一种电子组件来实现，该电子组件旨在安装在装有轮胎的车辆车轮的气门嘴上，该电子组件集成了用于监测所述车轮的至少一个运转参数的电子装置以及所述电子装置的可再充电供电装置，所述电子组件的特征在于，其包括用于向可再充电供电装置进行再充电的装置，这些再充电装置包括：
• 可移动元件，其至少一部分被磁化，其能够被穿过气门嘴来为轮胎打气的气流所移动，并且能够与线圈配合来产生磁场变化和电磁感应；以及
• 用于管理可再充电供电装置的充电的设备。
根据本发明的电子组件带来了若干有益优点。特别是：
• 通过使用可再充电电池技术，减小了车轮单元电池的尺寸和重量，从而提高了机械性能；
• 通过使用可再充电供电技术，降低了漏电流的影响；
• 与电池尺寸成比例地降低了电池价格；
• 使传感器的使用寿命延长超过目前的10年限制；
• 以等同的机械性能和成本，有助于增加新功能。
根据一个优选实施例，可移动元件由设有翅片（ailette）的杆构成，翅片对穿过气门嘴来为轮胎打气的气流的阻力能使所述杆绕着旋转轴旋转。
根据一个有利实施例，线圈由具有低频接收模块的线圈构成，其使得能够从中央处理单元接收低频控制数据。
以这种方式，该特征带来了以下有益优点：具有单个低频线圈来同时实现TPMS系统的中央处理单元和电子组件之间的通信和对所述电子组件的电池的再充电。
根据一个优选实施例，用于管理可再充电供电装置的充电的设备是充电电路。
根据另一有利实施例，用于管理可再充电供电装置的充电的设备包括电荷泵转换器。
根据一个有利实施例，电子组件还包括AC/DC转换电路。
本发明还涉及一种用于管理根据前述特征中的任一项实现的电子组件的可再充电供电装置的充电的方法，该方法的特征在于，其包括以下步骤：
• 监测可再充电供电装置的端子两端的电压；
• 通知需要将打气气流注入承载电子组件的轮胎中，所述电子组件所包括的可再充电供电装置的端子两端的电压低于预定阈值；
• 监测线圈的端子两端的电压；
• 当线圈的端子两端的电压高于预定阈值时，触发用于管理可再充电供电装置的充电的设备以对可再充电供电装置进行再充电。
本发明还涉及一种用于监测车辆车轮的轮胎的至少一个参数的系统，其特征在于，其包括安装在所述车轮的气门嘴上的根据前述特征中的任一项实现的至少一个电子组件。
附图说明
本发明的其他目的、特征和优点将从参考附图进行的作为非限制性示例的以下描述中变得显而易见，在附图中：
- 图1是根据本发明的电子组件的纵向截面的示意性视图。
- 图2是根据本发明的电子组件的示意性俯视图。
- 图3是示出根据本发明的电子组件的第一实施例的电子线路图的视图。
- 图4是示出根据本发明的电子组件的第二实施例的电子线路图的视图。
- 图5是示出根据本发明的充电管理方法的逻辑图。
具体实施方式
本发明可应用于TPMS监测系统的电子组件1，也称为“车轮单元”，其能够安装在用于给车辆车轮的轮胎（这些都未示出）打气的气门嘴2上。该打气气门嘴2具有近端2a和远端2b，近端2a能够以本身已知的方式连接到电子组件1，远端2b能够接收用于给车辆车轮的轮胎打气的工具或塞子。因此，根据本发明的TPMS监测系统是这样的监测系统：其与现有技术的监测系统相当，但包括如本申请中描述的电子组件1。
在这种配置中，电子组件1被布置得尽可能靠近气门嘴2，并因此经受穿过所述气门嘴2来为轮胎打气的气流F。
电子组件以本身已知的方式集成了用于监测所述车轮的至少一个运转参数（如压力）的本身已知的电子装置，其电子部件（未示出）安装在电子电路（或PCB，英语的“PrintedCircuit Board（印刷电路板）”）3上。电子组件还包括所述电子装置的可再充电供电装置，如例如可再充电电池4。
根据本发明，用于对可再充电电池4进行再充电的装置包括可移动元件，其至少一部分被磁化，其能够被穿过气门嘴2来为轮胎打气的气流F所移动。根据图1和图2所示的实施例，布置在PCB 3上靠近气门嘴2的近端2a的可移动元件由设有多个翅片6的杆5构成，在为车辆的车轮轮胎打气的阶段期间，翅片6对穿过气门嘴2来为轮胎打气的气流F的阻力能使所述杆5绕着旋转轴A旋转。
该可移动杆5被配置成与线圈7配合，以产生电磁感应。为此，杆5至少部分地被磁化。例如，杆5在端部5a处被磁化，端部5a位于线圈7的截面对面。根据另一实施例，杆5全部都被磁化。
因此，在为车辆的车轮轮胎打气的阶段期间，具有很大压力的为轮胎打气的气流F导致杆5绕其轴A旋转，从而导致杆5的磁化端部5a末端处的磁场的变化。磁场的这种变化然后根据众所周知的电磁感应原理在线圈7的端子两端感应出交变电压，从而构成了用于管理可再充电电池4的充电的设备8的电压源，如下所述。
有利地，AC/DC转换电路9被布置在线圈7的输出端处。该转换器使得能够将线圈7的输出端处的交变电流转换成用于管理可再充电电池4的充电的设备8的输入端处的直流电流，该设备8例如由二极管电压整流器桥和低通滤波器构成，本身是已知的。
用于管理可再充电电池4的充电的设备8例如是本身已知的充电电路。由于该充电电路8也由所述可再充电电池4和电路9的输出电压来供电，因此该电路8例如被配置成仅当电路9的端子两端的电压足以激活对可再充电电池4进行充电的功能时才被激活。
根据另一示例（未示出），用于管理可再充电供电装置的充电的设备8由本身已知的电荷泵转换器构成。
有利地，线圈7由具有本身已知的低频接收模块10的低频线圈构成，所述低频线圈还包括电阻器11和电容器12。该低频接收模块10允许电子组件1从位于车辆上的TPMS监测系统的中央处理单元（未示出）接收低频控制数据。
TPMS系统以本身已知的方式被配置成在观察到放气或压力不足的情况下通知车辆驾驶员需要校正车辆的一个或多个轮胎的压力。由于由此导致定期为轮胎重新打气，于是为轮胎打气的气流F与再充电装置5-7-8-9配合以定期为可再充电电池4进行再充电，因此根据本发明，布置用于TPMS系统的电子组件的电子装置的无限供电源是可能的。
相反，如果轮胎已处于良好的打气压力但是可再充电电池4的电荷量降低，则必须可以能够对可再充电电池4进行再充电。
因此，根据图5中所示的用于管理可再充电电池4的充电的方法的实施例，以本身已知的方式监测（步骤100）可再充电电池4的端子两端的电压T电池。包括根据本发明的电子组件1的TPMS系统还可以被配置成例如经由其仪表板上的FLAG指示符向车辆的驾驶员指示（步骤300）需要给包括电子组件1的轮胎打气，所述电子组件1的所述电池4的端子两端的电压T电池低于预定阈值S电池（步骤200），以便如前所述借助于打气气流F通过线圈7的端子两端的电磁感应触发电能的累积。
以本身已知的方式监测（步骤400）线圈7的端子两端的电压T线圈。可再充电电池4的充电电路8被配置成仅当线圈7的端子两端的电压T线圈高于预定阈值S线圈时（步骤500）才被触发（步骤600）。因此，在在线圈7的端子两端累积电能的情况和用于对可再充电电池4充电的情况之间的切换是功能性切换。这种切换也可以以本身已知的方式通过断续器型的开关（未示出）来实现。例如，TPMS系统的电子组件1通常设有的微控制器（未示出）使得能够检查断续器并触发对可再充电电池4的所述充电。
如果在对可再充电电池4进行再充电之后，轮胎压力高于推荐压力，则TPMS系统向车辆的驾驶员告知使轮胎放气以恢复到推荐的打气压力，因此暂时的过度打气使得能够对可再充电电池4进行再充电。
除了根据本发明的可再充电供电装置4之外，根据本发明的电子组件1还可以包括（纽扣电池型的）固定供电装置。
已在安装在气门嘴上并因此存在为轮胎打气的气流的TPMS监测系统的电子组件的背景下描述了本发明。然而，本发明同样可以应用于存在流动流体并且需要电能供应的任何电子组件，如例如排气传感器、进气传感器、水循环传感器等等。

Claims (8)

1.电子组件（1），其旨在安装在装有轮胎的车辆车轮的气门嘴（2）上，其集成了用于监测所述车轮的至少一个运转参数的电子装置以及所述电子装置的可再充电供电装置（4），所述电子组件（1）的特征在于，其包括用于向可再充电供电装置（4）进行再充电的装置，这些再充电装置包括：
• 可移动元件，其至少一部分被磁化，其能够被穿过气门嘴（2）来为轮胎打气的气流（F）所移动，并且能够与线圈（7）配合来产生磁场（）的变化和电磁感应；以及
• 用于管理可再充电供电装置（4）的充电的设备（8）。
2.根据权利要求1所述的电子组件（1），其特征在于，可移动元件由设有翅片（6）的杆（5）构成，翅片（6）对穿过气门嘴（2）来为轮胎打气的气流（F）的阻力能使所述杆（5）绕着旋转轴（A）旋转。
3.根据权利要求1或2中的一项所述的电子组件（1），其特征在于，线圈（7）由具有低频接收模块（10）的线圈构成，其使得能够从中央处理单元接收低频控制数据。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电子组件（1），其特征在于，用于管理可再充电供电装置（4）的充电的设备（8）是充电电路。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的电子组件（1），其特征在于，用于管理可再充电供电装置（4）的充电的设备（8）包括电荷泵转换器。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电子组件（1），其特征在于，其还包括AC/DC转换电路（9）。
7.用于管理根据权利要求1至6中的任一项实现的电子组件（1）的可再充电供电装置（4）的充电的方法，该方法的特征在于，其包括以下步骤：
• 监测（100）可再充电供电装置（4）的端子两端的电压（T电池）；
• 通知（300）需要将打气气流（F）注入承载电子组件（1）的轮胎中，所述电子组件（1）所包括的可再充电供电装置（4）的端子两端的电压（T电池）低于预定阈值（S电池）；
• 监测（400）线圈（7）的端子两端的电压（T线圈）；
• 当线圈（7）的端子两端的电压（T线圈）高于预定阈值（S线圈）时，触发（600）用于管理可再充电供电装置（4）的充电的设备（8）以对可再充电供电装置（4）进行再充电。
8.用于监测车辆车轮的轮胎的至少一个参数的系统，其特征在于，其包括安装在所述车轮的气门嘴（2）上的根据权利要求1至6中的任一项实现的至少一个电子组件（1）。
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