CN103935196A - 一种可自动配置的胎压传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可自动配置IDOT(轮胎信标)的胎压传感系统，所述系统充分利用现有的胎压监测系统中的传感器和控制设备等装置，实现了自动可靠的向具体车轮分配IDOT，进而实现了准确可靠的胎压监测，具有有益的技术效果。

Description

一种可自动配置的胎压传感系统

技术领域

本发明涉及一种胎压监测系统，尤其涉及一种可自动配置IDOT(轮胎信标)的胎压传感系统。

背景技术

轮胎是汽车行驶机构的重要组成部分。作为重要的支撑元件和行走元件，轮胎不仅承载着汽车的全部质量，还要给汽车前进提供推进力，同时起到缓和地面冲击的作用。轮胎对汽车的操纵稳定性、平顺性、安全性、舒适性以及燃油的经济性都起着非常关键的作用。

道路交通事故是所有国家都面临的一个严重的问题。据美国汽车工程师学会最近的调查显示，美国每年26万起交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的,而中国高速公路发生的交通事故中有70％～80％是由爆胎引发的，因高速行驶中突然爆胎而导致的车毁人亡事故被列为高速公路意外事故榜首。爆胎已经成为高速驾驶中一个重要的安全隐患。为了保证汽车安全行驶，一种比较通行的方法是在汽车上安装TPMS(汽车轮胎气压监测系统)，实时监测轮胎的压力、温度等参数，对于因轮胎漏气所造成的低胎压，以及因高温、高胎压而易产生爆胎的情况，以视觉信号或者也可包括听觉信号进行显示和警示。这样能够提高汽车行驶的安全性，并能减少因气压不足而造成的轮胎加速磨损和降低车辆的能耗。

目前常用的TPMS主要分为两种类型，一种是采用车轮速度的间接式TPMS，另一种是采用压力传感单元的直接式TPMS。其中，直接式TPMS在功能和性能上均占优势，主要由安装在汽车轮胎内的压力、温度传感单元和信号处理单元、RF发射单元组成的TPMS发射模块，以及安装在汽车驾驶台上包括数字信号处理单元的RF接收单元、液晶显示单元组成。而间接式TPMS则是通过ABS(防抱死制动系统)轮速传感单元来比较轮胎间的转速差别，以达监视胎压的目的，主要缺点是无法对两个以上轮胎同欠压及高速情况进行判断。

为了能够显示轮胎充气压力(以下也称为胎压)异常出现在哪个车轮，胎压监测系统就必须知道汽车哪个车轮上安装的胎压监测单元发出胎压异常信号。为此，胎压监测单元传递的信号不仅包含胎压信息，还包含独有的IDOT，所述IDOT通常是一串用来唯一识别各个胎压监测单元的数字。为了使胎压监测系统能够把其接收的一串数字分配到具体的车轮或者具体的车轮位置，安装在车上的各个胎压监测单元的IDOT以及它们与所述车轮位置的一一对应的分配关系必须预先发送到所述胎压监测系统并存储在其内，或存储到与其连接的存储器内。

现有的分配方法假定在比较转速时不同车轮在转速上会有差异，这些差异会有不同的起因，例如车轮与路面之间的打滑，由不同的轮胎尺寸或者不同的负载或者不同的胎压引起的不同的转动半径，尤其是转弯。转弯时，弯道外侧的车轮通常比弯道内侧的车轮走的距离远，因此比弯道内侧的车轮转速要快。事实上汽车车轮间的转速差异可能很小，在直行时甚至小到忽略不计。由此，从工程测量的角度来看，只要胎压监测单元内的加速度传感器检测的转速值和由ABS传感器测量的转速在不可避免的误差范围内一致，现有技术就会将所述两个转速数值视为匹配。只有在逐次对每一个ABS传感器进行比较，并于期间检出有良好的匹配时，胎压监测单元的IDOT才被分配到提供匹配转速信号的ABS传感器。其缺点是胎压监测系统需要很长一段时间把接收的所有IDOT逐个分配到具体的ABS传感器，即车轮位置。特别是，现有的方法对错误的分配很敏感。只要没有准确地把安装在汽车上的胎压监测单元的IDOT分配到各车轮位置，可靠的胎压控制就无法实现。

因此，有必要提出一种可以准确自动配置IDOT的胎压监测系统。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的实施方式，提出一种可自动配置的胎压监测系统，所述系统包括设置于四个车轮中的胎压监测单元和车载交互终端，其中，所述胎压监测单元为集成电路芯片，其包括压力传感器、温度传感器、角运动传感器、震动传感器、电源监测传感器、多路选择单元、模数转换单元、基准电压单元、修正单元、通信接口单元、时钟单元以及存储器单元；所述车载交互终端包括射频接收单元、车速监测单元、控制单元以及警示单元；

其中，所述压力传感器用于检测轮胎内的气压，以得到压力值；

所述温度传感器用于检测轮胎内的温度，以得到温度值；

所述角运动传感器用于检测车轮转动方向，以得到车轮转动方向信息；

所述震动传感器用于检测车轮上发生的震动，以得到车轮震动信息；

所述电源监测传感器用于检测供电电源的供电电压，以得到供电电压值；

所述多路选择单元控制压力传感器、温度传感器、电源监测传感器或加速度传感器中的任何一路选通；

所述模数转换单元对所述压力值、温度值、车轮转动方向信息、车轮震动信息和供电电压值进行模数转换，以分别得到数字值

所述基准电压单元为模数转换单元提供基准电压，其可以为内部电压基准，也可为外部电压基准；

所述修正单元对模数转换单元输出的数字值进行修正；

所述通信接口单元将修正后的数字值输出，并接收外部命令，从而与外围系统，例如车载交互终端，进行通信；

所述时钟单元为多路选择单元、模数转换单元、修正单元和通信接口单元提供工作时钟；

所述存储器单元，用于存储各胎压监测单元的独有IDOT。

根据本发明的一个实施方式，所述胎压监测单元还包括选择性地分别为压力传感器、温度传感器、角运动传感器、震动传感器、电源监测传感器供电的选择控制单元。

根据本发明的一个实施方式，所述胎压监测单元还包括对修正单元的输出结果进行二次修正和身份识别的熔断器。

根据本发明的一个实施方式，所述胎压监测单元还包括复位单元。

根据本发明的一个实施方式，所述时钟单元包括：产生第一时钟的第一振荡器、产生第二时钟的第二振荡器以及依据第一时钟对第二时钟进行补偿校准的时钟补偿模块；第一时钟的频率大于第二时钟的频率。

根据本发明的另外一个实施方式，提出一种由所述胎压监测系统进行IDOT分配的方法，其中：

所述通信接口单元发射信号到车载交互终端的射频接收单元，所述信号不仅包含具体各胎压监测单元独有的IDOT，还包含具体车轮的转动方向信息和同一车轮上发生的震动的信息；

所述车速监测单元向所述车载交互终端提供一个用来指示汽车行驶速度的速度信号，其中所述车载交互终端记录接收信号中包含的IDOT和转动方向信息，另根据记录下来的转动方向信息，所述车载交互终端区分属于汽车左侧车轮上的胎压监测单元的IDOT与属于右侧车轮上的胎压监测单元的IDOT，以及区分汽车左侧的胎压监测单元传达的震动与汽车右侧的胎压监测单元传达的震动，所述车载交互终端还分别测量通过汽车左侧的胎压监测单元或通过汽车右侧的胎压监测单元连续发出的震动信号之间经过的时间间隔；

所述车载交互终端把测量的时间间隔与发送到车载交互终端的该时间间隔内的汽车速度相乘，并检验该相乘得出的长度是否在一指定误差范围内与汽车的一给定轴距一致，针对在向前行驶期间汽车的两个轮轴，如果该检验结果为一致，则把包含有汽车左侧或右侧连续记录的两个震动信号中第一个的信号内的IDOT分配到分别位于所述两个轮轴中靠前的轮轴上的左侧或右侧的车轮，以及把包含有汽车左侧或右侧连续记录的两个震动信号中第二个的信号内的IDOT分配到所述两个轮轴中靠后的轮轴上并与所述靠前的轮轴的同一侧上的车轮。

根据本发明的一个实施方式，在向后行驶期间，发生在汽车同一侧的两个震动中的第一个在一时间间距内被分配到所述靠后的轮轴上，其后发生的震动被分配到所述靠前的轮轴上，所述时间间距等于所述轴距除以行驶速度。

根据本发明的一个实施方式，每当所述车载交互终端同时记录两个震动信号，其中显示该两个震动信号是源于两个不同转动方向的车轮时，随该两个震动信号一起发射的IDOT被分配到同一轮轴的两个车轮上。

根据本发明的技术方案，充分利用现有的胎压监测系统中的传感器和控制设备等装置，实现了自动可靠的向具体车轮分配IDOT，进行实现了准确可靠的胎压监测，具有有益的技术效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的胎压监测系统的结构示意图。

附图2示出了根据本发明的一个实施方式的胎压监测系统进行IDOT分配的方法步骤流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的一个实施方式，如图1所示，所述胎压监测系统包括设置于四个车轮中的胎压监测单元和车载交互终端，其中，所述胎压监测单元为集成电路芯片，其包括压力传感器、温度传感器、角运动传感器、震动传感器、电源监测传感器、多路选择单元、模数转换单元、基准电压单元、修正单元、通信接口单元、时钟单元以及存储器单元；所述车载交互终端包括射频接收单元、车速监测单元、控制单元以及警示单元；

其中，压力传感器用于检测轮胎内的气压，以得到压力值。

温度传感器用于检测轮胎内的温度，以得到温度值。

所述角运动传感器用于检测车轮转动方向，以得到车轮转动方向信息；

所述震动传感器用于检测车轮上发生的震动，以得到车轮震动信息；

所述电源监测传感器用于检测供电电源的供电电压，以得到供电电压值；

所述多路选择单元控制压力传感器、温度传感器、电源监测传感器或加速度传感器中的任何一路选通；

所述模数转换单元对所述压力值、温度值、车轮转动方向信息、车轮震动信息和供电电压值进行模数转换(所述压力值、温度值、车轮转动方向信息、车轮震动信息和供电电压值均为模拟值)进行模数转换，以分别得到数字值。

基准电压单元为模数转换单元提供基准电压，其可以为内部电压基准，也可为外部电压基准。

修正单元对模数转换单元输出的数字值进行修正。

通信接口单元将修正后的数字值输出，并接收外部命令，从而与外围系统，例如车载交互终端，进行通信。

时钟单元(附图未示出)为多路选择单元、模数转换单元、修正单元和通信接口单元提供工作时钟。

存储器单元(附图未示出)，用于存储各胎压监测单元的独有IDOT。

关于基准电压单元，所述胎压监测单元优选地采用内部电压基准，即在芯片内部集成一个小面积、高精度、高电源抑制与温度抑制的基准电压源，以满足高精度模数转换单元的要求，同时该基准电压源还可以用于测量出精确的温度信息，为用户提供温度数据，以便通过外围系统产生温度报警。

进一步地，所述胎压监测单元还包括选择性地分别为压力传感器、温度传感器、角运动传感器、震动传感器、电源监测传感器供电的选择控制单元，于是，可选择性地为压力传感器、温度传感器、角运动传感器、震动传感器、电源监测传感器供电，以节省功耗，如，只在压力传感器工作的时候，就只为压力传感器供电，其它一样。

进一步地，所述胎压监测单元还包括对修正单元的输出结果进行二次修正和身份识别的熔断器。具体地，该熔断器的每个位的ROM都由3根熔丝组成，只要烧断其中一根，ROM就代表存储“1”。所述胎压监测单元还提供多种不同的烧入方式，如：逐根烧、只烧其中一根、大电流烧、中电流烧、小电流烧等等，且可确保烧入的可靠性，确保芯片即使工作在恶劣的工作环境下，数据也不会丢失和出错，可靠性更高。另外，还可通过烧断某些熔丝为不同的芯片写入不同的身份识别信息，如编号等。

进一步地，所述胎压监测单元还包括复位单元，并且，所述复位单元还设置两种复位方式，一种是在较短时间内复位，一种是在较长时间内复位，用户可依据需求选择使用，增加了用户的可选择性。

所述时钟单元包括：产生第一时钟的第一振荡器、产生第二时钟的第二振荡器以及依据第一时钟对第二时钟进行补偿校准的时钟补偿模块；第一时钟的频率大于第二时钟的频率。优选地，第二振荡器为低功率振荡器，其产生的第二时钟频率为2.5kHz，用于内部时钟，第一时钟频率为2MHz，用于采样和数据传送。由于第二振荡器为低功率振荡器，其采用超低功耗设计，对温度和电压的漂移都很敏感，为了保证内部时钟的同步，在每一次采样测量时，时钟补偿模块将会对第一、第二时钟进行比较，并按照第一时钟(2MHz的高频时钟)来对第二时钟(2.5kHz的低频时钟)进行补偿校准。

所述胎压监测单元中，修正单元对模数转换单元输出的数字值进行修正，其具体实现过程采用软件算法来实现，即以温度传感器检测到的温度值为基础，经过增益、温漂等处理计算，得到修正值，从而对模数转换单元输出的数字值进行修正处理，以提高精度。

所述胎压监测单元中，优选地，模数转换单元采用∑-Δ调制器，以远大于奈奎斯特率的速度对模拟信号进行“过采样”，然后再将各信号子样转换为1bit分辨率码流(由“1”和“0”构成)的同时，作频谱成形，使得输出的量化噪声大部分被转移至基带之外。但是，单靠Δ调制器并不足以满足所希望的精度，所述胎压监测单元还采用了过采样及噪声整形技术，在∑-ΔADC调制器后加上数字抽取滤波器，来消除大部分频带内的量化噪声。所述∑-ΔADC除了包括传统的A/D转换器所具有的抽样、量化、编码等功能外，它还有很强的数字信号处理功能，将抽样、量化、数字信号处理融为一体，提高了测量的精度。

所述胎压监测单元中，优选地，通信接口单元选用SPI接口，当然，为了满足客户的不同需求，也可设置为SPI接口、I2C接口或USB接口中的一种或种的组合。

根据本发明的另外一个实施方式，如附图2所示，提出一种由所述胎压监测系统进行IDOT分配的方法，其中：

所述通信接口单元发射信号到车载交互终端的射频接收单元，所述信号不仅包含具体各胎压监测单元独有的IDOT，还包含具体车轮的转动方向信息和同一车轮上发生的震动的信息。

所述射频接收单元连接到一车速监测单元，所述车速监测单元向所述车载交互终端提供一个用来指示汽车行驶速度的速度信号，其中所述车载交互终端记录接收信号中包含的IDOT和转动方向信息，另根据记录下来的转动方向信息，所述车载交互终端区分属于汽车左侧车轮上的胎压监测单元的IDOT与属于右侧车轮上的胎压监测单元的IDOT，以及区分汽车左侧的胎压监测单元传达的震动与汽车右侧的胎压监测单元传达的震动，所述车载交互终端还分别测量通过汽车左侧的胎压监测单元或通过汽车右侧的胎压监测单元连续发出的震动信号之间经过的时间间隔。

所述车载交互终端把测量的时间间隔与发送到车载交互终端的该时间间隔内的汽车速度相乘，并检验该相乘得出的长度是否在一指定误差范围内与汽车的给定轴距(wheelbase)一致，针对在向前行驶期间汽车的两个轮轴，如果该检验结果为一致，则把包含有汽车左侧或右侧连续记录的两个震动信号中第一个的信号内的IDOT分配到分别位于所述两个轮轴中靠前的轮轴上的左侧或右侧的车轮，以及把包含有汽车左侧或右侧连续记录的两个震动信号中第二个的信号内的IDOT分配到所述两个轮轴中靠后的轮轴上并与所述靠前的轮轴的同一侧上的车轮。

根据本发明的一个实施方式，在向后行驶期间，发生在汽车同一侧的两个震动中的第一个在一时间间距内被分配到所述靠后的轮轴上，其后发生的震动被分配到所述靠前的轮轴上，所述时间间距等于所述轴距除以行驶速度。

根据本发明的一个实施方式，所述胎压监测单元在每次记录一震动信号的时候，所述胎压监测单元打开一时间窗口，所述时间窗口的开始和结束由已测量的车速来限定，因此在打开的时间窗口内随后的于汽车同一侧的一个车轮上发生的震动信号中的IDOT被分配到与汽车靠前的车轮有一给定轴距距离的同一侧的车轮或车轮位置上，其中所述靠前的车轮具有的IDOT包含在来自于汽车同一侧的胎压监测单元并先前到达的震动信号中。

根据本发明的一个实施方式，每当所述车载交互终端同时记录两个震动信号，其中显示该两个震动信号是源于两个不同转动方向的车轮时，随该两个震动信号一起发射的IDOT被分配到同一轮轴的两个车轮上。

根据本发明的一个实施方式，通过选择那些显著地频繁出现的分配以及把其储存于设在车载交互终端中的或与车载交互终端连接的一存储器内，由此重复地建立分配并在统计学上对所述分配进行评估，在所有接收到的IDOT的分配以该方式被存储以后，所述分配过程结束。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种可自动配置的胎压监测系统，所述系统包括设置于四个车轮中的胎压监测单元和设置于驾驶室的车载交互终端，其中，所述胎压监测单元为集成电路芯片，其包括压力传感器、温度传感器、角运动传感器、震动传感器、电源监测传感器、多路选择单元、模数转换单元、基准电压单元、修正单元、通信接口单元、时钟单元以及存储器单元；所述车载交互终端包括射频接收单元、车速监测单元、控制单元以及警示单元；

其中，所述压力传感器用于检测轮胎内的气压，以得到压力值；

所述温度传感器用于检测轮胎内的温度，以得到温度值；

所述角运动传感器用于检测车轮转动方向，以得到车轮转动方向信息；

所述震动传感器用于检测车轮上发生的震动，以得到车轮震动信息；

所述电源监测传感器用于检测供电电源的供电电压，以得到供电电压值；

所述多路选择单元控制压力传感器、温度传感器、电源监测传感器或加速度传感器中的任何一路选通；

所述模数转换单元对所述压力值、温度值、车轮转动方向信息、车轮震动信息和供电电压值进行模数转换，以分别得到数字值；

所述基准电压单元为模数转换单元提供基准电压，其可以为内部电压基准，也可为外部电压基准；

所述修正单元对模数转换单元输出的数字值进行修正；

所述通信接口单元将修正后的数字值输出，并接收外部命令，从而与外围系统，例如车载交互终端，进行通信；

所述时钟单元为多路选择单元、模数转换单元、修正单元和通信接口单元提供工作时钟；

所述存储器单元，用于存储各胎压监测单元的独有轮胎信标IDOT。

2.一种如权利要求1所述的系统，所述胎压监测单元还包括选择性地分别为压力传感器、温度传感器、角运动传感器、震动传感器、电源监测传感器供电的选择控制单元。

3.一种如权利要求1所述的系统，所述胎压监测单元还包括对修正单元的输出结果进行二次修正和身份识别的熔断器。

4.一种如权利要求1所述的系统，所述胎压监测单元还包括复位单元。

5.一种如权利要求1所述的系统，所述时钟单元包括：产生第一时钟的第一振荡器、产生第二时钟的第二振荡器以及依据第一时钟对第二时钟进行补偿校准的时钟补偿模块；第一时钟的频率大于第二时钟的频率。

6.一种由权利要求1-5其中之一所述的胎压监测系统进行轮胎信标(IDOT)分配的方法，其中：

所述通信接口单元发射信号到车载交互终端的射频接收单元，所述信号不仅包含具体各胎压监测单元独有的IDOT，还包含具体车轮的转动方向信息和同一车轮上发生的震动的信息；

所述车速监测单元向所述车载交互终端提供一个用来指示汽车行驶速度的速度信号，所述车载交互终端记录接收信号中包含的IDOT和转动方向信息；另根据记录下来的转动方向信息，所述车载交互终端区分属于汽车左侧车轮上的胎压监测单元的IDOT与属于右侧车轮上的胎压监测单元的IDOT，以及区分汽车左侧的胎压监测单元传达的震动与汽车右侧的胎压监测单元传达的震动，所述车载交互终端还分别测量通过汽车左侧的胎压监测单元或通过汽车右侧的胎压监测单元连续发出的震动信号之间经过的时间间隔；

所述车载交互终端把测量的时间间隔与发送到车载交互终端的该时间间隔内的汽车速度相乘，并检验该相乘得出的长度是否在一指定误差范围内与汽车的一给定轴距一致，针对在向前行驶期间汽车的两个轮轴，如果该检验结果为一致，则把包含有汽车左侧或右侧连续记录的两个震动信号中第一个的信号内的IDOT分配到分别位于所述两个轮轴中靠前的轮轴上的左侧或右侧的车轮，以及把包含有汽车左侧或右侧连续记录的两个震动信号中第二个的信号内的IDOT分配到所述两个轮轴中靠后的轮轴上并与所述靠前的轮轴的同一侧上的车轮。

7.一种如权利要求6所述的方法，在向后行驶期间，发生在汽车同一侧的两个震动中的第一个在一时间间距内被分配到所述靠后的轮轴上，其后发生的震动被分配到所述靠前的轮轴上，所述时间间距等于所述轴距除以行驶速度。

8.一种如权利要求6所述的方法，当所述车载交互终端同时记录两个震动信号，其中显示该两个震动信号是源于两个不同转动方向的车轮时，随该两个震动信号一起发射的IDOT被分配到同一轮轴的两个车轮上。