CN1476391A - 轮胎的压力测量及充气/放气控制系统 - Google Patents

Abstract

一种轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，包括：一个压力传感器；一个压力变化检测器，其一方面能够在安全时间间隔响应轮胎腔内压力的基本显著和迅速的变化，另一方面对与所述检测器结合的另一部件起作用；一个管理模块，能够接收和处理一方面由压力传感器提供的信息和另一方面由压力变化检测器提供的信息，并且能在压力变化检测器提供的信息基础上，驱动从所谓“正常”压力测量模式到“加速”测量模式的转换，或从所述“加速”模式到所述“正常”模式的转换。

Description

轮胎的压力测量及充气/放气控制系统

技术领域

本发明涉及一种轮胎的压力测量及充气/放气控制系统。

背景技术

汽车和轮胎制商不断地更努力注意到现代道路使用者对安全、舒适和方便的不断增长的需求。这种现象从实际上仅在几年还没有的多种装置的平常特性清楚显现，比如安全气囊，ABS(防抱死制动系统)制动器，ESP装置等。

新近，轮胎压力测量和/或监测装置已经投入使用。通过简单、可靠和经常地通知驾驶员其车辆轮胎的充气度，对安全性，油耗和轮胎使用寿命等进行了改进。这些系统通常包括至少一个本身所知(knownperse)的轮胎压力传感器。

因此，例如，某些类型的压力传感器(如，电容或电阻类型)是已知的，使得能在给定时间测量轮胎的压力。通常，该传感器需要供电，以进行测量和传输收集的信息。已知的是在车轮上配备电池。如果希望进行经常的或甚至连续的压力测量，这在如想检测轮胎的漏气时是必不可少的，电池必须是容易更换的，因为传感器对电池的需要很大，结果很快地用完。必须能以简单，迅速和廉价的方式实现更换。

在此情况下，经常遇到可靠性问题，由于电池触点必须经受最恶劣的环境。触点恶化并且电能的供给有变得随机和不稳定，甚至完全断开的危险。

为补救这类情况，不可更换的电池被使用，可以确定方式并入电路，例如通过焊接。这样，可以实现更可靠的能量供给。另外，如果要防止电池寿命过短，必须限制能量消耗。这归结成在不连续的基础上给传感器供电。例如，压力的测量可通过在给定时间间隔的采样进行。例如，如果希望，电池的寿命尽可能长，与轮胎寿命，甚至车辆寿命相对应，这些时间间隔必须尽可能宽地隔开。如果想要使用压力传感器检测涉及压力从轮胎迅速及显著损失的漏气或其它类似情况，这种情况是不适用的。例如，如果想要实现测量充气或放气门限，这种情况也正是不合适的。使用采样，例如每30秒或60秒，可能的漏气只在下一个重复或测量时间，也就是漏气后某一时间被检测。但是，轮胎爆破(blow-out)检测，是有用的，必须在很短的时间内，实际上是同时完成。否则，驾驶员会在被通知漏气之前遭受漏气的结果。这些结果作为警告，并且经常是太迟了以致于不能做出反应，尤其是当车辆以高速行驶时。如果一个或多个轮胎充气或放气，监测系统基本上同时地响应是必不可少，不管是警告操作者已经达到了要求的门限，或选择地控制充气/放气系统自动停机。确保准确监测压力增加或降低水平的单独的方法不是必需的，会提供非常慢的压力变化率；则后检测的门限不会被超的太多。但是，这会使该操作很长及乏味。此外，在充气过程中，如长时间受力，会有引起压气机过热的风险。

本发明的目的在于一种能够避免这些缺陷的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统。

发明内容

为了达到这点，本发明提供一种轮胎的压力测量及充气/放气控制系统，包括：

压力传感器，与轮胎的环境压力流畅的连通，并且能测量该压力；

能响应轮胎腔内压力的压力变化检测器。

一个管理模块，能接收并处理一方面由压力传感器提供的信息和另一方面由压力变化检测器提供的信息，并且能在压力变化检测器提供的信息基础上，驱动从所谓“正常(normal)”压力测量模式到“加速(accelerated)”测量模式的转换，或从所谓“加速”测量模式到“正常”模式的转换。

通过该系统，如果压力变化，如在故意的充气或放气过程，轮胎监测可使驾驶员能被警告(指示达到希望压力的信号)，或甚至使充气或放气能被自动停止。在这些例子中的第一个，该系统优选与地上(车辆外)的充气和/或放气装置一起使用，而在第二个，该系统优选与位于车辆上的充气和/或放气装置一起使用。

压力变化检测器或管理模块优选被校准，以便在极小或不显著变化时不产生信号。

“加速”模式优选地是，其中由压力传感器进行的测量之间的时间间隔基本上比在“正常”模式短。

加速模式的重复必须足够频繁和密集，以使得能有效地检测门限或希望的压力值的到达，优选避免超出其太多。因此，测量之间的时间间隔可调整为技术和安全要求的函数(function)。

在本发明实施方案的一个优选实施例，“加速”模式是其中压力传感器完成的测量之间的时间间隔基本为零。当然，技术上的限制使得很难真正得到连续的测量，但大量的、密集的重复使得该函数能被模仿。实际上，例如每秒进行的测量可提供令人满意的结果。

在基本连续的测量模式中，系统允许显著的压力变化率，使压力调节迅速有效，而没有充气水平精确度的损失。如果管理模块驱动尽快转换到正常模式，压力传感器处于受力很大的状态，也就是显示消耗更多功率的期间基本上被制止。因此，测量系统和电池的使用寿命最优。

优选地，当运行模式从“经济(economy)”转换到“正常”时，在“加速”测量模式中提供有一个短的过渡期，使一个或多个轮胎压力的任何异常能够非常迅速地，或实际基本上同时地被检测。

在一个变化的实施方案，压力变化检测器能够提供一个信号，与轮胎腔内的压力变化率ξ有关。

这类的运行可使用本发明的压力变化传感器类型。

压力变化检测器优选为压电式，这是一种本身试验和测试的(is initself tried and tested)技术，可靠，精确，并且允许非常短的响应时间，例如小于100ms。另外，压电式传感器的主要特征之一是其能够在没有电源的情况下运行。更具体地，由压电式材料组成的薄膜的变形能够产生微电流。随后电流被电路使用，用于读取和处理或分析信号。只有电子模块需要电源，但是一个非常微弱的电源。因此提供长使用寿命的电池。

例如，压力变化检测器包括一个壳体，配有两个腔，基本上相互绝缘并且用压电式薄膜隔开，第一腔经受参考压力，和第二腔能与希望在其中完成监测的介质的环境流畅地连通，所述薄膜可在所述环境压力变化的作用下变形，因此产生的变形使得能够产生一个电信号，其强度与变形的程度有关。

参考腔的参考压力基本上是不变的，并且在监测的环境压力变化的时候没有变化，使得腔之间的压力差能够改变，该后面的变化导致压电式信号的产生。

优选地，薄膜适于响应是压力变化水平和/或速率函数的变形的幅度/或速度。

参考压力优选相对应于真空。

压力变化检测器优选能对所述检测器电或机械地结合的另一部件起作用。

由管理模块传输的信号优选为电或无线电类型。

传感器优选设置，以使在其中进行监测的介质环境与轮胎腔内的压力相对应。例如，传感器可以直接设置在所述腔中；另一方面，管子可使环境能够被送到例如设置在车轮上的传感器。

实施方案的另一优选实施例，压力变化检测器是无液(aneroid)类型。

该技术简单、可靠、便宜，并且运行不需要大的供电。更具体地，无液膜盒(capsule)不需要任何电源；只有电子模块需要如此电源，但是很微弱的。因此可提供长使用寿命的电池。

因此，例如，它包括一个无液膜盒，配有校准孔口，与希望在其中完成检测的介质环境流畅地连通，所述膜盒可在所述环境压力变化的作用下变形。

优选地，提供一种电子测量或检测装置，以因此产生的变形能驱动所述电子装置的方式与所述膜盒结合。所述电子装置可以是，例如，一个门限检测器，以当用于薄膜变形的预先制定的最小门限达到时传输电信号的方式被校准。在实施方案的一个实施例，所述电子装置是一个变换器，能产生电信号，信号强度与变形程度有关。

在实施方案的另一优选实施例，提供一种机械测量或检测部件，以因此产生的变形能驱动所述机械部件的方式与所述膜盒结合。所述机械部件可以是，例如，一个门限检测器，以驱动一个能在用于薄膜变形的预先制定的最小门限达到时传输电信号的装置的方式校准。在实施方案的一个实施例，所述机械部件与一个能够产生电信号的变阻器相结合，信号强度与变形的程度有关。

设定的最小门限优选基本上与因压力的显著及迅速损失因起的变形相对应，如在被监测的轮胎爆破时发生的。作为非限制性的实施例，被认为是显著的，基本上急剧的和突然的压力变化的最小门限可为0.1巴/秒(bar/sec.)的数量级，优选大约为1或2巴/秒。响应时间优选小于100ms。

校准孔口优选为毛细管。在监测的压力变化时，使无液膜盒中的压力能够比膜盒周围的压力基本上更缓慢地改变，由此产生一个能够引起膜盒变形的压力差。

本发明的装置优选用于安装在车轮；然后优选提供至少一个将数据传输到车辆的非转动件的装置，以确保这些信号可从车轮传到车辆。车辆可显示至少有一个数据接收装置。

优选地，经逻辑电路发送的信号的一个极性相对应于各类型的压力变化，即，正或负的。

优选地，压力测量之间的时间间隔值被调制为压力变化率ξ的函数。例如，因此ξ越大，时间间隔T越小。

本发明还提供一种轮胎，包括如上所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统。

优选地，轮胎爆破检测装置模制在轮胎的壁。

本发明还提供一种轮辋，包括如上所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统。

本发明还提供一种测量压力和控制轮胎充气/放气的方法，包括：

-  使用与轮胎环境压力流畅连通并能够测量所述压力的压力传感器完成轮胎压力的测量，所述的测量以相对应于所谓“正常”模式或所谓“加速”模式的时间间隔进行。

-  使用能响应轮胎腔内压力变化的压力变化检测器，监测有发生倾向的轮胎的压力变化。

-  在压力变化检测器提供的信息的基础上，驱动从所谓“正常”模式到所谓“加速”模式的转换，或从所谓“加速”模式到所谓“正常”模式的转换。

根据本发明的方法，“加速”模式优选其中由压力传感器进行的测量之间的时间间隔基本上比在“正常”模式短。例如，“加速”模式可是其中由压力传感器完成的测量之间的时间间隔基本为零。

优选地，当运行模式从“经济”转换到“正常”时，在“加速”测量模式中提供有一个短的过渡期，使得一个或多个轮胎压力的任何异常能被非常迅速地或实际基本上同时地检测出来。

根据本发明测量系统或方法的另一优选实施方案，当压力变化检测器检测已超过临界压力变化门限时，提供向驾驶员发出的报警信号或送到如ABS或ESP的驾驶员辅助装置的信号。如果此情况发生，压力变化检测器信号优选单独使用，而没有使用压力传感器必要地进行压力测量，以产生最短的可能的响应时间。

附图说明

从本发明的轮胎爆破检测装置的非限制性说明，参考附图，本发明的其它特征和优点变得清楚。

图1是本发明压力变化传感器的剖面示意图；

图2示出一个与车辆轮胎中有发生倾向的某些类型的压力变化相联的信号的实施例；

图3示出监测轮胎的比较流程图，一方面有一个传统的压力传感器，在图的左侧，另一方面有一个本发明的压力变化检测器，在图的右侧；

图4示出本发明的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统的功能图；

图5a和图5b示出另一类型的压力变化检测器，包括一个无液膜盒；

图6示出本发明的轮胎的嵌入的压力测量和充气/放气控制系统的功能图。

具体实施方式

图4示出本发明的用于监测轮胎1压力的系统的功能图。它包括一个压力传感器7，一个压力变化传感器2，如下所述。提供一个管理模块3，与传感器2电或机械地相结合。电池4使得电源能被供给到模块3和传感器7，并且选择地到传感器2，但本发明传感器2的优选类型并不需要任何电源，使得能对电池4节省。为了使数据能从车辆的车轮传输到车辆，优选提供一个传输模块5。例如，可包括一个发射器(优选HF(高频))，和一个应答器等。天线6可选择地装在图4的装置。

这个装置被提供用于安装在车轮，或者轮辋或者轮胎上。也可并入这些部件中的一个或其它中，例如，模制在轮胎的壁。为此，不需要电源的压力变化检测器2优先使用，以使电池4能够显示出尽可能长的，可与轮胎，车轮或车辆寿命相配的寿命。然后，电池4被并入装置1中；例如可被焊接。如此，避免了可更换电池固有的频繁接触问题。

图1示出本发明压力变化检测器2的一种具体的优选类型，为压电式。这包括一个壳体25，配有两个腔21和22，用压电式薄膜23互相隔开并且基本上绝缘。一个开口24使得能够在检测器的第一腔21和意欲监测的介质或环境之间建立一个流畅的连通。腔22经受参考压力，甚至是无压力或在真空下。一个电输出28使得能够传输在薄膜23的任何变形过程产生的弱电流信号。

如果腔22在真空下，薄膜23一般显示出凹的变形；它在真空下被推向腔22。产生于孔口24的所有附加压力都有助于薄膜23的变形，其将占一个稳定位置，例如26。控制腔21中压力的任何下降都带来薄膜23的新的变形，趋向于恢复到其原始(基本上平的)形状或轮廓27。如果薄膜23的曲率发生变化，则一个弱电流被发射，作为变形的幅度和/或速度的函数。因此，通过孔口24连接到腔21的轮胎的爆破带来腔21中压力的显著的急剧的下降。薄膜23从第一稳定轮廓到第二稳定轮廓的变形使得能够通过电输出28产生一个电流。该电流其后可被管理模块3接收并且被适当处理。

图5a和图5b示出压力变化检测器2的另一类型，包括一个无液膜盒30。所述膜盒可由两个扇贝形状的面33组成，连接在其相应的边，以形成一个闭合的，基本上密封的壳体。校准开口31，如例如毛细管，被提供在面的接合处或在膜盒的其它处。膜盒的形状可变化，而没有超出本发明的范围。

膜盒30以驱动一个装置的方式设置，该装置使得能够将与膜盒的变形有关的信息，转换成例如与压力损失或轮胎爆破等危险程度有关的信息相对应的信息。为此，膜盒可驱动或者一个机械部件34，例如控制杆，臂或其它类似的东西，或者一个电或电子装置35，如一个可变电阻器，或者一个电磁装置，如开关。所述装置优选连接到管理模块3，它接收和适当地处理信号。

图2示出能由本发明压力变化检测器2产生的信号的实施例。该图示出表现的物理现象和检测器的相应信号之间的关系。例如，在充气模式A，压力增加，即改变。这导致产生一个信号，例如可以是正的及不变的并且与微小、连续及变通的压力变化相联。

在压力不变时，在B和D，没有信号产生，由于薄膜保持固定，并且轮廓没有改变。

如果压力减小，在C，一个信号，可为负的及不变的，可与微小、不变及变通的压力降低相联。

在F，轮胎破裂或遭受非常显著的及迅速的压力损失，使得能够产生一个短时间的“尖峰(spike)”形式的信号，由于传感器的薄膜在非常短的期间严重地变形，该期间大致是从第一稳定轮廓到另一稳定轮廓所需的。

在E，压力是稳定的，和车辆行驶。工作噪声可被传感器采集，取决于其灵敏度。它则起噪声检测器或传感器或麦克风的作用。这种压力变化检测器/工作噪声检测器的双重职能是特别有利的。例如，这种双重职能使报警信号能与工作或停止模式相联。然后信号可被进行不同的处理，这两个例子中的第一个更关键。

图3示出轮胎监测方法的工作图，使用本发明的压力监测系统。在正常的运行模式下，由压力传感器7进行的测量在给定的时间间隔重复地完成。

为了延长电池的使用寿命到最大的可能程度，一旦不再需要连续地监测轮胎，典型地如果车辆停止，特别是长的时间停止时，就希望降低对给定期间的重复次数。

本发明的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统的操作如下所述：

首先，提供第一类型的环境，及因此的应用，如下所述：根据该第一方面，监测系统使得安装在车辆上的一个或多个轮胎的充气能够简单、安全及有效。在此情况下，驾驶员可将其车辆停在充气站。给车辆的一个或多个轮胎充气。测量和管理系统帮助其完成充气，尽可能准确地注到意规定的压力：如果压力发生变化，压力变化监测系统(包括一个压力变化传感器)几乎同时检测到状态下的变化，并且驱动从“正常”测量模式，其中测量以30到60秒或甚至更多的数量级的间隔的时间间隔完成，到“连续测量”模式的转换，其中测量以非常短的，如1或2秒或甚至更少的时间间隔完成。

一旦压力达到要求或规定的水平，系统就可产生一个信号，警告要求的压力水平已经达到(例如系统可选择地驱动一个警报，有为该操作类型所特有的特殊音频信号)。操作者然后知道其必须停止该特定轮胎的充气操作。因此，测量系统非常迅速地响应是必不可少的，如果想避免轮胎过度充气。

另一方面，提供另一种类型的环境，及因此的应用，如下所述：某些私人汽车，商业车辆等等配有一个集中的充气系统，安装在车辆上，并且用于实时调整压力水平，例如作为车辆使用条件的函数，如负载、速度(在高速可证明增加压力是有利的)，或作为质量或路况的函数(例如，在泥泞或下雪的情况下，减少压力以增加附着力是有利的)。压力变化可手动地或自动地驱动。

假设改变车辆的行驶条件，需要变化充气压力。一个安装在车辆上的压缩机，经轮毂输送压缩空气。如果驱动压力降低，伺服阀从轮胎释放一些空气。压力增加或降低的水平通过压力测量和管理系统监测。如果压力水平发生变化，任何变化通过测量和管理系统，经压力变化检测器，被立即检测。

因此，如果压力发生变化，压力变化监测系统(包括一个压力变化传感器)几乎同时检测到状态下的变化，并且驱动从“正常”测量模式，其中测量以30到60秒或甚至更多的数量级的间隔的时间间隔完成，到“连续测量”模式的转换，其中测量以非常短的，如1或2秒或甚至更少的时间间隔完成。

一旦压力达到要求的水平，测量和管理系统就立即使充气或放气停止，在适当时。既然仍是这样，如果要避免轮胎充气或放气过量，测量系统非常迅速地响应是必不可少的。

Claims (26)

1.一种轮胎的压力测量和充气/放气控制系统包括：

一个压力传感器，与轮胎的环境压力流畅的连通，并且能测量该压力；

一个能响应轮胎腔内压力的压力变化检测器；

一个管理模块，能接收并处理一方面由所述压力传感器提供的信息和另一方面由所述压力变化检测器提供的信息，并且能在所述压力变化检测器提供的信息基础上，驱动从所谓“正常”压力测量模式到“加速”测量模式的转换，或从所述“加速”模式到所述“正常”模式的转换。

2.根据权利要求1所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，所述“加速”模式是其中由所述压力传感器进行的测量之间的时间间隔基本上比在“正常”模式短

3.根据权利要求2所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，所述“加速”模式是其中由所述压力传感器进行的测量之间的时间间隔基本上为零。

4.根据权利要求1到3任意一个所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，所述压力变化检测器能够提供与轮胎腔内压力变化率ξ有关的信号。

5.根据权利要求1到4任意一个所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，所述压力变化检测器是压电式的。

6.根据权利要求1到5任意一个所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，所述压力变化检测器包括一个壳体，配有两个腔，基本上相互绝缘并且用压电式可变形的薄膜隔开，第一腔经受参考压力，和第二腔能与希望在其中完成监测的介质的环境流畅地连通，所述可变形薄膜在所述两腔之间的压力差没有变化时采用一个给定的，基本稳定的轮廓，所述薄膜适于变形，以在所述环境中压力变化的作用下，经过从第一轮廓到第二轮廓，因此产生的变形使得能够产生一个电信号，其强度与变形的程度有关。

7.根据权利要求6所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，所述参考压力相对应于真空。

8.根据权利要求1到7任意一个所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中希望在其中进行监测的介质的环境与轮胎腔内的压力相对应。

9.根据权利要求1到8任意一个所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，所述压力变化检测器是无液式的。

10.根据权利要求8或9任意一个所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，所述压力变化检测器包括一个无液膜盒，配有校准孔口，与希望在其中完成检测的介质环境流畅地连通，所述膜盒可在所述环境压力变化的作用下变形。

11.根据权利要求10所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，一个电子测量或检测装置，以因此产生的变形能驱动所述电子装置的方式与所述膜盒结合。

12.根据权利要求11所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，所述电子装置是一个门限检测器，以当用于所述薄膜变形的预先制定的最小门限达到时传输电信号的方式被校准。

13.根据权利要求11所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，所述电子装置是一个能产生电信号的变换器，信号强度与变形程度有关。

14.根据权利要求10所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，一种机械测量或检测部件，以因此产生的变形能驱动所述机械部件的方式与所述膜盒结合。

15.根据权利要求14所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，所述机械部件是一个门限检测器，以当用于所述薄膜变形的预先制定的最小门限达到时传输电信号的方式被校准。

16.根据权利要求14所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，所述机械部件与一个能产生电信号的变阻器相结合，信号强度与变形程度有关。

17.根据权利要求10到16任意一个所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，其中，所述校准孔口是毛细管。

18.根据权利要求1到17任意一个所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，还包括一个信息传输模块，能够将信息从车辆的转动件传输到车辆的固定件。

19.根据权利要求1到18任意一个所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，包括至少一个数据接收装置，用于车辆的非转动件。

20.一种轮胎，包括如权利要求1到19任意一个所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统。

21.根据权利要求20的轮胎，其中，所述轮胎的压力测量和充气/放气控制放置在壁中。

22.一种轮辋，包括如权利要求1到19任意一个所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统。

23.根据权利要求1到19任意一个所述的轮胎的压力测量和充气/放气控制系统，包括至少一个将数据传输到车辆的非转动件的装置。

24.一种测量压力和控制轮胎充气/放气的方法，包括：使用与轮胎环境压力流畅连通并能够测量所述压力的压力传感器完成轮胎压力的测量，所述测量以相对应于所谓“正常”模式或所谓“加速”模式的时间间隔进行；使用能响应轮胎腔内压力变化的压力变化检测器，监测有发生倾向的轮胎的压力变化；在所述压力变化检测器提供的信息的基础上，驱动从所谓“正常”压力测量模式到所谓“加速”测量模式的转换，或从所述“加速”模式到所述“正常”模式的转换。

25.如权利要求24所述的测量轮胎压力和控制充气/放气的方法，其中，所述“加速”模式是其中由所述压力传感器进行的测量之间的时间间隔基本上比在“正常”模式短。

26.根据权利要求25所述的测量轮胎压力和控制充气/放气的方法，其中，“加速”模式是其中由所述压力传感器进行的测量之间的时间间隔基本上为零。

Images