CN101445025A - 用于确定车辆的轮胎及车轮组件的左侧或右侧位置的装置 - Google Patents
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Abstract
一种自主装置设置成用于由轮胎及车轮组件所携带，以确定所述组件在车辆上的左侧或右侧位置，所述装置包括：具有最大灵敏度轴线的两个磁传感器；用于测量经过每个磁传感器的终端的信号的装置，它能够发送两个周期信号，两个周期信号彼此之间相位偏移、并且每个信号表示在轮胎及车轮组件旋转期间由所述磁传感器检测的磁场值的变化；以及计算单元，它被编程以根据两个周期信号之间的相位偏移来确定轮胎及车轮组件的旋转方向、以及根据所述旋转方向和车辆行进方向推导出轮胎及车轮组件的左侧或右侧定位。该自主装置的特征在于，两个磁传感器的两个最大灵敏度轴线平行地定向，以及两个磁传感器被设置成以不同方位角定位在轮胎及车轮组件上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定轮胎-车轮组件在车辆上的左侧或右侧位置的装置，以及装备有这种装置的轮胎及车轮组件。
背景技术
出于安全目的，越来越多的动力车辆具有监测系统，该监测系统包括安装在车辆的各个轮胎及车轮组件上的传感器，专门用于测量例如轮胎的压力或温度的参数，以及用于通知驾驶员测量参数的任何异常变化。
这些监测系统通常包括设置在各个轮胎及车轮组件中并且具有微处理器和射频发射器的传感器，以及用于接收从发射器发出的信号的中心单元，其中计算机与连接到天线的无线接收器结合。
这种监测系统必须要解决的一个问题在于受到以下约束：必须与中心单元的接收器接收的信号、关于传感器以及由此轮胎及车轮组件的位置的信息关联起来，所述信号产生于该轮胎及车轮组件。上述约束在车辆的使用寿命中持续存在，也就是说，即使在轮胎及车轮组件变化之后或者仅仅地颠倒这些组件的位置之后，也必须遵守上述约束。
文献EP1 669 221A1提出了一种自主装置(autonomous device)，该装置被设置成能够被轮胎及车轮组件所携带，从而定位该组件在车辆上的左侧或右侧位置，该装置包括：
-具有最大灵敏度轴线的两个磁传感器；
-用于测量经过各个磁传感器终端的信号的装置，其能够发送两个周期信号，该两个信号彼此之间相位偏移并且各个信号表示轮胎及车轮组件旋转期间由磁传感器所检测的磁场值的变化；
-计算单元，它被编程以基于两个周期信号之间的相位偏移来确定轮胎及车轮组件的旋转方向，以及从该旋转方向以及车辆行进方向推导出轮胎及车轮组件的左侧或右侧位置。
该装置中两个磁传感器的最大灵敏度轴线被设置成位于轮胎及车轮组件中并且处于与轮胎及车轮组件旋转轴线横切的平面内，以及在所述横切平面内以预定角度彼此相互偏离。
该装置的两个传感器检测环绕着它们的整个磁场，该磁场由地面磁场加上车辆环境磁场所组成。车辆环境磁场是由车辆上存在电气或磁性设备以及靠近轮罩的金属部件例如制动卡钳以及悬挂元件所产生的一系列磁场的结果。
然而，存在着地球的点以及车辆的行进方向，对此由上述装置的两个传感器所测量的地面磁场的贡献相对于环境磁场的贡献来说是可以忽略不计的，并且这样会在利用所述信号时产生问题。
发明内容
本发明的主题是一种与EP1 669 221 A1的装置相类似的自主装置，其特征在于，两个磁传感器的两个最大灵敏度轴线平行地定向，以及两个磁传感器被设置成以不同方位角定位在所述轮胎及车轮组件上。
如前所述，通过各个传感器终端所测量的信号展示出它们之间的相位偏移，但是地面磁场对该相位偏移的贡献为零，并且该相位偏移仅仅与车辆环境磁场的贡献以及两个传感器之间方位角的周向偏移幅度有关。
有利地，该两个磁传感器被设置成定位在所述轮胎及车轮组件上处于到所述组件的旋转轴线大体相同距离处。
这样允许了两个线圈对同一环境磁场的磁通量变化灵敏。
两个磁传感器的两个最大灵敏度轴线可以重合，并且这些磁传感器最好被设置成位于轮胎及车轮组件上，使它们的最大灵敏度轴线周向地定向。
根据优选实施例，两个磁传感器被设置成以下述方式位于轮胎及车轮组件上：两个最大灵敏度轴线与轮胎及车轮组件的旋转轴线平行地定向。
将两个磁传感器的两个最大灵敏度轴线定位成与旋转轴线平行这一事实使得无论地面磁场的定向如何，该磁场不会对经过两个磁传感器终端测量的信号的振幅产生影响。该信号的振幅由此仅仅与围绕该装置的环境磁场相关。
优选地，两个磁传感器的中心之间的周向距离在1到8cm之间。小于1cm的距离将不再能够通过常规探测频率而充分精确地确定出两个信号之间的相位偏移，以及大于8cm的距离会使得难于将两个磁传感器集成在单个壳体中。
作为磁传感器输出的两个信号之间的相位偏移的确定可以在信号的放大和整形之后完成。优选地，计算单元被编程以便通过使两个信号相互关联从而确定出该两个周期信号之间的相位偏移以及更简单地确定出该相位偏移的标识。
本发明的主题还是一种装备有这种装置的轮胎及车轮组件。该装置例如适合于固定到充气阀或者固定到轮辋表面，并且还能够将该装置固定到轮胎内部表面上或者将该装置集成到轮胎的结构中。
附图说明
通过对附图的描述，本发明将被更好地理解，其中：
图1示意性地显示了现有技术的车轮的透视图，该车轮装备有紧固到充气阀的传感器系统；
图2示意性地显示了现有技术的轮胎-车轮组件的横截面图，该组件装备有紧固到充气阀的传感器系统；
图3示意性地显示了充气阀以及紧固到该阀上的壳体的透视图，该壳体设置用于接收传感器；
图4示意性地显示了装备有根据本发明装置的车辆的俯视图；
图5示意性地显示了装备有根据本发明装置的轮胎-车轮组件的侧视图，该组件安装到车辆的右侧；
图6示意性地显示了装备有根据本发明装置的轮胎-车轮组件的侧视图，该组件安装到车辆的左侧；
图7显示了在车辆后轴上测量的剩余点磁场的轴向分量；
图8显示了数字处理之前以及之后在车俩上获得的信号，该车辆的轮胎装备有根据本发明的装置；以及
图9显示了根据本发明装置的功能图。
这些附图仅用于解释目的而没有限制的性质。
具体实施方式
图1显示了现有技术中车轮20的透视图，该车轮装备有充气阀30以及设置用于接收传感器的壳体40。为了清楚起见，没有显示轮胎10。
图2显示了现有技术中另一个轮胎-车轮组件的横截面图，该组件由轮胎10和车轮20形成并且装备有充气阀30以及设置用于接收传感器的壳体40。还显示出轮胎中面50的迹线、在壳体40层面上的周向或切线方向X的迹线以及轮胎车轮组件的旋转轴线YY’的迹线。
图3示意性地显示了充气阀30以及壳体40的透视图，该壳体40紧固到所述阀并且设置成用于容纳传感器；所述壳体从EP 1 106 397中所公知。该壳体可适于接收根据本发明的装置70。
图4示意性地显示了车辆80的俯视图，该车辆的轮胎-车轮组件91-94装备有根据本发明的装置，该装置包括对车辆环境磁场灵敏的两个磁传感器，该两个磁传感器被设置成使它们的轴线平行或者实际上重合。
轮胎-车轮组件从车辆左侧移动到右侧，而且将组件的同一侧相对车辆保持在外侧，可被分解为旋转，还可能伴随着平移。由此，如果组件91或者组件92被组件93所替换，那么组件93将绕着垂直于地面的轴线110旋转180°(以到达组件91的位置)，随后转换为平移(如果位置92是目标)。磁传感器特定设置的结果是为了减少装置的旋转对称，从而使得磁传感器的相对配置在车辆一侧与另一侧不同。即便轮胎-车轮组件绕着其旋转轴线转动并且同时滚动也不能够在车辆两侧上获得磁传感器的相同的相对配置。这种相对配置由此是车辆各个侧面的独有特征。
这个基本原理在图5和6中显示出来，图5和6表示装备有根据本发明的装置70的轮胎-车轮组件的侧视图，该装置70安装到车辆的右侧(图5)和左侧(图6)。
图5表示安装到车辆80右侧的前方位置上的轮胎-车轮组件91，该车辆80沿着由箭头表示的方向120向前移动。根据本发明的装置70安装在壳体40中并且固定到组件91上。该装置包括对车辆环境磁场P灵敏的两个磁传感器131和132。每个磁传感器包括具有软铁芯的线圈。两个线圈131和132被设置成使得它们的两个轴线(分别为141和142)与轮胎及车轮组件的旋转轴线YY’平行地定向。这两个线圈由此实际上仅对车辆环境磁场PY沿着YY’的分量或轴线分量灵敏。两个轴线141和142还在周向方向上(也就是说在方向XX’上)偏移距离d。对应的方位角偏移α如图6所示。
图6表示安装到车辆80左侧的前方位置上的轮胎-车轮组件93，该车辆80沿着方向120向前移动。根据本发明的相同装置被安装在壳体40中并且固定到组件93上。
对比图5和图6，可以理解自动定位装置的操作。当设置有装置70的组件被安装到车辆右侧上(图5的情况)并且当车辆向前移动时，线圈132相对于线圈131在相位上总是提前的：轮胎-车轮组件必须绕着其旋转轴线完成一定角度的旋转，才能使得线圈131相对于车辆环境磁场与线圈132最初定位在相同位置。对于设置有所述装置并且安装到车辆左侧的组件(图6的情况)而言，情形相反：这里，线圈131相对于线圈132在相位上提前。由此充分地确定了由两个线圈测量的信号的相对相位偏移，从而对于给定的车辆运动方向(向前或向后)确定出线圈、以及因而对应的轮胎及车轮组件所位于车辆的那侧。
图7表示了由固定到车轮轮辋的磁力计所测量的车辆环境磁场沿着轴线YY’定向的分量。该曲线是在BMW 323i车辆后轴的情况下测量得到的。
磁力计被固定到车轮轮辋上并且位于与固定到该车轮充气阀的装置非常靠近的位置上。可以看出，对于这种特定车辆的后轴并且在固定到充气阀的壳体的层面处估定的车辆环境磁场具有9μT数量级的峰-峰振幅。
各个线圈是被动式磁传感器，所述传感器根据Faraday-Lenz定律产生与通过它的磁通量变化成比例的信号。通过线圈的磁通量变化越大越快，由各个线圈产生的信号就越大：信号的振幅由此还取决于线圈的旋转速度。在一个特定实施例中，对信号值进行积分，从而回推得出磁场值并且避开速度效应。
图8表示经过两个线圈131和132的终端所测量的信号，该信号为轮胎-车轮组件旋转角度(单位：度)的函数。每个线圈都产生周期信号，该信号的周期为轮胎-车轮组件的旋转周期；频率由此依赖于车辆的速度。当车辆环境磁场与对应线圈的轴线对齐时，达到极值。信号的振幅不受车辆的地面定位的约束。相位偏移与角度(α)有关，角度(α)与线圈的两个中线相对于旋转轴线所形成的角度对应。例如，相对于100cm的周长偏移2cm表示角度为：2/100*360°＝7.2°。
曲线图8(a)和图8(b)显示了在图6所示的情况下，经过设置在轮胎-车轮组件上的装置70的线圈131和132的终端所测量的信号：对应线圈132的信号相对于对应线圈131的信号在相位上滞后。在图5所示的情况下，情形相反，其中线圈132的信号相对于线圈131的信号在相位上提前。对于给定的运动方向，可以由此基于由两个线圈所测量的信号的相对相位偏移(或者基于信号的相位偏移的迹象(sign))而确定出轮胎-车轮组件所处的那侧。
有利地，可以借助于简单处理(阈值、比较器)将所测量的信号变换为方波信号，如图8(c)的两个曲线所表示。此后，能够检测出两个信号中每一个的边缘定位。
图9表示了装置40的功能图。为了对经过各个线圈131，132的终端的位差进行测量和处理，该装置包括放大模块42以及整形模块44，该整形模块44包括比较器以给出与初始信号周期相同的方波信号作为模块44的输出。该装置还包括计算单元46，整形后的信号被输入到该计算单元46，以便如前所述通过分析两个信号之间相位偏移的迹象从而确定出车轮的旋转方向、以及通过从这个旋转方向以及车辆的行进方向(借助任何实质上公知的方法而另外地确定出来)推断出对应轮胎及车轮组件的左侧或右侧位置。
以一种优选方式，根据本发明的装置的计算单元还通过使从两个线圈中产生的两个信号相互关联从而确定出这两个信号之间相位偏移的相位。这种方式的优点在于：不会受到所测量信号的波形的影响并且能够在足够长的周期内积累信息，从而提高判定标准的信噪比并且由此导致明确的响应。在这种情况下，所述装置的整形模块44适合于数据的选择处理。
信息通过无线通讯发送到车辆上的中心单元。
当然，本发明的原理不能够以可靠的方式使用在用于确定轮胎-车轮组件位置的方法中，除非对于其定位必须被确定的所有组件91到94而言，根据本发明的装置相对于车辆都被固定到轮胎-车轮组件的同一侧。假定所述装置有计划地处于车辆的同一侧，那么无论相对于车辆而言装置总是处于外侧或者总是处于内侧，都无关紧要。将装置固定到充气阀上构成了一种尤其简单的方法，用于确保所有装置相对于车辆都位于外侧。
本发明说明书中显示了，运动方向对于确定轮胎-车轮组件的位置来说是一个重要的参数：相反的运动会引起两个线圈131和132的信号的相位偏移的颠倒。运动方向可以借助于公知装置(例如EP 0 760 299中的球装置)、借助于车辆中的当前信号(倒车灯的接通)或者基于车辆的速度(该速度可根据由两个线圈131和132中的每个测量的信号的频率而确定出来)被确定：当速度小于某一极限(例如30km/h)时，则停止对位置的确定，从而确保当进行确定时车辆向前行进。
本文中所描述的方法仅仅允许确定出轮胎-车轮组件在车辆上被定位的那侧。如果需要确定出精确位置(车辆的前轴或后轴)，该方法必须被能够在前后位置之间作出判别的任何一种已知方法补充。
本发明并没有局限于所描述和表示的示例，并且可以对其进行各种改进，而不会脱离由附加权利要求所限定的范围。
Claims (10)
1.一种自主装置，设置成用于由轮胎及车轮组件所携带，从而确定所述组件在车辆上的左侧或右侧位置，所述装置包括：
-具有最大灵敏度轴线的两个磁传感器；
-用于测量经过每个磁传感器的终端的信号的装置，它能够发送两个周期信号，所述两个周期信号彼此之间相位偏移、并且每个信号表示在轮胎及车轮组件旋转期间由所述磁传感器检测的磁场值的变化；以及
-计算单元，它被编程以便根据两个周期信号之间的相位偏移来确定轮胎及车轮组件的旋转方向、以及根据所述旋转方向和车辆行进方向推导出轮胎及车轮组件的左侧或右侧定位；
其特征在于，所述两个磁传感器的两个最大灵敏度轴线平行地定向，以及所述两个磁传感器被设置成以不同方位角定位在所述轮胎及车轮组件上。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两个磁传感器被设置成定位在所述轮胎及车轮组件上处于到所述组件的旋转轴线大体相同距离处。
3.如权利要求1和2之一所述的装置，其特征在于，所述两个磁传感器的两个最大灵敏度轴线重合。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述两个磁传感器被设置成定位在所述轮胎及车轮组件上使它们的最大灵敏度轴线沿着周向定向。
5.如权利要求1和2之一所述的装置，其特征在于，所述两个磁传感器被设置成以下述方式定位在所述轮胎及车轮组件上：两个最大灵敏度轴线与轮胎及车轮组件的旋转轴线平行地定向。
6.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，在所述两个磁传感器的中心之间的周向距离为1到8cm。
7.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，计算单元被编程以便通过使所述两个周期信号相互关联从而确定出所述两个周期信号之间的相位偏移的迹象。
8.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置被设置成固定到用于给所述轮胎及车轮组件充气的阀上。
9.一种轮胎，其特征在于，所述轮胎装备有根据权利要求1到7之一的装置。
10.一种车轮，其特征在于，所述车轮装备有根据权利要求1到8之一的装置。
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Application publication date: 20090603 |