專利名稱：外置輪胎氣壓傳感器系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及汽車輪胎氣壓傳感器。特別地，本發(fā)明涉及使用一種外置傳感器監(jiān)測車輛的內(nèi)部輪胎氣壓的方法和系統(tǒng)。
輪胎氣壓傳感器系統(tǒng)已為人所知，通常被用來監(jiān)測車輛的單個(gè)充氣輪胎的內(nèi)部氣壓并且當(dāng)車輛的一個(gè)或多個(gè)輪胎內(nèi)部氣壓過低或過高以至危險(xiǎn)時(shí)給駕駛者提供一個(gè)警告信號(hào)。當(dāng)內(nèi)部輪胎氣壓被傳感器檢測到處于一個(gè)預(yù)定的正常工作范圍之外時(shí)，典型地，由連接到輪胎氣壓傳感器的微處理器控制的一個(gè)r.f.信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生警告信號(hào)。該r.f.信號(hào)被傳遞到一個(gè)車載接收器，接收器通過視覺的(通過啟動(dòng)一個(gè)報(bào)警燈或顯示器)或聽覺的(通過啟動(dòng)一個(gè)音響警報(bào)器)或二者兼有的方式利用該警告信號(hào)提醒駕駛者。
已知的輪胎氣壓系統(tǒng)典型地采用兩種基本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)之一。第一種類型的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)采用內(nèi)布置，其中所有部件包括輪胎氣壓傳感器系統(tǒng)的信號(hào)傳遞部分都置于胎體內(nèi)部。在這種類型的典型的安裝布置中，通常通過將壓力傳感器、r.f.發(fā)生器、微處理器和D.C.蓄電池電源固定到車輪的一個(gè)內(nèi)表面，從而在輪胎充氣之前將這些部件安裝在充氣輪胎內(nèi)部。第一種類型的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有幾個(gè)缺點(diǎn)。首先，系統(tǒng)部件在胎體內(nèi)的安裝不簡單，需要很仔細(xì)地注意部件的位置和裝配，增加了整車制造成本。此外，許多車輛使用鋼帶輪胎，其與輪胎內(nèi)產(chǎn)生的r.f.信號(hào)以一種有害的方式相互作用。進(jìn)一步地，當(dāng)蓄電池或系統(tǒng)部件中的其他任何一個(gè)部件故障，更換損壞的部件需要將受損輪胎從車輪上拆下來才能進(jìn)行更換工作，這樣既耗時(shí)又代價(jià)昂貴。
目前用于輪胎氣壓傳感器系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的第二種類型應(yīng)用了安裝在一個(gè)罩子內(nèi)的部件，該罩子螺紋連接到外露的輪胎氣門桿外端。雖然這種設(shè)計(jì)布置避免了上述與內(nèi)置輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)有關(guān)的缺點(diǎn)，但是它又帶來下列其它的缺陷。首先，由于壓力監(jiān)測系統(tǒng)由外凸的氣門桿支撐，由車輪和輪胎旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的加速力，這個(gè)力能達(dá)到200g.數(shù)量級，會(huì)嚴(yán)重削弱傳感器系統(tǒng)的精確度。此外，系統(tǒng)部件很容易因疏忽而丟失或被盜。
至今仍沒有一種既簡單又精確耐用且避免了上述缺陷的輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括采用外置部件監(jiān)測車輛內(nèi)部輪胎氣壓的方法和系統(tǒng)，其制造和在車輛上的安裝相對簡單和廉價(jià)，它提供了精確的內(nèi)部輪胎氣壓讀數(shù)，在出故障時(shí)能容易和廉價(jià)地替換，并且沒有上述已知系統(tǒng)的缺陷。
在一個(gè)主要的方面，本發(fā)明包括一個(gè)外置輪胎氣壓傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一個(gè)可變電阻位移傳感器元件，當(dāng)它與充氣輪胎的外壁面連接在一起時(shí)用來提供表現(xiàn)出內(nèi)部輪胎氣壓的電阻值。該可變電阻位移傳感器元件具有隨縱向位移大致成線性變化的可變電阻特性。一個(gè)處理器連接到位移傳感器元件并將對應(yīng)于內(nèi)部輪胎氣壓不足時(shí)的電阻值轉(zhuǎn)變成r.f.發(fā)生器啟動(dòng)信號(hào)。r.f.發(fā)生器啟動(dòng)信號(hào)連接到一個(gè)r.f.發(fā)生器電路，當(dāng)該電路被所述處理器啟動(dòng)時(shí)發(fā)送出一個(gè)輪胎低壓警報(bào)信號(hào)。該可變電阻位移傳感器、處理器和r.f.發(fā)生器電路最好裝配在一個(gè)撓性基底上，這樣一個(gè)完整的單元可以很容易固定到輪胎外側(cè)壁。
本發(fā)明進(jìn)一步包括一個(gè)D.C.電源例如電池，用于向可變電阻位移傳感器、處理器和r.f.發(fā)生器電路提供電力。
在最佳實(shí)施方式中，處理器進(jìn)一步包括數(shù)值確定電路，該電路用于確定在充氣輪胎旋轉(zhuǎn)過程中由可變電阻位移傳感器提供的最大和最小電阻值，并用于計(jì)算最大和最小電阻值之間的差值。處理器中的比較電路將該差值和一個(gè)預(yù)定臨界值進(jìn)行比較。當(dāng)差值大于所述預(yù)定臨界值時(shí)，處理器啟動(dòng)r.f.發(fā)生器。
處理器進(jìn)一步包括控制電路，該電路用于根據(jù)所述差值的大小控制所述數(shù)值確定電路和所述比較電路的操作。當(dāng)所述差值的大小未超過所述臨界值時(shí)，所述控制電路將所述數(shù)值確定電路和所述比較電路的操作延遲第一時(shí)間間隔，例如一分鐘，當(dāng)所述差值的大小超過所述臨界值時(shí)，將所述數(shù)值確定電路和所述比較電路的操作延遲較短的第二時(shí)間間隔，例如十秒鐘。
本發(fā)明進(jìn)一步包括接收電路，該電路用于將所述低壓警報(bào)信號(hào)轉(zhuǎn)換成報(bào)警指示信號(hào)以操作一個(gè)可看見或可聽見的駕駛員警報(bào)。
本發(fā)明為配備有充氣輪胎的車輛監(jiān)測內(nèi)部輪胎氣壓的問題提供了一種方便的解決方案。該系統(tǒng)既可在新車制造過程中安裝也可以作為修理用零件安裝。本發(fā)明在安裝或更換廢棄部件時(shí)不必將輪胎從車輪上拆卸下來，當(dāng)更換D.C.蓄電池電源時(shí)這一點(diǎn)尤其有用。進(jìn)一步地，沒有輪胎氣壓傳感器系統(tǒng)的現(xiàn)有車輛很容易以較低成本用最新技術(shù)加以改進(jìn)。這對在全路況車輛上強(qiáng)制安裝輪胎低壓警報(bào)裝置的要求特別有利。
為了完全了解本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)參照結(jié)合附圖的詳細(xì)的說明書。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的單個(gè)輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖；圖2是車輛輪胎和車輪的透視圖，其中在其上安裝有壓力監(jiān)測系統(tǒng)；圖3是沿圖2中線3-3的剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的方框圖；圖5A和5B分別表示充氣適當(dāng)?shù)妮喬ズ统錃獠蛔愕妮喬サ膫鞲衅髯柚惦S車輪角位置變化的示意圖。
最佳實(shí)施方式詳述現(xiàn)在看附圖，圖1是根據(jù)本發(fā)明的輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的壓力傳感器部分的示意圖。在此圖中可以看到，壓力傳感器，通常用附圖標(biāo)記10表示，包括一個(gè)拉伸傳感器12、一個(gè)結(jié)合了壓力計(jì)算、信號(hào)產(chǎn)生和r.f.傳遞電路的集成電路14、一個(gè)天線15和一個(gè)D.C.蓄電池電源16。四個(gè)主要的傳感器部件全部由一個(gè)撓性的基座或基底元件17承載，該元件安裝在車輛輪胎側(cè)壁19的外表面18上。
拉伸傳感器12是已知的部件，它具有歐姆電阻特性，即隨著傳感器主體直線縱向移動(dòng)電阻在一個(gè)預(yù)計(jì)的范圍內(nèi)變化。由于拉伸傳感器12的主體固定到輪胎側(cè)壁19的外表面18，當(dāng)輪胎側(cè)壁19膨脹或壓縮時(shí)該主體的長度將改變。輪胎側(cè)壁19膨脹或壓縮的量是內(nèi)部輪胎氣壓和輪胎角位置的函數(shù)，且與阻值關(guān)聯(lián)，阻值被拉伸傳感器12定期測量。這樣，隨著時(shí)間推移通過定時(shí)測量拉伸傳感器12的阻值，可以隨時(shí)監(jiān)測內(nèi)部輪胎氣壓。在實(shí)際使用本發(fā)明時(shí)，拉伸傳感器12的阻值變化在縱向移動(dòng)數(shù)值的預(yù)期范圍內(nèi)可被認(rèn)為基本成線性變化，這樣簡化了壓力傳感器10的計(jì)算。拉伸傳感器12最好是英格蘭普利茅斯Merlin系統(tǒng)有限公司的Merlin拉伸傳感器。也可以使用其它等效的可變電阻傳感器。
參照附圖2和3，以任何合適的方式將壓力傳感器10牢固地固定到輪胎側(cè)壁19。例如，一種強(qiáng)力耐用的環(huán)氧樹脂或硅酮基粘合劑可以應(yīng)用到壓力傳感器基底17和輪胎側(cè)壁19的相鄰面并允許在壓力下固化。還可以采用熱粘合方式，使用與輪胎側(cè)壁材料熱粘合的基底17材料以實(shí)現(xiàn)熱粘合目的。
圖4是本發(fā)明的方框圖。從圖中可以看出，拉伸傳感器12和一個(gè)傳統(tǒng)的電阻橋接電路31電連接。橋接電路31的輸出連接到微型控制器32。來自蓄電池16的D.C.電力直接提供給微型控制器32。微型控制器32控制D.C.電力施加給電橋31和r.f.發(fā)送器34。r.f.發(fā)送器34的輸出連接到天線15。橋接電路31、微型控制器32和r.f.發(fā)送器34都最好集成到集成電路14里。如果需要，橋接電路31和r.f.發(fā)送器也可以集合成獨(dú)立回路。如上面提到的那樣，本發(fā)明所有部件最好裝配到一個(gè)撓性的基底17上(如圖1所示)，以便于安裝到輪胎側(cè)壁19上。
圖5A和5B示出了兩個(gè)不同輪胎氣壓條件下電阻測量的過程輪胎氣壓在容許的壓力范圍內(nèi)(圖5A)；輪胎氣壓低于容許的最小值(圖5B)。在圖5A所示的容許的輪胎氣壓情況下，測得的拉伸傳感器12的阻值在最大值Rmax和最小值Rmin之間變化，在最大值時(shí)壓力傳感器10離路面距離最小并受到最大位移(臨近路面)，在最小值時(shí)壓力傳感器10離路面距離最大并受到最小位移。用來計(jì)算輪胎氣壓的參數(shù)是差值R＝(Rmax)-(Rmin)。該參數(shù)由微型控制器32計(jì)算。當(dāng)這個(gè)值位于預(yù)定范圍內(nèi)，如圖5A所示情形，沒有信號(hào)從天線15發(fā)送出去，因?yàn)閮?nèi)部輪胎氣壓在允許范圍內(nèi)。當(dāng)R值大于預(yù)定值，微型控制器32啟動(dòng)r.f.發(fā)送器34，發(fā)送器使天線15發(fā)送出低壓信號(hào)。該低壓信號(hào)被一個(gè)傳統(tǒng)的車載接收電路(未示出)接收，該電路將低壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成可察覺的警告信號(hào)，如可以看見的指示器、可以聽見的警報(bào)器，或二者兼有。通常，接受電路包括一個(gè)解碼器，它將低壓信號(hào)譯解成可用來操作警報(bào)指示器的形式。在美國專利Nos.5900808,6175301和6453737中解釋和描述了這種接收器的典型例子。由于這種接收器對本領(lǐng)域技術(shù)人員是常規(guī)和已知的，所以不必作進(jìn)一步敘述。
為保存蓄電池電力，可以周期性地而非連續(xù)地進(jìn)行電阻測量。例如，首先計(jì)算出R的一個(gè)初始值。如果R的這個(gè)值小于臨界值，微型控制器32將等待一分鐘，然后進(jìn)行參數(shù)R的另一次計(jì)算。如果R值的任一次計(jì)算結(jié)果超過臨界值，微型控制器32將等待較短時(shí)間(十秒)然后進(jìn)行參數(shù)R的另一次計(jì)算。如果結(jié)果是超過臨界值的另一個(gè)R值，微型控制器32啟動(dòng)r.f.發(fā)送器產(chǎn)生一個(gè)輪胎低壓信號(hào)。如果結(jié)果是未超過臨界值的一個(gè)連續(xù)的R值，微型控制器32將等待一分鐘，然后進(jìn)行下一次計(jì)算。
雖然迄今最佳實(shí)施方式是作為用于一個(gè)輪胎的單一單元來描述的，但是車輛的每一個(gè)輪胎都將裝備一個(gè)輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)。使用不同的編碼排列以便能夠唯一地識(shí)別每個(gè)單獨(dú)的傳感器，構(gòu)造警報(bào)指示器以識(shí)別目前充氣不足的特殊輪胎。
現(xiàn)在很清楚的是，本發(fā)明提供了一種簡單、低成本的內(nèi)部輪胎氣壓傳感器系統(tǒng)，它相對簡單地安裝到車輛輪胎上而不需要將輪胎從車輪上拆卸下來。此外，根據(jù)本發(fā)明的輪胎氣壓傳感器系統(tǒng)在輪胎制造過程中就能安裝在車輛輪胎上。進(jìn)一步地，不需將輪胎從車輪上拆下來就可以更換蓄電池或其它出故障的系統(tǒng)部件，簡化了維修和整個(gè)系統(tǒng)的更換從而降低維護(hù)費(fèi)用。最后，本發(fā)明提供了一個(gè)在所有使用充氣輪胎的車輛上用于監(jiān)測輪胎安全的精確可靠的系統(tǒng)。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照具體實(shí)施方式
作了描述，如果需要也可采用各種各樣的改進(jìn)、替代實(shí)施方式和等效物。例如，雖然本發(fā)明是使用粘合劑和熱粘合方式將傳感器固定到輪胎側(cè)壁，但是，如果認(rèn)為合適，也可采用其他已知的技術(shù)將傳感器固定到輪胎側(cè)壁。因此，以上所述不能被認(rèn)為是限制本發(fā)明，本發(fā)明由從屬權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種外置輪胎氣壓傳感器系統(tǒng)包括可變電阻位移傳感器元件，當(dāng)它與充氣輪胎的外壁面連接在一起時(shí)用來提供表現(xiàn)出內(nèi)部輪胎氣壓的電阻值；處理器，它連接到所述位移傳感器元件，將對應(yīng)于內(nèi)部輪胎氣壓不足時(shí)的電阻值轉(zhuǎn)變成r.f.發(fā)生器啟動(dòng)信號(hào)；r.f.發(fā)生器電路，當(dāng)它被所述處理器啟動(dòng)時(shí)發(fā)送輪胎低壓警報(bào)信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1的發(fā)明，其特征在于所述可變電阻位移傳感器元件具有隨縱向位移大致成線性變化的可變電阻特性。
3.如權(quán)利要求1的發(fā)明，其特征在于所述可變電阻位移傳感器、所述處理器和所述r.f.發(fā)生器電路裝配在撓性基底上。
4.如權(quán)利要求1的發(fā)明，進(jìn)一步包括D.C.電源，用于向所述可變電阻位移傳感器、所述處理器和所述r.f.發(fā)生器電路提供電力。
5.如權(quán)利要求1的發(fā)明，其特征在于所述處理器進(jìn)一步包括數(shù)值確定電路，該電路用于確定在充氣輪胎的一個(gè)旋轉(zhuǎn)過程中由所述可變電阻位移傳感器提供的最大和最小電阻值，并用于計(jì)算所述最大和最小電阻值之間的差值。
6.如權(quán)利要求5的發(fā)明，其特征在于所述處理器進(jìn)一步包括比較電路，該電路用來將所述差值和預(yù)定臨界值進(jìn)行比較，并且當(dāng)所述差值大于所述預(yù)定臨界值時(shí)用于啟動(dòng)所述r.f.發(fā)生器。
7.如權(quán)利要求6的發(fā)明，其特征在于所述處理器進(jìn)一步包括控制電路，該電路用于限據(jù)所述差值的大小控制所述數(shù)值確定電路和所述比較電路的操作。
8.如權(quán)利要求7的發(fā)明，其特征在于當(dāng)所述差值的大小未超過所述臨界值時(shí)，所述控制電路將所述數(shù)值確定電路和所述比較電路的操作延遲第一時(shí)間間隔，當(dāng)所述差值的大小超過所述臨界值時(shí)，將所述數(shù)值確定電路和所述比較電路的操作延遲第二時(shí)間間隔。
9.如權(quán)利要求8的發(fā)明，其特征在于所述第一時(shí)間間隔大于所述第二時(shí)間間隔。
10.如權(quán)利要求1的發(fā)明，其特征在于所述氣壓傳感器系統(tǒng)進(jìn)一步包括接收電路，該電路用于將所述低壓警報(bào)信號(hào)轉(zhuǎn)換成報(bào)警指示信號(hào)。
全文摘要
一種帶有拉伸傳感器的外置輪胎氣壓傳感器系統(tǒng)，該拉伸傳感器具有隨縱向位移電阻可變的特性。該拉伸傳感器連接到一處理器，處理器周期性地對拉伸傳感器的電阻取樣。傳感器主體固定到充氣輪胎外側(cè)壁使得主體被輪胎側(cè)壁移動(dòng)，電阻是輪胎內(nèi)部氣壓的函數(shù)。當(dāng)處理器確定氣壓低于一個(gè)臨界指時(shí)，r.f.發(fā)生器被處理器啟動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)輪胎低壓信號(hào)。該信號(hào)被接收器轉(zhuǎn)換成對駕駛者的警報(bào)。
文檔編號(hào)B60C23/06GK1712253SQ20041006399
公開日2005年12月28日 申請日期2004年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月24日
發(fā)明者黃世雄 申請人:硅谷微C股份有限公司