車輪的遙控詢問的製作方法
2023-07-03 16:10:56 1
專利名稱：車輪的遙控詢問的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於評估輪胎狀況的方法和裝置，尤其但不唯一地涉及一種評估車輪上輪胎旋轉狀況的方法和裝置。
本發明提供根據後附獨立權利要求1的裝置。在後附叢書權利要求2-23中限定了進一步包括新穎的和有利特徵的裝置或系統。
現在將參考附圖描述本發明的實施例，其中
圖1是詢問卡車和拖車機動車輪胎的本發明的第一實施例的示意性側視圖；圖2是詢問卡車和拖車機動車輪胎的第一實施例的示意性後端視圖；圖3是第一實施例的天線陣列布置的示意性俯視圖；圖4是本發明第二實施例的天線陣列布置的示意性俯視圖；圖5是本發明第三實施例的天線陣列布置的示意性俯視圖；圖6是涉及卡車和拖車機動車輪胎傳感器的第三實施例的陣列的示意性俯視圖；圖7是表示圖6所示的天線為使其間的幹擾最小化的啟動順序的圖表；圖8是用於RF-ID詢問的天線開關系統的示意性框圖；圖9是在圖8的系統中使用的開關矩陣的示意性框圖；圖10是關於前述實施例的系統布置的示意性框圖。
在附圖中所示的實施例運行以測量車(例如卡車和拖車機動車)上每個輪胎的狀況。更具體地，該實施例適用於測量輪胎壓力和溫度。該實施例為安裝在一表面上的靜止系統，待詢問的車在該表面上被驅動。車的每個輪胎裝備有適用於檢測壓力和溫度的無線被動傳感器(優選為無線被動SAW諧振傳感器)。每個輪胎也可以裝備有RF-ID標籤使得特定的輪胎可以被明確識別。當待詢問的車在本發明的實施例提供的表面上經過時，位於每個車輪胎中的無線被動傳感器和RF-ID被訪問，並為每個輪胎進行輪胎壓力和溫度測量。
在本發明的上下文中，無線被動傳感器涉及任何基於高品質因數諧振結構或多個對物理量，例如機械應變、溫度和溼度靈敏的結構的傳感器。一個或多個高品質因數諧振結構能夠被耦合(即，直接或通過匹配電路連接)到天線。這種結構例如是SAW(表面聲波)諧振器、STW(表面橫波)諧振器、FBAR(薄膜體聲波)諧振器和介質諧振器。而且，在本發明的上下文中，無線被動SAW諧振傳感器包括任何基於壓電高品質因數諧振結構或多個對物理量靈敏的結構的傳感器，該傳感器耦合到天線並利用沿襯底表面傳播的聲波，上述結構在該襯底上製造。
明顯地，在使用靜止天線來詢問安裝在橫向運動經過天線的旋轉輪胎上的無線被動傳感器中存在幾個問題。應當理解，傳感器關於輪胎/車輪的旋轉軸的角位置影響從天線獲得的讀數的準確性。實際上，在輪胎經過天線的時刻，輪胎與天線的側向距離也影響準確性。在實驗中，已經發現在當輪胎經過天線時在輪胎和天線之間的間隔(給定輪胎直徑)相對大(例如直徑大約1米的輪胎間隔為1米)的情況中，在傳感器位於車輪頂部時從傳感器響應來自天線的詢問信號的返回信號最強。在傳感器處於其它角位置時，返回信號較弱。然而，在當輪胎經過天線時在輪胎天線之間的間隔(給定輪胎直徑)相對小的情況(例如，直徑約1米的輪胎間隔為10cm)中，在傳感器位於車輪底部時從傳感器響應來自天線的詢問信號的返回信號最強。這些實驗結果涉及天線位於車外側的情況。然而，應當理解，較大的車輛使用在車的每側上安裝到一個輪軸的兩個車輪。在這些情況中，用於詢問內側輪胎的天線將直接位於車體下，由於懸架部件和其它車組件遮擋信號，在實驗中已經發現傳感器的最強返回信號總是出現在當傳感器位於車輪底部(即，最接近地面)時。
為了說明上述因素，附圖中所示的系統使用多個在一線中並排布置的天線(而不是僅一個天線)。這個天線陣列理想上被布置在一直線中，從而車輛可以便於在穿過系統的直線路徑中駕駛。然而，如果需要天線可以以彎曲形狀布置。陣列的總長度La至少等於待詢問的每個輪胎的周長。然而，陣列中天線的數量可以根據車輛輪胎類型適當變化。在附圖所示的實施例中，天線陣列包括共計8個天線。假設天線陣列的總長度La大於或等於待詢問的輪胎的周長，應當理解當車輛運動經過陣列時，在每個輪胎中的傳感器相對於8個天線中的至少一個將位於最佳詢問位置。來自這個天線的讀數可用於獲得輪胎壓力和溫度的準確測量。與經過陣列的每個輪胎有關的RF-ID標籤也將被詢問。
為了避免幹擾，系統被構成為使天線陣列中的每個天線僅在待詢問的輪胎正經過時發射信號。換句話說，通過考慮使用最接近輪胎的天線執行詢問。在這種方式中，利用空間和偏振差異將來自不同輪胎的信號分開。如果使用足夠的天線，能夠確保從陣列中的天線的至少一個獲得可接受的讀數。
參考圖1，圖中顯示了8個天線101、102、103、104、105、106、107、108的第一陣列100，該詢問SAW設備110、112分別安裝到卡車和拖車機動車118的輪胎114、116。可以看到陣列100中的第一天線101最接近第二示例輪胎114，並因此正在發射詢問信號，同時陣列100中的第四天線104最接近第一示例輪胎116，並因此也正在發射詢問信號。陣列100中的剩餘的6個天線不發射詢問信號以使幹擾最小化。
為了確保第一天線陣列100的天線被啟動以在大約當車輛的輪胎114、116經過時發送詢問信號，提供連接每個天線的車輪啟動開關。這些開關/傳感器120(見圖5)檢測相對於特定傳感器在預定已知位置的車輪的存在。開關120可以通過機械、氣動或光學手段由輪胎啟動。理想地，開關120包括由待評估的車輪施壓的氣壓管。可選地，開關120可以使用微波(雷達)啟動或可以包括任何常規近程傳感器。
在用於詢問車輛外側輪胎的外側陣列(例如圖1所示的第一陣列100)的情況中，系統可以被構成為使開關120僅在輪胎變成直接對著所述天線的位置(如上所指)啟動天線。然而，對於某些車輛或對於車輛上的某些輪胎位置，可以通過在待詢問的輪胎直接處於相對天線的位置之前或之後由天線發送信號獲得詢問信號的最強返回信號。這是在哪裡定位天線以從車輛之下詢問輪胎的情況。如上所述，可以適當將天線直接定位在車輛之下以便於詢問內側安裝的輪胎。在這種情況中，已經發現可以通過在輪胎經過天線之前和/或之後啟動天線將與來自懸架和輪軸組件的幹擾有關的問題最小化。在圖5的實施例中，可以看出這通過相對外部陣列100、400和相關開關120使內側傳感器陣列200、300偏移來實現。對於常規直徑約1米的卡車輪胎偏移量為35cm。從而，隨著車輛如圖5中的箭頭A所指移動，可以看到當車輛輪胎114、116啟動開關120時(例如通過向其施加車輛重量)，基本直接相對每個外側輪胎定位的外側天線被啟動並發射詢問信號。然而，同時位於每個被啟動的外側天線之前35cm的內側天線被啟動。當車輛以箭頭A的方向前進時，另外的開關120將被啟動，這導致沿著每個陣列100、200、300、400中停止先前啟動的天線101、201、301、401、104、204、304、404，和啟動下一天線102、202、302、402、105、205、305、405。當車輛以箭頭A的方向前進時，在每個陣列中的每個天線將被輪流啟動。
因此應當明白，為車輛輪胎的每個線提供一個天線陣列。因此，對於諸如卡車和拖車的其中每個輪軸支撐左和右外側車輪122、124和左和右內側車輪126、128的機動車(見圖2)，存在4條輪胎線，因此提供4個陣列。每個陣列將詢問在特定輪胎線中的所有經過的輪胎。應當明白，當屬於特定的輪胎時可以通過參考在正進行測量時詢問的RF-ID標籤校驗輪胎測量。
圖5的偏移天線陣列構造可以使單個開關120啟動4個天線(每個天線陣列中的一個)並也能夠有助於減少詢問信號的幹擾。通過如圖4所示將外側天線陣列100、400相對內側天線陣列200、300完全偏移可以進一步減少幹擾。在這種布置中，當車輛經過詢問系統時，在外側陣列100、400中的所有天線將被啟動，並且只有那時所有在內側陣列200、300中的天線才將被啟動。當然，依靠系統的構造和車輛運動方向，內側陣列200、300的所有天線可以在外側陣列100、400的天線之前被啟動。在圖4的系統中，第一開關組可用於啟動內側陣列200、300的天線，同時第二開關組可用於啟動外側陣列100、400的天線。
雖然圖4的布置相當有助於減少詢問信號的幹擾，但是這種布置在長度上佔據2倍之多的空間。通過將所有4個天線陣列如圖3所示並排排列而不是採用偏移構造可以使所用空間最小化。然而，在這種布置中，幹擾不會被減少到在圖4的布置中實現的程度，並且將需要對內側和外側陣列進行獨立開關以確保在車輪經過之前或之後啟動內側天線，同時相反，在當車輪經過時啟動外側天線。
圖5所示的場景顯示了使8個天線啟動的共計8個輪胎(安裝於輪軸130、132上)。在附圖的圖6中，兩個輪軸130、132已經相對圖5所示的它們的位置向前運動，響應這種運動和有關的開關120的操作，先前所啟動的天線已被停止，沿每個陣列的下個天線已被啟動。在圖6中，8個天線102、202、302、402、105、205、305和405被啟動。在啟動同時，天線詢問安裝到任一輪胎的傳感器。這種詢問可以以各種方式實現。最簡單的方法是同時詢問所有的傳感器。然而，依靠所使用的天線，存在可導致由同時接收來自臨近輪胎的信號引起的幹擾的顯著問題的情況。可選方法是時分多路傳輸多個天線的詢問，使得最可能導致幹擾問題的天線不會被同時詢問。換句話說，可以彼此發生過強水平幹擾的天線能夠在不同時隙(即不同時間)詢問。
這種時分詢問的最簡單實時方式是在任何給定時間僅有一個啟動的天線發射/接收信號。然而，如果同時詢問兩個或更多傳感器將增加詢問的速度，結合圖7，圖6示例了同時詢問的例子，其中8個天線以兩組4個天線詢問(換句話說，在任何給定時間，有4個天線同時發射和接收)。圖6所示的兩組天線已經被選擇以使在相同時隙中天線發射/接收之間的隔離最大。參考圖6和7，可以看到天線105、205、302和402同時發射和接收信號。這種天線組合導致幹擾最小。然後第二組天線102、202、305和405發射和接收信號。同樣，這種天線組合導致幹擾最小。因此獲得在給定角位置中的所有8個輪胎的第一測量值。然而，隨後將該過程重複使得多個測量值被獲得。對於以3英裡每小時運動的車輛，應當理解由每個天線獲得40個之多的測量值。然後可以為特定輪胎將來自每個陣列的測量值解析以提供最終壓力和溫度讀數。應當明白，由於提供了天線陣列，對於每個輪胎至少一個天線將相對輪胎傳感器被理想定位以使詢問達到最佳效果。
在前述實施例中使用的天線可以是接線天線，然後也可以使用偶極天線或環形天線。而且，天線不需如附圖中示意性顯示的那樣位於路面上。天線可以埋入車輛行駛的路面下。
如果總陣列長度是3.2m並且每個陣列由8個天線組成，在3mph的速度時每個天線的最大詢問時間將是約300ms(在5mph時為180ms)。在被動傳感器詢問的情況中，這對於時分多路傳輸兩個天線的詢問是足夠長的。然而，在RF-ID標籤的情況中，時間量不充分。為了執行相同的RF-ID標籤的時分多路傳輸，總的詢問時間(包括通過RS232線返回數據所佔的時間)必須在30mph時不大於150ms(在3mph時不大於90ms)。實驗表明，在使用傳統RF-ID讀出器的情況下，雖然可以在一些情況下實現小於150ms的詢問時間，但不可能確保這個詢問時間。但是，使用圖8和9所示的天線開關系統，應當能夠通過為每個陣列使用兩個RF-ID板實現系統。在這種構造中，RF-ID板將被觸發以在每次新的輪軸進入系統時開始搜索標籤，然後氣壓傳感器將用於跟蹤通過陣列的這個輪作過後的位置並將該板自動連接到直接相對輪胎的天線。在任何給定時間在陣列內應當僅有兩個輪軸出現，因此RF-ID板將每次專用於一個輪軸，並將通過天線開關自動跟蹤通過整個陣列的那個輪軸。
本發明不限於上述具體實施例。另外的布置方式對於本領域普通技術人員將是顯而易見的。
權利要求
1.一種用於評估車輪狀況的裝置，該裝置包括多個將詢問信號發射到傳感器的天線，該傳感器被安裝到車輪上並適用於檢測車輪的狀況；其中天線在沿著將由待評估的車輪沿著前進的一路徑的一線中布置。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中天線的線長約等於待評估的車輪的外周長。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中天線的線長大於或等於待評估的車輪的外周長。
4.根據前述任一權利要求所述的裝置，還包括用於檢測車輪相對於每個天線的位置的部件，並且響應預定的相關位置，啟動所示天線之一使得所述一個天線發射詢問信號。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中所述檢測部件在當檢測部件啟動所述一個天線時停止除所述一個天線之外的所述天線。
6.根據權利要求4或5所述的裝置，其中所述檢測部件在待評估的車輪的輪軸直接側向對著所述一個天線時，啟動所述一個天線。
7.根據權利要求4或5所述的裝置，其中所述檢測部件當待評估的車輪的輪軸沿著天線的線在所述一個天線之前或之後例如約35cm時，啟動所述一個天線。
8.根據權利要求4-7之一所述的裝置，其中所述檢測部件包括負載靈敏部件，該部件在使用中通過向其施加待評估的車輪的負重被啟動。
9.根據前述任一權利要求所述的裝置，其中每個天線適用於將詢問信號發射到無線被動諧振傳感器並從傳感器接收響應。
10.根據前述任一權利要求所述的裝置，其中至少一個天線是單項天線。
11.根據權利要求10所述的裝置，其中所述單項天線是偶極或八木-宇田陣列。
12.根據權利要求10或11所述的裝置，其中所有天線為相同類型。
13.根據權利要求9-12之一所述的裝置，其中每個天線以在所評估的車輪停留的表面上的一高度，例如20cm處定位，從而每個天線位於安裝被評估車輪的車輛的離地距離內。
14.根據權利要求9-13之一所述的裝置，其中每個天線定位在由被評估的車輪沿著前進的路徑一側向距離處，例如1m。
15.一種包括前述任一權利要求所述的一個或多個裝置的系統，其中每個天線單獨連接到所有天線共有的多通道詢問控制單元的單獨通道。
16.根據權利要求15所述的系統，其中多通道詢問控制單元驅動每個已經被啟動以響應車輪位置的天線，控制單元變換被啟動的具有相關否則將彼此幹擾的天線的驅動。
17.根據權利要求16所述的系統，其中多路詢問控制單元包括一個用於各自多個天線的無線電收發機，和用於每個天線的射頻(RF)開關，該開關使天線可有選擇地連接到相關無線電收發機。
18.根據權利要求17所述的系統，其中通過使用與天線相連的RF開關有選擇地將天線連接到相關無線電收發機，天線被啟動以響應車輪的位置。
19.根據權利要求15-18之一所述的系統，其中多通道詢問控制單元適用於(i)從多個天線的連續的一個發射RF詢問信號以在待評估的車輪的有關傳感器中激勵固有振蕩；(ii)接收由傳感器振蕩產生的信號；(iii)估計所接收信號的幅度和頻率；以及(iv)確定從多個天線接收的信號的平均頻率值。
20.根據權利要求19所述的系統，其中只有滿足預定標準的頻率值才被計算平均值。
21.根據權利要求15-20之一所述的系統，其中每個裝置的多個天線被裝置或每個其它裝置的多個天線側向隔開。
22.根據權利要求21所述的系統，其中提供第一、第二、第三和第四多個天線；第一和第四多個天線被定位以使具有待評估車輪的車輛在其之間經過；以及第二和第三多個天線被定位以使所述車輛的車輪能經過其任一邊。
23.根據權利要求22所述的系統，其中第一和第四多個天線相對第二和第三多個天線縱向偏移。
全文摘要
本發明涉及一種評估輪胎狀況的方法和裝置，尤其但不唯一地涉及一種評估車輪上輪胎旋轉狀況的方法和裝置。提供一種裝置，其包括用於將詢問信號發射到傳感器(110、112)的多個天線(101、102、103、104、105、106、107、108)，該傳感器被安裝到待評估的車輪上並適用於檢測車輪狀況；其中天線在沿著將由待評估的車輪沿著前進的一路徑的一線中布置。
文檔編號B60C23/04GK1938170SQ200580010079
公開日2007年3月28日 申請日期2005年2月1日 優先權日2004年2月2日
發明者B·J·狄克遜, V·A·加裡寧, J·K·貝克利 申請人:米其林研究和技術股份有限公司, 米其林技術公司