專利名稱：一個(gè)輪胎的特性參數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)用于監(jiān)控配合在一個(gè)車輛上的一個(gè)輪胎的至少一個(gè)特性參數(shù)的系統(tǒng)。
尤其是，本發(fā)明涉及傳感特性參數(shù)的可能性，例如，使用放置在輪胎內(nèi)部的一個(gè)傳感器傳感輪胎內(nèi)的壓力、溫度和/或加速度。
背景技術(shù)：
一個(gè)車輪是在車輛和公路之間的連接件；它執(zhí)行的功能是提供對(duì)于車輛和它的載荷的氣動(dòng)懸浮以及通過輪胎提供在公路上滿意的行為。車輛的懸浮是借助在車輪內(nèi)部包容的壓縮空氣的體積提供的。
一個(gè)輪胎具有一個(gè)由一系列的部件組成的內(nèi)部空心的環(huán)形結(jié)構(gòu)，首先是一個(gè)織物或金屬輪胎胎殼線網(wǎng)層，該線網(wǎng)層的邊緣連接到至少一對(duì)稱為“輪緣線”的環(huán)形的增強(qiáng)芯線，環(huán)形增強(qiáng)芯線是沿周邊不能拉伸的，以及插入在兩個(gè)輪緣內(nèi)，各輪緣限定為沿著輪胎胎殼的一個(gè)內(nèi)周邊緣，以便錨定輪胎至相應(yīng)的支承輪圈。
輪胎胎殼線網(wǎng)層包括一個(gè)支承結(jié)構(gòu)，該支承結(jié)構(gòu)從一個(gè)輪緣沿軸向延伸至另一個(gè)輪緣以形成一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一系列的織物或金屬芯線埋置在一層彈性體材料內(nèi)。在稱為“徑向型”的輪胎內(nèi)，上述的芯線基本上鋪設(shè)在包括輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的平面內(nèi)。
形成圍繞此輪胎胎殼的一個(gè)環(huán)是一個(gè)環(huán)形的超結(jié)構(gòu)，稱為帶結(jié)構(gòu)，通常是由一個(gè)或多個(gè)涂橡膠織物條彼此纏繞在另一個(gè)的上面而成，以限定一個(gè)所謂的“帶疊層”，以及彈性體材料的一個(gè)輪胎面圍繞此帶疊層纏繞和模塑的，并帶有一個(gè)凹凸花紋設(shè)計(jì)，用于輪胎與公路的滾動(dòng)接觸。兩個(gè)彈性體側(cè)壁也放置在輪胎胎殼上在軸向相對(duì)的橫向位置，每個(gè)從相應(yīng)的輪緣的外邊緣徑向地向外延伸。
在所謂的“無內(nèi)胎型”輪胎內(nèi)，即使用時(shí)不需要內(nèi)胎的輪胎內(nèi)，輪胎胎殼的內(nèi)表面經(jīng)常襯以一個(gè)所謂的“襯里”，該襯里是一層或多層不透空氣的彈性體材料。最后，輪胎胎殼能夠包括其它已知的元件，即邊緣、墊片和填料，這些根據(jù)輪胎的特定的設(shè)計(jì)而定。
一個(gè)充氣車輪具有一個(gè)輪胎，限定一個(gè)環(huán)形空腔，并安裝在一個(gè)相關(guān)的輪圈上，輪圈具有一個(gè)底面，設(shè)有一個(gè)中央凹部和兩個(gè)輪緣座，輪胎的兩個(gè)輪緣與輪緣座鄰接，每個(gè)輪緣軸向地限定在一個(gè)軸向外部位置內(nèi)的一個(gè)極端徑向表面(臺(tái)肩)和一個(gè)相對(duì)的軸向內(nèi)部環(huán)形凸起之間，后者鎖定輪緣在相應(yīng)的輪緣座上。
在一個(gè)“無內(nèi)胎”輪胎內(nèi)，壓縮空氣包容在輪胎和支承輪圈之間。在輪胎的內(nèi)表面上的襯里保持空氣在輪胎內(nèi)部的壓力下。輪胎的充氣是通過一個(gè)充氣活門，該充氣活門通常定位在上述的輪圈的落下中心。
這種類型的輪胎的描述，例如見歐洲專利申請(qǐng)EP 928680。
保持輪胎的懸浮能力的另一個(gè)途徑是使用插入在輪胎和輪圈之間的一個(gè)內(nèi)胎，以及使用壓縮空氣充氣，通過凸出于輪子的一個(gè)充氣活門注入內(nèi)胎。
插入在輪胎和輪圈之間的內(nèi)胎具有一個(gè)可以膨脹成為環(huán)形的管形體。該內(nèi)胎通常用彈性體材料制造和通過一個(gè)充氣活門充氣。
內(nèi)胎的充氣活門通常包括用于與內(nèi)胎連接的一個(gè)基板和一個(gè)圓套筒(柄部)，該圓套筒固定至基板，并具有能夠激勵(lì)以便于充氣和放氣工作的機(jī)構(gòu)。
一個(gè)錯(cuò)誤充氣的輪胎降低了車輛的效率尤其是，它引起燃料消耗增加，操作不良和較大的輪胎磨損，這里僅列出幾個(gè)最嚴(yán)重的缺點(diǎn)。
因此，最重要的是能夠連續(xù)地監(jiān)控車輛的輪胎內(nèi)的壓力。同樣，如果希望檢查一個(gè)運(yùn)動(dòng)的輪胎的性能，其它的參數(shù)也能夠被監(jiān)控，例如，輪胎內(nèi)產(chǎn)生的加速度和變形。
美國專利US 5,540,092公開了一個(gè)用于監(jiān)控一個(gè)輪胎內(nèi)的壓力的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一個(gè)壓力傳感單元和一個(gè)用于發(fā)射一個(gè)編碼信號(hào)至配合此輪胎的車輛的單元。發(fā)射單元可以安裝在輪胎的內(nèi)部或外部。編碼信號(hào)的發(fā)射借助在發(fā)射單元和一個(gè)固定天線之間的感應(yīng)匹配進(jìn)行。一個(gè)電池為發(fā)射單元供電。
美國專利US 5,562,787公開了一個(gè)用于監(jiān)控一個(gè)車輛輪胎的狀態(tài)的方法，例如，監(jiān)控輪胎內(nèi)的空氣壓力和溫度。方法為使用一個(gè)可編程自供電器件，安裝在輪胎的內(nèi)表面上，或者插入在安裝上述輪胎的輪圈的壁上。此器件具有一個(gè)電源、一個(gè)用于監(jiān)控上述的信息的傳感器、一個(gè)集成電路、一個(gè)放大器和一個(gè)天線，該電源能夠使用一個(gè)開關(guān)器件激勵(lì)或去激勵(lì)，一個(gè)發(fā)射-接收機(jī)位于車輛內(nèi)或在一個(gè)遙控位置，詢問此可編程自供電器件，該器件回答含有需要信息的一個(gè)無線電頻率信號(hào)?？删幊套怨╇娖骷柚鲜龅倪b控發(fā)射/接收機(jī)，指令開關(guān)器件使電源激活而激活。
美國專利US 6,217,683公開一個(gè)輪胎監(jiān)控器件，其中監(jiān)控與輪胎狀態(tài)有關(guān)信息的一個(gè)模塊插入在輪胎本身內(nèi)，以及借助一個(gè)固定機(jī)構(gòu)連接至輪胎的內(nèi)表面。此固定機(jī)構(gòu)具有連接至輪胎胎殼的表面的一個(gè)固定部件以及連接至上述的模塊的另一個(gè)部件。上述的第一部件和第二部件一起保持上述的模塊與輪胎胎殼的內(nèi)表面接觸。監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)用途是測(cè)量輪胎的壓力。該測(cè)量借助無線電頻率信號(hào)被發(fā)射至外部。
專利申請(qǐng)WO 9929524公開了一個(gè)輪胎壓力傳感器，密封在彈性體材料內(nèi)和連接至輪胎的環(huán)形區(qū)內(nèi)，優(yōu)選地是在上述的輪胎的赤道面的附近。傳感器借助一個(gè)粘結(jié)劑或借助輪胎制造時(shí)的硫化連接至輪胎的內(nèi)表面。
申請(qǐng)人觀察到上述的測(cè)量一個(gè)輪胎的特性參數(shù)的方法要求用于發(fā)射對(duì)應(yīng)于測(cè)量的一個(gè)信號(hào)至輪胎的外面的器件。與此信號(hào)相關(guān)的信息是在輪胎的外面解碼。
申請(qǐng)人看到，與一個(gè)輪胎的特性參數(shù)的傳感有關(guān)的信息量是這樣的，它要求發(fā)射具有一個(gè)延伸的通帶的一個(gè)信號(hào)。尤其是，為了發(fā)射由輪胎拾取的一個(gè)信號(hào)，比如一個(gè)加速度信號(hào)，該信號(hào)能夠在輪胎的外面解碼和以一種有意義的方式解釋，此信號(hào)的取樣發(fā)射必須在至少為6kHz(至少每1.6×10-4sec一次取樣)的一個(gè)頻率產(chǎn)生。例如，每次取樣要求發(fā)射至少10Bits(環(huán)節(jié))(8個(gè)信息Bits加上2個(gè)控制bits)，因此需要的發(fā)射為60000bits/sec。
2002年4月歐洲無線電通信委員會(huì)(ERC)公布的建議書Recommendation 70-03管理汽車和城市內(nèi)使用的無線電頻率，其舉例作為對(duì)此目的適用的一個(gè)頻率為432.9MHz。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)文件提出的限制，一些40000bits/sec的信息可以發(fā)送。這個(gè)數(shù)量因此對(duì)于以上所述的有意義的解釋是不夠的。
再者，申請(qǐng)人還觀察到，為了從輪胎內(nèi)部發(fā)射如此數(shù)量的信息要求在輪胎內(nèi)部能夠供給足夠的電功率，例如0.5w。這樣的電功率能夠由一個(gè)大而重的電池供給，它當(dāng)然難以配合在輪胎內(nèi)部。
申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，如果一個(gè)傳感的信號(hào)是在輪胎的內(nèi)部預(yù)先處理和隨后發(fā)送的，需要發(fā)射至外面的信息量是與在輪胎外面的接收機(jī)的能力兼容的，以重建傳感的信號(hào)。再者發(fā)射預(yù)先處理信號(hào)至輪胎外面所需的電功率比發(fā)射未處理信號(hào)所需的電功率小得多。
申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)，借助需用于傳感這些參數(shù)的電能的產(chǎn)生，相關(guān)信號(hào)的編碼和這些信號(hào)的發(fā)射是在輪胎內(nèi)部編碼或預(yù)先處理之后，這里不需要使用電池，電池要求定期更換和進(jìn)行更換的受過訓(xùn)練的技術(shù)員的隨后工作。此電能是借助利用輪胎的運(yùn)動(dòng)方便地產(chǎn)生的。
可移動(dòng)單元是小尺寸的和限制重量的，因此在車輛運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)輪胎的行為具有小的影響，以及能夠使用微電機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)工藝制造，而機(jī)械部件和電子部件能夠集成在相同的基片(晶片)上。為了制造一個(gè)借助MEMS工藝的器件，使用一個(gè)晶片，最好一個(gè)硅晶片，在其上面機(jī)械結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu)集成，用于控制/處理一個(gè)與上述的機(jī)械結(jié)構(gòu)連接的電信號(hào)，它們是使用光刻和隨后化學(xué)浸蝕制造的。
本發(fā)明的一個(gè)第一方面提供了一種用于傳感配合在一個(gè)車輛上的一個(gè)輪胎的至少一個(gè)特性參數(shù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括·與上述的輪胎相結(jié)合的一個(gè)可移動(dòng)單元，·上述的可移動(dòng)單元包括用于傳感上述的至少一個(gè)特性參數(shù)的一個(gè)器件，以及用于發(fā)射有關(guān)上述的至少一個(gè)特性參數(shù)的一個(gè)信號(hào)至輪胎的外面的一個(gè)器件，
·一個(gè)與上述的車輛相結(jié)合的固定單元，該固定單元包括用于接收來自上述的可移動(dòng)單元的信號(hào)的一個(gè)器件，其特征在于，上述的可移動(dòng)單元包括一個(gè)處理單元和一個(gè)進(jìn)行由上述的傳感器件產(chǎn)生的一個(gè)信號(hào)的預(yù)先處理以及發(fā)送上述的預(yù)先處理的信號(hào)至上述的發(fā)射器件的存儲(chǔ)器件。
優(yōu)選地，上述的可移動(dòng)單元具有一個(gè)電能產(chǎn)生器件，給上述的處理單元和上述的發(fā)射器件供電。
優(yōu)選地，上述的存儲(chǔ)器件具有至少一個(gè)預(yù)先存儲(chǔ)程序，用以進(jìn)行上述信號(hào)的上述的預(yù)先處理。
優(yōu)選地，關(guān)于上述的至少一個(gè)上述的特性參數(shù)的上述信號(hào)借助上述的處理單元轉(zhuǎn)化為一個(gè)數(shù)字信號(hào)。
優(yōu)選地，上述的傳感器件，上述的發(fā)射器件，上述的處理單元和上述的存儲(chǔ)器件是制造在一個(gè)基片上。
優(yōu)選地，上述的可移動(dòng)單元是借助一個(gè)MEMS工藝制造的。
優(yōu)選地，上述的電能產(chǎn)生器件具有一個(gè)電容器，在響應(yīng)施加至上述的輪胎的機(jī)械應(yīng)力時(shí)用電能對(duì)電容器本身充電。
優(yōu)選地，上述的電容器具有一個(gè)固定板片和一個(gè)可移動(dòng)板片，在響應(yīng)上述的應(yīng)力時(shí)彼此相對(duì)地移動(dòng)。
優(yōu)選地，上述的固定板片和上述的可移動(dòng)板片在響應(yīng)上述的應(yīng)力時(shí)改變它們彼此相對(duì)的距離。
優(yōu)選地，上述的固定板片和上述的可移動(dòng)板片是借助一對(duì)彈簧彼此連接的。
優(yōu)選地，上述的固定板片和上述的可移動(dòng)板片分別地連接至一個(gè)固定支承和一個(gè)可移動(dòng)支承。
優(yōu)選地，可移動(dòng)板片的運(yùn)動(dòng)被一對(duì)末端停止元件限定。
優(yōu)選地，上述的傳感器件，上述的發(fā)射器件，上述的處理單元和上述的電能產(chǎn)生器件是制造在一個(gè)基片上。
本發(fā)明的另一方面提供了一種用于傳感配合在一個(gè)車輛上的一個(gè)輪胎的至少一個(gè)特性參數(shù)的方法，包括下列的步驟
·傳感上述的輪胎內(nèi)部有關(guān)上述的至少一個(gè)特性參數(shù)的一個(gè)信號(hào)，·使用預(yù)先存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)器件內(nèi)的程序處理在上述的輪胎內(nèi)部的上述的信號(hào)，以及·發(fā)射處理的信號(hào)到上述的輪胎的外面。
優(yōu)選地，上述的處理步驟包括使此信號(hào)數(shù)字化的步驟。
優(yōu)選地，上述的處理步驟包括使此信號(hào)濾波的步驟。
優(yōu)選地，上述的處理步驟包括把此信號(hào)與預(yù)先存儲(chǔ)在上述的存儲(chǔ)器內(nèi)的一個(gè)門限值比較的步驟。
本發(fā)明的另一方面提供了一個(gè)用于傳感配合在一個(gè)車輛上的一個(gè)輪胎的至少一個(gè)特性參數(shù)的可移動(dòng)單元，該可移動(dòng)單元包括一個(gè)用于傳感上述的至少一個(gè)特性參數(shù)的器件，以及用于發(fā)射有關(guān)上述的至少一個(gè)特性參數(shù)的一個(gè)信號(hào)到輪胎的外面的器件，其特征在于，該可移動(dòng)單元包括一個(gè)處理單元和一個(gè)存儲(chǔ)器件，該處理單元和存儲(chǔ)單元進(jìn)行由上述的傳感器產(chǎn)生的一個(gè)信號(hào)的預(yù)先處理以及發(fā)送上述的預(yù)先處理的信號(hào)至上述的發(fā)射器件。
本發(fā)明的又一方面提供了一個(gè)車輛車輪，包括·一個(gè)輪胎，·上述輪胎用的一個(gè)支承輪圈，·與上述的輪胎相結(jié)合的一個(gè)可移動(dòng)單元，一個(gè)用于傳感上述的輪胎的至少一個(gè)特性參數(shù)的器件以及一個(gè)用于發(fā)射有關(guān)上述的至少一個(gè)特性參數(shù)的一個(gè)信號(hào)到輪胎的外面的器件，其特征在于，上述的可移動(dòng)單元包括一個(gè)處理單元和一個(gè)存儲(chǔ)器件，所述的處理單元和存儲(chǔ)器件進(jìn)行由上述的傳感器件產(chǎn)生的一個(gè)信號(hào)的預(yù)先處理以及發(fā)送上述的處理的信號(hào)至上述的發(fā)射器件。
其它的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的但不是唯一的實(shí)施例各方面的詳細(xì)的描述中發(fā)現(xiàn)。


這些描述在下面將參照附圖給出，它們單純地作為引導(dǎo)提供，因此不應(yīng)作為限制，在這些附圖中圖1是通過一個(gè)輪胎的一個(gè)橫剖面圖，它使用插入在其中的一個(gè)可移動(dòng)單元安裝在它的支承輪圈上；圖2是按照本發(fā)明的上述的傳感系統(tǒng)與一個(gè)車輛相結(jié)合的一個(gè)方框圖；圖3是按照本發(fā)明的上述的傳感系統(tǒng)的上述的可移動(dòng)單元與一個(gè)車輛相結(jié)合的一個(gè)方框圖；圖4是上述的可移動(dòng)單元的一個(gè)三維分解示意圖；圖5是嵌入上述的可移動(dòng)單元的一個(gè)電能產(chǎn)生器件的一個(gè)分解示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1以實(shí)例的方式示出一個(gè)車輪1，具有一個(gè)輪胎11以及一個(gè)支承輪圈12，輪胎是普通的已知的“無內(nèi)胎型”，即沒有內(nèi)胎。這種輪胎是通過一個(gè)充氣活門13充氣的，該充氣活門以實(shí)例的方式是用一種本身已知的方法定位在上述的輪圈的落下中心。
輪胎具有一個(gè)由一系列的部件組成的內(nèi)部空心的環(huán)形結(jié)構(gòu)，首先是一個(gè)織物或金屬輪胎胎殼，具有兩個(gè)輪緣14，14’，每個(gè)沿著輪胎胎殼的一個(gè)內(nèi)周邊緣限定，以便保持輪胎在它的支承輪圈12上。上述的輪胎胎殼具有至少一對(duì)環(huán)形增強(qiáng)芯線15，15’，稱為輪緣線，增強(qiáng)芯線插入在上述的輪緣內(nèi)。
輪胎胎殼包括一個(gè)由含有織物或金屬軟線的增強(qiáng)線網(wǎng)層16制成的支承結(jié)構(gòu)。線網(wǎng)層是從一個(gè)輪緣軸向地鋪設(shè)至另一個(gè)輪緣，給出一個(gè)環(huán)形型面以及它的每個(gè)邊緣是連接至一個(gè)相應(yīng)的輪緣線。
在所謂的徑向型輪胎內(nèi)，上述的軟線或多或少地鋪設(shè)在含有輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的平面內(nèi)。
形成圍繞此輪胎胎殼的一個(gè)環(huán)是一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)17，稱為帶結(jié)構(gòu)，通常是由一個(gè)或多個(gè)涂橡膠織物條彼此在上面纏繞而成，以限定一個(gè)所謂的“帶疊層”以及彈性體材料的輪胎面18是圍繞此帶疊層纏繞和模塑的，并帶有一個(gè)凹凸花紋設(shè)計(jì)，用于輪胎與公路的滾動(dòng)接觸。兩個(gè)彈性體側(cè)壁19和19’也放置在輪胎胎殼上，在軸向相對(duì)的橫向位置，每個(gè)從相關(guān)的輪緣的外邊緣徑向地向外延伸。
在所謂的“無內(nèi)胎型”輪胎內(nèi)，輪胎胎殼的內(nèi)表面通常襯著一個(gè)襯里111，襯里由一層或多層彈性體材料組成，它是不透空氣的。最后，輪胎胎殼能夠包括其它已知的元件，即邊緣，墊片和填料，這些根據(jù)輪胎的特定的設(shè)計(jì)而定。
這些元件一起確定了輪胎的彈性、剛性和抗變形的力學(xué)性能，它們組成施加至輪胎的力系統(tǒng)和產(chǎn)生的相關(guān)的變形大小之間的連接。
應(yīng)該指出，為了本說明書的目的，術(shù)語“彈性體材料”是指一種化合物，由至少一個(gè)聚合物基體適當(dāng)?shù)嘏c增強(qiáng)填料和/或各種類型處理添加劑混合形成的。
按照本發(fā)明的監(jiān)控配合在一個(gè)車輛上的一個(gè)輪胎的特性參數(shù)用的系統(tǒng)具有一個(gè)固定單元2，最好位于上述的車輛上，以及一個(gè)可移動(dòng)單元3，與上述的輪胎相結(jié)合。
圖2是上述的固定單元2的一個(gè)方框圖，優(yōu)選地包括一個(gè)接收器件21用于接收來自上述的可移動(dòng)單元的信號(hào)，以及一個(gè)接收天線22。
接收器件優(yōu)選地具有連接至上述的天線的一個(gè)無線電頻率接收機(jī)，優(yōu)選地也包括一個(gè)電的解調(diào)器件。
需要供給上述的固定單元的電能最好是通過一個(gè)適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路(未示出)直接地由車輛的電池供給。此外，上述的固定單元最好是與安裝在車輛上的適當(dāng)?shù)钠骷B通，以顯示上述的傳感的參數(shù)。例如，充氣壓力可以最好是顯示在車輛的一個(gè)顯示板上的特定的顯示器上。
在圖3內(nèi)的一個(gè)方框圖內(nèi)所示的上述可移動(dòng)單元3具有一個(gè)發(fā)射器件31，用于發(fā)射信號(hào)至上述的固定單元，以及一個(gè)傳感器件32，用于傳感一個(gè)輪胎的特性參數(shù)-該傳感器件具有至少一個(gè)傳感器用于測(cè)量這些參數(shù)。
上述的至少一個(gè)傳感器的實(shí)例是一個(gè)壓力傳感器，一個(gè)溫度傳感器，一個(gè)加速度傳感器，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩傳感器(輪胎的轉(zhuǎn)數(shù)傳感器)或它們的組合。
可移動(dòng)單元還包括一個(gè)處理單元(處理器)34和一個(gè)存儲(chǔ)器件35。存儲(chǔ)器件可以具有用于處理單元的預(yù)先存儲(chǔ)的指令，以及還可以具有可重寫存儲(chǔ)位置，其中能夠存儲(chǔ)由傳感器拾取的有關(guān)測(cè)量的信息。一個(gè)分配電能用的器件36，優(yōu)選地可正確地分配至上述的處理單元，上述的存儲(chǔ)器件，上述的用于發(fā)射至上述的固定單元器件，以及上述的用于傳感使用于這些工作需要的電能的器件。
在可移動(dòng)單元內(nèi)，由傳感器傳感的各信號(hào)可適當(dāng)?shù)鼐幋a或預(yù)先處理，以便發(fā)射至輪胎外面。例如，它們可以與一個(gè)編碼發(fā)生關(guān)系，識(shí)別特定的輪胎，以避免與來自車輛的其它輪胎的類似的信號(hào)混淆。
按照本發(fā)明，此編碼或預(yù)先處理還使有可能借助上述的發(fā)射器件向輪胎外面發(fā)送一個(gè)預(yù)先處理信號(hào)，含有一定數(shù)量的信息可以與在輪胎外面的一個(gè)接收機(jī)的能力兼容，以便以一種有意義的方式解讀此信號(hào)。
為了本發(fā)明的此目的，信號(hào)的有意義的解讀意味，在輪胎外，例如包容在固定單元內(nèi)的一個(gè)解碼器件可從上述的信號(hào)重建傳感的信號(hào)的型面圖，以便確定例如最小值和最大值。
編碼或預(yù)先處理的一個(gè)實(shí)例列于下面，用于與輪胎上的一點(diǎn)的三軸向加速度有關(guān)的一個(gè)信號(hào)(參考三笛卡兒軸x，y和z的一個(gè)系統(tǒng))。
此信號(hào)代表此點(diǎn)的加速度的三個(gè)分量ax，ay和az與上述的三笛卡兒軸系統(tǒng)的關(guān)系。上述的信號(hào)最好是濾波的(例如，借助一個(gè)“低通”濾波器濾去無意義的高頻)?？梢赃M(jìn)行一個(gè)均方根計(jì)算，它是這樣一個(gè)計(jì)算，它能給出瞬時(shí)的指示，信號(hào)的最大值與它的平均值相差多少。另一個(gè)處理步驟是對(duì)于時(shí)間求導(dǎo)信號(hào)，以便發(fā)現(xiàn)它的最大值和平均值。這些處理步驟最好是在由相關(guān)的傳感器接收的信號(hào)已轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)之后進(jìn)行，因?yàn)檫@些數(shù)字工作能夠由軟件完成，這時(shí)直接借助由上述的存儲(chǔ)器檢索一個(gè)存儲(chǔ)的程序，該程序含有指令用于上述的處理單元。
在上述的實(shí)例中獲得的值借助一個(gè)適當(dāng)數(shù)目的字節(jié)以數(shù)字形式表示，這些值可以彼此比較，以計(jì)算輪胎和地面之間的摩擦系數(shù)(以及它依次地借助一個(gè)適當(dāng)數(shù)目的字節(jié)表示)。此數(shù)目傳送至發(fā)射機(jī)，以及發(fā)射機(jī)發(fā)射它至安裝在車輛內(nèi)的固定單元。
其它的預(yù)先處理步驟，例如可以對(duì)于相當(dāng)于一個(gè)壓力讀數(shù)的一個(gè)信號(hào)進(jìn)行，該壓力讀數(shù)能夠與一個(gè)公稱的校正的充氣壓力比較，用于在此非易失存儲(chǔ)器內(nèi)預(yù)先存儲(chǔ)的一個(gè)給定的溫度。這項(xiàng)比較的結(jié)果僅當(dāng)如果實(shí)際的充氣壓力偏離公稱的壓力達(dá)一個(gè)預(yù)定值時(shí)才能夠發(fā)送到輪胎外面。
可移動(dòng)單元最好是使用微電機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)工藝制造。此工藝使有可能集成機(jī)械的和電子的部件在相同的基片(晶片)上非常小量的空間內(nèi)。為了使用MEMS工藝制造一個(gè)器件，與電子結(jié)構(gòu)集成的微機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠控制/處理與上述的機(jī)械結(jié)構(gòu)連接的電信號(hào)，該機(jī)械結(jié)構(gòu)是使用在一個(gè)基片(最好是硅基片)上光刻和隨后化學(xué)浸蝕制造的。
MEMS工藝的一個(gè)實(shí)施例如可以參見下列標(biāo)題的文件的描述“A dapting multichip module foundries for MEMS packaging”，在“the International Journal of Microcircuits and ElectronicPackaging”，1998年Vo 1.21.No.2 PP.212-218發(fā)表。
MEMS工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠以一個(gè)大量生產(chǎn)規(guī)模產(chǎn)生極小的結(jié)構(gòu)。例如，它能夠同時(shí)在一個(gè)單獨(dú)的硅晶片上產(chǎn)生數(shù)千個(gè)相同的MEMS部件的復(fù)制件。此外，單獨(dú)的部件最好是用硅和氧化硅的單晶體制造。以這樣的方式獲得的表面的質(zhì)量使部件的特性在力學(xué)強(qiáng)度方面幾乎是“理想的”。
借助實(shí)例的方式，在下面列出產(chǎn)生一個(gè)MEMS加速度計(jì)傳感器需要的步驟，它是借助在上述的硅晶片的表面上產(chǎn)生一個(gè)小的“懸浮物體”，這些步驟包括—借助光刻過程在上述的晶片上劃出對(duì)應(yīng)于懸浮物體以及它的支承元件的一個(gè)區(qū)域；—使用一個(gè)化學(xué)劑比如硼或氧化硅摻雜上述的區(qū)域，以及隨后將其浸入氫氟酸，使它成為對(duì)化學(xué)浸蝕相對(duì)惰性的；—化學(xué)浸蝕晶片，從物體和它的支承周圍清除硅，產(chǎn)生一個(gè)圍繞物體的開口的溝漕；—產(chǎn)生一個(gè)小的空腔，上述的物體在它上面保持懸?。灰约啊柚c制造集成電路使用的類似的過程產(chǎn)生圍繞上述空腔的電路，此電路能夠測(cè)量懸浮物體和它插入的空腔底部之間的距離。此距離對(duì)應(yīng)于作用在物體上使物體的支承彎曲的力的一個(gè)量度和因此給出加速度的一個(gè)量度。
使用這種方法制造的一個(gè)加速度計(jì)占有一個(gè)體積，包括它的電子器件，不大于2.5×2.5×0.25mm。因此在一個(gè)6”(in)硅晶片上能夠制造1500-2000加速度計(jì)。
包容在上述的傳感器件內(nèi)的一個(gè)壓力傳感器可以借助MEMS工藝制造，方法是產(chǎn)生一個(gè)硅膜片，它由于在輪胎內(nèi)部作用在一個(gè)暴露面的空氣壓力而變形。此變形被測(cè)量作為在膜片和一個(gè)固定傳導(dǎo)表面之間電容的一個(gè)改變。
一個(gè)加速度傳感器能夠類似地借助MEMS工藝制造，方法是插入在一個(gè)硅膜片內(nèi)的一個(gè)物體，當(dāng)它遭受加速時(shí)，經(jīng)受一個(gè)力的作用，等于在加速下物體的乘積。如前所述，膜片的變形能夠測(cè)量作為電容的一個(gè)改變。
通常，全部上述的傳感器能夠借助MEMS工藝制造在相同的基片上。類似地，MEMS工藝能夠使用于在此基片上制造，例如按照?qǐng)D4，制造出包括可移動(dòng)站的全部器件。
上述的可移動(dòng)單元的一個(gè)可能的結(jié)構(gòu)描述于圖4內(nèi)。尤其是，上述的可移動(dòng)單元最好是制造在一個(gè)基片上，在它上面排列各種部件。
圖4內(nèi)的可移動(dòng)單元最好具有一個(gè)電能產(chǎn)生器件33，在響應(yīng)可移動(dòng)單元經(jīng)受的應(yīng)力時(shí)(比如輪胎的內(nèi)表面的離心力或變形)它產(chǎn)生電能。此器件最好制造在與傳感器，處理單元(處理器)34和存儲(chǔ)器件35相同的基片上。此器件能夠使用MEMS工藝制造。尤其是，它可以由下列題目的文件中了解“Development of an ElectromagneticMicrogenerator”在“the journal Electronics Letters”August 1997發(fā)表，一旦一個(gè)電容器的兩個(gè)板片彼此相對(duì)地移動(dòng)時(shí)，假設(shè)通過板片的電荷(預(yù)先供給至電容器)是恒定的，在兩個(gè)板片之間的電壓增加。
按照本發(fā)明，一個(gè)系統(tǒng)制造在此基片的內(nèi)部，其中電容器的一個(gè)板片是固定的，以及第二板片連接至一個(gè)減震彈簧。當(dāng)一個(gè)震動(dòng)施加至第二板片的“振蕩”表面時(shí)，電容器把電能從一個(gè)低電位泵送至一個(gè)較高電位。較高的電位能夠有利地隨后存儲(chǔ)在一個(gè)絕緣的電容容器內(nèi)供需要時(shí)使用。
制造在一個(gè)基片上的此器件的一個(gè)實(shí)例如以上所述示于圖5內(nèi)。此器件具有兩個(gè)固定支承51，51’，與每個(gè)固定支承連接的是一個(gè)固定金屬板片52，52’，以及一個(gè)可移動(dòng)支承53，與它連接的是一個(gè)可移動(dòng)金屬板54。
上述的可移動(dòng)支承借助兩個(gè)彈簧55，55’連接至上述的兩個(gè)固定支承。此對(duì)彈簧允許可移動(dòng)支承53和可移動(dòng)板片54在兩個(gè)方向上移動(dòng)，如圖5內(nèi)雙向箭頭F所示?？梢苿?dòng)支承在上述方向上的運(yùn)動(dòng)被兩個(gè)相對(duì)的末端止動(dòng)器56，56限制。上述的兩個(gè)固定支承51，51’最好連接至上述的基片(在圖5內(nèi)未示出)。當(dāng)輪胎滾動(dòng)時(shí)，它經(jīng)受的應(yīng)力帶動(dòng)可移動(dòng)板片相對(duì)于兩個(gè)固定板片的上述的運(yùn)動(dòng)，基本上在圖5所示的雙向箭頭F的兩個(gè)方向上。可移動(dòng)板片和固定板片組成一個(gè)電容器，具有一個(gè)預(yù)定的充電能力。借助直接地供給電壓至電容器，此電容器可以在可移動(dòng)單元放置在輪胎內(nèi)之前預(yù)先充電。作用在運(yùn)動(dòng)的輪胎上的應(yīng)力，尤其是由于輪胎的加速和減速引起的那些應(yīng)力，產(chǎn)生板片的上述的運(yùn)動(dòng)，建立一個(gè)電位差在電容器的端子上。此電位差存儲(chǔ)在分配器件36內(nèi)，它使有可能將電位差分配至可移動(dòng)單元的其它器件。
基片能夠大部分被一個(gè)外部涂層包覆，該涂層最好延伸越過上述的可移動(dòng)單元的整個(gè)表面區(qū)，但相當(dāng)于傳感器的傳感區(qū)的位置的一部分除外，因?yàn)檫@些區(qū)必須與在其中測(cè)量上述的特性參數(shù)的體積連通。
外部涂層用于在上述的可移動(dòng)單元和輪胎的內(nèi)表面之間產(chǎn)生一個(gè)基本上穩(wěn)定的接合。
可移動(dòng)單元最好借助一個(gè)適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑連接至在輪胎的隆起區(qū)的輪胎的內(nèi)表面，粘結(jié)劑將保證上述的應(yīng)力作用在輪胎上，不會(huì)使此單元從輪胎的內(nèi)表面脫落。
可移動(dòng)單元是小型的和輕量的。它的重量最好小于5g，以及具有一個(gè)最大的占據(jù)體積為2cm3。這樣的可移動(dòng)單元在輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將不會(huì)影響輪胎的平衡。
權(quán)利要求
1.一種用于傳感配合在一個(gè)車輛上的一個(gè)輪胎的至少一個(gè)特性參數(shù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括·與上述的輪胎相結(jié)合的一個(gè)可移動(dòng)單元，·上述的可移動(dòng)單元包括用于傳感上述的至少一個(gè)特性參數(shù)的一個(gè)器件，以及用于發(fā)射有關(guān)上述的至少一個(gè)特性參數(shù)的一個(gè)信號(hào)至輪胎的外面的一個(gè)器件，·一個(gè)與上述的車輛相結(jié)合的固定單元，該固定單元包括用于接收來自上述的可移動(dòng)單元的信號(hào)的一個(gè)器件，其特征在于，上述的可移動(dòng)單元包括一個(gè)處理單元和一個(gè)進(jìn)行由上述的傳感器件產(chǎn)生的一個(gè)信號(hào)的預(yù)先處理以及發(fā)送上述的預(yù)先處理的信號(hào)至上述的發(fā)射器件的存儲(chǔ)器件。
2.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，上述的可移動(dòng)單元具有一個(gè)電能產(chǎn)生器件，給上述的處理單元和上述的發(fā)射器件供電。
3.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，上述的存儲(chǔ)器件具有至少一個(gè)預(yù)先存儲(chǔ)程序，用以進(jìn)行上述信號(hào)的上述的預(yù)先處理。
4.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，關(guān)于上述的至少一個(gè)上述的特性參數(shù)的上述信號(hào)借助上述的處理單元轉(zhuǎn)化為一個(gè)數(shù)字信號(hào)。
5.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，上述的傳感器件，上述的發(fā)射器件，上述的處理單元和上述的存儲(chǔ)器件是制造在一個(gè)基片上。
6.按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征在于，上述的可移動(dòng)單元是借助一個(gè)MEMS工藝制造的。
7.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，上述的電能產(chǎn)生器件具有一個(gè)電容器，在響應(yīng)施加至上述的輪胎的機(jī)械應(yīng)力時(shí)用電能對(duì)電容器本身充電。
8.按照權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其特征在于，上述的電容器具有一個(gè)固定板片和一個(gè)可移動(dòng)板片，在響應(yīng)上述的應(yīng)力時(shí)彼此相對(duì)地移動(dòng)。
9.按照權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其特征在于，上述的固定板片和上述的可移動(dòng)板片在響應(yīng)上述的應(yīng)力時(shí)改變它們彼此相對(duì)的距離。
10.按照權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其特征在于，上述的固定板片和上述的可移動(dòng)板片是借助一對(duì)彈簧彼此連接的。
11.按照權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其特征在于，上述的固定板片和上述的可移動(dòng)板片分別地連接至一個(gè)固定支承和一個(gè)可移動(dòng)支承。
12.按照權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其特征在于，可移動(dòng)板片的運(yùn)動(dòng)被一對(duì)末端停止元件限定。
13.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，上述的傳感器件，上述的發(fā)射器件，上述的處理單元和上述的電能產(chǎn)生器件是制造在一個(gè)基片上。
14.一種用于傳感配合在一個(gè)車輛上的一個(gè)輪胎的至少一個(gè)特性參數(shù)的方法，包括下列的步驟·傳感上述的輪胎內(nèi)部有關(guān)上述的至少一個(gè)特性參數(shù)的一個(gè)信號(hào)，·使用預(yù)先存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)器件內(nèi)的程序處理在上述的輪胎內(nèi)部的上述的信號(hào)，以及·發(fā)射處理的信號(hào)到上述的輪胎的外面。
15.按照權(quán)利要求14的方法，其特征在于，上述的處理步驟包括使此信號(hào)數(shù)字化的步驟。
16.按照權(quán)利要求14的方法，其特征在于，上述的處理步驟包括使此信號(hào)濾波的步驟。
17.按照權(quán)利要求14的方法，其特征在于，上述的處理步驟包括把此信號(hào)與預(yù)先存儲(chǔ)在上述的存儲(chǔ)器內(nèi)的一個(gè)門限值比較的步驟。
18.一個(gè)用于傳感配合在一個(gè)車輛上的一個(gè)輪胎的至少一個(gè)特性參數(shù)的可移動(dòng)單元，該可移動(dòng)單元包括一個(gè)用于傳感上述的至少一個(gè)特性參數(shù)的器件，以及用于發(fā)射有關(guān)上述的至少一個(gè)特性參數(shù)的一個(gè)信號(hào)到輪胎的外面的器件，其特征在于，該可移動(dòng)單元包括一個(gè)處理單元和一個(gè)存儲(chǔ)器件，該處理單元和存儲(chǔ)單元進(jìn)行由上述的傳感器產(chǎn)生的一個(gè)信號(hào)的預(yù)先處理以及發(fā)送上述的預(yù)先處理的信號(hào)至上述的發(fā)射器件。
19.一個(gè)車輛車輪，包括·一個(gè)輪胎，·上述輪胎用的一個(gè)支承輪圈，·與上述的輪胎相結(jié)合的一個(gè)可移動(dòng)單元，一個(gè)用于傳感上述的輪胎的至少一個(gè)特性參數(shù)的器件以及一個(gè)用于發(fā)射有關(guān)上述的至少一個(gè)特性參數(shù)的一個(gè)信號(hào)到輪胎的外面的器件，其特征在于，上述的可移動(dòng)單元包括一個(gè)處理單元和一個(gè)存儲(chǔ)器件，所述的處理單元和存儲(chǔ)器件進(jìn)行由上述的傳感器件產(chǎn)生的一個(gè)信號(hào)的預(yù)先處理以及發(fā)送上述的處理的信號(hào)至上述的發(fā)射器件。
全文摘要
一個(gè)用于傳感配合在一個(gè)車輛上的一個(gè)輪胎的至少一個(gè)特性參數(shù)的可移動(dòng)單元，以及一個(gè)用于發(fā)射有關(guān)上述的至少一個(gè)特性參數(shù)的一個(gè)信號(hào)到輪胎的外面的器件。上述的單元具有一個(gè)處理單元和一個(gè)存儲(chǔ)器件，該處理單元及存儲(chǔ)器件進(jìn)行由上述的傳感器產(chǎn)生的一個(gè)信號(hào)的預(yù)先處理以及發(fā)送上述的預(yù)先處理的信號(hào)至上述的發(fā)射器件。
文檔編號(hào)B60C23/04GK1630591SQ02829236
公開日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2002年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月28日
發(fā)明者費(fèi)德里科·曼科蘇, 法比奧·羅密歐, 馬斯莫·布魯薩羅斯克, 安娜·P·菲奧拉萬提 申請(qǐng)人:倍耐力輪胎公司