專利名稱：遙測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于輪胎監(jiān)測設(shè)備的遙測裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知的是提供一種用于測量汽車輪胎內(nèi)壓力的輪胎監(jiān)測設(shè)備。輪胎監(jiān)測設(shè)備還可以測量輪胎環(huán)境內(nèi)的其他參數(shù)，如輪胎的局部溫度。測量的數(shù)據(jù)通過如無線電波連接傳輸?shù)狡嚺摚湓陲@示到汽車駕駛員前經(jīng)過電子處理。這樣可以使傳輸數(shù)據(jù)的接受者監(jiān)測輪胎條件的變化，例如，減少損壞汽車的輪胎，或預測輪胎的失效。這在汽車高速行駛時具有特別大的優(yōu)點，這是因為當輪胎內(nèi)的環(huán)境處于最壞時，最有可能損壞輪胎，其最終將最大程度地傷害汽車的乘員。
大多數(shù)現(xiàn)有輪胎監(jiān)測設(shè)備使用電池作為電源，其位于車輪上或在輪胎內(nèi)。此設(shè)置具有幾個不理想的限制，例如，可以容納在輪胎內(nèi)的電池壽命和尺寸或重量的限制。其還可能具有進一步在下述情況下的不理想的撞擊作用，如果可以獲得的有限的電源，例如作為涉及重量的結(jié)果，能夠被中繼處理的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)量和頻率將受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于降低或充分避免指出的缺陷。
根據(jù)本發(fā)明，其提供一種用于輪胎監(jiān)測設(shè)備的遙測裝置，所述遙測裝置包括外殼，其具有用于測量關(guān)于遙測裝置的局部環(huán)境數(shù)據(jù)的傳感器裝置、用于將測量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h處位置的傳輸裝置、響應輪胎的旋轉(zhuǎn)適于產(chǎn)生和儲存電荷用于將電力提供給裝置的壓電發(fā)電器，以及用于控制傳感器裝置和傳輸裝置的控制裝置，其中控制裝置設(shè)置為根據(jù)輪胎的旋轉(zhuǎn)速度改變來自遙測裝置的數(shù)據(jù)傳輸速率。
在優(yōu)選方式中，壓電發(fā)電器設(shè)置為輪胎每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)產(chǎn)生至少一個電荷脈沖，而控制裝置適合于監(jiān)測產(chǎn)生的脈沖的數(shù)量和/或頻率，以便確定適當?shù)臄?shù)據(jù)傳輸速率。
控制裝置適合于在已經(jīng)檢測預定的脈沖數(shù)后起動局部環(huán)境的監(jiān)測和測量數(shù)據(jù)傳輸。
在優(yōu)選實施方式中，外殼適合于固定到輪胎的內(nèi)壁。
外殼的外表面具有適合于連接到汽車輪胎的弧形內(nèi)表面的基本弧形輪廓。
外殼的外表面可以包括用于與汽車輪胎的內(nèi)部圖形互補結(jié)合的外部形狀。
在優(yōu)選實施方式中，外殼可松開地固定到適合于通過例如夾子連接到輪胎內(nèi)壁的底腳上。底腳包括在使用時用于使空氣繞外殼運動的空氣通道。
在優(yōu)選方式中，傳感器裝置包括至少一個壓力傳感器和/或溫度傳感器。
便利的是，驅(qū)動器可移動地固定在外殼中并適合于在離心力下與壓電元件接觸。
本發(fā)明的優(yōu)點在于提供了一種適用于從旋轉(zhuǎn)氣胎內(nèi)的惡劣環(huán)境內(nèi)測量和傳輸數(shù)據(jù)的遙測裝置。從輪胎內(nèi)測量和傳輸數(shù)據(jù)可以用于輪胎內(nèi)的正常操作條件，例如，用于檢測輪胎的潛在失效或爆胎。


下面將參照相應的附圖，通過實施例的方式對優(yōu)選實施方式進行具體說明，其中圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式具有發(fā)電器的胎內(nèi)電力/傳感器或遙測裝置的分解透視圖；圖2是顯示圖1所示裝置處于裝配、靜止位置的局部截面視圖；圖3是顯示圖2所示裝置的透視圖；圖4是顯示形成圖1到3所示裝置的部分的壓電圓盤和黃銅固定件的平面視圖；
圖5a是顯示發(fā)電器元件之間相互關(guān)系的方框圖；圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的與低電力消耗協(xié)議有關(guān)的步驟，用于控制從圖1到3所示的裝置的測量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒虉D；圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施方式的遙測裝置另一實施方式的透視圖；圖7是顯示從上面看圖6所示的裝置的分解透視圖；圖8是顯示從下面看圖6和7所示的裝置的分解透視圖；圖9是顯示圖6到8中所示的裝置的截面視圖；圖10是顯示圖6到9中所示的裝置在使用氣胎時的端視圖；以及圖11是顯示圖10所示裝置的側(cè)視圖。
具體實施例方式
參照圖1到4，發(fā)電器/傳感器裝置總體上用10表示，用于在輪胎監(jiān)測設(shè)備中使用。裝置10包括由加強的噴射注模復合材料制作、用于固定并適用于承受車用氣胎惡劣環(huán)境的外殼12。雖然外殼12說明為復合材料注模形成，但可以使用任何適合的材料。
外殼12具有為中空外凸形狀的基座或底腳16，在圖2中表示為C，用于連接到汽車輪胎的對應的弧形內(nèi)表面?；?6限定了具有內(nèi)基座壁20，圖1中表示為18的腔體。
裝置10包括具有半徑R的壓電圓盤14形式的壓電元件11，其居中地固定在半徑大于R的黃銅支撐圓盤15上。元件11固定在外殼12中用于產(chǎn)生電力以操作裝置10內(nèi)的電路。
外殼12的基座16包括兩個相對凹槽22，用于支撐黃銅圓盤15的外圍部分，其中之一可以從圖1中清晰地看到。當支撐在基座16上時，黃銅圓盤15的中心部分間隔基座壁20一小段距離。蓋26容納在基座16上，其覆蓋支撐在凹槽22上的黃銅圓盤15的外圍部分，以便圓盤沿兩個邊部分47夾在蓋26和凹槽22之間。
罩28設(shè)置在蓋26上，罩包括延伸通過蓋26中的中心孔27的中心成型部分30。
印刷電路板(PCB)32固定在罩28上的外殼12中。如圖5a所示，PCB32包括微處理器、射頻(RF)發(fā)射機、包括壓力和溫度傳感器的壓力和溫度傳感器電路、以及形成輪胎監(jiān)測設(shè)備的一部分的監(jiān)控和控制電路。PCB32還包括用于將來自壓電陶瓷圓盤14的交流輸出轉(zhuǎn)換為直流輸出的整流器；一系列電容形式的能量儲存元件，其儲存來自整流器的直流輸出以備需要，以及設(shè)置用于調(diào)整電容器電壓輸出的DC-DC控制器。此裝置10使用超低泄漏型電容器，以保證盡可能保持高比例產(chǎn)生電荷，以保持內(nèi)部泄漏降到最低。
PCB32通過未示出的兩條電線與壓電陶瓷圓盤14電連通，并通過灌注混合物34固定在罩28周圍，以在安裝或運輸期間保護PCB32免受旋轉(zhuǎn)氣胎內(nèi)惡劣環(huán)境的影響。灌注混合物34可以為任意適合的形式，但在此實施方式中為兩部分環(huán)氧粘合劑。
驅(qū)動器36設(shè)置在壓電陶瓷圓盤14、蓋26和罩28之間，驅(qū)動器由整體形成的底腳38和桿40組成。桿40延伸進罩28的中心成型部分中并包括中心孔42。從圖2中可以清晰地看出，底腳38包括整體形成的延長凸出部分或凸出前端44，其與壓電陶瓷元件接觸。如圖4所示，凸出前端44徑向延伸穿過壓電元件11，其顯示了凸出前端44在壓電元件11上的接觸面積以及圓盤15在基座16上的支撐面積47?？梢郧逦乜闯?，壓電元件11設(shè)置成基本為簡單支撐桿，通過凹槽22支撐在基座16中的一側(cè)，并通過驅(qū)動器36的凸出前端44在其相對側(cè)接觸。
驅(qū)動器36通過穿過罩28的螺絲釘46連接到罩28，且固定地容納在桿40的孔42中?；?6通過穿過基座16的角并固定容納在蓋26中的四個螺絲釘48連接到蓋26。
此結(jié)構(gòu)設(shè)置為以便壓電元件11可以在驅(qū)動器36的影響下向下形變(如圖2所示)，其將在后面更具體地說明。然而，壓電元件11的最大形變量通過黃銅圓盤15的下側(cè)和內(nèi)基座壁20之間的距離予以限制，在圖1到4的實施方式中設(shè)定為0.4mm。因此，可以避免可能損壞元件11的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生電荷容量的元件11的過度形變。外殼12內(nèi)的驅(qū)動器36在相對方向、即從圖2的上方看垂直遠離壓電陶瓷圓盤14方向的運動通過蓋26的壁27進行限制。在圖1到4的實施方式中，當發(fā)電器10在圖2所示的靜止位置時，驅(qū)動器36的底腳38的上側(cè)和蓋26的壁27之間的最大距離為0.6mm。因此，外殼12內(nèi)的驅(qū)動器36的最大移動距離在圖1到4的實施方式中為1mm。外殼12內(nèi)的驅(qū)動器36的此最大移動距離設(shè)定為預定的低值，以保護由于在使用時驅(qū)動器36在壓電圓盤14上表面上的形變和/或沖擊造成的壓電陶瓷圓盤14的損壞。應該理解，驅(qū)動器的最大移動和壓電陶瓷元件的形變可以限制為適合于保護整體結(jié)構(gòu)和壓電元件產(chǎn)生電荷容量的任何距離。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，與壓電陶瓷圓盤14相關(guān)的與PCB 32的元件組合的壓電陶瓷圓盤14的結(jié)構(gòu)形成發(fā)電器的一部分，以用于為裝置10的電路提供電力。
現(xiàn)在將通過實施例的方式說明發(fā)電器的操作，其中通過將外殼12的基座16的外表面連接到輪胎內(nèi)表面的對應弧形輪廓，裝置10固定在汽車輪子的氣胎上，且其中裝置10包括任何已知適合結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷圓盤14。
可以清晰地看出，圓盤14的機械激勵產(chǎn)生電壓。結(jié)果基本為線性，即，產(chǎn)生的電場直接隨著施加的機械應力變化，且與方向相關(guān)，以便壓縮和拉伸應力產(chǎn)生相對極性的電壓。
罩28、PCB32、灌注混合物34以及驅(qū)動器36在使用時作為單一裝置塊作用在圓盤14上，即，罩、驅(qū)動器、電路以及灌注混合物起到合成驅(qū)動塊的作用。當輪子旋轉(zhuǎn)時，離心力作用在罩28、PCB32以及灌注混合物34上，其迫使驅(qū)動器36在壓電元件11的方向徑向向外。此在驅(qū)動器36上的離心作用使得壓電元件11形變，典型情況是，其從當輪子不旋轉(zhuǎn)時的靜止位置在中心區(qū)域的0.2到0.4mm之間形變。由于壓電元件11只起到支撐桿的作用，且驅(qū)動器36的凸出前端44與圓盤14在用于黃銅圓盤15的支撐區(qū)域之間的中心位置45接觸，所以，形變?yōu)辄S銅圓盤15的兩個支撐區(qū)域47之間的圓盤14和15的均勻彎曲的形式。
可以理解，當汽車運動時，鄰接裝置10的輪胎的外區(qū)域沿汽車運行的表面接觸，輪子每旋轉(zhuǎn)一圈接觸一次。此接觸使鄰接裝置的輪胎區(qū)域變形，最終以壓電元件11變形的形式通過驅(qū)動器36將變形傳輸?shù)桨l(fā)電器。因此，當輪子在公路表面旋轉(zhuǎn)期間，壓電圓盤14經(jīng)過機械激勵的變化，從而每個激勵導致通過壓電圓盤14產(chǎn)生勢能差。此過程參照旋轉(zhuǎn)輪設(shè)定在下面，從鄰接裝置10的輪胎區(qū)域向與公路表面接觸的方向移動的位置開始。
如上所述，隨著輪子的旋轉(zhuǎn)，在由罩28、PCB32以及灌注混合物34的離心作用下，驅(qū)動器36與壓電圓盤14接觸。因此，在通過驅(qū)動器36傳輸?shù)碾x心力作用下，壓電圓盤14經(jīng)受基本恒定的擠壓形變。當輪子進一步旋轉(zhuǎn)時，鄰接裝置10的輪胎區(qū)域與公路表面接觸并變形。此變形導致在與公路表面接觸點區(qū)域的輪胎減速，使得經(jīng)過驅(qū)動器36的離心力突然降低，造成幾乎瞬時基本為零。此離心加速的變化造成在驅(qū)動器36的作用下通過壓電圓盤14的形變降低，并產(chǎn)生連通到PCB32的電荷的第一脈沖。
當輪子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，在鄰接裝置10的輪胎區(qū)域移動遠離與公路表面接觸的瞬時，鄰接裝置10的輪胎的加速突然增加，其導致經(jīng)過驅(qū)動器36的離心力的瞬時增加。因此，如上所述，在驅(qū)動器36、罩28、PCB32以及灌注混合物34的離心作用下，壓電圓盤14再次產(chǎn)生形變，產(chǎn)生與上述第一脈沖相對極性且連通到PCB32的電荷的第二脈沖。
因此，在輪子旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)期間，快速連續(xù)地產(chǎn)生相對極性電荷的兩個脈沖，構(gòu)成一個交變電流輸出。整流器將交流輸出整流成直流輸出，并儲存在電容器中，作為輪胎監(jiān)測設(shè)備的電力使用。輪子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，就產(chǎn)生少量的儲存電荷，典型情況是5-10毫微庫侖。
除了由于與公路表面接觸輪子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)產(chǎn)生儲存的電荷外，裝置10還將另外的激勵力傳輸?shù)綁弘娫?4，例如，由于公路表面缺陷的振動造成的加速/減速，或輪子本身的不平衡力。如上所述，如果激勵足夠產(chǎn)生使壓電圓盤14擠壓形變，則將產(chǎn)生額外儲存的電荷并儲存在電容器中。
在某些情況下，如上所述，作用在汽車輪胎內(nèi)部裝置10上的力將不能充分使壓電圓盤14均勻彎曲。取而代之的是，變形將在緊鄰驅(qū)動器且與驅(qū)動器接觸的點為圓盤14的結(jié)構(gòu)局部“擠壓”的形式。在操作中，圓盤結(jié)構(gòu)的局部“擠壓”也在穿過元件11的截面上產(chǎn)生勢能差，以用于產(chǎn)生基本為上述的電荷。
裝置10的特殊優(yōu)點在于控制電路作為用于壓電元件11的驅(qū)動塊使用。在說明的實施方式中，罩28、PCB32以及灌注混合物34的重量作為單一裝置操作以起到用于壓電圓盤14的驅(qū)動塊/激勵器的作用，而不需要任何額外的塊。因此，整體上減少了發(fā)電器的重量，以最大限度地減少由于鄰接固定在汽車輪胎中區(qū)域的裝置11造成的局部磨損，因此，降低了出現(xiàn)在輪胎面中的局部禿點的可能性。
基座16的外表面C可以包括用于與汽車輪胎的內(nèi)部圖形互補結(jié)合的外部輪廓，以進一步限制使用時輪胎上的局部磨損作用。
為了利用發(fā)電器產(chǎn)生的少量電力并去除備份電池以提供給輪胎監(jiān)測設(shè)備電力的需要，超低的電力消耗協(xié)議用于控制通過電容器儲存的電力消耗。
現(xiàn)在將通過實施例的方式說明輪胎監(jiān)測設(shè)備的操作，說明實現(xiàn)的步驟以保證實現(xiàn)最佳的低電力協(xié)議，參照圖5，以監(jiān)測設(shè)備的“睡眠”模式開始。如上所述，輪胎監(jiān)測設(shè)備包括具有壓電發(fā)電器的裝置10、微處理器、射頻(RF)發(fā)射機、壓力和溫度傳感器電路、以及監(jiān)控和控制電路。
實施例1步驟1微處理器在“睡眠”模式，其中除監(jiān)測器電路之外，所有的內(nèi)部處理為暫停，用于監(jiān)測微處理器的“喚醒”要求。在此實施方式中，監(jiān)測器電路監(jiān)測位于電力/傳感器裝置中的微處理器外部的液晶振蕩器形式的外部參考時鐘。因此，在睡眠模式中，大多數(shù)微處理器電路為不能運行狀態(tài)，且輪胎監(jiān)測設(shè)備的能量消耗在最低狀態(tài)，例如接近24微安培的供給電流。
步驟2在預定時間后，在此實施方式中為60秒，監(jiān)測電路“喚醒”微處理器。當“喚醒”時，微處理器從外部時鐘轉(zhuǎn)換到內(nèi)部電阻電容振蕩器形式的內(nèi)部時鐘。實現(xiàn)此轉(zhuǎn)換可促進模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的更高速度操作，以及接下來汽車監(jiān)測設(shè)備使用的計算。此轉(zhuǎn)換還將電力傳輸?shù)轿⑻幚砥鞯膬?nèi)部電路上，其允許用于微處理器的主要程序并可以使微處理器進入測量和控制階段。
步驟3一旦微處理器已經(jīng)“喚醒”，電力提供到溫度和壓力傳感器電路。當微處理器測量輪胎內(nèi)的局部壓力和溫度后，經(jīng)過規(guī)定時間后，在此實施方式中為0.5毫秒，有利于傳感器電路的設(shè)置。這些值儲存在微處理器內(nèi)，且瞬時消除傳輸?shù)絺鞲衅麟娐返碾娏Α?br> 步驟4儲存的壓力和溫度值與傳感器識別和周期的冗余校驗鏈接在一起以形成數(shù)據(jù)包，用于傳輸?shù)狡噧?nèi)的接收器裝置/顯示裝置。
步驟5然后，微處理器從內(nèi)部時鐘轉(zhuǎn)換回到外部時鐘。此改變用于保證通過射頻(RF)連接的數(shù)據(jù)傳送的精確時間信號，由于外部時鐘為石英晶體時間參考裝置，其保證比內(nèi)部時鐘獲得更高的絕對頻率精確度。
步驟6微處理器設(shè)定控制線到3v的邏輯高值，其允許使用RF發(fā)射機，因此使其發(fā)射射頻載波。經(jīng)過接近1毫秒的設(shè)定時間，有利于在從PCB32傳輸數(shù)據(jù)前設(shè)定發(fā)射機元件。用于偏置射頻數(shù)據(jù)限制器的模擬位組合格式與傳感器識別和用于周期的冗余校驗鏈接。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為調(diào)制到433MHz無線電波的用于傳播到接收器裝置的頻率。
步驟7傳輸數(shù)據(jù)并瞬時抑制傳輸?shù)絉F接收器的電力，微處理器重新進入‘睡眠模式’的點。
因此，通過利用上述實施例1-7步驟說明的低電力協(xié)議，輪胎監(jiān)測設(shè)備只利用了來自發(fā)電器的最少量電力傳輸輪胎內(nèi)局部壓力和溫度的讀數(shù)。當使用后，參照上述步驟2，微處理器保持在睡眠模式預定的周期，參照圖1到4的說明，同時儲存在電容器中的能量通過壓電陶瓷圓盤14的激勵重新充電。因此，利用步驟1-7的連續(xù)循環(huán)，輪胎監(jiān)測設(shè)備可以利用壓電陶瓷圓盤14產(chǎn)生的少量電荷監(jiān)測輪胎的局部條件，而不需要提供備用電池。連續(xù)循環(huán)在輪胎正常操作條件期間非常有利，從而可以監(jiān)測表示輪胎潛在問題或失效的輪胎壓力和溫度的任何改變，例如，以排除爆胎。這在汽車高速行駛時特別有利。
重要的是，在用于遙測裝置協(xié)議中有三方面相互關(guān)聯(lián)的臨界因素，在壓電元件的電荷產(chǎn)生量、電荷儲存尺寸和效率、和通過發(fā)射機“起動”時間控制的RF發(fā)射機的可靠性之間。對于規(guī)定形式的壓電元件，具有用于發(fā)電器的最佳電荷容量以及用于RF發(fā)射機的最佳發(fā)射時間。壓電元件必須具有足夠的電荷產(chǎn)生以克服儲存電容器的阻抗，且電容器必須具體有足夠的電容以保持需要進行測量/發(fā)射周期的電荷要求，RF發(fā)射機“起動”時間即當發(fā)射機為激活且發(fā)射時，必須具有足夠的電荷以在儲存的能量消耗盡之前傳輸數(shù)據(jù)的最大周期以及在RF連接的可靠性為副作用下的最小周期之間保持最佳。如果傳輸時間在最佳周期之外延伸，則數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行ьl率減少到規(guī)定的容量。
用于輪胎監(jiān)測設(shè)備中相對汽車每個輪胎的每個傳感器電路傳輸?shù)杰囕d接收器裝置的數(shù)據(jù)在顯示裝置上顯示給汽車駕駛員。顯示裝置可以利用可視化數(shù)據(jù)和/或通過視聽裝置顯示，例如連接到汽車中的視聽系統(tǒng)告訴駕駛員。
汽車的每個輪胎/車輪都通過相對位于該輪胎內(nèi)具體傳感器的獨特識別特征標識。此識別特征還表現(xiàn)在與來自輪胎內(nèi)傳感器的數(shù)據(jù)組合的顯示裝置上。在汽車輪子移動到汽車另一位置的情況下，其仍然可以與顯示裝置上的相關(guān)信息相關(guān)。適合的識別特征包括色彩編碼符號和α數(shù)字符號。
每個傳感器都具有唯一的電子序號，其有助于無線傳輸數(shù)據(jù)的安全。唯一的電子序號還可以起到用于標簽特征的作用以用于安全及防止偽造的目的。
參照發(fā)電器的優(yōu)選實施方式，已經(jīng)說明了可儲存電荷通過汽車車輪每旋轉(zhuǎn)一圈由壓電元件產(chǎn)生的情況，因此，可以清晰地看出，電荷的產(chǎn)生正比于汽車的運行速度。在以上電力消耗協(xié)議的實施例中，從輪胎監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸和用于測量和傳輸另外讀取的微處理器“喚醒”之間的時間延遲設(shè)定為預定值。在緩慢運行的汽車中，在預定時間周期內(nèi)產(chǎn)生和儲存的電荷小于在同樣的時間周期中以更快的速度運行的汽車產(chǎn)生和儲存的電荷。因此，微處理器“喚醒”之間的時間間隔設(shè)定為預定值，選擇為產(chǎn)生和儲存足夠的電荷以用于緩慢運行的車輛，例如，25kmh的輪胎的參數(shù)的測量和傳輸。
然而，隨著汽車速度的增加，電荷產(chǎn)生的速度也增加。因此，要求產(chǎn)生足夠的電荷以使輪胎監(jiān)測系統(tǒng)測量和傳輸輪胎參數(shù)的時間周期減少。
為了獲得此優(yōu)點，需要改進上述低能量協(xié)議以便微處理器為從相對汽車德速度或儲存在電容器中電荷的狀態(tài)的函數(shù)的間隔的其睡眠模式“喚醒”，其可以使數(shù)據(jù)傳輸正比于汽車速度的變化。
下列實施例顯示了操作的優(yōu)選實施方式，其中從輪胎監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速度正比于汽車速度，基本與上述實施例1相同，監(jiān)測系統(tǒng)在“睡眠”模式開始。
實施例2步驟1如上所述，當車輪旋轉(zhuǎn)時，每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，通過發(fā)電器產(chǎn)生儲存的電力輸出。在此實施例中，此發(fā)電器的特征用于監(jiān)測汽車的速度和/或電容器電荷的狀態(tài)。每個儲存電力輸出的一少部分都為調(diào)制信號以考慮在輪子旋轉(zhuǎn)期間壓電圓盤14經(jīng)受的電力的誤觸發(fā)，例如，由于路面的不完整造成的振動引起的加速/擠壓形變。然后，將調(diào)制的信號供給到微處理器中的中斷電路，其即刻從睡眠模式喚醒微處理器并增加微處理器中的計數(shù)器。然后，微處理器馬上返回到睡眠模式。
步驟2現(xiàn)在已經(jīng)知道輪子每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)產(chǎn)生的平均電荷和足夠測量和傳輸來自裝置10的儲存的電荷值的數(shù)據(jù)。因此，可以計算出要求用于電容器的計數(shù)器的“中斷”或增加數(shù)以以存儲足夠的用于測量和傳輸來自設(shè)備的數(shù)據(jù)的電荷。因此，當輪子旋轉(zhuǎn)預定轉(zhuǎn)數(shù)后，例如50轉(zhuǎn)，微處理器可以設(shè)定為基本與實施例1的步驟2所述相同的“喚醒”，在此點，電力起動微處理器的內(nèi)部電路，其允許使用微處理器的主程序并使微處理器進入測量和控制狀態(tài)。
微處理器的內(nèi)時鐘監(jiān)測完成預定轉(zhuǎn)數(shù)花費的時間。因此，可以從經(jīng)過的時間計算出在時間周期內(nèi)的汽車平均速度值以及交叉參考與車輪直徑相關(guān)的數(shù)據(jù)表計算出經(jīng)過的距離。
步驟3如實施例1所述，一旦微處理器已經(jīng)“喚醒”，則電力將提供到溫度和壓力傳感器電路。當微處理器測量輪胎內(nèi)的局部壓力和溫度后，經(jīng)過規(guī)定的時間，例如500毫秒，有利于傳感器電路的設(shè)置。這些值儲存在微處理器內(nèi)，且瞬時地消除傳輸?shù)絺鞲衅麟娐返碾娏Α?br> 步驟4如實施例1的步驟4所述，儲存的壓力和溫度值與傳感器識別和周期冗余校驗以及步驟2期間計算的速度值鏈接。
接下來的步驟5到7基本與以上實施例說明的步驟5到7同樣進行。
由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣扰c汽車的速度成正比，因此，此操作模式主要對已知的輪胎監(jiān)測設(shè)備進行了安全改進，其中根據(jù)汽車的速度進行信息傳輸和定期更新。此具有的特殊優(yōu)點在于更容易監(jiān)測出輪胎的災難性失效，這在汽車高速行駛中可能造成更嚴重的后果。裝置10在汽車高速行駛時比在低速行駛時更經(jīng)常地定期更新，例如，通過警告司機汽車輪胎的任何消氣從而改進汽車的安全性。
根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的電力/傳感器或遙測裝置在圖6到11中顯示為100，其基本與上述裝置10相對應。
如圖6所示，裝置100包括外殼112，其由基座部分116和固定在基座部分116上的罩128組成。外殼112可拆除地固定在由橡膠或任何適合的材料制作的彈性基座或底腳151上。一對彈性夾臂153可樞轉(zhuǎn)地設(shè)置在底腳151上，用于與外殼112的基座部分116上的成型部分117彈壓配合作用。例如，裝置100可以通過從其與成型部分117的作用撤除臂153以方便地從底腳151拆除，用于使用新的底腳151以修理或安裝在另一輪胎中。
如圖10和11所示，底腳151適用于永久地固定到輪胎的內(nèi)表面159并可以在使用后與輪胎一起處理掉。在底腳151中設(shè)置了兩個空氣通道155，其具有在使用時允許空氣繞裝置100運動以及設(shè)置充分柔性的底腳以有助于對裝置100內(nèi)部元件的保護和吸收沖擊的雙重作用，同時將旋轉(zhuǎn)期間輪胎的彎曲傳播到裝置100的內(nèi)部元件。
底腳151總體上為橢圓并具有比外殼112的基座部分116更大的表面面積。底腳151的形狀和尺寸設(shè)計為在輪胎上傳播裝置100的載荷，以減少裝置100區(qū)域中不利輪胎的磨損，另外還希望當在輪胎內(nèi)設(shè)置局部塊時，裝置100的質(zhì)量在30-50克之間的區(qū)域。
參照圖7到9，將具體說明外殼112和裝置100內(nèi)部元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
主要參照圖1到4的說明，裝置100包括固定在黃銅支撐盤115上的壓電元件114。外殼112的基座部分116限定通過基座壁120和外壁121形成的隔間118。凹槽122形成于外壁121中，用于支撐一部分黃銅圓盤115的外圍。當支撐在基座部分116上時，黃銅圓盤115的中心部分間隔基座壁120一段距離。在此實施方式中，設(shè)置了延伸過部分凹槽122的分隔片123，用于與黃銅圓盤115的外圍作用，以保持黃銅圓盤115，從而使壓電元件114保持在基座部分116上。
裝置100包括限定腔體137的整體件鑄造的驅(qū)動器136，其可移動地固定在外殼112中。對應于參照圖1到4所述的PCB32的印刷電路板或PCB(未示出)固定在腔體137中。PCB通過電線(未示出)與壓電陶瓷圓盤114電連通，其在腔體137的地板上穿過孔139。PCB通過灌注混合物(未示出)在裝置100安裝和搬運期間保護PCB牢固地位于驅(qū)動器136上，并在使用時防止旋轉(zhuǎn)氣胎內(nèi)的惡劣環(huán)境。
從圖8可以看出，延長凸出部分或凸出前端144形成于驅(qū)動器136的下側(cè)。從圖9可以看出，在外殼112中的正常靜止位置，凸出前端144與壓電陶瓷元件114接觸。在靜止位置，驅(qū)動器136的下側(cè)與基座部分116的內(nèi)表面間隔接近0.3mm的一段距離。
在使用中，壓電元件114在驅(qū)動塊的作用下在基座壁120的方向擠壓形變，因此，可以清晰地看出，最大的擠壓形變限制為接近0.3mm，當驅(qū)動器136的外圍與內(nèi)表面141接觸時。此最大擠壓形變被限制以保護壓電元件114免于受到過大的彎曲，并可以為任意適合的距離，例如在0.2和0.5mm之間?？梢郧逦乜闯?，PCB元件和灌注混合物形成部分用于具有驅(qū)動器136的壓電元件激勵的驅(qū)動塊。
外殼112由塑料噴射注模形成并適合于承受汽車氣胎內(nèi)的惡劣環(huán)境。壓電陶瓷圓盤114、驅(qū)動器136以及控制電路形式為在本發(fā)明優(yōu)選實施方式中使用的發(fā)電器的一部分。
裝置100的操作基本與裝置10相同，因此，如上所述，裝置100的操作在此不作重點說明。
總之，可以清晰地看出，裝置10、100每個都作為遙測裝置，其可以測量和傳輸位于裝置附近相關(guān)輪胎條件的數(shù)據(jù)。
通過可以永久連接到輪胎的犧牲底腳151將輪胎中的遙測裝置固定到輪胎的內(nèi)表面的主旨概念不局限于上述具有壓電發(fā)電器的裝置的應用。底腳可以與任何適合的遙測裝置一起使用。因此，申請人可以以獨立權(quán)利要求保護此主旨概念。
權(quán)利要求
1.一種用于輪胎監(jiān)測設(shè)備的遙測裝置，所述遙測裝置包括外殼，其具有用于測量有關(guān)遙測裝置的局部環(huán)境的數(shù)據(jù)的傳感器裝置、用于將測量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h處位置的傳輸裝置、響應輪胎的旋轉(zhuǎn)適于產(chǎn)生和儲存電荷用于將電力提供給裝置的壓電發(fā)電器，以及用于控制傳感器裝置和傳輸裝置的控制裝置，其中控制裝置設(shè)置為根據(jù)輪胎的旋轉(zhuǎn)速度改變來自遙測裝置的數(shù)據(jù)傳輸速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙測裝置，其特征在于壓電發(fā)電器設(shè)置為輪胎每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)產(chǎn)生至少一個電荷脈沖，而控制裝置適合于監(jiān)測產(chǎn)生的脈沖的數(shù)量和/或頻率，以便確定適當?shù)臄?shù)據(jù)傳輸速率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的遙測裝置，其特征在于控制裝置適合于在已經(jīng)檢測預定的脈沖數(shù)后起動局部環(huán)境的監(jiān)測和測量數(shù)據(jù)傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項所述的遙測裝置，其特征在于，外殼適合于固定到輪胎的內(nèi)壁。
5.根據(jù)前面所述權(quán)利要求的任何一項所述的遙測裝置，其特征在于外殼的外表面具有適合于連接到汽車輪胎的弧形內(nèi)表面的基本弧形輪廓。
6.根據(jù)前面所述權(quán)利要求的任何一項所述的遙測裝置，其特征在于外殼的外表面包括用于與汽車輪胎的內(nèi)部圖形互補結(jié)合的外部輪廓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一項所述的遙測裝置，其特征在于外殼可松開地固定到適合于連接到輪胎的內(nèi)壁的底腳上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的遙測裝置，其特征在于外殼通過夾子裝置可松開地固定到底腳上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的遙測裝置，其特征在于底腳包括在使用時用于使空氣繞外殼運動的空氣通道。
10.根據(jù)前面所述權(quán)利要求的任何一項所述的遙測裝置，其特征在于傳感器裝置包括至少一個壓力傳感器和/或溫度傳感器。
11.根據(jù)前面所述權(quán)利要求的任何一項所述的遙測裝置，其特征在于驅(qū)動器可移動地固定在外殼中并適合于在離心力下與壓電元件接觸。
全文摘要
遙測裝置(100)設(shè)置用于固定在氣胎內(nèi)，其包括用于測量輪胎內(nèi)壓力和溫度的傳感器以及用于將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h距離位置的車載顯示器上。裝置(100)包括支撐在外殼(112)中、具有設(shè)置用于與元件(114)接觸的驅(qū)動器(136)以響應輪胎旋轉(zhuǎn)期間作用在驅(qū)動器(136)上的外力的壓電元件(114)。輪胎每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，通過元件(114)的形變產(chǎn)生電荷的周期脈沖。裝置(100)包括當測量和傳輸數(shù)據(jù)時控制儲存電荷的消耗并設(shè)置為根據(jù)輪胎的旋轉(zhuǎn)速度改變來自裝置(100)的數(shù)據(jù)傳輸速度的控制裝置。
文檔編號B60C23/04GK1717338SQ200380104137
公開日2006年1月4日 申請日期2003年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月1日
發(fā)明者杰弗里·哈斯韋爾, 西蒙·威廉·福西斯, 保羅·里斯·霍爾茲沃思, 斯蒂芬·約翰·鮑爾斯, 大衛(wèi)·馬修·斯馬特, 米格爾·耶穌·加西亞-埃爾南德斯, 胡安·安東尼奧·查維斯-多明格斯, 安東尼奧·圖羅-佩羅宜, 若爾迪·薩拉薩爾-佐勒 申請人:皮爾泰克有限公司