專利名稱：輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種低功耗的輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
在車輛的高速行駛過程中，輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預防的，也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS，Tire Pressure Monitoring System)用于在車輛行駛時實時的對輪胎內(nèi)部的溫度、壓力進行自動監(jiān)測，對輪胎漏氣和低氣壓進行報警，保障行車安全。
根據(jù)監(jiān)測方式的不同，輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)主要分為兩種類型(1)間接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(Wheel-Speed Based TPMS)間接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)通過汽車ABS系統(tǒng)的輪速傳感器來比較輪胎之間的轉速差別，達到監(jiān)測胎壓的目的。其主要缺點是無法對兩個以上輪胎同時缺氣的狀況和速度超過100公里/小時的情況進行判斷。
(2)直接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(Pressure-Sensor Based TPMS)直接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)利用安裝在每一個輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，并對各輪胎氣壓進行顯示及監(jiān)視，當輪胎氣壓太低或有泄漏時，系統(tǒng)自動報警。直接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)從功能和性能上均優(yōu)于間接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)。
在直接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)中，控制功耗和避免發(fā)射碰撞是兩個亟需解決的難題。
壓力傳感器安裝在輪胎內(nèi)部的輪轂上，僅靠攜帶的電池供電。當電池的電量耗盡時，更換電池是一件麻煩的事情。因此，汽車廠商希望輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的工作壽命超過輪胎，這就是說，輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的工作壽命至少在5年以上。那么，在滿足性能的條件下盡量降低功耗是開發(fā)直接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的關鍵。
每個輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)都是通過射頻的方式發(fā)送。當某個輪胎準備發(fā)送其測量數(shù)據(jù)時，并不知道是否有其它輪胎的壓力和溫度數(shù)據(jù)正在發(fā)送。這就存在發(fā)射碰撞的問題。發(fā)射碰撞導致接收測量數(shù)據(jù)的失敗，需要進行多次發(fā)送來保證一定的數(shù)據(jù)接收率。而多次發(fā)送又往往意味著功耗的增加。
降低功耗的直接方法是使用具有睡眠功能的芯片(包括壓力傳感器、微控制器、射頻發(fā)射芯片)。在汽車行駛時，輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)全速工作；在汽車停止時，輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)降低檢測和發(fā)射的頻率。可以采取多種方法確定汽車的運動狀態(tài)，如檢測車輛啟動時產(chǎn)生的噪聲，或者檢測車輛行駛時輪胎旋轉產(chǎn)生的離心力，或者通過一個低頻信號開關輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)，等等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種低功耗的輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)，對行駛車輛的對輪胎內(nèi)部的溫度、壓力進行實時自動監(jiān)測，對輪胎漏氣和低氣壓進行報警，保障行車安全。
本發(fā)明包括輪胎模塊和車身模塊，輪胎模塊主要由輪胎壓力、溫度、加速度傳感器及內(nèi)含射頻發(fā)送芯片的微控制器組成，內(nèi)含射頻發(fā)送芯片的微控制器分別與壓力、溫度、加速度傳感器相連，車身模塊主要由射頻接收芯片、微控制器及相關的電路組成，射頻接收芯片與微控制器相連，微控制器通過相關的電路將信息發(fā)送到人機界面。
輪胎模塊中的加速度傳感器通過檢測輪胎離心力的大小判斷車輛的運行狀態(tài)是停止或者行駛；輪胎模塊中的加速度傳感器能夠精確測量車輛行駛時輪胎產(chǎn)生的離心力，從而估算車輛的當前速度。
輪胎模塊工作于三種模式省電模式、正常模式、報警模式。
輪胎模塊固定在輪胎內(nèi)部的輪轂上，車身模塊位于汽車內(nèi)部駕駛員座椅前方。
在輪胎模塊內(nèi)部，加速度傳感器檢測車輛運行狀態(tài)，指示微控制器按照預定的頻率檢測輪胎內(nèi)部的壓力、溫度以及電池的電壓，當測量結果滿足一定的門限條件時，微控制器啟動射頻發(fā)送芯片，按照虛擬沖突退避算法將測量結果通過射頻(RF)的方式發(fā)送給車身模塊。
在車身模塊內(nèi)部，射頻接收芯片隨時準備接收數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)到來時，射頻接收芯片將解調(diào)后的數(shù)據(jù)傳輸給微控制器。微控制器通過聲音或者液晶屏顯示的方式通知駕駛員注意輪胎的狀況。
車身模塊自動記錄最近一段時間內(nèi)輪胎模塊報告的測量數(shù)據(jù)值，以供用戶隨時查詢。
本發(fā)明采用檢測輪胎的離心力的方法確定汽車的運動狀態(tài)以切換輪胎模塊的工作模式，采用虛擬沖突退避算法提高輪胎模塊的發(fā)射成功率。通過上述方法，本發(fā)明實現(xiàn)了一種低功耗的輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)。


圖1為本發(fā)明結構方框圖。
圖2為輪胎模塊結構框圖。
圖3為車身模塊結構框圖。
圖4為輪胎模塊工作模式轉換框圖。
圖5為虛擬沖突退避算法框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明由輪胎模塊與車身模塊兩部分組成。
輪胎模塊主要由輪胎壓力、溫度、加速度傳感器及內(nèi)含射頻發(fā)送芯片的微控制器組成。
微控制器是輪胎模塊的“大腦”，直接決定輪胎模塊的行為。
首先，微控制器需要判斷車輛的運行狀態(tài)是行駛還是停止，從而決定輪胎模塊的工作模式是正常模式還是省電模式。當已經(jīng)知道車輛處于行駛狀態(tài)時，微控制器需要判斷車輛是否停止；當已經(jīng)知道車輛處于停止狀態(tài)時，微控制器需要判斷車輛是否啟動，從而更新車輛的當前運行狀態(tài)。微控制器通過操作加速度傳感器定時檢測輪胎的離心力來完成這個判斷。
在車輛的不同運行狀態(tài)下，輪胎離心力檢測的時間間隔可以相同，也可以不同。
當輪胎模塊的工作模式為省電模式時，微控制器操作輪胎壓力和溫度傳感器的時間間隔長于正常模式下的時間間隔。
在獲得輪胎壓力和溫度的測量數(shù)據(jù)后，微控制器并不總是將測量數(shù)據(jù)通過射頻發(fā)送給車身模塊，而是有選擇的發(fā)送。
受外界因素的影響，輪胎所能承受的高壓、低壓的門限值是變化的；同時，輪胎模塊與車身模塊之間的數(shù)據(jù)交換是單向的，從輪胎模塊到車身模塊。這就決定了輪胎模塊不適合判斷輪胎壓力的測量數(shù)據(jù)是否超過預先設定的門限值，而只能通過檢查最近一段時間內(nèi)獲得的輪胎壓力的測量數(shù)據(jù)判斷輪胎壓力是否存在突變的情況。相反，車身模塊可以通過人機界面根據(jù)實際情況設定合適的輪胎壓力的門限值，超過門限值的報警將由車身模塊發(fā)出。
這樣做不會降低系統(tǒng)的監(jiān)測效果。當輪胎模塊監(jiān)測到輪胎壓力的突變時，微控制器將進入報警模式，加快傳感器測量和射頻發(fā)送的頻率，車身模塊能夠密切監(jiān)視輪胎壓力的變化，判斷其是否超過門限值，發(fā)出報警；當輪胎模塊沒有監(jiān)測到輪胎壓力的突變，而當前的輪胎壓力的測量數(shù)據(jù)又接近門限值時，雖然微控制器進行傳感器測量和射頻發(fā)送的頻率低于報警狀態(tài)下的頻率，但是因為輪胎壓力的變化是緩慢的，車身模塊總能及時收到輪胎壓力的危險值，發(fā)出警報。
對于溫度的報警，可以在輪胎模塊實現(xiàn)。為了增加系統(tǒng)的靈活性，也可以將其由車身模塊實現(xiàn)。
微控制器在操作完畢輪胎壓力、溫度或加速度傳感器，立即使其進入睡眠。
微控制器操作輪胎壓力、溫度或加速度傳感器需要一個過程。微控制器首先發(fā)出相應的測量命令，然后等待一段時間，最后讀取測量的數(shù)據(jù)。在中間等待的時候，不應讓微控制器處于空閑，應該讓它進入睡眠并等待定時中斷喚醒，或者利用這段時間射頻發(fā)送上一次的測量數(shù)據(jù)。
當滿足發(fā)射的條件時，微控制器啟動射頻發(fā)送芯片，按照虛擬沖突退避算法將測量結果通過射頻的方式發(fā)送給車身模塊。某個輪胎模塊的微控制器準備啟動發(fā)送時，應該確定是否有其它輪胎模塊正在發(fā)送信息。如果介質(zhì)是空閑的，則可以發(fā)送；如果介質(zhì)是忙碌的，則應等到介質(zhì)空閑時方可發(fā)送。但是，對于輪胎模塊來說，監(jiān)聽介質(zhì)是否空閑在技術上難以實現(xiàn)，所以應該盡量避免沖突。設置一個最大重傳次數(shù)，假設每次發(fā)送都發(fā)生沖突、需要重傳，發(fā)送完成后，隨機延遲一個時間量，再進行下一次發(fā)送，直到滿足最大重傳次數(shù)。
通常采用的延遲算法是二進制指數(shù)退避算法，算法過程如下當?shù)谝淮伟l(fā)生沖突時，設置參數(shù)L＝2；退避時間間隔取1到L個時間片中的一個隨機數(shù)。1個時間片等于2a，a為信息從始端傳輸?shù)侥┒怂璧臅r間；每當重復發(fā)生一次沖突，將參數(shù)L加倍。
虛擬沖突退避算法通過避免沖突而不是檢測沖突來提高發(fā)射成功率。算法不保證每一次發(fā)射都能被車身模塊正確接收。增加最大重傳次數(shù)可以提高發(fā)射成功率，但相應的會增加功耗。
車身模塊主要由射頻接收芯片、微控制器及相關的外圍電路組成。
在車身模塊內(nèi)部，射頻接收芯片隨時準備接收數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)到來時，射頻接收芯片將解調(diào)后的數(shù)據(jù)傳輸給微控制器。微控制器通過聲音或者液晶屏顯示的方式通知駕駛員注意輪胎的狀況。車身模塊自動記錄最近一段時間內(nèi)輪胎模塊報告的測量數(shù)據(jù)值，以供用戶隨時查詢。這樣，即使輪胎發(fā)生異常時駕駛員不在現(xiàn)場，當他回到車上時，也能迅速發(fā)現(xiàn)問題，及時排解隱情。
權利要求
1.一種輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括輪胎模塊和車身模塊，輪胎模塊主要由輪胎壓力、溫度、加速度傳感器及內(nèi)含射頻發(fā)送芯片的微控制器組成，內(nèi)含射頻發(fā)送芯片的微控制器分別與壓力、溫度、加速度傳感器相連，車身模塊主要由射頻接收芯片、微控制器及相關的電路組成，射頻接收芯片與微控制器相連，微控制器通過相關的電路將信息發(fā)送到人機界面。
2.根據(jù)權利要求1所述的輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于輪胎模塊中的加速度傳感器通過檢測輪胎離心力的大小判斷車輛的運行狀態(tài)是停止或者行駛。
3.根據(jù)權利要求2所述的輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于輪胎模塊中的加速度傳感器能夠精確測量車輛行駛時輪胎產(chǎn)生的離心力，從而估算車輛的當前速度。
4.根據(jù)權利要求1-3之一所述的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于輪胎模塊工作于三種模式省電模式、正常模式、報警模式。
5.根據(jù)權利要求4所述的輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于根據(jù)加速度傳感器檢測到的車輛運行狀態(tài)，當車輛停止時，輪胎模塊在省電模式下工作；當車輛行駛時，輪胎模塊在正常模式下工作；當壓力或溫度突變時，輪胎模塊在報警模式下工作，直到壓力和溫度恢復正常。
6.根據(jù)權利要求1所述的輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于在輪胎模塊內(nèi)部，加速度傳感器檢測車輛運行狀態(tài)，指示微控制器按照預定的頻率檢測輪胎內(nèi)部的壓力、溫度以及電池的電壓，當測量結果滿足一定的門限條件時，微控制器啟動射頻發(fā)送芯片，按照虛擬沖突退避算法將測量結果通過射頻的方式發(fā)送給車身模塊。
7.根據(jù)權利要求1所述的輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于在車身模塊內(nèi)部，射頻接收芯片隨時準備接收數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)到來時，射頻接收芯片將解調(diào)后的數(shù)據(jù)傳輸給微控制器，微控制器通過聲音或者液晶屏顯示的方式通知用戶。
8.根據(jù)權利要求7所述的輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于用戶可以實時查詢各個輪胎近期的壓力和溫度值。
9.根據(jù)權利要求1所述的輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于輪胎模塊安裝于輪胎內(nèi)部的輪轂上，車身模塊安裝于車輛內(nèi)部駕駛員座椅前方。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括輪胎模塊和車身模塊，輪胎模塊包括一個用于檢測輪胎離心力的加速度傳感器，能夠精確測量車輛行駛時輪胎產(chǎn)生的離心力，從而估算車輛的當前速度來確定車輛的運行狀態(tài)，當車輛停止時，輪胎模塊在省電模式下工作；當車輛行駛時，輪胎模塊在正常模式下工作；當壓力或溫度突變時，輪胎模塊在報警模式下工作，直到壓力和溫度恢復正常。輪胎模塊在省電模式、正常模式、報警模式下的功耗依次增加。輪胎模塊采用虛擬沖突退避算法以較低的發(fā)射功耗獲得較高的發(fā)射成功率。用戶可以實時查詢各個輪胎近期的壓力和溫度值。本發(fā)明實現(xiàn)了一種低功耗的輪胎壓力實時監(jiān)測系統(tǒng)。
文檔編號B60C23/00GK1586932SQ20041006078
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月31日 優(yōu)先權日2004年8月31日
發(fā)明者曾南志, 郭見兵, 羅毅, 廖德祥 申請人:武漢虹信通信技術有限責任公司