[发明专利]轮胎传感器装置

说明书

技术领域

本发明涉及车辆轮胎传感器的领域。

背景技术

电子装置在充气轮胎内的包括正越来越重要，以便提高车辆的安全性。轮胎电子器件可以包括适于用来得到关于轮胎的工况、以及其各种物理参数，像例如温度、压力、轮胎转数、车辆速度等等，的信息的传感器和其它元件。

这样的信息在轮胎监视和/或警报系统中可以成为有用的。

此外，车辆的主动控制/安全系统可以基于从传感器装置发送的信息，这些传感器装置包括在轮胎内。

主动安全系统使用关于车辆的外部环境的信息，以在碰撞前时间段中或在碰撞事件期间改变车辆的工况，最终目标是完全避免碰撞。最初，主动安全系统主要集中在改进车辆纵向运动动态特性上，具体地说，集中在更有效制动防抱死制动系统（ABS）和牵引力控制（TC）系统上。TC系统防止车轮打滑，同时通过使在车辆的轮胎与道路之间的牵引和横向力最大，改进车辆稳定性和可操纵性。这些系统随后有更强大的车辆稳定性控制系统，例如电子稳定性程序（ESP）、车辆稳定性控制（VSC）、及动态稳定性控制（DSC）。这些后来系统使用制动器和发动机转矩通过控制偏航运动，使车辆在极端处置情形下稳定。主动悬挂系统也是在车辆主动安全系统中的重要部分。它们在传统上已经通过权衡如下三个冲突标准而设计：抓地性、承载能力、及乘客舒适性。悬挂系统必须支撑车辆，在处置操纵期间提供定向控制，及提供乘客/有效负载与道路干扰的有效隔离。

以上描述的主动安全控制系统基于车辆动态变量的估计，如力、负载转移、轮胎道路摩擦力的估计。参数估计越精确和“实时”，控制系统的整体性能越好。当前，使用车载传感器间接地估计这些变量中的大多数，并且不是非常精确。使用由装配在车辆轮胎上的传感器进行的测量会提供与车辆动态特性相关的参数的精确得多的估计。

然而，基于在车辆轮胎上装配的传感器建立系统，由于几个原因是挑战性任务。

轮胎内部是经历高加速度的恶劣环境（在200Km/hr的速度下，在轮胎内衬里内部经历等于约3g的加速度），并且在不将轮胎从车轮取下的情况下不能到达。这种情形造成非常困难的问题：高离心加速度意味着，传感器是轻重量的，例如不会使轮胎不平衡，是稳健和很小的。

轮胎相对于车体连续运动的事实迫使，对于来自/到传感器的通信挑选无线通信链路。然而，传感器装置和接收器所位于的通信环境非常恶劣：在传感器装置附近，轮辋和车体的车轮拱板形成两个巨大信号反射器。这些零件都典型地是金属的，并且按这样一种方式弯曲，从而它们往往将入射波反射回约束波的区域中。此外，这两个车辆零件的曲率半径，具有对于无线传输使用的波长的量级，使反射更加复杂。而且，传感器装置在轮胎内部，并且必须按某种方式穿过轮胎传输：不能实现真实视线通信通道，因为包括金属网和橡胶的轮胎使信号急剧衰减。

另一个问题与传感器的电源相联系；更换传感器的电池是不实际的，因为难以到达轮胎内部。因此，至关重要的是，传感器装置功率消耗尽可能低。

如在2009年12月29日提交的和授予本申请人的美国专利申请No.12/654,705中公开的那样（该申请通过参考包括在这里），以上问题的一些可通过采纳在传感器节点与传感器协调（coordinator）装置之间的通信而解决，这些传感器节点装配在车辆的轮胎上，该传感器协调装置装配在车体中，该通信对于上行链路（从传感器节点到协调器）采用超宽带（UWB）传输，并且对于下行链路（从协调器到传感器节点）采用窄带传输，如所谓的工业科学和医学（ISM）无线电频带之一。这样的通信方案的采纳是有利的，因为它允许采用用于上行链路的UWB传输的优点，并同时采用用于下行链路的ISM传输的优点。明确地说，UWB是适用于低成本、低功率、短距离及高通过量无线数据传输的技术，该技术相对于由多路径干扰造成的符号间干扰是稳健的，并且没有视线通信。此外，ISM传输允许强烈地降低对于下行链路在接收器侧（传感器节点）处的功率消耗，同时保证足够的通过量（这在下行链路情况下比较低）。

因而，通过采用在这样的专利申请中提出的解决方案，每个传感器节点以及传感器协调装置，需要装有适当天线系统，这些天线系统能够在UWB带中和在ISM带中发射和接收。