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專(zhuān)利名稱(chēng)：具有感應(yīng)電源的輪胎參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車(chē)輪胎參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及由感應(yīng)生成的DC電源供電的輪胎參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已是眾所周知，并且常用于檢測(cè)車(chē)輛的各個(gè)充氣輪胎中的一個(gè)或多個(gè)感興趣的參數(shù)，以及只要所監(jiān)測(cè)到的一個(gè)或多個(gè)車(chē)輛輪胎中的參數(shù)達(dá)到落在預(yù)定安全范圍之外的值，就向駕駛員或車(chē)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供忠告信號(hào)。參數(shù)通常是內(nèi)胎壓力、輪胎溫度、內(nèi)胎氣溫、橫向的輪胎力或某些其它感興趣的參數(shù)。忠告信號(hào)通常通過(guò)由連接到輪胎參數(shù)傳感器的微處理器控制的參考信號(hào)生成器來(lái)生成，只要由傳感器測(cè)量的輪胎參數(shù)落在預(yù)定的正常工作范圍之外，這表示高或低參數(shù)狀態(tài)，就生成該忠告信號(hào)。此參考信號(hào)被發(fā)送到車(chē)載接收器，該接收器使用該忠告信號(hào)在視覺(jué)(通過(guò)激活報(bào)警燈或顯示器)或聽(tīng)覺(jué)(通過(guò)激活音響報(bào)警器)或者兩者上警告駕駛員。對(duì)傳感器電路的電功率通常由電池提供，在可用的電池功率下降到可用水平之下時(shí)，必須更換該電池(如果可能)。在某些公知的系統(tǒng)中，不能更換電池，從而在電池到達(dá)其使用壽命終點(diǎn)時(shí)必須更換整個(gè)傳感器組件。
在于2003年1月21日提交的題為“External Mount Tire Pressure Sensor System(外部安裝的胎壓傳感器系統(tǒng))”、序列號(hào)為10/346,490的共同轉(zhuǎn)讓、待批的專(zhuān)利申請(qǐng)(‘490申請(qǐng))中公開(kāi)了一種監(jiān)測(cè)內(nèi)胎壓力的輪胎參數(shù)傳感器系統(tǒng)，該申請(qǐng)的公開(kāi)通過(guò)引用結(jié)合于此。這種系統(tǒng)使用了在電橋電路的一支路中具有本質(zhì)上為線(xiàn)性的可變電阻特性的機(jī)械應(yīng)變傳感器來(lái)測(cè)量該傳感器所附的輪胎的內(nèi)壓。這一類(lèi)傳感器對(duì)于通常在汽車(chē)環(huán)境中遇到的機(jī)械振動(dòng)相對(duì)不敏感。另外，該電路(即電橋電路)的配置相對(duì)簡(jiǎn)單、具有公知的性能特性、并且被發(fā)現(xiàn)在工作中是相當(dāng)可靠的。然而，這種傳感器系統(tǒng)的使用壽命受到用來(lái)向系統(tǒng)供電的電池的能量的限制。更具體地，因?yàn)樵谲?chē)輛電氣系統(tǒng)被激活時(shí)，傳感器電路由基本電池連續(xù)供電，所以電池的使用壽命受到電池能量和總激活時(shí)間的限制。這個(gè)缺點(diǎn)因需要由于安裝約束而具有相對(duì)小的物理尺寸的元件而變得更復(fù)雜。因此，電池的尺寸受到嚴(yán)格的限制，并且電池更換對(duì)于這種公知的傳感器系統(tǒng)的安裝效率而言是主要約束。
在于2005年11月4日提交的題為“Tire Pressure Sensor System With ImprovedSensitivity And Power Saving(具有提高的靈敏度并省電的胎壓傳感器系統(tǒng))”、序列號(hào)為11/267,775的共同轉(zhuǎn)讓、待批的專(zhuān)利申請(qǐng)中公開(kāi)了一種結(jié)合有提供延長(zhǎng)的使用電池壽命的省電單元的輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該申請(qǐng)的公開(kāi)通過(guò)引用結(jié)合于此。從相關(guān)輪胎速率這個(gè)意義來(lái)說(shuō)，該省電單元限制了從電池到系統(tǒng)的電功率的應(yīng)用，從而功率僅僅在輪胎速度在已達(dá)到閾值速度值之后的與輪胎速度有關(guān)的測(cè)量時(shí)段中施加且因而從電池中汲取。這個(gè)測(cè)量時(shí)段較佳地與給定尺寸的輪胎完成預(yù)選轉(zhuǎn)數(shù)所需的時(shí)間相關(guān)。因?yàn)殡姵毓β什⒉贿B續(xù)地施加到系統(tǒng)，所以電池的使用壽命超出了其中電池持續(xù)地電連接到系統(tǒng)元件的輪胎參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中所使用的相同類(lèi)型的電池的使用壽命。
雖然上述省電單元在系統(tǒng)電池的使用壽命方面的確提供了實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，但是因此整個(gè)系統(tǒng)、所有電池都具有有限的能量并且最后將被耗盡。一旦耗盡，如果可能，就必須更換電池。如果由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)而不能更換電池，則必須安裝新系統(tǒng)。
電池供電的輪胎參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也遭受其它缺點(diǎn)。首先，電池成本相對(duì)于其它系統(tǒng)元件相對(duì)較高。例如，高質(zhì)量鋰電池的成本接近整個(gè)傳感器組件的成本的一半。另外，電池向系統(tǒng)增加了可觀的重量基本上系統(tǒng)重量的百分之五十歸因于電池。
已經(jīng)對(duì)設(shè)計(jì)輪胎參數(shù)傳感器系統(tǒng)做出了努力省略對(duì)向要求電功率的系統(tǒng)元件提供該電功率的電池的需求。于2004年12月9日公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.US2004/0244474 A1中示出了一種這樣的設(shè)計(jì)，該申請(qǐng)的公開(kāi)通過(guò)引用結(jié)合于此。這種設(shè)計(jì)每一車(chē)輪中利用了專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的輪轂組件，該輪轂組件具有帶有用于為位于車(chē)輪上或車(chē)輪中的傳感器元件電磁地生成直流供電電壓的永久磁鐵和線(xiàn)圈的定子元件和轉(zhuǎn)子元件。雖然在省略電池方面是有效的，但是這種設(shè)計(jì)要求每一車(chē)輪都配備有專(zhuān)用的輪轂組件，這使傳感器系統(tǒng)增加了相當(dāng)大的費(fèi)用，并且要求相當(dāng)多的專(zhuān)家來(lái)將其安裝于車(chē)輛上。
圖1中示出了設(shè)計(jì)無(wú)電池輪胎參數(shù)傳感器系統(tǒng)的另一種方法，該圖示出了使用被配置成無(wú)源轉(zhuǎn)發(fā)器的RFID標(biāo)簽的公知系統(tǒng)10。如可從此圖中所見(jiàn)，車(chē)輛的每一輪胎都具有連接到其上的相關(guān)聯(lián)的RFID標(biāo)簽。因而，左前(L.F.)輪胎11具有標(biāo)簽12；右前(R.F.)輪胎13具有標(biāo)簽14；左后(L.R.)輪胎15具有標(biāo)簽16；以及右后(R.R.)輪胎17具有標(biāo)簽18。每一標(biāo)簽12、14、16、18都具有用于使功率能電磁傳遞到標(biāo)簽中的小天線(xiàn)(通常為偶極天線(xiàn)-未示出)。緊密相鄰地定位的每一標(biāo)簽12、14、16、18具有相關(guān)聯(lián)的天線(xiàn)20、21、22、23。每一天線(xiàn)20、21、22、23連接到控制系統(tǒng)操作的中央收發(fā)器25。每一標(biāo)簽12、14、16、18被配置成在天線(xiàn)被中央收發(fā)器25激活時(shí)從接收自相關(guān)聯(lián)天線(xiàn)的電磁能量中獲得其電工作功率的無(wú)源收發(fā)器。雖然這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)省略了對(duì)用于每一標(biāo)簽12、14、16、18的單獨(dú)電池的需求，但是它遭受兩個(gè)主要缺點(diǎn)。第一，由于RFID標(biāo)簽系統(tǒng)中固有的相對(duì)較短的有效能量傳輸范圍，每一天線(xiàn)必須與相應(yīng)標(biāo)簽緊密相鄰地定位。這種要求對(duì)天線(xiàn)定位施加了嚴(yán)格的約束，即天線(xiàn)必須相對(duì)于標(biāo)簽所承載的偶極天線(xiàn)精確地定位。第二，在中央收發(fā)器25與單獨(dú)的天線(xiàn)20、21、22、23之間必須對(duì)電纜布線(xiàn)。這施加了仔細(xì)地對(duì)電纜布線(xiàn)的要求以避免隨時(shí)間推移的機(jī)械磨損、電干擾和熱應(yīng)力。
對(duì)提供無(wú)上述缺點(diǎn)的無(wú)電池輪胎參數(shù)傳感器系統(tǒng)所作的努力至今尚未成功。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛輪胎參數(shù)的方法和系統(tǒng)，它省略了對(duì)電池電源的需求，且其實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單和廉價(jià)。
在一最寬泛的方面，本發(fā)明包括一種用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛輪胎的參數(shù)的輪胎參數(shù)傳感器組件，該組件包括基片；由該基片承載的電源系統(tǒng)，用于將未調(diào)節(jié)的輸入電壓轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓；由該基片承載的輪胎參數(shù)傳感器，用于提供表示參數(shù)值的監(jiān)測(cè)信號(hào)；由該基片承載并耦合到傳感器的處理器/發(fā)送器單元，用于將監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成發(fā)送信號(hào)，該處理器/發(fā)送器單元具有耦合到電源系統(tǒng)的輸出端的電源輸入端；以及由該基片承載的電源線(xiàn)圈，它具有各自連接到電源系統(tǒng)的第一和第二輸入端中不同的一個(gè)的一對(duì)端子。
電源線(xiàn)圈較佳地位于基片上圍繞電源系統(tǒng)、輪胎參數(shù)傳感器和處理器/發(fā)送器單元的位置，以便最大化線(xiàn)圈面積和可能的線(xiàn)圈匝數(shù)。
該電源系統(tǒng)包括電壓倍增器電路，較佳地是科克羅夫特-瓦爾頓(Cockcroft-Walton)倍增器電路，它具有電源系統(tǒng)輸入端和一個(gè)輸出；電壓調(diào)節(jié)器，它具有耦合到電壓倍增器電路的輸出的輸入和一個(gè)輸出；以及耦合到電壓調(diào)節(jié)器的輸出的儲(chǔ)能電容器。
該傳感器組件以以下若干備選方式安裝到輪胎上通過(guò)粘附或其它方式將基片牢固地接合到輪胎側(cè)壁或輪胎的胎面壁的內(nèi)表面或外表面上；通過(guò)在輪胎制造期間將傳感器組件結(jié)合到側(cè)壁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；或者通過(guò)在輪胎制造期間將傳感器組件結(jié)合到胎面壁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。
一磁鐵在一位置上被安裝到車(chē)輛上的支承元件，在該位置上，當(dāng)輪胎被可旋轉(zhuǎn)地安裝到車(chē)輛上時(shí)，由該磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)線(xiàn)向傳感器組件區(qū)域延伸。
在工作中，當(dāng)輪胎旋轉(zhuǎn)時(shí)，電源線(xiàn)圈穿過(guò)由磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)并在電源線(xiàn)圈中感生出未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓。此未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓由電源系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓，該經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓向處理器/發(fā)送器提供經(jīng)調(diào)節(jié)的DC功率以使其可工作。
每一車(chē)輛輪胎通常配備有至少一個(gè)傳感器組件；并且相應(yīng)數(shù)量的磁鐵被連接到車(chē)輛上的支承元件，以提供在傳感器組件的電源線(xiàn)圈中感生未經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓所需的磁場(chǎng)。兩個(gè)或多個(gè)傳感器組件可被安裝到單個(gè)輪胎上，以提供對(duì)兩個(gè)或多個(gè)不同的輪胎參數(shù)的檢測(cè)。這些組件可被設(shè)置成共用相同的單個(gè)磁鐵，或者可安裝各自專(zhuān)用于一不同的傳感器組件的多個(gè)磁鐵。
本發(fā)明為提供用于為有輪車(chē)輛中的輪胎參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電的無(wú)耗竭電源的這一問(wèn)題提供了一種便利的解決方案。該系統(tǒng)可在新車(chē)輛的制造期間或作為配件市場(chǎng)零件被安裝到車(chē)輛上。此外，現(xiàn)有的不帶輪胎參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的車(chē)輛能以相對(duì)較低的成本用目前技術(shù)發(fā)展水平的系統(tǒng)來(lái)翻新。這在命令所有公路車(chē)輛上有特定輪胎參數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備的管轄區(qū)域內(nèi)是特別有益的。傳感器組件在重量上基本比需要電池來(lái)向電子器件供電的公知組件輕。另外，根據(jù)本發(fā)明制造的傳感器組件的使用壽命僅受到電子元件的工作壽命和輪胎的使用壽命的限制，這基本上比電池的使用壽命長(zhǎng)。兩個(gè)或更多傳感器組件可被安裝在相同輪胎上，以測(cè)量諸如內(nèi)胎壓力、胎壁溫度、內(nèi)部氣溫等不同輪胎參數(shù)。最后，由于它們的輕重量和低成本，傳感器組件可在輪胎的制造過(guò)程期間被結(jié)合到輪胎中，從而當(dāng)新輪胎被安裝到車(chē)輛上時(shí)，傳感器組件得到補(bǔ)充。
為了更全面了解本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合附圖參考隨后的詳細(xì)描述。


圖1是使用了無(wú)源RFID標(biāo)簽和耦合自單根天線(xiàn)以向每一標(biāo)簽供電的電磁能量的現(xiàn)有技術(shù)輪胎參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖；圖2是示出安裝在輪胎的側(cè)壁表面上的輪胎參數(shù)傳感器的單個(gè)車(chē)輪和輪胎的立體圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的輪胎參數(shù)傳感器組件的俯視平面圖；圖4是圖3的傳感器組件的電源系統(tǒng)部分的電路圖；
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的、安裝在車(chē)輛輪胎的外部側(cè)壁表面上的單個(gè)輪胎壓力傳感器組件以及相關(guān)聯(lián)的固定磁鐵的局部截面?zhèn)纫晥D；圖6A-C是示出圖4的電源系統(tǒng)部分的各個(gè)點(diǎn)處的電功率信號(hào)的一組波形圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的、安裝在車(chē)輛輪胎的側(cè)壁內(nèi)部的單個(gè)輪胎參數(shù)傳感器組件以及相關(guān)聯(lián)的固定磁鐵的局部截面?zhèn)纫晥D；以及圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的、安裝在車(chē)輛輪胎的胎面壁內(nèi)部的單個(gè)輪胎參數(shù)傳感器組件以及相關(guān)聯(lián)的固定磁鐵的局部截面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參看附圖，圖1是使用被配置成無(wú)源收發(fā)器的RFID標(biāo)簽，以及在由中央收發(fā)器25激活相關(guān)聯(lián)的天線(xiàn)時(shí)從接收自該天線(xiàn)的電磁能量中取獲的電工作功率的上述現(xiàn)有技術(shù)輪胎參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖。以上闡述了圖1的系統(tǒng)的限制和缺點(diǎn)。
圖2是示出安裝在輪胎的側(cè)壁表面上的輪胎參數(shù)傳感器的單個(gè)車(chē)輪和輪胎的立體圖。如此圖中所見(jiàn)，車(chē)輛輪胎27被安裝于車(chē)輪28上。安裝于輪胎27的側(cè)壁上的是圖3-5中詳細(xì)示出的輪胎參數(shù)傳感器組件30。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的輪胎參數(shù)傳感器組件30的俯視平面圖。如此圖中所見(jiàn)，傳感器組件30包括輪胎參數(shù)傳感器31；組合微機(jī)單元/發(fā)送器32(MCU/發(fā)送器32)；天線(xiàn)33；電源系統(tǒng)34；以及電源線(xiàn)圈35，所有這些都安裝在基片36上。傳感器31可以是多中公知的輪胎參數(shù)傳感器的任一種，諸如以上所引用的‘490申請(qǐng)中公開(kāi)的應(yīng)力傳感器、輪胎壁溫度傳感器、內(nèi)部輪胎氣溫傳感器等。MCU/發(fā)送器32較佳地是市場(chǎng)上可買(mǎi)到的Freescale型MC68HC908RF2單元或等價(jià)物，具有發(fā)送器部分，用于生成包含輪胎參數(shù)測(cè)量結(jié)果的參考信息；以及微機(jī)，用于管理和控制發(fā)送器部分的操作并用于對(duì)傳感器輸出信號(hào)采樣和將這些采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成測(cè)量數(shù)據(jù)以提供給發(fā)送器部分。天線(xiàn)33可以是如所示的偶極天線(xiàn)，該偶極天線(xiàn)被連接到發(fā)送器輸出以使由發(fā)送器部分生成的傳輸信號(hào)能被發(fā)射到能將接收的信號(hào)以公知方式轉(zhuǎn)換成駕駛員忠告信號(hào)的相關(guān)聯(lián)的接收器單元(未示出)。電源系統(tǒng)34和電源線(xiàn)圈35用于向上述系統(tǒng)元件提供電功率。
基片36較佳地由諸如PTTE等具有對(duì)系統(tǒng)元件31-35的良好接合特性、并能良好地粘合到車(chē)輛輪胎27的外部或內(nèi)部壁表面或者與輪胎側(cè)壁內(nèi)部安裝不矛盾的相對(duì)較薄的柔性介電材料制成。
電源線(xiàn)圈35形成于基片36的表面上，該電源線(xiàn)圈35由諸如銅等金屬電阻性導(dǎo)電材料使用常規(guī)的沉積技術(shù)制成。每一線(xiàn)圈匝的線(xiàn)寬、線(xiàn)圈匝數(shù)以及線(xiàn)圈在基片36平面上的面積對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是設(shè)計(jì)選擇的問(wèn)題。電源線(xiàn)圈35的自由端在制造期間使用任意合適的接合技術(shù)電連接到電源系統(tǒng)34的輸入端。
參看圖4，電源系統(tǒng)34包括電壓倍增器部分40，它具有分別耦合到電源線(xiàn)圈35的相對(duì)兩端的一對(duì)輸入端41、42；第一輸出端43，它經(jīng)由電阻器465耦合到電壓調(diào)節(jié)器47的一個(gè)輸入；以及第二公共輸出端48，它耦合到電壓調(diào)節(jié)器47的公共輸入端48。電壓倍增器部分40較佳地是被配置成能按一倍增因子來(lái)增大跨輸入端41、42存在的輸入電壓的大小的科克羅夫特-瓦爾頓電壓倍增器，其中該倍增因子的值主要取決于結(jié)合到該部分中的級(jí)數(shù)，其中每一級(jí)都由電容器Ci和二極管Di(其中i為從1到n的整數(shù)，n為總級(jí)數(shù))構(gòu)成。在圖4所示的具體實(shí)施例中，n＝5。
電壓調(diào)節(jié)器47可包括能將在相對(duì)寬的范圍內(nèi)變化的未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓轉(zhuǎn)換成相對(duì)穩(wěn)定的DC輸出電壓的多種公知的電壓調(diào)節(jié)器電路的任一種，其中該DC輸出電壓的大小僅在MCU/發(fā)送器32可靠工作所需的范圍內(nèi)略為變化。
電壓調(diào)節(jié)器47的工作電壓輸出被耦合到儲(chǔ)能電容器49的一極板。儲(chǔ)能電容器49的另一極板被耦合到電壓倍增器電路的公共端48。電源電壓輸出端51、52被連接到MCU/發(fā)送器32的電源輸入端以便向此單元提供經(jīng)調(diào)節(jié)的DC電壓。
圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的、安裝在車(chē)輛輪胎55的外部側(cè)壁表面54上的單個(gè)輪胎壓力傳感器組件30以及相關(guān)聯(lián)的固定磁鐵57的局部截面?zhèn)纫晥D。如此圖中所見(jiàn)，磁鐵57被固定到車(chē)輛的固定支承件，輪胎55可旋轉(zhuǎn)地安裝到該車(chē)輛。支承件58可包括任意結(jié)構(gòu)的車(chē)輛構(gòu)件，該車(chē)輛構(gòu)件被定位在適當(dāng)?shù)剜徑喬?5的側(cè)壁54之處，并使得磁鐵57能在一位置上被安裝到該構(gòu)件上，該位置確保在輪胎55繞著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，從磁鐵57發(fā)出的磁力線(xiàn)將被傳感器系統(tǒng)30所承載的電源線(xiàn)圈35的匝所切割。因而，在工作中，當(dāng)輪胎55旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器30的電源線(xiàn)圈35周期性地穿過(guò)由磁鐵57產(chǎn)生的磁場(chǎng)，由此在電源線(xiàn)圈35中感生電流。磁鐵57與電源線(xiàn)圈35之間約為六英寸的間隔距離已被發(fā)現(xiàn)為有效地導(dǎo)致生成足夠的電壓以可靠地操作系統(tǒng)電子器件。更緊密的間隔距離將使更多的能量能被傳遞到系統(tǒng)中。
圖6A-C示出了在輪胎55旋轉(zhuǎn)時(shí)圖4的電路點(diǎn)A、B和C處存在的電壓。如圖6A所示，在電源線(xiàn)圈35中形成并存在于電壓倍增器部分40的輸入處的電壓是一串正弦曲線(xiàn)波形，它們之間的間隔取決于輪胎55的旋轉(zhuǎn)速度。如圖6B所示，電壓倍增器級(jí)49的輸出處存在的電壓是未經(jīng)調(diào)節(jié)的DC電壓，該DC電壓的最小值至少比MCU/發(fā)送器32的可靠工作所需的最小電壓略高。在該優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)于具有3 VDC的額定電源輸入電壓的MCU/發(fā)送器32，該值可被選擇成5 VDC。如圖6C所示，電壓調(diào)節(jié)器47的輸出處存在的電壓是相對(duì)恒定的DC電源電壓，該DC電源電壓的大小理想上等于專(zhuān)用于MCU/發(fā)送器32的最優(yōu)工作電壓。在該優(yōu)選實(shí)施例中，此電壓為3 VDC。又如圖6C所示，只要MCU/發(fā)送器32的發(fā)送器部分處于發(fā)送工作模式，則由于從儲(chǔ)能電容器49中漏出的電荷，電壓調(diào)節(jié)器47的輸出處存在的電源電壓的大小就逐漸緩慢下降。
對(duì)于迄今為止根據(jù)本發(fā)明所描述的系統(tǒng)，在發(fā)送器在發(fā)送模式中以每分鐘發(fā)送一次的速率持續(xù)工作一毫秒時(shí)，MCU/發(fā)送器32所需的平均功率約為5微瓦。因此，電源線(xiàn)圈35和基片36的尺寸可以相對(duì)較小-在約為11/2英寸乘1英寸的數(shù)量級(jí)。這導(dǎo)致極輕重量的單元被安裝到車(chē)輛輪胎上或輪胎內(nèi)，這是極其合乎需要的。
圖7示出了本發(fā)明的一替換安裝布置。如此圖所示，傳感器組件30被結(jié)合到車(chē)輛輪胎55的側(cè)壁結(jié)構(gòu)中。這可在輪胎55的制造期間使用公知的制造技術(shù)來(lái)完成。在此替換布置中，基本上以與圖5的實(shí)施例相同的方式將固定磁鐵57固定到車(chē)輛固定支承件58。圖7的安裝布置的主要優(yōu)點(diǎn)在于略去了傳感器組件30與輪胎側(cè)壁表面之間使用粘合劑的任何所需的接合，這消除了由于粘合接合隨時(shí)間推移的劣化和極端環(huán)境條件(諸如極端環(huán)境溫度變化、過(guò)度潮濕和干燥等)的存在而引起的傳感器組件與輪胎側(cè)壁分離的傾向。應(yīng)當(dāng)注意，如有需要，傳感器組件30也可固定到車(chē)輛輪胎側(cè)壁的內(nèi)表面。
圖8示出了本發(fā)明的另一替換安裝布置。如此圖所示，傳感器組件30被結(jié)合到車(chē)輛輪胎55的胎面壁結(jié)構(gòu)中。這可在輪胎55的制造期間使用公知的制造技術(shù)來(lái)完成。在此替換布置中，固定磁鐵57被固定到覆于車(chē)輛輪胎55之上的車(chē)輛的構(gòu)件60。例如，構(gòu)件60可例如包括車(chē)輛擋泥板的下側(cè)、用于加強(qiáng)擋泥板的支撐元件、內(nèi)部擋濺盤(pán)、或具有面向輪胎胎面壁的部分的任意構(gòu)件。當(dāng)結(jié)合到傳感器組件30中的傳感器31在定位于輪胎55的胎面壁的中心時(shí)提供最好的傳感器數(shù)據(jù)時(shí)，此安裝布置將是優(yōu)選的。
雖然迄今為止本發(fā)明已被描述為用于一個(gè)輪胎的單個(gè)單元，但是實(shí)際上車(chē)輛的每一輪胎都將配備一個(gè)輪胎參數(shù)傳感器組件30。在本發(fā)明的許多應(yīng)用中，理想的是為每一車(chē)輛輪胎配備一個(gè)以上傳感器組件30，諸如用于監(jiān)測(cè)內(nèi)胎壓力的第一傳感器組件30以及用于檢測(cè)胎壁溫度或其它感興趣的參數(shù)的第二傳感器組件30。在這些多傳感器組件安裝中，安裝布置可以是使得僅需要單個(gè)磁鐵57來(lái)提供在每一傳感器組件線(xiàn)圈35中感生電流所需的磁場(chǎng)。例如，在兩個(gè)傳感器組件應(yīng)用中，兩個(gè)傳感器組件可在各自位于同一輪胎半徑中心的不同的角位置上鑄模到輪胎側(cè)壁中。在這一應(yīng)用中，單個(gè)磁鐵57將是足夠的。在使用一個(gè)側(cè)壁安裝的傳感器組件(如圖7)和一個(gè)胎面壁安裝的傳感器組件(如圖8)的應(yīng)用中，將需要兩個(gè)磁鐵57。
如現(xiàn)在將顯而易見(jiàn)的，本發(fā)明提供了簡(jiǎn)單、低成本的輪胎參數(shù)傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上相對(duì)簡(jiǎn)單、易于安裝、并且不需要電池來(lái)提供系統(tǒng)電子器件所需的電功率。因此，輪胎參數(shù)傳感器系統(tǒng)的使用壽命僅受到車(chē)輛輪胎和系統(tǒng)電子器件的使用壽命的限制。另外，系統(tǒng)的重量基本上比使用電池來(lái)提供操作系統(tǒng)電子器件所需的電功率的輪胎參數(shù)傳感器系統(tǒng)的重量輕。另外，根據(jù)本發(fā)明的輪胎參數(shù)傳感器系統(tǒng)可適應(yīng)各種安裝模式，諸如在制造期間結(jié)合到輪胎中、在安裝到車(chē)輪上之前安裝到輪胎的內(nèi)壁上、以及在安裝到車(chē)輪上之后安裝到輪胎的外側(cè)壁上。
雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是如果需要，可采用各種更改、替換實(shí)施例以及等價(jià)方案。因此，上述內(nèi)容不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明，而本發(fā)明由所附權(quán)利要求書(shū)來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛輪胎的參數(shù)的輪胎參數(shù)傳感器組件，所述組件包括基片；由所述基片承載的電源系統(tǒng)，用于將未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓，所述電源系統(tǒng)具有一輸入端和一輸出端；由所述基片承載的輪胎參數(shù)傳感器，用于提供表示所述參數(shù)的值的監(jiān)測(cè)信號(hào)；由所述基片承載并耦合到所述傳感器的處理器/發(fā)送器單元，用于將所述監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成發(fā)送信號(hào)，所述處理器/發(fā)送器單元具有耦合到所述電源系統(tǒng)的所述輸出端的電源輸入端；以及由所述基片承載并耦合到所述電源系統(tǒng)的所述輸入端的電源線(xiàn)圈，由此只要所述線(xiàn)圈與磁場(chǎng)相交，所述電源線(xiàn)圈就形成所述未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓，并且所述電源系統(tǒng)產(chǎn)生所述經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓以使所述處理器/發(fā)送器可工作。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，所述電源線(xiàn)圈位于所述基片上圍繞所述電源系統(tǒng)、所述輪胎參數(shù)傳感器和所述處理器/發(fā)送器單元的位置。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，所述電源系統(tǒng)包括電壓倍增器電路，它具有所述電源系統(tǒng)輸入端和一輸出端；電壓調(diào)節(jié)器，它具有耦合到所述電壓倍增器電路的所述輸出端的一輸入端和一輸出端；以及耦合到所述電壓調(diào)節(jié)器的所述輸出端的儲(chǔ)能電容器。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)明，其特征在于，所述電壓倍增器電路是科克羅夫特-瓦爾頓電壓倍增器電路。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，所述電源系統(tǒng)設(shè)有第一和第二輸入端；并且其中所述電源線(xiàn)圈設(shè)有各自連接到所述電源系統(tǒng)的所述第一和第二輸入端中不同的一個(gè)的一對(duì)端子。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于，還包括可旋轉(zhuǎn)地安裝在車(chē)輛上的輪胎；并且其中所述輪胎參數(shù)傳感器組件被安裝在所述輪胎上以隨其旋轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)明，其特征在于，所述輪胎具有側(cè)壁；并且其中所述輪胎參數(shù)傳感器組件被安裝在所述輪胎的所述側(cè)壁上。
8.如權(quán)利要求6所述的發(fā)明，其特征在于，所述輪胎具有側(cè)壁；并且其中所述輪胎參數(shù)傳感器組件被安裝在所述輪胎的所述側(cè)壁內(nèi)。
9.如權(quán)利要求6所述的發(fā)明，其特征在于，所述輪胎具有胎面壁；并且其中所述輪胎參數(shù)傳感器組件被安裝在所述輪胎的所述胎面壁內(nèi)。
10.如權(quán)利要求6所述的發(fā)明，其特征在于，還包括安裝在車(chē)輛的一位置上的磁鐵，在所述位置上，當(dāng)所述輪胎旋轉(zhuǎn)時(shí)由所述磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)線(xiàn)與所述電源線(xiàn)圈相交。
11.一種用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛輪胎的參數(shù)的車(chē)輛安裝輪胎參數(shù)傳感器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括車(chē)輛，它具有可旋轉(zhuǎn)地安裝于其上的輪胎以及支承件；安裝在所述支承件上的磁鐵，用于生成具有在所述輪胎的方向上從所述支承件延伸的磁力線(xiàn)的磁場(chǎng)；以及輪胎參數(shù)傳感器組件，用于監(jiān)測(cè)所述參數(shù)，所述組件包括基片；由所述基片承載的電源系統(tǒng)，用于將未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓，所述電源系統(tǒng)具有一輸入端和一輸出端；由所述基片承載的輪胎參數(shù)傳感器，用于提供表示所述參數(shù)的值的監(jiān)測(cè)信號(hào)；由所述基片承載并耦合到所述傳感器的處理器/發(fā)送器單元，用于將所述監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成發(fā)送信號(hào)，所述處理器/發(fā)送器單元具有耦合到所述電源系統(tǒng)的所述輸出端的電源輸入端；以及由所述基片承載并耦合到所述電源系統(tǒng)的所述輸入端的電源線(xiàn)圈，所述輪胎參數(shù)傳感器組件被安裝在所述輪胎的一位置上，在所述位置上，當(dāng)所述輪胎旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述電源線(xiàn)圈與所述磁場(chǎng)相交并形成所述未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓，從而所述電源系統(tǒng)產(chǎn)生所述經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓以使所述處理器/發(fā)送器可工作。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)明，其特征在于，所述電源線(xiàn)圈位于所述基片上圍繞所述電源系統(tǒng)、所述輪胎參數(shù)傳感器和所述處理器/發(fā)送器單元的位置處。
13.如權(quán)利要求11所述的發(fā)明，其特征在于，所述電源系統(tǒng)包括電壓倍增電路，它具有所述電源系統(tǒng)輸入端和一輸出端；電壓調(diào)節(jié)器，它具有耦合到所述電壓倍增器電路的所述輸出端的一輸入端和一輸出端；以及耦合到所述電壓調(diào)節(jié)器的所述輸出端的儲(chǔ)能電容器。
14.如權(quán)利要求13所述的發(fā)明，其特征在于，所述電壓倍增器電路是科克羅夫特-瓦爾頓電壓倍增器電路。
15.如權(quán)利要求11所述的發(fā)明，其特征在于，所述輪胎具有側(cè)壁；并且其中所述輪胎參數(shù)傳感器組件被安裝在所述輪胎的所述側(cè)壁上。
16.如權(quán)利要求11所述的發(fā)明，其特征在于，所述輪胎具有側(cè)壁；并且其中所述輪胎參數(shù)傳感器組件被安裝在所述輪胎的所述側(cè)壁內(nèi)。
17.如權(quán)利要求11所述的發(fā)明，其特征在于，所述輪胎具有胎面壁；并且其中所述輪胎參數(shù)傳感器組件被安裝在所述輪胎的所述胎面壁內(nèi)。
18.如權(quán)利要求11所述的發(fā)明，其特征在于，所述車(chē)輛包括可旋轉(zhuǎn)地安裝于其上的多個(gè)輪胎以及多個(gè)支承件；并且還包括相應(yīng)的多個(gè)輪胎參數(shù)傳感器組件，用于監(jiān)測(cè)所述參數(shù)，所述輪胎參數(shù)傳感器組件中的每一個(gè)都包括基片；由所述基片承載的電源系統(tǒng)，用于將未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓，所述電源系統(tǒng)具有一輸入端和一輸出端；由所述基片承載的輪胎參數(shù)傳感器，用于提供表示所述參數(shù)的值的監(jiān)測(cè)信號(hào)；由所述基片承載并耦合到所述傳感器的處理器/發(fā)送器單元，用于將所述監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成發(fā)送信號(hào)，所述處理器/發(fā)送器單元具有耦合到所述電源系統(tǒng)的所述輸出端的電源輸入端；以及由所述基片承載并耦合到所述電源系統(tǒng)的所述輸入端的電源線(xiàn)圈，所述輪胎參數(shù)傳感器組件的每一個(gè)都被安裝在所述多個(gè)輪胎中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)的一位置上，在所述位置中，當(dāng)所述輪胎中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)旋轉(zhuǎn)時(shí)，每一所述電源線(xiàn)圈與由所述相關(guān)聯(lián)的磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)相交，并形成所述未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓，從而所述電源系統(tǒng)產(chǎn)生所述經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓以使所述處理器/發(fā)送器可工作。
19.如權(quán)利要求11所述的發(fā)明，其特征在于，還包括用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛輪胎的第二參數(shù)的第二輪胎參數(shù)傳感器組件，所述第二輪胎參數(shù)傳感器組件包括第二基片；由所述第二基片承載的第二電源系統(tǒng)，用于將未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓，所述第二電源系統(tǒng)具有一輸入端和一輸出端；由所述第二基片承載的第二輪胎參數(shù)傳感器，用于提供表示所述第二參數(shù)的值的監(jiān)測(cè)信號(hào)；由所述第二基片承載并耦合到所述第二傳感器的第二處理器/發(fā)送器單元，用于將所述監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成發(fā)送信號(hào)，所述第二處理器/發(fā)送器單元具有耦合到所述第二電源系統(tǒng)的所述輸出端的電源輸入端；以及由所述第二基片承載并耦合到所述第二電源系統(tǒng)的所述輸入端的電源線(xiàn)圈，所述第二輪胎參數(shù)傳感器組件被安裝在所述輪胎的一第二位置上，在所述第二位置中，當(dāng)所述輪胎旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述第二電源線(xiàn)圈與所述磁場(chǎng)相交并形成所述未經(jīng)調(diào)節(jié)輸入電壓，從而所述第二電源系統(tǒng)產(chǎn)生所述經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓以使所述第二處理器/發(fā)送器可工作。
全文摘要
一種用于監(jiān)測(cè)諸如壓力和溫度等車(chē)輛輪胎參數(shù)的無(wú)電池輪胎參數(shù)傳感器系統(tǒng)。一傳感器組件具有安裝在基片上的電源系統(tǒng)、處理器/發(fā)送器、傳感器和電源線(xiàn)圈。該組件被安裝在輪胎的側(cè)壁或胎面壁之上或內(nèi)部。一磁鐵被安裝在車(chē)輛上接近電源線(xiàn)圈在旋轉(zhuǎn)期間的路徑之處。移動(dòng)的電源線(xiàn)圈穿過(guò)磁場(chǎng)并生成用于傳感器組件元件的工作電壓。該電源系統(tǒng)包括電壓倍增器、電壓調(diào)節(jié)器以及儲(chǔ)能電容器。可在同一輪胎上安裝兩個(gè)或更多傳感器組件以監(jiān)測(cè)不同的參數(shù)。
文檔編號(hào)G01L17/00GK101093185SQ200710089310
公開(kāi)日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月22日
發(fā)明者S·S·黃, S·朱 申請(qǐng)人:硅谷微C股份有限公司