无源车辆轮胎压力监测系统及其使用方法

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无源车辆轮胎压力监测系统及其使用方法\n(一)技术领域\n[0001] 本发明涉及车辆状态的实时监测技术领域，具体为一种无源车辆轮胎压力监测系统及其使用方法。\n(二)背景技术\n[0002] 为了确保行车安全，车辆行驶时需要实时地对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气造成的低胎压和高温高速旋转造成的高胎压等异常状态进行预警，防止爆胎事故的发生，这就是车辆轮胎压力监测系统，即Tire PressureMonitoring System，简称TPMS。\n[0003] 目前的车辆轮胎压力监测系统主要是有源的，它由安装在各个轮胎内的轮胎模块和安装在车内驾驶室的中央模块构成，轮胎模块主要由轮胎压力传感器、微控制器和无线发射器组成，中央模块主要由无线接收器、微控制器和报警显示单元组成。这种有源车辆轮胎压力监测系统的轮胎模块采用一次性电池供电，因此不可避免地带来一些弊端：\n[0004] (1)电池的寿命有限，限制了轮胎模块的使用寿命。\n[0005] (2)气温过低或过高时，电池的容量发生变化，轮胎模块的稳定性和可靠性随之下降。\n[0006] (3)为了保证电池有5到10年的使用寿命，一次性电池的体积和重量较大，使轮胎模块的体积和重量增大，增加了轮胎旋转的动态载荷，易破坏轮胎的动态平衡。\n[0007] (4)废弃的电池会导致环境污染。\n[0008] 此外，车辆轮胎压力监测系统的中央模块对于多个轮胎模块发送的监测信号需要具备自动识别定位的功能。目前的有源车辆轮胎压力监测系统，在初始安装时，在车辆轮胎压力监测系统的中央模块将轮胎的定位信息与轮胎模块的地址标识符信息对应起来，这样，中央模块根据接收到的轮胎模块的地址标识符信息就可以进行轮胎模块的定位，当轮胎模块更换时，需要在车辆轮胎压力监测系统的中央模块重新进行轮胎模块地址标识符信息的输入和轮胎定位信息的设置，否则中央模块就无法将接收到的轮胎压力测量信号与轮胎的位置正确对应起来，造成监测失误，但重新设置定位信息的操作非常复杂繁琐。\n(三)发明内容\n[0009] 本发明的目的是设计一种无源车辆轮胎压力监测系统及其使用方法，本系统利用无线供电器对轮胎模块进行供电，实现轮胎模块的无源无线工作。\n[0010] 本发明设计的无源车辆轮胎压力监测系统包括一个中央模块、至少一个轮胎模块，轮胎模块和中央模块之间通过射频无线连接；中央模块包括中央微控制器、存储器、键盘、报警显示单元和射频接收器，中央微控制器与存储器、键盘、报警显示单元和射频接收器相连，车辆电源电路与中央微控制器相接为之供电。轮胎模块包括轮胎微控制器、轮胎压力传感器、射频发射器，轮胎微控制器与轮胎压力传感器、射频发射器相连。\n[0011] 轮胎模块的轮胎微控制器读取轮胎压力传感器所测轮胎压力数据，通过射频发射器将数据无线发射给中央模块；中央模块的键盘输入的轮胎压力安全范围存于存储器内。\n中央微控制器通过射频接收器接收轮胎模块的数据，与存储器内的轮胎压力安全范围数据比较分析，当出现异常时，发送指令给报警显示单元报警。\n[0012] 本系统的特征在于：中央模块还有连接于中央微控制器的总线通讯单元，中央模块通过总线与各轮胎模块一一对应的无线供电器相连。各无线供电器配置有总线地址标识符，通过键盘输入存储于中央模块的存储器，每个轮胎模块还配置有感应电源单元。无线供电器和与之距离最近的、与之相配的轮胎模块通过低频磁链路连接。轮胎模块的轮胎微控制器、轮胎压力传感器和射频发射器与感应电源单元相连，由感应电源单元提供电源。\n[0013] 无线供电器与轮胎模块相配，包括供电微控制器、供电总线通讯单元和低频供电单元，供电微控制器与供电总线通讯单元、低频供电单元相连，车辆电源电路与供电微控制器相接为之供电。\n[0014] 无线供电器的供电微控制器接收供电总线通讯单元通过总线接收的中央模块的命令，该命令中包含某一个无线供电器的总线地址标识符信息。当接收的命令中总线地址标识符与本无线供电器的总线地址标志符相符时，供电微控制器接收该命令并向其低频供电单元发送启动/停止供电命令，并通过其供电总线通讯单元经总线向中央模块发送本无线供电器的供电工作状态信息及总线地址标识符信息。低频供电单元主要由低频驱动电路和低频天线组成，低频供电单元在启动供电命令下通过低频天线向空间发射交变磁场，为与之相配的轮胎模块提供能量。低频供电单元在供电微控制器的停止供电命令下停止向外发射交变磁场。\n[0015] 轮胎模块的感应电源单元主要由感应线圈、整流电路、滤波电路及稳压电路组成，感应线圈接收与之相配的无线供电器发射到空间的磁能并转换为电能后，经过滤波、整流和稳压后存储，当存储电能电压达到轮胎模块工作电压后，为轮胎微控制器、轮胎压力传感器和射频发射器提供直流电压进行数据测量和发送。当与之相配的无线供电器停止发射交变磁场，该轮胎模块停止工作。本模块还可有轮胎温度传感器、和/或轮胎加速度传感器、和/或电压传感器，均与轮胎微控制器相连。\n[0016] 中央微控制器的总线通讯单元还通过总线连接各车载检控装置；或者中央微控制器连接其它的配套总线通讯单元经其它总线与各车载检控装置连接；车载检控装置包括车速检测装置、和/或车载重量检测装置、和/或紧急制动系统、和/或发动机故障诊断单元和/或车辆仪表面板。\n[0017] 本发明设计的无源车辆轮胎压力监测系统使用方法如下：\n[0018] 如上所述的本发明的无源车辆轮胎压力监测系统安装于车辆上，中央模块安装于驾驶室内，轮胎模块安装于轮胎，可以固装于轮胎气门嘴部位或固装于轮毂，无线供电器安装于与之相配的轮胎模块所处轮胎上方的挡灰板，中央模块通过总线和各无线供电器相连，中央模块的中央微控制器和无线供电器的供电微控制器与车辆电源电路相连接。\n[0019] 运行步骤为：\n[0020] 步骤1，车辆点火开关闭合，中央模块的中央微控制器和无线供电器的供电微控制器进行初始化，轮胎模块和无线供电器的个数为n，定义变量i，初始化i＝1；\n[0021] 步骤2，中央模块的中央微控制器扫描键盘，判断是否有键盘输入，当有键盘输入时，根据存储器存储的轮胎压力安全范围数据标识判断输入是否为轮胎压力安全范围数据，当键盘输入是轮胎压力安全范围数据时，将键盘输入内容存入存储器，当键盘输入不是轮胎压力安全范围数据时，根据存储器存储的无线供电器总线地址标识符标识判断键盘输入是否是无线供电器总线地址标识符信息，当键盘输入为无线供电器总线地址标识符信息时，将键盘输入信息存入存储器，然后进入步骤3，其它情况下直接进入步骤3；\n[0022] 步骤3，中央模块的中央微控制器通过总线向无线供电器发送启动供电命令，该命令包含第i个无线供电器的总线地址标识符信息，然后中央微控制器进入总线信息接收状态；\n[0023] 步骤4，各无线供电器通过总线接收启动供电命令并判断其中的总线地址标识符是否与本总线地址一致，第i个无线供电器得到与本身地址一致的命令开始对第i个轮胎模块进行供电，同时通过总线向中央模块发送本无线供电器工作状态信息，该工作状态信息包含本无线供电器的总线地址标识符信息，其它的无线供电器判断命令中的总线地址标识符与本总线地址不同，不启动供电动作；\n[0024] 步骤5，中央模块通过总线接收第i个无线供电器的供电工作状态信息，然后进入轮胎状态信息无线接收状态，第i个轮胎模块得到供电后进行轮胎压力状态的测量并无线发射测量数据；\n[0025] 步骤6，中央模块无线接收第i个轮胎模块发送的轮胎压力测量信息并进行轮胎状态的判断，当轮胎状态异常时进行报警和显示，当轮胎状态正常时进行轮胎状态测量信息的显示；\n[0026] 步骤7，中央模块的中央微控制器通过总线向各无线供电器发送停止供电命令，该命令包含第i个无线供电器的总线地址标识符信息，然后中央模块的中央微控制器进入总线信息接收状态；\n[0027] 步骤8，第i个无线供电器通过总线接收停止供电命令，然后停止对第i个轮胎模块供电，同时通过总线向中央模块发送停止供电工作状态信息，该工作状态信息包含第i个无线供电器的总线地址标识符信息；其它的无线供电器判断命令中的总线地址标识符与本总线地址不同，不接收命令不动作；\n[0028] 步骤9，中央模块的中央微控制器通过总线接收第i个无线供电器的停止供电工作状态信息；\n[0029] 步骤10，当前的变量i加1的结果赋值给变量i，判断此时的i是否大于无线供电器的总数n，当i>n时，将i回置为1，然后返回步骤3；其它情况直接返回步骤3。\n[0030] 在步骤6之后，可以省略步骤7、8和9，直接进入步骤10，当返回执行步骤3后，执行步骤4时，其它的无线供电器判断中央模块命令中的总线地址标识符与本总线地址不同，不进行供电；原在进行供电的无线供电器也停止供电。\n[0031] 中央微控制器还通过总线连接各车载检控装置，上述步骤6中央微控制器还通过总线扫描接收其它车载检控装置发送的车辆状态信息，中央微控制器通过总线向其它的车载检控装置发送轮胎的状态信息。\n[0032] 本发明无源车辆轮胎压力监测系统及其使用方法的优点为：1、轮胎模块为无源器件，接收空间磁能即可工作，寿命长，性能稳定；2、因无需安装电池，不会对环境造成污染，降低了运行维护成本；3、轮胎模块体积小重量轻，便于安装、调试和维护；4、每一个无线供电器和对应的轮胎模块的工作时间不同，中央模块分时接收轮胎模块发射的信息，中央模块根据轮胎模块对应的无线供电器的总线地址标识符信息就可以进行轮胎模块的定位，轮胎信息定位准确可靠，即使更换轮胎模块只要无线供电器的总线地址标识符信息不变，中央模块仍可准确确定轮胎模块的位置，无需繁琐地重新设置定位信息。\n(四)附图说明\n[0033] 图1是本无源车辆轮胎压力监测系统实施例的整体结构示意图；\n[0034] 图2是对应图1的中央模块的结构示意图；\n[0035] 图3是对应图1的轮胎模块的结构示意图；\n[0036] 图4是对应图1的无线供电器的结构示意图；\n[0037] 图5是本无源车辆轮胎压力监测系统使用方法实施例的工作过程程序流程图；\n[0038] 图6是对应图2的中央模块的工作过程程序流程图；\n[0039] 图7是对应图4的无线供电器的工作过程程序流程图。\n(五)具体实施方式\n[0040] 下面结合附图详细说明本发明具体实施方式中所涉及的各个细节问题。应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。\n[0041] 本发明的无源车辆轮胎压力监测系统的实施例为用于四轮车辆上的系统，其整体结构如图1所示，包括一个中央模块、四个轮胎模块和四个无线供电器。轮胎模块和中央模块之间通过射频无线连接。中央模块经总线与各轮胎模块相配的无线供电器相连，各无线供电器配置有总线地址标识符，通过键盘输入存储于中央模块的存储器。本例中所述总线为LIN总线，也可为各种车辆常用的总线，如MI总线、ST-FIAT总线、I总线、A总线、BEAN总线等。无线供电器与轮胎模块之间通过低频磁链路连接。\n[0042] 中央模块的结构如图2所示，包括中央微控制器、存储器、键盘、CAN总线通讯单元、LIN总线通讯单元、报警显示单元和射频接收器。中央微控制器与存储器、键盘、报警显示单元、射频接收器、CAN总线通讯单元和LIN总线通讯单元相连，总线通讯单元与所用总线相配合。车辆电源电路与中央微控制器相接为之供电。中央微控制器通过LIN总线通讯单元经LIN总线与各无线供电器相连，中央微控制器通过CAN总线通讯单元经CAN总线与各车载检控装置连接，如车速检测装置、车载重量检测装置、紧急制动系统、发动机故障诊断单元和车辆仪表面板等。中央微控制器与各车载检控装置连接的CAN总线，也可用其它各种总线，或者使用本中央微控制器与各无线供电器连接的LIN总线。键盘用于输入轮胎压力安全范围数据、无线供电器的总线地址标识符及设置报警显示单元的显示内容和报警方式。还可通过键盘对报警显示单元手动输入报警命令或停止报警命令，对LIN总线通讯单元输入启动/停止无线供电器供电命令。存储器存储轮胎压力安全范围数据、无线供电器的总线地址标识符及设置报警显示单元的轮胎情况正常与异常时的显示内容以及报警方式。射频接收器含有天线，可接收射频无线信号。\n[0043] 轮胎模块的结构如图3所示，包括轮胎微控制器、轮胎压力传感器、轮胎温度传感器、轮胎加速度传感器、电压传感器、射频发射器和感应电源单元，轮胎微控制器与轮胎压力传感器、轮胎温度传感器、轮胎加速度传感器、电压传感器和射频发射器相连。射频发射器含有天线。本实施例使用内置了8位微控制器的集成微控制器作为轮胎微控制器和轮胎压力传感器、轮胎温度传感器、轮胎加速度传感器与电压传感器。感应电源单元连接该集成微控制器和射频发射器为它们供电。感应电源单元包括感应线圈、整流电路、滤波电路及稳压电路。感应线圈接收与之距离最近的无线供电器发射到空间的磁能并转换为电能后，经过滤波、整流和稳压后为轮胎集成微控制器和射频发射器提供直流电压。\n[0044] 无线供电器与轮胎模块一一对应，无线供电器和与之相配的轮胎模块距离最近、相互之间通过低频磁链路连接。其结构如图4所示，包括供电微控制器、供电总线通讯单元和低频供电单元，供电微控制器与供电总线通讯单元、低频供电单元相连，车辆电源电路与供电微控制器相接为之供电。供电总线通讯单元为LIN总线通讯单元。供电微控制器通过供电总线通讯单元经LIN总线与中央模块的中央微控制器相连。低频供电电路由低频驱动电路和低频天线组成，连接于供电微控制器，低频供电单元在供电微控制器的供电命令下通过低频天线向空间发射出交变磁场对轮胎模块进行供电，在供电微控制器的停止供电命令下停止向外发射交变磁场。\n[0045] 本发明的无源车辆轮胎压力监测系统使用方法实施例如下：\n[0046] 如上所述的本发明的无源车辆轮胎压力监测系统安装于车辆上，中央模块安装于驾驶室内，轮胎模块固装于轮胎气门嘴部位，无线供电器安装于与之相配的轮胎模块所处轮胎上方的挡灰板、与该轮胎模块距离最近，中央模块通过LIN总线和各无线供电器相连。\n中央模块的中央微控制器和无线供电器的供电微控制器与车辆电源电路相接。\n[0047] 运行步骤如图5所示，具体如下：\n[0048] 步骤1，车辆点火开关闭合，中央模块的中央微控制器和无线供电器的供电微控制器进行初始化，轮胎模块和无线供电器的个数为n＝4，定义变量i，初始化i＝1；\n[0049] 步骤2，中央模块的中央微控制器扫描键盘，判断是否有键盘输入，当有键盘输入时，根据存储器存储的轮胎压力安全范围数据标识判断输入是否为轮胎压力安全范围数据，当键盘输入是轮胎压力安全范围数据时，将键盘输入内容存入存储器，当键盘输入不是轮胎压力安全范围数据时，根据存储器存储的无线供电器总线地址标识符标识判断键盘输入是否是无线供电器总线地址标识符信息，当键盘输入为无线供电器总线地址标识符信息时，将键盘输入信息存入存储器，然后进入步骤3，其它情况下直接进入步骤3；\n[0050] 步骤3，中央模块的中央微控制器通过总线向无线供电器发送启动供电命令，该命令包含第i个无线供电器的总线地址标识符信息，且仅包含这一个无线供电器的总线地址标识符信息，然后中央微控制器进入总线信息接收状态；\n[0051] 步骤4，各无线供电器通过总线接收启动供电命令并判断其中的总线地址标识符是否与本总线地址一致，第i个无线供电器得到与本身地址一致的命令开始对第i个轮胎模块进行供电，同时通过总线向中央模块发送本无线供电器工作状态信息，该工作状态信息包含本无线供电器的总线地址标识符信息，其它的无线供电器判断命令中的总线地址标识符与本总线地址不同，不进行供电动作；\n[0052] 步骤5，中央模块通过总线接收第i个无线供电器的供电工作状态信息，然后进入轮胎状态信息无线接收状态，第i个轮胎模块得到供电后进行轮胎压力、温度、加速度及电压的测量，并无线发射测量数据；\n[0053] 步骤6，中央模块接收第i个轮胎模块发送的轮胎状态测量数据的无线信息，同时中央模块还通过CAN总线扫描接收其它车载检控装置发送的车辆状态信息，综合接收的车辆状态信息和轮胎状态信息进行轮胎状态的判断，并通过CAN总线将接收的各种轮胎状态信息传送到其它车载检控装置，当轮胎状态异常时进行报警和显示，当轮胎状态正常时进行轮胎状态测量信息的显示；\n[0054] 步骤7，中央模块的中央微控制器通过总线向各无线供电器发送停止供电命令，该命令包含第i个无线供电器的总线地址标识符信息，然后中央模块的中央微控制器进入总线信息接收状态；\n[0055] 步骤8，第i个无线供电器通过总线接收停止供电命令，然后停止对第i个轮胎模块供电，同时通过总线向中央模块发送停止供电工作状态信息，该工作状态信息包含第i个无线供电器的总线地址标识符信息；其它的无线供电器判断命令中的总线地址标识符与本总线地址不同，不接收命令不动作；\n[0056] 步骤9，中央模块的中央微控制器通过总线接收第i个无线供电器的停止供电工作状态信息；\n[0057] 步骤10，当前变量i加1的结果赋值给变量i，判断此时的i是否大于无线供电器的总数4，当i>4时，将i回置为1，然后返回步骤3；其它情况直接返回步骤3。\n[0058] 以上步骤7至9可以省略，即步骤6完成后，直接进入步骤10，当返回执行步骤3后，执行步骤4时，其它的无线供电器判断中央模块命令中的总线地址标识符与本总线地址不同，不进行供电；原在进行供电的无线供电器也停止供电。\n[0059] 本发明的无源车辆轮胎压力监测系统利用无线供电器的低频磁场为轮胎模块供电提供电能，可以避免目前的有源车辆轮胎压力监测系统使用电池为轮胎模块供电引起的各种问题，具有重要的实用价值。另外，本发明的中央模块通过无线供电器的地址标识符信息进行无线供电器的识别，中央模块将无线供电器的地址标识符信息与无线供电器对应的轮胎模块的位置信息对应起来，这样中央模块可以根据无线供电器的地址标识符信息确定轮胎模块的位置信息，中央模块分时向各个无线供电器发送命令，发送的命令中仅包含一个无线供电器的地址标识符信息，因此，每次仅仅向一个无线供电器发送启动供电命令。无线供电器接收启动供电命令后，仅仅对距离最近的轮胎模块进行供电，该轮胎模块供电后向中央模块无线发射测量的轮胎状态信息，由于同时只有一个轮胎模块发射信息，因此，中央模块在同一个时间仅接收到一个轮胎模块的信息，在固定的接收时间后中央模块向同一个无线供电器发送停止供电命令，无线供电器停止对轮胎模块供电，轮胎模块在得不到电能后停止测量和无线发射，然后中央模块才开始向下一个无线供电器发送启动供电命令，由于每一个无线供电器和对应的轮胎模块的工作时间不同，这样中央模块就可以区分不同的轮胎模块无线发射的信息，轮胎模块无线发射的信息中不用包含轮胎地址标识符信息，中央模块根据轮胎模块对应的无线供电器的地址标识符信息就可以进行轮胎模块的定位，即使轮胎模块更换了，只要无线供电器的地址标识符信息不变，中央模块就可以准确的确定轮胎模块的位置信息，因此，本发明的无源车辆轮胎压力监测系统不会出现目前有源车辆轮胎压力监测系统中存在的繁琐的定位设置问题。\n[0060] 中央模块的工作过程流程图如图6所示，具体步骤如下：\n[0061] 步骤①，车辆点火开关闭合，中央模块的中央微控制器进行初始化，定义变量i，初始化i＝1；\n[0062] 步骤②，中央模块的中央微控制器扫描键盘，判断是否有键盘输入，当有键盘输入时，根据存储器存储的轮胎压力安全范围标识判断输入是否为轮胎压力安全范围数据，当键盘输入是轮胎压力安全范围数据时，将键盘输入内容存入存储器，当键盘输入不是轮胎压力安全范围数据时，根据存储器存储的无线供电器总线地址标识符标识判断键盘输入是否是无线供电器总线地址标识符信息，当键盘输入为无线供电器总线地址标识符信息时，将输入信息存入存储器；然后进入步骤③，其它情况下直接进入步骤③；\n[0063] 步骤③，中央模块的中央微控制器通过LIN总线向无线供电器发送启动供电命令，该命令包含第i个无线供电器的总线地址标识符信息，然后中央微控制器进入LIN总线信息接收状态，接收无线供电器通过LIN总线传送的供电工作状态信息，该工作状态信息包含第i个无线供电器的总线地址标识符信息；\n[0064] 步骤④，中央模块接收第i个轮胎模块无线发射的轮胎压力和温度等状态信息，通过CAN总线接收其它车载检控装置发送的车辆状态信息，同时将第i个轮胎的状态信息通过CAN总线传送到其它车载检控装置；\n[0065] 步骤⑤，中央微控制器根据接收到的第i个轮胎的压力和温度等状态信息和车辆状态信息进行轮胎状态的判断，当轮胎状态异常时进行报警和显示，当轮胎状态正常时进行轮胎状态测量信息的显示；\n[0066] 步骤⑥，中央微控制器通过LIN总线向无线供电器发送停止供电命令，该命令包含第i个无线供电器的总线地址标识符信息，然后中央微控制器进入LIN总线信息接收状态，接收第i个无线供电器通过LIN总线传送的停止供电工作状态信息，该工作状态信息包含第i个无线供电器的总线地址标识符信息；\n[0067] 步骤⑦，当前变量i加1的结果赋值给变量i，判断i是否大于无线供电器的个数\n4，当i>4时，将i置为1，然后返回步骤③，其它情况直接返回步骤③。\n[0068] 第i个无线供电器的工作过程流程图如图7所示，具体步骤如下：\n[0069] 步骤(1)，车辆点火开关闭合，无线供电器的供电微控制器进行初始化；\n[0070] 步骤(2)，等待接收中央模块通过LIN总线传送的启动供电命令，当接收到包含本无线供电器总线地址标识符信息的启动供电命令后，开始对与之相配的轮胎模块进行供电，同时通过LIN总线向中央模块发送供电工作状态信息，发送的工作状态信息中包含该无线供电器的总线地址标识符信息；\n[0071] 步骤(3)，等待接收中央模块通过LIN总线传送的停止供电命令，当接收到包含该无线供电器总线地址标识符信息的停止供电命令后，停止对轮胎模块进行供电，同时通过LIN总线向中央模块发送停止供电工作状态信息，发送的工作状态信息中包含本无线供电器的总线地址标识符信息，然后返回步骤(2)。\n[0072] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。