CN1005829B - 轮胎二个变量测定值的编码电路 - Google Patents

Abstract

一种编码电路，包括有一个无稳态多谐振荡器，用以把压力，温度等有关变量测定值变换成时间测定值。无稳态多谐振荡器输出一个脉冲信号，脉冲信号的脉冲宽度是温度的函数，脉冲信号的周期比是压力的函数。

Description

轮胎二个变量测定值的编码电路

本发明涉及监测轮胎的装置，尤其是涉及用非电接触的方式把轮胎的压力和温度等工作参数传送到汽车车架的方法。

目前有许多指导汽车司机降低汽车轮胎压力的方法。美国4，389，884号专利提出用感压箱检测轮胎压力的方法：感压箱推动线圈中的铁磁体，从而改变作为压力函数的线圈的电感值。压力值的传送采用两线圈电感耦合的方式进行：一个线圈固定在轮箍上，另一个线圈固定在汽车不动的部件上。欧洲45，401号专利设想了下述一方法：给装设在汽车轮胎中有源电路供电，调制随轮胎压力变化的电信号的频率，将信号用电感耦合的方式传送到汽车车架上，并分析作为各种参数的函数的该信号。目前有各种独立监测轮胎中两个或多个变量的装置，美国4，052，696号专利介绍了一种这样的装置。该专利的装置可以在轮胎的压力或温度超过一定的限定值时发出警告。

实践证明，现时周知的类似装置不能保证精确可靠地监测轮胎的工作情况。实际上轮胎的工作情况是非常复杂的，轮胎的检测不能简单为仅监测其某一个限定值，而是需要连续地测知轮胎工作中的压力和温度。如上所述，一个轮胎监测装置仅传送需检测参数的某一个超限值信号是不够的，它应能传送这些参数的测定值，而且该传送的测定值应可直接读出，或由分析系统加以处理，该分析系统控制仪表面板上的警报器。

本发明的目的就是制造能传送轮胎两个变量测定值的轮胎监测装置。

本发明的另一个目的是提供将从轮胎中测出的二个变量值进行编码并用非电接触的方式传送到汽车车架的电路。

本发明的又一个目的是提供装有上述电路、体积小、没有机械零件、结构简单性能可靠的轮胎监测装置。

根据本发明，将轮胎中测出的二个变量值进行编码并用非电接触的方式传送到轮胎所在车架的电路，具有这样的特征，即该电路包括：

（a）第一单元：此单元的传递函数是第一变量测定值的函数。

（b）用于将一个参考电压或一个为第二变量测定值的函数的电压，连接到所述第一单元的输入端的连接电压的装置。

（c）第二单元：此单元受第一单元输出信号的控制，并传送一个脉冲信号，脉冲信号的诸参数包含变量测定值。

这里，“脉冲信号”是指一个矩形波，该矩形波的“诸参数”是指信号处于高电平的时间宽度和该信号处于低电平的时间宽度或该两时间宽度之一及该信号的周期比。

通过附图可以更容易理解本发明的内容和领会本发明的全部优点。附图显示了用于测定轮胎工作压力和温度的本发明的两个实施例，当然并不限于这两个实施例。

图1是本发明编码电路的示意图。

图2是第一实施例的电路图。

图2a至图2f是说明图2所示编码电路工作情况的各主要信号的时间关系曲线图。

图3是另一个实施例的电路图。

图3a至3f是图3所示编码电路各主要信号的时间关系线图。

图1所示编码电路的工作原理是通过一个无稳态多谐振荡器1把有关变量的测定值变换成时间函数测定值。无稳态多谐振荡器1传递一个脉冲信号V₀。此信号的脉冲宽度为第一变量（在有关实例中为轮胎的温度）测定值的函数，其周期比为第二变量（在这些实例中为轮胎的压力）测定值的函数。

无稳态多谐振荡器1包括一个第一单元2和一个第二单元4。第一单元2具有积分器的传递功能，其输入端输入的是第二变量测定值图象参考信号。第二单元4把第一单元2的输出转换成脉冲信号。因此，该编码电路可以同时传递两个值：一个是通过脉冲信号周期比的编码，另一个是通过脉冲宽度的编码。但编码电路的用途并不限于此，这个电路同样可以连续地首先传送两个变量测定值，然后再传送其它两个变量测定值。

现在参阅图2。从图2中可以看到，编码电路包括有一个第一单元2，第一单元2主要由一个积分器20组成。第一单元2的时间常数是第一变量（在本实例中为温度）测定值的函数。积分器20包括一个至少包含一个运算放大器A03的电路、一个接在其倒相输入端的电阻器R₀和一个接在其反馈回路的电容器C₀。这是用一个运算放大器作为积分器使用时的传统连接方式。电压经电阻器R₁和R₂组成的电阻分压桥加到运算放大器A03的非倒相输入端。后面将进一步说明该电阻分压桥随第二变量测定值变化而进行校准的作用。线路中采用了硅检温器R_θ。硅检温器的诸特性（内阻、灵敏度、线性度、可靠性）严格符合这种用途的要求。检温器R_θ接在作为放大器的另一个运算放大器A02的反馈回路中。运算放大器A02的输出经电阻器R₀加到作为积分器的运算放大器A03上。由电阻器R₁和R₂组成的电阻分压桥的输出电压也加到运算放大器A02的非倒相输入端。

积分器（即第一单元2）输出的电压V_I是单元4的输入信号。单元4起参照比较两个门限值的作用。在这里是用两个比较器41和42、一个由三个电阻r串接而成用于传输门限电压的电阻分压桥和一个触发器43达到上述作用的。“参照比较门限电压值”一词应理解为确定当有关信号V_I达到所述门限值中的一个值的时间。单元4输出的脉冲信号包含各变量测定值。

编码电路还包括一个共发射极连接的晶体管3。晶体管3的基极受触发器43输出信号的控制，集电极接第一单元2的输入端。运算放大器A01输出的信号V_S也经电阻R加到第一单元2的输入端。电阻R的作用是防止当晶体管3开路时运算放大器A01输出端短路。运算放大器A01接作差动放大器用。对第二变量（在本编码电路实例中为压力）测定值敏感的检测器的输出电压即加到此差动放大器的输入端上。这里有一点很重要，即检测器必须选用惠斯登电桥式的，或更普遍的作法是应使检测器输出的电压与变量测定值成比例。压力检测器5最好采用压阻式检测器，其灵敏度应比一般金属型检测器要高。

现在让我们更仔细地参看图2a至图2f中电路各主要信号的时间关系曲线来说明编码电路的工作原理。

鉴于所选用的压力检测器对轮胎的绝对压力敏感，它输出的电压V在零和轮胎检测装置最大设计压力对应值（图2a中标有参数“Pmax”的虚线）之间成比例地变化。让我们看看图2a中标有“Pmeasure”的水平实线所表示的信号V的值（我们假定在观测期间该压力值不变）。图2b的信号V_S在参数“Pmax”和“P＝0”的范围内变化。V_S作为确定运算放大器A01运算范围大小的函数，我们假定其极限值为

（其中V_A为编码电路的馈电电压），这样假定一点也不降低本示例的普遍性。于是得出下列关系式：

图2c是在第一单元2输入端流经电阻器R的信号电流I₁的时间关系曲线。在时间为T_P期间，晶体管3不导通，此电流为运算放大器A02倒相输入端电压与V_S之间电位差的函数。在时间为T₀期间时，晶体管3导通，因而电流I₁是运算放大器A02倒相输入端电压的函数，因为这里的参考点是地。应用运算放大器的工作原理，可以把运算放大器A02（还有运算放大器A03）的输入端电压调节到这样的程度：即当轮胎的绝对压力为零时电流I₁等于零。作为一种变换，对应于轮胎绝对压力为零的电流I_f也可调节成其它任何值。从图2b和上述说明中可以看出，上述电压值为V_A/3。这样，编码电路是按压力进行校准。应用V_S的表达式，可推导出：

在时间T_P期间

在时间为T₀期间

图2d是流经电阻器R₀的电流I₂。应用运算放大器A02作为放大器的基本工作规律并考虑所选用的极性，就可以计算出：

于是在时间为T_P期间得出：

（方程1）

在时间为T₀期间：

（方程2）

图2e表示积分器20输出端上电压V₁的变化规律。鉴于运算放大器A03以积分器的方式工作，电容器C₀二端子上的电压遵从下列规律：

因此，在时间为T_P期间，V₁作为时间的函数，其变化呈具有一定上升坡度的斜线，而在时间为T₀期间，则呈一定下降坡度的斜线。我们可以看到，具有上升坡度斜线的斜率与压力（方程1中的P）及温度（方程1中的R_θ）有关，而具有下降坡度斜线的斜率仅与温度（方程2中的R_θ）有关。

V_I的极限值由比较器41和42确定的门限值得出（分别为2V_A/3和V_A/3）

让我们看看时间为T_P期间的信号V_I。当V_I一超过2V_A/3值，比较器41就向触发器43的S（置位）输入端送一个脉冲，从而使触发器43输出一个高电平信号加到晶体管3上，使晶体管3导通。于是单元2的输入端接地，使线路开始进入上述时间为T₀期间的工作方式。当信号V_I一小于V_A/3，比较器42就往触发器43的R（复位）输入端发送一个脉冲，从使触发器43输出一个低电平信号（零伏），使晶体管3截止，于是开始进入上述时间为T_P期间的工作方式。由信号V_I的波形可得出

由此得出

（方程3）

和

（方程4）

从以上各方程可以看出，时间T₀和T_P与馈电电压V_A无关。而V_A对准备装在车轮上的电路而言，无论采用哪一种供电方式〔用蓄电池（逐步放电）或用欧洲45，401号专利所述的电感耦合方式充电的电容器（快速放电）〕，都仍然具有一定的波动性。由方程4，应用检测器R_θ的电阻-温度特性可知：温度测定值是时间T₀的函数。从方程求出R_θ，再代入方程3中可以得出压力的表达式：

由此可以看到，两个变量的测定已由时间的测定所代替，而时间的测定进一步与电路的馈电电压无关，特别有利于变量测定值在汽车车轮和车架之间传递的可靠性。

图2f表示图2编码电路的输出信号V₀。输出信号实际上是不稳多谐振荡器的输出信号，由于在实践中，大家是不会去测量小于大气压的压力的，因而电流I₂永远不会等于零。因此，温度为信号V₀的脉冲宽度的函数，压力为信号V₀周期比的函数。为尽可能减少电路耗电量，在这里最好采用互补型金属氧化物半导体（CMOS）电子元件。该电路可采用分立元件，或者，对该大多数元件来说，最好采用混合电路或集成电路。

图3是本发明编码电路的另一个实施方案。第一单元2的传递函数是第一变量测定值的函数。第一单元2仅包括一个作为积分器A2使用的运算放大器，和在放大器输出端的热敏电阻器R_θ。此外还有第二单元4，其作用是通过单个比较器40来参照比较两个门限值。为此，比较器一方面接收由馈电电压K₂V_A的一部分形成的一个参考电压，另一方面接收一个既是积分器A2的输出因而也是第一单元2的输出的函数，又是第二单元4输出的函数（通过含电阻器R₈的反馈回路）的信号。

此第二个实例和第一个实例的原理一样，在此不再赘述其整个工作原理。阅读下面的说明时请同时参看图3a至图3f电路各主要信号的曲线图。

信号V_S的处理方式与第一个方案同。馈电电压V_A的电阻分压器由含电阻器R₅、R₆、和R₇的诸支路形成。根据图3中电流I₁一般选用的极性符号和积分器A2输出端的电压V_j，可以得出：

而且

在时间为T_P（晶体管3截止）期间：

因而

在时间为T₀（晶体管3导通）期间：

因此

图3c显示I₁的变化规律，这里应注意选择K₁时应使K₁V_A-V_S为负值。

第二单元4包括有一个比较器40。当加到其非倒相输入端（即V₊）的电压小于K₂V_A（在时间为T₀期间，运算放大器A02的输出增加时就是这种情况）时，比较器40的输出为低电平（即V₀-0伏）。当V₊大于K₂V_A时，比较器40的输出为高电平（即V₀-V_A），让我们根据图3中电流I₃惯用的极性符号计算比较器40的触发点（见图3d的A、B点）：

从V₀＝0开始，在B点

I₃R₈＝K₂V_A

因此

从V₀＝V_A开始，在A点

-I₃R₈＝V_A-K₂V_A

因此

由此可以看出，信号V₀作为I₃的函数具有滞后现象，这是由电阻器R₈的反馈回路带来的。这样就可以用单个比较器40对比参照二门限值。

让我们计算在两门限值A和B之间的变化量△I₃：

应用欧姆定律并先后取代有关各项得出：

在时间为T_P期间：

I₃R_θ＝V_j-k₂V_A

综合第一实施方案中计算出来的V_S的表达式得出

（方程5）

在时间为T₀期间：

I₃R_θ＝V_j-k₂V_A

（方程6）

从方程5和6可以看出，时间T₀和T_P这次仍然与馈电电压无关。从方程6可知温度（已知热敏元件R_θ的电阻-温度特性）是通过T₀测定的。引用自方程6推导出来的R_θ值，经过一些简单的计算，可以通过周期比T₀/T_P来测出压力值。

图3f是图3中编码电路的输出信号。该输出信号等效于第一个实施方案中的输出信号（图2f），因为就逻辑电平来说，在时间T₀期间V₀是高电平或是低电平是无关紧要的。在图3中也有倒相器30，用它可以控制晶体管3处于适当伏态。

内行人都知道馈电给编码电路和传送编码信号V₀的方法，因此本发明对这些方法不再加以介绍。本专利申请人在法国专利申请No.85/10516（相当于随本说明书最近一道归档、代理人档案号为26763338/4722的美国号专利申请书）中，通过实例介绍了采用电感耦合方式的馈电单元和信号输送单元，可用以进一步改进轮胎监测装置的整个性能。所传送的信号，要求是使传送与车轮的角位置无关的那一种信号。因此用电感耦合的方式传送时，接在车轮上的线圈应与车轮同轴心。但线圈在位置上的容许偏差（一个线圈接在车轮上，另一个线圈装在汽车在转动时不动的部件上）可以较大。为了避免电感耦合方式传送的频率衰减过快，该频率最好小于100千赫。

Claims (16)

1、对轮胎中测出的两个变量值进行编码用的电路，该电路可将测定值以非电接触的方式传送到轮胎所在的车架上，其特征在于该电路包括：

（a）第一单元：此单元的传递函数是第一变量测定值的函数，

（b）用于将一个参考电压或一个为第二变量测定值的函数的电压连接到所述第一单元的输入端的连接电压的装置，

（c）第二单元：此单元受第一单元输出信号的控制，并传送一个脉冲信号，脉冲信号的诸参数包含诸变量测定值，

所述的连接电压的装置是响应所述脉冲信号而被驱动的。

2、根据权利要求1所述的电路，其特征在于其第一单元主要包括一个积分器，且第一单元的时间常数是第一变量测定值的函数。

3、根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于第二单元主要包括参照比较两个门限值用的装置。

4、根据权利要求3所述的电路，其特征在于其参照比较装置包括两个比较器和一个触发器。

5、根据权利要求3所述的电路，其特征在于其参照比较装置包括一个带反馈回路的单个比较器。

6、根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于为第二变量测定值函数的电压是经运算放大器加到第一单元的输入端，而该运算放大器接受一个从对第二变量敏感的检测器输出的电压。

7、根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于所述连接电压的装置是由一个共发射极连接的晶体管构成，该晶体管的基极受第二单元输出的控制，而其集电极接到第一单元的输入端。

8、根据权利要求2所述的电路，其特征在于所述积分器的连接包括至少一个运算放大器、一个接在其倒相输入端的电阻器和一个插接在反馈电路中的电容器，电压通过一个电阻分压桥加到该运算放大器的非倒相输入端，电阻分压桥可对应于第二变量测定值对电路进行校准。

9、根据权利要求8所述的电路，其特征在于其第一变量为轮胎工作中的温度，且检温器采用一个接在另一个运算放大器的反馈回路中的硅电阻器，该运算放大器的输出加到所述积分器中的那个运算放大器上。

10、根据权利要求8所述的电路，其特征在于其第一变量是轮胎工作中的温度，且检温器采用一个接在所述积分器中那个运算放大器的输出端上的硅电阻器。

11、根据权利要求6所述的电路，其特征在于所述第二变量是轮胎工作中的压力，且检测器是一个压阻式检测器。

12、根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于该电路主要是一个混合电路或集成电路。

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