CN102529607A - Tpms***的传感器状态控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种TPMS***的传感器状态控制方法，以节省传感器功耗，该方法包括以下步骤：使该传感器常态地处于一关闭状态，不检测数据，且不发射射频数据；当得知汽车点火时，通知该传感器进入一静止状态，在该静止状态；当得知汽车速度超过一低速门限时，通知该传感器进入一行车状态；在静止状态，当确定传感器发射的压力数据变化率超过一第一警戒门限，则通知该传感器进入一报警状态；以及在该行车状态，当确定传感器发射的压力数据变化率超过一第二警戒门限，则通知该传感器进入该报警状态。其中，静止状态下的射频数据发射周期大于行车状态下的射频数据发射周期，行车状态下的射频数据发射周期大于报警状态下的射频数据发射周期。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎压力监测***(TPMS)，尤其是涉及通过对TPMS***的传感器状态控制来节约电能消耗。
背景技术
轮胎压力监测***(TPMS)的传感器被内置在轮胎中，以便监测轮胎压力数据，并发射给车内的接收机。传感器使用电池供电，当电池耗尽后，电池的更换就成为问题。因此，期望传感器的电池寿命尽量长。目前主要有两种传感器设计方案：
第一种是单向通信方案，该方案主要是传感器主动检测、发射数据，控制器被动接收。有些传感器产品内设计有振动开关或者加速度传感器。该方案周期性检测和发射数据，如果要进一步节能，会导致数据获取较慢，车辆点火后无法及时收到有效数据。该方案下，普遍设计传感器电池使用寿命为5年。
第二种是双向通信方案，该方案实现传感器被动检测、发射数据。控制器根据固有设计程序，定期发射低频唤醒信号轮询触发四个轮胎传感器进行压力、温度的检测，并发射射频数据。该传感器工作模式单一，控制器需要持续发射低频信号唤醒，这增加了电磁干扰，也增加了耗能。另外可能造成其它轮胎传感器的误唤醒，额外增加传感器工作和能耗。由于传感器工作模式单一，为实现即时数据获取，控制器需要频繁进行触发。该方案下，传感器使用寿命没能较大提高，按照国标报批稿的要求，寿命为6年。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种TPMS***的传感器状态控制方法，通过为不同的传感器状态设置不同的射频数据发射频率，来节省能量。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种TPMS***的传感器状态控制方法，该方法包括以下步骤：使该传感器常态地处于一关闭状态，在该关闭状态，传感器不检测数据，且不发射射频数据；当得知汽车点火时，通知该传感器进入一静止状态，在该静止状态，传感器以第一发射周期发射包含压力数据的射频数据；在该静止状态，当得知汽车速度超过一低速门限时，通知该传感器进入一行车状态，在该行车状态，该传感器以第二发射周期发射压力数据的射频数据；在该静止状态，当确定传感器发射的压力数据变化率超过一第一警戒门限，则通知该传感器进入一报警状态，在该报警状态，该传感器以第三发射周期发射压力数据的射频数据；以及在该行车状态，当确定传感器发射的压力数据变化率超过一第二警戒门限，则通知该传感器进入该报警状态。其中，该第一发射周期大于该第二发射周期，该发射周期大于该第三发射周期。
在本发明的一实施例中，上述的TPMS***的传感器状态控制方法还包括：从该传感器接收传感器当前状态标识。
在本发明的一实施例中，该报警状态包括静止报警状态和行车报警状态，其中：当确定该传感器发射的压力数据变化率超过该第一警戒门限，则通知该传感器进入该静止报警状态；当确定该传感器发射的压力数据变化率超过该第二警戒门限，则通知该传感器进入该行车报警状态；在该静止报警状态，当得知汽车速度超过该低速门限时，通知该传感器进入该行车报警状态；在该行车报警状态，当得知汽车速度低于该低速门限时，通知该传感器进入该静止报警状态。
在本发明的一实施例中，上述的TPMS***的传感器状态控制方法还包括：在该关闭状态，响应一第一用户指令而通知该传感器进入一休眠状态；在该休眠状态，响应一第二用户指令而通知该传感器进入该关闭状态；其中在该休眠状态，该传感器不检测数据，且不发射射频数据。
在本发明的一实施例中，上述的TPMS***的传感器状态控制方法还包括：在该静止状态，响应一第三用户指令而通知该传感器进入一休眠状态；在该休眠状态，响应一第四用户指令而通知该传感器进入该静止状态；其中在该休眠状态，该传感器不检测数据，且不发射射频数据。
在本发明的一实施例中，上述的TPMS***的传感器状态控制方法还包括：在该静止状态、行车状态、静止报警状态或行车报警状态，当得知汽车熄火时，通知该传感器进入该关闭状态。
在本发明的一实施例中，上述的TPMS***的传感器状态控制方法还包括：发送周期性的握手信号，使该传感器在没有其他触发条件时，保持在当前状态；其中当该传感器连续多次未接收到握手信号时，进入该关闭状态。
在本发明的一实施例中，上述的TPMS***的传感器状态控制方法通过低频信号通知该传感器进行状态的转换。
在本发明的一实施例中，该传感器在每一状态，周期性地打开低频模块。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，由于传感器在许多时间内处于较低功耗的状态，例如关闭状态，静止状态和行车状态，使得传感器在大部分时间都能保持低耗能，从而节省了电量，延长了电池寿命。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1示出本发明一实施例的TPMS***。
图2示出本发明一实施例的传感器状态图。
图3示出本发明另一实施例的传感器状态图。
图4示出本发明又一实施例的传感器状态图。
具体实施方式
图1示出本发明一实施例的TPMS***。参照图1所示，本实施例的TPMS***100主要包括微控制器(MCU)101、两个低频(LF)驱动器102a、102b、射频(RF)接收机103、CAN总线驱动器104、电源105、四个低频天线110a-110d、四个传感器111a-111d。两个低频(LF)驱动器102a、102b、射频(RF)接收机103、CAN总线驱动器104均连接到MCU 101。
四个传感器111a-111d布置在四个轮胎(图未示)里，四个低频天线110a-110d分别布置在四个轮胎附近。低频驱动器102a、102b可通过四个低频天线110a-110d发出低频通信信号，以便对四个传感器111a-111d进行控制。
四个传感器111a-111d包含射频发射器件，以射频信号的形式将检测的轮胎压力向外发射。射频接收机103可接收轮胎压力射频信号，并传输给MCU101。
CAN总线驱动器104作为MCU 101的通信接口，用于从汽车的其他电子设备接收数据。
根据本发明的实施例，为减少传感器能耗，为传感器设计多种不同工作状态，在不同车速、不同警情下进行相应转换，以实现电能的最优利用。例如某些状态下，传感器可以很低的发射间隔发射射频数据，甚至，传感器可以完全不发射射频数据。而在其他状态下，传感器以很高的发射间隔发射射频数据，以满足轮胎压力检测的需要。射频数据包括压力数据，且可包括温度数据。
这些传感器状态之间的转换，可由TPMS***的控制器在不同车辆状态下，通过低频通信方式控制来完成。
在各个状态下，传感器使其低频驱动器周期性的开启，以接收控制器的指令。
较佳地，在传感器状态转换完成后，会向MCU发送信息，标识其当前的状态。MCU接收这一状态标识以确认传感器目前的状态，作为下次进行状态转换的依据。
下面，首先参照图2来描述各个传感器状态的定义。
1、休眠(Winter)状态
传感器在该状态下不发射射频数据，也不检测数据，只是低频工作模块周期性打开。冬天如果不需要检测胎压与温度，可以使传感器进入该状态以节省功耗。同时，进入休眠状态后，TPMS***的MCU也不再进行相关监测工作。
在一实施例中，此状态可在点火(IGN on)后，在后述的静止状态下由用户通过终端控制人机接口切换，使传感器进入该状态，或者退出该状态而进入静止状态。
在一实施例中，此状态可以使用低频驱动器进行控制，操作进入或退出该状态，退出后进入后述的关闭状态。
2、关闭(Off)状态
传感器在该状态下不发射射频数据，也不检测数据，只是低频工作模块周期性打开。传感器出厂后即保持该状态，除非有其他条件触发，将进行相应的状态转换。
进入关闭状态条件可为：
a)当传感器检测到轮胎压力小于0.3Bar，进入并保持关闭状态不变，这一状态是为刚出厂的轮胎设置的，传感器此时还需要启动工作。
b)当MCU 101通过低频驱动器102a或102b发送“进入关闭状态”指令信号，此时传感器连续每秒发送5帧射频信息，携带轮胎压力信息并在状态标志位标识“进入Off状态”，保存现场信息，然后进入关闭状态。
c)在非关闭状态下，MCU 101会周期性(例如，周期可为3分钟)发送短小的低频握手信号，此时传感器的发射器确定MCU 101与低频天线端工作正常，便保持原状态。当连续多次(如5次或以上)周期的握手信号无法收到，发射器将连续每秒发送5帧射频信息，携带轮胎压力信息并在状态标志位标识“进入Off状态”，保存现场信息，然后进入关闭状态。
退出关闭状态的条件为：
当传感器接收到低频信号的“进入静止状态”信息，将退出关闭状态，并进入静止状态。此时立刻检测温度压力以及故障信息，并通过射频发送数据信息，该帧状态字节会标志传感器目前状态为“静止状态”。
当接收到低频的学码触发信号，将保持关闭状态，并发射一帧RF数据。
3、静止状态(IGN on车速＜15km/h)
点火后，MCU将通过低频天线触发传感器转换进入该状态。传感器在静止状态下，以一检测周期检测一次数据，且以第一发射周期发射数据。静止状态的条件是车辆点火后，车速＜15km/h。以下是一些示例性的周期设定：
温度检测周期：5min；
压力检测周期：4s；
RF发射周期：5min；
电池电压检测周期：60min。
4、行车状态(IGN on车速＞15km/h)
当点火后，且车速＞15km/h，传感器由静止状态进入行车状态。传感器在行车状态下，以上述的检测周期检测一次轮胎压力，以一第二发射周期发射射频数据。以下是一些示例性的周期设定：
温度检测周期：60s；
压力检测周期：4s；
RF发射周期：＜60s；
电池电压检测周期：60min。
5、静止报警状态
当***检测到轮胎压力快速变化，例如压力变化率ΔP超过一警戒门限，则通知传感器进入这一状态，并发射一次射频数据。如果接收到低频的学码触发信号，马上发送一次射频数据；
如果速度≥15km/h，则转换为行车报警状态。
以下是一些示例性的周期设定：
温度检测周期：60s；
压力检测周期：4s；
RF发射周期：4s；
电池电压检测周期：60min。
6、行车报警状态
当***检测到轮胎压力快速变化，例如压力变化率ΔP超过一警戒门限，则传感器进入该状态，并发射一次射频数据。
如果接收到低频学码的触发信号，马上发送一次射频数据。
如果速度＜15km/h，则转换为静止报警状态。
以下是一些示例性的周期设定：
温度检测周期：60s；
压力检测周期：4s；
RF发射周期：4s；
电池电压检测周期：60min。
从以上周期设定可见，压力检测周期都为4秒。压力检测周期允许有差别或者波动，但是出于安全考虑，目前压力检测周期都仅为几秒。射频数据发射周期则有较大的变化，在静止状态，示例性的发射周期为5分钟，在行车状态，示例性的发射周期为小于1分钟，在静止报警和行车报警状态，示例性的发射周期为4秒，即每检测一次数据即发射一次射频数据。可见，静止状态的发射周期最大，行车状态的发射周期其次，而静止报警和行车报警状态最小。可以理解，这些发射周期可在一定的范围内随设计要求变化，但是它们的大小关系保持不变。因此与静止报警和行车报警状态下的功耗相比，静止状态和行车状态下的功耗都明显较小，这样的状态有助于节省电池能量消耗。
以下描述TPMS***对传感器状态的控制。
MCU 101具有CAN驱动器104，通过CAN总线通信方式，可以采集车辆状态信息，包括点火信息、刹车信息、车速信息、挂档信息、发动机信息等。MCU 101通过对所采集的数据进行分析处理，得到各传感器的对应工作状态，并将控制指令发送给传感器来控制工作状态，并等待传感器状态转换确认。确认后，行车状态不变则不再进行低频触发。
根据车况信息和用户指令，传感器在上述6种状态之间进行转换，图2示出一个实施例的传感器的状态图。在图2所示实施例中，在休眠状态和关闭状态之间、休眠状态和静止状态之间可通过用户操作，MCU发出低频信号的指令来进行转换。关闭状态到静止状态的退出，可由控制器检测汽车点火信号来触发。
静止状态和静止报警状态之间的转换，是由MCU计算的轮胎压力变化率-ΔP来决定，并由低频新的指令来控制。一旦压力变化太快，超过一第一警戒门限，由静止状态进入静止报警状态。反之，当压力不再变化，则由静止报警状态退回静止状态。
类似地，行车状态和行车报警状态之间的转换，是由MCU计算的轮胎压力变化率-ΔP来决定，并由低频新的指令来控制。一旦压力变化太快，超过一第二警戒门限，由行车状态进入行车报警状态。反之，当压力不再变化，则由行车报警状态退回行车状态。
第一警戒门限和第二警戒门限可以相同或者不同。
静止状态、静止报警状态与行车状态、行车报警状态之间的转换是由MCU得知的行车速度来决定，并由低频信号的指令控制。当得知汽车速度超过15Km/h的低速门限时，由静止状态进入行车状态，或者由静止报警状态进入行车报警状态，反之亦然。
汽车在静止状态、静止报警状态、行车状态、以及行车报警状态下，如果MCU得知发动机熄火，则由低频信号的指令退回到关闭状态。另外，如果传感器则未接收到周期性的握手信号，也可自行退回到关闭状态。
图3示出另一实施例的状态图。可由手持的低频工具进行某些状态的转换，例如休眠状态和关闭状态之间的转换。这通常发生在轮胎从车辆中卸下，从而闲置时。另外，在静止报警状态和静止状态，可由低频学码的触发信号让传感器发射一次射频数据，并保持在当前状态。或者，由低频学码的触发信号完成静止报警状态到静止状态之间的转换。
如上文所述，在静止报警状态和行车报警状态下，压力数据的检测周期和发射周期保持不变，仅仅是行车速度有变化。在不关心行车速度的情况下，可以合并两种状态。
图4示出一种简化的状态图。该状态图中只包含一个报警状态。从静止状态和行车状态均可到达报警状态。
由于设计了传感器的诸多较低功耗的状态，例如关闭状态，静止状态和行车状态，使得传感器在大部分时间都能保持低耗能，从而节省了电量，延长了电池寿命。以下是电量消耗理论计算：
电池寿命理论计算：
电池容量：540mAh
关闭状态：LF周期性打开
1小时LF耗电：10uA*0.1s*60*60＝3600uAs
1小时静态电流：0.6uA*60s*60＝2160uAs
1天：5760uas×24＝138240uAs
电池自放电：0.3％/年
1年：138240×365×1.003＝14mAh
10年：140mAh
点火状态：传感器正常工作，1小时耗电量
压力测量：11uAS*20*60＝13200uAs
温度测量：5uAS*60＝300uAs
电压测量：4uAS*1＝4uAs
LF电流：10uA*0.1s*60*60＝3600uAs
静态电流：0.6uA*60s*60＝2160uAs
RF发射电流：10mA*0.008s*60＝4800uAs
电池自放电：0.3％/年
1小时：24136uas＝0.0067mAh
快速漏气状态：假设每秒最多漏气0.01Bar，平均2.5Bar压力需要250S即4分钟漏完，RF发射次数61次，约耗电4800uAs，所以，每次漏气增加电流约为0.0013mAh。
慢速漏气状态：慢速漏气状态的射频数据发射，基本与正常射频发射周期相当，所增加电流可以忽略。
压力报警：压力报警只在报警切换即刻快速发射RF信号，所以增加电流可以忽略。
车辆使用条件设计：每三个月快速漏气一次，每个月压力报警一次，每天使用车辆10个小时。
折算每天漏气1/90次，每天压力报警1/30次，每天总共耗电量为：0.0067×10+0.0016×14+0.0013/90＝0.09mAh
折算10年耗电：0.09×365×10×1.003＝325mAh
通过上述计算可知，本发明实施例的方案可以使传感器使用寿命达到10年以上，符合整车使用年限。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (9)
1.一种TPMS***的传感器状态控制方法，该方法包括以下步骤：
使该传感器常态地处于一关闭状态，在该关闭状态，传感器不检测数据，且不发射射频数据；
当得知汽车点火时，通知该传感器进入一静止状态，在该静止状态，传感器以第一发射周期发射包含压力数据的射频数据；
在该静止状态，当得知汽车速度超过一低速门限时，通知该传感器进入一行车状态，在该行车状态，该传感器以第二发射周期发射压力数据的射频数据；
在该静止状态，当确定传感器发射的压力数据变化率超过一第一警戒门限，则通知该传感器进入一报警状态，在该报警状态，该传感器以第三发射周期发射压力数据的射频数据；以及
在该行车状态，当确定传感器发射的压力数据变化率超过一第二警戒门限，则通知该传感器进入该报警状态；
其中，该第一发射周期大于该第二发射周期，该发射周期大于该第三发射周期。
2.如权利要求1所述的TPMS***的传感器状态控制方法，其特征在于，还包括：
从该传感器接收传感器当前状态标识。
3.如权利要求1或2所述的TPMS***的传感器状态控制方法，其特征在于，该报警状态包括静止报警状态和行车报警状态，其中：
当确定该传感器发射的压力数据变化率超过该第一警戒门限，则通知该传感器进入该静止报警状态；
当确定该传感器发射的压力数据变化率超过该第二警戒门限，则通知该传感器进入该行车报警状态；
在该静止报警状态，当得知汽车速度超过该低速门限时，通知该传感器进入该行车报警状态；
在该行车报警状态，当得知汽车速度低于该低速门限时，通知该传感器进入该静止报警状态。
4.如权利要求1所述的TPMS***的传感器状态控制方法，其特征在于，还包括：
在该关闭状态，响应一第一用户指令而通知该传感器进入一休眠状态；
在该休眠状态，响应一第二用户指令而通知该传感器进入该关闭状态；
其中在该休眠状态，该传感器不检测数据，且不发射射频数据。
5.如权利要求1所述的TPMS***的传感器状态控制方法，其特征在于，还包括：
在该静止状态，响应一第三用户指令而通知该传感器进入一休眠状态；
在该休眠状态，响应一第四用户指令而通知该传感器进入该静止状态；
其中在该休眠状态，该传感器不检测数据，且不发射射频数据。
6.如权利要求3所述的TPMS***的传感器状态控制方法，其特征在于，还包括：
在该静止状态、行车状态、静止报警状态或行车报警状态，当得知汽车熄火时，通知该传感器进入该关闭状态。
7.如权利要求1所述的TPMS***的传感器状态控制方法，其特征在于，还包括：
发送周期性的握手信号，使该传感器在没有其他触发条件时，保持在当前状态；
其中当该传感器连续多次未接收到握手信号时，进入该关闭状态。
8.如权利要求1所述的TPMS***的传感器状态控制方法，其特征在于，通过低频信号通知该传感器进行状态的转换。
9.如权利要求8所述的TPMS***的传感器状态控制方法，其特征在于，该传感器在每一状态，周期性地打开低频模块。
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