ITMI20071362A1

ITMI20071362A1 - Sistema per il monitoraggio delle condizioni degli pneumatici di veicoli, con autolocalizzazione della posizione degli pneumatici

Info

Publication number: ITMI20071362A1
Authority: IT
Inventors: Leonardo Leo
Original assignee: Bridgeport S R L
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2009-01-10
Also published as: EP2014489A2; EP2014489A3

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo:

“SISTEMA PER IL MONITORAGGIO DELLE CONDIZIONI DEGLI PNEUMATICI DI VEICOLI, CON AUTOLOCALIZZ AZIONE DELLA POSIZIONE DEGLI PNEUMATICI”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce al campo dei veicoli viaggianti su pneumatici ed in particolare ad un dispositivo e ad un metodo per monitorare alcuni parametri, quali ad esempio la pressione e la temperatura, indicativi delle condizioni degli pneumatici del veicolo ed per individuare in automatico la corretta posizione degli pneumatici.

Sono noti in commercio sistemi per il monitoraggio della pressione degli pneumatici di un veicolo, comunemente noti con il nome TPMS (Tire Pressure Monitoring System).

I TPMS noti prevedono sensori di pressione e temperatura disposti nella valvola di ciascun pneumatico. I sensori di ciascuna valvola sono dotati di un trasmettitore radio accoppiato con una rispettiva antenna di ricezione o ricetrasmittente disposta nel telaio del veicolo, vicino al rispettivo pneumatico, ad esempio sotto il parafango. Pertanto, nel caso di un veicolo con quattro ruote, saranno previste quattro antenne, una per ciascuna ruota.

Le antenne sono collegate, in modo cablato o wireless, ad un computer di bordo. Il computer di bordo decodifica i segnali indicativi della pressione e temperatura degli pneumatici provenienti dalle antenne ed in conformità visualizza su un display, posizionato sul cruscotto del veicolo, i valori della pressione e temperatura degli pneumatici. Il computer identifica la posizione della ruota monitorata, in base all’antenna che sta inviando il segnale ed eventualmente segnala un allarme, quando i valori rilevati fuoriescono da un range di soglia preimpostato.

In questo modo il conducente ha un’immediata indicazione dello pneumatico che non rispetta i corretti valori di esercizio e può prontamente intervenire su tale pneumatico.

Tale sistema TPMS risulta essere alquanto complesso e costoso. Infatti bisogna prevedere un numero di antenne pari al numero di ruote del veicolo e risulta alquanto complesso il posizionamento di tali antenne nel telaio del veicolo vicino alle ruote.

La trasmissione tra i sensori dello pneumatico e le antenne generalmente viene eseguita con modulazione a bassa frequenza, mentre la trasmissione wireless tra le antenne e il computer di bordo viene fatta con modulazione a radiofrequenza. Questo comporta una certa complessità nella previsione di diversi dispositivi di modulazione e demodulazione.

Inoltre l’eventuale collegamento cablato tra le antenne e il computer di bordo comporta difficoltà di cablaggio e passaggio di fili nel veicolo.

Scopo della presente invenzione è di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota, fornendo un sistema per il monitoraggio delle condizioni degli pneumatici di veicoli che sia atto a localizzare automaticamente la posizione degli pneumatici in modo preciso ed efficiente.

Altro scopo della presente invenzione è di fornire un tale sistema per il monitoraggio delle condizioni degli pneumatici di veicoli con autolocalizzazione della posizione degli pneumatici che sia pratico, di facile montaggio, economico e di semplice realizzazione.

Questo scopo è raggiunto in accordo all’invenzione con il sistema ed il metodo le cui caratteristiche sono elencate rispettivamente nelle annesse rivendicazioni indipendenti 1 e 9.

Realizzazioni vantaggiose dell’invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

Il sistema per il monitoraggio delle condizioni di pneumatici di veicoli, secondo l’invenzione, comprende:

- un gruppo sensore montato in ciascun pneumatico del veicolo ed atto a rilevare valori di parametri indicativi delle condizioni dello pneumatico,

- un trasmettitore associato a ciascun gruppo sensore per trasmettere segnali indicativi dei parametri rilevati dal rispettivo gruppo sensore,

- un gruppo ricevitore comprendente un ricevitore atto a ricevere i segnali trasmessi da detti trasmettitori dei gruppi sensori e un dispositivo di rilevazione automatica di direzione o radiogoniometro doppler atto a rilevare la direzione del trasmettitore che trasmette il segnale e quindi la posizione nel veicolo dello pneumatico in cui è montato il trasmettitore che trasmette il segnale,

- mezzi di elaborazione atti ad elaborare i segnali ricevuti dal ricevitore, e - mezzi di visualizzazione atti a visualizzare i valori dei parametri degli pneumatici rilevati dai gruppi sensori e la relativa posizione degli pneumatici.

Appaiono evidenti i vantaggi del sistema di monitoraggio secondo l’invenzione che mediante l’utilizzo di un dispositivo preciso ed economico, quale il radiogoniometro doppler, consente di eliminare le diverse antenne riceventi accoppiate ai trasmettitori dei sensori ed i complessi sistemi di cablaggio, modulazione e demodulazione utilizzati nella tecnica nota per rilevare la posizione degli pneumatici nel veicolo.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma di realizzazione puramente esemplificativa e quindi non limitativa, illustrata nei disegni annessi, in cui:

la Fig. 1 è una vista schematica, in pianta dall’alto, illustrante un’autovettura dotata del sistema di monitoraggio delle condizioni degli pneumatici secondo l’invenzione;

la Fig. 2 è uno schema a blocchi illustrante un radiogoniometro doppler utilizzato nel sistema di monitoraggio secondo l’invenzione;

la Fig. 3 è uno schema illustrante il funzionamento del radiogoniometro doppler di Fig. 2;

la Fig. 4a è un digramma illustrante la variazione di frequenza del segnale rilevato dal radiogoniometro di Fig. 2;

la Fig. 4b è un digramma illustrante la variazione di fase del segnale rilevato dal radiogoniometro di Fig. 2; e

la Fig. 5 è uno schema illustrante il funzionamento del sistema di monitoraggio secondo l’invenzione.

Con l’ausilio delle figure viene descritto il sistema di monitoraggio delle condizioni di pneumatici, secondo l’invenzione.

Per ora con riferimento a Fig. 1 viene illustra un’autovettura provvista di quattro pneumatici. Nella valvola di ciascun pneumatico è integrato un gruppo sensore 1A, 1B, 1C, 1D atto a rilevare parametri indicativi delle condizioni dello pneumatico. Ciascun gruppo sensore, può prevedere ad esempio un sensore di pressione e/o un sensore di temperatura.

Ciascun gruppo sensore comprende inoltre un trasmettitore Tx atto a trasmettere un segnale indicativo dei valori dei parametri rilevati dal rispettivo gruppo sensore. Il trasmettitore Tx, ad esempio, può trasmette un segnale, a radiofrequenza, con una frequenza di 433 MHz (in conformità alle specifiche europee) o altre frequenze consentite dagli enti di controllo delle frequenze, e con modulazione di frequenza, di ampiezza o di fase o trasmissione ad impulsi.

Nel veicolo, ad esempio entro il cruscotto, viene istallato un gruppo ricevitore 2 che comprende un ricevitore Rx e un dispositivo di rilevazione automatica di direzione ADF (Automatic Direction Finder) o radiogoniometro doppler 3. Il gruppo ricevitore 2 è collegato ad una CPU o computer di bordo 5 che a sua volta è collegato ad un display 6.

Il ricevitore Rx è accoppiato alla frequenza di trasmissione dei trasmettitori Tx in modo da demodulare il segnale trasmesso dai trasmettitori ed inviarlo al computer 5 per visualizzare, tramite il display 6, i valori dei parametri degli pneumatici.

Il radiogoniometro doppler 3 è atto ad identificare la direzione di trasmissione del segnale a radiofrequenza trasmesso dai trasmettitori Tx e quindi la posizione nel veicolo dello pneumatico che, tramite il suo gruppo sensori 1 A, 1B, 1C, 1D, sta trasmettendo al ricevitore Rx. Il radiogoniometro 3 invia questa informazione al computer 5 ed in conformità, sul display 6 viene visualizzata la posizione dello pneumatico con i valori dei propri parametri rilevati.

Inoltre, il computer 5 confronta i valori dei parametri rilevati con un range di valori di soglia preimpostato. Se i parametri rilevati vanno fuori dal range preimpostato, il computer 5 invia al conducente una segnalazione di allarme, indicando sul display 6 l’esatta posizione dello pneumatico che ha riscontrato delle anomalie di funzionamento.

In Fig. 2 viene riportato uno schema a blocchi illustrante una possibile realizzazione circuitale del rilevatore di direzione 3. Il rilevatore di direzione 3 comprende quattro antenne 30, di tipo dipolo, che sono disposte secondo gli angoli di un quadrato, per potere ruotare elettronicamente (non fisicamente) attorno ad un punto centrale P, ad una velocità desiderata. Vale a dire le antenne vengono alimentate sequenzialmente con un ciclo di clock preimpostato, simulando una rotazione fisica delle antenne.

Per spiegare il funzionamento del rilevatore di direzione 3 si fa riferimento a Fig. 3, in cui una sorgente di trasmissione radio Tx trasmette un segnale nella direzione della freccia S e si considera che le quattro antenne 30 girino fisicamente attorno al punto P.

Come è noto, si ha un effetto doppler quando c’è un movimento relativo tra il trasmettitore radio e l’antenna ricevente. La frequenza del segnale ricevuto aumenta, quando il trasmettitore ed il ricevitore si avvicinano tra loro, mentre diminuisce quando si allontano tra loro.

Quando un’antenna è nella posizione iniziale a, la sua componente istantanea di velocità è nella direzioni della freccia A ortogonale alla direzione S di trasmissione del segnale; pertanto non si ha alcun effetto doppler.

Ruotando l’antenna di 90° in senso orario, essa si trova nella posizione b, in cui la sua componente di velocità B è parallela alla direzione S e l’antenna si allontana dalla sorgente; pertanto si ha il massimo effetto doppler per diminuzione di frequenza.

Ruotando l’antenna di 180° rispetto alla posizione di partenza a, l’antenna è nella posizione c, in cui la sua componete di velocità C è nuovamente ortogonale alla direzione della sorgente S; pertanto non si ha effetto doppler.

Infine, ruotando l’antenna di 270° rispetto alla posizione di partenza a, l’antenna arriva alla posizione d, in cui la sua componente di velocità D è parallela alla direzione S della sorgente e l’antenna si avvicina alla sorgente; pertanto si ha il massimo effetto doppler per aumento di frequenza.

Nella Fig. 4a è riportato un grafico illustrante la variazione di frequenza del segnale ricevuto con il passare del tempo. Nella Fig. 4b è riportato un grafico illustrante la variazione di fase con il passare del tempo. Bisogna considerare che la relazione tra la variazione di frequenza e di fase è data dalla seguente formula:

Quindi, trovando la reale posizione angolare del punto a, in cui la componente di effetto doppler è nulla, è possibile identificare l’esatta posizione angolare della sorgente Tx rispetto al punto centrale P. Infatti la retta che unisce il punto P con a si dirige esattamente verso la sorgente Tx.

La circuiteria del rilevatore di direzione 3 di Fig. 2 è ideata per elaborare il segnale ricevuto allo scopo di rilevare il punto a.

Le antenne 30 sono collegate ad un filtro passa banda 31 centrato nella banda di trasmissione dei trasmettitori Tx, per tagliare le componenti di frequenza al di fuori di una banda non desiderata. All’uscita del filtro 31 è disposto un amplificatore 32 collegato ad un resistore variabile 33 in modo da ottenere un circuito di controllo di guadagno automatico (AGC), atto a tenere l’uscita in un range lineare.

Un circuito miscelatore 34 miscela il segnale proveniente dall’ACG con un segnale da un oscillatore di tensione 40 controllato da un cristallo 4. L’oscillatore 40 emette un segnale di tensione ad una frequenza di demodulazione, in modo che all’uscita del miscelatore 34 esca un segnale in banda base che viene filtrato da un filtro passa banda 35.

II segnale filtrato viene inviato ad un demodulatore 36, viene amplificato mediante un amplificatore 37 e vengono tagliate le basse frequenza mediante un filtro passa alto 38. In uscita dal filtro passa alto 38 si ottiene il segnale di variazione di fase D<J> di Fig. 4b. Quindi il segnale di variazione di fase D<j> viene inviato ad un circuito di rivelazione di attraversamento dello zero (ZCD) (Zero Crossing Detector) 39 che individua i punti b e d in cui il segnale attraversa lo zero. Pertanto sottraendo o aggiungendo 90° alla posizione angolare precedentemente rilevata per i punti b e d si ottiene l’esatta direzione angolare del punto a e quindi la direzione angolare della sorgente trasmittente Tx.

In Fig. 5, si considera il caso in cui il rilevatore di posizione 3 sia disposto in una posizione centrale nel cruscotto del veicolo. La distanza tra i sensori delle ruote anteriori 1 A e 1D è W = 2 m; mentre la distanza tra il sensore 1D della ruota anteriore sinistra e il sensore della ruota posteriore sinistra 1C è L = 3 m.

Si considera una coppia di assi cartesiani X-Y, secondo la direzione trasversale e longitudinale del veicolo, che hanno origine nel punto centrale P del radiogoniometro. In questo modo il piano degli assi cartesiani X-Y viene diviso in quattro quadranti I, II, II, IV.

In questo caso, i sensori anteriore destro 1A ed anteriore sinistro 1D si trovano ad un angolo η di circa 69° rispetto all’asse Y; mentre i sensori posteriore sinistro 1C e posteriore destro 1B si trovano ad un angolo Θ di circa 21° rispetto all’asse Y.

Il radiogoniometro doppler 3 è settato in modo che 0° siano in corrispondenza dell’asse Y. Considerando un angolo giro di 360°, il sensore 1A si trova ad un angolo α = η = 69°, il sensore 1B si trova ad un angolo β = 180° - Θ - 159°, il sensore IC si trova ad un angolo γ = 180 Θ = 201° ed il sensore 1D si trova ad un angolo δ = 360 - η = 291°.

Quindi, se il radiogoniometro 3 rileva:

- una sorgente che sta trasmettendo in un range attorno all’angolo a identifica il sensore 1 A, cioè la ruota anteriore destra;

- una sorgente che sta trasmettendo in un range attorno all’angolo β identifica il sensore 1B, cioè la ruota posteriore destra;

- una sorgente che sta trasmettendo in un range attorno all’angolo γ identifica il sensore 1C, cioè la ruota posteriore sinistra;

- una sorgente che sta trasmettendo in un range attorno all’angolo δ identifica il sensore 1D, cioè la ruota anteriore sinistra.

Come si vede da Fig. 5, il radiogoniometro 3 deve essere settato con una risoluzione tale da garantire un errore di rilevazione inferiore a 21°, per evitare un possibile errore nell’ identificazione dei sensori 1C ed 1B.

Alla presente forma di realizzazione dell’invenzione possono essere apportate numerose variazioni e modifiche di dettaglio, alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’invenzione espresso dalle rivendicazioni annesse.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema per il monitoraggio delle condizioni di pneumatici di veicoli comprendente: - un gruppo sensore (1A, 1B, 1C, 1D) montato in ciascun pneumatico del veicolo ed atto a rilevare valori di parametri indicativi delle condizioni dello pneumatico, - un trasmettitore (Tx) associato a ciascun gruppo sensore per trasmettere segnali indicativi dei parametri rilevati dal rispettivo gruppo sensore, caratterizzato dal fatto di comprendere - un gruppo ricevitore (2) comprendente un ricevitore (Rx) atto a ricevere i segnali trasmessi da detti trasmettitori (Tx) dei gruppi sensori e un dispositivo di rilevazione automatica di direzione o radiogoniometro doppler (3) atto a rilevare la direzione del trasmettitore (Tx) che trasmette il segnale e quindi la posizione nel veicolo dello pneumatico in cui è montato il trasmettitore che trasmette il segnale, - mezzi di elaborazione (5) atti ad elaborare i segnali ricevuti da detto ricevitore (2), e - mezzi di visualizzazione (6) atti a visualizzare i valori dei parametri degli pneumatici rilevati dai gruppi sensori e la relativa posizione degli pneumatici.
2. Sistema di monitoraggio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto radiogoniometro (3) è disposto in posizione centrale nel cruscotto del veicolo.
3. Sistema di monitoraggio secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto radiogoniometro (3) comprende una gruppo di antenne (30) che ruotano elettronicamente attorno ad un punto centrale (P).
4. Sistema di monitoraggio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto radiogoniometro (3) è disposto in modo tale da generare angoli predeterminati (α, β, γ, δ) rispetto alla posizione di detti trasmettitori (Tx) dei gruppi sensori (1A, 1B, 1C, 1D).
5. Sistema di monitoraggio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto radiogoniometro (3) ha una risoluzione tale da garantire un errore di rilevazione inferiore a 21°.
6. Sistema di monitoraggio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto gruppo sensori comprende un sensore di pressione e/o un sensore di temperatura atti a rilevare pressione e temperatura dello pneumatico.
7. Sistema di monitoraggio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto trasmettitore (Tx) trasmette un segnale a radiofrequenza, ad una frequenza di circa 433 MHz o altre frequenze consentite.
8. Sistema di monitoraggio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di elaborazione (5) confrontano i valori dei parametri rilevati con range di soglia preimpostati ed inviano un segnale di allarme se i valori dei parametri rilevati sono al di fuori del relativo range di soglia preimpostato.
9. Metodo per il monitoraggio delle condizioni di pneumatici di veicoli comprendente i seguenti passi: - rilevazione di valori di parametri indicativi delle condizioni dello pneumatico, - trasmissione di segnali indicativi dei parametri rilevati in ciascun pneumatico, - ricezione dei segnali trasmessi, e - rilevazione automatica della direzione dei segnali trasmessi, mediante un radiogoniometro doppler (3), per individuare la posizione nel veicolo dello pneumatico da cui sono trasmessi i segnali, - elaborazione dei segnali ricevuti in modo da ottenere i valori dei parametri degli pneumatici, e - visualizzazione dei valori dei parametri degli pneumatici rilevati e la relativa posizione degli pneumatici.
10. Metodo di monitoraggio, caratterizzato dal fatto di comprendere il passo di posizionare il radiogoniometro (3) in posizione centrale nel cruscotto del veicolo.
11. Metodo di monitoraggio secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto di prevedere la rotazione elettronica di un gruppo di antenne (30) attorno ad un punto centrale (P) per rilevare la direzione dei segnali trasmessi.
12. Metodo di monitoraggio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 11, caratterizzato dal fatto che detto radiogoniometro (3) è disposto in modo tale da generare angoli predeterminati (α, β, γ, δ) rispetto alla direzione di trasmissione dei segnali.
13. Metodo di monitoraggio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 12, caratterizzato dal fatto che detto radiogoniometro (3) ha una risoluzione tale da garantire un errore di rilevazione inferiore a 21°.
14. Metodo di monitoraggio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 13, caratterizzato dal fatto di prevedere i passi di rilevare pressione e/o temperatura dello pneumatico.
15. Metodo di monitoraggio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 14, caratterizzato dal fatto che detto segnale viene trasmesso a radiofrequenza, ad una frequenza di circa 433 MHz o altre frequenze consentite.
16. Metodo di monitoraggio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 15, caratterizzato dal fatto che detto passo di elaborazione prevede il confronto dei valori dei parametri rilevati con range di soglia preimpostati e rinvio di un segnale di allarme se i valori dei parametri rilevati sono al di fuori del relativo range di soglia preimpostato.