專利名稱：傳送車輛輪胎參數(shù)數(shù)據(jù)的有源集成電路應(yīng)答器和傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及車輛輪胎，更具體地涉及裝在車輛輪胎中或輪胎上的應(yīng)答器，該應(yīng)答器用于傳送輪胎的標(biāo)識和/或工作條件數(shù)據(jù)。
最近開發(fā)了一種令人感興趣的、裝在車輛輪胎中或輪胎上的應(yīng)答器，提供輪胎生產(chǎn)和使用期間的輪胎標(biāo)識數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的開發(fā)是在輪胎中安裝這樣的應(yīng)答器，在檢測和傳送標(biāo)識數(shù)據(jù)的同時檢測和傳送輪胎的壓力數(shù)據(jù)，如美國專利號4911217、5181975和5218861中所介紹的那樣。
在上述和其它相關(guān)的專利中所介紹的這些設(shè)備都使用一種無源集成電路應(yīng)答器，在輪胎制造期間直接裝在輪胎中或者裝在附加在輪胎的外側(cè)面的接插板下。應(yīng)答器響應(yīng)來自該輪胎外面的某個裝置的詢問信號，并且將該詢問信號用作傳送有關(guān)輪胎標(biāo)識代碼和/或輪胎壓力數(shù)據(jù)的數(shù)字信號的電能源。由于輪胎中應(yīng)答器的安裝位置靠近在大多數(shù)車輛輪胎中所能找到的鋼帶，因此需要一種特殊結(jié)構(gòu)的天線。這種天線采用兩個間隔的電極或一個繞線線圈的形式。此外，這種應(yīng)答器要求裝在輪胎中的某個特定的位置上，以便在足夠的信號強(qiáng)度下接收和傳送信號而不會受到干擾。
除了存儲在集成電路應(yīng)答器的存儲器中的輪胎唯一標(biāo)識碼之外，這種設(shè)備還包括一個裝在含有應(yīng)答器的電路板上的壓力傳感器，以在接收到詢問信號時提供輪胎壓力數(shù)據(jù)。這些壓力傳感器采用具有可變傳導(dǎo)性的彈性材料，以及壓敏電阻傳感器、硅電容壓力傳感器，或者傳導(dǎo)油墨的可變傳導(dǎo)疊片。應(yīng)答器包括對壓力數(shù)據(jù)數(shù)字化的電路，以便和輪胎標(biāo)識數(shù)據(jù)一起或單獨(dú)地傳送給外部的詢問源。
美國專利號4695825公開一種帶有內(nèi)部或輪胎內(nèi)電源的應(yīng)答器，這種電源采用連接電池的長周期振蕩器的形式。振蕩器在某個設(shè)置的時間上激活溫度和/或壓力傳感器，以便獲取輪胎的溫度和壓力。將檢測到的溫度及壓力和預(yù)置的溫度及壓力閾值進(jìn)行比較，當(dāng)該閾值被超出時，應(yīng)答器將表示超出范圍的溫度或壓力信號的編碼信號傳送到遠(yuǎn)程的地方，例如裝在車輛上的指示燈，提示溫度和壓力閾值中至少有一個已經(jīng)被超過。
然而，這種輪胎安裝的應(yīng)答器，雖然有效地傳送輪胎標(biāo)識和某些輪胎壓力或溫度數(shù)據(jù)，但并不是沒有限制的。以前發(fā)明的大多數(shù)輪胎安裝應(yīng)答器是無源的，從某個外部的詢問信號源中接收電能。這就限制了外部詢問信號源和應(yīng)答器之間的有效距離范圍。實(shí)際上，這種外部詢問源使用了一種手持的讀入機(jī)，該機(jī)必須直接靠著輪胎，以使將詢問信號送到輪胎上的應(yīng)答器，并且接收后者的數(shù)據(jù)信號。
這種輪胎安裝的應(yīng)答器還要求特殊的天線構(gòu)形和輪胎上的特殊安裝位置，以便提供足夠的數(shù)據(jù)信號強(qiáng)度。此外，由于這種應(yīng)答器僅當(dāng)收到詢問信號或在某個設(shè)置的時間上通過胎載的振蕩器才能被激活，因此，這種應(yīng)答器只能在接收詢問信號或接收來自胎載振蕩器的激活信號時，傳送瞬時的壓力和溫度數(shù)據(jù)。這種應(yīng)答器不能夠主動地積累輪胎使用的某個設(shè)定的時間內(nèi)的壓力和溫度數(shù)據(jù)，例如最大的或最小的輪胎壓力和溫度。這種輪胎安裝的應(yīng)答器也不能根據(jù)行駛的英里數(shù)來確定該輪胎的實(shí)際使用狀態(tài)。上述的最大和最小溫度和壓力，以及輪胎的使用里數(shù)，對于確定輪胎的狀況，以便延長磨損、保持使用周期、安全與不安全的輪胎條件等等都是非常有用的參數(shù)。
因此，希望能提供一種集成電路的應(yīng)答器，它能裝在車輛輪胎中或輪胎上的許多不同位置，并且不需要特殊的天線構(gòu)形。也希望能提供一種輪胎安裝的集成電路應(yīng)答器，它工作在一種主動的、連續(xù)模式下，以便在車輛輪胎的使用期間自動地和連續(xù)地記錄輪胎的工作參數(shù)。還希望能提供一種輪胎安裝集成電路應(yīng)答器，它存儲這些的輪胎工作參數(shù)，隨后，當(dāng)接收到來自外部控制源的詢問信號時，將其傳送給外部控制源。也希望能提供這樣一種輪胎安裝的集成電路應(yīng)答器，它能夠在某個預(yù)定的時間周期內(nèi)監(jiān)視各種輪胎工作參數(shù)，包括壓力、溫度和輪胎的轉(zhuǎn)數(shù)，并且至少對這些參數(shù)中的一部分檢測最大和最小值。還希望能提供一種輪胎安裝集成電路應(yīng)答器，它在輪胎的整個期望生命周期內(nèi)是可運(yùn)行的，不必修理或替換部件。最后，希望能提供一種輪胎安裝集成電路應(yīng)答器，它能從外部控制源中接收詢問信號，并且和以前發(fā)明的輪胎安裝應(yīng)答器比較，能在更遠(yuǎn)的距離上把輪胎工作參數(shù)數(shù)據(jù)傳送到外部控制源上。
本發(fā)明是一個有源的集成電路應(yīng)答器和傳感器裝置，用于檢測車輛輪胎的狀態(tài)參數(shù)、并把這些參數(shù)傳送到車輛外部的某個遠(yuǎn)程位置。
該應(yīng)答器包括裝在輪胎中或輪胎上的一個襯底。包括處理器裝置的集成電路芯片裝在襯底上，集成電路芯片還包括存儲由處理器裝置執(zhí)行的控制程序的存儲器。接收器裝置做為集成電路芯片的一個組成部分連接處理器裝置，以便接收來自遠(yuǎn)程詢問源的詢問信號。發(fā)送器裝置也作為集成電路芯片的一個組成部分，并連接處理器裝置，用于將包括所檢測的輪胎參數(shù)的編碼信號送到遠(yuǎn)程的詢問源。
傳感器裝置裝在襯底上，用于檢測一個或多個的輪胎參數(shù)，例如壓力、溫度和/或輪胎的轉(zhuǎn)數(shù)。傳感器裝置輸出信號到處理器裝置，代表所檢測的輪胎參數(shù)。
電源裝在襯底上，為處理器裝置、接收器裝置、發(fā)送器裝置和傳感器裝置提供電源。天線裝置也裝在襯底上，用于將詢問信號從遠(yuǎn)程詢問源送到接收器裝置，并且將編碼的數(shù)據(jù)信號從發(fā)送裝置送到遠(yuǎn)程詢問源。
在最佳實(shí)施例中，天線裝置包括直接裝在襯底上的一個接插天線。傳感器裝置可能包括一個裝在襯底上的壓力傳感器，用于檢測輪胎的空氣壓力。溫度傳感器也裝在襯底上，用于檢測輪胎的溫度。輪胎轉(zhuǎn)數(shù)傳感器也裝在襯底上，檢測輪胎的每個完整的360°旋轉(zhuǎn)。
每個傳感器的輸出信號輸入到處理器中。壓力和深度傳感器的輸出信號和以前的或預(yù)置的最大和/或最小壓力和溫度值比較，對這些最大和最小值進(jìn)行更新，并且當(dāng)需要時存在存儲器中。
一旦收到來自遠(yuǎn)程詢問源的詢問信號，處理器激活傳感器，檢測當(dāng)前的輪胎壓力和溫度，然后通過發(fā)送器將連續(xù)的、編碼的天線電頻率信號傳送到遠(yuǎn)程的詢問源，該無線電信號包含表示檢測到的輪胎參數(shù)的編碼數(shù)據(jù)，其中包括當(dāng)前的輪胎壓力和溫度、累積的輪胎轉(zhuǎn)數(shù)、在一個預(yù)定的時間周期內(nèi)的最大和最小的壓力的溫度，以及輪胎標(biāo)識碼、車輛上的特定輪胎位置，以及存儲在存儲器中的其它有用的輪胎狀態(tài)數(shù)據(jù)。
遠(yuǎn)程的詢問源包括一個適當(dāng)?shù)目刂蒲b置，當(dāng)具有本發(fā)明的應(yīng)答器的車輛在預(yù)定的距離之內(nèi)時，該控制裝置在這個預(yù)定的距離上發(fā)送無線電頻率詢問信號。該控制裝置也接收來自所標(biāo)識的應(yīng)答器的無線電頻率信號，并且或是存儲這些數(shù)據(jù)，或是重新發(fā)送這些數(shù)據(jù)到某個外部的主機(jī)中，用作分析、存儲等等。該控制裝置還重新發(fā)送數(shù)據(jù)到處理器或應(yīng)答器，以便存儲在存儲器中。
本發(fā)明獨(dú)特的應(yīng)答器克服了先前發(fā)明的輪胎安裝應(yīng)答器所遇到的某些局限。本應(yīng)答器包括一個有源的電源，當(dāng)應(yīng)答器直接裝在輪胎中或輪胎的側(cè)面上時，使其能檢測到壓力、溫度和輪胎整個生命周期中的全部輪胎轉(zhuǎn)數(shù)。這些值和最大、最小壓力和溫度值以及累積的輪胎轉(zhuǎn)數(shù)一起存在應(yīng)答器的存儲器中。
本發(fā)明的應(yīng)答器采用集成電路的形式，和胎載電源以及各種傳感器一起裝在單個襯底上，這樣，便于該應(yīng)答器在車輛輪胎中或輪胎上的許多不同的可能安裝位置的安裝。電源提供足夠的電力接收和傳送輪胎的整個使用生命周期內(nèi)的輪胎參數(shù)數(shù)據(jù)，包括輪胎的幾次翻新。
本發(fā)明的各種特征、優(yōu)點(diǎn)和其它用途將在下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中變得更加清楚

圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的集成電路應(yīng)答器的平面圖，圖中去掉部分封裝材料以便表示其中安裝的部件；圖2是沿圖1中的線2-2截取的剖面圖；圖3是圖1和圖2所示集成電路應(yīng)答器的無線電頻率標(biāo)識通信裝置的一個方塊圖；圖4是圖1和圖2所示應(yīng)答器的主要部件的方塊圖；圖5是圖1和圖2所示應(yīng)答器的部分電路的示意圖；圖6是圖1和圖2所示壓力傳感器的剖面圖；圖7是表示將集成電路應(yīng)答器安裝在車輛輪胎中的一個剖面圖；圖8也是一個剖面圖，表示將集成電路轉(zhuǎn)發(fā)器裝在車輛輪胎的內(nèi)部襯墊上；圖9是遠(yuǎn)程詢問裝置的方塊圖；圖10是在集成電路應(yīng)答器和遠(yuǎn)程詢問裝置之間數(shù)據(jù)通信的位碼格式的圖象表示法。
現(xiàn)在參考附圖，尤其是圖1和圖2，其中表示應(yīng)答器10，它適合于裝在車輛輪胎中或輪胎上，其作用是檢測各種輪胎狀態(tài)參數(shù)并工將其傳送到某個遠(yuǎn)程詢問裝置上。
應(yīng)答器10包括電絕緣襯底12。襯底1 2最好是柔軟的，這樣，當(dāng)裝在車輛輪胎里或輪胎上時能和輪胎的形狀一致，如下面所介紹的那樣。例如，襯底可由注冊商標(biāo)為“KAPTON”的尼友軟片形成。
襯底12和裝在其上或在它鄰近的應(yīng)答器10的所有部件都用由某種適當(dāng)?shù)牟牧闲纬傻姆庋b介質(zhì)7包裝起來。封裝介質(zhì)7最好由硫化橡膠形成，因為和車輛輪胎具有兼容性。介質(zhì)7可以形成為任何所需的形狀。例如，介質(zhì)7由第一平面8、與之相對的第二平面9以及連接第一平面8和第二平面9的錐形側(cè)面形成。當(dāng)襯底12在一個主平面上被封裝介質(zhì)所包圍時，它具有一個相對的主平面暴露在第一平面8上，其理由在下面將會變得更加清楚。
如圖1和圖2所示以及圖4和圖5中的細(xì)節(jié)說明，應(yīng)答器10包括一個電源，例如電池14，電源緊鄰著襯底12安裝。任何小尺寸、具有適當(dāng)安培小時容量的長效電池都可以被使用。例如，由麻省海德公園鎮(zhèn)的電池工程公司制造型號為7-10的3.67伏、0.07安培小時的鋰、亞硫酰氯電池就可以用作為電池14。這種電池的尺寸相當(dāng)小，直徑約為7.0mm，長度約為7.8mm。電池14的端子和在襯底12形成的導(dǎo)電線路連接，為應(yīng)答器10的工作部件提供電源。
應(yīng)答器10中使用了一種無線電頻率標(biāo)識通信裝置(RFID)。RFID18采用由Idaho州Boise的Micron通信公司制造的單片集成電路的形式。RFID18裝在襯底上，并由適當(dāng)?shù)膫鲗?dǎo)線路連接到電源或電池14上，以及連接到下面所介紹的其它部件上。
圖3所示的是RFID18詳細(xì)方塊圖。如圖3所示，RFID18包括處理器裝置或中央處理器20。中央處理器20和作為RFID18的一個組成部分的存儲器22通信。存儲器22可以是任何合適類型的存儲器，例如，可熔連接的ROM、RAM、SRAM和EEPROM。存儲器22用來存儲由中央處理器20執(zhí)行的控制程序以及代表輪胎工作條件或參數(shù)的各種數(shù)據(jù)值、唯一性的輪胎標(biāo)識碼、車輛上的特定輪胎位置等等，如下所述。
中央處理器20接收來自RFID18上電路的內(nèi)部模擬信號。這些模擬信號包括溫度傳感器，例如裝在RFID18上的面結(jié)型溫度二極管，電源電壓監(jiān)視傳感器、磁檢測電路1和2，以及一個光電檢測器。數(shù)字I/O端口26和模擬端口28接收中央處理器20的外部輸入信號。數(shù)字I/O端口接收來自裝在襯底12上或襯底12外的傳感器和其它設(shè)備的開關(guān)信號。模擬端口28連接某個適當(dāng)?shù)哪M輸出，例如下面將要介紹的壓力傳感器或溫度傳感器。多個數(shù)字或模擬傳感器可以被多路轉(zhuǎn)換為分別對數(shù)字I/O端口26或模擬端口28的單個輸入。
RFID18的中央處理器20分別通過高功率和低功率的發(fā)送器30和32以及接收器34和下面將要介紹的外部的位于遠(yuǎn)程的詢問裝置或詢問源通信。高、低功率發(fā)送器30和32以及接收器34和天線36連接，天線最好裝在襯底上并和RFID18連接，如圖1、2和4所示。例如，天線采用微波傳輸帶或直接刻蝕在襯底12上的接插天線。
高、低功率發(fā)送器30和32以及接收器34借助FCC條例中未得到許可證的第15部分的2.4至2.4835GHz的無線電頻率信號進(jìn)行通信。通信頻率最好例如2.45GHz。當(dāng)裝有RFID18的所有車輛輪胎都產(chǎn)生數(shù)據(jù)時，RFID18選擇高功率發(fā)送器30。反之，當(dāng)只有一個輪胎正在被詢問并用于將數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程的詢問源時，使用低功率的發(fā)送器32。
在響應(yīng)接收到的來自遠(yuǎn)程的詢問源的信號時，中央處理器20的輸入也分別是喚醒高頻帶和喚醒低頻帶電路38和40中的一個的輸出。電路38和40在來自遠(yuǎn)程詢問源的詢問信號的引導(dǎo)部分中尋找和預(yù)定二進(jìn)制位的匹配，并且對一個或多個不同車輛上大組RFID中的一個或多個RFID18提供選擇激勵。例如，規(guī)定低頻帶喚醒的信號能識別在一個車輛或一組車輛上的輪胎；同時，高頻帶喚醒信號可以用來識別一個不同車輛或一組不同車輛上的輪胎。高或低喚醒頻帶的代碼預(yù)先程度設(shè)計到每個RFID18中，以便提供所要的頻帶選擇。設(shè)置在低頻帶的RFID18將不能被設(shè)置在高頻帶上的詢問信號識別或喚醒，反之也然。
另外，接收器34的輸入是由天線36檢測到的、來自遠(yuǎn)程詢問裝置的信號中的一部分，包括著某個特定的輪胎標(biāo)識碼。中央處理器20將該代碼和存放在存儲器22中對應(yīng)的輪胎標(biāo)識碼進(jìn)行比較，確定它們之間的匹配和裝有該RFID18的輪胎的正確標(biāo)識。這個唯一的代碼標(biāo)識使得單個遠(yuǎn)程的詢問裝置能和一個或多個車輛上的大量輪胎中的所選擇的一個進(jìn)行通信。響應(yīng)接收到的詢問信號，中央處理器20通過高功率或低功率發(fā)送器電路30和32中的一種或兩種，分別將包括輪胎參數(shù)數(shù)據(jù)(后面將介紹)的經(jīng)編碼的連續(xù)無線電頻率信號傳送到遠(yuǎn)程的詢問源。
壓力傳感裝置50被裝在襯底12的背面，如圖1和圖2所示，并且經(jīng)導(dǎo)線61連接襯底12上的傳導(dǎo)線路圖，如圖6中詳細(xì)所示。可以在襯座12上安裝圖4和圖5的放大器52，以在輸入到RFID18之前放大壓力傳感裝置50的輸出信號。任何合適的壓力傳感器50只要適合于檢測車輛輪胎的壓力都可以用在本發(fā)明的應(yīng)答器10中。例如，加州Fremont的Lucas Novasensor公司制造的一種型號為NPC-103的硅壓力傳感器就能使用。這種傳感器是一種裝在陶瓷面封裝中的壓敏電阻傳感器。其它類型的壓力傳感器也可以用作壓力傳感裝置50。
正如圖6中所詳細(xì)說明的那樣，壓力傳感器50裝在陶瓷基底51上，陶瓷基底51和由封裝介質(zhì)7包圍而形成的一個凹槽中的側(cè)壁連接。側(cè)壁中形成的空穴經(jīng)在襯底12中形成的孔55打開。壓力傳遞介質(zhì)57，例如一個高溫硅填料，放在內(nèi)穴中，并且從襯底12的上表面延伸接觸到壓力傳感器50，以便將壓力從輪胎中傳遞到壓力傳感器50上。壓力傳遞介質(zhì)57的顯露面被薄的彈性材料或橡膠薄膜59所覆蓋，后者暴露在輪胎中或輪胎中的氣腔，并將輪胎的氣壓傳給傳遞介質(zhì)57。薄膜59還覆蓋著安裝在封裝介質(zhì)7的第一表面8上的襯底12的整個表面，做為輪胎的氣腔和應(yīng)答器10之間的界線。
壓力傳感器50產(chǎn)生一個和作用于其上的輸入壓力成比例的毫伏輸出信號。該輸出信號被OP-amp52放大，如圖4和圖5所示，并且通過圖1的RFID18的模擬端口28輸入到模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)54，對信號數(shù)字化后再輸入到中央處理器20。中央處理器20將檢測到的壓力存儲在存儲器22中。
溫度傳感器裝置110也裝在襯底12上，用于檢測車輛輪胎中空氣的溫度或輪胎本身的溫度。溫度傳感器裝置110可以是一種能產(chǎn)生和被檢測到的周圍溫度成比例的模擬輸出的傳感器。例如，由NationalSemiconductor公司制造的型號為LM35 CAZ的溫度傳感器就可用在本發(fā)明中。溫度傳感器110的輸出被送到RFID18的模擬端口28并被多路傳輸，再由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)54轉(zhuǎn)換為數(shù)字值并輸入到中央處理器20中。如果需要的話，可以在輸入到RFID18之前，用放大器放大溫度傳感器裝置110的輸出信號。
根據(jù)本發(fā)明的一個獨(dú)特的特征，應(yīng)答器帶有一個輪胎轉(zhuǎn)數(shù)檢測器裝置120，用于檢測裝有應(yīng)答器10的輪胎的轉(zhuǎn)數(shù)。圖4中所示的轉(zhuǎn)數(shù)檢測器裝置120可采用任何一種適當(dāng)?shù)男问?，例如對外部產(chǎn)生的磁場起反應(yīng)的磁檢測器，它對應(yīng)輪胎的每次完整的360°旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個輸出。重力傳感器也可裝在襯底12上，對傳感器的每次上/下轉(zhuǎn)動產(chǎn)生一個信號。轉(zhuǎn)數(shù)檢測器的輸出被輸入到計數(shù)器122中，計數(shù)器122累加并存儲總的輪胎轉(zhuǎn)動次數(shù)。一旦收到來自RFID18的信號，計數(shù)器122通過數(shù)字I/O端口26將輪胎轉(zhuǎn)動的總次數(shù)輸出到中央處理器20。形成轉(zhuǎn)數(shù)檢測器120到計數(shù)器122的傳感器和電路元件被裝在襯底12上。
現(xiàn)在看圖7和圖8，圖中描述應(yīng)答器10在車輛輪胎中或輪胎上的兩個安裝位置，輪胎都用參考數(shù)字60表示。通常，輪胎60裝在胎環(huán)62上并且包括一個密封地接觸胎環(huán)62的內(nèi)部墊圈64。柔軟的側(cè)壁66從墊圈64延伸到輪胎60的螺紋線部分68。如圖7所示，在輪胎60制造期間，應(yīng)答器10可完整地裝在輪胎60里。一個合適的安裝位置在鄰近墊圈64的側(cè)壁66的上部，因為這個位置在輪胎60使用期間具有最小的彎曲度。
應(yīng)答器10的另一個安裝位置如圖8所示。在這個安裝實(shí)施例中，應(yīng)答器10被裝在鄰近墊圈64的輪胎60的內(nèi)部襯墊上。彈性薄膜59裝在應(yīng)答器10之上并密封地靠近內(nèi)部襯墊，以便牢固地安裝和輪胎60配準(zhǔn)的應(yīng)答器10。
圖4和圖5分別表示應(yīng)答器10的工作元件的方塊圖并且圖4表示應(yīng)答器10的詳細(xì)原理圖。如圖4和圖5所示，RFID18的輸入包括溫度傳感器110的輸出，其可選擇地經(jīng)過圖4所示的運(yùn)算放大器52提供。運(yùn)算放大器52還接收壓力傳感器50的輸出并放大該輸出信號，然后再輸入到RFID18的模擬端口28。
電源或電池14提供標(biāo)示為VBATT的輸出電壓。該電壓被輸入到RFID18以及驅(qū)動器130和電源開關(guān)線路132。驅(qū)動器被來自RFID18信號激活(后面將要介紹)并且產(chǎn)生一個信號到電源開關(guān)132，例如MOSFET。MOSFET電源開關(guān)132也連接到VBATT并提供一個標(biāo)示為VCC的輸出控制電壓，VCC被供給應(yīng)答器10的其它組件，例如溫度傳感器110和壓力傳感器50，以便激活溫度傳感器110和壓力傳感器50，來檢測裝上該應(yīng)答器的輪胎上的適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫?shù)。
驅(qū)動器130的輸出信號也被輸入到定時器裝置134，它產(chǎn)生在某個預(yù)定時間周期內(nèi)保持為“on”的輸出信號。這個輸出信號將控制電壓VCC“on”鎖定在預(yù)定的時間周期內(nèi)，從而提供一個時間窗口，在這個窗口期間，輪胎的壓力和溫度分別被壓力傳感器50和溫度傳感器110所檢測。這個時間窗口也被RFID18用來把檢測到的輪胎溫度和壓力，以及轉(zhuǎn)數(shù)和其它的參數(shù)(后面將介紹)傳送到遠(yuǎn)程的詢問源，遠(yuǎn)程詢問源接收到這些輪胎參數(shù)數(shù)據(jù)后，又重新將這些數(shù)據(jù)傳送回到RFID18，存在RFID18的存儲器22中。
如圖7和圖8所示，以及如圖9中更詳細(xì)的表示，遠(yuǎn)程詢問器或詢問源80被提供以和裝在車輛輪胎60上的應(yīng)答器進(jìn)行通信。詢問器80包括采用中央處理器形式的控制器82，控制器82和存放可執(zhí)行控制程序的一個內(nèi)部存儲器通信。控制器82通過連接天線88的發(fā)送器裝置84及接收器裝置86和應(yīng)答器10雙向通信聯(lián)系，在例如2.45GHz頻率上產(chǎn)生和接收無線電頻率信號。如圖5所示，分離的高、低頻數(shù)據(jù)速率傳輸可以由適當(dāng)?shù)母哳l和低頻數(shù)據(jù)速率電路90和92提供。例如，高頻速率為38.15Mchip/秒，低頻速率為9.538Mchip秒。
通常，詢問器80產(chǎn)生一個詢問信號并由發(fā)送器84經(jīng)天線88將信號發(fā)送到某個遠(yuǎn)程定位的應(yīng)答器。這就喚醒了應(yīng)答器10，如上所述，并且使得應(yīng)答器10RFID18中的中央處理器20訪問存儲器22并產(chǎn)生一個連續(xù)的經(jīng)編碼的無線電頻率信號，該信號向詢問器80發(fā)送并通過天線88由接收器86所接收。然后，表示輪胎工作參數(shù)或狀態(tài)的數(shù)據(jù)可以通過包括并行口RS-232、RS-485和ETHERNET(以太網(wǎng))的適當(dāng)通訊線路從詢問器80輸出到某個外部的主機(jī)90，也可以重新傳送回RFID18，存在所指定RFID18的存儲器中。
圖10表示一個標(biāo)準(zhǔn)的10字節(jié)標(biāo)記ID信號，由詢問器80產(chǎn)生并送到應(yīng)答器10，以便識別某個特定的應(yīng)答器10，使之和詢問器80進(jìn)行通信。標(biāo)記ID信號的前4個字節(jié)代表一個標(biāo)準(zhǔn)的SIC代碼，然后2字節(jié)可用作特性代碼，最后4字節(jié)是唯一用戶ID代碼。這種字節(jié)ID格式提供了超出40億的唯一標(biāo)記ID值，用于識別裝在一種或多種不同車輛輪胎中的大量應(yīng)答器中的一個特定的應(yīng)答器10。
應(yīng)該理解，其它的通信協(xié)議，包括前同步碼、Barker碼、冗余度檢測等等，都可以用在詢問器80和裝在應(yīng)答器10中的RFID18之間傳送的通信信號中。和這些通信協(xié)議和功能和使用有關(guān)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可參考1993年7月22日預(yù)發(fā)布版0.95的“Micron RFID通信協(xié)議”，其內(nèi)容全部和本文相結(jié)合。
在操作的典型模式中，RFID18一般工作在低電平上。如上所述，在適當(dāng)?shù)母呋虻偷膯拘杨l帶38和40上，來自遠(yuǎn)程詢問器80的一個信號將激活某個特定的RFID18，然后，RFID18將產(chǎn)生控制電壓VCC，通過電源開關(guān)132激發(fā)各個傳感器50、110和122，讀出輪胎壓力、溫度和當(dāng)前輪胎轉(zhuǎn)數(shù)計數(shù)器122輸出，這些輸出被輸入到RFID18中。如下所述的值以及其它的數(shù)據(jù)都由RFID18經(jīng)適當(dāng)?shù)母呋虻凸β拾l(fā)送器30或32分別傳送到遠(yuǎn)程詢問器80中。而詢問器80又將相同的數(shù)據(jù)重新傳送回到RFID18，存在RFID18的存儲器22中。
除了傳送輪胎、壓力和轉(zhuǎn)數(shù)信息，RFID18還在每一個被傳送到遠(yuǎn)程詢問源80的信號中傳送各種其它的輪胎數(shù)據(jù)或信息，如下表所示表1參數(shù)名 單位 說明輪胎狀態(tài)N/A 當(dāng)前輪胎狀態(tài)(庫存、運(yùn)送中的、安裝的、安裝車輛、備分的、被棄的)TMC設(shè)備 N/A TMCRP210設(shè)備代碼TMC尺寸 N/A TMC RP210尺寸代碼TMC類型 N/A TMC RP210類型代碼TMC日期 N/A TMC RP210日期TMC號碼 N/A TMC RP210號碼車輛ID N/A 車輛ID(標(biāo)識符)目標(biāo)壓力KPa/6 期望輪胎壓力低警戒值KPa/6 低壓警戒限度高警戒值KPa/6 高壓警戒限度低限度 KPa/6 低壓限度高限度 KPa/6 高壓限度雙警戒增量 KPa 輪胎壓力差警戒限度雙限度增量 KPa 輪胎壓力差限度警戒溫度℃+55 高溫警戒限度限制溫度℃+55 高溫限度輪胎位置N/A 輪胎在車輛上的位置車輛輪胎圖 N/A 車輛輪胎位置位圖車輛類型N/A 車輛類型代碼車隊名稱N/A 車隊名稱最小壓力KPa/6 在車輛上遇到的最小壓力最小壓力日期天數(shù) 最小壓力日期最小壓力距離Km/32 最小壓力距離最高溫度℃+55 在車輛上遇到的最高溫度最大溫度日期天數(shù) 最大溫度日期最大溫度距離km/32 最大溫度距離最新的里程 km×10最新的里程表讀數(shù)最新里程日期天數(shù) 最新采樣日期輪胎總距離 km×10全部累加距離最新壓力KPa/6 最新壓力采樣最新溫度℃+5S 最新溫度采樣最新日期天數(shù) 最新采樣日期最新距離 km/32最新采樣距離所用燃料 公升×10 全部消耗燃料修理記錄 N/A 修正記錄次數(shù)修理記錄MX DOT1 N/A 修理/翻新工具的DOT標(biāo)識符MX Type1 N/A 翻新/修理代碼MX Date1 天數(shù) 維護(hù)日期MX Distance1 km/32修理/翻新的輪胎距離在每個信號從RFID18傳到遠(yuǎn)程詢問源80期間，表1中所示的各種輪胎參數(shù)或信息被傳送到遠(yuǎn)程詢問源80上。這些參數(shù)以串行的格式從RFID18的存儲器22中輸出。并且在圖10所示的前同步信號位之后被串行傳送。遠(yuǎn)程詢問源80可以將這些信息保存起來供以后分析、打印等等。此外，根據(jù)本發(fā)明，在上述定時器134所設(shè)置的時間窗口內(nèi)，遠(yuǎn)程詢問源在對里程表讀數(shù)進(jìn)行各種計算和匯總并提供從其它來源中得到的信息(例如全部消耗燃料、修理、日期信息等等)之后，又將表1所示的所有數(shù)據(jù)參數(shù)重新傳送回給RFID18，存在RFID18的存儲器22中。這樣，裝在某個特定輪胎上的RFID18包含表1所示的每個輪胎直接的所有輪胎參數(shù)。這些參數(shù)還可以被任何詢問源80讀出，由此提供輪胎運(yùn)行歷史的永久性記錄。
上述的RFID18從遠(yuǎn)程詢問源80中接收到一個激活信號，假定某個合適的標(biāo)識碼匹配成立，這將喚醒RFID18檢測各種溫度、輪胎壓力和輪胎轉(zhuǎn)數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，可以通過修改存在存儲器18中的控制程序來修改RFID18的操作，使得RFIb18除了通過接收來自遠(yuǎn)程詢問源80的激活信號而被喚醒之外，還能自然而然地喚醒。在這種替換的運(yùn)行模式中，RFID18能產(chǎn)生并直接把適當(dāng)?shù)募せ钚盘柼峁┙o電源開關(guān)驅(qū)動器130，由此激發(fā)電源開關(guān)132打開定時器134，設(shè)置上述的適當(dāng)數(shù)據(jù)收集時間窗口。這種激活信號的自動產(chǎn)生可以在任何可選擇時間間隔的時基上。
此外，在這種運(yùn)行模式中，RFID18能在車輛運(yùn)行期間多次將輪胎參數(shù)信息(例如壓力、溫度、當(dāng)前輪胎轉(zhuǎn)數(shù))存在存儲器22中，例如每天一次或每次啟動車輛時存儲一次等等，從而提供輪胎工作特性的更準(zhǔn)確的歷史數(shù)據(jù)。這對于某種特殊的輪胎在其工作期間檢測所經(jīng)歷到的最大和/或最小壓力和溫度來說尤其重要。
總之，這里已經(jīng)公開一種獨(dú)特的有源集成電路應(yīng)答器，它能檢測并傳送車輛輪胎狀態(tài)參數(shù)到某個遠(yuǎn)程的詢問裝置上。這種應(yīng)答器尺寸很小，因此能在輪胎的制造期間很方便地將其裝在輪胎中，或者通過某種彈性的襯片將其附加到輪胎的內(nèi)層襯墊上。該應(yīng)答器帶有一個胎載電源，因此能在輪胎的整個使用過程中累積輪胎的運(yùn)行參數(shù)，并且在接到詢問源的詢問信號時能將這些參數(shù)值送到詢問裝置上。這樣，各種輪胎參數(shù)數(shù)據(jù)，例如在輪胎使用期間所經(jīng)歷的最大和最小壓力和溫度，以及累加的輪胎轉(zhuǎn)數(shù)都可以被提供，以得到該輪胎使用的一份完整的歷史數(shù)據(jù)資料，由此確定其磨損程度、潛在的使用壽命和安全運(yùn)行條件等等。
權(quán)利要求
1.同車輛輪胎組合在一起的、用于檢測、存儲和傳送車輛輪胎狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)的應(yīng)答器，包括一個能裝在車輛輪胎上的襯底；裝在襯底上的集成電路芯片，該集成電路芯片包括處理器、存儲器、同處理器裝置連接用于接收來自遠(yuǎn)程源的詢問信號的接收器裝置，以及同處理器裝置連接用于將包含著代表檢測到的輪胎狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)的信號送到某個遠(yuǎn)程源的發(fā)送器裝置；裝在襯底上的傳感器裝置，用于檢測輪胎參數(shù)并產(chǎn)生送到處理器裝置中的代表檢測的輪胎參數(shù)的輸出信號；裝在襯底上的電源裝置，用于為集成電路芯片和傳感器裝置提供電源；以及裝在襯底上并和接收器裝置和發(fā)送器裝置連接的天線裝置，用于將詢問信號從遠(yuǎn)程源傳送到接收器裝置，以及從發(fā)送器裝置傳送一個信號到遠(yuǎn)程源。
2.權(quán)利要求1的應(yīng)答器，其中，天線裝置為裝在襯底上的微帶天線。
3.權(quán)利要求1的應(yīng)答器，其中的天線裝置為裝在襯底上的接插天線。
4.權(quán)利要求1的應(yīng)答器，其中的傳感器裝置包括裝在襯底上的壓力傳感器裝置，用于檢測裝有該應(yīng)答器的輪胎的氣壓。
5.權(quán)利要求4的應(yīng)答器，其中的壓力傳感器裝置包括壓力傳感器和與之接觸并暴露在裝有應(yīng)答器的輪胎的氣腔中的一種壓力傳遞介質(zhì)。
6.權(quán)利要求1的應(yīng)答器，其中的傳感器裝置包括裝在襯底上的溫度傳感器裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的溫度。
7.權(quán)利要求1的應(yīng)答器，其中的傳感器裝置包括裝在襯底上的一個裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的每次完整的360°旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生輸出信號。
8.權(quán)利要求7的應(yīng)答器，其中的檢測裝置進(jìn)一步包括計數(shù)器裝置，它響應(yīng)檢測裝置的輸出信號，將檢測器裝置的輸出信號合計為累積輪胎轉(zhuǎn)數(shù)。
9.權(quán)利要求1的應(yīng)答器，其中，處理器裝置監(jiān)控傳感器裝置在某個預(yù)定的時間周期內(nèi)至少檢測輪胎條件參數(shù)最大值和最小值中的一個。
10.權(quán)利要求1的應(yīng)答器，其中，接收器裝置和發(fā)送器裝置通過無線電頻率信號和遠(yuǎn)程源通信。
11.權(quán)利要求10的應(yīng)答器，其中，處理器裝置借助發(fā)送器裝置將包括輪胎狀態(tài)參數(shù)的串行、經(jīng)編碼的無線電頻率信號傳送給遠(yuǎn)程源。
12.權(quán)利要求1的應(yīng)答器，進(jìn)一步包括由封裝材料形成的一個外殼，用于封裝襯底、集成電路芯片、電源、傳感器裝置和無線裝置。
13.權(quán)利要求1的應(yīng)答器，進(jìn)一步包括定時器裝置，它響應(yīng)處理器裝置的激活信號并連接到傳感器裝置，用于僅在由該定時器裝置設(shè)置的預(yù)定時間周期內(nèi)激活傳感器裝置以檢測輪胎的狀態(tài)參數(shù)。
14.權(quán)利要求13的應(yīng)答器，其中，處理器裝置響應(yīng)接收到的來自遠(yuǎn)程源的詢問信號，對定時器裝置產(chǎn)生激活信號。
15.權(quán)利要求1的應(yīng)答器，其中的傳感器裝置至少包括下面其中的一個裝在襯底上的壓力傳感器裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的氣壓；裝在襯底上的溫度傳感器裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的溫度；裝在襯底上的裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的每個完整的360°旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生一個輸出信號。
16.權(quán)利要求15的應(yīng)答器，其中，壓力傳感器裝置包括一個壓力傳感器和與之接觸放置并暴露在裝有應(yīng)答器的輪胎的氣腔中的一種壓力傳遞介質(zhì)；并且檢測裝置進(jìn)一步包括計數(shù)器裝置，它響應(yīng)來自檢測裝置的輸出信號，將來自檢測裝置的輸出信號合計作為累積輪胎轉(zhuǎn)數(shù)。
17.權(quán)利要求1的應(yīng)答器，其中的傳感器裝置包括裝在襯底上的壓力傳感器裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的氣壓；裝在襯底上的溫度傳感器裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的溫度；裝在襯底上的裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的每次完整360°旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生一個輸出信號。
18.權(quán)利要求17的應(yīng)答器，進(jìn)一步包括定時器裝置，它響應(yīng)處理器裝置的激活信號并和壓力傳感器裝置和溫度傳感器裝置連接，用于僅在由定時器裝置設(shè)定的某個預(yù)定時間周期內(nèi)激活壓力傳感器裝置和溫度傳感器裝置，以分別檢測輪胎的壓力和溫度。
19.權(quán)利要求18的應(yīng)答器，其中的處理器裝置響應(yīng)遠(yuǎn)程源的詢問信號而對定時器裝置產(chǎn)生一個激活信號，并在由定時器裝置建立的時間周期內(nèi)將檢測到的輪胎壓力和溫度以及從檢測裝置中得到的輪胎總轉(zhuǎn)數(shù)傳送到遠(yuǎn)程源。
20.權(quán)利要求18的應(yīng)答器，其中，處理器裝置在預(yù)定的可選擇的時間間隔上產(chǎn)生的激活信號不同于接收到的詢問信號。
21.權(quán)利要求18的應(yīng)答器，進(jìn)一步包括由某種封裝材料形成的一個外殼，以封裝襯底、集成電路芯片、電源、傳感器裝置和天線裝置。
22.同車輛輪胎組合在一起的一種車輛輪胎參數(shù)檢測設(shè)備，包括控制裝置，包括用于傳送詢問信號的詢問器發(fā)送器裝置和用于接收遠(yuǎn)程產(chǎn)生的信號的接收器裝置；可裝在車輛輪胎上的應(yīng)答器，該應(yīng)答器包括可安裝在車輛輪胎上的襯底；裝在襯底上的集成電路芯片，包括處理器、存儲器，連接處理器裝置、和處理器裝置連接的用于接收遠(yuǎn)程源詢問信號的接收器裝置，和處理器裝置連接用于將包含著表示所檢測到的輪胎狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)的信號傳送到遠(yuǎn)程源的發(fā)送器裝置；裝在襯底上的傳感器裝置，用于檢測輪胎參數(shù)并產(chǎn)生送到處理器裝置中的代表所檢測輪胎參數(shù)的輸出信號；裝在襯底上的電源裝置，用于為處理器裝置、接收器裝置、發(fā)送器裝置和傳感器裝置提供電源；以及裝在襯底上的天線裝置，并和發(fā)送器裝置和接收器裝置連接，用于將詢問信號從控制裝置送到接收器裝置，并用于將信號從發(fā)送器裝置送到控制裝置。
23.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中的天線裝置為裝在襯底上的一種微帶天線。
24.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中的天線裝置為裝在襯底上的一種接插天線。
25.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中的傳感器裝置包括裝在襯底上的壓力傳感器裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的氣壓。
26.權(quán)利要求25的設(shè)備，其中的壓力傳感器裝置包括壓力傳感器和與之接觸放置并暴露在裝有應(yīng)答器的輪胎的氣腔中的壓力傳遞介質(zhì)。
27.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中的傳感器裝置包括裝在襯底上的溫度傳感器裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的溫度。
28.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中的傳感器裝置包括檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的每次完整的360°旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個輸出信號的裝置。
29.權(quán)利要求28的設(shè)備，其中的檢測裝置進(jìn)一步包括計數(shù)器裝置，它響應(yīng)檢測裝置的輸出信號，將檢測裝置的輸出信號合計為累積輪胎轉(zhuǎn)數(shù)。
30.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中，在一個預(yù)定的時間周期內(nèi)，處理器監(jiān)控傳感器裝置以至少檢測輪胎參數(shù)最大和最小值中的一個。
31.權(quán)利要求30的設(shè)備，其中，處理器裝置將輪胎參數(shù)最大值和最小值中的至少一個存儲在存儲器中。
32.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中，應(yīng)答器的接收器裝置和發(fā)送器裝置通過無線電頻率信號和控制裝置的詢問發(fā)送器裝置和接收器裝置通信。
33.權(quán)利要求32的設(shè)備，其中，處理器裝置借助發(fā)送器裝置將包含輪胎狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)的串行編碼無線電頻率信號傳送到控制裝置。
34.權(quán)利要求22的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個由某種封裝材料形成的外殼，以封裝襯底、集成電路芯片、電源、傳感器裝置和天線裝置。
35.權(quán)利要求22的設(shè)備，進(jìn)一步包括定時器裝置，它響應(yīng)處理器裝置的激活信號并和傳感器裝置連接，用于僅在由定時器裝置設(shè)置的某個預(yù)定時間周期內(nèi)激活傳感器裝置以檢測輪胎的狀態(tài)參數(shù)。
36.權(quán)利要求35的設(shè)備，其中，處理器裝置根據(jù)從遠(yuǎn)程源接收到的詢問信號，對定時器裝置產(chǎn)生激活信號。
37.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中的傳感器裝置至少包括下面的其中一個裝在襯底上的壓力傳感器裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的氣壓；裝在襯底上的溫度傳感器裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的溫度；以及裝在襯底上的裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的每次整360°旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生一個輸出信號。
38.權(quán)利要求37的設(shè)備，其中的壓力傳感器裝置包括壓力傳感器和與之接觸放置并暴露在裝有應(yīng)答器的輪胎的氣腔中的壓力傳遞介質(zhì)；并且檢測裝置進(jìn)一步包括計數(shù)器裝置，其根據(jù)檢測裝置的輸出信號，將輸出信號合計為累積輪胎轉(zhuǎn)數(shù)。
39.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中的傳感器裝置包括裝在襯底上的壓力傳感器裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的氣壓；裝在襯底上的溫度傳感器裝置，用于檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的溫度；裝在襯底上的裝置，檢測裝有應(yīng)答器的輪胎的每次整360°旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生一個輸出信號。
40.權(quán)利要求39的設(shè)備，進(jìn)一步包括定時器裝置，它響應(yīng)處理器裝置的激活信號并和壓力傳感器和溫度傳感器裝置連接，用于僅在由定時器裝置設(shè)置的某個預(yù)定時間周期內(nèi)激活壓力傳感器和溫度傳感器裝置，以分別檢測輪胎的壓力和溫度。
41.權(quán)利要求40的設(shè)備，其中，處理器裝置根據(jù)遠(yuǎn)程源的詢問信號對定時器裝置產(chǎn)生激活信號，并且在由定時器裝置建立的時間周期內(nèi)，將檢測到的輪胎壓力和溫度以及來自檢測裝置的輪胎總轉(zhuǎn)數(shù)送到遠(yuǎn)程源。
42.權(quán)利要求40的設(shè)備，其中，處理器裝置在某個預(yù)定的可選擇時間間隔上產(chǎn)生獨(dú)立于接收的詢問信號的激活信號。
全文摘要
一種帶有機(jī)載電源(14)的有源集成電路應(yīng)答器(10)被裝在車輛輪胎(60)中或車輛輪胎(60)上。壓力傳感器(50)、溫度傳感器(110)、輪胎轉(zhuǎn)動傳感器(120)和集成電路應(yīng)答器芯片、電源(14)、天線(36)一起裝在襯底(12)上。一旦接收到某個遠(yuǎn)程源(80)的詢問信號，應(yīng)答器(10)激活傳感器檢測輪胎壓力和溫度并將一個經(jīng)編碼的無線電頻率信號送到遠(yuǎn)程源(80)，該信號包括串行和經(jīng)編碼的輪胎標(biāo)識、輪胎在車輛上的位置、當(dāng)前輪胎壓力、當(dāng)前輪胎溫度和累積的輪胎轉(zhuǎn)數(shù)，以及在某個預(yù)定的時間周期內(nèi)達(dá)到的最大和/或最小的輪胎溫度和壓力值，還有其它特定于該輪胎的信息。
文檔編號G01K1/02GK1141613SQ95191749
公開日1997年1月29日 申請日期1995年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月22日
發(fā)明者哈維·J·庫爾卡, 約翰·H·沙拉姆 申請人:計算機(jī)方法公司