轮毂的制作方法

相关申请

本申请要求于2017年9月22日提交的并且标题为“wheelhub”的美国临时专利申请号62/562,094的权益，该申请通过引用整体并入本文。

本申请涉及传感器和传感器装备。更具体而言，本申请涉及嵌入到车辆的轮毂中的无线通信传感器。

背景技术：

轮毂是在大部分机动车辆(包括小汽车、乘用车以及轻型卡车和重型卡车)上使用的汽车零件。轮毂容纳车轮轴承，并且附接到制动盘(brakerotor)。本质上，轮毂使车轮保持旋转，同时也使车轮保持附接到车辆。因此，重要的是确保轮毂在高效地并有效地操作，以维持车辆的适当性能。监测轮毂的操作参数可以通过识别和诊断潜在的操作问题来帮助确保持续的轮毂性能。但是，因为轮毂包括许多移动零件，并且其位置易遭受恶劣环境状况，所以可能难以使用传统的感测装备连续地监测轮毂参数。

技术实现要素：

本申请描述了轮毂、安装到轮毂或嵌入在轮毂内的传感器，以及安装在轮毂上的传感器的网络。在一个示例中，传感器附接到轮毂(例如，安装到轮毂或嵌入在轮毂内)。传感器节点包括向传感器节点及其部件供电的电源。电源可以包括电池、电容器、发电机(例如，热电发电机)和/或输入端口中的一个或多个。传感器还包括感测设备，该感测设备检测和监测与轮毂相关联的至少一个参数。感测设备可以包括加速度计、陀螺仪、温度传感器、压力传感器和应变传感器中的一个或多个。传感器节点还包括通信模块，该通信模块经由无线通信信号与例如远程服务器或网络通信。传感器节点具有与每个感测设备和通信模块通信的处理设备。处理设备从感测设备收集数据，处理数据，并且基于该处理，将与轮毂相关的信息传送到远程服务器或网络。

附图说明

图1示出了根据本申请中描述的示例的配备有传感器通信的重型卡车。

图2是示出根据本文描述的示例使用的传感器节点的操作的框图。

图3示出了根据本文描述的示例的嵌入在轮毂的各种不同位置中的不同传感器节点。

图4示出了根据本文描述的示例的嵌入在轮毂盖中的传感器节点，该轮毂盖安装在轮毂上。

具体实施方式

该申请描述了具有远程信息处理(telematics)传感器的轮毂。传感器例如通过安装到轮毂或嵌入在轮毂内而附接到轮毂。传感器将其收集或无线感测到的数据中继到控制台、网络或其它电子设备。该传输的数据可以帮助进行轮毂的远程诊断和预测性维护。在一些情况下，嵌入在车辆上多个不同轮毂中的多个传感器无线通信，以形成传感器的网状网络。通过网状网络，传感器和相关的监测装备都可以通信；从而允许对与多个轮毂相关的测量的信息的比较和分析。这可以促进自动诊断和维护过程的改进。此外，将传感器安装到轮毂或将传感器嵌入在轮毂内有助于简化安装过程，并且从而减少与采用其它监测系统相关联的制造成本。

本文描述的传感器具有无线通信能力，并且可以被嵌入或附接到轮毂。经由无线通信，传感器可以例如经由对于车辆处于远程或本地的服务器形成网络。与网络通信的处理设备可以分析来自传感器的数据，并对车辆上的多个轮毂进行比较。

图1示出了配备有传感器网络的车辆10，该车辆10具体而言是卡车，该传感器网络包括多个传感器节点1。该网络包括：本地服务器(诸如驾驶室基站2和拖车基站3)，以及本地显示设备(诸如本地接口或控制台4)，以及控制器网络(诸如车辆总线5)。该系统能够例如经由互联网与远程服务器6或其它基于云的设备远程通信。

在图1中，一个或多个传感器节点1与卡车10的各个轮毂相关联。传感器节点1可以包括各种不同的数据收集装备，包括但不限于位置传感器、压力传感器、温度传感器、振动传感器、光学传感器、声音传感器、加速度计、陀螺仪、全球定位传感器、rfid标签或读取器、或激光扫描仪等等。

传感器节点1还可以包括数据处理装备，诸如cpu或其它微处理器，其获取从其它来源接收的数据以生成关于传感器、轮毂和/或车辆的信息。在一些示例中，每个传感器节点1包括感测装备和某种类型的处理单元二者。传感器节点1还包括允许节点1与网络上的其它传感器或设备通信的通信装备。

传感器节点1收集和/或处理关于轮毂和相关联的部件的信息，并将该信息中继到本地服务器。例如，沿着卡车10的驾驶室部分13的传感器将信息中继到驾驶室基站2。驾驶室基站2可以是车辆10上车载的服务器或路由器，并且可以包括处理设备。在一些示例中，基站2接收并处理从传感器节点1传输的数据并建立指标(metrics)，这些指标可以与车辆上的轮毂的健康或性能相关。这些指标也可以用于执行状况监测。

基站2可以将指标传输到本地设备，诸如卡车10的驾驶室13上车载的接口4(例如，本地控制台)，或者传输到另一用户操作的设备，诸如计算机、平板电脑、智能电话等。以这种方式，车辆操作员(例如，驾驶员)可以知道轮毂的操作状况，并在适当的情况下采取措施。基站2还可以将指标传输到车辆总线5，该车辆总线5直接或间接地控制车辆1或车辆部件的操作。车辆总线5还可以使用指标来调整性能或操作参数，以考虑轮毂的操作状况。在一些示例中，基站2可以经由无线通信技术(例如，经由互联网或其它基于云的基础设施)与远程服务器6通信。

图1还示出了传感器节点1与车辆10的拖车部分11上的轮毂相关联。这些拖车传感器节点1和与拖车11相关联的单独的基站3通信。该拖车基站3因此可以将从拖车传感器节点1收集的数据转发到卡车10的驾驶室13上的基站2。换句话说，拖车基站3可以在本地收集、处理和存储数据，并将数据传输到卡车基站2，或在未来的时间将数据直接传输到其它远程服务器6。

在一些示例中，传感器网络对每个传感器节点分别评估由传感器节点1和系统的相关联装备收集的数据。在其它示例中，网络汇总来自每个传感器的信息，并将这些信息一起作为系统进行比较和分析。在这样的示例中，网络可以使用数据来检测各种轮毂处的传感器之间的差异，从而突出可能有必要关注的状况。网络还可以使用该数据来检测并报告在轮毂内部和周围的部件(包括车轮和车轮端部、轴承、密封件、轮胎和制动器)的状况。

图2是传感器节点1的一个示例的示意性框图，示出了节点1的传感器和其它部件，以及节点1与之通信的网络的其它部件。在这个实施例中，传感器节点1包括一个或多个传感器或感测设备。感测设备包括用以测量线性加速度的加速度计21和用以测量传感器节点1的角动量的陀螺仪22。传感器节点1还包括用以测量轮毂的热力学性质的温度传感器23和压力传感器24。传感器节点1还可以包括应变传感器，该应变传感器监测轮毂的材料中的应变或拉伸。

传感器节点1还包括电源。电源可以包括电池25、电容器和/或电力输入(例如，用于从外部源接收电力的端口)。电源还可以包括发电机26，诸如从热能发电的热电发电机。在一些示例中，发电机可以包括将动能转化为电能的发电机。例如，发电机可以能够将轮毂中的移动或振动转换成为传感器节点供能的电。发电机26还可以与电容器25结合操作，从而电可以被存储在电容器中以用于以后的采集。电源供应用于操作传感器节点1和相关联部件的电力。

传感器节点1还包括处理器15，该处理器15与传感器节点1的各种传感器和部件通信。处理器15还可以经由通信模块16无线通信，该通信模块16利用各种无线通信技术(包括射频、红外、wifi和蓝牙，这里列举几个示例)中的一种或多种，以与远程设备通信。以这种方式，传感器节点1可以与其它远程设备(诸如图1中所示的基站2或3)进行通信，与网状网络30中的其它传感器节点进行通信，或者与其它网络或网络设备进行通信。在一些示例中，处理器15汇总来自各种传感器设备的数据并从数据生成指标，但是在其它示例中，处理器15收集并传输数据，而不提供任何特别处理或分析。处理器15还可以通过通信模块16无线地接收数据和命令。例如，传感器可以从车辆1的驾驶室中的控制接口接收命令，或者经由互联网经由远程计算机接收命令。

图2的传感器节点1仅是示例配置，并且其它示例可以具有包括更多、更少或其它未在图2中示出的部件或其组合的部件。

图3和图4示出了用于相对于轮毂安装或嵌入传感器节点1的各种位置。图3示出了嵌入在轮毂20的各种不同位置中的不同传感器节点。例如，传感器节点7嵌入在轮毂20的注油塞中。传感器节点8安装在轮毂20的内部部分的外部。传感器节点9紧固或嵌入在轮毂20的凹部(pocket)中。传感器节点9可以在使用环氧树脂或其它灌封化合物的情况下被灌封到轮毂的铸造成的(cast-in)凹部中。替代地，传感器节点9可以被紧固或灌封到轮毂20的机械加工成的(machined-in)凹部中。图4示出了嵌入在轮毂帽17中的传感器节点嵌入件14，该轮毂帽17安装在轮毂上。

传感器板可以利用专门用于安装传感器板的机械加工特征固定到轮毂中的铸造成的凹部。灌封环氧化合物可以保护传感器板免受轮端部的恶劣环境的影响。这允许将振动传递到振动传感器中，因为它与轮毂刚性接触。它还允许从轮毂进行良好的热传递，以使得能够进行能量采集，从而为传感器节点供能。

在操作中，传感器节点1可以用于检测各种不同的参数。例如，传感器节点1可以被配置为使用陀螺仪传感器、加速计传感器或其组合来检测轮毂转速。轮毂转速可以与其它数据和计算结合使用，以提高与传感器相关的计算准确度。

在一个示例中，加速度传感器和陀螺仪传感器检测与轮毂中的轴承相关联的损坏问题或调节问题。传感器在与轴承的倍频器(frequencymultiplier)对应的特定频率处检测并监测振动幅度，并考虑轮毂的转速。加速度计振动数据有助于检测制动部件不规则性。加速度计数据还可以用于通过查看与轮毂的转速对应的频率处的振动幅度来检测轮胎失衡或损坏。

所描述的系统和传感器还可以通过监测轮毂的温度并将其与周围空气温度以及车辆上的其它轮毂进行比较来检测轴承损坏、制动器损坏和其它车轮端部问题。

在一些操作示例中，传感器节点用于使用在轮毂腔内测量的压力传感器来监测轮毂中的润滑水平。例如，可以与传感器上的润滑流体柱的高度和轮毂的转速成比例地确定润滑水平。

某些实施例可以使用安装到轮毂的加速度计、陀螺仪或其组合来测量轮毂速度。然后，传感器节点可以将轮毂速度无线传输到车辆(或传输到与车辆相关联的处理装备)，并且数据可以用于提供速度信号。这样的速度信号可以用于监测防抱死制动系统或其它功能。这可以提供优于现有系统的好处。例如，现有系统有线传感器可以用于测量轮毂转速。来自这些有线传感器的信息被卡车上的制动系统传递和利用，以监测各种参数。这些有线传感器可能会发生故障，或提供不可靠的信息。例如，传感器会出现由可能发生在传感器(尤其是传感器的有线部分)上的传感器的磨损和损坏、传感器移出范围以及腐蚀引起的问题。例如通过将无线传感器嵌入到轮毂中，用本文描述的无线传感器节点替换这些系统可以提高传感器的性能和可靠性。

在一些实施例中，安装到轮毂的传感器可以被配置为使用可以跟踪轮毂的转数的累积数量的加速度计、陀螺仪或其组合。收集到的旋转数据然后可以用于例如跟踪车辆和/或拖车的里程或行进的距离的事情。

在另一操作方法中，安装到轮毂的传感器节点可以监测轮毂的材料中的应变。然后，收集到的数据可以用于测量轮毂速度。例如，当轮毂旋转时，轮毂可能经历交变的应力。通过经由应变传感器测量轮毂中的应变并测量应变的波动率，系统可以估计轮毂的转速。与通常用于监测轮毂速度的其它类型的传感器所提供的信号相比，该方法可以提供更清楚的信号，同时还限制噪声源进入信号。

在另一示例中，安装的应变传感器可以用于测量轮毂累积转数，以跟踪里程或零件寿命。

在另一示例中，传感器可以被配置为测量车轮螺柱(stud)拉伸或车轮螺柱中的应变。以这种方式，当传感器嵌入或安装在轮毂中时，轮毂将检测车轮的状况并将车轮的状况报告给轮毂螺栓接头。

出于说明性目的而非旨在限制，本申请描述了无线轮毂传感器的优选实施例和示例。本领域技术人员将认识到，在不脱离本文描述的范围的情况下，所描述的示例可以被修改和/或彼此组合。此外，一个实施例或示例的特征可以与其它实施例或示例的特征组合，以根据需要提供更进一步的实施例或示例。本申请引用、讨论、识别或参考的所有参考文献均通过引用以其整体并入本文。