专利名称：无需装配的轮胎气压监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及轮胎气压监测系统，更具体地涉及可以在轮胎或内胎中自由移动的轮胎气压监测系统。
背景技术：
因为需要关于轮胎气压的更详细的信息，所以对配备有充气轮胎的车辆需要进行更多的细查。因为与恰当充气的轮胎相比，充气不足的车辆轮胎将引起增加的燃料消耗，因此为了车辆的安全操作以及更好的燃料效率(在机动车辆的情况下)需要这样的轮胎气压信息。已经提出了用于监测轮胎气压的各种系统。通常，轮胎气压监测系统包括压力监测器以及可以将通常处于射频(RF)信号形式的轮胎气压信息发送到接收器的元件。这样的接收器可以位于监测站内(用于基于轮胎的机器，例如在集装箱运输系统中使用的橡胶轮胎的台架系统)或者汽车或卡车的车辆内部。以这种方式，当一个或多个轮胎已经达到充气不足或过充气的关键水平时，可以显示轮胎气压信息和/或可以设置告警来警告机器/ 车辆的操作员。
已经提出了若干配置。在一个系统中，压力监测系统的部分是轮胎阀自身，例如阀杆或阀销作为天线或天线部分来将信号从内部轮胎气压传感器发送到接收器。在美国专利 No. 6，101，870,7, 059，178,7, 328，609,7, 549，329 和美国专利申请 2008/0121031 中公开了这样的系统。然而，对于高压轮胎，例如上面讨论的台架设备，基于阀的系统可能具有漏气问题并且阀可能易于被损坏。
在另一个配置中，轮胎气压传感器可以被安装在轮胎边缘(对于无内胎的轮胎)。 然而，在应用充气轮胎的大量机器中存在多种惯常的边缘设计。由此，在这样的轮胎中使用的所有类型的惯常轮胎上很难安装边缘装配的轮胎气压传感器。对于不能使用边缘装配的压力传感器的轮胎，通常使用例如特殊粘合剂将压力传感器粘贴到内胎壁。这样的装配是耗时的，并且也浪费轮胎传感器，因为轮胎传感器将在有用轮胎寿命结束时被丢弃。
已经提出了在轮胎内部使用自由移动的压力传感器，轮胎包括压电元件，用于在车辆运动过程中由震动获能量。在美国专利申请2010/0164705和美国专利No. 7，936，109 中公开了这样的系统。这样的传感器可以具有对于相对快速移动车辆(例如汽车)的应用， 其产生大量碰撞，许多具有充气轮胎的机械系统是缓慢移动的或者不会移动很长时间。由此，产生的碰撞数量不足以对这样的传感器供电。即使当产生了足够的碰撞，也存在传感器碰撞过程中传感器突然发生故障的问题。对于私家车，传感器故障不是灾难性的，但是在大的设备系统中，传感器的替换可能意味着关断整个系统同时安装新的传感器。
由此，本领域需要位于轮胎内部的可自由移动的传感器，其是易于安装的、可重用的和可靠的。发明内容
本发明涉及在轮胎内部可移动的无需装配的轮胎气压监测传感器。轮胎气压传感器包括具有至少一部分弯曲的外表面的外壳。外壳被配置为容纳轮胎气压监测传感器的元件。所述元件包括压力感应/发送模块，压力感应/发送模块包括用于感应内部轮胎气压并且输出指示内部轮胎气压的信号的压力感应部分。处理器部分电连接至压力感应部分， 用于处理指示内部轮胎气压的输出信号，从而生出指示当前内部轮胎气压的监测信号。发送部连接至处理器部分，用于通过天线将监测信号发送到轮胎外部。
至少一个电池电连接至压力感应/发送模块和处理器，用于提供电能。
在一个实施例中，轮胎气压监测器的元件在外壳内部组装，使得组合的外壳和元件的重心与外壳的几何中心基本上一致。在该配置中，当其中定位有轮胎气压监测器的轮胎旋转时，监测器在轮胎内部独立地旋转，通常位于对着内胎壁的单个位置。这个实施例特别适用于慢速旋转的轮胎，例如在台架系统中使用的轮胎。
在可选实施例中，轮胎气压监测器的元件在外壳内部组装，使得在组合的外壳和元件的重心被定位于偏离外壳的几何中心。以这种方式，在轮胎旋转过程中生成的向心力使得轮胎监测器与轮胎一起旋转。即，监测器不独立地旋转，而是假设对着轮胎内表面的位置并且由在轮胎旋转过程中施加到传感器的向心力保持在该位置上。本实施例特别适用于快速旋转的轮胎，例如汽车和其他机动车辆轮胎。
轮胎气压监测系统包括监测器和位于轮胎之外的用于接收监测信号的接收器。
图1描述了轮胎气压监测器的透视图，为了便于表述其分开的部件。
图2描述了图1的组装的监测器，示出了重心线。
图3描述了图2的传感器在旋转轮胎的内部的旋转。
图4描述了根据本发明的另一实施例的具有分开的部件的轮胎气压监测器的透视图。
图5描述图4的组装的监测器，示出了重心线。
图6描述了图5的传感器在旋转轮胎内部的旋转。
图7描述了用于图5的传感器的具有高摩擦阻力的外表面。
图8示意性地描述了用于从本发明的轮胎气压监测器接收监测信号的接收系统。
具体实施方式
附图中具体示出了相似的附图标记指示在若干视图的每个视图中的相同或相似的部件。图1描述了轮胎气压监测器10，配置为在轮胎内部(在无内胎轮胎内部或者在有内胎轮胎的内胎内部)可移动，即，传感器10不需要被固定地装配在轮胎边缘或者轮胎本身的任何部分的单个位置上。
传感器10包括外壳20，如图1所示为由紧固件22紧固在一起的两部分外壳。紧固件22被示出为具有锁定件M的螺纹紧固件。然而，应该理解到外壳的分份不是很关键， 所示的外壳是为了便于组装，其他的配置例如通过卡扣铰链门在一端具有开口的配置，或者允许元件插入到外壳中的任何其他配置可以用于传感器10。
外壳20包括至少一个弯曲的外部，使得传感器能够在轮胎内部旋转(如下所述)。 图1的外壳近似球形，尽管任何可旋转的形状可以被用作传感器外壳。传感器外壳可以由弹性材料制成，从而衰减轮胎内部的碰撞。可选地，一层衰减材料可以位于外壳20内部以保护内部元件。在这个实施例中，外壳的外表面优选地包括具有低摩擦系数的材料，以有助于传感器在轮胎内部旋转。
为了进一步使得传感器10能够在轮胎内部旋转，如图2所示的组装的传感器的重心70被选择为实质上是传感器10的几何中心。因此，相对较重的电池元件30近似对称地位于传感器的几何中心周围。即，对于单个电池的情况，单个电池位于几何中心。对于两个电池的配置，每个电池位于几何中心的一侧，如图2所示。
印刷电路板40 (包括其上装配的压力感应/发送模块4 位于电池30附近并且与电池30电通信。压力感应/发送模块42包括压力感应部分421，用于感应轮胎的内部压力并且输出指示内部轮胎气压的信号。电连接至压力感应部分421的处理器部分422处理从压力感应部分421接收指示内部轮胎气压的输出信号，以生成指示当前的内部轮胎气压的监测信号。发送器部分423，通常为RF发送器，连接至处理器部分422以产生用于发送到轮胎之外的发送信号，该发送信号包括轮胎气压信息。压力感应/发送模块42的三个部分可以被集成为单个元件，或者可以是分离的元件。可选地，三个元件中的两个可以被集成为单个元件。
发送信号被输出给天线50以发送到轮胎之外。天线50被示出为环形天线，然而基于要被发送的监测信号的频率可以选择其他的天线配置。
在外壳20中具有包含密封圈62 (未示出)的检查孔60 (未示出)确保压力传感器与轮胎内周围条件的通信，用于正确的压力感应。
可以塑造外壳20的内部以安全地容纳传感器元件，以防止在轮胎移动过程中与轮胎和边缘的碰撞造成的损坏。此外，可以选择材料的内部配置以帮助在传感器的几何中心处重心的正确定位。
图3示出了轮胎90与位于轮胎90中的传感器10的移动。在图3中，轮胎以逆时针方向旋转。类似地，传感器10在轮胎旋转的过程中在实质上相同的位置上以逆时针方向在轮胎内部旋转，当轮胎不旋转时传感器是静止的。以这种方式，最小化轮胎内部和边缘的不期望碰撞的数目，并且延长了传感器的使用寿命。这样的配置被选择用于低旋转速度的轮胎，例如在集装箱运输操作的台架系统中使用的轮胎。
传感器10的优点在于电池易于替换，这是由于允许外壳20易于开启的螺旋紧固件。因为在传感器10中电池易于替换，并且因为传感器10可以被重新定位于新的轮胎，与被装配在轮胎内壁并且轮胎被替换时丢弃的传感器相比，传感器10更节约成本。
图4示出了本发明的另一个实施例。图4的元件，即包括压力感应部分1421、处理器部分1422和发送器部分1423的压力感应/发送模块142、容纳一个或多个电池130的空间131、天线150以如上所述的对应元件的相同方式操作。然而，这些元件位于外壳120内， 使得重心偏离如图5所示的重力的几何中心，即位置170。如图5所示，使用了双电池130 配置，两个电池均位于外壳120的几何中心下面。也可以基于单个元件的重量来选择分配元件的重量以使得重心偏离中心的其他配置。
在重心偏离几何中心的情况下，图6示出了轮胎190与位于轮胎190中的传感器 110的旋转。当轮胎以逆时针方向旋转时，由于向心力传感器110被推向轮胎内壁。只要轮胎保持旋转，该力将传感器保持在近似相同的位置，即，传感器以轮胎旋转速度与轮胎一起旋转。然而，当轮胎以相对高的速度旋转时，传感器并不是实质上在轮胎内部旋转。因此， 如在图5和7所示，在偏移的重心附近，在位置126，部分外壳可以是平的。为了进一步帮助传感器110的单个位置旋转，如图7所示可以在传感器外壳120上形成高摩擦力外壳外表面125。传感器110发现了对于机动车辆的快速旋转轮胎的特定应用，这样的轮胎对于图6 的旋转模式生成了足够的向心力。
在轮胎气压力测量系统200中使用了轮胎气压传感器，该系统包括射频接收器 300，用于从传感器10或110接收从天线50或150发射的监测信号，如图8所示。接收器 300位于轮胎之外的位置，传感器位于轮胎内部。通常一个传感器位于要被监测的一个轮胎上。
尽管通过各种实施例描述了前述发明，应该理解到其他实施例也处于所附权利要求及其等效物表示的本发明的范围内。例如，尽管传感器不需要装配，它可以被选择性地束缚于轮胎或内胎元件。如上所述，内部元件的布置也是可变的。
权利要求
1.一种轮胎气压监测传感器，在轮胎或轮胎内胎内部可移动，包括可旋转外壳，具有弯曲的外表面部分，该外壳配置为容纳轮胎气压监测传感器的元件， 所述元件包括压力感应/发送模块，包括压力感应部分，用于感应轮胎的内部压力并且输出指示内部轮胎气压的信号；处理器部分，电连接至压力感应部分，用于处理从压力感应部分接收的指示内部轮胎气压的输出信号，从而生出指示当前内部轮胎气压的监测信号；发送器部分，连接至处理器部分，用于创建包括轮胎气压信息的发送信号用于发送到轮胎之外；天线，电连接至压力感应/发送模块；至少一个电池，电连接至压力感应/发送模块，用于向压力感应/发送模块提供电能；其中轮胎气压监测传感器的元件组装在所述外壳内部，使得在轮胎气压监测传感器位于其中的轮胎或轮胎内胎旋转的期间，当轮胎旋转时减少轮胎内部外壳和元件的移动。
2.根据权利要求1所述的轮胎气压监测传感器，其中所述外壳包括衰减材料，用于衰减在轮胎气压监测传感器和轮胎或轮胎内胎的内表面之间的冲击力。
3.根据权利要求1所述的轮胎气压监测传感器，其中压力感应/发送模块包括集成的元件，所述集成的元件包括压力感应部分、处理器部分和发送部分中的两个或更多个。
4.根据权利要求1所述的轮胎气压监测传感器，其中压力感应/发送模块中的压力感应部分、处理器部分和发送部分形成单个集成的元件。
5.根据权利要求1所述的轮胎气压监测传感器，其中轮胎气压监测传感器的元件组装在外壳内部，使得轮胎气压监测传感器的重心与其外壳的几何中心基本上一致。
6.根据权利要求5所述的轮胎气压监测传感器，其中组装轮胎气压监测传感器中的元件，使得在轮胎气压监测传感器位于其中的轮胎或轮胎内胎旋转期间，传感器在轮胎旋转过程中在轮胎或轮胎内胎内部基本相同的位置上独立地旋转，以将与轮胎或轮胎内胎内部不希望具有的碰撞最小化。
7.根据权利要求5所述的轮胎气压监测传感器，其中一个或多个压力感应/发送模块和所述至少一个电池位于外壳的几何中心附近。
8.根据权利要求5所述的轮胎气压监测传感器，其中所述至少一个电池包括第一电池和第二电池，第一电池位于外壳的几何中心的一侧并且第二电池位于外壳的几何中心的另一侧。
9.根据权利要求6所述的轮胎气压监测传感器，其中外壳的外表面包括具有低摩擦系数的一种或多种材料，从而当轮胎旋转时有利于轮胎内部传感器的独立旋转。
10.根据权利要求1所述的轮胎气压监测传感器，其中轮胎气压监测传感器的元件组装在外壳内部，使得轮胎气压监测传感器的重心基本上偏离外壳的几何中心。
11.根据权利要求10所述的轮胎气压监测传感器，其中轮胎气压监测传感器的元件组装在外壳内部，使得在轮胎气压监测传感器位于其中的轮胎或轮胎内胎旋转期间，由于在轮胎旋转过程中施加在轮胎气压监测传感器上的向心力，轮胎气压监测传感器与轮胎一起旋转。
12.根据权利要求10所述的轮胎气压监测传感器，其中外壳的外表面上进一步包括一个平坦部分，所述平坦部分靠近轮胎气压监测传感器偏离的重心位置。
13.根据权利要求10所述的轮胎气压监测传感器，其中一个或多个压力感应/发送模块和所述至少一个电池被定位于偏离外壳的几何中心。
14.根据权利要求10所述的轮胎气压监测传感器，其中外壳外表面包括具有高摩擦系数的一种或多种材料，使得当轮胎旋转时减少轮胎气压监测传感器在轮胎内部的移动。
15.一种轮胎气压监测系统，包括权利要求5的轮胎气压监测传感器和位于轮胎之外的用于接收轮胎气压监测信号的接收器。
16.一种轮胎气压监测系统，包括权利要求10的轮胎气压监测传感器和位于轮胎之外的用于接收轮胎气压监测信号的接收器。
全文摘要
一种无需装配的轮胎气压监测系统，在轮胎内可移动的轮胎气压监测传感器包括外壳，容纳压力感应/发送单元、一个或多个电池和用于发送指示内部轮胎气压的信号的天线。在一个实施例中，在外壳内部组装元件，使得重心与外壳几何中心一致。在轮胎旋转过程中，监测器在轮胎内独立地旋转并且特别适用于慢速旋转的轮胎，例如台架系统中使用的轮胎。可选地，在外壳内部组装压力监测器元件，使得重心偏离外壳几何中心。在轮胎旋转过程中生成的向心力使得监测器与轮胎自身一起旋转，并且适应于快速旋转的轮胎，例如机动车辆轮胎。轮胎气压监测系统包括监测器以及位于轮胎之外用于接收监测信号的接收器。
文档编号B60C23/04GK102514455SQ20111033708
公开日2012年6月27日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者沈文龙, 邹仕和, 陈翔, 高子阳 申请人:香港应用科技研究院有限公司