CN107735663B - 车轮松动传感器 - Google Patents

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Abstract

一种构造成检测车辆车轮的松动的车轮松动传感器(100；400；500；600；700)，该车轮松动传感器包括：发射器；电池(128)，其中，发射器和电池在永久密封的水密性壳体(102)内，并且至少两个电端子(104、106)暴露在壳体的外部，发射器构造成从电池接收电能并在所述至少两个电端子断开连接时发射信号；导电元件(108)，其被偏压远离所述至少两个电端子并构造成当偏压被克服时电连接所述至少两个电端子。

Description

车轮松动传感器
技术领域
本发明涉及构造成检测车辆车轮的松动和/或丢失的车轮松动传感器。更具体地，本发明涉及但不限于构造成检测车辆的车轮和轮轴之间的相对运动的车轮松动传感器。例如，当车轮被牢固地固定在车辆上时，车轮松动传感器可以被保持为抵靠着车轮。
背景技术
用于在车辆的车轮没有牢固地装配到车辆上时提供通知的传感器和系统提高了安全性。这种传感器和系统允许在车轮松动之前采取预防措施，由此防止对车辆、行人和街道设施造成事故和破坏。
WO2011/121334中公开了一种这样的系统：该系统包括电池、发射器和由螺旋弹簧操作的检测器或开关。然而，已知的传感器和系统制造复杂并且成本高昂。需要特殊的动态密封件来保持容纳电子器件的区域免受水侵入，同时允许开关移动。已知的系统的复杂性使得它们更容易发生故障。此外，已知的传感器在装配了它们的车辆的使用和维护期间可能会被破坏。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种构造成检测车辆车轮的松动的车轮松动传感器，所述车轮松动传感器包括：发射器，其在水密性的、永久密封的壳体内，其中，至少两个电端子暴露在所述壳体的外部，所述发射器构造成当所述至少两个电端子断开连接时发射信号；导电元件，其被偏压远离所述至少两个电端子并且构造成当偏压被克服时电连接所述至少两个电端子。
可选地，所述车轮松动传感器还包括位于所述水密性壳体内的电池，其中，所述发射器构造成当所述至少两个电端子断开连接时从所述电池接收电能。
可选地，所述导电元件包括碟形弹簧，所述碟形弹簧构造成偏压所述导电元件远离所述至少两个电端子。
可选地，所述碟形弹簧的一个或多个弹簧元件构造成当偏压被克服时接触所述至少两个电端子。
可选地，所述导电元件安装在背板上。
可选地，所述背板包含不锈钢、聚碳酸酯和挤压金属材料中的一项或多项。
可选地，所述车轮松动传感器还包括垫圈，所述垫圈包围所述至少两个电端子并固定到所述壳体上，其中，所述导电元件耦接到所述垫圈。
可选地，所述垫圈包含可弹性变形的材料，所述可弹性变形的材料构造成偏压所述导电元件远离所述至少两个电端子。
可选地，所述垫圈与所述壳体的外部形成水密性密封。
可选地，所述垫圈与所述背板形成水密性密封。
可选地，所述垫圈通过粘合剂固定到所述壳体和/或所述背板上。
可选地，所述车轮松动传感器还包括：挤压弹簧保持件，其构造成沿着所述车轮松动传感器的侧壁延伸以覆盖所述垫圈。
可选地，所述壳体的至少一部分包括超声焊接在一起的第一部分和第二部分。
可选地，所述壳体的至少一部分包含模压塑性材料，并且所述至少两个电端子被模制到所述模压塑性材料中。
可选地，所述车轮松动传感器构造成耦接到车轮，使得当所述车轮被牢固地装配时偏压被克服。
可选地，所述车轮松动传感器构造成耦接到螺栓和车轮螺母，从而利用被保持为抵靠着轮毂的所述车轮松动传感器来克服偏压。
可选地，所述车轮松动传感器构造成耦接到支架，所述支架被紧固的车轮螺母固定到所述车轮上。
可选地，所述车轮松动传感器构造成被装配在轮毂的孔中，使得所述车轮松动传感器的至少一部分凸出于所述轮毂的内表面。
可选地，所述车轮松动传感器构造成耦接到车轮的盖部，其中，所述盖部构造成被固定在车轮的中心孔内，并且所述车轮松动传感器的至少一部分构造成凸出于所述盖部的内端。
根据本发明的另一个方面，提供了一种部件套装，所述部件套装包括：根据前述权利要求中任一项所述的车轮松动传感器；以及支架，其构造成被车轮螺母固定到车辆的车轮上，并且还构造成保持所述车轮松动传感器靠着所述车轮，使得所述导电元件的偏压被克服。
可选地，所述支架是构造成当所述车轮松动传感器被保持为抵靠着所述车轮时至少部分地覆盖所述车轮松动传感器的挤压支架。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于车辆的车轮，所述车轮包括固定在该车轮上的上述任意车轮松动传感器。
根据本发明的另一个方面，提供一种包括如上所述的车轮的车辆。
附图说明
在本文中参考附图来描述本发明的示例性实施例，其中：
图1是处于打开位置的车轮松动传感器的剖面；
图2是碟形弹簧的透视图；
图3是处于关闭位置的车轮松动传感器的剖面；
图4是处于打开位置的车轮松动传感器的剖面；
图5是处于打开位置的车轮松动传感器的剖面；
图6是示出轮毂和传感器的图；并且
图7是车轮的剖面，该车轮具有固定在贯穿车轮的中心孔内的盖部。
具体实施方式
总体上，本文公开的是用于检测车辆车轮的松动的示例性传感器。示例性传感器构造成用于不具有动态密封件的简单构造。也就是说，示例性传感器包括壳体，该壳体是永久地静态密封的并且容纳传感器的操作所需的电子器件。示例性传感器还可以包括进一步的特征，这些特征有益于减轻或克服上文指出的和/或现有技术中的问题。
如本文所使用的，术语“动态密封”涵盖设备的可相对移动的部分之间的任何密封。例如，在要求第一特征相对于另一个特征移动并且这两个特征之间必须存在间隙的情况下，动态密封是密封该间隙并且仍然允许这两个特征的相对移动的密封。这种密封可能成本高昂且制造复杂，需要精密公差的部件和设备，并且容易发生热膨胀和收缩的变化、磨损及故障。
图1示出示例性传感器100的剖面。该传感器包括壳体102，该壳体是永久密封的，使得该壳体是水密性的。用于传感器102的操作的电子器件被密封在壳体102内。
第一电端子104和第二电端子106暴露在壳体102的外部。也就是说，第一电端子104和第二电端子106贯穿壳体102，使得它们电连接到壳体中的电子器件并提供可以从外部触及的电接触点。在图1的示例性传感器中，第一电端子104和第二电端子106分别电连接到壳体102内的电路并且彼此分离以形成开路。当第一电端子104和第二电端子106电连接时，壳体内的电路能够在第一状态下操作；当第一电端子104和第二电端子106电断开时，壳体内的电路能够在第二状态下操作。此外，在图1的示例性传感器中，第一电端子104和第二电端子106被静态地密封在壳体102内并且例如当壳体包含塑性材料时可以被模制到壳体102中。
导电元件108被偏压远离第一电端子104和第二电端子106。当传感器100处于打开构造时，导电元件108被偏压远离第一电端子104和第二电端子106，使得导电元件108不接触第一电端子104和第二电端子106中的至少一者。当传感器100处于闭合构造时，作用在导电元件108上的偏压被克服，并且导电元件108电连接第一电端子104和第二电端子106。如图2所示，导电元件108可以是弹簧，例如碟形弹簧110。
参考图1和图2，碟形弹簧110包括多个弹簧元件112。弹簧元件112包括延伸自碟形弹簧110的基部114的可弹性变形的尖部。弹簧元件112径向地向内延伸并以角度θ从基部114的平面向外突出，从而形成弹簧。碟形弹簧110可以至少部分地提供偏压导电元件108远离第一电端子104和第二电端子106的偏压力。弹簧元件112中的至少一者构造成接触第一电端子104和第二电端子106而使它们电连接。构造成接触第一电端子104和第二电端子106的弹簧元件112被电连接。在示例性传感器100中，弹簧元件112和基部114包括诸如金属等导电材料，使得弹簧元件112彼此电连接。
应当注意的是，可以使用包括这种尖部的任何类型的弹簧，而且弹簧不需要是碟形的。在其它示例性传感器中，导电元件108可以是构造成电连接第一电端子104和第二电端子106的任何元件。然而，碟形具有在组装过程中不需要弹簧定向的优点，从而大大简化了制造。
返回参考图1，导电元件108安装在背板116上。背板116可以包含具有足以将导电元件108与第一电端子104及第二电端子106保持在正确取向的刚度的任何材料。也就是说，背板116构造成将导电元件108呈现给第一电端子104和第二电端子106，使得当作用在导电元件108上的偏压力被克服时它们电连接。示例性背板116可以包含不锈钢和/或聚碳酸酯。背板116可以具有在0.1mm至0.6mm的范围内或在0.2mm至0.4mm的范围的厚度。在知道背板将会从车轮松动应用中的表面(例如车轮的非常坚固的轮毂)获得进一步的强度的情况下，示例性传感器具有创建非常薄的开关系统的优势。
垫圈118被固定到壳体102上，使得它包围第一电端子104和第二电端子106。垫圈118可以是环形垫圈。垫圈118可以包含可压缩材料，该材料可以是可弹性变形的，使得它至少有效地提供偏压导电元件108远离第一电端子104和第二电端子106的力。垫圈118可以例如利用双面胶带粘附到壳体102。背板116被固定到垫圈118上并且可以例如使用双面胶带粘附到垫圈118上。垫圈118可以包含不透水的材料并且被固定到壳体102和背板116上，使得水不会进入包括导电元件108、第一电端子104和第二电端子106的空隙120。
由于垫圈118是可压缩的并且提供水密性密封，所以允许导电元件108朝向和远离第一电端子104及第二电端子106移动，而不需要在相对于彼此移动的元件之间的动态密封。
壳体102包括构造成连接在一起以形成永久且静态的密封件122的前部102a和后部102b。密封件122可以例如通过超声焊接形成。壳体102的后部102b可以包含塑性材料。第一电端子104和第二电端子106可以被模制到壳体102的后部102b中，使得它们接触壳体102内的电子器件并且暴露在壳体102的外部。后部102b包括在空隙120内的凸起区域124，并且第一电端子104和第二电端子106在该凸起区域上露出。
壳体102及其内部的电子器件可以被称为发射引擎。电子器件包括印刷电路板126、电池128和天线线轴130。印刷电路板126包括构造成从天线线轴130发射信号的发射器。当第一电端子104和第二电端子106电断开时，电子器件构造成从天线线轴130发射警报信号。警报信号可以由另外的单元接收，该单元可以在车辆中并且构造成向车辆的驾驶员提供警告。
图1示出处于打开构造的传感器100。图3示出处于闭合构造的传感器100。在图3中，传感器100被支架300保持为闭合构造，该支架被一个或多个车轮螺母(未示出)固定到车辆302的车轮上。支架300将背板116保持为抵靠着车轮302，使得偏压导电元件108远离第一电端子104和第二电端子106的偏压力被克服。因此，导电元件108接触第一电端子104和第二电端子106，使得它们电连接并形成回路。垫圈118被压缩，并且碟形弹簧110的弹簧元件112朝基部114的平面变形。因此，垫圈118和/或碟形弹簧110提供偏压力以偏压导电元件远离第一电端子104和第二电端子106。
在操作中，传感器100被支架300固定为抵靠着车辆的车轮302，该支架被一个或多个车轮螺母固定。如果所述一个或多个车轮螺母变得松动，则支架300也变得松动，由此允许传感器100移动远离车轮302。由于导电元件108被偏压远离第一电端子104和第二电端子106，当传感器100移动远离车轮302时，导电元件移动远离这些端子。如果导电元件108远离第一电端子104和第二电端子106的移动足够大，则第一电端子104和第二电端子106变为电断开，并且发射警报信号。
在示例性传感器中，处于打开构造的传感器100的高度132在约20mm至30mm的范围内，并且具体地可以是约25mm。当处于闭合构造时，传感器100的高度132在约10mm至15mm的范围内，并且具体地可以是约12.5mm。这些尺寸表示薄型传感器(low profile sensor)100，该传感器在被牢固地装配后从车辆的车轮302突出仅约12.5mm。这提供了如下优点：在车辆的使用和/或维护期间，传感器100不容易被破坏。此外，传感器100构造成被挤压支架300固定到车辆的车轮上，该挤压支架在将传感器保持为抵靠着车轮302的同时保护传感器。高度的减小是显著的，并且允许传感器被用在更多的应用中。高度的减小还允许支架300突出到传感器100的顶部上，使其更加坚固并使破坏的可能性减小。传感器的薄型轮廓确保了车轮固定螺母比传感器和支架组件高得多，从而确保了在例如碰到路缘石(即，车辆拖车车轮侧面撞到路缘石)的情况下传感器被完全地保护。
传感器的高度(和直径)的减小还允许它更有效地与钢质车轮一起使用，因而它可以容易地安装在车轮本身的厚度(典型地是最小15mm)中，而不显著地降低车轮的强度。此外，由于传感器不会突出到轮毂的顶面上方，所以极难破坏。
示例性传感器还允许更容易的密封。使用机械开关构造的典型传感器需要各种精密的动态密封模具和垫圈，而本文公开的示例性传感器将发射引擎与开关(该开关包括导电元件108和垫圈118)分开。这意味着电子器件可以被容纳在永久且静态密封的壳体102中，并且开关的密封可以被简化。通过从发射引擎移除所有运动部件，动态密封(可能磨损)不是必要的。发射引擎可以通过顶部102a和后部102b的超声焊接、电端子104和106的模内成型(in-mould)，或者通过简单地硅树脂灌封组件来密封。这是可能的，因为所有运动部件都被从发射引擎移除。
此外，传感器的部件数量和构造的复杂度减少，这反过来减少了物料清单(BOM)和制造过程的总成本。此外，通过具有带有暴露的端子的密封发射引擎，能够保持部件的大部分是标准的，而开关托架随着应用而变化。
可以通过更改弹簧元件112相对于弹簧110的基部114的角度来改变传感器100的灵敏度。还可以通过更改密封垫圈118的高度来改变传感器的灵敏度，但这可能使传感器100处于打开构造时导电元件108与第一电端子104及第二电端子106之间的距离增大。对于各种应用而言，灵敏度改变可能是必要的。还可以通过增大或减小偏压导电元件108远离第一电端子104和第二电端子106的偏压力的大小来改变传感器100的灵敏度。这可以使导电元件108在从闭合构造向打开构造的过渡时与第一电端子104及第二电端子106分离的速率增大。
在示例性传感器中，可以包括挤压弹簧保持件。图4中示出这种传感器400的实例。图4的许多特征与图1和图3所示的特征相同或相似，因此不再详细解释。应该注意的是，图4的传感器400的特征可以与本文公开的任何其它示例性传感器一起使用。
在图4中，背板已经延伸至使其沿壳体102的侧壁向下突出以形成挤压弹簧保持件402。挤压弹簧保持件保护垫圈118免遭装配期间的破坏以及由于暴露在外部环境中而磨损。因为垫圈118提供了与弹簧保持件402及壳体102的水密性密封，所以不需要壳体102和挤压弹簧保持件402的侧部之间的动态密封。然而，如果需要，可以添加动态密封。在其它示例性传感器中，挤压弹簧保持件可以独立于背板并且可以被固定到背板上。
示例性传感器可以包括另外的弹簧，该弹簧构造成偏压导电元件108远离第一电端子104和第二电端子106。图5中示出这种传感器500的实例。图5的许多特征与图1、图3和图4所示的特征相同或相似，因此不再详细解释。应该注意的是，图5的传感器500的特征可以与本文公开的任何其它示例性传感器一起使用。附加的弹簧502可以用于使偏压导电元件108远离第一电端子104和第二电端子106的偏压力增大。如已提及的，这样可以提高传感器500的灵敏度。
在其它示例性结构中并参考图6，示例性传感器600可以构造成被安置在车轮604的孔602内。孔602可以包括定位凹口，该定位凹口构造成当传感器被装配在孔602内时与位于传感器600上的定位凸耳接合。所述孔和传感器可以构造成使得当传感器600被装配在孔602中时，传感器在处于打开构造时凸出于车轮604的内表面。当车轮和轮胎606被装配到车轮鼓(wheel drum)上时，传感器600的凸出于车轮604的内表面的部分接触车轮鼓，使得偏压导电元件的力被克服。这样将传感器600置于闭合构造。如果车轮变得松动，则车轮604(和传感器600)与车轮鼓分离，传感器朝打开构造移动并且发射警报信号。
在进一步的示例性结构中并参考图7，示例性传感器700可以构造成耦接到车轮的盖部702。例如，盖部702可以构造成被固定在合金车轮704的中心孔内。传感器700可以构造成耦接到盖部702，使得当处于打开构造时传感器700的一部分凸出于盖部702的内端。当车轮704被装配到轮轴706上时，传感器700的凸出于盖部702的内端的部分接触轮轴706，使得作用在导电元件上的偏压力被克服。这样将传感器700置于闭合构造。传感器700可以直接或间接地接触轮轴706。也就是说，传感器700可以经由间隔元件708接触轮轴706。如果车轮704变得松动，则车轮704(以及盖部702和传感器700)与轮轴706分离，传感器朝打开构造移动并且发射警报信号。
本领域的技术人员能够在不脱离随附的权利要求书的范围的情况下设想进一步的实施例。

Claims (24)

1.一种构造成检测车辆车轮的松动的车轮松动传感器，所述车轮松动传感器包括：
发射器，其在水密性的、永久密封的壳体内，其中，至少两个电端子暴露在所述壳体的外部，所述发射器构造成当所述至少两个电端子断开连接时发射信号；
导电元件，其被偏压远离所述至少两个电端子并且构造成当偏压被克服时电连接所述至少两个电端子。
2.根据权利要求1所述的车轮松动传感器，其中，所述导电元件包括碟形弹簧，所述碟形弹簧构造成偏压所述导电元件远离所述至少两个电端子。
3.根据权利要求2所述的车轮松动传感器，其中，所述碟形弹簧的一个或多个弹簧元件构造成当偏压被克服时接触所述至少两个电端子。
4.根据前述权利要求中任一项所述的车轮松动传感器，其中，所述导电元件安装在背板上。
5.根据权利要求4所述的车轮松动传感器，其中，所述背板包含不锈钢、聚碳酸酯和挤压金属材料中的一项或多项。
6.根据权利要求1所述的车轮松动传感器，还包括：垫圈，其包围所述至少两个电端子并固定到所述壳体上，其中，所述导电元件耦接到所述垫圈。
7.根据权利要求6所述的车轮松动传感器，其中，所述垫圈包含可弹性变形的材料，所述可弹性变形的材料构造成偏压所述导电元件远离所述至少两个电端子。
8.根据权利要求6所述的车轮松动传感器，其中，所述垫圈与所述壳体的外部形成水密性密封。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的车轮松动传感器，其中，所述导电元件安装在背板上，并且所述垫圈与所述背板形成水密性密封。
10.根据权利要求3所述的车轮松动传感器，还包括：垫圈，其包围所述至少两个电端子并固定到所述壳体上，其中，所述导电元件耦接到所述垫圈，并且所述导电元件安装在背板上，其中，所述垫圈通过粘合剂固定到所述壳体和/或所述背板上。
11.根据权利要求7、8和10中任一项所述的车轮松动传感器，还包括：挤压弹簧保持件，其构造成沿着所述车轮松动传感器的侧壁延伸以覆盖所述垫圈。
12.根据权利要求1至3、6至8和10中任一项所述的车轮松动传感器，其中，所述壳体的至少一部分包括超声焊接在一起的第一部分和第二部分。
13.根据权利要求1至3、6至8和10中任一项所述的车轮松动传感器，其中，所述壳体的至少一部分包含模压塑性材料，并且所述至少两个电端子被模制到所述模压塑性材料中。
14.根据权利要求1至3、6至8和10中任一项所述的车轮松动传感器，所述车轮松动传感器构造成耦接到车轮，使得当所述车轮被牢固地装配时偏压被克服。
15.根据权利要求14所述的车轮松动传感器，所述车轮松动传感器构造成耦接到螺栓和车轮螺母，从而利用被保持为抵靠着所述车轮的所述车轮松动传感器来克服偏压。
16.根据权利要求15所述的车轮松动传感器，所述车轮松动传感器构造成耦接到支架，所述支架被紧固的车轮螺母固定到所述车轮上。
17.根据权利要求14所述的车轮松动传感器，所述车轮松动传感器构造成被装配在所述车轮的孔中，使得所述车轮松动传感器的至少一部分凸出于所述车轮的内表面。
18.根据权利要求14所述的车轮松动传感器，所述车轮松动传感器构造成耦接到所述车轮的盖部，其中，所述盖部构造成被固定在所述车轮的中心孔内，并且所述车轮松动传感器的至少一部分构造成凸出于所述盖部的内端。
19.一种部件套装，包括：
根据前述权利要求中任一项所述的车轮松动传感器；以及
支架，其构造成被车轮螺母固定到车辆的车轮上，并且还构造成保持所述车轮松动传感器抵靠着所述车轮，使得所述导电元件的偏压被克服。
20.根据权利要求19所述的部件套装，其中，所述支架是构造成当所述车轮松动传感器被保持为抵靠着所述车轮时至少部分地覆盖所述车轮松动传感器的挤压支架。
21.一种用于车辆的车轮，所述车轮包括固定在该车轮上的根据权利要求1至18中任一项所述的车轮松动传感器。
22.一种包括根据权利要求17或18所述的车轮松动传感器的车轮，其中，所述车轮包括孔，并且所述车轮松动传感器被收纳在所述孔中。
23.根据权利要求21或22所述的车轮，其中，所述车轮是合金车轮。
24.一种包括根据权利要求21至23中任一项所述的车轮的车辆。
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