CN109789743A - 轮胎穿孔反馈系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种智能轮胎穿孔反馈系统，所述系统具有能够观察嵌入轮胎中的异物的相机、接近传感器和处理器，所述处理器可确定异物已嵌入所述轮胎中多长时间并在预先确定的周期之后警示用户。

Description

轮胎穿孔反馈系统

技术领域

本公开涉及用于检测轮胎中的穿孔的系统。更具体地讲，本公开包括检测嵌入轮胎中的异物并且向驾驶员警示存在异物的系统。

背景技术

当异物嵌入轮胎中时，如果不将它们除去，它们可能会导致轮胎在一段时间后损坏。在一些情况下，驱动器可能不知道有物体已嵌入轮胎中。例如，当今制作的一些轮胎包括密封剂，所述密封剂防止轮胎在穿孔的情况下损失气压。这些轮胎可包括胎压监测系统(“TPMS”)，但TPMS不能向驾驶员提供穿孔警告，因为TPMS系统仅检测压力变化。因此，需要不仅仅依赖气压变化来检测轮胎中的异物。

发明内容

在一个实施方案中，用于轮胎的穿孔检测系统包括相机，该相机安装在车辆的轮舱中并且可检测从嵌入在轮胎中的物体反射的光。系统还包括接近传感器和处理器。处理器与相机和接近传感器通信，并且可当相机检测到异物嵌入轮胎内时向用户传输警示。

穿孔检测系统还可包括通信子系统，该通信子系统可经由硬接线连接或经由直接射频协议来传输警示。系统可包括RFID芯片，当RFID芯片与接近传感器达到某个接近度内时，该RFID芯片被接近传感器检测。当处理器确定异物已在轮胎中存在达预先确定的轮胎旋转次数时，处理器可传输警示。该实施方案中的相机还可包封在保护壳体中，并且该系统可包括光源，该光源可将光提供到轮胎的表面。

在另一个实施方案中，针对具有带钢帘线的轮胎的车辆设计了电磁穿孔检测系统。系统包括换能器，该换能器对钢帘线产生的磁场敏感并且输出与磁场的大小对应的电信号。系统还包括处理器，该处理器被配置为接收来自换能器的信号并且被配置为当电信号变化到预先确定的阈值之外时传输警示。

在该实施方案中，电磁穿孔检测系统还可包括参考表，该参考表具有可由处理器访问的电信号参考数据，并且电磁穿孔检测系统可包括RFID芯片和接近传感器。在该实施方案中，处理器可基于来自磁性传感器或旋转传感器和接近传感器的历史数据将值写入参考表中。系统还可包括用于传输警示的通信子系统。磁场可由一个或多个磁体生成，所述一个或多个磁体被配置为附连到车轮、电磁马达、或位于轮胎带束中的一条或多条金属帘线。

在又一个实施方案中，用于检测轮胎中的穿孔的方法包括以下步骤：感测嵌入轮胎中的异物的存在，测量轮胎的旋转次数，以及跟踪异物是否在轮胎中保留达预先确定的轮胎旋转次数。如果达到或超过预先确定的轮胎旋转次数，则该方法向驾驶员警示存在异物。

警示步骤可通过直接射频协议来执行，并且感测步骤可通过光学传感器来执行。测量步骤可通过RFID芯片和接近传感器来执行。

附图说明

在附图中，示出了结构，所述结构与下文提供的详细描述一起描述了受权利要求书保护的本发明的示例性实施方案。类似的元件用相同的附图标号标示。应当理解，被示出为单个部件的元件可以用多个部件替换，并且被示出为多个部件的元件可以用单个部件替换。附图未按比例绘制，并且出于说明性目的，可能放大了某些元件的比例。

图1为根据用于检测轮胎中的异物的系统的一个实施方案的轮胎的剖视图；

图2为根据用于检测轮胎中的异物的系统的另一个实施方案的轮胎的剖视图；

图3为根据用于检测轮胎中的异物的系统的再一个实施方案的轮胎的剖视图；以及

图4为根据用于检测轮胎中的异物的系统的又一个实施方案的轮胎的剖视图。

具体实施方式

下文包括本文所采用的所选择的术语的定义。这些定义包括落入术语范围内且可用于实施的部件的各种实例或形式。所述例子并非旨在进行限制。术语的单数和复数形式均可在所述定义之内。

“轴向”和“轴向地”是指平行于轮胎旋转轴线的方向。

“周向”和“周向地”是指沿胎面表面的圆周延伸的与轴向垂直的方向。

“赤道面”是指垂直于轮胎旋转轴线并且穿过轮胎胎面中心的平面。

“胎面”是指在正常充气和负载情况下与道路接触的轮胎部分。

方向在本文中结合轮胎的旋转轴线来阐明。术语“向上”和“向上地”是指朝向轮胎胎面的总体方向，而“向下”和“向下地”是指朝向轮胎旋转轴线的总体方向。因此，当相对的方向性术语诸如“上部”和“下部”或“顶部”和“底部”结合元件使用时，“上部”或“顶部”元件比“下部”或“底部”元件在空间上更靠近胎面。此外，当相对的方向性术语诸如“上方”或“下方”结合元件使用时，如果某一元件位于另一元件的“上方”，则意味着该元件比另一元件更靠近胎面。

术语“向内”和“向内地”是指朝向轮胎赤道面的总体方向，而“向外”和“向外地”是指远离轮胎赤道面并且朝向轮胎侧壁的总体方向。因此，当相对的方向性术语诸如“内部”和“外部”结合元件使用时，“内部”元件比“外部”元件在空间上更靠近轮胎的赤道面。

虽然用于以下说明的类似术语描述常用轮胎部件，但应当理解，由于这些术语带有略微不同的含义，本领域普通技术人员不会认为下列术语中的任何一者可与用于描述常用轮胎部件的另一个术语完全地互换。

图1示出了根据用于检测轮胎100中的异物的系统的一个实施方案的轮胎100的剖视图。在所示的实施方案中，相机110检测嵌入轮胎100的胎面中的物体120的存在。可嵌入轮胎100中的物体120包括石头、钉子、金属碎片、螺栓、塑料等。

轮胎100以剖面图示出在轮舱130内。相机110安装在车辆的轮舱130中，其被定位成使得其可观察到轮胎100的表面。在该实施方案中，相机110容纳在保护壳体140内，该保护壳体保护相机110免受泥浆、流体、石头、其他道路危害物等的损坏。保护壳体140的至少一部分是透明的，以便不妨碍相机的范围。相机110可用于基于物体的光反射的亮度来检测卡在轮胎100中的物体120。

该系统还包括附接到轮胎100的电子装置150(诸如RFID芯片、发射器等)，以及对应的接近传感器160，该接近传感器可检测电子装置150何时经过接近传感器160。接近传感器160连接到处理器170以确定轮胎100在给定时间的旋转取向。在另选的实施方案中，可采用其他位置跟踪系统。例如，可采用编码器或其他传感器来跟踪汽车的轮轴或车轮的旋转取向。然后可基于轮轴或车轮的取向来确定轮胎的旋转取向。

接近传感器160和处理器170连接到相机110从而在轮胎旋转次数方面跟踪物体120在轮胎100上的同一点固定了多长时间。例如，处理器170分别从接近传感器160和相机110获得与轮胎转数和物体120的存在有关的信息。当处理器170计算出物体120已嵌入轮胎100中达预先确定的时间长度时，其向驱动器发送警告消息。在一个实施方案中，预先确定的时间长度为固定数字，诸如轮胎100的100转。在另选的实施方案中，预先确定的时间长度可根据所检测的物体的尺寸、轮胎的龄期或其他因素而变化。

警告消息可采用汽车的显示面板中的灯的形式。除此之外或另选地，其可经由直接射频协议或经由电话网络作为文本、视觉或听觉警示发送至用户的手机，或者其可采取任意数量的其他形式。为了传输消息，处理器170可连接到通信子系统180，该通信子系统将警告消息中继到显示面板、手机或另一位置。通信子系统180可例如硬连线到车辆的显示面板，或者可通过射频协议无线通信。

光源190可任选地提供在轮舱130中，从而将光提供到轮胎100的表面。这样，穿孔检测系统就在不存在自然光源的情况下工作。

每个部件可通过车辆的内部电池、多个专用电源或单个专用电源供电。

在其他另选的实施方案(未示出)中，可省略围绕相机的保护壳体。在其他另选的实施方案(未示出)中，可使用不同的光学传感器来代替相机，包括但不限于红外传感器、x射线或光谱仪。在其他另选的实施方案(未示出)中，可使用其他类型的轮速传感器来跟踪轮胎转数。

图2示出了根据用于检测轮胎200中的异物的系统的一个另选的实施方案的轮胎200的剖视图。轮胎200位于轮舱210中，其上安装有速度传感器220。电子装置230安装到轮胎200。在电子装置230经过速度传感器220时，速度传感器220检测到该电子装置。

电磁系统还包括电磁马达240，该电磁马达具有连接到车轮250的轴。马达240还连接到位于车轮区域中或车辆的另一个区段中的处理器260。马达240的轴在车轮250旋转时旋转，从而使马达240生成磁场。

换能器270也位于轮舱210的顶部。换能器270测量由马达240生成的磁场，并且生成与磁场对应的电信号。换能器270将电信号发送到处理器260。

在另选的实施方案(未示出)中，换能器可安装到围绕车轮延伸的环，而不围绕车轮旋转。这样，当车轮旋转时，换能器将保持在车轮的顶侧上。

处理器260还与速度传感器220通信，从而允许处理器基于电子装置230经过速度传感器220的频率来确定轮胎速度。处理器260访问位于存储器(未示出)中的参考表，其中处理器以各种速度写入指示轮胎200的磁场强度的数据。处理器在配置操作期间使用来自换能器270的关于各种速度下的轮胎磁场的信息填充参考表，以将对应的值写入参考表中。另选地，可以预填充参考表。

在车辆操作期间，速度传感器220测量轮胎旋转速度，并且换能器测量轮胎在该速度下的磁场。然后，处理器260将磁场的测量值与测量速度的参考表中存储的期望值进行比较。轮胎200中的金属异物将干扰由马达240生成的磁场。因此，当处理器260检测到磁场的大于预先确定的阈值的变化时，其使用通信子系统280通知用户。通信子系统280可例如硬连线到车辆的显示面板，或者可通过射频协议无线通信。

在其他另选的实施方案(未示出)中，马达的轴可经由连杆或齿轮系统连接到车轮，并且马达可远离车轮定位。在其他另选的实施方案(未示出)中，换能器可位于其他区域中，诸如在轮毂、轮辋或侧表面上，或者可位于轮舱上。

图3示出了根据用于检测磁场变化的另一个另选系统的轮胎300。在该实施方案中，轮胎300位于轮舱310中，并且轮胎300包括多个钢带320。速度传感器330安装到轮舱310。电子装置340安装到轮胎310，并且在电子装置340经过速度传感器330时，该速度传感器330检测该电子装置340的存在。速度传感器330与处理器360通信。处理器360以与处理器260相同的方式起作用，如上文关于图2所讨论的。在一个另选的实施方案(未示出)中，电子装置安装到车轮350。

换能器370位于轮舱310上，并且与处理器360通信。在另选的实施方案(未示出)中，换能器可位于车轮上的其他区域中，诸如在轮辋或侧表面上，或者可位于轮舱上。

在另选的实施方案(未示出)中，换能器可安装到围绕车轮延伸的环，从而不与车轮一起旋转。这样，当车轮旋转时，换能器将保持在车轮的顶侧上。

磁场由位于轮胎300中的旋转带320生成。磁场可因材料卡滞在轮胎300中而受到干扰。此类干扰被换能器370检测到，该换能器以与上文关于图2所述相同的方式将干扰报告给处理器360。漏气的轮胎也会对带320产生的磁场造成干扰。

处理器360将磁场的测量值与测量速度的参考表中存储的期望值进行比较。当处理器360检测到磁场的大于预先确定的阈值的变化时，其使用通信子系统380通知用户。通信子系统380可例如硬连线到车辆的显示面板，或者可通过射频协议无线通信。

图4示出了根据用于检测磁场变化的系统的又一个实施方案的轮胎400。速度传感器410设置在轮舱420上，并且电子装置430设置在轮胎400中。速度传感器410和电子装置430以与上文关于图2所述基本上相同的方式起作用。

在该实施方案中，车轮440包括在车轮运动时生成磁场的多个磁体450。磁体450可以任何方式附连到车轮，所述方式包括但不限于焊接、使用粘合剂或机械紧固。换能器460也连接到车轮440。换能器460以与上文所述基本上相同的方式起作用，并且可检测当金属材料卡滞在轮胎400中时的磁场变化。

速度传感器410和换能器460与处理器470通信，该处理器与通信子系统480信号通信。处理器470和通信子系统480以与上文所述基本上相同的方式起作用。

在另选的实施方案(未示出)中，可将任意数量的磁体附连到车轮，并且可附连到任何位置以在轮胎运动时生成磁场。在另选的实施方案(未示出)中，换能器可位于其他位置，诸如车轮上、轮胎中或轮舱上的其他位置。

就在说明书或权利要求书中使用术语“包括”或“具有”而言，其旨在以类似于术语“包含”在权利要求中用作过渡词时所理解的方式来具有包容性。此外，就采用术语“或”(例如，A或B)而言，其旨在表示“A或B或两者”。当申请人旨在指示“仅A或B但不是两者”时，则将采用术语“仅A或B但不是两者”。因此，本文中术语“或”的使用具有包容性，不具有排他性用途。参见Bryan A.Garner,A Dictionary of Modern Legal Usage 624(2d.Ed.1995)(Bryan A.Garner，《现代法律用语词典》第624页(第二版，1995年))。此外，就在说明书和权利要求书中使用术语“在…中”或“到…中”而言，其旨在另外表示“在…上”或“到…上”。此外，就在说明书或权利要求书中使用术语“连接”而言，其旨在不仅表示“直接连接到”，而且也表示“间接连接到”，诸如通过另外的一个部件或多个部件进行连接。虽然本申请已通过其实施方案的描述进行了说明，并且虽然已相当详细地对所述实施方案进行了描述，但申请人并非意图将所附权利要求书的范围约束为这样的细节或以任何方式限制为这样的细节。其他优点和修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，在其更广泛的方面，本申请并不限于所示和所述的特定细节、代表性设备和方法，以及示例性实例。因此，可以在不脱离申请人的总体发明构思的实质或范围的情况下偏离这样的细节。

Claims (15)

1.一种用于车辆的电磁穿孔检测系统，所述车辆具有至少一个车轮以及包括带束的至少一个轮胎，所述系统包括：

换能器，

其中所述换能器对当所述轮胎运动时由磁场源产生的磁场敏感，并且输出与所述磁场的大小对应的电信号；和

处理器，所述处理器被配置为接收从所述换能器发送的所述信号，并且当所述磁场变化到预先确定的阈值之外时传输警示。

2.根据权利要求1所述的穿孔检测系统，还包括通信子系统，所述通信子系统与所述处理器通信以传输所述警示。

3.根据权利要求2所述的穿孔检测系统，其中所述通信子系统采用直接射频协议。

4.根据权利要求1所述的电磁穿孔检测系统，还包括参考表，所述参考表包含能够由所述处理器访问的磁场参考数据。

5.根据权利要求4所述的电磁穿孔检测系统，其中所述轮胎包括RFID芯片和可检测所述RFID芯片的接近度的接近传感器。

6.根据权利要求5所述的电磁穿孔检测系统，其中所述处理器基于来自磁场传感器和所述接近传感器的历史数据将值插入到所述参考表中。

7.根据权利要求1所述的电磁穿孔检测系统，还包括用于传输所述警示的通信子系统。

8.根据权利要求1所述的电磁穿孔检测系统，其中所述磁场源是被配置为附连到所述车轮的一个或多个磁体。

9.根据权利要求1所述的电磁穿孔检测系统，其中所述磁场源为具有轴的电磁马达，所述电磁马达的所述轴旋转地固定到所述车轮。

10.根据权利要求1所述的电磁穿孔检测系统，其中所述磁场源是位于轮胎带束中的一条或多条金属帘线。

11.一种用于检测轮胎中的穿孔的方法，包括以下步骤：

感测嵌入在轮胎中的异物的存在；

测量所述轮胎的旋转；

跟踪所述异物是否在所述轮胎中保留达预先确定的轮胎旋转次数；以及

如果达到或超过所述预先确定的旋转次数，则向驾驶员警示所述异物的存在。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述警示步骤通过直接射频协议来执行。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述感测步骤通过光学传感器来执行。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述测量步骤通过RFID芯片和接近传感器来执行。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述警示被发送到车辆的显示面板。