CN113767018A

CN113767018A - 用于车辆轮胎的传感器系统和车辆轮胎

Info

Publication number: CN113767018A
Application number: CN202080032090.6A
Authority: CN
Inventors: 汉斯-尤尔根·索尔沃德; 马蒂亚斯·索尔沃德
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2019-05-02
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2021-12-07
Also published as: DE102019206265A1; US20220219493A1; EP3962757A1; WO2020221524A1

Abstract

一种用于车辆轮胎(1)的传感器系统(10)，该传感器系统具有至少一个传感器(11，12)和至少一个控制单元(13)，其中，该传感器(11，12)通过由导电弹性体制成的至少一个导体带电连接到该控制单元(13)。

Description

用于车辆轮胎的传感器系统和车辆轮胎

技术领域

本发明涉及一种用于车辆轮胎的传感器系统。本发明还涉及具有这种传感器系统的车辆轮胎，特别是实心橡胶轮胎。

背景技术

WO 2018/077502 A1公开了在实心橡胶轮胎中使用传感器元件的实践。这里的问题是单个传感器元件与分配给传感器元件的控制单元(例如，微控制器)之间的连接。

这种连接典型地是经由电线或金属导体带进行的。然而，尤其是在实心橡胶轮胎中，这些电线或金属导体带会暴露于强大的变形力、并且因此可能在长期应力下撕裂。尤为重要的是传感器元件不意图布置在轮辋的区域中，并因此不意图布置在控制单元附近，而是布置在轮胎中的更外侧。

发明内容

本发明的目的是指定一种用于车辆轮胎的传感器系统，该传感器系统没有这种缺点，而是以特别稳健的方式构造并且因此也适用于监测实心橡胶轮胎的磨损和撕裂。

该目的通过专利权利要求1的主题来实现。从属权利要求涉及有利实施例和改进。

本发明的一个方面指定了一种用于车辆轮胎的传感器系统，该传感器系统具有至少一个传感器和至少一个控制单元，其中，该传感器通过由导电弹性体制成的至少一个导体带电连接到控制单元。

在这里和下文中，导电弹性体被理解为表示具有小于1000Ωm或甚至小于100Ωm的电阻率的弹性体。这种弹性体有时也被称为“导电橡胶”并且可以例如通过使用导电颗粒作为填料来生产。

因此，根据本发明，导电弹性体提供了传感器与控制单元之间的电连接。这样的优势——特别是与仅嵌入弹性体中的金属导体带相比——是传感器与控制单元之间的整个电连接具有足够的弹性以适应轮胎的变形。因此电连接是永久稳定的。已经发现，导电弹性体的导电率足以将传感器信号传输到控制单元。

在一个实施例中，该至少一个传感器采用温度传感器的形式。这种温度传感器尤其可以布置在中间层中，该中间层位于轮胎中心，并且由于轮胎变形引入的能量在该中间层中被转换成热量。观察中间层中的温度曲线允许得出关于中间层状况及其损坏的结论。

已经发生的任何损坏或之前的温度升高(甚至可能导致材料液化)通常从外侧是看不到的，因为由于橡胶的低导热性，轮胎的外侧几乎不会变热。为了能够正确记录内部的轮胎温度，在中间层的中间的集成温度传感器是有利的。

根据一个实施例，该至少一个传感器采用磨损传感器的形式并且具有形成车辆轮胎的胎面区域并在操作期间暴露于磨损的区域。

例如，磨损传感器可以采用电阻式传感器的形式，并且可以具有多个电流路径，该多个电流路径并联连接并且能够布置在距车辆轮胎的胎面的不同距离处。

在这种情况下，并联连接的电流路径的数量随着磨损的增加而减少，结果是传感器的电阻发生变化。

替代性地，磨损传感器可以采用电容式传感器的形式并且可以具有由导电弹性体制成的至少一个第一电极、由导电弹性体制成的至少一个第二电极、和至少一个介电层，该至少一个介电层由另一电绝缘弹性体制成并且布置在这些电极之间，其中，这些电极和该层可以布置成垂直于车辆轮胎的胎面。

在该实施例中，电极的面积随着车辆轮胎的磨损的增加而减小，结果是由电极和电气层形成的电容器的电容发生变化。这种磨损传感器可以用于以特别简单的方式量化实心橡胶轮胎的磨损。

一个方面指定了一种具有所描述的传感器系统的车辆轮胎，其中，车辆轮胎尤其采用实心橡胶轮胎的形式。例如，它可以是用于地面输送机或类似工作机器的轮胎。

配备有该传感器系统的“智能”车辆轮胎的优点在于，该传感器系统允许精确监测车辆轮胎的状况，其中，同时电连接特别稳健，并且因此具有该传感器系统的车辆轮胎的弹性特别好并且使用寿命长。

传感器系统的传感器可以布置在车辆轮胎的层中，具体取决于传感器的类型。例如，温度传感器可以有利地布置在轮胎的中间层中，而磨损传感器可以有利地布置在车辆轮胎的胎面的区域中。

该传感器系统尤其布置在车辆轮胎的孔中。

本发明的另一方面指定了一种具有所描述的车辆轮胎的车轮系统，该车轮系统除了车辆轮胎之外还包括轮辋。在这种情况下，该传感器系统的控制单元布置在车轮系统的轮辋上。替代性地，还可以设想将控制单元布置在车辆轮胎中。

附图说明

下面参考示意图更详细地解释实施例。

图1示出了根据本发明的一个实施例的具有传感器系统的实心橡胶轮胎的截面图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的呈温度传感器形式的传感器；

图3示出了根据本发明的一个实施例的用于在传感器与控制单元之间建立电连接的连接器；

图4示出了根据本发明的第一实施例的呈磨损传感器形式的传感器的纵向截面视图；

图5示出了根据图4的传感器的侧视图，以及

图6示出了根据本发明的第二实施例的呈磨损传感器形式的传感器的截面视图。

附图标记清单

1 车辆轮胎

2 运行层

3 中间层

4 底层

5 轮辋

6 钢条

7 胎面

10 传感器系统

11 传感器

12 传感器

13 控制单元

14 连接

16 绳索

17 连接器

18 触点连接

19 虚线

20 连接器

21 导体带

22 基质

23 绝缘体

24 导体

25 连接

26 孔

27 区域

28 第一电极

29 第二电极

30 介电层

31 层

32 层

具体实施方式

图1示出了车辆轮胎1，该车辆轮胎呈实心橡胶轮胎形式并且布置在车轮系统的轮辋5上。车辆轮胎1具有各种弹性体层。然而，也可以设想在充气轮胎中的使用。以已知方式，弹性体层形成具有钢条6的底层4、中间层3和运行层2，其中每个层都具有不同的特性。特别地，中间层3被设计为相对有弹性以便将滚动阻力最小化并因此减少热量的产生。

车辆轮胎1在孔(未展示)中具有传感器系统10，该传感器系统具有第一传感器11和第二传感器12以及控制单元13，该控制单元在所示实施例中呈微控制器形式并且布置或固定在轮辋5的区域中，例如在模制的凹口中。

传感器11布置在运行层2中并且呈磨损传感器的形式。传感器11的区域27形成车辆轮胎1的胎面7的小区域，并且因此在操作期间会暴露于磨损。传感器11经由通过导电弹性体制成的电连接14连接到控制单元13。

第二传感器12布置在中间层3中并且呈温度传感器的形式。它还具有由导电弹性体制成的与控制单元13的连接14。

图2示出了呈温度传感器形式的传感器12。从该图示中可以看出，传感器12具有两个触点连接18。还可以设想传感器12具有更多的触点连接18。然而，在本实施例中，使用了传感器12，其信号可以有利地经由其电源线被分接，因此仅需要两个触点连接18。连接18通过连接14电连接到控制单元13。在图2所示的实施例中，连接14由单独的连接器17组成，其中在每种情况下，一个连接器14与一个触点连接18接触。

图3示出了其中连接仅具有单个连接器20的替代性实施例，该连接器由在电绝缘基质22中的导电弹性体制成的单独导体带21构成。例如，基质22可以由绝缘弹性体制成挤压型材(extruded profile)，并且凹槽可以填充有导电弹性体。

连接14不具有任何金属线或导体带，而是完全由导电弹性体和可能另外(特别是作为护套)由电绝缘弹性体构成。因此，它形成了由导电弹性体制成的导体带。因此，它被设计为至少与车辆轮胎的围绕它的层一样柔韧。这可以防止电连接断裂。

由导电弹性体制成的连接14通常具有几毫米的直径，例如大约2mm。已经发现，传感器信号因此可以令人满意地传输。

图2、图4、图5和图6中的虚线19指示通过灌注化合物(potting compound)对传感器11、12及其触点连接18的封装，该灌注化合物可以被提供尤其用于保护电触点连接18。

图4示出了呈电阻磨损传感器形式的第一传感器11的实施例。根据该实施例，传感器11具有两种不同的弹性体，即，绝缘体23和电导体24。在这种情况下，绝缘体23形成在电导体24的两层之间的位置处中断的层。通过触点连接18与电导体24的每一层进行接触。这两个导电层31、32通过由导电弹性体制成的连接25彼此连接。连接25采用绝缘体23的层中的开口的形式。

在根据图5的侧视图中，可以看出连接25是通过在夹层结构中制造单独的孔26并用导体24填充这些孔而产生的，该夹层结构包括导体24的层31、绝缘体23的层和导体24的层32。由两种不同的弹性体制成的夹层结构可以例如通过三复合挤出机(triplexextruder)制造。

连接25形成从一个触点连接18通向另一触点连接18的电流路径区域。随着例如在绳索16的帮助下传感器11被拉入其中的车辆轮胎1的磨损增加，一些连接25被移除。这会改变传感器的电阻。

图6示出了传感器11的替代性实施例，该传感器也采用磨损传感器的形式，但是呈电容磨损传感器的形式。在该实施例中，传感器11具有层结构，该层结构包括三个导电层和在每种情况下布置在其间的两个电绝缘层，该层结构尤其可以通过挤压工艺制造。在这种情况下，两个外导电层形成第一电极28，而内导电层形成第二电极29，并且布置在其间的绝缘材料形成介电层30。

总之，传感器11因此形成具有随着车辆轮胎1和因此传感器11的磨损增加而减小的面积的电容器，其中在所示实施例中电极面积和介电层30的面积都减小。这也减小了与电极面积成比例的传感器11的电容。通过控制单元13对电容进行评估，以便确定车辆轮胎1的里程数或磨损。

在这种情况下，电极28、29和电介质30垂直于车辆轮胎1的胎面7布置，以便确保电容器面积随着磨损的增加而减小。

图1中的车辆轮胎1具有(电阻式或电容式)磨损传感器11和温度传感器12以及控制单元13，该控制单元接收来自传感器11、12两者的信号并经由通过导电弹性体制成的导体带连接到这两者。还可以设想仅提供这两个传感器11、12之一或为传感器11、12中的每一个提供控制单元13。

已经发现，传感器11也对变形作出反应。这也使得可以根据传感器信号来推断负载、速度和行驶距离。

Claims

1.一种用于车辆轮胎(1)的传感器系统(10)，该传感器系统具有至少一个传感器(11，12)和至少一个控制单元(13)，其中，该传感器(11，12)通过由导电弹性体制成的至少一个导体带电连接到该控制单元(13)。

2.如权利要求1所述的传感器系统(10)，其中，该至少一个传感器(11，12)采用温度传感器的形式。

3.如权利要求1或2所述的传感器系统(10)，其中，该至少一个传感器(11，12)采用磨损传感器的形式并且具有形成车辆轮胎(1)的胎面(7)区域并在操作期间暴露于磨损的传感器区域。

4.如权利要求3所述的传感器系统(10)，

其中，该磨损传感器(11)采用电阻式传感器的形式，并且具有多个电流路径，该多个电流路径并联连接并且能够布置在距该车辆轮胎(1)的胎面(7)的不同距离处。

5.如权利要求3所述的传感器系统(10)，

其中，该磨损传感器(11)采用电容式传感器的形式并且具有以下各项：

-由导电弹性体制成的至少一个第一电极(28)，

-由导电弹性体制成的至少一个第二电极(29)，

-至少一个介电层(30)，该至少一个介电层由另一种弹性体制成并且布置在这些电极(28，29)之间，

其中，这些电极(28，29)和该介电层(30)能够垂直于该车辆轮胎(1)的胎面(7)布置。

6.一种车辆轮胎(1)，具有如权利要求1至5中任一项所述的传感器系统(10)。

7.如权利要求6所述的车辆轮胎(1)，

其中，该传感器系统(10)布置在该车辆轮胎(1)的孔中。

8.一种车轮系统，具有如权利要求6或7所述的车辆轮胎(1)，

其中，该传感器系统(10)的控制单元(13)布置在该车轮系统的轮辋(5)上。