CN116848566A - 车轮紧固件报警器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车轮紧固件报警器组件，车轮紧固件报警器组件具有紧固件本体，该紧固件本体具有限定扭转表面和腔体的第一部分以及具有用于与车辆的车轮附接和分离的螺纹部的第二部分。传感器阵列设置在紧固件本体的腔体中，用于检测紧固件本体的属性并基于紧固件本体的属性生成输出信号。与传感器阵列连接的天线用于将信号传输到远程位置。帽被固定到紧固件本体的第一部分上并覆盖扭转表面和腔体的开口以限定带帽的紧固件本体。

Description

车轮紧固件报警器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年10月13日提交的序列号为17/069,649的美国申请的优先权，其公开内容在此通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及车轮紧固件，更具体地，涉及车轮紧固件报警器。

背景技术

车轮紧固锁在许多类型的车辆上用于防止未经授权的车轮拆卸和盗窃。传统的车轮紧固锁需要专用工具去除附着于车轮的车轮紧固件。盗贼可能会通过将车轮紧固件从车轮螺栓上打破(例如使用打击杆)，从而避免需要专用工具来拆下传统的车轮紧固锁。因此，需要改进的车轮紧固锁。

发明内容

根据至少一个实施方式，车轮紧固件报警器组件具有紧固件本体，该紧固件本体具有第一部分和第二部分，所述第一部分限定扭转表面和腔体，所述第二部分具有用于与车辆的车轮附接和分离的螺纹部。传感器阵列设置在紧固件本体的腔体中，用于检测紧固件本体的属性并基于紧固件本体的属性生成输出信号。天线与传感器阵列连接，用于将信号传输到远程位置。帽被固定到紧固件本体的第一部分上并且覆盖扭转表面和腔体的开口以限定带帽的紧固件本体。

在另一个实施方式中，帽由不锈钢形成。

在另一个实施方式中，天线被布置为当带帽的紧固件本体被夹持扭转表面的紧固工具接收时，传输信号。

在另一个实施方式中，天线延伸超过帽。

在另一个实施方式中，天线从扭转表面朝向第二部分延伸。

在另一个实施方式中，扭转表面具有在相邻的扭转面之间形成的轮廓部分，该轮廓部分具有小于紧固点的半径，其中天线沿着轮廓部分布线。

在另一个实施方式中，紧固件本体具有从扭转表面径向延伸的凸缘，其中在凸缘内形成通道；并且天线在通道中布线并且延伸到凸缘下方。

在另一个实施方式中，天线包括与传感器阵列连接的第一端和定位在帽外部的周向部。

在另一个实施方式中，天线还包括将传感器阵列连接到周向部的柔性延伸段。

在另一个实施方式中，天线的周向部被封装在天线载体中，该天线载体是与帽不同的材料。

根据至少一个其他实施方式，提供了一种用于车辆车轮紧固件的报警器子组件，该报警器子组件包括传感器壳体，该传感器壳体的尺寸被设置为保持在车轮紧固件的腔体中。传感器阵列容纳在传感器壳体中，用于检测紧固件本体的属性并基于紧固件本体的属性生成输出报警信号。电源容纳在壳体中。天线与传感器阵列连接，用于将报警信号传输到远程位置。天线在第一端处与传感器阵列连接并且延伸超出腔体到达天线的第二端。

根据至少一个实施方式，制造车轮紧固件报警器的方法提供紧固件本体，该紧固件本体具有限定扭转表面和腔体的第一部分。紧固件本体具有第二部分，该第二部分具有用于与车辆的车轮附接和分离的螺纹部。将传感器阵列插入紧固件的腔体中，以检测紧固件本体的属性并基于紧固件本体的属性生成输出报警信号。将帽固定到紧固件本体的第一部分上以覆盖扭转表面，并将传感器阵列固定到紧固件本体上。

在另一个实施方式中，该方法将天线连接到传感器阵列以将报警信号传输到远程位置。

在另一个实施方式中，该方法将天线的至少一部分封装在天线载体中。将天线载体在帽外部压接到紧固件本体上。

在另一个实施方式中，该方法将天线载体安装到紧固件本体的外表面上，并且在安装天线载体之后将传感器阵列插入腔体中。

在另一个实施方式中，该方法形成具有扭转表面的紧固件本体，该扭转表面包括形成在相邻的扭转面之间的轮廓部分，该轮廓部分具有小于紧固点的半径。将天线沿着轮廓部分布线。

本发明在此可以包括以各种组合的任何以下方面，并且还可以包括以下以书面描述或在附图中描述的任何其他方面。

附图说明

通过结合附图阅读以下描述可以更全面地理解本发明。

图1是车轮紧固件报警器的示意图。

图2是车轮紧固件报警器的传感器阵列的示意图。

图3A和图3B是车轮紧固件报警器的加帽车轮螺母的侧视截面图和端视图。

图4A至图4C是车轮紧固件报警器的车轮螺母帽的端视图和侧视图。

图5是车轮紧固件报警器的传感器阵列的示意图。

图6是另一车轮紧固件报警器的传感器阵列的示意图。

图7是操作车轮紧固件报警器的方法的流程图。

图8是车轮紧固件的示意图，其中帽被移除以更详细地示出报警器子组件。

图9是包括帽的图8的车轮紧固件报警器子组件的立体图。

图10是图9的车轮紧固件报警器子组件的穿过截面9-9的截面图。

图11是从车轮紧固件移除的警报器子组件。

具体实施方式

现在参考附图，车轮紧固件报警器100包括如图1所示的加帽汽车车轮螺母102。在一些实施方式中，加帽汽车车轮螺母102可以是不锈钢加帽汽车车轮螺母。螺母本体104的包括扭转表面106的顶部可以由可由不锈钢或其他合适的覆盖材料制成的帽108覆盖。因此，当将车轮螺母102安装在车轮螺栓112上时，螺母本体104本身对于临时观察者而言是不可见的，并且帽108是螺母的唯一易于看见的部分。然而，螺母本体110的底部未被帽108覆盖，使得螺母102可以在帽108不会妨碍螺母螺纹114与螺栓螺纹116啮合的情况下被螺纹连接到车轮螺栓112上。

车轮紧固件报警器100还包括传感器阵列118，用于检测车轮螺母102内的车轮螺栓112的属性。该属性可以是用于检测与车轮螺母102有关的报警状况的信息，例如车轮螺母102是否正在从车轮螺栓112移除。属性可以包括例如车轮螺栓在车轮螺母内的定位或位置、车轮螺母的加速度值、车轮螺母周围的磁场、车轮螺母的冲击值、车轮螺母在车轮螺栓上的振动值或车轮螺母的温度。传感器阵列118可以设计成装配在车轮螺母102中的腔体120内。传感器阵列118可以与车轮螺母102成一体。车轮螺母102的尺寸可以与传统车轮螺母类似。例如，腔体120内容纳传感器阵列118的空间大小可以是大约15mm宽×14mm长的圆柱形空间。根据车轮螺栓112的长度，可用空间的大小可以减小到大约9mm。传感器阵列118可以使用各种方法(如下所述)来检测车轮螺栓112的属性。

传感器阵列118可以向接收机122发送关于属性的信号，例如检测到或未检测到车轮螺母102内的车轮螺栓112。信号可以指示车轮螺母102附接到车轮螺栓112或从车轮螺栓112拆卸。因此，信号可以是车轮螺母102正在从车轮螺栓112移除的指示。接收机122可以将信号中继到报警控制器124。报警控制器124可以是用于车辆报警系统的控制器。因此，车轮紧固件报警器100可以与车辆的电子系统(例如车辆报警系统)通信。报警控制器124可以基于从传感器阵列118接收到的关于车轮螺母102的状态的信号来启动车辆的报警系统。尝试去除或篡改车轮紧固件报警器100可以启动车辆报警系统。当车轮紧固件报警器100被不正确地移除时，车辆报警器可以产生声音并发出灯闪。类似地，如果车轮紧固件报警器100损坏，则传感器阵列118可以通过接收机122向报警控制器124发送指示损坏的信号。然后报警控制器124可以启动车辆的报警系统。另外或替代地，报警控制器124可以将关于车辆报警系统的信号传输到诸如移动电话、平板电脑或计算机的远程设备。接收机122和报警控制器124可以远离车轮螺母102和车轮螺栓112定位，例如定位在车辆的不同部分或以远离车辆的方式定位。接收机122可以包括CAN和LIN总线，以允许接收机122在某些应用中用作开发平台，诸如当原始设备制造商安装车轮紧固件报警器100时。

车轮紧固件报警器100可以使用分布式处理来确定是否应该基于来自传感器阵列118的信号而启动车辆报警系统。车轮紧固件报警器100可以依赖于报警控制器124来处理来自接收机122的信号，以确定是否由传感器阵列118测量的属性保证基于车轮紧固件报警器100不可用的其他信息(例如与车辆相关联的其他传感器)来启动车辆报警系统。例如，传感器阵列118可以测量车轮螺母102的偏离参考值(诸如低于参考值)的温度，并且可以将指示测量温度的信号传输到接收机122。接收机122可以将信号发送到报警控制器124。报警控制器124可处理所接收的信号，并确定车辆报警系统不需要被启动，因为车辆上的其他传感器也正在测量温度偏差，指示车辆的其他部分处于较低的温度，而不仅仅是车轮螺母102处于较低的温度。处于较低温度的车辆的其他部分可以指示车轮螺母102没有正在从车辆移除，但是可以指示车辆处于寒冷的地方。

车轮紧固件报警器100可以包括放置在帽108端部中的开口127上的盖126。盖126可以是非导电的或非金属的，以允许来自传感器阵列118的信号通过盖126并到达接收机122。盖126可以例如由聚合物组成。盖126可以包括用于提供车轮紧固件报警器100的存在的可视指示的任何颜色或图案，以便降低小偷试图窃取附接有车轮紧固件报警器的车轮的可能性。与车辆车轮和车轮紧固件报警器100的其余部分相比，这样的颜色对于观察者可能是高度可见的。例如，盖126可以由蓝色聚合物组成，以容易地对观察者显示附接到车轮的车轮螺母是车轮紧固件报警器100。

由于车轮螺母102和帽108的金属性质而导致的从传感器阵列118到接收机122的信号的衰减可以通过适当调节位于帽108的端部的开口127的尺寸来最小化。衰减量取决于开口127的尺寸，并且可以近似为：

衰减(dB)＝20log(λ/2a)，其中λ＝波长，a＝最大开口尺寸。

所需的发射功率可以近似为：

Tx功率(dBm)＝Rx灵敏度(dBm)+2x天线增益+路径损耗+腔体损耗+车辆衰减。

对于直径大约为7.5mm的开口127，发射功率估计为：

Tx功率(dBm)＝-112dBm+(2x 17dB)+39.2dB(5米)+33.3dB+10dB(估计)

Tx功率(dBm)＝4.5dBm最小值。

在适当的频率范围内，许多低功率发射机可实现大约4.5dBm的发射功率。可以调节开口127的尺寸以减少所需的发射功率。

车轮紧固件报警器100可以从车轮螺栓112移除，而不需要除了通常移除传统车轮螺母所需的工具以外的任何专用工具。车轮紧固件报警器100不需要专用钥匙、插孔或扳手来移除。车轮紧固件报警器100可以设计成在任何类型的车辆上操作，并且可以容忍与安装在任何车辆的轮胎/车轮组件上相关联的环境和操作应力。车轮紧固件报警器100可以在-40℃至+85℃的温度范围内工作。

车轮紧固件报警器100位于车辆的车轮上；因此，车轮紧固件报警器100符合适用于与车辆车轮相关联的应用的设计和测试要求。车轮紧固件报警器100与钢铝合金车轮材料兼容，如高强度低合金钢、热轧低碳钢、AA 356铝、6061T6铝、AA5454铝和镀铬车轮。车轮紧固件报警器100可以经受腐蚀测试，例如CETP：00.00-R-311的60个循环或等同测试，而不会损失功能、使用性能或者引起外观上的显著劣化，包括对轮胎外观劣化的任何电流贡献。下面列出了车轮紧固件报警器100可以通过的测试的示例矩阵。

车轮紧固件报警器100可以在安装在车辆上之前被测试和编程。例如，低功率低频接收机可以包括在车轮紧固件报警器100中，以允许测试和编程发生在装配线上或者在车辆经销商的服务期间。

车轮紧固件报警器100可以使用传感器阵列118来检测车轮螺母102是否从车轮螺栓112松动或正在松动。如果传动轮阵列118检测到传感器阵列118与车轮螺栓112之间的距离正在增加，则传感器阵列118可以将指示车轮螺母102从车轮螺栓112松动或正在松动的信号传输到报警控制器124。该信号可以是车轮螺母102松动的早期指示，使得车轮操作者可以采取校正措施并在车轮螺母102与车轮螺栓112分离之前拧紧车轮螺母102。类似地，如果车轮紧固件100安装在车辆车轮的所有车轮螺栓112上，则车轮紧固件100可以指示整个车轮是否从车辆松动或正在松动。如果一个或多个车轮紧固件报警器100松动或正在松动，报警控制器124可以确定车轮松动并且可以发信号通知车辆操作者采取校正措施。

参考图2，传感器阵列118可以包括诸如处理器228、发射机230、电源232、车轮螺栓传感器234、运动传感器236、冲击传感器238、加速度计250、地磁传感器252和温度传感器254等部件。

处理器228可以实现为微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、离散逻辑或其他类型的电路或逻辑的组合。存在用于处理器228的许多选择。例如，处理器228可以是包括集成射频发射机的Microchip PIC16LF1824T39A系列微控制器。处理器228可以是InfineonSP370-25-106-0、Freescale FXTH871511DT1或Melexis MLX91801。FreescaleFXTH71511DT1可能是最好的集成芯片解决方案，但可能比其他选择更昂贵。MicrochipPIC16LF1824T39A可提供低成本解决方案，具有充足的射频输出功率、低频接收服务能力、在原始设备制造商应用中自动启用/停用的能力以及其他选择，以降低系统功耗。Microchip PIC16LF1824T39A也可以容易地与车轮紧固件报警器100中使用的传感器对接。

电源232可以包括可更换或可再充电的电源，例如一个或多个电池。电源232可能足以为车轮紧固件报警器100供电多年，在一些情况下约为10年。另外或替代地，电源232可能足以为车轮紧固件报警器100提供动力，持续带有车轮紧固件报警器100的车辆行驶大约10万英里所需的时间。电源232可以安装在直径约为12mm、深5mm的圆柱形空间中。还可以使用电源232的替代空间。电源232可以是定制设计的电池，或者可以是现成的电池，例如CR1225纽扣电池。电源232可以是远程充电的可充电锂离子电池，例如通过低频接收机充电。传感器阵列118可以包括用于调节电源232充电的附加电路和软件。另外或替代地，可以使用外部充电站。

车轮螺栓传感器234可以检测车轮螺栓112在车轮螺母102内的位置。车轮螺栓112在车轮螺母102内的位置可以以大约1mm的精度来确定。车轮螺栓传感器234可以向处理器228传输与检测到或未检测到车轮螺母102内的车轮螺栓112有关的信号。然后，处理器228可利用发射机230将关于车轮螺栓112在车轮螺母102内的位置的信号无线地发送到远程位置，例如接收机122。如前所述，如果车轮螺栓传感器234未检测到车轮螺母102内的车轮螺栓112，则车辆的报警系统可以启动。处理器228还可以周期性地利用发射机230发送指示车轮螺栓112位于车轮螺母102内的信号，并且确认车轮紧固件报警器100是可操作的。

发射机230可以使用现有的车辆系统(例如轮胎压力管理系统或远程无钥匙登入系统)与车辆的报警系统通信。与车辆系统的通信可以利用车载低功率射频数据链路，频率大约为315MHz或434MHz。通过车轮紧固件报警器100使用现有的车辆通信系统可以不干扰现有的车辆系统，因为车轮紧固件报警器100可能通常在现有的车辆系统不传输信号时传输信号。例如，轮胎压力管理系统通常在车辆移动时传输信号，而车轮紧固件报警器100可以仅在车辆静止时才传输信号。另外或替代地，可以使用单独的射频接收机来建立发射机230与车辆系统之间的通信。

车轮螺栓传感器234可以使用各种方法来检测车轮紧固件报警器100内的车轮螺栓112的位置。下表提供了用于电容、磁性、感应和光学检测方法的特性。

电容式接近传感器产生电场并且可以用于感测各种材料，例如金属、固体、液体或人的手。将物体引入电场会导致可测量的电容变化。电容传感器可以将结合电容器和串联电阻器的PCB迹线用作感测元件来实现。只需要两个处理器引脚用于控制，从而获得非常便宜的解决方案。除了低成本和部件数量之外，电容式接近传感器消耗的功率非常小。对使用5mm PCB感测元件的电容式接近传感器进行的实验表明了1.7mm的车轮螺母中的车轮螺栓的最大检测范围。较大的感测元件增加了检测范围。然而，靠近较大感测元件的螺母本体可能具有使电场短路的效果。这样可能会使得难以区分车轮螺栓和车轮螺母，因此不能可靠地检测车轮螺栓位置。通过选择相对于车轮螺母尺寸而言的小几何形状的感测元件，可以略微减轻短路效应。这种较小的感测元件显著影响范围，导致使用5mm感测元件的最大检测为大约1.7mm。虽然通常可以使用电容式感测方法来可靠地检测螺栓，但是紧固件本体的存在可能使其不切实际。一个可能的改进将是将含铁较少的材料用于车轮螺母本体，例如不锈钢。

磁(感应霍尔效应)传感器响应于磁场而改变其输出电压。诸如接近开关的常见实现方式仅仅感测磁体产生的磁场的存在。更复杂的实现方式是可能的，其中紧邻的金属物体改变磁场并且对传感器的输出电压产生可测量的变化。传感器的操作取决于磁性材料的特性以及磁体的批次分布以及在最终系统中检测到的磁体、电子器件和物体的物理放置。磁传感器不受恶劣环境的影响，并且可具有很长的使用寿命。将磁体在车轮螺栓上放置成使得其可通过霍尔效应元件容易地检测可能会因服务方面而使车轮紧固件报警器100的使用出现问题，在服务方面，磁体可能损坏，或者车轮紧固件报警器100无意中安装在错误的车轮螺栓上。如果磁体与电子器件结合在一起，则考量方面可能包括可用的封装空间、实现适当地检测车轮螺栓所需的间距和几何尺寸以及校准车轮紧固件本体的效果的能力。

感应传感器通常利用与谐振LC(电感器-电容器)线圈组合的振荡器作为用于感测诸如金属的物体的存在的手段。由线圈辐射的磁场在导电物体中引起涡流，从而改变振荡器性能。这种性能变化与金属物体与LC线圈之间的距离直接相关。作为感应传感器的实例，TI LDC1101可以同时测量具有非常高分辨率的LC谐振器的阻抗和谐振频率，从而可以感测导电材料的接近和移动。通过监测注入谐振器的功率量，LDC1101确定谐振器的等效并联电阻，并且将该并联电阻作为数字值返回。它还通过将传感器频率与参考频率进行比较来测量LC电路的振荡频率，该振荡频率可用于确定LC电路的电感。测试表明，车轮螺母内的车轮螺栓的存在可以在大约1-4.5mm范围使用LDC1101检测。可能需要校准感应传感器，以最小化车轮螺母本体对检测车轮螺栓的影响。鉴于部件数量低以及补偿紧固件本体效果的能力，感应传感器可能是用于感测车轮螺栓位置的良好解决方案。另一个优点是LDC1101将在低至大约1.8V下工作。如果与PIC16LF1824T39A处理器选择配对，可显著降低电流消耗。

当感测车轮螺栓时，光学传感器可能具有最佳检测范围的潜力。例如，AMS TMD27723集成了高度集中的LED光源和检测器，将提供大约15mm的感测范围。光学感测的主要问题是车轮螺母腔体中的灰尘、污垢或碎屑。还必须考虑到车轮螺母的内壁的反射，因为壁将需要非反射涂层。在TMD 27723的情况下，最低强度设置下的电流消耗明显高于其他可能需要定制电源的感测选择。

当车辆运动时，运动传感器236可以阻止车轮紧固件报警器100的车轮螺栓112感测功能。另外或替代地，运动传感器236可以防止发射机230发送关于车轮螺栓112的状态的信号，或者可以在车辆运动时指示报警控制器124忽略该信号。车辆紧固件报警器100只能在车辆停放时被启动和/或操作以发信号通知车轮被盗。因此，车轮紧固件报警器100可以在车辆运动时自动地不被使用，并且在车辆静止时可以自动地起作用。使车轮紧固件报警器100仅限于车辆静止时使用可能会降低功率消耗。运动传感器236可以是用于感测运动以启用/停用车轮紧固件报警器100的滚珠轴承型开关。滚珠轴承式传感器具有用于其他车辆应用以及功耗低的优点。运动传感器236还可以是加速度计，用于检测车轮紧固件报警器100何时移动。

除了运动传感器236之外或替代运动传感器236，车轮紧固件报警器100可基于车辆的钥匙扣(keyfob)的存在而启用或停用。类似于车辆门的解锁/锁定功能，在车辆的适当距离内的钥匙扣的存在可以启用/停用车轮紧固件报警器100。例如，如果车辆的所有者在车辆附近具有钥匙扣，则车轮紧固件报警器100可以自动地停用，以允许所有者从车轮螺栓112移除车轮紧固件报警器100，例如更换轮胎，而不会触发车辆的报警系统。

车轮紧固件报警器100还可以通过诸如移动电话、平板电脑或计算机之类的远程设备进行启用/停用。用户还可能能够通过远程设备来确定车轮紧固件报警器100的状态，诸如其是否正常工作或者是否已启动报警信号。车轮紧固件报警器100还可以通过远程设备自动通知用户已经启动了报警信号。

另外或替代地，车轮紧固件报警器100可以包括低频接收机，其接收来自与车辆中的轮胎压力管理系统相关联的低频启动器的信号。该信号可以指示车轮紧固件报警器100启用或停用。例如，车辆的钥匙扣的存在可以由轮胎压力管理系统检测到，然后轮胎压力管理系统可以向车轮紧固件报警器100发送指示存在钥匙扣的信号。车轮紧固件报警器100然后可以自动停用。

另外或替代地，车轮紧固件报警器100可以例如通过开关从车辆内部手动启用或停用，以允许出于任何原因(例如轮胎更换、轮胎旋转或轮胎修理)来移除车辆的车轮。另外或替代地，车辆紧固件报警器100可以在车辆静止一段预定时长(例如数分钟或其他时长)之后自动启用。

冲击传感器238可以检测车轮紧固件报警器100是否被强力移除，例如使用用于剪切车轮螺母102的撞击杆断开。冲击可以被感测为存在于三个轴(x，y，z)上的过度阻尼振动。测试表明，车轮紧固件报警器100从撞击杆感觉到的冲击或类似的篡改力可能持续大约200ms。因此，为了检测篡改力/振动，冲击传感器238可以每200毫秒对车轮紧固件报警器100的力/振动进行取样。取样/检测时间的持续时间可以基于在篡改力/振动之后在车轮紧固件报警器100中可能发生的铃响而延长，或者基于在由于篡改力/振动而使得车轮紧固件报警器100落到地面之后发生的振动而延长。如果大约每200ms需要一个力/振动样本，则使用用于冲击传感器238的加速度计可能需要高功率容量。为了延长车轮紧固件报警器100的使用寿命，可能需要冲击传感器238消耗非常低的功率。因此，冲击传感器238可以是诸如SignalQuest SQ-MIN-200的滚珠轴承传感器，其提供简单的开关关闭并且使用中断引脚精细地实现。

加速度计250可以通过检测车轮螺母102的运动或位置的变化来检测车轮紧固件报警器100的篡改。在车轮紧固件报警器100启用的时候，处理器228可以使用传感器阵列118或某种其他装置来确定车轮螺母102的参考位置，例如由X，Y和Z坐标限定的位置。处理器228可以周期性地确定车轮螺母102的当前位置并将其与参考位置进行比较。如果当前位置在预定量内与参考位置不匹配，则车轮紧固件报警器100可以启动车辆报警系统。

地磁传感器252可以通过检测车轮螺母102周围的磁场的变化来检测车轮紧固件报警器100的篡改。地磁传感器252可以在车轮紧固件报警器100启用时测量车轮螺母102周围的参考磁场。处理器228可以周期性地将车轮螺母102周围的当前磁场与参考磁场进行比较，以检测是否有例如凸耳扳手的磁性物体施加到车轮螺母102。如果当前磁场与参考磁场的相差预定量，则车轮紧固件报警器100可以启动车辆报警系统。

温度传感器254可以通过检测车轮螺母102周围的温度变化来检测车轮紧固件报警器100的篡改。处理器228可周期性地将由温度传感器254测量的车轮螺母102周围的当前温度与参考温度进行比较，以检测温度的变化。温度变化可能表明车轮螺母102正在经受极端的温度以便从车轮螺栓112上移除车轮螺母102，例如通过使用喷灯来加热车轮螺母102或者通过使用干冰来冷冻车轮螺母102。极端的温度变化可以更容易使车轮螺母102从车轮螺栓112移除。如果当前温度与参考温度相差预定量，则车轮紧固件报警器100可以启动车辆报警系统。

传感器阵列118的部件的布置和到车轮螺母102中的封装足够坚固以对车轮紧固件报警器100提供保护，使得车轮紧固件报警器100可以检测篡改力/振动并在不可修复的损坏之前发送指示篡改力/振动正在发生的信号。例如，帽108和盖126为车轮螺母102内的部件提供足够的保护，以在车轮紧固件报警器100变得不可操作之前检测篡改力/振动。传感器阵列118的部件的布置和到车轮螺母102中的封装还足够坚固，以防止损坏车轮紧固件报警器100并防止其部件受到用于移除车轮紧固件报警器100的冲击扳手的冲击。传感器阵列118可以位于车轮螺母102中的塑料壳体内，以便于组装并且减少传感器阵列118所经受的冲击和振动。另外或替代地，柔性灌封化合物或液体硅橡胶可用于减震。

车轮紧固件报警器100的实施方式不能通过任何外部命令或通信方式来停用，以防止系统的意外停用，例如由于黑客、篡改或系统的其他改变。由于车轮紧固件报警器100的这个实施方式不能被停用，因此如果车辆报警系统处于启用状态，则该车轮紧固件报警器100的该实施方式的报警状况将仅启动车辆报警系统。因此，车轮紧固件报警器100的该实施方式总是被启用，但是仅在车辆报警系统启用的情况下启动车辆报警系统。

参考图3，图3A是车轮紧固件报警器300的实施方式的侧面横截面图，车轮紧固件报警器300包括车轮螺母302、帽308、开口327和盖326。图3B是车轮紧固件报警器的端视图，示出了帽308和盖326。车轮紧固件报警器300可以包括车轮紧固件报警器100的所有部件和特征。盖326在其中心部分可以具有比其边缘部分更大的厚度，以保护包含在车轮螺母302内的部件。尺寸可以变化，以适应车轮紧固件报警器300的应用。

参考图4，图4A是车轮紧固件报警器400的实施方式的端视图，车轮紧固件报警器400包括帽408和开口427。图4B是帽408的侧视图。图4C是帽408的端视图。车辆紧固件报警器400可以包括车轮紧固件报警器100的所有部件和特征。尺寸可以变化，以适应车轮紧固件报警器400的应用。

图5是车轮紧固件报警器的实施方式的传感器阵列518的示意图。车轮紧固件报警器500可以包括车轮紧固件报警器100的所有部件和特征。传感器阵列518包括刚性-柔性PCB组件。刚性PCB 540可以位于车轮螺栓512(未被示出)附近。柔性PCB 542可以定位在盖526(未被示出)附近，以优化天线544的性能。处理器528可以位于刚性PCB 540上。传感器阵列518可以利用一个或多个电源532进行操作。图5示出了位于刚性PCB 540与柔性PCB 542之间的两个电源532。电源532可以相同或不同。例如，两个电源532可以是CR1225纽扣电池。电源532可以是任何现成的或定制设计的电池。传感器阵列518还可以包括振动传感器546。振动传感器546可以组合上述的运动传感器236和冲击传感器238的部件和特征。振动传感器546可以是滚珠轴承开关。传感器阵列518可以包括LF(低频)线圈548，其可以例如类似于Coilcraft4513TC-725XGLB RFID应答器线圈。

图6是车轮紧固件报警器的实施方式的传感器阵列618的示意图。车轮紧固件报警器600可以包括车轮紧固件报警器500的所有部件和特征。传感器阵列618可以仅包括刚性PCB 640，并且可以不包括柔性PCB。传感器阵列618可以包括传感器650。传感器650可以是用于检测与车轮螺母102有关的属性的任何类型的传感器，例如螺栓定位/位置传感器、运动传感器、冲击传感器、加速度传感器、地磁传感器和温度传感器。传感器阵列618的其他部件可以与传感器阵列518相同。

图7示出了操作车轮紧固件报警器的方法700的流程图。与方法700一起使用的车轮紧固件报警器可以具有与车轮紧固件报警器100相同的部件和特征。方法700的流程可以从步骤760开始，将车轮紧固件报警器安装到车轮螺栓上，例如通过将车轮紧固件报警器中的车轮螺母上的螺纹与车轮螺栓上的对应螺纹互锁。步骤762可以包括启动车轮紧固件报警器中的传感器阵列。步骤764可以包括检测属性以确定与车轮螺栓相关的报警状况。属性可以包括车轮螺栓在车轮螺母内的位置、车轮螺母的加速度值、车轮螺母周围的磁场、车轮螺母的冲击值、车轮螺母在车轮螺栓上的振动值或者车轮螺母的温度。步骤766可以包括从车轮紧固件报警器向车辆报警系统发送与车轮螺栓在车轮螺母内的状态有关的信号。可以通过将检测到的属性与参考值进行比较来确定状态。步骤768可以包括如果状态指示检测到的属性超出与参考值的预定偏差，使车辆的报警系统鸣响。报警器可以指示车轮螺栓不在车轮螺母内。这种报警可以表示车辆车轮正在被盗。

可以例如使用处理器和/或存储在存储器中的指令或程序来实现方法或过程。所公开的实施方式的具体部件可以包括附加的或不同的部件。处理器可以被实现为微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、离散逻辑或其他类型的电路或逻辑的组合。类似地，存储器可以是DRAM、SRAM、闪存或任何其他类型的存储器。参数、数据库和其他数据结构可以单独存储和管理，可以并入到单个存储器或数据库中，或者可以以多种不同的方式在逻辑上和物理上组织。程序或指令集可以是单个程序、单独程序的一部分，也可以分布在多个存储器和处理器中。

图8至图11示出了车轮紧固件报警器组件800的另外的实施方式。参考图8，图8是移除了帽的车轮紧固件报警器组件800的立体图。如图所示，车轮紧固件报警器组件800是具有紧固件本体804的车轮螺母802。如图8至图9所示，紧固件本体可以是沿着底部808具有内部螺母螺纹的车轮螺母本体。替换地，紧固件本体804可以是车轮螺栓并且具有沿着底部808的外部螺栓螺纹。

车轮紧固件报警器组件800可以是带帽的不锈钢汽车车轮紧固件。如图9所示，紧固件本体804的包括扭转表面806的顶部810可以由可由不锈钢或其他合适的覆盖材料制成的帽814覆盖。因此，当将车轮螺母802安装在车轮螺栓上时，紧固件本体804本身对于临时观察者而言是不可见的，并且帽814是紧固件的唯一易于看见的部分。然而，紧固件本体804的底部808未被帽814覆盖，使得帽814不会干扰螺母螺纹和螺栓螺纹的接合。

车轮紧固件报警器组件800还包括传感器阵列818，用于检测紧固件本体的属性。传感器阵列818可以包括图1至图6所示和讨论的传感器阵列118、518、618的所有部件和特征。该属性可以是用于检测与车轮螺母802有关的报警状况的信息，例如车轮螺母802是否正在从车轮螺栓移除。传感器阵列818可以设计成装配在车轮螺母802中的腔体820内。传感器阵列818可以包括上面讨论的部件，例如处理器、发射机、电源、车轮螺栓传感器、运动传感器、冲击传感器、加速度计、地磁传感器和温度传感器。车轮紧固件报警器组件800和传感器阵列818可以如上所述被启用/停用和启动/禁用。

车轮紧固件报警器组件800可以具有报警器子组件830。报警器子组件830包括传感器阵列818，该传感器阵列818位于紧固件本体804的腔体820中的报警器壳体824内。报警器壳体824可以具有壳体唇缘826，以将壳体824保持在腔体820的与腔体820的螺纹端部828相对的远端开口处。报警器壳体824可以由塑料或其他合适的材料形成。传感器阵列818可以包括印刷电路板(PCB)840。836的至少第一段与PCB 840连接。

图11示出了从车轮紧固件本体804移除的报警器子组件830。报警器子组件830具有天线832，该天线832与传感器阵列818连接并且被配置为将来自传感器阵列818的输出信号传输到远程位置。诸如LF线圈、传感器或处理器的其他部件可以位于PCB 840上。传感器阵列818可以具有一个或多个电源838。电源838可以是任何合适的电源或电池。

天线832被布置为即使当带帽的紧固件本体804被接收在紧固工具(例如套筒扳手或凸耳扳手)中时，也能传输输出信号，该紧固工具夹持扭转表面806并覆盖紧固件本体的顶部810。如图10的截面图所示，天线832的路线延伸超过扭转表面806。如图所示，扭转表面可以具有六边形圆周，但是扭转表面可以是另一个不圆的表面或与工具一起使用的表面形状。例如，扭转表面可以是三点紧固件，例如Wilson等人在美国专利10,690,186中公开的紧固件，该专利的公开内容在此通过引用整体并入本文。扭转表面可以是混合三点式紧固件，例如Tomaszewski等人在序列号为15/872,386的美国专利中公开的紧固件，该专利的公开内容在此通过引用整体并入本文。扳手紧固件可以是装饰性安全紧固件的一部分，例如Southwood等人的序列号为62/950,096的美国专利，其公开内容在此通过引用整体并入本文。

天线832从PCB 840布线，并延伸超过帽814到达周向部850。天线832可以印刷在电路板840上，并且可以由若干层形成。例如，天线可以是柔性天线，并且可以包括保护性铜、焊料、多晶硅膜以及其他层或材料。天线832在第一段836处从PCB 840延伸。天线832的第一段836可以是柔性的，以允许天线弯曲并沿着紧固件本体804的扭转表面806布线。天线832具有将第一段836连接到天线832的周向部850的天线延伸部846。天线832的延伸部846可以是刚性的。线性延伸部846和周向部850之间的第二段842可以是柔性的，以允许天线832弯曲并沿着紧固件本体804的凸缘848布线。

如图11所示，周向部80被封装在天线载体852中。天线832的延伸部846可以是柔性的，以允许天线载体852定位在紧固件本体804的底部808的外周上，同时将报警器壳体824单独地定位在腔体820中。天线载体852可以由塑料、复合材料或合适的材料形成，以在允许信号传输的同时保护天线832。

紧固件本体804具有扭转表面806，该扭转表面的轮廓提供了用于天线832布线的区域。如图8所示，天线832在其中一个六边形点处沿着扭转表面806布线。代替在紧固件本体804中形成的点858，扭转表面806在相邻的扭转面856之间具有倒角或轮廓部分844。紧固件本体804的轮廓部分844的半径小于点858的半径。虽然紧固件本体804被示出为具有五个点858和一个轮廓部分844的六边形紧固件，但是可以设想任何数量的点或紧固件形状。

如图10所示，轮廓部分844的减小半径允许在天线832和帽814之间形成气隙862。气隙862可以为天线832提供保护。如图9所示，帽814被成形为在天线832的外部提供紧固点864。一旦帽814被安装，扭转表面806就可以具有标准的扳手构造。如图9所示，车轮紧固件800具有六边形的扭转表面806，该表面具有六个扭转面856和六个点858。

紧固件本体804具有沿着凸缘848形成的通道860，以允许天线832从扭转表面806布线到凸缘848下方。在替代实施方式中，紧固件本体804也可以具有沿着扭转表面806的通道段，而不是轮廓部分844。

凸缘848从扭转表面806径向向外延伸。帽814大体成形为符合扭转表面806和凸缘848，用于隐藏通道860并将天线832保持在通道860中。

帽814具有在凸缘的径向最外部分处围绕凸缘848弯曲的底部边缘854，因此帽814被保持在紧固件本体804上，而帽814和紧固件本体804之间没有任何焊接或粘合附接。帽814沿着凸缘848固定，并且天线832在凸缘848和帽814下方延伸。周向部850和天线载体852被定位在帽814的外部。

如图9所示，盖子814覆盖腔体820的远端开口，并隐藏位于腔体中的报警器壳体824。帽814可以由金属或导电材料(例如不锈钢)形成。通过将天线832从帽内的传感器阵列818布线到位于帽外的第二端，即使在紧固件正在被工具移除的过程中，天线832也能够传输传感器阵列818的输出信号。

报警器子组件830可在将帽814固定到紧固件本体804之前安装在紧固件本体804上。天线载体852可以被插入到紧固件本体804的底部808上，并且被定位在外表面周围。天线载体852的上唇缘870邻接紧固件本体804的凸缘848。

天线832与通道860对准。天线载体852可以具有定向特征，以允许天线832容易地与通道860定向。天线832的第一段836和第二段842的柔性允许在将天线载体852安装在紧固件本体804上之后将报警器壳体824插入腔体820中。替换地，报警器壳体824可以被插入腔体820中，并且在安装报警器壳体824之后，天线载体852可以被固定到紧固件本体804上。天线载体852具有开口，用于允许周向部850扩大并装配在凸缘848上。

在将帽814安装在紧固件本体804上后，将报警器子组件830固定到车轮紧固件上。将帽814压接在凸缘848上，并且底部边缘854接触并接合天线载体852的上唇缘870以提供围绕圆周的压接。帽814和唇缘870之间的压接可以形成用于报警器子组件830的密封外壳。帽814覆盖报警器壳体824并形成远端凹部874，如图10所示。帽814的其他实施方式可以不提供任何凹部。

尽管上文描述了示例性实施方式，但这些实施方式并不意在描述了本发明的所有可能的形式。相反，说明书中的用词是描述性的而非限制性的用词，应当理解，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变。此外，各种实施的实施方式的特征可以组合形成本发明的另外的实施方式。

Claims (20)

1.一种车轮紧固件报警器组件，其包括：

紧固件本体，所述紧固件本体具有第一部分和第二部分，所述第一部分限定扭转表面和腔体，所述第二部分具有用于与车辆的车轮附接和分离的螺纹部；

传感器阵列，所述传感器阵列设置在所述紧固件本体的腔体中，用于检测所述紧固件本体的属性并基于所述紧固件本体的所述属性生成输出信号；

天线，所述天线与所述传感器阵列连接，用于将所述信号传输到远程位置；以及

帽，所述帽被固定到所述紧固件本体的所述第一部分上并且覆盖所述扭转表面和所述腔体的开口以限定带帽的紧固件本体。

2.根据权利要求1所述的车轮紧固件报警器，其中，所述帽由不锈钢形成。

3.根据权利要求1所述的车轮紧固件报警器组件，其中，所述天线被布置为当带帽的所述紧固件本体被夹持所述扭转表面的紧固工具接收时，传输所述信号。

4.根据权利要求1所述的车轮紧固件报警器组件，其中，所述天线延伸超过所述帽。

5.根据权利要求1所述的车轮紧固件报警器组件，其中，所述天线从所述扭转表面朝向所述第二部分延伸。

6.根据权利要求5所述的车轮紧固件报警器组件，其中，所述扭转表面具有在相邻的扭转面之间形成的轮廓部分，所述轮廓部分具有小于紧固点的半径，其中所述天线沿着所述轮廓部分布线。

7.根据权利要求5所述的车轮紧固件报警器组件，其中，所述紧固件本体具有从所述扭转表面径向延伸的凸缘，其中在所述凸缘内形成通道；并且所述天线在所述通道中布线并且延伸到所述凸缘下方。

8.根据权利要求1所述的车轮紧固件报警器组件，其中，所述天线包括与所述传感器阵列连接的第一端和定位在所述帽外部的周向部。

9.根据权利要求8所述的车轮紧固件报警器组件，其中，所述天线还包括将所述传感器阵列连接到所述周向部的柔性延伸段。

10.根据权利要求8所述的车轮紧固件报警器组件，其中，所述天线的所述周向部被封装在天线载体中，所述天线载体是与所述帽不同的材料。

11.一种用于车辆车轮紧固件的报警器子组件，其包括：

传感器壳体，所述传感器壳体的尺寸被设置为保持在所述车轮紧固件的腔体中：

传感器阵列，所述传感器阵列容纳在所述传感器壳体中，用于检测紧固件本体的属性并基于所述紧固件本体的所述属性生成输出报警信号；

容纳在所述壳体中的电源；以及

天线，所述天线与所述传感器阵列连接，用于将所述报警信号传输到远程位置，所述天线在第一端处与所述传感器阵列连接并且延伸超出所述腔体到达所述天线的第二端。

12.根据权利要求11所述的报警器子组件，其中，所述天线的所述第二端包括周向部，所述周向部被配置为固定到所述车辆车轮紧固件的外表面上。

13.根据权利要求12所述的报警器子组件，其中，所述天线的周向部被封装在天线载体中。

14.根据权利要求12所述的报警器子组件，其中，所述天线包括将所述传感器阵列连接到所述周向部的至少一个刚性段和至少一个柔性段。

15.一种车轮紧固件警报器，其包括根据权利要求11所述的警报器子组件，并且还包括：

紧固件本体，所述紧固件本体具有第一部分和第二部分，所述第一部分限定扭转表面和腔体，所述第二部分具有用于与车辆的车轮附接和分离的螺纹部，其中所述传感器阵列固定在所述紧固件本体的腔体中；以及

帽，所述帽被固定到所述紧固件本体的所述第一部分上并且覆盖所述扭转表面以将所述报警器子组件固定到所述紧固件本体上。

16.一种制造车轮紧固件报警器组件的方法，其包括：

提供紧固件本体，所述紧固件本体具有限定扭转表面和腔体的第一部分，所述紧固件本体具有第二部分，所述第二部分具有用于与车辆的车轮附接和分离的螺纹部；

将传感器阵列插入所述紧固件的腔体中，以检测所述紧固件本体的属性并基于所述紧固件本体的所述属性生成输出报警信号；以及

将帽固定到所述紧固件本体的第一部分上以覆盖所述扭转表面，将所述传感器阵列固定到所述紧固件本体上。

17.根据权利要求16所述的方法，其还包括：

将天线连接到所述传感器阵列以将报警信号传输到远程位置。

18.根据权利要求17所述的方法，其还包括：

将所述天线的至少一部分封装在天线载体中；以及

将所述天线载体在所述帽外部压接到所述紧固件本体上。

19.根据权利要求18所述的方法，其还包括：

将所述天线载体安装到所述紧固件本体的外表面上；以及

在安装所述天线载体之后将所述传感器阵列插入所述腔体中。

20.根据权利要求17所述的方法，其还包括：

形成具有扭转表面的紧固件本体，所述扭转表面包括形成在相邻的扭转面之间的轮廓部分，所述轮廓部分具有小于紧固点的半径；以及

将所述天线沿着所述轮廓部分布线。