DE102019103266A1

DE102019103266A1 - Reifen-angebrachte sensoren mit gesteuerter ausrichtung und entfernungserfassung

Info

Publication number: DE102019103266A1
Application number: DE102019103266.0A
Authority: DE
Inventors: William D. Stewart; Samuel K. Strahan; Dominic Douglas
Original assignee: Sensata Technologies Inc
Current assignee: Sensata Technologies Inc
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2019-02-11
Publication date: 2020-04-30
Also published as: US10836222B2; CN111098645A; KR102208883B1; KR20200049445A; US20200130433A1; GB2578491B; CN111098645B; GB2578491A; GB201901899D0

Abstract

Reifen-angebrachte Sensoren weisen eine gesteuerte Ausrichtung in Bezug auf eine Richtung einer Fahrzeugfahrt auf, wenn sie an einem Reifen des Fahrzeugs montiert sind. Der Reifen-angebrachte Sensor umfasst ein Sensorgehäuse, welches einen Drucksensor und/oder anderen Typ von Sensor und elektronische Komponenten enthält, das in eine an dem Reifen befestigte Sensorhalterung eingesetzt ist. Das Steuern der Ausrichtung der ausrichtungsempfindlichen Komponenten relativ zu der Fahrtrichtung des Fahrzeugs wird durch Angeben der Fahrtrichtung des Fahrzeugs an der Sensorhalterung erreicht. Das Steuern der Ausrichtung des Sensorgehäuses innerhalb der Sensorhalterung, bevorzugt in allen sechs Freiheitsachsen, wird durch einen Ausrichtungsschlüssel oder ein asymmetrisches Merkmal an der Sensorhalterung erreicht, der/das einem Gegenmerkmal an dem Sensorgehäuse entspricht.

Description

GEBIET
Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen Reifen-angebrachte Sensoren zum Gebrauch in einem Reifendrucküberwachungssystem und insbesondere Reifen-angebrachte Sensoren, die verkeilt sind, um eine Anbringungsausrichtung zu steuern und/oder Entfernungserfassung aufzuweisen.
HINTERGRUND
Fahrzeugsicherheit ist eine primäre Sorge für Fahrer während des Fahrens, wobei Luftdruckniveau in den Reifen einer von mehreren bedeutenden Faktoren ist. Während sich ein Fahrzeug mit einem normalen Reifendruck sicher bewegen kann, trägt übermäßiger oder unzureichender Reifendruck zu ungleichmäßigem Reifenverschleiß und schlechter Leistung bei und kann sogar zu einem durchstochenen oder platten Reifen führen. Vor Fortschritten in Automobiltechnologie und Elektronik konnten herkömmliche Verfahren zum Messen des Reifendrucks nur an einem stationären Fahrzeug durchgeführt werden. Entsprechend würde ein Fahrer nicht imstande sein, sofort Änderungen im Reifendruck während des Fahrens zu erkennen und geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um Fahrzeugsicherheit wiederherzustellen.
Um Reifendruck besser und zweckmäßiger in Echtzeit zu messen, sind verschiedene Reifendrucküberwachungssysteme seitdem entwickelt worden. Reifendrucküberwachungssysteme (TPMS; tire pressure monitoring system) sind typischerweise elektronische Systeme, die einen Luftdrucksensor und elektronische Komponenten umfassen, die direkt an einem pneumatischen Reifen an verschiedenen Typen von Fahrzeugen angebracht werden können. Das TPMS kann ebenfalls andere Typen von Sensoren umfassen, wie beispielsweise Sensoren zum Messen von Temperatur und Beschleunigungskräften. Das TPMS kann Echtzeit-Reifendruck und andere Informationen dem Fahrer des Fahrzeugs, typischerweise über ein Messgerät, eine Piktogrammanzeige oder ein einfaches Warnlicht, melden. Die Fähigkeit, Merkmale des TPMS zu benutzen, die sich auf spezifische Beschleunigungs- und Richtungsdaten des Reifen stützen, hängen jedoch vom Steuern der Ausrichtung des Luftdrucksensors oder eines anderen Typs von Sensor relativ zu der Fahrtrichtung des Fahrzeugs ab.
Ein zusätzliches Merkmal eines TPMS ist, dass die Reifen und ihre jeweiligen Sensoren ein abgestimmtes Paar sind. Das heißt, die Sensoren können mit Daten, die sich auf den spezifischen Reifen beziehen, programmiert sein. Daher kann, wenn ein Sensor entfernt und an einem unterschiedlichen Reifen befestigt wird, eine Umprogrammierung erforderlich sein. Andernfalls können inkorrekte, auf den Reifen bezogene Daten dem Fahrzeug gemeldet und von diesem verwendet werden. In einigen Fällen könnten diese inkorrekten Daten ein Sicherheitsproblem darstellen.
ABRISS
Hier wird ein Reifen-angebrachter Sensor beschrieben, der eine gesteuerte Ausrichtung in Bezug auf eine Fahrzeugfahrtrichtung aufweist, wenn an einem Reifen des Fahrzeugs montiert. Der Reifen-angebrachte Sensor umfasst ein Sensorgehäuse, welches einen Luftdrucksensor und/oder anderen Typ von Sensor und elektronische Komponenten enthält, das in eine an dem Reifen angebrachte Sensorhalterung eingesetzt ist. Das Steuern der Ausrichtung der ausrichtungsempfindlichen Komponenten relativ zu der Fahrtrichtung des Fahrzeugs wird durch Angeben der Fahrtrichtung an der Sensorhalterung und Steuern der Ausrichtung des Sensorgehäuses innerhalb der Sensorhalterung in allen sechs Freiheitsachsen erreicht (z.B., X, Y, Z und Drehung um jede). Dies wird durch einen Ausrichtungsschlüssel oder ein asymmetrisches Merkmal an der Sensorhalterung erreicht, der/das einem Gegenmerkmal an dem Sensorgehäuse entspricht. Die Sensorhalterung kann eine externe Schaltung umfassen, die an der Sensorhalterung angeordnet oder in dieser eingebettet ist, um Informationen weiterzuleiten oder von der Sensorkomponente abgefragt zu werden, um in Merkmalen verwendet zu werden, die Reifentelemetrie erfordern. Des Weiteren können das Sensorgehäuse und die Sensorhalterung vorteilhafterweise Elemente umfassen, die erfassen, wenn ein programmiertes Sensorgehäuse von der Sensorhalterung entfernt worden ist, so dass die Notwendigkeit einer Umprogrammierung dem Fahrzeug signalisiert oder anderweitig zur angemessenen Aufmerksamkeit ans Licht gebracht werden kann.
Weitere Beispiele des Reifen-angebrachten Sensors dieser Offenbarung können eines oder mehreres des Folgenden in beliebiger geeigneter Kombination umfassen.
In Beispielen umfasst ein Reifen-angebrachter Sensor eine Anbringungsbasis mit einer Oberseitenfläche und einer Unterseitenfläche. Die Unterseitenfläche ist konfiguriert, um an einem Reifen eines Fahrzeugs angebracht zu werden. Die Oberseitenfläche umfasst einen Ausrichtungsschlüssel, der eine asymmetrische Öffnung in der Oberseitenfläche definiert. Der Sensor umfasst ebenfalls ein Gehäuse zum Halten von Parametererfassungskomponenten. Das Gehäuse ist entfernbar in die asymmetrische Öffnung der Anbringungsbasis einsetzbar. Das Gehäuse umfasst einen Buckel, der einer Form der asymmetrischen Öffnung der Anbringungsbasis entspricht, so dass, wenn das Gehäuse in die Anbringungsbasis eingesetzt wird, das Gehäuse in einer vorausgewählten Position fixiert ist.
In weiteren Beispielen umfasst die Anbringungsbasis eine erste Radiofrequenzidentifikations-Komponente (RFID-Komponente), die mit einer zweiten RFID-Komponente in dem Gehäuse wechselwirkt. In Beispielen ist die erste RFID-Komponente der Anbringungsbasis in einem vertikalen Vorsprung, der durch eine Seitenwand der Anbringungsbasis definiert ist. In anderen Beispielen ist die erste RFID-Komponente der Anbringungsbasis in einem horizontalen Vorsprung, der an dem Ausrichtungsschlüssel der Anbringungsbasis angeordnet ist. Die ersten und zweiten RFID-Komponenten sind auf Mitte ausgerichtet, wenn das Gehäuse in die Anbringungsbasis eingesetzt ist. In Beispielen umfasst der Ausrichtungsschlüssel mindestens einen Schlitz, um Biegen des Ausrichtungsschlüssels zu ermöglichen, um die Einsetzung des Gehäuses zu erleichtern. Die vorausgewählte Position kann aus allen sechs Freiheitsachsen oder so vielen Achsen, wie benötigt werden, ausgewählt werden.
In anderen Beispielen umfasst ein Reifen-angebrachter Sensor dieser Offenbarung eine Anbringungsbasis und ein Sensorgehäuse, das einen Resonanzkreis umfasst, der einen Q-Faktor aufweist, der sich basierend auf der Nähe zu einem erfassbaren Element der Anbringungsbasis verändert. Das Sensorgehäuse ist entfernbar in die Anbringungsbasis einsetzbar. Der Resonanzkreis ist konfiguriert, um den Q-Faktor periodisch zu messen, um zu bestimmen, ob das Sensorgehäuse in die Anbringungsbasis eingesetzt ist. In Beispielen weist das Gehäuse eine komplementäre Form zum selektiven Einsetzen in eine asymmetrische Öffnung der Anbringungsbasis auf, so dass, wenn das Gehäuse in die Anbringungsbasis eingesetzt wird, das Gehäuse in einer vorausgewählten Position relativ zu der Anbringungsbasis fixiert ist. In anderen Beispielen wird das erfassbare Element aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem metallischen Ring, einer Metallfeder, einem Magneten, einem Resonanzkreis und einem radioaktiven Element besteht.
In noch weiteren Beispielen umfasst ein Verfahren zur Erfassung der Entfernung eines Sensorgehäuses aus einer Sensorhalterung eines Reifen-angebrachten Sensors dieser Offenbarung, während einer stationären Periode mit einem Sensorgehäuse, das in einer Sensorhalterung eines Reifen-angebrachten Sensors eingesetzt ist, Anlegen einer Signalfrequenz an einen Resonanzkreis in dem Sensorgehäuse und Messen eines durchschnittlichen Grundlinien-Spitzenwerts, der an dem Resonanzkreis erfasst wird. Eine Signalfrequenz wird dann periodisch an den Resonanzkreis angelegt, und ein an dem Resonanzkreis erfasster durchschnittlicher Test-Spitzenwert wird gemessen. Der durchschnittliche Test-Spitzenwert und der durchschnittliche Grundlinien-Spitzenwert werden dann verglichen, um zu bestimmen, ob der durchschnittliche Test-Spitzenwert mehr als einen vorausgewählten Betrag von dem durchschnittlichen Grundlinien-Spitzenwert abweicht. Wenn der durchschnittliche Test-Spitzenwert mehr als einen vorausgewählten Wert von dem durchschnittlichen Grundlinien-Spitzenwert abweicht, wird eine korrigierende Maßnahme durchgeführt. In Beispielen wird die korrigierende Maßnahme aus der Gruppe ausgewählt, die besteht aus: Löschen einer Reifen-ID, die für das jeweilige Sensorgehäuse gespeichert wird, um einen Fehler zu erzeugen; Angeben, während periodischer RF-Übertragungen, dass die Reifen-ID ungültig ist; und Kombinationen davon. In Beispielen umfasst die Sensorhalterung ein metallisches Element zum Verbessern einer Antwort des Resonanzkreises auf das Signal. In weiteren Beispielen ist das metallische Element ein RFID-Chip. In noch weiteren Beispielen umfasst der Resonanzkreis eine ASIC zum Anlegen des Signals und eine Induktivität mit einem variablen Q-Faktor zum Bereitstellen eines Prüfpunkts, um die durchschnittlichen Grundlinien- und Test-Spitzenwerte zu erfassen.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile werden von einem Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und einer Durchsicht der zugeordneten Zeichnungen ersichtlich. Es sei zu verstehen, dass sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung lediglich erläuternd und nicht einschränkend für die Aspekte sind, wie beansprucht.
Figurenliste
Die Offenbarung wird vollständiger durch Bezugnahme auf die ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den folgenden Figuren verstanden werden, wobei:

1A-C veranschaulichen ein Beispiel des Reifen-angebrachten Sensors dieser Offenbarung in einer explodierten perspektivischen Vorderansicht (1A), einer zusammengesetzten perspektivischen Vorderansicht (1B) und einer zusammengesetzten perspektivischen Rückansicht (1C);
2A und 2B zeigen ausführlichen Ansichten des Sensorgehäuses von 1A-C;
3 veranschaulicht eine Beispielanordnung der Komponententeile des Sensorgehäuses von 1A-C;
4A und 4B sind Drauf- bzw. Draufschnittansichten des Sensorgehäuses von 1A-C, das in die Sensorhalterung eingesetzt ist;
4C ist eine Querschnittsansicht des Sensorgehäuses von 1A-C, das in die Sensorhalterung eingesetzt ist;
5A und 5B veranschaulichen ein weiteres Beispiel des Reifen-angebrachten Sensors in zusammengesetzten Ansichten;
5C und 5D veranschaulichen eine Beispielanordnung der Komponententeile des Sensorgehäuses von 5A und 5B;
5E und 5F sind Drauf- bzw. Draufschnittansichten des Sensorgehäuses von 5A und 5B, das in die Sensorhalterung eingesetzt ist;
5G ist eine Querschnittsansicht des Sensorgehäuses von 5A und 5B, das in die Sensorhalterung eingesetzt ist;
6A veranschaulicht ein weiteres Beispiel eines Reifen-angebrachten Sensors dieser Offenbarung, das in einer zerlegten Ansicht gezeigt wird; und
6B veranschaulicht eine Schaltung und eine resultierende graphische Darstellung, die von der Schaltung erzeugt wird, gemäß der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der Beschreibung, die folgt, sind ähnlichen Komponenten ungeachtet dessen, ob sie in unterschiedlichen Beispielen gezeigt werden, die gleichen Bezugszeichen gegeben worden. Um ein Beispiel/Beispiele auf eine klare und kurz gefasste Art und Weise zu veranschaulichen, müssen die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sein und bestimmte Merkmale können in einer etwas schematischen Form gezeigt werden. Merkmale, die mit Bezug auf ein Beispiel beschrieben und/oder veranschaulicht werden, können auf die gleiche Weise oder auf eine ähnliche Weise in einem oder mehreren anderen Beispielen und/oder in Kombination mit oder anstatt der Merkmale der anderen Beispiele verwendet werden.
Wie in der Spezifikation und den Ansprüchen verwendet, werden für die Zwecke der Beschreibung und Definition der Erfindung die Begriffe „ungefähr“ und „im Wesentlichen“ hier verwendet, um den innewohnenden Grad der Ungewissheit wiederzugeben, der jedem quantitativen Vergleich, Wert, Maß oder jeder anderen Angabe zugeordnet werden kann. Die Begriffe „ungefähr“ und „im Wesentlichen“ werden hier ebenfalls verwendet, um den Grad wiederzugeben, um den eine quantitative Angabe von einer angegebenen Referenz abweichen kann, ohne dass dies zu einer Veränderung der grundlegenden Funktion des fraglichen Gegenstands führt. „Umfassen“, „beinhalten“ und/oder Pluralformen davon sind offen und umfassen die aufgeführten Teile und können weitere Teile umfassen, die nicht aufgeführt sind. „Und/oder“ ist offen und umfasst ein oder mehrere der aufgeführten Teile und Kombinationen der aufgeführten Teile. „Vorderseite“, „Rückseite“, „linke Seite“ „rechte Seite“ „Draufsicht“, „Unteransicht“ und dergleichen werden ausschließlich mit Bezugnahme auf die Figuren zur Veranschaulichung verwendet und sind nicht in einem beschränkenden Sinne gemeint.
Bezugnehmend nun auf 1A-C wird ein Beispiel eines Reifen-angebrachten Sensors 100 dieser Offenbarung zum Gebrauch in einem TPMS in einer Explosionsdarstellung (1A) und in zusammengesetzten Ansichten (1B und 1C) gezeigt. Wie in 1A gezeigt, umfasst der Sensor 100 im Allgemeinen ein Sensorgehäuse 102, in dem eine oder mehrere Sensorkomponenten bereitgestellt werden, und eine Sensorhalterung 104. Eine Unterseitenfläche 104a der Sensorhalterung 104 kann beispielsweise direkt an einen Reifen eines Fahrzeugs angebracht werden (nicht gezeigt). Eine Oberseitenfläche 104b der Sensorhalterung 104 definiert einen Ausrichtungsschlüssel 106, um die Positionierung des Sensorgehäuses 102 in Bezug auf die Sensorhalterung 104 zu steuern. Vorteilhafterweise werden, wenn in der Sensorhalterung 104 gesichert, nicht nur die Tiefe und Platzierung, sondern die Drehposition des Sensorgehäuses 102 in einer gewünschten vorbestimmten Position innerhalb der Sensorhalterung 104 eingestellt. Als Ergebnis wird das Sensorgehäuse 102 positioniert, um einen ordnungsgemäßen Betrieb innerhalb des TPMS sicherzustellen, wie weiter nachstehend beschrieben.
In Beispielen definiert der Ausrichtungsschlüssel 106 eine asymmetrische Öffnung 108 in der Oberseitenfläche 104b der Sensorhalterung 104. Die Form der asymmetrischen Öffnung 108 entspricht einer Form des Sensorgehäuses 102, wie ferner nachstehend beschrieben. Wie in 1B und 1C gezeigt, umfasst das Sensorgehäuse 102 einen mittleren Buckel 110, der seitlich von einem oberen Buckel 102a vorsteht. Wenn in die asymmetrische Öffnung 108 eingesetzt, füllen der mittlere Buckel 110 und der obere Buckel 102a im Wesentlichen die Öffnung 108. Aufgrund der entsprechenden Formen der asymmetrischen Öffnung 108 mit dem mittleren Buckel 110 und dem oberen Buckel 102a des Sensorgehäuses 102, kann das Sensorgehäuse 102 nur an der Sensorhalterung 104 montiert werden, wenn das Sensorgehäuse 102 und die Sensorhalterung 104 in der geeigneten Ausrichtung sind. Weil die Passung eine enganliegende bis feste Presspassung ist, ist das Sensorgehäuse 102 somit in allen sechs Bewegungsgraden in Bezug auf die Sensorhalterung 104 fixiert.
Die Sensorhalterung 104 kann aus einem etwas flexiblen Material, wie beispielsweise Gummi, zur einfachen Montage hergestellt sein. Die Sensorhalterung 104 kann einen oder mehrere Schlitze 122 umfassen, um Biegen des Ausrichtungsschlüssels 106 zuzulassen, um Einsetzung oder Entfernung des Sensorgehäuses 102 zu erleichtern. In Beispielen kann die Unterseitenfläche 104a der Sensorhalterung 104 eine Kreisform mit einem Durchmesser von etwa 44 mm aufweisen. Eine Gesamthöhe H¹ (4C) der Sensorhalterung 104 kann etwa 14 mm sein. Eine Seitenwand 104c der Sensorhalterung 104 kann eine vertikale Rippe oder einen Vorsprung 112 zur Unterbringung eines Radiofrequenzidentifikationschips (RFID-Chip) definieren (nicht explizit gezeigt), wie ferner nachstehend beschrieben. Der RFID-Chip kann in den Vorsprung 112 von unterhalb der Unterseitenfläche 104a eingesetzt und in diesem befestigt (beispielsweise geklebt) werden. Der RFID-Chip kann ebenfalls umspritzt, schnappeingepasst, reibungseingepasst oder anderweitig an den Vorsprung 112 angebracht werden, um den RFID-Chip an Ort und Stelle zu sichern. In nicht gezeigten Beispielen kann eine äußere Oberfläche der Sensorhalterung 104 Zeichen, wie beispielsweise Symbole oder Text (wie beispielsweise „Vorne“, „Nach Vorn“ oder ein Pfeilsymbol), zum Steuern der Ausrichtung der Sensorhalterung 104 relativ zu der Fahrtrichtung des Fahrzeugs umfassen.
Das Sensorgehäuse 102 wird detaillierter in 2A und 2B gezeigt. Das Sensorgehäuse 102 kann den oberen Buckel 102a und einen Basisabschnitt 102b umfassen. In den Beispielen ist ein unterer Buckel 124 (2B) dem mittleren Buckel 110 entgegengesetzt. Der untere Buckel 124 ist relativ niedriger als der mittlere Buckel 110, um eng unter die Oberseitenfläche 104b der Sensorhalterung 104 zu passen. Eine Rückseitenfläche 103 des oberen Buckels 102a, die von dem mittleren Buckel 110 abgewandt ist, ist ausgebildet, um an den Ausrichtungsschlüssel 106 zu stoßen. In den Beispielen kann der Basisabschnitt 102b aus Metall (wie beispielsweise Aluminium oder rostfreiem Stahl), Kunststoff oder Keramik hergestellt sein. In anderen Beispielen kann der Basisabschnitt 102b eine Kreisform mit einem Durchmesser von etwa 24,6 mm aufweisen. Der obere Buckel 102a kann ein einziges Stück sein oder einen mehrteiligen Aufbau aufweisen. Der obere Buckel 102a kann aus einem Kunststoff oder anderem Material hergestellt sein, das ausreicht, um den Bedingungen innerhalb eines Reifens zu widerstehen, um die internen Komponenten des Gehäuses 102 gegen Beschädigung zu schützen. Eine Höhe H² des Basisabschnitt 102b kann etwa 11 mm sein, während eine Gesamthöhe H³ des Sensorgehäuses 102 etwa 24,5 mm sein kann. Eine Höhe H⁴ des mittleren Buckels 110 plus die Höhe H² des Basisabschnitt 102 ist im Wesentlichen dieselbe wie die Höhe H¹ der Sensorhalterung 104 oder etwa 14 mm. Somit wird eine Steuerung der Ausrichtung des Sensorgehäuses 102 innerhalb der Sensorhalterung 104 in allen sechs Bewegungsgraden erreicht, wenn das Sensorgehäuse 102 in der Sensorhalterung 104 in der gewünschten Ausrichtung montiert wird.
Ein nicht einschränkendes Beispiel einer Anordnung der internen Komponenten 117 des Sensorgehäuses 102 dieser Offenbarung wird in 3 gezeigt. Die internen Komponenten 117 des Sensorgehäuses 102 können eine RF-Antenne 126, eine Transponderspule 114 und eine gedruckte Leiterplatte (PCB) 118 unter anderen Komponenten, wie beispielsweise einer oder mehreren Batterien 113 (4C), umfassen. Die PCB 118 kann einen Luftdrucksensor und/oder anderen Typ von Sensor, einen Beschleunigungsmesser, RFID-Elemente, wie beispielsweise einen Chip und/oder Leser, ein oder mehrere ASIC-Baugruppen 152, Abschirmung, Batterie-Tag-Einschubstellen und weitere Komponenten umfassen. Die RFID-Chip(s) und -Leser können aktiv oder passiv sein. Die internen Komponenten 117 werden dimensioniert und gepackt, um in das Sensorgehäuse 102 zu passen, und werden auf der PCB 118 wie für den ordnungsgemäßen Betrieb des Reifen-angebrachten Sensors 100 benötigt ausgerichtet, wie nachstehend beschrieben.
4A und 4B sind Drauf- bzw. Draufschnittansichten des in die Sensorhalterung 104 eingesetzten Sensorgehäuses 102. Der vertikale Vorsprung 112 der Sensorhalterung 104 enthält einen RFID-Tag oder -Chip 116 (4B), und die PCB 118 umfasst einen entsprechenden RFID-Leser oder eine Transponderspule 114. In nicht gezeigten Beispielen kann die Anordnung des RFID-Chips 116 und der Transponderspule 114 umgekehrt werden, um mit einer gewünschten Systemkonfiguration übereinzustimmen. Wie in 4B gezeigt, kann ein Abstand D zwischen der Transponderspule 114 und dem RFID-Chip 116 etwa 8,3 mm sein. Außerdem stellt die voreingestellte Ausrichtung des Sensorgehäuses 102 innerhalb der Sensorhalterung 104 sicher, dass die Transponderspule 114 und der RFID-Chip 116 innerhalb eines zulässigen Winkels A sind, so dass die RFID-Komponenten ordnungsgemäß arbeiten. Insbesondere kann die Transponderspule 114 innerhalb des Reifen-angebrachten Sensors 100 wie eine LF-Empfangsantenne verwendet werden (von außerhalb des Reifens aktiviert) und entsprechend kann die korrekte Ausrichtung der Transponderspule 114 innerhalb des Sensors 100 kritisch sein. Vorteilhafterweise gewährleistet der Reifen-angebrachte Sensor 100 nicht nur, dass der Beschleunigungsmesser ordnungsgemäß ausgerichtet ist, sondern dass alle Komponenten, die eine besondere Platzierung und Anordnung erfordern, durchweg ordnungsgemäß platziert und angeordnet werden. 4C zeigt einen Querschnitt des in die Sensorhalterung 104 eingesetzten Sensorgehäuses 102, welcher die oben beschriebenen Komponententeile veranschaulicht.
Ein alternatives Beispiel des Reifen-angebrachten Sensors 200 dieser Offenbarung wird in 5A und 5B gezeigt. Der Sensor 200 ist im Wesentlichen der gleiche wie der Sensor 100 außer wie nachstehend beschrieben. Bei dem Sensor 200 von 5A und 5B definiert die Sensorhalterung 204 einen horizontalen Vorsprung 212 (5B) an dem Ausrichtungsschlüssel 206 zur Unterbringung des RFID-Chips (nicht explizit gezeigt), wie ferner nachstehend beschrieben. Der RFID-Chip kann in die Sensorhalterung 204 geklebt, hineingesteckt oder in dieser überspritzt sein. Das Sensorgehäuse 202 umfasst einen mittleren Buckel 210 und einen unteren Buckel 224 an entgegengerichteten Seiten des oberen Buckels 202a. Eine Rückseitenfläche 203 des oberen Buckels 202a, die von dem mittleren Buckel 210 abgewandt ist, ist ausgebildet, um an den Ausrichtungsschlüssel 206 zu stoßen.
Ein nicht beschränkendes Beispiel der internen Komponenten 217 des Sensorgehäuses 202 wird detaillierter in 5C und 5D gezeigt. Die internen Komponenten des Sensorgehäuses 202 können eine RF-Antenne 226, eine Batterie 213 (5G), eine Transponderspule 214, eine oder mehrere ASIC-Baugruppen 252 und eine PCB-Leiterplatte 218 sowie auch andere zugehörige Komponenten umfassen. Die PCB 218 kann ebenfalls einen Luftdrucksensor und/oder anderen Typ von Sensor und/oder eine gedruckte Leiterbahnantenne oder diskrete Chipantenne 211 zum Erleichtern der Kommunikation mit dem RFID-Chip 216 (5E) umfassen. Wie in 5E und 5F gezeigt, können zur verbesserten Kommunikation der RFID-Chip 216 und die diskrete Chipantenne 211 vertikal auf Mitte ausgerichtet sein, wenn das Sensorgehäuse 202 in die Sensorhalterung 204 eingesetzt ist. In Beispielen wird ein Abstand zwischen dem RFID-Chip 216 und der diskreten Chipantenne 211 ausgewählt, 2 mm oder weniger zu sein. 5G zeigt einen Querschnitt des in die Sensorhalterung 204 eingesetzten Sensorgehäuses 202, der die oben beschriebenen Komponententeile veranschaulicht.
Bei erstmaliger Anbringung an dem Reifen wird der Sensor 100, 200 dieser Offenbarung im Allgemeinen (über Niederfrequenz, Radiofrequenz, Bluetooth oder einem anderen Mittel) mit Reifendaten fernprogrammiert, die insbesondere als „Reifen-ID“ bekannt sind. Diese Daten enthalten den Reifen betreffende Informationen, die der Sensor 100, 200 periodisch an das Fahrzeug zum Gebrauch bei der Überwachung von Reifenbetreffenden Merkmalen überträgt. Von besonderer Wichtigkeit ist eine Situation, bei der während des Gebrauchs ein zuvor programmierter Sensor 100, 200 von dem Reifen entfernt und auf einen unterschiedlichen Reifen ummontiert wird, ohne mit der Reifen-ID des neuen Reifens umprogrammiert zu werden. Beispielsweise könnte der Sensor 100, 200 absichtlich entfernt werden, wenn der Reifen aufgrund eines beschädigten Reifens stationär ist, oder zufällig während eines Transports aufgrund einer Kollision, an der der Reifen beteiligt ist, entfernt werden. Dieses Szenario führt dazu, dass dem Fahrzeug inkorrekte oder ungenaue Daten mitgeteilt werden, was ein Sicherheitsproblem sein kann. Demgemäß ist es für den Reifen-angebrachten Sensor 100, 200 dieser Offenbarung wünschenswert, imstande zu sein, zu erfassen, ob das Sensorgehäuse 102, 202 von seiner jeweiligen Sensorhalterung 104, 204 entfernt worden ist.
Ein alternatives Beispiel des Reifen-angebrachten Sensors 300 dieser Offenbarung wird in 6A gezeigt. Der Sensor 300 ist im Wesentlichen der gleiche wie der Sensor 100, 200 außer wie nachstehend beschrieben. In dem Sensor 300 ist ein metallisches Element, wie beispielsweise ein Metallring oder eine Metallfeder (nicht explizit gezeigt), in den Ausrichtungsschlüssel 306 der Sensorhalterung 304 eingebettet, um mit einer Induktivität wechselzuwirken, die an der PCB (nicht explizit gezeigt) in dem Sensorgehäuse 302 angebracht ist. Es ist ebenfalls angedacht, dass anstatt eines metallischen Elements jedes erfassbare Element verwendet werden könnte, das einen messbaren Faktor emittiert, wie beispielsweise ein Magnet, ein weiterer Resonanzkreis oder ein radioaktives Element. Die Induktivität kann die Transponderspule 114, 214 oder eine andere Chip-Induktivität sein. Die PCB umfasst eine Schaltung 350, die schematisch in 6B gezeigt ist. Die Schaltung 350 umfasst eine ASIC-Baugruppe 352, die parallel mit einer Induktivität 354 verbunden ist. Ein Kondensator 356 und ein Widerstand 358 sind von der Induktivität 354 zu Masse in Reihe geschaltet. Innerhalb des Sensors 300 wird das Q-empfindliche Element (z.B. die Induktivität 354) des Resonanzkreises 350 sowohl als eine Niederfrequenz(LF)-Sende- als auch -Empfangs-Antenne verwendet. In Beispielen wird die Induktivität 354 eine Frequenz (beispielsweise 125 KHz) emittieren und die „geladene“ Spannung (aufgrund der Wirkung des metallischen Elements) wird über die Induktivität 354 gemessen.
Weiterhin bezugnehmend auf 6B, beeinflusst im Betrieb die Nähe des metallischen Elements zu der Induktivität 354 das durch die Induktivität 354 erzeugte elektromagnetische Feld und folglich den Q-Faktor des innerhalb des Sensors 300 enthaltenen Resonanzkreises 350. Insbesondere führt, wenn das Sensorgehäuse 302 innerhalb der Sensorhalterung 304 angebracht ist, die Nähe des metallischen Elements zu der Induktivität 354 zu einem niedrigeren Q-Faktor, wie durch Linie 372 der graphischen Darstellung 370 gezeigt. Umgekehrt führt, wenn das Sensorgehäuse 302 von der Sensorhalterung 304 entfernt wird, die Entferntheit des metallischen Elements von der Induktivität 354 zu einem höheren Q-Faktor, wie durch Linie 374 der graphischen Darstellung 370 gezeigt. Bemerkenswerterweise erzeugt der Wechselstrom in der Induktivität 354 ein wechselndes Magnetfeld, das kleine Ströme in dem „Ziel“-Metallmaterial induziert, die als Wirbelströme bekannt sind. Die Wirbelströme erzeugen ein entgegengerichtetes Magnetfeld, das dem Feld widersteht, das durch die Induktivität 354 erzeugt wird. Die Wechselwirkung der Magnetfelder ist von dem Abstand zwischen der Induktivität 354 und dem metallischen Element abhängig. Wenn sich der Abstand erhöht, nimmt die Ladewirkung des entgegengerichteten Magnetfelds entsprechend ab.
In einem nicht einschränkenden Beispiel könnte die Erfassung der Entfernung des Sensorgehäuses 302 von der Sensorhalterung 304 wie folgt stattfinden. Zuerst wird der Sensor 300 an dem Reifen angebracht und mit der jeweiligen Reifen-ID programmiert. Der Reifen wird aufgeblasen und schließlich wird eine Fahrzeugbewegung über den Beschleunigungsmesser des Sensors 300 erfasst. Während einer stationären Periode des Reifens legt die ASIC 352 eine Signalfrequenz (beispielsweise etwa 125 KHz) an den Resonanzkreis 350 an und misst eine mittlere Grundlinien-Spitzenspannung V_metal , die über der Induktivität 354 erfasst wird, und speichert diese. Mit der Zeit wird der Reifen schließlich auf einen Atmosphärendruck von Null (oder gauge zero) entlüftet. Zu diesem Zeitpunkt und bis das Wiederaufblasen des Reifens stattfindet, bestimmt das Sensorgehäuse 302, ob das Sensorgehäuse 302 immer noch innerhalb der Sensorhalterung 304 enthalten ist. Das heißt, dass während einer stationären Periode des entlüfteten Reifens die ASIC 352 wieder periodisch (beispielsweise etwa alle 10 Sekunden) eine Frequenz an den Resonanzkreis 350 anlegt und die mittlere Grundlinien-Spitzenspannung V_metal misst, die über der Induktivität 354 erfasst wird. Insbesondere wird es aufgrund der Komponentenwertdrift über der Zeit bevorzugt, die Spitzenspannung über der Induktivität 354 unmittelbar zu messen, nachdem ein Null-Druck- und stationärer Zustand erfasst worden ist, und diesen durchschnittlichen Grundlinien-Spitzenwert V_metal als eine Referenz während der Periode von null Druck zu verwenden, bis der Reifen aufgeblasen worden ist.
Wenn das Sensorgehäuse 302 von dem Reifen entfernt wird, wird, da das Prüfen der Spitzenspannung von dem Resonanzkreis 350 fortgesetzt wird, eine Test-Grundlinien-Spitzenspannung V_no metal erfasst. Wenn die mittlere Test-Spitzenspannung V_no metal von der mittleren Grundlinien-Spitzenspannung V_metal abweicht, die aufgezeichnet wurde, als der Reifen gerade vor kurzem entlüftet wurde und stationär wurde und das Sensorgehäuse 302 immer noch in der Sensorhalterung 304 enthalten war, wird angenommen, dass das Sensorgehäuse 302 von der Sensorhalterung 304 entfernt worden ist. In den Beispielen kann eine ausreichende Abweichung ein vorbestimmter Wert sein, der von der mechanischen Ausgestaltung des Sensors 300 und dem Abstand zwischen der Induktivität 354 und der LF-Spule/Transponderspule abhängt. Der vorbestimmte Wert kann eine bestimmte Spannungszunahme oder eine prozentuale Zunahme, wie beispielsweise 10%, 25%, 50%, 75% und dergleichen, sein. Alternativ kann die mittlere Test-Spitzenspannung V_no metal mit einer Schwellenspannung V_threshold verglichen werden, die ein Mittelwert der mittleren Grundlinien-Spitzenspannung V_metal und der mittleren Test-Spitzenspannung V_no _metal ist, wie in 6B gezeigt. Eine derartige Schwelle kann auch basierend auf empirischen Daten ausgewählt werden. Sobald festgestellt wird, dass das Sensorgehäuse 302 von der Sensorhalterung 304 entfernt worden ist, ergreift die ASIC 352 eine korrigierende Maßnahme, wie beispielsweise Löschen der Reifen-ID, Angeben während periodischer RF-Übertragungen, dass die aktuelle Reifen-ID ungültig ist, oder beides. Zu diesem Zeitpunkt kann die ASIC 352 ebenfalls das Anlegen der Signalfrequenz stoppen, bis der Sensor 300 erfasst hat, dass das Sensorgehäuse 302 an einem wieder aufgeblasenen Reifen erneut montiert worden ist und sich in Bewegung befindet, was Batterielebensdauer erhalten kann.
In einem weiteren nicht einschränkenden Beispiel könnte die ASIC 352 die Signalfrequenz unmittelbar anlegen, nachdem eine Reifenbewegung erfasst worden ist, um die mittlere Grundlinien-Spitzenspannung V_metal zu bestimmen, die über der Induktivität 354 erfasst wird. Alternativ könnte die mittlere Grundlinien-Spitzenspannung V_metal von vorherigen Fahrten aufgezeichnet werden, oder sie könnte während der Herstellung des Sensors 300 kalibriert werden. Während der Bewegung des Reifens legt die ASIC 352 periodisch (beispielsweise etwa alle 10 Minuten) die Frequenz an den Resonanzkreis 350 an und misst die mittlere Grundlinien-Spitzenspannung V_metal , die über der Induktivität 354 erfasst wird. Wenn das Sensorgehäuse 302 von dem Reifen entfernt wird, wird, da das Prüfen der Spitzenspannung des Resonanzkreises 350 fortgesetzt wird, eine Test-Grundlinien-Spitzenspannung V_no _metal erfasst. Wenn die mittlere Test-Spitzenspannung V_no _metal von der mittleren Grundlinien-Spitzenspannung V_metal abweicht, wird angenommen, dass das Sensorgehäuse 302 von der Sensorhalterung 304 entfernt worden ist. Die ASIC 352 kann dann das Anlegen der Signalfrequenz stoppen, bis der Sensor 300 erfasst hat, dass das Sensorgehäuse 302 an einem wieder aufgeblasenen Reifen erneut montiert wurde und in Bewegung ist.
Es wird durch diese Offenbarung angedacht, dass eine leitende Verbindung zu der Sensorhalterung 304 hinzugefügt werden könnte, so dass das metallische Element nicht innerhalb der Sensorhalterung 304 erforderlich sein muss, um die Nähe des Sensorgehäuses 302 zu erfassen, was zu einer kostengünstigeren Lösung führt. Es ist ferner vorgesehen, dass durch Abfragen eines RFID-Tags anstelle eines metallischen Elements der Sensor 300 imstande sein sollte, die Anwesenheit/Nicht-Anwesenheit des Tags zu erfassen. Die Verwendung des metallischen Elements bietet jedoch eine einfachere und kostengünstigere Lösung für eine Sensorentfernungserfassung als das RFID-Tag, weil minimale Software aufgrund des Codierens und Decodierens von RFID-Daten erforderlich sein wird. Insbesondere kann, um ein Magnetfeld mit einer geeigneten Reichweite (d.h., einige Millimeter) zu senden/emittieren, ein Strom in der Größenordnung von einigen 10 mA erforderlich sein, abhängig von der Nähe des metallischen Elements. Um die Auswirkung auf die Lebensdauer und Pulsbelastung der Batterie/Leistungsquelle zu verringern, ist dieses Feld nur für einige 10 Zyklen erforderlich. Somit entsprechen beispielsweise 0,8 ms bei 125 KHz 100 Zyklen.
Es sei zu verstehen, dass die Einzelheiten des Aufbaus und der Anordnung der Komponenten, die in der Beschreibung dargelegt oder in den Zeichnungen veranschaulicht werden, nicht einschränkend sind. Es gibt andere Möglichkeiten zur Praktizierung oder Ausführung. Es sei ebenfalls zu verstehen, dass die hier benutzte Phraseologie und Terminologie lediglich für den Zweck der Beschreibung sind und ebenfalls nicht als beschränkend betrachtet werden sollten. Es ist ersichtlich, dass bestimmte Merkmale, die zwecks Klarheit im Kontext von separaten Implementierungen beschrieben werden, ebenfalls in Kombination in einer einzigen Implementierung bereitgestellt werden können. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die der Kürze halber im Kontext einer einzigen Implementierung beschrieben werden, ebenfalls getrennt oder in einer beliebigen geeigneten Unterkombination bereitgestellt werden.
Während verschiedene Aspekte beschrieben worden sind, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass viele weitere Ausführungsformen und Implementierungen möglich und innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung liegen.

Claims

Reifen-angebrachter Sensor, umfassend: eine Anbringungsbasis, die eine Oberseitenfläche und eine Unterseitenfläche umfasst, wobei die Unterseitenfläche konfiguriert ist, um an einem Reifen eines Fahrzeugs angebracht zu werden, die Oberseitenfläche einen Ausrichtungsschlüssel umfasst, der eine asymmetrische Öffnung in der Oberseitenfläche definiert; und ein Gehäuse zum Halten von Parametererfassungskomponenten, wobei das Gehäuse in die asymmetrische Öffnung der Anbringungsbasis entfernbar einsetzbar ist, das Gehäuse einen Buckel entsprechend einer Form der asymmetrischen Öffnung der Anbringungsbasis umfasst, so dass, wenn das Gehäuse in die Anbringungsbasis eingesetzt ist, das Gehäuse in einer vorausgewählten Position fixiert ist.
Reifen-angebrachter Sensor gemäß Anspruch 1, wobei die Anbringungsbasis eine erste Radiofrequenzidentifikations-Komponente (RFID-Komponente) umfasst, die mit einer zweiten RFID-Komponente in dem Gehäuse wechselwirkt.
Reifen-angebrachter Sensor gemäß Anspruch 2, wobei die erste RFID-Komponente der Anbringungsbasis in einem vertikalen Vorsprung ist, der durch eine Seitenwand der Anbringungsbasis definiert ist.
Reifen-angebrachter Sensor gemäß Anspruch 2, wobei die erste RFID-Komponente der Anbringungsbasis in einem horizontalen Vorsprung ist, die auf dem Ausrichtungsschlüssel der Anbringungsbasis lokalisiert ist.
Reifen-angebrachter Sensor gemäß Anspruch 4, wobei die ersten und zweiten RFID-Komponenten auf Mitte ausgerichtet sind, wenn das Gehäuse in der Anbringungsbasis eingesetzt ist.
Reifen-angebrachter Sensor gemäß Anspruch 1, wobei der Ausrichtungsschlüssel mindestens einen Schlitz umfasst, um Biegen des Ausrichtungsschlüssels zu ermöglichen, um die Einsetzung des Gehäuses zu erleichtern.
Reifen-angebrachter Sensor gemäß Anspruch 1, wobei die vorausgewählte Position aus allen sechs Freiheitsachsen ausgewählt wird.
Reifen-angebrachter Sensor, umfassend: eine Anbringungsbasis; und ein Sensorgehäuse, das einen Resonanzkreis umfasst, der einen Q-Faktor aufweist, der sich basierend auf der Nähe zu einem erfassbaren Element innerhalb der Anbringungsbasis verändert, wobei das Sensorgehäuse entfernbar in die Anbringungsbasis einsetzbar ist; wobei der Resonanzkreis konfiguriert ist, um den Q-Faktor periodisch zu messen, um zu bestimmen, ob das Sensorgehäuse in der Anbringungsbasis eingesetzt ist; und wobei das Gehäuse eine komplementäre Form zum selektiven Einsetzen in eine asymmetrische Öffnung der Anbringungsbasis aufweist, so dass, wenn das Gehäuse in der Anbringungsbasis eingesetzt ist, das Gehäuse in einer vorausgewählten Position relativ zu der Anbringungsbasis fixiert ist.
Reifen-angebrachter Sensor gemäß Anspruch 8, wobei das erfassbare Element aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem metallischen Element, einem Magneten, einem Resonanzkreis und einem radioaktiven Element besteht.
Verfahren zur Erfassung der Entfernung eines Sensorgehäuses von einer Sensorhalterung eines Reifen-angebrachten Sensors, umfassend folgende Schritte: mit einem Sensorgehäuse, das in einer Sensorhalterung eines Reifen-angebrachten Sensors eingesetzt ist, Anlegen einer Signalfrequenz an einen Resonanzkreis in dem Sensorgehäuse und Messen eines durchschnittlichen Grundlinien-Spitzenwerts, der an dem Resonanzkreis erfasst wird; periodisches Anlegen der Signalfrequenz an den Resonanzkreis und Messen eines durchschnittlichen Test-Spitzenwerts, der an dem Resonanzkreis erfasst wird, wobei sich der durchschnittliche Grundlinien-Spitzenwert und der durchschnittliche Test-Spitzenwert mit der Nähe des Resonanzkreises zu der Sensorhalterung verändern; Vergleichen des durchschnittlichen Test-Spitzenwerts und des durchschnittlichen Grundlinien-Spitzenwerts, um zu bestimmen, ob der durchschnittliche Test-Spitzenwert ausreichend von dem durchschnittlichen Grundlinien-Spitzenwert abweicht; und wenn der durchschnittliche Test-Spitzenwert ausreichend von dem durchschnittlichen Grundlinien-Spitzenwert abweicht, Durchführen einer korrigierenden Maßnahme basierend darauf, dass das Sensorgehäuse von der Sensorhalterung entfernt worden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die korrigierende Maßnahme aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus: Löschen einer Reifen-ID, die für das jeweilige Sensorgehäuse gespeichert wird, um einen Fehler zu erzeugen; Angeben, während periodischer RF-Übertragungen, dass die Reifen-ID ungültig ist; und Kombinationen davon.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die Sensorhalterung ein erfassbares Element zum Verbessern einer Antwort des Resonanzkreises auf das Signal umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das erfassbare Element ein RFID-Chip ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das erfassbare Element aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem metallischen Element, einem Magneten, einem Resonanzkreis und einem radioaktiven Element besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Resonanzkreis eine ASIC zum Anlegen des Signals und eine Induktivität mit einem variablen Q-Faktor zum Bereitstellen eines Prüfpunkts umfasst, um die durchschnittlichen Grundlinien- und Test-Spitzenwerte zu erfassen.