SE526278C2

SE526278C2 - Air pressure control system and air pump drive for vehicle tires

Info

Publication number: SE526278C2
Application number: SE0300857A
Authority: SE
Inventors: Sven A Jansson; Karl-Johan Edlund
Original assignee: Sven A Jansson; Karl-Johan Edlund
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2005-08-16
Also published as: SE0300857D0; EP1606127A1; WO2005007425A1; SE0300857L

Abstract

A system for pressure control in one or more tyres on a vehicle wheel by means of a piston pump (1) connected to the tyre of the wheel. A magnet (8) attached next to the wheel attract an anchor (6), which is in connection with the pump piston (3) at every rotation when the wheel (13) with the pump (1) moves past the magnet (9), so that a compression stroke occurs. During the rest of the rotation of the wheel a spring device (14) returns the piston (3), so that it produces a suction stroke.

Description

00 0000 0000 0 0 n 00 000 0 0 0 00 000 00 0 I 0 0 0 0 0 0 0 c 0 I 0 00 0 526 278 2 servicestation och där med särskild tryckmätare avläsa trycket och vid behov sedan justera detsamma. Det rekom- menderas, att detta görs vid varje tankning men det for- dras då ett extra moment; bilen skall kanske flyttas till luftstationen. Det är också fyra däck som skall kontrol- leras. Mellan dessa justeringar, om de görs, blir det knappast någon kontroll även om bilens last och väglaget skulle motivera en sådan. Det har numera föreslagits oli- ka system att mäta däckstrycket centralt i bilen t.o.m. under gång varvid trycket indikerats och varningssignal ges vid fel tryck. Sådana system finns ute på marknaden och de har möjliggjorts genom tillkomsten av kontaktfria eller trådlösa överför¿ingssystem för signaler s.k. blue tooth. Ett av problemen är nämligen att däcket sitter på det roterande hjulet och signalerna skall överföras från en roterande till en fast del på fordonet. Ett följdpro- blem är sedan att justera trycket i det roterande däcket. 00 0000 0000 0 0 n 00 000 0 0 0 00 000 00 0 I 0 0 0 0 0 0 0 c 0 I 0 00 0 526 278 2 service station and there with a special pressure gauge read the pressure and then adjust it if necessary. It is recommended that this is done at each refueling, but an extra step is then required; the car may need to be moved to the air station. There are also four tires to be checked. Between these adjustments, if they are made, there will hardly be any control even if the car's load and road conditions would justify one. Various systems have now been proposed to measure the tire pressure centrally in the car up to and including during operation where the pressure is indicated and a warning signal is given at the wrong pressure. Such systems are on the market and they have been made possible by the advent of contactless or wireless transmission systems for signals, so-called blue tooth. One of the problems is that the tire is on the rotating wheel and the signals must be transmitted from a rotating to a fixed part of the vehicle. A consequent problem is then to adjust the pressure in the rotating tire.

Detta kan ske problemfritt bara om fordonet stannas men därutöver behöver det finnas en luftpump till hands. Och det vanliga är, att det då fordras ett besök vid en ser- vicestation.This can be done without problems only if the vehicle is stopped, but in addition there needs to be an air pump on hand. And the usual thing is that a visit to a service station is then required.

Teknikstatus Det finns system där fordonet har en medföljande kompres- sor och luft sedan tillförs däcken genom roterande tät- ningar. Ett sådant system är Eaton Corpzs centrala däck- pumpningssystem, eur. Publ. Nr 0164916. Ett annat exempel är Hughes Aircraft Cozs, eur. Publ. Nr 0621144. I detta fall är pumpenheten med styrventiler placerad i hjulet och för lufttillförseln behövs ej roterande kopplingar men i stället måste elenergin till pumpen tillföras över släpringar med borstar och likadant sker med mätnings- och styrsignalerna. En metod att lösa detta problem är 00 O Q I 0 0000 a 0 I n 00 0 0 I! 000 I O' lol 526 2738 att placera själva pumpen i det roterande hjulet och man kan driva pumpen mekaniskt.Technology status There are systems where the vehicle has an included compressor and air is then supplied to the tires through rotating seals. One such system is Eaton Corpz's central tire inflating system, eur. Publ. No. 0164916. Another example is Hughes Aircraft Cozs, eur. Publ. No. 0621144. In this case, the pump unit with control valves is placed in the wheel and for the air supply rotary couplings are not needed, but instead the electrical energy to the pump must be supplied via slip rings with brushes and the same happens with the measurement and control signals. One method to solve this problem is 00 O Q I 0 0000 a 0 I n 00 0 0 I! 000 I O 'lol 526 2738 to place the pump itself in the rotating wheel and one can drive the pump mechanically.

De anförda systemen bygger alla på att en kolvpump är monterad på hjulet och får sin fram- och âtergående rö- relse genom att kolvens eller kolvstàngens ytterände är i beröring mot en faststàende kamskiva. Det förekommer, att man i vissa fall frikopplar kolven så, att den är i vila då pumpen ej behöver vara i drift.The systems mentioned are all based on a piston pump being mounted on the wheel and getting its reciprocating movement by the outer end of the piston or piston rod being in contact with a fixed cam disc. It happens that in some cases the piston is disengaged so that it is at rest when the pump does not need to be in operation.

Patent US 2391652 A innehåller en luftpump, som följer med vid hjulets rotation och får sin kolvrörelse från en stillastående kamskiva intill men så att lufttrycket be- stämmer när en spärrtapp låser kolvens rörelse.Patent US 2391652 A contains an air pump, which follows the rotation of the wheel and gets its piston movement from a stationary cam disc next to but so that the air pressure determines when a locking pin locks the movement of the piston.

I patent DE 242502 är en kolv i förbindelse med en ”tum- skiva” men genom vridning av en excentriskt lagrad rulle kan den hållas utan ingrepp.In patent DE 242502 a piston is connected to a "thumb plate", but by turning an eccentrically mounted roller it can be held without engagement.

I patent DE 156469 kan likaså kolvrörelsen spärras med en spärrtapp. I övrigt är detta utförande lämpat endast för hjul med ekrar, t.ex. cykelhjul.In patent DE 156469 the piston movement can also be blocked with a locking pin. Otherwise, this design is suitable only for wheels with spokes, e.g. bicycle wheels.

I patent DE 4225103, som också är lämpat för cykelhjul stoppas kolvrörelsen genom att en arm vrides in i ett spår i kolvstången.In patent DE 4225103, which is also suitable for bicycle wheels, the piston movement is stopped by turning an arm into a groove in the piston rod.

I patent JP lll39ll8, som är speciellt lämpad för monte- ring på lastbilshjul, är kolven alltid i rörelse så fort hjulet rör sig.In patent JP lll39ll8, which is especially suitable for mounting on truck wheels, the piston is always in motion as soon as the wheel moves.

De anförda systemlösningarna har direkt mekanisk kontakt mellan den roterande pumpen och en fast punkt intill hju- let, vilket ger slitage och ljudfenomen. I de flestaav fallen där kolven kan frikopplas sker detta med en rela- tivt komplicerad mekanism. Några av utförandeformerna är ej särskilt lämpade för montering i bilhjul.The stated system solutions have direct mechanical contact between the rotating pump and a fixed point next to the wheel, which gives wear and sound phenomena. In most cases where the piston can be disengaged, this is done with a relatively complicated mechanism. Some of the embodiments are not particularly suitable for mounting in car wheels.

Rarakteristika för uppfinningen Huvudsyftet med uppfinningen är att eliminera nackdelarna med de kända systemen, vilket åstadkommes genom att 00 00 0000 0000 O 0 0000 I O 000 000 0 0 0 526 278 4 systemet erhållit de i de följande patentkraven angivna kännetecknen.Characteristics of the invention The main object of the invention is to eliminate the disadvantages of the known systems, which is achieved by the system obtaining the features stated in the following claims.

Det utmärkande även för uppfinningen är att en luftpump sitter monterad på fordonshjulet och följer med vid det- tas rotation. Men särskilt utmärkande för uppfinningen är att en elmagnet fästad intill hjulet attraherar ett ankare förbundet med pumpens kolv och vid varje varv då hjulet med pump rör sig förbi denna magnet det sålunda alstras ett kompressionsslag i pumpen. Returkraften för insugningsslaget åstadkommes av en rostfri fjäder. En avsevärd fördel med denna kraftöverföring är att någon mekanisk förbindelse ej finns mellan det rörliga kolvsystemet och den fasta omgivningen. Härigenom elimineras slitage och ljud. En annan fördel är, att man genom att avbryta elmatningen till den fasta spolen kan bestämma när pumpen skall leverera luft. Detta kan ske både manuellt -odh automatiskt med frekvensstyrda tryckgivare i däckens luftsystem.The characteristic also of the invention is that an air pump is mounted on the vehicle wheel and follows its rotation. But particularly characteristic of the invention is that an electric magnet attached next to the wheel attracts an armature connected to the piston of the pump and at each revolution when the wheel with pump moves past this magnet a compression stroke is thus generated in the pump. The return force for the suction stroke is provided by a stainless steel spring. A considerable advantage of this power transmission is that there is no mechanical connection between the movable piston system and the fixed environment. This eliminates wear and tear and noise. Another advantage is that by interrupting the power supply to the fixed coil, it is possible to determine when the pump is to supply air. This can be done both manually or automatically with frequency-controlled pressure sensors in the tire's air system.

För tryckjustering i däcken användes ventiler placerade i hjulet. De erhåller manöverimpuls på trådlös väg från en centralenhet vartill ledes signaler, likaså trådlöst, från däckets temperatur- och trycksensorer. Centralenhet- en erhåller också signaler om temperatur och fukt från omgivningen. I centralenheten databehandlas inkommande storheter och via datorprogram styrs regleringen av däc- kets tryck och ges information till förarplatsen.Valves placed in the wheel were used for pressure adjustment in the tires. They receive a control impulse on a wireless path from a central unit to which signals are transmitted, as well as wirelessly, from the tire's temperature and pressure sensors. The central unit also receives signals about temperature and humidity from the surroundings. In the central unit, incoming quantities are processed and via computer programs, the regulation is controlled by the tire's pressure and information is given to the driver's seat.

Uppfinningen ger således möjlighet till fullständig pro- grammerad reglering av däckstrycket under det att fordonet rullar och detta låter sig göras utan att det förekommer några roterande luftkopplingar eller elektriska släpkontakter. 0 0 G 0 9 9000 0 O 0 0 0 00 tvn 1 I OI 000 526 278 5 Beskrivning av uppfinningen Uppfinningen skall i det följande beskrivas under hänvis- ning till följande figurer: Fig. 1 visar ett tvärsnitt genom ett fordonshjul varvid luftpumpen är monterad på hjulets fälg.The invention thus provides the possibility of completely programmed control of the tire pressure while the vehicle is rolling and this can be done without the presence of any rotating air couplings or electrical trailer contacts. Description of the invention The invention will be described in the following with reference to the following figures: Fig. 1 shows a cross-section through a vehicle wheel in which the air pump is mounted. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... on the wheel rim.

Fig. 2 visar ett sidosnitt av samma hjul men med endast för förståelsen av pumpens funktion vitala delar visade.Fig. 2 shows a side section of the same wheel but with vital parts shown only for the understanding of the function of the pump.

Fig. 3 visar ett schema över utrustning för mätning av däckstryck och reglering av detsamma.Fig. 3 shows a diagram of equipment for measuring tire pressure and regulating the same.

Luftpumpen 1 består av en cylinder 2 i vilken en kolv 3 kan röras fram och åter. I cylinderns 2 ena ände innehåller ett lock 4 de i kompressorer vanliga inlopps- och utloppsventilerna, vilka ej här beskrives närmare.The air pump 1 consists of a cylinder 2 in which a piston 3 can be moved back and forth. At one end of the cylinder 2, a lid 4 contains the inlet and outlet valves common in compressors, which are not described in more detail here.

Kolven 3 är med en stång 5 förbunden med ett ankare 6 utfört i mjukjärn med goda magnetiska egenskaper. Ankaret 6, som är utformat som en del av en toroid med samma centrum som hjulfälgen omslutes delvis av polskorna 7 till en elektromagnet 8 med spole 9, varvid också de nämnda polskorna 7 har toroidal form invändigt, så att ankaret 6 kan löpa fritt i luftgapet mellan polskorna.The piston 3 is connected by a rod 5 to an anchor 6 made of soft iron with good magnetic properties. The armature 6, which is formed as part of a toroid with the same center as the wheel rim, is partially enclosed by the pole shoes 7 to an electromagnet 8 with coil 9, the said pole shoes 7 also having a toroidal shape inside, so that the armature 6 can run freely in the air gap between the pole shoes.

Kolvstången 5 fortsätter genom ankaret 6 i form av en tapp 10, som styrs av och löper i en hylsa 11.The piston rod 5 continues through the anchor 6 in the form of a pin 10, which is guided by and runs in a sleeve 11.

Pumpcylindern 1 och styrhylsan 11 är med en konsol 12a fästade vid hjulets fälg 13. Mellan cylindern 2 och ankaret 6 är insatt en spiralfjäder 14, som strävar att trycka kolven 3 till höger, vilket ger insugningsslag.The pump cylinder 1 and the guide sleeve 11 are attached to the rim rim 13 with a bracket 12a. A coil spring 14 is inserted between the cylinder 2 and the armature 6, which strives to push the piston 3 to the right, which provides suction stroke.

Till hjulet hör, som brukligt, en bromsskiva 15, vilken grenslas av bromsbackarna 16, vilka är fixt monterade med en sockelskiva 17 mot en fast del i hjulupphängningen. På liknande sätt är en annan sockelskiva 18 monterad i ett område, som ej upptas av bromsbackarna 16. Denna senare sockelskiva 18 uppbär den tidigare nämnda elmagnetens 8 kärnok monterad så att det i ett visst läge hos hjulet I Oo 526 278 n once o bildas en minsta möjliga luftspalt (s) till pumpankaret 6. För att motverka obalanskraften från pumpen är diametralt motsatt denna insatt en konsol l2b varpå balansvikter kan placeras. Därjämte kan på samma konsol anbringas ventiler och givare för reglering av lufttrycket i däcket.The wheel includes, as usual, a brake disc 15, which is branched off by the brake shoes 16, which are fixedly mounted with a base disc 17 against a fixed part in the wheel suspension. Similarly, another base plate 18 is mounted in an area not occupied by the brake shoes 16. This later base plate 18 carries the core of the previously mentioned electric magnet 8 mounted so that in a certain position of the wheel it is formed once the smallest possible air gap (s) to the pump anchor 6. To counteract the imbalance force from the pump, a bracket l2b is inserted diametrically opposite this, on which balance weights can be placed. In addition, valves and sensors for regulating the air pressure in the tire can be mounted on the same bracket.

Det anses underförstått att den nämnda elektromagneten 8 kan ersättas av en permanentmagnet, men ett sådant system innebär att pumpen då alltid kommer att vara verksam obe- roende av om luft behövs eller inte.It is considered to be understood that the said electromagnet 8 can be replaced by a permanent magnet, but such a system means that the pump will then always be active regardless of whether air is needed or not.

Funktionen är den, att varje gång hjulet med pumpen 1 sveper förbi magnetens poler 7 kommer dessa, om dess spole är spänningssatt, att attrahera kolvens 3 järnkärna 6 varvid kolven blir efter i hjulets rörelse (19, till höger i fig. 2) dvs. luften komprimeras i cylindern 2 och blåses ut till däcket eller en ackumulator. När sedan pumpen 1 med hjulet rört sig förbi den stillastående mag- neten 7 släpper attraktionskraften på kolvens ankare 6 och fjädern 14 återför kolven 3 i ett insugningsslag till startläge varefter förloppet upprepas när pumpensl nästa hjulvarv återkommer till närheten av magnetspolen 14.The function is that every time the wheel with the pump 1 sweeps past the poles 7 of the magnet, these, if their coil is energized, will attract the iron core 6 of the piston 3, the piston remaining behind in the movement of the wheel (19, to the right in Fig. 2). the air is compressed in the cylinder 2 and blown out to the tire or an accumulator. When the pump 1 then moves with the wheel past the stationary magnet 7, the force of attraction on the piston 6's anchor releases and the spring 14 returns the piston 3 in an intake stroke to the starting position, after which the process is repeated when the pump's next wheel revolution returns to the magnetic coil 14.

I fig. 3 visade system för däckstryckets kontroll och upprätthållande fungerar enligt följande: De inom ramen betecknad med A angivna detaljerna är pla- cerade på hjulet och medföljer vid dettas rotation medan de inom B-området angivna detaljerna är fast monterade intill hjulet eller vid fordonet i övrigt.The tire pressure control and maintenance systems shown in Fig. 3 work as follows: The details specified in the frame indicated by A are placed on the wheel and are included in its rotation, while the details specified in the B-range are fixed next to the wheel or by the vehicle. otherwise.

Figuren visar ett hjul med två däck 20, 21 intill varand- ra på samma axel men systemet kan underförstått användas för ett hjul med enbart ett däck. Hjulet förutsättes vi- dare vara försett med en luftackumulator 22, vilken kan fyllas med luft utifrån genom en ventil 23 på vanligt' sätt vid servicestation. En säkerhetsventil 24 som även är fjärrstyrd från centralenheten C, begränsar trycket 526 278 ~, och kan även efter start centrifugalt tömma kondensvatten från ackumulatorn när hjulet har kommit i rotation.The figure shows a wheel with two tires 20, 21 next to each other on the same axle, but the system can implicitly be used for a wheel with only one tire. The wheel is further assumed to be provided with an air accumulator 22, which can be filled with air from outside through a valve 23 in the usual way at the service station. A safety valve 24, which is also remotely controlled from the central unit C, limits the pressure 526 278 ~, and can even after start-up centrifugally drain condensed water from the accumulator when the wheel has come into rotation.

Tryck- och temperatursensorer 25,26 i däcken ger mätsig- naler som omvandlas till radiofrekventa trådlösa signaler, som mottas av motsvarande mottagare 27,28 pla- cerade på en fast del intill hjulet. Trycket i tanken 22 mätes på liknande sätt av en givare 29, vars mätvärden likaså transmitteras till en fast mottagare 30.Pressure and temperature sensors 25,26 in the tires provide measurement signals which are converted into radio frequency wireless signals, which are received by corresponding receivers 27,28 placed on a fixed part next to the wheel. The pressure in the tank 22 is similarly measured by a sensor 29, the measured values of which are also transmitted to a fixed receiver 30.

Mätvärdena ledes till en centralenhet C varifrån de kan ledas för indikering eller alarmgivning vid förarplatsen 31. Till centralenheten C ledes likaså mätvärden på omgivningens temperatur (t) och fuktighet (m) från en sensor 32 placerad på fordonet utvändigt nära körbanan. I centralenheten finns ett datorprogram för alarmgivningen men även för justering av däckstrycken, vilket kan ske enligt följande: Vid för lågt tryck i något av däcken transmitteras en ”öppna”-signal över en sändare 33,34 trådlöst till motsvarande mottagare i hjulet 35,36 och vidare till aktuell magnetventil 37,38, som öppnar och fyller på luft från ackumulatorn 22. Det motsatta sker om trycket är för högt men då öppnar aktuell ventil mot atmosfären. I centralenheten C kan även finnas ett datorprogram som vid behov omfördelar belastningen mellan de två däcken i det fall då hjulet har två däck.The measured values are led to a central unit C from where they can be led for indication or alarm at the driver's seat 31. To the central unit C, measured values of the ambient temperature (t) and humidity (m) are also led from a sensor 32 located on the vehicle outside the roadway. In the central unit there is a computer program for sounding the alarm but also for adjusting the tire pressures, which can be done as follows: If the pressure in one of the tires is too low, an "open" signal is transmitted over a transmitter 33,34 wirelessly to the corresponding receiver in the wheel 35,36 and further to the current solenoid valve 37,38, which opens and fills air from the accumulator 22. The opposite happens if the pressure is too high but then the current valve opens towards the atmosphere. In the central unit C there may also be a computer program which, if necessary, redistributes the load between the two tires in the case where the wheel has two tires.

Om trycket i ackumulatorn 22 underskrider ett förprogram- merat värde ges från centralenheten C en startsignal till luftpumpen l sålunda, att en kontaktor 39 aktiveras var- vid pumpens magnetspole 9 erhåller spänning (U1) varefter pumpen verkar på förut beskrivet sätt. För att inte pumpen skall vara verksam då den inte behövs under inverkan av remanensen i kärna och polskor kan vid behov kontaktorn i viloläget mata en lägre spänning (U2) med motsatt polaritet över spolen. o u 0000 0 I 0 o o Cl 000 p lo Qcc 526 278 8 Eftersom i luftackumulatorn 22 kommer att ansamlas kon- densvatten är till säkerhetsventilens 24 anslutning också kopplad en magnetventil 40, vilken enligt ett tidsprogram i datorcentralen C ges ”öppna”-impulser via den fasta sändaren 41 till den roterande mottagaren 42 varvid ackumulatorn dräneras på ev. kondensvatten.If the pressure in the accumulator 22 falls below a pre-programmed value, a start signal is given from the central unit C to the air pump 1 so that a contactor 39 is activated whereby the magnetic coil 9 of the pump receives voltage (U1) after which the pump operates in the manner previously described. In order for the pump not to be active when it is not needed under the influence of the remanence in the core and pole shoes, the contactor can, if necessary, supply a lower voltage (U2) with the opposite polarity across the coil in the rest position. ou 0000 0 I 0 oo Cl 000 p lo Qcc 526 278 8 Since condensate water will accumulate in the air accumulator 22, a solenoid valve 40 is also connected to the connection of the safety valve 24, which according to a time program in the computer center C is given "open" pulses via the the fixed transmitter 41 to the rotating receiver 42, the accumulator being drained on ev. condensate.

Claims

1. 526 278 9 P Ari! E II T I! R.1 \ V2 l, System for checking the pressure in one or (two) several tires on vehicle wheels with a piston pump (1) mounted in the wheel which is connected to the tire (20,2l) of the wheel and characterized in that the pump is placed in a direction parallel to the tangent to the periphery of the wheel so that an electric magnet (8) attached to the wheel attracts an anchor (6) in communication with the piston (3) of the pump at each revolution when the wheel (13) with pump (1) moves past said magnet ( 8) whereby a compression stroke occurs, while the piston (9) during the rest of the wheel turns by a spring member (14) is returned in an intake stroke and the magnet is constituted by an electromagnet (8) and the coil (9) of the magnet is energized when increased pressure in the tires ( 20, 21).

System according to claim 1, characterized in that the vehicle wheel (13) is provided with an air accumulator (22) connected to the piston pump (1) and to the tire or tires (20, 21) via valves (37, 38).

System according to claim 2, characterized in that the coil (9) of the electric magnet is energized after pulses from a central unit with computer programs, which receives measured values for pressure in the accumulator (22) and the tires (20, 21) transmitted via sensors (25, 26, 29). ) in the rotating wheel wirelessly to the receiver (27,28,30) and the ambient temperature and humidity are also measured in a sensor (32), which also gives impulse to the central unit, all with the intention of transmitting "open" wirelessly from the central unit if necessary - or "close" signals over fixed transmitters (33,34) to in-wheel receivers (35, 36) and further to wheel-rotating solenoid valves (37,38) placed in overhead lines between accumulator (22) and tires (20,2l) .

System according to Claim 2 or 3, characterized in that the pressure is set manually from the driver's seat (31), to which also measured values are transmitted for indicating the pressure in the tires and the ambient temperature and humidity. 526 278 IO

System according to one of Claims 1 to 4, in the event that the wheel is provided with at least two tires, characterized in that the pressure from the driver's seat can be adjusted to different levels in the different tires (20, 21) in order to choose which of the tires is to be be in contact with the ground surface or redistribute ground pressure to the tires.

System according to claims 3-5, characterized in that the accumulator (22) has a connection to a wheel-rotating magnetic drain valve (40) which can wirelessly give "open" signal over a rotating receiver (42) from a fixed transmitter ( 41) and thus the container (22) empties of condensed water either automatically at each start according to a program in the central unit (C) or after manual impulses from the operating position (31).