Устанавливаемый на обод колеса датчик давления и температуры в шине
SENSOR OF PRESSURE AND TEMPERATURE IN TIRE, INSTALLED ON WHEEL RIM

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к размещаемым на ободе колесного диска устройствам измерения давления и температуры внутри пневматической шины транспортного средства.
Из уровня техники известен датчик давления в шине (JP H10315720 A, 02.12.1998), содержащий интегральную микросхему, по меньшей мере один радиочастотный модуль и элемент питания, заключенные в продольный прямоугольный корпус, основание которого выполнено вогнутым для размещения на ободе колеса. Верхняя поверхность корпуса выполнена прямой и не имеет каких-либо приспособлений для исключения смещений фиксирующего хомута, более того, корпус датчика довольно высокий, поэтому требуются дополнительные опоры, которые смогут поддерживать хомут. Таким образом, недостатки данного датчика заключаются в его сложной и долгой установке на ободе колеса, необходимости использования дополнительных элементов, которые увеличивают материалоемкость изделия, и при этом описанная конструкция не обеспечивают надежной фиксации датчика.
Также из уровня техники известен датчик давления и температуры в шине (EP 2392480 A1, 29.07.2014), содержащий интегральную микросхему, по меньшей мере один радиочастотный модуль и элемент питания, заключенные в продольный корпус, основание которого выполнено вогнутым или гибким для размещения на ободе колеса, а верхняя поверхность имеет центральный горизонтальный участок и наклонные к основанию крайние части. Корпус имеет малую высоту и снабжен продольными канавками по бокам для вмещения двух петель фиксирующего троса, который способен прижимать датчик к ободу колеса. Недостаток датчика заключается в необходимости продевать трос в одну канавку, затем в другую, что требует определенных временных затрат.
В качестве прототипа выбран датчик давления и температуры в шине (US 7937998 B2, 10.05.2010), содержащий интегральную микросхему, по меньшей мере один радиочастотный модуль и элемент питания, заключенные в прямоугольный корпус, а также нижний элемент с углублением под корпус в центре и наклонными к основанию крайними частями, снабженными вертикально ориентированными ребрами для вмещения фиксирующего датчик к ободу хомута. Основание нижнего элемента при этом выполнено вогнутым для размещения на ободе колеса. В результате вставки корпуса в нижний элемент образуется продольная конструкция, верхняя поверхность которой имеет центральный горизонтальный участок и наклонные к основанию крайние части. Корпус-вставка, образующий упомянутый центральный участок, также снабжен ребрами, которые имеют на концах выступы, ориентированные параллельно поверхности этого участка, что позволяет минимизирует возможность смещения хомута. Недостаток прототипа аналогичный и состоит в недостаточной скорости монтажа датчика на ободе колесного диска из-за необходимости продевать хомут под выступами ребер центрального участка.
Еще один недостаток описанных выше датчиков состоит в невозможности передавать данные на большие расстояния, что необходимо при установке системы мониторинга состояния шин на автопоезда, длина которых может составлять более 50 метров. Кроме того, корпус датчика имеет значительную высоту.
Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является сложность организации быстрого монтажа датчика давления и температуры в шине, способного передавать данные на увеличенное расстояние, с обеспечением его сохранности в условиях конвейерной установки систем мониторинга состояния шин автотранспортных средств.
Технический результат заключается в сокращении временных затрат при монтаже на обод колеса датчика давления и температуры в шине, способного повысить дальность передачи данных.
Упомянутый результат достигается датчиком давления и температуры в шине, содержащим интегральную микросхему, по меньшей мере один радиочастотный модуль и элемент питания, заключенные в корпус, снабженный вертикальной гибкой антенной и являющийся продольным с вогнутым основанием для размещения на ободе колеса, а его верхняя поверхность выполнена цельной и включает центральный горизонтальный участок и наклонные к основанию крайние части. При этом на центральном участке и наклонных частях выполнены вертикально ориентированные прямые ребра, образующие между собой пространство для вмещения фиксирующего хомута
Как правило, центральный участок поверхности корпуса снабжен отверстием вне пространства между ребрами.
Предпочтительно выполнение корпус высотой не более 15 мм.
Радиус кривизны основания корпуса может быть равен 285 мм.
Датчик может содержать трехосевой акселерометр.
По меньшей мере один радиочастотный модуль может быть выполнен с возможностью приема-передачи данных по одному или нескольким каналам, работающим на частотах 433 МГц, 125кГц, 13,56 МГц, 860-960 МГц, 2400-2483,5 МГц.
Антенна может быть выполнена на центральном участке корпуса.
Корпус датчика давления и температуры в шине, имеющий прямые ребра вдоль верхней поверхности, то есть ребра без изгибов и ориентированные вертикально так, что образуют между собой пространство, в которое может быть легко без лишних действий уложен хомут для фиксации датчика к ободу колеса, позволяет сократить время на монтаж такого датчика на обод колеса. А наличие внешней антенны обеспечивает усиление действия сигнала на большом расстоянии.
Изобретение поясняется с помощью фиг. 1-4.
На фиг. 1 дан общий вида датчика давления и температуры в шине.
На фиг. 2 изображен предлагаемый датчик после установки на обод колеса.
На фиг. 3 показан состав датчика давления и температуры в шине.
На фиг. 4 показан состав датчика давления и температуры в шине, вид снизу.
Датчик давления и температуры в шине является элементом системы мониторинга состояния шин и содержит продольный корпус 1 высотой не более 15 мм, основание которого выполнено вогнутым для размещения на ободе колеса в целях оптимального прилегания к диску, что позволяет исключить повреждение датчика в процессе ручной и автоматической бортировки колеса при работах по монтажу и демонтажу шины. Основание включает в себя нижнюю крышку 2 и может иметь радиус кривизны 285 мм, что соответствует наиболее распространенным размерам диска грузового автомобиля R22.5.
Верхняя поверхность корпуса 1 образована центральным горизонтальным участком, от которого отходят наклонные к основанию крайние части так, что на виде сбоку корпус имеет форму усеченного конуса. Верхняя поверхность корпуса 1 снабжена продольными прямыми ребрами 3, образующими между собой и поверхностью корпуса 1 пространство для вмещения фиксирующего хомута 4. Такие ребра 3 позволяют быстро разместить хомут 4 между ними без лишних действий таких, как продевания хомута между выступами и поверхностью корпуса или продевания в отверстие. В качестве хомута 4 может использоваться стандартная металлическая лента, например, шириной 9 мм и длиной, выбираемой в зависимости от величины окружности обода колеса. Затягивается хомут 4 с помощью стандартного замка (фиг. 4).
Корпус 1 включает в себя элемент питания 5, например, емкостью 550 мА, рассчитанный на работу в условиях критических температур в диапазоне от -40°С до +105°С и позволяющий осуществить устойчивую работу датчика в течение 5-7 лет, интегральную микросхему 6, определяющую уровень давления и температуры, по меньшей мере один радиочастотный модуль 7, позволяющий принимать или передавать данные по одному или нескольким каналам, работающим на частотах 433 МГц, 125кГц, 13,56 МГц, 860-960 МГц, 2400-2483,5 МГц. Так, например, может быть установлено три модуля 7: один работает на частотах 433 МГц и 860-960 МГц, другой на частотах 125 кГц и 13,56 МГц, а третий - 2400-2483,5 МГц. Дополнительно в корпус может быть установлен трехосевой акселерометр (не показан) для определения величины ускорения и наклона, а на внешней поверхности корпуса 1, а именно на горизонтальном участке, установлена вертикально вверх относительно этого участка гибкая антенна 8, что дает ей устойчивость к возможным механическим воздействиям при осуществлении бортировки. Также на упомянутом участке находится отверстие для доступа воздуха в измерительную полость интегральной микросхемы вне пространства между ребрами для вмещения хомута (фиг. 1). Отверстие и антенна 8 могут располагаться сбоку от ребер или на их месте, таким образом разрывая их (фиг. 1-2).
Для установки датчика на обод колеса к основанию корпуса 1 прилагается резиновая прокладка 9, обеспечивающая плотное прилегание датчика к ободу и сглаживание неровностей поверхности, а также исключающая скольжение датчика в процессе эксплуатации, что особенно актуально в случаях значительных ускорений или резких торможений.
На поверхности корпуса 1 как правило нанесена стрелка, обозначающая направление вращения датчика для однозначного расположения при монтаже, а на боковой поверхности корпуса 1 предусмотрено углубление для нанесения служебной информации, порядкового номера, наименования, Data Matrix и/или QR-кода.
Также стоит отметить, что для обеспечения устойчивости к вибрации интегральная микросхема 6 предпочтительно устанавливается и фиксируется в корпусе 1 датчика на четырех стойках, часть стоек при этом имеет оплавляемый профиль, а другая часть выполнена с отверстием для установки крепежного винта. Элемент питания 5 датчика находится в фиксирующем ложементе и прижат с трех сторон с помощью вертикальных направляющих. Для увеличения надежности может быть предусмотрена заливка интегральной микросхемы 6 фиксирующим компаундом.
Работает датчик давления и температуры в шине следующим образом.
Сначала выполняют монтаж датчика на обод колеса транспортного средства. Для этого на ободе размещают резиновую прокладку 9, далее устанавливают датчик на прокладку 9 и оборачивают вокруг обода хомутную ленту 4, укладывая ее на верхнюю поверхность корпуса 1 в пространство между ребрами 3. Гибкая антенна 8 при этом не повреждается и не мешает фиксации датчика, так как не находится между ребрами 3. Хомут 4 затягивают и фиксируют с помощью замка для исключения провисания (фиг. 4). Таким образом легко организовать ускоренный процесс монтажа датчика, способного передавать данные на увеличенное расстояние, с обеспечением его сохранности в условиях конвейерной установки систем мониторинга состояния шин автотранспортных средств.
Затем в процессе эксплуатации транспортного средства интегральная микросхема 6 датчика определяет уровень давления и температуры в шине, трехосевой акселерометр определяет величины ускорения и наклона, а один или несколько радиочастотных модулей 7, принимают и передают данные от интегральной микросхемы 6 на расстояние до 100 метров благодаря антенне 8 по каналам, работающим на частотах 433 МГц, 125кГц, 13,56 МГц (NFC), 860-960 МГц, 2400-2483,5 МГц (Bluetooth). Передачу данных осуществляют на внешние устройства системы мониторинга состояния шин. В качестве таких устройств могут выступать:
- бортовой ретранслятор, предназначенный для сбора информации со всех установленных на транспортном средстве датчиков и последующей передачи этой информации в комбинацию приборов, на выносной дисплей транспортного средства или в трекер для последующей передачи на сервер удаленного мониторинга;
- стационарные рамки считывателей, установленные на въездных группах автотранспортных предприятий, работающие на частотах 433 МГц, 125кГц, 13,56 МГц, 860-960 МГц, 2400-2483,5 МГц;
- программатор, работающий на частотах 433 МГц, 125 кГц, 13,56 МГц, 860-960 МГц, 2400-2483,5 МГц и позволяющий проверять техническое состояние датчика давления и температуры в шине и программировать его;
- мобильное устройство, например, смартфон, планшетный компьютер и/или ручной считыватель, обладающее возможностью получать данные по каналам связи NFC, Bluetooth. При установке на мобильные устройства специализированного программного обеспечения, появится возможность получать текущее состояние датчика давления и температуры в шине, а при наличии прав администратора - программировать датчик.
Дополнительно для целей общей логистики и прослеживаемости жизненного цикла датчика и шины в его память записывают служебную информацию: тип транспортного средства, точное местоположение датчика на шасси, номер ретранслятора (монитора), номер соответствующей шины и другое.
Таким образом, при использовании предлагаемого изобретения достигается заявленный технический результат, заключающийся в сокращении временных затрат при монтаже на обод колеса датчика давления и температуры в шине, способного повысить дальность передачи данных.