轮胎传感器装置的制作方法

本发明涉及用于车辆轮胎的传感器的领域，并且特别地涉及一种轮胎传感器装置。

背景技术：

为了提高车辆的安全性，在充气轮胎中引入电子装置越来越重要。轮胎电子装置可以包括适于获取关于轮胎特性和轮胎的各种物理参数(例如温度、压力、轮胎转数、车辆速度等)的信息的传感器和其他部件。

这些信息可以用在轮胎监控和/或警报系统中。

此外，车辆的主动控制/安全系统可以基于从设置在轮胎中的传感器装置发出的信息。

主动安全系统使用关于车辆外部环境的信息，以在预碰撞时间阶段或在撞击事件期间改变车辆的行为，最终目标是完全避免撞击。最初，主动安全系统主要集中于提高车辆纵向运动动力学特性，特别地，集中于更有效的制动防抱制动系统(ABS)和牵引控制(TC)系统。通过最大化车辆轮胎和路面之间的牵引力和侧向力，牵引控制系统在提高车辆稳定性和可操纵性的同时防止轮胎打滑。在这些系统之后出现了更强大的车辆稳定控制系统，例如电子稳定程序(ESP)、车辆稳定性控制系统(VSC)、和动态稳定控制系统(DSC)。后面的这些系统均使用制动器和发动机扭矩，以便通过控制偏摆运动在极端操纵环境下稳定车辆。主动悬挂系统在车辆主动安全系统中也是重要的部分。通常通过权衡以下三个冲突的条件来设计这些系统：抓地力、承载能力(load carrying)和乘客舒适性。悬挂系统必须支撑车辆，在处理操纵期间提供定向控制并且为乘客/有效载荷有效隔离路面干扰。

上述主动安全控制系统是基于对例如力、载荷传递、轮胎-路面摩擦等车辆动态变量的估计。参数估计越准确和“实时”，控制系统的整体性能就越好。当前，这些变量中的大多数使用车载传感器来间接地估计，并且不是非常准确。使用由装配在车辆轮胎上的传感器提供的测量结果将能够更加准确地估计关于车辆动态的参数。

技术实现要素：

然而，由于一些原因，建立基于装配在车辆轮胎上的传感器的系统是一项挑战性的任务。特别地，为了限制或可能地避免轮胎在旋转过程中的不平衡，轮胎传感器装置应当具有受限的尺寸和/或重量。然而，适于在车辆行驶期间就轮胎的特性向车辆控制系统提供详细信息的复杂轮胎传感器需要许多必需提供的电子和/或传感部件。这些部件的数量能够达到上百或更多，并且需要适当地定位这些部件所需的空间。这与轮胎传感器装置的尺寸足够小的要求不相符。

本发明人已经发现可以通过利用柔性印刷电路板来实现紧凑的轮胎传感器装置。特别地，柔性印刷电路板能够容纳大量的部件并且能够被折叠以限制所占空间。

根据本发明的一个方面，提供了一种轮胎传感器装置，所述轮胎传感器装置包括用于将轮胎传感器装置连接到车辆轮胎的连接元件和容纳在连接元件中的轮胎传感器装置电子组件。

根据本发明的另一个方面，提供一种包括内衬里的车辆轮胎，其中，轮胎传感器装置通过连接元件连接到所述内衬里，所述轮胎传感器装置包括容纳在连接元件中的轮胎传感器装置电子组件。

下文描述本发明的优选的方面。

轮胎传感器装置电子组件包括柔性印刷电路板，所述柔性印刷电路板能够折叠，并且包括至少两个印刷电路板部分，每个印刷电路板部分均具有两个表面，轮胎传感器装置的电子部件适于放置在所述至少两个印刷电路板部分的至少一个表面上，其中所述电子部件包括用于感测至少一个轮胎参数的至少一个传感器。柔性印刷电路板被折叠，以使得轮胎传感器装置电子组件能够在所述至少两个印刷电路板部分基本为平面的状态下插入到连接元件中。

优选地，柔性印刷电路板被折叠，以使得基本为平面的所述至少两个印刷电路板部分位于大体竖直堆叠的平面上。

连接元件可以包括适于附接到轮胎的内衬里的橡胶外壳。橡胶外壳优选地具有用于接收容器的支座，所述容器具有用于容纳轮胎传感器装置电子组件的腔体。

优选地，轮胎传感器装置包括外壳，所述外壳容纳在所述容器内并且适于容纳折叠的印刷电路板。

所述外壳可以包括能够相互连结的第一外壳部分和第二外壳部分，并且可以包括从上方封闭外壳的盖。

优选地，柔性印刷电路板能够折叠为大致“S”形或“Z”形，并且，当柔性印刷电路板被折叠时，所述柔性印刷电路板包括三个基本为平面的部分，轮胎传感器装置的电子部件适于放置在所述三个基本为平面的部分的至少一个表面上。

柔性印刷电路板可以包括用于连结所述三个基本为平面的部分的两个连结部分，所述连结部分确保所述三个基本为平面的部分之间的弯曲的机械连接和放置在所述基本为平面的部分上的电子部件之间的电连接。

在本发明的实施例中，柔性印刷电路板在所述三个基本为平面的部分具有用于信号的三个导电层和用于接地电势的一个导电层，并且在连结部分具有用于所述信号的一个导电层和用于所述接地电势的一个导电层。

轮胎传感器装置可以有利地包括发射天线，所述发射天线包括柔性印刷电路板的端部部分，并且通过天线连结部分连结到所述基本为平面的部分中的一个基本为平面的部分。

有利地，轮胎传感器装置可以包括用于将轮胎传感器装置电子组件与外部端子相连的接触端子。

附图说明

通过结合附图阅读下文中对本发明的一些示例性且非限制性的实施例的描述，本发明的这些和其他特征和优点将变得显而易见，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的轮胎传感器装置的透视图；

图2示出了图1中的轮胎传感器装置的分解图；

图3示出了图1和图2中的轮胎传感器装置的壳体的透视图；

图4示出了图3中的轮胎传感器装置沿中央竖直平面的剖视图；

图5示出了图1中的轮胎传感器装置沿中央竖直平面的剖视图；

图6是容纳在轮胎传感器装置的壳体内的轮胎传感器装置部件的侧视图，其中具有轮胎传感器装置电子器件的部分折叠的柔性印刷电路板(PCB)被容纳在轮胎传感器装置壳体内；

图7是柔性PCB处于展开状态的俯视图；

图8是图7中的柔性PCB处于展开状态的侧视图；

图9是图7和图8中的柔性PCB处于展开状态的仰视图；

图10是图7到图9中的柔性PCB处于展开状态的正视图；

图11是轮胎传感器装置的示意性的功能框图，并且

图12A-图12G示出了轮胎传感器装置的一个示例性的装配程序的一些步骤。

具体实施方式

参考附图，图1示出了根据本发明的一个实施例的轮胎传感器装置100的透视图。图2还示出了轮胎传感器装置100的分解图。轮胎传感器装置100包括用于容纳轮胎传感器装置的部件的壳体205，随后会详细描述这些部件。轮胎传感器装置的壳体205包括连接部210和基部容器215。连接部210形状是大体圆形的，并且用于附接到轮胎(未在附图中示出)的内衬里，以便将轮胎传感器装置100连接到轮胎。连接部210例如由橡胶制成。例如可以通过胶合来完成传感器装置100和轮胎的内衬里之间的连接。

基部容器215附接到连接部210。连接部210具有从连接部210的圆形基部隆起的圆形轴套217，所述圆形轴套217是中空的以便接收和容纳基部容器215的至少一部分。

基部容器215是大体圆筒状并且中空的，以便在基部容器215中限定腔体，所述腔体内容纳有轮胎传感器装置的部件。如图2所示，容纳在基部容器215的腔体中的轮胎传感器装置的部件包括：底部缓冲器220(任选的)；供电电池225；封闭在外壳235内的电子组件230和卡箍240，所述卡箍240用于闭合基部容器215以便将轮胎传感器装置的部件保持在基部容器215内。

图3和图4单独示出了轮胎传感器装置的壳体205(也即，具有连接部210和基部容器215，但没有图2中示出的其他部件)的透视图(图3)和沿中央竖直平面的剖视图(图4)。

连接部210具有大体圆形的基部凸缘305，所述基部凸缘305具有第一直径，并且，在与在使用期间抵接轮胎内衬里的基部凸缘侧405相对的一侧上，连接部210限制并且隆起(优选地，以圆形并且光滑的方式)以形成圆形轴套217，所述圆形轴套217是中空的以形成用于接收基部容器215的大体圆筒形的支座310。

基部容器215具有被接收在连接部210的支座310内的部分。基部容器215的被接收在支座310内的部分优选地具有例如两个凸出肋状件410(例如沿着圆周设置的凸出肋状件)，所述两个凸出肋状件用于将基部容器215更稳固地附接到连接部210。基部容器215的从支座310凸出的部分具有两个沿直径方向相对的弧形的凸出壁315。

图5示出了图1中的轮胎传感器装置沿竖直中央平面的完整地包括所有部件的剖视图(与图4的剖视图类似)。与两个O型环505一样，外壳235内的电子组件230的构造也可见，所述两个O型环有利地设置在电子组件230下方(更准确地，设置在电子组件和电池225之间)和/或设置在电子组件230上方(更准确地，设置在电子组件和卡箍240之间)，以消除轮胎传感器装置的电子组件和其他部件之间的可能的未对准和/或摩擦。

电子组件230包括柔性印刷电路板(PCB)510，该柔性PCB 510上安装有电子部件。在图5中，柔性PCB 510处于弯曲折叠状态，而在图6中，柔性PCB 510处于部分弯曲、部分折叠状态，而图7、图8、图9和图10分别是处于展开状态的柔性PCB 510的俯视图、侧视图、仰视图和正视图，其中能够更好地看到电子组件的部件。图11是轮胎传感器装置的电子组件230的示意性的功能框图。

在下文中，共同参照图6到图11来描述电子组件230。

电子组件230包括用于发射(上行信道)到接收器(未示出)的发射天线1105(例如，适于超宽带(UWB)传输的发射天线)，所述接收器例如是用于协调安装在车辆的两个或更多个轮胎上的两个或更多个轮胎传感器装置的协调装置。

可以任选地提供用于下行信道的天线，也即用于从协调装置接收的天线。例如，接收天线能够是低频(LF)天线1110；作为替代方案，发射天线1105也可以用作接收天线。

发射天线由信号采集、处理和发射单元1115馈给，所述信号采集、处理和发射单元1115例如是ASIC(专用集成电路)。

接收天线1110馈给(feed)接收单元1120(例如，低频接收单元)，所述接收单元1120有馈给信号采集、处理和发射单元1115。

接收单元1120和信号采集、处理和发射单元1115与一个或更多个轮胎传感器单元1125相连接，并且与存储单元1130相连接，所述轮胎传感器单元1125适于感测至少一个轮胎参数，并且包括例如温度传感器、和/或加速传感器、和/或压力传感器。

电力供应单元1135供应电力到电子组件230的各个单元。通过电池225或外部电源1140来供应电力。例如通过柱状体形式的接触端子605接收来自外部电源1140的电力，当所述柔性PCB 510弯曲并被容纳在外壳235中时，所述接触端子605竖直延伸。接触端子605也可以用于将电子组件230和外部设备(未示出)相连接，所述外部设备例如用于对传感器进行编程/重新编程。

电子组件230通常可以包括安装在柔性PCB 510上的其他部件，例如电阻器、电容器、二极管、晶体管。由于这些其他部件的构造和布置对于电子系统的普通设计人员来说属于常规工作，因此不对这些其他部件进行详细说明。

如图7至图9所示，柔性PCB 510包括通过连结PCB部分720、725连结的三个主体PCB部分705、710、715。主体PCB部分705、710、715具有大体圆形的形状(然而其他形状也是可以的，例如，主体PCB部分的形状可以取决于外壳235的形状)，并且大于连结PCB部分720、725，所述连结PCB部分720、725例如为大体长方形的。电子部件安装到柔性PCB的主体PCB部分705、710、715上，并且优选地安装到柔性PCB的主体PCB部分705、710、715的两侧上。连结PCB部分720、725确保主体PCB部分之间的弯曲机械连接以及电子部件之间的电连接。发射天线1105是例如带状天线，所述发射天线1105例如通过丝网印刷形成在柔性PCB 510的大体长方形的端部部分735上，并且通过连结部分730连结到主体PCB部分705。如图6所示，形成有发射天线的端部部分735与PCB 510的其余部分一样是柔韧的，以便能够弯曲成弧形形状。

用于电子组件230的外壳235包括两个部分610和615以及从上方封闭外壳235的盖245，所述两个部分610和615能够相互连结，并包围和支撑柔性PCB 510。特别地，外壳235的部分610(更靠近的部分)成形为具有弧形的肩部，所述弧形的肩部用作柔性PCB 510的端部部分735(其形成发射天线1105)的支撑部。外壳235的两个部分610和615在相互连结时形成牢固且紧凑的组件，所述牢固且紧凑的组件能够插入到基部容器215中(可以在由盖245保护之后插入到基部容器215中)。

在端部部分735下面优选地设置有磁屏蔽件，用于屏蔽发射天线1105免受其余电子器件的影响。

柔性PCB 510例如实现为在主体PCB部分具有四层(用于信号的三个导电层和用于接地的一个导电层)，并且在连结PCB部分具有两层(用于信号的一个导电层和用于接地的一个导电层)。

特别地，柔性PCB 510可以是多层组件，所述多层组件的构成如下：

·用于非导电层的尼龙(polymide)和粘结剂；

·用于内部导电层的铜；

·用于外部导电层的铜、镍和金；

优选地，在外层使用阻焊剂来保护PCB。

安装有电子部件的柔性PCB 510被折叠为例如前面提到的“S”形或“Z”形，其中，在柔性PCB 510被折叠时基本保持为平面的主体PCB部分705、710、715(电子部件安装于其上)位于三个平行的平面中。这种折叠能力通过连结PCB部分720、725的柔韧性以及用于制造PCB 510的柔性材料来实现。

通过提供可折叠成“S”形或“Z”形的柔性PCB 510，可以获得用于放置电子部件的多达六个基本平整的PCB表面部分(三个主体PCB部分705、710、715，每个主体PCB部分均具有两面)。在本发明的其他实施例中，柔性PCB 510被折叠成例如“C”形(在这种情况下，可以获得用于放置电子部件的四个基本平整的PCB表面部分)，或折叠成其他更复杂的形状，从而获得用于放置电子部件的超过六个基本平整的PCB平面部分。

在柔性PCB 510被折叠后，柔性PCB 510被装入到外壳235中。

图12A至图12G中描绘了传感器节点100的一个示例性装配程序的一些步骤。

如图12A所示，已经安装有电子部件的柔性PCB 510以展开状态铺设在组装工具1205上，所述组装工具1205适当地成形以接收柔性PCB 510。安装工具1205包括保持板1210，在柔性PCB 510被铺设在安装工具1205的正确位置后，所述保持板1210通过螺钉连接到安装工具1205，以在随后的操作(图12B)期间保持柔性PCB 510处于适当的位置。

然后，柔性PCB 510的形成发射天线1105的端部部分735被弯曲成弧形形状(图12C)。

随后，将柔性PCB 510从安装工具1205上移除。

将柔性PCB 510弯曲(像图12D中那样)成图12E所示的紧凑构造。

最后，将弯曲的PCB插入到由盖245封闭的外壳235中(图12F)，并且组件被优选地封装。

由于本发明，能够构造小但复杂的传感器装置：例如，传感器装置能够包括超过100个SMD(表面安装器件)部件、加上两个塑料管、四个接触柱和两个电池触点，所有这些部件都嵌入到直径小于2cm并且厚度约为1cm-1.5cm的外壳235中。