CN101068692A - 车辆轮胎及一种温度测量系统的使用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮胎，胎面部分地由橡胶混合物构成并含有磨损极限面。根据本发明，在胎面的橡胶混合物区域中嵌有至少一个基于表面声波或体声波技术的无线温度测量系统，该区域径向位于磨损极限面径向内侧的面的外侧，并且该磨损极限面径向内侧的面在未磨损状态下与胎面外表面间的距离最多等于该胎面厚度的95％。本发明还提出轮胎中基于表面声波或体声波技术的无线温度测量系统的使用。

Description

车辆轮胎及一种温度测量系统的使用

本发明涉及一种部分由橡胶混合物构成的车辆轮胎。本发明还涉及车辆轮胎中一种无线温度测量系统的使用。

本发明涉及可以用于各种车辆，例如汽车、摩托车、重型货车、农用车辆或土木工程车辆的轮胎。

虽然本发明并不局限于这样的应用，但是这里具体参考摩托车轮胎来描述本发明。

现在，轮胎，尤其是摩托车轮胎的增强件通常是通过堆叠一层或多层帘布层，通常被称为“胎体帘布层”、“胎冠帘布层”等形成的。这种指定增强件的方式来源于生产过程，该生产过程包括制造一系列帘布层形式的半成品，准备通常沿经度方向分布的纤维增强元件，然后组装或堆叠增强件来制造轮胎原坯。刚生产出来的帘布层是平的，而且尺寸很大，随后要根据指定产品的尺寸裁剪。在第一阶段，帘布层要充分平坦地装配起来。这样制成的原坯通过成型操作获得轮胎普遍具有的环状外形。然后把被称为“成品”的半成品组装在原坯上，得到的产品就可以送去硫化了。

这样的“传统”型过程，尤其是在制造轮胎原胚的阶段，要用锚固件(通常是胎圈钢丝)把胎体增强件锚固或固定在轮胎胎圈的区域上。因此，在此类过程中，构成胎体增强件的所有(或只有部分)帘布层的一部分围绕设置在轮胎胎圈中的胎圈钢丝被卷起。这样，胎体增强件就被固定在胎圈上了。

虽然制造和装配帘布层的方法很多，但在工业中普遍采用的这种传统过程使本领域的技术人员要使用来自这一过程的词汇；因此被广泛接受的术语尤其包括术语“帘布层”、“胎体”、“胎圈钢丝”、“成型”来指明从平面轮廓到环状轮廓的转变，等等。

根据前面的定义，严格地说，现在有些轮胎不含有“帘布层”或“胎圈钢丝”。例如，文件EP 0 582 196描述了不使用帘布层形式的半成品制造的轮胎。例如，用于不同增强结构的增强元件被直接应用于橡胶混合物的相邻层，组合体再被应用于环形胎芯上的后续层，环形胎芯的形状可以直接获得与所制造轮胎的最终轮廓相匹配的外形。因此，在这种情况下，就再不存在“半成品”、“帘布层”和“胎圈钢丝”。基底产品，例如橡胶混合物和钢丝或纤维形式的增强元件，被直接应用于胎芯。因为此胎芯是环状，原胚就不再需要定型操作以从平面变成环形了。

而且，该文件中描述的轮胎也没有绕在胎圈钢丝上的“传统的”胎体帘布层。这种固定方式被在该胎侧增强结构相邻的位置安放圆周帘线所代替，然后再整体嵌于锚固或粘合的橡胶混合物中。

还有一些将半成品装配于环形胎芯的过程适用于快速、有效和简便地在胎心上进行安装。最后，也可以利用混合结构，其包含用来获得某些结构的某些半成品(例如帘布层、胎圈钢丝等)，而其他部分通过直接应用增强元件和/或混合体来制造。

在本文中，为了考虑到最近制造和产品设计领域的技术发展，传统术语例如“帘布层”、“胎圈钢丝”等被有利地用中性术语或独立于所用制造过程的术语代替。因此，术语“胎体增强件”或“胎侧增强件”有效地代表传统过程中胎体帘布层的增强元件以及按照不使用半成品过程制造出的轮胎的通常用于胎侧的相应的增强件。对于它的部分，术语“锚固区域”可代表在传统过程中围绕胎圈钢丝的胎体帘布层的“传统”翻转以及由圆周增强元件、橡胶混合物和相邻的通过使用环形胎芯制造的底部区域的胎侧增强部分构成的装配体。

轮胎的经度方向，或圆周方向，是对应轮胎周长的方向并被轮胎的行驶方向定义。

圆周平面或圆周剖面是垂直于轮胎旋转轴的面。赤道面是通过胎面中心或顶部的圆周面。

轮胎的横断方向或轴向方向平行于轮胎的转动轴。

半径面包含轮胎的转动轴。

就像所有其他轮胎一样，摩托车轮胎具有辐射状外形，这样的轮胎的结构包括由一或两层与圆周方向夹角在65度至90度之间的增强元件构成的胎体增强件，该胎体增强件被胎冠增强件径向覆盖，胎冠增强件至少是由织物增强元件构成。然而，本发明也适用于非辐射状轮胎。因此，本发明还涉及部分辐射状轮胎，即胎体增强件的增强元件在该胎体增强件上至少有部分是辐射状的，例如在轮胎胎冠对应的部分。

根据轮胎将被安装在摩托车的前面还是后面，已经提出多种胎冠增强结构。对于该胎冠增强件，第一种结构包括使用单独的圆周钢缆，这种结构更适用于后轮。第二种结构的灵感直接来自于普遍使用的客车轮胎的结构，使用该结构是为了改善抗磨损能力，这种结构包括使用至少两层工作胎冠增强元件，这些增强元件在每层内互相平行，但是层与层之间互相交叉并与圆周方向成锐角，这样的轮胎更适用于摩托车的前轮。所述的这两个工作胎冠层可以与至少一层圆周元件相连，圆周元件通常是通过至少一条嵌入橡胶中的增强元件的螺旋式旋转获得的。

轮胎胎冠结构的选择会影响轮胎的某些性能，例如耐磨性能、耐久性、抓地性或驾驶的舒适度，特别对于摩托车来说，还包括稳定性。但是，轮胎的其他参数例如构成胎面的橡胶混合物的性质也影响该轮胎的性能。构成胎面的橡胶混合物的选择和性质是和例如耐磨性能相关的重要参数。构成胎面的橡胶混合物的选择和性质也影响轮胎的抓地性。

而且，对于本领域的技术人员来说众所周知的是，橡胶混合物的物理化学性能随温度变化，因此，温度对轮胎胎面的性能也有影响。

此外，从例如文件EP1 275 949可知，可在轮胎中埋入无线传感器来确定施加在轮胎上的力或应力。

文件EP0 937 615介绍了轮胎中无线表面声波传感器的使用，尤其是用于测量轮胎的抓地性。这种传感器的优点是能够接受无线电波的远距离无线查询，而且附近不需要能源。远程查询设备发出的查询无线电波的能量足够使传感器做出响应传输修改后的无线电波。

本发明的目的是提出一种可以使车辆操作最优化的轮胎，更确切地说，是通过提供与该轮胎的抓地性、表现或磨损相关的信息使车辆的使用最优化。

按照本发明通过一种轮胎实现这一目标，该轮胎包括至少一个由增强元件构成的、被锚定在轮胎每一侧的胎圈上的胎体增强结构，胎圈的基座将要安装在轮辋座上，每一胎圈都通过胎侧辐射状向外延伸，胎侧辐射状向外与胎面结合，胎面部分地由橡胶混合物构成并包含磨损极限面，胎面橡胶混合物区域中嵌入至少一个基于表面声波或体声波技术的无线温度测量系统，该区域径向位于磨损极限面径向内侧的面的外侧，该磨损极限面径向内侧的面在未磨损状态下与该胎面外表面的距离最多是该胎面厚度的95％，并最好是胎面厚度的90％。

在本发明的定义中，轮胎的磨损极限面定义为从轮胎上磨损指示器外延的表面。

位于磨损极限面径向内侧的面与胎面外表面之间的距离以及胎面的厚度是在被测量点沿胎面外表面的法向方向测量的。

试验已经显示基于表面声波(surface acoustic wave)或体声波(bulkacoustic wave)技术的无线温度测量系统允许局部温度的精确测量，即对与该系统直接相邻的橡胶混合物的温度的测量。

如前所述，表面声波或体声波传感器还具有可以被无线电波远距离查询的优点，而且附近不需要能源。

这种传感器的另一个优点尤其来自其小尺寸，这使它们可以被放在上面提到的区域中而不影响轮胎本来的工作状态。

这样，基于表面声波或体声波技术的无线温度测量系统在如本发明定义的区域内的埋入或安装就允许其在与轮胎和地面接触面有限的距离处进行局部温度测量，因此可以提供关于轮胎胎面性质的信息以及轮胎的性能，例如抓地性或磨损状况。

声波将测量到的温度信息传输给查询设备，例如固定在车辆上的设备，以为车辆驾驶员提供指示。这些驾驶员可用的指示使其可以调整驾驶车辆的方式以限制可观察到的过热并让轮胎回到可接受的温度以保持其性能。

根据本发明的第一个实施例，该区域径向位于磨损极限面外侧。根据此本发明的第一个实施例，基于表面声波或体声波技术的无线温度测量系统安装在距离胎面表面尽可能近的位置。此实施例的风险是该系统只能使轮胎寿命中的一部分受益，因为随着轮胎的磨损，测量系统可能被破坏。

根据本发明的第二个实施例，该区域径向位于磨损极限面内侧。根据此本发明的第二个实施例，测量系统有利地在轮胎使用的全部寿命中有效，无论轮胎处于哪一磨损阶段。

有利地，本发明的一个变体在位于轮胎赤道面上的区域中嵌入至少一个测量系统，此例尤其适用于摩托车。例如在摩托车的情况中，测量轮胎胎冠——即轮胎赤道面——的温度尤其有用。其原因是胎面区域可能，例如在高速直线行驶很长时间后处于很高的压力下。

根据本发明的另一个实施例，在胎面轴向外的末端区域中至少嵌入一个测量系统。尤其是在摩托车的情况下，胎面的曲率大于0.15，弧形车轮的使用导致在胎面与对应该胎面轴向外的部分的地面之间形成一接触区。在这些区域中安装测量系统可以例如为驾驶员提供关于不可超过的限定值尤其是关于抓地性能的指示。

根据本发明的其他实施例，在根据本发明定义的胎面区域中嵌入几个基于表面声波或体声波技术的无线温度测量系统，这些系统有利地沿胎面的轴向分布。不同测量系统在摩托车轮胎胎面中的分布可以获得沿胎面轴宽方向分布的不同胎面区域的温度信息，例如其是使用状况的函数，沿直线行驶或是沿曲线行驶，则轮胎被压成弧形。

根据本发明，当在轮胎的不同橡胶混合物区域中有利地嵌入至少两个基于表面声波或体声波技术的无线温度测量系统时，这些测量系统具有线性偏振天线，天线的偏振方向之间构成30度至90度的夹角。

试验已经显示，例如与车辆相连的查询设备对信号的接收需要根据与测量系统的某一天线对应的方向进行定向以接收它们各自的信号。这样的构造可以利用两套查询设备接收来自每个测量系统的信号，或者利用设计用于接收由具有不同偏振方向的天线传输的信号的单一查询设备，这样可以识别传输天线的来源从而识别相关的测量系统。因此这样的实施例可以识别接收到的信号的来源，因而在不同区域安装了两套测量系统的情况下，可以知道被定义的区域的温度。本领域的技术人员熟知的是不能在其传输的信号的基础上识别表面声波或体声波谐振式传感器。

实际上，对于表面声波或体声波谐振式传感器，与延迟线型表面声波或体声波传感器不同，当将至少两套使用同样频段的此类测量设备插入轮胎时，相关的查询设备不能识别出其接收到的信号的来源，因此不能识别与其通讯的传感器。当使用几个工作在相同频段的表面声波或体声波谐振式传感器时，每个传感器不能通过其传输的信号被识别。

为了使温度测量系统的安装更简单，如本发明所述的轮胎有利地通过前面提到的硬芯或刚性模制造技术来生产。

如前所述，这类轮胎有利地使用硬芯或环芯技术制造，特别允许把温度测量系统完全置于最终位置，此外使用这种过程不需要成型工序，因此能够完全识别该最终位置。事实上，在硬芯上生产可以根据预定义的标定插入温度测量系统。

胎体增强结构有利地包括与圆周方向夹角在65度至90度之间的增强元件。

轮胎在胎体增强结构和胎面之间还含有胎冠增强结构。

根据轮胎将被用于摩托车的前轮还是后轮，摩托车轮胎的标准胎冠增强结构有所不同。对于该胎冠增强件，第一种结构只使用圆周钢缆，这种结构更适用于后轮位置。第二种结构的灵感直接来自于普遍使用的客车轮胎的结构，使用该结构是为了改善抗磨损能力，这种结构包括使用至少两层胎冠增强元件，这些增强元件在每层内互相平行，但是层与层之间互相交叉并与圆周方向成锐角，这样的轮胎更适用于摩托车的前轮。所述的这两层胎冠层可被至少一层圆周元件径向覆盖。

根据本发明一优选实施例，轮胎的胎冠增强结构包括至少两层增强元件，两层元件之间的夹角在20度至160度之间，并最好在40度至100度之间。

根据本发明一优选实施例，工作层的增强元件由织物材料制成。

优选地，一层圆周增强元件的增强元件由金属和/或织物和/或玻璃增强元件制成。本发明特别提供了不同类型增强元件在同一层圆周增强元件中的使用。

优选地，该层圆周增强元件所采用的增强元件的弹性模量大于6000N/mm²。

本发明还提出了基于表面声波或体声波技术的无线温度测量系统的使用，该系统嵌入胎面橡胶混合物的径向位于磨损极限面径向内侧的面外侧的区域中，该位于磨损极限面径向内的面在未磨损状态下与胎面外表面的距离最多是该胎面厚度的95％，并最好是该胎面厚度的90％。

以下参考图1至3对本发明典型实施例的描述可以使本发明的其他细节和有利特征更显而易见。

图1是如本发明第一个实施例所述的轮胎的回转面视图；

图2是如本发明第二个实施例所述的轮胎的回转面视图；

图3是轮胎胎面俯视图的草图。

为便于理解，图1至图3没有按比例绘制。

图1显示了设计用于摩托车类车辆的轮胎1，其包括由单一帘布层2构成的胎体增强件，胎体增强件包括织物制成的增强元件。帘布层2由辐射状分布的增强元件构成。增强元件沿半径方向的位置由该增强元件所在角度确定。辐射状排列对应该元件所在的角度，其相对轮胎经度方向的角度在65度至90度之间。

该胎体帘布层2锚定在轮胎1的两侧胎圈3上，胎圈3的基座将被安装在轮辋座上。每一胎圈3通过胎侧4沿径向向外延伸，胎侧4沿径向向外与胎面5连结。这样构成的轮胎1的曲率大于0.15，并最好大于0.3。曲率定义为Ht/Wt，即胎面高度与胎面最大宽度的比值。如果轮胎是用于摩托车的前轮，曲率范围最好在0.25至0.5之间，如果是用于后轮，则曲率范围最好在0.2至0.5之间。

轮胎1还包括胎冠增强件6，其细节没有在图中显示。胎冠增强件可以包括至少一层互相平行并与圆周方向成锐角的增强元件和/或一层圆周增强元件。如果轮胎的胎冠层包括至少两层与圆周方向成锐角的增强元件，则一层增强元件与下一层增强元件交叉并且彼此之间的角度在40度至100度之间。

图1还显示了磨损极限面8和位于磨损极限面8径向内侧的面9，在未磨损状态下，其与胎面外表面的距离最多是该胎面厚度的95％，并最好是该胎面厚度的90％。

根据本发明，轮胎包括测量胎面5的橡胶混合物内部温度的测量系统7。该测量系统7是表面声波(surface acoustic wave)类无线温度传感器。如上所述，这种类型的传感器具有不需要连接能源的优点。它通过改变自身接收和转发的波来测量其周围的橡胶混合物的温度。

在图1所示例子中，传感器7位于轮胎1的赤道面上，提供关于橡胶混合物的局部温度，即与传感器直接接触的橡胶混合物的温度的信息。通过在此区域中放入传感器，摩托车驾驶员可以监视或者被通知此区域的温度，该区域易于——尤其是在高速直线行驶时——出现可能改变胎面性能的温度升高的现象。

根据本发明，传感器径向位于面9外以及磨损极限面8内。在此实施例中，根据本发明，传感器位于胎面外表面附近并且其位置保证在轮胎磨损的任何阶段此装置都持续有效。

有利地，车辆具有接收传感器传输的信号的查询设备。该设备可以分析信号并将此信息传送给驾驶员或者直接作用于车辆。

图2显示了本发明的第二个实施例，其中轮胎21有至少三个沿胎面25轴宽方向分布的表面声波谐振式温度测量传感器27、27’、27”。

与图1中所示例子一样，第一个表面声波谐振式温度测量传感器27安装在轮胎21的赤道面上的区域中，因此当摩托车沿直线行驶时，其提供胎面25与地面接触的部分的内部温度的信息。

其他表面声波谐振式温度测量传感器27’和27”位于轮胎21的胎面25的轴向外的部分，当摩托车沿曲线行驶时，轮胎21被压成弧形，则每个传感器提供胎面25与地面接触的轴向外的部分的内部温度的信息。

在图2所示情况中，表面声波谐振式温度测量传感器27、27’、27”位于同一半径面内。在某些情况下，更优选的是将传感器包含在不同的半径面内以避免干涉的风险。

图3是摩托车轮胎31的胎面35的俯视图的草图，其中轮胎的橡胶混合物中至少嵌入了两个测量传感器37、37’。

第一个表面声波谐振式温度测量传感器37位于轮胎31的赤道面YY’上的区域中，如图1和图2所示例子中所述，当摩托车沿直线行驶时，它提供关于胎面35与地面接触的这一部分的内部温度信息。

第二个表面声波谐振式温度测量传感器37’位于轮胎31的胎面35的轴向外的部分，当摩托车沿曲线行驶时，轮胎31被压成弧形，则此传感器提供关于胎面35与地面接触的该轴向外的部分的内部温度的信息。

每个表面声波谐振式传感器在胎面内测量到的与温度相关的信息都被传输给查询系统，例如附加在车辆上的系统。如前面已经提到的，表面声波或体声波谐振式传感器传输的信号不允许传感器的选择。根据图3所示的表示，传感器37、37’的天线38和38’的偏振方向之间有大约90度的夹角。天线不同的偏振方向要求车辆上的设备具有复杂的发射/接收系统以与嵌入轮胎中的每个表面声波谐振式传感器通讯。事实上，来自每个传感器的信号只能通过它们被传感器转发后的信号与恰当的查询设备之间令人满意的电磁耦合来接收。

Claims (10)

1.一种轮胎，其包括至少一个由增强元件构成的、被锚定在轮胎两侧的胎圈上的胎体增强结构，胎圈的基座将要安装在轮辋座上，每一胎圈都通过胎侧沿径向向外延伸，胎侧沿径向向外与胎面结合，胎面部分地由橡胶混合物构成并含有磨损极限面，此轮胎的特征在于在胎面橡胶混合物区域中嵌有至少一个基于表面声波或体声波技术的无线温度测量系统，其特征还在于该区域在径向位于磨损极限面径向内侧的面的外侧，并且该磨损极限面径相内侧的面在未磨损状态下与胎面外表面间的距离最多等于该胎面厚度的95％。

2.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于该区域径向位于磨损极限面的外侧。

3.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于该区域径向位于磨损极限面的内侧。

4.如权利要求1至3之一所述的轮胎，其特征在于在位于轮胎赤道面上的区域中嵌有至少一个测量系统。

5.如权利要求1至4之一所述的轮胎，其特征在于在胎面沿轴向外的端部区域嵌有至少一个测量系统。

6.如前述权利要求之一所述的轮胎，在轮胎不同的橡胶混合物区域嵌有至少两个含有线性偏振天线的基于表面声波或体声波技术的无线温度测量系统，其特征在于天线的偏振方向之间构成30度至90度的夹角。

7.如权利要求1至6之一所述的轮胎的使用，用于两轮马达驱动车辆，例如摩托车中。

8.基于表面声波或体声波技术的无线温度测量系统的使用，测量系统嵌入胎面橡胶混合物区域内，该区域径向位于磨损极限面径向内侧的面的外侧，并且该磨损极限面径向内侧的面在未磨损状态下与胎面外表面间的距离最多等于该胎面厚度的95％。

9.如权利要求8所述的温度测量系统的使用，其特征在于在轮胎的赤道面上的区域中嵌有至少一个测量系统。

10.如权利要求8和9之一所述的温度测量系统的使用，其特征在于在胎面沿轴向外的端部区域嵌有至少一个测量系统。

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