CN104228477B - 用于轮胎磨损监测的可磨蚀传感器系统 - Google Patents
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Abstract
胎面磨损指示器附着至相应的轮胎胎面元件。指示器被构造为多个沿径向层叠的传感器元件，其被操作地构造和定位成响应于相应胎面元件的渐进胎面磨损，而顺次牺牲性地磨蚀并发生电阻变化。传感器元件被电路系统连接，所述电路系统将来自传感器元件的数据信号通信至数据处理器，其指示传感器元件的累积电阻率的变化。数据处理器接收来自传感器元件的数据信号，并基于数据信号确定胎面元件的径向磨损水平。多个胎面磨损指示器可以横跨胎面安装至相应的胎面突块，以基于相应突块的胎面磨损轮廓来推导出胎面磨损状态。
Description
技术领域
本发明总体上涉及在其整个寿命内对轮胎磨损进行实时监测的传感系统，更特别地涉及基于嵌入轮胎的胎面磨损传感器实施方式的传感系统。
背景技术
胎面磨损指示器的使用并不是新的，并且在许多国家胎面磨损指示器的使用是通过法律强制执行的。多种这类指示器是公知的。一个这种类型采用位于胎面下方的彩色标记来从视觉指示磨损。其它类型使用位于胎面沟槽中的补强桥类型元件。
所提及类型的彩色指示器的实际问题是：在轮胎磨损之前，操作者无法确定磨损的水平。当轮胎采用补强桥类型的磨损指示器时，可能难以确定磨损的水平。
美国专利No. 6,523,586公开了用于轮胎胎面的磨损指示器，其中，在一系列或者预定的紧密地定位的一组相关标记中，标记随着轮胎磨损而消失。虽然这向消费者提供连续的信息，但是形成轮胎的复杂性会增加，原因是需要形成多个不同标记，其只在所定量的磨损之后出现。
因此，被轻松地集成到轮胎中并且以被交通工具操作者轻松地监测的方式可靠地测量胎面磨损的胎面磨损指示器是所需的，并且是迄今为止未达成的。
发明内容
根据本发明的一个方面，交通工具轮胎和胎面磨损装置组件包括附着至一个或多个轮胎胎面元件的胎面磨损指示器。指示器被构造为多个沿径向层叠的传感器元件，其被操作地构造和定位成响应于传感器元件所附着至的胎面元件的渐进胎面磨损，而顺次牺牲性地磨蚀并发生电阻变化。传感器元件被电路系统连接，所述电路系统将来自传感器元件的数据信号通信至数据处理器，其指示传感器元件的累积电阻率的变化。数据处理器接收来自传感器元件的数据信号，并基于数据信号确定胎面元件的径向磨损水平。
在本发明的另一方面，传感器元件操作地受到由一个胎面元件的胎面磨损诱发的渐进侵蚀，由此产生传感器电阻率的可测量变化。在再一方面，所述组件进一步包括一个或多个插入针连接器，其进行操作以从胎体的腔体侧穿过轮胎胎体伸出，来与传感器元件接合并建立电接触。
根据本发明的再一方面，多个胎面磨损指示器附着在轮胎胎面之上，每个指示器处于相应胎面位置，并且各自安装至相应胎面元件。每个胎面磨损指示器被构造成具有沿径向层叠的传感器元件，以随着相应胎面元件逐渐磨损而顺次牺牲性地磨蚀并发生电阻率变化。插入针连接器被包括来从胎体的轮胎腔体侧穿过胎体伸出，并与相应胎面磨损指示器的传感器元件建立电接触接合。
本公开还提供以下技术方案：
1. 一种交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，包括：
轮胎，其具有在径向外侧的多个胎面元件；
至少一个胎面元件从胎面的基底突出并具有所定的胎面深度；
胎面磨损指示器，其包括附着至所述一个胎面元件的至少一个牺牲性电阻传感器元件，所述一个传感器元件进行操作以响应于所述一个胎面元件上的渐进胎面磨损而逐渐改变电阻率；
电阻率测量器件，其连接至所述一个传感器元件来生成数据，所述数据指示所述一个传感器元件中的电阻率的测量变化；
数据处理器件，其基于所述一个传感器元件的电阻率的测量变化，来确定所述一个胎面元件的胎面磨损状态。
2. 如技术方案1所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述胎面磨损指示器包括多个所述传感器元件，所述多个所述传感器元件以径向取向层叠方式配置在所述一个胎面元件内，平行于在径向外侧的与路面接合的胎面元件表面。
3. 如技术方案2所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述轮胎的多个胎面元件是封闭轮胎空气腔体的轮胎胎体的径向外侧部件；并且其中所述组件包括插入针连接器器件，用于从所述轮胎的腔体侧穿过所述胎体伸出并接触相应的传感器元件。
4. 如技术方案1所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，多个胎面磨损指示器分别附着至多个胎面元件，并且其中所述多个胎面磨损指示器将电阻率数据的变化传输至基于交通工具的远程电子数据处理器。
5. 如技术方案4所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述电子数据处理器操作地分析电阻率数据的变化来推导胎面磨损状态，并将胎面磨损状态操作地通信至交通工具电子控制单元。
6. 如技术方案2所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述多个传感器元件操作地受到由所述一个胎面元件的胎面磨损诱发的渐进侵蚀，由此产生电阻率的可测量变化。
7. 如技术方案6所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述多个传感器元件包括具有互不相同的电阻。
8. 如技术方案7所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述多个传感器元件在电阻有区别的传感器元件长度上操作地有区别。
9. 如技术方案8所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述多个传感器元件中至少相邻的两个并联地电连接，并被不导电的绝缘层分离。
10. 如技术方案6所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述传感器元件中的每个被丝网印刷在厚度小于150微米的柔性聚合物膜上。
11. 如技术方案10所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述聚合物膜包括聚酰亚胺膜。
12. 如技术方案9所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述多个传感器元件的数量为至少三个。
13. 如技术方案1所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，进一步包括：连接至所述胎面磨损指示器的基于轮胎的轮胎腔体压力测量装置，所述轮胎腔体压力测量装置具有数据传输器，用于无线传输指示所述一个传感器元件的电阻率的测量变化的数据。
14. 如技术方案13所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述胎面磨损指示器包括一系列沿径向层叠的电阻传感器元件，其是可操作的以随着所述一个胎面元件沿径向向内磨损而在至少一个电参数上顺次地变化，并且所述沿径向层叠的电阻传感器元件具有互不相同的电阻。
15. 一种交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，包括：
轮胎，其具有在径向外侧的多个沿径向延伸的胎面元件；
胎面磨损指示器，其附着至至少一个胎面元件，并包括多个沿径向层叠的传感器元件，所述多个沿径向层叠的传感器元件被操作地构造和定位成响应于所述一个胎面元件的渐进胎面磨损而顺次牺牲性地磨蚀并改变相应的传感器元件几何结构，由此使得每个传感器元件响应于所述一个胎面元件上的渐进胎面磨损而在电阻率上顺次地变化；
基于轮胎的电子装置，其安装至所述轮胎，并连接至所述胎面磨损指示器，所述基于轮胎的电子装置包括数据通信器件，用于无线传输来自所述传感器元件的数据信号，所述数据信号指示所述传感器元件的电阻率的变化；和
数据处理器件，其接收来自所述传感器元件的数据信号，并基于所述数据信号确定所述一个胎面元件的径向磨损水平。
16. 如技术方案15所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述多个传感器元件操作地受到由所述一个胎面元件的胎面磨损诱发的渐进侵蚀，由此产生传感器电阻率的可测量变化。
17. 如技术方案15所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述轮胎的多个胎面元件是封闭轮胎空气腔体的轮胎胎体的径向外侧部件；并且其中所述组件进一步包括至少一个插入针连接器器件，所述至少一个插入针连接器器件进行操作以从所述胎体的腔体侧穿过所述胎体伸出，并与包括胎面磨损指示器的所述多个传感器元件建立电接触接合。
18. 如技术方案15所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，进一步包括：多个胎面磨损指示器，每个指示器附着在不同的相应胎面位置处，并且各自附接至相应的胎面元件，其中每个胎面磨损指示器包括多个沿径向层叠的传感器元件，所述传感器元件被操作地构造和定位成响应于相应胎面元件的渐进胎面磨损而顺次牺牲性地磨蚀以操作地改变相应的传感器元件几何结构，由此使得每个传感器元件响应于相应胎面元件上的渐进胎面磨损而在电阻率上顺次地变化。
19. 如技术方案18所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述轮胎的多个胎面元件是封闭轮胎空气腔体的轮胎胎体的径向外侧突块部件；并且其中所述组件进一步包括多个插入针连接器，所述多个插入针连接器进行操作以从所述胎体的轮胎腔体侧穿过所述胎体伸出，并与相应传感器元件建立电接触接合。
20. 如技术方案18所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其中，所述多个胎面磨损指示器的沿径向层叠的传感器元件包括电路系统，所述电路系统具有预定的电阻率，安装至柔性的牺牲性的基材，所述基材安装至相应胎面元件，并且每个基材响应于相应胎面元件上的胎面磨损的效果而逐渐磨损。
本公开还提供以下附加技术方案：
1. 一种交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其特征在于，包括：
轮胎，其具有在径向外侧的多个胎面元件；
至少一个胎面元件从胎面的基底突出并具有所定的胎面深度；
胎面磨损指示器，其包括附着至所述一个胎面元件的至少一个牺牲性电阻传感器元件，所述一个传感器元件进行操作以响应于所述一个胎面元件上的渐进胎面磨损而逐渐改变电阻率；
电阻率测量器件，其连接至所述一个传感器元件来生成数据，所述数据指示所述一个传感器元件中的电阻率的测量变化；
数据处理器件，其基于所述一个传感器元件的电阻率的测量变化，来确定所述一个胎面元件的胎面磨损状态；和
所述胎面磨损指示器包括多个所述传感器元件，所述多个所述传感器元件以径向取向层叠方式配置在所述一个胎面元件内，平行于在径向外侧的与路面接合的胎面元件表面。
2. 如附加技术方案1所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其特征在于，所述轮胎的多个胎面元件是封闭轮胎空气腔体的轮胎胎体的径向外侧部件；并且其中所述组件包括插入针连接器器件，用于从所述轮胎的腔体侧穿过所述胎体伸出并接触相应的传感器元件。
3. 如附加技术方案1所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其特征在于，多个胎面磨损指示器分别附着至多个胎面元件，并且其中所述多个胎面磨损指示器将电阻率数据的变化传输至基于交通工具的远程电子数据处理器。
4. 如附加技术方案3所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其特征在于，所述电子数据处理器操作地分析电阻率数据的变化来推导胎面磨损状态，并将胎面磨损状态操作地通信至交通工具电子控制单元。
5. 如附加技术方案2所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其特征在于，所述多个传感器元件操作地受到由所述一个胎面元件的胎面磨损诱发的渐进侵蚀，由此产生电阻率的可测量变化，并且所述多个传感器元件包括具有互不相同的电阻。
6. 如附加技术方案5所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其特征在于，所述多个传感器元件在电阻有区别的传感器元件长度上操作地有区别，所述多个传感器元件中至少相邻的两个并联地电连接，并被不导电的绝缘层分离。
7. 如附加技术方案5所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其特征在于，所述传感器元件中的每个被丝网印刷在厚度小于150微米的柔性聚合物膜上，并且所述聚合物膜包括聚酰亚胺膜。
8. 如附加技术方案1所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其特征进一步在于，包括连接至所述胎面磨损指示器的基于轮胎的轮胎腔体压力测量装置，所述轮胎腔体压力测量装置具有数据传输器，用于无线传输指示所述一个传感器元件的电阻率的测量变化的数据。
9. 一种交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其特征在于，包括：
轮胎，其具有在径向外侧的多个沿径向延伸的胎面元件；
胎面磨损指示器，其附着至至少一个胎面元件，并包括多个沿径向层叠的传感器元件，所述多个沿径向层叠的传感器元件被操作地构造和定位成响应于所述一个胎面元件的渐进胎面磨损而顺次牺牲性地磨蚀并改变相应的传感器元件几何结构，由此使得每个传感器元件响应于所述一个胎面元件上的渐进胎面磨损而在电阻率上顺次地变化；
基于轮胎的电子装置，其安装至所述轮胎，并连接至所述胎面磨损指示器，所述基于轮胎的电子装置包括数据通信器件，用于无线传输来自所述传感器元件的数据信号，所述数据信号指示所述传感器元件的电阻率的变化；和
数据处理器件，其接收来自所述传感器元件的数据信号，并基于所述数据信号确定所述一个胎面元件的径向磨损水平。
10. 如附加技术方案9所述的交通工具轮胎和胎面磨损装置组件，其特征在于，所述多个传感器元件操作地受到由所述一个胎面元件的胎面磨损诱发的渐进侵蚀，由此产生传感器电阻率的可测量变化，并且所述轮胎的多个胎面元件是封闭轮胎空气腔体的轮胎胎体的径向外侧部件；并且其中所述组件进一步包括至少一个插入针连接器器件，所述至少一个插入针连接器器件进行操作以从所述胎体的腔体侧穿过所述胎体伸出，并与包括胎面磨损指示器的所述多个传感器元件建立电接触接合。
定义
“沟槽”意指胎面中的长形空隙区域，其可以按直的、弯曲的或曲折方式围绕胎面周向地或横向地延伸。周向地和横向地延伸的沟槽有时具有共用部分，并且可以被细分为“宽”、“窄”或“细缝”。狭缝通常由插入铸造或机械加工模具或用于此的胎面环中的钢叶片形成。在附图中，狭缝由单条线示出，因为它们非常窄。“细缝”是宽度处于补偿胎面宽度的大约0.2%到0.8%的范围内的沟槽，而“窄沟槽”的宽度处于补偿胎面宽度的大约0.8%到3%的范围内，并且“宽沟槽”的宽度大于其3%。“沟槽宽度”等于由其宽度正被讨论的沟槽或沟槽部分所占据的胎面表面面积除以这种沟槽或沟槽部分的长度；因此，沟槽宽度是其在其整个长度之上的平均宽度。沟槽以及其它空隙降低它们所位于其中的胎面区域的刚度。细缝常常用于此目的，横向地延伸的窄或宽沟槽也如此。沟槽可以在轮胎中具有变化的深度。沟槽的深度可以围绕胎面的圆周变化，或者一个沟槽的深度可以是恒定的，但是不同于轮胎中的另一沟槽的深度。如果这种窄或宽的沟槽与它们所互连的宽的周向沟槽相比深度显著减小，则认为它们形成了在所涉及的胎面区中趋于维持肋状特征的“补强桥(tie bar)”。
“内”意指朝向轮胎的内部，而“外”意指朝向其外部。
“外”意指朝向轮胎的外部。
“径向”和“径向地(沿径向)”用于意指沿径向靠近或远离轮胎的旋转轴线的方向。
“胎面”意指模制橡胶部件，其在结合至轮胎外胎时，包括轮胎的这样的部分，其在轮胎被正常充气并处于正常载荷下时与道路发生接触。胎面具有深度，该深度常规上是从胎面表面到轮胎的最深沟槽的底部所测得的深度。
“胎面元件”是胎面的突出部分，比如突块或肋状部，其构成与道路发生接触的元件。
附图说明
下面将通过示例并参考附图描述本发明，附图中：
图1是轮胎的前透视视图，示出了传感器位置。
图2A和2B是从图1所取的放大局部前视图，示出了传感器位置。
图3是示出了传感器电阻对轮胎磨损的图形。
图4是胎面区块中的并联电阻器电极的示意图。
图5是胎面区块中的并联电阻器的透视图。
图6A-6C是备选传感器图案的示意图，在图6A和6B示出了相似尺寸的电阻元件，而在图6C中示出了不同尺寸的电阻元件。
图7A-7C是两个全传感器的备选层叠图案布局的示意图，示出了传感器是如何被蚀刻到绝缘体层上，且接触区域以90度在上形成。
图8A和8B是示意图，示出了“触发器”布局，其中所形成的最终传感器位于胎面区块中。
图9是插入式连接器和胎面区块中的触发器传感器的透视图。
图10是贯穿带束层连接器的平面图。
图11A是胎面区块的截面图，示出了触发器传感器和贯穿带束层连接器。
图11B是胎面区块的截面图，示出了触发器传感器和导电烟囱状连接器备选实施例。
图12是第一系统结构实施例的图。
图13是第二备选系统结构实施例的图。
图14A是胎面区域的放大截面图，示出了设置在整行突块中的传感器和贯穿带束层连接器。
图14B是胎面区域的放大截面图，示出了设置在导电粘合剂条上的传感器。
图15A和15B是一备选实施例的透视图，示出了突块中心切割和使用液体墨喷射打印直接蚀刻到突块的内部区域上的传感器。
图16A是截面图，示出了所切割胎面区块表面上的喷墨图案。
图16B是截面图，示出了闭合之前就位的贯穿带束层连接器和所蚀刻胎面区块内表面。
图16C是截面图，示出了最终的所蚀刻传感器和与贯穿带束层连接器的连接。
图17A是所切割胎面区块的透视图，其中所蚀刻导体被直接设置于内表面。
图17B是完全设置在所切割胎面区块中的所蚀刻导体的透视图。
具体实施方式
参考图1、2A和2B，示出了代表性轮胎组件10，包括交通工具轮胎12，其具有沿径向在外的胎面14，其被限定成多个周向胎面行16。在胎面行16的每个内是周向阵列的胎面元件18，其在本文中也被称为胎面突块或区块。轮胎12进一步包括内部腔体20。根据常规轮胎构造，轮胎12在生坯轮胎成型工序中形成为轮胎胎体22，随后被固化成最终轮胎产品。
图2A和2B显示胎面区域的放大视图，示出了由间隔开的胎面区块18形成的胎面行16。胎面区块18中的至少一个，优选为多个胎面区块，配备有电阻传感器24，其在本文也被称为“磨损传感器”或“胎面磨损指示器”。如图2A的传感器构造中看到的，配备有磨损传感器24、26和28的胎面突块18是横跨胎面14处于共线轴向对齐的突块。在图2A中，绘出了一备选磨损传感器结构，其中传感器24、26、28横跨胎面14处于顺次或对角线阵列中。传感器24、26、28的目的是检测传感器所附接至的胎面突块18的渐进磨损，以便监测轮胎的总体胎面磨损。通过监测胎面磨损，可以确定轮胎的磨损状态。从轮胎的磨损状态的确定，可以做出是否以及何时更换磨损轮胎的决定。
参考图3、4和5，将理解胎面磨损传感器24的操作原理。传感器24构造成具有电阻器元件的阵列30。在所示实施例中，示出了四个电阻器元件R1、R2、R3和R4，但是应理解的是：若需要的话，可以采用更多或更少的电阻器。电阻器沿着电阻器所固定至的胎面区块18在不同径向深度处并联定位。电阻器随着胎面区块18磨损而逐渐地磨损，从而导致阵列30的所测电阻R的可测量变化(增加)。当多个胎面区块被如此地装配有电阻器阵列时，比如在胎面中不同位置处的两个或三个区块，则可以通过检测和测量每个阵列的电阻R的增加，来确定在所选胎面位置处的胎面的磨损状态。
微处理器处理来自装配有电阻器阵列的胎面区块的数据。在向数据应用算法时，轮胎磨损估计得以完成。如果轮胎配备有胎载轮胎压力监测系统(TPMS)，其传输来自TPMS压力传感器的轮胎压力数据，则TPMS系统可以被采用来用于如下附加目的：至少检测来自电阻器传感器24、26、28的数据，并通过射频信号向远程接收器传输数据。
图3示出了处于未磨损的新轮胎突块18中的代表性磨损传感器24。将看见的是：阵列30中的所有四个电阻器线R1、R2、R3和R4并联定位，并提供累积电阻Rmin。对于新轮胎来说，R0 = Rmin。传感器电阻(欧姆)对轮胎胎面区块磨损(mm)的图形32示出了随着轮胎胎面突块18磨损的磨损检测原理。随着突块磨损，电阻器线逐渐地磨损并被消除。来自阵列30的电阻R发生增加。已使用轮胎的图3中的图形示出了电阻器R1和R2随着突块18磨损的消除。作为结果，阵列30的Rt > Rmin。突块上的进一步磨损将逐渐地消除电阻器线R3和R4，从而增加Rt。
图4是胎面区块18中的并行电阻器元件R1、R2、R3和R4的阵列30的示意图。图5是胎面区块18中的并行电阻器的透视图。电阻器元件或电极可以被丝网印刷在膜基材38上。例如，电阻器可以处于45微米厚的膜和以用于通过工业中常见的技术在其上印刷电路系统的碳墨回收的银墨上。进一步想到的是：通过使用适当的基材，比如Kapton®塑料材料，磨损传感器24中的基材将能够承受在轮胎固化期间施加的温度。因此，可能的是通过适当的材料选择来在生坯轮胎成型期间向生坯轮胎的胎面区块18中合并电阻器传感器24。如图5中示意性地示出的，该系统采用贯穿带束层(through-belt)咬入式连接器34，来在磨损传感器电阻器与TPMS传感器模块36之间建立电连接。TPMS模块36被标示为“TPMS+”来表示：除了测量和传输来自轮胎腔体的压力数据之外，TPMS模块36还可以被采用来从磨损传感器向远程接收器传输数据。应指出的是：TPMS+模块36安装至轮胎胎体的腔体侧表面，比如轮胎内衬层。应进一步指出的是：连接器34被部署成从腔体侧贯穿轮胎胎体。连接器34突出穿过胎体带束层增强物40，并包括电引线，其与电阻器阵列30建立电接合，如将在以下说明的。
构成阵列30的电阻器元件R1、R2、R3、R4可以构造成多种图案，如图6A、6B和6C中反映出的。在图6A中，电阻器被配置成单行图案。在图6B中，电阻器处于双行图案中。在图6C中，电阻器处于尺寸互不相同的单行图案中，使得每个电阻器承载独特的电阻值(欧姆)，并且可以由独特的电阻值(欧姆)来识别。元件R1、R2、R3和R4的不同电阻值协助识别随着轮胎突块磨损的Rt的变化，从而识别突块18的磨损状态。
图7A-7C是两个全传感器的备选层叠图案布局的示意图。图7A示出了被蚀刻到绝缘层图案54的全传感器布局52。图7B示出了绝缘层58上的蚀刻传感器56的前、后和侧视立面图的层叠构造。图7C示出了采用了“触发器(flip-flop)”接触件60的构造。接触件60具有集成到绝缘层64中的蚀刻电阻器传感器电路系统62。接触件60提供连接器翼状部66，其延伸成垂直于绝缘层64的平面并平行于胎面区块平面。翼状部66被构造为接触垫，以便使可用于以下说明的贯穿带束层咬入式连接器的“盲”接触区域最大化。传感器的前后视图在图7C中示出。
参考图8A和8B，以更详细的细节示出了“触发器”传感器接触件60的构造。翼状部66传感器布局限定出从容纳电阻阵列30的传感器的本体以90度在上
形成的接触区域。在“触发器”传感器构造60中，电阻器阵列30在胎面突块18内沿径向(图9中的方向箭头69)延伸。接触件翼状部66形成为90度以上并定位在突块18的径向内端。翼状部66承载结合至绝缘层70的橡胶导电帽68。来自电阻器阵列30的引线电气地连接至导电帽68。在如此定位的情况下，翼状部66对角地分离，并从传感器的径向延伸本体90度以上沿相反轴向方向(图9中的箭头71)突出。
继续参考图9、10和11A，插入针式连接器72被提供来在TPMS模块与磨损传感器24的突块安装触发器接触件60之间建立互连。连接器72操作为贯穿带束层连接器，其从内部腔体侧穿透轮胎胎体，以与触发器翼状部66的接触垫68建立电连接。连接器72包括壳体74，其具有突出的墙上插头式探针指状部76，用于从腔体侧贯穿轮胎胎体。指状部76设置有轴向阵列的穿刺箭头凸缘，其沿有助于实现预期胎体穿透的取向被斜切。从TPMS模块(未示出)延伸到壳体74中的是引线78、80，其分别联接至内部导体82、84。内部导体延伸穿过冲入式指状部76中的相应一个，以终止于冲入式头部85处。冲入式指状部76的长度足以跨越轮胎内部腔体与突块安装传感器24的接触垫之间的距离。箭头构造的穿刺凸缘77的阵列沿着指状部76中的每个延伸，以在指状部76已经穿透轮胎胎体并与触发器接触垫接合之后，阻止连接器72与轮胎胎体脱离接合。
从图9，应理解的是：壳体72在向轮胎胎体的附接序列期间取向成与翼状部66上的触发器接触垫60对齐。连接器72的穿透指状部76之间的距离为使得指状部76一旦在适宜地定位并被冲压穿过轮胎胎体后，将遇到并接合触发器翼状部66中的每个上的接触件60。插头指状部76具有约为3mm的长度。电连接由此得以建立，并被维持在接触件60、内部导体82、84与引线78、80之间，所述引线78、80延伸至数据传输装置，比如集成到轮胎安装TPMS模块中的数据传输装置。触发器连接器翼状部66用于使被穿通连接器72当作目标的“盲”接触区域最大化。连接器72在固化后工序中加入。
参考图11B，示出了磨损传感器24与远程数据传输装置之间的一备选方式的互连。插入针连接器72在备选实施例中采用导电烟囱状物88、90，来将壳体引线82、84互连至由接触件翼状部66承载的适当触发器接触垫。导电烟囱状物88、90由各向异性导电粘合剂形成，所述各向异性导电粘合剂填充穿过轮胎胎体带束层构造冲出的贯穿通道。引线82、84电联接至导电烟囱状物88、90，从而连接至磨损传感器24的接触垫。
采用胎面磨损测量的第一系统结构92在图12中示意性地绘出。在系统92中，用于数据处理的智能和算法位于轮胎之外。TPMS系统可以被采用来用于传感器读入和用于来自磨损传感器的RF数据传输。备选地，若需要的话，可以采用来自磨损传感器的数据传输器装置和专用磨损传感器输入装置。系统结构92中的胎载结构94包括：传感器电阻器元件R1、R2、R3、R4；电阻/电流测量电路；RF发射天线；能量采集器；能量存储电容器；电流整流器电路；和传感器读出电路。电阻测量值通过RF信号得以传输至机载系统96，其包括接收器和微处理器单元100。微处理器100将反映轮胎磨损的输出经由交通工具CANBUS 98传输至交通工具电子控制单元(ECU)。交通工具ECU于是可以将轮胎磨损状态用于主动安全和牵引控制系统，比如：防抱死制动系统(ABS)；电子稳定程序控制系统(ESP)；直接牵引控制系统(DTC)；调整性巡航控制系统(ACC)等。
可以通过选择不同个体传感器电阻(即R1-R4具有不同电阻)来调节和最佳化通过测量电阻/电流测量电路的电阻变化的磨损估计工艺。传感器互连(串联对并联)可以进一步被选择成使读数和算法函数中的电阻变化的测量简化。
交通工具ECU可以进一步向交通工具操作者输出通知通信104。这种通知可以呈多种形式，比如：平视显示；驾驶员面板控制；远离交通工具的服务中心信息传输；驾驶员智能电话等。
一备选系统结构106在图13中示意性地示出。在该备选系统中，微处理器114被合并作为胎载108电子装置的一部分，而不是机载110系统的一部分。微处理器被编程有磨损估计算法，其使用电阻/电流测量电路内的电阻变化来推导胎面磨损状态。能量采集器被提供来为胎载电子装置提供动力。能量采集器可以是基于压电的、基于电活性聚合物的、或构成电池。胎面，如前面描述且在图2A和2B中示出的，具有配备有磨损传感器24的多个胎面突块。通过监视和测量横跨胎面位于不同位置处的多个胎面突块的磨损，可以推导出关于胎面磨损的总体结论。第二实施例中的微处理器114分析来自每个传感器24的数据，并通过RF信号将胎面磨损数据传输至机载接收器。如图12的实施例那样，图13的第二实施例结构通过交通工具CANBUS 112将胎面磨损信息通信至交通工具ECU，其然后在主动安全和牵引控制系统116的阵列中采用胎面磨损。如图12的结构实施例那样，交通工具ECU可以进一步在通信选项118的阵列中向交通工具操作者输出通知通信。这种通知可以呈多种形式，比如：平视显示；驾驶员面板控制；远离交通工具的服务中心信息传输；驾驶员智能电话等。
图14A示出了胎面区域的放大截面图，示出了采用附接在整行胎面突块18中的触发器构造接触件20的传感器24。贯穿带束层连接器72延伸穿过轮胎接触件，以如前面描述的那样与传感器24的接触件60接合并建立电接触。
图14B通过放大截面图示出了胎面区域，其中传感器24的触发器接触件60被设置在各向异性导电粘合剂条或带120上。贯穿带束层连接器(未示出)是与各向异性带120接合。
在图15A和15B中，示出了一备选实施例的透视图，其中胎面区块18的中心被切割，以备磨损传感器通过沿径向延伸的切割线124附接到突块18中。分叉突块18分离为形成V形通道126。传感器半部128然后被直接蚀刻到突块18的内部区域上，使用的是适当的工艺，比如液体墨喷射打印。图16A以截面图示出了在区块18的左半部的切割胎面区块表面上的喷墨图案。在图16B中，插入针连接器72如前面描述的那样从轮胎腔体侧插入穿过胎体，且接触件探针131、133定位在蚀刻传感器电路62的V形通道126相对终端内。如图16B中由方向箭头134示出的，分叉区块半部130、132然后被闭合在一起，以消除通道126，并使接触件探针131、133与蚀刻电路128的终端形成接触电接合。图16C以截面示出了最终蚀刻出的传感器和与贯穿带束层连接器的连接。
图17A是切割胎面区块18的透视图，所述切割胎面区块18接收单独形成的蚀刻电路138，作为直接向胎面突块蚀刻电路的备选方案。蚀刻电路138被施加至比如柔性聚合物膜140等适当材料的条。聚合物膜140然后附接至形成为面对切割V形通道126的突块的内表面。粘合剂142被预先施加至突块18的面向通道的表面，进行操作用以将承载蚀刻传感器138的膜140粘附至突块表面。贯穿带束层连接器然后以与图16C中示出的方式相似的方式得以附接(未示出)，以闭合电路来实现胎面突块传感器互连。突块18然后如箭头144所指示那样被闭合。
从前述内容，应理解的是：可以在备选工序中实现至主体突块18的传感器24。图16A-16C工序在突块被分离后将电路直接蚀刻于分叉突块表面。图17A和17B途径是将蚀刻电路预先形成于载体聚合物条，其然后通过使用粘合剂组装至突块。在任一组装工艺中，所完成的电阻传感器电路都处于其在胎面突块内的预期位置，取向成随着胎面突块磨损而逐渐磨损。贯穿带束层连接器从轮胎胎体的腔体侧延伸穿过带束层组件，以与传感器接触垫建立并维持正机械和电接合。用于传感器的触发器接触件构造进行操作，以增大目标区域，并促进贯穿带束层连接器探针与目标接触区的对齐。
胎面磨损装置组件包括附着至一个或多个轮胎胎面元件的胎面磨损指示器。指示器被构造为多个沿径向层叠的传感器元件，其被操作地构造和定位成响应于传感器元件所附着至的胎面元件的渐进胎面磨损，而顺次牺牲性地磨蚀并发生电阻变化。传感器元件被电路系统连接，所述电路系统将来自传感器元件的数据信号通信至数据处理器，其指示传感器元件的电阻率的变化。数据处理器接收来自传感器元件的数据信号，并基于数据信号确定胎面元件的径向磨损水平。
一个且优选为多个传感器24横跨胎面以预定图案安装至相应胎面突块。集成到传感器24的电路系统中的电阻元件操作地受到由相应胎面元件的胎面磨损诱发的渐进侵蚀，由此产生可测量的传感器电阻率变化。每个传感器24被插入针连接器72当作目标，所述插入针连接器72进行操作以从胎体的腔体20侧穿过轮胎胎体22伸出，来与传感器元件R1-R4接合并建立电接触。
多个胎面磨损指示器或传感器24附着在轮胎胎面之上，每个指示器处于相应胎面位置，并且各自安装至相应胎面元件。每个胎面磨损指示器24被构造成具有沿径向层叠的传感器元件R1-R4，其随着相应主体胎面突块逐渐磨损而顺次牺牲性地磨蚀并发生电阻率变化。插入针连接器72从胎体的轮胎腔体侧穿过胎体伸出，并与相应传感器24及其电界面接触垫建立正机械和电接触接合。由图12和13示出的系统的备选结构评估由胎面突块磨损引起的传感器24的电阻变化，并由此确定突块磨损的状态。这种信息从传感器24通信至处理单元。胎面磨损的状态然后可以被交通工具安全和处理系统使用。有关胎面磨损状态的信息可以进一步被通信至交通工具操作者。
鉴于本文提供的对本发明的描述，本发明的变型是有可能的。尽管为了说明本发明的目的而示出了某些代表性的实施例和细节，但对本领域的技术人员来说显而易见的是：在不背离本发明的范围的情况下，能够在其中做出各种变化和修改。因此，应该明白的是：能够在所描述的特定实施例中做出变化，其将落入如后面所附权利要求书限定出的本发明的完整预期范围内。
Claims (20)
1.一种由交通工具轮胎和胎面磨损装置构成的组件，包括：
轮胎，其具有在径向外侧的多个胎面元件；
至少一个胎面元件从胎面的基底突出并具有所定的胎面深度；
胎面磨损指示器，其包括附着至所述至少一个胎面元件的至少一个牺牲性电阻传感器元件，所述至少一个传感器元件进行操作以响应于所述至少一个胎面元件上的渐进胎面磨损而逐渐改变电阻率；
电阻率测量器件，其连接至所述至少一个传感器元件来生成数据，所述数据指示所述至少一个传感器元件中的电阻率的测量变化；
数据处理器件，其基于所述至少一个传感器元件的电阻率的测量变化，来确定所述至少一个胎面元件的胎面磨损状态，
其中，所述至少一个传感器元件被丝网印刷在柔性聚合物膜上。
2.如权利要求1所述的组件，其中，所述胎面磨损指示器包括多个传感器元件，所述多个传感器元件以径向取向层叠方式配置在所述至少一个胎面元件内，平行于在径向外侧的与路面接合的胎面元件表面。
3.如权利要求2所述的组件，其中，所述轮胎的多个胎面元件是封闭轮胎空气腔体的轮胎胎体的径向外侧部件；并且其中所述组件包括插入针连接器器件，用于从所述轮胎的腔体侧穿过所述胎体伸出并接触相应的传感器元件。
4.如权利要求1所述的组件，其中，多个胎面磨损指示器分别附着至多个胎面元件，并且其中所述多个胎面磨损指示器将电阻率数据的变化传输至基于交通工具的远程电子数据处理器。
5.如权利要求4所述的组件，其中，所述电子数据处理器操作地分析电阻率数据的变化来推导胎面磨损状态，并将胎面磨损状态操作地通信至交通工具电子控制单元。
6.如权利要求2所述的组件，其中，所述多个传感器元件操作地受到由所述至少一个胎面元件的胎面磨损诱发的渐进侵蚀，由此产生电阻率的可测量变化。
7.如权利要求6所述的组件，其中，所述多个传感器元件包括具有互不相同的电阻。
8.如权利要求7所述的组件，其中，所述多个传感器元件在电阻有区别的传感器元件长度上操作地有区别。
9.如权利要求8所述的组件，其中，所述多个传感器元件中至少相邻的两个并联地电连接，并被不导电的绝缘层分离。
10.如权利要求6所述的组件，其中，所述多个传感器元件中的每个被丝网印刷在厚度小于150微米的柔性聚合物膜上。
11.如权利要求10所述的组件，其中，所述聚合物膜包括聚酰亚胺膜。
12.如权利要求9所述的组件，其中，所述多个传感器元件的数量为至少三个。
13.如权利要求1所述的组件，其中，进一步包括：连接至所述胎面磨损指示器的基于轮胎的轮胎腔体压力测量装置，所述轮胎腔体压力测量装置具有数据传输器，用于无线传输指示所述至少一个传感器元件的电阻率的测量变化的数据。
14.如权利要求13所述的组件，其中，所述胎面磨损指示器包括一系列沿径向层叠的电阻传感器元件，其是可操作的以随着所述至少一个胎面元件沿径向向内磨损而在至少一个电参数上顺次地变化，并且所述沿径向层叠的电阻传感器元件具有互不相同的电阻。
15.一种由交通工具轮胎和胎面磨损装置构成的组件，包括：
轮胎，其具有在径向外侧的多个沿径向延伸的胎面元件；
胎面磨损指示器，其附着至至少一个胎面元件，并包括多个沿径向层叠的传感器元件，所述多个沿径向层叠的传感器元件被操作地构造和定位成响应于所述至少一个胎面元件的渐进胎面磨损而顺次牺牲性地磨蚀并改变相应的传感器元件几何结构，由此使得每个传感器元件响应于所述至少一个胎面元件上的渐进胎面磨损而在电阻率上顺次地变化；
基于轮胎的电子装置，其安装至所述轮胎，并连接至所述胎面磨损指示器，所述基于轮胎的电子装置包括数据通信器件，用于无线传输来自所述传感器元件的数据信号，所述数据信号指示所述传感器元件的电阻率的变化；和
数据处理器件，其接收来自所述传感器元件的数据信号，并基于所述数据信号确定所述至少一个胎面元件的径向磨损水平，
其中，所述传感器元件被丝网印刷在柔性聚合物膜上。
16.如权利要求15所述的组件，其中，所述多个传感器元件操作地受到由所述至少一个胎面元件的胎面磨损诱发的渐进侵蚀，由此产生传感器电阻率的可测量变化。
17.如权利要求15所述的组件，其中，所述轮胎的多个胎面元件是封闭轮胎空气腔体的轮胎胎体的径向外侧部件；并且其中所述组件进一步包括至少一个插入针连接器器件，所述至少一个插入针连接器器件进行操作以从所述胎体的腔体侧穿过所述胎体伸出，并与包括胎面磨损指示器的所述多个传感器元件建立电接触接合。
18.如权利要求15所述的组件，其中，进一步包括：多个胎面磨损指示器，每个指示器附着在不同的相应胎面位置处，并且各自附接至相应的胎面元件，其中每个胎面磨损指示器包括多个沿径向层叠的传感器元件，所述传感器元件被操作地构造和定位成响应于相应胎面元件的渐进胎面磨损而顺次牺牲性地磨蚀以操作地改变相应的传感器元件几何结构，由此使得每个传感器元件响应于相应胎面元件上的渐进胎面磨损而在电阻率上顺次地变化。
19.如权利要求18所述的组件，其中，所述轮胎的多个胎面元件是封闭轮胎空气腔体的轮胎胎体的径向外侧突块部件；并且其中所述组件进一步包括多个插入针连接器，所述多个插入针连接器进行操作以从所述胎体的轮胎腔体侧穿过所述胎体伸出，并与相应传感器元件建立电接触接合。
20.如权利要求18所述的组件，其中，所述多个胎面磨损指示器的沿径向层叠的传感器元件包括电路系统，所述电路系统具有预定的电阻率，安装至柔性的牺牲性的基材，所述基材安装至相应胎面元件，并且每个基材响应于相应胎面元件上的胎面磨损的效果而逐渐磨损。
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