CN105393078A - 用于测量轮胎的橡胶层的厚度的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量轮胎的橡胶材料层的厚度的系统，所述层具有连接至相邻金属增强层的面以及与空气接触的自由面。所述系统包括可以测量橡胶材料层的连接面和自由面之间的距离d的传感器，所述传感器包括静态磁场源和敏感元件，所述敏感元件的输出信号取决于局部磁场水平，所述静态磁场源和所述敏感元件布置成使得当所述距离d减小时由所述敏感元件测得的磁场强度变化。

Description

用于测量轮胎的橡胶层的厚度的系统

技术领域

本发明涉及一种用于测量橡胶层的厚度的系统，并且更特别地涉及轮胎胎面上残余橡胶的厚度的测量。

背景技术

在已知方法中，充气轮胎或者更简单地说轮胎的胎面(不论其是否安装在客车或者重型运输车辆上)设有花纹，特别地，所述花纹包括由各种主花纹沟、纵向花纹沟、横向花纹沟或者倾斜花纹沟所限定的花纹单元或者单元花纹块，所述单元花纹块还可能包括各种较细的切口或者刀槽花纹。所述花纹沟形成预定用于在湿地上行驶期间排水的通道，并且限定花纹元件的前导边缘。

当轮胎崭新时，胎面的深度处于最大值。该起始深度可能根据所涉及的轮胎的类型以及其预定的用途而变化；举例来说，“冬季”轮胎通常具有大于“夏季”轮胎的花纹深度。当轮胎被磨损时，花纹的单元花纹块的深度减小并且这些单元花纹块的刚度增大。所述单元花纹块的刚度的增大导致轮胎的一些性能特征、例如湿地上的抓地力降低。当花纹中的通道的深度减小时，排水能力也显著降低。

因此，希望能够监测轮胎胎面磨损的演变。

通常在有或者没有利用深度计实测的情况下，通过使用者或者机修工对胎面的视觉观察来执行该监测。然而，该观察不是非常易于执行，尤其是在较难以接近的后部轮胎上亦是如此，并且此外该观察不是非常精确。

许多建议已经被提出，以使轮胎花纹的深度的测量自动化。这种装置可以布置在车辆在其上行驶的道路上。这些装置通常通过两种技术来工作，即基于带有摄像机或激光器的光学系统、或者基于涡流来工作。

基于光学系统的系统是昂贵的，其必须被嵌入道路中，并且需要定期维护。此外，测量由于污物以及存在水或喷洒水、泥浆、积雪等而遭受干扰。

文件US7,578,180B2和WO2008/059283提出了用于测量轮胎胎面的厚度的系统，其包括对由轮胎的胎冠增强层中的激励磁场所产生的涡流敏感的传感器。这些系统布置在道路上。

然而，已经发现，在一些情况下，这些测量系统不完全令人满意。这是因为一些轮胎的增强层使得轮胎的胎冠不够导电从而不允许建立涡流。因此，这些测量系统不适于测量这些轮胎的胎面厚度。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种用于测量轮胎的橡胶材料层的厚度的系统，所述层包括接合(连接)至相邻增强层的面以及与空气接触的自由面，所述相邻增强层以至少一种具有比空气的磁导率大的磁导率的材料制成，所述系统包括能够测量橡胶材料层的接合(连接)面和自由面之间的距离d的传感器。该系统的特征在于，所述传感器包括静态磁场源和其输出信号为局部磁场水平的函数的敏感元件，所述静态磁场源和所述敏感元件被定位成使得当所述距离d减小时由所述敏感元件测得的磁场强度变化。

根据第一实施例，所述静态磁场源由至少一个被供以直流电的线圈形成。

有利地，所述线圈包围诸如铁氧体(ferrite)的具有高磁导率和低电导率(导电性)的材料或者被诸如铁氧体的具有高磁导率和低电导率的材料包围。铁氧体的存在使得能够局部化磁场线并且从而提供更局部化的层厚度测量。

铁氧体的存在还使得能够测量更强的磁场，从而对于相同的供应电流来说提高了传感器的灵敏度。

根据第二实施例，所述静态磁场源由至少一个永磁体形成。

通过使用永磁体，可以以非常低的能耗来实施测量，因为仅仅敏感元件需要供能。

所述永磁体可以具有轴向磁场。

该永磁体可以具有呈环的形式的几何形状。

该轴对称的实施例具有对形成相邻增强层的金属帘线的定向不敏感的优点。因此，所述传感器对该相邻层的各向异性不敏感。

该永磁体同样可以是(笔)直的或者U形的磁棒。

有利地，所述传感器包括敏感元件和多个单轴磁化的磁体，所述多个单轴磁化的磁体径向地且相对于所述敏感元件具有相同磁极定向地定位。

根据有利实施例，所述测量系统包括由成直线地定位的多个永磁体形成的磁场源。

根据示例性实施例，每个永磁体具有北极和南极，所述永磁体被定位成使得所述磁极沿着与所述源磁体的队列相同的队列排列(对齐)并且每对相邻的永磁体的极性颠倒。

有利地，所述传感器包括多个敏感元件，所述多个敏感元件中的每一个定位在两个永磁体之间。这使得能够限定测量线。

根据另一示例性实施例，所述测量系统的磁场源由多个成直线地布置的环形永磁体形成，所述多个环形永磁体具有轴向磁场，并且所述环形永磁体的轴线定位在经过(贯穿)磁场源线的同一平面中并且垂直于该线地定向。

根据有利实施例，每个环形永磁体包括定位在其轴线上的敏感元件。

所述敏感元件可以布置在所述轴线的以下点上，在没有层(金属增强层)的情况下，所述点处的磁场为零。

该定位具有向所述测量提供参考点的优点，对于所述参考点来说，所述敏感元件的输出为零。

所述敏感元件可以选自于由涡流传感器、磁阻传感器和磁致伸缩传感器所组成的组。

根据本发明的一个目的，所述测量系统的传感器具有在磁阻模式下工作的优点。

在磁阻模式下的测量利用了相邻增强层的磁导率，并且已经被发现对所述距离d的任何变化提供高测量灵敏度。

有利地，所述测量系统定位在其磁性类似于空气的磁性的不导电的外壳中。

所述外壳可以是便携式外壳。

在该情况下，根据本发明的一个目的的测量系统可以用于测量轮胎的侧壁或者内部橡胶元件的橡胶材料的厚度。该测量可以在轮胎制造期间或者在该工作完成之后执行。

所述外壳还可以适于定位在道路上或者嵌入道路中。

在该情况下，优选地，所述测量系统用于测量轮胎胎面上的残余橡胶材料的厚度。

特别地，本发明可以应用于在其胎冠和/或其胎体帘布层中具有金属增强件的轮胎，例如，将被安装在客车或SUV(“运动型多用途车”)型车辆上的轮胎、或者将被安装在选自厢式货车、重型运输车辆、即轻轨车辆、公共汽车、重型公路运输车辆(卡车、拖拉机和拖车)中的工业车辆上的轮胎、以及将被安装在诸如土木工程车辆的非公路型车辆及其他运输或装卸搬运车辆上的轮胎。

附图说明

附图显示了作为应用本发明来测量轮胎胎面厚度的主要实例的、根据本发明的一个目的的测量系统的若干实施例：

-图1是车辆的立体图，所述车辆的轮胎经过包括根据本发明的一个目的的测量系统的外壳；

-图2显示了带有测量系统的外壳；

-图3显示了在(a)不存在金属增强层时以及在(b)存在金属增强层时，在空心线圈的情况下的测量系统的工作原理；

-图4显示了与测量系统的外壳接触的轮胎的横截面；

-图5显示了测量系统的传感器的第一示例性实施例；

-图6显示了测量系统的传感器的第二示例性实施例；

-图7显示了利用图6的传感器实施的测量的实例，

-图8显示了测量系统的传感器的第三示例性实施例；

-图9显示了测量系统的传感器的第四示例性实施例；

-图10显示了利用图9的传感器实施的测量的实例；

-图11显示了测量系统的传感器的第五示例性实施例；以及

-图12示意性地显示了测量系统的电子线路的结构。

具体实施方式

图1显示了车辆5，其轮胎8行驶越过包括磨损测量系统的外壳6。虽然所述附图显示客车，但是所述测量系统还可以用于任何其他车辆，例如，重型运输车辆或者长途汽车。当轮胎行驶越过外壳6时，在无需停止车辆或者将轮胎从车辆上移除的情况下测量轮胎8的胎面上的橡胶材料的残余厚度。

图2显示了根据本发明的目的之一的外壳12。该外壳呈可以布置在道路上的便携式组件的形式。该外壳具有基本上梯形的横截面。所述外壳包括两个倾斜部分，即，入口坡道(斜坡)14和出口坡道16。在这两个部分之间，存在作为所述外壳的应用面的基本上水平的部分18。外壳12的部分18保护用于进行距离测量的传感器或者成排的传感器50。所述外壳的底部或者支承面20抵靠道路地布置并且在系统工作期间赋予所述外壳必要的稳定性。外壳12还包括带有电源的电子线路40。当轮胎的接触区域托靠在水平部分18上时，实施所述测量。该水平部分是所述外壳的被应用于轮胎胎面表面的面。外壳12由其磁性类似于空气的磁性的非导电材料制成，以避免干扰测量。

根据其他实施例，所述外壳可以嵌入道路中或者可以具有用于抵靠轮胎的侧壁或者内部橡胶元件地应用的合适的尺寸和重量。

图3显示了根据本发明的一个目的的测量系统的传感器的工作原理。

图3(a)显示了具有对称轴线和灵敏度A的空心线圈10。如图3(a)中示意性地显示，当线圈的末端被供以直流电时，由该装置发射的磁场线54在线圈周围的空气中延伸。

如果将作为良好的磁场导体以及差的电导体的、诸如由嵌入两层低电导率(导电性)的橡胶材料中的平行金属增强件所构成的轮胎胎冠层的金属增强层14带向该装置，则所述场线自然地将试图穿过该金属增强层而非穿过空气，因为空气的磁阻大于所述金属增强层的磁阻。可以观察到，通过金属增强层14获得的磁场线54的局部化。

结果是，磁通量密度将在位于线圈10和金属增强层之间的区域中增大。

因为根据本发明的一个目的的系统的工作模式利用该物理原理以及为磁阻模式，所以其与由所述磁场源所形成的磁路的不同部分的磁导率以及与利用所述传感器来测量其距离的物体有关。

图4显示了可以进行轮胎胎面的残余厚度的测量的情况。图4为在测量系统的外壳上的轮胎的截面图。

外壳12保护用于进行距离测量的传感器50。传感器50由磁场源52和敏感元件51形成。在该实施例中，磁场源52是平行六面体永磁体，并且敏感元件是涡流传感器(参见图5)。敏感元件和磁场源布置在同一平面54中。

所述外壳的底部20抵靠道路地布置并且在系统工作期间赋予所述外壳必要的稳定性。外壳12还包含利用传感器50进行测量所需的电子线路。

当轮胎8的接触区域托靠在外壳12的应用面18上时，实施所述测量。

特别地，轮胎8包括具有花纹82的胎面80、由两层或多层金属增强件(未显示)所构成的胎冠增强层84、以及侧壁86。胎面80的行驶表面88承靠在外壳12的应用面18上。

如以上所阐明的是，传感器50测量将其与轮胎8的胎冠的金属增强层84分开的距离D1。D1具有三个分量。这些分量中的两个是不变的(固定的)，即，将花纹82的底部与增强层84分开的距离D2，以及将传感器50与外壳12的应用面18分开的距离D3。一个分量可以随着胎面的磨损程度而变化，即d，其对应于所述胎面的残余厚度。因此：

d＝D1-D2-D3

可以基于对被测量的轮胎的类型的识别来得知距离D2。例如通过检索识别数据来执行的该识别可以是手动的或自动的，所述识别数据记录在诸如结合在轮胎结构中的RFID装置的应答器(转发器)中。

图6显示了传感器60的备选实施例，其中磁场源是由两个平行六面体形状的永磁体62组成的组(合)件，所述两个平行六面体形状的永磁体62的相同磁极(即，南极)彼此面对，所述两个磁体62定位在同一平面64中。

在该配置中，敏感元件61可以定位在两个磁体62之间的间隙中。

利用钕-铁-硼永磁体进行对该传感器配置的测试，所述钕-铁-硼永磁体是粉末状的钕、铁和硼的烧结化合物(混合物)。这些磁体的几何结构为：长度19.05mm、宽度12.7mm以及高度6.35mm。所述两个永磁体之间的间隔为19mm。所使用的涡流传感器由霍尼韦尔公司(Honeywell)制造，参考SS39E。

在其胎面的橡胶已经被磨薄之后，重型运输车辆的子午线轮胎的部段被用于这些测试。当胎冠增强层接触外壳12的应用面时，实施零值测量，在此之后所述部段逐渐远离所述外壳的应用面地移动。

图7中示出了结果。可以看到在直至大约25至30mm的间隔(距离)下的局部磁场强度a的非常显著的变化。

第一曲线(1)是在所述两个永磁体之间具有19mm的间隔的情况下绘制的，而第二曲线(2)是在38mm的两倍间隔的情况下绘制的。

这些结果显示，由敏感元件61测得的信号变化的动态范围随着两个磁体62之间的间隙的减小而增大(曲线1)。

另一方面，随着两个磁体62之间的间隙增大，由敏感元件61测得的信号的线性度变得更大(曲线2)。

图8显示了传感器70的另一实施例，其是图6的实施例的有利重复。

在该实施例中，一系列的六个平行六面体磁体72沿着测量线75布置，所述组件布置在同一平面74中。

如此，产生了静态磁场源，在平行六面体磁体72之间产生重复的间隙73。这些间隙73是沿着线75的磁学意义上的(与这些间隙)相同数量的等效区域。

能够对局部磁场的演变进行测量的敏感元件71布置在这些间隙的每一个中。

传感器70的该实施例使得能够沿着线、同时在若干点处测量轮胎橡胶层的厚度。

图9显示了传感器90的第四实施例，其中磁场源由环形磁体92形成，所述环形磁体92的磁化是轴向的。

在该实施例中，有利地，敏感元件91在如果不存在金属轮胎增强层则其处磁场为零的点处布置于所述环的对称轴线上。

这使得当传感器90保持在与任何金属轮胎增强层相距一定距离的位置时，敏感元件91的输出信号为零。这具有避免存在于上述实施例中的测量偏差的优点。

利用两个钕-铁-硼永磁体进行对该传感器配置的测试。所述两个钕-铁-硼永磁体的几何结构为：对于第一磁体，外径26.75mm，内径16mm以及高度5mm；对于第二磁体，外径19.1mm，内径9.5mm以及高度6.4mm。所使用的涡流传感器由霍尼韦尔公司(Honeywell)制造，参考SS39E。

该测试的操作程序与上述操作程序相同。

图10中的曲线图显示了结果。再次，可以看到，随着所述测量系统和所述轮胎胎冠的金属增强层之间的间隔从大约5mm变化直至25至30mm，局部磁场强度a非常显著地变化。

该曲线图显示，由敏感元件91测得的信号变化的动态范围随着环形磁体92的直径的减小而增大(曲线2)。

另一方面，随着磁体92的直径增大，由敏感元件91测得的信号的线性度变得更大(曲线1)。

该轴对称的实施例具有对形成相邻增强层的金属帘线的定向不敏感的优点。因此，所述传感器对该相邻层的各向异性不敏感。

图11显示了传感器95的备选实施例，其中磁场源是由四个平行六面体形状的永磁体97组成的组(合)件，所述四个平行六面体形状的永磁体97的相同磁极彼此面对，所述四个磁体97定位在同一平面98中。

在该实施例中，所述磁体沿着两条垂直的线成对地定位，以使得四个磁体97的组件形成十字形的装置。

在该配置中，敏感元件96可以定位在如此形成的十字形的中心处。

在该实施例中，敏感元件96的输出信号的动态范围以及传感器95的范围大于利用图6中所描述的结构所获得的范围。

至于敏感元件96的输出信号的线性度，其随着使所述四个磁体彼此相距更远地间隔而增大。

图13显示了另一实施例，其中定位了两排平行六面体磁体272。这些磁体的北极成对地面对面地定位，如图中所示。成排的敏感元件271定位在两排磁体272之间。这些敏感元件例如是涡流传感器。有利地，该配置可以消除在一些其他配置中发现的层边缘效应。

图12显示了用于同时在多个点处测量轮胎橡胶层的厚度的电子线路40的结构。

在该实例中，电子线路(电路)40使用连接至一系列敏感元件100的多路转接器(MUX)106，其设有信号调节站(级)102和模数转换器104。

该多路转接器106被连接至主板108，其(所述板108的)功能是：

·将通过传感器100得到的测量值记录在存储器124中；

·识别轮胎，假设可以通过利用结合在轮胎结构中的RFID装置的存在将其实现；然后，主板使用专用于读取带有天线122的RFID装置120的站(级)；

·经由带有天线116的无线通信站(级)114将所述测量结果发送至远程服务器。

最后，该主板108由微处理器110控制并且设有使用电池118的供能站(级)112。

所述组件能够在不更换电池的情况下在轮胎上执行许多测量，从而在没有人为干预的情况下向系统赋予多年的服务寿命。

Claims (20)

1.用于测量轮胎的橡胶材料层的厚度的系统，所述层包括接合至相邻增强层的面以及与空气接触的自由面，所述相邻增强层以至少一种具有比空气的磁导率大的磁导率的材料制成，所述系统包括能够测量所述橡胶材料层的接合面和所述自由面之间的距离d的传感器，其特征在于，所述传感器包括静态磁场源和其输出信号为局部磁场水平的函数的敏感元件，所述静态磁场源和所述敏感元件被定位成使得当所述距离d减小时由所述敏感元件测得的磁场强度变化。

2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述静态磁场源由至少一个被供以直流电的线圈形成。

3.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述线圈包围诸如铁氧体的具有高磁导率和低电导率的材料或者被诸如铁氧体的具有高磁导率和低电导率的材料包围。

4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述静态磁场源由至少一个永磁体形成。

5.根据权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述永磁体具有轴向磁场。

6.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，所述永磁体具有呈环的形式的几何形状。

7.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，所述永磁体是直的或者U形的棒。

8.根据权利要求4和7所述的测量系统，其特征在于，所述传感器包括敏感元件和多个单轴磁化的磁体，所述多个单轴磁化的磁体径向地且相对于所述敏感元件具有相同磁极定向地定位。

9.根据权利要求4至8中的任一项所述的测量系统，其特征在于，所述磁场源由成直线地定位的多个永磁体形成。

10.根据权利要求7和9所述的测量系统，其特征在于，每个永磁体具有北极和南极，所述永磁体被定位成使得所述磁极与磁场源线对齐并且每对相邻的永磁体的极性颠倒。

11.根据权利要求10所述的测量系统，其特征在于，所述传感器包括多个敏感元件，所述多个敏感元件中的每一个定位在两个相邻永磁体之间。

12.根据权利要求6和9所述的测量系统，其特征在于，环形永磁体的轴线处于经过磁场源线的同一平面中并且垂直于该磁场源线地定向。

13.根据权利要求12所述的测量系统，其特征在于，每个环形永磁体与定位在所述环形永磁体的轴线上的敏感元件相关联。

14.根据权利要求13所述的测量系统，其特征在于，每个敏感元件布置在所述环形永磁体的轴线的以下点上，在没有层的情况下，所述点处的磁场为零。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统，其特征在于，所述敏感元件选自于由涡流传感器、磁阻传感器和磁致伸缩传感器所组成的组。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统定位在不导电的外壳内，并且所述外壳由其磁化率等于零或者足够低以类似于空气或者真空的磁化率的材料制成。

17.根据权利要求16所述的测量系统，其特征在于，所述外壳是便携式外壳。

18.根据权利要求16所述的测量系统，其特征在于，所述外壳可以定位在道路上或者嵌入道路中。

19.根据前述权利要求中的任一项所述的测量系统用于测量轮胎的胎面上的残余橡胶材料的厚度的用途。

20.根据权利要求1至17中的任一项所述的测量系统用于测量轮胎的侧壁或者内部橡胶元件的橡胶材料的厚度的用途。