CN111516439B - 胎内式的轮胎状况监测结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种胎内式的轮胎状况监测结构，包括一轮胎以及一轮胎状况传感器。该轮胎由多个层迭结构构成，于该轮胎的其中一层为钢丝环带层，其中任一未被钢丝环带层屏蔽的位置上包括一橡胶层。该轮胎状况传感器包括一传感器本体、一通讯模块以及一连接至该传感器本体及该通讯模块的控制芯片。该传感器本体埋入该轮胎的内里或直接设置于该轮胎的内侧腔室的周面，该通讯模块电性连接至该橡胶层，以橡胶层做为天线耦合至一轮胎状况读取器。本发明轮胎状况监测结构使用轮胎既有的橡胶层作为天线，可克服胎内式传感器讯号屏蔽的问题。

Description

胎内式的轮胎状况监测结构

技术领域

本发明关于一种轮胎状况监测结构，特别涉及一种可埋入轮胎内里或内侧的胎内式的轮胎状况监测结构。

背景技术

轮胎状况对于行车安全是相当重要的信息，轮胎状况具体而言例如：轮胎胎压、轮胎胎纹深度、轮胎温度及轮胎运转声音等等，该些状况可能因车辆保养状况、天候状况、驾驶行为差异等而有所变动，对于行车安全有着剧烈影响，以轮胎胎压为例，当胎压不足时，胎面与地面接触面积增大，使轮胎摩擦力增大，造成引擎负荷加重、增加油耗，且使轮胎排水性降低，雨天高速行驶时易造成车辆打滑，胎壁变形于车辆运转时易使轮胎内部温度升高，使爆胎风险大增；胎压过高时，胎面中央凸出使胎面与地面无法完全接触，车辆稳定性变差，部分胎面压力过高的情况下爆胎风险加大，且长期下来将造成胎纹磨损不均。

因此，为能良好监测轮胎状况以使轮胎状况符合车身所标识的标准值，并且可警示驾驶因极端驾驶行为所导致的轮胎危险状况，车体轮胎可配置有传感器。目前常见传感器可分为间接监测及直接监测两种方式，以胎压传感器为例简述如下：

间接式胎压传感器例如：间接式轮速感应系统，其主要以车辆出厂设定，通过ABS系统的轮速传感器以数据计算方式估计胎压状况，所得数值并非绝对的胎压值，而是一种相对性数值，若同时出现多个轮胎有胎压损失状况时，则间接式轮速感应系统将失去胎压警示功能。

直接式胎压传感器依据胎压监测器安装位置的不同又可细分为胎外式胎压侦测器或胎内式胎压侦测器。胎外式胎压侦测器是较易安装的胎压监测装置，大多安装于轮胎气嘴上，车主可自行安装，然而，因胎外式胎压侦测器外露于轮胎外部，会导致失窃风险上升，且于车辆高速行驶时，可能造成胎外式胎压传感器脱落或受损。胎内式胎压侦测器安装于轮胎内部胎压监测数据较为精确，但需要拆卸轮胎才能安装，与胎外式胎压侦测器相较之下安装较为困难，其优势在于失窃风险低，而胎内式胎压侦测器因改变轮胎内部重量或结构故需于安装后进行轮胎平衡测试。

发明内容

胎内式传感器虽可测得较精确的胎压数值，但因胎内式传感器设置于轮胎内部，在讯号传输上有其技术上的限制，目前常见是将胎内式传感器直接接上车子的车辆诊断系统(On-Board Diagnostic System，OBDII)的诊断接头，但安装上十分不便，而利用无线传输的胎内式传感器则常有传输讯号被轮胎结构屏蔽的问题。

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种胎内式的轮胎状况监测结构，包括一轮胎以及一轮胎状况传感器。该轮胎由多个层迭结构构成，于该轮胎的其中一层为钢丝环带层，于该钢丝环带层的相对外侧或其中任一未被该钢丝环带层屏蔽的位置上至少包括一橡胶层。该轮胎状况传感器包括一传感器本体、一通讯模块以及一连接至该传感器本体及该通讯模块的控制芯片。该传感器本体埋入该轮胎的内里或直接设置于该轮胎的内侧腔室的周面。该通讯模块电性连接至该橡胶层，以该橡胶层做为天线耦合至一轮胎状况读取器。

于一较佳实施例，该通讯模块为双极天线，该双极天线包括成对设置的挠性导体，二该挠性导体分别结合或接触于该橡胶层的第一位置及第二位置上以使得该橡胶层作为二该挠性导体之间的电容。

于一较佳实施例，该轮胎状况传感器为一胎压传感器、噪音传感器、厚度传感器或温度传感器。

于一较佳实施例，该通讯模块进一步包含一被动式射频识别标签(RadioFrequency IDentfication,RFID)。

于一较佳实施例，该橡胶层掺杂有一或数种选自由碳黑、碳纤维、石墨、石墨烯及奈米碳管所组成的群组。

于一较佳实施例，该轮胎状况传感器为一胎压传感器且该传感器本体为埋入式的结构，该轮胎对应于该传感器本体的位置设置有一连通至轮胎内部腔室的气道对准至该传感器本体上的压力接收端。

于一较佳实施例，该压力接收端为一弹簧管，该弹簧管插入该气道，并于该弹簧管的末端具有一开口连通至该轮胎的内部腔室。

于一较佳实施例，该轮胎状况读取器具有一频率调变模块，该频率调变模块依据该轮胎状况传感器回授的RSSI值微调该轮胎状况读取器的输出频率及/或输出功率。

本发明胎内式轮胎状况监测结构的轮胎状况传感器可完全埋入轮胎结构之中，且使用轮胎既有的橡胶层作为天线，可有效克服轮胎或轮圈结构造成胎内式传感器讯号屏蔽的问题。此外，本发明的胎内式轮胎状况监测结构利用轮胎现有的结构作为天线耦合至轮胎状况读取器，可以收容于轮胎内侧或埋入轮胎避免外部环境损坏轮胎状况传感器，且亦降低轮胎状况传感器被窃取的机率。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的方块示意图。

图2为本发明第一实施例的结构示意图。

图3为本发明第二实施例的结构示意图。

图4为本发明第三实施例的结构示意图。

图5为本发明通讯模块的结构示意图。

图6为本发明一较佳实施例的连接示意图。

【符号说明】

100 轮胎状况监测结构

10 轮胎

11 钢丝环带层

12 橡胶层

13 轮圈

20 轮胎状况传感器

21 传感器本体

211 气道

212 压力接收端

22 通讯模块

221 挠性导体

23 控制芯片

30 轮胎状况读取器

31 频率调变模块

P1 第一位置

P2 第二位置

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下。再者，本发明中的图，为说明方便，其比例未必照实际比例绘制，这些图及其比例并非用以限制本发明的范围，在此先行说明。

本文中所称的包含或包括意指不排除一或多个其他组件、步骤、操作和/或元素的存在或添加至所述的组件、步骤、操作和/或元素。一意指该物的语法对象为一或一个以上(即，至少为一)。

下文中，将进一步以详细说明及实施例描述本发明，然而，应理解这些实施例仅用于帮助可更加容易理解本发明，而非用以限制本发明的范围。

一般而言，为了增加轮胎的结构强度，于轮胎内侧会补上一钢丝环带层加强轮胎的强度以避免形变，所述的钢丝环带层对于胎内式轮胎状况传感器可能会造成屏蔽。本发明旨在提供轮胎状况传感器及轮胎的应用结构，有效避免屏蔽的问题，以下例举本发明的三个不同具体实施例分别进行说明。

I.第一实施例

以下请一并参照图1、图2及图5，其所示分别为本发明胎内式的轮胎状况监测结构100较佳实施例的方块示意图、结构示意图及通讯模块22的结构示意图，如图所示：

本发明胎内式的轮胎状况监测结构100的一实施例包括：一轮胎10及一轮胎状况传感器20，其中该轮胎状况传感器20可以为一胎压传感器、噪音传感器、厚度传感器或温度传感器等，本发明对于该轮胎状况传感器20的种类不予限定。

该轮胎10基本上由胎面、胎边、胎唇及多个层迭结构所构成，前述多个层迭结构例如但不限于：橡胶层、缓冲橡胶层、覆盖层、钢丝环带层、帘布层、气密层及/或胎唇钢丝等，前述轮胎10与轮圈13构成一可灌入气体的轮胎内部腔室，该轮胎内部腔室为气密状态。

为增加轮胎的硬度、耐磨性、抗张强度等性质，轮胎的材料中可加入补强剂。于一较佳实施例中，本文所述的橡胶层12指掺杂例如但不限于：碳黑、碳纤维、奈米碳管、石墨、石墨烯等材料的橡胶层。于一较佳实施例中，该橡胶层12指未受该钢丝环带层11屏蔽的任一位置而可将讯号传输至该轮胎10外部，所述的位置具体而言，例如但不限于：该橡胶层12可以指位于该钢丝环带层11的相对外侧的部分，或是该轮胎10中不具有该钢丝环带层11的胎边部分。

该轮胎状况传感器20包括一传感器本体21、一通讯模块22及一控制芯片23，该控制芯片23连接至该传感器本体21及该通讯模块22，其中该通讯模块22与该橡胶层12电性连接。于此一较佳实施例中，该传感器本体21直接设置于该轮胎10内侧腔室的周面，该轮胎状况传感器20以该橡胶层12做为天线耦合至一轮胎状况读取器30。

所述的通讯模块22包括利用有线及无线方式使各单元或构件间进行通讯，例如：该通讯模块22以无线传输方式耦接至轮胎状况读取器30(中央控制系统或第三方控制系统)，借此该轮胎状况读取器30可以访问控制器的数据以搜集轮胎的数据。于一较佳实施例中，该通讯模块22为一种无线通信模块，例如但不限于：无线电、声通讯、电磁感应、无线网络及电磁波频谱等。于此一实施例中，该通讯模块22为一被动式射频识别标签(RadioFrequency Identification,RFID)，其通过无线电讯号识别特定目标物而进行相关讯号的读取。具体而言，该通讯模块22为双极天线，该双极天线包括成对设置的挠性导体221，该挠性导体221例如可以掺金属材质的软性物质，本发明不予限定。二该挠性导体221分别结合或接触于该橡胶层的第一位置P1及第二位置P2上以令该橡胶层12作为二该挠性导体221之间的电容。该轮胎状况读取器30利用高频电磁波传输讯号给该通讯模块22，该通讯模块22的天线(该橡胶层12)收到此高频电磁波后，在天线内部产生电流以启动控制器，控制器接收传来的讯号后，将响应讯号经由同样频率的高频载波反向回传给该轮胎状况读取器30。使用RFID作为本发明的通讯模块22的优势在于，该通讯模块22可与特定目标进行远程无线通信，而不需额外电力来源，仅需利用远程共振方式产生感应电流，然而，本发明亦可进一步包括一电源单元，该电源单元用以经由天线获取感应电流，并将该感应电流进行预处理后馈入以启动并致能一控制器，该电源单元例如但不限于：滤波器、交流对直流转换器、变压器或其他类此的预处理电路，于本发明中不予以限制。

该轮胎状况传感器20及该轮胎状况读取器30间的讯号传输，系借由调变特定无线电的讯号频率，达谐振频率后进行信息传输。因此，该轮胎状况读取器30具有一频率调变模块31，该频率调变模块31依据该轮胎状况传感器20回授的RSSI(Received signalstrength indication)值微调该轮胎状况读取器30的输出频率及/或输出功率，使该轮胎状况读取器30所接收到的回授讯号达到最佳的接收功率。

因此，设置于该轮胎10内侧腔室周面的该轮胎状况传感器20的传感器本体21于获得该轮胎10状况(例如：轮胎内侧腔室气体压力)讯号后，藉由RFID(即该通讯模块22)将该轮胎10状况讯号经作为天线的该橡胶层12耦合传输至外部的该轮胎状况读取器30。

本实施例的优势在于，藉由不受屏蔽的橡胶层12做为天线，使该轮胎状况传感器20可设置于该轮胎10内侧腔室周面的任何位置，而该轮胎状况传感器20不影响轮胎10内部结构，且使用轮胎的橡胶层作为天线，具有天线面积大、趋动功率大的优势，可有效克服轮胎10或轮圈13结构造成胎内式胎压侦测器讯号屏蔽的问题。

II.第二实施例

以下请一并参照图1及图3，其所示分别为本发明胎内式的轮胎状况监测结构100较佳实施例的方块示意图及结构示意图，如图所示：

第二实施例的胎内式的轮胎状况监测结构100与第一实施例的胎内式的轮胎状况监测结构100相同，包括：一轮胎10及一轮胎状况传感器20，其差异在于第二实施例的胎内式的轮胎状况监测结构100的该传感器本体21埋入该轮胎10内里，设于该轮胎10中不具有该钢丝环带层11的胎边部分。

于此实施例中，该轮胎状况传感器20一胎压传感器，该轮胎10对应于该传感器本体21的位置设置有一连通至轮胎内部腔室的气道211对准至该传感器本体21上的压力接收端212(如图3所示)，该压力接收端212为一弹簧管，该弹簧管插入该气道211，并于该弹簧管的末端具有一开口连通至该轮胎10的内部腔室，因此，该轮胎内部腔室中的气体会通过该气道211对该压力接收端212产生压力，该传感器本体21经由运算得出该轮胎内部腔室中的气体压力，即胎压值。

因此，埋入该轮胎10内里的该轮胎状况传感器20的传感器本体21借由该气道211及该压力接收端212获得该轮胎10内侧腔室气体压力(即胎压)讯号后，借由RFID(即该通讯模块22)将该胎压讯号经作为天线的该橡胶层12耦合传输至外部的该轮胎状况读取器30。

III.第三实施例

以下请一并参照图1、图4及图5，其所示分别为本发明胎内式的轮胎状况监测结构100较佳实施例的方块示意图、结构示意图及该通讯模块22的结构示意图，如图所示：

第三实施例的胎内式的轮胎状况监测结构100与第二实施例的胎内式的轮胎状况监测结构100相同，包括：一轮胎10及一轮胎状况传感器20，于此实施例中，该轮胎状况传感器20为一胎压传感器，其差异在于第三实施例的胎内式的轮胎状况监测结构100的该传感器本体21埋入该轮胎10内里且设于该轮胎10中该钢丝环带层11的相对外侧的部分，于该通讯模块22为一种双极天线的实施例中，该传感器本体21较佳可设置于该轮胎10的钢丝环带层11、缓冲橡胶层(图未示)及帘布层(图未示)的相对外侧，使该轮胎状况传感器20中该通讯模块22的二该挠性导体221分别结合或接触于该橡胶层12的第一位置P1及第二位置P2上以使得该橡胶层12作为二该挠性导体221之间的电容。

该轮胎10对应于该传感器本体21的位置设置有一连通至轮胎内部腔室的气道211对准至该传感器本体21上的压力接收端212(如图4所示)，因此，该气道贯穿该钢丝环带层，该压力接收端212为一弹簧管，该弹簧管插入该气道211，并于该弹簧管的末端具有一开口连通至该轮胎10的内部腔室，因此，该轮胎内部腔室中的气体会通过该气道211对该压力接收端212产生压力，该传感器本体21经由运算得出该轮胎内部腔室中的气体压力，即胎压值。

因此，埋入该轮胎10内里的该轮胎状况传感器20的传感器本体21借由该气道211及该压力接收端212获得该轮胎10内侧腔室气体压力(即胎压)讯号后，借由RFID(即该通讯模块22)将该胎压讯号经作为天线的该橡胶层12耦合传输至外部的该轮胎状况读取器30。

第二与第三实施例的优势在于，借由不受屏蔽的橡胶层12做为天线，使该轮胎状况传感器20可埋入该轮胎10内里任何未受该钢丝环带层11屏蔽的位置，该轮胎状况传感器20可于制作轮胎10时一并设置于轮胎10内部，不需额外的安装手续，且该轮胎状况传感器20埋入轮胎10内部，可降低失窃风险，于车辆行驶时亦不易脱落或碰撞受损，可有效克服轮胎10或轮圈13结构造成胎内式胎压侦测器讯号屏蔽的问题。

为更进一步说明本发明的轮胎状况传感器20与轮胎状况读取器30间的连接关系，请参阅图6的连结示意图，如图所示：

本发明的胎内式的轮胎状况监测结构100用于车辆时，可分别设置在车辆的四个轮胎10上，分别监测车辆各轮胎10的状况，而该轮胎状况读取器30亦可与一般胎压监测系统(TPMS)整合使用。

轮胎状况读取器30为无线识别读取机，其包含射频识别天线、显示器、控制模块及记录模块；该射频识别天线可接收该通讯模块的无线讯号，同时发出控制讯号让该通讯模块接收；该显示器可将该射频识别天线所接收的轮胎信息显示给用户读取，以了解车辆目前四个轮胎10的状况；该记录模块可用以记录该射频识别天线所接收的轮胎状况数值，用以评估轮胎10状况；该控制模块为中央处理系统，能够整合该射频设别天线、显示器及纪录模块等各单元，此外，该控制模块可进一步设有预警模块，当轮胎10状况超过所设定的标准范围时，该预警模块会发出警示讯号以通知用户。

该通讯模块于一较佳实施例中可以为一被动式射频识别标签(Radio FrequencyIdentification，RFID)，通过轮胎状况读取器30远程提供电磁波致能控制芯片，该通讯模块具有天线组件可无线链接接收该轮胎状况读取器30所传递的电磁波讯号，以及电性链接一控制器，将该控制器所传送的控制讯号转换为电磁波讯号由无线传输至该轮胎状况读取器30，借由上述的方式确认每一组轮胎10的状况。

综上所述，本发明的胎内式轮胎状况监测结构完全没有任何外露于轮胎及钢圈的装置/构件，可避免因外部环境造成传感器受损，且亦降低传感器被窃取的机率。本发明胎内式轮胎状况监测结构的轮胎状况传感器可完全埋入轮胎结构之中，且使用轮胎既有的橡胶层作为天线，可有效克服轮胎或轮圈结构造成胎内式胎压侦测器讯号屏蔽的问题。

以上已将本发明做一详细说明，惟以上所述者，仅惟本发明之一较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。

Claims (6)

1.一种胎内式的轮胎状况监测结构，其特征在于，包括：

一轮胎，由多个层迭结构构成，于该轮胎的其中一层为钢丝环带层，于该钢丝环带层的相对外侧或其中任一未被该钢丝环带层屏蔽的位置上至少包括一橡胶层；以及

一轮胎状况传感器，包括一传感器本体、一通讯模块以及一连接至该传感器本体及该通讯模块的控制芯片，该传感器本体埋入该轮胎的内里或直接设置于该轮胎的内侧腔室的周面，该通讯模块电性连接至该橡胶层，以使用该轮胎既有的该橡胶层做为天线耦合至一轮胎状况读取器，该轮胎状况传感器及该轮胎状况读取器间的讯号传输，是借由调变特定无线电的讯号频率，达谐振频率后，该轮胎状况读取器利用高频电磁波传输讯号给该通讯模块，该橡胶层收到该高频电磁波后产生电流以启动一控制器；其中，该通讯模块为双极天线，该双极天线包括成对设置的挠性导体，二该挠性导体分别结合或接触于该橡胶层的第一位置及第二位置上以令该橡胶层作为二该挠性导体之间的电容；其中，该轮胎状况读取器具有一频率调变模块，该频率调变模块依据该轮胎状况传感器回授的RSSI值微调该轮胎状况读取器的输出频率及/或输出功率。

2.根据权利要求1所述的胎内式的轮胎状况监测结构，其中，该轮胎状况传感器为一胎压传感器、噪音传感器、厚度传感器或温度传感器。

3.根据权利要求1所述的胎内式的轮胎状况监测结构，其中，该通讯模块进一步包含一被动式射频识别标签。

4.根据权利要求1所述的胎内式的轮胎状况监测结构，其中，该橡胶层掺杂有一或数种选自由碳黑、碳纤维、石墨、石墨烯及奈米碳管所组成的群组。

5.根据权利要求2所述的胎内式的轮胎状况监测结构，其中，该轮胎状况传感器为一胎压传感器且该传感器本体为埋入式的结构，该轮胎对应于该传感器本体的位置设置有一连通至轮胎内部腔室的气道对准至该传感器本体上的压力接收端。

6.根据权利要求5所述的胎内式的轮胎状况监测结构，其中，该压力接收端为一弹簧管，该弹簧管插入该气道，并于该弹簧管的末端具有一开口连通至该轮胎的内部腔室。

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