CN111741858A - 设置有射频通信模块的轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种设置有射频通信模块(2)的轮胎，所述轮胎具有包括两个胎体帘布层(37，38)的胎体增强件，从而使得所述通信模块(2)在胎圈(34)中轴向地位于所述第二胎体帘布层(38)的外侧并贴靠所述第二胎体帘布层(38)。

Description

设置有射频通信模块的轮胎
技术领域
本发明涉及轮胎，更具体地，本发明涉及配备有射频通信模块的轮胎。
背景技术
更特别地但不排外地，本发明应用于这样一种轮胎，所述轮胎用于作为高功率高速车辆的乘用车辆类型的机动车辆。这样的轮胎通常包括具有多于一个(例如两个)胎体帘布层的胎体增强件，胎体帘布层具有由非金属材料制成的丝线，例如由人造丝、尼龙或聚酯制成的丝线。
相对于轮胎的旋转轴线定义该轮胎的轴向方向、径向方向和周向方向。
在现有技术(例如EP 2186658A1)中，已知包括射频通信模块的轮胎。在该文献中，射频通信模块包括被动射频识别应答器，其配备有形成偶极子的两个天线。通常用缩写RFID表示这类应答器。这种构件能够储存数据，例如有关于轮胎的标识、类型和制造日期的数据。
EP 2186658A1中描述的轮胎(特别如图7B和图9B所示)包括胎冠、具有旋转轴线的两个胎侧和两个胎圈、和具有两个胎体帘布层的胎体增强件，每个胎体帘布层锚固在每个胎圈中，每个胎圈包括胎圈线、第一胎体帘布层的一部分、填充件、第二胎体帘布层的一部分、保护缓冲橡胶和胎侧橡胶，所述第一胎体帘布层的一部分延伸形成围绕胎圈线的卷边，从而使得卷边的端部相对于胎圈线轴向地和径向地位于外侧，所述填充件设置成相对于胎圈线径向地位于外侧并且轴向地位于第一胎体帘布层与卷边之间，所述第二胎体帘布层的一部分设置成相对于第一胎体帘布层、填充件和卷边轴向地位于外侧，所述保护缓冲橡胶和胎侧橡胶位于轴向最外侧。
使得所述轮胎包括通信模块，通信模块轴向位于填充件与胎侧橡胶之间，位于第一胎体帘布层的卷边与填充件的分界处。
虽然所述通信模块的位置总得来说对于射频通信有利，但是在UHF射频性能(其对于金属敏感)方面受限，特别是当胎体帘布层由金属丝线制成时。然而，即便当丝线为非金属时，将通信模块嵌入胎圈中虽然对于轮胎的耐久性和通信模块的物理整体性有利，但是不利于良好的射频通信性能。
本发明的目的在于改进UHF射频通信性能，而不妨碍轮胎的耐久性。
发明内容
本发明的主题是一种相似的轮胎，其中，额外填充件轴向位于第二胎体帘布层与由保护橡胶和胎侧橡胶构成的组件之间，并且通信模块位于第二胎体帘布层与额外填充件之间的交界处。
申请人公司观察到，与填充件与所述第二胎体帘布层之间的位置相比，相对于第二胎体帘布层轴向处于外侧的位置使得能够限制通信模块经受的应力。与相对于第二胎体帘布层轴向处于内侧的位置相比，该位置的优点还在于极大限制了与存在通信模块相关的缺陷的风险，例如裂纹的出现和蔓延。具体地，将第二胎体帘布层设置为通信模块与由填充件和第一胎体帘布层构成的组件之间的分隔件，从而能够在通信模块与第一胎体帘布层和胎圈填充件两者的端部之间产生物理障碍。通过这种方式，限制了在这些端部附近插入通信模块对轮胎造成损伤的风险。所述位置也有利于通信模块与外部读取器的通信质量。具体地，使得通信模块远离金属区域(例如胎圈线)或者潜在的金属区域(例如第一胎体帘布层和第二胎体帘布层)。进一步地，所述位置不会妨碍通信模块的物理结合，通过额外填充件、保护橡胶和胎侧，保护通信模块免受来自轮胎外部的攻击，例如由路沿导致的撞击。最后，使通信模块支承在第二胎体帘布层上，容易相对于轮胎的结构细节来定位通信模块，所述结构细节例如第一胎体帘布层的卷边的端部或胎圈填充件的端部；比起通过例如额外填充件的较厚橡胶，在生胎胚上比较容易通过第二胎体帘布层识别所述结构细节。具体地，在设置第二胎体帘布层之前将第一胎体帘布层和胎圈填充件设置在轮胎成型鼓上；一旦通信模块设置在第二胎体帘布层上，就用额外填充件进行整体覆盖。
在一个特定的实施方案中，所述第一胎体帘布层的部分的卷边具有位于所述填充件的径向外端部的径向下方的端部，所述通信模块基本上位于所述填充件的端部的径向位置处。
在该构造中，优选的是将通信模块设置在径向最外处，从而利于射频通信性能，而同时保持轮胎的耐久性和通信模块的整体性。为了通信模块的物理整体性，通信模块需要尽可能地位于轮胎的胎圈(其形成轮胎的刚性区域)中或者紧邻胎圈。通信模块支承在第二胎体帘布层上，第二胎体帘布层的存在使得能够部分地克服第一胎体帘布层的卷边的端部或胎圈填充件的端部导致的不利。
优选地，所述射频通信模块包括封装在电绝缘封装橡胶块中的射频应答器，应答器包括联接至辐射天线的电子芯片，辐射天线限定第一纵向轴线，所述第一纵向轴线沿周向定向。
根据一个特定的实施方案，所述封装橡胶块可以由夹住射频应答器的两层橡胶构成。
这是简单有效的封装射频应答器的方法，使得射频应答器容易处理。因此，容易将射频应答器引入轮胎的生胎胚中。
根据一个优选的实施方案，所述封装橡胶块的拉伸弹性模量小于或等于邻近的橡胶配混物的拉伸弹性模量。
这样，通过在向轮胎中引入通信模块的位置周围的区域中使应力最小化，能够确保良好的轮胎耐久性和射频应答器的物理整体性，并且使得所述封装橡胶容易变形，而不是使得轮胎的部件受力从而造成损伤。
根据另一个优选的实施方案，所述封装块的相对介电常数小于邻近的橡胶配混物的相对介电常数。
通过使封装橡胶中的能量损失最小化，所述特征能够改善射频应答器收发的射频通信。
所述第一纵向轴线的定向垂直于胎体帘布层的丝线，非常有利于应答器的机械整体性和应答器的读取质量。
优选地，射频应答器的第一纵向轴线的位置与所述填充件的径向外端部的径向距离小于30mm。
非常优选地，该距离小于10mm。
相对于填充件，将通信模块设置在填充件的径向外端部的水平处，这在工业观点上是有利的，因为在设置了第二胎体帘布层并且已经识别所述径向位置后，容易设置通信模块半成品。
在射频应答器的第一个实施方案中，射频应答器的辐射天线包括两个螺旋天线段。随后使电子芯片电连接至两个螺旋天线段。
在射频应答器的第二个实施方案中，电子构件的射频应答器额外包括主天线，主天线电连接(即介电连接)至电子芯片。主天线与所述辐射天线电感耦合，辐射天线为偶极天线，偶极天线由限定第一纵向轴线的单股螺旋弹簧构成。
在射频应答器的所述第二个实施方案的一个具体实施方案模式中，所述主天线是具有至少一匝的线圈，其限定了第二纵向轴线。线圈内接在圆柱体中，所述圆柱体的旋转轴线平行于所述第二纵向轴线，圆柱体的直径介于辐射天线的螺旋弹簧的平均直径的三分之一至三倍之间，优选介于其一半至两倍之间。
所述构造能够实现主天线与辐射天线之间的性能良好的射频通信，当射频应答器位于轮胎内部时，能够在射频应答器处获得所希望的射频通信性能。
在射频应答器的第二个实施方案的一个具体实施方案模式中，所述辐射天线具有位于两侧区域之间的中心区域，并且所述主天线具有垂直于所述第二纵向轴线的中间平面，所述第一纵向轴线和第二纵向轴线彼此平行并且所述主天线的中间平面设置在所述辐射天线的中心区域。
所述位置确保了较好质量的电感耦合，因为在电流通过的线圈的中心处磁场最强。
根据射频应答器的第二个实施方案的另一个具体实施方案模式，所述主天线设置在所述辐射天线的单股螺旋弹簧的内部。
在所述构造中，减小了射频应答器所占的空间，相对于轮胎的尺寸，电子模块只算得上局部细节，这确保了轮胎具有更好的耐久性。
附图说明
通过下文的详细说明和随附的附图，将更好地理解本发明的各种主旨，在附图中始终使用相同的附图标记来标注等同的部件，其中：
-图1在局部轴向横截面中显示了根据本发明的轮胎的胎圈；
-图2描绘了通常的射频应答器；
-图3为通信模块的示意性分解视图；
-图4为在电子部件位于辐射天线内部的构造中，根据本发明的一个实施方案的射频应答器的立体图；
-图5为在电子部件位于辐射天线外部的构造中，根据本发明的射频应答器的立体图；
-图6为在电子部件位于辐射天线内部的构造中，射频应答器的电子部件的立体图。
具体实施方式
在后文中，可互换地使用术语“橡胶配混物”、“橡胶”和“配混物”，来表示轮胎的橡胶成分。
在图1中示出了根据本发明的轮胎的胎圈34的轴向方向X、周向方向C和径向方向Z。
对于轴向方向，“轴向向外”意为朝向轮胎外部的轴向方向，而“轴向向内”意为朝向轮胎内部空腔的轴向方向。
轮胎通常包括胎冠、两个胎侧和两个胎圈。在图1中仅显示了胎侧32和胎圈34的径向内侧部分。图1中显示的胎圈34包括胎圈线35和第一胎体帘布层37，胎圈线35表现出旋转对称性，第一胎体帘布层37具有第一部分371，第一部分371从胎侧32朝向胎圈线35延伸并延伸形成卷边372，卷边372缠绕胎圈线35并在外侧径向延伸到端部373。所述卷边372位于轮胎的胎圈34的轴向外侧。填充件46相对于胎圈线35位于径向外侧，并且沿轴向位于第一胎体帘布层37的第一部分371与卷边372之间。所述填充件46在外侧径向延伸到端部461。应当注意，填充件的端部461相对于卷边372的端部373位于径向外侧。
胎圈还包括第二胎体帘布层38，第二胎体帘布层38从胎侧32延伸到胎圈线35。所述第二胎体帘布层38相对于第一胎体帘布层37、填充件46和卷边372位于轴向外侧。以本身已知的方式，两个胎体帘布层37和38由通过所谓“径向”帘线(此处例如为织物帘线)增强的帘布层制成，也就是说所述帘线几乎相互平行布置并且从一个胎圈延伸到另一个胎圈，从而与轮胎的周向中平面EP形成介于80°至90°之间的角度。相对于第一胎体帘布层37，气密的内衬40在径向内侧从一个胎圈延伸到另一个胎圈。胎圈34包括保护橡胶(或称“保护件”或“缓冲胶”)42，其能够与轮辋的表面接触。所述缓冲胶在径向外侧延伸到与胎侧橡胶33的交界处。缓冲胶42和胎侧橡胶33构成轮胎的外层。胎圈34还包括额外填充件44，额外填充件44沿轴向设置在第二胎体帘布层38这一方与缓冲胶42和胎侧橡胶33这另一方之间。
胎圈34还包括射频通信模块2，射频通信模块2沿轴向位于第二胎体帘布层38与额外填充件44之间的交界处，沿径向位于填充件46的端部461与第一胎体帘布层的卷边371的端部372之间。
如图2所示，常规的射频应答器包括电联接至辐射天线的电子芯片，所述辐射天线由限定第一纵向轴线的两个螺旋半天线构成。在轮胎的胎圈中，由所述辐射天线的轴线限定的所述第一纵向轴线沿周向定向，因此垂直于两个胎体帘布层的增强丝线。对于射频应答器的机械整体性和与外部读取器的通信质量，这种定向是非常有利的。
图3为电子构件2的分解视图。所述构件2包括射频应答器1，射频应答器1嵌在未硫化电绝缘弹性体配混物的两层3a与3b之间。这种电子构件是能够在轮胎制造期间集成到轮胎结构中的半成品。
封装弹性体配混物包含100phr(每100份弹性体的重量份)聚合物，例如EPDM(乙烯丙烯二烯单体橡胶)、丁基橡胶、氯丁橡胶或二烯弹性体如SBR(苯乙烯-丁二烯橡胶)、聚丁二烯、天然橡胶或聚异戊二烯。
配混物可以包含填料，例如二氧化硅、炭黑、白垩和高岭土类型的填料：
-二氧化硅填料的最大量为50phr；
-ASTM等级高于700的炭黑填料的量低于50phr；
-等级低于或等于500的炭黑填料的最大量为20phr。
-可以在这些填料中加入或替换成白垩或高岭土。
这样的填料的用量和类型能够保证相对介电常数低于6.5，特别是在915MHz的频率下。
封装配混物在固化状态下的刚度优选低于或接近相邻配混物的刚度。
在第一个实施方案中，通信模块20的射频应答器为常规射频应答器，例如图2所示以及文献WO2012/030321A1中描述的射频应答器。所述应答器100包括电子芯片120，电子芯片120紧固至承载器或PCB(印刷电路板)102，并且通过导电轨104和焊接接头130电连接至两个半天线110和112。天线为螺旋弹簧，其固体芯部为钢丝。如前所述，电子部件和至少一部分天线嵌入绝缘橡胶配混物150中。
天线的钢丝涂覆有由铜、铝、银、锌或黄铜制成的导电层，导电层在必要时由化学绝缘层(例如由黄铜、锌、镍或锡制成)覆盖，从而保护橡胶配混物免受导电层材料的影响。
这种天线的电磁传导主要通过趋肤效应发生，即它主要发生在天线的外层。趋肤厚度特别取决于辐射的频率和制成导电层的材料。举例来说，对于UHF频率(例如915MHz)，银的趋肤厚度为约2.1μm，铜为2.2μm，黄铜为4.4μm。
钢丝可以用这些层涂覆然后成型；或者也可以成型然后涂覆。
例如图3中所示的电子构件2的射频应答器1对应于电子构件2的第二个实施方案，现在将对其进行描述。
根据电子构件2的第二个实施方案的射频应答器1包括电子部件20和辐射天线10，辐射天线10能够与外部射频读取器通信。电子部件20(参见图6)包括电子芯片22。其还包括主天线24，所述主天线24电联接至电子芯片22，并且与辐射天线10电感耦合。辐射天线为偶极天线，偶极天线由限定第一纵向轴线的单股螺旋弹簧构成。
图4示出了在电子部件20位于辐射天线10内部的构造中的射频应答器1。电子部件10的几何形状内接在圆柱体中，所述圆柱体的直径小于或等于螺旋弹簧的内直径。这使得电子部件20易于插入辐射天线10中。主天线的中间平面21位于辐射天线的中心区域中并且基本上叠置在辐射天线10的中间平面上。
图5示出了在电子部件20位于辐射天线10外部的构造中的射频应答器1。电子部件20的几何形状具有圆柱形腔体25，所述圆柱形腔体25的直径大于或等于辐射天线10的外直径。这使得辐射天线10易于插入电子部件的圆柱形腔体25中。主天线的中间平面21位于辐射天线的中心区域中并且基本上在辐射天线10的中间平面中。
图6示出了电子部件20位于辐射天线10内部的构造中的射频应答器1的电子部件20。电子部件20包括电子芯片22和主天线24，所述主天线24通过印刷电路板26电连接至电子芯片22。此处，主天线由具有对称轴线23的表面安装设备(SMD，法文缩写为CMS)微线圈构成。确定主天线的中间平面21，使其由平行于SMD(法文缩写为CMS)线圈的对称轴线23的法线限定，并且将线圈分成两个相等的部分。印刷电路板上的元件使用由铜垫27端接的铜制轨道电连接。印刷电路板上的元件使用引线接合技术通过在元件和垫27之间延伸的金线28电连接。由印刷电路板26、电子芯片22和主天线24组成的组件嵌入由电绝缘高温环氧树脂制成的刚性块29中，并且形成射频应答器1的电子部件20。
所述射频应答器1的优点在于，机械强度远远高于常规的应答器。

Claims (14)

1.一种轮胎，其包括胎冠、具有旋转轴线的两个胎侧和两个胎圈、和具有两个胎体帘布层的胎体增强件，每个胎体帘布层锚固在每个胎圈中，每个胎圈包括：
-胎圈线；
-第一胎体帘布层的一部分，其延伸形成所述第一胎体帘布层的围绕所述胎圈线的卷边，从而使得所述卷边的端部相对于所述胎圈线轴向地和径向地位于外侧；
-填充件，其设置成相对于所述胎圈线径向地位于外侧并且轴向地位于所述第一胎体帘布层与所述卷边之间；
-第二胎体帘布层的一部分，其设置成相对于所述第一胎体帘布层、所述填充件和所述卷边轴向地位于外侧；
-保护橡胶(缓冲胶)和胎侧橡胶，其位于轴向最外侧；以及
-通信模块，其包括带有电子芯片和螺旋辐射天线的射频应答器；
其特征在于，沿轴向在第二胎体帘布层这一方与缓冲胶和胎侧橡胶这另一方之间设置额外填充件，并且所述通信模块位于第二胎体帘布层与所述额外填充件的交界处。
2.根据权利要求1所述的轮胎，其中，所述卷边具有位于所述填充件的径向外端部的径向下方的端部，所述通信模块沿径向基本上位于所述填充件的端部的水平处。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的轮胎，其中，所述通信模块的射频应答器的位置与所述填充件的径向外端部的径向距离小于30mm。
4.根据权利要求3所述的轮胎，其中，所述通信模块的射频应答器的位置与所述填充件的径向外端部的距离小于10mm。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的轮胎，其中，所述通信模块由封装在电绝缘封装橡胶块中的所述射频应答器构成。
6.根据权利要求5所述的轮胎，其中，所述射频应答器夹在两层橡胶之间。
7.根据权利要求5和6中的任一项所述的轮胎，其中，所述封装橡胶块的拉伸弹性模量小于或等于邻近的橡胶配混物的拉伸弹性模量。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的轮胎，其中，所述封装橡胶块的相对介电常数小于邻近的橡胶配混物的相对介电常数。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的轮胎，其中，射频应答器的所述螺旋辐射天线限定第一纵向轴线，所述第一纵向轴线沿周向定向。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的轮胎，其中，所述辐射天线包括两个螺旋天线段，所述电子芯片电连接至所述两个螺旋天线段。
11.根据权利要求1至9中的任一项所述的轮胎，其中，电子构件的射频应答器进一步包括电连接至电子芯片的主天线，所述主天线与所述辐射天线电感耦合，所述辐射天线为偶极天线，所述偶极天线由限定所述第一纵向轴线的单股螺旋弹簧构成。
12.根据权利要求11所述的轮胎，其中，所述主天线是具有至少一匝的线圈，其限定第二纵向轴线并内接在圆柱体中，所述圆柱体的旋转轴线平行于所述第二纵向轴线，圆柱体的直径介于辐射天线的螺旋弹簧的平均直径的三分之一至三倍之间，优选介于其一半至两倍之间。
13.根据权利要求12所述的轮胎，其中，所述辐射天线具有位于两侧区域之间的中心区域，并且所述主天线具有垂直于所述第二纵向轴线的中间平面，所述第一纵向轴线和第二纵向轴线彼此平行并且所述主天线的中间平面设置在所述辐射天线的中心区域。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的轮胎，其中，所述主天线设置在所述辐射天线的单股螺旋弹簧的内部。
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