CN114514533B - 包括射频转发器的轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括转发器的轮胎，所述轮胎具有：‑胎冠，所述胎冠包括胎冠增强件，所述胎冠增强件在每个边缘处具有轴向端部，在其每个轴向端部处通过胎侧连接至具有内端部的胎圈；‑胎体增强件层，所述胎体增强件层由平行的金属增强件构成，所述金属增强件围绕胎圈芯部锚固在每个胎圈中，从而形成主要部分和卷边；‑所述转发器包括偶极天线，所述偶极天线由弹簧组成，所述弹簧限定节距P和直径D，所述弹簧的长度限定纵向轴线，其特征在于，弹簧的第一区域的环形圈的节距(P1)与直径(D1)之间的比值大于0.8，并且所述转发器相对于胎圈的内端部在轴向上定位在外侧并且在径向上定位在胎圈芯部的上端部和胎冠增强件的轴向端部之间。

Description

包括射频转发器的轮胎
技术领域
本发明涉及装配有电子无线电识别设备或射频转发器的轮胎外胎，所述轮胎外胎特别地当安装在陆地车辆上使用时经受严重的热机械应力。
背景技术
在RFID(RFID为射频识别的首字母缩写)设备领域中，无源射频转发器通常用于识别、追踪和管理物体。这些设备允许更可靠且更快速的自动化管理。
这些无源射频识别转发器通常由至少一个电子芯片和一个天线组成，所述天线由磁环或辐射天线形成，所述无源射频识别转发器固定在待识别的物体上。
对于传送至射频读取器或由射频读取器传送的给定信号，射频转发器的通信性能表现为射频转发器与射频读取器的最大通信距离。
在高度可伸展的产品(如例如，轮胎)的情况下，需要在从产品制造到产品从市场中退出的整个生命周期中(特别在其使用过程中)对产品进行识别。因此，为了便于进行这项任务，特别是在车辆上使用的条件下，需要较高的通信性能，所述通信性能表现为在距产品较远的距离(几米)处通过射频读取器询问射频转发器的能力。最后，期望这种设备的制造成本尽可能地具有竞争力。
现有技术中(特别是从文献WO2016/193457A1中)已知能够满足轮胎需求的无源射频识别转发器。该转发器由电子芯片组成，所述电子芯片连接至印刷电路板，所述印刷电路板电连接至第一主天线。该主天线电磁耦合至形成辐射偶极天线的单股螺旋弹簧。与外部射频读取器的通信例如使用无线电波，特别是UHF(UHF为超高频的首字母缩写)频带。因此，针对所选择的通信频率调节螺旋弹簧的特性。因此，印刷电路板和辐射天线之间的机械接点的消失改善了射频转发器的机械抵抗力。
然而，当结合到轮胎外胎中时，特别是当轮胎外胎的胎体增强件由金属制成时，这种无源射频转发器在其使用中表现出缺点。尽管该射频转发器适于在外部射频读取器的通信频率下工作，但是通过辐射天线的射频通信并不是最佳的，特别是对于远程询问，尤其是由于金属增强体会干扰无线电波。此外，还需要考虑辐射天线在高热机械应力环境中的机械性能。因此，需要优化天线的机械强度及其无线电通信效率之间的相关性能折中，例如其无线电性能,其次是其电磁性能，从而优化这种无源射频转发器的潜在性能。
本发明涉及具有金属胎体增强件的轮胎外胎，其装备有旨在改善相关性能折中(特别是在用于车辆的轮胎设计中使用的无源射频转发器的无线电通信性能)的无源射频转发器。
发明内容
本发明涉及一种轮胎外胎，其围绕参考轴线具有环形形状并且配备有无源射频转发器。所述轮胎外胎包括：
-胎冠块状部，所述胎冠块状部包括胎冠增强件和胎面，所述胎冠增强件在其每个边缘处具有轴向端部，所述胎面在其每个轴向端部处通过胎侧连接至胎圈，所述胎圈相对于参考轴线具有在轴向和径向上位于胎圈内侧的内端部，
-胎体增强件，所述胎体增强件包括至少一个由相互平行的金属增强元件形成的胎体增强件层，所述金属增强元件限定增强件的方向并且插入在弹性体配混物的两个表层之间，
-所述至少一个胎体增强件层通过围绕环形胎圈线卷起而锚固在每个胎圈中，以形成至少一个胎体增强件层的主要部分和至少一个胎体增强件层在每个胎圈中的卷边，所述主要部分从一个胎圈线延伸至另一个胎圈线并且在径向上相对于胎冠块状部位于内侧，
-至少一个胎体增强件层的卷边通过从胎圈线径向向外延伸的第一弹性体配混物层与至少一个胎体增强件层的主要部分隔开，
-第二弹性体配混物层，其形成轮胎外胎在胎圈区域中的外表面，所述第二弹性体配混物层旨在与轮辋接触，
-第三弹性体配混物层，其在径向外侧与第二弹性体配混物层接触并且形成所述胎侧的外表面，
-所述无源射频转发器包括电子部分和辐射偶极天线，
-所述辐射偶极天线由单股螺旋弹簧组成，所述单股螺旋弹簧限定螺旋节距P、卷绕直径D、中间平面和丝线直径，所述丝线直径限定辐射天线的内径和外径，所述辐射偶极天线的长度设计成在频带上与射频读取器通信，所述辐射偶极天线限定第一纵向轴线、中心区域和沿着第一纵向轴线的两个侧向区域，
-所述电子部分包括电子芯片和线圈型主天线，所述主天线包括至少一个匝并由此限定第二纵向轴线和垂直于所述第二纵向轴线的中间平面，
-所述主天线电连接至电子芯片并电磁耦合至辐射偶极天线并且被圆柱体外接，所述圆柱体的旋转轴线平行于第二纵向轴线并且所述圆柱体的直径大于或等于与主天线垂交的辐射天线的内径的三分之一，
-无源射频转发器布置成使得第一纵向轴线和第二纵向轴线平行，并且主天线的中间平面位于螺旋弹簧的中心区域。
所述轮胎外胎的特征在于，所述辐射偶极天线包括辐射偶极天线不与电子部分垂交的第一区域，螺旋弹簧的该第一区域中的至少一个环形圈的螺旋节距P1与卷绕直径D1之间的比值大于0.8，无源射频转发器与至少一个胎体增强件层垂交，无源射频转发器的辐射天线的第一纵向轴线与至少一个胎体增强件层的增强件的方向形成至少45度，优选至少60度的角度，并且无源射频转发器在轴向上位于胎圈的内端部的外侧，在径向上位于胎圈线的径向最外端部和胎冠块状部的轴向端部之间，优选位于轮胎外胎的内部。
此处，术语“弹性体”理解为意指包括TPE(热塑性弹性体的首字母缩写)的所有弹性体，如例如二烯聚合物(即包括二烯单元的聚合物)、硅酮、聚氨酯和聚烯烃。
此处，术语“电磁耦合”理解为意指通过电磁辐射的耦合，即在两个系统之间在没有物理接触的情况下传递能量，其一方面包括电感耦合，另一方面包括电容耦合。主天线则优选由选自如下的物质构成：线圈、环形圈或丝线片段或这些导电元件的组合。
此处，术语“平行”理解为意指每个天线的轴向方向所产生的角度小于或等于30度。在这种情况下，两个天线之间的电磁耦合是最佳的，特别改善了无源射频转发器的通信性能。
此处，应首先定义线圈和螺旋弹簧的正中平面。根据定义，正中平面为将物体分为两个相等部分的虚构平面。在本申请中，该正中平面垂直于每个天线的轴线。最后，此处术语“中心区域”理解为意指正中平面之间的相对距离小于辐射天线的长度的十分之一。
因此，由于电流强度在辐射天线的中心处最大，因此由该电流诱发的磁场也在辐射天线的中心处最大，因此，其确保两个天线之间的电感耦合是最佳的，从而改善了无源射频转发器的通信性能。
通过相对于辐射天线的螺旋弹簧的特性限定主天线的相对尺寸，确保在主天线位于辐射天线内部的情况下，两个天线之间的距离小于主天线的直径。因此，优化了两个天线之间的电磁耦合，并由此在传输和接收中优化了射频转发器的通信性能。
同样地，在辐射天线的与电子部分垂交并因此与主天线垂交的区域之外，辐射天线的环形圈的螺旋节距与卷绕直径的比值大于0.8具有拉伸螺旋弹簧的效果。因此，覆盖辐射天线的标称距离所需要的丝线的长度减小。因此，辐射天线的电阻降低。因此，对于给定的电场，在天线的固有频率下流经辐射天线的电流强度更大，这能够改善射频转发器的通信性能。此外，拉伸螺旋弹簧能够通过增加辐射电阻和损耗电阻之间的比值来改善辐射天线的效率，对于给定的流经辐射天线的电流，该拉伸还能够使由辐射天线所辐射的电场最大化。最后，对于具有给定节距的辐射天线，拉伸辐射天线能够减小螺旋弹簧所占用的体积。因此，在尺寸受限的环境(例如，轮胎外胎的厚度)中，可以增加在该第一区域中围绕辐射天线的绝缘橡胶的厚度。该电绝缘使损耗最小化，因此改善了射频转发器在传输和接收中的通信性能。当然，理想的是拉长辐射天线的第一区域的每个环形圈，这相应地改善了无源射频转发器(特别是当其为RFID标签时)的通信性能。
术语“与两个增强元件垂交”理解为意指当轮胎外胎处于生胎状态时，元件(在此情况下为辐射偶极天线)在由至少一个胎体增强件层的主要部分的两个平行增强元件限定的平面上的正交投影与这两个增强元件相交。
最后，辐射偶极天线的特征尺寸(该尺寸由第一纵向轴线限定)与胎体增强件层的数个增强元件垂交的事实确保了无源射频转发器在轮胎外胎(特别是当其处于生胎状态时)的厚度中处于受控位置。具体地，当轮胎外胎在生坯状态下组装时，这种配置减少了辐射偶极天线在各种非交联层内的可能偏移，特别是相对于胎体增强件层的偏移。因为轮胎外胎的主胎体增强件层从一个胎圈线延伸至另一个胎圈线，这提供了一个较宽的区域，在该区域中，无源射频转发器可以安装在轮胎外胎中并且可以运转。具体地，围绕无源射频转发器的弹性体材料的量因此受到控制，使得辐射偶极天线的长度可以根据轮胎内辐射偶极天线的电气环境可靠且稳健地进行调整。然而，由于轮胎外胎的胎体增强件包括限定增强件的方向的金属增强元件层，因此将辐射偶极天线的第一纵向轴线相对于增强件的该方向倾斜至少45度的角度是合适的。优选地，该角度至少为60度，并且非常优选地，辐射偶极天线的第一纵向轴线垂直于增强件的方向。为了限制辐射偶极天线的由金属胎体增强件限定的屏蔽产生的无线电干扰，这种倾斜是必要的。辐射偶极天线相对于胎体增强件的垂直度使这些干扰最小化。45度的角度允许辐射偶极天线足以在距安装在轮辋上的轮胎外胎超过一米处进行读取无源射频转发器的操作，而30度的角度使辐射偶极天线的无线电干扰加倍。
最后，射频转发器位于轮胎外胎的胎圈和胎侧区域中，特别是在胎圈线和胎冠块状部的胎冠增强件之间，以便于它与外部射频读取器之间的通信，特别是在车辆上运转时。具体地，因为车辆车身的通常由金属制成的元件(例如车轮或翼子板)阻碍无线电波向或从位于轮胎外胎的无源射频转发器传播，特别是在UHF频率范围内，因此将无源射频转发器安装在轮胎外胎的胎侧和胎圈区域中，在径向上位于胎圈线的外侧，使得当轮胎外胎在车辆上使用时，无源射频转发器更容易在外部射频读取器的多个位置远程被外部射频读取器询问和读取。因此，与无源射频转发器的通信是稳健且可靠的。尽管对于射频通信不是必需的，但无源射频转发器位于轮胎外胎的内部。然后在轮胎外胎的制造期间将其结合至该外胎中，从而保护包含在无源射频转发器(如例如轮胎外胎标识器)的电子芯片的内存中的只读数据。替代方案是使用现有技术中已知的技术将由包含所述无源射频转发器的弹性体配混物制成的贴片固定至轮胎外胎的外表面，如例如内衬层或胎侧。该操作可以在轮胎外胎的使用寿命期间的任何时刻执行，使得包含在无源射频转发器的电子芯片的内存中的轮胎外胎数据的可靠性降低。
任选地，辐射偶极天线包括辐射偶极天线与电子部分垂交的第二区域，第二区域的每个环形圈的螺旋节距P2与卷绕直径D2之间的比值小于或等于0.8。
具体地，在辐射偶极天线的该第二区域中，更特别地在与主天线垂交的区域中，辐射偶极天线所预期的效果为与电子部分的主天线发生电磁耦合，特别是电感耦合。因此，用于改善该耦合的第一手段是增加辐射天线的该第二区域中的电感，这相当于使螺旋弹簧收缩。此外，对于面对辐射偶极天线放置的给定长度的主天线，使该第二区域中的辐射偶极天线收缩通过增加辐射偶极天线提供的交换面积还促进了主天线和辐射偶极天线之间的能量传递。该能量传递的改善导致从无源射频转发器获得更好的通信性能。
优选地，辐射天线的螺旋弹簧的第一区域中的每个环形圈的螺旋节距与卷绕直径之间比值小于3，优选小于2。
尽管改善辐射天线的无线电性能是有利的，但是也不应忽视其必须执行的其它功能。特别地，螺旋弹簧是一种可延伸的结构，设计用于承受轮胎外胎中的射频转发器从构建轮胎外胎到将轮胎外胎用作车辆上的移动物体时所必须面对的三维应力。因此，建议限制辐射天线在该第一区域中的拉伸量，以确保辐射天线总体上保持足够的柔性，从而确保无源射频转发器的物理完整性。
优选地，主天线连接至包括电子芯片的电路板的端子，主天线的电阻抗与射频转发器的电路板的电阻抗相匹配。
术语“电路板的电阻抗”理解为意指主天线的端子之间的电阻抗，这表示包括至少一个电子芯片和连接至电子芯片的印刷电路板的电路板的电阻抗。
通过使主天线的阻抗与电路板的阻抗相匹配，通过提高增益和实现具有更具选择性的形状因数和更窄的通频带的电路板，在通信频率下优化了射频转发器。因此，对于给定量的传输至射频转发器的能量，改善了射频转发器的通信性能。对于给定的发射无线电功率，这特别地导致射频转发器的读取距离的增加。通过调节主天线的至少一个几何特征(如例如，丝线的直径，该丝线的材料和丝线的长度)来获得主天线的阻抗匹配。
还可以通过在主天线和电子电路之间加入由附加电子元件制成的阻抗匹配电路(如例如，基于电感器的滤波器、电容器和传输线)来获得主天线的阻抗匹配。
还可以通过结合主天线的特征和阻抗匹配电路的特征来获得主天线的阻抗匹配。
根据一个特别的实施方案，电子芯片和主天线的至少一部分嵌入到刚性电绝缘块(如例如，高温环氧树脂)中。该组件形成射频转发器的电子部分。
因此，包括主天线的至少一部分和连接至印刷电路板的电子芯片的电子部分被加强，使其元件之间的机械连接相对于轮胎外胎受到的热机械应力而言更加可靠，无论是在连接时还是在使用时。
这还使得能够独立于辐射天线或轮胎外胎制造射频转发器的电子部分。特别地，例如，使用具有多匝的微型线圈作为主天线使得能够设想包括主天线和电子芯片的电子元件的小型化。
根据另一个实施方案，主天线的未嵌入刚性块中的部分涂覆有电绝缘材料。
因此，如果主天线未完全包含在电子部分的刚性电绝缘块中，有用的是通过由电绝缘材料制成的涂层(例如，用于电缆的绝缘护套的涂层)使其绝缘。
根据一个具体的实施方案，轮胎外胎包括第四弹性体配混物层，该第四弹性体配混物层相对于参考轴线在轴向上位于至少一个胎体增强件层的主要部分的外侧，并且相对于参考轴线在轴向上位于第二弹性体配混物层和/或第三弹性体配混物层的内侧。
因此，轮胎外胎的这种配置提供了胎圈性能和胎侧性能(两种性能有所不同)的折中，并且可以插入无源射频转发器以与该第四弹性体配混物层接触。
根据另一个具体的实施方案，轮胎外胎包括弹性体材料的气密层，即高度不透气的层，该层相对于参考轴线最靠近轮胎外胎的内侧，所述轮胎外胎包括第五弹性体配混物层，所述第五弹性体配混物层相对于参考轴线位于至少一个胎体增强件层的主要部分的内侧。
轮胎外胎的这种配置例如可以改善轮胎外胎的胎体的使用寿命。具体地，第五弹性体配混物层包含能够特别固定空气中的氧气的成分，从而限制轮胎外胎的在轴向上位于该第五弹性体配混物层外侧的其他产品的氧化。
因此，无源射频转发器可以与该第五弹性体配混物层接触。
根据一个特别的实施方案，轮胎外胎包括由插入在两个橡胶层之间的增强元件形成的增强件层。
这些是特殊用途的外胎，根据使用类型或使用中的应力载荷，例如需要在胎圈中进行局部增强以防止车轮和轮胎外胎之间的摩擦。该增强件层也可以位于特定区域，特别是胎冠块状部的轴向端部，以在严重的热机械应力载荷下限制胎冠块状部和轮胎外胎的几何形状。该增强件层通常具有至少一个自由端部。然后，无源射频转发器可以接触或靠近由弹性体配混物制成的该增强件层的自由端部。
根据一个具体的实施方案，无源射频转发器部分地封装在电绝缘弹性体配混物的块中。
此处，术语“电绝缘”理解为意指弹性体配混物的电导率至少小于配混物的导电电荷渗滤阈值。
根据最后的具体实施方案，封装块的相对介电常数小于10。
构成封装块的弹性体配混物的该相对介电常数值确保了无源射频转发器所处环境的稳定性，从而使本发明的主题具有稳健性。因此，封装块确保环境中的无线电波保持恒定，从而稳健地固定辐射偶极天线的尺寸以在目标通信频率下操作。
根据另一个具体的实施方案，封装块的拉伸弹性模量小于与所述封装块相邻的至少一种弹性体配混物的拉伸弹性模量。
由此形成的组件使无源射频转发器更容易装配到生轮胎外胎中同时限制无源射频转发器在轮胎外胎内构成的机械奇点。如有必要，可能会使用传统的粘合橡胶层来将该组件固定到轮胎外胎上。
此外，弹性体配混物的刚度和导电特性确保了无源射频转发器在轮胎外胎内的优质机械插入和电绝缘。因此，射频转发器的操作不受轮胎外胎的干扰。
根据第一个优选的实施方案，无源射频转发器位于由轮胎外胎的弹性体配混物层的表面限定的界面处。
这是使无源射频转发器更容易装配到轮胎外胎构造中的实施方案。无源射频转发器的装配通过将所述无源射频转发器放置在弹性体配混物层的外表面上而直接在用于构建生轮胎的装置中进行。该弹性体配混物层也可以为表层。然后用第二弹性体配混物层覆盖无源射频转发器。以此方式，无源射频转发器因此被轮胎外胎的部件完全封装。因此，无源射频转发器被嵌入到轮胎外胎内，确保在电子芯片的内存被写保护时不会被篡改。
作为优选，界面由另一个弹性体配混物层或增强件层限定，无源射频转发器位于距构成界面的层的端部至少5毫米的距离处，优选距金属增强件层的端部至少10毫米。
无源射频转发器在轮胎构造中表现为异物，构成机械奇点。在界面处的层的端部也构成机械奇点。为了保障轮胎外胎的耐久性，优选地，两个奇点彼此相距一定距离。这个距离越大越好，当然奇点影响的最小距离与这个奇点的尺寸成正比。与相邻层(如例如增强件层或胎体增强件层)的刚度相比，层的刚度越大，层的端部形成的奇点变得越敏感。当增强体本质上是金属的或由具有同样高刚度的织物(如例如在芳族聚酰胺的情况下)制成时，将两个奇点保持至少10毫米的距离是合适的。
根据第二个优选的实施方案，无源射频转发器位于轮胎外胎的弹性体配混物层的内部。
该第二个实施方案具有根据轮胎外胎的厚度选择无源射频转发器的准确位置的优点，这与第一个优选的实施方案不同，第一个优选的实施方案通过弹性体配混物层之间的界面来定位。因此，还可以将无源射频转发器封装在从电绝缘和刚度的角度来看是均匀的弹性体配混物的块中，从而促进无源射频转发器的良好射频和机械操作。这也使得制备好的射频转发器结合到弹性体配混物层中，远离用于构建轮胎外胎的装置，这被证明更具有生产力。因此，该第二个优选的实施方案为将无源射频转发器安装在轮胎外胎内提供了更广泛的选择。
有利地，无源射频转发器的辐射偶极天线的第一纵向轴线垂直于弹性体配混物层的厚度。
弹性体配混物层通常是较厚的层，彼此部分地叠置以构建轮胎外胎。为了获得对无源射频转发器在轮胎外胎内的定位的最佳控制，优选地，无源射频转发器的主要尺寸，即第一纵向轴线，定向为垂直于弹性体配混物层的厚度。这避免了相对于弹性体配混物的表面倾斜的射频转发器在轮胎制造期间穿过弹性体配混物层的外表面并进入另一层的风险。这种情况可能潜在地对轮胎外胎的耐久性有害。
非常有利地，无源射频转发器位于距弹性体配混物层的表面至少0.3毫米的距离处。
“至少0.3毫米的距离”理解为意指第一物体(在此情况下为可能配备有封装块的无源射频转发器)的任何外部材料点位于距第二物体(在此情况下为弹性体配混物层的表面)的任何材料点大于或等于0.3毫米的距离处。特别地，在固化状态下测量该0.3毫米的距离。
然后，这防止了弹性体配混物层内的无源射频转发器在热机械应力下的任何潜在位移的风险，或者在制造轮胎外胎的阶段期间无源射频转发器在弹性体配混物层内定位的任何散开的风险。这种定位不会导致无源射频转发器离开弹性体配混物层。然后，这确保了弹性体配混物层内的无源射频转发器的受控机械和电绝缘，这反过来又确保了轮胎外胎和射频转发器的耐久性，同时保证了良好的射频操作。
根据一个具体的实施方案，与射频读取器的无线电通信发生在UHF频带中，更具体地在介于860MHz至960MHz之间的范围内。
具体地，在该频带中，辐射天线的长度与通信频率成反比。此外，在这些频带之外，无线电通信受到高度干扰或甚至不能通过标准弹性体材料。因此，这是射频转发器的尺寸和其无线电通信(特别是在远场)之间的最佳折中，使得能够获得轮胎领域令人满意的通信距离。
根据另一个特别的实施方案，辐射天线的长度L0介于30毫米至50毫米之间。
具体地，在860MHz至960MHz之间的频率范围内，取决于围绕射频转发器的弹性体配混物的相对介电常数，螺旋弹簧的总长度(根据射频转发器传输或接收的无线电波的半波长调整)介于30毫米至50毫米之间，优选介于35毫米至45毫米的区间内。为了优化辐射天线在这些波长处的操作，建议根据波长完美调整辐射天线的长度。
有利地，辐射天线的第一区域中的螺旋弹簧的卷绕直径介于0.6毫米至2.0毫米之间，优选介于0.6毫米至1.6毫米之间。
这能够限制辐射天线所占用的体积，从而能够增加围绕射频转发器的电绝缘弹性体配混物的厚度。当然，辐射天线的第一区域中的螺旋弹簧的该直径可以为恒定、变化、连续变化或分段变化的。从辐射天线的机械完整性的角度来看，直径优选为恒定或连续变化的。
根据一个优选的实施方案，辐射天线的第一区域中的辐射天线的至少一个环形圈的螺旋节距介于1毫米至4毫米之间，优选介于1.3毫至2毫米之间。
这能够确保辐射天线的第一区域中的弹簧(或至少一个环形圈)的螺旋节距与卷绕直径的比值小于3，从而保证螺旋弹簧的最小伸长。此外，在辐射天线的整个第一区域中，该节距还可以为恒定或变化的。当然，为了避免辐射天线中的奇点形成辐射天线中的机械弱点，节距优选为连续变化的或改变较小的变化。
根据一个有利的实施方案，辐射天线的丝线的直径介于0.05毫米至0.25毫米之间，理想地介于0.12毫米至0.23毫米之间。
在该丝线范围内，损耗电阻确实较低，从而改善了辐射天线的无线电性能。此外，限制丝线的直径能够通过增加电绝缘弹性体配混物的厚度来增加辐射天线和电导体之间的距离。然而，丝线需要保持一定的机械强度，以便能够承受在高应力环境(例如，轮胎外胎)中经受的热机械应力，而无需优化这些丝线的材料(通常为低碳钢)的断裂应力。这使得能够确保辐射天线具有令人满意的技术/经济折中。
有利地，辐射偶极天线的第一节距P1(其对应于辐射偶极天线的第一区域中的螺旋节距)大于辐射偶极天线的第二节距P2(其对应于辐射偶极天线的第二区域中的螺旋节距，在所述第二区域中辐射偶极天线与电子部分垂交)。
通过要求辐射偶极天线在辐射偶极天线与电子部分垂交的第二区域中的螺旋节距P2小于该区域外的辐射偶极天线的螺旋节距P1，辐射偶极天线在该区域中的电磁能力有利但辐射效率受损，而辐射偶极天线在第一区域中的辐射效率得到提升。因此，辐射偶极天线的螺旋节距的压缩提高了该区域中天线的电感。对于通过辐射偶极天线的给定电流，这是对于增加由天线产生的磁场来说至关重要的手段。此外，无需更改辐射天线的卷绕直径即可获得辐射偶极天线电感的这种改善。此外，对于给定长度的主天线，与电子部分的主天线垂交的辐射偶极天线的节距的压缩确保了两个天线之间更大的交换面积，从而也提高了两个天线之间的电磁耦合。因此，射频转发器的通信性能由此得到改善。最后，辐射偶极天线的节距的压缩使得辐射偶极天线在该第二区域中的制造公差得到最小化和更好地控制，特别是关于辐射偶极天线的卷绕直径的限定。因此，辐射偶极天线的废品率降低，因为该直径的控制决定了电子部分相对于辐射偶极天线的定位。
非常有利地，电子部分放置在辐射天线的内部，辐射偶极天线的第一区域中的第一内径D1’小于辐射偶极天线的第二区域中的第二内径D2’，并且电子部分被圆柱体外接，所述圆柱体的旋转轴线平行于第一纵向轴线并且所述圆柱体的直径大于或等于辐射偶极天线的第一内径D1’。
通过确保外接电子部分的圆柱体具有平行于第一纵向轴线的旋转轴线和大于或等于辐射偶极天线的第一内径的直径，因此辐射天线的第一区域相对于电子部分的轴向运动形成止动件。由于电子部分相对于辐射偶极天线的居中定位，该第一区域位于与电子部分垂交的辐射偶极天线区域的两侧的事实确保因此存在两个在轴向上位于电子部分的外侧并限制射频转发器的电子部分的任何轴向移动的机械端部止动件。此外，由于外接电子部分的圆柱体的直径位于辐射天线第二区域的内部，因此该直径必须小于辐射天线的第二内径。因此，电子部分的任何径向偏移都受到辐射偶极天线的第二内径的限制。总之，电子部分的移动受到限制，这能够确保射频转发器的通信性能，同时确保无源射频转发器的电子部分和辐射偶极天线的物理完整性。最后，容纳这种射频转发器的轮胎外胎的耐久性也不受这种设计选择的影响。此外，射频转发器更易于操作，以便安装到轮胎外胎的结构中，而无需采取额外的预防措施。
附图说明
通过以下详细描述将更好地理解本发明。这些应用仅作为示例并参考附图给出，在这些附图中相同的附图标记表示相同的部分，并且其中：
-图1示出了现有技术的射频转发器的立体图；
-图2示出了根据本发明的射频转发器的立体图；
-图3a和图3b说明了辐射天线的丝线的长度，对于给定的辐射偶极天线的基本长度，该丝线的长度取决于螺旋弹簧的螺旋节距与卷绕直径之间的比值，并取决于是采用恒定节距还是采用恒定卷绕直径；
-图4为根据本发明的射频转发器的一个示例，具有某些特殊性；
-图5为根据本发明的识别标签的分解图；
-图6示出了传输至结合到根据本发明的轮胎外胎中的两个无源射频转发器的电功率根据观察频带的变化而变化的图；
-图7示出了现有技术的轮胎外胎的子午截面图；
-图8为当无源射频转发器位于轮胎外胎的外部区域时，根据本发明的轮胎外胎的胎圈和胎侧的子午截面图；
-图9为当无源射频转发器位于轮胎外胎的内部区域时，根据本发明的轮胎外胎的胎圈和胎侧的子午截面图；
-图10为包括两个胎体增强件层的轮胎外胎的子午截面图；
-图11为轮胎外胎的子午截面图，该轮胎外胎包括用于延长行驶的胎侧插入件并配备有无源射频转发器。
具体实施方式
在下文中，术语“轮胎”和“充气轮胎”等同使用并且指代任何类型的充气轮胎或非充气轮胎。
图1显示了现有技术的射频转发器1，其构造为电子部分20位于辐射天线10的内部。辐射天线10由钢丝12组成，所述钢丝12已发生塑性形变，从而形成具有旋转轴线11的螺旋弹簧。螺旋弹簧主要由经涂覆的丝线的卷绕直径和螺旋节距限定。此处，螺旋弹簧的这两个几何参数是恒定的。因此，通过考虑丝线的直径，可精确地确定螺旋弹簧的内径13和外径15。此处，弹簧的长度L0对应于弹性体配混物块中的转发器1的射频传输信号的一半波长。因此，可以限定螺旋弹簧的正中平面19，该平面垂直于旋转轴线11并将辐射天线10分成两个相等部分。电子部分20的几何形状被圆柱体外接，所述圆柱体的直径小于或等于螺旋弹簧的内径13。这便于将电子部分20插入到辐射天线10中。主天线的正中平面21基本上与辐射天线10的正中平面19重叠。最后，主天线的轴线基本上平行于辐射天线10的旋转轴线11。可以将辐射天线分为两个不同的区域：辐射天线10的第一区域101和第二区域102，在第一区域101中螺旋弹簧不与电子部分20垂交，而在第二区域102中螺旋弹簧与电子部分20垂交。该辐射天线10的第一区域101包括具有基本上等同长度的两个部分101a和101b，这些部分在轴向上位于辐射天线10的第二区域102的两侧。
图2为根据本发明的射频转发器1，相对于现有技术的射频转发器，该射频转发器1的区别特征在于，辐射天线的第一区域的至少一个环形圈的螺旋节距与卷绕直径的比值大于0.8。在本申请中，每个区域101a和101b的所有环形圈的比值都已等同地改变。这是通过减少每个子区域101a和101b中的环形圈的总数来实现的。在该特定的情况下，辐射天线10的丝线卷绕的卷绕直径保持相同。然而，也可以通过增加该天线的第一区域101中的辐射天线10的钢丝卷绕的卷绕直径来更改第一区域101的每个环形圈的螺旋节距与卷绕直径的比值。在本申请中，没有更改辐射天线10在辐射天线10的第二区域102中的螺旋节距。因此，辐射天线10的第二区域102的螺旋节距与卷绕直径的比值小于0.8。
图3a和图3b说明了对于螺旋弹簧的一个环形圈，就辐射天线的无线电特性和电磁特性而言，螺旋节距与卷绕直径的比值的重要性。
图3a说明了当环形圈的螺旋节距和形成环形圈的丝线的直径保持恒定时环形圈的螺旋节距与卷绕直径的比值的变化。对于长度等于完整环形圈所占据的区域的辐射天线的基本长度，对于比值等于1，该环形圈的曲线距离等于2*PI*PI个基本单位。用实线绘制的曲线500对应于该环形圈。具体地，该环形圈的半径必须等于PI个基本单位。现在考虑以点线绘制的曲线501，其对应于比值等于2，因为螺旋节距是恒定的，所以该环形圈的卷绕直径必须是前一个环形圈的卷绕直径的二分之一，即PI个基本单位。因此，由点线501所示的该环形圈的曲线距离等于PI*PI个基本单位。因此，螺旋节距与卷绕直径的比值比第二个环形圈更大的第一个环形圈的曲线长度小于该第二个环形圈的曲线长度。用虚线绘制的曲线502和用点划线绘制的曲线503分别示出了0.8和0.5的比值。这两个环形圈的曲线长度分别等于2.5*PI*PI个基本单位和4*PI*PI个基本单位。
图3b说明了当环形圈的直径和形成环形圈的丝线的直径保持不变时，环形圈的螺旋节距与卷绕直径的比值的变化。对于长度等于完整环形圈所占据的区域的辐射天线的基本长度，对于比值等于1，该环形圈的曲线距离等于2*PI*PI个基本单位。用实线绘制的曲线505对应于该环形圈。具体地，该环形圈的半径必须等于PI个基本单位。现在考虑对应于比值等于2的曲线506，因为卷绕直径是恒定的，所以该环形圈的螺旋节距必须是前一个环形圈的螺旋节距的两倍，即4*PI个基本单位。然而，如果基本长度限制为2*PI个基本单位，则以点线表示的该环形圈的曲线距离等于PI*PI个基本单位。同样地，对于分别对应于比值0.5和0.2的曲线507和508，即环形圈数分别增至两倍和五倍，以点线示出的曲线507的曲线距离等于4*PI*PI个基本单位。此外，以双点划线绘制的曲线508的曲线距离等于10*PI*PI个基本单位。
当然，除了单独更改每个环形圈的螺旋节距或卷绕直径之外，还可以同时更改这两个参数。只有通过这两种更改得到的比值才会对辐射天线的通信性能产生影响。
具体地，导电丝线的电阻与丝线的曲线长度成正比。环形圈的螺旋节距与卷绕直径的比值越大，丝线的曲线长度越短。因此，环形圈的电阻越小。总之，通过使该电阻最小化，辐射天线的环形圈的无线电特性得到改善。通过在辐射天线的第一区域中使辐射天线的电阻最小化，提高了天线在传输和接收中的辐射效率，天线主要由该第一区域组成。此外，使天线的电阻最小化确保了在给定电位差下产生最大电流。因此，射频转发器的无线电性能以及因此的通信性能由此得到改善。
对于辐射天线的第二区域，该第二区域的辐射效率小于第一区域并不重要。具体地，该第二区域的主要功能是确保与电子部分的主天线的电磁耦合。如果主天线是多匝线圈，则这种电磁耦合主要是由于电感耦合。为了发生这种耦合，辐射天线必须首先产生磁场。该磁场特别地取决于辐射天线的电感。为了使线圈的电感最大化，建议减小线圈的螺旋节距与卷绕直径的比值或增加线圈的环形圈数。通过降低辐射天线的第二区域的环形圈的螺旋节距与卷绕直径的比值，通过增加天线的电感使电感耦合最大化。此外，如果仅通过更改天线的螺旋节距来降低该比值，则构成天线的第二区域的匝数会增加，这会增加两个天线之间的能量传输面积。当然，这种能量传输面积的增加有利于射频转发器的通信性能。
图4说明了在860MHz至960MHz之间的频率范围内操作的射频转发器1，该射频转发器1旨在结合到轮胎外胎中。为了提高射频转发器1在具有胎圈线的轮胎外胎内的无线电通信性能和物理完整性，而不因此损害轮胎外胎的耐久性，优选将辐射天线10的旋转轴线布置成平行于轴线U，使其靠在轮胎外胎的胎体增强件层的至少两个增强元件上。特别地，如果轮胎外胎具有单个胎体增强件层，例如用于子午线轮胎的常规轮胎外胎，则辐射天线10的旋转轴线将垂直于由胎体增强件层的径向增强元件限定的增强件方向，使得用于无源射频转发器的机械锚点可以成倍增加，特别是如果该转发器在轮胎外胎的制造过程中被结合。结果，无源射频转发器1相对于轮胎外胎的参考轴线沿周向定位。
此外，射频转发器相对于胎圈的轴向内端部沿轴向定位在外侧。这是机械稳定的区域，因为它不会在热机械变形方面经历相当大的不可预见的变化。最后，无源射频转发器1沿径向放置在胎圈线的径向上端部和轮胎外胎的胎冠块状部的轴向端部之间。由于介于射频读取器和无源射频转发器1之间的导电元件很少，因此在径向方向上的这种定位使得结合到陆地车辆轮胎外胎中的无源射频转发器更容易与位于陆地车辆外部的射频读取器通信。
此处，射频转发器1包括辐射天线10和位于辐射天线10内部的电子部分。电子部分包括连接至印刷电路板的电子芯片和由导电丝线组成的主天线，所述导电丝线包括连接至印刷电路板的十七个矩形匝。印刷电路板的与主天线相对的面包括曲折形状的电流电路，所述电流电路形成长度为10毫米且宽度为1毫米的线。最后，外接主天线的圆柱体的直径为0.8毫米。
由此形成的电路板嵌入环氧树脂的块30中，确保电子元件的机械可靠性和电路板的电绝缘。外接刚性块30的圆柱体的直径为1.15毫米，长度为6毫米。
此处，辐射天线10的长度L0为45毫米，并对应于915MHz频率的无线电波在相对介电常数约等于5的介质中的一半波长。使用直径为0.225毫米的钢丝12生产辐射天线10，所述钢丝12的表面涂覆有黄铜层。
辐射天线10可以分为两个主要区域。第一区域101对应于辐射天线的不与电子部分垂交的部分。其包括两个子区域101a和101b，所述子区域101a和101b位于刚性绝缘块30的两侧。
每个子区域101a，101b的长度L1为19毫米，并且包括12个恒定卷绕直径D1为1.275毫米的圆形匝。这分别限定了1.05毫米的内径和1.5毫米的外径。圆形匝的螺旋节距P1为1.55毫米。因此，匝的螺旋节距P1与卷绕直径D1的比值为1.21。每个子区域101a和101b的轴向外端部终结于2个邻接的匝。因此，较高的比值确保辐射天线10该区域101中的无线电性质的效率最大化。此外，位于辐射天线10最外部的匝之间的接触防止螺旋弹簧在处理射频转发器的过程中彼此交错。由于辐射天线10的第一区域101的大部分匝的比值大于0.8，因此显著改善了射频转发器1的无线电性能。
在辐射天线10的第二区域102(所述第二区域102对应于辐射天线10的与电子部分垂交的部分)中，辐射天线的长度为7毫米。螺旋弹簧的恒定螺旋节距P2为1毫米，恒定卷绕直径D2为1.575毫米。因此，辐射天线的第二区域的螺旋弹簧的内径为1.35毫米。这能够实现螺旋节距与卷绕直径的约0.63的恒定比值。相对于第一区域101，该比值使得辐射天线10的第二区域102的电感最大化，这能够改善与电子部分电磁耦合的效率。
在该特定情况下，在第一区域101中，辐射天线10的内径(等于1.05毫米)小于由外接电子部分的圆柱体表示的块30的直径(等于1.15毫米)。因此，辐射天线10的第一区域101的子区域101a和101b形成限制块30在辐射天线10内部轴向运动的机械止动件。通过将刚性绝缘块30插入辐射天线10中来安装电子部分。
此外，外接主天线的圆柱体的直径远大于辐射天线的第二区域102的螺旋弹簧的内径的三分之一。尽管外接主天线的圆柱体不与辐射天线10的旋转轴线U同轴，但是所述圆柱体基本上与其平行。此外，辐射天线10的第二区域102与主天线之间的最小距离小于0.3毫米，即远小于辐射天线10的内径的四分之一。通过辐射天线10的第二区域102的经压缩的节距P2实现天线的这种接近度，并且对于弹簧的尺寸(特别是卷绕直径D2)，其能够获得较低的公差。此外，这种接近确保了两个天线之间的更好品质的电磁耦合。当然，通过在主天线和辐射天线中使用相同形状的匝(如例如，圆形匝)可以改善该电磁耦合。还可以通过使两个天线的轴线同轴来优化该耦合，这相当于将电路板放置在主天线的内部使得电子部分的轴向尺寸最小化。因此，两个天线之间的电磁能量的传输面积的品质将是最佳的。
可以使用其他特定的实施方案，特别是在辐射天线的第一区域和第二区域之间螺旋弹簧的卷绕直径变化的情况下，特别是在辐射天线的第一区域的内径小于外接电子部分的圆柱体的直径的情况下。
图5示出了包括根据本发明的射频转发器1的识别标签2，所述射频转发器1嵌入在由电绝缘弹性体材料制成的柔性块3中，该块由块状部3a和3b组成。射频转发器1通常放置在标签2的中间，以使辐射天线10的第一区域101和识别标签2的外表面之间的最小距离最大化。
在通过减小钢丝的卷绕直径来增加辐射天线10的第一区域101的环形圈的螺旋节距与卷绕直径之间的比值的情况下，射频转发器1在弹性体材料的块3中占用的体积减小。
在第一应用中，这能够减小识别标签2的每个块状部3a和3b的厚度，同时使识别标签2的外表面和辐射天线10的第一区域101之间保持相同的距离。该识别标签2的厚度减小有助于将其引入到待识别的物体中，同时保留相同的电绝缘能力。在第二应用中，这能够增加辐射天线10的第一区域101和识别标签2的外表面之间的距离。该第二应用能够改善无线电性能，并因此改善放置在识别标签2中的射频转发器1的通信性能。具体地，标签2的电绝缘与辐射天线10的第一区域101和标签2的外表面之间的距离成比例。通过识别标签2更好的电绝缘，改善了射频转发器1的无线电操作，或如果该距离达到其功效渐近线，则使射频转发器1的无线电操作保持不变。
图6为通过无源射频转发器传输到外部射频读取器的电功率的图，每个射频转发器都位于尺寸为275/70R22.5的XINCITY米其林子午线轮胎外胎内部，该轮胎外胎包括金属(在此情况下为钢)胎体增强件层。无源射频转发器位于胎圈区域中，在径向上位于胎圈线径向上端部外侧40毫米的距离处，并径向抵靠第一弹性体配混物层，使得辐射偶极天线的第一纵向轴线垂直于胎体增强件层。射频转发器的通信频率集中在915MHz。所使用的测量协议对应于标题为“Identification Electromagnetic Field Threshold and FrequencyPeaks”的标准ISO/IEC 18046-3的测量协议。在宽范围的扫描频率内进行测量，而不是像传统情况那样在单一频率下进行测量。x轴表示通信信号的频率。y轴表示相对于当前现有技术的射频转发器传输的最大电功率，射频读取器接收的以分贝表示的电功率。虚曲线1000表示根据引用文献的射频转发器的响应。实曲线2000表示根据本发明的转发器对射频读取器传输的相同信号的响应。将注意到在射频读取器的通信频率下有利于根据本发明的射频转发器的大约两个分贝的改进。在关于通信频率的宽频带上，改进保持约至少一分贝。
轮胎的周向方向或纵向方向，是对应于轮胎的外围的方向，并由轮胎外胎的行驶方向限定。
轮胎的横向方向或轴向方向平行于轮胎外胎的旋转轴线或参考轴线。
径向方向是与轮胎外胎的参考轴线相交并与其垂直的方向。
轮胎外胎的旋转轴线是在正常使用时轮胎外胎转动所围绕的轴线。
径向平面或子午平面是包含轮胎的旋转轴线的平面。
周向正中平面或赤道平面是垂直于轮胎外胎的参考轴线并且将轮胎外胎分为两半的平面。
图7示出了轮胎外胎100的子午截面，所述轮胎外胎100包括由胎冠增强件或带束层86增强的胎冠82、两个胎侧83和两个胎圈84。胎冠82由两个轴向端部821轴向界定，提供与轮胎外胎100的每个胎侧83的连接。由通常由金属制成的几个增强件层构成的胎冠增强件86在其每个边缘处轴向延伸直至轴向端部861。胎冠增强件86在径向外侧被由弹性体材料制成的胎面89覆盖。每个胎圈84使用胎圈线85增强。胎体增强件(在此情况下由单个胎体增强件层构成)锚固在胎圈84中，包括在每个胎圈84中围绕两个胎圈线85的主要部分87和胎体增强件层的该主要部分87的卷边88(在此处布置在朝向轮胎外胎100的外侧)，所述胎体增强件将轮胎外胎分成两个区域，分别称为朝向流体腔的内部区域以及朝向车轮-轮胎组件外侧的外部区域。胎体增强件以本身已知的方式由至少一个用金属帘线(例如在此情况下为钢帘线)增强的层组成，也就是说这些帘线实际上彼此平行延伸。主要部分87从一个胎圈84延伸至另一个胎圈，以便与周向正中平面EP形成在80°至90°之间的角度。气密内衬层9相对于胎体增强件的主要部分87在径向内部从一个胎圈84延伸至另一个胎圈。
图8示出了轮胎外胎100的胎圈84和胎侧83区域中的详细视图。该图说明了无源射频转发器1在轮胎外胎100的外部区域中相对于胎体增强件层的主要部分87的定位，在所描绘的情况下，所述胎体增强件层由单个胎体层构成。
胎圈84由胎圈线85组成，胎体增强件层的主要部分87围绕胎圈线85缠绕，其中卷边88位于轮胎外胎100的外部区域。胎体层的卷边88以自由边缘881终止。第一橡胶配混物层91(称为胎圈线填充物)在径向上位于胎圈线85的外侧并与胎圈线85相邻。所述第一橡胶配混物层91具有径向外自由边缘911，该边缘911支承在胎体增强件层的主要部分87的表面上(更准确地，在胎体增强件层87的外表层上，在胎体层的帘线和电子单元之间没有直接接触)。第四橡胶配混物层92(称为“增强填充物”)与其相邻。所述第四橡胶配混物层92具有两个自由边缘。第一自由边缘921位于径向内侧并且支承在胎体增强件层的卷边88上。另一个自由边缘922位于径向外侧并且终止于胎体增强件层的主要部分87的表面上。最后，胎侧83通过覆盖第四弹性体配混物层92和胎体增强件层的主要部分87的第三弹性体配混物层94限定。胎侧由第三弹性体配混物层94的外表面限定，所述第三弹性体配混物层94具有自由边缘941，所述自由边缘941在径向上位于胎体增强件层的卷边88的内侧并且终止于卷边88。
在该构造中与胎体增强件层的主要部分87相邻的气密内衬层90位于轮胎外胎100的内部区域上。它以与胎体层的主要部分87相邻的自由边缘901终止。最后，第二弹性体配混物层93(称为胎圈保护件)保护胎体层以及气密内衬90、第四弹性体配混物层92和第三弹性体配混物层94各自的径向内端部901、921和941。在将轮胎外胎100安装到车轮上期间，该第二弹性体配混物层93的外表面能够与轮辋凸缘直接接触。该第二弹性体配混物层93具有三个径向外自由边缘。第一个自由边缘931位于轮胎外胎100的内部区域。第二个自由边缘932位于轮胎外胎100的外部区域。最后，第三个自由边缘933构成胎圈84的内端部841。
该轮胎外胎100的胎圈84及其连接的胎侧83配备有无源射频转发器，编号为1，可能带有后缀，所述无源射频转发器位于轮胎外胎100的外部区域。将已经预先封装在电绝缘封装橡胶中的第一无源射频转发器1定位在胎圈线填充物91的第一层的外表面上。所述无源射频转发器定位在距胎体层的卷边88的自由边缘881(其构成机械奇点)的20毫米的距离处，即超过10毫米的距离。该位置确保了射频转发器1的机械稳定性区域，该区域有利于其机械耐久性。此外，将其嵌入轮胎外胎100的结构内，可以很好地保护其免受来自轮胎外胎100外部的机械攻击。最后，在这种情况下，无源射频转发器的第一纵向轴线沿周向定位，这确保了垂直于胎体增强件层的主要部分87的金属增强件的倾斜，有利于辐射偶极天线的无线电性能和在轮胎外胎制造期间(轮胎构建和固化步骤)在轮胎外胎结构内定位无源射频转发器。当然，该轮胎100可以通过例如位于第四弹性体配混物层92与第二弹性体配混物层93和/或第三弹性体配混物层94之间的增强件层(未示出)来增强。该增强件层通常由例如夹在两个表层之间的径向定向的增强元件构成。该增强件层具有径向外端部，该径向外端部位于胎体增强件层的卷边88的端部881的径向外侧。如果增强元件本质上是金属的，则射频转发器1与增强件层的径向外端部间隔开至少5毫米或甚至10毫米。
通常，优选地，无源射频转发器定位在距胎圈线85的径向外端部20毫米至40毫米之间的径向距离处，以便处于轮胎外胎100在运行期间机械稳定的区域中，因为这确保了射频转发器的物理完整性。此外，确保这种定位在轮辋凸缘的径向外侧，通过限制与车轮性质(通常是金属的)相关的干扰，实现良好的无线电通信性能。
第二射频转发器1bis，任选地被封装在与第三弹性体配混物层94的材料相容或相似的电绝缘封装橡胶中，定位在第三弹性体配混物层94的内部。第三弹性体配混物层94和封装橡胶之间的材料相似性确保了在轮胎外胎制造期间射频转发器1bis易于安装在胎侧83的内部。射频转发器1bis在轮胎外胎100的构建过程中通过第三弹性体配混物层94的原始外表面上的狭缝简单地放置在材料内，使得辐射偶极天线的第一纵向轴线相对于轮胎外胎的径向方向(对应于胎体增强件的增强件的方向)形成至少45度的角度。构建生胎体并在固化模具中对其加压，确保射频转发器1bis在固化状态下如图所示定位。该射频转发器1bis位于远离轮胎外胎100的任何其他组成部分的任何自由边缘，实际上在胎侧83的赤道处，提供了最远的射频通信距离。特别地，它与胎圈保护件的自由边缘932、胎体增强件层卷边88的自由边缘881以及填充橡胶的自由边缘911和922间隔开。它的定位确保提高与外部射频读取器的通信性能。由于无源射频转发器1bis的辐射天线和电子部分之间的机械去耦，行驶期间的循环应力载荷不会造成破坏。必然地，这两个转发器在轴向上位于第二橡胶配混物层93的端部933的外侧，并因此位于胎圈84的内端部的外侧。它们径向定位在胎圈线85相对于轮胎外胎100的参考轴线的径向外端部851和胎冠增强件86的轴向端部861之间。
图9示出了轮胎外胎100在胎圈84和胎侧83区域中的详细子午截面。该图9示出了轮胎外胎100的内部区域中的无源射频转发器相对于由金属(在此情况下为钢)制成的胎体增强件层的主要部分87的位置。
轮胎外胎100特别地在内部区域包括气密内衬90和插入在胎体层的主要部分87和气密内衬90之间的弹性体配混物层96。该部件96具有径向内部自由边缘961，该自由边缘961在径向上位于胎圈线85的内侧。该弹性体配混物层96从轮胎外胎100的一个胎圈84延伸至另一个胎圈84。
射频转发器在气密内衬90和弹性体配混物层96之间的界面处的位置使得无源射频转发器1在机械上稳定。射频转发器在胎圈保护件93的自由边缘931的径向外侧大约40毫米，这意味着在安装在车轮上的轮胎外胎运行时，射频转发器可以在径向上位于轮辋凸缘的外侧。相比之下，为了确保改善的无线电通信性能，优选使用电绝缘的包封橡胶来封装射频转发器1，并将射频转发器的辐射偶极天线的第一纵向轴线定向为使得相对于胎体增强件层的金属增强件的方向倾斜至少45度，优选至少60度。从机械耐久性的角度来看，这个位置是无源射频转发器1的理想位置，保护它免受任何外部机械攻击和任何内部热机械攻击。它理想地具有周向取向，因为它依靠胎体增强件层87的至少两个增强元件上。这确保射频转发器1具有相对于轮胎外胎100的厚度的轴向位置，当将无源射频转发器1结合到轮胎外胎100中时，该轴向位置使得能够对该转发器1的辐射偶极天线的谐振进行稳健调谐。
根据本发明的射频转发器1ter的第二位置由于在轮胎外胎100中径向更靠外而使得改善无线电通信性能。然而，建议将其封装在电绝缘橡胶中，并且将辐射天线的第一纵向轴线定位成使得射频转发器1ter是周向的，尽管45度的倾斜可以实现所需的通信功能。此处，在该示例中，第一纵向轴线沿周向放置。优选地，无源射频转发器1ter在轮胎外胎100的制造期间定位在由轮胎外胎100的至少两个部件限定的界面处。这意味着当无源射频转发器的电子芯片在第一次写入与电子芯片相关联的内存之后已经被写保护时，包含在该电子芯片中的数据不能被篡改。
图10示出了安装在标称轮辋J上的轮胎外胎的胎圈84和胎侧83区域的轴向截面放大示意图：在轮胎充气至其标称压力的情况下，由此例如通过断层扫描来确定胎体增强件层的主要部分的轴向最外点E。
再次，金属胎体增强件层的一部分围绕胎圈线85缠绕以形成主要部分87和具有端部881的卷边88。
胎体增强件层的卷边88通过具有径向外端部911的第一弹性体配混物层91与胎体增强件层的主要部分87隔开。
第一弹性体配混物层91被成型为抵靠在胎圈线85上并且提供胎体增强件层的卷边88和胎体增强件层的主要部分87之间的联接和脱离联接。
如果每个部件的增强元件在大于胎体增强件层的卷边88的端部881与外接胎圈线85的圆T的径向最外点B之间的距离的15％的长度上被厚度基本恒定且至多5毫米的弹性体配混物隔开，则认为胎体增强件层的卷边88和主要部分87是联接的。如果在联接区域的径向外侧，分隔胎体增强件层的主要部分87和卷边88的各自增强元件的弹性体配混物的厚度大于联接区域的厚度，则认为胎体增强件层的卷边88和主要部分87是脱离联接的。
在胎体增强件层的卷边88的轴向外侧示出的是第四弹性体配混物层92，其径向外端部922在径向上位于胎体增强件层的卷边88的端部881的内侧。根据未示出的另一个实施方案，第四弹性体配混物层92的径向外端部921在径向上位于胎体增强件层的卷边88的端部881的外侧。
第四弹性体配混物层92的径向内端部921在径向上介于点A和点B之间，所述点A和点B分别是外接胎圈线85的圆T的径向最内点和径向最外点。
与第四弹性体配混物层92接触并且在胎圈线85的径向下方的是第二弹性体配混物层93，所述第二弹性体配混物层93的轴向最外端部932在径向上位于第四弹性体配混物层92的端部922的内侧。最后，第二弹性体配混物层93的径向和轴向内端部933构成胎圈84的内端部841。
与第一弹性体配混物层91、第四弹性体配混物层92和第二弹性体配混物层93轴向接触的是第三弹性体配混物层94。第三弹性体配混物层94的径向内端部941在径向上位于第四弹性体配混物层92的端部922的内侧。
胎圈84还包括无源射频转发器1bis，其相对于胎体增强件的卷边88和第四弹性体配混物层92之间的界面，在轴向上定位在外侧。该无源射频转发器1bis径向放置在胎体增强件层的主要部分87和该胎体增强件层的卷边88之间的联接区域中，即在图10的两个点C和D之间。无源射频转发器1bis优选基本上定位在C和D之间的该联接区域的中间。射频转发器1bis嵌入在第四弹性体配混物层92内，在距第四弹性体配混物层92的外表面大于2mm，优选大于3mm的距离处。
该位置为无源射频转发器1bis提供了良好的机械保护，并且申请人通过实验发现，距胎体增强件层的卷边88的金属增强元件大于2毫米的距离提供了与外部读取器通信的良好稳健性，即使与位于卷边88和第四弹性体配混物层92之间的界面处的无源射频转发器相比，读取距离实际上相同或非常相似。因此，与将无源射频转发器直接放置在第四弹性体配混物层92和卷边88的金属增强体层的表面涂层之间的界面处相比，读取距离更不容易受到工业规模制造的不可预测性的影响。
图10还描绘了放置在替代位置的无源射频转发器1bis’、1qua和1qua’。无源射频转发器1bis’嵌入在第四弹性体配混物层92内，在径向上相对于B点位于外侧；无源转发器1qua和1qua’都嵌入在第三弹性体配混物层94内，该层构成轮胎外胎的胎侧83的表面。从射频转发器和外部读取器之间的通信的角度来看，这最后两个位置非常有利。此外，射频转发器的非常好的机械强度使其能够承受特别是在胎侧83的点E附近使用中特别苛刻的机械应力。
图11示出了图10中描述的轮胎外胎的部分轴向截面。
在胎圈84的区域中，轮胎外胎包括第一无源射频转发器1，该第一无源射频转发器1位于胎体增强件层的卷边88和第四弹性体配混物层92之间的界面处。优选地，无源射频转发器1嵌入在电绝缘封装块中，该封装块体具有小于10的相对介电常数并且其伸长模量小于第四弹性体配混物层92的伸长模量。以这样的方式布置，即辐射偶极天线的第一纵向轴线在该第一纵向轴线与胎体增强件层的主要部分87和卷边88的增强件的方向之间形成至少45度的角度。
射频转发器放置在胎体增强件层的主要部分87和卷边88之间的联接区域中，即在点C和点D之间，优选在中心区域中。该位置易于由第一弹性体配混物层91的轮廓形状限定，胎体增强层的卷边88抵靠在该轮廓形状上。
第二无源射频转发器1’放置在胎圈84的区域中，在第二弹性体配混物层93和第四弹性体配混物层92之间的界面处。任选地，该射频转发器1’放置在封装块内。然而，该无源射频转发器1’将远离第二弹性体配混物层93和第四弹性体配混物层92的端部932和921，以保持轮胎外胎的耐久性和射频转发器1’的物理完整性。使其远离胎体增强件层的金属增强体，改善了无源射频转发器1’的通信性能。
轮胎外胎在轮胎外胎的胎侧83的区域中还配备有两个无源射频转发器1ter和1ter’。第一射频转发器1ter位于由胎体增强件层的卷边88和第三弹性体配混物层94形成的界面处。与前两个无源射频转发器1和1’相比，该转发器的位置径向更靠外，这为与轮胎外胎(特别是在车辆上使用时)外部的读取器通信提供了更长的距离。该第一无源射频转发器1ter位于距胎体增强件层的卷边88的端部881至少10毫米并且距第四弹性体配混物层92的端部922至少5毫米以保持轮胎外胎的耐久性和无源射频转发器1ter的物理完整性。
最后，轮胎外胎的胎侧83中的第二无源射频转发器1ter’位于胎体增强件层的主要部分87和第三弹性体配混物层94之间的界面处。这是射频转发器和外部读取器之间通信距离的最佳位置。射频转发器1ter’与第一弹性体配混物层的端部911的距离为20毫米，在这种配置下，这易于足以确保轮胎外胎的耐久性和无源射频转发器1ter’的物理完整性。
优选将无源射频转发器1ter、1ter’封装在电绝缘封装块中，所述电绝缘封装块的相对介电常数小于10并且其伸长模量小于第三弹性体配混物层94的伸长模量。
在这些示例中，辐射偶极天线的第一纵向轴线沿周向定位，这对于子午线轮胎的外胎确保了第一纵向轴线与胎体增强件层的主要部分87和卷边88的增强件的方向之间的角度为至少60度。

Claims (15)

1.轮胎外胎(100)，其围绕参考轴线呈环形形状并配备有无源射频转发器(1、1’、1bis、1bis’、1ter、1ter’、1qua、1qua’)，所述轮胎外胎(100)包括：
-胎冠块状部(82)，所述胎冠块状部(82)包括胎冠增强件(86)和胎面(89)，所述胎冠增强件(86)在其每个边缘处具有轴向端部(861)，所述胎面(89)在其每个轴向端部(821)处通过胎侧(83)连接至胎圈(84)，所述胎圈(84)相对于参考轴线具有在轴向和径向上位于胎圈(84)内侧的内端部(841)，
-胎体增强件，所述胎体增强件包括至少一个由相互平行的金属增强元件形成的胎体增强件层，所述金属增强元件限定增强件的方向并且插入在弹性体配混物的两个表层之间，
-所述至少一个胎体增强件层通过围绕环形胎圈线(85)卷起而锚固在每个胎圈(84)中，以形成至少一个胎体增强件层的主要部分(87)和至少一个胎体增强件层在每个胎圈(84)中的卷边(88)，所述主要部分(87)从一个胎圈线(85)延伸至另一个胎圈线并且在径向上相对于胎冠块状部(82)位于内侧，
-至少一个胎体增强件层的所述卷边(88)通过从胎圈线(85)径向向外延伸的第一弹性体配混物层(91)与至少一个胎体增强件层的主要部分(87)隔开，
-第二弹性体配混物层(93)，其形成轮胎外胎(100)在胎圈(84)区域中的外表面，所述第二弹性体配混物层(93)旨在与轮辋接触，
-第三弹性体配混物层(94)，其在径向外侧与第二弹性体配混物层(93)接触并且形成所述胎侧(83)的外表面，
-所述无源射频转发器(1、1’、1bis、1bis’、1ter、1ter’、1qua、1qua’)包括电子部分(20)和辐射偶极天线(10)，所述辐射偶极天线(10)由单股螺旋弹簧组成，所述单股螺旋弹簧限定螺旋节距P、卷绕直径D、中间平面(19)和丝线直径，所述丝线直径限定辐射偶极天线(10)的内径(13)和外径(15)，所述辐射偶极天线(10)的长度(L0)设计成在频带上与外部射频读取器通信，所述辐射偶极天线(10)限定第一纵向轴线(11)、中心区域和沿着第一纵向轴线(11)的两个侧向区域，
-所述电子部分(20)包括电子芯片和线圈型主天线，所述主天线包括至少一个匝并由此限定第二纵向轴线和垂直于所述第二纵向轴线的中间平面(21)，所述主天线电连接至电子芯片并电磁耦合至辐射偶极天线(10)，所述主天线被圆柱体外接，所述圆柱体的旋转轴线平行于第二纵向轴线并且所述圆柱体的直径大于或等于与主天线垂交的辐射偶极天线(10)的内径(13)的三分之一，
-所述无源射频转发器(1、1’、1bis、1bis’、1ter、1ter’、1qua、1qua’)布置成使得第一纵向轴线(11)和第二纵向轴线平行，并且主天线的中间平面(21)位于螺旋弹簧的中心区域，
其特征在于，所述辐射偶极天线(10)包括辐射偶极天线(10)与电子部分(20)垂交的第二区域(102)和辐射偶极天线(10)不与电子部分(20)垂交的第一区域(101、101a、101b)，螺旋弹簧的第一区域(101、101a、101b)中的至少一个环形圈的螺旋节距(P1)与卷绕直径(D1)之间的比值大于0.8，并且辐射偶极天线(10)的螺旋弹簧的第一区域(101、101a、101b)中的每个环形圈的螺旋节距(P1)与卷绕直径(D1)之间的比值小于3，并且无源射频转发器(1、1’、1bis、1bis’、1ter、1ter’、1qua、1qua’)与至少一个胎体增强件层垂交，无源射频转发器(1、1’、1bis、1bis’、1ter、1ter’、1qua、1qua’)的辐射偶极天线(10)的第一纵向轴线(11)与至少一个胎体增强件层的增强件的方向形成至少45度的角度，并且无源射频转发器(1、1’、1bis、1bis’、1ter、1ter’、1qua、1qua’)在轴向上位于胎圈(84)的内端部(841)的外侧，在径向上位于胎圈线(85)的径向最外端部(851)和胎冠增强件(86)的轴向端部(861)之间。
2.根据权利要求1所述的轮胎外胎(100)，其中，所述轮胎外胎(100)包括至少第四弹性体配混物层(92)，所述第四弹性体配混物层(92)相对于参考轴线在轴向上位于至少一个胎体增强件层的主要部分(87)的外侧，并且相对于参考轴线在轴向上位于第二弹性体配混物层(93)和/或第三弹性体配混物层(94)的内侧。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的轮胎外胎(100)，其中，所述轮胎外胎(100)包括至少一个弹性体配混物的气密层(90)，所述弹性体配混物的气密层(90)相对于参考轴线在轴向上最靠近轮胎外胎(100)的内侧，所述轮胎外胎(100)包括第五弹性体配混物层(96)，所述第五弹性体配混物层(96)相对于参考轴线在轴向上位于至少一个胎体增强件层的主要部分(87)的内侧。
4.根据权利要求1所述的轮胎外胎(100)，其中，所述轮胎外胎(100)包括至少一个增强件层，所述增强件层由插入在弹性体配混物的两个表层之间的增强元件形成。
5.根据权利要求1所述的轮胎外胎(100)，其中，所述无源射频转发器(1、1’、1bis、1bis’、1ter、1ter’、1qua、1qua’)部分封装在电绝缘弹性体配混物的块(3a、3b)中。
6.根据权利要求5所述的轮胎外胎(100)，其中，封装块(3a、3b)的拉伸弹性模量小于与所述封装块(3a、3b)相邻的至少一种弹性体配混物的拉伸弹性模量。
7.根据权利要求5至6中任一项所述的轮胎外胎(100)，其中，封装块(3a、3b)的相对介电常数小于10。
8.根据权利要求1所述的轮胎外胎(100)，其中，所述无源射频转发器(1、1’、1ter、1ter’)位于由所述轮胎外胎(100)的弹性体配混物层(91、92、93、94、96)的至少一个表面限定的界面处。
9.根据权利要求8所述的轮胎外胎(100)，其中，界面由另一个弹性体配混物层(91、92、93、94、96)或增强件层限定，所述无源射频转发器(1、1’、1ter、1ter’)位于距构成界面的层的端部至少5毫米的距离处。
10.根据权利要求1所述的轮胎外胎(100)，其中，所述无源射频转发器(1bis、1bis’、1qua、1qua’)位于所述轮胎外胎(100)的弹性体配混物层(91、92、93、94、96)的内部。
11.根据权利要求10所述的轮胎外胎(100)，其中，所述无源射频转发器(1bis、1bis’、1qua、1qua’)的辐射偶极天线(10)的第一纵向轴线(11)垂直于弹性体配混物层(91、92、93、94、96)的厚度。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的轮胎外胎(100)，其中，所述无源射频转发器(1bis、1bis’、1qua、1qua’)位于距弹性体配混物层(91、92、93、94、96)的表面至少0.3毫米的距离处。
13.根据权利要求1所述的轮胎外胎(100)，其中，第二区域(102)的每个环形圈的螺旋节距(P2)与卷绕直径(D2)之间的比值小于或等于0.8。
14.根据权利要求1所述的轮胎外胎(100)，其中，辐射偶极天线(10)的第一节距(P1)大于辐射偶极天线(10)的第二节距(P2)，所述第一节距(P1)对应于辐射偶极天线(10)的第一区域(101、101a、101b)中的螺旋节距，所述第二节距(P2)对应于辐射偶极天线(10)的第二区域(102)中的螺旋节距。
15.根据权利要求1所述的轮胎外胎(100)，其中，所述电子部分(20)放置在辐射偶极天线(10)的内部，辐射偶极天线(10)的第一区域(101、101a、101b)中的第一内径D1’小于辐射偶极天线(10)的第二区域(102)中的第二内径D2’，并且所述电子部分(20)被圆柱体外接，所述圆柱体的旋转轴线平行于第一纵向轴线(11)并且所述圆柱体的直径大于或等于辐射偶极天线(10)的第一内径D1’。
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