ES2314074T3 - Sistema par monotorizar los parametros caracteristicos de un neumatico. - Google Patents
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Abstract
Sistema para detectar por lo menos un parámetro característico de un neumático instalado en un vehículo, que comprende: - una unidad desplazable (3) combinada con dicho neumático (11), - comprendiendo dicha unidad desplazable (3) un dispositivo (32) para detectar dicho por lo menos un parámetro característico y un dispositivo (31) para transmitir fuera del neumático (11) una señal relacionada con dicho por lo menos un parámetro característico, - una unidad fija (2) combinable con dicho vehículo que incluye un dispositivo (21) para recibir señales desde dicha unidad desplazable (3), en el que dicha unidad desplazable (3) comprende una unidad de procesamiento (34) y un dispositivo de almacenamiento (35) que realiza un procesamiento previo de una señal generada mediante dicha dispositivo de detección (32) y envía dicha señal procesada previamente al dicho dispositivo de transmisión (31); caracterizado por el hecho de que dicho unidad desplazable (3) comprende un dispositivo de generación de energía eléctrica (33) capaz de alimentar a dicha unidad de procesamiento (34) y al dicho dispositivo de transmisión (31), en el que dicho dispositivo de generación de energía eléctrica (33) se hace utilizando una tecnología MEMS.
Description
Sistema para monotorizar los parámetros
característicos de un neumático.
La presente invención se refiere a un sistema
para monitorizar por lo menos un parámetro característico de un
neumático instalado en un vehículo.
En particular, la presente invención se refiere
a la posibilidad de detectar parámetros característicos, tales como
por ejemplo la presión, la temperatura y/o las aceleraciones, en el
interior de un neumático utilizando un sensor colocado en el
interior del propio neumático.
Una rueda es la conexión entre el vehículo y la
carretera; realiza la función de proporcionar una suspensión
neumática al vehículo y su carga y proporcionar, a través del
neumático, un comportamiento satisfactorio sobre la carretera. La
suspensión del vehículo se prevé mediante el volumen de aire
comprimido contenido en el interior de la rueda.
Un neumático comprende una estructura toroidal
internamente hueca formada mediante una pluralidad de componentes,
en primer lugar una tela textil o metálica, cuyos bordes están
fijados a por lo menos un par de núcleos de refuerzo anulares
conocidos como alambres de talón, que son circunferencialmente
inextensibles y está insertados en dos talones, cada uno definido a
lo largo de un borde circunferencial interno de la carcasa para el
anclaje del neumático a la correspondiente llanta de soporte.
La tela de carcasa incluye una estructura de
soporte que se extiende axialmente desde un talón al otro para
formar una estructura toroidal que comprende una pluralidad de
cuerdas textiles o metálicas incrustadas en una capa de material
elastomérico. En los neumáticos del tipo llamado "radial", las
cuerdas citadas anteriormente están colocadas esencialmente en
planos que contienen el eje de rotación del neumático.
La formación de un anillo alrededor de esta
carcasa es una superestructura anular conocida como estructura de
cintura, normalmente hecha de una o más bandas de tejido cauchutado
enrolladas una sobre la otra para definir un llamado "paquete de
cintura", y una banda la rodadura de material elastomérico
envuelta alrededor del paquete de cintura y moldeada con un diseño
en relieve para el contacto la rodadura del neumático con la
carretera. Dos flancos laterales elastoméricos están tan bien
colocados sobre la carcasa, en posiciones laterales axialmente
opuestas, extendiéndose cada uno radialmente hacia el exterior desde
el borde superior del correspondiente talón.
En los neumáticos del tipo llamado "sin
tubo", es decir, aquellos que no requieren ningún tubo interno
cuando están en uso, la superficie interna de la carcasa están
normalmente cubierta con un llamado "revestimiento", que es
una o más capas de material elastomérico impermeables al aire.
Finalmente, la carcasa puede incluir otros componentes conocidos,
es decir bordes, tacos y rellenos dependiendo del diseño particular
del neumático.
Una rueda de vehículo neumática comprende un
neumático que define una cavidad toroidal y está montada sobre una
llanta correspondiente, que tiene una superficie interior provista
de un hueco central y dos asientos de talón contra los cuales los
talones el neumático topa en el que están axialmente definidos entre
una superficie radial de extremo (lateral) en una posición
axialmente externa y un saliente anular opuesto axialmente interno,
y bloquea el talón en el asiento correspondiente.
En un neumático "sin tubo", el aire
comprimido está contenido entre el neumático y la llanta de soporte.
El revestimiento sobre la superficie interna del neumático mantiene
el aire a presión en el interior del neumático. Este neumático se
hincha a través de una válvula de hinchado, que usualmente está
colocada sobre el centro de dicha
llanta.
llanta.
Un neumático de este tipo se describe por
ejemplo en la solicitud de patente EP 928680.
Otra manera de mantener la capacidad de
suspensión del neumático es utilizar un tubo interno insertado entre
el neumático y la llanta e hincharse con aire comprimido que se
indica al interior del tubo a través de una válvula de hinchado que
sobresale a través de la rueda.
El tubo interno, insertado entre el neumático y
la llanta, comprende un cuerpo tubular expansible para proporcionar
una forma tórica. Está generalmente hecho de material elastomérico y
se inserta a través de una válvula de hinchado.
La válvula de hinchado del tubo interno incluye
usualmente una base para su fijación al tubo interno y una cubierta
cilíndrica (canilla) fijada a la base y que contiene el mecanismo
que se ha de activar para las operaciones de hinchado y
deshinchado.
Un neumático hinchado de manera incorrecta la
eficiencia del vehículo: en particular, provoca un consumo de
combustible aumentado, una manipulación más pobre y un mayor
desgaste del neumático, para citar solamente unos pocos de los
inconvenientes más serios.
Por lo tanto, es de la máxima importancia poder
monitorizar de manera continua la presión en los neumáticos del
vehículo. Además, si se desea comprobar el comportamiento de un
neumático en movimiento, se pueden monitorizar otros parámetros,
tal como, por ejemplo, las aceleraciones y las deformaciones que se
producen en el interior de un neumático.
La patente US 5.540.092 describe un sistema para
monitorizar la presión en un neumático que comprende una unidad de
detección de presión y una unidad para transmitir una señal
codificada al vehículo en el cual está instalado el neumático. La
unidad de transmisión se puede montar en el interior o en el
exterior del neumático. La transferencia de esa señal codificada se
realiza mediante el acoplamiento inductivo entre la unidad de
transmisión y una antena fija. Una batería alimenta esta unidad de
transmisión.
La patente US 5.562.787 describe un
procedimiento para monitorizar las condiciones de un neumático del
vehículo, por ejemplo, la presión y la temperatura del aire en el
neumático. El procedimiento utiliza un dispositivo autoalimentado
programable montado en la superficie interna del neumático o que
insertado en la pared de la llanta sobre la cual se monta el
neumático. El dispositivo comprende una fuente de energía que puede
estar activa o inactiva utilizando un dispositivo de conmutación,
un sensor para monitorizar dicha información, un circuito
integrado, un amplificador y una antena. Un
transmisor-receptor situado en el vehículo o en una
posición remota interroga el dispositivo autoalimentado programable,
que responde con una señal de radiofrecuencia que contiene la
información requerida. El dispositivo autoalimentado programable
selectiva mediante dicho transmisor / receptor remoto, que instruye
al dispositivo de conmutación para hacer activa la fuente de
energía.
La patente US 6.217.683 describe un dispositivo
de monitorización de un neumático, en el cual un modelo para
monitorizar la información sobre el estado del neumático se inserta
en el propio neumático y está fijado en la superficie interna del
neumático mediante un mecanismo de fijación. Este mecanismo de
fijación comprende una parte fija fijada la superficie de la
carcasa del neumático, y otra parte fijada a dicho módulo. Dichas
primera y segunda partes mantienen junto dicho módulo en contacto
con la superficie interna de la carcasa del neumático. Una
aplicación del sistema de monitorización es medir la presión del
neumático. La medición se transmite al exterior mediante una señal
de radiofrecuencia.
La solicitud de patente WO 9929524 describe un
sensor de presión de un neumático encapsulado el material
elastomérico y fijado en la zona toroidal del neumático,
preferiblemente en la proximidad el plano ecuatorial de dicho
neumático. El sensor está fijado a la superficie interna del
neumático mediante un adhesivo o está fijado mediante el curado del
material elastomérico durante la fabricación del neumático.
La solicitud de patente DE 4402136A1 describe un
sistema para determinar los parámetros operativos de un neumático.
El sistema comprende una unidad portadora integrada en el neumático
y que tienen dos cuerpos portadores con un separador dispuesto
entre los mismos. Una unidad de sensor está dispuesta en el
neumático o en uno o los dos cuerpos portadores y tiene por lo
menos un detector y una unidad electrónica de evaluación. Un
elemento piezoeléctrico está montado sobre un cuerpo portador y
proporcionar energía a los componentes del sistema y actúa como un
sensor para las rotaciones del neumático. Un circuito semiconductor
integrado está montado sobre un cuerpo portador y tiene una unidad
de suministro de tensión, una unidad opuesta, una unidad de memoria,
una unidad de evaluación de la temperatura y una unidad de salida.
Una unidad de comunicaciones de datos está montada sobre el cuerpo
portador.
La patente US 6087930 describe un transponder de
circuito integrado activo con un suministro de energía de a bordo
que está montado en o sobre un neumático del vehículo. Un sensor de
presión, un sensor de temperatura y un sensor de rotación del
neumático están montados sobre un substrato junto con el chip del
transponder del circuito integrado, el suministro de energía y una
antena. Al recibir una señal de interrogación desde una fuente
remota, el transponder activa los sensores para detectar la presión
del neumático y la temperatura y transmite una señal de frecuencia
de radio codificada a la fuente remota que contiene la
identificación codificada en serie del neumático, la posición del
neumático en el vehículo, la presión actual del neumático, la
temperatura actual del neumático y las revoluciones acumuladas del
neumático, así como los valores máximos y/o mínimos de la presión y
temperatura del neumático encontrados durante un período de tiempo
predeterminado y otra información específica del neumático.
El solicitante observado que los procedimientos
citados anteriormente para medir los parámetros característicos de
un neumático requieren dispositivos para transmitir fuera del
neumático una señal correspondiente a las mediciones realizadas. La
información asociada con esta señal se decodifica fuera del
neumático.
El solicitante ha apreciado que la cantidad de
información asociada con la detección de los parámetros
característicos de un neumático es tal que requiere la transmisión
de una señal que tiene una banda de paso extendida. En particular,
para transmitir una señal recogida desde el neumático, tal como una
señal de aceleración, que se puede decodificar fuera del neumático
de interpretar de una manera comprensible, la transmisión de la
muestra de esta señal sede producir con una frecuencia de por lo
menos 6 kHz (por lo menos una muestra cada 1,6 x 10^{-4}
segundos). Por ejemplo, cada muestra requiere la transmisión de por
lo menos 10 bits (8 bits información más 2 bits de control),
necesitando así la transmisión de 60.000 bits/segundo.
La recomendación 70-03 publicada
por el Comité de comunicaciones de radio europeo (ERC) en abril de
2002, que gobierna el uso de radiofrecuencias para su uso en
automóviles, citan como frecuencia que se puede utilizar para este
propósito una frecuencia de 432,9 MHz. En esta frecuencia, vista de
las limitaciones impuestas mediante el estándar, se pueden enviar
unos 40.000 bits/segundo de información. Esta cantidad, por lo
tanto, es insuficiente para la interpretación comprensible descrita
anteriormente.
Además, el solicitante observado que para
transmitir esta cantidad de información desde el interior del
neumático se requiere una energía eléctrica suficiente que esté
disponible en el interior del neumático, por ejemplo, 0,5 W. Esta
energía eléctrica se puede suministrar mediante una batería grande y
pesada, que por supuesto sería difícil de instalarse en el interior
de un neumático.
El solicitante ha encontrado que sí una señal
detectada se procesa previamente en el interior del neumático y a
continuación se envía, la cantidad de información que se necesita
transmitir al exterior es compatible con la capacidad y un receptor
fuera del neumático para reconstruir la señal detectada. Además, la
cantidad de energía eléctrica necesaria para transmitir esta señal
procesada previamente fuera del neumático es mucho menor que la
cantidad de energía eléctrica necesaria para transmitir la señal no
procesada.
El solicitante también encontrado que generando
la energía eléctrica necesaria para detectar estos parámetros,
codificando las señales correspondientes y transmitiendo estas
señales después de su codificación o procesamiento previo en el
interior del neumático, no hay necesidad de utilizar baterías que
requieren el reemplazo periódico y el consiguiente trabajo de un
técnico entrenado para realizar este reemplazo. Esta energía
eléctrica se genera convenientemente explotando el movimiento del
neumático.
La unidad desplazable es de pequeñas dimensiones
y con un peso limitado y, por lo tanto, tiene poca influencia sobre
el comportamiento del neumático mientras el vehículo está en
movimiento y se puede producir utilizando tecnología MEMS (sistemas
micro-electro-mecánicos), con lo
cual los componentes mecánicos y los componentes electrónicos se
pueden integrar sobre el mismo substrato (lámina). Para hacer un
dispositivo con tecnología MEMS, se utiliza una lámina,
preferiblemente de silicio, sobre la cual las estructuras
micromecánicas integradas con estructuras electrónicas para
controlar/procesar una señal eléctrica conectada con dicha
estructura mecánica se hacen mediante fotolitografía seguida
mediante grabado químico.
Un primer aspecto de la presente invención se
refiere un sistema para detectar por lo menos un parámetro de un
neumático instalado en un vehículo que comprende las características
de la reivindicación 1.
Otro aspecto de la presente invención se refiere
a una unidad desplazable para detectar por lo menos un parámetro
característico de un neumático instalado en un vehículo con las
características de la reivindicación 14.
Otro aspecto adicional de la presente invención
se refiere a una rueda de vehículo con las características de la
reivindicación 15.
Realizaciones preferidas de la invención se
definen en las reivindicaciones dependientes.
Otras características y ventajas encontrarán en
la descripción detallada de una realización preferida pero no
exclusiva de la presente invención en sus diferentes aspectos.
Esta descripción se dará a continuación con
referencia a los dibujos adjuntos, que se suministran puramente por
motivos de guía y, por lo tanto, no son limitativos. En los
dibujos:
La figura 1 es una sección transversal a través
de un neumático montado sobre su llanta de soporte con una unidad
desplazable insertado en su interior;
La figura 2 es un diagrama de bloques de una
unidad fija de dicho sistema de detección según la invención
combinado con un vehículo;
La figura 3 es un diagrama de bloques de dicha
unidad desplazable de dicho sistema de detección según la invención
combinada con un neumático;
La figura 4 es una vista en despiece
tridimensional esquemática de dicha unidad desplazable;
La figura 5 es una vista en despiece esquemática
de un dispositivo para generar energía eléctrica integrado en dicha
unidad desplazable.
La figura 1 muestra a modo de ejemplo una rueda
1 que comprende un neumático 11, del tipo convencionalmente
conocido como "sin tubo", es decir, que no tiene ningún tubo
interno, y una llanta de soporte 12. Éste neumático se hincha a
través de una válvula de hinchado 13 tiene a modo de ejemplo está
colocada, de una manera conocida por sí misma, en el centro de
dicha llanta.
El neumático consiste en una estructura toroidal
internamente hueca formada mediante una pluralidad de componentes -
en primer lugar mediante una carcasa textil o metálica que tiene dos
talones 14 y 14', definido cada uno a lo largo de un borde
circunferencial interno de la carcasa para soportar el neumático
sobre su llanta de soporte 12. Dicha carcasa comprende por lo menos
un par de núcleos de refuerzo anulares 15 y 15' conocidos como
alambres de talón, que se insertan en dichos talones.
La carcasa incluye una estructura de soporte
hecha de una tela de refuerzo 16 que contiene cuerdas textiles o
metálicas. Esta tela está colocada axialmente entre un talón y el
otro para proporcionar un perfil toroidal, y sus bordes están cada
uno conectados a un alambre de talón correspondiente.
En el tipo de neumático en llamado radial, las
cuerdas anteriores están dispuestas más o menos en planos que
contienen el eje de rotación del neumático.
La formación de un anillo alrededor de esta
carcasa es una estructura anular 17, conocida como estructura de
cintura, normalmente hecha de una o más bandas de tejido cauchutado
enrolladas una sobre la otra para definir un llamado "paquete de
cintura", y una banda de rodadura 18 de materia elastomérico
envuelta alrededor del paquete de cintura y moldeada por un diseño
el relieve para el contacto de rodadura del neumático con la
carretera. Dos flancos elastoméricos 19 y 19' están también
colocado sobre la carcasa, en posiciones laterales axialmente
opuestas, extendiéndose cada uno radialmente hacia el exterior desde
el borde externo del talón correspondiente.
En el tipo de neumático llamado "sin tubo",
la superficie interna de la carcasa anormalmente cubierta con un
revestimiento 111, es decir, una o más capas de material
elastomérico impermeables al aire. Finalmente, la carcasa puede
incluir otros componentes conocidos, es decir, bordes, tacos y
rellenos dependiendo del diseño particular del neumático.
Estos componentes juntos determinan las
características mecánicas de elasticidad, rigidez y resistencia a
la deformación del neumático, que constituye la conexión entre el
sistema de fuerzas aplicado a neumático y la magnitud de las
deformaciones correspondientes que sufre.
Debe indicarse que, para los propósitos de la
presente descripción, el término "material elastomérico"
significa un compuesto formado a partir de por lo menos una base de
polímero amalgamada de manera apropiada con rellenos de refuerzo
y/o aditivos del proceso de varios tipos.
El sistema para monitorizar los parámetros
característicos de un neumático instalado en un vehículo, según la
presente invención, que comprende una unidad fija 2 situada
preferiblemente en dicho vehículo y una unidad desplazable 3
combinada con dicho neumático.
La figura 2 es un diagrama de bloques de dicha
unidad fija 2, que comprende preferiblemente un dispositivo de la
recepción 21 para recibir las señales desde dicha unidad
desplazable, y una antena de recepción 22.
El dispositivo de rotación comprende
preferiblemente un receptor de radiofrecuencia conectado a dicha
antena y también preferiblemente un dispositivo demodulador
eléctrico.
La energía eléctrica requerida para alimentar
dicha unidad se puede suministrar preferiblemente de manera directa
mediante la batería del vehículo a través de un circuito de
conducción adecuado (no representado). Además, dicha unidad fija se
comunica ventajosamente con dispositivos adecuados montados a bordo
del vehículo para mostrar dichos parámetros detectados. Por
ejemplo, la presión de hinchado se puede mostrar ventajosamente
sobre el tablero del vehículo en una pantalla especial.
Dicha unidad desplazable 3, representada en un
diagrama de bloques en la figura 3, comprende un dispositivo de
transmisión 31 para transmitir señales a dicha unidad fija y un
dispositivo de detección 32 para detectar los parámetros
característicos de un neumático - este comprende por lo menos un
sensor para medir estos parámetros.
Ejemplos de dicho por lo menos un sensor son un
sensor de presión, un sensor de temperatura, un sensor de
aceleración, un sensor de movimiento de rotación (el número de
revoluciones del neumático) o combinaciones de los mismos.
Esta unidad desplazable también incluye una
unidad de procesamiento (procesador) 34 y un dispositivo de memoria
35. Este dispositivo de memoria puede contener instrucciones
almacenadas previamente para la unidad de procesamiento y también
puede controlar posiciones de memoria que se pueden volver a
escribir, en las cuales se puede almacenar información sobre las
mediciones tomadas por los sensores. Un dispositivo para la
distribución de la energía eléctrica 36 distribuye preferiblemente
de una manera apropiada a dicha unidad de procesamiento, dicho
dispositivo de memoria, dicho dispositivo para transmitir a dicha
unidad fija, y dicho dispositivo para detectar la energía eléctrica
necesaria para su funcionamiento.
En el interior de esta unidad desplazable, las
señales detectadas mediante los sensores se pueden codificar o
procesar previamente de una manera adecuada para su transmisión
fuera del neumático. Por ejemplo, se pueden asociar con un código
que identifica el neumático particular, para evitar confusión con
señales similares que provienen de los otros neumáticos del
vehículo.
Esta codificación o procesamiento previo también
hace posible enviar fuera del neumático, mediante dicho dispositivo
de transmisión, una señal procesada previamente que contiene una
cantidad de información compatible con la capacidad y un receptor
fuera del neumático para interpretar esta señal de una manera
comprensible.
\global\parskip0.930000\baselineskip
La interpretación comprensible de esta señal
significa que a partir de dicha señal un dispositivo de
decodificación externo a neumático, por ejemplo contenido en la
unidad fija, puede reconstruir el perfil de la señal detectada para
determinar, por ejemplo, el mínimo y el máximo.
Un ejemplo de codificación o procesamiento
previo se indica a continuación para una señal relacionada con la
aceleración triaxial de un punto del neumático (con referencia a un
sistema de tres ejes cartesianos x, y y z).
Esta señal representa los tres componentes de la
aceleración de este punto a_{x}, a_{y} y a_{z} respecto al
dicho sistema de tres ejes cartesianos. Dicha señal se filtra
preferiblemente (por ejemplo mediante un filtro de "paso bajo"
para filtrar las frecuencias altas no significativas). También se
puede realizar un cálculo RSM (raíz cuadrada promedio), que es un
cálculo que proporciona una indicación instantánea de cuanto
difiere el valor máximo de la señal de su valor medio. Otra etapa de
procesamiento diferencia la señal respecto al tiempo para encontrar
los valores máximo y promedio. Estas etapas de procesamiento se
realizan preferiblemente después de que la señal recibida desde el
correspondiente sensor se haya convertido en una señal digital, ya
que estas operaciones digitales se pueden realizar mediante software
simplemente recuperando de dicha memoria un procedimiento
almacenado que contiene las instrucciones para dicha unidad de
procesamiento.
Habiendo tenido los valores, expresados en forma
digital mediante un número adecuado de bytes, en el ejemplo
descrito, éstos se comparan entre sí para calcular el coeficiente de
fricción entre el neumático y el suelo (y esto a su vez se
expresará mediante un número adecuado de bytes). Este número se
envía al transmisor, y el transmisor lo transmite a la unidad fija
montada en el vehículo.
Otras etapas de procesamiento previo se realizan
por ejemplo sobre una señal correspondiente a la lectura de la
presión, que se puede comparar con una presión de hinchado correcta
nominal para una temperatura dada almacenada previamente en esa
memoria no volátil. El resultado de esta comparación se puede enviar
fuera del neumático solamente si la presión de hinchado real está
distanciada de la presión nominal en un valor predeterminado.
Esta unidad desplazable está preferiblemente
hecha mediante tecnología MEMS (sistemas
micro-electro-mecánicos). Esta
tecnología es posible integrar los componentes mecánicos
electrónicos sobre el mismo substrato (lámina) en una cantidad
extremadamente pequeña de espacio. Para hacer un dispositivo
utilizando tecnología MEMS, se producen estructuras micromecánicas
integradas con estructuras electrónicas capaces de
controlar/procesar la señal eléctrica conectada con dicha
estructura mecánica, mediante fotolitografía seguida mediante
grabado químico, sobre un sustrato, preferiblemente de silicio.
Un ejemplo de tecnología MEMS se describe, por
ejemplo, en el documento titulado "Adaptando fundiciones de
módulos de múltiples chips para empaquetado MEMS", publicado por
parte del International Journal of Microcircuits and Electronic
Packaging, volumen 21, número 2, páginas 212-218,
publicado en 1998.
La ventaja principal de la tecnología MEMS es la
capacidad de crear estructuras extremadamente pequeñas en una
escala de producción en masa. Por ejemplo, es posible producir
simultáneamente sobre una única lámina de silicio, miles de copias
del mismo componente MEMS. Además, los componentes individuales se
hacen ventajosamente a partir de silicio de un único cristal y su
óxido. De esta manera, la calidad de las superficies obtenidas hace
las características de los componentes casi "ideales" en
términos de resistencia mecánica.
A modo de ejemplo, indicamos a continuación las
etapas necesarias para crear un sensor de acelerómetro MEMS, que se
fabrica mediante la creación de una pequeña "masa suspendida"
sobre la superficie de dicha lámina de silicio. Estas etapas
comprenden:
- dibujar sobre dicha lámina, mediante procesos
de fotolitografía, un área que corresponde con la masa suspendida y
su elemento de soporte;
- dopar dicha área con agentes químicos, tales
como óxido de boro o de silicio, y a continuación sumergirla en
ácido hidroflúorico para hacerlo relativamente inerte ha grabado
químico;
- grabar químicamente la lámina para retirar el
silicio de alrededor de la masa y su soporte, creando un canal
abierto alrededor de la masa;
- generar una pequeña cavidad, en la cual se
deja suspendida dicha masa; y
- crear alrededor de dicha cavidad, mediante
procesos similares a los utilizados para la fabricación de circuitos
integrados, circuitos capaces de medir la distancia entre la masa
suspendida y el fondo de la cavidad en la cual se inserta.
Esta distancia corresponde a una medida de la
fuerza que actúa sóbrela masa que dobla el soporte de la masa, y
así proporciona una medida de la aceleración.
Un acelerómetro producido mediante este
procedimiento ocupa un volumen, incluidos sus componentes
electrónicos de control, de no más de 2,5 x 2,5 x 0,25 mm. Así, se
pueden producir 1500-2000 acelerómetros sobre una
lámina de silicio de 6''.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Un sensor de presión contenido en dicho
dispositivo de detección se puede producir mediante técnicas MEMS,
creando un diafragma de silicio que se deforma mediante la presión
del aire en el interior del neumático que actúa sobre una cara
expuesta. La deformación se mide como un cambio en la capacitancia
entre el diafragma y una superficie conductora fija.
Un sensor de aceleración se puede producir de
una manera similar mediante técnicas MEMS, insertando en un
diafragma de silicio una masa que, o no se somete a aceleración,
sufre la acción de una fuerza igual al producto de la masa bajo la
aceleración. Como antes, la deformación del diafragma se puede medir
como un cambio en la capacitancia.
En general, todos los sensores citados
anteriormente se pueden fabricar mediante tecnología MEMS sobre el
mismo substrato. De una manera similar, las tecnologías MEMS se
pueden utilizar para producir sobre este substrato según, por
ejemplo, el diagrama de la figura 4, todos los dispositivos que
comprenden la estación desplazable.
Una estructura posible para dicha unidad
desplazable se describe en la figura 4. En particular, dicha unidad
desplazable se fabrica preferiblemente sobre un substrato, sobre el
cual se colocan los diferentes componentes.
La unidad desplazable en la figura 4 comprende
preferiblemente un dispositivo de generación de energía eléctrica
33 que genera energía eléctrica en respuesta a las tensiones a las
cuales se somete la unidad desplazable (tal como la fuerza
centrífuga o las deformaciones de la superficie interna del
neumático). Este dispositivo está preferiblemente fabricado sobre
el mismo substrato que los sensores, la unidad de procesamiento
(procesador) 34 y el dispositivo de memoria 35.
El dispositivo se puede fabricar utilizando una
tecnología MEMS. En particular, se conoce a partir del documento
titulado "Desarrollo de un microgenerador electromagnético"
publicado en el diario Electronics Letters, agosto de 1997, que tan
pronto como dos placas de un condensador se mueven entre sí,
previendo que la carga eléctrica (proporcionada previamente al
condensador) que pasa a través de las placas es constante, la
tensión entre las dos placas aumenta.
Según la presente invención, se produce un
sistema en el interior de este substrato, la cual una placa del
condensador está fija y la segunda está conectada a un muelle de
amortiguación. Cuando se aplica una vibración a la superficie
"oscilante" de la segunda placa, el condensador bombea energía
eléctrica desde un nivel potencial bajo a un nivel más alto. El
potencial mayor se puede almacenar entonces ventajosamente en un
recipiente de capacidad aislado para su uso si es necesario.
Un ejemplo de este dispositivo creado sobre un
substrato tal como se ha descrito anteriormente se ilustra en la
figura 5. Este dispositivo comprende dos soportes fijos 51, 51', a
cada uno de los cuales está fijada una placa de metal fija 52 ó
52', y un soporte desplazable 53 al cual está fijada una placa de
metal desplazable 54.
Dicho soporte desplazable está conectado a
dichos dos soportes fijos mediante dos muelles 55 y 55'. Este par
de muelles permite que el soporte desplazable 53 y la placa
desplazable 54 se muevan en dos direcciones, indicadas en la figura
5 mediante la flecha doble F. El movimiento de este soporte
desplazable en dicha dirección está limitado mediante dos topes de
extremo opuestos 56 y 56'. Dichos dos soportes fijos 51, 51' están
preferiblemente fijados a dicha substrato (no mostrado en la figura
5). Cuando el neumático rueda, las tensiones a las cuales está
sometido producen el movimiento citado anteriormente de la placa
desplazable respecto a las dos placas fijas, generalmente en las
dos direcciones de la flecha doble F, figura 5. Las placas
desplazable si fija forman un condensador que tiene una capacidad
de carga predeterminada. El condensador se puede cargar previamente
antes de que la unidad desplazable se coloque en el neumático para
suministrar brevemente una tensión al condensador. Las tensiones
que actúan sobre el neumático movimiento, especialmente aquellas
debidas a la aceleración y desaceleración del neumático, generan el
movimiento citado anteriormente de las placas determinando una
diferencia de potencial en los terminales del condensador. La
diferencia de potencial obtenida se almacena en el dispositivo de
distribución 36, que lo hace disponible a los otros dispositivos de
la unidad desplazable.
El substrato puede estar cubierto mediante un
recubrimiento externo que se extiende preferiblemente sobre toda la
superficie de dicha unidad desplazable, excepto para una porción
correspondiente a la posición de las áreas sensibles de los
sensores, ya que estas áreas deben estar en comunicación con el
volumen del cual se miden dichos parámetros característicos.
Este recubrimiento externo sirve para producir
una unión esencialmente estable entre dicha unidad desplazable y la
superficie interna del neumático.
Esta unidad desplazable está preferiblemente
fijada a la superficie interna del neumático en el área de la
corona del neumático mediante un adhesivo adecuado, que asegurará
que las tensiones citadas anteriormente que actúan sobre el
neumático no separan la unidad de la superficie interna del
neumático.
La unidad desplazable es pequeña y ligera. Pesa
preferiblemente menos de 5 gramos y tiene un volumen máximo ocupado
de 2 cm^{3}. Esta unidad desplazable no influenciará en el
equilibrio del neumático cuando está en rotación.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto
el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este
respecto.
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Claims (23)
-
\global\parskip0.920000\baselineskip
1. Sistema para detectar por lo menos un parámetro característico de un neumático instalado en un vehículo, que comprende:- una unidad desplazable (3) combinada con dicho neumático (11),- comprendiendo dicha unidad desplazable (3) un dispositivo (32) para detectar dicho por lo menos un parámetro característico y un dispositivo (31) para transmitir fuera del neumático (11) una señal relacionada con dicho por lo menos un parámetro característico,- una unidad fija (2) combinable con dicho vehículo que incluye un dispositivo (21) para recibir señales desde dicha unidad desplazable (3),en el quedicha unidad desplazable (3) comprende una unidad de procesamiento (34) y un dispositivo de almacenamiento (35) que realiza un procesamiento previo de una señal generada mediante dicha dispositivo de detección (32) y envía dicha señal procesada previamente al dicho dispositivo de transmisión (31);caracterizado por el hecho de que dicho unidad desplazable (3) comprende un dispositivo de generación de energía eléctrica (33) capaz de alimentar a dicha unidad de procesamiento (34) y al dicho dispositivo de transmisión (31), en el que dicho dispositivo de generación de energía eléctrica (33) se hace utilizando una tecnología MEMS. - 2. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de almacenamiento (35) comprende por lo menos un procedimiento almacenado previamente capaz de realizar dicho procesamiento previo de dicha señal.
- 3. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicha señal relacionada con dicho por lo menos uno de dichos parámetros característicos se convierte en una señal digital mediante dicha unidad de procesamiento (34).
- 4. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de detección (32), dicho dispositivo de transmisión (31), dicha unidad de procesamiento (34) y dicho dispositivo de almacenamiento (35) se producen sobre un substrato.
- 5. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de generación (33) comprende un condensador que se carga asimismo con energía eléctrica en respuesta a las tensiones mecánicas aplicadas a dicha neumático (11).
- 6. Sistema según la reivindicación 5, en el que dicho condensador comprende una placa fija (52, 52') y una placa desplazable (54) que se mueven entre sí en respuesta a dichas tensiones.
- 7. Sistema según la reivindicación 6, en el que dicha placa fija (52, 52') y dicha placa desplazable (54) varían su distancia entre sí en respuesta a dichas tensiones.
- 8. Sistema según la reivindicación 6, en el que dicha placa fija (52, 52') y dicha placa desplazable (54) están conectadas entre sí mediante un par de muelles (55, 55').
- 9. Sistema según la reivindicación 6, en el que dicha placa fija (52, 52') y dicha placa desplazable (54) están conectadas a un soporte fijo (51, 51') y a un soporte desplazable (53), respectivamente.
- 10. Sistema según la reivindicación 6, en el que el movimiento de esta placa desplazable (54) está limitado mediante un par de elementos de tope de extremo (56, 56').
- 11. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de detección (32), dicho dispositivo de transmisión (31), dicha unidad de procesamiento (34) y dicho dispositivo de generación (33) se producen sobre un substrato.
- 12. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de detección (32) comprende un sensor de aceleración.
- 13. Sistema según la reivindicación 12, en el que dicho sensor de aceleración está hecho mediante tecnología MEMS.
- 14. Unidad desplazable para detectar por lo menos un parámetro característico de un neumático instalado en un vehículo que comprende un dispositivo (32) para detectar por lo menos un parámetro característico y un dispositivo (31) para transmitir fuera del neumático (11) una señal relacionada con dicho por lo menos un parámetro característico,en el que comprendeuna unidad de procesamiento (34) y un dispositivo de almacenamiento (35) que realiza un procesamiento previo de una señal generada mediante dicho dispositivo de detección (32) y envía dicha señal procesada previamente al dicho dispositivo de transmisión (31);caracterizado por el hecho de que dicha unidad desplazable (3) comprende un dispositivo de generación de energía eléctrica (33) capaz de alimentar a dicha unidad de procesamiento (34) y a dicho dispositivo de transmisión (31), en el que dicho dispositivo de generación de energía (33) está hecho utilizando una tecnología MEMS.
- 15. Rueda del vehículo que comprende- un neumático (11),- una llanta de soporte (12) para dicho neumático (11),- una unidad desplazable (3) combinada con dicho neumático (11),- un dispositivo (32) para detectar por lo menos un parámetro característico de dicho neumático (11) y un dispositivo (31) para transmitir fuera del neumático (11) una señal relacionada con dicho por lo menos un parámetro característico,en el que dicha unidad desplazable (3) comprendeuna unidad de procesamiento (34) y un dispositivo de almacenamiento (35) que realiza un procesamiento previo de una señal generada mediante dicho dispositivo de detección (32) y envía dicha señal procesada previamente al dicho dispositivo de transmisión (31);caracterizada por el hecho de que dicha unidad desplazable (3) comprende un dispositivo de generación de energía eléctrica (33) capaz de alimentar a dicha unidad de procesamiento (34) y a dicho dispositivo de transmisión (31), en el que dicho dispositivo de generación de energía (33) está hecho utilizando una tecnología MEMS.
- 16. Rueda según la reivindicación 15, en el que dicho dispositivo de almacenamiento (35) comprende por lo menos un procedimiento almacenado previamente capaz de realizar dicho procesamiento previo de dicha señal.
- 17. Rueda según la reivindicación 15, en la que dicha señal relacionada con dicho por lo menos uno de dichos parámetros característicos se convierte en una señal digital mediante dicha unidad de procesamiento (34).
- 18. Rueda según la reivindicación 15, en la que dicho dispositivo de detección (32), dicho dispositivo de transmisión (31), dicha unidad de procesamiento (34) y dicho dispositivo de almacenamiento (35) se producen sobre un substrato.
- 19. Rueda según la reivindicación 15, en la que dicho dispositivo de generación (33) comprende un condensador que se carga asimismo con energía eléctrica en respuesta a las tensiones mecánicas aplicadas a dicha neumático (11).
- 20. Rueda según la reivindicación 19, en la cual dicho condensador comprende una placa fija (52, 52') y una placa desplazable (54) que se mueven entre sí en respuesta a dichas tensiones.
- 21. Rueda según la reivindicación 15, en la que dicho dispositivo de detección (32), dicho dispositivo de transmisión (31), dicha unidad de procesamiento (34) y dicho dispositivo de generación (33) se producen sobre un substrato.
- 22. Rueda según la reivindicación 15, en la cual dicho dispositivo de detección (32) comprende un sensor de aceleración.
- 23. Rueda según la reivindicación 22, en la que dicho sensor de aceleración se hace mediante tecnología MEMS.
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