TWM600940U

TWM600940U - 輪胎狀況監測結構

Info

Publication number: TWM600940U
Application number: TW109207312U
Authority: TW
Inventors: 林義雄
Original assignee: 益力半導體股份有限公司
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-09-01

Abstract

本創作提供一種輪胎狀況監測結構，包括：一輪胎、以及一輪胎狀況感測器。該輪胎，包含一鋼絲環帶層。該輪胎狀況感測器，包括一感測器本體、一通訊模組、以及一連接至該感測器本體及該通訊模組的控制晶片，該感測器本體係埋入該輪胎的內裡或直接設置於該輪胎的內側腔室的周面。其中，該鋼絲環帶層係作為該通訊模組的天線，該通訊模組與一外部之輪胎狀況讀取器於頻率上相互對應以產生電磁共振耦合並供電至該控制晶片。本創作可應用於汽車傳感器，且本創作利用一般輪胎既有的鋼絲環帶層作為通訊模組的天線，具有天線面積大、趨動功率大的優勢。

Description

輪胎狀況監測結構

本創作係關於一種輪胎狀況監測結構，特別係一種可完全沒入輪胎內，並以輪胎內之鋼絲環帶層作為天線的輪胎狀況監測結構。

現今汽車技術對於電子化的需求不斷提高，而汽車傳感器可把車輛運行時的各種訊息諸如：車速、轉速、各部件溫度等，轉化為電訊號傳輸給汽車計算機，以使車輛可保持在良好的工作狀態，亦即，汽車傳感器可把光、電、時間、溫度、壓力及氣體等物理量或化學量轉換為訊號，是汽車電控系統的一種關鍵輸入裝置，汽車傳感器較常見的應用如：溫度傳感器、壓力傳感器、空氣流量計、曲軸位置傳感器、氧傳感器、爆震傳感器、車速傳感器等。

在傳感器的能量傳輸方面，習知以電磁感應作為能量傳輸技術的缺陷在於，若少了磁性材料的束縛，發射線圈與接收線圈間的耦合度低，傳輸效率備受考驗；而使用電磁共振雖可達到相對於電磁感應稍佳的傳輸功率，但整體傳輸效率仍有待改善。

此外，習知胎外式傳感器不僅失竊機率高，也易於受外部環境影響而使汽車傳感器損壞，若汽車在缺失汽車傳感器的狀況下運行，可能造成汽車安全存在相當大的風險。

有鑑於此，為解決上述問題，本創作之主要目的在於提供一種輪胎狀況監測結構，包括：一輪胎，包含一鋼絲環帶層；以及一輪胎狀況感測器，包括一感測器本體、一通訊模組、以及一連接至該感測器本體及該通訊模組的控制晶片，該感測器本體係埋入該輪胎的內裡或直接設置於該輪胎的內側腔室的周面；其中，該鋼絲環帶層係作為該通訊模組的天線，該通訊模組與一外部之輪胎狀況讀取器於頻率上相互對應以產生電磁共振耦合並供電至該控制晶片。

於一較佳實施例中，該輪胎狀況感測器係為汽車傳感器。

於一較佳實施例中，更進一步包括一連接至該控制晶片的電源供應器，該電源供應器係連接至該通訊模組並由該通訊模組獲取耦合於該輪胎狀況讀取器所產生的電流。

於一較佳實施例中，該通訊模組係為被動式射頻識別標籤(Radio Frequency Identification, RFID)通訊模組、GSM通訊模組、藍芽通訊模組、Wifi通訊模組、或Zigbee通訊模組。

於一較佳實施例中，於該輪胎狀況感測器係一種胎壓感測器，且該感測器本體為埋入式的態樣中，該輪胎對應於該感測器本體的位置係設置有一連通至輪胎內部腔室的氣道，對準至該感測器本體上的壓力接收端。

於一較佳實施例中，該壓力接收端係為一彈簧管，該彈簧管係插入該氣道，並於該彈簧管的末端具有一開口連通至該輪胎的內部腔室。

於一較佳實施例中，該輪胎狀況讀取器係具有一頻率調變模組，該頻率調變模組係依據該輪胎狀況感測器回授的相關感測數值微調該輪胎狀況讀取器的輸出頻率及/或輸出功率。

本創作利用一般輪胎既有的鋼絲環帶層作為通訊模組的天線，除可克服習知胎內式汽車傳感器受鋼絲環帶層屏蔽而造成訊號傳輸困難的問題外，鋼絲環帶層作為天線更具有天線面積大、趨動功率大的優勢，且利用電磁共振方式耦合相較於使用磁感應的方式，本創作傳送效率更高、傳送距離更大，且本創作輪胎狀況監測結構之輪胎狀況感測器係完全沒入輪胎之中，可避免感測器外露而有失竊、損壞的風險。本創作可應用於汽車傳感器，監測車輛狀態如：溫度、胎壓、輪胎轉速、轉動雜音等等，用途廣泛，極具產業利用價值。

有關本創作之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下。再者，本創作中之圖式，為說明方便，其比例未必照實際比例繪製，該等圖式及其比例並非用以限制本創作之範圍，在此先行敘明。

本文中所稱之「包含或包括」意指不排除一或多個其他組件、步驟、操作和/或元素的存在或添加至所述之組件、步驟、操作和/或元素。「一」意指該物的語法對象為一或一個以上(即，至少為一)。

下文中，將進一步以詳細說明及實施態樣描述本創作，然而，應理解這些實施態樣僅用於幫助可更加容易理解本創作，而非用以限制本創作之範圍。

以下請參閱「圖1」，係為本創作一較佳實施態樣之方塊示意圖，如圖所示：

本創作之輪胎狀況監測結構100，主要包括：一輪胎及一輪胎狀況感測器2。於一較佳實施態樣中，本創作之輪胎狀況監測結構100進一步包含一電源供應器24，該電源供應器24可以係包含於該通訊模組22之中，或是設於該通訊模組22之外並與該通訊模組22進行通訊或連接。

一般而言，輪胎基本上由胎面、胎邊、胎唇及複數個層疊結構所構成，前述複數個層疊結構例如但不限於：橡膠層、緩衝橡膠層、覆蓋層、鋼絲環帶層、簾布層、氣密層及/或胎唇鋼絲等。本文所述之輪胎，其中至少包含一鋼絲環帶層，該輪胎與輪圈構成一可灌入氣體的輪胎內部腔室，使輪胎內側腔室成為一氣密狀態。

本文所述之輪胎狀況感測器2，於一較佳實施態樣中，其係包括一感測器本體21、一通訊模組22及一控制晶片23。其中，該感測器本體21係埋入該輪胎1內裡或直接設置於該輪胎內側腔室的周面；該通訊模組22係利用該鋼絲環帶層作為天線，該通訊模組22可與一外部的輪胎狀況讀取器200於頻率上相互對應以產生電磁共振耦合，以供電至該控制晶片23；該控制晶片23係連接至該感測器本體21及該通訊模組22。

本創作之輪胎狀況感測器2可應用於各種汽車監測裝置，具體而言，例如但不限於汽車傳感器，用於監測諸如：輪胎胎況，包含胎壓、胎溫、輪胎轉動雜音(Noise)、輪胎轉速、輪胎動平衡或輪胎靜平衡等，本創作不限於此等。前述監測輪胎轉動雜音(Noise)係用以判別輪胎的磨損情況，而監測胎壓、輪胎轉速、輪胎動平衡或輪胎靜平衡則可瞭解輪胎在駕駛時是否能讓車體維持平衡及穩定。於一較佳實施態樣中，本創作之輪胎狀況感測器2係一種胎壓感測器，其可以係例如：電容壓力感測器、電阻壓力感測器、壓電壓力感測器或其他類此之感測器，於本創作中不予以限制。

本文所述之通訊模組22可與該電源供應器24、該控制晶片23、一外部之輪胎狀況讀取器200或其他部件進行通訊；或是包含該電源供應器24之該通訊模組22可與該控制晶片23、一外部之輪胎狀況讀取器200或其他部件進行通訊。例如：該通訊模組以無線傳輸方式耦接至輪胎狀況讀取器200(中央控制系統或第三方控制系統)，藉此該輪胎狀況讀取器200可以存取控制晶片的資料以蒐集輪胎的數據。於一較佳實施態樣中，本創作之通訊模組可以係為被動式射頻識別標籤(Radio Frequency Identification, RFID)通訊模組、GSM通訊模組、藍芽通訊模組、Wifi通訊模組、或Zigbee通訊模組等或其他類此之通訊，本創作不限於此等。於一更佳實施態樣中，本創作之通訊模組係一被動式射頻識別標籤(Radio Frequency Identification, RFID)通訊模組。使用RFID作為本創作之通訊模組22之優勢在於，該通訊模組22可與特定目標進行遠端無線通訊，而不需額外電力來源，僅需利用遠端共振方式產生感應電流。本文所述之通訊模組22可包含一編碼器，對於收發的訊號進行編碼。

本創作是以該輪胎狀況讀取器200作為一級線圈、該鋼絲環帶層11作為二級線圈採用LC共振電路，在相同的共振頻率下共振耦合以產生較大的功率來傳輸電力。本文所述之電源供應器24係連接或包含於該通訊模組22，並與該控制晶片23連接，並經由該通訊模組22獲取耦合於該輪胎狀況讀取器200所產生之電流，並將該電流進行預處理後饋入以啟動並至能該控制晶片23。於一較佳實施態樣中，該電源供應器24可以係包含濾波器、交流對直流轉換器、變壓器、或其他類此的預處理電路，於本創作中不予以限制。

本文所述之輪胎狀況感測器2及輪胎狀況讀取器200間的訊號傳輸，可藉由調變特定無線電的訊號頻率，達諧振頻率後進行資訊傳輸。因此，該輪胎狀況讀取器200係具有一頻率調變模組3，該頻率調變模組3係依據該輪胎狀況感測器2回授的相關感測數值微調該輪胎狀況讀取器200的輸出頻率及/或輸出功率，使該輪胎狀況讀取器200所接收到的回授訊號達到最佳的接收功率。

一般而言，為了增加輪胎的結構強度，於輪胎內側會補上一鋼絲環帶層加強輪胎的強度以避免形變，本創作利用此鋼絲環帶層作為輪胎狀況感測器之天線，以下例舉本創作的二個不同具體實施態樣分別進行說明。

I. 第一實施例

以下請一併參照「圖1」及「圖2」，其所示分別係為本創作輪胎狀況監測結構100之方塊示意圖及第一實施例結構示意圖，如圖所示：

第一實施例之輪胎狀況監測結構100，包括一輪胎1及一輪胎況狀況感測器2。該輪胎1包含有一橡膠層12及一鋼絲環帶層11，該輪胎1與輪圈13構成一可灌入氣體的輪胎內部腔室，使輪胎內側腔室成為一氣密狀態。而該輪胎狀況感測器2則包括一感測器本體21、一通訊模組22、以及一連接至該感測器本體21及該通訊模組22的控制晶片23，該感測器本體21係直接設置於該輪胎內側腔室的周面。

其中，該通訊模組22以輪胎1內部之鋼絲環帶層11作為天線，該輪胎狀況讀取器200利用高頻電磁波傳輸訊號給該通訊模組22，當二者達到一諧振頻率而耦合後，該通訊模組22中的天線(即該鋼絲環帶層11)收到此高頻電磁波後產生電流，並將該電流傳輸至一電源供應器24，該電源供應器24將該電流進行預處理後饋入至該控制晶片23，以使啟動並致能該控制晶片23，該控制晶片23接收該電流及該通訊模組22所傳輸的小訊號後，將回應訊號經由相同頻率的高頻載波反向回傳至該輪胎狀況讀取器200，如此藉由電磁共振方式完成電源之傳輸以啟動該控制晶片23，而該控制晶片23可以該鋼絲環帶層11作為訊號天線進行訊號收發，或是藉由一穿過該鋼絲環帶層11之額外的訊號天線(圖未示)進行訊號收發。具體而言，該輪胎狀況感測器2中設置於該輪胎內側腔室周面上的該感測器本體21，於獲得車輛狀況訊號後，藉由該通訊模組22將該輪胎狀況訊號經該天線以電磁共振傳輸至外部的該輪胎狀況讀取器200。

本實施例之優勢在於，該感測器本體可設置於該輪胎內側腔室周面的任何位置，輪胎狀況監測結構不影響輪胎內部結構，且使用輪胎既有之鋼絲環帶層作為電磁共振耦合之天線，具有天線面積大、趨動功率大、傳輸功率和傳輸效率大等優勢。

II. 第二實施例

以下請一併參照「圖1」及「圖3」，其所示分別係本創作胎內式的輪胎狀況監測結構100之方塊示意圖及第二實施例之結構示意圖，如圖所示：

第二實施例之輪胎狀況監測結構100，包括一輪胎1及一輪胎況狀況感測器2。該輪胎1包含有一橡膠層12及一鋼絲環帶層11，該輪胎1與輪圈13構成一可灌入氣體的輪胎內部腔室，使輪胎內側腔室成為一氣密狀態。該輪胎狀況感測器2則包括一感測器本體21、一通訊模組22、以及一連接至該感測器本體21及該通訊模組22的控制晶片23。第二實施例與第一實施例之差異僅在於，該感測器本體21的設置係直接埋入該輪胎1內裡，且該輪胎狀況感測器2係一胎壓感測器。

該輪胎1對應於該感測器本體21的位置係設置有一連通至輪胎內部腔室的氣道211對準至該感測器本體21上的壓力接收端212(如圖3所示)，該壓力接收端212係為一彈簧管，該彈簧管係插入該氣道211，並於該彈簧管的末端具有一開口連通至該輪胎的內部腔室，因此，該輪胎內部腔室中的氣體會通過該氣道211對該壓力接收端212產生壓力，該感測器本體21經由運算得出該輪胎內部腔室中的氣體壓力，即胎壓值，接著，藉由該通訊模組22將該胎壓值訊號經作為天線的該鋼絲環帶層11以電磁共振傳輸至外部的該輪胎狀況讀取器200。

本實施例之優勢在於，該輪胎狀況感測器2可於製作輪胎時一併設置於輪胎內部，不需額外安裝手續，且該輪胎狀況感測器2係埋入輪胎內部，可降低失竊與受外部環境影響而損壞之風險，於車輛運行時亦不易脫落，且使用輪胎既有之鋼絲環帶層作為電磁共振耦合之天線，具有天線面積大、趨動功率大、傳輸功率和傳輸效率大等優勢。

為更進一步說明本創作之輪胎狀況監測結構100與輪胎狀況讀取器200間的連結關係，請參閱「圖4」之連結示意圖，如圖所示：

本創作之輪胎狀況監測結構100用於車輛時，可分別設置在車輛的四個輪胎上，分別監測車輛各輪胎的狀況。具體而言，本創作之輪胎狀況讀取器亦可與例如胎壓監測系統(TPMS)整合使用。

此實施態樣之輪胎狀況讀取器200為無線識別讀取機，其包含射頻識別天線、顯示器、控制模組及記錄模組；該射頻識別天線可接收該通訊模組的無線訊號，同時發出控制訊號讓該通訊模組接收；該顯示器可將該射頻識別天線所接收的輪胎資訊顯示給使用者讀取，以了解車輛目前四個輪胎的狀況；該記錄模組可用以記錄該射頻識別天線所接收的輪胎狀況數值，用以評估輪胎狀況；該控制模組為中央處理系統，能夠整合該射頻識別天線、顯示器及紀錄模組等各元，此外，該控制模組可進一步設有預警模組，當輪胎狀況超過所設定的標準範圍時，該預警模組會發出警示訊號以通知使用者。

該通訊模組於此實施態樣中係為一被動式射頻識別標籤，透過輪胎狀況讀取器200遠端提供特定頻率之電磁波以致能該控制晶片，該鋼絲環帶層作為該通訊模組的天線，以共振耦合接收該輪胎狀況讀取器所傳遞的訊號值；並且該通訊模組電性連結一控制晶片，將該控制晶片所傳送的控制訊號轉換為電磁波訊號由共振耦合傳輸至該輪胎狀況讀取器，藉由上述的方式確認每一組輪胎的狀況

綜上所述，本創作利用一般輪胎既有的鋼絲環帶層作為通訊模組的天線，具有天線面積大、趨動功率大的優勢，且利用電磁共振方式耦合相較於使用磁感應的方式，本創作傳送效率更高、傳送距離更大，且本創作輪胎狀況監測結構之輪胎狀況感測器係完全沒入輪胎之中，可避免感測器外露而有失竊、損壞的風險。本創作可應用於汽車傳感器，監測車輛狀態如：溫度、胎壓、輪胎轉速、轉動雜音等等，用途廣泛，極具產業利用價值。

以上已將本創作做一詳細說明，惟以上所述者，僅惟本創作之一較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即凡依本創作申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本創作之專利涵蓋範圍內。

100:輪胎狀況監測結構 1:輪胎 11:鋼絲環帶層 12:橡膠層 13:輪圈 2:輪胎狀況感測器 21:感測器本體 211:氣道 212:壓力接收端 22:通訊模組 23:控制晶片 24:電源供應器 200:輪胎狀況讀取器 3:頻率調變模組

圖1，係本創作輪胎狀況監測結構一較佳實施態樣之方塊示意圖。

圖2，係本創作輪胎狀況監測結構第一實施例之結構示意圖。

圖3，係本創作輪胎狀況監測結構第二實施例之結構示意圖。

圖4，係本創作一較佳實施態樣之連結示意圖。

100:輪胎狀況監測結構

1:輪胎

11:鋼絲環帶層

2:輪胎狀況感測器

21:感測器本體

22:通訊模組

23:控制晶片

24:電源供應器

200:輪胎狀況讀取器

3:頻率調變模組

Claims

一種輪胎狀況監測結構，包括：一輪胎，包含一鋼絲環帶層；以及一輪胎狀況感測器，包括一感測器本體、一通訊模組、以及一連接至該感測器本體及該通訊模組的控制晶片，該感測器本體係埋入該輪胎的內裡或直接設置於該輪胎的內側腔室的周面；其中，該鋼絲環帶層係作為該通訊模組的天線，該通訊模組與一外部之輪胎狀況讀取器於頻率上相互對應以產生電磁共振耦合並供電至該控制晶片。
如申請專利範圍第1項所述的輪胎狀況監測結構，其中，該輪胎狀況感測器係為汽車傳感器。
如申請專利範圍第1項所述的輪胎狀況監測結構，更進一步包括一連接至該控制晶片的電源供應器，該電源供應器係連接至該通訊模組並由該通訊模組獲取耦合於該輪胎狀況讀取器所產生的電流。
如申請專利範圍第2項所述的輪胎狀況監測結構，其中，該通訊模組係為被動式射頻識別標籤(Radio Frequency Identification, RFID)通訊模組、GSM通訊模組、藍芽通訊模組、Wifi通訊模組、或Zigbee通訊模組。
如申請專利範圍第2項所述的輪胎狀況監測結構，其中，於該輪胎狀況感測器係一種胎壓感測器，且該感測器本體為埋入式的態樣中，該輪胎對應於該感測器本體的位置係設置有一連通至輪胎內部腔室的氣道，對準至該感測器本體上的壓力接收端。
如申請專利範圍第5項所述的輪胎狀況監測結構，其中，該壓力接收端係為一彈簧管，該彈簧管係插入該氣道，並於該彈簧管的末端具有一開口連通至該輪胎的內部腔室。
如申請專利範圍第5項所述的輪胎狀況監測結構，其中，該輪胎狀況讀取器係具有一頻率調變模組，該頻率調變模組係依據該輪胎狀況感測器回授的相關感測數值微調該輪胎狀況讀取器的輸出頻率及/或輸出功率。