一种基于结构电子的智能化轮胎胎压监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及汽车电子技术，具体是一种与汽车轮毂自身结构一体化的无源无线智能化轮胎胎压监测系统。
【背景技术】
[0002]汽车轮胎是汽车非常重要的零部件之一，随着汽车智能化的发展，使轮胎智能化也是当前汽车领域要完成的目标之一。所谓的“轮胎智能化”就是在轮胎植入传感器，使之能实时监测轮胎胎压与轮胎温度等。然而，轮胎是一相对汽车其他零部件相对独立的部件。轮胎需要经常拆卸，使得胎压监测系统与车身尽量避免外部电线的互连。这就要求轮胎监测模块必须被完成整地包含在轮胎结构当中。轮胎是一个封闭独立的零部件，其体积是很有限的，这就要求轮胎监测模块体积必须限制在一定范围内。目前，监测电路模块是安装在轮辋上，这样容易受到外界环境的破坏，而且电路模块体积较大，质量大，在轮胎里会出现很多可靠性方面的问题。早在2008年，Ryosuke Matsuzaki等人在“Rubber-based strainsensor fabricated using photolithography for intelligent tires，，一文中以轮胎橡胶为衬底，采用光刻技术将叉指型电容传感器做在橡胶衬底上，然后将该衬底贴附在轮胎内表面。这样一来轮胎压力的变化会引起电容量的变化，再通过外部电路将变化量读取出来。此外，在可靠性方面，该电容传感器也达到了使用寿命的要求。但是，论文中没有阐述怎样将该信号传输到外部接收模块。
[0003]现有的无源无线胎压监测方法，如公告号CN201264489的名称为“基于轮胎阻抗的汽车轮胎压力监测装置”的专利。该专利在轮胎内部植入声表面波谐振器并将轮胎结构中相邻钢丝及钢丝之间的轮胎橡胶组成的轮胎阻抗作为声表面波谐振器的外接负载。轮胎胎压的变化引起轮胎结构中由钢丝及橡胶组成的阻抗的变化，从而引起声表面波谐振器谐振频率的变化。该频率被车身相应射频接收模块接收，从而实现胎压的监测。该专利所公开的基于轮胎阻抗的汽车轮胎压力监测装置虽然从原理上实现了轮胎的无源无线胎压监测，然而，声表面波谐振器是一刚性器件，在将声表面波谐振器植入轮胎橡胶内的过程中会对轮胎造成一定的破坏；此外，汽车在行驶的过程中，轮胎与路面摩擦会产生较高的温度，这样也会对声表面波谐振器造成一定的影响；刚性声表面波器件具有相对较大的质量，植入轮胎橡胶内部后会影响轮胎的动态平衡；声表面波谐振器需要外接轮胎钢丝与钢丝之间的橡胶组成的轮胎阻抗，在电路实现的过程中需要对轮胎进行一定程度的破坏，或者在轮胎加工过程中就需要改变其原有的加工工艺，这样轮胎的生产成本也会加大。该专利之所以采用轮胎内部钢丝与橡胶组成的阻抗与声表面波谐振器组成的轮胎胎压监测系统，是因为轮胎自身结构的钢丝与橡胶所构成的阻抗能比较直接、准确地反映轮胎自身的压力状况，然而却给轮胎加工工艺、加工成本带来了一定的困难。
[0004]结构电子是指将电子器件和电路部分直接做在某物体结构当中，而尽量省去传统的PCB，使之既能够实现其原有的物理、力学或其他性能，又能因为电子电路的植入而实现一定的电学功能，同时也能因为结构性电子的实现而减小了电子电路部分所占的体积，使之能够在有限的体积中植入电路模块。经检索，目前尚未发现将结构电子应用到轮胎胎压监测领域的报道。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是为解决现有技术的不足，而提供一种能实现轮胎胎压的无源无线监测，并将该监测系统相关电子电路植入轮毂轮辐结构中，使得轮毂在保持其原有的力学性能之外，还兼有一定的电学功能，实现轮胎力学性能与电学性能一体化功能的基于结构电子的智能化轮胎胎压监测系统。
[0006]实现本实用新型目的的技术方案是:
[0007]一种基于结构电子的智能化轮胎胎压监测系统，包括声表面波谐振器和匹配电路，与现有技术不同的是:还包括电容式传感器，该传感器通过外部互连导线分别与声表面波谐振器、匹配电路相连接，电容式传感器嵌设在轮胎内表面的橡胶衬底上，并与轮毂上的相应电路通过导线相连接，声表面波谐振器和匹配电路分别植入轮毂中的轮辐结构的沟槽内。
[0008]所述电容式传感器的材料为铜，其内包含的电容为叉指状电容。
[0009]所述声表面波谐振器为贴装式的片式声表面波谐振器。
[0010]所述外部互连导线为挠性印制电路。
[0011]所述匹配电路中包括贴装式的片式电容和片式电感。
[0012]所述导线为由纳米银墨水烧结固化后所形成的银导线。
[0013]实现上述基于结构电子的智能化轮胎胎压监测系统的方法，包括如下步骤:
[0014](I)预先在轮辐结构上开设一定长、宽、深的沟槽，并在沟槽内喷涂绝缘漆，使其轻度固化，抛光，形成绝缘层；
[0015](2)通过3D喷墨打印技术将纳米银墨水在轮辐的绝缘层上打印出互连导线结构，并将其烧结固化；
[0016](3)在沟槽内滴涂结构胶，将声表面波谐振器、匹配电路固定在沟槽内，使结构胶固化；
[0017](4)用各向同性导电胶将声表面波谐振器、匹配电路焊盘引脚与纳米银导线进行互连，并使其固化；
[0018](5)分别用硅橡胶、环氧树脂将整个电路进行包封，并使其固化；
[0019](6)在轮胎橡胶衬底上镀铜，在铜层上旋转涂覆光刻胶，轻度固化，将曝光光刻胶，刻蚀铜层，去除铜层表面上的光刻胶，得到电容式传感器；
[0020](7)通过结构胶将挠性电路与电容式传感器相连，并用硅橡胶将连接处包封，固化；并将传感器贴附在轮胎内表面；
[0021](8)将轮胎与轮毂进行组装，用结构胶将挠性电路与轮辐结构电子进行连接，并用硅橡胶将连接处进行包封，固化即可。
[0022]所述纳米银墨水导线的烧结固化温度为130_200°C。
[0023]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0024]1.避免了在轮胎橡胶内植入刚性器件，从而保留了轮胎原有的力学性能；
[0025]2.将电路及电子器件植入轮毂轮辐结构当中，避免了传统PCB的使用，从而能够使胎压监测模块占用较小的体积空间，实现了轮毂力学与电学一体化的设计思路。同时轮胎监测电路植入轮辐结构中使其与外界进行隔离，避免了外界环境对电路的破坏，提高了电路的可靠性及其使用寿命；
[0026]3.用导电胶代替传统的无铅焊点，从而使其在动载环境条件下提高了器件与电路互连的可靠性；
[0027]4.金属墨水导线代替传统的金属导电丝，使得导线的整体体积、质量得到了进一步的改善；
[0028]5.沿用光刻技术将电容式传感器做在轮胎内表面上，电容式传感器可以在轮胎这一复杂环境准确测量轮胎胎压状况的同时不影响轮胎原有的制造工艺。
【附图说明】
[0029]图1为带有电容式传感器的轮胎结构示意图；
[0030]图2为植入有匹配网络电路及相关器件的轮毂结构示意图；