专利名称：平衡环形轮胎转发器组件及方法
技术领域：
本发明整体涉及一种用于轮胎中以便传送轮胎或车轮数据的包括天线和转发器的环形设备，更具体而言，涉及其装配方法。
背景技术：
通常使用包括天线在内的环形设备来以射频按照电子方式传送轮胎或车轮标识数据或其它数据。这种设备包括射频转发器，其包括数据容量至少足以保存轮胎或车轮的标识信息的集成电路芯片。其它数据如转发器处的轮胎膨胀压力或轮胎或车轮温度，可以与标识数据一起通过转发器被传送。
使用环形天线以射频传送来自包含于轮胎与车轮组件的结构内的转发器的数据在本领域内已众所周知。天线和转发器可以在轮胎的“预硫化”制造过程中被加入轮胎中。然而，在实践中非常难以这样做。在制造过程中，子午线轮胎与斜交轮胎都经受相当大的直径扩大过程。斜交轮胎在被插入通常具有胶囊的硫化机中时沿直径方向膨胀，该胶囊用于将生胎压成封闭着其模具的环形形状。子午线轮胎在轮胎成型或成形过程期间经受沿直径的膨胀，并且在硫化过程期间经受进一步的沿直径的膨胀。在轮胎制造过程中的轮胎直径扩大期间，嵌入轮胎中的任何环形天线及与其相关联的电子电路必须能够保持结构完整性和天线与转发器封装之间的机械连接。一旦装配于轮胎中，天线、转发器或者天线与转发器之间的连接所发生的任何检测到的不能修复的故障都会破坏轮胎的效用，并且可能造成轮胎报废。因此，在轮胎的制造过程中将环形天线转发器组件放置于轮胎中就会带来以下风险，即组件成分的随后失效或破损将会对否则就会适用的主胎造成破坏。
不仅在制造过程中将其加入轮胎期间存在对环形天线-转发器系统造成损坏的风险，而且由于对车辆上轮胎的操作而对这些系统造成的损坏也不少见。在硫化过程期间，已知轮胎压力监控系统中的环形天线在此以前已经放置于轮胎中的轮胎的胎冠、轮胎的胎圈或胎侧处。位于胎冠中的天线与转发器经受相当大的压缩应变并且在胎侧处具有高应变幅值。这些位置就代表轮胎的高负载与变形区域。因此，在这些位置中的天线、转发器以及其间的连接就易于发生损坏并且发生机械或电的故障。
由于轮胎成型过程的性质，所制造的轮胎具有不平衡性并不少见，这种不平衡性最终将需要通过使用配重来抵消。环形天线-转发系统同样代表不平衡系统，因为由于转发器封装所造成的重量分布不对称。当附连于轮胎上时，转发器或传感器的重量可能增强轮胎的固有不平衡性，从而产生增加配重平衡措施的需求。
因此，就需要一种用于将转发器模块安装于充气轮胎中的方法及设备，以便使得转发器不会加剧轮胎的固有不平衡性。
还需要提供一种用于在轮胎制造过程中将充气轮胎中的转发器模块安装于任意点处的方法，以便增强轮胎的性能与寿命。
此外，还需要提供一种用于按照经济、有效的方式连接包括环形天线和转发器在内的环形设备的方法。
发明内容
本发明满足了对将转发器固定于轮胎上所用的改进型环形设备和方法的工业需要。根据本发明的一个方面，提供了一种具有环形天线和转发器设备的轮胎。对轮胎进行分析以便确定轮胎不平衡的位置。环形转发器设备附连于轮胎上以便按照战略放置转发器从而抵消轮胎的不平衡性。根据本发明的另一个方面，提供了一种连接天线与转发器设备的方法，包括以下步骤识别轮胎中的轮胎不平衡位置；将环形天线和转发器组件连接于轮胎上以便将转发器放置成用于抵消轮胎的不平衡性。
通过阅读以下详细描述并且通过附图示出的优选和替代实施例，本发明所属领域的普通技术人员将会清楚本发明的优点。
图1为轮胎与本环形设备的透视图，其中为了便于示出而将轮胎的一部分拆下。
图2为安装于轮辋上的轮胎的剖面示意图，并且示出了本环形设备所安装于的替代位置。
图3为具有顶靠着轮胎胎侧表面放置的转发器和天线组件的轮胎部分的放大透视图。
图4为安装于车辆车架上的轮胎与车轮组件的示意性剖视图。
图5为伸过转发器模块的本天线的放大透视图。
图6为本环形组件的转发器部分的放大透视图。
图7为本转发器模块的部件分解透视图。
图8为其俯视图。
图9为沿线9-9剖开的图9的转发器模块的纵向剖视图。
图10为沿着线10-10剖开的图9的转发器模块的横向剖视图。
图11为代表性模块电路板的透视图。
图12为转发器至收发器联接系统的方块图。
图13为天线的一部分的透视图并且示出了其上的粘结材料的涂敷情况。
图14为天线与转发器的一部分的透视图并且示出了粘结材料的涂敷情况。
图15为示出了根据本发明的环形转发器设备安装的方法的方块图。
定义“轴向”和“沿轴向”是指平行于轮胎的旋转轴线的线或方向。
“胎圈”或“胎圈芯”通常是指轮胎的包括径向内侧胎圈的环状抗拉构件的那部分，其与将轮胎保持于轮辋上相关联；胎圈由帘布卷绕并成形，其带有或不带其它加强元件。
“圆周方向”大多数情况下是指沿着与轴向垂直的环形胎面表面的周长延伸的线或方向；其还可以指一组相邻圆曲线的方向，当沿截面进行观察时，这些圆曲线的半径确定了胎面的轴向曲度。
“内侧”是指朝向轮胎的内侧，而“外侧”是指朝向其外部。
“侧向”是指平行于轴向方向的方向。
“径向的”和“径向地”是指沿径向朝向或背离轮胎转动轴线的方向。
“胎肩”是指刚好位于胎面边缘之下的胎侧的上部。
“胎侧”是指位于胎面与胎圈之间的轮胎的那部分。
具体实施例方式
在本文中使用时，“转发器”为能够监控例如充气轮胎内的空气压力之类的条件并随后将该信息传送至外部装置的电子设备(装置)。外部装置可为RF(射频)读数器/询问器，或者仅为RF接收器。当转发器为“有源”并且具有其自己的电源时，可以使用简单的接收器。当接收器为“无源”并且由来自读数器/询问器的射频信号提供动力时，将使用读数器/询问器。在任一种情况中，转发器都与外部装置相结合形成总体轮胎条件监控/警报系统的部件。包括高具有电磁导磁率的材料的环形体通过线圈联接于转发器上。在常规型系统中，天线通过初级线圈联接于环形体上，而转发器通过次级线圈联接于环形体上。如下所述，可以将初级线圈去除。因此，将转发器联接于环形体上的“次级”线圈在本文中只是称作“线圈”。为了本公开内容与本发明的目的，环形系统并非转发器专用。即，在实践本发明时，可以包装和使用较宽范围的常见转发器、传感器及相关电子电路。
在本文中使用时，“环”是通过连续弯曲表面由具有高电磁导磁率的材料形成的体并且包括中心通孔。在不背离本文中所述的本发明的情况下，“环形体可以是圆柱形、长方形、对称或不对称形。因此，在本文中使用时，“环形体”包括具有一个或多个线圈的转发器。
为了发送或接收RF信号，转发器必须具有天线。天线在本发明中为环形构型并且可以在制造期间加入轮胎中或通过后制造程序固定于轮胎上。在本文中使用时，在不背离本发明原理的情况下，“环形天线”可为圆形、长方形、对称或不对称形。然而，天线的优选构型为圆形并且其尺寸适于与其所连接的轮胎胎侧区域重叠。天线可以包括单根金属线或多根线股。各种可从市场上得到的转发器、传感器以及其它电装置与由常规传导材料形成的环形天线结合配置适用于符合本发明的原理。
天线金属线的适用材料包括钢、铝、铜或其它导电金属线。如本专利文献所公开，一般认为金属线直径对于用作转发器的天线来说并无严格要求。为了提高耐用性，优选使用包括多股细线的钢绞线。其它可用的导线选择包括带状缆线、柔性电路、导电薄膜、导电橡胶等等。
首先参看图1，所示的本发明的优选实施例布置于轮胎12内。轮胎12由如橡胶或橡胶混合物之类的常规材料利用常规装置而形成，并且轮胎可以包括子午线型或斜交帘布层构型。典型轮胎12构置成具有胎面14、胎肩16、环形胎侧18以及终端胎圈20。形成的内衬层22限定了胎腔24。轮胎12意欲用于具有周边轮辋凸缘和外部轮辋凸缘表面30的环形轮辋26上的安装位置上。轮辋26具有常规构型，并且包括具有适当强度的金属如钢。
提供了环形天线32，并且在优选的实施例中具体实现为正弦构型。替代地，天线32在需要的情况下可以构置成替代型式或者包括直形金属线，并且天线32可以是细丝金属线或软线或胶合线。金属线的适用材料包括钢、铝、铜或其它导电金属线。如前所述，一般认为金属线直径对于用作天线并非关键因素，并且优选地采用多股细线。天线32的曲线形式提供了灵活性并且使得其在制造与使用期间被损坏的风险最小化，如下所述。
继续参看图1，提供了上述一般类型的转发器模块34，并且可以包括用于检测轮胎参数如压力和温度的装置。示出了形成所示环形构型的材料的任选承载条36。承载条36由工业上常见的电绝缘的、优选半刚性的弹性材料例如橡胶或塑料形成。形成的条36按照以下所述的方式大致封装着天线金属线32以及转发器模块34的至少一部分。因此，在后制造阶段中，设备10包括基本上为圆形的半刚性整体式组件中的环形裸线天线32、转发器模块34，其易于运输以及进行处理以便附连于轮胎12上。设备组件10的直径为轮胎12的尺寸和其上优选附连位置的函数。
图2示出了根据本发明的环形设备10在轮胎上的优选位置。轮胎12按照常规方式安装于轮辋26上。轮胎12的胎圈20置于轮辋26内靠着凸缘28。凸缘28的上表面30位于轮胎胎圈20的下边缘上方。应当理解，凸缘28遮蔽着包括胎圈20在内的轮胎12的下部，并且确定了轮胎的“射频干扰”区38。位于胎侧18处区域38上方的轮胎12的区域40还被确定为“高应变幅值”区。当胎侧18在车辆上的轮胎工作期间弯曲时，区域40承受高水平的应变。在本文中为了进行说明，位于轮胎的胎面部分处的区域42在此处被称作“压缩应变”区。在区域42处，当轮胎工作时，轮胎12就经受高水平的压缩应变。
结合参看图1和2，设备10在轮胎的制造过程期间或者优选地在后制造组件装配期间固定于轮胎12的内衬层22上。连接可以通过粘合剂来实现或者设备可以在制造期间嵌入轮胎本身中。可以使用工业中通常用于补胎衬垫和修理的粘合剂。根据本发明，设备10附连于轮胎上的位置为位于射频干涉区38与高应变幅值区40之间的图2中的区域44。应当理解，由于轮辋凸缘28所保护的轮胎区域38刚性比较大并且在轮胎工作期间经受比较低的应变水平，所以从机械的观点来看，区域38将会比较合理。然而，从电学的观点来看，由轮辋凸缘28所遮蔽的轮胎12的区域38难以适合用作转发器34的位置。
将设备10置于轮胎胎侧18的区域40内的位置上可供选择。这一位置将会避免由轮辋所致的RF干涉。然而，在轮胎工作期间，轮胎胎侧18经受高水平的应变。固定于胎侧上的部件可能因此发生损坏或断裂。类似地，将设备10置于轮胎12的胎面区域42处将会避免来自轮辋的RF干涉，但在轮胎工作期间，胎面区域却经受高水平的应变。因此，从机械的观点来看，将轮胎监控系统装置置于这一位置将不合需要。
因此，根据本发明，设备10优选地位于轮胎12的区域44内。当轮胎12安装于轮辋26上时，区域44一般为位于轮辋凸缘28的上表面30上方大致10至30毫米之间的环形区域。在区域44之内，设备不受轮辋26的凸缘28的RF干涉。区域44还是轮胎12的比较低的应变幅值区。因此，轮胎12的区域44代表设备10的最佳位置，其平衡了使得来自轮辋的RF干涉最小化同时在机械上保护设备10在其工作期间免受由于将应力引入轮胎中而造成损坏这两方面的需求。
图3以放大方式示出了靠着轮胎12放置的本设备10。同样，天线32的位置位于前段中称为最佳位置的区域44内；就是说，当轮胎12安装于轮辋26上时，其位于轮辋凸缘表面30上方大约10-30毫米处。根据本发明，可以在其制造期间将设备10附连于轮胎12上，但是由于这种程序在轮胎形成时必然会将转发器34和天线暴露于可能具有破坏性的力之下，所以这样做并非优选。因此，优选的是在后制造过程中利用粘合剂等等将设备10附连于轮胎12上。后制造组件的优点在于避免了设备10在轮胎制造过程所承受的应力，并且在发生断裂的情况下可以容易地将设备10去除及更换。而且，可以容易地将图1中所示的整体式设备10通过粘合剂改装于预制造轮胎或旧轮胎上。最后，环形设备为整体式组件，并且可以方便地按照直径尺寸范围编目以便适合于各种尺寸的预制造轮胎。
图4示出了位于其在轮胎14上的优选位置并且暴露于轮胎胎腔24中的转发器34。转发器可以包括用于监控胎腔24的状态的压力与温度传感器并且将这种信息传送至安装于车辆车架46上的远程收发器48。收发器48与设备10的天线位置相对并且在轮胎14的整个360度转动中都与其持续保持通信。收发器为在工业上可从市场买到的类型并且通过引线50而电连接至车辆的常规逻辑、处理与显示电子装置(未示出)上。如前所述，转发器模块34的位置位于轮辋凸缘28上方以便使得转发器与收发器48之间的RF通信不会受损。
一起参看图5-12，将更详细地说明环形设备10的构型。转发器模块通常包括由橡胶或塑料材料利用常规装置形成的基座外壳52。外壳52包括相对侧壁54、56，它们沿着辐射式底面55连接于相对垂直端壁58、60上。壁54、55、56、58和60确定了中央室62。通孔64延伸穿过与室62连通的端壁58、60的下部。
外壳52还包括同样由常规橡胶或塑料材料通过常规装置例如注模法形成的帽构件68。帽构件68包括上部突起或“喷口”70，其包括终止于水平上表面74处的垂直侧壁72。传感器端口或孔76位于表面74的中间，并且由此延伸穿过。凸缘78沿外周限定了帽68的下部边界并且提供了水平凸耳表面80，该表面80与垂直侧壁72成直角汇合。应当理解，凸缘78的尺寸适于停靠在模块基座外壳52的上端上。帽68的水平凸耳表面80置于凸缘78与垂直侧壁72之间。所提供的上部侧壁部分81向内朝向上表面74逐渐变细。帽68的锥形型面便于方便且可靠地制造设备10。
在所示的实施例中，转发器模块34还包括环形体(环)82，其包括具有高电磁导磁率的材料，例如铁素体。体82通常包括具有椭圆截面构型的圆柱体。体82的椭圆截面构型用于减少其垂直尺寸并且容许体82在转发器模块内更紧凑地封装。体82包括终止于导体引线86处的线圈84，如所示。中心通孔88沿轴向或纵向方向穿过体82伸出。
还提供了保护套筒构件90，其尺寸适于利用体82的孔88来容留。套筒90一般包括具有椭圆形截面的细长圆柱体。套筒90还包括圆周侧壁92和轴向或纵向通孔94。孔94相对于套筒90的纵向轴线偏移以便产生在套筒90的外侧厚度增加的壁95。向外开口的纵向通道96形成于壁95内，如所示。套筒90紧紧容放于体82的孔88内，而线圈84容放于套筒90的通道96内。
继续参看图5-12，电路板98安装于转发器基座外壳52的中央室62内。电路板98通常配置成包括安装于上表面102上的电子封装100，并且可以包括安装于下侧104上的电子封装106。电子封装100、106在图5-12中被一般示出，并且包括用于执行轮胎胎腔监控活动所需的转发器传感器、逻辑电路以及RF传送系统。本发明并非为转发器特别设计，可以使用多种常规型转发器系统中的任何一种并且将其安装于电路板98的一个或全部两个表面100、104上。板98还包括制造于板侧面内的引线容放通道108。
转发器模块的装配通常按照如下方式进行。将套筒10插入环形体82的通孔88内，环形体82随后插入外壳基座52的室62内。位于室62内之后，套筒90的通孔94和主体82的孔99与外壳通孔64同轴对齐。体82的线圈84容放于套筒90的通道96内并且引线86的路径向上前行。线圈84中的匝数按照常规方式设计成阻抗与转发器电子装置相匹配。在优选实施例中，板98通过通道水平安装于套筒90和环形体82上方外壳52内。来自线圈84的引线86途经通道108中并且电连接于电路板98上的电子装置100、106上。其后，将帽构件68的周边凸缘78放置于外壳52的上表面66上，并且通过应用适用的粘合剂而将界面密封。
在装配条件下，转发器模块34如图6中所示。在本发明的实践中，如果需要就可以改变转发器模块外壳、内部组件以及部件方位。因此，转发器模块34包括密封式独立单元，该独立单元包括用于监控轮胎胎腔的参数如压力与温度的电路板和转发器电子装置。转发器模块34的电子装置还可以包括轮胎标识信息。环形体82通过线圈84电磁联接并机械联接于转发器封装24上。替代地，可以去除体82，而天线32直接电联接于转发器上。所得到的环形组件将同样被放置于轮胎中的上述最佳位置上。另一种替代方案就是通过具有初级和次级线圈的常规构型的变压器将天线32联接于转发器上。
从图5中看得最为清楚，天线32的路径穿过转发器模块34并且包括连续的环。在优选实施例中，天线32形成为正弦曲线构型，正弦曲线形状用于提供天线伸长能力，利用这种天线伸长能力来反抗轮胎中的由于轮胎工作而产生的应变力。天线32按照非接触的方式穿过套筒90的通孔94、体82的孔88以及外壳52的通孔64伸出。这样，就在机械上将天线32从转发器模块34上拆下。应当指出，环形体82用作其中去除了初级线圈的变压器。天线环32直接穿过环82的通孔88并且与缺少了初级线圈的体保持磁性联接。电联接发生于环32与环形体82之间，进而联接至线圈84，由于右收发器48磁场在环形天线32中感生的电流在环附近形成磁场。磁场直接感生于紧紧围绕着天线环金属线32的环形体82中。
这种在本文中表示为直接磁性连接(DMC)的联接方式提供了若干显著优点。DMC方法使得天线环在没有机械连接的情况下穿过转发器封装，从而就消除了前述在环金属线与转发器封装之间建立并保持连接的问题。线圈84的匝数比可以改变以便适于最佳阻抗匹配。其次，DMC技术提供了高能联接方式。此外，将天线环附连于转发器上的过程得以简化，从而使得金属线束或缆线与转发器之间的远程联接的难度大大减小。而且，使用DMC技术的环形天线与转发器之间的磁性联接方式得以在连续360度读数中保持，并且可以避免询问区中的死区。
如前所述，图5的组件可以在其制造过程中嵌入轮胎中，尽管这样做并非优选。在轮胎成型期间加入环形设备就对轮胎监控部件施加相当大的应变并且可能造成部件断裂。在后硫化情况下，可能难以或者不可能将其中的环形组件或任何部件去除。因此，优选的是作为后轮胎成型操作来将本环形组件固定于轮胎上。
为此，首先将天线32和转发器34制成独立式组件。环形组件为整体式并且易于运输、存储及处理。由于形成了天线与转发器的整体组合，就便于在后成型程序中将环形组件加入轮胎中。该组件被置于在前述的最佳区域44内的位置处紧靠着轮胎内衬层22。天线32至少部分地嵌入常见的粘合剂内并且固定于轮胎内衬层上。如果天线转发器模块在运输中断裂或发生故障，就可以在不会损坏轮胎的情况下将组件10去除并更换。此外，密封剂材料还用于将天线与环形体保持于其预期相互方位。
参看图13-15，通过阅读以下内容将会理解本环形设备的装配方法。应当理解，环形天线环分开进行制造并且可以在轮胎厂、仓库、轮胎安装设施或其它适当位置处安装于硫化轮胎中。本发明考虑选择包括裸线的适当天线(图15的步骤154)。金属线天线材料被输送至装配区，在此处其被松开并切成适当长度(步骤158)，对于十六英寸轮胎而言该长度通常但是并非必须为六十英寸。这样就形成了环的天线部分32。金属线可以具有任意数量的各种金属线构造或者金属线与其它材料的组合。例如，金属线可以是带有纺织品或橡胶细丝的双绞线。
所切出的天线金属线的第一端138穿过转发器34中的铁素体孔。如果优选建立必要的磁性联接，那么就可以使用将金属线连接于转发器上的替代装置。然后，将所切出的天线金属线的两端138、140连接起来以便提供机械与电接头。这种接头可以是焊接、压接或一些其它方式的接头，它们能够满足系统的强度与电力连续性需求。所得到的组件包括360度环。可以使用用于装配环形天线与转发器的替代装置，从而形成环形转发器组件。
图15以方块图形式示出了本发明的方法。从起始方块153开始，环形转发器通过任何优选的装置而形成(步骤156)。对轮胎进行测量以便确定轮胎不平衡的有效区的位置与量值(步骤158)。根据本发明的一个方面，可以使用视觉或其它标记来标出与不平衡的有效区域相对的轮胎表面上的目标区。然后，将环形天线环与转发器组件靠着轮胎上的表面位置放置(步骤160)以便使得转发器起到平衡轮胎不平衡的有效区域的作用。例如，如果轮胎中的严重不平衡位于径向方向的零度处，那么转发器将会被放置于与径向方向成180度处。这样，转发器就用作配重并且抵消而非增强轮胎的固有不平衡。然后，通过适当方法例如通过粘合剂将环形转发器组件固定于轮胎上(步骤162)，进而完成装配(步骤164)。
尽管以上对本发明的优选实施例和替代实施例进行了阐述，但本发明并不限定于此。本发明所属领域的普通技术人员将会清楚并且使用了本文中所述技术的其它实施例也在本发明的范围与精神内。
权利要求
1.一种用于将天线与转发器组件固定于轮胎表面上的方法，其特征在于以下步骤a.将天线与转发器配置成联接式组件；b.确定轮胎内的轮胎不平衡的有效区；c.将环形组件靠着轮胎表面放置，其中转发器的方位沿着相对于轮胎不平衡的有效区的平衡方位；d.将环形组件附连于轮胎表面上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于以下步骤e.将天线与转发器配置成环形组件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于以下步骤在与轮胎不平衡的有效区域相对的平衡位置处在轮胎表面上标记目标位置；以及将联接式组件的转发器定位于目标位置处。
4.根据权利要求4所述的方法，其特征还在于通过粘合剂将转发器固定于轮胎表面上的目标位置的步骤。
5.在具有安装于轮胎表面上的转发器与天线组件的轮胎中，改进之处的特征在于转发器位于平衡位置中从而抵消轮胎不平衡的有效区。
6.根据权利要求5所述的轮胎，其特征在于转发器与天线为配置成环形环的组件。
7.根据权利要求5所述的轮胎，其特征在于天线包括至少一个由导电材料形成的导体线。
8.根据权利要求5所述的轮胎，其特征在于天线与转发器通过粘合材料固定于轮胎表面上。
全文摘要
一种环形天线和转发器固定于轮胎上，其使用转发器作为配重以便抵消轮胎的不平衡性。环形天线附连于内部轮胎表面上并且电联接于转发器装置上，并且相对于其中封装着转发器装置的外壳固定。转发器外壳的质量通过以下方式特别用于平衡轮胎的不平衡性，首先确定其中配重将被证实有益的位置，然后将环形组件固定于轮胎上以便将转发器外壳的质量定位于最佳位置处以获得平衡利益。
文档编号B60C19/00GK1769081SQ20051010700
公开日2006年5月10日 申请日期2005年9月30日 优先权日2004年10月6日
发明者G·S·约翰宁, J·C·莱蒂里, B·M·罗甘, G·E·塔布, J·M·哈特 申请人:固特异轮胎和橡胶公司