具有用于检测轮胎的至少一个性能参数的检测装置的轮胎和用于检测轮胎中至少一个性...的制作方法

专利名称：具有用于检测轮胎的至少一个性能参数的检测装置的轮胎和用于检测轮胎中至少一个性 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括用于检测轮胎的至少 一个性能参数的装置的 轮胎。所述发明还涉及一种检测装置、检测系统以及用于检测轮胎的 至少一个性能参数的方法。
背景技术：
在一些汽车轮胎上，感觉有必要监测轮胎的运行状况，或者跟踪 一些特有的运行参数随时间的变化。出于这个原因，在充气轮胎里结 合电子装置以提高汽车的安全性是非常重要的。例如，当涉及使用扁
平(run flat)型轮胎的汽车时，即使在轮胎放气的情况下，这种扁平 型轮胎也能保证行驶几公里，同时一些特性参数例如最大速度、温度 和最大行驶距离也符合要求，对于轮胎的安全使用，上述要求特别重 要。
轮胎电子设备可以包括适于获得信息的传感器和其他元件，这些 信息涉及轮胎的不同性能参数，所述性能参数例如标识码、温度、压 力、所行驶的距离。这些信息还涉及在轮胎中或汽车面板上进行数学 计算得到的参数。这种信息可以在轮胎监测和/或报警系统中是有用 的。而且，汽车的主动控制系统可能依靠安装在轮胎里的传感器装置 发送的信息。
为此，可以在轮胎里安装检测装置，所述检测装置可以包括至少 一个传感器和一个天线，传感器可能与控制单元和/或数据存储单元 (例如微处理器)相关联，天线能够与安装在汽车面板上的装置进行射 频信号交换。
这种集成的轮胎电子设备通常通过各种技术和不同的发电系统进 行供电。
用于给轮胎电子系统供电的典型的技术方案是利用非充电电池， 由于电子系统正常工作依赖于定期更换电池，所述电池可能对轮胎使 用者造成不便。事实上，当向具有复杂功能的电子设备供电时，电池常 常非常迅速地耗尽它们存储的能量。而且，常规电池通常包含与环境 不友好的重金属，这些重金属存在处置问题，特别是大量使用的时候。 此外，常规电池的性能经常受温度影响，尤其在低温下，这种电池的 性能是不可靠的。
另一个已知的用于向轮胎监测系统供电的方法是，在安装于汽车 上的天线和安装于轮胎中的电子装置内的天线之间近距离耦合射频
(RF)功率。
例如，美国专利文献US6， 217， 683中提出一种检测装置，在该 检测装置中检测单元可拆卸地与保持系统接合，所述系统在其侧壁区 域用涂有橡胶的布固定到轮胎内表面上。保持系统可以包括可以被扯 掉、设置成环绕检测单元的紧固带，或锯齿状销钉形式的固定元件， 所述销钉例如通过快速地安装到布置在检测单元上的相应开口中来接 合。在另一个实施例中，保持系统包括一个或多个纽扣式元件，所述 纽扣式元件由支撑膨胀顶端的杆形成，所述膨胀顶端被插到设在检测 单元上的通孔中。随后检测单元沿着从通孔延伸出来的滑动槽移动以 与杆接合，所述滑动槽的宽度比膨胀顶端小，以便于保持检测单元。
在US2004/0094251中，提供了 一种内置式环形天线的检测单元， 环形天线与固定在轮胎内表面且支撑膨胀顶端的杆通过卡合接合的方 式连接，以便于在部件之间形成稳固的几何接合。
然而，在这种包括提供嵌入检测单元中的小的天线的实施例中， 还由于轮胎里和轮胎周围金属材料的使用，以及由于轮胎里的钢加强 构件和金属边缘加上金属的汽车部件，进行RF连接很困难。
由于这个原因，为了获得轮胎内的模块与安装在汽车上的装置之 间的可靠的RF连接，经常需要使用在轮胎圓周范围内延伸的大天线， 例如WO-99/29525中提出的。然而，提供这种大天线使得轮胎制造过 程明显变得复杂。
另外，通过RF连接的检测装置的供电需要天线，所述天线置于 汽车上经常暴露而受到路面危险损害的部件上，因此不是期望的向轮 胎电子设备供电的解决方案。
还有人提出用压电元件给轮胎监测系统供电。压电现象是某些材 料的特性，例如机械受压时产生电流的石英、罗舍尔盐(Rochellesalt) 和某些固溶体陶瓷材料，例如铅-锆酸盐-钛酸盐(PZT)。
例如，国际专利申请WO 01/80327A1中公开了一种在汽车轮胎里 产生电能的系统，该系统包括至少一个沿着轮胎的至少一部分纵向延 伸的细长压电元件。细长的压电元件优选地包括沿直线或轮胎圆周的 波形路径延伸的同轴电缆。
国际专利申请号为03/095244A1的申请中^^开了 一种用于由转动 的轮胎的机械能产生电能的系统，该系统具有压电结构和能量存储装 置。
该结构安装在轮胎内用于在轮胎沿地面转动时产生电荷。
美国专利号4， 510, 484的专利中公开了一种用于自动检测充气 轮胎的状况的装置，所述装置安装在轮胎边缘上，并受到正常的振动。 该装置包括壳体、用于将壳体固定到轮胎边缘上的带子、用于监测轮 胎内状况的传感器、与传感器有效连接的用于产生指示轮胎状况的无 线电信号的电路、与电路和用于接收无线电信号的接收器有效连接的 电力供给装置。电力供给装置包括径向延伸的压电簧片，所述压电簧 片包括底座部分和端部。底座部分通过弹性体连接到壳体上。质量调 整构件安装到端部并且构造成用于配套邻接在止动构件上，所述止动 构件限制压电簧片的弯曲行程，并且抑制簧片的组合弯曲。相对压电 簧片确定质量调整构件的大小，以获得约60Hz的电力供给装置振动 的固有谐振频率，该固有谐振步骤相当于汽车运行过程中出现的正常 的车轮振动。运行中，离心力起作用，将质量调整构件推离转动车轮 的径向中心线。这种力趋于使由压电簧片元件限定的平面与径向中心 线对齐。结果，在静止平衡状态下的簧片元件并不对准径向中心线，
离心力使簧片元件弯曲成这种对准方式，并将质量调整构件推成与邻 近的止动构件持续接合。这种持续接合将起作用，以减少簧片元件的 振动，从而降低给无线电路供电的电力供给装置的能力。当簧片元件 沿径向中心线完全对准时，在给无线电路最佳供给电力的运行过程中， 电力供给装置可以具有最大的振动行程。
美国专利号6， 438， 193的专利中公开了一种轮胎的自供电的转 动计数器，其包括机械-电能转换器和转动计数电路。 一个压电晶体元 件既作为能量转换器又作为转动传感器。压电元件以使其与轮胎一起 弯曲的方式连接或嵌入到轮胎内壁上、轮胎面下或側壁上，每当容纳 压电元件的轮胎的圆周部分被压在路面或其它支撑汽车的表面上，压 电元件与轮胎一起弯曲。当压电元件弯曲时产生正脉沖。当再次伸直
号。阻尼振荡由压电元件的物体特性(质量、柔性)决定;。典型的测 得的振荡频率在100Hz左右。根据本发明人，这些振荡对能量的转换 是有利的。在专利号6， 438, 193的专利中，压电元件的优选实施例 是环形单压电晶片元件(Unimorph)，所述环形单压电晶片元件具有 两个绑在一起的圆板和在中央的压电晶体板。根据本发明人，在这个 结构中应力分布比在典型的悬臂安装中用双压电晶片元件所获得结构 中的应力分布更均匀。发明人也公开了在测试的悬臂安装的双压电晶 片压电元件中由大的偏移获得34v的开路电压。然而，申请人员指出 的是，在专利号为6,438,193的专利中，没有详细公开测试的悬臂安装 的双压电晶片压电元件的结构及其在轮胎内的安装。
本申请人一直面对产生充足的电力以提供给包含在轮胎内的电子 装置的问题，所述电子装置适于通过机械能-电能的转换，利用压电效 应来监测至少一个轮胎参数。根据本申请人，适于获得这个结果的压 电元件的结构应该是悬臂安装弯曲型的，所述压电元件安装在对应胎 面区域的一部分轮胎中。然而，对压电元件的另一个要求是耐用。换 句话说，包括悬臂安装弯曲型电压元件(安装在对应胎面区域的一部 分轮胎内)的结构，也应该保证抵抗轮胎滚动过程中，尤其是高速下，
由压电元件受到的极大的离心力造成的早期裂紋和/或断裂。
本申请人已经证实，通过将压电元件以悬臂安装的方式设置壳体 内，所述压电元件在与轮胎面对应的轮胎部分中与轮胎相关联(即连 接到轮胎的大体上与轮胎赤道面相对应的内表面上)，可以获得充足的 电力和长的耐用性。压电元件支撑加载块，在壳体内壁和加载块的外 表面之间有一间隙。壳体与轮胎相关联，以致压电元件沿大体上与轮 胎的径向正交的平面设置。
本申请认为还有以下必要 提高检测装置的制造简单性；
确保所述装置的部件(例如，至少天线和传感器的部件)由于轮 胎转动过程中在装置本身上产生的应力而机械脱开；
使得在不完全充气的轮胎内也能进行工作；
使所述装置能够简单地施加到已经制造好的轮胎上，而不会影响 轮胎本身的性能；
简化汽车内的无线电传输设备，减少必须的天线的数量，当轮胎 以任意速度转动时维护上述检测装置的运转；
确保由轮胎所传输或存储的数据确实是属于所述轮胎的。

发明内容
本申请已经发现，通过将检测单元嵌入到固定在轮胎内表面上的 锚定主体上，通过在检测装置和锚定主体之间提供配合表面，在检测 单元与轮胎之间的机械脱开方面和在检测单元自身的安全和可靠运转 方面的上述要求能够实现，所述检测单元至少具有天线、传感器单元 和具有压电元件的电力供给单元。
具体地，第一方面，本发明涉及一种设有用于检测轮胎的至少一 个性能参数的检测单元的轮胎，其包括限定出轮胎的径向内表面的 大体上环形的胎体结构；固定到轮胎径向内表面上的锚定主体；检测 单元，所述检测单元包括天线、与所述天线可操作地连接的传感器单 元和包括壳体和压电元件的电力供给单元，所述电力供给单元与所述 传感器单元电连接；其中，检测单元和锚定主体通过至少一个接合在
相应的锁定槽中的边缘部分配合在一起；所述压电元件置于所述壳体 内，以使第一端大体上固定在所述壳体上，使第二端与加载块相关联， 在所述壳体的至少一个内壁和所述加载块的外表面之间形成间隙；并 且，所述压电元件大体上沿着与所述轮胎的径向正交的平面定位。
在优选实施例中，确定压电元件、加载块和间隙的尺寸，以便a) 当轮胎低速转动时，在轮胎的整个转动过程中压电元件能够充分地振 荡；b)当轮胎高速转动时，只有当含有压电元件的轮胎部分与路面 接触时，压电元件才充分地振荡。在情形b)中，在含有压电元件的 轮胎部分与路面不接触的转动部分中，固定在压电元件上的加载块被 由轮胎的转动产生的离心力推靠在壳体的内壁上，所以压电元件实际 上没有反生变形。
换句话说，当轮胎低速转动时，在轮胎的整个转动过程中，压电 元件的振荡产生大量的电荷。小间隙和压电元件的刚性不允许压电元 件发生大的偏移，所以降低了由于充分地连续振荡而产生的裂紋和/ 或断裂。当轮胎高速转动时，除了压电元件通过相应接触区以外，几 乎在轮胎的整个转动中，压电元件受到的大的径向加速度被与壳体内 壁的接触所抵消。这也降低了压电材料中裂紋和/或断裂的发生。然而， 在压电元件通过相应的接触区的过程中，由于压电元件的大体上自由 振荡，所以仍然产生能量，在接触区中径向加速度基本上为零。
更具体地，锚定主体包括支撑可固定到轮胎上的紧固表面的底 座部分；与底座相关联的并具有在远处面对紧固表面的顶面的保持部 分；包括在底座部分和保持部分之间形成的周向槽的所述锁定槽，而 检测单元通过天线的内周缘嵌入到锚定主体中，在锚定主体的至少一 部分弹性变形之后所述天线安装在所述周向槽中。
根据优选实施例，锚定主体具有在底座部分的紧固表面和保持部 分的顶面之间测得的总高度，其约是沿内周缘彼此隔开的两个点之间 测得的最大距离的0.2至1.5倍。
因此，实现装置质量的有益的减少，从而获得由于轮胎的滚动， 重要加速度的效应在装置部件上所产生的应力的减小，同时保持赋予
天线合适的尺寸的可能性，以保证检测单元与安装在汽车面板上的接 收/发送单元之间有效的射频相互作用。
在参照优选实施例的本说明书和随后的权利要求书中，天线和锚 定主体具有大体上圓形的构造，为了简化，按照构成元件的径向尺寸 表述装置的一些特征。然而，还存在设置以非圆形构造延伸的天线和/ 或锚定主体的可能性，非圆形构造例如是椭圆形或多边形。在这种情 况下，为了与本说明书和之后的权利要求书对应，按照径向尺寸表述 的每个特征应当表述成沿相同径向尺寸所指的构成元件的周向延伸方
向在彼此隔开的两个点之间测得的最大距离。
另一方面，本发明涉及一种用于检测轮胎中的至少一个性能参数
的装置，该装置包括可固定到轮胎的径向内表面上的锚定主体；检 测单元，其包括天线、与所述天线可操作地连接的传感器单元、包括 壳体以及压电元件的电力供给单元，所述电力供给单元与所述传感器 单元电连接；其中，检测单元和锚定主体通过接合在相应锁定槽内的 至少一个边缘部分配合在一起；所述压电元件置于所述壳体内，以使 第一端大体上固定在所述壳体上，使第二端与加载块相关联，在所述 壳体的至少一个内壁和所述加栽块的外表面之间形成间隙；并且所述 压电元件大体上沿与所述轮胎的径向正交的平面定位。
第三方面，本发明涉及一种用于监测轮胎中的至少一个性能参数 的系统，该系统包括根据本发明的检测单元；适于安装在汽车上用 来接收射频发送机发送的数据的外部接收器。
依据本发明的另一个方面，提出一种用于检测轮胎中至少一个性 能参数的方法，该方法包括提供固定到轮胎的径向内表面上的锚定 主体；提供检测单元，其包括天线、与所述天线可操作地连接的传感 器单元、包括壳体和压电元件的电力供给单元，所述电力供给单元与 所述传感器单元电连接，其中所述压电元件置于所述壳体内，以使第 一端大体上固定在所述壳体上，使第二端与加载块相关联，在所述壳 体的至少一个内壁和所述加栽块的外表面之间形成间隙；通过接合在 相应锁定槽内的至少一个边缘部分，将检测单元与锚定主体安装在一
起，借此在接合步骤之后，所述压电元件大体上沿与所述轮胎的径向
正交的平面定位；在滚动表面上转动所述轮胎，以在所述轮胎转动过 程中使所述压电元件的变形；收集所述压电元件的所述变形产生的电 能；用所收集的电能给传感器单元供电；用所述传感器单元检测所述 的至少一个性能参数。


从对轮胎和用于检测本发明的轮胎的至少一个性能参数的方法的 优选的但不排它的实施例的详细描述中，更多的特征和技术效果将变 得更清楚，所述轮胎包括用于检测轮胎的至少一个性能参数的检测装 置。在下文中将参考以非限制性示例方式给出的附图进行描述，其中 图1简要地示出了结合根据本发明的检测装置的轮胎沿着图3中 的线I-I剖开后的半个径向截面；
图2示出了沿着图3中的方向II看过去的图1中的装置； 图3是施加在轮胎的内表面上的检测装置的平面图； 图4示出了沿着图6中的线IV-IV剖开后，作为检测装置一部分 的检测单元；
图5示出了与图4中的剖面图成90。即沿着图6中的线V-V剖开 的检测单元；
图6示出了在平面图中看到的检测单元；
图7示出了沿着图9中的线VII-VII剖开后，作为检测装置的一 部分的锚定主体；
图8示出了与图7中的剖面图成90。即沿着图9中的线VIII-VIII 剖开的锚固主体；
图9示出了在平面图中看到的锚定主体；
图IO示出了包括在图1的轮胎中的检测单元的示例性原理图lla和llb示出了包括在图IO的检测单元中作为电源的示例性 的挠性压电元件；
图12示出了在轮胎转动过程中轮胎的胎面部分受到的径向加速 度与时间的关系的典型曲线图13示出了如图12所示出的径向加速度曲线的典型频镨；
图14示出了图lla和lib的挠性压电元件的示例性的频率响应；
图15示出了从图lla和lib的挠性压电元件获得的信号，所述挠 性压电元件安装在以20km/h的速度转动的轮胎上；
图16示出了从图lla和lib的挠性压电元件获得的信号，所述挠 性压电元件安装在以50km/h的速度转动的轮胎上；
图17示出了在轮胎低速(40km/h)转动过程中，固定在图11a 和lib的挠性压电元件上的加载块的位移与时间的关系；
图18示出了在轮胎高速(80km/h)转动过程中，固定在图11a 和lib的挠性压电元件上的加载块的位移与时间的关系；
图19是图18的一部分的放大图20是环形支撑的示意性的剖视图，其中在环形支撑的外表面上 具有成形腔室，所述腔室的形状与检测装置的锚定主体的形状相匹配； 图21示出了填充有弹性体材料的图10中的成形腔室； 图22示出了在环形支撑外表面上形成胎体结构的过程的开始步
具体实施例方式
参考附图，根据本发明的用于汽车车轮的轮胎总体上用附图标记 1标出。图1中示出的轮胎1是通常所熟知的"无内胎"类型的轮胎， 即不包括内胎的轮胎。
轮胎1包括大体上环形形状的胎体结构2、在胎体结构2周围周 向延伸的带结构3、在周向外侧位置作用在带结构3上的胎面带4、和 一对轮胎侧壁5。所述轮胎侧壁5在相对的两侧側向地作用在胎体结 构2上，并且每一个侧壁都从胎面带4的侧边缘开始延伸，直到接近 胎体结构本身的径向内侧边缘。每个侧壁5和胎面带4大体上包括至
少 一层适当厚度的弹性体材料。
胎体结构2包括一个或多个具有轴向相对的端部垫带(end flaps) 的胎体帘布层6，所述端部垫带牢固地固定在一对环形锚定结构7上， 所述环形锚定结构7与通常称为轮胎"胎圏，，的区域成为一体。胎体帘布层6可以向内涂覆所谓的"衬垫，，6a，即一个通常在使用状态下被导 入轮胎中的空气或其他膨胀流体不能透过的弹性体材料的薄层，该衬 垫在整个轮胎1的径向内表面la的范围内延伸。
用标号8总体表示的检测装置置于轮胎1的径向内表面la上。检 测装置8位于轮胎上与轮胎1的胎面区域相对应的部分上，即位于在 轮胎1的侧壁之间轴向延伸的轮胎1的区域中的一部分上。优选地， 大体上与轮胎1的赤道面相对应地设置检测装置8。在图1所示的优 选实施例中，检测装置8固定到轮胎l的内衬垫6a上。
检测装置8设置成与安装在汽车面板上、未示出和以其熟知的方 式进一步描述的电子单元相互作用。所述检测装置8设置成检测、存 储和/或发出安装在汽车上的轮胎的一个或多个性能参数的信号。例如 这些性能参数能够表示为标识码、充气压力值、温度、行驶距离和/ 或通过数学计算得到的其他参数，所述的数学计算能由轮胎l内的检 测装置8自己执行，或者由汽车面板上的电子单元执行。
为此，检测装置8大体上包括与弹性体材料的锚定主体IO接合的 检测单元9，所述弹性体材料又固定在轮胎1的径向内表面la上。
检测单元9大体上包括至少一个可操作地与天线12关联的传感器 单元11和与所述传感器单元11电连接的电力供给单元31。
从图1-6中可以清楚地得出，天线12优选地具有呈圆环状延伸的 环形结构，具有内周缘12a和外周缘12b。由导电元件制得的天线12 呈扁环状，所述导电元件结合到塑料材料的支撑上，其中扁环的内径 "d，"比外径"d2"与内径"dr的差要大，优选是两者之差的1.5至5倍。 在优选实施例中，内径"d ，和外径"d2，，分别为20mm和30mm。另夕卜， 天线12具有作为示值的在lmm至3mm之间的厚度"s，，，例如约2mm， 所述厚度在天线12自身和/或检测装置8作为一个整体的几何轴线"x" 方向上平4于测量。
电力供给单元31包括至少一个壳体311，所述壳体311可能用与 结合有天线12的导电元件的塑料材料相同的塑料材料制成。在优选实 施例中，传感器单元11和电力供给单元31都装在同一壳体311中。
壳体311优选地具有大体上棱柱形状、从天线12的一侧轴向伸出和相 对天线12径向延伸，并且通过相对端311a将天线12的内周缘12a 连接起来。
具体参考图1-3和7-9,锚定主体IO优选地具有圆形结构或必须 具有与天线12的周边相一致的结构，并具有提供有紧固表面14的底 座部分13，所述紧固表面14锚定或被牢固地锚定到轮胎1的径向内 表面la上。
在与紧固表面14相反的一侧上，底座部分13支撑保持部分15， 所述保持部分15具有远离紧固表面14的顶面16。在底座部分13和 保持部分15之间形成有周向槽17，所述周向槽17具有锁定槽，该锁 定槽适于接纳天线12的内周缘12a提供的边缘部分。实际上，在保持 部分15弹性变形后，天线12的内周缘12a可以插到周向槽17中。
有利地，优选地用弹性体材料制成锚定主体10，所述弹性体材料 具有35。至60°的肖氏硬度Shore A，优选40°至55°的肖氏硬度Shore A。所述锚定主体IO具有在紧固表面14和顶面16之间测量的总高度 "H",高度"H"是天线12的内周缘12a直径或者是沿所述内周缘12a 相互间隔开的两个点之间测量的最大距离的0.2至1.5倍。优选地，高 度"H"是在沿所述内周缘12a相互间隔开的两个点之间测量的最大距 离的0.3至0.6倍。在示出的实施例中，总高度"H"相当于天线12的 内4圣"(V，的2/5。
上述具体的数值范围给出了锚定主体IO在轮胎1的内表面la上 适当延伸的大体上平展的结构。这样，就可能保证检测装置8的重心 相对轮胎的内表面la保持大大地缩小的距离。这样，由于在轮胎1 高速转动的过程中引起的高加速度，锚定主体10产生的变形减小了 ， 从而消除了由于所述应力使检测单元9与锚定主体10分离的风险。 H/A的比值大于上面指出的值实际上会引起锚定主体10的过度变形 量，天线尺寸也一样，因为检测装置8的重心从轮胎的径向内表面la 上移开，并且由于装置质量的增加。首先，在轮胎高速滚动过程中， 在径向内表面la上产生的高的加速度也能产生这样一些应力，该应力
造成危害和/或造成检测单元9与锚定主体10分离，或者锚定主体10 自身与轮胎的径向内表面la分离。在轮胎l使用过程中，就小于上述 指出的值而言，过度变形可能出现在周向槽17处，其将导致检测单元 9上的应力，该应力对所述检测单元9的实际工作有损害和/或导致检 测单元9与锚定主体10分离。
另外，上述具体参数使得能够使用较大直径的天线12，以利于数 据的有效传输，同时能够有利地减少检测装置8的整体质量。
为了促使检测单元9和锚定主体10之间良好接合，周向槽17优 选地设置成根据与天线12的内周缘12a的几何形状匹配的轮廓延伸。 更具体地，为此，周向槽17的最小直径"dm，，值等于并优选地在天线 12的内径"d,的97%至103%之间。同样地，平行于几何轴线"x"测 得的周向槽17的宽度"W2"大体上等于并优选地在天线12厚度"s"的 97%至103%之间。比上述极限值小的槽12的最小直径"dJ，和/或宽度 "W2"能引起能损害检测单元9和或锚定主体10的相对移动和相应的冲 击。
为了能使检测单元9与锚定主体10易于接合和分离，并同时保证 接合时检测单元9的稳定性，保持部分15具有比天线12的内径"d ， 大的外径"de"。更具体地，作为指示值，保持部分15的外径"de"可以 在天线12的内径"d,的110%至150%，例如可以是天线12的内径"d, 的125%。另外，保持部分15具有平行于几何轴线"x，，测得的高度"W3"， 所述高度"W3，，是周向槽17的宽度"W2"的90%至140%，例如等于周向 槽17的宽度"W2"的125%。
外径"de"和/或高度"W3"的值比所指示的值小，能引起保持部分15 的过度磨损。反之，外径"de"和/或高度"W3"的值比所指示的值大，会
使得天线12的内周缘12a安装到槽17中太困难。
为了便于这种安装操作，天线12的外径"d2"也优选地比保持部分 15的外径"de"大。
也可以带来好处是，在锚定主体10内形成从顶面16向紧固表面 14延伸的中心空腔18。中心空腔18的存在使保持部分15的变形更优 化，以便于锚定主体10与检测单元9的连接。
优选地，中心空腔18的轴向长度，至少等于保持部分15的高度
"W3"的轴向尺寸加周向槽17的宽度"W2，，的轴向尺寸。在示出的实施
例中，中心空腔18延伸到距紧固表面14约2mm的位置。
优选地，在中心空腔18中可确认的是其具有从顶面16延伸并且 具有比周向槽17的内径"dm"小的直径"Nr的基本部分18a,和具有比 基本部分18a的直径小的直径"N2"的端部18b。至少在基本部分18a， 作为指示值，中心空腔18的直径"N,"相当于周向槽17的内径"dj的 60% ，并且在任何情况下，优选是周向槽自身内径"dj，的40%至70%。 还优选的是，至少在基本部分18a，中心空腔18的直径"Nr和保持部 分15的外径"de"的比值比大约0.3大，优选的是0.3至0.7。至于小于 0.3的值，对于执行检测单元9和锚定主体10的接合以及检测单元9 与锚定主体10的分离来说，保持部分15的变形能力可能减少得太多。 在示出的实施例中，中心空腔18的直径"Nr和保持部分15的外径"de" 的比值基本上等于0.5。
端部18b和基本部分18a的直径"N2"和"Nr的比值优选的是0.2 至l。对于较高的值，检测单元9和锚定主体10之间的装配约束易受 影响。相反，对于较低的值，保持部分15的变形能力不足以执行检测 单元9与锚定主体IO之间的接合操作。在示出的实施例中，这个比值 大体上等于0.5。
对于容纳传感器单元11和电力供给单元31来说，在保持部分15 中在直径相对的位置上形成一个或多个凹口 19是有利的。每个凹口 19朝中心空腔18开口 ，并优选延伸到锚定主体10的几何轴线"x"周 围，形成范围指示值在约30°至100。之间的角度"p"，示出的实施例中 角度"P，，大体上等于60°。凹口 19的尺寸和形状适于使保持部分15的 形状与壳体311的形状最佳匹配，所述壳体311优选地容纳传感器单 元11和电力供给单元31，以致消除相对保持部分15自身的间隙或不 希望的应力。
角度"P"的范围值比所指示的值小，会引起保持部分15的变形能
力不希望地减小。更高的范围值会引起检测单元9与锚定主体10之间 的接合约束过度弱化。
有利地，底座部分13构造成便于保护检测单元9，使其免受在接 触地面的区域轮胎1受到的应力的影响，检测单元9和轮胎径向内表 面la之间直接接触的任何风险都消除了。
为此，根据在几何轴线"x"方向上平行测得的高度"w ，，底座部分 13优选地设置成以锥形结构朝周向槽17延伸，所述高度"w,是锚定 主体10的总高度"H"的40%至50%。更具体地，底座部分13具有朝 周向槽17呈锥形的周向表面13a,所述周向表面13a相对于容纳周向 槽17的平面形成在15°至45。之间的角度"a"，例如等于约30。。如果 上述角度小于15°,由于轮胎滚动时引起的变形，周向表面13a会与 天线12接触，从而带来损害和/或引起检测单元9与锚定主体10分离 的风险。超过45。的角度值将引起紧固表面14的范围缩小，从而削弱 与轮胎1的径向内表面la粘合的稳定性。另外，超过45。的角度值能 产生应力集中点，因为由锚定主体10自身的存在引起紧固表面14的 周缘上刚度突然变化，结果造成出现锚定主体10与轮胎1的径向内表 面la分离的现象的风险。
锚定主体10的总高度"H"与紧固表面14处底座部分13的最大直 径"Dm^"的比值优选地还设置成在0.2至0.3之间，在示出的实施例中
这一比值是0.24。另外，最大直径"Dmax"优选为天线12外径"d ，的
110%至120%。与所指示的值相比，较小的最大直径"D咖x"在轮胎滚 动过程中会导致锚定主体10过度变形，因此降低紧固表面14和轮胎 本身内表面la之间的机械粘附力(adhesion grip )。相反，由于所述 锚定主体10刚度的增大，较大的最大直径"D^x"会导致轮胎与锚定主 体10之间传递的力增大，而且会带来天线12的径向外部边缘与底座 部分13的锥形周向表面13a接触的风险。
至少在周向槽17处，底座部分13还设置成具有最小直径"Dmin"， 所述最小直径"Dmin"介于天线12的内径"d ，和保持部分15的外径"de" 之间。在轮胎l滚动过程中，所述最小直径"Dmin"值较大会传递应力
给天线12，那样检测单元9将倾向于从锚定主体10上移开。
另外并且有利地，底座部分13的紧固表面14具有曲线延伸部， 当涉及的轮胎规格是205/55 R16时，作为指示值，其曲线半径至少长 达280mm，所述曲线延伸部优选地与轮胎径向内表面la在充气状态 下的曲率相当。
为了提高锚定主体10在紧固表面14和轮胎径向内表面la之间的 分界面上的变形能力，底座部分13优选地具有辅助槽20，所述辅助 槽20形成于紧固表面14上并横向于轮胎的周向延伸方向延伸。另外， 这个辅助槽20在包含凹口 19的平面所处的方向上延伸，作为指示值， ;果度在约0.8mm至约2mm之间。
图10示出了示例性的检测单元9的方框图。传感器单元ll至少 具有微控制器33。在优选的实施例中，传感器单元11优选地包括微 控制器33、测量装置34和射频发送机36。
电力供给单元31包括如下文将要描述的挠性压电元件313，在轮 胎在路面上滚动的过程中，所述挠性压电元件313在轮胎传递给它力 的作用下发生变形。由于压电效应，这种变形产生电荷，适当的电极 能收集所述电荷并供给电压产生电路32，所述电路32具体地包括适 于将交流电转换成直流电的二极管整流器电桥(未示出)。电压产生电 路32还包括电容器(未示出)，或其他适于存储压电效应产生的电荷 的装置。电压产生电路32还可以包括电压控制器(未示出)，所述电 压控制器适于检验通过电容器的电压是否超过预定的最小值(例如2.7 伏)。由电力供给单元31产生的电力和存储于电压产生电路32的电力 被供给传感器单元11，即供给微控制器33、测量装置34(通过开关 35)和射频发送机36。
测量装置34包括一个或多个传感器，所述传感器适于测量被监测 的轮胎的一个或多个参数，例如压力和/或温度。测量装置34还可以 包括适于将测得的参数转化成电信号的控制电路。射频装置36适于通 过天线12将包含测得的一个或多个参数的信息帧(information frames)传输给轮胎外部的接收器(未示出)，所述接收器具体地位于 安装该轮胎的汽车上。微控制器33具体地包括存储器和控制检测单元 9工作的CPU。在图2示出的优选实施例中，为了给对被监测的一个 或多个性能参数进行测量的测量装置34供电，通过第一启动电路38, 微控制器33能使开关35闭合通往测量装置34的电路。
此外，通过第二启动电路40，微控制器33能使帧传输到外部接 收器。而且，微控制器33采集来自测量装置34的信号，而且通过模/ 数转换器39将它们转换成数字形式，并且对它们进行处理，以提取要 通过射频发送机36发送到轮胎外部的信息。
使开关35的闭合和通过发送机36进行帧传输，可以按预定的时 间间隔执行。例如，第一启动电路38可以每隔两分钟驱动开关38闭 合，而第二启动电路40可以每隔七分钟使釆集的数据传输到外部，因 为与参数测量相比，射频发送一般需要更多的电力。
在优选的方案中，每当电压产生电路中收集的电能的量达到预定 阈值，启动开关38的闭合和所采集数据的传输(如果必要)以提供功 率脉冲。微控制器33可以设置成用于对提供给传感器单元的功率脉冲 进行计数，并在所述存储器中存储由计数功率脉冲所表示的性能参数。
第一和/或第二启动电路38、 40可以以任何常规方式来实现，如 与微控制器33分离的硬件电路，或者如结合在微控制器33的存储器 里的软件对象。
图lla示出了电力供给单元31的横向剖面图。电力供给单元31 包4舌压电元件313和与压电元件313关联的加载块312。图lib示出 了电力供给单元31沿如图lla中A-A剖开的^f见图。参照图lla，压电 元件以悬臂方式置于壳体311中.换句话说，压电元件313在其第一端 315固定到壳体311上，而第二端316与加载块312关联。
压电元件优选地形成为一个平面元件。可选地，它可以制成簧片 元件或如棒状元件。在优选地实施例中，平面压电元件包括至少两个 平面压电晶体(双压电晶片元件结构)，所述至少两个平面压电晶体用 平面的导电(如金属的)板隔开。电极按照常规置于压电元件的外表 面上。
检测装置8与轮胎结合，以使得沿大体上与轮胎径向(在图1、 lla和lib中用"E"表示)正交的平面设置压电元件313，所述轮胎径 向为从轮胎的旋转轴辐射出来的方向。这样，在轮胎滚动过程中，压 电元件313和相关联的加载块312受到径向(即离心)加速度。为了 均匀分布压电元件313受到的应力，压电元件313的长边可以优选地 大体上沿轮胎的轴向(在图1、 lla和lib中用"F"表示)设置，即沿 平行于轮胎旋转轴线的方向设置。可选地，压电元件的长边可以沿轮 胎的纵向(在图l、 lla和llb中用"L"表示)设置。
对压电元件313、加栽块312和壳体311的几何尺寸进行选择， 以使得在加栽块312的外表面和壳体311的内壁之间留出间隔314, 也称为"间隙"，所述间隙314限定压电元件313允许的最大偏移量。 为了限制电力供给单元31的尺寸并改变压电元件和加载块结构的质 心，加载块大体上位于压电元件313的第二端上，加载块312可以优 选为U形，如图lla所示。
在工作中，电力供给单元31受到由于轮胎的转动而产生的离心加 速度。在滚动过程中，离心加速度与来自轮胎与地面的相互作用的其 他加速度混合。图12示出了合成径向加速度与时间关系的示例性的示 图，所述合成的径向加速度是其中与电力供给单元31结合的轮胎部分 在轮胎滚动过程中所受到的合成的径向加速度。
在整个轮胎旋转的第一部分，在此期间，对应于电力供给单元31 所结合的轮胎部分的轮胎面与地面不接触，除了图12所示的波紋，加 速度大体上是常数，这种现象的出现将在下文中进行解释，并且假设 加速度值取决于轮胎转动速度的平方。在整个轮胎旋转的第二部分， 在此过程中，对应于电力供给单元31所结合的轮胎部分的轮胎面与地 面接触，在轮胎与地面之间的接触刚开始时，因为轮胎从圆的变形成 扁平结构，在加速度最初增大后，加速度水平大体上降为零，如图12 的中间部分。在离开接触区域的位置，轮胎面遇到的加速度的又出现 增大。
在上述整个轮胎旋转的第一部分中，与对应于胎面区域的轮胎部
分相关联的电力供给单元31会承受巨大的加速度(绝对值，而且由于 在轮胎转动中突然改变)，高速下能达到几百g的值(例如120km/h 速度下360g的值)。受到大体上指向图lla和lib中的E方向的加速 度的作用，加载块312从第一平衡位置向壳体311的内壁被推到这样 一种程度，该程度取决于压电元件313的柔性和加栽块312的尺寸， 最大程度由间隙34限定，其中在所述第一平衡位置压电元件实际上与 轮胎径向正交。加载块312的移动引起压电元件313相应地挠曲，即 由于压电效应产生电荷。然而，在这个"静"加速度作用下，加栽块一 旦到达第二平衡位置，电荷的产生就突然被中断。所述第二平衡位置 可能出现在间隙34内或靠在壳体311的内壁上，这取决于加速度的值， 即取决于轮胎的旋转速度。旋转速度越快，第二平衡位置离第一平衡 位置越远，达到如前面所述的由间隙314所限定的最大值。
另一方面，在上述整个轮胎旋转的第二部分，即在过渡到与电力 供给单元31结合的轮胎部分与地面接触的区域，由于加速度基本上降 为零，以致没有作用任何力来将加载块312保持第二平衡位置上，加 栽块312自由振荡。加载块312的振荡引起压电元件313相应地挠曲， 即由于压电效应产生电荷。这些振荡可以提供大量的电荷，取决于振 荡的程度和压电元件313的阻尼特性所施加的阻尼效应。然而，经过 接触区一旦结束，离心加速度使加栽块的振荡被迫停止，加载块处于 第二平衡位置，并且电荷的产生也相应停止。
在整个轮胎旋转的第二部分产生的电荷的总数量是许多效应的结 果，其中一些彼此抵消
a) 低速下，振荡的程度非常低；然而，每次经过接触区的时间较 长，因此，如果压电元件313施加的阻尼选择合适了，就可以获得很 多次的振荡(即压电元件313产生很多次的变形)；
b) 高速下，振荡的程度比较高，其最大值由间隙34限定；然而， 每次经过接触区的时间相对上述的情形a)中的要少，所以振荡的数 量就少；因此，通过适当地选择压电元件313和加栽块312的结构、 几何和/或物理特性，每次轮胎旋转，压电元件313就可以产生预定数
量的电能，不论轮胎转速如何；另外，在给定的时间间隔内，与情形 a)相比，经过所述接触区的次数更多，所以可以获得补偿，以抵消每 次经过的时间较短。
上文解释的与加载块312关联的压电元件313的特性称为电力供 给单元31所受到的加速度的所谓的"第一谐波，，贡献，即轮胎每转一 次，这种贡献就出现一次。与这种贡献关联的频率在0Hz至几十Hz 的低频范围内变化，这取决于轮胎的转速(例如汽车轮胎转速约为 150km/h时，频率约是20-25Hz)，与一秒内与电力供给单元31关联 的轮胎部分经过所述接触区的数量相对应。由于这种低频贡献，因为 压电元件313"脉冲"振荡特性，所以可以获得电荷的"脉冲，，产生，"脉 冲频率"取决于轮胎转速。
然而，电力供给单元31在径向实际受到的加速度也具有在比上述 频率高的频率范围内的分量，从图12所示的径向加速度图所示出的波 紋的存在可以看出来。这些高频分量是由于高次谐波的贡献，即由于 轮胎每转一次多次出现的事件的贡献。例如，高次谐波贡献可能是由 于形成轮胎面的块与路面之间的相互作用。由于在接触区轮胎受到的 变形被传输到接触区外侧的轮胎部分，其他高次谐波贡献可能来自整 个轮胎结构的振动模式。进一步的高频影响可能由较小的轮胎面部分 与路面之间的相互作用造成的，这取决于轮胎在上面滚动的地面(如 沥青)的粒度。
图13示例性地示出了径向加速度信号的傅立叶变换的结果，所述 径向加速度信号是通过连接到轮胎(Pirelli P7 195/65 R15,冲气压力 2.2 bar)的内衬上的加速计获得的，该轮胎在80km/h转速下滚动若 千次。图13示出了不同的叠加曲线，每个曲线与在一次转动中获得的 加速度信号有关。横坐标代表的是不同加速度分量的频率(单位Hz)， 而纵坐标代表的是同一频率下可能的不同贡献的总和(任意单位)。正 如所看到的，对于直至约200Hz的频率，获得主要贡献。对应不同轮 胎转速的曲线在这个第一频率范围内被很好地叠加，根据本申请人的 观点，这些曲线对应于实际上只与轮胎结构有关的特征，即对应于轮
胎结构对其在地面上滚动所施加的应力的反应，而与外在因素(例如， 轮胎在上面滚动的沥青的类型)无关。低速下，第一频率范围具有较
小的宽度，相应地，图13中的峰值出现在低频(例如40km/h速度下 约50Hz)。在较高的频率下，贡献越来越小，并且表现为随机行为， 所述随机行为通过在高于约200-400Hz的频率下可以看到的不断增加 的不同曲线的分布表现出来，这可能是因为是在不同路况下滚动引起 的。总之，径向加速度的不同频率分量可能对压电元件313的变形造 成其他贡献，还会对由上述的第一谐波贡献获得的变形造成其它的贡 献。
通过比较，图14示出了与加载块312关联的示例性的压电元件 313的频率响应。对压电元件313的尺寸和材料进行选择，以获得约 4800N/m的刚度k。加载块312的质量K的大小约是0.96克(grams )。 为了得到频率响应，包括与加载块关联的压电元件的壳体置于振动器 装置上，所述振动器装置通过电子控制装置来驱动，电子控制装置对 振动器施加脉冲激振动力，频率范围是OHz至100Hz。振动器的运动 引起加载块和压电元件的振荡，随之产生电荷。图14表示电压/加速 度(用g表示)与激振力频率关系的传递函数。正如从图14中所看到 的，由压电元件和加载块形成的结构的响应峰值在300Hz至400Hz 之间，即离图13中的峰值很远。这意味着，实际上在轮胎滚动过程中， 轮胎传递到包括悬臂式压电元件313的电力供给单元31的激振力并不 能充分地引起压电元件313的共振。为了减少压电材料由压电元件313 的连续大振荡造成裂紋的发生，这一点是很重要的，所述裂紋会造成 电力供给单元31效率的降低，或更糟糕的是造成压电元件313过早断 裂。
即使不发生共振，压电元件313也总是被径向加速度的分量激振， 所述径向加速度具有比"第一谐波，，的频率高的频率。申请人已经验证 了当轮胎低速滚动时，即当轮胎转动产生的离心加速度不足以强到几 乎抵消径向加速度的所有其他频率分量时，与压电元件313关联的加 载块312在上述的第二平衡位置附近振荡，所述第二平衡位置即当加
载块被离心加速度推动所达到的位置。由于"高频"分量(即由于高次 谐频的分量和/或由于轮胎面与地面之间相互作用的分量)，这种振荡 非常利于压电效应产生电荷。实际上，由于这种振荡，在上述的整个 轮胎转动的第一部分(即接触区之外的部分)中产生了电荷加上在上 迷的整个轮胎转动的第二部分(即接触区)中产生的电荷的连续流， 促成在整个轮胎转动过程中形成电荷的"连续"产生。
如上所述，这一特性出现在低速下。在高速下，形成的离心加速 度相对于形成径向加速度的其他分量变得如此强大，以致于加载块
312被压在壳体313的内壁上，加栽块312的其他运动实际上都被抑 制了。总之，在这种状态下，在轮胎转动的第二部分中产生电荷。
图15和16示出了电力供给单元31的这一不同特性。更特别地， 两幅图示出了电压与时间的关系，所述电压由通过弹性体材料块连接 到轮胎内衬上的电力供给单元31产生，电力供给单元由在塑料壳体内 的包括压电材料(PZT)的双压电晶片元件板形成，双压电晶片元件 板的宽度为5mm，长度为llmm，总厚度为0.46mm,所述塑料壳体 宽度为7mm，长度为13mm，高度为7mm，厚度为0.5mm。 0.97克 的加载块固定在压电板的自由端上。在壳体的内壁和加栽块的外表面 之间在径向上留有250pm ( 125nm+125jim )的间隙。
图15示出了当轮胎以20km/h的速度转动时由电力供给单元产生 的电压与时间的关系。和与电力供给单元关联的轮胎部分通过接触区 相对应，可以看到三个强烈的电压振荡，所述电压振荡具有延伸穿过 整个时间间隔的小的电压振荡叠加的连续区。显然，电压振荡是由于 压电板的实际振荡，在当与电力供给单元关联的轮胎部分位于接触区 外时和位于接触区内时都会出现所述的压电板振荡。
图16示出了当轮胎以50km/h的速度转动时由电力供给单元产生 的电压与时间的关系。由于较高的转速，强电压振荡的数量在增加。 然而，小电压振荡实际上消失了，以致产生的电压信号类似于脉沖信 号，具有彼此隔开的脉沖串。在这第二种情形下，实际上只有与电力 供给单元关联的轮胎部分位于接触区内时才产生电荷。 图17、 18、 19中示出了类似结果，这是申请人用传统的模拟工具 所做的模拟结果。在模拟中，考虑的模型具有如上面参照图15和16 所描述的悬臂式压电电力供给单元，其设置在轮胎的内表面上。对应 于实际径向加速度信号的加速度图被看作是加速度激振电力供给单元 的加速度图，所述径向加速度信号是在不同转速下用置于轮胎内表面 上的加速计测得的。
参考图17，曲线91代表用于模拟的加速度与时间关系的图形的 一部分，模拟是在40km/h下进行的。曲线92代表计算出的压电元件 十加载块结构的质心相的位移与时间关系。直线93代表在一个方向上 最大允许位移，即间隙的一半。图17的y轴反映的值是位移值，对于 加速度曲线91，其单位可认为是任意单位。从曲线92中可以看到， 与加载块关联的压电板在第二平衡位置周围连续振荡，第二平衡位置 离开第一平衡位置，所述第一平衡位置用纵坐标的"O"值表示，即第一 平衡位置是当轮胎静止时压电板所处的位置。加载块的质心受到转动 中形成的离心加速度的作用，到达第二平衡位置。图17示出了小的实 体(entity)的振荡和大的实体的振荡。大的实体的振荡对应于与电力 供给单元关联的轮胎部分通过接触区的振荡，即曲线91大体上达到零 值的地方。小的实体的振荡实际上出现并且在整个曲线92上叠加。还 注意到，在大的实体振荡过程中，质心"碰撞，，直线93，对应于加载块 实际碰撞到电力供给单元壳体的内壁上。
参考图18，曲线101代表用于模拟的加速度与时间关系的图形的 一部分，模拟是在80km/h下进行的。曲线102代表计算出的压电元 件+加载块结构的质心的位移与时间的关系。直线103仍然代表在一 个方向最大允许位移，即间隙的一半。图18的y轴反映的值是位移值， 对于加速度曲线101，其单位可认为是任意单位。从曲线102中可以 看到，与加载块关联的压电板从最大允许位移开始，在与电力供给单 元关联的轮胎部分通过接触区的位置处进行脉沖振荡，即在曲线101 大体上达到零值的地方脉沖振荡。图19示出了图10的局部放大的部 分。从图19中可以看到，曲线102开始与曲线93重叠，对应于加载
块靠在壳体内壁的位置。当径向加速度(曲线101)减小时，加载块 开始在第一平衡位置(图19中纵坐标的零值)周围自由振荡，如在图 19中心部分用曲线102的强振荡所表示的。当径向加速度增加时，加 载块被推靠在壳体的内壁上。经过在壳体的内壁上的一 系列碰撞之后 振荡结束，如图19右边部分用曲线102的阻尼振荡所表示的。
申请人已经验证了，将制备好的如图lla和lib中示出的电力供 给单元关联到与上述与轮胎的轮胎面对应的轮胎部分上，同时确定不 同的部件(压电元件材料、尺寸、压电层的数量、加载块质量、间隙)， 以在轮胎低速转动时基本上连续产生电荷，而在轮胎高速转动时基本 上脉冲产生电荷，这样能够获得足够的电能用来供给一般的传感器装 置，所述传感器装置包括在轮胎内用来监测轮胎的性能参数。特别是， 由于压电元件大体上连续地振荡，在低速下可以产生大量的电荷。
正如上面解释的，可以对压电元件313和加载块312的特征进行 适当选择，以致不论轮胎的速度如何，轮胎每转动一次产生的电荷的 数量基本上是常数。这样，用微控制器33或者用与外部接收器连接的 遥控单元，很容易地就计算出使用中轮胎所走过的距离，该距离随存 储在微控制器33的储存器里的表示供给到传感器单元11的能量脉冲 的参数而变化。
当汽车停下时，例如通过用125KHz电磁感应的遥控手持电子单 元(未示出)，微控制器33存储的轮胎所走过的距离和/或其他性能参 数也可以很好地监测。事实上，天线12自身与这种遥控手持电子单元 所产生的电磁辐射场耦合，并吸引必要的能量用于使传感器单元11 发送与存储在微控制器33的存储器里的一个或多个性能参数有关的 数据。
传感器单元11和所述遥控手持电子单元之间通过射频信号发送 和接收(RF信号)来交换数据，所述射频信号的频率为100KHz至 500MHz，并且优选地是约125KHz，或约是13.5MHz。因此，遥控手 持电子单元的天线12和检测单元9之间的配合构成了检测系统，所述 检测系统能使检测单元9在轮胎不转动时也能工作，即电力供给单元31不工作时也能工作。
检测单元9可以方便地设有至少一个弱化的部分(未示出)，所述 弱化的部分适于当检测单元自身试图从锚定主体10上脱离时发生断 裂。这样确保存储在检测单元9里的性能参数实际上属于安装有检测 单元的轮胎。
电力供给单元的高可靠性，申请人也已经验证过了。申请人相信， 这取决于如下事实，即在低速下，压电元件大部分时间被激励以小范 围振荡，而当与电力供给单元关联的轮胎部分经过接触区时，发生的
大的振荡可能会受壳体内壁和加载块外表面之间的间隙的适当尺寸的 限制。因此，可以大大降低压电材料内出现裂紋和断裂。在电力供给
单元的特性从电荷的连续产生变到电荷的脉冲产生时的精确速度值， 取决于形成电力供给单元的部件的精确尺寸，也取决于轮胎规格和特
度之间的特性变化，优选地，所述中间速度包括在30km/h至70km/h 之间的速度，更优选的是在40km/h至60km/h之间的速度。有利地， 为了减少电力供给单元的共振模式的出现，可以确定电力供给单元的 不同部件的尺寸，以便于获得压电元件+加栽块结构的高于150Hz,优 选地高于200Hz,更优选地高于300Hz的共振频率。申请人相信，这 种选择允许进一步提高电力供给单元的可靠性，因为在任何实际的速 度状态下，在轮胎转动过程中基本上避免了压电元件的大的共振。
使用双压电晶片元件PZT压电板以获得上面解释的性能的电力 供给单元的示例性的优选范围如下
PZT板的长度8mm至18mm;
PZT板的宽度3mm至18mm;
双压电晶片元件板的总厚度0.30mm至1.20mm;
加载块0.05g至3g;
间P求50拜画400拜。
特别参考加载块尺寸，必须知道的是，加载块的小尺寸允许提高 压电元件+加栽块结构的共振频率。另外，加栽块的小尺寸允许减少 由于电力供给单元的存在对轮胎转动造成的不平衡。而且，加载块的 小尺寸允许降低电力供给单元壳体内在振荡期间碰撞内壁造成的裂紋 和断裂的出现。然而，过小的加载块尺寸不允许压电元件充分地弯曲， 结果不充分地产生电荷。确定电力供给单元尺寸的准则是，选择加载
块的质量大小m,以使得足以基本上避免转动过程中轮胎的不平衡(例 如小于3克的质量)，选择压电元件+加载块结构的共振频率fr (例如 高于150Hz)，然后从压电元件的刚度k获得其尺寸，通过下面已知的 关系式计算所述刚度k:
在所述轮胎已经经过生产流程中提供的常规制造和模制-硫化的 步骤做好后，将检测装置8装配到轮胎上可以通过将固定表面14粘接 到轮胎的径向内表面la上经固定而实现。可以通过胶粘或硫化获得固 定，例如通过就地硫化置于固定表面14和轮胎的径向内表面la之间 的弹性体材料的薄片涂层，优选地以这样一种方式，即固定表面14 相对轮胎的赤道面位于中心对称位置，而且辅助槽20优选地横向于轮 胎1的周向延伸。
由于锚定主体10的特殊形状和随后检测单元9能装配到所述锚定 主体10上，以进行所述的硫化。通过产生压力，使用简单的方法能将 锚定主体IO压在径向内表面la上，同时供给必须的热量。随后，当 硫化完成时，检测单元9被嵌入。
在一个可替换的实施例中，提供基于聚合物的溶液/橡胶结合剂 (rubber cement),所述基于聚合物的溶液/橡胶结合剂铺设/涂布在轮 胎1的径向内表面la和锚定主体10的紧固表面14上，随后，通过压 力和温度固化。
上述方法也有利地适于将检测装置8作用在已经生产好的轮胎 上，甚至有可能用在已经在汽车上使用的轮胎上。
可供选择地，当轮胎制造过程涉及直接在与轮胎1的内表面la 的形状一致的环形支撑21上形成构成部件时，在轮胎制造过程中能直
接形成锚定主体10。更具体地，为此，供应至少一个成形腔22 (图 20)，所述成形腔22与检测装置8的锚定主体IO的形状匹配，该锚固 主体设置在所述环形支撑21上。预定量的原始弹性体材料(图21) 引入到成形腔22中，所述弹性体材料足以填满腔体，以致腔体与环形 支撑21的外表面21a齐平。然后开始环形支撑21的外表面21a上形 成轮胎1的胎体结构2。更具体地，胎体结构2的制造从衬垫6的形 成开始，所述衬垫6的获得是通过将原始弹性体材料的连续细长的元 件绕成适于分布以覆盖环形支撑21的外表面的线圏，如图22所示。 形成胎体结构2的后续步骤和轮胎1的其它组成部件的装配在这里不 进行描述了，因为它们都可以用现有的方式进行，如在相同申请人的 文献EP-976535中所描述的。
当装配完成时，轮胎1被引入到进行硫化步骤的模型中，随后被 导入成形腔22的弹性体材料形成锚定主体10，所述锚定主体10牢固 地连接在限定轮胎的径向内表面la的衬垫6a上。当^fL化结束时，环 形支撑21从轮胎1上移开，在锚定主体10上接合检测单元9，检测 装置8的制造就完成了。
权利要求
1.一种轮胎，其设有用于检测轮胎中至少一个性能参数的装置，所述轮胎包括-限定轮胎的径向内表面的大体上环形的胎体结构(2)；-固定到轮胎(1)径向内表面(1a)上的锚定主体(10)；-检测单元(9)，所述检测单元(9)包括天线(12)、与所述天线(12)可操作地连接的传感器单元(11)和包括壳体(311)和压电元件(313)的电力供给单元(31)，所述电力供给单元(31)与所述传感器单元(11)电连接；其中-检测单元(9)和锚定主体(10)通过至少一个接合在相应的锁定槽(17)中的边缘部分(12a)配合在一起；-所述压电元件(313)置于所述壳体(311)内，以使第一端(315)大体上固定在所述壳体(311)上，使第二端(316)与加载块(312)相关联，在所述壳体(311)的至少一个内壁和所述加载块(312)的外表面之间形成间隙；-所述压电元件(313)大体上沿着与所述轮胎的径向正交的平面定位。
2. 如权利要求l所述的轮胎，其中确定所述压电元件(313)、所 述加栽块(312)和所述间隙的尺寸，以获得a) 在轮胎以低于给定速度的第一转动速度在滚动表面上转动的过 程中，在与所述压电元件(313)相关联的所述加载块的所述间隙内的 振荡；b) 在轮胎以高于给定速度的第二转动速度在所述滚动表面上转 动的过程中，在整个轮胎旋转的第一部分中，所述加载块与所述壳体 (311)的所述内壁的接触，在所述第一部分，对应于所述轮胎部分的 所述胎面区域不与所述滚动表面接触；在整个轮胎旋转的第二部分中， 在与所述压电元件(313)相关联的所述加载块(312)的所述间隙内的振荡，在所述第二部分，对应于所述轮胎部分的所述胎面区域与滚 动表面接触。
3. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中压电元件(313) 具有大体上沿轮胎轴向设置的长边。
4. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述给定速度是 30km/h-70km/h。
5. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中在所述壳体(311) 内与所述加载块关联的所述压电元件(313)的共振频率高于150Hz。
6. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述加载块小于3g。
7. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述加载块是U 形的。
8. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述间隙的最大范 围是400拜。
9. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述压电元件(313 ) 是双压电晶片元件。
10. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述压电元件 (313)是平面元件。
11. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述压电元件 (313)的材料是PZT。
12. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述电力供给单 元(31)通过电压产生电路(32)与所述传感器单元(11)电连接， 所述电压产生电路(32)至少设有电容器。
13. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述传感器单元 (11)包括设有存储器的微控制器(33)。
14. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述边缘部分 (12a)属于所述检测单元(9),而所述锁定槽(17)属于所述锚定主 体(10)。
15. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中锚定主体(IO)设有固定到轮胎(1)的所述径向内表面(la)上的紧固表面(14)， 所述锁定槽包括与紧固表面(14)间隔开的周向槽(17)。
16. 如权利要求15所述的轮胎，其中所述边缘部分包括由天线 (12)提供的内周缘(12a)，以在锚定主体(10)的至少一部分弹性变 形之后，通过安装在所述周向槽(17)中的所述内周缘(12a)将检测 单元(9)嵌入到锚定主体(10)中。
17. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中锚定主体(IO) 与所述轮胎(1)的胎体结构(2)是一体的。
18. 如权利要求15至17中任一项所述的轮胎，其中锚定主体(IO) 包括支撑所述紧固表面(14)的底座部分(13);与底座部分(13)相关联并具有在远处面对紧固表面(14)的顶 面(16)的保持部分(15);在底座部分(13 )和保持部分(15 )之间形成的所述周向槽(17 )。
19. 如权利要求16至18中任一项所述的轮胎，其中锚定主体(IO) 具有在底座部分(13 )的紧固表面(14 )和保持部分(15 )的顶面(16 ) 之间测得的总高度("H")，该总高度约为沿所述内周缘(12a)彼此 隔开的两个点之间测得的最大距离("dr)的0.2-1.5倍。
20. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中锚定主体(IO) 和检测单元(9)的天线(12)具有圆形结构。
21. 如权利要求18至20中任一项所述的轮胎，其中锚定主体(10 ) 具有从顶面(16)向紧固表面(14)延伸的中央空腔(18)。
22. 如权利要求21所述的轮胎，其中中央空腔(18)具有至少等 于保持部分(15)的轴向尺寸("W3")加上周向槽(17)的轴向尺寸 ("W2")的轴向范围。
23. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中在锚定主体(IO) 内形成用于传感器单元(11)和电力供给单元(31)的至少一个槽(19)。
24. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中锁定槽(17)根 据在几何上与边缘部分(12a)的结构形状匹配的轮廓延伸。
25. 如权利要求18至24中任一项所述的轮胎，其中底座部分(13 ) 具有锚定主体(IO)的总高度("H")的40%-50%的高度范围("W,)。
26. 如权利要求18至25中任一项所述的轮胎，其中保持部分(15 ) 具有周向槽(17)的宽度("W2")的90%-110%的高度("W3，，)。
27. 如权利要求16或如权利要求18至26中任一项所述的轮胎， 其中保持部分(15)的外径("de")比天线(12)的内径("d,)大。
28. 如权利要求16或如权利要求18至27中任一项所述的轮胎， 其中在底座部分(13)的紧固表面(14)上测得的最大直径("Dmax") 是所述天线(12)的外径("d2")的110%至120%。
29. 如权利要求18至28中任一项所述的轮胎，其中底座部分(13) 具有朝周向槽(17)呈锥形的构造。
30. 如权利要求18至29中任一项所述的轮胎，其中底座部分(13 ) 具有朝周向槽(17)呈锥形的周向表面(13a)，所述周向表面(13a) 相对于包含周向槽(17)的表面的角度("a")为15°-45°。
31. 如权利要求18至30中任一项所述的轮胎，其中锚定主体(10 ) 的总高度("H")与在紧固表面(14)处的底座部分(13)的最大直 径("D,，，)的比值约是0.2-0.3。
32. 如权利要求18至31中任一项所述的轮胎，其中底座部分(13 ) 的紧固表面(14)沿曲线表面范围延伸。
33. 如权利要求18至32中任一项所述的轮胎，其中底座部分(13 ) 具有在紧固表面(14)上形成的辅助槽(20)。
34. 如权利要求23和33中任一项所述的轮胎，其中辅助槽(20) 在位于包含壳体凹口 (19)的平面内的方向上延伸。
35. 如权利要求34所述的轮胎，其中辅助槽(20)横向于轮胎(1) 的周向延伸方向延伸。
36. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述壳体(311) 相对于所述天线(12)径向延伸。
37. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中传感器单元(ll) 和电力供给单元(31)都设置在壳体(311)内。
38. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述壳体(311) 具有在径向相反位置与天线(12)相连的相对端。
39. 如上迷权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述检测单元(9) 还包括可操作地与所述传感器单元(11)和所述天线(12)连接、用 于将代表轮胎(1 )的至少一种性能参数的数据发送到外部接收器的无 线电发送机。
40. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述锚定主体(10) 由具有约35°至60°肖氏A硬度的弹性体材料制成。
41. 如上述权利要求中任一项所述的轮胎，其中检测单元(9)设 有至少一个适于在检测单元(9)脱离锚定主体(10)时断裂的弱化部 分。
42. —种用于检测轮胎中的至少一个性能参数的装置，该装置包 括可固定到轮胎(1)的径向内表面(la)上的锚定主体(10);检测单元(9)，其包括天线(12)、与所述天线可操作地连接的传 感器单元(11)、具有壳体(311)和压电元件(313)的电力供给单元 (31)，所述电力供给单元(31)与所述传感器单元电连接；其中检测单元(9)和锚定主体(10)通过接合在相应锁定槽内的至少 一个边缘部分配合在一起；所述压电元件(313)置于所述壳体(311)内，以使第一端大体 上固定在所述壳体(311)上，使第二端与加载块(312)相关联，在 所述壳体(311)的至少一个内壁和所述加栽块(312)的外表面之间 形成间隙；所述压电元件(313)大体上沿与所述轮胎的径向正交的平面定位。
43. 如权利要求42所述的装置，其中所述电力供给单元(31)与 所述传感器单元(11)通过电压产生电路(32)电连接，所述电压产 生电路(32)至少设有电容器。
44. 如权利要求42或43所述的装置，其中所述传感器单元(11) 包括具有存储器的微控制器(33)。
45. 如权利要求42至44中任一项所述的装置，其中所述边缘部 分(12a)属于所述检测单元(9)，而所述锁定槽(17)属于所述锚定 主体(10)。
46. 如权利要求42或45中任一项所述的装置，其中锚定主体(IO) 具有固定到轮胎(1)的所述径向内表面(la)上的紧固表面(14), 和与紧固表面(14)间隔开的周向槽(17)。
47. 如权利要求46所述的装置，其中所述边缘部分包括由天线 (12)提供的内周缘(12a),以在锚定主体(10)的至少一部分弹性变 形之后，通过安装在所述周向槽(17)中的所述内周缘(12a)将检测 单元(9)嵌入到锚定主体(10)中。
48. 如权利要求42至47中任一项所述的装置，其中所述检测单 元(9)还包括可操作地与所述传感器单元(11)和所述天线(12)连 接、用于将代表轮胎(1)的至少一种性能参数的数据发送到外部接收 器的无线电发送机(36)。
49. 如权利要求45至47中任一项所述的装置，其中锚定主体(10) 包括支撑所述紧固表面(14)的底座部分(13);与底座部分(13)相关联并具有在远处面对紧固表面(14)的顶 面(16)的保持部分(15);在底座部分(13 )和保持部分(15 )之间形成的所述周向槽(17 )。
50. 如上迷权利要求中任一项所述的装置，其中锚定主体(IO) 和检测单元(9)的天线(12)具有圆形结构。
51. 如权利要求49或50所述的装置，其中锚定主体(10)具有 从顶面(16)向紧固表面(14)延伸的中央空腔(18)。
52. 如权利要求42至51中任一项所述的装置，其中在锚定主体 (10)内形成用于传感器单元(11)和电力供给单元(31)的至少一个 槽(19)。
53. 如权利要求42至52中任一项所述的装置，其中锁定槽(17) 根据在几何上与边缘部分(12a)的结构形状匹配的轮廓延伸。
54. 如权利要求49至53中任一项所述的装置，其中底座部分(13 ) 具有朝周向槽(17)呈锥形的构造。
55. 如权利要求49至54中任一项所述的装置，其中底座部分(13) 的紧固表面(14)沿曲线表面范围延伸。
56. 如权利要求49至55中任一项所述的装置，其中底座部分(13 ) 具有在紧固表面(14)上形成的辅助槽(20)。
57. 如权利要求52至56中任一项所述的装置，其中辅助槽(20) 在位于包含壳体凹口 (19)的平面内的方向上延伸。
58. 如权利要求42至57中任一项所述的装置，其中所述壳体(311 ) 相对所述天线(12)径向延伸。
59. 如权利要求42至58中任一项所述的装置，其中传感器单元 (11)和电力供给单元(31)都设置在壳体(311)内。
60. 如权利要求42至59中任一项所述的装置，其中所述壳体(311 ) 具有在径向相反位置与天线(12)相连的相对端。
61. 如权利要求42至60中任一项所述的装置，其中检测单元(9) 具有至少一个适于在检测单元(9)脱离锚定主体(10)时断裂的弱化 部分。
62. 如权利要求42至61中任一项所述的装置，其中确定所述压 电元件(313)、所述加载块(312)和所述间隙的尺寸，以获得a) 在轮胎以低于给定速度的第一转动速度在滚动表面上转动的过 程中，在与所述压电元件(313)相关联的所述加载块的所述间隙内的 振荡；b) 在轮胎以高于给定速度的第二转动速度在所述滚动表面上转 动的过程中，在整个轮胎旋转的第一部分中，所述加载块与所述壳体 (311)的所述内壁的接触，在所述第一部分，对应于所述轮胎部分的 所述胎面区域不与所述滚动表面接触；和在整个轮胎旋转的第二部分 中，在与所述压电元件(313)相关联的所述加载块(312)的所述间 隙内的振荡，在所述第二部分，对应于所述轮胎部分的所述胎面区域 与滚动表面接触。
63. —种用于监测轮胎中的至少一个性能参数的系统，该系统包 括根据权利要求42至62中任一项所述的检测单元(8);适于安装在汽车上用来接收通过天线(12)发送的数据的外部接 收器。
64. —种用于检测轮胎中至少一个性能参数的方法，该方法包括 提供固定到轮胎(1)的径向内表面(la)上的锚定主体(10);提供检测单元(9)，其包括天线(12)、与所述天线(12)可操作 地连接的传感器单元(11)、具有壳体(311)和压电元件(313)的电 力供给单元(31),所述电力供给单元(31)与所述传感器单元电连接， 其中所述压电元件(313)置于所述壳体(311)内，以使第一端大体 上固定在所述壳体(311)上，使第二端与加载块(312)相关联，在 所述壳体(311)的至少一个内壁和所述加载块(312)的外表面之间 形成间隙；通过接合在相应锁定槽(17)内的至少一个边缘部分(12a)，将 检测单元(9 )与锚定主体(10 )安装在一起，由此在接合步骤之后所 述压电元件(313)大体上沿与所述轮胎的径向正交的平面定位；在滚动表面上转动所述轮胎，以在所述轮胎转动过程中使所述压 电元件(313)变形；收集所述压电元件(313)的所述变形产生的电能；用所收集的电能给传感器单元(11)供电；用所述传感器单元(11)检测所述的至少一个性能参数。
65. 如权利要求64所述的方法，其中传感器单元(ll)包括存储 器，还包括在所述存储器里存储代表轮胎的至少一个性能参数的数据 的步骤。
66. 如权利要求64至65中任一项所述的方法，通过每当采集的 电能的数量达到预定阈值时，给传感器单元(11)提供电脉来执行传 感器(11)的电力供给。
67. 如权利要求66所述的方法，还包括以下步骤 对提供给传感器单元(11)的电脉冲计数；存储所述被计数电脉冲所代表的性能参数。
68. 如权利要求67所述的方法，还包括计算使用中的轮胎所走过 的距离的步骤，所述距离随被计数的电脉冲数量而变化。
69. 如上述权利要求65至68中任一项所述的方法，还包括以下 步骤停止轮胎的转动；通过将所述天线(12 )暴露到电磁辐射中来给检测单元(9 )供电； 启动检测单元(9)，以发送存储的代表轮胎的所述至少一个性能 参数的数据。
70. 如上述权利要求64至69中任一项所述的方法，其中轮胎的 转动包括以下步骤在所述滚动表面上以低于给定速度的第一速度转动所述轮胎，以 引起所述加载块(312)在所述间隙内振荡；在所述滚动表面上以高于所述给定速度的第二速度转动所述轮 胎，以在整个轮胎旋转的第一部分中，使在所述加载块(312)与所述 内壁接触，其中在所述第一部分，对应于所述轮胎部分的所述胎面区 域不与滚动表面接触；在整个轮胎转动的第二部分中，使所述加载块 (312)在所述间隙内振荡，其中在所述第二部分，对应于所述轮胎部 分的所述胎面区域与滚动表面接触，从而导致在轮胎转动中所述压电 元件(313)的第二次变形。
71. 如上述权利要求64至70中任一项所述的方法，其中压电元 件(313)具有大体上沿轮胎的轴向设置的长边。
72. 如上述权利要求64至71中任一项所述的方法，其中在以所 述第二转速转动过程中，所述加载块(312 )在第一平衡位置周围振荡， 所述第一平衡位置大体上沿所述与轮胎的所述径向正交的平面设置。
73. 如权利要求72所述的方法，其中在以所述第一转速转动过程 中，所述加载块(312)在所述间隙内在与第一平衡位置不同的第二平 衡位置周围振荡。
74. 如上述权利要求70至73中任一项所述的方法，其中所述给定速度是30km/h-70km/h。
75.如上述权利要求64至74中任一项所述的方法，其中还包括 给检测单元(9)提供至少一个弱化部分的步骤，所述弱化部分适于在 检测单元(9)脱离锚定主体(10)时断裂。
全文摘要
本发明涉及一种固定在轮胎上的检测装置(8)，所述检测装置(8)由包括与传感器单元(11)可操作地连接的天线(12)的检测单元(9)和包括安装在壳体(311)中的压电元件(313)的电力供给单元(31)组成。压电元件(313)置于所述壳体(311)中，以使第一端(315)大体上固定在所述壳体(311)上，使第二端(316)与加载块(312)相关联，在所述壳体(311)的至少一个内壁和所述加载块(312)的外表面之间形成间隙。压电元件(313)大体上沿着与轮胎径向正交的平面设置。具有带有紧固表面(14)的底座部分(13)的锚定主体(10)被安装到轮胎的径向内表面上。通过将天线(12)的内周缘(12a)嵌入到在底座部分(13)和保持部分(15)之间形成的周向槽(17)中，使检测单元(9)与锚定主体(10)接合。
文档编号B60C23/04GK101193764SQ200580049985
公开日2008年6月4日 申请日期2005年6月28日 优先权日2005年6月28日
发明者A·P·菲奥拉万蒂, F·曼科苏, F·马里阿尼, M·布鲁萨罗斯科 申请人:倍耐力轮胎股份公司