專利名稱：將電子裝置嵌入輪胎中的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及輪胎中的電子裝置的結(jié)合，更具體而言，涉及輪胎中的射頻識(shí)別 標(biāo)簽(radio frequency identification tag)的嵌入。
背景技術(shù)：
RFID標(biāo)簽結(jié)合到輪胎中能夠發(fā)生于輪胎構(gòu)造期間以及在硫化之前或在后硫化程 序中。此類標(biāo)簽具有將具體輪胎的識(shí)別數(shù)據(jù)傳送至外部讀出器的功效。UHF (ultra-high frequency,超高頻)標(biāo)簽通常很小，并利用柔性天線以傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)被嵌入輪胎中時(shí)，例如 在輪胎構(gòu)造期間，裝置表現(xiàn)為可能影響輪胎的結(jié)構(gòu)完整性的外物。因此，UHF RFID標(biāo)簽不 僅無法用來增強(qiáng)輪胎結(jié)構(gòu)，實(shí)際上還可能在已嵌入的標(biāo)簽區(qū)域使輪胎變差。
輪胎中的許多位置不適合于放置RFID標(biāo)簽，這是由于使用中的周期性的撓性彎 曲或因?yàn)樵撐恢貌辉试S用于讀出應(yīng)用的適合的射頻兼容性。相應(yīng)地，依然需要以一種方式 將UHF RFID標(biāo)簽結(jié)合到輪胎中的方法，該方式不降低輪胎的性能或耐用性，在使用中機(jī)械 性適合和耐用，提供適合的射頻讀出能力，且能夠高效地結(jié)合到輪胎制造過程中。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于將RFID標(biāo)簽嵌入輪胎中的方法包括選擇具有與 標(biāo)簽偶極子天線的運(yùn)行兼容的介電常數(shù)和傳導(dǎo)率的化合物；將標(biāo)簽應(yīng)答器裝置和偶極子天 線的至少一部分嵌入化合物中；將標(biāo)簽定向成垂直于未固化的輪胎中的輪胎簾布層的簾線 而放置偶極子天線的縱向軸線；在輪胎簾布層的一個(gè)末端之上的預(yù)定距離處，將標(biāo)簽放置 于未固化的輪胎的輪胎三角膠(tire即ex)和輪胎胎側(cè)之間。 在本發(fā)明的另一方面，本方法包括將標(biāo)簽軸向地定位于輪胎胎圈包布末端和輪胎 三角膠末端之間。 在又一方面，本方法包括將標(biāo)簽放置于輪胎簾布層的一個(gè)末端之上的至少10mm 的距離處，并將標(biāo)簽安裝到輪胎三角膠上。 在另一方面，本方法可以包括將應(yīng)答器裝置和偶極子天線的耦合末端大致密封在
化合物中；以及從密封的偶極子耦合末端延伸出無化合物的偶極子末端段。
定義 輪胎的"高寬比(aspect ratio)"是指其斷面高度(SH)對(duì)其斷面寬度(SW)的比 率，該比率乘以100%后以百分比表示。"非對(duì)稱胎面(asymmetric tread)"是指具有關(guān)于輪胎的中心平面或赤道平面EP 不對(duì)稱的胎面花紋的胎面。"軸向的(axial)"和"軸向地(axially)"是指平行于輪胎的旋轉(zhuǎn)軸線的線或方 向。"外傾角(camber angle)"是指車輛的前輪的角度傾斜。在頂部從垂線向外為正 外傾角，在頂部向內(nèi)為負(fù)外傾角。
"周向的(circumferential)"是指沿著垂直于軸向的環(huán)形胎面的表面的周邊延伸 的線或方向。"赤道中心平面(equatorial Centerplane， CP)"是指垂直于輪胎的旋轉(zhuǎn)軸線且穿 過胎面的中心的平面。"印痕(footprint)"是指輪胎胎面在零速度及正常的負(fù)載和壓力下與平坦表面的 接觸區(qū)域或接觸面。"花紋溝(groove)"是指胎面中的伸長的空隙區(qū)域(void area)，該區(qū)域能夠以筆 直的、彎曲的或曲折的方式繞胎面周向地或橫向地延伸。周向地或橫向地延伸的花紋溝有 時(shí)具有共同的部分。"花紋溝寬度"等于花紋溝或花紋溝部分所占據(jù)的胎面表面積除以此 花紋溝或花紋溝部分的長度，該花紋溝或花紋溝部分的寬度不確定；因此，花紋溝寬度是其 長度上的平均寬度?；y溝的深度在輪胎中可以變化?；y溝的深度可以繞胎面圓周而變 化，或者一條花紋溝的深度可以恒定，但不同于輪胎中的另一條花紋溝的深度。如果這些窄 或?qū)挼幕y溝與互連的寬的周向的花紋溝相比，為大體減小的深度，則它們被認(rèn)為形成"拉 條"(tie bars)，趨向于保持所涉及的胎面區(qū)域中的肋條型(rib-like)特性。
"內(nèi)側(cè)(inboard side)"是指當(dāng)輪胎被安裝在車輪上且該車輪被安裝在車輛上時(shí)，
輪胎離接近車輛的一側(cè)。"橫向的(lateral)"是指軸向。"橫向邊緣(lateral edges)"是指在正常的負(fù)載和輪胎充氣下測(cè)得的與軸向最外 的胎面接觸面或印痕相切的線，這些線平行于赤道中心平面。"純接觸面積(net contact area)"是指地面與繞著胎面的整體圓周的橫向邊緣 之間的胎面單元(tread element)接觸的總面積除以橫向邊緣之間的整體胎面的毛面積 (gross area)。"無向胎面(non-directional tread)"是指一種胎面，該胎面不具有向前行進(jìn) (forward travel)的優(yōu)選方向，且不被要求在特別的車輪位置或確保胎面花紋與行進(jìn)的優(yōu) 選方向?qū)?zhǔn)的位置定位于車輛上。相反地，定向胎面花紋具有要求特別的車輪定位行進(jìn)的 優(yōu)選方向。"外側(cè)(outboard side)"是指當(dāng)輪胎被安裝在車輪上且該車輪被安裝在車輛上 時(shí)，輪胎最遠(yuǎn)離車輛的一側(cè)。"徑向的(radial)"或"徑向地(radially)"是指徑向地朝向或遠(yuǎn)離輪胎的旋轉(zhuǎn)軸 線的方向。"肋條(rib)"是指胎面上的周向地延伸的橡膠帶，該橡膠帶由至少一條周向的花
紋溝和第二條此類花紋溝或橫向邊緣限定，該帶未被全深度的花紋溝橫向地分開。"細(xì)縫(sipe)"是指模制到輪胎的胎面單元中的小槽，該槽細(xì)分為胎面表面并提高
牽引力，細(xì)縫一般寬度較窄，且與在輪胎的印痕中保持開放的花紋溝相反，在輪胎的印痕中關(guān)閉。"側(cè)偏角(slip angle)"是指輪胎的旋轉(zhuǎn)平面和行進(jìn)方向之間的偏離的角度。
"月臺(tái)面單元(tread element)"或"牽弓l單元(traction element)"是指通過具有 形狀相鄰的花紋溝而限定的肋條單元或塊單元。"胎面弧寬度(tread arc width)"是指在胎面的橫向邊緣之間測(cè)得的胎面的弧長。


通過示例并參照附圖來描述本發(fā)明。 圖1是RFID標(biāo)簽組件的側(cè)視圖； 圖2是在假想中顯示化合物噴霧的覆蓋區(qū)域的RFID標(biāo)簽組件的頂部平面圖； 圖3是RFID標(biāo)簽的透視圖； 圖4是RFID標(biāo)簽組件的頂部透視圖； 圖5是在RFID裝置上接收選擇性的化合物涂覆的過程中顯示的RFID標(biāo)簽組件的 頂部透視圖； 圖6是在圖5的涂覆操作之后顯示的被涂覆的RFID標(biāo)簽組件的頂部透視圖； 圖7A是具有安裝在胎側(cè)位置的RFID標(biāo)簽組件的部分輪胎的截面透視圖； 圖7B是具有安裝在備選位置的RFID標(biāo)簽組件的部分輪胎的截面透視圖； 圖8是具有安裝到其上的RFID標(biāo)簽組件的輪胎的橫截面圖； 圖9A是在圖7A中顯示的標(biāo)簽位置的截面圖；以及 圖9B是在圖7B中顯示的標(biāo)簽位置的截面圖。
具體實(shí)施例方式
先參照?qǐng)D1、2、3以及4中顯示的示范性的實(shí)施例，標(biāo)簽組件10被顯示為包括RFID 應(yīng)答器或裝置12，該RFID應(yīng)答器或裝置具有安裝到基底16上的接口接觸件14。 RFID應(yīng) 答器12是提供數(shù)據(jù)的電子記憶存儲(chǔ)和此數(shù)據(jù)至外部讀出器(圖中未顯示)的通信的類型。 應(yīng)答器12可以在數(shù)據(jù)至外部讀出器的傳送中利用UHF頻率。耦合到應(yīng)答器12的是偶極子 天線(dipole ante皿a)，該偶極子天線由通過諸如焊接到接觸件14上的適合的手段而連 接的兩根伸長的天線18、20形成。天線18、20優(yōu)選但非必要地形成為伸長的線圈。本文中 使用的術(shù)語"天線"是指對(duì)預(yù)期應(yīng)用起作用的任何適合的天線配置，包括但不限于由天線段 18、20形成的偶極子天線。 如同將被解釋的，裝置10優(yōu)選但非必要地在輪胎構(gòu)造期間和在硫化之前旨在被 嵌入輪胎內(nèi)。雖然裝置10的尺寸相對(duì)較小且天線18、20為柔性，但裝置10在主輪胎中呈 現(xiàn)為外物。如帶有任何外物一樣，裝置10因此不增強(qiáng)輪胎結(jié)構(gòu)，而呈現(xiàn)為可能影響輪胎性 能的結(jié)構(gòu)異常。相反地，輪胎在使用時(shí)的環(huán)境可能對(duì)標(biāo)簽10的存留和性能有害或不友好。 因此，為了本發(fā)明的預(yù)期目的，要求以允許標(biāo)簽在必要時(shí)傳送信息的方式維持主輪胎和標(biāo) 簽的結(jié)構(gòu)性。 本主題方法提供了用于以一種方式將標(biāo)簽10嵌入到輪胎中的方法，該方法不降 低輪胎的性能或耐用性，在使用中機(jī)械性適合于標(biāo)簽?zāi)陀眯?，為各種讀出應(yīng)用提供適合的 射頻兼容環(huán)境。此外，該方法可以無縫地且以高效的相對(duì)較低的成本結(jié)合到輪胎制造過程 中。 如圖1-6中所示，標(biāo)簽10被涂敷器(a卯licator) 22嵌入適合的化合物24中，該 化合物具有兼容的介電常數(shù)和傳導(dǎo)率，以不干擾天線性能。除了射頻兼容性之外，化合物24 優(yōu)選具有適合于環(huán)繞的輪胎構(gòu)件的環(huán)境的物理特性。化合物24優(yōu)選提供從剛性的標(biāo)簽10和天線18、20至鄰近的輪胎構(gòu)件的平滑過渡。例如，材料的硬度和滯后不能產(chǎn)生不期望的 應(yīng)力集中或熱生成，以不影響輪胎性能。密封化合物也必須具有對(duì)環(huán)繞的輪胎構(gòu)件和對(duì)標(biāo) 簽組件10的構(gòu)件適合的粘合。符合上述標(biāo)準(zhǔn)的材料24可從商業(yè)上獲得。
如圖所示，材料24密封標(biāo)簽組件10的選擇部分。優(yōu)選地，化合物24將通過標(biāo)簽 組件10沿所示的方向26的旋轉(zhuǎn)而密封RFID裝置12、接觸件14、基底16以及天線線圈18、 20的至少連接到接觸件14上的部分。優(yōu)選天線段18、20的遠(yuǎn)端段將保持未涂覆，然而，如 果需要，段18、20的整體可以被涂覆。 參照?qǐng)D7A、7B、8、9A以及9B，被涂覆的標(biāo)簽組件10旨在用于結(jié)合到一般常規(guī)構(gòu)造 的輪胎28中。可以在適合于任何應(yīng)用的輪胎中采用本發(fā)明。輪胎28包括胎圈30和位于 最接近胎圈30的位置的三角膠32。三角膠32構(gòu)成橡膠填充物，其置于胎圈之上且位于輪 胎的如果缺少該三角膠則不能保留空氣的區(qū)域中。各三角膠32終止在徑向朝外的三角膠 末端(apex end) 33。 一個(gè)或更多的輪胎簾布層34、44，內(nèi)襯層(innerliner) 36以及胎側(cè)38 進(jìn)一步被加入輪胎構(gòu)建中。帶束層封裝(belt package) 40位于胎面42之下，在輪胎的胎 冠處。簾布層34、44構(gòu)成從胎圈延伸到胎圈的橡膠涂覆的簾線布(cord fabric)的層，且 繞著胎圈巻起，從而將胎圈鎖在組件或胎體中。形成輪胎簾布層的平行簾線46依照常規(guī)的 輪胎構(gòu)造可以為合股纖維(twisted fiber)，或者聚酯人造絲、尼龍、鋼或賦予輪胎胎體和 帶束層強(qiáng)度的其它材料的細(xì)絲。通常，平行簾線46從胎圈延伸到胎圈且增強(qiáng)輪胎。
如將從常規(guī)的輪胎構(gòu)建技術(shù)領(lǐng)悟到的那樣，綠色輪胎逐個(gè)構(gòu)件地構(gòu)造。由于層的 末端繞著胎圈包繞并巻起，胎圈30在整個(gè)構(gòu)建過程中保持綠色輪胎的完整性。如圖7A和 9A所示，簾布層巻起部48從簾布層44包繞至胎圖30之下。如解釋的那樣，各三角膠32定 位于胎圈30之上并延伸至三角膠末端33。胎圖包布構(gòu)件50在輪胎構(gòu)建期間定位于簾布層 巻起部和胎圈30的外側(cè)。胎圈包布50由在輪輞凸緣區(qū)域繞著胎圖的增強(qiáng)材料形成，以防 止輪輞部件對(duì)輪胎造成磨損。胎圈包布延伸至胎圈包布末端52。輪輞墊54在胎圈區(qū)域的 外側(cè)，外部輪胎構(gòu)件是胎側(cè)38。 在圖4-6中所示的涂覆操作之后，標(biāo)簽組件10優(yōu)選地在綠色輪胎構(gòu)建操作期間被 引入到輪胎中。如圖7A和9A中所示，標(biāo)簽組件10可以位于簾布層44和胎側(cè)38之間的胎 側(cè)位置。標(biāo)簽組件通過諸如使用粘合劑等適合的已知技術(shù)而粘貼到簾布層上。標(biāo)簽相對(duì)于 輪胎28定向成標(biāo)簽天線18、20垂直于周向地延伸的簾布層而延伸。特別地，對(duì)于鋼增強(qiáng)的 簾布層輪胎，標(biāo)簽天線18、20垂直于簾布層簾線而延伸。以如此的定向嵌入標(biāo)簽組件10利 用了位于標(biāo)簽組件10之后的簾布層的垂直延伸的簾線，以向標(biāo)簽組件提供結(jié)構(gòu)支撐和增 強(qiáng)。雖然標(biāo)簽組件10中的天線18、20為柔性，但是需要限制天線中的撓曲度以保持天線段 的完整性和它們與標(biāo)簽裝置12的接觸件14的連接。垂直于簾布層簾線而將天線段定向因 而在輪胎的壽命期間減小了天線18、20的撓曲。 雖然圖7A和9A中所示的標(biāo)簽組件的位置在由遠(yuǎn)程讀出器從標(biāo)簽獲得好的讀出 是有利的，但輪胎的胎側(cè)是輪胎中的高撓曲區(qū)域。發(fā)生在這種位置的撓曲(flexing)可 能導(dǎo)致對(duì)標(biāo)簽組件10的損壞，且標(biāo)簽組件IO在該位置的存在可能趨向于導(dǎo)致胎側(cè)疲勞 (sidewall fatigue)、損壞和/或分離。結(jié)果，標(biāo)簽組件10可能使其完整性受到胎側(cè)區(qū)域 中的惡劣的機(jī)械環(huán)境的威脅。 相應(yīng)地，標(biāo)簽組件10在輪胎28中的位置可以為圖7B和9B的位置。在此位置，標(biāo)
6簽組件定位于輪胎三角膠32和胎側(cè)38之間的區(qū)域中。與圖7A和9A的標(biāo)簽位置一樣，在 圖7B和9B的位置中，標(biāo)簽天線垂直于簾布層簾線而放置，且標(biāo)簽的縱向軸線在簾布層末端 48之上。優(yōu)選地，標(biāo)簽的軸線和簾布層末端48之間的間距是10mm的最小值。更優(yōu)選但非 必要地，標(biāo)簽組件10位于胎圈包布末端52和三角膠末端33之間的區(qū)域中。圖9B中的距 離"D"顯示了胎圈包布末端和三角膠末端之間的區(qū)域。標(biāo)簽組件IO最優(yōu)選地在輪胎構(gòu)建 操作期間被嵌入。更優(yōu)選但非必要地，標(biāo)簽組件IO通過諸如粘合劑等適合的手段而直接附 接到三角膠上。標(biāo)簽至三角膠的粘貼用來在輪胎構(gòu)建成形期間保護(hù)標(biāo)簽免于與由成型鼓 (building drum)導(dǎo)致的圓周變化相關(guān)的幾何變化的影響。 圖7B和9B的位置是優(yōu)選但非必要的，因?yàn)樵谶@種位置中的標(biāo)簽被定位成向遠(yuǎn)程 讀出器提供好的傳送，同時(shí)保持受保護(hù)而免于輪胎的機(jī)械使用環(huán)境的影響。抵著三角膠并 位于三角膠和胎圈包布末端之間的位置將減小胎側(cè)疲勞、損壞和/或分離的可能性。如此 地定位后，標(biāo)簽還位于輪胎的相對(duì)穩(wěn)定且無撓曲的區(qū)域，該區(qū)域?qū)p小標(biāo)簽損壞或天線故 障的可能性。 從上述將領(lǐng)悟到，本主題方法滿足了對(duì)用于以一種方式將UHFRFID標(biāo)簽結(jié)合到輪 胎中的方法的需求，該方式不降低輪胎的性能或耐用性，在使用中機(jī)械性適合和耐用，提供 適合的射頻讀出能力，并能夠高效地結(jié)合到輪胎制造過程中。該方法包括選擇具有與標(biāo)簽 偶極子天線18、20的運(yùn)行兼容的介電常數(shù)和傳導(dǎo)率的化合物24 ;將標(biāo)簽應(yīng)答器裝置和偶極 子天線的至少一部分嵌入化合物內(nèi)；將標(biāo)簽10定向成垂直于未固化的輪胎28中的輪胎簾 布層44的簾線46而放置偶極子天線18、20的縱向軸線；在輪胎簾布層的一個(gè)末端48之上 的預(yù)定距離"D"處，將標(biāo)簽放置于未固化的輪胎的輪胎三角膠32和輪胎胎側(cè)38之間。標(biāo) 簽組件10的優(yōu)選位置位于輪胎胎圈包布末端和輪胎三角膠末端之間，輪胎簾布層的末端 在至少10mm的距離處。更優(yōu)選地，標(biāo)簽組件10附接到輪胎三角膠32上，從而受益于該輪 胎區(qū)域的幾何穩(wěn)定性并利用由三角膠提供的增強(qiáng)和支撐。在該方法的初步階段，標(biāo)簽組件 IO可以受到全體或部分的密封。例如圖4-6中所示的部分地密封的天線段18、20具有無化 合物地凸出的遠(yuǎn)程末端段。 根據(jù)在此提供的描述，在本發(fā)明中能夠進(jìn)行變型。出于闡明本主題發(fā)明的目的，已 顯示了某些代表性的實(shí)施例和細(xì)節(jié)，但在不脫離本主題發(fā)明的范圍的情況下，能夠在其中 進(jìn)行各種變化和修改，這對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，應(yīng)當(dāng)理解，在描 述的具體實(shí)施例中能夠進(jìn)行變化，這將在由所附的權(quán)利要求定義的本發(fā)明的全部預(yù)期范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于將RFID標(biāo)簽嵌入輪胎中的方法，所述標(biāo)簽具有耦合到應(yīng)答器裝置的柔性的偶極子天線，所述方法包括a.選擇具有與所述偶極子天線的運(yùn)行兼容的介電常數(shù)和傳導(dǎo)率的化合物；b.將所述應(yīng)答器裝置和所述偶極子天線的至少一部分嵌入所述化合物內(nèi)；c.將所述標(biāo)簽定向成垂直于未固化的輪胎中的輪胎簾布層的簾線而放置所述偶極子天線的縱向軸線；d.在所述輪胎簾布層的一個(gè)末端之上的預(yù)定距離處，將所述標(biāo)簽放置于所述未固化的輪胎的輪胎三角膠和輪胎胎側(cè)之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于，包括將所述標(biāo)簽軸向地定位于輪胎胎 圈包布末端和輪胎三角膠末端之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述標(biāo)簽放置于所述輪胎簾布層的一 個(gè)末端之上是位于至少10mm的距離處。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述標(biāo)簽安裝到所述輪胎三角膠上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于，包括將所述應(yīng)答器裝置和所述偶極子 天線的耦合末端大致密封在所述化合物中；以及從所述密封的偶極子耦合末端延伸出無化 合物的偶極子末端段。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征還在于，包括將所述標(biāo)簽軸向地定位于輪胎胎 圈包布末端和輪胎三角膠末端之間，在所述輪胎簾布層的一個(gè)末端之上的至少10mm的距 離處；以及將所述標(biāo)簽安裝到所述輪胎三角膠上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征還在于，包括將所述應(yīng)答器裝置和所述偶極子 天線的耦合末端大致密封在所述化合物中；以及從所述密封的偶極子耦合末端延伸出無化 合物的偶極子末端段。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征還在于，包括固化所述未固化的輪胎，該未固化 的輪胎具有安裝到所述輪胎三角膠上的所述標(biāo)簽。
全文摘要
一種用于將RFID標(biāo)簽嵌入輪胎中的方法，包括選擇具有與標(biāo)簽偶極子天線的運(yùn)行兼容的介電常數(shù)和傳導(dǎo)率的化合物；將標(biāo)簽應(yīng)答器裝置和偶極子天線的至少一部分嵌入化合物內(nèi)；將標(biāo)簽定向成垂直于未固化的輪胎中的輪胎簾布層的簾線而放置偶極子天線的縱向軸線；在輪胎簾布層的一個(gè)末端之上的預(yù)定距離處，將標(biāo)簽放置于未固化的輪胎的輪胎三角膠和輪胎胎側(cè)之間。標(biāo)簽可以軸向地定位于輪胎胎圈包布末端和輪胎三角膠末端之間，并被安裝到輪胎三角膠上且在簾布層末端之上的至少10mm的距離處。該方法可以包括將應(yīng)答器裝置和偶極子天線的耦合末端大體密封在化合物中；以及從密封的偶極子耦合末端延伸出無化合物的偶極子末端段。
文檔編號(hào)B60C19/00GK101734112SQ200910246060
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者G·E·塔布, J·-C·阿利, R·E·利奧內(nèi)蒂 申請(qǐng)人:固特異輪胎和橡膠公司