专利名称：将电子装置嵌入轮胎中的方法
技术领域：
本发明一般涉及轮胎中的电子装置的结合，更具体而言，涉及轮胎中的射频识别 标签(radio frequency identification tag)的嵌入。
背景技术：
RFID标签结合到轮胎中能够发生于轮胎构造期间以及在硫化之前或在后硫化程 序中。此类标签具有将具体轮胎的识别数据传送至外部读出器的功效。UHF (ultra-high frequency,超高频)标签通常很小，并利用柔性天线以传送数据。当被嵌入轮胎中时，例如 在轮胎构造期间，装置表现为可能影响轮胎的结构完整性的外物。因此，UHF RFID标签不 仅无法用来增强轮胎结构，实际上还可能在已嵌入的标签区域使轮胎变差。
轮胎中的许多位置不适合于放置RFID标签，这是由于使用中的周期性的挠性弯 曲或因为该位置不允许用于读出应用的适合的射频兼容性。相应地，依然需要以一种方式 将UHF RFID标签结合到轮胎中的方法，该方式不降低轮胎的性能或耐用性，在使用中机械 性适合和耐用，提供适合的射频读出能力，且能够高效地结合到轮胎制造过程中。
发明内容
根据本发明的一方面，一种用于将RFID标签嵌入轮胎中的方法包括选择具有与 标签偶极子天线的运行兼容的介电常数和传导率的化合物；将标签应答器装置和偶极子天 线的至少一部分嵌入化合物中；将标签定向成垂直于未固化的轮胎中的轮胎帘布层的帘线 而放置偶极子天线的纵向轴线；在轮胎帘布层的一个末端之上的预定距离处，将标签放置 于未固化的轮胎的轮胎三角胶(tire即ex)和轮胎胎侧之间。 在本发明的另一方面，本方法包括将标签轴向地定位于轮胎胎圈包布末端和轮胎 三角胶末端之间。 在又一方面，本方法包括将标签放置于轮胎帘布层的一个末端之上的至少10mm 的距离处，并将标签安装到轮胎三角胶上。 在另一方面，本方法可以包括将应答器装置和偶极子天线的耦合末端大致密封在
化合物中；以及从密封的偶极子耦合末端延伸出无化合物的偶极子末端段。
定义 轮胎的"高宽比(aspect ratio)"是指其断面高度(SH)对其断面宽度(SW)的比 率，该比率乘以100%后以百分比表示。"非对称胎面(asymmetric tread)"是指具有关于轮胎的中心平面或赤道平面EP 不对称的胎面花纹的胎面。"轴向的(axial)"和"轴向地(axially)"是指平行于轮胎的旋转轴线的线或方 向。"外倾角(camber angle)"是指车辆的前轮的角度倾斜。在顶部从垂线向外为正 外倾角，在顶部向内为负外倾角。
"周向的(circumferential)"是指沿着垂直于轴向的环形胎面的表面的周边延伸 的线或方向。"赤道中心平面(equatorial Centerplane， CP)"是指垂直于轮胎的旋转轴线且穿 过胎面的中心的平面。"印痕(footprint)"是指轮胎胎面在零速度及正常的负载和压力下与平坦表面的 接触区域或接触面。"花纹沟(groove)"是指胎面中的伸长的空隙区域(void area)，该区域能够以笔 直的、弯曲的或曲折的方式绕胎面周向地或横向地延伸。周向地或横向地延伸的花纹沟有 时具有共同的部分。"花纹沟宽度"等于花纹沟或花纹沟部分所占据的胎面表面积除以此 花纹沟或花纹沟部分的长度，该花纹沟或花纹沟部分的宽度不确定；因此，花纹沟宽度是其 长度上的平均宽度。花纹沟的深度在轮胎中可以变化。花纹沟的深度可以绕胎面圆周而变 化，或者一条花纹沟的深度可以恒定，但不同于轮胎中的另一条花纹沟的深度。如果这些窄 或宽的花纹沟与互连的宽的周向的花纹沟相比，为大体减小的深度，则它们被认为形成"拉 条"(tie bars)，趋向于保持所涉及的胎面区域中的肋条型(rib-like)特性。
"内侧(inboard side)"是指当轮胎被安装在车轮上且该车轮被安装在车辆上时，
轮胎离接近车辆的一侧。"横向的(lateral)"是指轴向。"横向边缘(lateral edges)"是指在正常的负载和轮胎充气下测得的与轴向最外 的胎面接触面或印痕相切的线，这些线平行于赤道中心平面。"纯接触面积(net contact area)"是指地面与绕着胎面的整体圆周的横向边缘 之间的胎面单元(tread element)接触的总面积除以横向边缘之间的整体胎面的毛面积 (gross area)。"无向胎面(non-directional tread)"是指一种胎面，该胎面不具有向前行进 (forward travel)的优选方向，且不被要求在特别的车轮位置或确保胎面花纹与行进的优 选方向对准的位置定位于车辆上。相反地，定向胎面花纹具有要求特别的车轮定位行进的 优选方向。"外侧(outboard side)"是指当轮胎被安装在车轮上且该车轮被安装在车辆上 时，轮胎最远离车辆的一侧。"径向的(radial)"或"径向地(radially)"是指径向地朝向或远离轮胎的旋转轴 线的方向。"肋条(rib)"是指胎面上的周向地延伸的橡胶带，该橡胶带由至少一条周向的花
纹沟和第二条此类花纹沟或横向边缘限定，该带未被全深度的花纹沟横向地分开。"细缝(sipe)"是指模制到轮胎的胎面单元中的小槽，该槽细分为胎面表面并提高
牵引力，细缝一般宽度较窄，且与在轮胎的印痕中保持开放的花纹沟相反，在轮胎的印痕中关闭。"侧偏角(slip angle)"是指轮胎的旋转平面和行进方向之间的偏离的角度。
"月台面单元(tread element)"或"牵弓l单元(traction element)"是指通过具有 形状相邻的花纹沟而限定的肋条单元或块单元。"胎面弧宽度(tread arc width)"是指在胎面的横向边缘之间测得的胎面的弧长。
通过示例并参照附图来描述本发明。 图1是RFID标签组件的侧视图； 图2是在假想中显示化合物喷雾的覆盖区域的RFID标签组件的顶部平面图； 图3是RFID标签的透视图； 图4是RFID标签组件的顶部透视图； 图5是在RFID装置上接收选择性的化合物涂覆的过程中显示的RFID标签组件的 顶部透视图； 图6是在图5的涂覆操作之后显示的被涂覆的RFID标签组件的顶部透视图； 图7A是具有安装在胎侧位置的RFID标签组件的部分轮胎的截面透视图； 图7B是具有安装在备选位置的RFID标签组件的部分轮胎的截面透视图； 图8是具有安装到其上的RFID标签组件的轮胎的横截面图； 图9A是在图7A中显示的标签位置的截面图；以及 图9B是在图7B中显示的标签位置的截面图。
具体实施例方式
先参照图1、2、3以及4中显示的示范性的实施例，标签组件10被显示为包括RFID 应答器或装置12，该RFID应答器或装置具有安装到基底16上的接口接触件14。 RFID应 答器12是提供数据的电子记忆存储和此数据至外部读出器(图中未显示)的通信的类型。 应答器12可以在数据至外部读出器的传送中利用UHF频率。耦合到应答器12的是偶极子 天线(dipole ante皿a)，该偶极子天线由通过诸如焊接到接触件14上的适合的手段而连 接的两根伸长的天线18、20形成。天线18、20优选但非必要地形成为伸长的线圈。本文中 使用的术语"天线"是指对预期应用起作用的任何适合的天线配置，包括但不限于由天线段 18、20形成的偶极子天线。 如同将被解释的，装置10优选但非必要地在轮胎构造期间和在硫化之前旨在被 嵌入轮胎内。虽然装置10的尺寸相对较小且天线18、20为柔性，但装置10在主轮胎中呈 现为外物。如带有任何外物一样，装置10因此不增强轮胎结构，而呈现为可能影响轮胎性 能的结构异常。相反地，轮胎在使用时的环境可能对标签10的存留和性能有害或不友好。 因此，为了本发明的预期目的，要求以允许标签在必要时传送信息的方式维持主轮胎和标 签的结构性。 本主题方法提供了用于以一种方式将标签10嵌入到轮胎中的方法，该方法不降 低轮胎的性能或耐用性，在使用中机械性适合于标签耐用性，为各种读出应用提供适合的 射频兼容环境。此外，该方法可以无缝地且以高效的相对较低的成本结合到轮胎制造过程 中。 如图1-6中所示，标签10被涂敷器(a卯licator) 22嵌入适合的化合物24中，该 化合物具有兼容的介电常数和传导率，以不干扰天线性能。除了射频兼容性之外，化合物24 优选具有适合于环绕的轮胎构件的环境的物理特性。化合物24优选提供从刚性的标签10和天线18、20至邻近的轮胎构件的平滑过渡。例如，材料的硬度和滞后不能产生不期望的 应力集中或热生成，以不影响轮胎性能。密封化合物也必须具有对环绕的轮胎构件和对标 签组件10的构件适合的粘合。符合上述标准的材料24可从商业上获得。
如图所示，材料24密封标签组件10的选择部分。优选地，化合物24将通过标签 组件10沿所示的方向26的旋转而密封RFID装置12、接触件14、基底16以及天线线圈18、 20的至少连接到接触件14上的部分。优选天线段18、20的远端段将保持未涂覆，然而，如 果需要，段18、20的整体可以被涂覆。 参照图7A、7B、8、9A以及9B，被涂覆的标签组件10旨在用于结合到一般常规构造 的轮胎28中。可以在适合于任何应用的轮胎中采用本发明。轮胎28包括胎圈30和位于 最接近胎圈30的位置的三角胶32。三角胶32构成橡胶填充物，其置于胎圈之上且位于轮 胎的如果缺少该三角胶则不能保留空气的区域中。各三角胶32终止在径向朝外的三角胶 末端(apex end) 33。 一个或更多的轮胎帘布层34、44，内衬层(innerliner) 36以及胎侧38 进一步被加入轮胎构建中。带束层封装(belt package) 40位于胎面42之下，在轮胎的胎 冠处。帘布层34、44构成从胎圈延伸到胎圈的橡胶涂覆的帘线布(cord fabric)的层，且 绕着胎圈巻起，从而将胎圈锁在组件或胎体中。形成轮胎帘布层的平行帘线46依照常规的 轮胎构造可以为合股纤维(twisted fiber)，或者聚酯人造丝、尼龙、钢或赋予轮胎胎体和 带束层强度的其它材料的细丝。通常，平行帘线46从胎圈延伸到胎圈且增强轮胎。
如将从常规的轮胎构建技术领悟到的那样，绿色轮胎逐个构件地构造。由于层的 末端绕着胎圈包绕并巻起，胎圈30在整个构建过程中保持绿色轮胎的完整性。如图7A和 9A所示，帘布层巻起部48从帘布层44包绕至胎图30之下。如解释的那样，各三角胶32定 位于胎圈30之上并延伸至三角胶末端33。胎图包布构件50在轮胎构建期间定位于帘布层 巻起部和胎圈30的外侧。胎圈包布50由在轮辋凸缘区域绕着胎图的增强材料形成，以防 止轮辋部件对轮胎造成磨损。胎圈包布延伸至胎圈包布末端52。轮辋垫54在胎圈区域的 外侧，外部轮胎构件是胎侧38。 在图4-6中所示的涂覆操作之后，标签组件10优选地在绿色轮胎构建操作期间被 引入到轮胎中。如图7A和9A中所示，标签组件10可以位于帘布层44和胎侧38之间的胎 侧位置。标签组件通过诸如使用粘合剂等适合的已知技术而粘贴到帘布层上。标签相对于 轮胎28定向成标签天线18、20垂直于周向地延伸的帘布层而延伸。特别地，对于钢增强的 帘布层轮胎，标签天线18、20垂直于帘布层帘线而延伸。以如此的定向嵌入标签组件10利 用了位于标签组件10之后的帘布层的垂直延伸的帘线，以向标签组件提供结构支撑和增 强。虽然标签组件10中的天线18、20为柔性，但是需要限制天线中的挠曲度以保持天线段 的完整性和它们与标签装置12的接触件14的连接。垂直于帘布层帘线而将天线段定向因 而在轮胎的寿命期间减小了天线18、20的挠曲。 虽然图7A和9A中所示的标签组件的位置在由远程读出器从标签获得好的读出 是有利的，但轮胎的胎侧是轮胎中的高挠曲区域。发生在这种位置的挠曲(flexing)可 能导致对标签组件10的损坏，且标签组件IO在该位置的存在可能趋向于导致胎侧疲劳 (sidewall fatigue)、损坏和/或分离。结果，标签组件10可能使其完整性受到胎侧区域 中的恶劣的机械环境的威胁。 相应地，标签组件10在轮胎28中的位置可以为图7B和9B的位置。在此位置，标
6签组件定位于轮胎三角胶32和胎侧38之间的区域中。与图7A和9A的标签位置一样，在 图7B和9B的位置中，标签天线垂直于帘布层帘线而放置，且标签的纵向轴线在帘布层末端 48之上。优选地，标签的轴线和帘布层末端48之间的间距是10mm的最小值。更优选但非 必要地，标签组件10位于胎圈包布末端52和三角胶末端33之间的区域中。图9B中的距 离"D"显示了胎圈包布末端和三角胶末端之间的区域。标签组件IO最优选地在轮胎构建 操作期间被嵌入。更优选但非必要地，标签组件IO通过诸如粘合剂等适合的手段而直接附 接到三角胶上。标签至三角胶的粘贴用来在轮胎构建成形期间保护标签免于与由成型鼓 (building drum)导致的圆周变化相关的几何变化的影响。 图7B和9B的位置是优选但非必要的，因为在这种位置中的标签被定位成向远程 读出器提供好的传送，同时保持受保护而免于轮胎的机械使用环境的影响。抵着三角胶并 位于三角胶和胎圈包布末端之间的位置将减小胎侧疲劳、损坏和/或分离的可能性。如此 地定位后，标签还位于轮胎的相对稳定且无挠曲的区域，该区域将减小标签损坏或天线故 障的可能性。 从上述将领悟到，本主题方法满足了对用于以一种方式将UHFRFID标签结合到轮 胎中的方法的需求，该方式不降低轮胎的性能或耐用性，在使用中机械性适合和耐用，提供 适合的射频读出能力，并能够高效地结合到轮胎制造过程中。该方法包括选择具有与标签 偶极子天线18、20的运行兼容的介电常数和传导率的化合物24 ;将标签应答器装置和偶极 子天线的至少一部分嵌入化合物内；将标签10定向成垂直于未固化的轮胎28中的轮胎帘 布层44的帘线46而放置偶极子天线18、20的纵向轴线；在轮胎帘布层的一个末端48之上 的预定距离"D"处，将标签放置于未固化的轮胎的轮胎三角胶32和轮胎胎侧38之间。标 签组件10的优选位置位于轮胎胎圈包布末端和轮胎三角胶末端之间，轮胎帘布层的末端 在至少10mm的距离处。更优选地，标签组件10附接到轮胎三角胶32上，从而受益于该轮 胎区域的几何稳定性并利用由三角胶提供的增强和支撑。在该方法的初步阶段，标签组件 IO可以受到全体或部分的密封。例如图4-6中所示的部分地密封的天线段18、20具有无化 合物地凸出的远程末端段。 根据在此提供的描述，在本发明中能够进行变型。出于阐明本主题发明的目的，已 显示了某些代表性的实施例和细节，但在不脱离本主题发明的范围的情况下，能够在其中 进行各种变化和修改，这对于本领域的技术人员而言是显而易见的。因此，应当理解，在描 述的具体实施例中能够进行变化，这将在由所附的权利要求定义的本发明的全部预期范围 之内。
权利要求
一种用于将RFID标签嵌入轮胎中的方法，所述标签具有耦合到应答器装置的柔性的偶极子天线，所述方法包括a.选择具有与所述偶极子天线的运行兼容的介电常数和传导率的化合物；b.将所述应答器装置和所述偶极子天线的至少一部分嵌入所述化合物内；c.将所述标签定向成垂直于未固化的轮胎中的轮胎帘布层的帘线而放置所述偶极子天线的纵向轴线；d.在所述轮胎帘布层的一个末端之上的预定距离处，将所述标签放置于所述未固化的轮胎的轮胎三角胶和轮胎胎侧之间。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征还在于，包括将所述标签轴向地定位于轮胎胎 圈包布末端和轮胎三角胶末端之间。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述标签放置于所述轮胎帘布层的一 个末端之上是位于至少10mm的距离处。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述标签安装到所述轮胎三角胶上。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征还在于，包括将所述应答器装置和所述偶极子 天线的耦合末端大致密封在所述化合物中；以及从所述密封的偶极子耦合末端延伸出无化 合物的偶极子末端段。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征还在于，包括将所述标签轴向地定位于轮胎胎 圈包布末端和轮胎三角胶末端之间，在所述轮胎帘布层的一个末端之上的至少10mm的距 离处；以及将所述标签安装到所述轮胎三角胶上。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征还在于，包括将所述应答器装置和所述偶极子 天线的耦合末端大致密封在所述化合物中；以及从所述密封的偶极子耦合末端延伸出无化 合物的偶极子末端段。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征还在于，包括固化所述未固化的轮胎，该未固化 的轮胎具有安装到所述轮胎三角胶上的所述标签。
全文摘要
一种用于将RFID标签嵌入轮胎中的方法，包括选择具有与标签偶极子天线的运行兼容的介电常数和传导率的化合物；将标签应答器装置和偶极子天线的至少一部分嵌入化合物内；将标签定向成垂直于未固化的轮胎中的轮胎帘布层的帘线而放置偶极子天线的纵向轴线；在轮胎帘布层的一个末端之上的预定距离处，将标签放置于未固化的轮胎的轮胎三角胶和轮胎胎侧之间。标签可以轴向地定位于轮胎胎圈包布末端和轮胎三角胶末端之间，并被安装到轮胎三角胶上且在帘布层末端之上的至少10mm的距离处。该方法可以包括将应答器装置和偶极子天线的耦合末端大体密封在化合物中；以及从密封的偶极子耦合末端延伸出无化合物的偶极子末端段。
文档编号B60C19/00GK101734112SQ200910246060
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月18日 优先权日2008年11月18日
发明者G·E·塔布, J·-C·阿利, R·E·利奥内蒂 申请人:固特异轮胎和橡胶公司