ШИНА, СОДЕРЖАЩАЯ УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА
TYRE CONTAINING A MONITORING APPARATUS

Область техники
Настоящее изобретение относится к шине, содержащей устройство мониторинга, например, выполненное с возможностью мониторинга по меньшей мере одной физической величины из температуры, давления, деформации, ускорения.
Уровень техники
Шина, как правило, имеет по существу тороидальную конструкцию относительно оси вращения шины во время эксплуатации, и она имеет экваториальную плоскость, ортогональную к оси вращения, при этом указанная экваториальная плоскость, как правило, представляет собой (по существу) плоскость геометрической симметрии (например, без учета любых незначительных асимметрий, таких как асимметрии, связанные с рисунком протектора и/или надписями на боковинах, и/или асимметрии, связанные с конструкцией или профилем).
Под «внутренней полостью» подразумевается пространство, ограниченное внутренней поверхностью шины и поверхностью обода, обращенной к внутренней поверхности смонтированной шины.
Под «коронной частью» подразумевается часть шины, расположенная между двумя боковинами шины, то есть в месте расположения протекторного браслета.
Термины «радиальное» и «аксиальное» используются соответственно по отношению к направлению, по существу перпендикулярному к оси вращения шины, и направлению, по существу параллельному оси вращения шины.
Термин «касательное» используется в отношении направления, по существу ориентированного в соответствии с направлением качения шины и по существу перпендикулярного как к радиальному направлению, так и к аксиальному направлению.
Под «зоной пятна контакта» подразумевается та часть наружной поверхности протекторного браслета, которая во время качения шины, смонтированной и подвергающейся воздействию нагрузки (например, вследствие ее установки под транспортным средством), в каждый момент времени находится в контакте с поверхностью, на которой происходит качение. Зона пятна контакта, как правило, имеет по существу нулевую кривизну (или по существу бесконечный радиус кривизны), или в каждом случае она по существу принимает форму поверхности, на которой происходит качение.
Были предложены шины для транспортных средств, содержащие устройства мониторинга одной или более физических величин, расположенные во внутренней полости шины, например, подобные описанным в публикациях US 2014/0118134 A1, US 4862486, US 5749984, US 5960844, US 5977870, US 2008/0303634 A1, US 2009/0134710 A1, US 2010/0007477 A1, DE 102012007071 A1, WO 2007/121768 A1, WO 2007/048621 A1, WO 2013/098711 A1, WO 2013/098712 A1, WO 2018/065846 A1, US 2007/0013503 A1, US 2010/0097662 A1.
Сущность изобретения
Ниже представлены соображения Заявителя в отношении шин, содержащих устройства мониторинга, расположенные во внутренней полости шины.
Предпочтительно отслеживать/измерять заданную физическую величину, в частности, температуру, деформацию или ускорение, непосредственно на внутренней поверхности или рядом с внутренней поверхностью шины в зоне ее коронной части. Например, предпочтительно получить температуру в зоне, близкой к внутренней поверхности коронной части, поскольку таким образом по существу получают фактическую температуру материала шины в зоне, в которой создаются наибольшие напряжения, которые вызывают нагрев шины во время качения. Напротив, температура, например, в зоне рядом с ободом или температура текучей среды, имеющейся во внутренней полости, может сильно отличаться от температуры внутренней поверхности коронной части. Кроме того, при получении данных о температуре, например, в зоне рядом с ободом или вентилем на данные измерений влияет температура среды, наружной по отношению к колесу, вследствие теплопроводности и/или наличия внешних источников тепла, таких как потоки воздуха от радиаторов или тормозных дисков.
В случае ускорения или деформации предпочтительно непосредственное измерение по меньшей мере одной из радиальной, касательной/тангенциальной и аксиальной составляющих ускорения или претерпеваемой деформации в произвольной точке, расположенной на внутренней поверхности коронной части, которая подвергается нагружению и деформированию, которые обусловлены циклом входа в зону пятна контакта и выхода из нее или в более общем случае взаимодействием между шиной и поверхностью, по которой происходит качение. Таким образом, из отслеживаемого ускорения или отслеживаемой деформации можно получить сигнальную информацию о состоянии и/или поведении шины в данный момент времени во время использования (например, о размерах пятна контакта, износе, аквапланировании, проскальзывании и т.д.). Следовательно, желательно применить датчик или датчики ускорения и/или деформации в точке, близкой к тому месту, в котором создаются наибольшие напряжения, то есть близкой к месту контакта между шиной и поверхностью, по которой происходит качение, - при этом такой точкой, как правило, является точка на внутренней поверхности коронной части, например, расположенная в месте, соответствующем центральному ребру, расположенному в зоне протектора, центральной в аксиальном направлении, - или в любом случае в той точке на внутренней поверхности коронной части, которая соответствует зоне протектора, имеющей наибольшие напряжения (как механические, так и термические) во время качения шины.
Для выполнения устройства мониторинга, как правило, используется техническое решение на основе печатной платы на жесткой опоре (подложке), на которой напечатаны дорожки печатной платы (электропроводящие металлические дорожки) и электронные компоненты закреплены посредством соответствующих электрических соединительных элементов (например, «штырьков») с помощью сварки и, возможно, адгезивов. Таким образом выполняют электрические и механические соединения между различными электрическими и электронными компонентами и жесткой опорой. Жесткая опора (печатная плата), как правило, содержит один или более слоев из базового материала, такого как стекловолокно, пропитанного смолой (например, эпоксидной смолой).
Однако использование данной технологии имеет следствием довольно большую массу самóй жесткой опоры, а также сосредоточение массы опоры и компонентов, приваренных на ней, в некоторой точке, расположенной на шине.
Кроме того, для работы устройства мониторинга обычно предусматривают аккумулятор/генератор электроэнергии. Например, как правило, используют аккумуляторную батарею (например, плоский круглый аккумулятор), содержащую(-ий) металлическую капсулу. Этот аккумулятор/генератор электроэнергии, как правило, имеет значительную массу. Например, неперезаряжаемая плоская круглая аккумуляторная батарея типа CR2032 с электрическим зарядом, составляющим приблизительно 200-250 мА⋅ч, может иметь массу, составляющую приблизительно 3 г.
Преобладающая тенденция состоит в изготовлении как можно более компактного устройства мониторинга целиком. Например, используемое решение предусматривает наложение друг на друга соединенных соответствующим образом аккумулятора и печатной платы со всеми электронными компонентами, закрепленными на ней, и герметизацию всего устройства посредством герметизирующего материала (например, полимерной смолы), возможно, внутри жесткого удерживающего корпуса. Кроме того, может быть предусмотрен кожух (например, изготовленный из эластомерного материала), предназначенный для присоединения устройства к поверхности шины посредством прикрепляемой накладки и/или одного или более адгезивов. Комплект данных элементов конструкции (удерживающего корпуса, герметика, кожуха, адгезива/адгезивов) приводит к дополнительному увеличению массы, при этом общая масса всего устройства мониторинга может достигать 8-15 г и устройство мониторинга почти полностью расположено на малой площади, которая равна площади горизонтальной проекции контейнера (например, вписанного в окружность с диаметром 18-30 мм).
Заявитель - при проведении испытаний при очень высоких скоростях вращения шины (соответствующих экстремальным линейным скоростям соответствующего транспортного средства, например, превышающим 300 км/ч) с устройством мониторинга, образованным таким способом и закрепленным на внутренней поверхности коронной части шины в зоне, центральной в аксиальном направлении, - удостоверился в том, что место расположения вышеуказанной общей массы и, в частности, общей массы аккумулятора создает очень сильные напряжения (в частности, радиальные и касательные напряжения).
Действительно, в зонах входа в зону пятна контакта и выхода из нее радиальное ускорение больше, чем в зонах снаружи зоны пятна контакта, вследствие соответствующей деформации, которой подвергается шина. Из экспериментальных исследований, выполненных Заявителем при разных скоростях, получено, что максимальное ускорение на входе в зону пятна контакта и выходе из нее приблизительно в 1,5 раза превышает радиальное ускорения снаружи зоны пятна контакта. Кроме того, в зоне пятна контакта при обнулении радиального ускорения появляется касательное ускорение, которое имеет профиль изменения вдоль зоны пятна контакта, аналогичный синусоиде, амплитуда которой была определена Заявителем экспериментально и равна приблизительно половине радиального ускорения на входе в зону пятна контакта/выходе из нее.
По мнению Заявителя, ускорение при его быстром и сильном изменении в циклах, характеризующихся высокой частотой, создает значительные циклические нагрузки, действующие в радиальном направлении (такие как «ударные воздействия») и в касательном направлении (сдвиг) со стороны устройства на элементы конструкции шины и/или наоборот. При вышеуказанных экстремальных скоростях прямым следствием данных нагрузок является значительный и локализованный перегрев устройства мониторинга и/или шины в месте применения/наложения устройства мониторинга. Указанный перегрев может значительно исказить корректное показание рабочей температуры шины, выдаваемое устройством мониторинга. Кроме того, указанный перегрев и указанное механическое напряжение и/или комбинация данных двух эффектов могут привести к повреждению устройства мониторинга (или его компонентов, например, аккумулятора), связанному с нарушением его конструктивной и/или функциональной целостности и/или с нарушением его соединения с внутренней поверхностью шины (например, расслоением и/или отсоединением адгезива, предназначенного для прикрепления устройства к внутренней поверхности). В более серьезных случаях указанный перегрев и указанное механическое напряжение и/или комбинация данных двух эффектов могут привести к потере целостности конструкции коронной части шины даже вплоть до образования отверстий (так называемых «пузырей») в протекторном браслете, вызываемых локализованной деструкцией резиновой смеси шины, которая впоследствии отсоединяется вследствие вращательного движения шины, и/или к расслоению протектора.
Кроме того, Заявитель осознал, что при использовании неперезаряжаемого аккумулятора электроэнергии, такого как вышеупомянутые плоские круглые батареи, желательно, чтобы данный аккумулятор содержал доступную энергию в количестве, достаточном для периода, составляющего несколько лет и сопоставимого с полным сроком службы шины.
Заявитель установил, что использование аккумулятора с данным количеством энергии приводит к увеличению относительной массы, следствием чего является увеличение вышеописанных напряжений и обострение вышеупомянутых проблем, вызываемых данными напряжениями.
Следовательно, Заявитель столкнулся с проблемой создания устройства мониторинга по меньшей мере одной физической величины (например, температуры и/или давления и/или ускорения и/или деформации), которое должно применяться непосредственно рядом с внутренней поверхностью коронной части шины и при этом обеспечивает возможность избежания или ограничения локализованного перегрева и обусловленного им риска определения неправильного значения температуры и/или потери конструктивной или функциональной целостности шины и/или устройства мониторинга даже при очень высоких скоростях вращения шины, а также при наличии значительного аккумулирования электроэнергии, соответствующего среднему сроку службы шины.
По мнению Заявителя, вышеуказанная проблема решается посредством устройства мониторинга, в котором электронный блок и устройство подачи электропитания закреплены на гибкой опоре, при этом устройство подачи электропитания содержит множество аккумуляторов электроэнергии, закрепленных по отдельности на гибкой опоре.
В соответствии с одним аспектом изобретение относится к шине, содержащей устройство мониторинга. Устройство мониторинга закреплено на внутренней поверхности указанной шины в зоне коронной части указанной шины.
Устройство мониторинга содержит электронный блок и устройство подачи электропитания, электрически соединенное с указанным электронным блоком.
Электронный блок содержит по меньшей мере один датчик для измерения по меньшей мере одной из нижеуказанных физических величин: температуры, давления, ускорения, деформации, блок обработки данных, приемопередатчик.
Устройство мониторинга дополнительно содержит гибкую опору в виде единого тела (например, в виде пленки, образованной из термопластичного материала). Электронный блок закреплен на указанной гибкой опоре.
Указанное устройство подачи электропитания предпочтительно содержит множество аккумуляторов электроэнергии, при этом каждый аккумулятор электрически соединен с указанным электронным блоком и выполнен с возможностью подачи питания к указанному электронному блоку. Каждый из указанных аккумуляторов закреплен на указанной гибкой опоре.
Под «устройством подачи электропитания» подразумевается компонент с конструкцией, обеспечивающей возможность подачи электропитания к электронному блоку устройства мониторинга, при этом данный компонент может состоять из вышеуказанного множества аккумуляторов, в которых энергия, подлежащая подаче, аккумулирована заранее (например, таких как аккумуляторная батарея или конденсатор), или оно может содержать генератор электроэнергии и/или устройство приема электроэнергии на месте, выполненный (-ое) с возможностью перезарядки аккумуляторов и предпочтительно с возможностью подачи электропитания непосредственно к электронному блоку (например, устройство рекуперации энергии или устройство «собирания или захвата энергии», или зарядное устройство, работающее на основе электромагнитной индукции).
Наличие множества аккумуляторов электроэнергии, отдельных друг от друга и закрепленных по отдельности на гибкой опоре, обеспечивает распределение аккумуляторов на внутренней поверхности. Другими словами, аккумуляторы не будут - даже частично - наложены друг на друга в радиальном направлении. Кроме того, они также не наложены - даже частично - на электронный блок в радиальном направлении при условии, что электронный блок закреплен на гибкой опоре. По мнению Заявителя, это решение обеспечивает уменьшение общей массы устройства мониторинга вследствие устранения компонента, имеющего значительную массу, такого как печатного плата, а также устранения герметизирующего материала. Кроме того, распределение электронного блока и аккумуляторов на гибкой опоре позволяет избежать добавления дополнительного материала (например, герметизирующего материала) в устройстве мониторинга, при этом значительно уменьшаются как масса, так и тепловая инерция самого устройства, что обеспечивает преимущества с точки зрения надежности, корректности и быстроты измерения физических величин (в частности, температуры), а также меньшее ослабление радиочастотных сигналов, передаваемых и/или получаемых устройством мониторинга. Кроме того, разделение общей массы устройства подачи питания на несколько частей (соответствующих аккумуляторам), каждая из которых имеет довольно большую массу по отношению к общей массе устройства, позволяет уменьшить массу, которая опирается на соответствующую одну локализованную часть коронной зоны шины и вызывает вследствие этого вышеуказанные явления возникновения ударных воздействий и напряжения сдвига, при этом уменьшение данной массы приводит к уменьшению обусловленного ею перегрева коронной части и/или адгезива, используемого для закрепления устройства мониторинга на внутренней поверхности шины, и/или самого устройства мониторинга. Это обстоятельство в сочетании с тем, что электронный блок и каждый аккумулятор находятся рядом с отдельными частями коронной зоны, обеспечивает возможность более корректного измерения значения рабочей температуры шины. Все это - в дополнение к возможности обеспечения доступности большой общей емкости для аккумулирования электроэнергии в устройстве мониторинга, которая определяется суммой отдельных емкостей каждого аккумулятора, - оказывает положительное влияние на срок полезного использования самого устройства мониторинга.
Гибкая опора в отличие от жесткой опоры, такой как печатная плата, также позволяет устройству мониторинга адаптироваться к деформации коронной части во время качения, в частности, в зоне пятна контакта. Кроме того, она обеспечивает возможность распределения напряжений по более широкой поверхности.
Настоящее изобретение может иметь один или более из нижеприведенных предпочтительных признаков.
Каждый из указанных аккумуляторов предпочтительно представляет собой электрическую батарею (например, плоскую круглую аккумуляторную батарею), более предпочтительно неперезаряжаемую.
Каждый из указанных аккумуляторов предпочтительно имеет круглую горизонтальную проекцию.
Каждый из указанных аккумуляторов предпочтительно содержит жесткий корпус, изготовленный, например, из металла.
Каждый из указанных аккумуляторов предпочтительно имеет зарядную емкость, которая больше или равна 30 мА⋅ч, более предпочтительно больше или равна 80 мА⋅ч, еще более предпочтительно больше или равна 100 мА⋅ч.
Каждый из указанных аккумуляторов, как правило, имеет массу, которая больше или равна приблизительно 0,5 г, более предпочтительно больше или равна приблизительно 1 г. Каждый из указанных аккумуляторов предпочтительно имеет массу, которая меньше или равна приблизительно 4 г. В случае применений на шине, пригодной для тяжелых нагрузок (такой как шина для «паркетного» внедорожника (SUV), внедорожника-универсала/кроссовера (CUV), грузового автомобиля, автобуса и т.д.), могут быть использованы батареи большей массы, до приблизительно 7-8 г.
Каждый из указанных аккумуляторов предпочтительно вписан в окружность, имеющую диаметр, который меньше или равен 30 мм, более предпочтительно меньше или равен 25 мм, и/или описывает окружность, имеющую диаметр, который больше или равен 15 мм, более предпочтительно больше или равен 17 мм.
Аккумуляторы данных типов способны подавать энергию, достаточную для работы устройства даже в течение периодов, сопоставимых со средним сроком службы шины (в зависимости от ее разных применений), и/или даже при наличии сложных функций устройства, таких как отслеживание/определение различных параметров, таких как ускорение, длина и/или форма пятна контакта, вертикальная нагрузка, действующая на шину, и т.д.
Каждый из указанных аккумуляторов предпочтительно выполнен с конструкцией, обеспечивающей стойкость к температурам, которые больше или равны 100°С, более предпочтительно больше или равны 110°С. Таким образом, аккумуляторы обладают стойкостью к температурам перегрева шин.
Устройство мониторинга, как правило, содержит схему электрических соединений, предназначенную для соединения каждого аккумулятора с указанным электронным блоком, при этом указанная схема электрических соединений предпочтительно содержит по меньшей мере два отдельных электрических пути (один для соединения с положительным полюсом и один для соединения с отрицательным полюсом аккумуляторов).
Указанные аккумуляторы предпочтительно параллельно электрически соединены с указанным электронным блоком. Таким образом, обеспечивается суммирование емкости аккумуляторов, что обеспечивает возможность получения значительной продолжительности работы устройства мониторинга и/или увеличения функциональных возможностей отслеживания/измерения.
Схема электрических соединений предпочтительно закреплена на указанной гибкой опоре, более предпочтительно образована путем печати на указанной гибкой опоре посредством проводящей пасты, еще более предпочтительно образована путем трафаретной печати/сеткографии, литографической печати, струйной печати и т.д. В одном варианте осуществления схема электрических соединений содержит медные проводящие дорожки, предпочтительно полученные химическим травлением тонкого слоя меди (например, с толщиной в несколько микрон или несколько десятков микрон). Данные технологии особенно подходят для гибких опор и обеспечивают возможность создания проводящих дорожек, стойких к изгибу.
Расстояние между каждыми двумя аккумуляторами предпочтительно больше или равно 40 мм, более предпочтительно больше или равно 50 мм. Под «расстоянием» подразумевается длина той кратчайшей линии на внутренней поверхности шины (в недеформированном состоянии), которая соединяет края двух рассматриваемых аккумуляторов (например, края корпуса аккумулятора). Заявитель установил в результате наблюдений, что в этом случае профили температур (определяемые явлением нагрева, обусловленного циклическими напряжениями при входе в зону/выходе из зоны пятна контакта, и явлением распространения выделенного тепла), связанные по отдельности с каждым аккумулятором, по существу пространственно «отделены» друг от друга, так что избегают локализованного накопления тепла. Другими словами, аккумуляторы находятся достаточно далеко друг от друга для предотвращения ситуации, при которой локальный нагрев отдельных аккумуляторов «суммируется» в некоторой точке, что обеспечивает дополнительные преимущества, описанные выше.
Указанное расстояние между каждыми двумя аккумуляторами (14) предпочтительно меньше или равно 250 мм, более предпочтительно меньше или равно 200 мм, еще более предпочтительно меньше или равно 150 мм. Таким образом, длина схемы электрических соединений и/или протяженность всего устройства будут ограничены, и уменьшаются соответствующие сложности, связанные с изготовлением, соединением (адгезионным сцеплением) с шиной, конструкционной прочностью дорожек и т.д.
Экваториальная плоскость шины предпочтительно пересекает указанное устройство мониторинга, в более предпочтительном варианте она пересекает указанный электронный блок, например, в зоне указанного датчика. Таким образом, устройство (предпочтительно датчик) будет применяться в той части шины, которая подвергается наибольшим напряжениям и, следовательно, представляет больший интерес в случае измерений параметров сигналов (например, акселерометров), из которых должна быть получена информация о состоянии шины и/или о поведении шины в данный момент времени во время использования.
Указанный по меньшей мере один датчик предпочтительно выполнен с возможностью измерения по меньшей мере двух из нижеуказанных физических величин: температуры, давления, ускорения, деформации, например, температуры и давления. В еще более предпочтительном варианте указанный по меньшей мере один датчик выполнен с возможностью измерения по меньшей мере трех из вышеуказанных физических величин или всех четырех вышеуказанных физических величин. Указанный по меньшей мере один датчик предпочтительно выполнен с возможностью измерения по меньшей мере указанного ускорения и/или указанной деформации, более предпочтительно - по меньшей мере радиальной составляющей и/или тангенциальной составляющей указанного ускорения и/или указанной деформации. Таким образом, устройство мониторинга предоставляет особенно полезные данные для получения информации о состоянии и/или функционировании шины и/или о поведении транспортного средства, на котором она смонтирована.
Указанная гибкая опора предпочтительно прикреплена к внутренней поверхности указанной шины, более предпочтительно - посредством слоя адгезива (например, адгезива, склеивающего при надавливании).
Указанная гибкая опора предпочтительно является по существу не растяжимой. Таким образом, обеспечивается распределение напряжений сдвига и/или ограничиваются нагрузки на дорожки схемы соединений.
В контексте настоящего описания и нижеследующей формулы изобретения под «гибкой опорой» по существу подразумевается опора, образованная из материала (включая композиционный/многослойный материал), который в случае его использования для изготовления листовой заготовки квадратной формы со стороной, значительно большей, чем определяемая в направлении вдоль окружности протяженность зоны входа в пятно контакта или выхода из пятна контакта шины, (например, плиты с плоской поверхностью с размерами 120 мм × 120 мм), и с толщиной, равной толщине опоры, обеспечивает возможность адаптации формы данной плиты - при температуре окружающей среды - к форме цилиндрической поверхности с радиусом, который меньше радиуса нормальной кривизны шины, накачанной до ее номинального внутреннего давления (например, цилиндрической поверхности с радиусом 200 мм, предпочтительно 100 мм, более предпочтительно 50 мм), без разрыва или подвергания возникновению остаточной деформации.
В контексте настоящего описания и нижеследующей формулы изобретения под «нерастяжимой опорой», как правило, подразумевается опора с толщиной от приблизительно 10 мкм до приблизительно 400 мкм, предпочтительно от приблизительно 50 мкм до приблизительно 200 мкм, изготовленная из материала (включая композиционный/многослойный материал), имеющего модуль упругости при растяжении, предпочтительно превышающий 0,1 ГПа, более предпочтительно превышающий 0,5 ГПа при 23°С.
Указанная гибкая опора (13) предпочтительно представляет собой пленку из эластомерного или термопластичного материала, выбранного из следующей группы: нейлона, полиэтилентерефталата (ПЭТ), полиэтиленнафталата (PEN), полиимида, этиленпропилендиенового каучука (EPDM), диеновых полимеров и полиуретановых смол. Также могут быть использованы бумажные опоры, тонкие листы из эпоксидной смолы (возможно, армированные, например, стекловолокном) или сверхтонкие и, следовательно, гибкие листы из кремния (или другого полупроводника). Было доказано, что данные гибкие опоры пригодны для технологий, в которых схему электрических соединений образуют путем печати или осаждения на опоре или получают химическим травлением, и заранее изготовленные электронные компоненты прикрепляют к схеме электрических соединений и электрически соединяют со схемой электрических соединений посредством соединения с помощью проводящих адгезивов (например, адгезивов, в которые введены проводящие частицы, такие как частицы из серебра, меди или углеродистые частицы) и/или посредством сварки, например, с помощью олова или его сплавов (например, сплава олова и висмута).
Один или более из указанного по меньшей мере одного датчика, указанного блока обработки данных и указанного приемопередатчика предпочтительно представляет собой заранее изготовленный электронный компонент. Этот заранее изготовленный электронный компонент может быть (непосредственно) прикреплен к схеме электрических соединений и соединен электронными средствами со схемой электрических соединений, например, посредством соединения с помощью проводящих адгезивов и/или сварки.
В одном варианте осуществления один или более из указанного по меньшей мере одного датчика, указанного блока обработки данных и указанного приемопередатчика образован непосредственно на месте на гибкой опоре (то есть он не изготовлен заранее), например, посредством технологий печати или осаждения.
Предпочтительно по меньшей мере два компонента из указанного датчика, указанного блока обработки данных и указанного приемопередатчика, более предпочтительно все три компонента расположены в одном модуле, предпочтительно изготовленном заранее (например, посредством удерживающего корпуса, в котором размещены, по меньшей мере частично, указанные по меньшей мере два компонента из указанного датчика, указанного блока обработки данных и указанного приемопередатчика). Таким образом значительно упрощается выполнение устройства мониторинга.
Указанный электронный блок, как правило, имеет общую массу, которая больше или равна приблизительно 1 г и/или меньше или равна приблизительно 8 г, более предпочтительно меньше или равна приблизительно 6 г. Под «общей массой» отдельно взятого элемента подразумевается его полная масса, например, с учетом всех активных и пассивных компонентов, возможного контейнера и т.д.
Указанное множество аккумуляторов предпочтительно содержит первый и второй аккумуляторы, расположенные с противоположных сторон указанного электронного блока. При размещении электронного блока между двумя аккумуляторами последние будут размещены на большем расстоянии друг от друга, чем в случае размещения с одной и той же стороны электронного блока, при той же общей длине устройства мониторинга. Таким образом, избегают возникновения вышеупомянутого явления «суммирования» тепловых воздействий или дополнительно ограничивают возникновение вышеупомянутого явления «суммирования» тепловых воздействий, вызываемых двумя отдельными аккумуляторами, следствием которого является перегрев (в частности, в тех зонах в протекторе шины, которые имеют наибольшие напряжения, например, таких как центральное ребро).
Указанное множество аккумуляторов предпочтительно содержит два аккумулятора и не более двух аккумуляторов. Таким образом, ограничиваются площадь горизонтальной проекции и сложность устройства мониторинга.
Указанное устройство мониторинга предпочтительно имеет горизонтальную проекцию с формой, удлиненной вдоль продольного направления основной протяженности, при этом указанные первый и второй аккумуляторы расположены на концах устройства мониторинга, противоположных в продольном направлении. Было доказано, что данная форма является рациональной и особенно эффективной при ограничении перегрева и/или гарантировании целостности устройства мониторинга. Например, поскольку аккумуляторы (то есть, как правило, более тяжелые компоненты) расположены в периферийном или крайнем месте опоры, ограничиваются напряжение (радиальное и/или касательное напряжения) и соответствующие деформации, создаваемые аккумуляторами на гибкой опоре в зоне схем и электронного блока (расположенного по существу в центральной зоне опоры), при этом все это предпочтительно для функциональности устройства.
В одном варианте осуществления (особенно подходящем для шин для легковых автомобилей) устройство мониторинга прикреплено к внутренней поверхности шины так, что прямая линия, проходящая через центры масс аккумуляторов (например, прямая линия, совпадающая с продольным направлением основной протяженности), образует с направлением линии пересечения экваториальной плоскости с внутренней поверхностью шины (или с направлением, параллельным данной линии) прямой угол или острый угол, который больше или равен 20°, более предпочтительно больше или равен 25°. Таким образом, например, можно разместить электронный блок рядом с частью протектора, в которой возникают наибольшие напряжения во время качения (например, частью, расположенной в зоне экваториальной плоскости), и разместить аккумуляторы (которые могут быть повреждены при перегреве и/или могут вызывать перегрев и повреждение нижерасположенной коронной части шины вследствие их массы) в месте с меньшими напряжениями. Следует отметить, что для идентификации прямой линии, проходящей через центры масс аккумуляторов, направления линии пересечения экваториальной плоскости с внутренней поверхностью и вышеупомянутого угла рассматривается часть внутренней поверхности шины вокруг устройства, развернутая на плоскости.
Указанный острый угол предпочтительно меньше или равен 70°, более предпочтительно меньше или равен 65°. Данное размещение устройства мониторинга, имеющего удлиненную форму, так, чтобы оно не было ни параллельным, ни перпендикулярным к экваториальной плоскости, а наклонным, позволяет разместить массы аккумуляторов так, чтобы не все они размещались на одной и той же части протектора, определяемой в направлении вдоль окружности (что имело бы место в альтернативной ситуации при размещении параллельно экваториальной плоскости). Заявитель также удостоверился в том, что данное решение позволяет уменьшить или устранить возникновение явления волнистости или «морщинистости» гибкой опоры, которое может возникать в случае устройства, расположенного перпендикулярно, при определенных условиях (например, в случае длинных устройств, при высоких скоростях, при определенных выбранных материалах гибкой опоры, при определенных конструкциях шин и/или рисунке протектора и т.д.).
Отношение размеров, представляющее собой отношение длины устройства мониторинга в продольном направлении и ширины вдоль направления, перпендикулярного к продольному направлению, предпочтительно больше или равно 2, более предпочтительно больше или равно 2,5 еще более предпочтительно больше или равно 3 и/или меньше или равно 6, более предпочтительно меньше или равно 5. Данные значения отношения размеров обеспечивают для устройства мониторинга длину вдоль основного направления протяженности, на которой само устройство может быть прикреплено к шине с ориентацией, оптимальной по отношению к напряжениям, в то время как размер в направлении, перпендикулярном к основному направлению протяженности, является значительно меньшим, и поэтому устройство мониторинга подвергается напряжениям в значительно меньшей степени в направлении, перпендикулярном к продольному направлению.
В одном варианте осуществления указанное множество аккумуляторов содержит по меньшей мере третий аккумулятор, более предпочтительно даже по меньшей мере четвертый аккумулятор (и предпочтительно не более четырех аккумуляторов). Таким образом, увеличиваются емкость (и/или подаваемое напряжение) устройства подачи питания.
Указанные аккумуляторы предпочтительно расположены вокруг указанного электронного блока, более предпочтительно по существу на одинаковом угловом расстоянии друг от друга, еще более предпочтительно вдоль окружности, которая окружает указанный электронный блок, еще более предпочтительно вдоль окружности с центром, находящемся в указанном электронном блоке (в геометрическом центре указанного электронного блока). Таким образом, максимально увеличивается расстояние между аккумуляторами при данной площадигоризонтальной проекции.
Указанные аккумуляторы предпочтительно расположены в зоне концевых мест указанной гибкой опоры. Как разъяснено выше, таким образом уменьшаются напряжения и деформации, возникающие в электронных компонентах и на проводящих дорожках устройства под действием аккумуляторов.
Краткое описание чертежей
Отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут дополнительно разъяснены посредством нижеприведенного подробного описания некоторых вариантов осуществления, представленных в качестве неограничивающего примера осуществления настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
фиг.1 - схематическое, выполненное в перспективе и частичное изображение сечения шины, содержащей устройство мониторинга согласно настоящему изобретению;
фиг.2-6 - схематический вид в плане соответствующих вариантов осуществления устройства мониторинга согласно настоящему изобретению;
фиг.7 и 8 - схематический и частичный вид внутренней поверхности шины, развернутой на плоскости фигуры и содержащей устройство мониторинга, расположенное в соответствии с двумя соответствующими предпочтительными способами.
Подробное описание некоторых вариантов осуществления изобретения
На чертежах показана шина (на виде в перспективе, выполненном с частичным разрезом), обозначенная ссылочной позицией 1 и содержащая устройство 10 мониторинга согласно настоящему изобретению. В представленном описании и на фигурах одна и та же ссылочная позиция используется для одних и тех же элементов, а также в вариантах их осуществления.
Устройство 10 мониторинга содержит электронный блок 11 и устройство 12 подачи электропитания, электрически соединенное с электронным блоком.
Устройство 10 мониторинга дополнительно содержит гибкую опору 13 в виде одного тела, закрепленную на внутренней поверхности 15 шины в зоне коронной части 16 шины 1 (то есть части шины в зоне протекторного браслета 17). Электронный блок и устройство подачи электропитания закреплены на гибкой опоре 13, например, посредством проводящего адгезива (например, Henkel 3104 WXL) и конструкционного адгезива (например, Henkel LOCTITE 312TM).
Согласно настоящему изобретению устройство 12 подачи электропитания содержит множество отдельных аккумуляторов 14 электроэнергии, при этом каждый аккумулятор 14 электрически соединен с электронным блоком для подачи питания к электронному блоку. Каждый аккумулятор 14 прикреплен непосредственно к гибкой опоре 13.
В качестве примера каждый аккумулятор 14 представляет собой электрическую батарею, например, плоскую круглую батарею типа CR2032HR, продаваемую Maxell (емкость 200 мА⋅ч, масса 3 г, диаметр и толщина 20 × 3,2 мм), или BR1632A, продаваемую Panasonic, (емкость 120 мА⋅ч, 1,5 г, 6 × 3,2 мм). Типовое напряжение равно 3 В, и рабочие температуры находятся в диапазоне от -40°C до +125°C (или, возможно, в подинтервалах, зависящих от типа намеченного применения).
Устройство 10 мониторинга содержит схему 18 электрических соединений (показанную только схематически на фигурах), предназначенную для соединения каждого аккумулятора 14 с электронным блоком 11, предпочтительно параллельно (как схематически показано в качестве примера только на фиг.4).
В одном варианте осуществления дорожки схемы электрических соединений образованы посредством проводящей пасты (например, серебряной проводящей пасты DuPont 5025), нанесенной путем печати непосредственно на гибкую опору, например, с помощью технологии трафаретной печати/сеткографии.
Электронный блок 11 содержит (непоказанный) по меньшей мере один датчик для измерения по меньшей мере одной из нижеуказанных физических величин: температуры, давления, ускорения, блок обработки данных и приемопередатчик.
В качестве примера электронный блок может включать в себя модуль заводского изготовления модели FXTH870911DT1, продаваемый NXP Semiconductors, содержащий блок обработки данных и множество датчиков, выполненных с возможностью измерения всех трех физических величин: температуры, давления и ускорения. Этот модуль также включает в себя радиочастотный приемопередатчик с частотой приемопередатчика, составляющей 315-434 МГц. В иллюстративном варианте осуществления может быть использован дополнительный приемопередатчик, прикрепленный к гибкой опоре (подложке) отдельно от вышеупомянутого модуля и используемый в другом диапазоне частот (например, при использовании технологии Wi-Fi или Bluetooth).
В качестве примера гибкая опора 13 представляет собой пленку, изготовленную из полиимида (например, Kapton от компании DuPont).
Слой адгезива (непоказанного), например, склеивающего при надавливании, может быть размещен для присоединения нижней поверхности гибкой опоры 13 к внутренней поверхности шины.
В вариантах осуществления, показанных на фигурах, устройство 10 наложено на внутреннюю поверхность шины таким образом, что экваториальная плоскость 20 шины пересекает устройство 10 мониторинга, и, более конкретно, она пересекает электронный блок 11 (так что датчик будет расположен в зоне центрального ребра 21 или рядом с центральным ребром 21 протекторного браслета 17).
В некоторых вариантах осуществления множество аккумуляторов 14 содержит два и не более двух аккумуляторов, как показано в качестве примера на фиг.2, 3 и 4.
Данные два аккумулятора предпочтительно расположены с противоположных сторон электронного блока 11, как показано в качестве примера на фиг.3 и 4.
Согласно аспекту изобретения и как схематически показано на фиг.3 и 4, устройство 10 мониторинга имеет горизонтальную проекцию (например, определяемую горизонтальной проекцией гибкой опоры 13) с формой, удлиненной вдоль продольного направления L основной протяженности, при этом два аккумулятора расположены на концах устройства мониторинга, противоположных в продольном направлении.
В качестве примера в случае устройства по фиг.3 размеры L1 × L2 соответственно вдоль данного продольного направления L и вдоль направления, перпендикулярного к нему (в плоскости фиг.3), равны приблизительно 80 × 55 мм (отношение R размеров равно приблизительно 1,5) и расстояние D между двумя аккумуляторами равно приблизительно 45 мм.
В качестве примера в случае устройства по фиг.4 размеры L1 × L2 равны приблизительно 110 × 30 мм (отношение R размеров равно 3,7) или приблизительно 80 × 25 мм (R равно 3,2). В качестве примера расстояние D между двумя аккумуляторами равно приблизительно 69 мм в случае размеров 110 × 30 мм, в то время как при размерах, равных 80 × 25 мм, расстояние D равно приблизительно 50 мм.
Как показано в качестве примера на фиг.7 (при этом внутренняя поверхность коронной части, схематически ограниченная направлениями 30, а также устройство мониторинга развернуты в плоскости фигуры), угол А, образованный между прямой линией L, проходящей через центры масс аккумуляторов 14 (совпадающей в данном примере с направлением L основной протяженности), и направлением линии 20’ пересечения между экваториальной плоскостью и внутренней поверхностью, в качестве примера представляет собой прямой угол. Таким образом, электронный блок 11 может быть расположен в зоне экваториальной плоскости, в то время как аккумуляторы 14 расположены полностью снаружи по отношению к экваториальной плоскости и, следовательно, далеко от центрального ребра.
В предпочтительном альтернативном варианте, показанном в качестве примера на фиг.8, острый угол А, образованный между прямой линией L и линией 20’ пересечения между экваториальной плоскостью и внутренней поверхностью, в качестве примера равен 45°. Даже в этом случае электронный блок 11 может быть расположен в зоне экваториальной плоскости, в то время как аккумуляторы расположены достаточно далеко от центрального ребра, и при этом уменьшаются воздействия на гибкую опору, вызываемые возможными деформациями шины и/или гибкой опоры вдоль аксиального направления.
В некоторых вариантах осуществления, показанных в качестве примера на фиг.5 и 6, множество аккумуляторов содержит три и, соответственно, четыре аккумулятора 14, расположенных на одинаковом угловом расстоянии друг от друга вдоль окружности, проходящей вокруг электронного блока 11 и имеющей центр, находящийся в электронном блоке, в местах, находящихся ближе к краям гибкой опоры 13.