[發明專利]檢驗輪胎參數的混合諧振結構

有效

• 申請號: 200680027912.1
• 申請日: 2006-07-28
• 公開（公告）號: CN101233685A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: L·法戈－雷夫烏拉特;S·巴朗德拉;J·馬松;W·斯泰肯
• 申請（專利權）人: 米其林技術公司;米其林研究和技術股份公司
• 主分類號: H03H9/17
• 分類號: H03H9/17;B60C23/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 蔡勝利

技術領域

本發明涉及在車輛行駛時對輪胎物理量值的遠程測量，特別是通過射頻線路和無源元件。

更具體地講，本發明涉及專用于此用途的在壓電膜內帶有體波(bulk?waves)的諧振結構。根據本發明的結構可以最優化以在其頻率范圍內增加其質量系數(quality?factor)和耦合系數(coupling?factor)。

本發明還涉及在車輛的地面連接體(ground?connection)例如輪胎中使用混合諧振，以便對行駛參數例如輪胎橡膠溫度或內部氣壓進行遠程無線測量。本發明還涉及使用諧振結構，以便將有源MEMS(微機電系統)轉換為無源MEMS，換言之，它們可被遠程問詢并且不連接到電源上。

背景技術

為增加汽車安全性，將用于實時監測輪胎性能和/或它們的使用狀態的系統集成起來看上去是理想的。為實現這一點，輪胎的儀器通路的目標是集成電子裝置如傳感器，例如，用于監測與輪胎使用和/或磨損有關的參數。例如，市場上的TMPS(輪胎壓力監測系統)，它們通常由集成于輪胎閥中的傳感器組成，用于通知駕駛員輪胎壓力是否正確并且檢測泄漏氣。

只要能夠考慮到需要測量安裝在汽車車輪上的輪胎在行駛狀態下的物理參數，就會引起用于進行這種測量和將其結果傳送到車輛內部或外部的控制系統的能量問題。電子裝置必須還包括向傳感器供電以及取回、甚至處理信號的裝置。現有用于最普通安裝TPMS系統的解決方案是基于使用與該方案相關聯的電池進行能量管理，以致在輪胎的使用壽命過程中不需要替換它們。

但是，理想的解決方案涉及無源傳感器。換言之，傳感器不需要任何攜帶在輪胎/車輪組件上的能源，而是僅通過遠程射頻波或通過與輪胎相關聯的自動能量產生系統驅動。在通過射頻波提供能量的情況下，問詢信號(query?signal)被發送到傳感器，傳感器上裝有天線。在接收到信號之后，傳感器發送包含關于物理參數信息的無線電波到天線，天線直接或間接感應無線電波。

為此，已知例如文獻EP?0?937?615中的聲表面波(SAW)傳感器可被用于無源地測量物理參數，如通過射頻波測量輪胎連接強度。這種SAW傳感器的解決方案被特別開發用于數據傳輸(US2005/093688)。

SAW傳感器可以是延遲線(delay?line)型(傳感器產生的幾個回聲之間的相差取決于將被測量的參數)或諧振器(resonator)型(傳感器的諧振頻率取決于將被測量的參數)。由于尺寸緊湊，諧振器型傳感器通常更為適于輪胎物理參數的測量，只是要獲取這個參數需要在輪胎的制造過程中就集成傳感器。

但是，通過諧振器型傳感器的高性能測量需要高諧振質量以便獲得檢測其諧振頻率的最佳精度，并且諧振器要求最低可行插損(insertion?losses)，即由于系統是無源的，所以設定最低可行插損才能使通過問詢無線電波發出的能量最優化使用效果。并且還要對被測量的物理參數充分靈敏以便實現預想的應用。為了在不增加傳感器最終尺寸的情況下實現這三個性能標準的最佳，SAW諧振器對于預想應用而言可能受限。具有最小插損及由此最大耦合度(10％而不是1％，例如，通過改變支撐件的壓電材料)的SAW諧振器具有不足的諧振質量系數。

此外，SAW諧振器對將被測量的物量參數、特別是溫度的靈敏度可能太高，以致不能保證達到無線電發射標準(FCC或ETSI)，特別是在433.92MHz?ISM頻段。由此，高熱靈敏度導致諧振在被允許的頻段之外。最后，這種諧振表面波結構必須具有與聲波波長和它們的真正結構有關的固定尺寸，以致需要最小長度以執行它們的頻譜功能：典型的傳感器通常為5mm×5mm。

人們構想出的替代方案可以是使用基于將壓電材料片置入振動中的體波諧振器，其中，兩個面對的電極夾持著壓電材料板，將射頻域應用到由此產生的偶極終端，并且基于板的構成材料的晶向所允許的耦合，通過逆壓電效應(inverse?piezoelectric?effect)產生板變形。

考慮石英的熱彈性特性(高機械質量系數，存在溫度效應的取向補償等等)，人們發現它是這種應用的優選材料。這種普通的諧振器以大約1MHz操作，這對于最佳射頻檢測而言太低了。為增加頻率，必須將常用的固體材料減薄到一定厚度(為此，板的最小厚度是大約30μm)，這種厚度對于任何工業應用而言都存在危險：1GHz的頻率對于經典體波諧振器的應用構成了實際限制。

這些塊體聲波BAW振蕩器不能用于實踐，特別是測量嚴格環境中的行駛參數，而市場上還沒有SAW傳感器的替代品。

發明內容