Die Entwicklung von in Reifen eingebetteten RFID-Modulen

Murata Manufacturing Co., Ltd. („Murata“) hat in Zusammenarbeit mit dem weltweit führenden französischen Reifenhersteller Michelin ein robustes und kleines RFID-Modul (Radio Frequency Identification) entwickelt, das in Reifen integriert werden kann. Bei diesem Modul handelt es sich um ein extrem kleines Teil mit einer Größe von 6 mm × 1 mm × 1 mm. Dennoch handelt es sich um ein Produkt, das für Innovationen im Reifengeschäft sorgen wird.

Jedes Unternehmen der Automobilindustrie arbeitet aufgrund des CASE-Trends an einer sogenannten Jahrhundertrevolution. CASE ist ein Trend, der das Fahrzeug- und Automobilgeschäft entlang von vier Evolutionsachsen weiterentwickelt: Connected (C), Autonomous (A), Shared & Services (S) und Electric (E).

Bei CASE neigen wir dazu, nur von den Veränderungen, der Automatisierung und der Elektrifizierung der Automobile selbst fasziniert zu sein, deren Präsenz uns vertraut ist. Umgekehrt verändert sich jedoch die Geschäftsseite stark, wobei der Schwerpunkt auf Connected und Shared & Services liegt. Die Form der Nutzung von Automobilen wird sich von „Besitz“ zu „Gebrauch“ verändern. Darüber hinaus wird sich das Gewinnmodell des Automobilgeschäfts vom „einfachen Verkauf von Waren“ zu „Dienstleistungen“ wandeln. Dies wird eine neue Ära in der Nutzung von Mobilität eröffnen.

Ähnliche Trends zeichnen sich neben den Automobilherstellern auch für Hersteller ab, die Reifen und andere Autoteile herstellen.

Michelin ist einer der Reifenhersteller, die proaktiv danach streben, durch die Umwandlung des Reifengeschäfts in ein servicebasiertes Geschäft neue Werte zu schaffen. Das Unternehmen hat seine Pläne klargestellt, alle von ihm hergestellten Reifen mit RFID-Chips auszustatten, die in Echtzeit Daten über die Nutzung und Verwaltung von Reifen erfassen. Außerdem wird ein IoT-System aufgebaut, das mithilfe von RFID Echtzeitdaten über die Nutzung und Verwaltung von an Autos montierten Reifen erfassen wird. Dies versucht man bei der Bereitstellung vorausschauender Wartungsdienste, der Betriebsführung von Fahrzeugen, der Verbesserung der Altreifen-Recyclingquote, der Bestandsverwaltung bei Händlern und anderen Bereichen zu nutzen.

RFID ist eine Technologie, die Dinge durch drahtlose Kommunikation mithilfe von IC-Tags und anderen Geräten automatisch identifiziert und verwaltet. Der Vorteil besteht darin, dass es auf mehrere Tags abzielt und es dadurch im Vergleich zu Barcodes und anderen Erkennungstechnologien möglich ist, viel mehr Daten auf einmal zu lesen. Es ermöglicht auch das Umschreiben von Daten. RFID wird daher in verschiedenen Bereichen (z. B. Fertigung, Logistik und Vertrieb) als Technik zur gemeinsamen Identifizierung und Verwaltung des Zustands und der Bewegungen vieler Dinge eingesetzt.

Auch bei vielen Reifenherstellern breitet sich die Bewegung aus, RFID in Reifen einzubetten und diese dann zur Optimierung verschiedener Managementbereiche und zur Schaffung eines neuen Geschäftsmodells zu nutzen. Das Konzept von Michelin besteht darin, RFID-Tags in Reifen einzubetten, um diese mit dem IoT zu verbinden. Es ist vorgesehen, dass diese Tags verwendet werden, um den Nutzungsverlauf über den gesamten Lebenszyklus von Reifen hinweg zu verwalten – von der Herstellung über die Montage in Autos und ihre Verwendung nach der Markteinführung bis hin zu ihrer Entsorgung. Beispielsweise werden Reifen, die nach dem Austausch ihres abgenutzten Gummis verwendet werden, in Lastkraftwagen, Bussen und anderen Nutzfahrzeugen verwendet. Sie werden Rückzugsreifen genannt. Durch die Einbettung von RFID in Reifen ist es möglich, Montageposition, Uhrzeit und Datum, Anzahl der Reparaturen und andere Reifeninformationen für das Fahrzeug einfach, genau und effizient zu verwalten, indem einfach ein tragbarer Scanner zum Scannen der im RFID-Tag aufgezeichneten ID verwendet wird . Darüber hinaus plant Michelin, dieselben RFID-Tags zu verwenden, um die Rückverfolgbarkeit sicherzustellen und den Betrieb zu optimieren.

Der technische Aufwand für die Anbindung von Reifen an das IoT ist im Vergleich zur Anbindung von Bürogeräten und Haushaltsgeräten an das IoT extrem hoch. Das liegt daran, dass die Einsatzumgebung von Reifen rau ist. Darüber hinaus liegt es auch daran, dass bei Reifen eine hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit angestrebt wird.

Viele bestehende RFID-Tags wurden genutzt, indem sie auf Kartons und anderen Gegenständen angebracht wurden, die Produkte enthalten. Sie werden dann entsorgt, nachdem das Produkt den Verbraucher erreicht hat. Daher war es nicht erforderlich, dass die RFID-Tags selbst so langlebig waren. Im Gegensatz dazu sieht die von Michelin vorgesehene Nutzungseinstellung vor, dass die Tags in Reifen eingebettet werden, die bei verschiedenen Wetterbedingungen, Straßenoberflächen und Fahrsituationen verwendet werden. Darüber hinaus ist es erforderlich, dass sie über einen langen Zeitraum bis zur Entsorgung der Reifen funktionieren.

Bei herkömmlichen RFID-Tags gab es jedoch ein Problem. Der IC und die Antenne zur Informationstransformation und drahtlosen Stromversorgung wurden durch Löten verbunden. Wenn die Antenne in einen Reifen eingebettet wird, dehnt sie sich entsprechend aus und zieht sich abhängig von den Vibrationen während der Fahrt zusammen. Die daraus resultierende übermäßige Belastung der Gelenke kann zu Brüchen und einem Verlust der Kommunikationsfähigkeit führen. Um dieses Problem zu lösen, war es notwendig, eine Struktur zu realisieren, in der die Stromversorgung berührungslos erfolgen kann. Dementsprechend suchte Michelin nach einer Lösung für dieses Problem.

Es war Muratas MAGICSTRAP® RFID-Technologie, die Michelin bei der Auseinandersetzung mit diesem Problem auf sich aufmerksam machte. MAGICSTRAP® ist eine Technologie, die Miniaturisierung und verbesserte Robustheit ermöglicht. Dies geschieht durch die Integration einer speziellen Anpassungsschaltung und Antenne in ein Modul, um die Kommunikations- und Stromversorgungsleistung mit dem IC zu optimieren. Murata stellte MAGICSTRAP® als RFID-Technologie vor, die Miniaturisierung und verbesserte Robustheit auf einer ausländischen Ausstellung zum Thema RFID ermöglicht. Wir haben diese Technologie für Reifen nicht ausgestellt. Dennoch kam Michelin auf uns zu, als wir aufzeigten, dass dieses Produkt immer vielfältiger einsetzbar ist. Michelin und Murata haben beschlossen, gemeinsam eine äußerst langlebige RFID-Technologie zu entwickeln, die in Reifen eingebettet werden kann.

Als wir mit dem Entwicklungsprojekt begannen, gingen wir davon aus, dass wir bei der Verwirklichung der von Michelin gesehenen Vision mit drei Problemen konfrontiert sein würden: eine langfristige Verpflichtung zur Entwicklungszeit, die hohe Zuverlässigkeit, die bei der Einbettung von RFID-Tags in Reifen angewendet werden kann, und die Bereitstellung von große Anzahl von Proben. Die Technologie zur Einbettung von RFID in Reifen mit der Erwartung, dass diese über deren gesamten Lebenszyklus genutzt wird, war ein Entwicklungsthema, das wir bei Murata zum ersten Mal in Angriff genommen haben. Wir haben uns jedoch entschieden, flexibel zu reagieren, ohne uns an Präzedenzfällen zu orientieren. Am Ende konnten wir alle Forderungen klären.

Für dieses Projekt haben wir ein engagiertes Team zusammengestellt, das sich einer langfristigen Entwicklung verschrieben hat. Dieses Team bestand hauptsächlich aus jungen Ingenieuren, die bereit waren, Herausforderungen anzunehmen, ohne sich zu sehr auf bestehende Technologien zu fixieren. Infolgedessen haben wir eine Struktur etabliert, in der die Verantwortlichen, die mit dem Prozess von Projekten von der ersten Entwicklungsphase bis zur Massenproduktion vertraut sind, konsequent an der Entwicklung arbeiteten und dabei kontinuierlich Ergebnisse sammelten. Matsumoto von der Hardware-Produktentwicklungsabteilung, der als Designer an dem Projekt beteiligt war, erinnert sich, dass ein enges gegenseitiges Verständnis zum Erfolg dieses Projekts führte: „Die Designer erklärten und diskutierten direkt die Designabsichten, die Gültigkeit der ausgewählten Technologien und anderes.“ Anstatt der anderen Partei in der gemeinsamen Entwicklung mit Michelin nur oberflächliche Technologien zu vermitteln. Dadurch konnten wir während des Projekts reibungslos zu einem Konsens gelangen.“

Darüber hinaus haben wir MAGICSTRAP® weiter verbessert, um hohen technischen Ansprüchen wie der hohen Zuverlässigkeit bei der Einbettung in Reifen gerecht zu werden. Darüber hinaus haben wir die Modulgröße auf 6 mm × 1 mm × 1 mm reduziert und gleichzeitig gute elektrische Eigenschaften beibehalten, um die Auswirkungen auf die Reifen durch die Einbettung von RFID zu minimieren. Es gab auch den Wunsch, die Kommunikationsentfernung zu erweitern. Deshalb haben wir das Produkt durch die Einführung kundenspezifischer Teile optimiert. Yabuhara von der Hardware-Produktentwicklungsabteilung, die hauptsächlich für das Design verantwortlich war, sprach über die Faktoren, die es ermöglichten, schwierige technische Probleme zu lösen: „Wir haben zusätzlich zu den Ratschlägen der Designer auch die entsprechende Beratung von internen Experten mit Spezialkenntnissen in jedem Bereich erhalten.“ die direkt an der Entwicklung beteiligt waren. Dadurch konnten wir die Probleme klären.“

Darüber hinaus haben wir die Produktionseffizienz verbessert, indem wir eine spezielle Chargensortiervorrichtung und Sortiersoftware entwickelt haben, um eine große Anzahl von Proben bereitstellen zu können. Dies liegt daran, dass wir nicht über den charakteristischen Sortierer verfügten, der für die Produktion einer großen Anzahl von Produkten in der Phase vor der Bestätigung der Massenproduktion unerlässlich war. Dies ermöglichte es uns, eine große Anzahl von Zehntausenden Proben zeitnah zu liefern.

Fukuhara von der Geschäftsentwicklungsabteilung, der als Projektleiter fungierte, fasste das Projekt wie folgt zusammen: „Es war eine äußerst schwierige Herausforderung, sowohl die Miniaturisierung als auch die elektrischen Eigenschaften sicherzustellen. Wir haben wiederholt Prototypen hergestellt und dabei mit Michelin die vielen Designparameter und die Herstellung besprochen.“ Variationen in der Massenproduktion. Gleichzeitig haben wir alle Anstrengungen unternommen, um die Machbarkeit der Massenproduktion am Produktionsstandort zu überprüfen. Ich glaube nicht, dass das Projekt ohne Murata mit unserem hohen Niveau in Design, Produktionstechnologie und Fertigung erfolgreich gewesen wäre und hochwertige Technologie für das von uns entwickelte RFID-Modul.

Wir haben mit der Serienproduktion des von uns mitentwickelten RFID-Moduls begonnen. Es wurde bereits in mehr als 4 Millionen Reifen von Michelin eingebaut, angefangen bei denen für Nutzfahrzeuge.

Unser Ziel ist es, dass sich das von uns dieses Mal mitentwickelte RFID-Modul als De-facto-Standard in der Autoreifenindustrie weit verbreitet. Wir planen auch, in Zukunft Vorschläge an andere Reifenhersteller als Michelin weiterzuleiten. Zuvor wird Murata auch die Aktivitäten der Arbeitsgruppe in RAIN RFID (einer UHF-Band-RFID-Industriegruppe) und die von der ISO festgelegten Richtlinien unterstützen.

Murata präsentierte der Welt zum ersten Mal RFID-Tags, die in Reifen eingebettet werden sollen, auf einer Automobilelektronik-Technologieausstellung im Tokyo Big Sight im Januar 2022. Wir nutzten dies zum Anlass, Aktivitäten zu starten, um sie bei Reifenherstellern in Japan und im Ausland bekannt zu machen . Yamada von der Geschäftsentwicklungsabteilung sagte dazu: „Es ist nicht möglich, RFID in Reifen einzubetten, so wie man RFID auf Pappe oder Paletten anbringt. Das liegt daran, dass sich im Inneren der Reifen Metallmaterialien befinden, die die RFID-Kommunikation beeinträchtigen, wie z. B Wulstdrähte und Gürtel. Die Kommunikationseigenschaften ändern sich erheblich durch die Einbettung von RFID in Gummimaterialien. Murata verfügt über umfassende Wireless-Kenntnisse und eine Evaluierungsumgebung. Daher möchten wir auch Unterstützung für optimale Einbettungsmethoden und Kundenbewertungen bieten, ohne dabei auf Kommunikationseigenschaften zu verzichten Reifen." Darüber hinaus haben wir mit unserer RFID-Software id-BridgeTM die für das Reifen-Supply-Chain-Management erforderlichen Funktionen gestärkt. Dies wird zur Implementierung von RFID in der gesamten Reifenindustrie, einschließlich der Automobilhersteller und dem Ersatzteilmarkt, als Gesamtlösung beitragen.

Das Minato MIRAI Innovation Center, die größte Forschungs- und Entwicklungsbasis in der Kanto-Region, eröffnete ab Mai 2021 „MURATA MIRAI MOBILITY“ als Ausstellungsbereich für Automobillösungen, um die Beziehung zwischen der Elektrifizierung von Automobilen und Murata zu demonstrieren. Sakai von der Business Development Section arbeitet auch an zukünftigen Ausstellungsplänen: „Wir planen, in Zukunft im Ausstellungsbereich Reifen mit integriertem RFID zu präsentieren, die wir gemeinsam mit Michelin entwickelt haben. Wir bereiten außerdem eine Demonstrationsumgebung für die id-BridgeTM-Software vor.“ Ich hoffe, dass neben den Reifenherstellern auch viele Kunden vorbeikommen.“

Besuchen Sie unsere Produktseite, um mehr über die RFID-Plattform von Murata zu erfahren, die durch die Bereitstellung von Hardware, Software und Kommunikationsschnittstellen zur Realisierung von loT beiträgt.https://www.murata.com/en-sg/products/rfid/rfid

Über diesen Artikel: Dieser Artikel wird von Murata Manufacturing Co., Ltd. bereitgestellt: https://article.murata.com/en-sg/article/rfid-development-withbuilt-in-tire