JP2006021691A - Pneumatic pressure sensor system of externally mounted tire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車のタイヤ空気圧センサに関する。より詳細には、本発明は、外部に装着されたセンサを使用して、自動車のタイヤ内圧を監視するための方法とシステムに関する。 The present invention relates to an automobile tire pressure sensor. More particularly, the present invention relates to a method and system for monitoring automotive tire internal pressure using externally mounted sensors.
タイヤ空気圧センサ・システムそれ自体は既知であり、自動車の空気が入れられたタイヤそれぞれの内部空気圧を監視し、1つまたは複数の自動車のタイヤの内部空気圧が危険なほどに低いとき、または高いときに運転者に警告信号を与えるために使用されている。センサによって測定されるタイヤ内圧が所定の通常の動作範囲を超えると、タイヤ空気圧センサに接続されたマイクロプロセッサによって制御される無線周波数信号発生器によって警告信号が生成される。この無線周波数信号が自動車に装着された受信器に送信され、その受信器が警告信号を使用して、目に見えるように(警告灯または警告表示装置を起動させることによって)、または聞こえるように(可聴警報装置を起動させることによって)、あるいはその両方で運転者に警告する。 Tire pressure sensor systems are known per se and monitor the internal air pressure of each of the tires in which the car is inflated, when the internal air pressure of one or more car tires is dangerously low or high Is used to give a warning signal to the driver. When the tire internal pressure measured by the sensor exceeds a predetermined normal operating range, a warning signal is generated by a radio frequency signal generator controlled by a microprocessor connected to the tire pressure sensor. This radio frequency signal is sent to a receiver mounted on the car, which uses the warning signal to make it visible (by activating a warning light or warning indicator) or audible Alert the driver (by activating an audible alarm device) or both.
既知のタイヤ空気圧システムは、一般的に、2つの基本的な設計の配置構成のうちの1つを使用していた。第1のタイプの設計の配置構成は、タイヤ空気圧センサ・システムの信号送信部分を含むすべての構成要素をタイヤ・ケーシング内に配置した内部構成を採用している。このタイプの典型的な取り付けでは、タイヤを膨張させる前に、ホイールの内面に圧力センサ、無線周波数発生器、マイクロプロセッサ、直流バッテリ電源を取り付けることによって、これらの構成要素が空気入りタイヤ・ケーシング内に物理的に設置される。この第1のタイプの設計の配置構成にはいくつかの欠点がある。第1に、タイヤ・ケーシング内にシステム構成要素を取り付けることが簡単ではなく、構成要素の位置決めや取り付けに十分な注意を必要とし、自動車全体の製造コストが増大する。さらに、多くの自動車は、タイヤの内部で生成された無線周波数信号と好ましくなく相互に作用するスチールベルト入りタイヤを使用してる。さらに、バッテリまたは他のシステム構成要素の1つが故障したとき、欠陥のある構成要素を交換するには、交換を行う前にホイールから影響を受けたタイヤを取り外すことが必要である。これは費用がかかるものであり、時間の浪費である。 Known tire pressure systems generally used one of two basic design arrangements. The arrangement of the first type of design employs an internal arrangement in which all components including the signal transmission portion of the tire pressure sensor system are arranged in the tire casing. In a typical installation of this type, these components are placed in a pneumatic tire casing by attaching a pressure sensor, radio frequency generator, microprocessor, and DC battery power source to the inside of the wheel before inflating the tire. Physically installed. There are several drawbacks to this first type of design arrangement. First, it is not easy to mount the system components in the tire casing, requiring sufficient care in positioning and mounting the components, increasing the manufacturing cost of the entire vehicle. In addition, many automobiles use steel belted tires that interact undesirably with radio frequency signals generated inside the tire. In addition, when a battery or one of the other system components fails, replacing a defective component requires removing the affected tire from the wheel before performing the replacement. This is expensive and time consuming.
現在のタイヤ空気圧センサ・システムに使用されている第2のタイプの基本的な設計の配置構成は、タイヤのバルブ・ステムの露出された外端部にねじ込み可能に取り付けられるキャップ内に装着された構成要素を採用している。この設計配置は、内部に装着されたタイヤ空気圧監視システムに関連する前記の欠点を防止するが、以下のさらなる欠点が生じる。第1に、圧力監視システムは、外部に突き出たバルブ・ステムによって支持されるので、回転するホイールやタイヤによって生じる200Gの大きさに達する加速力によりセンサ・システムの精度が極度に低下する可能性がある。さらに、このシステム構成要素は簡単に不注意によってなくしたり、または盗まれたりする恐れがある。 The second type of basic design arrangement used in current tire pressure sensor systems is mounted in a cap that is screwably attached to the exposed outer end of the tire valve stem. The component is adopted. While this design arrangement prevents the aforementioned drawbacks associated with the tire pressure monitoring system mounted therein, the following additional disadvantages arise: First, because the pressure monitoring system is supported by a valve stem that protrudes to the outside, the accuracy of the sensor system can be drastically reduced by the acceleration force reaching 200G generated by rotating wheels and tires. There is. Furthermore, this system component can easily be inadvertently lost or stolen.
上記の欠点がない、簡単でしかも精密かつ耐久性のあるタイヤ空気圧監視システムを提供する努力は現在までのところ成功していない。
本発明は、製造と自動車への取り付けが比較的簡単でかつ安価であり、精密にタイヤ内圧を読み取ることができ、故障の場合には簡単かつ安価に交換することができ、既知のシステムにあった前記の欠点がない外部装着された構成要素を使用した、自動車のタイヤ内圧を監視するための方法とシステムを含む。 The present invention is relatively easy and inexpensive to manufacture and attach to an automobile, can accurately read the tire internal pressure, can be easily and inexpensively replaced in the event of a failure, and is suitable for known systems. And a method and system for monitoring the internal tire pressure of an automobile using externally mounted components that do not have the aforementioned drawbacks.
最も概略的な態様では、本発明は、空気入りタイヤの外壁表面に結合されたとき、タイヤ内圧を示す抵抗値を提供する可変抵抗変位センサ要素を有する外部装着タイヤ空気圧センサ・システムを含む。この可変抵抗変位センサ要素は、長手方向の変位に対して実質的に線形の可変抵抗特性を持っている。プロセッサは、変位センサ要素に結合され、不十分なタイヤ内圧に対応する抵抗値を無線周波数発生器の起動信号に変換する。この無線周波数発生器の起動信号は、プロセッサによって起動され、低タイヤ空気圧警告信号を送信する無線周波数発生器回路に結合される。タイヤの外部側壁に完成した装置を簡単に取り付けることができるように、可変抵抗変位センサ、プロセッサ、および無線周波数発生器回路はすべて可撓性の基板上に装着されることが好ましい。 In the most general aspect, the present invention includes an externally mounted tire pressure sensor system having a variable resistance displacement sensor element that provides a resistance value indicative of tire internal pressure when coupled to an outer wall surface of a pneumatic tire. The variable resistance displacement sensor element has a variable resistance characteristic that is substantially linear with respect to longitudinal displacement. The processor is coupled to the displacement sensor element and converts a resistance value corresponding to insufficient tire pressure to a radio frequency generator activation signal. The radio frequency generator activation signal is activated by the processor and coupled to a radio frequency generator circuit that transmits a low tire pressure warning signal. The variable resistance displacement sensor, processor, and radio frequency generator circuit are all preferably mounted on a flexible substrate so that the completed device can be easily attached to the outer sidewall of the tire.
本発明は、可変抵抗変位センサ、プロセッサ、無線周波数発生器回路に電力を供給するためのバッテリなどの直流電源をさらに含む。 The invention further includes a direct current power source such as a variable resistance displacement sensor, a processor, a battery for supplying power to the radio frequency generator circuit.
好ましい実施態様では、プロセッサは、空気入りタイヤが1回転する間に可変抵抗変位センサによって提供される最大抵抗値と最小抵抗値を決定し、この最大抵抗値と最小抵抗値の差を計算する値決定回路をさらに含む。プロセッサ内の比較回路は所定の閾値との差を比較する。この差が所定の閾値値より大きいとき、プロセッサは無線周波数発生器を起動させる。 In a preferred embodiment, the processor determines a maximum resistance value and a minimum resistance value provided by the variable resistance displacement sensor during one revolution of the pneumatic tire, and a value for calculating a difference between the maximum resistance value and the minimum resistance value. A decision circuit is further included. A comparison circuit in the processor compares the difference with a predetermined threshold value. When this difference is greater than a predetermined threshold value, the processor activates the radio frequency generator.
プロセッサは、差の大きさに従って、値決定回路と比較回路の動作を制御するための制御回路をさらに含む。この制御回路は、差の大きさが閾値を超えないとき、第1の時間、例えば1分間、値決定回路と比較回路の動作を遅延させ、差の大きさが閾値を超えたとき、第2のより短い時間、例えば10秒間、値決定回路と比較回路の動作を遅延させる。 The processor further includes a control circuit for controlling the operation of the value determination circuit and the comparison circuit according to the magnitude of the difference. The control circuit delays the operations of the value determination circuit and the comparison circuit for a first time, for example, 1 minute when the magnitude of the difference does not exceed the threshold, and when the magnitude of the difference exceeds the threshold, The operation of the value determination circuit and the comparison circuit is delayed for a shorter time, for example, 10 seconds.
本発明は、低タイヤ空気圧警告信号を警告表示信号に変換して、可視または可聴の運転者警報装置を動作させるための受信器回路をさらに含む。 The present invention further includes a receiver circuit for converting a low tire pressure warning signal into a warning indication signal to operate a visible or audible driver warning device.
本発明は、空気入りタイヤを装備する自動車のタイヤ内圧を監視する問題に対する便利な解決策を提供する。このシステムは、新しい自動車の製造中に、またはアフターマーケット商品として取り付けることができる。本発明によれば、取り付けまたは消耗した構成要素を交換するために、ホイールからタイヤを取り外す必要がない。これは直流バッテリ電源を交換するとき特に有効である。さらに、タイヤ空気圧センサ・システムをもたない既存の自動車は、比較的低コストで最新式のシステムを簡単に後付することもできる。これは、路上走行車すべてに低タイヤ空気圧警告デバイスを義務付ける管区内において特に有益である。 The present invention provides a convenient solution to the problem of monitoring the tire internal pressure of an automobile equipped with a pneumatic tire. This system can be installed during the manufacture of a new car or as an aftermarket product. According to the present invention, it is not necessary to remove the tire from the wheel in order to replace an installed or worn component. This is particularly effective when replacing the DC battery power supply. In addition, existing vehicles that do not have a tire pressure sensor system can be retrofitted with a modern system at a relatively low cost. This is particularly beneficial in regions that require low tire pressure warning devices for all road vehicles.
本発明の性質および利点をさらに十分に理解するためには、添付図面に即して行われる次の詳細な説明を参照すべきである。 For a fuller understanding of the nature and advantages of the present invention, reference should be made to the following detailed description taken together with the accompanying figures.
次に各図に移ると、図1は、本発明によるタイヤ空気圧監視システムの圧力センサ部分の概略図である。この図に示すように、参照番号10で一般に示される圧力センサは、ストレッチ・センサ12、集積回路14、アンテナ15、直流バッテリ電源16を含み、集積回路14は、圧力計算回路、信号生成回路、無線周波数送信回路を組み込んでいる。4つの主要なセンサ構成要素のすべては、自動車のタイヤ側壁19の外部表面18に装着される可撓性のベースすなわち基板部材17に設けられている。
Turning now to the drawings, FIG. 1 is a schematic diagram of the pressure sensor portion of a tire pressure monitoring system according to the present invention. As shown in this figure, a pressure sensor, generally indicated by
ストレッチ・センサ12は、センサ本体の長手方向の線形変位によって予想可能な量で変化するオーム抵抗特性を有する既知の構成要素である。ストレッチ・センサ12の本体は、タイヤ側壁19の外面18に固定されているので、タイヤ側壁19が膨張し、または収縮したときにその本体の長さが変化する。タイヤ内圧とタイヤ角の位置の関数である、タイヤ側壁19の膨張または収縮の量は、定期的に測定されるストレッチ・センサ12に関する抵抗値と相関する。したがって、ストレッチ・センサ12の抵抗値を定期的に経時測定することによって、タイヤ内圧も同様に経時的に監視することができる。本発明の実際の使用においては、長手方向の変位値の予想される範囲にわたるストレッチ・センサ12の抵抗変化を実質的に線形となるように選択する。それによって圧力センサ10の較正が簡単になる。ストレッチ・センサ12は、英国プリマス市のマーリン・システムズ株式会社から入手可能なマーリン製ストレッチ・センサであることが好ましい。所望に応じて他の等価的可変抵抗センサを使用することができる。
The
図2、図3を参照すると、任意の適切な方法で、圧力センサ10はタイヤ側壁19にしっかりと取り付けられている。例えば、強力な耐久性のあるエポキシ系、またはシリコーン系接着材を、圧力センサ基板17とタイヤ側壁19の対面する表面に塗布し、加圧して硬化させることができる。タイヤ側壁材料と熱適合する熱接着用の基板17材料を使用する熱接着を利用することもできる。
2 and 3, the
図4は、本発明の構成図である。この図に示されているように、ストレッチ・センサ12は、通常の抵抗ブリッジ回路31に電気的に結合されている。ブリッジ回路31の出力部は、マイクロコントローラ32に結合されている。バッテリ16からマイクロコントローラ32に直流電力が直接供給される。マイクロコントローラ32は、ブリッジ31や無線周波数送信器34への直流電力の印加を制御する。無線周波数送信機34の出力部はアンテナ15に結合されている。ブリッジ回路31、マイクロコントローラ32、無線周波数送信器34は、すべて集積回路14内に組み込まれていることが好ましい。あるいは、必要に応じて、ブリッジ回路31と無線周波数送信器を別のエンクロージャ内に組み込むこともできる。上記のように、本発明のすべての構成要素は、タイヤ側壁19への取り付けを簡単にするために、可撓性の基板17(図1に示す)に装着されることが好ましい。
FIG. 4 is a block diagram of the present invention. As shown in this figure, the
図5A、図5Bは、2つの異なるタイヤの空気圧状態、すなわち圧力の許容範囲内のタイヤ空気圧(図5A)と、許容最低値未満のタイヤ空気圧(図5B)に関する抵抗測定プロセスを示す。図5A内に示した許容可能なタイヤ空気圧状態では、ストレッチ・センサ12の測定された抵抗の値は、圧力センサ10が舗装された面から最小距離に位置し、最大の変位を受ける(舗装された面に隣接する)ときの最大Rmaxと、圧力センサ10が舗装された面から最大距離にあり、最小の変位を受けるときの最小Rminの間で変化する。タイヤ空気圧を計算するために使用されるパラメータは、差R=(Rmax)−(Rmin)である。このパラメータは、マイクロコントローラ32によって計算される。この値が、図5A内に示される場合のように、所定の範囲内にあるとき、タイヤ内圧が許容範囲内なので、アンテナ15から信号は送信されない。Rの値が所定値より大きいとき、マイクロコントローラ32は、無線周波数送信器34を起動させ、無線周波数送信器34によって低圧力信号がアンテナ15から送信される。この低圧力信号は、通常の基板上の受信器回路(図示せず)によって受信され、それによって低圧力信号が可視表示、可聴警報、またはその両方など、感知可能な警告信号に変換される。一般に、受信器回路は、警告指示器を動作させるために使用することができる形式に低圧力信号を復号するための復号器を備える。かかる受信器の代表的な例は、米国特許第5900808号、米国特許第6175301号、米国特許第6453737号に示され、説明されている。受信器回路は通常なものであり当業者には周知なことなので、それ以上の説明は不要であると考えられる。
FIGS. 5A and 5B show the resistance measurement process for two different tire pressure conditions: tire pressure within an acceptable range of pressure (FIG. 5A) and tire pressure below an acceptable minimum (FIG. 5B). In the acceptable tire pressure condition shown in FIG. 5A, the measured resistance value of the
バッテリ電力を節約するために、抵抗測定は連続的ではなく、定期的に行うことができる。例えば、最初にRの初期値を計算する。Rの値が閾値より低い場合、マイクロコントローラ32は1分間待機し、パラメータRの新たな計算を続行する。計算の結果が閾値を超えたR値となった場合、マイクロコントローラ32はより短い時間(10秒間)待機し、パラメータRの他の計算を行う。この結果が閾値を超えるRの他の値である場合、マイクロコントローラ32は、無線周波数送信器を起動させて、低タイヤ空気圧信号を生成する。この結果が閾値を超えないRの連続した値である場合、マイクロコントローラ32は1分間待機し、次の計算を続行する。
In order to save battery power, resistance measurements can be made periodically rather than continuously. For example, first, an initial value of R is calculated. If the value of R is below the threshold, the
これまでは1つのタイヤに対する単一の装置として、好ましい実施形態を説明してきたが、実際には、自動車のタイヤはそれぞれタイヤ空気圧センサ・システムを装備することになるであろう。様々な符号化方法を作成して、個々のセンサを一意に識別することができ、現在空気が十分に入っていない特定のタイヤを識別するように、警告指示器を構成することができる。 So far, the preferred embodiment has been described as a single device for one tire, but in practice, each vehicle tire will be equipped with a tire pressure sensor system. Various encoding methods can be created to uniquely identify individual sensors, and the warning indicator can be configured to identify specific tires that are not currently fully aired.
ここで明らかであろうが、本発明は、自動車のタイヤに設置することが比較的簡単であり、ホイールからタイヤを取り外す必要がない簡単で低コストのタイヤ内圧空センサ・システムを提供する。さらに、本発明によるタイヤ空気圧センサは、必要に応じて、タイヤの製造中に自動車のタイヤに取り付けることもできる。さらに、バッテリまたは他の故障したシステム構成要素の交換は、ホイールからタイヤを取り外すことを必要とせずに行うことができ、それによって全システムの修理または交換が簡単になり、したがって保守に関するコストが低下する。最後に、本発明は、空気入りタイヤを使用するすべての自動車に関するタイヤの安全性を監視するための正確かつ信頼できるシステムを提供する。 As will now be apparent, the present invention provides a simple and low cost tire internal pressure air sensor system that is relatively simple to install in an automobile tire and does not require removal of the tire from the wheel. Furthermore, the tire pressure sensor according to the present invention can be attached to the tire of an automobile during manufacture of the tire, if necessary. In addition, replacement of batteries or other failed system components can be done without the need to remove the tires from the wheels, thereby simplifying the repair or replacement of the entire system, thus reducing maintenance costs. To do. Finally, the present invention provides an accurate and reliable system for monitoring tire safety for all automobiles using pneumatic tires.
以上本発明を特定の好ましい実施形態を参照して説明してきたが、様々な変更形態、代替実施形態、および等価物を所望に応じて使用することができる。例えば、本発明は、タイヤ側壁にセンサを取り付けるための接着材や熱接着を使用することに関して説明しているが、適切であると考えられるならば、他の既知の技術を使用して、タイヤ側壁にセンサを取り付けることができる。したがって、上記のことは、本発明を限定するものとして解釈するべきではなく、添付の特許請求の範囲によって定義されるものである。 Although the invention has been described with reference to certain preferred embodiments, various modifications, alternative embodiments, and equivalents can be used as desired. For example, the present invention has been described with respect to using adhesives or thermal bonds to attach the sensor to the tire sidewall, but if deemed appropriate, other known techniques may be used to A sensor can be attached to the sidewall. Therefore, the above should not be construed as limiting the invention, but as defined by the appended claims.
10 圧力センサ、12 ストレッチ・センサ、14 集積回路、15 アンテナ、16 直流バッテリ電源、バッテリ、17 基板部材、圧力センサ基板、可撓性の基板、18 外部表面、19 自動車のタイヤ側壁、31 抵抗ブリッジ回路、32 マイクロコントローラ、34 無線周波数送信器
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記変位センサ要素に結合され、不十分なタイヤ内圧に対応する抵抗値を無線周波数発生器の起動信号に変換するプロセッサと、
前記プロセッサによって起動されたとき、低タイヤ空気圧警告信号を送信する無線周波数発生器回路と
を含む外部装着タイヤ空気圧センサ・システム。 A variable resistance displacement sensor element for providing a resistance value indicative of tire internal pressure when coupled to an outer wall surface of a pneumatic tire;
A processor coupled to the displacement sensor element for converting a resistance value corresponding to insufficient tire pressure to a radio frequency generator activation signal;
An externally mounted tire pressure sensor system including a radio frequency generator circuit that transmits a low tire pressure warning signal when activated by the processor.
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