JP2009501376A - 車両ホイールの監視システムおよび無線測定モジュール - Google Patents
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Abstract
本発明は、車両ホイールの監視システムおよび無線測定モジュールに関する。無線測定モジュールは、車両ホイールに取り付けられ、車両のホイールの動きに関連した加速度情報を規定する加速度測定ユニットと、加速度情報を使用して、ホイールの特質または状態を特徴付ける少なくとも1つのパラメータを規定する状態規定ユニットと、無線通信信号によって、少なくとも1つのパラメータの値を通信するモジュール通信ユニットと、を備える。
Description
本発明は、車両ホイールの監視システムおよび無線測定モジュールに関する。
車両ホイールの状態は、交通安全の重要な要素であり、そのため、ホイールの状態を監視することは、事故を防止するために大切なことである。
従来の解決策において、車両ホイールの状態は、視覚的に監視され、また、可能ならば外部の測定手段を使用して監視されている。
従来の解決策における欠点は、監視の見過ごしや測定装置の不適当な解釈といった人間の誤りを含むことである。そのため、車両ホイールを監視する新たな手法を考察することが有益となる。
本発明の目的は、車両ホイールの監視を有効に行うことのできる車両ホイールの監視システムおよび無線測定モジュールを提供することにある。
本発明の第1の形態は、車両ホイールに取り付けられた少なくとも1つの無線測定モジュールを備える車両ホイールを監視する監視システムであって、該無線測定モジュールは、前記車両のホイールの動きに関連した加速度情報を規定する加速度測定ユニットと、前記加速度情報を使用して、前記ホイールの特質または状態を特徴付ける少なくとも1つのパラメータを規定する状態規定ユニットと、無線通信信号によって、前記少なくとも1つのパラメータの値を通信するモジュール通信ユニットと、を備える監視システムを提供する。
本発明の第2の形態は、車両ホイールに取り付けられるように構成された無線測定モジュールであって、前記車両のホイールの動きに関連した加速度情報を規定する加速度測定ユニットと、前記加速度情報を使用して、前記車両ホイールの特質または状態を特徴付ける少なくとも1つのパラメータを規定する状態規定ユニットと、無線通信信号によって、前記少なくとも1つのパラメータの値を通信するモジュール通信ユニットと、を備える無線測定モジュールを提供する。
本発明の好ましい実施例は、従属項に開示されている。
本発明は、車両ホイールに取り付けられた無線測定モジュールは、車両のホイールの動きに関連した加速度情報を測定し、その測定された加速度情報に基づいてホイールの特質または状態を特徴付けるパラメータの値を規定するという事実に基づいている。一実施例において、パラメータは、無線データ通信接続を介してそのパラメータが処理される中央処理装置に伝えられる。
本発明の監視システムおよび無線測定モジュールは、複数の長所を提供する。本発明の1つの長所は、運転中に車両ホイールを自動的に監視するのを可能にすることである。
本発明は、好ましい実施例および添付図面を参照して、より一層詳細に説明される。
図1を参照して、車両ホイールの監視システムは、車両100のホイール102A,102Bに取り付けられた無線測定モジュール104A,104Bを備え、その無線測定モジュール104A,104Bは、無線通信信号108A,108Bによって通信するように構成される。一実施例において、監視システムは、さらに、中央処理装置(CU)106を備え、その中央処理装置は、無線通信信号108A,108Bによって、無線測定モジュール104Aと通信する。
車両100は、自動車,トラック,オートバイ,および/または,トレーラーである。しかしながら、開示の解決策は、これらの例に限定されるものではなく、車両は、監視されることを必要とするホイール102A,102Bを有する如何なる車両であってもよい。
車両ホイール102A,102Bは、典型的にはリムおよびタイヤを備える。タイヤは、典型的には気体が満たされたゴム構造である。
中央処理装置106は、車両100内に取り付けられ、その場合、無線の中央処理装置106が、ユーザインターフェースおよび電源といった車両100の構造を利用する。
一実施例において、監視システムは、車両100の並進加速度を測定する並進加速度センサ110を備える。
図2を参照して、無線測定モジュール200は、典型的にはアンテナ208を有する測定モジュールの通信ユニット(TRX)206、測定モジュールの通信ユニット206に接続された状態規定ユニット(SDU)204、および、状態規定ユニット204に接続された加速度測定ユニット(AMU)202を備える。
加速度測定ユニット202は、一方向または複数方向におけるホイール102A,102Bの動きに関連した加速度情報214を規定する。加速度情報214は、その加速度情報214を使用してホイール102A,102Bの状態または特質を特徴付けるパラメータの値を規定する状態規定ユニット204に供給される。
或る実施例において、パラメータは、走行距離といった回転数に比例する車両ホイール102A,102Bの回転または変化である回転数を特徴付ける。
或る実施例において、パラメータは、ホイール102A,102Bの直径または周囲の長さといった半径に比例する車両ホイール102A,102Bの半径または変化を特徴付ける。ホイール102A,102Bの半径またはその半径に比例するパラメータは、例えば、ホイール102A,102Bのタイヤの空気圧,タイヤのトレッドの量,および/または,ホイール102A,102Bの荷重を規定するために利用され得る。
或る実施例において、パラメータは、例えば、ホイール102A,102Bが対象物、すなわち、路面上の荒れた部分にぶつかることにより生じるストレスが予め定められた限界を超えるといったホイール102A,102Bの極限の条件を特徴付ける。
或る実施例において、パラメータは、ホイール102A,102Bの故障したベアリング,および/または,締め具の破壊の結果として生じるホイール102A,102Bの横方向の動きを特徴付ける。
パラメータは、メモリユニット212に格納されたホイール102A,102Bの予め知られている基準パラメータ、および/または、ホイール102A,102Bの基準半径,基準温度,基準圧力,および/または,基準荷重といった、状態規定ユニット204によって規定された基準パラメータによって規定される。
状態規定ユニット204は、例えば、ディジタルプロセッサ210によって実行され,また,メモリユニット212(MEM)に格納されるコンピュータプログラム218によって実施される。
ディジタルプロセッサ210は、メモリユニット212からコンピュータプログラム218をダウンロードする。ここで、コンピュータプログラム218は、ディジタルプロセッサ210におけるコンピュータ処理を実行するためのエンコードされた命令を含んでいる。コンピュータ処理は、車両ホイール102A,102Bの状態または特質を特徴付けるパラメータの値を規定するためのアルゴリズムを実行する。
加速度を測定するエレメントとして、加速度測定ユニット202は、例えば、圧電素子または知られた技術により実施される加速度センサを備える。加速度センサの構造および機能は、いわゆる当業者であれば知られており、ここでは、詳細な考察は行わない。
ディジタルプロセッサ210は、例えば、無線通信信号220によって、パラメータ値216を通信するモジュール通信ユニット206を規定するパラメータ値216を、中央処理装置106に供給する。
無線通信信号220は、モジュール通信ユニット206が典型的に無線送信機を備える場合には無線周波数信号である。
或る実施例において、無線送信機は、ブルートゥース(登録商標)技術に基づいている。
他の実施例において、無線送信機は、例えば、IEEE802.15.4プロトコルに基づいた無線LAN(WLAN:Wireless Local Area Network)(WPAN:Wireless Personal Area Network)を実施する。或る実施例において、無線送信機は、ZigBee(登録商標)インターフェースを実施する。
或る実施例において、無線通信信号220は、電磁場の磁気成分の使用に基づいている。その場合、アンテナ208は、インダクションコイルに置き換えられる。電磁場のハッシン周波数は、例えば、数百または数キロヘルツであるが、開示された解決策は、この周波数範囲に限定されるものではない。
或る実施例において、無線測定モジュール200は、状態規定ユニット204が規定されるパラメータを格納するためのタグメモリ(TM)222を備える。タグメモリ222は、例えば、メモリユニット212またはデータを格納することが可能な様々な他のエレメントにより実施される。
タグメモリ222は、例えば、ディジタルプロセッサ210によって、モジュール通信ユニット206に接続され、これによって、タグメモリ222に含まれるデータは、例えば、無線通信信号220によって、中央処理装置106に伝えられる。
タグメモリ222は、さらに、タイヤの形式といったホイール102A,102Bの他の情報と同様に、ホイールの基準パラメータ値を含む。
図3の例を参照して、中央処理装置300は、アンテナ308,アンテナ308に接続された中央処理装置の通信ユニット(TRX)302,中央処理装置の通信ユニット302に接続された処理ユニット(PU)304,処理ユニット304に接続されたメモリユニット310,処理ユニット304に接続されたメモリユニット310,並進加速度センサ(TAC)306,および,処理ユニット304に接続されたユーザインターフェース(UI)314を備える。
中央処理装置の通信ユニット302は、例えば、ブルートゥース(登録商標),WLAN,WPAN,ZigBee(登録商標)または磁気データ転送を実施する。
中央処理装置の通信ユニット302は、アンテナ308を介して無線通信信号220を受け取ることによって、無線通信信号220を図2の無線測定モジュール200に通信する。中央処理装置の通信ユニット302は、無線通信信号220に含まれるパラメータを処理ユニット304に供給する。
処理ユニット304は、メモリユニット310に格納されたエンコードされた命令312に基づいて、パラメータを処理する。
或る実施例において、中央処理装置300は、コンピュータであり、中央処理装置の通信ユニット302は、例えば、無線LANのブルートゥース(登録商標)接続を実施するネットワークカードである。コンピュータは、例えば、携帯型(ラップトップ)コンピュータまたはデスクトップコンピュータ(PC)である。コンピュータ、ホイールのサービスステーション施設に配設され、そのとき、コンピュータは、例えば、走行キロメートル,回転数,および/または,極限の条件に関連するパラメータ値といったホイール102A,102Bのタグメモリ222に含まれるデータを読み出す。
或る実施例において、中央処理装置300は、携帯電話,PDA(Personal Digital Assistant)装置,または,通信信号220を伝えるために必要とされる無線インターフェースを実施する他の携帯型電子装置である。
或る実施例において、中央処理装置300は、車両100に取り付けられたデータ処理装置である。データ処理装置は、車両のCAN(Control Area Network)バスに接続され、それにより、データ処理装置は、車両のシステムと通信する。
図3の例を参照して、監視システムの一実施例は、図2の無線測定モジュール200と同じ構造を有する複数の測定モジュール(MM#1,MM#2,…,MM#3)314A,314B,314Cを備える。各測定モジュール314A〜314Cは、車両100の異なるホイール102A,102Bに取り付けられるように構成される。
各測定モジュール314A〜314Cは、ホイール102A,102Bの加速度情報を規定し、ホイール102A,102Bの特質または状態を特徴付けるパラメータの値を規定し、無線通信信号316A〜316C内のパラメータ値を含み、そして、無線通信信号316A〜316Cを中央処理装置300に伝える。
各無線通信信号316A〜316Cは、無線通信信号316A〜316Cの周波数または時間枠によって、或いは、無線通信信号316A〜316Cに含まれるコードによって実施される測定モジュール特定識別子を有する。
中央処理装置の通信ユニット302は、無線通信信号316A〜316Cを受け取って、その無線通信信号316A〜316Cに含まれるパラメータを処理ユニット304に供給する。処理ユニット304は、異なる無線測定モジュール314A〜314Cから受け取ったパラメータを比較し、その比較が予め定められた条件を満たすとき、予め定められた機能を実行する。
或る実施例において、各無線通信信号316A〜316Cのパラメータは、ホイール102A,102Bの回転周波数,ホイール102A,102Bの直径または周囲の長さといった半径に比例する車両ホイール102A,102Bの半径或いは変化を特徴付ける。処理ユニット304は、異なるホイール102A,102Bのパラメータを比較し、パラメータの間で予め定められた偏差を検出すると、例えば、中央処理装置300のユーザインターフェース314によって、その偏差がユーザに示される。ホイール102A,102Bの回転周波数における他のホイールの回転周波数からの偏差は、空気圧が少なくなったか、或いは、その問題のタイヤのトレッドがホイール102A,102Bにおけるものよりも少ないことを示している。
或る実施例において、監視システムは、車両ホイール102A,102Bから測定された加速度情報を利用する車両ホイールの盗難防止システムに統合される。このとき、無線測定モジュール104A,104Bは、例えば、加速度の測定に基づいたホイール102A,102Bの動的な状態を特徴付ける動的状態情報を規定し、その動的状態情報に基づいた無線通信信号108A,108Bを生成し、そして、その無線通信信号108A,108Bを中央処理装置106に伝える。中央処理装置106は、無線通信信号108A,108Bを受け取って、その無線通信信号108A,108Bが予め定められた条件を満たすとき、予め定められたアラーム機能を実行する。
図4を参照して、ベース上を回転するホイール400の回転特性を考察する。ホイールは、タイヤ部分402およびリム部404を備える。
図4の例において、無線測定モジュール408は、ホイール400の中心点から測定半径410だけ離れた位置に配置される。ホイール400の半径は、参照番号406によって示される。測定半径410は、無線測定モジュール408によって要求される測定範囲に作用する。測定半径410の選択において、ホイール400の最大回転速度,動的な動作範囲および加速度測定ユニット202の誤差マージンを考慮することは合理的である。測定半径410は、例えば、5mmおよび10cmの間で変化する。
無線測定モジュール408は、例えば、リムの中心穴に埋め込まれたカプセルによって典型的にはホイールのリムに取り付けられる。
図4は、半径軸412,接線軸414,並びに,半径軸412および接線軸414に直交する横軸を含むホイール400に設けられる同等のシステムを示している。さらに、図4は、垂直軸420および水平軸418を含む空間に固定された同等のシステムも示している。
或る実施例において、無線測定モジュール408の加速度測定ユニット202は、半径方向の加速度を測定する。このとき、加速度情報214は、半径方向の加速度を含む。
或る実施例において、無線測定モジュール408の加速度測定ユニット202は、接線方向の加速度を測定する。このとき、加速度情報214は、接線方向の加速度を含む。
他の実施例において、無線測定モジュール408の加速度測定ユニット202は、横方向の加速度を測定する。このとき、加速度情報214は、横方向の加速度を含む。
矢印416の方向に一定の速度で回転するとき、無線測定モジュール408は、半径軸412の方向における遠心加速度、並びに、垂直軸420の方向における重力加速度422を受け、このとき、無線測定モジュール408は、半径方向の加速度
am,r=4π2f2rm+gsin(4πft+γ) …… (1)
を受ける。ここで、am,rは無線測定モジュール408により測定された半径方向の加速度、fはホイール400の回転周波数、g=9.81ms-2は重力加速度、rmは測定半径410、そして、γは位相ファクタである。
am,r=4π2f2rm+gsin(4πft+γ) …… (1)
を受ける。ここで、am,rは無線測定モジュール408により測定された半径方向の加速度、fはホイール400の回転周波数、g=9.81ms-2は重力加速度、rmは測定半径410、そして、γは位相ファクタである。
従って、接線方向の加速度は、
am,t=gcos(4πft+γ) …… (2)
との表現により示される。
am,t=gcos(4πft+γ) …… (2)
との表現により示される。
図5は、時間504の関数として、無線測定モジュール408によって測定された半径方向の加速度502を示す。曲線506は、一時的な半径方向の加速度を表し、曲線508は、曲線方向の加速度の平均値を示す。同様の曲線は、接線方向の加速度に対しても提供される。
曲線方向の加速度の平均値508は、測定半径rmが知られているときには回転周波数fを規定することができるのに基づいて、式(1)の右辺の第1項を規定する。
回転周波数は、曲線506の周期時間を測定すると共に、周期時間510の平均値を計算することによっても規定され得る。
回転周波数は、接線方向の加速度の周期時間を測定することによっても規定され得る。
或る実施例において、状態規定ユニット204は、例えば、曲線506の加速度の最大値を合算することによって、ホイール400の回転数Nの合計を登録する。このとき、ホイール400が移動される距離Sは、
S=2πrw×N …… (3)
という式に基づいてカウントされる。ここで、rwは、ホイール400の半径406である。ホイール400の半径406は、例えば、タグメモリ22に格納される。
S=2πrw×N …… (3)
という式に基づいてカウントされる。ここで、rwは、ホイール400の半径406である。ホイール400の半径406は、例えば、タグメモリ22に格納される。
或る実施例において、無線測定モジュール408は、半径方向の加速度am,rや接線方向の加速度am,tといったホイール400に関連する加速度の回転成分を規定する。無線測定モジュール408は、加速度の回転成分を、無線通信信号220において加速度の回転成分の値を含むモジュール通信ユニット206に供給する。
中央処理装置300は、無線通信信号220を受け取って、加速度の回転成分の値を処理ユニット304に供給する。
中央処理装置300の並進加速度センサ306は、車両ホイール102A,102Bの並進に関連した加速度の並進成分aT424を規定し、その加速度の並進成分aT424を処理ユニット304に供給する。
処理ユニット304は、加速度の回転成分および加速度の並進成分によって、車両ホイール102A,102Bの状態または特質を特徴付けるパラメータの値を規定する。
ホイール400の半径406は、例えば、
rw=vT×(rm/am,r)1/2 …… (4)
という式により規定される。ここで、vTは、例えば、並進加速度の時間積分として計算される車両の伝播速度である。
rw=vT×(rm/am,r)1/2 …… (4)
という式により規定される。ここで、vTは、例えば、並進加速度の時間積分として計算される車両の伝播速度である。
図6の例を参照して、無線測定モジュール408によって測定される加速動作における車両ホイール400の半径方向の加速度を考察する。半径方向の加速度は、
am,r(t)=4π2f2(t)rm+aTcos(α(t))+gsin(α(t)) …… (5)
という式により表される。ここで、α(t)は、時間tの関数としたホイール400の回転角である。
am,r(t)=4π2f2(t)rm+aTcos(α(t))+gsin(α(t)) …… (5)
という式により表される。ここで、α(t)は、時間tの関数としたホイール400の回転角である。
同様に、接線方向の加速度は、
am,t(t)=aTsin(α(t))+gcos(α(t)) …… (6)
という式により表される。
am,t(t)=aTsin(α(t))+gcos(α(t)) …… (6)
という式により表される。
式(5)の右辺の第1項は、破線602により示され、並進加速度aTに従って増加する半径軸412の方向における遠心加速度を表す。
式(5)の右辺の第2項は、一点鎖線606により示され、半径方向の加速度における並進加速度aTを表す。
式(5)の右辺の第3項は、破線604により示され、半径方向の加速度における重力gの影響を表す。
連続的な線600は、無線測定モジュール400の半径方向の加速度am,rを表す。
或る実施例において、状態規定ユニット204は、例えば、式(5)に従ったモデルに対して曲線600を適応することにより、半径方向の加速度に基づいて加速度の並進成分を規定する。或る実施例において、状態規定ユニット204は、曲線600から重力加速度を数学的に除去し、それによって、並進加速度の影響が周期的なファクタとして残ることになる。並進加速度は、重力の影響が除去された後、曲線600の振幅に基づいて規定される。従って、ホイール400の半径406は、例えば、伝搬速度vTがaTの時間積分として計算されるとき、例えば、式(4)によって規定される。接線方向の加速度は、同様の手法により考察される。
本発明は、添付図面に従った例を参照して述べられたが、本発明は、それらに限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内の様々な手法において変形され得る。
Claims (14)
- 車両ホイールに取り付けられた少なくとも1つの無線測定モジュール(104A,104B,200,408)を備える車両ホイールを監視する監視システムであって、該無線測定モジュールは、
前記車両のホイールの動きに関連した加速度情報を規定する加速度測定ユニット(202)と、
前記加速度情報を使用して、前記ホイールの特質または状態を特徴付ける少なくとも1つのパラメータを規定する状態規定ユニット(204)と、
無線通信信号によって、前記少なくとも1つのパラメータの値を通信するモジュール通信ユニット(206)と、を備えることを特徴とする監視システム。 - 請求項1に記載の監視システムにおいて、
前記加速度測定ユニット(202)は、半径方向加速度を測定するように構成され、且つ、
前記状態規定ユニット(204)は、前記半径方向加速度によって、前記少なくとも1つのパラメータの前記値を規定するように構成されることを特徴とする監視システム。 - 請求項1に記載の監視システムにおいて、
前記加速度測定ユニット(202)は、接線加速度を測定するように構成され、且つ、
前記状態規定ユニット(204)は、前記接線加速度によって、前記少なくとも1つのパラメータの前記値を規定するように構成されることを特徴とする監視システム。 - 請求項1に記載の監視システムにおいて、
前記無線測定モジュール(200)は、前記少なくとも1つのパラメータの前記値を格納する無線読み出し可能なタグメモリ(222)を備えることを特徴とする監視システム。 - 請求項1に記載の監視システムにおいて、さらに、中央処理装置(106,300)を備え、該中央処理装置は、
前記無線測定モジュール(104A,104B,200,408)と無線通信信号を通信する前記中央処理装置の通信ユニット(106,302)と、
前記少なくとも1つのパラメータを処理する処理ユニット(304)と、を備えることを特徴とする監視システム。 - 請求項5に記載の監視システムにおいて、
前記処理ユニット(304)は、前記パラメータが予め定められた条件を満たすとき、予め定められた機能を実行するように構成されることを特徴とする監視システム。 - 請求項5に記載の監視システムにおいて、さらに、複数の測定モジュール(314A,314B,314C)を備え、該各測定モジュールは、
前記車両のホイールの動きに関連した加速度情報を規定する加速度測定ユニット(202)と、
前記加速度情報を使用して、前記車両ホイールの特質または状態を特徴付ける少なくとも1つのパラメータを規定する状態規定ユニット(204)と、
無線通信信号によって、前記少なくとも1つのパラメータの値を通信するモジュール通信ユニット(206)と、を備え、前記中央処理装置の前記処理ユニット(302)は、複数の無線通信信号を受け取るように構成され、
前記処理ユニット(305)は、異なる無線測定モジュール(314A,314B,314C)から受け取った前記パラメータの比較を実行するように構成され、そして、
前記処理ユニット(304)は、前記比較が予め定められた条件を満たすとき、予め定められた機能を実行するように構成されることを特徴とする監視システム。 - 請求項5に記載の監視システムにおいて、
前記加速度測定ユニット(202,408)は、前記ホイールの回転に関連する前記加速度の回転成分を規定するように構成され、
前記モジュール通信ユニット(206)は、前記無線通信信号において、前記加速度の回転成分を含むように構成され、
前記中央処理装置(106,300)は、さらに、前記車両ホイールの並進に関連した加速度の並進成分を規定する並進加速度センサ(110,306)を備え、そして、
前記処理ユニット(304)は、前記加速度の回転成分および前記加速度の並進成分によって、前記少なくとも1つのパラメータの前記値を規定するように構成されることを特徴とする監視システム。 - 請求項1に記載の監視システムにおいて、
該監視システムは、前記車両ホイールから測定された加速度情報を利用する車両ホイールの盗難防止システムに統合されることを特徴とする監視システム。 - 車両ホイールに取り付けられるように構成された無線測定モジュールであって、
前記車両のホイールの動きに関連した加速度情報を規定する加速度測定ユニット(202)と、
前記加速度情報を使用して、前記車両ホイールの特質または状態を特徴付ける少なくとも1つのパラメータを規定する状態規定ユニット(204)と、
無線通信信号によって、前記少なくとも1つのパラメータの値を通信するモジュール通信ユニット(206)と、を備えることを特徴とする無線測定モジュール。 - 請求項10に記載の無線測定モジュールにおいて、
前記加速度測定ユニット(202)は、半径方向加速度を測定するように構成され、且つ、
前記状態規定ユニット(204)は、前記半径方向加速度によって、前記少なくとも1つのパラメータの前記値を規定するように構成されることを特徴とする無線測定モジュール。 - 請求項10に記載の無線測定モジュールにおいて、
前記加速度測定ユニット(202)は、接線加速度を測定するように構成され、且つ、
前記状態規定ユニット(204)は、前記接線加速度によって、前記少なくとも1つのパラメータの前記値を規定するように構成されることを特徴とする無線測定モジュール。 - 請求項10に記載の無線測定モジュールにおいて、
該無線測定モジュール(200)は、さらに、前記少なくとも1つのパラメータの前記値を格納する無線読み出し可能なタグメモリ(222)を備えることを特徴とする無線測定モジュール。 - 請求項10に記載の無線測定モジュールにおいて、
該無線測定モジュール(104A,104B,200,408)は、前記車両ホイールから測定された加速度情報を利用する車両ホイールの盗難防止システムに統合されることを特徴とする無線測定モジュール。
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