JP2011254481A - タイヤ電子管理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】タイヤ電子維持システムとしてのタイヤタグ14はタイヤ10のパラメータを測定し測定パラメータを表すデータ信号を発生させる感知器18を含む。また、装置のパラメータを測定するために第一の周期的基準で感知器を作動させるためマイクロプロセッサ16も含む。マイクロプロセッサは、発生されたデータ信号を記憶する記憶装置を有する。送信機及び受信機21がマイクロプロセッサに結合されている。マイクロプロセッサは、受信された送信が有効な呼掛信号であるか否かを第二の周期的基準で決定するために周期的且つ部分的に覚醒し、受信された送信が有効な呼掛信号であれば、完全に覚醒し、最後に記憶された測定パラメータを送信することによって、送信機を経由して、有効な呼掛信号に応答する。
【選択図】図1
Description
タイヤタグの有効寿命を延ばすために電池電力を大事に使うタイヤタグを提供することも望ましい。
小さくて軽いタイヤタグはタイヤの内面にそのタイヤタグを固定するパッチによる応力を殆ど生じさせないので、小さくて軽いタイヤタグを製造することが望ましい。
本発明は、電池寿命を著しく大事に使う幾つかの休眠モード及び部分覚醒モードを含んでおり、新規なタグ識別技術を提供し、タグ性能を改良する適合可能な送信オプションを提供する。
更に、感知器の測定機能と記憶機能とは、タイヤタグと遠隔設置されているRTとの間の通信機能から独立して動作する。
タイヤパラメータが規定閾値の範囲を超える様な特定の警報状態が発生していれば、その新規なシステムは遠隔読取機/送受信機(RT)への自律送信(AT)を実行することもできる。
タグは、プログラムされた規則的間隔で自律送信(AT)を行う様にプログラムされていてもよい。
タグは、その「休眠/覚醒」ルーチンによって電池電力を大事に使う。
本発明は、更に、多くのタグの中から特定のタグを識別する簡潔な方法を提供する。
タグは、これらの機能及びその他の機能を実行する様にプログラム可能である。
幾つかの機能が実行され得る様にプログラム可能であるタイヤ電子管理システムを提供することが、本発明の更なる目的である。
多くのタグの中から特定のタグを識別する方法と、複数のタグが同時にRTの範囲内にある時に特定のタイヤタグへデータを送信し且つ特定のタイヤタグからデータを受信する方法とを提供することが、本発明のもう一つの目的である。
タイヤの寿命の間に亙ってタイヤデータを記録するタイヤタグを提供することが、本発明の更なる目的である。
寿命の間タイヤに永続的に取り付けられていてタイヤの全履歴が取得されることを可能にするタイヤタグを提供することが、本発明の更にもう一つの目的である。
データの受信及び送信機能から完全に独立しているタイヤパラメータ測定機能を有するタイヤタグを提供することが、本発明の更なる目的である。
タイヤパラメータを測定し且つその測定パラメータを記憶するタイヤタグ回路が、遠隔RTと通信するタイヤタグの能力から独立して動作する、タイヤ電子維持システムを提供することも、本発明の目的である。
Manufacture"という名称の米国特許第5,500,065号、"Method of
Monitoring Conditions of Vehicle Tires"という名称の米国特許第5,562,787号、"Tires Containing a Monitoring Device for Monitoring an
Engineering Condition Therein"という名称の米国特許第5,573,610号、"Method of Monitoring Conditions of Vehicle Tires and Tires
Containing a Monitoring Device Therein"という名称の米国特許第5,573,611号、及び1997年9月17日に出願された"Method and Apparatus for Bonding an Active Tag to a Patch and
a Tire"という名称の米国特許第5,971,046号があり、これらの総てが本発明の譲受人に譲渡されており、これらの全体が参照によってそっくりそのまま本明細書に組み入れられている。
図12は、図11及び図6に示されている様に、パッチ39を形成し且つタイヤタグ14がその上に装着されるT形の台座39Dを作り出すために種々の層39Fが使用されている任意的なタイヤパッチ構造を示すタイヤパッチ39の側面図である。
図14(A)(B)は、図13に示されている鋳型39Gの下半分39Hを示している。
タイヤの記録を保持するために使用され得る特有のタイヤ識別子。
タイヤ空気圧及びタイヤ温度を含むタイヤパラメータを表している最後に記憶された感知器データ。
タイヤパラメータをRTへ自律的に送信する能力。
圧力及び温度を含む監視された総てのタイヤパラメータの読出し、タイヤパラメータがプログラムされている範囲外である旨の決定、車両におけるホイール位置、タイヤ識別番号、及び車両識別番号。このデータは局所位置及び/または遠隔位置へ供給され得る。局所とはRTの位置(つまり、ガソリンスタンド、車載または車両の近隣)のことを指しており、遠隔とはデータが転送されるRTから隔てられている位置(つまり、タイヤ販売店、ディスパッチ)のことを指している。
パラメータが範囲外である場合に警報信号を自律的且つ周期的に送信する能力。警報信号が送信されるべきか否かを決定するために、タイヤパラメータが周期的にサンプリングされる。警報状態が存在しているか否かを決定するためにタグによって使用される警報閾値は、ユーザによってプログラム可能である。
ユーザによって選択された規定間隔に亙ってサンプリングされたタイヤパラメータの履歴。
警報閾値及び覚醒時間間隔を入力する能力。
総てのタイヤタグ14及び/またはRT30は、下記の機構を含む様にプログラムされていてよい。
圧力の読取−−RT30は、タイヤ10の圧力を読み取る、つまり、タイヤ/ホイール空洞内の内部空気圧力を平方インチ当たりのポンド(psi)で読み取る能力を有している。RT30は等価常温充填圧力(例えば、20℃/68.0°Fので圧力)を計算することもできる
温度の読取−−RT30はタイヤ10の温度を読み取る能力を有している。装着位置の様な要因のために、タグ14の温度は空気温度のみに帰すべきでないかもしれない。
タイヤ商標番号−−このタイヤ商標番号は、そのタイヤを識別し、タイヤシリアル番号よりも読取が容易である。この番号は一般にユーザによってタイヤに記されている。この番号も、タグインストーラによって(例えば、手持形読取機30Hを経由して)タグ14内へプログラムされてよい。
タイヤタイプ番号−−タイヤタイプは、タイヤのタイプを識別し、タイヤ製造者によって割り当てられる。この番号も、タグインストーラによって(例えば、手持形読取機30Hを経由して)タグ14内へプログラムされてよい。
特有のタグ識別番号−−このタグ識別番号は特定のタグ14を識別する。このタグ識別番号は、一般にタグシリアル番号であるが、例えばタイヤ及び車両上におけるタイヤの位置も識別してよい。タグシリアル番号は、タイヤ製造者によって割り当てられて、タグ14のROM内へプログラムされる。
タイヤ履歴データの更新−−タグ14は、以前にRT30へ送信されていない新たなタイヤ履歴データのみの転送を可能にする。更に、タグは、現在のタイヤ履歴データの一部(全部を含む)の転送を可能にする。
自動データ収集−−タグ14は、外部作動なしに、予め決められている間隔で自己覚醒し、感知器の読取を受け取り、これらの読取を記憶装置に記憶し、休眠状態へ入る能力を有している。タグ14は通常はデフォルト覚醒間隔(例えば、2.5秒)で工場から予めプログラムされているが、ユーザはこの覚醒間隔を変更することができる。
タグ停止−−タグ停止指令は、温度読取や空気圧読取、ユーザ定義データ、タグ履歴データ等の様な、記憶装置16内に記憶されている総てのデータを消去する。これはタグ14をそれが最初に製造された時と同じ状態へ戻す。一旦、停止させられると、タグ14はもはや如何なる外部指令にも応答しない。この機構はパスワードで保護されている。記憶されている総てのデータを消去する一つの方法は、タグ14をその最も警戒を怠らない状態(つまり、呼掛モード)へ覚醒させて、電池が消耗するまで総ての電池消費動作(例えば、高速クロック、RF受信機、感知器、PLL等)を始動させることである。この機能は、もしかすると有用なタイヤデータを誰もそのタイヤから取得することができない様に、例えばタイヤ10が廃棄される時に使用されてよい。
無線周波数動作−−特許請求の範囲に記載されているシステムは、ISM周波数帯(902〜928MHz)で動作することが好ましい。
通信−−タグ14は、本明細書に記載されている様に、固定ゲート読取機30G、手持形読取機30H、車載読取機30V、及び/または監視読取機30Sの様なRT30と通信することができる。
データの表示−−タグデータは通例の測定装置に表示される(例えば、圧力についてはpsi、温度については℃及び/または°F)。
電力−−タグ14は、タグ14と一緒に含まれている電源94によって電力を供給される。一般に、電源94は交換可能ではない(保守項目ではない)。
タグ寿命−−現在の電池能力ではタグの全寿命は約2年よりも長く、この約2年という寿命は、通常の動作状態では、タグが監視しているタイヤの平均寿命よりも長い。
オンデマンド(またはオンサイト)−−RT30が通信を始動させ、タグ14が例えば、温度、圧力、タイヤID、及び/またはその他のタイヤパラメータ情報を表す最後に記憶された感知器データで応答する、双方向通信。
警報−−タグ14が警報信号をRT30へ送信する片方向通信。その警報信号は、範囲外状態(例えば、温度または圧力)、実際の温度値及び/または圧力値等を含む種々の情報を含んでいてよい。警報信号は、予めプログラムされている閾値を一つ以上のタイヤパラメータが超えている時に送信される。
自律送信(AT)−−タグ14が、最後に記憶された感知器データ(またはその他の予めプログラムされているデータ)を周期的時間間隔でRT30へ送信する片方向通信。
順方向リンク−−RT30からタイヤタグ14への片方向通信。RT30(監視読取機30Sを除く)は、一つ以上のタイヤタグ14へRF信号を周期的に送信する。順方向リンク信号は、一つ以上のタグ14を探しているか、または一つ以上のタグ14と直接に通信している。
戻りリンク−−タイヤタグ14からRT30への片方向通信。タグ14は、戻りリンクを経由して、RT30へ応答(例えば、タグデータ)を送信する。順方向と戻りとの両方のリンクのタイミング並びにシステムのその他の特性がこの明細書中に記載されている。
再び図1、15を参照すると、タイヤデータの取得方法が示されている。呼掛モード中では、RT30は、特定のタイヤタグ14が呼び掛けられている時にのみその特定のタイヤタグ14から感知器データ及びその他のデータを取得することができる。一つの実施形態では、タイヤタグ14は、(1)特有のID(例えば、タグシリアル番号)、(2)機能的ID、及び/または(3)タグ呼掛の間にRT30によって割り当てられる一時的ID、によって呼び掛けられ得る。タグの取得は後にもっと詳細に記載されている。
四つまでの通信チャネルを含む戻りリンクは周波数変位電鍵操作(FSK)変調を使用する。これらのチャネルは902〜928MHz間である程度均等に離隔されている。
タイヤが供用状態で動かされる時は、タイヤは曲がることによって働く。この曲がりは、少なくともある程度は、車両がある位置から別の位置へ移動する時に負荷を支持し、隆起や衝撃を吸収し、車両の移動を可能にするためのコーナリング及びトラクションを提供することによって、引き起こされる。この働きは、各々のタイヤ内における熱の発生に帰着する。最後に、この熱は、例えば、リム及び車両懸架装置への伝導、放射、周囲の雰囲気への対流、タイヤが接触している地面つまり車道への伝導によって、タイヤによって放散される。
PV=nRT
ここで、総ての単位をSI(国際単位系)で表して、
P=気体によって及ぼされる圧力
V=気体を含んでいる室の体積
n=系内に含まれている気体のモル数
R=系内の気体に特有の定数
T=気体の温度
である。Rの値は、固定されており、一般に圧縮空気または幾つかの場合には窒素であるタイヤ内の特定の気体混合物に依存している。幾つかのタイヤは、そのタイヤの内部にUltraseal International, Inc.のUltraseal Tire
Life Extenderも使用している。追加的な空気が追加または損失されないとすると、nの値も一定である。タイヤ構造が、変形可能ではあるが、織物または鋼鉄の形の本体コードの存在のために本質的に非伸張性であるので、Vの値(タイヤ及びリム構造によって規定されている室の体積)は少なくとも第一次近似として一定である。従って、この式中の唯一の変数は、気体の温度及び圧力になる。従って、
PV=nRT 及び k=T/P=V/nR(一定)
である。
k1=k2=T1/P1=T2/P2
ここで、P1=時刻t1における圧力(タイヤ製造者によって明示されている常温充填基準圧力)(SI単位で)
P2=時刻t2における圧力(現在の動作時圧力)(SI単位で)
T1=時刻t1における温度(常温充填基準温度−20℃)
T2=時刻t2における温度(現在の動作時温度)(℃で)
である。
両方のタイヤが同じ温度まで昇温した。
その温度上昇が上記に示されている式に従って圧力応答を作り出した。
両方のタイヤに対する等価常温充填タイヤ空気圧は依然として100psiである。
更に、本発明は、測定されたタイヤ空気圧をタイヤ内の蒸気圧に従って補正することによって、タイヤ蒸気圧を補償する。タイヤ内の流体上で収集された気体の圧力を得るために、その流体の分圧が考慮されなければならない。液体が液体から気体状態へ変化する時にその液体が圧力を及ぼすことを、物理学は示している。この圧力は「蒸気圧」として知られている。通常は、これは、タイヤ内における液体冷却製品の使用を除いて、ETMSの圧力測定にとって要因ではない。これらの製品は殆どが水を含んでおり、十分な量の冷媒がタイヤに加えられていてそのタイヤの最高動作温度で存在する液体が常に存在していると思われる。これらの推定を仮定すれば、冷媒が使用されていれば、ETMSシステムはタイヤの温度に基づいて水蒸気圧を補正する。冷媒の使用は、使用されるべき補正用のデータベース内で示されていなければならない。
PVP=(2.4×10-6)*e[0.0433(Temp+273)] (SI単位で)
更に、周囲の(常温)タイヤ空気圧が高度と共に変化するので、本システムは、タイヤが使用されている位置の標高に周囲の(常温)圧力がどの程度基づくべきかを計算することができる。この圧力補償は、より正確な結果圧力の読取を提供するために実行される。このETMSシステムは圧力を絶対圧力として測定する。この情報は、そのシステムの位置に関連する形式で示される必要がある。つまり、その報告された計器圧力は、その位置で測定された圧力と一致しなければならない。このETMSシステムによって測定された絶対圧力は、その位置の標高に基づいて計器圧力へ変換されなければならない。この変換は、その位置における大気圧を絶対圧力から減じることよって行われる。大気圧は次の式を使用することによって計算される。
Patmos=(6.6×10-9)*(標高2)
−0.00053*標高+14.69 (SI単位で)
上述の様に、タグ14は幾つかの動作モードを有している。一つの実施形態では、タグは、ヌル値に備えて探索モードカウンタをサンプリングすることによって、探索モードへ入るべき時であるか否かを決定するために、深い休眠モードから意識清明休眠モードへ周期的に覚醒する。探索モードカウンタがオールゼロを含んでいれば、タグ14は探索モードへ入る。探索モード中では、タグ14は、(1)感知器測定を受け取って記憶し、(2)順方向リンクパケットらしきものの存在を調べる、という少なくとも二つの独立機能を実行する。受信された送信がFLPらしいことを予備識別が示せば、タグ14は、そのFLPが有効であることを確認する呼掛モードへ入り、そのFLPが有効であれば、それに応答する。有効なFLPを読み取る処理は、その呼掛が完了するまで続く。その後、タグ14は深い休眠モードへ戻る。
プリアンブル=7ビット(0.93ms)
データ=32ビット(4.27ms)
巡回冗長検査(CRC)=16ビット(2.13ms)
ポストアンブル=72ビット(8.47ms)
FLP送信用の合計時間=15.8ms
プリアンブル=32ビット(533μs)
データ 32ビット(533μs)
CRC 16ビット(267μs)
RLP送信用の合計時間=1.33ms
Claims (56)
- 電池動作装置における電池寿命を大事に使うシステムであって、
ポストアンブルを含む送信を受信するための受信機と、
前記受信機に結合されており、前記ポストアンブルを調べることによって前記送信がFLPらしいか否かを決定するために周期的且つ部分的に覚醒する、マイクロプロセッサと
を具備するシステム。 - 前記ポストアンブルがマンチェスター符号化されている請求項1に記載のシステム。
- 予め決められている数の遷移を前記ポストアンブルが含んでいる請求項1に記載のシステム。
- 前記マイクロプロセッサは、予め決められている数の遷移を前記送信が含んでいるか否かを決定することによって、前記送信がFLPらしいか否かを決定する請求項1に記載のシステム。
- 前記マイクロプロセッサは感知器からデータを収集する様に構成されている請求項1に記載のシステム。
- 前記電池動作装置が送信機を含んでいる請求項1に記載のシステム。
- 前記送信機がオンである時間を前記ポストアンブルが短縮させる請求項6に記載のシステム。
- 前記ポストアンブルが、前記FLPと前記電池動作装置から送信されるRLPとの間の時間を増加させ、適切な戻りリンクチャネル上で前記送信機を安定させるのに十分な時間を前記電池動作装置に与える、請求項6に記載のシステム。
- 前記送信機は有効なFLPにのみ応答してオンにされる請求項6に記載のシステム。
- 前記送信機は複数の装置の中の一つの装置からデータを取得するために逐次近似ルーチンを使用する請求項6に記載のシステム。
- 前記電池動作装置はその装置に関連させられている特定の識別番号を有する有効なFLPにのみ応答する請求項1に記載のシステム。
- 位相同期回路(PLL)を有する送信機を前記電池動作装置が含んでいる請求項1に記載のシステム。
- 前記電池動作装置が適切な戻りリンクチャネル上でPLLをロックさせなければならない時間を前記ポストアンブルが増加させる請求項12に記載のシステム。
- 前記PLLがオンである時間を前記ポストアンブルが短縮させる請求項12に記載のシステム。
- 有効なFLPにのみ応答して前記PLLがオンにされる請求項12に記載のシステム。
- 前記マイクロ制御装置は、まず前記FLPの先頭部分を調べ、前記送信が有効なFLPであると思われることをその先頭部分が示していれば、前記PLLをオンにして、前記FLPが有効であるか否かを決定するために前記FLPの残りをその後に読み取る請求項12に記載のシステム。
- 前記FLPが無効であれば前記電池動作装置が前記PLLをオフにする請求項16に記載のシステム。
- 前記ポストアンブルは、前記PLLがオンである時間を減少させ、それによって、前記電池動作装置が有効なFLPの存在下にない時に電池電力を節約する請求項12に記載のシステム。
- 前記ポストアンブルが、前記FLPと前記電池動作装置からのRLPとの間の時間を増加させ、適切な戻りリンクチャネル上でPLLをロックさせるのに十分な時間を前記電池動作装置に与える、請求項12に記載のシステム。
- 前記送信が有効なFLPであれば前記電池動作装置が前記送信にのみ応答する請求項1に記載のシステム。
- 前記受信機がオンである時間を前記ポストアンブルが短縮させる請求項1に記載のシステム。
- 電池動作装置における電池寿命を大事に使うシステムであって、
ポストアンブルを含む送信を受信するための受信機と、
前記受信機に結合されており、予め決められている数の遷移を前記送信が含んでいるか否かを決定するのに十分な長さだけ前記受信機をオンにすることによって前記送信がFLPらしいか否かを決定するために周期的且つ部分的に覚醒する、マイクロプロセッサと
を具備するシステム。 - 前記マイクロプロセッサは、前記FLPデータの少なくとも一部を調べることによって前記送信が有効なFLPであるか否かを決定するために完全に覚醒する請求項22に記載のシステム。
- 前記ポストアンブルが論理ゼロのストリームを含んでいる請求項22に記載のシステム。
- 前記ポストアンブルが論理一のストリームを含んでいる請求項22に記載のシステム。
- 前記ポストアンブルが論理ゼロのストリームで始まり且つ論理一で終わる請求項22に記載のシステム。
- 論理ゼロから論理一への遷移が前記有効なFLPの終りを意味する請求項26に記載のシステム。
- 前記ポストアンブルが論理一のストリームで始まり且つ論理ゼロで終わる請求項22に記載のシステム。
- 前記電池動作装置が送信機を含んでいる請求項22に記載のシステム。
- 前記ポストアンブルが、前記FLPと前記電池動作装置からのRLPとの間の時間を増加させ、適切な戻りリンクチャネル上で前記送信機を安定させるのに十分な時間を前記電池動作装置に与える、請求項29に記載のシステム。
- 前記送信機は有効なFLPにのみ応答してオンにされる請求項29に記載のシステム。
- 位相同期回路(PLL)を有する送信機を前記電池動作装置が含んでいる請求項22に記載のシステム。
- 前記電池動作装置が適切な戻りリンクチャネル上でPLLをロックさせなければならない時間を前記ポストアンブルが増加させる請求項32に記載のシステム。
- 前記PLLがオンである時間を前記ポストアンブルが短縮させる請求項32に記載のシステム。
- 前記マイクロ制御装置は、まず前記FLPの先頭部分を調べ、前記送信が有効なFLPであると思われることをその先頭部分が示していれば、前記PLLをオンにして、前記FLPが有効であるか否かを決定するために前記FLPの残りをその後に読み取る請求項32に記載のシステム。
- 前記FLPが無効であれば前記電池動作装置が前記PLLをオフにする請求項35に記載のシステム。
- 前記PLLは有効なFLPにのみ応答してオンにされる請求項32に記載のシステム。
- 前記ポストアンブルは、前記PLLがオンである時間を減少させ、それによって、前記電池動作装置が有効なFLPの存在下にない時に電池電力を節約する請求項32に記載のシステム。
- 前記ポストアンブルが、前記FLPと前記電池動作装置からのRLPとの間の時間を増加させ、適切な戻りリンクチャネル上でPLLをロックさせるのに十分な時間を前記電池動作装置に与える、請求項32に記載のシステム。
- 前記送信機がオンである時間を前記ポストアンブルが短縮させる請求項22に記載のシステム。
- 前記送信が有効なFLPであれば前記電池動作装置が前記送信にのみ応答する請求項22に記載のシステム。
- 前記受信機がオンである時間を前記ポストアンブルが短縮させる請求項22に記載のシステム。
- 前記FLPがマンチェスター符号化されている請求項22に記載のシステム。
- 電池動作装置における電池寿命を大事に使う方法であって、
無線送信を受信することと、
周期的且つ部分的に覚醒することと、
前記無線送信が有効なポストアンブルを含んでいるか否かを決定することによって、前記無線送信がFLPらしいか否かを決定することと
を具備する方法。 - 前記ポストアンブルは予め決められている数の遷移を含んでいれば有効である請求項44に記載の方法。
- 前記FLPデータの少なくとも一部を調べることによって前記送信が有効なFLPであるか否かを決定するために完全に覚醒することを更に含んでいる請求項44に記載の方法。
- 送信機を経由して前記有効なFLPに応答することを更に含んでいる請求項46に記載の方法。
- 有効なポストアンブルが、前記FLPと前記電池動作装置から送信されるRLPとの間の時間を増加させ、適切な戻りリンクチャネル上で前記電池動作装置の送信機を安定させるのに十分な時間を前記電池動作装置に与える、請求項44に記載の方法。
- 位相同期回路(PLL)を有する送信機を前記電池動作装置が含んでいる請求項44に記載の方法。
- 前記電池動作装置が適切な戻りリンクチャネル上でPLLをロックさせなければならない時間を有効なポストアンブルが増加させる請求項49に記載の方法。
- 前記PLLがオンである時間を有効なポストアンブルが短縮させる請求項49に記載の方法。
- 有効なポストアンブルが、前記PLLがオンである時間を減少させ、それによって、前記電池動作装置が有効なFLPの存在下にない時に電池電力を節約する請求項49に記載の方法。
- 有効なポストアンブルが、前記FLPと前記電池動作装置からのRLPとの間の時間を増加させ、適切な戻りリンクチャネル上でPLLをロックさせるのに十分な時間を前記電池動作装置に与える、請求項49に記載の方法。
- 電池動作装置における電池寿命を大事に使う方法であって、
複数の装置の中から特定の装置を目標に定めることと、
ポストアンブルを含む送信を送信することと、
前記ポストアンブルを調べることによって前記送信がFLPらしいか否かを決定するために第一の状態へ覚醒することと、
前記送信がFLPらしければ第二の状態へ覚醒することと
を具備する方法。 - 前記FLPが有効であるか否かを決定することを更に含んでいる請求項54に記載の方法。
- 有効な前記FLPに応答することを更に含んでいる請求項55に記載の方法。
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