JP2012108152A - 感度が向上したタイヤ圧力センサ・システムと節電 - Google Patents

Abstract

【課題】感度が高く、温度変動に耐える可変抵抗センサ・アセンブリと、長い電池有効寿命をもたらす節電ユニットとを用いて、車両タイヤ内圧を監視する。
【解決手段】可変抵抗の変位特性を持つストレッチ・センサ・アセンブリを備えた電池式タイヤ圧力センサ・システム。このアセンブリは、少なくとも２つの並置されたストレッチ・センサを持ち、しかも、それぞれのストレッチ・センサが、可変抵抗素子を載せた第１の層と第２の支持層とを有している。このストレッチ・センサ・アセンブリが、このタイヤ側壁により変位し、かつ、その抵抗が、タイヤ内圧に応じて変化するようにしている。節電ユニットが、タイヤ速度に応じて、このタイヤ圧力センサ・システムへの電力の印加を制御して、電池の寿命を長くする。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車用タイヤ圧力センサに関する。さらに具体的に言えば、本発明は、感
度が向上したセンサ・システムと節電装置とを使用して、車両タイヤのタイヤ内圧を監視
する電池式の方法とシステムに関する。

タイヤ圧力センサ・システムが知られており、これらのシステムは、一般に、自動車の個々の空気タイヤの内部空気圧を監視するために、また、車両タイヤのうちの１つまたは複数の内部空気圧が危険なほど低いか、または危険なほど高いときはいつでも運転者に警告信号を提供するために、使用される。この警告信号は、一般に、タイヤ圧力センサに接続されたマイクロプロセッサで制御されるＲＦ（無線周波数）信号発生器により、生成される。その場合、タイヤ圧力センサで測定されたタイヤ内圧が、所定の正常動作範囲外にあるときはいつでも、この警告信号が生成されて、高圧力状態か、低圧力状態のいずれかを知らせる。このＲＦ信号は、車両に搭載されている受信器に送られる。この受信器は、その警告信号を使用して、運転者に、目に見える方法（警告ランプまたは警告ディスプレイを作動させる方法）か、聞こえる方法（可聴アラームを作動させる方法）のいずれか、あるいはその両方法で運転者に警告する。このセンサ回路への電力は、電池により供給される。ただし、利用できる電力が有効レベルよりも低下したときには、この電池を取り替えなければならない。

本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の２００３年１月２１日出願の「Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｍｏｕｎｔ Ｔｉｒｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ（外部取付け式のタイヤ圧力センサ・システム）」と称する特許出願第１０／３４６，４９０号（その開示内容は、参照によって本明細書中に組み入れられている）に開示されているような公知のタイヤ圧力システムは、電気ブリッジ回路の１つのブランチ（分岐）中の本質的に直線の可変抵抗特性を持つ機械的ひずみセンサ（mechanical strain sensor）を用いて、この機械的ひずみセンサが取り付けられているタイヤの内圧を測定する。このタイプのセンサは、自動車環境において定期的に遭遇される機械的振動に比較的に鈍感である。さらに、この電気回路（すなわち、電気ブリッジ回路）の構成は、比較的に単純であり、周知の性能特性を持ち、また、動作が適度に信頼できることがわかっている。

機械的ひずみセンサとブリッジ回路を用いる公知センサ回路が効果的であるにもかかわらず、そのような装置の性能を制限するような固有の制約がある。まず第１に、ただ１つの可変抵抗素子（ひずみゲージ）だけが、このブリッジ回路の１つのブランチに組み込まれているという事実により、このセンサ回路の感度は、使用されるただ１つのひずみゲージの可変抵抗の範囲に限定される。これは、このセンサ・システムの電位測定範囲を制限する。さらに、この公知センサ回路は、この可変抵抗ひずみセンサの熱抵抗率と、上記ブリッジ回路を形成する固定抵抗の異なる係数により、測定精度の不良を起こしやすい。第２に、このセンサ回路は、不可欠な電池から絶えず電力を供給されるから、この電池の有効寿命は、電池のエネルギー容量により制限される。このような欠点は、構成部品が、取付け制約条件により、比較的に小さい物理サイズを持つ必要性のため、いっそうひどくなる。その結果、電池の交換が、そのような公知センサ・システムの効力に対する主な制約となっている。

上記の欠点のない単純であるが、正確で、長持ちするタイヤ圧力監視システムを提供する試みが、今日までうまくいっていない。

本発明は、公知装置よりも感度が高く、かつ、温度変動により耐えることができる可変抵抗センサ・アセンブリを用いて、車両タイヤ内圧を監視する方法とシステムおよび長い電池有効寿命をもたらす節電ユニットを含む。

装置の第１の面では、本発明は、空気タイヤに結合されて、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と、この変位センサ素子に結合されて、不十分なタイヤ内圧に対応する抵抗値をＲＦ発生器起動信号に変換するプロセッサと、このプロセッサで起動されて、危険タイヤ圧力警告信号を送るＲＦ発生回路とを持つ改良されたタイヤ圧力センサ・システムを含む。この改良品は、第１と第２の別々のストレッチ・センサを有する可変抵抗センサ・アセンブリを含み、それぞれのストレッチ・センサが、可変抵抗素子を含む第１のたわみ層と第２のたわみ支持層とを持ち、しかも、可変抵抗素子が互いに向き合うように、第１のストレッチ・センサの第１のたわみ層と、第２のストレッチ・センサの第１のたわみ層とが向かい合った状態で、個々のストレッチ・センサを配置している。これらの可変抵抗素子は、４つのブランチを持つ電気ブリッジ回路に挿入される。すなわち、これらの４つのブランチのうち第１の一対は、直列に接続されている固定抵抗素子を持ち、これらの４つのブランチのうち第２の一対は、直列に接続されている第１のストレッチ・センサと第２のストレッチ・センサの可変抵抗素子を持つ。

この基本実施態様の好ましい変形例では、この可変抵抗センサ・アセンブリはさらに、第３と第４の個々のストレッチ・センサも含み、しかも、第３のストレッチ・センサと第４のストレッチ・センサがそれぞれ、可変抵抗素子を含む第１のたわみ層と、第２のたわみ支持層とを持っている。第３のストレッチ・センサの第２のたわみ支持層と、第４のストレッチ・センサの第２のたわみ支持層とが向かい合った状態で、第３と第４の個々のストレッチ・センサを相互に配置している。さらに、第３のストレッチ・センサの第１のたわみ層も、第２のストレッチ・センサの第２のたわみ支持層と向かい合った状態で配置されている。これらの可変抵抗素子は、４つのブランチを持つ電気ブリッジ回路に挿入される。すなわち、これら４つのブランチのうち第１のブランチは、第１のストレッチ・センサの可変抵抗素子を持ち、これら４つのブランチのうち第２のブランチは、第４のストレッチ・センサの可変抵抗素子を持ち、これら４つのブランチのうち第３のブランチは、第２のストレッチ・センサの可変抵抗素子を持ち、さらに、これら４つのブランチのうち第４のブランチは、第３のストレッチ・センサの可変抵抗素子を持っている。第１のブランチと第２のブランチは直列に接続され、また、第３のブランチと第４のブランチも直列に接続される。

上記実施態様の双方において、このブリッジ回路中のオーム電気接続部は、温度変化による抵抗変化を、これらの抵抗部品の構成により確実に相殺できるようにしている。

上記プロセッサ、ＲＦ発生回路、可変抵抗センサ・アセンブリ、電池を含むタイヤ圧力センサ・システムの構成部品はすべて、少なくとも可変抵抗センサ・アセンブリの下に横たわるたわみ部分を持つ共通支持基板に実装されている。この支持基板は、タイヤの側壁、すなわち外壁か内壁のいずれかに取り付けられるか、あるいは、タイヤ形成処理の間にタイヤの側壁に埋め込まれることもある。表面取付け設置では、摺動自在にタイヤ側壁に取り付けられたセンサ案内が、可変抵抗センサ・アセンブリの自由端を捕捉する。可変抵抗センサ・アセンブリの他端はタイヤ側壁に取り付けられる。このような配置構成は、可変抵抗センサ・アセンブリの長手方向の過度の伸張と早すぎる故障を防止する。

装置の第２の面では、本発明は、空気タイヤに結合されるときに、タイヤ内圧を示す抵抗値を与える可変抵抗センサ、この可変抵抗センサに結合されて、不十分なタイヤ内圧に対応する抵抗値をＲＦ発生器起動信号に変換するプロセッサ、および、このプロセッサで起動されるときに、危険タイヤ圧力警告信号を送るＲＦ発生回路を持つタイヤ圧力センサ・システムに用いられる節電ユニットを含む。この節電ユニットは、タイヤ速度に関係するやり方で、可変抵抗センサへの電力の印加を制限して、タイヤ速度が速度しきい値に達した後、タイヤ速度に関係する測定期間の間でのみ、電力が加えられ、この電池から電力が得られるようにしている。好ましくは、この測定期間は、所与のサイズのタイヤが、あらかじめ選ばれた回転数に達するのに必要な時間に関係する。

この節電ユニットは、電源（特定の実施形態では、電池）に結合される入力端子、可変抵抗センサに電力を供給する出力端子、タイヤが第１の所定速度に達したときに入力端子を出力端子に接続し、また、タイヤの速度が第１の所定速度よりも低下したときには出力端子から入力端子を切り離す車両速度感知可能スイッチを持っている。一実施態様では、車両速度感知可能スイッチは、出力端子に接続された第１の部分と自由端とを持つ導電性接触部材（例えば、ばね）と、入力端子に接続された第１の部分と、自由端に取り付けられた質量部材とを持つ導電性ピボット部材（揺動部材）（例えば、ばねまたはピボットアーム）とを含む。この質量部材は、タイヤが第１の所定速度に達すると、導電性接触部材の自由端と物理的に接触するように取り付けられており、したがって、それにより、入力端子から出力端子に電力を伝達できる。好ましくは、この質量部材は、対向する端部を持っている。また、車両速度感知可能スイッチは、出力端子に接続された第１の接触部材と第２の接触部材を備えており、しかも、第１の接触部材が、この質量部材の対向する端部の一端の進路に自由端を持っており、また、第２の接触部材が、この質量部材の対向する端部の他端の進路に自由端を持っている。このような配置構成では、車両タイヤ上に節電ユニットを位置づけることが容易となる。

代替実施態様では、磁力で作動できるリードスイッチが、入力端子と出力端子との間に結合され、また、磁石が、ピボットアームの自由端に取り付けられて、タイヤが第１の所定速度に達するとリードスイッチを作動させる。

代替実施態様は、上記節電ユニットはさらに、上記プロセッサに結合された制御信号出力端子も含み、また、上記車両速度感知可能スイッチは、タイヤが、第１の所定速度とは異なる（好ましくは、第１の所定速度よりも速い）第２の所定速度に達したときには電力入力端子を制御信号出力端子に接続し、また、タイヤの速度が第２の所定速度よりも低下したときには制御信号出力端子から入力端子を切り離す制御信号手段を含む。この制御信号を受信すると、この制御信号は、ここで、さらに短い別の測定期間を使用できることを上記プロセッサに指示するものとして役立つ。この別の測定期間も、タイヤが、あらかじめ選ばれた回転数に達するのに必要な時間に関係する。

この実施態様では、そのスイッチ構成は、第１の実施態様において用いられるスイッチと本質的に同一である。この制御信号手段は、上記制御信号出力端子に接続された第１の部分と自由端とを持つ接触部材を含み、また、このスイッチ中の質量部材は、タイヤが第２の所定速度に達すると、上記接触部材の自由端と物理的に接触するように取り付けられている。第１の実施態様と同様に、この質量部材は、好ましくは、対向する端部を持っている。また、この制御信号手段は、制御信号出力端子に接続された第１の接触部材と第２の接触部材を含み、第１の接触部材が、この質量部材の対向する端部の一端の進路に自由端を持っており、また、第２の接触部材が、この対向する端部の他端の進路に自由端を持っている。

プロセス（処理）の面から、本発明は、空気タイヤに結合されるとタイヤ内圧を示す抵抗値を与える可変抵抗センサと、この可変抵抗センサに結合されて、不十分なタイヤ内圧に対応する抵抗値をＲＦ発生器起動信号に変換するプロセッサと、このプロセッサで起動され、危険タイヤ圧力警告信号を送るＲＦ発生回路とを持つ電動式タイヤ圧力センサ・システムにおいて電力消費を削減する方法であって、（ａ）電源を提供するすテップと、（ｂ）持続時間がタイヤ速度に関係するタイヤ圧力測定期間の間、可変抵抗センサに電力を加えるステップとを含む。電力を加えるステップ（ｂ）は、好ましくは、（ｉ）タイヤ速度が第１のタイヤ速度しきい値に達するまで、可変抵抗センサへの電力の印加を防止するステップ、（ii）タイヤ速度が第１のタイヤ速度しきい値に達すると、第１のタイヤ速度しきい値にて、あらかじめ選ばれたタイヤ回転数に必要となる期間に関係する測定期間の間、可変抵抗センサに電力を供給するステップと、（iii）タイヤ速度が第１のタイヤ速度しきい値よりも低下すると、可変抵抗センサへの電力の印加を終了するステップを含む。

この方法はさらに、電力を加えるステップ（ｂ）を変更して、タイヤ速度が第２のタイヤ速度しきい値に達すると、この測定期間の長さを、第２のタイヤ速度しきい値にて、あらかじめ選ばれたタイヤ回転数に必要となる期間に関係する別の値に変更するステップをさらに含めることで、第２の測定期間も提供することがある。

本発明は、空気タイヤを装備した車両において、タイヤ内圧を監視する問題に好都合なソリューションを与える。このシステムは、新品タイヤの製造、新車の製造の間、あるいは、アフターマーケットの製品として、設置されることもある。さらに、タイヤ圧力センサ・システムの付いてない既存車両には、比較的に安い費用で、最新式システムを容易に取り付けることができる。これは、あらゆるロードカー上に、低タイヤ圧力警告装置を要求する法域において、特に有益である。このセンサ・アセンブリは、測定感度を大幅に向上させ、また、節電ユニットは、電力消費を大幅に削減し、このことは、電源として比較的に近寄れない（手が届かない）電池を使用している設備においては、とりわけ重要である。

ブリッジ回路にただ１つのストレッチ・センサを用いる従来技術の単一タイヤ圧力モニタ回路の略図である。 本発明により、ブリッジ回路に４つのストレッチ・センサを持つ単一タイヤ圧力モニタ回路の斜視図である。 ブリッジ回路の直列に接続されたブランチに２つのストレッチ・センサが配置されている単一タイヤ圧力モニタ回路の代替実施形態を示す図２に類似した斜視図である。 図１の従来技術のブリッジ回路と、図２と図３に示される本発明の２つの実施形態の比較感度を示す。 主要構成部品の物理的レイアウトを示す本発明によるタイヤ圧力監視システムの略斜視図である。 タイヤの外壁に取り付けられた本発明による単一タイヤ圧力監視システムを示す斜視図である。 本発明の２つの可能な設置を示す、車両の車輪とタイヤを通る断面図である。 本発明の内部設置を示す図７に類似した断面図である。 本発明による動き検出器の第１の実施形態の略図である。 本発明による動き検出器の代替実施形態の略図である。 リードスイッチを持つ本発明による動き検出器の代替実施形態の略図である。 リードスイッチを持つ本発明による動き検出器の代替実施形態の略図である。 本発明による動き検出器の多段実施形態の略図である。 ２つの異なる車輪速度にて、図１１の多段動き検出器の動作を示すタイミング図である。

本発明の性質および利点をより完全に理解するために、添付図面とともに、以下の詳細な説明を参照すべきである。

ここで、図面に移ると、図１は、ブリッジ回路にただ１つのストレッチ・センサを用いる従来技術の単一タイヤ圧力モニタ回路の略図である。この図に見られるように、全体を参照番号１０で表すモニタ回路は、図示されるようにそれぞれが固定抵抗Ｒをオーム接続している３つの付加ブランチを持つブリッジ回路の１つのブランチに、オーム接続されたただ１つのストレッチ・センサ１２を含む。ストレッチ・センサ１２は、センサ本体の直線長手方向変位によって、予測可能な大きさだけ変化するオーム抵抗の性質を持つ公知構成部品である。ストレッチ・センサ１２は、薄い可変抵抗素子１５が取り付けられている第１の層１４と、第１の層１４を支持し、かつストレッチ・センサ１２に対して機械的強度を高める第２のベース層とを持っている。固定抵抗Ｒはすべて、抵抗値が等しい。ＤＣ電源（図示されてない）からの基準電圧Ｖｉｎが、ブリッジ回路１０の２つのノードに印加される。ストレッチ・センサ１２は、内圧に応じて撓むように、車両タイヤ（図示されてない）に取り付けられている。ストレッチ・センサ１２の抵抗値は、タイヤ内圧により撓む大きさと、その撓みが発生する方向によって決まる。図１に示されるように、ストレッチ・センサ１２が第１の方向に曲がるときには、その抵抗の値が大きくなる（Ｒ＋ｒ）。ここで、Ｒは、ストレッチ・センサ１２の静止抵抗値であり、また、ｒは、ストレッチ・センサ１２の撓みによる付加抵抗値である。同様に、ストレッチ・センサ１２が反対の方向に撓むときには、その抵抗の値が小さくなる（Ｒ−ｒ）。そのストレッチ・センサの抵抗が変化すると、それに応じて、その測定電圧Ｖｏｕｔは変化し、したがって、タイヤ
内圧の測定値を与える。

図２は、本発明により、ブリッジ回路２０に４つのストレッチ・センサ（２２ａ〜２２ｄ）を持つ単一タイヤ圧力モニタ回路の斜視図である。この図に見られるように、それぞれのセンサ・アセンブリ２２は、可変抵抗素子を載せた第１の層２４と、ベース層２５とをそれぞれが持つ４つの二層ストレッチ・センサから成っている。これらのストレッチ・センサのうちの２つ（２２ａ、２２ｂ）は、これらの第１の層が向かい合った状態で配置される一方、他の２つのストレッチ・センサ（２２ｃと２２ｄ）は、背中合わせに配置されている。同一方向に向いている２つのストレッチ・センサ（２２ａと２２ｃ）は注釈Ｒ＋ｒを付けて図２に示されており、同一方向に向いているが、ただし、ストレッチ・センサ（２２ａと２２ｃ）とは逆向きである２つのストレッチ・センサ（２２ｂと２２ｄ）は、注釈Ｒ−ｒを付けて示されている。これらのストレッチ・センサは、図２に示されるようにオーム接続されている。その場合、Ｒ＋ｒのセンサは、ブリッジ回路２０の２つの向かい合わせのブランチ中に配置され、また、Ｒ−ｒのセンサは、ブリッジ回路２０の他の２つの向かい合わせのブランチ中に配置されている。このような配置では、測定抵抗値が、タイヤ内圧の純粋な関数となるように、熱の影響によるどんな抵抗変化も電気的に完全に相殺される。センサ・アセンブリ２２は、以下に記載する方法で、物理的にタイヤに取り付けられる。

図３は、ブリッジ回路の直列に接続されたブランチに２つのストレッチ・センサが配置されている単一タイヤ圧力モニタ回路の代替実施形態を示す図２に類似した斜視図である。この図に見られるように、それぞれのセンサ・アセンブリ３２は、可変抵抗素子を載せた第１の層２４と、ベース層２５とをそれぞれが持つ２つの二層ストレッチ・センサから成っている。２つのストレッチ・センサ（３２ａ、３２ｂ）は、Ｒ＋ｒ、Ｒ−ｒの構成において、これらの第１の層が向かい合った状態で配置されている。これらの単層センサは、図３に示されるようにオーム接続されている。その場合、Ｒ＋ｒのセンサと、Ｒ−ｒのセンサは、ブリッジ回路３０の隣接するブランチ中に、直列接続で配置されている。ブリッジ回路３０の他の２つのブランチは、抵抗値Ｒが等しい固定抵抗素子２６を備えている。このような配置では、熱の影響による可変抵抗素子のどんな変化も、電気的に完全に相殺され、また、熱の影響による固定抵抗素子Ｒのどんな変化も、電気的に完全に相殺されて、測定抵抗値がタイヤ内圧の純粋な関数となる。センサ・アセンブリ３２は、以下に述べられるやり方で、物理的にタイヤに取り付けられる。

図４は、図１の従来技術のブリッジ回路と、図２と図３に示される本発明の２つの実施形態の比較感度を示している。この図に見られるように、図１に示されるただ１つのセンサの従来技術装置では、出力電圧Ｖｏｕｔの大きさはｒ／４Ｒの関数である。図３の２つのセンサの実施形態では、出力電圧Ｖｏｕｔの大きさはｒ／２Ｒの関数である。図２の４つのセンサの実施形態では、出力電圧Ｖｏｕｔの大きさはｒ／Ｒの関数である。当業者には理解されるように、図２の実施形態は、従来技術の配置構成と比べて、４倍の感度増をもたらす一方で、図３の実施形態は、２倍の感度増をもたらす。これは、測定能力の大幅な向上を表している。

図５は、主要構成部品の物理的レイアウトを示す本発明によるタイヤ圧力監視システム５０の略斜視図である。この図に見られるように、タイヤ圧力監視システム５０の主要構成部品は、集積回路５１、電池５２、ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２または３２）、アンテナ５４、動き検出器５５（以下に述べられる）を含む。これらの構成部品は、基板層５６に、所望の任意のやり方で（例えば、適切な接着剤を用いて）取り付けられる。集積回路５１は、通常、ＲＦ監視システムに見出される能動電子部品を持っている。集積回路５１は、このような構成が当業者によく知られているので、さらに詳しくは説明しない。アンテナ５４は、通常のやり方で、集積回路５１のＲＦ部に結合される。ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２、３２）は、集積回路５１に含まれるブリッジ回路にオーム接続される。電池５２は、集積回路５１の電源入力端子に接続される。基板層５６は、適切な接着剤を用いて取付け層５７に接着される。少なくとも、基板層５６と取付け層５７のうち、ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２または３２）の下に横たわる部分は、正確な抵抗値を与えるために、ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２または３２）に、タイヤ側壁とともにたわむ程度の充分なたわみ性がなければならない。表面取付け設置（以下に述べられる）は、固定端（５９ａ、５９ｂ）を持つ概ねＵ字形のセンサ案内５８が、ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２または３２）および基板層５６と取付け層５７のストレッチ・センサ・アセンブリ（２２または３２）の下に横たわる部分を摺動自在に捕捉する。センサ案内５８は、ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２または３２）を、タイヤ側壁のすぐ隣りに保つような寸法にしている一方で、センサ案内５８の中で、ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２または３２）の摺動動作を可能にしている。

ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２、３２）は、基板層５６と取付け層５７の概ね長方形の下部を第１のタイヤ固定地点（外側タイヤ表面、内側タイヤ表面、または内部固定地点（下記参照））に接着することで、ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２または３２）の下端が第１のタイヤ固定地点に固定される。センサ案内５８の固定端（５９ａ、５９ｂ）は、第２のタイヤ固定地点に固定される。ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２、３２）の下端がタイヤ固定地点に固定され、また、ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２、３２）がセンサ案内５８により、タイヤ側壁のすぐ近くに摺動自在に保持されるという事実により、タイヤ内圧の変化によりタイヤ側壁の外形が変化すると、ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２、３２）は、タイヤの外形の変化とともにたわむ。しかしながら、ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２、３２）の下端だけが第１のタイヤ固定地点に固定されているので、ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２、３２）がその全体の長さにわたってしっかりと接着されていれば発生するであろう破壊点まで、ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２、３２）を引き伸ばすことはない。このような取付け構成により、ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２、３２）の早すぎる故障が防止される。

図６に示されるように、本発明による単一タイヤ圧力監視システム５０は、取付け層５７（図５）をタイヤ側壁の適切な場所に取り付けることで、タイヤ６１の外壁に取り付けることができる。これは、エポキシ接着剤などの適切な接着剤を用いて、取り付けることができる。好ましくは、単一タイヤ圧力監視システム５０は、例えばベルクロ（Ｖｅｌｃｒｏ）商標のもとに販売されているマジックテープ（登録商標）方式（２部分フック面・ループ面取付け方式）を用いて、タイヤ側壁に接着されてもよい。このような構成は、取り付けられたタイア圧力感知システムに対する振動減衰を増す。

図７は、タイヤ圧力感知システム５０の２つの代替設置を示す車両タイヤ・車輪アセンブリを通して切断した断面図である。この図に見られるように、タイヤ圧力感知システム５０は、上述の取付け機構を用いて、車両タイヤの側壁６１に取り付けられてもよい。電池５２には容易に手が届くから、このような設置により、消耗した電池５２を容易に取り替えることができる。別法として、タイヤ圧力感知システム５０は、タイヤを車輪６３に取り付ける前に、タイヤ内壁６２に取り付けられることもある。このような構成は、機械的磨耗や厳しい環境条件から、タイヤ圧力感知システム５０の構成部品を保護するが、ただし、電池５２が取替えを必要とするときには、車輪６３からタイヤを取り外さなければならないという欠点がある。

図８は、タイヤ圧力センサ・システムの他の代替設置を示す図７に類似した断面図である。この図に見られるように、タイヤ圧力センサ・システム５０は、外壁６１と内壁６２との間のタイヤ内部に埋め込まれる。タイヤ成形処理に必要な温度は、タイヤ圧力センサ・システム５０の構成部品の温度許容差と比べて、比較的に低いから、このような内部設置は実行可能である。タイヤ圧力センサ・システム５０の構成部品がまるごと、タイヤ材料に囲まれているから、図示される内部構成は、これらの構成部品を最大限保護する。しかしながら、電池５２が消耗しても、このような構成では、電池５２を取り替えることができない。

タイヤ内圧を決定するのに用いられる抵抗測定処理は、上で参照された係属中の米国特許出願第１０／３４６，４９０号に開示されているものと非常に類似している。ストレッチ・センサ・アセンブリ（２２、３２）の測定抵抗値は、タイヤ圧力センサ・システム５０が、舗装面から最小距離の所にあって、かつ最大変位を受ける（舗装面にもっとも近い）ときの最大値Ｒｍａｘと、タイヤ圧力センサ・システム５０が、舗装面から最大距離の所にあって（舗装面からもっとも遠い）、かつ最小変位を受けるときの最小値Ｒｍｉｎとの間で、様々である。タイヤ圧力を算出するの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、集積回路５１中のプログラムされた回路により計算される。この値が、２つの所定しきい値で定められた所定の許容範囲内にあるときには、このタイヤ内圧が、その許容範囲内にあるから、いかなる信号も、アンテナ５４からは送信されない。Ｒの値が、所定の第１のしきい値よりも大きく、低圧状態を意味するときには、集積回路５１は、内部ＲＦ送信器を作動させ、それにより、アンテナ５４から低圧信号が送信される。同様に、Ｒの値が、所定の第２のしきい値よりも小さく、高圧状態を意味するときには、集積回路５１は、内部ＲＦ送信器を作動させ、それにより、アンテナ５４から高圧信号が送信される。このような低圧信号または高圧信号は、従来の搭載受信回路（図示されてない）により受信されて、そこで、この低圧信号または高圧信号を、可視インジケータ、可聴アラーム、あるいはその両方のように、感知可能な警告信号に変換する。一般に、この受信回路は、この低圧信号と高圧信号を、上記の警告インジケータを作動させるのに使用できる形式にデコードするデコーダを含む。このような受信器の代表的な例は、米国特許第５，９００，８０８号、米国特許第６，１７５，３０１号、米国特許第６，４５３，７３７号に示され、説明されている。この受信回路は、従来のものであって、当業者にはよく知られているから、さらに詳細な説明は、必要でないであろう。

電池を節約するために、抵抗測定は、連続的でなく、定期的に行われる。例えば、まず最初にＲの初期値を計算する。Ｒの値が、第１のしきい値よりも小さく、かつ、第２のしきい値よりも大きい（すなわち、タイヤ圧力が、その許容範囲内にあることを示す）場合には、集積回路５１は、１分間待って、次に、パラメータＲの別の計算を続ける。いずれかの計算から、Ｒの値が、２つのしきいレベルで定められる範囲外にある（すなわち、第１のしきい値よりも大きいか、あるいは、第２のしきい値よりも小さい）場合には、集積回路５１は、１分間よりも短い期間（１０秒）待って、次に、パラメータＲの別の計算を行う。その結果として、Ｒの別の値が、これら２つのしきい値で定められる範囲外にある場合には、集積回路５１は、ＲＦ送信器を作動させて、タイヤの低圧信号または高圧信号を発生させる。その結果として、次に続くＲの値が、これら２つのしきい値で定められる範囲外にない場合には、集積回路５１は、１分間待って、次の計算を続ける。

さらに電池の節電を図るためために、電池５２から集積回路５１への電力を、動き検出器５５の制御のもとに選択的に加える。動き検出器５５の第１の実施形態５５Ａは、図９に示されている。この図に見られるように、電池５２の一方の端子（この実施形態では正の端子）は、動き検出器５５Ａの第１の端子９１に接続されている。端子９１は、質量ブロック９５の揺動進路９４に沿って設けられた一対の接触ばね（９２、９３）にオーム接続されている。導電材料から作られた質量ブロック９５は、ピボットばね（揺動ばね）９６の上端に取り付けられる。ピボットばね９６も、導電材料から作られている。ピボットばね９６の下端は電源出力端子９８にオーム接続されている。電源出力端子９８は、集積回路５１の電源入力端子に接続されている。

動作の際、タイヤ圧力センサ・システム５０を取り付けている車両タイヤが静止しているときには、質量ブロック９５が、接触ばね９２と接触ばね９３の中央に位置づけられ、かつ、ピボットばね９６の作用により、この位置に保たれる。この中央位置では、質量ブロックが、接触ばね（９２、９３）から離れており、その結果、電池５２からの電流は、出力端子９８には流れず、しかも、電力はまったく消費されない。車両タイヤが回転し始めると、質量ブロック９５は、タイヤ側壁上の動き検出器５５の向きと、タイヤの回転方向に応じて、接触ばね９２か、接触ばね９３のいずれかの方向に、遠心力の影響のもとに揺動進路９４に沿ってふられる。タイヤの回転速度が所定の値（例えば、１０ｍ．ｐ．ｈ）に達すると、質量ブロック９５は、２つの接触ばね（９２、９３）の一方と接触するのに充分な距離だけ、ふられる。ここで、電源入力端子９１と電源出力端子９８との間で、オーム電気回路が確立されて、電池５２から集積回路５１にＤＣ電流が流れることもある。集積回路５１に電力を加えるときのタイヤ速度は、設計者の好みの問題であって、当業者にとって妥当と見なされる値に設定できることに留意されたい。電池５２と集積回路５１との間で、電源接続が確立されると、上述のタイヤ圧力測定処理が開始する。

図１０は、動き検出器５５Ｂの代替実施形態を示している。この実施形態では、ピボットばね９６を、ピボットアーム１０１に代えている。ピボットアーム１０１は、その下端が固定基準点に揺動自在に取り付けられており、しかも、ピボットアーム１０１の上端には、強磁性質量ブロック１０３が取り付けられている。動き検出器５５Ｂの固定基準点には、永久磁石１０５が取り付けられている。図１０の実施形態の働きは、図９の実施形態と非常に類似しているが、タイヤの回転による遠心力の大きさが質量ブロック１０３と永久磁石１０５との間の磁気保持力の大きさを超えるまで、質量ブロック１０３と永久磁石１０５との間の磁力が質量ブロック１０３を、接触ばね９２または接触ばね９３から離しておくという違いがある。

図１０Ａと図１０Ｂは、動き検出器５５Ｃの他の代替実施形態を示している。図１０Ａは、作動しない状態での動き検出器５５Ｃを示しているが、一方、図１０Ｂは、作動した状態での動き検出器５５Ｃを示している。この実施形態では、ピボットアーム１０１は、その上端に磁石１０６が取り付けられている。永久磁石１０５が、動き検出器５５Ｃの固定基準点に取り付けられている。接触ばね（９２、９３）を、磁力で作動する常開接触リードスイッチ１０８に代えている。リードスイッチ１０８は、入力端子９１にオーム接続された第１の端子１０９と、端子９８にオーム接続された第２の端子１１０とを持っている。図１０Ａと図１０Ｂの実施形態の働きは、以下の通りである。タイヤの回転による遠心力の大きさが、磁石１０６と磁石１０５との間の磁気保持力の大きさよりも小さいときには、ピボットアーム１０１と磁石１０６は、図１０Ａに示される姿勢に保たれ、また、そのような姿勢では、磁石１０６は、リードスイッチ１０８を作動しない状態にとどめ、かつ端子９１と端子９８との間で電力をまったく伝達しないほど、リードスイッチ１０８から離れている。タイヤの回転による遠心力の大きさが、磁石１０６と磁石１０５との間の磁気保持力の大きさを超えるときには、ピボットアーム１０１と磁石１０６を回転させて（図１０Ｂでは反時計回りに）、磁石１０６がリードスイッチ１０８に近づくようにし、リードスイッチ１０８中のコンタクトを閉じさせ、それにより、端子９１と端子９８をオーム接続して、電池５２から集積回路５１に電力を伝達する。図１０Ａと図１０Ｂには、ただ１つのリードスイッチ１０８が示されているが、一対のリードスイッチ１０８が動き検出器５５Ｃ内に使用され、図９の実施形態に示される接触ばね（９２、９３）の場所に類する場所に位置づけられてもよい。

ここで、明らかであるように、タイヤ圧力センサ・システム５０の電源回路に動き検出器（５５Ａ〜５５Ｃ）を含めることは、タイヤが回転自在に取り付けられている車両が、静止しているか、あるいは、タイヤ圧力が重大問題とはならない速度にて移動しているときに、集積回路５１へのＤＣ電力の印加を妨げることで、電池５２の有効寿命を長くすることができる。図１１に示される多段動き検出器５５Ｄを用いれば、さらなる節電を達成できる。この図に見られるように、多段動き検出器５５Ｄには、動き検出器５５Ａと同一の要素（９１、９２、９３、９５、９６、９８）が取り入れられている。さらに、多段動き検出器５５Ｄは、追加の一対の電源接触ばね（１１２、１１３）も含む。接触ばね（１１２、１１３）は、質量ブロック９５の揺動進路９４の両端に沿って取り付けられているが、ただし、接触ばね（９２、９３）の内側接触面の外側寄りにある揺動進路９４沿いの地点に配置されている。電源接触ばね（１１２、１１３）は、集積回路５１の専用入力ポートに接続された追加出力端子１１５と並列にオーム接続されている。接触ばね（１１２、１１３）と出力端子１１５の目的は、タイヤ回転速度が、質量ブロック９５と、接触ばね９２か接触ばね９３のいずれかとの接触により表される値よりも大きい所定値を達成したことを知らせる制御信号を集積回路５１に供給することである。例えば、接触ばね（９２、９３）と質量ブロック９５が接触し、かつ、集積回路５１に電力を加えさせてタイヤ圧力測定処理を可能にするときの回転速度を制御する機械的パラメータは、１０ｍ．ｐ．ｈ．にセットされる一方で、接触ばね（１１２、１１３）と質量ブロック９５が接触し、かつ、その制御信号を発生させるときの回転速度を制御する機械的パラメータは、５０ｍ．ｐ．ｈ．にセットされる。出力端子１１５上の制御信号は、以下の目的で使用される。

タイヤ圧力測定処理の間、センサ・アセンブリ５０に電流が加えられると、電池５２から著しい量の電力が消費される。多段動き検出器５５Ｄを用いれば、集積回路５１は、この測定期間を、車両速度に応じて、タイヤ圧力の正確な測定を行うのに必要な期間に限定することで、この測定処理の間に加えられる総電流量を最小限に抑えることができる。図１２Ａと図１２Ｂは、０．３２ｍの半径を持つ２０５／６５Ｒ１５タイヤに対して、このような電力加減手法（power tailoring technique）を示している。１０ｍ．ｐ．ｈ．の車両速度では、この特定タイヤの１回転に必要な時間は、０．４５秒である。したがって、ＲｍｉｎとＲｍａｘの測定値を得るのに必要な最小期間は、０．４５秒である。集積回路５１に電力を加えるとき、所与の任意時点でのタイヤの角度位置が、本システムでは確定できないから、電力を加えた後で、タイヤのまる２回転の間、タイヤ圧力測定処理を可能にすることが賢明である。図１２Ａを参照すると、１０ｍ．ｐ．ｈ．の車両速度では、０．９０秒の間、タイヤ圧力測定処理を可能にする。この０．９０秒は、この測定処理を可能にした後で、タイヤのまる２回転に必要な時間である。したがって、動き検出器５５Ｄでは、電力を、電池５２から、導電路端子９１、ピボットばね９６、質量ブロック９５、接触ばね９２または接触ばね９３、電源出力端子９８を介して、集積回路５１に伝達した後で、出力端子１１５上の制御信号が休止状態であるか、あるいはデアサート（不能に）されたときには、このタイヤ圧力測定処理を、０．９０秒の間、可能にする。

５０ｍ．ｐ．ｈ．の車両速度では、同一タイヤの１回転に必要な時間は、０．０９秒であり、また、まる２回転では、０．１８秒が必要である。したがって、ＲｍｉｎとＲｍａｘの信頼できる測定値を得るために設定される最小期間は、０．１８秒である。図１２Ｂを参照すると、５０ｍ．ｐ．ｈ．の車両速度では、０．１８秒の間、このタイヤ圧力測定処理を可能にする。この０．１８秒は、この測定処理を可能にした後で、タイヤのまる２回転に必要な時間である。したがって、多段動き検出器５５Ｄでは、電力を、電池５２から、導電路端子９１、ピボットばね９６、質量ブロック９５、接触ばね９２または接触ばね９３、電源出力端子９８を介して、集積回路５１に伝達し、また、電力を、電池５２から、導電路端子９１、ピボットばね９６、質量ブロック９５、接触ばね１１２または接触ばね１１３、出力端子１１５を介して、集積回路５１に伝達した（それにより、この制御信号をアサートした（アクティブにした））後で、このタイヤ圧力測定処理を、０．１８秒の間だけ、可能にする。

ここで、明らかになるように、多段動き検出器５５Ｄは、なおタイヤ圧力の正確な測定値を得ることができるようにしながらも、タイヤ圧力測定処理の間、電力消費を制限している。多段動き検出器５５Ｄは、動き検出器５５Ａの共通要素を参照して述べられてきたが、多段動き検出器５５Ｄは、動き検出器５５Ｂと動き検出器５５Ｃの共通要素を用いて構成できるものとする。さらに、追加の段を多段動き検出器５５Ｄに加えて、上述の２つのしきい値よりも多くて、かつ異なる速度しきい値を取り入れることができるものとする。例えば、図１１に示される接触ばね（１１２、１１３）よりも広い間隔にて、追加の一組の接触ばねを取り付けて、さらに短い電源投入期間で、第３のさらに速い速度しきい値を指定する。さらに、この測定期間は、要望があれば、この好ましい実施形態における２回転の例とは異なるタイヤ回転数に基づかせることができる。

これらの好ましい実施形態は、ここまでは１本のタイヤに対して、ただ１つのユニットとして述べられてきたが、実際には、車両のそれぞれのタイヤは、タイヤ圧力センサ・システム５０を装備することになる。様々なコード化機構（encoding arrangement）に、個々のセンサを一意的に識別させることができ、また、不適当に膨らんだ特定のタイヤを識別するように警告インジケータを構成できる。

ここで、明らかになるように、本発明は、構造が比較的に単純であって、かつ、ただ１つのストレッチ・センサを用いる公知システムよりも高い測定感度を持っている単純で、安価なタイヤ圧力センサ・システムを提供する。さらに、本発明によるタイヤ圧力センサ・システムは、製造の間にタイヤに組み込まれ、また、タイヤを車輪に取り付ける前ではタイヤの内壁に取り付けられ、また、タイヤを車輪に取り付けた後ではタイヤの外壁に取り付けられるような様々な設置様式を受け入れることができる。さらに、本発明の動き検出器部分は、電力消費を制限し、したがって、電池の寿命を長くする。最後に、本発明は、空気タイヤを用いるあらゆる車両において、タイヤ安全性を監視する正確で、かつ信頼できるシステムを提供する。

本発明は、特定の好ましい実施形態を参照して述べられてきたが、要望に応じて、様々な変更例、代替実施形態、およびそれらと同等なものを使用できる。要望があれば、例えば対になった接触ばね（９２、９３）を、質量ブロック支持部材のピボット中心線に沿って位置づけられたただ１つのばねに代えてもよい。ただ１つのばねが使用される場合には、車両の前進移動時に集積回路５１に電力が確実に加えられるようにするために、タイヤ上で、このセンサ・システムを適正な方向に向けるように注意を払わなければならない。さらに、本発明は、このセンサをタイヤ側壁に取り付けるために接着剤を使用をすることを基準として述べられてきたが、センサをタイヤ側壁に取り付ける目的で、適切と見なされる場合には、他の公知手法を使用してもよい。それゆえ、上記のものは、本発明を限定するものと見なされるべきではなく、併記の特許請求の範囲により定められる。

２２…センサ・アセンブリ、２２ａ〜２２ｄ…ストレッチ・センサ、２４…第１のたわみ層、２５…第２のたわみ支持層（ベース層）

Claims (9)

1. 空気タイヤに結合されてタイヤ内圧を示す抵抗値を与える可変抵抗センサと、前記可変抵抗センサに結合されて不十分なタイヤ内圧に対応する抵抗値をＲＦ発生器起動信号に変換するプロセッサと、前記プロセッサで起動されて危険タイヤ圧力警告信号を送るＲＦ発生回路とを持つタイヤ圧力センサ・システムに用いられる、前記可変抵抗センサへの電力の印加を制限する節電ユニットであって、電源に結合される入力端子と、前記可変抵抗センサに電力を供給する出力端子と、前記タイヤが第１の所定速度に達したときには前記入力端子を前記出力端子に接続し、また、前記タイヤの速度が前記第１の所定速度よりも低下したときには前記出力端子から前記入力端子を切り離す車両速度感知可能スイッチとを含むことを特徴とする節電ユニット。
2. 前記車両速度感知可能スイッチが、前記出力端子に接続された第１の部分と自由端とを持つ導電性接触部材と、前記入力端子に接続された第１の部分と自由端に取り付けられた質量部材とを持つ導電性ピボット部材とを含み、また、前記質量部材が、前記タイヤが前記第１の所定速度に達すると、前記導電性接触部材の前記自由端と物理的に接触するように取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ圧力センサ・システム。
3. 前記質量部材が対向する端部を持っており、前記車両速度感知可能スイッチが前記出力端子に接続された第１の接触部材と第２の接触部材を含み、前記第１の接触部材が前記対向する端部の一端の進路に自由端を持っており、また、前記第２の接触部材が、前記対向する端部の他端の進路に自由端を持っていることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ圧力センサ・システム。
4. 前記節電ユニットが前記プロセッサに結合された制御信号出力端子をさらに含み、前記車両速度感知可能スイッチは、前記タイヤが前記第１の所定速度とは異なる第２の所定速度に達したときに前記入力端子を前記制御信号出力端子に接続し、また、前記タイヤの速度が前記第２の所定速度よりも低下したときに前記制御信号出力端子から前記入力端子を切り離す制御信号手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ圧力センサ・システム。
5. 前記車両速度感知可能スイッチが、前記出力端子に接続された第１の部分と自由端とを持つ導電性接触部材と、前記入力端子に接続された第１の部分と自由端に取り付けられた質量部材とを持つ導電性ピボット部材とを含み、前記質量部材が、前記タイヤが前記第１の所定速度に達すると、前記導電性接触部材の前記自由端と物理的に接触するように取り付けられており、前記制御信号手段が、前記制御信号出力端子に接続された第１の部分と自由端とを持つ接触部材を含み、また、前記質量部材が、前記タイヤが前記第２の所定速度に達すると、前記接触部材の前記自由端と物理的に接触するように取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載のタイヤ圧力センサ・システム。
6. 前記質量部材が、対向する端部を持っており、前記制御信号手段が、前記制御信号出力端子に接続された第１の接触部材と第２の接触部材を含み、前記第１の接触部材が、前記対向する端部の一端の進路に自由端を持っており、また、前記第２の接触部材が、前記対向する端部の他端の進路に自由端を持っていることを特徴とする請求項５に記載のタイヤ圧力センサ・システム。
7. 空気タイヤに結合されてタイヤ内圧を示す抵抗値を与える可変抵抗センサと、前記可変抵抗センサに結合されて不十分なタイヤ内圧に対応する抵抗値をＲＦ発生器起動信号に変換するプロセッサと、前記プロセッサで起動されて、危険タイヤ圧力警告信号を送るＲＦ発生回路とを持つ電動式タイヤ圧力センサ・システムにおいて電力消費を削減する方法であって、
   （ａ）電源を提供するステップと、
   （ｂ）持続時間がタイヤ速度に関係するタイヤ圧力測定期間の間、前記可変抵抗センサに電力を加えるステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
8. 前記電力を加えるステップ（ｂ）が、
   （ｉ）前記タイヤ速度が第１のタイヤ速度しきい値に達するまで、前記可変抵抗センサへの電力の印加を防止するステップと、
   （ii）前記タイヤ速度が前記第１のタイヤ速度しきい値に達すると、前記第１のタイヤ速度しきい値にて、あらかじめ選ばれたタイヤ回転数に必要となる期間に関係する測定期間の間、前記可変抵抗センサに電力を供給するステップと、
   （iii）前記タイヤ速度が前記第１のタイヤ速度しきい値よりも低下すると、前記可変抵抗センサへの電力の印加を終了するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記電力を加えるステップ（ｂ）が、前記タイヤ速度が第２のタイヤ速度しきい値に達すると、前記測定期間の長さを、前記第２のタイヤ速度しきい値にて、あらかじめ選ばれたタイヤ回転数に必要となる期間に関係する別の値に変更するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。

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