JP2015505366A - タイヤの対撓み領域における圧電測定からタイヤの均等性パラメータを決定するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

対撓み領域で動作中に得られた圧電タイヤ・センサー出力信号からタイヤの均等性パラメータを決定するシステムおよび方法は、圧電出力信号に、タイヤの均等性パラメータを関連付ける伝達関数を確立する工程を含む。次に２つまたはそれ以上の圧電タイヤ・センサーからの圧電出力信号は、対撓み領域で動作中に各圧電タイヤ・センサーからの電圧変化を測定するよう監視される。これらの出力信号が相互に関連付けられ、実際のタイヤの均等性パラメータ値は、測定された、かつ相関された圧電出力信号の電圧変化レベルを、確立された伝達関数に適用することで、決定される。実際のタイヤの均等性値は、最終的に電気的出力として、使用者に提供される。【選択図】図１

Description

本主題は、一般にタイヤ・センサーおよび関連するタイヤ電子機器に関し、より詳細には、タイヤの対撓み領域における圧電測定からタイヤの均等性パラメータを決定する圧電ベースのシステムおよび方法に関する。

空気式タイヤ構造に電子機器を組み込むことで、実用上多くの利点が生まれる。タイヤ電子機器には、温度、圧力、タイヤの回転数、車両速度など、タイヤの各種物理的パラメータに関する情報を取得するためのセンサーおよびその他の部品が含まれる。上記性能情報は、タイヤ監視および警告システムにおいて役に立ち、かつ、一定のタイヤおよび／または車両関連システムを調節または制御するフィードバック・システムの一部として使用できる可能性を有しうる。タイヤ構造と一体化された電子機器システムがもたらすさらに別の可能性は、商用車用途のための資産管理および性能特性化に対応する。

様々な目的のために、様々なタイヤの実施例において、圧電ベースの技術を用いたセンサーが用いられてきた。例えば、タイヤ内での発電のために圧電素子が用いられてきた。圧電センサーは、タイヤ内の積算回転計として機能するのに用いられてきた。圧電センサーは、撓み、荷重、加速およびその他のパラメータを決定するのに用いられてきた。

タイヤの性能に関する対象となるその他重要なパラメータは、タイヤ力の変化（半径方向、横方向または前後方向タイヤが受ける上記力の動的挙動を特性化するタイヤの特性）である。半径方向の力の変化（ラディアルフォースバリエーション）は、タイヤの均等性の定量化可能な目安となるため、タイヤの解析において主要な関心ごとである。高速および低速の両方のタイヤの均等性（タイヤユニフォーミティ）の指標は、特定のタイヤによって提供される性能および乗り心地の特性化において、有用であることが示されてきた。それゆえ、タイヤが必要な限界値またはタイヤに対するその他の定義された基準を超えないようにするため、タイヤに関連付けられたタイヤ力の変化レベル（タイヤフォースバリエーションレベル）を監視することが望ましい場合がある。さらに、上記タイヤ力の変化レベルは、剛性、厚さの変化、半径方向の逃げおよびその他の幾何学的なタイヤ・パラメータを含むが、これらに限定されない、タイヤの均等性に関するその他の特性を決定するために監視される場合がある。

多くの圧電ベースのタイヤ・センサーが採用されてきたが、タイヤの対撓み領域における圧電測定から、タイヤ力の変化などのタイヤの均等性パラメータを決定する、堅牢で、信頼性の高い圧電ベースのシステムおよび方法に対する要求は今もある。全般的に、当該技術分野によって以降に示されるように、必要とされる特性のすべてを包含する既知の設計は現れていない。

先行技術に見られ、かつ本主題が扱っている広く認められている特性を考慮して、タイヤの対撓み領域における圧電測定からタイヤの均等性パラメータを決定する改善された技術が開発されている。

開示されている技術の１つの例示的な実施例は、圧電タイヤ・センサー出力からのタイヤの均等性値を決定する方法に関する。上記方法によれば、所定のタイヤに対する圧電出力信号にタイヤの均等性パラメータを関連付ける伝達関数が電子的に確立される。上記対撓み領域で動作中に各圧電タイヤ・センサーからの電圧の変化を測定するため、２つまたはそれ以上の圧電タイヤ・センサーからの上記圧電出力信号が監視される。上記対撓み領域は、地面に接触していないタイヤの領域を含む。上記２つまたはそれ以上の圧電タイヤ・センサーそれぞれからの上記圧電出力信号が相関される。実際のタイヤの均等性パラメータ値は、上記測定され、かつ相互に関連付けられた圧電出力信号の電圧変化レベルを上記確立された伝達関数に適用することによって電子的に決定され、上記決定された値は、電子的出力として与えられる。

開示されている技術の別の例示的な実施例は、所定のタイヤに対するタイヤの均等性パラメータ値を決定する圧電システムに関する。上記圧電システムは、一般に２つまたはそれ以上の圧電タイヤ・センサー、メモリ、マイクロプロセッサ、および任意の出力装置を含む。上記２つまたはそれ以上の圧電センサーは、タイヤが地面に沿って転動し、荷重を支える際に、タイヤの変形を示す圧電出力信号を生成するよう構成される。上記メモリは、所定のタイヤに対する圧電出力信号にタイヤの均等性パラメータを関連付ける伝達関数を記憶する。上記マイクロプロセッサは、各圧電タイヤ・センサーからの上記圧電出力信号を受信し、相互に関連付け、かつ、上記測定かつ相互に関連付けられた圧電出力信号の電圧変化レベルを上記確立されたメモリに記憶された上記伝達関数に適用することによって、実際のタイヤの均等性パラメータ値を電子的に決定する。上記任意の出力装置は、上記決定された実際のタイヤの均等性パラメータ値を電子出力として使用者（例：音声および／または映像出力または制御信号出力）に中継する。

開示されている技術のさらに別の実施例は、実行時に１つまたは複数の本明細書に開示されている実施例に示されるように方法を実行する命令を含む、非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。

本主題の別の例示的な実施例は、概要部分で必ずしも表す必要はないが、要約された上記の実施例で参照されている特性、構成要素、または工程、および／または本出願で他に論じられるように、その他の特性、構成要素、または工程の態様の様々な組み合わせを含み、かつ援用してもよい。当業者は、本明細書のその他の部分を検討する際に、上記実施例などの特性および態様をよりよく理解するであろう。

本発明の最良の形態を含み、当業者の１人に向けられた、本発明の完全かつ実施可能な開示は、以下を含む添付の図面を参照する、本明細書で示される。

圧電タイヤ・センサーの圧電出力信号からの１つまたは複数のタイヤの均等性パラメータを決定する方法における例示的な工程のフロー・チャートである。 そのハードウェアとソフトウェアの両方を含む、本明細書に開示されている技術による例示的なタイヤ解析システムを示す図である。 本技術のタイヤ解析システムで使用するための例示的なタイヤ内モジュール（ＩＴＭ）の斜視図である。 本明細書に開示されている技術によるタイヤ内モジュール（ＩＴＭ）で使用するための例示的な多素子圧電センサーを示す図である。 本システムおよび方法によって、タイヤの均等性パラメータを測定するのに用いることができる対撓み領域の態様を含む、例示的なタイヤ部分の側面像である。 上記センサーが接地面領域（ｃｐＺｏｎｅ）および対撓み領域（ｃｄＺｏｎｅ）に接触中に取得される信号部間の全般的な差を示す、タイヤ内モジュール（ＩＴＭ）で使用するための例示的な圧電センサーからの圧電出力信号の例示的なグラフ表示である。 タイヤの一部の外周周囲で、開示されている技術によって測定されたタイヤの均等性パラメータの例示的なグラフ表示である。 移動しているタイヤの接触面におけるクリートによる対撓み領域において測定された歪みを示す、圧電出力信号の例示的なグラフ表示である。 図８のグラフ表示の対撓み領域部の拡大図である。

本明細書および添付の図面における参照文字の反復使用は、本発明の同じまたは類似の特性、要素または工程を表すためである。

概要部で論じたように、本主題は、一般に圧電出力信号における電圧変化からのタイヤの均等性パラメータを決定する特性および工程に関する。より詳細な実施例では、半径方向逃げ、不均等な質量分布および半径方向の力の変化などを含むが、これらに限定されない、タイヤの均等性パラメータは、対撓み領域で動作中に１つまたは複数の圧電センサーから測定された電圧レベルを含むタイヤ・パラメータから決定される。上記タイヤ・パラメータは、圧電ベースのセンサーおよび／またはタイヤに組み込まれたその他のセンサーから測定および／または算出され、次に、上記パラメータは、遠隔地に中継されてもよい。

開示されている技術の態様の選択された組み合わせは、本発明の複数の異なる実施例に対応する。本明細書において提示され、かつ論じられる例示的な実施例はそれぞれ、本主題の限定を示すものではないことに留意すべきである。１つの実施例の一部として図示または説明されている特性または工程は、さらなる実施例を生むのに、別の実施例と併せて用いてもよい。さらに、一定の特性は、同じまたは類似の機能を実行する、類似の装置または明示されていない特性と置き換えてもよい。

図面を参照すると、図１は、タイヤの対撓み領域で動作する圧電タイヤ・センサーから測定された電圧レベルに基づいて、タイヤの均等性パラメータを決定する方法１００における例示的な工程のフロー・チャートである。方法１００における第１の例示的工程１０２は、圧電出力信号からの上記電圧の変化に、タイヤの半径方向の外周周囲での方位関数としての１つまたは複数の選択されたタイヤの均等性パラメータを関連付ける伝達関数を電子的に確立する工程を伴う。開示されている技術による決定のために特定されうる異なる種類のタイヤの均等性パラメータは異なってもよい。非限定例としては、寸法または幾何学的な変化（ラジアル振れ（ラジアルランアウト、ＲＲＯ）および横振れ（ラテラルランアウト、ＬＲＯ））、質量分散、不均等な質量分散、および圧下力の変化（半径方向力の変化、横方向力の変化、および接線力の変化で、縦力または前後力の変化とも呼ばれることがある）がある。

工程１０２で確立された伝達関数は、既知の回転速度で所定のタイヤを動作させ、次に上記タイヤ内に置かれた１つまたは複数の圧電タイヤ・センサーからの上記圧電出力信号を取得することによって展開されてもよい。重要なタイヤの均等性パラメータもまた、上記タイヤ周囲の上記タイヤの対方位均等性パラメータに、圧電出力電圧対時間を関連付ける伝達関数を定義するために、信頼性の高いモデルを作成しうるよう、上記タイヤを数回回転させて、測定しうる。この伝達関数が分かれば、後の圧電出力信号を用いて、上記タイヤに関連付けられたその他の動作環境にあるタイヤの不均等性を動的に決定できる。

図１をさらに参照すると、方法１００における次の工程１０４は、対撓み領域で動作中に各圧電タイヤ・センサーからの電圧の変化を測定するため、２つまたはそれ以上の圧電タイヤ・センサーからの上記圧電出力信号を監視する工程を伴う。一般に、対撓み領域は、接触面外にあるタイヤの部分である。言い換えると、対撓み領域（ｃｄＺｏｎｅ）は、地面に接触していないタイヤの領域であり、接地面領域（ｃｐＺｏｎｅ）は、動作中に地面に接触しているタイヤの領域である。それゆえ、タイヤの各回転に対し、圧電センサーは、接触面内にある間はわずかな時間、接地面外にあり、対撓み領域にある間は、全般的により長い時間測定値を取得する。

上記センサーのタイヤの摂動、力またはタイヤが経験するその他の均等性の変化の特定に対する反応性のため、対撓み領域で動作している圧電センサーからの信号の測定は有用である。各センサーは、上記センサーが搭載される（例：インナー・ライナーまたはその他の接続インターフェース）タイヤ表面に沿ったタイヤの曲率のローカルの時変形状を比例した電圧に変換できる。地面またはシミュレーションされた主車輪に沿ってタイヤが転動する時のタイヤ形状の変化は、上記圧電信号が対撓み領域内にある間に得られる監視された出力信号において明白である。

対撓み領域と接地面領域を定義するさらなる態様は、図５および６を通じて理解されうる。図５を参照しつつ、標識５０４によって示されるように、タイヤ５００が地面５０２に沿って時計回りに転動している転動していると考える。タイヤ５００内に配置された圧電センサーは、位置５０６での接地面進入位置（ｃｐＥｎｔｒｙ）に対応して、上記センサーがいつ上記接触面に進入したかを効果的に判定できる。同様に、位置５０８での接地面退出位置（ｃｐＥｘｉｔ）に対応して、上記センサーがいつ上記接触面から退出したかも効果的に判定できる。スパン５１０によって表されるように、タイヤのｉ番目の回転に対する、センサーが接地面領域内で動作する間の時間（ｃｐＴｉｍｅ（ｉ））は、それゆえ、所定のタイヤの回転に対する上記接地面進入時間と接地面退出時間との差異、すなわち、ｔ_cpTime(i)＝ｔ_cpExit(i)−ｔ_cpEntry(i)として判定することができる。スパン５１２によって表されるように、タイヤのｉ番目の回転に対する、センサーが対撓み領域内で動作する間の時間（ｃｄＴｉｍｅ（ｉ））は、それゆえ、次のタイヤの回転に対する所定の接地面退出時間と上記接地面進入時間との差異、すなわち、ｔ_cdTime(i)＝ｔ_cpEntry(i+1)−ｔ_cpExit(i)として判定することができる。
上記対撓み領域において所定の圧電センサーが費やす時間の別の分かりやすい表現は、図５の量５１４として表される対撓み領域角度（ｃｄＡｎｇｌｅ＝θ）に対応する。

圧電タイヤ・センサーが上記対撓み領域で動作している時間の決定を支援するため、一部の実施例で使用される上述の時間変化（例：接地面進入および退出時間）は、生の圧電信号を直接解析することで決定できる。上記生の信号６００の例を図６に示す。図６では、信号スパン６０２は、１回のタイヤの回転を表し、信号スパン６０４は、上記センサーが上記接地面領域で動作中のタイヤの回転の例示的な部分を表し、信号スパン６０６は、上記センサーが上記対撓み領域で動作中のタイヤの回転の例示的な部分を表す。別の例では、上記パラメータの決定は、圧電信号６００の第１の導関数を取得し、上記第１の導関数を解析して、ローカルな最大および最小値を決定することによってなされうる。別の例では、上記パラメータの決定は、圧電信号６００の第２の導関数を取得し、上記第２の導関数を解析して、上記第２の導関数内のゼロ交差を決定することによってなされうる。

工程１０４で特定されるタイヤ・パラメータを測定するために使用される、ハードウェア装置の１つの例を、タイヤ内モジュール（ＩＴＭ）２０２として、図２に表す。ＩＴＭ２０２は、一般にセンサーが上記対撓み領域で動作している間に上記電圧出力信号を取得するのに用いられる圧電センサー２１４を含み、かつ、１つまたは複数の個別の圧電素子を含んでいてもよい。圧力センサー２１２および任意の温度センサー２１０を含むが、これらに限定されない、さらなるセンサーもＩＴＭ２０２に設けられてもよい。温度および圧力は、タイヤの荷重などのタイヤの均等性以外のパラメータを決定する際に有用である場合がある。様々なタイヤ・パラメータを測定するのに用いられる例示的な装置のさらなる態様は、図３および図４を参照して、以降で論じられる。

図１の方法１００の一部の実施例では、タイヤは、それぞれが１つまたは複数の圧電素子を有する複数の圧電センサーを含んでいてもよい。詳細には、一部の例示的な実施例は、少なくとも１つの圧電センサーが一度に対撓み領域で動作するよう、約１８０度周囲に分けられる、少なくとも２つの圧電センサーを各タイヤに含んでいてもよい。別の例示的な実施例では、約１２０度周囲に分けられる、３つの圧電センサーを各タイヤに含んでいてもよい。さらに別の例示的な実施例では、約９０度周囲に分けられる、４つの圧電センサーを各タイヤに含んでいてもよい。さらに別の例示的な実施例では、必ずしも均等に配列されない複数のセンサーが設けられる。追加的にまたは代替案として、各圧電センサー自体は、タイヤの各回転に対して、工程１０４で複数の圧電出力信号が監視されるように、複数の圧電素子を含んでいてもよい。

各タイヤに複数の圧電センサーを設ける際、方法１００は、各圧電素子から得られる上記圧電出力信号を相関するさらなる工程１０６を含む。工程１０６からのこの相関は、選択された圧電出力信号がそれぞれ適切な時間スケール上で互いに対して解析できるように、上記圧電出力信号を時間推移させることでなされてもよい。それから最終的に、工程１０８は、工程１０４および１０６からの上記測定された、かつ相関された圧電出力信号の電圧変化レベルを、工程１０２からの確立された伝達関数に適用することで、実際のタイヤの均等性パラメータ値を電子的に決定する工程を含む。１つまたは複数の工程１０２−１０８はそれぞれ、ＩＴＭ２０２内（例：マイクロプロセッサ２２０内）で発生してもよく、または、車載システム２０４の処理部品内またはＩＴＭ２０２からの中継後の別の遠隔地内で決定されてもよい。次に、上記決定されたタイヤの均等性パラメータ値は、使用者に電子出力として提供されてもよい。

ここで図２を参照すると、上記タイヤの対撓み領域で上記タイヤが動作中に取得された圧電センサーの出力に基づく、タイヤの均等性パラメータを決定する工程に関連付けられた上述の特性および工程を実施する、例示的システムに関するさらなる詳細が、ここで提示される。一般に、上記システム２００は、３つのタイプの構成要素、すなわち、タイヤ内モジュール（ＩＴＭ）２０２、車載システム（ＶＯＳ）２０４、および出力デバイス２０６を含みうる。１つのＩＴＭ２０２のみが図２に示されるが、複数のＩＴＭ（例：車両内のタイヤにつき２つ以上のＩＴＭ２０２）を使用することにより、複数のタイヤについての情報を、車載システム２０４またはその他何らかの中央の場所に転送することができる点が理解されるべきである。同様に、１つの出力デバイス２０６のみが示されるが、複数の出力デバイス（例：車両内の各タイヤに対して１つのタイヤ監視灯、またはディスプレイ、警報、制御信号などのような、複数のタイプの出力装置）を採用することができる。

ここで図２のタイヤ内モジュール（ＩＴＭ）構成要素２０２を参照すると、上記装置は、一般に複数の異なるセンサー（例：温度センサー２１０、圧力センサー２１２、および／または圧電センサー２１４）と、上記センサーから受け取ったデータを調整するマイクロプロセッサ２２０と、ＩＴＭ２０２から遠隔値へと情報を無線送信する送受信機２１６および関連するアンテナ２１７と、ＩＴＭ２０２内部の様々な電子部品に動作エネルギーを提供するための電源２１８とを含みうる。圧電センサー２１４は、好ましくは、上記圧電素子が統合される上記タイヤの一部が機械的変形を受ける場合に、電荷を発生するように構成される、１つまたは複数の圧電素子を含む。圧電センサー２１４の電気出力は、上記圧電素子の上記電荷出力の連続信号に対応するため、上記タイヤがいつ荷重レベルの増加を受けるかを示しうる。例えば、本明細書において論じられるように、各センサーが上記対撓み領域にある間に上記信号の選択された部分を解析するために、圧電センサー２１４の連続した生の出力信号をキャプチャし、解析することができる。

ここで車載システム２０４を参照すると、上記システムは、好ましくは、車両内の１つまたは複数のＩＴＭと無線通信する、無線受信機または送信機２２６と関連するアンテナ２２７を含む。一部の実施例では、ＶＯＳ２０４が各タイヤから情報を受信するように、２つまたはそれ以上のＩＴＭ２０２が各車両用タイヤ内に提供される。異なる識別タグで異なるタイヤを符号化し、かつ／または異なるＩＴＭ間の通信を調整するための既知の通信アルゴリズムを使用することによって、タイヤ固有のデータを識別することができ、複数のＩＴＭ間の潜在的な信号干渉に対処することができる。ＶＯＳ２０４とＩＴＭ２０２以外の場所との間のさらなる無線通信は、無線通信インターフェース２２８によって達成することができる。無線通信インターフェース２２８は、ＶＯＳ２０４を、車両追跡のための中央コンピュータと、または携帯機器、エアカードなどを使用する緊急プロバイダもしくは他の実体にリンクさせることが可能である。アンテナ２１７とアンテナ２２７との無線リンク、および／または無線通信インターフェース２２８と別の遠隔値との無線リンクは、様々な異なる通信プロトコルを使用することができ、それらの通信プロトコルとしては、セルラー方式またはＲＦベースの送信、ならびに／あるいはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｚｉｇｂｅｅ、およびＷｉＦｉプロトコルなどの特定の標準規格などが挙げられるが、これらに限定されない。

ＶＯＳ２０４はまた、本明細書で説明される、ソフトウェア・ベースの電子的算出および決定の多くを実施するための、マイクロプロセッサ２２４ならびに関連メモリ２２２も含みうる。算出／プロセッサ装置２２４は、メモリ／媒体要素２２２内に記憶される、コンピュータ可読形態にされたソフトウェア命令を実行することによって、専用機械として動作するように、適合させることができる。ソフトウェアが使用される場合、任意の好適なプログラミング、スクリプティング、または他のタイプの言語、もしくは言語の組み合わせを使用して、本明細書に含まれる教示を実施することができる。他の実施例においては、本明細書で開示される方法は、あるいは、限定するものではないが、特定用途向け回路を含めた、配線論理回路または他の回路によって実施することができる。１つの記憶装置２２２のみが図２に示されるが、ソフトウェア命令、データ変数などを記憶するために、任意の数の記憶装置または媒体装置を含めることができるが理解されるべきである。上記様々な記憶／媒体装置は、限定するものではないが、揮発性メモリ（例：ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどの、ＲＡＭなど））と不揮発性メモリ（例：ＲＯＭ、フラッシュ、ハード・ドライブ、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなど）との任意の組み合わせ、またはフロッピー・ディスク、ドライブ、その他の磁気ベースの記憶媒体、光学記憶媒体などを含めた、任意のその他の記憶素子などの、１つまたは複数の種類の有形コンピュータ可読媒体の、単一部分もしくは複数部分として提供することができる。

ここで出力装置２０６を参照すると、決定された出力パラメータ、詳細には、本技術によって決定されたタイヤの均等性パラメータ値は、車両乗員、中央制御局、またはその他の実体との分かりやすい電子通信のために、出力装置２０６に中継されうる点が理解されるべきである。一部の例では、出力装置２０６は、車両内のモニターもしくはその他の画像表示、センサーもしくは警報、あるいは特定のタイヤ荷重値、もしくはある程度の閾値レベルに対するタイヤ荷重の比較の可聴表現および／または可視表現を生成することができるその他の装置に対応する。他の例では、プリンタまたはコントローラなどの出力装置も採用できる。

ここで図３を参照すると、例示的なＩＴＭのより具体的な構造的詳細が、ここで提示される。１つの例示的な実施例では、ＩＴＭ２０２は、支持パッチ３０２、圧電パッチ３０４、第１スペーサ・バー３０６および第２スペーサ・バー３０８、電子基板３１０、ならびに複数の電気機械接続部３１２などの構造要素を含む。

支持パッチ３０２は、ゴムまたは他の弾性材料の実質上平坦な部分に対応しうる。支持パッチ３０２は、ＩＴＭ２０２ためのモジュラ構造を提供し、また、タイヤの内部表面との好適な一体化のための基部も提供する。例えば、支持パッチ３０２は、接着剤、硬化技術、またはその他の好適な手段を使用して、タイヤの内側表面もしくは内側ライナーに、取り付けるか、一体化させるか、あるいは埋め込むことができる。ＩＴＭ２０２は、圧電素子が様々なタイヤ応力レベルを受けることとなる、タイヤ内部の様々な場所に配置することができるが、一部の例では、タイヤのクラウンの中心の、すなわち、タイヤ幅の横方向中心線に沿った、ＩＴＭ２０２の装着場所を使用する。圧電パック３０４と共に、支持パッチ３０２は、最小限に抑えられた曲率を有する表面で形成されることにより、ＩＴＭ２０２内部での局所疲労の回避に役立てることができる。

圧電パック３０４は、１つまたは複数の圧電素子が上に形成される、基材表面に対応しうる。１つの例では、圧電パック３０４の基材表面上に形成される第１の圧電素子３１４は、圧電センサー２１４として機能するように提供されるが、その一方で、第２の圧電素子３１８は、電源２１８として機能するように、圧電パック３０４の基材表面上に形成される。上記第２の圧電素子３１８によって発生する電流を調節して、充電式電池、コンデンサ、または他のエネルギー供給源内に蓄えることができ、次いで、それらを、温度センサー２１０、圧力センサー２１２、マイクロプロセッサ２２０、および／または送受信機２１６などの電子部品に連結して、それらに動作電力を供給することができる。

第１の圧電素子３１４および第２の圧電素子３１８は、圧電性結晶、複合繊維構造、圧電セラミック・モジュール、または圧電材料から作製されるその他の素子を含むが、これらに限定されない様々な圧電構造に対応しうる。上記素子内で使用される圧電材料としては、ベルリナイト、石英、トパーズ、トルマリン族の鉱物、象牙質、オルトリン酸ガリウム、ランガサイト、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、ニオブ酸ナトリウムカリウム、ビスマスフェライト、ニオブ酸ナトリウム、およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のうちの１つまたは複数を含みうる。一部の特定の実施例では、各圧電素子は、対向する電極材料（例：銅、ニッケル、金、銀、アルミニウムなど導電材料）の層の間に挟み込まれる、単一層の圧電セラミック材料から形成される。複数の圧電素子は、その圧電素子の頂部および底部上の薄いガラス繊維のケーシングなどのさらなる保護材料内に全て包み込むことができる。

一部の実施例では、発電用に使用される第２の圧電素子３１８は、センサーとして使用される第１の圧電素子３１４よりも大きい。一部の実施例では、第２の圧電素子３１８に使われる材料及びそのサイズは、タイヤの動作中に、少なくとも１００μＪ／サイクルの電気エネルギーを提供することが可能な、独立した電力素子をもたらすように選択される。一般に、２つの別個の圧電素子を含むことにより、対撓み信号および他のセンサーベースの情報のために使用される圧電素子を独立させて、同じ圧電素子上での同時のエネルギー採取によって引き起こされる干渉を回避することができる点が、特に有利である。そのような干渉は、この圧電エネルギー採取構成要素に関連する、エネルギー蓄積デバイスの、予測不可能な荷電状態に基づいて、特に予測不可能である恐れがある。それゆえ、圧電素子の分離は、信号品質の向上およびセンサー結果の改善を、結果的にもたらしている。

ここで図４を参照すると、圧電センサー２１４の一部の実施例は、複数の圧電素子３３２を含みうることが理解されるべきである。説明を容易にするために、図４は、ＩＴＭ２０２の圧電センサー部分２１４のみを、タイヤ４００の内部表面に対する、その最終的な場所で、また隔離された拡大図の両方で示す。さらに、２つの圧電センサー２１４ａおよび２１４ｂは図示され、かつ、相互に対して、約１８０度の間隔で分けられている。タイヤ内で同じまたは異なる離れた場所にあるより多くの圧電センサーが設けられてもよい。

図４をさらに参照すると、各センサー２１４内の上記複数の圧電素子３３２は、基材３３４上に、実質上直線状の配列で配置構成される。タイヤ４００内部での圧電センサー２１４の取り付け場所は、この圧電素子の直線状配置構成が、上記タイヤのクラウンの内部表面に沿って、タイヤ４００の第１の側壁部３４２に向かう場所から、第２の側壁部３４４に向かう場所へと、横方向に、すなわち横断方向に広がるようにすることができる。一部の実施例では、上記圧電センサーは、上記タイヤのクラウンに沿って中央に配置される。６つの圧電素子３３２が図４に示されるが、任意の数の圧電素子、例えば、２〜１０の範囲内の、幾つかの圧電素子を提供することができる点が理解されるべきである。

一部の実施例では、１つまたは複数の圧電素子３３２は、対撓み領域全体内の各トレッド・リブまたはトレッド機構によって経験されるタイヤの不均等性を判定できるよう、選択されたトレッド・リブ３４０またはその他のトレッド機構と合致するように提供される。一部の実施例では、圧電センサー２１４は、１つの圧電素子３３２がタイヤ外面の一部分に沿って提供される、それぞれのトレッド・リブまたは機構の真下の、タイヤの内部表面上に配置されるように、構成される。他の実施例では、圧電素子３３２は、１つおきのトレッド・リブ／機構に、またはその他の選択されたトレッド・リブ／機構の組み合わせに提供される。またさらなる実施例では、圧電素子３３２は、隣り合う圧電素子から、ある程度の既定の距離を有する、離れた間隔で提供される。他の実施例では、上記圧電素子は、非直線状の配列、または行列構成（例：２×２、２×３、２×６、３×９など）で構成することができる。圧電素子３３２に対する既定の場所および配置は、上記タイヤのクラウン部、上記タイヤの側壁部、またはクラウンおよび側壁部の場所の組み合わせ内に設けられたトレッド・リブ／機構に関連付けられてもよいことが理解されるべきである。

複数の圧電素子を提供することによって、各センサーが対撓み領域で動作中にタイヤのパラメータに関するより多くの情報を得ることができる。上記パラメータが横方向に変化するため、複数の接触−撓み信号のこの組み合わせにより、上記タイヤのより大きい断面にわたってタイヤの均等性を表す十分な情報が提供される。それゆえ、上記組み合わせは、タイヤに対するタイヤの均等性特性をより有効に判定するための、タイヤ曲率およびそれに関連する力のより詳細かつ正確な表現を提供することができる場合がある。

開示される技術で使用される各圧電素子、具体的には、上記センサーが上記対撓み領域で動作中に電圧出力レベルを監視するセンサーとして使用されるセンサーとして使用される圧電素子の、出力に関連するさらなる詳細が、それぞれ、図７−９に関して提示される。開示される技術でセンサーとして使用される圧電素子は、その圧電素子が取り付けられたタイヤの時変形状に比例する電圧を発生させる。タイヤが転動しているとき、圧電応力の変化率は、タイヤの曲率変化が最大となる場合に、すなわち、接地面の前縁および後縁で、最大となる。この時変応力に対応する電圧信号は、その圧電材料の具体的な分極に応じて、正または負となる。極性とは関わりなく、生の圧電出力信号は、その圧電素子に及ぼされる時変付加応力の反転に相関する、電圧変化量の反転を呈することとなる。例えば、圧電素子内部の引張応力が、正の電圧を発生させる場合には、その引張応力の解放、または同じ軸に沿った圧縮応力の適用は、負の電圧を発生させる。

図７は、名目上負荷がかけられた２７５／８０Ｒ２２．５タイヤに対する曲率（ミリメートル（ｍｍ）で測定）の局所的な外周半径に対する曲率を示す。対撓みは、通例、所定のタイヤ荷重および圧力に対応する接触中心からの１８０度の転動軸に沿った半径の変化の尺度である。本出願において、所定の圧電センサーのｃｄＺｏｎｅは、接触面の変形の直接的影響外の任意の場所にある。これには、接触面進入および退出点を含む、接触面外の領域が含まれる。

タイヤの負荷が時間とともに変化するとき、対撓みに必要な変化がある。例えば、クリート上で転動するタイヤは、タイヤの荷重が一時的に増加するため、圧電出力信号から観測されるように、ｃｄＺｏｎｅの形状の時間署名に影響をおよぼす。圧電センサーは、極めて小さい荷重摂動に対するこのｃｄＺｏｎｅの形状の変化を検出するのに十分な感度を有する。転動するタイヤに対するｃｄＺｏｎｅ信号は、典型的には、ｃｄＺｏｎｅエッジ信号振幅（接触面進入および退出点で発生）のおよそ５％以下であるため、その他の信号源からｃｄＺｏｎｅに生じる摂動を区別するのに役立つ。

上記タイヤが転動する際の対撓み信号は、タイヤの挙動についてのいくつかの洞察を含む。図８は、試験用タイヤに適度に負荷がかけられ、主車輪に対して一定で、比較的低い速度で動作中の例示的な試験用タイヤのクラウンの中心に取り付けられた単一の圧電センサーからの上記信号を示す。完全に均等なタイヤが完全に滑らかに転動する際、上記対撓み信号が基本的に、静的なタイヤの荷重を反映することが理解されるべきである。この静的荷重は、クリートなしの図８の２つの中央のタイヤの回転８０６において明白である。タイヤの回転にクリートがある場合、対撓み信号は、信号部分８０２および８０４に見られるものなどの電圧スパイクを示す。図８は、開示されている信号解析に用いることができる生の圧電出力信号を示しているが、解析は、その代わりに、上記生の圧電出力信号の導関数（例：上記生の出力信号の第１または第２の導関数）で実行されうることが理解されるべきである。

図８の信号を生成するのに用いられる主車輪には、３つの小さいクリートが装着されていた。クリートの位置（主車輪の方位）およびタイヤの方位は、近接検出器によって同時に記録された。クリート近接グループ間の時間および距離（図８の点線）は、主車輪の外周を表す。タイヤ近接信号間の時間および距離（図８の破線）は、タイヤの事実上の転動外周である。図８の実線は、記録用オシロスコープによる、近接信号と共にキャプチャされた生の圧電出力信号である。

図８の対撓み領域の例およびその結果の信号は、図９の拡大図からより明白である、接触面長さ（ｃｐＬｅｎｇｔｈ）にほぼ等しい３つのクリートの合計の離間によって多少複雑になっている。一部の例では、上記圧電信号は、接触面におけるクリート間またはクリートに近くで落ちることで無効にされうるので、タイヤ形がトラップされ、その変形を制御する。圧電信号が隣接して落ちる単一のクリートでも、上記出力信号を無効にしうる。この問題に関する潜在的な懸念があるため、本主題解析の一部の実施例は、信号解析のため、接触面進入および退出点周囲の接触領域を除外することを選択しうる。

本主題は、その特定の実施例に関して、詳細に説明されているが、当業者は、前述の説明を理解した上で、そのような実施例に対する代替案、変形形態、および等価物を容易に作り出すことができる点を理解するであろう。したがって、本開示の範囲は、限定によるものではなく、例示によるものであり、本主題の開示は、当業者には容易に理解されるように、本主題に対する、そのような修正、変形形態、および／または追加が包含されることを排除するものではない。

Claims (15)

1. 所定のタイヤに対する圧電出力信号にタイヤの均等性パラメータを関連付ける伝達関数を電子的に確立する工程と、
   対撓み領域で動作中に各圧電タイヤ・センサーからの電圧の変化を測定するため、２つまたはそれ以上の圧電タイヤ・センサーからの前記圧電出力信号を監視する工程であって、前記対撓み領域が地面に接触していない前記タイヤの領域を含む、工程と、
   前記２つまたはそれ以上の圧電タイヤ・センサーそれぞれからの前記圧電出力信号を相互に関連付ける工程と、
   前記確立された伝達関数に、前記測定された、かつ相互に関連付けられた圧電出力信号の電圧変化レベルを適用することによって前記実際のタイヤの均等性パラメータ値を電子的に決定する工程と、
   電子的出力として、前記実際のタイヤの均等性パラメータ値を提供する工程とを含む、方法。
2. 伝達関数を電子的に確立する前記工程が、既知の回転速度を有する所定のタイヤに対する圧電出力信号からの前記電圧の変化に、方位関数としてのタイヤの均等性パラメータを関連付ける工程を含む、請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも１つの圧電タイヤ・センサーが一度に前記対撓み領域内で動作するよう、前記２つまたはそれ以上の圧電タイヤ・センサーが前記所定のタイヤの外周に均等に配置される、請求項１に記載の方法。
4. 前記タイヤの均等性パラメータが、タイヤ力の変化、タイヤ剛性、タイヤ厚さの変化、および半径方向の振れの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
5. 各圧電タイヤ・センサーが前記対撓み領域で動作している時間が、次のタイヤの回転に対する、所定の接地面退出時間と接地面進入時間の間の時間差として決定される、請求項１に記載の方法。
6. 前記接地面退出時間および接地面進入時間が、前記圧電センサーから取得した生の信号の第２の導関数内のゼロ交差を特定することによって決定される、請求項５に記載の方法。
7. 前記実際のタイヤの均等性パラメータ値を電子的に決定する前記工程の前に、前記タイヤから遠隔地に前記圧電出力信号を送信する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記２つまたはそれ以上の圧電タイヤ・センサーとは個別の圧電素子からの前記タイヤ内の様々な電子部品に対して動作電力を供給する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 実行時に、請求項１から８のいずれかに記載される方法を実行する命令を含む、コンピュータ可読媒体。
10. 所定のタイヤに対して、タイヤの均等性パラメータ値を決定する圧電システムであって、
    前記タイヤが地面に沿って転動し、かつ荷重を支える際に、タイヤの変形を示す圧電出力信号を生成するよう構成された２つまたはそれ以上の圧電タイヤ・センサーと、
    所定のタイヤに対する圧電出力信号にタイヤの均等性パラメータを関連付ける伝達関数を記憶するメモリと、
    各圧電タイヤ・センサーからの前記圧電出力信号を受信し、相互に関連付け、かつ、前記測定され、かつ相互に関連付けられた圧電出力信号の電圧変化レベルをメモリ内に記憶された前記伝達関数に適用することによって、前記実際のタイヤの均等性パラメータ値を電子的に決定するマイクロプロセッサとを備えるシステム。
11. 電子的出力として、前記決定された実際のタイヤの均等性パラメータ値を中継する出力装置をさらに備える、請求項１０に記載の圧電システム。
12. 少なくとも１つの圧電センサーが一度に前記対撓み領域で動作するよう、前記２つまたはそれ以上の圧電タイヤ・センサーが、前記所定のタイヤの外周に均等に配置される、請求項１に記載の圧電システム。
13. 前記２つまたはそれ以上の圧電タイヤ・センサーがそれぞれ、共通の実質上平坦な面に設けられ、かつ、タイヤのクラウンの下のタイヤの内部表面にわたって横方向に取り付けられる複数の圧電素子を備える、請求項１２に記載の圧電システム。
14. 前記２つまたはそれ以上の圧電タイヤ・センサーのいずれも前記タイヤ内の発電用に用いられないよう、前記圧電システム内の選択された電子部品に発電を行うのに使用されるさらなる圧電素子をさらに含む、請求項１２に記載の圧電システム。
15. 前記システムが、前記２つまたはそれ以上の圧電タイヤ・センサーと、前記マイクロプロセッサと、無線送受信機を備える少なくとも１つのタイヤ内モジュールを備える、請求項１２に記載の圧電システム。