JP2017508189A - トランスポンダからのデータを動的に読み取るシステム - Google Patents

Abstract

車両のタイヤの、直線偏波アンテナを有するトランスポンダからのデータを動的に読み取るシステムが、トランスポンダによって送信されたデータを受け取ることができる少なくとも１つのアンテナと、トランスポンダからのデータを読み取って記憶することができる、アンテナに結合された少なくとも１つのリーダとを含み、アンテナは、垂直電場を有する直線偏波アンテナである。【選択図】図４

Description

本発明は、タイヤのトランスポンダに記録されたデータを動的に読み取るシステムに関し、具体的には、タイヤが近くを通過した時にタイヤを自動的に識別するシステムに関する。

欧州特許出願公開第２２０２０９９号には、車両のタイヤの、直線偏波アンテナを有するトランスポンダからのデータを動的に読み取るシステムが示されている。このシステムは、トランスポンダによって送信されたデータを受け取ることができるアンテナと、トランスポンダからのデータを読み取って記憶することができる、アンテナに結合されたリーダとを組み合わせたものである。このシステムは、円偏波アンテナを使用する。

このシステムは、特に、競技用車両がサーキットの入口などに位置するポータルに沿って進んだ時に、この車両のタイヤのシリアル番号を自動的に識別するために使用される。タイヤのシリアル番号は、タイヤの表面上又は構造内に位置するトランスポンダのメモリに記録されている。

欧州特許出願公開第２２０２０９９号明細書

しかしながら、このシステムでは、トランスポンダからのデータを安定して読み取ることができない。システムとタイヤのトランスポンダとが所定の相対的位置にある時には、車両がどのような移動速度であっても、実際には読み取りがほとんど不可能である。

本発明の主題は、車両のタイヤの、直線偏波アンテナを有するトランスポンダからのデータを動的に読み取るシステムであって、トランスポンダによって送信されたデータを受け取ることができる少なくとも１つのアンテナと、トランスポンダからデータを読み取って記憶することができる、アンテナに結合された少なくとも１つのリーダとを含むシステムである。このシステムは、アンテナが垂直電場を有する直線偏波アンテナであることを特徴とする。

これまでのような円偏波ではなく直線偏波を有するアンテナをシステムアンテナに使用すると、システムアンテナがトランスポンダアンテナと整列した時に、読み取り電力に３ｄＢの利得が与えられるという利点がもたらされる。垂直電場の選択により、地面に対する電波の反響現象がおおよそ排除されるという利点ももたらされる。

この結果、タイヤのトランスポンダに記録されたデータをシステムによって読み取る安定性が大幅に改善する。

システムアンテナの利得は、６ｄＢｉ以下であることが好ましい。

一例として、欧州では、アンテナ端子の伝達電力を２９．１５ｄＢｍ以下とすることができる。アンテナ利得が６ｄＢｉになるので、このようなアンテナによって放射される総電力は３５．１５ｄＢ以下（２ Ｗ ＥＲＰ）であり、ヨーロッパ標準に適合する。

一例として、米国では、標準に従うために、利得が６ｄＢｉで最大伝達電力が３０ｄＢｍのアンテナを使用することができる。従って、最大放射電力は３６ｄＢ（４ Ｗ ＥＩＲＰ）である。

本発明の主題の１つによる読み取りシステムは、タイヤの回転方向に、互いに対して１．２０ｍ未満だけ、好ましくは約１ｍの距離だけオフセットされた、垂直電場を有する少なくとも２つの直線偏波アンテナを含むことが有利である。

このようなアンテナは、車両の約５０〜６０ｋｍ／ｈの最大運転速度及びリーダの問い合わせサイクルを考慮すると、アンテナの方向に垂直な方向における少なくとも約１メートルのタイヤ変位距離にわたって連続して通信できることが実験的に分かる。従って、２つの隣接するアンテナが存在することにより、外周が同じく約２メートルのタイヤでは、少なくとも１つの、通常は少なくとも２つの理想的な読み取り位置が存在することが保証される。

これらの読み取り位置は、タイヤのトランスポンダの２つのアンテナと、読み取りシステムの２つのアンテナとが同じ配向の時、すなわちタイヤのトランスポンダのアンテナが垂直に整列した時に理想的となる。

これらの２つのアンテナは、移動地面に対して、タイヤの回転軸の高さと実質的に等しい高さに配置されることが好ましい。

有利な実施形態によれば、２つのアンテナが交互に動作する。

この動作モードにより、２つのアンテナ間の干渉を回避することができる。このような干渉は、２つのアンテナが同時に機能し、周波数ギャップが２ＭＨｚ未満の場合に生じることがある。

２つのアンテナは、全く同一のリーダに関連することが好ましい。

この単純な実施形態は、２つのアンテナ間に干渉が存在しないことを保証する。

有利な実施形態によれば、タイヤのトランスポンダが、タイヤの一意の識別番号が登録されたＵＨＦ ＲＦＩＤである。

また、本発明の主題は、車両の移動経路に沿って配置された、車両のタイヤのトランスポンダからのデータを動的に読み取るポータルであって、上述した読み取りシステムを移動経路の両側に有するポータルである。

本発明は、乗用車、ＳＵＶ（「スポーツ用多目的車」）、二輪車（特にオートバイ）、航空機、さらには、バン、「ＨＧＶ」、すなわち地下鉄列車、バス、道路輸送車両（トラック、トラクタ、トレーラ）、農業車両又は土木車両などのオフロード車両、その他の輸送車両又は作業車両を含む産業車両に装着されるように意図されたタイヤに特に関連する。

定義
トランスポンダ読み取りシステムの電力は、世界中の異なる部品の精密な標準に従わなければならない。

読み取りシステム＋アンテナによって放射される電力は、その領域で放射される総電力に対応する。計算基準として、球面又は等方性アンテナを意味すると理解される等方性アンテナが使用される。

実際のアンテナは、全て様々な程度に指向性であり、従って主方向での電力密度は（仮想的な）等方性アンテナに比べて大きい。異なるアンテナを互いに比較できるように、ＥＩＲＰ（等価等方放射電力）の概念が取り入れられている。この概念は、アンテナの主ビームの方向に同じ電力密度を供給するために等方性アンテナに与えなければならない有効電力を表す。以下の式が適用される。

式中、Ｐ₀は伝達電力、Ｇ_iはアンテナの利得である。

半波長ダイポールアンテナの等価放射電力を基準として採用する、「ＥＲＰ」（実効放射電力）と呼もばれる等価放射電力も一般的に使用される。

この場合、以下の式が適用される。

式中、Ｇ_dは等価ダイポールアンテナの利得である。

添付図には、約５０〜６０ｋｍ／ｈの高速の自動車競技用車両が読み取りを必要とする際に、車両トランスポンダからのデータを動的に読み取るポータルを示す。

ＲＦＩＤ ＵＨＦトランスポンダの例を示す図である。 表面上にトランスポンダを有するタイヤの部分的断面を遠近法で示す図である。 データ読み取りシステムの概略図である。 データ読み取りシステムの動作を概略的に示す図である。

図１に、ダイポールを形成する２つのアンテナ１２が取り付けられた受動無線周波数識別トランスポンダ１０であるトランスポンダの例を示す。一般に、この種のトランスポンダは、頭字語によってＲＦＩＤと呼ばれる。この種のトランスポンダは、メモリに記憶されたタイヤの一意の識別番号を含む。このメモリは、例えばタイヤメーカー又はタイヤ形式に関する他のデータを含むこともできる。トランスポンダ１０は、８５０〜９５０ＭＨｚの周波数範囲で動作するＲＦＩＤ ＵＨＦトランスポンダである。トランスポンダ１０は、キャリヤ１６に取り付けられておおよそ螺旋形の２つのアンテナ１２に接続されたチップ１４を含む。図２に示すように、トランスポンダ１０は、タイヤ２２の製造中にタイヤの構造内に配置することができ、或いはタイヤの硬化後の作業中にタイヤの外面に取り付けることができる。図示のタイヤ２２は、極めて概略的である。タイヤは、トレッド部２４、２つのサイドウォール部２６、２つのビード部２８及びインナーライニング３０を有し、ホイール３２に取り付けられる。トランスポンダ１０は、ゴムパッチ２７によってサイドウォール部２６の外面に取り付けられる。

図示のＲＦＩＤ ＵＨＦトランスポンダ１０は、メモリと、メモリに記憶されたデータを外部リーダに送信する回路とを含む。トランスポンダは能動型とすることもできるが、通常は受動型であり、トランスポンダへの送信を行う外部ソースからＲＦ信号を受け取り、特にトランスポンダのメモリに含まれているデータの多重送信を引き起こすのに必要なエネルギを受け取る。製造中又はその後には、タイヤメーカーによってタイヤの一意の識別番号が割り当てられる。この番号は、タイヤの使用期間全体を通じてタイヤの追跡を可能にする。この番号は、推奨される「電子製品コード」（ＥＰＣ）フォーマットに従うことも、又は他のいずれかのフォーマットを有することもできる。

図３に、本発明の１つの主題による動的データ読み取りポータル４０を概略的に示す。このポータル４０は、車両の移動経路の片側に各々が配置された２つの同じシステム５０及び７０で構成される。矢印Ｆは、車両の移動方向を示す。図示の各システムは、一方の側の２つのハウジング５２及び５４と、他方の側の２つのハウジング７２及び７４と、３つの関連する通過センサ５６及び７６（Ｄ１）、５８及び７８（Ｄ２）、並びに６０及び８０（Ｄ３）とを含む。システム４０は、データを受け取って処理するためのコンピュータ又はＰＣ４２をさらに含む。

各ハウジングは、車両タイヤのトランスポンダとの間でＲＦ信号を送受信するアンテナ５３、５５を含む。ハウジングは、ＲＦ信号に干渉しないポリプロピレンなどの材料で作成される。これらのアンテナは指向性であり、その最大送信／受信方向は車両の方に向けられ、車両の移動方向と垂直である。

ハウジング５４及び７４は、制御可能スイッチ６２、プログラマブルロジックコントローラ６４、及びＲＦＩＤ ＵＨＦリーダ６６をさらに含む。

システム５０について図４を参照しながら説明すると、リーダ６６は、トランスポンダからのデータを読み取って記憶するためにアンテナ５３及び５５に結合できる従来の市販されているＲＦＩＤリーダ−インテロゲータであり、制御可能スイッチ６２は、一方の側が２つのアンテナ５３及び５５に接続されて他方の側がプログラマブルロジックコントローラ６４に接続され、その役割は、リーダ６６と、アンテナ５３及び５５の各々とを選択的に結合することであり、スイッチ６２の切り換え速度は、５０μｓ未満であって約１０μｓであり、プログラマブルロジックコントローラ６４は、一方の側がスイッチ６２に接続されて他方の側が３対のタイヤ通過センサ５６及び７６（Ｄ１）、５８及び７８（Ｄ２）、並びに６０及び８０（Ｄ３）に接続され、その役割は、スイッチ６２をこれらのタイヤ通過センサ５６及び７６（Ｄ１）、５８及び７８（Ｄ２）、並びに６０及び８０（Ｄ３）からの信号の関数として制御することである。リーダ６６及びコントローラ６４は、読み取ったデータ、さらにはコントローラによって確認された一連のイベントをコンピュータ又はＰＣに送信するためにコンピュータ又はＰＣ４２にも接続される。

各通過センサの対は、アンテナの上流又は下流の移動経路上に配置される。これらのセンサは、例えば光学ビーム、レーザビーム、赤外線ビームなどを用いたあらゆるタイプとすることができ、タイヤの通過は、光学センサの場合には光信号の遮断に関連し、或いは圧電式圧力センサの場合にはタイヤの通過に起因する過剰圧に関連する。第１のセンサ対Ｄ１と第１のアンテナの軸との間の車両の移動方向における距離は、この第１のアンテナの有効読み取り長さの約半分である。第２のセンサ対Ｄ２は、２つのアンテナのおおよそ中間に位置する。最後に、第３のセンサ対は、第２のアンテナの下流の、第２のアンテナの有効読み取り長さの約半分の距離に位置する。この各アンテナの有効読み取り長さは約１メートルなので、システム４０では、車両の移動方向において各アンテナの両側約５０ｃｍにセンサが配置される。各アンテナの上流のセンサは、タイヤの下流のアンテナの読み取り領域にタイヤが到達したことを示す役割を果たし、第３のセンサ対は、タイヤの通過の終了、すなわちこのタイヤが読み取りシステムから退出したことを示す役割を果たす。第３のセンサ対は、所与の時間を越えると停止する装置に置き換えることもできる。通過センサの応答時間は、約１マイクロ秒である。

有効読み取り距離は、特にアンテナタイプ、リーダのパラメータ化、使用するトランスポンダ及びタイヤのタイプの関数であり、車両の通過速度にも依存する。この距離は、実験的に推定することができ、タイヤに付随するトランスポンダからのデータ読み取り条件が安定していて信頼できる範囲内の距離に対応する。

光学センサのビームは、移動地面から最小距離に位置付けられる。この距離は、３ｃｍ未満であり、約１〜２ｃｍであることが好ましい。これにより、車両の車体構造からの干渉が防がれる。

各アンテナは、車両の通過中にトランスポンダを読み取らなければならない車両タイヤのサイドウォール部から０．８０〜１．２０メートルの距離に位置する。また、各アンテナは、トランスポンダアンテナとシステムアンテナの両方が垂直方向に整列した時に良好な読み取り条件が確実になるように、アンテナの中心が車両タイヤの回転軸と同じ高さになるように垂直方向に位置付けられる。

ハウジング５２、５４、７２、７４の各アンテナは、垂直電場を有する直線偏波アンテナである。これにより、トランスポンダアンテナとシステムアンテナの両方が垂直方向に整列した時に最大読み取り電力を使用できるようになり、これによってシステムアンテナとトランスポンダアンテナとの間のＲＦ波又はＲＦ信号の地面に対する反響も最小になる。

図示の応用には、厳しい要件、すなわち車両が約５０〜６０ｋｍ／ｈの最大速度でシステムに沿って進んだ時にトランスポンダからデータを読み取れることという要件がある。このことは、車両が１４〜１７ｍｍの距離を１ｍｓで進むことを意味する。

応答時間が約１μｓの通過センサ、及び切り換え時間が５０μｓ未満の制御可能スイッチを使用すれば、タイヤが第２のアンテナの前方に到着したことを第２のセンサが示した時に、第１のアンテナの素早い読み取りの扇動と、第１のアンテナから第２のアンテナへの非常に速い切り換えとが可能になる。従って、異なる市販のリーダの応答時間のばらつきの影響はない。さらに、このシステムは、２つのアンテナを実際に交互に制御することによって測定間のあらゆる干渉リスクを確実に排除する。

本発明の１つの主題によるポータルの動作は以下の通りである。

車両が矢印Ｆによって示す方向においてポータル４０の前方に現われると、フロントタイヤが、５６及び７６で示す第１のセンサ障壁Ｄ１の始動を引き起こす。

この始動がロジックコントローラ６４に伝わり、このロジックコントローラ６４が、リーダ６６を直ちに作動させるとともに、スイッチ６２を介してハウジング５２及び７２の（５３で示す）アンテナＡ１を直ちに作動させる。これらのアンテナは、車両の２つのフロントタイヤのトランスポンダを詮索し、これらのトランスポンダによるデータを収集して記憶する。

フロントタイヤが５８及び７８で示す第２のセンサ障壁Ｄ２の始動を引き起こすと、この信号がコントローラに送信され、コントローラが、第１のアンテナＡ１（５３）のリーダ６６をハウジング５４及びハウジング７４の（５５で示す）第２のアンテナＡ２に切り換えるようにスイッチ６２に命令する。これらの第２のアンテナは、車両の２つのフロントタイヤのトランスポンダを詮索し、これらのトランスポンダによって送信されたデータを収集して記憶する。

切り換え速度は、トランスポンダによって送信されるデータの読み取り及び記録が第１のアンテナから第２のアンテナまでほぼ連続するような速度（約１０μｓ）である。

（６０及び８０で示す）第３のセンサ障壁Ｄ３の始動は、車両のフロントタイヤがポータルのアンテナの有効読み取り領域から離れたことを示す。この信号がコントローラに送信され、コントローラがリーダ６６を待機状態にする。

その後、リーダ６６は、記録された全てのデータを検証及び処理のためにＰＣ４２に送信する。

しかしながら、車両のホイールベースが、車両のフロントタイヤが第３のセンサ障壁Ｄ３の始動を引き起こす前にリアタイヤが第１のセンサ障壁Ｄ１の始動を引き起こすようなものである場合、コントローラは、第３のセンサ障壁Ｄ３が実際に始動するまで第２のアンテナＡ２に対するリーダ６６の割り当てを保持する。これにより、車両のフロントタイヤの完全な読み取りが可能になる。コントローラは、第３のセンサ障壁が始動すると直ぐに、第１のアンテナＡ１を作動させるようにスイッチ６２に命令する。

従って、第１の車両のリアタイヤが第３のセンサ障壁Ｄ３の始動を引き起こす前に、第２の車両のフロントタイヤが第１のセンサ障壁Ｄ１の始動を引き起こすこともある。この場合、コントローラは、第３のセンサ障壁Ｄ３が始動するまで第２のアンテナＡ２に対するリーダ６６の割り当てを保持することによって上記と同様に機能する。

トランスポンダによって送信されたデータの割り当てを容易にするために、車両の車体構造の、例えばリアタイヤの近くなどにトランスポンダを追加することが有利である。このトランスポンダからのデータも、アンテナＡ１及びＡ２によって読み取ることができる。

上述したシステムを実装した。このシステムは、３０ｄＢｍの最大伝達電力に設定されたＩｍｐｉｎｊ社のリーダと、互いに１ｍ離間して垂直方向に向けられた２つのＩｎｔｅｒｍｅｃ社の線形アンテナと、移動経路を挟んで向かい合った送信機及び受信機とを含み、関連するアンテナの前方５０ｃｍに２つが配置されて第２のアンテナの後方５０ｃｍに３つ目が配置された３つのＢａｎｎｅｒ社の赤外線検出セルと、ＰＩＣマイクロコントローラ及び入力／出力部で構成されたスイッチを４つの出力部（３つを使用）及び実験室で生産された電子カードで制御するＫｅｏｎ社の制御可能スイッチとで構成される。試験タイヤには、ＰａｔｃｈＲｕｂｂｅｒ社製のＳｐｅｅｄｙＰａｔｃｈと、Ｈａｎｎａ社製のＲＦＩＤ ＵＨＦトランスポンダとを装備した。

競技用車両という特定の事例においてトランスポンダからのデータを動的に読み取るための、例えば競技用サーキット入口の前方又はスタンドの出口に位置するポータル及びシステムについて説明した。この種のポータルは、全てのタイプの車両及びタイヤに適用することができる。

４２ ＰＣ
５３ アンテナ
５５ アンテナ
５６ 通過センサ
５８ 通過センサ
６０ 通過センサ
６２ スイッチ
６４ コントローラ
６６ リーダ

Claims (9)

1. 車両のタイヤの、直線偏波アンテナを有するトランスポンダからのデータを動的に読み取るシステムであって、
   前記トランスポンダによって送信されたデータを受け取ることができる少なくとも１つのアンテナと、
   前記トランスポンダからのデータを読み取って記憶することができる、前記アンテナに結合された少なくとも１つのリーダと、
   を備え、前記アンテナは、垂直電場を有する直線偏波アンテナである、
   ことを特徴とする読み取りシステム。
2. 前記アンテナは、６ｄＢｉ以下の利得を有する、
   請求項１に記載の読み取りシステム。
3. 前記システムの前記アンテナは、６ｄＢｉ以下の利得を有するアンテナであり、該アンテナを通じた最大伝達電力は３０ｄＢｍである、
   請求項２に記載の読み取りシステム。
4. 前記タイヤの回転方向に、互いに対して１．２０ｍ未満の距離だけ、好ましくは約１ｍの距離だけオフセットされた、垂直電場を有する少なくとも２つの直線偏波アンテナを備える、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の読み取りシステム。
5. 前記２つのアンテナは、実質的に前記タイヤの回転軸の高さに配置される、
   請求項４に記載の読み取りシステム。
6. 前記２つのアンテナは、交互に動作する、
   請求項４又は５に記載の読み取りシステム。
7. 前記２つのアンテナは、同じリーダに関連する、
   請求項４から６のいずれか１項に記載の読み取りシステム。
8. 前記タイヤの前記トランスポンダは、前記タイヤの一意の識別番号が登録されたＵＨＦ ＲＦＩＤである、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の読み取りシステム。
9. 車両の移動経路に沿って配置された、前記車両のタイヤのトランスポンダからのデータを動的に読み取るポータルであって、請求項１から８のいずれか１項に記載の読み取りシステムを前記移動経路の両側に備える、
   ことを特徴とするポータル。

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