JP3878280B2 - Transponder for mounting tires and tires equipped with transponders - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、タイヤ装着用トランスポンダ及びトランスポンダ装着タイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トレッドがすり減ったタイヤに対してリトレッド処理を施し、タイヤケーシング（台タイヤ）にトレッドを再生したリトレッドタイヤが用いられている。このリトレッド処理を施すに際し、個々のタイヤケーシングの寿命の程度（以下、タイヤの疲労度と称する）を考量する必要がある。
【０００３】
即ち、タイヤケーシングも構造物であるため、最大の負荷能力を超えた力が加われば破壊する。また、最大負荷能力以下の力であっても、これに近い応力が繰り返し加わったときはタイヤケーシングの寿命は短くなり、繰り返し加わる応力が小さければタイヤケーシングの寿命は長くなる。
【０００４】
ここで、タイヤケーシングがまだ使用できるか否かの判断が重要となってくる。米国では、年間に数人のリトレッド作業員が、作業中のタイヤ破壊によって亡くなっているとも伝えられている。
【０００５】
通常、リトレッド処理を行う際には、外観検査や、超音波、Ｘ線を用いた内部検査を行うが、この様な方法を用いてもタイヤの疲労度に関して把握することは不可能であった。また、転売されたタイヤケーシングは、どの様に使われてきたかという履歴が不明であることが多く、リトレッドの可否判断が一層難しく、判断できないこともあった。
【０００６】
リトレッドの可否は、タイヤケーシングが受けた最大応力が最大負荷能力を越えたか、また、タイヤメーカーが定めたリトレッド回数に達しているか否かを目安に判断可能である。リトレッド回数は、２〜３回が一般的であり、タイヤ毎に異なる。実際には、タイヤがどの程度走行したかを知り得ることが望ましい。
【０００７】
この様な課題を解決するために、個々のタイヤの履歴をタイヤ自身に持たせることが考えられた。この一例として、特開平５−１６９９３１号公報に開示されるように、情報の読み書きを行える記憶手段を有するトランスポンダをタイヤに設ける方法が知られている。
【０００８】
この方法によれば、タイヤの製造年月日、製造工場、リトレッド実施日等のタイヤの履歴に関する情報をタイヤ自体に記録しておくことができる。
【０００９】
しかし、前述したトランスポンダでは、個々のタイヤの総回転数や延べ走行距離等を自動的に検出して記録することができなかった。
【００１０】
従来において、タイヤの回転数を検出するシステムとしては、例えば、図２に示すように、各車輪の回転軸、又はタイヤ或いはリムに磁性体等からなる歯車形状のパルス発生板１とパルスを検出するピックアップコイル２をパルス発生板１の近傍に固定装着し、信号処理装置３によってピックアップコイル２の出力信号を検出すると共に、タイヤ４の回転によるパルス波信号の時間間隔を計数し、タイヤの回転数、及びタイヤ速度を演算するものが知られている。
【００１１】
さらには、図３に示すように、タイヤ４或いはリム５の回転体の一部に反射板６を設置すると共に、光或いは赤外線を受光する光センサ７を反射板６の近傍に固定装着し、信号処理装置８によって光センサ７の出力信号を検出すると共に、タイヤ４の回転に伴う反射板６の回転によるパルス波信号の時間間隔を計数し、タイヤの回転数、及びタイヤ速度を演算するシステムが知られている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のタイヤ回転数検出システムにおいては、センサ形状が大きくなる、並びに検出信号を伝達するための配線を必要とする等の問題点があり、トランスポンダと組み合わせてタイヤ自体に設けることはできなかった。
【００１３】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、必要とする種々の情報に加えて、個々のタイヤの総回転数やタイヤに加えられた最大応力値等を自動的に検出して記録することができるタイヤ装着用トランスポンダ及びトランスポンダ装着タイヤを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために請求項１では、情報記憶手段を備え、所定の信号によって前記情報記憶手段内の情報アクセスを行うタイヤ装着用トランスポンダにおいて、前記情報記憶手段は回転数計数値と最大応力値とを記憶すると共に、所定周波数の電磁波を受信する電磁波受信手段と、該電磁波受信手段によって受信した電磁波エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換手段と、タイヤの変形によって発生する応力などによって加えられた圧力に対応した電圧を出力する圧電素子と、前記圧電素子の出力電圧値をディジタルデータに変換して検出値として出力するアナログ／ディジタル変換手段と、前記検出値と前記最大応力値とを比較し、前記最大応力値よりも前記検出値の方が大きいときに、前記検出値を用いて前記最大応力値を更新する最大応力値更新手段と、前記圧電素子の出力電圧値が予め設定されているしきい値を越えたときに、回前記転数計数値を＋１カウントアップして更新する回転数計数手段とを有し、前記エネルギー変換手段によって供給される電気エネルギー又は前記圧電素子から出力される電気エネルギーによって動作するタイヤ装着用トランスポンダを提案する。
【００１５】
該タイヤ装着用トランスポンダによれば、電磁波受信手段によって所定周波数の電磁波が受信されると、該電磁波エネルギーはエネルギー変換手段によって電気エネルギーに変換される。また、圧電素子により、タイヤの変形によって発生する応力などによって加えられた圧力に対応した電圧が出力され、該圧電素子の出力電圧値はアナログ／ディジタル変換手段によってディジタルデータに変換されて検出値として出力される。さらに、最大応力値更新手段によって、前記検出値と情報記憶手段に記憶されている最大応力値とが比較され、前記最大応力値よりも前記検出値の方が大きいときに、前記検出値を用いて前記最大応力値が更新される。また、回転数計数手段によって、前記圧電素子の出力電圧値が予め設定されているしきい値を越えたときに、前記情報記憶手段に記憶されている回転数計数値が＋１カウントアップされて更新される。さらに、これら各種団を有するトランスポンダは、前記エネルギー変換手段によって供給される電気エネルギー又は前記圧電素子から出力される電気エネルギーによって動作する。
【００１６】
また、請求項２では、請求項１記載のタイヤ装着用トランスポンダにおいて、前記圧電素子から出力された電気エネルギーを蓄積する電気エネルギー蓄積手段を備えたタイヤ装着用トランスポンダを提案する。
【００１７】
該タイヤ装着用トランスポンダによれば、前記圧電素子から出力された電気エネルギーは、電気エネルギー蓄積手段によって蓄積される。これにより、前記圧電素子によって電気エネルギーが生成されず、且つ前記エネルギー変換手段によっても電気エネルギーが供給されないときは、前記電気エネルギー蓄積手段に蓄積されている電気エネルギーによってトランスポンダが駆動される。
【００１８】
また、請求項３では、請求項１又は２記載のタイヤ装着用トランスポンダにおいて、少なくとも前記トランスポンダを構成する電子回路部は絶縁性の筐体によってモールドされているタイヤ装着用トランスポンダを提案する。
【００１９】
該タイヤ装着用トランスポンダによれば、少なくともトランスポンダを構成する電子回路部は絶縁性の筐体によってモールドされ、タイヤ変形による応力や熱による影響が抑制される。
【００２０】
また、請求項４では、請求項１乃至３の何れかに記載のタイヤ装着用トランスポンダにおいて、前記圧電素子は、高分子複合物圧電材料からなるタイヤ装着用トランスポンダを提案する。
【００２１】
該タイヤ装着用トランスポンダによれば、高分子複合物圧電材料からなる圧電素子は、可撓性を有すると共に耐衝撃性に優れ、任意の大きさへの加工が容易である。
【００２２】
また、請求項５では、請求項１乃至４の何れかに記載のタイヤ装着用トランスポンダにおいて、前記圧電素子は、所定の厚さと面積を有する平板状をなしているタイヤ装着用トランスポンダを提案する。
【００２３】
該タイヤ装着用トランスポンダによれば、前記圧電素子は所定の厚さと面積を有する平板状をなしているため、タイヤ内所望位置への埋設が比較的容易である。
【００２４】
また、請求項６では、情報記憶手段を備え、所定の信号によって前記情報記憶手段内の情報アクセスを行うタイヤ装着用トランスポンダを備えたトランスポンダ装着タイヤにおいて、前記トランスポンダの情報記憶手段は回転数計数値と最大応力値とを記憶すると共に、前記トランスポンダは、所定周波数の電磁波を受信する電磁波受信手段と、該電磁波受信手段によって受信した電磁波エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換手段と、タイヤの変形によって発生する応力などによって加えられた圧力に対応した電圧を出力する圧電素子と、前記圧電素子の出力電圧値をディジタルデータに変換して検出値として出力するアナログ／ディジタル変換手段と、前記検出値と前記最大応力値とを比較し、前記最大応力値よりも前記検出値の方が大きいときに、前記検出値を用いて前記最大応力値を更新する最大応力値更新手段と、前記圧電素子の出力電圧値が予め設定されているしきい値を越えたときに、前記回転数計数値を＋１カウントアップして更新する回転数計数手段とを有し、前記エネルギー変換手段によって供給される電気エネルギー又は前記圧電素子から出力される電気エネルギーによって動作するトランスポンダ装着タイヤを提案する。
【００２５】
該トランスポンダ装着タイヤによれば、電磁波受信手段によって所定周波数の電磁波が受信されると、該電磁波エネルギーはエネルギー変換手段によって電気エネルギーに変換される。また、圧電素子により、タイヤの変形によって発生する応力などによって加えられた圧力に対応した電圧が出力され、該圧電素子の出力電圧値はアナログ／ディジタル変換手段によってディジタルデータに変換されて検出値として出力される。さらに、最大応力値更新手段によって、前記検出値と情報記憶手段に記憶されている最大応力値とが比較され、前記最大応力値よりも前記検出値の方が大きいときに、前記検出値を用いて前記最大応力値が更新される。また、回転数計数手段によって、前記圧電素子の出力電圧値が予め設定されているしきい値を越えたときに、前記情報記憶手段に記憶されている回転数計数値が＋１カウントアップされて更新される。さらに、これら各種団を有するトランスポンダは、前記エネルギー変換手段によって供給される電気エネルギー又は前記圧電素子から出力される電気エネルギーによって動作する。
【００２６】
また、請求項７では、請求項６記載のトランスポンダ装着タイヤにおいて、少なくとも前記圧電素子は、空気入りタイヤのサイドウォール部に設けられているトランスポンダ装着タイヤを提案する。
【００２７】
該トランスポンダ装着タイヤによれば、少なくとも圧電素子が、車両装着時にタイヤの変形量が多いサイドウォール部に設けられる。
【００２８】
また、請求項８では、請求項６記載のトランスポンダ装着タイヤにおいて、少なくとも前記圧電素子は、空気入りタイヤのトレッド部に埋設されているスチールベルトの端末部に設けられているトランスポンダ装着タイヤを提案する。
【００２９】
該トランスポンダ装着タイヤによれば、少なくとも圧電素子は、車両装着時にタイヤの変形量が多いトレッド部に埋設されているスチールベルトの端末部に設けられる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態におけるタイヤ装着用トランスポンダを示す外観図である。図において、１０はトランスポンダで、トランスポンダ本体１０Ａ、ループ状の送受信アンテナ１１Ａ，１１Ｂ及び圧電素子１０Ｂとから構成され、これらは未加硫ゴムからなる非導電性のベースシート１０Ｃ，１０Ｄの間に挟まれたシート状に構成されている。これは、タイヤ内に使用されている導電性ゴムから、トランスポンダ本体１０Ａの電子回路及び送受信アンテナ１１Ａ，１１Ｂを絶縁するため、及び成形時に各構成部が分離（断線）しないようにするための役割をベースシート１０Ｃ，１０Ｄにもたせるためである。
【００３１】
トランスポンダ本体１０Ａは、セラミック基板上に電子回路が印刷によって形成されると共に、この電子回路がセラミック絶縁体によってモールドされ、縦横１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの直方体形状をなしている。
【００３２】
また、圧電素子１０Ｂは、外部より加わる圧力に対応して電力が発生するものであり、タイヤに装着した場合には、タイヤが変形することによって発生する応力が圧電素子１０Ｂに加わり、これにより起電力が生じる。また、圧電素子１０Ｂは、例えばフッ素系高分子の基材の中にセラミック圧電材料の微細に粒子を散布させた高分子複合物圧電材料からなり、可撓性を有し、耐衝撃性に優れたものである。
【００３３】
さらに、送受信アンテナ１１Ａ、１１Ｂとしては、使用する周波数によりコイル状、或いはプリント状が考えられるが、タイヤ内に埋設する場合、浸透性の良い低周波数が望ましいので、コイル状のアンテナとした。また、トランスポンダ１０の通信形式としてはレクテナ（送受信同時）方式を用いている。
【００３４】
図４は、トランスポンダ１０を示す電気系回路のブロック図である。図において、１０Ａはトランスポンダ本体で、受信アンテナ１１Ａ、送信アンテナ１１Ｂ、電磁誘導側整流回路１２Ａ、圧電素子側整流会路１２Ｂ、受信機１３，アナログ／ディジタル（以下、Ａ／Ｄと称する）変換回路１４，１５、蓄電器１６、記憶部１７、中央処理部１８、発信部１９、から構成されている。
【００３５】
電磁誘導側整流回路１２Ａ及び圧電素子側整流回路１２Ｂは、ダイオード121,122、コンデンサ123、及び抵抗器124から構成され、周知の全波整流回路を形成している。また、電磁誘導側整流回路１２Ａの入力側には受信アンテナ１１Ａが接続され、受信アンテナ１１Ａに誘起した高周波電流を整流して直流電流に変換し、蓄電器１６に蓄えると同時に他の各構成部、即ち記憶部１７、中央処理部１８及び発信部１９等の駆動電源として出力するものである。同様に圧電素子側整流回路１２Ｂの入力側には圧電素子１０Ｂが接続され、圧電素子１０Ｂに発生した電流を整流して直流に変換し蓄電器１６に蓄える。
【００３６】
受信機１３は、受信アンテナ１１Ａに誘起した高周波信号を検波してＡ／Ｄ変換回路１４に出力する。
【００３７】
Ａ／Ｄ変換回路１４は、受信機１３から入力したアナログ信号をディジタル信号に変換して中央処理部１８に出力する。
【００３８】
Ａ／Ｄ変換回路１５は、圧電素子１０Ｂのアナログ出力電圧の値をディジタル値で中央処理部１８に出力する。
【００３９】
中央処理部１８は、周知のＣＰＵ181及びディジタル／アナログ（以下、Ｄ／Ａと称する）変換器182から構成され、ＣＰＵ181は電源が供給されて駆動するとＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の半導体メモリからなる記憶部１７内に記憶されているプログラムによって動作し、受信機１３によって受信した命令に従った処理を実行する。また、この受信した命令が、情報送出命令であるときは、記憶部１７に記憶されている情報を読み出して、この情報をＤ／Ａ変換器182を介して発信部１９に出力する。
【００４０】
発信部１９は、発振回路191、変調回路192及び高周波増幅回路193から構成され、発振回路191によって発振された、例えば３００ＭＨｚの搬送波を、中央処理部１８から入力した情報信号に基づいて、変調回路192で変調して、これを高周波増幅回路193を介して送信用アンテナ１１Ｂに供給する。
【００４１】
一方、前述したトランスポンダ１０に対して情報の読み書きを行うときは、例えば図５に示すようなスキャナが用いられる。図において、２０はスキャナで、受信アンテナ２１、受信部２２、中央処理部２３、キーボード２４、表示部２５、発信部２６、送信アンテナ２７、及びこれらへ電源を供給する電源部２８から構成されている。
【００４２】
ここで、本実施形態におけるスキャナ２０とは、後述するようにトランスポンダ１０に対して第１の周波数の電磁波を輻射しながら、これに伴ってトランスポンダ１０から輻射される第２の周波数の電磁波を受信することにより、トランスポンダ１０への情報アクセスを行うものを言う。
【００４３】
スキャナ２０の受信部２２は、受信機221とアナログ／ディジタル（以下、Ａ／Ｄと称する）変換器222から構成され、受信器221の入力側は受信アンテナ２１に接続され、３００ＭＨｚの高周波を受信し、これを検波した後、Ａ／Ｄ変換器222を介して中央処理部２３に出力する。
【００４４】
中央処理部２３は、周知のＣＰＵ231、メモリ232及びスイッチ233から構成され、中央処理部231はキーボード２４から入力された命令に基づいて、スイッチ233がオンされたときに、情報読み出し命令、情報書き込み命令、書き込み情報等を発信部２６に送出すると共に、受信部２２から入力した情報をメモリ232に記憶するし、表示部２５に表示する。
【００４５】
さらに、発信部２６は、変調回路261と発振回路262から構成され、発振回路262によって発振された、例えば１００ＫＨｚ〜３００ＫＨｚの高周波信号搬送波を、中央処理部２３から入力した命令或いは情報信号に基づいて、変調回路261で変調して、これを送信用アンテナ２７に出力する。
【００４６】
また、スキャナ２０は、例えば図６に示すように、ピストル形状の筐体２０Ａ内に組み込まれている。この筐体２０Ａの先端部には、受信アンテナ２１及び送信アンテナ２７が配置され、上面にはキーボード２４及び表示部２５が配置されている。さらに、グリップ２０Ｂ前部のトリガー位置にはスイッチ233が配置されている。
【００４７】
前述の構成よりなるトランスポンダ１０は、図７及び図８に示すように、タイヤ４の内壁面４１に貼り付けたり或いはタイヤ４内に埋設して取り付けられる。このとき、タイヤ４に発生する応力や圧力を的確に検出できる位置及びタイヤ４の回転を的確に検出できる位置に取り付けることが望ましい。例えば、タイヤ４のサイドウォール部４２やトレッド部４３に埋設されているスチールベルト４４の端末部位置に取り付けると効果的である。
【００４８】
一方、図９に示すように、トランスポンダ１０を取り付けたタイヤ４の管理は前述したハンディー型のスキャナ２０を用いることにより、製造時等においても簡単に行うことができると共に、データ処理装置５１に送受信用のコントローラ５２を介してアンテナ５３ａ、５３ｂを接続することにより、管理端末機５４によりトランスポンダ１０を取り付けた使用中のタイヤ４の集中管理を行うことができる。この場合、図１０に示すように、トランスポンダ装着タイヤを付けたトラック等の車両５８が走行する道路沿いに前記アンテナ５３ａを設けておくことにより走行中の車両５８のタイヤも管理することができる。
【００４９】
さらに、図９に示すように車両内に処理装置５５及びこれに接続された表示ユニット５６、並びに車載アンテナ５７を設けることにより、運転席においてドライバー自身が使用中のタイヤに関する情報を容易に得ることができる。この場合、図１１に示すように、個々のタイヤ４毎に車載アンテナ５７をタイヤ近傍に設けて、複数の車載アンテナ５４をマルチプレクサなどを用いて切り替えることにより、情報アクセスに用いる電波の電力（パワー）を必要最小限に押さえることができる。
【００５０】
また、各タイヤ４の内の複数のトランスポンダ１０に対して情報アクセスするタイミングは、各トランスポンダ１０に対してデータ送信命令を順次送信すればよい。トラック等の複輪の場合、呼び掛け波のパワーによっては複数のトランスポンダ１０が通信範囲内に入るため、個々のトランスポンダ１０を指定した個別送信命令を用いる。また、呼び掛け波のパワーが少ない（前述したハンドヘルドスキャナ等の）場合は、特定のトランスポンダを指定しない一斉送信命令を送出する。これによりトランスポンダ１０のＩＤコードが不明な場合でも、データを読み出すことが可能となりトランスポンダ１０からのデータが混信することもない。
【００５１】
また、トランスポンダ１０の記憶部１７に、タイヤ周長を記憶させておくことにより、これを用いてタイヤの総回転数から延べ走行距離や走行速度を算出することもできる。この演算処理は、トランスポンダ１０内で行っても良いし、スキャナ２０、データ処理装置５１、処理装置５５において行っても良い。
【００５２】
次に、トランスポンダ１０における回転数計数及び最大応力検出処理の動作例を図１２のフローチャートに基づいて説明する。
中央処理部１８は動作を開始すると、電波受信による電力供給或いは圧電素子１０Ｂからの電力供給があり、回路動作可能であるか否かを判定する（ＳＡ１）。この判定の結果、回路動作可能であるときは、Ａ／Ｄ変換回路１５から入力したデータによって得られた圧電素子１０Ｂの出力電圧値Ｖａと、予めプログラム内に設定されている閾値Ｖｔとを比較し、圧電素子１０Ｂの出力電圧値Ｖａが閾値Ｖｔ以上であるか否かを判定する（ＳＡ２）。
【００５３】
前記ＳＡ１２の判定の結果、圧電素子１０Ｂの出力電圧値Ｖａが閾値Ｖｔよりも小さいときは、後述するＳＡ７の処理に移行し、圧電素子１０Ｂの出力電圧値Ｖａが閾値Ｖｔ以上のときは、圧電素子１０Ｂの出力電圧波形の立ち上がりを検出できたか否かを判定する（ＳＡ３）。
【００５４】
この判定の結果、圧電素子１０Ｂの出力電圧波形の立ち上がりを検出できないときは後述するＳＡ５の処理に移行し、検出できたときは記憶部１７に記憶しているタイヤ総回転数の計数値を＋１カウントアップして更新する（ＳＡ４）。
【００５５】
タイヤの回転に伴う圧電素子１０Ｂの出力電圧の変化を図１３に示す。ここでは、タイヤ４の９０度の位置にトランスポンダ１０が埋設されているものとする。図に示すように、トランスポンダ１０の圧電素子１０Ｂに加わる応力が増加するに従って圧電素子１０Ｂからの出力電圧は正方向に増加し、圧電素子１０Ｂに加わる応力が減少するに従って負方向に増加し、１周期のサイン波形状の交流電圧が出力される。
【００５６】
中央処理部１８は、Ａ／Ｄ変換回路１５から入力したデータをもとに圧電素子１０Ｂの出力波形に対してフィルタ処理を施し（フィルタ処理後波形Ｖｆ）、これ（フィルタ処理を施した圧電素子１０Ｂの出力電圧Ｖａ）を閾値Ｖｔと比較することにより二値化波形（Ｖｂ）を生成した後、これに対して微分処理を施し、圧電素子１０Ｂの電圧出力の立ち上がりを検出する。
【００５７】
前記ＳＡ４の処理の後、中央処理部１８は、圧電素子１０Ｂの出力電圧のピーク値Ｖｐが記憶部１７に記憶している最大電圧値ＶMAXよりも大きいか否かを判定し（ＳＡ５）、ピーク値Ｖｐが最大電圧値ＶMAX以下のときは後述するＳＡ７の処理に移行し、ピーク値Ｖｐが最大電圧値ＶMAXよりも大きいときはピーク値Ｖｐを用いて最大電圧値ＶMAXを更新する、即ちピーク値Ｖｐを最大電圧値ＶMAXとして記憶部１７に記憶する（ＳＡ６）。
【００５８】
次いで、中央処理部１８は、検出情報送信命令を受信したか否かを判定し（ＳＡ７）、検出情報送信命令を受信していないときは前記ＳＡ１の処理に移行し、受信したときは、タイヤ総回転数の計数値及び最大電圧値ＶMAXを送信レジスタに格納し（ＳＡ８）、送信レジスタ内のデータを発信部１９に送出する（ＳＡ９）。
【００５９】
この後、前記ＳＡ１の処理に移行する。
【００６０】
次に、スキャナ２０、データ処理装置５１及び処理装置５５における、タイヤ総回転数及び最大電圧値ＶMAXの読み取り処理動作の一例について、図１４のフローチャートに基づいて説明する。
スキャナ２０は、動作を開始すると中央処理部２３によってイニシャル処理を行う（ＳＢ１）。イニシャル処理では、スイッチ入力、タイマー等を用いた定期入力などの設定を行うと共に、複数の車輪のタイヤ内に埋設された複数のトランスポンダ１０から特定のものを選択する場合には、使用するアンテナの位置又はトランスポンダ固有のＩＤ、或いはこれらの両方を指定する。
【００６１】
次いで、中央処理部２３は、データ読み出しトリガがオンされたか否か、例えばスイッチ233がオンされたか否かを判定し（ＳＢ２）、オンされたときに、トランスポンダ１０を指定するＩＤや情報読み出し命令等のデータを送信レジスタに格納し（ＳＢ３）、送信レジスタ内のデータを発信部２６に送出して送信すると共に、ウォッチドックタイマー（ＷＤＴ）をスタートさせる（ＳＢ４）。これにより、送信レジスタに格納された命令がトランスポンダ１０に送信される。
【００６２】
次に、中央処理部２３は、トランスポンダ１０からの応答を受信したか否かを判定する（ＳＢ５）。この判定の結果、トランスポンダ１０からの応答を受信していないときは、ウォッチドックタイマーがタイムアップしたか否かを判定し（ＳＢ６）、タイムアップしないときは前記ＳＢ５の処理に移行する。また、ウォッチドックタイマーがタイムアップしたときはアラームを出力し（ＳＢ７）、アラームリセットが入力されたか否かを判定する（ＳＢ８）。
【００６３】
この判定の結果、アラームリセットが入力されないときは前記ＳＢ７の処理を継続し、アラームリセットが入力されたときは後述するＳＢ１３の処理に移行する。
【００６４】
また、前記ＳＢ５の判定の結果、トランスポンダ１０からの応答を受信したときは、少なくともトランスポンダのＩＤ等の受信データを照合し（ＳＢ９）、受信データが正常であるか否かを判定する（ＳＢ１０）。
【００６５】
この判定の結果、受信データに異常がある場合は前記ＳＢ７の処理に移行してアラームを出力し、受信データに異常がない場合は受信データ、即ちタイヤ総回転数、最大電圧値ＶMAX等のデータをもとにして走行距離、走行速度、タイヤに加わった最大応力等を算出し（ＳＢ１１）、これを表示する（ＳＢ１２）。
【００６６】
次いで、中央処理部２３は、これらのデータを検出日を示すデータと共にメモり232に記憶する（ＳＢ１３）。
【００６７】
前述したように本実施形態によれば、トランスポンダ１０のでは、スキャナ２０等から受信した電磁波エネルギーは電気エネルギーに変換されて蓄電器１６に蓄電されると共に、タイヤ４の変形によって圧電素子１０Ｂから発生する電力が蓄電器１６に蓄電され、これらの電気エネルギーによってトランスポンダ１０が駆動されると共に、タイヤの総回転数及び最大応力値が自動的に検出されて記憶部１７に記憶されるので、これらの情報をもとにタイヤ４の疲労度に関しての把握が可能となり、リトレッドの可否判断を的確に行うことができる。
【００６８】
例えば、段差などを激しく乗り越えた場合、タイヤ空気圧が規定値よりも低い場合、荷重が極端に大きい場合（過積載）等には、タイヤの変形が大きくなり、タイヤケーシングの破壊につながる。検出された最大応力（最大電圧値ＶMAX）が、タイヤケーシングの耐久力（タイヤにより異なる）を越えた場合には、タイヤケーシング破壊の危険性があると判断して、使用の禁止、リトレッド用台タイヤへの使用禁止等の処理をとることができる。さらに、タイヤの補償問題の際のデータとしても有効利用することができる。
【００６９】
また、従来のように電池交換作業を行う必要が無いので、タイヤ４内にトランスポンダ１０を埋め込んでも、半永久的に使用可能となると共に、電池を用いていないので、高温となるタイヤの製造或いは使用条件下でもトランスポンダ１０としての機能の低下を招くことがない。
【００７０】
さらに、電気エネルギーは蓄電器１６に蓄電されるので、圧電素子１０Ｂによって電気エネルギーが生成されず、且つスキャナ２０からの電磁波を受信しないときは、蓄電器１６に蓄積されている電気エネルギーによってトランスポンダ１０が駆動されるので、必要時にはいつでもトランスポンダ１０内に記憶されている情報を得ることができる。
【００７１】
また、トランスポンダ本体１０Ａを構成する電子回路部は絶縁性の筐体によってモールドされ、タイヤ変形による応力や熱による影響が抑制されるので、高温となるタイヤ４の製造或いは使用条件下でもトランスポンダとしての機能低下をさらに防止することができる。
【００７２】
また、高分子複合物圧電材料からなる圧電素子は、可撓性を有すると共に耐衝撃性に優れ、任意の大きさへの加工が容易であるので、タイヤ内の埋設所望位置に合わせて圧電素子の形状を設定することができると共に、大きさを変えることにより所望の電圧を容易に得ることができる。
【００７３】
尚、本実施形態は一例であり、本発明がこれに限定されることはない。例えば、タイヤ４内へのトランスポンダ１０の装着個数は何個であってもよく、回転数の検出及び最大応力の検出に有効な箇所に取り付けることが好ましい。
【００７４】
また、圧電素子１０Ｂのピーク電圧検出において、閾値を数段階設ける、或いは検出範囲を数段階設定するなどして、タイヤに加わった応力を段階的に検出し、それぞれの回数を記録するようにしても良い。
【００７５】
また、本実施形態では、トランスポンダ本体１０Ａと圧電素子１０Ｂを一体に形成したが、これらを分離しても良い。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１記載のタイヤ装着用トランスポンダによれば、電磁波受信手段によって所定周波数の電磁波が受信されると、該電磁波エネルギーはエネルギー変換手段によって電気エネルギーに変換され、さらに電気エネルギー生成手段によって、タイヤの変形によって発生する応力が電気エネルギーに変換され、これらの電気エネルギーによってトランスポンダが駆動されると共に、タイヤの総回転数及び最大応力値が自動的に検出されて情報記憶手段に記憶されるので、これらの情報をもとにタイヤの疲労度に関しての把握が可能となり、リトレッドの可否判断を的確に行うことができると共に、従来のように電池交換作業を行う必要が無いので、タイヤ内にトランスポンダを埋め込んでも、半永久的に使用可能となる。また、電池を用いていないので、高温となるタイヤの製造或いは使用条件下でもトランスポンダとしての機能の低下を招くことがない。
【００７７】
また、請求項２記載のタイヤ装着用トランスポンダによれば、上記の効果に加えて、圧電素子によって生成された電気エネルギーは、電気エネルギー蓄積手段によって蓄積される。これにより、前記圧電素子によって電気エネルギーが生成されず、且つエネルギー変換手段によっても電気エネルギーが供給されないときは、前記電気エネルギー蓄積手段に蓄積されている電気エネルギーによってトランスポンダが駆動されるので、必要時にはいつでもトランスポンダ内に記憶されている所定情報を得ることができる。
【００７８】
また、請求項３記載のタイヤ装着用トランスポンダによれば、上記の効果に加えて、少なくともトランスポンダを構成する電子回路部は絶縁性の筐体によってモールドされ、タイヤ変形による応力や熱による影響が抑制されるので、高温となるタイヤの製造或いは使用条件下でもトランスポンダとしての機能低下をさらに防止することができる。
【００７９】
また、請求項４記載のタイヤ装着用トランスポンダによれば、上記の効果に加えて、高分子複合物圧電材料からなる圧電素子は、可撓性を有すると共に耐衝撃性に優れ、任意の大きさへの加工が容易であるので、タイヤ内の埋設所望位置に合わせて圧電素子の形状を設定することができると共に、大きさを変えることにより所望の電圧を容易に得ることができる。
【００８０】
また、請求項５記載のタイヤ装着用トランスポンダによれば、上記の効果に加えて、前記圧電素子は所定の厚さと面積を有する平板状をなしているので、タイヤ内への埋設によってタイヤ性能の低下を招くことがない。
【００８１】
また、請求項６記載のトランスポンダ装着タイヤによれば、電磁波受信手段によって所定周波数の電磁波が受信されると、該電磁波エネルギーはエネルギー変換手段によって電気エネルギーに変換され、さらに電気エネルギー生成手段によって、タイヤの変形によって発生する応力が電気エネルギーに変換され、これらの電気エネルギーによってトランスポンダが駆動されると共に、タイヤの総回転数及び最大応力値が自動的に検出されてトランスポンダ内の情報記憶手段に記憶されるので、これらの情報をもとにタイヤの疲労度に関しての把握が可能となり、リトレッドの可否判断を的確に行うことができると共に、従来のように電池交換作業を行う必要が無いので、半永久的に使用可能となる。また、トランスポンダの駆動電源として電池を用いていないので、高温となるタイヤの製造或いは使用条件下でもトランスポンダとしての機能の低下を招くことがない。
【００８２】
また、請求項７記載のトランスポンダ装着タイヤによれば、上記の効果に加えて、少なくとも圧電素子が車両装着時にタイヤの変形量が多いサイドウォール部に設けられるので、タイヤに加わる最大応力を的確に検出することができると共に、効率よく電気エネルギーを得ることができる。
【００８３】
また、請求項８記載のトランスポンダ装着タイヤによれば、上記の効果に加えて、少なくとも圧電素子は、車両装着時にタイヤの変形量が多いトレッド部に埋設されているスチールベルトの端末部に設けられるので、タイヤに加わる最大応力及びタイヤの回転数を的確に検出することができると共に、効率よく電気エネルギーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるタイヤ装着用トランスポンダを示す外観図
【図２】従来例のタイヤ回転数検出システムを示す構成図
【図３】従来例のタイヤ回転数検出システムを示す構成図
【図４】本発明の一実施形態におけるトランスポンダを示す電気系回路のブロック図
【図５】本発明のトランスポンダに係るスキャナを示す電気系回路のブロック図
【図６】本発明のトランスポンダに係るスキャナを示す外観図
【図７】本発明のトランスポンダのタイヤ装着例を説明する図
【図８】本発明のトランスポンダのタイヤ装着例を説明する図
【図９】本発明のトランスポンダを用いたタイヤ管理システムを説明する図
【図１０】本発明のトランスポンダを用いたタイヤ管理システムを説明する図
【図１１】本発明の一実施形態における車載アンテナの配置例を説明する図
【図１２】本発明の一実施形態のトランスポンダにおける回転数及び最大応力検出動作を説明するフローチャート
【図１３】本発明の一実施形態のトランスポンダにおける回転数及び最大応力検出時の波形処理を説明する図
【図１４】本発明の一実施形態のスキャナにおける回転数及び最大応力読み出し動作を説明するフローチャート
【符号の説明】
１０…トランスポンダ、１０Ａ…トランスポンダ本体、１０Ｂ…圧電素子、１１Ａ…受信アンテナ、１１Ｂ…送信アンテナ、１２Ａ…電磁誘導側整流回路、１２Ｂ…圧電素子側整流回路、１３…受信機、１４，１５…Ａ／Ｄ変換回路、１６…蓄電器、１７…記憶部、１８…中央処理部、１９…発振部、１６…送信用アンテナ、１７…蓄電器、１８…第２の整流回路、１９Ａ…圧電素子、２０…スキャナ、２０Ａ…筐体、２０Ｂ…グリップ、２１…受信アンテナ、２２…受信部、２３…中央処理部、２４…キーボード、２５…表示部、２６…発信部、２７…送信アンテナ、２８…電源部、４…タイヤ、４１…タイヤ内壁面、４２…サイドウォール部、、４３…トレッド部、４４…スチールベルト、５１…データ処理装置、５２…コントローラ、５３ａ，５３ｂ…アンテナ、５４…管理端末機、５５…処理装置、５６…表示ユニット、５７…車載アンテナ、５８…車両。[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a tire mounting transponder and a transponder mounting tire.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a retread tire is used in which a retread is applied to a tire in which the tread has been worn and the tread is regenerated in a tire casing (base tire). In performing this retreading process, it is necessary to consider the degree of life of each tire casing (hereinafter referred to as tire fatigue).
[0003]
That is, since the tire casing is also a structure, it is destroyed when a force exceeding the maximum load capacity is applied. Even when the force is less than the maximum load capacity, the life of the tire casing is shortened when a stress close to this is repeatedly applied, and the life of the tire casing is increased if the stress repeatedly applied is small.
[0004]
Here, it is important to determine whether the tire casing can still be used. In the United States, it is reported that several retread workers die each year due to tire destruction during work.
[0005]
Usually, when performing the retreading process, an external inspection, an internal inspection using ultrasonic waves and X-rays are performed, but it was impossible to grasp the tire fatigue level even using such a method. . Moreover, the history of how the resold tire casing has been used is often unknown, and it is more difficult to judge whether or not to allow retreading, and sometimes it cannot be judged.
[0006]
Whether or not retreading is possible can be determined based on whether or not the maximum stress received by the tire casing exceeds the maximum load capacity and whether or not the number of retreading times determined by the tire manufacturer has been reached. The number of retreads is generally 2 to 3 times, and is different for each tire. In practice, it is desirable to know how much the tire has traveled.
[0007]
In order to solve such problems, it has been considered that the tires themselves have a history of individual tires. As an example of this, as disclosed in JP-A-5-169931, a method of providing a tire with a transponder having storage means that can read and write information is known.
[0008]
According to this method, information relating to the history of the tire, such as the date of manufacture of the tire, the manufacturing factory, the date of retreading, and the like can be recorded on the tire itself.
[0009]
However, the above-described transponder cannot automatically detect and record the total number of revolutions of each tire, the total traveling distance, and the like.
[0010]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a system for detecting the number of rotations of a tire, for example, as shown in FIG. The pickup coil 2 to be fixed is mounted in the vicinity of the pulse generating plate 1, the output signal of the pickup coil 2 is detected by the signal processing device 3, and the time interval of the pulse wave signal due to the rotation of the tire 4 is counted to rotate the tire. What calculates numbers and tire speeds is known.
[0011]
Furthermore, as shown in FIG. 3, the reflector 6 is installed on a part of the rotating body of the tire 4 or the rim 5, and an optical sensor 7 that receives light or infrared light is fixedly mounted in the vicinity of the reflector 6. A system that detects the output signal of the optical sensor 7 by the signal processing device 8, counts the time interval of the pulse wave signal due to the rotation of the reflector 6 accompanying the rotation of the tire 4, and calculates the rotation speed and tire speed of the tire It has been known.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional tire rotation speed detection system described above, there are problems such as a large sensor shape and a wiring for transmitting a detection signal. could not.
[0013]
In view of the above problems, the object of the present invention is to automatically detect and record the total number of revolutions of each tire, the maximum stress value applied to the tire, etc. in addition to various necessary information. Another object is to provide a transponder for mounting a tire and a transponder-equipped tire.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, in a tire mounting transponder comprising information storage means and accessing information in the information storage means by a predetermined signal, the information storage means comprises a speed meter. An electromagnetic wave receiving means for storing an electromagnetic wave of a predetermined frequency, storing an numerical value and a maximum stress value, an energy converting means for converting electromagnetic wave energy received by the electromagnetic wave receiving means into electrical energy, and stress generated by deformation of the tire A piezoelectric element that outputs a voltage corresponding to the pressure applied by the above, analog / digital conversion means for converting the output voltage value of the piezoelectric element into digital data and outputting it as a detected value, the detected value and the maximum stress When the detected value is larger than the maximum stress value, the detected value is used. Maximum stress value updating means for updating the maximum stress value, and when the output voltage value of the piezoelectric element exceeds a preset threshold value, the rotation count value is incremented by one and updated. A tire mounting transponder is provided which has a rotation number counting means and operates by the electric energy supplied by the energy conversion means or the electric energy output from the piezoelectric element.
[0015]
According to the tire mounting transponder, when an electromagnetic wave having a predetermined frequency is received by the electromagnetic wave receiving means, the electromagnetic wave energy is converted into electric energy by the energy converting means. Also, the piezoelectric element outputs a voltage corresponding to the pressure applied due to the stress generated by the deformation of the tire, and the output voltage value of the piezoelectric element is converted into digital data by an analog / digital conversion means as a detected value. Is output. Further, the maximum stress value update means compares the detected value with the maximum stress value stored in the information storage means, and uses the detected value when the detected value is larger than the maximum stress value. The maximum stress value is updated. Further, when the output voltage value of the piezoelectric element exceeds a preset threshold value, the rotation speed count value stored in the information storage means is incremented by +1 and updated by the rotation speed counting means. Is done. Further, the transponder having these various groups operates by the electric energy supplied by the energy conversion means or the electric energy output from the piezoelectric element.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, there is proposed a tire mounting transponder according to the first aspect of the present invention, which includes an electric energy storage means for storing the electric energy output from the piezoelectric element.
[0017]
According to the tire mounting transponder, the electric energy output from the piezoelectric element is stored by the electric energy storage means. As a result, when no electrical energy is generated by the piezoelectric element and no electrical energy is supplied by the energy conversion means, the transponder is driven by the electrical energy stored in the electrical energy storage means.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, there is proposed a tire mounting transponder according to the first or second aspect, wherein at least an electronic circuit part constituting the transponder is molded by an insulating casing.
[0019]
According to the tire mounting transponder, at least the electronic circuit portion constituting the transponder is molded by the insulating casing, and the influence of stress and heat due to tire deformation is suppressed.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, there is proposed a tire mounting transponder according to any one of the first to third aspects, wherein the piezoelectric element is made of a polymer composite piezoelectric material.
[0021]
According to the tire-mounted transponder, a piezoelectric element made of a polymer composite piezoelectric material has flexibility and excellent impact resistance, and can be easily processed into an arbitrary size.
[0022]
According to a fifth aspect of the present invention, there is proposed a tire mounting transponder according to any one of the first to fourth aspects, wherein the piezoelectric element has a flat plate shape having a predetermined thickness and area.
[0023]
According to the tire mounting transponder, since the piezoelectric element has a flat plate shape having a predetermined thickness and area, it can be relatively easily embedded in a desired position in the tire.
[0024]
According to a sixth aspect of the present invention, in the transponder-equipped tire that includes the information storage means and includes a tire-ponding transponder that accesses the information in the information storage means by a predetermined signal, the information storage means of the transponder has a rotational speed count value. And the maximum stress value, the transponder includes an electromagnetic wave receiving unit that receives an electromagnetic wave of a predetermined frequency, an energy converting unit that converts electromagnetic wave energy received by the electromagnetic wave receiving unit into electrical energy, and a deformation of the tire. A piezoelectric element that outputs a voltage corresponding to a pressure applied due to a generated stress, an analog / digital conversion means that converts an output voltage value of the piezoelectric element into digital data and outputs it as a detection value, and the detection value; Compared to the maximum stress value, than the maximum stress value When the output value is larger, maximum stress value updating means for updating the maximum stress value using the detected value, and when the output voltage value of the piezoelectric element exceeds a preset threshold value A rotational speed counting means for counting up and updating the rotational speed count value by +1, and a transponder-equipped tire that operates by electrical energy supplied by the energy conversion means or electrical energy output from the piezoelectric element. suggest.
[0025]
According to the transponder-equipped tire, when an electromagnetic wave having a predetermined frequency is received by the electromagnetic wave receiving means, the electromagnetic wave energy is converted into electric energy by the energy converting means. Also, the piezoelectric element outputs a voltage corresponding to the pressure applied due to the stress generated by the deformation of the tire, and the output voltage value of the piezoelectric element is converted into digital data by an analog / digital conversion means as a detected value. Is output. Further, the maximum stress value update means compares the detected value with the maximum stress value stored in the information storage means, and uses the detected value when the detected value is larger than the maximum stress value. The maximum stress value is updated. Further, when the output voltage value of the piezoelectric element exceeds a preset threshold value, the rotation speed count value stored in the information storage means is incremented by +1 and updated by the rotation speed counting means. Is done. Further, the transponder having these various groups operates by the electric energy supplied by the energy conversion means or the electric energy output from the piezoelectric element.
[0026]
According to claim 7, there is proposed a transponder-equipped tire according to claim 6, wherein at least the piezoelectric element is provided in a sidewall portion of a pneumatic tire.
[0027]
According to the transponder-equipped tire, at least the piezoelectric element is provided on the sidewall portion where the amount of deformation of the tire is large when the vehicle is mounted.
[0028]
Further, according to claim 8, there is proposed a transponder-equipped tire according to claim 6, wherein at least the piezoelectric element is provided at a terminal portion of a steel belt embedded in a tread portion of a pneumatic tire. .
[0029]
According to the transponder-equipped tire, at least the piezoelectric element is provided at the end portion of the steel belt embedded in the tread portion where the amount of deformation of the tire is large when the vehicle is mounted.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an external view showing a tire mounting transponder in the present embodiment. In the figure, 10 is a transponder, which is composed of a transponder body 10A, loop-shaped transmitting / receiving antennas 11A and 11B and a piezoelectric element 10B, which are sandwiched between non-conductive base sheets 10C and 10D made of unvulcanized rubber. It is configured in a sheet shape. This is to insulate the electronic circuit of the transponder body 10A and the transmission / reception antennas 11A and 11B from the conductive rubber used in the tire, and to prevent each component from being separated (disconnected) during molding. This is so that the base sheets 10C and 10D can be provided.
[0031]
In the transponder body 10A, an electronic circuit is formed on a ceramic substrate by printing, and the electronic circuit is molded with a ceramic insulator, and has a rectangular parallelepiped shape with a length of 10 mm and a thickness of 2 mm.
[0032]
The piezoelectric element 10B generates electric power in response to pressure applied from the outside. When the piezoelectric element 10B is attached to a tire, stress generated by deformation of the tire is applied to the piezoelectric element 10B, which causes Electric power is generated. The piezoelectric element 10B is made of, for example, a polymer composite piezoelectric material in which particles of ceramic piezoelectric material are finely dispersed in a fluoropolymer base material, and has flexibility and excellent impact resistance. It is a thing.
[0033]
Further, as the transmitting and receiving antennas 11A and 11B, a coil shape or a printed shape can be considered depending on the frequency to be used. However, when embedded in a tire, a low frequency with good permeability is desirable, so a coiled antenna is used. Further, a rectenna (simultaneous transmission / reception) method is used as a communication format of the transponder 10.
[0034]
FIG. 4 is a block diagram of an electric circuit showing the transponder 10. In the figure, reference numeral 10A denotes a transponder body, which includes a reception antenna 11A, a transmission antenna 11B, an electromagnetic induction side rectifier circuit 12A, a piezoelectric element side rectifier circuit 12B, a receiver 13, and an analog / digital (hereinafter referred to as A / D) conversion circuit. 14 and 15, a capacitor 16, a storage unit 17, a central processing unit 18, and a transmission unit 19.
[0035]
The electromagnetic induction side rectifier circuit 12A and the piezoelectric element side rectifier circuit 12B include diodes 121 and 122, a capacitor 123, and a resistor 124, and form a known full-wave rectifier circuit. In addition, the receiving antenna 11A is connected to the input side of the electromagnetic induction side rectifier circuit 12A, the high frequency current induced in the receiving antenna 11A is rectified and converted into a direct current, and stored in the capacitor 16 at the same time as other components, That is, it outputs as drive power supplies, such as the memory | storage part 17, the central processing part 18, and the transmission part 19. Similarly, the piezoelectric element 10B is connected to the input side of the piezoelectric element side rectifier circuit 12B, and the current generated in the piezoelectric element 10B is rectified and converted to direct current and stored in the capacitor 16.
[0036]
The receiver 13 detects the high frequency signal induced in the receiving antenna 11 </ b> A and outputs it to the A / D conversion circuit 14.
[0037]
The A / D conversion circuit 14 converts the analog signal input from the receiver 13 into a digital signal and outputs the digital signal to the central processing unit 18.
[0038]
The A / D conversion circuit 15 outputs the analog output voltage value of the piezoelectric element 10B to the central processing unit 18 as a digital value.
[0039]
The central processing unit 18 includes a well-known CPU 181 and a digital / analog (hereinafter referred to as D / A) converter 182. The CPU 181 is driven by being supplied with power, and a storage unit 17 including a semiconductor memory such as a ROM or an EEPROM. It operates according to the program stored therein, and executes processing according to the command received by the receiver 13. When the received command is an information transmission command, the information stored in the storage unit 17 is read and this information is output to the transmission unit 19 via the D / A converter 182.
[0040]
The transmission unit 19 includes an oscillation circuit 191, a modulation circuit 192, and a high-frequency amplification circuit 193. Based on an information signal input from the central processing unit 18, for example, a 300 MHz carrier wave oscillated by the oscillation circuit 191, the modulation circuit The signal is modulated by 192 and supplied to the transmitting antenna 11B via the high-frequency amplifier circuit 193.
[0041]
On the other hand, when reading / writing information from / to the transponder 10 described above, for example, a scanner shown in FIG. 5 is used. In the figure, reference numeral 20 denotes a scanner, which includes a reception antenna 21, a reception unit 22, a central processing unit 23, a keyboard 24, a display unit 25, a transmission unit 26, a transmission antenna 27, and a power supply unit 28 for supplying power thereto. Yes.
[0042]
Here, the scanner 20 in the present embodiment receives the second frequency electromagnetic wave radiated from the transponder 10 along with the radiation of the first frequency electromagnetic wave to the transponder 10 as described later. By doing this, the information access to the transponder 10 is performed.
[0043]
The receiving unit 22 of the scanner 20 includes a receiver 221 and an analog / digital (hereinafter referred to as A / D) converter 222. The input side of the receiver 221 is connected to the receiving antenna 21, and receives a high frequency of 300 MHz. After this is detected, it is output to the central processing unit 23 via the A / D converter 222.
[0044]
The central processing unit 23 includes a known CPU 231, a memory 232, and a switch 233. The central processing unit 231 is configured to read information and write information when the switch 233 is turned on based on a command input from the keyboard 24. The command, write information, and the like are transmitted to the transmission unit 26, and information input from the reception unit 22 is stored in the memory 232 and displayed on the display unit 25.
[0045]
Further, the transmitting unit 26 includes a modulation circuit 261 and an oscillation circuit 262, and a high frequency signal carrier wave of, for example, 100 KHz to 300 KHz oscillated by the oscillation circuit 262 is based on a command or information signal input from the central processing unit 23. Then, the signal is modulated by the modulation circuit 261 and output to the transmitting antenna 27.
[0046]
Further, for example, as shown in FIG. 6, the scanner 20 is incorporated in a pistol-shaped housing 20A. A receiving antenna 21 and a transmitting antenna 27 are arranged at the front end of the housing 20A, and a keyboard 24 and a display unit 25 are arranged on the upper surface. Further, a switch 233 is disposed at the trigger position in front of the grip 20B.
[0047]
The transponder 10 having the above-described configuration is attached to the inner wall surface 41 of the tire 4 or embedded in the tire 4 as shown in FIGS. 7 and 8. At this time, it is desirable to attach to a position where the stress and pressure generated in the tire 4 can be accurately detected and a position where the rotation of the tire 4 can be accurately detected. For example, it is effective to attach to the end portion position of the steel belt 44 embedded in the sidewall portion 42 or the tread portion 43 of the tire 4.
[0048]
On the other hand, as shown in FIG. 9, the management of the tire 4 to which the transponder 10 is attached can be easily performed at the time of manufacture or the like by using the above-described handy-type scanner 20 and is transmitted to and received from the data processing device 51. By connecting the antennas 53a and 53b via the controller 52, the management terminal 54 can perform centralized management of the tire 4 in use with the transponder 10 attached thereto. In this case, as shown in FIG. 10, by providing the antenna 53a along the road on which the vehicle 58 such as a truck with a transponder-equipped tire travels, the tire of the traveling vehicle 58 can also be managed.
[0049]
Furthermore, as shown in FIG. 9, by providing a processing device 55, a display unit 56 connected thereto, and an in-vehicle antenna 57 in the vehicle, it is possible to easily obtain information on tires used by the driver in the driver's seat. Can do. In this case, as shown in FIG. 11, an in-vehicle antenna 57 is provided in the vicinity of each tire 4 for each tire 4, and a plurality of in-vehicle antennas 54 are switched using a multiplexer or the like, so that the electric power (power) used for information access is changed. ) Can be minimized.
[0050]
The timing for accessing information to a plurality of transponders 10 in each tire 4 may be such that a data transmission command is sequentially transmitted to each transponder 10. In the case of a multi-wheel such as a truck, since a plurality of transponders 10 are within the communication range depending on the power of the interrogation wave, an individual transmission command designating each transponder 10 is used. When the power of the interrogation wave is low (such as the above-mentioned handheld scanner), a broadcast command that does not designate a specific transponder is transmitted. As a result, even when the ID code of the transponder 10 is unknown, it is possible to read data and the data from the transponder 10 does not interfere.
[0051]
Further, by storing the tire circumference in the storage unit 17 of the transponder 10, it is possible to calculate the total traveling distance and traveling speed from the total number of rotations of the tire using this. This arithmetic processing may be performed in the transponder 10, or may be performed in the scanner 20, the data processing device 51, and the processing device 55.
[0052]
Next, an operation example of the rotational speed counting and maximum stress detection processing in the transponder 10 will be described based on the flowchart of FIG.
When the central processing unit 18 starts operating, it determines whether there is power supply by radio wave reception or power supply from the piezoelectric element 10B and circuit operation is possible (SA1). If the circuit operation is possible as a result of this determination, the output voltage value Va of the piezoelectric element 10B obtained from the data input from the A / D conversion circuit 15 is compared with a threshold value Vt set in advance in the program. Then, it is determined whether or not the output voltage value Va of the piezoelectric element 10B is greater than or equal to the threshold value Vt (SA2).
[0053]
As a result of the determination of SA12, when the output voltage value Va of the piezoelectric element 10B is smaller than the threshold value Vt, the process proceeds to SA7 described later, and when the output voltage value Va of the piezoelectric element 10B is equal to or greater than the threshold value Vt, the piezoelectric element It is determined whether or not the rising of the output voltage waveform of the element 10B has been detected (SA3).
[0054]
As a result of the determination, when the rising of the output voltage waveform of the piezoelectric element 10B cannot be detected, the process proceeds to SA5 described later, and when it is detected, the count value of the total number of rotations of the tire stored in the storage unit 17 is incremented by +1. Count up and update (SA4).
[0055]
FIG. 13 shows the change in the output voltage of the piezoelectric element 10B accompanying the rotation of the tire. Here, it is assumed that the transponder 10 is embedded at a position of 90 degrees of the tire 4. As shown in the figure, the output voltage from the piezoelectric element 10B increases in the positive direction as the stress applied to the piezoelectric element 10B of the transponder 10 increases, and increases in the negative direction as the stress applied to the piezoelectric element 10B decreases. An AC voltage in the form of a sine wave with a period is output.
[0056]
The central processing unit 18 performs filtering on the output waveform of the piezoelectric element 10B based on the data input from the A / D conversion circuit 15 (filtered waveform Vf), and this (filtered piezoelectric element) The binarized waveform (Vb) is generated by comparing the output voltage Va) of 10B with the threshold value Vt, and then subjected to differentiation processing to detect the rising of the voltage output of the piezoelectric element 10B.
[0057]
After the processing of SA4, the central processing unit 18 determines that the peak value Vp of the output voltage of the piezoelectric element 10B is the maximum voltage value V stored in the storage unit 17. MAX (SA5), the peak value Vp is the maximum voltage value V MAX In the following cases, the process proceeds to SA7 described later, and the peak value Vp is the maximum voltage value V. MAX Is larger than the maximum voltage value V using the peak value Vp. MAX That is, the peak value Vp is changed to the maximum voltage value V MAX Is stored in the storage unit 17 (SA6).
[0058]
Next, the central processing unit 18 determines whether or not a detection information transmission command has been received (SA7). When the detection information transmission command has not been received, the central processing unit 18 proceeds to the processing of SA1. Count value of total rotation speed and maximum voltage value V MAX Is stored in the transmission register (SA8), and the data in the transmission register is sent to the transmission unit 19 (SA9).
[0059]
Thereafter, the process proceeds to SA1.
[0060]
Next, in the scanner 20, the data processing device 51 and the processing device 55, the total tire rotation speed and the maximum voltage value V MAX An example of the reading processing operation will be described based on the flowchart of FIG.
When the scanner 20 starts operating, the central processing unit 23 performs initial processing (SB1). In the initial process, when setting a switch input, a periodic input using a timer, etc., and selecting a specific one from a plurality of transponders 10 embedded in a tire of a plurality of wheels, the antenna to be used is selected. Specify a location or transponder-specific ID, or both.
[0061]
Next, the central processing unit 23 determines whether or not the data read trigger is turned on, for example, whether or not the switch 233 is turned on (SB2), and when turned on, an ID or information read command for designating the transponder 10 is designated. Are stored in the transmission register (SB3), and the data in the transmission register is transmitted to the transmitting unit 26 for transmission, and a watchdog timer (WDT) is started (SB4). As a result, the instruction stored in the transmission register is transmitted to the transponder 10.
[0062]
Next, the central processing unit 23 determines whether or not a response from the transponder 10 has been received (SB5). As a result of the determination, if the response from the transponder 10 is not received, it is determined whether or not the watchdog timer has timed up (SB6), and if the time has not expired, the process proceeds to SB5. When the watchdog timer expires, an alarm is output (SB7), and it is determined whether an alarm reset is input (SB8).
[0063]
As a result of this determination, when the alarm reset is not input, the process of SB7 is continued, and when the alarm reset is input, the process proceeds to the process of SB13 described later.
[0064]
As a result of the determination of SB5, when a response from the transponder 10 is received, at least the received data such as the transponder ID is collated (SB9), and it is determined whether the received data is normal (SB10). .
[0065]
As a result of the determination, if there is an abnormality in the received data, the process proceeds to the process of SB7 and an alarm is output. If there is no abnormality in the received data, the received data, that is, the total tire rotation speed, the maximum voltage value V MAX Based on such data, the travel distance, travel speed, maximum stress applied to the tire, etc. are calculated (SB11) and displayed (SB12).
[0066]
Next, the central processing unit 23 stores these data in the memory 232 together with data indicating the detection date (SB13).
[0067]
As described above, according to the present embodiment, in the transponder 10, electromagnetic wave energy received from the scanner 20 or the like is converted into electric energy and stored in the capacitor 16, and is generated from the piezoelectric element 10 </ b> B by deformation of the tire 4. Electric power is stored in the battery 16, and the transponder 10 is driven by these electric energies, and the total rotation speed and maximum stress value of the tire are automatically detected and stored in the storage unit 17. Based on this, it is possible to grasp the degree of fatigue of the tire 4 and accurately determine whether or not retreading is possible.
[0068]
For example, if the tire step is violently overcome, if the tire air pressure is lower than a specified value, or if the load is extremely large (overloading), the deformation of the tire increases, leading to the destruction of the tire casing. Detected maximum stress (maximum voltage value V MAX ) Exceeds the durability of the tire casing (depending on the tire), it is judged that there is a risk of destruction of the tire casing, and processing such as prohibition of use and prohibition of use on tires for retreading is taken. be able to. Further, it can be effectively used as data in the case of a tire compensation problem.
[0069]
Further, since there is no need to perform battery replacement work as in the prior art, even if the transponder 10 is embedded in the tire 4, it can be used semipermanently, and since no battery is used, manufacturing or using a tire that becomes hot Even under conditions, the function of the transponder 10 is not deteriorated.
[0070]
Furthermore, since the electrical energy is stored in the capacitor 16, the transponder 10 is driven by the electrical energy accumulated in the capacitor 16 when no electrical energy is generated by the piezoelectric element 10 </ b> B and no electromagnetic wave is received from the scanner 20. Therefore, the information stored in the transponder 10 can be obtained whenever necessary.
[0071]
In addition, since the electronic circuit part constituting the transponder body 10A is molded by an insulating casing and the influence of stress and heat due to tire deformation is suppressed, the transponder can be used as a transponder even under high temperature tire 4 manufacturing or use conditions. Functional deterioration can be further prevented.
[0072]
In addition, a piezoelectric element made of a polymer composite piezoelectric material has flexibility and excellent impact resistance, and can be easily processed into an arbitrary size. The desired voltage can be easily obtained by changing the size.
[0073]
In addition, this embodiment is an example and this invention is not limited to this. For example, the number of transponders 10 mounted in the tire 4 may be any number, and it is preferable that the transponders 10 be attached to a location effective for detecting the rotational speed and detecting the maximum stress.
[0074]
In addition, in detecting the peak voltage of the piezoelectric element 10B, the stress applied to the tire is detected step by step by setting the threshold value in several steps or setting the detection range in several steps, and the number of times is recorded. Also good.
[0075]
In the present embodiment, the transponder body 10A and the piezoelectric element 10B are integrally formed, but they may be separated.
[0076]
【The invention's effect】
As described above, according to the tire mounting transponder according to claim 1 of the present invention, when an electromagnetic wave having a predetermined frequency is received by the electromagnetic wave receiving means, the electromagnetic wave energy is converted into electric energy by the energy converting means, The electrical energy generation means converts the stress generated by the deformation of the tire into electrical energy, the transponder is driven by these electrical energy, and the total rotation speed and maximum stress value of the tire are automatically detected to store information. Since it is stored in the means, it is possible to grasp the tire fatigue degree based on these information, and it is possible to accurately determine whether or not retreading is possible, and it is not necessary to perform battery replacement work as in the past. Therefore, even if a transponder is embedded in the tire, it can be used semipermanently. That. In addition, since no battery is used, the function as a transponder is not deteriorated even under conditions of manufacturing or using a tire that becomes high temperature.
[0077]
According to the tire mounting transponder of the second aspect, in addition to the above effect, the electric energy generated by the piezoelectric element is stored by the electric energy storage means. Thereby, when the electric energy is not generated by the piezoelectric element and the electric energy is not supplied by the energy conversion means, the transponder is driven by the electric energy stored in the electric energy storage means. The predetermined information stored in the transponder can be obtained at any time.
[0078]
Further, according to the tire mounting transponder according to claim 3, in addition to the above effect, at least an electronic circuit part constituting the transponder is molded by an insulating casing, and the influence of stress and heat due to tire deformation is suppressed. Therefore, it is possible to further prevent the deterioration of the function as a transponder even under conditions of manufacturing or using a tire that becomes high temperature.
[0079]
According to the tire mounting transponder according to claim 4, in addition to the above-described effect, the piezoelectric element made of the polymer composite piezoelectric material has flexibility and excellent impact resistance, and has an arbitrary size. Therefore, the shape of the piezoelectric element can be set in accordance with the desired embedded position in the tire, and a desired voltage can be easily obtained by changing the size.
[0080]
According to the tire mounting transponder according to claim 5, in addition to the above effect, the piezoelectric element has a flat plate shape having a predetermined thickness and area. There will be no decline.
[0081]
According to the transponder-equipped tire according to claim 6, when electromagnetic waves having a predetermined frequency are received by the electromagnetic wave receiving means, the electromagnetic wave energy is converted into electric energy by the energy converting means, and further, the electric energy generating means causes the tire to The stress generated by the deformation of the tire is converted into electric energy, the transponder is driven by the electric energy, and the total rotation speed and the maximum stress value of the tire are automatically detected and stored in the information storage means in the transponder. Therefore, it becomes possible to grasp the tire fatigue level based on these information, and it is possible to accurately determine whether or not to retread, and it is not necessary to replace the battery as in the conventional case, so it is semi-permanent. Can be used. In addition, since a battery is not used as a driving power source for the transponder, the function as a transponder is not deteriorated even under conditions of manufacturing or using a tire that becomes high temperature.
[0082]
According to the transponder-equipped tire according to claim 7, in addition to the above-described effects, at least the piezoelectric element is provided in the sidewall portion where the amount of deformation of the tire is large when the vehicle is installed, so that the maximum stress applied to the tire is accurately determined. It is possible to detect the electric energy efficiently.
[0083]
According to the transponder-equipped tire according to claim 8, in addition to the above-described effect, at least the piezoelectric element is provided at the end portion of the steel belt embedded in the tread portion where the amount of deformation of the tire is large when the vehicle is installed. Therefore, it is possible to accurately detect the maximum stress applied to the tire and the rotation speed of the tire, and to obtain electric energy efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view showing a tire mounting transponder according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a conventional tire rotation number detection system.
FIG. 3 is a block diagram showing a conventional tire rotation speed detection system.
FIG. 4 is a block diagram of an electric circuit showing a transponder according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of an electric circuit showing a scanner according to the transponder of the present invention.
FIG. 6 is an external view showing a scanner according to the transponder of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining a tire mounting example of the transponder of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining a tire mounting example of the transponder of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a tire management system using the transponder according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a tire management system using a transponder according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram for explaining an arrangement example of a vehicle-mounted antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a flowchart for explaining the rotational speed and maximum stress detection operation in the transponder according to the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram for explaining the waveform processing when the rotational speed and the maximum stress are detected in the transponder according to the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a flowchart for explaining a rotation speed and maximum stress reading operation in the scanner according to the embodiment of the invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Transponder, 10A ... Transponder main body, 10B ... Piezoelectric element, 11A ... Reception antenna, 11B ... Transmission antenna, 12A ... Electromagnetic induction side rectification circuit, 12B ... Piezoelectric element side rectification circuit, 13 ... Receiver, 14, 15 ... A / D conversion circuit, 16 ... capacitor, 17 ... storage unit, 18 ... central processing unit, 19 ... oscillation unit, 16 ... transmitting antenna, 17 ... capacitor, 18 ... second rectifier circuit, 19A ... piezoelectric element, 20 ... Scanner, 20A ... casing, 20B ... grip, 21 ... receiving antenna, 22 ... receiving unit, 23 ... central processing unit, 24 ... keyboard, 25 ... display unit, 26 ... sending unit, 27 ... transmitting antenna, 28 ... power supply unit DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Tire, 41 ... Tire inner wall surface, 42 ... Side wall part, 43 ... Tread part, 44 ... Steel belt, 51 ... Data processing apparatus, 52 ... Controller, 3a, 53b ... antenna, 54 ... management terminal, 55 ... processing device, 56 ... display unit, 57 ... vehicle-mounted antenna, 58 ... vehicle.

Claims (8)

情報記憶手段を備え、所定の信号によって前記情報記憶手段内の情報アクセスを行うタイヤ装着用トランスポンダにおいて、
前記情報記憶手段は回転数計数値と最大応力値とを記憶すると共に、
所定周波数の電磁波を受信する電磁波受信手段と、
該電磁波受信手段によって受信した電磁波エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換手段と、
タイヤの変形によって発生する応力などによって加えられた圧力に対応した電圧を出力する圧電素子と、
前記圧電素子の出力電圧値をディジタルデータに変換して検出値として出力するアナログ／ディジタル変換手段と、
前記検出値と前記最大応力値とを比較し、前記最大応力値よりも前記検出値の方が大きいときに、前記検出値を用いて前記最大応力値を更新する最大応力値更新手段と、
前記圧電素子の出力電圧値が予め設定されているしきい値を越えたときに、前記回転数計数値を＋１カウントアップして更新する回転数計数手段とを有し、
前記エネルギー変換手段によって供給される電気エネルギー又は前記圧電素子から出力される電気エネルギーによって動作する
ことを特徴とするタイヤ装着用トランスポンダ。In a tire mounting transponder that includes information storage means and accesses information in the information storage means by a predetermined signal,
The information storage means stores a rotational speed count value and a maximum stress value,
Electromagnetic wave receiving means for receiving electromagnetic waves of a predetermined frequency;
Energy converting means for converting electromagnetic wave energy received by the electromagnetic wave receiving means into electrical energy;
A piezoelectric element that outputs a voltage corresponding to the pressure applied by the stress generated by the deformation of the tire;
Analog / digital conversion means for converting the output voltage value of the piezoelectric element into digital data and outputting it as a detection value;
A maximum stress value updating means for comparing the detected value with the maximum stress value and updating the maximum stress value using the detected value when the detected value is larger than the maximum stress value;
A rotational speed counting means for updating the rotational speed counted value by +1 when the output voltage value of the piezoelectric element exceeds a preset threshold value;
A tire mounting transponder that operates by electrical energy supplied by the energy conversion means or electrical energy output from the piezoelectric element. 前記圧電素子から出力された電気エネルギーを蓄積する電気エネルギー蓄積手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のタイヤ装着用トランスポンダ。2. The tire mounting transponder according to claim 1, further comprising electrical energy storage means for storing electrical energy output from the piezoelectric element. 少なくとも前記トランスポンダを構成する電子回路部は絶縁性の筐体によってモールドされていることを特徴とする請求項１又は２記載のタイヤ装着用トランスポンダ。The tire mounting transponder according to claim 1 or 2, wherein at least an electronic circuit part constituting the transponder is molded by an insulating casing. 前記圧電素子は、高分子複合物圧電材料からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のタイヤ装着用トランスポンダ。4. The tire mounting transponder according to claim 1, wherein the piezoelectric element is made of a polymer composite piezoelectric material. 前記圧電素子は、所定の厚さと面積を有する平板状をなしていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のタイヤ装着用トランスポンダ。5. The tire mounting transponder according to claim 1, wherein the piezoelectric element has a flat plate shape having a predetermined thickness and area. 情報記憶手段を備え、所定の信号によって前記情報記憶手段内の情報アクセスを行うタイヤ装着用トランスポンダを備えたトランスポンダ装着タイヤにおいて、
前記トランスポンダの情報記憶手段は回転数計数値と最大応力値とを記憶すると共に、
前記トランスポンダは、所定周波数の電磁波を受信する電磁波受信手段と、
該電磁波受信手段によって受信した電磁波エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換手段と、
タイヤの変形によって発生する応力などによって加えられた圧力に対応した電圧を出力する圧電素子と、
前記圧電素子の出力電圧値をディジタルデータに変換して検出値として出力するアナログ／ディジタル変換手段と、
前記検出値と前記最大応力値とを比較し、前記最大応力値よりも前記検出値の方が大きいときに、前記検出値を用いて前記最大応力値を更新する最大応力値更新手段と、
前記圧電素子の出力電圧値が予め設定されているしきい値を越えたときに、前記回転数計数値を＋１カウントアップし更新する回転数計数手段とを有し、
前記エネルギー変換手段によって供給される電気エネルギー又は前記圧電素子から出力される電気エネルギーによって動作する
ことを特徴とするトランスポンダ装着タイヤ。In a transponder-equipped tire that includes an information storage means and includes a tire-mounted transponder that accesses information in the information storage means by a predetermined signal,
The information storage means of the transponder stores a rotational speed count value and a maximum stress value,
The transponder includes electromagnetic wave receiving means for receiving an electromagnetic wave having a predetermined frequency;
Energy converting means for converting electromagnetic wave energy received by the electromagnetic wave receiving means into electrical energy;
A piezoelectric element that outputs a voltage corresponding to the pressure applied by the stress generated by the deformation of the tire;
Analog / digital conversion means for converting the output voltage value of the piezoelectric element into digital data and outputting it as a detection value;
A maximum stress value updating means for comparing the detected value with the maximum stress value and updating the maximum stress value using the detected value when the detected value is larger than the maximum stress value;
A rotational speed counting means for counting up and updating the rotational speed count value by +1 when the output voltage value of the piezoelectric element exceeds a preset threshold value;
A transponder-equipped tire that operates by electrical energy supplied by the energy conversion means or electrical energy output from the piezoelectric element. 少なくとも前記圧電素子は、空気入りタイヤのサイドウォール部に設けられていることを特徴とすることを特徴とする請求項６記載のトランスポンダ装着タイヤ。The transponder-equipped tire according to claim 6, wherein at least the piezoelectric element is provided in a sidewall portion of the pneumatic tire. 少なくとも前記圧電素子は、空気入りタイヤのトレッド部に埋設されているスチールベルトの端末部に設けられていることを特徴とする請求項６記載のトランスポンダ装着タイヤ。The transponder-equipped tire according to claim 6, wherein at least the piezoelectric element is provided at a terminal portion of a steel belt embedded in a tread portion of a pneumatic tire.
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