JP4536721B2 - 地磁界によるタイヤとホイールの組立体の回転数の検出 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤとホイールの組立体（以下、「タイヤ／ホイール組立体」という場合がある）によって支持されるようになっていて、タイヤ／ホイール組立体の回転数を検出する装置に関する。本発明は又、かかる装置を支持するタイヤ又はホイール及びかかる組立体の回転数を検出する方法に関する。

自動車は一般に、この自動車により走行した全距離を知ることができるようにするオドメータ（距離計）を有する。しかしながら、このオドメータは、自動車の各タイヤの回転走行した距離に関する情報を何ら与えない。
例えば、タイヤの一時的な変化の間（例えば、冬季にスノータイヤを装着した場合）又は古くなった摩滅タイヤを交換したとき、オドメータにより表示される距離によっては、タイヤが実際に回転走行した距離をもはや知ることはできない。

中古のタイヤの回転走行した距離に関する表示だけが、数年前まで、そのトレッドの摩耗状態であった。
タイヤ製造業者は、タイヤと一体であった装置をタイヤの内部に組み込む技術的構想を持ち、それによりこのタイヤの回転走行した距離を知ることができるようにした。かかる装置は、既に存在している。

これら装置の中で、ドイツ国特許第１０，１１７，９２０号明細書（特許文献１）は、タイヤ上に配置され、地磁界の向きに対するタイヤの角度位置の関数として信号を発生する磁界センサを記載している。
しかしながら、既存の装置は、寿命が限られている。というのは、かかる装置は、相当多量のエネルギを消費し、振動の影響を受けやすいからである。

ドイツ国特許第１０，１１７，９２０号明細書

本発明の目的は特に、タイヤとホイールの組立体によって支持されるようになっていて、その回転数を検出する自律型装置であって、寿命がこの組立体の寿命に少なくとも等しい装置を利用できるようにすることによりこれら欠点を解決することにある。また、本発明の装置は、構造が簡単であり、したがって頑丈である。

この目的のため、本発明の要旨は、タイヤとホイールの組立体によって支持されるようになっていて、前記組立体の回転数を検出するための自律型装置であって、信号を発生する少なくとも１つのセンサを有し、前記センサは、前記組立体の回転数が前記センサの回転数に一致するよう前記組立体と回転的に一体であるようになっている装置において、前記センサは、受動型センサであり、前記センサの発生した前記信号は、磁束の一時的変化に比例することを特徴とする装置にある。

本発明の装置は、自給自足型なので自律型と呼ばれ、これが正しく機能するようにするために、磁界を生じさせる装置を自動車に設ける必要はない。本発明の装置は、タイヤの回転に関する一定の基準として地磁界を利用している。かくして、この装置は又、自由タイヤ及び（又は）自由ホイール（即ち、固定された要素には連結されていない）の回転走行した距離を測定することができる。

本発明のセンサは、今まで用いられた磁界センサとは異なり、機能する上でエネルギを必要としないので受動型と呼ばれる。これにより、本発明の装置は、既存の装置よりも高い自律性を持つことができる。

本発明の装置の受動型センサは、導電性ワイヤの簡単なループであるのがよいが、このようにするかどうかは任意である。この場合、磁束の一時的変化を受けると誘導によりループ中に電圧が生じる。この巻線の一利点は、その頑丈さが高いことにある。技術の現状において用いられている複雑で脆いセンサである磁気センサとは対照的に、導電性ワイヤの簡単な巻線は、道路上を走行することにより生じる振動に対する耐性が高い。巻線を用いると有利であり、その等価表面積は、最大サイズのものであり、少なくとも０．１５ｍ²以上である。これにより、地磁界の通常の値を考慮してセンサにとって十分な感度を得ることができる。逆の場合においては、特に自動車が低速で走行しているとき又は赤道近くの緯度で走行しているとき、影響を受けた回転数の全てを検出するわけではないという恐れがある。

本発明の装置は、以下の特徴のうち１つ以上を更に有するのがよく、かかる特徴としては、
−この装置は、地磁界内における装置の回転により生じる磁束の一時的変化に感応するのがよいこと、
−この装置のセンサは、その感度方向が組立体の回転軸線と直交するよう組立体上に配置されるようになっているのがよいこと、
−この装置のセンサは、その感度方向が組立体に対して半径方向に差し向けられるよう組立体上に配置されるようになっているのがよいこと、

−センサは、細かく分割されていて、透磁率の高いＦｅＮｉ合金又はソフトフェライトで作られた強磁性コアを有するのがよいこと、
−この装置のセンサは、タイヤのビードワイヤに近接して（せいぜい数ｃｍのところ）、より好ましくは、ホイールのリムの近くに配置されるようになっているのがよく、地磁界により誘導される磁化から十分に恩恵を受けるためには、その感度軸線を組立体の回転軸線に対して半径方向に（垂直に）差し向けるのが特に有利であること、
−この装置は、受動型センサにより発生した信号の少なくとも１つのサイクルを検出するたびに、インパルスを発生させるインタプリタを有するのがよいこと、

−この装置のインタプリタは、コンパレータから成るのがよいこと、
−この装置のインタプリタは、センサにより発生した信号のための濾波手段を含むのがよいこと、
−この装置のインタプリタは、信号のための増幅手段を含むのがよいこと、
−この装置は、インタプリタに接続された計数手段を有するのがよいこと、

−この装置の計数手段は、インタプリタ側で所定数のインパルスを受け取るたびに、インパルスをマイクロコントローラに伝送するカウンタを含むのがよく、マイクロコントローラは、カウンタから受け取ったインパルスの数の記憶手段を含むこと、
−この装置は、マイクロコントローラにより記憶されたインパルスの数の特徴を示すデータの伝送を外部に向かって行なう装置を有するのがよいこと、
−この装置は、電子回路用の電源、例えば電気化学的バッテリの自律型システムから成るのがよいこと、

−本発明の装置のインタプリタは、タイヤ／ホイール組立体の周囲により支持された複数の受動型センサの信号を加算することができ、場合によってはその前に、組立体上での受動型センサの角度のずれを考慮するためにこれら信号の位相を元に戻すこと、
が挙げられる。

好ましくは、本発明の装置を備えたタイヤ／ホイール組立体のホイールは、鋼製ホイールリムを有し、事実、かかる鋼製ホイールリムは本発明の装置の性能を著しく向上させることが観察された。この装置のタイヤのビードワイヤ又はバッテリも又、信号を増幅させるために有利に利用することができる。

本発明の要旨は又、タイヤの回転数を検出するようになった自律型装置を備えたタイヤ及びタイヤの回転数を検出するようになった装置を備えたホイールである。
本発明の要旨は又、タイヤとホイールの組立体の回転数を検出する方法である。
この方法は、タイヤとホイールの組立体に少なくとも２つのセンサを設ける段階を有し、センサは、磁束の一時的変化に比例する信号を発生させ、この方法は、信号の位相を元に戻す段階、信号を加算する段階及び加算の結果の周期を検出する段階を更に有する。
有利には、信号を加算する前に、信号は、組立体上におけるこれら信号の相対的角度位置の関数としてこれら信号の位相を元に戻す。

本発明の内容は、タイヤに固定された装置の場合、例示としてのみ与えられている以下の説明を読むと共に添付の図面を参照するとよりよく理解されよう。
図１は、地磁界４の作用を受ける自動車２の前部を示しており、その左前輪又はホイール６のタイヤは、本発明の装置８を備えている。
図示の装置は、タイヤ１４のカバー内に設けられた電子装置１２に接続されているセンサ１０を有する。センサ１０の感度方向１６は、自動車の走行中、センサの感度方向が地磁界の一定の方向に対して回転状態にあるよう好ましくは半径方向である。

図２は、タイヤ１４を示しており、その内部には、本発明の装置８が設けられている。タイヤ１４の内側１８のうちの一方上に配置されたこの装置は、センサ１０、インタプリタ２０、計数手段２２及び送信装置２４を有している。
図２に示す特定の一実施形態では、センサ１０は、導電性ワイヤの巻線である。巻線の感度方向は、巻線の方向と同一であり、タイヤ１４に対して半径方向に差し向けられている。この巻線は、受動型であり、この巻線により、ファラデ−レンツの法則に従って磁束を横切る磁束の変化に比例した信号が生じる。
巻線により出力された信号は、周期的信号であり、その周波数は、タイヤの回転の回数に等しい。
巻線により出力される信号が大きければ大きいほどそれだけ一層巻線を横切る磁束の変化が強く且つ迅速であり、かくして、その振幅も又、巻線の回転数で決まる。特定の一実施形態では、信号は、磁界の値を取り出して速度効果を割り引くために積算される。

図３は、本発明の装置の特定の実施形態の機能図である。この装置８は、センサ１０、センサにより発生した信号を必要に応じて増幅させることができる増幅器２６、寄生周波数成分を抑制すると共に交番外部寄生磁界源（例えば、ＥＤＦネットワークの５０Ｈｚ）を除去することができるフィルタ２８、タイヤの回転ごとにパルスを発生するコンパレータ（比較器）を有する。増幅器２６、フィルタ２８及びコンパレータ３０は、信号インタプリタを構成する。この装置は、Ｎ個のビットのカウンタ３２を更に有し、このカウンタ３２は、タイヤの回転数を記憶し、これが満たされると（２^N回の回転数ごとに）、マイクロコントローラ３４をトリガし、このマイクロコントローラは、例えば１の増分だけそのメモリを増大させる。カウンタ３２及びマイクロコントローラ３４は、計数手段を形成する。最後に、この装置は、マイクロコントローラ３４により計数されたインパルスの数の特徴を示すデータを外部に向かって送信できる伝送装置３６を有する。バッテリ３７は、装置の電子回路に電気エネルギを供給する。

図４は、本発明の一実施形態を示しており、この実施形態によれば、直径方向反対側に位置した２つのセンサＣ１，Ｃ２がタイヤ１４の周囲によって支持されている。Ｂ１，Ｂ２は、センサの感度方向である。この構成により、寄生磁界源がセンサにより生じた信号を変形させて増幅及び濾波がもはや十分ではないような場合にＳＮ比を向上させることができる。

図５ａは、寄生磁界源が存在している場合に先の実施形態の２つのセンサにより生じた２つの信号Ｓ１，Ｓ２を示している。センサがこの源の前を通過するたびに、信号の外乱が生じるように見える。２つのセンサが直径方向反対側に位置しているので、地磁界により生じる２つの信号は、センサが同一方向に巻回されているか逆方向に巻回されているかに応じて位相が同一であり又は図５ａの場合のように逆である。

図５ｂは、２つの信号の減算後に得られる信号を表している。したがって、用いられる信号の強度は、２倍になり、ＳＮ比は、信号が数周期にわたり平均された場合、２倍になることが注目される。
上述の実施形態は、非限定的な例として与えられているに過ぎず、かくして本発明の範囲から逸脱することなくこれら実施形態に任意所望の改造を施すことができる。

自動車の左側の図であり、自動車の左前タイヤが本発明の装置を備えている状態を示す図である。 本発明の装置を支持したタイヤの斜視図である。 本発明の装置の機能図である。 直径方向反対側に位置した２つのセンサを備えるタイヤの周囲の図である。 図４に従って配置された２つのセンサにより生じる一時的信号を示すグラフ図である。 位相シフトに起因すると共に図５ａの２つの信号のインタプリタ装置による加算に起因する一時的信号を表すグラフ図である。

Claims (21)

1. タイヤとホイールの組立体に取り付けられて前記組立体の回転数を検出するよう構成された自律型装置であって、信号を発生する少なくとも１つのセンサ（１０，Ｃ１，Ｃ２）を有し、前記少なくとも１つのセンサは、前記組立体に取り付けられ、それにより、前記組立体の回転数が前記少なくとも１つのセンサの回転数に一致するよう前記組立体（１４）と回転的に一体であるようになっている装置において、前記少なくとも１つのセンサ（１０）は、受動型センサであり、前記センサの発生した前記信号は、地磁界（４）内における前記装置の回転により生じる磁束の一時的変化に比例する、装置。
2. 前記センサ（１０）は、導電性ワイヤのループである、請求項１記載の装置。
3. 前記センサ（１０）は、等価表面積が０．１５ｍ²の巻線である、請求項２記載の装置。
4. 前記センサ（１０）は、その感度方向が前記組立体の回転軸線と直交するよう前記組立体上に配置されるようになっている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の装置。
5. 前記センサ（１０）は、その感度方向が前記組立体に対して半径方向に差し向けられるよう前記組立体上に配置されるようになっている、請求項４記載の装置。
6. 前記センサ（１０）は、前記タイヤのビードワイヤに近接して配置されるようになっている、請求項５記載の装置。
7. 前記センサ（１０）は、前記タイヤのクラウンの高さ位置に配置されるようになっている、請求項５記載の装置。
8. 前記受動型センサ（１０）により発生した信号の少なくとも１つのサイクルを検出するたびに、インパルスを発生させるインタプリタ（２０，２６，２８，３０）を有する、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の装置。
9. 前記インタプリタは、コンパレータ（３０）を含む、請求項８記載の装置。
10. 前記インタプリタは、前記センサ（１０）により発生した信号のための濾波手段（２８）を含む、請求項８又は９記載の装置。
11. 前記インタプリタは、前記信号のための増幅手段（２６）を含む、請求項８〜１０のうちいずれか一に記載の装置。
12. 前記インタプリタに接続された計数手段（２２，３２，３４）を有する、請求項８〜１１のうちいずれか一に記載の装置。
13. 前記計数手段は、前記インタプリタ側で所定数のインパルスを受け取るたびに、インパルスをマイクロコントローラ（３４）に伝送するカウンタ（３２）を含み、前記マイクロコントローラ（３４）は、前記カウンタから受け取ったインパルスの数の記憶手段を含む、請求項１２記載の装置。
14. 前記マイクロコントローラ（３４）により記憶されたインパルスの数の特徴を示すデータの伝送を外部に向かって行なう装置（３６）を有する、請求項１３記載の装置。
15. 前記組立体の周囲により支持されるようになった複数個の受動型センサ（Ｃ１，Ｃ２）及び前記センサにより発生した信号を加算できるインタプリタを有する、請求項１〜１４のうちいずれか一に記載の装置。
16. 前記インタプリタは、前記発生した信号の加算前に前記発生した信号の位相を元に戻すことができる、請求項１５記載の装置。
17. 前記装置に装備された前記タイヤとホイールの組立体が鋼製ホイールリムを有するようになっている、請求項１〜１６のうちいずれか一に記載の装置。
18. 請求項１〜１７のうちいずれか一に記載の装置を備えたホイール。
19. 鋼で作られている請求項１８記載のホイール。
20. 請求項１〜１７のうちいずれか一に記載の装置を備えたタイヤ。
21. タイヤとホイールの組立体の回転数を検出する方法であって、前記組立体に少なくとも２つのセンサ（Ｃ１，Ｃ２）を設ける段階を有し、前記センサは、磁束の一時的変化に比例する信号を発生させ、前記方法は、前記信号の位相を元に戻す段階、前記信号を加算する段階及び前記加算の結果の周期を検出する段階を更に有する、方法。

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