JP4956625B2 - タイヤセンサモジュール - Google Patents

Description

本発明は車両用タイヤに使用するためのタイヤセンサモジュール並びに車両用タイヤの状態量を求めるための方法に関する。

タイヤセンサは種々の状態量、殊に車両用タイヤの圧力、温度そして部分的には加速度も測定するために用いられる。これらのタイヤセンサは外部電源に接続することができないために、エネルギを供給するためおよび電流消費を低減するための種々のシステムが公知である。

エネルギの供給は一つには組み込まれたバッテリによって行うことができるが、しかしこのバッテリには限られた耐用期間があり、それ故にタイヤセンサ全体の寿命が制約されている。電流消費を低減するために、部分的に回転検出機能が車輪エレクトロニクスに組み込まれており、この車輪エレクトロニクスにおいて電流消費は評価ＡＳＩＣの部分を遮断することによって低減され、これによってバッテリの耐用期間が延ばされる。さらにいくつかのシステムにおいては、車輪、例えば予備車輪が非運動状態である場合には、不必要な伝送を静止モードにおいて阻止するエレクトロニクスのスリープモードが起動される。

この機能を実現するために機械式スイッチ、加速度センサまたは圧電素子が使用され、これら素子によりスリープモードから作動モードへの移行が検出されるようにしている。この素子は絶え間なく電流が供給される評価ＡＳＩＣの一部分によって定期的に検出され、評価される。それ故にこの評価ＡＳＩＣに対し、電圧供給部としてのバッテリから継続して給電する必要があり、その結果として一定の暗電流が評価ＡＳＩＣにおいて問い合わせが何もなされなくとも流れるのである。この暗電流並びに回転検出の問い合わせのための付加的な電流が高い電流消費につながり、それに伴いシステム寿命の低下を引き起こしてしまう。

さらに圧電素子が電気機械式エネルギ変換器として電圧供給のために用いられ、寿命の制限された素子であるバッテリの使用を必要としないタイヤセンサシステムが公知である。それ故にこの種のセンサシステムは車輪が運動状態である場合にはエネルギのみ発生させ、それに即して評価ＡＳＩＣのためのセンサ並びにアンテナの作動に必要なエネルギを発生させるために、大きな圧電素子が必要とされる。

このような大きい仕様の圧電素子は製造において費用がかさみ、また車両用タイヤにおいてかなり広い取り付け空間が必要とされる。結局は、十分なエネルギ形成は機械的変形の十分に大きいトレッド面の領域でしか達成されない。

発明の開示
本発明が基礎としている着想は、原則的には制御装置ないし評価ＡＳＩＣへ、バッテリないし消費されていくエネルギーアキュムレータによってエネルギ供給を行うことであるが、しかしこのエネルギ供給は付加的な電気機械式エネルギ変換器によって開閉調整されることである。このために本発明によれば制御装置ないし評価ＡＳＩＣと、センサ装置と、場合によってはＨＦチップないし水晶発振器およびアンテナのような別の素子とに加えて、バッテリも電気機械式エネルギ変換器もスイッチング装置に接続されている。このスイッチング装置は有利にはスイッチＡＳＩＣとして形成され、このスイッチＡＳＩＣは、電気機械式エネルギ変換器ないし圧電素子の出力信号に応じて、バッテリによる評価ＡＳＩＣへのエネルギ供給を遮断および接続する。

車輪が運動状態にある場合は電気機械式エネルギ変換器においてエネルギが形成され、このエネルギは制御信号ないしスイッチ信号としてスイッチＡＳＩＣに出力され、これによってバッテリと評価ＡＳＩＣの間を閉路する。

タイヤが静止状態にある場合は、エネルギは電気機械式エネルギ変換器において形成されない。なぜなら、評価ＡＳＩＣがバッテリから完全に分離しているためである。

それ故に本発明によれば、制御装置ないし評価ＡＳＩＣおよび別の電子素子をバッテリから完全に切り離すことないし分離することが可能である。それ故にタイヤの静止状態においてエネルギを節約できる。本発明によればこの際に、スイッチＡＳＩＣによる完全な分離を達成することができ、この分離によって、残留する暗電流ないし漏れ電流を伴う従来のスリープモード設定時に比べてエネルギ消費が著しく良好に低減される。それ故にバッテリの耐用期間に加えてシステム寿命も、エネルギの節約により従来のバッテリ給電型センサモジュールに比べて著しく延ばすことができる。それ故にエネルギ的に自立した長寿命のセンサモジュールが実現されるのである。スイッチＡＳＩＣは電気機械式エネルギ変換器の（ピエゾ）電圧によって閉じ、静止状態にて開かれている。それ故にバッテリにも負荷がかからない。

本発明によれば車輪の運動状態においてもしかし、高い容量および均等な供給電圧を有する完璧なバッテリを評価ＡＳＩＣ並びに別の電子素子の動作に使用できる。それによって、電気機械式エネルギ変換器によって給電されてきた従来のシステムと比較して著しい利点がもたらされ、殊に信頼性、測定精度および信号強度に関して著しい利点がもたらされる。

本発明によれば、電気機械式エネルギ変換器を備えた従来のシステムに比べて小さい仕様の電気機械式エネルギ変換器を形成することができる。これは、スイッチＡＳＩＣ（スイッチング装置）のみ駆動制御すればよいためである。このことによって、別のコスト上の利点がもたらされる。トレッド面以外での使用、例えばタイヤのバルブ領域における使用も可能となり、これは動作電流が大して必要ないからである。

従来のバッテリ駆動システムに比べて小型のバッテリないしは容量の小さいバッテリが使用され、それによりコストおよび寸法を低減することができる。

ブロック回路図 本発明による方法のフローチャート

タイヤセンサモジュール１は車両用タイヤ２において、例えば車両用タイヤ２のバルブ領域においてまたはトレッド面内部に配置されている。このタイヤセンサモジュール１は、有利には圧力Ｐも温度Ｔも測定するための圧力温度センサとして形成されているセンサ装置３と、評価装置かつ制御装置としての評価ＡＳＩＣ４と、本発明によるスイッチング装置としてのスイッチＡＳＩＣ５と、圧電素子６と、バッテリ７と、水晶発振器１０とを有している。この圧力温度センサ３は公知の方法で圧力Ｐと温度Ｔの測定値を受け取り、相応の測定信号Ｓ１を評価ＡＳＩＣ４に出力している。すなわち圧力温度センサ３は評価ＡＳＩＣ４によって読み出されるのである。圧力Ｐおよび温度Ｔのほかに加速度ａ、すなわち振動の加速度ａの測定も行うことができる。

評価ＡＳＩＣ４は、ＨＦ送信周波数を発生するために水晶発振器１０と接続されている。それ故に評価ＡＳＩＣ４は圧力Ｐと温度Ｔの測定信号を評価しＨＦ信号Ｓ２を接続されているアンテナ１２を介して車両側の受信装置に出力している。このアンテナ１２は、例えばタイヤセンサモジュール１のケーシング１４の内側および／または外側に形成することができる。

本発明によれば、バッテリ７は評価ＡＳＩＣ４、さらにセンサ装置３、水晶発振器１０並びにアンテナ１２の電流供給部として設けられている。このバッテリ７は殊に再充電可能ではない電池であり、直流電圧Ｕｖを給電電圧として送出することができる。スイッチＡＳＩＣ５は評価ＡＳＩＣ４とバッテリ７の間に接続されており、そのエネルギを圧電素子６から得ている。このときにスイッチＡＳＩＣ５は、バッテリ電圧Ｕｖを評価ＡＳＩＣ４から分離するスイッチの機能を有している。

圧電素子６は、例えばそれ自体公知の方法で多層システムによって圧電セラミックから成る１つまたはそれ以上の層によって形成することができる。この多層積層体は機械的変形および／または運動の際に種々の曲げ位置をとり、これによって時間の経過につれて変化するピエゾ電圧Ｕｐを送出する。それ故に圧電素子６は、車両用タイヤ１が回転運動状態にある場合にトレッド面２の変形または運動に基づいて電気的なピエゾ電圧Ｕｐを発生し、本発明によればこのピエゾ電圧Ｕｐがスイッチ信号としてスイッチＡＳＩＣ５を調整する。それ故に圧電素子６は、エネルギ供給のためにもスイッチＡＳＩＣ５のための信号源としても用いられる。したがって、バッテリ７には、スイッチＡＳＩＣ５のスイッチ機能が開いている場合に負荷がかからない。なぜなら、このときのスイッチ機能は評価ＡＳＩＣ４にもスイッチＡＳＩＣ５にもエネルギを供給しないためである。

車両用車輪が運動状態にある場合は圧電素子6において、トレッド面2の変形に基づいて、または例えば圧電素子ないし取り付けられたサイズモ質量体の慣性によってもエネルギが形成される。この形成されたピエゾ電圧Ｕｐが送出され、スイッチＡＳＩＣ５を閉じる。それ故に評価ＡＳＩＣ４に完全にバッテリ電圧Ｕｖが加わる。車輪が静止状態にある場合は、圧電素子６においてエネルギは形成されない。なぜなら、スイッチＡＳＩＣ５が開いており、評価ＡＳＩＣ４はバッテリ７から分離しているためである。

本発明の１つの実施形態によれば、スイッチＡＳＩＣ５においてスイッチ機能に対し遅延が行われている。これによって、短時間の車両用車輪の静止状態の際、例えばストップアンドゴーの交通状況において、または交通標識ないし信号のところで、バッテリ７は評価ＡＳＩＣ４に尚短時間、給電しており、従ってバッテリ７のエネルギ供給によって測定動作およびデータ伝送が可能となる。これに加えて、スイッチＡＳＩＣ５に、エネルギーバッファ５ａを例えば適切な大きさのコンデンサ面を備えたコンデンサとして設けることができ、これによって開放のスイッチ機能を遅延させることができる。それ故に基本的にインテリジェントなスイッチＡＳＩＣ５を使用できる。ただし本発明によって認識されるのは、この種の遅延は基本的には必要ではないということであり、これは、静止状態の間、重要な測定データの変化が見込まれず、ないし次の車輪運動のときに変化を適時に検出することができるためである。

図２には、本発明による方法により可能な実施形態を備えたフローチャートが示されている。ステップＳｔ１にて方法がスタートし、このことは車両用タイヤを取り付ける際に既に行うことができる。なぜなら、本発明によるタイヤセンサモジュール１は自立しており、車両からはアクティブにされないためである。次に、図示のループにおける動作が行われ、このループにおいてステップＳｔ２にて分岐ａのとおりに方法が戻されるのは、圧電素子６が車両用タイヤ２の運動を確認せず、それ故にどんなアクティブな測定動作および送信動作も行われない場合である。分岐ｂのとおりに圧電素子が車両用タイヤの運動を確認したならば、ステップＳｔ３にてピエゾ電圧Ｕｐないし相応に整流されたスイッチ電圧がスイッチＡＳＩＣに送出される。それに続いて、ステップＳｔ４にてスイッチＡＳＩＣ５が閉じられ、これによって評価ＡＳＩＣ４、水晶発振器１０、センサ装置３並びにアンテナ１２が通電される。それとともに測定動作および送信動作が始まり、ステップＳｔ５のとおりにセンサ装置３は状態量Ｐ，Ｔおよび場合によってはａも測定し、測定信号Ｓ１を評価ＡＳＩＣ４に出力し、この評価ＡＳＩＣ４はステップＳｔ６のとおりに水晶発振器１０を用いてＨＦ信号を形成し、送信信号Ｓ２としてアンテナ１２を介して出力する。

送信動作および測定動作はステップＳｔ２にて圧電素子６がスイッチＡＳＩＣ５を閉じたままにしておく間は示したループのとおりに行われる。

また有利には、電気機械式エネルギ変換器６またはスイッチング装置５は、形成されたピエゾ電圧Ｕｐを整流するための整流回路を有している。

さらに有利には、スイッチング装置５はスイッチＡＳＩＣ５であり、例えばスイッチとして用いられる１つまたはそれ以上のＭＯＳＦＥＴを有している。

Claims (15)

1. 車両用タイヤに使用するためのタイヤセンサモジュールであって、該タイヤセンサモジュールは少なくとも、
   少なくとも１つの測定量（Ｐ，Ｔ，ａ）を測定し、少なくとも１つの測定信号（Ｓ１）を出力するセンサ装置（３）と、
   前記測定信号（Ｓ１）を受け取り、無線インターフェース（１２）へ少なくとも１つの送信信号（Ｓ２）を出力する制御装置（４）と、
   少なくとも前記制御装置（４）へエネルギを供給するエネルギーアキュムレータ（７）とを有しており、
   前記無線インターフェース（１２）は、前記送信信号（Ｓ２）を車両または車両内の受信装置に伝送する形式のタイヤセンサモジュールにおいて、
   前記エネルギーアキュムレータ（７）と前記制御装置（４）との間にスイッチング装置（５）が設けられており、該スイッチング装置（５）は、制御信号（Ｕｐ）に応じて前記エネルギーアキュムレータ（７）から前記制御装置（４）へのエネルギ供給を遮断または接続し、
   圧電素子（６）である電気機械式エネルギ変換器（６）が設けられており、該圧電素子（６）は、変形、運動または圧力変化が生じているとき、エネルギ供給の接続のためにピエゾ電圧（Ｕｐ）または該ピエゾ電圧から形成される信号を制御信号（Ｕｐ）として前記スイッチング装置（５）に出力することを特徴とするタイヤセンサモジュール。
2. 前記エネルギーアキュムレータはバッテリ（７）である、請求項1記載のタイヤセンサモジュール。
3. 前記電気機械式エネルギ変換器（６）または前記スイッチング装置（５）は、形成された前記ピエゾ電圧（Ｕｐ）を整流するための整流回路を有している、請求項１記載のタイヤセンサモジュール。
4. 前記スイッチング装置（５）はスイッチＡＳＩＣ（５）である、請求項１から３のいずれか１項記載のタイヤセンサモジュール。
5. 前記制御装置（４）は、受け取った前記測定信号（Ｓ１）を評価し、該評価によりＨＦ信号を形成し、該ＨＦ信号を前記送信信号（Ｓ２）として前記無線インターフェース（１２）を介して伝送する、請求項１から４のいずれか１項記載のタイヤセンサモジュール。
6. ＨＦ信号（Ｓ２）を形成するために、水晶発振器（１０）が前記制御装置（４）と接続されている、請求項５記載のタイヤセンサモジュール。
7. 無線インターフェース（１２）としてアンテナ（１２）が、タイヤセンサモジュール（１）のケーシング（１４）内でまたは該ケーシング（１４）に接して形成されている、請求項１から６のいずれか１項記載のタイヤセンサモジュール。
8. 前記制御装置（４）は評価ＡＳＩＣ（４）である、請求項１から７のいずれか１項記載のタイヤセンサモジュール。
9. 車両用タイヤ（２）のトレッド面内部におよび／またはタイヤバルブにて取り付けられる、請求項１から８のいずれか１項記載のタイヤセンサモジュール。
10. エネルギ的に自立している、請求項１から９のいずれか１項記載のタイヤセンサモジュール。
11. 前記スイッチング装置（５）は、前記制御信号（Ｕｐ）の欠落に応じて予め定められた期間に亘ってなおエネルギ供給を維持する、請求項１から１０のいずれか１項記載のタイヤセンサモジュール。
12. エネルギーバッファ（５ａ）は、前記電気機械式エネルギ変換器（６）から出力された前記制御信号（Ｕｐ）の中間貯蔵のために設けられている、請求項１１記載のタイヤセンサモジュール。
13. 前記バッテリ（７）は再充電可能ではない電池である、請求項２から１２のいずれか１項記載のタイヤセンサモジュール。
14. 車両用タイヤ（２）の状態量を求めるための方法であって、該方法において走行中にエネルギが供給される制御装置（４）は、少なくとも測定信号（Ｓ１）を受け取り、該測定信号（Ｓ１）から無線送信信号（Ｓ２）を形成し、無線インターフェース（１２）を介して出力し、前記測定信号（Ｓ１）は車両用タイヤ（Ｐ，Ｔ，ａ）の状態量を表す方法において、
    前記制御装置（４）へのエネルギ供給はスイッチング装置（５）によって切り換えられ、走行中のエネルギ供給は、外部の変形、運動および／または外部の圧力がタイヤセンサモジュール（１）に作用するときには接続されており、タイヤが静止しているときには遮断される、
    ここで、前記スイッチング装置（５）は、前記外部の変形、運動または圧力変化に基づいて発生する、電気機械式エネルギ変換器である圧電素子（６）の出力信号に応じて、エネルギーアキュムレータ（７）から前記制御装置（４）へのエネルギ供給を切り換えることを特徴とする方法。
15. 前記タイヤセンサモジュール（１）は車両用タイヤ（２）のトレッド面内部におよび／またはタイヤバルブにて取り付けられる、請求項１４記載の方法。

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