JP6615096B2 - 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

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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。
Figure 0006615096
式中、P0は伝達電力、Gi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。
Figure 0006615096
式中、Gd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、全ての前記アンテナは、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、1.20m未満の距離だけ、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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