KR100649829B1 - 외부 장착형 타이어 압력 센서 시스템 - Google Patents

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Abstract

가변 저항식 길이방향 변위 특성을 가지는 신장 센서를 구비한 외부 장착형 타이어 압력 센서 시스템이 제공된다. 신장 센서는 그 신장 센서의 저항을 주기적으로 샘플링하는 프로세서에 연결된다. 센서 본체가 타이어의 측벽에 의해 변위되도록 그리고 저항이 타이어 내부 압력의 함수가 되도록, 센서 본체는 공압식 타이어의 외부 측벽에 부착된다. 압력이 문턱값 이하라는 것을 프로세서가 결정하면, 프로세서에 의해 r.f. 발생기가 활성화되어 낮은 타이어 압력 신호를 생성한다. 그 신호는 수신기에 의해 운전자에 대한 경보로 변환된다.

Description

외부 장착형 타이어 압력 센서 시스템{EXTERNAL MOUNT TIRE PRESSURE SENSOR SYSTEM}
도 1 은 본 발명에 따른 단일 타이어 압력 모니터 시스템의 개략도이다.
도 2 는 압력 모니터링 시스템이 장착된 상태를 도시한 차량 타이어 및 휘일의 사시도이다.
도 3 은 도 2 의 선 3-3을 따라 취한 단면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 타이어 압력 모니터링 시스템의 블록도이다.
도 5a 및 도 5b 는 적절하게 팽창된 타이어 및 적절하게 팽창되지 못한 타이어 각각에 대한 휘일 각도 위치에서 센서 저항 값의 변화를 도시한 도면이다.
본 발명은 차량 타이어 압력 센서에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 외부 장착형 센서를 이용하여 차량 타이어의 내부 압력을 모니터링하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
압력 센서 시스템은 공지되어 있으며, 일반적으로 차량의 각각의 공압식 타이어내의 내부 공기압을 모니터링하기 위해 사용되며, 차량 타이어들 중 하나 이상 의 내부 공기압이 과다하게 높거나 낮을 때 운전자에게 경고 신호를 제공한다. 통상적으로, 센서에 의해 측정된 타이어 내부 압력이 소정(predetermined)의 정상 작동 범위를 벗어났을 때, 타이어 압력 센서에 연결된 마이크로프로세서에 의해 제어되는 r.f. 신호 발생기에 의해 경고 신호가 생성된다. 이러한 r.f.신호는 차량에 장착된 수신기로 전달되며, 그 수신기는 경고 신호를 이용하여 시각적으로(경고등 또는 경고 디스플레이의 작동에 의해) 또는 음향적으로(가청 알람을 활성화시킴으로써) 또는 두 가지 방법 모두로 운전자에게 알리게 된다.
공지된 타이어 압력 시스템은 통상적으로 두 가지 기본적인 디자인 중 하나를 채용한다. 제 1 디자인 타입은 타이어 압력 센서 시스템의 신호 전송 신호 전송 부분을 포함하는 모든 부품들이 타이어 케이싱내에 위치되는 내부 배치 형태를 취한다. 이러한 타입의 통상적인 설치에서, 압력 센서, r.f. 발생기, 마이크로프로세서, 및 D.C. 배터리 전원은 타이어의 팽창에 앞서서, 상기 부품들을 휘일의 내측 표면에 부착함으로써, 공압식 타이어 케이싱의 내부에 물리적으로 설치된다. 이러한 제 1 타입의 디자인은 몇 가지 단점을 가진다. 먼저, 타이어 케이싱내에 시스템 부품들을 설치하는 것은 간단하지 않고, 부품 배치 및 장착에 주의를 기울여야 하며, 전체 자동차의 제조 비용을 높이게 된다. 또한, 많은 차량들이 스틸-벨트형(steel-belted) 타이어를 이용하고 있으며, 그러한 타이어는 타이어 내부에서 생성된 r.f. 신호와 바람직하지 않은 방식으로 상호작용하게 된다. 또한, 배터리 또는 다른 시스템 부품들 중 하나에 고장이 발생하면, 결함 부품을 교체할 때 관련 타이어를 휘일로부터 먼저 제거하여야 하며, 이는 시간 및 비용이 많이 소요 된다.
현재의 타이어 압력 센서 시스템에 이용되는 제 2 타입의 디자인은 타이어의 밸브 스템(stem)의 노출된 외측 단부상에 나사식으로 부착되는 캡내에 장착되는 부품들을 채용한다. 이러한 디자인은 내부 장착형 타이어 압력 모니터링 시스템과 관련한 전술한 단점들을 피할 수는 있지만, 다음과 같은 추가적인 단점들을 갖는다. 먼저, 압력 모니터링 시스템이 외측으로 돌출한 밸브 스템에 의해 지지되기 때문에, 200g의 크기에 달할 수 있는 휘일 및 타이어의 회전에 의한 가속도 힘이 센서 시스템의 정확도를 상당히 손상시킬 수 있다. 또한, 시스템 부품들은 의도하지 않게 분실되거나 또는 용이하게 도난당할 수 있다.
전술한 단점들을 극복한 정밀하고도 내구성을 가지는 타이어 압력 모니터링 시스템을 제공하고자 하는 노력은 아직까지 성공적이지 못하다.
본 발명은, 제조 및 설치하기가 상대적으로 단순하고 저렴하고, 정확한 타이어 내부 압력 값을 제공하며, 고장시에 용이하고도 저렴하게 교체될 수 있으며, 공지된 시스템의 전술한 바와 같은 단점들을 극복한, 외부 장착형 부품들을 이용하는 차량 타이어 내부 압력 모니터링 방법 및 시스템을 포함한다.
넓은 측면에서, 본 발명은 공압식 타이어의 외측 벽 표면에 결합되었을 때 타이어 내부 압력을 나타내는 저항 값을 제공하기 위한 가변 저항 변위 센서 부재를 가지는 외부 장착형 타이어 압력 센서 시스템을 포함한다. 가변 저항 변위 센서 부재는 길이방향 변위에 대해 실질적으로 선형인 가변 저항 특성을 가진다. 프로세서는 변위 센서 부재에 결합되고 적정하지 못한 타이어 내부 압력에 대응하는 저항 값을 r.f. 발생기 활성화 신호로 변환한다. r.f. 발생기 활성화 신호는 프로세서에 의해 활성화되었을 때 낮은 타이어 압력 경고 신호를 전송하는 r.f. 발생기 회로에 연결된다. 바람직하게, 가변 저항 변위 센서, 프로세서 및 r.f. 발생기 회로는 모두 가요성(flexible) 기판에 장착되어 전체 유닛이 타이어의 외부 측벽에 용이하게 부착될 수 있게 한다.
본 발명은 가변 저항 변위 센서, 프로세서, 및 r.f. 발생기 회로에 전력을 공급하기 위한 배터리와 같은 D.C. 전원을 더 포함한다.
바람직한 실시예에서, 프로세서는 공압식 타이어의 1 회전중에 가변 저항 변위 센서에 의해 제공되는 최대 및 최소 저항 값을 결정하고 최대 저항 값과 최소 저항 값 사이의 차이를 계산하기 위한 값 결정 회로를 더 포함한다. 프로세서내의 비교 회로는 상기 차이를 소정 문턱값과 비교한다. 그 차이가 소정 문턱값 보다 큰 경우에, 프로세서는 r.f. 발생기를 활성화시킨다.
프로세서는 차이의 크기에 따라 값 결정 회로와 비교 회로의 작동을 제어하는 제어 회로를 더 포함한다. 상기 차이의 크기가 문턱값을 초과하지 않은 경우에 제어 회로는 제 1 시간 간격 동안, 예를 들어 1분 동안, 값 결정 회로와 비교 회로의 작동을 지연시키고, 상기 차이의 크기가 문턱값을 초과한 경우에 제어 회로는 보다 짧은 제 2 시간 간격 동안, 예를 들어 10초 동안, 값 결정 회로와 비교 회로의 작동을 지연시킨다.
본 발명은 낮은 타이어 압력 경고 신호를 운전자에 대한 시각적 또는 청각적 경보를 작동시키는 경고 표시 신호로 변환시키기 위한 수신기 회로를 더 포함한다.
본 발명은 공압식 타이어를 구비한 차량의 타이어 내부 압력을 모니터링하는 문제에 대한 간단한 해결책을 제공한다. 상기 시스템은 새로운 차량의 제조시에 또는 출고후의 아이템(item)으로서 설치될 수 있다. 본 발명은 소모 부품을 설치 또는 교환하기 위해 타이어를 휘일로부터 분리할 필요가 없으며, 이는 D.C. 배터리를 교체할 때 특히 유용하다. 또한, 압력 센서 시스템이 없는 기존 차량에도 저렴한 비용으로 최신 시스템을 장착할 수 있게 된다. 이는 모든 차량에 대해 낮은 타이어 압력 경고 장치를 의무화하는 곳에서 특히 유용하다.
첨부 도면을 참조한 이하의 설명으로부터 본 발명의 특성 및 이점들을 보다 명확히 이해할 수 있을 것이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 타이어 압력 모니터 시스템의 압력 센서 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 도면에 도시된 바와 같이, 전체적으로 도면부호 10 으로 표시된 압력 센서는 신장 센서(12), 압력 계산을 수행하는 집적 회로(14), 신호 발생 및 r.f. 전송 회로, 안테나(15), 및 D.C. 배터리 전원(16)을 포함한다. 모두 4개의 주요 센서 부품들은 차량 타이어 측벽(19)의 외측 표면(18)상에 장착된 가요성 베이스 또는 기판 부재(17)에 의해 지지된다.
신장 센서(12)는 센서 본체의 선형적인 길이방향 변위에 따라 예상가능한 양으로 변화되는 오옴(ohmic) 저항 특성을 가지는 공지된 부품이다. 신장 센서(12)의 본체가 타이어 측벽(19)의 외측 표면(18)에 고정되기 때문에, 타이어 측벽(19) 이 팽창하거나 수축할 때 그 본체의 길이가 변화될 것이다. 타이어 측벽(19)의 팽창 또는 수축의 양은 타이어 내부 압력 및 타이어 각도 위치의 함수이며, 그 양은 신장 센서(12)에 의해 주기적으로 측정되는 저항 값과 관련된다. 따라서, 신장 센서(12)의 저항 값을 시간에 걸쳐 주기적으로 측정함으로써, 타이어 내부 압력은 시간에 걸쳐 모니터링될 수 있을 것이다. 본 발명의 실제적인 사용시에 길이방향 변위 값의 예상 범위에 걸친 신장 센서(12)의 저항 변화는 실질적으로 선형이 되도록 선택될 수 있으며, 이는 압력 센서(10)의 교정을 단순화시킬 수 있다. 바람직하게, 신장 센서(12)는 영국, 플리마우스에 소재하는 Merlin Systems Corp. Ltd 로부터 입수할 수 있는 Merlin Stretch Sensor 이다. 원하는 바에 따라, 다른 동등한 가변 저항 센서들도 이용될 수 있다.
도 2 및 도 3 을 참조하면, 압력 센서(10)는 적절한 방식으로 타이어 측벽(19)에 고정적으로 부착된다. 예를 들어, 내구성이 강한 에폭시 또는 실리콘-계 접착제를 압력 센서 기판(17) 및 타이어 측벽(19)의 대응 표면들에 도포하고 가압하에서 경화시킬 수 있다. 또한, 열적 결합을 위해 타이어 측벽 물질과 열적으로 양립할 수 있는(compatible) 기판(17) 물질을 이용하여, 열적으로 결합될 수도 있다.
도 4 는 본 발명의 블록도이다. 이러한 도면에 도시된 바와 같이, 신장 센서(12)는 통상적인 저항 브릿지 회로(31)에 전기적으로 연결된다. 브릿지 회로(31)의 출력부는 마이크로제어기(32)에 연결된다. D.C. 전력은 배터리(16)로부터 마이크로제어기(32)로 직접 공급된다. 마이크로제어기(32)는 브릿지(31) 및 r.f. 전송기(34)로 D.C. 전력이 인가되는 것을 제어한다. r.f. 전송기(34)의 출력부는 안테나(15)로 연결된다. 바람직하게, 브릿지 회로(31), 마이크로제어기(32), 및 r.f. 전송기(34)는 모두 집적 회로(14)내로 통합된다. 그 대신에, 필요한 경우, 브릿지 회로(31) 및 r.f. 전송기(34)는 별도의 외장(enclosure)내로 통합될 수 있다. 전술한 바와 같이, 타이어 측벽(19)에 용이하게 설치될 수 있도록, 바람직하게, 본 발명의 모든 부품들은 가요성 기판(17)(도 1 참조)상에 장착된다.
도 5a 및 도 5b 는 서로 상이한 두 가지 타이어 압력 조건에 대한 저항 측정 프로세스를 도시한다: 즉, 허용가능한 압력 범위내의 압력(도 5a) 및 허용가능한 최소 값 이하의 타이어 압력(도 5b). 도 5a 에 도시된 허용가능한 타이어 압력 조건에서, 신장 센서(12)의 측정된 저항 값은 압력 센서(10)가 도로로부터 최소 거리에 위치되고 최대 변위되었을 때(도로에 인접할 때)의 최대치 Rmax 와 압력 센서(10)가 도로로부터 최대 거리에 위치되고 최소 변위되었을 때의 최소치 Rmin 사이에서 변화된다. 타이어 압력을 계산하는데 사용되는 파라미터(parameter)는 차이 R=(Rmax)-(Rmin)이다. 파라미터는 마이크로제어기(32)에 의해 제어된다. 이러한 값이 도 5a 에 도시된 바와 같이 소정 범위내에 있는 경우에는, 타이어 내부 압력이 허용 범위내에 있기 때문에, 어떠한 신호도 안테나(15)로부터 전송되지 않는다. R 값이 소정 값 보다 큰 경우에, 마이크로제어기(32)는 r.f. 전송기(34)를 활성화시키며, 이는 저압 신호가 안테나(15)로부터 전송되게 한다. 이러한 저압 신호는 차체내의 통상적인 수신기 회로(도시 안 됨)에 의해 수신되며, 상기 수신기 회로는 저압 신호를 가시적인 표시부, 청취가능한 알람, 또는 양자 모두와 같은 인식가능한 경고 신호로 변환한다. 일반적으로, 수신기 회로는 경고 표시부를 작동시키는데 사용될 수 있는 형태로 저압 신호를 디코딩하기 위한 디코더를 포함한다. 그러한 수신기의 대표적인 예를 들면, 미국 특허 제 5,900,808; 6,175,301; 및 6,453,737 호에 기재되어 있다. 수신기 회로는 소위 당업자에게 공지되어 있기 때문에, 추가적인 설명은 불필요할 것이다.
배터리 전력을 보전하기 위해, 연속적이 아닌 주기적으로 저항을 측정할 수 있다. 예를 들어, Rmax 의 초기 값이 먼저 계산될 것이다. 만약 R 값이 문턱값 보다 작다면, 마이크로제어기(32)는 1분을 기다릴 것이고, 이어서 다른 파라미터(R) 계산을 실행할 것이다. 만약 계산 결과 R값이 문턱값을 초과한다면, 마이크로제어기(32)는 보다 짧은 시간(10초)을 기다린 후에 다른 파라미터(R) 계산을 실행할 것이다. 계산 결과, R 값이 다시 문턱값을 넘는다면, 마이크로제어기(32)는 r.f. 전송기를 활성화시켜 낮은 타이어 압력 신호를 발생시킨다. 계산 결과, 연속적인 R 값이 문턱값을 초과하지 않는다면, 마이크로제어기(32)는 1분을 기다릴 것이고, 이어서 다음 계산을 실행한다.
이상에서는 바람직한 실시예를 하나의 타이어에 대한 하나의 유닛으로서 설명하였지만, 실질적으로 각각의 차량 타이어는 타이어 압력 센서 시스템을 구비할 것이다. 다양한 인코딩 장치가 각각의 개별적인 센서를 인식하게 할 수도 있으며, 현재 바람이 빠진 특정 타이어를 인식하도록 경고 표시부가 구성될 수 있다.
이하에 분명히 기재된 바와 같이, 본 발명은, 타이어를 휘일로부터 분리할 필요가 없이, 비교적 간단하게 차량에 설치될 수 있는 단순하고 저렴한 타이어 내부 압력 센서 시스템을 제공한다. 또한, 필요한 경우, 본 발명에 따른 타이어 압력 센서는 타이어의 제조시에 차량 타이어에 설치될 수 있다. 또한, 타이어를 휘일로부터 분리할 필요 없이, 배터리 또는 기타 고장난 시스템 부품을 교체할 수 있으며, 이는 전체 시스템의 수리 또는 교체를 단순화시키며 그에 따라 유지 보수 비용을 낮춘다. 마지막으로, 본 발명은 공압식 타이어를 이용하는 모든 차량에서 타이어 안전성을 모니터링할 수 있는 정확하고 신뢰할 수 있는 시스템을 제공한다.
특정의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 필요에 따라 여러 가지 변형 실시예, 개량 실시예 및 균등물을 채용할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 센서를 타이어 측벽에 부착하기 위해 본 발명은 접착제 및 열적 결합 방법을 이용하는 것으로 설명하였지만, 센서를 타이어 측벽에 부착할 수 있는 적절한 기타 기술도 이용될 수 있을 것이다. 따라서, 이상의 내용은 본 발명을 제한하는 것이 아니며, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의해서 규정된다.
본 발명은, 제조 및 설치하기가 상대적으로 단순 및 저렴하고, 정확한 타이어 내부 압력 값을 제공하며, 고장시에 용이하고도 저렴하게 교체될 수 있는 차량 타이어 내부 압력 모니터링 방법 및 시스템을 포함한다.

Claims (10)

  1. 외부 장착형 타이어 압력 센서 시스템으로서:
    공압식 타이어의 외측 벽 표면에 결합되었을 때 타이어 내부 압력을 나타내는 저항 값을 제공하는 가변 저항 변위 센서 부재;
    상기 변위 센서 부재에 결합되어 적정하지 못한 타이어 내부 압력에 대응하는 저항 값을 r.f. 발생기 활성화 신호로 변환하는 프로세서; 및
    상기 프로세서에 의해 활성화되었을 때 낮은 타이어 압력 경고 신호를 전송하기 위한 r.f. 발생기 회로를 포함하는,
    타이어 압력 센서 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 저항 변위 센서 부재는 길이방향 변위에 대해 실질적으로 선형인 가변 저항 특성을 가지는,
    타이어 압력 센서 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 저항 변위 센서, 상기 프로세서, 및 상기 r.f. 발생기 회로는 가요성 기판상에 장착되는,
    타이어 압력 센서 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 저항 변위 센서, 상기 프로세서, 및 상기 r.f. 발생기 회로에 전력을 공급하기 위한 D.C. 전원을 더 포함하는,
    타이어 압력 센서 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 공압식 타이어의 1 회전중에 상기 가변 저항 변위 센서에 의해 제공되는 최대 및 최소 저항 값을 결정하고 상기 최대 저항 값과 최소 저항 값 사이의 차이를 계산하기 위한 값 결정 회로를 더 포함하는,
    타이어 압력 센서 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 차이를 소정 문턱값과 비교하고 상기 차이가 소정 문턱값 보다 큰 경우에 상기 r.f. 발생기를 활성화시키는 비교 회로를 더 포함하는,
    타이어 압력 센서 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 차이의 크기에 따라 상기 값 결정 회로와 상기 비교 회로의 작동을 제어하는 제어 회로를 더 포함하는,
    타이어 압력 센서 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 차이의 크기가 상기 문턱값을 초과하지 않은 경우에 제 1 시간 간격 동안 상기 값 결정 회로와 상기 비교 회로의 작동을 지연시키고, 상기 차이의 크기가 상기 문턱값을 초과한 경우에 제 2 시간 간격 동안 상기 값 결정 회로와 상기 비교 회로의 작동을 지연시키는,
    타이어 압력 센서 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 시간 간격은 상기 제 2 시간 간격 보다 긴,
    타이어 압력 센서 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 센서 시스템은 낮은 타이어 압력 경고 신호를 경고 표시 신호로 변환시키는 수신기 회로를 더 포함하는,
    타이어 압력 센서 시스템.
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