KR100910096B1 - 공기 타이어내 압력 또는 압력변화를 감시 및 무선신호 하는 시스템 - Google Patents

Abstract

본원은, 공기 타이어내부에 배치되고, 동력원으로서의 배터리와, 압력 및 압력변화를 측정하는 압력센서와, 압력센서의 신호로부터 나오는 신호를 전송하는 RF 송신기와, 무선 질문 및/또는 제어신호를 수신하는 수신기가 제공되는 휠 전자장치와, 차량에 배열되고 압력 센서의 신호로부터 나오는 신호를 수신하는 (제2의) 수신기와, 압력 또는 압력변화와 관련된 드라이버 정보에 신호를 보내는 장치 및, 질문 신호 및/또는 제어신호를 방출하고, 각 작동중인 휠 근처에서 개별적으로 각각 배치되고 1 Mhz 보다 작은 송신 주파수를 갖는 송신기를 포함하는 것을 특징으로하는 차량의 공기 타이어내 압력 또는 압력변화를 감시 및 무선신호 하는 시스템에 관한 것이다.

송신기, 수신기, 드라이버, 송신안테나, 비교측정기, 압력센서, 휠전자장치.

Description

공기 타이어내 압력 또는 압력변화를 감시 및 무선신호 하는 시스템 {DEVICE FOR THE MONITORING AND WIRELESS SIGNALING OF A PRESSURE OR A CHANGE OF PRESSURE IN PNEUMATIC TIRES}

본 발명은 청구항 1의 전문에서 한정된 특징을 갖는, 차량의 공기 타이어내 압력 또는 압력변화를 감시 및 무선신호 하는 시스템에 관한 것이다. 이러한 종류의 시스템은 DE 199 39 936 A에서 공지된 것이다.

이러한 종류의 시스템은, 공기 타이어의 내부에 배치되고 타이어 내의 압력에 노출되는, 이하 "휠 전자장치(wheel electronics)"로 통칭되는 전자회로를 갖는 장치를 포함한다. 휠 전자장치는 동력원으로서의 배터리와, 공기 타이어내의 압력을 측정하는 압력센서와, 압력 또는 압력변화에 관한 정보를 송신하는 송신기 및, 무선 질문(interrogation) 및/또는 제어신호를 수신하는 수신기를 포함한다. 소비되는 비용의 유무와 무관하게, 상기 휠 전자장치에서 배터리 교환이 가능하다면, 가능한 한 최적화된 에너지 절약 방식으로 작동하는 것이 바람직할 것이다. 특히, 차량의 서비스 수명과 동일한 정도로, 가능한 한 서비스 수명이 긴 배터리를 갖는 것이 바람직하다. 만일 질문 송신기에 의해 방출되는 무선 질문 및/또는 제어 신호에 의해 휠 전자장치가 압력 또는 압력 변화신호를 방출하게 된다면, 주된 압력 또는 압력변화에 대한 정보를 매우 에너지가 강하게 전송하는 것은 그런 정보가 정말로 필요할 때에만 수행되도록 할 수 있을 것이다. 유리하게, 예를 들어, 차량이 주차되었을 때는 압력 데이터가 전송되지 않고, 전송률이 차량의 속도에 적합하게 할 수 있다. 질문 및/또는 제어 신호를 통해 휠 전자장치를 제어함으로써, 이런식으로 휠 전자장치에 대해 특히 에너지를 절약하는 작동을 수행할 수 있는 것이다. 버튼 셀(button cell)의 치수를 갖는 리튬 배터리의 사용은 7년 이상의 서비스 수명을 이룬다.

가능한 가장 잘 에너지를 절약하는 작동을 달성하고 싶은 욕망과는 별개로, 타이어가 교환될 때 휠 전자장치가 차량의 관련 휠의 위치에 정확하고 빠르게 연결되는 것은 영구적인 문제점을 낳는다. DE 197 35 686 A1 은 이러한 목적을 위해 휠 전자장치가 각 휠의 코리올리(Korreolis) 가속도와 궤도(path) 가속도를 동시에 감지하고 평가하게 하도록 하는 것을 제안하였다. 이 공개문헌은 이런식으로 조종되는 전방 휠과 조종되지 않는 후방 휠을 구별하고 좌우 휠을 구별하는 것이 가능하다는 것을 상세히 설명한다. 압력 또는 압력 변화, 궤도 가속도, 및 원심 가속도에 관련된 신호를 측정하는 것과 함께, 이 경우에 각각의 휠 전자장치는 또한 그 식별 신호 특성도 전송한다. 각각의 식별 신호를 이용하여, 차량에 배열된 평가 회로는, 원심 가속도 및 궤도 가속도의 통계값에 의해, 다른 휠 전자장치를 각각의 휠 위치에 자동으로 연관시킬 수 있다. 휠이 최초에 차량에 장착되었을 때 또는 휠 교환후에 장착되었을 때, 평가 유닛은 자동으로 어느 휠 전자장치가 어느 휠 위치에 속하는 지를 알게 된다.

그러나, DE 197 35 686 A1 에 의해 개시된 방법의 단점은, 예를 들어 타이어 교환에 이어서, 원심 및 궤도 가속도의 수치로부터 어느 식별 신호가 주어진 휠 위치에 관련되는 지가 알 수 있게 될 때까지 몇 분간의 구동이 필요하다는 것이다.

본 발명의 목적은 각 차량의 타이어내에 배열된 휠 전자장치의 에너지를 절약하는 작동을 희생하지 않으면서, 휠 전자장치의 식별 신호를 각각의 휠 위치에 보다 신속히 연관시키는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 1에 정의된 특징을 갖는 시스템에 의해 달성된다. 본 발명의 유익한 추가적인 개량사항은 종속항의 내용이다.

이하 "질문 송신기"라고 칭하게 되는 질문 및/또는 제어 신호를 송신하는 송신기 뿐만 아니라 DE 199 39 936 A1 의 시스템의 경우와 같은 고주파 송신기(예를 들어, 독일에서는 433Mhz 범위내이고, 미국에서는 315Mhz 범위내이다)로서 휠 전자장치내에 제공되는 송신기를 설계하는 대신, 본 발명의 질문 송신기는 1Mhz 이하의, 바람직하게는 50 내지 300kHz 범위의 송신 주파수를 갖는다. 이러한 특징은 방출된 무선 신호의 자기 요소가 이미 0.5 내지 1m 의 거리에서 대부분 차츰 사라지게 되어 버리게 되어 다른 차량의 휠 전자장치가 응답하는 것을 방지하기 위해 다른 수단이 추가로 필요하지 않게 된다는 잇점을 제공한다. 예를 들어 각 휠 케이스내에서 차량의 각 휠에 별개의 질문 송신기를 제공함으로써, 이제 휠 내부에 배열된 질문 송신기를 통해 개별적으로 차량의 다른 휠에 배열된 다른 휠 전자장치를 작동하는 것이 가능하다. 질문 송신기 중 하나에 의해 방출된 신호의 자기 요소가 신속히 소멸됨으로 인해, 각 신호가 가장 가까운 휠 전자장치에 의해서만 수신될 수 있게 하는 것이 가능하다. 이것은 주어진 휠 위치에 휠 전자장치의 식별신호를 관련시키는 과정을 매우 단순하게 한다. 어느 식별 신호가 어느 휠 위치에 관련되는 지를 알기 위해서, 평가 회로는 순차적으로 각 휠 위치에서의 휠 전자장치로 하여금 각 질문 송신기를 거쳐 그 식별 신호를 방출하게 한다. 예를 들어, 만일 좌측 정면 휠에 관련된 질문 송신기가 질문 신호를 방출하도록 된다면, 그 질문 신호는 좌측 정면 휠에 배열된 휠 전자장치에 의해서만 수신되어, 오직 그 유닛만이 식별신호를 보냄으로서 반응할 것이다. 따라서, 좌측 정면 휠에 관련된 송신기에 의해 송신된 질문 신호에 반응하여 수신된 식별 신호는, 좌측 정면 휠에 관련된다. 이로 인해서 차량이 출발한 후 대략 몇 초 내에 어느 식별 신호가 어느 휠 위치에 관련되는지를 평가회로가 알 수 있게 된다. 유리하게, 이것은 심지어 타이어가 교환된 후에도 차량의 출발시에 이미 타이어 압력을 검사하는 것이 가능하게 하고, 혹은 심지어 그 전에도 가능하게 한다.

이제, 예를 들어, 확고히 미리 설정된 주파수 125kHz 에서 질문 송신기를 작동할 수 있다. 그러나, 피할 수 없는 생성 공차와 특히 검사 위치와 다른 환경적 영향에 의해 설정된 전자기의 경계조건 때문에, 차량에 장착된 조건에서 진동회로의 공진 주파수를 예측하는 것이 매우 어렵다. 질문 송신기가 125 kHz 의 확고히 미리 정해진 주파수에서 작동된다면, 예를 들어, 질문 송신기는 아마 공진 주파수에서 작동하지 않고, 그 주파수로부터 보통 +/- 50kHz 까지 벗어나는 경우에 작동될 것이다. 그러나, 공진 주파수로부터 벗어나는 주파수에서 질문 송신기를 작동하는 것은 그 전력소비가 실질적으로 상승하게 한다. 예를 들어, 만일 100kHz의 공진 주파수를 갖는 질문 송신기가 150kHz에서 작동된다면, 500 내지 1000mA의 전류 강도가 요구될 것이다. 그러나, 이것은 차량 배터리의 바람직하지 않은 장하(裝荷, loading)가 된다. 진동회로내에 증폭기를 제공하여 증폭기 출력부와 송신 안테나 및 증폭기 입력부가 직렬로 연결되게하고, 증폭기 입력부와 증폭기 출력부를 다시 결합함으로써, 진동 회로가 항상 공진 주파수에서 진동하게 되는 것이 이루어질 것이다. 유리하게, 이것은 질문 송신기의 전력 소비를 상당히 줄여서 차량 배터리에는 근소하게만 부하가 걸리고 타이어 압력은 심지어 주차된 차량에서도 오랫동안 검사될 수 있다.

바람직하게, 비교 측정기 입력부에 가해지고 시간에 따라 변하는 전압을 정방형파의 전압으로 변형시키는 비교 측정기가 진동 회로내에 제공된다. 이러한 목적을 위해서, 비교 측정기는 그 입력부에 가해진 전압을 미리 정해진 0 값과 비교한다. 0 값이 초과될 때, 비교 측정기는 그 비교 측정기 출력을 높게 설정하고, 초과되지 않을 때는 낮은 전압으로 설정하여 진행되는 동안 장방형파의 전압이 얻어진다. 따라서, 그러한 비교 측정기는 장방형파의 전압에 의해 진동 회로를 여자(勵磁)하고, 전력의 누출이 감소되는 유익할 결과를 얻는다. 이것은 질문 송신기의 전류 소비를 상당량 더 줄일 수 있게 한다.

질문 송신기의 송신 안테나(radiator)는 바람직하게 로드 안테나로 특히 페라이트 로드 안테나로서 설계된다. 이러한 특징은 질문 및/또는 제어신호가 높은 지향성으로 발사될 수 있는 잇점을 제공한다. 공간상의 이유로, 휠 전자장치내의 수신기는, 예를 들어 코일과 같은 일차원의 안테나로 설계된다. 따라서, 로드 안테나 특히 페라이트 로드 안테나의 높은 지향성은 좋은 송신 용량을 이용할 수 있도록 하고, 나아가 전류를 절약하는 작동을 달성하도록 하는 원인이 된다. 바람직하게, 송신 안테나는 진동회로의 효과적인 저항에 주요하게 기여한다. 왜냐하면, 만일 송신안테나가 높은 Q(양호도), 예를 들어 20 이상의 Q의 진동 회로의 결정요소라면, 진동회로는 오직 매우 협소한 주파수 범위내에서만 발산할 것이고, 더욱이 작동시 에너지소비를 줄이는 방향으로 기여한다.

본 발명의 구체적인 내용과 잇점이 첨부되는 도면을 참조하여 실시예에 의해서 아래에서 추가로 설명될 것이다.

도1은 본 발명에 의한 시스템에서 사용하는 진동회로의 블록 다이어그램.

도1에 도시된 것처럼, 질문 및/또는 시작신호를 송신하는 송신기의 블록 다이어그램의 기본요소는 축전기(9), 페라이트 로드 안테나로 설계되는 송신안테나(3), 위상이동장치(5), 비교측정기(6), 드라이버(1), 및 연결된 최종스테이지(2)로 구성되고, 이 모두는 함께 일련의 공진회로의 형태로 진동회로(10)를 형성한다. 드라이버(1)와 최종스테이지(2)는 일련의 공진회로로서 설계된 진동회로내의 전자기 진동을 증폭하는 증폭기로서 역할을 한다. 최종스테이지(2)의 출력, 즉, 증폭기 출력은 드라이버의 입력부, 즉, 드라이버 입력부에 다시 결합된다. 이로써, 진동회로는 항상 그 공진 주파수에서만 진동을 해서, 유리하게 그 동력소비를 최소화시키는 효과를 얻게된다.

드라이버(1)와 최종스테이지(2)는 위상이동장치(5)에 의해 상쇄되는, 전류와 전압사이의 약 90^o 위상차를 초래한다. 일련의 공진회로는 입력부에 가해진 싸인곡선의 전압을 정방형파의 전압으로 변형시키는 비교측정기(6)를 포함한다. 이러한 목적을 위해서, 비교측정기(6)는 입력부에 가해진 전압을 미리정해진 0 값(zero value) 또는 평균값(mean value)과 비교한다. 미리정해진 0 값이 초과될 때, 비교측정기의 출력은 예를 들어 12볼트의 전압으로 설정되고, 그렇지 않으면 예를 들어 더 낮은 전압인 0볼트로 설정되어 싸인곡선의 전압은 정방형파의 전압으로 변형된다. 이런식으로 송신기 전류는 안테나의 공진 회로에 의해서만 정해져서 결국 어떠한 바람직하지 않은 고조파(高調波)도 포함하지 않는다. 그래서 누전되는 전력도 또한 최소로 제한된다. 그러나, 비교측정기(6)가 없는 일련의 공진회로를 설계해서 정방형파의 전압이라기 보다 위상이동장치(5)에 의해 공급된 싸인곡선의 전압을 드라이버 입력부에 직접 적용할 수도 있다. 그러나, 이것은 다소 높은 전력을 누출시키거나 더 많은 양의 바람직하지 않은 고조파를 일으키는 단점을 제공할 수 있다.

송신안테나(3)는 페라이트 로드 안테나(ferrite rod antenna)이다. 전혀 장애를 받지 않거나 또는 장애 만을 받는 것을 예측 할 수 있는, 예를 들어 차량의 휠 케이스 내에, 설치 위치의 전자기 경계조건과는 별개로, 공진회로(10)의 공진 주파수는 기본적으로 송신안테나(3)에 의해 결정된다. 일련의 공진회로로서 설계된 진동회로(10)는 송신기 전력이 매우 잘 미리 조정될 수 있도록 바람직하게 적어도 20 Q(quality)를 갖는다. 이것은 송신기에 의해 방출된 신호가 한편으로는 각 타이어내의 휠 전자장치에 신뢰할 수 있게 도달할 수 있는 반면에 좀 더 멀리 떨어진 위치의 휠에 배열된 휠 전자장치에 의해 수신되지 않도록 보장하기 위해서 매우 중요하다. 공진 주파수와 반대로 공진회로(10)의 Q(양호도)는 장착위치에 기본적으로 따르기 때문에, 송신기 파워와 송신기의 전파가 미치는 구역은 구체적인 요구사항에 따라 정해질 수 있도록 매우 바람직하게 미리 조정될 수 있다.

송신안테나(3)를 통해 흐르는 전류는 도시 되지 않은 전류측정기에 의해 측정되고 진단 유닛(7)에 의해 평가된다. 논리 유닛(8)은 그 진단 유닛(7)에 의해 제공된 데이터에 기초하여 진동회로(10)의 작동을 감시하고, 위상 이동장치(5)에 공급된 제어 신호에 의해 요구되는 대로 스위치를 접속(on) 및 차단(off) 한다. 논리 유닛(8)은 개방형 집전장치(collector) 드라이버를 통해 차량에 장착된 중앙처리장치(CPU, 도시안됨)에 연결되고, 질문 및/또는 제어 신호의 방출을 개시하도록 어드레스 된다.

도1에 도시된 실시예의 경우에, 측정된 전류값은 송신안테나(3) 바로 후에 진단 유닛(7)용으로 구해진다. 원칙적으로 진동 회로(10)의 어떤 지점에서 전류를 측정하는 것이 가능할 지라도, 이러한 측정을 송신안테나(3)에 가능한 한 가까이 가져가는 것이 유리하다. 이런식으로 송신안테나(3)를 가로지르는 전류와 송신기 파워에 관련하여 가장 믿을만한 그리고 가장 정확한 측정값을 얻는다. 특히, 이런식으로, 아주 적은 파워에서 일어날 수 있는 결점과 일탈을 가장 신속하게 그리고 가장 신뢰할 수 있게 진단할 수 있다.

Claims (9)

1. 공기 타이어 내부에 배치되고, 동력원으로서의 배터리, 압력 또는 압력변화를 측정하는 압력센서, 압력센서의 신호로부터 나오는 신호를 전송하는 RF 송신기와 무선 질문 및 제어신호를 수신하는 수신기가 제공되는 휠 전자장치와;

   차량에 배열되고 압력 센서의 신호로부터 나오는 신호를 수신하는 수신기와;

   압력 또는 압력변화와 관련된 드라이버 정보에 신호를 보내는 장치 및;

   질문 신호 및 제어신호를 방출하고, 각 작동중인 휠 근처에서 개별적으로 각각 배치되고 1 Mhz 보다 작은 송신 주파수를 갖는 송신기를 포함하고;

   질문 및 제어신호를 방출하는 송신기는 송신 안테나(3)와 증폭기 입력부 및 출력부를 갖는 증폭기(12)를 구비하는 진동회로(10)로 구조되는 것을 특징으로하는 차량의 공기 타이어내 압력 또는 압력변화를 감시 및 무선신호 하는 시스템.
2. 제1항에 있어서, 진동회로(10)는 시간에 따라 변하는 입력부에 가해진 전압을 정방형파의 전압으로 변형시키는 비교측정기(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 공기 타이어내 압력 또는 압력변화를 감시 및 무선신호 하는 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 진동회로(10)는 일련의 공진회로인 것을 특징으로 하는 차량의 공기 타이어내 압력 또는 압력변화를 감시 및 무선신호 하는 시스템.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 진동회로(10)는 차량의 휠 케이스내에 배열된 송신안테나(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 공기 타이어내 압력 또는 압력변화를 감시 및 무선신호 하는 시스템.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 송신안테나(3)는 페라이트 로드 안테나인 것을 특징으로 하는 차량의 공기 타이어내 압력 또는 압력변화를 감시 및 무선신호 하는 시스템.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 진동회로(10)는 능동 저항부(active resistance)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 공기 타이어내 압력 또는 압력변화를 감시 및 무선신호 하는 시스템.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 송신안테나(3)를 통해 흐르는 전류를 측정하고 논리 회로(7, 8)에 그 측정된 값을 공급하도록 전류 측정기가 제공되는 것을 특징으로 하는 차량의 공기 타이어내 압력 또는 압력변화를 감시 및 무선신호 하는 시스템.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 진동회로(10)는 적어도 20의 Q(양호도) 값을 갖는 것을 특징으로 하는 차량의 공기 타이어내 압력 또는 압력변화를 감시 및 무선신호 하는 시스템.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 질문 및 제어신호를 방출하는 송신기의 송신 주파수는 50 내지 300kHz 인 것을 특징으로 하는 차량의 공기 타이어내 압력 또는 압력변화를 감시 및 무선신호 하는 시스템.

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