KR101660919B1 - 차량 타이어 검사 시스템 - Google Patents

Abstract

타이어가 이동 방향(A)으로 장치 위를 지나갈 때 차량(2)의 타이어(3)의 팽창 압력을 검사하는 장치(4, 5)가 개시된다. 상기 장치는 베이스(7), 상기 베이스 위에 장착되는 플랫폼(8), 상기 플랫폼과 상기 베이스 사이에 배열된 제1 부하 센서 시스템(9), 및 상기 플랫폼의 상면 상에 장착되며 상기 플랫폼을 가로질러 연장된 높은 분해능 센서(13, 25)의 선형 어레이를 포함하는 제2 부하 센서 시스템(12)을 포함한다. 데이터 처리 유닛(6)은 상기 제1 및 상기 제2 센서 시스템의 출력을 샘플링하여 획득된 데이터를 처리하여 타이어 팽창 압력의 표시를 제공한다. 제1 센서 시스템의 출력을 샘플링하여 획득된 데이터는 플랫폼에 의한 총 부하, 및/또는 플랫폼 위에서 타이어의 이동 방향, 및/또는 플랫폼 위에서 타이어의 이동 속도 및/또는 차량 타이어의 추적각을 결정하는데 이용될 수 있다. 데이터는 제2 센서 시스템으로부터의 데이터가 대표 센서 부하 값을 제공하는데 이용될 시간 구간을 결정하는데에도 이용될 수 있다.

Description

차량 타이어 검사 시스템{Vehicle Tyre Checking System}

본 발명은 차량 타이어 검사 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 특히, 차량 타이어 내 압력을 결정할 수 있는 시스템에 관한 것이지만, 이에 한정되지는 않는다.

차량 타이어가 센서 어레이 위를 통과할 때 차량 타이어의 압력을 결정하는 다수의 제안이 있었다. 이들은 접촉 압력이 타이어 팽창 압력의 근사치라는 가정에 의존한다. 표면과 타이어의 접촉 면적은 타이어 팽창 압력으로 나눈 타이어 무게로 구해질 수 있다. 상기 관계가 타이어의 구조적 특성에 의존하더라도, 타이어 팽창이 감소할수록, 접촉 면적은 증가한다. 예를 들어, 매우 낮은 팽창 압력에서, 타이어의 강화 측벽은 부하의 상당 부분을 직접 받는다. 다른 접근 방식은 타이어 자국의 측면 프로파일의 조사에 의존한다. 타이어가 과팽창 되면, 좁고, 상대적으로 얇은 프로파일이 존재한다. 타이어가 저팽창 되어 있으면, 더 넓고, 상대적으로 평평한 프로파일이 존재한다. 그러한 시스템의 예는 WO 00/11442, EP 0545641 및 EP 0656269에 개시되어 있다.

일부 경우에 있어서, 센서의 2차원 어레이가 있을 수 있으며, 다른 경우에는 센서의 선형 어레이가 있을 수 있다. 양 경우에, 센서로부터의 출력은 타이어가 통과할 때 구간을 두고 샘플링된다. 이 출력은 타이어 자국의 형태를 나타내는데 이용될 수 있다. 이동 방향으로 센서의 선형 어레이 또는 제한된 크기의 2차원 어레이의 경우에, 타이어 자국의 형태는 간접적으로 획득된다. 타이어를 가로 질러 연장된 센서열은 타이어의 원주상의 동일 부분에 항상 접촉될 수 있다. 타이어 자국 내의 그 부분의 위치는 달라질 수 있으며, 접촉선의 길이는 초기 접촉부터 증가할 수 있으며 이후 접촉이 끝날 때까지 감소된다. 타이어 자국의 형태는 센서 데이터로부터 추정된다.

대부분 공지의 시스템은 타이어 표면에 파여진 트레드의 효과를 무시한다. 타이어와 센서 어레이 사이 접촉이 없는 트레드 갭이 있으며, 예를 들어 타이어와 타이어의 자국 내 면적 사이의 접촉 면적을 결정하는 데이터를 사용하는 것이 가능하지 않다. 타이어 압력, 바퀴에 걸린 부하, 축 부하 및 차량 무게와 같은 양의 측정을 부정확하게 할 수 있다.

타이어 상의 트레드 갭을 감지하는 충분히 높은 분해능의 센서를 이용하는 시스템이 WO 2006/003467에 개시되어 있어서, 타이어 고무에 완전히 접촉하는 센서를 이용하여, 트레드 갭에 의해 영향을 받는 면적 없이, 트레드 커버리지의 크기를 추정하고 타이어 압력을 결정할 수 있다. 상기 시스템은 센서의 선형 어레이를 이용하며, 출력 데이터는 타이어 상의 원주 위치에서 접촉선으로부터 출력된다. 개별 센서의 면적에 기초하여 일부 연산되어서, 일부 목적을 위해 타이어 자국의 면적의 추정치가 제공된다.

US-A-6823728은 무게 센서 및 그것 위에 가로 놓인 면적 센서를 구비한 타이어 압력 추정 시스템을 개시한다. 면적 센서는 접촉 면적을 직접적으로 추정한다. 이는 용량성 센서 또는 라인 스위치에 의해서 타이어 접촉 면적의 길이와 폭을 결정하거나, 출력을 샘플링해서 한 쌍의 라인 스위치를 이용하여 검출된 차량 속도와 함께 사용하는 선형 스위치 어레이에 의해서 타이어 자국 면적을 추정한다. 스위치 어레이 방법의 사용은 길이와 폭만을 사용할 때보다 더 정확한 명적의 추정을 제공한다. 총 무게를 알고 있으면, 타이어 압력은 바퀴에 의한 무게를 타이어 자국 면적으로 나눔으로써 연산될 수 있다.

제1 측면에 따르면, 본 발명은 이동 방향으로 장치 위를 이동할 때 차량 타이어의 팽창 압력을 검사하는 장치를 제공하며, 상기 장치는, 베이스; 상기 베이스 위에 탑재되며 차량 타이어의 전체 자국을 수용하기 위해 이동 방향 및 이동 방향의 좌우로 충분한 크기인 플랫폼; 상기 플랫폼과 상기 베이스 사이에 배열되며, 상기 타이어가 이동 방향으로 상기 플랫폼 위를 이동할 때 상기 플랫폼에 의해 상기 베이스 상에 가해진 변화하는 부하를 나타내는 데이터를 제공하는 제1 부하 센서 시스템; 상기 제1 부하 센서 시스템의 출력을 샘플링하는 샘플링부; 상기 플랫폼의 상면 상에 장착되며, 상기 플랫폼을 가로질러 연장된 센서의 어레이를 포함하며, 상기 어레이는 차량 타이어의 폭을 수용하기에 충분한 좌우 크기를 가지며, 상기 어레이 내의 각 센서는 상기 타이어가 이동 방향으로 상기 플랫폼 위를 지나갈 때 상기 센서 상의 부하 값을 나타내는 변화하는 출력을 제공하는 부하 센서인 제2 부하 센서 시스템; 상기 제2 센서 시스템의 출력을 샘플링하는 샘플링부; 및 상기 제1 및 상기 제2 센서의 출력을 샘플링하여 획득된 데이터를 처리하고, 상기 타이어의 상기 팽창 압력의 표시를 제공하도록 구성된 데이터 처리부를 포함한다.

본 발명의 본 측면은 이동 방향으로 장치 위를 이동할 때 차량 타이어의 팽창 압력을 검사하는 방법도 제공하는데,

상기 장치는 베이스; 상기 베이스 위에 탑재되며 차량 타이어의 전체 자국을 수용하기 위해 이동 방향 및 이동 방향의 좌우로 충분한 크기인 플랫폼; 상기 플랫폼과 상기 베이스 사이에 배열되며, 상기 플랫폼에 의해 베이스에 가해지는 부하를 나타내는 데이터를 제공하는 제1 부하 센서 시스템; 상기 플랫폼의 상면 상에 장착되며, 상기 플랫폼을 가로질러 연장된 센서의 어레이를 포함하며, 상기 어레이는 차량 타이어의 폭을 수용하기에 충분한 좌우 크기를 가지며, 상기 어레이의 상기 각 센서는 상기 타이어가 이동 방향으로 상기 플랫폼 위를 지나갈 때 상기 센서상의 부하 값을 나타내는 변화하는 출력을 제공하는 부하 센서인 제2 부하 센서 시스템을 포함하며,

상기 방법은 상기 타이어를 상기 이동 방향으로 상기 장치 위로 이동시키는 단계; 상기 제1 센서 시스템의 출력을 샘플링하는 단계; 상기 제2 센서 시스템의 출력을 샘플링하는 단계; 및 대표 제2 센서 부하 값을 이용하여 상기 제1 및 상기 제2 센서 시스템의 출력을 샘플링해서 획득한 데이터를 처리해서 상기 타이어의 팽창 압력의 표시를 제공하는 단계를 포함한다.

본 발명의 본 측면에 따르면, 타이어 압력의 표시는 제2 센서 시스템의 어레이 내 센서들의 출력을 이용하여 타이어 자국 면적을 반드시 계산하지 않고도 결정될 수 있다. 압력 감지 요소가 타이어의 표면에 완전히 접촉하는 부분, 예를 들어, 트레드 갭을 브리징하지 않으면, 타이어 팽창 압력과 감지 요소에 의해 감지된 힘간의 관계는 다음과 같이 표현될 수 있다.

(1)

여기서, P는 팽창 압력이고, F_s는 감지 요소 상의 부하이며, a와 b는 상수이고, 상수의 값은 관련된 소재의 내재적 특성의 효과와 같은 타이어 구조, 및 감지 요소의 접촉 면적과 같은 장치의 설계에 달려 있다. 따라서 F_s로 사용될 수 있는 대표 제2 센서 부하값을 획득함으로써, 타이어 압력 P를 계산할 수 있다.

따라서, 바람직하게, 데이터 처리부는 제2 센서 시스템의 센서 어레이로부터 적어도 하나의 대표 부하값을 제공하도록 구성되며, 데이터 처리 시스템은 이 대표 부하값을 이용하여 타이어의 팽창 압력을 표시하도록 구성된다.

"대표" 부하값은, 측벽 효과 또는 트레드 갭과 같은 간섭이 없는 이상적인 센서 상의 부하의 합리적 표시인 값을 의미한다. 대표 값은, 예를 들어, 가장 높은 측정값을 제공하는 센서, 가장 높은 측정값을 제공하는 센서의 구간으로부터의 평균(평균값(mean), 중앙값(median), 최빈값(mode) 등), 낮거나 높은 극한값을 제외한 센서의 구간으로부터의 평균, 모든 센서로부터의 평균, 등으로부터 획득될 수 있다. 타이어의 폭을 가로 질러 부하값 프로파일을 제공하는 복수의 대표 제2 센서 부하값이 있을 수 있다. 이는 프로파일이 정상 팽창, 저팽창, 또는 과팽창과 일치하는지를 나타내는 정도까지 타이어 압력의 표시가 있도록 할 수 있다.

이하에서 상세히 설명되듯이, 제2 센서 시스템의 어레이 내의 임의의 제2 센서에 대해서, 사용되는 출력은 그 센서로부터의 부하/시간 프로파일 내의 특정 지점 또는 영역으로부터 선택될 수 있어서 더욱 신뢰할 수 있는 값을 제공한다.

제1 센서 시스템으로부터의 출력값을 이용하는 방법은 플랫폼 상의 총 부하를 연산하고 그것을 타이어 압력의 연산에 이용하는 것이다. 위 수식 (1)로부터 언급된 바와 같이, 타이어 팽창 압력과 특정 감지 요소 상의 부하 사이의 관계가 존재한다. 일반적인 방식은, 임의의 타이어 압력에 대해, 타이어 상의 부하가 증가하면, 타이어 자국이 확대되고 부하가 더 넓은 면적에 분산되며, 이는 타이어 잔존 상수 하에서 표면 상의 압력을 초래한다. 그러나, 수식 (1)은 일정한 타이어 부하에 대해서만 일정할 수 있음이 이제 규명되었다. 타이어가 단순한 풍선으로 동작하면, 이후 차량 무게가 증가할수록, 타이어 상의 부하는 증가하지만 타이어의 자국도 확대됨으로써, 압력은 일정하게 유지된다. 그러나, 일반적인 차량 타이어의 물리적 특성은 풍선의 그것이 아니며 타이어 강성은, 예를 들어, 그 거동에 영향을 준다. 따라서, 타이어에 의한 차량 무게의 지분이 변화하므로, 개별 감지 요소 상의 압력도 변화한다. 이는 수식 (1)에서 상수 a와 b 중 적어도 하나가 진정한 상수가 아니라 총 부하의 함수로서 변화한다고 표현될 수 있다. 이 총 부하는 부하 센서의 제1 어레이로부터의 출력으로부터 결정될 수 있다.

예를 들어, 알려진 타이어 압력의 범위 및 타이어 상의 알려진 총 부하의 범위에 대하여 대표 제2 센서 부하값을 획득함으로써, 특정 대표 제2 센서 부하값 및 총 부하에 관련된 타이어 압력에 대한 관계를 확립하거나 이들에 대한 값을 좌표로 표시할 수 있다.

그러한 구성에서 사용하기 위해서, 제1 센서 시스템은 단일 센서를 이용하여 플랫폼으로부터 총 부하를 측정할 수 있다. 이 센서는 플랫폼 하부에 분산될 수 있는데, 예를 들어 공기압 또는 유압 센서에 연결된 기체 또는 액체가 들어있는 튜브일 수 있다. 튜브는 구불구불한 경로를 따라갈 수 있다.

그러나, 일부 바람직한 실시예에서, 제1 센서 시스템은, 다양한 지점에서 플랫폼으로부터 베이스 상의 부하들을 나타내기 위해서, 베이스 위에 길이 방향 및 좌우방향으로 분산된 지점에 복수의 센서를 포함한다. 이 센서로부터의 출력은 총 부하를 계산하거나 또는 다양한 방법으로, 이하에서 상세히 설명되듯이, 예를 들어 타이어의 속도 및/또는 타이어의 움직임의 방향, 플랫폼 상의 총 부하, 제2 센서로부터의 출력의 샘플링을 시작하기 위한 플랫폼 상의 타이어의 위치, 등을 결정하는데 이용될 수 있다.

본 발명의 본 측면을 구현하는데 있어서, 제2 센서 시스템의 센서의 어레이는 예를 들어, WO 00/11442, EP 0545641 또는 EP 0656269에 개시된 것일 수 있다. 바람직하게, 그러나, 제2 센서의 어레이는 WO 2006/003467에 개시된 방식인 선형 어레이의 형태이며, 개별 센서들은 충분히 높은 분해능을 가지고 있어서 타이어를 가로지르는 선을 따라서 타이어 트레드 갭으로 인해 접촉이 없는 부분을 검출한다. 센서의 선형 어레이의 높은 분해능 특성을 표현하는 한 가지 방법은, 센서의 접촉 표면의 규모가, 타이어를 가로지르는 선 및 그 선에 수직인 선 모두를 따라서, 센서의 접촉 표면이 트레드 갭의 범위 내에 들어가거나, 복수의 인접 센서의 접촉 표면이 동일한 트레드 갭의 범위 내에 동시에 들어가는 것이다. 이는 모든 트레드 갭이 센서 접촉 표면 또는 복수의 센서 접촉 표면을 포함할 수 있다는 것을 의미하지는 않으며, 이후 설명되듯이 타이어의 에지에 인접한 일부 메워진(bridged) 트레드 갭을 가지는 것이 바람직할 수 있다.

그러한 높은 분해능 선형 어레이를 사용할 때, 트레드 갭이 없는 타이어 표면의 연속된 부분에 정렬된 복수의 센서가 있다. 일부 센서는 타이어의 중심 영역을 향하며, 출력이 타이어 압력 이외의 다른 요소에 의해 영향을 받을 수 있는 측벽으로부터 떨어져 있을 수 있다. 따라서, 후속하는 계산의 목적을 위해 신뢰할 수 있는 센서 출력이 있을 수 있다.

타이어 압력은 다양한 방법을 사용하여 센서 출력으로부터 계산될 수 있다. 타이어 압력은 접촉 프로파일을 조사해서 검사되며, 타이어가 저팽창 또는 과팽창 되었는지 결정할 수 있다. 다른 방법으로, 한 타이어에 대한 검사 데이터는 동일한 차량의 다른 타이어에 대한 검사 데이터와 비교해서, 저팽창 또는 과팽창의 상대적인 정도를 찾을 수 있다. 대체적으로, 한 타이어에 대한 검사 데이터는, 예를 들어 알려진 정확한 압력의 타이어를 구비한 차량에 상기 방법을 실행하여 획득된 그 차량에 대해 저장된 데이터 또는 예를 들어 알려진 정확한 압력의 타이어를 구비한 같은 종류의 다른 차량에 상기 방법을 실행하여 획득된 그 종류의 차량에 대해 저장된 데이터와 비교할 수 있다. 다시, 검사는 저팽창 또는 과팽창의 상대적인 정도를 찾는 형태일 수 있다. 차이의 허용 구간은 시스템에 프로그램될 수 있다. 비교 데이터에 접근할 수 있도록 차량을 감지하는 것은, 예를 들어 WO 2006/003467에 개시된 방법을 이용하여 이루어질 수 있으며, 자동 번호판 인식, 식별장치의 무선 접속, 블루투스 또는 RFID와 같은 단거리 통신의 이용 등을 포함할 수 있다.

특히 동일한 종류의 몇몇 차량이 있는 화물차, 배달용 밴, 버스 또는 승합차와 같은 차량의 경우에, 압력 또는 구간에 대해 저장된 데이터와 비교함으로써 임의의 종류의 차량에 대해 센서 출력 데이터가 근사적인 타이어 압력 또는 타이어 압력의 구간으로 전환되도록 알려진 압력의 타이어를 사용하는 시스템을 조정하는 것이 가능하다.

위에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 본 측면의 일부 실시예에서, 제1 센서 시스템으로부터의 데이터는 타이어 압력을 결정하는 데에도 이용되는데, 이 데이터는 특정 바퀴 상의 부하를 직접적으로 나타낸다. 참조 목적을 위한 데이터가 저장된 경우에, 이는 바퀴 부하 의존형일 수도 있는데, 제2 센서 시스템의 어레이 내의 센서로부터의 임의의 출력에 대해 시스템에 의해 결정된 타이어 압력은 제1 센서 시스템으로부터의 부하 정보에 의존할 수 있다. 유사하게, 저장된 데이터를 참조하지 않고, 제2 센서 시스템의 어레이 내의 센서로부터의 데이터로부터 타이어 압력을 결정하는 알고리즘이 있으면, 이는 바퀴 부하 의존 요소를 포함할 수 있다. 어느 경우에도, 주변 또는 타이어 자체 온도와 같은 다른 요소가 고려될 수도 있다. 그러한 다른 요소들은 타이어 종류 또는 특정 제품의 타이어를 포함한다.

일부 실시예에서는 높은 분해능 센서의 단일 선형 센서 어레이가 이용되지만, 동일한 플랫폼 상에 모두 장착된 둘 이상의 선형 센서와 같은 복수의 선형 센서를 이용하는 것도 가능할 것이다.

위에서 언급한 바와 같이, 타이어가 한 줄의 센서 위를 굴러갈 때, 타이어 원주 상의 특정 점에서 타이어를 가로 질러 연장된 한 선에 접촉될 수 있다. 높은 분해능 센서는 타이어 자국의 에지를 검출할 수 있는데, 타이어가 굴러가면서 변화될 수 있다. 움직임 속도를 결정함으로써, 예를 들어 제1 센서로부터의 출력을 이용함으로써, 타이어 자국의 윤곽의 "이미지"를 구축하는 것이 가능하다. 타이어 자국의 윤곽 내 면적은 계산될 수 있지만, 접촉이 없는 트래드 갭이 고려될 필요가 있기 때문에 접촉 면적에 대응하지는 않을 수 있다. 높은 분해능 센서의 선형 어레이는 트레드 갭이 있는 위치를 감지하지만, 이는 단일 접촉선을 따라서만이다. 접촉 면적과 그 선을 따른 트레드 갭의 구성은 타이어 원주 주변의 다른 지점에서의 구성에 대응하지 않을 수 있으며, 그 경우 트레드 패턴을 보여주는 타이어 자국의 "이미지"를 구축하는 것은 가능하지 않다. 접촉선을 따라서 트레드 갭이 감지될 때마다, 갭이 타이어 주변의 원주 홈 또는 "지그재그" 패턴의 일부인지에 상관 없이, 자국의 "이미지" 상에 길이 방향으로 연장된 선이 된다. 그러나, 예를 들어 타이어 자국이 최대 폭, 또는 샘플의 전체 또는 일부의 평균에 있으면, 접촉 선을 따라서 트레드 갭의 비율을 계산하는 것은 가능할 수 있다. 트레드 갭의 비율이 타이어 원주 주변의 다른 위치에서 유사하다고 가정하면, 그 비율은 자국 면적에 적용되어 접촉 면적의 추정치 및 반대로 트레드 커버리지양의 추정치를 결정할 수 있다.

추정된 접촉 면적 및 센서의 제2 세트로부터의 출력이 주어지면, WO 2006/003467에서 논의된 것과 같은 방법을 이용하여 바퀴 상의 총 부하의 추정치를 계산하는 것이 가능하다. 그러나, 본 발명의 본 측면에 따른 장치는 제1 센서 시스템으로부터의 출력을 이용하여 바퀴 상의 부하의 직접 측정도 제공할 수 있다. 두 결과는 동일하지 않으며 이는 다양한 방법에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 차이의 정도는 제2 센서 시스템으로부터의 타이어 압력의 계산을 조정하는데 이용될 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 타이어 자국의 전체 면적 및 제2 센서 시스템으로부터의 출력이 주어지면, 제1 센서 시스템에 의해 결정된 바퀴 상의 실제 부하는 타이어 트레드 패턴의 결과로서 접촉이 있거나 또는 없는 타이어 자국의 비율을 추정하는데 이용될 수 있다.

제1 센서 시스템은 다양한 추가적인 목적에 이용될 수 있다. 예를 들어, 제1 센서 시스템은 베이스 위에 어레이로서 분산된 복수의 센서를 포함하며, 이들의 출력은 타이어의 실제 움직임 방향을 표시할 수 있다. 타이어가 엄격하게 길이방향으로 이동하면, 센서들은 타이어가 그 방향에 대해 임의의 각도로 이동할 때와는 다른 출력을 제공한다. 필요하면, 타이어 압력 및/또는 타이어 폭, 및/또는 자국 면적 및/또는 트레드 커버리지를 계산할 때 움직임 각도를 고려할 수 있다. 예를 들어, 타이어가 제2 시스템의 센서 어레이 위로 임의의 각도로 이동하면, 접촉선은 더 길어질 수 있다. 이는 타이어의 폭과 타이어 자국의 면적을 실제보다 더 크게 할 것이다. 그러나 이탈 각도를 알면, 데이터 또는 결과를 수정해서 이를 고려할 수 있다.

제1 센서 시스템은 타이어가 처음으로 장치에 접촉할 때를 감지하는데 이용될 수 있다. 이것과 제2 센서 시스템의 센서로부터의 첫 번째 출력 사이의 시간은 타이어가 플랫폼 위를 이동하는 속도를 결정하는데 이용될 수 있는데, 플랫폼의 전면 에지와 센서 사이의 거리가 알려져 있기 때문이다. 이로부터, 타이어가 센서와 접촉하는 시간을 이용해서 타이어 접촉 패치의 길이를 계산할 수 있다.

제1 센서 시스템은 차량 무게를 표시하는데 이용될 수 있으며, 이는 관련된 차량 종류의 개략적인 표시로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 화물차는 승용차보다 항상 무겁다. 어떤 종류의 차량이 관련되어 있는지가 직접적으로 알려지지 않더라도, 시스템은 적절할 것 같은 무엇인가를 선택하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 센서 시스템은, 타이어의 폭, 축의 바퀴 수(시스템은 두 바퀴와 하나의 넓은 바퀴를 구별할 수 있음), 축의 수, 차량의 축간 거리, 근사적인 타이어 압력(승용차 보다 화물차가 훨씬 높음), 트래드 패턴의 거침(coarseness) 등과 같은 관련된 차량의 종류를 식별하는데 도움이 되는 다른 정보도 제공할 수 있다.

제1 센서 시스템은 바람직하게 차량 움직임의 방향을 따라서 배치된, 예를 들어, 둘, 셋 이상, 복수의 센서열을 포함한다. 열이 세 개 있는 실시예에서, 한 열은 전면 에지에 인접하고, 다른 열은 후면 에지에 인접하며, 나머지 하나는 두 열 사이, 예를 들어, 거의 중간 지점에 위치한다. 각 열 내에, 복수의 제1 센서가 있을 수 있으므로, 바람직하게는, 열과 행으로 배치된 센서 매트릭스가 있다. 특정 실시예에서, 예를 들면, 8개 센서의 3열이 있을 수 있다.

본 발명의 본 측면의 바람직한 실시예에서, 센서의 높은 분해능 선형 어레이가 제2 센서 시스템에 사용되는데, 트레드 패턴이 있는지 여부로 접촉이 있는 지점과 접촉이 없는 지점을 구별할 수 있다. 일부 경우에서 이는 정확하지 않은 타이어 폭 및 타이어 자국의 형상을 표시할 수 있다.

일부 경우에서, 타이어의 인접하는 일측 또는 양측에 좌우로 향하는 트레드 갭이 있다. 이것들 중 하나가 선형 센서 어레이에 정렬되면, 타이어를 가로지르는 선의 일단에 있는 센서는 트레드 갭을 감지하고 출력을 제공하지 않는다. 출력은 더 안쪽에 있는 센서로부터만 제공된다. 따라서 데이터 분석은, 좁은 타이어로부터 획득될 것과 유사한 결과를 제공하며, 정확하지 않은 데이터를 초래한다. 이 문제를 다루는 한 방법은 두 개(또는 이상)의 선형 어레이를 구비하는 것으로, 한 어레이가 좌우로 연장된 타이어 에지에 인접한 트레드 갭에 정렬되더라도 다른 어레이는 타이어 폭에 대해 정확한 측정값을 보장하기에 충분한 거리만큼 이격된다. 그러나, 본 발명의 본 측면의 바람직한 실시예는 이 문제에 대한 대체적인 방안을 제공한다. 본 실시예에 따르면, 제2 센서 시스템은, 타이어가 이동 방향으로 상기 장치 위를 이동할 때 타이어를 가로지르는 선을 따라서 지점들에서의 부하를 나타내는 출력을 제공하는 좌우로 확장된 센서의 선형 어레이이며, 각 센서는 폭이 충분히 작아서 어레이에 충분히 높은 분해능을 제공하는 작동부에 연관되어 있어서 타이어의 트레드 패턴의 결과로서 타이어와 접촉이 없는 상기 선을 따라서 지점들을 검출하며, 각 작동부는 이동 방향으로 충분한 정도로 신장되고 연장되어 타이어의 에지에 인접한 좌우로 연장된 트레드 갭을 메운다.

따라서 타이어 자국의 폭이 더 정확하게 표시될 수 있으면서, 타이어의 표면에 완전히 접촉하는 작동부 및 트레드 갭을 감지할 수 있는 작동부가 여전히 있을 수 있다.

US-A-5942681에는, 타이어 자국의 횡단 프로파일을 분석하는 시스템이 개시되어 있다. 이것은 신장된 센서의 어레이를 이용한다. 그러나, 시스템의 목적은 모든 트레드 갭을 메우는 것이다. 센서는 15mm부터 20mm 사이의 폭, 및 적어도 50mm의 길이를 가지며, 길이는 센서가 타이어 표면의 적어도 세 부분과 접촉하도록, 즉, 두 개의 트레드 갭을 메우도록 선택된다. 이것은 낮은 분해능 시스템이다.

본 발명의 본 측면의 실시예에서, 작동부의 헤드의 폭은, 예를 들어, 약 1mm이하, 약 1.5 mm이하, 약 2mm이하, 약 2.5mm이하, 약 3mm이하, 약 3.5mm이하, 약 4mm이하, 약 4.5mm이하, 또는 약 5 mm이하이다. 작동부의 헤드의 폭은, 예를 들어, 약 0.5mm에서 0.75mm 사이, 약 0.75mm에서 1mm 사이, 약 1mm에서 1.25mm 사이, 약 1.25mm에서 1.5mm 사이, 약 1.5mm에서 2mm 사이, 약 2mm에서 2.5mm 사이, 약2.5 mm에서 3mm 사이, 약 3mm에서 3.5mm 사이, 약3.5 mm에서 4mm 사이, 약 4mm에서 4.5mm 사이, 또는 약4.5 mm에서 5mm 사이이다. 작동부의 헤드의 폭은, 약 0.5mm에서 약 1.5mm, 약 1mm에서 약 2mm, 약 1mm에서 약 3mm, 약 1mm에서 약 5mm, 또는 약 2mm에서 약 5mm의 범위 내에 있을 수 있다.

본 발명의 본 측면의 실시예에서, 인접하는 작동부 사이의 간격은, 예를 들면, 약 1 mm이하, 약 1.5 mm이하, 약 2 mm이하, 약 2.5 mm 이하, 약 3 mm이하, 약 3.5 mm이하, 약 4 mm이하, 약 4.5 mm이하, 또는 약 5 mm이하이다. 인접하는 작동부 사이의 간격은, 예를 들어, 약 0.5mm에서 0.75mm 사이, 약 0.75mm에서 1mm 사이, 약 1mm에서 1.25mm 사이, 약 1.25mm에서 1.5mm 사이, 약 1.5mm에서 2mm 사이, 약 2mm에서 2.5mm 사이, 약2.5 mm에서 3mm 사이, 약 3mm에서 3.5mm 사이, 약3.5 mm에서 4mm 사이, 약 4mm에서 4.5mm 사이, 또는 약4.5 mm에서 5mm 사이이다. 인접하는 작동부 사이의 간격은, 약 0.5mm에서 약 1.5mm, 약 1mm에서 약 2mm, 약 1mm에서 약 3mm, 약 1mm에서 약 5mm, 또는 약 2mm에서 약 5mm의 범위 내에 있을 수 있다.

본 발명의 본 측면의 실시예에서, 인접하는 작동부 사이의 간격은 다른 방법으로 표현될 수 있는데, 인접하는 작동부 사이의 피치, 즉, 헤드의 중심 사이의 간격으로 표현될 수 있다. 인접하는 작동부 사이의 피치는 단일 작동부의 폭 보다 적어도 약간 커야 하는데, 인접하는 작동부 사이에 약간의 갭이 있어야 하기 때문이다. 일부 실시예에서, 인접하는 작동부 사이의 피치는, 작동부의 폭의 약 1.5에서 약 5배 사이, 작동부의 폭의 약 1.5에서 약 4배 사이, 작동부의 폭의 약 1.5에서 약 3배 사이, 작동부의 폭의 약 1.5에서 약 2.5배 사이, 또는 작동부의 폭의 약 1.5에서 약 2배 사이이다. 절대치로 보면, 인접하는 작동부 사이의 피치는 1.25mm에서 1.5mm 사이, 약 1.5mm에서 2mm 사이, 약 2mm에서 2.5mm 사이, 약2.5 mm에서 3mm 사이, 약 3mm에서 3.5mm 사이, 약3.5 mm에서 4mm 사이, 약 4mm에서 4.5mm 사이, 또는 약 4.5 mm에서 5mm 사이이다.

작동부의 헤드의 폭에 대한 이 가능한 값들, 인접하는 작동부 사이의 간격, 및 인접하는 작동부 사이의 피치는 작동부에 의해 접촉되는 센서의 폭, 센서 사이의 간격, 및 센서 사이의 피치에도 적용될 수 있음을 이해할 수 있다. 더욱이, 작동부가 신장된 헤드를 가지고 있는지 여부에 상관 없이, 예를 들어 작동기(actuator) 헤드가 사각형 또는 원형(그 경우 폭은 지름으로 선택됨)이면, 작동부 또는 센서부에 대한 이 값들은 본 발명의 모든 측면에 대해 적용될 수 있다. 변경이 있는 실시예가 있을 수 있지만, 바람직한 실시예에서 작동부 또는 센서부와 같은 요소의 크기 및 이들 사이의 간격은 실질적으로 일정한 상수일 수 있음을 이해할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 작동부의 헤드의 길이는 약 10 mm에서 약 25 mm, 약 10 mm에서 약 20 mm, 약 10 mm에서 약 15 mm, 또는 약 15 mm에서 약 25 mm의 범위 내에 있을 수 있다. 작동부의 헤드의 길이는 약 10 mm 이내, 약 15 mm 이내, 약 20 mm 이내, 또는 약 25 mm 이내일 수 있다. 작동부의 헤드의 길이는 약 15 mm이하, 약 20 mm 이하, 약 25 mm 이하, 약 30 mm 이하일 수 있다. 작동부의 헤드의 길이는 작동부의 헤드의 폭보다 적어도 약 10배, 작동부의 헤드의 폭보다 적어도 약 15배, 작동부의 헤드의 폭보다 적어도 약 20배, 작동부의 헤드의 폭보다 적어도 약 25 배, 또는 작동부의 헤드의 폭보다 적어도 약 30배일 수 있다.

바람직한 실시예에서, 각 작동부의 헤드는 실질적으로 직사각형이며, 헤드로부터 아래쪽으로 연장되어 센서 체결부에서 종단되는 종속부는 헤드 보다 실질적으로 더 작은 면적을 갖는다. 센서 체결부는, 예를 들어, 헤드의 폭과 동일, 또는 대략 동일한 폭을 가진다. 센서 체결부는, 예를 들어, 센서 체결부의 폭과 동일 또는 대략 동일한 길이를 가진다. 센서 체결부는, 예를 들어, 정사각형 또는 원형일 수 있다.

신장된 작동부의 특징은 본 발명의 첫 번째 측면에 독립적으로 이용될 수 있으므로, 본 발명의 제2 측면에 따르면, 이동 방향으로 장치 위를 이동할 때 차량 타이어의 특성을 검사하는 장치가 제공되며, 상기 장치는 타이어가 이동 방향으로 상기 장치 위를 이동할 때 타이어를 가로지르는 선을 따르는 지점들에서의 부하를 나타내는 출력을 제공하는 좌우로 확장된 센서의 선형 어레이를 포함하며, 각 센서는 폭이 충분히 작아서 어레이에 충분히 높은 분해능을 제공하여 타이어의 트레드 패턴의 결과로서 타이어와 접촉하지 않는 상기 선을 따라서 지점들을 감지하는 작동부에 연관되고, 각 작동부는 타이어의 에지에 인접한 좌우로 연장된 트레드 갭을 메우기에 충분한 정도로 이동 방향으로 신장되어 연장된다.

본 제2 측면은 방법으로도 표현될 수 있으므로, 본 제2 측면에서 보면 본 발명은 이동 방향으로 장치 위를 이동할 때 차량 타이어의 특성을 검사하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 타이어가 이동 방향으로 상기 장치 위를 이동할 때 타이어를 가로지르는 선을 따르는 지점들에서의 부하를 나타내는 출력을 제공하는 좌우로 확장된 센서의 선형 어레이를 제공하는 단계를 포함하며, 각 센서는 폭이 충분히 작아서 어레이에 충분히 높은 분해능을 제공하여 타이어의 트레드 패턴의 결과로서 타이어와 접촉하지 않는 상기 선을 따라서 지점들을 감지하는 헤드를 가진 작동부에 연관된다. 이 때, 각 작동부의 헤드는 타이어의 에지에 인접한 좌우로 연장된 트레드 갭을 메우기에 충분한 정도로 이동 방향으로 신장되어 연장된다. 그리고 이동 방향으로 각 작동부의 헤드의 크기는, 센서 어레이와 타이어 사이에 접촉되며 트레드 갭을 메우지 않는 작동부의 헤드가 있는 그러한 부분 내에 있는 타이어의 중심 영역을 향한 타이어의 부분이 있음을 보장하도록 충분히 제한된다.

본 발명의 제2 측면의 어느 하나 또는 모든 특징들은 본 발명의 제1 측면의 어느 하나 또는 모든 특징 및 선택적인 특징들과 결합될 수 있음을 이해할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 사용하는 선형 센서 어레이는 압전(piezoelectric), 양자 터널링 합성물(quantum tunnelling composites) 등과 같은 다양한 종류의 개별 센서를 이용할 수 있다. 그러나, 본 발명의 제3 측면은 높은 해상도 선형 센서 어레이에 이용되기에 특히 적합한 구성을 제공한다.

따라서 본 발명의 실시예에서, 제2 센서 어레이는 길이 방향이 이동 방향으로 연장된 복수의 신장된 평행하고 탄성적으로 편향 가능 부재를 포함하며, 각 편향 가능 부재는 헤드로부터 편향 가능 부재에 체결되는 부분까지 아래쪽으로 연장되는 개별 작동부를 구비하고, 각 편향 부재는 그 길이를 따라서 이격된 적어도 두 개의 감지부를 구비하고, 각 감지부는 인가된 응력에 따라 변화하는 전기적 성질을 가지며, 편향 가능 부재 상의 감지부는 노드로서 브릿지 구성에 전기적으로 연결되며 전기적 입력을 브릿지에 제공하고 브릿지로부터 전기적 출력을 감지하는 감지부가 구비된다.

하프 브릿지 구성에 연결되는 두 부분의 감지 소재, 또는 풀 휘트스톤 브릿지 구성에 연결되는 네 부분의 감지 소재가 있을 수 있다.

이 구성은 본 발명의 제1 및 제2 측면에 독립적으로 이용될 수 있으므로, 제3 측면에서 보면 본 발명은 이동 방향으로 장치 위를 이동할 때 차량 타이어의 특성을 검사하는 장치를 제공하며, 상기 장치는, 타이어가 이동 방향으로 상기 장치 위를 이동할 때 타이어를 가로지르는 선을 따르는 지점들에서의 부하를 나타내는 출력을 제공하는 좌우로 연장된 선형 센서 어레이를 포함하며, 상기 센서 어레이는 길이 방향이 이동 방향으로 연장된 복수의 신장된 평행하고 탄성적으로 편향 가능 부재를 포함하며, 각 편향 가능 부재는 헤드로부터 편향 가능 부재에 체결되는 부분까지 아래쪽으로 연장되는 개별 작동부를 구비하고, 각 편향 부재는 그 길이를 따라서 이격된 적어도 두 개의 감지부를 구비하고, 각 감지부는 인가된 응력에 따라 변화하는 전기적 성질을 가지며, 편향 가능 부재의 감지부는 노드로서 브릿지 구성에 전기적으로 연결되며 전기적 입력을 브릿지에 제공하고 브릿지로부터 전기적 출력을 감지하는 감지부가 구비된다.

본 측면은 방법 및 그러한 장치에서 사용하기 위한 선형 어레이로 표현될 수도 있다. 본 측면의 특징들은 본 발명의 제1 및 제2 측면 중 어느 하나 또는 모두의 특징 또는 선택적인 특징들과 결합하여 이용될 수 있다.

편향 가능 부재는 일단부는 지지되고 타단부는 자유롭게 편향되는 캔틸레버식으로 설치될 수 있다. 그러한 구성에서, 작동부는 자유단부에 인접한 편향 가능 부재를 체결할 수 있다. 그러나 바람직한 실시예에서, 편향 가능 부재는 양단부에서 지지되며 작동부는 중심 영역, 즉 양단부의 중간에서 편향 가능 부재를 체결한다. 본 발명의 제1, 제2, 및 제3 측면의 바람직한 실시예는 그러한 구성을 이용하며 편향 가능 부재를 생성하는 효과적인 방법을 제공한다. 본 실시예에 따르면, 탄성적으로 변형 가능 소재의 신장된 기판은 복수의 평행하고 좌우로 연장된 슬롯을 구비하며, 슬롯은 길이 방향으로 서로 이격되어 한 쌍의 인접하는 슬롯 사이에 기판의 나머지에 완전하게 연결된 제1 및 제2 단부를 갖는 신장된 편향 가능 부재가 규정된다.

유사한 구성이 사용되어 캔터레버식 편향 가능 부재를 제공할 수 있다. 그러한 실시예에서, 탄성적으로 변형 가능 소재의 신장된 기판은 복수의 평행하고 좌우로 연장된 슬롯을 구비하며, 슬롯은 기판의 에지로부터 연장되며 길이 방향으로 서로 이격되어 한 쌍의 인접하는 슬롯 사이에 기판의 나머지에 완전하게 연결된 제1 단부 및 자유 단부인 제2 단부를 가진 신장된 편향 가능 부재가 규정된다.

그러한 구성은 편향에 대한 응답으로 출력을 제공하는 특정 수단에 상관없는 장점을 가지며, 본 발명의 제1, 제2 및 제3 측면과 독립적이다. 그러므로, 본 발명의 제4 측면에 따르면, 이동 방향으로 장치 위를 이동할 때 차량 타이어의 특성을 검사하는 장치가 제공되며, 상기 장치는, 타이어가 이동 방향으로 상기 장치 위를 이동할 때 타이어를 가로지르는 선을 따르는 지점들에서의 부하를 나타내는 출력을 제공하는 좌우로 연장된 선형 센서 어레이를 포함하며, 상기 센서 어레이는 길이 방향이 이동 방향으로 연장된 복수의 신장된 평행하고 탄성적으로 편향 가능 부재를 포함하며, 각 편향 가능 부재는 헤드로부터 편향 가능 부재에 체결되는 부분까지 아래쪽으로 연장되는 개별 작동부를 구비하고, 각 편향 가능 부재는 거기에 장착되며 부재의 편향에 따라 변화하는 전기적 성질을 가진 적어도 하나의 감지부를 구비하며, 탄성적으로 변형 가능 소재의 신장된 기판은 복수의 평행하고 좌우로 연장된 슬롯을 구비하며, 슬롯은 길이 방향으로 서로 이격되어 한 쌍의 인접하는 슬롯 사이에 기판의 나머지에 완전하게 연결된 적어도 하나의 단부를 갖는 신장된 편향 가능 부재가 규정된다.

본 측면의 특징은 본 발명의 이전 세 측면의 특징 및 선택적인 특징들에 결합되거나, 그 측면들 중 어느 하나의 특징에 결합되거나 그 측면들 중 어느 둘의 특징에 결합되어 이용될 수 있다.

본 발명의 이전 측면들에서 이용되는 감지부 또는 감지부들은 예를 들어 압전(piezo-electric) 또는 압전 저항(piezo-resistive) 요소일 수 있다.

본 발명의 추가적인 영역은 본 발명의 제1 측면의 제2 센서 어레이, 또는 본 발명의 제2, 제3 및 제4 측면의 센서 어레이에 이용된 센서들의 보호에 관한 것이다.

일반적으로, 상술한 본 발명의 측면0에 따른 장치는 야외에 설치되며 화물차, 버스 등과 같은 크고 무거운 차량에 의해 반복되어 구동되는 상당히 어려운 동작 조건에 처하게 된다. WO 2006/003467에서는, 유연성 테이프를 이용하여 센서를 커버하며 이 외층은 환경 조건에 대해 센서를 보호하고 마모되지 않기 위해 필요하지만, 타이어 압력이 각 센서 요소에 전달되도록 하여야 한다고 기재되어 있다. 또한 크로스토크가 반드시 없어야 하므로, 어느 한 센서에서 보여지는 압력은 그 센서의 면적 위에 인가된 압력에 의한 것이며 인접하거나 가까운 센서에 인가된 압력에 의해서 영향을 받지 않는다고 기재되어 있다.

센서 어레이에 의해 충분한 분해능을 가능하게 하면서, 테이프보다 훨씬 덜 유연한 외부 커버링을 이용할 수 있으며, 더 잘 보호할 수 있음이 이제 확인되었다.

본 발명의 이전 측면의 바람직한 실시예에서, 그 위로 타이어가 굴러가는 좌우로 연장된 선형 센서 어레이에 있어서, 센서 어레이는 복수의 개별 힘 센서를 포함하되, 각 힘 센서는 감지부 및 작동부를 포함하고, 감지부는 타이어와의 접촉으로부터 부하를 수신하는 제1단 및 타이어 접촉력을 감지부로 전달하는 제2단을 가지며; 센서 어레이는 타이어의 트레드 패턴의 결과로서 타이어와의 접촉이 없는 상기 선을 따라서 지점들을 감지하기에 충분히 높은 분해능을 가지며; 상면 및 하면을 가진 커버 시트는 작동부의 제1단위에 가로 놓이고, 상면은 타이어와 접촉하며 하면은 작동부의 제1단으로 부하를 전달하도록 배치되고, 커버 시트는 충분히 단단해서 실질적으로 자립할 수 있는 한편 커버 시트의 상면 위 타이어로부터의 부하에 대해 작동부의 개별 움직임을 허용하는 탄성적인 방법으로 국부적으로 변형될 수 있다.

이 특징은 본 발명의 이전 측면에 독립적으로도 이용될 수 있으므로, 제5 측면에서 보면, 본 발명은 차량 바퀴 상의 타이어의 특성을 측정하는데 이용하는 장치를 제공하며, 상기 장치는, 좌우로 연장된 선형 센서 어레이, 그 위를 타이어가 타이어 자국을 가로질러 연장된 센서 어레이의 길이 방향으로 굴러감; 센서 어레이는 타이어 자국을 가로질러 좌우로 연장된 선 상의 지점들에서의 타이어 접촉 부하에 관련된 출력을 제공하는 복수의 개별 힘 센서를 포함함; 및 타이어 자국이 센서 어레이 위로 이동할 때 힘 센서의 출력을 구간을 두고 샘플링하는 샘플링 시스템을 포함하되; 각 힘 센서는 감지부 및 작동부를 포함하고, 감지부는 타이어와의 접촉으로부터 부하를 수신하는 제1단 및 타이어 접촉력을 감지부로 전달하는 제2단을 가지며; 센서 어레이는 타이어의 트레드 패턴의 결과로서 타이어와의 접촉이 없는 상기 선을 따라서 지점들을 감지하기에 충분히 높은 분해능을 가지며; 상면 및 하면을 가진 커버 시트는 작동부의 제1단 위에 가로 놓이고, 하면은 작동부의 제1단으로 부하를 전달하도록 배치되고, 커버 시트는 충분히 단단해서 실질적으로 자립할 수 있는 한편 커버 시트의 상면 위 타이어로부터의 부하에 대해 작동부의 개별 움직임을 허용하는 탄성적인 방법에 의해 국부적으로 변형될 수 있다.

이 측면은 방법의 형태로도 표현될 수 있다. 본 측면의 특징들은 이상에서 설명한 본 발명의 이전 측면들 중 어느 하나 또는 모두와 결합해서도 이용될 수 있다.

바람직하게, 커버 시트는 압축에 대해 실질적으로 잘 견딘다. 그러나, 일부 실시예에서는 압축되지 않는 커버 시트가 커버 시트와 작동부의 제1단, 또는 헤드 사이에 고무와 같은 탄성적으로 압축가능 소재층을 구비할 수도 있다.

커버 시트는 강철과 같은 금속층의 형태일 수 있으며, 바람직한 실시예에서는 스테인레스 스틸일 수 있다. 대체적으로, 커버 시트는 플라스틱 소재로 형성될 수 있다. 양 경우에서, 시트는 예를 들어 약 0.5mm의 두께를 가질 수 있다. 본 발명의 일부 바람직한 실시예에서의 커버 시트에 대한 가능한 두께는 약 0.3 mm와 약 1 mm사이; 약 0.3와 약 0.8 mm 사이; 또는 약 0.4 mm와 약 0.6 mm 사이이다.

위 형태의 커버 시트는 트레드 갭을 감지할 수 있는 높은 분해능 센서의 이용을 여전히 가능하게 하면서도 액체, 먼지 및 다른 오염물질의 유입으로부터 장치를 보호할 수 있다.

커버 시트의 특징은 본 발명의 제5 측면 및 본 발명의 이전 네 측면의 실시예 모두에 대해 다른 방법으로도 표현될 수 있다.

위에서 표현된 바와 같이, 커버 시트는 충분히 단단해서 실질적으로 자립할 수 있는 한편 커버 시트의 상면 위 타이어로부터의 부하에 대해 작동부의 개별 움직임을 허용하는 탄성적인 방법에 의해 국부적으로 변형될 수 있다. 대체적으로, 또는 추가적으로, 커버 시트를 정의하기 위한 특징들은, (i) 커버 시트는 금속성이고 적어도 0.3 mm 두께를 가지거나, (ii) 커버 시트는 차량의 타이어 무게 하에서 실질적으로 압축되지 않지만 탄성적으로 구부러질 수 있다.

본 발명의 본 측면 및 다른 측면들의 실시예에서, 개별 센서부에 대한 최대 부하에 대응하는 작동부의 움직임 정도는, 예를 들어, 약 10 마이크론에서 약 30 마이크론의 범위, 약 10 마이크론에서 약 20 마이크론의 범위, 약 15 마이크론에서 약 20 마이크론의 범위; 약 30 마이크론 이하, 약 25 마이크론 이하, 또는 약 20 마이크론 이하이다. 개별 센서 상의 최대 부하는, 예를 들어, 약 15 kg와 약 25 kg 사이, 약 15 kg 이하, 또는 약 20 kg 이하이다. 개별 센서 상의 최대 부하는, 예를 들어, 항공기 타이어 또는 토목 공사 차량의 경우 20 kg를 상당히 초과할 수 있다.

커버 시트는 인접하는 센서로부터의 신호를 평탄하게 할 수 있다. 센서를 가로지르는 어떠한 연결도 없이, 한 센서가 타이어 고무에 정렬되고, 다음 센서가 트레드 갭에 완전히 정렬되면, 어디에서 트레드 갭이 시작하는지를 나타내지 못한다. 센서로부터 온 데이터의 처리는, 첫 번째 센서 직후에, 급격한 변화와 함께, 트레드 갭이 시작한다는 결론에 도달할 것이다. 일부 목적을 위해서, 이것은 데이터의 유용성에 영향을 미칠 수 있으며 덜 급격한 변화가 바람직하다.

커버 시트는 임의의 센서 상의 부하의 일부를 인접 센서로 전달하는 기능을 수행한다. 이 효과는 개별 센서들에 대한 작동부를 적합한 링크에 의해 직접적으로 연결해서도 확보될 수 있다.

제6 측면에서 보면, 본 발명은 차량 바퀴 상의 타이어의 특성을 측정하는데 이용하는 장치를 제공하며, 상기 장치는, 좌우로 연장된 선형 센서 어레이 - 그 위를 타이어가 타이어의 전체 자국을 가로질러 연장된 센서 어레이의 길이 방향으로 굴러하며, 센서 어레이는 타이어와 센서 어레이 사이의 접촉 선을 가로지르는 지점들에서의 타이어 접촉력에 관련된 출력을 제공하는 복수의 개별 힘 센서를 포함함 - ; 및 타이어 자국이 센서 어레이 위로 이동할 때 힘 센서의 출력을 구간을 두고 샘플링하는 샘플링 시스템을 포함하되; 각 힘 센서는 힘 민감부 및 힘 전달부를 포함하고, 힘 전달부는 타이어 접촉력을 수신하는 제1단 및 타이어 접촉력을 힘 민감부로 전달하는 제2 단을 가지며; 좌우로 연장된 유연한 힘 분배 부재는 제2 단에 접촉하는 힘 전달부 위에 가로 놓여서, 타이어와 이용중인 힘 전달부 사이에 위치하므로, 임의의 힘 전달부 상의 타이어에 의해 가해진 힘의 일부가 인접하는 힘 전달부로 분배된다.

힘 분배 부재는 복수의 힘 전달부와 일체로 형성된 부분일 수 있다. 힘 분배 부재는 커버 시트를 포함할 수 있으며 금속 또는 플라스틱 소재의 층일 수 있다. 힘 분배 부재는 상대적으로 단단한 층 및 탄성 소재의 상대적으로 유연한 층을 포함할 수 있다. 힘 분배 부재는 충분히 단단해서 실질적으로 자립할 수 있는 반면 충분히 유연해서 인접하는 힘 전달부의 개별적인 움직임을 허용할 수 있으며, 본 발명이 이전 측면들의 내용에서 설명된 것일 수 있다.

본 발명의 제6 측면은 방법으로 표현될 수 있으며 본 발명의 다른 측면들 중 어느 것으로부터의 특징 및 선택적 특징들과도 결합될 수 있다.

본 발명의 다른 측면은, 타이어가 그 위로 통과하는 좌우로 확장된 센서 어레이를 이용할 때, 타이어 압력을 결정하는데 사용되는 센서 데이터를 결정하는 것이다. 센서 출력은 타이어가 센서 어레이 위를 통과할 때 샘플링되며, 일반적으로 감지된 부하는 타이어가 센서에 처음 접할 때 최소에서 안정 상태까지 증가한 뒤, 타이어가 어레이 위를 통과할 때까지 감소한다. 가장 높은 출력을 제공하는 센서는 일반적으로 타이어에 완전히 접촉한 센서들이며, 타이어의 중심을 향하며, 측벽 인근의 영향으로부터 떨어져 있는 센서들로부터의 측정값은 타이어 압력을 결정하는데 사용되는 가장 신뢰할만한 데이터를 제공한다.

타이어의 일부가 센서 어레이에 처음으로 맞물릴 때 초기 피크가 있다는 것이 결정되었다. 이후 부하가 다시 감소하기 시작할 때까지 피크 이후에 대략적인 안정 상태가 있다. US-A-5942681에는, 타이어에 대한 부하/시간의 세 가지 곡선이 설명되어 있다. 이들 각각은 그러한 초기 피크를 보여주며 곡선 상의 최고 값이 계산에 이용되었다고 기재되어 있다. 피크는 불안정하며 그 진폭은 타이어 팽창 압력과는 관련 없는 다수의 이유 때문에 변화할 수 있음이 최근 발견되었다. 본 발명의 다른 측면에 따르면, 타이어 압력을 결정하는데 이용되는 데이터는 대신에 데이터가 더 안정되고 더 신뢰할 수 있는 안정 상태로부터 선택된다.

따라서, 본 발명의 제7 측면에서 보면, 타이어가 이동 방향으로 상기 장치 위를 이동할 때 차량 타이어의 압력을 검사하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 타이어가 이동 방향으로 상기 장치 위를 이동할 때 타이어를 가로지르는 선을 따르는 지점들에서의 부하를 나타내는 출력을 제공하는 좌우로 연장된 선형 센서 어레이를 제공하는 단계, 및 타이어가 위로 이동될 때 구간을 두고 센서의 출력을 샘플링하는 단계를 포함하며, 타이어가 센서 어레이 위를 이동할 때 센서 상의 부하는 영 또는 최소 값으로부터 피크까지 증가하며, 안정 상태로 후속하여 감소한 뒤 0 또는 최소까지 감소하며, 타이어 압력을 검사하는데 이용되는 센서의 출력은 부하가 피크부터 안정 상태까지 가라앉은 후 시작되고 부하가 안정 상태로부터 감소하기 전에 종료되는 시간 구간에서만 선택된다.

안정 상태는 완전히 평탄할 필요는 없으며 출력 진폭에 변동 또는 심지어 위쪽 또는 아래쪽을 향하는 경향을 가질 수 있다. 그러나, 이것은 일반적으로 초기에 피크까지 급격한 증가, 피크로부터 급격한 하강, 및 급격한 궁극적 하강과는 구별되며, 상당히 일정하다. 일부 실시예에서, 어떤 출력이 이용되는지에 관한 시간 구간은, 피크에 가까운 것 보다는, 부하가 안정 상태로부터 감소하기 시작하는 지점에 시간상 실질적으로 더 가까운 지점에서 시작한다. 일부 실시예에서, 어떤 출력이 이용되는지에 관한 시간 구간의 크기는, 타이어가 부하를 센서 상에 전하는 시간 보다 실질적으로 적다.

타이어가 선형 어레이 위를 이동할 때, 하나의 어레이와 타이어 사이 접촉선이 있으며, 타이어 자국에서 그 위치는 자국의 전면에 있는 것으로부터 타이어의 후면에 있는 것으로 변경된다. 타이어 압력을 검사하기 위해, 본 발명의 본 측면의 일부 실시예에서는, 타이어 자국의 길이의 최후미 약 75% 이하, 타이어 자국의 길이의 최후미 약 65% 이하, 타이어 자국의 길이의 최후미 약 50% 이하, 또는 타이어 자국의 길이의 최후미 약 30% 이하에 대해서만 이용된다. 다른 방법으로 보면, 센서 출력은, 출력이 생성되는 총 시간의 최후 약 75% 이하, 출력이 생성되는 총 시간의 최후 약 65% 이하, 출력이 생성되는 총 시간의 최후 약 50% 이하, 출력이 생성되는 총 시간의 최후 약 30% 이하에 대해서만 이용된다.

타이어 압력이 저장된 비교 데이터를 참조하여 검사되는 실시예에서, 선택된 시간 구간의 센서 출력이 더 일관되므로 본 발명의 본 측면은 더 높은 신뢰성을 제공하며, 따라서, 예를 들어, 조정 단계 동안 제공된 출력과의 더 정확한 상관 관계가 있을 수 있다.

본 발명의 본 측면은 본 발명을 실행하도록 설정된 장치의 형태로도 표현될 수 있다. 본 발명의 본 측면의 특징들은 이전에 설명된 본 발명의 다른 측면들 중 어느 하나 또는 모두의 특징 및 선택적 특징과 결합하여 이용될 수도 있다.

본 발명의 제7 측면의 일부 실시예에서, 이용될 적절한 센서 출력은 초기 피크를 검사하고 적절한 시간 동안 대기하거나, 안정 상태를 검사하고 안정 상태 상의 적절한 지점을 선택하는 알고리즘을 이용하여 계산될 수 있다. 그 위에 선형 어레이가 구비된 플랫폼을 적재한 베이스 상의 부하 분배를 감지하는 제1 센서 어레이가 있는 일부 실시예에서, 센서의 제1 세트는 타이어 위치 및 속도를 결정하는데 이용될 수 있으며, 그 정보는 선형 어레이 내의 센서로부터 사용될 적절한 센서 출력을 식별하는데 사용될 수 있다. 그러한 실시예에서, 제1 센서로부터의 측정값은 센서의 제2 세트로부터의 출력의 샘플링을 시작하고, 샘플링을 종료하는데 이용될 수 있다. 대체적으로, 센서의 제1 세트로부터의 출력은 제2 센서로부터의 출력이 이용될 시간 구간을 결정하는데 이용될 수 있으며, 이 시간 구간 내에서 샘플링된 출력이 선택될 수 있다.

그 출력이 이용되는 센서들의 위치에 대해서, 이들은, 타이어 에지에서 떨어져 있는, 타이어 자국의 중앙 영역에 있는 것들에, 예를 들어, 한정될 수 있다. 이들은 선형 어레이 내 센서들로부터의 데이터를 분석한 것으로부터 선택되어 타이어 자국의 에지 및 타이어 폭을 식별하고 중심 영역에 있는 센서를 선택할 수 있다. 대체적으로, 센서의 제1 세트는 타이어의 대략적인 경계를 식별하는데 이용될 수 있으며 그 정보는 그 출력이 이용될 제2 세트 내 센서를 식별하는데 이용될 수 있다. 일반적으로, 이 확률은 결합될 수 있으며, 제2 세트 내의 센서들은 제2 세트 내의 센서들로부터의 출력 및 제1 세트 내의 센서들로부터의 출력을 고려해서 선택될 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 타이어 압력 측정을 위해 선택된 센서들은 바람직하게는 타이어 측벽에서 떨어져 있는, 타이어의 중심 영역에서 선택된다. 이 중심 영역은, 예를 들어, 타이어의 중심선의 양측 모두에 대칭적으로 또는 대략적으로 대칭적으로 배치될 수 있으며, 예를 들어, 타이어 자국의 폭의 약 10%까지, 타이어 자국의 폭의 약 15%까지, 타이어 자국의 폭의 약 20%까지, 타이어 자국의 폭의 약 25%까지, 타이어 자국의 폭의 약 30%까지, 타이어 자국의 폭의 약 35%까지, 타이어 자국의 폭의 약 40%까지, 타이어 자국의 폭의 약 45%까지, 타이어 자국의 폭의 약 50%까지, 타이어 자국의 폭의 약 55 %까지, 타이어 자국의 폭의 약 60%까지, 타이어 자국의 폭의 약 65%까지, 타이어 자국의 폭의 약 70%까지, 또는 타이어 자국의 폭의 약 75%까지 점유한다. 달리 표현하면, 중심 영역은 양측 모두에 대칭적으로 또는 대략적으로 대칭적으로 배치될 수 있으며, 예를 들어, 센서 어레이와 타이어 사이 접촉선 길이의 약 10%까지, 센서 어레이와 타이어 사이 접촉선 길이의 약 15%까지, 센서 어레이와 타이어 사이 접촉선 길이의 약 20%까지, 센서 어레이와 타이어 사이 접촉선 길이의 약 25%까지, 센서 어레이와 타이어 사이 접촉선 길이의 약 30%까지, 센서 어레이와 타이어 사이 접촉선 길이의 약 35%까지, 센서 어레이와 타이어 사이 접촉선 길이의 약 40%까지, 센서 어레이와 타이어 사이 접촉선 길이의 약 45%까지, 센서 어레이와 타이어 사이 접촉선 길이의 약 50%까지, 센서 어레이와 타이어 사이 접촉선 길이의 약 55 %까지, 센서 어레이와 타이어 사이 접촉선 길이의 약 60%까지, 센서 어레이와 타이어 사이 접촉선 길이의 약 65%까지, 센서 어레이와 타이어 사이 접촉선 길이의 약 70%까지, 또는 센서 어레이와 타이어 사이 접촉선 길이의 약 75%까지 점유한다.

중심 영역에 있는 센서들로부터의 출력으로부터, 그리고 안정 상태의 바람직한 부분에 일치하도록 선택된 시간의 기간에 걸쳐서, 가장 큰 출력은 타이어와 완전히 접촉한 단일 센서 상의 부하를 대표하도록 선택된다. 그러나, 이것이 실제 부하의 정확한 대표가 아닌 이유가 있을 수 있는데, 예를 들어, 센서가 타이어 트레드 갭 내의 돌의 위치에 일치할 수 있기 때문이다. 따라서, 바람직하게, 가장 높은 값들을 가진 복수의 센서들로부터의 출력을 선택한 뒤, 트레드 갭과 전체적으로 또는 부분적으로 일치하는 센서들로부터의 출력을 배제한다. 예를 들어, 출력의 상위 5%까지, 출력의 상위 10%까지, 출력의 상위 15%까지, 출력의 상위 20%까지, 출력의 상위 25%까지, 출력의 상위 30%까지, 출력의 상위 35%까지, 출력의 상위 40%까지, 출력의 상위 45%까지, 또는 출력의 상위 50%까지 선택될 수 있다. 통계적 기법이 이용되어, 예를 들어 특히 높은 값 또는 특히 낮은 값과 같은, 임의의 이상(anomalies)을 배제할 수 있다. 평균값은 남은 출력으로부터 계산될 수 있다.

본 발명의 측면들의 그러한 실시예에서의 의도는 타이어 고무에 완전히 정렬된 센서 상의 부하에 대한 신뢰할 수 있는 값을, 트레드 갭의 영향 없이, 타이어 에지를 향한 일시적인 효과로부터 떨어진, 그리고 타이어가 센서 어레이 상을 굴러갈 때 부하 프로필의 안정적인 안정 상태 영역에서, 획득하는 것이다.

상술한 본 발명의 다양한 측면들을 구현하는데 이용되는 장치의 구조에 대해서, 이전에 설명한 감지부에 체결된 복수의 작동부를 가진 선형 센서 어레이를 이용하는 실시예에는, 감지부에 정렬된 이격되고, 평행하며, 수직으로 연장된 슬롯을 가진 지지 구조가 구비될 수 있는데, 각 슬롯은 각 작동부를 가이드한다. 그러한 구조는 부하 분석이 요구되는 다른 환경에도 이용될 수 있다.

제8 측면에서 보면, 본 발명은 신장된 센서 어레이를 제공하며, 상기 센서 어레이는 지지 부재; 상기 지지 부재 상에 탑재된 신장된 기판 - 상기 기판은 탄성적으로 변형 가능한 소재로 구성되며 상기 기판 내에 길이 방향으로 서로 이격된 복수의 평행하고 좌우로 연장된 슬롯을 구비함으로써 인접하는 한 쌍의 슬롯 사이에 적어도 그 일단이 상기 기판의 나머지에 완전하게 연결된 신장된 편향 가능 부재를 규정함 - ; 각 편향 가능 부재 상에 구비되어 상기 부재의 편향에 따라 변화하는 전기적 성질을 가진 적어도 하나의 센서; 상기 편향 가능 부재에 정렬된 복수의 작동부 - 각 작동부는 상기 기판으로부터 먼 헤드단 및 각 편향 가능 부재에 체결된 베이스단을 가짐 - ; 및 상기 작동부의 헤드단 위에 가로 놓인 탄성적으로 변형 가능 소재로 구성된 커버 시트를 포함한다.

바람직한 구성에서, 신장된 지지 구조는 상기 기판 위에 가로 놓이며 작동부를 가이드하는 이격되고, 평행하며, 수직으로 연장된 슬롯을 가진다.

그러한 센서의 어레이는 선형적으로 연장된 어레이가 요구되고, 슬롯을 근접하게 이격시키고 좁으면서 작동부의 헤드를 좁게 함으로써, 기판의 신장된 방향을 따라서 높은 분해능을 제공하는 조건으로, 센서의 높은 분해능 어레이를 제공하는데 특히 유용한 다수의 어플리케이션에 이용될 수 있다. 좌우 방향 분해능은 작동부의 헤드의 크기를 선택함으로써 변경될 수 있다. 편향 가능 부재의 폭과 같은 측면 크기를 가진 사각형의 헤드는 길이 방향과 같은 동일한 분해능을 좌우로 제공한다. 좌우 방향으로 신장된 헤드는 그 방향으로 더 낮은 분해능을 제공한다.

본 발명의 본 측면의 특징들은 이전에 설명된 본 발명의 다른 측면들 중 어느 하나 또는 모두의 특징 및 선택적 특징과 결합하여 이용될 수도 있다. 차량 타이어 특성을 결정하는데 이용되는 방법 및 장치의 측면에서, 센서 어레이는 어레이 위의 타이어의 의도된 움직임 방향을 가로질러 수직하게 연장된 어레이의 길이 방향 크기로 정렬된다.

위에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 다양한 측면들은 다양한 조합으로 함께 이용될 수 있다. 가능한 조합 및 부조합(sub-combination)의 수의 일반성을 침해하지 않으면서, 다음은 한 특정 측면으로부터 시작된 조합의 예이다. 본 발명의 이 특정 측면은 타이어가 이동 방향으로 상기 장치 위를 이동할 때 차량 타이어의 팽창 압력을 검사하는 장치를 제공하며, 상기 장치는 베이스; 상기 베이스 위에 탑재되며 차량 타이어의 전체 자국을 수용하기 위해 이동 방향 및 이동 방향의 좌우로 충분한 크기인 플랫폼; 상기 플랫폼과 상기 베이스 사이에 배열되며, 상기 타이어가 이동 방향으로 상기 플랫폼 위를 이동할 때 상기 플랫폼에 의해 상기 베이스 위에 길이 방향 및 좌우로 분배된 지점에서 상기 베이스에 가해진 변화하는 부하를 나타내는 데이터를 제공하는 제1 부하 센서의 제1 어레이; 상기 제1 부하 센서의 출력을 샘플링하는 샘플링부; 상기 플랫폼의 상면 상에 장착되고 상기 플랫폼을 가로질러 연장되는 제2 센서의 제2 어레이 - 상기 어레이는 차량 타이어의 폭을 수용하기에 충분한 좌우 크기를 가지며, 상기 각 제2 센서는 상기 타이어가 이동 방향으로 상기 플랫폼 위를 지나갈 때 상기 센서상의 부하 값을 나타내는 변화하는 출력을 제공하는 부하 센서임 - ; 상기 제2 센서의 출력을 샘플링하는 샘플링부; 및 상기 제1 및 상기 제2 센서의 출력을 샘플링하여 획득된 데이터를 처리하도록 구성된 데이터 처리부를 포함하며, 상기 데이터 처리부는 적어도 하나의 대표 제2 센서 부하 값을 제공하고 상기 대표 제2 센서 부하 값을 이용하여 타이어의 팽창 압력의 표시를 제공하도록 구성된다.

제1 부하 센서의 제1 어레이는 복수의 센서의 좌우로 연장된 열을 포함할 수 있다. 플랫폼의 전면 에지에 인접한 센서의 제1 열 및 플랫폼의 후면 에지에 인접한 센서의 제2 열이 있을 수 있다. 제1 및 제2 열 사이에 추가적인 센서 열이 적어도 하나 있을 수 있다. 제1 부하 센서의 제1 어레이는 복수의 센서 행을 포함할 수 있다. 플랫폼의 좌측 에지에 인접한 센서의 제1 행 및 플랫폼의 우측 에지에 인접한 제2 행이 있을 수 있다. 제1 및 제2 행 사이에 추가적인 센서 행이 적어도 하나 있을 수 있다.

제2 센서의 제2 어레이는 플랫폼을 가로질러 연장된 선형 어레이일 수 있다. 제2 센서는 제2 센서가 트레드 갭이 있는 타이어 표면 상의 부분들을 식별할 수 있도록 구성되고 배열될 수 있다. 각 제2 센서는, 충분히 작아서 플랫폼 상의 타이어의 트레드 갭의 폭 안에 완전히 정렬되는 폭을 가진 각 작동부에 연관될 수 있다. 각 작동부는 이동 방향으로 충분한 크기로 신장되고 연장되어, 작동부가 타이어의 중심 영역 내의 트레드 갭 내에 완전히 정렬되도록 허용하면서, 타이어의 에지에 인접한 좌우로 연장된 트레드 갭을 메울 수 있다.

제2 센서에 연관된 작동부는 상면이 타이어에 의해 체결될 커버 시트의 하면에 체결될 수 있는데, 커버 시트는 충분히 단단해서 실질적으로 자립할 수 있는 한편 커버 시트의 상면 위 타이어로부터의 부하에 대해 작동부의 개별 움직임을 허용하는 탄성적인 방법에 의해 국부적으로 변형될 수 있다. 커버 시트는 인접하는 힘 전달부로, 임의의 힘 전달부 상에 타이어에 의해 가해진 힘의 일부를 분배하는 역할을 한다. 커버 시트는 적어도 0.3mm의 두께를 가진 금속으로 구성될 수 있다.

센서 어레이는 그 길이 방향이 이동 방향으로 연장된 평행하고 탄성적인 복수의 편향 가능 부재를 포함할 수 있는데, 각 편향 가능 부재는 헤드로부터 상기 편향 가능 부재를 체결하는 부분까지 아래로 연장된 작동부를 구비하며, 각 편향 가능 부재는 그 위에 장착되어 상기 부재의 편향에 따라 변환하는 전기적 성질을 가진 적어도 하나의 감지부를 구비한다. 탄성적으로 편향 가능 소재의 신장된 기판은 상기 기판 내에 길이 방향으로 서로 이격된 복수의 평행하고 좌우로 연장된 슬롯을 구비함으로써 인접하는 한 쌍의 슬롯 사이에 적어도 그 일단이 상기 기판의 나머지에 완전하게 연결된 신장된 편향 가능 부재를 규정한다. 각 편향 가능 부재는 그 위에 장착되며 상기 부재의 편향에 따라서 변화하는 전기적 성질을 가진 적어도 두 개의 감지부를 구비할 수 있으며, 감지부는 브릿지 구성에 전기적으로 연결된다.

전 단락에서 설명된 바와 같은 장치 위로 상술한 이동 방향으로 이동할 때 차량 타이어의 팽창 압력을 검사하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은 제1 부하 센서의 출력을 샘플링하는 단계, 제2 센서의 출력을 샘플링하는 단계, 상기 제1 및 제2 센서 출력의 샘플링으로부터 획득된 데이터를 처리해서 적어도 하나의 대표 제2 센서 부하 값을 제공하는 단계 및 상기 대표 제2 센서 부하 값을 이용하여 타이어의 팽창 압력의 표시를 제공하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 플랫폼에 의한 총 부하를 나타내는 값을 획득하기 위해서 제1 센서 출력의 샘플링으로부터 획득된 데이터를 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 플랫폼 위에서 타이어의 이동 방향, 및/또는 플랫폼 위에서 타이어 이동 속도 및/또는 차량 타이어의 추적각을 나타내는 데이터를 획득하기 위해서 제1 센서 출력의 샘플링으로부터 획득된 데이터를 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 타이어의 일측면으로부터 다른 측면으로 부하의 변화가 있는 캠버(camber) 효과를 나타내는 데이터를 획득하기 위해서 제2 센서 출력의 샘플링으로부터 획득된 데이터를 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 캠버는 양(+) 또는 음(-)이 될 수 있다.

상기 방법은 제2 센서 출력의 샘플링으로부터 획득된 데이터가 적어도 하나의 대표 제2 센서 부하 값을 제공하는데 이용될 시간 구간을 나타내는 데이터를 획득하기 위해서 제1 센서 출력의 샘플링으로부터 획득된 데이터를 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 센서 출력의 샘플링은 상기 시간 구간의 시점에서 시작되며 상기 시간 구간의 종점에서 종료될 수 있다. 시간 구간의 시점은 제2 어레이 상의 부하가 타이어가 제2 어레이에 접촉한 후 초기 피크에서 안정 상태 영역으로 떨어질 때 발생할 수 있으며; 상기 시간 구간의 종점은 제2 센서 상의 부하가 상기 안정 상태 영역에서 떨어지기 시작하기 전에 발생할 수 있다.

상기 방법은 타이어가 플랫폼 위를 이동할 때 센서의 제2 세트 내의 센서 상의 부하가 상대적으로 급격하게 피크로 증가하고 이어서 상대적으로 평평한 안정 상태로 시간 기간 동안 감소한 뒤 상대적으로 급격하게 감소할 수 있으며; 타이어 압력을 결정하는데 이용되는 제2 세트 내의 센서들의 출력은 부하가 피크에서 안정 상태로 가라앉은 후 시작해서 부하가 안정 상태로부터 감소를 시작하기 전에 종료하는 시간 구간 안에서만 제공되는 것들이다.

상기 방법, 및 본 발명의 다른 측면에 따른 방법들은 그 위에 트레드 갭이 있는 타이어 자국의 폭의 변화를 검사하여 타이어 마모를 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 타이어가 새것이면, 타이어 폭을 가로질러 트레드 갭이 있을 것이다. 타이어가 마모되면서, 타이어의 외측 에지를 향하는 트레드가 먼저 마모되어 궁극적으로는 사라질 것이다. 따라서, 특정 타이어에 대한 데이터를 저장함으로써, 마모 패턴을 추적하는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 측면에서 보면, 타이어가 이동 방향으로 상기 장치 위를 이동할 때 차량 타이어의 팽창 압력을 검사하는 장치가 제공되며, 상기 장치는 상기 베이스 위에 탑재되며 차량 타이어의 전체 자국을 수용하기 위해 이동 방향 및 이동 방향의 좌우로 충분한 크기인 플랫폼; 상기 플랫폼의 상면 상에 장착되고 상기 플랫폼을 가로질러 연장되는 센서 어레이 - 어레이는 차량 타이어의 폭을 수용하기에 충분한 좌우 크기를 가지며, 상기 각 센서는 상기 타이어가 이동 방향으로 상기 플랫폼 위를 지나갈 때 상기 센서상의 부하 값을 나타내는 변화하는 출력을 제공하는 부하 센서임 - ; 상기 센서의 출력을 샘플링하는 샘플링부; 상기 센서의 출력을 샘플링하여 획득된 데이터를 처리하고, 적어도 하나의 대표 센서 부하 값을 제공하며, 대표 센서 부하 값을 이용하여 타이어의 팽창 압력의 표시를 제공하도록 구성된 데이터 처리부를 포함하며; 각 센서는, 충분히 작아서 플랫폼 상의 타이어의 트레드 갭의 폭 안에 완전히 정렬되는 폭을 가진 각 작동부에 연관되고; 각 작동부는 상면이 타이어에 의해 체결될 커버 시트의 하면에 체결될 수 있는데, 커버 시트는 충분히 단단해서 실질적으로 자립할 수 있는 한편 커버 시트의 상면 위 타이어로부터의 부하에 대해 작동부의 개별 움직임을 허용하는 탄성적인 방법에 의해 국부적으로 변형될 수 있다.

본 발명의 다양한 측면들의 실시예들은 예를 통해 그리고 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.

도 1은 타이어 특성을 측정하는데 이용되는 시스템의 개략도이다.
도 2는 상기 시스템에서 이용되는 센서 장치의 개략 단부도(end view)이다.
도 3은 상기 장치의 주요부의 개략 전면도이다.
도 4는 상기 장치의 상면도이다.
도 5는 상기 장치에 사용되는 개별 센서의 개요 상면도이다.
도 6은 상기 센서의 개요 측면도이다.
도 7은 전기적 연결을 나타내는 센서의 상면도이다.
도 8은 상기 센서에 사용되는 브릿지 회로의 개요도이다.
도 9는 복수의 센서를 형성하기 위한 기판의 평면도이다.
도 10은 상기 센서의 작동부를 나타내는 측면도이다.
도 11은 상기 작동부의 상면도이다.
도 12는 상기 작동부를 가이드하는 블록의 상면도이다.
도 13은 상기 기판 위에 위치한 블록을 나타내는 평면도이다.
도 14는 상기 작동부 위의 커버 시트를 나타내는 측면도이다.
도 15는 상기 커버 시트를 나타내는 상면도이다.
도 16은 센서 어레이 위를 통과하는 차량 타이어의 개요도이다.
도 17은 도 16의 구성을 이용한 타이어 자국 출력의 개략도이다.
도 18은 다른 센서를 구비한 도 16의 구성을 이용한 대체적인 타이어 자국의 개략도이다.
도 19는 작동부를 제공하는 대체적인 실시예이다.
도 20은 다른 작동부를 이용한 대체적인 실시예이다.
도 21은 시간 함수로 나타낸 제2 세트 내 센서 상의 부하 곡선이다.
도 22는 시간 함수로 나타낸 센서의 제2 세트로부터의 부하 출력의 곡선이다.
도 23은 상기 장치에 이용되는 대체적인 개별 센서의 개요 상면도이다.
도 24는 상기 센서에 이용되는 대체적인 브릿지 회로의 개략도이다.
도 25는 복수의 센서를 형성하는 대체적인 기판의 평면도이다.
도 26은 상기 플랫폼과 베이스 사이 대체적인 센서 구성의 평면도이다.

도 1을 참조하면, 시스템(1)은 화살표 A 방향으로 이동하는 네 개의 바퀴(3)를 가진 차량(2)의 타이어 특성을 결정하는데 이용된다. 시스템은 센서 장치 세트, 즉 차량의 좌측 바퀴를 위한 장치(4) 및 우측을 위한 장치(5)를 포함한다. 이들은 동일하며 데이터 처리 유닛(6)에 연결된다.

도 2, 3 및 4에 도시된 바와 같이, 센서 장치는 8개 3열로 배열된 제1 부하 센서(9)의 매트릭스를 통해 플랫폼(8)을 지지하는 베이스(7)를 포함한다. 진입 램프(10) 및 진출 램프(11)가 구비된다. 제2 센서의 측면 어레이(12)가 플랫폼(8)의 중심 위치에 장착된다. 사용시, 타이어(3)는 램프(10)위로 굴러 올라가서 플랫폼(8) 위로 통과하여, 타이어가 램프(11)를 통과해서 내려갈 때까지 제1 센서(9)로부터 출력이 나오도록 한다. 플랫폼(8) 위로 굴러갈 때, 타이어는 좌우로 연장된 센서의 선형 어레이(12) 위를 통과한다. 제1 센서(9)로부터의 출력은 구간으로 샘플링되어, 다른 것들 중에서, 바퀴(3)로부터 상기 장치 상의 총 부하를 결정하는데 이용된다. 센서의 어레이(12)로부터의 출력은 구간으로 샘플링되어, 다른 것들 중에서, 타이어(3)의 팽창 압력을 결정하는데 이용된다.

도 5 내지 8을 참조하면, 어레이(12) 내의 각 센서는 양단에서 지지되며 중심 지점(14)에서 아래 방향으로, 즉 화살표 B 방향으로 인가된 힘의 작용하에서 탄성적으로 편향 될 수 있는 빔(13)을 포함한다. 빔(13) 상에 박막부의 형태로 프린트된 네 개의 압전 저항 요소(15, 16, 17, 18)는 빔(13)을 따라서 구간으로 이격되어 있다. 이들 각각은 두 개의 연결을 가지며 이들은 도 5 상에 개략적으로 도시된 바와 같이 쌍으로 결합되어, 네 개의 연결 지점 A, B, C, D를 제공한다. 이는 도 7에 도시된 바와 같이 빔(13) 상에 프린트된 도전부(19, 20, 21, 22)를 통해 이루어질 수 있다. 연결 지점 A, B, C, D는 도 8에 도시된 바와 같이 휘트스톤 브릿지의 노드를 형성하며, 입력 전압 Vi 는 노드 A 및 C에 걸리며 출력 신호 Vo 는 노드 B 및 D에 걸린다. 이 출력 신호 Vo 는 빔(13)의 편향에 따라서 진폭이 변화하므로, 지점(14)에서의 인가된 부하에 종속적이다.

선형 어레이(12)를 제조하기 위해서, 기판 시트(23)이 도 9에 도시된 바와 같이 이용된다. 시트는 절연 물질이 코팅된 스테인레스 스틸과 같은 임의의 적합한 물질로 구성된다. 기판을 예를 들어 레이저 절단기를 이용해 다수의 평행하고 균등하게 이격된 슬롯(24)을 파서 개별적인 평행 빔(13)을 규정한다.

빔을 편향하기 위해서, 대응하는 일련의 작동기(actuator)(25)가 도 10에 도시된 바와 같이 이용된다. 이들 각각은 일반적으로 직사각형 형태여서 상단에 신장된 직사각형 헤드(26)를 제공한다. 헤드보다 훨씬 더 작은 크기의 풋(27)이 하단에 있으며, 빔(13)의 중심 지점(14)에 체결된다. 신장된 헤드의 목적은 이하에서 설명된다.

도 12는 작동기(25)를 수용하는 일련의 이격된 평행한 슬롯(29)을 구비한 지지 블록(28)을 나타낸다. 도 13은 기판(23) 위에 위치한 블록(28)을 나타내며, 슬롯(29)은 개별 빔(13)에 정렬되어 있다. 도 14는 작동기(25)가 블록(28) 내에서 어떻게 지지되는지를 나타내며, 헤드(26)는 블록 위로 돌출하며 풋(27)은 빔(13)의 중심 지점(14)에 체결된다. 0.5 mm 두께 스테인레스 스틸의 커버 시트(30)는 작동기(25)의 헤드(26) 위에 구비된다. 이것은 변형 가능하게 탄성적이어서 시트에 체결된 타이어로부터의 부하가 개별 작동기(25)로 전달되도록 한다.

도 15는 주변 플랜지(31)에 의해 적절하게 유지되는 커버 시트(30)를 구비한 센서 어레이 어셈블리의 상면도로서, 시트 및 인접 소재에 밀폐되어서 어셈블리 내부로의 물, 먼지 및 다른 오염물 유입에 대한 효과적인 방벽이 제공된다.

도 16은 작동기 헤드(26)가 어레이(33)로 표현된 상술한 센서 어레이 위를 통과하는 타이어(32)의 개략적인 도면이다. 어레이는 타이어가 장치 위를 굴러갈 때의 움직임 방향의 좌우로 연장된다. 타이어는 타이어의 에지로부터 안쪽으로 연장된 좌우로 향하는 트레드 갭(36, 37)뿐만 아니라 안쪽으로 파진 두 개의 중심 "w지그재그" 트레드 패턴(34, 35)을 가진다. 보여지는 것처럼, 작동기의 신장된 헤드는 충분히 길어서 타이어의 한 에지에서 트레드 갭(36)을 메운다. 그러나, 중심 트레드 갭(34, 35)에는, 트레드 갭에 완전히 들어가는 작동기 헤드가 있다. 이 중심 영역에는, 타이어의 고무에 완전히 체결되는 작동기 헤드도 있다.

타이어가 어레이 위를 굴러갈 때, 어레이와의 접촉은 항상 동일한 선을 가로지르지만, 타이어 자국 내 선의 위치는 변화한다. 어레이 내 센서로부터의 데이터는 처리되어 도 17에 도시된 바와 같이 타이어 자국의 윤곽(38)의 표현을 제공할 수 있다. 타이어 자국의 최대 폭은 지점들(39, 40) 사이 거리이다. 그러나, 타이어 자국의 윤곽 내에서 타이어의 트레드 패턴은 볼 수 없다. 트레드 갭(34, 35)이 감지되었지만, 단일 선을 가로질러서만이다. 갭의 지그재그 특징은 볼 수 없으며 길이방향 선(41, 42) 으로만 표현된다. 작동기 헤드가 트레드 갭(36)을 가로지르므로, 이는 전혀 드러나지 않는다.

도 18은 작동기(25)의 신장된 헤드(26)보다 훨씬 짧은 작동기 헤드를 사용할 때 획득될 수 있는 결과를 나타낸다. 이 경우, 측면 트레드 갭은 그 크기의 적어도 일부가 감지될 것이다. 타이어 원주 둘레에서 이 정보를 결정해서 고무가 있고 갭은 없는 다른 지점을 픽업하는 것이 불가능하므로, 그 결과는 도 18에 도시된 바와 같다. 트레드 갭(36)을 구비한 타이어의 측면은 완전히 빗나가는 것으로 나타나며 지점들(39, 40) 사이 자국의 인지된 최대 폭은 상당히 작다. 이는 타이어 폭, 자국 프로파일 및 면적, 자국 대칭 등에 관한 계산에 영향을 미칠 수 있다.

도 19는 개별 물품인 작동기(25) 대신에 복수의 작동기가 헤드를 연결하는 연결 스트립(44)으로 완전하게 만들어진 모듈(43)로 제공된 상술한 실시예의 변형을 나타낸다. 이것은 충분히 유연해서 작동기가 독립적으로 움직일 수 있도록 하며, 커버 시트(26)가 구비되더라도 스트립이 예를 들어 테이프와 같이 유연할 필요는 없다. 스트립은 충분히 단단해서 자립할 수 있으면서, 충분한 분해능을 제공하는 방법에 의해 개별 작동기의 움직임을 여전히 허용한다. 스트립은 필요한 만큼 넓을 수 있는데, 예를 들어 작동기만큼 넓거나, 도 19에 도시된 바와 같이, 상대적으로 좁을 수 있다.

도 20은 빔(13)에 대한 대체적인 작동기 구성을 도시한다. 여기서 상당히 감소된 깊이의 작동기(45)는 상술한 커버 시트(26)와 동일 또는 유사할 수 있는 커버 시트(46)에 접합된다. 작동기는 시트(46)를 따라서 간격을 두고 이격될 수 있어서, 각 빔(13) 위에 가로 놓인다. 작동기(45)의 하단부에는 빔(13)에 체결되는 풋(47)이 구비된다. 적절한 슬롯을 가진 선택적 가이드(48)는 작동기에 구비될 수 있다.

도 21은 어레이(12), 즉 빔(13) 내 개별 센서 상의 부하가 타이어가 굴러갈 때 시간에 따라 어떻게 변화하는지를 나타낸다. 피크까지의 초기 상승은 X로 표시되고, 안정 상태까지 감소는 Y로 표시되며, 이후 지점 Z부터 감소이다. 센서 출력이 타이어 압력을 결정하는데 이용되는 안정 상태 부분은 P로 표시된다. 피크까지의 초기 상승은, 고무의 성질, 타이어 보강재 등으로부터의 영향이 있는 것과 함께 타이어 타이어 고무 뒤틀림의 결과로 예를 들어 나타날 수 있다. 타이어 고무는 안정 상태 영역에서 이후 완화될 수 있다.

도 22는 타이어가 상기 장치 위를 굴러갈 때 플랫폼과 베이스 사이의 센서(9) 상의 부하의 변화를 시간의 함수로 나타낸다. 좌측 아래 곡선(49)은 제1 열 내 센서들의 누적 출력을 나타내며, 중심 곡선(50)은 중간 열 내 센서들의 누적 출력을 나타내며, 우측 곡선(51)은 제3 열 내 센서들의 누적 출력을 나타낸다. 위쪽 곡선(52)은 모든 센서(9) 상의 총 부하를 나타낸다. 영역 Q는 센서의 제2 세트로부터의 출력이 이용되는 시간을 나타내며, 타이어가 플랫폼 중심에 있어서 센서 어레이(12)와 체결되는 때부터 타이어가 플랫폼에서 벗어나기 시작하기 전까지 연장된다. 따라서 센서(9)로부터의 출력은 센서 어레이(12)로부터의 출력을 샘플링을 트리거하는데 이용될 수 있다. 본 구성에서, 제2 센서 출력을 이용하는 시작 시간은 근사적으로 출력 곡선들(49, 51), 즉 센서의 제1 및 제3 열로부터의 출력 사이 교차점이다. 이용된 기간의 종료는 곡선들(50, 51), 즉 중간 및 제3 열의 출력 사이 교차점이다. 제3 및 중심 열을 생략하고 대신에 두 개의 다른 열로부터의 출력을 이용하여 제2 센서 출력의 이용을 종료할 때를 결정하는 것이 가능하다. 중심 선의 양쪽 두 개의 중심 열을 이용하는 것도 가능하다.

사용 방법에서, 사용되는 어레이(12)로부터의 센서 측정값은 출력이 안정 상태 영역에 있는 선택된 시간 기간 위에 있는 것들이다. 타이어 압력 측정을 위해 선택된 센서들은 타이어의 중심 영역에서 선택되며, 측벽으로부터 떨어져 있으며, 평균은 출력 값의 상부 부분의 일부이며, 예외적으로 높거나 낮은 값들은 제외되고, 이 평균은 전술한 방법에 따라 타이어 압력을 결정하는데 이용된다. 다른 사용 방법에서, 사용되는 어레이(12)로부터의 센서 측정값도 출력이 안정 상태에 있는 선택된 시간 기간 위에 있는 것들이다. 타이어 압력 측정을 위해 선택된 센서들은 타이어의 중심 영역, 또는 더 넓은 영역에서 선택되며, 이 센서 출력 전부는 타이어 자국의 좌우 프로파일을 결정하는데 이용되어 과팽창 및 저팽창은 이 프로파일을 검사함으로써 결정될 수 있다. 다시, 예외적으로 높거나 낮은 값들은 제외될 수 있다.

도 23은 센서의 선형 어레이에서 사용되는 대체적인 센서 빔(53)을 나타낸다. 이는 이전 실시예에서의 빔(13)과 같은 방법으로 제공될 수 있다. 네 개의 감지 요소를 가지는 대신에, 빔(53)은 트랙(56, 57, 58)에 연결된 두 개의 감지 요소(54, 55)를 구비하며, 단자 X, Y, Z를 제공한다. 도 24에 도시된 바와 같이, 이들은 감지 요소를 하프 브릿지로 연결하는데 이용되며, 양극은 단자 X에, 접지는 단자 Z에 연결되며, 출력 신호 s는 단자 Y로부터 제공된다.

도 25는 제2 센서 어레이에 대한 대체적인 구성을 나타낸다. 여기서, 베이스(59)는 예를 들어 2.5 mm 두께의 강철 기판이다. 이 위에 0.5 mm 두께의 스테인레스 스틸(60)이 위치하며, 둘 사이에 균등하게 이격된 감지 요소(61)가 탑재된다. 이는 분리된 작동부를 필요로 하지 않는 소형의 단순한 구성을 제공한다.

본 발명의 실시예에서, 두 세트의 센서 장치(4, 5) 각각은 320 개의 개별 압력 센서를 포함하며, 각 압력 센서는 상술한 빔(13) 및 작동기(25)를 포함한다. 이들은 다섯 개의 모듈로 구분되며, 각각은 64개의 개별 센서를 포함한다. 각 센서 모듈은 64개의 개별 빔을 규정하는 슬롯(24)을 구비한 기판(23)을 포함한다. 각 모듈은 상응하는 수의 작동기(25) 및 64개 슬롯을 가진 가이드 블록을 포함한다. 대체적으로, 각 모듈은 두 개의 서브 모듈을 포함할 수 있으며, 각 서브 모듈은 32개의 센서 및 연관된 가이드 블록 및 작동기를 포함한다. 빔과 작동기는 일정한 3 mm 피치로 배치되며, 각 작동기의 헤드는 2mm 폭과 20mm길이를 가진다.

커버 시트(30)는 각 개별 모듈 위에 제공되거나, 공통 커버 시트가 전체 5개 모듈 위에 제공될 수 있다. 모듈은 사출 성형된 케이스 내에 제공되며, 다섯 케이스는 플랫폼(8) 상면에 있는 홈에 탑재된다. 홈 내에는 연결 케이블, 적절한 메모리 및 처리 능력을 가진 데이터 획득 및/또는 처리 보드, 및, 필요하면 센서 장치(4, 5)의 양 세트로부터 데이터를 수신하는 국부 처리 유닛을 통해, 데이터 처리 유닛(6)과 같은 다른 컴포넌트에 데이터를 제공하는 인터페이스도 구비된다.

동작 중에 개별 센서로부터의 출력은 예를 들어 약 8에서 10 kHz로 샘플링된다.

각 모듈 내에서, 개별 아날로그 센서 출력이 2단 증폭기, 예를 들어, 두 그룹으로 배열된 32 증폭기로 전달되며, 증폭기는 각 센서로부터 온 아날로그 신호를 고속 아날로그-디지털 변환기, 예를 들어, 두 개의 마이크로 컨트롤러에 기반한 네 개의 고속 ADC로 전달한다. 일반적인 부하 셀은 시작 문턱값을 설정하는 DC 오프셋이 필요하다. 이는 트리머로 또는 마이크로 컨트롤러 제어를 통해 달성될 수 있다. 본 시스템은 마이크로 컨트롤러를 통한 다른 방법으로 제어를 이용한다. 마이크로 컨트롤러의 펌웨어 하의 아날로그 디지털 컨버터를 통한 오프셋의 거친 제어는 제1단의 DC 증폭기 내에서 처리되지만, 제2 DAC를 통해 제2단 증폭기로 오프셋의 미세 제어도 있다. 이 두 단계 시스템은 매우 정밀한 트림 제어를 허용하는데, 그것이 없는 일반적인 부하 셀 시스템을 저해시킬 수 있다. 따라서 온도가 안정된 동적 제로 중량 시스템이 제공될 수 있다.

각 모듈은 모듈을 선택할 수 있는 4비트 하드웨어 플랫폼측 주소를 갖는 16 비트 고속 병렬 데이터 버스를 이용한다. 버스는 공통 리본 케이블이 모듈을 함께 연결할 수 있도록 한다.

센서 모듈을 위한 펌웨어는 DC오프셋을 제어하고 32 센서의 각 그룹에 값을 전달한다. 센서 모듈은 차량이 그 위를 지나갈 때 타이어 힘을 읽어 낸다. 이 이벤트는 관련 장치 세트에 대한 컨트롤러에 의해 트리거되는데, 센서의 제1 세트로부터의 출력을 이용하여 타이어 움직임의 위치 및 방향을 결정한다. 부하를 가질 모듈만이 읽혀진다. 타이어가 그 위를 통과하면, 데이터를 보유한 센서 모듈은 획득 컨트롤러에 그것을 수집하도록 통지한다. 데이터는 신속하게 수집되어 제2 모듈은 차량의 다음 바퀴를 처리할 수 있다.

장치(4, 5)의 양 세트에 대한 센서의 첫 번째 세트는 예를 들어 5톤의 총 중량 및 20톤의 동적 적재물을 처리하여야 할 수 있다. 각 센서는, 예를 들어, 절연 코팅된 2 mm 두께의 스테인레스 스틸 상에 제공된 압전 저항 박막 소재를 포함할 수 있다. 장치의 베이스는 선택적인 고무 바닥층을 가진 알루미늄과 같은 금속일 수 있다. 열과 행의 매트릭스로 배열된 8개 센서의 3열이 있으며, 이들은 이동 방향, 타이어 회전 위치, 및 최대 부하를 감지하는데 이용될 수 있어서, 데이터를 수집하는 제2 세트의 센서들에 대한 최적 위치가 결정될 수 있다.

모듈 및 관련된 전자 회로의 적어도 일부는 장치(4 또는 5)의 각 세트의 플랫폼에 수용될 수 있다. 일부 회로는 두 세트의 장치로부터 데이터를 수신하는 분리된 유닛에 위치될 수 있다.

스테인레스 커버 시트의 사용은 센서와 회로를 보호할 뿐 아니라, 일부 출력을 평탄하게 할 수 있으며, 특히 트레드 갭의 에지가 있는 데이터를 평탄화할 수 있다. 그러나 다른 경우에, 트레드 마모의 지표가 될 수 있는 트레드 갭에 인접한 데이터를 분석할 수 있도록 하는 것이 바람직하면 평탄화는 생략될 수 있다. 타이어가 새것이면, 고무면에서 트레드 갭으로의 상대적으로 급격한 변화가 있다. 트레드가 마모될수록, 변화는 더 평탄해지며, 따라서 변화는 분석되어 트레드 마모의 지표를 제공할 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 타이어 팽창 압력은 다음과 같이 표현될 수 있다.

(1)

여기서, P는 팽창 압력이고, F_s는 센서의 제2 세트 내 개별 감지 요소 상의 부하, 즉, 플랫폼에 의해 지탱되는 부하이며, a는 상수이며, b는 상수이다. 상수값은 최대 및 최소 팽창 압력을 이용한 실험에 의해 결정될 수 있다. 적재되지 않은 차량에 대해, 타이어 압력은 다음을 이용하여 계산될 수 있다.

(2)

여기서,

P_(u) = 임의의 감지 요소 부하 F_t(u)에 대해 계산된 타이어 압력(단위 바(bar))(미적재 차량)

F_t(u) = 측정된 감지 요소 부하

P_(max), P_(min) = 최대 및 최소 등급 타이어 압력에서 타이어 압력(단위 바)(상수)

F_t(max), F_t(min) = 최대 및 최소 등급 타이어 압력에서 감지 요소 부하 측정값(상수)

<예시 1>

차량 타이어가 1.6 바의 최소 타이어 압력 등급으로 수축된 후 차량이 장치 위로 이동하면 감지 요소 부하 측정값은 1000으로 측정된다. 이후 차량 타이어는 2.0 바의 최대 타이어 압력 등급으로 팽창되고, 차량은 다시 장치 위로 이동하면 감지 요소 부하 측정값은 1200으로 측정된다.

P _(min) = 1.6 바, P _(max) = 2.0 바, F _t(min) = 1000, F _t(max) = 1200

따라서, 수식 (2)를 이용한 이 샘플 타이어에 대한 압력 계산 공식은 다음과 같이 된다.

(3)

샘플 타이어는 이제 미지의 압력으로 팽창된다. 차량은 장치 위로 지나가고 감지 요소 부하 F_t(u) 측정값은 1150으로 측정된다. 압력(단위 바)은 다음과 같이 계산될 수 있다.

이로부터, 타이어 팽창 압력 P_(u) = 1.9 바이다. 따라서, 이 특정 종류의 타이어에 대해서, 그리고 임의의 차량 중량(이 경우, 미적재 중량)에 대해서 타이어 압력이 계산될 수 있다.

그러나, 임의의 타이어 팽창 압력에 대해서 감지 요소 부하 측정값과 차량의 중량간 관계가 있다는 것이 입증되었다.

고정된 타이어 압력에 대해서, 감지 요소 로부터의 부하 측정값과 타이어에 작용하는 힘 F_t사이에 선형 관계, 즉 F_t ∞ W이 있다고 가정하자. 감지 요소 값이 미지의 중량을 갖는 적재된 차량에 대해 조정된 가중치가 되도록 하는 둘 사이 비율을 유도하는 것은 가능하다. 이 비율 TWR은

이다.

따라서,

(4)

이고,

여기서,

F_t(u), F_t(l) = 차량의 미적재 (u) 및 적재 상태 (l)에서의 감지 요소 부하 측정값

W_(u), W_(l) = 센서의 제1 어레이를 이용하여 측정된 차량의 미적재 및 적재 상태에서의 플랫폼 상의 총 중량(상수)

<예시 2>

이전 예시에서 이용된 동일한 테스트 차량 및 테스트 타이어는 1.8 바의 공칭 압력으로 타이어가 팽창된다. 미적재 차량은 이후 플랫폼 위를 넘어간다. 선형 센서 어레이로부터의 감지 요소 부하 값은 1100으로 측정되며 센서의 제1 어레이를 이용한 총 부하 값은 500으로 측정된다. 차량은 이후 차량이 적재 상태가 될 때까지 중량이 적재된다. 차량은 다시 플랫폼 위를 넘어간다. 감지 요소 값은 1150으로 측정되고 총 부하 값은 700에서 측정된다.

F_t(u) = 1100, F_t(l) = 1150, W_(u) = 500, W_(l) = 700

비율(TWR) =

여기서,

AD_(Ft) = 선형 어레이에서 감지 요소 측정 값에 대한 측정 단위

AD_(W) = 총 부하 측정값에 대한 측정 단위

비율(TWR)을 이용하면, 미적재 상태인 차량에 대한 조정된 감지 요소 부하 값 F_t(u)을 계산할 수 있다.

그러므로,

(5)

여기서,

F_t(u) = 미적재 상태인 차량에 대한 조정된 감지 요소 부하 값

F_t = 미지의 차량 중량 W 에 대한 감지 요소 부하 값(변수)

W = 타이어에 작용하는 측정된 총 힘(변수)

W_(u)= 미적재 상태인 차량의 타이어에 작용하는 총 힘(상수)

<예시 3>

이전 예시에서 이용된 동일한 테스트 차량 및 테스트 타이어를 이용하면

(6)

가변 차량 중량에 대한 압력 계산

가변 차량 중량을 가진 타이어에 대한 타이어 압력 계산이 가능하다.

고정 중량 또는 미적재 차량에 대한 압력 계산을 위한 원 공식을 선택하고 위 공식에서 F_t(u)를 치환하면, 임의의 중량에서 압력을 계산하는 공식을 얻는다.

(7)

여기서,

P = 계산된 압력

F _t = 선형 어레이로부터의 감지 요소 측정값(변수)

W = 센서의 제1 세트에 의해 측정된 타이어를 통해 작용하는 총 부하 힘(변수)

수식의 다른 모든 부분은 이전에 정의된 것과 같이 상수이다.

P _(max) , P _(min) = 최대 및 최소 등급 타이어 압력에서 타이어 압력(미적재 상태 차량)(단위 바)

F _t(max) , F _t(min) = P _(max) 및 P _(min) 에서 감지 요소 부하(미적재 상태 차량)

W _(u) , W _(l) = 미적재 및 적재 상태 차량으로 센서의 제1 어레이로부터의 총 부하 측정값(타이어가 공칭 압력에 있음)

F _t(u) , F _t(l) = 미적재 및 적재 상태 차량으로 감지 요소 측정값(타이어가 공칭 압력에 있음)

<예시 4>

원 예시 및 압력 계산 공식

을 이용하고 공식에서 중량 조정 감지 요소 측정값

를 치환하면, 임의의 중량에 대한 타이어 압력을 계산하는 공식이 제공된다.

그러므로,

(8)

차량에 미지의 부하가 적재되고 타이어는 미지의 압력으로 팽창되며, 타이어는 플랫폼 위를 통과하고 시스템은 W 를 600으로 F _t 를 1175로 계산했다면, 팽창 압력은 다음과 같이 계산될 수 있다.

P = (0.002x1175) - (0.0005x600) - 0.15

P = 1.9 바(bar)

실제 부하 또는 중량값 및 단위를 이용할 필요가 없다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 계산은 아날로그-디지털 컨버터의 출력과 같은 이론적으로 처리되어 실제 부하 또는 실제 중량을 제공하며 따라서 그러한 부하 또는 중량을 나타내는 가공하지 않은 데이터, 또는 중간 데이터를 이용할 수 있다.

상기 예시는 제한적인 것이 아니며 다른 계산도 가능하다. 이 예시들은 선형적인 관계를 가정한 것이지만 비선형적인 관계를 이용하는 대체적인 공식도 창안해낼 수 있다.

도 26은 센서 어레이를 제조하는데 이용되는 대체적인 기판 디자인을 나타내며, 도 9를 참조하여 설명된 것의 변형이다. 기판 시트(61)는 절연 물질로 코팅된 스테인레스 스틸과 같은 임의의 적합한 물질로 구성될 수 있다. 다수의 평행하고 균등하게 이격된 슬롯(62)을, 예를 들어 레이저 절단기를 이용하여, 기판에 파서 개별적인 평행 빔(63)을 규정한다. 슬롯은 시트의 한쪽 에지로부터 이격된 지점에서 시작하지만, 다른 에지까지 연속된다. 따라서 빔(63)은 캔틸레버가 되며, 한쪽 단에서만 지지된다.

도 27은 대체적인 제1 센서 시스템을 나타낸다. 플랫폼(64)과 베이스(65) 사이 센서 어레이 대신에, 단일 센서(66)가 있다. 이것은 구불구불한 경로를 따라가는 유체로 채워진 튜브 형태이다. 이것은 공기압 또는 유압 감지 장치(67)에 연결된다. 플랫폼 상의 부하가 증가하거나 감소하면, 튜브(66) 내부 압력도 상승하거나 감소하며, 이것은 감지 장치(67)에 의해 감지된다.

따라서 본 발명의 실시예는 타이어가 이동 방향(A)으로 장치 위를 지나갈 때 차량(2)의 타이어(3)의 팽창 압력을 검사하는 장치(4, 5)를 제공한다. 상기 장치는 베이스(7), 상기 베이스 위에 장착되는 플랫폼(8), 상기 플랫폼과 상기 베이스 사이에 배열된 제1 부하 센서 시스템(9), 및 상기 플랫폼의 상면상에 장착되며 상기 플랫폼을 가로질러 연장된 높은 분해능 센서(13, 25)의 선형 어레이를 포함하는 제2 부하 센서 시스템(12)을 포함한다. 데이터 처리 유닛(6)은 상기 제1 및 상기 제2 센서 시스템의 출력을 샘플링하여 획득된 데이터를 처리하여 타이어 팽창 압력의 표시를 제공한다. 제1 센서 시스템의 출력을 샘플링하여 획득된 데이터는 플랫폼에 의한 총 부하, 및/또는 플랫폼 위에서 타이어의 이동 방향, 및/또는 플랫폼 위에서 타이어의 이동 속도 및/또는 차량 타이어의 추적각을 결정하는데 이용될 수 있다. 데이터는 제2 센서 시스템으로부터의 데이터가 대표 센서 부하 값을 제공하는데 이용될 시간 구간을 결정하는데에도 이용될 수 있다.

설명된 실시예들은 설명을 위한 목적일 뿐이며 많은 대체물, 변형, 및 균등한 구조 및 처리 단계가, 청구된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 있을 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

1. 이동 방향으로 장치 위를 이동할 때 차량 타이어의 팽창 압력을 검사하는 장치에 있어서,
   베이스;
   상기 베이스 위에 탑재되며 차량 타이어의 전체 자국을 수용하기 위해 이동 방향 및 이동 방향의 좌우로 충분한 크기인 플랫폼;
   상기 플랫폼과 상기 베이스 사이에 배열되며, 상기 타이어가 이동 방향으로 상기 플랫폼 위를 이동할 때 상기 플랫폼에 의해 상기 베이스 상에 가해진 변화하는 부하를 나타내는 데이터를 제공하는 제1 부하 센서 시스템;
   상기 제1 부하 센서 시스템의 출력을 샘플링하는 샘플링부;
   상기 플랫폼의 상면 상에 장착되며, 상기 플랫폼을 가로질러 연장된 센서의 어레이를 포함하며, 상기 어레이는 차량 타이어의 폭을 수용하기에 충분한 좌우 크기를 가지며, 상기 어레이 내의 각 센서는 상기 타이어가 이동 방향으로 상기 플랫폼 위를 지나갈 때 상기 센서 상의 부하 값을 나타내는 변화하는 출력을 제공하는 부하 센서인 제2 부하 센서 시스템;
   상기 제2 센서 시스템의 출력을 샘플링하는 샘플링부; 및
   상기 제1 및 상기 제2 센서의 출력을 샘플링하여 획득된 데이터를 처리하고, 상기 타이어의 상기 팽창 압력의 표시를 제공하도록 구성된 데이터 처리부를 포함하되,
   상기 데이터 처리부는,
   상기 플랫폼에 가해진 총 부하를 나타내는 데이터를 획득하기 위해서 상기 제1 센서 시스템의 출력을 샘플링하여 획득된 데이터를 처리하며,
   상기 플랫폼에 가해진 총 부하를 나타내는 데이터를 상기 제2 센서 시스템의 출력을 샘플링하여 획득된 데이터와 함께 처리하여 상기 타이어의 상기 팽창 압력을 결정하도록 구성되는 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 센서 시스템은 다양한 지점에서 플랫폼으로부터 베이스 상의 부하들을 나타내기 위해서, 베이스 위에 길이 방향 및 좌우로 분산된 지점에 복수의 센서를 포함하는 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 센서 시스템은 복수의 좌우로 연장된 센서의 열을 포함하는 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 센서 시스템의 센서는 행으로도 배열되는 장치.
   
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7. 제2항에 있어서,
   상기 플랫폼 위에서 상기 타이어의 이동 방향 및 상기 플랫폼 위에서 상기 타이어의 이동 속도 중 적어도 어느 하나를 나타내는 데이터를 획득하기 위해서 상기 데이터 처리부는 상기 제1 센서 시스템의 출력을 샘플링하여 획득된 데이터를 처리하도록 구성되는 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 데이터 처리부는 상기 플랫폼 위에서 타이어의 총 이동 방향 및 상기 플랫폼 위에서 타이어의 이동 속도를 나타내는 데이터 중 적어도 어느 하나를, 상기 제2 센서 시스템의 출력을 샘플링하여 획득된 데이터와 함께 처리해서 상기 타이어의 팽창 압력을 결정하도록 구성되는 장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 제2 부하 센서 시스템의 어레이 내 센서의 출력을 샘플링해서 획득된 데이터가 대표 센서 부하 값을 제공하는데 이용될 시간 구간을 나타내는 데이터를 획득하기 위해서 상기 데이터 처리부는 상기 제1 센서 시스템의 출력을 샘플링하여 획득된 데이터를 처리하는 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는 상기 제2 센서 시스템의 어레이 내 센서 출력의 샘플링을 상기 시간 구간의 시점에서 시작하고 상기 시간 구간의 종점에서 종료하도록 구성되는 장치.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 시간 구간의 시점은 상기 제2 센서 시스템의 어레이 내 센서 상의 부하가 상기 타이어가 상기 제2 어레이에 접촉한 후 초기 피크에서 안정 상태 영역으로 떨어질 때 발생하며; 상기 시간 구간의 종점은 상기 제2 센서 시스템의 어레이내 센서 상의 부하가 상기 안정 상태 영역에서 떨어지기 시작하기 전에 발생하는 장치.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 센서 시스템의 센서 어레이는 상기 플랫폼을 가로질러 연장된 선형 어레이인 장치.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 어레이의 센서는 상기 제2 센서 시스템이 트레드 갭이 있는 타이어 표면 상의 부분을 식별할 수 있도록 구성되고 배열되어, 상기 어레이의 각 센서는 충분히 작아서 상기 플랫폼 상의 타이어의 트레드 갭의 폭 안에 완전히 정렬되는 폭을 가진 각 작동부에 연관되는 장치.
    
14. 제13항에 있어서,
    각 작동부는 이동 방향으로 충분한 크기로 신장되고 연장되어, 상기 작동부가 상기 타이어의 중심 영역 내의 트레드 갭 내에 완전히 정렬되도록 허용하면서, 상기 타이어의 에지에 인접한 좌우로 연장된 트레드 갭을 메우는 장치.
    
15. 제13항에 있어서,
    상기 어레이의 상기 센서에 연관된 작동부는 상면이 타이어에 의해 체결될 커버 시트의 하면에 체결되며, 상기 커버 시트는 충분히 단단해서 실질적으로 자립할 수 있는 한편 상기 커버 시트의 상기 상면 위 타이어로부터의 부하에 대해 상기 작동부의 개별 움직임을 허용하는 탄성적인 방법에 의해 국부적으로 변형되는 장치.
    
16. 제12항에 있어서,
    상기 센서 어레이는 그 길이 방향이 이동 방향으로 연장된 평행하고 탄성적인 복수의 편향 가능 부재를 포함하며, 각 편향 가능 부재는 헤드로부터 상기 편향 가능 부재를 체결하는 부분까지 아래로 연장된 작동부를 구비하며, 각 편향 가능 부재는 그 위에 장착되어 상기 부재의 편향에 따라 변환하는 전기적 성질을 가진 적어도 하나의 감지부를 구비하는 장치.
    
17. 제16항에 있어서,
    탄성적으로 변형 가능 소재의 신장된 기판은 복수의 평행하고 좌우로 연장된 슬롯을 구비하며, 상기 슬롯은 길이 방향으로 서로 이격되어 한 쌍의 인접하는 슬롯 사이에 상기 기판의 나머지에 완전하게 연결된 적어도 하나의 단부를 갖는 신장된 편향 가능 부재가 규정되는 장치.
    
18. 제16항에 있어서,
    각 편향 가능 부재는 그 위에 장착되며 상기 부재의 편향에 따라서 변화하는 전기적 성질을 가진 적어도 두 개의 감지부를 구비하며, 상기 감지부는 브릿지 구성에 전기적으로 연결되는 장치.
    
19. 제1항 내지 제4항 및 제7항 내지 제18항 중 어느 한 항의 장치를 이용하여 차량 타이어의 팽창 압력을 검사하는 방법에 있어서,
    상기 타이어를 상기 이동 방향으로 상기 장치 위로 이동시키는 단계;
    상기 제1 센서 시스템의 출력을 샘플링하는 단계;
    상기 제2 센서 시스템의 출력을 샘플링하는 단계; 및
    상기 제1 및 상기 제2 센서 시스템의 출력을 샘플링해서 획득한 데이터를 처리해서 상기 타이어의 팽창 압력의 표시를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
    
20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 센서 시스템의 출력을 샘플링해서 획득한 데이터를 처리해서 상기 플랫폼에 의한 부하 및 상기 차량의 중량 중 적어도 어느 하나의 표시를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.

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