KR101914825B1 - 종합적인 타이어 압력 유지 시스템 - Google Patents

Abstract

자동차에 사용하기 위한 종합 타이어 압력 유지 시스템은, 외부에 장착된 배터리를 지닌 TPMS, 밸브 스템의 배치를 위해 형성된 튜브형 배터리 -상기 밸브 스템은 상기 튜브형 배터리의 상기 배치를 수용함-, 자기-팽창 압력-최적화 타이어 장비, 및 자기-팽창 런-플랫 타이어 장비와 무선 타이어 압력 게이지를 포함한다.

Description

종합적인 타이어 압력 유지 시스템{A COMPREHENSIVE TIRE PRESSURE MAINTENANCE SYSTEM}

본 발명은 타이어 압력 유지 시스템에 관한 것으로서, 특히 그 시너지가 종합적인 타이어 압력 유지 시스템을 야기하는 5개의 서브 시스템에 관련된 것이다.

타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS, Tire Pressure Monitoring Systems)은 현재 미국에서 팔리는 모든 신차에 요구된 안전 기능이다. 실제로 시장에서 모든 TPMS 디자인은 림의 내부에 설치되고 밸브 스템의 베이스에 부착된 센서를 포함한다. 센서에 접근하는 유일한 방법은 휠로부터 타이어를 제거하는 것이다. 타이어를 휠로부터 제거하는 것은 일반 대중에게 매우 어려운 작업이다. 심지어 DIY(Do It Yourself)에 열심인 사람도 센서에 접근하기 위해서는 대단히 전문화되고, 비싼 타이어 제거 툴이 필요하게 된다.

센서에 접근하는 능력은 시장의 TPMS 디자인의 고유의 문제 때문에 중요하다. 최근, 대부분의 센서들은 센서 유닛 내에 하우징되고 밀봉되는 내부 배터리를 가진다. 배터리가 죽으면, 차량 소유주는 지역 안전 기준에 따라 센서를 교체하고 센서를 재설치하도록 강요받게 된다. 이러한 제정법 대신에, 소유주는 개인 안전의 이유로 TPMS 유닛을 교체하는 것을 고려할 수도 있다. 상대적으로 저렴한 배터리를 교체해야할 필요 발생에 의해 촉발되는 이 고려는 차량 소유주에게 상당한 부담이다. 정기적으로 저렴한 부품을 교체하는데 쓰이고 있는 현재의 디자인의 수요는, 내구성 있는 모니터 센서가 일회용 고비용 항목으로 변형되고 있다.

게다가, 일부 상업용 및 군용 차량은 압력 이하의 타이어를 다시 팽창시키는 탑재형 에어 컴프레서를 구비한다. 또한, 소비자 지원을 위해, 일정한 목표의 타이어 압력을 유지하기 위해 특별히 설계된 자기-팽창 타이어가 존재한다. 또한, 런-플랫 타이어의 디자인 및 도입은 충분한 공기 압력을 더이상 유지할 수 없게 손상되거나 펑크난 타이어로 제한된 속도로 제한된 거리 동안 운전자가 계속 운전하는 것을 가능하게 한다.

자기 팽창 타이어(SIT)는 일반적으로 타이어를 다시 팽창시키기 위한 외부 전달 시스템을 이용한다. 상업용 차량 및 군용 차량은 타이어에 공기를 전달하는 호스를 통해 공기를 주입하는 탑재형 에어 컴프레서를 사용한다. 이러한 구성은 자동차 및 경차에 적용을 위해 현실적이지 않다.

자동차를 위한 자기-팽창 타이어들 중에서 최근의 혁신은 타이어의 립과 휠 림 사이에 배치되는 연동 펌프의 사용을 포함한다. 휠이 회전함에 따라 그 타이어 내로 공기를 강제하고, 감압 밸브에 의해 조절된다. 자동차 및 경차를 위한 명쾌한 해결책이지만, 이 디자인은 플라스틱 펌프를 수용하거나 통합할 수 있는 사용자 정의 림 또는 타이어 중 어느 하나를 필요로한다.

런-플랫 타이어는 타이어가 손상된 후에 운전자가 계속 운전할 수 있게 설계된다. 세 가지 기본 디자인은 자기-밀봉, 자기-지지 및 보조-지지이다.

자기-밀봉 타이어는 작은 펑크를 수리하기 위해 특별한 내부 라이너 또는 밀봉 중 어느 하나를 이용한다. 이 디자인의 효율성은 작은 타이어 펑크 또는 구멍을 초래한 후에 공기 탈출을 방지하거나 느리게 하는 것에 국한된다. 또한, 자기-밀봉 타이어는 종종 타이어 압력 모니터링 센서에 훼손을 입힐 수 있는 실란트를 이용하는데, 이는 현재 모든 신차에 요구된 기능이다.

자기-지지형 타이어는 타이어가 수축된 경우 차의 중량을 지지하도록 설계된 더 두꺼운 측벽을 활용한다. 변경된 디자인은 타이어의 취급 특성에 부정적으로 영향을 미친다. 플랫을 유지한 후에, 이들 타이어는 단지 제한된 속도로 제한된 거리동안 주행될 수 있다. 또한, 이 타이어들은 일반적으로 20% 내지 40% 무게 페널티를 가진다. 게다가, 수축된 상태로 주행하는 것은 타이어 본래의 상태를 손상시키며, 그들은 수리되거나 재사용되지 못할 수 있다.

보조-지지형 타이어는, 림의 내부에 부착되어 타이어가 수축된 경우 자동차의 무게를 지지하는 웨이트-베어링 재료로 된 링을 구비한다. 이 재료는 림의 측벽보다 높지만, 알맞게 팽창된 타이어의 내측 원주에 충분히 닿을 정도로 높진 않다. 이 디자인은 특별한 타이어 및 대개 특별한 림이 보조 지지를 수용하도록 요구한다. 이 디자인은 또한 상당한 중량 페널티를 갖고, 단지 제한된 속도로 제한된 거리 동안 구동될 수 있다.

전술한 바와 같이, 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS)은 미국에 판매되는 모든 신차에 현재 요구되는 안전 기능이다. 실질적으로 시장의 모든 TPMS 디자인은 차량의 전기 정보 네트워크에 대한 타이어 압력 데이터를 실시간 방송하는, 림의 내부에 설치되는 센서를 포함한다. 일부 더 고성능의 차량에서 타이어 압력 데이터는 각 휠들의 포지션 및 타이어 압력의 시각적 이미지를 디스플레이하는 탑재형 스크린을 통해 그래픽형태로 제공된다. 하지만, 많은 자동차에서, 디스플레이된 데이터는 하나 이상의 타이어가 25% 또는 그 이상으로 덜 팽창된 경우, 신호를 단일 표시등(indicator light)으로 바꾸게 된다. 이 디자인은 TREAD Act(트레드 법)하에 위임되는 안전 법규를 만족시키지만, 단순한 경고등은 실제 타이어 압력, 영향을 미친 휠의 개수, 또는 덜 팽창된 타이어(들)의 휠 위치를 전하지 못한다.

경고등이 계속되면, 운전자는 타이어가 재팽창될 필요가 있는지 결정하는데에 여전히 타이어 압력 게이지를 사용해야만 한다. 심지어 타이어 압력과 위치적인 정보를 디스플레이하는 더 고비용의 시스템은 타이어가 팽창할 때 여전히 압력 게이지에 의존해야 한다. 디스플레이는 차량의 대시 보드 내에 내장되기 때문에, 타이어가 팽창될 때 그것은 보이지 않는 곳에 있으므로, 공기 압력 게이지가 타이어 압력을 모니터링하는데 사용되어야만 한다. 일반적으로, 휴대용 기계식 게이지 및 서비스 스테이션의 에어 호스는 10% 내지 15% 정도 부정확할 수 있다.

이 문제를 해결하기 위해 제안된 해결책은 i) 각 타이어의 압력을 식별할 수 있는 합리적인 대안이며, ii) 목표 타이어 압력을 그 제안된 팽창 레벨에 자동적으로 설정함으로써 각 타이어를 최적의 팽창까지 정밀하게 팽창시키는 것이고, iii) a) 목표 공기 압력이 달성될 때 신호 나타내기나 iii) b) 전자적으로 제어된 조절장치를 사용함으로써 제안된 목표까지 공기 압력의 한계를 정하는 것 중 어느 하나이다. 게다가, iv) 각 휠의 타이어 압력은 원격으로(차량 실내의 바깥에) 나타날 수있고, 아무것도 물리적인 부착할 필요없이 또는 차에서 켤 필요없이 무선으로 나타날 수 있다.

그러므로 센서가 타이어의 내부 영역에 장착되고, 배터리가 타이어의 외부에 장착되는 TPMS에 대한 필요성이 존재한다. 이러한 TPMS를 보강하기 위해, 본 발명의 TPMS와 사용하기 위한 튜브형 드라이 셀 배터리에 대한 필요성이 또한 존재한다. 일단 공기 압력이 이상적인 목표 공기 압력 범위 바깥으로 감소하면 타이어를 재-팽창시킬 필요가 별도로 존재한다. 또한, 자기-팽창 런-플랫 타이어를 제공할 필요가 있다. 차량과 연관된 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS)를 활용한 팽창 동안 타이어 압력을 모니터링하기 위한 장치에 대한 필요성 또한 있다.

바로 위에서 언급한 바와 같은 서브-시스템 각각의 필요성이 존재하기 때문에, 이들 시스템의 시너지는 본 발명의 모든 서브-시스템을 포함하는 종합적인 타이어 압력 유지 시스템을 위한 필요로 나타난다. 장점은 대체로 본 발명의 모든 서브-시스템보다 적은 임의의 조합으로부터 얻어질 수 있다는 것이 분명히 이해될 것이다.

본 발명은 다섯 개의 서브-시스템을 포함하는 종합적인 타이어 압력 유지 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 교시에 따르면, 차량용 종합적인 타이어 압력 유지 시스템이 제공되는데, 이러한 시스템은 (a) 외부적으로 장착된 배터리를 지닌 TPMS; (b) 밸브 스템 상에 배치를 위해 형성되는 튜브형 배터리- 상기 밸브 스템은 상기 튜브형 배터리의 상기 배치를 수용하도록 형성됨-; (c) 자기 팽창 런플랫 타이어 장비; (d) 자기 팽창 압력 최적화 타이어 장비; 및 (e) 무선 타이어 압력 게이지를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 교시에 따르면, 타이어가 그 위에 장착된 휠에 사용되는, 외부적으로 장착된 배터리를 지닌 TPMS가 제공되는데, TPMS는 (a) 외부적으로 장착된 배터리의 배치를 수용하도록 형성되는 밸브 스템; (b) 상기 밸브 스템 상의 배치를 위해 형성된 배터리; 및 (c) 휠에 장착된 타이어의 결합에 의해 형성된 내부 영역 안으로 밸브 스템 베이스를 통과하는 와이어- 상기 와이어는 상기 내부 영역 내에 배치된 TPMS와 배터리 사이의 전기 통신을 제공함-를 포함할 수 있다.

본 발명의 교시에 따르면, 튜브형 배터리가 또한 제공되는데, 상기 배터리는 축 관통 보어를 지니도록 형성되는 튜브형 배터리가 될 수 있다.

또한, 본 발명의 교시에 따르면, (a) 외측 케이싱; 및 (b) 축 관통 보어를 포함하는 튜브형 배터리가 제공될 수 있다.

본 발명의 교시에 따르면, 튜브형 배터리는 상기 튜브형 배터리의 상기 배치를 수용하도록 형성된 밸브 스템에 배치하도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 교시에 따르면, 타이어 압력 센서 시스템을 구비한 차량의 휠에 장착된 타이어와 함께 사용하기 위한 자기-팽창 런-플랫 타이어 장비가 제공될 수 있는데, 자기-팽창 런-플랫 타이어 장비는, (a) 타이어의 내부 체적 안에 배치되는 가압된 공기 저장소; 및 (b) 상기 내부 체적을 채우기 위하여 상기 가압된 공기 저장소로부터 가압된 공기를 수용하도록 형성되며, 그로 인해 타이어를 재팽창시키는 팽창형 공기 주머니를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 교시에 따르면, 자기-팽창 런-플랫 타이어 장비의 다양한 부품들 사이의 공기 흐름을 제어하기 위한 조절장치를 더 포함하는 자기-팽창 런-플랫 타이어 장비를 포함하는 장비가 제공될 수 있다.

본 발명의 교시에 따르면, 상기 조절장치는 (a) 밸브 스템에서 상기 내부 타이어 체적까지의 공기 흐름; (b) 상기 밸브 스템에서 상기 공기 저장소까지의 공기 흐름; (c) 상기 공기 저장소에서 상기 내부 타이어 체적까지의 공기 흐름; (d) 상기 공기 저장소에서 팽창형 공기 주머니까지의 공기 흐름; (e) 공기를 방출하기 위해 상기 내부 타이어 체적에서 상기 밸브 스템까지의 공기 흐름; 및 (f) 공기 주머니를 수축시키기 위해 상기 공기 주머니에서 상기 밸브 스템까지의 공기 흐름 중 적어도 하나를 제어하도록 형성될 수 있다.

본 발명의 교시에 따르면, 상기 조절장치는 원격으로 제어될 수 있도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 교시에 따르면, 타이어 압력 센서 시스템을 구비한 차량의 휠에 장착된 타이어와 함께 사용하기 위한 자동 자기-팽창 압력-최적화 타이어 장비가 제공될 수 있는데, 자기-팽창 압력-최적화 타이어 장비는, (a) 타이어의 내부 체적 내에 배치되는 가압된 공기 저장소; 및 (b) 작은 공기 손실을 교정하기 위하여 최적의 기설정된 타이어 압력을 유지하기 위하여 상기 가압된 공기 저장소와 상기 내부 체적 사이의 공기 흐름을 제어하기 위한 조절장치를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 교시에 따르면, TPMS를 구비한 차량에 사용을 위한 무선 타이어 압력 게이지가 제공될 수 있는데, 무선 타이어 압력 게이지는, (a) 차량 TMPS의 전송 유닛에 조정된 RF 리시버; 및 (b) 목표 공기 압력 및 실제 공기 압력 중 적어도 하나를 디스플레이하도록 형성된 디스플레이 스크린을 포함할 수 있다.

본 발명의 교시에 따르면, 상기 RF 리시버 및 디스플레이 스크린은 전자 열쇠에 통합될 수 있다.

본 발명의 교시에 따르면, 상기 RF 리시버 및 디스플레이 스크린은 타이어 팽창 시 밸브 스템에 물리적으로 부착되는 전자 타이어 압력 게이지와 조절장치 조합체로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 교시에 따르면, 타이어 압력 센서 시스템을 구비한 차량의 휠에 장착된 타이어와 함께 사용하기 위한 자기-팽창 압력-최적화 타이어 장비를 작동하기 위한 방법이 제공될 수 있는데, 이 방법은, (a) 타이어 내부 내부 체적 내에 다음을 배치하는 단계: (i) 가압된 공기 저장소; 및 (ii) 상기 가압된 공기 저장소 및 내부 체적 사이의 공기 흐름을 자동적으로 제어하도록 형성된 조절장치; 및 (b) 기설정된 한계점 이하 레벨로 상기 내부 체적 내 공기 압력의 손실시, 최적의 타이어 압력 범위 이내까지 상기 내부 체적의 공기 압력을 반환하기 위하여 상기 공기 저장소 사이의 공기 흐름을 제어하도록 상기 조절장치를 자동적으로 작동시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 전술한 목적을 달성할 수 있다.

본 발명은 참조된 동반되는 도면을 참조하여, 단지 예시로서 설명된다.
도 1은 밸브 스템 및 캡을 포함하는 종래 TPMS 시스템의 현상태의 예이다.
도 2는 본 발명의 교시에 따라 구성되고 작동하는 밸브 스템의 개략도인데, 배치된 배터리 없이 도시된다.
도 3a는 본 발명의 교시에 따라 구성되고 작동하는 배터리 모듈의 제1 변형의 개략도인데, 배치중에 있는 배터리 모듈을 도시한다.
도 3b는 도 3a의 배치 후의 배터리 모듈을 도시한 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 교시에 따라 구성되고 작동하는 배터리 모듈의 제2 변형의 개략도인데, 배치중에 있는 배터리 모듈을 도시한다.
도 4b는 도 4a의 배치 후의 배터리 모듈을 도시한 개략도이다.
도 5는 튜브형의 형상, 및 밸브 코어에 나사 결합 가능하도록 튜브의 내부 표면상의 나사산을 도시하는 통칭 배터리 모듈의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 교시에 따른, 배터리 모듈의 다른 변형의 횡단면도이다.
도 7a는 도 6의 배터리 모듈의 상세 횡단면도이다.
도 7b는 도 6의 밸브 스템 베이스의 상부에 형성된 배터리 커넥터를 상세하게 나타낸 개략적인 평면도이다.
도 8a 및 8b는 본 발명의 배터리 모듈을 위한 도난 방지 기능의 하나의 가능 수단을 각각 나타내는 개략적인 등각도 및 측면도이다.
도 9는 본 발명의 교시에 따라 구성되고 작동하는 TPMS 시스템의 다른 실시예를 나타낸 개략적인 등각도이다.
도 10a는 본 발명의 교시에 따라 구성되고 작동하는 튜브형 드라이 셀 배터리를 나타낸 통칭 개략적인 등각도이다.
도 10b 및 10e는 도 10a의 튜브형 드라이 셀 배터리의 구조의 변형을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 10c 및 10d는 10b의 튜브형 드라이 셀 배터리의 상부 및 하부 도면을 각각 나타낸다.
도 11a는 본 발명의 교시에 따라 구성되고 작동하는, 자동적으로 팽창가능한 런-플랫 장비의 개략적인 단면도를 나타내는데, 림 상의 타이어 내측에 장착된 장비를 도시한다.
도 11b는 도 11a의 팽창가능한 런-플랫 주머니를 상세히 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 11c는 도 11a의 실시예의 TPMS를 상세하게 나타낸 개략도이다.
도 12는 전자 열쇠로서 도시된, 타이어 팽창 모니터링 장치의 제1 실시예의 개략도이다.
도 13은 무선 전자식 휴대용 타이어 압력 게이지로서 도시된, 타이어 팽창 모니터링 장치의 제2 실시예의 개략도이다.

본 발명은 5개의 서브-시스템을 포함하는 종합적인 타이어 압력 유지 시스템(Tire Pressure Monitoring System, TPMS)에 관한 것이다.

본 발명에 따른 종합적인 타이어 압력 유지 시스템 및 그 서브 시스템들의 원리 및 작동은 도면 및 동반되는 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.

서론으로, 본 발명의 종합적인 타이어 압력 유지 시스템 중의, 외부 배터리와 함께 사용할 수 있도록 형성된 밸브 스템(valve stem)의 예시가 첨부된 도면들 중의 도 2 내지 도 8에 도시된다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 TPMS의 예시가 첨부된 도면의 도 9에 도시된다.

본 발명의 종합적인 타이어 압력 유지 시스템 중의, 본 발명의 밸브 스템과 함께 사용하기 위한 튜브형 배터리(tubular battery)의 예시가 첨부된 도면 중의 도 10a 내지 10e에 도시된다.

런-플랫 주머니(run-flat bladder), 가압된 공기 저장소(pressurized air reservoir), 및 이런 주머니와 가압된 공기 저장소와 함께 사용하기 위한 공기 조절장치(regulator)가 첨부된 도면들 중 도 11a 내지 도 11c에 도시된다.

팽창(inflation) 모니터링 장치의 예시가 첨부된 도면들 중에서 도 12 및 13에 도시된다.

이들 서브 시스템의 구조 및 기능과, 본 발명의 종합적인 타이어 압력 유지 시스템의 결과가 되는 시너지는 도면 및 동반되는 설명으로부터 명백해질 것이다.

이제 도면을 참조하면, 도 1은 종래 TPMS(2)의 현상태의 예를 도시한다. 이는 내부 배터리(internal battery; 6)를 지닌 센서 바디(4), 밸브 스템(8), 밸브 코어(10), 및 밸브 캡(12)을 포함한다. 이는 전술한 바와 같이, TPMS(2)의 배터리가 타이어 내에 배치된 센서 바디 내부에 위치되기 때문에, 배터리를 교환하기 위해서는 타이어가 반드시 제거되어야 한다고 이해될 수 있다.

본 발명의 첫번째 서브-시스템의 TPMS는, 도 2에 도시된 바와 같이, 외부 배터리를 위한 부착 수단으로 구성된 변형된 밸브 스템(100)과, 배터리로부터 내부 영역 내에 배치된 TPMS 센서로 전기 통신을 제공하기 위해 휠에 장착된 타이어의 결합에 의해 형성된(defined) 내부 영역 안의 밸브 스템 베이스(102)를 통과하는 와이어들(wires; 110 및 112)을 포함한다.

도 3a 및 3b는 밸브 스템 베이스의 측면과 서로 맞닿는 배터리 모듈(120)을 도시한다. 도 3a는 배치중인 배터리 모듈(120)을 도시하는 반면에, 도 3b는 배치 후의 배터리 모듈(120)을 도시한다는 것이 쉽게 이해될 것이다.

도 4는 배터리 모듈의 측면이 밸브 스템 베이스(102)와 겹쳐지는 배터리 모듈(120')을 도시하는데, 그로 인해 더 나은 물샐 틈 없는 밀봉을 제공한다. 도 4a는 배치 중인 배터리 모듈(120')을 도시하는 반면에, 도 4b는 배치 후의 배터리 모듈(120')을 도시한다는 것 역시 쉽게 이해될 것이다.

도 5는 도 3a 및 3b의 배터리 모듈(120)과 같은, 일반적인 배터리 모듈의 일 예의 단면도를 도시하는데, 이는 튜브형의 형상이고, 밸브 코어(104)에 나사 결합이 가능하도록(threadable) 튜브의 내부 표면에 나사산이 형성된다. 튜브형 배터리가 최적의 구성이 될 수 있긴 하지만, 배터리가 밸브 스템 또는 다른 쉽게 접근가능한 위치(도 9)에, 또는 주위에 배치되도록 하는 아무 배터리 구성이 실질적으로 본 발명의 범위 내에 있다는 것이 쉽게 이해될 것이다. 또한, 심지어 튜브형 배터리 모듈 때문에, 배터리 자체는 전체 360˚를 포함할 필요가 없다. 즉, 본 발명의 교시에 따른 튜브형 배터리 모듈은 표준 크기의 공통의 배터리를 보유하도록 설계된 하나 이상의 배터리 구획(compartments)과 함께 형성될 수 있다. 그 대신에, 본 발명의 교시에 따른 튜브형 배터리 모듈은 그 윤곽(contour)이 360˚보다 작은 호(arc)를 덮는 반 튜브형 형상의 배터리를 보유하도록 설계될 수 있다.

도 6은 배터리 모듈(220)의 하부(222)가 밸브 스템 베이스(202)에 겹쳐진 본 발명의 TPMS의 변형을 도시한다. 또한, 베이스(202)의 계단 있는(stepped) 영역(206 및 208)과 배터리 모듈(220)의 계단 있는 영역(226 및 228)이 도시되는데, 이들은 배터리 모듈(200) 및 밸브 스템 베이스(202)의 상호 접속(interconnection)을 위해 나사산이 형성될 수 있다. 도시된 베이스(200)의 스텝 영역(206 및 208)과 배터리 모듈(220)의 스텝 영역(226 및 228) 하나 또는 양쪽은 나사산을 가지고서 단일의 완성된 유닛(finished unit)으로 형성될 수 있다.

도 7a는 배터리 모듈과 밸브 스템 베이스 사이의 전기 접속(electrical connection)을 제공하기 위한 하나의 가능 수단을 나타내는 완전히 인케이스된(incased) 배터리 모듈(320)을 도시한다. 도시된 것처럼, 탱(tangs; 330 및 332)(양극 및 음극 배터리 접촉부(contacts)에 대응하는)은 배터리 모듈(320)의 하부로부터 연장된다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 대응하는 동심 접촉 링(330' 및 332')은 밸브 스템 베이스의 상부에 형성되며, 이들은 도 2에 부품(110 및 112)으로 도시된 것들과 같은 파워 리드 와이어(power lead wires)에 교대로 연결된다.

도 8a 및 8b는 본 발명의 배터리 모듈의 도난방지(antitheft) 기능을 제공하기 위한 하나의 가능한 수단을 도시한다. 배터리 모듈은 밸브 스템에 나사 결합되는바, 탱(전술된 330 및 332와 같은)은 뒤집힘 방지(anti-reversing) 노치(notches; 140)를 패스 오버(pass over) 하게 된다는 것이 이해될 수 있다. 일단 배터리 모듈이 밸브 스템 베이스(102)에 충분히 나사 결합 되면, 탱은 전기 접촉부(electrical contacts; 142)에 놓이게 되며, 그로 인해 타이어의 내부에 통과되는 와이어와 접촉을 이루게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 TPMS 서브-시스템은 밸브 스템의 목에 통합되는 것과 같은 혁신적인 형상을 갖는 배터리를 포함하는데, 이는 림의 외부에 있다. 양 배터리 및 밸브 스템의 외부 표면들은 보호용, 절연 코팅과 함께 형성된다. 밸브 스템은 보호용, 절연 코팅 안으로 충분히 통합되는 배선(wiring)을 갖는다. 이 배선은 배터리의 양극 및 음극 터미널에서 밸브 스템의 베이스의 하부까지 연장되는데, 이는 림의 내부에 있다. 그러므로 TPMS는 림의 내부로 위치되며, 밸브 스템 배선이 내부 장착 센서와 외부 배터리 사이의 전기 통신을 제공하는 것과 같은 방법으로 밸브 스템의 베이스에 부착된다.

외부 배터리는 충분히 접근 가능하고, 제거 가능하며, 교체 가능한, 밸브 스템 안으로 충분히 통합된다. 간단한 비틀림 움직임이 밸브 스템에 나사 결합된 배터리를 제거시키게 된다.

교체 배터리는 마찬가지로 손으로 밸브 스템에 나사 결합될 수 있고, 배터리 단자가 밸브 스템 배선과 적절히 정렬될 때, 제자리에 누름 잠금(click-locked)될 수 있다.

배터리의 접촉 단자는 배터리가 제거될 때 분리되도록 설계될 수 있다. 이 터미널은 배터리가 설치될 때 잠기고, 제거/교체 동안 배터리를 해방하도록 분리된다. 이 디자인 기능은 배터리가 일단 분리되면 작동 불가하게 하기 위한 것이다. 이 기능의 목적은 작은 부품의 도난을 방지하기 위한 것이다. 일단 제거되면, 배터리는 더 이상 기능하지 않게 된다.

본 발명의 TPMS의 추가 변형은 다음을 포함한다.

1. 완전히 인케이스(encased)된다. 하우징은 배터리의 외부 측면, 상부 및 하부를 따라 늘어선다. 내부 벽면은 직접 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있다. 내측 벽은 요소들로부터 보호를 위해 배터리의 상부 및 하부 단부 상에 밀봉에 의존할 수 있다.

2. 비분리형 하우징. 이러한 디자인을 가진 교체 부품은 단지 배터리가 있다. 교체 배터리는 재사용 가능한 상자(encasement)에 들어맞는다(fit).

3. 인케이스된 유닛은 밸브 스템에 나사 결합된다. 밸브 스템의 길이를 따라 나사 결합하는 대신, 유닛은 그 단부 지점(상부 또는 하부)에서 밸브 스템에 부착된다. 상자 또는 배터리 그 자체 중 어느 하나는 밸브 스템에 부착된다.

4. 배터리 및/또는 상자 유닛의 길이는 밸브 스템의 길이에 따라 각기 다르다. 배터리 크기가 변하는 경우, 배터리는 일정한 폭을 유지하지만 더 큰 밀리암페어 시간(milliamp hours)을 제공하거나, 배터리 프로파일은 배터리가 더 길어지면 얇게 만들어질 수 있다. 이는 전체 유닛이 더 얇은 폭을 갖도록 한다. 그 결과, 밸브 스템은 더 긴 밸브 스템을 위해 얇게 만들어질 수 있다.

5. 파워 유닛은 내장(built-in) 도난방지 기계장치를 갖도록 설계된다. 파워 유닛은 도난의 우려 없이 설계될 수 있다. 이 경우, 파워 유닛(배터리 또는 하우징 유닛이 아닌)은 제거될 때 훼손(damage)을 겪지 않게 된다.

6. 유닛 상의 접촉 지점들은 유닛 또는 배터리가 제거될 때 분리되도록 설계된다. 이 디자인이 비분리형 하우징을 사용하는 경우, 분리 접촉부는 하우징 유닛의 일체형 부품이 된다. 배터리가 분리형 하우징 디자인을 활용하는 경우, 접촉부는 배터리의 일체형 부품이 된다.

7. 밸브 스템 베이스 유닛에 내장된 배터리 접촉 지점 및/또는 접촉 탭(tabs)은 배터리의 하부, 상부 또는 측벽에 위치될 수 있다.

도 9는, 센서 유닛(52)이 휠의 외부에서 접근 가능한 리셉터클(receptable; 54)에 배치된 배터리를 지닌 휠(50)의 내부 영역에 직접적으로 장착되는, 본 발명의 TPMS의 두번째 대안을 도시한다. 이는 리셉터클(54)이 우연적 방관자(casual onlooker)에게 눈에 띄지 않도록 만드는 커버를 포함할 수 있다고 이해될 것이다.

본 발명의 두번째 서브-시스템에 따르면, 도 10a 내지 10e에 도시된 바와 같은, 튜브형 드라이 셀 배터리(400), 특히 튜브형 드라이 셀 배터리(400)의 정말로 구별되는 특징은 축 관통 보어(axial through bore; 402)인데, 이는 본 발명의 밸브 스템 위의 배터리의 배치를 감안한다. 배터리(400)가 여기에 실린더로 도시되고, "튜브형"으로 언급되긴 하지만, 이들은 단지 예로서 의도된다. 배터리 케이스의 외부 윤곽은, 제한되진 않지만, 실질적으로 정사각형(square), 직사각형(rectangular) 및 장방형(oblong)과 같이, 어느 적절한 윤곽으로 형성된다는 것이 이해되어야만 한다.

양극 및 음극 접촉부는 특별한 발명의 디자인 필요조건에 따라 실질적으로 배터리의 표면 어디든 형성될 수 있다는 것이 당업자에게 쉽게 이해될 것이다.

일부 변형은 다음을 포함한다:

- 도 10a에 도시된 바와 같이, 관통 보어(402)는 제1 접촉부(예컨대, 양극)로 형성될 수 있으며, 배터리의 외부 표면(404)은 제2 접촉부(예컨대, 음극)로 형성될 수 있다.

- 도 10b 내지 10c에 도시된 바와 같이, 양 접촉부는 동심 원으로서 배터리의 일 단부에 형성될 수 있다.

- 도 10e에 도시된 바와 같이, 배터리의 각 단부는 접촉부로서 형성될 수 있다.

본 발명의 튜브형 배터리가 유용하게 쓰일 수 있는 적용은 많지만, 이러한 튜브형 배터리를 외부 배터리를 지닌 TPMS와 함께 사용하기 위한 직접적인 적용을 구비한 것이 쉽게 이해될 수 있다. 이러한 적용에서, 배터리의 형상은 밸브 스템의 둘레에 칼라(collar)로 들어맞는 중공 실린더이다. 밸브 스템은 배터리와 상호 작용(interfaces)하는 통합된 양극/음극 접촉 단자를 갖는다.

도 11a 내지 11c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 세번째 서브-시스템은 자기-팽창 타이어를 런-플랫 기능과 결합시키는, 자기-팽창 런-플랫 타이어 장비(arrangement; 500)에 관한 것이다. 본 발명의 자기-팽창 런-플랫 타이어는 특별히 설계된 타이어 또는 전매특허의 림을 필요로하지 않고, 대부분의 표준 타이어와 림 조합으로 개량될(retrofit) 수 없을 뿐 아니라, 탑재된(on-boarded) 에어 컴프레서의 사용을 필요로하지 않는다.

기본적인 디자인은 타이어(510)의 내부 체적 내에 가압된 공기 저장소(502)의 배치를 포함한다. 저장소(502)는, 펑크(puncture)에 제한되진 않으나, 이와 같은 타이어 압력의 갑작스러운 손실의 발생시, 팽창가능한 공기 주머니(inflatable air bladder; 504) 안으로 방출될 수 있는, 가압된 공기를 저장하도록 형성되는데, 공기 주머니는 타이어가 재팽창하도록 타이어 캐비티(cavity)를 채우고, 사용 가능한 타이어 압력 또는 어떻게든지 해서 최적의 타이어 압력을 유지하도록 시도할 수 있다. 저장소는 보호용 직물(fabric)에 인케이스된 "내측 튜브"와 유사한 재료로 구성될 수 있다. 이는 보호용 직물이 명확한 윤곽을 가지고서 저장소에 포함되도록 형성될 수 있다고 이해될 것이다. 그 대신에, 저장소(502)는, 제한되진 않으나, 캐니스터(canister) 또는 고리모양 형상의 컨테이너(container)와 같이, 고체, 또는 비-탄성의 재료로 구성될 수 있다. 주변(ambient) 타이어 캐비티(512)의 타이어 압력, 공기 저장소(502) 및 팽창가능한 공기 주머니(504)는 TPMS 장치(550)에 연결된 압력 센서에 의해 감시되고, 전자식 조절장치(electronic regulator, 552)에 의해 제어된다.

비팽창된 공기 주머니(504)는 공기 저장소(502)의 상부, 및 측면을 덮는다. 주머니의 재료 디자인은 또한 타이어 내측 튜브와 유사하게 된다. 조절장치(552)는 주머니(504) 및 공기 저장소(502) 사이의 유체 유동(fluid communication)(공기 흐름)을 제어한다. 결정적으로 낮은 공기 압력 또는 내부 타이어 챔버(512)의 주변 공기 압력의 급격한 감소는 제어 장치(552)가 공기 저장소(502)에서 주머니(504)로 공기를 해방시킨다. 공기가 채워진 주머니주머니 타이어를 지원하도록 팽창하는 내측 튜브가, 운전자가 런-플랫 모드에서 방해받지 않고 계속하는 것을 가능하게 한다. 훼손된 타이어는 내측 튜브 형성과 함께, 손상된(compromised) 튜브가 없는 타이어에서 충분히 팽창된 타이어까지 효과적으로 전환될 것이다.

게다가, 침투로 인한 만성적인 작은 공기 손실의 경우, 타이어 압력이 타이어의 공기 압력을 최상의 타이어 압력 범위 내에서 기설정된 한계점(threshold) 이하 레벨로 떨어질 때, 공기는 가압된 공기 저장소(502)로부터 타이어(510)의 내부 체적으로 자동적으로 방출된다. 종래 TPMS 시스템의 현재 상태는 타이어 압력이 기설정된 한계점 이하로 떨어질 때 경고를 제공하긴 하는 반면에, 본 발명은 압력을 다시 최적의 타이어 압력까지 증가시키기 위해 공기의 필요량을 더함으로써 문제를 자동으로 정정하는 것이 특징이다. 더 나아가, 이러한 특징은 본 발명의 런-플랫 기능으로부터의 분리에 도움이 될 수 있으므로, 본 발명의 네번째 서브-시스템으로 고려될 수 있다.

따라서, 전자식 조절장치(552)는 공기의 흐름을 제어하는바, a) 어퍼처(aperture; 558)를 거쳐 밸브 스템(554)으로부터 주변 내부 타이어 챔버(512)까지의 공기 흐름; b) 어퍼처(556)를 거쳐 밸브 스템으로부터 공기 저장소(502)까지의 공기 흐름; c) 어퍼처(556 및 558)을 거쳐 공기 저장소(502)로부터 주변 내부 타이어 챔버(512) 까지의 공기 흐름; d) 어퍼처(556 및 557)을 거쳐 공기 저장소(502)로부터 주머니(504) 까지의 공기 흐름; e) 어퍼처(557)를 거쳐 주머니(504)로부터 밸브 스템을 통해 나가는 공기 흐름; 및 f) 공기 저장소(502) 및 타이어 교환시 공기 저장소(502)를 수축시키기 위한 밸브 스템(554)의 공기 흐름을 제어한다. 조절장치는 또한 주변 타이어 압력이 임계값을 초과하면, 공기를 방출하도록 밸브 스템을 제어한다. 이는 저장소 누출로 인해 과다 팽창을 방지하는 것이다. 전자식 조절장치(552)는 전술한 작동을 자동으로, 수동으로, 개별적이든 그 조합이든 전자 열쇠(key fob)로부터의 무선 통신과 같은 명령을 받아 제어하도록 형성될 수 있으나, 이에 제한되진 않는다.

TPMS 모니터의 메인 유닛(550)은 물리적 장벽(physical barrier; 560)에 의해 둘러싸인다. 팽창될 때, 장벽(560)은 주머니(504)로부터 TPMS 모니터의 메인 유닛(550)을 격리시키고 보호하도록 제공되긴 하지만, 동시에 TPMS 모니터의 메인 유닛(550)으로부터 주머니(504)를 보호한다.

TPMS가 타이어의 내부 체적 내의 타이어 압력을 모니터하려고 의도되는 동안에, 때때로 본 발명의 종합적인 타이어 압력 유지 시스템의 전체 구성에 따라 공기 저장소(502) 및 주머니(504) 하나 또는 둘의 공기 압력을 추가적으로 모니터하는데 유리하다. 다시 말해서, 시스템이 단지 자기-팽창 압력-최적화를 위해 구성되는 경우, 공기 저장소(502)의 압력을 모니터하는데 유리하다. 비슷하게, 시스템이 자기-팽창 압력-최적화 및 자기-팽창 런-플랫 모두를 위해 구성되는 경우, 공기 저장소(502) 내의 압력 뿐 아니라 주머니(504) 내의 압력을 모니터하는데 유리하게 된다.

본 발명의 다섯번째 서브-시스템의 예시인, 타이어 팽창 모니터링 장치가 첨부된 도면들 중 도 12 및 13에 도시된다.

도 12는 차량의 전자 열쇠 안에 통합된 무선 타이어 압력 게이지(wireless tire pressure gauge; 600)를 도시한다. 게이지는 각 타이어의 압력뿐 아니라, 제안된 목표(recommended target) 타이어 압력을 디스플레이한다. 게이지(600)는 각 휠의 림의 내부벽에 부착되는 타이어 압력 모니터링 센서(TPMS)에 의해 측정된 압력 정보를 활용한다. 타이어가 팽창되면, 무선 타이어 압력 게이지(600)는, 예컨대, 목표 타이어 압력이 달성되면 일련의 신호음(beeps)을 내게 된다. 그 대신에, 차량 자체는 TPMS에 의해 신호를 받으면 일련의 신호음을 내게 된다.

게이지는 제안된 목표 타이어 압력을 자동으로 디스플레이하도록 구성될 수 있으며, 이 숫자를 알거나 입력해야 할 필요를 제거한다. 이는 무선으로 타이어 압력 정보를 확인하기 때문에, 휠 어셈블리에 게이지를 물리적으로 부착할 필요가 없다. 각 타이어가 제대로 팽창될 때, 게이지 신호 이후의 과다 또는 미만의 팽창의 위험이 없다. 추가적으로, 또는 선택적으로, 게이지는, 예컨대, 사용 후에 주머니를 비우는 경우와 같이, 가령 어퍼쳐(558)를 거쳐 밸브 스템(554)에서 주변 내부 타이어 챔버(512)까지, 어퍼처(556)를 통해 밸브 스템(554)에서 공기 저장소(502)까지 또는 주머니(504)에서 밸브 스템(554)까지의 공기 흐름과 같이, 압력을 방출하기 위해서, 타이어 내 구획 안에서 제어하는 전자식 조절장치(552)를 원격으로(remotely) 제어하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 시스템이 "맞춤식" 타이어 압력 조정을 위해 감안한다는 것이 이해될 것이다. 운전자에게 낮은 타이어 압력을 경고하도록 단독으로 유도되는 현재의 TPMS 시스템과 달리, 본 발명의 시스템은 기설정된 압력이 TPMS 시스템의 "일반" 범위의 바깥이더라도, TPMS 시스템을 사용하여 사용자가 타이어 압력을 기설정된 압력으로 정확히 조정하는 것을 허용한다.

본 발명의 무선 타이어 압력 게이지는 정확도가 향상된다. 이는 전형적인 수리소(service station)의 공기 호스 또는 휴대용 공기 압력 게이지보다 좀 더 신뢰할만한, TPMS에 의해 측정된 타이어 압력을 디스플레이한다.

또한, 무선 게이지는 대시보드에 내장되는 고정 위치 디스플레이가 아니다. 디스플레이가 전자 열쇠에 통합되기 때문에, 이는 대단히 휴대가 쉬우며, 각 타이어가 팽창되는 동안에 본래의 장소에서(in situ) 읽을 수 있다.

무선 타이어 압력 게이지(600)의 기본 기능은, 이에 제한되진 않으나, 다음을 포함할 수 있다:

1. 차량의 TPMS 전송 유닛(transmitting units)에 조정되는(tuned) RF 리시버(RF receiver)를 활용함.

2. 전자 열쇠에 완전히 통합됨.

3. 목표 및 실제 공기 압력 모두를 디스플레이하는 작은 스크린. 이는 TPMS 방송 스트림의 일부인 데이터이다.

4. 정보가 디스플레이되고 있는, 차량의 휠을 나타내기 위한, 네 개의 일련의 LED로 제한되진 않으나, 이와 같은 인디케이터.

5. 유닛을 작동시키고 네 개의 타이어를 통해 순환하는 온/오프/타이어 선택 버튼을 구비함.

6. 사용자가 a) 사용화된 목표 공기 압력; 및/또는 b) 휠 위치를 다시 프로그램할 수 있도록 하는 프로그램 모드 버튼을 구비함.

이 실시예의 변형 및/또는 추가적인 기능은 다음을 포함한다:

1. 타이어 위치를 전자적으로 결정하고 재프로그램함. 휠 위치가 변화된 후에 타이어 위치를 재프로그램하는 현재 시스템은 i) 양방향 무선 주파수 통신, ii) 자석 리셋 툴, 또는 iii) 각 타이어로부터 공기를 방출하는 시퀀스를 포함한다. 제안된 디자인은 일단 프로그래밍 모드가 실행되면, 적절한 목표 LED 라이트에 타이어를 페어링함으로써 전자 열쇠로 휠 위치를 발견하고 재프로그램할 수 있다. 이러한 디자인 때문에, 네 개의 LED 라이트는 각 라이트가 특정한 휠이 아닌 특정한 휠 위치에 대응하는 것과 같이 직사각형의 네 개의 코너에 배열된다.

2. 네 개의 밸브 스템 어셈블리에 네 개의 LED를 연결함. 각 밸브 스템은 이를 인식하기 위한 마크 또는 컬러를 가지게 된다. 각 LED는 컬러 코딩(coding)에 의해서(예컨대, 빨간 LED는 빨간 밸브 스템을 나타냄), 또는 숫자적으로(4개의 열 중 두번째 LED는 숫자 "2"를 가진 밸브 스템을 나타냄)와 같이, 특정 휠을 참조하게 되는데, 이에 한정되진 않는다.

3. 목표 타이어 압력이 달성되면 공기 유동을 차단하도록 설계된 전자식 조절장치를 활용한다.

도 13은 타이어 팽창 동안에 밸브 스템에 물리적으로 부착되는 전자식 압력 게이지 및 조절장치 조합체(combination; 610)를 도시한다. 이 유닛은 전자 열쇠 게이지(600)와 함께 작동하도록 형성되거나, 그렇지 않으면/선택적으로 이는 조절장치를 차량의 TPMS 전송 유닛에 조정되는 RF 리시버(무선 게이지)와 통합하는 독립적인 유닛으로 형성될 수 있다. 유닛은 전자 열쇠(600) 버전과 같이 동일한 디스플레이 특징 및 기능성을 갖는다. 이 뿐만 아니라, 전술한 바와 같은 전자 조절장치(552)를 원격으로 제어하는 능력을 갖는다. 이는 또한 공기 공급 호스, 타이어를 수축시키는 방출 밸브, 및 타이어 압력이 제한 없는 사용화된 타이어 압력을 허용하게 다이얼될(dialed) 수 있도록 조절장치를 바이패스(by-passes)하는 우선신호(over-ride) 버튼과 상호 작용하는 표준 밸브 스템 어퍼쳐를 포함한다.

일 변형 실시예에서, 전자식 타이어 압력 조절장치(610)는 가장 가까운, 가장 기부의(proximal) 휠의 정보를 디스플레이한다.

유닛은 가장 기부의 휠로부터 방송된 데이터를 디스플레이되는 데이터를 디스플레이하는데 제한된다. 각 특정한 휠의 타이어 압력은 목표 타이어에 가까운 유닛을 움직임으로써 판독된다. 이 디자인은 참조 휠의 타이어 위치를 식별하거나 디스플레이할 필요를 제거한다.

대안적으로 또는 선택적으로, 무선 유닛(전자 열쇠(600) 또는 조절장치(610) 버전)은 TPMS 대역폭(bandwidth) 스펙트럼 내의 모든 주파수에 조정될 수 있다. 이 기능은 유닛이 범위 내의 어떤 TPMS 유닛으로부터 전송된 정보를 수신하도록 허용하게 된다. 가장 기부의 TPMS 유닛, 예컨대, 가까운 휠로부터의 데이터를 자동적으로 디스플레이하게 된다.

현재, 일반적으로 지금 사용 중에 있는 시스템들은 차량과 관련된 오직 한 세트의 타이어/휠을 다룰 수 있다. 본 발명의 시스템은 차량과 관련되는 많은 세트의 타이어/휠들을 수용하도록 구성될 수 있으며, 그로 인해 비 제한적인 예로서, 여름에서 겨울까지, 또는 온로드 타이어에서 오프로드 타이어까지의 전환이 쉽다.

전술한 설명은 단지 예로서 제공하도록 의도되며, 많은 다른 실시예가 본 발명의 사상 및 범주 내에서 가능하다는 것이 이해될 것이다.

100, 200 : 밸브 스템 102, 202 : 밸브 스템 베이스
104 : 밸브 코어 110, 112 : 와이어
120, 220, 320 : 배터리 모듈 400 : 튜브형 드라이 셀 배터리
402 : 축 관통 보어 500 : 자기팽창 런플랫 타이어 장비
502 :공기 저장소 504 : 공기 주머니
510 : 타이어 512 : 타이어 챔버
550 : TPMS 장치 552 : 전자식 조절장치

Claims (14)

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2. 타이어가 그 위에 장착된 휠과 함께 사용하기 위한 외부적으로 장착되는 배터리를 갖는 타이어 공기압 유지 장치(TPMS)에 있어서,
   상기 타이어 공기압 유지 장치는 밸브 스템, 튜브형 배터리 및 와이어를 포하는데,
   (a) 밸브 스템에는 외부적으로 장착되는 튜브형 배터리의 배치를 수용하도록 나사산이 형성되며;
   (b) 튜브형 배터리는 축 관통 보어(axial through bore)를 지니며;- 튜브형 배터리는 밸브 스템 상에 나사결합 가능하게끔 축 관통 보어의 내부 표면의 적어도 일부 상에 나사산이 있어서 밸브 스템 상에 나사결합 가능하게 배치되며, 밸브 스템의 적어도 일부는 축 관통 보어 내에 배치됨- , 그리고
   (c) 와이어는 휠에 장착되는 타이어의 결합에 의해 형성된 내부 영역 안으로 밸브 스템 베이스를 통과하여, 상기 내부 영역 내에 배치되는 타이어 공기압 유지 장치 센서와 튜브형 배터리 사이에 전기 통신을 제공하는 것을 특징으로 하는 타이어 공기압 유지 장치.
   
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4. 외부적으로 장착되는 튜브형 배터리의 배치를 수용하기 위해 일부에 나사산이 형성된 밸브 스템 상에 장착하기 위한 튜브형 배터리로써,
   상기 튜브형 배터리는,
   (a)외측 케이싱;
   (b)축 관통 보어;- 축 관통 보어의 내부 표면의 적어도 일부 상에 나사산이 있어 밸브 스템 상에 나사결합 가능하게 배치되며, 밸브 스템의 적어도 일부는 축 관통 보어 내에 배치됨- 을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브형 배터리.
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