KR20080077203A

KR20080077203A - 압력 센서 설치 방법, 압력 센서를 설치한 타이어 및 휠 및타이어 압력 검지 장치

Info

Publication number: KR20080077203A
Application number: KR1020087014616A
Authority: KR
Inventors: 히로히사 스즈끼; 에이지 아까마; 가즈오 하세가와
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2008-08-21
Also published as: KR101004185B1; CN101371119A; US8176776B2; US20100147063A1; WO2007086390A1; TWI327114B; JPWO2007086390A1; TW200740627A

Abstract

주행 시의 원심력이나 관성력에 의해 타이어 압력 검지 장치의 측정값의 정밀도가 저하된다. 압력 센서(30)는 압력에 따라서 다이어프램(20)을 그 수직 방향(32)으로 변위시킨다. 이 수직 방향(32)을 타이어(2)의 주위 방향이나 직경 방향이 아닌 회전축(34)에 평행한 방향을 향해, 압력 센서(30)를 타이어 내에 배치한다. 압력 센서(30)를 그 다이어프램(20)의 수직 방향(32)을 기판면에 평행하게 하여 기판에 설치하고, 이 기판을 타이어(2)의 트레드부나 휠의 림부에 부착한다. 그때, 다이어프램(20)의 수직 방향(32)을 회전축(34)의 방향에 맞춘다.

타이어, 휠, 타이어 압력 검지 장치, 다이어프램, 압력 센서

Description

압력 센서 설치 방법, 압력 센서를 설치한 타이어 및 휠 및 타이어 압력 검지 장치 {PRESSURE SENSOR MOUNTING METHOD, TIRE AND WHEEL HAVING PRESSURE SENSOR, AND TIRE PRESSURE DETECTION DEVICE}

본 발명은 자동차 등의 타이어 공기압을 검지하는 압력 센서의 설치 방법, 압력 센서를 설치한 타이어 및 휠 및 타이어 압력 검지 장치에 관한 것으로, 특히 검지되는 압력의 정밀도 향상에 관한 것이다.

미국에 있어서, 자동차에 타이어 공기압 경보 장치의 설치를 의무화하는 법률이 시행되었다. 이 타이어 공기압의 감시(TPMS : Tire Pressure Monitoring System)에는 RFID(Radio Frequency Identification) 기술을 이용하는 시스템이 제안되어 있다. 이 RFID를 이용한 TPMS는 타이어에 설치되어 공기압을 검출하는 기능을 가진 트랜스폰더(타이어 압력 검지 장치)와 차체측의 리더(제어 유닛)가 RFID 기술을 이용하여 무선 통신을 행한다.

압력 센서에서 취득한 계측값 등은 트랜스폰더에서 디지털 부호화되고, 얻어진 디지털 부호가 RFID 기술에 의해 차체측의 리더로 전송된다. 리더는 수신된 상기 디지털 부호로부터 기압의 계측값 등의 데이터를 취득할 수 있다.

압력 센서는 다이어프램 등의 기계적으로 변위되는 변위부와, 그 변위를 전 기 저항이나 정전 용량의 변화로 변환하는 구조를 구비하여, 압력에 의한 변위를 전기 신호로 변환하여 검지한다.

TPMS에서는 타이어 공기압을 검지하는 압력 센서는 타이어 내에 설치되고, 오직 차량 주행 시, 즉 타이어 회전 시에 있어서의 공기압의 감시가 목적이 된다. 그로 인해, 압력 센서의 변위부에는 타이어의 회전에 수반하는 원심력이나 회전 속도의 변화 시의 관성력도 작용하여, 이들이 압력 측정의 정밀도를 저하시킬 수 있다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하여, 정밀도가 향상된 타이어 내공기압의 측정을 가능하게 하는 TPMS의 실현을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 압력 센서 설치 방법은 기압에 따라서 변위되는 변위부를 가진 압력 센서를 차량의 타이어 내에 설치하는 방법이며, 상기 변위부의 변위 방향을 상기 타이어의 회전축에 평행하게 한다. 본 발명에 따르면, 변위부의 변위 방향이 원심력의 방향 및 관성력의 방향에 직각이 된다.

본 발명에 관한 타이어는 기압에 따라서 변위되는 변위부를 가진 압력 센서를 설치한 것이며, 상기 변위부의 변위 방향을 상기 타이어의 회전축에 평행하게 한 것이다.

본 발명에 관한 휠은 기압에 따라서 변위되는 변위부를 가진 압력 센서를 설치한 것이며, 상기 변위부의 변위 방향을 상기 휠의 회전축에 평행하게 한 것이다.

본 발명에 관한 타이어 압력 검지 장치는 차량의 타이어 내에 설치되어 상기 타이어 내의 기압을 검출하는 것이며, 상기 기압에 따라서 변위되는 변위부를 이용하여 상기 기압을 측정하는 압력 센서와, 외부로부터 부여되는 공급 전자기장과 상호 작용하여 상기 압력 센서의 측정 데이터를 외부로 전달하는 응답 회로가 기판면에 형성된 회로 기판을 갖고, 상기 압력 센서가 상기 변위부의 변위 방향을 상기 기판면에 평행하게 하여 상기 회로 기판에 설치되는 것이다.

상기 타이어 압력 검지 장치는 상기 회로 기판을, 상기 변위부의 변위 방향을 상기 타이어의 회전축에 평행하게 하고, 상기 타이어의 트레드부 또는 상기 타이어가 설치되는 휠의 림부에 부착할 수 있다.

변위부의 변위 방향을 원심력의 방향 및 관성력의 방향에 대해 직각으로 함으로써, 원심력 및 관성력에 의해 변위부가 변위되기 어려워진다. 즉, 압력 센서가 원심력 및 관성력의 영향을 받기 어려워져 압력 측정의 정밀도가 향상된다.

도1은 RFID를 이용한 TPMS가 설치되는 자동차의 타이어 및 휠 하우스에 관한 부분의 모식도이다.

도2는 트랜스폰더에 설치되는 압력 센서의 모식적인 단면도이다.

도3은 압력 센서의 설치 방향의 전형적인 3개의 경우를 도시하는 모식적인 설명도이다.

도4는 트랜스폰더의 모식적인 사시도이다.

도5는 트레드부의 내측면에 트랜스폰더가 설치된 타이어를 도시하는 모식도이다.

도6은 트랜스폰더가 설치된 휠의 림부를 도시하는 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태(이하, 실시 형태라고 함)에 대해 도면을 기초로 하여 설명한다.

도1은 RFID를 이용한 TPMS가 설치되는 자동차의 타이어(2) 및 휠 하우스(4)에 관한 부분의 모식도로, 차량의 측방에서 본 도면이다. 타이어 압력 검지 장치인 트랜스폰더(6)는 휠(8)에 장착된 타이어(2)의 내면에 설치된다. 이 도면에서는 일례로서, 트랜스폰더(6)는 타이어의 트레드부(저면)의 내측에 부착되는 경우를 도시하고 있다. 차체(10)에는 리더(12)가 타이어(2)의 근방 위치, 예를 들어 휠 하우스(4)의 정상부에 설치된다.

트랜스폰더(6)와 리더(10) 사이는 와이어리스 접속된다. 트랜스폰더(6)는 설치된 타이어 내의 공기압을 검지하여, 그 데이터를 발신한다. 한편, 리더(10)는 트랜스폰더(6)가 발신하는 데이터를 검지한다. 검지된 압력 정보를 나타내는 데이터는, 예를 들어 ECU 등의 차량 제어 유닛으로 통지되어, 타이어 공기압에 따른 차량의 운행 제어나 드라이버로의 경고에 이용된다.

예를 들어, 트랜스폰더(6)를 구성하는 회로는 가요성 기판 상에 형성할 수 있다. 예를 들어, RFID의 안테나가 되는 코일은 가요성 기판 상의 배선 패턴으로서 형성할 수 있다. 이에 의해, 트레드부에 부착한 트랜스폰더(6)의 코일 안테나는 그 개구면이 타이어의 직경 방향을 향하고, 트랜스폰더(6)는 상기 직경 방향을 극대 방향으로 하는 다이폴(dipole)형의 지향성을 갖는다. 한편, 휠 하우스(4)의 정상부에 설치된 리더(12)의 코일 안테나는 그 개구면이 상하 방향을 향해 배치되고, 상기 방향을 극대 방향으로 하는 다이폴형의 지향성을 갖는다. 이들 트랜스폰더(6)와 센서 제어 유닛(10)은 트랜스폰더(6)가 정상부 근방에 존재할 때 서로 전자기적으로 결합하여 통신을 행한다.

도2는 트랜스폰더(6)에 설치되는 압력 센서의 모식적인 단면도이다. 도면에 도시하는 압력 센서는 정전 용량형의 것으로, 예를 들어 실리콘 반도체로 형성된 다이어프램(20)을 수압부로서 구비하고, 다이어프램(20)의 상하에는 간극을 두고, 글래스판 등의 기체(基體)(22) 상에 형성된 전극(24)이 대향 배치된다. 다이어프램(20)의 한쪽면측에는 밀폐된 공기실(26)이 설치되고, 이 공기실(26)에 봉입된 공기의 압력이 기체(22)에 형성된 구멍을 통해 다이어프램(20)의 한쪽면에 작용한다. 다이어프램(20)의 다른 쪽면측은 기체(22)에 형성된 구멍을 통해 타이어 내의 공간으로 연결되고, 이 타이어 내의 공기압이 다이어프램(20)의 다른 쪽면에 작용한다. 다이어프램(20)은 그 양면에 작용하는 압력의 차에 따라서 휘어서 다이어프램(20)의 면에 수직인 방향의 변위가 발생한다. 그 결과, 다이어프램(20)과 상하의 전극(24) 사이의 정전 용량이 변화되고, 이 정전 용량의 변화가 전기적으로 판독되어 타이어 내의 공기압의 압력 정보로서 이용할 수 있다. 또한, 압력 센서에는 여기서 도시한 정전 용량식 외에, 다이어프램의 변위를 피에조 저항체의 왜곡 저항의 변화에 의해 검출하는 방식 등도 있어, 그와 같은 압력 센서를 이용할 수도 있다.

압력 센서를 타이어 내에 설치할 때의 방향에 관해서는, 삼차원의 자유도가 있다. 도3은 압력 센서의 설치 방향의 전형적인 3개의 경우를 도시하는 모식적인 설명도이다. 도3의 (a)에 도시하는 압력 센서(30)의 설치 방향은 압력 검지 방향에 대응하는 다이어프램(20)의 수직 방향(32)이 타이어(2)의 직경 방향에 일치하는 것이다. 도3의 (b)에 도시하는 압력 센서(30)의 설치 방향은 다이어프램(20)의 수직 방향(32)이 타이어(2)의 주위 방향에 일치하는 것이다. 또한, 도3의 (c)에 도시하는 압력 센서(30)의 설치 방향은 다이어프램(20)의 수직 방향(32)이 타이어(2)의 회전축(34)의 방향에 일치하는 것이다. 여기서, 본 TPMS에서는, 압력 센서(30)는 도3의 (c)에 도시하는 방향으로 타이어 내에 배치된다. 이는 도3의 (a)에 도시하는 방향으로 압력 센서를 설치하면, 다이어프램(20)에, 타이어(2)의 회전에 수반하는 원심력이 작용하여 타이어 내의 기압 측정에 오차가 발생하고, 또한 도3의 (b)에 도시하는 방향으로 압력 센서를 설치하면, 다이어프램(20)에, 타이어(2)의 회전에 수반하는 관성력이 작용하여 타이어 내의 기압 측정에 오차가 발생할 수 있기 때문이다.

도4는 트랜스폰더(6)의 모식적인 사시도이다. 기판(40)의 표면에는 압력 센서(30)가 배치되고, 또한 리더(12)로부터 부여되는 공급 전자기장과 상호 작용하여 압력 센서(30)의 측정 데이터를 리더(12)로 전달하는 응답 회로가 형성된다. 도4에 있어서는, 응답 회로의 일부로서, IC(Integrated Circuit)(42)가 표시되어 있으나, 또한, 예를 들어 기판(40)의 반대면에 응답 회로를 구성하는 코일 안테나의 프린트 패턴이 형성된다. IC(42)는 코일 안테나 외에, 압력 센서(30)의 단자[전극(24) 및 실리콘 다이어프램(20)]에 접속된다. IC(42)는, 예를 들어 압력 센서(30)의 단자 사이의 용량(C)을 이용하여 LC 공진 회로를 구성하여, 용량(C)의 변 화에 따른 공진 전류를 생성한다. 그리고, IC(42)는 상기 공진 전류를 디지털 부호화하고, 상기 디지털 부호에 따라서 리더(12)의 공급 전자기장에 변조를 부여함으로써 압력 정보를 리더(12)로 전달할 수 있다.

그런데, 도4에 도시한 바와 같이 압력 센서(30)는 변위부인 다이어프램(20)의 변위 방향을 기판면에 평행하게 하여 기판(40)에 설치된다. 타이어 내에 있어서의 기판(40)은 타이어(2)의 트레드부 외에, 휠(8)의 림부에도 기판면을 타이어의 회전축에 평행하게 하여 부착할 수 있다. 이들의 위치는 타이어(2)의 숄더부, 사이드 월부 등의 다른 위치에 비해 비교적 평탄하고, 또한 주행 시의 변형이 비교적 적은 점에서 기판(40)의 설치에 상태가 양호하기 때문이다. 이들의 위치에 설치할 때에, 도4에 도시하는 트랜스폰더(6)는 압력 센서(30)의 다이어프램(20)의 수직 방향(32)을 타이어의 회전축에 평행하게 하여 배치하는 것이 가능하다. 이에 대해, 혹시 압력 센서(30)의 수직 방향(32)을 기판면에 수직으로 하여 기판(40)에 설치하면, 상술한 바와 같이 기판(40)은 기판면을 타이어의 회전축에 평행하게 하여 트레드부나 림부에 부착되므로, 수직 방향(32)은 도3의 (a)에 도시한 바와 같이 타이어(2)의 직경 방향을 향해버려, 수직 방향(32)을 타이어의 회전축에 평행한 방향을 향하게 하는 것이 곤란하다.

도5는 트레드부의 내측면에 트랜스폰더(6)가 설치된 타이어(2)를 도시하는 모식도이다. 도6은 트랜스폰더(6)가 림부(60)에 설치된 휠(8)을 도시하는 모식도이다. 어떠한 경우에도 트랜스폰더(6)는 압력 센서(30)의 다이어프램(20)의 수직방향(32)이 타이어(또는 휠)의 회전축에 평행한 방향을 향하도록 설치된다.

Claims

(19조 보정에 의해 삭제)
(19조 보정에 의해 삭제)
(19조 보정에 의해 삭제)
차량의 타이어 내에 설치되어 당해 타이어 내의 기압을 검출하는 타이어 압력 검지 장치에 있어서,

상기 기압에 따라서 변위되는 변위부를 이용하여 상기 기압을 측정하는 압력 센서와,

외부로부터 부여되는 공급 전자기장과 상호 작용하여 상기 압력 센서의 측정 데이터를 외부로 전달하는 응답 회로가 기판면에 형성된 회로 기판을 갖고,

상기 압력 센서는 상기 변위부의 변위 방향을 상기 기판면에 평행하게 하여 상기 회로 기판에 설치되고,

상기 회로 기판은 상기 변위부의 변위 방향을 상기 타이어의 회전축에 평행하게 하여 상기 타이어의 트레드부, 또는 상기 타이어가 설치되는 휠의 림부에 부착되는 것을 특징으로 하는 타이어 압력 검지 장치.
제4항에 있어서, 개구면이 상기 타이어를 향한 코일 안테나를 구비하고, 상기 차량의 휠 하우스 정상부에 배치된 리더를 갖고,

상기 회로 기판은 상기 기판면을 따라서 배치되어, 상기 코일 안테나와의 사이에서 전자기적으로 결합하여 상기 측정 데이터를 전달하는 코일을 갖는 것을 특징으로 하는 타이어 압력 검지 장치.