JP2020015500A - 多点システム化されて構成されたタイヤ用センサ及びそれを備えたタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】多点システム化されたタイヤ用センサ及びそれを備えたタイヤを提供する。【解決手段】タイヤの状態及び路面の状態をモニターするために、タイヤの内側面に取り付けられた複数のセンサで構成されたセンサ部１００と、複数のセンサを有線で接続するコネクト部と、を含み、複数のセンサは、互いに有線で接続され、タイヤの走行方向と垂直になるように一列に配置されることを特徴とする、多点システム化されたタイヤ用センサを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、多点システム化されたタイヤ用センサ及びそれを適用したタイヤに関し、さらに詳しくは、タイヤのリアルタイム状態を測定するために、タイヤ内側に、走行の垂直方向にシステム化され、複数の部位に取り付けられる複数のセンサ及びそれを適用したタイヤに関する。

自動車の走行においてタイヤの役割が非常に重要であるにもかかわらず、運転者などが疎かにしやすいのが空気圧などのタイヤの状態をチェックすることである。タイヤ状態のチェックを疎かにする場合、タイヤの空気圧が不足して予期せぬ大事故につながる虞があり、タイヤの摩耗などの安全上の問題が生じ兼ねない。

特にこれから到来するであろう自律走行時代において、自律走行車に対する安全関連技術への関心が高まっているが、自律走行車の安全性を確保するためには、自動車の走行中に発生するタイヤの挙動現象を運転者ではなくセンサが検出し、直接警告信号を提供するか、あるいは車両制御装置及び道路管制システムに継続してタイヤの情報を提供しなければならない。

これにより、近年では、世界的に空気圧バルブに付着されるタイヤの空気圧警報装置（ＴＰＭＳ）をタイヤの内面に取り付け、機能を追加してタイヤの空気圧、圧力、温度、加速度などの信号を計測しようとする試みが続いている。

特許文献２（発明の名称：タイヤの空気圧測定用の圧力センサ及びそれを備えたタイヤの空気圧モニタリングシステム）には、すべての自動車の車輪のホイールに簡単に取り付けることができ、データの無線送受信エラーが少ない空気圧タイヤ適用の圧力センサ及びそれを備えたタイヤの空気圧モニタリングシステムの技術が開示されている。

別の特許文献１（発明の名称：タイヤの空気圧モニタリングシステムのタイヤの空気圧センサモジュール）には、センサで測定したデータを、フレキシブルアンテナを介して送信できるようにすることにより、金属アンテナの使用時に発生する振動、電力消耗などの問題を解決する技術が開示されている。

センサが自動車の挙動現象を検出し、警告信号を提供するといった本来の機能を果たすためには、走行中の路面の状況やタイヤ自体の状態の問題について精密に把握する必要がある。

ただし、前記従来の特許によっても、タイヤの内面に取り付けられた一つのセンサのみでは、タイヤから発生し得る状態の変化及びそれに伴う問題発生を完全に検出することに限界があるので、一箇所ではなく、タイヤ内面の複数の部位にセンサを取り付け、温度、圧力、加速度などの信号を獲得する必要がある。

従って、本発明は、タイヤの状態の効率的かつ正確なセンシングのための多点システム化されたタイヤ用センサ技術を提供する。

大韓民国登録特許第１０−１１９８９２４号公報 大韓民国登録実用新案第２０−０４５０４３２号公報

前記のような課題を解決するために、本発明は、路面の状況やタイヤ自体の状態をより精密に把握するために、タイヤの複数の部位に取り付けられ、多点システム化されたタイヤ用センサ及びそれを適用したタイヤを提供することを目的とする。

本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の技術的課題に限定されるものではなく、言及していない他の技術的課題は、以下の記載から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。

前記のような目的を達成するために、本発明は、タイヤの状態及び路面の状態をモニターするために、前記タイヤの内側面に取り付けられ、複数のセンサで構成されたセンサ部と、前記複数のセンサを有線で接続するコネクト部と、を含み、前記複数のセンサは、前記タイヤの走行方向と垂直になるように一列に配置されることを特徴とする、多点システム化されたタイヤ用センサを提供する。

本発明の実施形態において、前記センサ部は、データの無線送受信機能を果たし、エネルギーの供給を受ける主センサ部と、前記主センサ部を中心に対向して配置される複数のセンサで構成された副センサ部と、前記主センサ部にエネルギーを供給するエネルギー供給素子と、を含み、前記副センサ部は、前記コネクト部を介して前記主センサ部と電気的に接続され、前記主センサ部とデータ及びエネルギーを共有することを特徴とする。

本発明の実施形態において、前記エネルギー供給素子は、前記主センサ部に装着されて前記主センサ部にエネルギーを供給することを特徴とする。

本発明の実施形態において、前記エネルギー供給素子は、前記主センサ部とは別に分離されて形成され、前記主センサ部とは前記コネクト部を介して電気的に接続されてエネルギーを供給することを特徴とする。

本発明の実施形態において、前記エネルギー供給素子は、変形が容易に起こらないように、タイヤのリム部またはトレッドの中央部に形成されることを特徴とする。

本発明の実施形態において、前記エネルギー供給素子は、バッテリまたはエネルギーハーベスタで構成されることを特徴とする。

本発明の実施形態において、前記コネクト部は、導電性フィルムのコネクトで構成されることを特徴とする。

本発明の実施形態において、前記導電性フィルムのコネクトは、フレキシブルプリント回路基板を含んで構成されていることを特徴とする。

本発明の実施形態において、二つ以上の前記センサ部が前記タイヤの内側面に同時に適用されることを特徴とする。

本発明の実施形態において、タイヤ内部のゴムのインナーライナがなくてもタイヤの空気圧漏れを防げるように、前記タイヤの内側面全体に一体型フィルムが付着されることを特徴とする。

本発明の実施形態において、前記センサ部が、接着剤または粘着剤を用いてタイヤの内部に取り付けられることを特徴とする。

前記のような目的を達成するために、本発明のもう一つの構成は、タイヤの状態及び路面の状態を検出するためのタイヤ用センサが内部に取り付けられたタイヤであって、前記タイヤ用センサは、本発明の一実施形態に係る多点システム化されたタイヤ用センサのいずれかであることを特徴とする、多点システム化されたタイヤ用センサが適用されたタイヤを提供する。

前記のような構成を有する本発明は、タイヤの内側に、走行方向に垂直して多点システム化されたタイヤ用センサを取り付け、適切な最小の数のセンサでタイヤ全体の状態をより正確に把握することができるといった効果を奏する。

前記のような構成を有する本発明は、必要に応じて細かなモニタリングを要する場合に、同時に複数のセンサを適用して細かいモニタリングが可能であり、主センサのみにエネルギーの供給及びデータの無線送受信機能を付与し、センサシステム全体の重さ及びサイズを大幅に削減することができるといったもう一つの効果を奏する。

本発明の効果は、前記効果に限定されるものではなく、本発明の詳細な説明または特許請求の範囲に記載されている発明の構成から推論可能なあらゆる効果が含まれるものと理解すべきである。

従来技術による一つのタイヤ用センサが取り付けられたタイヤ内面の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る多点システム化されて構成されたタイヤ用センサが取り付けられたタイヤ内面の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る多点システム化されて構成されたタイヤ用センサのブロック図である。

以下、添付図面を参照して本発明について説明する。しかしながら、本発明は、様々な異なる形態で実現され得るので、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、図面において、本発明を明確に説明するために説明に関係のない部分は省略し、明細書全体を通して類似の部分には類似の符号を付した。

明細書全体を通して、ある一部分が他の部分と「連結（接続、接触、結合）」されているという場合、それには「直接連結」されているものだけでなく、その間にさらに他の部材を介して「間接的に連結」されているものも含まれる。また、ある一部分がある構成要素を「含む」という場合、それは特に断らない限り他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに備えてもよいことを意味するものである。

本発明に用いられる用語は、単に特定の実施形態について説明するために用いられるものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現には、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。本発明における「含む」、「有する」などの用語は、明細書に記載されている特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらの組み合わせが存在することを示すためのものであり、１つまたはそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらの組み合わせの存在または付加可能性を予め排除するものではないことを理解すべきである。

以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。

近年では、自律走行時代に迎え、空気圧バルブに取り付けるタイヤの空気圧警報装置（ＴＰＭＳ）をタイヤ内面に付着し、機能を追加して、タイヤの空気圧、圧力、加速度信号を計測しようとする試みがなされている。

このように到来するであろう自律走行時代には、自動車の走行中に発生する自動車の現象を運転者ではなくセンサが検出し、警告信号を直接提供するか、あるいは車両制御装置及び道路管制システムに継続して情報を提供しなければならない。

図１は、前述した前記タイヤの内面に取り付けたタイヤの空気圧警報装置（ＴＰＭＳ）を示している。前記タイヤの空気圧警報装置（ＴＰＭＳ）を用いたタイヤの空気圧測定システムは、一種の無線伝送技術であり、車両タイヤ中の高低を測定し、走行または停止状態における車両タイヤの圧力と温度のデータなどを測定し、運転席内のマザーボードに転送する。

車両タイヤの圧力などに異常が見つかった場合、振動及び音声などの形式で運転者にこれを認知させることで、運転者がタイヤの圧力と温度を標準範囲に確実に維持するようにし、タイヤの問題に起因する事故などの発生を防ぐことができる。

ただし、自律走行時代において、タイヤの異常時にタイヤ用センサが警告信号を提供するのみならず、自ら車両制御装置及び道路管制システムに情報を提供し、車両の走行に関わるので、タイヤの状態に対するより精密なセンシング技術を備えることへの関心が高まりつつある。

従来の技術では、より効率的かつ正確なタイヤの内部センサ技術を提示しているが、自律走行時代に伴う安全事故発生などの危険性を大幅に減らすためには、一つのセンサのみではタイヤの状態に対する正確な測定に限界が伴うしかない。

そこで、本発明は、タイヤに適用するのに適した多点システム化されたタイヤ用センサ及びそれを適用したタイヤの技術を提供する。以下、詳しく説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る多点システム化されたタイヤ用センサが適用されたタイヤの内側面を示し、図３は、前記多点システム化されたタイヤ用センサのブロック図を示す。

本発明の一実施形態に係る多点システム化されたタイヤ用センサは、タイヤの状態及び路面の状態をモニターするために、前記タイヤの内側に取り付けられた複数のセンサで構成されたセンサ部１００と、前記複数のセンサを有線で接続するコネクト部２００とを含み、前記複数のセンサは、タイヤの走行方向と垂直になるように一列に配置されることを特徴とする。

前記複数のセンサをタイヤの走行方向に沿って一列に配置した場合に比べ、本発明の一実施形態に基づいてタイヤの走行方向と垂直に一列に配置した場合、タイヤの中心部のみならず、タイヤの両外郭部分の状態及び地面の状態に関するデータを総合的に集散することができるので、タイヤ及び路面の総合的な状態に対するより精密なモニタリングが可能である。

前記複数のセンサは、センサ全体の重さを考慮し、最小限のセンサでタイヤ全体の状態を正確に把握するに適するように５カ所の位置に取り付けることを特徴としてもよく、必要に応じてはそれ以上の数のセンサを追加し、システムを構成してもよい。

本発明の一実施形態に基づいて、前記センサ部１００を構成する複数のセンサは、データの無線送受信機能を果たし、エネルギー供給素子を含む主センサ部１１０と、前記主センサ部１１０を中心に対向して配置され、データを前記主センサ部１１０と共有するために電気的に接続された複数の副センサ部１２０を含むことを特徴とする。

ただし、必要に応じて効率的なデータ及びエネルギーの共有のために、前記主センサ部１１０を前記センサ部１００の中心ではなく一側に配置し、それ以外の前記複数の副センサ部１２０を前記主センサ部１１０と一列に配置してもよい。

前記副センサ部１２０は、タイヤの加速度を計測することができ、それから得られたデータを電気的な有線接続を介して前記主センサ部１１０に送信することにより、前記複数のセンサのデータを、前記主センサ部１１０を介して共有する。

前記主センサ部１１０は、タイヤの加速度のみならず、空気圧、温度などを計測し、データの集散及び送受信の役割を果たす。また、前記エネルギー供給素子１３０を含み、それを介して供給される電力を、前記副センサ部１２０を構成する複数のセンサと共有する。

本発明の一実施形態に基づいて、前記エネルギー供給素子１３０は、前記主センサ部１１０にエネルギーを供給するために、コインセルなどのバッテリまたはエネルギーハーベスタで構成され、前記主センサ部１１０に取り付けられることを特徴とする。

太陽光発電のように、個々の装置が太陽光、振動、熱、風などの自然由来のエネルギー源から発生するエネルギーを集めて有用な電気エネルギーに変えて用いる技術をエネルギーハーベスティング（Ｅｎｅｒｇｙ Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ）といい、そのために用いられる装置または素子をエネルギーハーベスタという。

前記エネルギーハーベスティング技術は、エネルギーを得るために用いられる方法及び素子に応じて様々に区分され、自然の中で直接電気エネルギーを獲得することができるので、エネルギー供給の安定性、安全性、及び継続可能性を維持することができ、環境汚染を低減できる環境にやさしいエネルギー活用技術として注目されている。

具体的には、車両の走行中においてタイヤに発生し得る振動、熱、圧力などのエネルギーを捨てることなく、収穫して電気エネルギーに変換する技術であり、その構成は、発生したエネルギーを変換収集する部分と、前記収集されたエネルギーを蓄積する部分とで構成される。

前記エネルギー供給素子１３０を、前述したように、車両の走行中に発生する振動、熱、圧力などのエネルギーを収穫して電気エネルギーに変換するエネルギー変換収集部と、前記電気エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積部とを含むエネルギーハーベスタで構成してもよい。

これにより、本発明の一実施形態が適用される場合、発生するタイヤ用センサの電力消費に対応して、車両の走行中に捨てられるエネルギーをリサイクルする方法によって電力を再供給することができる。タイヤ用センサの電力消費の大部分が車両の走行中に発生するので、これはエネルギー効率の面で優れており、また、継続可能な環境にやさしいエネルギー供給手段としての役割を果たすことができる。

本発明の一実施形態に基づいて、前記エネルギー供給素子１３０である前記バッテリまたはエネルギーハーベスタを、前記主センサ部１１０とは別に分離されるようにし、前記主センサ部１１０とは有線で接続して使用してもよい。

この場合、前記バッテリの寿命が尽きるか、あるいはエネルギーハーベスタに問題が発生するなど、前記エネルギー供給素子１３０の交換が必要となったときに、前記エネルギー供給素子１３０が前記主センサ部１１０に付着されている場合に比べて、はるかに容易に前記エネルギー供給素子１３０を交換することができる。

また、本発明の一実施形態に基づいて、前記主センサ部１１０と分離されて別々に形成された前記エネルギー供給素子１３０は、タイヤの変形が起きにくいリム部またはトレッドの中央部に付着されることを特徴とする。

これにより、前記エネルギー供給素子１３０を構成するバッテリまたはエネルギーハーベスタのタイヤに対する固定力が増大し、高速走行時の高速回転条件に対する耐久力が向上する。

前述したように、本発明の一実施形態に基づいて、前記主センサ部１１０を用いて集散したデータを送受信し、エネルギー供給を共有するシステムを実現する場合は、前記副センサ部１２０を構成する複数のセンサには、データ送受信装置及びエネルギー供給素子が特に必要なくなり、これにより、タイヤ用センサの全体的な重さ及びサイズを減らす際に大きな利点がある。

前記コネクト部２００は、前記主センサ部１１０と前記副センサ部１２０を互いに有線で電気的に接続し、前述したように、前記エネルギー供給素子１３０が前記主センサ部１１０とは別に分離されて形成される場合、前記主センサ部１１０と前記エネルギー供給素子１３０を有線で電気的に接続する。

本発明の一実施形態に基づいて、前記コネクト部２００は、電気的接続のために導電性を有し、本発明の薄膜化及び軽量化のためにフィルムコネクトで構成されることを特徴としてもよく、特に、前記フィルムコネクトにおいて、ＦＰＣＢ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）、すなわちフレキシブルプリント回路基板が用いられることを特徴とする。

プリント回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）とは、絶縁体上に導電性に優れた導体回路を形成して製作された電子部品であり、フレキシブルプリント回路基板は、電子製品が小型化され、かつ複雑になる傾向に対応するために、既存のプリント回路基板の弱点を克服するための電子部品である。

前記フレキシブルプリント回路基板は、電子製品の小型化及び軽量化が進む中で開発された電子部品であり、作業性に優れ、熱に強いので、多くの電子製品の核心部品として広く用いられている。また、前記フレキシブルプリント回路基板を活用する場合、本発明の薄膜化及び軽量化のみならず、３次元の高密度配線が可能であるといった長所がある。

また、本発明の適用において、軽量化及び薄膜化のために、本発明の一実施形態は、半導体工程または３Ｄプリント工程が活用されることを特徴とする。

３Ｄプリント、すなわち、３次元印刷技術は、プリンタで物体を製作する技術であり、紙に文字を印刷する従来のプリンタと類似の方法ではあるが、立体模型を製作する技術ということで３Ｄプリントと呼ばれる。従来の材料を製造する方法とは異なり、ほとんどの３Ｄプリンタでは、材料を重ね合わせて形を作る積層式を用いている。

半導体工程は、シリコンを半導体の基本材料であるウエハにするために、非常に薄い形に切って研磨するなどの工程を経て電気的特性を持たせる。

前記半導体工程または３Ｄプリント技術により、前記導電性フィルムのコネクトを実現することで、複数のセンサで構成されたシステムを構成する本発明の適用において要求される薄膜化及び軽量化を最大限にすることができる。

前述したように、高度の薄膜化が実現すると、本発明の一実施形態に係る５点または多点センサシステムのタイヤ用センサを、タイヤの内面に、必要に応じて複数取り付けることにより、状態モニタリングの精度をさらに向上することができる。

例えば、本発明の一実施形態に係る５点センサシステムのタイヤ用センサ１６個を同時に取り付けると、タイヤ内面の全８０カ所の状態を細かくモニタリングできるといった効果がある。

ただし、このようにセンサを取り付けるセンシング位置が多くなると、多点センサシステムを構成する本発明の重さが増えることがある。これを解決するために、タイヤ内面の全体に一体型フィルムを付着し、前記一体型フィルムをタイヤの空気圧漏れを防ぐ役割のゴムのインナーライナの代わりに用いる場合、前述した本発明の重さ増加の問題を解決することができる。

従って、本発明は、タイヤのゴムのインナーライナがなくてもタイヤの空気圧漏れを防げるように、タイヤの内側面全体に前記一体型フィルムを付着することを特徴とする。

また、本発明の一実施形態は、液状やスラリー状の接着剤や粘着剤を使用し、前記センサ部をタイヤの内面に取り付けることを特徴とする。

これにより、本発明の一実施形態が適用される場合、複数の部位にタイヤ用センサを取り付けることができ、より精密なタイヤ及び路面状況の把握が可能である。また、複数のセンサで構成されたにも拘らず、前記複数のセンサを多点システム化することにより、センサシステムの全体の重さとサイズを低減することができる。

必要に応じて、本発明の一実施形態に係る多点システム化されたタイヤ用センサを複数同時に適用することもできるが、この場合、前記フィルムコネクトを介して薄膜化・軽量化することができる。また、タイヤ内面の全体に前記一体型フィルムを付着することにより、タイヤのゴムのインナーライナの役割を果たすことになり、センサシステムの重さ増加の問題を解決することができる。

前述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく、他の具体的な形態に容易に変形できることを理解するであろう。よって、前述の実施形態はあくまで例示的なものであり、限定的なものでないことを理解すべきである。例えば、単一型で説明された各構成要素を分散して実施してもよく、同様に分散したものと説明された構成要素を結合された形態に実施してもよい。

本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導かれるあらゆる変更または変形された形態も本発明に含まれるものと解釈すべきである。

１００ センサ部
１１０ 主センサ部
１２０ 副センサ部
１３０ エネルギー供給素子
２００ コネクト部

Claims (12)

1. タイヤの状態及び路面の状態をモニターするために、前記タイヤの内側面に取り付けられ、複数のセンサで構成されたセンサ部と、
   前記複数のセンサを有線で接続するコネクト部と、を含み、
   前記複数のセンサは、タイヤの走行方向と垂直になるように一列に配置されることを特徴とする、多点システム化されたタイヤ用センサ。
2. 前記センサ部は、
   データの無線送受信機能を果たし、エネルギーの供給を受ける主センサ部と、
   前記主センサ部を中心に対向して配置される複数のセンサで構成された副センサ部と、
   前記主センサ部にエネルギーを供給するエネルギー供給素子と、を含み、
   前記副センサ部は、前記コネクト部を介して前記主センサ部と電気的に接続され、前記主センサ部とデータ及びエネルギーを共有することを特徴とする、請求項１に記載の多点システム化されたタイヤ用センサ。
3. 前記エネルギー供給素子は、前記主センサ部に装着されて前記主センサ部にエネルギーを供給することを特徴とする、請求項２に記載の多点システム化されたタイヤ用センサ。
4. 前記エネルギー供給素子は、前記主センサ部とは別に分離されて形成され、前記主センサ部とは前記コネクト部を介して電気的に接続されてエネルギーを供給することを特徴とする、請求項２に記載の多点システム化されたタイヤ用センサ。
5. 前記エネルギー供給素子は、変形が容易に起こらないように、タイヤのリム部またはトレッドの中央部に形成されることを特徴とする、請求項４に記載の多点システム化されたタイヤ用センサ。
6. 前記エネルギー供給素子は、バッテリまたはエネルギーハーベスタで構成されることを特徴とする、請求項２に記載の多点システム化されたタイヤ用センサ。
7. 前記コネクト部は、導電性フィルムのコネクトで構成されることを特徴とする、請求項１に記載の多点システム化されたタイヤ用センサ。
8. 前記導電性フィルムのコネクトは、フレキシブルプリント回路基板を含んで構成されていることを特徴とする、請求項６に記載の多点システム化されたタイヤ用センサ。
9. 二つ以上の前記センサ部が前記タイヤの内側面に同時に適用されることを特徴とする、請求項１に記載の多点システム化されたタイヤ用センサ。
10. タイヤ内部のゴムのインナーライナがなくてもタイヤの空気圧漏れを防げるように、前記タイヤの内側面全体に一体型フィルムが付着されることを特徴とする、請求項８に記載の多点システム化されたタイヤ用センサ。
11. 前記センサ部が、接着剤または粘着剤を用いてタイヤの内部に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の多点システム化されたタイヤ用センサ。
12. タイヤの状態及び路面の状態を検出するためのタイヤ用センサが内部に取り付けられたタイヤであって、
    前記タイヤ用センサは、前記請求項１ないし１０に記載の多点システム化されたタイヤ用センサのいずれかであることを特徴とする、多点システム化されたタイヤ用センサが適用されたタイヤ。