JP4429904B2 - 空気圧タイヤにおける圧力又は圧力変化をモニターし、無線送信するシステム - Google Patents

Description

この発明は、請求項１のプリアンブルに規定の特徴をもつ自動車の空気圧タイヤにおける圧力又は圧力変化をモニターし、無線送信するシステムに関するものである。この種のシステムは、ＤＥ １９９ ３９ ９３６Ａから知られるものである。

この種のシステムは、空気圧タイヤの内部に配置され、該タイヤの内部の圧力にさらされる、以下車輪電子回路という電子回路をもつ装置を備えている。この車輪電子回路は、電源としてのバッテリー，空気圧タイヤ内に行き渡っている圧力を計測する圧力センサ、この圧力又は圧力変化に関する情報を送信する送信機及び問い掛け及び／又は制御無線信号を受けるレシーバを備えている。

このような車輪電子回路では、バッテリーの交換ができないか、又は、費用がかかってしまうことからして、可能な限り最高のエネルギー節減態様で車輪電子回路を動作させることが望ましい。特に、バッテリーの耐用寿命を自動車の耐用年数にできる限り同じにすることが望ましい。車輪電子回路が問い掛け送信機から送信された問い掛け及び／又は制御無線信号により圧力又は圧力変化信号を送信するとき、内部圧力又は圧力変化に関する情報の送信にはエネルギーが集中するため、このような情報が実際に必要な場合においてのみ情報送信を行うようにすることができる。そして、例えば、自動車が駐車しているとき、一切の圧力情報が送信されないようにすること、さらには、送信レートを自動車の速度に合わせることも利点をもって可能なことである。問い掛け及び／又は制御信号を介して車輪電子回路をコントロールすることにより、このようにして、特にエネルギーを節約しながら車輪電子回路を作動させることができる。ボタン電池の寸法であるリチウム電池を使用することで、耐用年数が７年又はそれ以上に延ばすことができる。

最良のエネルギー節約状態で作動させたいとする希望はさておいて、タイヤを交換したとき、前記車輪電子回路をこれら回路が関係していた自動車の車輪に確実に、速やかに関連させることが問題点としていつまでも残る。ＤＥ １９７ ３５ ６８６Ａ１は、この目的のために、車輪電子回路がそれぞれの車輪のパス加速度及びコリオリの加速度を同時に検知し、評価することを提案している。この刊行物の詳細な説明では、この手段において、操舵される前輪と操舵されない後輪とが差別でき、さらに同様に、左側車輪と右側車輪とが差別できるとしている。圧力又は圧力変化、パス加速度及び遠心力加速度に関する計測信号と共に、この場合、各車輪電子回路は、特徴を表す同定信号をも送信する。それぞれの同定信号を用いて、自動車内部又は外側に配置の評価回路がついで遠心力加速度とパス加速度の統計的評価により異なる車輪電子回路をそれぞれの車輪位置に自動的に合わせる。したがって最初に車輪を自動車に取り付けたとき、又は、車輪交換の後、評価ユニットは、どの車輪電子回路がどの車輪位置に属しているかを自動的に学ぶ。

しかしながら、ＤＥ １９７ ３５ ６８６ Ａ１に記載された方法の欠点は、一つのタイヤを交換した後、測定された遠心加速度及びパス加速度の値がどの車輪のものか確認するのに例えば数分の時間がかかってしまう点である。

そこでこの発明の目的は、車輪電子機器の信号がそれぞれどの車輪のものかをいち早く確認でき、それぞれの自動車の車輪に装着の車輪電子機器の作動のエネルギーを節約できる方法を提供することにある。

この目的は、請求項１の特徴をもつシステムによって達成できる。この発明のさらに有利な展開は、従属の請求項の主題である。

問い掛け及び／又は制御信号を送信する送信機−ここでは問い掛け送信機という−ならびに車輪電子機器における送信機をＤＥ １９９ ３９ ９３６ Ａ１の場合のように、高周 波送信機（例えば、ドイツでは４３３ＭＨｚ範囲、米国では３１５ＭＨｚ範囲）として構成させる代わりに、この発明による問い掛け送信機は、送信周波数が１ＭＨｚ以下、好ましくは、５０〜３００ｋＨｚ、さらに好ましくは７０〜１５０ｋＨｚのものである。この特徴によって、送信された無線信号の磁気成分０．５〜１ｍの距離で大幅に低下し、異なる自動車の車輪電子機器からの応答を遮る手段をなんら講じる必要がない利点をもつ。自動車の各車輪に対し、例えば、それぞれの車輪のケース内に問い掛け送信機を別々に設けることで、自動車のそれぞれの車輪に対して配置した問い掛け送信機を経由して自動車のそれぞれの車輪に設けた車輪電子機器それぞれを動作させることが可能になる。複数の問い掛け送信機の一つから送信された信号の磁気成分は、即座に減衰することで、それぞれの信号は、最も近い車輪電子機器によってのみ受信されることになる。これによって、一つの車輪電子機器の信号を特定の車輪に関するものであることの確認が極めて容易になる。ある信号がどの車輪に関係しているかを決めるには、評価回路がそれぞれの問い掛け送 信機を介して、それぞれの車輪における車輪電子機器に確定のための信号を送る。例えば、左前輪に関連の問い掛け送信機で問い掛け信号を送ると、左前輪における車輪電子機器のみが確定の信号を送り応答する。左前輪に関係の送信機によって送信された問い掛け信号に対いて応答するために受けた確認のための信号は、したがって、左前輪に関するものとなる。これによって、評価回路で自動車が走り出した数秒のうちに、どの確認信号がどの車輪に関するかを知ることができる。これによって、タイヤが交換された後でも自動車のスタート時点又はスタート前でもタイヤ圧力をモニターできる。

例えば、１２５ｋＨｚの周波数でしっかりプリセットされた問い掛け送信機を動作することができる。しかしながら、不可避の製造許容誤差及びなかんずく、取り付け位置及び他の周囲の影響により電磁境界条件が定まることで、自動車における取り付け条件での発振回路の共鳴周波数を予知することは極めて難しい。問い掛け送信機が例えば周波数１２５ｋＨｚでプリセットされていると、したがって問い掛け送信機は、その共鳴周波数で作動せず、むしろ一般的に言って周波数が±５０ｋＨｚまでそれてしまう。しかしながら、共鳴周波数からそれた周波数で問い掛け送信機が動作すると、その消費電力が増えてしまう。例えば１００ｋＨｚの共鳴周波数をもつ問い掛け送信機が１５０ｋＨｚで作動すると、５００〜１０００ｍＡの電力強度になる。しかしながら、これは、自動車のバッテリーに望ましくない負荷を与えてしまう。発振回路に増幅器を設け、増幅器出力、送信アンテ ナ及び増幅器入力を直列につなげ、増幅器入力と増幅器出力をカップリングバックすることで、発振回路は、その共鳴周波数で常に共振することになる。これによって、問い掛け送信機の電力消費を大幅に節減でき、自動車のバッテリーに負担を掛けず、駐車中の自動車であっても長時間にわたりタイヤ圧力をモニターできることになる。

発振回路に比較器を設け、これによって、比較器入力に印加された電圧を変え、オーバータイムで矩形波へ変えることが好ましい。この目的のために、前記比較器でその入力側に印加された電圧を所定のゼロ値と比較する。そのゼロ値が越されていれば、前記比較器の出力を高くするか、さもなければ、越えていなければ、低い電圧にし、オーバータイムで矩形波電圧を得る。したがって、このような比較器は、矩形波電圧で発振回路を励磁し、漏洩電力を減らす好結果が得られる。これによって、問い掛け送信機の電力消費をさらに節減できる。

問い掛け送信機のアンテナは、送信アンテナであって、好ましくは、ロッドアンテナの形態であり、特にフェライトロッドアンテナが好ましい。この特徴により、問い掛け及び／又は制御信号を高度の指向性をもって送信できる利点がある。スペースの理由から車輪電子機器のレシーバは、一次元アンテナ、即ち、コイルとして構成されている。ロッドアンテナ、特にフェライトロッドアンテナの指向性が高いことで、送信能力を有効に活用でき、さらに、電力節減操作を可能にする。好ましくは、アンテナは、発振回路の有効抵抗に顕著に貢献する。アンテナにより発振回路の共振のＱが２０又はそれ以上、を決定するものであれば、発振回路は、極めて狭い周波数範囲のみで送信し、これによって同様に操作上のエネルギー消費を節減する。

この発明のさらなる詳細及び利点は、添付の図面を参照しながら一つの実施の態様により以下に記載する。

図１に示された問い掛け及び／又はスタート信号の送信のための送信機のブロック図の必須の部品類は、キャパシタ９、フェライトロッドアンテナとして構成された送信アンテ ナ３、位相シフター５、比較器６、ドライバー１及びこれに関連のファイナルステージ２からなり、これらドライバーとファイナルステージは、一緒になって直列共振回路の形態になっている発振回路１０を形成している。ドライバー１とファイナルステージ２は、増幅器として機能し、直列共振回路として構成された発振回路１０における電磁発振を増幅させるようになっている。ファイナルステージ２の出力、即ち、増幅器出力は、前記ドライバーの入力、即ちドライバー入力へ戻される。これによって、発振回路は、その共振周波数のみで常時発振し、これによって電力消費を最低のものにする有利さがある。

ドライバー１とファイナルステージ２により、電流と電圧との間で約９０度の位相シフトが行われ、位相シフター５で補償される。直流共振回路には、比較器６が含まれ、これによって、その入力へ印加されるシヌソイダル電圧を矩形波電圧へ変える。この目的のために比較器６がその入力側の電圧を所定のゼロ電圧又は平均電圧と比較する。所定のゼロ値を越えていれば、前記比較器の出力を例えば１２ボルトの電圧に設定するか、さもなければ、より低い電圧、例えば０ボルトに設定し、この結果、シヌソイダル電圧が矩形波電圧に変換される。このようにすることで、送信機電流が前記アンテナの発振回路だけで決定され、その結果、好ましくない高調波が一切含まれないことになる。そして、漏洩する電力も最低になる。しかしながら、直列共振回路を比較器６なしに構成することも可能であり、矩形波電圧よりも位相シフター５から供給されるシヌソイダル電圧をドライバー入力に直接印加することができる。しかしながら、これは、電力漏洩が若干生じ、さらに、好ましくない高調音が増えてしまう欠点がある。

アンテナ３は、フェライトロッドアンテナである。例えば、自動車の車輪ケースにおけるように全く予知できないか、又は、非常に予知し難い設置位置の電磁境界条件は別として、発振回路１０の共振周波数は、アンテナ３で決定される。直列共振回路として構成された発振回路１０は、好ましくは、少なくとも２０の共振のＱの値を有し、その結果、送 信機出力は、最良にプリセットされる。このことは、送信機により送信された信号がそれぞれのタイヤにおける車輪電子機器に確実に到達する一方、他方では、さらに離れた位置にある車輪に備えられた車輪電子機器によって受信されないことを確実にする点で重要なことである。共振周波数とは反対に、発振回路１０の共振のＱは、本質的に取り付け位置に依存するものであるから、これを最良にプリセットでき、これによって、送信機出力と 送信機のカバーする範囲を特定の要件に応じて決めることができる。

アンテナ３を流れる電流は、図示されていない電流計により測定でき、診断ユニット７で評価される。論理ユニット８は、診断ユニットにより与えられるデータに基づいて発振回路１０の動作をモニターし、位相シフター５に供給される制御信号により必要に応じて前記回路をオン・オフする。論理回路８は、オープン・コレクタドライバを経て自動車に搭載の中央処理ユニット（図示せず）に接続されており、該処理ユニットにより問い掛け及び／又は制御信号を送信するようになっている。

図１に示す実施の態様においては、測定された電流値は、アンテナ３のすぐ背後にある診断ユニット７のために得るようになっている。理論的には、発振回路１０のどのポイントにおいても電流を測定できるようになっているが、これらの測定は、アンテナ３にできる限り近接して行われることがよい。このようにして、アンテナ３を通る電流、そしてかくして送信機出力に関する測定値は、最も信頼でき、最も正確なものである。特に、この手段でノミナルパワーからの欠点及び偏りを最も速やかに、最も信頼できるように診断できることになる。

この発明によるシステムに使用される発振回路のブロックダイアグラムを示す。

１ ドライバー
２ ファイナルステージ
３ 送信アンテナ
５ 位相シフター
６ 比較器
７ 診断回路
８ 論理回路
９ キャパシタ
１０ 発振回路

Claims (7)

1. 自動車の空気圧タイヤの圧力又は圧力変化をモニターした信号を、無線で送信するシステムであって、
   前記空気圧タイヤ内に装着されていて、
   電源としてのバッテリーと、
   前記圧力又は圧力変化を測定する圧力センサと、
   前記圧力センサの信号から得られる信号を送信する第１の送信機と、
   無線の問い掛け信号及び／又は制御信号を受ける第１のレシーバと
   を備えている車輪電子機器と、
   前記自動車に搭載されていて、
   前記第１の送信機からの信号を受ける第２のレシーバと、
   前記第２のレシーバから得られる前記圧力又は圧力変化についての情報を運転者に送信する装置と、
   前記問い掛け信号及び／又は制御信号を送信する第２の送信機と
   を備えており，
   前記第２の送信機は、左右両方の車輪の近くに配置され、
   前記第２の送信機は、１ＭＨｚ以下の送信周波数を有するとともに、発振回路を備えて構成され、
   前記発振回路は、アンテナと、増幅器入力と増幅器出力を有する増幅器を備え、前記増幅器出力を前記増幅器入力にカップルバックするように構成されており、
   前記発振回路は、前記増幅器入力側に入力されたシヌソイダル電圧を矩形波電圧に変える比較器を備えること特徴とするシステム。
2. 前記発振回路は、直列共振回路であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記発振回路は、前記自動車の車輪ケース内に装着された前記アンテナを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシステム。
4. 前記アンテナは、フェライトロッドアンテナであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のシステム。
5. 前記アンテナを流れる電流を計測する電流計を備え、前記電流に基づいて、前記発振回路をオン・オフすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のシステム。
6. 前記発振回路は、共振のＱの値が、少なくとも２０を有していることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のシステム。
7. 前記第２の送信機の前記送信周波数は、５０〜３００ｋＨｚ、好ましくは、７０〜１５０ｋＨｚであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のシステム。

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