JP7292847B2 - 車両のホイールに装備されるセンサの自己位置同定方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両のホイール内に収納されたセンサの分野、特にその自己位置同定を行ない、これらのセンサを最高の条件下で運用できるようにする適応に関する。

先行技術から、圧力、温度などに関するデータを測定し伝送する目的で車両のタイヤの内部に位置付けされたセンサが知られている。このために、各タイヤ内に設置された各々のセンサには従来、車両の車軸又はシャーシ上に設置された受信モジュールに前記データを無線で伝送する目的をもつ無線周波数エミッタが装備されている。この受信モジュールは、各ホイールのエミッタによって発信される情報提供信号を受信しデコーディングする。

大型トラックならびにバスなどの一部の車両においては、ホイールは車軸の各端部に対を成して組付けられており、この場合、ホイールはツインホイールと呼ばれる。ホイールがツインホイールであるか否かに関わらず、車両の停止時であれ車両の作動中であれ極めて複雑かつ費用の掛るコーディング及び識別技術を使用することなくセンサの発信を弁別するのは困難である。

受信機がホイールを自己位置同定できるためには、受信機は、センサの側（車両の左又は右の位置）ならびに受信モジュールとの関係における位置（前方、後方、近位、遠位）を知らなければならない。

弁別の一解決法は、本体の回転方向を検出するためのセンサを提案する特許文献１中に記されている。センサは、本体上に配置され、そこで使用され、かつ第１の検出方向を有する第１の加速度計；及び本体上に配置され、かつそこで使用され、かつ第２の検出方向を有する第２の加速度計を含む。２つの加速度計は、第１及び第２の検出方向が互いに平行でなくかつ本体の回転軸に対して平行でないように配設されており、こうして使用中に本体が回転した時点で加速度計の出力端の間の重力効果に起因する位相差が存在することになる。各種手段は、第１及び第２の加速度計の加速度を表わす出力信号を受信し、２つの信号間の位相関係を決定し、こうして本体の回転方向を決定する。ホイールの加速度、進行方向、ひいては回転方向を知ることにより、右側に位置するホイールのセンサに由来する信号と、左側に位置するホイールのセンサに由来する信号とを弁別することができる。

しかしながら、これらの方法及び装置は、左右の弁別のために使用されるが、前後の弁別においては使用できない。実際、同じ側の複数のホイールがセンサの場所によって受信機から等しい距離のところにあり得、自己位置同定を不可能にしていることから、受信モジュールとの関係における位置をセンサの磁気放射線によって決定することはできない。

これらのシステムの運用に関連する別の欠点は、バッテリの管理にある。実際、最終的には全てのセンサの自己位置同定が達成できるにせよ、そうでもやはり複数の状況において、センサが実施しなければならない送受信は、良好な条件下で確保されず、このために、ホイールに付随するセンサ及びシャーシに付随するセンサが無駄にエネルギを消費することになるということに変わりはない。このとき、各センサに装備されるバッテリの寿命は制限される。

欧州特許第１１７２６５６号明細書

このような現状から出発して、出願人は、車両のホイール内に収納されたセンサの電子ボックスのより優れた自己位置同定を提案することを目的とした研究を行った。

これらの研究から、実施が容易でかつ先行技術の欠点を防止する新規方法が構想され実現されるに至った。

車両のタイヤを含めたホイールに装備されるデータ獲得センサのこの自己位置同定方法は、
前記車両が、複数のホイールを含み、車両の車軸上又はシャーシ上に設置された中央送受信モジュールに対して前記データを無線で伝送することを目的とする無線周波数エミッタの備わった各タイヤ内に設置されたデータ獲得センサの電子ボックスを含むシステムを備えており、
中央送受信モジュールが、各ホイールのエミッタにより発信される情報提供信号を受信しデコーディングし、
各電子ボックスが、加速度を測定するために装備されており、
加速度の測定によりタイヤの前方及び後方を決定することからなること、を特徴とする。

（ホイールに固定されているため）ホイールと同時に回転するセンサのレベルで測定される加速度の測定によって、どの瞬間にセンサがその円形軌道の上位点にありどの瞬間にセンサがその下位点にあるかを決定することができる。実際、地球の重力の法線加速度は、測定される加速度の成分の１つであり、その結果：
－ センサが受ける加速度が地球の重力の法線加速度と同じ方向に配向されていることから、測定される加速度は円形軌道の下位点で最大であり、
－ センサが受ける加速が地球の重力の法線加速度と反対方向に配向されていることから、測定される加速度は円形軌道の上位点で最小である。

このような方法は、温度及び／又は圧力センサとの間にこのような通信構成を有する車両のタイヤの監視システムに適用可能である。

車両の進行方向が分かっていることから、それぞれホイールの円形軌道の下位点及び上位点に対応するこれらの最大及び最小加速度点を決定することによって、車両が前進する場合に：
－ ホイールひいてはタイヤの前部が、最小加速度点と最大加速度点の間にあること、
－ ホイールひいてはタイヤの後部が、最大加速度点と最小加速度点の間にあること、
を立証することができる。

当然のことながら、測定された加速度の最大値と最小値は、センサの位置によって左右され、上述の結果は逆転する可能性、すなわち車両が前進する場合、
－ ホイールひいてはタイヤの後部が、最小加速度点と最大加速度点の間にあり、
－ ホイールひいてはタイヤの前部が、最大加速度点と最小加速度点の間にある、
可能性がある。

この特徴は、位置同定に関与する少なくとも１つのパラメータを確実に立証できるようにするため極めて有利であり、こうして、前部及び後部の位置同定に関係する複数の戦略のみならずエネルギ消費の管理戦略の実施も可能になる。

この特徴は、利用可能なパラメータ、つまりセンサが占有する垂直方向平面（水平な地面との関係における）内でセンサにより測定される加速度の測定値を新しい形で運用することを可能にする。

前記電子ボックスが、
中央送受信モジュールから無線信号を受信する受信ユニットを含み、
この受信ユニットが、中央送受信モジュール（１００）から受信した信号の出力を測定する、能力を有する
本発明の極めて有利な別の特徴によると、この方法は、
各電子ボックスについて、
－ 中央送受信モジュールにより発信され電子ボックスにより受信される無線信号の出力を測定する動作と、
－ ・ 上位点と下位点の間で経時的に受信された信号に対応する第１の集合体、
・ 下位点と上位点の間で経時的に受信された信号に対応する第２の集合体、
という２つの集合体中に受信無線信号を分布させて、
受信信号の大部分が上位点と下位点の間において強い出力で測定された場合には、この測定を実施するボックスを格納するホイールが中央モジュールの後方に配置され、
受信信号の大部分が上位点と下位点の間の弱い出力で測定された場合には、この測定を実施するボックスを格納するホイールが、中央モジュールの前方に配置されているようにする動作と、
を含むこと、を特徴とする。

こうして、ホイールの前部及び後部との関係において電子ボックスがどこに位置するかを決定した後、該方法は、中央送受信モジュールとの関係における電子ボックスの前方又は後方位置を決定することを提案する。

先行技術が提案できるような左右の位置同定と結び付けた場合、該方法は、監視システムの電子ボックスの完全かつ有効な自己位置同定を可能にする。

この出力測定の値は、アナログすなわち出力の数値的表現であってもよい。別の方法によると、この測定の値は論理的、すなわち定義された閾値との関係における出力の２進表現であってもよい。この論理値の受信率は、出力のイメージを得ることを可能にする（ＬＦ無線波の場合における例：４ｍｓでの公知の固定発信数（Ｐ）に対する４ｍｓのウィンドウ内で超えられたＮ個のＬＦ閾値；率＝Ｎ／Ｐ）。

本発明の極めて有利な別の特徴によると、該方法は、大部分が測定信号中に全く出現せず、測定を実施するボックスを格納するホイールが中央モジュールの高さに配置されていることを確認する状況が出現するような形で、車軸の軸のレベルに中央送受信モジュールを固定する動作を含む。

この方法を実施するために、電子ボックスは、異なる又は異なるものでない出力で、前方又は後方で、電子ボックスが受信した又はしていない信号の出力に関連する情報を、中央モジュールに送られた信号のフレーム内に組み込むことができるようになる。

本発明の極めて有利な別の特徴によると、使用される無線信号は、低周波数（ＬＦ）スペクトル内、すなわち３０ｋＨｚと３００ｋＨｚの間の周波数の無線電気スペクトル部分内にある。この周波数範囲を使用することにより、精度をより高くし、エネルギ消費をより少なくすることができる。

極めて有利な別の特徴によると、該方法は、低周波数（ＬＦ）信号の出力を変動させる動作を含む。この変形形態は、信号の出力に応じて中央モジュールと電子ボックスの間の通信を確立するか又は切断し、これにより、電子ボックス及びこれらを担持するホイールのさらに正しい位置同定が可能になる。

瞬間「ｔ」におけるホイールの前部又は後部との関係における電子ボックスの状況を決定することにより、例えば、特にバッテリの管理において有利であり得る複数の他の利用分野を想定することが可能になる。

実際、本発明の極めて有利な別の特徴によると、該方法は、電子ボックスが中央送受信モジュールとの関係において正しく配向されている場合、この電子ボックスの発信ユニットに発信を行わせることからなる。

別の特徴によると、該方法は、電子ボックスが中央送受信モジュールとの関係において正しく配向されている場合、この電子ボックスの受信ユニットに向けて中央送受信モジュールに発信を行わせることからなる。

本発明の極めて有利な別の特徴によると、該方法は、複数の電子ボックスが同じゾーン内にある場合、ツインホイールに固定されたこれらの電子ボックスの発信ユニットに同時発信を行わせることを回避することからなる。

電子ボックスの前方又は後方の状況を知ることによって可能になるこの発信又は受信の好適な瞬間の選択が、バッテリのより優れた管理を可能にする、ということが分かる。衝突が回避されることから、伝送の質も同様に改善される。

この方法の実施には、このタイプのシステムにおいてすでに運用されている機能的モジュールが必要である。

したがって、例えば、本発明の方法を実施できるようにする最低限のハードウェア構成によると、ホイールに固定された電子ボックスは、以下のものを含む：
－ 圧力及び／又は温度センサ、
－ バッテリなどのエネルギ源、
－ マイクロコントローラ、
－ ＲＦ伝送機、
－ ＲＦアンテナ、
－ ＬＦ受信機、
－ ＬＦアンテナ、
－ 半径方向（Ｚ）に配向された加速度計、
－ 接線方向（Ｘ）に配向された加速度計。

最適化された発信又は受信を目的としてタイヤの位置の前方と後方の弁別を利用する際に、バッテリのエネルギの過度な消費を回避するために、本発明の方法は、ボックスがどの角領域内にあるかを決定するように、上向又は下向チルトセンサを含むこと、を特徴とする。

このチルトセンサは、ボックス内、ホイール内、又は車軸上に位置付けされてよい。

車両の速度は、例えば、車両の中央送受信モジュールに装備されたＧＰＳモジュールを用いて知ることができる。

チルトセンサの公知の例は、内部に金属球を格納し、通常閉であるスイッチとして挙動する。これを閾値を上回る角度で傾けると回路が開く。このようなセンサは、ホイール又はホイール内に位置付けされたボックスの運動又は傾きの変化を（加速度計に比べて低いコストで、かつ少ないエネルギ所要量で）検知するために使用することができる。

このとき、システムの機能は、以下に記すものであり得る。

ホイールの最初の回転を受けて、ホイールの前部及び後部のトラッキング戦略が開始された時点で、ホイールの回転の際のその位置の角度に応じて受信した監視システムの１つのＲＦ性能レベルを割振ることが可能である。

その後、受信機は、各電子ボックスについて、ＴＰＭＳの発信に有利な角度的区分がどれであるかを定義することができ、その目的は、発信又は受信が不良なゾーン内での発信を回避して、バッテリを保護することにある。

第１の戦略の使用すなわち、電子ボックス内に搭載された加速度計の使用を続行した場合、電力消費は過度に大きくなり、ホイールの一回転あたり０．７μＡ・ｈにまで至る。このような理由から、該方法の最初の段階を用いてひとたびマッピングが実施された時点で、それ以降は低い消費量でチルトセンサが使用される。この「チルト」センサは、ＴＰＭＳの極小の装置における追加のものであるか、又は、タイヤのウォールに結び付けられたボックスについては、チルトはセンサの地面に対する衝撃によって自然に与えられる。

こうして、既存の又は極わずかだけ修正された装備を用いて、本発明の装置は、最も有利なケースにおいてはセンサの寿命を２倍にし得るこの伝送の節約を実現することができる。チルトは、センサがチルトから１８０°のところにある２つのチルト間で、センサが空間内で自らをトラッキングするのに役立ち、先行する回転のチルト間接続時間によってホイールのセクタがカットされ（こうして１６セクタまで切断することが可能である）、こうして発信又は受信のための最良の位置を利用することが保証される。

極めて有利な特徴によると、該方法は、各電子ボックスが、ホイール内への設置の際に配向を遵守するためにその上部表面上に視覚的目印を含んでいる。このために、前記電子ボックスは、ホイールのホイールフランジを指示する矢印をその上部表面に含んでおり、この矢印は、ホイール内にボックスを組付ける際にこのホイールフランジに向けて配向されていなければならない。こうして、全てのボックスは、同じように配向され、そのとき、ツインホイール内でホイール同士互いに相対して配置される。このとき、各ホイールについて検出された回転方向を知っていることで、ツインホイールのセンサに由来する信号を弁別することが可能となり、ホイールがツインホイールであるにも関わらず本発明を適用することが可能になる。

本発明の根本的な概念をその最も基本的形態において以上で説明したが、本発明に係る方法及び装置の一実施形態を非限定的な例として示す添付図面を参照して以下の説明を読むことで、他の詳細及び特徴がさらに明確になるものである。

本発明の方法を適用することのできる状況の、６つのホイールを有する車両の概略的上面図である。 中央モジュールの前に配置されたホイールの概略的側面図である。 より高い信号出力を伴って、図１の図面を再度取上げている。 より低い信号出力を伴って、図１の図面を再度取上げている。 本発明の方法の実施形態を例示する論理図表である。 本発明に係る電子ボックスの一実施形態の概略的斜視図である。 ホイールの据付けに応じた受信モジュールの配置を例示する、異なる４種の車両の概略的上面図である。 ホイールの据付けに応じた受信モジュールの配置を例示する、異なる４種の車両の概略的上面図である。 ホイールの据付けに応じた受信モジュールの配置を例示する、異なる４種の車両の概略的上面図である。 ホイールの据付けに応じた受信モジュールの配置を例示する、異なる４種の車両の概略的上面図である。 ツインホイールを有する車両構成におけるセンサのボックスの位置付けを例示する概略的上面図である。 正弦曲線とそれに続く加速度測定値の概略図である。

図１の図面上に例示されているように、タイヤの圧力及び／又は温度監視システムが、ここではその６つのホイールによって上面図で表わされている車両に装備されている。システムは車両の車軸上又はシャーシ上に設置された中央送受信モジュール１００に前記データを無線で伝送する目的で無線周波数エミッタが備わった各タイヤ内に設置された電子ボックス（図示せず）を含む。中央送受信モジュール１００は、各ホイールのエミッタが発信する情報提供信号を受信しデコーディングする。

各電子ボックス（図示せず）は、加速度を測定するために装備されている。

図２は、中央モジュール１００の前方に配置されたホイール２００を例示する。先に説明したように、ホイール２００の回転中（矢印Ｆ１）、すなわち車両の移動中に電子ボックス３００が加速度を測定することで、以下の２つの点を決定することができる：
－ Ｚ Ｍｉｎとして示されたＺにおける最少加速度に対応するホイールの上位点、
－ Ｚ Ｍａｘとして示されたＺにおける最大加速度に対応するホイールの下位点。

この上位点及び下位点の決定により、ホイール２００を前方部分と後方部分に分割することが可能になる。例示されているように、中央モジュール１００は、ＬＦで発信する。

各電子ボックス３００は、
中央送受信モジュールから無線信号を受信する受信ユニット（図示せず）、
を含み、この受信ユニットは、中央送受信モジュール１００から受信した無線信号の出力を測定する能力を有する。

本発明によると、各々の電子ボックス３００は、以下の動作を実施する：
－ 電子ボックスは、中央送受信モジュール１００が発信するＬＦ無線信号の出力を測定する、
－ 電子ボックスは、受信した無線信号を以下の２つの信号集合体中に分布させる：
上位点（Ｚ ｍｉｎ）と下位点（Ｚ ｍａｘ）の間で経時的に受信された信号に対応する第１の集合体、
下位点（Ｚ ｍａｘ）と上位点（Ｚ ｍｉｎ）の間で経時的に受信された信号に対応する第２の集合体。これらの上位点及び下位点は、曲線の上位点及び下位点がそれぞれ測定された最大及び最小の加速度に対応する図９の曲線を読み取ると、容易に見出される。同様に、「チルト」センサの運用が、中間測定の無い加速度の唯一の上位又は下位点の直接的検出に対応すると考えられる、ということも分かる。

前記集合体を比較すると、車両の前進方向Ｆ２が分かっていることから、
受信信号の過半数が上位点と下位点の間の強い出力で測定された場合には、この測定を実施するボックスを格納するホイールは、図１のホイール２００’のように、中央モジュールの後方に配置され、
図２に示された例の場合のように、受信信号の大部分が上位点と下位点の間の弱い出力で測定された場合には、この測定を実施するボックス３００を格納するホイール２００は、中央モジュール１００の前方に配置される。

同様に、信号の大部分が全く確立されない場合、関係するホイールは、中央モジュール１００の高さに位置する２００’’と呼ばれるホイール（図１参照）であることが分かる。本発明によると、中央モジュール１００は、この目的で、ホイールの軸の高さに位置付けされる。

信号出力が測定されるホールの上位点と下位点の間の部分は、ここでは、基準として用いられる。当然のことながら、別の部分を選択することも可能である。同様に、基準として高い出力を用いること、そしてホイールのどの部分が高い出力の信号を最も多く受信するかを決定することも可能である。

中央モジュール１００との関係におけるホイールの前方又は後方位置の自動的決定は、先行技術から公知のもののような左／右の位置同定と結び付けることでホイールの自己位置同定に参与する。

前後の位置同定及び／又は左右の位置同定を洗錬させることを可能にする別の動作は、図３及び４の図面上で例示されているように、中央モジュール１００により発信されるＬＦ信号の出力を変動させることから成る。

発信出力は同様に、車両のサイズ及びホイールの離隔距離に応じて変調され得る。

好ましい一実施形態によると、受信モジュールは、図７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの図面上に例示されているように、シャーシ上に心出しして位置付けされる。ホイールが受信モジュール１００との関係において２メートル超の半径内にあるか又は２メートル未満の半径内にあるかに応じて、構成は変動し得る。

図７ａ、７ｃ、及び７ｄの図面は、受信モジュール１００から２メートル未満のところに配置されたホイールの配置を例示する。図７ｂの図面は、２メートルの半径を超え、こうして第２の受信モジュール１００の存在を必要とする、ホイールの配置を例示している。

好ましいものの非限定的な一実施形態によると、トラックなどの車両のホイールの自己位置同定方法は、以下の動作をたどる：
－ トラックホイール上への電子ボックスの設置、
－ （携帯式電子モジュールを使用した又はＣＡＮ接続を用いた）構成、及び車両のホイールの位置付けを考慮した適切な位置にしたがった、トラック上への中央モジュールの設置、
－ 電子ボックスが４ｇ超の半径方向加速度を測定した場合、横方向位置同定は（先行技術から公知の技術的解決法にしたがって）実施される、
－ 中央モジュールは、電子ボックスのセンサの横方向位置に関する情報（ＲＦで伝送されるメッセージ内に格納された情報）を受信する、
－ 中央モジュールは、車両上に組付けられた単独のセンサを選択するために、フル出力ＬＦ信号で問い合わせを行う、
－ 中央モジュールは、図５の図面により例示された論理図表にしたがって、電子ボックスのセンサについて、ＬＥによる前／後の位置同定を行う、
－ 中央モジュールは、電子ボックスのセンサの位置同定を記憶する。

図６は、本発明の方法を実施できるようにする電子ボックスの一実施形態を例示する。例示されているように、前記ボックス３００は、ホイールの同じ側、つまりホイールフランジ側をつねに指示するように位置付けされなければならない矢印３１０をその上部面に含んでいる。

こうして、図８の図面に例示されているように、このとき、車軸の同じ端部に位置付けされた２つのホイールのセンサは、互いに対面して配置される。ホイール内でセンサの電子ボックスを同じ形で一貫して配向することにより、これらの電子ボックスは、ホイールをツインホイールにする際に、再び対面して配置された状態になる。ホイールの回転方向が分かっていることから、このとき、２つのツインホイールから送られた信号を弁別することが可能である。

以上で説明し図示した方法及び装置は、限定ではなくむしろ開示を目的として説明され図示されたことが分かる。当然のことながら、本発明の枠から逸脱することなく、上述の実施例に対し、さまざまな整備、修正及び改善を加えることができる。

Claims (9)

1. 車両のタイヤを含めたホイールに装備されるデータ獲得センサの自己位置同定方法において、
   前記車両は、複数のホイール（２００）を含み、車両の車軸上又はシャーシ上に設置された中央送受信モジュール（１００）に対してデータを無線で伝送することを目的とする無線周波数エミッタの備わった各タイヤ内に設置されたデータ獲得センサの電子ボックス（３００）を含むシステムを備えており、
   中央送受信モジュール（１００）は、
   各電子ボックス（３００）に無線信号を送信し、
   各ホイールのエミッタにより発信される情報提供信号を受信しデコーディングし、
   各電子ボックス（３００）は、
   加速度を測定するために装備されており、
   中央送受信モジュール（１００）から無線信号を受信する受信ユニットを含み、該受信ユニットは、中央送受信モジュール（１００）から受信した無線信号の出力を測定する能力を有し、
   加速度を測定して前記センサがその円形軌道の上位点及び下位点それぞれに位置する瞬間を特定することによってタイヤの前部及び後部を決定し、
   各電子ボックス（３００）について、
   －中央送受信モジュール（１００）により発信され電子ボックスにより受信される無線信号の出力を測定する動作と、
   －・前記上位点と前記下位点の間で経時的に受信した信号に対応する第１の集合体、
   ・前記下位点と前記上位点の間で経時的に受信した信号に対応する第２の集合体、
   という２つの集合体中に受信無線信号を分布させて、
   受信信号の大部分が前記上位点と前記下位点の間において強い出力で測定された場合には、この測定を実施する電子ボックス（３００）を格納するホイール（２００）が中央モジュール（１００）の後方に配置され、
   受信信号の大部分が前記上位点と前記下位点の間の弱い出力で測定された場合には、この測定を実施する電子ボックス（３００）を格納するホイール（２００）は、中央送受信モジュール（１００）の前方に配置されているようにする動作と、
   を含むことからなること、を特徴とする方法。
2. 受信信号の大部分が無線信号の出力の測定中に集合体として全く出現せず、測定を実施する電子ボックス（３００）を格納するホイール（２００’’）の軸が中央送受信モジュール（１００）の近くに配置されていることが確認される状況が出現するような形で、前記ホイール（２００’’）の車軸の近くに中央送受信モジュール（１００）を固定する動作を含むこと、を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 使用される無線信号が、低周波数（ＬＦ）スペクトル内、すなわち３０ｋＨｚと３００ｋＨｚの間の周波数の無線電気スペクトル部分内にあること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 低周波数（ＬＦ）信号の出力を変動させる動作を含むこと、を特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 電子ボックス（３００）が中央送受信モジュール（１００）との関係において正しく配向されている場合、この電子ボックス（３００）のエミッタに発信を行わせることからなること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 電子ボックス（３００）が中央送受信モジュール（１００）との関係において正しく配向されている場合、この電子ボックス（３００）の受信ユニットに向けて中央送受信モジュール（１００）に発信を行わせることからなること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 複数の電子ボックス（３００）が同じゾーン内にある場合、ツインホイールに固定されたこれらの電子ボックス（３００）の発信ユニットに同時発信を行わせることを回避することからなること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 電子ボックス（３００）がどの角領域内にあるかを決定するように、上又は下チルトセンサを含むこと、を特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 各電子ボックス（３００）が、ホイール内への設置の際に配向を遵守するためにその上部表面上に視覚的目印（３１０）を含んでいること、を特徴とする請求項１に記載の方法。

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