(57)【要約】      （修正有）【課題】新規な電力自給式タイヤ回転カウンタを提供する。【解決手段】運動感知式電力発生装置と電力調整器とパルス検出器とマイクロコントローラとを具備する。電力発生装置は圧電パッチであり、運動中に動作電力とタイヤ回転を表すパルス信号とを出力する。電力調整器は電力発生装置からの圧電信号を受け、マイクロコントローラを含む付属電子装置に電力を供給するための調整された出力電圧を出力する。パルス検出器は圧電信号を受け、その圧電信号が所定の条件を満たす毎に検出信号を発生する。マイクロコントローラは、上記所定の条件を満たした検出信号中の選択したパルス数の最新値及び累積値を測定するようにプログラムされる。電力発生装置から電力調整器を介して電力が供給されているので、タイヤ回転中に何時でも温度、圧力、タイヤ偏倚及び／又は車両速度のようなタイヤ環境関連パラメータに対応するデータがマイクロコントローラに記憶できる。【選択図】図２
2006024220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動に応答して、当該運動を表すパルスに特徴がある発電出力信号を発生するように構成された電力発生器と、
前記発電出力信号を受けて、調整された出力電圧を発生するように構成された電力調整器と、
前記発電出力信号を受けて、前記電力発生器から受けたパルスが第１の所定の基準を満たすとき、パルスを含む検出信号を発生するように構成されたパルス検出器と、
前記電力調整器から動作電力を受け前記パルス検出器から前記検出信号を受けるように構成されており、第２の所定の基準を満たす前記検出信号の内の選択されたパルスの累積値を決定するようにプログラムされているマイクロコントローラと
を具備することを特徴とする電力自給式カウンタ。
【請求項２】
前記電力発生器は圧電装置であることを特徴とする請求項１に記載の電力自給式カウンタ。
【請求項３】
前記第１の所定の基準は前記電力調整器の出力電圧の関数として変えられることを特徴とする請求項１に記載の電力自給式カウンタ。
【請求項４】
前記第２の所定の基準は、前記検出信号からの所定数の連続するパルスの間の所定の時間関係を満たすことからなることを特徴とする請求項１に記載の電力自給式カウンタ。
【請求項５】
前記マイクロコントローラは、少なくともｎ個の記憶領域を有するサーキュラーバッファーを更に有しており、前記マイクロコントローラは、前記パルス検出器からの連続するパルスの間の経過時間を測定し、それらｎ個の連続する経過時間測定値を前記サーキュラーバッファーに記憶し、前記サーキュラーバッファーに記憶されている最大経過時間測定値ＴＭＡＸと最新の経過時間測定値ＴＣを比較し、前記最大経過時間測定値ＴＭＡＸの所定数分の一の時間以上の経過時間測定値を有するパルスを有効としてカウントするようにプログラムされていることを特徴とする請求項４に記載の電力自給式カウンタ。
【請求項６】
前記最大経過時間測定値ＴＭＡＸの所定数の分の一の値は、ＴＭＡＸ／２であることを特徴とする請求項５に記載の電力自給式カウンタ。
【請求項７】
前記マイクロコントローラに接続されて、前記マイクロコントローラに付属するメモリに記憶されている情報を遠隔の場所に選択的に中継するための無線送信器を更に具備していることを特徴とする請求項１に記載の電力自給式カウンタ。
【請求項８】
温度及び／又は圧力に係る環境情報を感知する少なくとも１つの状態応答装置を更に具備していることを特徴とする請求項１に記載の電力自給式カウンタ。
【請求項９】
前記マイクロコントローラは、温度、圧力、時間及び速度からなるグループから選択された少なくとも１つの二次変数に係る回転データを測定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力自給式カウンタ。
【請求項１０】
前記マイクロコントローラに付属するメモリに記憶されるべき情報を遠隔場所から受けるために前記マイクロコントローラに接続されている接続手段を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の電力自給式カウンタ。
【請求項１１】
タイヤ回転に応答して、当該タイヤ回転を表すパルスに特徴がある発電出力信号を発生するように構成された圧電素子と、
前記発電出力信号を受けて、出力電圧を発生するように構成された電力調整器と、
前記発電出力信号を受けて、前記圧電素子から受けたパルスが第１の所定の基準を満たすとき、パルスを含む検出信号を発生するように構成されたパルス検出器と、
前記電力調整器から動作電力を受け前記パルス検出器から前記検出信号を受けるように構成されており、第２の所定の基準を満たす前記検出信号の内の選択されたパルスの累積値を決定するようにプログラムされているマイクロコントローラと
を具備することを特徴とする電力自給式タイヤ回転カウンタ。
【請求項１２】
前記第１の所定の基準は前記電力調整器の出力電圧の関数として変えられることを特徴とする請求項１１に記載の電力自給式タイヤ回転カウンタ。
【請求項１３】
前記第２の所定の基準は、前記検出信号からの所定数の連続するパルスの間の所定の時間関係を満たすことからなることを特徴とする請求項１１に記載の電力自給式タイヤ回転カウンタ。
【請求項１４】
前記マイクロコントローラは、少なくともｎ個の記憶領域を有するサーキュラーバッファーを更に有しており、前記マイクロコントローラは、前記パルス検出器からの連続する信号の間の経過時間を測定し、それらｎ個の連続する経過時間測定値を前記サーキュラーバッファーに記憶し、前記サーキュラーバッファーに記憶されている最大経過時間測定値ＴＭＡＸと最新の経過時間測定値ＴＣを比較し、前記最大経過時間測定値ＴＭＡＸの所定数分の一の時間以上の経過時間測定値を有するパルスを有効としてカウントするようにプログラムされていることを特徴とする請求項１１に記載の電力自給式タイヤ回転カウンタ。
【請求項１５】
前記最大経過時間測定値ＴＭＡＸの所定数分の一の値は、ＴＭＡＸ／２であることを特徴とする請求項１４に記載の電力自給式タイヤ回転カウンタ。
【請求項１６】
前記マイクロコントローラに接続されて、前記マイクロコントローラに付属するメモリに記憶されている情報を遠隔の場所に選択的に中継するための無線送信器を更に具備していることを特徴とする請求項１１に記載の電力自給式タイヤ回転カウンタ。
【請求項１７】
温度及び／又は圧力に係る環境情報を感知する少なくとも１つの状態応答装置を更に具備していることを特徴とする請求項１１に記載の電力自給式タイヤ回転カウンタ。
【請求項１８】
前記マイクロコントローラは、温度、圧力、時間、速度及びタイヤ偏倚からなるグループから選択された少なくとも１つの二次変数に係るタイヤ回転データを測定するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の電力自給式タイヤ回転カウンタ。
【請求項１９】
外部トレッド部を有するクラウンと、ビード部と、各ビード部とクラウンとの間に延在する外部サイドウォール部と、クラウン内側表面とサイドウォール部内側表面に沿ったインナーライナとを有するタイヤ構造体と、電力自給式タイヤ回転カウンタとを具備している空気タイヤであって、前記電力自給式タイヤ回転カウンタは、
タイヤ回転に応答して、当該タイヤ回転を表すパルスに特徴がある発電出力信号を発生するように構成された電力発生器と、
前記発電出力信号を受けて、前記発電出力信号のパルスが第１の所定の基準を満たすとき、パルスを含む検出信号を発生するように構成されたパルス検出器と、
前記パルス検出器から前記検出信号を受けるように構成されており、第２の所定の基準を満たす前記検出信号の内の選択されたパルスの累積値を決定するようにプログラムされているマイクロコントローラと
を具備することを特徴とする空気タイヤ。
【請求項２０】
前記電力発生器は圧電装置であることを特徴とする請求項１９に記載の空気タイヤ。
【請求項２１】
前記発電出力信号を受けて、前記マイクロコントローラに電力を供給するための調整された出力電圧を発生するように構成された電力調整器を更に具備することを特徴とする請求項１９に記載の空気タイヤ。
【請求項２２】
前記第１の所定の基準は前記電力調整器の出力電圧の関数として変えられることを特徴とする請求項２１に記載の電力自給式カウンタ。
【請求項２３】
前記第２の所定の基準は、前記検出信号からの所定数の連続するパルスの間の所定の時間関係を満たすことからなることを特徴とする請求項１９に記載の電力自給式カウンタ。
【請求項２４】
前記マイクロコントローラは、少なくともｎ個の記憶領域を有するサーキュラーバッファーを更に有しており、前記マイクロコントローラは、前記パルス検出器からの連続する信号の間の経過時間を測定し、それらｎ個の連続する経過時間測定値を前記サーキュラーバッファーに記憶し、前記サーキュラーバッファーに記憶されている最大経過時間測定値ＴＭＡＸと最新の経過時間測定値ＴＣを比較し、前記最大経過時間測定値ＴＭＡＸの１／２以上の経過時間測定値を有するパルスを有効としてカウントするようにプログラムされていることを特徴とする請求項１９に記載の空気タイヤ。
【請求項２５】
前記電力自給式タイヤ回転カウンタは、前記タイヤの前記インナーライナーに取り付けられていることを特徴とする請求項１９に記載の空気タイヤ。
【請求項２６】
前記電力自給式タイヤ回転カウンタは、前記タイヤ構造体内に埋込まれていることを特徴とする請求項１９に記載の空気タイヤ。
【請求項２７】
回転素子の完全回転をカウントする方法であって、
繰り返される所定の状態を検出すると信号パルスを発生する発生器を設け、
第１の信号パルスと第２の信号パルスのの間の経過時間を測定して、最新の測定時間値を発生し、
前記最新の測定時間値を記憶し、
前記最新の測定時間値を、予め記憶されている測定時間値の所定数分の一の値と比較し、
前記最新の測定時間値が、前記予め記憶されている測定時間値の所定数分の一の値以上である場合には、完全な一回転を表す検出パルスをカウントし、
前記測定、前記記憶、前記カウントを繰り返して、前記回転素子の完全回転の数を累積する
ことを特徴とする方法。
【請求項２８】
前記比較工程は、最も新しい所定数の記憶された測定時間値の内の最大時間値の所定数分の一の値に対し行うことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記比較工程は、前記最も新しい所定数の記憶された測定時間値の内の最大時間値の二分の一に対し行うことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記所定数は６であることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記最新の測定時間値はサーキュラーブッファーに記憶することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
ＲＦＩＤ装置と遠隔場所との間でデータを通信する方法であって、
プロセッサ部とメモリ部と入力部と出力部とを有するマイクロコントローラを設け、
メモリ部と入力部と出力部とを有するＲＦＩＤ装置を設け、
１つ以上の感知状態に対応する可変データを生成する少なくとも１つのセンサを設け、
前記少なくとも１つのセンサを前記マイクロコントローラの前記入力部に接続して
前記少なくとも１つのセンサによって生成された可変データを、前記ＲＦＩＤ装置の前記メモリに記憶することができることを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記マイクロコントローラの前記入力部に接続された電気接続装置を設け、
外部データ源を前記電気接続装置に接続し、
前記外部データ源からデータを送信して
データを前記マイクロコントローラに直接送信し、記憶のために前記ＲＦＩＤ装置に送ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記ＲＦＩＤ装置の前記出力部に接続された無線送信装置を更に設けて、前記少なくとも１つのセンサによって生成され前記ＲＦＩＤ装置の前記メモリ部に記憶されたた可変データが、遠隔場所に送信できることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記ＲＦＩＤ装置の前記出力部に接続された無線送信装置を更に設けて、前記ＲＦＩＤ装置の前記メモリ部に記憶されたたデータが、遠隔場所に送信できることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
運動感知電力発生器を設け、
前記運動感知電力発生器によって発生された電力を調整するために電力調整器と、
前記電力調整器から前記マイクロコントローラに動作電力を供給して
前記運動感知電力発生器が運動して、前記運動感知電力発生器から電力が発生されている間、前記マイクロコントローラは動作可能となり、前記少なくとも１つのセンサからの可変データを前記マイクロコントローラ及び／又は前記ＲＦＩＤ装置の前記メモリ部に記録できることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記ＲＦＩＤ装置の前記出力部に接続された無線送信装置を更に設けて、前記ＲＦＩＤ装置の前記メモリ部に記憶されたたデータを、遠隔場所に送信できることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に言うならば、通常のタイヤ回転の機械的エネルギーを圧電構造体に受けさせて、一体化されたタイヤ電子装置に電力を供給し且つタイヤ回転信号を発生するシステム及び方法に関するものである。タイヤの撓みに伴う機械的な歪みを電力出力に変換するために圧電技術が利用され、その電力出力を利用して、マイクロコントローラや無線（ＲＦ）送信装置のような電子装置に電力を供給する。付属する電子装置に電力を供給することに加えて、タイヤの撓みに伴う機械的な歪みは、正確なタイヤ回転数を生成する特別なアルゴリズムを使用して処理される信号を発生する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置を空気タイヤ構造体中に組み込むことで多く実用的利点が得られる。タイヤ電子装置は、タイヤの各種物理的パラメータ、例えば温度、圧力、タイヤ回転数、車両速度などを得るために、センサその他の部品を含む場合もある。これら性能情報は、タイヤの監視・警報システムにおいて有用であり、さらに、正しいタイヤ圧力レベルに調整するためのフィードバックシステムで使用することができる可能性がある。
【０００３】
下記の特許文献１には、タイヤの偏倚、タイヤ速度、タイヤ回転数等の情報を測定できるタイヤ監視システムおよび方法が開示されている。
【特許文献１】米国特許第5,749,984号明細書（Frey他）
【０００４】
下記の特許文献２には、タイヤ異常警報システムに係る別のタイヤ電子システムの例が記載されている。
【特許文献２】米国特許第4,510,484号明細書（Snyder）
【０００５】
下記の特許文献３も、タイヤ電子装置に係るものであり、更に具体的には、自動車およびトラックのタイヤに関連して用いる回転計を開示している。
【特許文献３】米国特許第4,862,486号明細書（Wing他）
【０００６】
タイヤ構造体と一体化された電子システムによって得られる更に他の可能性は、商業車両分野において財産追跡および性能評価ができる点にある。商業用トラック、航空機および土木車両／採鉱車両は全て、タイヤ電子システムとそれに関連する情報送信の利点が利用できる発展可能性のある工業分野である。車両の各タイヤの走行距離をタイヤセンサによって測定することができ、上記した商業システムのメンテナンス計画の助けとなる。採鉱装置等のコストのかかる用途では車両の配置および性能を最適化させることができる。車両群全体を無線タグ送信を利用して追跡することができる。この例は下記の特許文献４に開示されている。
【特許文献４】米国特許第5,457,447号明細書（Ghaem他）
【０００７】
従来、一体化されたこの種のタイヤ電子システムには、各種の技術および様々な電力発生システムから電力が供給されてきた。タイヤの運動からエネルギーを発生させる機械機構の例が下記文献に開示されている。
【特許文献５】米国特許第4,061,200号明細書（Thompson）
【特許文献６】米国特許第3,760,350号明細書（Thomas）
【０００８】
しかし、上記文献に記載のシステムは、複雑で大きく、現代のタイヤ電子応用装置に組み入れるには適していない。タイヤ電子システムに電力を供給する他の選択肢が、上記した特許文献２に開示されている。特許文献２は、タイヤの半径方向中心線を中心とした対称な圧電リード電源に係る。
【０００９】
タイヤ電子システムへ電力を供給する他の代表的な解決策は、再充電不可能な電池を使用するものである。しかし、この方法は、電子システムを正しく動作させるためには定期的が電池交換が必要であるので、タイヤの使用者にとっては本質的には不便なものである。また、従来の電池は、電池を多量に使用する場合には特に廃棄の問題が生じる、環境問題に不都合な重金属を含んでいることが多い。さらに、複雑な機能レベルの電子応用装置へ電力を供給する場合には、電池は蓄積したエネルギーを急速に消耗する。電池の蓄積エネルギーの消耗は、例えばトラックホイール位置からトラック車内の受信器までのような比較的遠い距離を情報送信する電子システムでみられる。ホイール位置から上記位置よりも近い受信器位置へ送信する電子システムに電池を使用した場合でも、情報は一般に有線送信媒体を介して無線受信器位置から車内へ中継されるため、多くの場合、しばしば高価となる追加の通信配線を車両内に設置する必要がある。
【００１０】
タイヤ監視システムのための電力を得るため他の公知方法としては、タイヤとそれに一体化された電子機構に近接したインタロゲイションアンテナを用いて無線ビームパワーを捕える方法がある。アンテナから放射されるエネルギーを捕捉して電子装置に電力を供給するため、しばしば、電子装置は数マイクロワットの範囲内に制限された極めて特殊な超低電力電子装置にしなければならない。一般に、ビームで電力供給される電子装置と一緒に用いるインテロゲイションアンテナは、送信範囲が制限されているため、各ホイールのかなり近くに（約2フィート以内）配置しなければならない。従って、一般に、車両一台に多数のインテロゲイションアンテナが必要になり、設備費用が増大する。また、各アンテナは道路の障害物によって損傷し易く、そのため、多くの理由から、この方法は、或る種のタイヤ電子応用装置に電力を供給する最も望ましい方法ではない可能性がある。
【００１１】
圧電材料の或る利点は従来認識されていた。しかし、圧電技術は絶えず改良され続け、改良された動作能力を有する圧電材料を利用する可能性がある。圧電技術の比較的最近の発展が、構造制御のための複合物に係る下記の特許文献に開示されている。
【特許文献７】米国特許第5,869,189号明細書（Hagood, IV 他）
【特許文献８】米国特許第6,048,622号明細書（Hagood, IV 他）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、圧電技術を更に発展させて、圧電式電力発生装置を、エネルギー回収並びにタイヤ回転信号発生のためにタイヤ又はホイールの組立体と一体化できるようにするものである。
下記の特許文献９には、圧電材料を利用して回転するタイヤの機械エネルギーから電力を発生して回収することを開示している。
【特許文献９】米国特許出願第10／143535号（米国公開特許公報US2003/0209063A1）
【００１３】
本発明は更に、タイヤ又はホイールの組立体に上記した圧電構造体を一体化した応用装置に係る。詳述するならば、上記した圧電構造体は、本発明の特徴による電力自給式のタイヤ回転カウンタを提供するように他の特徴と組合せることができる。
【００１４】
タイヤの回転をカウントするための既知の既存の手段は、ホイールハブに機械的カウンタを取り付けている。しかし、機械的なカウンタはタイヤと一体化できないので、正確な累積回転数を得るするには、正確な記録を維持することが必要である。タイヤがしばしば異なるホイールに又は異なる車両に付け替えられ及び／又は数回以上再生することができることを考えると、記録の維持は、不便で、間違いが生じやすく、信頼性のない方法である。
【００１５】
上記した全ての米国特許及び特許出願の開示内容の全てを、ここに引用することにより本明細書に組み込むものである。各種のタイヤ電子システムと電力発生システムとが既に開発されているが、以下に開示する本発明による所望特性を全て含んだ構成は出現していない。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
従来技術における上述した問題に鑑みて、本発明は、タイヤ回転数をカウンタするための改良されたシステムおよび方法を提供するものである。タイヤの撓みに伴う機械的歪みを電荷に変換するために圧電技術を用い、得られた電荷を、マイクロコントローラ及び／又は無線（ＲＦ）送信装置のような付属の電子装置を動作させるために利用される。圧電出力信号は、本発明により開示する技術に従って解析されて、付属するタイヤの回転数をカウンタする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のタイヤ電子システムおよび特別の電力発生装置の各種機構および特徴には多くの利点がある。本発明は、タイヤの一体化構成要素として電力自給式タイヤ回転数カウンタを提供する。かくして、タイヤが異なるホイール又は異なる車両に付け替えられてたどうかに関係なく、又、初期使用期間の後にタイヤが再生されたかどうかに関係なく、同一の回転数カウンタを使用することができるので、タイヤのために実質的に正確な累積回転数値を保存できる。
【００１８】
本発明の或る実施例の更に別の利点は、一体化タイヤ回転数カウンタが電力自給式とすることである。圧電式電力発生装置により、電池交換に依存しない電力自給式の電子システムが実現される。電池および電池動作式装置を本発明の特徴と一緒に用いることはできるが、本発明を用いることによって、電池によって電力供給されるだけのタイヤ電子装置の場合の多くの複雑な問題は解消する。本発明の圧電技術によれば、従来公知の電力供給方法より優れた、付属電池に電荷を供給するために本発明が開示する圧電装置を使用できることを含む利点が得られる。
【００１９】
本発明の或る実施例の１つの特徴は、圧電構造体によって発生された信号を解析してタイヤ回転を正確にカウンタする方法に係る。発生される信号は、圧電出力信号が閾値を越えたときに検出されるパルスを含む。そして、それら信号パルスが、どのパルスが有効なタイヤ回転を表しているかを容易に決定できる代表的な速度適応律動アルゴリズムによって解析される。有効タイヤ回転が発生したと判定できると、最新の回転カウンタ値をインクリメントし、それは、所与のタイヤの累積回転数に選択的に加算できる。
【００２０】
本発明の１つの代表的な実施例では、電力自給式のタイヤ回転カウンタは、電力発生機構、電力調整器、パルス検出器、及びマイクロコントローラを具備している。１つの代表的な実施例において、電力発生機構は、圧電複合構造体のような圧電パッチであり、動作電力と、タイヤ回転を表すパルス信号とを発生する。電力調整器は、電力発生機構によって発生された信号を受けて、調整した出力電圧を発生し、その調整した出力電圧を利用して、付属する電子装置に電力を供給できる。パルス検出器は、電力発生機構によって発生された信号を受けて、検知信号が閾値レベルを越える毎にパルスを含む検知信号を発生する。マイクロコントローラは、有効なタイヤ回転のための所定の基準に適合する検知信号内の選択したパルス数の最新値及び累積値を測定するようにプログラムされている。
【００２１】
マイクロコントローラによって解析されて保存される他の情報は、タイヤ温度、タイヤ圧力、偏倚量、識別変数、タイヤ回転数、車両速度、最高回転速度、及び／又は走行距離のようなデータに係るものとすることもできる。更に、走行した実測距離にわたって測定した、単位に当たりの上述のパラメータに係る他の情報を計算して保存することもできる。例えば、走行マイル当たりのタイヤの温度変動に関心がある場合もある。従って、マイル対温度、マイル対速度、回転数対温度、負荷又は圧力対速度又は温度、又は他の潜在的に有効なデータの様々な組合せを記録したい可能性もある。又は、実測距離に対する累積タイヤ回転数に関心がある場合もある。
【００２２】
単一の車両でのタイヤごとのかかるデータの変動又は違いは、或るタイヤが他のタイヤとは回転数が相当異なっていることを示すこともできる。かかるデータは、タイヤの酷使を示す保証管理に使用できる。例えば、車両の後輪タイヤは、同一車両の前輪タイヤに比較して相当多い回転数となることを確認でき、それは、意図的な急加速を複数回以上したことを表している可能性がある。又は、タイヤ間の回転数合計値の差は、スキッド又はホイールロックの際に生じる可能性のある高速回転から低速回転又は停止への急激な変化で発生するような１回以上の減速を表している場合もある。当然、他のタイヤとは独立して任意の１つのタイヤの回転速度の変化を監視することによって、加速及び／又は減速での急激な変化が検出及び記録することができる。
【００２３】
かかるデータの内の或るものは、電力発生機構から発生される信号から得ることもでき、又は、所望のパラメータを検知するために状態応答装置を更に設けることもできる。マイクロコントローラの情報は、直接接触法又は選択的な無線送信によってデータリーダーに中継することができる。１つの代表的な実施例においては、マイクロコントローラ又は外部ソースからのデータは、直接接触法、すなわち、直接電気接続によってＲＦＩＤ装置に送り、そのＲＦＩＤ装置から無線送信で読み取ることもできる。かかる接触式データ書込み／非接触式読取り法の１つの利点は、タイヤ回転中の圧電式電力発生装置によって電力が供給されているときにデータを書き込むことができ、そのデータは、無線放射電界によってＲＦＩＤ装置に電力供給できるＲＦＩＤインタロゲータ装置に介して従来と同様にタイヤスタンドで静止しているときに読み取ることができる。
【００２４】
本発明のもう１つの実施例においては、空気タイヤは、タイヤ構造体と、上述した電力自給式の回転計とを具備している。タイヤ構造体は、外部トレッド部を有するクラウンと、ビード部と、各ビード部とクラウンとの間に延在する外部サイドウォール部と、クラウン内側表面とサイドウォール部内側表面に沿ったインナーライナとを具備している。回転計は、タイヤのインナーライナに取り付けるか、タイヤ構造体内の埋込めることができる。
【００２５】
本発明の更にもう１つの実施例においては、タイヤの完全な回転の数をカウントする方法を提供する。その方法によるならば、繰り返される所定の状態（例えば、タイヤ回転）を検出してパルス信号を発生する発生器が設けられる。その発生器が発生する第１検知パルスから第２検知パルスまでの経過時間が測定されて、最新の時間値を生成する。この値が、サーキュラーバッファーに記憶され、そのバッファーに記憶されている他の値と比較することができる。最新の時間値が比較される実際のパラメータの１つの例は、バッファーに前に記憶されている時間値から選択された最大値の何分の一かの値と比較される。最新の時間値がその比較パラメータを越えると、完全な１回転として検知パルスがカウントされ、カウンタがインクリメントされる。この過程が、タイヤの実際の回転中、連続して繰り返される。
【００２６】
本発明のその他の特徴及び効果は、以下の詳細な説明において述べると共に、以下の詳細な説明から当業者には明らかになる筈である。更に、以下に詳細に図示し説明し参照し検討する本発明の特徴や工程に対する変更や修正は、本発明の技術思想の範囲から離れることなく、本発明の様々な実施例や使用方法において実現可能であることも理解される筈である。変更や修正には、限定するものではないが、図示し説明し参照し検討した様々な要素、特徴、工程などの均等手段への置換並びに図示し説明し参照し検討した様々な要素、特徴、工程などの機能上、動作上、位置上の逆転も含まれる。
【００２７】
更に、本発明の様々な実施例や様々な現在好ましい実施例は、ここに開示する特徴や工程や要素やそれらの均等物の様々な組合せや配置（図面に明確に示されていない又は図面を参照しての詳細な説明に記載さていない特徴や部品や工程や配置の組合せも含む）を含むものである。本明細書の「課題を解決するための手段」において必ずしも説明していない本発明の他の実施例は、本明細書の「課題を解決するための手段」において言及した特徴や部品や工程、及び／又は本明細書において別に検討している他の特徴や部品や工程の性質の様々の組合せも含むこともできる。本明細書の他の部分を検討することにより、当業者は、上記した実施例ほかの特徴を更に良く理解できるであろう。
【実施例】
【００２８】
添付図面を参照した本明細書において、当業者に向けた最良態様を含めて本発明を十分且つ実施可能に説明する。
本発明の同一又は同様な特徴又は要素を指示するために、本明細書全体及び全添付図面において同一の参照番号を使用する。
【００２９】
本明細書の「課題を解決するための手段」において述べたように、本発明は、タイヤ回転数をカウントする一方で、タイヤ構造体内に一体化された電子システムに電力供給するための改良システム及び方法に特に係るものである。付属する電子装置のために電力を発生することに加えて、タイヤの撓みに伴う機械的歪みから信号を発生し、その信号は、正確なタイヤ回転するを生成するための専用アルゴリズムを使用して処理される。
【００３０】
本発明の或る実施例による一体化電力自給式タイヤ回転カウンタは、４つの主要構成要素、すなわち、圧電構造体と、パルス検出器と、電力調整器と、マイクロコントローラとを具備している。これら主要構成要素並びにタイヤ又はホイールの組立体内の回転計配置及びタイヤ又はホイールの組立体内からの通信を含むその他の構成要素の各々の特徴は、以下に説明する。本発明の上述した特徴の選択的な組合せ体は、本発明の複数の様々な実施例となる。以下に説明する代表的な実施例の各々は、本発明を限定するものではない。１つの実施例の一部として図示し又は説明した特徴又は工程は、別の実施例の特徴と組合せて、更に別の実施例を構成することができる。更に、或る特徴は、同一又は類似の機能を達成する明示的に説明していない同様な装置又は特徴と置換することができる。同様に、或る工程は、他の工程と置換し又は組合せて使用して、回転するタイヤの機械エネルギーから電力を発生する方法の更に別の実施例を構成できる。
【００３１】
タイヤ又はホイールの組立体内に設けられた一体化電力自給式装置を使用したタイヤ回転数カウントシステム及び方法の代表的な実施例の以下詳細に説明する。図面を参照するならば、図１は、空気タイヤ１の例示的な斜視図を示しており、その空気タイヤ１は、外部トレッド部８を有するクラウンと、ビード部と、各ビードとクラウンとの間に延在するサイドウォール部６とを具備している。そのクラウンの内側表面とサイドウォールの内側表面とに沿ってインナーライナが設けられている。そのインナーライナに、本発明による電力自給式タイヤ回転カウンタ４及び／又はその他のタイヤ電子装置が取り付けることができる。
【００３２】
図２は、本発明の第１の実施例による電力自給式タイヤ回転カウンタの概略図を示す。図２を精査することから分かるように、本発明に係る電子回路は、様々な構成要素又はサブシステムとして考えることができ、その各々を以下に説明する。
【００３３】
本発明による電力自給式タイヤ回転カウンタの第１の実施例は、圧電パッチ１０として図２に示す圧電構造体である。本発明において使用できる圧電材料の典型例は、上述した特許文献７及び特許文献８に開示される圧電ファイバ複合構造体である。当業者には明らかなように、他の型式の圧電材料を圧電パッチ１０として使用することができ、その内の非限定的な例には、固体構造装置及び複合構造装置がある。
【００３４】
この観点において、圧電パッチ１０にとっての基本要件は、システム全体において２つの機能を遂行できることである。第１は、圧電パッチ１０が、回路の他の部分のための電源となることであり、第２は、圧電パッチ１０が、タイヤ回転に係る信号パルスを出力することであり、その信号パルスは、タイヤ回転カウンタ回路の他の構成要素によって処理できる。
【００３５】
圧電パッチ１０が取付られているタイヤ又はホイールの回転により圧電パッチ１０は歪み及び振動を受けるので、動作電力を回収乃至収穫して、タイヤ回転カウンタ回路に付属する電気的又は電子的な構成要素の他の部分に電力を供給することができる。圧電パッチの電力発生能力により本発明のタイヤ回転カウンタの電力自給の特徴が実現できるが、この「電力自給の特徴」は、本発明にとって重要ではあるが、単一電源として又は追加電源として、又は、付属回路の他の部分のための電源としての圧電パッチのバックアップとして、従来の電池の使用を排除するものではない。
【００３６】
電力発生装置としての圧電パッチの能力は、タイヤ組立体内で電力を供給する従来の技術と比較して優れた多くの利点があるが、他の電源も使用できる。例えば、後述するように、記憶した動作データの接触式読取り及び非接触式読取りの両方を使用する本発明の代表的な実施例と組合せて外部ソースを利用することもできる。かかる外部ソースには、記憶データの接触式読取りを使用する本発明の実施例のために外部電池及び他の電力供給手段が含まれ、記憶データの非接触式読取りを使用する本発明の実施例のためにはアンテナビームパワー回収技術が含まれる。
【００３７】
従って、ここに開示する技術は、アンテナビームパワー及び電池を除去することを可能にする電力発生装置を提供するが、ホイール組立体内の様々な選択した電子構成要素に電力を供給するために、電力発生装置が、圧電技術及び／又は電池及び／又はアンテナビームパワー回収を混合して組合せて使用することができることは理解されたい。電力発生／供給には、上記した組合せ他を含む沢山の様々な可能性があることは明らかであろう。例えば、タイヤがスタンドで静止していて、圧電電源の電力発生が利用できないときの電源として、又はバックパップ電源として動作するように装備された電池を充電するように圧電装置を構成することもできる。
【００３８】
更に圧電パッチの電力発生機能についてみるならば、図２は、圧電パッチ１０が全波ブリッジ整流器１３の入力に接続されていることを図示している。しかし、倍電圧整流器又はｎ段電圧逓倍器のような他の整流器形態も使用できることは理解できよう。更に、例えばスイッチング電源のような他の型式の電源兼調整回路を使用できることも理解できよう。タイヤ回転中に圧電パッチ１０は撓むので、図３に示すような電圧が圧電パッチ１０によって発生されて、端子１１と１２との間に印加されて、全波ブリッジ整流器１３に供給される。全波ブリッジ整流器１３の出力電圧の一部は、抵抗１６と、キャパシタ１８及び２０と、ダイオード２２及び２４とからなる電力調整回路１４に送られる。これら素子は、出力電圧ＶＤＤを供給するように構成されており、その出力電圧ＶＤＤは、付属する回路の様々な素子へ、電源電圧として供給される。ツエナーダイオード２２及び抵抗１６は、全波ブリッジ整流器１３の出力に直列に接続されて、電源の出力電圧ＶＤＤを調整し且つ制限するように機能し、一方、キャパシタ１８及び２０は、電源フィルタ及び一時的なエネルギー蓄積装置として機能する。分離ダイオード２４は、キャパシタ１８及び２０に蓄積されたエネルギーがツエナーダイオード２２に戻ることを防止している。代表的な実施例では、ツエナーダイオード２２は出力電圧ＶＤＤを約５．５Ｖに制限している。
【００３９】
更に図２を参照するならば、全波ブリッジ整流器１３の出力電圧の他の部分は、パルス検出器２６に送られる。パルス検出器２６は、本発明のタイヤ回転カウンタ回路の第３の主要構成要素を構成している。図２に示すように、パルス検出器２６は、比較器２８と、抵抗３０、３２、３４及び３６と、キャパシタ３８からなる。包括的に言えば、パルス検出器２６の構成要素は、圧電パッチ１０の出力を閾値信号と比較して、圧電パッチ１０からの電力信号上にパルスが検出される毎に指示出力を発生するように機能する。パルス検出器２６によって認識されたパルスが、タイヤが受けている回転の数に関係する。本発明に使用できる比較器の一例は、National Semiconductorで製造されているLMC7215マイクロパワーコンパレータである。抵抗３２とキャパシタ３８は直列に接続され、それらの共通接続点が、比較器２８の反転入力端子に接続されており、抵抗３２とキャパシタ３８は更に抵抗３０と協働して、圧電パッチ１０からのタイヤ回転パスル信号のための入力ローパスフィルタを構成している。このローパスフィルタの配置により、圧電パッチ１０からのタイヤ回転パルス入力信号からスプリアスノイズを除去することができる。１つの実施例において、ローパスフィルタの上限のカットオフ周波数は３２Ｈｚである。
【００４０】
比較器２８の非反転入力端子は、抵抗３４と３６とからなる分圧器に接続され、比較器２８の非反転入力端子に可変基準値を供給する。抵抗３４の一端は、抵抗３４と３６とからなる分圧器の入力として機能し、電源電圧ＶＤＤに接続されている。電源電圧ＶＤＤは、圧電パッチからのパルスの大きさとしては、ツエナダイオード２２によって制限される限界までしか増大しないので、パルス検出器２６に電源電圧ＶＤＤを供給することにより、比較器２８のための適応閾値が与えられる。比較器２８の出力４０は、マイクロコントローラ４２の入力に送られ、後述する方法で処理される。パルス検出器としては別の構成を採用することもできることは当然である。そのような例には、電流反転、電流閾値検出、時間当たりの電源電圧変化（ｄｖ／ｄｔ）、ヒステリシス付き又は無しでの零交点検出、又は波形分析を含む様々な考え方が関係している。これた考え方の内の１つ、すなわち、電流閾値検出を、図２(ａ)を参照して詳細に後述する。
【００４１】
本発明の本実施例の１つの独特な特徴は、電力調整回路１４とパルス検出器２６内の複数の構成要素の共同使用である。抵抗３０は、負荷抵抗としての機能と、抵抗３２とキャパシタ３８と一緒にタイヤ回転パスル入力フィルタの一部としての機能の２つの機能を果たしている。同様に、抵抗３０と１６の間に接続されている全波ブリッジ整流器１３のダイオード４４は、電力調整回路１４の分離ダイオード２４と協働して、抵抗１６の両端に適当な電圧を印加しなくとも、弱いパルスが、入力端子１１と１２の間の電圧を、２つのダイオードの電圧降下分だけ電源電圧ＶＤＤを越えて上昇させらるようにすることによって、低速パルス検出を強化している。
【００４２】
図２に示す代表的な電力自給式タイヤ回転カウンタの第４の主要構成要素としてマイクロコントローラ４２を注目されたい。マイクロコントローラ４２は、低電力集積回路でよく、プロセッサと、不揮発性のプログラム可能なフラッシュメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）と、ランダムアクセツメモリ（ＲＡＭ）と、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータと、シリアル通信装置とを含む複数の構成要素を含んでいる。代表的な実施例において、マイクロコントローラ４２は、アメリカ合衆国、アリゾナ州、チャンドラーのMicrochip Technologiesで製造されているPIC16LF876である。しかし、他の適切なマイクロコントローラを本発明で使用することもできる。タイヤ回転動作中に、マイクロコントローラ４２とタイヤ回転カウンタ回路の他の構成要素とは、電源電圧ＶＤＤから電力供給される。できるだけ沢山のエネルギーを保存するために、マイクロコントローラ４２が通常の動作サイクルの実質的な部分の間「スリープ」モードに置かれるように、マイクロコントローラ４２は構成されている。例えば、低速回転では、マイクロコントローラ４２は、９７％の時間がスリープモードとなる。更に、マイクロコントローラ４２は、大体２０ミリ秒毎に起動（wake up）して動作するように構成されており、パルスが検出されたかどうかチェックし、電源電圧信号ＶＤＤをチェックし、その後即座にスリープモードに戻る。起動−動作期間中に、マイクロコントローラ４２が、パルス検出器２６がパルスを検出したことを認識したならば、詳細に後述するようにパルスの解析が実施される。他方、起動−動作期間中に、マイクロコントローラ４２が、タイヤ回転速度が所定のレベル以下に低下するなどにより、電源電圧信号ＶＤＤが臨界的に低くなったことを認識したならば、マイクロコントローラ４２は、後で読出すために蓄積データを内蔵不揮発性メモリ（不図示）にセーブする処理を実行する。
【００４３】
図２に図示するように、本発明の代表的な実施例において、内蔵不揮発性メモリは、マイクロコントローラ４２のデータ出力端子RC4/SDI/SDAを、外部５Ｖ電源に直列接続した抵抗４８に接続することによって読出すことができる。マイクロコントローラ４２は、その出力ピン上の論理値ハイを感知し、その出力ピンを出力に変え、データを、出力ピンに接続されているリーダーにシリアルに送信する。ダイオード４６は、データダウンロード過程の間、マイクロコントローラ４２に電力供給するためにシリアルデータ接続から電力を取り出すものであり、単一の出力ラインを介してデータ及び電力を供給する。
【００４４】
図２(ａ)を参照するならば、全波ブリッジ整流器及びパルス検出器の変更例が図示されている。図２(ａ)に示すように、全波整流器１３’の１つの分路には、ダイオードＤ４とＤ５を有しており、それらダイオードＤ４とＤ５は、タイヤ回転中に圧電パッチ１０が発生する電流パルスＩが電流閾値検出器２６’によって検出できるように配置されている。分圧器を構成する抵抗Ｒ１とＲ２は、比較器Ｕ１の非反転入力の零入力レベルを所定値に設定する。圧電パッチ１０が歪みを受けて、その結果電流Ｉが図面に示す方向に流れるとき、抵抗Ｒ１とＲ２の接続点は接地電位に向かって引き下げられる。その接続点が接地電位以下に低下すると、比較器Ｕ１の出力端子４０はハイレベルからローレベルに変化する。出力端子４０のこの信号は、図２を参照して上述したようにマイクロコントローラに送ることができる。ダイオードＤ５は、抵抗Ｒ１とＲ２の接続点を、接地電池から１ダイオード電圧降下分（約０．７Ｖ）低い電位に制限するクランプとして機能し、抵抗Ｒ３及びキャパシタＣ２は、信号の高周波数ノイズを減衰させるローパスフィルタを構成している。
【００４５】
パルス検出器のこの変形例は、図２に示して上述した構成と組合せては図示していないが、本発明で使用可能なパルス検出器の全構成を示していると理解されたい。しかし、他の方法には、圧電パッチ１０によって発生される波形の時間構成を、アナログ回路、又は、デジタル回路、又は、コンピュータ計算、又はそれらの組合せを使用して、解析することを含まれる。かかる方法には、導関数（変化率）解析法又は積分解析法のような比較的簡単な方法から、コンピュータ計算される特徴解析法まである。
【００４６】
更に別のパルス検出法には、主エネルギー蓄積装置のキャパシタの電圧を単に監視して、その電圧の重要な増加をタイヤ回転によると判断することもある。ここで、タイヤの回転は、圧電パッチ１０が受ける重要なエネルギー生成歪みの原因であると見なされる。しかし、タイヤの１回転は、２つ以上のエネルギーパルスを生成することもあるので、図５を参照して後述するような適応律動解析アルゴリズムのような時間サンプル電圧読取りの或る種の知的な解析が必要であろうことは留意されたい。
【００４７】
図６を参照するならば、マイクロコントローラ４２に記憶されているデータを送信するための他の選択肢は、記憶した情報を無線（ＲＦ）送信器９４で遠隔の受信器９６の場所に送ることである。本発明に使用できる送信器モジュールと受信器モジュールのそれぞれの例としては、Radiometrix Ltd.から販売されている商品名TX2とRX2のUHF FMデータ送信器モジュールとUHF FMデータ受信器モジュールがある。無線送信器９４を動作させるエネルギーは、圧電式電力発生装置から供給され、必要な場合には、データを送信するために十分なエネルギーが利用可能となるまで、キャパシタ、再充電可能な電池、又はその他の電気エネルギー蓄積装置に蓄積される。複数の方法のどれも、データを送信するときを決定するために使用できる。１つの方法では、送信間隔が固定でもランダムでも周期的にデータを送信することもできる。別の方法では、１つ以上の測定パラメータが或る値に達したとき又は或る値を越えたときに、データを送信することもできる。更に別の方法では、タイヤの外部から、無線通信又は磁気結合又は機械的な指示によって発せられた問い合わせに応答してデータを送信することもできる。
【００４８】
データ送信の機械的な指示には、特別なシーケンスでタイヤを手で叩くこともある。それは、圧電パッチで検知されて、マイクロプロセッサによってデータ送信を開始する命令コードとして認識され解読される。別の機械的な指示方法には、車両が道路の縁に近づきすぎたことを運転者に警告するために道路の縁に時々設置されているような特別な形状で恒久的に配置された又は一時的に設置された「ランブルストリップ（rumble strip）」を設け、それらランブルストリップを、「データ送信」（又は他の望ましい型式の）命令シーケンスに対応する特別にコード化された隆起部のシーケンスで「符号化」することも含まれる。このような配置は、車両待機区域に使用したときに特別利点がある可能性がある。車両が車両待機区域に入ったり又は車両待機区域から出るときに、車両が符号化されたランブルストリップを通過すると、車両のタイヤ又はその他のタイヤ関連部分からのデータ送信を自動的に開始する。
【００４９】
図６(ａ)を参照するならば、ＲＦＩＤ装置（無線識別装置）と外部装置又はシステムとの間のデータ転送のための別の代表的な装置が図示されている。特に、図６(ａ)に図示する構成は、接触式書込み／非接触式読取り構成と言うことができるものである。詳述するならば、ＲＦＩＤ装置１３０は、マイクロコントローラ１４２に付属して設けられている。そのマイクロコントローラは、外部コネクタＪ１を介して、外部装置、例えば、外部コンピュータ又は他の型式の制御装置によって、ＲＦＩＤ装置及びマイクロコントローラへデータを書き込み、又は監視対象タイヤの動作中に付属センサによって得られて自己収集されたデータを書き込むことができる周辺装置を有している。例えば、ＲＦＩＤ装置１３０及びマイクロコントローラ１４２に書き込むデータは、例示的に図示した温度センサ１９０を含む、マイクロコントローラ１４２に付属する様々なセンサから得ることができる。温度センサとは別に又は温度センサと組合せて他の型式のセンサも当然使用することもできる。かかるセンサには、装備に適しているならば、圧力センサ、運動センサ、電圧センサ、電流センサ、電力センサ、又はその他のタイヤパラメータ又は電気関連のセンサが含まれる。外部装置からコネクタＪ１を介してマイクロコントローラ１４２及びＲＦＩＤ装置１３０の書き込まれるデータは、マイクロコントローラ１４２又はＲＦＩＤ装置１３０の動作に関連する特定な動作又はパラメータを制御するために供給することができる。例えば、外部から供給されるデータは、ＲＦＩＤ装置１３０から読出されるデータのプログラム可能な閾値を設定するために使用でき、又は、特定な装置形態に関連させたい製造データ（シリアル番号、製造日及び／又は製造地など）とすることもできる。
【００５０】
本発明の本実施例の接触式書込み／非接触式読取り構成の重要な特徴は、代表的な接触式のプログラム可能な装置をデータ不変モード（読取り専用モード）で使用する一方で、本発明は、接触式のプログラム可能な装置をデータ可変モードで使用することが可能であることである。動作時、マイクロコントローラ１４２は、例えばタイヤ回転中で付属の圧電式電力発生装置／センサが電力を供給できるときのように、電力が利用可能なときに、ＲＦＩＤ装置１３０内の不揮発性メモリのデータを書き込むことができる。そのあとは何時でも、マイクロコントローラ１４２を動作させるために電力が全く利用できないときでも、ＲＦＩＤアンテナ１３２と協働して標準的なＲＦＩＤインタロゲータを使用することにより、インタロゲータの無線電界が、電力が落ちたままのマイクロコントローラ１４２とＲＦＩＤ装置１３０に電力を供給するので、書き込まれたデータは標準的な形態で読み取ることができる。この型式の接触式書込み／非接触式読取り動作は、電子装置にアクセスしてデータを読み出すためにタイヤを取外す必要をなくするので、タイヤ電子装置関連分野において特に利点がある。
【００５１】
図６を再度参照するならば、本発明による電力自給式回転計を有するタイヤ組立体を使用する車両には、各タイヤ構造体から無線送信された情報を受けるための単一の受信器を装備できる。かかる場合、情報は、各ホイール組立体から無線受信器９６に送信され、受信された情報は、搬送信号から復調されて、信号プロセッサ９８に供給される。搬送波検出信号を、無線受信器９６から信号プロセッサ９８に送ることもできる。好ましくは、無線受信器９６からのデータと搬送波検出信号は、信号プロセッサ９８で一緒に乗算されて、スプリアスノイズがない信号が得られる。エラーの蓋然性が減少したこのデータ信号は、好ましくは、ドライバ回路に送られ、そのドライバ回路は、デジタル信号を、ホストコンピュータ１００へのＲＳ２３２インターフェイスを介しての送信に適した電圧レベルを有する信号に変換する。ホストコンピュータ１００には好ましくはターミナルエミュレーションソフトウエアが装備されており、受信したデータが、読み取り可能なディスプレイモジュールに供給されるようなエンドユーザが容易に利用可能な情報に変換される。
【００５２】
上述したように、起動−動作期間中、マイクロコントローラ４２は、パルスが受信されたことを端子４０で判定したならば、検出したパルスに関連するパラメータ並びにタイヤに関連する他の動作状態の解析が実行される。この解析の主目的は、検出したパルスが有効なタイヤ回転パルスであるかどうかを判定することであり、そうだった場合に、カウンタをインクリメントして、合計タイヤ回転数の正確な値を維持することである。パルスの解析するために使用される技術は、タイヤ回転をカウントするための速度適応律動解析アルゴリズムとして最もよく説明でき、以下図３から図５を参照して説明する。動作時、圧電パッチ１０は、図３に示すような波形を発生する。その波形は、機械的及び電気的動作条件、特に負荷電流が変化すると変化する。代表的には、開回路波形は、２つの正パルス５１と５３及び２つの負パルス５２と５４を含んでいる。両端のパルス５１及び５４は、普通、大きさが小さく、持続時間が長い。一方、真ん中のパルス５２及び５３は、普通、大きさが大きく、持続時間が短い。しかし、電気信号は図４に示すように整流されて電流が取り出されて電子装置を動作させるとき、信号特性が激しく変化する。その結果、信号の半波整流形は、時には１回転当り２つのパルス、すなわちパルス対６１（図４）を示し、更に時には、１回転当り１つのパルスであったり、パルス対６３（図４）のように大きく振幅が異なるパルスであったりする。更に、隆起部、裂け目、破片などのような道路面上の障害が、圧電パッチ近くにあったとき、外因性パルスを発生する場合がある。それ故、パルスを単にカウントするだけでは実際の回転数を正確に測定することは不可能である。信号の更に知的な解析が必要である。
【００５３】
本発明は、速度適応律動解析を利用して、圧電パッチ１０からの信号を解析して実際の回転数を決定する。かかるアルゴリズムの代表的な工程を、図５のフローチャートに図示し、以下に詳細に説明する。タイヤが回転し始めると、一体化電子装置は、最小動作速度を越えた最初の数回転のあと、電力を供給し、最新回転カウント値を零に近い値に初期化する。一旦タイヤ電子装置が動作可能に置かれたならば、サーキュラーバッファーは、ステップ７０において、タイヤ回転期間、すなわち連続するパルスの間の経過時間、例えば最新ｎ＋１個のパルスについての２つの連続するパルス間の経過時間を記録して、ｎ回の期間測定を行う。期間測定の回数ｎは、変えることができるが、代表的な実施例では、ｎは６に設定できる。時間の測定は、パルスから次のパルスまでの間のマイクロコントローラの起動の回数をカウントすることによって測定できる。マイクロコントローラ４２は、電力消費を最小にするために時間の殆どスリープモードに留まっており、２０ミリ秒毎にウォッチドッグタイマのタイムアップに応答して起動する。従って、時間分解能は、２０ミリ秒の時間に相当する。しかし、経過時間を測定する方法には沢山の方法があり、経過時間測定要件について本発明はなんら限定するものではない。
【００５４】
更に図５を参照するならば、サーキュラーバッファーに記憶されたｎ個の値は、ステップ７２において解析されて、期間測定値の最大値を決定する。決定された最大値は変数ＴＭＡＸとする。信号４０上で次のパルスが検出されると、直前に検出されたパルスからの最新の経過時間がステップ７４において測定され、その最新の測定時間値を変数ＴＣとする。ステップ７６に進んで、ステップ７２に決定されたサーキュラーバッファーの最大値ＴＭＡＸとＴＣを比較する。最新の時間ＴＣがＴＭＡＸの二分の一以上とき、パルスは有効と見なし、回転カウント値をステップ７８でインクリメントする。しかし、最新の時間ＴＣがＴＭＡＸの二分の一より小さいときには、パルスは除外される。何れにしても、最新時間ＴＣがステップ８０においてサーキュラーバッファーに記録される。最新の時間ＴＣがサーキュラーバッファーに現在記録されている最大時間ＴＭＡＸより大きいときには、ステップ７２の次の繰り返しにおいて変数ＴＭＡＸを最新の時間ＴＣとする。
【００５５】
上記したアルゴリズムにおいて比較のための時間閾値がＴＭＡＸの二分の一であったが、本発明によるならばＴＭＡＸの何分の一の値でも他の値を使用できることは理解されたい。
【００５６】
回転を検出し、解析し、カウントする上記方法は、タイヤが回転し続けている間繰り返され、タイヤの有効回転毎に最新回転カウント値がインクリメントされる。タイヤが最小速度以下に速度低下した場合、圧電素子から発生される利用可能なパワーレベルが、動作に必要な閾値以下に低下し、最新回転カウント値が、タイヤの累積カウント値に加算され、更新された累積カウント値が不揮発性メモリの記録され、付属のマイクロコントローラによって利用可能になる。
【００５７】
各回転毎に１つのパルスが検出されるならば、時間値は（安定した速度では）ＴＭＡＸに等しく、各パルスは１回転としてカウントする。しかし、或る１回転において、図４に示すようなパルス対６１が検出されるならば、１番目のパルスはカウントし、２番目のパルスは、直前のパルスの後余りに早く（ＴＭＡＸの二分の一より短い）発生したので、除外される。どの回転もパルス対を発生せず、又はいくつかの回転又は全ての回転がパルス対を発生したとしても、効果は同じであり、各回転が正しくカウントされる。律動解析アルゴリズムは、ロードノイズ並びにパルス対を除外するように構成されている。最新のパルスからＴＭＡＸの二分の一の時間より早く発生したどのような単一スプリアスノイズは、除外される筈である。一方、最新のパルスからＴＭＡＸの二分の一の時間より後に発生したどのようなスプリアスノイズもカウントされる筈であるが、その次の正しいパルスを無効にする。従って、ノイズパルスが発生したかどうかに係わりなく、正しい回転カウントが維持される筈である。バッファーを騙すほどの頻繁に発生しない限り、複数ノイズパルスすなわちノイズ対又は３個一組のノイズも除外される。
【００５８】
律動解析アルゴリズムは、パルス間の時間間隔を測定するために利用されるクロックの周波数の変動又はドリフトの自動的に適合する。この周波数ドリフトに対する適合により、セラミック共振器、水晶発振子、又はその他の高価格高精度クロック発生方法に代わって（必要な場合にはこれらのうちの任意のものを使用できるが）、価格に敏感なマイクロコントローラ応用分野において普通に使用されているＲＣクロックのような低価格クロックを使用することが可能になる。更に、律動解析アルゴリズムは、タイヤの速度の変化にも自動的に適合する。数回転がカウントされない前又は単一のスプリアスパルスが間違ってカウントされる前の正でも負でも最大許容加速率は、タイヤ速度とサーキュラーバッファーの規模との関数である。サーキュラーバッファーの規模を大きくすると、ノイズ耐性が高まる一方、最大許容加速率が低下する。
【００５９】
回転数カウントに加えて、データ解析も本発明によって行うことができることを理解されたい。この追加的な解析の目的は、他のタイヤ関連データを収集することと、保存と後日の検索のために有効な統計値を計算することに係わっている。例えば、図６２を参照するならば、状態応答装置９０と９２とを、タイヤ電子装置に設けて、マイクロコントローラ４２に接続することができる。任意の数の状態応答装置を利用することができ、そのような状態応答装置９０及び９２には、限定するものではないが、センサ、トランスデューサ、弾性装置（例えばＳＡＷ装置）、又は、タイヤ又はそれに対応するホイールの組立体環境に関連する入力状態の変化に応答して或る種の出力を発生するその他の構成要素が含まれる。かかる状態応答装置は、任意の数のタイヤ又はホイールの特性、限定するものではないが、例えば、温度、圧力、タイヤ回転数、車両速度、又は、タイヤ構造体に作用するか又は関係する３次元の静的な又は動的な力（サイドウォール偏倚又はタイヤ変位）を監視するために使用できる。監視される環境条件には、温度、空気圧、及びタイヤ又は車両の具体的な条件、例えば、回転数、累積走行距離、時間／温度関係及びその他のパラメータを含めることができる。
【００６０】
状態応答装置９０及び９２からのデータは、上述したように測定した回転カウント値と関連させて利用して、更に具体的なタイヤデータ解析をすることができる。例えば、１つ以上の状態応答装置は、温度及び／又は圧力のセンサとすることができ、異なる温度及び／又は圧力の範囲での回転数を記録する手段を実現できる。温度の場合を検討すると、温度が上昇した状態での回転は、タイヤを速く摩耗させる傾向があるので様々な温度範囲での回転に係る情報は、単なる累積回転カウント値と比較して相当有用であろう。このような解析及び他の進歩した解析により、従来の機械的なタイヤ回転計に比較して優れた重要な利点が得られる。それらの解析の別の例を以下に説明する。
【００６１】
更に具体的なタイヤデータ解析の更に別の例は、様々なタイヤ速度でのタイヤ回転数の測定である。タイヤの速度は、時間対圧電パッチ電気出力を解析することにより測定できる。速度は、タイヤの回転周期（パルス間の時間）を測定するか、又はパルス周波数（単位時間当たりのパルス数）を測定するか、更に又は、パルス長を測定することによって、測定できる。これにより、異なる動作速度でのタイヤ回転数を記録し更に必要ならば様々な速度での動作時間を記録することができる。
【００６２】
進歩したタイヤデータ解析の別の例は、タイヤ偏倚に対するタイヤ回転数を測定することである。タイヤ偏倚は、タイヤの接触部分の長さを測定することにより測定できる。その接触部分の長さは、圧電ストリップからの電気信号を解析することにより測定できる。空気タイヤのタイヤ偏倚量を測定するための代表的な技術の詳細は、上記特許文献１に開示されている。その特許文献１をここに引用することにより本明細書に組み入れるものである。タイヤ偏倚に関する情報により、様々な偏倚レベルでのタイヤ回転数を記録することができる。その偏倚は、荷重や圧力により主に影響される。
【００６３】
他の多くの型式の情報をマイクロコントローラ４２のメモリに保存して、タイヤ構造体から後で通信することもできる。例えば、具体的な個々のタイヤを識別することができる製品ＩＤは、保存データに含めることができる。かかる識別変数は、車両群、航空機群などの商業分野でのタイヤや車両を追跡するのに有用である。更に、識別変数は、しばしは異なるホイールや異なる車両に付け替えられたり又たびたび再生されることもある個々のタイヤの全寿命にわたって広範囲のタイヤ仕様及び解析データを提供するために利用することもできる。
【００６４】
以上、特定な実施例を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明では上記実施例を変更、変形し、均等物に置換できるということは当業者には理解できよう。従って、上記の開示は単なる例であって本発明がそれに限定されるものではなく、本発明は変更、変形および／または追加を除外するものではないということは当業者には理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に従ってタイヤのインナーライナに取り付けられた電力自給式タイヤ回転カウンタを図示する。
【図２】本発明の第１の実施例による電力自給式タイヤ回転カウンタの概略図。
【図２（ａ）】図２に示した電力自給式タイヤ回転カウンタのパルス検出器部分の変更例として使用できる最新閾値法を使用したパルス検出器の概略図。
【図３】本発明による圧電パッチの出力電圧を図解する拡大波形図。
【図４】タイヤの複数回転の間の圧電パッチの整流出力を図解する拡大波形図。
【図５】本発明によるタイヤ回転をカウントするための代表的なアルゴリズムを図解するフローチャート。
【図６】本発明による一体化タイヤ電子装置からのデータを無線通信するための代表的な装置を図示する。
【図６（ａ）】無線技術によってデータを読み取る一方で、一体化タイヤ電子装置にデータを直接書き込むための代表的な装置を図示する。
【符号の説明】
【００６６】
１    空気タイヤ
４    電力自給式タイヤ回転カウンタ
６    サイドウォール部
８    外部トレッド部
１０    圧電パッチ
１４    電力調整回路
２６    パルス検出器
４２    マイクロコントローラ
【図１】
2006024220.tif 000003
【図２】
2006024220.tif 000004
【図２（ａ）】
2006024220.tif 000005
【図３】
2006024220.tif 000006
【図４】
2006024220.tif 000007
【図５】
2006024220.tif 000008
【図６】
2006024220.tif 000009
【図６（ａ）】
2006024220.tif 000010