(57)【要約】      （修正有）【課題】ホイールファスナロックは、車両ホイールの無許可の除去及び窃盗を防止するために使用されているが、ホイールファスナを除去するために特別な工具を必要としない改善されたホイールファスナロックを提供する。【解決手段】長手方向に貫通して延びるキャビティを備え、前記キャビティの下部に沿った雌ねじを備えるナット本体と、ナット本体の上部に配置され、前記ナット本体に固定され、端部に開口を有するキャップと、開口の上に配置された非金属のカバーと、キャビティ内に配置されたセンサアレイとを含み、センサアレイは、ナット本体内のホイールスタッドの属性を検出し、出力情報を生成するように構成されたセンサと、前記出力情報を遠隔の場所に送るように構成された送信機と、センサアレイに電力を供給するように構成された電源とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に貫通して延びるキャビティを備え、少なくとも前記キャビティの下部部分に沿った雌ねじを備えるナット本体と、
前記ナット本体の上部部分周りに配置され、前記ナット本体に固定され、端部に開口を有するキャップであって、前記開口が前記キャビティの上に配置されている、キャップと、
前記開口の上に配置された非金属のカバーと、
前記キャビティ内に配置されたセンサアレイとを含み、前記センサアレイは、
前記ナット本体内のホイールスタッドの属性を検出し、出力情報を生成するように構成されたセンサと、
前記出力情報に基づいて信号を生成するように構成されたプロセッサと、
前記信号を遠隔の場所に送るように構成された送信機と、
前記センサアレイに電力を供給するように構成された電源とを含む、ホイールファスナアラーム。
【請求項２】
前記属性が、アラーム状態を検出するための情報であり、前記情報が、ホイールスタッド場所情報、加速度情報、磁界情報、衝撃情報、振動情報、又は温度情報のうちの少なくとも一つである、請求項１に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項３】
前記センサアレイが、作動センサをさらに含み、前記作動センサは、前記ホイールファスナアラームがいつ動いているか検出するように構成され、前記センサは、前記ホイールファスナアラームが動いていることを前記作動センサが検出したとき使用不能にされる、請求項１に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項４】
前記センサは、前記ホイールファスナアラームが動いていることを前記作動センサが検出したとき使用不能にされ、前記プロセッサは、前記ホイールファスナアラームが動いていることを前記作動センサが検出したとき、前記センサからの前記出力情報に基づいて前記信号を生成しない、請求項３に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項５】
前記作動センサがボールベアリングスイッチである、請求項３に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項６】
前記センサアレイが衝撃センサをさらに含み、前記衝撃センサは、前記ホイールファスナアラームがホイールスタッドからいつ除去されつつあるか検出するように構成される、請求項１に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項７】
前記衝撃センサがボールベアリングスイッチである、請求項６に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項８】
前記センサが誘導性ホイールスタッドセンサである、請求項１に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項９】
前記ホイールスタッドセンサが、約１〜４．５ｍｍの範囲にわたって前記ホイールナット内のホイールスタッドを検出するように構成される、請求項８に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項１０】
前記センサアレイが、前記ナット本体の位置の変化を検出するように構成される加速度計をさらに含む、請求項１に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項１１】
車両に取り付けられ、前記車両が所定の期間の間、静止していた後で、自動的に従事するように構成される、請求項１に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項１２】
前記非金属のカバーが、前記ホイールファスナアラームの残りの部分の色とは異なる色であるポリマーから構成される、請求項１に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項１３】
前記遠隔の場所は、前記ホイールファスナアラームが取り付けられている車両内に位置するアラームシステムである、請求項１に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項１４】
前記ホイールファスナアラームが取り付けられている車両に関連付けられたキーフォブ近くに前記ホイールファスナアラームがあるとき、前記遠隔の場所に前記信号を送らないように構成される、請求項１に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項１５】
前記センサアレイが地磁気センサをさらに含み、前記地磁気センサが、前記ナット本体周りの磁界の変化を検出するように構成される、請求項１に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項１６】
ホイールスタッドと前記ホイールスタッドセンサの間の距離が時間の経過につれて増大していると決定することによって、前記ナット本体が前記ホイールスタッドから外れそうであるかどうか検出するように構成される、請求項８に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項１７】
前記電源が、前記センサ、プロセッサ、及び送信機が約１０年間動作することを可能にするために適切な電力を供給するように構成される、請求項１に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項１８】
車両キーフォブが前記車両近くにあることを示す信号を車両タイヤ圧力管理システムから受信したとき前記ホイールファスナアラームを作動するように構成された低周波数受信機をさらに含む、請求項１に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項１９】
稼働解除することができず、前記アラームシステムが稼働されているとき前記アラームシステムを作動することになるだけである、請求項１３に記載のホイールファスナアラーム。
【請求項２０】
プラスチックハウジングをさらに含み、前記プラスチックハウジングが前記キャビティ内に配置され、前記センサアレイが前記プラスチックハウジング内に配置される、請求項１に記載のホイールファスナアラーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にホイールファスナに関し、より詳細には、ホイールファスナアラームに関する。
【背景技術】
【０００２】
ホイールファスナロックは、多数のタイプの車両において、車両ホイールの無許可の除去及び窃盗を防止するために使用されている。従来のホイールファスナロックは、ホイールに取り付けられたホイールファスナを除去するために特別な工具を必要とする。窃盗者は、ストライクバー(strike bar)を用いてなど、ホイールファスナをホイールスタッドから折り取ることによって、従来のホイールファスナロックを除去するための特別な工具の必要を回避することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、改善されたホイールファスナロックが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
長手方向に貫通して延びるキャビティを備え、少なくともキャビティの下部部分に沿った雌ねじを備えるナット本体と、ナット本体の上部部分周りに配置され、ナット本体に固定され、端部に開口を有するキャップであって、開口がキャビティの上に配置されている、キャップと、開口の上に配置された非金属のカバーと、キャビティ内に配置されたセンサアレイとを含み、センサアレイは、ナット本体内のホイールスタッドの属性を検出し、出力情報を生成するように構成されたセンサと、出力情報に基づいて信号を生成するように構成されたプロセッサと、信号を遠隔の場所に送るように構成された送信機と、センサ、プロセッサ、及び送信機に電力を供給するように構成された電源とを含むホイールファスナアラームについて述べる。
【０００５】
本明細書における本発明は、以下の態様のいくつかを様々な組合せで含むことができ、また、記載の説明又は添付の図面において以下で述べる任意の他の態様を含むことができる。
【０００６】
本発明は、図面と共に以下の説明を読めば、より完全に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ホイールファスナアラームの概略図である。
【図２】ホイールファスナアラームのセンサアレイの概略図である。
【図３】図３の３Ａ及び３Ｂは、ホイールファスナアラームのキャップ付きホイールナットの側面断面図及び端面図である。
【図４】図４の４Ａ〜４Ｃは、ホイールファスナアラームのホイールナットキャップの端面図及び側面図である。
【図５】ホイールファスナアラームのセンサアレイの概略図である。
【図６】別のホイールファスナアラームのセンサアレイの概略図である。
【図７】ホイールファスナアラームを動作させる方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に図を参照すると、ホイールファスナアラーム１００は、図１に示されているように、キャップ付き自動車ホイールナット１０２を含む。いくつかの実施形態では、キャップ付き自動車ホイールナット１０２は、ステンレス鋼キャップ付き自動車ホイールナットであってよい。ナット本体１０４の上部部分は、レンチ面１０６を含み、ステンレス又は別の適切なキャップ用材料製とすることができるキャップ１０８によって覆うことができる。したがって、ホイールナット１０２がホイールスタッド１１２上に設置されたとき、ナット本体１０４それ自体は、何気なく見る人にとっては見えず、キャップ１０８が、容易に見ることができるナットの唯一の部分である。しかし、ナット本体の下部部分１１０は、キャップ１０８によって覆われず、その結果、キャップ１０８がナットねじ山１１４とスタッドねじ山１１６の係合と干渉することなしにナット１０２をホイールスタッド１１２上に螺着することができる。
【０００９】
また、ホイールファスナアラーム１００は、ホイールナット１０２内のホイールスタッド１１２の属性を検出するためのセンサアレイ１１８を含む。この属性は、ホイールナット１０２がホイールスタッド１１２から除去されつつあるかどうかなど、ホイールナット１０２に関係するアラーム状態を検出するために使用される情報となり得る。属性は、たとえば、ホイールナット内のホイールスタッドの位置若しくは場所、ホイールナットの加速度値、ホイールナット周りの磁界、ホイールナットの衝撃値、ホイールスタッド上のホイールナットの振動値、又はホイールナットの温度を含むことができる。センサアレイ１１８は、ホイールナット１０２内のキャビティ１２０内に嵌合するように設計されてもよい。センサアレイ１１８は、ホイールナット１０２と一体化されてもよい。ホイールナット１０２は、従来のホイールナットと同様にサイズ設定されてもよい。たとえば、センサアレイ１１８を収容するためのキャビティ１２０内の空間の量は、およそ幅１５ｍｍ×長さ１４ｍｍの円筒形空間であってもよい。ホイールスタッド１１２の長さに応じて、使用可能な空間の量は、約９ｍｍに削減されてもよい。センサアレイ１１８は、様々な方法（後で論じる）を使用し、ホイールスタッド１１２の属性を検出することができる。
【００１０】
センサアレイ１１８は、ホイールナット１０２内のホイールスタッド１１２が検出されたこと、又は検出されないことなど属性に関して、信号を受信機１２２に送信することができる。信号は、ホイールナット１０２がホイールスタッド１１２に取り付けられている、又はホイールスタッド１１２から取り外されていることを示してもよい。したがって、信号は、ホイールナット１０２がホイールスタッド１１２から除去されつつあることを示すものとなり得る。受信機１２２は、アラームコントローラ１２４に信号を中継することができる。アラームコントローラ１２４は、車両アラームシステムのためのコントローラであってよい。したがって、ホイールファスナアラーム１００は、車両のアラームシステムなど車両の電子システムと通信することができる。アラームコントローラ１２４は、ホイールナット１０２のステータスに関してセンサアレイ１１８から受信された信号に基づいて、車両のアラームシステムを作動することができる。ホイールファスナアラーム１００を除去しようと、又はそれにいたずらしようと試みることにより、車両アラームシステムが作動され得る。ホイールファスナアラーム１００が不適切に除去されたとき、車両アラームは、音を発し、閃光灯を開始することができる。同様に、ホイールファスナアラーム１００が損傷を受けたとき、センサアレイ１１８は、損傷を示す信号を、受信機１２２を通じてアラームコントローラ１２４に送ることができる。次いで、アラームコントローラ１２４は、車両のアラームシステムを作動することができる。それに加えて、又は代替として、アラームコントローラ１２４は、車両のアラームシステムに関する信号を、移動電話、タブレット、又はコンピュータなど、遠隔デバイスに送信することができる。受信機１２２及びアラームコントローラ１２４は、車両の異なる部分内、又は車両から離れてなど、ホイールナット１０２及びホイールスタッド１１２から遠隔に位置してもよい。受信機１２２は、ホイールファスナアラーム１００が相手先商標製造会社によって設置されるときなど、いくつかの応用例において、受信機１２２を開発プラットフォームとして使用することを可能にするために、ＣＡＮバス及びＬＩＮバスを含んでもよい。
【００１１】
ホイールファスナアラーム１００は、センサアレイ１１８からの信号に基づいて、車両アラームシステムを作動すべきかどうか決定するために、分散処理を使用してもよい。ホイールファスナアラーム１００は、アラームコントローラ１２４に依拠して受信機１２２からの信号を処理し、車両に関連付けられた他のセンサなどホイールファスナアラーム１００にとって使用可能でない他の情報に基づいて、センサアレイ１１８によって測定された属性が車両アラームシステムを作動させることの正当な理由となるかどうか決定することができる。たとえば、センサアレイ１１８は、参照値より低いなど参照値から逸脱しているホイールナット１０２の温度を測定することができ、信号を受信機１２２に送信し、測定された温度を示すことができる。受信機１２２は、その信号をアラームコントローラ１２４に送ることができる。アラームコントローラ１２４は、受信された信号を処理し、車両上の他のセンサもまた温度偏差を測定しており、ホイールナット１０２がより低い温度にあるだけでなく、車両の他の部分がより低い温度にあることを示しているので、車両アラームシステムが作動される必要はないと決定してもよい。車両の他の部分がより低い温度にあることは、ホイールナット１０２が車両から除去されつつあるのではないことを示すことができ、そうではなく車両が寒冷の場所にあることを示すことができる。
【００１２】
ホイールファスナアラーム１００は、キャップ１０８の端部内の開口１２７の上に配置されたカバー１２６を含んでもよい。カバー１２６は、センサアレイ１１８からの信号がカバー１２６を通過し受信機１２２に達することを可能にするために、非導電性又は非金属であってよい。カバー１２６は、たとえば、ポリマーで構成されてもよい。カバー１２６は、任意の色又はパターンを含み、ホイールファスナアラームが取り付けられているホイールを窃盗者が盗もうと試みる可能性を少なくするために、ホイールファスナアラーム１００の存在を視覚的に示すものを提供してもよい。色は、車両ホイール及びホイールファスナアラーム１００の残りの部分に比べて観察者にとって非常に目立つものであってよい。たとえば、カバー１２６は、ホイールに取り付けられたホイールナットがホイールファスナアラーム１００であることを観察者に容易に示すために、青色のポリマーで構成されてもよい。
【００１３】
ホイールナット１０２及びキャップ１０８の金属性によるセンサアレイ１１８から受信機１２２への信号の減衰は、キャップ１０８の端部内の開口１２７を適切にサイズ設定することによって最小限に抑えることができる。減衰の量は、開口１２７のサイズに依存し、次式として近似することができる。
減衰(dB)=20log(λ/2a)、ここでλ=波長、及びa=最も大きい開口寸法
必要とされる送信電力は、次式として近似することができる。
T×電力(dBm)=R×感度(dBm)+2×アンテナ利得+経路損失+キャビティ損失+車両減衰
直径約7.5mmの開口１２７の場合、送信電力は、次式として推定される。
T×電力(dBm)=-112dBm+(2×7dB)+39.2dB(5メートル時)+33.3dB+10dB(推定)
T×電力(dBm)=最小4.5dBm
適切な周波数範囲内の多数の低電力送信機で、約4.5dBmの送信電力が達成される。開口１２７のサイズは、必要とされる送信電力を削減するように調整されてもよい。
【００１４】
ホイールファスナアラーム１００は、従来のホイールナットを除去するために通常必要とされる工具を除いて特別な工具なしでホイールスタッド１１２から除去することができる。ホイールファスナアラーム１００は、特別なキー、ソケット、又はレンチを除去することを必要としない。ホイールファスナアラーム１００は、任意のタイプの車両で動作するように設計されてよく、任意の車両のタイヤ／ホイールアセンブリに装着されることに伴う環境及び動作ストレスに耐えることができる。ホイールファスナアラーム１００は、−４０℃から＋８５℃の温度範囲内で動作することが可能であってよい。
【００１５】
ホイールファスナアラーム１００は、車両のホイール上に位置する。したがって、ホイールファスナアラーム１００は、車両ホイールに関連する応用例に適した設計及び試験要件に準拠する。ホイールファスナアラーム１００は、高強度低合金鋼、熱間圧延低炭素鋼、ＡＡ  ３５６アルミニウム、６０６１  Ｔ６アルミニウム、ＡＡ  ５４５４アルミニウム、及びクロムめっきホイールなど、鋼及びアルミニウムホイール材料に適合する。ホイールファスナアラーム１００は、劣化したホイール外観に対するガルバニック作用(galvanic contribution)を含めて、機能、有用性の喪失、又は外観の著しい劣化なしに、CETP: 00.00-R-311の６０サイクル又は同等基準など、腐食試験に耐えることができる。ホイールファスナアラーム１００が合格することができる試験の例示的なマトリクスを下記に列挙する。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
ホイールファスナアラーム１００は、車両に設置する前に試験及びプログラムすることができる。たとえば、低電力、低周波数受信機をホイールファスナアラーム１００に含め、組立てライン上で、又は車両の販売代理店でのサービス中に試験及びプログラミングを行うことができるようにしてもよい。
【００１８】
ホイールファスナアラーム１００は、センサアレイ１１８を使用し、ホイールナット１０２が緩んでいる、又はホイールスタッド１１２から外れそうであるかどうか検出することができる。センサアレイ１１８とホイールスタッド１１２の間の距離が増大しつつあることをセンサアレイ１１８が検出した場合、センサアレイ１１８は、信号をアラームコントローラ１２４に送信し、ホイールナット１０２が緩んでいる、又はホイールスタッド１１２から外れそうであることを示すことができる。この信号は、ホイールナット１０２が緩んでいることを早期に示すものとなり得、その結果、車両の運転者は、ホイールナット１０２がホイールスタッド１１２から外れる前に修正処置をとり、ホイールナット１０２を締めることができる。同様に、ホイールファスナアラーム１００は、ホイールファスナアラーム１００が車両のホイールのすべてのホイールスタッド１１２上に設置されている場合、ホイール全体が緩んでいる、又はホイールから外れそうであるかどうか示すことができる。一つ以上のホイールファスナアラーム１００が緩んでいる、又は外れそうである場合、アラームコントローラ１２４は、ホイールが緩んでいると決定することができ、車両運転者に修正処置をとるように知らせることができる。
【００１９】
図２を参照すると、センサアレイ１１８は、プロセッサ２２８、送信機２３０、電源２３２、ホイールスタッドセンサ２３４、作動センサ２３６、衝撃センサ２３８、加速度計２５０、地磁気センサ２５２、及び温度センサ２５４を含んでもよい。
【００２０】
プロセッサ２２８は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ディスクリートロジック、又は他のタイプの回路若しくはロジックの組合せとして実装されてもよい。プロセッサ２２８には、多数の選択肢がある。たとえば、プロセッサ２２８は、集積された無線周波数送信機を含むマイクロコントローラのマイクロチップ(Microchip) PIC16LF1824T39Aファミリであってもよい。プロセッサ２２８は、インフィニオン(Infineon) SP370-25-106-0、フリースケール(Freescale) FXTH871511DT1、又はメレキシス(Melexis) MLX91801であってもよい。フリースケール(Freescale) FXTH71511DT1が最良の集積チップ解決策となり得るが、他の選択肢より高価となり得る。マイクロチップ(Microchip) PIC16LF1824T39Aは、十分な無線周波数出力電力、サービスのための低周波数受信能力、相手先商標製造会社応用例において自動稼働/稼働解除することができること、及びシステム電力消費を削減するための他の選択肢と共に、低コスト解決策を提供することができる。また、マイクロチップ(Microchip) PIC16LF1824T39Aは、ホイールファスナアラーム１００内で使用されるセンサと容易にインターフェースすることができる。
【００２１】
電源２３２は、一つ以上のバッテリなど交換可能又は再充電可能な電力源を含んでもよい。電源２３２は、数年間、場合によっては約１０年間、ホイールファスナアラーム１００に給電するのに十分なものであってよい。それに加えて、又は代替として、電源２３２は、ホイールファスナアラーム１００を担持する車両が約１００，０００マイル移動するのに通常かかる量の時間の間、ホイールファスナアラーム１００に給電するのに十分なものであってよい。電源２３２は、約直径１２ｍｍ、深さ５ｍｍの円筒空間内に嵌合することができる。電源２３２のための代替の空間をも使用してよい。電源２３２は、特注設計のバッテリであっても、ＣＲ１２２５コイン電池バッテリなど市販品のバッテリであってもよい。電源２３２は、低周波数受信機によってなど、遠隔充電される再充電可能なリチウムイオンバッテリであってもよい。センサアレイ１１８は、電源２３２の充電を調節するために追加の回路及びソフトウェアを含んでもよい。それに加えて、又は代替として、外部充電ステーションを使用してもよい。
【００２２】
ホイールスタッドセンサ２３４は、ホイールナット１０２内のホイールスタッド１１２の位置を検出することができる。ホイールナット１０２内のホイールスタッド１１２の位置は、約１ｍｍの精度で決定することができる。ホイールスタッドセンサ２３４は、ホイールナット１０２内のホイールスタッド１１２が検出されたこと、又は検出されないことに関して、プロセッサ２２８に信号を送信することができる。次いで、プロセッサ２２８は、送信機２３０を使用し、受信機１２２など遠隔の場所に、ホイールナット１０２内のホイールスタッド１１２の位置に関して信号を無線で送ることができる。先に論じたように、車両のアラームシステムは、ホイールスタッドセンサ２３４がホイールナット１０２内のホイールスタッド１１２を検出しない場合、作動することができる。また、プロセッサ２２８は、定期的に送信機２３０を使用し、ホイールスタッド１１２がホイールナット１０２内に位置することを示す信号を送信し、ホイールファスナアラーム１００が動作していることを確認してもよい。
【００２３】
送信機２３０は、タイヤ圧力管理システム又は遠隔キーレスエントリシステムなど、既存の車両システムを使用して車両のアラームシステムと通信してもよい。車両のシステムとの通信は、約３１５ＭＨｚ又は４３４ＭＨｚで車両の低電力無線周波数データリンクを使用してもよい。ホイールファスナアラーム１００による既存の車両通信システムの使用は、既存の車両システムと干渉し得ない。なぜなら、ホイールファスナアラーム１００は、大抵、既存の車両システムが送信していないとき送信することができるからである。たとえば、タイヤ圧力管理システムは、大抵、車両が動いているとき送信し、一方、ホイールファスナアラーム１００は、車両が静止しているときしか送信しなくてもよい。それに加えて、又は代替として、別個の無線周波数受信機を使用し、送信機２３０と車両のシステムとの通信を確立してもよい。
【００２４】
ホイールスタッドセンサ２３４は、ホイールファスナアラーム１００内のホイールスタッド１１２の位置を検出するために様々な方法を使用してよい。下記の表は、検出の容量性、磁気的、誘導性、及び光学的方法についての特性を提供する。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
容量性近接センサは、電界を作り出し、金属、固体、液体、又は人の手など、様々な物質を検知するために使用することができる。電界内に物体を導入することにより、測定可能なキャパシタンスの変化が生じる。容量性センサは、検知要素としてキャパシタ及び直列抵抗と組み合わされたＰＣＢトレースを使用して実装することができる。制御するために二つのプロセッサピンを必要とするだけであり、非常に安価な解決策をもたらす。低コスト及び少ない構成部品数に加えて、容量性近接センサは、消費する電力が非常に少ない。５ｍｍのＰＣＢ検知要素を使用した容量性近接センサでの実験は、１．７ｍｍの、ホイールナット内のホイールスタッドの最大検出範囲を実証している。より大きい検知要素は、検出範囲を増大する。しかし、より大きな検知要素に近接するナット本体は、電界を短絡する効果を有することがあり得る。これは、ホイールスタッドとホイールナットとを区別することを困難にすることがあり、その結果、ホイールスタッド位置を確実に検出することができない。この短絡効果は、ホイールナットサイズに対して小さい幾何形状を有する検知要素を選ぶことによって幾分軽減することができる。このより小さい検知要素は、範囲に著しく影響を及ぼし、５ｍｍの検知要素で約１．７ｍｍの最大検出になる。容量性検知方法は、通常、スタッドを確実に検出するために使用することができるが、ファスナ本体があることにより、非実用的なものになり得る。一つの可能な改善は、ホイールナット本体のためにステンレス鋼など鉄性の低い（less ferrous）材料の使用であろう。
【００２７】
磁気（誘導性ホール効果）センサは、磁界に応答して出力電圧が変わる。近接スイッチなど、この一般的な実装形態は、磁石によって生成される磁界の存在を単純に検知する。近接する金属性の物体が磁界を変え、センサの出力電圧に対して測定可能な変化を引き起こす場合、より複雑な実装形態が可能である。センサの動作は、最終システムにおける磁石、エレクトロニクス、及び検出される物体の物理的配置と共に、磁性材料の特性、及び磁石のロット間分布に依存する。磁気センサは、厳しい環境による影響を受けず、非常に長い有効寿命を有することができる。ホール効果素子によって容易に検出することができるように磁石をホイールスタッド上に配置することは、磁石が損傷を受ける可能性がある、又はホイールファスナアラーム１００が不注意で誤ったホイールスタッド上に設置されるサービスの側面により、ホイールファスナアラーム１００と共に使用するのに問題を呈することがある。磁石がエレクトロニクスと共に組み込まれた場合、使用可能なパッケージング空間、ホイールスタッドを適正に検出するために必要な間隔及び幾何形状、並びにホイールファスナ本体の影響を較正して除くことができることが、懸念に含まれることがある。
【００２８】
誘導性センサは、一般に、金属など物体の存在を検知するための手段として、共振ＬＣ（インダクタ−キャパシタ）コイルと組み合わせて発振器を使用する。コイルによって放射される磁界が、導電性物体内に渦電流を誘導し、これが発振器性能を変える。この性能変化は、金属物体とＬＣコイルの間の距離に直接関係する。誘導性センサの一例として、TI LDC1101は、ＬＣ共振器のインピーダンスと共振周波数を非常に高い分解能で同時に測定することができ、導電性材料の近接及び動きを検知することを可能にする。共振器に注入される電力の量を監視することによって、ＬＤＣ１１０１は、共振器の等価並列抵抗を決定し、これをデジタル値として返す。また、ＬＤＣ１１０１は、センサ周波数を参照周波数に比較することによってＬＣ回路の発振周波数を測定し、次いでこれを、ＬＣ回路のインダクタンスを決定するために使用することができる。ＬＤＣ１１０１を使用してホイールナット内のホイールスタッドの存在は、約１〜４．５ｍｍ範囲にわたって検出可能であることが、試験によって示されている。ホイールスタッド検出時のホイールナット本体の影響を最小限に抑えるために、誘導性センサの較正が必要とされ得る。少ない構成部品数、及びファスナ本体の影響を補償することができることを考えると、誘導性センサは、ホイールスタッドの位置を検知するための良好な解決策となり得る。さらなる利点は、LDC1101は約1.8Vで動作することである。PIC16LF1824T39Aプロセッサ選択肢と対にされた場合、電流消費の著しい削減の可能性が可能になる。
【００２９】
光学センサは、ホイールスタッドを検知するとき最良の検出範囲の可能性を有することがあり得る。たとえば、AMS TMD 27723は、約１５ｍｍの検知範囲をもたらす非常に集束されたＬＥＤ光源及び検出器を一体化している。光学検知に伴う主な懸念は、ホイールナットキャビティ内の粉塵、汚れ、又は破片である。ホイールナットの内壁からの反射もまた調整しなければならず、それらの壁が無反射コーティングを必要とする可能性がある。TMD 27723の場合、最も低い強度設定でも電流消費が他の検知選択肢より著しく大きく、これは特注電源を必要とし得る。
【００３０】
作動センサ２３６は、車両が動いているときホイールファスナアラーム１００のホイールスタッド１１２検知機能を抑制することができる。それに加えて、又は代替として、作動センサ２３６は、送信機２３０がホイールスタッド１１２のステータスについて信号を送るのを防止することができ、又は車両が動いているとき信号を無視するようにアラームコントローラ１２４に指示することができる。ホイールファスナアラーム１００は、車両が駐車しているときホイールの窃盗を伝えるように作動される、且つ／又は動作することができるだけである。したがって、ホイールファスナアラーム１００は、車両が動いているとき自動的に使用することができなくなり、車両が静止しているとき自動稼働することができる。ホイールファスナアラーム１００の使用を車両が静止しているときに制限することにより、電力消費を低減することができる。作動センサ２３６は、動きを検知しホイールファスナアラーム１００を自動稼働／稼働解除するためのボールベアリングタイプのスイッチであってよい。ボールベアリングスタイルのセンサは、他の車両応用例で使用されること、及び電力消費が低いという利点を有する。また、作動センサ２３６は、ホイールファスナアラーム１００がいつ動いているかを検出するための加速度計であってもよい。
【００３１】
作動センサ２３６に加えて、又は代替として、ホイールファスナアラーム１００は、車両用のキーフォブがあることに基づいて稼働又は稼働解除されてもよい。車両のドアのロック解除／ロック機能と同様に、車両の適切な距離内にキーフォブがあることにより、ホイールファスナアラーム１００を稼働／稼働解除してもよい。たとえば、車両の所有者が車両近くでキーフォブを有する場合、ホイールファスナアラーム１００は、自動的に稼働解除され、所有者が車両のアラームシステムをオフに設定することなしに、タイヤを交換するためなどホイールスタッド１１２からホイールファスナアラーム１００を除去することを可能にしてもよい。
【００３２】
ホイールファスナアラーム１００は、移動電話、タブレット、又はコンピュータなど、遠隔デバイスを通じて稼働／稼働解除されてもよい。ユーザは、適正に動作しているかどうか、又はアラーム信号を開始したかどうかなど、ホイールファスナアラーム１００のステータスを、遠隔デバイスを通じて決定することができてもよい。また、ホイールファスナアラーム１００は、遠隔デバイスを通じて、アラーム信号が開始されたことをユーザに自動的に通知してもよい。
【００３３】
それに加えて、又は代替として、ホイールファスナアラーム１００は、車両内のタイヤ圧力管理システムに関連付けられた低周波数イニシエータから信号を受信する低周波数受信機を含んでもよい。この信号は、ホイールファスナアラーム１００に稼働／稼働解除するように指示することができる。たとえば、車両のキーフォブがあることをタイヤ圧力管理システムによって検出することができ、次いで、タイヤ圧力管理システムは、ホイールファスナアラーム１００に信号を送り、キーフォブの存在を示すことができる。次いで、ホイールファスナアラーム１００は、自動稼働することができる。
【００３４】
それに加えて、又は代替として、ホイールファスナアラーム１００は、タイヤ交換、タイヤローテーション、又はタイヤ修理など何らかの理由で車両のホイールの除去を可能にするために、スイッチによってなど、車両の内側から手動で稼働又は稼働解除されてもよい。それに加えて、又は代替として、ホイールファスナアラーム１００は、数分又は他の期間など、所定の期間の間、車両が静止していた後で、自動稼働されてもよい。
【００３５】
衝撃センサ２３８は、ホイールナット１０２を剪断するために使用されるストライクバーで折り取られるなど、ホイールファスナアラーム１００が力によって除去されつつあるかどうか検出することができる。衝撃は、三つの軸（ｘ、ｙ、ｚ）上に存在する過減衰振動として検知され得る。ストライクバー又は同様の不当な力からホイールファスナアラーム１００が感じる衝撃は約２００ｍｓ続き得ることを、試験が示している。したがって、衝撃センサ２３８は、不当な力／振動を検出するために、ホイールファスナアラーム１００を２００ｍｓごとに力／振動を求めてサンプリングすることができる。サンプリング／検出時間の持続時間は、不当な力／振動後、ホイールファスナアラーム１００内で発生し得るリンギングに基づいて延長されてもよく、又は不当な力／振動の結果としてホイールファスナアラーム１００が地面に落下した後で発生する振動に基づいて延長されてもよい。衝撃センサ２３８のために加速度計を使用することは、約２００ｍｓごとに力／振動サンプルが必要とされる場合、高い電力容量を必要とし得る。衝撃センサ２３８は、ホイールファスナアラーム１００の動作寿命を延ばすために、消費する電力が非常に低いことが必要とされ得る。したがって、衝撃センサ２３８は、単純なスイッチクロージャを提供し割り込みピンによって慎重に実装される、シグナルクエスト(SignalQuest) SQ-MIN-200などボールベアリングセンサであってよい。
【００３６】
加速度計２５０は、ホイールナット１０２の動き又は位置の変化を検出することによって、ホイールファスナアラーム１００にいたずらしたことを検出することができる。プロセッサ２２８は、センサアレイ１１８又は何らかの他の手段を使用し、ホイールファスナアラーム１００が稼働されているとき、Ｘ、Ｙ、及びＺ座標によって定義される位置など、ホイールナット１０２の参照位置を確かめてもよい。プロセッサ２２８は、ホイールナット１０２の現在の位置を定期的に確かめ、それを参照位置に比較してもよい。ホイールファスナアラーム１００は、現在の位置が、所定の量内で参照位置と一致しない場合、車両アラームシステムを作動することができる。
【００３７】
地磁気センサ２５２は、ホイールナット１０２周りの磁界の変化を検出することによって、ホイールファスナアラーム１００にいたずらしたことを検出することができる。地磁気センサ２５２は、ホイールファスナアラーム１００が稼働されているとき、ホイールナット１０２周りの参照磁界を測定することができる。プロセッサ２２８は、ホイールナット１０２周りの現在の磁界を参照磁界と定期的に比較し、磁性物体、たとえばラグレンチがホイールナット１０２に当てられているかどうか検出することができる。ホイールファスナアラーム１００は、現在の磁界が所定の量だけ参照磁界とは異なる場合、車両アラームシステムを作動することができる。
【００３８】
温度センサ２５４は、ホイールナット１０２周りの温度の変化を検出することによって、ホイールファスナアラーム１００にいたずらしたことを検出することができる。プロセッサ２２８は、温度センサ２５４によって測定される現在の温度を参照温度と定期的に比較し、温度の変化を検出することができる。温度変化は、ホイールナット１０２をブロートーチで加熱すること、又はホイールナット１０２をドライアイスで凍結することによってなど、ホイールナット１０２をホイールスタッド１１２から除去しようとする際にホイールナット１０２が極端な温度を受けていることを示すことがあり得る。極端な温度変化は、ホイールナット１０２をホイールスタッド１１２から除去することをより容易にし得る。ホイールファスナアラーム１００は、現在の温度が所定の量だけ参照温度とは異なる場合、車両アラームシステムを作動することができる。
【００３９】
ホイールナット１０２内へのセンサアレイ１１８の構成部品の配置及びパッケージングは、ホイールファスナアラーム１００が不当な力／振動を検出し、回復不能な損傷を受ける前に、不当な力／振動が発生していることを示す信号を送ることができるように、ホイールファスナアラーム１００に対して保護をもたらすのに十分丈夫なものである。たとえば、キャップ１０８及びカバー１２６は、ホイールファスナアラーム１００が動作不能にされる前に不当な力／振動を検出するために、ホイールナット１０２内の構成部品に対して十分な保護をもたらす。また、ホイールナット１０２内へのセンサアレイ１１８の構成部品の配置及びパッケージングは、ホイールファスナアラーム１００を除去するために使用されるインパクトレンチの衝撃からのホイールファスナアラーム１００及びその構成部品に対する損傷を防止するのに十分丈夫なものである。センサアレイ１１８は、容易な組立てのために、またセンサアレイ１１８が受ける衝撃及び振動を低減するために、ホイールナット１０２内に位置するプラスチックハウジング内に着座されてよい。それに加えて、又は代替として、衝撃低減のために、柔軟なポッティングコンパウンド又は液体シリコンゴムが使用されてもよい。
【００４０】
ホイールファスナアラーム１００の一実施形態は、ハッキング、いたずら、又は他のシステムの改変など、想定外のシステムの稼働解除を防止するために、外部コマンド又は通信方法によって稼働解除することができない。ホイールファスナアラーム１００のこの実施形態は稼働解除することができないので、ホイールファスナアラーム１００のこの実施形態のアラーム状態は、車両アラームシステムが稼働状態にある場合車両アラームシステムを作動することになるだけである。したがって、ホイールファスナアラーム１００のこの実施形態は常に稼働されているが、車両アラームシステムが稼働されている場合車両アラームシステムを作動することになるだけである。
【００４１】
図３を参照すると、図３Ａは、ホイールファスナアラーム３００の一実施形態の側面断面図であり、ホイールナット３０２、キャップ３０８、開口３２７、及びカバー３２６を含む。図３Ｂは、ホイールファスナアラーム３００の端面図であり、キャップ３０８及びカバー３２６を示す。ホイールファスナアラーム３００は、ホイールファスナアラーム１００のすべての構成部品及び特徴を含むことができる。カバー３２６は、ホイールナット３０２内に含まれる構成部品に対して保護をもたらすために、その縁部分よりその中央部分でより大きい厚さを有することができる。図３に示されている寸法は、ホイールファスナアラーム３００の応用例に適するように変えられてよい。
【００４２】
図４を参照すると、図４Ａは、ホイールファスナアラーム４００の一実施形態の端面図であり、キャップ４０８及び開口４２７を含む。図４Ｂは、キャップ４０８の側面図である。図４Ｃは、キャップ４０８及び開口４２７の端面図である。ホイールファスナアラーム４００は、ホイールファスナアラーム１００のすべての構成部品及び特徴を含むことができる。図４に示されている寸法は、ホイールファスナアラーム４００の応用例に適するように変えられてよい。
【００４３】
図５は、ホイールファスナアラームの一実施形態のセンサアレイ５１８の概略図である。ホイールファスナアラーム５００は、ホイールファスナアラーム１００のすべての構成部品及び特徴を含むことができる。センサアレイ５１８は、リジッドフレックスＰＣＢアセンブリを含む。リジッドＰＣＢ５４０は、ホイールスタッド５１２（図示せず）近くに配置されてよい。フレックスＰＣＢ５４２は、アンテナ５４４の性能を最適化するためにカバー５２６（図示せず）近くに配置されてよい。プロセッサ５２８は、リジッドＰＣＢ５４０上に位置してよい。センサアレイ５１８は、一つ以上の電源５３２を使用して動作することができる。図５は、リジッドＰＣＢ５４０とフレックスＰＣＢ５４２の間に位置する二つの電源５３２を示す。電源５３２同士は、同じであっても異なってもよい。たとえば、どちらの電源５３２も、ＣＲ１２２５コイン電池バッテリであってよい。電源５３２は、任意の市販品又は特注設計のバッテリであってもよい。センサアレイ５１８は、振動センサ５４６を含んでもよい。振動センサ５４６は、上記で論じた作動センサ２３６及び衝撃センサ２３８の構成部品及び特徴を組み合わせてもよい。振動センサ５４６は、ボールベアリングスイッチであってよい。センサアレイ５１８は、ＬＦ（低周波数）コイル５４８を含んでもよく、これは、たとえば、コイルクラフト(Coilcraft) 4513TC-725XGLB RFIDトランスポンダコイルと同様のものであってよい。
【００４４】
図６は、ホイールファスナアラームの一実施形態のセンサアレイ６１８の概略図である。ホイールファスナアラーム６００は、ホイールファスナアラーム５００のすべての構成部品及び特徴を含むことができる。センサアレイ６１８は、リジッドPCB640だけを含んでよく、フレックスＰＣＢを含まなくてもよい。センサアレイ６１８は、センサ６５０を含んでもよい。センサ６５０は、たとえばスタッド位置／場所センサ、作動センサ、衝撃センサ、加速度センサ、地磁気センサ、及び温度センサなど、ホイールナット１０２に関係する属性を検出するために使用される任意のタイプのセンサであってよい。センサアレイ６１８の他の構成部品は、センサアレイ５１８と同じであってよい。
【００４５】
図７は、ホイールファスナアラームを動作させる方法７００の流れ図を示す。方法７００と共に使用されるホイールファスナアラームは、ホイールファスナアラーム１００と同じ構成部品及び特徴を有することができる。方法７００の流れは、ステップ７６０で、ホイールファスナアラーム内のホイールナット上のねじ山をホイールスタッド上の対応するねじ山と噛み合わせることによってなど、ホイールファスナアラームをホイールスタッド上に設置することによって開始することができる。ステップ７６２は、ホイールファスナアラーム内のセンサアレイを作動することを含んでもよい。ステップ７６４は、ホイールスタッドに関係するアラーム状態を決定するために属性を検出することを含んでもよい。属性は、ホイールナット内のホイールスタッドの位置、ホイールナットの加速度値、ホイールナット周りの磁界、ホイールナットの衝撃値、ホイールスタッド上のホイールナットの振動値、又はホイールナットの温度を含んでもよい。ステップ７６６は、ホイールナット内のホイールスタッドのステータスに関して、ホイールファスナアラームから車両のアラームシステムに信号を送ることを含んでもよい。このステータスは、検出された属性を参照値と比較することによって決定され得る。ステップ７６８は、検出された属性が参照値から所定の偏差の外にあることをステータスが示す場合、車両のアラームシステムを鳴らすことを含んでもよい。アラームは、ホイールスタッドがホイールナット内にないことを示すことがあり得る。そのようなアラームは、車両のホイールが盗まれつつあることを示すことがあり得る。
【００４６】
方法及びプロセスは、たとえば、プロセッサ及び／又はメモリ内に記憶された命令若しくはプログラムを使用して実施することができる。開示されている実施形態の特定の構成部品は、追加の構成部品又は異なる構成部品を含んでもよい。プロセッサは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ディスクリートロジック、又は他のタイプの回路若しくはロジックの組合せとして実装されてもよい。同様に、メモリは、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュ、又は任意の他のタイプのメモリであってもよい。パラメータ、データベース、及び他のデータ構造は、別々に記憶及び管理されても、単一のメモリ又はデータベース内に組み込まれても、多数の異なる方法で論理的且つ物理的に編成されてもよい。プログラム又は命令セットは、単一のプログラムの一部、別個のプログラムであっても、いくつかのメモリ及びプロセッサにわたって分散されてもよい。
【００４７】
本発明の様々な実施形態について述べたが、はるかに多数の実施形態及び実装形態が本発明の範囲内で可能であることが、当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物に照らした場合を除いて、限定されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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