(57)【要約】本発明は、ホイールの状態を評価するための方法および装置に関するものであり、限定するものではないが特に車両ホイール上のタイヤの回転状態を評価するための方法および装置に関するものである。インタロゲーション信号をセンサ（１１０、１１２）に送信するための複数のアンテナ（１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８）を備える装置が設けられ、上記センサは、評価されるホイールに取り付けられ、且つ、ホイールの状態を検出するようになされており、アンテナは、評価されるホイールがたどる経路に沿って一列に配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インタロゲーション信号をセンサに送信するための複数のアンテナを備え、このセンサは評価されるホイールに取り付けられ、且つ、ホイールの状態を検出するようになされている、ホイールの状態を評価するための装置において、評価されるホイールがたどる経路に沿ってアンテナが一列に配置されることを特徴とする装置。
【請求項２】
アンテナのラインの長さは、評価されるホイールの外周にほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
アンテナのラインの長さは、評価されるホイールの外周に等しいか、それ以上であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
各アンテナに対するホイールの位置を検出し、且つ、所定の相対位置に応答して、前記アンテナの一つがインタロゲーション信号を送信するように前記一つのアンテナを活性化するための手段をさらに備えることを特徴とする上記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記検出手段は、前記検出手段が前記の一つのアンテナを活性化するときに、前記一つのアンテナ以外の前記アンテナを非活性化することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記検出手段は、評価されるホイールの車軸が前記一つのアンテナの横方向に向き合うように位置するときに、前記一つのアンテナを活性化することを特徴とする請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
前記検出手段は、評価されるホイールの車軸が、前記一つのアンテナから例えば約３５ｃｍだけアンテナアレイに沿って前または後の位置にあるときに、前記一つのアンテナを活性化することを特徴とする請求項４または５に記載の装置。
【請求項８】
前記検出手段は、評価されるホイールによって生じる重量を受けることによって、使用時に活性化される負荷感知手段を備えることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
各アンテナは、無線受動共振センサにインタロゲーション信号を送信し、且つ、このセンサからの応答を受信するようになされていることを特徴とする上記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも一つのアンテナは単指向性アンテナであることを特徴とする上記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記単指向性アンテナはパッチまたは八木宇田アンテナアレイであることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
全てのアンテナは同じ型式であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
評価されたホイールが取り付けられた車両の地上との隙間内に各アンテナが位置するように、各アンテナは、評価されたホイールが支持される面からある高さ、例えば２０ｃｍ上方の所に配置されることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
各アンテナは、評価されたホイールがたどる経路からある横方向距離、例えば１ｍの所に配置されることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
各アンテナは、全てのアンテナに共通する多重チャネルインタロゲーション制御ユニットの個々のチャネルに個々に接続されることを特徴とする上記請求項のいずれか一項に記載の装置を一つまたは複数備えるシステム。
【請求項１６】
多重チャネルインタロゲーション制御ユニットはホイールの位置に応答して活性化された各アンテナを駆動し、この制御ユニットは、さもないと互いに干渉し合うであろう信号を発する活性化されたアンテナを交互に駆動することを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
多重チャネルインタロゲーション制御ユニットは、複数のアンテナのそれぞれにつき一つのトランシーバーを備え、且つ、アンテナをそれと組み合わされるトランシーバーに選択的に接続することができる周波数（ＲＦ）スイッチを各アンテナごとに備えることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
アンテナと組み合わされるＲＦスイッチの使用によって、アンテナをそれと組み合わされるトランシーバーに選択的に接続することによって、アンテナはホイールの位置に応答して活性化されることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
多重チャネルインタロゲーション制御ユニットは、（ｉ）複数のアンテナの連続した一つからＲＦインタロゲーション信号を発して、評価されるホイールと組み合わされたセンサ内に固有振動を励起し、（ｉｉ）センサ振動によって発生した信号を受信し、（ｉｉｉ）受信した信号の振幅および周波数を推定し、（ｉｖ）複数のアンテナから受信した信号の平均周波数値を決定するようになされていることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
所定の基準を満たす周波数値のみを平均することを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
各装置の複数のアンテナは、上記の装置または上記以外の各装置の複数のアンテナから横方向に間隔をあけて配置されることを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２２】
第１、第２、第３、第４の複数のアンテナが設けられ、第１および第４の複数のアンテナは評価されるホイールを有する車両が両者の間を通ることができるように配置され、第２および第３の複数のアンテナは前記車両のホイールが両者のそれぞれの側を通ることができるように配置されることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
第１および第４の複数のアンテナは第２および第３の複数のアンテナに対して縦方向へオフセットしていることを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホイールの状態を評価するための方法および装置に関するものであり、限定されるものではないが特に車両ホイール上のタイヤの回転状態を評価するための方法および装置に関するものである。
【発明の開示】
【０００２】
本発明は、添付の独立した請求項１に記載の装置を提供する。新規で有利な特徴をさらに有する装置またはシステムは添付の独立した請求項２〜２３に定義されている。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【０００３】
添付図面に示される実施例は、車両（トラックおよびトレーラのような道路車両）上の各タイヤの状態を測定するように機能する。具体的には、これらの実施例はタイヤの圧力および温度を測定するようになされている。これらの実施例はインタロゲートされる車両が走行する面に取り付けられる静止システムである。車両の各タイヤには、圧力および温度を感知するようになされた無線受動センサ（好ましくは無線受動ＳＡＷ共振センサ）が設けられている。各タイヤには、タイヤを明確に識別できるようにＲＦ−ＩＤタグを設けることもできる。インタロゲートされる車両が本発明の実施例を備えた路面上を通過するにつれて、各車両タイヤ内にある無線受動センサとＲＦ−ＩＤタグとがインタロゲートされ、各タイヤごとにタイヤの圧力および温度の測定値が取られる。
【０００４】
本発明では、無線受動センサは、機械的歪み、温度および湿度のような物理量に感応する一つまたは複数の高Ｑ共振構造体に基づいた任意のセンサに関連する。一つまたは複数の高Ｑ共振構造体はアンテナに結合する（すなわち、直接接続するかまたは整合回路を介して接続する）ことができる。このような構造体の例としては、ＳＡＷ（表面弾性波）共振器、ＳＴＷ（表面横断波）共振器、ＦＢＡＲ（薄膜バルク弾性波）共振器および誘電体共振器が挙げられる。さらに、本発明では、無線受動ＳＡＷ共振センサは、構造体が製造される基板の表面に沿って伝播する弾性波を利用し、アンテナに結合された、物理量に感応する一つまたは複数の圧電高Ｑ共振構造体に基づいた任意のセンサを備えている。
【０００５】
アンテナを横切って通過する回転タイヤに取り付けられた無線受動センサをインタロゲートするために静止アンテナを使用することには、複数の潜在的問題があることは明らかである。タイヤ／ホイールの回転軸線を中心としたセンサの角度位置がアンテナから取られる読取り値の精度に影響を与えることは理解できよう。実際には、タイヤがアンテナを通過する瞬間のタイヤのアンテナからの横方向距離も精度に影響する。実験から、タイヤがアンテナを通過するときのタイヤとアンテナとの間のスペースが（所定のタイヤ直径に対して）かなり大きい（例えば直径が約１メートルのタイヤに対して１メートルである）ときには、アンテナからのインタロゲーション信号に応答するセンサからの最も強いリターンは、ホイールの頂部に位置するセンサで見られることがわかった。センサの他の角度位置では、リターン信号は上記ほど強くない。しかし、タイヤがアンテナを通過するときのタイヤとアンテナとの間のスペースが（所定のタイヤ直径に対して）かなり小さい（例えば直径が約１メートルのタイヤに対して１０ｃｍである）場合、アンテナからのインタロゲーション信号に応答してセンサからの最も強いリターン信号は、ホイールの底部に位置するセンサで生じる。これらの実験結果は、アンテナが車両の外側に配置される場合に関するものである。しかし、より大きな車両は車両の各側の単一車軸に取り付けられた２つのホイールを使用することは理解できよう。この状況では、内側のタイヤをインタロゲートするためのアンテナは車体の真下に配置され、且つ、サスペンション部品および他の車両部品による信号遮蔽によって、センサからの最も強いリターン信号はセンサがホイールの底部に位置する（すなわち地面に最も近い）ときに常に見られることが実験からわかった。
【０００６】
上記した要因に留意するために、添付図面に示されたシステムは、（単一のアンテナよりもむしろ）一列に並列に配置された複数のアンテナを使用している。このアンテナアレイは、システムを通過して直線経路上を車両が普通走行できるように、一直線に配置されるのが理想的である。しかし、アンテナは必要に応じてカーブした形状で配置することができる。アンテナアレイの全長Ｌａは少なくとも、インタロゲートされるタイヤまたは各タイヤの円周に等しい。しかし、アレイ内のアンテナの数はタイヤ車両の型式によって十分変えることができる。添付図面に示された実施例では、アンテナアレイが計８つのアンテナを備えている。アンテナアレイの全長Ｌａが、インタロゲートされるタイヤの円周に等しいかまたはそれ以上である場合は、車両がアンテナアレイを通過するにつれて、各タイヤ内のセンサが、８つのアンテナの少なくとも一つに対してインタロゲーションのために最適な位置に位置することは理解できよう。このアンテナからの読取り値はタイヤの圧力および温度の正確な測定値を得るのに使用することができる。アンテナアレイを通る各タイヤと組み合わされたＲＦ−ＩＤタグもインタロゲートされる。
【０００７】
干渉を最小にするために、インタロゲートされるタイヤがシステムを通過するときにのみアンテナアレイ内の各アンテナが信号を送信するように、システムが構成される。換言すれば、インタロゲーションは対象となるタイヤに最も近いアンテナを用いて実行される。このように、それぞれ異なるタイヤから来る信号を分けるために空間的および極方向的なダイバーシティが利用される。十分なアンテナを使用すれば、アレイ内のアンテナの少なくとも一つから許容可能な読取り値が得られることを保証できる。
【０００８】
添付図面の図１を参照すると、８つのアンテナ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８からなる第１アレイ１００が、それぞれトラックおよびトレーラ車両１１８のタイヤ１１４、１１６に取り付けられているＳＡＷデバイス１１０、１１２をインタロゲートするように図示されている。図から、第１アレイ１００内の第１アンテナ１０１は図示した第２タイヤ１１４に最も近いのでインタロゲーション信号を送信し、一方、第１アレイ１００内の第４アンテナ１０４も、図示した第１タイヤ１１６に最も近いのでインタロゲーション信号を送信していることが分かる。第１アレイ１００内の残りの６つのアンテナは干渉を最小にするためにインタロゲーション信号を送信していない。
【０００９】
車両のタイヤ１１４、１１６が通過するにつれて、第１アンテナアレイ１００のアンテナが、適切な時間にインタロゲーション信号を送信するように活性化されることを確実にするために、各アンテナと組み合わされたホイール起動スイッチを設ける。これらのスイッチ／センサ１２０（図５参照）は、特定のセンサに対して所定の周知な位置にあるホイールの存在を検出する。スイッチ１２０は、機械的、空気式、または、光学的手段を介してタイヤによって活性化することができる。スイッチ１２０は、評価されるホイールによって押される空気式ホースを備えるのが理想的である。変形例では、スイッチ１２０は、マイクロ波（レーダー）を用いて活性化したり、任意の通常の近接センサを備えることができる。
【００１０】
車両の外側ホイールをインタロゲートするための（図１に示される第１アンテナアレイ１００のような）外側アンテナアレイの場合は、（既に述べたように）タイヤがこのアンテナと正面に向き合うように位置したときにのみ、スイッチ１２０がアンテナを活性化するようにシステムを構成することができる。しかし、ある種の車両、または、車両上のあるタイヤ位置では、インタロゲートされるタイヤがアンテナと正面に向き合う前または後にアンテナが信号を送信するとき、インタロゲーション信号の最も強いリターンを得ることができる。これは、車両の下からタイヤをインタロゲートするようにアンテナが配置される場合である。上述したように、内側に取り付けられたタイヤのインタロゲーションを容易にするために、アンテナは車両の真下に配置するのが適していよう。このような場合には、タイヤがアンテナを通る前および／または通った後にこのアンテナを活性化することによって、サスペンションおよび車軸部品からの干渉に伴う問題を最小にすることができることがわかった。図５の実施例から、これが、センサの内側アンテナアレイ２００、３００を、外側アンテナアレイ１００、４００およびこれらと組み合わされるスイッチ１２０に対してオフセットすることによって達成されることがわかる。このオフセットは、直径が約１メートルの通常のトラックタイヤの場合３５ｃｍである。従って、図５の矢印Ａで示されるような車両の移動に関しては、車両タイヤ１１４、１１６がスイッチ１２０を（例えば車両重量をスイッチに加えることによって）活性化されると、各外側タイヤとほぼ正面に向き合うように位置する外側アンテナは、活性化されてインタロゲーション信号を送信することがわかる。しかし、同時に、活性化された各外側アンテナの前方３５ｃｍに位置する内側アンテナも活性化される。車両が矢印Ａの方向へ進行するにつれて、更なるスイッチ１２０が作動され、その結果、既にアクティブなアンテナ１０１、２０１、３０１、４０１、１０４、２０４、３０４、４０４が非活性化され、各アンテナアレイ１００、２００、３００、４００内で次のアンテナ１０２、２０２、３０２、４０２、１０５、２０５、３０５、４０５が一緒に活性化される。車両が矢印Ａの方向へ進行するにつれて、各アレイの各アンテナは順番に活性化される。
【００１１】
従って、車両タイヤの各ラインごとに一つのアンテナアレイが設けられていることは理解できよう。従って、各車軸が左右の外側ホイール１２２、１４４および左右の内側ホイール１２６、１２８を有するトラックおよびトレーラのような道路車両の場合（図２参照）は、タイヤの４つのラインが存在し、従って、４つのアンテナアレイが設けられる。各アンテナアレイは、タイヤの特定のラインを通過する全てのタイヤをインタロゲートする。タイヤ測定値は、測定が行われる時間にインタロゲートされるＲＦ−ＩＤタグを参照することによって特定のタイヤに係る測定値であると確認できることは理解できよう。
【００１２】
図５のオフセットしたアンテナアレイの形状は、単一のスイッチ１２０で４つのアンテナ（各アンテナアレイにつき一つ）を活性化することができ、さらに、インタロゲーション信号の干渉を減らすことができる。干渉は外側アンテナアレイ１００、４００を内側アンテナアレイ２００、３００に対して図４に示すように完全にオフセットすることによって、さらに減らすことができる。この配置では、車両がインタロゲーションシステムを通過するにつれて、外側アンテナアレイ１００、４００内の全てのアンテナが活性化され、その後に、内側アンテナアレイ２００、３００内の全てのアンテナが活性化される。システムの形状および車両移動の方向によっては、外側アンテナアレイ１００、４００のアンテナより前に、内側アンテナアレイ２００、３００の全てのアンテナを活性化することができることは言うまでもない。図４のシステムでは、内側アンテナアレイ２００、３００のアンテナを活性化するために第１セットのスイッチを使用し、一方、外側アンテナアレイ１００、４００のアンテナを活性化するために第２セットのスイッチを使用することができる。
【００１３】
図４の配置はインタロゲーション信号の干渉を大幅に減少させるのに役立つが、長さの点で２倍の場所を取る。使用空間は、オフセット形状を用いるよりもむしろ、図３のように４つのアンテナアレイを全て厳密に並列にさせることによって最小にすることができる。しかしこの配置では、干渉は図４の配置で実現できる程度までには減少することはなく、さらに、ホイール通過の前または後に内側アンテナアレイを活性化し、一方で、逆に、ホイール通過時に外側アンテナアレイを活性化することを確実にするために、内側および外側アンテナアレイのための個別のスイッチングが必要である。
【００１４】
図５に示されるシナリオからは、（車軸１３０、１３２に取り付けられた）計８つのタイヤが８つのアンテナの活性化を生じさせることがわかる。添付図面の図６では、２つの車軸１３０、１３２が図５に示すそれらの位置より前方へ移動し、この移動およびこの移動に対応するスイッチ１２０の動作に応答して、先に活性化されたアンテナが非活性化され、各アンテナアレイ内の次のアンテナが一緒に活性化される。図６では、８つのアンテナ１０２、２０２、３０２、４０２、１０５、２０５、３０５、４０５が活性化される。これらのアンテナは、活性化されている間、それぞれの側のタイヤに取り付けられたセンサをインタロゲートする。このインタロゲーションは様々な方法で行うことができる。最も単純な方法は全てのセンサを同時にインタロゲートすることである。しかし、使用するアンテナによっては、隣接するタイヤからの信号の同時受信に起因する大きな干渉問題が生じる状況が存在する。別の方法は、干渉の問題を引き起こす可能性が最も高いアンテナが同時にインタロゲートすることがないように、複数のアンテナのインタロゲーションを時分割多重化する方法である。換言すれば、互いの干渉レベルが過度に強い可能性があるアンテナを、異なるタイムスロット（すなわち異なる時間）でインタロゲートすることができる。
【００１５】
この時分割インタロゲーションの最も簡単な実施方法は、それぞれの時間において、送信／受信するアンテナを１つしか活性化しないことである。それでもなお、２つ以上のセンサを同時にインタロゲートするならば、インタロゲーションの速度が上げる。図７と組み合わされる図６には、８つのアンテナが４つのアンテナから成る２つのグループでインタロゲートする（換言すれば、それぞれの時間において、４つ以下のアンテナが同時に送信且つ受信する）同時インタロゲーションの実施例が示されている。図６に示される２つのアンテナグループは、同じタイムスロット内で送信／受信するアンテナ間のアイソレーションが最大になるように選択されている。図６および図７を参照すると、アンテナ１０５、２０５、３０２、４０２が信号を同時に送信且つ受信することがわかる。このようにアンテナを組み合わせることによって干渉が最小になる。次いで、第２グループのアンテナ１０２、２０２、３０５、４０５が信号を送信且つ受信する。ここでも、このアンテナの組合せによって干渉が最小になる。それによって、所定の角度位置で８つ全てのタイヤの第１測定が行われる。しかし、このプロセスが繰り返されて、多重測定が行われる。時速３マイルで走行する車両の場合、各アンテナによって最大で４０回測定されることが予測される。特定のタイヤに対する各アンテナアレイからの測定値は、次いで、最終的な圧力および温度の読取り値を得るために解釈することができる。アンテナアレイが設けられるので、各タイヤにつき少なくとも一つのアンテナが、最適効率でインタロゲートするように、タイヤセンサに対して理想的に位置されることは理解できよう。
【００１６】
上記した実施例で使用されるアンテナはパッチアンテナにすることができるが、ダイポールアンテナまたはループアンテナを使用することもできる。さらに、アンテナを添付図面に概念的に示されているように路面上に配置する必要もない。アンテナは車両が走行する路面の下側に埋め込むこともできる。
【００１７】
アンテナアレイの全長が３．２ｍであり、各アンテナアレイが８つのアンテナから成り、速度が３ｍｐｈである場合、各アンテナの最大インタロゲーション時間は約３００ｍｓ（５ｍｐｈでは１８０ｍｓ）になる。受動センサインタロゲーションの場合、この時間は２つのアンテナのインタロゲーションを時分割多重化するのに十分な長さである。しかし、ＲＦ−ＩＤタグの場合は、十分な長さの時間ではないことがある。ＲＦ−ＩＤインタロゲーションで上記と同じ時分割多重化を実施するためには、全インタロゲーション時間（ＲＳ２３２ラインを介してデータを戻すのに要する時間を含む）を３０ｍｐｈで１５０ｍｓ（３ｍｐｈで９０ｍｓ）以下でなければならない。実験から、通常のＲＦ−ＩＤリーダでは、１５０ｍｓ未満のインタロゲーション時間を達成できる状況もあるが、このインタロゲーション時間を保証することはできないということがわかった。それでもなお、図８および図９に示されるアンテナスイッチングシステムを用いて、一つのアンテナアレイに付き２つのＲＦ−ＩＤボードを用いるシステムを実行することができるほうがよい。この形状では、ＲＦ−ＩＤボードは、新しい車軸がシステムに入るたびにトリガされてタグを探索し始め、次いで、空気式センサを使用してこの車軸の位置をアンテナアレイを介して追跡し、このボードをタイヤの正面に向かい合って位置するアンテナに自動的に接続する。アンテナアレイ内には常に２つの車軸のみが存在するようにしなければならないので、ＲＦ−ＩＤボードはそれぞれ一つの車軸に専用であり、アンテナスイッチングによって全アンテナアレイを介してその車軸を自動的に追跡する。
本発明は上記した特定の実施例に限定されるものではない。上記以外の配置も可能であることは当業者には理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】トラックおよびトレーラ車両のタイヤをインタロゲートする本発明の第１実施例の概略側面図。
【図２】トラックおよびトレーラ車両のタイヤをインタロゲートする第１実施例の概略端面図。
【図３】第１実施例のアンテナアレイの配置の概略平面図。
【図４】本発明の第２実施例のアンテナアレイの配置の概略平面図。
【図５】本発明の第３実施例のアンテナアレイの配置の概略平面図。
【図６】トラックおよびトレーラ車両のタイヤセンサに関する第３実施例のアンテナアレイの概略平面図。
【図７】図６に示されるアンテナが、アンテナ間の干渉を最小化するように活性化される順序を示す概略図。
【図８】ＲＦ−ＩＤインタロゲーションのためのアンテナスイッチングシステムの概略ブロック図。
【図９】図８のシステムで使用されるスイッチングマトリックスの概略ブロック図。
【図１０】上記した実施例に関するシステムレイアウトの概略ブロック図。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
2007520020.tif 000013
2007520020.tif 000014