(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤの圧力、温度、角速度、力ベクトルのデータの１つ又はそれ以上を、デジタル・シリアル・データグラムとして二線式電磁結合通信チャネル経由でシャーシに装着したリーダー手段へ送信するのに適するように車輪に装着されたセンサー手段を含む自動車タイヤ・データ・モニタリング・システムであって、前記通信チャネルは、センサー手段の単独のコイルとリーダー手段の単独のコイルとの単独の組み合わせであって、これら２つのコイルが相互に電磁的に結合された単独の組み合わせから構成され、前記タイヤの全ての静止位置又は回転位置について一定の相互インダクタンスを有し、また前記センサー手段へ電力を供給すると同時に、処理とそれに続けて前記システムのユーザへの表示のために前記データをセンサー手段から受信するのに適するように構成されることを特徴とし、
センサー手段の単独のコイルは車輪のリムに円環状に第１の軸の周りに巻かれることを特徴とし、
リーダー手段の単独のコイルは前記第１の軸とは同軸ではない長手方向の軸を有する棒状コアの周りに巻かれることを特徴とし、
センサー手段は単一の一定の共振周波数を維持することを特徴とする
自動車タイヤ・データ・モニタリング・システム。
【請求項２】
前記センサー手段は少なくとも独立した接地、電力、データ接続を有する３端子又はそれ以上のセンサー・サブシステムを含み、このシステムは前記リーダー手段への前記通信チャネルを通って前記データを送信するための２端子センサー・サブシステムに変換され、第１の端子は接地基準接続、第２の端子は電力とデータの組み合わせ接続とすることを特徴とする請求項１に記載の自動車タイヤ・データ・モニタリング・システム。
【請求項３】
前記二線式通信チャネルは前記受信手段によって受信されるシリアル・データグラムとして前記電力接続の上に前記データの送信を重畳することを特徴とする請求項２に記載の自動車タイヤ・データ・モニタリング・システム。
【請求項４】
前記データグラムは前記リーダー手段により復号されて前記システムのユーザへ前記タイヤ・データの分析と表示のためマイクロプロセッサ・システムで利用できる復号情報を提供することを特徴とする請求項３に記載の自動車タイヤ・データ・モニタリング・システム。
【請求項５】
自動車タイヤ・データ・モニタリング・システム用の二線式通信チャネルであって、前記チャネルは、前記自動車の車輪に装着されたセンサー手段の単独のコイルと前記自動車のシャーシに装着されたリーダー手段の単独のコイルとの単独の組み合わせであって、これら２つのコイルが相互に電磁的に結合された単独の組み合わせから構成され、タイヤの圧力、温度、角速度、力ベクトル・データのうちの１つ又はそれ以上を、前記センサー手段から前記リーダー手段へのデジタル・シリアル・データグラムとして送信し、又前記リーダー手段から前記センサー手段へ電力を供給するのに適するように構成されることを特徴とし、電力供給と前記データの送受信とは上記電磁的に結合されたコイルの単独の組み合わせを介して同時に行なわれることを特徴とし、
前記電磁的に結合された２つのコイルは、前記車輪の回転可能なリムに装着されたセンサー手段の単独のコイルと、前記車輪のハブの回転しないコンポーネントに装着されたリーダー手段の単独のコイルとから構成され、前記センサー手段の単独のコイルと前記リーダー手段の単独のコイルとは前記車輪の完全な回転中にこれらの間で一定の相互インダクタンスを維持するように構成され、前記センサー手段の単独のコイルと前記リーダー手段の単独のコイルとが前記データ・モニタリング・システムのための非接触二線式通信チャネルを提供することを特徴とし、
センサー手段の単独のコイルは第１の軸の回りに巻かれ、リーダー手段の単独のコイルは該第１の軸とは同軸ではない長手方向の軸を有する棒状コアの周りに巻かれることを特徴とし、
センサー手段は単一の一定の共振周波数を維持することを特徴とする
二線式通信チャネル。
【請求項６】
タイヤ・データ・モニタリング・システムに於て、車輪に装着されたタイヤの圧力、温度、角速度、力ベクトル・データのうちの１つ又はそれ以上をデジタル・シリアル・データグラムとして送信するための自動車の車輪からハブへの電磁結合相互接続であって、前記車輪の回転可能なリムに装着されてセンサー手段からのデータを受信するのに適するように構成された第１の部分と、前記車輪のハブの回転しないコンポーネントに装着された第２の部分とを含み、前記第２の部分は車輪がハブに装着されたときに前記第１の部分との間に一定の空気ギャップ間隔を維持し、前記第１の部分と前記第２の部分の間に一定の相互インダクタンスを維持して前記第１の部分から前記第２の部分へ前記データを送信できるようにするのに適するように構成され、前記第２の部分は更に処理とそれに続けてシステムのユーザへの表示のため前記自動車のシャーシに装着されたリーダー手段へ前記データを送信するのに適するように構成されることを特徴とし、
前記第１の部分は車輪のリムに円環状に第１の軸の周りに巻かれた単独のコイルから構成されることを特徴とし、
前記第２の部分は前記第１の軸とは同軸ではない長手方向の軸を有する棒状コアの周りに巻かれた単独のコイルから構成されることを特徴とし、
前記第１の部分は単一の一定の共振周波数を維持することを特徴とする
自動車の車輪からハブへの電磁結合相互接続。
【請求項７】
前記第１の部分と前記第２の部分の間の前記一定のエアギャップ間隔は前記ハブに前記車輪を各々取り付けた後で維持されることを特徴とする請求項６に記載の自動車の車輪からハブへの電磁結合相互接続。
【請求項８】
自動車タイヤ・データ・モニタリング・システムのための二線式通信チャネルであって、前記チャネルは、前記自動車の車輪に装着されたセンサー手段の単独のコイルと前記自動車のシャーシに装着されたリーダー手段の単独のコイルとの単独の組み合わせの間で通信するためにこれら２つのコイルが相互に電磁的に結合された単独の組み合わせから構成された電磁変換手段を含み、前記センサー手段から前記リーダー手段へのデジタル・シリアル・データグラムとしてタイヤの圧力、温度、角速度、力ベクトル・データのうちの１つ又はそれ以上を送信し又前記リーダー手段から前記センサー手段へ電力を供給するのに適するように構成され、前記電力の供給は上記電磁的に結合された単独の組み合わせを介してデータの送受信と同時に行なえるように構成され、
前記センサー手段の単独のコイルは電磁変換手段の第１の部分を構成して前記車輪のリムに円環状に装着され、前記リーダー手段の単独のコイルは電磁変換手段の第２の部分を構成して前記車輪のハブの回転しないコンポーネントに装着され、前記第１と第２の部分は、相互間に電磁誘導が発生するように車輪の回転中一定の十分な近接距離を有するエアギャップにより隔てられることで、データ・モニタリング・システムに、非接触で、一定相互インダクタンスを有し、電磁結合された、二線式通信チャネルを提供し、
センサー手段の単独のコイルは第１の軸の周りに巻かれ、リーダー手段の単独のコイルは該第１の軸とは同軸ではない長手方向の軸を有する棒状コアの周りに巻かれることを特徴とし、
前記第１の部分は単一の一定の共振周波数を維持することを特徴とする
二線式通信チャネル。
【請求項９】
自動車のタイヤ・データ・モニタリング・システムのための二線式通信チャネルにおける電磁結合であって、車の車輪のリムに円環状に装着された第１の部分と、車輪のハブの回転しないコンポーネントに装着された第２の部分とから構成され、該第１の部分と該第２の部分とは、単独の組み合わせを構成し、車輪の回転中それらの間で電磁誘導を維持して車輪に搭載されたセンサー手段からシャーシに搭載されたリーダー手段にタイヤのデータを送信できるように構成されることを特徴とし、
前記第２の部分は前記車輪のハブの回転しないコンポーネントに装着されたリーダー手段の単独のコイルから構成され、前記第１の部分は前記車輪の前記リムに円環状に取り付けられたセンサー手段の単独のコイルから構成され、前記第１の部分は、前記車輪の回転中に前記第２の部分との間に、充分に近接したエアギャップ間隔を維持し、また一定の相互インダクタンスを維持して、電磁誘導が発生するようにすることを特徴とし、
センサー手段の単独のコイルは第１の軸の周りに巻かれ、リーダー手段の単独のコイルは該第１の軸とは同軸ではない長手方向の軸を有する棒状コアの周りに巻かれることを特徴とし、
前記第１の部分は単一の一定の共振周波数を有することを特徴とする
電磁結合。
【請求項１０】
前記センサー・コイルは電源回路を含み電力接続として用いられる前記受信コイルで生成された電磁束から前記データの検出及び送信を機能させるための電力を取り出し、当該電磁束により前記センサー・コイルの前記電源回路が充分なＤＣ電圧を発生して前記センサー手段に給電し又前記リーダー手段へ前記データを送信できるようにし、当該データは前記電磁束を変調することでシリアル・データグラムとして前記電力接続上に前記データの送信を重畳するのに適し、このように変調された信号が前記リーダー手段で検出、瀘波、増幅、復号されて、データを処理し前記システムのユーザに表示できるようにすることを特徴とする請求項８に記載の二線式通信チャネル。
【請求項１１】
前記センサー・コイルは電源回路を含み電力接続として用いる前記受信コイルによって発生した電磁束から前記データの検出と送信を機能させる電力を取り出し、前記電磁束により前記センサー・コイルの前記電源回路が充分なＤＣ電圧を発生して前記センサー手段に給電し又前記リーダー手段へデータを送信できるようにし、前記データは前記電磁束を変調することでシリアル・データグラムとして前記電力接続上に前記データの送信を重畳するのに適し、このように変調された信号が前記リーダー手段で検出、瀘波、増幅、復号されて、前記データを処理し前記システムのユーザに表示できるようにすることを特徴とする請求項９に記載の電磁結合。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車タイヤのデータ・モニタリング・システムに関し、更に詳しくは自動車の車輪に装着したセンサー手段とシャーシに装着したリーダー又は受信手段との間の二線式通信チャネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在利用可能で自動車のドライバーに異常タイヤ圧力状態を警告するタイヤ圧力モニタリング・システム（TPMS）は２種類ある：直接測定システムと間接測定システムである。直接測定システムはタイヤ圧力を物理圧力センサーで直接測定する。間接測定システムは実際のタイヤ圧力以外の何か、例えば相対的な車輪角速度又は路面に対する車軸の高さ変化等を測定する。
【０００３】
直接測定システムのクラスはセンサーに電力を供給し自動車の車輪に装着したセンサー手段とシャーシに装着した受信手段の間の通信チャネルを実現するために使用される手段により更に分類することができる。電源の確保の困難さは別として、回転する車輪の内部に装着される電気式センサーから信号を取り出すだけでも重大な問題を提起する。従来技術のアプローチは典型的に車輪に装着した電池駆動の高周波（ＲＦ）送信器モジュールを用いるが、システムの制約と信頼性の問題に悩まされ続けている。
電池駆動ＲＦ送信器モジュールの制約には次のようなものがある：
【０００４】
・タイヤ内部の電池電源に依存する（電池が消耗すると動作が不安定になり交換はコストがかかる）
・電池電力を節約するため、連続モニタリングは不可能（検出した情報の送信は圧作動床が通過した時だけ行なう（非決定論的送信アルゴリズム））
・タイヤが回転スケジュールに入った後ではタイヤ位置を識別するのが困難（通常タイヤ位置は手動で再プログラムする必要がある）
・能動型送信器及び受信器を備えた他の隣接車両との間でのクロストーク
・受信器の電子部品が外部発生源からのスプリアス力場によって機能しなくなることがある（例えばテレビ送信器、ガレージのドア開閉機、ＣＢ無線等）
・受信アンテナ近傍にある力場密度パターンが金属製自動車部品の影響により有害作用を受ける。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の従来技術のアプローチの性能は、各々の自動車モデルが異なるジオメトリーを有しこれが力場密度に有害に干渉することがあるため、自動車モデル間で大幅に変化する。
【０００６】
これとは対照的に、本発明は直接測定TPMSアプローチに基づいており、車輪に装着したセンサーとシャーシに装着した受信器電子回路との間に二線式通信チャネルを使用する。重要なことは、このアプローチではタイヤ内部にセンサー用電池を必要としないことで、最小限の本数の物理的導体（２本）を使用でき、経済的、かつ高度に予測可能な性能と信頼できる性能を備えている。
【０００７】
本発明の目的は経済的かつ信頼性の高いシステムを提供して、全ての運転又は停車条件で自動車タイヤのいずれか又は全部（スペアタイヤを含め）に存在することがあり得る何らかの異常圧力、温度、角速度、又は力ベクトルを自動車のドライバーに警告することである。本システムは決定論的でありタイヤ交換、タイヤの回転、又は高周波干渉による受信器電子部品が機能しなくなることによっては影響を受けない。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５６７３０１８号明細書
【特許文献２】米国特許第５９３９９７７号明細書
【特許文献３】米国特許第６３０４６１０号明細書
【特許文献４】米国特許第２２０７７６０号明細書
【特許文献５】米国特許第３６７５１９８号明細書
【特許文献６】米国特許第２９６６６５０号明細書
【特許文献７】米国特許第３３７０４５９号明細書
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は車輪に装着したセンサー手段へ電力を提供してタイヤ圧力、温度、角速度又は力ベクトルデータの測定を実施するためのシステムに関する。本システムは、車輪のハブの回転しない部品に取り付けてある受信手段を含むリーダー手段であってシャーシに装着してあるリーダー手段へ、また表示サブシステムへこのデータを続けて送信する手段を提供する。例えば自動車のゴム製タイヤの通常と異常の動作圧力及び温度情報を自動車のドライバーが利用できるようになる。
【００１０】
本発明によれば、自動車タイヤのデータ・モニタリング・システムが提供され、タイヤについて圧力、温度、角速度、及び力ベクトルデータのうちの１つ又はそれ以上をデジタル・シリアル・データグラムとして二線式電磁結合通信チャネル経由で、シャーシに装着してあるリーダー手段へ送信するのに適した車輪に装着してあるセンサー手段を含み、通信チャネルは一定の相互インダクタンスを有しセンサー手段へ電力を供給すると同時に処理のためのデータを受信しシステムのユーザへ次に表示するのに適した電磁結合手段を含む。
【００１１】
望ましくは、センサー手段は少なくとも独立した接地、電力、データ接続を有する３端子又はそれ以上のセンサー・サブシステムを含み、このシステムはリーダー手段への通信チャネルを介してデータを送信するための２端子センサーシステムへ変換され、第１の端子は接地基準接続、第２の端子は電力とデータの組み合わせ接続とする。
【００１２】
二線式通信チャネルは受信手段によって受信されるシリアル・データグラムとして電力接続上にデータ送信を重畳するのが望ましい。
【００１３】
また望ましくは、データグラムをリーダー手段で復号して、システムのユーザへタイヤ・データの分析と表示を行なうためにマイクロプロセッサ・システムで利用できる復号情報を提供する。
【００１４】
本発明の第１の態様では、自動車タイヤ・データ・モニタリング・システムのための二線式通信チャネルを提供し、当該チャネルは自動車の車輪に搭載されたセンサー手段と自動車のシャーシに装着されたリーダー手段との間の電磁結合手段を含み、タイヤの圧力、温度、角速度、力ベクトル・データのうちの１つ又はそれ以上を、センサー手段からリーダー手段へのデジタル・シリアル・データグラムとして送信し、又リーダー手段からセンサー手段へ電力を供給するのに適したものとして、電力の供給はデータの送受信と同時に行なわれるようにし、ここで電磁的結合手段には車輪の回転可能なリムに装着される第１の部分と、車輪のハブの回転しないコンポーネントに装着される第２の部分とを含み、第１の部分と第２の部分とは車輪の完全な回転中にこれらの間で一定の相互インダクタンスを維持して、第１と第２の部分がデータ・モニタリング・システムに非接触二線式通信チャネルを提供するようにする。
【００１５】
本発明の上記第１の態様によれば、自動車タイヤ・データ・モニタリング・システムの二線式通信チャネルに於て電磁結合を提供し、当該電磁結合は自動車の車輪の回転可能なリムに装着される第１の部分と、車輪のハブの回転しないコンポーネントに装着される第２の部分とを含み、第１の部分と第２の部分とは車輪の完全な回転中にこれらの間で一定の相互インダクタンスを維持して、車輪に装着されたセンサー手段からシャーシに装着されたリーダー手段へタイヤについての復号可能なデータの送信を行なえるようにする。
【００１６】
更に、本発明の上記第１の態様によれば、タイヤ・データ・モニタリング・システムに於て自動車の車輪からハブへの電磁結合相互接続を提供し、これを介して車輪に装着されたタイヤについてのタイヤの圧力、温度、角速度、力ベクトル・データのうちの１つ又はそれ以上を送信できるようにし、当該電磁結合相互接続は車輪の回転可能なリムに装着されてセンサー手段からのデータを受信するのに適する第１の部分と、車輪のハブの回転しないコンポーネントに装着される第２の部分とを含み、第２の部分は車輪がハブに装着された時に第１の部分との間に一定のエアギャップ間隔を維持し、第１の部分と第２の部分の間に一定の相互インダクタンスを維持して第１の部分から第２の部分へデータを送信できるようにするのに適し、第２の部分は更に処理とそれに続けてシステムのユーザへの表示のため車両のシャーシに装着されたリーダー手段へデータを送信するのに適したものとする。
【００１７】
望ましくは、第１の部分と第２の部分との間のエアギャップ間隔は各々のハブに車輪を取り付けた後で維持されるようにする。
【００１８】
本発明の好適な態様に於て、自動車タイヤ・データ・モニタリング・システムの二線式通信チャネルを提供し、当該チャネルは自動車の車輪に装着されたセンサー手段と自動車のシャーシに装着されたリーダー手段との間で通信するための電磁変換手段を含み、センサー手段からリーダー手段へのデジタル・シリアル・データグラムとしてタイヤの圧力、温度、角速度、力ベクトル・データのうちの１つ又はそれ以上を送信し又リーダー手段からセンサー手段へ電力を供給するのに適し、電力の供給はデータの送受信と同時に行なえるようにして、電磁変換手段の第１の部分は車輪のリムに円環状に装着され、電磁変換手段の第２の部分は車輪のハブの回転しないコンポーネントに装着されて、第１と第２の部分は空気ギャップにより隔てられていて、データ・モニタリング・システムに非接触、一定相互インダクタンス、電磁結合、二線式通信チャネルを提供する。
【００１９】
望ましくは、第２の部分は車輪のハブの回転しないコンポーネント例えばブレーキキャリパの取り付けブラケット等に装着された受信コイルを含み、第１の部分は車輪のリムに円環状に取り付けられて、車輪の回転中に受信コイルとの間に、充分に接近した空気ギャップ間隔を維持しまた一定の相互インダクタンスを維持して、電磁誘導が発生するようにする。望ましくは、空気ギャップ間隔は車輪の停止中又は回転中にかかわらず常に一定しているようにする。
【００２０】
望ましくは、センサー・コイルは電源回路を含み電力接続として用いられる受信コイルで生成された電磁束からデータの検出及び送信を機能させる電力を取り出し、当該電磁束によりセンサー・コイルの電源回路が充分なＤＣ電圧を発生してセンサー手段に給電し又リーダー手段へデータを送信できるようにし、当該データは電磁束を変調することでシリアル・データグラムとして電力接続上にデータの送信を重畳するのに適し、このように変調された信号がリーダー手段で検出、瀘波、増幅、復号されて、データを処理しシステムのユーザに表示できるようにする。
【００２１】
シャーシに装着されたリーダー手段にある受信器インタフェース電子部品は電力接続の重畳されたシリアル・データを抽出する。リーダー手段はエンベロープ検出器とフィルタ及び増幅手段を含む。モジュール内のマイクロプロセッサ・システムは異常条件について復元データを分析する。リーダー・モジュールは更に各種の既知の自動車ボディ電子部品「システムへの接続に適したインタフェース・オプションも有するのが望ましい。これらのインタフェース・オプションはＢｏｓｃｈ（登録商標）コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）バス、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｍｏｔｏｒｓ（登録商標）ＬＡＮバス、ＲＳ２３２シリアルポート、及び「テルテイル（Ｔｅｌｌ  Ｔａｌｅ）」音声アラーム付き警告灯などがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
１．電磁結合システムのセンサー・サブシステム・インタフェース
業界標準の３端子（接地、電力、データ）圧力センサー・サブシステムで、デジタル非同期シリアル・データ送信出力を有するものが利用可能である。これらは推奨電力供給が２．５から３．６ボルトの間、電流消費量が標準的に１２マイクロアンペアで、温度範囲摂氏ー４０度から＋１２５度で動作する。
【００２３】
図１３と図１４は接地、電力（３．３ボルト）、非同期シリアル・データ出力の接続を有する３端子センサー・サブシステムを示す。電力は低雑音低電圧ドロップアウト、ゼロ・キャパシタ型電圧レギュレータ（Ｖｉｎ＝３．９〜５．０ボルト、Ｖｏｕｔ＝３．３ボルト）を介してセンサー・サブシステムへ供給され、レギュレータの仕様は以下の通りである：
処理装置：ＣＭＯＳ
最大入力電圧：５．５ボルト
出力電圧：３．３ボルト
ドロップアウト電圧＠５０ミリアンペア：５５ミリボルト
動作電流＠無負荷：８５マイクロアンペア
動作電流＠５０ミリアンペア：１５０マイクロアンペア
入力コンデンサー：なし
出力コンデンサー：なし
出力雑音＠１００ｋＨｚ：３０マイクロボルトｒｍｓ
精度：２．０％
ラインレギュレーション：０．１％／Ｖｍａｘ
負荷レギュレーション：０．０２％ｍａｘ
【００２４】
２．電磁結合システムの二線式通信チャネル
本明細書で説明する二線式通信チャネルは各３端子（接地、電力、データ）センサー・サブシステムから、センサー電源電子回路接地基準への１本の接続と、シャーシ装着電子回路インタフェースへデータ信号を重畳する同時出力を容易にするもう１本の接続を必要とする２端子装置へ変換する。標準半導体鋳造処理を応用して、業界標準パッケージ例えばＴＯ２２０標準又は図１から図４に図示したスタッド設計の内部に封入された単一モノリシック集積回路で２端子センサー・サブシステムのディスクリート電子部品を置き換えることができる。
【００２５】
図１から図４のスタッド設計はステンレススチール製筐体１２、ロックナット用ねじ１４（ネオプレンのシール及びワッシャを含む）、エポキシ樹脂１６、センサー・ダイアフラムへの空気通路１８、２端子モノリシック集積回路による圧力温度センサー・サブシステム２０、センサー・サブシステム２０から筐体１２への接地接続２２、センサー・サブシステム２０からの電力／データ電極２４を含む。
【００２６】
ＴＯ２２０筐体を使用して２端子センサー（例えば図５に図示してある）を封入する場合、接地端子は最小直径の位置で、かつ、バルブステム・レセプタクルの近傍で車輪リム内側表面に溶接された適当なナットへ電気的に接続する。特に図５を参照すると、ゴム製バルブステム・レセプタクル２６は内側真鍮フェルール２８を有し、その先端には真鍮ロックナット３０、接地した真鍮アイレット・コネクタ３２、及び金属製ダストキャップ３６を受け入れるバルブ・エクステンダ３４が接続している。２端子センサー・サブシステム４０の電力／データ用真鍮アイレット・コネクタ３８はＭ４ねじ付きステンレススチール製キャップスクリュー４２、ステンレススチール製ロックワッシャ４４、円筒状真鍮スペーサ４６を使ってバルブステム・レセプタクル２６の内側真鍮フェルール２８の底部へ電気的に接続される。Ｍ４キャップスクリュー４２は直径２ミリメートルの軸穴４８を有し膨張手順及び収縮手順の間に空気が通過できるようになっている。この構成によると、バルブ・レセプタクル２６には弁と絶縁電気端子の二つの機能が備わることになる。バルブのフェルールは車輪の内部の２端子センサー・サブシステムの電力／データ信号を車輪の外側に面した外部環境へ電気的に接続する。バルブ・レセプタクルの外側真鍮フェルール２８と図１４に図示したダイオード・ブリッジ（Ｄ２、Ｄ３）との間の電気接続が容易に行なえる。電気接続は単一の絶縁配線又はマイラー絶縁シングルトラック・フレキシブルプリント配線基板を車輪のリムへ直接付けて行なうことができる。電気的接地接続は車輪リムの金属部分を経由する。
【００２７】
これ以外に、図１から図４のスタッド設計を用いて２端子センサーを封入する場合、車輪リムの一番直径の小さい位置に開けた孔を介して車輪リムの内側に装着する。この構成によれば、車輪内側の２端子センサー・サブシステムの電力／データ信号は車輪の内側に面した外部環境で利用可能になる。スタッドの絶縁電力／データピンと車輪からハブへの電気的接続システムの間の電気的接続は容易に行なえる。電気的接続は単一の絶縁配線又はマイラー絶縁シングルトラック・フレキシブルプリント配線基板を車輪のリムへ直接付けて行なうことができる。電気的接地接続は車輪リムの金属部分を経由する。
車輪からハブへの電磁結合システムにより標準的な方法で車輪を着脱交換できる上、センサー・サブシステムの接地及び電力／データ接続の送信経路をその場で同時に提供することができる。
【００２８】
センサー・サブシステムのシリアル・データグラムへ適用される周回冗長検査（ＣＲＣ）アルゴリズムの使用によりシステム全体が通信チャネルへ導入された雑音に対処できるようになる。
【００２９】
３．電磁結合システム
本発明の好適なタイヤ圧力モニタリング・システムをここで説明するが、これはパッシブ型（組込電池なし）２端子センサー要素と自動車の回転する車輪とシャーシの境界を越えた電力及びデータの非接触送信に基づくものである。
【００３０】
リーダー・コイルから各車輪内部に配置され電気的に絶縁されたセンサー要素へエネルギーを結合するのに磁場を使用する。磁気又は誘導結合のこの態様は技術的に「誘導結合２ポート回路」と呼ばれ、又は実際的な術語でもっと簡単にトランスと呼ばれる。リーダー・コイルはトランスの一次側巻線でセンサー・コイルが二次側巻線で、両者が極めて接近し一定の空気ギャップで隔離されている。分析目的では、各種の電流及び電圧の関係を決定する相互インダクタンス及び自己インダクタンスを使用する点についてトランス理論の従来の方法全てが適用できる。図６及び図７を参照すると本発明に適用され活用される３種類の有意な関連性が図示してある。
【００３１】
１）「一次側」電圧はＩ１Ｚ１電圧降下と「二次側」電流Ｉ２により一次側に誘導された電圧の和である。
【００３２】
２）相互インダクタンスＭの大きさと極性は一次側及び二次側コイルの相互に対する近さと方向に依存するが固定位置では一定のままである（位置パラメータは図１１に図示してある）
【００３３】
３）共振点では二次側インピーダンスが比較的低い抵抗だが一次側を調べると分かるように一次側へ結合されるインピーダンスは比較的高い抵抗である。
【００３４】
図８、図９、図１０、図１１を参照すると、一次側と二次側コイルの物理的構成は車輪が回転しているか止まっているかにかかわらず常に二つのコイルの間に一定の相対位置を維持している。これにより一定のエアギャップ間隔のためトランスの磁束リンケージが常に一定になり、また一定の相互インダクタンスが維持される。
【００３５】
特に図８を参照すると、２端子リーダー・コイル・アセンブリ７０（一次側誘導コイル）がブレーキキャリパ取り付けブラケットに対して固定され、センサー・コイル７２（二次側誘導コイル）が車輪リムに装着されているのが模式的に図示してある。各々一次側と二次側のコイル７０，７２は一定のエアギャップ間隔「ｄ」で隔てられている。センサー・コイル７２はタイヤ空気室内側で車輪リムに装着される２端子センサー・サブシステム７４の一部である。車輪の（つまりセンサー・コイル７２の）回転方向は矢印７６で示してある。
【００３６】
図９を特に参照すると、パッシブ型センサー８２（パッケージ内に整流子とコンデンサがある）を接続する車輪リム８０が図示してある。パッシブ型センサー８２はリム８０に接地されずリム８０を直接貫通し絶縁密封端子８６を含む電気接続を経由してセンサー・コイル８４へ接続される。これが詳細に図１９に図示してある。リーダー・コイルのインダクタ及びコンデンサ・アセンブリ８８はディスクブレーキ・キャリパブラケット９２に取り付けられて一定のエアギャップ間隔でセンサー・コイル８４から隔てられている。リーダー・コイルのインダクタ及びコンデンサ・アセンブリ８８からリーダー・コントローラへの接地及び電力／データ線にはツイステッドペア接続９０が用いられる。
【００３７】
図１０を特に参照すると、パッシブ型センサー９６（パッケージ内に整流子とコンデンサを含まない）を接続する車輪リム９４が図示してある。パッシブ型センサー９６はリム９４への接地接続９７を有しバルブ１００を介してリム９４に取り付けられたセンサー・コイル１０２（プラスチック製コイル型枠内部に整流子とコンデンサがある）へのアクティブ型電気接続９８を有する。自動車シャーシにはディスクブレーキ・キャリパ用の取り付けブラケット１０４が固定してあり、これにリーダー・コイルのコンデンサ・アセンブリ１０６が取り付けられている。リーダー・コイルのコンデンサ・アセンブリ１０６は一定のエアギャップ間隔だけセンサー・コイル１０２から隔てられている。リーダー・コイルのコンデンサ・アセンブリ１０６からリーダー・コントローラへの接地及び電力／データ線にはツイステッドペア接続１０８が用いられる。
【００３８】
図１１はシステムの車輪リムとブレーキキャリパ・マウントを示す。リムにはパッシブ・センサーとコイル要素が装着されている。
特に、図１１にはパッシブ型センサー１１２が取り付けられる車輪リム断面１１０とセンサー・コイルを収容するプラスチック製型枠１１４が図示してある。リーダー・コイル・アセンブリ１１６は自動車シャーシに固定されたディスクブレーキ・キャリパ用取り付けブラケット１１８に取り付けられる。リーダー・コイル・アセンブリ１１６からシャーシに取り付けたリーダー・モジュールへは絶縁ツイステッドペア接続１２０が用いられる。最も効率的な性能のためにはリーダー・コイル・アセンブリ１１６の長軸とプラスチック製型枠１１４が取り付けられているリム１１０の壁の部分との間に最適角度θ、リム壁のその部分とセンサー・コイルの間の最適距離Ｄ１、及びセンサー・コイルとリーダー・コイル・アセンブリ１１６との間の最適距離Ｄ２が存在する。
【００３９】
図１７はスペアタイヤ位置固定クランプなどで、ディスクブレーキ・キャリパ用取り付けブラケット１２２各々にリーダー・コイル・アセンブリ１２４（コンデンサと誘導子をパッケージしてある）をどのように取り付けるかを示している。各々のリーダー・コイル・アセンブリ１２４はリーダー・コイル１２８を固定するプリント配線基板１２６（ＰＣＢ）と、コンデンサ１３０（並列共振回路として）を含み、ＰＣＢ１２６はボルト・アセンブリでディスクブレーキ・キャリパ用取り付けブラケット１２２へ取り付ける。リーダー・コイル・アセンブリ１２４はリーダー・モジュールからのプラグに差し込むのに適した防水ソケット１３４に終止する二線ツイステッドペア接続１３２経由でシャーシに装着されるリーダー・ユニット又はモジュールへ接続される。一般的構成が図１６に模式的に図示してある。
【００４０】
図１２のブロック図を参照すると、リーダーは電力送信器部分及びデータ受信器部分、並びに信号及びデータ処理用のマイクロコントローラで構成される。電力送信器部分は正弦波発振回路信号（センサー要素の送信データ・ビット周波数の約６０倍となるように選択した５７２ＫＨｚの周波数）、電力増幅器と給電コイルのある同調回路を有する。データ受信器部分はエンベロープ検出器とフィルタ及び増幅回路を有する。当業者には理解されるように、フィルタ回路は回転中に車輪の偏心により発生するまた他の雑音発生源からの受信データ信号中の望ましくない周波数（すなわち雑音）を排除し、受信データ信号の残りの周波数を増幅する。
【００４１】
リーダーのマイクロプロセッサ・プログラムは位置にしたがってタイヤを順次選択する。選択されたタイヤの給電コイル（タイヤ毎に一次コイル１個）が電力増幅器の正弦波出力信号により駆動される。選択されたタイヤのセンサー要素は、センサー・コイル（二次側）に極めて接近してリーダー・コイル（一次側）の変化する（正弦波）磁束によって発生した力場から電力を取り出す。
【００４２】
図１３及び図１４を参照すると、この電力はセンサー・コイルの誘導正弦波電圧を整流して発生している。センサーの電源回路（整流子、コンデンサ及び電圧レギュレータ）が充分なＤＣ電圧を発生すると、センサーがシリアル１０Ｋｂｐｓのビット速度で、圧力、温度、角速度、力ベクトル情報を含むバイフェーズ符号化データグラムを送信する。このシリアル・データグラムを使って電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１のゲートを駆動し、バイフェーズ符号化データと同調して抵抗Ｒ１により整流子を実効的にシャントする。シャント抵抗Ｒ１はこれもバイフェーズ符号化データと同調して、交番磁場をダンピングするのに充分な電流を流す。これは磁場の大きさの変化としてみられるので、リーダー・コイルの一次側巻線にはトランスの相互インダクタンス動作による電圧降下が発生する。リーダーのエンベロープ検出器ダイオードは約６０ｄＢで増幅変調した一次側電圧のピークを検出する。この電圧は、復号されたタイヤ・データ情報を表現しており、この後瀘波増幅されて、更に分析するためマイクロプロセッサへのデジタル・シリアル・ビットストリームとして利用可能になる。図１５は図１２のブロック図の異なる位置で発生する信号波形を示す。リーダーのマイクロプロセッサ・プログラムは位置にしたがって次のタイヤを順次選択しこのサイクルを反復する。
【００４３】
一次側と二次側のコイルはどちらも発振器周波数の５７２ＫＨｚで並列共振を実現する値を有する並列コンデンサで構成される。共振周波数では、入力インピーダンスは純粋抵抗であり、保存されていたエネルギーがインダクタンスの磁場とキャパシタンスの電場の間で相互に移送される。回路の共振周波数で、インピーダンスは小さく強制応答が大きい。
【００４４】
センサー・コイルをセンサー・パッケージへ接続する２種類の方法が図９と図１０に図示してある。図９は車輪リムを直接貫通する絶縁密封電極を介した接続を示す（図１８から図２１も参照）。この場合、整流子と同調コンデンサはセンサー・パッケージ内に封入され、接地とデータ／電力接続が両方とも車輪リムから（エポキシ樹脂とゴムシールにより）電気的に絶縁される
【００４５】
図１８から図２１を特に参照すると、ステンレススチール製筐体１４０、車輪リム１４４を貫通してねじ込み式に取り付けられるねじ部分１４２、エポキシ樹脂１４６、ゴムシール１４８、センサー・ダイアフラムへの空気通路１５０、２端子モノリシック集積回路による圧力温度センサー・サブシステム１５２（整流子と同調コンデンサ入り）、センサー・サブシステム１５２からの接地接続１５４、センサー・サブシステム１５２からの電力／データ電極１５６が図示してある。接地接続１５４と電力／データ電極１５６の間には絶縁体１５８がある。
【００４６】
別の態様に於て、図１０は車輪内部リムを経由したセンサー・パッケージ接地接続と絶縁電極として作用するバルブステムを介してなされるコイルへのアクティブ型データ／電力接続とを図示している。この方法では、車輪リムの空気室内への何らかの追加の貫通を必要としないが、整流子と同調コンデンサはセンサー・コイルに沿ってプラスチック製コイル型枠内に収容される。重要なことは、どちらの方法も２端子センサー及びコイル・アセンブリ接続を実現することである。
【００４７】
本明細書で説明し図示した特定の実施例に表現されている本発明に対して、広く説明される本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、数多くの変化及び／又は変更を成し得ることは当業者には理解されよう。したがって本実施態様はすべての点で図示を目的とするものであって制限するものと見なされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は本発明の第１の形態の好適実施態様で使用される２端子センサー・サブシステム・スタッド装着封入パッケージの側面図である。
【図２】図２は図１に図示したスタッド装着封入パッケージの１〜１での断面図である。
【図３】図３は図１に図示したパッケージの上面図である。
【図４】図４は図１に図示したパッケージの底面図である。
【図５】図５は本発明の１実施態様に於いて車輪リムの外面にセンサーを接続するのに使用されるタイヤバルブ・レセプタクル絶縁電極の略図である。
【図６】図６は誘導結合回路の回路図で相互インダクタンスに関係する基本的な要因の相互関係を示す。
【図７】図７は等価Ｔ回路の回路図で相互インダクタンスに関係する基本的な要因の別の相互関係を示す。
【図８】図８は本発明の１つの態様による自動車タイヤ・データ・モニタリング・システムの好適な二線式通信チャネルの略図で、一次側と二次側のインダクタンス・コイルの構成を示す。
【図９】図９は本発明の第１の好適実施態様による電磁結合システムの略図である。
【図１０】図１０は本発明の第２の好適実施態様による電磁結合システムの略図で、図５の電極を使用する。
【図１１】図１１は本発明の好適な態様の各種システム・コンポーネント間の好適な角度及び距離の関係を示す略図である。
【図１２】図１２は本発明の好適な態様の好適な回路コンポーネントの全体ブロック図である。
【図１３】図１３は本発明の好適な態様で使用される第１の好適なセンサー手段の回路の略図である。
【図１４】図１４は本発明の好適な態様で使用される第２の好適なセンサー手段の回路の略図である。
【図１５】図１５は本発明の好適な態様の電磁結合構成で典型的な信号波形を示す図である。
【図１６】図１６は本発明の第２の態様による好適な電磁結合システムの略図である。
【図１７】図１７はリーダー・コイル・アセンブリをブレーキキャリパ取り付けブラケットに装着するための好適な構成を示す略図である。
【図１８】図１８は本発明の第２の形態の好適実施態様で使用される２端子センサー・サブシステム・スタッド装着封入パッケージの側面図である。
【図１９】図１９は車輪リムを貫通して装着した場合の図１８に示したスタッド装着封入パッケージの１８〜１８を通る断面図である。
【図２０】図２０は図１８に図示したパッケージの上面図である。
【図２１】図２１は図１８に図示したパッケージの底面図である。
【図１】
0004778235.tif 000002
【図２】
0004778235.tif 000003
【図３】
0004778235.tif 000004
【図４】
0004778235.tif 000005
【図５】
0004778235.tif 000006
【図６】
0004778235.tif 000007
【図７】
0004778235.tif 000008
【図８】
0004778235.tif 000009
【図９】
0004778235.tif 000010
【図１０】
0004778235.tif 000011
【図１１】
0004778235.tif 000012
【図１２】
0004778235.tif 000013
【図１３】
0004778235.tif 000014
【図１４】
0004778235.tif 000015
【図１５】
0004778235.tif 000016
【図１６】
0004778235.tif 000017
【図１７】
0004778235.tif 000018
【図１８】
0004778235.tif 000019
【図１９】
0004778235.tif 000020
【図２０】
0004778235.tif 000021
【図２１】
0004778235.tif 000022