(57)【要約】【課題】無線リンクを用いて動的物理過程のデータを取得することに関する。【解決手段】トランスポンダーアンテナ（１７）は、トランスポンダーアンテナ（１７）の共振周波数の励起電磁波によって励起され、取得しようとするデータに依存した電気インピーダンスを持つセンサー（１６）によって変調された後方散乱センサー電磁波を受信し、解析する。センサー（１６）は、トランスポンダーアンテナ（１７）に直接接続されており、その結果センサーは、取得しようとするデータのあらゆる変動に応じて、トランスポンダーアンテナ（１７）の電気インピーダンスを変化させることとなる。トランスポンダーアンテナ（１７）によって後方散乱された電磁波は、トランスポンダーアンテナ（１７）が励起電磁波によって励起されると同時に、センサー電磁波として受信される。
2004514123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取得しようとするデータに依存した電気インピーダンスを持つセンサーを配備することと、
トランスポンダーアンテナの共振周波数の励起電磁波でトランスポンダーアンテナを励起することと、
このセンサーによって変調された後方散乱センサー電磁波を受信し、解析することの措置から成る、無線リンクを用いた動的物理過程のデータを取得する方法において、
このセンサー（１６）をこのトランスポンダーアンテナ（１７）に直接接続して、このセンサーが、取得しようとするデータのあらゆる変動に応じて、このトランスポンダーアンテナ（１７）の電気インピーダンスを変化させるようにすることと、
このトランスポンダーアンテナ（１７）がこの励起電磁波によって励起されると同時に、このトランスポンダーアンテナ（１７）によって後方散乱された電磁波をこのセンサー電磁波として受信することの措置を特徴とする方法。
【請求項２】
該トランスポンダーアンテナの電気インピーダンス値が、取得しようとするデータによって時間に依存して変化させられるか、または変調させられ、その結果、後方散乱されるセンサー電磁波を、取得しようとするデータが示すものと同じ時間特性で変調するトランスポンダーアンテナ（１７）の後方散乱特性を、この変化させられた、または変調させられたインピーダンスが変化させることとなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該センサーが、受動的なセンサーとして配備されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
該センサー電磁波が、少なくとも二つの周波数成分の振幅比に関して解析されることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
該センサー電磁波が、周波数変調に関して解析されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
該センサー電磁波が、振幅変調に関して解析されることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
該センサー（１６）および該トランスポンダーアンテナ（１７）を含む無線センサーユニット（１９）が、回転軸（１８）の回りを回転する物体上に配備されているのに対して、該励起電磁波の送信および後方散乱されたセンサー電磁波の受信用に配備された送受信ユニット（７）が、固定されており、この物体と共に回転しないことを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
取得しようとするデータが、自動車が動いている状態での道路（１５）との接触時における、自動車のタイヤ（１０）のタイヤ構成部分の歪であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
該センサー（１６）が、取得しようとするデータによって、その電気的値を時間に依存して変化または変調させられる電気キャパシタンス、インダクタンス、および／または抵抗を有することを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
該センサー（１６）が、該トランスポンダーアンテナ（１７）の基本部分に負荷として接続されていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
該センサー（１６）が、該トランスポンダーアンテナ（１７）の共振回路に統合されていることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
該トランスポンダーアンテナ（１７）自身が、該センサー素子（１６）として配備されていること、ならびに機械的な曲げにより、その後方散乱特性を変化させることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
該励起周波数が、１００ＭＨｚから６ＧＨｚまでの周波数範囲内で放射されることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
励起電磁波を放射するための送信アンテナと、
この励起電磁波を受信するためのトランスポンダーアンテナと、
取得しようとするデータに依存した電気インピーダンスを持つセンサーと、
このセンサーによって変調させられた後方散乱センサー電磁波を受信するための受信アンテナと、
この受信したセンサー電磁波を解析するための解析ユニットを有する、無線リンクを用いた動的物理過程のデータを取得するための装置、特に請求項１から１３までのいずれか一つに記載の方法を実行するための装置において、
このセンサー（１６）を、このトランスポンダーアンテナ（１７）に直接接続して、このセンサーが、取得しようとするデータのあらゆる変動に応じて、このトランスポンダーアンテナの電気インピーダンスを変化させるようにすることと、この送信アンテナ（５）が励起電磁波を放射すると同時に、この受信アンテナ（７）が、このトランスポンダーアンテナ（１７）によって後方散乱された電磁波をこのセンサー電磁波として受信することを特徴とする装置。
【請求項１５】
該センサーの電気インピーダンス値が、取得しようとするデータによって時間に依存して変化させられるか、または変調させられ、その結果、後方散乱されるセンサー電磁波を、取得しようとするデータが示すものと同じ時間特性で変調するトランスポンダーアンテナ（１７）の反射特性を、この変化させられた、または変調させられたインピーダンスが、変化させることとなることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
該センサー（１６）が、受動的なセンサーであることを特徴とする請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
該センサー（１６）が、タイヤ（１０）のトレッドプロファイル領域（１１）内に配備されることを特徴とする請求項１４から１６までのいずれか一つに記載の装置。
【請求項１８】
該センサー（１６）が、タイヤ（１０）の走行面におけるタイヤ構成部分内に配備されることを特徴とする請求項１４から１６までのいずれか一つに記載の装置。
【請求項１９】
該センサー（１６）と該トランスポンダーアンテナ（１７）が、両方とも異なる形状に曲げられる誘導性ワイヤの一部分として形成されていることを特徴とする請求項１４から１８までのいずれか一つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、請求項１の前文にもとづく方法と請求項１４の前文にもとづく装置に関する。この装置の送信アンテナと受信アンテナは、一体化し、同じ構成部品とすることが可能である。
【０００２】
全体として、この発明は、測定値とも言われる、動的物理過程のデータを取得するために、センサーを無線で読み出すことを扱うものである。特に、この発明は、時間的に変化する電気インピーダンスを持つセンサーも、そのセンサーに付属するトランスポンダーアンテナも、取得しようとするデータを符号化したセンサー波を生成するために、（例えば、電力供給網への接続線の形や電池の形での）個別の電源を持たないような方法と装置を扱う。
【０００３】
【従来の技術】
そのような受動的な無線センサー装置は、有利には種々の技術的な環境、特に回転したり、動いている部品に対して利用することができる。しかし、この発明の特に興味深い利用分野は、車が動いている状態における車のタイヤが道路に接触している時のタイヤを構成する部分の歪を測定することである。測定した歪曲線から、タイヤと道路間の摩擦係数を推定することができる。これは、カーブを曲がったり、減速や加速した場合における車の不正制御を防止するために、タイヤの道路に対する粘着性を観測することに関係するものである。特に、道路上において水や氷が形成される危険性を考えて、車の運転者に警報を出したり、運転操作機構を制御したり、車の動力機構やブレーキを調整したりするためには、この摩擦係数を観測することは重要である。
【０００４】
請求項１と１４の前文にもとづく方法と装置は、対応する車が動いている状態における道路に接触している時のタイヤ構成部分の歪を測定する特定の問題にも関係しており、これらはドイツ特許公開第１９８０７００４号明細書に記載されている。励起波からセンサー波を分離するために、励起波とセンサー波間を時間領域で分割する方法が用いられている。無線センサーとも称されるリモートトランスポンダーユニットは、センサー、トランスポンダーアンテナ、および励起波とすべての環境によるエコーが消失するまでの間に励起波から電力を蓄積する電力蓄積手段とを有する。そして、センサー波は、この蓄積された電力によって生成される。このセンサー波は、観測された測定値情報を符号化したものである。電力を蓄積するためには、周知の表面弾性波素子が用いられ、それは印加された信号の一回または数回目の遅延エコーを戻すものである。これらの遅延信号を用いて、励起波とセンサー波間における時間領域における分割が実現される。時間遅延信号の一つは、測定値を感知するセンサーインピーダンスによって制御される。トランスポンダーアンテナの瞬時反射係数は、センサーによって変化させられないが、一つ以上の遅延再放射信号の振幅と位相は、変化させられる。時間領域における分割を確実に行うためには、励起波は、蓄積時間以下の時間長のパルス波、あるいはその周波数を時間の関数として変化させ、その結果センサー波の周波数を実際の励起波と異なるようにする、所謂ＦＭＣＷ信号（周波数変調連続波）でなければならない。一つの単一周波数を持つ連続波（ＣＷ）信号は、それが時間領域における分割を壊してしまうので、用いることができなかった。励起波とセンサー波間の時間領域における分割を維持するためには、非常に高速なサンプリングを受信ユニットで行わなければならず、それは測定値の変動を分別するのに必要なサンプリングよりさらに高速なものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、電力蓄積手段を省略でき、しかも一つの単一周波数を持つ連続波（ＣＷ）の励起波を用いることが可能な、より簡単な方法と装置を提示することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１に規定される方法と請求項１４に規定される装置により解決される。この方法と装置の好ましい実施形態は、従属請求項２〜１３と１５〜１９に提示されている。
【０００７】
この発明では、測定値の変動を分別するのに必要なだけのサンプリングレートで十分である。他方、ここに示された発明は、測定値が、以下において読出し信号およびセンサー信号とも呼ぶ励起波とセンサー波間に十分に高い周波数偏位を起こすのに十分な時間的に速い動的変動をもつような測定作業に限定される。
【０００８】
この発明においては、センサーの時間的に変化する電気インピーダンスは、トランスポンダーアンテナに直接接続されるか、あるいはそのアンテナ自身の統合部品にさえなるものである。データを取得することによって観測される物理的な過程は、例えば振れによる影響をセンサー素子に与え、そのことによって電気インピーダンス値を変化させる。したがって、反射された信号のレーダー断面および位相移動のようなトランスポンダーアンテナの反射特性は、観測すべき物理的な過程と共に、かつ同時にその特性を変化させる。
【０００９】
鏡が入射光を後方散乱させるように、トランスポンダーアンテナは、電磁的な読出し信号を後方散乱させるが、この発明によるトランスポンダーユニットは、鏡のように受動的なものである。幾何学的な条件のために、センサー信号の振幅は、読出し信号の振幅よりずっと小さく、また多数の他の環境によるエコーよりもずっと小さい。センサー信号を読出し信号および多数の干渉信号から分別するためには、測定すべき物理的な値は、時間的な変動特性を示さなければならず、それはセンサー信号に周波数偏位特性を生じさせるものである。ここに示した発明においては、読出し信号の周波数範囲からセンサー信号の周波数範囲へのこの周波数偏位を起こさせるのに必要な電力は、観測すべき物理的な過程から直接抽出される。
【００１０】
電磁的な読出し信号は、トランスポンダーアンテナで受信され、部分的に再放射される。この再放射された信号がセンサー信号である。この反射過程の振幅と位相移動は、トランスポンダーアンテナの反射特性によって決まる。センサー信号は、即時に再放射される。この過程には、トランスポンダーアンテナの負荷時のＱによって決まるトランスポンダーアンテナの電磁的な共鳴以外の、その他の電力蓄積作用は関係しない。アンテナの負荷時のＱは、アンテナが非常に短いパルスで励起された後に、そのアンテナによって放射される電磁的な信号の揺れを決めるものである。アンテナ自身の共鳴で読出し信号を蓄積する方が、表面弾性波を用いた場合に可能な蓄積よりもずっと時間が短い。したがって、この蓄積法では、読出し信号とセンサー信号間の時間的な領域での分割を実現するのに十分ではない。このように、読出し信号とセンサー信号は、受信機で同時に受信されることとなる。
【００１１】
この発明は、時間的な領域での分割を利用しないので、読出し信号の電力を蓄積するための表面弾性波素子もその他の素子も不要である。この発明は、読出し信号とセンサー信号間の周波数領域での分割を利用するものであり、そのためこれらの信号を同時に受信することができる。「同時に」という用語は、送信アンテナからトランスポンダーアンテナへの読出し信号の移動時間、アンテナの電気共振回路内での非常に小さい蓄積時間、ならびにトランスポンダーアンテナから受信アンテナへのセンサー信号の移動時間を無視できるということを意味する。しかし、典型的には、これらの移動時間と蓄積時間は、読出し信号に比べて非常に小さい。実際には、読出し信号として永続的なＣＷ信号を利用することさえ可能であり、その場合永続的なセンサー信号を得ることも可能である。
【００１２】
この発明は、周波数領域における分割を利用するので、センサー信号は、スペクトル分析されなければならない。これは、フーリエ分析または他の高解像スペクトル分析法を用いて行うことができる。このスペクトル分析アルゴリズムによって、受信アンテナで受信した受信信号を、読出し信号とすべての静的な環境によるエコーを含む読出し周波数に累積された第一の部分と、ドップラーシフトした成分とその他の混合または変調されたスペクトル成分を含む読出し信号から周波数シフトした成分を持つ第二の部分に分解し、その後受信機の分析部に供給することができる。厳密に言うと、ドップラー効果は、読出し信号に対してはトランスポンダーアンテナの位置で、そしてまたセンサー信号に関しては送受信ユニットの位置で起こるので、その効果が倍増されている。しかし、ドップラー効果は、ここで関係する情報を伝送するセンサー信号の一部とはならない。トランスポンダーアンテナが送受信アンテナに対して動いている場合には、トランスポンダーアンテナから後方散乱された信号は、必ずドップラーシフトし、どのような後方散乱特性の変調も、その信号を更に周波数偏移させることになるので、測定信号は、むしろ上方に変調されてドップラー信号になるということである。
【００１３】
センサー信号の変調がどのように実施されるかには関係なく、周波数変調、または位相変調、または振幅変調が適用されようとも、それらはすべて周波数偏移を発生させ、その偏位は時間領域においてセンサー信号を読出し信号から分離するものである。
【００１４】
通常のドップラーシフトより更に大きく偏位させられた、このスペクトル部分だけを検査すれば、時間領域への変換によって、観測の対象であり、センサーに影響を及ぼし、それによってセンサーの電気インピーダンス値を変化させる物理的な過程の時間依存性をまた再構成することができる。けれども、多くの問題に関して、センサー信号の基本波と幾つかのより高い高調波間の比率だけを検査すれば十分である。
【００１５】
この新しい測定構成は、対応する車が動いている状態における道路に接触している時のタイヤ構成部分の歪をオンライン測定するのに好適である。この歪曲線を知れば、タイヤの道路との摩擦係数を推定することができる。
【００１６】
この後方散乱されたセンサー信号の変調を実現するためには、観測しようとする物理的な過程によって、トランスポンダーアンテナに接続されているか、あるいは統合部品としてトランスポンダーアンテナに一体化されてもいる、少なくとも一つの素子の電気的な特性の時間的な動態変化が起こらねばならない。このことは、アンテナの形状を変形させ、それによってその共振周波数を調律または変調させたり、あるいはトランスポンダーアンテナに取り付けたセンサーを構成する可変キャパシタンス、インダクタンス、または抵抗を用いて実現することができる。また、センサー素子は、観測しようとする過程によって変化させられる一つ以上のインピーダンスにより決まる電気特性を持つ、より複雑な構造の回路を備えることもできる。しかし、これは好ましいことではない。観測しようとする過程によって変化させられる可変キャパシタンスを用いたセンサー形状の変化形態に関する詳細は、ドイツ特許公開第１９８０７０００４号明細書で入手できる。
【００１７】
この発明の有利な実施形態においては、トランスポンダーアンテナ自身もセンサーを形成し、そのインピーダンスは、機械的な曲げまたは歪によって影響を受けるものである、すなわち特別な形式のアンテナは、アンテナ形状の歪または機械的な曲げにより影響を受けるトランスポンダーアンテナとして用いられる。この歪は、アンテナの電気的な特性を形成する共振回路のキャパシタンス、インダクタンス、抵抗成分またはこれらの組み合わせたものを変化させ、そしてそれによって共振周波数、Ｑ、内部損失、散乱断面積および／または反射位相のような電気的特性を変化させるものである。この発明の好ましい実施形態は、アンテナの歪または曲げとなって現れる、あるいは歪または曲げに結びつく、歪または曲げを示すすべての物理的な過程にも適用できる。
【００１８】
読出し信号の好ましい周波数範囲は、アンテナサイズを小さくするためには、ＵＨＦとＶＨＦの領域にあるが、この発明は、その他のすべての周波数範囲にも適用可能である。高い周波数範囲においては、ドップラーシフトが変調されたスペクトル成分の方に移動し、そのため解析が複雑となる。
【００１９】
この発明にもとづく装置は、センサーを有し、そのセンサーは、電気インピーダンスを持つとともに、トランスポンダーアンテナ回路に直接接続されており、その電気インピーダンス値は変化させることができ、観測しようとする測定値によって時間に依存して変化、または変調可能である。結果として、トランスポンダーアンテナの後方散乱特性は、観測しようとする測定値の時間に依存する変化にあわせて変わる。トランスポンダーアンテナが、送信ユニットの送信アンテナによって放射された読出し信号を受信した場合、トランスポンダーアンテナは、そのＱにあわせて発振し、そのためこの読出し信号の一部を再放射する。センサーの電気インピーダンスが観測しようとする測定値によって同時に変化または変調させられる場合、トランスポンダーアンテナの後方散乱信号の部分が同様に同じ時間特性で変化する。この変化を受けた後方散乱信号成分は、センサー信号またはセンサー波と呼ばれる。読出し信号および幾つかの環境によるレーダーエコーと一緒に、このセンサー信号は、読出し信号が放射されると同時に受信アンテナによって受信され、送信および受信ユニットの解析部で解析される。
【００２０】
センサーとトランスポンダーアンテナを持つ無線トランスポンダーユニットは、非常に単純な構成を呈する。例えば、センサーとトランスポンダーアンテナの両方は、一緒にして一つの誘導性のワイヤー部から構成することができ、そのワイヤー部は、様々な形状に曲がり、その曲げにより電気特性の少なくとも一つを変化させるものである。対応する車が動いている状態における道路に接触している時のタイヤ構成部分の歪を観測するために、そのような誘導性のワイヤー部を用いることによって、タイヤの道路との摩擦係数を推定することができる。そのようなセンサーを持つタイヤまたは「インテリジェントタイヤ」は、シリーズ製品として簡単に、かつ経済的に製造することができる。
【００２１】
既に述べたとおり、このようなセンサー素子の幾つかの基本的な構成と幾つかの可能な実施形態は、この発明が電力蓄積手段無しで動作するという事項を除いて、ドイツ特許公開第１９８０７００４号明細書で入手可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下の計算は、この発明をさらに説明するために追加されたものである。この計算は、車が動いている状態における道路に接触している時のタイヤ構成部分の歪のオンライン測定を扱うものである。この歪曲線を知れば、タイヤの道路との摩擦係数を推定することができる。
【００２３】
以下の計算は、図１に示す測定構成を前提としており、そこには車８が動いている状態における道路１５に接触している時の自動車８のタイヤ１０のタイヤ構成部分の歪を測定するための装置４が配備されている。
【００２４】
タイヤ１０は、自動車８の車輪９に取り付けられており、回転軸１８の周りを回転矢印１４の方向に車輪９と共に回転する。このようにして、自動車８は、矢印１３（ｘ軸）の方向に進行する。
【００２５】
装置４は、車輪９の裏のところで車に固定された送受信ユニット７と、このユニット７に付属する周波数解析ユニット２０と、無線信号を用いて読み出される、タイヤ内に配備されたトランスポンダーユニット１９とから構成される。送受信ユニット７は、励起する電磁波または読出し信号を放射するための送信アンテナ５と、センサー電磁波またはセンサー信号を受信するための受信アンテナ６とを有する。この送信アンテナ５と受信アンテナ６は、一つの共同のアンテナとしても実現することができる。周波数解析ユニット２０は、読出し信号を放射するための送信アンテナ７を制御し、受信アンテナ６で受信した信号の周波数または周波数構成を解析する。
【００２６】
センサー信号は、読出し信号への応答として、トランスポンダーユニット１９のトランスポンダーアンテナ１７によって後方散乱され、受信アンテナ６の出力信号として現れる。センサー信号は、読出し信号に応じて、センサー１６の時間変化によって変調され、そのセンサーは、測定値に感応する電気インピーダンスを持ち、トランスポンダーアンテナ１７に接続され、そのことによって測定しようとする過程の時間変化にあわせてトランスポンダーアンテナ１７のレーダー断面（またはレーダー反射率）を変化させるものである。このセンサー１６は、トランスポンダーアンテナ１７の統合された部分としても構成することができる。
【００２７】
ここで対象とする測定値は、タイヤ１０のタイヤ構成部分１２の歪である。それに対応して、センサーは、ここではタイヤ１０内に配備される。
【００２８】
自動車８は、矢印１３の方向に一様で直線的な運動を示すものと仮定する。アンテナ５と６は、車輪９の裏に配置されているので、センサー素子１６を含むタイヤ構成部分１２は、アンテナに向かって動き、タイヤ１０の道路１５との接触領域を通過する間にドップラーシフトを起こす。
【００２９】
車輪９の前にアンテナ５，６を配置する方法を選ぶと、トレッドプロファイル部１２は、アンテナ５，６から離れる方向に動き、そのためドップラーシフトの符号を変化させることになる。アンテナ５，６を接触領域の上方に配置する方法をとると、ドップラーシフトはゼロとなる。それでも、ここで記載された測定方法は、どうにか動作する。以下の計算においては、これらの矢印１３の方向への動きだけを考慮し、そのためこれらのアンテナは、道路１５の水準に配置されたものと見なす。道路１５の上の高さを考慮しても、そのことは基本的な検討に関して何も変えるものではなく、公式をより複雑にするだけである。
【００３０】
自動車８は、速度Ｖｃａｒ で動いている。
【００３１】
タイヤ１０の半径は、ｒである。
【００３２】
その結果、タイヤ１０の角速度ωｗｈｅｅｌ は、次のとおりとなる。
【００３３】
【式１】
2004514123.tif 000003
【００３４】
ケース１：接触領域におけるタイヤの平坦度を考慮しない、車輪の円運動
ｘ軸は、進行方向に平行であり、ｙ軸は、回転軸１８から接触領域に向かう方向である。自動車は、前進方向に直進して動く場合、検討するトレッドプロファイル部１２は、ｘｙ平面内を動く。自動車８に固定されたアンテナ５，６は、道路１５の表面と同じ水準にあるものと仮定する。Ｓ，ｓｘ ，ｓｙ は、固定アンテナ５，６に対する、ｘｙ平面またはｘ、ｙ方向におけるセンサー素子１６の位置と位置成分であり、ｖ，ｖｘ ，ｖｙ は、その速度と速度成分である。ｔは、ｔ＝０でトレッドプロファイル部が接触領域の中心にあるように選択される。Ｓ０ は、ｘ方向におけるアンテナ５，６と接触領域の中心間の距離である、すなわちＳ０ は、ｘ方向におけるアンテナ５，６とタイヤ９の回転軸１８間の距離である。これらの結果は、以下のとおりとなる。
【００３５】
【式２】
2004514123.tif 000004
【００３６】
反射されたセンサー信号のドップラーシフト周波数ｆｄ は、読出し信号の周波数ｆ０ と光の速度ｃを用いて、以下のとおり計算することができる。
【００３７】
【式３】
2004514123.tif 000005
【００３８】
最大のドップラーシフトは、自動車に固定されたアンテナ５，６とトランスポンダーアンテナ１７を結ぶ直線が車輪との接線を形成する二点で起こる、すなわち以下のとおりとなる。
【００３９】
【式４】
2004514123.tif 000006
【００４０】
例：ｆ０ ＝１ＧＨｚ、Ｖｃａｒ ＝１００ｋｍ／ｈ。これらの結果は、ｆｄ −ｆ０ ＝９２．５Ｈｚの最大ドップラーシフトとなり、これは警察の速度測定で見られるように、ＣＷレーダーで容易に測定することができる。
【００４１】
以下においては、計算を簡単化するために、ｘ軸に沿ってのトランスポンダーユニットの動きのみを考慮する。そのため、上記の等式は、以下のとおり簡単化される。
【００４２】
【式５】
2004514123.tif 000007
【００４３】
ケース２：接触領域におけるタイヤ１０の平坦度を考慮した、車輪の円運動
接触領域を通過している間、トレッドプロファイル部１２は、もはや環状には動かず直線的に動く。セカント（正割）は、円弧よりも短いので、タイヤ１０の歪は、進入領域と進出領域の両方において隆起となって現れる。トレッドプロファイル部の対応する動きから円運動を取り去ると、図２に描いた、ｘで示した動きが残る。
【００４４】
ところで、ｘで示した曲線は、計算を一層簡単化するために、サイン曲線で近似する。
【００４５】
最大歪（図２では約０．４５ｍｍ）は、Ａｃｏｎｔａｃｔ で示す。
【００４６】
接触領域の長さ（図２では２ａと２ｂ）は、Ｌｃｏｎｔａｃｔ で示す。
【００４７】
トレッドプロファイル部の実際の歪の近似であるサイン曲線の全長は、約２＊Ｌｃｏｎｔａｃｔ で与えられる。
【００４８】
接触領域を通過する動きに対応する周波数ｆｃｏｎｔａｃｔ と角周波数ωｃｏｎｔａｃｔ は、自動車８が、速度ｖｃａｒ で長さ２＊Ｌｃｏｎｔａｃｔ を通過するということから導き出すことができる。
【００４９】
【式６】
2004514123.tif 000008
【００５０】
ｘ方向における固定されたアンテナ５，６に対するセンサー１６の動きｓｘ は、以下のとおり与えられる。
【００５１】
【式７】
2004514123.tif 000009
【００５２】
トレッドプロファイル部１２が接触領域の中心の周りの領域±Ｌｃｏｎｔａｃｔ を通って動く時は、常に図２に描かれ、ｘで示されたトレッドプロファイル部１２の歪による特別な動きがトレッドプロファイル部１２の円運動に加わる。加速領域である、接触領域の第一の部分において、歪はアンテナ５，６から離れる方向を向き、減速領域である、接触領域の第二の部分においては、歪はアンテナ５，６に向かう方向を向くということから、符号が与えられる。これは、タイヤ構成部分の通常の動きが、隆起のために進入領域で遅れることを意味する。時間ｔ＝０において、再びタイヤ構成部分１２は、接触領域の中心の距離ｓ０ の位置にある。
【００５３】
速度ｖｘ は、以下のとおり与えられる。
【００５４】
【式８】
2004514123.tif 000010
【００５５】
そのため、ドップラーは、以下のとおり与えられる。
【００５６】
【式９】
2004514123.tif 000011
【００５７】
その結果、ドップラーシフトには二つの部分が存在し、タイヤ構成部分の歪の振幅は、車輪の回転による効果よりも係数π＊Ａｃｏｎｔａｃｔ ／Ｌｃｏｎｔａｃｔ だけ小さい。
【００５８】
例：Ｌｃｏｎｔａｃｔ ＝８ｃｍ（図２参照）、Ａｃｏｎｔａｃｔ ＝０．４５ｍｍ。このようにして、ドップラーシフトは、約１．８％増加し、それは検出することが非常に難しい。
【００５９】
ドップラーシフトだけの処理によって、接触領域を通過する間という条件に合った意味のある測定信号を導き出すことはできない。周波数ωＬａｔｓｃｈは、明らかに車輪の回転周波数ωｃｏｎｔａｃｔ よりも高いが、振幅Ａｃｏｎｔａｃｔ も車輪の半径ｒに比べて著しく小さい。
【００６０】
ケース３：後方散乱過程の変調を考慮した車輪の円運動
この発明にもとづくと、今や歪Ａｃｏｎｔａｃｔ ・ｓｉｎ（ωｃｏｎｔａｃｔ ・ｔ）は、後方散乱センサー信号の周波数変調に変換される。この目的のために、センサーの周波数を決める素子、例えばトランスポンダーアンテナ１７の一部、またはトランスポンダーアンテナ１７の負荷の電気パラメータは、角速度ωｃｏｎｔａｃｔ で変化させられる。このことは、タイヤ構成部分の歪にもとづきアンテナの形状を変形させ、そのようにして共振周波数を調律（または変調）することによって、あるいはトランスポンダーアンテナ１７の負荷としてセンサー１６を構成する調律可能なキャパシタンス、インダクタンス、または抵抗のような歪の尺度を用いることによって実現することができる。そのため、トランスポンダーアンテナ１７とセンサー１６によって構成される回路は、少なくとも一つの要素Ｚ（ｔ）を持ち、その電気インピーダンスＺは、タイヤ構成部分の歪のために変化するものである。このようにして、後方散乱センサー信号は、Ｚ（ｔ）と同じ時間依存性を持つ少なくとも一つの成分を有することになる。この成分のスペクトルは、Ｚ（ｔ）のスペクトルと、そしてそのためにタイヤ構成部分の歪のスペクトルと一致するものである。
【００６１】
負荷Ｚ（ｔ）の電気インピーダンスが、トレッドプロファイル部が接触領域を通過する間に開放と短絡との間を変化すると、あるいはアンテナの共振周波数が分数ｆ０ ／Ｑ（Ｑはトランスポンダーアンテナ１７のＱである）で変化すると、後方散乱センサー信号の位相は、±λ／２の距離による「反射鏡」の偏位に対応して、±１８０°で変化する。ここで、λは、センサー信号の電磁波長であり、λ＝ｃ／ｆ０ である。このような方法で変調されたセンサー信号は、周波数ｆＬａｔｓｃｈだけドップラーシフトされているが、その振幅Ａｃｏｎｔａｃｔ がλ／２πである信号と見なすことができる。
【００６２】
【式１０】
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【００６３】
これから、タイヤのトレッドプロファイル部の歪にもとづく、後方散乱の少なくとも一つの電気パラメータの変調により生成された、ドップラーシフトされた信号に関するセンサー信号の偏位は、１／Ｌｃｏｎｔａｃｔ の１／λに対する比のオーダーである。そのため、係数λ／（２・Ｌｃｏｎｔａｃｔ ）は、タイヤのトレッドプロファイル部の歪を示すセンサー信号とドップラーシフトされた後方散乱信号間の関係を与えるものである。
【００６４】
典型的な例：Ｌｃｏｎｔａｃｔ ＝８ｃｍ（図２参照）。国際ＩＳＭ帯（ＩＳＭ＝産業、科学、医学）を用いて、以下の結果が得られる。
【００６５】
2004514123.tif 000013
タイヤのトレッドプロファイル部の歪を特徴付けるセンサー信号とドップラーシフトされた後方散乱信号間の絶対距離は、同じままであるが、それらの比率は、周波数の増加とともに減少する。
【００６６】
電気インピーダンスＺ（ｔ）がタイヤのトレッドプロファイル部の歪によりほんの少し変化すると、対応する「反射鏡」は、λ／２より少ない量だけ偏位する。この場合、後方散乱信号は、歪により全く変化しない第一の部分と位相が±１８０°変化する第二の部分に分解できる。この第二の成分は、またＺ（ｔ）と同じスペクトル成分を持つ。その結果、この場合には変調された後方散乱信号のスペクトル成分は、変化せずに、タイヤのトレッドプロファイル部の歪にもとづく後方散乱の少なくとも一つの電気パラメータの変調によって生成される信号の振幅だけが変化する。例えば、後方散乱信号が、電気パラメータＺ（ｔ）の変動のために、振幅または位相を１％だけ変化させた場合、全信号の変調された部分は、後方散乱信号の全量の１／１００、あるいは−２０ｄＢとなる。しかし、変調による偏位は、それでもｆＬａｔｓｃｈ＝ωＬａｔｓｃｈ／２πである。
【００６７】
後方散乱信号の全スペクトル成分は、またｆｄ であり、以下のとおりである。
【００６８】
【式１１】
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【００６９】
このように、上記と同じ結果となる。
【００７０】
しかしながら、この発明の目的は、タイヤのトレッドプロファイル部の歪にもとづく、後方散乱の少なくとも一つの電気パラメータの変調によって生成される、信号の図２においてｘで示される基本波を観測することだけに限定されるものではなく、むしろこの信号のより高い高調波も観測することである。このより高い高調波の基本波に対する比率は、タイヤのトレッドプロファイル部１２の歪の実際の形状に関する所望の情報を含み、それはタイヤの道路との摩擦係数に関する情報を与え、そしてまた道路との接触時における単一のトレッドプロファイル部１２の局所的なスリップ過程に関する情報を含むものである。このより高い高調波の周波数偏位は、基本波の周波数偏位よりもさらに大きい。
【００７１】
以上の計算は、約６ＧＨｚまでのＵＨＦおよびＶＨＦ帯の周波数が、タイヤのトレッドプロファイル部の歪を観測するための、ここに記載の方法に良く適していることを示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車の車輪のタイヤにおける測定構成図
【図２】当該の車が直進して動いている状態における道路に接触している時の自走する車輪のタイヤ構成部分の歪を表す図
【符号の説明】
１　　　　　　進入領域
２　　　　　　接触領域
２ａ　　　　　加速接触領域
２ｂ　　　　　制動接触領域
３　　　　　　進出領域
４　　　　　　装置
５　　　　　　送信アンテナ
６　　　　　　受信アンテナ
７　　　　　　送受信ユニット
８　　　　　　自動車
９　　　　　　車輪
１０　　　　　　タイヤ
１１　　　　　　トレッドプロファイル部
１２　　　　　　タイヤ構成部分（トレッドプロファイル部のこともある）
１３　　　　　　矢印（進行方向）
１４　　　　　　回転矢印
１５　　　　　　道路
１６　　　　　　センサー
１７　　　　　　トランスポンダーアンテナ
１８　　　　　　回転軸
１９　　　　　　トランスポンダーユニット
２０　　　　　　周波数解析ユニット
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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