(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々がホイールまたはホイールキャリアに取り付けられたタイヤを含む、乗り物に取り付けられた１つまたは複数のタイヤ／ホイール組立体の空気タイヤの状態をモニターするシステムであって、前記１つまたは複数のタイヤ／ホイール組立体のホイールまたはホイールキャリアに取り付けられ、前記１つまたは複数のタイヤ／ホイール組立体のタイヤの状態を示す信号を送信する、送信アンテナを有する応答機と、各々が前記乗り物に固定して取り付けられた１つまたは複数の受信アンテナを有する１つまたは複数の受信器と、前記１つまたは複数のタイヤ／ホイール組立体のタイヤの状態を判定するために、前記１つまたは複数の受信アンテナによって受信された信号を処理する回路と、を有する、空気タイヤ状態モニターシステムにおいて、
各応答機の回路が、前記ホイールまたはホイールキャリアのハブと同軸の保護ハウジングの中のプリント回路基板上にあることと、
前記ホイールまたはホイールキャリアに取り付けられた円形の双極子送信アンテナと、該円形の双極子送信アンテナを前記各応答機に接続するアンテナワイヤとを有すること
を特徴とする空気タイヤ状態モニターシステム。
【請求項２】
乗り物の１つまたは複数のホイールまたはホイールキャリアのそれぞれに取り付けられたハウジングの中にあるタイヤ加圧・調整機器と組み合わされた、前記乗り物の１つまたは複数のタイヤの空気タイヤ状態モニターにおいて、
前記機器とともに各ハウジングの中に取り付けられ、前記ホイールまたはホイールキャリアのハブと同軸のプリント回路基板上に固定された部分ループアンテナを有し、
前記部分ループアンテナは、前記プリント回路基板の円周の一部のまわりに固定され、かつ円弧長を有し、
前記部分ループアンテナは、前記円弧長を延ばすことなく、前記部分ループアンテナの有効長を増大させる曲がりくねった部分を有し、
前記部分ループアンテナの前記円弧長と固定位置は、前記ハウジング内の信号妨害物体との相互作用に起因する、ＲＦ信号の干渉を避けるように決定される
ことを特徴とする空気タイヤ状態モニター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力のような、空気タイヤの少なくとも１つの動的な状態をモニターするシステムと方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、空気タイヤの状態、最も重要なことには空気圧、そして任意に温度および/またはタイヤの回転数をモニターすることに関する。圧力（空気圧）は、最も重要なことには、例えば「パンク」のように、タイヤを安全に作動させるのに十分な圧力が損失している場合、空気タイヤの作動において重要な因子としてよく知られている。（空気）温度は一般に２番目に重要である。温度はタイヤと空気圧キャビティを囲むホイールの平均温度を示すために使用されるが、温度は、タイヤが熱いときに測定された圧力を「冷たい圧力」値、すなわち、タイヤが「冷たい」状態にあると仮定した場合の圧力に規格化するために、たいてい使用される。ポンプシステムがタイヤの空気圧を調整するために含められると、圧力モニターは、例えばタイヤに穴が空くことによる大きなパンク、または破裂によるパンクのような極端な状況下で、圧力を調整することがあまりうまくできない圧力調整状態について、自動車の運転者に情報を与えることができる。回転数の計測はタイヤの使用頻度を示すものとしてしばしば望まれる。一般的に言って、タイヤの使用頻度が増すと、タイヤのトラブルが発生する危険も増大する。
【０００３】
大部分の従来技術は、特に回転素子と空気の状態が空気タイヤの状態に関する場合、それらを測定し、モニターする機器と方法に向けられている。
【０００４】
譲受人の進行中の開発努力
一世紀の間、本発明の譲受人であるオハイオ（Ohio）州アクロン（Akron）のグッドイヤー・タイヤ・アンド・ラバー・カンパニー社（Goodyear Tire & Rubber Company）は、タイヤ製品技術の競争相手のない産業リーダーであった。例えば、早くも１８９２年には、パンクしにくいタイヤの特許権を取得した。グッドイヤー社は、ランフラット時代の幕開けと認知されている１９３４年には、自動車メーカーによって、および、トラック上で商業的に使用されている、タイヤの中の布チューブであるライフガード（Lifeguard (tm)） 安全チューブを導入した。１９９３年には、グッドイヤー社のイーグル（Eagle）ＧＳ−Ｃ ＥＭＴ(Extended Mobility Technology、移動度増進技術)タイヤは、自動車技術革新に対する発見賞（Discover Award for Automotive Technological Innovation）を受賞した。１９９６年には、グッドイヤー社のイーグルＦ１ランフラットタイヤは、１９９７年型シボレー（Chevrolet） Ｃ−５ コルベット（Corvette）で標準装備として選ばれた。
【０００５】
グッドイヤー社がタイヤとその関連技術の発展において歩んできた足跡の他の例は、以下の特許権を取得した発明を含むが、これらに限られるものではない。
【０００６】
引用によって全体が本明細書に含まれている、「自動車の低タイヤ圧状態を知らせるシステム」（SIGNALLING SYSTEM FOR LOW TIRE CONDITION ON A VEHICLE）という名称の共有米国特許3,665,387号（１９７２年Enabnit）は、自動車の任意の数のホイールに対応でき、自動車が走行している間、システム動作と低圧状態をダッシュボードに表示する低タイヤ圧警告システムを開示している。
【０００７】
引用によって全体が本明細書に含まれている、「フェイル―セーフモニター機器」（FAIL-SAFE MONITERING APPARANTUS）という名称の共有米国特許3,831,161号（１９７４年Enabnit）は、運転者に１つあるいは複数のタイヤの、異常もしくは危険な状態を警告する、自動車のタイヤ圧をモニターする方法を開示している。
【０００８】
引用によって全体が本明細書に含まれている、「タイヤ状態モニター」（TIRE CONDITION MONITOR）という名称の共有米国特許4,052,696号（１９７７年Enabnit）は、物質のキュリー点を超える温度上昇に応答して、強磁性から非磁性の状態に変化するフェライト素子を含むタイヤ状態検出回路を開示している。
【０００９】
引用によって全体が本明細書に含まれている、「タイヤ識別のための、空気タイヤにおける集積回路応答機」（INTEGRATED CIRCUIT TRANSPONDER IN A PNEUMATIC TIRE FOR TIRE IDENTIFICATION）という名称の共有米国特許4,911,217号（１９９０年Dunnら）は、空気タイヤのＲＦ応答機を開示している。この特許の図1ａは、タイヤ内の応答機に無線送信し、電力を供給するために使用される従来技術の識別システム（「読み取り機」）を説明している。この識別システムは、無線送信信号に応答してタイヤ／応答機の数字による識別をユーザに示す、励起器と関連回路を内部に有する携帯可能で手のひらサイズのモジュールを含む。
【００１０】
引用によって全体が本明細書に含まれている、「タイヤの識別に使用される、空気タイヤ内のコイルアンテナ付き集積回路応答機」（INTEGRATED CIRCUIT TRANSPONDER WITH COIL ANNTENA IN A PNEUMATIC TIRE FOR USE IN TIRE IDENTIFICATION）という名称の共有米国特許5,181,975号（１９９３年Pollackら）は、集積回路（ＩＣ）応答機と圧力変換器を有する空気タイヤを開示している。この特許で説明されているように、すでに製造されたタイヤでは、応答機はタイヤパッチまたは他の似たような材料または装置によってタイヤの内側表面に取り付けられる。
【００１１】
引用によって全体が本明細書に含まれている、「集積回路応答機と圧力変換器を有する空気タイヤ」（PNEUMATIC TIRE HAVING AN INTEGRATED CIRCUIT TRANSPONDER AND PRESSURE TRANSDUCER）という名称の共有米国特許5,218,816号（１９９３年Brownら）は、空気タイヤ内に搭載された集積回路（ＩＣ）応答機と圧力変換器を有する空気タイヤを開示している。「読み取り機」によって出力された外部ＲＦ信号によって無線送信（ポーリング）すると、応答機はディジタル符号化された形式で、タイヤの識別とタイヤの圧力データを送信する。応答機は自己で電源を供給するのではなく、むしろ外部から与えられるＲＦ信号から動作電力を得るという点で「受動的」である。
【００１２】
すぐ上記で参照した共有米国特許は、特にタイヤの動作状態のモニタリングの領域で、タイヤ製品技術を進展させるうえで、グッドイヤー・タイヤ・アンド・ラバー・カンパニー社によってなされている長年にわたる、広範な、進行中の努力を示すものである。
【００１３】
動的状態
回転数のような動的状態は容易に求められる。タイヤの簡単な回転計数器はよく知られており、例えば、双方が引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許4,842,486号と5,524,034号で開示されている。
【００１４】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許5,218,862号は、自動車のホイールに位置し、ホイールの速度情報を電子制御器に送信するホイール速度センサを有するタイヤ圧モニターを開示している。この特許は、あるタイヤと他のタイヤの間のホイールの速度の違いは相対的なタイヤ圧を示すと述べているが、この違いは、自動車の旋回、加速または減速、急な坂の上昇・下降、ホイールのスリップ、横殴りの風が自動車に襲いかかったことも示しているかもしれない。
【００１５】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許5,345,217号は、各ホイールの角度回転の等しい増分だけ間隔が離れた一連のパルスを生成する、（電子アンチロック・ブレーキング・システムで使用されているような）、各ホイール上の多重歯状パルス生成器で、自動車のホイールの速度を測定することを開示している。各ホイールの速度は、タイヤの空気が減っているかどうか、そして、どの程度減っているかを判定するため、他のホイールの速度と比較される。
【００１６】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許5,569,848号は、各ホイール組立体に取り付けられた歯状リングセンサと、各歯状リングに作動的に関連し、ホイールの回転速度の目安となる信号を生成するセンサと、センサからの信号を受信するコンピュータを有する、タイヤ圧をモニターするシステムを開示している。コンピュータは、自動車の速度、自動車の走行距離、低タイヤ圧を計算し、表示しながら、自動車の走行中、ホイールの速度センサをモニターする。
【００１７】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許3,588,814号は、静止したリードスイッチと、ホイールとともに回転する磁石によって、タイヤの各ホイールの回転走行速度をモニターすることにより、タイヤの充填状態を判定する電子タイヤ充填表示計器を開示している。
【００１８】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許5,749,984号は、タイヤのサイドウォールのゆがみを検出し、それによってタイヤ圧とタイヤ速度とタイヤの回転数を求める、タイヤ内のセンサを利用するタイヤモニターシステムと方法を開示している。
【００１９】
静的状態
上述した動的状態に加えて、静的状態、例えば圧力と温度もまた空気タイヤのような回転素子と関連している。適正でないタイヤ圧を迅速に修正しないと、タイヤの過度の摩耗、パンク、ガソリンの燃費の悪さ、操縦の困難につながることがある。タイヤの空気減少を自動的に警告するシステムは、特に、空気の減った状態が運転者自身ではほとんど検出できない「ランフラット」タイヤにとっては重要である。静的パラメータに対するセンサは、通常、回転するタイヤの中に配置され、関連する回路は、検出された状態を示すデータを自動車内の車搭受信器に送信する。
【００２０】
空気タイヤの応答機システム
「応答機」は無線周波数（ＲＦ）信号の受信と送信の両方ができる電子デバイスである。通常、複数の応答機と１つの無線送信機を含む応答機システムがよく知られており、例えば、引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許5,339,073号に開示されている。
【００２１】
自動車の空気タイヤの中に応答機（と関連するセンサ）を配置することは知られている。これらの応答機はタイヤの外へ、変数データ（例えばタイヤ圧、温度、位置）および／または固定データ（例えばタイヤのＩＤ）をのせて、あるいはのせずに、ＲＦ波を送信し、タイヤの外部からデータがのった、あるいは、のっていないＲＦ信号を受信する。個々の応答機は、通常、タイヤに関連したデータをモニターし、送信するために、自動車の各タイヤと関連している。送信と受信の両方ができる「無線送信機」は、通常、応答機と通信するために用いられる。無線送信機は、「携帯型」でもよいし、自動車の「車内」に搭載されてもよいし、道路に沿って、あるいは、道路内に配置（例えば「ドライブオーバー」または「ドライブバイ」）されてもよい。
【００２２】
「能動」応答機は、それ自身の電源（例えばバッテリー）を有する。それらは信号を送信し、通常、その機能を制御する信号を受信することもできる。
【００２３】
「受動」応答機は、例えば無線送信機から入射するＲＦ信号のエネルギーによって電力が供給される。受動応答機は、２つの一般的なカテゴリー、すなわち、受動回路だけを有するものと、何らかの能動回路を有するものに分かれる。
【００２４】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許5,612,671号は、各ホイールに圧力センサと無線送信器を有する低タイヤ圧力警告システムと、マイクロプロセッサを含む車内受信器を開示している。
【００２５】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許4,609,905号は、受動回路のみを有する受動応答機を開示している。自動車内のＲＦ送信器は応答機に無線送信し、応答機は関連する圧力スイッチの状態の関数として、ＲＦ信号の所定の調波を受信器に返す。
【００２６】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許4,067,235号は、タイヤ圧センサを有する受動応答機を開示している。電力送信器によって生成された電磁放射は、タイヤ圧センサ内のインダクタとキャパシタを有する受信アンテナによって受信される。この放射は、応答機の能動部品（発振器、バッファ増幅器、送信器）に電力を供給するために、整流フィルタによって電気に変換される。
【００２７】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許4,724,427号は、無線送信機からの搬送信号を受信する受動応答機を開示している。搬送信号は、電気を生成して応答機に電力を供給するため、応答機のアンテナのコイルの両端に接続されている整流回路によって整流される。データは平衡変調回路で符号化され、搬送信号と混合される。平衡変調回路の出力は、無線送信ユニットに返送される。
【００２８】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許4,703,650号は、タイヤ内で測定された変数の値を送信するための多くの符号化方法の１つに適した回路と、このような回路を用いるタイヤをモニターする装置を開示している。無安定マルチバイブレータは、例えば圧力や温度である、問題になっている変数の測定を時間測定に変換する。無安定マルチバイブレータは、パルス幅が温度の関数であり、周期比が圧力の関数であるパルス信号を送信する。この信号は、タイヤから自動車へ、例えば誘導結合によって送信されるのが適切である。
【００２９】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許4,730,188号は、無線送信機からの誘導結合によって励起される受動応答機を開示している。応答機は、データの流れを構成する信号との誘導結合を介して無線送信機に応答する。応答機は、応答機内の能動回路にＤＣ電圧（電力）を印加（供給）するために、応答機のアンテナとして働く誘導コイルと、アンテナの両端に接続された完全波整流ブリッジと平滑キャパシタを有する。
【００３０】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許5,969,239号は、タイヤ内の動く応答機と自動車上の静止したアンテナを電気磁気的に結合させる、ある形態のアンテナを開示している。この特許は、環状コイル型の回転アンテナを、ホイールに取り付けられ、かつ、ホイールと同軸の閉じた円形の鉄―ストリップ結合リングと、ホイールにしっかり取り付けられた1つの小さいボックスの中の測定用センサ（応答機）と一体化された、より小型のアンテナに置き換えることに関する。回転アンテナ、静止アンテナ、結合リングは、電流がいずれかのアンテナの磁気的流れによって結合リング中で誘起されるか、逆に、磁気的流れが結合リング中の電流によっていずれかのアンテナで誘起されるように配置される。鉄ストリップの代わりに、「金属環境」、例えばホイール自体、または、少なくとも１つのタイヤの金属ビードを使用することを考慮する他の実施態様が説明されている。送信周波数は３０ｋＨｚから１００ｋＨｚである。
【００３１】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許5,824,891号は、フレーム部材上に取り付けられる送信回路を開示している。この送信回路は送信用コイルを含み、電気エネルギーを生成する。受信は、送信回路に誘導的に結合されることによってなされる。受信回路は自動車のホイールの物理的特性に対応するデータを生成するセンサと、遠隔から受信回路に電力を供給する送信用コイルから電気エネルギーを受信し、受信回路からのデータ信号を送信回路に転送するワイヤレスの通信回路を含む。
【００３２】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許4,911,217号は、空気タイヤ内のＲＦ応答機を開示している。図１ａは、タイヤ内の応答機に無線送信し、電力を供給するために用いられる従来技術の識別システム（「読み取り機」）を示す。携帯可能な手のひらサイズのモジュールは、その内部に、タイヤ／応答機の数字の識別子を示すための励起器と回路を有する。
【００３３】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許5,181,975号と5,218,861号は、タイヤの識別と圧力データの送信に使用される、タイヤの構造中に配置された集積回路の受動応答機を有する空気タイヤを開示している。無線送信機の信号は応答機の回路によって整流され、その後、応答機は、ディジタル符号化された信号の送信に用いる電力源として、整流された信号を利用する。
【００３４】
引用によって全体が本明細書に含まれている4,220,907号は、自動車のための低タイヤ圧警告システムを開示している。各ホイールは送信器を備え、フェライト・ループスティックのような適切なアンテナを有する共通の受信器が存在する。
【００３５】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許4,319,220号は、タイヤのホイールユニットと共通の受信器を有するタイヤ圧モニターシステムを開示している。各ホイールユニットは、信号を送信し、電力の供給を受ける、タイヤの内周に貼り付けられる連続的なワイヤループを有するアンテナを有する。複数のアンテナを受信器に備え、フェライト・ループスティックの形をとってもよい。
【００３６】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許5,319,354号は、空気タイヤ内に埋め込まれた電子タグ（応答機）と通信するアンテナ構造を開示している。この特許は、応答機と通信するアンテナに対する応答機の向きが、無線送信機のアンテナと応答機のアンテナの間の結合に悪影響を与えることを認めている。無線送信機のアンテナの構造が、空気タイヤ内の応答機の位置に関係なく、その位置がわからなくても、結合はいつも同じ質になるように説明されている。
【００３７】
引用によって全体が本明細書に含まれている国際公開ＷＯ９９／５２７２２（１９９９年１０月２１日）は、自動車のホイールのタイヤ圧を検出する、ワイヤレスの方法と機器を開示している。これは、「既知」の圧力・温度センサと、「既知」の回転検出器（例えば、アンチロック・ブレーキング・システム）と、「既知」の制御器を用いている。変換器とセンサと電源（例えばバッテリ）と送信器が、タイヤの内部で、ホイールリム上に搭載される。変換器は、送信器によってワイヤレスのデータ信号に変換される空気圧および／または温度および／またはホイールの速度を測定する。受信器コイル（アンテナ）が、ホイールウェルの部材のような自動車のある部分に、好ましくは変換器／送信器コイルから０．３ｍ以内に接続されるのが好ましい。自動車に接続される別のコイルは、「既知のタイプ」のホイール速度センサからのホイール速度信号を受信するようにチューニングされ、これらの信号は受信器によって調整され、圧力・温度信号とともに制御器を通過する。圧力／温度信号とホイールの速度信号は、周波数あるいは変調のようなさまざまな既知の手段によって区別されるか、または、分割された受信器を利用できる。
【００３８】
従来技術のいくつかは、電力の生成および／または回転のカウントをするためにホイールの回転を用いる装置としばしば組み合わせて、ホイールハブ上で、かつ、回転軸と同軸に、タイヤモニター・送信電子回路パッケージを搭載している。この構成例は、以下に説明される米国特許4,229,728号、4,300,120号、5,315,866号に見出される。
【００３９】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許4,229,728号と4,300,120号はともに、各ホイールに取り付けられ、振り子磁石を有する、必要物がすべて完備した生成器―送信器ユニットと、ホイール搭載ユニットの個々の電子部品を含んだ回路基板（４８）に取り付けられた回転インダクタを有するタイヤ圧モニターを開示している。回路基板は、ホイールの回転軸の中心にあるピン（３８）のあたりでホイールに取り付けられているのがわかる。回路基板上にある送信器はアンテナ（２２）を有するが、アンテナの配置や構造についての詳細はない。
【００４０】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許5,315,866号は、特にタイヤの圧力状態を示す、正確に同軸の位置でホイールに固定できるタイプの指示装置を開示している。この装置は、外部のボックスの拡張部分に、ホイールに固定するための穴が設けられた、開けることが可能な円筒ボックス（６）の中に収容される。ボックス（６）内に収容される装置は、チューブ（４）によってタイヤ膨張バルブに接続される圧力測定装置（７）と、プリントされた回路（基板）のみが示されている変換器／送信器（図３では、ボックスとホイールに平行に、回転軸と同軸なように見える）と、ボックスに取り付けられたローター（１２）と、釣り合いおもり（１４）とおもり（１５）によって回転しないようになっているステータ（１３）を含む。回路基板（８）は、中心のローターとステータの周りで同軸として示されているが、釣り合いおもりとおもりはボード（８）の大部分にわたって半径方向に広がっている。変換器／送信器または圧力測定装置の回路に関しては、詳細な説明はなく、送信アンテナについては全く言及されていない。
【００４１】
タイヤの圧力調整
空気タイヤの圧力を測定／モニターしない場合にも、空気タイヤの圧力を検出することに加えて、タイヤ内の空気媒体を調整・調節し、および／または、再び満たすいろいろなシステムが開発されている。
【００４２】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許5,505,080号は、タイヤ内の空気圧と相互作用するようにタイヤに接続され、タイヤ内の圧力を選択的に測定するタイヤ状態モニターと、制御器と、表示器を含むタイヤ圧維持システムを開示している。タイヤ状態モニターは送信器と受信器を含む。制御器も制御器に接続されている送信器と受信器を有し、状態モニターと制御器は無線信号を介して通信する。空気コンプレッサーが、タイヤの圧力が所定値を下回ったときに、タイヤの内部に空気を送り込むように、タイヤのホイールに取り付けられている。電力生成器がタイヤのホイールに接続され、交流磁石組立体と誘導コイル組立体を含み、タイヤが回転すると、両者の間に相対的な回転が起こるように、タイヤのホイールに接続されている。図１３は、すべてが状態モニターのマイクロプロセッサ・チップに接続されている、タイヤ圧センサと、温度センサと、回転数計数のためのピックアップコイルを示している。回転数計数器は、「ハボメータ（hubometer）の代わりに」使用できると言われている。
【００４３】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許5,667,606号（以下、「レニエ／サイクロイド６０６’特許」と呼ぶ）は、ポンプから生成された圧縮空気を空気タイヤ内へ導入する空気圧接続管を有する、自動車のホイール上に軸方向に取り付けられる容積形空気ポンプを有するタイヤ加圧・調整機器を開示している。タイヤ内の所望の空気圧を所定レベルに設定し維持する従来の（機械的な）圧力のレベル装置も備えられ、ポンプに接続されている。カムとカムフォロアからなる機構は、ポンプのハウジングに取り付けられ、ポンプのハウジングに対して自由に軸回転する振り子が取り付けられる。振り子はカムまたはカムフォロアの一方に接続され、カムまたはカムフォロアの他方は、一緒に回転し、カムが作動する駆動運動をポンプに与える、ポンプのハウジングに固定されている。
【００４４】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許4,742,857号は、所望のタイヤ圧を維持するタイヤ圧センサと空気供給器を開示している。自動車の走行中、各ホイールの空気圧を（可動磁石圧力センサによって）検出し、各ホイールに（可動磁石に接続されたバルブによって）空気を入れたり抜いたりする、この開示されているシステムは、各ホイールに取り付けられた制御器と高圧蓄積器を含む。データプロセッサが自動車の運転者にタイヤ圧を表示し、運転者はバルブの手動作動でタイヤ圧を上げたり下げたりすることができる。
【００４５】
引用によって全体が本明細書に含まれている米国特許5,413,159号は、タイヤ内の圧力が作動圧力を下回ったとき、（ホイールに取り付けられている）高圧蓄積器からの空気がタイヤ内の圧力を補給することができ、タイヤ圧が、タイヤ内に閉じ込められている圧力が作動圧力より大きくなるところまで増大してはじめて動作を停止する、双安定バルブを用いた自己調整タイヤ圧システムと方法を開示している。このシステムは、周波数、ゆっくりとしたタイヤのリークを示すものとしてのバルブ動作の回数および間隔、パンク、または、低蓄積圧力をそれぞれ検出することができる。
【００４６】
タイヤに取り付けられる空気圧供給器を必要としない変形例においては、引用によって全体が本明細書に含まれているブラジル特許PI9603529-3A号が、自動車に取り付けられ、回転空気結合によってタイヤに結合する圧力センサを有する１つまたは複数のミニコンプレッサを有するシステムを開示している。
【００４７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、タイヤの回転数を計測するとともに、タイヤ圧をモニターし、タイヤ圧を調整することができる空気タイヤ状態モニターシステムおよび空気タイヤ状態モニターを提供することにある。
【００４８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、おのおのがホイールまたはホイールキャリアに取り付けられたタイヤを含む、乗り物に取り付けられた１つまたは複数のタイヤ／ホイール組立体の空気タイヤの状態をモニターするシステムであって、前記１つまたは複数のタイヤ／ホイール組立体のホイールまたはホイールキャリアに取り付けられ、前記１つまたは複数のタイヤ／ホイール組立体のタイヤの状態を示す信号を送信する、送信アンテナを有する応答機と、おのおのが前記乗り物に固定して取り付けられた１つまたは複数の受信アンテナを有する１つまたは複数の受信器と、前記１つまたは複数のタイヤ／ホイール組立体のタイヤの状態を判定するために、前記１つまたは複数の受信アンテナによって受信された信号を処理する回路と、を有するシステムにおいて、各応答機の回路が、前記ホイールまたはホイールキャリアのハブと同軸の保護ハウジングの中のプリント回路基板上にあることと、ホイールまたはホイールキャリアに取り付けられた円形の双極子送信アンテナと、該円形の双極子送信アンテナを前記各応答機に接続するアンテナワイヤとを有することを特徴とする。
【００５０】
本発明によれば、本システムは、１つまたは複数のタイヤ／ホイール組立体のホイールまたはホイールキャリアに取り付けられた、タイヤ圧調整のためのポンプシステムと、ホイールまたはホイールキャリアの応答機に接続され、タイヤ圧を測定するタイヤ圧センサを有する。
【００５１】
本発明によれば、送信される信号は、乗り物がその予想される最も速い速度で走行しているとき、ホイールまたはホイールキャリアの１回転の期間よりも短い期間で送信するのに十分短いメッセージパケットを有する。このメッセージパケットはこれ以上符号化されない１０ビットの同期パターンで始まり、このメッセージパケットの残りは、符号化される８ビットのＣＲＣで終わるデータビットを有し、かつ、ビット判定のためにＮＲＺＩをそのまま用いた４Ｂ／５Ｂ符号化方法によって符号化されるのが好ましい。
【００５３】
送信される信号は、乗り物がその予想される最も速い速度で走行しているとき、ホイールまたはホイールキャリアの１回転の期間よりも短い期間で送信するのに十分短いメッセージパケットを有する。このメッセージパケットはこれ以上符号化されない１０ビットの同期パターンで始まり、このメッセージパケットの残りは、符号化される８ビットのＣＲＣで終わるデータビットを有し、かつ、ビット判定のためにＮＲＺＩをそのまま用いた４Ｂ／５Ｂ符号化方法によって符号化されるのが好ましい。
【００５４】
本発明によれば、ポンプシステムは振り子を有し、応答機の回路は、回転角度位置または回転数を決定するために、振り子と相互作用する１つまたは複数のコイルを有し、制御回路は、送信されたＲＦ信号の回転数計数をすることを含む。
【００５５】
本発明によれば、温度を測定する温度センサは応答機に接続され、制御回路は送信されたＲＦ信号の中に温度測定結果を含む。
【００５６】
本発明によれば、受信器は単一のユニットであり、表示器が受信器と組み合わされて、１つまたは複数のタイヤのそれぞれのタイヤ圧維持について、乗り物の運転者に知らせる。受信アンテナは単一のアンテナであり、乗り物の１つまたは複数のホイールまたはホイールキャリアのそれぞれに応答機と組み合わされた制御回路は、応答機のＲＦ信号内のコードを識別する固有の応答機を含む。
【００５７】
本発明の他の態様によれば、乗り物の１つまたは複数のホイールまたはホイールキャリアのそれぞれに取り付けられたハウジングの中にあるタイヤ加圧・調整機器と組み合わされた、前記乗り物の１つまたは複数のタイヤの空気タイヤ状態モニターにおいて、前記機器とともに各ハウジングの中に取り付けられ、前記ホイールまたはホイールキャリアのハブと同軸のプリント回路基板上に固定された部分ループアンテナを有し、前記部分ループアンテナは、前記プリント回路基板の円周の一部のまわりに固定され、かつ円弧長を有し、前記部分ループアンテナは、前記円弧長を延ばすことなく、前記部分ループアンテナの有効長を増大させる曲がりくねった部分を有し、前記部分ループアンテナの前記円弧長と固定位置は、前記ハウジング内の信号妨害物体との相互作用に起因する、ＲＦ信号の干渉を避けるように決定されることを特徴とする。この部分ループアンテナは、異なる無線送信周波数で最適な送信を行うため、アンテナのチューニングを可能にするように有効長を調整するために切り取られる端部を有してもよい。
【００５８】
【発明の実施の形態】
例が添付の図面に示されている本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図は例示のためのものであり、本発明を限定するためのものではない。本発明を一般に、これらの好ましい実施形態に即して説明するが、本発明の要旨と範囲をこれら特定の実施形態に限定しようとしているのではないことが理解されるべきである。
【００５９】
いくつかの図面のある要素は、説明を明確にするために、スケールどおりには示されていない。本明細書で示されている断面図は、もしあれば、説明を明確にするために、省略しなければ真の断面図に見えるであろう背景線を省略した「スライス」または「近視野」の断面図の形式である。
【００６０】
図面全体を通して同じような要素には同じような参照番号が付けられている。例えば、ある図における要素１９９は、別の図における要素２９９と同じようなものか、おそらくこれと同一の場合である。ある場合には、（同一の場合も含めて）同じような要素は１つの図で同じような番号で参照されている。例えば、複数の要素１９９のそれぞれには、１９９ａ、１９９ｂ、１９９ｃ、１９９ｄとそれぞれ参照されているか、または、まとめて１９９として、あるいは、１９９ａ．．１９９ｄとして参照されている。同じまたは異なる図の同じような要素の間におけるこのような関係は、もしあれば、適用できるなら請求項および要約書を含めて、明細書全体を通じて明らかになるであろう。
【００６１】
本発明のこの好ましい実施形態の構成、動作、利点は、添付の図面とともに以下の説明を考慮するとさらに明らかになるであろう。
【００６２】
図１は、４つの各ホイール（不図示）に取り付けられる４つの空気タイヤ１０４ａ．．１０４ｄ（１０４）を有する自動車１０２（破線で示されている）に搭載された、従来技術の典型的なタイヤ圧モニターシステム１００を示す。応答機（「タグ」）１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ（１０６）はそれぞれ、各タイヤ１０４の中に配置されている。応答機１０６は、通常、自動車内に搭載された車内無線送信機１０８によって生成されるようなＲＦ信号から動作電力を得る受動応答機であるのが好ましい。
【００６３】
無線送信機１０８は、（例えば、受動応答機に電力を供給する）ＲＦ送信器１１２と、ＲＦ受信器１１４と、マイクロプロセッサを含む制御論理回路１１６と、場合によっては音声警報を含む、画像表示器のような表示装置１１８を有する。アンテナ１１０ａ．．１１０ｄが、自動車のホイールウェルのような、タイヤ１０４ａ．．１０４ｄにそれぞれ、好ましくは隣接して、自動車１０２に配置されている。アンテナ１１０はフェライト・ループスティック・アンテナであるのが適切である。
【００６４】
複数の自動車アンテナ１１０ａ．．１１０ｄを、各タイヤ１０４ａ．．１０４に隣接した自動車上の一定の位置でそれぞれ使用することはよく知られ、かつ、好ましく、引用によって全体が本明細書に含まれる米国特許3,553,060号、3,810,090号、4,220,907号、5,541,574号、5,774,047号に開示されている。
【００６５】
使用時、無線送信機１０８は応答機１０６ａ．．１０６ｄに電力を供給し、応答機は無線送信機１０８に測定された状態（例えば空気圧）を示すデータを返送する。このようなシステムならどんなものでも、固定されたアンテナ１１０ａ．．１１０ｄ（あるいは、自動車の中心に位置する１つの固定されたアンテナ）と動いている（すなわち、自動車が走行しているとき）応答機（図示されていないが、それぞれが自身のアンテナを有している）の間の信号を効率的に、そして効果的に結合させるのが望ましい。
【００６６】
図２は、本発明の実施形態の特徴を有するタイヤモニター・調整システム１５０を示す。システム１５０は、４つの各タイヤ／ホイール組立体１０５ａ．．１０５ｄ（１０５）を構成するように、４つの各ホイール（不図示）に取り付けられた４つの空気タイヤ１０４ａ．．１０４ｄ（１０４）を有する自動車１５２（破線で示されている）に搭載されている。図１に示されているように、タイヤ１０４内に配置された応答機１０６に多くの点で類似している、少なくとも１つのタイヤ状態モニター１５７ａ．．１５７ｄ（１５７）を含むタイヤモニター・調整装置１５６ａ．．１５６ｄ（１５６）が、各タイヤ／ホイール組立体１０５のホイールまたはホイールキャリアに取り付けられている。各モニター１５７は、各タイヤ１０４の空気圧を（場合によっては温度をも）測定することができ、組立体１０５のホイールまたはホイールキャリアの回転数を測定することができ、アンテナ（不図示）によって圧力のようなデータを含むＲＦ信号を送信することができる（例えば、バッテリで電力が供給される）能動回路であるのが好ましい。場合によっては音声の警報を含む、画像表示器のような表示装置１６２を含む受信器１６６は、好ましくは、自動車の運転席の中に、または、これに隣接して、自動車１５２に搭載されている。
【００６７】
受信器１６６は、受信器の電子回路ＰＣ基板上にエッチングで形成された内部のパッチ型アンテナのような、または、外部の双極子型アンテナのような単一のアンテナ１６０を有するのが好ましい。この好ましい実施形態の変形例が、アンテナ１６０が４つのアンテナ１６０ａ．．１６０ｄ（例えば、ループスティックアンテナ）として示され、各アンテナ１６０ａ．．１６０ｄは関連するサブ受信器モジュール１６１ａ．．１６１ｄ（１６１）を任意に有し、各アンテナ１６０ａ．．１６０ｄはホイールまたはホイールキャリアに取り付けられたモニター１５７ａ．．１５７ｄの送信器の近傍、例えば、ホイールハブの近くの車軸ハウジングで、自動車１５２上に固定して取り付けられている、分配された受信システムを示す図２に示されている。サブ受信器１６１が、さまざまな手段、例えば、各ワイヤ１６３ａ．．１６３ｄ（１６３）、または、ワイヤレスのＲＦ送信によって、受信器１６６と通信することは本発明の範囲に含まれる。ワイヤ１６３はまた、例えば、多重シリアルデータバス（例えば、ＲＳ−４８５、または、それと同等の自動車データバス）でもよい。単一の受信アンテナ１６０を有する機器では、モニター１５７ａ．．１５７ｄのそれぞれは、モニター１５７によって送信されるＲＦ信号の中に含まれるデータの一部として、固有の識別コード（ＩＤ）、例えば、１０ビットの数を含む。受信器１６６は、特定の自動車１５２に搭載されたモニター１５７からのＩＤコードだけを識別し、各識別されたＩＤコードを、自動車１５２上の適切なタイヤ／ホイール位置と関連付けるように調整される。アンテナ１６０ａ．．１６０ｄを有するシステムでは、自動車１５２のタイヤ／ホイール位置は、どのアンテナ１６０ａ．．１６０ｄが信号を受信しているかだけによって決定されるので、ＩＤコードを利用しない、より簡易なモニター１５７が使用される。この複数アンテナの配置によって、タイヤのどんなローテーション、交換の作業も簡単になることがわかる。
【００６８】
システム１５０の自動車１５２は、乗用車のような４つのホイールを有する自動車として説明されてきた。本発明の範囲は、もっと多い、または、もっと少ないタイヤ／ホイール組立体を有する他の実施形態、例えば、１６個、または、それより多いタイヤ／ホイール組立体を有するトラック、または、飛行機の着陸装置の１つまたは複数のタイヤ／ホイール組立体を含むと理解されるべきである。
【００６９】
図３は、図２のタイヤモニター・調整システムのホイール搭載部の断面図である。タイヤモニター・調整装置１５６はホイール１７２に取り付けられ、装置１５６とホイール１７２はともに、ホイール取り付けナット１７４のような標準的な手段によって車軸ハブ１７０に取り付けられている。タイヤモニター・調整装置１５６は保護ハウジング１８０を有し、回路素子が取り付けられたプリント回路（ＰＣ）基板１８５として示されているタイヤ状態モニター１５７を少なくとも含む。示されているシステムでは、ハウジング１８０はまた、上記の従来の技術で説明したレニエ／サイクロイド’６０６特許の機器のようなタイヤ加圧・調整機器１８３を含む。機器１８３の重要な特徴は、空気圧接続管１９０によって、ホイール１７２に取り付けられたタイヤ１０４（不図示）の内部に接続されたキャビティ１８１を加圧する空気ポンプ１８２と、ポンプ１８２とモニター１５７が、それらが取り付けられるホイール１７２と車軸ハブ１７０とともに回転している間、垂直につるすことによってポンプ１８２に（不図示のカムの機構を介して）駆動力を与える振り子１８４を含む。
【００７０】
タイヤ状態モニター１５７は、（以下で説明される回路を有する）ＰＣ基板１８５と、１つまたは複数のコイル１８６と応答機回路チップ１８８を含む素子を有する。ホイールまたはホイールキャリアに取り付けられた外部のアンテナ（例えば、図１４（ａ）と図１４（ｂ）に示されているアンテナ１６５０）に接続され、ＰＣ基板１８５から延びるアンテナワイヤ１９２が示されている。代わりのアンテナは、図４と図５を参照して以下で説明する。
【００７１】
状態センサ１８７と１８９が応答機回路チップ１８８と関連している。センサ１８７は圧力センサであり、キャビティ１８１内（したがって、タイヤ１０４内）の空気圧を検出するために、キャビティ１８１の中に取り付けられるか、または、キャビティ１８１と通じている。センサ１８９は、任意に、サーミスタのような温度センサであり、図示されているようにキャビティ１８１内に取り付けられるか、応答機回路チップ１８８に組み込まれるか、プリント回路基板１８５上、または、ホイール１７２上のような他のどこかに取り付けられる。明らかに、任意の温度センサ１８９の取り付け位置によって、センサ１８９がタイヤ１０４内の空気の実際の温度をどれだけ正確に検出できるかが決まる。
【００７２】
１つまたは複数のコイル１８６は、磁石または適切な金属含有物を含むのが適している振り子１８４の下をコイル１８６が通過するときにはいつでも、パルスを生成するような公知の手段を用いて、ホイール１７２の回転を示すために利用される。単一のコイル１８６と、このコイル１８６の上を通過する単一のアームを有する振り子１８４を用いると、たった１つのパルスがホイール１７２の１回転ごとに生成されるのがわかり、このようなパルスは、回転数と平均回転速度を決定するために計数され、計時される。コイル１８６以外の他の手段、例えば、光センサが、振り子１８４に対するホイール１７２（とＰＣ基板１８５）の回転を検出するために利用できる。複数のコイル１８６を用いる、すなわち、振り子に複数のローブを加える（例えば、星型ホイールまたは歯形ホイール）ことによって、回転角のいかなる所望の分解能が、角度位置エンコーダの場合と同じように得られる。
【００７３】
図４は、アンテナワイヤ１９２と外部アンテナ１６５０（以下で説明する図１４（ａ）と図１４（ｂ）を参照されたい）の代わりに、必要物がすべて完備した応答機アンテナとして使用するために、部分的ループ型アンテナ１９１がＰＣ基板１８５’の外側表面にトレースとしてエッチングにより形成されている点以外は回路基板１８５に類似したＰＣ基板１８５’の上面図を示す。ＰＣ基板１８５’は、図３に示されているタイヤ加圧・調整機器１８３をともに、または、ともなわずに使用される。機器１８３とともに使用されると、ポンプ１８２がＰＣ基板１８５’の中央を貫く。回転数の計数を含めるならば、任意の１つまたは複数のコイル１８６が、必要な回路（以下で説明される図９の回路１１００と図１１の回路１２００を参照されたい）とともにＰＣ基板１８５’上に含められる。１つまたは複数のコイル１８６と相互作用する振り子（例えば、図３の１８４）は、上記で説明したような、回転数計数のためのパルスを生成する。振り子１８４に類似した振り子が、たとえポンプ１８２が無くても使える。もし回転数計数が含められないならば、ＰＣ基板１８５’は、１つまたは複数のコイル１８６と、関連する回転数計数回路（以下で説明されるような、図１１の回路１２００と組み合わされた図１０の単純化された回路１１００’）を取り除くことによって簡素化される。
【００７４】
どのような構成が選択されるかに関係なく、タイヤ状態モニター１５７’（タイヤ状態モニター１５７と同等である）は、（場合によっては、図９として拡大されている）図１０と図１１を参照して以下で説明されるような他の関連する回路とともに応答機回路チップ１８８を含む。
【００７５】
部分ループアンテナ１９１は、曲がりくねった部分１９１ｂと、ＰＣ基板１８５’の上部表面に刻まれた切り取りスケール１９５に隣接した端部１９１ａを有する。曲がりくねった部分１９１ｂは、ＰＣ基板１８５’の円周のまわりのアンテナトレースの円弧長を延ばすことなく、アンテナの有効長を増大させる。端部１９１ａは、プリント回路基板のコーティング物質で全く覆われていないので、アンテナ１９１のコーティングされていない金属トレース物質の部分を容易に切って、取り除くことができる。切り取りスケール１９５は、アンテナ１９１の端部１９１ａを切り取る最適な位置を示すために用いられる。このようなアンテナの切り取りには複数の目的がある。１つ目の目的は、違う国（例えば、図１２の受信器１３００を参照して以下で説明されるように、米国、ヨーロッパ）での動作に適するように、アンテナのチューニングを、異なる無線送信周波数での最適の送信をするように、可能にすることである。アンテナの切り取りの２つ目の目的は、特に送信が、振り子１８４、および／または、１つまたは複数のコイル１８６のような妨害物体との相互作用に適応しなければならないときに、送信をこまかくチューニングすることである。このこまかいチューニングは、タイヤモニター・調整装置１５６の構造の開発における実験方法として行われるか、または、各装置１５６の製造や組立の最終段階でなされる工場での調整の一部である。切り取りスケール１９５は、このようなすべての目的での、アンテナの切り取りを適切に行うためのガイドとして有用である。
【００７６】
部分ループアンテナ１９１は、ＰＣ基板１８５’の円周の一部にのみ延び、任意の１つまたは複数のコイル１８６の近傍を避けていることに注目すべきである。アンテナ１９１とコイル１８６のこの配置は、アンテナ１９１によって送信されたＲＦ信号のコイル１８６による干渉を避けるためである。また、振り子（例えば１８４）が存在した場合、アンテナ１９１の一部に隣接してつるされたときはいつでもＲＦ信号送信と振り子が干渉することがある。アンテナ１９１の部分的ループのこの構造は、有利なことに、このような干渉が起こらない円周の重要な部分を生じ、これによってホイール１７０とホイールに取り付けられたＰＣ基板１８５’の各回転の間、送信の時間ウインドウを生じる。以下で説明するように、本発明は、このような送信ウインドウを最適に利用するために、送信されたメッセージの全パケット長を最小にする。
【００７７】
図５と図６は、それぞれ横方向断面図と端面断面図で、ほぼ円筒の形をした保護ハウジング１８０’の中に含まれるのが好ましいヘリカルアンテナ１９３を有する他のタイヤモニター・調整装置１５６’を示している。図示されている実施形態は、ポンプ、振り子、コイルのないＰＣ基板１８５’’を有する。ＰＣ基板１８５’’上のタイヤ状態モニター１５７’’の回路（例えば、回路１１００’と１２００）は、関連する圧力センサ１８７と、任意に含む温度センサ１８９を有する応答機１８８を有する。状態センサ１８７、１８９は、空気圧接続管１９０’によって、ホイール１７２に取り付けられたタイヤ１０４（不図示）の内部に接続されたキャビティ１８１’の中に取り付けられるものとして示されている。タイヤモニター・調整装置１５６’は、ホイール１７２に取り付けられ、装置１５６’とホイール１７２はともに、ホイール取り付けナット１７４のような標準的な手段で車軸ハブ１７０に取り付けられる。
【００７８】
応答機１８８に関連するアンテナ１９３は、ＰＣ基板１８５’’から、ＰＣ基板１８５’’から適当な距離まで、例えば、保護ハウジング１８０’の内側表面まで外へ延びている水平部分１９３ａを有する。アンテナ１９３はその後、図６で最もよく分かるように、らせん部分１９３ｂを形成するように、垂直面内でらせん状に巻かれる。アンテナ１９３は一般に、保護ハウジング１８０’の内側表面の形に合致し、保護ハウジング１８０’によって保持されるのが好ましい。例えば、アンテナ１９３は、アンテナの水平部分１９３ａとＰＣ基板１８５’’上の回路１５７’’の間の取り外しできる適当な電気的接続手段で、保護ハウジング１８０’に取りつけられるか、または、保護ハウジング１８０’に形成される。保護ハウジング１８０’は、例えば、熱可塑物質のような非伝導性物質から作られるのが好ましい。
【００７９】
図７は一般に、代表的な従来技術の受動応答機２００（１０６、１８８と比較されたい）を示している。コイルアンテナのようなアンテナ２０２が、無線送信機１０８から（アンテナ１１０ａ．．１１０ｄを介して）搬送信号を受信する。周波数Ｆの搬送信号は、応答機の能動回路、この例では、クロック・制御論理回路２０６とセンサインターフェース／データ生成回路２０８の動作電力を生成するために、応答機のアンテナ２０２に接続された整流回路２０４によって整流される。温度センサと圧力センサのような１つまたは複数の状態センサ２１０から得られたデータは、場合によってはメモリ２１２に保存され、変調回路２１４において符号化（例えば、ディジタル化）され、搬送信号に混合される。変調回路２１４の出力は、アンテナ２０２を介して無線送信機１０８（受信器１６１、１６６と比較されたい）に返送される。クロック・制御論理回路２０６は、無線送信機１０８によって送信されたＲＦ搬送信号から直接、クロック信号を得ることが理解される。例えば、応答機を照射する（応答機に電力を供給する）搬送信号が１２５ｋＨｚならば、１２．５ｋＨｚのクロックパルスを生成するため、「１０で割る」分周回路（不図示）を通過させられる。クロック信号はカウンタ（不図示）によってカウントされ、カウンタの累積カウント数は、ディジタル化され、応答機によって送信されることもまたよく理解される。
【００８０】
図１３は、図２と図３で示されたモニター機器１５７に含まれる応答機１８８として使用するのに特に適している代表的な応答機回路チップ１４００（１０６、１８８、２００と比較されたい）の全体回路を示す。応答機１４００は、参照により全体が本明細書に含まれ、本出願と共通の譲受人を有する共有の係属中のＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／１８６１０で詳細に説明されているグッドイヤー／フェーズＩＶ“ＲＦＩＱ−Ｄ”カスタムＡＳＩＣで
ある。インターフェース１４２２と変調１４４６セクション（２１４と比較されたい）と外部アンテナ（２０２、１９２と比較されたい）の接続パッドＶＡおよびＶＢが、ＩＣチップ１４０２上に含まれる。整流１４２２および調整１４２３セクション（２０４と比較されたい）は動作電力を供給し、タイミング／クロックセクション１４２４は、制御ロジック（２０６と比較されたい）を生成するため、コラムデコーダ１４４０、コラム−データ変換器１４４１、列デコーダ／制御１４４２セクションとともに動作する。温度４１６（１８９と比較されたい）、圧力４１８（１８７と比較されたい）、過度温度１４１９の外部の状態センサ（２１０と比較されたい）から得られたデータは、センサインターフェース／データ生成セクション１４０６（２０８と比較されたい）で処理され、メモリ１４３８（２１２と比較されたい）で記憶され、変調セクション１４４６（２１４と比較されたい）によって送信のために符号化される。応答機１４００が、以下で説明されるモニター１５７回路のようなより大きな回路の一部として用いられる場合には、テストロジックセクション１４８４が、ＲＦ送信の代わりにＤＡＴＡ端子を介したデータの直接出力のために用いられる。温度を検出する主要な手段は、ＩＣチップ１４０２に集積され、外部の正確な抵抗Ｒｅｘｔを利用するベース・エミッタ電圧−電流変換器１４５０であることは注目すべきであるが、外部の「温度センサ」１４１６もまた、例えば、正確な抵抗Ｒｅｘｔの代わりに、または、Ｒｅｘｔと組み合わせてサーミスタを利用することによって、温度を感知することができる。外部の圧力センサ１４１８は、例えばＤｅｌｃｏＴＣＡＰ−４またはフジクラＦＣＡＰ−４であるキャパシタンスの圧力センサであるのが適切である。
【００８１】
図９（回路部１１００）と図１１（回路部１２００）は、プリント回路基板１８５上に実装されたモニター１５７回路を示す。この実装では、振り子１８４に対するＰＣＢ１８５の回転を計数するために用いられる単一のコイルＬ３（１８６と比較されたい）がある。回路１１００は、センサＣＰ（１４１８）とＲＥＸＴ（１４１６）とコイルＬ３（１８６）からの入力データを集めることを制御するために、２つのマイクロコントローラＵ３、Ｕ４と、ＲＦＩＱ−Ｄ応答機Ｕ５（１４００、１８８と比較されたい）を用いる。出力データは、アンテナＡＮＴ１（１９２と比較されたい）によってＲＦ送信を行うＲＦ回路部１２００に送られる。モニター１５７は、回路１１００への電源ＶＣＣとＶＤＤのバッテリＢＴ１（イーグル・ピッチャーＬＴＣ−３ＰＮバッテリ、３５０ｍＡ−Ｈｒ、公称３．６Ｖのようなリチウムチオン酸塩化物のバッテリが適切である）を用い、ＲＦＰＯＷＥＲをＲＦ回路１２００に供給するために、回路素子Ｕ２（ＮＤＳ０６１０ＣＴチップが適切である）によってインターフェースされる。このようなバッテリＢＴ１を用いることによって、応答機チップＵ５を、内部で電力を生成するためにＲＦ送信に頼る代わりに、能動モードで使用することが可能になり、したがって、応答機チップＵ５は、マイクロコントローラＵ３によって供給される電力で、すべての電圧端子Ｖａ、ＶＣＣ、ＶＸＸ、ＶＰＰ、ＶＤＤに適切に接続される。
【００８２】
自動車の走行（コイルＬ３によって検出される）中の動作では、クロック用マイクロコントローラＵ４（例えば、発振器Ｙ１と組み合わさって３２ｋＨｚで動作するマイクロチップＰＩＣ１２ＣＬＣ５０９Ａ）が連続的に動作しており、モニター用マイクロコントローラＵ３（例えば、発振器Ｕ１と組み合わさって４ＭＨｚで動作するマイクロチップＰＩＣ１６ＬＣ６２２Ａ）を周期的に起動する。クロック用マイクロコントローラＵ４はコイルＬ３をモニターし、回転数を累積して保存し、ＧＰ０ピン７上のクロック信号出力を含む基本システムタイミングをモニター用マイクロコントローラＵ３（ピン１）と応答機Ｕ５（ＶＢ端子）に与える。モニター用マイクロコントローラＵ３がピン７の「ＲＢ０／ＩＮＴ」での割り込みによって起動されると、センサの読み取り値のために応答機Ｕ５を起動するために、ピン９とピン１０、すなわち、「ＲＢ２」と「ＲＢ３」をオンにする。応答機Ｕ５からのデータ（圧力、温度、ＩＤコードを含む）は、応答機Ｕ５のＤＡＴＡ端子にシリアルデータ列として出力され、モニター用マイクロコントローラＵ３のピン８の「ＲＢ１」端子で受信される。モニター用マイクロコントローラＵ３は、ＲＦ回路１２００のＤＡＴＡ線へのピン２の「ＲＡ３／ＡＮ２」端子上に出力される送信データ列を形成するために、応答機Ｕ５からのセンサデータと、クロック用マイクロコントローラＵ４からの回転数を組み合わせる。４Ｂ／５Ｂ符号化は、データストリームにおいて、１または０のいずれかが長く続くことを防ぐ。
【００８３】
送信データ列は、例えば、ビット判定のためにＮＲＺＩをそのまま用いる４Ｂ／５Ｂフォーマットのメッセージパケットに形成される。各パケットは、これ以上は符号化されない１０ビットの同期パターンで始まる。この同期パターンは、１１０１００１０１０である。この同期パターンの後には１０ビットのＩＤ番号が続き、その最後の２ビットは、ホイールまたはホイールキャリアの位置を決める。次に続くのは、６ビットの圧力データ（０−６３ＰＳＩゲージ）、８ビットの温度データ（符号付き℃）、１６ビットの累積回転数である。パケットの最後は、８ビットのＣＲＣである。これらは合計で４８ビット（同期パターンビットは除く）になり、４Ｂ／５Ｂ符号化方式によって６０ビットに符号化される。同期パターンビットを含む全パケットの長さは７０ビットであり、パケットは３６００ビット／秒（ＢＰＳ）の速度で、１９．４４ミリ秒で送信できる。この送信速度によって、振り子１８４が、ＰＣ基板１８５’上に形成された部分ループアンテナ１９１のようなアンテナと干渉したり、そこからの送信を妨害したりする時間の間では完全なパケットを送信することが可能になる。例えば、１０００ＲＰＭ（自動車のタイヤ／ホイール組立体には高速である）で回転するホイール１７２は、６０ミリ秒ごとに３６０°の完全回転をする。１９．４４ミリ秒で送信されるメッセージパケットは、ホイール１７２が１０００ＲＰＭで回転しているとき、少なくとも１１６．６４°の送信ウインドウの間、送信可能である。
【００８４】
図１１は、ＲＦ送信器回路１２００の一実施形態を示す。回路１２００は、図９の回路１１００によって供給されるような、ＤＡＴＡ線上の送信データパケットを送信するため、所望のＲＦ送信特性を達成するのに適したコンポーネント値を有する標準的なＲＦ回路構造素子を用いる。ＲＦ送信器は、アンテナポートで約０ｄＢＭのＲＦ電力出力（日本ではかなり小さい点を除いて）を有し、基本ＲＦ周波数生成素子としてＳＡＷ（表面音響波）共振器を用い、例えば、米国とカナダでは３１５ＭＨｚまたは４１８ＭＨｚで動作し、ヨーロッパでは４３３．９２ＭＨｚで動作し、日本では３０３．８２５ＭＨｚで動作する。送信器は、米国ではＦＣＣパート１５．２３１のもとで、他の国では似たような規定のもとでライセンスを受けていない送信器として用いられることを証明できる。周波数の安定性は、０．０３２ｐｐｍ／℃より大きくならない温度係数で、２５℃において±７５ｋＨｚである。
【００８５】
図１２は、単一アンテナシステム（例えば、単一の、中央に配置されたアンテナ１６０を有し、任意のサブ受信器１６１がない図２のシステム１５０）用に構成されるような受信器１３６６（１６６と比較されたい）の一実施形態を示す。受信器１３６６は、アンテナＡＮＴ２（１６０と比較されたい）によってシリアルデータ列のメッセージパケットを受信し、このパケットデータをデコードし、各タイヤ／ホイール組立体１０４の全回転カウントを累積し、これらのカウントをＥＥＰＲＯＭメモリチップＵ１６に保存し、このパケットデータから温度補正された圧力を計算し、表示器１３６２（１６２と比較されたい。例えば、１６文字のＬＣＤディスプレイによる２行）と、ＲＳ−２３２シリアルライン（例えば、任意の外部ＰＣコンピュータへの接続用）のコネクタＷＰ４と、アラーム（例えば、ディスプレイ１６２に含まれるビープ音生成器）のコネクタＪ３に適切な情報を出力するマイクロコントローラＵ１５（例えば、セラミック共振器Ｙ１１と組み合わさった、４ＭＨｚで動作するマイクロチップＰＩＣ１６Ｃ７３Ｂ）によって制御される。マイクロコントローラＵ１５はまた、瞬間作動のプッシュボタンＳＷ１からの入力を受信し、プッシュボタンＳＷ１スイッチが閉じるときはいつでも、すべての回転カウントをゼロにリセットする。ＲＳ−２３２ＣシリアルコネクションＷＰ４は、外へ通信する（例えば、パケットデータからデコードされた生データを出力するため）ばかりではなく、外部のＰＣからマイクロコントローラＵ１５に通信する（例えば、マイクロコントローラＵ１５をプログラミングするため）ことが可能な２方向リンクである。
【００８６】
受信器１３６６は、電力コネクタＷＰ１、ＷＰ３を介して、公称ＤＣ電圧レベルＶＰ（通常１２ＶＤＣ）の、自動車１５２の電気システムに接続されることによって、電力の供給を受ける。ＤＣ電圧変換器Ｕ１２は、示した場合を除いて、多くの回路で使用できるように、ＶＰをＶＣＣ電圧レベル（例えば、５ＶＤＣ）に変換する。ＲＦ変調解読器Ｕ１３が、アンテナＡＴＮ２をマイクロコントローラＵ１５にインターフェースする。代表的なＲＦ変調解読器Ｕ１３は、ＤＣ電圧変換器Ｕ１４によって供給される３．３ＶＤＣの別個の電源を必要とする。
【００８７】
表示器１３６２のピン番号Ｐ１．．Ｐ１４は、コネクタＪＰ３のピン１．．１０に接続されるべきものとして示されている。ＲＳ２３２ライン（コネクタＷＰ４）は、マイクロコントローラＵ１５の送信ＴＸライン（ピン１７）が、データをシリアルポートチップＵ１１の送信入力Ｔ１ｉｎ（ピン１１）に送信し、次にシリアルポートチップＵ１１の送信入力Ｔ１ｉｎがこのデータをＲＳ２３２の電圧レベルにしたがって変換し、それをＴ１ｏｕｔ（ピン１４）からコネクタＷＰ４のピン２（Ｐ２）へ送信するように、シリアルポートチップＵ１１によってマイクロコントローラＵ１５にインターフェースされる。入ってくるシリアル通信データは、シリアルポートチップＵ１１の受信入力Ｒ１ｉｎ（ピン１３）に導かれるコネクタＷＰ４のピン３（Ｐ３）上で受信され、次にこのＲＳ２３２プロトコルデータを、Ｕ１１の受信出力Ｒ１ｏｕｔ（ピン１２）から出力され、マイクロコントローラＵ１５の受信ＲＸライン（ピン１８）に送られるシリアルデータ列に変換する。
【００８８】
回転数計数が状態モニターに含まれない場合、図１０に示された簡単化された回路１１００’が、回路１１００の代わりに用いられる。回路１１００’は、回転数検出・計数回路が取り除かれた以外は回路１１００と本質的には同じである。したがって、回路１１００’は、バッテリＢＴ１、応答機Ｕ５，マイクロコントローラＵ３、および、関連する回路を有しているが、コイルＬ３、マイクロコントローラＵ４、および、これらに関連する回路は、回路１１００’から取り除かれている。図９ではマイクロコントローラＵ４に接続されていたマイクロコントローラＵ３のピン７は、図１０では適切に接地されている。図９、図１０、図１１、図１２の回路に対して上述した特別の部品と値は、本発明の好ましい一実施形態に含めるために例示したものである。疑いなく、当業者はこれらの教示を利用し、本発明の目的を達成するこれら詳細を変更することができるであろうが、このような変更は本発明の範囲に含まれるとみなされる。
【００８９】
通常の受信器１３６６、１６６の動作の一例は、次のようなものである。受信器が妥当なメッセージをデコードするごとに、受信器はビープ音を生成し、メッセージのＩＤで識別される、特定のホイールまたはホイールキャリアの位置に関する情報を表示する。表示された圧力はＰＳＩＧ（平方インチゲージあたりポンド）単位であり、温度は±℃として示され、ホイールまたはホイールキャリアの回転は累積され、合計が戻って再びゼロから開始される点である合計１千万回まで表示される。表示器の第１の行は、ホイールまたはホイールキャリアの位置、圧力、温度を示す。第２の行は、合計の回転数（「ＲＯＴ」）を示す。例えば、ＬＦ＿Ｐ：３５＿Ｔ：＋６５Ｃ
ＲＯＴ：０８，５５５，４４４＿
図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）は、空気タイヤ３０４（１０４ａ．．１０４ｄのいずれか１つと比較されたい）の中に配置された受動応答機３０２（１０６ａ．．１０６ｄ、２００のいずれか１つと比較されたい）を有する従来技術のＲＦ応答機システム３００を示す。この例では、応答機３０２は受動応答機で、タイヤ３０４の内側表面３０６に、任意の適切な方法で取り付けられている。アンテナ３２０（１１０ａ．．１１０ｄのいずれか１つと比較されたい）は、応答機３０２からの信号を受信するばかりではなく、（受動応答機の場合には）応答機３０２に電力を供給する電磁放射を与えるために、ホイールウェルのように、タイヤ３０４に近い自動車上の位置に配置される。
【００９０】
図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）に示されているように、自動車アンテナ３２０は、タイヤの頂点部分に並ぶように、タイヤ３０４に対して「１２時」の方向に固定して配置されている。アンテナ３２０は、タイヤ３０４の動き（例えば、回転、方向転換、リバウンド）と干渉することなく、応答機３０２と電磁気的に結合するために、任意の適切な位置に配置されることが理解されるべきである。
【００９１】
（矢印３３０で示すように）タイヤ３０４が回転すると、応答機３０２は、アンテナ３２０から交互に近づいたり離れたりする。図８（ａ）と図８（ｂ）に示すように、タイヤ３０４は、応答機３０２がアンテナ３２０に対して「６時」の位置になるように向けられている。これは、応答機３０２がアンテナ３２０から最も離れており、アンテナ３２０と応答機３０２の間のＲＦ結合は、タイヤが１８０°回転し、応答機３０２が図８（ｃ）に示す「１２時」の位置にあるときの、アンテナ３２０と応答機３０２の間の結合に比べて比較的弱い。したがって、タイヤ３０４が回転すると、アンテナ３２０と応答機３０２の間のＲＦエネルギーの結合に周期的なゆらぎがあることは明らかである。
【００９２】
したがって、応答機アンテナをホイール上に置く（例えば、図１４（ａ）と図１４（ｂ）のアンテナ１６５０に示されているように）ことによって、または、応答機アンテナをホイールの回転軸の近くに置く（例えば、アンテナ１９１と１９３で示されているように）ことによって、ホイールの回転に関係なく、送信アンテナと受信アンテナの間の距離がほぼ一定になるため、受信アンテナ１６０へのより均一な結合という利点が結果として得られる。
【００９３】
図１４（ａ）と図１４（ｂ）は、タイヤ１６０４（１０４と比較されたい）がホイールまたはホイールキャリア１６７２（１７２と比較されたい）に取り付けられる、図２の状態モニターシステム１５０のタイヤ／ホイールまたはホイールキャリア組立体１０５部の好ましい一実施形態１６００を、側面図と断面図でそれぞれ示している。
【００９４】
ホイールまたはホイールキャリアの応答機１６５７（１５７と比較されたい）は、例えば、好ましくはホイール取り付けナット１６７４（１７４と比較されたい）によって適当な位置に保持される保護ハウジング１６８０（１８０と比較されたい）の中で、ホイールまたはホイールキャリア１６７２（１７２と比較されたい）に取り付けられる応答機（例えば１４００）である。ホイールまたはホイールキャリア応答機１６５７は、装置１６５６からタイヤ１６０４へ延びる空気圧接続管１６９０（１９０と比較されたい）を有するタイヤモニター・調整装置１６５６（１５６と比較されたい）に含めてもよい（例えば１８８）。
【００９５】
ホイールまたはホイールキャリア応答機１６５７に関連するアンテナとして、応答機システム１６００の本実施形態は、都合のよい位置でホイールまたはホイールキャリア１６７２に取り付けられているように示されている円形の双極子アンテナ１６５０を含む。アンテナ１６５０は、ホイール１６７２の外側に、同軸に取り付けられているものとして示されているが、ホイール１６７２の内側に、同軸に取り付けることを含めて、ホイール１６７２のどこにでも取り付けることが可能であることが理解されるべきである。アンテナワイヤ１６９２（１９２と比較されたい）は、ホイールまたはホイールキャリアアンテナ１６５０をホイールまたはホイールキャリア応答機１６５７に接続する。他の実施形態は、例えば、ホイールまたはホイールキャリア応答機１８８に関連する、回路基板１８５’上にトレースとしてエッチングにより形成された部分ループアンテナ１９１（図４を参照されたい）、または、例えば、ＰＣ基板１８５’’から外へ向かって延びるが、保護ハウジング１８０’（１６８０と比較されたい）の中に含まれるらせんアンテナ１９３（図５を参照されたい）、または、例えば、無端の輪型のアンテナとして形成されたアンテナ１６５０に隣接した小さい結合コイルでアンテナワイヤ１６９２を終端することを含む。
【００９６】
受信アンテナ１６６０（１６０と比較されたい）は、アンテナ１６５０に近接して自動車（不図示）に取り付けられるものとして示されている。上述したように、受信アンテナ１６０、１６６０は自動車上のどこにでも取り付けることができ、例えば、単一の受信器１６６とともに、自動車の中心に位置する単一の受信アンテナ１６０を有するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるタイヤ圧モニターシステムの単純化されたブロック図である。
【図２】本発明の特徴を有するタイヤモニター・調整システムの単純化されたブロック図である。
【図３】図２のタイヤモニター・調整システムのホイール装備部の断面図である。
【図４】本発明による、部分ループアンテナを有するＰＣ基板の上面図である。
【図５】本発明による、らせんアンテナを有する別のタイヤモニター・調整装置の横方向断面図である。
【図６】本発明による、らせんアンテナを有する別のタイヤモニター・調整装置の内部端面図である。
【図７】従来技術による受動応答機の単純化されたブロック図である。
【図８】（ａ）は、従来技術による、内部に応答機が装備されたタイヤの、一部が断面の側面図である。
（ｂ）は、従来技術による（ａ）のタイヤを、線３Ｂ−３Ｂで（ａ）を切った断面図である。
（ｃ）は、従来技術による（ａ）のタイヤを１８０°回転して、線３Ｃ−３Ｃで（ａ）を切った断面図である。
【図９】ホイールに装備されたタイヤ状態モニターの回路の概要図である。
【図１０】ホイールに装備されたタイヤ状態モニターの単純化された回路の概要図である。
【図１１】図９と図１０のタイヤ状態モニターと組み合わせて使用される送信器部の回路の概要図である。
【図１２】タイヤ状態モニターシステムの受信器の回路の概要図である。
【図１３】図９と図１０のタイヤ状態モニターによって使用される代表的なタイヤ状態モニター集積回路チップの回路の概要図である。
【図１４】（ａ）は、本発明による、ホイールまたはホイールキャリアに装備される送信器とアンテナの側面図である。（ｂ）は、本発明による（ａ）のタイヤとホイールを、線８Ｂ−８Ｂで（ａ）を切った断面図である。
【符号の説明】
１００  タイヤ圧モニターシステム
１０２  自動車
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ  空気タイヤ
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ  タイヤ／ホイール組立体
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ  応答機（タグ）
１０８  車内無線送信機
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ  アンテナ
１１２  ＲＦ送信器
１１４  ＲＦ受信器
１１６  制御論理回路
１１８  表示器
１５０  タイヤモニター・調整システム
１５２  自動車
１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄ、１５６’  タイヤモニター・調整装置
１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃ、１５７ｄ、１５７’、１５７’’  タイヤ状態モニター
１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄ  アンテナ
１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄ  サブ受信器
１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄ  アンテナ
１６２  表示器
１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃ、１６３ｄ  ワイヤ
１６６  受信器
１７０  ハブ
１７２  ホイール
１７４  ホイール取り付けナット
１８０、１８０’  保護ハウジング
１８１、１８１’  キャビティ
１８２  空気ポンプ
１８３  タイヤ加圧・調整機器
１８４  振り子
１８５、１８５’、１８５’’  プリント回路（ＰＣ）基板
１８６  コイル
１８７  圧力センサ
１８８  応答機回路チップ
１８９  温度センサ
１９０、１９０’  空気圧接続管
１９１  部分ループアンテナ
１９１ａ  端部
１９１ｂ  曲がりくねった部分
１９２  アンテナワイヤ
１９３  らせんアンテナ
１９３ａ  水平部分
１９３ｂ  らせん部分
１９５  切り取りスケール
２００  受動ＲＦ応答機
２０２  アンテナ
２０４  整流器
２０６  クロック・制御論理回路
２０８  センサインターフェース／データ生成器
２１０  状態センサ
２１２  メモリ
２１４  変調器
３００  ＲＦ応答機システム
３０２  受動応答機
３０４  空気タイヤ
３０６  内側表面
３２０  アンテナ
３３０  回転を示す矢印
１１００、１１００’  回路部
１２００  回路部
１３６６  受信器
１３６２  表示器
１４００  応答機回路チップ
１４０２  ＩＣチップ
１４０６  センサインターフェース／データ生成セクション
１４１６  温度センサ
１４１８  圧力センサ
１４１９  過度温度センサ
１４２２  インターフェース・整流セクション
１４２３  調整・バンドギャップ参照セクション
１４２４  タイミング・クロック生成セクション
１４３８  メモリ
１４４０  コラムデコーダ
１４４１  コラム―データ変換器
１４４２  列デコーダ・ＮＴ、ＮＰ制御セクション
１４４６  変調セクション
１４５０  ベース―エミッタ電圧―電流変換器
１４８４  テストロジック
１６００  応答機システム
１６０４  タイヤ
１６５０  アンテナ
１６５６  タイヤモニター・調整装置
１６５７  応答機
１６６０  受信アンテナ
１６７２  ホイール
１６７４  ホイール取り付けナット
１６８０  保護ハウジング
１６９０  空気圧接続管
１６９２  アンテナワイヤ
【図１】
0004180842.tif 000002
【図２】
0004180842.tif 000003
【図３】
0004180842.tif 000004
【図４】
0004180842.tif 000005
【図５】
0004180842.tif 000006
【図６】
0004180842.tif 000007
【図７】
0004180842.tif 000008
【図８】
0004180842.tif 000009
【図９】
0004180842.tif 000010
【図１０】
0004180842.tif 000011
【図１１】
0004180842.tif 000012
【図１２】
0004180842.tif 000013
【図１３】
0004180842.tif 000014
【図１４】
0004180842.tif 000015