JP2016505438A - 信号品質を改善するためのタイヤにおける圧電デバイスの周方向の配向 - Google Patents

Abstract

圧電デバイスを使用してタイヤのパラメータを監視するための装置および方法が提供される。圧電デバイスの長さによって定義された方向が、タイヤの回転の方向と概ね整列されるように、圧電デバイスが、タイヤにおいて周方向の配向でタイヤに装着可能な装置の一部として装着される。これは、圧電デバイスがタイヤの接触面に出入りする際に周方向のタイヤ形状の変化に対する圧電デバイスの結合の増大を導くことができると同時に、横のタイヤ形状の変化に対する圧電デバイスの結合を減らす。圧電デバイスによって生成された圧電信号からの接触面への出入り時間が、より容易に特定され得、接触面への出入り時間から決定されたタイヤパラメータ、例えばタイヤの回転の計数、タイヤ速度、および接触面角度などの正確さの向上を導く。

Description

本開示は、一般に、タイヤに装着可能な圧電デバイスに関するものであり、より詳細には、圧電デバイスから受信される信号形状の性質を改善するために圧電デバイスをタイヤに配置することに関するものである。

電子デバイスをタイヤ構造と組み合わせることは、多くの実際の利点を生じることが示されている。圧電デバイスは、タイヤのパラメータを測定するために使用されるタイヤに装着可能な装置の様々なセンサおよび他の構成部品のための電源を提供するタイヤパッチと組み合わされている。圧電デバイスはまた、例えば、圧電デバイスの位置において回転するタイヤの時変形状を示す圧電信号などのデータを取得するために使用されている。圧電信号は、タイヤの様々なパラメータを評価するために分析され得る。そのような情報は、タイヤ監視および警告システムにおいてだけではなくて、タイヤ試験および設計においても有用であり得る。

圧電デバイスのための１つの例となる構造は、１つ以上の圧電構成部品、例えば発電構成部品や信号生成構成部品などを有する基板を含むことができる。発電構成部品は、例えばタイヤの温度や圧力を監視するために使用される温度および圧力変換器などの、タイヤに装着可能な装置の様々な構成部品に電力を入れる発電構成部品の曲げの後に、エネルギーを提供することができる。信号生成構成部品は、例えば、回転するタイヤの時変形状によって誘発される信号生成構成部品の曲げと関連付けられた、例えば圧電波形などの、信号を提供することができる。信号生成構成部品から生成された信号は、例えば、タイヤの回転を数えるために、タイヤ速度を決定するために、およびタイヤについて接触面（パッチ）角度を特定するために、分析され得る。

国際公開第２０１０／０２４８１９号は、タイヤに装着可能な装置の耐久性の増加をもたらすための長さおよび幅の寸法を有する圧電基板を含むタイヤに装着可能な装置を開示する。圧電基板は、圧電基板の長さの方向に垂直な線が、タイヤの回転の方向に実質的に整列されるように、横の配向でタイヤに装着され得、それ故、タイヤに装着可能な装置上のひずみが、一方向に本質的に限定される。

タイヤに装着可能な装置の横の配向は、耐久性の増大をもたらすことができる一方、それは、圧電デバイスによって生成される圧電信号の信号形状の性質に悪影響を及ぼし得る。特に、一定のタイヤ、例えば高アスペクト比のタイヤなどにおいて、タイヤに装着可能な装置の横の配向は、接触面の端における横のタイヤ形状の変化との圧電デバイスの結合の増大をもたらす。横のタイヤ形状の変化との結合の増大は、圧電デバイスからの圧電信号の信号形状に歪みを導く可能性がある。これらの歪みは、圧電信号から正確な情報、例えば、接触面への出入り時間、タイヤの回転の計数、タイヤ速度、および接触面角度などを抽出する能力を低下させる可能性がある。

発明の態様や利点は、以下の記載において一部規定されることになり、あるいは記載から明らかであろうし、または発明の実施から学習され得る。

本開示の１つの例となる態様は、タイヤの１つ以上のパラメータを監視するための方法に関する。方法は、タイヤに装着可能な装置をタイヤに装着することを含む。タイヤに装着可能な装置は、少なくとも１つの圧電構成部品を有する圧電デバイスを含む。圧電デバイスは長さＬを有する。長さＬは、圧電デバイスの最長の寸法である。方法は、１以上の回転のためにタイヤを回転することと、タイヤの回転の間に少なくとも１つの圧電構成部品によって生成された圧電信号を取得することと、を更に含む。タイヤに装着可能な装置は、圧電デバイスの長さＬの方向が、タイヤの回転の方向の２０°内に、例えば５°内などに、整列されるように、タイヤに装着される。

本開示の別の例となる態様は、タイヤに装着されるタイヤに装着可能な装置に関する。タイヤに装着可能な装置は、少なくとも１つの圧電構成部品を有する圧電デバイスを含む。圧電デバイスは、長さＬおよび幅Ｗを有する。長さＬは、圧電デバイスの最長の寸法である。タイヤに装着可能な装置は、圧電デバイス上の複数の導電性端子を更に含む。複数の導電性端子は、圧電デバイスの長さＬによって定義された方向との垂直から２０°内にある線に沿って概ね線形関係に配置される。圧電デバイスは、圧電デバイスの長さＬの方向が、タイヤの回転の方向の２０°内に、例えば５°内などに整列されるように、タイヤの頂点の中心部分に装着される。

本発明のこれらのおよび他の特徴、態様ならびに利点は、以下の記載と添付の特許請求の範囲を参照にしてより良く理解されることになるであろう。この明細書の一部に組み込まれると共にこの明細書の一部を構成する添付の図面は、発明の実施形態を例示し、記載と共に、発明の原理を説明するのに役立つ。

本発明の、当業者に向けた、それの最良の形態を含む、十分なおよび実施可能な開示が、本明細書に規定され、それは添付の図面に言及する。

本開示の例となる実施形態に係る例となるタイヤに装着可能な装置の分解図を描写する。 本開示の例となる実施形態に係る例となる圧電デバイスの断面図を描写する。 例となるタイヤの接触面について横のタイヤ形状の変化を表現したものを描写する。 例となるタイヤの接触面について周方向のタイヤ形状の変化を表現したものを描写する。 例となるタイヤの横および周方向の表面曲率のグラフ表現を描写する。 タイヤに横の配向で装着されたタイヤに装着可能な装置から取得された例となる圧電信号を描写する。 本開示の例となる実施形態に係るタイヤにおけるタイヤに装着可能な装置の例となる周方向の配向を描写する。 本開示の例となる実施形態に係るタイヤにおけるタイヤに装着可能な装置の例となる周方向の配向を描写する。 本開示の例となる実施形態に係るタイヤにおけるタイヤに装着可能な装置の例となる周方向の配向を描写する。 本開示の例となる実施形態に係る周方向の配向でタイヤに装着されるタイヤに装着可能な装置から取得された例となる圧電信号を描写する。 本開示の例となる実施形態に係るタイヤに装着可能な装置における圧電デバイスに対する回路板の例となる配置を描写する。 本開示の例となる実施形態に係る例となる方法のフロー図を描写する。

次に、参照が発明の実施形態に詳細になされることになり、それらの１つ以上の例が、図面に例示される。各例は、発明の限定ではなく、発明の説明として提供される。実際には、様々な修正や変形が、発明の範囲または趣旨から逸脱すること無く本発明においてなされ得ることは、当業者に明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として例示されるか記載される特徴は、なお更なる実施形態を生じるように別の実施形態と共に使用され得る。それ故、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内に入るような修正や変形をカバーすることが意図される。

一般に、本開示は、タイヤの回転の間に圧電デバイスによって生成された圧電信号の信号形状の性質を改善するためにタイヤにおける特定の配向で、タイヤに装着可能な装置の一部として使用される圧電デバイスを装着することに関する。特に、タイヤに装着可能な装置は、タイヤの回転の間に圧電デバイスの位置におけるタイヤの時変形状を示す圧電信号を提供するために使用される１つ以上の圧電構成部品を有する圧電デバイスを含むことができる。これらの圧電信号は、タイヤの様々なパラメータを評価するために分析され得る。例えば、圧電デバイスによって生成された圧電信号は、タイヤの回転の間にタイヤの接触面（すなわち、地面と接するタイヤの円周の部分）を通過する圧電デバイスに起因する圧電信号における信号イベントを特定するために分析され得る。

より具体的には、圧電デバイスがタイヤの接触面を通過する際、圧電デバイスは、圧電デバイスが接触面に出入りする際に、増大された曲げを受け得る。この増大された曲げに起因する圧電信号における信号イベントは、特定され得、接触面への出入り時間を特定するために使用され得る。接触面への出入り時間は、様々なパラメータ、例えばタイヤの回転の計数、タイヤ速度、およびタイヤの接触面角度などを決定するために使用され得る。タイヤの接触面角度は、回転の間の様々なタイヤ負荷状態を特定するか決定するために、タイヤの他のパラメータ、例えばタイヤ圧力などと組み合わせて、使用され得る。

本開示の特定の態様によれば、タイヤに装着可能な装置は、圧電デバイスの長さ（すなわち、長い寸法）によって定義された方向が、タイヤの回転の方向に概ね整列されるように、タイヤにおける周方向に配向され得る。例えば、タイヤに装着可能な装置は、デバイスの長さの方向が、タイヤの回転の方向の２０°内に、例えば５°内などに整列されるように、タイヤに装着され得る。タイヤに装着可能な装置をこの手法で整列することは、タイヤに装着可能な装置が、タイヤの回転の間にタイヤの接触面に出入りする際に、周方向のタイヤ形状の変化との圧電デバイスの力学的結合を増大させる。

加えて、圧電デバイスの周方向の配向はまた、タイヤが接触面に出入りする際に、横のタイヤ形状の変化に対する圧電デバイスの力学的結合を減らすことができる。結果として、横のタイヤ形状の変化に対する圧電デバイスの力学的結合によって生成される圧電信号形状に影響を及ぼす歪みが、減らされ得る。これは、横の配向で装着された圧電デバイスによって生成される圧電信号における歪みが著しい可能性がある、高いアスペクト比のタイヤにおいて特に有益であり得る。

タイヤにおけるタイヤに装着可能な装置の周方向の配向は、特にタイヤにおけるタイヤに装着可能な装置の横の配向と比較すると、タイヤに装着可能な装置上のひずみの増大を導き得る。しかしながら、周方向の配向の影響は、タイヤに装着可能な装置の様々な構成部品の設計を調整することによって減らされ得る。例えば、タイヤに装着可能な装置に装着されたプリント回路板のサイズや質量分布が、調整され得、周方向の配向の結果として基板に加えられる更なる繰り返し応力を減らす。

本開示の例となる態様に係るタイヤにおける周方向の配向でタイヤに装着可能な装置を装着することは、圧電デバイスが、横のタイヤ形状の変化とは対照的に周方向のタイヤ形状の変化と有意に結合され得るように、接触面への出入り時間の良好な測定を取得する能力の改善をもたらす。これは、接触面への出入り時間から決定されるタイヤパラメータ、例えばタイヤの回転の計数、タイヤ速度、および接触面角度などの正確さの増大をもたらし得る。

次に、図を参照にして、本開示の例となる実施形態が、ここで詳細に記述されることになる。図１は、本開示の例となる実施形態に係る例となるタイヤに装着可能な装置１００（例えば、タイヤパッチ）の分解図を描写する。タイヤに装着可能な装置１００は、タイヤの様々なパラメータを監視するために、タイヤ、例えば空気タイヤの内部ライナなどに固定され得る。本開示は、タイヤに装着可能な装置を空気タイヤに装着することを参照にして記述されることになるが、タイヤに装着可能な装置１００は、本開示の範囲から逸脱すること無く、非空気式のタイヤに同様に装着され得る。

例示されるように、タイヤに装着可能な装置１００は、圧電デバイス２００を含む。圧電デバイス２００は、基板として実施され得るか、あるいは任意の他の適切な形態、例えば膜などを取ることができる。圧電デバイス２００は、長さＬおよび幅Ｗを有することができる。長さＬは、圧電デバイス２００の最長の寸法である。例示されるように、圧電デバイス２００の幅Ｗは、長さＬよりも著しく小さい。例えば、長さＬは、幅Ｗの少なくとも２倍であり得る。これに関して、タイヤに装着可能な装置は、長さＬの寸法が幅Ｗの寸法よりも著しく大きいので、１−Ｄ（１次元）のタイヤに装着可能な装置１００と考えられる。しかしながら、図１から見られ得るように、１−Ｄのタイヤに装着可能な装置１００は、実際に３次元を有する。

本開示は、例示および記述の目的のために１−Ｄのタイヤに装着可能な装置１００を参照にして記述されることになるが、当業者は、本開示の原理が、他の適切な寸法を有する圧電デバイスを有するタイヤに装着可能な装置１００に同等に適用できることを理解するであろう。例えば、タイヤに装着可能な装置１００は、接触面への出入り時間を特定するための高品質の圧電信号を取得するために、タイヤの横形状の変化とのタイヤに装着可能な装置１００の結合を減らすように選択された幅Ｗと、タイヤの周方向の形状の変化に対する十分な結合をもたらすように選択された長さＬと、を含むことができる。例えば、長さおよび幅の寸法は、タイヤに装着可能な装置１００全体が、タイヤの頂点の実質的に平坦な部分に位置し得るように選択され得る。

図１を参照にすると、圧電デバイス２００は、基底部分１１２と、弾性パッチ１１０の基底部分１１２の上方に高さＨを有する高くなったメサ部分１１４と、を含む弾性パッチ１１０に固定され得る。弾性面１１０は、弾性材料、例えば空気タイヤの構造における測壁材料として通常利用されるゴム材料などから形成され得る。一例において、圧電デバイス２００は、圧電デバイス２００上に接着剤を塗布して、圧電デバイス２００を特別に設計された型内に置いて圧電デバイス２００に適応させて、型の残りを弾性材料で埋めて、パッチ１１０を硬化させることによって、弾性パッチ１１０に固定され得る。

図１に例示されるように、圧電デバイス２００は、第１の圧電構成部品２１０および第２の圧電構成部品２２０を含む。第１の圧電構成部品２１０と第２の圧電構成部品２２０は、圧電デバイス２００内に任意の適切な形状および／または配向を有することができる。例えば、第１の圧電構成部品２１０および第２の圧電構成部品２２０は、矩形形状、円形状、四角形状、台形形状、もしくは任意の他の適切な形状を有することができる。第１の圧電構成部品２１０は、第１の圧電構成部品２１０の曲げの後にエネルギーを捕獲するために使用される発電圧電構成部品とすることができる。このエネルギーは、タイヤに装着可能な装置１００の様々な構成部品に電力を入れるために使用され得る。第２の圧電構成部品２２０は、第２の圧電構成部品２２０の曲げの後に分析のために圧電信号を提供するために使用される信号／センサ圧電構成部品とすることができる。第２の圧電構成部品２２０によって提供された圧電信号は、例えば、接触面に入る時間および接触面を出る時間に対応する信号イベントを特定するために、分析され得る。接触面への出入り時間は、以下により詳細に記述されるように、タイヤの様々なパラメータを決定するために使用され得る。

圧電構成部品２１０および２２０のそれぞれは、２つの導電性層間に配置された圧電層を含むサンドイッチ構造を含むことができる。図２は、圧電デバイス２００の圧電構成部品２１０の断面図を描写する。圧電構成部品２１０は、圧電層２１６の第１の側上の第１の導電性層２１２と圧電層２１６の第２の側上の第２の導電性層２１４との間に配置された圧電層２１６を含む。圧電層２１６は、任意の適切な圧電材料、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）材料などから形成され得る。導電性層２１２および２１４は、任意の適切な導電性材料、例えば銅などから形成され得る。

図２に例示されるように、圧電構成部品２１０は、圧電デバイス２００の第１の絶縁層２４０と圧電デバイス２００の第２の絶縁層２５０との間に配置される。タイヤの回転の間に、圧電デバイス２００が受けるひずみに起因して、第１の絶縁層２４０および第２の絶縁層２５０は、比較的固い材料、例えば耐火性材料ＦＲ４などから形成され得る。一態様において、第２の絶縁層２５０は、絶縁層２４０よりも厚くすることができ、圧電デバイス２００の中立面から圧電層２１６をオフセットして、圧電構成部品２１０の曲げの後にエネルギー生成を増大させる。

図１に戻って参照すると、タイヤに装着可能な装置１００は、プリント回路板１２０を更に含むことができる。プリント回路板１２０は、様々な構成部品やデバイス、例えば、マイクロプロセッサ、メモリ、温度および／または圧力変換器、フィルタ回路、通信回路、バッテリ、遠隔デバイスに情報を通信するための１つ以上のアンテナ、ならびに他のデバイスなどを含むことができる。発電圧電構成部品２１０は、圧電構成部品２１０の曲げの後にエネルギーをもたらすことができて、プリント回路板１２０の様々な構成部品に電力を入れる。信号圧電構成部品２２０は、タイヤの回転の間に圧電構成部品２２０の曲げと関連付けられた圧電信号を提供することができる。これらの信号は、プロセッサによって処理され得、プリント回路板１２０上に設けられたメモリ内に記憶され得、および／または遠隔デバイスに送信され得る。

プリント回路板１２０は、複数の導電性端子を含む接続構造２３０を通して圧電デバイス２００の発電圧電構成部品２１０および信号圧電構成部品２２０に電気的に結合され得る。４つの導電性端子が図１に描写されるが、当業者は、本明細書に提供される開示を使用して、より多いかより少ない導電性端子が、本開示の範囲から逸脱すること無く、提供され得ることを理解するであろう。接続構造２３０は、プリント回路板１２０と圧電デバイス２００との間に電気的および力学的接続を提供するために使用される１つ以上の導電性支柱を含むことができるか、あるいは導電性支柱に結合され得る。２つの導電性支柱が図１に例示される。しかしながら、任意の数の導電性支柱が、本開示の範囲から逸脱すること無く、使用され得る。

図２に示されるように、複数の導電性端子が、線Ａ−Ａ’に沿って概ね線形関係に配置され得る。本明細書において使用される際、言い回し「概ね線形関係」は、完璧な線形関係からの整列における変動があり得ることを表わすことが意図されることが認識されるべきである。本開示の特定の態様によれば、複数の導電性端子が、圧電デバイス２００の長さＬによって定義された方向に概ね垂直（すなわち、９０°）であり得る線Ａ−Ａ’に沿って概ね線形関係に配置され得る。例えば、複数の導電性端子が、圧電デバイス２００の長さＬによって定義された方向との垂直から２０°内に、例えば５°内などにある、線Ａ−Ａ’に沿って概ね線形関係に配置され得る。複数の導電性端子をこの手法で配置することは、タイヤの回転の間にプリント回路板１２０と圧電デバイス２００との間の電気的および力学的接続上のひずみを減らすことができる。

タイヤに装着可能な装置１００は、タイヤに装着され得、タイヤの回転の間にタイヤの様々なパラメータを評価するために使用され得る。以下により詳細に記述されることになるように、タイヤに装着可能な装置１００の圧電構成部品２２０は、タイヤの回転の間にタイヤに装着可能な装置１００がタイヤの接触面に出入りするときに、増大された力学的ひずみを受けることになる。タイヤに装着可能な装置１００が接触面を通過する際にタイヤに装着可能な装置１００の上に誘発されるひずみは、圧電構成部品２２０に、接触面の出入りに対応する信号イベント（例えば、変曲点）を伴う圧電信号を生成させることになる。圧電信号は、例えば、接触面に入る時間ｔ_cpEntryおよび接触面を出る時間ｔ_cpExitに対応する信号イベントを特定するために、分析され得る。

様々な測定が、接触面に入る時間ｔ_cpEntryおよび接触面を出る時間ｔ_cpExitに対応する信号イベントに基づいて行われ得る。例えば、タイヤの回転の数が、接触面を出るｔ_cpExit（または接触面に入るｔ_cpEntry）時間の発生のたびにカウンタをインクリメントすることによって決定され得る。別の例として、ｔ_revによって理解されるようなタイヤ速度が、接触面を出る時間（例えば、ｔ_rev＝ｔ_cpExit(n)−ｔ_cpExit(n-1)）の間の時間差を特定することによって、あるいは、接触面に入る時間（例えば、ｔ_rev＝ｔ_cpEntry(n)−ｔ_cpEntry(n-1)）の間の時間差を特定することによって、決定され得る。更に別の例として、接触面角度が、以下に基づいて決定され得る。
接触面角度は、例えばタイヤ負荷などのタイヤの様々なパラメータを決定する際に有用であり得る。例えば、接触面角度は、回転の間のタイヤ負荷を特定するために、タイヤパラメータ、例えばタイヤ圧力などと組み合わせて使用され得る。

図３および４を参照にして理解されることになるように、タイヤに装着可能な装置１００が、タイヤの回転の間に接触面に出入りするときに、圧電デバイスを含むタイヤに装着可能な装置１００が、２つの軸に沿う力学的ひずみを受け得る。図３は、重ね合わせで、例となるタイヤ５０の（接触面とは反対の）回転の頂部における横の輪郭と、接触面の入口における横の輪郭との比較について表現するものを代表的に例示しており、その例となるタイヤ５０に、タイヤに装着可能な装置１００が装着され得る。図示されるように、タイヤに装着可能な装置１００は、タイヤに装着可能な装置１００が接触面に入るときに、横のタイヤ形状の変化の結果として横軸における横ひずみ３１０を受け得る。

図４は、例となるタイヤ５０についての曲率の周方向の半径における変形を代表的に例示する。図示されるように、タイヤの接触面５５の入口点５２および出口点５４におけるタイヤ５０についての曲率の周方向の半径において実質的な変形がある。図示されるように、タイヤに装着可能な装置１００は、タイヤに装着可能な装置１００が接触面に出入りするときに、周方向のタイヤ形状の変化の結果として、周方向の軸において周方向のひずみ３２０を受け得る。

図５は、タイヤの回転の間にタイヤの様々な周方向の位置におけるタイヤの曲率をグラフで描写する。図５は、横座標に沿ってタイヤの周方向の角度位置と、縦座標に沿って（タイヤの１／半径として定義される）タイヤ曲率と、を示す。曲線３３０は、横軸に沿うタイヤの曲率を描写する。曲線３４０は、周方向の軸に沿うタイヤの曲率を描写する。曲線３５０は、横軸に沿う曲率と横軸に沿う曲率の両方に起因するタイヤの合成曲率を描写する。３６０によって指定された曲線３３０、３４０、および３５０の部分は、タイヤの接触面に起因する。図５に実証されるように、接触面の出入りにおけるタイヤの曲率の変化は、タイヤの周方向の曲率の変化によって支配される。それ故、接触面への出入り時間に対応する圧電信号における信号イベントの特定を容易にするために、タイヤに装着可能な装置１００が、タイヤの周方向の曲率の変化に対して有意に結合されることが望ましい可能性がある。以下に詳細に記述されることになるように、これは、周方向の配向でタイヤに装着可能な装置１００を装着することによって実現され得る。

図３および４に戻って参照すると、タイヤに装着可能な装置１００の長さＬが、タイヤ５０の回転の方向に概ね垂直な方向に整列されるように、タイヤに装着可能な装置１００は、当分野において既知であるように、タイヤ５０における横の配向で装着される。この横の配向は、タイヤに装着可能な装置１００上のひずみを概ね１次元に、すなわち、タイヤに装着可能なデバイス１００の短い寸法に限定することによって、タイヤに装着可能な装置１００上のひずみを減らすことができる。しかしながら、図３に示されるように、タイヤに装着可能な装置１００の横の配向は、タイヤ５０の横の縁部に対するタイヤに装着可能な装置１００の部分の近さに起因して、タイヤ５０の横の形状の変化からもたらされる横ひずみ３１０に対するタイヤに装着可能なデバイス１００の力学的結合の増大を結果としてもたらす。これは、特に、高いアスペクト比のタイヤ、例えば０．７５以上のアスペクト比を有するタイヤなどに当てはまる。

加えて、図４に示されるように、タイヤに装着可能な装置１００の短い方の寸法Ｗが、タイヤ５０の回転の周方向に整列される。これは、周方向のタイヤ形状の変化に対するタイヤに装着可能な装置１００の力学的結合の低減を結果としてもたらすことができる。しかしながら、図５に実証されるように、周方向のタイヤ形状の変化は、接触面に入ることおよび接触面を出ることの最良の指標である。それ故、図３および４に例示されるようにタイヤに装着可能な装置１００の横の配向は、接触面への出入り時間に対応する信号イベントを特定することを困難にさせる圧電信号品質の低下を結果としてもたらし得る。

例えば、図６は、横の配向でタイヤに装着可能なデバイスから取得された例となる圧電信号４２０および４３０を描写する。図６は、横座標に沿って時間および縦座標に沿って圧電信号の振幅を示す。信号４２０は、タイヤにおける横の配向、例えば図３および４に示される配向などを有する圧電デバイスによって生成した。信号４２０は、９バールの圧力を有する３５ｋｐｈで回転すると共に２０００ｋｇで荷重されたタイヤについて生成した。信号４３０はまた、タイヤにおける横の配向、例えば図３および図４に示される配向などを有する圧電デバイスによって生成した。信号４３０は、１１バールの圧力を有する３５ｋｐｈで回転すると共に５０００ｋｇで荷重されたタイヤについて生成した。実証されるように、圧電信号４２０および４３０は、接触面への出入り時間に対応する信号イベント（例えば、変曲点）を特定することを困難にさせ得る多くの歪みを有する。加えて、荷重が（例えば、２０００ｋｇから５０００ｋｇまで）増加するにつれて、圧電信号の形状は、大幅に変化し得る。

タイヤに装着可能な装置１００によって生成される圧電信号の信号品質を向上するために、本開示の態様は、タイヤに装着可能な装置１００を周方向の配向でタイヤに装着することに関する。図７は、本開示の例となる実施形態に係るタイヤ５０におけるタイヤに装着可能な装置１００の周方向の配向を描写する。タイヤ５０は、トレッド部分６２ならびに内壁６４を含む。タイヤに装着可能な装置１００は、タイヤ頂点６６の中心部分に装着される。タイヤに装着可能な装置１００は、タイヤに装着可能な装置１００の長さＬによって定義された方向が、タイヤの回転の方向の２０°内に、例えば５°内などにあるように、配置される。タイヤの回転の方向は、一般に、矢印７０によって表わされる。

周方向の配向は、タイヤに装着可能な装置１００により大きなひずみを受けさせる一方、タイヤに装着可能な装置１００の周方向の配向は、タイヤの形状の周方向の変化に対して周方向の軸における力学的結合の増大をもたらすと同時に、タイヤの形状の横の変化との横軸における力学的結合を減らす。

これは、図８および９を参照にして理解され得る。図８に示されるように、タイヤに装着可能な装置１００の長さＬによって定義される方向が、タイヤ５０の回転の方向と概ね整列されるように、装着可能な装置１００はタイヤ５０内に装着される。これは、タイヤ５０の側壁間に延びるタイヤに装着可能な装置の短い寸法Ｗを結果としてもたらす。タイヤに装着可能な装置１００は、タイヤに装着可能な装置１００が、タイヤ５０の内壁の頂点の実質的に平坦な部分に位置するように、タイヤ５０に位置する。結果として、タイヤに装着可能な装置１００は、タイヤが接触面に出入りする際にタイヤ５０の横形状の変化を更に排除して、タイヤに装着可能な装置１００に対する横ひずみ３１０の影響を減らす。これは、高アスペクト比のタイヤ、例えば、タイヤ５０の幅が比較的狭い．７５以上のアスペクト比を有するタイヤなどにおいて、特に著しい可能性がある。

図９は、タイヤに装着可能な装置１００の長い寸法Ｌが、タイヤ５０の回転の方向に概ね整列されることを例示する。これは、タイヤに装着可能な装置１００が接触面に出入りする際に、周方向のタイヤ形状の変化によって引き起こされる周方向のひずみ３２０に対するタイヤに装着可能な装置１００の結合の増大を結果としてもたらす。結合の増大は、タイヤに装着可能な装置のより大きな寸法が、周方向のひずみ３２０を受けることの結果として生じる。タイヤ５０の周方向の形状の変化に対するタイヤに装着可能な装置１００の結合の増大は、接触面への出入り時間に対応するより明確な信号イベントを伴う圧電信号を結果としてもたらすことができる。加えて、タイヤに装着可能な装置１００によって捕獲されるエネルギーは、例えばタイヤに装着可能な装置１００の発電圧電構成部品２１０などによって、増大され得る。例えば、エネルギーは、タイヤにおいて横の配向で装着された類似の長さの寸法を有する圧電デバイスと比較すると、３倍まで、周方向の配向で圧電デバイスから捕獲され得る。

図１０は、本開示の例となる態様に係るタイヤにおいて周方向の配向で装着された圧電デバイスから生成された例となる圧電信号４５０を描写する。図１０は、横座標に沿って時間と、縦座標に沿って圧電信号４５０の振幅と、を示す。信号４５０は、タイヤにおける周方向の配向、例えば図７〜９に示される配向などを有する圧電デバイスによって生成され得る。信号４５０は、９バールの圧力を有する３５ｋｐｈで回転すると共に２０００ｋｇで荷重したタイヤについて生成した。信号４５０は、横の配向で圧電デバイスによって類似の状況の下で生成した図６の圧電信号４２０と比較すると、歪みが著しく低減した。加えて、信号４５０は、接触面への出入り時間を特定するために使用され得る明確な信号イベントを有する。より具体的には、変曲点４５２は、接触面に入ることに対応し得、変曲点４５４は、接触面を出ることに対応し得る。接触面角度４５５は、変曲点４５４と変曲点４５２との間の差４５５として、代表的に例示され得る。

タイヤに装着可能な装置１００の結合の改善は、横のタイヤ形状の変化に対するタイヤに装着可能な装置の結合を減らす一方、周方向のタイヤ形状の変化との十分な結合を維持するように、タイヤに装着可能な装置１００の寸法を選択することによって、追加的に取得され得る。例えば、タイヤに装着可能な装置１００は、接触面への出入り時間を特定するための高品質の圧電信号を取得するために、タイヤの横形状の変化とのタイヤに装着可能な装置１００の結合を減らすように選択された幅Ｗと、タイヤの周方向の形状の変化に対する十分な結合をもたらすように選択された長さＬと、を含むことができる。１つの特定の実施において、長さＬおよび幅Ｗの寸法は、横のタイヤ形状の変化に対するタイヤに装着可能な装置の結合が減らされる一方、周方向のタイヤの変化に対するタイヤに装着可能な装置の十分な結合が維持されるように選択された長さＬおよび幅Ｗの寸法のサイズと実質的に等しくすることができる。

上述したように、タイヤに装着可能な装置１００をタイヤに周方向の配向で装着することは、タイヤに装着可能な装置１００上のひずみの増大を結果としてもたらすことができる。タイヤに装着可能な装置１００は、更なる応力に適応するように設計され得る。一例として、タイヤに装着可能な装置１００に装着されたプリント回路板のサイズや質量分布は、タイヤに対するタイヤに装着可能な装置１００の周方向の配向から結果として生じる更なる繰り返し応力に適応するように設計され得る。

例えば、図１１は、接続構造２３０を使用してタイヤに装着可能な装置１００の圧電デバイス２００に装着される例となる回路板１２０の平面図を描写する。プリント回路板１２０は、長さｌおよび幅ｗを有する。長さｌは、プリント回路板１２０の最長の寸法である。プリント回路板１２０は、プリント回路板の長さｌが、圧電デバイス２００の長さＬとの垂直から２０°内に整列されるように、圧電デバイス２００の複数の導電性端子に固定される。これは、プリント回路板１２０の短い方の寸法ｗを、接続構造２３０を中心とさせることを可能にして、回転の間に接続構造２３０に加えられるモーメントを減らす。この手法において、タイヤに装着可能な装置１００は、タイヤにおけるタイヤに装着可能な装置１００の周方向の配向によって引き起こされる更なる繰り返し応力により容易に適応し得る。他の適切な修正は、周方向の配向の結果としてタイヤに装着可能な装置上の更なるひずみに適応するように行われ得る。例えば、タイヤに装着可能な装置１００は、タイヤに装着可能な装置の耐久性を向上するために短くした長さＬを含むことができる。

図１２は、本開示の例となる実施形態に係るタイヤの１つ以上のパラメータを監視する例となる方法（５００）を描写する。方法は、図１のタイヤに装着可能な装置１００などの圧電デバイスを含む任意のタイヤに装着可能な装置を使用して実施され得る。加えて、図１２は、例示や記述の目的のために特定の順序で行われるステップを描写するが、本明細書に記述される方法は、任意の特定の順序または配置に限定されない。当業者は、本明細書に提供される開示を使用して、方法の様々なステップが、様々な手法において省略され得、再配置され得、組み合わされ得、および／または適合され得ることを認識するであろう。

（５１０）において、方法は、タイヤに装着可能な装置を周方向の配向でタイヤに装着することを含む。特に、タイヤに装着可能な装置は、タイヤに装着可能な装置の圧電デバイスの長さ（長い寸法）Ｌによって定義された方向が、タイヤの回転の方向の２０°内に、例えば５°内などにあるように、（例えば、図８に例示されるような）タイヤ頂点の中心部分に装着され得る。タイヤに装着可能な装置の例となる周方向の配向が、図７〜９に描写される。

図１２に戻って参照すると、方法は、タイヤを回転すること（５２０）と、タイヤの回転の間にタイヤに装着可能な装置の圧電構成部品によって生成された圧電信号を取得すること（５３０）と、を含む。例えば、圧電信号は、タイヤに装着可能な装置のプリント回路板上に装着された処理デバイスにおいて信号を受信することによって、および／または後の分析のためにプリント回路板上に装着されたメモリに信号を記憶することによって、取得され得る。

（５４０）において、方法は、タイヤの１つ以上のパラメータを評価するために圧電信号を分析することを含むことができる。例えば、圧電信号が、接触面に入るおよび接触面を出る時間に対応する信号イベントを特定するために分析され得る。タイヤに装着可能な装置を周方向の配向でタイヤに装着することは、接触面の出入りの間に周方向のタイヤ形状の変化とのタイヤに装着可能な装置の力学的結合を改善することができ、接触面に入るおよび接触面を出る時間に対応する信号イベントの特定を容易にする。接触面への出入り時間は、タイヤの様々なパラメータを特定するために使用され得る。例えば、上述したように、接触面への出入り時間は、タイヤの回転の計数、タイヤ速度、およびタイヤの接触面角度を決定するために使用され得る。

本主題は、それの特定の例となる実施形態および方法に関して詳細に記載されているが、当業者は、上記の理解に達した後に、そのような実施形態に対する変更、そのような実施形態の変形、およびそのような実施形態に対する均等物を容易に生み出すことが認識されるであろう。したがって、本開示の範囲は、限定としてではなくて、例とするものであり、主題の開示は、本明細書に開示された教示を使用して当業者に容易に明らかであろうように、本主題に対するそのような修正、変形および／または追加の包含を妨げるものではない。

Claims (20)

1. タイヤの１つ以上のパラメータを監視するための方法であって、
   タイヤに装着可能な装置をタイヤに装着することであって、前記タイヤに装着可能な装置が、少なくとも１つの圧電構成部品を有する圧電デバイスを備え、前記圧電デバイスが、長さＬを有しており、前記長さＬが、前記圧電デバイスの最長の寸法である、装着することと、
   １以上の回転のために前記タイヤを回転することと、
   前記タイヤの回転の間に前記少なくとも１つの圧電構成部品によって生成された圧電信号を取得することと、を含み、
   前記タイヤに装着可能な装置は、前記圧電デバイスの前記長さＬの方向が、前記タイヤの回転の方向の２０°内に整列されるように、前記タイヤに装着される、方法。
2. 前記タイヤに装着可能な装置は、前記圧電デバイスの前記長さＬの前記方向が、前記タイヤの回転の前記方向の５°内に整列されるように、前記タイヤに装着される、請求項１に記載の方法。
3. 前記タイヤに装着可能な装置が、前記圧電デバイスの前記長さＬによって定義された前記方向との垂直から２０°内にある線に沿って概ね線形関係に配置された複数の導電性端子を備える、請求項１に記載の方法。
4. 前記複数の導電性端子は、前記圧電デバイスの前記長さＬによって定義された前記方向との垂直から５°内にある線に沿って概ね線形関係に配置される、請求項３に記載の方法。
5. 前記タイヤに装着可能な装置が、前記複数の導電性端子に固定されたプリント回路板を更に備え、前記プリント回路板が長さを有しており、前記長さが、前記プリント回路板の最長の寸法であり、前記プリント回路板の前記長さが、前記圧電デバイスの前記長さＬによって定義された前記方向との垂直から２０°内に整列されるように、前記プリント回路板が、前記複数の導電性端子に固定される、請求項３に記載の方法。
6. 前記圧電デバイスが、幅Ｗを有しており、前記長さＬが、前記圧電デバイスの前記幅Ｗの少なくとも２倍である、請求項１に記載の方法。
7. 前記タイヤに装着可能な装置をタイヤに装着することが、前記タイヤに装着可能な装置を前記タイヤの内壁の頂点の中心部分に装着することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記方法が、前記タイヤの１つ以上のパラメータを評価するために前記圧電信号を分析することを更に含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記タイヤの１つ以上のタイヤパラメータを評価するために前記圧電信号を分析することが、接触面に入る時間および接触面を出る時間を特定するために前記信号を分析することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記圧電信号を分析することが、前記タイヤについての前記接触面に入る時間および前記接触面を出る時間に基づいて、前記タイヤについての接触面角度を特定することを更に含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つの圧電構成部品が、第１の圧電構成部品および第２の圧電構成部品を備え、前記第１の圧電構成部品が発電構成部品であり、前記第２の圧電構成部品が信号生成構成部品である、請求項１に記載の方法。
12. 前記少なくとも１つの圧電構成部品が、第１の導電性層と第２の導電性層との間に配置された圧電層を備える、請求項１に記載の方法。
13. 前記タイヤに装着可能な装置が、弾性パッチを備え、前記弾性パッチが、基底部分およびメサ部分を備え、前記圧電デバイスが、前記メサ部分に固定される、請求項１に記載の方法。
14. 前記タイヤに装着可能な装置が、前記タイヤの内壁の前記頂点の実質的に平坦な部分に位置するように、前記タイヤに装着可能な装置が装着される、請求項１に記載の方法。
15. タイヤに装着されるタイヤに装着可能な装置であって、
    少なくとも１つの圧電構成部品を有する圧電デバイスであって、前記圧電デバイスが長さＬおよび幅Ｗを有しており、前記長さＬが、前記圧電デバイスの最長の寸法である、圧電デバイスと、
    前記圧電デバイス上の複数の導電性端子であって、前記圧電デバイスの前記長さＬによって定義された方向との垂直から２０°内にある線に沿って概ね線形関係に配置された、複数の導電性端子と、を備え、
    前記圧電デバイスは、前記圧電デバイスの前記長さＬの前記方向が、前記タイヤの回転の方向の２０°内に整列されるように、前記タイヤの頂点の中心部分に装着される、タイヤに装着可能な装置。
16. 前記タイヤに装着可能な装置が、前記複数の導電性端子に固定されたプリント回路板を更に備え、前記プリント回路板が長さを有しており、前記長さが、前記プリント回路板の最長の寸法であり、前記プリント回路板の前記長さによって定義された方向が、前記圧電デバイスの前記長さＬによって定義された前記方向との垂直から２０°内に整列されるように、前記プリント回路板が、前記複数の導電性端子に固定される、請求項１５に記載のタイヤに装着可能な装置。
17. 前記タイヤに装着可能な装置が、弾性パッチを更に備え、前記弾性パッチが、基底部分およびメサ部分を備え、前記圧電デバイスが、前記メサ部分に固定される、請求項１５に記載のタイヤに装着可能な装置。
18. 前記少なくとも１つの圧電構成部品が、第１の圧電構成部品および第２の圧電構成部品を備え、前記第１の圧電構成部品が発電構成部品であり、前記第２の圧電構成部品が信号生成構成部品である、請求項１５に記載のタイヤに装着可能な装置。
19. 前記タイヤに装着可能な装置が、前記タイヤの内壁の前記頂点の実質的に平坦な部分に位置するように、前記タイヤに装着可能な装置がタイヤに装着される、請求項１５に記載のタイヤに装着可能な装置。
20. 前記少なくとも１つの圧電構成部品は、第１の絶縁層と第２の絶縁層との間に配置され、前記少なくとも１つの圧電構成部品が、第１の導電性層と第２の導電性層との間に配置された圧電層を備える、請求項１５に記載のタイヤに装着可能な装置。