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˜ OFICINA ESPANOLA DE PATENTES Y MARCAS

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11 N´ umero de publicaci´on: 7

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˜ ESPANA

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B60C 23/02

TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA

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kN´umero de solicitud europea: 96908707.1 kFecha de presentaci´on: 08.03.1996 kN´umero de publicaci´on de la solicitud: 0 812 270 kFecha de publicaci´on de la solicitud: 17.12.1997

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54 T´ıtulo: Aparato transpondedor y sensor para medir y transmitir datos de par´ ametros del neum´ atico

de un veh´ıculo.

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73 Titular/es: Bridgestone/Firestone North

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72 Inventor/es: Kulka, Harvey J. y

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74 Agente: Cobas Horcajo, Susana

30 Prioridad: 10.03.1995 US 402188

American Tire LLC One Bridgestone Park Nashville, Tennessee 37214, US

45 Fecha de la publicaci´ on de la menci´on BOPI:

01.11.2003

45 Fecha de la publicaci´ on del folleto de patente:

ES 2 193 236 T3

01.11.2003

Aviso:

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Lee, James E.

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En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicaci´on en el Bolet´ın europeo de patentes, de la menci´on de concesi´on de la patente europea, cualquier persona podr´a oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposici´on deber´a formularse por escrito y estar motivada; s´olo se considerar´a como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposici´ on (art. 99.1 del Convenio sobre concesi´on de Patentes Europeas). Venta de fasc´ ıculos: Oficina Espa˜ nola de Patentes y Marcas. C/Panam´ a, 1 – 28036 Madrid

ES 2 193 236 T3 DESCRIPCION Aparato transpondedor y sensor para medir y transmitir datos de par´ ametros del neum´ atico de un veh´ıculo. 5

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Antecedentes de la invenci´ on La presente invenci´on trata, en general, de neum´ aticos de veh´ıculos y, m´as concretamente, de transpondedores instalados en los neum´ aticos de un veh´ıculo (o dentro de los mismos) para transmitir los datos de identificaci´on y/o los datos del estado de funcionamiento del neum´ atico. Descripci´ on de la t´ ecnica

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Recientemente ha aumentado el inter´es en instalar transpondedores en los neum´aticos de un veh´ıculo (o dentro de los mismos) para proporcionar datos de identificaci´ on del neum´ atico durante la fabricaci´ on y uso del neum´ atico. Desarrollos posteriores han llevado a instalar dichos transpondedores en el neum´ atico para medir y transmitir datos de presi´ on junto con los datos de identificaci´ on del neum´ atico, como se muestra en las patentes n´ umero US-A-4.911.217; US-A-5.181.975 y US-A-5.218.861. Los dispositivos descritos en estas patentes, y otras relacionadas, usan un transpondedor de circuito integrado pasivo que se instala directamente dentro del neum´ atico durante la fabricaci´ on del neum´ atico o bajo un parche unido a un lateral exterior del neum´ atico. El transpondedor responde a una se˜ nal de interrogaci´ on proveniente de una unidad externa al neum´ atico y usa la se˜ nal de interrogaci´ on como una fuente de energ´ıa el´ectrica para transmitir unas se˜ nales digitales relacionadas con el c´odigo de identificaci´ on y/o datos de presi´ on del neum´ atico. Debido a la instalaci´on del transpondedor dentro del neum´ atico cerca de las bandas de acero que se encuentran en la mayor´ıa de los neum´ aticos de veh´ıculo, se requiere una antena espec´ıficamente construida. Dichas antenas son del tipo de dos electrodos separados o una bobina de espiras. Adem´as, se requiere que dichos transpondedores se instalen en una ubicaci´on espec´ıfica dentro del neum´ atico para recibir y transmitir se˜ nales con unos niveles de se˜ nal adecuados sin interferencia. Adem´as de un c´ odigo de identificaci´ on exclusivo para el neum´ atico almacenado en una memoria del transpondedor de circuito integrado, dichos dispositivos tambi´en incorporan un sensor de presi´ on instalado en la tarjeta de circuitos que contiene al transpondedor para proporcionar los datos de presi´ on del neum´ atico en el momento de recibir la se˜ nal de interrogaci´ on. Dichos sensores de presi´ on son del tipo de un material elastom´erico que tiene una conductividad variable, adem´ as de transductores piezoresistivos, transductores de presi´ on capacitivos de silicona, o un laminante conductor variable de tinta conductiva. El transpondedor incluye una circuiter´ıa para digitalizar los datos de presi´ on para la transmisi´ on, con o sin los datos de identificaci´on, a una fuente externa de interrogaci´ on. La patente US-A-4.695.823 describe un transpondedor con una fuente de alimentaci´ on interna o integrada de tipo oscilador de gran periodo conectado a una bater´ıa. El oscilador acciona un sensor de temperatura y/o de presi´ on en un momento determinado para obtener la temperatura y la presi´ on del neum´ atico. La temperatura y presi´ on medidas se comparan con unos valores umbral de temperatura y presi´ on preseleccionados y, cuando se sobrepasan los valores umbral, el transpondedor transmite una se˜ nal codificada, representativa de la se˜ nal de temperatura o presi´ on fuera de m´ argenes, a una ubicaci´ on remota, como por ejemplo una pantalla luminosa instalada en el veh´ıculo para proporcionar una indicaci´on de que se ha sobrepasado al menos uno de los valores umbral de temperatura y presi´ on. La patente n´ umero US-A-5335540 muestra el pre´ ambulo de la reivindicaci´ on 1.

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Sin embargo, aunque dichos transpondedores instalados en neum´ aticos transmiten de manera efectiva la identificaci´ on del neum´ atico y ciertos datos de presi´ on o temperatura del neum´ atico, presentan algunas limitaciones. La mayor´ıa de los transpondedores instalados en neum´ aticos previamente descritos son pasivos y reciben la energ´ıa el´ectrica de una fuente externa de se˜ nal de interrogaci´ on. Esto limita la distancia efectiva entre la fuente externa de se˜ nal de interrogaci´ on y el transpondedor. De hecho, dichas fuentes de interrogaci´ on externas usan un colector de datos port´atil que debe colocarse justo al lado del neum´ atico para transmitir la se˜ nal de interrogaci´ on al transpondedor del neum´ atico y para recibir las se˜ nales de datos del mismo. Dichos transpondedores instalados en neum´ aticos tambi´en requieren unas configuraciones de antena y unas posiciones de instalaci´ on especiales en el neum´atico para proporcionar un nivel adecuado de se˜ nal de datos. Adem´ as, dado que dichos transpondedores se accionan s´ olo cuando se recibe la se˜ nal de interrogaci´ on o en el momento establecido por el oscilador integrado, dichos transpondedores s´ olo transmiten los 2

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datos de temperatura y presi´on instant´ aneas en el momento de recepci´on de la se˜ nal de interrogaci´ on o de la se˜ nal de activaci´ on proveniente del oscilador integrado. Dichos transpondedores no pueden acumular activamente los datos de presi´on y temperatura, como la presi´on y temperatura m´axima o m´ınima del neum´ atico, durante un periodo establecido de uso del neum´ atico. Dichos transpondedores instalados en neum´ aticos tampoco pueden determinar el uso real de los neum´ aticos en t´erminos de millas de uso. Las presiones y temperaturas m´ axima y m´ınima mencionadas anteriormente, junto con el grado de uso del neum´ atico, son unos par´ ametros extremadamente u ´tiles en la determinaci´on del estado del neum´ atico para profundizar los conocimientos en el desgaste, la vida u ´til restante, el estado seguro o inseguro del neum´ atico, etc.

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Por eso, ser´ıa deseable proporcionar un aparato transpondedor y sensor de par´ ametros del neum´ atico que se pueda instalar en un amplio n´ umero de posiciones diferentes en un neum´atico del veh´ıculo (o dentro del mismo) sin la necesidad de una configuraci´ on especial de antena. Tambi´en ser´ıa deseable proporcionar dicho aparato transpondedor y sensor instalado en un neum´ atico que funcione en un modo semiactivo para medir, registrar y transmitir, de forma autom´ atica y continua, los par´ ametros de funcionamiento del neum´ atico durante el uso del neum´ atico en un veh´ıculo. Tambi´en ser´ıa deseable proporcionar un aparato transpondedor y sensor instalado en neum´ aticos que sea capaz de almacenar dichos par´ametros de funcionamiento del neum´ atico para la transmisi´on posterior a una fuente de control externa despu´es de la recepci´on de una se˜ nal de interrogaci´ on proveniente de la fuente de control externa. Tambi´en ser´ıa deseable proporcionar un aparato transpondedor y sensor instalado en neum´ aticos que sea capaz de supervisar varios par´ ametros de funcionamiento del neum´ atico, incluyendo presi´ on, temperatura y n´ umero de revoluciones del neum´ atico, durante un periodo de tiempo predeterminado y detectar valores m´ aximos y m´ınimos de al menos alguno de dichos par´ ametros. Tambi´en ser´ıa deseable proporcionar un aparato transpondedor y sensor instalado en neum´ aticos que funcione, sin reparaci´ on ni cambio de piezas, durante toda la vida u ´til del neum´ atico. Finalmente, ser´ıa deseable proporcionar un aparato transpondedor y sensor instalado en neum´aticos que sea capaz de recibir las se˜ nales de interrogaci´ on provenientes de una fuente de control externa y de transmitir los datos de par´ ametros de funcionamiento del neum´ atico a la fuente de control externa a distancias mayores en comparaci´on con los transpondedores instalados en neum´ aticos descritos previamente.

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Resumen de la invenci´ on

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La presente invenci´on es un aparato transpondedor y sensor para medir y transmitir los par´ ametros de estado del neum´atico de un veh´ıculo a una ubicaci´ on remota externa a un veh´ıculo, seg´ un la reivindicaci´on 1 en tr´ amite.

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En una realizaci´ on preferida, el sistema sensor incluye un sensor de presi´ on instalado en la carcasa para medir la presi´on de aire del neum´ atico. Tambi´en se instala un sensor de temperatura en la carcasa para medir la temperatura del neum´ atico. Tambi´en se instala un sensor de revoluciones del neum´ atico atico. en la carcasa el cual detecta cada revoluci´on completa de 360◦ del neum´

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Las se˜ nales de salida de cada uno de los sensores se aplican al procesador. Las se˜ nales de salida de los sensores de presi´on y temperatura pueden compararse con valores anteriores o m´ aximos y/o m´ınimos preseleccionados de presi´on y temperatura, actualizando y almacenando dichos valores m´ aximos y/o m´ınimos en la memoria si es necesario.

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Se instala una fuente de alimentaci´on en la carcasa para suministrar energ´ıa el´ectrica al sistema procesador, el sistema receptor y el sistema sensor. Tambi´en se instala un sistema de antena en la carcasa (o dentro de la misma) para recibir la se˜ nal de interrogaci´ on proveniente de la fuente de interrogaci´ on remota y para devolver la se˜ nal modulada por retrodifusi´ on a la fuente de interrogaci´ on remota.

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Despu´es de la recepci´on de la se˜ nal de interrogaci´ on proveniente de la fuente de interrogaci´ on remota, el procesador activa los sensores para medir la presi´on y temperatura actuales del neum´ atico. El sistema modulador por retrodifusi´ on modula por retrodifusi´ on la se˜ nal de interrogaci´ on de RF con los datos del sensor y otra informaci´on del neum´ atico y devuelve a la fuente de interrogaci´ on remota una se˜ nal modulada por retrodifusi´ on que contiene unas representaciones de datos de los par´ametros medidos del neum´ atico, incluyendo algunos o todos los datos de presi´ on y temperatura actuales del neum´ atico, cuentarrevoluciones acumulado del neum´ atico, presi´ on y temperatura m´axima y m´ınima durante un periodo de tiempo predeterminado, adem´as del c´odigo de identificaci´ on del neum´ atico, la ubicaci´ on espec´ıfica del neum´ atico en el veh´ıculo, y otros datos u ´tiles del estado del neum´ atico almacenados en la memoria del transpondedor.

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La fuente de interrogaci´ on remota comprende un control apropiado que transmite una se˜ nal de interrogaci´ on de radiofrecuencia a una distancia predeterminada cuando el veh´ıculo que contiene uno o varios transpondedores de la presente invenci´ on se encuentra dentro de la distancia predeterminada. El control tambi´en recibe y decodifica la se˜ nal de RF proveniente del transpondedor identificado y almacena los datos contenidos en el mismo y/o retransmite dichos datos a un ordenador host externo para su an´ alisis, almacenamiento, etc. El control tambi´en es capaz de escribir datos en el procesador del transpondedor para el almacenamiento en la memoria del mismo. El aparato de la presente invenci´ on supera algunas de las limitaciones encontradas en los transpondedores instalados en neum´ aticos descritos anteriormente. El presente aparato incluye un modulador por retrodifusi´ on que modula por retrodifusi´ on la se˜ nal de interrogaci´ on de RF, lo cual elimina la necesidad de un transmisor separado en el transpondedor, reduciendo por ello los requisitos de energ´ıa en general e incrementando la vida u ´til de la fuente de energ´ıa en el aparato. El modulador por retrodifusi´ on modula por retrodifusi´ on los datos de los par´ametros medidos del neum´ atico, como por ejemplo la presi´on del neum´ atico, la temperatura del neum´ atico y/o el cuentarrevoluciones del neum´ atico, adem´as de otras caracter´ısticas de identificaci´on y funcionamiento del neum´ atico almacenadas en la memoria del transpondedor, en la se˜ nal de interrogaci´ on de RF para devolverlos a la fuente de interrogaci´ on. El aparato de la presente invenci´ on incluye un transpondedor que se instala junto con la fuente de alimentaci´on integrada y varios sensores en una carcasa u ´nica y de peque˜ nas dimensiones facilitando por ello la instalaci´ on del aparato en el neum´ atico del veh´ıculo (o dentro del mismo), en diferentes posiciones posibles de instalaci´on. La fuente de energ´ıa suministra suficiente energ´ıa para hacer funcionar el aparato durante toda la vida u ´ til del neum´atico, incluyendo varios recauchutados del neum´atico. Descripci´ on breve de los dibujos Las distintas ventajas, caracter´ısticas y otros usos de la presente invenci´on ser´an m´ as evidentes con los siguientes dibujos y descripciones detalladas:

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La figura 1 es una vista en alzado lateral parcialmente en secci´on de un aparato construido seg´ un la presente invenci´on, en la que se ha quitado una porci´ on del material contenedor para poder mostrar los componentes instalados en el mismo; La figura 2 es una vista transversal tomada a lo largo de la l´ınea 2-2 de la figura 1;

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La figura 3 es un diagrama de bloque del transpondedor mostrado en la figura 1; La figura 4 es un diagrama de bloque de los componentes principales del aparato mostrado en las figuras 1 y 2; 40

La figura 5 es un diagrama esquem´ atico del aparato mostrado en las figuras 1, 2, y 4; La figura 6 es una vista transversal del sensor de presi´ on mostrado en la figura 2; 45

La figura 7 es una vista transversal que muestra la instalaci´ on del aparato dentro de un neum´ atico de veh´ıculo; La figura 8 es una vista transversal que muestra la instalaci´ on del aparato en el revestimiento interior de un neum´ atico de veh´ıculo; y

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La figura 9 es un diagrama de bloque de la unidad de interrogaci´ on remota; Descripci´ on de las realizaciones preferidas 55

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Con referencia a los dibujos, y en concreto a las figuras 1 y 2, se describe un aparato 10 que se puede instalar en un neum´ atico de veh´ıculo (o dentro del mismo) y que funciona para medir y transmitir varios par´ ametros de estado del neum´atico a una unidad de interrogaci´ on remota. El aparato 10 incluye un sustrato 12 aislado el´ectricamente. Preferiblemente, el sustrato 12 es flexible para permitir moldearse a la forma del neum´ atico cuando se instala en un neum´ atico de veh´ıculo (o dentro del mismo) tal y como se describe a continuaci´ on. S´ olo como ejemplo, el sustrato 12 se construye a partir de una pel´ıcula flexible de poliamida vendida con la marca registrada “KAPTON”. 4

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El sustrato 12, los distintos sensores descritos a continuaci´ on, y un transpondedor 18 instalado en el sustrato 12 (o adyacente al mismo) se colocan en una carcasa 7 elaborada con un material contenedor 7. Preferiblemente, el material contenedor 7 se construye de una goma curada por compatibilidad con un neum´ atico de veh´ıculo. El material contenedor 7 puede construirse de cualquier forma que se desee. S´ olo como ejemplo, el material 7 se construye con una primera superficie 8, fundamentalmente plana, una segunda superficie plana 9 opuesta y unas caras laterales de forma afilada que unen la primera y segunda superficies 8 y 9. Como se muestra en la figura 2, y con detalle en las figuras 4 y 5, se instala una fuente de energ´ıa, como por ejemplo una bater´ıa 14, en el sustrato 12. Puede emplearse cualquier bater´ıa 14 apropiada que sea de tama˜ no reducido y de larga duraci´ on con una capacidad apropiada en amperios-hora. S´olo como ejemplo, como bater´ıa 14 puede emplearse una bater´ıa de cloruro de tionilo y litio de 3,67 voltios, 0,07 amperios-hora, tipo 7-10, fabricada por Battery Engineering, Inc., de Hide Park, Massachussets. Esta bater´ıa tiene un tama˜ no muy reducido de aproximadamente 7,0 mm de di´ ametro y 7,8 mm de longitud. Los terminales de la bater´ıa 14 se conectan mediante conductores a los componentes funcionales del aparato 10 y a trav´es de un cable 15 al transpondedor 18. El transpondedor 18 empleado en el aparato 10 es un transpondedor de radiofrecuencia que se instala en una caja de protecci´ on 19. El transpondedor 18 y la circuiter´ıa asociada se conectan mediante el cable 15 a la fuente de alimentaci´on o bater´ıa 14 adem´ as de a otros componentes descritos a continuaci´ on. Como se muestra en la figura 3, el transpondedor 18 incluye un sistema procesador o unidad central de procesamiento 20 que se comunica con una memoria 22. La memoria 22 puede ser cualquier tipo de memoria apropiado, como por ejemplo un mapa de fusibles, ROM, RAM, SRAM y EPROM. La memoria 22 se usa para almacenar el programa de control ejecutado por la unidad central de procesamiento 20 adem´as de varios valores de datos representativos de los par´ametros o estado de funcionamiento del neum´ atico, un c´ odigo de identificaci´ on exclusivo del neum´ atico, la ubicaci´ on espec´ıfica del neum´ atico en el veh´ıculo, etc., como se describe a continuaci´on.

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La unidad central de procesamiento 20 recibe unas se˜ nales provenientes de la circuiter´ıa de medici´on por el cable 15 a trav´es del puerto digital de E/S 26 y del puerto anal´ ogico 28. El puerto digital de E/S 26 recibe las se˜ nales de activaci´ on/desactivaci´on de unos sensores apropiados u otros dispositivos instalados en el sustrato 12 o externos al sustrato 12. El puerto anal´ ogico 28 se conecta a uno o varios dispositivos anal´ogicos, como por ejemplo un sensor de presi´on y/o un sensor de temperatura descritos a continuaci´ on. Pueden multiplexarse varios sensores digitales y anal´ogicos como entradas individuales en el puerto digital de E/S 26 o en el puerto anal´ ogico 28, respectivamente, o pueden proporcionarse en canales digitales o anal´ ogicos separados. Un detector de RF 34 recibe una se˜ nal de RF proveniente de la unidad de interrogaci´ on remota detectada por la antena 36 que contiene un c´ odigo de identificaci´ on espec´ıfico del neum´ atico. El decodificador 38 decodifica la se˜ nal y se aplica a la unidad central de procesamiento 20 que compara este c´ odigo con el correspondiente c´odigo de identificaci´ on del neum´ atico almacenado en la memoria 22 para determinar una correspondencia existente y una identificaci´ on correcta del neum´atico en el que est´a instalado el transpondedor 18. Este c´ odigo de identificaci´ on exclusivo permite que una u ´ nica unidad de interrogaci´ on remota se comunique con un neum´atico seleccionado entre un gran n´ umero de ellos, en uno o varios veh´ıculos. La antena 36 puede ser cualquier antena apropiada sintonizada a una frecuencia de resonancia particular. Por ejemplo, la antena 36 se describe como una antena de parche instalada en el sustrato 12. Dicha antena de parche es una u ´nica placa s´ olida conductiva cuya a´rea superficial determina la frecuencia de resonancia sintonizada de la antena 36. Tambi´en pueden usarse otros tipos de antena en el presente aparato dependiendo de la frecuencia de la se˜ nal de RF proveniente del interrogador. De esta forma, la antena 36 puede extenderse hacia fuera de la carcasa 7 e instalarse en el neum´atico o en el exterior de la carcasa 7. Se instala un sistema medidor de presi´ on 50 en el sustrato 12 dentro de la carcasa 7, como se muestra en la figura 2 y con m´ as detalle en la figura 6. Puede proporcionarse un amplificador 52, figuras 4 y 5, en el sustrato 12 para amplificar la se˜ nal de salida del sistema medidor de presi´ on 50 antes de aplicarla al transpondedor 18. En la presente invenci´ on puede emplearse cualquier sistema sensor de presi´on 50 apropiado para medir la presi´ on del neum´ atico de un veh´ıculo. S´ olo como ejemplo, puede emplearse un sensor de presi´ on de silicona, modelo NPC-103, fabricado por Lucas Novasensor de Fremont, California. Este 5

ES 2 193 236 T3 sensor es un sensor piezoresistivo instalado en una caja de instalaci´on de superficie cer´ amica. Tambi´en pueden emplearse otros tipos de sensores de presi´ on para el sistema medidor de presi´on 50.

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Como se muestra en detalle en la figura 6, el sensor de presi´ on 50 se instala sobre una base cer´ amica 51 unida a un lateral que est´ a situado en un hueco o caja 53 construido dentro de un encapsulado o carcasa 7 (o rodeado por la misma). La cavidad hueca formada en el lateral se abre a trav´es de una abertura 55 construida en la carcasa 12. Se coloca un material de transferencia de presi´ on 57, como por ejemplo un relleno de silicio de alta temperatura, en el interior de la cavidad y se extiende a partir de la superficie superior de la cavidad en contacto con el sensor de presi´on 50 para transferir la presi´ on desde el neum´ atico hasta el sensor de presi´ on 50. La superficie expuesta del material de transferencia de presi´ on 57 se cubre con una fina membrana 59 de elast´ omero o caucho instalada sobre una superficie exterior de la carcasa 7 y que est´a expuesta al neum´ atico o a la c´amara de aire dentro del neum´ atico para transmitir la presi´on de aire del neum´ atico al material de transferencia 57.

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El sensor de presi´on 50 genera una se˜ nal de salida del orden de milivoltios proporcional a la presi´ on de entrada existente. Un amplificador operacional 52 amplifica esta se˜ nal de salida y la aplica a trav´es del puerto anal´ ogico 28 del transpondedor 18, figura 3, a un conversor anal´ ogico a digital 54 que digitaliza la se˜ nal antes de aplicarla a la unidad central de procesamiento 20.

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Tambi´en se instala un sistema sensor de temperatura 110 en el sustrato 12 el cual mide la temperatura del aire dentro del neum´ atico del veh´ıculo o la temperatura del mismo neum´atico. El sistema sensor de temperatura 110 puede ser cualquier sensor apropiado que genere una se˜ nal anal´ ogica proporcional a la temperatura ambiente medida. Por ejemplo, en la presente invenci´on puede emplearse el modelo de sensor de temperatura n◦ LM 35 CAZ fabricado por National Semiconductor. La salida del sistema sensor de temperatura 110 se conecta multiplexada al puerto anal´ ogico 28 del transpondedor 18, se convierte a un valor digital en el conversor anal´ ogico a digital 54 y se aplica a la unidad central de procesamiento 20. Si es necesario, puede proporcionarse un amplificador para amplificar la salida del sistema sensor de temperatura 110 antes de aplicarla al puerto anal´ ogico 28.

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Seg´ un una caracter´ıstica exclusiva de la presente invenci´on, se proporciona el aparato 10 con un sistema detector de revoluciones del neum´atico 120 para detectar cada revoluci´ on del neum´ atico en el que se instala el aparato 10. El sistema detector de revoluciones 120 mostrado en la figura 4 puede tener cualquier forma apropiada, como por ejemplo un detector magn´etico sensible a los campos magn´eticos atico. generados externamente, que genere una salida en cada revoluci´ on completa de 360◦ del neum´ Tambi´en puede instalarse un sensor G en el sustrato 12 para generar una se˜ nal por cada revoluci´ on arriba/abajo del sensor. La salida del sistema detector de revoluciones 120 se aplica al contador 122 que acumula y almacena la cuenta total de revoluciones del neum´ atico. Cuando se recibe la se˜ nal del transpondedor 18, el contador 122 env´ıa la cuenta total de revoluciones del neum´ atico a la unidad central de procesamiento 20 a trav´es del puerto digital de E/S 26. El detector de revoluciones 120 y el contador 122 se instalan sobre el sustrato 12. Las figuras 4 y 5 muestran respectivamente un diagrama de bloque y un diagrama esquem´ atico de los elementos de funcionamiento del aparato 10. Como se muestra en las figuras 4 y 5, las entradas al transpondedor 18 incluyen la salida del sensor de temperatura 110 que, opcionalmente, puede proporcionarla un amplificador operacional, como se muestra en la figura 4. El amplificador operacional 52 recibe la salida amplificada del sensor de presi´ on 50 a trav´es del puerto anal´ ogico 28. La fuente de energ´ıa o bater´ıa 14 proporciona una tensi´ on de salida identificada como VBAT. Esta tensi´on se aplica al excitador 130 y a un circuito conmutador de energ´ıa 132. El excitador 130 se activa mediante una se˜ nal proveniente del transpondedor 18, como se describe a continuaci´ on, y genera una se˜ nal para el circuito conmutador de energ´ıa 132 que, s´olo como ejemplo, est´ a constituido por un par de MOSFET en paralelo. Cuando inicialmente se recibe una se˜ nal de RF proveniente de la fuente de interrogaci´ on remota, el transpondedor 18 genera un pulso para el primer MOSFET 133 que suministra energ´ıa a todos los componentes del aparato 10.

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Una se˜ nal de salida del excitador 130 tambi´en se aplica a un sistema temporizador 134 que genera una salida que permanece “activa” durante un periodo de tiempo predeterminado. El temporizador 134 puede ser un componente separado, como se muestra en las figuras 4 y 5, o su funci´ on de temporizaci´on descrita puede estar incorporada en el software ejecutado por el procesador 20 del transpondedor 18. 60

La se˜ nal de salida del temporizador 134 enclava la tensi´ on de control VCC en “activa” durante el periodo de tiempo predeterminado mediante la conmutaci´ on a “activo” del otro MOSFET 135 para pro6

ES 2 193 236 T3 porcionar una ventana durante la cual el sensor de temperatura 110 y el sensor de presi´ on 50 miden la temperatura y la presi´ on del neum´ atico, respectivamente. Esta ventana temporal tambi´en se usa para devolver el par´ ametro medido de temperatura y presi´ on del neum´ atico, adem´as del cuentarrevoluciones y de otros par´ ametros, como se describe a continuaci´ on, a la fuente de interrogaci´ on remota. 5

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En general, el interrogador 80, como se muestra en la figura 9, genera una se˜ nal de interrogaci´ on que el transmisor 84 transmite y que recoge la antena 36 en un transpondedor 18 ubicado remotamente. Esto activa el transpondedor 18, como se describi´ o anteriormente, y provoca que la unidad central de procesamiento 20 del transpondedor 18 sondee los sensores 50, 110, 122. El transpondedor 20 modula por retrodifusi´ on los datos de salida del sensor, pasando los datos a un codificador 70, mostrado en la figura 3. El codificador 70 codifica los datos usando varios c´ odigos, como los descritos en la patente US-A-5.055.659. Los datos codificados se pasan ahora al modulador 72 que modula la retrodifusi´ on cambiando la carga de RF en la antena 36 para enviar las se˜ nales codificadas al interrogador 80. La t´ecnica de modulaci´ on por retrodifusi´ on se describe con mayor detalle en la patente US-A-4.739.328.

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Como se muestra en la figura 9, el interrogador o fuente de interrogaci´ on 80 incluye un control 82 apropiado, como por ejemplo una unidad central de procesamiento que hace funcionar un programa de control almacenado. El control 82 selecciona una velocidad de datos apropiada 83 y env´ıa a una antena 85 las se˜ nales de interrogaci´ on con un c´ odigo espec´ıfico de transpondedor por el transmisor 84. Las se˜ nales moduladas por retrodifusi´ on provenientes del aparato 10 tambi´ en las recibe la antena 85 y se aplican a un receptor 86. Las se˜ nales moduladas por retrodifusi´ on provenientes del transpondedor 18 pasan de la antena 85 al receptor 86, se decodifican en el decodificador 87 y se aplican al control 82. Los datos de par´ ametros de estado del neum´ atico provenientes de uno o varios aparatos 10 pueden ser ahora enviados desde el interrogador 80 hasta un ordenador host externo 90 mediante unos circuitos de comunicaci´ on apropiados, incluyendo circuitos de comunicaci´ on en paralelo, RS-232, RS-485 y Ethernet, y tambi´en ser retransmitidos al RFID 18 para el almacenamiento en la memoria del RFID 18 especificado. Adem´as de transmitir la informaci´ on de presi´ on y cuentarrevoluciones del neum´atico, el transpondedor 18 tambi´en es capaz de transmitir en cada se˜ nal para la fuente de interrogaci´ on remota otros datos o informaci´ on del neum´ atico, como se muestra en la siguiente tabla. TABLA 1

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Nombre de par´ ametro

Unidades

Descripci´on

Estado del neum´ atico

N/D

Planta TMC Tama˜ no TMC Tipo TMC Fecha TMC N´ umero TMC Id. veh´ıculo Presi´on objetivo Seguridad m´ınima Seguridad m´ axima L´ımite m´ınimo L´ımite m´aximo Delta seguridad dual

N/D N/D N/D N/D N/D N/D kPa/6 kPa/6 kPa/6 kPa/6 kPa/6 kPa

Estado actual del neum´ atico (inventario, en tr´ansito, instalado, veh´ıculo, repuesto, descartado) C´ odigo de planta TMC RP210 C´ odigo de tama˜ no TMC RP210 C´ odigo de tipo TMC RP210 C´ odigo de fecha TMC RP210 C´ odigo de n´ umero TMC RP210 Id. del veh´ıculo Presi´on deseada de neum´atico L´ımite inferior de presi´ on de seguridad L´ımite superior de presi´ on de seguridad L´ımite inferior de presi´ on L´ımite superior de presi´ on L´ımite de seguridad dual de la presi´ on diferencial del neum´ atico

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7

ES 2 193 236 T3 TABLA 1 (Continuaci´on) Nombre de par´ ametro

Unidades

Descripci´on

L´ımite delta dual

kPa

Temperatura seguridad

◦

L´ımite de temperatura Ubicaci´on del neum´ atico Mapa de neum´ atico del veh´ıculo

◦

Tipo de veh´ıculo Marca Presi´on m´ınima

N/D N/D kPa/6

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Fecha presi´on m´ınima Distancia de presi´ on m´ınima Temperatura m´ axima

D´ıas km/32 ◦ C+55

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Fecha de temperatura m´axima Distancia de temperatura m´ axima ´ Ultimo cuentakil´ometros

D´ıas km/32

L´ımite dual de la presi´ on diferencial del neum´ atico L´ımite superior de temperatura de seguridad L´ımite superior de temperatura Ubicaci´on del neum´ atico en el veh´ıculo Mapa de bits con la ubicaci´ on del neum´atico en el veh´ıculo C´ odigo de tipo de veh´ıculo Marca Presi´on m´ınima encontrada dentro del veh´ıculo Fecha de presi´ on m´ınima Distancia de presi´ on m´ınima Temperatura m´ axima encontrada dentro del veh´ıculo Fecha de temperatura m´axima Distancia de temperatura m´ axima ´ Ultima lectura de cuentakil´ ometros ´ Ultima fecha de lectura de cuentakil´ ometros Distancia total acumulada ´ Ultima muestra de presi´ on tomada ´ Ultima muestra de temperatura tomada ´ Ultima fecha de muestra ´ Ultima distancia de muestra Carburante total usado N´ umero de registros de reparaciones

5

10

15

30

35

40

C+55

C+55 N/D N/D

Fecha u ´ ltima cuentakil´ ometros

kmx10 D´ıas

Distancia total del neum´atico ´ Ultima presi´ on ´ Ultima temperatura ´ Ultima fecha ´ Ultima distancia Carburante usado Registro de reparaciones

kmx10 kPa/6 ◦ C+55 D´ıas km/32 litros x10 N/D

Registro de reparaciones 45

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Mto. Dpto. de Transportes 1

N/D

Tipo mto. 1 Fecha mto. 1 Distancia mto. 1

N/D D´ıas km/32

Id. del Dpto. de Transportes para el servicio de reparaci´on/recauchutado C´ odigo de reparaci´ on/recauchutado Fecha mantenimiento Distancia de neum´ atico en reparaci´on/recauchutado

El transpondedor 18 descrito anteriormente recibe una se˜ nal de activaci´on de la fuente de interrogaci´ on remota 80 que activa el transpondedor 18, suponiendo que existe una correspondencia correcta con el c´odigo de identificaci´ on, para medir la temperatura del neum´ atico, presi´ on del neum´ atico y cuentarrevoluciones actual del neum´ atico. Seg´ un la presente invenci´ on, puede proporcionarse una modificaci´ on del funcionamiento del transpondedor 18 mediante la modificaci´ on del programa de control almacenado en la memoria 22, como por ejemplo que el transpondedor 18 se active espont´ aneamente, adem´ as de una activaci´on iniciada por la recepci´ on de una se˜ nal de activaci´ on proveniente de la fuente de interrogaci´ on remota 80. En este modo alternativo de funcionamiento, el transpondedor 18 puede generar y suministrar la se˜ nal de activaci´on apropiada directamente al excitador 130, el cual activa entonces el conmutador de energ´ıa 132 que pondr´ a en funcionamiento el temporizador 134 para establecer la ventana temporal 8

ES 2 193 236 T3 apropiada de toma de datos descrita anteriormente. Esta generaci´ on autom´ atica de la se˜ nal de activaci´on puede ser peri´ odica con cualquier intervalo de tiempo seleccionable.

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Adem´as, en este modo de funcionamiento, el transpondedor 18 funciona almacenando en la memoria 22 la informaci´ on de par´ ametros del neum´ atico, como por ejemplo presi´on, temperatura, cuentarrevoluciones actual del neum´ atico, en distintos momentos durante el funcionamiento del veh´ıculo, como por ejemplo una vez cada d´ıa, una vez en el arranque del veh´ıculo, etc., para proporcionar un historial m´ as preciso de las caracter´ısticas de funcionamiento del neum´atico. Esto es especialmente importante respecto a la medici´on de presiones y temperaturas m´ aximas y/o m´ınimas que experimenta un neum´ atico en particular durante su funcionamiento. Con referencia a las figuras 7 y 8, se describen dos posiciones de instalaci´on para el aparato 10 en un neum´ atico de veh´ıculo (o dentro del mismo) indicado generalmente por la referencia 60. De modo convencional, el neum´ atico 60 se instala en una llanta 62 e incluye un tal´on interior 64 fuertemente en contacto con la llanta 62. Un lateral flexible 66 se extiende desde el tal´on 64 a una porci´ on estriada 68 del neum´ atico 60. Como se muestra en la figura 7, el aparato 10 puede instalarse ´ıntegramente dentro del neum´ atico 60 durante la fabricaci´ on del neum´ atico 60. Una posici´on apropiada de instalaci´ on es en la porci´ on superior del lateral 66 adyacente al tal´ on 64 ya que esta ubicaci´ on muestra una m´ınima flexi´ on durante el uso del neum´ atico 60.

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Una posici´on alternativa de instalaci´ on del aparato 10 se muestra en la figura 8. El aparato 10 se instala en el revestimiento interior del neum´atico 60 adyacente al tal´ on 64. La membrana o el parche elastom´erico 59 se instala sobre el aparato 10 y se une fuertemente al revestimiento interior para instalar de forma fija el aparato 10 colocado junto al neum´ atico 60. 25

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En resumen, se ha descrito un aparato exclusivo que mide y env´ıa los par´ ametros de estado del neum´ atico de un veh´ıculo a una unidad de interrogaci´ on remota. El aparato es de peque˜ no tama˜ no para permitir instalarlo f´ acilmente dentro del neum´ atico durante la fabricaci´ on del neum´ atico o, alternativamente, sujetarlo al revestimiento interior del neum´ atico mediante un parche elastom´erico. El aparato contiene una fuente de alimentaci´on integrada para acumular los par´ ametros de funcionamiento del neum´ atico durante la vida del neum´ atico y para acumular dichos valores de par´ ametros y comunicar con la unidad de interrogaci´ on despu´es de la recepci´on de una se˜ nal de interrogaci´ on proveniente de la unidad de interrogaci´ on. De esta manera, se pueden proporcionar varios datos de par´ ametros del neum´ atico, como las presiones y temperaturas m´aximas y m´ınimas del neum´atico experimentadas durante el uso del neum´ atico, y el n´ umero acumulado de revoluciones del neum´atico, para obtener un historial completo del uso del neum´ atico y as´ı determinar su desgaste, vida restante potencial, estado de funcionamiento seguro, etc.

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ES 2 193 236 T3 REIVINDICACIONES

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1. Un aparato 10 de medici´ on y env´ıo para medir los datos de par´ ametros de estado del neum´ atico en un neum´ atico de veh´ıculo (60) que tiene un lateral (66) y para enviar los datos de par´ ametros de estado del neum´ atico a un interrogador remoto (80) en respuesta a una se˜ nal de radiofrecuencia proveniente de un interrogador remoto, comprendiendo el aparato: una carcasa contenedora (7);

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un procesador (20), una memoria (22) y un sistema receptor (36) conectado al sistema procesador para recibir una se˜ nal de interrogaci´ on proveniente del interrogador remoto, todos instalados en la carcasa contenedora; un sistema sensor (50, 110, 120) instalado en la carcasa, para medir un par´ ametro variable del neum´ atico y para generar una se˜ nal de salida para el sistema procesador representativa de la magnitud del par´ ametro medido del neum´atico en el tiempo de la medici´on; y un sistema de fuente de alimentaci´ on (14) instalado en la carcasa, para suministrar energ´ıa el´ectrica al sistema procesador, la memoria, el sistema receptor y el sistema sensor;

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caracterizado el aparato de medici´ on y env´ıo porque adem´ as comprende un sistema modulador por retrodifusi´ on (70) sensible a la recepci´on de la se˜ nal de radiofrecuencia proveniente del interrogador, para modular por retrodifusi´ on la se˜ nal de radiofrecuencia con la se˜ nal de salida representativa de la magnitud del par´ ametro medido de estado del neum´atico y para devolver la se˜ nal modulada por retrodifusi´ on al interrogador remoto y porque la carcasa contenedora est´a dise˜ nada para instalarse en un lateral del neum´ atico del veh´ıculo. 2. El aparato de medici´ on y env´ıo de la reivindicaci´on 1, en el que el sistema sensor comprende un sistema sensor de presi´on (50) instalado en la carcasa para medir la presi´ on de aire de un neum´ atico en el que se instala la carcasa. 3. El aparato de medici´ on y env´ıo de la reivindicaci´on 2, en el que el sensor de presi´on comprende un transductor de presi´ on y un medio de transmisi´ on de presi´ on en contacto con el transductor de presi´ on y dise˜ nado para estar expuesto en una c´amara de aire de un neum´ atico en el que se instala la carcasa.

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4. El aparato de medici´ on y env´ıo de la reivindicaci´on 1, en el que el sistema sensor comprende un sistema sensor de temperatura (110), instalado en la carcasa, para medir la temperatura de un neum´ atico en el que se instala la carcasa. 5. El aparato de medici´ on y env´ıo de la reivindicaci´on 1, en el que el sistema sensor comprende un sistema (120), instalado en la carcasa, para detectar y generar una se˜ nal de salida por cada revoluci´ on completa de 360◦ de la carcasa. 6. El aparato de medici´ on y env´ıo de la reivindicaci´on 5, en el que el sistema detector comprende adem´as un sistema contador (122), sensible a la se˜ nal de salida proveniente del sistema detector, para totalizar las se˜ nales de salida provenientes del sistema detector como un cuentarrevoluciones acumulado. 7. El aparato de medici´ on y env´ıo de la reivindicaci´on 1, en el que el sistema procesador supervisa las se˜ nales de salida del sistema sensor para detectar al menos el valor m´ aximo y m´ınimo de un par´ ametro de estado del neum´atico durante un periodo de tiempo predeterminado. 8. El aparato de medici´ on y env´ıo de la reivindicaci´on 1, en el que la carcasa est´ a construida de un material contenedor, que adem´ as encapsula el sistema modulador por retrodifusi´ on.

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9. El aparato de medici´ on y env´ıo de la reivindicaci´on 1, que comprende adem´ as un sistema temporizador (134) sensible a una se˜ nal de activaci´on proveniente del sistema procesador y conectado al sistema sensor, para la activaci´ on del sistema sensor para que mida un par´ ametro de estado del neum´ atico s´olo durante un periodo de tiempo predeterminado establecido por el sistema temporizador. 10. El aparato de la reivindicaci´ on 9, en el que el sistema procesador (20) genera la se˜ nal de activaci´on para el sistema temporizador como respuesta a la recepci´on de la se˜ nal de radiofrecuencia recibida del interrogador remoto.

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ES 2 193 236 T3 11. El aparato de medici´ on y env´ıo de la reivindicaci´on 1, en el que el interrogador remoto (80) incluye un sistema de control (82) con un sistema transmisor (84) del interrogador para transmitir una se˜ nal de interrogaci´ on y un sistema receptor de radiofrecuencia (86) del interrogador para recibir las se˜ nales generadas remotamente. 5

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NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art. 167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposici´ on Transitoria del RD 2424/1986, de 10 de octubre, relativo a la aplicaci´ on del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a Espa˜ na y solicitadas antes del 7-10-1992, no producir´ an ning´ un efecto en Espa˜ na en la medida en que confieran protecci´ on a productos qu´ımicos y farmac´euticos como tales. Esta informaci´ on no prejuzga que la patente est´e o no inclu´ıda en la mencionada reserva.

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