JP2004069358A - タイヤの歪み状態検出方法、歪み状態検出装置及びそのセンサユニット並びにこれを備えたタイヤ - Google Patents
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- B60T2240/00—Monitoring, detecting wheel/tire behaviour; counteracting thereof
- B60T2240/04—Tire deformation
Abstract
【課題】劣化の発生を低減できると共に、スタビリティー制御システム等の制御システムに用いることができる車両走行時のタイヤの歪み状態を検出するタイヤの歪み状態検出方法、歪み状態検出装置及びそのセンサユニット並びにこれを備えたタイヤを提供する。
【解決手段】タイヤ３００の歪みに応じて導電体パターンの形状が変化して輻射電磁波の共振周波数が変化するセンサユニット１００をタイヤの周方向に間隔をあけて埋設し、車両のタイヤハウス４００に設けたモニタ装置２００からセンサユニット１００へ電磁波を輻射すると共に、センサユニット１００から輻射された電磁波を受波し、受波した電磁波の強度、位相、周波数のうちの少なくとも１つを検出して、検出結果と、記憶しているタイヤ３００に歪みの生じていないときの検出結果とを比較することによりタイヤ３００の歪み状態を検出する。
【選択図】 図１
【解決手段】タイヤ３００の歪みに応じて導電体パターンの形状が変化して輻射電磁波の共振周波数が変化するセンサユニット１００をタイヤの周方向に間隔をあけて埋設し、車両のタイヤハウス４００に設けたモニタ装置２００からセンサユニット１００へ電磁波を輻射すると共に、センサユニット１００から輻射された電磁波を受波し、受波した電磁波の強度、位相、周波数のうちの少なくとも１つを検出して、検出結果と、記憶しているタイヤ３００に歪みの生じていないときの検出結果とを比較することによりタイヤ３００の歪み状態を検出する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両走行時のタイヤの歪み状態を検出するタイヤの歪み状態検出方法、歪み状態検出装置及びそのセンサユニット並びにこれを備えたタイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両において安全走行を行うために注意しなければならない事項として、車両のタイヤ内空気圧を適度な状態に設定することや、タイヤの摩耗状態に注意を払うことなどがあげられる。例えば、タイヤ内空気圧が低下すると、パンクの発生率が増大すると共に、高速走行においてはバーストを生じ、重大事故を引き起こす原因となる。このため、運転者は常日頃、タイヤの点検を行う必要がある。
【０００３】
しかしながら、タイヤの点検を行い、タイヤの状態を良好な状態に保っていても、雨天候時に路面が濡れている場合など、路面とタイヤとの間の摩擦力が低下すると、ブレーキをかけたときにスリップして、思わぬ方向に車両が移動してしまい、事故を引き起こすことがあった。
【０００４】
このようなスリップや急発進などによって発生する事故を防止するために、アンチロック・ブレーキ・システム（Ａｎｔｉ−Ｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ、以下、ＡＢＳと称する）、トラクション・コントロール・システム、さらには、これらに加えてＹＡＷセンサを設けたスタビリティー制御システムが開発された。
【０００５】
例えば、ＡＢＳは、各タイヤの回転状態を検出し、この検出結果に基づいて各タイヤロック状態に入るのを防止するように制動力を制御するシステムである。
【０００６】
タイヤの回転状態として、各タイヤの回転数や、空気圧、歪み等の状態を検出して、この検出結果を制御に用いることが可能である。
【０００７】
例えば、ＡＢＳスピ一ドセンサからデー夕を入力し、タイヤ空気圧を推定する、所謂「間接式」と呼ばれるタイヤ空気圧の検出方法を用いてタイヤ空気圧を自動的に検出する装置も知られている。
【０００８】
この装置に用いられるタイヤ空気圧の検出方法としては、例えば、（ａ）空気圧低下によるタイヤの転動半径の変化（撓み）を車輪の回転角速度から求める方法、（ｂ）入力信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）処理し、タイヤの固有振動数の変化から算出する方法などが知られている。
【０００９】
一方、ＡＢＳや、トラクション・コントロール・システム、スタビリティー制御システムに用いることができるセンサ及びそのタイヤの一例としては、Ｕ．Ｓ．Ｐ．Ｎｏ．５，８９５，８５４（以下、第１従来例と称する）やＵ．Ｓ．Ｐ．Ｎｏ．６，３０８，７５８（以下、第２従来例と称する）が知られている。
【００１０】
上記第１従来例では、タイヤのサイドウォール部の周方向に列をなすように隣接部位の極性を相互に変えた磁性バーコードを設け、シャーシや車輪軸に固定したセンサで前記バーコードを読み取る。これにより、タイヤの回転速度を検出することができると共に、磁性バーコードをタイヤの半径方向に２列以上設けることにより内外輪の磁性バーコードの検出結果の位相差から、タイヤの半径方向の力や変形を算出可能にしている。
【００１１】
上記第２従来例には、上記第１従来例では狭い間隔で磁性帯を形成することが困難であったことを改善し、前述したタイヤのサイドウォール部の周方向に列をなすように隣接部位の極性を相互に変えた磁性バーコードの解像度を高めたタイヤが開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１，２従来例では、タイヤの製造時にサイドウォールに磁性帯を形成するため、この磁性帯の磁力を最適値に設定するのに非常に手間がかかる。即ち、磁性帯の磁力が最適値よりも強すぎると路面上の砂鉄や鉄片などの磁性体を吸着してしまうことがある。また、磁性帯の磁力が最適値よりも小さいとセンサによる検出が困難になる。
【００１３】
さらに、車両走行中にタイヤに発生する熱によって上記磁性帯の磁化が徐々に弱まり、走行時間が増すにつれてセンサによる検出が困難になる可能性がある。
【００１４】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、劣化の発生を低減できると共に、スタビリティー制御システム等の制御システムに用いることができる車両走行時のタイヤの歪み状態を検出するタイヤの歪み状態検出方法、歪み状態検出装置及びそのセンサユニット並びにこれを備えたタイヤを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、タイヤの周方向に所定の間隔をあけてタイヤ内に埋設され且つタイヤの歪みに応じて形状が変化する導電体パターンを有する複数のセンサユニットと、車両のタイヤハウスに設けられた輻射ユニットを有するモニタ装置とを用いたタイヤの歪み状態検出方法であって、前記輻射ユニットから前記センサユニットへ向けて第１周波数の電磁波を輻射し、前記第１周波数の電磁波を受けた前記センサユニットは、前記第１周波数の電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換して、該電気エネルギーによって電磁波輻射手段を駆動し、前記電磁波輻射手段は、前記導電体パターンの歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数を変化させて電磁波を輻射し、前記モニタ装置は、前記センサユニットの電磁波輻射手段から輻射された電磁波を受波し、該受波した電磁波の強度、位相、周波数のうちの少なくとも１つを検出し、該検出結果と、前記記憶しているタイヤに歪みの生じていないときの検出結果とを比較することにより、前記タイヤの歪み状態を検出するタイヤの歪み状態検出方法を提案する。
【００１６】
本発明によれば、タイヤハウスに設けられた輻射ユニットからタイヤ内に埋設されたセンサユニットへ向けて第１周波数の電磁波が輻射される。これにより、第１周波数の電磁波を受波したセンサユニットは、第１周波数の電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換して、該電気エネルギーによって電磁波輻射手段を駆動して電磁波を輻射する。
【００１７】
このとき、センサユニットの電磁波輻射手段は、前記導電体パターンの歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数を変化させて電磁波を輻射する。即ち、前記導電体パターンはタイヤ内に埋設されているので、タイヤの歪みに応じて変形する。この結果、導電体パターンの電気的な共振周波数や、該導電体パターンをアンテナとして用いたときの電磁波の位相などが変化する。
【００１８】
前記モニタ装置は、前記センサユニットから輻射された電磁波を受波する。このとき、前記導電体パターンの変形に応じて受波した電磁波の位相や、電界強度、周波数などが変化する。
【００１９】
さらに、前記モニタ装置は、例えば車両の始動時などにおけるタイヤに歪みが生じていないときに、前記センサユニットから受波した電磁波の位相、電界強度、周波数のうちの少なくとも１つを検出し、該検出結果を記憶しておく。
【００２０】
また、モニタ装置は、例えば車両走行時においては、センサユニットから受波した電磁波の位相、電界強度、周波数のうちの少なくとも１つを検出し、該検出結果と、前記タイヤに歪みの生じていないときの検出結果の記憶値とを比較することにより、前記タイヤの歪み状態を検出する。
【００２１】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出方法において、前記輻射ユニットは該輻射ユニットが装着されている位置から所定距離内に存在する前記タイヤ内の１つ以上のセンサユニットに対して電磁波を輻射するタイヤの歪み状態検出方法を提案する。
【００２２】
本発明によれば、輻射ユニットが装着されている位置から所定距離内に存在する１つ以上のセンサユニットから輻射された電磁波を受波することによって前記所定距離内のタイヤの歪みを検出することができる。
【００２３】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出方法において、前記タイヤハウスの異なる２つ以上の位置にそれぞれ設けられた前記輻射ユニットから時分割で電磁波の輻射を行うタイヤの歪み状態検出方法を提案する。
【００２４】
本発明によれば、前記異なる２つ以上の輻射ユニットが装着されているそれぞれの位置から所定距離内に存在する１つ以上のセンサユニットに電磁波を輻射することによって、前記輻射ユニット毎に１つのタイヤにおける異なる部位の歪みを検出することができる。
【００２５】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出方法において、前記第１周波数と前記第２周波数が１ＧＨｚ以上の周波数に設定されているタイヤの歪み状態検出方法を提案する。
【００２６】
本発明によれば、前記第１周波数と前記第２周波数のそれぞれを１ＧＨｚ以上の周波数に設定することによって、タイヤ内に設けられている補強用金属の影響を低減すると共に、前記導電体パターンの変形によって引き起こされる電磁波の位相や、電界強度、周波数などの大きな変動を得ることができる。
【００２７】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出方法において、前記センサユニットは、前記電磁波によって当該センサユニットに固有の識別情報を送信し、前記モニタ装置は、前記センサユニットから受信した識別情報に基づいて、前記センサユニットを特定するタイヤの歪み状態検出方法を提案する。
【００２８】
本発明によれば、各センサユニットが前記識別情報によって特定可能であるため、車両に装着されている複数のタイヤのそれぞれにセンサユニットを設けた場合にも、各タイヤ毎の歪みを検出することができる。
【００２９】
本発明は、車両走行中におけるタイヤの歪み状態を検出するタイヤの歪み状態検出装置において、タイヤの周方向に所定の間隔をあけてタイヤ内に埋設されている複数のセンサユニットと、車両のタイヤハウスに設けられた輻射ユニットを含むモニタ装置とからなり、前記センサユニットは、所定面積の可撓性及び電気的絶縁性を有するシートの面上に設けられた所定形状の導電体パターンと、前記輻射ユニットから輻射された第１周波数の電磁波を受波して該電磁波の高周波エネルギーを電気エネルギーに変換する手段と、前記電気エネルギーによって動作すると共に前記導電体パターンに接続され、前記導電体パターンの形状の歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数を変化させて電磁波を輻射する手段とを備え、前記モニタ装置は、前記輻射ユニットから第１周波数の電磁波を前記センサユニットへ向けて輻射する手段と、前記センサユニットから輻射された電磁波を受波する手段と、前記受波した電磁波の強度、位相、周波数のうちの少なくとも１つを検出する手段と、前記タイヤに歪みが生じていないときの検出結果を記憶する手段と、前記検出結果をと、前記タイヤに歪みの生じていないときの検出結果とを比較することにより、前記タイヤの歪み状態を検出する手段とを備えているタイヤの歪み状態検出装置を提案する。
【００３０】
本発明によれば、タイヤハウスに設けられた輻射ユニットからタイヤ内に埋設されたセンサユニットへ向けて第１周波数の電磁波が輻射されると、この第１周波数の電磁波を受波したセンサユニットでは、第１周波数の電磁波のエネルギーが電気エネルギーに変換され、該電気エネルギーによってセンサユニットから前記第２周波数の電磁波が輻射される。
【００３１】
このとき、センサユニットから輻射される電磁波は、タイヤの歪みに伴って生じる前記導電体パターンの歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数が変化されたものとなる。即ち、前記導電体パターンは、タイヤ内に埋設されているので、タイヤの歪みに応じて変形する。この結果、タイヤの歪みに応じて、導電体パターンの電気的な共振周波数や、該導電体パターンをアンテナとして用いたときに輻射される電磁波の位相などが変化する。
【００３２】
前記センサユニットから輻射された電磁波はモニタ装置によって受波される。このとき、前記導電体パターンの変形に応じて前記モニタ装置が受波する電磁波の位相や、電界強度、周波数などが変化する。
【００３３】
前記モニタ装置によって、前記受波した電磁波の位相、電界強度、周波数のうちの少なくとも１つが検出され、該検出結果と、前記タイヤに歪みの生じていないときの検出結果の記憶値とが比較され、この比較結果によって前記タイヤの歪み状態が検出される。
【００３４】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出装置において、前記導電体パターンの少なくとも一部が矩形波形状をなしているタイヤの歪み状態検出装置を提案する。
【００３５】
本発明によれば、前記導電体パターンが矩形波のような形状をなしているため、導電体パターンの隣り合う部分の位置関係がタイヤの歪みに伴って容易に変化するので、導電体パターン自体の共振周波数などの電気的な特性がタイヤの歪みに応じて容易に変化される。これにより、タイヤの歪みに応じて、センサユニットから輻射される電磁波の位相や、電界強度、周波数などの大きな変化を得ることができる。
【００３６】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出装置において、前記第１周波数と前記第２周波数の双方が１ＧＨｚ以上の周波数に設定されているタイヤの歪み状態検出装置を提案する。
【００３７】
本発明によれば、前記第１周波数と前記第２周波数のそれぞれが１ＧＨｚ以上の周波数に設定されているため、タイヤ内に設けられている補強用金属の影響が低減されると共に、前記導電体パターンの変形によって引き起こされる電磁波の位相や、電界強度、周波数などの大きな変化を得ることができる。
【００３８】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出装置において、前記第１周波数と前記第２周波数が同一周波数に設定されており、前記モニタ装置は、前記第１周波数の電磁波の輻射と、前記センサユニットから輻射された電磁波の受波とを交互に繰り返して行う手段を備えているタイヤの歪み状態検出装置を提案する。
【００３９】
本発明によれば、前記モニタ装置或いは前記センサユニットにおいて、電磁波輻射用のアンテナと電磁波受波用のアンテナを共用することが可能になると共に、車両に装着されている複数のタイヤ毎の歪み状態を容易に識別可能になる。
【００４０】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出装置において、前記モニタ装置は、前記タイヤハウスの異なる２つ以上の位置にそれぞれ設けられた複数の輻射ユニットを備え、各輻射ユニットから時分割で電磁波の輻射を行う手段を有し、各輻射ユニットは該スキャナユニットが装着されている位置から所定距離内に存在する前記タイヤ内の１つ以上のセンサユニットに電磁波を輻射するタイヤの歪み状態検出装置を提案する。
【００４１】
本発明によれば、各輻射ユニット毎に１つのタイヤにおける異なる部位の歪みを検出することができる。
【００４２】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出装置において、前記センサユニットは、前記導電体パターンをアンテナとして、前記第１周波数の電磁波の受波に用いるか又は前記第２周波数の電磁波の輻射に用いるかを切り替える手段を有するタイヤの歪み状態検出装置を提案する。
【００４３】
本発明によれば、前記第１周波数の電磁波の受波用又は前記第２周波数の電磁波の輻射用のアンテナとして前記導電体パターンを用いることができるので、センサユニットの形状を小型化できる。
【００４４】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出装置において、前記センサユニットは、当該センサユニットに固有の識別情報を格納する手段と、前記格納されている識別情報を前記電磁波によって送信する手段とを備え、前記モニタ装置は、前記センサユニットから送信された前記識別情報を受信する手段と、前記受信した識別情報に基づいて、前記センサユニットを特定する手段とを備えているタイヤの歪み状態検出装置を提案する。
【００４５】
本発明によれば、各センサユニットが前記識別情報によって特定可能であるため、車両に装着されている複数のタイヤのそれぞれにセンサユニットを設けた場合にも、各タイヤを特定してその歪み状態を検出することができる。
【００４６】
本発明は、タイヤの周方向に所定の間隔をあけてタイヤ内に埋設された複数のセンサユニットと、車両のタイヤハウスに設けられた輻射ユニットを有するモニタ装置とを備えたタイヤの歪み状態検出装置の前記センサユニットであって、所定面積の可撓性及び電気的絶縁性を有するシートの面上に設けられた所定形状の導電体パターンと、前記輻射ユニットから輻射された第１周波数の電磁波を受波して該電磁波の高周波エネルギーを電気エネルギーに変換する手段と、前記電気エネルギーによって動作すると共に前記導電体パターンに接続され、前記導電体パターンの形状の歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数を変化させて電磁波を輻射する手段とを備えているセンサユニットを提案する。
【００４７】
本発明によれば、輻射ユニットからセンサユニットへ向けて第１周波数の電磁波が輻射されると、この第１周波数の電磁波を受波したセンサユニットでは、第１周波数の電磁波のエネルギーが電気エネルギーに変換され、該電気エネルギーによってセンサユニットから前記第２周波数の電磁波が輻射される。
【００４８】
このとき、センサユニットから輻射される電磁波は、タイヤの歪みに伴って生じる前記導電体パターンの歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数が変化されたものとなる。即ち、前記導電体パターンは、タイヤ内に埋設されているので、タイヤの歪みに応じて変形する。この結果、タイヤの歪みに応じて、導電体パターンの電気的な共振周波数や、該導電体パターンをアンテナとして用いたときに輻射される電磁波の位相或いは周波数などが変化する。
【００４９】
前記センサユニットから輻射された電磁波は、前記モニタ装置によって受波され、前記導電体パターンの変形に応じて前記外部装置が受波する電磁波の位相や、電界強度、周波数などが変化する。
【００５０】
前記モニタユニットによって、前記受波された電磁波の位相、電界強度、周波数のうちの少なくとも１つが検出され、該検出結果と、前記タイヤに歪みの生じていないときの検出結果の記憶値とを比較することにより前記タイヤの歪み状態を検出することができる。
【００５１】
また、本発明は、上記センサユニットにおいて、前記導電体パターンの少なくとも一部が矩形波形状をなしているセンサユニットを提案する。
【００５２】
本発明によれば、前記導電体パターンが矩形波のような形状をなしているため、導電体パターンの隣り合う部分の位置関係がタイヤの歪みに伴って容易に変化するので、導電体パターン自体の電気的な特性がタイヤの歪みに応じて容易に変化される。これにより、タイヤの歪みに応じて、センサユニットから輻射される電磁波の位相や、電界強度、周波数などの大きな変化を得ることができる。
【００５３】
また、本発明は、上記センサユニットにおいて、前記第１周波数が１ＧＨｚ以上の周波数に設定されているセンサユニットを提案する。
【００５４】
本発明によれば、前記第１周波数と前記第２周波数のそれぞれが１ＧＨｚ以上の周波数に設定されているため、タイヤ内に設けられている補強用金属の影響が低減されると共に、前記導電体パターンの変形によって引き起こされる電磁波の位相や、電界強度、周波数などの大きな変化を得ることができる。
【００５５】
また、本発明は、上記センサユニットにおいて、前記導電体パターンをアンテナとして、前記第１周波数の電磁波の受波に用いるか又は前記第２周波数の電磁波の輻射に用いるかを切り替える手段を有するセンサユニットを提案する。
【００５６】
本発明によれば、前記導電対パターンをアンテナとして、電磁波の輻射用と電磁波受波用に共用することが可能になり、センサユニットの小型化が可能になる。
【００５７】
また、本発明は、上記センサユニットにおいて、当該センサユニットに固有の識別情報を格納する手段と、前記格納されている識別情報を前記電磁波によって送信する手段とを備えているセンサユニットを提案する。
【００５８】
本発明によれば、各センサユニットが前記識別情報によって特定可能であるため、車両に装着されている複数のタイヤのそれぞれにセンサユニットを設けた場合にも、各タイヤ毎の歪み状態を検出することができる。
【００５９】
本発明は、所定面積の可撓性及び電気的絶縁性を有するシートの面上に設けられた所定形状の導電体パターンと、モニタ装置から輻射された第１周波数の電磁波を受波して該電磁波の高周波エネルギーを電気エネルギーに変換する手段と、前記電気エネルギーによって動作すると共に前記導電体パターンに接続され、前記導電体パターンの形状の歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数を変化させて電磁波を輻射する手段とを備えているセンサユニットが、タイヤの周方向に所定の間隔をあけてタイヤ内に複数埋設されているタイヤを提案する。
【００６０】
本発明によれば、モニタ装置から輻射された第１周波数の電磁波を受波したセンサユニットでは、第１周波数の電磁波のエネルギーが電気エネルギーに変換され、該電気エネルギーによってセンサユニットから前記第２周波数の電磁波が輻射される。
【００６１】
このとき、センサユニットから輻射される電磁波は、タイヤの歪みに伴って生じる前記導電体パターンの歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数が変化されたものとなる。即ち、前記導電体パターンは、タイヤ内に埋設されているので、タイヤの歪みに応じて変形する。この結果、タイヤの歪みに応じて、導電体パターンの電気的な共振周波数や、該導電体パターンをアンテナとして用いたときに輻射される電磁波の位相などが変化する。
【００６２】
前記センサユニットから輻射された電磁波は、前記モニタ装置によって受波され、前記導電体パターンの変形に応じて前記外部装置が受波する電磁波の位相や、電界強度、周波数などが変化する。
【００６３】
従って、前記モニタ装置によって、前記受波された電磁波の位相、電界強度、周波数のうちの少なくとも１つを検出し、該検出結果と、前記タイヤに歪みが生じていないときの検出結果の記憶値とを比較することにより前記タイヤの歪み状態を検出することができる。
【００６４】
また、本発明は、上記タイヤにおいて、前記導電体パターンの少なくとも一部が矩形波形状をなしているタイヤを提案する。
【００６５】
本発明によれば、前記導電体パターンが矩形波のような形状をなしているため、導電体パターンの隣り合う部分の位置関係がタイヤの歪みに伴って容易に変化するので、導電体パターン自体の電気的な特性がタイヤの歪みに応じて容易に変化される。これにより、タイヤの歪みに応じて、センサユニットから輻射される電磁波の位相や、電界強度、周波数などの大きな変化を得ることができる。
【００６６】
また、本発明は、上記タイヤにおいて、前記第１周波数が１ＧＨｚ以上の周波数に設定されているタイヤを提案する。
【００６７】
本発明によれば、前記第１周波数と前記第２周波数のそれぞれが１ＧＨｚ以上の周波数に設定されているため、タイヤ内に設けられている補強用金属の影響が低減されると共に、前記導電体パターンの変形によって引き起こされる電磁波の位相や、電界強度、周波数などの大きな変化を得ることができる。
【００６８】
また、本発明は、上記タイヤにおいて、前記複数のセンサユニットのそれぞれがタイヤ内の同一層に配置されているタイヤを提案する。
【００６９】
本発明によれば、各センサユニットが同一層に埋設されるため、タイヤ製造工程の簡略化を図ることができると共に、各センサユニット間の位置関係の設定を容易に行うことができる。
【００７０】
また、本発明は、上記タイヤにおいて、少なくとも４つ以上の前記センサユニットが等間隔を開けて埋設されているタイヤを提案する。
【００７１】
本発明によれば、少なくとも４つ以上の前記センサユニットが等間隔を開けて埋設されているため、タイヤのほぼ全周に亘って歪みを検出することが可能になる。また、少なくとも４つのセンサユニットを等間隔で設けた場合、隣り合うセンサユニット間の部位に発生した歪みはタイヤの構成部材を伝搬してセンサユニットに伝わるので、タイヤのほぼ全周に亘って歪みを検出することが可能になる。
【００７２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
【００７３】
図１は本発明の第１実施形態におけるタイヤの歪み状態検出装置の車両への装着状態を示す概略図、図２は第１実施形態におけるタイヤの歪み状態検出装置の電気系回路を示す概略構成図である。図において、１００はセンサユニットでタイヤ３００内に複数埋設されている。２００はモニタ装置で、タイヤ３００の最頂部に対応するように車両のタイヤハウス４００内に設けられている。本実施形態におけるタイヤの歪み状態検出装置は、上記複数のセンサユニット１００とモニタ装置２００によって構成されている。
【００７４】
センサユニット１００は、２．４５ＧＨｚ帯の所定周波数（第１周波数）の電磁波を受波するためのアンテナ１１０と、受波した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換部１２０、エネルギー変換部１２０から供給される電気エネルギーによって動作する発振部１３０、発振部１３０に接続されて２．４５ＧＨｚ帯の所定周波数（第２周波数）の電磁波を輻射するためのアンテナ１４０とから構成されている。本実施形態では、上記第１周波数及び第２周波数の双方が２．４５ＧＨｚに設定されている。
【００７５】
センサユニット１００は、図３に示すように、エネルギー変換部１２０を構成するＩＣチップと、発振部１３０を構成するＩＣチップ、ループ状のアンテナ１１０、および矩形波状の導電体パターン１４０ａと直線状の導電体パターン１４０ｂとからなるアンテナ１４０を２枚のフィルム１５０で挟み込むことにより構成されている。
【００７６】
フィルム１５０は、例えば幅（Ｗ２）が５ｍｍ、長さ（Ｌ２）が２０ｍｍの電気的な絶縁性を有するポリイミドフィルムからなり、下側のフィルム上にアンテナ１１０，１４０が印刷形成されている。ループ状のアンテナ１１０はフィルム１５０の周縁部に配置され、矩形波状の導電体パターン１４０ａと直線状の導電体パターン１４０ｂはフィルム１５０の長さ（Ｌ２）方向に延びるように配置されている。尚、フィルム１５０は、その幅方向や長さ方向及び厚み方向に十分撓む可撓性を有するものであり、導電体パターン１４０ａ，１４０及びその他の印刷配線パターンはタイヤの歪みに伴ってフィルム１５０が撓んでも切断される可能性が極めて低い材質を有するものからなる。
【００７７】
また、エネルギー変換部１２０を構成するＩＣチップ及び発振部１３０を構成するＩＣチップと、２枚のフィルム１５０との間は可撓性を有する樹脂によって接着されている。上記構成のセンサユニット１００は、図４に示すように、タイヤ３００の周方向に等間隔をあけて複数個埋設されている。
【００７８】
尚、本実施形態では、センサユニット１００がタイヤの周方向に延びるように、センサユニット１００をキャップトレッド３０１とアンダートレッド３０２との間に埋設したが、アンダートレッド３０２とベルト３０３Ａとの間、或いはベルト３０３Ａとベルト３０３ｂとの間、ベルト３０３Ｂとカーカス３０４との間に埋設してもよい。本実施形態では、前述したように２．４５ＧＨｚ帯の周波数を上記第１及び第２周波数として用いることによって、補強用の金属ワイヤが織り込まれたベルト３０３Ａ，３０３Ｂの影響を受け難くしているため、タイヤ内の何れの層にセンサユニット１００を配置してもよい。このように、補強用の金属ワイヤなどのタイヤ内の金属の影響を受け難くするためには、１ＧＨｚ以上の周波数を上記第１及び第２周波数として用いることが好ましい。
【００７９】
また、タイヤ３００内に埋設するセンサユニット１００の数は、タイヤ３００の周方向に等間隔をあけ配置した場合には、少なくとも４個以上が好ましい。実験結果によれば、４〜８個で十分にタイヤ歪み状態の検出を行うことが可能であった。
【００８０】
センサユニット１００の電気系回路の一具体例としては、図５に示す回路があげられる。すなわち、図５に示す一例では、エネルギー変換部１２０は、ダイオード１２１，１２２、コンデンサ１２３、及び抵抗器１２４からなる周知の整流回路１２５によって構成されている。この整流回路１２５の入力側にはループ状のアンテナ１１０が接続され、整流回路１２５はアンテナ１１０に誘起した高周波電流を整流して電気エネルギーとしての直流電流に変換し、この直流電流が平滑及び蓄電に用いるコンデンサ１２３に充電される。このコンデンサ１２３として、本実施形態では０．００１〜０．００３Ｆ（ファラド）のコンデンサを用いている。
【００８１】
また、発振部１３０は、発振回路１３１と、電力増幅回路１３２、制御回路１３３、電子スイッチ１３４から構成されている。
【００８２】
発振回路１３１は、周知のＰＬＬ回路などを用いて構成され、電子スイッチ１３４を介してエネルギー変換部１２０から電力が供給されると２．４５ＧＨｚの周波数の搬送波を出力する。
【００８３】
電力増幅回路１３２は、エネルギー変換部１２０から供給され電力によって動作し、発振回路１３１から出力された搬送波を増幅してアンテナ１４０に給電する。これにより、アンテナ１４０から２．４５ＧＨｚの電磁波が輻射される。尚、後述するように、アンテナ１４０を構成する矩形波状の導電体パターン１４０ａの形状が歪むと、アンテナ１４０の共振周波数が変わり、アンテナ１４０から輻射される電磁波の中心周波数や、位相、強度などが変わる。
【００８４】
制御回路１３３は、エネルギー変換部１２０から出力される電圧が所定値以上の電圧、例えば３Ｖ以上の電圧になったときに電子スイッチ１３４をオフ状態からオン状態に切り替えて、エネルギー変換部１２０から発振回路１３１と電力増幅回路１３２に電力を供給する。
【００８５】
尚、センサユニット１００は、タイヤ３００の製造時においてタイヤ３００内に埋設されるので、加硫時の熱に十分耐え得るようにＩＣチップやその他の構成部分が設計されていることは言うまでもない。
【００８６】
モニタ装置２００は、図２に示すように、輻射ユニット２１０と、受波ユニット２２０、制御部２３０、操作部２４０、演算部２５０によって構成されている。
【００８７】
輻射ユニット２１０は、２．４５ＧＨｚ帯の所定周波数（上記第１周波数）の電磁波を輻射するためのアンテナ２１１と発振部２１２とから構成され、制御部２３０からの指示に基づいて、アンテナ２１１から上記第１周波数の電磁波を輻射する。
【００８８】
発振部２１２の一例としては、図６に示すように、発振回路２１３と電力増幅回路２１４から構成された発振部２１２を挙げることができる。
【００８９】
発振回路２１３は、周知のＰＬＬ回路などを用いて構成され、制御部２３０から指示に基づいて２．４５ＧＨｚの周波数の搬送波を出力する。
【００９０】
電力増幅回路２１４は、発振回路１３１から出力された搬送波を増幅してアンテナ２１１に給電する。これにより、アンテナ２１１から２．４５ＧＨｚの電磁波が輻射される。尚、電力増幅回路２１４から出力される高周波電力は、図１に示すようにモニタ装置２００（電磁波輻射用のアンテナ２１１）を中心とした距離Ｌ１の範囲内に存在するセンサユニット１００に対して電気エネルギーを供給できる程度の値に設定されている。これにより、モニタ装置２００の電磁波輻射用のアンテナ２１１を中心とした距離Ｌ１の範囲内、例えばタイヤ３００の回転軸を中心する上部の角度θ（例えば９０度）の範囲内に位置するタイヤ３００の部分的な歪み状態を検出できるようにしている。
【００９１】
受波ユニット２２０は、２．４５ＧＨｚ帯の所定周波数（上記第２周波数）の電磁波を受波するためのアンテナ２２１と検波部２２２とから構成され、制御部２３０からの指示に基づいて、アンテナ２２１によって受波した上記第２周波数を含む所定幅の周波数帯の電磁波の高周波エネルギーを電気エネルギーに変換して検出電圧Ｖｏｕｔとして出力する。
【００９２】
検波部２２２の一例としては、図６に示すように、同調回路２２３と検波回路２２４から構成された検波部２２２を挙げることができる。
【００９３】
同調回路２２３は、図７に示すように、第２周波数（本実施形態では２．４５ＧＨｚ）を中心として±Δｆ１の周波数帯域の電磁波に同調してその高周波エネルギーを電気エネルギー、たとえば交流電圧に変換して出力する。
【００９４】
検波回路２２４は、同調回路２２３から出力された交流電圧を直流電圧に変換して検出電圧Ｖｏｕｔとして出力する。
【００９５】
制御部２３０は、操作部２４０から初期設定の指示を受けたときに発振部２１２を駆動して所定時間ｔ１の間だけ電磁波を輻射させ、その後、所定時間ｔ２の間、検波部２２２を駆動して検出電圧Ｖｏｕｔを出力させ、この検出電圧Ｖｏｕｔを基準電圧Ｖｓｔｄとしてその値を演算部２５０に記憶させる。
【００９６】
尚、本実施形態では、モニタ装置２００における上記輻射時間ｔ１を０．１５ｍｓ、上記受波時間ｔ２を０．３０ｍｓにそれぞれ設定している。本実施形態では、時間ｔ１だけ輻射ユニット２１０から電磁波を輻射することにより、上記距離Ｌ１内に存在するセンサユニット１００のエネルギー変換部１２０に３Ｖ以上の電圧を蓄電することができる。また、上記操作部２４０は、制御部２３０に対して初期設定の指示を与えるための信号を出力するものであればよい。本実施形態では、操作部２４０はモーメンタリのスイッチによって構成されている。
【００９７】
この後、制御部２３０は、上記と同様にして発振部２１２を駆動して電磁波を輻射させ、検波部２２２に検出電圧Ｖｏｕｔを出力させると共に、演算部２５０に対して、記憶している基準電圧Ｖｓｔｄの値と検出電圧Ｖｏｕｔの値との差を算出させて、この値を上位装置（図示せず）に出力させる処理を繰り返す。
【００９８】
上記演算部２５０から出力される基準電圧Ｖｓｔｄの値と検出電圧Ｖｏｕｔの値との差の値は、タイヤ３００の歪み状態に応じて変化する。即ち、前述したようにタイヤ３００の歪みに応じてセンサユニット１００の導電体パターン１４０ａが歪むため、導電体パターン１４０ａの形状が変化するので、導電体パターン１４０ａから輻射される電磁波の位相や強度、周波数が変化する。例えば、図７に示すように、センサユニット１００から輻射される電磁波の周波数が変化する。このため、モニタ装置２００の同調回路２２３に設定されている（２．４５ＧＨｚ−Δｆ１）から（２．４５ＧＨｚ＋Δｆ１）の周波数帯域における電磁波のエネルギー量がタイヤ３００の歪みに応じて変化する。検出電圧Ｖｏｕｔは、タイヤの歪みが最小のとき、すなわち上記基準電圧Ｖｓｔｄを検出したときに最大値を示し、タイヤ３００の歪みが増大するにつれて検出電圧Ｖｏｕｔは減少する。従って、演算部２５０から出力される基準電圧Ｖｓｔｄの値と検出電圧Ｖｏｕｔの値との差（Ｖｓｔｄ−Ｖｏｕｔ）の値は、タイヤ３００の歪み状態に応じて変化することになるので、この差（Ｖｓｔｄ−Ｖｏｕｔ）の値によってタイヤ３００の歪み状態を検出することができる。
【００９９】
また、センサユニット１００は、前述したように、タイヤ３００の製造時においてタイヤ３００内に埋設されるので、加硫時の熱に十分耐え得るようにＩＣチップやその他の構成部分が設計されているため、車両走行中にタイヤに発生する熱による劣化や破壊の確率は極めて低くなるので、高い信頼性と耐久性を得ることができる。
【０１００】
前述したタイヤの歪み状態検出装置は、例えば図８に示すようなスタビリティー制御装置５００に用いることができる。従来の一般的なスタビリティー制御装置は、車両に装着されているタイヤ３００の回転数を検知するセンサ５１０，５２０から出力される検知結果を取り込んでスタビリティー制御を行っていたが、これに加えて、上記のセンサユニット１００を有するタイヤ３００とモニタ装置２００を設け、モニタ装置２００から出力されるタイヤ３００の歪み状態の検出結果を取り込んでスタビリティー制御を行うスタビリティー制御装置５００を構成することにより、さらに高精度の制御を行うことが可能になる。この場合、モニタ装置２００の操作部２４０を車両のイグニッションキーに連動させ、車両を始動したときに基準電圧Ｖｓｔｄを検出するようにしてもよい。
【０１０１】
尚、前述したように、本実施形態では、モニタ装置２００の電磁波輻射用のアンテナ２１１を中心とした距離Ｌ１の範囲内に位置するタイヤ３００の部分的な歪み状態を検出できるようにしているが、タイヤ３００を構成する部材の大部分はゴムであるため、最も歪みが大きく発生する路面との接触部分の歪みがタイヤの構成部材を伝搬してタイヤ３００の上部にまで伝わるので、上記距離Ｌ１の範囲内の歪みの検出結果からタイヤ３００と路面とが接触する部分のタイヤ３００の歪み状態を推定することも可能である。
【０１０２】
また、上記実施形態では、タイヤの周方向に延びるようにセンサユニット１００を埋設したが、図９に示すように、タイヤの周方向に延びるようにセンサユニット１００を埋設したタイヤ３１０を構成しても、上記実施形態と同様にタイヤの歪み状態を検出することができる。
【０１０３】
また、図１０に示すように、タイヤハウス４００の上部前後に２つのモニタ装置２００Ａ，２００Ｂを設けてもよい。この場合、各モニタ装置２００Ａ，２００Ｂによる電磁波の輻射と受波を時分割で行う。これにより、一方のモニタ装置２００Ａによってタイヤ３００の回転軸を中心として水平位置から前側上部の角度θ（例えば９０度）の範囲のタイヤの歪み状態を検出することができ、他方のモニタ装置２００Ｂによってタイヤ３００の回転軸を中心として水平位置から後側上部の角度θ（例えば９０度）の範囲のタイヤの歪み状態を検出することができる。
【０１０４】
また、モニタ装置２００から輻射する電磁波の高周波電力や位相などを変えることによって上記距離Ｌ１を変えることができることは言うまでもないことである。
【０１０５】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
【０１０６】
図１１は本発明の第２実施形態におけるモニタ装置の電気系回路を示す構成図である。図において、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。また、第２実施形態におけるモニタ装置２００の配置、及びセンサユニット１００並びにタイヤ３００の構成は第１実施形態と同じである。
【０１０７】
第２実施形態のモニタ装置２００は、受波ユニット２２０に３つのアンテナ２２１Ａ〜２２１Ｃとそれぞれに接続された３つの検波部２２２Ａ〜２２２Ｃを備え、演算部２５０によって各検波部２２２Ａ〜２２２Ｃから出力される検出電圧Ｖｏｕｔ−Ａ〜Ｖｏｕｔ−Ｃを取り込んでタイヤ３００の歪み状態を検出するようにした。
【０１０８】
第１のアンテナ２２１Ａとこれに接続される第１の検波部２２２Ａは第１実施形態と同じものであり、同調回路２２３Ａが同調する周波数帯域は図１２に示す周波数帯域ｆＡである。
【０１０９】
第２のアンテナ２２１Ｂとこれに接続される第２の検波部２２２Ｂは、同調回路２２３Ｂが同調する周波数帯域ｆＢが図１２に示すように低い側にΔｆ１だけずらして設定されている。
【０１１０】
第３のアンテナ２２１Ｃとこれに接続される第３の検波部２２２Ｃは、同調回路２２３Ｃが同調する周波数帯域ｆＣが図１２に示すように高い側にΔｆ１だけずらして設定されている。
【０１１１】
また、各検波回路２２４Ａ〜２２４Ｃの構成は同一である。
【０１１２】
演算部２５０は、これらの検波部２２２Ａ〜２２２Ｃから出力される検出電圧Ｖｏｕｔ−Ａ〜Ｖｏｕｔ−Ｃを同一タイミングで取り込み、第１実施形態と同様に基準電圧Ｖｓｔｄの値と第１検波部２２２Ａから出力される検出電圧Ｖｏｕｔの値との差（Ｖｓｔｄ−Ｖｏｕｔ）の値を算出すると共に、各検波部２２２Ａ〜２２２Ｃから出力される検出電圧Ｖｏｕｔ−Ａ〜Ｖｏｕｔ−Ｃを比較することによって、受波した電磁波の周波数が低い方にずれたのか、或いは高い方にずれたのか、の何れであるのかを検出する。この周波数のずれ方によってタイヤの歪み状態の変化を検出することができる。
【０１１３】
尚、センサユニット１００から輻射される電磁波の周波数の変化を、さらに詳細に検出する方法として周知のＡＦＣ回路を使用することも可能である。
【０１１４】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
【０１１５】
図１３は本発明の第３実施形態のタイヤの歪み状態検出装置を示す構成図、図１４は第３実施形態におけるセンサユニットを示す平面図、図１５は第３実施形態におけるセンサユニットの電気系回路の一例を示す構成図である。図において、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。また、前述した第１実施形態と第３実施形態との相違点は、第１実施形態におけるセンサユニット１００に代えてセンサユニット１００Ａを備えたことである。
【０１１６】
第３実施形態におけるセンサユニット１００Ａは、第１実施形態におけるループ状アンテナ１１０を除去し、アンテナ１４０によって電磁波の輻射と受波を行う用にしたものである。
【０１１７】
即ち、センサユニット１００Ａは、エネルギー変換部１２０と、発振部１３０Ａ、アンテナ１４０、及びアンテナ１４０をエネルギー変換部１２０か発振部１３０Ａのいずれか一方に接続する電子スイッチ１６０から構成されている。
【０１１８】
電子スイッチ１６０は、初期状態においてアンテナ１４０をエネルギー変換部１２０に接続し、エネルギー変換部１２０に所定値以上の電気エネルギーが蓄電されたときにアンテナ１４０を発振部１３０Ａに接続する。
【０１１９】
センサユニット１００Ａは、図１４に示すように、２つのＩＣチップ１７０，１８０と、矩形波状の導電体パターン１４０ａと直線状の導電体パターン１４０ｂとからなるアンテナ１４０を２枚のフィルム１９０で挟み込むことにより構成されている。
【０１２０】
フィルム１５０は、例えば幅（Ｗ３）が３ｍｍ、長さ（Ｌ３）が１６ｍｍのポリイミドフィルムからなり、下側のフィルム上にアンテナ１４０が印刷形成されている。矩形波状の導電体パターン１４０ａと直線状の導電体パターン１４０ｂはフィルム１５０の長さ（Ｌ３）方向に延びるように配置されている。
【０１２１】
一方のＩＣチップ１７０はエネルギー変換部１２０を構成し、他方のＩＣチップ１８０は発振部１３０Ａと電子スイッチ１６０を構成している。
【０１２２】
発振部１３０Ａと電子スイッチ１６０を構成しているＩＣチップ１８０は、アンテナ１４０とＩＣチップ１７０との間に配置され、これらの双方に接続されている。
【０１２３】
センサユニット１００ａの電気系回路の具体的な一例を図１５に示す。図１５において、第１実施形態におけるセンサユニット１００と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。第３実施形態のセンサユニット１００Ａでは、発振部１３０Ａにおいて電子スイッチ１３４のオン・オフ切り替え制御信号を電子スイッチ１６０の切り替え制御信号として用いている。
【０１２４】
即ち、制御回路１３３は、エネルギー変換部１２０から出力される電圧が所定値以上の電圧、例えば３Ｖ以上の電圧になったときに、電子スイッチ１３４をオフ状態からオン状態に切り替えてエネルギー変換部１２０から発振回路１３１と電力増幅回路１３２に電力を供給すると共に、電子スイッチ１６０を切り替えてアンテナ１４０と電力増幅回路１３２の出力とを接続する。
【０１２５】
上記構成のセンサユニット１００Ａを用いることにより、センサユニット１００の形状を小型化することができる。
【０１２６】
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
【０１２７】
図１６は本発明の第４実施形態におけるタイヤの歪み状態検出装置を示す構成図、図１７はそのセンサユニットの電気系回路の一具体例を示す構成図である。図において、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。また、第１実施形態と第４実施形態との相違点は、センサユニット１００Ｂの発振部１３０Ｂに変調回路１３５と記憶回路１３６を設けると共に、モニタ装置２００Ｂに４つの輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄを設けたことである。
【０１２８】
図１７に示すように、センサユニット１００Ｂにおいて、変調回路１３５は発振回路１３１と電力増幅回路１３２との間に接続されている。この変調回路１３５は、制御回路１３３から入力した信号（識別情報を表す信号）によって変調回路１３１から出力された搬送波を変調する。
【０１２９】
記憶回路１３６は、制御回路１３３に接続され、各センサユニット１００Ｂに固有の識別情報を格納している。この識別情報は、センサユニット１００Ｂの製造時に格納される。
【０１３０】
また、制御部１３３は、発振部１３０Ｂから電磁波を輻射するときに、記憶回路１３６に格納されている識別情報を表す信号を変調回路１３５に出力して、前記識別情報を表す信号によって搬送波を変調し、この変調された電磁波を輻射する。
【０１３１】
従って、センサユニット１００Ｂは、電磁波を輻射するときに自己に固有の識別情報を複数回送信する。
【０１３２】
尚、タイヤ３００へのセンサユニット１００Ｂの埋設状態は、前述した舞台具体例と同じである。
【０１３３】
一方、モニタ装置２００Ｂは４つの輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄと、１つの受波ユニット２２０、１つのモニタ装置本体２６０から構成されている。
【０１３４】
４つの輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄのそれぞれは、第１実施形態における輻射ユニット２１０と同一の回路構成を有している。４つの輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄのそれぞれは、図１８に示すように、各タイヤ３００毎にタイヤハウス４００に、第１実施形態におけるモニタ装置２００の装着位置と同様の位置に設けられている。
【０１３５】
また、モニタ装置２００Ｂの受波ユニット２２０は、車両の各タイヤ３００のセンサユニット１００Ｂから輻射される電磁波を受信できる位置に配置されている。
【０１３６】
モニタ装置本体２６０は、図１６に示すように、制御部２３０Ｂ、操作部２４０、演算部２５０Ｂによって構成されている。尚、本実施形態では、制御部２３０Ｂと演算部２５０Ｂは１つのＣＰＵ及びプログラムによって構成されている。
【０１３７】
制御部２３０Ｂは、図１９及び図２０のフローチャートに示すように、操作部２４０から初期設定の指示を受けたときに（Ｓ１）、各輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄの発振部２１２から所定時間ｔ１の間だけ電磁波を輻射させた後、所定時間ｔ２の間、検波部２２２を駆動して検出電圧Ｖｏｕｔを出力させる処理を、各輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄ毎に順次時分割で複数回（Ｎｓｔｄ）繰り返す（Ｓ２〜Ｓ１２）。これにより、演算部２５０Ｂは、検出電圧Ｖｏｕｔの電圧値の変化に基づいて各タイヤ３００に埋設されている全てのセンサユニット１００Ｂの識別情報を検出し、検出した識別情報を各輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄ毎に記憶する。さらに、演算部１５０Ｂは、各輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄ毎に基準電圧Ｖｓｔｄを検出してこれを記憶する（Ｓ１３）。
【０１３８】
この後、制御部２３０Ｂは、上記と同様にして第１乃至第４の輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄからの電磁波の輻射と、受波ユニット２２０を用いた電磁波の受波とを繰り返す。さらに、制御部２３０Ｂは、演算部２５０Ｂに対して、記憶している基準電圧Ｖｓｔｄの値と検出電圧Ｖｏｕｔの値との差を算出させて、この値を輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄを表す情報に対応づけてこの情報と共にスタビリテェー制御装置などの上位装置に出力させる処理を繰り返す（Ｓ１４〜Ｓ２５）。
【０１３９】
上記構成においても、演算部２５０Ｂから出力される基準電圧Ｖｓｔｄの値と検出電圧Ｖｏｕｔの値との差の値は、第１実施形態と同様にタイヤ３００の歪み状態に応じて変化する。従って、演算部２５０Ｂから出力される各輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄ毎の基準電圧Ｖｓｔｄの値と検出電圧Ｖｏｕｔの値との差（Ｖｓｔｄ−Ｖｏｕｔ）の値は、タイヤ３００の歪み状態に応じて変化することになるので、この差（Ｖｓｔｄ−Ｖｏｕｔ）の値によって各タイヤ３００の歪み状態を検出することができる。
【０１４０】
尚、上記実施形態は、トランクションコントロール装置、或いはサスペンションや、サスペンションの中のスタビライザーなどをアクティブ制御する装置のセンサとして用いても良いことは言うまでもない。
【０１４１】
また、上記各実施形態の構成を組み合わせたり或いは一部の構成部分の入れ替えたりしたタイヤの歪み状態検出装置を構成してもよい。
【０１４２】
また、上記実施形態では、主としてセンサユニット１００から輻射された電磁波の強度の変化によってタイヤの歪み状態を検出したが、電磁波の位相の変化や周波数の変化によってタイヤの歪み状態を検出するようにしても良いことは、上記実施形態によって明らかである。
【０１４３】
また、上記実施形態では、前記第１及び第２周波数の双方を２．４５ＧＨｚとしたが、これに限定されることはなく、前述したように１ＧＨｚ以上の周波数であればタイヤ内の金属による電磁波の反射や遮断などの影響を極めて低減して、高精度にタイヤの歪み状態を検出することができ、これらの第１及び第２周波数が異なる周波数であっても良い。これら第１及び第２周波数は設計時に適宜設定することが好ましい。また、これら第１及び第２周波数は、タイヤの歪みに応じて形状が変化し、輻射電磁波の共振周波数を変化させる導電体パターン１４０ａの形状や大きさによって、適宜設定して良いことは言うまでもない。
【０１４４】
また、タイヤの歪みに応じて形状が変化して輻射電磁波の共振周波数を変化させる導電体パターン１４０ａの形状や大きさは、上記実施形態では矩形波状としたが、これに限定されないことは当業者であれば前述した実施形態の内容から十分に理解できるであろう。
【０１４５】
また、タイヤのサイドウォールにセンサユニット１００を埋設しても、上記と同様の効果を得ることができることは言うまでもないことである。
【０１４６】
また、上記実施形態では、車両に装着された複数のタイヤの歪み状態を所定の順番で検出するようにした。しかし、予め設定された順番で検出を行う場合、タイヤの回転数によっては各タイヤの一部の領域の歪み状態を検出できないことが生じる可能性も多少ある。これを回避するために、各タイヤの歪み状態をランダムに検出するようにしても良い。
【０１４７】
また、上記実施形態では、センサユニット１００において導電体パターン１４０ａを電磁波輻射用のアンテナとして用いたが、電磁波輻射用のアンテナを別に設けるか或いはアンテナ１１０を輻射及び受波用として用いて、導電体パターン１４０ａを発振回路１３１の発振周波数を決定するインダクタとして用いても上記と同様の効果を得ることができることは言うまでもないことである。
【０１４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来例に比べてタイヤ製造時の手間を低減できると共に、スタビリティー制御システム等の制御システムに用いることができ、さらに、車両走行中に発生するタイヤの熱によるセンサユニットの劣化や破壊も低減可能であり、高精度にタイヤの歪み状態を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるタイヤの歪み状態検出装置の車両への装着状態を示す概略図
【図２】本発明の第１実施形態におけるタイヤの歪み状態検出装置の電気系回路を示す概略構成図
【図３】本発明の第１実施形態におけるセンサユニットを示す平面図
【図４】本発明の第１実施形態におけるタイヤへのセンサユニットの埋設状態を示す破断図
【図５】本発明の第１実施形態におけるセンサユニットの電気系回路の一具体例を示す構成図
【図６】本発明の第１実施形態におけるモニタ装置の電気系回路の一具体例を示す構成図
【図７】本発明の第１実施形態における検出電圧と周波数との関係を示す図
【図８】本発明の第１実施形態におけるタイヤ歪み状態検出装置の一使用例を説明する図
【図９】本発明の第１実施形態におけるタイヤへのセンサユニットの埋設状態の他の例を示す破断図
【図１０】本発明の第１実施形態におけるモニタ装置の設置状態の他の例を示す図
【図１１】本発明の第２実施形態におけるモニタ装置の電気系回路の一具体例を示す構成図
【図１２】本発明の第２実施形態におけるモニタ装置の各同調回路の同調周波数を説明する図
【図１３】本発明の第３実施形態のタイヤの歪み状態検出装置を示す構成図
【図１４】本発明の第３実施形態におけるセンサユニットを示す平面図
【図１５】本発明の第３実施形態におけるセンサユニットの電気系回路の一例を示す構成図
【図１６】本発明の第４実施形態におけるタイヤの歪み状態検出装置を示す構成図センサユニットの電気系回路の一具体例を示す構成図
【図１７】本発明の第４実施形態におけるセンサユニットの電気系回路の一具体例を示す構成図
【図１８】本発明の第４実施形態におけるタイヤ歪み状態検出装置の一使用例を説明する図
【図１９】本発明の第４実施形態におけるモニタ装置本体の制御処理及び演算処理を説明するフローチャート
【図２０】本発明の第４実施形態におけるモニタ装置本体の制御処理及び演算処理を説明するフローチャート
【符号の説明】
１００，１００Ａ，１００Ｂ…センサユニット、１１０…アンテナ、１２０…エネルギー変換部、１２１，１２２…ダイオード、１２３…コンデンサ、１２４…抵抗器１２４、１２５整流回路、１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ…発振部、１３１…発振回路、１３２…電力増幅回路、１３３…制御回路、１３４…電子スイッチ、１３５…変調回路、１３６…記憶回路、１４０…アンテナ、１４０ａ，１４０ｂ…導電体パターン、１５０…フィルム、１６０…電子スイッチ、１７０，１８０…ＩＣチップ、２００，２００Ａ，２００Ｂ…モニタ装置、２１０，２１０Ａ〜２１０Ｄ…輻射ユニット、２１１…アンテナ、２１２…発振部、２２０…受波ユニット、２２１…アンテナ、２２２，２２２Ａ〜２２２Ｃ…検波部、２２３…同調回路、２２４…検波回路、２３０…制御部、２４０…操作部、２５０，２５０Ｂ…演算部、２６０…モニタ装置本体、３００…タイヤ、４００…タイヤハウス、５００…スタビリティー制御装置、５１０，５２０…センサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両走行時のタイヤの歪み状態を検出するタイヤの歪み状態検出方法、歪み状態検出装置及びそのセンサユニット並びにこれを備えたタイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両において安全走行を行うために注意しなければならない事項として、車両のタイヤ内空気圧を適度な状態に設定することや、タイヤの摩耗状態に注意を払うことなどがあげられる。例えば、タイヤ内空気圧が低下すると、パンクの発生率が増大すると共に、高速走行においてはバーストを生じ、重大事故を引き起こす原因となる。このため、運転者は常日頃、タイヤの点検を行う必要がある。
【０００３】
しかしながら、タイヤの点検を行い、タイヤの状態を良好な状態に保っていても、雨天候時に路面が濡れている場合など、路面とタイヤとの間の摩擦力が低下すると、ブレーキをかけたときにスリップして、思わぬ方向に車両が移動してしまい、事故を引き起こすことがあった。
【０００４】
このようなスリップや急発進などによって発生する事故を防止するために、アンチロック・ブレーキ・システム（Ａｎｔｉ−Ｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ、以下、ＡＢＳと称する）、トラクション・コントロール・システム、さらには、これらに加えてＹＡＷセンサを設けたスタビリティー制御システムが開発された。
【０００５】
例えば、ＡＢＳは、各タイヤの回転状態を検出し、この検出結果に基づいて各タイヤロック状態に入るのを防止するように制動力を制御するシステムである。
【０００６】
タイヤの回転状態として、各タイヤの回転数や、空気圧、歪み等の状態を検出して、この検出結果を制御に用いることが可能である。
【０００７】
例えば、ＡＢＳスピ一ドセンサからデー夕を入力し、タイヤ空気圧を推定する、所謂「間接式」と呼ばれるタイヤ空気圧の検出方法を用いてタイヤ空気圧を自動的に検出する装置も知られている。
【０００８】
この装置に用いられるタイヤ空気圧の検出方法としては、例えば、（ａ）空気圧低下によるタイヤの転動半径の変化（撓み）を車輪の回転角速度から求める方法、（ｂ）入力信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）処理し、タイヤの固有振動数の変化から算出する方法などが知られている。
【０００９】
一方、ＡＢＳや、トラクション・コントロール・システム、スタビリティー制御システムに用いることができるセンサ及びそのタイヤの一例としては、Ｕ．Ｓ．Ｐ．Ｎｏ．５，８９５，８５４（以下、第１従来例と称する）やＵ．Ｓ．Ｐ．Ｎｏ．６，３０８，７５８（以下、第２従来例と称する）が知られている。
【００１０】
上記第１従来例では、タイヤのサイドウォール部の周方向に列をなすように隣接部位の極性を相互に変えた磁性バーコードを設け、シャーシや車輪軸に固定したセンサで前記バーコードを読み取る。これにより、タイヤの回転速度を検出することができると共に、磁性バーコードをタイヤの半径方向に２列以上設けることにより内外輪の磁性バーコードの検出結果の位相差から、タイヤの半径方向の力や変形を算出可能にしている。
【００１１】
上記第２従来例には、上記第１従来例では狭い間隔で磁性帯を形成することが困難であったことを改善し、前述したタイヤのサイドウォール部の周方向に列をなすように隣接部位の極性を相互に変えた磁性バーコードの解像度を高めたタイヤが開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１，２従来例では、タイヤの製造時にサイドウォールに磁性帯を形成するため、この磁性帯の磁力を最適値に設定するのに非常に手間がかかる。即ち、磁性帯の磁力が最適値よりも強すぎると路面上の砂鉄や鉄片などの磁性体を吸着してしまうことがある。また、磁性帯の磁力が最適値よりも小さいとセンサによる検出が困難になる。
【００１３】
さらに、車両走行中にタイヤに発生する熱によって上記磁性帯の磁化が徐々に弱まり、走行時間が増すにつれてセンサによる検出が困難になる可能性がある。
【００１４】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、劣化の発生を低減できると共に、スタビリティー制御システム等の制御システムに用いることができる車両走行時のタイヤの歪み状態を検出するタイヤの歪み状態検出方法、歪み状態検出装置及びそのセンサユニット並びにこれを備えたタイヤを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、タイヤの周方向に所定の間隔をあけてタイヤ内に埋設され且つタイヤの歪みに応じて形状が変化する導電体パターンを有する複数のセンサユニットと、車両のタイヤハウスに設けられた輻射ユニットを有するモニタ装置とを用いたタイヤの歪み状態検出方法であって、前記輻射ユニットから前記センサユニットへ向けて第１周波数の電磁波を輻射し、前記第１周波数の電磁波を受けた前記センサユニットは、前記第１周波数の電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換して、該電気エネルギーによって電磁波輻射手段を駆動し、前記電磁波輻射手段は、前記導電体パターンの歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数を変化させて電磁波を輻射し、前記モニタ装置は、前記センサユニットの電磁波輻射手段から輻射された電磁波を受波し、該受波した電磁波の強度、位相、周波数のうちの少なくとも１つを検出し、該検出結果と、前記記憶しているタイヤに歪みの生じていないときの検出結果とを比較することにより、前記タイヤの歪み状態を検出するタイヤの歪み状態検出方法を提案する。
【００１６】
本発明によれば、タイヤハウスに設けられた輻射ユニットからタイヤ内に埋設されたセンサユニットへ向けて第１周波数の電磁波が輻射される。これにより、第１周波数の電磁波を受波したセンサユニットは、第１周波数の電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換して、該電気エネルギーによって電磁波輻射手段を駆動して電磁波を輻射する。
【００１７】
このとき、センサユニットの電磁波輻射手段は、前記導電体パターンの歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数を変化させて電磁波を輻射する。即ち、前記導電体パターンはタイヤ内に埋設されているので、タイヤの歪みに応じて変形する。この結果、導電体パターンの電気的な共振周波数や、該導電体パターンをアンテナとして用いたときの電磁波の位相などが変化する。
【００１８】
前記モニタ装置は、前記センサユニットから輻射された電磁波を受波する。このとき、前記導電体パターンの変形に応じて受波した電磁波の位相や、電界強度、周波数などが変化する。
【００１９】
さらに、前記モニタ装置は、例えば車両の始動時などにおけるタイヤに歪みが生じていないときに、前記センサユニットから受波した電磁波の位相、電界強度、周波数のうちの少なくとも１つを検出し、該検出結果を記憶しておく。
【００２０】
また、モニタ装置は、例えば車両走行時においては、センサユニットから受波した電磁波の位相、電界強度、周波数のうちの少なくとも１つを検出し、該検出結果と、前記タイヤに歪みの生じていないときの検出結果の記憶値とを比較することにより、前記タイヤの歪み状態を検出する。
【００２１】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出方法において、前記輻射ユニットは該輻射ユニットが装着されている位置から所定距離内に存在する前記タイヤ内の１つ以上のセンサユニットに対して電磁波を輻射するタイヤの歪み状態検出方法を提案する。
【００２２】
本発明によれば、輻射ユニットが装着されている位置から所定距離内に存在する１つ以上のセンサユニットから輻射された電磁波を受波することによって前記所定距離内のタイヤの歪みを検出することができる。
【００２３】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出方法において、前記タイヤハウスの異なる２つ以上の位置にそれぞれ設けられた前記輻射ユニットから時分割で電磁波の輻射を行うタイヤの歪み状態検出方法を提案する。
【００２４】
本発明によれば、前記異なる２つ以上の輻射ユニットが装着されているそれぞれの位置から所定距離内に存在する１つ以上のセンサユニットに電磁波を輻射することによって、前記輻射ユニット毎に１つのタイヤにおける異なる部位の歪みを検出することができる。
【００２５】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出方法において、前記第１周波数と前記第２周波数が１ＧＨｚ以上の周波数に設定されているタイヤの歪み状態検出方法を提案する。
【００２６】
本発明によれば、前記第１周波数と前記第２周波数のそれぞれを１ＧＨｚ以上の周波数に設定することによって、タイヤ内に設けられている補強用金属の影響を低減すると共に、前記導電体パターンの変形によって引き起こされる電磁波の位相や、電界強度、周波数などの大きな変動を得ることができる。
【００２７】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出方法において、前記センサユニットは、前記電磁波によって当該センサユニットに固有の識別情報を送信し、前記モニタ装置は、前記センサユニットから受信した識別情報に基づいて、前記センサユニットを特定するタイヤの歪み状態検出方法を提案する。
【００２８】
本発明によれば、各センサユニットが前記識別情報によって特定可能であるため、車両に装着されている複数のタイヤのそれぞれにセンサユニットを設けた場合にも、各タイヤ毎の歪みを検出することができる。
【００２９】
本発明は、車両走行中におけるタイヤの歪み状態を検出するタイヤの歪み状態検出装置において、タイヤの周方向に所定の間隔をあけてタイヤ内に埋設されている複数のセンサユニットと、車両のタイヤハウスに設けられた輻射ユニットを含むモニタ装置とからなり、前記センサユニットは、所定面積の可撓性及び電気的絶縁性を有するシートの面上に設けられた所定形状の導電体パターンと、前記輻射ユニットから輻射された第１周波数の電磁波を受波して該電磁波の高周波エネルギーを電気エネルギーに変換する手段と、前記電気エネルギーによって動作すると共に前記導電体パターンに接続され、前記導電体パターンの形状の歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数を変化させて電磁波を輻射する手段とを備え、前記モニタ装置は、前記輻射ユニットから第１周波数の電磁波を前記センサユニットへ向けて輻射する手段と、前記センサユニットから輻射された電磁波を受波する手段と、前記受波した電磁波の強度、位相、周波数のうちの少なくとも１つを検出する手段と、前記タイヤに歪みが生じていないときの検出結果を記憶する手段と、前記検出結果をと、前記タイヤに歪みの生じていないときの検出結果とを比較することにより、前記タイヤの歪み状態を検出する手段とを備えているタイヤの歪み状態検出装置を提案する。
【００３０】
本発明によれば、タイヤハウスに設けられた輻射ユニットからタイヤ内に埋設されたセンサユニットへ向けて第１周波数の電磁波が輻射されると、この第１周波数の電磁波を受波したセンサユニットでは、第１周波数の電磁波のエネルギーが電気エネルギーに変換され、該電気エネルギーによってセンサユニットから前記第２周波数の電磁波が輻射される。
【００３１】
このとき、センサユニットから輻射される電磁波は、タイヤの歪みに伴って生じる前記導電体パターンの歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数が変化されたものとなる。即ち、前記導電体パターンは、タイヤ内に埋設されているので、タイヤの歪みに応じて変形する。この結果、タイヤの歪みに応じて、導電体パターンの電気的な共振周波数や、該導電体パターンをアンテナとして用いたときに輻射される電磁波の位相などが変化する。
【００３２】
前記センサユニットから輻射された電磁波はモニタ装置によって受波される。このとき、前記導電体パターンの変形に応じて前記モニタ装置が受波する電磁波の位相や、電界強度、周波数などが変化する。
【００３３】
前記モニタ装置によって、前記受波した電磁波の位相、電界強度、周波数のうちの少なくとも１つが検出され、該検出結果と、前記タイヤに歪みの生じていないときの検出結果の記憶値とが比較され、この比較結果によって前記タイヤの歪み状態が検出される。
【００３４】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出装置において、前記導電体パターンの少なくとも一部が矩形波形状をなしているタイヤの歪み状態検出装置を提案する。
【００３５】
本発明によれば、前記導電体パターンが矩形波のような形状をなしているため、導電体パターンの隣り合う部分の位置関係がタイヤの歪みに伴って容易に変化するので、導電体パターン自体の共振周波数などの電気的な特性がタイヤの歪みに応じて容易に変化される。これにより、タイヤの歪みに応じて、センサユニットから輻射される電磁波の位相や、電界強度、周波数などの大きな変化を得ることができる。
【００３６】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出装置において、前記第１周波数と前記第２周波数の双方が１ＧＨｚ以上の周波数に設定されているタイヤの歪み状態検出装置を提案する。
【００３７】
本発明によれば、前記第１周波数と前記第２周波数のそれぞれが１ＧＨｚ以上の周波数に設定されているため、タイヤ内に設けられている補強用金属の影響が低減されると共に、前記導電体パターンの変形によって引き起こされる電磁波の位相や、電界強度、周波数などの大きな変化を得ることができる。
【００３８】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出装置において、前記第１周波数と前記第２周波数が同一周波数に設定されており、前記モニタ装置は、前記第１周波数の電磁波の輻射と、前記センサユニットから輻射された電磁波の受波とを交互に繰り返して行う手段を備えているタイヤの歪み状態検出装置を提案する。
【００３９】
本発明によれば、前記モニタ装置或いは前記センサユニットにおいて、電磁波輻射用のアンテナと電磁波受波用のアンテナを共用することが可能になると共に、車両に装着されている複数のタイヤ毎の歪み状態を容易に識別可能になる。
【００４０】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出装置において、前記モニタ装置は、前記タイヤハウスの異なる２つ以上の位置にそれぞれ設けられた複数の輻射ユニットを備え、各輻射ユニットから時分割で電磁波の輻射を行う手段を有し、各輻射ユニットは該スキャナユニットが装着されている位置から所定距離内に存在する前記タイヤ内の１つ以上のセンサユニットに電磁波を輻射するタイヤの歪み状態検出装置を提案する。
【００４１】
本発明によれば、各輻射ユニット毎に１つのタイヤにおける異なる部位の歪みを検出することができる。
【００４２】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出装置において、前記センサユニットは、前記導電体パターンをアンテナとして、前記第１周波数の電磁波の受波に用いるか又は前記第２周波数の電磁波の輻射に用いるかを切り替える手段を有するタイヤの歪み状態検出装置を提案する。
【００４３】
本発明によれば、前記第１周波数の電磁波の受波用又は前記第２周波数の電磁波の輻射用のアンテナとして前記導電体パターンを用いることができるので、センサユニットの形状を小型化できる。
【００４４】
また、本発明は、上記タイヤの歪み状態検出装置において、前記センサユニットは、当該センサユニットに固有の識別情報を格納する手段と、前記格納されている識別情報を前記電磁波によって送信する手段とを備え、前記モニタ装置は、前記センサユニットから送信された前記識別情報を受信する手段と、前記受信した識別情報に基づいて、前記センサユニットを特定する手段とを備えているタイヤの歪み状態検出装置を提案する。
【００４５】
本発明によれば、各センサユニットが前記識別情報によって特定可能であるため、車両に装着されている複数のタイヤのそれぞれにセンサユニットを設けた場合にも、各タイヤを特定してその歪み状態を検出することができる。
【００４６】
本発明は、タイヤの周方向に所定の間隔をあけてタイヤ内に埋設された複数のセンサユニットと、車両のタイヤハウスに設けられた輻射ユニットを有するモニタ装置とを備えたタイヤの歪み状態検出装置の前記センサユニットであって、所定面積の可撓性及び電気的絶縁性を有するシートの面上に設けられた所定形状の導電体パターンと、前記輻射ユニットから輻射された第１周波数の電磁波を受波して該電磁波の高周波エネルギーを電気エネルギーに変換する手段と、前記電気エネルギーによって動作すると共に前記導電体パターンに接続され、前記導電体パターンの形状の歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数を変化させて電磁波を輻射する手段とを備えているセンサユニットを提案する。
【００４７】
本発明によれば、輻射ユニットからセンサユニットへ向けて第１周波数の電磁波が輻射されると、この第１周波数の電磁波を受波したセンサユニットでは、第１周波数の電磁波のエネルギーが電気エネルギーに変換され、該電気エネルギーによってセンサユニットから前記第２周波数の電磁波が輻射される。
【００４８】
このとき、センサユニットから輻射される電磁波は、タイヤの歪みに伴って生じる前記導電体パターンの歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数が変化されたものとなる。即ち、前記導電体パターンは、タイヤ内に埋設されているので、タイヤの歪みに応じて変形する。この結果、タイヤの歪みに応じて、導電体パターンの電気的な共振周波数や、該導電体パターンをアンテナとして用いたときに輻射される電磁波の位相或いは周波数などが変化する。
【００４９】
前記センサユニットから輻射された電磁波は、前記モニタ装置によって受波され、前記導電体パターンの変形に応じて前記外部装置が受波する電磁波の位相や、電界強度、周波数などが変化する。
【００５０】
前記モニタユニットによって、前記受波された電磁波の位相、電界強度、周波数のうちの少なくとも１つが検出され、該検出結果と、前記タイヤに歪みの生じていないときの検出結果の記憶値とを比較することにより前記タイヤの歪み状態を検出することができる。
【００５１】
また、本発明は、上記センサユニットにおいて、前記導電体パターンの少なくとも一部が矩形波形状をなしているセンサユニットを提案する。
【００５２】
本発明によれば、前記導電体パターンが矩形波のような形状をなしているため、導電体パターンの隣り合う部分の位置関係がタイヤの歪みに伴って容易に変化するので、導電体パターン自体の電気的な特性がタイヤの歪みに応じて容易に変化される。これにより、タイヤの歪みに応じて、センサユニットから輻射される電磁波の位相や、電界強度、周波数などの大きな変化を得ることができる。
【００５３】
また、本発明は、上記センサユニットにおいて、前記第１周波数が１ＧＨｚ以上の周波数に設定されているセンサユニットを提案する。
【００５４】
本発明によれば、前記第１周波数と前記第２周波数のそれぞれが１ＧＨｚ以上の周波数に設定されているため、タイヤ内に設けられている補強用金属の影響が低減されると共に、前記導電体パターンの変形によって引き起こされる電磁波の位相や、電界強度、周波数などの大きな変化を得ることができる。
【００５５】
また、本発明は、上記センサユニットにおいて、前記導電体パターンをアンテナとして、前記第１周波数の電磁波の受波に用いるか又は前記第２周波数の電磁波の輻射に用いるかを切り替える手段を有するセンサユニットを提案する。
【００５６】
本発明によれば、前記導電対パターンをアンテナとして、電磁波の輻射用と電磁波受波用に共用することが可能になり、センサユニットの小型化が可能になる。
【００５７】
また、本発明は、上記センサユニットにおいて、当該センサユニットに固有の識別情報を格納する手段と、前記格納されている識別情報を前記電磁波によって送信する手段とを備えているセンサユニットを提案する。
【００５８】
本発明によれば、各センサユニットが前記識別情報によって特定可能であるため、車両に装着されている複数のタイヤのそれぞれにセンサユニットを設けた場合にも、各タイヤ毎の歪み状態を検出することができる。
【００５９】
本発明は、所定面積の可撓性及び電気的絶縁性を有するシートの面上に設けられた所定形状の導電体パターンと、モニタ装置から輻射された第１周波数の電磁波を受波して該電磁波の高周波エネルギーを電気エネルギーに変換する手段と、前記電気エネルギーによって動作すると共に前記導電体パターンに接続され、前記導電体パターンの形状の歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数を変化させて電磁波を輻射する手段とを備えているセンサユニットが、タイヤの周方向に所定の間隔をあけてタイヤ内に複数埋設されているタイヤを提案する。
【００６０】
本発明によれば、モニタ装置から輻射された第１周波数の電磁波を受波したセンサユニットでは、第１周波数の電磁波のエネルギーが電気エネルギーに変換され、該電気エネルギーによってセンサユニットから前記第２周波数の電磁波が輻射される。
【００６１】
このとき、センサユニットから輻射される電磁波は、タイヤの歪みに伴って生じる前記導電体パターンの歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数が変化されたものとなる。即ち、前記導電体パターンは、タイヤ内に埋設されているので、タイヤの歪みに応じて変形する。この結果、タイヤの歪みに応じて、導電体パターンの電気的な共振周波数や、該導電体パターンをアンテナとして用いたときに輻射される電磁波の位相などが変化する。
【００６２】
前記センサユニットから輻射された電磁波は、前記モニタ装置によって受波され、前記導電体パターンの変形に応じて前記外部装置が受波する電磁波の位相や、電界強度、周波数などが変化する。
【００６３】
従って、前記モニタ装置によって、前記受波された電磁波の位相、電界強度、周波数のうちの少なくとも１つを検出し、該検出結果と、前記タイヤに歪みが生じていないときの検出結果の記憶値とを比較することにより前記タイヤの歪み状態を検出することができる。
【００６４】
また、本発明は、上記タイヤにおいて、前記導電体パターンの少なくとも一部が矩形波形状をなしているタイヤを提案する。
【００６５】
本発明によれば、前記導電体パターンが矩形波のような形状をなしているため、導電体パターンの隣り合う部分の位置関係がタイヤの歪みに伴って容易に変化するので、導電体パターン自体の電気的な特性がタイヤの歪みに応じて容易に変化される。これにより、タイヤの歪みに応じて、センサユニットから輻射される電磁波の位相や、電界強度、周波数などの大きな変化を得ることができる。
【００６６】
また、本発明は、上記タイヤにおいて、前記第１周波数が１ＧＨｚ以上の周波数に設定されているタイヤを提案する。
【００６７】
本発明によれば、前記第１周波数と前記第２周波数のそれぞれが１ＧＨｚ以上の周波数に設定されているため、タイヤ内に設けられている補強用金属の影響が低減されると共に、前記導電体パターンの変形によって引き起こされる電磁波の位相や、電界強度、周波数などの大きな変化を得ることができる。
【００６８】
また、本発明は、上記タイヤにおいて、前記複数のセンサユニットのそれぞれがタイヤ内の同一層に配置されているタイヤを提案する。
【００６９】
本発明によれば、各センサユニットが同一層に埋設されるため、タイヤ製造工程の簡略化を図ることができると共に、各センサユニット間の位置関係の設定を容易に行うことができる。
【００７０】
また、本発明は、上記タイヤにおいて、少なくとも４つ以上の前記センサユニットが等間隔を開けて埋設されているタイヤを提案する。
【００７１】
本発明によれば、少なくとも４つ以上の前記センサユニットが等間隔を開けて埋設されているため、タイヤのほぼ全周に亘って歪みを検出することが可能になる。また、少なくとも４つのセンサユニットを等間隔で設けた場合、隣り合うセンサユニット間の部位に発生した歪みはタイヤの構成部材を伝搬してセンサユニットに伝わるので、タイヤのほぼ全周に亘って歪みを検出することが可能になる。
【００７２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
【００７３】
図１は本発明の第１実施形態におけるタイヤの歪み状態検出装置の車両への装着状態を示す概略図、図２は第１実施形態におけるタイヤの歪み状態検出装置の電気系回路を示す概略構成図である。図において、１００はセンサユニットでタイヤ３００内に複数埋設されている。２００はモニタ装置で、タイヤ３００の最頂部に対応するように車両のタイヤハウス４００内に設けられている。本実施形態におけるタイヤの歪み状態検出装置は、上記複数のセンサユニット１００とモニタ装置２００によって構成されている。
【００７４】
センサユニット１００は、２．４５ＧＨｚ帯の所定周波数（第１周波数）の電磁波を受波するためのアンテナ１１０と、受波した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換部１２０、エネルギー変換部１２０から供給される電気エネルギーによって動作する発振部１３０、発振部１３０に接続されて２．４５ＧＨｚ帯の所定周波数（第２周波数）の電磁波を輻射するためのアンテナ１４０とから構成されている。本実施形態では、上記第１周波数及び第２周波数の双方が２．４５ＧＨｚに設定されている。
【００７５】
センサユニット１００は、図３に示すように、エネルギー変換部１２０を構成するＩＣチップと、発振部１３０を構成するＩＣチップ、ループ状のアンテナ１１０、および矩形波状の導電体パターン１４０ａと直線状の導電体パターン１４０ｂとからなるアンテナ１４０を２枚のフィルム１５０で挟み込むことにより構成されている。
【００７６】
フィルム１５０は、例えば幅（Ｗ２）が５ｍｍ、長さ（Ｌ２）が２０ｍｍの電気的な絶縁性を有するポリイミドフィルムからなり、下側のフィルム上にアンテナ１１０，１４０が印刷形成されている。ループ状のアンテナ１１０はフィルム１５０の周縁部に配置され、矩形波状の導電体パターン１４０ａと直線状の導電体パターン１４０ｂはフィルム１５０の長さ（Ｌ２）方向に延びるように配置されている。尚、フィルム１５０は、その幅方向や長さ方向及び厚み方向に十分撓む可撓性を有するものであり、導電体パターン１４０ａ，１４０及びその他の印刷配線パターンはタイヤの歪みに伴ってフィルム１５０が撓んでも切断される可能性が極めて低い材質を有するものからなる。
【００７７】
また、エネルギー変換部１２０を構成するＩＣチップ及び発振部１３０を構成するＩＣチップと、２枚のフィルム１５０との間は可撓性を有する樹脂によって接着されている。上記構成のセンサユニット１００は、図４に示すように、タイヤ３００の周方向に等間隔をあけて複数個埋設されている。
【００７８】
尚、本実施形態では、センサユニット１００がタイヤの周方向に延びるように、センサユニット１００をキャップトレッド３０１とアンダートレッド３０２との間に埋設したが、アンダートレッド３０２とベルト３０３Ａとの間、或いはベルト３０３Ａとベルト３０３ｂとの間、ベルト３０３Ｂとカーカス３０４との間に埋設してもよい。本実施形態では、前述したように２．４５ＧＨｚ帯の周波数を上記第１及び第２周波数として用いることによって、補強用の金属ワイヤが織り込まれたベルト３０３Ａ，３０３Ｂの影響を受け難くしているため、タイヤ内の何れの層にセンサユニット１００を配置してもよい。このように、補強用の金属ワイヤなどのタイヤ内の金属の影響を受け難くするためには、１ＧＨｚ以上の周波数を上記第１及び第２周波数として用いることが好ましい。
【００７９】
また、タイヤ３００内に埋設するセンサユニット１００の数は、タイヤ３００の周方向に等間隔をあけ配置した場合には、少なくとも４個以上が好ましい。実験結果によれば、４〜８個で十分にタイヤ歪み状態の検出を行うことが可能であった。
【００８０】
センサユニット１００の電気系回路の一具体例としては、図５に示す回路があげられる。すなわち、図５に示す一例では、エネルギー変換部１２０は、ダイオード１２１，１２２、コンデンサ１２３、及び抵抗器１２４からなる周知の整流回路１２５によって構成されている。この整流回路１２５の入力側にはループ状のアンテナ１１０が接続され、整流回路１２５はアンテナ１１０に誘起した高周波電流を整流して電気エネルギーとしての直流電流に変換し、この直流電流が平滑及び蓄電に用いるコンデンサ１２３に充電される。このコンデンサ１２３として、本実施形態では０．００１〜０．００３Ｆ（ファラド）のコンデンサを用いている。
【００８１】
また、発振部１３０は、発振回路１３１と、電力増幅回路１３２、制御回路１３３、電子スイッチ１３４から構成されている。
【００８２】
発振回路１３１は、周知のＰＬＬ回路などを用いて構成され、電子スイッチ１３４を介してエネルギー変換部１２０から電力が供給されると２．４５ＧＨｚの周波数の搬送波を出力する。
【００８３】
電力増幅回路１３２は、エネルギー変換部１２０から供給され電力によって動作し、発振回路１３１から出力された搬送波を増幅してアンテナ１４０に給電する。これにより、アンテナ１４０から２．４５ＧＨｚの電磁波が輻射される。尚、後述するように、アンテナ１４０を構成する矩形波状の導電体パターン１４０ａの形状が歪むと、アンテナ１４０の共振周波数が変わり、アンテナ１４０から輻射される電磁波の中心周波数や、位相、強度などが変わる。
【００８４】
制御回路１３３は、エネルギー変換部１２０から出力される電圧が所定値以上の電圧、例えば３Ｖ以上の電圧になったときに電子スイッチ１３４をオフ状態からオン状態に切り替えて、エネルギー変換部１２０から発振回路１３１と電力増幅回路１３２に電力を供給する。
【００８５】
尚、センサユニット１００は、タイヤ３００の製造時においてタイヤ３００内に埋設されるので、加硫時の熱に十分耐え得るようにＩＣチップやその他の構成部分が設計されていることは言うまでもない。
【００８６】
モニタ装置２００は、図２に示すように、輻射ユニット２１０と、受波ユニット２２０、制御部２３０、操作部２４０、演算部２５０によって構成されている。
【００８７】
輻射ユニット２１０は、２．４５ＧＨｚ帯の所定周波数（上記第１周波数）の電磁波を輻射するためのアンテナ２１１と発振部２１２とから構成され、制御部２３０からの指示に基づいて、アンテナ２１１から上記第１周波数の電磁波を輻射する。
【００８８】
発振部２１２の一例としては、図６に示すように、発振回路２１３と電力増幅回路２１４から構成された発振部２１２を挙げることができる。
【００８９】
発振回路２１３は、周知のＰＬＬ回路などを用いて構成され、制御部２３０から指示に基づいて２．４５ＧＨｚの周波数の搬送波を出力する。
【００９０】
電力増幅回路２１４は、発振回路１３１から出力された搬送波を増幅してアンテナ２１１に給電する。これにより、アンテナ２１１から２．４５ＧＨｚの電磁波が輻射される。尚、電力増幅回路２１４から出力される高周波電力は、図１に示すようにモニタ装置２００（電磁波輻射用のアンテナ２１１）を中心とした距離Ｌ１の範囲内に存在するセンサユニット１００に対して電気エネルギーを供給できる程度の値に設定されている。これにより、モニタ装置２００の電磁波輻射用のアンテナ２１１を中心とした距離Ｌ１の範囲内、例えばタイヤ３００の回転軸を中心する上部の角度θ（例えば９０度）の範囲内に位置するタイヤ３００の部分的な歪み状態を検出できるようにしている。
【００９１】
受波ユニット２２０は、２．４５ＧＨｚ帯の所定周波数（上記第２周波数）の電磁波を受波するためのアンテナ２２１と検波部２２２とから構成され、制御部２３０からの指示に基づいて、アンテナ２２１によって受波した上記第２周波数を含む所定幅の周波数帯の電磁波の高周波エネルギーを電気エネルギーに変換して検出電圧Ｖｏｕｔとして出力する。
【００９２】
検波部２２２の一例としては、図６に示すように、同調回路２２３と検波回路２２４から構成された検波部２２２を挙げることができる。
【００９３】
同調回路２２３は、図７に示すように、第２周波数（本実施形態では２．４５ＧＨｚ）を中心として±Δｆ１の周波数帯域の電磁波に同調してその高周波エネルギーを電気エネルギー、たとえば交流電圧に変換して出力する。
【００９４】
検波回路２２４は、同調回路２２３から出力された交流電圧を直流電圧に変換して検出電圧Ｖｏｕｔとして出力する。
【００９５】
制御部２３０は、操作部２４０から初期設定の指示を受けたときに発振部２１２を駆動して所定時間ｔ１の間だけ電磁波を輻射させ、その後、所定時間ｔ２の間、検波部２２２を駆動して検出電圧Ｖｏｕｔを出力させ、この検出電圧Ｖｏｕｔを基準電圧Ｖｓｔｄとしてその値を演算部２５０に記憶させる。
【００９６】
尚、本実施形態では、モニタ装置２００における上記輻射時間ｔ１を０．１５ｍｓ、上記受波時間ｔ２を０．３０ｍｓにそれぞれ設定している。本実施形態では、時間ｔ１だけ輻射ユニット２１０から電磁波を輻射することにより、上記距離Ｌ１内に存在するセンサユニット１００のエネルギー変換部１２０に３Ｖ以上の電圧を蓄電することができる。また、上記操作部２４０は、制御部２３０に対して初期設定の指示を与えるための信号を出力するものであればよい。本実施形態では、操作部２４０はモーメンタリのスイッチによって構成されている。
【００９７】
この後、制御部２３０は、上記と同様にして発振部２１２を駆動して電磁波を輻射させ、検波部２２２に検出電圧Ｖｏｕｔを出力させると共に、演算部２５０に対して、記憶している基準電圧Ｖｓｔｄの値と検出電圧Ｖｏｕｔの値との差を算出させて、この値を上位装置（図示せず）に出力させる処理を繰り返す。
【００９８】
上記演算部２５０から出力される基準電圧Ｖｓｔｄの値と検出電圧Ｖｏｕｔの値との差の値は、タイヤ３００の歪み状態に応じて変化する。即ち、前述したようにタイヤ３００の歪みに応じてセンサユニット１００の導電体パターン１４０ａが歪むため、導電体パターン１４０ａの形状が変化するので、導電体パターン１４０ａから輻射される電磁波の位相や強度、周波数が変化する。例えば、図７に示すように、センサユニット１００から輻射される電磁波の周波数が変化する。このため、モニタ装置２００の同調回路２２３に設定されている（２．４５ＧＨｚ−Δｆ１）から（２．４５ＧＨｚ＋Δｆ１）の周波数帯域における電磁波のエネルギー量がタイヤ３００の歪みに応じて変化する。検出電圧Ｖｏｕｔは、タイヤの歪みが最小のとき、すなわち上記基準電圧Ｖｓｔｄを検出したときに最大値を示し、タイヤ３００の歪みが増大するにつれて検出電圧Ｖｏｕｔは減少する。従って、演算部２５０から出力される基準電圧Ｖｓｔｄの値と検出電圧Ｖｏｕｔの値との差（Ｖｓｔｄ−Ｖｏｕｔ）の値は、タイヤ３００の歪み状態に応じて変化することになるので、この差（Ｖｓｔｄ−Ｖｏｕｔ）の値によってタイヤ３００の歪み状態を検出することができる。
【００９９】
また、センサユニット１００は、前述したように、タイヤ３００の製造時においてタイヤ３００内に埋設されるので、加硫時の熱に十分耐え得るようにＩＣチップやその他の構成部分が設計されているため、車両走行中にタイヤに発生する熱による劣化や破壊の確率は極めて低くなるので、高い信頼性と耐久性を得ることができる。
【０１００】
前述したタイヤの歪み状態検出装置は、例えば図８に示すようなスタビリティー制御装置５００に用いることができる。従来の一般的なスタビリティー制御装置は、車両に装着されているタイヤ３００の回転数を検知するセンサ５１０，５２０から出力される検知結果を取り込んでスタビリティー制御を行っていたが、これに加えて、上記のセンサユニット１００を有するタイヤ３００とモニタ装置２００を設け、モニタ装置２００から出力されるタイヤ３００の歪み状態の検出結果を取り込んでスタビリティー制御を行うスタビリティー制御装置５００を構成することにより、さらに高精度の制御を行うことが可能になる。この場合、モニタ装置２００の操作部２４０を車両のイグニッションキーに連動させ、車両を始動したときに基準電圧Ｖｓｔｄを検出するようにしてもよい。
【０１０１】
尚、前述したように、本実施形態では、モニタ装置２００の電磁波輻射用のアンテナ２１１を中心とした距離Ｌ１の範囲内に位置するタイヤ３００の部分的な歪み状態を検出できるようにしているが、タイヤ３００を構成する部材の大部分はゴムであるため、最も歪みが大きく発生する路面との接触部分の歪みがタイヤの構成部材を伝搬してタイヤ３００の上部にまで伝わるので、上記距離Ｌ１の範囲内の歪みの検出結果からタイヤ３００と路面とが接触する部分のタイヤ３００の歪み状態を推定することも可能である。
【０１０２】
また、上記実施形態では、タイヤの周方向に延びるようにセンサユニット１００を埋設したが、図９に示すように、タイヤの周方向に延びるようにセンサユニット１００を埋設したタイヤ３１０を構成しても、上記実施形態と同様にタイヤの歪み状態を検出することができる。
【０１０３】
また、図１０に示すように、タイヤハウス４００の上部前後に２つのモニタ装置２００Ａ，２００Ｂを設けてもよい。この場合、各モニタ装置２００Ａ，２００Ｂによる電磁波の輻射と受波を時分割で行う。これにより、一方のモニタ装置２００Ａによってタイヤ３００の回転軸を中心として水平位置から前側上部の角度θ（例えば９０度）の範囲のタイヤの歪み状態を検出することができ、他方のモニタ装置２００Ｂによってタイヤ３００の回転軸を中心として水平位置から後側上部の角度θ（例えば９０度）の範囲のタイヤの歪み状態を検出することができる。
【０１０４】
また、モニタ装置２００から輻射する電磁波の高周波電力や位相などを変えることによって上記距離Ｌ１を変えることができることは言うまでもないことである。
【０１０５】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
【０１０６】
図１１は本発明の第２実施形態におけるモニタ装置の電気系回路を示す構成図である。図において、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。また、第２実施形態におけるモニタ装置２００の配置、及びセンサユニット１００並びにタイヤ３００の構成は第１実施形態と同じである。
【０１０７】
第２実施形態のモニタ装置２００は、受波ユニット２２０に３つのアンテナ２２１Ａ〜２２１Ｃとそれぞれに接続された３つの検波部２２２Ａ〜２２２Ｃを備え、演算部２５０によって各検波部２２２Ａ〜２２２Ｃから出力される検出電圧Ｖｏｕｔ−Ａ〜Ｖｏｕｔ−Ｃを取り込んでタイヤ３００の歪み状態を検出するようにした。
【０１０８】
第１のアンテナ２２１Ａとこれに接続される第１の検波部２２２Ａは第１実施形態と同じものであり、同調回路２２３Ａが同調する周波数帯域は図１２に示す周波数帯域ｆＡである。
【０１０９】
第２のアンテナ２２１Ｂとこれに接続される第２の検波部２２２Ｂは、同調回路２２３Ｂが同調する周波数帯域ｆＢが図１２に示すように低い側にΔｆ１だけずらして設定されている。
【０１１０】
第３のアンテナ２２１Ｃとこれに接続される第３の検波部２２２Ｃは、同調回路２２３Ｃが同調する周波数帯域ｆＣが図１２に示すように高い側にΔｆ１だけずらして設定されている。
【０１１１】
また、各検波回路２２４Ａ〜２２４Ｃの構成は同一である。
【０１１２】
演算部２５０は、これらの検波部２２２Ａ〜２２２Ｃから出力される検出電圧Ｖｏｕｔ−Ａ〜Ｖｏｕｔ−Ｃを同一タイミングで取り込み、第１実施形態と同様に基準電圧Ｖｓｔｄの値と第１検波部２２２Ａから出力される検出電圧Ｖｏｕｔの値との差（Ｖｓｔｄ−Ｖｏｕｔ）の値を算出すると共に、各検波部２２２Ａ〜２２２Ｃから出力される検出電圧Ｖｏｕｔ−Ａ〜Ｖｏｕｔ−Ｃを比較することによって、受波した電磁波の周波数が低い方にずれたのか、或いは高い方にずれたのか、の何れであるのかを検出する。この周波数のずれ方によってタイヤの歪み状態の変化を検出することができる。
【０１１３】
尚、センサユニット１００から輻射される電磁波の周波数の変化を、さらに詳細に検出する方法として周知のＡＦＣ回路を使用することも可能である。
【０１１４】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
【０１１５】
図１３は本発明の第３実施形態のタイヤの歪み状態検出装置を示す構成図、図１４は第３実施形態におけるセンサユニットを示す平面図、図１５は第３実施形態におけるセンサユニットの電気系回路の一例を示す構成図である。図において、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。また、前述した第１実施形態と第３実施形態との相違点は、第１実施形態におけるセンサユニット１００に代えてセンサユニット１００Ａを備えたことである。
【０１１６】
第３実施形態におけるセンサユニット１００Ａは、第１実施形態におけるループ状アンテナ１１０を除去し、アンテナ１４０によって電磁波の輻射と受波を行う用にしたものである。
【０１１７】
即ち、センサユニット１００Ａは、エネルギー変換部１２０と、発振部１３０Ａ、アンテナ１４０、及びアンテナ１４０をエネルギー変換部１２０か発振部１３０Ａのいずれか一方に接続する電子スイッチ１６０から構成されている。
【０１１８】
電子スイッチ１６０は、初期状態においてアンテナ１４０をエネルギー変換部１２０に接続し、エネルギー変換部１２０に所定値以上の電気エネルギーが蓄電されたときにアンテナ１４０を発振部１３０Ａに接続する。
【０１１９】
センサユニット１００Ａは、図１４に示すように、２つのＩＣチップ１７０，１８０と、矩形波状の導電体パターン１４０ａと直線状の導電体パターン１４０ｂとからなるアンテナ１４０を２枚のフィルム１９０で挟み込むことにより構成されている。
【０１２０】
フィルム１５０は、例えば幅（Ｗ３）が３ｍｍ、長さ（Ｌ３）が１６ｍｍのポリイミドフィルムからなり、下側のフィルム上にアンテナ１４０が印刷形成されている。矩形波状の導電体パターン１４０ａと直線状の導電体パターン１４０ｂはフィルム１５０の長さ（Ｌ３）方向に延びるように配置されている。
【０１２１】
一方のＩＣチップ１７０はエネルギー変換部１２０を構成し、他方のＩＣチップ１８０は発振部１３０Ａと電子スイッチ１６０を構成している。
【０１２２】
発振部１３０Ａと電子スイッチ１６０を構成しているＩＣチップ１８０は、アンテナ１４０とＩＣチップ１７０との間に配置され、これらの双方に接続されている。
【０１２３】
センサユニット１００ａの電気系回路の具体的な一例を図１５に示す。図１５において、第１実施形態におけるセンサユニット１００と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。第３実施形態のセンサユニット１００Ａでは、発振部１３０Ａにおいて電子スイッチ１３４のオン・オフ切り替え制御信号を電子スイッチ１６０の切り替え制御信号として用いている。
【０１２４】
即ち、制御回路１３３は、エネルギー変換部１２０から出力される電圧が所定値以上の電圧、例えば３Ｖ以上の電圧になったときに、電子スイッチ１３４をオフ状態からオン状態に切り替えてエネルギー変換部１２０から発振回路１３１と電力増幅回路１３２に電力を供給すると共に、電子スイッチ１６０を切り替えてアンテナ１４０と電力増幅回路１３２の出力とを接続する。
【０１２５】
上記構成のセンサユニット１００Ａを用いることにより、センサユニット１００の形状を小型化することができる。
【０１２６】
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
【０１２７】
図１６は本発明の第４実施形態におけるタイヤの歪み状態検出装置を示す構成図、図１７はそのセンサユニットの電気系回路の一具体例を示す構成図である。図において、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略する。また、第１実施形態と第４実施形態との相違点は、センサユニット１００Ｂの発振部１３０Ｂに変調回路１３５と記憶回路１３６を設けると共に、モニタ装置２００Ｂに４つの輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄを設けたことである。
【０１２８】
図１７に示すように、センサユニット１００Ｂにおいて、変調回路１３５は発振回路１３１と電力増幅回路１３２との間に接続されている。この変調回路１３５は、制御回路１３３から入力した信号（識別情報を表す信号）によって変調回路１３１から出力された搬送波を変調する。
【０１２９】
記憶回路１３６は、制御回路１３３に接続され、各センサユニット１００Ｂに固有の識別情報を格納している。この識別情報は、センサユニット１００Ｂの製造時に格納される。
【０１３０】
また、制御部１３３は、発振部１３０Ｂから電磁波を輻射するときに、記憶回路１３６に格納されている識別情報を表す信号を変調回路１３５に出力して、前記識別情報を表す信号によって搬送波を変調し、この変調された電磁波を輻射する。
【０１３１】
従って、センサユニット１００Ｂは、電磁波を輻射するときに自己に固有の識別情報を複数回送信する。
【０１３２】
尚、タイヤ３００へのセンサユニット１００Ｂの埋設状態は、前述した舞台具体例と同じである。
【０１３３】
一方、モニタ装置２００Ｂは４つの輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄと、１つの受波ユニット２２０、１つのモニタ装置本体２６０から構成されている。
【０１３４】
４つの輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄのそれぞれは、第１実施形態における輻射ユニット２１０と同一の回路構成を有している。４つの輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄのそれぞれは、図１８に示すように、各タイヤ３００毎にタイヤハウス４００に、第１実施形態におけるモニタ装置２００の装着位置と同様の位置に設けられている。
【０１３５】
また、モニタ装置２００Ｂの受波ユニット２２０は、車両の各タイヤ３００のセンサユニット１００Ｂから輻射される電磁波を受信できる位置に配置されている。
【０１３６】
モニタ装置本体２６０は、図１６に示すように、制御部２３０Ｂ、操作部２４０、演算部２５０Ｂによって構成されている。尚、本実施形態では、制御部２３０Ｂと演算部２５０Ｂは１つのＣＰＵ及びプログラムによって構成されている。
【０１３７】
制御部２３０Ｂは、図１９及び図２０のフローチャートに示すように、操作部２４０から初期設定の指示を受けたときに（Ｓ１）、各輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄの発振部２１２から所定時間ｔ１の間だけ電磁波を輻射させた後、所定時間ｔ２の間、検波部２２２を駆動して検出電圧Ｖｏｕｔを出力させる処理を、各輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄ毎に順次時分割で複数回（Ｎｓｔｄ）繰り返す（Ｓ２〜Ｓ１２）。これにより、演算部２５０Ｂは、検出電圧Ｖｏｕｔの電圧値の変化に基づいて各タイヤ３００に埋設されている全てのセンサユニット１００Ｂの識別情報を検出し、検出した識別情報を各輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄ毎に記憶する。さらに、演算部１５０Ｂは、各輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄ毎に基準電圧Ｖｓｔｄを検出してこれを記憶する（Ｓ１３）。
【０１３８】
この後、制御部２３０Ｂは、上記と同様にして第１乃至第４の輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄからの電磁波の輻射と、受波ユニット２２０を用いた電磁波の受波とを繰り返す。さらに、制御部２３０Ｂは、演算部２５０Ｂに対して、記憶している基準電圧Ｖｓｔｄの値と検出電圧Ｖｏｕｔの値との差を算出させて、この値を輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄを表す情報に対応づけてこの情報と共にスタビリテェー制御装置などの上位装置に出力させる処理を繰り返す（Ｓ１４〜Ｓ２５）。
【０１３９】
上記構成においても、演算部２５０Ｂから出力される基準電圧Ｖｓｔｄの値と検出電圧Ｖｏｕｔの値との差の値は、第１実施形態と同様にタイヤ３００の歪み状態に応じて変化する。従って、演算部２５０Ｂから出力される各輻射ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄ毎の基準電圧Ｖｓｔｄの値と検出電圧Ｖｏｕｔの値との差（Ｖｓｔｄ−Ｖｏｕｔ）の値は、タイヤ３００の歪み状態に応じて変化することになるので、この差（Ｖｓｔｄ−Ｖｏｕｔ）の値によって各タイヤ３００の歪み状態を検出することができる。
【０１４０】
尚、上記実施形態は、トランクションコントロール装置、或いはサスペンションや、サスペンションの中のスタビライザーなどをアクティブ制御する装置のセンサとして用いても良いことは言うまでもない。
【０１４１】
また、上記各実施形態の構成を組み合わせたり或いは一部の構成部分の入れ替えたりしたタイヤの歪み状態検出装置を構成してもよい。
【０１４２】
また、上記実施形態では、主としてセンサユニット１００から輻射された電磁波の強度の変化によってタイヤの歪み状態を検出したが、電磁波の位相の変化や周波数の変化によってタイヤの歪み状態を検出するようにしても良いことは、上記実施形態によって明らかである。
【０１４３】
また、上記実施形態では、前記第１及び第２周波数の双方を２．４５ＧＨｚとしたが、これに限定されることはなく、前述したように１ＧＨｚ以上の周波数であればタイヤ内の金属による電磁波の反射や遮断などの影響を極めて低減して、高精度にタイヤの歪み状態を検出することができ、これらの第１及び第２周波数が異なる周波数であっても良い。これら第１及び第２周波数は設計時に適宜設定することが好ましい。また、これら第１及び第２周波数は、タイヤの歪みに応じて形状が変化し、輻射電磁波の共振周波数を変化させる導電体パターン１４０ａの形状や大きさによって、適宜設定して良いことは言うまでもない。
【０１４４】
また、タイヤの歪みに応じて形状が変化して輻射電磁波の共振周波数を変化させる導電体パターン１４０ａの形状や大きさは、上記実施形態では矩形波状としたが、これに限定されないことは当業者であれば前述した実施形態の内容から十分に理解できるであろう。
【０１４５】
また、タイヤのサイドウォールにセンサユニット１００を埋設しても、上記と同様の効果を得ることができることは言うまでもないことである。
【０１４６】
また、上記実施形態では、車両に装着された複数のタイヤの歪み状態を所定の順番で検出するようにした。しかし、予め設定された順番で検出を行う場合、タイヤの回転数によっては各タイヤの一部の領域の歪み状態を検出できないことが生じる可能性も多少ある。これを回避するために、各タイヤの歪み状態をランダムに検出するようにしても良い。
【０１４７】
また、上記実施形態では、センサユニット１００において導電体パターン１４０ａを電磁波輻射用のアンテナとして用いたが、電磁波輻射用のアンテナを別に設けるか或いはアンテナ１１０を輻射及び受波用として用いて、導電体パターン１４０ａを発振回路１３１の発振周波数を決定するインダクタとして用いても上記と同様の効果を得ることができることは言うまでもないことである。
【０１４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来例に比べてタイヤ製造時の手間を低減できると共に、スタビリティー制御システム等の制御システムに用いることができ、さらに、車両走行中に発生するタイヤの熱によるセンサユニットの劣化や破壊も低減可能であり、高精度にタイヤの歪み状態を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるタイヤの歪み状態検出装置の車両への装着状態を示す概略図
【図２】本発明の第１実施形態におけるタイヤの歪み状態検出装置の電気系回路を示す概略構成図
【図３】本発明の第１実施形態におけるセンサユニットを示す平面図
【図４】本発明の第１実施形態におけるタイヤへのセンサユニットの埋設状態を示す破断図
【図５】本発明の第１実施形態におけるセンサユニットの電気系回路の一具体例を示す構成図
【図６】本発明の第１実施形態におけるモニタ装置の電気系回路の一具体例を示す構成図
【図７】本発明の第１実施形態における検出電圧と周波数との関係を示す図
【図８】本発明の第１実施形態におけるタイヤ歪み状態検出装置の一使用例を説明する図
【図９】本発明の第１実施形態におけるタイヤへのセンサユニットの埋設状態の他の例を示す破断図
【図１０】本発明の第１実施形態におけるモニタ装置の設置状態の他の例を示す図
【図１１】本発明の第２実施形態におけるモニタ装置の電気系回路の一具体例を示す構成図
【図１２】本発明の第２実施形態におけるモニタ装置の各同調回路の同調周波数を説明する図
【図１３】本発明の第３実施形態のタイヤの歪み状態検出装置を示す構成図
【図１４】本発明の第３実施形態におけるセンサユニットを示す平面図
【図１５】本発明の第３実施形態におけるセンサユニットの電気系回路の一例を示す構成図
【図１６】本発明の第４実施形態におけるタイヤの歪み状態検出装置を示す構成図センサユニットの電気系回路の一具体例を示す構成図
【図１７】本発明の第４実施形態におけるセンサユニットの電気系回路の一具体例を示す構成図
【図１８】本発明の第４実施形態におけるタイヤ歪み状態検出装置の一使用例を説明する図
【図１９】本発明の第４実施形態におけるモニタ装置本体の制御処理及び演算処理を説明するフローチャート
【図２０】本発明の第４実施形態におけるモニタ装置本体の制御処理及び演算処理を説明するフローチャート
【符号の説明】
１００，１００Ａ，１００Ｂ…センサユニット、１１０…アンテナ、１２０…エネルギー変換部、１２１，１２２…ダイオード、１２３…コンデンサ、１２４…抵抗器１２４、１２５整流回路、１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ…発振部、１３１…発振回路、１３２…電力増幅回路、１３３…制御回路、１３４…電子スイッチ、１３５…変調回路、１３６…記憶回路、１４０…アンテナ、１４０ａ，１４０ｂ…導電体パターン、１５０…フィルム、１６０…電子スイッチ、１７０，１８０…ＩＣチップ、２００，２００Ａ，２００Ｂ…モニタ装置、２１０，２１０Ａ〜２１０Ｄ…輻射ユニット、２１１…アンテナ、２１２…発振部、２２０…受波ユニット、２２１…アンテナ、２２２，２２２Ａ〜２２２Ｃ…検波部、２２３…同調回路、２２４…検波回路、２３０…制御部、２４０…操作部、２５０，２５０Ｂ…演算部、２６０…モニタ装置本体、３００…タイヤ、４００…タイヤハウス、５００…スタビリティー制御装置、５１０，５２０…センサ。
Claims (22)
- タイヤの周方向に所定の間隔をあけてタイヤ内に埋設され且つタイヤの歪みに応じて形状が変化する導電体パターンを有する複数のセンサユニットと、車両のタイヤハウスに設けられた輻射ユニットを有するモニタ装置とを用いたタイヤの歪み状態検出方法であって、
前記輻射ユニットから前記センサユニットへ向けて第１周波数の電磁波を輻射し、
前記第１周波数の電磁波を受けた前記センサユニットは、前記第１周波数の電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換して、該電気エネルギーによって電磁波輻射手段を駆動し、
前記電磁波輻射手段は、前記導電体パターンの歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数を変化させて電磁波を輻射し、
前記モニタ装置は、前記センサユニットの電磁波輻射手段から輻射された電磁波を受波し、該受波した電磁波の強度、位相、周波数のうちの少なくとも１つを検出し、該検出結果と、前記記憶しているタイヤに歪みの生じていないときの検出結果とを比較することにより、前記タイヤの歪み状態を検出する
ことを特徴とするタイヤの歪み状態検出方法。 - 前記輻射ユニットは該輻射ユニットが装着されている位置から所定距離内に存在する前記タイヤ内の１つ以上のセンサユニットに対して電磁波を輻射する
ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤの歪み状態検出方法。 - 前記タイヤハウスの異なる２つ以上の位置にそれぞれ設けられた前記輻射ユニットから時分割で電磁波の輻射を行う
ことを特徴とする請求項２に記載のタイヤの歪み状態検出方法。 - 前記第１周波数と前記第２周波数が１ＧＨｚ以上の周波数に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤの歪み状態検出方法。
- 前記センサユニットは、前記電磁波によって当該センサユニットに固有の識別情報を送信し、
前記モニタ装置は、前記センサユニットから受信した識別情報に基づいて、前記センサユニットを特定する
ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤの歪み状態検出方法。 - 車両走行中におけるタイヤの歪み状態を検出するタイヤの歪み状態検出装置において、
タイヤの周方向に所定の間隔をあけてタイヤ内に埋設されている複数のセンサユニットと、車両のタイヤハウスに設けられた輻射ユニットを含むモニタ装置とからなり、
前記センサユニットは、
所定面積の可撓性及び電気的絶縁性を有するシートの面上に設けられた所定形状の導電体パターンと、
前記輻射ユニットから輻射された第１周波数の電磁波を受波して該電磁波の高周波エネルギーを電気エネルギーに変換する手段と、
前記電気エネルギーによって動作すると共に前記導電体パターンに接続され、前記導電体パターンの形状の歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数を変化させて電磁波を輻射する手段とを備え、
前記モニタ装置は、
前記輻射ユニットから第１周波数の電磁波を前記センサユニットへ向けて輻射する手段と、
前記センサユニットから輻射された電磁波を受波する手段と、
前記受波した電磁波の強度、位相、周波数のうちの少なくとも１つを検出する手段と、
前記タイヤに歪みが生じていないときの検出結果を記憶する手段と、
前記検出結果と、前記タイヤに歪みの生じていないときの検出結果とを比較することにより、前記タイヤの歪み状態を検出する手段とを備えている
ことを特徴とするタイヤの歪み状態検出装置。 - 前記導電体パターンの少なくとも一部が矩形波形状をなしていることを特徴とする請求項６に記載のタイヤの歪み状態検出装置。
- 前記第１周波数と前記第２周波数の双方が１ＧＨｚ以上の周波数に設定されている
ことを特徴とする請求項６に記載のタイヤの歪み状態検出装置。 - 前記第１周波数と前記第２周波数が同一周波数に設定されており、
前記モニタ装置は、前記第１周波数の電磁波の輻射と、前記センサユニットから輻射された電磁波の受波とを交互に繰り返して行う手段を備えている
ことを特徴とする請求項６に記載のタイヤの歪み状態検出装置。 - 前記モニタ装置は、前記タイヤハウスの異なる２つ以上の位置にそれぞれ設けられた複数の輻射ユニットを備え、各輻射ユニットから時分割で電磁波の輻射を行う手段を有し、
各輻射ユニットは該輻射ユニットが装着されている位置から所定距離内に存在する前記タイヤ内の１つ以上のセンサユニットに電磁波を輻射する
ことを特徴とする請求項６に記載のタイヤの歪み状態検出装置。 - 前記センサユニットは、前記導電体パターンをアンテナとして、前記第１周波数の電磁波の受波に用いるか又は前記第２周波数の電磁波の輻射に用いるかを切り替える手段を有する
ことを特徴とする請求項６に記載のタイヤの歪み状態検出装置。 - 前記センサユニットは、当該センサユニットに固有の識別情報を格納する手段と、
前記格納されている識別情報を前記電磁波によって送信する手段とを備え、
前記モニタ装置は、前記センサユニットから送信された前記識別情報を受信する手段と、
前記受信した識別情報に基づいて、前記センサユニットを特定する手段とを備えている
ことを特徴とする請求項６に記載のタイヤの歪み状態検出装置。 - タイヤの周方向に所定の間隔をあけてタイヤ内に埋設された複数のセンサユニットと、車両のタイヤハウスに設けられた輻射ユニットを有するモニタ装置とを備えたタイヤの歪み状態検出装置の前記センサユニットであって、
所定面積の可撓性及び電気的絶縁性を有するシートの面上に設けられた所定形状の導電体パターンと、
前記輻射ユニットから輻射された第１周波数の電磁波を受波して該電磁波の高周波エネルギーを電気エネルギーに変換する手段と、
前記電気エネルギーによって動作すると共に前記導電体パターンに接続され、前記導電体パターンの形状の歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数を変化させて電磁波を輻射する手段とを備えている
ことを特徴とするセンサユニット。 - 前記導電体パターンの少なくとも一部が矩形波形状をなしていることを特徴とする請求項１３に記載のセンサユニット。
- 前記第１周波数が１ＧＨｚ以上の周波数に設定されていることを特徴とする請求項１３に記載のセンサユニット。
- 前記導電体パターンをアンテナとして、前記第１周波数の電磁波の受波に用いるか又は前記第２周波数の電磁波の輻射に用いるかを切り替える手段を有する
ことを特徴とする請求項１３に記載のセンサユニット。 - 当該センサユニットに固有の識別情報を格納する手段と、
前記格納されている識別情報を前記電磁波によって送信する手段とを備えている
ことを特徴とする請求項１３に記載のセンサユニット。 - 所定面積の可撓性及び電気的絶縁性を有するシートの面上に設けられた所定形状の導電体パターンと、
モニタ装置から輻射された第１周波数の電磁波を受波して該電磁波の高周波エネルギーを電気エネルギーに変換する手段と、
前記電気エネルギーによって動作すると共に前記導電体パターンに接続され、前記導電体パターンの形状の歪みに応じて第２周波数を基本周波数として該第２周波数を含む所定幅の周波数帯で共振周波数を変化させて電磁波を輻射する手段とを備えているセンサユニットが、
タイヤの周方向に所定の間隔をあけてタイヤ内に複数埋設されている
ことを特徴とするタイヤ。 - 前記導電体パターンの少なくとも一部が矩形波形状をなしていることを特徴とする請求項１８に記載のタイヤ。
- 前記第１周波数が１ＧＨｚ以上の周波数に設定されていることを特徴とする請求項１８に記載のタイヤ。
- 前記複数のセンサユニットのそれぞれがタイヤ内の同一層に配置されている
ことを特徴とする請求項１８に記載のタイヤ。 - 少なくとも４つ以上の前記センサユニットが等間隔を開けて埋設されている
ことを特徴とする請求項１８に記載のタイヤ。
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