JP2004237861A - タイヤセンシングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤのセンシング情報を車体側に高速に無線通信して演算処理することができ高度安全車両システムを実現できるタイヤセンシングシステムを提供する。
【解決手段】タイヤ内に、少なくとも１つ設けたタイヤの状態を検出するためのセンサ２〜４と、センサが検出したデータを処理するＣＰＵ搭載の電子基板５と、データを外部へ送信する送信装置６と、これらのセンサ、電子基板、送信装置に電力を供給する電源装置７と、を備えるタイヤ内蔵マイコンシステム１を設けるとともに、車体側に、送信装置から送信されたデータを受信する受信装置１２と、受信したデータを処理して解析するデータ解析用演算装置１３と、その結果を表示するモニタ装置１４と、を備える車内データ解析表示装置１１を設けた。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種のセンサや電池などで構成されたタイヤ内蔵の電子基板から電波送信されたデータを車内のデータ解析装置で受信後に解析して表示するタイヤセンシングシステムに関し、特に、走行中のタイヤ内部の情報をモニタすることで将来の高度安全車両システムの実現に大きく寄与すると考えるタイヤセンシングシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、タイヤの中に電子基板や部品を内蔵することは試みられてきたが、将来に向けて高度安全車両システム等を考えると、タイヤ内部に電子基板を内蔵して、空気圧力、温度、タイヤの変形量、タイヤに発生する前後力、上下力、μ値等のセンシング情報を高速に無線通信して処理する必要性がますます増大してきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、タイヤに発生する力を検出する場合には、単純に圧力や温度といった変化の遅い物理量を検出する場合に比べて、リアルタイム性を維持するために、サンプリングタイムを１ｍＳ前後という短い間隔で実現する必要があり、これに適した手ごろな価格の高速無線通信手段およびデータ解析手法が実存しなかった。参考までに、時速１００ｋｍ走行時は、タイヤの周長が約２ｍの標準サイズで計算すると１回転するのに７２ｍＳという短い時間となる。そのため、接地状態のセンサの信号変化がタイヤの周上の１／６程度で発生するとすれば、７２／６＝１２ｍＳという瞬間的な信号の変化を捉える必要がある。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、タイヤのセンシング情報を車体側に高速に無線通信して演算処理することができ高度安全車両システムを実現できるタイヤセンシングシステムを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明はなされたものであり、その要旨構成ならびに作用を以下に示す。
【０００６】
請求項１に記載のタイヤセンシングシステムは、タイヤ内に、少なくとも１つ設けたタイヤの状態を検出するためのセンサと、センサが検出したデータを処理するＣＰＵ搭載の電子基板と、データを外部へ送信する送信装置と、これらのセンサ、電子基板、送信装置に電力を供給する電源装置と、を備えるタイヤ内蔵マイコンシステムを設けるとともに、車体側に、送信装置から送信されたデータを受信する受信装置と、受信したデータを処理して解析するデータ解析用演算装置と、その結果を表示するモニタ装置と、を備える車内データ解析表示装置を設けたものである。
【０００７】
本発明に係るタイヤセンシングシステムによれば、タイヤ内に内蔵するタイヤ内蔵マイコンシステムの構成、および、車体側に設ける車内データ解析表示装置の構成を最適化することにより、タイヤのセンシング情報を車体側に高速に無線通信して演算処理することができ高度安全車両システムを実現することができる。
【０００８】
請求項２に記載のタイヤセンシングシステムは、請求項１に記載するところにおいて、車体側に、タイヤに内蔵した少なくとも１つのセンサのそれぞれが接地するタイミングを検出する接地位置検出手段と、検出した接地位置をデータ解析用演算装置に取り込むためのインターフェース装置と、を備えてなるものである。このタイヤセンシングシステムによれば、センサが接地するタイミングをデータ解析に用いることができ、より正確にタイヤのセンシング情報を演算処理することができる。
【０００９】
請求項３に記載のタイヤセンシングシステムは、請求項２に記載するところにおいて、接地位置検出手段が、ホイール周上に貼り付けられた反射テープと、反射テープ位置を検出する光電センサと、を備えてなるものである。このタイヤセンシングシステムによれば、センサが接地するタイミングをより正確に求めることができ、その結果より正確にタイヤのセンシング情報を演算処理することができる。
【００１０】
請求項４に記載のタイヤセンシングシステムは、請求項１に記載するところにおいて、タイヤ内のセンサの出力特性としてセンサを貼り付けたトレッド部分が接地する前後で最大値と最小値を出力する特性を有するものを採用し、車内のデータ解析用装置において、各センサの接地タイミングと検出できる光電センサのデジタル信号番号を事前の予備走行で対応させておき、ＰＣの割り込み処理プログラムによってそれらのデジタル信号入力のタイミングを検出して、その時点での種々の特性の計算を実施してなるものである。このタイヤセンシングシステムによれば、より高速にタイヤのセンシング情報を演算処理することができる。
【００１１】
請求項５に記載のタイヤセンシングシステムは、請求項１〜４のいずれか１項に記載するところにおいて、車内データ解析表示装置からタイヤ内蔵マイコンシステムへのデータ通信を１バイト命令で実現し、タイヤ内蔵マイコンシステムから車内データ解析表示装置へのデータ通信をセンサの数に応じたデータ群にパリティチェック用バイトを付加した固定長としてなるものである。このタイヤセンシングシステムによれば、送信時のデータ構成を最適化することができ、より高速にタイヤのセンシング情報を演算処理することができる。
【００１２】
請求項６に記載のタイヤセンシングシステムは、請求項１〜５のいずれか１項に記載するところにおいて、タイヤ内のセンサにおけるセンシングのサンプリングタイムを１００μＳから１ｍＳ程度の短い間隔で動作させて、タイヤ内蔵マイコンシステムと車内データ解析表示装置との通信間隔は１ｍＳから１０ｍＳ程度の前記サンプリングタイムよりも長い間隔で通信が実現され、タイヤ内の送信装置から送信されるセンシング信号は逐次信号が送信されるのではなくて、通信間隔における最大値と最小値とが送信されてなるものである。このタイヤセンシングシステムによれば、データの送信を最適化することができ、より高速にタイヤのセンシング情報を演算処理することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のタイヤセンシングシステムの一例の構成を示すブロック図である。図１に示す例において、本発明のタイヤセンシングシステムは、タイヤ内に設けたタイヤ内蔵マイコンシステム１と、車体側に設けた車内データ解析表示装置１１と、から構成されている。タイヤ内蔵マイコンシステム１は、少なくとも１つ設けたタイヤの状態を検出するためのセンサ、ここでは、タイヤに加わる前後力、上下力等の力情報を検出するための磁気センサ２、圧力センサ３および温度センサ４と、センサが検出したデータに対しＡ／Ｄ変換等の処理をするＣＰＵ搭載の電子基板５と、データを外部へ送信する送信装置６と、これらのセンサ２〜４、電子基板５、送信装置６に電力を供給する電源装置７と、を備えている。車内データ解析表示装置１１は、タイヤハウス内に設けた、送信装置６から送信されたデータを受信する受信装置１２と、車内に設けた、受信したデータを処理して前後力、上下力、荷重、μ値等を解析するデータ解析用演算装置１３と、その結果を表示するモニタ装置１４と、を備えている。
【００１４】
図１に示す例において、送信装置６と受信装置１２との間の無線送信手段としては、高速で小型化できるものであれば何でも使用できるが、現段階では、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信手段を用いることが好ましい。磁気センサ２のデータから前後力等の力のデータを求める手法については、本出願人がすでに開示している方法を利用することができる。センサの種類はこれらに限定されるものではなく、必要に応じてセンサを入れ換えたり、センサの数を増減することができる。車体側の各装置への電力は、車が備えるバッテリを使用することができる。また、タイヤに内蔵した電子基板５上で動作する組込系のソフトウェアは、採用したＣＰＵチップ固有の性能を利用すべくアセンブラやＣ言語等の組み込み系のソフトウェアで記述されることが好ましい。さらに、データ解析用演算装置は小型のＰＣで実現することができ、そのＰＣ上で動作するデータ解析ソフトは、ＢａｓｉｃやＣ言語等の汎用の高級言語で記述されることが好ましい。さらにまた、モニタ装置１４としては、車が備えるナビゲーションシステムのモニタを共用することができる。
【００１５】
図２は本発明のタイヤセンシングシステムの他の例の構成を示すブロック図である。図２に示す例において、図１に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図２に示す例において、図１に示す例と異なる点は、図１に示すタイヤセンシングシステムの構成に加えて、車体側に、タイヤに内蔵した少なくとも１つのセンサ、ここでは、磁気センサ２、圧力センサ３、温度センサ４のそれぞれが接地するタイミングを検出する接地位置検出手段２１と、検出した接地位置をデータ解析用演算装置１３に取り込むためのインターフェース装置３１と、を設けた点である。各センサは一定のサンプリングレートでデータを取得し通信することができるが、実際に力情報が変化するのはセンサが接地する前後の期間であることが多く、その接地の前後を求めることで、通信にかかる時間を短くする場合があるためである。具体的には、図２に示す例において、接地位置検出手段２１を、ホイールの周上に貼り付けた反射テープ２２と、この反射テープ２２の位置を検出する光電センサ２３と、から構成している。なお、光電センサ２３とインターフェース装置３１に供給する電力は、車のバッテリを共用することができる。
【００１６】
以下、上述した構成のタイヤセンシングシステムにおいて、データ通信の際の好ましい態様等について更に詳細に説明する。
【００１７】
センシングのためにＡ／Ｄ変換を常時行うと電力の消費が大きいので、タイヤ内蔵マイコンシステム１と車内データ解析表示装置１１とはハンドシェイクを行い、必要時のみセンシングデータのＡ／Ｄ変換値を通信することとした。車内データ解析表示装置１１からタイヤ内蔵マイコンシステム１へのデータ通信は、データの迅速性を重視して１バイト命令で実現した。１バイト命令でも２５６通りの命令が指示出来るので、外部からタイヤ内部のシステムを操作するには十分である。一方、タイヤ内蔵マイコンシステム１から車内データ解析表示装置１１へのデータ通信量はセンサの数に応じたデータ量に加えて全てのデータの合計値をパリティチェックデータとして付加した固定長とした。
【００１８】
例えば、４つのセンサの信号は、各Ａ／Ｄ変換を１０ビット精度とすると０〜１０２３の範囲の値をとるので、２バイトの情報量で表現される。したがって、４センサ分で８バイトとなり、これら４つの値の合計値から下位の８ビット（１バイト分）を取り出しパリティバイトとして付加して合計９バイトから構成される通信フォーマットとした。図３に本発明の好適例における通信フォーマットの一例を示す。パリティバイトを付加したことで、データ通信の信頼性がその都度チェック可能となる。なお、本例では、ＣＰＵの処理がバイト単位で実行されることが多いため、各センサの１０ビットのデータを２バイトのデータで送信するよう構成した。しかし、この場合上位６ビット分はデータとして使用されていないため、通信速度を最適化する目的で、この分のデータを送らなず１０ビットのデータを送るよう通信フォーマットを構成することもできる。
【００１９】
さて、力信号のセンシングを行うに当たり、接地部分に関しては１２ｍＳ程度の短い時間でのリアルタイム性のあるサンプリングタイムを維持することが必要になるが、現在、安価な価格で利用できる通信手段のＲＳ２３２Ｃでは、先の９バイト通信に要する時間は１ｍＳ前後である。すなわち、ＲＳ２３２Ｃの最高速度は１１５．２Ｋｂｐｓであり、９バイト即ち７２ビットを送信するのに０．６２５ｍＳ要し、単純にスタートビットとストップビットの２ビットが付加したとするとその１０／８倍が理論値であるが、実効通信速度はそれの数倍といわれており、使用しているＣＰＵの性能に大きく依存し、最新のＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＸＰマシンで１ＧＨｚ程度のＣＰＵで実験した結果が９バイト通信に約１ｍＳという結果である。
【００２０】
単純に通信だけで１ｍＳかかるが、本発明のセンサセンシングシステムの好適例では、接地部分で最大値と最小値を出力するセンサ信号を解析するので、通信間隔毎に受信するＡ／Ｄ変換値の最大値と最小値とを判定して更新する機能、Ａ／Ｄ変換値を磁力やひずみ量等のセンサの測定対象である物理量にあらかじめ設定した換算係数（図４にガウス値に変換する係数設定画面を示す）を用いて換算する機能、センサの物理量を別途設定した換算係数を用いて力の単位に換算する機能（図４にこれらの係数の設定例を回帰式の係数として示す）、これらのデータ解析を経て得られた結果を表示する機能を、市販のＰＣと同等の性能の装置にて実現している。
【００２１】
以上の処理にはＰＣに搭載されたＣＰＵの処理性能に応じた時間が必要となり、１ｍＳ毎にタイヤ内蔵マイコンシステム１と通信を行うことは不可能となる。そこで、タイヤ内蔵マイコンシステム１のサンプリングタイムは１００μＳから１ｍＳ程度でセンシング対象の物理現象が発生する時間および変化の速さに対してサンプリング定理を考慮して十分に短い間隔としておき、通信に関しては、処理するＰＣの性能に応じて適当な比較的長い間隔とすることでシステムを実現した。ＰＣの性能、通信装置の性能などから実施例では５ｍＳとしたが、将来ＰＣの性能が向上すれば、もっと短くできる可能性がある。この工夫によって、ＰＣ性能で制約される通信間隔に関わらず、タイヤ内部でのサンプリングは精度を維持することが可能となる。この際に、図５に示すように、送信側では、通信間隔毎に最大値と最小値を更新しながら計測して、通信のタイミングで最大値と最小値を送信後に最大値、最小値比較用の変数を初期化する動作を繰り返すことになる。５ｍｓ毎の送信では、最大値と最小値を連続して合計１８バイトのデータを１回に送ることとなる。
【００２２】
なお、図６に示したのは、平常走行から制動をかけて停止するまでの約４秒間の力センサ４チャンネル分の出力信号であり、サンプリング間隔は１ｍＳであり、波形変化が生じた中央あたりが制動開始点である。この信号を５ｍＳ毎に最大値と最小値だけを送信するように変更して通信された信号が図７であり、以上を図解したのが図５である。図６の時間軸が大幅に引き伸ばされて、図５では、１周期が約１００ｍＳとなっている。なお、トレッドの接地点で出力が最大値と最小値をとる力センサについては、既に本出願人が開示している。上述した例では、試験的にＰＣのディスプレイに結果を表示しているが、実際の実装にあたっては、これらのデータから必要なデータのみを、例えば車のカーナビゲーションのディスプレイに表示することとなる。
【００２３】
図８、９では、接地タイミングを検出するのにホイールに貼り付けた反射シールを光電センサで検出する検出手段をつけた例を示す。事前走行で、タイヤの１回転する際の力センサ信号と反射シールの位置との対応づけをしておく。実施例においては、反射シールの検出により発生する割り込み処理プログラムにて割り込み位置番号を０、１、２、３と４通りに変化させて、０の割り込み番号が入った際は、Ｃｈ０の力センサが接地を完了したというように対応付けした。図８に示すように、各チャンネルの信号と割り込み信号の０、１、２，３または赤、緑、青、黄の色別に対応させてマーカーを重ねて表示させるようにした図からその対応を決めて、図９に示す「センサ毎の１回転における最大・最小を確定する位置番号」として登録する。以上の準備によって、車が走行時に各力センサの接地したタイミングを捉えて、前後力、荷重、μ値等を図４に示した設定方法で設定した係数を用いて計算して表示する。図１０に実施例を示すようなタイヤセンシングシステムを実現した。図１１は起動時の画面である。
【００２４】
ところで、タイヤ内部のセンサを利用してタイヤ内蔵のそれぞれの力センサの接地タイミングを検出できるならば、接地の前後に限ってセンシングを行うことで余分な処理を省いたり、データ通信量を減らすことが可能となる。例えば、磁気センサを内蔵している場合ならば、車体側に磁石を設置しておき、その磁力を検出したタイミングで接地しているセンサのチャンネル番号を特定する機能をタイヤ内蔵マイコンシステムに付加することでこれが可能となる。
【００２５】
更には、タイヤ内蔵のそれぞれの力センサの接地タイミングを特別なセンサを設けることなくロジックのみによって検出するならば、そのためのセンサを省くことが可能となる。実施例では、力センサの出力信号が図９に示すような特徴を持っていることに注目して、車内のデータ解析ＰＣにて、受信を行いながら、着目したセンサが接地を完了したかを判定するようにした。即ち、１回転において接地部分の前後で最大値と最小値が発生することから、あらかじめ測定対象速度の最高速度の半分程度の時間長さを有する判定窓を設けておく。▲１▼測定窓をずらしながら最大値と最小値の差を計算していき、▲２▼ある閾値を超えたらば接地が完了したと判定して、▲３▼前後力、上下力、μ値を演算する所定の計算を行い、▲４▼その後判定窓分の時間は信号を処理せずにおき、▲５▼次の接地位置の検出ロジックに備えて▲１▼に戻る。
【００２６】
本発明は以上の構成を有するもので、走行中のタイヤ内部の情報をモニターすることで将来の高度安全車両システムの実現に寄与するタイヤセンシングシステムの実現に大きく貢献する。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のタイヤセンシングシステムによれば、走行中のタイヤ内部の情報をモニターすることを可能として、タイヤ挙動に関する有用なデータを収集することでタイヤの開発にフィードバックすると共に、μ値等のタイヤ情報を元にタイヤ性能を最大限利用できるような制動制御等に応用展開していくことで、将来の高度安全車両システムの実現に大きく寄与するタイヤセンシングシステムが実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤセンシングシステムの一例の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のタイヤセンシングシステムの他の例の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の好適例として通信フォーマットの一例を示す図である。
【図４】本発明の好適例として通信設定画面と変換係数設定画面の一例を示す図である。
【図５】本発明の好適例としてサンプリングタイムと通信間隔との関係を示す図である。
【図６】本発明の好適例として送信側のディスプレイの一例を示す図である。
【図７】本発明の好適例として最大値／最小値のデータを読み込んでグラフ表示した画面の一例を示す図である。
【図８】本発明の好適例として連続データと接地信号との関係を示す図である。
【図９】本発明の好適例としてデータ通信と計算処理のタイミングの取り方の一例を示す図である。
【図１０】本発明の好適例として前後力、荷重、μ値のモニタ画面の一例を示す図である。
【図１１】本発明の好適例として起動時のモニタ画面の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ タイヤ内蔵マイコンシステム
２ 磁気センサ
３ 圧力センサ
４ 温度センサ
５ 電子基板
６ 送信装置
７ 電源装置
１１ 車内データ解析表示装置
１２ 受信装置
１３ データ解析用演算装置
１４ モニタ装置
２１ 接地位置検出手段
２２ 反射テープ
２３ 光電センサ
３１ インターフェース装置

Claims (6)

1. タイヤ内に、少なくとも１つ設けたタイヤの状態を検出するためのセンサと、センサが検出したデータを処理するＣＰＵ搭載の電子基板と、データを外部へ送信する送信装置と、これらのセンサ、電子基板、送信装置に電力を供給する電源装置と、を備えるタイヤ内蔵マイコンシステムを設けるとともに、車体側に、送信装置から送信されたデータを受信する受信装置と、受信したデータを処理して解析するデータ解析用演算装置と、その結果を表示するモニタ装置と、を備える車内データ解析表示装置を設けたことを特徴とするタイヤセンシングシステム。
2. 車体側に、タイヤに内蔵した少なくとも１つのセンサのそれぞれが接地するタイミングを検出する接地位置検出手段と、検出した接地位置をデータ解析用演算装置に取り込むためのインターフェース装置と、を備える請求項１記載のタイヤセンシングシステム。
3. 接地位置検出手段が、ホイール周上に貼り付けられた反射テープと、反射テープ位置を検出する光電センサと、を備える請求項２記載のタイヤセンシングシステム。
4. タイヤ内のセンサの出力特性としてセンサを貼り付けたトレッド部分が接地する前後で最大値と最小値を出力する特性を有するものを採用し、車内のデータ解析用装置において、各センサの接地タイミングと検出できる光電センサのデジタル信号番号を事前の予備走行で対応させておき、ＰＣの割り込み処理プログラムによってそれらのデジタル信号入力のタイミングを検出して、その時点での種々の特性の計算を実施する請求項１記載のタイヤセンシングシステム。
5. 車内データ解析表示装置からタイヤ内蔵マイコンシステムへのデータ通信を１バイト命令で実現し、タイヤ内蔵マイコンシステムから車内データ解析表示装置へのデータ通信をセンサの数に応じたデータ群にパリティチェック用バイトを付加した固定長としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のタイヤセンシングシステム。
6. タイヤ内のセンサにおけるセンシングのサンプリングタイムを１００μＳから１ｍＳ程度の短い間隔で動作させて、タイヤ内蔵マイコンシステムと車内データ解析表示装置との通信間隔は１ｍＳから１０ｍＳ程度の前記サンプリングタイムよりも長い間隔で通信が実現され、タイヤ内の送信装置から送信されるセンシング信号は逐次信号が送信されるのではなくて、通信間隔における最大値と最小値とが送信される請求項１〜５のいずれか１項に記載のタイヤセンシングシステム。

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