JP2005341505A - アンテナ装置及びその装置を用いたタイヤ監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】１つのアンテナ装置によって各タイヤに取り付けられたセンサ装置から送信された電波を受信でき、既存の車両に後から設けることができるアンテナ装置及びその１つのアンテナ装置を用いて各センサ装置が取り付けられているタイヤ位置を識別することができるタイヤ監視システムを提供する。
【解決手段】アンテナエレメント５１は直角に折り曲げられ、その１辺が車両の前面の窓ガラスの上下方向に延びるように貼り付けられている。アンテナエレメント５１が受信した信号は、高域通過型フィルター５２ａが雑音を遮断した後に負帰還増幅器５２ｂは増幅率が１．２〜３．２の範囲内の所定の値で増幅し、同軸ケーブル４０ａを介して監視ユニット４０に送出し、信号の受信強度により、センサ装置が取り付けられたタイヤ位置を識別する。
【選択図】図７

Description

本発明は、複数の電波を受信し既存の車両に後から設けることができるアンテナ装置及びその装置を用いて各タイヤに設けられたセンサ装置が取り付けられたタイヤ位置を識別することができるタイヤ監視システムに関するものである。

従来、車両の安全走行を行う上で、タイヤ空気圧等のタイヤの物理的な状態の点検は欠かすことができない作業である。しかし、人手によってタイヤの点検を行う場合、手間と時間がかかるので、空気圧等のタイヤの物理的な状態を自動的に検出するタイヤ監視システムが開発され、一般車両にも使用され始めた。

上記タイヤ監視システムは、一般的にタイヤに装着されてタイヤの物理的な状態を検出してこの検出結果をワイヤレスで送信するセンサ装置と、センサ装置から送信されたデータを受信する監視ユニットとから構成されている。また、センサ装置は一般的にタイヤの内部に設けられており、リムに固定されたり或いはタイヤ内に埋設されて設けられていることが多い。

従来このようなタイヤ監視システムとして、車両の各タイヤにセンサ装置、各タイヤハウス内にアンテナが設けられ、センサ装置から送信されたタイヤ空気圧データの電波をアンテナによって受信し、これらのアンテナに接続している監視ユニットが各タイヤの空気圧情報を運転者に報知するものが提案されている（例えば特許文献１参照。）。

しかし、タイヤのローテーションによるタイヤ位置変更やタイヤ交換等を行った場合、センサ装置が設けられたタイヤ位置を識別するためにセンサ装置の識別番号及びタイヤ位置の関係を手動で設定し直さなければ、正しいタイヤ位置の空気圧情報を報知することができないという問題があった。

この問題を解決する方法として、所定時間内に監視ユニットは各タイヤハウス内に設けられたアンテナを含む回路を１つずつ順番に繋ぎ替えて、受信した信号の振幅が所定の値より大きいアンテナに対応するタイヤ位置と信号に含まれるセンサ装置の識別番号を記憶するものが提案されている（例えば特許文献２参照。）。

また、監視ユニットが微小時間ごとに各タイヤハウス内に設けたアンテナ１つに作動信号を順番に出力し、作動したアンテナが受信する信号強度の中で最大の信号強度を計測したアンテナに対応するタイヤ位置とセンサ装置の識別番号を記憶するもの（例えば特許文献３参照）や、各タイヤへの指向性が最も強くなる向きに設定された指向性アンテナをそれぞれ設けて、監視ユニットが順番に各アンテナを選択して受信し、全てのアンテナの中で受信強度が最大であるアンテナに対応するタイヤ位置を特定するものが提案されている（例えば特許文献４参照。）。
特表２００３−５０９２６０号公報 特開２００３−１９６７７７号公報 特開２００３−１１８３３３号公報 特表２００３−３０６０１７号公報

しかしながら、前記特許文献２又は３のタイヤ監視システムでは、各タイヤハウスにそれぞれアンテナを設けなくてはならず、監視ユニットとアンテナとを接続する同軸ケーブルの引き回し作業に非常に手間が掛かると共に、コスト高になるという問題があった。

また、前記特許文献４において車両のルーフ又はフロアーに設けられた１つのアンテナによって複数のセンサ装置からの電波を受信するものが提案されているが、日本国においては電波法の規制によってセンサ装置の高周波出力は、センサ装置から３ｍの距離において５００μＶ／ｍの電界強度までが限度となっている。また、アンテナは少なからず水平面内における指向性を有するため、前記特許文献２のタイヤ監視システムにおいて、１つのアンテナによって各タイヤのセンサ装置から送信された電波を受信することは極めて困難であった。

また、アンテナを設けるにあたりルーフやフロアーに穴を開ける等、車両の大幅な改造が必要となるため、あらかじめアンテナが設けられた車両であることが前提であり、既存の車両にアンテナを設けることは難しかった。

さらに、簡単にアンテナを設けることができる位置として窓ガラスが考えられるが、開閉可能な窓ガラスに設けた場合には窓を開けたときに受信し難く、車両背面のガラス及び車両前面のガラスに設ける場合には、熱線や法規制等によりアンテナの設置位置に制限があり、窓ガラスにアンテナを設けることは困難であった。

本発明の目的は上記の問題点に鑑み、１つのアンテナ装置によって各タイヤに取り付けられたセンサ装置から送信された電波を受信でき、既存の車両に後から設けることができるアンテナ装置、及びその１つのアンテナ装置を用いて各センサ装置が取り付けられているタイヤ位置を識別することができるタイヤ監視システムを提供することである。

本発明は前記目的を達成するために、導電体からなるアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントの給電点に接して設けられた給電部とを備え、前記給電部は、前記アンテナエレメントの給電点に入力端子が接続された負帰還増幅器を有し、前記負帰還増幅器はその増幅率が１．２〜３．２の範囲内の所定の値となるようにフィードバック係数が設定されているアンテナ装置を提案する。

本発明によれば、負帰還増幅器は増幅率が１．２〜３．２の範囲内の所定の値で増幅するので、Ｓ／Ｎ比をほぼ一定に保ちつつ信号を増幅する。

また、本発明は、上記構成のアンテナ装置において、前記増幅率の値が２．７となるようにフィードバック係数が設定されているアンテナ装置を提案する。

本発明によれば、負帰還増幅器は増幅率が２．７で増幅するので、最適に信号を増幅する。

また、本発明は、上記構成のアンテナ装置において、前記給電部は前記アンテナエレメントの共振周波数よりも低い所定周波数が遮断周波数として設定されてる高域通過型フィルターを有し、該高域通過型フィルタが前記給電点と前記負帰還増幅器の入力端子との間に設けられているアンテナ装置を提案する。

本発明によれば、高域通過型フィルターはアンテナエレメントの共振周波数よりも低い所定周波数が遮断周波数として設定されているので、効果的に雑音を遮断する。また、負帰還増幅器はアンテナエレメントで受信した信号が高域通過型フィルターを通過した直後に増幅するので、他の装置が介在することにより信号減衰や雑音発生が生じＳ／Ｎ比が悪化することを防止する。

また、本発明は、上記構成のアンテナ装置において、前記アンテナエレメントは２辺が直角に折り曲げられているアンテナ装置を提案する。

本発明によれば、前記アンテナエレメントは２辺が直角に折り曲げられているので小型化を図ることができる。

また、本発明は、上記構成のアンテナ装置において、前記アンテナエレメントはフィルム上の所定領域に設けられた導電体からなるアンテナ装置を提案する。

本発明によれば、導電体がフィルム上の所定領域に設けられフィルムの誘電率が空気の誘電率よりも大きいので、アンテナエレメントを短くすることができる。

また、本発明は、車両の全てのタイヤそれぞれに少なくとも１つ装着され、タイヤ内部の物理量を検出するセンサを有し、該センサによる検出結果を電波によってタイヤの外部に送信する複数のセンサ装置と、前記複数のセンサ装置からの電波を受信して前記センサによる検出結果をセンサ装置毎に取得する監視ユニットとを備えたタイヤ監視システムにおいて、前記監視ユニットに接続され、前記センサ装置から送信された電波を受信するためのアンテナ装置を１つ備え、前記アンテナ装置は、導電体からなるアンテナエレメントと前記アンテナエレメントの給電点に接して設けられた給電部とを備え、前記給電部は、前記アンテナエレメントの給電点に入力端子が接続された負帰還増幅器を有し、前記負帰還増幅器はその増幅率が１．２〜３．２の範囲内の所定の値となるようにフィードバック係数が設定されておりいるタイヤ監視システムを提案する。

また、本発明は、上記構成のタイヤ監視システムにおいて、前記増幅率の値が２．７となるようにフィードバック係数が設定されているタイヤ監視システムを提案する。

また、本発明は、上記構成のタイヤ監視システムにおいて、前記給電部は前記アンテナエレメントの共振周波数よりも低い所定周波数が遮断周波数として設定されてる高域通過型フィルターを有し、該高域通過型フィルタが前記給電点と前記負帰還増幅器の入力端子との間に設けられているアンテナ装置を提案する。

また、本発明は、上記構成のアンテナ装置において、前記アンテナエレメントは２辺が直角に折り曲げられているタイヤ監視システムを提案する。

また、本発明は、上記構成のタイヤ監視システムにおいて、前記アンテナエレメントはフィルム上の所定領域に設けられた導電体からなるタイヤ監視システムを提案する。

また、本発明は、前記アンテナエレメントは少なくとも一部が前記車両の上下方向に延びる部分を有しているタイヤ監視システムを提案する。

本発明によれば、アンテナエレメントの少なくとも一部が前記車両の上下方向に延びる部分を有するので、水平面内における受信強度は水平面内の角度によらずほぼ一様となる。

また、本発明は、上記構成のタイヤ監視システムにおいて、前記アンテナ装置は前記車両の前面の窓ガラスに設けられているタイヤ監視システムを提案する。

本発明によれば、前記アンテナ装置は前記車両の前面の窓ガラスに設けられているので、既存の車両に後から設けることができる。

また、本発明は、上記構成のタイヤ監視システムにおいて、前記アンテナ装置は、前記複数のセンサ装置との距離がそれぞれ異なる位置に設けられており、記監視ユニットが前記アンテナ装置を介して受信する電波強度に基づいて、前記複数のセンサ装置が取り付けられているタイヤの位置を識別する手段を有するタイヤ監視システムを提案する。

本発明によれば、前記アンテナ装置は、前記複数のセンサ装置との距離がそれぞれ異なる位置に設けられてるので、受信強度に差異を生じさせることができる。また、監視ユニットは電波強度に基づいてセンサ装置が取り付けられているタイヤの位置を識別するので、受信強度の差異によってセンサ装置が取り付けられているタイヤの位置を識別する。

また、本発明は、上記構成のタイヤ監視システムにおいて、前記センサ装置は前記検出結果を送信するときに同一検出結果を複数回送信する手段を有し、前記監視ユニットは前記アンテナ装置を介して受信する複数回の検出結果の電波強度の平均に基づいて、前記複数のセンサ装置が取り付けられているタイヤの位置を識別する手段を有するタイヤ監視システムを提案する。

本発明によれば、前記センサ装置は前記検出結果を送信するときに同一検出結果を複数回送信するので、監視ユニットは１回目の送信を受信することができなかった場合でも、２回目以降の送信において受信強度が所定値より大きくなることで受信する。また、複数回の検出結果の電波強度の平均に基づいてセンサ装置が取り付けられているタイヤの位置を識別するので、測定精度を平準化してセンサ装置が取り付けられているタイヤ位置を識別する。

また、本発明は、上記構成のタイヤ監視システムにおいて、前記センサ装置は、前記同一検出結果を複数回送信するときに異なる間隔で送信する手段を有するタイヤ監視システムを提案する。

本発明によれば、前記センサ装置は前記同一検出結果を複数回送信するときに異なる間隔で送信するので、１回目の送信が他のセンサ装置からの電波と重複した場合でも、２回目以降の送信において電波が重複するのを防止する。

また、本発明は、上記構成のタイヤ監視システムにおいて、前記センサ装置は、前記同一検出結果を複数回送信するときに前記複数の他のセンサ装置における送信間隔とそれぞれ異なる間隔で送信する手段を有するタイヤ監視システムを提案する。

本発明によれば、前記同一検出結果を複数回送信するときに前記複数の他のセンサ装置における送信間隔とそれぞれ異なる間隔で送信するので、１回目の送信が他のセンサ装置からの電波と重複した場合でも、２回目以降の送信において電波が重複するのを防止する。

また、本発明は、上記構成のタイヤ監視システムにおいて、前記監視ユニットは、単位時間あたりの受信回数に基づいて、前記複数のセンサ装置が取り付けられているタイヤの位置を識別する手段を有するタイヤ監視システムを提案する。

本発明によれば、単位時間あたりの受信回数に基づいてセンサ装置が取り付けられているタイヤの位置を識別するので、測定精度を平準化してセンサ装置が取り付けられているタイヤ位置を識別する。

また、本発明は、上記構成のタイヤ監視システムにおいて、前記監視ユニットは、単位時間あたりの電波強度の平均及び受信回数に基づいて、前記複数のセンサ装置が取り付けられているタイヤの位置を識別する手段を有するタイヤ監視システムを提案する。

本発明によれば、単位時間あたりの電波強度の平均及び受信回数に基づいてセンサ装置が取り付けられているタイヤの位置を識別するするので、センサ装置が取り付けられているタイヤ位置の識別精度を高めている。

また、本発明は、上記構成のタイヤ監視システムにおいて、前記監視ユニットは、前記センサ装置が送信する周波数変調された電波を前記アンテナ装置を介して受信するタイヤ監視システムを提案する。

本発明によれば、前記センサ装置が送信する電波が周波数変調されているので、各センサ装置が送信する電波はより電波強度が強い方が他方の電波を打ち消す。

また、本発明は、上記構成のタイヤ監視システムにおいて、前記検出結果は空気圧、温度、湿度、振動、加速度のうち少なくとも１つを含むタイヤ監視システムを提案する。

本発明によれば、アンテナ装置が水平面内において一様な指向性を有し、高域通過型フィルターが雑音を遮断した後に負帰還増幅器は増幅率が１．２〜３．２の範囲内の所定の値で増幅することにより、１つのアンテナ装置で各タイヤに取り付けられたセンサ装置からの電波を受信することができる。

また、各センサ装置から送信される電波の受信強度に差異を生じさせ、各センサ装置間の電波が重複するのを防ぐことにより、センサ装置のタイヤ位置を手動で設定することなく、１つのアンテナ装置で各センサ装置が取り付けられたタイヤ位置を識別することができると共に、監視ユニットが受信する確率を高め、単位時間あたりの受信強度の平均及び受信回数に基づいて識別することにより、タイヤ位置の識別精度を高めることができる。

さらに、車両の前面の窓ガラスの規制範囲内に透明なフィルムを備えたアンテナ装置を貼り付けることにより、視界を遮ることや外観を損ねることなく既存の車両に後からアンテナ装置を設けることができる。

本発明の前記目的、構成、特徴及び作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。

図１乃至図１４は本発明の一実施形態を示すもので、図１は本発明のタイヤ監視システムを搭載した車両を示す外観斜視図、図２は図１に示したタイヤ監視システムの水平面図、図３はアンテナ装置の設置概略図、図４は図３に示したアンテナエレメントの構成図、図５は図３に示した給電部の構成図、図６はアンテナの水平面内における受信強度分布図、図７はアンテナ装置の電気回路を示すブロック図、図８は図１及び図２に示したセンサ装置の電気回路を示すブロック図、図９はセンサ装置から送信される送信フレーム構成図、図１０は監視ユニットが受信する電波強度実測結果図、図１１はセンサ装置と監視ユニットの送受信実測結果表、図１２は監視ユニットの電気回路を示すブロック図、図１３は監視ユニットの動作を示すフローチャート、図１４は図１３に示したセンサ装置位置識別処理を示すフローチャートである。

まず、図１及び図２を参照してタイヤ監視システムの構成について説明する。ここでの説明では図１の運転席（図示せず）から見て前方を前、後方を後、右側を右、左側を左と表記する。

車両１は例えば４輪の普通乗用車で、前後左右４つのタイヤ２のそれぞれにタイヤ２の状態を検出してこの検出結果を電波によって送信するセンサ装置３が設けられている。

また、運転席（図示せず）近傍にはコントローラと表示パネルとを含み、センサ装置３から送信された電波を受信して前記検出結果を表示パネルに表示する監視ユニット４０が設置されている。さらに、監視ユニット４０に対して同軸ケーブル４０ａを介して接続されたアンテナ装置５０は車両１の前面の窓ガラス４の右側に設けられている。

次に、図３及び図７を参照して本発明の特徴部分であるアンテナ装置の構成及び設置状態について説明する。

アンテナ装置５０は、図３に示すように、車両１の前面の窓ガラス４の右側の表面に設けられた、アンテナエレメント５１、給電部５２、銅板シール５３から構成されているλ／４モノポールアンテナである。

図４に示すアンテナエレメント５１は、透明なフィルム５１ｂ（例えばポリイミドフィルム）に印刷された導電体５１ａと給電点５１ｃから構成され、導電体５１ａは直角に折り曲げられており、２辺の長さの合計Ｌ１＋Ｌ２はセンサ装置３から送信された電波の周波数に対応する実効波長の１／４の長さに設定されている。給電点５１ｃは縦Ｌ３×縦Ｌ４の大きさをなす金属片であり、図５に示す給電端子５２３と接続して窓ガラス４に貼り付けられる。

これにより、窓ガラス４やフィルム５１ｂの誘電率が空気の誘電率よりも大きいので窓ガラス４に貼り付けるアンテナエレメント５１の２辺の長さの合計Ｌ１＋Ｌ２は、空気中にあるアンテナエレメントよりも約３割短くすることができ、窓枠部分４ａからの距離Ｌ５は前面の窓ガラス４における法規制の範囲内の距離に設定することができる。

なお、アンテナ装置５０はモノポールアンテナに限定されるものではなく、またフィルム５１ｂは、例えば自動二輪車に設ける場合には透明である必要はない。

本実施形態では、センサ装置３の送信周波数３１５ＭＨｚに対し、一例としてＬ１＝８０ｍｍ、Ｌ２＝７５ｍｍ、Ｌ３＝５ｍｍ、Ｌ４＝５ｍｍにそれぞれ設定している。フィルム５１ｂの寸法は問わない。

給電部５２は設置部５２１と接続部５２２から構成され、設置部５２１の窓ガラス４に貼り付けられる面に給電端子５２３が設けられている。接続部５２２は後述する高域通過型フィルターと負帰還増幅器を有しており、同軸ケーブル４０ａを介して監視ユニット４０に接続している。

また、給電部５２も窓ガラス４に貼り付けられ、接続部５２２の上から銅板シール５３で固定され、銅板シール５３の一端は窓枠部分４ａの金属をグランドとして接地する。これにより同軸ケーブル４０ａのシールド線は窓枠部分４ａの金属と導電接続される。

本実施形態におけるアンテナ装置５０は、同軸ケーブル４０ａと接続することによりタイヤ監視システムのアンテナ装置５０として機能するので、同軸ケーブル４０ａを１本引き回すことができる位置に貼り付けるだけでアンテナ装置５０を設けることができる。

また、アンテナエレメント５１の一辺が窓ガラス４の上下方向に延びるように貼り付けられていることにより、図６に示す水平面内における受信強度は、水平面内の角度によらずほぼ一様となる。ここで、他の角度と比較して０〜９０［ｄｅｇ］における受信強度の増加は、アンテナ装置５０を車両１の前面窓ガラス４の右側に設けているためであると考えられる。

一般にλモノポールアンテナで受信することで受信強度の値が高くなり、モノポールアンテナを小型化することにより受信強度は低下する。本実施形態ではλ／４モノポールアンテナを直角に折り曲げて小型化を図りつつ、電波強度の最大値が約−１．９［ｄＢ］でありλモノポールアンテナに近い理想的な受信強度を実現している。

さらに、アンテナエレメント５１を構成する透明なフィルム５１ｂを用いることにより車両１の窓ガラス４に貼り付けても視界を遮ることがなく、車両１の外観を損ねることもない。

次に前述のアンテナ装置５０の電気回路の構成について説明する。

図７に示すように、アンテナ装置５０は前述のアンテナエレメント５１、給電部５２、銅板シール５３から構成されており、給電部５２は周知の高域通過型フィルター５２ａと負帰還増幅器５２ｂを有している。この給電部５２には監視ユニット４０から駆動電力が供給されている。

高域通過型フィルター５２ａは、アンテナエレメント５１が受信した信号を入力として、遮断周波数よりも低い周波数信号を遮断する。負帰還増幅器５２ｂは、高域通過型フィルター５２ａを通過した信号を増幅し、同軸ケーブル４０ａを介して監視ユニット４０に送出する。

周知の帯域フィルターは遮断特性が緩やかであるのに対し、高域通過型フィルター５２ａは遮断特性が急峻であるので、放送用電波塔の直下等、強い電波が混信する場合、高域通過型フィルター５２ａは帯域フィルターよりも効果的に放送用電波等の雑音を遮断する。

また、負帰還増幅器５２ｂの増幅率が低い場合、信号が十分に増幅されず監視ユニット４０において受信不能となる一方、増幅率が高い場合、信号とともに雑音も増幅されるため信号／雑音比（以下、Ｓ／Ｎ比という）が小さくなり、信号誤りの原因となる。

実測結果から、負帰還増幅器５２ｂの増幅率が１．２〜３．２の範囲内の値となるようにフィードバック係数を設定することが好ましく、強い電波が混信する場合においても、Ｓ／Ｎ比をほぼ一定に保ちつつ信号を増幅する。

さらに、負帰還増幅器５２ｂはアンテナエレメント５１で受信した信号が高域通過型フィルター５２ａを通過した直後に増幅する構成であるため、他の装置が介在することにより信号減衰や雑音発生が生じＳ／Ｎ比が悪化することを防止する。

本実施形態では、高域通過型フィルター５２ａの遮断周波数をセンサ装置３の送信周波数３１５ＭＨｚより低い周波数に設定し効果的に雑音を遮断した後に、負帰還増幅器５２ｂの増幅率の値が２．７となるようにフィードバック係数を設定し最適に信号を増幅することにより、センサ装置３が送信する電波を高利得で増幅することができる。

次に、図８及び図９を参照して図１及び図２に示したセンサ装置の構成、動作及び送信する電波について説明する。

図８において、３はセンサ装置で、アンテナ３１と、アンテナ切替器３２、整流回路３３、中央処理部３４、検波部３５、発信部３６、センサ部３７から構成されている。

アンテナ３１は、本実施形態では３１５ＭＨｚの通信周波数に整合されている。

アンテナ切替器３２は、例えば電子スイッチ等から構成され、中央処理部３４の制御によってアンテナ３１と整流回路３３及び検波部３５との接続と、アンテナ３１と発信部３６との接続とを切り替える。

整流回路３３は、ダイオード331,332と、コンデンサ333、抵抗器334から構成され、周知の全波整流回路を形成している。この整流回路３３の入力側にはアンテナ切替器３２を介してアンテナ３１が接続されている。整流回路３３は、例えば監視ユニット４０から送信された情報要求信号によってアンテナ３１に誘起した高周波電流を整流して直流電流に変換してコンデンサ333に蓄え、これを中央処理部３４、検波部３５、及び発信部３６の駆動電源として出力するものである。コンデンサ333は平滑と蓄電の両作用をなすが、一時的な蓄電用にスーパーキャパシタや２次電池を設けても良い。

中央処理部３４は、周知のＣＰＵ341と、ディジタル／アナログ（以下、Ｄ／Ａと称する）変換回路342、記憶部343から構成されている。ＣＰＵ341は、記憶部343の半導体メモリに格納されているプログラムに基づいて動作し、電源が供給されて駆動すると、センサ部３７に対して電源部３８の電池381を接続してセンサ部３７を駆動し、センサ検出結果を監視ユニット４０にワイヤレスで送信する。さらに、ＣＰＵ341は、受信した信号の中に書き込み命令と共に書き込み対象情報が含まれているときには、この書き込み命令に従って記憶部341内の情報の書き換えや追加或いは削除を行う。

記憶部343は、ＣＰＵ341を動作させるプログラムが記録されたＲＯＭと、例えばＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）等の電気的に書き換え可能な不揮発性の半導体メモリとからなり、個々のセンサ装置３に固有の識別情報が、製造時に記憶部343内の書き換え不可に指定された領域に予め記憶されている。

検波部３５は、ダイオード351とＡ／Ｄ変換器352からなり、ダイオード351のアノードはアンテナ３１に接続され、カソードはＡ／Ｄ変換器352を介して中央処理部３４のＣＰＵ341に接続されている。これにより、受信した信号は検波部３５によってディジタルデータに変換されてＣＰＵ341に入力される。

発信部３６は、発振回路361、変調回路362及び高周波増幅回路363から構成され、発振回路361によって発振された搬送波を、中央処理部３４から入力した情報信号に基づいて変調回路362で変調し、これを高周波増幅回路363及びアンテナ切替器３２を介して応答信号としてアンテナ３１に供給する。

センサ部３７は、第１及び第２センサ371,372と、切替器373、Ａ／Ｄ変換回路374から構成されている。第１及び第２センサ371,372としてはタイヤ２の状態を検出して電気信号に変換して出力するセンサが用いられ、例えば空気圧センサや温度センサ、湿度センサ、振動センサ、加速度センサなどである。本実施形態では、第１センサ371としてタイヤ内部の空気圧を検出して空気圧に対応した電圧を出力する空気圧センサを構成し、第２センサ372としてタイヤ内の温度を検出して温度に対応する電圧を出力する温度センサを構成した。なお、センサの数は２つに限らず、必要に応じて追加、減少してもよい。

切替器373は、例えば電子スイッチ等から構成され、中央処理部３４の制御によって第１センサ371の出力と第２センサ372の出力とを切り替えてＡ／Ｄ変換回路374の入力に接続する。

Ａ／Ｄ変換回路374は、入力された第１センサ371の出力電圧或いは第２センサ372の出力電圧をディジタル値に変換してＣＰＵ341に対して出力する。尚、第１及び第２センサ371,372の検出結果は正常と異常とを判別できるほかに要注意状態にあることを判別できるように３段階以上に表すことが好ましく、ディジタル値では２ビット以上のディジタル値に変換することが好ましい。本実施形態では８ビットのディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路374を用いている。

各センサ装置３から送信される電波強度が同一であることにより、監視ユニット４０がアンテナ装置５０を介して受信する電波強度はアンテナ装置５０の指向性による影響が弱くなり各センサ装置３との距離によって決まる。各センサ装置３との距離がそれぞれ異なる位置にアンテナ装置５０を設けていることにより、受信強度に差異を生じさせることができ、監視ユニット４０は受信強度により各センサ装置３を識別することができる。

なお、アンテナ装置５０は各センサ装置３との距離がそれぞれ異なる位置に設けられていればよく、車両１の前面の窓ガラス４に設ける場合であっても右側に限定されるものではない。また、水平面内において所定の指向性を有するアンテナ装置５０を用いて、各センサ装置３から送信される電波の受信強度に差異を生じさせる場合も、同様に受信強度により各センサ装置３を識別することができる。

次に、応答信号として送信する電波について説明する。

センサ装置３は図９に示す送信フレーム６０の内容を周波数変調された電波によって送信する。送信フレーム６０の一単位は９６bitであり、１６bitのPreamble６１と２４bitのフレーム同調コード６２及び６４bitのデータ部６３から構成されている。電波を受信した監視ユニット４０は、Preambleと６１フレーム同調コード６２が所定の値であるときに受け取るべき電波と判断し、データ部６３の内容を解読する。

データ部６３はセンサ装置３の状態に応じて複数種類の情報を使い分けている。例えば、センサ装置３が正常にタイヤ２の状態を検出した場合に送信する検出結果送信モードのデータ部６３は、ＩＤコード６３ａとして２４bitでセンサ装置３０の識別番号の情報を、種別６３ｂとして４bitで送信するデータ部種類の情報を、カウンタ６３ｃとして４bitで単位時間あたりの送信回数の情報を、圧力６３ｄとして８bitでタイヤ空気圧の情報を、温度６３ｅとして8bitでタイヤ温度の情報を、ＣＲＣ６３ｆとして１６bitで周知のＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）のエラーチェック情報を有している。

なお、本実施形態ではタイヤ２の空気圧と温度を検出して、その検出結果を１つのフレームを用いて送信するセンサ装置３を示したが、タイヤ空気圧、タイヤ温度をそれぞれ別のフレームを用いて送信するセンサ装置３でもよいし、フレーム以外の通信方式を用いて送信してもよい。

また、周波数変調された電波はより電波強度が強い方が他方の電波を打ち消す性質があるため、他方の電波がより電波強度が強い方の電波強度に影響を与えず所定の電波強度を受信することができる。

しかし、複数のセンサ装置３からの電波が重複した場合、監視ユニット４０は１つの電波しか受信することができない場合がある。

そこで本実施形態では、センサ装置３は同一送信フレーム６０をそれぞれ異なる間隔で複数回送信することにより、例えば１回目の送信が他のセンサ装置３からの電波と重複した場合でも、２回目以降の送信において電波が重複するのを防止する。

なお、電波が重複するのを防止するため、各センサ装置間でそれぞれ異なる送信間隔を設定しておき、各センサ装置３は複数回全て同一間隔で送信してもよいし、各センサ装置３は順番に１回だけ送信してもよい。

次に、図１０及び図１１を参照して図３乃至図７に示したアンテナ装置を介して監視ユニットが受信する電波強度の実測結果について説明する。

図１０は、前後左右４つのタイヤ２に設けられたセンサ装置３が送信する電波を、各タイヤ２が１回転したときに監視ユニット４０が受信する電波強度の実測結果である。左前タイヤ２に設けられたセンサ装置３からの電波の受信強度はおおよそ−８０［ｄＢｍ］、左後タイヤ２に設けられたセンサ装置３からの電波の受信強度はおおおよそ−８２［ｄＢｍ］、右後タイヤ２に設けられたセンサ装置３からの電波の受信強度はおおよそ−９０［ｄＢｍ］、右前タイヤ２に設けられたセンサ装置３からの電波の受信強度はおおよそ−９５［ｄＢｍ］である。ここで、各タイヤ２に設けられたセンサ装置３からの電波における所定角度での受信強度の低下は、タイヤ２が回転することによりアンテナ装置５０が受信しにくい位置へセンサ装置３が移動したためであると考えられる。

各タイヤ２に設けられたセンサ装置３からの電波の受信強度に差異があり、１つのアンテナ装置５０によってそれぞれ一定の値で受信しているので、監視ユニット４０は受信強度により各センサ装置３が取り付けられているタイヤ位置を識別することができる。よって、タイヤ２のローテーションやセンサ装置３の交換等の場合でも、監視ユニット４０は受信する電波強度により、そのセンサ装置３がどのタイヤ位置から送信しているかを識別することができる。

図１１は、単位時間あたりに各タイヤ２に設けられたセンサ装置３から送信した電波をアンテナ装置５０を介して監視ユニット４０が受信した回数とその受信強度の平均値の実測結果図である。監視ユニット４０は、左前タイヤ２に設けられたセンサ装置３からの送信回数３０３回に対して２９７回受信し受信確率は９８．０％、受信強度平均値（この受信強度は前記受信強度と異なる次元であり単位なしである、以下同じ）は１２７．３７であり、左後タイヤ２に設けられたセンサ装置３からの送信回数３００回に対して２９２回受信し受信確率は９７．３％、受信強度平均値は１２６．４８であり、右後タイヤ２に設けられたセンサ装置３からの送信回数３０３回に対して２８２回受信し受信確率は９３．１％、受信強度平均値は１１７．３３であり、右前タイヤ２に設けられたセンサ装置３からの送信回数３２５回に対して２５３回受信し受信確率は７７．８％、受信強度平均値は１１４．５６である。

各センサ装置３からの電波の受信確率は、前述の他のセンサ装置３の電波と重複した場合の他に、タイヤが回転することによる受信強度の低下が所定値以下となり監視ユニット４０が電波を認識できないことにより低下している。

センサ装置３は同一送信フレーム６０を複数回送信することにより、例えば監視ユニット４０が１回目の送信を受信することができなかった場合でも、２回目以降の送信において受信強度が所定値より大きくなることで受信することができる。

図において、各タイヤ位置の受信確率及び受信強度平均値は左前タイヤ、左後タイヤ、右後タイヤ、右前タイヤの順で減少しており、タイヤ位置により受信強度、受信回数に差異が生じていることを示している。また、受信確率と受信強度平均値との間には相関関係があり、各タイヤ位置間における受信確率の差異は受信強度平均値の差異よりも顕著であるので、受信確率によりタイヤ位置を識別することもできる。

本実施形態では、単位時間あたりの受信強度平均値に基づいて識別することにより測定精度の平準化を図っているが、受信強度の属性値であれば他の値でも識別することができ、単位時間あたりの受信確率も同様に単位時間あたりの受信回数の他の属性値でも識別することができる。

次に、図１２乃至図１４を参照して図１及び図２に示した監視ユニットの構成及び動作について説明する。

監視ユニット４０は、図１２に示すように、受信部４１、復調部４２、中央処理部４３、表示部４４から構成されている。この監視ユニット４０には車両１のバッテリー等から駆動電力が供給されている。

アンテナ装置５０は前述のアンテナエレメント５１と給電部５２を有しており、給電部５２は周知の高域通過型フィルター５２ａと負帰還増幅器５２ｂを有している。アンテナエレメント５１が受信した信号は高域通過型フィルター５２ａを通過し、負帰還増幅器５３を介して監視ユニット４０に送出される。

受信部４１は、フィルター４１１と受信ＩＣ４１２から構成され、フィルター４１１の入力側はアンテナ装置５０に接続され、センサ装置３が送信した電波を受信してフィルター４１１を通した後に受信ＩＣ４１２を介して復調部４２に送出する。また、受信ＩＣ４１２は受信した電波の電波強度を測定して数値化し、この数値化した電波強度の情報を受信信号と共に復調部４２に送出する。

復調部４２は、Ａ／Ｄ変換回路４２１と受信ＣＰＵ４２２から構成されている。受信部４１から送出された信号はＡ／Ｄ変換回路４２１を介して、受信ＣＰＵ４２２が送信フレーム６０として受け取る。受信ＣＰＵ４２２のプログラムには、センサ装置３から送信された電波を受信したときにデータ部６３を解読するように設定されている。本実施形態では、送信フレーム６０にセンサ装置３からの電波であることを表す前述のPreamble６１とフレーム同調コード６２を設けることによって、その他の電波と区別できるようにしている。

中央処理部４３はメインＣＰＵ４３１及びメモリ４３２から構成され、受信ＣＰＵ４２２からのデータ部６３及び電波強度の情報を入力として表示部４４を制御する。メモリ４３２は、メインＣＰＵ４３１を動作させるプログラムが記録されたＲＯＭと、例えばＥＥＰＲＯＭ等の電気的に書き換え可能な不揮発性の半導体メモリとからなり、前述の各タイヤ位置における単位時間あたりの受信強度平均値と受信確率が書き換え可能に指定された領域に予め記憶されている。

表示部４４は、メインＣＰＵ４３１からの制御に基づいて各センサ装置３の情報を表示パネル４４１に表示し、スピーカ４４２から音を出力する。

次に、前述の構成よりなる監視ユニット４０の動作を説明する。

図１２において、監視ユニット４０はタイヤ監視システムの起動時にセンサ装置位置識別処理を行う（Ｓ１）。図１３に示すセンサ装置位置識別処理Ｓ１は、まず監視ユニット４０のタイマーをリセットしタイマー計時を開始する（Ｓ１１）。各センサ装置３からの電波を受信したか否かを判定し（Ｓ１２）、受信ＩＣ412によって受信した電波強度を測定する（Ｓ１３）。

受信ＣＰＵ422は受信電波が各センサ装置３からの電波か否かを判定し（１Ｓ４）、センサ装置３からの電波であると判定したときは、メインＣＰＵ４３１は受信した送信フレーム６０のＩＤコード６３ａごとに受信回数を１増加させ、データ部６３及び受信強度をメモリ４３２に記憶する（Ｓ１５）。監視ユニット４０はタイマーの計時時間が所定の時間Ｔ１を経過するまでＳ１２〜Ｓ１５を繰り返す（Ｓ１６）。

時間Ｔ１を経過したときは、ＩＤコード６３ａごとに記憶した受信強度から受信強度の平均値を求め、カウンタ６３ｃとカウントした受信回数から受信確率を算出する（Ｓ１７）。各ＩＤコード６３ａの算出結果とあらかじめメモリ４３２に記憶してある各タイヤ位置の実測結果を比較してＩＤコード６３ａによって特定されるセンサ装置３のタイヤ位置を識別し（Ｓ１８）、ＩＤコード６３ａとタイヤ位置の対応関係をメモリ４３２に記憶する（Ｓ１９）。

センサ装置位置識別処理Ｓ１の後、各センサ装置３からの電波を受信したときは（Ｓ２、Ｓ３）、前記対応関係に基づいてＩＤコード６３ａによってタイヤ位置を識別し（Ｓ４）、データ部６３の情報に基づいて表示パネル４４１に各タイヤ２の空気圧や温度の数値を表示し、所定の場合にはスピーカ４４２から音を出力する（Ｓ５）。

なお、本実施形態ではタイヤ監視システム起動時にセンサ装置位置識別処理Ｓ１を行うようにしたが、任意に各センサ装置のタイヤ位置を識別するようにしてもよい。また、各タイヤ位置の実測結果はあらかじめ記憶する場合に限られず、後から実測結果を記憶するようにしてもよい。

このように、本実施形態のアンテナ装置及びそのアンテナ装置を用いたタイヤ監視システムによれば、アンテナ装置５０が水平面内において一様な指向性を有し、高域通過型フィルター５２ａが雑音を遮断した後に負帰還増幅器５２ｂは増幅率が１．２〜３．２の範囲内の所定の値で増幅することにより、１つのアンテナ装置５０で各タイヤに取り付けられたセンサ装置３からの電波を受信することができる。

また、各センサ装置３からの距離がそれぞれ異なる位置に水平面内において指向性が一様なアンテナ装置５０を設けることにより受信強度に差異を生じさせ、各センサ装置３が電波をそれぞれ異なる間隔で送信することによりセンサ装置３のタイヤ位置を手動で設定することなく、１つのアンテナ装置５０で各センサ装置３が取り付けられたタイヤ位置を識別することができると共に、センサ装置３が同一送信フレーム６０を複数回送信することにより監視ユニット４０が受信する確率を高め、監視ユニット４０が単位時間あたりの受信強度の平均及び受信回数に基づいて識別することにより、タイヤ位置の識別精度を高めることができる。

さらに、車両前面の窓ガラス４の規制範囲内にアンテナ５０装置を貼り付けることにより、既存の車両１に後からアンテナ装置５０を設けることができると共にに、透明なフィルム５１ｂを備えたアンテナエレメント５１を用いることにより、視界を遮ることや外観を損ねることなくアンテナ５０装置を設けることができる。

なお、本発明の構成は前述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。

本発明の一実施形態におけるタイヤ監視システムを搭載した車両を示す外観斜視図 図１に示したタイヤ監視システムの水平面図 本発明の一実施形態におけるアンテナ装置の設置概略図 図３に示したアンテナエレメントの構成図 図３に示した給電部の構成図 本発明の一実施形態におけるアンテナ装置の水平面内における受信強度分布図 本発明の一実施形態におけるアンテナ装置の電気回路を示すブロック図 図１及び図２に示したセンサ装置の電気回路を示すブロック図 本発明の一実施形態におけるセンサ装置から送信される送信フレーム構成図 本発明の一実施形態における監視ユニットが受信する電波強度実測結果図 本発明の一実施形態におけるセンサ装置と監視ユニットの送受信実測結果表 本発明の一実施形態における監視ユニットの電気回路を示すブロック図 本発明の一実施形態における監視ユニットの動作を示すフローチャート 図１３に示したセンサ装置位置識別処理を示すフローチャート

符号の説明

１…車両、２…タイヤ、３…センサ装置、４…窓ガラス、４ａ…窓枠部分、３１…アンテナ、３２…アンテナ切替器、３３…整流回路、３３１…ダイオード、３３２…ダイオード、３３３…コンデンサ、３３４…抵抗器、３４…中央処理部、３４１…ＣＰＵ、３４２…Ｄ／Ａ変換回路、３４３…記憶部、３５…検波部、３５１…ダイオード、３５２…Ａ／Ｄ変換器、３６…発信部、３６１…発振回路、３６２…変調回路、３６３…高周波増幅回路、３７…センサ部、３７１…第１センサ、３７２…第２センサ、３７３…切替器、３７４…Ａ／Ｄ変換回路、４０…監視ユニット、４０ａ…同軸ケーブル、４１…受信部、４１１…フィルター、４１２…受信ＩＣ、４２…復調部、４２１…Ａ／Ｄ変換回路、４２２…受信ＣＰＵ、４３…中央処理部、４３１…メインＣＰＵ、４３２…メモリ、４４…表示部、４４１…表示パネル、４４２…スピーカ、５０…アンテナ装置、５１…アンテナエレメント、５１ａ…導電体、５１ｂ…フィルム、５１ｃ…給電点、５２…給電部、５２ａ…高域通過型フィルター、５２ｂ…負帰還増幅器、５２１…設置部、５２２…接続部、５２３…給電端子、５３…銅板シール、６０…送信フレーム、６１…Preamble、６２…フレーム同調コード、６３…データ部、６３ａ…ＩＤコード、６３ｂ…種別、６３ｃ…カウンタ、６３ｄ…圧力、６３ｅ温度、６３ｆ…ＣＲＣ、Ｓ１…センサ装置位置識別処理。

Claims (20)

1. 導電体からなるアンテナエレメントと、
   前記アンテナエレメントの給電点に接して設けられた給電部とを備え、
   前記給電部は、前記アンテナエレメントの給電点に入力端子が接続された負帰還増幅器を有し、
   前記負帰還増幅器はその増幅率が１．２〜３．２の範囲内の所定の値となるようにフィードバック係数が設定されている
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記増幅率の値が２．７となるようにフィードバック係数が設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記給電部は前記アンテナエレメントの共振周波数よりも低い所定周波数が遮断周波数として設定されてる高域通過型フィルターを有し、該高域通過型フィルタが前記給電点と前記負帰還増幅器の入力端子との間に設けられている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記アンテナエレメントは２辺が直角に折り曲げられている
   ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナエレメントはフィルム上の所定領域に設けられた導電体からなる
   ことを特徴とする請求項１乃至４に記載のアンテナ装置。
6. 車両の全てのタイヤそれぞれに少なくとも１つ装着され、タイヤ内部の物理量を検出するセンサを有し、該センサによる検出結果を電波によってタイヤの外部に送信する複数のセンサ装置と、前記複数のセンサ装置からの電波を受信して前記センサによる検出結果をセンサ装置毎に取得する監視ユニットとを備えたタイヤ監視システムにおいて、
   前記監視ユニットに接続され、前記センサ装置から送信された電波を受信するためのアンテナ装置を１つ備え、
   前記アンテナ装置は、
   導電体からなるアンテナエレメントと前記アンテナエレメントの給電点に接して設けられた給電部とを備え、
   前記給電部は、前記アンテナエレメントの給電点に入力端子が接続された負帰還増幅器を有し、
   前記負帰還増幅器はその増幅率が１．２〜３．２の範囲内の所定の値となるようにフィードバック係数が設定されている
   ことを特徴とするタイヤ監視システム。
7. 前記増幅率の値が２．７となるようにフィードバック係数が設定されている
   ことを特徴とする請求項６に記載のタイヤ監視システム。
8. 前記給電部は前記アンテナエレメントの共振周波数よりも低い所定周波数が遮断周波数として設定されてる高域通過型フィルターを有し、該高域通過型フィルタが前記給電点と前記負帰還増幅器の入力端子との間に設けられている
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載のタイヤ監視システム。
9. 前記アンテナエレメントは２辺が直角に折り曲げられている
   ことを特徴とする請求項６乃至８に記載のタイヤ監視システム。
10. 前記アンテナエレメントはフィルム上の所定領域に設けられた導電体からなる
    ことを特徴とする請求項６乃至９に記載のタイヤ監視システム。
11. 前記アンテナエレメントは少なくとも一部が前記車両の上下方向に延びる部分を有している
    ことを特徴とする請求項６乃至１０に記載のタイヤ監視システム。
12. 前記アンテナ装置は前記車両の前面の窓ガラスに設けられている
    ことを特徴とする請求項６乃至１１に記載のタイヤ監視システム。
13. 前記アンテナ装置は、前記複数のセンサ装置との距離がそれぞれ異なる位置に設けられており、
    前記監視ユニットが前記アンテナを介して受信する電波強度に基づいて、前記複数のセンサ装置が取り付けられているタイヤの位置を識別する手段を有する
    ことを特徴とする請求項６乃至１２に記載のタイヤ監視システム。
14. 前記センサ装置は前記検出結果を送信するときに同一検出結果を複数回送信する手段を有し、
    前記監視ユニットは前記アンテナを介して受信する複数回の検出結果の電波強度の平均に基づいて、前記複数のセンサ装置が取り付けられているタイヤの位置を識別する手段を有する
    ことを特徴とする請求項１３に記載のタイヤ監視システム。
15. 前記センサ装置は、
    前記同一検出結果を複数回送信するときに異なる間隔で送信する手段を有する
    ことを特徴とする請求項１４に記載のタイヤ監視システム。
16. 前記センサ装置は、
    前記同一検出結果を複数回送信するときに前記複数の他のセンサ装置における送信間隔とそれぞれ異なる間隔で送信する手段を有する
    ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載のタイヤ監視システム。
17. 前記監視ユニットは、
    単位時間あたりの受信回数に基づいて、前記複数のセンサ装置が取り付けられているタイヤの位置を識別する手段を有する
    ことを特徴とする請求項１３乃至１６に記載のタイヤ監視システム。
18. 前記監視ユニットは、
    単位時間あたりの電波強度の平均及び受信回数に基づいて、前記複数のセンサ装置が取り付けられているタイヤの位置を識別する手段を有する
    ことを特徴とする請求項１３乃至１７に記載のタイヤ監視システム。
19. 前記監視ユニットは、
    前記センサ装置が送信する周波数変調された電波を前記アンテナ装置を介して受信する
    ことを特徴とする請求項１３乃至１８に記載のタイヤ監視システム。
20. 前記検出結果は、空気圧、温度、湿度、振動、加速度のうち少なくとも１つを含む
    ことを特徴とする請求項１３乃至１９に記載のタイヤ監視システム。
    

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