JP2007210547A

JP2007210547A - タイヤ情報検出装置

Info

Publication number: JP2007210547A
Application number: JP2006034949A
Authority: JP
Inventors: Hideki Masudaya; 秀樹桝田屋
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2007-08-23
Also published as: US20070194897A1

Abstract

【課題】コストの上昇を抑えつつ、タイヤの空気圧及び温度などの複数の測定値を正確に検出すること。
【解決手段】トランスポンダ１０に、アンテナ１１と、コントローラとの間で送受信される信号の変復調を行うダイオード１２と、タイヤの温度に応じて共振周波数が変化する共振器１４と、タイヤの空気圧に応じて抵抗値が変化する圧力センサ１５とを備える。コントローラは、共振器１４を共振させるための信号を送信する一方、共振器１４の共振周波数の信号をトランスポンダ１０から受信し、当該受信信号から抽出される共振周波数の信号に応じてタイヤの温度を算出する一方、当該共振周波数の信号の信号レベルに応じてタイヤの空気圧を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤ情報検出装置に関し、特に、自動車等に用いられるタイヤの空気圧を含むタイヤ情報を検出するためのタイヤ情報検出装置に関する。

従来、自動車等に用いられるタイヤの空気圧などの測定値を、車両本体側に設置されたコントローラに無線伝送し、例えば、ドライバに対する警報メッセージのために評価する無線伝送装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる無線伝送装置においては、図４に示すようなコントローラを車両本体側に備えると共に、図５に示すような測定値送信器（トランスポンダ）をタイヤ内に備えている。

コントローラは、図４に示すように、約２．４ＧＨｚの搬送波（ｆ１）を発生する搬送波発振器Ｇ１と、変調器ＭＯ１と、変調用の発振信号を出力する発振器Ｇ２とを含む。発振器Ｇ２は、後述するトランスポンダの共振器の共振周波数の近傍の周波数（ｆ２）の発振信号を変調器ＭＯ１に出力する。搬送波発振器Ｇ１からの搬送波が発振器Ｇ２からの発振信号により振幅変調され、振幅変調された２．４ＧＨｚの高周波信号が不図示のアンプにより増幅された後、タイヤの近傍のアンテナＡ１から放射される。

また、コントローラは、変調器ＭＯ１による振幅変調の有無を切り替えるスイッチＳ１と、トランスポンダから放射される高周波信号を受信し、タイヤの空気圧などの測定値（Ｓ１）を算出する受信機Ｅ１と、スイッチＳ１における切替タイミング及び受信機Ｅ１における状態を制御するタイマＴ１とを含む。タイマＴ１により搬送波の振幅変調の有無が切り替えられ、一定期間、振幅変調された高周波信号が送信された後、時点ｔ１にて振幅変調が停止されて無変調の搬送波が送信される。受信機Ｅ１は、時点ｔ１から約１μ秒以下である時点ｔ２にてアクティブ状態とされ、トランスポンダからの高周波信号をアンテナＡ４を介して受信する。

トランスポンダは、図５に示すように、低域通過フィルタＬ１／Ｃ１と、変復調器として機能するバラクターダイオード（以下、単に「ダイオード」という）Ｄ１と、タイヤの空気圧によって容量が変化する容量性圧力センサＳＣ１と、コントローラからの高周波信号に含まれる周波数成分によって励振される水晶共振子Ｑ１を有する共振器とを含む。コントローラからの高周波信号は、低域通過フィルタＬ１／Ｃ１によって２．４ＧＨｚの搬送波が除去されると共に、ダイオードＤ１によって復調される。これにより、発振器Ｇ２の発振信号と同じ周波数の信号が抽出される。共振器は、その共振周波数が発振器Ｇ２の発振信号の周波数と近いので、ここで生成される信号により励振される。かかる励振により共振周波数の信号が発生する。なお、共振器の共振周波数は、容量性圧力センサＳＣ１の容量がタイヤの空気圧に応じて変化することによって変化するため、ここで発生する共振周波数の信号もその影響を受けることとなる。

上述のように、コントローラは、振幅変調された高周波信号を送信した後、振幅変調を停止して無変調の搬送波を送信する。共振器は、振幅変調が停止された場合においても約１ｍ秒以上発振し続ける。このため、コントローラからの無変調の搬送波は、共振器の共振周波数の信号に応じてダイオードＤ１により振幅変調されてアンテナＡ３から放射される。受信機Ｅ１では、振幅変調された高周波信号をアンテナＡ４を介して受信し、不図示の復調器などを介して共振周波数の信号を抽出することで、タイヤの空気圧などの測定値（Ｓ１）を算出可能とされている。

また、特許文献１記載の無線伝送装置においては、トランスポンダに、更に複数の共振器を収容し、例えば、タイヤの温度などの測定値を伝送し、コントローラにおいて、この測定値を算出することも可能とされている。
特許第３４９４４４０号公報、図３及び図５

しかしながら、上述の従来の無線伝送装置のように、トランスポンダに複数の共振器を収容し、タイヤの空気圧及び温度などの複数の測定値を検出する場合においては、共振器の数量に応じてコストが上昇するという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、コストの上昇を抑えつつ、タイヤの空気圧及び温度などの複数の測定値を正確に検出することができるタイヤ情報検出装置を提供することを目的とする。

本発明のタイヤ情報検出装置は、車両のタイヤに装着される測定値送信機と、車両本体に設けられるコントローラと、を備えるタイヤ情報検出装置であって、前記測定値送信機は、アンテナと、タイヤの温度に応じて共振周波数が変化する共振器と、タイヤの空気圧に応じて抵抗値が変化する抵抗型圧力センサとを備え、前記コントローラは、前記共振器を共振させるための信号を送信する一方、前記共振器の共振周波数の信号を前記測定値送信機から受信し、当該受信信号から抽出される共振周波数の信号に応じてタイヤの温度を算出する一方、当該共振周波数の信号の信号レベルに応じてタイヤの空気圧を算出することを特徴とする。

この構成によれば、コントローラにおいて、測定値送信機からの受信信号から抽出される共振周波数の信号に応じてタイヤの温度を算出する一方、当該共振周波数の信号の信号レベルに応じてタイヤの空気圧を算出することから、単一の共振器でタイヤの空気圧及び温度の双方を算出することができるので、コストの上昇を抑えつつ、タイヤの空気圧及び温度を正確に検出することが可能となる。

上記タイヤ情報検出装置において、測定値送信機は、アンテナの入出力端に対して共振器及び抵抗型圧力センサを並列に接続することが好ましい。この場合には、抵抗型圧力センサにおける抵抗値に応じて共振器で使用される電力が変化することから、かかる使用電力が変化する共振器から発振される共振周波数の信号の減衰の程度を判断することで、タイヤの空気圧を算出することが可能となる。

例えば、コントローラは、測定値送信機からの受信信号から抽出される共振周波数の信号の信号レベルが予め定めたレベル値に減衰するまでの時間に応じてタイヤの空気圧を算出することが可能である。このように受信信号から抽出される共振周波数の信号の信号レベルにおける所定のレベル値への減衰に要する時間を判断することで、別途、共振器を必要とすることなく、タイヤの空気圧を適確に算出することが可能となる。

また、コントローラは、共振器を共振させるための信号の周波数と、測定値送信機からの受信信号から抽出される共振周波数との周波数差に応じてタイヤの温度を算出するようにしても良い。このように共振器を共振させるための信号の周波数と、測定値送信機からの受信信号から抽出される共振周波数との周波数差を判断することで、共振器の温度特性を利用してタイヤの温度変化を適確に算出することが可能となる。

なお、上記タイヤ情報検出装置において、抵抗型圧力センサは、例えば、ピエゾ抵抗型圧力センサ、或いは、ストレインゲージで構成することが可能である。

本発明によれば、コストの上昇を抑えつつ、タイヤの空気圧及び温度などの複数の測定値を正確に検出することが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態に係るタイヤ情報検出装置は、従来技術で説明したタイヤ情報検出装置（無線伝送装置）と同様に、車両本体側に配設されたコントローラと、タイヤ内に配設された測定値送信器（以下、「トランスポンダ」という）とから構成される。

本実施の形態に係るタイヤ情報検出装置においては、特に、トランスポンダの構成において従来のタイヤ情報検出装置と相違するものである。このため、以下においては、本実施の形態に係るタイヤ情報検出装置を構成するトランスポンダの回路構成について具体的に説明するものとする。なお、コントローラの構成については、適宜、図４に示す構成要素を引用しつつ、その差異について説明するものとする。

図１は、本実施の形態に係るタイヤ情報検出装置を構成するトランスポンダの回路構成例を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態に係るトランスポンダ１０は、送受信用のアンテナ１１を有し、このアンテナ１１に直列に復調兼変調用のダイオード１２が接続されている。また、アンテナ１１には、低域通過フィルタ１３が接続されている。この低域通過フィルタ１３に並列に共振器１４と、抵抗型圧力センサ（以下、単に「圧力センサ」という）１５とが接続されている。なお、ここでは、アンテナ１１に低域通過フィルタ１３を接続する場合について示すが、これに限定されるものではなく、同等の機能を有するバンドパスフィルタ等を接続しても良い。

共振器１４は、水晶共振子１６と、共振器１４の共振周波数を決定するための負荷容量を構成するコンデンサ１７とを有する。この共振器１４には、その共振周波数として、例えば、９．８００ＭＨｚが設定されている。なお、共振器１４における共振周波数は、タイヤの温度に応じて変化する。

圧力センサ１５は、タイヤの空気圧の変化に応じて電気抵抗値(抵抗値)を変化させる。本実施の形態においては、タイヤの空気圧の上昇に応じて圧力センサ１５における抵抗値も上昇する一方、タイヤの空気圧の低下に応じて圧力センサ１５における抵抗値も低下するものとする。例えば、圧力センサ１５には、ピエゾ抵抗型圧力センサが用いられる。

本実施の形態に係るタイヤ情報検出装置のコントローラにおいては、従来のタイヤ情報検出装置（図４参照）と異なり、発振器Ｇ２により共振器１４の共振周波数の近傍の周波数（ｆ２）の発振信号、すなわち、９．８００ＭＨｚを中心周波数とする発振信号が生成され、この発振信号により搬送波（ｆ１）が振幅変調される。また、コントローラにおいては、後述するように、共振器１４が共振励起されることで発生する共振周波数の信号の信号レベル（電圧レベル）が所定レベルまで減衰するまでの時間（以下、「所定レベル到達時間」という）を判断し、その所定レベル到達時間からタイヤの空気圧を算出する点で従来のタイヤ情報検出装置と異なる。なお、スイッチＳ１により振幅変調の有無が切り替えられるのは従来のコントローラと同様である。

次に、上記構成を有するタイヤ情報検出装置でタイヤの空気圧及び温度を測定する場合の動作について説明する。

タイヤの空気圧及び温度を測定する場合、コントローラにおいて、まず、発振器Ｇ２により生成される周波数（ｆ２）の発振信号（９．８００ＭＨｚを中心周波数とする発振信号）により搬送波（ｆ１）が振幅変調された後、振幅変調された２．４ＧＨｚの高周波信号がアンテナＡ１より放射される。そして、図４に示す時点ｔ１において、振幅変調が停止された後、時点ｔ２において、受信器Ｅ１がアクティブ状態とされる。なお、振幅変調が停止された時点において、無変調の搬送波がアンテナＡ１より放射されている。

トランスポンダ１０において、コントローラによる振幅変調後の２．４ＧＨｚの高周波信号は、ダイオード１２によって復調されると共に、低域通過フィルタ１３によって２．４ＧＨｚの搬送波が除去される。これにより、発振器Ｇ２の発振信号（９．８００ＭＨｚを中心周波数とする発振信号）と同じ周波数の信号が抽出される。共振器１４は、その共振周波数が発振器Ｇ２の発振信号の周波数と近いので、ここで生成される信号により励振される。これにより、共振器１４の共振周波数の信号が発生する。なお、共振器１４の共振周波数は、タイヤの温度に応じて変化するため、ここで発生する共振周波数の信号は、その影響を受けることとなる。

コントローラにおいて振幅変調が停止され、無変調の搬送波が放射された場合においても、トランスポンダ１０において、共振器１４は、振幅変調が停止された時点から圧力センサ１５が検知する圧力に応じた時間減衰しながら発振し続ける。このため、コントローラからの無変調の搬送波は、共振器１４の共振周波数の信号に応じてダイオード１２により振幅変調されてアンテナ１１から放射される。コントローラの受信機Ｅ１では、振幅変調された高周波信号をアンテナＡ４を介して受信し、不図示の復調器などを介して共振周波数の信号を抽出することでタイヤの空気圧及び温度の算出を行う。以下、タイヤの空気圧及び温度を算出する場合の制御について説明する。

タイヤの温度を算出する場合には、受信器Ｅ１において、コントローラの発振器Ｇ２で生成した発振信号の周波数（ｆ２）と、トランスポンダ１０からの受信信号から抽出される共振周波数（ｆ２´）のずれを判断する。すなわち、タイヤの温度が変化すると、共振器１４の共振周波数が変化することから、図２に示すように、共振周波数（ｆ２´）が、本来検出されるべき周波数（ｆ２）からどれだけずれているかを判断することでタイヤの温度を算出することが可能となる。なお、タイヤの温度を算出する場合においては、例えば、共振周波数のずれとタイヤの温度の変化量との関係を示すテーブル等を予め保持しておき、これを参照することが望ましい。

一方、タイヤの空気圧を算出する場合には、受信器Ｅ１において、トランスポンダ１０からの受信信号から抽出される共振周波数の信号における所定レベル到達時間を判断する。タイヤの空気圧が変化すると、圧力センサ１５における抵抗値が変化する。これに応じて共振器１４で使用される電力が変化する結果、所定レベル到達時間が変化する。具体的には、圧力センサ１５における抵抗値が高いと、共振器１４で使用される電力が少なくなり、信号レベルの減衰が緩やかになる。この結果、圧力センサ１５における抵抗値が低い場合と比べて所定レベル到達時間は長くなる。一方、圧力センサ１５における抵抗値が低いと、共振器１４で使用される電力が多くなり、信号レベルの減衰が早くなる。この結果、圧力センサ１５における抵抗値が高い場合と比べて所定レベル到達時間は短くなる。

図３は、圧力センサ１５における抵抗値と所定レベル到達時間との関係を説明するための図である。圧力センサ１５における抵抗値が高いと、図３に示す曲線Ａのように共振器１４の共振周波数の信号レベルは緩やかに減衰していく。一方、圧力センサ１５における抵抗値が低いと、図３に示す曲線Ｂのように共振器１４の共振周波数の信号レベルは急激に減衰していく。本実施の形態に係るタイヤ情報検出装置においては、所定のレベル（Ｌ１）に共振周波数の信号レベルが到達するまでの時間（曲線ＡにおいてはΔｔｙ、曲線ＢにおいてはΔｔｘ）を判断し、当該所定レベル到達時間の長短に応じてタイヤの空気圧を算出する。なお、タイヤの空気圧を算出する場合においては、例えば、所定レベル到達時間とタイヤの空気圧の変化量との関係を示すテーブル等を予め保持しておき、これを参照することが望ましい。

このように本実施の形態に係るタイヤ情報検出装置によれば、コントローラにおいて、トランスポンダ１０からの受信信号から抽出される共振周波数の信号に応じてタイヤの温度を算出する一方、当該共振周波数の信号の信号レベルに応じてタイヤの空気圧を算出する。これにより、単一の共振器からの受信信号に応じてタイヤの空気圧及び温度の双方を算出することができるので、コストの上昇を抑えつつ、タイヤの空気圧及び温度を正確に検出することが可能となる。

特に、本実施の形態に係るタイヤ情報検出装置においては、トランスポンダ１０において、アンテナ１１の入出力端に対して、低域通過フィルタ１３を介して共振器１４及び圧力センサ１５を並列に接続している。このように接続すると、圧力センサ１５における抵抗値に応じて共振器１４で使用される電力が変化することから、かかる使用電力が変化する共振器１４から発振される共振周波数の信号の減衰の程度を判断することで、タイヤの空気圧を算出することが可能となる。

また、本実施の形態に係るタイヤ情報検出装置において、コントローラは、トランスポンダ１０からの受信信号から抽出される共振周波数の信号の信号レベルが予め定めたレベル値に減衰するまでの時間（所定レベル到達時間）に応じてタイヤの空気圧を算出している。このように受信信号から抽出される共振周波数の信号の信号レベルにおける所定レベル到達時間を判断することで、別途、共振器を必要とすることなく、タイヤの空気圧を適確に算出することが可能となる。

さらに、本実施の形態に係るタイヤ情報検出装置において、コントローラは、共振器１４を共振させるための信号の周波数（発信機Ｇ２により生成される発振信号の周波数）と、トランスポンダ１０からの受信信号から抽出される共振周波数との周波数差に応じてタイヤの温度を算出している。このように共振器１４を共振させるための信号の周波数と、トランスポンダ１０からの受信信号から抽出される共振周波数との周波数差を判断することで、共振器１４の温度特性を利用してタイヤの温度変化を適確に算出することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

上記実施の形態に係るタイヤ情報検出装置においては、トランスポンダが有する圧力センサとして、ピエゾ抵抗型圧力センサを使用した場合について説明しているが、これに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、ピエゾ抵抗型圧力センサの代わりに、ストレインゲージを使用するようにしても良い。このように圧力センサの構成を変更した場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。

また、共振器として水晶共振子を使用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の共振器を使用することが可能である。他の共振器としては、圧電共振子、例えば、圧電セラミックス共振子、圧電単結晶共振子、ＳＡＷ（表面弾性波素子）共振子などが使用可能である。水晶共振子は圧電単結晶共振子の中でもＱ値が高く、共振周波数の送信が安定するという特徴があり最適である。圧電単結晶共振子の他の例としては、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、タンタル酸ニオブ（ＬｉＮｂＯ_３）、ホウ酸リチウム（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）、ランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４）、ランガナイト（Ｌａ_３Ｎｂ_０．５Ｇａ_５．５Ｏ_１４）の圧電単結晶、亜鉛・ニオブ酸鉛とチタン酸鉛の固溶体単結晶を加工して得られる共振子などがある。

本発明の一実施の形態に係るタイヤ情報検出装置を構成するトランスポンダの回路構成例を示す図である。上記トランスポンダからの受信信号から抽出される共振周波数と、コントローラからの発振信号の周波数との周波数差を説明するための図である。上記トランスポンダが有する圧力センサにおける抵抗値と所定レベル到達時間との関係を説明するための図である。従来のタイヤ情報検出装置を構成するコントローラの構成について説明するための概略回路構成図である。従来のタイヤ情報検出装置を構成するトランスポンダの構成について説明するための概略回路構成図である。

符号の説明

１０測定値送信機（トランスポンダ）
１１アンテナ
１２ダイオード
１３低域通過フィルタ
１４共振器
１５抵抗型圧力センサ（圧力センサ）
１６水晶共振子
１７コンデンサ

Claims

車両のタイヤに装着される測定値送信機と、車両本体に設けられるコントローラと、を備えるタイヤ情報検出装置であって、前記測定値送信機は、アンテナと、タイヤの温度に応じて共振周波数が変化する共振器と、タイヤの空気圧に応じて抵抗値が変化する抵抗型圧力センサとを備え、前記コントローラは、前記共振器を共振させるための信号を送信する一方、前記共振器の共振周波数の信号を前記測定値送信機から受信し、当該受信信号から抽出される共振周波数の信号に応じてタイヤの温度を算出する一方、当該共振周波数の信号の信号レベルに応じてタイヤの空気圧を算出することを特徴とするタイヤ情報検出装置。
前記測定値送信機は、前記アンテナの入出力端に対して前記共振器及び抵抗型圧力センサが並列に接続されていることを特徴とする請求項１記載のタイヤ情報検出装置。
前記コントローラは、前記測定値送信機からの受信信号から抽出される共振周波数の信号の信号レベルが予め定めたレベル値に減衰するまでの時間に応じてタイヤの空気圧を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のタイヤ情報検出装置。
前記コントローラは、前記共振器を共振させるための信号の周波数と、前記測定値送信機からの受信信号から抽出される共振周波数との周波数差に応じてタイヤの温度を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のタイヤ情報検出装置。
前記抵抗型圧力センサは、ピエゾ抵抗型圧力センサで構成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のタイヤ情報検出装置。
前記抵抗型圧力センサは、ストレインゲージで構成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のタイヤ情報検出装置。