JP2007331620A - タイヤ位置検出装置及びタイヤ監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】自動的にタイヤ位置検出を行い、タイヤのローテーションやタイヤ交換時にも改めてタイヤ位置を設定し直さずに、タイヤの状態を監視する。
【解決手段】自動車に取り付けられた各タイヤに付設されるセンサ１１と、互いに離れた位置の車体に取り付けられると共に、前記各タイヤのセンサ１１から送信される正弦波の周波数を掃引させたチャープ信号を受信する複数のアンテナ２１と、前記各タイヤからのチャープ信号を前記複数のアンテナ２１で受信して、前記チャープ信号をミキシングしてビート信号を得ると共に、該ビート信号の周波数より前記チャープ信号を送信したタイヤの装着位置を検出するタイヤ位置検出手段２２と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤ位置検出装置及び該タイヤ位置検出装置により検出したタイヤ位置情報を用いてタイヤの状態を監視するタイヤ監視システムに関し、詳しくは、自動車に装着されるタイヤが交換されたり取付位置が変えられる場合において、各タイヤに取り付けたセンサからの無線信号をアンテナで受信し、受信信号よりタイヤが前後左右のいずれの位置に取り付けられたタイヤであるかを自動的に検出し、タイヤ状態を監視するものである。

近時、自動車のタイヤ空気圧を監視し、タイヤ空気圧が規定値よりも低下している場合に乗員に警告を発するタイヤ監視システムが知られている。
例えば、特開２００３−７２３３０号公報（特許文献１）においては、図８に示すように、各タイヤ１に設けられたタイヤセンサユニット２がタイヤ空気圧を検出し、これらのデータ及びタイヤ識別情報（タイヤＩＤ）を無線送信する。タイヤセンサユニット２から送信された信号は受信装置３で受信され、表示装置５へ供給される。表示装置５内のタイヤ異常判定部６は、タイヤ空気圧が規定値よりも低下した場合に警告灯７を点灯し、また警報ブザー８を鳴動させ、タイヤ異常を乗員に警告している。

特開２００３−７２３３０号公報

特許文献１のタイヤ監視システムにおいては、受信したタイヤ空気圧等の検出値がどの位置に装着されたタイヤの情報であるかを区別するために、あらかじめタイヤ識別情報（タイヤＩＤ）にタイヤ位置（右前、左前、右後、左後）を区別する情報を付与している。 しかし、タイヤＩＤとタイヤ位置との関係は各タイヤセンサユニットにあらかじめ登録しておかなくてはならないため、タイヤの取り付け位置（ローテーション）を変えたり、タイヤの交換を行うと、タイヤＩＤとタイヤ位置を登録し直す必要がある。また、該登録はディーラがダイアグノーシス等を用いて行うため、ユーザが自らタイヤ交換等を行っても、タイヤＩＤとタイヤ位置の再登録はユーザが行うことができず、ディーラで行わなくてはならず、非常に手数がかかることとなる。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、タイヤのローテーションやタイヤ交換時にも改めてタイヤ位置を設定し直す必要はなく、自動的にタイヤ位置検出を行うタイヤ位置検出装置を提供することを第１の課題としている。
さらに、タイヤ位置を自動的に検出する前記タイヤ位置検出装置を用いてタイヤの状態を監視するタイヤ監視システムを提供することを第２の課題としている。

前記課題を解決するため、第１の発明として、自動車に取り付けられた各タイヤに付設されるセンサと、
互いに離れた位置の車体に取り付けられると共に、前記各タイヤのセンサから送信される正弦波の周波数を掃引させたチャープ信号を受信する複数のアンテナと、
前記各タイヤからのチャープ信号を前記複数のアンテナで受信して、前記チャープ信号をミキシングしてビート信号を得ると共に、該ビート信号の周波数より前記チャープ信号を送信したタイヤの装着位置を検出するタイヤ位置検出手段と、
を備えたことを特徴とするタイヤ位置検出装置を提供している。

前記構成とすると、各タイヤに装着したセンサから送信されるチャープ信号は複数のアンテナでそれぞれ受信される。複数のアンテナは互いに離れた位置に配置されているので、各タイヤに設けられたセンサから各アンテナまでの距離、例えば、センサから第１のアンテナまでの距離Ｌ１と、センサから第２のアンテナまでの距離Ｌ２は異なることとなる。このため、各アンテナのチャープ信号の受信には時間差（周波数差）が生じる。これら１つのタイヤのセンサから発信されるチャープ信号を複数のアンテナが受信してミキシングすると、周波数が一定のビート信号が得られ、このビート信号の周波数は各タイヤ毎に相違するものとなる。
前記ビート信号の周波数とタイヤの位置との関係は予め測定され、前記タイヤ位置検出手段にテーブルとして記憶させており、該テーブルを参照してビート信号の周波数からタイヤの位置を自動的に求めることができる。
その結果、タイヤのローテーションやタイヤ交換時にも、改めてタイヤ位置を設定し直す必要はなく、自動的にタイヤ位置検出を行うことができる。

前記複数のアンテナの配置位置は、前記少なくとも１本のアンテナと自動車に取り付けられる全タイヤからまでの距離が全て異なる位置に配置している。例えば、複数のアンテナを２本とし、そのうちの１本のアンテナを車幅方向の中心に設置すると、左右のタイヤのセンサからアンテナまでの距離は同一となるが、残りの１本を車幅方向の中心から外すと、左右および前後のタイヤのセンサからアンテナまでの距離は全て相違する。
このように、自動車に装着する全タイヤのセンサから、少なくとも１本のアンテナまでの距離を全て異ならせると、センサから各アンテナまでの距離の差Ｌ２−Ｌ１は、センサが取付けられたタイヤの位置（右前、左前、右後、左後）ごとに異なることとなる。センサから各アンテナまでの距離の差Ｌ２−Ｌ１が大きいほど、各アンテナのチャープ信号の受信の時間差は大きくなる。このため、タイヤ位置毎のビート信号の周波数（ビート周波数）を明確に特徴づけることができる。

具体的には、複数のアンテナとして２本のアンテナを設け、これら２本のアンテナをインスツルメントパネル内に設け、該２本のアンテナは車幅方向の中心に対して非対称位置に配置することが好ましい。
アンテナを２本設ければ、各アンテナが受信した前記チャープ信号をミキシングすることができ、ミキシングして得たビート信号からタイヤ位置情報を検出するタイヤ位置検出手段も１つ設ければよく、タイヤ位置検出装置を小型化できる。
また、２本のアンテナをインスツルメントパネル内に設け、かつ車幅方向の中心に対して非対称位置に配置することで、全タイヤからアンテナまでの距離を全て異ならせることができ、タイヤ位置を検出できる。

第二の発明として、前記したタイヤ位置検出装置を、各タイヤに付設した前記センサからタイヤ情報を無線受信すると共に前記タイヤ情報を用いて各タイヤの状態を監視する監視ユニットに備えていることを特徴とするタイヤ監視システムを提供している。

前記各タイヤに付設した前記センサは、タイヤ空気圧や温度等のタイヤ情報を送信し、監視ユニットが該タイヤ情報を無線受信して各タイヤの状態を監視するシステムとしている。本発明のタイヤ監視システムにおいては、前記タイヤ位置検出装置を用いて自動的にタイヤの位置を特定できる機能を付与しているため、タイヤのローテーションやタイヤ交換時にも、改めてタイヤ位置を設定し直さずに、タイヤ位置を正確に特定した状態で、各タイヤの情報を得ることができる。

前述したように、第１の発明であるタイヤ位置検出装置によれば、センサから送信したチャープ信号を各アンテナが受信し、ミキシングして得られたビート信号の周波数からタイヤの位置を求める構成としているので、自動的にタイヤ位置検出を行うことができる。
さらに第２の発明であるタイヤ監視システムによれば、前記タイヤ位置検出装置を用いているので、タイヤのローテーションやタイヤ交換時にも改めてタイヤ位置を設定し直さずに、タイヤ監視システムを動作させることができる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図６は本発明の第１実施形態を示す。
図１は自動車に搭載されたタイヤ監視システム１０の図である。タイヤ監視システム１０はセンサ１１と監視ユニット１２を備えている。
自動車の前後左右のタイヤＴ１〜Ｔ４には、それぞれセンサ１１（１１Ａ〜１１Ｄ）を付設しており、各タイヤＴ１〜Ｔ２の状態に関する情報（タイヤ情報）をセンサ１１よりインスツルメントパネル１３に設置した監視ユニット１２に無線送信している。
前記各センサ１１が送信するタイヤ情報は、タイヤ空気圧、温度等の情報である。

前記監視ユニット１２はタイヤ位置検出装置２０を備え、該タイヤ位置検出装置２０は２本のアンテナ２１（２１Ａ、２１Ｂ）と該アンテナと接続されたタイヤ位置検出手段２２を備えている。
前記各タイヤＴ１〜Ｔ４に付設した各センサ１１（１１Ａ〜１１Ｄ）は、タイヤ情報を送信した後に、周期毎に正弦波に周波数変調を施した送信信号（チャープ信号）を送信し、前記２本のアンテナ２１でチャープ信号を無線受信している。

図２はタイヤ位置検出装置２０の構成を示したブロック図である。
２本のアンテナ２１Ａと２１Ｂは、車幅方向の中心線Ｓにアンテナ２１Ｂを配置し、アンテナ２１Ａは図中左方向に距離Ｌ３ずれた位置に配置し、２本のアンテナ２１Ａと２１Ｂとを中心線Ｓに対して非対称位置に配置している。中心線Ｓからずらせて配置したアンテナ２１Ａは前後左右の全てのタイヤＴ１〜Ｔ４からの距離が異なる。

タイヤ位置検出手段２２は、アンテナ２１Ａ、２１Ｂで受信するチャープ信号を増幅し振幅を一定にするリミットアンプ２３と、各アンテナ２１Ａと２１Ｂとで受信した２つのチャープ信号を混合差分してビート信号を出力するミキサー部２４と、増幅器２５と、ノイズを除去するフィルタ部２６と、Ａ／Ｄ変換部２７と、ビート信号を高速フーリエ変換してビート信号の周波数を得る高速フーリエ変換部（以下ＦＦＴ部と称す）２８と、メモリ２９と、処理部３０を備えている。

メモリ２９には、ビート信号の周波数とタイヤの位置（前後左右の位置）との関係を表したタイヤ位置テーブルＰを記憶させている。
処理部３０は、ＦＦＴ部２８から受け取ったビート信号の周波数と、メモリ２９に記憶されたタイヤ位置テーブルＰ（図６参照）から、チャープ信号を送信したタイヤの装着位置を検出する。

次に、本発明の原理について説明する。
各タイヤＴ１〜Ｔ４に取り付けられたセンサ１１Ａ〜１１Ｄは、所定の時間間隔でタイヤ情報を監視ユニット１２に送信している。本発明では、該タイヤ情報の送信の後であって所定の時間間隔内でチャープ信号を監視ユニット１２に送信している。

チャープ信号は周期毎に正弦波の周波数を掃引させた送信信号であり、図３にチャープ信号の例を示す。チャープ信号の周期（チャープ周期）を１μ秒とし、正弦波の周波数を２９２ＭＨｚから３２２ＭＨｚまで直線的に増加させている。このとき、周波数の変化速度は（３２２−２９２）ＭＨｚ／１μ秒＝１３×１０¹³Ｈｚ／ｓとなる。このようなチャープ信号をタイヤ情報の送信の後に数周期分送信する。
なお、該チャープ信号の送信タイミングはタイヤ情報の送信の前であってもよく、また、タイヤ情報の送信毎にチャープ信号を送信すると限るものではない。

チャープ信号は２本のアンテナ２１Ａ、２１Ｂで受信され、２本のアンテナ２１Ａと２１Ｂとは距離Ｌ３（本実施形態では距離Ｌ３は１５７ｍｍ）をあけているため、チャープ信号を送信する各センサ１１Ａ〜１１Ｄと各アンテナ２１Ａ間の距離は異なる。例えば、図１に示すように、右前のタイヤＴ１に付設したセンサ１１Ａとアンテナ２１Ａの距離Ｌ１と、右前のセンサ１１Ａとアンテナ２１Ｂの距離Ｌ２は異なり、距離差Ｌ２−Ｌ１は９４．２ｍｍとなる。この距離差があるため、アンテナ２１Ａとアンテナ２１Ｂがチャープ信号を受信するタイミングの時間差は０．３１ｎ秒である。同様に、左前のタイヤＴ２に付設したセンサ１１Ｂからの距離差は１２５．６ｍｍ（時間差０．４２ｎ秒）、右後のタイヤＴ３のセンサ１１Ｃからの距離差は７８．５ｍｍ（時間差０．２６ｎ秒）、左後のタイヤＴ４のセンサ１１Ｄからの距離差は６２．８ｍｍ（時間差０．２１ｎ秒）となる。

各センサ１１（１１Ａ〜１１Ｄ）がそれぞれチャープ信号を送信すると、２本のアンテナ２１Ａと２１Ｂはチャープ信号を受信するが、前記したように、各センサ１１Ａ〜１１Ｄからアンテナ２１Ａまでの距離が相違し、かつ、各センサ１１（１１Ａ〜１１Ｂ）からアンテナ２１Ａと２１Ｂまでの距離も相違し、アンテナ２１Ａ、２１Ｂにおけるチャープ信号の受信には時間差が生じる。

図４（Ａ）はアンテナ２１Ａが受信したチャープ信号、図４（Ｂ）はアンテナ２１Ｂが受信したチャープ信号を示し、時間差Ｔａでアンテナ２１Ａ、２１Ｂがチャープ信号を受信している。
前述した例で言えば、右前タイヤＴ１のセンサ１１Ａが送信したチャープ信号をアンテナ２１Ａとアンテナ２１Ｂが受信するタイミングの時間差Ｔａは０．３１ｎ秒である。図４（Ｃ）はアンテナ２１Ａ、２１Ｂが受信したそれぞれのチャープ信号の時間に対する周波数の変化であり、図４（Ｄ）はアンテナ２１Ａ、２１Ｂが受信したチャープ信号の時間に対する周波数差である。各時間に対して、アンテナ２１Ａが受信したチャープ信号の周波数からアンテナ２１Ｂが受信したチャープ信号の周波数を引くと、図４（Ｄ）に示すように周波数の差ｆａは時間に対して一定となる。アンテナ２１Ａ、２１Ｂの受信信号の差分を取ると図４（Ｅ）に示すように周波数ｆａのビート信号となる。

図５は図４と比較して、センサ１１とアンテナ２１Ａの距離Ｌ１とセンサ１１とアンテナ２１Ｂの距離Ｌ２の距離差Ｌ２−Ｌ１が大きい場合の図であり、距離差が大きいと各アンテナ２１におけるチャープ信号の受信の時間差Ｔｂも大きくなる。時間差Ｔｂが大きいと、各アンテナ２１が受信したチャープ信号の周波数の差ｆｂが大きくなり、アンテナ２１Ａ、２１Ｂの受信信号の差分を取ると図５（Ｅ）に示すように周波数ｆｂのビート信号となる。従って、該ビート信号の周波数は、センサ１１とアンテナ２１Ａの距離Ｌ１とセンサ１１とアンテナ２１Ｂの距離Ｌ２の距離差Ｌ２−Ｌ１によって定まる。

センサ１１とアンテナ２１Ａの距離Ｌ１とセンサ１１とアンテナ２１Ｂの距離Ｌ２の距離差Ｌ２−Ｌ１は各センサ１１（１１Ａ〜１１Ｄ）が取り付られたタイヤＴ１〜Ｔ４の位置ごとに定まるため、タイヤ位置ごとにビート信号の周波数（ビート周波数）が定まる。そこで、あらかじめ各ビート信号の周波数とタイヤの位置との関係を測定し、該関係をタイヤ位置テーブルＰとする。

図６はタイヤ位置テーブルＰの例を示し、センサ１１が取付けられたタイヤの位置と、ビート周波数の関係を示したものである。各アンテナ２１が受信したチャープ信号からビート信号を得、ビート信号の周波数からタイヤの位置を求めることができる。
チャープ信号によりタイヤ位置を特定することで、チャープ信号の直前に送信されたタイヤ情報がどのタイヤから送信されているかを検出することができる。

次に、タイヤ位置検出手段２２の処理手順について説明する。
まず、タイヤＴ１〜Ｔ４に取付けられたセンサ１１Ａ〜１１Ｄから送信されたチャープ信号は２本のアンテナ２１Ａ、２１Ｂにより受信される。
各アンテナ２１Ａ、２１Ｂが受信したチャープ信号は、リミットアンプ２３Ａ、２３Ｂを介してミキサー部２４に入力される。ミキサー部２４では、各アンテナ２１が受信したチャープ信号の差分を取ることにより、ビート信号が出力される。

ビート信号は増幅器２５を介してフィルタ部２６でノイズ除去され、Ａ／Ｄ変換部２７においてアナログデータからデジタルデータに変換される。この際、サンプリング周波数はビート周波数の２倍以上としていることが好ましい。Ａ／Ｄ変換されたビート信号のデータはＦＦＴ部２８に入力される。
ビート信号のデータはＦＦＴ部３０で高速フーリエ変換され、ビート信号のデータの周波数特性が出力される。処理部３０では、メモリ２９に記憶されたタイヤ位置テーブルＰを参照し、ビート信号に含まれる周波数からタイヤＴ１〜Ｔ４が右前、左前、右後、左後の位置にあることを特定する。
前記手順によりタイヤ位置検出手段２２はセンサ１１Ａ〜１１Ｄが取り付けられたタイヤ位置を特定することができる。

前記タイヤ位置検出装置２０を用いてタイヤ監視システム１０を構成すれば、タイヤのローテーションやタイヤ交換時にも改めてタイヤ位置を設定し直さずに、タイヤ監視システム１０を動作させることができる。

図７は本発明の第２実施形態を示す。
図７はタイヤ位置検出装置２０の構成を示したブロック図である。第１実施形態ではノイズを除去するフィルタ部２６と、Ａ／Ｄ変換部２７と、ビート信号を高速フーリエ変換してビート信号の周波数を得るＦＦＴ部２８とを備えていたが、第２実施形態では、これらに変えて４つのバンドパスフィルタ３１Ａ〜３１Ｄを並列に接続し、バンドパスフィルタ３１からの信号を処理部３０に入力する。
ミキサー部２４から出力されたビート信号は、増幅器２５を介して４つのバンドパスフィルタ３１に入力される。バンドパスフィルタ３１の周波数帯域をそれぞれ設定することで、ビート信号に含まれる周波数を検出する。メモリ２９に記憶されたタイヤ位置テーブルＰでは、各バンドパスフィルタ３１からの出力信号とタイヤ位置との関係を予め設定しておき、処理部３０では、タイヤ位置テーブルＰを参照してビート信号に含まれる周波数からタイヤ位置を特定する。
なお、他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
さらに、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の特許請求の範囲内の種々の形態が含まれるものである。

本発明の第１実施形態における自動車に搭載されたタイヤ監視システムを示す図である。 タイヤ位置検出装置の構成を示したブロック図である。 図３にチャープ信号の例を示す図である。 （Ａ）はアンテナＡが受信したチャープ信号、（Ｂ）はアンテナＢが受信したチャープ信号、（Ｃ）はアンテナＡ、Ｂが受信したチャープ信号の時間に対する周波数の変化、（Ｄ）はビート信号の時間に対する周波数の変化、（Ｅ）はビート信号の波形である。 センサと各アンテナの距離差が大きい場合の、（Ａ）はアンテナＡが受信したチャープ信号、（Ｂ）はアンテナＢが受信したチャープ信号、（Ｃ）はアンテナＡ、Ｂが受信したチャープ信号の時間に対する周波数の変化、（Ｄ）はビート信号の時間に対する周波数の変化、（Ｅ）はビート信号の波形である。 タイヤ位置テーブルの例を示す図である。 第２実施形態のタイヤ位置検出装置の構成を示したブロック図である。 従来例を示す図である。

符号の説明

１０ タイヤ監視システム
１１（１１Ａ〜１１Ｄ） センサ
１２ 監視ユニット
２０ タイヤ位置検出装置
２１（２１Ａ２１Ｂ） アンテナ
２２ タイヤ位置検出手段
２８ 高速フーリエ変換部（ＦＦＴ部）
３０ 処理部
Ｐ タイヤ位置テーブル
Ｔ１〜Ｔ４ タイヤ

Claims (4)

1. 自動車に取り付けられた各タイヤに付設されるセンサと、
   互いに離れた位置の車体に取り付けられると共に、前記各タイヤのセンサから送信される正弦波の周波数を掃引させたチャープ信号を受信する複数のアンテナと、
   前記各タイヤからのチャープ信号を前記複数のアンテナで受信して、前記チャープ信号をミキシングしてビート信号を得ると共に、該ビート信号の周波数より前記チャープ信号を送信したタイヤの装着位置を検出するタイヤ位置検出手段と、
   を備えたことを特徴とするタイヤ位置検出装置。
2. 前記複数のアンテナの配置位置は、前記少なくとも１本のアンテナと自動車に取り付けられる全タイヤからまでの距離が全て異なる位置に配置している請求項１に記載のタイヤ位置検出装置。
3. 前記複数のアンテナは２本のアンテナからなり、これら２本のアンテナをインスツルメントパネル内に設け、該２本のアンテナは車幅方向の中心に対して非対称位置に配置している請求項１または請求項２に記載のタイヤ位置検出装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項のタイヤ位置検出装置を、各タイヤに付設した前記センサからタイヤ情報を無線受信すると共に前記タイヤ情報を用いて各タイヤの状態を監視する監視ユニットに備えていることを特徴とするタイヤ監視システム。

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