JP2008267862A - Gas pressure in tire measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車などに使用されるタイヤの内部の気体圧力を測定するタイヤ内の気体圧力測定装置に関するものである。 The present invention relates to a gas pressure measuring device in a tire that measures the gas pressure inside a tire used in an automobile or the like.
近年、自動車に使用されるタイヤ内部の気体圧力を測定し、圧力の低下時に警告を通知するシステムに注目が集まっている。このシステムに注目が集まっている理由として、タイヤ内の気体圧力は乗用車であれば常温において220kPa程度に保っておく必要があるが、タイヤ内の気体圧力が低下すると乗り心地や燃費が悪化するだけでなく、条件によってはタイヤの破裂につながることもあるからである。また、米国では、法規制により自動車にタイヤ内の気体圧力を監視するシステムの搭載が義務付けられている。 In recent years, attention has been focused on a system that measures a gas pressure inside a tire used in an automobile and notifies a warning when the pressure decreases. The reason why this system is attracting attention is that the gas pressure in the tire needs to be kept at around 220 kPa at room temperature if it is a passenger car. However, if the gas pressure in the tire decreases, the ride comfort and fuel consumption only deteriorate. This is because, depending on the conditions, the tire may burst. In addition, in the United States, it is obliged to install a system for monitoring the gas pressure in tires in automobiles due to laws and regulations.
ところで、タイヤ空気圧測定モジュールは回転体であるタイヤ内に設置される。このことから外部から電源供給を受けることが難しいため、電池を内蔵していることが多い。しかしながら、電池で供給できる電力量は限られているにもかかわらず、自動車は長期(例えば10年)にわたって使用されるため、タイヤ空気圧測定モジュールは低消費電力化が必要不可欠となっている。 By the way, the tire pressure measurement module is installed in a tire which is a rotating body. For this reason, it is difficult to receive power supply from the outside, and thus batteries are often built in. However, although the amount of power that can be supplied by the battery is limited, since automobiles are used for a long period of time (for example, 10 years), low power consumption is indispensable for the tire pressure measurement module.
また、タイヤにタイヤ空気圧測定モジュールを装着することによるホイールバランスの崩れを小さくするため、タイヤ空気圧測定モジュールの軽量、小型化も必要不可欠となっている。このタイヤ空気圧測定モジュールとして、例えば、特許文献1(特開平11−20247号公報)や特許文献2(特開平11−326099号公報)に記載されているタイヤ空気圧測定モジュールが知られている。 Further, in order to reduce the disruption of the wheel balance caused by mounting the tire pressure measurement module on the tire, it is essential to reduce the weight and size of the tire pressure measurement module. As this tire pressure measuring module, for example, a tire pressure measuring module described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-20247) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-326099) is known.
特許文献1に記載されているものは、空気圧センサと、車輪の回転に応答する遠心力スイッチと、制御部及び送信部を有する無線送信装置とでタイヤ空気圧測定装置を構成し、制御部は遠心力スイッチがオン状態になり車輌が走行状態にある場合に定期的に空気圧センサを動作させてタイヤ空気圧を検出し、また送信部を動作させて車輪側より車体側へタイヤ空気圧を示す信号を無線送信している。また、特許文献2に記載されているタイヤ空気圧警報装置は、低消費電流モードを具備した制御部を、通常は低消費電流モードとし、一定時間ごとに信号を出力するタイマ回路または、強制出力手段の出力によって前記制御部の低消費電流モードを解除して通常の動作モードとし、タイヤ空気圧異常検出手段に電源を供給するとともにタイヤ空気圧異常検出手段を制御してタイヤの空気圧の異常をチェックしている。
What is described in
特許文献1に記載のタイヤ空気圧測定装置では、遠心力スイッチにより車輌が走行状態にある場合に定期的に空気圧センサを動作させることにより消費電力を低減することができるが、タイヤ空気圧測定装置を小型化することについては配慮されておらず、遠心力スイッチを空気圧センサとは別途設ける必要があるため、タイヤ空気圧測定装置が大型化する。特許文献2に記載のタイヤ空気圧警報装置では、タイヤ空気圧異常検出手段の構成が明らかでなく、タイヤ空気圧警報装置を小型化することについて配慮されておらず、また、強制出力手段に入力される信号は、不特定なタイミングで入力される可能性があり、常に強制出力手段の回路を動作させておく必要があるため、電力を常に消費する。
In the tire pressure measuring device described in
本発明は、上記の問題を解決することを目的としてなされたものであり、圧力検出回路と加速度検出回路は1つの集積回路チップに一体化して構成して部品点数を低減するとともに、小型化、軽量化し、低消費電力化したタイヤ空気圧測定装置を提供することにある。 The present invention has been made for the purpose of solving the above-mentioned problems, and the pressure detection circuit and the acceleration detection circuit are integrated into one integrated circuit chip to reduce the number of parts and reduce the size. The object is to provide a tire pressure measuring device that is light in weight and low in power consumption.
前記目的を達成するために、本発明によるタイヤ内の気体圧力測定装置は、タイヤ内の気体圧力を測定する圧力検出回路と、タイヤの運動による加速度を測定する加速度検出回路とを1チップの半導体基板上に形成した集積回路チップで構成したことを特徴としている。本発明では、圧力検出回路と加速度検出回路とを1チップの半導体基板上に形成した集積回路チップで構成したことにより、タイヤ内の気体圧力を測定するために必要な圧力検出回路と加速度検出回路とを部品点数を少なくして小型に構成することができ、軽量化を図るとともに、省電力化することができる。 In order to achieve the above object, a gas pressure measuring device in a tire according to the present invention comprises a pressure detection circuit for measuring the gas pressure in the tire and an acceleration detection circuit for measuring acceleration due to the movement of the tire on a single chip. It is characterized by comprising an integrated circuit chip formed on a substrate. In the present invention, since the pressure detection circuit and the acceleration detection circuit are formed of an integrated circuit chip formed on a single chip semiconductor substrate, the pressure detection circuit and the acceleration detection circuit necessary for measuring the gas pressure in the tire. Can be reduced in size by reducing the number of parts, and the weight can be reduced and power can be saved.
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、具体的には、集積回路チップが容量電圧変換回路を備え、圧力検出回路が可動電極と固定電極との静電容量により気体圧力を検出し、加速度検出回路が可動電極と固定電極との静電容量により加速度を検出し、前記圧力検出回路で検出した静電容量と前記加速度検出回路で検出した静電容量を容量電圧変換回路で電圧に変換することにより、タイヤ内の圧力とタイヤの回転を検出している。 In the tire pressure measuring apparatus in the present invention, specifically, the integrated circuit chip includes a capacitance-voltage conversion circuit, the pressure detection circuit detects the gas pressure by the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode, and the acceleration. The detection circuit detects acceleration by the capacitance of the movable electrode and the fixed electrode, and converts the capacitance detected by the pressure detection circuit and the capacitance detected by the acceleration detection circuit into a voltage by the capacitance-voltage conversion circuit. Thus, the pressure in the tire and the rotation of the tire are detected.
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、集積回路チップが集積回路チップの外部からのクロック信号入力端子を1つ備え、圧力検出回路と加速度検出回路は、各々が容量電圧変換回路を有し、かつ前記各々の容量電圧変換回路の駆動用クロック信号が前記クロック信号入力端子から入力されること特徴としている。本発明では、1つのクロック信号入力端子から各々の容量電圧変換回路に駆動用クロック信号が入力されるように構成したことにより、クロック信号入力端子を少なくすることができ、集積回路チップが小型化されることで気体圧力測定装置を小型化できる。 In the gas pressure measuring device for a tire in the present invention, the integrated circuit chip has one clock signal input terminal from the outside of the integrated circuit chip, and each of the pressure detection circuit and the acceleration detection circuit has a capacity voltage conversion circuit. In addition, a driving clock signal for each of the capacitance voltage conversion circuits is input from the clock signal input terminal. In the present invention, the configuration is such that the driving clock signal is input from one clock signal input terminal to each capacitance voltage conversion circuit, so that the number of clock signal input terminals can be reduced, and the integrated circuit chip can be downsized. As a result, the gas pressure measuring device can be miniaturized.
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、タイヤ内の気体圧力を容量値に変換する圧力検出容量素子と、タイヤの運動による加速度を容量値に変換する加速度検出容量素子と、静電容量を電圧に変換する容量電圧変換回路とを備え、前記容量電圧変換回路は切替スイッチにより圧力検出容量素子あるいは加速度検出容量素子に接続されるように構成され、前記容量電圧変換回路は、圧力検出容量素子と接続されることにより圧力検出回路となり、加速度検出容量素子に接続されることにより加速度検出回路となるように構成されていることを特徴としている。本発明では、容量電圧変換回路を圧力検出容量素子と加速度検出容量素子とに兼用できるように構成することにより、集積回路チップをより小型化できる。 An apparatus for measuring gas pressure in a tire according to the present invention includes a pressure detection capacitive element that converts a gas pressure in a tire into a capacitance value, an acceleration detection capacitive element that converts acceleration due to tire movement into a capacitance value, and a capacitance. A capacitance-voltage conversion circuit that converts the voltage into a voltage, and the capacitance-voltage conversion circuit is configured to be connected to a pressure detection capacitance element or an acceleration detection capacitance element by a changeover switch. The pressure detection circuit is configured to be connected to the acceleration detection capacitor, and the acceleration detection circuit is configured to be connected to the acceleration detection capacitance element. According to the present invention, the integrated circuit chip can be further reduced in size by configuring the capacitance-voltage conversion circuit so as to be used both as the pressure detection capacitance element and the acceleration detection capacitance element.
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、好ましくは、集積回路チップ上にタイヤ内の温度を測定する温度検出回路が配置され、さらに、定電圧出力回路が配置されている。本発明では、タイヤ内の温度によりタイヤ内の圧力を補正することにより、常温における圧力を知ることができ、また、タイヤ内に配置した電池の残量を知ることができる。 In the tire gas pressure measuring device according to the present invention, preferably, a temperature detection circuit for measuring the temperature in the tire is arranged on the integrated circuit chip, and further, a constant voltage output circuit is arranged. In the present invention, by correcting the pressure in the tire based on the temperature in the tire, the pressure at normal temperature can be known, and the remaining amount of the battery disposed in the tire can be known.
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、集積回路チップ上に、パルス信号が入力される制御入力端子を有する制御回路が配置されており、圧力検出回路、加速度検出回路、温度検出回路及び定電圧出力回路は、前記制御回路からのパルス信号のカウント数に対応して動作または非動作が切り替わる手段を有することを特徴としている。本発明では、集積回路チップ上に配置されている制御回路の制御入力端子からパルス信号が入力され、制御回路から圧力検出回路、加速度検出回路、温度検出回路及び定電圧出力回路にパルス信号を出力しているので、集積回路チップの入力端子を少なくすることができ、気体圧力測定装置を小型化できる。 In the gas pressure measuring apparatus for a tire in the present invention, a control circuit having a control input terminal to which a pulse signal is input is disposed on an integrated circuit chip, and a pressure detection circuit, an acceleration detection circuit, a temperature detection circuit, and a constant detection circuit are arranged. The voltage output circuit includes means for switching between operation and non-operation corresponding to the count number of the pulse signal from the control circuit. In the present invention, a pulse signal is input from the control input terminal of the control circuit arranged on the integrated circuit chip, and the pulse signal is output from the control circuit to the pressure detection circuit, acceleration detection circuit, temperature detection circuit, and constant voltage output circuit. Therefore, the input terminals of the integrated circuit chip can be reduced, and the gas pressure measuring device can be miniaturized.
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、集積回路チップ上に、第1出力端子を有する出力回路が配置されており、該出力回路は、動作中の回路に切り替える切替手段を有し、動作中の前記回路からの出力電圧を第1出力端子から出力することを特徴としている。本発明では、集積回路チップ上に配置されている出力回路が切替手段によって動作中の圧力検出回路や加速度検出回路等の回路に接続され、出力回路の第1出力端子から動作中の回路からの出力電圧を出力するように構成されているので、出力端子を少なくすることができ、気体圧力測定装置を小型化できる。 In the tire gas pressure measuring device according to the present invention, an output circuit having a first output terminal is disposed on an integrated circuit chip, and the output circuit has switching means for switching to an operating circuit, and operates. An output voltage from the above circuit is output from a first output terminal. In the present invention, the output circuit arranged on the integrated circuit chip is connected to a circuit such as a pressure detection circuit and an acceleration detection circuit which are operating by the switching means, and is connected to the circuit operating from the first output terminal of the output circuit. Since it is comprised so that an output voltage may be output, an output terminal can be decreased and a gas pressure measuring device can be reduced in size.
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、具体的には、集積回路チップが、第2出力端子と第3出力端子を有するとともに受信端子を有し、該第2出力端子から前記集積回路チップの外部に設けられた無線送信用回路に動作信号を出力し、また、前記第3出力端子から前記集積回路チップの外部に設けられた無線受信用回路に動作信号を出力し、前記無線受信用回路から出力される受信信号を前記受信端子から入力して第1出力端子から出力するように構成されている。 In the tire gas pressure measuring device according to the present invention, specifically, the integrated circuit chip has a second output terminal and a third output terminal, and also has a receiving terminal, and the integrated circuit chip is provided from the second output terminal. An operation signal is output to a radio transmission circuit provided outside the circuit, and an operation signal is output from the third output terminal to a radio reception circuit provided outside the integrated circuit chip. A reception signal output from the circuit is input from the reception terminal and output from the first output terminal.
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、集積回路チップが、制御入力端子に入力されたパルス信号のカウント数に対応してあらかじめ定めた電圧を第1出力端子から出力する手段を有することを特徴とし、具体的には、あらかじめ定めた電圧として、電源電圧またはGND電圧を出力する。本発明では、電源電圧またはGND電圧が出力されるのを確認することにより、マイコンから出力した制御パルス信号が集積回路チップに正常に受け付けられたかを確認することができる。 In the gas pressure measuring device in a tire according to the present invention, the integrated circuit chip has means for outputting a predetermined voltage from the first output terminal corresponding to the count number of the pulse signal input to the control input terminal. Specifically, a power supply voltage or a GND voltage is output as a predetermined voltage. In the present invention, by confirming that the power supply voltage or the GND voltage is output, it is possible to confirm whether or not the control pulse signal output from the microcomputer has been normally received by the integrated circuit chip.
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、加速度検出回路で測定された加速度があらかじめ定めた閾値以下のときは、圧力検出回路による圧力測定を中止する手段を有することを特徴としている。本発明では、タイヤが回転していない、つまり車両が停止しているときには、圧力検出回路による圧力測定を中止するので、電池の消耗を少なくして長期間のタイヤ内圧力の測定を可能にする。 The apparatus for measuring gas pressure in a tire according to the present invention includes means for stopping pressure measurement by the pressure detection circuit when the acceleration measured by the acceleration detection circuit is equal to or less than a predetermined threshold. In the present invention, when the tire is not rotating, that is, when the vehicle is stopped, the pressure measurement by the pressure detection circuit is stopped, so that it is possible to measure the pressure in the tire for a long time with less battery consumption. .
本発明におけるタイヤ内の気体圧力測定装置は、あらかじめ定めた一定時間ごとに信号を出力する手段を有し、加速度検出回路は前記手段からの信号により加速度を測定することを特徴としている。本発明では、加速度検出回路があらかじめ定めた一定時間ごとにタイヤの回転速度を測定するので、タイヤ内の気体圧力を測定するための電力を省力化でき、電池の消耗を一層少なくできる。 The device for measuring gas pressure in a tire according to the present invention has means for outputting a signal at predetermined time intervals, and the acceleration detection circuit measures acceleration based on a signal from the means. In the present invention, since the acceleration detection circuit measures the rotation speed of the tire at predetermined time intervals, the power for measuring the gas pressure in the tire can be saved, and battery consumption can be further reduced.
本発明によれば、圧力検出回路と加速度検出回路を1つの集積回路チップに一体化したことにより、部品点数を低減できるとともに小型化でき、軽量化を図ることができる。 According to the present invention, since the pressure detection circuit and the acceleration detection circuit are integrated into one integrated circuit chip, the number of components can be reduced, the size can be reduced, and the weight can be reduced.
以下、図1から図9を用いて、第1の実施形態におけるタイヤ内の気体圧力監視システムの構成及び動作について説明する。 Hereinafter, the configuration and operation of the gas pressure monitoring system in the tire according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
最初に、図1から図3を用いて、本実施形態によるタイヤ内の気体圧力監視システムの全体構成について説明する。図1はタイヤ内の気体圧力測定装置1のブロック図、図2は車両搭載機800のブロック図である。また、図3は自動車の車両底面から見たタイヤ内の気体圧力監視システムの構成を示したものであり、車両700、前後左右に配されたタイヤ701a〜701d、タイヤ701a〜701dのそれぞれの内部に設置されたタイヤ内の気体圧力測定装置1a〜1d、車両搭載機800により構成される。
First, the overall configuration of the gas pressure monitoring system in the tire according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a block diagram of a gas
図1において、タイヤ内の気体圧力測定装置1は、大きく分けて、センサチップ2、マイコン12、送信回路13、受信回路11、タイヤ内の気体圧力測定装置1全体に電力を供給する電圧VBATの電池10から構成されている。
In FIG. 1, the gas
センサチップ2は、タイヤ内の気体圧力を測定する圧力検出回路3、タイヤが回転をしているかどうか遠心力により検出する加速度検出回路4、温度を測定する温度検出回路5、電圧VBATが変化しても一定電圧を出力する定電圧出力回路6、制御回路7、マルチプレクサ9から構成され、気体圧力測定装置として機能する。センサチップ2は、前記圧力検出回路3、加速度検出回路4、温度検出回路5、定電圧出力回路6、制御回路7及びマルチプレクサ9等が1チップの半導体基板上に形成されて集積回路チップとして構成されている。
The
センサチップ2内の制御回路7は、制御入力端子である制御パルス入力端子24を有し、マイコン12のデジタル出力端子122から制御パルス入力端子24にパルス信号が入力される。制御回路7は、パルス信号のカウント数に応じて制御線31,41,51,61,81を介してON/OFF信号を出力するとともに、マルチプレクサ9に制御線98を介してスイッチを切り替えるための信号を出力する。センサチップ2内部の圧力検出回路3、加速度検出回路4、温度検出回路5、定電圧出力回路6およびコンパレータ8は制御回路7からのON/OFF信号により電源のON/OFFの制御が可能な構成となっている。また、制御回路7は、制御線71,81と出力端子(第3出力端子)21、出力端子(第2出力端子)25を介して出力するON/OFF信号により、センサチップ2外部の受信回路11および送信回路13の電源のON/OFFの制御が可能な構成としている。さらに、制御回路7はマイコン12のデジタル出力端子121からリセット信号入力端子23に入力されたパルスでリセット可能な構成となっている。
The
圧力検出回路3は圧力検出静電容量素子32、比較用の固定容量33および容量−電圧変換回路34で構成され、圧力検出静電容量素子32が検出した静電容量値は容量−電圧変換回路34にて電圧に変換される。加速度検出回路4は加速度検出静電容量素子42、比較用の固定容量43および容量−電圧変換回路44で構成され、加速度検出静電容量素子42が検出した静電容量値は容量−電圧変換回路44にて電圧に変換される。また、容量−電圧変換回路34,44はマイコン12のデジタル出力端子123からクロック信号入力端子26に入力されたパルス信号(駆動用クロック信号)で駆動される。
The
さらに、6入力1出力のマルチプレクサ9は、出力回路として機能し、圧力検出回路3、加速度検出回路4、温度検出回路5、定電圧出力回路6、制御回路7及びコンパレータ8からの出力信号が、信号線35,45,55,65,75,85を介して6つの入力端子に入力されている。マルチプレクサ9は、制御回路7から制御線98を介して入力される信号により、切替手段であるスイッチが切り替わる構成となっており、前記回路等から入力された出力信号を第1出力端子であるマルチプレクサ出力端子27から出力する。センサチップ2には、コンパレータ8が設けられており、センサチップ2外部の受信回路11の受信強度出力端子112から出力される電圧をコンパレータ入力端子22を介して比較電圧82のコンパレータ8に入力される構成としている。
Further, the 6-input 1-
マイコン12は、予め定められたプログラムに従って、外部とのデータの入出力と計算を行なう計算処理・制御装置であり、出力端子としてはデジタル出力端子121〜124を有し、入力端子としては入力されるアナログ電圧値をデジタル値に変換するアナログデジタル変換回路入力端子125を有している。また、例えば10秒ごとにパルスを出力する起動回路126も有している。
The
送信回路13は、マイコン12で補正計算された測定値などのデータを図2に示す車両搭載機800に対し無線にて送信する回路であり、制御回路7からの動作信号であるON/OFF信号を入力する入力端子132が設けられている。送信回路13の無線周波数にはUHF帯、例えば315MHzが用いられ、搬送波に対しマイコン12のデジタル出力端子124から変調入力端子131に入力されたデータ信号によりASK変調やFSK変調を行なって通信を行なう。一方、受信回路11は、車両搭載機800からの制御信号などのデータを無線にて受信し、センサチップ2を経由してマイコン12に伝達する回路であり、制御回路7からの動作信号であるON/OFF信号を入力する入力端子111が設けられている。受信回路11の無線周波数にはLF帯、例えば125kHzが用いられ、搬送波に対し送信データによりASK変調を行って通信を行なう。なお、送信回路13、受信回路11はそれぞれにアンテナが内蔵されている。タイヤ内の気体圧力測定装置1を駆動する電池10はコイン形リチウム電池(公称電圧3V)を用いる。
The
図2は車両搭載機800のブロック図であり、車両搭載機800は、データの入出力と計算を行なう計算処理・制御部801、受信回路802、送信回路804、受信回路802と送信回路804のそれぞれに接続されたアンテナ803,805、測定値や警告を表示する表示部806から構成される。計算処理・制御部801は、図1に示すタイヤ内の気体圧力測定装置1から無線送信されたデータが受信回路802を介して入力され、入力されたデータに基づいて計算し、圧力測定値や圧力低下などの注意、警告を表示部806に出力する回路である。さらに、計算処理・制御部801は、タイヤ内の気体圧力測定装置1に対して、送信回路804を介して、制御データを送信する。なお、車両搭載機800の動作に必要な電力は、図示しない自動車に搭載されているバッテリーから供給される。
FIG. 2 is a block diagram of the vehicle-mounted
図4に圧力検出部と加速度検出部の断面の概略図を示す。本実施形態では、静電容量を用いた圧力検出静電容量素子32、加速度検出静電容量素子42を例にとり説明する。
FIG. 4 is a schematic view of a cross section of the pressure detection unit and the acceleration detection unit. In the present embodiment, a pressure
圧力検出静電容量素子32はシリコンの単結晶基板28上に、固定電極324を形成し、この上に空隙323を介してダイヤフラム321が配置されている。ダイヤフラム321内に固定電極324と向かい合わせて可動電極322が設けられている。可動電極322と固定電極324間の静電容量信号(電気信号)はアルミニウム配線等で取り出される。この可動電極322と固定電極324との対向する面積をS、可動電極322と固定電極324との間の空隙の距離をd、真空中の誘電率をε0とすると、この圧力を静電容量に変換する圧力検出容量変換素子32の静電容量CSは(式1)で表される。
In the pressure
ここで、圧力がダイヤフラム321に加わると、ダイヤフラム321がたわんで可動電極322が固定電極324に近接し、可動電極322と固定電極324間との空隙dが変化し、容量CSが変化する。
Here, when pressure is applied to the
加速度検出静電容量素子42は、圧力検出静電素子32と同じシリコンの単結晶基板28上に形成され、固定電極425と対向するように可動電極422が設けられている。可動電極422はキャップ421内の空隙424内にばね423を介して、空隙424内に浮いた状態で配置されている。ここで、加速度が可動電極422に加わると、可動電極422、固定電極425間の空隙dが変化し、圧力検出静電容量素子32と同様に容量CSが変化する。この加速度を静電容量に変換する加速度検出静電容量素子42の静電容量CSは前記(式1)で表される。
The acceleration
図5には、圧力検出静電容量素子32の静電容量値CSを電圧信号に変換する容量−電圧変換回路34を含む圧力検出回路3が示されている。ここで、33は参照(基準)用容量素子でその容量CRは固定されている。また、32は図4に示した圧力検出静電容量素子、341はオペアンプ、346は電圧VB2の基準電圧源、345a、345bは切替スイッチ、348はゼロ・スパン調整回路である。
5, the capacitance converts the capacitance value C S of the pressure
参照用容量素子33は、オペアンプ341の反転入力端子に接続される。また、この反転入力端子とオペアンプ出力端子との間の帰還回路に圧力検出静電容量素子32が接続される。非反転入力端子は、基準電圧源の電圧VB2とする。つまり、反転入力端子の電圧は常に電圧VB2に保たれる。スイッチ345a、345bは、圧力検出静電容量素子32と参照用容量素子33を充、放電させるための回路要素であり、タイミングφ1の時に実線位置に切り替わり、タイミングφ1Bの時には破線位置に切り換わる。これらのスイッチ345a、345bの切り替えは、マイコン12のデジタル出力端子123からクロック信号入力端子26に入力されたパルス信号(駆動用クロック信号)により制御される。
The
この回路構成によれば、タイミングφ1の時、スイッチ345aは実線位置にあってGNDに接続され、参照用容量素子33の電極間の電位差がVB2となるので、参照用容量素子33に充電される。一方、圧力検出静電容量素子32の電極間の電位差は、スイッチ345bが実線位置にあり閉じているので、ゼロとなる。タイミングφ1Bの時、スイッチ345aは破線位置にあり、基準電圧源の電圧VB2側に接続され参照用容量素子33の電極間の電位差はゼロとなり、充電された電荷が放電される。この放電された電荷は、スイッチ345bが開いているので、すべて圧力検出静電容量素子32に充電される。この2つのモードを繰り返すことによって出力端子347にパルス的に出力信号が得られる。
本回路構成のタイミングφ1Bにおける出力Voutは、(式2)で表される。
According to this circuit configuration, at the timing φ1, the
The output V out at the timing φ1B of this circuit configuration is expressed by (Equation 2).
従って、圧力検出回路3は、圧力を静電容量に変換する圧力検出静電容量素子32の容量CSの逆数に比例して、即ち空隙dの変化に比例して出力電圧Voutが変化するよう構成されている。空隙dは圧力Pに比例して変化するので、圧力Pと電圧出力Voutの間では、原理的には良好な線形特性となる。この出力Voutをゼロ・スパン調整回路348にてオフセット調整や増幅を行なって電圧変換を行ない、出力Vpを得る。ここで、図6に、図5の圧力検出回路3における圧力Pと出力電圧Vpの特性の一例を示す。圧力の検出範囲が100〜700kPaにおいて、出力電圧Vpは0.2VBAT〜0.8VBATとなる。なお、圧力検出範囲や電圧出力範囲はこれに限ったものでなくてよい。また、加速度検出回路4については、加速度検出静電容量素子42、参照用容量素子43及び容量−電圧変換回路44で構成される回路が、圧力検出回路3と同じ構成回路であるので、説明を省略する。
Therefore, the
次に図7から図9を用いて、タイヤ内の気体圧力測定装置1及び車両搭載機800における動作の概略を示す。タイヤ内の気体圧力測定装置1と車両搭載機800は、マイコン12と計算処理・制御部801のそれぞれのメモリ(図示せず)にあらかじめ書き込まれたプログラムに従って動作する。
Next, an outline of operations in the gas
図7にはタイヤ内の気体圧力測定装置1における信号のタイミングの概略が示されており、まず、この図を利用して、タイヤ内の気体圧力測定装置1の動作を説明する。なお、本例では、制御回路7内のカウンタは4ビットとし、16カウントで1周する構成とした。また、タイヤ内の気体圧力測定装置1は、通常は、ほとんどの回路が非動作状態となっているスリープ状態となっており、消費電流が最も小さい状態となっている。
FIG. 7 shows an outline of signal timing in the gas
はじめに、起動回路126から出力されるパルス信号によりマイコン12が起動され、プログラムが開始される。まず、マイコン12はデジタル出力端子121を介して立ち下がりパルスを出力する。センサチップ2では、リセット信号入力端子23に入力された立ち下がりパルスで制御回路7内のカウンタがリセットされ、カウンタ値が0となる。
First, the
続いて、マイコン12からセンサチップ2の制御パルス入力端子24にパルスが入力され、センサチップ2の制御回路7内のカウンタでカウントされる。マイコン12は制御入力端子に出力した1パルス目から3パルス目までで、センサチップ2の制御回路7が正常に動作しているか確認する作業を行なう。具体的には、センサチップ2はマルチプレクサ出力端子27より1カウント目と3カウント目ではVBAT電圧を、2カウント目ではGND電圧を出力する。このVBAT電圧とGND電圧はマイコン12のアナログデジタル変換回路入力端子125に入力されアナログデジタル変換される。マイコン12において変換された電圧が、1パルス目と3パルス目においてある閾値(例えば0.95VBAT)以上、2パルス目においてある閾値(例えば0.05VBAT)以下であれば、制御回路7に対しパルスが正常に受け付けられたと判断する。
Subsequently, a pulse is input from the
続いて、センサチップ2は4カウント目では何も行なわない。制御回路7は、5カウント目において制御線51を介するON/OFF信号により温度検出回路5を動作させ、温度検出回路5から出力される温度に対応した電圧がマルチプレクサ出力端子27から出力される。この電圧はマイコン12のアナログデジタル変換回路入力端子125に入力されアナログデジタル変換される。
Subsequently, the
次に、制御回路7は、6カウント目において制御線41を介してON/OFF信号を加速度検出回路4に入力し、加速度検出回路4を動作させる。このとき、加速度検出回路4には、マイコン12からクロック信号入力端子26にパルスが入力され、容量−電圧変換回路44が駆動され、容量−電圧変換回路44は加速度に対応した電圧を出力する。この加速度に対応した電圧はマルチプレクサ出力端子27より出力され、マイコン12のアナログデジタル変換回路入力端子125に入力されアナログデジタル変換される。なお、クロック信号入力端子26に入力するパルス数は複数回でもよく、このパルスに同期してアナログデジタル変換を行ない、積分平均をとってもよい。7カウント目では何も行なわない。
Next, the
制御回路7は、8カウント目において、制御線31を介してON/OFF信号を圧力検出回路3に入力し、圧力検出回路3を動作させる。このとき、圧力検出回路3には、マイコン12からクロック信号入力端子26にパルスが入力され、容量−電圧変換回路34が駆動され、容量−電圧変換回路34は圧力に対応した電圧を出力する。この圧力に対応した電圧はマルチプレクサ出力端子27より出力され、マイコン12のアナログデジタル変換回路入力端子125に入力されアナログデジタル変換される。なお、クロック信号入力端子26に入力するパルス数は加速度検出回路4と同様に複数回でもよく、このパルスに同期してアナログデジタル変換を行ない、積分平均をとってもよい。
At the eighth count, the
制御回路7は、9カウント目において、定電圧出力回路6を動作させ、マルチプレクサ出力端子27よりある一定の電圧VCを出力する。この電圧VCはマイコン12でアナログデジタル変換される。変換されたデジタル値NADCから、アナログデジタル変換回路の分解能をNresとおくと、電池の電圧VBATは次の(式3)で求められる。
この式により電池10の電圧低下、つまり寿命が分かる。10カウント目では何も行なわない。制御回路7は、11カウント目において、タイヤ内の気体圧力測定装置1個々に割り当てられたID、測定した圧力、加速度、温度、電圧に応じたデジタル値、チェックデータなどを送信回路13に出力して、車両搭載機800に送信する。
From this equation, the voltage drop, that is, the life of the
ここで、車両搭載機800は、図8に示すように、まず、データ受信SC1においてデータを受信する。車両搭載機800の計算処理・制御部801は受信したIDが自車に取り付けられているタイヤのものか判断し、同時にチェックデータを利用して、正常にデータを受信したか判断する。次に、図8の表示・警告SC2に移行し、計算処理・制御部801は、圧力測定値の信号、圧力低下などの場合には注意・警告する旨の信号を表示部806に送信し、表示部806は圧力測定値または注意・警告等を表示する。
Here, as shown in FIG. 8, vehicle-mounted
次に、タイヤ内の気体圧力測定装置1は図7に示す制御パルス入力端子24に入力されたパルスのカウント値が12カウントとなって、受信回路11へデータが送信されてくるのを一定時間(例えば10ms)待つ。同時に、車両搭載機800では、タイヤ内の気体圧力測定装置1に対して制御する必要があれば、図8に示すデータ送信SC3に移行して、送信回路804を介して、制御データをタイヤ内の気体圧力測定装置1に送信する。なお、制御データの送信後や制御データを送信する必要がない場合には、再びデータ受信モードSC1に戻る。続いて、タイヤ内の気体圧力測定装置1は図7に示す制御パルス入力端子24に入力されたパルスのカウント値が13カウントから15カウントとなり、1カウント目から3カウント目と同様に制御回路が正常に動作しているか確認する作業を行なう。
Next, in the gas
マルチプレクサ出力端子27より13カウント目と15カウント目ではVBAT電圧を、14カウント目ではGND電圧を出力する。マイコンでは1カウント目から3カウント目と同様に制御パルスが正常に受け付けられたか判断する。続いて、カウント値が16カウントとなり、センサチップ2がスリープ状態に移行する。
From the
なお、マイコン12で、6カウント目において加速度測定回路4で測定した加速度の測定値がある閾値以上か未満かにより車両が走行中か停止中か判断し、加速度の測定値がある閾値未満である場合には、図9に示すように圧力検出回路3による圧力測定を行なわないようにする。車両が停止中では、圧力検出回路3による圧力測定を行なわないので、圧力測定装置の消費電力をさらに省電力化できる。これは、図7に示す制御パルス入力端子24に入力されたパルスの8カウント目において、マイコン12から容量−電圧変換回路34駆動用のクロック信号入力端子26へのパルスの入力を中止し、さらにアナログデジタル変換を行なわないことで実現できる。
The
つぎに、図10と図11を用いて、第2の実施形態におけるタイヤ内の気体圧力監視システムの構成及び動作について説明する。基本的な構成は、第1の実施形態の構成と同様であるので、ここでは異なる構成についてのみ説明する。 Next, the configuration and operation of the gas pressure monitoring system in the tire according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. Since the basic configuration is the same as the configuration of the first embodiment, only the different configuration will be described here.
構成が異なる点は、第1の実施形態では図1に示すように圧力検出回路3と加速度検出回路4とにそれぞれ容量−電圧変換回路34,44を有しているが、本実施形態では、図10に示すように、圧力検出部30と加速度検出部40との容量−電圧変換回路を、1つの容量−電圧変換回路92で兼用して圧力・加速度検出回路91を構成したことである。第1の実施形態と同様に、容量−電圧変換回路92には、制御回路7から制御線93を介してON/OFF信号が入力されて容量−電圧変換回路92の電源のON/OFFが制御される。また、圧力検出静電容量素子32による圧力検出と加速度検出静電容量素子42による加速度検出の動作を切り替えるための制御線94が追加されている。容量−電圧変換回路92からの圧力と加速度に対応する電圧信号は信号線95に出力され、マルチプレクサ9に入力される。なお、マルチプレクサ9は5入力1出力に変更した。本実施形態では、圧力検出部30と加速度検出部40との容量−電圧変換回路を、1つの容量−電圧変換回路92で兼用しているので、センサチップ2を小型化できる。
In the first embodiment, the
図11に第2の実施形態における圧力・加速度検出回路91の具体的な回路構成を示す。オペアンプ341の反転入力端子には、圧力検出静電容量素子32用の参照容量33と加速度検出静電容量素子42用の参照容量43が並列に接続され、参照容量33と参照容量43は切替スイッチ96aを介して電源と接続するように構成されている。また、この反転入力端子とオペアンプ341の出力端子347との間の帰還回路に、圧力検出静電容量素子32と加速度検出静電容量素子42が並列に設けられており、圧力検出静電容量素子32と加速度検出静電容量素子42とは切替スイッチ96bを介して出力端子347と接続されるように構成されている。
FIG. 11 shows a specific circuit configuration of the pressure /
切替スイッチ96aと切替スイッチ96bは、制御線94からの信号により切り替えられ、切替スイッチ96aが参照容量33に接続され、切替スイッチ96bが圧力検出静電容量素子32に接続されているときは、圧力検出回路が構成されることになり、圧力検出静電容量素子32によって検出された圧力に応じた電圧が容量−電圧変換回路92から出力される。
The
切替スイッチ96aが参照容量43に接続され、切替スイッチ96bが加速度検出静電容量素子42に接続されているときは、加速度検出回路が構成されることになり、加速度検出静電容量素子42によって検出され加速度に応じた電圧が容量−電圧変換回路92から出力される。
When the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to the said embodiment, Unless each characteristic function of this invention is impaired, each component is limited to the said structure. It is not a thing.
上述の実施形態では、起動回路126をマイコン2に内蔵したが、起動回路126は必ずしもマイコン2に内蔵させる必要はなく、外部にあってもよい。例えば図12のように、起動回路35をセンサチップ2に搭載させて、リセット信号出力端子29から出力されるパルス出力をマイコン12のリセット信号入力端子127に入力させて起動する構成であっても良い。このとき、センサチップ2内の制御回路7のリセットは起動回路35から出力されるパルス信号を用いても良い。
In the above-described embodiment, the
1,1a,1b,1c,1d タイヤ圧測定モジュール
2 センサチップ
3 圧力検出回路
4 加速度検出回路
5 温度検出回路
6 定電圧出力回路
7 制御回路
8 コンパレータ
9 マルチプレクサ
10 電池
11 受信回路
12 マイコン
13 送信回路
700 車両
701a〜d タイヤ
800 車両搭載機
1, 1a, 1b, 1c, 1d Tire
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007108178A JP2008267862A (en) | 2007-04-17 | 2007-04-17 | Gas pressure in tire measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2008267862A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7359032B2 (en) | 2020-02-25 | 2023-10-11 | Tdk株式会社 | pressure sensor |
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2007
- 2007-04-17 JP JP2007108178A patent/JP2008267862A/en active Pending
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