JP2009248784A - タイヤ空気圧モニタ装置、その制御方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】同期合わせのできない送信部のみのタイヤ空気圧センサでも互いの混信なく確実に通信できるようにする。
【解決手段】車両６からタイヤ２，４に伝わる振動や、タイヤの回転開始の加速度といった各タイヤ側送信機１，３で同時に計測できる車両状態を各タイヤ側送信機が独立に検知して同期時刻合わせを行い、この同期時刻を起点に時分割での送信を行う。このため、各タイヤ側送信機は同期合わせのための受信部を備えたり、混信回避のために送信出力や送信時間を延長するといった電力消費の増加を招く構成を備える必要がなく、且つ、省電力で、より送信エラーの少ないタイヤ空気圧モニタ装置が実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両タイヤの空気圧を測定して異常を報知するタイヤ空気圧モニタなどの車載用無線装置に関する発明であり、特にタイヤ周辺部への配線などを省くと共に、タイヤ側に装着する無線機の受信機能を省いて送信機能のみを搭載することで低消費電力化、小型化、コストダウン等のメリットを図った構成のタイヤ空気圧モニタ装置における通信の確実性を向上させうるのに最適なものである。

近年、走行に際しての安全性からタイヤの適正な空気圧や温度を計測し、タイヤ空気圧や温度の異常を検出した際には、車載の無線機に送信して警告音を発したり、ディスプレイに警告灯を点けるなどを行うタイヤ空気圧モニタ装置（以下、ＴＰＭＳと略記）が普及し始めている。特に、米国などでは法律によりＴＰＭＳの装備が義務付けられている。

日本でも、従来より走行前の事前点検項目として、タイヤ空気圧の点検の効果が広く知られているが、適正なタイヤ空気圧で走行することによる燃費の改善効果や、走行中の事故防止に対する安全意識の向上によりＴＰＭＳに対する関心が高まってきつつある。

これまでに実用化されているＴＰＭＳでは、各タイヤに設置するタイヤ側無線機と、車体側に設置する車体側無線機とから構成されるものが一般的である。タイヤ側無線機は、タイヤの空気圧や温度を計測するセンサ部と計測結果を送信する無線部、センサ部や無線部に電源を供給する電池部を備える。

車体側無線機は、タイヤを囲う車体側のホイールハウス部分に設置して、タイヤ側無線機に通信のタイミングを知らせる長波電波（以下、ＬＦ電波）を送信するトランスポンダ部と、タイヤ側無線機の計測値を受信してタイヤ状態を表示する表示機や車全体の中央制御装置（以下、ＥＣＵ）に入力する受信部から構成する。

こうしたＴＰＭＳでは、車載受信機から各タイヤのタイヤ側無線機に順次ＬＦ信号を送って各タイヤのタイヤ側無線装置との通信タイミングをずらして混信を避けたり、万が一通信に失敗した場合には、再度ＬＦ電波を送ってタイヤ側無線機から再送させるといった輻輳制御が行われていた。

ところが近年においては、車載受信機はトランスポンダ部を備えずに装置の簡略化を進めると共に、タイヤ側無線機も受信回路を持たずに送信回路のみを備えることで省電力化を図った構成のＴＰＭＳも商品化され始めている。

こうした構成のＴＰＭＳでは、トランスポンダ部からのＬＦ電波を受信して送信タイミングを決定することが出来ない。そこでタイヤ側無線機は、通常は送信回路やマイコンの周辺ブロックなどに電力を供給しない省電力モードにして省電力化を図ると共に、内部タイマでランダムな間隔で送信したり、振動センサなどを備えることにより車体の走行状態に応じて通信の頻度やタイミングを決定して送信するようにしている（特許文献１、２参照）。

例えば、特許文献１では、タイヤ側無線機に振動センサを組み込んで、走行中のみタイヤ側無線機がタイヤ空気圧の検知と送信を行う事で省電力化を図るように構成している。

また、特許文献ででは、タイヤ側無線機に回転センサを備え、回転数が上がると送信間
隔を短くする事で通信の確実性、即時性を改善する構成にしている。
特開２００３−３５５２０３号公報 特開２００５−１１２０１７号公報

ところが、タイヤ側無線機が受信回路を備えない構成では、車載受信機から各タイヤのタイヤ側無線機同士の輻輳制御ができないため、各タイヤのタイヤ側送信機が独自のタイミングで一方的に送信を行い続けるだけになる。

このため、各タイヤのタイヤ側無線機間の送信が混信して通信が失敗する場合も発生する上、ＬＦ電波を送って再送するといった再送処理もできない。従って、車体の走行状態に応じて各タイヤ側送信機が独自に通信のタイミングを変えるような場合には、最悪の場合には送信の間隔が同期して、送信する毎に混信して通信が長期間に渡って成立しないといった状況も想定される。

各タイヤ側送信機同士の混信を避ける方法としては、送信間隔をランダムに変更する構成も提案されている。しかし、安全走行時には、数分〜１０分に１度といった送信インターバルであるため混信が発生することは極まれなケースであっても、タイヤの空気圧や温度に異常が発生して、より通信頻度を上げる必要がある場合ほど混信による送信の失敗確率が高まる危惧がある。

本発明は、上記する従来の問題を解消するためになされたものであり、走行開始の加速度や振動など車両がエンジン始動して振動が検出された際や、車両が走行を始めてタイヤが回転し始めたタイミングなど、同一車両の複数のタイヤのタイヤ側送信機が独立、且つ同期して決定できる時刻を周期基準とし、この周期基準を一定時間ごとに区切ったタイムスロットで送信することにより衝突を無くするようにしている。

これにより、タイヤ側無線機が受信回路を持たず、車載受信機からの輻輳制御ができないようなＴＰＭＳにおいても、タイヤ側無線機同士の混信を避けて、より確実に計測値の内容を送信できるＴＰＭＳを実現できうるものである。

そこで、前記従来の課題を解決するために、タイヤホイールの外周箇所に設置されてタイヤの空気圧もしくは温度を計測して無線送信するタイヤ側送信機と、前記タイヤ側送信機からの無線送信を受信する車載受信機を備えたタイヤ空気圧モニタ装置において、前記タイヤ側送信機は、予め前記タイヤ側送信機に共通に決定した送信周期を少なくとも前記タイヤ側送信機の数を越えるタイムスロットに分割し、それぞれ予め重複なく割り当てて決定したタイムスロット内に送信を行う送信手段と、タイヤの回転検知手段を備え、各タイヤ側送信機は、前記回転検知手段により回転開始を検知した時刻を前記送信周期の開始となる基準時刻として設定するようにしている。

これにより、タイヤ側送信機が互いに通信したり、車載受信機と一斉通信したりする必要が無く、各タイヤ側送信機が基準時刻となるタイミングを決定でき、この基準時刻を起点とした送信周期を時分割してタイムスロットを割り当て、各タイヤ側送信機はこの排他的に割り当てたタイムスロットのタイミングで順次送信を行うことで、タイヤ側送信機同士の混信による通信エラーの無い、より確実な通信が可能となるものである。

このように、本発明によれば、混信を避けるための受信回路を備える必要がなく、各タ
イヤ側で独立に同期合わせをして送信を行う事で、受信回路を備えない省電力、小型化などのメリットを活かした上で、且つ各タイヤ側送信機同士の通信エラーの発生しない確実な通信の可能なタイヤ空気圧モニタ装置を提供できる。

第１の発明は、タイヤホイールの外周箇所に設置されてタイヤの空気圧を計測して無線送信するタイヤ側送信機と、前記タイヤ側送信機からの無線送信を受信する車載受信機を備えたタイヤ空気圧モニタ装置において、前記タイヤ側送信機は、予め前記タイヤ側送信機に共通に決定した送信周期を少なくとも前記タイヤ側送信機の数を越えるタイムスロットに分割し、それぞれ予め重複なく割り当てて決定したタイムスロット内に送信を行う送信手段と、タイヤの回転検知手段を備え、各タイヤ側送信機は、前記回転検知手段により回転開始を検知した時刻を前記送信周期の開始となる基準時刻として設定するようにしている。

これにより、タイヤ側送信機が互いに通信したり、車載受信機と一斉通信したりする必要が無く、省電力、小型化のメリットを活かした上で、タイヤ側送信機同士の混信による通信エラーの無い、より確実な通信が可能となるものである。

第２の発明は、第１の発明に加えて、車両が停車し前記回転開始を検知するごとに前記基準時刻の再設定を行うようにしている。

これにより、各タイヤ側送信機同士の長期間による同期のズレを補正し、より確実に通信のできるようにしている。

第３の発明は、タイヤホイールの外周箇所に設置されてタイヤの空気圧もしくは温度の少なくとも一方を計測して無線送信するタイヤ側送信機と、前記タイヤ側送信機からの無線送信を受信する車載受信機を備えたタイヤ空気圧モニタ装置の制御方法において、前記タイヤ側送信機は、タイヤの回転検知手段を備え、各タイヤ側送信機は、予め前記タイヤ側送信機に共通に決定した送信周期を少なくとも前記タイヤ側送信機の数を越えるタイムスロットに分割し、前記回転検知手段により回転開始を検知した時刻を前記送信周期の開始となる基準時刻として設定するステップと、予め重複なく割り当てた前記タイムスロット内に送信を行うステップとを備えたタイヤ空気圧モニタ装置の制御方法。

これにより、タイヤ側送信機が互いに通信したり、車載受信機と一斉通信したりする必要が無く、省電力、小型化のメリットを活かした上で、タイヤ側送信機同士の混信による通信エラーの無い、より確実な通信が可能な制御方法となるものである。

第４の発明は、請求項１〜２記載のいずれか１項に記載のタイヤ空気圧モニタ装置の少なくとも一部を実行するプログラムとなっている。

これにより、プログラムであるので、電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させて本発明のタイヤ空気圧モニタ装置の少なくとも一部を容易に実現することができる。また記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における無線装置の一例として、タイヤ空気圧モニタ装置（以
下、ＴＰＭＳ）を設置した車両６の略側視図を示したものであり、車両６におけるＴＰＭＳの配置が判る範囲で略式に示している。

図１において、車両６のタイヤ２、４には、それぞれタイヤ空気圧およびタイヤ温度を検知するセンサ部と検知データを送信する送信部を備えたタイヤ側送信機１、３を取り付ける。実際には、タイヤ側送信機１、３は、タイヤ２、４内部のタイヤホイールの外周部に取り付けられ、外部からは見えないが図１では説明上、タイヤ２、４内に図示している。また、図１では図示しないが、車両６の反対側の前後輪にも同様にタイヤ側送信機を取り付ける。

車載受信機５は、車両６のダッシュボード内などに設置されて、タイヤ側送信機１、３から無線送信されたタイヤ空気圧値やタイヤ温度などの計測値を受信する。車載受信機５は、車両全体の電気制御を行う電気制御ユニットである車両制御装置（以下、ＥＣＵ）に接続し、万が一受信した計測値が異常な場合は、ＥＣＵに信号を出力して異常を知らせる報知をフロントパネルに表示したり、ブザーを吹鳴して運転車に知らせる。

なお、車載受信機５は、車両にオプションで取り付けるようなアフター設置型のＴＰＭＳの場合には、ＥＣＵに接続せず、車載受信機５自体で報知用の液晶表示器やブザーなどの手段を備えたもので構成しても構わない。

次に、図２は図１に示したＴＰＭＳのタイヤ側送信機１と車載受信機５の構成を示した略ブロック図である。タイヤ側送信機３についても、図２のタイヤ側送信機１のブロック図と同様の構成とするものである。

図２のタイヤ側送信機１の制御部８は、タイヤ側送信機１全体を制御し、マイコンやその周辺回路で構成する。空気圧センサ部７は、空気圧センサ、温度センサやその信号アンプ回路などから構成し、タイヤの空気圧およびタイヤ温度を計測して制御部８に入力する。

電池部９はボタン型電池で構成し、制御部８や、空気圧センサ部７、送信部１１などに電源を供給する。制御部８は、通常スリープ状態などの省電力モードで動作し、予め記憶しておいたプログラムで決定する所定インターバル毎のタイミングで省電力モードから起動し、空気圧センサ部７によりタイヤの空気圧や温度を計測や、送信部１１からアンテナ１９を介して車載受信機５に計測値を送信し、送信後は再び省電力モードに戻るよう構成する。なお、空気圧や温度の計測は計測ごとに送信せずに、複数回の計測結果をまとめた結果や、平均値を算出するなどの演算した結果を送信する構成でも構わない。

車載受信機５は、タイヤ側送信機１からの電波があると、アンテナ１５を介して受信部１４により受信を行う。制御部１６は、受信部１４で受信されたタイヤの空気圧や温度の計測値が異常であるかどうかの判定を行い、もし異常である場合にはＥＣＵ接続部１３によりＥＣＵに信号を送って、フロントパネルなどに警告の表示やブザーの吹鳴などの報知処理を行わせる。

現状では、国内でのＴＰＭＳやキーレスエントリー装置などの特に車載関係の無線装置では、電波法規の遵守のため、３００ＭＨｚ帯域や２ＧＨｚ帯域の周波数を用いて構成されるのが一般的である。

本実施の形態の図２に一例として示すブロック図のように、小型化や消費電力の低減、コスト低減などのメリットを追求する構成では、タイヤ側送信機１は受信部を備えず、タイヤ側送信機１から車載受信機５への単方向通信のみが行える構成が一般的である。

従って、送信前に周辺の電波を受信して他のタイヤ側送信機が電波を送信していないか検出して、もし他の電波が存在する場合には送信を待合わせるキャリアセンス処理や、通信エラーが発生した場合に車載受信機５からタイヤ側送信機へ再送要求電文を送信するリカバリ処理などを行えない。

また、車載受信機５から基準となるタイミング信号を送ったり、タイヤ側無線機同士で通信を行うといった同期時刻合わせを行った後、予め設定したルールで同期時刻から送信タイミングを順次ずらせて送信するといった処理も不可能である。

このため、受信部を備えないタイヤ側送信機の構成で、タイヤ側送信機の間の混信を避ける方法としては、例えば、送信間隔を各タイヤ側送信機がランダムに変更するといった方法も考えられる。しかし、タイヤに異常のない平常走行は数分〜数十分に１回程度の頻度であるが、タイヤ温度や空気圧に異常が発生した緊急時においては、平常と異なる高い頻度で送信することが望ましいため、ランダムな送信間隔でも混信の可能性は高まる上、混信による送信エラーの発生は事故防止への影響度も大きくなると危惧される。

この他、受信部を備えないタイヤ側送信機の構成で送信の確実性を向上させる方法としては、異常の発生したタイヤのタイヤ側送信機が一時的に送信出力を大きくする、電文を長い時間送信する、送信頻度を上げて何度も送信する、といった方法も提案されているが、何れも消費電力を大きく方法であり、好ましい方法とは言えない。

そこで本実施の形態１では、各タイヤのタイヤ側送信機が、車載受信機５や他のタイヤ側送信機と通信する必要なく、それぞれのタイヤ側送信機がエンジン始動時を検出したり、停車から走行が始まった際のタイヤの回転開始を検出するといった、各タイヤが独立して且つ同期して検出できる車両状態により基準時刻の同期合わせを行う。各タイヤ側送信機は、この基準時刻を基点として、送信周期を時分割したタイムスロットの内、予めプログラムに設定により割り当てた順番のタイムスロット内で送信を行う事で、相互に衝突なく送信が可能となるものである。

図３は、このタイムスロットを割り当てて送信する場合の一例として、右後綸であるタイヤ２に設定したタイヤ側送信機１の送信するタイミングを示すタイムチャートの概略図である。送信周期Ｔおよびタイムスロットの長さや各タイヤ送信機が何番目のタイムスロットで送信するかといった設定パラメータは、予め各タイヤ側送信機の制御部に記憶させておく。この設定パラメータは、外部スイッチを設けて、タイヤへの設置時に調整や変更ができうるように構成しても有効なものである。

今、時刻ＴＯにおいて車両６が停止状態から走行を開始し、タイヤ側送信機１が設置されたタイヤ２が回転もしくはエンジン始動すると、タイヤ側送信機１の回転センサ部１２がこれを検知し、Ｔ０を基準時刻として内部タイマにより時刻のカウントを始める。図３では、各タイヤ側送信機は、前右輪、前左輪、後右輪、後左輪のタイヤに設置されたタイヤ側送信機の順にタイムスロットに割り当てるよう予め各タイヤ側送信機の制御部にプログラムしておく。図３の右後輪であるタイヤ２は、予め制御部８に送信周期Ｔから３番目のタイムスロット内にあたる時間中に送信するよう設定する。従って、タイヤ側送信機１以外のタイヤ側送信機は３番目のタイムスロットには送信せず、混信なく確実な通信が出来うるものである。

なお、タイムスロット数は、各車両のタイヤ数を越えるように設定しても構わないし、送信周期にはタイムスロットの割り当てないスペースがあっても構わない。また、タイムスロット数には、例えばスペアタイヤに設置したタイヤ側送信機分も含んでも構わない。

更に、長時間の間には各タイヤ側送信機の内部タイマのズレなどに起因する送信周期のズレが徐々に拡大することが考えられるので、走行途中でも信号などにより一旦停車して再走行する際に基準時刻を再設定すれば、より正確な送信ができるものである。

加えて、各タイヤ側送信機は、送信周期Ｔ毎に常に送信するのではなく、タイヤの空気圧や温度に異常が発生した場合など、予め設定してプログラムに記憶した条件に従って送信の必要が生じた場合のみ、送信周期Ｔから割り当てたタイムスロットで送信するように構成しても構わない。

以上の説明に従い、図２の各部の概略動作フローを図４のフローチャート図に従い説明する。タイヤ側送信機１は、動作を開始すると、車両６が走行を始めてタイヤ２が回転し始めるのを待合せる（ステップＳ１６）。タイヤ２の回転が検出されると（ＹＥＳの場合）、基準時刻Ｔ０を設定し（ステップＳ１７）、内部タイマにより送信周期とタイムスロットの経過時間を計測する。

基準時刻Ｔ０を設定すると、送信するデータがあるかどうかを判定し（ステップＳ１８）。送信するデータが無ければ、送信周期Ｔが経過するまで所定のインターバルでタイヤ２の空気圧と温度値を計測しながら（ステップＳ２２）、送信周期Ｔが経過するまで待合せる（ステップＳ２１）。

また、ステップＳ１８で送信すべきデータがある場合には、送信周期Ｔの開始時刻から３番目のタイムスロットの始点時刻まで待合せ（ステップＳ１９）、３番目のタイムスロットに割り当てられた時間内にタイヤ２の空気圧値および温度値を送信する（ステップＳ２０）。

なお、送信周期Ｔやタイムスロットの長さはタイヤ回転数に応じて変化するように構成しても構わない。

以上のように、本発明によれば、車両の振動やタイヤの回転開始といった各タイヤ側送信機で同時に計測できる車両状態を検出することにより同期時刻合わせを行い、この同期時刻を起点に時分割での送信を行う。このため、各タイヤ側送信機は同期合わせのための受信部を備えたり、混信回避のために送信出力や送信時間を延長するといった電力消費の増加を招く構成を備える必要がなく、且つ、省電力で、より通信エラーの少ないタイヤ空気圧モニタ装置が実現できる。

本発明の一例となる実施の形態１におけるタイヤ空気圧モニタ装置を設置した車両の略側視図 本発明の実施の形態１におけるタイヤ側送信機および車載受信機の各無線機の構成を示す略ブロック図 本発明の実施の形態１におけるタイヤ空気圧モニタ装置が送信タイミングを決定する方法の一例を示したブロック図 本発明の実施の形態１におけるタイヤ空気圧モニタ装置の動作シーケンスの一例を示すフロー図

符号の説明

１、３ タイヤ空気圧センサ送信機
２、４ タイヤ
５ 車載受信機
６ 車両

Claims (4)

1. タイヤホイールの外周箇所に設置されてタイヤの空気圧を計測して無線送信するタイヤ側送信機と、前記タイヤ側送信機からの無線送信を受信する車載受信機を備えたタイヤ空気圧モニタ装置において、
   前記タイヤ側送信機は、予め前記タイヤ側送信機に共通に決定した送信周期を少なくとも前記タイヤ側送信機の数を越えるタイムスロットに分割し、それぞれ予め重複なく割り当てて決定したタイムスロット内に送信を行う送信手段と、タイヤの回転検知手段を備え、各タイヤ側送信機は、前記回転検知手段により回転開始を検知した時刻を前記送信周期の開始となる基準時刻として設定するタイヤ空気圧モニタ装置。
2. 車両が停車し前記回転開始を検知するごとに前記基準時刻の再設定を行う請求項１記載のタイヤ空気圧モニタ装置。
3. タイヤホイールの外周箇所に設置されてタイヤの空気圧を計測して無線送信するタイヤ側送信機と、前記タイヤ側送信機からの無線送信を受信する車載受信機を備えたタイヤ空気圧モニタ装置の制御方法において、
   前記タイヤ側送信機は、タイヤの回転検知手段を備え、
   各タイヤ側送信機は、予め前記タイヤ側送信機に共通に決定した送信周期を少なくとも前記タイヤ側送信機の数を越えるタイムスロットに分割し、前記回転検知手段により回転開始を検知した時刻を前記送信周期の開始となる基準時刻として設定するステップと、予め重複なく割り当てた前記タイムスロット内に送信を行うステップとを備えたタイヤ空気圧モニタ装置の制御方法。
4. 請求項１から２記載のいずれか１項に記載のタイヤ空気圧モニタ装置の少なくとも一部を実行するプログラム。

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