JP2012236556A - タイヤ空気圧送信装置およびタイヤ空気圧モニタシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 タイヤ空気圧送信装置の消費電力を抑制することができるタイヤ空気圧送信装置およびタイヤ空気圧モニタシステムを提供すること。
【解決手段】 タイヤ空気圧情報を送信するときの遠心力方向加速度の重力加速度成分からタイヤ空気圧送信装置の回転位置を判定し、所定の周期で、タイヤ空気圧情報とタイヤ空気圧送信装置の回転位置情報とを無線信号にて送信するようにした。
【選択図】 図６

Description

本発明は、タイヤ空気圧送信装置およびタイヤ空気圧モニタシステムに関する。

特許文献１には、各車輪に設けられたTPMSセンサにおいて検出した回転方向加速度が1[G]または-1[G]となったタイミングでTPMSデータを送信することにより、TPMSセンサが一定の車輪回転位置でTPMSデータを送信するものが開示されている。車体側に設けられたTPMSECUでは、受信したTPMSデータを受信したタイミングにおいて車輪速センサが検出した車輪速パルスから得られる歯数により、TPMSセンサの車輪位置を判別している。

特開２０１０−１２２０２３号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、TPMSセンサが一定の車輪回転位置となったことを判定するためには、サンプリング周期を短くする必要があり、TPMSセンサ（タイヤ空気圧送信装置）の電池の長寿命化が図れない問題があった。
本発明の目的は、タイヤ空気圧送信装置の消費電力を抑制することができるタイヤ空気圧送信装置およびタイヤ空気圧モニタシステムを提供することである。

上述の目的を達成するため、本発明では、タイヤ空気圧情報を送信するときの遠心力方向加速度の重力加速度成分からタイヤ空気圧送信装置の回転位置を判定し、所定の周期で、タイヤ空気圧情報とタイヤ空気圧送信装置の回転位置情報とを無線信号にて送信するようにした。

よって、本発明においては、タイヤ空気圧送信装置の消費電力を抑制することができる。

実施例１のタイヤ空気圧モニタ装置の構成図である。 実施例１の車輪を示す図である。 実施例１のTPMSセンサの構成図である。 実施例１の車輪速と遠心力方向加速度の変化を示すグラフである。 実施例１の重力加速度成分のゾーン分けを説明する図である。 実施例１の送信時の重力加速度成分に応じた重力加速度成分情報の内容の例を示す図である。 実施例１のTPMSコントロールユニットの制御ブロック図である。 実施例１の各車輪の回転位置算出方法を示す図である。 実施例１の分散特性値の算出方法を示す図である。 実施例１の車輪位置判定制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の各車輪の回転位置とTPMSデータの受信回数の関係を示す図である。 実施例１のTPMSデータの受信回数に応じた各車輪の分散特性値Xの変化を示す図である。

〔実施例１〕
［全体構成］
図１は、実施例１のタイヤ空気圧モニタシステム13の構成図である。図において、各符号の末尾のFLは左前輪、FRは右前輪、RLは左後輪、RRは右後輪に対応することを示す。以下の説明では、個別に説明する必要がない場合にはFL,FR,RL,RRの記載を省略する。
実施例１のタイヤ空気圧モニタシステム13は、各車輪1に取り付けられたTPMS(Tire Pressure Monitoring System)センサ2と、車体側に設けられたTPMS本体部14とを有している。TPMS本体部14は、受信機3と、TPMSコントロールユニット4と、ディスプレイ5と、ABS(Antilock Brake System)コントロールユニット6と、車輪速センサ8とを備える。

［TPMSセンサの構成］
図２は車輪1を示す図である。図２に示すように、TPMSセンサ2は各車輪1に設けられており、車輪1の外周寄りのタイヤの空気バルブ位置に取り付けられている。
図３はTPMSセンサ2の構成図である。TPMSセンサ2は、圧力センサ2aと、加速度センサ2bと、センサコントロールユニット2cと、送信機2dと、ボタン電池2eとを備える。

圧力センサ2aは、タイヤの空気圧を検出する。加速度センサ2bは、車輪1に作用する遠心方向加速度を検出する。センサコントロールユニット2cは、ボタン電池2eからの電力により動作し、圧力センサ2aからタイヤ空気圧情報と、加速度センサ2bから遠心力加速度情報とを入力する。そして、タイヤ空気圧情報とあらかじめ設定されている各TPMSセンサ2固有のセンサID（識別情報）とをTPMSデータとして無線信号により送信機2dより送信する。実施例１では、各TPMSセンサ2のセンサIDをID1〜ID4とする。

センサコントロールユニット2cは、加速度センサ2bにより検出された遠心方向加速度とあらかじめ設定された走行判定しきい値とを比較し、遠心方向加速度が走行判定しきい値未満の場合は車両停止と判定してTPMSデータの送信を停止する。一方、遠心方向加速度が走行判定しきい値以上の場合は車両が走行していると判定し、所定のタイミングでTPMSデータの送信を行う。

［車輪速センサの構成］
車輪速センサ8は、ロータ11とセンシング部12とから構成されている。図２に示すように、ロータ11は歯車状に形成されており、車輪1の回転中心と同軸に固定されて車輪1と一体に回転する。このロータ11の凹凸面に対向してセンシング部12が設けられている。センシング部12は永久磁石およびコイルとから構成され、ロータ11が回転するとロータ11の凹凸面がセンシング部12の永久磁石により生じた磁界を横切ることにより、磁束密度が変化してコイルに起電力が生じ、この起電力の電圧変化を車輪速パルス信号としてABSコントロールユニット6へ出力する。ロータ11は48歯からなり、センシング部12は車輪1が1回転すると48回のパルスを出力することなる。

［ABSコントロールユニットの構成］
ABSコントロールユニット6は、各車輪速センサ8からの車輪速パルス信号を入力し、パルス数をカウントして、所定時間のパルス変化数により各車輪1の車輪速を求めている。各車輪1の車輪速からある車輪1がロック傾向にある場合、図外のABSアクチュエータを作動させて当該車輪のホイルシリンダ圧を増減または保持してロック傾向を抑制するアンチスキッドブレーキ制御を実施する。また、ABSコントロールユニット6は、一定間隔（例えば、20[msec]間隔）で車輪速パルスのカウント値をCAN通信線7に出力する。

［受信機の構成］
受信機3は、各TPMSセンサ2から出力された無線信号を受信してデコードし、TPMSコントロールユニット4へ出力する。

［TPMSコントロールユニットの構成］
TPMSコントロールユニット4は、受信機3においてデコードされた各TPMSセンサ2からのTPMSデータを入力する。TPMSコントロールユニット4は、不揮発性のメモリ4d（図７参照）に各センサIDと各車輪位置との対応関係とを記憶しており、TPMSデータのセンサIDを記憶している対応関係と照合して当該TPMSデータがどの車輪1のデータであるのかを判定する。当該TPMSデータに含まれるタイヤの空気圧を対応する車輪位置の空気圧としてディスプレイ5に表示する。また、タイヤの空気圧が下限値を下回った場合には、表示色変更、点滅表示や警告音などによりドライバに空気圧の低下を知らせる。

上記のように、TPMSコントロールユニット4は、メモリ4dに記憶した各センサIDと各車輪位置との対応関係に基づいて、受信したTPMSデータがどの車輪1のデータであるのかを判定している。しかし、車両停止中にタイヤローテーションが行われた場合、メモリ4dに記憶された各センサIDと各車輪位置との対応関係が実際の対応関係と合致せず、TPMSデータがどの車輪のデータであるのかがわからなくなる。ここで、「タイヤローテーション」とは、タイヤのトレッド摩耗を均一にし、寿命（トレッドライフ）を延ばすため、タイヤの装着位置を変えることをいう。例えば、乗用車では一般的に左右のタイヤ位置をクロスして前後輪を入れ替える。
そのため、タイヤローテーション後にはメモリ4dの各センサIDと各車輪位置との対応関係を更新する必要がある。しかしながら、車輪1側に設けられたTPMSセンサ2と車体側に設けられたTPMSコントロールユニット4とは相互通信を行うことができないため、実施例１のタイヤ空気圧モニタシステムでは、あらかじめメモリ4dの更新時のプロトコルを設定している。
次に、TPMSセンサ2とTPMSコントロールユニット4の制御について詳述する。

［TPMSセンサの制御］
TPMSセンサ2は、車両停止判定時間が15[min]以上である場合、タイヤローテーションが行われた可能性があると判断する。車両停止判定時間が15[min]未満のときにはメモリ4dの更新は必要ないと判断し、「通常モード」を選択する。車両停止判定時間が15[min]以上のときにはメモリ4dの更新が必要と判断し、「位置送信モード」を選択する。

（通常モード）
まず、通常モード時のTPMSセンサ2の制御について説明する。
センサコントロールユニット2cは、加速度センサ2bにより検出された遠心方向加速度が走行判定しきい値未満の場合は車両停止と判定して、TPMSデータの送信を停止する。一方、遠心方向加速度が走行判定しきい値未満の場合は車両走行中と判定して、一定間隔（例えば、1[min]間隔）でTPMSデータを送信する。

（位置送信モード）
次に、位置送信モード時のTPMSセンサ2の制御について説明する。
位置送信モードでは、定位位置送信モードの送信間隔よりも短い間隔（例えば、約10[sec]間隔）でTPMSデータに送信処理時の遠心力方向加速度の重力加速度成分情報を添付して送信する。

位置送信モードでは、TPMSデータの送信回数が所定回数（例えば、40回）に達するまで実施し、送信回数が40回に達したときには通常モードへ移行する。位置送信モード中に車両停止と判定した場合には、車両停止判定時間が15[min]未満であるときは再発進後にTPMSデータの送信回数のカウントを継続し、車両停止判定時間が15[min]以上であるときは再発進後に車両停止前のTPMSデータの送信回数をリセットして送信回数のカウントを行う。

（重力加速度成分について）
TPMSセンサ2は、位置送信モードでは前述のようにTPMSデータに重力加速度成分情報を添付して送信する。

図４は、車輪速と加速度センサ2bが検出する遠心力方向加速度の変化を示すグラフである。図４（ａ）は車輪速、図４（ｂ）は遠心力方向加速度、図４（ｃ）は遠心力方向加速度の重力加速度成分、図４（ｄ）は遠心力方向加速度の遠心力成分を示すグラフである。

遠心力方向加速度は、車輪1が回転することにより発生する遠心力により発生する加速度である遠心力成分と、重力加速度により発生する加速度である重力加速度成分とに分けることができる。

遠心力方向加速度は、図４（ｂ）に示すように波打っているものの全体としては図４（ａ）に示す車輪速に追従して変化する。遠心力成分は、図４（ｄ）に示すように車輪速にほぼ同期して推移する。一方、重力加速度成分は、図４（ｃ）に示すように+1[G]と-1[G]との間を行き来する正弦波形状となり、その周期は車輪速が高いほど短くなる。これは、TPMSセンサ2が車輪1の最上点に来たときに+1[G]となり、最下点に来たときにはTPMSセンサ2の方向が最上点のときと反対となるため-1[G]と検出され、最上点および最下点に対し90度の位置で0[G]となるからである。すなわち、重力加速度成分よりTPMSセンサ2の回転位置を求めることができる。

（位置情報添付制御）
TPMSセンサ2が所定の位置となったときにTPMSデータを送信するためには、常に重力加速度成分をサンプリングしていなければ成らず、また位置精度を高めるためにはサンプリング周期を短くしなければならない。そのため、消費電力が大きくなりボタン電池2eの長寿命化が図れない。
そこで実施例１では、位置送信モードにおいてはTPMSデータに送信処理時の位置情報を添付して送信することとした。この位置情報は、1回転を8つのゾーンに分け、TPMSセンサ2がどのゾーンに位置しているかを示す情報である。具体的には、重力加速度成分の正弦波を8つのゾーンに分け、検出した重力加速度成分の値がどのゾーンに位置するかを求めて、これを位置情報としている。
図５は重力加速度成分のゾーン分けを説明する図である。図５に示すように、まず重力加速度成分の大きさに応じて4つのゾーンに分ける。つまり、重力加速度成分が+0.5[G]以上1[G]以下の範囲をゾーン1、±0[G]以上+0.5[G]未満の範囲をゾーン2、-0.5[G]以上±0[G]未満の範囲をゾーン3、-1[G]以上-0.5[G]未満の範囲をゾーン4とする。さらに重力加速度成分が減少する範囲をサブゾーン1とし、重力加速度成分が増加する範囲をサブゾーン2とする。例えば、図５の点P1ではゾーン1-1、点P2ではゾーン4-2と表現する。

図６は送信時の重力加速度成分に応じた重力加速度成分情報の内容の例を示す図である。図６では車輪速が徐々に増加し、重力加速度成分の周期が車輪速の増加に伴って短くなっている様子を示している。そのため、10[sec]毎のTPMSセンサ2の回転位置は一定ではない。

センサコントロールユニット2cでは、前回の送信から10[sec]経過する直前に重力加速度成分のサンプリングを開始する。サンプリングは、十分に短い周期で4回行われる。送信直前にサンプリングすることで、送信時の重力加速度成分の大きさと増加減少範囲を求めることができ、それによりゾーンを設定することができる。

例えば図６の点P3,P4では、送信直前のサンプリングから重力加速度成分の大きさはゾーン1であって、増加範囲であるためサブゾーン2であることが分かるため、ゾーン1-2として重力加速成分情報を送信する。また点P5では、重力加速度成分の大きさはゾーン2であって、減少範囲であるためサブゾーン1であることが分かるため、ゾーン2-1として重力加速成分情報を送信する。また点P6では、重力加速度成分の大きさはゾーン4であって、増加範囲であるためサブゾーン2であることが分かるため、ゾーン4-2として重力加速成分情報を送信する。
これにより、TPMSデータ送信直前にのみ重力加速度成分の値をモニタするため、サンプリング周期を短くしても全体としてはサンプリング数を少なくすることができ、重力加速度成分のピークの検出精度を高めるとともに、消費電力を抑制することができる。

［TPMSコントロールユニットの制御］
TPMSコントロールユニット4は、車両停止判定時間が15[min]以上である場合、タイヤローテーションが行われた可能性があると判断する。車両停止判定時間が15[min]未満のときにはメモリ4dの更新は必要ないと判断し、「モニタモード」を選択する。車両停止判定時間が15[min]以上のときにはメモリ4dの更新が必要と判断し、「ラーニングモード」を選択する。

（モニタモード）
まず、モニタモード時のTPMSコントロールユニット4の制御について説明する。
モニタモード時には、TPMSコントロールユニット4は、受信機3から入力したTPMSデータのセンサIDと、不揮発性のメモリ4dに記憶した各センサIDと各車輪位置との対応関係を照合して当該TPMSデータがどの車輪位置のデータであるのかを判定する。そして、当該TPMSデータに含まれるタイヤ空気圧を対応する車輪1の空気圧としてディスプレイ5に表示する。また、タイヤ空気圧が下限値を下回った場合には、表示色変更、点滅表示や警告音などによりドライバに空気圧の低下を知らせる。

（ラーニングモード）
次に、ラーニングモード時のTPMSコントロールユニット4の制御について説明する。
ラーニングモード時には、各TPMSセンサ2がどの車輪位置にあるかの判定が終了するまで、またはラーニングモードの開始から所定の累積走行時間（例えば、8[min]）が経過するまで実施し、ラーニングモード終了後はモニタモードへ移行する。
なお、ラーニングモード中であってもTPMSデータは随時入力されるため、更新前のメモリ4dの各センサIDと各車輪位置との対応関係に基づいて空気圧の表示、空気圧低下の警告を行う。

ラーニングモードでは、ABSコントロールユニット6からの車輪速パルスのカウント値と、あるセンサIDを含むTPMSデータを受信した時間とから該センサIDを含むTPMSデータを送信したときの各車輪1の回転位置を求めている。

TPMSセンサ2は位置送信モードではTPMSデータに重力加速度成分情報を添付して送信している。例えば、ID1のTPMSセンサ2が取り付けられた車輪1の回転位置とID1のTPMSセンサ2から送信された重力加速度成分情報とは一致するが、他の車輪1の回転位置とID1のTPMSセンサ2から送信された重力加速度成分情報とは一致しなくなる。

これは車両の走行時、各車輪1の回転数は旋回時の内外輪差、車輪1のロックおよびスリップ、タイヤの空気圧差によって差が生じるからである。なお、直進走行中であっても、ドライバによる微少な修正舵や左右路面状態の違い等により、前後輪間および左右輪間に回転数差が生じることが分かっている。

TPMSコントロールユニット4においてラーニングモード時に行われる車輪位置判定制御について詳しく説明する。ここでは説明の簡単のため、ID1のTPMSセンサ2の車輪位置を判定する処理のみを説明するが、他のTPMSセンサ2の車輪位置を判定する処理も同様に行われる。
図７は、車輪位置判定制御を実施するためのTPMSコントロールユニット4の制御ブロック図である。TPMSコントロールユニット4は、回転位置演算部4aと、分散演算部4bと、車輪位置判定部（車輪位置判定手段）4cと、メモリ4dとを備えている。

〈回転位置演算部の制御〉
回転位置演算部4aは、受信機3からデコード後のTPMSデータと、ABSコントロールユニット6から各車輪速パルスのカウント値とを入力し、ID1のTPMSセンサ2のがTPMSデータを送信したときの各車輪1の回転位置を演算する。

前述のようにロータ11は48歯有しているが、ABSコントロールユニット6では車輪速パルスをカウントするだけであって、各歯の特定までは行っていない。そこで、回転位置演算部4aでは48歯それぞれに仮想的に歯番を振り、振ったロータ11の歯番によって車輪1の回転位置が求めている。ラーニングモードが開始されると、回転位置演算部4aはABSコントロールユニット6から入力される車輪速パルスのカウント値を加算して記憶する。この車輪速パルスの加算値を歯数48で除した余りに1をプラスしたものを歯番としている。

ID1のTPMSセンサ2がTPMSデータを送信したタイミングと、受信機3が該TPMSデータを受信したタイミングとの間にはタイムラグが生じる。さらにID1のTPMSセンサ2がTPMSデータの送信処理を開始したタイミングと、実際にTPMSデータを送信したタイミングとの間にもタイムラグが生じる。

TPMSコントロールユニット6はTPMSセンサ2がTPMSデータの送信処理を開始した時間を知ることができないため、受信機3がTPMSデータを受信した時間から逆算してTPMSセンサ2がTPMSデータの送信処理を開始した時間を推定し、その時の各車輪の回転位置を演算する必要がある。

またABSコントロールユニット6からは20[msec]毎にしか車輪速パルスのカウント値は入力されない、つまり1パルス毎のカウント値は入力されないため、ID1のTPMSセンサ2の位置が最上点に来たときの歯番を演算する必要がある。

図８は、TPMSセンサ2がTPMSデータを送信した時のロータ11の歯番（車輪1の回転位置）を演算する方法を説明する図である。
図８において、車輪速パルスのカウント値を入力した時間をt1、ID1のTPMSセンサ2がTPMSデータの送信処理を開始したときの時間をt2、ID1のTPMSセンサ2が実際にTPMSデータの送信を開始した時間をt3、受信機3が該TPMSデータの受信を完了した時間をt4、次に車輪速パルスのカウント値を入力した時間をt5とする。TPMSコントロールユニット6は時間t1,t4,t5を直接知ることができる。時間t3は、時間t4からTPMSデータのデータ長（規定値であり、例えば、約10[msec]）を減算して算出できる。時間t2は、時間t3から送信時のタイムラグ（あらかじめ実験等により求めることができる。）を減算して算出できる。20[msec]間では、車輪速の変化は十分小さいため一定速と仮定する。

時間t1のときの歯番をn1、時間t2のときの歯番をn2、時間t5の歯番をn5とすると、
(t2 - t1) / (t5 - t1) = (n2 - n1) / (n5 - n1)
が成立する。これから、
n2 - n1 = (n5 - n1) * (t2 - t1) / (t5 - t1)
が求められ、ID1のTPMSセンサ2の回転位置が最上点となった時間t2の歯番n2は、
n2 = n1 + (n5 - n1) * (t2 - t1) / (t5 - t1)
となる。

〈分散演算部の制御〉
分散演算部4bは、回転位置演算部4aで演算されたID1のTPMSセンサ2がTPMSデータの送信処理を開始した時間t2の各車輪1の歯番を蓄積し、各車輪1の回転位置データのばらつき度合いを分散特性値として演算する。

TPMSセンサ2は一定の時間でTPMSデータを送信しているため、送信処理を開始したときの回転位置は毎回異なる。そのため、各車輪1の回転位置データをそのまま使うと分散特性値から、ID1のTPMSセンサ2の車輪位置を特定することができない。そのため、重力加速度成分情報を用いて、求めた車輪1の歯番の補正を行う。

車輪1の回転位置の補正は、重力加速度成分情報のゾーン毎に補正値を設定して行う。各ゾーンの補正値は、
ゾーン1-1：補正値0
ゾーン2-1：補正値+42
ゾーン3-1：補正値+36
ゾーン4-1：補正値+30
ゾーン4-2：補正値+24
ゾーン3-2：補正値+18
ゾーン2-2：補正値+12
ゾーン1-2：補正値+6
とする。

この補正値を用いて補正を行うと、例えばID1のTPMSセンサ1が送信したTPMSデータの重力加速度成分情報がゾーン2-2であって、求めた車輪1の歯番が13であれば補正後の歯番は25となる。補正後の歯番が48を超える場合は48で割った余りを補正後の歯番とする。

図９は、分散特性値の算出方法を示す図である。実施例１では、２次元平面上に原点(0,0)を中心とした単位円（半径が1の円）を考え、各車輪1の回転位置θ[deg]（= 360 × ロータの歯番 / 48）を、単位円の円周上の座標(cosθ,sinθ)に変換する。つまり、各車輪1の回転位置を、原点(0,0)を始点、座標(cosθ,sinθ)を終点とする長さ1のベクトルとみて、同じ回転位置データの各ベクトルの平均ベクトル(ave_cosθ,ave_sinθ)を求め、平均ベクトルのスカラ量を回転位置データの分散特性値Xとして算出する。
(cosθ,sinθ) = (cos((n2+1)*2π/48),sin((n2+1)*2π/48))
よって、同一センサIDのTPMSデータの受信回数をN(Nは正の整数)とすると、平均ベクトル(ave_cosθ,ave_sinθ)は、
(ave_cosθ,ave_sinθ) = ((Σ(cosθ))/N,(Σ(sinθ))/N)
となり、分散特性値Xは、
X = ave_cosθ² + ave_sinθ²
で表すことができる。

〈車輪位置判定部の制御〉
車輪位置判定部4cは、分散演算部4bで演算された各車輪1の回転位置データの分散特性値Xを比較し、分散特性値Xの最高値が第１しきい値（例えば、0.57）よりも大きく、かつ、残り３つの分散特性値Xの値がすべて第２しきい値（例えば、0.37）未満となった場合、最高値の分散特性値Xに対応する車輪1にID1のTPMSセンサ2が設けられていると判定し、ID1のTPMSセンサ2と車輪1の位置とを対応関係をメモリ4dに更新する。

〈車輪位置判定制御処理〉
図１０は、車輪位置判定制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、各ステップについて説明する。なお、以下の説明では、センサID1の場合について説明するが、他のID(ID2,ID3,ID4)についても並列して車輪位置判定制御処理を行う。
ステップS1では、回転位置演算部4aにおいてセンサID1のTPMSデータを受信する。
ステップS2では、回転位置演算部4aにおいて各車輪1の回転位置を演算する。

ステップS3では、分散演算部4bにおいて各車輪1の回転位置データの分散特性値Xを演算する。
ステップS4では、センサID1のTPMSデータを所定回数（例えば、10回）以上受信したか否かを判定し、YESの場合にはステップS5へ進み、NOの場合にはステップS1へ戻る。
ステップS5では、車輪位置判定部4cにおいて分散特性値の最高値が第１しきい値0.57よりも大きく、かつ、残りの分散特性値の値が第２しきい値0.37未満であるか否かを判定し、YESの場合にはステップS6へ進み、NOの場合にはステップS7へ進む。

ステップS6では、車輪位置判定部4cにおいて最高値の分散特性値と対応する車輪位置を、センサID1のTPMSセンサ2の位置と判定し、ラーニングモードを終了する。
ステップS7では、車輪位置判定部4cにおいてラーニングモードを開始してから所定の累積走行時間（例えば、8分）が経過したか否かを判定し、NOの場合にはステップS1へ進み、YESの場合にはラーニングモードを終了する。

車輪位置判定部4cは、所定の累積走行時間内にすべてのセンサIDについて車輪位置が判定できた場合は、各センサIDと各車輪位置との対応関係をメモリ4dの更新により登録する。一方、所定の累積走行時間内にすべてのセンサIDについて車輪位置が判定できなかった場合は、更新は行わずメモリ4dに記憶された各センサIDと各車輪位置との対応関係を継続して使用する。

［作用］
以下では、タイヤローテーション後に、ID1のTPMSセンサ2の車輪位置が左前輪1FLとなったと前提して説明する。
（車輪位置判定）
各TPMSセンサ2は、走行開始直前の車両停止判定時間が15分以上である場合、タイヤローテーションが行われた可能性があると判定し、通常モードから位置送信モードへ移行する。位置送信モードにおいて、各TPMSセンサ2は10[sec]毎にTPMSデータに重力加速度成分情報を添付して送信する。

一方、TPMSコントロールユニット4は、車両停止判定時間が15[min]以上である場合、モニタモードからラーニングモードへ移行する。ラーニングモードにおいて、TPMSコントロールユニット4は、各TPMSセンサ2からTPMSデータを受信する都度、車輪速パルスのカウント値の入力時刻、当該TPMSデータの受信完了時刻等から、当該TPMSセンサ2のTPMSデータの送信処理をおこなったときの各車輪1の回転位置（ロータの歯番）を演算し、TPMSデータの重力加速度成分情報から回転位置の補正を行う。これを10回以上繰り返して回転位置データとして蓄積し、各回転位置データのうち最もばらつき度合いが小さな回転位置データに対応する車輪位置を当該TPMSセンサ2の車輪位置と判定する。

前述のように、車両の走行時、旋回時の内外輪差、車輪1のロックおよびスリップ、タイヤの空気圧差によって各車輪1の回転数には差が生じるため、例えば、ID1のTPMSセンサ2が取り付けられた車輪1の回転位置とID1のTPMSセンサ2から送信された重力加速度成分情報とは一致するが、他の車輪1の回転位置とID1のTPMSセンサ2から送信された重力加速度成分情報とは一致しない。
よって、ID1のTPMSセンサ2が取り付けられた車輪1の回転位置をID1のTPMSセンサ2から送信された重力加速度成分情報に基づいて補正すると、補正後の回転位置データのばらつきは小さくなるが、他の車輪1の回転位置をID1のTPMSセンサ2から送信された重力加速度成分情報に基づいて補正すると、補正後の回転位置データのばらつきは大きくなる。補正後の各車輪1の回転位置データのばらつき度合いを見ることで、各TPMSセンサ2の車輪位置を精度良く判定できる。

図１１は、ID1のTPMSセンサ2の重力加速度成分情報に基づいて補正した各車輪1FL,1FR,1RL,1RRの回転位置（ロータ11の歯番）とTPMSデータの受信回数との関係を示す図である。図１１（ａ）は左前輪1FLの車輪速センサ8FL、図１１（ｂ）は右前輪1FRの車輪速センサ8FR、図１１（ｃ）は左後輪1RLの車輪速センサ8RL、図１１（ｄ）は右後輪1RRの車輪速センサ8RRに対応する。

図１１から明らかなように、右前輪1FR、左後輪1RL、右後輪1RRの車輪速センサ8FR,8RL,8RRから得られた回転位置（ロータ11の歯番）の補正後の値はばらつき度合いが大きいのに対し、左前輪1FLの車輪速センサ8FLから得られた回転位置の補正後の値はばらつき度合いが最小となり、ID1のTPMSデータの送信周期と左前輪1FLのロータ11の回転周期とがほぼ同期していることがわかる。これより、ID1のTPMSセンサ2の位置は左前輪１FLに取り付けられていると判断することができる。

（分散特性値によるばらつき度合い判定）
分散は一般的には「平均との差の2乗」の平均で定義される。しかし、車輪1の回転位置は周期性のある角度データであるため、一般的な分散の式から車輪１の回転位置のばらつき度合い求めることはできない。

そこで、実施例１では、分散演算部4bにおいて、各車輪速センサ8から得られた各車輪1の回転位置θを、原点(0,0)を中心とした単位円の円周上の座標(cosθ,sinθ)に変換し、座標(cosθ,sinθ)をベクトルとみて、同じ車輪１の回転位置データの各ベクトルの平均ベクトル(ave_cosθ,ave_sinθ)を求め、平均ベクトルのスカラ量を分散特性値Xとして算出することで、周期性を回避して車輪１の回転位置のばらつき度合いを求めることができる。

図１２は、ID1のTPMSデータの受信回数に応じた各車輪1の回転位置（ロータ11の歯番）の分散特性値Xの変化を示す図である。図１２において、一点鎖線は左前輪1FLの回転位置の分散特性値X、実線は右前輪1FR、左後輪1RL、右後輪1RRの回転位置の分散特性値Xを示す。

図１２に示すように、センサID1のTPMSデータの受信回数が増えるにつれて、左前輪1FLの回転位置の分散特性値Xは1に近づき、右前輪1FR、左後輪1RL、右後輪1RRの回転位置の分散特性値Xは0に近づく特性を示す。よって、十分な受信回数（数10回程度）に達したときの分散特性値Xの最高値（最も1に近い分散特性値X）を選択すれば良い。しかし、TPMSセンサ2の車輪位置判定中はドライバに正確なタイヤの情報を知らせることができないため、判定時間の長時間化は好ましくない。一方、少ない受信回数（数回程度）では分散特性値Xに差が出ないため、判定精度の低下を招く。

そこで実施例１のタイヤ空気圧モニタシステムでは、車輪位置判定部4cにおいて、同一センサIDのTPMSデータを10回以上受信した場合、当該センサIDが送信されたときの各車輪１の回転位置データの分散特性値Xを比較し、分散特性値Xの最高値が第１しきい値0.57よりも大きく、かつ、残り３つの分散特性値Xの値がいずれも第２しきい値0.37未満となった場合、最高値の分散特性値Xと対応する回転位置データの車輪位置を当該センサIDのTPMSセンサ2の車輪位置と判定する。

単に分散特性値Xの最高値を選択するのではなく、最高値を第１しきい値(0.57)と比較することで一定の判定精度を確保できる。さらに、最高値以外の分散特性値Xを第２しきい値(0.37)と比較することで、最高値と他の3値とに所定(0.2)以上の差があることを確認でき判定精度をより高めることができる。このため、10回という少ない受信回数で判定精度の確保と判定時間の短縮化の両立を実現できる。

（強制モード変更による電力消費抑制）
TPMSセンサ2は、位置送信モード時にTPMSデータを40回送信すると通常モードへ移行する。TPMSセンサ2は、TPMSデータの送信時に最もボタン電池2eの電力を消費するため、送信間隔が短い位置送信モードを継続するほど、ボタン電池2eの電池寿命が短くなる。

そこで実施例１のタイヤ空気圧モニタシステムでは、十分な累積走行時間が経過しても各車輪位置が判定できない場合は、位置送信モードを終了して通常モードへ移行することで、電池寿命の低下を抑制できる。

一方、TPMSコントロールユニット4は、ラーニングモード開始からの累積走行時間が8分を経過しても各センサIDと各車輪位置との対応関係を判定できない場合は、ラーニングモードを終了してモニタモードへ移行する。累積走行時間が8分を経過したときにTPMSセンサ2から送信された総TPMSデータ数は30弱であり、TPMSセンサ2の位置送信モード終了にほぼ同期してラーニングモードを終了できる。

（部分モニタによる電力消費抑制）
TPMSセンサ2が所定の位置となったときにTPMSデータを送信するためには、常に重力加速度成分をサンプリングしていなければ成らず、また位置精度を高めるためにはサンプリング周期を短くしなければならない。そのため、消費電力が大きくなりボタン電池2eの長寿命化が図れない。

そこで実施例１では、TPMSセンサ2は10[sec]毎のTPMSデータ送信時に遠心力方向加速度の重力加速度成分を検出するようにし、重力加速度成分からTPMSセンサ2の回転位置を求め、位置情報としてTPMSデータに添付して送信するようにした。
よって、TPMSセンサ2はTPMSデータ送信時にのみ重力加速度成分の値をモニタするため、サンプリング数を少なくすることができ、消費電力を抑制することができる。

（位置情報の高精度化）
重力加速度成分の変化は正弦波となるため、重力加速度の大きさからだけではTPMSセンサ2の位置情報を特定することができないときがある。
そこで実施例１では、TPMSセンサ2はTPMSデータ送信直前に所定のサンプリング周期毎に重力加速度成分を検出するようにした。これにより重力加速度成分の変化の増減方向を求めることができ、重力加速度成分の大きさと増減方向とからTPMSセンサ2の位置を判定するようにした。
よって、TPMSセンサ2の回転位置を正確に特定することができる。

［効果］
次に、効果を説明する。
実施例１のTPMSセンサ2にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
(1) 車輪1の外周側に取り付けられ、車輪1のタイヤ空気圧情報を送信するTPMSセンサ2（タイヤ空気圧送信装置）において、タイヤ空気圧を検出する圧力センサ2a（タイヤ空気圧検出手段）と、車輪1が回転しているときの遠心力方向加速度を検出する加速度センサ2b（加速度検出手段）と、タイヤ空気圧情報を送信するときの遠心力方向加速度の重力加速度成分からTPMSセンサ2（タイヤ空気圧送信装置）の回転位置を判定するセンサコントロールユニット2c（位置判定手段）と、所定の周期で、タイヤ空気圧情報とTPMSセンサ2の回転位置情報とを無線信号にて送信する送信機2d（送信手段）とを設けた。
よって、TPMSセンサ2はTPMSデータ送信時にのみ重力加速度成分の値をモニタするため、サンプリング数を少なくすることができ、重力加速度成分のピークの検出精度を高めるとともに、消費電力を抑制することができる。

(2) センサコントロールユニット2cは、送信機2dによる無線信号送信前に所定のサンプリング周期毎に遠心力方向加速度の重力加速度成分を検出し、重力加速度成分の大きさと、変化方向からTPMSセンサ2の回転位置を判定することとした。
よって、TPMSセンサ2の回転位置を正確に特定することができる。

また実施例１のタイヤ空気圧モニタシステム13にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
(3) 各車輪1の外周側に取り付けられ、車輪1のタイヤ空気圧情報を無線信号にて送信するTPMSセンサ2（タイヤ空気圧送信部）と、車体側に設けられ、無線信号を受信して各車輪1のタイヤ空気圧を監視するTPMS本体部14（タイヤ空気圧モニタ装置）と、を備えたタイヤ空気圧モニタシステムにおいて、TPMSセンサ2は、タイヤ空気圧を検出する圧力センサ2a（タイヤ空気圧検出手段）と、車輪1が回転しているときの遠心力方向加速度を検出する加速度センサ2b（加速度検出手段）と、遠心力方向加速度の重力加速度成分からTPMSセンサ2の回転位置を判定するセンサコントロールユニット2c（位置判定手段）と、所定の周期でタイヤ空気圧情報とTPMSセンサ2の回転位置情報とを各TPMSセンサ2固有の識別情報と共に無線信号にて送信する送信機2d（送信手段）とを設け、TPMS本体部14（タイヤ空気圧モニタ本体部）は、各TPMSセンサ2の送信機2dから送信されたタイヤ空気圧情報およびTPMSセンサ2の回転位置情報を受信する受信機3（受信手段）と、各車輪1の回転位置を検出するABSコントロールユニット6（回転位置検出手段）と、ある識別情報を有するTPMSセンサ2がTPMSセンサ2の回転位置情報を送信したときの各車輪1の回転位置とTPMSセンサ2の回転位置情報とから、TPMSセンサ2が取り付けられた車輪1の位置を判定するTPMSコントロールユニット4（車輪位置判定手段）とを設けた。
よって、TPMSセンサ2はTPMSデータ送信時にのみ重力加速度成分の値をモニタするため、サンプリング数を少なくすることができ、重力加速度成分のピークの検出精度を高めるとともに、消費電力を抑制することができる。

(4) センサコントロールユニット2cは、送信機2dによる無線信号送信前に所定のサンプリング周期毎に遠心力方向加速度の重力加速度成分を検出し、重力加速度成分の大きさと、変化方向からTPMSセンサ2の回転位置を判定することとした。
よって、TPMSセンサ2の回転位置を正確に特定することができる。

〔他の実施例〕
以上、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づく実施例により説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、実施例では、回転位置検出手段として車輪速センサを用いた例を示したが、駆動源としてインホイールモータを備えた車両では、モータのレゾルバを用いて回転角度を検出してもよい。

1 車輪
2 TPMSセンサ（タイヤ空気圧送信装置、タイヤ空気圧送信部）
2a 圧力センサ（タイヤ空気圧検出手段）
2b 加速度センサ（加速度検出手段）
2d 送信機（送信手段）
2c センサコントロールユニット（位置判定手段）
3 受信機（受信手段）
4 TPMSコントロールユニット（車輪位置判定手段）
6 ABSコントロールユニット（回転位置検出手段）
13 タイヤ空気圧モニタシステム
14 TPMS本体部（タイヤ空気圧モニタ本体部）

Claims (4)

1. 車輪の外周側に取り付けられ、車輪のタイヤ空気圧情報を送信するタイヤ空気圧送信装置において、
   前記タイヤ空気圧を検出するタイヤ空気圧検出手段と、
   前記車輪が回転しているときの遠心力方向加速度を検出する加速度検出手段と、
   前記タイヤ空気圧情報を送信するときの前記遠心力方向加速度の重力加速度成分から前記タイヤ空気圧送信装置の回転位置を判定する位置判定手段と、
   所定の周期で、前記タイヤ空気圧情報と前記タイヤ空気圧送信装置の回転位置情報とを無線信号にて送信する送信手段と、
   を設けたことを特徴とするタイヤ空気圧送信装置。
2. 請求項１に記載のタイヤ空気圧送信装置において、
   位置判定手段は、前記送信手段による無線信号送信前に所定のサンプリング周期毎に前記遠心力方向加速度の重力加速度成分を検出し、前記重力加速度成分の大きさと、変化方向から前記タイヤ空気圧送信装置の回転位置を判定することを特徴とするタイヤ空気圧送信装置。
3. 各車輪の外周側に取り付けられ、前記車輪のタイヤ空気圧情報を無線信号にて送信するタイヤ空気圧送信部と、
   車体側に設けられ、前記無線信号を受信して各車輪のタイヤ空気圧を監視するタイヤ空気圧モニタ本体部と、
   を備えたタイヤ空気圧モニタシステムにおいて、
   前記タイヤ空気圧送信部は、
   前記タイヤ空気圧を検出するタイヤ空気圧検出手段と、
   前記車輪が回転しているときの遠心力方向加速度を検出する加速度検出手段と、
   前記遠心力方向加速度の重力加速度成分から前記タイヤ空気圧送信装置の回転位置を判定する位置判定手段と、
   所定の周期で前記タイヤ空気圧情報と前記タイヤ空気圧送信部の回転位置情報とを各タイヤ空気圧送信部固有の識別情報と共に無線信号にて送信する送信手段と、
   を設け、
   前記タイヤ空気圧モニタ本体部は、
   各タイヤ空気圧送信部の前記送信手段から送信された前記タイヤ空気圧情報およびタイヤ空気圧送信部の前記回転位置情報を受信する受信手段と、
   各車輪の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   ある識別情報を有するタイヤ空気圧送信部が前記タイヤ空気圧送信部の回転位置情報を送信したときの各車輪の回転位置と前記タイヤ空気圧送信部の回転位置情報とから、前記タイヤ空気圧送信部が取り付けられた車輪の位置を判定する車輪位置判定手段と、
   を設けたことを特徴とするタイヤ空気圧モニタシステム。
4. 請求項３に記載のタイヤ空気圧モニタシステムにおいて、
   位置判定手段は、前記送信手段による無線信号送信前に所定のサンプリング周期毎に前記遠心力方向加速度の重力加速度成分を検出し、前記重力加速度成分の大きさと、変化方向から前記タイヤ空気圧送信装置の回転位置を判定することを特徴とするタイヤ空気圧送信装置。

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