JP2013049400A - 車輪位置判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１軸の加速度センサを使用して車両側の速度情報等を使用せずに車両の加減速状態を判定することができ、しかも、車輪の左右位置を判定することができる車輪位置判定装置を提供すること。
【解決手段】タイヤセンサユニット３は、１軸の加速度センサ１３と、ＲＦ送信回路を備える。また、受信機ユニットは、各タイヤセンサユニット３から送信されるデータ信号を受信アンテナを通じて受信するＲＦ受信回路と、受信機ユニットコントローラを備える。そして、加速度センサ１３は、その検出軸１０が車輪２の径方向に対し傾くように設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両に設けられた複数の車輪の左右位置を判定するための車輪位置判定装置に関し、特にタイヤ状態監視装置に用いるのに好適な車輪位置判定装置に関する。

例えば、特許文献１には、車両に設けられた複数のタイヤの状態を運転者が車室内で確認できるようにするための装置として、無線方式のタイヤ状態監視装置が提案されている。特許文献１に記載されたタイヤ状態監視装置は、車両の車輪にそれぞれ装着される複数の送信機と、車両の車体に搭載される受信機とを備えている。各送信機は、対応するタイヤの状態、即ちタイヤ内の圧力や温度を検出し、検出されたタイヤの状態を示すデータを含むデータ信号を無線送信する。一方、受信機は、各送信機からのデータ信号を受信アンテナを通じて受信して、タイヤ状態に関する情報を、車室内に設けられた表示器に必要に応じて表示させる。

上記のようなタイヤ状態監視装置では、受信されたデータ信号が複数のタイヤのうちのどのタイヤに設けられた送信機から発信されたものであるのかを、言い換えれば、受信されたデータ信号に関連するタイヤの位置を、受信機において判定できるようにするのが望ましい。そこで、上記特許文献１では、各送信機は、角加速度センサを備え、車輪位置判定装置として機能するようになっている。車両の加速時、送信機における角加速度センサの出力する角加速度値は、左側のタイヤと右側のタイヤとで極性が異なる。そして、各送信機のコントローラは、角加速度センサからの角加速度データに基づいて、自身が左側か右側のタイヤに設けられたかを判定することができるようになっている。

特開２００４−２６２３２４号公報

ところが、角加速度センサは、車両の加減速時に角加速度データを出力するだけである。このため、車両が加速状態であるか、減速状態であるかを判定するためには、２軸の加速度センサを使用し、角加速度データに加えて車輪径方向（所謂、Ｚ方向）の加速度変化を検出するか、或いは１軸の加速度センサを使用する場合には車両側の速度情報等を照合させる必要がある。

本発明の目的は、１軸の加速度センサを使用して車両側の速度情報等を使用せずに車両の加減速状態を判定することができ、しかも、車輪の左右位置を判定することができる車輪位置判定装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、本発明は、車両に設けられた複数の車輪の位置を判定するための車輪位置判定装置であって、前記車輪それぞれに設けられる車輪側ユニット、及び前記車両の車体に設置される受信機ユニットを備え、前記各車輪側ユニットは、前記車輪と共に回転して、加速度値に応じたデータ信号を発生する１軸の加速度センサと、前記データ信号を無線送信する送信部とを有し、前記受信機ユニットは、前記各車輪側ユニットから送信されるデータ信号を受信アンテナを通じて受信する受信部と、受信されたデータ信号に含まれる位置情報に基づき該データ信号が前記車両の左側の車輪に設けられた前記車輪側ユニットから送信されたデータ信号であるのか、右側の車輪に設けられた前記車輪側ユニットから送信されたデータ信号であるのかを判定する車輪位置判定部と、を有し、前記車両側ユニットが、前記１軸の加速度センサの検出軸が前記車輪の径方向に対し傾くように前記車輪に設けられている。

これによれば、１軸の加速度センサの検出軸を傾けたため、車輪の回転時に加速度センサの検出する加速度値は、車輪の径方向への加速度を表す遠心加速度値と、車輪の周方向への加速度を表す角加速度値の、合成加速度を反映するものとなる。そして、加速度センサの出力する合成加速度値は、車輪の左側と右側とで極性が異なる。よって、車輪位置判定部は、合成加速度値に基づいて、送信されたデータ信号が、左右どちらの車輪側ユニットから送信されたかを判定することができる。そして、加速度センサの検出軸を傾けることにより、１軸の加速度センサであっても、遠心加速度値と角加速度値の両方を検出することができる。このため、１軸の加速度センサで車両が加速状態であるか、減速状態であるかを判定することができる。

また、前記車輪位置判定部は、前記１軸の加速センサによって検出された合成加速度値が所定の閾値に到達するタイミングの違いから、前記車輪の左右位置を判定する。
これによれば、加速度センサの検出する合成加速度値は、車輪の左側と右側とで極性が異なることから、合成加速度値も車輪の右側と左側で異なってくる。よって、合成加速度値が所定の閾値に到達するタイミングも、車輪の左側と右側で異なってくる。したがって、この到達タイミングの違いから、車輪の左右位置を簡単に判定することができる。

本発明によれば、１軸の加速度センサを使用して車両側の速度情報等を使用せずに車両の加減速状態を判定することができ、しかも、車輪の左右位置を判定することができる。

本発明の一実施形態に係るタイヤ状態監視装置が搭載された車両を示す概略構成図。 図１のタイヤセンサユニットの回路構成を示すブロック図。 車輪での加速度センサの配置を示す部分破断図。 加速度センサの検出した加速度値の変化態様を例示するグラフ。

以下に、本発明の車輪位置判定装置をタイヤ状態監視装置に具体化した一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、タイヤ状態監視装置は、車両１の４つの車輪２にそれぞれ取り付けられる４つのタイヤセンサユニット３と、車両１の車体に設置される受信機ユニット４とを備えている。各車輪２は、ホイール部５と、このホイール部５に装着されるタイヤ６とを含む。なお以後、適宜に、前側左車輪２を符号“ＦＬ”で示し、前側右車輪２を符号“ＦＲ”で示し、後側左車輪２を符号“ＲＬ”で示し、後側右車輪２を符号“ＲＲ”で示す。

車輪側ユニットとしての各タイヤセンサユニット３は、タイヤ６の内部空間に配置されるように、そのタイヤ６が装着されたホイール部５に対して取り付けられている。各タイヤセンサユニット３は、対応するタイヤ６の状態（タイヤ内圧力、タイヤ内温度）を検出して、検出されたタイヤ状態を示すデータを含む信号、即ちタイヤ状態データ信号（以下、データ信号と称する）を無線送信する。

図２に示すように、各タイヤセンサユニット３は、圧力センサ１１、温度センサ１２、加速度センサ１３、センサユニットコントローラ１４、及び、送信部としてのＲＦ送信回路１６を備えている。圧力センサ１１は、対応するタイヤ６内の圧力（内部空気圧）を検出して、その検出によって得られたタイヤ内圧力データをセンサユニットコントローラ１４に出力する。温度センサ１２は、対応するタイヤ６内の温度（内部空気温度）を検出して、その検出によって得られたタイヤ内温度データをセンサユニットコントローラ１４に出力する。

センサユニットコントローラ１４は、ＣＰＵ及び記憶部１４ａ（ＲＡＭやＲＯＭ等）を含むマイクロコンピュータ等よりなり、記憶部１４ａには各タイヤセンサユニット３に固有の識別情報であるＩＤコードが登録されている。このＩＤコードは、各タイヤセンサユニット３を受信機ユニット４において識別するために使用される情報であり、センサユニットコントローラ１４からの送信信号に含められる。センサユニットコントローラ１４は、タイヤ内圧力データ、タイヤ内温度データ及びＩＤコードを含むデータを、ＲＦ送信回路１６に出力する。ＲＦ送信回路１６は、センサユニットコントローラ１４からのデータを変調して変調信号を生成し、変調信号を送信アンテナ１９から無線送信する。

各タイヤセンサユニット３は、例えば、タイヤ状態の計測動作を第１の所定時間間隔（例えば、１〜１５秒間隔）で定期的に行う一方、データ信号の送信動作を、第１の所定時間間隔よりも長い第２の所定時間間隔（例えば、１分間隔）で定期的に行う。但し、計測されたタイヤ状態が異常を示す場合（例えば、タイヤ内圧力の異常低下、タイヤ内圧力の急変、タイヤ内温度の急変等）、タイヤセンサユニット３は定期的な送信動作とは関係無く、直ちに送信動作を行う。

図１に示すように、受信機ユニット４は、車体の所定箇所に設置され、例えば車両１のバッテリ（図示せず）からの電力によって動作する。受信機ユニット４は、車体の任意の箇所に配置された受信アンテナ３２を備えており、各タイヤセンサユニット３から受信アンテナ３２を通じてデータ信号を受信して、その受信した信号を処理する。本実施形態において、受信アンテナ３２は、車両１の前後方向において、前側の車輪２と後側の車輪２との間のほぼ中間位置に配置されている。

受信機ユニット４は、車輪位置判定部としての受信機ユニットコントローラ３３を備えるとともに、受信部としてのＲＦ受信回路３５を備え、さらに、警報器３７、及び表示器３８を備えている。受信機ユニットコントローラ３３はＣＰＵ及び記憶部（ＲＯＭやＲＡＭ等）を含むマイクロコンピュータ等よりなり、受信機ユニット４の動作を統括的に制御する。ＲＦ受信回路３５は、各タイヤセンサユニット３から受信アンテナ３２を通じて受信された変調信号を復調して、受信機ユニットコントローラ３３に送る。受信機ユニットコントローラ３３は、ＲＦ受信回路３５からのデータ信号に基づき、発信元のタイヤセンサユニット３に対応するタイヤ６の内部空気圧及び内部温度を把握する。さらには、受信機ユニットコントローラ３３は、ＲＦ受信回路３５からのデータ信号に基づき、発信元のタイヤセンサユニット３が、車両１の左側の車輪２（ＦＬ，ＲＬ）に設けられたものであるのか、右側の車輪２（ＦＲ，ＲＲ）に設けられたものであるかを判定する。

受信機ユニットコントローラ３３は、内部空気圧及び内部温度に関する情報等を表示器３８に表示させる。表示器３８は、車室内等、車両１の搭乗者の視認範囲に配置される。受信機ユニットコントローラ３３はさらに、内部空気圧や内部温度の異常を警報器（報知器）３７にて報知させる。警報器３７としては、例えば、異常を音によって報知する装置や、異常を光によって報知する装置が適用される。なお、このような異常を報知器としての表示器３８によって報知させるようにしてもよい。この場合、異常の具体的内容を表示器３８上に文字で表示することが好ましい。

タイヤセンサユニット３に備えられた１軸の加速度センサ１３は、例えば、ピエゾ抵抗型や静電容量型の加速度センサとして周知のものであり、加速度に応じたデータ信号を発生して出力する。加速度センサ１３は、一つの検出軸に沿った方向の加速度成分を検出可能な加速度センサが用いられる。図３は、前後左側（ＦＬ，ＲＬ）の車輪２を例示するが、加速度センサ１３は、加速度の検出方向（すなわち、検出軸）１０が車輪２の径方向に対して傾くように、車輪２に対して配置される。本実施形態では、加速度センサ１３の検出軸１０は、車輪２の径方向に対してα度傾くとともに、車輪２の径方向に対する直交方向に対してβ度傾いている。

なお、加速度センサ１３の検出軸１０を傾けるため、本実施形態では、車輪２のホイール部５の表面に対し、一対の脚部１３ａを配置してタイヤセンサユニット３を傾けて配置している。具体的には、一対の脚部１３ａの高さを、車輪２の周方向に沿って異ならせることで加速度センサ１３を傾けている。そして、加速度センサ１３は、車輪２の径方向（所謂、Ｚ方向）の加速度成分と、車輪２の周方向（所謂、Ｘ方向）の加速度成分と、の合成成分を検出するように配置されている。よって、車輪２の回転時は、加速度センサ１３は、合成成分を反映した加速度値を示すデータ信号を出力する。

ここで、図４に、車輪２の回転時における各加速度値の変化態様を表すグラフを示す。このグラフは、縦軸に各加速度値Ａを示し、横軸に時間ｔを示す。また、径方向の加速度である遠心加速度値をＣＡで表す。さらに、前後右側（ＦＲ，ＲＲ）の車輪２において、加速度センサ１３で検出される角加速度値をＲＡＡで表す。この角加速度値ＲＡＡは、車両１の加速時は一定の正の値となり、減速時は一定の負の値となる。一方、前後左側（ＦＬ，ＲＬ）の車輪２において、加速度センサ１３で検出される角加速度値をＬＡＡで表す。前後左側（ＦＬ，ＲＬ）の車輪２は、右側の車輪２とは逆方向に回転するため、加速度センサ１３で検出される角加速度値は、右側の車輪２と逆の極性となる。

そして、前後右側（ＦＲ，ＲＲ）の車輪２に搭載の加速度センサ１３は、遠心加速度値ＣＡと、加減速時の角加速度値ＲＡＡとから得られる合成加速度値ＲＧＡを検出し、その検出によって得られたデータ信号をセンサユニットコントローラ１４に出力する。センサユニットコントローラ１４は、加速度センサ１３から入力した合成加速度値ＲＧＡに係るデータ信号を、受信機ユニットコントローラ３３のＲＦ受信回路３５に送信する。

一方、前後左側（ＦＬ，ＲＬ）の車輪に搭載の加速度センサ１３は、遠心加速度値ＣＡと、加減速時の角加速度値ＬＡＡとから得られる合成加速度値ＬＧＡを検出し、その検出によって得られたデータ信号をセンサユニットコントローラ１４に出力する。そして、センサユニットコントローラ１４は、加速度センサ１３から入力した合成加速度値ＬＧＡに係るデータ信号を、受信機ユニットコントローラ３３のＲＦ受信回路３５に送信する。

図４においては、車両１の加速中は、遠心加速度値ＣＡは、時間ｔの経過に伴い徐々に上昇し、定速走行中は、遠心加速度値ＣＡは一定の値となる。そして、車両１の減速中は、遠心加速度値ＣＡは時間ｔの経過に伴い徐々に減少する。

また、前後右側（ＦＲ，ＲＲ）の車輪２においては、車両１の加速中は、加速度値は一定の正の角加速度値ＲＡＡとなり、定速走行中は、加速度は検出されない。そして、車両１の減速中は、加速度値は、一定の負の角加速度値ＲＡＡとなる。

さらに、前後左側（ＦＬ，ＲＬ）の車輪２においては、車両１の加速中は、加速度値は一定のマイナスの角加速度値ＬＡＡとなり、定速走行中は、加速度値は検出されない。そして、車両１の減速中は、加速度値は一定のプラスの角加速度値ＬＡＡとなる。また、前後右側の車輪２に搭載の加速度センサ１３によって検出される合成加速度値ＲＧＡは、車両１の加速中は、車輪２の回転開始直後に減少した後、時間ｔの経過と共に徐々に上昇し、定速走行への移行直後に急激に減少する。その後、定速走行中は、合成加速度値ＲＧＡは一定の値を示し、車両１の減速開始直前に減少した後、時間ｔの経過と共に徐々に減少する。

一方、前後左側の車輪２に搭載の加速度センサ１３によって検出される合成加速度値ＬＧＡは、車両１の加速中は、車輪２の回転開始直後に減少した後、時間ｔの経過と共に徐々に上昇し、定速走行への移行直後に急激に増加する。その後、定速走行中は、合成加速度値ＬＧＡは一定の値を示し、車両１の減速開始直前に増加した後、時間ｔの経過と共に徐々に減少する。

右側の車輪２と、左側の車輪２とでは、加減速時の極性が逆になっていることから、車両１の加速時は、右側の加速度センサ１３から得られる合成加速度値ＲＧＡの方が、左側の加速度センサ１３から得られる合成加速度値ＬＧＡより大きい。また、車両１の減速時は、左側の加速度センサ１３から得られる合成加速度値ＬＧＡの方が、右側の加速度センサ１３から得られる合成加速度値ＲＧＡより大きくなる。したがって、車両１の加減速時は、加速度センサ１３によって得られる合成加速度値ＲＧＡ，ＬＧＡが左右で異なっており、ある一定の基準合成加速度値ＫＧＡ（閾値）に到達するタイミングが、左右で異なることになる。具体的には、右側の加速度センサ１３から得られる合成加速度値ＲＧＡの方が、左側の加速度センサ１３から得られる合成加速度値ＬＧＡより早く基準合成加速度値ＫＧＡに到達する。

本実施形態では、車両１の加速時は、右側の加速度センサ１３から得られる合成加速度値ＲＧＡは、時間ｔ１のタイミングで基準合成加速度値ＫＧＡに到達し、左側の加速度センサ１３から得られる合成加速度値ＬＧＡは、時間ｔ１より遅い時間ｔ２のタイミングで基準合成加速度値ＫＧＡに到達する。

センサユニットコントローラ１４の記憶部１４ａには、予め設定された基準合成加速度値ＫＧＡが記憶されている。そして、センサユニットコントローラ１４は、加速度センサ１３から送信された合成加速度値ＲＧＡ，ＬＧＡが、基準合成加速度値ＫＧＡに到達したタイミング（時間ｔ１，ｔ２）で、ＲＦ受信回路３５にデータ信号を送信する。そして、受信機ユニットコントローラ３３は、各タイヤセンサユニット３からデータ信号を受信すると、そのデータ信号の受信タイミングのずれに基づいて、それらデータ信号が左側のタイヤセンサユニット３から送信されたデータ信号であるのか、右側のタイヤセンサユニット３から送信されたデータ信号であるのかを判定する。本実施形態では、基準合成加速度値ＫＧＡに早く到達した合成加速度値ＲＧＡを送信したタイヤセンサユニット３が右側に位置し、それよりも遅く到達した合成加速度値ＬＧＡを送信したタイヤセンサユニット３が左側に位置している。

また、受信機ユニットコントローラ３３は、タイヤセンサユニット３から送信されたデータ信号に基づき、車両１が加速状態にあるのか、減速状態にあるのかを判定する。例えば、加速度センサ１３のデータ信号から得られる合成加速度値ＲＧＡ，ＬＧＡが所定の閾値を越えたか否かに基づいて、車両１の走行の有無を判定することができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）タイヤセンサユニット３を車輪２のホイール部５に傾けて配置し、加速度センサ１３の検出軸１０を傾けた。このため、加速度センサ１３の検出する合成加速度値ＲＧＡ，ＬＧＡは、遠心加速度値ＣＡと、角加速度値ＲＡＡ，ＬＡＡの合成値を反映するものとなる。したがって、加速度センサ１３では、車両１の遠心加速度値ＣＡと角加速度値ＲＡＡ，ＬＡＡの両方を検出することができる。このため、１軸の加速度センサ１３であっても、車両が加速状態であるか、減速状態であるかを判定することができる。その結果として、車両１の加減速状態を判定するために、２軸の加速度センサを使用する必要がなく、また、１軸の加速度センサ１３を使用する場合には車両１側の速度情報等を照合させる必要もなくなり、車両１の加減速状態の判定のために新たな構成を増加しなくて済む。

（２）加速度センサ１３を車輪２のホイール部５に傾けて配置し、加速度センサ１３の検出軸１０を傾けた。車輪２の回転時に加速度センサ１３の検出する合成加速度値ＲＧＡ，ＬＧＡは、車輪２の径方向への加速度を表す遠心加速度値ＣＡと、車輪２の周方向への加速度を表す角加速度値ＲＡＡ，ＬＡＡの、合成値を反映するものとなる。そして、加速度センサ１３の検出する合成加速度値ＲＧＡ，ＬＧＡは、車輪２の左側と右側とで極性が異なることから、合成加速度値ＲＧＡ，ＬＧＡも車輪２の右側と左側で異なってくる。よって、受信機ユニットコントローラ３３は、データ信号の違いに基づいて、データ信号が送信された車輪２の左右位置を判定することができる。したがって、合成加速度値ＲＧＡ，ＬＧＡを検出するために、２軸の加速度センサを採用する場合に比べて、タイヤ状態監視装置の製造コストを低減することができる。

（３）加速度センサ１３の検出する合成加速度値ＲＧＡ，ＬＧＡは、車輪２の左側と右側とで異なってくる。そして、合成加速度値ＲＧＡ，ＬＧＡが基準合成加速度値ＫＧＡに到達するタイミングも異なってくる。このため、このタイミングの違いに基づいて受信機ユニットコントローラ３３は、データ信号が送信された車輪２の左右位置を判定することができる。

（４）車輪２のホイール部５に対し、脚部１３ａを介してタイヤセンサユニット３を取り付け、その脚部１３ａの高さを異ならせることでタイヤセンサユニット３を傾けて取り付けた。その結果、タイヤセンサユニット３内の加速度センサ１３を傾けることができ、１軸の加速度センサ１３を用いただけの簡単な構成で、車両１の走行の有無と、車輪２の左右位置を判定することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、タイヤセンサユニット３をホイール部５に対し傾けることで加速度センサ１３の検出軸１０を傾けるようにしたが、タイヤセンサユニット３は傾けず、加速度センサ１３をタイヤセンサユニット３内で傾けて、検出軸１０を傾けるようにしてもよい。

○ 実施形態では、合成加速度値ＲＧＡ，ＬＧＡが基準合成加速度値ＫＧＡに到達するタイミングが異なることに基づいて、データ信号が送信された車輪２の左右位置を判定したが、合成加速度値ＲＧＡ，ＬＧＡが最大値に到達するタイミングが異なることに基づいて、データ信号が送信されたタイヤセンサユニット３の車輪２の左右位置を判定してもよい。

○ 実施形態では、合成加速度値ＲＧＡ，ＬＧＡが基準合成加速度値ＫＧＡに到達するタイミングが異なることに基づいて、データ信号が送信された車輪２の左右位置を判定したが、これに限らない。例えば、合成加速度値ＲＧＡ，ＬＧＡを複数回測定して得られる平均値を使用したり、測定値の差分を使用して車輪２の左右位置を判定してもよい。

○ 本発明は、タイヤ状態監視装置への適用に限定されるものではなく、車輪２の位置判定を行う各種の装置に適用することができる。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

（イ）前記１軸の加速度センサは、遠心加速度と角加速度の合成の加速度に応じたデータ信号を発生する請求項１又は請求項２に記載の車輪位置判定装置。
（ロ）前記各車輪側ユニットは、前記車輪におけるタイヤの状態を検出するとともに検出したタイヤの状態を示すデータを含むデータ信号を無線送信するタイヤセンサユニットである請求項１、請求項２、及び技術的思想（イ）のうちいずれか一項に記載の車輪位置判定装置。

（ハ）前記タイヤセンサユニットを前記車輪のホイール部に傾けて取り付けて前記加速度センサを傾けた技術的思想（ロ）に記載の車輪位置判定装置。

１…車両、２…車輪、３…タイヤセンサユニット（車輪側ユニット）、４…受信機ユニット、１０…検出軸、１３…１軸の加速度センサ、１６…ＲＦ送信回路（送信部）、３２…受信アンテナ、３３…受信機ユニットコントローラ（車輪位置判定部）、３５…ＲＦ受信回路（受信部）。

Claims (2)

1. 車両に設けられた複数の車輪の位置を判定するための車輪位置判定装置であって、
   前記車輪それぞれに設けられる車輪側ユニット、及び前記車両の車体に設置される受信機ユニットを備え、
   前記各車輪側ユニットは、前記車輪と共に回転して、加速度値に応じたデータ信号を発生する１軸の加速度センサと、
   前記データ信号を無線送信する送信部とを有し、
   前記受信機ユニットは、前記各車輪側ユニットから送信されるデータ信号を受信アンテナを通じて受信する受信部と、
   受信されたデータ信号に含まれる位置情報に基づき該データ信号が前記車両の左側の車輪に設けられた前記車輪側ユニットから送信されたデータ信号であるのか、右側の車輪に設けられた前記車輪側ユニットから送信されたデータ信号であるのかを判定する車輪位置判定部と、を有し、
   前記１軸の加速度センサが、検出軸が前記車輪の径方向に対し傾くように前記車輪に設けられていることを特徴とする車輪位置判定装置。
2. 前記車輪位置判定部は、前記１軸の加速度センサによって検出された加速度値が所定の閾値に到達するタイミングの違いから、前記車輪の左右位置を判定する請求項１に記載の車輪位置判定装置。

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