JP2014031144A - 車輪位置検出装置およびそれを備えたタイヤ空気圧検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】荒れていない路面では車輪位置検出を早く行え、かつ、荒れている路面でも車輪位置検出を的確に行えるようにする。
【解決手段】路面状態に応じて車輪位置検出を行うときのバラツキ許容幅を設定する。具体的には、荒れていない路面ではバラツキ許容幅を狭く設定し、荒れている路面ではバラツキ許容幅を広く設定する。これにより、荒れていない路面走行時にはより狭いバラツキ許容幅で車輪位置検出が行えるため、より早く車輪位置検出を行うことが可能となる。また、荒れている路面走行時にはより広いバラツキ許容幅で車輪位置検出を行うことで、荒れている路面でも車輪位置検出を的確に行うことが可能となる。したがって、荒れていない路面では車輪位置検出を早く行え、かつ、荒れている路面でも車輪位置検出を的確に行うことが可能となる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、対象車輪が車両のどの位置に搭載されている車輪かを自動的に検出する車輪位置検出装置に関する。特に、タイヤが取り付けられた車輪に圧力センサを有する送信機を直接取り付け、圧力センサの検出結果を送信機から送信し、車体側に取り付けられた受信機にて受信することで、タイヤ空気圧の検出を行うダイレクト式のタイヤ空気圧検出装置に適用して好適である。

従来より、タイヤ空気圧検出装置の１つとして、ダイレクト式のものがある。このタイプのタイヤ空気圧検出装置では、タイヤが取り付けられた車輪側に、圧力センサ等のセンサが備えられた送信機が直接取り付けられている。また、車体側には、アンテナおよび受信機が備えられており、センサからの検出信号が送信機から送信されると、アンテナを介して受信機にその検出信号が受信され、タイヤ空気圧の検出が行われる。

このようなダイレクト式のタイヤ空気圧検出装置では、送信されてきたデータが自車両のものであるかどうか及び送信機がどの車輪に取り付けられたものかを判別できるようにする必要がある。このため、送信機が送信するデータ中に、自車両か他車両かを判別するため及び送信機が取り付けられた車輪を判別するためのＩＤ情報を個々に付与している。

また、送信データに含まれるＩＤ情報から送信機の位置を特定するためには、各送信機のＩＤ情報を各車輪の位置と関連づけて受信機側に予め登録しておく必要がある。このため、タイヤのローテーション時には、送信機のＩＤ情報と車輪の位置関係を受信機に登録し直す必要がある。この登録を自動的に行えるようにする技術が提案されている。

具体的には、特許文献１に示す装置では、車輪側の送信機に備えた加速度センサの加速度検知信号に基づいて車輪が所定の回転位置になったことを検出すると共に車体側でも送信機からの無線信号を受信したときの車輪の回転位置を検出する。そして、これらの相対角度の変化を監視することで車輪位置を特定している。この方法では、所定数のデータの偏差に基づいて車輪側で検出された車輪の回転位置と車体側で検出された車輪の回転位置の相対角度の変化を監視し、初期値に対してバラツキが許容値を超えていることを判定することで車輪位置を特定している。

特開２０１０−１２２０２３号公報

しかしながら、特許文献１のように車輪位置検出を行う場合、送信機側での加速度検知信号に基づく回転位置の検出精度が路面状態によって変わる。例えば、舗装路のような荒れていない路面では精度が良くなり、砂利道のような荒れた路面では精度が悪くなる。これに対応して、車体側の受信機で車輪位置検出を行う際に、判定に用いるバラツキの許容値を荒れていない路面に合わせて狭い範囲に設定すると、荒れた路面走行時に車輪位置検出が行えなくなる。逆に、荒れた路面に合わせて広い範囲に設定すると、荒れていない路面での車輪位置検出に時間が長くなることが懸念される。

本発明は上記点に鑑みて、荒れていない路面では車輪位置検出を早く行え、かつ、荒れている路面でも車輪位置検出を的確に行うことができる車輪位置検出装置およびそれを備えたタイヤ空気圧検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、送信機（２）は、該送信機が取り付けられた車輪（５ａ〜５ｄ）の回転に伴って変化する重力加速度成分を含む加速度に応じた検出信号を出力する加速度センサ（２２）を有し、第１制御部（２３）は、該送信機が取り付けられた車輪の中心軸を中心とし、かつ、該車輪の周方向の任意の位置を角度０°として、加速度センサの検出信号に含まれる重力加速度成分に基づいて送信機の角度を検出すると共に、該角度が所定角度になるタイミングで繰り返しフレームを送信させる。また、受信機（３）では、第２制御部（３３）は、複数の車輪と連動して回転させられる歯車（１２ａ〜１２ｄ）の歯の通過に応じた検出信号を出力する車輪速度センサ（１１ａ〜１１ｄ）の検出信号に基づいて、歯車の歯位置を示す歯車情報を取得すると共に、フレームの受信タイミングのときの歯位置に基づいてバラツキ許容幅を設定し、該バラツキ許容幅を設定した後におけるフレームの受信タイミングのときの歯位置がバラツキ許容幅の範囲外であれば、該フレームが送信された送信機の取り付けられた車輪の候補から除外していき、残った車輪をフレームが送信された送信機の取り付けられた車輪として登録する。
そして、第２制御部は、フレームを受信するたびにバラツキ許容幅を路面凹凸の大きさによって表される路面状態に応じて変更し、荒れている路面の方が荒れていない路面よりもバラツキ許容幅を広く設定することを特徴としている。

このように、路面状態に応じて車輪位置検出を行うときのバラツキ許容幅を設定するようにしている。具体的には、荒れていない路面ではバラツキ許容幅を狭く設定し、荒れている路面ではバラツキ許容幅を広く設定している。これにより、荒れていない路面走行時にはより狭いバラツキ許容幅で車輪位置検出が行えるため、より早く車輪位置検出を行うことが可能となる。また、荒れている路面走行時にはより広いバラツキ許容幅で車輪位置検出を行うことで、荒れている路面でも車輪位置検出を的確に行うことが可能となる。

例えば、請求項２に示すように、送信機側で路面状態を検出するようにすることができる。その場合、その路面状態の検出結果をフレーム中に含んで送信することで、受信機側に路面状態の検出結果を伝えることができると共に、その検出結果に基づいてバラツキ許容幅を設定することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかる車輪位置検出装置が適用されるタイヤ空気圧検出装置の全体構成を示す図である。 送信機２のブロック構成を示す図である。 ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３のブロック構成を示す図である。 送信機２の角度と重力加速度成分の値との関係を示した図である。 各車輪５ａ〜５ｄでの送信機２の角度を示した図である。 車輪位置検出を説明するためのタイミングチャートである。 歯車情報の変化を示したイメージ図である。 車輪位置確定ロジックを図解した模式図である。 車輪位置確定ロジックを図解した模式図である。 車輪位置確定ロジックを図解した模式図である。 車輪位置の評価結果を示した図表である。 舗装路など荒れていない路面走行中の加速度センサ２２の検出信号に含まれる重力加速度成分の値の変化を示した波形図である。 砂利道など荒れている路面走行中の加速度センサ２２の検出信号に含まれる重力加速度成分の値の変化を示した波形図である。 舗装路でフレーム送信を行ったときの送信タイミングでの送信機２の角度のバラツキを調べた結果を示した図である。 砂利道でフレーム送信を行ったときの送信タイミングでの送信機２の角度のバラツキを調べた結果を示した図である。 データ送信処理のフローチャートである。 砂利道での加速度センサ２２の検出信号からノイズが重畳された重力成分を抽出したときの様子を示した波形図である。 フレーム構成の一例を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態にかかる車輪位置検出装置が適用されるタイヤ空気圧検出装置の全体構成について説明する。なお、図１の紙面上方向が車両１の前方、紙面下方向が車両１の後方に一致する。

図１に示すように、タイヤ空気圧検出装置は、車両１に取り付けられるもので、送信機２、受信機の役割を果たすタイヤ空気圧検出装置用ＥＣＵ（以下、ＴＰＭＳ（Tire Pressure Monitoring System）−ＥＣＵという）３およびメータ４を備えて構成されている。車輪位置検出装置は、タイヤ空気圧検出装置に備えられる送信機２およびＴＰＭＳ−ＥＣＵ３を用いると共に、ブレーキ制御用ＥＣＵ（以下、ブレーキＥＣＵという）１０から各車輪５（５ａ〜５ｄ）に対応して備えられた車輪速度センサ１１ａ〜１１ｄの検出信号より得られる歯車情報を取得することで、車輪位置の特定を行っている。

図１に示すように、送信機２は、各車輪５ａ〜５ｄに取り付けられるもので、車輪５ａ〜５ｄに取り付けられたタイヤの空気圧を検出すると共に、その検出結果を示すタイヤ空気圧に関する情報をフレーム内に格納して送信する。ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３は、車両１における車体６側に取り付けられるもので、送信機２から送信されたフレームを受信すると共に、受信タイミングやフレーム中に格納された検出信号に基づいて各種処理や演算等を行うことで車輪位置検出およびタイヤ空気圧検出を行う。送信機２は、例えばＦＳＫ（周波数偏移変調）によりフレームを作成し、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３は、そのフレームを復調することでフレーム内のデータを読取り、車輪位置検出およびタイヤ空気圧検出を行っている。これら送信機２およびＴＰＭＳ−ＥＣＵ３の詳細構成について図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明する。

図２Ａに示すように、送信機２は、センシング部２１、加速度センサ２２、マイクロコンピュータ２３、送信回路２４および送信アンテナ２５を備えた構成となっており、図示しない電池からの電力供給に基づいて各部が駆動される。

センシング部２１は、例えばダイアフラム式の圧力センサ２１ａや温度センサ２１ｂを備えた構成とされ、タイヤ空気圧に応じた検出信号や温度に応じた検出信号を出力する。加速度センサ２２は、送信機２が取り付けられた車輪５ａ〜５ｄでのセンサ自身の位置検出、つまり送信機２の位置検出や車速検出を行うために用いられる。本実施形態の加速度センサ２２は、例えば、車輪５ａ〜５ｄの回転時に車輪５ａ〜５ｄに働く加速度のうち、各車輪５ａ〜５ｄの径方向、つまり周方向に垂直な両方向の加速度に応じた検出信号を出力する。

マイクロコンピュータ２３は、制御部（第１制御部）などを備えた周知のもので、制御部内のメモリに記憶されたプログラムに従って、所定の処理を実行する。制御部内のメモリには、各送信機２を特定するための送信機固有の識別情報と自車両を特定するための車両固有の識別情報とを含む個別のＩＤ情報が格納されている。

マイクロコンピュータ２３は、センシング部２１からのタイヤ空気圧に関する検出信号を受け取り、それを信号処理すると共に必要に応じて加工し、そのタイヤ空気圧に関する情報を各送信機２のＩＤ情報と共にフレーム内に格納する。また、マイクロコンピュータ２３は、加速度センサ２２の検出信号をモニタし、各送信機２が取り付けられた車輪５ａ〜５ｄでの送信機２の位置検出を行ったり、車速検出を行っている。そして、マイクロコンピュータ２３は、フレームを作成すると、送信機２の位置検出の結果や車速検出の結果に基づいて、送信回路２４を介して送信アンテナ２５よりＴＰＭＳ−ＥＣＵ３に向けてフレーム送信（データ送信）を行う。

具体的には、マイクロコンピュータ２３は、車両１が走行中であることを条件としてフレーム送信を開始し、所定の送信タイミングになったときに繰り返しフレーム送信を行う。例えば、マイクロコンピュータ２３は、加速度センサ２２の検出信号に基づいて加速度センサ２２が取り付けられた送信機２の角度が所定の送信角度になるタイミングでフレーム送信を行う。そして、マイクロコンピュータ２３は、このフレーム送信を送信機２の角度が所定の送信角度になるタイミングで繰り返し行っている。

走行中であることについては、車速検出の結果に基づいて判定しており、送信機２の角度については加速度センサ２２の検出信号に基づく送信機２の位置検出の結果に基づいて判定している。すなわち、マイクロコンピュータ２３では、加速度センサ２２の検出信号を利用して車速検出を行い、車速が所定速度（例えば５ｋｍ／ｈ）以上になると車両１が走行中であると判定している。加速度センサ２２の出力には遠心力に基づく加速度（遠心加速度）が含まれる。この遠心加速度を積分して係数を掛けることにより、車速を演算することが可能となる。

また、加速度センサ２２によって各車輪５ａ〜５ｄの回転に応じた検出信号を出力させていることから、走行時には、その検出信号に重力加速度成分が含まれることになり、車輪回転に応じた振幅を有する信号となる。例えば、図３Ａに示すように、検出信号の振幅は、送信機２が車輪５ａ〜５ｄの中心軸を中心として上方位置に位置しているときには負の最大振幅、水平位置に位置しているときにはゼロ、下方位置に位置しているときには正の最大振幅となる。このため、この振幅に基づいて加速度センサ２２が取り付けられた送信機２の位置検出を行え、送信機２の角度を検出できる。例えば、図３Ｂに示すように、各車輪５ａ〜５ｄの中心軸を中心として、送信機２が上方位置に位置しているときを０°としたときの送信機２の角度を把握できる。そして、図３Ａに示すように、送信機２の角度と重力加速度成分の値とが対応付けられるため、重力加速度成分の値に基づいて送信機２の角度を検出できる。

したがって、例えば車速が所定速度に達すると同時もしくは車速が所定速度に達したのち送信機２の角度が所定の送信角度になったときを開始タイミングとして、各送信機２からのフレーム送信を行うことができる。その後、送信機２の角度が送信角度になるタイミングで繰り返しフレーム送信を行うことができる。なお、送信タイミングについては、重力加速度成分の値の振幅周期１周期毎としても良いが、電池寿命を考慮して、その周期毎に常にフレーム送信を行わず、例えば所定周期（例えば１５秒間）毎に１回の割合でフレーム送信を行うようにすると好ましい。

送信回路２４は、送信アンテナ２５を通じて、マイクロコンピュータ２３から送られてきたフレームをＴＰＭＳ−ＥＣＵ３に向けて送信する出力部としての機能を果たす。フレーム送信には、例えばＲＦ帯の電波を用いている。

このように構成される送信機２は、例えば、各車輪５ａ〜５ｄのホイールにおけるエア注入バルブに取り付けられ、センシング部２１がタイヤの内側に露出するように配置される。そして、該当するタイヤ空気圧を検出し、上記したように、送信機２は、車速が所定速度を超えると、送信タイミングのときに繰り返し各送信機２に備えられた送信アンテナ２５を通じてフレーム送信を行う。その後も、上記のように設定された送信タイミングでフレーム送信を行うようにすることもできるが、電池寿命を考慮して送信間隔を長くした方が良い。このため、車輪位置特定に必要と想定される時間が経過すると車輪位置確定モードから定期送信モードに切り替わり、より長い一定周期毎（例えば１分毎）にフレーム送信を行うことで、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３側にタイヤ空気圧に関する信号を定期送信する。このとき、例えば送信機２毎にランダムディレイを設けることで、各送信機２の送信タイミングがずれるようにすることができ、複数の送信機２からの電波の混信によってＴＰＭＳ−ＥＣＵ３側で受信できなくなることを防止することができる。

また、図２Ｂに示すように、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３は、受信アンテナ３１、受信回路３２およびマイクロコンピュータ３３などを備えた構成とされている。ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３は、ＣＡＮなどの車内ＬＡＮを通じて、後述するようにブレーキＥＣＵ１０から歯車情報を取得することで各車輪５ａ〜５ｄと共に回転させられる歯車の歯のエッジ数（もしくは歯数）で示される歯位置を取得している。

受信アンテナ３１は、各送信機２から送られてくるフレームを受信するためのものである。受信アンテナ３１は、車体６に固定されており、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３の本体内に配置された内部アンテナでも良いし、本体から配線を引き伸ばした外部アンテナとされていても良い。

受信回路３２は、受信アンテナ３１によって受信された各送信機２からの送信フレームを入力し、そのフレームをマイクロコンピュータ３３に送る入力部としての機能を果たす。受信回路３２は、受信アンテナ３１を通じて信号（フレーム）を受信すると、その受信した信号をマイクロコンピュータ３３に伝えている。

マイクロコンピュータ３３は、第２制御部に相当するもので、マイクロコンピュータ３３内のメモリに記憶されたプログラムに従って車輪位置検出処理を実行する。具体的には、マイクロコンピュータ３３は、ブレーキＥＣＵ１０から取得する情報と、各送信機２からの送信フレームを受信した受信タイミングとの関係に基づいて車輪位置検出を行っている。ブレーキＥＣＵ１０からは、マイクロコンピュータ３３は、各車輪５ａ〜５ｄに対応して備えられた車輪速度センサ１１ａ〜１１ｄの歯車情報を所定周期（例えば１０ｍｓ）毎に取得している。

歯車情報とは、各車輪５ａ〜５ｄと共に回転させられる歯車（ギア）の歯位置を示す情報である。車輪速度センサ１１ａ〜１１ｄは、例えば歯車の歯に対向して配置される電磁ピックアップ式センサによって構成され、歯車の歯の通過に伴って検出信号を変化させる。このようなタイプの車輪速度センサ１１ａ〜１１ｄでは、検出信号として歯の通過に対応する方形パルス波を出力していることから、その方形パルス波の立上りおよび立下りが歯車の歯のエッジの通過を表すことになる。したがって、ブレーキＥＣＵ１０では、車輪速度センサ１１ａ〜１１ｄの検出信号の立上りおよび立下りの数から歯車の歯のエッジ数、つまりエッジの通過数をカウントし、所定周期毎に、そのときの歯のエッジ数を、歯位置を示す歯車情報としてマイクロコンピュータ３３に伝えている。これにより、マイクロコンピュータ３３では、歯車のどの歯が通過したタイミングであるかを把握することが可能になっている。

歯のエッジ数は、歯車が１回転する毎にリセットされる。例えば、歯車に備えられた歯の数が４８歯である場合、エッジ数は０〜９５の合計９６個でカウントされ、カウント値が９５に至ると再び０に戻ってカウントされる。

なお、ここではブレーキＥＣＵ１０から歯車情報として歯車の歯のエッジ数をマイクロコンピュータ３３に伝えるようにしたが、歯の通過数のカウント値である歯数であっても良い。また、所定周期の間に通過したエッジ数もしくは歯数をマイクロコンピュータ３３に伝え、マイクロコンピュータ３３で前回までのエッジ数もしくは歯数に所定周期の間に通過したエッジ数もしくは歯数を加算させ、その周期でのエッジ数もしくは歯数をカウントさせるようにしても良い。つまり、マイクロコンピュータ３３で最終的に歯車情報としてその周期でのエッジ数もしくは歯数が取得できれば良い。また、ブレーキＥＣＵ１０では、歯車の歯のエッジ数（もしくは歯数）を電源オフのたびにリセットすることになるが、電源オンすると同時もしくは電源オンしてから所定車速になったときから再び計測している。このように、電源オフのたびにリセットされたとしても、電源オフ中には同じ歯が同じエッジ数（もしくは歯数）で表されることになる。

マイクロコンピュータ３３は、各送信機２から送信されたフレームを受信するとその受信タイミングを計測し、取得した歯車のエッジ数（もしくは歯数）の中からフレームの受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）に基づいて車輪位置検出を行う。このように、受信タイミングと歯車情報が示す歯位置に基づいて、各送信機２がどの車輪５ａ〜５ｄに取り付けられたものかを特定する車輪位置検出を行っている。この車輪位置検出の具体的な方法については後で詳細に説明する。

また、マイクロコンピュータ３３は、車輪位置検出の結果に基づいて、各送信機２のＩＤ情報と各送信機２が取り付けられている各車輪５ａ〜５ｄの位置とを関連づけて記憶する。そして、その後は各送信機２からの送信フレーム内に格納されたＩＤ情報およびタイヤ空気圧に関するデータに基づいて、各車輪５ａ〜５ｄのタイヤ空気圧検出を行い、タイヤ空気圧に応じた電気信号をＣＡＮなどの車内ＬＡＮを通じてメータ４に出力する。例えば、マイクロコンピュータ３３は、タイヤ空気圧を所定のしきい値Ｔｈと比較することでタイヤ空気圧の低下を検知し、タイヤ空気圧の低下を検知するとその旨の信号をメータ４に出力する。これにより、４つの車輪５ａ〜５ｄのいずれかのタイヤ空気圧が低下したことがメータ４に伝えられる。

メータ４は、警報部として機能するものであり、図１に示されるように、ドライバが視認可能な場所に配置され、例えば車両１におけるインストルメントパネル内に設置されるメータディスプレイ等によって構成される。このメータ４は、例えばＴＰＭＳ−ＥＣＵ３におけるマイクロコンピュータ３３からタイヤ空気圧が低下した旨を示す信号が送られてくると、車輪５ａ〜５ｄを特定しつつタイヤ空気圧の低下を示す表示を行うことでドライバに特定車輪のタイヤ空気圧の低下を報知する。

続いて、本実施形態のタイヤ空気圧検出装置の作動について説明する。以下、タイヤ空気圧検出装置の作動について説明するが、タイヤ空気圧検出装置で行われる車輪位置検出とタイヤ空気圧検出とに分けて説明する。

まず、車輪位置検出について説明する。最初に、路面状態を考慮に入れていない基本的な車輪位置検出の方法について、図４〜図７を参照して説明する。路面状態を考慮に入れない場合として、送信機２の角度が所定の送信角度になるとフレーム送信を行い、それを受信機３が受信することで車輪位置検出を行う場合について説明するが、送信タイミングについては適宜変更可能である。

送信機２側では、マイクロコンピュータ２３が電池からの電力供給に基づいて所定のサンプリング周期毎に加速度センサ２２の検出信号をモニタすることで車速および車輪５ａ〜５ｄの送信機２の角度を検出している。そして、マイクロコンピュータ２３は、車速が所定速度に達すると、送信機２の角度が送信角度になるタイミングを送信タイミングとして、繰り返しフレーム送信を行う。

すなわち、加速度センサ２２の検出信号の重力加速度成分を抽出すると、図３Ａに示すようなｓｉｎ波となる。このｓｉｎ波に基づいて送信機２の角度が分かる。このため、ｓｉｎ波に基づいて送信機２が送信角度になったことを検出し、フレーム送信を行う。

一方、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３側では、ブレーキＥＣＵ１０から各車輪５ａ〜５ｄに対応して備えられた車輪速度センサ１１ａ〜１１ｄの歯車情報を所定周期（例えば１０ｍｓ）毎に取得している。そして、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３は、各送信機２から送信されたフレームを受信したときにその受信タイミングを計測し、取得している歯車のエッジ数（もしくは歯数）の中からフレームの受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）を取得する。

このとき、各送信機２から送信されたフレームの受信タイミングとブレーキＥＣＵ１０から歯車情報を取得している周期とが一致するとは限らない。このため、ブレーキＥＣＵ１０から歯車情報を取得した周期の中からフレームの受信タイミングに最も近い周期に取得した歯車情報が示す歯車のエッジ数（もしくは歯数）を、フレームの受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）として用いることができる。ここでいう受信タイミングに最も近い周期とは、受信タイミングの直前または直後の周期のいずれであっても良い。また、ブレーキＥＣＵ１０から歯車情報を取得した周期の中からフレームの受信タイミングの直前および直後の周期に取得した歯車情報が示す歯車のエッジ数（もしくは歯数）を用いて、フレームの受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）を演算しても良い。例えば、フレームの受信タイミングの直前および直後の周期に取得した歯車情報が示す歯車のエッジ数（もしくは歯数）の中間値を、フレームの受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）として用いることができる。

そして、このようなフレームの受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）を取得する動作がフレームを受信する毎に繰り返され、取得したフレームの受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）に基づいて車輪位置検出を行う。具体的には、フレームの受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）のバラツキが前回の受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）に基づいて設定される所定範囲内であるか否かを判定することにより、車輪位置検出を行う。

フレームを受信した車輪については、送信機２の角度が送信角度になるタイミングで送信機２からフレーム送信が行われている。このため、送信角度が同じ角度であるとした場合には、フレームの受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）で示される歯位置が前回のときとほぼ一致する。したがって、フレームの受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）のバラツキが小さく、所定範囲内に収まることになる。このことは、複数回フレームを受信した場合でも成り立ち、各フレームの受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）のバラツキは、１回目のフレーム受信タイミングのときに決められる所定範囲内に収まる。一方、フレームを受信した車輪とは異なる車輪については、他の車輪の送信機２から送信されたフレームの受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）で示される歯位置がばらつく。

すなわち、車輪速度センサ１１ａ〜１１ｄの歯車の回転は各車輪５ａ〜５ｄと連動しているため、フレームを受信した車輪については、フレームの受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）で示される歯位置がほぼ一致する。しかし、道路状況や旋回もしくは車線変更などによって各車輪５ａ〜５ｄの回転状態が変動するため、車輪５ａ〜５ｄの回転状態が完全に同じになることはあり得ない。このため、フレームを受信した車輪とは異なる車輪については、フレームの受信タイミングのときの歯車のエッジ数（もしくは歯数）で示される歯位置がばらつくのである。

したがって、図５に示したように、フレームを受信した車輪とは異なる車輪については、イグニッションスイッチ（ＩＧ）がオンした当初に歯車１２ａ〜１２ｄのエッジ数が０であった状態から、走行開始後に徐々に受信タイミングのときの歯位置にバラツキが生じる。このバラツキが所定範囲内であるか否かを判定することにより、車輪位置検出を行うことができる。

例えば、図６Ａに示すように、１回目のフレーム送信時の送信機２の位置が１回目受信角度であったとする。また、歯車のエッジ数（もしくは歯数）のバラツキとして許容できる幅であるバラツキ許容幅が１回目受信角度を中心とした１８０°の範囲（１回目受信角度±９０°の範囲）相当の値であるとする。エッジ数であれば１回目受信時のエッジ数を中心とした±２４のエッジ数範囲、歯数であれば１回目受信時の歯数を中心とした±１２の歯数範囲であるとする。この場合において、図６Ｂに示すように、２回目のフレーム受信時の歯車のエッジ数（もしくは歯数）が１回目のフレーム受信によって決められたバラツキ許容幅の範囲内であれば、その車輪は車輪はフレーム送信が行われた車輪と一致している可能性がある。この場合には、判定結果がＴＲＵＥ（正しい）となる。

ただし、この場合にも２回目のフレーム受信時の送信機２の角度である２回目受信角度を中心としてバラツキ許容幅が決まり、２回目受信角度を中心とした１８０°（±９０°）相当の値となる。このため、前回のバラツキ許容幅となる１回目受信角度を中心とした１８０°（±９０°）のバラツキ許容幅と、２回目受信角度を中心とした１８０°（±９０°）のバラツキ許容幅の重なる部分が新たなバラツキ許容幅（エッジ数範囲が１２〜４８）となる。その重複範囲に新たなバラツキ許容幅を狭めることができる。

したがって、図６Ｃに示すように、３回目のフレーム受信時の歯車のエッジ数（もしくは歯数）が１、２回目のフレーム受信によって決められたバラツキ許容幅の範囲外であれば、その車輪はフレーム送信が行われた車輪と一致していない。このため、判定結果がＦＡＬＳＥ（誤り）となる。このとき、たとえ１回目のフレーム受信によって決められたバラツキ許容幅の範囲内であっても、１、２回目のフレーム受信によって決められたバラツキ許容幅の範囲外であれば、ＦＡＬＳＥと判定している。このようにして、受信したフレームを送信した送信機２が車輪５ａ〜５ｄのいずれに取り付けられたものであるかを特定することが可能となる。

すなわち、図７（ａ）に示すように、識別情報としてＩＤ１が含まれたフレームについては、そのフレームの受信タイミングの毎に歯車のエッジ数（もしくは歯数）を取得し、それを対応する車輪（左前輪ＦＬ、右前輪ＦＲ、左後輪ＲＬ、右後輪ＲＲ）毎に記憶する。そして、フレームを受信するたびに、取得した歯車のエッジ数（もしくは歯数）がバラツキ許容幅の範囲内であるか否かを判定し、その範囲から外れた車輪をフレームが送信された送信機２の取り付けられた車輪候補から除外していく。そして、最後まで除外されなかった車輪をフレームが送信された送信機２の取り付けられた車輪として登録する。ＩＤ１が含まれたフレームの場合、右前輪ＦＲ、右後輪ＲＲ、左後輪ＲＬの順に候補から除外され、最終的に残った左前輪ＦＬをフレームが送信された送信機２の取り付けられた車輪として登録する。

そして、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、識別情報としてＩＤ２〜ＩＤ４が含まれたフレームについてもＩＤ１が含まれたフレームと同様の処理を行う。これにより、各フレームが送信された送信機２の取り付けられた車輪を特定することができ、送信機２が取り付けられた４輪すべてを特定することが可能となる。

このようにして、各フレームが車輪５ａ〜５ｄのいずれに取り付けられたものであるかを特定する。そして、マイクロコンピュータ３３は、フレームを送信してきた各送信機２のＩＤ情報を、それが取り付けられた車輪の位置と関連付けて記憶する。これにより、車輪位置検出を行うことができる。

なお、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３では、車速が所定速度になったときに送信されたフレームを受信し、その受信タイミングにおける歯車情報を記憶しているが、所定の走行停止判定時速（例えば５ｋｍ／ｈ）以下になると、それまでの歯車情報を破棄している。そして、再び走行開始したときに、新たに上記のようにして車輪位置検出を行うようにしている。

以上のような方法により、車輪位置検出を行うことができる。しかしながら、加速度センサ２２の検出信号に基づく送信機２の角度検出の精度が路面状態によって変わる。例えば、舗装路のような路面凹凸が小さくて荒れていない路面では精度が良くなり、砂利道のような路面凹凸が大きくて荒れた路面では精度が悪くなる。これに対応して、上記のような方法によって車輪位置検出を行う場合に、バラツキ許容幅の設定を荒れていない路面に合わせて狭い範囲に設定すると、荒れた路面走行時に車輪位置検出が行えなくなる。逆に、荒れた路面に合わせて広い範囲に設定すると、荒れていない路面での車輪位置検出に時間が長くなることが懸念される。

そこで、本実施形態では、バラツキ許容幅を路面状態に応じて設定できるようにする。具体的には、加速度センサ２２の検出信号は、舗装路など荒れていない路面ではノイズ成分が少なく、図８Ａに示すように重力加速度成分を抽出したときに±１Ｇのデータが歪ない綺麗なｓｉｎ波として抽出される。このため、荒れていない路面ではノイズによる影響が少ないため、送信機２の角度検出精度が高くなり、フレームの送信タイミングのバラツキも少ない。例えば、ｓｉｎ波の正の最大振幅の位置を送信角度としたときに、精度良く送信機２の角度を検出できるため、その位置で的確にフレーム送信が行われる。したがって、バラツキ許容幅を狭く設定しても的確に車輪位置検出が行える。

これに対して、砂利道のような荒れた路面では、路面凹凸によりタイヤが受ける衝撃がノイズ成分として表れ、図８Ｂに示すように重力加速度成分を抽出したときに±１Ｇのデータにノイズが重畳され、綺麗なｓｉｎ波にならない。このため、荒れている路面ではノイズによる影響が大きいため、送信機２の角度検出精度が低くなり、フレームの送信タイミングのバラツキが大きくなる。例えば、ｓｉｎ波の正の最大振幅の位置を送信角度としたときに、精度良く送信機２の角度を検出できないため、その位置で的確にフレーム送信が行われない。したがって、バラツキ許容幅を広く設定しなければ的確に車輪位置検出が行えい可能性がある。

したがって、荒れていない路面ではバラツキ許容幅を狭く設定し、荒れている路面ではバラツキ許容幅を広く設定する。このようにすれば、荒れていない路面走行時にはより狭いバラツキ許容幅で車輪位置検出が行えるため、より早く車輪位置検出を行うことが可能となる。また、荒れている路面走行時にはより広いバラツキ許容幅で車輪位置検出を行うことで、荒れている路面でも車輪位置検出を的確に行うことが可能となる。

例えば、荒れていない路面として、舗装路について適切なバラツキ許容幅を設定すべく、舗装路でフレーム送信が行われたときの送信機２の角度（つまり送信角度）とその頻度について調べた。同様に、荒れている路面として、砂利路について適切なバラツキ許容幅を設定すべく、砂利路でフレーム送信が行われたときの送信機２の角度（つまり送信角度）とその頻度について調べた。具体的には、ｓｉｎ波の正の最大振幅の位置を送信角度（ここでは例えば１８０°を例に挙げる）と想定して複数回フレーム送信を行わせ、実際にフレーム送信が行われたときの送信機２の角度を調べた。その結果、図９Ａに示すように、舗装路では１８０°を中心として公差±４５°の範囲内でフレーム送信が行われており、図９Ｂに示すように、砂利路では１８０°を中心として±７５°の範囲内でフレーム送信が行われていた。したがって、例えば荒れていない路面では送信角度±４５°にバラツキ許容幅を設定することができ、荒れている路面では送信角度±７５°にバラツキ許容幅を設定することができる。

具体的には、本実施形態では、路面状態の検出を送信機２側で行っており、図１０のフローチャートに示したデータ送信処理を実行してフレーム送信を行う際に、路面状態も同時に検出し、フレームに路面状態に関するデータも含めるて送信するようにしている。データ送信処理については、送信機２のマイクロコンピュータ２３にて所定の制御周期ごとに実行している。

まず、ステップ１００において走行中か否かを判定している。走行中であることについては、車速検出の結果に基づいて判定しており、車速が所定速度（例えば５ｋｍ／ｈ）以上になると車両１が走行中であると判定している。そして、走行中と判定されるとステップ１１０に進む。

ステップ１１０では、送信機２の角度を検出すると共に路面状態を検出する。送信機２の角度については、加速度センサ２２の検出信号に基づいて検出している。加速度センサ２２の検出信号の重力加速度成分の値がｓｉｎ波を描くことから、ｓｉｎ波のどこに位置しているかにより、そのタイミングでの送信機２の角度を検出している。路面状態についても、加速度センサ２２の検出信号に基づいて検出している。加速度センサ２２の検出信号に含まれる重力加速度成分は基本的にはｓｉｎ波を描くが、路面状態に応じてｓｉｎ波にノイズが重畳される。このため、ノイズが重畳された重力加速度成分の値の最大値と最小値との差ΔＧを演算し、この差ΔＧが所定の閾値（例えば５Ｇ）を超えているか否かに基づいて荒れている路面と荒れていない路面とを判別する。例えば、図１１に示すように、砂利道のような荒れている路面の場合には、ノイズが重畳されて重力加速度成分の値の最大値と最小値との差ΔＧが大きくなり、差ΔＧが閾値を超える。したがって、ノイズが重畳された重力加速度成分の値の最大値と最小値との差ΔＧを閾値と比較することで、路面状態を検出することができる。

その後、ステップ１２０に進み、所定の送信タイミングとなったとき、例えば送信機２の角度が所定の送信角度になったタイミングでフレーム送信を行う。このとき、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３側で送信機２による路面状態の検出結果を把握できるように、その検出結果をフレーム中に含めるようにしている。例えば、図１２に示すフレーム構成図のように、ＩＤ情報や空気圧および温度情報に加えて路面状態によって変わる送信機２の角度の精度を示す角度精度情報、つまり路面状態を示す情報を含めている。

このようにして、データ送信処理が完了し、各種データが含まれたフレームが送信されると、それがＴＰＭＳ−ＥＣＵ３側で受信され、上記した方法によって車輪位置検出が行われる。このとき、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３で、バラツキ許容幅が路面状態に応じて設定されるようにしている。具体的には、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３は、フレームに含まれた角度精度情報が示す送信機２での路面状態の検出結果に基づいてバラツキ許容幅を設定する。すなわち、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３は、路面が荒れていないとの検出結果であればフレーム受信を行ったときの受信角度±４５°の範囲、路面が荒れているとの検出結果であればフレーム受信を行ったときの受信角度±７５°の範囲にバラツキ許容幅を設定する。これにより、路面状態に応じたバラツキ幅に基づいて車輪位置検出を行うことができる。

このようにして車輪位置検出が行われると、その後は、タイヤ空気圧検出が行われる。具体的には、タイヤ空気圧検出の際には、一定周期毎に各送信機２からフレームが送信され、各送信機２からフレームが送信されるたびに、４輪分のフレームがＴＰＭＳ−ＥＣＵ３で受信される。そして、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３では、各フレームに格納されたＩＤ情報に基づいて車輪５ａ〜５ｄに取り付けられたいずれの送信機２から送られてきたフレームであるかを特定し、タイヤ空気圧に関する情報より各車輪５ａ〜５ｄのタイヤ空気圧を検出する。これにより、各車輪５ａ〜５ｄのタイヤ空気圧の低下を検出でき、車輪５ａ〜５ｄのいずれのタイヤ空気圧が低下しているかを特定することが可能となる。そして、タイヤ空気圧の低下が検出されると、その旨をメータ４に伝えることで、メータ４によって車輪５ａ〜５ｄを特定しつつタイヤ空気圧の低下を示す表示を行い、ドライバに特定車輪のタイヤ空気圧の低下を報知する。

以上説明したように、本実施形態では、路面状態に応じて車輪位置検出を行うときのバラツキ許容幅を設定するようにしている。具体的には、荒れていない路面ではバラツキ許容幅を狭く設定し、荒れている路面ではバラツキ許容幅を広く設定している。これにより、荒れていない路面走行時にはより狭いバラツキ許容幅で車輪位置検出が行えるため、より早く車輪位置検出を行うことが可能となる。また、荒れている路面走行時にはより広いバラツキ許容幅で車輪位置検出を行うことで、荒れている路面でも車輪位置検出を的確に行うことが可能となる。したがって、荒れていない路面では車輪位置検出を早く行え、かつ、荒れている路面でも車輪位置検出を的確に行うことが可能となる。

さらに、フレームの受信タイミングのときの歯位置に基づくバラツキ許容幅と、前回のフレームの受信タイミングに設定されたバラツキ許容幅と重なる部分を新たなバラツキ許容幅として設定している。このため、これらの重複範囲に新たなバラツキ許容幅を狭めることができる。したがって、より短時間で正確に車輪位置の特定が行える車輪位置検出装置とすることが可能となる。

また、車速が所定速度以上になったことをフレーム送信の条件にしたり、加速度センサ２２を用いて各車輪５ａ〜５ｄでの送信機２の位置検出を行っているため、車両１が走行し始めてからしか車輪位置検出を行えないものの、走行後直ぐに車輪位置検出を行うことができる。さらに、トリガ機が出力した信号の受信強度などに基づいて車輪位置検出を行う場合のように、トリガ機などを必要としなくても車輪位置検出を行うことが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、路面状態を送信機２側で検出するようにしているが、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３側で検出することもできる。例えば、車輪速度センサ１１ａ〜１１ｄの検出信号に基づいて路面状態を検出することができる。具体的には、車輪速度センサ１１ａ〜１１ｄの検出信号を周波数解析してサスペンション前後方向ブッシュの振動特性により定まる共振周波数成分を抽出し、この共振周波数の振動ゲインから路面状態を検出することができる（例えば、特開平９−２４３３４５号公報参照）。

また、上記実施形態では、路面状態を路面凹凸が大きくて荒れている路面と路面凹凸が小さくて荒れていない路面の２種類で設定したが、それ以上に段階的に分けて設定し、その段階に応じてバラツキ許容幅を設定しても良い。また、上記実施形態で示したバラツキ許容幅は単なる一例であり、タイヤ寸法や車種などに応じて適宜変更可能である。

また、上記実施形態では、フレーム送信を行う角度として、角度が０°の位置を各車輪５ａ〜５ｄの中心軸を中心として加速度センサ２２が上方位置に位置しているときとしている。しかしながら、これは単なる一例であり、車輪の周方向の任意の位置を角度０°とすればよい。

また、上記実施形態では、フレームを受信するたびにバラツキ許容幅を変更し、徐々にバラツキ許容幅が狭くなるようにしているが、歯位置を中心として設定されるバラツキ許容幅については路面状態に対応する一定値としている。この歯位置を中心として設定されるバラツキ許容幅を路面状態以外の要因に基づいて更に変更することもできる。例えば、歯位置のバラツキは、車速が大きいほど大きくなる可能性がある。このため、車速が大きくなるほどバラツキ許容幅を大きくすることで、より的確なバラツキ許容幅を設定できる。また、加速度センサ２２で加速度検出を行うときのサンプリング周期が長いほど、送信機２の角度の検出精度が落ちることから、それに応じてバラツキ許容幅を変更することで、より的確なバラツキ許容幅を設定できる。その場合、送信機２側でサンプリング周期などを把握していることから、送信機２が送信するフレーム内にバラツキ許容幅の大きさを決めるデータを含めて送信させるようにすることができる。

上記実施形態では、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３がブレーキＥＣＵ１０から歯車情報を取得するようにしているが、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３が歯車情報として歯車の歯のエッジ数もしくは歯数を取得できれば良い。このため、他のＥＣＵから取得しても良いし、車輪速度センサ１１ａ〜１１ｄの検出信号を入力し、その検出信号から歯車の歯のエッジ数もしくは歯数を取得するようにしても良い。特に、上記実施形態では、ＴＰＭＳ−ＥＣＵ３とブレーキＥＣＵ１０を別々のＥＣＵで構成する場合について説明したが、これらが一体化された単独のＥＣＵで構成される場合もあり得る。その場合には、そのＥＣＵが直接車輪速度センサ１１ａ〜１１ｄの検出信号を入力し、その検出信号から歯車の歯のエッジ数もしくは歯数を取得することになる。また、その場合には、歯車の歯のエッジ数もしくは歯数を常時取得することができるため、これらの情報を所定周期毎に取得する場合と異なり、フレームの受信タイミング丁度の歯車情報に基づいて車輪位置検出を行うことが可能となる。

また、上記実施形態では、４つの車輪５ａ〜５ｄが備えられた車両１に対して備えられた車輪位置検出装置について説明したが、さらに車輪数が多い車両についても、同様に本発明を適用することができる。

なお、本発明では、車輪速度センサ１１ａ〜１１ｄにより車輪５ａ〜５ｄの回転に連動して回転させられる歯車の歯の通過を検出できれば良い。このため、歯車としては、外周面が導体とされた歯の部分と歯の間に位置する部分が交互に繰り返される磁気抵抗の異なる構造であれば良い。つまり、外縁部が凹凸とされることで外周面が導体となる凸部と非導体となる空間で構成された一般的なもののみではなく、例えば外周面が導体となる部分と非導体となる絶縁体で構成されたロータスイッチ等も含まれる（例えば特開平１０−０４８２３３号公報参照）。

１ 車両
２ 送信機
３ ＴＰＭＳ−ＥＣＵ（受信機）
５（５ａ〜５ｄ） 車輪
６ 車体
１０ ブレーキＥＣＵ
１１ａ〜１１ｄ 車輪速度センサ
１２ａ〜１２ｄ 歯車
２１ センシング部
２２ 加速度センサ
２３、３３ マイクロコンピュータ

Claims (4)

1. 車体（６）に対してタイヤを備えた複数の車輪（５ａ〜５ｄ）が取り付けられた車両（１）に適用され、
   前記複数の車輪それぞれに設けられ、固有の識別情報を含めたフレームを作成すると共に送信する第１制御部（２３）を有する送信機（２）と、
   前記車体側に設けられ、受信アンテナ（３１）を介して前記送信機から送信されたフレームを受信することで、前記フレームを送信してきた前記送信機が前記複数の車輪のいずれに取り付けられたものであるかを特定し、前記複数の車輪と該複数の車輪それぞれに設けられた前記送信機の識別情報とを対応づけて記憶する車輪位置検出を行う第２制御部（３３）を有する受信機（３）とを備えた車輪位置検出装置であって、
   前記送信機は、該送信機が取り付けられた車輪の回転に伴って変化する重力加速度成分を含む加速度に応じた検出信号を出力する加速度センサ（２２）を有し、
   前記送信機では、前記第１制御部は、該送信機が取り付けられた車輪の中心軸を中心とし、かつ、該車輪の周方向の任意の位置を角度０°として、前記加速度センサの検出信号に含まれる重力加速度成分に基づいて前記送信機の角度を検出すると共に、該角度が所定角度になるタイミングで繰り返し前記フレームを送信させ、
   前記受信機では、前記第２制御部は、前記複数の車輪と連動して回転させられる歯車（１２ａ〜１２ｄ）の歯の通過に応じた検出信号を出力する車輪速度センサ（１１ａ〜１１ｄ）の検出信号に基づいて、前記歯車の歯位置を示す歯車情報を取得すると共に、前記フレームの受信タイミングのときの前記歯位置に基づいてバラツキ許容幅を設定し、該バラツキ許容幅を設定した後における前記フレームの受信タイミングのときの前記歯位置が前記バラツキ許容幅の範囲外であれば、該フレームが送信された送信機の取り付けられた車輪の候補から除外していき、残った車輪を前記フレームが送信された送信機の取り付けられた車輪として登録しており、
   さらに、前記第２制御部は、前記フレームを受信するたびに前記バラツキ許容幅を路面凹凸の大きさによって表される路面状態に応じて変更し、荒れている路面の方が荒れていない路面よりもバラツキ許容幅を広く設定することを特徴とする車輪位置検出装置。
2. 前記第１制御部は、前記加速度センサの検出信号に基づいて路面状態を検出すると共に、路面状態の検出結果を前記フレーム中に含んで送信しており、
   前記第２制御部は、前記フレーム中に含まれる路面状態の検出結果に基づいて前記バラツキ許容幅を設定することを特徴とする請求項１に記載の車輪位置検出装置。
3. 前記第１制御部は、前記加速度センサの検出信号からノイズが重畳された重力加速度成分を抽出し、該ノイズが重畳された重力加速度成分の値の最大値と最小値との差（ΔＧ）を演算して、この差（ΔＧ）が所定の閾値を超えていれば路面状態が荒れている路面であると判定し、超えていなければ路面状態が荒れていない路面であると判定することを特徴とする請求項２に記載の車輪位置検出装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車輪位置検出装置を含むタイヤ空気圧検出装置であって、
   前記送信機は、前記複数の車輪それぞれに備えられた前記タイヤの空気圧に応じた検出信号を出力するセンシング部（２１）を備え、前記第１制御部によって前記センシング部の検出信号を信号処理したタイヤ空気圧に関する情報をフレームに格納したのち、当該フレームを前記受信機に送信し、
   前記受信機は、前記第２制御部にて、該タイヤ空気圧に関する情報より、前記複数の車輪それぞれに備えられた前記タイヤの空気圧を検出することを特徴とするタイヤ空気圧検出装置。

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