JP2020059400A - タイヤ空気圧監視システム - Google Patents

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Abstract

【課題】電池寿命の向上を図りつつ、確実に受信機でのデータ受信が行えるタイヤ空気圧監視システムを提供する。【解決手段】スペア輪5eの送受信機2eと受信機3との間において双方向通信を行えるようにする。そして、フレーム受信が行われると受信機3から応答信号としてAck信号を送受信機2eに返信する。これにより、送受信機2eは、自身が送信したフレームが受信機3で受信されたことを正確に把握することが可能となる。さらに、送受信機2eは、Ack信号が届いたら所定の停止期間中はスリープ状態となり、受信機3でフレーム受信が行われてからも繰り返しフレーム送信を行わないようにする。【選択図】図1

Description

本発明は、タイヤ空気圧監視システム(以下、TPMSという)に関するものである。
従来より、TPMSの1つとして、ダイレクト式のものがある。このタイプのTPMS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シング部を備えた送信機を直接取り付けると共に、車体側に、アンテナおよび受信機を取り付けた構成とされる。そして、圧力センサの検出結果を示すデータ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データが受信され、タイヤ空気圧検出が行われるようになっている。
このようなTPMSでは、走行輪のみでなく、緊急時に使用されるスペア輪についても、定期的にタイヤ空気圧を測定し、車輪側の送信機から車体側の受信機にそのデータを送信することが必要となる。
例えば、特許文献1に、走行輪とスペア輪の送信機の双方からデータ送信が行われるようにするTPMSが提案されている。このTPMSでは、送信機に加速度センサを備え、検出された加速度が走行判定用閾値となる5G以上であれば走行中と判定している。走行中と判定された走行輪の送信機からは定期送信周期毎にデータ送信が行われるようにし、走行中と判定されないスペア輪の送信機については所定の条件を満たすとデータ送信が行われるようにしている。すなわち、スペア輪については、加速度が走行判定用閾値を超えないため、所定周期毎に、加速度に応じて設定されるポイントを累積していき、累積値が走行実績判定用閾値を超えるとデータ送信が行われるようにしている。
特開2012−210912号公報
ダイレクト式のTPMSでは、送信機はタイヤ側に備えられることから、電源としてボタン電池のような電池が用いられており、送信回数が増えることによる電池寿命の低下が課題となる。このため、確実に受信機でのデータ受信を行えるようにしつつ、電池寿命を鑑みた送信頻度に設定することが必要になり、両者を満足することが難しい。また、送信機に発電機や蓄電池を備える構成とすることもできるが、その場合でも装置の小型化などを考慮すると、消費電流の低下が望まれる。
これに対して、特許文献1に記載のTPMSでは、加速度が走行判定用閾値を超えない場合にポイントを累積してデータ送信を行うというものであるため、加速度の測定を継続的に行う必要があり、消費電流の低減が十分に行えない。また、送信機からデータ送信を行っても受信機に届いているか不明であり、送信機からのデータ送信を繰り返し行うことが必要になるため、消費電流の低減が更に不十分になる。
本発明は上記点に鑑みて、消費電流の低減を図りつつ、確実に受信機でのデータ受信が行えるTPMS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TPMSは、車両におけるスペア輪(5e)に備えられた送受信機(2e)と、車体(6)に備えられた受信機(3)と、を備えている。送受信機は、スペア輪のタイヤ空気圧を示す検出信号を出力する圧力センサ(21a)およびスペア輪に発生する加速度に応じた検出信号を出力する加速度センサ(21c)を有するセンシング部(21)と、タイヤ空気圧を示す検出信号を信号処理してタイヤ空気圧に関するデータとして格納したフレームを作成する第1制御部(22)と、フレームを送信する第1送受信部(23)と、を有している。また、受信機は、フレームの受信を行うと共にフレームを受信したことを示す応答信号の送信を行う第2送受信部(32)と、フレームが受信されると、該フレームに格納されたタイヤ空気圧に関するデータに基づいてタイヤ空気圧を検出すると共に第2送受信部から応答信号を送信させる第2制御部(33)と、を有している。そして、送受信機は、所定の送信周期毎にフレーム送信を行う間欠駆動周期でのフレーム送信を行った後、応答信号を受信すると間欠駆動周期の送信周期よりも長い停止期間を設定し、該停止期間中にはフレーム送信を停止する。
このように、スペア輪の送受信機と受信機との間において双方向通信を行えるようにしている。このため、フレーム受信が行われると受信機から応答信号を送受信機に返信することで、送受信機は自身が送信したフレームが受信機で受信されたことを正確に把握することが可能となる。
そして、送受信機は、Ack信号が届いたら、所定の停止期間中はスリープ状態とすることで、受信機でフレーム受信が行われてからも繰り返しフレーム送信を行わなくても済むようにしている。したがって、消費電力の低減を図りつつ、確実に受信機でのデータ受信が行えるTPMSとすることが可能となる。
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
第1実施形態にかかるTPMSの全体構成を示した図である。 送受信機のブロック構成を示した図である。 受信機のブロック構成を示した図である。 送受信機の制御部が実行するフレーム送信処理のフローチャートである。 受信機の制御部が実行する受信機処理のフローチャートである。 フレーム送信処理やフレーム受信処理が行われた場合におけるスペア輪と受信機との間の送受信の関係などを表したタイムチャートである。
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1〜図6を参照して説明する。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、紙面左右方向が車両の左右方向に一致している。
図1に示すTPMSは、車両1に取り付けられるもので、送受信機2a〜2e、受信機3および表示器4を備えて構成されている。
図1に示すように、送受信機2a〜2dは、車両1における各走行輪5a〜5dに取り付けられたものであり、送受信機2eは、スペア輪5eに取り付けられたものである。これら各送受信機2a〜2eは、走行輪5a〜5dもしくはスペア輪5e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検出信号のデータをフレーム内に格納して送信する。各送受信機2a〜2eは、同じ構成とされているが、各送受信機2a〜2eを特定するための送受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ID情報が個々に付けられている。各送受信機2a〜2eより送信されるフレームには、ID情報が付され、受信機3側で受信したフレームがどの送受信機2a〜2eより送信されてきたものであるかを判別できるようになっている。
また、受信機3は、車両1における車体6側に取り付けられるもので、送受信機2a〜2eから送信されるフレームを受信すると共に、その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タイヤ空気圧を検出する。また、本実施形態にかかる送受信機2a〜2eと受信機3は、送受信機2a〜2eから受信機3への通信だけでなく、その逆も可能な双方向通信を行えるものとされている。このため、受信機3から送受信機2a〜2eに対してフレーム受信を行ったことの応答も可能となっている。双方向通信の形態については様々なものを適用することができ、BLE(Bluetooth Low Energyの略)通信を含むブルートゥース通信、wifiなどの無線LAN(Local Area Networkの略)、Sub-GHz通信、ウルトラワイドバンド通信、ZigBeeなどを適用できる。なお、「ブルートゥース」は登録商標である。以下、図2および図3を参照して、送受信機2a〜2eおよび受信機3の詳細構成について説明する。
図2に示すように、送受信機2a〜2eは、センシング部21、制御部22、送受信部23、電池24およびアンテナ25を備えた構成となっており、電池24からの電力供給に基づいて各部が駆動されるようになっている。
センシング部21は、例えば圧力センサ21aや温度センサ21bおよび加速度センサ21cを備えた構成とされている。圧力センサ21aは、タイヤ空気圧に応じた検出信号を出力する。温度センサ21bは、タイヤ内温度に応じた検出信号を出力する。加速度センサ21cは、タイヤ回転に伴って発生する加速度、例えば各走行輪5a〜5dの径方向の加速度に応じた検出信号を出力する。スペア輪5eについては、加速度センサ21cは、走行時の振動などによって生じる加速度に応じた検出信号を出力することになるが、タイヤ回転に伴う加速度は印加されないため、タイヤ回転に伴って発生する加速度よりも小さな加速度を検出することになる。そして、センシング部21は、これら圧力センサ21aや温度センサ21bおよび加速度センサ21cの出力する検出信号を制御部22に伝えている。
なお、これらのうちタイヤ空気圧に応じた検出信号やタイヤ内温度に応じた検出信号はタイヤ空気圧検出に用いられ、加速度に応じた検出信号は車両1が走行中であることの検出に用いられる。
制御部22は、第1制御部に相当し、CPU、ROM、RAM、タイマ、I/Oなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ROMなどのメモリの記憶されたプログラムに従って、所定の処理を実行する。この制御部22内のメモリには、各送受信機2a〜2eを特定するための送受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ID情報が格納されている。
制御部22は、センシング部21から出力された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する。そして、制御部22は、タイヤ空気圧検出に用いるタイヤ空気圧やタイヤ内温度の検出結果を示すデータについては、各送受信機2a〜2dのID情報と共にフレーム内に格納し、所定のタイミングでそのフレームを送受信部23に送る。また、制御部22自身でタイヤ空気圧低下の判定を行うようにすることもできる。その場合、制御部22にて、タイヤ空気圧低下が生じているか否かを示すデータもフレーム内に格納して送受信部23に送られるようにする。例えば、制御部22は、所定の基準温度に換算したときのタイヤ空気圧を所定の警報閾値Thと比較し、タイヤ空気圧が警報閾値Th以下に低下したことを検知した場合にタイヤ空気圧低下が生じたことを示すデータをフレームに格納する。
なお、以下の説明では、タイヤ空気圧やタイヤ内温度の検出結果を示すデータ、および、タイヤ空気圧低下の発生の有無を示すデータのことをタイヤ空気圧に関するデータという。ただし、タイヤ空気圧に関するデータにこれらすべてのデータが必ず含まれている必要はなく、タイヤ空気圧やタイヤ内温度の検出結果を示すデータと、タイヤ空気圧低下の発生の有無を示すデータの一方だけであっても良い。
また、制御部22は、加速度の検出結果については、車両が走行中であるか否かの判定に用いている。例えば、加速度センサ21cが、走行輪5a〜5dおよびスペア輪5eの径方向の加速度に応じた検出信号を出力するものである場合、各輪の加速度センサ21cの検出信号には以下の成分が含まれる。すなわち、各走行輪5a〜5dの加速度センサ21cの場合、検出信号に重心加速度成分と遠心加速度成分が含まれたものとなる。一方、スペア輪5eの加速度センサ21cの場合、検出信号に遠心加速度成分が含まれないし、スペア輪5eが横置きで車両1に搭載されるのであれば重力加速度成分も含まれず、走行による振動に応じた加速度成分が含まれるだけとなる。走行による振動に応じた加速度成分の絶対値は、所定の第1閾値、例えば1Gを超える値として表われ、タイヤ回転に伴う重力加速度成分と遠心加速度成分を含む加速度成分は、それよりも大きな所定の第2閾値、例えば8Gを超える値として表われる。
このため、制御部22は、加速度センサ21cの検出信号に基づいて検出した加速度の絶対値が第1閾値を超えていれば、少なくとも走行時に発生し得る振動、つまり停車時に生じ得る振動より大きな振動が発生していると判定する。さらに、制御部22は、検出した加速度の絶対値が第1閾値よりも大きな第2閾値を超えていれば、単に走行時に発生し得る振動による加速度を超えて、タイヤ回転に伴う加速度が発生していると判定する。
これに基づき、制御部22は、自身が走行輪5a〜5dに取り付けられた送受信機2a〜2dのものなのか、スペア輪5eに取り付けられた送受信機2eのものなのかを判定する。そして、制御部22は、自身が走行輪5a〜5dに取り付けられた送受信機2a〜2dのものであれば、走行輪5a〜5dに対応した所定の定期送信周期毎にデータを送受信部23に伝え、そのタイミングでフレーム送信を行わせる。
さらに、タイヤ空気圧の変化やタイヤ空気圧の低下の少なくとも一方が生じたときには、その前の定期送信周期よりも短い送信周期となるようにしてあり、タイヤ空気圧の変化や低下がより短い時間で受信機3に伝わるようにしている。例えば、制御部22にて、タイヤ空気圧の前回のデータ送信時からタイヤ空気圧の減少値または増加量に相当する変化量が所定の閾値を超える場合には、タイヤ空気圧の変化が生じたと判定している。また、制御部22にて、タイヤ空気圧が所定の設定値以下になったときにはタイヤ空気圧が低下したと判定している。
また、制御部22は、自身がスペア輪5eに取り付けられた送受信機2eのものであれば、スペア輪5eに対応したタイミングでデータを送受信部23に伝え、そのタイミングでデータ送信を行わせる。なお、このスペア輪5eの送受信機2eでの送信タイミングについては後で詳細に説明する。
送受信部23は、アンテナ25を通じて、制御部22から送られてきたフレームをRF電波として受信機3に向けて送信する出力部としての機能を果たす。また、送受信部23は、受信機3からの指示信号をRF電波として受信する入力部としての機能も果たす。送受信部23は、ここでは1つの構成として記載されているが、送信部と受信部それぞれ別々に構成されたものであっても良い。送受信部23は、例えば、BLE等で用いられる2.4GHzの通信帯域の電波を用いて送受信を行っている。制御部22から送受信部23へ信号を送る処理は上記プログラムに従って行われ、制御部22から送受信部23へ信号を送る処理が実行される。
電池24は、センシング部21や制御部22などに対して電力供給を行っており、この電池24からの電力供給を受けて、センシング部21でのタイヤ空気圧に関するデータの収集や制御部22での各種演算などが実行される。
このように構成される送受信機2a〜2eは、例えば、各走行輪5a〜5dやスペア輪5e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。これにより、送受信機2a〜2eは、該当車輪のタイヤ空気圧を検出し、各送受信機2a〜2eに備えられたアンテナ25を通じて、所定のタイミングでフレームを送信するようになっている。
一方、図3に示すように、受信機3は、アンテナ31、送受信部32および制御部33を備えた構成となっている。
アンテナ31は、車体6に備えられ、各送受信機2a〜2eから送られてくるフレームを受信したり、各送受信機2a〜2eに対してフレーム受信が完了したことを示す応答信号としてAck信号を送信したりするためのものである。ここでは、アンテナ31は、各送受信機2a〜2eとの送受信を総括的に行う1本の共通アンテナで構成されているが、送受信機2a〜2eごとに備えられたものであっても良いし、送信用と受信用とで別々のもので構成されていても良い。
送受信部32は、各送受信機2a〜2eから送信されたフレームがアンテナ31で受信されると、それを入力して制御部33に送る入力部としての機能を果たす。また、送受信部32は、制御部33からの指示に従って、各送受信機2a〜2eに対してフレーム送信のAck信号を送信する出力部としての機能も果たす。送受信部32は、ここでは送信および受信の両方を行える構成とされているが、送信部と受信部それぞれ別々の構成とされたものであっても良い。
制御部33は、第2制御部に相当し、CPU、ROM、RAM、I/O、タイマなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ROMなどに記憶されたプログラムに従って各種処理を実行する。具体的には、制御部33は、図示しないバッテリからの電力供給に基づいて作動し、送受信部32でのフレーム受信やAck信号の送信を行ったり、タイヤ空気圧検出に関わる各種処理を行ったりする。
例えば、制御部33は、タイヤ空気圧検出に関わる各種処理として、受信確認処理や圧力検出処理を含む受信機処理を行っている。
受信確認処理では、各送受信機2a〜2eから送信されたフレームを受信したことの確認を行う。そして、制御部33は、フレーム受信が完了したら、それを受信したことを示すAck信号を各送受信機2a〜2dに返信することで受信確認を行う。また、制御部33は、送受信機2eから送信されたフレームを受信すると、それを受信したことを示すAck信号を送受信機2eに返信することで受信確認を行っている。なお、各送受信機2a〜2eから送信されてきたフレームにはID情報が付されているため、これに基づいて、Ack信号に、受信したフレームに格納されていたID情報を付している。このため、Ack信号を受信した各送受信機2a〜2eにて、受信機3に受信されたフレームが自身の送信したものであるか否かを確認できるようになっている。
また、制御部33は、フレームが受信されると圧力検出処理に移行する。圧力検出処理では、送受信部32から受け取ったフレームに格納されたタイヤ空気圧に関するデータに基づいて各種信号処理および演算等を行うことでタイヤ空気圧を求める。そして、求めたタイヤ空気圧に応じた電気信号を表示器4に出力する。例えば、制御部33は、求めたタイヤ空気圧を所定の警報閾値Thと比較し、タイヤ空気圧が所定の警報閾値Th以下に低下したことを検知した場合には、その旨の信号を表示器4に出力する。また、送受信機2a〜2eでタイヤ空気圧検出を行っている場合には、受信したフレーム中に含まれるタイヤ空気圧低下が発生したことを示すデータに基づいて、表示器4にタイヤ空気圧低下が発生したことを伝えることもできる。
さらに、制御部33は、4つの走行輪5a〜5dおよびスペア輪5eそれぞれのタイヤ空気圧を求めたら、そのタイヤ空気圧を各走行輪5a〜5dおよびスペア輪5eと対応させて表示器4に出力することもできる。制御部33のメモリには、各走行輪5a〜5dおよびスペア輪5eに配置されている送受信機2a〜2eのID情報が各走行輪5a〜5dおよびスペア輪5eの位置と関連づけられて記憶されている。このため、制御部33は、フレームに格納されたID情報と照合することで、受信したフレームが走行輪5a〜5dおよびスペア輪5eのどれに取り付けられた送受信機2a〜2eであるかを認識し、タイヤ空気圧が低下した車輪を特定できる。これに基づき、タイヤ空気圧低下が発生した場合に、低下した車輪を特定して表示器4に出力する。また、タイヤ空気圧低下が発生していない場合でも、求めたタイヤ空気圧を各走行輪5a〜5dおよびスペア輪5eと対応させて、表示器4に出力するようにしても良い。
このようにして、4つの走行輪5a〜5dおよびスペア輪5eのいずれかのタイヤ空気圧が低下したこと、もしくは、4つの走行輪5a〜5dおよびスペア輪5eそれぞれのタイヤ空気圧が表示器4に伝えられる。
表示器4は、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警報ランプやディスプレイによって構成される。この表示器4は、例えば受信機3における制御部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、その旨の表示を行うことでドライバにタイヤ空気圧の低下を報知する。または、受信機3から4つの走行輪5a〜5dそれぞれのタイヤ空気圧が伝えられると、各走行輪5a〜5dと対応させて各タイヤ空気圧を表示する。
なお、本実施形態では、表示器4をドライバへの警告を行う警告部として用いているが、表示器4のように視覚的に警告を行うものの他、スピーカなどの聴覚的に警告を行うものを警告部として用いても良い。
以上のようにして、本実施形態にかかるTPMSが構成されている。続いて、本実施形態のTPMSの作動について説明する。
例えば、図示しないイグニッションスイッチがオンされると、バッテリからの電力供給に基づいて受信機3などが作動させられる。これにより、制御部33は、受信機処理を実行する。具体的には、受信機処理では、各送受信機2a〜2eよりフレーム送信が行われると、それを受信すると共に、受信確認処理として受信完了を示すAck信号を返信したり、圧力検出処理としてタイヤ空気圧検出を行ったりする。この受信機処理については後述する。
一方、各送受信機2a〜2eでは、電池24からの電力供給に基づいて、センシング部21や制御部22などが駆動され、センシング部21でのタイヤ空気圧に関するデータの収集や制御部22でのフレーム送信処理などが実行される。このとき、各送受信機2a〜2eにおいて、制御部22は、電池24の寿命向上のために、通常時にはスリープ状態となっており、所定のタイミングでウェイクアップ状態となることで、各種処理を実行するようになっている。
まず、最初は、各送受信機2a〜2eの制御部22は、自身が走行輪5a〜5dに取り付けられた送受信機2a〜2dのものなのか、スペア輪5eに取り付けられた送受信機2eのものなのかが判っていない。このため、制御部22は、予め決められた制御周期毎にウェイクアップ状態となるか、もしくは加速度センサ21cのみ起動状態としておき所定の閾値以上の加速度が発生した際に、ウェイクアップ状態となる。そして、制御部22は、自身が走行輪5a〜5dに取り付けられた送受信機2a〜2dのものなのか、スペア輪5eに取り付けられた送受信機2eのものなのかを判定する。
具体的には、制御部22は、ウェイクアップ状態となったときに、検出した加速度の絶対値が第1閾値を超えていなければ、車両が走行状態ではないために、走行輪5a〜5dとスペア輪5eとの判別が行えない。この場合には、制御部22は、データ送信を行うことなく処理を終了する。また、制御部22は、ウェイクアップ状態となったときに、検出した加速度の絶対値が第1閾値を超えていれば、車両が走行状態になっているため、走行輪5a〜5dとスペア輪5eとの判別が行える。このため、制御部22は、検出された加速度の絶対値が第2閾値を超えているか、それとも第2閾値を超えない状態が一定時間継続した状態であるかを判定する。前者であれば、タイヤ回転に伴う加速度が発生していることを示しており、後者であれば、タイヤ回転に伴う加速度が発生しておらず、走行時に発生し得る振動を表す加速度が発生していることを示している。送受信機2a〜2dについては前者となるため、制御部22は、自身が走行輪5a〜5dに取り付けられたもので有ると判定する。また、送受信機2eについては後者となるため、制御部22は、自身がスペア輪5eに取り付けられたものであると判定する。そして、制御部22は、その判定結果に応じたフレーム送信処理を実行する。
例えば、制御部22は、自身が走行輪5a〜5dに取り付けられた送受信機2a〜2dのものであれば、走行輪5a〜5dに対応した所定の定期送信周期毎にタイヤ空気圧に関するデータを送受信部23に伝え、そのタイミングでフレーム送信を行わせる。さらに、制御部22は、自身でタイヤ空気圧を検出している場合、タイヤ空気圧の変化時やタイヤ空気圧の低下時に、その前よりも送信周期が短くなるようにして、空気圧に関するデータを送受信部23に伝える。この処理により、走行輪5a〜5dの送受信機2a〜2dからフレーム送信が行われると共に、受信機3においてフレーム受信がなされ、受信機3からAck信号が届くことで、送受信機2a〜2dからのフレーム送信が完了する。これにより、制御部22は次の送信周期が来てウェイクアップ状態となるまで再びスリープ状態となる。
また、制御部22は、自身がスペア輪5eに取り付けられた送受信機2eのものであれば、スペア輪5eに対応したタイミングでデータを送受信部23に伝え、そのタイミングでデータ送信を行わせる。この処理により、スペア輪5eの送受信機2eからフレーム送信が行われると共に、受信機3においてフレーム受信がなされ、受信機3からAck信号が届くことで、送受信機2eからのフレーム送信が完了する。これにより、制御部22は、再びスリープ状態となる。
このとき、Ack信号が届かなければ、制御部22は、所定の間欠駆動期間として、一旦スリープ状態となるものの例えば96secという比較的短周期の間欠駆動周期毎に繰り返しウェイクアップ状態となってフレーム送信を行う。このため、Ack信号が届くまで繰り返しフレーム送信が行われるようになり、確実に送受信機2eから送信されたフレームが受信機3に受信されるようできる。
また、制御部22は、Ack信号が届いたら、所定の停止期間中はスリープ状態となる。このときの停止期間は、間欠駆動期間に定められる間欠駆動周期よりも長い時間とされ、例えば1日、つまり24時間とされる。スペア輪5eのタイヤ空気圧については、検出できるようにしたいものの、高頻度に検出できるようにする必要はなく、例えば1日に1回検出できれば良い。また、ユーザが車両を使用する際には同じ時間帯に使用することが多く、タイヤ空気圧の検出が行われた後はそのときから1日後にタイヤ空気圧の検出が行えれば良いと想定される。このため、停止期間については1日としてある。
ここで、仮に、送受信機2eからのフレーム送信のみを行って受信機3からAck信号が返信されないような単方向通信とされる場合、1日に1回のみ送受信機2eからフレーム送信を行っただけでは、それが受信機3で受信できているか不明である。しかしながら、本実施形態のように、送受信機2eと受信機3との間において双方向通信を行うようにすれば、受信機3でフレーム受信が行えたことを送受信機2eで把握できる。このため、受信機3でフレーム受信が行われてからも送受信機2eから繰り返しフレーム送信を行わなくても済み、消費電力の低減を図ることが可能となる。
なお、スペア輪5eの制御部22についても、自身でタイヤ空気圧を検出できる構成とすることができる。その場合、制御部22にて、停止期間を設けていても、タイヤ空気圧の変化時やタイヤ空気圧の低下時であると判定されると、割込処理として、例えば96secという比較的短周期の送信周期毎にタイヤ空気圧に関するデータのフレーム送信が行われるようにする。これにより、停止期間中で通常であればフレーム送信が行われないタイミングであってもフレーム送信が行われるようにでき、緊急時にタイヤ空気圧の変化がより短い時間間隔で受信機3に伝わるようにできる。
図4は、制御部22が実行するフレーム送信処理の詳細を示したフローチャートである。本処理は、制御部22が所定のタイミングでスリープ状態からウェイクアップ状態に切り替わったときに所定の制御周期毎に実行される。
この図に示すように、まず、ステップS100において、加速度センサ21cで検出された加速度の絶対値が第1閾値を超えているか否かが判定され、超えていなければ車両が走行状態ではないことから、本ステップを繰り返す。そして、ステップS100で肯定判定されるとステップS105に進み、検出された加速度の絶対値が第2閾値を超えているか否かを判定する。
ここで肯定判定された場合、制御部22は、走行輪5a〜5dに取り付けられた送受信機2a〜2dのものと考えられる。一方、否定判定された場合、制御部22は、スペア輪5eに取り付けられた送受信機2eのものである可能性がある。このため、ステップS110に進み、検出された加速度の絶対値が第1閾値より大きく、かつ、第2閾値よりも小さい状態が一定時間継続しているか否かを判定する。このときの一定時間については制御部22に備えられるタイマのカウントによって計測しており、カウンタのカウント値が所定値になっていれば一定時間継続したと判定されるようになっている。ここで、また一定時間所定に至っていなければステップS115に進んでカウンタをインクリメントする。そして、ステップS110で肯定判定される状況になった場合には、制御部22は、スペア輪5eに取り付けられた送受信機2eのものであると判定している。このようにして、制御部22は、自身が走行輪5a〜5dの送受信機2a〜2dのものであるのか、スペア輪5eの送受信機2eのものであるのかを判定している。なお、ステップS110において肯定判定されると、ステップS115で用いていたカウンタを0にリセットしておく。
また、ステップS105で肯定判定された場合には、ステップS120に進み、フレームの送信周期であるか否かを判定する。タイヤ空気圧の変化時やタイヤ空気圧の低下時以外には定期送信周期とされており、その場合は定期送信周期に至ったか否かを判定している。また、タイヤ空気圧の変化時やタイヤ空気圧の低下時には定期送信周期よりも短い送信周期が設定されており、その場合はその送信周期に至ったか否かを判定している。
ここで肯定判定されるとステップS125に進み、タイヤ空気圧に関するデータやID情報を格納したフレームを受信機3に向けて送信する処理を行う。そして、ステップS130において、受信機3から送られる自身のID情報を付したAck信号を受信したか否かを判定し、受信するとフレーム送信処理を終了する。この後は、スリープ状態となり、送信周期になると自動的にウェイクアップ状態に切り替わってステップS120からの処理を行い、ステップS130でAck信号の受信が確認されると、フレーム送信処理を終了するという処理を繰り返す。
一方、ステップS115で肯定判定された場合には、ステップS135に進み、間欠駆動周期でタイヤ空気圧に関するデータやID情報を格納したフレームを受信機3に向けて送信する処理を行う。そして、ステップS140において、受信機3から送られる自身のID情報を付したAck信号を受信したか否かを判定し、受信するとステップS145に進む。そして、例えば1日を停止期間として設定し、スリープ状態となり、停止期間を経過する自動的にウェイクアップ状態に切り替わってステップS135からの処理が繰り返されることになる。
なお、図4中には記載されていないが、車両が停止すると加速度センサ21cで検出される加速度の絶対値が第1閾値よりも小さくなる。この状態が一定時間以上になったときには、一旦停止などではなく、車両の走行を終了したと想定される。このため、走行輪5a〜5dの制御部22は、定期送信周期毎のフレーム送信を終了すると共にスリープ状態となる。これにより、消費電流の低下が図られるようにしている。また、ユーザが1日中、全く車両1を使用しない場合も有り得る。その場合、間欠駆動周期が繰り返されても、受信機3でフレーム受信が行われないことになり、送受信機2eからのフレーム送信の繰り返しが長期間にわたることになる。したがって、フレーム送信を所定回数もしくは所定時間継続して行ってもAck信号が返信されてこなかったら、フレーム送信を終了し、もう一度停止期間を設定するようにしても良い。その場合、1日よりも短い停止期間を設定するようにしたりしても良い。
続いて、受信確認処理や圧力検出処理を含む受信機処理について説明する。受信機3では、制御部33が所定の制御周期毎にフレーム受信処理を実行しており、上記したように、各送受信機2a〜2eよりフレーム送信が行われると、それを受信すると共に受信完了を示すAck信号を返信したり、タイヤ空気圧検出を行ったりする。
図5に示すように、制御部33は、ステップS200およびステップS210において、受信確認処理を実行する。まず、ステップS200において、制御部33は、送受信機2a〜2eから送信されたフレームを受信したか否かを判定する。この処理は、送受信機2a〜2e毎に行われ、制御部33は、各送受信機2a〜2eのID情報すべてについて、当該ID情報が付されたフレームを受信したか否かを判定している。ここで肯定判定されるとステップS210に進み、Ack信号の返信処理を行う。これにより、送受信機2a〜2eのうち受信したもののID情報を付したAck信号が返信される。これに基づいて、走行輪5a〜5dの送受信機2a〜2dでは、次の送信周期までフレーム送信が停止され、スペア輪5eの送受信機2eでは、停止期間が設定されて、例えばフレーム送信が1日停止される。なお、ステップS200の処理は、ステップS200が肯定判定となるまで制御周期毎に繰り返し実行される。
その後、ステップS220に進み、圧力検出処理として、受信したフレームに格納されたタイヤ空気圧に関するデータに基づいて、各走行輪5a〜5dもしくはスペア輪5eのタイヤ空気圧を検出する。これに基づき、タイヤ空気圧検出の結果を表示器4に伝えることで、そのときのタイヤ空気圧を表示したり、タイヤ空気圧低下が生じていることを表示したりして、ドライバにタイヤ空気圧の状況が伝えられる。
図6は、上記したフレーム送信処理や受信機処理が行われた場合におけるスペア輪5eと受信機3との間の送受信の関係などを表したタイムチャートである。この図に示されるように、イグニッションスイッチ(以下、IGという)がオフからオンに切り替わり、車両が走行を開始したとする。この場合、スペア輪5eの送受信機2eでは、加速度センサ21cで検出される加速度の絶対値が、継続的に第1閾値より大きく、かつ、第2閾値よりも小さい値になる。これに基づいて、制御部22は、自身がスペア輪5eに取り付けられた送受信機2eのものであることを把握し、間欠駆動周期でフレーム送信を行うことになる。このとき、受信機3も作動中であるため、送受信機2eから送信されたフレームが受信機3で受信されるが、仮に受信されなかったとしても、間欠駆動周期で繰り返し送受信機2eからフレーム送信が行われるため、確実に受信機3で受信される。そして、受信機3がフレーム受信すると、受信機3からAck信号が返信され、それが送受信機2eで受信される。これにより、停止期間が設定され、1日後に、再び送受信機2eからフレーム送信が行われるようにできる。
このように、スペア輪5eについては、受信機3にタイヤ空気圧に関するデータを伝えることができたら停止期間を設けてフレーム送信が行われないようにしている。これにより、停止期間中は加速度の測定などの機能をスリープ状態にでき、消費電流の低減を図ることが可能となる。また、送受信機2eと受信機3との間で双方向通信を行うようにしているため、受信機3でフレーム受信が行われたことを送受信機2eで把握でき、確実に受信機3でのデータ受信が行えるようにしつつも、消費電流の低減を図ることが可能となる。
さらに、停止期間が経過すると、再び間欠駆動周期で繰り返し送受信機2eからフレーム送信が行われる。このため、停止期間が経過する毎に、スペア輪5eにおけるタイヤ空気圧検出が繰り返されるようにできる。そして、スペア輪5eについては、タイヤ空気圧を例えば1日に1回程度検出できれば良いため、停止期間を1日とすれば、スペア輪5e送受信機2eの消費電流をより低減することが可能となる。勿論、停止期間を1日よりも短いもしくは長い時間としても良い。短い時間とする場合、スペア輪5eの送受信機2eの消費電流の低減が停止期間を1日とする場合よりも小さくなるが、高頻度になり過ぎないようにしつつ、ある程度の頻度でタイヤ空気圧検出を行うことが可能となる。
以上説明したように、本実施形態では、送受信機2a〜2eと受信機3との間において双方向通信を行えるようにしている。このため、フレーム受信が行われると受信機3からAck信号を各送受信機2a〜2eに返信することで、各送受信機2a〜2eは自身が送信したフレームが受信機3で受信されたことを正確に把握することが可能となる。
そして、スペア輪5eの送受信機2eにおいては、Ack信号が届いたら、所定の停止期間中はスリープ状態とすることで、受信機3でフレーム受信が行われてからも送受信機2eから繰り返しフレーム送信を行わなくても済む。したがって、消費電力の低減を図りつつ、確実に受信機3でのデータ受信が行えるTPMSとすることが可能となる。
(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してフレーム送信のタイミングの設定の仕方を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
上記第1実施形態では、加速度センサ21cで検出された加速度の絶対値が第1閾値を超えると車両が走行中と判定して、各送受信機2a〜2eよりフレーム送信が行われるようにしている。これに対して、本実施形態では、車両の走行前、つまり停止中には所定の停止時送信周期、例えば96sec毎にフレーム送信が行われるようにし、車両の走行中には停止時送信周期よりも短い定期送信周期でフレーム送信が行われるようにする。また、スペア輪5eの送受信機2eについては、Ack信号が届いたら、所定の停止期間を設定し、停止期間中はスリープ状態となることでフレーム送信が行われないようにしている。
具体的には、走行輪5a〜5dでは、制御部22は、加速度センサ21cで検出された加速度が走行判定閾値、例えば8Gを超えるまではスリープ状態となり、停止時送信周期毎にウェイクアップ状態となることで、停止時フレーム送信を行う。そして、制御部22は、加速度が走行判定閾値を超えるとウェイクアップ状態となって定期送信周期毎にフレーム送信を行い、定期送信周期の間には消費電流を低下させるべくスリープ状態となる。このように、車両の停止中には停止時送信周期毎にフレーム送信が行われるようにし、走行中に定期送信周期毎のフレーム送信が行われるようにされる。
一方、スペア輪5eでは、制御部22は、加速度センサ21cでタイヤ回転に伴う加速度ではなく走行時の振動などで生じる加速度しか検出されないため、ほぼ走行中の定期送信周期でのフレーム送信は行われないことになる。ただし、間欠駆動周期に相当する停止時送信周期毎にウェイクアップ状態となることで、停止時のフレーム送信が行われるため、必要以上にフレーム送信が繰り返される可能性がある。
しかしながら、本実施形態でも、第1実施形態と同様、受信機3からAck信号が返信されてきたら停止期間を設定し、停止期間中はフレーム送信が行われないようにしている。このため、受信機3でフレーム受信が行われてからも送受信機2eから繰り返しフレーム送信を行わなくても済む。したがって、消費電力の低減を図りつつ、確実に受信機3でのデータ受信が行えるTPMSとすることが可能となる。
(第3実施形態)
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1、第2実施形態に対して送受信機2a〜2eでのタイヤ空気圧の警報閾値を変更できるようにするものである。本実施形態のその他については第1、第2実施形態と同様であるため、第1、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
上記第1、第2実施形態では、走行輪5a〜5dやスペア輪5eについて、送受信機2a〜2eが自身でタイヤ空気圧を検出する構成にできることについても説明した。その場合において、受信機3から、ユーザが設定した警報閾値を各送受信機2a〜2eに伝えるようにし、伝えられた警報閾値に基づいて各送受信機2a〜2eでフレーム送信の送信周期の設定などが行われるようにすることができる。
具体的には、ユーザが図示しない入力装置、例えばナビゲーションシステムのディスプレイを通じて警報閾値を設定すると、そのデータが受信機3に入力されるようにする。そして、受信機3を通じて警報閾値のデータが各送受信機2a〜2eに伝わるようにする。例えば、各送受信機2a〜2eから送信されてきたフレームを受信してAck信号を返信する際等に、受信機3からコネクション要求信号を送信する。コネクション要求信号については、Ack信号中に含めても良いし、Ack信号とは別の信号としても良い。そして、各送受信機2a〜2eと受信機3とのコネクションが形成されたら、受信機3から送受信機2a〜2eに対して警報閾値のデータを送信する。
これが送受信機2a〜2eに伝えられ、送受信機2eにおいてタイヤ空気圧の低下が発生したと判定される設定値として警報閾値のデータが示す警報閾値が設定される。したがって、送受信機2a〜2eでも新たに設定された後の警報閾値に基づいてタイヤ空気圧の低下を検出することが可能となる。そして、スペア輪5eについては、停止期間を設けていても、タイヤ空気圧の変化時であることとタイヤ空気圧の低下時であることの少なくとも一方が生じたときに、割込処理として、フレーム送信が行われるようにする。例えば、比較的短周期の送信周期毎にフレーム送信が行われるようにすると好ましい。これにより、停止期間中で通常であればフレーム送信が行われないタイミングであってもフレーム送信が行われるようにでき、短周期の送信周期とすれば、緊急時に停止期間より短い時間間隔の送信周期でタイヤ空気圧が受信機3に伝わるようにできる。
このようにすれば、ユーザが自分の都合の良いタイミングで警報閾値を変更できると共に、その警報閾値に基づいてタイヤ空気圧の低下を検出でき、停止期間中であっても、緊急時には短い送信周期でタイヤ空気圧を受信機3に伝えることができる。したがって、スペア輪5eについても、タイヤ空気圧の低下がより早くユーザに伝わるようにすることが可能となる。
(第4実施形態)
第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1〜第3実施形態に対してユーザが車両を使用する頻度の高い時間帯を記憶できるようにしたものであり、その他については第1、第2実施形態と同様であるため、第1〜第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態では、各送受信機2a〜2eの制御部22のメモリに、ユーザが車両を使用した時間帯を記憶しておき、その中で使用頻度の高い時間帯を学習して記憶するようにしている。例えば、数分もしくは数十分間隔に区画した時間帯毎に走行の有無を積算していき、その積算値を時間帯毎に紐付けして記憶している。そして、スペア輪5eの送受信機2eについて、使用頻度の高い時間帯中にフレーム送信が行われるように設定する。具体的には、使用頻度の高い時間帯中、例えば、最も使用頻度の高い時間に停止期間が終了するようにし、その時間からフレーム送信が行われるようにする。
このようにすれば、よりスペア輪5eの送受信機2eからフレーム送信を行った時に受信機3に受信される可能性を高めることが可能となる。よって、間欠駆動周期にてフレーム送信を行う期間を短縮化することが可能となり、さらに消費電流の低下を図ることが可能となる。
なお、ここでは最も使用頻度の高い時間にスペア輪5eの送受信機2eからのフレーム送信が行われるようにしたが、使用頻度の高い時間帯内のいずれの時間にフレーム送信が行われるようにしても良い。また、例えば8:00〜9:00と18:00〜20:00というように、使用頻度の高い時間帯が複数有る場合、その中でもより使用頻度の高い時間帯を選択すると好ましい。
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
例えば、上記各実施形態では、停止期間を1日、つまり24時間とし、間欠駆動周期を96secとしたが、これらについては適宜変更可能である。例えば、停止期間を1日よりも短い23時間としても良いし、それよりも長い25時間や2日としても良い。好ましくは、1日に1回はタイヤ空気圧検出が行えるように、停止期間については24時間以下に設定すると良い。
また、間欠駆動周期毎や停止期間の後のタイミング以外の別のタイミングを追加して、3種類以上のタイミングでフレーム送信が行われるようにしても良い。例えば、受信機3からタイヤ空気圧の変化時や低下時にリクエスト信号を出力し、そのタイミングで送受信機2eからのフレーム送信が行われるようにしても良い。
また、送受信機2a〜2eとして、エア注入バルブに取り付けられるものを例に挙げて説明したが、他の場所に備えられるものであっても良い。また、加速度センサ21cについては、タイヤ径方向の加速度を検出するものに限らない。
一例を示すと、送受信機2a〜2eとして、タイヤトレッドの裏面に配置されるタイヤマウントセンサと呼ばれるタイヤ側装置であって、圧力センサを備えていてタイヤ空気圧の検出を行えるようにしたものを適用することもできる。送受信機22a〜22eがタイヤマウントセンサとされる場合、加速度センサ21cが出力する検出信号については、タイヤ接線方向の振動の大きさに応じた検出信号として用いることもできる。この場合、加速度センサ21cの検出信号となる出力電圧波形は、タイヤの回転に伴ってタイヤトレッドのうち加速度センサ21cの配置箇所と対応する部分が接地し始めた接地開始時に極大値をとる。また、当該出力電圧波形は、タイヤの回転に伴ってタイヤトレッドのうち加速度センサ21cの配置箇所と対応する部分が接地していた状態から接地しなくなる接地終了時に極小値を取る。このため、加速度センサ21cの検出信号に基づいて、車両が走行中であることを検出することができる。また、スペア輪5eの場合、加速度センサ21cの出力電圧波形は周期的な波形ではなく、車両1の走行に伴う振動に応じた波形となる。そして、この出力電圧波形より、車両1が走行中であることを検出できるため、スペア輪5eの送受信機2eであることを検出することもできる。
なお、タイヤマウントセンサを送受信機2a〜2eとして用いる場合において、加速度センサ21cにてタイヤ接線方向の振動を検出する場合について説明したが、他の方向、例えばタイヤ径方向の振動を検出しても同様のことを行える。また、上記第1〜第4実施形態では、タイヤ径方向の加速度、つまり遠心方向の加速度を検出する例を示したが、タイヤ接線方向の加速を検出しても良い。タイヤ接線方向の加速度も、車両1の走行に伴って増減するため、それに基づいて車両1が走行中であることを検出することができる。
また、タイヤマウントセンサを送受信機2a〜2dとして用いる場合、加速度センサ21cに代えて、圧電素子を用いることもできる。圧電素子は、応力に応じた出力電圧を発生させることから、タイヤトレッドの変形に伴って、加速度センサ21cと同様の波形の出力電圧を発生させることになる。このため、圧電素子の出力電圧を検出信号として用いて、車両1が走行中であることを検出することができる。
なお、上記各実施形態では、TPMSのうち車体6側に備えられた部分を受信機3として総括的に記載しているが、受信機3は必ずしも1つの構成でなくても良い。例えば、受信機能を果たすアンテナ31や送受信部32とタイヤ空気圧検出機能を果たす制御部33とが別々の場所に備えられていても良い。
2a〜2e 送受信機
3 受信機
4 表示器
5a〜5d 走行輪
5e スペア輪
21 センシング部
22 制御部
23 送受信部
32 送受信部
33 制御部

Claims (6)

  1. 車両におけるスペア輪(5e)に備えられた送受信機(2e)と、車体(6)に備えられた受信機(3)と、を有するタイヤ空気圧監視システムであって、
    前記送受信機は、前記スペア輪のタイヤ空気圧を示す検出信号を出力する圧力センサ(21a)および前記スペア輪に発生する加速度に応じた検出信号を出力する加速度センサ(21c)を有するセンシング部(21)と、前記タイヤ空気圧を示す検出信号を信号処理して前記タイヤ空気圧に関するデータとして格納したフレームを作成する第1制御部(22)と、前記フレームを送信する第1送受信部(23)と、を有し、
    前記受信機は、前記フレームの受信を行うと共に前記フレームを受信したことを示す応答信号の送信を行う第2送受信部(32)と、前記フレームが受信されると、該フレームに格納された前記タイヤ空気圧に関するデータに基づいてタイヤ空気圧を検出すると共に前記第2送受信部から前記応答信号を送信させる第2制御部(33)と、を有し、
    前記送受信機は、所定の送信周期毎にフレーム送信を行う間欠駆動周期でのフレーム送信を行った後、前記応答信号を受信すると前記間欠駆動周期の送信周期よりも長い停止期間を設定し、該停止期間中には前記フレーム送信を停止するタイヤ空気圧監視システム。
  2. 前記送受信機は、前記タイヤ空気圧に関するデータに基づいて、前記スペア輪のタイヤ空気圧を検出し、前回の前記フレーム送信からの前記タイヤ空気圧の変化量が閾値を超えるとき、および、前記タイヤ空気圧が設定値以下になったときの少なくとも一方が生じると、前記停止期間中であっても前記フレーム送信を行う請求項1に記載のタイヤ空気圧監視システム。
  3. 前記受信機は、警報閾値のデータを前記送受信機に送信し、
    前記送受信機は、前記受信機から送信されてきた前記警報閾値のデータが示す前記警報閾値を前記設定値として、前記タイヤ空気圧の低下を判定する請求項2に記載のタイヤ空気圧監視システム。
  4. 前記受信機は、前記応答信号を返信する際に、該応答信号に含めて、もしくは該応答信号とは別にコネクション要求信号を送信し、前記送受信機とのコネクションが形成されたときに、前記警報閾値のデータを前記送受信機に送信する請求項3に記載のタイヤ空気圧監視システム。
  5. 前記第1制御部は、前記停止期間として24時間以下の時間を設定する請求項1ないし4のいずれか1つに記載のタイヤ空気圧監視システム。
  6. 前記第1制御部は、前記車両の使用頻度の高い時間帯を記憶し、該使用頻度の高い時間帯中に前記停止期間が終了し、該時間帯中に前記フレーム送信が行われるように前記停止期間を設定する請求項1ないし4のいずれか1つに記載のタイヤ空気圧監視システム。
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