JP2021123212A - タイヤ計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】電界共鳴方式によって電力を供給して運用することができるタイヤ計測システムを提供する。【解決手段】タイヤ計測システム１００は、高周波電源１１、１次側電極板１４ａおよび１４ｂ、２次側電極板２４ａおよび２４ｂ、センサ２１を備える。高周波電源１１は、車両の本体側に設けられている。１次側電極板１４ａおよび１４ｂは、高周波電源１１に接続される。２次側電極板２４ａおよび２４ｂは、１次側電極板１４ａおよび１４ｂに対向してタイヤに設けられ、１次側電極板１４ａおよび１４ｂとの間で電界共鳴によって電力が供給される。センサ２１は、タイヤに設けられており、車両の作動中に２次側電極板２４ａおよび２４ｂに供給された電力によって機能する。【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤ計測システムに関する。

車両に装着されたタイヤの空気圧や温度等を計測する市販のセンサの多くは、内蔵する小型電池からの電力供給によって機能する。また近年では、車両側から当該センサへ非接触で電力供給するシステムが検討されている。

特許文献１には、車両本体からタイヤへの給電システムが開示されている。この給電システムは、車両本体に、車両のバッテリーに接続されたインバータによって励磁される１次側コイルを備え、タイヤに、１次側コイルとの電磁誘導によって誘導起電力を発生する複数個の２次側コイルを備える。１次側コイルのコイル面積は、２次側コイルの２〜５個分のコイル面積を有し、複数の２次側コイルは、タイヤの全周に亘って配設されている。また、２次側コイル毎に、２次側コイルに発生した誘導起電力を整流する整流器が接続され、整流器毎に、電力を蓄えるコンデンサが接続されている。

特開２００９−０１８７１６号公報

特許文献１に記載の給電システムは、電磁誘導によって電力を供給する方式を採用しているため、車両のハンドル操作時のタイヤの角度変化によって１次側コイルと２次側コイルとの位置ずれが生じ、誘導起電力が変動するという問題点があった。

タイヤの温度や圧力を計測するシステムでは、例えば数分間に１回程度の計測頻度であるため消費電力が低いが、タイヤと路面との間の摩擦やタイヤ摩耗を推定するための計測システムでは、計測頻度が上がって消費電力が高くなる。計測頻度が高いタイヤの計測システムでは、電力の供給と計測についての運用プランを検討する必要が生じる。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電界共鳴方式によって電力を供給して運用することができるタイヤ計測システムを提供することにある。

本発明のある態様はタイヤ計測システムである。タイヤ計測システムは、車両の本体側に設けられた高周波電源と、前記高周波電源に接続される１次側電極板と、前記１次側電極板に対向してタイヤに設けられ、前記１次側電極板との間で電界共鳴によって電力が供給される２次側電極板と、前記タイヤに設けられており、前記車両の作動中に前記２次側電極板に供給された電力によって機能するセンサと、を備える。

本発明の別の態様のタイヤ計測システムは、車両の本体側に設けられた高周波電源と、前記高周波電源に接続される１次側電極板と、前記１次側電極板に対向してタイヤに設けられ、前記１次側電極板との間で電界共鳴によって電力が供給される２次側電極板と、前記タイヤに設けられており、前記車両の停止時に前記２次側電極板に供給された電力を蓄積する蓄電池からの電力によって前記車両の作動中に機能するセンサと、を備える。

本発明によれば、電界共鳴方式によって電力を供給してタイヤ計測システムを運用することができる。

実施形態１に係るタイヤ計測システムの機能構成を説明するための模式図である。 図２は、１次側回路および２次側回路で構成される電界共鳴回路の等価回路を示す回路図である。 タイヤの中心軸を含む縦断面で見た各電極板を示す模式図である。 図４（ａ）はタイヤの中心軸方向から見た１次側電極板を示し、図４（ｂ）はタイヤの中心軸方向から見た２次側電極板を示す模式図である。 センサによるタイヤ物理量の計測のタイミングチャートである。 実施形態２に係るタイヤ計測システムの機能構成を説明するための模式図である。 センサによるタイヤ物理量の計測のタイミングチャートである。 変形例に係るタイヤ計測システムの機能構成を説明するための模式図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図１から図８を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るタイヤ計測システム１００の機能構成を説明するための模式図である。タイヤ計測システム１００は、車両の本体側に設けられる１次側回路１０と、車両に装着されたタイヤ側に設けられる２次側回路２０とを備える。１次側回路１０は、高周波電源１１等で高周波共振回路が構成されており、一対の１次側電極板１４ａおよび１４ｂを備える。２次側回路２０は、タイヤに設けたセンサ２１を有する高周波共振回路に一対の２次側電極板２４ａおよび２４ｂを備える。タイヤ計測システム１００は、１次側電極板１４ａおよび１４ｂが、２次側電極板２４ａおよび２４ｂに対向して配置されており、１次側電極板と２次側電極板との間で電界共鳴によって電力が伝送される。

センサ２１は、タイヤにおける加速度および歪、タイヤ空気圧、並びにタイヤ温度などタイヤの物理量（以下「タイヤ物理量」とも表記する。）を計測する。センサ２１は、通信部２１ａを有しており、計測したデータを通信部２１ａを介してデータ収集装置５０へ送信する。通信部２１ａは、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉＦｉ（登録商標）等の通信規格に準拠してデータ収集装置５０との間で無線により通信する。データ収集装置５０は、車両の本体側に搭載されており、計測されたタイヤ物理量、即ち加速度、歪、圧力および温度等に基づいて、タイヤと路面との間の摩擦係数、タイヤ力、タイヤ摩耗量などを推定する。また、データ収集装置５０は、収集したデータをサーバ装置等の外部装置へ送信し、当該外部装置において、タイヤと路面との間の摩擦係数等を推定するようにしてもよい。

図２は、１次側回路１０および２次側回路２０で構成される電界共鳴回路の等価回路を示す回路図である。１次側回路１０は、高周波電源１１と直列に抵抗部１２およびコイル部１３が接続され、一対の１次側電極板１４ａおよび１４ｂ間に容量成分１５が生じている。また、２次側回路２０は、センサ２１と直列に抵抗部２２およびコイル部２３が接続され、一対の２次側電極板２４ａおよび２４ｂ間に容量成分２５が生じている。１次側回路１０と２次側回路２０の共振周波数を同等とし、１次側電極板１４ａおよび１４ｂを２次側電極板２４ａおよび２４ｂに対向して配置することによって１次側電極板と２次側電極板との間に容量成分３１が表われ、電界共鳴が発生する。

図３は、タイヤの中心軸を含む縦断面で見た各電極板を示す模式図である。また図４（ａ）はタイヤの中心軸方向から見た１次側電極板を示し、図４（ｂ）はタイヤの中心軸方向から見た２次側電極板を示す模式図である。１次側電極板１４ａおよび１４ｂは、板体または膜状のフィルムであり、主面の法線方向がタイヤ７の中心軸方向に平行となっている。尚、タイヤ７の中心軸とは、タイヤ７の回転軸と同義である。

１次側電極板１４ａおよび１４ｂは、タイヤ７を覆うホイールハウス８に設けられており、具体的には、タイヤ７のサイド部７ｂに対向するホイールハウス８の側面８ｂに設けられている。尚、ホイールハウス８の側面８ｂは、タイヤ７の中心軸に交差する面（サイド部７ｂの表面を含む）に主として対向している。図４（ａ）に示すように、１次側電極板１４ａおよび１４ｂは、タイヤ７の中心軸を中心とする同心の半円環状に形成されている。

２次側電極板２４ａおよび２４ｂは、板体または膜状のフィルムであり、主面の法線方向がタイヤ７の中心軸方向に平行となっている。２次側電極板２４ａおよび２４ｂは、タイヤ７のサイド部７ｂの内側面に設けられており、それぞれ１次側電極板１４ａおよび１４ｂに対向している。図４（ｂ）に示すように、２次側電極板２４ａおよび２４ｂは、タイヤ７の中心軸を中心とする同心の円環状に形成されている。

１次側電極板１４ａおよび１４ｂ、並びに２次側電極板２４ａおよび２４ｂの配置は、図３、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す例に限られない。例えば、１次側電極板１４ａおよび１４ｂをホイールハウス８の上面８ａに配置し、１次側電極板１４ａおよび１４ｂに対向するように２次側電極板２４ａおよび２４ｂをタイヤ７のトレッド部７ａの内側面に配置してもよい。また、１次側電極板１４ａおよび１４ｂをタイヤ７のリム部７ｃに配置し、１次側電極板１４ａおよび１４ｂに対向するように２次側電極板２４ａおよび２４ｂをタイヤ７内に設けたセンサ２１の外表面やトレッド部７ａの内側面に配置するようにしてもよい。

次に実施形態１に係るタイヤ計測システム１００の動作について説明する。１次側回路１０における１次側電極板１４ａおよび１４ｂの間には容量成分１５が現れる。高周波電源１１、抵抗部１２、コイル部１３および容量成分１５によって、１次側回路１０は高周波共振する。同様に、２次側回路２０における２次側電極板２４ａおよび２４ｂの間には容量成分２５が現れる。負荷としてのセンサ２１、抵抗部２２、コイル部２３および容量成分２５によって、２次側回路２０は高周波共振する。

２次側電極板２４ａおよび２４ｂがそれぞれ１次側電極板１４ａおよび１４ｂに対向していることによって１次側と２次側との間で電界共鳴し、１次側回路１０から２次側回路２０へ電力が伝送される。例えば、車両のハンドル操作によってタイヤ７の角度が変わっても、２次側電極板２４ａおよび２４ｂは、それぞれ１次側電極板１４ａおよび１４ｂに対向している位置関係にあり、電界共鳴による電力供給の変動が抑制される。

また、タイヤ７が回転した場合でも、２次側電極板２４ａおよび２４ｂがタイヤ７のサイド部７ｂに円環状に設けられているので、タイヤ７の任意の回転位置において１次側電極板１４ａおよび１４ｂと対向し、電界共鳴による電力供給が維持される。

図５は、センサ２１によるタイヤ物理量の計測のタイミングチャートである。車両は、エンジン始動のシーケンスにおいてイグニッションスイッチがオン状態となって作動状態となる。タイヤ計測システム１００は、車両の作動中に１次側回路１０から２次側回路２０への電力伝送をオン状態（電力伝送する状態）とし、車両の停止中は電力伝送をオフ状態（電力伝送しない状態）とする。ここで、車両の停止中とは、車両の電源がオフ状態となってエンジンが停止し、車両が作動していない状態を云うものとする。

センサ２１は、１次側回路１０から２次側回路２０へ供給される電力によって、車両の作動中にタイヤ物理量を計測し（計測オンの状態）、計測した物理量をデータ収集装置５０へ送信する（送信オンの状態）。またセンサ２１は、車両の停止中にはタイヤ物理量の計測を停止し（計測オフの状態）、計測した物理量のデータ収集装置５０への送信を停止する（送信オフの状態）。即ち、センサ２１は、車両の作動中にデータ計測および送信の機能を発揮し、車両の停止中には機能を停止する。

このように、タイヤ計測システム１００は、車両のエンジンが起動して車両が作動している状態で、タイヤ７に設けたセンサ２１に電界共鳴によって電力を供給し、センサ２１を機能させるので、センサ２１への電力供給を維持してタイヤ物理量を計測する運用が可能となる。

また、車両のエンジンが起動状態で車両自体は静止して停車または停止している場合にも、上述のように車両の停止とみなしてセンサ２１への電力供給をオフ状態とし、センサ２１の機能を停止してもよい。

（実施形態２）
図６は実施形態２に係るタイヤ計測システム１００の機能構成を説明するための模式図である。実施形態２に係るタイヤ計測システム１００では、センサ２１に蓄電池２１ｂを備える。図７はセンサ２１によるタイヤ物理量の計測のタイミングチャートである。図７に示すタイミングチャートにおいて、タイヤ計測システム１００は、車両の作動中には１次側回路１０から２次側回路２０への電力伝送をオフ状態（電力伝送しない状態）とし、車両の停止中は電力伝送をオン状態（電力伝送する状態）として、蓄電池２１ｂへ充電する。

センサ２１は、蓄電池２１ｂに蓄えられた電力によって、車両の作動中にタイヤ物理量を計測し（計測オン）、車両の停止中はタイヤ物理量の計測を停止する（計測オフ）。センサ２１は、計測したタイヤ物理量を内蔵する記憶装置（図示略）へ記憶し、車両の停止中に計測した物理量をデータ収集装置５０へ送信する（送信オン）。センサ２１は、車両の作動中には、計測した物理量のデータ収集装置５０への送信を停止している（送信オフ）。

タイヤ計測システム１００は、車両のエンジンが起動して車両が作動している状態で、蓄電池２１ｂに蓄えられた電力によってセンサ２１がタイヤ物理量を計測する。タイヤ計測システム１００は、車両が停止している状態で、蓄電池２１ｂへ充電するとともに、センサ２１から計測したタイヤ物理量をデータ収集装置５０へ送信することで、センサ２１への電力供給を維持してタイヤ物理量を計測する運用が可能となる。

また、車両のエンジンが起動状態で車両自体は静止して停車または停止している場合にも、上述のように車両の停止とみなして、センサ２１の蓄電池２１ｂへ充電し、センサ２１からデータ収集装置５０へ計測したタイヤ物理量を送信するようにしてもよい。

（変形例）
図８は変形例に係るタイヤ計測システム１００の機能構成を説明するための模式図である。変形例に係るタイヤ計測システム１００では、センサ２１に更に一次電池２１ｃを備える。この変形例では、実施形態１と同様に蓄電池２１ｂを持たない構成としてもよいし、実施形態２と同様に蓄電池２１ｂを有する構成としてもよい。

センサ２１は、一次電池２１ｃの電力、蓄電池２１ｂに蓄えられる電力、および１次側回路１０から２次側回路２０へ電界共鳴によって供給される電力を併用して、タイヤ物理量の計測および計測したタイヤ物理量の送信を行うことができる。尚、タイヤ物理量の計測およびタイヤ物理量の送信等のタイミングは、上述の各実施形態において図５および図７に示したとおりであり、簡潔化のため説明を省略する。

次に実施形態および変形例に係るタイヤ計測システム１００の特徴について説明する。
タイヤ計測システム１００は、高周波電源１１、１次側電極板１４ａおよび１４ｂ、２次側電極板２４ａおよび２４ｂ、センサ２１を備える。高周波電源１１は、車両の本体側に設けられている。１次側電極板１４ａおよび１４ｂは、高周波電源１１に接続される。２次側電極板２４ａおよび２４ｂは、１次側電極板１４ａおよび１４ｂに対向してタイヤ７に設けられ、１次側電極板１４ａおよび１４ｂとの間で電界共鳴によって電力が供給される。センサ２１は、タイヤ７に設けられており、車両の作動中に２次側電極板２４ａおよび２４ｂに供給された電力によって機能する。これにより、タイヤ計測システム１００は、タイヤ７に設けたセンサ２１に電界共鳴によって電力を供給し、タイヤ物理量を計測する運用が可能となる。

またセンサ２１は、車両の作動中に、タイヤ７の物理量を計測し、計測した物理量をデータ収集装置５０へ送信する。これにより、タイヤ計測システム１００は、タイヤ７に設けたセンサ２１に電界共鳴によって電力を供給し、タイヤ物理量を計測し、車両の本体側に設けたデータ収集装置５０へ送信する運用が可能となる。

タイヤ計測システム１００は、高周波電源１１、１次側電極板１４ａおよび１４ｂ、２次側電極板２４ａおよび２４ｂ、センサ２１を備える。高周波電源１１は、車両の本体側に設けられている。１次側電極板１４ａおよび１４ｂは、高周波電源１１に接続される。２次側電極板２４ａおよび２４ｂは、１次側電極板１４ａおよび１４ｂに対向してタイヤ７に設けられ、１次側電極板１４ａおよび１４ｂとの間で電界共鳴によって電力が供給される。センサ２１は、タイヤ７に設けられており、車両の停止時に２次側電極板２４ａおよび２４ｂに供給された電力を蓄積する蓄電池２１ｂからの電力によって車両の作動中に機能する。これにより、タイヤ計測システム１００は、タイヤ７に設けたセンサ２１に電界共鳴によって電力を供給して蓄電池２１ｂに電力を蓄積し、タイヤ物理量を計測する運用が可能となる。

またセンサ２１は、車両の作動中にタイヤ７の物理量を計測し、車両の停止中に計測した物理量をデータ収集装置５０へ送信する。これにより、タイヤ計測システム１００は、タイヤ７に設けたセンサ２１に電界共鳴によって電力を供給し、タイヤ物理量を計測し、車両の本体側に設けたデータ収集装置５０へ送信する運用が可能となる。

またセンサ２１は、一次電池２１ｃを有し、一次電池２１ｃからの電力および２次側電極板２４ａおよび２４ｂに供給された電力によって機能する。これにより、タイヤ計測システム１００は、一次電池２１ｃの電力、および電界共鳴によって供給される電力によってタイヤ物理量を計測する運用が可能となる。

以上、本発明の実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

１１ 高周波電源、 １４ａ，１４ｂ １次側電極板、
２１ センサ、 ２１ｂ 蓄電池、 ２１ｃ 一次電池、
２４ａ，２４ｂ ２次側電極板、 ５０ データ収集装置、 ７ タイヤ、
１００ タイヤ計測システム。

Claims (5)

1. 車両の本体側に設けられた高周波電源と、
   前記高周波電源に接続される１次側電極板と、
   前記１次側電極板に対向してタイヤに設けられ、前記１次側電極板との間で電界共鳴によって電力が供給される２次側電極板と、
   前記タイヤに設けられており、前記車両の作動中に前記２次側電極板に供給された電力によって機能するセンサと、
   を備えることを特徴とするタイヤ計測システム。
2. 前記センサは、前記車両の作動中に、前記タイヤの物理量を計測し、計測した物理量をデータ収集装置へ送信することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ計測システム。
3. 車両の本体側に設けられた高周波電源と、
   前記高周波電源に接続される１次側電極板と、
   前記１次側電極板に対向してタイヤに設けられ、前記１次側電極板との間で電界共鳴によって電力が供給される２次側電極板と、
   前記タイヤに設けられており、前記車両の停止時に前記２次側電極板に供給された電力を蓄積する蓄電池からの電力によって前記車両の作動中に機能するセンサと、
   を備えることを特徴とするタイヤ計測システム。
4. 前記センサは、前記車両の作動中に前記タイヤの物理量を計測し、前記車両の停止中に計測した物理量をデータ収集装置へ送信することを特徴とする請求項３に記載のタイヤ計測システム。
5. 前記センサは、一次電池を有し、前記一次電池からの電力および前記２次側電極板に供給された電力によって機能することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のタイヤ計測システム。

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