JP4180802B2 - タイヤの空気圧検知装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤ内の所定箇所の温度、具体的には、タイヤ内の空気室の空気温度又はタイヤのトレッド部、カーカス部、ショルダ部温度等を考慮に入れたタイヤの空気圧検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走行時においてもタイヤの空気圧を測定し、運転者に報せるタイヤの空気圧警報装置として、例えば、特開平１０−４４７２６号公報「タイヤの空気圧警報装置」がある。上記技術は、同公報の図１によれば、ホイールリム１（符号は公報記載のものを流用。以下同じ）にバブルステム１０を取付け、このバブルステム１０の下部にケース２を配置し、このケース２内に圧力検知部３、信号処理回路４及び電池５から構成する送信部７を納めたタイヤの空気圧警報装置である。この装置では、圧力検知部３によって直接検知した圧力の値を信号処理し受信部へ送信する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
タイヤ及び、タイヤ内の空気室の空気温度は、走行状態に伴って路面との摩擦等により温度が上昇する。この温度上昇に伴い、タイヤ内空気室の圧力（空気圧）も上昇する。従って、上記公報の発明では温度の影響を受けた空気圧を検知するので、走行中のタイヤ空気圧が推奨空気圧を維持しているか否かを判定することは困難であった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、温度変化を加味したタイヤの空気圧検知装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１のタイヤの空気圧検知装置は、タイヤの空気圧を測定する空気圧センサと、タイヤ内の所定箇所の温度を測定する温度センサと、空気圧センサで測定した空気圧をＰｘ、温度センサで測定したタイヤ内の所定箇所の温度をＴｘ、タイヤの推奨空気圧に対応する推奨温度をＴ０、タイヤのサイズや走行条件を含む変動要素を吸収するための定数をＫ、としたときに、換算空気圧Ｐｍを式「Ｐｍ＝Ｐｘ−Ｋ（Ｔｘ−Ｔ０）」により演算する換算空気圧演算手段と、この換算空気圧演算手段で演算した換算空気圧が所定の第１の閾値以下になったときに警告信号を発生する警告信号発生手段を備えることを特徴とする。
【０００６】
タイヤ内の所定箇所の温度とは、タイヤ内の空気室の空気温度若しくはトレッド部、カーカス部、ショルダ部等のタイヤ自体の温度又はこれらに準ずるタイヤ内の温度を指す。タイヤの空気圧が推奨空気圧を維持しているか否かを判定するのにタイヤ内の所定箇所の温度を考慮することは有効な事である。
そこで、タイヤの空気圧を測定すると共に、タイヤ内の所定箇所の温度を測定し、換算空気圧を演算し、この換算空気圧に基づいて警告信号を発生するようにした。このため、温度の影響の少ない空気圧を知ることができ、精度の良い警告を発することができる。
温度を考慮した空気圧換算は、（絶対圧力／絶対温度）が一定であるとしたボイル・シャルルの式で行うことができる。しかし、詳細は後述するが、この換算では誤差が大きいことが分かった。
そこで、換算空気圧を（Ｐｘ−Ｋ（Ｔｘ−Ｔ０））で求めることとした。この結果、誤差が微小になり、より正しく空気圧を監視することができるようになった。
【０００９】
請求項２は、警告信号発生手段が、空気圧センサで測定したタイヤの空気圧の単位時間あたりの減少量が所定の第２の閾値を越えて減少したときに、警告信号を発生することを特徴とする。
【００１０】
空気圧センサによって測定したタイヤの空気圧の単位時間あたりの減少量が所定の第２の閾値を越えて減少した場合に、警告信号を発生するようにしたので、タイヤの空気漏れを迅速に検知し、警告を発することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るタイヤの空気圧検知装置を備えた自動二輪車の側面図であり、自動二輪車１０は、ハンドル１１と、このハンドル１１の下部に操舵自在に取付けたフロントフォーク１２及び前輪１３と、ハンドル１１の下部及びフロントフォーク１２の上部を覆うフロントカバー１４及びフロントインナカバー１５と、フロントカバー１４の下部後方に配置したフロアステップ１６と、このフロアステップ１６の後部上方に続くボデーカバー１７と、このボデーカバー１７の内側から後方に延びるパワーユニット１８と、このパワーユニット１８の後部に取付けた後輪１９と、このパワーユニット１８の後端部及びボデーカバー１７内の図示せぬ車体フレームにそれぞれ渡したエアサスペンション装置２０とからなる。ここで、２１はハンドル１１に取付けたメータパネル、２２，２３，２４は前輪１３の車軸、ホイール及びタイヤ、２５，２６は後輪１９のホイール及びタイヤ、２７はシートである。
【００１２】
更に、自動二輪車１０は、前輪１３に内蔵したタイヤの空気圧・温度検知部４１と、後輪１９に内蔵したタイヤの空気圧・温度検知部４２と、メータパネル２１に設けた表示装置４３と、例えばシート２７の下方に配置した制御部４４とからなる空気圧検知装置を備える。なお、各要素の詳細は後述する。
【００１３】
図２は車輪の斜視図であり、タイヤ空気圧・温度検知部を取付けるホイール２３の構造を説明すると、ホイール２３は、車軸２２に回転自在に取付けるハブ３１と、タイヤ２４を取付けるリム３２と、これらのリム３２とハブ３１とを連結する複数のスポーク３３・・・（・・・は複数個を示す。以下同じ）とからなる。ハブ３１は、車軸２２にベアリング（不図示）を介して嵌合させる軸受部３４と、複数のスポーク３３・・・を掛けるディスク部３５・・・を備え、リム３２は、タイヤ２４に空気を注入するタイヤバルブ３６を備える。スポーク３３は、一端をハブ３１のディスク部３５に掛け、他端をニップル３７を介してリム３２に取付けることで、リム３２とハブ３１とを一体的に結合させるものである。なお、図１に示す後輪１９は、前輪１３と略同一構成の部材であり、詳細な説明を省略する。
【００１４】
図３は本発明に係るタイヤ空気圧・温度検知部の断面図であり、前輪用のタイヤ空気圧・温度検知部４１は、空気圧センサと温度センサを備えた空気圧・温度検知部本体４５と、タイヤ２４（図１参照）内に空気を供給するときのみ開き、タイヤ２４内に供給した空気が外部へ流出しないように閉じておくために空気圧・温度検知部本体４５に取付けたタイヤバルブ３６とからなり、空気圧・温度検知部本体４５をリム３２の底に設けた凹部４６に配置し、リム３２の底に開けたバルブ挿通穴４７にタイヤバルブ３６を挿入し、タイヤバルブ３６の外周面に設けたおねじ部４８にナット４９を捩じ込んでホイール２３にタイヤ空気圧・温度検知部４１を取付ける。後輪用のタイヤ空気圧・温度検知部４２（図１参照）は、前輪用のタイヤ空気圧・温度検知部４１と同一物であるから構造説明は省略する。
【００１５】
図４は本発明に係るホイール及びタイヤ空気圧・温度検知部の断面図であり、ホイール２３は、フランジ部５１，５１と、これらのフランジ部５１，５１の内側に設けたビードシート部５２，５２と、これらのビードシート部５２，５２の内側に盛り上げ成形したハンプ部５３，５３と、これらのハンプ部５３，５３のそれぞれの間を窪ませたリムドロップ部５４と、このリムドロップ部５４に設けた前述の凹部４６とからなる。
【００１６】
ビードシート部５２は、タイヤ２４（図１参照）のビード部を保持する部分である。ハンプ部５３は、タイヤ２４がホイール２３のビードシート部５２から外れるのを防ぐ環状の凸部である。リムドロップ部５４は、深く落込ませることで、タイヤ２４の着脱を容易にするための部分である。
【００１７】
タイヤ空気圧・温度検知部４１は、空気圧・温度検知部本体４５の外面５５をリムドロップ部５４の底面よりｄだけ内側になるようにリム３２に取付けたものである。なお、５６はタイヤ２４内の空気室から外部に空気が洩れるのを防止するためのシール部材、５７はタイヤ２４の内外を連通させるためにタイヤバルブ３６内に設けた連通穴（図示せぬ弁体で塞いである。）である。
【００１８】
以上の図３及び図４で説明したように、空気圧・温度検知部本体４５をリム３２の凹部４６に収納し、ホイールに取り付けたタイヤ空気圧・温度検知部４１でタイヤの空気圧と温度を測る。なお、本発明に係るタイヤの空気圧検知装置において、空気圧・温度検知部本体の取り付けは、上記の構成に限らず、また、タイヤチューブの有無にも限定されるものではない。
【００１９】
図５は本発明に係るのタイヤの空気圧検知装置のブロック構成図であり、タイヤの空気圧検知装置６０は、タイヤ２４（図２参照）の温度Ｔｘを測る温度センサ６１とタイヤの空気圧Ｐｘを測る空気圧センサ６２とを備えたタイヤ空気圧・温度検知部４１と、タイヤの温度Ｔｘと空気圧Ｐｘに基づいて換算空気圧を演算する換算空気圧演算部６３と推奨空気圧に基づいて閾値を設定する閾値記憶部６４と換算空気圧と閾値とを比較する比較部６５と比較の結果、換算空気圧が閾値以下の場合に警告信号を発生する警告信号発生部６６とを備えた制御部４４とからなる。
【００２０】
以上の構成からなる空気圧検知装置６０の作用を説明する。
温度センサ６１によって測定したタイヤの温度Ｔｘと、空気圧センサ６２によって測定した空気圧Ｐｘは、制御部４４に至る。温度Ｔｘと空気圧Ｐｘを受けた換算空気圧演算部６３では、空気圧Ｐｘと温度Ｔｘに基づいて、所定の換算式（式の具体例は後述する。）を用い、換算空気圧Ｐｆ又はＰｍを演算する。演算した換算空気圧Ｐｆ又はＰｍは比較部６５に入る。一方、閾値記憶部６４に予め推奨空気圧に対応する第１の閾値Ｐａを記憶させておき、比較部６５で前記換算空気圧Ｐｆ又はＰｍと第１の閾値Ｐａとを比較し、第１の閾値Ｐａが換算空気圧Ｐｆ又はＰｍを越えたときに、その情報を警告信号発生部６６に送る。警告信号発生部６６では警告信号を発する。ここで、推奨空気圧とは、車両の正常な運転を得るために推奨されるタイヤの空気圧をいい、標準温度（２５℃）において測定するタイヤの空気圧である。なお、タイヤ空気圧・温度検知部４１から制御部４４への温度Ｔｘと空気圧Ｐｘのデータ送信は、図示しない送信部と受信部によって行う。
【００２１】
なお、温度センサ６１又は空気圧センサ６２からの信号を送信する送信部からの信号が何らかの理由で受信部で受信できない場合にも、警告を発するようにする。
【００２２】
図６（ａ）〜（ｃ）は測定空気圧、測定タイヤ内空気温度及び換算空気圧を示すグラフである。
（ａ）は横軸が走行時間、縦軸が測定空気圧（ゲージ圧）Ｐｘを示し、初期領域１０１では圧力は急増し、その後領域１０２でほぼ安定した。
（ｂ）は横軸が走行時間、縦軸が測定タイヤ内空気温度（℃）Ｔｘを示し、初期領域１０３では温度は急増し、その後領域１０４でほぼ安定した。
領域１０４では、タイヤで発生する熱（入熱）と、タイヤから放熱する熱（出熱）とがバランスしたことによる。この結果、（ａ）の領域１０２も安定したと考える。
【００２３】
（ｃ）は横軸が走行時間、縦軸が換算空気圧（ゲージ圧）Ｐｆを示す。
ボイル・シャルルの式では、体積が普遍ならば（絶対圧力／絶対温度）が一定である。測定空気圧をＰｘ、測定タイヤ内空気温度をＴｘ、標準温度を２５℃、標準温度に換算した空気圧をＰｆとすれば、次の換算式が定まる。
（Ｐｘ＋大気圧）／（Ｔｘ＋２７３）＝（Ｐｆ＋大気圧）／（２５＋２７３）
Ｐｆ＝（Ｐｘ＋大気圧）・（２５＋２７３）／（Ｔｘ＋２７３）−大気圧
上式のＰｘに（ａ）の値、同Ｔｘに（ｂ）の値を代入すれば、Ｐｆが求まり、これをグラフ化したものが（ｃ）の曲線である。
【００２４】
（ｃ）の曲線で領域１０６は、ほぼ一定であり、温度による圧力補正を行った効果が表れている。走行開始時にタイヤの空気圧を推奨空気圧１０７に設定し、この推奨空気圧１０７を（０．４〜０．６）倍したものを閾値１０８とすれば、曲線が閾値１０８より上であればタイヤの空気圧が正常、閾値１０８より下がればタイヤの空気圧が異常であると判断することができる。
【００２５】
ところで、換算空気圧Ｐｆは温度で補正した圧力であるから、すくなくとも安定した領域１０６の曲線は推奨空気圧１０７に戻るはずである。しかし、実験の結果、ΔＰだけ上へオフセットしていることが分かった。その為、曲線と閾値１０８との差１０９は大きくなり、換算空気圧Ｐｆは閾値１０８を下廻りにくくなる。異常を正確に検知する観点からは、差ΔＰは少ない程良い。
【００２６】
そこで、本発明者は、（ａ）の領域１０２並びに（ｂ）の領域１０４がほぼ一定であることに着目した。すなわち、絶対圧力と絶対温度とを用いた補正は温度が大きく変動する際に効果があるが、温度がほぼ一定のときには、不要であると言える。そこで、（ａ）と（ｂ）を再度、注目すると、（ｂ）の領域１０４が僅かに上り傾向であり、（ａ）の領域１０２がこれに追従していることが分かる。であれば、温度のファクタで圧力を補正することが有効であると判断できる。温度のファクタは、測定温度をＴｘ、通常温度をＴ０としたときに、（Ｔｘ−Ｔ０）とする。この結果、Ｐｍ＝Ｐｘ−（Ｔｘ−Ｔ０）の経験式を導き出すことができる。ただし、タイヤのサイズや走行条件などの変動要素を吸収する必要があるので、その為の係数Ｋを（Ｔｘ−Ｔ０）に乗じることにした。得られた経験式的換算式は、Ｐｍ＝Ｐｘ−Ｋ（Ｔｘ−Ｔ０）となる。
【００２７】
図７は本発明に係る経験式的換算式で求めた換算空気圧のグラフであり、Ｐｍ＝Ｐｘ−Ｋ（Ｔｘ−Ｔ０）において、Ｋ＝１．０とし、この式に図６の（ａ）のＰｘ及び（ｂ）のＴｘを代入してＰｍを演算し、グラフにしたものである。領域１１０ではＰｍは十分に推奨空気圧１０７に近似していることが分かる。これであれば、差１１１に基づいて圧力の正常／異常検知をより正しく実施することができる。
【００２８】
以上の実施の形態では、緩慢な圧力変化を前提として検討したが、路上の金属片（釘など）を踏んだことなどでタイヤの空気圧が急激に低下することはある。この急激な圧力低下を検知することは有用であり、この検知機能を次に説明する。
【００２９】
図８は図５の別実施例に係るタイヤの空気圧検知装置のブロック構成図である。なお、図５のタイヤの空気圧検知装置６０と同一ブロックには同一符号を用い詳細な説明を省略する。
タイヤの空気圧検知装置６０Ｂは、タイマ８１と、タイマ８１によって設定する単位時間（例えば５秒，１０秒，３０秒等）あたりのタイヤの空気圧の減少量を演算する減少率演算部８２を備える。
【００３０】
タイヤの空気圧検知装置６０Ｂでは、図５のタイヤの空気圧検知装置６０で行っている第１の閾値Ｐａと換算空気圧Ｐｍとの比較と同時に、減少率演算部８２が空気圧センサ６２で直接測定したタイヤの空気圧Ｐｘの単位時間あたりの減少量を演算し、このタイヤの空気圧の減少率と閾値記憶部で設定する第２の閾値Ｐｂとを比較する。警告信号発生部６６は、比較した結果に基づいて警告信号を発生する。
【００３１】
このため、タイヤの空気圧検知装置６０Ｂでは、換算空気圧Ｐｍに基づいて、タイヤの温度Ｔｘによらず警告信号を正確に発生することができると同時に、空気圧センサ６２が直接測定したタイヤの空気圧Ｐｘの減少率から、タイヤの空気漏れを迅速に検知し、警告信号を発生することができる。なお、実施の形態では図１に示すように、車両は自動二輪車１０として説明したが、二輪車に限るものではなく、車両は四輪又は三輪車であってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上記の構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、タイヤの温度を測る温度センサとタイヤの空気圧を測る空気圧センサを備え、当該センサで測定した温度と空気圧に基づき演算する換算空気圧演算部を設けて、この換算空気圧演算部が演算した換算空気圧と閾値を比較して警告信号を発生するので、タイヤの温度上昇や温度変化の影響を受けることなく、タイヤの空気圧が推奨空気圧に基づいて決まる閾値以下となったことを正確に検知し警告することができる。
【００３３】
さらに特に、請求項１では換算空気圧演算部で換算式を用いているので、状態方程式を用いて換算した空気圧に比べて、推奨空気圧に近い空気圧を得ることができ、精度の良い警告を発生することができる。
【００３４】
さらに、請求項２では、タイヤの空気圧の単位時間あたりの減少量が所定の閾値を越えて減少したときに警告を発生するようにしたので、空気漏れに対して迅速に反応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るタイヤの空気圧検知装置を備えた自動二輪車の側面図
【図２】車輪の斜視図
【図３】本発明に係るタイヤ空気圧・温度検知部の断面図
【図４】本発明に係るホイール及びタイヤ空気圧・温度検知部の断面図
【図５】本発明に係るタイヤの空気圧検知装置のブロック構成図
【図６】測定空気圧、測定タイヤ内空気温度及び換算空気圧を示すグラフ
【図７】本発明に係る経験式的換算式で求めた換算空気圧のグラフ
【図８】図５の別実施例に係るタイヤの空気圧検知装置のブロック構成図
【符号の説明】
１０…自動二輪車、２４…タイヤ（前タイヤ）、２６…タイヤ（後タイヤ）、６０，６０Ｂ…タイヤの空気圧検知装置、６１…温度センサ、６２…空気圧センサ、６３…換算空気圧演算部、６４…閾値記憶部、６５…比較部、６６…警告信号発生部

Claims (2)

1. タイヤの空気圧を測定する空気圧センサと、
   前記タイヤ内の所定箇所の温度を測定する温度センサと、
   前記空気圧センサで測定した空気圧をＰｘ、前記温度センサで測定した前記タイヤ内の所定箇所の温度をＴｘ、前記タイヤの推奨空気圧に対応する推奨温度をＴ０、前記タイヤのサイズや走行条件を含む変動要素を吸収するための定数をＫ、としたときに、換算空気圧Ｐｍを式「Ｐｍ＝Ｐｘ−Ｋ（Ｔｘ−Ｔ０）」により演算する換算空気圧演算手段と、
   前記換算空気圧演算手段で演算した前記換算空気圧が所定の第１の閾値以下になったときに警告信号を発生する警告信号発生手段と、
   を備えることを特徴とするタイヤの空気圧検知装置。
2. 前記警告信号発生手段は、前記空気圧センサで測定したタイヤの空気圧の単位時間あたりの減少量が所定の第２の閾値を越えて減少したときに、警告信号を発生することを特徴とする請求項１記載のタイヤの空気圧検知装置。

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