JP4276522B2

JP4276522B2 - タイヤセンサ装置

Info

Publication number: JP4276522B2
Application number: JP2003378416A
Authority: JP
Inventors: 洋光市川; 裕昌羽田; 孝夫國分; 雅春奥
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: JP2005141553A; CN1875387A; CN100589139C

Description

本発明は、タイヤに装着した各種センサからの情報を収集して処理し車体側に送信するタイヤセンサ装置とタイヤ情報の伝達方法に関するものである。

従来、タイヤ内に充填された気体の空気圧や温度を検出し、この空気圧や温度の情報を車体側に送信してタイヤの異常を運転手に知らせるタイヤ監視システムが知られている。図４（ａ），（ｂ）はその一例を示す図で、車両５の各ホイール２（２Ａ〜２Ｄ）のバルブ装置３にそれぞれセンサと通信装置とを備えたタイヤセンサ装置５０（５０Ａ〜５０Ｄ）を取付け、このタイヤセンサ装置５０から車体側に設けられた受信装置６０に各タイヤ１内の空気圧や温度の情報を送信する。上記タイヤセンサ装置５０は、詳細には、図５に示すように、タイヤ１とホイール２とに囲まれたタイヤ内に充填された気体の圧力を検出する圧力センサ５１と、上記気体の温度を検出する温度センサ５２と、タイヤセンサ装置５０の図示しない内蔵電池の電圧を検出する電源電圧センサ５３と、これらのセンサ５１〜５３からのタイヤ情報の信号を送信データに変換する送信データ制御部５４と、上記送信データを上記受信装置６０に無線送信するためのトランスミッター５５とを備え、上記送信データ制御部５４にて上記タイヤ情報及び電源電圧情報を予め設定された換算式に基づいた数値データに変換するとともに、上記変換された数値データを、トランスミッター５５を介して、所定の順序で車体側に送信する。図６は、上記受信装置６０の構成を示す図で、この受信装置６０は、上記送信された数値データをレシーバ６１で受信し、受信データ制御部６２にて上記受信データを表示データに変換し、これを出力部６３を介して図示しない運転席近傍に設置された表示部６４に送り、運転者に上記タイヤ情報を視認させる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２５８１７号公報

しかしながら、上記タイヤセンサ装置５０は、タイヤ情報を検出するセンサ５１，５２と送信データ制御部５４やトランスミッター５５、更には内蔵電池とが一体に構成され、これがバルブ装置３に取付けられているため、、同一のセンサを複数個配置したりするなど、タイヤ１の複数箇所でのタイヤ情報を検出することが困難であるだけでなく、一つのセンサが故障した場合には、装置全体を交換する必要があった。また、上記タイヤセンサ装置５０では、その構造上、センサの種類を増やしたり、センサを変更することができないといった問題点があった。
この問題を解決する方法として、通信装置を有する複数台の通信装置付センサ装置をタイヤに搭載し、各センサ装置からそれぞれタイヤ情報を車体側に送信することが考えられるが、この場合には、上記センサと通信装置の両方を駆動する電池も内蔵させる必要があるので、センサ装置が大型化してしまうといった問題点があった。また、各センサ装置からタイヤ情報を直接車体側に送信するためには高性能な通信装置を備える必要があるが、通信装置が高性能である場合には、上記タイヤ情報が外部へ洩れてしまう恐れがあった。

一方、電池を有しない小型の通信手段としては、製品を移動させるコンベヤなどの搬送装置に設置されるＲＦＩＤシステムに用いられる、無線タグが知られている。上記ＲＦＩＤシステムは、図７に示すように、製品７０を搬送する搬送装置７１の近傍に設置されるＲＦＩＤシステムの本体７２に設けられた質問器７２ａと質問器アンテナ７２ｂにより、上記製品７０に取付けられたバッテリレス無線タグ（以下、ＲＦＩＤチップという）７３と交信して上記製品７０を識別する。上記ＲＦＩＤチップ７３は、アンテナと、このアンテナで受信された微弱電波により発生する誘導起電力により稼動する通信機能を有するＩＣチップとから成り、上記質問器７２ａに応答して、上記ＩＣチップの不揮発メモリの情報を図示しないアンテナから上記質問器７２ａに送信するもので、自由空間で数ｃｍ〜２ｍ程度の通信距離を持っている（例えば、特許文献２参照）。
そこで、センサと上記ＲＦＩＤチップ７３に相当する通信手段とを備えたセンサ・モジュールを作製し、各センサからのタイヤ情報の信号を、上記通信手段を用いて車体側に送信する構成とすれば、上記通信装置付センサ装置を小型化できる可能性がある。
しかしながら、上記のような通信手段をタイヤに適用した場合には、上記ＲＦＩＤチップ７３をタイヤに密着させて配置したり、タイヤを横切るような通信を行う箇所に配置したりすると、タイヤを構成するゴムや繊維等の部材、特に、ベルトやカーカスプライなどのスチール製品の影響で、上記ＲＦＩＤチップ７３からの情報をほとんど読み取れないと行った問題点があった。
特開２００３−２８３３６５号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、各センサのタイヤ情報を車体側に送信することができるとともに、各センサのタイヤ情報が外部に洩れることを防止することのできるタイヤ情報の伝達方法と、これに用いられるタイヤセンサ装置とを提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討した結果、上記ＲＦＩＤチップによる通信をタイヤ内に限定して、車体側との通信手段を別に設けることにより、上記問題点を解決することができることを見いだし、本発明に到ったものである。
すなわち、本発明の請求項１に記載のタイヤセンサ装置は、タイヤの互いに異なる所定の箇所にそれぞれ配置された複数個のセンサ装置と、ホイールのリム部またはホイールに装着されたバルブ装置に配置されて上記複数個のセンサ装置と通信を行うベースステーションとを備え、
上記各センサ装置は、タイヤの状態を検出するセンサと通信装置とを備え、
上記ベースステーションは、第１のアンテナを有し上記センサ装置の通信装置との通信を行う内部通信装置、上記センサで検出されたタイヤの状態の情報であるタイヤ情報の信号を処理する信号処理部、及び、第２のアンテナを有し上記処理されたタイヤ情報を車体側に送信する外部通信装置を備え、
上記第１のアンテナはホイールのタイヤ気室側に配置されており、
上記第２のアンテナはホイールのタイヤ気室側とは反対側に配置されており、
上記センサ装置の通信装置は、タイヤ気室側に配置されたアンテナを有し上記ベースステーションとのみ通信可能な通信装置であり、
上記ベースステーションは、上記各センサ装置にタイヤ状態の測定を開始するためのタイミング信号を送信することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤセンサ装置であって、上記センサ装置の通信装置は、上記ベースステーションから送信される電波を受信して、当該センサ装置のセンサを駆動するための電源電圧を発生させる手段を備えていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のタイヤセンサ装置であって、上記センサ装置の通信装置は、免震装置を介してタイヤに取付けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、タイヤ内に配置された各センサ装置からのタイヤ情報を車体側に送信するベースステーションを設けるとともに、上記センサ装置に、上記ベースステーションとのみ通信可能な通信装置を設けてタイヤ内ネットワークを構成し、上記ベースステーションにて上記各センサ装置からのタイヤ情報の信号を処理して車体側に送信するようにしたので、簡単な構成で各センサで検出したタイヤ情報を車体側に送信することができる。
本発明においては、上記ベースステーションは、第１のアンテナを有し上記センサ装置の通信装置との通信を行う内部通信装置、上記センサで検出されたタイヤの状態の情報であるタイヤ情報の信号を処理する信号処理部、及び、第２のアンテナを有し上記処理されたタイヤ情報を車体側に送信する外部通信装置を備えており、
上記第１のアンテナはホイールのタイヤ気室側に配置され、
上記第２のアンテナはホイールのタイヤ気室側とは反対側に配置されている。
また、上記センサ装置の通信装置は、タイヤ気室側に配置されたアンテナを有し上記ベースステーションとのみ通信可能な通信装置で、上記ベースステーションは、上記各センサ装置にタイヤ状態の測定を開始するためのタイミング信号を送信する。
したがって、タイヤ情報を確実に車体側に伝達することができる。
また、上記各センサ装置の通信装置に、上記ベースステーションから送信される電波を受信し、当該センサ装置のセンサを駆動するための電源電圧を発生させる手段を設けたので、センサの電源が不要となり、センサ部を小型化することができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本最良の形態に係るタイヤ情報の伝達方法の概要を示す図で、図２はタイヤセンサ装置の構成を示す機能ブロック図、図３は上記タイヤセンサ装置の取付け状態を示す図である。各図において、１はタイヤ、２はリム２ａとホイールディスク２ｂとから成るホイール、１０は上記タイヤ１に取付けられた複数のセンサ・モジュール２０（２０Ａ〜２０Ｄ）と、このセンサ・モジュール２０とともにタイヤ内ネットワーク（以下、タイヤ内ＬＡＮという）を構成し、上記センサ・モジュール２０の各センサからのタイヤ情報の信号を処理して車体側に送信するベースステーション３０とを備えたタイヤセンサ装置、４０は車体側に設けられた車両制御装置である。
センサ・モジュール２０は、センサと上記ＲＦＩＤチップ７３に相当する通信手段とを備えたもので、詳細には、センサ２１と、上記ベースステーション３０及び他のセンサ・モジュール２０との通信を行う復変調回路と、上記ベースステーション３０から送信される電波を受信して上記センサ２１を駆動する電源電圧を発生させる電源再生回路とを備えた通信モジュール２２と、アンテナ２３とを備えている。ここで、２１Ａはタイヤ１の気室内に設けられた、タイヤ内圧を検出する圧力センサ、２１Ｂはタイヤ内に充填された気体の温度を検出する温度センサ、２１Ｃはタイヤトレッド部の内面側に取付けられ、タイヤ１に入力する振動を検出する加速度センサである。なお、センサ・モジュール２０Ｄは予備のモジュールである。
上記通信モジュール２２は、ベースステーション３０及び他のセンサ・モジュール２０との通信のみを行い、車体側との通信などのような、タイヤを横切るような通信は行わないので、タイヤ１内の任意の箇所に配置することが可能である。また、上記通信モジュール２２をタイヤ１から所定の間隔以上離隔した位置に配置すれば、タイヤ１の影響が十分小さいことから、本例では、図３に示すように、上記センサ・モジュール２０を、上記間隔よりも大きな厚さの免震構造部材２４を介して、タイヤ１に取付けるようにしている。上記間隔の大きさとしては、タイヤの構造や構成部材にもよるが、例えば、２．４５ＧＨｚの周波数帯域を称する場合には、約１ｃｍとなる。
これにより、センサ・モジュール２０と上記ベースステーション３０及び他のセンサ・モジュール２０との通信が可能になるとともに、上記センサ・モジュール２０への振動の伝達を低減して装置の耐久性を確保することができる。但し、加速度センサ２１Ｃのみは、タイヤの振動を直接検出するため、タイヤ１の内面側に直接取付ける。

また、ベースステーション３０は、上記センサ・モジュール２０との通信を行うための第１のアンテナ３１を備えた内部通信装置３２と、上記センサ・モジュール２０からの情報を一時蓄積するフラッシュメモリー３３Ｍを備え、上記各センサ・モジュール２０からのタイヤ情報の信号を処理する上記情報処理装置３３と、車体側の車両制御装置４０との通信を行うための第２のアンテナ３４を備えた外部通信装置３５と、内部電池３６とを備え、上記タイヤ内ＬＡＮを制御して上記各センサ・モジュール２０から送信されるタイヤ情報信号を受信して処理し、当該タイヤの状態を車体側の車両制御装置４０に送信するとともに、上記各センサ・モジュール２０へ電源発生用の無線信号や、センサ・モジュール２０が信号を返す時に使用する電波の元となる搬送波、測定を開始するためのタイミング信号などの電波を送信するもので、上記第１のアンテナ３１と内部通信装置３２と内部電池３６とはタイヤ気室側に、第２のアンテナ３４と外部通信装置３５とは上記タイヤ気室側の反対側に配置され、情報処理装置３３はホイール２のリム２ａ上に配置される。
なお、上記ベースステーション３０は、従来のように、ホイール２に装着された図示しないバルブ装置に装着したバルブ一体型の構成としてもよい。
上記タイヤ内ＬＡＮは、多重通信可能な無線通信区間を指すもので、ここで上記区間は、上記ベースステーション３０の内部通信装置３２と各センサ・モジュール２０の通信モジュール２２が収納されているタイヤ１の内部となる。このとき、センサ・モジュール２０とベースステーション３０あるいは他のセンサ・モジュール２０との通信には、上記ベースステーション３０と車体側の車両制御装置４０との通信に使用するプロトコルとは異なるプロトコルを用いる。これにより、通信の非干渉性を確保できるとともに、上記タイヤ情報が外部へ洩れることを防止することができる。
また、タイヤ内センサ群通信とタイヤ外部（車体側）への通信に異なるプロトコルを使用することにより、タイヤ内ＬＡＮのプロトコルを変更しなくても、車体側との通信に使用するプロトコルを変換するプロトコル変換装置を付加する等により、様々な車体側のプロトコルと対応することができる。

次に、上記タイヤセンサ装置１０を用いたタイヤ情報の伝達方法について説明する。
各センサ・モジュール２０Ａ〜２０Ｃの通信モジュール２２から、各アンテナ２３を介して送信される、タイヤ１内の各センサ２１Ａ〜２１Ｃで検出された空気圧、温度、振動の各タイヤ情報の信号は、ベースステーション３０の第１のアンテナ３１で受信され、内部通信装置３２を介して、情報処理装置３３のフラッシュメモリー３３Ｍに一時記憶される。情報処理装置３３は、上記タイヤ情報の信号を車両制御装置４０に送るための信号に変換するとともに、上記タイヤ情報を所定の順序に並べ替えたり圧縮処理するなどの加工を施した後、これを外部通信装置３５に送り、第２のアンテナ３４から車両制御装置４０に送信する。車両制御装置４０では、上記送信されたタイヤ内圧や温度の情報に基づいて車両の走行状態を制御したり、上記振動のデータから路面摩擦係数を推定し、この推定された路面摩擦係数に基づいて車両の走行状態を制御する。
このとき、ベースステーション３０は、上記のように、各センサ・モジュール２０Ａ〜２０Ｃからのタイヤ情報信号を連続して受信してフラッシュメモリー３３Ｍに一時記憶するようにしてもよいし、上記フラッシュメモリー３３Ｍを省略して、情報処理装置３３にて逐次プロトコル変換し、タイヤ情報を車体側に送信するようにしてもよい。
また、上記ベースステーション３０に、上記各センサ２１Ａ〜２１Ｃを同期させて制御する機能を設け、各センサのタイヤ情報を測定するようにすれば、各センサ・モジュール２０Ａ〜２０Ｃからのタイヤ情報のうち、必要なタイヤ情報を適宜選択して測定したり、所定の時間毎に任意のタイヤ情報を測定して車体側に送信することができるので、タイヤ情報を効率的に得ることができる。また、これにより、通信を常時行う必要がないので、内部電池の電力消費量を少なくでき、タイヤセンサ装置１０を長寿命化できる。
なお、本例では、上記各センサ・モジュール２０Ａ〜２０Ｃからのタイヤ情報信号は、周波数分割や時間分割などの公知の多重通信方式を採用することで、互いの情報非干渉性を確保するとともに、タイヤ内ＬＡＮの通信に用いるプロトコルをタイヤ内ＬＡＮ専用のプロトコルとし、ベースステーション３０と車両制御装置４０との通信に使用するプロトコルとして汎用プロトコルを用いている。これにより、上記タイヤ情報が外部へ洩れることを防止きるだけでなく、タイヤセンサ装置１０の用途を広げることが可能となる。

このように、本最良の形態によれば、センサ２１、通信機能と電源再生回路とを備えた通信モジュール２２、及びアンテナ２３を備えた複数のセンサ・モジュール２０をタイヤ１に装着するとともに、上記センサ・モジュール２０との通信を行うための第１のアンテナ３１を備えた内部通信装置３２、上記センサ・モジュール２０からのタイヤ情報の信号を処理する上記情報処理装置３３、車体側の車両制御装置４０との通信を行うための第２のアンテナ３４を備えた外部通信装置３５、及び内部電池３６を備えたベースステーション３０をホイール２に装着し、上記センサ・モジュール２０と上記ベースステーション３０とにより、タイヤ内ＬＡＮを構成して、上記センサ・モジュール２０から送信されるタイヤ情報信号をベースステーション３０にて処理し、これを車両制御装置４０に送信するようにしたので、タイヤ内センサ群通信とタイヤ外部（車体側）への通信を切り分けることができるとともに、各センサのタイヤ情報が外部に洩れることを防止することができる。また、センサ部を小型化することができるので、小型・軽量のタイヤセンサ装置を提供することができる。
また、上記ベースステーションに、上記各センサを同期させて制御する機能を設けるようにすれば、必要なタイヤ情報を適宜選択して測定したり、所定の時間毎に任意のタイヤ情報を測定して車体側に送信することができるので、タイヤ情報を効率的に得ることができるとともに、電力の消費量を少なくでき、タイヤセンサ装置１０を長寿命化できる。
更に、本例では、複数のセンサが一体化されていないので、センサ・モジュール２０の交換も可能であるだけでなく、センサを装着するだけでベースステーション３０と通信が可能な予備のモジュールであるセンサ・モジュール２０Ｄを備えているので、必要に応じて新たなセンサを追加することができる。

なお、上記最良の形態では、ベースステーション３０に内部電池３６を設けたが、タイヤ１のホイール２に、タイヤの転動により発電する発電装置を設けて、上記ベースステーション３０に電力を供給するようにしてもよい。あるいは、上記センサ・モジュール２０と同様に、ベースステーション３０に車両制御装置４０から無線信号を受信して電源電圧を発生させる電源再生回路を設けてもよい。
また、上記例では、タイヤの状態を検出するセンサとして圧力センサ２１Ａ、温度センサ２１Ｂ、及び、加速度センサ２１Ｃを装着した場合について説明したが、装着するセンサの種類はこれに限るものではなく、タイヤトレッド部の歪状態を検出する歪センサや、タイヤの空気漏れを検出する音センサなどの種々のセンサを用いることができる。
あるいは、全く同等な、もしくは、測定レンジ・精度の異なる同種のセンサ・モジュールを、タイヤ１の複数箇所に設置してもよい。
また、上記例では、予備のセンサ・モジュールであるセンサ・モジュール２０Ｄを設け、必要に応じて新たなセンサを追加するようにしたが、上記ベースステーション３０に、予め、初期に搭載するセンサの数よりも多い複数のタイヤ情報信号を処理して送信する機能を設けておけば、新たなセンサの追加のみならず、新たなセンサ・モジュールの追加も可能となる。
また、上記例では、タイヤの状態の情報を車両制御装置４０に送信する場合について説明したが、タイヤ状態の情報の送信先はこれに限るものではなく、上記従来例のように、タイヤの状態を監視するタイヤ監視システムなどのような、車体側に設けられた他の装置あるいは他のシステムに送信してもよい。
また、本発明のタイヤセンサ装置１０は、タイヤ１と車体側との通信に用いられるだけでなく、整備工場などでのメンテナンス用機器との通信など、従来のタイヤ状態監視システムから陸運トラックの管理システム、更には、高性能タイヤやモータースポーツ用タイヤのタイヤ状態監視システムなどタイヤ情報を収集するための幅広い用途に適応可能である。

本発明によれば、簡単な構成で、タイヤ内センサ群通信とタイヤ外部（車体側）への通信を切り分けることができるとともに、センサ部を小型化できるので、タイヤ情報を確実に伝達することのできる小型で高性能なタイヤセンサ装置を提供することができる。
また、各センサを同期させ、必要なタイヤ情報を選択して測定したり、所定の時間毎に任意のタイヤ情報を測定して車体側に送信することができるようにしたので、タイヤ情報を効率的に得ることができるとともに、電力の消費量を少なくできるので、タイヤセンサ装置を長寿命化できる。

本発明の最良の形態に係るタイヤ情報の伝達方法の概要を示す図である。本最良の形態に係るタイヤセンサ装置の機能ブロック図である。本最良の形態に係るタイヤセンサ装置の取付け状態を示す図である。従来のタイヤ情報の伝達方法を示す図である。従来のタイヤセンサ装置を示す機能ブロック図である。従来の受信装置の構成を示す機能ブロック図である。従来のＲＦＩＤシステムの一例を示す図である。

符号の説明

１タイヤ、２ホイール、１０タイヤセンサ装置、
２０，２０Ａ〜２０Ｄセンサ・モジュール、２１センサ、２１Ａ圧力センサ、
２１Ｂ温度センサ、２１Ｃ加速度センサ、２２通信モジュール、２３アンテナ、２４免震構造部材、３０ベースステーション、３１第１のアンテナ、
３２内部通信装置、３３情報処理装置、３３Ｍフラッシュメモリー、
３４第２のアンテナ、３５外部通信装置、３６内部電池、４０車両制御装置。

Claims

タイヤの互いに異なる所定の箇所にそれぞれ配置された複数個のセンサ装置と、ホイールのリム部またはホイールに装着されたバルブ装置に配置されて上記複数個のセンサ装置と通信を行うベースステーションとを備え、
上記各センサ装置は、タイヤの状態を検出するセンサと通信装置とを備え、
上記ベースステーションは、第１のアンテナを有し上記センサ装置の通信装置との通信を行う内部通信装置、上記センサで検出されたタイヤの状態の情報であるタイヤ情報の信号を処理する信号処理部、及び、第２のアンテナを有し上記処理されたタイヤ情報を車体側に送信する外部通信装置を備え、
上記第１のアンテナはホイールのタイヤ気室側に配置されており、
上記第２のアンテナはホイールのタイヤ気室側とは反対側に配置されており、
上記センサ装置の通信装置は、タイヤ気室側に配置されたアンテナを有し上記ベースステーションとのみ通信可能な通信装置であり、
上記ベースステーションは、上記各センサ装置にタイヤ状態の測定を開始するためのタイミング信号を送信することを特徴とするタイヤセンサ装置。
上記センサ装置の通信装置は、上記ベースステーションから送信される電波を受信して、当該センサ装置のセンサを駆動するための電源電圧を発生させる手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤセンサ装置。
上記センサ装置の通信装置は、免震装置を介してタイヤに取付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のタイヤセンサ装置。