JP4479727B2

JP4479727B2 - タイヤ空気圧モニタ装置

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Publication number: JP4479727B2
Application number: JP2006539265A
Authority: JP
Inventors: 恒夫村田; 有樹山縣
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2010-06-09
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Description

この発明は、車両に設けられる複数のタイヤ空気圧をモニタリングするタイヤ空気圧モニタ装置に関するものである。

従来、タイヤ空気圧モニタ装置として特許文献１が開示されている。この特許文献１のタイヤ空気圧モニタ装置は、図１５に示すように、各タイヤＡ１２に個別に空気圧モニタユニットＡ１４を装着しておき、ＲＦ受信機Ａ１８が各空気圧モニタユニットＡ１４からの無線送信された空気圧データを共通の１つのアンテナＡ１６で受信し、プロセッサＡ２０が各タイヤに固有の識別符号（ＩＤ）を識別することによって、受信した空気圧データがどのタイヤの空気圧モニタユニットからのデータであるかを識別していた。

ところが、この特許文献１のタイヤ空気圧モニタ装置では、上記ＩＤが車両出荷時等に事前に登録しておくものであるので、車両への装着タイヤとスペアタイヤとの交換等、タイヤ交換を行った場合に、事前に登録しておいた各タイヤの車両への取り付け位置が変更される場合が生じる。このような場合には、上記ＩＤを再登録し、車両へのタイヤの位置とＩＤとが一致するようにしなければならなかった。このため、タイヤ交換の度にディラーでの再登録作業が必要であり、手間がかかるという問題があった。

そこで、このような問題を解決するために、上記ＩＤによらずに空気圧データがどのタイヤの空気圧モニタ用ユニットからのデータであるかを識別するようにしたものとして特許文献２が開示されている。

この特許文献２のタイヤ空気圧モニタ装置は、図１６に示すように、右前輪タイヤＢ１、左前輪タイヤＢ２、右後輪タイヤＢ３、左後輪タイヤＢ４のそれぞれの近傍に、右前輪速センサＢ６、左前輪速センサＢ７、右後輪速センサＢ８、左後輪速センサＢ９を設けて各車輪の回転数を求め、その回転数のデータをＡＢＳコントロールユニットＢ１１に送信する。また、各タイヤに設けた空気圧モニタユニットＢ１０がタイヤ空気圧警報コントロールユニットＢ１３にタイヤ空気圧と遠心力を無線送信する。そして、車両が旋回走行した場合に各タイヤの旋回半径の大きさが相違する事を利用して、旋回走行時に各タイヤの遠心力情報に基づいて各車軸速度を求め、そのデータと車輪速センサの検出結果との比較によって各タイヤの位置を特定するものである。

特開平９−２１０８２７号公報特開２００３−２２６１２１公報

ところが、特許文献２に開示されているタイヤ空気圧モニタ装置においては、車両が直進走行している際や停止時に各タイヤの遠心力情報が同一であるのでタイヤ位置の特定ができず、仮に各タイヤの空気圧モニタ用ユニットからの信号を受信しても、その空気圧データがどのタイヤのものであるかを特定できないという問題があった。

また、特許文献２のタイヤ空気圧モニタ装置では、各タイヤの近傍に個別の車輪速センサを設け、且つ各車輪速センサから制御ユニットまで配線しなければならないため、全体の部品点数や取り付けに要するコストが増大するという問題があった。

そこで、この発明の目的は、各タイヤ付近にそれぞれ車輪速センサを設ける必要がなく、且つ各タイヤの遠心力を検出する必要もなく、更には特許文献１に示されているようなＩＤを参照することなく、各タイヤの空気圧情報をモニタリングできるようにしたタイヤ空気圧モニタ装置を提供することにある。

（１）この発明のタイヤ空気圧モニタ装置は、車両に設けられたタイヤの空気圧を計測するとともにその計測結果をアンテナから無線送信する、各タイヤに設けられた空気圧モニタ用ユニットと、該空気圧モニタ用ユニットからの無線信号を受信する通信ユニットとを備え、前記通信ユニットを車両に配置するとともに、前記通信ユニットに複数のタイヤのうち各タイヤの方向へ選択的に受信ビームを向けるビーム制御手段を設け、前記空気圧モニタ用ユニットのアンテナを、タイヤの車軸方向の内側に指向する指向性アンテナとしたことを特徴としている。

（２）前記通信ユニットは、前記複数のタイヤのうち１つのタイヤの方向へ選択的に送信ビームを向け、該タイヤの空気圧モニタ用ユニットに信号を送った後、該タイヤの空気圧モニタ用ユニットから送信される信号を受信することを特徴としている。

（３）前記空気圧モニタ用ユニットは、電磁波を電力に変換する手段を備えていることを特徴としている。

（４）前記空気圧モニタ用ユニットの電磁波を電力に変換する手段は、通信ユニットから送信される送信信号を電力に変換することを特徴としている。

（１）車両に配置した通信ユニットは、複数のタイヤのうち各タイヤの方向へ選択的に受信ビームを向けることができ、各タイヤに設けられている空気圧モニタ用ユニットからの無線信号を受信するので、各空気圧モニタ用ユニットからの無線信号にＩＤが付与されている必要はなく、ＩＤが付与されていても、そのＩＤに基づいてタイヤの位置を識別する必要がない。そのため、タイヤ交換を行っても、車両に装着されたどの位置のタイヤからの信号であるかを判定できるようになる。また、各タイヤの近傍に車輪速センサを個別に設ける必要が無く低コスト化が図れる。

（２）前記通信ユニットが、複数のタイヤのうち１つのタイヤの方向へ選択的に送信ビームを向けて、タイヤの空気圧モニタ用ユニットに信号を送った後、該タイヤの空気圧モニタ用ユニットからの送信される信号を受信することにより、空気圧モニタ用ユニットは、通信ユニットからタイヤの空気圧モニタ用ユニットに信号を送られてきたときだけ、空気圧モニタ用ユニットでタイヤの空気圧測定を行い、その空気圧データを通信ユニットに送信する。これにより、定期的な空気圧測定とその空気圧データの送信を行う必要が無いので空気圧モニタ用ユニットの電力消費を抑えることができる。

（３）前記空気圧モニタ用ユニットのアンテナがタイヤの車軸方向の内側に指向することにより、車両に設けた前記通信ユニットの受信信号の利得を高めることができ、その分空気圧モニタ用ユニットの電力消費を抑えて、電池電源の長寿命化が図れる。また車両外部への不要輻射が少なくなって、隣接走行する他の車両が空気圧モニタ用ユニットからの無線信号を誤って受信するといったことも避けられる。

（４）前記空気圧モニタ用ユニットが電磁波を電力に変換する手段を有することにより、空気圧モニタ用ユニットを駆動する電池を簡単に充電できる。これにより、電池交換が不要になり、該空気圧モニタ用ユニットを半永久的に使用できる。

（５）前記空気圧モニタ用ユニットの電磁波を電力に変換する手段が、通信ユニットから送信される送信信号を電力に変換することにより、空気圧モニタ用ユニットの電池の充電を行うことができる。また、小型化のために電池をキャパシタに置き換えて、通信ユニットからの送信電波を電力に変換し、その電力をキャパシタに充電できる。このようにして得た電力を基に、タイヤの空気圧モニタ用ユニットは、タイヤの空気圧測定および空気圧データの送信が行える。

第１の実施形態に係るタイヤ空気圧モニタ装置を搭載した車両の概略底面図である。同タイヤ空気圧モニタ装置における通信ユニットの構成を示すブロック図である。同通信ユニットに備えるアンテナの構成を示す図である。同通信ユニットに備えるアンテナの他の構成を示す図である。同タイヤ空気圧モニタ装置で用いる空気圧モニタ用ユニットの構成を示すブロック図である。同タイヤ空気圧モニタ装置に備えるアンテナの構成を示す図である。通信ユニットに備えるプロセッサの処理手順を示すフローチャートである。第２の実施形態に係るタイヤ空気圧モニタ装置を搭載した車両の概略底面図である。同タイヤ空気圧モニタ装置における通信ユニットの構成を示すブロック図である。同タイヤ空気圧モニタ装置における空気圧モニタ用ユニットの構成を示すブロック図である。同通信ユニットに備えるプロセッサの処理手順を示すフローチャートである。第３の実施形態に係るタイヤ空気圧モニタ装置を搭載した車両の概略底面図である。同タイヤ空気圧モニタ装置の通信ユニットに備えるアンテナの構成を示すブロック図である。第４の実施形態に係るタイヤ空気圧モニタ装置の通信ユニットの構成を示すブロック図である。特許文献１のタイヤ空気圧モニタ装置の構成を示すブロック図である。特許文献２のタイヤ空気圧モニタ装置の構成を示すブロック図である。

第１の実施形態に係るタイヤ空気圧モニタ装置について、図１〜図７を参照して説明する。
図１はタイヤ空気圧モニタ装置を搭載した車両の概略底面図である。４つのタイヤ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄには、それぞれ空気圧モニタ用ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを設けている。車両９の底面付近のほぼ中央部にこれらの空気圧モニタ用ユニット１１Ａ〜１１Ｄからの無線信号を受信する通信ユニット１２を配置している。

各空気圧モニタ用ユニット１１Ａ〜１１Ｄは、後述するように空気圧を計測するとともに、その計測結果を無線送信する。また、これらの空気圧モニタ用ユニット１１Ａ〜１１Ｄは、各タイヤの車軸方向の内側に指向する送信ビームＢＴＡ〜ＢＴＤを形成する。

通信ユニット１２は４つのタイヤ方向に選択的に受信ビームＢＲＡ〜ＢＲＤを形成する。例えば、タイヤ１０Ａ方向に受信ビームＢＲＡを向けることによって、通信ユニット１２はそのタイヤ１０Ａに設けている空気圧モニタ用ユニット１１Ａからの無線信号を選択的に受信する。また、タイヤ１０Ｂ方向に受信ビームＢＲＢを向けることによって空気圧モニタ用ユニット１１Ｂからの無線信号を受信する。また、タイヤ１０Ｃ方向に受信ビームＢＲＣを向けることによって空気圧モニタ用ユニット１１Ｃからの無線信号を受信する。さらに、タイヤ１０Ｄ方向に受信ビームＢＲＤを向けることによって空気圧モニタ用ユニット１１Ｄからの無線信号を受信する。

図２は、通信ユニット１２の構成と、それに接続されるホスト装置１３の関係を示すブロック図である。通信ユニット１２は、空気圧モニタ用ユニットからの無線信号を受信するアンテナ１２１、その受信機１２２およびプロセッサ１２３から構成している。プロセッサ１２３はアンテナ１２１に対して受信ビームの指向性パターンが図１に示した４つの受信ビームの指向性パターンＢＲＡ〜ＢＲＤのいずれかになるように制御するとともに受信機１２２による受信結果を読み取る。また、このプロセッサ１２３は各タイヤの空気圧情報をホスト装置１３へ出力する。ホスト装置１３は各タイヤの空気圧情報を基に、たとえば適正な空気圧範囲であるか否かの出力制御等を行う。

図３は、前記通信ユニット１２に設けたアンテナ１２１の構成を示す図である（Ａ）は平面図、（Ｂ）は斜視図、（Ｃ）は側面方向から見た中央断面図である。

接地された円盤状の地導体２０の中央部にはモノポールからなる給電素子２１を配置している。この給電素子２１の周囲にはそれぞれモノポールからなる４つの無給電素子２２Ａ〜２２Ｄを配置している。ここで、給電素子２１から各無給電素子２２Ａ〜２２Ｄへ向く方向ＤＡ〜ＤＤは、図１に示した各受信ビームＢＲＡ〜ＢＲＤの中心方向に略一致させる。また、ＤＡ方向とＤＤ方向は互いに逆であり、ＤＢ方向とＤＣ方向も互いに逆である。また、これらの無給電素子２２Ａ〜２２Ｄは、使用周波数帯における約１／４〜１／２波長だけ給電素子２１から離れた位置に配置している。

地導体２０は、円盤状部分とその周辺から下方へ伸びる円筒形状部分（スカート）とによって構成している。このスカートの内部において、給電素子２１には給電回路３１を接続している。また、４つの無給電素子２２Ａ〜２２Ｄと接地との間には可変リアクタンス回路３２をそれぞれ挿入している。

上記地導体２０は、たとえばＦＲ−４やテフロン（登録商標）ファイバ等の誘電体積層板の上面または中層に導体膜を形成したものである。また、可変リアクタンス回路３２は、バラクタダイオード等の、印加電圧によってリアクタンスが変化する可変容量素子と、それに対して制御電圧を印加する回路とから構成している。

図４は通信ユニット１２に用いる他のアンテナの構成を示す平面図である。図３の（Ａ）に示した例では４つの無給電素子２２Ａ〜２２Ｄを設けたが、この図４の例では給電素子２１の周囲に６つの無給電素子２２Ａ〜２２Ｆを等角度毎に配置している。その他の構成は図３に示したものと同様である。このような構成であっても、各無給電素子２２Ａ〜２２Ｆと接地との間に設けた可変リアクタンス回路３２のリアクタンスを制御することによって受信ビームの指向性パターンを制御できる。

図５は空気圧モニタ用ユニット１１の構成を示すブロック図である。ここで、圧力センサ４１はタイヤ内の気体の圧力を検出し、制御回路４２はこの圧力センサ４１を用いて上記空気圧を計測する。ＲＦ送信回路４３は、空気圧の計測結果を符号化し、所定形式でアンテナ１から無線送信する。たとえば、３１５ＭＨｚ、４３３ＭＨｚ、１２５ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ等のメガヘルツ帯またはギガヘルツ帯で送信する。

上記空気圧モニタ用ユニットのアンテナ１としては、従来モノポールアンテナやパッチアンテナが使用されていた。しかしながら、空気圧モニタ用ユニットは、タイヤホイールの空気バルブに一体となるように設けるので、タイヤの回転により空気圧モニタ用ユニットの位置が変わる。そのため、車両の底面付近のほぼ中央部に設けた通信ユニットに送信する電波の強度変化が大きくなりやすい。その結果、通信ユニットの受信ビームの指向性があまり鋭くない場合には、目的のタイヤ以外のタイヤの空気圧モニタユニットからの電波も受信してしまう可能性がある。

そこで、空気圧モニタ用ユニットに設けるアンテナの送信ビームの指向性パターンがタイヤの車軸方向の内側に指向するように空気圧モニタ用ユニットのアンテナの指向性を定める。これにより、タイヤの回転にかかわらず通信ユニットの受信利得が高まり、且つ安定化する。

図６は、このような送信ビームの指向性パターンを有する、空気圧モニタ用ユニットのアンテナの構成を示す分解斜視図である。このアンテナ１は表面実装型アンテナであり、例えばセラミックス、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、またはポリカーボネイト樹脂よりなる誘電体基板２に、端面２Ｅから２Ｆにかけて給電用貫通孔３と、それに対して並行に無給電用貫通孔５を形成している。この給電用貫通孔３の内周面には、例えばメッキ法や導電ペーストの塗布などにより、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔよりなる放射電極４を形成している。同様に、無給電用貫通孔５の内面に無給電電極６を形成している。

また、誘電体基板２の端面２Ｅには、給電用貫通孔３および無給電用貫通孔５の周囲にそれぞれ端面電極７Ａ，７Ｂを形成している。

端面電極７Ａは給電用貫通孔３の内周面に形成した放射電極４に接続していて、端面電極７Ｂは無給電用貫通孔５の内周面に形成した無給電電極６に接続している。この端面電極７Ａ，７Ｂは、後述する基板との固定強度を上げるために、誘電体基板２の端面２Ｅから底面２Ｂにかけて形成してもよい。

さらに、誘電体基板２の端面２Ｆには、端面電極７Ａ，７Ｂと対称な位置に固定用電極８をそれぞれ形成している。なお、この固定用電極８の形成位置、形状、数は特に限定するものではなく、要求される固定強度に応じて、また、製造コストに応じて適宜選択する。例えば、端面２Ｆに１つだけ形成してもよいし、側面２Ｃ，２Ｄに形成してもよいし、さらに端面２Ｆ，側面２Ｃ，２Ｄから底面２Ｂにかけて形成してもよい。ただし、外的衝撃に対する固定強度を考慮すると、誘電体基板の外表面に形成されている電極が、全体として対称性をもって形成することが望ましい。

図６において、実装用の基板１００には、給電部１１０、固定用導体１８０、給電用線路１４０を形成している。給電部１１０は、給電用導体１７０からなり、給電用線路１４０に接続している。

アンテナ１は、誘電体基板２の端面２Ｅ，２Ｆに形成した端面電極７Ａ，７Ｂと固定用電極８，８が、基板１００に形成した給電用導体１７０と固定用導体１８０に対応するように載置し、例えば半田、接着剤などによって接続・固定する。

このように基板１００に接続・固定した状態で、アンテナ１は、給電源（図示せず。）より給電用線路１４０、給電用導体１７０、端面電極７Ａを経て、放射電極４に給電される。この放射電極４への給電によって、高周波電磁界が発生され、誘電体基板２の端面２Ｅから２Ｆにかけて電流が流れることになる。

一方、無給電用貫通孔５の内周面に形成した無給電電極６にも、端面電極７Ａと端面電極７Ｂとの結合によって、電流が流れることになるが、給電用貫通孔３側に流れる電流とは分布が異なる。さらに、無給電用貫通孔５側に流れる電流の方向についても、端面電極７Ａと端面電極７Ｂとの結合の強さ、誘電体基板２における給電用貫通孔３と無給電用貫通孔５の配置による結合度の差によって異なる。

したがって、放射電極４から放射される電波の指向性は、無給電電極６に流れる電流の位相の大きさとリアクタンス成分の差を調整することによって、給電用貫通孔３から無給電用貫通孔５方向へ、または無給電用貫通孔５から給電用貫通孔３方向へ指向性をもたせることができる。この指向方向をタイヤの車軸方向の内側に向ける。

このことによって、前述したように、タイヤの回転にかかわらず通信ユニットの受信利得が高まり、且つ安定化できる。

図７は、図２に示した通信ユニット１２のプロセッサ１２３の処理手順を示すフローチャートである。まず受信ビームを前輪右側のタイヤ１０Ａへ指向させる。すなわち図１に示した受信ビームの指向性パターンＢＲＡとなるように受信ビームの指向性パターンを制御する（Ｓ１）。この状態で、図２に示した受信機１２２は前輪右側のタイヤ１０Ａに設けられている空気圧モニタ用ユニット１１Ａからの無線信号を受信する。そして、プロセッサ１２３は受信機１２２から空気圧データを読み取る（Ｓ２）。これにより前輪右側タイヤの空気圧情報を得る。次に、受信ビームを前輪左側タイヤ１０Ｂへ指向させる。すなわち受信ビームの指向性パターンがＢＲＢで示すパターンとなるように制御する（Ｓ３）。この状態で、受信機１２２は前輪左側のタイヤ１０Ｂに設けられている空気圧モニタ用ユニット１１Ｂからの無線信号を受信する。そして、プロセッサ１２３は受信機１２２から空気圧データを読み取る（Ｓ４）。次に、受信ビームを後輪右側タイヤ１０Ｃへ指向させる。すなわち受信ビームの指向性パターンがＢＲＣで示すパターンとなるように制御する（Ｓ５）。この状態で、受信機１２２は後輪右側のタイヤ１０Ｃに設けられている空気圧モニタ用ユニット１１Ｃからの無線信号を受信する。そして、プロセッサ１２３は受信機１２２から空気圧データを読み取る（Ｓ６）。次に、同様にして受信ビームを後輪左側タイヤ１０Ｄへ指向させる。すなわち受信ビームの指向性パターンがＢＲＤで示すパターンとなるように制御する（Ｓ７）。この状態で、受信機１２２は前輪左側のタイヤ１０Ｄに設けられている空気圧モニタ用ユニット１１Ｄからの無線信号を受信する。そして、プロセッサ１２３は受信機１２２から空気圧データを読み取る（Ｓ８）。

その後、ホスト装置へ各タイヤの空気圧情報を出力する（Ｓ９）。以上の処理を繰返すことによって、一定周期毎にまたは常にタイヤの空気圧をモニタリングする。

次に、第２の実施形態に係るタイヤ空気圧モニタ装置について、図８〜図１１を参照して説明する。
本実施形態に係るタイヤ空気圧モニタ装置は、第１の実施形態に係るタイヤ空気圧モニタ装置に対して次の点で相違する。第一には、通信ユニットと空気圧モニタ用ユニットとが、ともに送受信の機能を有している点で異なり、第二には、通信ユニットから空気圧モニタ用ユニットにタイヤの空気圧測定を行う信号を送信したときだけ、空気圧モニタ用ユニットでタイヤの空気圧測定を行い、その空気圧データを通信ユニットに送信するようにした点で異なり、第三には、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムの遠方型カードＩＣの電源技術を用いて、空気圧モニタ用ユニットの電源である二次電池を、空気圧モニタ用ユニットが受信した前記信号（電波）の電力によって充電し、それを基に駆動するようにする点で異なる。

図８は本実施形態に係るタイヤ空気圧モニタ装置を搭載した車両９の概略底面図である。
各空気圧モニタ用ユニット１１Ａ〜１１Ｄは、それぞれ同一のアンテナを送受信に用いる。これにより、各空気圧モニタ用ユニット１１Ａ〜１１Ｄの送信ビームおよび受信ビームが略同じ指向性をもち、空気圧モニタ用ユニット１１Ａ〜１１Ｄの受信ビームおよび送信ビームは図８で示すＢＴＡ〜ＢＴＤで示すような指向性となる。

また、通信ユニット１２においても、各タイヤに対しての送受信を単一のアンテナで行う。これにより、通信ユニット１２においても送信ビームおよび受信ビームが略同じ指向性をもち、通信ユニット１２の受信ビームおよび送信ビームは図８で示すＢＲＡ〜ＢＲＤで示すような指向性となる。

なお、ここで通信ユニット１２においては、前述の第１の実施形態で示した通信ユニットのアンテナと同様な構成のアンテナを用いている。また、各空気圧モニタ用ユニット１１Ａ〜１１Ｄにおいては、モノポールアンテナを用いており、ＢＴＡ〜ＢＴＤで示す指向性を略円形にしている。

図９は、本実施形態における通信ユニット１２の構成と、それに接続されるホスト装置１３との関係を示すブロック図である。
高周波スイッチ１２５は、送信機１２４もしくは受信機１２２の、アンテナ１２１への接続状態を切り換える。送信機１２４はタイヤの空気圧測定を指示する所定形式の無線信号を高周波スイッチ１２５とアンテナ１２１とを介して送信する。受信機１２４はアンテナ１２１と高周波スイッチ１２５とを介して受信した所定形式の無線信号からタイヤの空気圧データを読み取る。プロセッサ１２３は、アンテナ１２１の指向性をセットするとともに、送信機１２４，受信機１２２，高周波スイッチ１２５を制御する。

まず、通信ユニット１２は、高周波スイッチ１２５を送信モード状態に設定し、アンテナ１２１と送信機１２４とを接続状態にする。その後、プロセッサ１２３がアンテナ１２１の指向方向を決定し、アンテナ１２１の指向性をセットする。ここでは、プロセッサ１２３により、仮に前述のタイヤ１０Ａが指定されるものとする。

次に、通信ユニット１２は、アンテナ１２１の指向性をタイヤ１０Ａ方向の送信ビーム（ＢＲＡ）にセットする。これにより、タイヤ１０Ａに設けられた前述の空気圧モニタ用ユニット１１Ａは通信ユニット１２からの無線信号を選択的に受信できるようになる。

次に、通信ユニット１２は、空気圧を測定する指示の無線信号を、送信機１２４からアンテナ１２１を介して送信ビーム（ＢＲＡ）で送信する。ここで、この無線信号を指向性の高いマイクロ波として送信する。これにより、空気圧モニタ用ユニット１１Ａでは、無線信号のエネルギーを電力として利用するとともに、タイヤ１０Ａの空気圧の測定を行い、空気圧データを送信することになる。

次に、通信ユニット１２では、無線信号を送信した後に高周波スイッチ１２５を受信モード状態に設定し、アンテナ１２１と受信機１２２とを接続状態にする。これにより、タイヤ１０Ａ方向に向いた受信ビーム（ＢＲＡ）によって、空気圧モニタ用ユニット１１Ａからの無線信号が選択的に受信できるようになる。

このため、この通信ユニット１２では空気圧モニタ用ユニット１１Ａから送信されてくる空気圧データを間違いなく受信できる。

図１０は、本実施形態における空気圧モニタ用ユニット１１の構成を示すブロック図である。
ここで、圧力センサ４１はタイヤ内の気体の圧力を検出する。制御回路４２はこの圧力センサ４１を用いて上記空気圧を計測する。ＲＦ送信回路４３は、空気圧の計測結果を所定形式で符号化し、高周波スイッチ４５を経由してアンテナ１から送信する。ＲＦ受信回路４４は、前述の通信ユニット１２から送られてきたタイヤの空気圧測定を指示する所定形式の無線信号をアンテナ１、高周波スイッチ４５を経由して受信する。電力変換回路４６は前記受信した無線信号のエネルギーをキャパシタに充電し、そのキャパシタに充電された電力により、電源である二次電池４７を充電する。また、アンテナ１の受信ビームおよび送信ビームは、前述のＢＴＡ〜ＢＴＤの指向性を有している。この無線通信は、例えば３１５ＭＨｚ、４３３ＭＨｚ、１２５ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ等のメガヘルツ帯やギガヘルツ帯で行われる。

このような構成の空気圧モニタ用ユニット１１において、高周波スイッチ４５が通常状態では受信モード状態となるように設定し、アンテナ１とＲＦ受信回路４４とを接続状態にする。この状態で、通信ユニット１２からのタイヤの空気圧測定を指示する無線信号を受信すると、制御回路４２が圧力センサ４１を用いてタイヤの空気圧を測定するとともに、電力変換回路４６が無線信号のエネルギーを基に二次電池４７を充電する。次に、空気圧モニタ用ユニット１１は、タイヤの空気圧データを通信ユニットに送信するために、高周波スイッチ４５を送信モード状態に設定し、アンテナ１とＲＦ送信回路４３とを接続状態にする。そして、アンテナ１からタイヤの空気圧データの無線信号を通信ユニット１２に送信する。送信後には、高周波スイッチ４５を、再び受信モード状態に設定し、通常状態に戻る。

このため、この空気圧モニタ用ユニット１１では通信ユニット１２から送信されてくる空気圧測定の指示を間違いなく受信でき、その受信時にのみ空気圧測定と、空気圧データの送信を行うため、空気圧モニタ用ユニット１１の電力消費を抑制できる。

また、空気圧モニタ用ユニットの二次電池４７を充電するようにしているため、空気圧モニタ用ユニット１１は、空気圧モニタ用ユニット１１の電源寿命を長くでき、その二次電池４７を交換せずに、タイヤの寿命がなくなるまで使用することができる。

また、本実施形態のように、空気圧モニタ用ユニット１１が通信ユニット１２から信号を受け取ってから、タイヤの空気圧を測定し、その後、その空気圧データを通信ユニット１２に送信する形態では、いずれか一つの空気圧モニタ用ユニット１１のみが送信信号を送る状態であるため、空気圧モニタ用ユニット１１のアンテナ１に要求される指向性は、通信ユニット１２方向への指向性が、通信ユニット１２にとって受信できる程度の送信電力レベルであれば良く、空気圧モニタ用ユニット１１の送信電力レベルを抑制して用いることができる。

また、空気圧モニタ用ユニット１１の送信電力レベルを抑制できるために、空気圧モニタ用ユニット１１のアンテナ１としては、本実施形態で示したモノポールアンテナのみにかぎらず、パッチアンテナやループアンテナなどの小型アンテナを用いることもできる。通信ユニット１２にとって受信できる程度の送信電力レベルを有するアンテナであれば、どのような種類のアンテナであっても用いることができる。

図１１は、図９に示した通信ユニット１２のプロセッサ１２３の処理手順を示すフローである。
通信ユニット１２のプロセッサ１２３は、まず、どのタイヤの空気圧を測定するかを指定する。即ち、予めプログラムされたデータを基にどのタイヤを測定するかを指定する。あるいは、ドライバーの決定がホスト装置１３から指示され、その指示を基に、どのタイヤを測定するかを指定する（Ｓ１１）。

次に、通信ユニット１２のプロセッサ１２３は、高周波スイッチを送信モードに設定し、アンテナを送信機に対して接続状態にする（Ｓ１２）。

次に、送信ビームを指定のタイヤへ指向させるために、アンテナへの給電を制御する。例えば前輪右側のタイヤ１０Ａを測定する場合には、そのタイヤ１０Ａを向く送信ビームＢＲＡをアンテナの指向性に設定する（Ｓ１３）。

次に、プロセッサ１２３は空気圧測定の指示の信号を出力する。これにより、送信機１２４から所定形式の指示信号が出力され、アンテナ１２１から指定タイヤ方向へ無線信号が送信される（Ｓ１４）。

次に、プロセッサ１２３は、高周波スイッチを受信モードに設定し、アンテナと受信機を接続状態にする（Ｓ１５）。

次に、受信機１２２が受信した、タイヤの空気圧測定ユニットからの空気圧データの無線信号から空気圧データを読み取る（Ｓ１６）。

その後、ホスト装置へこのタイヤの空気圧データを出力する（Ｓ１７）。

以上の処理を繰り返し、四輪全てのタイヤについての空気圧測定を行う。なお、予めプロセッサに指定タイヤの空気圧測定の順番や四輪タイヤの測定周期等をプログラムすることにより、自動的に空気圧測定をできる。

このような手順で、プロセッサの処理を行うため、車両走行時に周期的に四輪タイヤの測定を行う場合であっても、測定周期を長く設定することや短く設定することが容易に行え、測定周期を長く設定すれば、空気圧モニタ用ユニットの送信回数を少なくすることができる。これにより、空気圧モニタ用ユニットの電力消費を抑制できる。

また、車両停止時などには、ドライバーからの指示によってのみ空気圧測定を行うように設定すると、さらに空気圧モニタ用ユニットの送信回数を少なくすることもできる。これにより、空気圧モニタ用ユニットの電力消費を極めて少なくできる。

以上のように本実施形態によれば、空気圧モニタ用ユニットの電力消費を抑制でき、空気圧モニタ用ユニットの電源寿命を長くできる。

なお、電力変換回路により二次電池の充電を行うようにするには、必ずしも前述のようにキャパシタを用いて充電しなくともよく、電磁誘導やマイクロ波で直接、空気圧モニタ用ユニットの二次電池を充電するようにしても良い。また、必ずしも通信ユニットからの無線信号のエネルギーを利用しなくともよく、上記のＲＦＩＤシステムに用いられる近接型・近傍型・遠方型のＩＣカードの電源技術を用いて通信ユニット以外の信号源から電力搬送波を送信し、その電力搬送波のエネルギーを利用してもよい。

次に、第３の実施形態に係るタイヤ空気圧モニタ装置について、図１２・図１３を参照して説明する。
図１２はタイヤ空気圧モニタ装置を搭載した車両９の概略底面図である。第１の実施形態では、通信ユニット１２のアンテナを中心にして約９０°間隔で４方向に受信ビームの指向性パターンを生じさせるようにしたが、この第３の実施形態では、図１２に示すように、通信ユニット１２を中心にして、角度間隔が９０°より狭い（たとえば３０°）角度で４方向に受信ビームの指向性パターンを形成するようにしている。すなわち、受信ビームの指向性パターンをＢＲＡで示す方向に形成することによって、前輪右側のタイヤ１０Ａに設けた空気圧モニタ用ユニット１１Ａからの無線信号を受信する。また、受信ビームの指向性パターンをＢＲＢで示す方向に形成することによって、前輪左側のタイヤ１０Ｂに設けた空気圧モニタ用ユニット１１Ｂからの無線信号を受信する。また、受信ビームの指向性パターンをＢＲＣで示す方向に形成することによって、後輪右側のタイヤ１０Ｃに設けた空気圧モニタ用ユニット１１Ｃからの無線信号を受信する。同様に、受信ビームの指向性パターンをＢＲＤで示す方向に形成することによって、後輪左側のタイヤ１０Ｄに設けた空気圧モニタ用ユニット１１Ｄからの無線信号を受信する。

図１３は、図１２に示した通信ユニット１２のアンテナ１２１´の構成を示すブロック図である。この例では、４つのハイブリッド回路Ｈ１〜Ｈ４、２つのクロスカプラＣＣ１，ＣＣ２、および２つの位相シフト回路ＰＳ１，ＰＳ２によって所謂バトラーマトリクスを構成している。このバトラーマトリクスと４つの素子アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４とによって電子走査アンテナを構成している。

上記バトラーマトリクスは、４つの入力ポート（素子アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４からの入力部）のどのポートから電力を入力しても、出力ポートに均等な電力が分配されるが、それら出力ポートの位相の傾きは、信号がどの入力ポートから入力されたかによって異なる。ここで位相シフト回路ＰＳ１，ＰＳ２はそれぞれ４５°だけ位相を遅れさせる。出力ポート＃Ａには、ＢＲＡで示す受信ビームの指向性パターンでの受信信号が得られ、出力ポート＃Ｂには、ＢＲＢで示す受信ビームの指向性パターンでの受信信号が得られる。また、出力ポート＃Ｃには、ＢＲＣで示す受信ビームの指向性パターンでの受信信号が得られ、出力ポート＃Ｄには、ＢＲＤで示す受信ビームの指向性パターンでの受信信号が得られる。このようにして４つの入力ポート＃Ａ〜＃Ｄから４方向のタイヤの空気圧モニタ用ユニットからの無線信号を選択的に受信可能となる。

次に、第４の実施形態に係るタイヤ空気圧モニタ装置で用いる通信ユニットの構成を、図１４を参照して説明する。
第３の実施形態では、図１２に示したように、通信ユニット１２を前輪タイヤ１０Ａ，１０Ｂよりさらに前方に配置して、単一のバトラーマトリクスによる電子走査アンテナで受信するようにしたが、この第４の実施形態では通信ユニットを図１に示した場合と同様に、車両の底面付近のほぼ中央部に配置し、前輪の２つのタイヤについて受信ビームの指向性パターンを制御するユニットと、後輪の２つのタイヤについて受信ビームの指向性パターンを形成するユニットとを別に設けたものである。

図１４は通信ユニットの構成を示すブロック図である。図１４においてＰＭ１，ＰＭ２はそれぞれ位相合成器であり、ＰＭ１は４つの素子アンテナＡＮＴ１１〜ＡＮＴ１４からの入力信号をそれぞれ所定位相分だけ位相シフトして加算することによって、ＢＲＣまたはＢＲＤで示す２方向の受信ビームを形成する。同様に、ＰＭ２は４つの素子アンテナＡＮＴ２１〜ＡＮＴ２４からの入力信号をそれぞれ所定位相分だけ位相シフトして加算することによって、ＢＲＡまたはＢＲＢで示す２方向の受信ビームを形成する。

スイッチ回路ＳＷは位相合成器ＰＭ１またはＰＭ２からの出力の一方を選択する。受信機１２２は、スイッチＳＷからの信号を受信する。プロセッサ１２３は、位相合成器ＰＭ１に対して位相シフト量の制御信号を与え、ＢＲＣまたはＢＲＤで示す受信ビームを形成させる。同様に、位相合成器ＰＭ２に対して位相シフト量の制御信号を与え、ＢＲＡまたはＢＲＢで示す受信ビームを形成させる。またスイッチＳＷに対して切り換え信号を与える。これによって、プロセッサ１２３はＢＲＡ〜ＢＲＤのうちいずれかの受信ビームで、所望のタイヤ空気圧モニタ装置からの電波を選択的に受信する。また、プロセッサ１２３はホスト装置１３とデータの送受信を行う。

なお、空気圧モニタ用ユニットの電源として一次電池を用いてもよく、それ以外に、タイヤ外部から電力搬送波を受けて電源電圧を発生させ、それを基に空気圧モニタ用ユニットの圧力センサ、制御回路、ＲＦ送信回路、ＲＦ受信回路、および高周波スイッチなどを駆動するようにしてもよい。

１‐アンテナ
９−車両
１０−タイヤ
１１−空気圧モニタ用ユニット
１２−通信ユニット
１３−ホスト装置
２０−地導体
２１−給電素子
２２−非給電素子
３１−給電回路
３２−可変リアクタンス回路
４１−圧力センサ
４２−制御回路
４３ーＲＦ送信回路
４４−ＲＦ受信回路
４５−高周波スイッチ
４６−電力変換回路
４７−二次電池
１２１−アンテナ
１２２−受信機
１２３−プロセッサ
１２４−送信機
１２５−高周波スイッチ

Claims

車両に設けられたタイヤの空気圧を計測するとともにその計測結果をアンテナから無線送信する、各タイヤに設けられた空気圧モニタ用ユニットと、該空気圧モニタ用ユニットからの無線信号を受信する通信ユニットとを備えたタイヤ空気圧モニタ装置において、
前記通信ユニットを前記車両に配置するとともに、前記通信ユニットに前記複数のタイヤのうち各タイヤの方向へ選択的に受信ビームを向けるビーム制御手段を設け、
前記空気圧モニタ用ユニットのアンテナを、前記タイヤの車軸方向の内側に指向する指向性アンテナとしたタイヤ空気圧モニタ装置。
前記通信ユニットは、前記複数のタイヤのうち１つのタイヤの方向へ選択的に送信ビームを向け、該タイヤの空気圧モニタ用ユニットに信号を送った後、該タイヤの空気圧モニタ用ユニットから送信される信号を受信することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ空気圧モニタ装置。
前記空気圧モニタ用ユニットは、電磁波を電力に変換する手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤ空気圧モニタ装置。
前記空気圧モニタ用ユニットの電磁波を電力に変換する手段は、前記通信ユニットから送信される送信信号を電力に変換することを特徴とする請求項３に記載のタイヤ空気圧モニタ装置。