JP4503078B2 - タイヤ回転検出装置、タイヤ回転検出方法及びタイヤ監視装置 - Google Patents

タイヤ回転検出装置、タイヤ回転検出方法及びタイヤ監視装置 Download PDF

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Description

本発明は、自動車の車輪に装着されるタイヤの状態を監視するタイヤ監視技術に係り、特にタイヤが実質的に回転しているか否かを当該タイヤの中で検出するタイヤ回転検出装置およびタイヤ回転検出方法に関する。
最近、自動車の安全性・快適性をタイヤに関して保証するためのカーエレクトロニクス技術として、TPMS(Tire Pressure Monitoring System)の実用化が注目されている。TPMSは、大別して、個々のタイヤについて空気圧を直接測定する直接測定方式と、2つの車輪の回転速度差から空気圧不足を検出する間接測定方式とに分類される。
一般に、直接測定方式のTPMSは、各タイヤに取り付けられている送信側のセンサ・モジュールと、自動車の車体に設置される受信機とを有している。センサ・モジュールは、当該タイヤの空気圧、温度、電池電圧等を計測する各種センサを備え、各種計測値等のモニタ情報を無線で受信機へ送信するように構成されている。
また、自動車が停車または駐車している間にセンサ・モジュールからモニタ情報が送信されると、内蔵の電池を無駄に消耗させるだけでなく、周囲のワイヤレス装置(たとえばスマートキー等)に妨害電波を与えるおそれがある。そこで、センサ・モジュールに加速度センサを組み込んで、あるいは既搭載の加速度センサを利用して、当該自動車の停車/走行状態をタイヤの中のセンサ・モジュールが自ら検出して、停車中はモニタ情報の送信を行わない待機モードに切り換わり、走行中はモニタ情報の送信を行う動作モードに切り換わるようにしている。
図7〜図10につき、従来のTPMS用センサ・モジュールにおけるタイヤ回転検出法を説明する。
図7に示すように、センサ・モジュール100は、タイヤ102の所定箇所たとえばプラグ(図示せず)に取り付けられる。センサ・モジュール100が自動車の車輪104およびタイヤ102と一体に回転運動している時、センサ・モジュール100に内蔵される加速度センサ106には、図8に示すように、車輪104の中心軸(回転中心0)と加速度センサ106とを結ぶ回転半径rの半径方向または法線方向に遠心力Fcが働くとともに、地球の重力Gが常に鉛直方向に働く。加速度センサ106は、たとえばピエゾ抵抗型あるいは静電容量型のMEMS(Micro Electrical Mechanical System)加速度センサからなり、法線方向に受ける力すなわち遠心力Fcと重力FGの遠心力方向(法線方向)成分FGsinθとを足し合わせた力Fsに相当する法線加速度Aを表す電気信号を出力する。ここで、加速度センサ106の可動部の質量をm、タイヤ102の回転数をf(回転/秒)、時間をtとすると、法線加速度Aの瞬時値は次の式(1)で表される。
s=Fc+FGsinθ
A=Fs/m
=r(2πf)2+G*sin(2πft) ・・・(1)
タイヤ102の半径をR(m)、当該自動車の走行速度をv(km/h)とすると、回転数fと走行速度vとの間には次式(2)の関係がある。
f=v*1000/2πR*60*60 ・・・(2)
式(1)は、式(2)を代入すると、次式(3)のように走行速度vの関数に置き換えられる。
A=C1*v2+G*sin(C2*vt) ・・・(3)
ただし、C1=0.078r/R2、C2= 0.28/R
図9に、式(3)によって表される法線加速度Aの波形を示す。図示のように、法線加速度Aは、遠心力Fcに相当する中心レベル(C1*v2)と重力Gに相当するピーク対ピーク値とを有するサイン波形で時間的に変化する。図中、一点鎖線で示す波形AMは、式(3)の第1項を無視できるほど走行速度vが十分小さいとき(零より僅かに大きいとき)の法線加速度Aの波形であり、式(3)の第2項で近似される。
図9からわかるように、当該自動車が停車状態から発進して走行速度を上げていくと、法線加速度Aの波形においては、周期T(1/f)がvに反比例して短くなるとともに、中心レベル(C1*v2)がvの自乗に比例して上昇する。したがって、重力加速度Gよりも適当な値hだけ高い閾値Thを設定しておけば、法線加速度Aが閾値Thを超えたことを検出することで、実質的に走行状態に入ったと判定してよい。
しかしながら、上記のような従来のタイヤ回転検出法は、低速のタイヤ回転を高精度・安定に検出するのが難しかった。
具体例として、タイヤ102の半径Rが0.35m、加速度センサ106の回転半径rが13インチ(約0.33m)で、自動車が時速約4kmの低速で走行しているものとする。この場合、法線加速度Aにおいて、中心レベル(C1*v2)は約0.2G(ただし、G=980.6cm/m2)、周期T(1/f)は約1.8秒であり、図10に示すようなサイン波形になる。一点鎖線の波形AMは自動車が動き始めた直後の極低速時の波形であり、この波形AMから実線の波形(時速4kmの状態)Aに変わったことを検出するには、閾値Thを1.1G付近に設定すればよい。図中、A0,A1,A2・・・は、加速度センサ106の出力信号を基に一定時間毎たとえば0.1秒間隔で得られる法線加速度Aの計測値(サンプル値)である。
図10からわかるように、時速4kmの走行状態の下で、法線加速度Aの計測値Aiが閾値Thを超えるのは、1サイクル中で極大ピーク値付近の時だけ(サンプリング回数または比較回数18回のうちわずか数回だけ)であり、確実に回転していると断定するのが困難である。また、センサ・モジュール100ないし加速度センサ106の取付精度にたとえば±15度程度のばらつきがある場合は、それだけで法線加速度Aに約0.04Gの誤差が発生する。そうすると、上記の例で、1.1Gの閾値Thを有効に働かせるには、加速度センサ106の測定誤差は0.06G以下でなければならず、相当高価な高性能センサを用いてもこの精度を絶対値で保障するのは難しい。
なお、閾値Thを高くすれば、加速度センサ106に要求される測定精度は下がるが、徐行運転の走行状態を検出できなくなり、タイヤ回転検出機能ひいてはTPMS性能の低下を来たす。
また、上記のようなタイヤ回転検出法においては、法線加速度Aの計測値Aiが閾値Thを超えたことを検出して、タイヤが回転していると判定し、それまでの待機モードから動作モードにいったん切り換えても、直後に法線加速度Aの計測値Aiが閾値Thよりも小さくなると、そこでタイヤの回転が止まったと判定し、動作モードから待機モードに戻す。こうして、法線加速度Aの極小ピーク値が閾値Thを超えるような高い走行速度になるまで「回転中」の判定と「非回転状態」の判定とを交互に繰り返す、つまり動作モードの開始を断続的に繰り返す。このため、動作モード立ち上げ時の電力が余分に消費されるだけでなく、タイヤ回転検出機能が不安定に働くことによってTPMS全体の信頼性が損なわれていた。
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、低速のタイヤ回転を高精度・安定に検出できるタイヤ回転検出装置およびタイヤ回転検出方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、精度の低い加速度センサを用いても低速のタイヤ回転を安定確実に検出できるタイヤ回転検出装置およびタイヤ回転検出方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、低速域から高速域まで切れ間なく安定にタイヤ回転を検出できるタイヤ回転検出装置およびタイヤ回転検出方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、高性能のタイヤ回転検出装置を備えることによって低電力化と信頼性の向上を実現するタイヤ監視装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の第1の観点におけるタイヤ回転検出装置は、自動車の車輪に装着されるタイヤに取り付けられ、前記タイヤが実質的に回転しているか否かを検出するタイヤ回転検出装置であって、前記タイヤの回転によって発生する法線加速度を表す電気信号を出力する加速度センサと、前記加速度センサの出力信号に基づいて一定サイクルのタイミングで法線加速度の計測値を読み取る法線加速度読み取り部と、各サイクルで読み取られた法線加速度の計測値を第1の監視速度に対応する第1の閾値と比較する第1の比較部と、前記第1の比較部における比較で前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より小さいときに、当該法線加速度計測値と前回のサイクルで読み取られた法線加速度計測値との差をとってその絶対値を求める計測値差絶対値演算部と、前記法線加速度計測値差の絶対値を前記第1の監視速度より低い第2の監視速度に対応する第2の閾値と比較する第2の比較部と、前記第2の比較部における比較で、前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より大きいときは、条件的または無条件で、その比較結果が出た直後から一定時間の計時を開始または再開始する第1のタイマ部と、前記第1の比較部における比較で前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より大きいとき、前記第2の比較部における比較で前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より大きいとき、または前記第2の比較部における比較で前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より小さくても前記第1のタイマ部が前記計時動作を未だ続けているときは、前記タイヤが回転しているとみなし、前記第1の比較部における比較で前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より小さく、かつ前記第2の比較部における比較で前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より小さく、かつ前記第1のタイマ部が前記計時動作を行っていないときは、前記タイヤが回転していないとみなす判定部とを有する。
また、本発明の第1の観点におけるタイヤ回転検出方法は、自動車の車輪に装着されるタイヤが実質的に回転しているか否かを検出するタイヤ回転検出方法であって、前記タイヤの回転によって発生する法線加速度を電気信号に変換する法線加速度計測ステップと、一定サイクルのタイミングでその時の法線加速度の計測値を読み取る法線加速度読み取りステップと、各サイクルで読み取った法線加速度の計測値を第1の監視速度に対応する第1の閾値と比較する第1の比較ステップと、前記第1の比較ステップで前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より小さいときに、当該法線加速度計測値と前回のサイクルで読み取った法線加速度計測値との差をとってその絶対値を求める計測値差絶対値演算ステップと、前記法線加速度計測値差の絶対値を前記第1の監視速度より低い第2の監視速度に対応する第2の閾値と比較する第2の比較ステップと、前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値よりも大きいときは、条件的または無条件で、その比較結果が出た直後から一定時間の計時を開始または再開始する計時ステップと、前記第1の比較ステップで前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より大きいとき、前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より大きいとき、または前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より小さくても前記計時ステップの計時動作が未だ続いているときは、前記タイヤが回転しているとみなす第1の判定ステップと、前記第1の比較ステップで前記法線加速度計測値が前記第1の閾値よりも小さく、かつ前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値よりも小さく、かつ前記計時ステップの計時動作が行われていないときは、前記タイヤが回転していないとみなす第2の判定ステップとを有する。
上記の構成においては、先ず第1の比較部により各サイクル毎に行われる比較で法線加速度計測値が高速域用の第1の閾値より大きいときは、その限りでタイヤが回転しているとみなされる。しかし、法線加速度計測値が第1の閾値より小さいとの比較結果が出たときは、当該法線加速度計測値と前サイクルの法線加速度計測値との差の絶対値について低速域用の第2の閾値を用いた比較判定が次に行われる。この第2の比較ステップで法線加速度計測値差の絶対値が第2の閾値より大きいときは、その限りでタイヤが回転しているとみなされる。第2の比較ステップで法線加速度計測値差の絶対値が第2の閾値より小さいときは、第1のタイマ部が計時動作を行っているか否かチェックされる。ここで、第1のタイマ部は、法線加速度計測値差の絶対値が第2の閾値より大きいとの比較結果が出されたときに、条件的または無条件で、その直後から一定時間の計時を開始または再開始している。かくして、法線加速度計測値差の絶対値が第2の閾値より小さくても、第1のタイマ部が未だ計時動作を行っているときは、タイヤが回転しているとみなされる。そして、法線加速度計測値差の絶対値が第2の閾値よりも小さく、かつ第1のタイマ部が計時動作を行っていないときに限り、タイヤが回転していないとみなされる。
本発明の第2の観点におけるタイヤ回転検出装置は、自動車の車輪に装着されるタイヤに取り付けられ、前記タイヤが実質的に回転しているか否かを検出するタイヤ回転検出装置であって、前記タイヤの回転によって発生する法線加速度を表す電気信号を出力する加速度センサと、前記加速度センサの出力信号に基づいて一定サイクルのタイミングで法線加速度の計測値を読み取る法線加速度読み取り部と、各サイクルで読み取られた法線加速度の計測値を第1の監視速度に対応する第1の閾値と比較する第1の比較部と、各サイクルで読み取られた法線加速度の計測値と前回のサイクルで読み取られた法線加速度の計測値との差をとってその絶対値を求める計測値差絶対値演算部と、前記法線加速度計測値差の絶対値を前記第1の監視速度よりも低い第2の監視速度に対応する第2の閾値と比較する第2の比較部と、前記第2の比較部における比較で、前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より大きいときは、条件的または無条件で、その比較結果が出た直後から一定時間の計時を開始または再開始する第1のタイマ部と、前記第1の比較部における比較で前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より大きいとき、前記第2の比較部における比較で前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より大きいとき、または前記第2の比較部における比較で前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より小さくても前記第1のタイマ部が前記計時動作を未だ続けているときは、前記タイヤが回転しているとみなし、前記第1の比較部における比較で前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より小さく、かつ前記第2の比較部における比較で前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より小さく、かつ前記第1のタイマ部が前記計時動作を行っていないときは、前記タイヤが回転していないとみなす判定部とを有する。
また、本発明の第2の観点におけるタイヤ回転検出方法は、自動車の車輪に装着されるタイヤが実質的に回転しているか否かを検出するタイヤ回転検出方法であって、前記タイヤの回転によって発生する法線加速度を電気信号に変換する法線加速度計測ステップと、一定サイクルのタイミングでその時の法線加速度の計測値を読み取る法線加速度読み取りステップと、各サイクルで読み取った法線加速度の計測値を第1の監視速度に対応する第1の閾値と比較する第1の比較ステップと、各サイクルで読み取った法線加速度計測値と前回のサイクルで読み取った法線加速度計測値との差をとってその絶対値を求める計測値差絶対値演算ステップと、前記法線加速度計測値差の絶対値を前記第1の監視速度より低い第2の監視速度に対応する第2の閾値と比較する第2の比較ステップと、前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値よりも大きいときは、条件的または無条件で、その比較結果が出た直後から一定時間の計時を開始または再開始する計時ステップと、前記第1の比較ステップで前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より大きいとき、前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より大きいとき、または前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より小さくても前記計時ステップの計時動作が未だ続いているときは、前記タイヤが回転しているとみなす第1の判定ステップと、前記第1の比較ステップで前記法線加速度計測値が前記第1の閾値よりも小さく、かつ前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値よりも小さく、かつ前記計時ステップの計時動作が行われていないときは、前記タイヤが回転していないとみなす第2の判定ステップとを有する。
上記の構成においては、第1の比較部により各サイクル毎に法線加速度計測値について高速域用の第1の閾値を用いた第1の比較判定が行われる。一方、第2の比較部により各サイクル毎に法線加速度計測値と前サイクルの法線加速度計測値との差の絶対値について低速域用の第2の閾値を用いた第2の比較判定が行われる。そして、第1の比較ステップで法線加速度計測値が第1の閾値よりも大きいときは、その限りでタイヤが回転しているとみなされる。しかし、法線加速度計測値が第1の閾値より小さいとの比較結果が出たときは、第2の比較ステップにおける比較結果が参照される。この第2の比較ステップで法線加速度計測値差の絶対値が第2の閾値よりも小さいときは、第1のタイマ部が計時動作を行っているか否かチェックされる。ここで、第1のタイマ部は、法線加速度計測値差の絶対値が第2の閾値より大きいとの比較結果が出されたときに、条件的または無条件で、その直後から一定時間の計時を開始または再開始している。かくして、法線加速度計測値差の絶対値が第2の閾値より小さくても、第1のタイマ部が未だ計時動作を行っているときは、タイヤが回転しているとみなされる。そして、法線加速度計測値差の絶対値が第2の閾値よりも小さく、かつ第1のタイマ部が計時動作を行っていないときに限り、タイヤが回転していないとみなされる。
本発明において、法線加速度は、典型的には、タイヤの回転によって加速度センサに働く遠心力と重力の遠心力方向成分とを足し合わせた力に対応する。また、加速度センサの出力信号の波形は、重力の大きさに相当するピーク対ピーク値を有するサイン波形またはコサイン波形である。
本発明の好適な一態様においては、法線加速度の計測値を読み取るタイミングを与えるために一定サイクル毎に繰り返し計時動作を行う第2のタイマや、各サイクルで読み取られた法線加速度計測値のデータを少なくとも次のサイクルまで保持するための記憶部が具備または使用される。
また、好適な一態様として、第2の閾値は、タイヤが第2の監視速度付近の速度で回転しているときに得られる法線加速度計測値差の絶対値が第2の閾値より大きい時と小さい時とを周期的に繰り返すようなレベルに設定される。さらに好適な一態様として、第2の閾値は、タイヤが第2の監視速度付近の速度で回転しているときに得られる法線加速度計測値差の絶対値の波形に対してその中心レベル付近に設定される。
また、好適な一態様として、第1のタイマの計時時間は、タイヤが第2の監視速度付近の速度で回転しているときに得られる法線加速度の計測値の半サイクル〜1サイクルの範囲内に設定される。
また、好適な一態様として、第1の閾値は、タイヤが第1の監視速度付近の速度で回転しているときに得られる法線加速度計測値の波形に対してその中心レベル付近に設定される。
また、好適な一態様として、第1のタイマは、第2の比較部における比較で法線加速度計測値差の絶対値が第2の閾値より大きい場合に、その比較結果が出た時点で計時動作を行っていないときは一定時間の計時を開始し、計時動作を行っている最中であるときはそれをリセットして新たに一定時間の計時を再開始す る。
本発明のタイヤ監視装置は、自動車のホイールに装着されるタイヤに取り付けられ、前記タイヤの状態に関する所定のモニタ情報を条件的に無線で送信するタイヤ監視装置であって、本発明のタイヤ回転検出装置と、このタイヤ回転検出装置よりタイヤが回転しているとの判定結果が出されたときはモニタ情報を送信し、このタイヤ回転検出装置よりタイヤが回転していないとの判定結果が出されたときはモニタ情報の送信を停止または休止する出力部とを有する。
本発明のタイヤ監視装置は、上記のような構成、特に本発明のタイヤ回転検出装置を有することにより、低速回転時に動作モードと待機モードを頻繁に繰り返して電池電力を余分に消費するようなことはなくなるとともに、タイヤ監視用のモニタ情報を安定に送信出力することができる。
本発明のタイヤ監視装置は、典型的または好適な態様として、タイヤの空気圧を計測するための空気圧センサ、タイヤの温度を計測するための温度センサ、あるいは装置内の電源に用いられる電池の電圧を計測するための電池電圧センサを含み、タイヤの空気圧に関する計測情報、タイヤの温度に関する計測情報あるいは電池電圧に関する計測情報をモニタ情報とする。
本発明のタイヤ回転検出装置またはタイヤ回転検出方法によれば、上記のような構成および作用により、精度の低い加速度センサを用いても低速のタイヤ回転を高精度・安定に検出できるうえ、低速域から高速域まで切れ間なく安定にタイヤ回転を検出することができる。
また、本発明のタイヤ監視装置によれば、本発明の高性能なタイヤ回転検出装置を備えることによって低電力化と信頼性の向上を実現することができる。
以下、図1〜図6を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
図1に、本発明の一実施形態におけるTPMSの全体構成を示す。このTPMSは、直接測定方式用の無線送受信装置として構成されており、四輪自動車10に装着される各タイヤ12FL,12FR,12RL,12RRに備わっている送信側のセンサ・モジュール14A,14B,14C,14Dと、自動車10にTPMS本体として装着または搭載される受信側の主装置16とを有している。
ここで、タイヤ12FLは左前輪FL、タイヤ12FRは右前輪FR、タイヤ12RLは左後輪RL、タイヤ12RRは右後輪RRにそれぞれ装着されている。各センサ・モジュール14は、後述するように、当該タイヤの加速度、空気圧、温度、電池電圧等を検知する各種センサおよび各種計測値等のモニタ情報を無線で送信する送信機等を有しており、当該タイヤのプラグに一体化して取付または内蔵されている。なお、全てのセンサ・モジュール14A,14B,14C,14Dがそれぞれランダムな周期で繰り返し動作(送信)するので、複数のセンサ・モジュール14からの電波送信が時間的に重なる状態もすぐに解かれ、各センサ・モジュール14の送信する電波(タイヤ状態情報)は単独または択一的に主装置16に受信されるようになっている。
主装置16は、2つ一組の受信アンテナ18,20と、受信機22と、表示器24とで構成されている。両アンテナ18,20は、自動車10の4車輪(FL,FR,RL,RR)を結ぶ四角形の枠内で、各センサ・モジュール14A,14B,14C,14Dより送信される電波を相互間である位相差をもって受信するように、たとえばボディの底に設置される。受信機22は、両アンテナ18,20に給電線26,28を介して接続され、ボディあるいは車室内の任意の箇所に設置されてよい。表示器24は、液晶ディスプレイや発光ダイオード(ランプ)など任意の表示デバイスまたは表示素子を用いてよく、通常は車室内の運転席に設けられてよい。
受信機22は、たとえばCPU(Central Processing Unit)あるいはDSP(Digital Signal Processor)を含む信号処理回路を有しており、両アンテナ18,20でそれぞれ受信した電波の位相差に基づいて電波送信元のタイヤを割り出し、復調したデータの中にタイヤID情報と一緒に含まれるタイヤ状態情報(空気圧計測値、温度計測値、電池電圧計測値等)を各モニタ基準値(基準空気圧、基準温度、基準電圧等)と比較して、当該タイヤが正常に機能しているか否かを判定し、表示器24を通じて判定結果をユーザ(運転者)に伝える。
図2に、各センサ・モジュール14内の主要な構成を示す。MCU(コントローラユニット)30は、モジュール内の各種センサすなわち加速度センサ32、空気圧センサ34、温度センサ36、電池電圧センサ38からの各種計測値信号を受け取り、所要の信号処理を行って、受信機22(図1)に送信すべきモニタ情報を出力装置40に与える。出力装置40は、MCU30から受け取ったモニタ情報を一定周波数(たとえば315MHz)の電波に乗せて送信する。
加速度センサ32は、たとえば、上述した従来技術(図7〜図10)で用いられた加速度センサ106と同様のMEMS加速度センサでよく、法線方向に受ける力すなわち遠心力Fcと重力FGの遠心力方向(法線方向)成分FGsinθととを足し合わせた力Fsに相当する法線加速度Aを表す電気信号(法線加速度計測値信号)を出力する。
この実施形態におけるセンサ・モジュール14は、タイヤ回転検出機能に関連して短時間タイマ42、長時間タイマ44およびメモリ46を有している。ここで、短時間タイマ42は、たとえば所定周波数のクロックを一定サイクルTS毎に繰り返し計数するカウンタからなり、加速度センサ32の出力信号(法線加速度Aの計測値)を一定サイクルTSの時間間隔で読み取るタイミングをMCU30に与える。長時間タイマ44は、後述するように、法線加速度計測値差の絶対値と低速域の閾値との比較で前者が後者よりも大きいとの比較結果がMCU30より出されたとき、条件的に、その比較結果が出た直後から一定時間TLの計時を開始または再開始するように構成されている。長時間タイマ44は、たとえば、所定周波数のクロックあるいは短時間タイマ42より一定サイクルTS毎に出力されるタイミングパルスを計数するカウンタで構成されてよい。メモリ46は、MCU30の信号処理に用いるデータおよび処理結果のデータを一時的に保持し、とりわけ法線加速度計測値のデータや法線加速度計測値差の絶対値のデータ等を一時的に保持する。
図3に、この実施形態においてMCU30内蔵のソフトウエアに組み込まれるタイヤ回転検出処理の手順を示す。以下に、この手順にしたがって、この実施形態のセンサ・モジュール14におけるタイヤ回転検出機能を説明する。
一実施例として、短時間タイマ42の計時時間(サイクル)TSを0.1秒、長時間タイマ44の計時時間TLを1秒、高速域の閾値TH1を2.5G、低速域の閾値TH2を0.2Gに設定した場合について説明する。なお、上述した従来技術と同様に、タイヤ12の半径Rが0.35mで、加速度センサ32の回転半径rが13インチ(約0.33m)とする。
たとえば、自動車10が時速約4kmの低速で走行しているとすると、図10に示すものと同じサイン波形(またはコサイン波形)で法線加速度Aを表す電気信号(法線加速度計測値信号)が加速度センサ32より出力される。
MCU30は、短時間タイマ42より与えられる一定サイクルTS(0.1秒)のタイミングで加速度センサ32の出力信号を取り込んで(ステップS1)、法線加速度Aの計測値Aiを読み取り、その読み取った法線加速度計測値Aiをメモリ46に格納する(ステップS2)。
次に、MCU30は、今回読み取った法線加速度計測値Aiを高速域の閾値TH1と比較する(ステップS3)。この比較でAi>TH1のときは、タイヤ14は回転しているとみなす(ステップS3→S4)。もっとも、自動車10が時速約4kmの低速で走行している場合は、法線加速度計測値AiはAi≦1.2Gの範囲に留まるため(図10)、Ai>TH1(2.5G)になることはない。
そこで、MCU30は、今回読み取った法線加速度計測値Aiと前回のサイクルで読み取った法線加速度計測値Ai-1との差の絶対値δAi(δAi=|Ai-1−Ai|)を演算する(ステップS5)。図4に、この実施例において自動車10が時速約4kmの低速度で走行しているときに各サイクルで得られる法線加速度計測値差の絶対値δAiの波形を示す。
次いで、MCU30は、法線加速度計測値差の絶対値δAiを低速域の閾値TH2と比較する(ステップS6)。この比較でδAi>TH2のときは、当該タイヤ14が回転しているとみなす(ステップS6→S4)。その際、MCU30は、長時間タイマ44が計時動作を行っているか否かをチェックし、計時動作中であればそのままにしておき(ステップS7)、計時動作中でなければこの時点で長時間タイマ44を起動する(ステップS8)。あるいは、別の方法として、δAi>TH2の比較結果が出たときは、長時間タイマ44が計時動作中であるか否かに関係なく、一律にこの時点で長時間タイマ44を起動または再起動してもよく、この方が安定したタイマ機能を保障できる。長時間タイマ44は、起動または再起動させられるとリセットされ、その時点から設定計時時間TLの計時を開始または再開始する。
図4において、たとえばδA1,δA2,δA3のポイントではδAi>TH2であり、この期間中はステップS6→S7→S4あるいはステップS6→S7→S8→S4の手順を辿り、長時間タイマ44は計時動作を継続する。一方、δA4,δA5,δA6のポイントではδAi<TH2の大小関係(比較結果)が得られる。
このように法線加速度計測値差の絶対値δAiと低速域の閾値TH2との比較(ステップS6)でδAi<TH2の比較結果が得られた場合、MCU30は、所要のデータを格納し(ステップS9)、長時間タイマ44が計時動作を行っているか否かをチェックする(ステップS10)。
この時、長時間タイマ44が未だ計時動作を行っているときは、タイヤ14が回転しているとみなす(ステップS10→S4)。長時間タイマ44が計時動作を行っていない、つまり時間切れ(タイムアップ)の状態になっていれば、タイヤ14が回転していないとみなす(ステップS10→S11)。
この実施例の場合、図4に示すように、法線加速度計測値差の絶対値δAiの波形の1周期は約0.9秒であり、その中でδAi<TH2の比較結果が得られる期間は約0.4秒以下であるから、δAi<TH2となるポイントと長時間タイマ44の時間切れ状態とが時間的に重なることはない。つまり、時速4kmの走行状態では、タイヤ14が回転していることを間違いなく確実に検出することができる。
なお、低速域の閾値TH2は、タイヤ12が低速域の監視速度(たとえば時速4km)付近の速度で回転しているときに得られる法線加速度計測値差の絶対値δAiが閾値TH2より大きい時と小さい時とを周期的に繰り返すようなレベルに設定されるのが好ましく、さらに好ましくは図4に示すように法線加速度計測値差の絶対値δAiの波形に対してその中心レベル付近に設定されてよい。また、長時間タイマ44の計時時間TLは、タイヤ12が監視速度(時速4km)付近の速度で回転しているときに得られる法線加速度計測値Aの半サイクル〜1サイクル(約0.9秒〜約1.8秒)の範囲内に設定されるのが好ましい。
このように、いったん法線加速度計測値差の絶対値δAiが低速域の閾値TH2を超えた後は、δAi<TH2となるポイントと長時間タイマ44の時間切れ状態とが時間的に重なるまで(走行速度が大体時速2km以下に下がるまで)、タイヤ12が回転中であるとの判定結果を持続的に出すことができる。
また、自動車10の走行速度が増して、たとえば遠心力Fcが2.5G(時速約14km)になると、法線加速度計測値Aの波形は模式的に図5に示すようになり、法線加速度計測値差の絶対値δAiの波形は模式的に図6に示すようになる。この場合は、法線加速度計測値Aが高速域の閾値TH1より大きくなる時と小さくなる時とが交互に繰り返される。すなわち、A1,A2のポイントではAi>TH1であり、A3,A4のポイントではAi<TH1であり、A4,A5,A6のポイントではAi>TH1であり、A7,A8,A9のポイントではAi<TH1である。
i>TH1の比較結果が出るポイントでは、その限りで「タイヤ回転中」の判定結果を出すことができる(ステップS3→S4)。しかし、Ai<TH1の比較結果が出るポイントでは、低速域の閾値TH2あるいは長時間タイマ44を用いた判定処理を行うことになる(ステップS5〜S10)。ここで、図6を参照すると、法線加速度計測値差の絶対値δAiは、殆どのポイントでδAi>TH2となっており、長時間タイマ44も繰り返し再起動されながら計時動作を持続していることがわかる。つまり、この場面(時速約14km)では、法線加速度計測値Aに係る高速域用の比較判定を補完する形で、低速域用の比較判定によって「タイヤ回転中」の判定結果を継続的に出し続けることができる。
なお、高速域の閾値TH1は、タイヤ12が高速域の監視速度(たとえば時速14km)付近の速度で回転しているときに得られる法線加速度計測値Aが閾値TH1より大きい時と小さい時とを周期的に繰り返すようなレベルに設定されるのが好ましく、さらに好ましくは図5に示すように法線加速度計測値Aの波形に対してその中心レベル(2.5G)付近に設定されてよい。
また、遠心力Fcが3.5G(時速約17km)を超えると、法線加速度計測値Aの極小ピーク値が高速域の閾値TH1(2.5G)を超えるので、法線加速度計測値Aに係る比較判定(ステップS3)で常にAi>TH1となり、この限りで「タイヤ回転中」の判定結果が出される。この場合、長時間タイマ44が完全休止するが、タイヤ回転検出機能上の支障はまったくない。また、2.5G付近での法線加速度計測値Aに係る比較判定においては、±0.5G程度の誤差があっても、タイヤ回転検出機能には何ら影響しない。
上述したように、この実施形態においては、時速4km程度の低速域では、一定サイクルTS毎に読み取った法線加速度計測値Aiとその前のサイクルの法線加速度計測値Ai-1との差の絶対値δAiを演算して、その法線加速度計測値差の絶対値δAiと低速域用の閾値TH2との大小関係からタイヤ12の回転状態/非回転状態を判定する機能を働かせるようにしたので、加速度センサ32の測定精度が低くても、十分大きなマージンをもって、タイヤ回転検出を正確に行うことができる。
さらに、法線加速度計測値差の絶対値δAiが低速域の閾値TH2を周期的に超えたり下回ったりするときは、長時間タイマ44の計時動作を利用することで、実際にはタイヤ回転中であるにもかかわらず「回転」の判定と「非回転」の判定とを交互に繰り返すような不安定動作状態を回避するようにしている。これにより、動作モードと待機モードとを頻繁に繰り返して電池電力を余分に消費するようなこともない。そして、自動車走行速度またはタイヤ回転速度が十分高い時は、高速域の閾値TH1を用いた法線加速度計測値Aに係る比較判定を行うことによって、「タイヤ回転中」の判定結果を安定確実に出すことができる。こうして、低速域から高速域まで切れ間なくタイヤ回転を安定に検出することが可能であり、タイヤ回転検出機能の測定精度・信頼性を向上させ、ひいてはセンサ・モジュール14ないしTPMS全体の信頼性を向上させることができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。
たとえば、上記した実施形態では、各サイクル毎に行われる法線加速度計測値Aiと高域用閾値TH1との比較判定(ステップS3)でAi<TH1の比較結果が出たときに限って、法線加速度計測値差の絶対値δAiの演算(ステップS4)およびその絶対値δAiと低域域用閾値TH2との比較判定(ステップS5)を行うようにした。しかし、別の実施形態として、ステップS3の比較結果如何に関わらず、各サイクル毎にステップS4の演算とステップS5の比較判定を行うことも可能である。
本発明の一実施形態におけるTPMSの全体構成を模式的に示す平面図である。 実施形態のTPMSに含まれるセンサ・モジュール内の主要な構成を示すプロック図である。 図2のMCU内蔵のソフトウエアに組み込まれるタイヤ回転検出処理の手順を示すフローチャート図である。 実施形態において低速回転(時速約4km)時に各サイクル毎に得られる法線加速度計測値差の絶対値の波形を示す図である。 実施形態において比較的高いタイヤ回転速度(時速約14km)で得られる法線加速度計測値の波形を示す図である。 実施形態において図5の法線加速度計測値の波形を基に各サイクル毎に得られる法線加速度計測値差の絶対値の波形を示す図である。 自動車の車輪に装着されるタイヤに加速度センサが取り付けられている様子を示す図である。 タイヤの回転によって加速度センサに働く力を示す図である。 従来のタイヤ回転検出法を説明するための図である。 低速回転(時速約4km)で加速度センサより得られる法線加速度計測値の波形とそれに対する従来のタイヤ回転検出法の適用を示す図である。
符号の説明
10 自動車
12 タイヤ
14 センサ・モジュール
30 MCU
32 加速度センサ
34 空気圧センサ
36 温度センサ
38 電池電圧センサ
40 出力装置
42 短時間タイマ
44 長時間タイマ
46 メモリ

Claims (18)

  1. 自動車の車輪に装着されるタイヤに取り付けられ、前記タイヤが実質的に回転しているか否かを検出するタイヤ回転検出装置であって、
    前記タイヤの回転によって発生する法線加速度を表す電気信号を出力する加速度センサと、
    前記加速度センサの出力信号に基づいて一定サイクルのタイミングで法線加速度の計測値を読み取る法線加速度読み取り部と、
    各サイクルで読み取られた法線加速度の計測値を第1の監視速度に対応する第1の閾値と比較する第1の比較部と、
    前記第1の比較部における比較で前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より小さいときに、当該法線加速度計測値と前回のサイクルで読み取られた法線加速度計測値との差をとってその絶対値を求める計測値差絶対値演算部と、
    前記法線加速度計測値差の絶対値を前記第1の監視速度より低い第2の監視速度に対応する第2の閾値と比較する第2の比較部と、
    前記第2の比較部における比較で、前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より大きいときは、条件的または無条件で、その比較結果が出た直後から一定時間の計時を開始または再開始する第1のタイマ部と、
    前記第1の比較部における比較で前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より大きいとき、前記第2の比較部における比較で前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より大きいとき、または前記第2の比較部における比較で前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より小さくても前記第1のタイマ部が前記計時動作を未だ続けているときは、前記タイヤが回転しているとみなし、前記第1の比較部における比較で前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より小さく、かつ前記第2の比較部における比較で前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より小さく、かつ前記第1のタイマ部が前記計時動作を行っていないときは、前記タイヤが回転していないとみなす判定部と
    を有するタイヤ回転検出装置。
  2. 自動車の車輪に装着されるタイヤに取り付けられ、前記タイヤが実質的に回転しているか否かを検出するタイヤ回転検出装置であって、
    前記タイヤの回転によって発生する法線加速度を表す電気信号を出力する加速度センサと、
    前記加速度センサの出力信号に基づいて一定サイクルのタイミングで法線加速度の計測値を読み取る法線加速度読み取り部と、
    各サイクルで読み取られた法線加速度の計測値を第1の監視速度に対応する第1の閾値と比較する第1の比較部と、
    各サイクルで読み取られた法線加速度の計測値と前回のサイクルで読み取られた法線加速度の計測値との差をとってその絶対値を求める計測値差絶対値演算部と、
    前記法線加速度計測値差の絶対値を前記第1の監視速度よりも低い第2の監視速度に対応する第2の閾値と比較する第2の比較部と、
    前記第2の比較部における比較で、前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より大きいときは、条件的または無条件で、その比較結果が出た直後から一定時間の計時を開始または再開始する第1のタイマ部と、
    前記第1の比較部における比較で前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より大きいとき、前記第2の比較部における比較で前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より大きいとき、または前記第2の比較部における比較で前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より小さくても前記第1のタイマ部が前記計時動作を未だ続けているときは、前記タイヤが回転しているとみなし、前記第1の比較部における比較で前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より小さく、かつ前記第2の比較部における比較で前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より小さく、かつ前記第1のタイマ部が前記計時動作を行っていないときは、前記タイヤが回転していないとみなす判定部と
    を有するタイヤ回転検出装置。
  3. 前記法線加速度は、前記タイヤの回転によって前記加速度センサに働く遠心力と重力の遠心力方向成分とを足し合わせた力に対応する請求項1または請求項2に記載のタイヤ回転検出装置。
  4. 前記加速度センサの出力信号の波形は、重力の大きさに相当するピーク対ピーク値を有するサイン波形またはコサイン波形である請求項1〜3のいずれか一項に記載のタイヤ回転検出装置。
  5. 前記法線加速度の計測値を読み取るタイミングを与えるために前記サイクル毎に繰り返し計時動作を行う第2のタイマを有する請求項1〜4のいずれか一項に記載のタイヤ回転検出装置。
  6. 各サイクルで読み取られた法線加速度計測値のデータを少なくとも次のサイクルまで保持するための記憶部を有する請求項1〜5のいずれか一項に記載のタイヤ回転検出装置。
  7. 前記第2の閾値は、前記タイヤが前記第2の監視速度付近の速度で回転しているときに得られる前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より大きい時と小さい時とを周期的に繰り返すようなレベルに設定される請求項1〜6のいずれか一項に記載のタイヤ回転検出装置。
  8. 前記第2の閾値は、前記タイヤが前記第2の監視速度付近の速度で回転しているときに得られる前記法線加速度計測値差の絶対値の波形に対してその中心レベル付近に設定される請求項7に記載のタイヤ回転検出装置。
  9. 前記第1のタイマの計時時間は、前記タイヤが前記第2の監視速度付近の速度で回転しているときに得られる前記法線加速度の計測値の半サイクル〜1サイクルの範囲内に設定される請求項1〜8のいずれか一項に記載のタイヤ回転検出装置。
  10. 前記第1の閾値は、前記タイヤが前記第1の監視速度付近の速度で回転しているときに得られる前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より大きい時と小さい時とを周期的に繰り返すようなレベルに設定される請求項1〜9のいずれか一項に記載のタイヤ回転検出装置。
  11. 前記第1の閾値は、前記タイヤが前記第1の監視速度付近の速度で回転しているときに得られる前記法線加速度計測値の波形に対してその中心レベル付近に設定される請求項10に記載のタイヤ回転検出装置。
  12. 前記第1のタイマは、前記第2の比較部における比較で前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より大きい場合に、その比較結果が出た時点で計時動作を行っていないときは前記一定時間の計時を開始し、計時動作を行っている最中であるときはそれをリセットして新たに前記一定時間の計時を再開始する請求項1〜11のいずれか一項に記載のタイヤ回転検出装置。
  13. 自動車のホイールに装着されるタイヤに取り付けられ、前記タイヤの状態に関する所定のモニタ情報を無線で送信するタイヤ監視装置であって、
    請求項1〜12のいずれか一項に記載のタイヤ回転検出装置と、
    前記タイヤ回転検出装置より前記タイヤが回転しているとの判定結果が出されたときは前記モニタ情報を送信し、前記タイヤ回転検出装置より前記タイヤが回転していないとの判定結果が出されたときは前記モニタ情報の送信を停止または休止する出力部と
    を有するタイヤ監視装置。
  14. 前記タイヤの空気圧を計測するための空気圧センサを含み、前記タイヤの空気圧に関する計測情報を前記モニタ情報の一つとする請求項13に記載のタイヤ監視装置。
  15. 前記タイヤの温度を計測するための温度センサを含み、前記タイヤの温度に関する計測情報を前記モニタ情報の一つとする請求項13または請求項14記載のタイヤ監視装置。
  16. 装置内の電源に用いられる電池の電圧を計測するための電池電圧センサを含み、前記電池の電圧に関する計測情報を前記モニタ情報の一つとする請求項13〜15のいずれか一項に記載のタイヤ監視装置。
  17. 自動車の車輪に装着されるタイヤが実質的に回転しているか否かを検出するタイヤ回転検出方法であって、
    前記タイヤの回転によって発生する法線加速度を電気信号に変換する法線加速度計測ステップと、
    一定サイクルのタイミングでその時の法線加速度の計測値を読み取る法線加速度読み取りステップと、
    各サイクルで読み取った法線加速度の計測値を第1の監視速度に対応する第1の閾値と比較する第1の比較ステップと、
    前記第1の比較ステップで前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より小さいときに、当該法線加速度計測値と前回のサイクルで読み取った法線加速度計測値との差をとってその絶対値を求める計測値差絶対値演算ステップと、
    前記法線加速度計測値差の絶対値を前記第1の監視速度より低い第2の監視速度に対応する第2の閾値と比較する第2の比較ステップと、
    前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値よりも大きいときは、条件的または無条件で、その比較結果が出た直後から一定時間の計時を開始または再開始する計時ステップと、
    前記第1の比較ステップで前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より大きいとき、前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より大きいとき、または前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より小さくても前記計時ステップの計時動作が未だ続いているときは、前記タイヤが回転しているとみなす第1の判定ステップと、
    前記第1の比較ステップで前記法線加速度計測値が前記第1の閾値よりも小さく、かつ前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値よりも小さく、かつ前記計時ステップの計時動作が行われていないときは、前記タイヤが回転していないとみなす第2の判定ステップと
    を有するタイヤ回転検出方法。
  18. 自動車の車輪に装着されるタイヤが実質的に回転しているか否かを検出するタイヤ回転検出方法であって、
    前記タイヤの回転によって発生する法線加速度を電気信号に変換する法線加速度計測ステップと、
    一定サイクルのタイミングでその時の法線加速度の計測値を読み取る法線加速度読み取りステップと、
    各サイクルで読み取った法線加速度の計測値を第1の監視速度に対応する第1の閾値と比較する第1の比較ステップと、
    各サイクルで読み取った法線加速度計測値と前回のサイクルで読み取った法線加速度計測値との差をとってその絶対値を求める計測値差絶対値演算ステップと、
    前記法線加速度計測値差の絶対値を前記第1の監視速度より低い第2の監視速度に対応する第2の閾値と比較する第2の比較ステップと、
    前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値よりも大きいときは、条件的または無条件で、その比較結果が出た直後から一定時間の計時を開始または再開始する計時ステップと、
    前記第1の比較ステップで前記法線加速度計測値が前記第1の閾値より大きいとき、前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より大きいとき、または前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値より小さくても前記計時ステップの計時動作が未だ続いているときは、前記タイヤが回転しているとみなす第1の判定ステップと、
    前記第1の比較ステップで前記法線加速度計測値が前記第1の閾値よりも小さく、かつ前記第2の比較ステップで前記法線加速度計測値差の絶対値が前記第2の閾値よりも小さく、かつ前記計時ステップの計時動作が行われていないときは、前記タイヤが回転していないとみなす第2の判定ステップと
    を有するタイヤ回転検出方法。
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