JP4507729B2 - タイヤ空気圧モニター装置 - Google Patents

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Description

本発明は、送信機から送信された無線信号電波を受信する受信機からの受信電波に基づき各車輪位置を推定するタイヤ空気圧モニター装置の技術分野に属する。
従来のタイヤ空気圧モニター装置は、受信データを処理する受信手段は、１つの送信手段が電波を送信したとき、その電波によって受信アンテナに誘起される電圧パターンに基づいて、発信元の送信手段が設けられたタイヤを特定する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１７５７１１号公報
しかしながら、従来のタイヤ空気圧モニター装置にあっては、各送信機からの電波によって受信機で受ける電波強度の変化パターンと、予め記憶された電波強度の変化パターンと、を比較することで電波の送信元となる送信機の４輪位置を識別するという構成になっていたため、予め電波強度の変化パターンを記憶する際に想定したものと形状や材質の異なるタイヤやホイールが装着されると、同じ輪位置からの電波であっても電波強度の変化パターンが変わる場合があって、その結果、電波の送信元の４輪位置を識別できなくなる可能性がある、という問題があった。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、電波強度の変化パターンを予め記憶する必要がなく、形状や材質が異なる様々なタイヤやホイールが装着されても車輪位置を確実に推定することができるタイヤ空気圧モニター装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明では、車輪側に取り付けられ、検出したタイヤ空気圧情報を、固有に付与されたタイヤ識別番号と共に無線信号電波にて送信する送信機と、
車体側に取り付けられ、前記送信機から送信された無線信号電波を受信する受信機と、
前記受信機からの受信電波に基づき各車輪位置を推定し、各車輪位置のタイヤ識別番号を登録するタイヤ識別番号登録手段と、
を備えたタイヤ空気圧モニター装置において、
前記タイヤ識別番号登録手段は、無線信号電波が送信される車輪位置を、電波強度とタイヤ回転角度との相関性の程度に基づいて推定する手段であって、
データ収集部に記憶されている収集データから前記無線信号電波の受信回数をタイヤ識別番号毎に集計し、集計した結果を集計データとして記憶するデータ集計部と、
前記データ集計部に記憶されている集計データを、タイヤ回転角度でグループ化して相関比を求める相関演算部と、
を有することを特徴とするタイヤ空気圧モニター装置。
よって、本発明のタイヤ空気圧モニター装置にあっては、タイヤ識別番号登録手段において、無線信号電波が送信される車輪位置が、電波強度とタイヤ回転角度との相関性（再現性）の程度に基づいて推定される。すなわち、各輪が受ける電波強度状態はタイヤ回転角度に依存することと、各輪のタイヤが完全には同期しないで回転することから、ある輪位置からの電波による電波強度は、送信元のタイヤ回転角度とは強い相関が得られ、送信元でないタイヤ回転角度とは弱い相関が得られることによる。この結果、電波強度の変化パターンを予め記憶する必要がなく、形状や材質が異なる様々なタイヤやホイールが装着されても車輪位置を確実に推定することができる。
以下、本発明のタイヤ空気圧モニター装置を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例３に基づいて説明する。
まず、構成を説明する。
図１は実施例１のタイヤ空気圧モニター装置が適用されたタイヤ空気圧警報システムを示す全体図であり、実施例１のタイヤ空気圧警報システム100は、４輪各位置のタイヤ11,12,13,14に装着されたTPMS送信機21,22,23,24が、それぞれのタイヤ空気圧を測定し、タイヤ空気圧の低下が認められた場合に、表示器61よりタイヤ空気圧低下の警報と該当する輪位置を表示する機能を提供するものである。
具体的には、前記TPMS送信機21,22,23,24は、それぞれの輪位置にあるタイヤ11,12,13,14のタイヤ空気圧を計測し、計測で得られらタイヤ空気圧情報をTPMS送信機21,22,23,24に固有に付与されたタイヤ識別番号（以下、ID番号という。）情報とともに電気信号のベースバンド信号に変換し、さらにベースバンド信号で搬送波を変調して電波を送信する。ベースバンド信号のフォーマットや伝送路符号、搬送波の伝送方式や周波数および帯域、電波を送信する間隔は、決められた方式や値が用いられる。なお、ベースバンド信号にはタイヤ空気圧やID番号以外にタイヤ温度などの情報を含んでも構わない。
前記TPMS送信機21,22,23,24から送信された電波は、車両に取り付けられた受信アンテナ51及び受信機52で受信され、受信機52では予め決められた復調方式によって復調され、受信電波の強度を表すRSSI（Received Signal Strength Indicator）情報と、ベースバンド信号に含まれるタイヤ空気圧情報およびID番号情報とをコントローラ70に出力する。ここで、車体側の受信機52は、データ要求に応じて受信アンテナ51からトリガ波（例えば、2.4GHzの電波）を発信する回路を有し、前記車輪側のTPMS送信機21,22,23,24は、前記受信アンテナ51から発信したトリガ波により、電池を用いることなくタイヤ空気圧や温度情報をID番号と共に返信できる回路を有する。ここで、TPMSは、Tire Puressure Monitor System(タイヤ空気圧監視システム）の略称である。
さらに、各車輪には、車輪速センサ31,32,33,34とセンサロータ41,42,43,44とをそれぞれ対向して備えている。センサロータ41,42,43,44は、車軸（図示せず）に取り付けられ、同じ輪位置にあるタイヤ11,12,13,14と連動して回転する。センサロータ41,42,43,44の側面には、凹凸の歯が均等に刻まれており、車両に備え付けられる車輪速センサ31,32,33,34は、タイヤ11,12,13,14の回転によりセンサロータ41,42,43,44の歯が車輪速センサ31,32,33,34を横切るとパルス（以下、車輪速パルスという。）信号をコントローラ70に出力する。
前記コントローラ70は、受信機52から出力されるRSSI情報とID番号情報、および各車輪の車輪速センサ31,32,33,34から出力される車輪速パルス信号に基づいて、TPMS送信機21,22,23,24のID番号を輪位置毎に登録する機能を有している。そして、コントローラ70は、各輪位置のTPMS送信機21,22,23,24のID番号の登録が完了した後に、受信機52から出力されるID番号情報とタイヤ空気圧情報に基づいてタイヤ空気圧と該当の輪位置を監視する。そして、タイヤ空気圧の低下を検出した場合は、警報信号と該当する輪位置情報を表示器61に出力する。
表示器61では、コントローラ70から出力される警報信号と該当する輪位置情報に基づき運転者に対してタイヤ空気圧低下の有無を表示し、低下有りの場合は該当する輪位置を表示する。
図２は実施例１におけるコントローラ部の詳細構成を示すブロック図である。なお、図１と重複する構成については同じ番号を付与し、説明は省略する。
前記コントローラ70は、A/D変換部72と、車輪速パルス計数部71と、回転パラメータ演算部79と、データ収集部73と、データ集計部74と、相関演算部75と、ID学習部76と、受信データ輪位置検出部77と、タイヤ空気圧低下検出部78と、を備えている。
前記A/D変換部72は、受信機52から出力されるRSSI情報のアナログ量をデジタル量に変換する。
前記車輪速パルス計数部71は、各車輪速センサ31,32,33,34から出力される車輪速パルスの数を各輪毎に独立してカウントし、各輪の車輪速パルスをカウンタした値CNTFL,CNTFR,CNTRL,CNTRRと、それらの値CNTFL,CNTFR,CNTRL,CNTRRをタイヤ１回転当たりに車輪速センサ31,32,33,34が出力する車輪速パルスの数Nで割った剰余MODFL,MODFR,MODRL,MODRRと、を出力する。
前記回転パラメータ演算部79は、車輪速パルス計数部71から出力されるCNTFL,CNTFR,CNTRL,CNTRRの値に基づいて、回転パラメータW0を、
W0＝(CNTFL+CNTFR+CNTRL+CNTRR)／４N
の式により計算し、出力する。
前記データ収集部73は、回転パラメータ演算部79から出力される回転パラメータW0と、受信機52から出力されるID番号情報と、車輪速パルス計数部71から出力される剰余MODFL,MODFR,MODRL,MODRRと、A/D変換部72から出力されるRSSIデジタル情報と、を同期して収集する。
前記データ集計部74は、データ収集部73の収集データについて、受信回数をID番号毎に集計して結果を記憶する。
前記相関演算部75は、データ集計部74に記憶された集計データにおいて、規定回数以上受信したID番号について、ID番号毎にデータ収集部73に収集された収集データを検索し、RSSIを剰余MODFL,MODFR,MODRL,MODRRのそれぞれの値に基づいてグループ化したRSSIの相関比を計算する。
前記ID学習部76は、相関演算部75で求めたRSSIの相関比に基づいてID番号の付与されたTPMS送信機21,22,23,24の輪位置を学習する。
前記受信データ輪位置検出部77は、受信機52から出力されるID番号情報と、ID学習部76に記憶されているID学習情報と、を照応することによって受信したID番号の輪位置を検出する。
前記タイヤ空気圧低下検出部78は、受信機52から出力されるタイヤ空気圧情報と、受信データ輪位置検出部77から出力される輪位置情報と、に基づいて、各輪位置のタイヤ空気圧を監視し、タイヤ空気圧の低下が認められた場合に表示器61に警報信号と該当する輪位置を出力する。さらに、ID学習部76において、相関比を計算した結果に基づいて、輪位置に該当する電波が受信されないと判断した場合、表示器61に警告信号を出力する機能を持つ。
次に、作用を説明する。
［タイヤ空気圧モニター処理］
図３〜図６はコントローラ70にて実行されるタイヤ空気圧モニター処理の流れを示すフローチャートであり、以下、データ収集処理、データ集計処理、相関処理、ID学習処理、タイヤ空気圧低下警報処理のそれぞれについて説明する。
＊データ収集処理
イグニッションオンにより開始されるデータ収集処理を図３に示すフローチャートにより説明する。つまり、モニター開始時点は、この場合、イグニッションオン時となる。ステップS2では、データ収集部73において受信回数カウンタの値CNTIDを初期化し、車輪速パルス計数部71において車輪速パルスカウンタの各値CNTFL,CNTFR,CNTRL,CNTRRを初期化する。
そして、車輪速パルス計数部71は、FL輪の車輪速センサ41から出力される車輪速パルス信号を検出すると（ステップS12-1）、FL輪の車輪速パルスカウンタの値CNTFLをインクリメントし（ステップS14-1）、さらに、FL輪の車輪速パルスカウンタの値CNTFLをタイヤ１回転当たりにFL輪の車輪速センサ41が出力する車輪速パルスの数Nで割った余りを求め、その値をFL輪の剰余値MODFLに代入する（ステップS16-1）。そして、ステップS12-1に戻りステップS14-1→ステップS16-1を繰り返し実施する。
FL輪以外の輪、すなわち、FR輪、RL輪、RR輪についても、それぞれの輪の車輪速センサ32,33,34から出力される車輪速パルス信号に従って、FL輪と同様の操作を行う（FR輪：ステップS12-2、ステップS14-2、ステップS16-2、RL輪：ステップS12-3、ステップS14-3、ステップS16-3、RR輪：ステップS12-4、ステップS14-4、ステップS16-4）。
ステップS22では、ステップS2での初期化を終えるとデータ収集部73において、受信機52から出力されるID番号情報の検出有無を判断し、ID番号情報の検出するとステップS24へ移行する。
ステップS24では、後述するがデータ収集部73に記憶されている図７の如き収集データのID番号列の中から、検出したID番号と一致する行を検索し、検索された行に属してW2列で最大となるW2の値を読み出して、その値をW1に代入し、ステップS26へ移行する。もし、収集データに該当するID番号が存在しない場合、W1に0を代入する。
ステップS26では、回転パラメータ演算部79から出力される回転パラメータの値W0をW2に代入し、ステップS28へ移行する。
ステップS28では、W2−W1の値を計算し、その値がΔW(例えば1.0)より大かどうか判断し、W2−W1>ΔWであればステップS30へ移行する。
ステップS30では、ステップS28でのW2−W1>ΔWであるとの判断に基づき、検出したIDの電波で前回受信したときと今回受信したときの間でタイヤが十分回転していると見なして、W2の値と、ID番号と、車輪速パルス計数部71から出力される剰余の各値MODFL、MODFR、MODRL、MODRRと、A/D変換部72から出力される電波強度RSSIの値と、をデータ収集部73の収集データに記憶し、ステップS32へ移行する。
ステップS32では、ステップS30での収集データの記憶に引き続き、受信回数カウンタCNTIDをインクリメントし、ステップS34へ移行する。
ステップS34では、受信回数がL回（例えば、800回程度）に達したか否かが判断され、Yesの場合はステップS36へ移行し、Noの場合はステップS22へ戻る。ステップS36では、W2の値がW（例えば、800程度）に達したか否かが判断され、Yesの場合はステップS42へ移行し、Noの場合はステップS22へ戻る。
つまり、ステップS22〜ステップS32は、受信回数がL回（例えば、800回程度）に達し、かつ、W2の値がW（例えば、800程度）に達するまで実施される。ステップS22〜ステップS36が実施された結果、データ収集部73の収集データには、例えば、図7に示す如きデータが記憶されている。ステップS34およびステップS36の条件を満たしたらデータ収集を終了し、データ集計処理S42へ進む。
ここで、実施例１では、後述するIDの学習時間までの必要時間をより短縮するため、イグニッションオン後、受信機52側からのトリガ波を、要求される受信回数（例えば、800回程度）に達するまで繰り返し発信し、短い時間でデータを収集する。
＊データ集計処理
図４(a)のステップS42ではデータ集計処理が行われる。このデータ集計処理は、データ集計部74において、データ収集部73に記憶されている収集データから受信回数をID毎に集計し、集計した結果をデータ集計部74の集計データに記憶する。このデータ集計処理の結果、データ集計部74には、例えば、図８に示す如きデータが記憶される。そして、データ集計処理（ステップS42）が終了したら相関処理（ステップS50）へ進む。
＊相関処理
図４(a)のステップS50では相関処理が行われる。この相関処理（S50）の動作については図５(a)に示すサブフローチャートを用いて説明する。
ステップS52では、相関演算部75において、データ集計部74に記憶されている集計データを参照して、前記無線信号電波の受信回数が規定回数（例えば、10回）に達しているID番号を取り出し、ステップS54へ移行する。なお、取り出したID番号は、番号の小さい順にID(1),ID(2),ID(k),…,ID(M)とする。ここで、Mは前記無線信号電波の受信回数が規定回数に達したID番号の数である。
ステップS54では、相関演算部75において、IDカウンタの値（k）を１にセットし、ステップS56へ移行する。
ステップS56では、データ収集部73に記憶されている収集データのID番号列でID(1)と一致する行全てのMODFL,RSSIの値を取り出す。この操作を実施した結果、ID番号がID(1)の電波に関する図９(a)に示す如きデータが得られる。MODFL,RSSIの値を取り出したらステップS58の相関比演算処理へ進む。
相関比計算処理（ステップS58）の動作については、図５(b)に示すサブフローチャートを用いて説明する。なお、前のステップで得られたデータの構成要素を図９(b)のように表現する。
ステップS84では、MODの値は0からN-1までの値を取り得るので、MODの変動範囲をg個の群に分割し、第ｊ群（j=1,…,g）に属するMODの範囲Xjを（1）式とする。
Figure 0004507729
そして、データの構成要素であるMOD(i）を(1)式に従って分類する。
その結果、第j群に該当したとすると(ステップS86)、データの構成要素でMOD（i）と対をなすRSSI（i）を第j群に組分けする（ステップS88）。M組あるデータの構成要素を分類して第ｊ群（j=1,…,g）にmj個のデータが含まれるとすると、mjとMとは(2)式の関係で結ばれる。
Figure 0004507729
そして、第j群に組分けしたmj個のRSSIのサンプルデータを{RSSIj(i)|i=1,2,…,mj}と表現すると（ステップS90）、第ｊ群（j=1,2,…,g）の電波強度の平均値〈RSSIj〉を(3)式により計算する（ステップS92）。
Figure 0004507729
そして、全体の電波強度の平均値〈RSSI〉を(4)式により計算する（ステップS94）。
Figure 0004507729
そして、群間分散VBを(5)式より算出し（ステップS96）、総分散VTを(6)式より算出する（ステップS98）。(例えば、「数量化法の基礎」、岩坪秀一著、朝倉書店、参照)
Figure 0004507729
そして、相関比の２乗（η2）を(7)式により計算し（ステップS100）、相関比計算処理のサブフローチャートを終了する。
Figure 0004507729
図５(a)のステップS60では、図５(b)のサブフローチャートで得られた相関比の計算処理結果を、相関演算部75の相関比データに記憶する。また、ステップS56〜ステップS60において、FL輪のデータに対して実施していた同様な操作をFR輪,RL輪,RR輪についても実施する（ステップS62〜ステップS78）。
さらに、ステップS80において、ｋ＝Ｍではないと判断されると、ステップS82において、ｋ＝ｋ＋１とされステップS56へ戻る。つまり、ID(1)について行われていたステップS56〜ステップS78の操作が、ID(2),ID(3),…,ID(M)に対してもに実施する（ステップS56〜ステップS78,ステップS80,ステップS82）。
このM個あるID番号と4輪分の車輪速パルスカウンタの値のグループ化の組合せで合計4×M個分の相関比の計算が終了したら相関処理のサブフローを終了してメインフローに戻る。相関処理（ステップS50）が行われた結果、相関比演算部75の相関比データには、図１０に示す如き相関比データが記憶される。そして、相関処理（ステップS50）が終了したらID学習処理（ステップS110）へ進む。

＊ID学習処理
図４(a)のステップS110ではID学習処理が行われる。このID学習処理の動作については図６に示すサブフローチャートを用いて説明する。
ステップS112では、ID学習部76において、相関演算部75に記憶されている図１０に示す如き相関比データからID番号の列とFL輪相関比の列（ηFL 2列）とを検索して、ηFL 2の値が最大となるID番号とそのηFL 2値を取り出し、ステップS114へ移行する。
ステップS114では、ステップS112での相関比の値がγ（例えば、0.9）以上かどうか判断し、条件に合致する場合は、取り出したID番号をFL輪のID番号としてID登録データに記憶する（ステップS116）。合致しない場合はTPMS送信機がタイヤに装着されていない可能性があるとして表示器61に警告信号を出力する(ステップS118)。
そして、FL輪に対して行われたステップS112〜ステップS118と同様の操作を、FR輪、FR輪、RR輪についても実施し(ステップS120,ステップS122,ステップS124)、ID学習処理のサブフローチャートを終了する。ID学習処理（S110）が行われた結果、ID学習部（76）のID登録データには、図１１の如きデータが記憶されている。このID学習処理（ステップS110）が終了したら、メインフローチャートへ戻る。
＊タイヤ空気圧低下警報処理
図４(b)のフローチャートによりタイヤ空気圧低下警報処理が行われる。ステップS132では、受信データ輪位置検出部77において、受信機52から出力されるID番号の検出有りか無しを判断し、ID番号の検出有りと判断するとステップS134へ移行する。
ステップS134では、検出したID番号をID学習部76に記憶されているID登録データと照合し、次のステップS134では、検出したID番号は登録済みのIDか否かが判断され、登録されているいずれかの輪のID番号と合致する場合は、ステップS138へ進み、そのID番号の輪位置情報をタイヤ空気圧低下検出部78に出力する。ステップS134の判断にて検出したID番号が登録されているいずれかの輪のID番号と合致しない場合は、他車輪の情報もしくはスペアタイヤの情報であると判断してステップS132に戻る。
ステップS140では、タイヤ空気圧低下検出部78において、受信データ輪位置検出部77から出力される輪位置情報と受信機52から出力されるタイヤ空気圧情報を取り込み、次のステップS142では、タイヤ空気圧に低下がないか判断する。
ステップS144では、ステップS142においてタイヤ空気圧低下であると判断した場合、表示器61に警報信号と該当する輪位置情報とを出力し、再びステップS132に戻ってステップS132以下のフローを繰り返し、ステップS142にてタイヤ気圧が正常と判断された場合は再びステップS132に戻ってステップS132以下のフローを繰り返す。
［車輪位置推定の原理］
まず、タイヤ11,12,13,14に装着されたTPMS送信機21,22,23,24から送信された電波は直接伝わる直接波と、路面や車両（タイヤ、ホイール含む）などに反射して伝わる反射波とによって伝搬されるが、それらは空間を伝搬する際に減衰する伝搬減衰、路面および車両に反射する際に生ずる反射減衰、車両などの障害物を透過する際に生ずる透過減衰、直接波と反射波の位相差に起因して生ずる多重伝搬干渉などの影響を受けて受信アンテナ51に入力する。
このため、受信アンテナ51で受ける電波強度RSSIの状態は、TPMS送信機21,22,23,24と車両と受信アンテナ51の相対的位置関係でおおよそ決まり、それは電波の送信元のTPMS送信機21,22,23,24が取り付けられたタイヤ11,12,13,14の回転角度（以下、タイヤ回転角度）で指定できる。
図１２(a)〜図１２(d)は、車両に固定された受信アンテナ51で受ける電波強度RSSIのタイヤ回転角度依存性を示すデータである。TPMS送信機21,22,23,24の輪位置は、図１２(a)がFL輪、図１２(b)がFR輪、図１２(c)がRL輪、図１２(d)がRR輪としたものである。これらのデータから、いずれの輪位置にあるTPMS送信機21,22,23,24からの電波であっても、電波強度RSSIがタイヤ回転角度に強く依存することが分かる。
ところで、自動車は一般にタイヤが各輪独立して回転する構成を採っており、各車輪間のタイヤは完全に同期することなく回転すると考えられる。図１３は、一般路を走行したときのFL輪のタイヤ回転角度と他輪、すなわち、FR輪、RL輪およびRR輪のタイヤ回転角度との差を示したものである。いずれの輪もFL輪のタイヤ回転数の増加に伴ってタイヤ回転角度の差が変化しており、各輪のタイヤは完全には同期しないで回転していることが分かる。
上記通り、電波強度RSSIがタイヤ回転角度に依存することと、各輪のタイヤが完全には同期しないで回転することとから、ある輪位置からの電波による電波強度RSSIは、送信元のタイヤ回転角度とは強い相関が得られ、送信元でないタイヤ回転角度とは弱い相関が得られること予想できる。
図１４(a)〜図１４(d)は、FL輪からの電波による電波強度RSSIと各輪のタイヤ回転角度との散布図を、図１３のデータを使ってシミュレーションした結果である。FL輪からの電波による電波強度RSSIは、FL輪のタイヤ回転角度との間で再現性の高い散布図（図１４(a)）を描画するが、FL輪以外の輪（FR輪、RL輪、RR輪）のタイヤ回転角度との間では、再現性の低いばらつきのある散布図（図１４(b),図１４(c),図１４(d))を描画することが分かる。
このような性質を利用すると、ある輪位置からの電波をその電波強度RSSIと各輪のタイヤ回転角度との散布図（相関図）を描画して、ある特定の輪のタイヤ回転角度と高い再現性（相関性）が得られる輪位置があれば、その輪位置を電波の送信元の輪位置として推定することができる。
このような散布図（相関図）における再現性（相関性）の強さを数量化するのに実施例１では相関比を用いている。ちなみに、図１４(a),図１４(b),図１４(c),図１４(d)について相関比を計算すると、図１４(a)では0.989、図１４(b)では0.373、図１４(c)では0.247、図１４(d)では0.211となり、再現性の程度を定量化できることがわかる。
［ID登録作用］
まず、電波の送信元の４輪位置を推定するID登録作用において、従来技術では、予め記憶した（過去の）電波強度と現在の電波強度とのパターン一致性を利用するのに対して、本発明の実施例１では、現在の電波強度と現在のタイヤ回転角度との相関性（再現性）を利用する点で相違する。すなわち、実施例１では、下記に述べるID登録作用が実行される。
まず、データ収集部73において、図３のフローチャートに示す処理が実行され、相関性を調べるデータとして、ID番号と電波強度RSSIと各車輪分のタイヤ回転角度とが同期して収集される。
ここで、各車輪分のタイヤ回転角度は、モニター開始時点から継続してカウントされた車輪速パルスカウンタ値CNTFL,CNTFR,CNTRL,CNTRRを、タイヤ１回転当たりに車輪速センサ31,32,33,34が出力する車輪速パルスの数Nで割った剰余MODFL,MODFR,MODRL,MODRRにより求められる。例えば、車輪速センサ31,32,33,34が出力する車輪速パルス数Nが44（＝センサロータ歯数）で、車輪速パルスカウンタ値が150の場合、剰余は18であり、この18はカウント開始時点の歯から18歯だけ進んだ回転角度位置となる。
しかも、データ収集部73は、受信回数がL回（設定回数：例えば、400回）に達するまでデータ収集を実施し、例えば、図７に示すようなデータを収集する。
次に、データ集計部74において、図４(a)のステップS42の処理が実行され、データ収集部73に記憶されている収集データから受信回数をID番号毎に集計し、集計した結果を図８に示すように、集計データとして記憶する。
次に、相関演算部75において、図４(a)のステップS50（図５(a),(b)に示すサブフローチャート）の処理が実行され、前記データ集計部74に記憶されている集計データを、タイヤ回転角度(MOD)でグループ化して相関比を求める。
つまり、相関演算部75は、前記データ収集部74に記憶されている収集データを参照して、前記無線信号電波の受信回数が規定回数（例えば、10回）に達しているID番号を取り出し、かつ、取り出した各ID番号毎に全ての剰余MODFL,MODFR,MODRL,MODRRと電波強度RSSIの値を取り出して相関比演算のデータとする。例えば、図９(a)は相関演算部75にて取り出されたID(1)に関するデータ構成例であり、図９(b)はID(1)に関するデータのうち剰余MODFLについて番号順に並べて電波強度RSSIの値と対比させたデータ例である。
そして、相関演算部75は、各ID番号に対する各輪の相関比データとして、タイヤ回転角度(MOD)の変動範囲を複数の群（例えば、g個）に分け、各群での電波強度RSSIjの平均値〈RSSIj〉と全体の電波強度の平均値〈RSSI〉とを用い、群間分散VBと総分散VTを算出し、群間分散VBを総分散VTにて除算することで相関比の２乗の値（η2）を求める。そして、図１０に示すように、各ID番号に対する各輪の相関比データを記憶する。
次に、ID学習部76において、図４(a)のステップS110（図６に示すサブフローチャート）の処理が実行され、前記相関演算部75に記憶されている相関比データから、ID番号に対し相関比の２乗の値が最大となるものを取り出し、相関比の２乗の値が設定値γ（例えば、0.9）以上である場合、そのID番号を相関比が最大となる車輪のID番号として、例えば、図１１に示すように、ＩＤ登録データに記憶する。
したがって、予め電圧パターンを記憶する際に想定した受信アンテナ51の位置や向きが経時変化で変わったり、車両形状が左右対称で受信アンテナ51が対称の軸の近辺に置かれて左右双方の車輪位置にあるTPMS送信機21,22,23,24からの電波によって受信機52に誘起されるそれぞれの電圧パターンが完全に同じになったりする場合でも、受信データの送信元となるTPMS送信機21,22,23,24の車輪位置を識別することができる。さらに、スペアタイヤから送信された電波のID番号や、隣接する車両のTPMS送信機から送信された電波のID番号を誤って登録することが避けられる。
［タイヤ空気圧低下警報作用］
タイヤ空気圧低下警報作用は、図４(b)のフローチャートにより実行されるもので、受信データ輪位置検出部77にて受信機52から出力されるID番号の検出有りと判断されると、検出したID番号をID学習部76に記憶されているID登録データと照合し、登録されているいずれかの輪のID番号と合致する場合は、そのID番号の輪位置情報をタイヤ空気圧低下検出部78に出力する。一方、検出したID番号が登録されているいずれかの輪のID番号と合致しない場合は、他車輪の情報もしくはスペアタイヤの情報であると判断し、受信機52から出力されるID番号の検出判断に戻る。
そして、タイヤ空気圧低下検出部78において、受信データ輪位置検出部77から出力される輪位置情報と受信機52から出力されるタイヤ空気圧情報を取り込み、タイヤ空気圧に低下がないか判断し、タイヤ空気圧低下であると判断した場合には、表示器61に警報信号と該当する輪位置情報とを出力する。
したがって、上記電波強度とタイヤ回転角度との相関性（再現性）の程度に基づく車輪位置の推定により誤登録が無く精度の高いID登録に基づき、例えば、走行中においてタイヤ空気圧低下した場合には、どの車輪のタイヤ空気圧が低下しているかを、表示器61からの警報信号と車輪位置情報により、ドライバや乗員に対して速やかに知らせることができる。
次に、効果を説明する。
実施例１のタイヤ空気圧モニター装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
(1) 車輪側に取り付けられ、検出したタイヤ空気圧情報を、固有に付与されたタイヤ識別番号と共に無線信号電波にて送信する送信機と、車体側に取り付けられ、前記送信機から送信された無線信号電波を受信する受信機と、前記受信機からの受信電波に基づき各車輪位置を推定し、各車輪位置のタイヤ識別番号を登録するタイヤ識別番号登録手段と、を備えたタイヤ空気圧モニター装置において、前記タイヤ識別番号登録手段は、無線信号電波が送信される車輪位置を、電波強度とタイヤ回転角度との相関性の程度に基づいて推定するため、電波強度の変化パターンを予め記憶する必要がなく、形状や材質が異なる様々なタイヤやホイールが装着されても車輪位置を確実に推定することができる。
(2) 前記タイヤ識別番号登録手段は、相関性を調べるデータを、タイヤ識別番号と電波強度と各車輪分のタイヤ回転角度とを同期して収集するデータ収集部73を有するため、車輪位置をあらわすタイヤ識別番号と、相関性を判断するための電波強度とタイヤ回転角度とを、車輪位置の推定精度を確保するのに必要な不離一体のデータとして収集することができる。
(3) 前記タイヤ識別番号登録手段のデータ収集部73は、各車輪分のタイヤ回転角度を、モニター開始時点から継続して車輪速パルスカウンタの値CNTFL,CNTFR,CNTRL,CNTRRを、タイヤ１回転当たりに車輪速センサ31,32,33,34が出力する車輪速パルスの数Nで割った剰余MODFL,MODFR,MODRL,MODRRにより求めるため、タイヤ回転角度を検出するセンサを別途付加することなく、車輪速センサ31,32,33,34の持つパルス数による角度分解能にて精度良くタイヤ回転角度情報を得ることができる。
(4) 前記タイヤ識別番号登録手段のデータ収集部73は、前記無線信号電波の受信回数が設定回数に達するまでデータ収集を実施するため、相関性の判断により高い車輪位置の推定精度を確保するのに必要なデータ収集を行うことができる。
(5) 前記タイヤ識別番号登録手段は、データ収集部73に記憶されている収集データから前記無線信号電波の受信回数をタイヤ識別番号毎に集計し、集計した結果を集計データとして記憶するデータ集計部74を有するため、タイヤ識別番号毎に相関性の判断に必要なデータ量を持っているかを容易にチェックすることができる。
(6) 前記タイヤ識別番号登録手段は、前記データ集計部74に記憶されている集計データを、タイヤ回転角度でグループ化して相関比を求める相関演算部75を有するため、電波強度の変化と各輪のタイヤ回転角度との相関を数量化でき、効率的に４輪の位置推定の判定を行うことができる。
(7) 前記タイヤ識別番号登録手段の相関演算部75は、前記データ集計部74に記憶されている集計データを参照して、前記無線信号電波の受信回数が規定回数に達しているタイヤ識別番号を取り出し、かつ、取り出した各タイヤ識別番号毎に全てのタイヤ回転角度と電波強度の値を取り出して相関比演算のデータとするため、精度の高い４輪の位置推定の判定を行うことができる。
(8) 前記タイヤ識別番号登録手段の相関演算部75は、各タイヤ識別番号に対する各輪の相関比データとして、タイヤ回転角度(MOD)の変動範囲を複数の群（例えば、g個）に分け、各群での電波強度RSSIjの平均値〈RSSIj〉と全体の電波強度の平均値〈RSSI〉とを用い、群間分散VBと総分散VTを算出し、群間分散VBを総分散VTにて除算することで相関比の２乗の値（η2）を求めるため、電波強度の変化と各輪のタイヤ回転角度との相関性（再現性）を数量化した値によりあらわすことができる。
(9) 前記タイヤ識別番号登録手段は、相関演算部75に記憶されている相関比データから、タイヤ識別番号に対し相関比の２乗の値が最大となるものを取り出し、相関比の２乗の値が設定値以上である場合、その識別番号を相関比が最大となる車輪の識別番号としてＩＤ登録データに記憶するID学習部76を有するため、簡単な２つの値の比較判断により、精度の高い各車輪のＩＤ登録データを得ることができる。
(10) 前記車体側の受信機52は、データ要求に応じて受信アンテナ51からトリガ波を発信する回路を有し、前記車輪側のTPMS送信機21,22,23,24は、前記受信アンテナ51から発信したトリガ波により、電池を用いることなくタイヤ空気圧や温度情報をID番号と共に返信できる回路を有するため、短時間にて、しかも、電池寿命を考慮することなく、精度の高い車輪位置の推定に必要な大量のデータ収集を達成することができる。
実施例２は、バッテリを用いた送信機自体にて信号を発生し、停車時や走行時に決まった周期にて圧力データ等を送信するタイヤ空気圧センサを用いた例である。
まず、構成を説明すると、図１５に示すように、タイヤ空気圧センサ(FL)21と、タイヤ空気圧センサ(FR)22と、タイヤ空気圧センサ(RL)23と、タイヤ空気圧センサ(RR)24と、車輪速センサ(FL)31と、車輪速センサ(FR)32と、車輪速センサ(RL)33と、車輪速センサ(RR)34と、受信アンテナ51と、受信機52と、表示器61と、コントローラ70と、を備えている。
前記タイヤ空気圧センサ21,22,23,24は、ホイールのバルブ部に取り付けられ、バッテリ、圧力センサ、遠心力スイッチ、送信機、ＩＣ等を有し、遠心力スイッチからのスイッチ信号に基づいて信号を発生し、この信号により、停止時を含む設定車速以下の低速走行中には長い時間間隔で、設定車速を超える走行中は短い時間間隔というように、バッテリ消費を抑えながらタイヤ空気圧情報をID情報と共に送信する。
前記コントローラ70は、I/Oインタフェース部81と、A/D部82と、CPU83と、ROM84と、RAM85と、EEPROM86と、を有し、前記RAM85には、実施例１の回転パラメータ演算部79、データ収集部73、データ集計部74、相関演算部75にの一部あるいは全部に相当する測定データ記録部91と、集約データ記録部92と、演算結果記録部93と、を有する。なお、他の構成は実施例１と同様であるので対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
次に、作用を説明すると、実施例２のタイヤ空気圧モニター装置では、実施例１と比べると、相関を判断するのに必要とするデータを収集するのに長い時間の走行を要することになる。そこで、IDの学習時間をより短縮するには、上記(1)式で与える分割の数(g)を小さく（例えば、半分にする。）して、さらに、図３のフローチャートにおけるステップS34のLの値を小さく（例えば、半分にする。）することにより可能になる。他の作用は実施例１と同様であるため説明を省略する。
次に、効果を説明する。
実施例２のタイヤ空気圧モニター装置にあっては、実施例１の(1)〜(9)の効果に加えて、下記の効果を得ることができる。
(11) 前記車輪側の送信機であるタイヤ空気圧センサ21,22,23,24は、バッテリ電源を用いてタイヤ空気圧情報をタイヤ識別番号と共に所定の周期にて送信するため、既存であり、一般的なタイヤ空気圧センサ21,22,23,24を用いながらも、送信元である車輪位置を、電波強度とタイヤ回転角度との相関性の程度に基づいて推定することができる。
以上、本発明のタイヤ空気圧モニター装置を実施例１および実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これら実施例１および実施例２に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
実施例２では、ID学習時間の短縮方法として、(1)式で与える分割の数(g)を小さくしたり、収集するデータ数となるLの値を小さくする例を示したが、例えば、タイヤ回転角度(360°)を、相関性の判断ができる一定幅の角度により複数の領域に分割し、各分割した領域のうち、データ偏在性により一つの領域に含まれるデータ数が所定数に達した時点で相関性の判断を実行するようにしてもID学習時間を短縮することができる。
実施例１，２では、４つの車輪を有する車両のタイヤ空気圧モニター装置を示したが、２輪や３輪や５輪以上の車輪を有する車両にも適用することができる。
実施例１のタイヤ空気圧モニター装置が適用されたタイヤ空気圧警報システムを示す全体図である。 実施例１のタイヤ空気圧モニター装置を示すブロック図である。 実施例１のコントローラにて実行されるデータ収集処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のコントローラにて実行されるデータ集計処理・相関処理・ID学習処理・タイヤ空気圧低下警報処理の流れを示すメインフローチャートである。 実施例１のコントローラにて実行される相関処理および相関比計算処理の流れを示すサブフローチャートである。 実施例１のコントローラにて実行されるID学習処理の流れを示すサブフローチャートである。 実施例１のデータ収集部に記憶されている収集データ例を示す図である。 実施例１のデータ集計部に記憶されている集計データ例を示す図である。 実施例１の相関比演算部にて取り出されたID(1)に関するデータ例およびこれをタイヤ回転角度をあらわす剰余の順に整列させたデータ例を示す図である。 実施例１の相関比演算部にて演算された結果が記憶されている相関比データ例を示す図である。 実施例１のID学習部にて学習した結果が記憶されているID登録情報の構成例を示す図である。 実施例１の４輪各輪についてタイヤ回転角度に対する電波強度の相関特性の一例を示す図である。 実施例１の左前輪のタイヤ回転の回数に対して他輪のタイヤ回転角度の差が変化する特性を示す図である。 実施例１の４輪各輪についてタイヤ回転角度に対する左前輪からの電波強度の相関特性の一例を示す図である。 実施例２のタイヤ空気圧モニター装置を示すブロック図である。
符号の説明
100 タイヤ空気圧警報システム
11,12,13,14 ４輪各位置のタイヤ
21,22,23,24 TPMS送信機
31,32,33,34 車輪速センサ
41,42,43,44 センサロータ
51 受信アンテナ
52 受信機
61 表示器
70 コントローラ
71 車輪速パルス計数部
72 A/D変換部
73 データ収集部
74 データ集計部
75 相関演算部
76 ID学習部
77 受信データ輪位置検出部
78 タイヤ空気圧低下検出部
79 回転パラメータ演算部

Claims (9)

  1. 車輪側に取り付けられ、検出したタイヤ空気圧情報を、固有に付与されたタイヤ識別番号と共に無線信号電波にて送信する送信機と、
    車体側に取り付けられ、前記送信機から送信された無線信号電波を受信する受信機と、
    前記受信機からの受信電波に基づき各車輪位置を推定し、各車輪位置のタイヤ識別番号を登録するタイヤ識別番号登録手段と、
    を備えたタイヤ空気圧モニター装置において、
    前記タイヤ識別番号登録手段は、無線信号電波が送信される車輪位置を、電波強度とタイヤ回転角度との相関性の程度に基づいて推定する手段であって、
    データ収集部に記憶されている収集データから前記無線信号電波の受信回数をタイヤ識別番号毎に集計し、集計した結果を集計データとして記憶するデータ集計部と、
    前記データ集計部に記憶されている集計データを、タイヤ回転角度でグループ化して相関比を求める相関演算部と、
    を有することを特徴とするタイヤ空気圧モニター装置。
  2. 請求項１に記載されたタイヤ空気圧モニター装置において、
    前記タイヤ識別番号登録手段は、相関性を調べるデータを、タイヤ識別番号と電波強度と各車輪分のタイヤ回転角度とを同期して収集するデータ収集部を有することを特徴とするタイヤ空気圧モニター装置。
  3. 請求項２に記載されたタイヤ空気圧モニター装置において、
    前記タイヤ識別番号登録手段のデータ収集部は、各車輪分のタイヤ回転角度を、モニター開始時点から継続して車輪速パルスをカウントした値を、タイヤ１回転に車輪速センサが出力する車輪速パルスの数で割った剰余により求めることを特徴とするタイヤ空気圧モニター装置。
  4. 請求項２または請求項３に記載されたタイヤ空気圧モニター装置において、
    前記タイヤ識別番号登録手段のデータ収集部は、前記無線信号電波の前記無線信号電波の受信回数が設定回数に達するまでデータ収集を実施することを特徴とするタイヤ空気圧モニター装置。
  5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載されたタイヤ空気圧モニター装置において、
    前記タイヤ識別番号登録手段の相関演算部は、前記データ集計部に記憶されている集計データを参照して、前記無線信号電波の受信回数が規定回数に達しているタイヤ識別番号を取り出し、かつ、取り出した各タイヤ識別番号毎に全てのタイヤ回転角度と電波強度の値を取り出して相関比演算のデータとすることを特徴とするタイヤ空気圧モニター装置。
  6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載されたタイヤ空気圧モニター装置において、
    前記タイヤ識別番号登録手段の相関演算部は、各タイヤ識別番号に対する各輪の相関比データとして、タイヤ回転角度の変動範囲を複数の群に分け、各群での電波強度の平均値と全体の電波強度の平均値とを用い、群間分散と総分散を算出し、群間分散を総分散にて除算することで相関比の２乗の値を求めることを特徴とするタイヤ空気圧モニター装置。
  7. 請求項６に記載されたタイヤ空気圧モニター装置において、
    前記タイヤ識別番号登録手段は、相関演算部に記憶されている相関比データから、タイヤ識別番号に対し相関比の２乗の値が最大となるものを取り出し、相関比の２乗の値が設定値以上である場合、その識別番号を相関比が最大となる車輪の識別番号としてＩＤ登録データに記憶するID学習部を有することを特徴とするタイヤ空気圧モニター装置。
  8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載されたタイヤ空気圧モニター装置において、
    前記車体側の受信機は、データ要求に応じてアンテナからトリガ波を発信する回路を有し、前記車輪側の送信機は、前記アンテナから発信したトリガ波により、電池を用いることなくタイヤ空気圧情報をタイヤ識別番号と共に返信できる回路を有することを特徴とするタイヤ空気圧モニター装置。
  9. 請求項１乃至７の何れか１項に記載されたタイヤ空気圧モニター装置において、
    前記車輪側の送信機は、バッテリ電源を用いてタイヤ空気圧情報をタイヤ識別番号と共に所定の周期にて送信することを特徴とするタイヤ空気圧モニター装置。
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