JP5298607B2 - タイヤ空気圧モニタ装置、その制御方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、車両タイヤの空気圧を測定して異常を報知するタイヤ空気圧モニタなどの車載用無線装置に関する発明であり、特に回転するホイールに設置されたタイヤ側送信機が、より確実に通信できる回転位置に来た際に送信するよう制御を行うものである。

近年、走行に際しての安全性からタイヤの適正な空気圧や温度を計測し、タイヤ空気圧や温度の異常を検出した際には、車載の無線機に送信して警告音を発したり、ディスプレイに警告灯を点けるなどを行うタイヤ空気圧モニタ装置（以下、ＴＰＭＳと略記）が普及し始めている。特に、米国などでは法律によりＴＰＭＳの装備が義務付けられている。

日本でも従来より走行前の事前点検項目として、タイヤ空気圧の点検の効果が広く知られているが、適正なタイヤ空気圧で走行することによる燃費の改善効果や、走行中の事故防止に対する安全意識の向上によりＴＰＭＳに対する関心が高まってきつつある。

これまでに実用化されているＴＰＭＳでは、各タイヤに設置するタイヤ側無線機と、車体側に設置する車載無線機とから構成されるものが一般的である。タイヤ側無線機は、タイヤの空気圧や温度を計測するセンサ部と計測結果を送信する無線部、センサ部や無線部に電源を供給する電池部を備える。

車載無線機は大きく分けて、タイヤを囲う車体側のホイールハウス部分に設置して、タイヤ側無線機に通信のタイミングを知らせる長波電波（以下、ＬＦ電波）を送信するトランスポンダ部と、タイヤ側無線機の計測値を受信してタイヤ状態を表示する表示機や車全体の中央制御装置（以下、ＥＣＵ）に入力する受信部から構成する。

こうしたＴＰＭＳでは、車載無線機から各タイヤのタイヤ側無線機に順次ＬＦ信号を送って各タイヤのタイヤ側無線装置との通信タイミングをずらして混信を避けたり、万が一通信に失敗した場合には、再度ＬＦ電波を送ってタイヤ側無線機から再送させるといった輻輳制御が行われていた。

ところが近年においては、車載無線機はトランスポンダ部を備えずに装置の簡略化を進めると共に、タイヤ側無線機も受信回路を持たずに送信回路のみを備えることで省電力化や小型化を図った構成のＴＰＭＳも商品化され始めている。

こうした構成のＴＰＭＳでは、トランスポンダ部からのＬＦ電波を受信して送信タイミングを決定することが出来ない。そこでタイヤ側無線機は、通常は送信回路やマイコンの周辺ブロックなどに電力を供給しない省電力モードにして省電力化を図ると共に、車両の走行状態に応じて送信頻度を変えるなど、独自のタイミングで通信を行うような構成となっている（特許文献１参照）。

例えば、特許文献ででは、タイヤ側無線機に回転センサを備え、回転数が上がると送信間隔を短くするように構成している。
特開２００５−１１２０１７号公報

ところが、ホイールのタイヤ側送信機の回転位置を考慮せず、タイヤ側送信機が内部タ
イマで計測した独自のタイミングで送信を行う場合は、各タイヤのタイヤ側無線機と車載受信機の通信経路中にホイールを挟んで反対側になってしまうケースのように、特にホイールや車体などの金属部分の遮蔽により電波が届かず通信が失敗することが考えられる。

更に、車載受信機からの輻輳制御が無く、タイヤ側送信機が独自のタイミングで一方的に送信を行い続ける場合には、最悪連続して通信が失敗して長期間に渡ってタイヤの空気圧や温度の異常を車載側受信機に送信できないケースも想定される。

本発明は、上記する従来の問題を解消するためになされたものであり、回転するホイールに設置されたタイヤ側送信機が、車載受信機と確実に通信できる回転位置に回ってきたタイミングで送信するように制御を行うものである。

本発明では、タイヤの空気圧値の回転に伴う変化から空気圧値のピーク間隔であり、一回転すなわち３６０度の回転に要する時間と、空気圧のピーク位置を検出した際のタイヤ側送信機の位置、および最も送信が確実に行える位置である所望送信位置が為す角度から、ピーク値を検出してから所望送信位置に至る時間を算出してタイミングを決定するものである。

これにより、タイヤ側送信機と車載受信機の間で、最も確実に通信の行えるタイミングで送信を行う事が可能となり、通信エラーの発生を低減した信頼性の高いＴＰＭＳを実現できうるものである。

そこで、前記従来の課題を解決するために、タイヤホイールの外周箇所に設置されてタイヤの空気圧を計測して無線送信するタイヤ側送信機と、前記タイヤ側送信機からの無線送信を受信する車載受信機を備えたタイヤ空気圧モニタ装置において、前記タイヤ側送信機は、前記タイヤの空気圧検知手段を備え、前記タイヤの略回転中心に対する前記タイヤ側送信機の位置として、前記空気圧検知手段がピーク値を検出するピーク検出位置、および前記車載受信機に対し送信を行う所望の位置である所望送信位置とが為す角度差を予め設定しておき、前記ピーク値の検出周期と前記角度差の比率演算により前記ピーク値を検出してから前記所望送信位置に達する時間を算出し、前記所望送信位置で前記車載受信機に対する送信を行うようにしている。

これにより、ピーク値を検出してからタイヤ側送信機が所望送信位置に回転してくる時間を算出し、このタイミングで送信を行うことにより、最も電波の届きやすい配置でタイヤ側送信機と車載受信機の通信が行えるものである。

このように、本発明によれば、タイヤ側送信機と車載受信機の間で、最も確実に通信の行えるタイミングで送信を行う事が可能となり、通信エラーの発生を低減した信頼性の高いＴＰＭＳを実現できうるものである。一層確実な通信の可能なタイヤ空気圧モニタ装置を提供できる。

第１の発明は、タイヤホイールの外周箇所に設置されてタイヤの空気圧を計測して無線送信するタイヤ側送信機と、前記タイヤ側送信機からの無線送信を受信する車載受信機を備えたタイヤ空気圧モニタ装置において、前記タイヤ側送信機は、前記タイヤの空気圧検知手段を備え、前記タイヤの略回転中心に対する前記タイヤ側送信機の位置として、前記空気圧検知手段がピーク値を検出するピーク検出位置、および前記車載受信機に対し送信を行う所望の位置である所望送信位置とが為す角度差を予め設定しておき、前記ピーク値
の検出周期と前記角度差の比率演算により前記ピーク値を検出してから前記所望送信位置に達する時間を算出し、前記所望送信位置で前記車載受信機に対する送信を行うようにしている。

これにより、前記所望送信位置として最も電波の確実に届く位置でタイヤ側送信機と車載受信機の通信が行えるものである。

第２の発明は、第１の発明に加えて、前記所望送信位置は、前記タイヤ側送信機と前記車載受信機の直線距離が最短となる位置に設定するようにしている。

これにより、電波の距離伝播による電界強度の減衰の最も少ない位置でタイヤ側送信機と車載受信機の通信が行えるものである。

第３の発明は、第１の発明に加えて、前記所望送信位置は、前記タイヤ側送信機と前記車載受信機のアンテナの指向性方向が、最も車体に遮られない位置に設定するようにしている。

これにより、車体鋼板など電波の遮蔽効果の高い金属による電界強度の減衰の最も少ない位置でタイヤ側送信機と車載受信機の通信が行えるものである。

第４の発明は、第１の発明に加えて、前記所望送信位置は、前記タイヤ側送信機と前記車載受信機のアンテナの指向性方向が地面と反射して前記車載受信機に到達する経路が最も車体に遮られない位置に設定するようにしている。

これにより、車体などにより最短距離での伝播経路に遮蔽物があるような構造の場合でも、最も強い電波強度の地面反射波を送信することができ、より確実にタイヤ側送信機と車載受信機の通信が行えるものである。

第５の発明は、第１の発明に加えて、前記所望送信位置は、前記タイヤ側送信機と前記車載受信機の両アンテナの偏波方向成分の重なりが最大となるようにしている。

これにより、アンテナ同士の偏波方法のズレによる電界強度の減衰の最も少ない対向位置でタイヤ側送信機と車載受信機の通信が行えるものである。

第６の発明は、タイヤホイールの外周箇所に設置されてタイヤの空気圧もしくは温度の少なくとも一方を計測して無線送信するタイヤ側送信機と、前記タイヤ側送信機からの無線送信を受信する車載受信機を備えたタイヤ空気圧モニタ装置の制御方法において、前記タイヤ側送信機は、前記タイヤの空気圧検知手段を備え、前記タイヤの略回転中心に対する前記タイヤ側送信機の位置として、前記空気圧検知手段がピーク値を検出するピーク検出位置、および前記車載受信機に対し送信を行う所望の位置である所望送信位置とが為す角度差を予め設定するステップと、直近の１回転に要した前記ピーク値の周期を計測するステップと、前記角度差の比率演算により前記ピーク値を検出してから前記所望送信位置に達する時間を算出するステップと、前記所望送信位置で前記車載受信機に対する送信を行うステップとを備えたタイヤ空気圧モニタ装置の制御方法としている。

これにより、前記所望送信位置として最も電波の確実に届く位置でタイヤ側送信機と車載受信機の通信が行えるタイヤ空気圧モニタ装置の制御方法となっている。

第７の発明は、第１から第５のいずれか１項に記載のタイヤ空気圧モニタ装置の少なくとも一部を実行するプログラムとなっている。

これにより、プログラムであるので、電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させて本発明のタイヤ空気圧モニタ装置の少なくとも一部を容易に実現することができる。また記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における無線装置の一例として、タイヤ空気圧モニタ装置（以下、ＴＰＭＳ）を設置した車両６の略側視図を示したものであり、車両６におけるＴＰＭＳの配置が判る範囲で略式に示している。

図１において、車両６の右後輪タイヤ２、右前輪タイヤ４には、それぞれタイヤ空気圧およびタイヤ温度を検知するセンサ部と検知データを送信する送信部を備えたタイヤ側送信機１、３を取り付ける。実際には、タイヤ側送信機１、３は、タイヤ２、４内部のタイヤホイールの外周部に取り付けられ、外部からは見えないが図１では説明上、タイヤ２、４上に図示している。また、図１では図示しないが、車両６の反対側の左前後輪にも同様にタイヤ側送信機を取り付ける。

車載受信機５は、車両６のダッシュボード内などに設置されて、タイヤ側送信機１、３から無線送信されたタイヤ空気圧値やタイヤ温度などの計測値を受信する。車載受信機５は、車両全体の電気制御を行う電気制御ユニットである車両制御装置（以下、ＥＣＵ）に接続し、万が一受信した計測値が異常な場合は、ＥＣＵに信号を出力して異常を知らせる報知をフロントパネルに表示したり、ブザーを吹鳴して運転車に知らせる。

なお、車載受信機５は、車両にオプションで取り付けるようなアフター設置型のＴＰＭＳの場合には、ＥＣＵに接続せず、車載受信機５自体で報知用の液晶表示器やブザーなどの手段を備えたもので構成しても構わない。

次に、図２は図１に示したＴＰＭＳのタイヤ側送信機１と車載受信機５の構成を示した略ブロック図である。タイヤ側送信機３についても、図２のタイヤ側送信機１のブロック図の同様の構成とするものである。

図２のタイヤ側送信機１の制御部１０は、タイヤ側送信機１全体を制御し、マイコンやその周辺回路で構成する。空気圧センサ部９は、空気圧センサやその信号アンプ回路などから構成し、タイヤの空気圧およびタイヤ温度を計測して制御部１０に入力する。

電池部１１はボタン型電池で構成し、制御部１０や、空気圧センサ部９、送信部１３などに電源を供給する。制御部１０は、通常スリープ状態などの省電力モードで動作し、予め記憶しておいたプログラムで決定する所定インターバル毎のタイミングで省電力モードから起動し、空気圧センサ部９によりタイヤの空気圧や温度を計測や、送信部１３からアンテナ１４を介して車載受信機５に計測値を送信し、送信後は再び省電力モードに戻るよう構成する。

車載受信機５は、タイヤ側送信機１からの電波があると、アンテナ１５を介して受信部１６により受信を行う。制御部１７は、受信部１６で受信されたタイヤの空気圧や温度の計測値が異常であるかどうかの判定を行い、もし異常である場合にはＥＣＵ接続部１８によりＥＣＵに信号を送って、フロントパネルなどに警告の表示やブザーの吹鳴などの報知
処理を行わせる。

現状では、国内でのＴＰＭＳやキーレスエントリー装置などの特に車載関係の無線装置では、電波法規の遵守のため、３００ＭＨｚ帯域や２ＧＨｚ帯域の周波数を用いて定められた出力以下で送信する微弱電波を用いて構成する方法が一般的である。

微弱電波では、出力電力が制限されているため、タイヤ側送信機が車載受信機に対して、ホイールを挟んで反対側にあるような場合や、互いのアンテナの指向性方向がずれているような場合など、電波伝播に不利な回転位置で送信したような場合には十分な電界強度の電波が届かず通信エラーが発生する場合が考えられる。

このため、本発明の実施の形態１では、タイヤ空気圧のタイヤの回転に伴う変動信号から、タイヤ側送信機が車載受信機との通信が最も確実に行える回転位置に来るタイミングで送信を行うものである。

通信が最も確実に行える回転位置としては、車載受信機５やそのアンテナの配置などの接地構成による要因が大きいが、例えば、距離による電界強度の伝播減衰が最も少ない最短距離関係となる対向位置、車載受信機とタイヤ側送信機の間に車体鋼板など金属部分が遮らない位置、などに設定するのが有効である。また、こうした位置が得られない場合は、地面反射により最も電波強度が強い反射波が伝播するため、地面反射する経路に遮蔽物が無い位置を選定する方法も有効である。

また、タイヤ側送信機１のアンテナ１４と車載受信機５のアンテナ１５の偏波面がタイヤの回転に伴いズレを生じる場合には、偏波面の方向成分が最も一致する位置に設定する方法も有効である。

なお、これらの送信に最適な位置の設定は、事前に伝播モデルによるシミュレーションや実車モデルによる伝播実験などにより決定する方法も有効なものである。

以下に、タイヤ側送信機１の制御部１０が、この送信位置で送信するタイミングを決定する方法について、図３のブロック図および図４のフローチャート図を用いて説明する。図３はタイヤ２に設置したタイヤ側送信機２の空気圧センサ部８で計測する空気圧値の時間変化と、幾つかの時刻でのタイヤ側送信機１のタイヤ２の回転位置の略図を対応して図示したものである。図３の横軸は時刻を示し、縦軸は空気圧値を示している。

一例として、図３では時刻ｔ（１）、ｔ（２）に示すようにタイヤ側送信機１が、回転最下位置の地面接地部分に来た際に、タイヤ送信機８部分の接地による瞬時的な変形でピーク空気圧が計測される例を示している。

図３において、タイヤ側送信機１では、事前の実験もしくはシミュレーションにより、時刻ｔ（３）箇所に示すように鉛直方向と時計周りにΘの角度を為す位置で送信した場合に、最も強い電波が車載側受信機に到達する事を確認し、この角度タイヤ側送信機から送信するように構成する。

今、走行中のある時点ｔ（０）で制御部１０は、時刻ｔ（１）〜ｔ（２）で空気圧のピーク値の出現間隔Ｔ'＝ｔ（１）−ｔ（０）を計測する（ステップＳ１７）。続いて、時刻ｔ（１）〜ｔ（２）で空気圧のピーク値の出現間隔Ｔ＝ｔ（２）−ｔ（１）を計測する（ステップＳ１８）。次に、ｔ（１）直前に計測したピーク値出現間隔Ｔ'と、Ｔと略同一であれば、タイヤがほぼ一定回転数で走行していると判定する（ステップＳ１９）。

ステップＳ１９で回転数が加速・減速中やなどで一定で無い場合はステップＳ１７に戻り再計測を行う。

次に、ステップＳ１９で略一定回転数で回転していると判定できる場合には、１回転、すなわち２πを回転するのに要する時間はＴであることから、更に角度Θだけ回転するのに要する時間は、Ｔｄ＝Ｔ＊（Θ／２π）と算出する（ステップＳ２０）。

従って、タイヤ側送信機１の制御部１０は、時刻ｔ（２）でタイヤ空気圧のピーク値を計測してから、Ｔｄ＝Ｔ＊（Θ／２π）だけ後の、ｔ（３）＝ｔ（２）＋Ｔ＊（Θ／２π）の時刻のタイミングで送信を行うことで、予め設定した送信に最適な位置で車載受信機５へ送信を行うことができるものである。そこで、制御部１０は、Ｔｄが経過したかどうかを待合せ（ステップＳ２１）、Ｔｄが経過した際に計測した空気圧やタイヤ温度を車載受信機５に送信する（ステップＳ２２）。

この際、ステップＳ１７〜Ｓ１９で判定したように、カーブ走行中や、急加速・急減速中のように、タイヤの回転数が略一定状態でないと判定できうる場合には、送信を行わないようにすることも有効である。こうしたタイヤの回転数が一定でない状態の検出は、図４に示したように、ピーク空気圧値の出現間隔Ｔが直前の周期Ｔ'と略一致するかどうかを比較しても良いが、更に直近の何回分かの出現間隔の平均値やばらつき変動が、予めプログラムしておいた閾値を越えてないかどうかを演算するといった方法も判定精度を上げる上で有効である。

なお、以上の説明では、タイヤの空気圧の変化によりタイヤの回転位置を検出する方法を説明したが、例えば振動センサや加速度センサなど他のセンサ手段を併設し、こうしたセンサ手段の信号のピーク位置と信号周期により、タイヤの回転周期とタイヤ側送信機が送信を行う送信位置を決定する構成でも構わないものである。

最後に、本実施の形態で説明した手段は、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施してもよい。プログラムの形態であれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりインターネットなどの通信回線を用いて配信することで新しい機能の配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

以上のように、本発明によれば、タイヤ空気圧モニタ装置のタイヤ側送信機がタイヤ空気圧値の変動によりタイヤの回転周期を検出し、電波が最も強く車載側受信機に届く回転位置で送信を行うことで、より確実にタイヤの空気圧を送信でき、より安全な走行が可能なタイヤ空気圧モニタ装置が実現できる。

本発明の一例となる実施の形態１におけるタイヤ空気圧モニタ装置を車両に配置する一例を示した略上透視図 本発明の実施の形態１におけるタイヤ側送信機および車載受信機の各無線機の構成を示す略ブロック図 本発明の実施の形態１におけるタイヤ側送信機が送信タイミングを決定する方法の一例を示したブロック図 本発明の実施の形態１におけるタイヤ側送信機が送信タイミングを決定する方法の一例を示したフローチャート

符号の説明

１ タイヤ側送信機
５ 車載受信機
９ 空気圧センサ部

Claims (7)

1. タイヤホイールの外周箇所に設置されてタイヤの空気圧を計測して無線送信するタイヤ側送信機と、前記タイヤ側送信機からの無線送信を受信する車載受信機を備えたタイヤ空気圧モニタ装置において、
   前記タイヤ側送信機は、前記タイヤの空気圧検知手段を備え、前記タイヤの略回転中心に対する前記タイヤ側送信機の位置として、前記空気圧検知手段がピーク値を検出するピーク検出位置、および前記車載受信機に対し送信を行う所望の位置である所望送信位置とが為す角度差を予め設定しておき、前記ピーク値の検出周期と前記角度差の比率演算により前記ピーク値を検出してから前記所望送信位置に達する時間を算出し、前記所望送信位置に達する時間に基づいて算出されるタイミングで前記車載受信機に対する送信を行うタイヤ空気圧モニタ装置。
2. 前記所望送信位置は、前記タイヤ側送信機と前記車載受信機の直線距離が最短となる位置に設定する請求項１記載のタイヤ空気圧モニタ装置。
3. 前記所望送信位置は、前記タイヤ側送信機と前記車載受信機のアンテナの指向性方向が、最も車体に遮られない位置に設定する請求項１記載のタイヤ空気圧モニタ装置。
4. 前記所望送信位置は、前記タイヤ側送信機と前記車載受信機のアンテナの指向性方向が地面と反射して前記車載受信機に到達する経路が最も車体に遮られない位置に設定する請求項１記載のタイヤ空気圧モニタ装置。
5. 前記所望送信位置は、前記タイヤ側送信機と前記車載受信機の両アンテナの偏波方向成分の重なりが最大となる位置に設定する請求項１記載のタイヤ空気圧モニタ装置。
6. タイヤホイールの外周箇所に設置されてタイヤの空気圧を計測して無線送信するタイヤ側送信機と、前記タイヤ側送信機からの無線送信を受信する車載受信機を備えたタイヤ空気圧モニタ装置の制御方法において、
   前記タイヤ側送信機は、前記タイヤの空気圧検知手段を備え、前記タイヤの略回転中心に対する前記タイヤ側送信機の位置として、前記空気圧検知手段がピーク値を検出するピー
   ク検出位置、および前記車載受信機に対し送信を行う所望の位置である所望送信位置とが為す角度差を予め設定するステップと、前記ピーク値の周期を計測するステップと、前記角度差の比率演算により前記ピーク値を検出してから前記所望送信位置に達する時間を算出するステップと、前記所望送信位置に達する時間に基づいて算出されるタイミングで前記車載受信機に対する送信を行うステップとを備えたタイヤ空気圧モニタ装置の制御方法。
7. 請求項１から５記載のいずれか１項に記載のタイヤ空気圧モニタ装置の少なくとも一部を実行するプログラム。

Images