JP5844237B2 - タイヤ状態監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輪のタイヤ内に設けられる車輪側ユニット、及び車両の車体に設置される受信機ユニットを備えるタイヤ状態監視装置に関する。

車両に設けられた複数のタイヤの状態を運転者が車室内で確認できるようにするための装置として、無線方式のタイヤ状態監視装置が提案されている。タイヤ状態監視装置は、車両の車輪にそれぞれ装着される複数の送信機と、車両の車体に搭載される受信機ユニットとを備えている。各送信機は、対応するタイヤの状態、即ちタイヤ内の圧力や温度を検出し、検出されたタイヤの状態を示すデータを含むデータ信号を無線送信する。一方、受信機ユニットは、各送信機からのデータ信号を受信アンテナを通じて受信して、タイヤ状態に関する情報を、車室内に設けられた表示器に必要に応じて表示させる。

上記のようなタイヤ状態監視装置では、受信されたデータ信号が複数の車輪のうちのどの車輪に設けられた送信機から発信されたものであるのかを、言い換えれば、受信されたデータ信号に関連する車輪の位置を、受信機ユニットにおいて判定できるようにするのが望ましい。

そこで、特許文献１では、受信機ユニットに、異なる４方向にアンテナを配置し、各アンテナに給電して指向性を持たせることで、異なる４方向から送信されたデータ信号を選択的に検出し、データ信号の送信元の車輪の位置を精度良く判定するようにしている。

特開２０１０−２４５７４２号公報

ところで、受信機ユニットは、車体に搭載される関係上、できる限り小型化することが望まれている。しかし、特許文献１においては、送信元の車輪の位置を判定するために各アンテナに指向性を持たせているため、各アンテナが大型化してしまい受信機ユニットが大型化してしまう。

本発明の目的は、データ信号の送信元の車輪の位置を精度良く判定可能としながらも受信機ユニットの大型化を抑制することができるタイヤ状態監視装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両に設けられた複数の車輪のタイヤの状態を監視するために、前記車輪の前記タイヤ内に設けられるとともに前記タイヤの状態に関するデータ信号を送信する車輪側ユニット、及び前記車両の車体に設置されるとともに前記車輪側ユニットから送信された前記データ信号を受信する受信機ユニットを備えるタイヤ状態監視装置であって、前記受信機ユニットは、前記データ信号を受信するための前記複数の車輪に応じた複数の受信アンテナよりなる受信アンテナ群と、複数の前記受信アンテナの間に位相差を生じさせる給電制御により、前記受信アンテナ群に複数の指向性を生じさせる位相制御装置と、前記受信アンテナ群によって受信された前記データ信号の受信電圧の大小に基づき、前記データ信号が前記車両のいずれの車輪に設けられた前記車輪側ユニットから送信されたデータ信号であるのかを判定する車輪位置判定部と、を有し、前記受信機ユニットの車輪位置判定部は、前記受信アンテナ群において最も受信電圧の小さくなる方向と反対の方向にある前記車輪側ユニットを、データ信号の送信元と判定することを要旨とする。

これによれば、位相制御装置により、受信アンテナ群のうちの複数の受信アンテナに位相差を生じさせた状態で給電することで、受信アンテナ群に指向性を持たせることができる。すなわち、複数の受信アンテナを併用して指向性を持たせている。したがって、受信アンテナ一本一本に指向性を持たせるのとは異なり、受信アンテナが大型化せず、受信機ユニットの大型化を抑えることができる。そして、車輪位置判定部は、受信アンテナ群の指向性と、受信電圧の大小に基づきデータ信号を送信した車輪側ユニット、すなわち車輪の位置を精度良く判定することができる。

また、前記受信アンテナ群は、前記受信機ユニットのケースに内蔵されていてもよい。
これによれば、例えば、受信アンテナそれぞれを車輪近くに配置する場合と異なり、受信機ユニットを小型化することができる。

本発明によれば、データ信号の送信元の車輪の位置を精度良く判定可能としながらも受信機ユニットの大型化を抑制することができる。

タイヤ状態監視装置が搭載された車両を示す概略構成図。 車輪側ユニットの回路構成を示すブロック図。 受信アンテナ群の配置を模式的に示す図。 （ａ）は受信アンテナ群に右前に指向性を持たせた状態を示す図、（ｂ）は受信アンテナ群に左後に指向性を持たせた状態を示す図。

以下に、本発明のタイヤ状態監視装置を具体化した一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、タイヤ状態監視装置は、車両１の４つの車輪２にそれぞれ取り付けられる４つの車輪側ユニット３と、車両１の車体に設置される受信機ユニット４とを備えている。各車輪２は、ホイール部５と、このホイール部５に装着されるタイヤ６とを含む。

車輪側ユニット３は、タイヤ６の内部空間に配置されるように、そのタイヤ６が装着されたホイール部５に対して取り付けられている。各車輪側ユニット３は、対応するタイヤ６の状態（タイヤ内圧力、タイヤ内温度）を検出して、検出されたタイヤ状態を示すデータを含むデータ信号を無線送信する。

図２に示すように、各車輪側ユニット３は、圧力センサ１１、温度センサ１２、センサユニットコントローラ１４、及びＲＦ送信回路１６を備え、図示しない電池からの電力によって動作する。圧力センサ１１は、対応するタイヤ６内の圧力（タイヤ内圧力）を検出して、その検出によって得られたタイヤ内圧力データをセンサユニットコントローラ１４に出力する。温度センサ１２は、対応するタイヤ６内の温度（タイヤ内温度）を検出して、その検出によって得られたタイヤ内温度データをセンサユニットコントローラ１４に出力する。

センサユニットコントローラ１４は、ＣＰＵ及び記憶部１４ａ（ＲＡＭやＲＯＭ等）を含むマイクロコンピュータ等よりなり、記憶部１４ａには各車輪側ユニット３に固有の識別情報であるＩＤコードが登録されている。このＩＤコードは、各車輪側ユニット３を受信機ユニット４において識別するために使用される情報であり、センサユニットコントローラ１４からの送信信号に含められる。センサユニットコントローラ１４は、タイヤ内圧力データ、タイヤ内温度データ及びＩＤコードを含むデータを、ＲＦ送信回路１６に出力する。ＲＦ送信回路１６は、センサユニットコントローラ１４からのデータを変調して変調信号としたデータ信号を生成し、そのデータ信号を送信アンテナ１９から無線送信する。

各車輪側ユニット３は、車両１の走行中、例えば、タイヤ状態の計測動作を第１の所定時間間隔（例えば、１〜１５秒間隔）で定期的に行う一方、データ信号の送信動作を、第１の所定時間間隔よりも長い第２の所定時間間隔（例えば、１分間隔）で定期的に行う。但し、計測されたタイヤ状態が異常を示す場合（例えば、タイヤ内圧力の異常低下、タイヤ内圧力の急変、タイヤ内温度の急変等）、車輪側ユニット３は定期的な送信動作とは関係無く、直ちに送信動作を行う。

図１に示すように、受信機ユニット４は、車体の前後方向の中央よりも前方寄りに設置され、例えば車両１のバッテリ（図示せず）からの電力によって動作する。受信機ユニット４は、箱状のケース４ａを備え、このケース４ａには受信アンテナ群３２が内蔵されている。そして、受信アンテナ群３２は、各車輪側ユニット３からのデータ信号を受信する。

受信機ユニット４は、ケース４ａに受信機ユニットコントローラ３３を内蔵するとともに、ＲＦ受信回路３５を内蔵し、さらに、警報器３７及び表示器３８を備えている。受信機ユニットコントローラ３３はＣＰＵ及び記憶部（ＲＯＭやＲＡＭ等）を含むマイクロコンピュータ等よりなり、受信機ユニット４の動作を統括的に制御する。ＲＦ受信回路３５は、各車輪側ユニット３から受信アンテナ群３２を通じて受信されたデータ信号（変調信号）を復調して、受信機ユニットコントローラ３３に送る。受信機ユニットコントローラ３３は、ＲＦ受信回路３５からのデータ信号に基づき、発信元の車輪側ユニット３に対応するタイヤ６のタイヤ内圧力及びタイヤ内温度を把握する。さらには、受信機ユニットコントローラ３３は、ＲＦ受信回路３５からのデータ信号に基づき、受信したデータ信号の送信元の車輪側ユニット３が、車両１の前後左右のいずれの車輪２に設けられたものであるかを判定する。よって、本実施形態では、受信機ユニットコントローラ３３が車輪位置判定部となっている。

受信機ユニットコントローラ３３は、タイヤ内圧力及びタイヤ内温度に関する情報等を表示器３８に表示させる。表示器３８は、車室内等、車両１の搭乗者の視認範囲に配置される。受信機ユニットコントローラ３３は、さらに、内部空気圧や内部空気温度の異常を警報器（報知器）３７にて報知させる。警報器３７としては、例えば、異常を光の点灯や点滅によって報知する装置や、異常を音によって報知する装置が適用される。

図３に示すように、受信アンテナ群３２は、第１〜第４の受信アンテナ４１〜４４からなる。第１〜第４の受信アンテナ４１〜４４はそれぞれＬ字状のモノポールアンテナである。第１〜第４の受信アンテナ４１〜４４は、受信機ユニット４のケース４ａ内に中心軸Ｌの周りに等角度（９０度）間隔を空けて配置（内蔵）されている。なお、本実施形態では、隣り合う受信アンテナ間の距離は４０ｍｍ程度となっている。第１〜第４の受信アンテナ４１〜４４は、それぞれＬ字の短辺部４１ａ〜４４ａが高さ方向（ｚ軸方向）に延び、Ｌ字の長辺部４１ｂ〜４４ｂが同一平面（ｘｙ平面）上に配置されている。

第１の受信アンテナ４１と第３の受信アンテナ４３が、左右方向に対向配置され、かつ長辺部４１ｂ，４３ｂが前後方向に延びる状態に配置されている。また、第２の受信アンテナ４２と第４の受信アンテナ４４が、前後方向に対向配置され、かつ長辺部４２ｂ，４４ｂが左右方向に延びる状態に配置されている。第１〜第４の受信アンテナ４１〜４４の短辺部４１ａ〜４４ａには、給電点４１ｃ〜４４ｃが設けられている。

図１に示すように、給電点４１ｃ〜４４ｃには、位相制御装置４５が接続されている。位相制御装置４５は、車輪位置判定時には受信機ユニットコントローラ３３からの指令を受けて、第１〜第４の受信アンテナ４１〜４４の中から、対向する第１の受信アンテナ４１と第３の受信アンテナ４３にプラスマイナスいずれかに位相差を生じさせる状態に給電する。

そして、図４（ａ）に示すように、第１及び第３の受信アンテナ４１，４３の間に、所定のプラスの位相差を生じさせた状態では、受信アンテナ群３２によって右前（ＦＲ）方向へアンテナ利得Ｇ（図４（ａ）の２点鎖線に示す）を高め、右前（ＦＲ）方向に指向性を持たせることができる。一方、図４（ｂ）に示すように、第１及び第３の受信アンテナ４１，４３の間に、所定のマイナスの位相差を生じさせた状態では、受信アンテナ群３２によって、左後（ＲＬ）方向へアンテナ利得Ｇ（図４（ｂ）の２点鎖線に示す）を高め、左後（ＲＬ）方向に指向性を持たせることができる。

また、第２及び第４の受信アンテナ４２，４４の間に、所定のプラスの位相差を生じさせた状態では、高められたアンテナ利得Ｇによって、右後（ＲＲ）方向に指向性を持たせることができる。一方、第２及び第４の受信アンテナ４２，４４の間に、所定のマイナスの位相差を生じさせた状態では、高められたアンテナ利得Ｇによって、右後（ＲＲ）方向とは反対の左前（ＦＬ）方向に指向性を持たせることができる。

次に、本実施形態の作用を説明する。
各車輪側ユニット３は、車両１の走行中、タイヤ状態の計測動作を第１の所定時間間隔で定期的に行い、データ信号の送信動作を第２の所定時間間隔（例えば、１分間隔）で定期的に行う。

一方、受信機ユニット４において、受信機ユニットコントローラ３３は、位相制御装置４５を制御して、受信アンテナ群３２に位相差を生じさせながら給電を行うとともに、その給電先を高速で切り換える。すると、受信アンテナ群３２には、４方向（右前、右後、左後、左前）への指向性が順次高速で切り換えらえる。そして、一つの車輪側ユニット３から送信されたデータ信号が、受信アンテナ群３２によって４方向から受信される。このとき、送信先の車輪側ユニット３と、受信アンテナ群３２の指向性が合致すると、その方向からの受信アンテナ群３２での受信電圧は最も大きくなる。逆に、送信先の車輪側ユニット３と１８０度反対側では、受信電圧が最も小さくなり、その他の方向では受信電圧は最大値より小さく、かつ最小値より大きくなる。受信機ユニットコントローラ３３は、最も受信電圧の小さくなる方向と反対側を、データ信号の送信元と判定し、データ信号の送信元の車輪２の位置を特定する。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）受信機ユニット４に、第１〜第４の受信アンテナ４１〜４４よりなる受信アンテナ群３２を設けるとともに、受信アンテナ群３２に対し、位相制御装置４５を接続した。そして、第１及び第３の受信アンテナ４１，４３と、第２及び第４の受信アンテナ４２，４４に対し、位相制御装置４５によって位相差を生じさせた状態で給電し、受信アンテナ群３２に指向性を生じさせた。よって、車輪２の設けられた４方向に対し、受信アンテナ群３２と位相制御装置４５を用いて指向性を持たせることができる。したがって、４方向それぞれに指向性を持つアンテナを配置する場合のように、各アンテナが大型化することがなく、受信機ユニット４の大型化を抑えることができる。

（２）指向性を持たせる場合、位相制御装置４５は対向する２本の受信アンテナに給電する。よって、受信アンテナ群３２が、第１〜第４の受信アンテナ４１〜４４を備えながらも位相制御装置４５は２本の受信アンテナを制御するだけでよく、制御負荷が抑えられる。

（３）第１〜第４の受信アンテナ４１〜４４は、受信機ユニット４のケース４ａに内蔵されている。よって、受信アンテナ群３２に４方向への指向性を持たせることができるにも関わらず、受信機ユニット４が大型化することがない。

（４）受信アンテナ群３２での受信電圧のうち、最も小さい受信電圧を受信した方向と反対側を、データ信号の送信元に特定するようにした。送信元と、受信アンテナ群３２の指向性が合致しても、障害物等を原因として受信電圧が若干低くなる虞があり、最大値を得られない場合がある。その一方で、指向性が合致した方向と反対側は、必ず、受信電圧が最も小さくなるため、この指向性が合致した方向と反対側の情報を採用することで、データ信号の送信元を正確に判定することができる。

（５）受信アンテナ群３２を第１〜第４の受信アンテナ４１〜４４で構成した。したがって、対向する第１及び第３の受信アンテナ４１，４３と、第２及び第４の受信アンテナ４２，４４に位相差を生じさせることで、車輪側ユニット３が配置された４方向に指向性を持たせることができ、データ信号の送信元の車輪２の位置を精度良く特定することができる。

（６）第１〜第４の受信アンテナ４１〜４４に位相差を生じさせた状態で給電することで、受信アンテナ群３２に指向性を持たせた。例えば、指向性を持たせた複数の受信アンテナを用い、各受信アンテナで単独で受信させる場合は、隣り合う受信アンテナが受信障害とならないように、受信アンテナ間に大きな間隔を空ける必要がある。しかし、本実施形態では、第１〜第４の受信アンテナ４１〜４４は単独で受信する必要がないため、間隔を狭くしても問題がなく、受信アンテナ群３２を内蔵しても受信機ユニット４が大型化することもない。

なお、本実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、受信アンテナ群３２を受信機ユニット４のケース４ａに内蔵したが、受信アンテナ群３２は、ケース４ａ外に配置されていてもよい。

○ 実施形態では、受信電圧の最も小さい方向と反対側を、データ信号の送信元の車輪２の位置と判定したが、受信電圧の最も大きい方向を、データ信号の送信元の車輪２の位置と判定してもよい。

○ 実施形態では、第１及び第３の受信アンテナ４１，４３と、第２及び第４の受信アンテナ４２，４４をセットとして位相差を生じさせて受信アンテナ群３２に指向性を持たせたが、セットとなる受信アンテナは適宜変更してもよい。

○ 実施形態では、受信機ユニット４は受信機ユニットコントローラ３３を内蔵するとしたが、受信機ユニットコントローラ３３はケース４ａ外に配置されていてもよい。
○ 第１〜第４の受信アンテナ４１〜４４はモノポールアンテナでなくてもよく、ループアンテナや面状のアンテナなど、適宜変更してもよい。

○ 本発明は、４輪の車両１用のタイヤ状態監視装置への適用に限定されるものではなく、２輪の車両用のタイヤ状態監視装置に適用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

（ロ）前記受信アンテナを４本有し、対向する２本の受信アンテナを用いて指向性を持たせている請求項１又は請求項２に記載のタイヤ状態監視装置。
（ハ）車両に設けられた複数の車輪のタイヤの状態を監視するために、前記車輪の前記タイヤ内に設けられる車輪側ユニット、及び前記車両の車体に設置される受信機ユニットを備えるタイヤ状態監視装置における前記車輪側ユニットであって、請求項１又は請求項２に記載の車輪側ユニットであることを特徴とする車輪側ユニット。

１…車両、２…車輪、３…車輪側ユニット、４…受信機ユニット、４ａ…ケース、６…タイヤ、３２…受信アンテナ群、３３…車輪位置判定部としての受信機ユニットコントローラ、４１〜４４…第１〜第４の受信アンテナ、４５…位相制御装置。

Claims (2)

1. 車両に設けられた複数の車輪のタイヤの状態を監視するために、前記車輪の前記タイヤ内に設けられるとともに前記タイヤの状態に関するデータ信号を送信する車輪側ユニット、及び前記車両の車体に設置されるとともに前記車輪側ユニットから送信された前記データ信号を受信する受信機ユニットを備えるタイヤ状態監視装置であって、
   前記受信機ユニットは、前記データ信号を受信するための前記複数の車輪に応じた複数の受信アンテナよりなる受信アンテナ群と、
   複数の前記受信アンテナの間に位相差を生じさせる給電制御により、前記受信アンテナ群に複数の指向性を生じさせる位相制御装置と、
   前記受信アンテナ群によって受信された前記データ信号の受信電圧の大小に基づき、前記データ信号が前記車両のいずれの車輪に設けられた前記車輪側ユニットから送信されたデータ信号であるのかを判定する車輪位置判定部と、を有し、
   前記受信機ユニットの車輪位置判定部は、前記受信アンテナ群において最も受信電圧の小さくなる方向と反対の方向にある前記車輪側ユニットを、データ信号の送信元と判定するタイヤ状態監視装置。
2. 前記受信アンテナ群は、前記受信機ユニットのケースに内蔵されている請求項１に記載のタイヤ状態監視装置。