JP5905854B2 - タイヤ空気圧検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤの空気圧の低下を検出するタイヤ空気圧検出装置に関する。

車両に設けられるタイヤの空気圧が低下すると、燃費の低下や、タイヤの一部が偏って摩耗する偏摩耗などを招くおそれがある。このため、車両においては、タイヤの空気圧を監視している。

例えば、特許文献１では、タイヤにセンサＩＣが埋設されている。センサＩＣは、車両状態量センサと、車両状態量センサにより検出された車輪状態量をアンテナから送信する送信機とを有している。車両状態量センサは、例えば、タイヤの空気圧を検出する空気圧センサである。また、センサＩＣは、車輪の周方向のある一箇所であって車輪の回転により地面からの接地力を受け得る箇所の接地状態を検出する接地状態検出部を有している。送信機は、接地状態検出部により接地検出箇所への接地力が検出されたときに車輪状態量の送信を行うが、それ以外のときは送信を行わない。

特開２００５−１８６７４９号公報

ところで、特許文献１では、タイヤの空気圧を検出するために、センサＩＣを埋設した専用のタイヤを用いる必要がある。
本発明の目的は、専用のタイヤを用いずに、タイヤの空気圧の低下を検出することができるタイヤ空気圧検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するタイヤ空気圧検出装置は、車両のタイヤ内側に装着され、前記タイヤの空気圧の低下を検出するタイヤ空気圧検出装置であって、電源と、前記タイヤの周方向に互いに離間し、かつ絶縁された状態で前記タイヤの内周面に接合された一対の電極と、前記電源から前記一対の電極に電圧を印加したときの前記タイヤの接地面積の変化に合わせて変動する前記電極間の静電容量を計測する計測回路と、前記計測回路によって計測される静電容量が閾値より大きくなったときに前記タイヤの空気圧が低下したと判断する制御部と、を備えたことを要旨とする。

これによれば、タイヤの空気圧が低下すると、タイヤの接地面積（タイヤと路面との接触面積）が大きくなる。タイヤの接地面積が大きくなると、電極間の比誘電率が大きくなるため、計測回路によって計測される静電容量が大きくなる。このため、タイヤの空気圧が低下したと判断するときの静電容量を閾値として定めておけば、静電容量と閾値を用いて、制御部はタイヤ空気圧が低下したか否かを判断できる。タイヤの内周面に接合された一対の電極を用いて静電容量を計測することでタイヤの空気圧が低下したことを検出することができるため、専用のタイヤを用いることなくタイヤの空気圧の低下を検出することができる。

上記タイヤ空気圧検出装置について、前記一対の電極は、それぞれ前記タイヤの軸方向に延びるとともに、前記タイヤの空気圧が予め定められた空気圧より低下したときに前記タイヤを挟んで接地する位置に設けられることが好ましい。

これによれば、タイヤの空気圧が予め定められた空気圧より低下したときに、一対の電極がタイヤを挟んで接地することで、電極がタイヤを挟んで接地しない場合に比べて、静電容量が大きく変化する。このため、タイヤの空気圧が予め定められた空気圧より低下したことを的確に検出することができる。

上記タイヤ空気圧検出装置について、前記一対の電極は、それぞれ前記タイヤの周方向に延びることが好ましい。
これによれば、タイヤの空気圧が低下し、タイヤの接地面積が大きくなると、これに比例してタイヤを挟んで接地する電極の面積も大きくなる。これに伴い、電極の静電容量も増加していくため、静電容量は、タイヤの接地面積に比例して大きくなる。このため、タイヤの空気圧の変化を検出しやすい。

上記タイヤ空気圧検出装置について、前記一対の電極における互いの電極に近い側の端部を一端とすると、前記電極の前記タイヤの軸方向に沿う寸法は、一端よりも他端のほうが大きいことが好ましい。

これによれば、タイヤの空気圧が低下していくのに合わせて、タイヤを挟んで接地する電極の面積が大きくなっていくため、タイヤの空気圧の変化を検出しやすい。更に、電極の他端の部分がタイヤを挟んで接地すると、計測回路によって計測される静電容量が大きく変化するため、タイヤの空気圧が低下したことを的確に検出することができる。

本発明によれば、専用のタイヤを用いずに、タイヤの空気圧の低下を検出することができる。

実施形態の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。 タイヤ内の電極及びタイヤセンサユニットを示す部分破断斜視図。 タイヤセンサユニット及びタイヤ空気圧検出装置の回路構成を示す図。 タイヤセンサユニット及びタイヤ空気圧検出装置の回路構成を示す図。 （ａ）〜（ｃ）は、タイヤの空気圧とタイヤの接地面積との関係を示す概略断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、別例の電極を示す概略断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、別例の電極を示す概略断面図。

以下、タイヤ空気圧検出装置を具体化した一実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
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つのタイヤ空気圧検出装置１０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。なお、タイヤ６の中心軸の延びる方向をタイヤ６の軸方向（幅方向）とし、車輪２の回転方向をタイヤ６の周方向とする。

図２に示すように、タイヤ６は、回転方向に延びるトレッド溝８を軸方向に複数備えるとともに、軸方向に隣り合うトレッド溝８の間に路面に接するトレッド部７を備える。各タイヤ６の内側には、タイヤ空気圧検出装置１０が装着されている。各タイヤ空気圧検出装置１０は、タイヤセンサユニット３及び一対の電極１９を備える。一対の電極１９は、同じ大きさの矩形板状であり、タイヤ６の周方向に間隔を空けて互いに絶縁された状態でタイヤ６の内周面に接合されている。一対の電極１９は、タイヤ６の軸方向に延びている（長手方向がタイヤ６の軸方向と同一方向となるように接合されている）。各タイヤセンサユニット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の内周面に設置されている。各タイヤセンサユニット３は、対応するタイヤ６の空気圧が予め定められた空気圧より低下したことを検出可能である。

図３に示すように、各タイヤセンサユニット３は、センサユニットコントローラ１４、送信回路１６、計測回路１７、及び電源１８をケース３ａ内に備える。ケース３ａは、一対の電極１９に跨る状態でタイヤ６の内周面に接合されている。

タイヤセンサユニット３は、電源１８からの電力供給によって動作する。センサユニットコントローラ１４は、ＣＰＵ及び記憶部（ＲＡＭやＲＯＭ等）を含むマイクロコンピュータ等よりなり、記憶部には各タイヤセンサユニット３に固有の識別情報としてのＩＤコードが登録されている。このＩＤコードは、各タイヤセンサユニット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る。

一対の電極１９は、計測回路１７を介して電源１８と電気的に接続され、一対の電極１９には電源１８によって電圧が印加される。一対の電極１９に電圧が印加されると、一対の電極１９の間には電気力線Ｆが生じ、一対の電極１９の間を電子が移動する。そして、一対の電極１９の間には、誘電体であるタイヤ６が介在しているため、一対の電極１９の間に静電容量を持たせることができる。この静電容量は、電極１９間の比誘電率に依存する。タイヤ６の空気圧が高い場合には、車両１の荷重がかかっても、タイヤ６の反発力が大きく、タイヤ６が潰れにくい。

図４に示すように、タイヤ６の空気圧が低下すると、タイヤ６の反発力が低下し、タイヤ６の潰れ量が大きくなる。タイヤ６の潰れ量が大きくなると、タイヤ６と路面Ｒとの接触面積（接地面積）が増加する。すなわち、タイヤ６の空気圧が低下すると、タイヤ６の接地面積が増加する。このため、タイヤ６の接地面積が増加するのに合わせて、すなわち、タイヤ６の空気圧が低下するのに合わせて、電極１９間の静電容量が増加していく。

計測回路１７は、一対の電極１９に電気的に接続され、計測回路１７は、一対の電極１９間の持つ静電容量を電圧として検出するようになっている。計測回路１７は、センサユニットコントローラ１４に信号接続され、計測回路１７の計測した電圧信号はセンサユニットコントローラ１４に出力されるようになっている。

センサユニットコントローラ１４の記憶部には、タイヤセンサユニット３の動作を統括的に制御する統括プログラムが記憶されている。また、センサユニットコントローラ１４の記憶部には、計測回路１７の計測した電圧（静電容量）と比較するための閾値が予め記憶されている。静電容量の閾値は、最低限確保したいタイヤ６の空気圧よりも若干高い空気圧のときに検出される静電容量に設定されている。具体的にいえば、タイヤ６の空気圧が、予め定められた適正空気圧より低下し、一対の電極１９が路面Ｒに最も近くなったときに検出される静電容量に設定されている。より具体的にいえば、タイヤ６の空気圧が適正空気圧のときの接地面積の大きさを予め求めておき、タイヤ６の空気圧が適正空気圧より低下したときに一対の電極１９の両方がタイヤ６を挟んで接地するように電極の１９離間距離を予め設定しておく。そして、電極１９がタイヤ６を挟んで接地したときに検出される静電容量を求め、この値を静電容量の閾値としている。なお、一対の電極１９が最も路面Ｒに近くなったときとは、一対の電極１９が最も鉛直方向下方に位置するときである。

制御部としてのセンサユニットコントローラ１４は、計測回路１７によって検出された静電容量（電圧）が閾値より大きくなった場合には、タイヤ６の空気圧が低下したと判断して、警報信号を生成し、送信回路１６から送信させる。送信部としての送信回路１６は、送信アンテナ２１から警報信号を送信する。一方、センサユニットコントローラ１４は、計測回路１７によって検出された静電容量（電圧）が閾値より小さい場合には、警報信号を生成しない。したがって、センサユニットコントローラ１４が、タイヤ６の空気圧が低下したと判断するときの空気圧と、電極１９がタイヤ６を挟んで接地するときの空気圧（予め定められた空気圧）は、同一である。

図１に示すように、受信機ユニット４は、受信機ユニットコントローラ３３を備えるとともに、受信部としてのＲＦ受信回路３５を備えている。ＲＦ受信回路３５は、受信アンテナ３４を介して送信信号を受信する。受信機ユニットコントローラ３３には、表示器３８が接続されている。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、記憶部には受信機ユニット４の動作を統括的に制御するプログラムが記憶されている。

受信機ユニットコントローラ３３は、タイヤセンサユニット３からの警報信号を受信した場合には、タイヤ６の空気圧に関する警報を表示器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、受信機ユニットコントローラ３３により表示器３８にはタイヤ６の空気圧の低下が表示（報知）される。

次に、本実施形態のタイヤ空気圧検出装置１０の作用について図５に従って説明する。なお、図５（ａ）〜（ｃ）では、一対の電極１９が路面Ｒに最も近くなったとき（タイヤ６における一対の電極１９の間の部分が接地したとき）の接地面を二重斜線によって示している。また、図５（ａ）は、タイヤ６の空気圧が適正空気圧よりも高いときの接地面を示しており、図５（ｂ）は、タイヤ６の空気圧が適正空気圧のときの接地面を示しており、図５（ｃ）は、タイヤ６の空気圧が適正空気圧よりも低い場合の接地面を示している。なお、説明の便宜上、タイヤセンサユニット３の図示を省略している。

センサユニットコントローラ１４は、タイヤ６が一回転する間（一定期間の間）に、複数回に亘って一対の電極１９に電圧を印加させ、印加の度に、一対の電極１９間の持つ静電容量を計測回路１７に計測させる。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、タイヤ６の空気圧が適正空気圧よりも高いときには、タイヤ６の空気圧が適正空気圧のときに比べて接地面積が小さい。タイヤ６の空気圧が、適正空気圧よりも高い空気圧から、適正空気圧になると、タイヤ６の接地面積が増加する。これに伴い、計測回路１７によって計測される電極１９の静電容量が大きくなる。

図５（ｃ）に示すように、タイヤ６の空気圧が適正空気圧よりも低下し、一対の電極１９がタイヤ６を挟んで接地すると、計測回路１７によって検出される静電容量は、タイヤ６の空気圧が適正空気圧の場合に比べて大きくなる。また、電極１９が、タイヤ６を挟んで接地することで、計測回路１７によって計測される静電容量は、タイヤ６の空気圧が適正空気圧よりも高い空気圧から適正空気圧になるときに比べて、大きく変化する（静電容量の増加量が多い）。

したがって、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）タイヤ６の内周面に接合された電極１９の静電容量を検出することで、タイヤ６の空気圧が適正空気圧より低下したことを検出することができる。このため、タイヤ６の空気圧を計測する装置をタイヤ６に埋設する必要がなく、専用のタイヤを用いることなくタイヤ６の空気圧の低下を検出することができる。

（２）また、タイヤ６の空気圧を検出するために、タイヤ６の内部に圧力センサを設けることも考えられる。しかしながら、圧力センサは、電極１９（金属板や、金属膜）に比べて高価であり、圧力センサを用いると、タイヤ空気圧検出装置の製造コストが高くなる。電極１９を用いて、タイヤ６の空気圧が適正空気圧より低下したことを検出することで、タイヤ空気圧検出装置１０の製造コストが低減される。

（３）電極１９は、タイヤ６の空気圧が予め定められた適正空気圧より低下したときに、タイヤ６を挟んで接地する位置に設けられている。このため、タイヤ６の空気圧が適正空気圧より低下すると、電極１９の静電容量が大きく変化する。このため、タイヤ６の空気圧が適正空気圧より低下したことを的確に検出することができる。

（４）ところで、圧力センサを用いずにタイヤ６の空気圧が低下したことを検出する装置として、タイヤ６の回転数の相対関係からタイヤ６の空気圧の低下を検出する装置が知られている。タイヤ６の空気圧が低下すると、タイヤ６の直径が小さくなり、タイヤ６の回転数が増加する。このため、各車輪２に設けられたＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）などを利用して各車輪２の回転数（回転速度）を検出して、特定のタイヤ６の回転数が他のタイヤ６の回転数に比べて相対的に低い場合には、そのタイヤ６の空気圧が低下していると検出することができる。しかしながら、この場合には、各タイヤ６の回転数の相対関係から特定のタイヤ６の空気圧の低下を検出するため、各タイヤ６の回転数の差が少ない場合、すなわち、各タイヤ６の空気圧の差が少ない場合には、タイヤ６の空気圧が低下したことを検出できない。これに対し、本実施形態のタイヤ空気圧検出装置１０は、タイヤ６の相対関係に関わらずタイヤ６の空気圧が低下したことを検出することができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、一対の電極１９は、それぞれタイヤ６の周方向に延びていてもよい。この場合、タイヤ６の空気圧が低下し、タイヤ６の接地面積が大きくなると、タイヤ６を挟んで接地する電極１９の面積も比例して大きくなる。これに伴い、電極１９の静電容量も増加していくため、静電容量は、タイヤ６の接地面積に比例して大きくなる。このため、タイヤ６の空気圧の変化を検出しやすい。

・ 図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、一対の電極３０における互いの電極３０に近い側の端部を一端とすると、電極３０のタイヤ６の軸方向に沿う寸法は、一端に比べて他端のほうが大きくなっていてもよい。例えば、図７（ａ）に示すように、電極３０は、Ｔ字状をなしていてもよい。電極３０は、タイヤの周方向に延びる矩形状の第１電極部３１と、タイヤ６の軸方向に延びる第２電極部３２とを有している。一対の電極３０は、一端がタイヤ６の周方向に向かい合うように並んで設けられている。第２電極部３２は、電極３０の他端に設けられている。電極３０は、タイヤ６の空気圧が適正空気圧より低下したときに第２電極部３２の両方がタイヤ６を挟んで接地する位置に設けられている。この場合、タイヤ６の空気圧が適正空気圧より低下するまでのタイヤ６の空気圧の変化を検出しやすく、タイヤ６の空気圧が適正空気圧より低下したときには、検出される静電容量が大きく変化するため、タイヤ６の空気圧が適正空気圧より低下したことを的確に検出することができる。また、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、電極３０は、三角形状や、台形状をなしていてもよい。

・ 電極１９の静電容量から、タイヤ６の空気圧に加えてタイヤ６の摩耗を検出できるようにしてもよい。電極１９の静電容量は、タイヤ６を通過する電気力線Ｆの量に依存し、タイヤ６のトレッド部７の摩耗が進行していない程タイヤ６から漏れる電気力線Ｆの量が少なく、タイヤ６の比誘電率が大きくなるため、一対の電極１９間の静電容量は大きくなる。一方、トレッド部７の摩耗が進行する程タイヤ６から漏れる電気力線Ｆの量は多くなり、タイヤ６の比誘電率が小さくなるため、一対の電極１９間の静電容量は小さくなる。このため、静電容量を検出することで、タイヤ６の摩耗を検出することができる。

・ 一対の電極１９は、同じ大きさ、同じ形状でなくてもよい。
・ タイヤ空気圧検出装置１０は、４輪の車両１におけるタイヤ６への適用に限定されるものではなく、２輪や３輪など４輪以外の車両におけるタイヤに適用してもよい。

・ 受信機ユニット４の受信回路は、ＲＦ受信回路３５ではなく低周波の受信回路であってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握することのできる技術的思想について以下に追記する。

（イ）車両に設けられた受信部に警報信号を送信する送信部を備え、前記制御部は、前記計測回路によって計測される静電容量が閾値より大きくなったときに前記警報信号を送信させることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のタイヤ空気圧検出装置。

１…車両、６…タイヤ、１０…タイヤ空気圧検出装置、１４…センサユニットコントローラ、１６…送信回路、１７…計測回路、１８…電源、１９，３０…電極、３５…ＲＦ受信回路。

Claims (4)

1. 車両のタイヤ内側に装着され、前記タイヤの空気圧の低下を検出するタイヤ空気圧検出装置であって、
   電源と、
   前記タイヤの周方向に互いに離間し、かつ絶縁された状態で前記タイヤの内周面に接合された一対の電極と、
   前記電源から前記一対の電極に電圧を印加したときの前記タイヤの接地面積の変化に合わせて変動する前記電極間の静電容量を計測する計測回路と、
   前記計測回路によって計測される静電容量が閾値より大きくなったときに前記タイヤの空気圧が低下したと判断する制御部と、を備えたことを特徴とするタイヤ空気圧検出装置。
2. 前記一対の電極は、それぞれ前記タイヤの軸方向に延びるとともに、前記タイヤの空気圧が予め定められた空気圧より低下したときに前記タイヤを挟んで接地する位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ空気圧検出装置。
3. 前記一対の電極は、それぞれ前記タイヤの周方向に延びることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ空気圧検出装置。
4. 前記一対の電極における互いの電極に近い側の端部を一端とすると、前記電極の前記タイヤの軸方向に沿う寸法は、一端よりも他端のほうが大きいことを特徴とする請求項３に記載のタイヤ空気圧検出装置。