JP7797673B2

JP7797673B2 - 物理量検出装置

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Publication number: JP7797673B2
Application number: JP2024546649A
Authority: JP
Inventors: 丈夫細川; 文夫結城; 敦郎相馬
Original assignee: Astemo Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2022-09-16
Filing date: 2022-09-16
Publication date: 2026-01-13
Anticipated expiration: 2042-09-16
Also published as: EP4589273A1; EP4589273A4; US20260104301A1; WO2024057513A1; CN119836565A; JPWO2024057513A1

Description

本発明は、タイヤの状態の物理量を検出する物理量検出装置に関する。

タイヤの状態に関する物理量を検出する装置（物理量検出装置）がタイヤに取り付けられている場合、車両に設けられた車両制御装置との間のデータのやり取りは無線通信により行われる。タイヤは車両に回転可能に支持されているので、車両から物理量検出装置に電力を供給することは困難である。したがって、物理量検出装置内に電源を設ける必要があり、例えば、物理量検出装置内にコイン電池等を用いて電源とすることがある。つまり、コイン電池等の限られた電源に基づいて物理量検出装置を駆動する必要があった。

一方で、物理量検出装置は、タイヤ内に備えられることから、交換が容易にできない。このため、物理量検出装置の消費電流の低減が重要であり、特に物理量検出装置の中で消費電流が大きい、マイクロコンピュータ（ＭＰＵ）や無線通信に用いられるアンテナ駆動部などの作動時における消費電流の低減が必要である。

特許文献１には、接地側領域の情報のみ、もしくは、非接地側領域の情報のみを車両側へ送信して、少ない消費電流で必要なタイヤの情報を車両側へ送信する技術が示されている。

特許第６３１７９９９号

特許文献１では、踏み込み点および蹴り出し点となるセンサ計測値の２つのピーク位置を算出し、この２つのピーク位置の間隔をタイヤの接地側領域とし、この接地側領域を送信区間としてセンサで取得したタイヤの情報を車両側に送信している。このため、センサは、少なくともタイヤのセンサ配置部分が路面と接地してから離れるまでの時間は、電源から電流の供給を受けている必要があり、消費電流が増加することになる。つまり、情報として不要である箇所においても消費電流が増加するため、低消費電流化に向けた効果が十分に発揮されない虞があった。

本発明の目的は、タイヤに搭載されたセンサが路面と接地から離れるまでの時間を必要とせず、タイヤのセンサ配置部分が路面に接地している接地期間中においても通電方法を制御して低消費電流化を図る物理量検出装置を提供することにある。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本発明の物理量検出装置は、
タイヤ内に装着されて前記タイヤの状態の物理量を検出する物理量検出装置であって、
前記タイヤのひずみを検出するひずみ検出部と、
該ひずみ検出部により検出された検出信号を処理する信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、
前記タイヤの回転により前記タイヤのひずみ検出領域が路面に接地する踏み込み時に圧縮または引張のいずれか一方側に発生するひずみの踏み込みピーク値と、前記踏み込み時から前記タイヤのひずみ検出領域が前記路面より離れる蹴り出し時までの間の中間時点において圧縮または引張のいずれか他方側に発生するひずみの中間時点ピーク値とを抽出し、
前記踏み込みピーク値から前記中間時点ピーク値までの時間差分または前記ひずみの変化の傾きから、次回以降に前記踏み込みピーク値および前記中間時点ピーク値が発生する周期を算出し、該周期に合わせて前記ひずみ検出部に通電を行う
ことを特徴とする。

本発明によれば、タイヤの回転によりタイヤのひずみ検出領域が路面に接地する踏み込みから路面より離れる蹴り出しまでにかかる時間よりも、ひずみセンサに通電する時間を短くすることができ、踏み込みから蹴り出しまでの接地期間中において低消費電流化を図ることが可能な物理量検出装置を提供できる。

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本実施形態のひずみセンサを搭載した車両の概略構成を示すブロック図。車両の進行に伴ってひずみセンサを有するタイヤが路面の上を転がる状態を示す模式図。タイヤの回転状態に応じたひずみセンサのセンサ信号波形を示す説明図。本実施形態に係る物理量検出装置のハード構成を説明する図。本実施形態に係る物理量検出装置の信号処理部の構成を示す機能ブロック図。本実施形態に係る信号処理部の処理を示したフローチャートの一例。本実施形態に係る物理量検出装置で計測される波形データの一例およびその時の通電有無を示すグラフ。本実施形態に係る物理量検出装置で処理される踏み込みピークでの通電時間幅の補正手段の一例を示した概略図。本実施形態に係る物理量検出装置のイレギュラーな値が含まれたひずみ値の計測波形を示した図。本実施形態に係る物理量検出装置の各ブロックにおける通電有無を示すタイミングチャート。ひずみ検出モジュールの平面図。図１１のＡ－Ａ断面図。

以下、図１～図１２を参照して本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰返しの説明は省略する。また、断面図と正面図と側面図の各々は、互いに直交するＸＹＺ軸により方向を特定し、＋Ｘを「右」、－Ｘを「左」、＋Ｙを「上」、－Ｙを「下」、＋Ｚを「前」、－Ｚを「後」と規定する。

図１は、本実施形態のひずみセンサを搭載した車両の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態のひずみセンサ１は、例えばＡＤＡＳ（ＡｄｖａｎｃｅｄＤｒｉｖｅｒ－ＡｓｓｉｓｔａｎｃｅＳｙｓｔｅｍｓ）やＡＤ（ＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＤｒｉｖｉｎｇ）の機能を有する車両１００に適用される。車両１００は、図１に示されるように、４本のタイヤ１０と、コントロールユニット１０１と受信機１０２を備えている。そして、各タイヤ１０には、ひずみセンサ１がそれぞれ装着されている。車両１００は、４輪車に限定されたものではなく、２輪車や、トラックやバスなどの６輪や８輪などの複数本のタイヤを装着した車両でもよい。また、本実施形態では、全てのタイヤ１０にそれぞれ１つずつひずみセンサ１が装着されている構成を示しているが、いずれか１つのタイヤ１０のみに１つのひずみセンサ１が装着された構成であってもよい。

コントロールユニット１０１は、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）によって構成されており、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリと、入出力インターフェースを含むハードウエアを有している。そして、メモリには、各種演算処理を行うためのソフトウエアプログラムが実行可能な状態で記憶されている。受信機１０２は、複数個のひずみセンサ１により検出した信号を無線通信により受信し、各ひずみセンサ１の出力信号としてコントロールユニット１０１に供給する。コントロールユニット１０１は、各ひずみセンサ１の出力信号を用いて種々の車両制御を行う。

図２は、車両の進行に伴ってひずみセンサを有するタイヤが路面の上を転がる状態を示す模式図である。図２（１）は、タイヤの側面図、図２（２）は、図２（１）のＩＩ－ＩＩ線断面矢視図である。

ひずみセンサ１は、例えば車両のタイヤ１０の内側に装着され、タイヤ１０のひずみを検出する。ひずみセンサ１は、タイヤ１０のトレッド部の内周面（以下、タイヤ内周面という）に固定されおり、タイヤ内周面に生ずる圧縮方向と引張方向の変形をひずみとして検出する。本実施形態では、タイヤ１０は、不図示のホイールに組み付けられ、ホイールとタイヤ１０との間に形成される密閉空間に高圧ガスが充填される、チューブレスタイヤであるが、密閉空間に空気チューブが配置されたチューブ入りタイヤであってもよい。ひずみセンサ１は、1つのタイヤ内に１個配置されているが、これに限定されず、複数個がタイヤ内周面の円周方向に所定間隔をおいて配置されている構成としても良い。

図２に示される状況の場合、路面３０上はフラットな路面であり、タイヤ１０は、ひずみセンサ１の配置されている部分（ひずみ検出領域１０ａ：図３を参照）が路面３０に接地している。この状況では、ひずみセンサ１が、タイヤ１０の変形に対応したひずみ量を検出することになる。

次に図３を用いて、１つのひずみセンサ１を用いた場合の、センサ信号波形４０について説明する。

図３（１）～（４）は、タイヤの回転状態を示す図、図３（５）は、タイヤの回転状態に応じたひずみセンサのセンサ信号波形を示す説明図である。図３（１）は、タイヤのひずみ検出領域が路面から離れている非接地状態を示している。図３（２）～図３（４）は、タイヤのひずみ検出領域が路面に接地している接地状態を示しており、図３（２）は、ひずみ検出領域が路面への接地を開始する踏み込み時の状態を示し、図３（４）は、ひずみ検出領域が路面から離れる蹴り出し時の状態を示している。そして、図３（３）は、踏み込み時から蹴り出し時までの間の中間時点の状態を示している。

ひずみセンサ１は、図３（１）～（４）に示されるように、タイヤ１０が路面３０の上を転がると、図３（５）に示すように、回転するタイヤ１０の路面３０に対する状態により変化するセンサ信号波形４０を出力する。ひずみセンサ１は、基準レベル４１と、基準レベル４１よりもプラス（引張）に変化するプラスレベルと、基準レベル４１よりもマイナス（圧縮）に変化するマイナスレベルと、を有するセンサ信号波形４０を出力する。

ひずみセンサ１は、タイヤ１０のひずみを検出可能なひずみ検出領域１０ａが、図３（１）に示すように、路面３０に接地していない非接地期間５２にあるときには、センサ信号波形４０の基準レベル（定常値）４１を維持している。

そして、タイヤ１０のひずみ検出領域１０ａが、路面３０に接地している接地期間５１にあり、さらに、図３（３）に示すように、踏み込み時から蹴り出し時までの間の中間時点にあるときに、センサ信号波形４０のプラスレベルのピーク値（最大値）である中間時点ピーク値４２を出力する。また、タイヤ１０のひずみ検出領域１０ａが路面３０に対して接地する踏み込み時および離間する蹴り出し時には、センサ信号波形４０のマイナスレベルのピーク値である踏み込みピーク値４３と蹴り出しピーク値４４を出力する。

このように、センサ信号波形４０は、タイヤ１０のひずみ検出領域１０ａが路面３０に対して接地又は離間する瞬間（踏み込み時と蹴り出し時）の２つのセンサ変位点（踏み込みピーク値４３、蹴り出しピーク値４４）と、タイヤ１０のひずみ検出領域１０ａが路面３０に接地している接地期間５１の１つのセンサ変位点（中間時点ピーク値４２）を有する。そして、踏み込み時から中間時点までの時間５３は、接地期間５１の約半分の長さとなる。このように検出されるセンサ信号波形４０は、種々の物理量（荷重量、空気圧、速度、温度など）によって変化する。

本実施形態では、タイヤ１０のひずみ検出領域１０ａが路面３０に対して接地又は離間する瞬間をマイナス（圧縮）、タイヤ１０のひずみ検出領域１０ａが路面３０に接地している中間時点の状態をプラス（引張）としたが、タイヤ内周面に対するひずみセンサ１の搭載向きにより、プラスとマイナスが反転する際でも同様に考えることができる。このように、ひずみセンサ１は、タイヤ１０のタイヤ内周面に搭載され、タイヤ１０の変形に応じたひずみのひずみ量を計測する。

図４は、本実施形態に係る物理量検出装置のハード構成を示すブロック図である。
ひずみセンサ１は、ひずみ量であるセンサ信号を用いてタイヤの物理量を検出する物理量検出装置２を備えている。物理量検出装置２は、コイン電池５、ＤＣ／ＤＣコンバータ６、ＭＰＵ（ＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｏｒＵｎｉｔ）２０、アンテナ駆動部４、ひずみ検出モジュール（ひずみ検出部）３を備えている。ＭＰＵ２０は、コイン電池５からＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して昇圧された一定電圧の供給を受け、ひずみ検出モジュール３およびアンテナ駆動部に供給する。

コイン電池５は、温度条件等により電圧値が変化する。ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、コイン電池５からＭＰＵ２０およびひずみ検出モジュール３に供給する電圧値を安定させるために設けられている。ＭＰＵ２０とひずみ検出モジュール３およびＭＰＵ２０とアンテナ駆動部４は、電気的に接続されている。ＭＰＵ２０は、ひずみ検出モジュール３およびアンテナ駆動部４に対する電源のＯＮ／ＯＦＦ動作を半導体スイッチ等で実現し、低消費電流化を図っている。ＭＰＵ２０は、スリープ機能を有しており、起動時以外はスリープモードに移行することにより不要なクロック回路の動作等を停止させ、低消費電流化を図ることもできる。

図５は、本実施形態に係る物理量検出装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。

物理量検出装置２のＭＰＵ２０は、ＭＰＵ２０内のプロセッサによりメモリ内のプログラムを実行することによって、内部機能として信号処理部を具現化する。以下、ＭＰＵ２０を信号処理部２０と称することもある。

信号処理部２０では、定期的に発生する起動指令により、通電タイマ設定部２０６に予め設定されている指定時間内で、ひずみ検出モジュール３との間でシリアル通信を行い、または、アナログ電圧を読み込むことにより、ひずみ値を計測する。計測されたひずみ値は、計測した点の時間の情報とともに、計測部２０１から通電タイミング算出部２１に伝達される。

通電タイミング算出部２１は、ピーク算出部２０２と時間算出部２０３を有している。ピーク算出部２０２は、タイヤ１０の回転によりタイヤ１０のひずみ検出領域１０ａが路面３０に接地する踏み込み時に圧縮または引張のいずれか一方側に発生するひずみの踏み込みピーク値と、踏み込み時からタイヤ１０のひずみ検出領域１０ａが路面３０より離れる蹴り出し時までの間の中間時点において圧縮または引張のいずれか他方側に発生するひずみの中間時点ピーク値とを算出する。

ピーク算出部２０２は、本実施形態では、センサ信号波形４０のプラスレベル（圧縮側）の中間時点ピーク値４２とマイナスレベル（引張側）の踏み込みピーク値４３および蹴り出しピーク値４４を算出する。そして、踏み込みピーク値４３を計測した点の時間ｔＰａと中間時点ピーク値４２を計測した点の時間ｔＰｂを抽出する。時間算出部２０３は、ピーク算出部２０２で算出した初回の踏み込みピーク値４３と中間時点ピーク値４２との間の時間差分ｔを算出し、タイヤ１０が１回転して次に発生する踏み込みピーク値４３までの時間ｔ_Ｐａ－１と中間時点ピーク４２までの時間ｔ_Ｐｂ－１を算出する。

タイヤ１０が一定の回転速度で回転している場合、踏み込みピーク値４３と中間時点ピーク値４２との間の時間差分と、タイヤ１０が１回転するのに必要となる時間との関係は、比例関係にある。したがって、初回の踏み込みピーク値４３と中間時点ピーク値４２との間の時間差分ｔを用いて、次回の踏み込みピーク４３と中間時点ピーク値４２が発生するタイミングを算出することができる。

通電タイミング算出部２１は、次回の踏み込みピーク値４３と中間時点ピーク値４２が発生するタイミングの算出結果を用いて、ひずみ検出モジュール３に通電する通電タイミング値（ｔ_Ｐａ－１、ｔ_Ｐｂ－１）を算出する。

続いて、通電制御部２２では、ひずみ検出モジュール３とアンテナ駆動部４への通電制御を担う。通電制御部２２は、補正パラメータ設定部２０７とカウント設定部２０８を有している。

補正パラメータ設定部２０７は、時間算出部２０３で算出された、タイヤが１回転した後に発生する踏み込みピーク値４３および中間時点ピーク値４２において通電を行う通電時間の幅を補正する補正パラメータを設定する。

カウント設定部２０８は、ピーク値の計測回数を設定する。特徴点抽出部２０５は、カウント設定部２０８において予め設定された計測回数だけピーク値の計測が行われたと判断されると、その測定した複数の計測値の中から予め設定されたしきい値以内のピーク値を有する特徴点を抽出し、その特徴点のピーク値のデータをアンテナ駆動部４に提供し、アンテナ駆動部４から外部に出力する。

アンテナ駆動部４は、特徴点抽出部２０５から供給された特徴点のデータを車両１００の受信機１０２に無線通信により送信し、コントロールユニット１０１に提供する。このようにすることでアンテナ駆動部４での通信時間を短縮させ、更なる低消費電流化を図ることができる。なお、特徴点のデータの送信は、計測部２０１によってひずみ値のピーク値を計測する都度行っても良い。

図６は、本実施形態に係る信号処理部の処理を示したフローチャートの一例である。

信号処理部２０で行われる処理は、図３（１）～（５）に示した、タイヤ１０の回転状態に応じたひずみセンサ１のセンサ信号波形４０の動きをする向きに搭載されたひずみ検出モジュール３の場合を例に、すなわち、タイヤ１０のひずみ検出領域１０ａが路面３０に対して接地又は離間する瞬間（踏み込み時または蹴り出し時）をマイナス（圧縮）、タイヤ１０のひずみ検出領域１０ａが路面３０に接地している状態（中間時点）をプラス（引張）とした場合を例に説明を行う。

起動後、通電タイマ設定部２０６により所定のデータ取得期間である通電タイマ設定１を設定する（Ｓ１０１）。そして、計測部２０１でひずみ検出モジュール３により検出したひずみ値を計測して初回の計測値とする（Ｓ１０２）。次いで、初回の計測値と基準レベル４１とを比較し（Ｓ１０３）、計測値が基準レベル４１未満場合には（Ｓ１０３でＮｏ）、通電タイマ設定部２０６により通電タイマ設定２を設定の上（Ｓ１０４）、通常計測を行い（Ｓ１０５）、ピーク抽出処理（Ｓ１０６）を行う。

一方、計測値が基準レベル４１以上の場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、通常計測対象外とされ、通電タイマ設定１で設定した所定時間の経過有無を判定して、所定時間未満の場合、再度ステップＳ１０３の比較処理を行う。所定時間以上の場合は、安定走行外と判断され次の処理へ遷移する。

ピーク抽出処理Ｓ１０６では、タイヤ１０の回転によりタイヤ１０のひずみ検出領域１０ａが路面３０に接地する踏み込み時に圧縮または引張のいずれか一方側に発生するひずみの踏み込みピーク値と、踏み込み時からタイヤ１０のひずみ検出領域１０ａが路面３０より離れる蹴り出し時までの間の中間時点において圧縮または引張のいずれか他方側に発生するひずみの中間時点ピーク値とを抽出する。

ピーク抽出処理Ｓ１０６では、プラスレベルのピーク値４２とマイナスレベルのピーク値４３が共に揃っているかを判定する。プラスレベルのピーク値４２は、例えば計測値が増加から減少に転じた時点の計測値、もしくは計測時の時間微分がプラスからマイナスへの変化を検出した点での計測値を用いればよい。マイナスレベルのピーク値４３についても同様に、例えば計測値が減少から増加に転じた時点の計測値、もしくは計測時の時間微分がマイナスからプラスへの変化を検出して点での計測値を用いればよい。

このプラスレベルのピーク値４２とマイナスレベルのピーク値４３の両者が揃っている場合に、通電タイミング値の設定が行われる（Ｓ１０７）。そして、通電制御部２２へと遷移して、補正パラメータ設定部２０７により補正パラメータの設定が行われる（Ｓ１０８）。そして、補正後の通電タイミング値に基づいてひずみ検出モジュール３への間欠通電が行われ、ひずみ値の間欠計測（Ｓ１０９）、つまり通電時のみにひずみ値の計測が行われる。

ステップＳ１０６において、プラスレベルのピーク値４２とマイナスレベルのピーク値４３の両者が揃っていない（Ｓ１０６でＮｏ）と判断された場合は、安定走行外と判断され次の処理へ遷移する。こうすることで、クルマの停止中や、計測途中で停止、発進した時などを排除して、一定時間内に安定走行が開始されない場合や、プラスレベルのピーク値４２とマイナスレベルのピーク値４３の両者が揃わない場合は、安定走行外と判断して、不要な通電時間を短縮して低消費電流化を実現することができる。

ステップＳ１０９の間欠計測によりピンポイントでピーク値が計測され、計測されたピーク値の数が、カウント設定部２０８において設定されたカウント数（計測回数）以上になると（Ｓ１１０でＹｅｓ）、特徴点抽出部２０５により、複数の計測値（ピーク値）の中から特徴点が抽出され（Ｓ１１１）、その特徴点のデータがアンテナ駆動部４から受信機１０２に送信される（Ｓ１１２）。

なお、ひずみ検出モジュール３が搭載される向きが反転した場合、計測値は増加・減少方向が反転するため、上記説明の大小関係を反転させることで同様の効果を得ることができる。

次に図７を用いて起動中においての低消費電流化を図る例を説明する。

図７は、本実施形態に係る物理量検出装置で計測される波形データの一例およびその時の通電有無を示すグラフである。

本実施形態では、横軸に時間、縦軸にひずみ量を示した波形であり、実線部分はひずみ検出モジュール３が通電の状態を示し、点線部分は、ひずみ検出モジュール３が非通電の状態を示している。図７に示される通り、起動後初回時は、計測部２０１（図５）でひずみ値と時間を計測する。次にその初回の計測値と基準レベル４１（図３（５）参照）とを比較し（図６のＳ１０３）、初回の計測値が基準レベル４１未満のため、初回計測値の計測時から中間時点ピーク値４２までの間、ひずみ値の変化を連続して計測する通常計測を行っている（図６のＳ１０５）。

その後、プラスレベルの中間時点ピーク値４２（図７のＰｂ）とマイナスレベルの踏み込みピーク値４３（図７のＰａ）の時間差分ｔから、次回発生するプラスレベルの中間時点ピーク値４２（図７のＰｂ－１）とマイナスレベルの踏み込みピーク値４３（図７のＰａ－１）の時間である通電タイミングを、通電タイミング算出部２１（図５）によって求める。以降、必要ｎ回転数分繰返を設定するカウント設定部２０８（図５）で設定したｎカウント分繰返し、中間時点ピーク値４２および踏み込みピーク値４３において、それぞれ通電を行うように通電タイミングを設定し、通電タイミングに合わせて通電を行い、ひずみ値の間欠計測を行う。

踏み込みピーク値４３と中間時点ピーク値４２との間の時間差分ｔとタイヤ１０が１回転するのに掛かる時間（例えば図７のＰｂとＰｂとの間の時間）との関係が比例関係になるため、次回発生するピーク時間の算出には、周期換算係数（比例定数）を用いて以下式により求められる。

ｔ_Ｐａ－１＝周期換算係数×ｔ
ｔ_Ｐｂ－１＝ｔ＋ｔ_Ｐａ－１
周期換算係数はタイヤの外径から決定される固有の値である。

上記したピーク時間ｔ_Ｐａ－１、ｔ_Ｐｂ－１の値を通電タイミング算出部２１（図５）で求め、通電制御部２２（図５）に設定して、ひずみ検出モジュール３に通電制御することで、間欠計測を実現させている。なお、ひずみ検出モジュール３が非通電である状態の時は、信号処理部２０はスリープモード状態であるが、スリープモードからの復帰時、ひずみ検出モジュール３への通電制御が間合うように復帰時間を考慮する必要がある。つまり、図７では、ピークが現れる前に通電を開始している波形を示している。

通電制御部２２は、本波形では、プラスレベルのピーク値４２が例えば計測値が増加から減少に転じた時点、もしくは計測時の時間微分がマイナスへの変化した点で非通電とする。マイナスレベルのピーク値４３についても同様に、例えば計測値が減少から増加に転じた時点、もしくは計測時の時間微分がプラスへの変化した時点で非通電とする。こうすることで、ピークを越えた時点から不要となる区間の通電を抑制し、更なる低消費電流化を図ることができる。

ひずみ検出モジュール３への通電は、初回の踏み込みピーク値４３（図７のＰａ）から初回の中間時点ピーク値４２（図７のＰｂ）までの間、および、次回以降の踏み込みピーク値４３と中間時点ピーク値４２が発生するタイミングにおいて行われる。そして、ひずみ検出モジュール３に通電していない時間は、信号処理部２０をスリープモードとしている。したがって、物理量検出装置２の低消費電流化を図ることが可能となる。通電タイミング算出部２１は、少なくとも２回分の踏み込みピーク値を用いて、以降の踏み込みピーク値４３と中間時点ピーク値４２が発生する周期を算出してもよい。

次に図８を用いて、通電制御する時間幅について説明する。

図８は、本実施形態に係る物理量検出装置で処理される時間ｔ_Ｐａ－１での通電時間幅の補正手段の一例を示した概略図である。

図８は、横軸にプラスレベルのピーク値４２（図７のピーク値Ｐｂ）とマイナスレベルのピーク値４３（図７のピーク値Ｐａ）の時間差分ｔを、縦軸に次回発生するピーク値Ｐａ－１の時間ｔ_Ｐａ－１を示したグラフである。このグラフでは、車速が速くなると、ピーク値４２とピーク値４３間の時間差分ｔは小さくなり、縦軸の次回発生するピーク値Ｐａ－１の時間ｔ_Ｐａ－１が短くなることを示している。図８の右肩上がりのグラフ中央の太線ｔｙｐが、時間差分ｔと設定時間ｔ_Ｐａ－１の基準グラフである。

タイヤ外径が変動した時を想定すると、外径が小さくなった場合、次回のピーク値までの時間が短くなり、外径が大きくなった場合は、次回のピーク値までの時間が長くなる。このため、基準グラフｔｙｐから求めた次回発生するピーク値４３の時間ｔ_Ｐａ－１での通電時にピーク時の計測を取りこぼす懸念が考えられたが、以下の方法により解決される。

具体的には、通電時間幅の補正として、例えば、基準グラフｔｙｐに対して＋側に示された線ｍａｘは、空気圧の上昇等によりタイヤ外径が基準に対して大きくなった場合の関係を示している。すなわち、タイヤ外径が大きくなった場合に次回発生するピーク値までの時間差分は、ピーク値４３とピーク値４２との間の時間差分ｔから求められるｔ_Ｐａ－１よりも長くなるため、次回発生するピーク値４３の時間ｔ_Ｐａ－１に対して＋α分の補正を行う。

同様に、基準グラフｔｙｐに対して－側に示された線ｍｉｎは、空気圧の減少等によりタイヤ外径が基準に対して小さくなった場合の関係を示している。すなわち、タイヤ外径が小さくなった場合に次回発生するピーク値までの時間差分は、ピーク値４３とピーク値４２との間の時間差分ｔから求められるｔ_Ｐａ－１よりも短くなるため、次回発生するピーク値４３の時間ｔ_Ｐａ－１に対して－β分の補正を行う。

よって、α、βの値を調整することで、通電時間幅の補正を行い、ピーク値の計測漏れを防止して、計測精度を維持することができる。

なお、タイヤ外径の変動要因には、空気圧の他に例えばタイヤへの荷重、タイヤの摩耗量といったパラメータが挙げられる。変動要因のパラメ－タが推定や、上位システムからの無線通信により事前に判明している場合は、その値を用いて、直接基準グラフｔｙｐを補正して、通電時間幅の短縮化を図っても良い。

次に、図９を用いて、イレギュラーな値が計測された場合の実施例を示す。

図９では、ひずみ値の複数回数分のピーク値を計測した場合の計測波形を示している。回数の設定は、カウント設定部２０８（図４）で行い、計測した値が特徴点抽出部２０５によって抽出される。抽出方法の一例として、計測値は、一定範囲のばらつきを持ち、例えばタイヤ１０が砂利を踏むなどにより、その一定範囲から外れる値は、イレギュラーな値と判定して特徴点から排除することができる。ここでは、設定された回数だけ計測した複数のピーク値の中から予め設定されたしきい値以内のピーク値を有する特徴点だけが抽出され、イレギュラーな値を有する測定値は特徴点から排除される。

このように、本来送信する必要のないイレギュラーな値を事前に特徴点から排除し、送信データの負荷を下げることで、アンテナ駆動部４への通電時間を短縮化でき、低消費電流化を実現することができる。また、路面種検知では、判定閾値の範囲から異常値が砂利等の路面種であると判定してその情報を送信する構成としても良く、低消費電流化を実現しつつ目的により、使い分けすることができる。

図１０は、本実施形態に係る物理量検出装置の各ブロックにおける通電有無を示すタイミングチャートである。

本実施例では、信号処理部２０、ひずみ検出モジュール３およびアンテナ駆動部４の通電有無のタイミングについて述べる。

まず、信号処理部２０では、ひずみ検出モジュール３の計測時およびアンテナ駆動部４でデータ送信するとき以外は、スリープモードに遷移させて低消費電流化を実現している。

次に、ひずみ検出モジュール３では、先に説明してきた、初回のピーク値４３とピーク値４２との間の時間差分ｔから求められるピーク値４３の発生時間ｔ_Ｐａ－１とピーク値４２の発生時間ｔ_Ｐｂ－１を用いた間欠通電することで、低消費電流化を実現している。

次に、アンテナ駆動部４においては、計測した全データを送信させると、送信時間が長くなり、その間の消費電流が増加することになる点、またデータの送信を計測と並行して行うと、時間当たりに使用される電流が増加し、コイン電池５（図４）から供給される電源電圧が一時的に不安定となる懸念もある。

このため、本実施形態の物理量検出装置２では、図１０に示すように、ひずみ検出モジュール３によるひずみの計測と、アンテナ駆動部４による計測値のデータ送信を前後に分けて別々のタイミングに行っている。これにより、時間当たりに使用される電流を下げて、電源電圧の安定化を図っている。

更には、カウント設定部２０８で指定回数計測後、特徴点抽出部２０５で抽出した特徴点の値のみを送信させる構成とすることで、通信時に使用されるアンテナ駆動部４への通電時間を短縮して、低消費電流化を実現している。本実施形態の物理量検出装置２は、以上の構成を用いることで、低消費電流化から製品寿命の長寿命化を実現できる。

次に、本実施形態におけるひずみセンサ１の一例について図１１と図１２を用いて説明する。本実施形態のひずみセンサ１は、ひずみ検出モジュール３によって構成されている。

図１１は、ひずみ検出モジュール３の平面図で、図１２は、図１１のＡ－Ａ断面図である。図１１に示すように、ひずみ検出モジュール３は、ひずみ検出素子３ａとベース部材３ｂと封止部３ｃと電線部３ｄとを備える。ひずみ検出素子３ａは、電気抵抗の変化に応じたひずみ量を出力する半導体であり、例えば、ひずみ検出の処理を行う制御回路と合体して１チップ化したひずみセンサチップである。

ひずみセンサチップは、半導体プロセスにより製造されるＩＣチップで、例えば、５ｍｍ×５ｍｍ程度の大きさの矩形のＭＯＳＦＥＴ型センサチップである。また、ひずみセンサチップは、例えば、ＣＭＯＳプロセスによって形成された半導体と、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）によって構成されている。なお、ひずみセンサチップが大きいとタイヤ１０が異物に乗り上げた際に破損する虞があるため、５ｍｍ×５ｍｍより小さいことが好ましい。なお、ひずみ検出素子３ａは、ひずみセンサチップに限定されず、例えば、ひずみゲージを用いても良い。

ベース部材３ｂはひずみ検出素子３ａをタイヤ内周面に固定する部材であり、例えば、ひずみ検出素子３ａを形成する半導体材料（Ｓｉ等）に線膨張係数が近い金属製の薄板である。半導体材料（Ｓｉ等）に線膨張係数が近い金属としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）の線膨張係数約４ｐｐｍ／℃との差が約１ｐｐｍ／℃の約５ｐｐｍ／℃である４２アロイ（４２Ａｌｌｏｙ：鉄にニッケルを配合した合金）を用いることができる。

このように、ベース部材３ｂの材料に線膨張係数が半導体材料に近い金属を使用することにより、ひずみ検出素子３ａのひずみの検出精度を向上させることができる。

また、ベース部材３ｂは上記金属に限定されない。例えば、タイヤから発生する硫黄ガスに対して耐腐食性を備える金属（ステンレス、アルミ、銅、鉄系合金、又は、金、ニッケル、錫等のメッキ処理をした卑金属等）を使用してもよい。

ベース部材３ｂは、タイヤのひずみをひずみ検出素子３ａに精度よく伝えるため、長方形の薄板となっている。また、ベース部材３ｂは、＋Ｚ方向（前側）の端部が、図１１に示すように円弧状になっている。なお、ベース部材３ｂの形状は、上記に限定されず、円形、楕円形、その他の多角形であってもよい。ベース部材３ｂの表面（＋Ｚ側面）には、接着剤、例えば、硬度の高いエポキシ系の接着剤により、ひずみ検出素子３ａが固定されている。

封止部３ｃは、ひずみ検出素子３ａと電線部３ｄとを電気的に接続するボンディングワイヤ（図示せず）とひずみ検出素子３ａの上からベース部材３ｂの表面に塗布された樹脂、例えば、エポキシ樹脂である。封止部３ｃにより、ひずみ検出素子３ａとボンディングワイヤは封止され外部環境から保護される。なお、封止部３ｃは、エポキシ樹脂に限定されず、他の樹脂、例えば、ウレタン樹脂やシリコーン樹脂を用いても良い。

電線部３ｄは、ひずみ検出素子３ａを回路と電気的に接続する電線で、例えば、フレキシブルプリント配線板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｓ：ＦＰＣ）である。また、ひずみ検出素子３ａが、抵抗の変化に応じたひずみ量を出力する半導体、例えば、半導体ひずみセンサである。これにより、ひずみゲージに比べて低消費電力（例えば、約１／１，０００）で、高感度（例えば、約２５，０００倍）の計測ができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の思想乃至趣旨を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１・・・ひずみセンサ、２・・・物理量検出装置、３・・・ひずみ検出モジュール（ひずみ検出部）、３ａ・・・ひずみ検出素子、３ｂ・・・ベース部材、３ｃ・・・封止部、３ｄ・・・電線部、４・・・アンテナ駆動部、５・・・コイン電池、６・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０・・・タイヤ、２０・・・信号処理部、２１・・・通電タイミング算出部、２２・・・通電制御部、３０・・・路面、４０・・・センサ信号波形、４１・・・基準レベル、４２・・・プラスレベルのピーク値、４３・・・マイナスレベルのピーク値、１００・・・車両、１０１・・・コントロールユニット、１０２・・・受信機、２０１・・・計測部、２０２・・・ピーク算出部、２０３・・・時間算出部、２０４・・・間欠通電制御部、２０５・・・特徴点抽出部、２０６・・・通電タイマ設定部、２０７・・・補正パラメータ設定部、２０８・・・カウント設定部

Claims

タイヤ内に装着されて前記タイヤの状態の物理量を検出する物理量検出装置であって、
前記タイヤのひずみを検出するひずみ検出部と、
該ひずみ検出部により検出された検出信号を処理する信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、
前記タイヤの回転により前記タイヤのひずみ検出領域が路面に接地する踏み込み時に圧縮または引張のいずれか一方側に発生するひずみの踏み込みピーク値と、前記踏み込み時から前記タイヤのひずみ検出領域が前記路面より離れる蹴り出し時までの間の中間時点において圧縮または引張のいずれか他方側に発生するひずみの中間時点ピーク値とを算出し、
前記踏み込みピーク値から前記中間時点ピーク値までの時間差分から、次回以降に前記踏み込みピーク値および前記中間時点ピーク値が発生する周期を算出し、該周期に合わせて前記ひずみ検出部に通電を行う
ことを特徴とする物理量検出装置。
前記信号処理部は、
初回の前記踏み込みピーク値から前記中間時点ピーク値までの間に亘って前記ひずみ検出部に通電を行い、
次回以降は前記踏み込みピーク値および前記中間時点ピーク値が発生するタイミングで前記ひずみ検出部に通電を行う
ことを特徴とする請求項１記載の物理量検出装置。
前記信号処理部は、
前記踏み込みピーク値と前記中間時点ピーク値の計測回数を設定し、
該設定された回数だけ計測した複数のピーク値の中から予め設定されたしきい値以内のピーク値を有する特徴点を抽出し、
該特徴点のピーク値のデータを外部に送信することを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
前記信号処理部は、
少なくとも２回分の前記踏み込みピーク値を用いて、前記周期を算出することを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
前記信号処理部は、
初回は前記踏み込みピーク値から前記中間時点ピーク値を抽出した時点で前記ひずみ検出部に対する通電を終了することを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
前記信号処理部は、
初回の通電開始からの経過時間、もしくは前記ひずみ値の微分値がプラスからマイナスまたはマイナスからプラスに変化した回数を、初回の通電の終了条件とする
ことを特徴とする請求項１記載の物理量検出装置。
前記信号処理部は、
前記タイヤの外径から決定される固有の値である周期換算係数を用いて前記周期を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の物理量検出装置。
前記信号処理部は、
前記タイヤの空気圧、前記タイヤへの荷重、前記タイヤの摩耗量の少なくとも一つを用いて前記通電の通電時間幅を補正することを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。