JPH0769014A

JPH0769014A - タイヤ空気圧モニタ装置

Info

Publication number: JPH0769014A
Application number: JP5215729A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Matsubara; 浩輔松原; Takeo Fukumura; 武夫福村
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1995-03-14

Abstract

(57)【要約】【目的】磁気センサからホィールまでの距離が変化して
もタイヤの空気圧を正確に検出することができるように
することにある。【構成】ホィール１１に固定された固定磁石１５と、タ
イヤの空気圧に応じてホィール１１の軸線方向に位置が
変化する可動磁石１６と、車体側の部材４０に設けられ
た磁気センサ４１とを備え、各磁石１５，１６による磁
気センサ出力に基き、マイクロコンピュータによってタ
イヤ空気圧Ｐを求める。マイクロコンピュータには、キ
ャリブレーションによって予め求めておいた各磁石１
５，１６から磁気センサ４１までの最短距離と磁気セン
サ出力との関係を表す計算式が記憶されており、タイヤ
空気圧を検出する時に磁気センサ４１によって得られる
磁気センサ出力と上記計算式に基いて、磁気センサ４１
から各磁石１５，１６までの最短距離Ｌ１，Ｌ２を算出
するとともに、固定磁石１５から可動磁石１６までの相
対距離を変数とする圧力計算式により、圧力Ｐを求める
ようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両や航空機等
のように空気入りタイヤを使用するものにおいてタイヤ
の空気圧をチェックするためのタイヤ空気圧モニタ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】タイヤの空気圧を走行中に検出するため
の手段として、図５に示されるようなタイヤ空気圧モニ
タ装置100 が提案されている。このモニタ装置100 は、
タイヤ101 と一体に回転するホィール102 に、可動磁石
104 を有するトランスデューサ105 を設け、車体側の部
材106 に磁気センサ107 を設けている。可動磁石104 は
例えば特公平４−４０２１１号公報に記載されているよ
うに、タイヤ101 の空気圧変化に応じてホィール102 の
軸線方向に変位するように構成され、タイヤ101の空気
圧が高くなるほど磁石104 から磁気センサ107 までの最
短距離Ｌ１が短くなるようにしている。

【０００３】電磁コイルを用いた磁気センサ107 は、ホ
ィール102 が回転する際に磁石104の磁気を検出するも
のであり、磁石104 から磁気センサ107 までの最短距離
Ｌ１に応じた大きさの電磁誘導による起電力を生じる。
この起電力は、アナログ／ディジタル変換器によってＡ
／Ｄ積分値に変換される。

【０００４】上記可動磁石104 は、タイヤの空気圧に比
例した距離分だけホィール102 の軸線方向に移動するか
ら、タイヤが基準圧力にある時の可動磁石104 の位置
と、圧力変化に対する可動磁石104 の位置変化率を予め
求めておけば、磁石104 が移動した距離を何らかの手段
によって検出することにより、圧力を求めることができ
る。つまり、原理的には、磁気センサ107 から可動磁石
104 までの最短距離Ｌ１の変化を、前述した誘導起電力
のＡ／Ｄ積分値の変化量に基いて算出し、この距離変化
に基いてタイヤ空気圧を求めればよいことになる。

【０００５】ところが、実際の車両は、走行中にホィー
ル102 がある程度の「ぶれ」を生じながら回転してお
り、また、コーナリング走行時には横方向の荷重を受け
ることによってホィール102 が変形したり、車体に対し
てホィール102 が軸線方向に移動するため、磁気センサ
107 からホィール102 までの距離が変化してしまう。つ
まり、タイヤの空気圧とは無関係な外的要因によって、
磁気センサ107 から磁石104 までの最短距離Ｌ１が変化
することがある。このため、単に可動磁石104 による磁
気センサ出力を計測するだけでは、タイヤ空気圧を正確
に測定することができない。

【０００６】そこで従来は、圧力変化の影響を受けない
較正用の固定磁石（リファレンス磁石）110 をホィール
102 に設け、磁気センサ107 からホィール102 までの距
離が変わっても、可動磁石104 から固定磁石110 までの
相対距離が変化しないようしている。そしてこの場合、
可動磁石104 から固定磁石110 までの相対距離が変化し
た時にタイヤ空気圧が変化したとして計算することによ
り、圧力以外の変化要因をキャンセルするようにしてい
る。

【０００７】従来、上述の可動磁石104 と固定磁石110
を用いてタイヤ空気圧を測定するには、下記の近似一次
式（１）を用いて圧力を計算していた。Ｐ＝ｍ・Ｄ＋Ｐ0 …（１）上記（１）式において、Ｄは、可動磁石104 のＡ／Ｄ積
分値と固定磁石110 のＡ／Ｄ積分値との差を示す変数、
ｍは圧力の変化率、Ｐ0 は基準圧力であり、この式をグ
ラフで表すと図６のようになる。

【０００８】つまり、（１）式によって圧力Ｐを算出す
るには、予め行うキャリブレーション（較正）によっ
て、上記変化率ｍ（図６における直線の傾き）と基準圧
力Ｐ0（縦軸の切片）を求めておく。そして圧力Ｐを検
出する際に、磁気センサによってＤ値を検出すること
で、圧力Ｐを直接求めていた。

【０００９】上記（１）式のｍとＰ0 を求めるには、キ
ャリブレーション時に実車に取付けたタイヤに第１の空
気圧Ｐ１を充填し、この圧力Ｐ１で実際に走行するか、
あるいはダイナモ上でタイヤを回転させ、その時に磁気
センサ107 によって検出された可動磁石104 のＡ／Ｄ積
分値と固定磁石110 のＡ／Ｄ積分値の差Ｄ１を測定す
る。次に、タイヤに第２の空気圧Ｐ２を充填し、この圧
力Ｐ２で実際に走行するかあるいはダイナモ上でタイヤ
を回転させ、その時に磁気センサ107 によって検出され
た可動磁石104 のＡ／Ｄ積分値と固定磁石110 のＡ／Ｄ
積分値の差Ｄ２を測定する。そして各値Ｐ１，Ｐ２，Ｄ
１，Ｄ２を、次式ｍ＝（Ｐ２−Ｐ１）／（Ｄ２−Ｄ１）とＰ0 ＝Ｐ１
−ｍ＊Ｄ１に代入することにより、ｍとＰ0 を求めている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記従来例では、車体
にホィールを装着した状態でなければキャリブレーショ
ンを実施することができない。しかも、実際に車両を走
行させたり、あるいはダイナモ上でタイヤを回転させる
といった作業が必要であり、キャリブレーションに手数
がかかるとともにキャリブレーションの実施時機を管理
しにくい。また、キャリブレーション時にタイヤの温度
変化によって圧力が変化すると、誤差が生じる原因とな
る。しかもホィールと車体との位置関係が変更になった
時には再度キャリブレーションが必要であった。

【００１１】また前記（１）式によって圧力を求める場
合には、以下に述べる理由により、かなりの検出誤差が
生じることが本発明者らの研究により判明した。すなわ
ち前記（１）式では、可動磁石104 から固定磁石110 ま
での相対距離を可動磁石104 のＡ／Ｄ積分値と固定磁石
110 のＡ／Ｄ積分値との差（Ｄ値）に置き換え、Ｄ値と
圧力Ｐとの関係を近似的に示す一次関数により、Ｄ値か
ら直接圧力Ｐを算出している。しかしながら実際は、図
７に示すように、距離Ｌ（磁気センサから磁石までの最
短距離）と磁気センサ出力のＡ／Ｄ積分値Ｉとの関係は
直線ではない。例えば図７に示す特性曲線において、磁
気センサまでの最短距離Ｌが遠い時の磁石104 ，110 間
の相対距離ｘa と、磁気センサまでの最短距離Ｌが近い
時の磁石104 ，110 間の相対距離ｘb が互いに同じであ
っても、Ａ／Ｄ積分値の差Ｄa ，Ｄb は等しくならな
い。言い換えると、前述のＤ値が変化したからといっ
て、必ずしも圧力Ｐが変化したことにはならない。よっ
て、従来のようにＤ値から圧力Ｐを直接求めると、場合
によってはかなり大きな誤差を生じることになる。

【００１２】従って本発明の目的は、何らかの原因によ
って磁気センサからホィールまでの距離が変化しても、
タイヤの空気圧を正確に検出することができ、しかもキ
ャリブレーションが容易なタイヤ空気圧モニタ装置を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を果たすために
開発された本発明のタイヤ空気圧モニタ装置は、タイヤ
を支持するホィールに固定された固定磁石と、上記ホィ
ールに対しホィールの軸線方向に離間対向する静止側の
部材に設けられかつ上記固定磁石の磁気を検出できる位
置にあって上記ホィールが回転する際に上記固定磁石と
の間の最短距離に応じた大きさの出力を生じる磁気セン
サと、上記ホィールに設けられかつタイヤの空気圧に応
じた距離分だけホィールの軸線方向に位置が変化する可
動磁石と、予め求めておいた上記各磁石から磁気センサ
までの最短距離と磁気センサ出力との関係を表す計算式
またはマップを記憶しかつタイヤ空気圧を検出する際に
上記磁気センサによって得られる磁気センサ出力に応じ
て上記計算式またはマップにより上記磁気センサから上
記固定磁石および可動磁石までの最短距離または距離に
関連したデータを得るとともに、固定磁石と可動磁石と
の相対距離または距離に関連した値を変数とする圧力計
算式またはマップによりタイヤ空気圧を求める演算手段
とを具備している。

【００１４】

【作用】ホィールが回転すると、固定磁石と可動磁石が
それぞれ磁気センサの近傍を通ることにより、磁気セン
サから各磁石までの最短距離に応じた出力が磁気センサ
に生じる。ホィールに対する固定磁石の位置はタイヤ空
気圧に左右されず常に一定であるが、可動磁石の位置は
タイヤ空気圧に応じてホィールの軸線方向に変位する。

【００１５】マイクロコンピュータ等を用いた演算手段
には、キャリブレーションによって予め求めておいた各
磁石から磁気センサまでの最短距離と磁気センサ出力と
の関係を表す計算式、例えば下記実施例の（２）式また
はマップを記憶しておく。このキャリブレーションによ
って求める上記計算式等は、このモニタ装置に使用する
磁石と磁気センサが決まれば、ホィールを実車に取付け
なくても測定できるから、このキャリブレーションは正
確にかつ容易に行うことができる。

【００１６】そしてタイヤ空気圧を検出する際に、上記
磁気センサによって得られる磁気センサ出力に応じて、
上記計算式またはマップにより、磁気センサから固定磁
石および可動磁石までの最短距離または距離に関連した
データを得る。

【００１７】更に上記演算手段には、予め求めておいた
固定磁石から可動磁石までの相対距離または距離に関連
した値を変数とする圧力計算式、例えば下記実施例の
（３）式またはマップを記憶しておくことにより、上述
の磁石間距離に応じてタイヤ空気圧を求める。すなわち
固定磁石と可動磁石との相対位置に基いて圧力を求める
ため、磁気センサからホイルまでの距離が変化してもタ
イヤ空気圧が正確に求まる。

【００１８】

【実施例】以下に本発明の一実施例について、図１ない
し図４を参照して説明する。図１に、本実施例のタイヤ
空気圧モニタ装置１０の概略を示す。このモニタ装置１
０は、ホィール１１とタイヤ１２を含む車輪部１３に、
固定磁石（リファレンス磁石）１５と可動磁石（メイン
磁石）１６を備えている。固定磁石１５はホィール側の
部材（図示例はリム１１ａの内周）に固定されている。
可動磁石１６は、リム１１ａに設けられたトランスデュ
ーサ２０に内蔵されている。固定磁石１５からホィール
１１の中心軸までの距離と、可動磁石１６からホィール
１１の中心軸までの距離は互いにほぼ等しい。

【００１９】図２に示すようにトランスデューサ２０
は、ホィール１１の一部に設けられたトランスデューサ
取付穴２１に挿入されている。このトランスデューサ２
０は、円筒状のハウジング２５と、リニヤベアリング２
６を有するボディ２７と、リニヤベアリング２６に挿通
された可動軸２８と、可動軸２８の端部に固定された前
記可動磁石１６と、金属ベローズ３０と、圧縮コイルば
ね３１と、シール材３２などを備えている。このトラン
スデューサ２０は、止め輪３３によって軸線方向の位置
が固定されている。

【００２０】可動軸２８は、ホィール１１の軸線方向
（図２において左右方向）に移動可能であり、ばね３１
によって矢印Ａ方向に付勢されている。トランスデュー
サ取付穴２１の空気室３５は連通孔３６を介してタイヤ
の内部に連通しており、タイヤ空気圧がベローズ３０を
圧縮する方向（矢印Ｂ方向）に作用するようになってい
る。このためタイヤ空気圧が低い時には可動磁石１６が
矢印Ａ方向に移動し、空気圧が高い時には、可動磁石１
６が矢印Ｂ方向に移動する。つまりこの可動磁石１６は
タイヤ空気圧に応じた距離分だけホィール１１の軸線方
向に移動する。

【００２１】図１に示すように、ホィール１１と離間対
向する車体側の部材すなわち静止側の部材４０に、磁気
センサ４１の一例としての電磁コイル（センスコイル）
が設けられている。車体側の部材４０は、車体フレーム
やアクスルあるいはサスペンションの一部などであり、
要するに回転するホィール１１に対して静止した関係に
ある部材を意味する。磁石１５，１６の磁界の方向と磁
気センサ４１のコイル中心軸は、それぞれホィール１１
の軸線方向と一致させてある。

【００２２】上記磁気センサ４１は、ホィール１１が回
転する際に固定磁石１５と可動磁石１６が描く回転軌跡
と対向する位置にあって、磁石１５，１６が磁気センサ
４１の近傍を通過する際に、各磁石１５，１６までの最
短距離Ｌ１，Ｌ２に応じた大きさの電磁誘導による起電
力を生じるようになっている。

【００２３】従ってホィール１１が回転すると、各磁石
１５，１６が磁気センサ４１の近傍を通過するたびに図
３に示すような波形の誘導起電力が生じる。この起電力
は、磁石１５，１６から磁気センサ４１までの最短距離
Ｌ１，Ｌ２が短いほど大きくなる。この起電力はホィー
ル１１の回転周速度にも比例するため、この実施例で
は、車速の変化に影響されない出力信号を取出すため
に、電圧の値そのものではなく、電圧の積分値を求める
ようにしている。

【００２４】磁気センサ４１に、演算手段としてマイク
ロコンピュータ等の電気回路部５０が接続されている。
電気回路部５０は、磁気センサ４１に生じた出力を処理
する信号処理回路５１と、Ａ／Ｄ変換回路５２と、コン
トローラ５３などを備えている。

【００２５】コントローラ５３のＣＰＵ５６は、後述す
るデータ処理によってタイヤの空気圧Ｐを求めるように
なっている。表示手段の一例としての表示器６０は、例
えば運転室の計器盤等のように乗員が目視できる位置に
設けられており、上記電気回路部５０によって求められ
たタイヤ空気圧に関する情報を表示するようになってい
る。なお、表示手段はタイヤ空気圧が異常な時に警報を
発するブザー等のように聴覚にうったえるものであって
もよい。

【００２６】次に、上記構成のタイヤ空気圧モニタ装置
１０の作用について説明する。ホィール１１が回転する
と、固定磁石１５と可動磁石１６が次々に磁気センサ４
１の近傍を通過する。このため、ホィール１１が１回転
する間に、２種類の起電力が交互に発生する。この起電
力の電圧波形は、信号処理回路５１において整流される
とともに整形されかつ積分されたのち、Ａ／Ｄ変換回路
５２によってアナログ値からディジタル値に変換され、
コントローラ５３に入力される。

【００２７】固定磁石１５の位置はタイヤ空気圧が変化
しても変わらないが、可動磁石１６の位置はタイヤ空気
圧に応じてホィール１１の軸線方向に変位するため、タ
イヤ空気圧が変わると、磁気センサ４１から可動磁石３
４までの最短距離Ｌ１が変化する。

【００２８】コントローラ５３においては、図４に例示
したデータ処理により、磁気センサ出力に基いてタイヤ
空気圧Ｐの計算を行い、必要に応じて表示を行うように
している。

【００２９】この実施例では、磁石１５，１６と磁気セ
ンサ４１の仕様諸元がそれぞれ決まった段階で、磁石１
５，１６から磁気センサ４１までの最短距離Ｌと磁気セ
ンサ出力Ｉ（Ａ／Ｄ積分値）との関係を表す下記計算式
（２）を、実測データの解析によって予め求めておく。
この計算式の一例は、下記の三次式（近似式）であっ
た。

【００３０】距離Ｌ＝ａＩ³ ＋ｂＩ² ＋ｃＩ＋ｄ …（２）ここでａ＝−３７９６＊１０^-13 ｂ＝３８２１＊１０^-9 ｃ＝−１５５＊１０^-5 ｄ＝２２．５４なお、上記の計算式で表現されるＬとＩの関係をマップ
化して電気回路部５０のＲＯＭなどに記憶するようにし
てもよい。あるいは、Ａ／Ｄ積分値を距離に換算する代
りに、Ａ／Ｄ積分値をある換算式（関数）で補正しても
よい。

【００３１】タイヤ空気圧を検出する際に、磁気センサ
４１によって各磁石１５，１６ごとに得られる磁気セン
サ出力と上記計算式（２）またはマップに基いて、可動
磁石１６から磁気センサ４１までの最短距離Ｌ１を求め
るとともに、固定磁石１５から磁気センサ４１までの最
短距離Ｌ２を求める。そしてこのＬ１，Ｌ２値に基い
て、予め求めておいた下記の圧力計算式（３）またはマ
ップにより、タイヤ空気圧Ｐを求める。

【００３２】Ｐ＝Ｐ0 ＋（ｋ／ｓ）＊（Ｌ2 −Ｌ1 −Ｄ0 ） …（３）ここで、Ｐ0 とＤ0 はキャリブレーション時に設定され
る値であり、Ｐ0 はキャリブレーション時の基準圧力、
Ｄ0 は基準圧力Ｐ0 の時の固定磁石１５から可動磁石１
６までの相対距離（オフセット値）である。ｋは、ベロ
ーズ３０とばね３１の合計ばね定数、ｓはベローズ３０
の受圧面積である。

【００３３】ｋ／ｓの一例は、１．０９４（ｋｇｆ／ｃ
ｍ² ／ｃｍ）であり、この値はベローズ３０とばね３１
の仕様諸元に応じた固有の数値である。Ｐ0 の一例は
２．１（ｋｇｆ／ｃｍ² ）、オフセット値Ｄ0 は計算の
容易化等のためにゼロに設定した。なお、オフセット値
Ｄ0 は必ずしもゼロでなくてもよいが、車両のように複
数の車輪（例えば４輪）をもつものにおいて、各輪の磁
気センサ４１を同一の圧力計算式（３）を用いて求める
には、この計算式を含む計算プログラムを共通化する上
で、各車輪ごとのオフセット値Ｄ0 を同じにしておくと
よい。

【００３４】上記圧力計算式（３）を用いて、具体的に
タイヤ空気圧Ｐを求めた例を３つほど挙げると下記の通
りである。第１の圧力計算例として、可動磁石１６のＡ
／Ｄ積分値が２５２３、固定磁石１５のＡ／Ｄ積分値が
２５２３、Ｌ１＝１．５０８ｃｍ、Ｌ２＝１．５０８ｃ
ｍの時の計算圧力Ｐは、２．１０（標準圧力）である。
第２の圧力計算例として、可動磁石１６のＡ／Ｄ積分値
が２５９０、固定磁石１５のＡ／Ｄ積分値が２５２３、
Ｌ１＝１．２７６ｃｍ、Ｌ２＝１．５０８ｃｍの時の計
算圧力Ｐは、２．３５（圧力過剰）である。第３の圧力
計算例として、可動磁石１６のＡ／Ｄ積分値が２４６
８、固定磁石１５のＡ／Ｄ積分値が２５２３、Ｌ１＝
１．７０５ｃｍ、Ｌ２＝１．５０８ｃｍの時、計算圧力
Ｐは、１．８９（圧力不足）である。

【００３５】上述のようにしてタイヤ空気圧Ｐを求め、
Ｐ値をそのまま運転席の表示器６０に表示してもよい
し、あるいは、Ｐ値が所定の許容範囲から外れたときに
警告灯を点灯させるとか、警報ブザーを鳴らすといった
適宜の態様で運転者に知らせるようにしてもよい。

【００３６】なお、上記実施例では磁気センサ４１の例
として電磁コイルについて説明したが、本発明を実施す
るに当たって、例えばホール素子等のように、要するに
磁石１５，１６の磁力の強さに応じた出力が得られる磁
気センサであれば電磁コイルの代りに用いることができ
る。また、固定磁石１５と可動磁石１６は、それぞれ複
数個ずつ設けられてもよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、磁気センサからホィー
ルまでの距離が変化しても、磁気センサの出力に基いて
タイヤの空気圧を正確に検出することができる。しかも
キャリブレーションを実車走行あるいはダイナモ上で行
う必要がなく、キャリブレーション操作の容易化が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すタイヤ空気圧モニタ装
置の車輪部の断面と電気回路部のブロックを示す図。

【図２】図１のタイヤ空気圧モニタ装置に使われるトラ
ンスデューサの断面図。

【図３】図１のタイヤ空気圧モニタ装置の磁気センサ出
力の一例を示す波形図。

【図４】図１に示されたタイヤ空気圧モニタ装置のコン
トローラによる処理内容の一部を示すフローチャート。

【図５】従来のタイヤ空気圧モニタ装置の一部を示す断
面図。

【図６】従来のタイヤ空気圧モニタ装置において圧力を
検出するための計算式をグラフ化した図。

【図７】磁気センサ出力のＡ／Ｄ積分値と距離との関係
を示す図。

【符号の説明】

１０…タイヤ空気圧モニタ装置１１…ホィール１２…タイヤ１５…固定磁石１６…可動磁石４１…磁気センサ５０…演算手段（電気回路部）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タイヤを支持するホィールに固定された固
定磁石と、上記ホィールに対しホィールの軸線方向に離間対向する
静止側の部材に設けられかつ上記固定磁石の磁気を検出
できる位置にあって上記ホィールが回転する際に上記固
定磁石との間の最短距離に応じた大きさの出力を生じる
磁気センサと、上記ホィールに設けられかつタイヤの空気圧に応じた距
離分だけホィールの軸線方向に位置が変化する可動磁石
と、予め求めておいた上記各磁石から磁気センサまでの最短
距離と磁気センサ出力との関係を表す計算式またはマッ
プを記憶しかつタイヤ空気圧を検出する際に上記磁気セ
ンサによって得られる磁気センサ出力に応じて上記計算
式またはマップにより上記磁気センサから上記固定磁石
および可動磁石までの最短距離または距離に関連したデ
ータを得るとともに、固定磁石と可動磁石との相対距離
または距離に関連した値を変数とする圧力計算式または
マップによりタイヤ空気圧を求める演算手段と、を具備したことを特徴とするタイヤ空気圧モニタ装置。