JPWO2006095698A1

JPWO2006095698A1 - タイヤ圧力検知システム及びタイヤ圧力検知装置

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Publication number: JPWO2006095698A1
Application number: JP2007507105A
Authority: JP
Inventors: 裕久鈴木; 斎藤　博; 斎藤　　博; 栄一郎桑子; 敬国見
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2026-03-06
Also published as: DE602006016568D1; US20080168834A1; EP1857302A1; EP1857302A4; WO2006095698A1; US7469580B2; JP4827832B2; EP1857302B1

Abstract

タイヤに取り付けられる空気圧検知装置に高精度の発振回路を設けずに、測定結果をワイヤレスで外部に伝達する。タイヤ空気圧に応じて電気容量が変化する圧力センサ（４２）とコイルＬsとでＬＣ共振回路を構成する。センサ制御ユニット（１０）が発生する周波数ｆ0の電磁場の変動をコイルＬ2で検出し、それに基づいてクロック信号を生成し、これをコイルＬsにトランス結合したコイルＬeに入力して、前記ＬＣ共振回路を励振する。共振の強度に応じたＬＣ共振回路の出力電圧をＡ／Ｄ変換回路（５０）でデジタルデータに変換し、当該データを構成するビット列に従ってコイルＬ2のインピーダンスを変化させ、これにより前記電磁場を介してセンサ制御ユニット（１０）のコイルＬ1の電圧に変調を発生させる。

Description

本発明は、自動車等のタイヤ空気圧を検知するタイヤ圧力検知システム及びタイヤ圧力検知装置に関し、特に、タイヤ側に取り付けられるセンサと車体側の制御部とがワイヤレスで接続されるものに関する。

近年、米国において、自動車にタイヤ空気圧を監視するタイヤ空気圧監視システムの搭載を義務づける動きがある。従来、タイヤの空気圧を直接測定する方式として、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスを用いることで電池を不要にすることができるものがある。

また、タイヤに取り付けられる圧力センサ側と車体側の制御装置との間でのワイヤレス接続を実現する技術としては、両者の間の電磁的な結合を利用するＲＦＩＤ（radio frequency Identification）技術が知られている。

下記特許文献１には、測定対象量に応じて共振周波数が変化するセンサに向けて、制御装置側から電磁波を送信し、センサから返される電磁波の周波数の変化に基づいて、測定対象量を制御装置側で検知する技術が示されている。
米国特許第６，３７８，３６０号公報

圧力センサを含みタイヤに取り付けられるＲＦＩＤトランスポンダに精度のよい発振回路を設けることは、温度変化やコスト面で難しいという問題があった。また、圧力に応じて生じる周波数のシフトの検出精度の確保も難しいという問題があった。

また、圧力センサを含みタイヤに取り付けられるＲＦＩＤトランスポンダと、車体側の制御装置との距離は、タイヤの回転により変化する。これらタイヤ側の装置と車体側の装置とのワイヤレス接続は電磁結合や電磁誘導を利用して行われ、その接続の強度は両者の距離に依存する。例えば、距離が大きくなるにつれ、車体側装置で検出されるタイヤ側装置による電磁場の変動が微弱となったり、ノイズの影響を受けやすくなるといった問題が生じる。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、ＲＦＩＤトランスポンダ側に高精度の発振回路を設けることなく、高精度の圧力検知を可能とし、また車両走行時において、車体側装置へ好適に圧力測定結果を伝達可能なタイヤ圧力検知システム及びタイヤ圧力検知装置を提供することを目的とする。

本発明に係るタイヤ圧力検知システムは、制御ユニットとセンサユニットとが無線接続されるものにおいて、前記制御ユニットが、時間的に変化する送信電磁場を発生すると共に、前記センサユニットに起因する電磁場変動を検出し、前記センサユニットが、前記送信電磁場の変化を当該センサユニットの駆動電力に変換すると共に、前記電磁場変動を生じるアンテナと、タイヤ内の気圧に応じて電気容量が変化する圧力センサと、前記電気容量に応じて電気的共振を生じるセンサ共振回路と、前記電気的共振の強度に基づき前記気圧の情報を含む送信データを生成するデータ生成回路と、デジタルデータで表された前記送信データの各ビット値に応じて前記アンテナに流れる電流を可変し、前記電磁場変動を発生させる応答回路と、を有するものである。

他の本発明に係るタイヤ圧力検知システムにおいては、前記制御ユニットが、前記送信電磁場を所定の送信周波数に応じて変化させ、前記センサユニットが、前記送信電磁場を検知した前記アンテナから出力される前記送信周波数の交流信号に基づいて、前記送信周波数に応じた周波数のクロックを生成するクロック生成回路と、前記クロックを入力される励振コイルと、を有し、前記センサ共振回路が、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記励振コイルに電磁的に結合された共振コイルを有する。

上記本発明に係るタイヤ圧力検知システムにおいては、前記アンテナが、前記送信周波数で共振する並列ＬＣ共振回路を構成するコイルとコンデンサとを有するように構成することができる。

別の本発明に係るタイヤ圧力検知システムにおいては、前記制御ユニットが、送信周波数を時分割で第１送信周波数と第２送信周波数とに選択的に切り換え、前記送信電磁場を前記送信周波数に応じて変化させ、前記アンテナが、前記第１送信周波数で共振して前記駆動電力の出力を増加させ、前記センサ共振回路が、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記送信電磁場により励振される共振コイルを有し、前記第２送信周波数に応じた共振周波数を有する。

上記本発明に係るタイヤ圧力検知システムにおいては、前記アンテナが、前記第１送信周波数で共振する並列ＬＣ共振回路を構成するコイルとコンデンサとを有するように構成することができる。

本発明の好適な態様は、前記応答回路が、前記ビット値に応じて前記アンテナのインピーダンスを切り換えるスイッチ回路であるタイヤ圧力検知システムである。

本発明の他の好適な態様は、前記センサユニットが、前記アンテナにて生成された交流の駆動電力を整流し蓄積する電源回路を有するタイヤ圧力検知システムである。

他の本発明に係るタイヤ圧力検知システムにおいては、前記センサユニットが、タイヤ内の温度を検知する温度センサを有し、前記データ生成回路が、前記送信データに前記温度の情報を含める。

他の本発明に係るタイヤ圧力検知システムにおいては、前記センサユニットが、当該センサユニットが装着されるタイヤに関する関連情報を予め格納されるメモリを有し、前記データ生成回路が、前記送信データに前記関連情報を含める。

また別の本発明に係るタイヤ圧力検知システムにおいては、前記センサユニットが、前記アンテナから前記送信電磁場の変化に応じて出力される交流信号の振幅が所定レベル以上である強接続状態を検出するレベル検出回路と、前記強接続状態が検出されているときに、デジタルデータで表された前記送信データの各ビット値に応じて前記アンテナに流れる電流を可変し、前記電磁場変動を発生させる応答回路と、を有する。

上記本発明に係るタイヤ圧力検知システムにおいては、前記アンテナが、前記送信電磁場の変動周波数で共振する並列ＬＣ共振回路を構成するコイルとコンデンサとを有するように構成することができる。

上記本発明に係るタイヤ圧力検知システムにおいては、前記センサユニットが、前記交流信号に基づいて、前記送信電磁場の変動周波数に応じた周波数のクロックを生成するクロック生成回路と、前記クロックを入力される励振コイルと、を有し、前記センサ共振回路が、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記励振コイルに電磁的に結合された共振コイルを有するように構成することができる。

本発明に係るタイヤ圧力検知装置は、外部から与えられる供給電磁場の変化を当該センサユニットの駆動電力に変換すると共に、前記外部に対して電磁場変動を生じるアンテナと、タイヤ内の気圧に応じて電気容量が変化する圧力センサと、前記電気容量に応じて電気的共振を生じるセンサ共振回路と、前記電気的共振の強度に基づき前記気圧の情報を含む送信データを生成するデータ生成回路と、デジタルデータで表された前記送信データの各ビット値に応じて前記アンテナに流れる電流を可変し、前記電磁場変動を発生させる応答回路と、を有し、前記電磁場変動により前記送信データを外部へ伝達するものである。

他の本発明に係るタイヤ圧力検知装置は、さらに前記アンテナから出力される所定の受信周波数の交流信号に基づいて、前記受信周波数に応じた周波数のクロックを生成するクロック生成回路と、前記クロックを入力される励振コイルと、を有し、前記センサ共振回路が、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記励振コイルに電磁的に結合された共振コイルを有する。

上記本発明に係るタイヤ圧力検知装置においては、前記アンテナが、前記受信周波数で共振する並列ＬＣ共振回路を構成するコイルとコンデンサとを有するように構成することができる。

別の本発明に係るタイヤ圧力検知装置は、前記供給電磁場が、時分割で第１周波数と第２周波数とに選択的に切り替わる供給周波数で変化する条件下で使用され、前記アンテナが、前記第１周波数で共振して前記駆動電力の出力を増加させ、前記センサ共振回路が、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記供給電磁場により励振される共振コイルを有し、前記第２周波数に応じた共振周波数を有する。

上記本発明に係るタイヤ圧力検知装置においては、前記アンテナが、前記第１周波数で共振する並列ＬＣ共振回路を構成するコイルとコンデンサとを有するように構成することができる。

本発明の好適な態様は、前記応答回路が、前記ビット値に応じて前記アンテナのインピーダンスを切り換えるスイッチ回路であるタイヤ圧力検知装置である。

本発明の他の好適な態様は、前記アンテナにて生成された交流の駆動電力を整流し蓄積する電源回路を有するタイヤ圧力検知装置である。

他の本発明に係るタイヤ圧力検知装置は、さらにタイヤ内の温度を検知する温度センサを有し、前記データ生成回路が、前記送信データに前記温度の情報を含める。

他の本発明に係るタイヤ圧力検知装置は、さらに当該タイヤ圧力検知装置が装着されるタイヤに関する関連情報を予め格納されるメモリを有し、前記データ生成回路が、前記送信データに前記関連情報を含める。

また別の本発明に係るタイヤ圧力検知装置においては、前記アンテナから前記供給電磁場の変化に応じて出力される交流信号の振幅が所定レベル以上である強接続状態を検出するレベル検出回路と、前記強接続状態が検出されているときに、デジタルデータで表された前記送信データの各ビット値に応じて前記アンテナに流れる電流を可変し、前記電磁場変動を発生させる応答回路と、を有する。

上記本発明に係るタイヤ圧力検知装置においては、前記データ生成回路が、前記気圧の情報に加えて前記強接続状態の情報を含んだ前記送信データを生成し、前記外部にて前記送信データに含まれた前記強接続状態の情報が周期的に受信されることにより、タイヤの回転速度が測定できる。

上記本発明に係るタイヤ圧力検知装置においては、前記アンテナが、前記供給電磁場の変動周波数で共振する並列ＬＣ共振回路を構成するコイルとコンデンサとを有するように構成することができる。

上記本発明に係るタイヤ圧力検知装置においては、前記交流信号に基づいて、前記供給電磁場の変動周波数に応じた周波数のクロックを生成するクロック生成回路と、前記クロックを入力される励振コイルと、を有し、前記センサ共振回路が、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記励振コイルに電磁的に結合された共振コイルを有するように構成することができる。

他の本発明に係るタイヤ圧力検知システムは、制御ユニットとセンサユニットとが無線接続されるものにおいて、前記制御ユニットが、時間的に変化する送信電磁場を発生すると共に、前記センサユニットに起因する電磁場変動を検出し、前記センサユニットが、前記送信電磁場の変化を当該センサユニットの駆動電力に変換すると共に、前記電磁場変動を生じるアンテナと、前記アンテナから前記送信電磁場の変化に応じて出力される交流信号の振幅が所定レベル以上である強接続状態を検出するレベル検出回路と、タイヤ内の気圧を検知する圧力センサと、前記気圧の情報を含む送信データを生成するデータ生成回路と、前記強接続状態が検出されているときに、デジタルデータで表された前記送信データの各ビット値に応じて前記アンテナに流れる電流を可変し、前記電磁場変動を発生させる応答回路と、を有するものである。

別の本発明に係るタイヤ圧力検知システムにおいては、前記圧力センサが、前記気圧に応じて変化する電気容量を有し、前記センサユニットが、さらに前記電気容量に応じて電気的共振を生じるセンサ共振回路を有し、前記データ生成回路が、前記電気的共振の強度に基づき前記気圧の情報を含む送信データを生成する。

上記本発明に係るタイヤ圧力検知システムは、前記センサユニットが、前記交流信号に基づいて、前記送信電磁場の変動周波数に応じた周波数のクロックを生成するクロック生成回路と、前記クロックを入力される励振コイルと、を有し、前記センサ共振回路が、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記励振コイルに電磁的に結合された共振コイルを有するように構成することができる。

本発明に係るタイヤ圧力検知装置は、外部から与えられる供給電磁場の変化を当該センサユニットの駆動電力に変換すると共に、前記外部に対して電磁場変動を生じるアンテナと、前記アンテナから前記供給電磁場の変化に応じて出力される交流信号の振幅が所定レベル以上である強接続状態を検出するレベル検出回路と、タイヤ内の気圧を検知する圧力センサと、前記気圧の情報を含む送信データを生成するデータ生成回路と、前記強接続状態が検出されているときに、デジタルデータで表された前記送信データの各ビット値に応じて前記アンテナに流れる電流を可変し、前記電磁場変動を発生させる応答回路と、を有し、前記電磁場変動により前記送信データを外部へ伝達する。

他の本発明に係るタイヤ圧力検知装置は、外部から与えられる供給電磁場の変化を当該センサユニットの駆動電力に変換すると共に、前記外部に対して電磁場変動を生じるアンテナと、前記アンテナから前記供給電磁場の変化に応じて出力される交流信号の振幅が所定レベル以上である強接続状態を検出するレベル検出回路と、タイヤ内の気圧を検知する圧力センサと、前記気圧の情報及び前記強接続状態の情報を含む送信データを生成するデータ生成回路と、前記強接続状態が検出されているときに、デジタルデータで表された前記送信データの各ビット値に応じて前記アンテナに流れる電流を可変し、前記電磁場変動を発生させる応答回路と、を有し、前記電磁場変動により前記送信データを外部へ伝達し、前記外部にて前記強接続状態の情報が周期的に受信されることにより、タイヤの回転速度が測定できるものである。

別の本発明に係るタイヤ圧力検知装置においては、前記圧力センサが、前記気圧に応じて変化する電気容量を有し、当該タイヤ圧力検知装置が、さらに前記電気容量に応じて電気的共振を生じるセンサ共振回路を有し、前記データ生成回路が、前記電気的共振の強度に基づき前記気圧の情報を含む送信データを生成する。

上記本発明に係るタイヤ圧力検知装置は、前記交流信号に基づいて、前記供給電磁場の変動周波数に応じた周波数のクロックを生成するクロック生成回路と、前記クロックを入力される励振コイルと、を有し、前記センサ共振回路が、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記励振コイルに電磁的に結合された共振コイルを有するように構成することができる。

本発明によれば、タイヤ側に取り付けられるセンサユニット又はタイヤ圧力検知装置は、外部からの所定周波数の電磁場の変動に基づいて、圧力センサの容量を含むＬＣ共振回路に共振現象を起こさせる。圧力センサは圧力に応じてその容量を変化させ、その容量は共振の程度を変化させる。共振の程度に応じたＬＣ共振回路の出力電圧は、デジタルデータに変換され、このデジタルデータでタイヤ制御ユニット等のタイヤ外部の装置が生成する前記電磁場に変調を加える。タイヤ外部の装置ではこの電磁場の変調を検出し、前記デジタルデータを検波し取得することができる。この本発明の構成では、タイヤ側のセンサユニット又はタイヤ圧力検知装置には高精度の発振回路を設ける必要がなくなる。また、圧力センサの容量の変化に応じた共振の強度は、センサユニット又はタイヤ圧力検知装置にて検知されデジタル化されるので、タイヤ外部のユニットへの伝達時におけるノイズ等の影響を回避して、外部にて高精度の圧力データの取得が容易となる。

また、例えば、センサユニットやタイヤ圧力検知装置といったタイヤ側装置がタイヤ制御ユニット等の車体側装置に接近した位置では、車体側装置により生成された電磁場が強くなる。このように当該電磁場が強くなる位置にタイヤ側装置がある場合、タイヤ側装置が当該電磁場に及ぼす変動も車体側装置の位置において強くなる。すなわち、当該電磁場が強くなる状態では、両装置は強接続状態にある。本発明においては、当該電磁場の強度に応じて、アンテナに発生する交流信号の振幅も大きくなる。レベル検出回路は、交流信号の振幅が所定レベル以上であることに基づいて強接続状態を検出し、応答回路はこの強接続状態が検出されている場合に、気圧の情報を含む送信データに基づいて、前記電磁場に変動を与える。このように本発明によれば、強接続状態においてデータの送信を行うので、車体側装置の位置にて当該データに応じた電磁場変動が大きくなり、またノイズの影響を受けにくくなり、車体側装置にてデータが容易かつ正確に検出され、車体側装置へデータを好適に伝達可能となる。

実施形態に係るタイヤ圧力検知システムの概略の構成を示す模式図である。第１の実施形態におけるセンサユニット及びセンサ制御ユニットの概略の回路図である。コイルＬs及び容量Ｃsが構成するＬＣ共振回路の出力電圧Ｖsの、タイヤの空気圧Ｐに対する変化を示す模式的なグラフである。第２の実施形態におけるセンサユニット及びセンサ制御ユニットの概略の回路図である。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

［実施形態１］
図１は、自動車等の車両のタイヤ空気圧を検知するタイヤ圧力検知システムの概略の構成を示す模式図である。本システムは、自動車２の各タイヤ４に取り付けられたセンサユニット６と、車体８のタイヤ４の近傍位置に取り付けられたセンサ制御ユニット１０とを含んで構成される。センサユニット６とセンサ制御ユニット１０との間はワイヤレス接続される。センサユニット６は、取り付けられたタイヤの空気圧を検知し、そのデータを発信する。一方、センサ制御ユニット１０は、センサユニット６が発信するデータを検知し、例えば、ＥＣＵ等の車両制御ユニット１２へ通知する。車両制御ユニット１２は、例えば、タイヤ空気圧に応じて、車両の運行を制御したり、表示装置１４にタイヤ空気圧の測定結果を表示してドライバに通知することが可能である。

図２は、センサユニット６及びセンサ制御ユニット１０の概略の回路図である。センサ制御ユニット１０は、コイルＬ1と、オペアンプＡ1とを含んで構成される。オペアンプＡ1は、その出力と一方の入力端子とがコイルＬ1を介して接続され、他方の入力端子に供給される周波数ｆ0のクロックに応じて、コイルＬ1に周波数ｆ0の交流電流を発生させる。また、コイルＬ1は、センサユニット６が発生する磁場変動を検知し、その変動を電圧に変換する。具体的には、オペアンプＡ1からコイルＬ1に供給される周波数ｆ0の電圧変化が、センサユニット６からの送信データに応じて振幅変調される。例えば、コイルＬ1の出力電圧として、オペアンプＡ1の出力端子の電圧が取り出される。センサ制御ユニット１０は、オペアンプＡ1の出力端子の電圧変化を検波して、センサユニット６からの送信データを抽出し、車両制御ユニット１２へ渡す。

センサユニット６は、コイルＬ2を有し、このコイルＬ2とコイルＬ1との間の電磁場を介してセンサ制御ユニット１０にワイヤレス接続される。例えば、本システムでは、コイルＬ1とコイルＬ2とが接近した際に両者がトランス結合することを利用する。センサ制御ユニット１０側にてコイルＬ1が周波数ｆ0の電磁場変動を発生させると、トランス結合したコイルＬ2の両端に、周波数ｆ0の交流電圧が発生する。

コイルＬ2にはコンデンサＣ1が並列接続され、これらは並列ＬＣ共振回路を構成し、コンデンサＣ1の容量は、当該並列ＬＣ共振回路の共振周波数がｆ0となるように設定される。このＬＣ共振回路の構成により、コイルＬ2は、外界の交流磁場のうち、センサ制御ユニット１０が発生する周波数ｆ0の成分に対して共振現象を起こし、コイルＬ2の両端に発生する交流の電圧振幅を増幅させることができる。コイルＬ2の一方端子は抵抗Ｒ1を介して接地されると共に、後述するトランジスタＴrに接続される。

コイルＬ2の他方端子にはクロック生成回路３０、レベル検出回路３２、及び電源回路３４が接続される。

クロック生成回路３０は、ダイオードＤ1、コンデンサＣ2、及びクロック発生器３６を含んで構成される。ダイオードＤ1は一方端子をコイルＬ2に接続され、他方端子をコンデンサＣ2の一方端子及びクロック発生器３６に接続される。コンデンサＣ2の他方端子は接地される。ダイオードＤ1はコイルＬ2が生じる交流を入力され、これを半波整流して出力する。コンデンサＣ2は容量が比較的小さく、その平滑化作用が小さいので、クロック発生器３６には、ダイオードＤ1から出力される周波数ｆ0で変動する電圧信号が入力される。クロック発生器３６は、この電圧信号を基準信号として入力され、その周期に応じたクロック信号を生成して出力する。例えば、クロック発生器３６は、基準信号と同じ周波数ｆ0のクロック信号を出力する。また、クロック発生器３６は、基準信号を分周した周波数のクロック信号を生成して出力するように構成することもできる。

レベル検出回路３２は、ダイオードＤ2、コンデンサＣ3、基準電圧源３８、及び比較器４０を含んで構成される。ダイオードＤ2は一方端子をコイルＬ2に接続され、他方端子をコンデンサＣ3の一方端子及び比較器４０に接続される。コンデンサＣ3の他方端子は接地される。ダイオードＤ2はコイルＬ2が生じる交流を入力され、これを半波整流して出力する。コンデンサＣ3は、例えば、数１００ｋＨｚから数１０ＭＨｚといった比較的高い周波数ｆ0での変動を平滑化する大きさの容量を有する。すなわち、ダイオードＤ2及びコンデンサＣ3は、コイルＬ2に生じる周波数ｆ0の電圧信号を検波して、振幅変調成分を取り出す。その結果、コンデンサＣ3からは、ダイオードＤ2の出力に現れる周波数ｆ0に比べて低い周波数での電圧変動が取り出され、これが比較器４０の一方端子に入力される。そのような低い周波数での変動は、本システムにおいては、センサユニット６が取り付けられたタイヤ４の回転によるセンサユニット６とセンサ制御ユニット１０との距離の周期的変化に起因して生じ得る。

比較器４０は、一方端子に入力されたコンデンサＣ3からの電圧信号Ｖsigと、基準電圧源３８から他方端子へ入力される一定電圧Ｖrefの信号とを比較し、Ｖsigが閾値電圧Ｖref以上である期間には、デジタル値“１”に対応するＨレベルの電圧を出力し、一方、ＶsigがＶref未満である期間には、デジタル値“０”に対応するＬレベルの電圧を出力する。この比較器４０の出力は、後述するように、センサユニット６がセンサ制御ユニット１０に所定距離以内に接近した状態においてのみ送信データの発信を行わせるために用いられる。この目的に対応して、基準電圧源３８の電圧Ｖrefは、センサユニット６とセンサ制御ユニット１０との接近状態におけるＶsigの値に基づいて予め定められる。なお、基準電圧源３８はレギュレータ回路等により構成することができる。

電源回路３４は、ダイオードＤ3及びコンデンサＣ4を含んで構成され、センサユニット６の各部で必要とされる電力を供給する。電源回路３４の入力端と出力端との間にはダイオードＤ3が配置され、出力端にはコンデンサＣ4の一方端子が接続される。コンデンサＣ4の他方端子は接地される。電源回路３４の入力端はコイルＬ2に接続される。ダイオードＤ3はコイルＬ2からの交流を整流し、その出力でコンデンサＣ4を充電する。コンデンサＣ4は、例えば電解コンデンサ等の大きな容量を有するコンデンサで構成され、ダイオードＤ3の出力を平滑化し直流にして電源回路３４から出力する。

センサユニット６は、タイヤの空気圧を検知する圧力センサ４２を備える。圧力センサ４２は、容量型圧力センサであり、圧力Ｐに応じて電気容量Ｃsを変化させるセンサ素子である。圧力センサ４２の容量Ｃsは、コイルＬsと共に並列ＬＣ共振回路を構成する。コイルＬsはコイルＬeとトランス結合される。コイルＬeはクロック発生器３６が生成するクロックをバッファ回路４４を介して入力される。

図３は、コイルＬs及び容量Ｃsが構成するＬＣ共振回路の出力電圧Ｖsの、タイヤの空気圧Ｐに対する変化を示す模式的なグラフである。当該ＬＣ共振回路は、基準圧力Ｐ0での容量Ｃsの値に対して、クロック発生器３６の出力クロックの周波数で共振し、電圧Ｖsが極大となるように構成される。空気圧Ｐが基準圧力Ｐ0からずれるに従って、電圧Ｖsは低下する。例えば、基準圧力Ｐ0は、正常とされる圧力範囲の中心値に設定され、電圧Ｖsが所定の閾値以上である場合に、車両制御ユニット１２が正常と判断するように構成することができる。

また、センサユニット６は、温度センサ４６及びメモリ４８を備えることができる。

ＬＣ共振回路の出力電圧Ｖs及び温度センサ４６の出力電圧は、Ａ／Ｄ（Analog-to-Digital）変換回路５０に入力される。Ａ／Ｄ変換回路５０は、これらアナログ信号である入力信号をデジタルデータに変換する。ちなみに、Ａ／Ｄ変換回路５０は、電源回路３４から駆動電力を供給され、また、クロック発生器３６の出力クロックをＡ／Ｄ変換処理に利用するように構成することができる。

メモリ４８は、タイヤの種類や製造時期等といった、センサユニット６が取り付けられているタイヤに関する情報を予め格納されている。

送信データ生成回路５２は、メモリ４８から情報を読み出すと共に、その情報を表すデータとＡ／Ｄ変換回路５０から出力されるデータとを所定のフォーマットで格納した送信データを生成し、その送信データを構成するビット列に従って、ＨレベルとＬレベルとを切り換えて出力する。

送信データ生成回路５２の出力は、バッファ回路５４を介してＡＮＤゲート５６の一方端子に入力される。ＡＮＤゲート５６の他方端子には、レベル検出回路３２の出力が入力される。ＡＮＤゲート５６は、レベル検出回路３２の出力がＨレベルのときだけ、選択的に、圧力データ等を含む送信データを透過させる。

トランジスタＴrは、ＡＮＤゲート５６の出力をゲートに印加される。例えば、トランジスタＴrは、ＡＮＤゲート５６の出力がＨレベルのときオン状態となり、コイルＬ2はトランジスタＴrを介して接地される。一方、トランジスタＴrは、ＡＮＤゲート５６の出力がＬレベルのときオフ状態となり、このときコイルＬ2は抵抗Ｒ1を介して接地される。この構成により、コイルＬ2のインピーダンスは、トランジスタＴrがオフ状態のときよりオン状態のときの方が小さくなる。

このコイルＬ2のインピーダンスの変化は、コイルＬ1、Ｌ2を結合する電磁場の変動をもたらし、センサ制御ユニット１０側にてコイルＬ1の端子間電圧に影響を与える。すなわち、センサ制御ユニット１０はコイルＬ1により、センサユニット６が送信データに応じて発生する磁場変動を電圧変化として検出することができる。センサ制御ユニット１０は、周波数ｆ0のキャリアに重畳された電圧変化を検波することにより、センサユニット６からの送信データを再生し、車両制御ユニット１２へ出力する。

上述の構成では、レベル検出回路３２での検出結果に基づき、センサユニット６からの送信データの送出の可否をＡＮＤゲート５６にて制御している。このほか、レベル検出回路３２での検出結果に基づいて、送信データ生成回路５２やＡ／Ｄ変換回路５０の動作を制御して、送信データの生成自体を制御する構成としてもよい。

なお、上述の構成では、温度センサ４６やメモリ４８を備えていたが、これらのいずれか一方、又は両方を省略した構成としてもよい。また、レベル検出回路３２を省略して簡略化した構成としてもよい。

上述の構成では、センサユニット６は、センサ制御ユニット１０が送出する電磁場の変動に基づいてその変動周波数ｆ0に応じたクロックを生成し、これを用いてコイルＬs及び容量ＣsのＬＣ共振回路を励振する。本構成によれば、センサユニット６には精度のよい発振回路を備える必要がなく、構成が簡単となる。

また、上述の構成では、レベル検出回路３２がセンサユニット６とセンサ制御ユニット１０とが強接続状態にあることを検出し、応答回路がそのときだけ、データ送信を可能とする。本構成によれば、センサユニット６からデータ送信を効率的に行うことが可能となると共に、センサ制御ユニット１０にて、当該データを精度良く、かつ容易に検出することが可能となる。

また、送信データ生成回路５２は、強接続状態の情報を送信データに含める構成としてもよい。例えば、センサユニット６の内部で発生するクロックをカウントし、強接続状態が検出されたタイミングのクロックカウントを強接続状態の情報として送信することができる。センサ制御ユニット１０は、センサユニット６が強接続状態にて周期的に送出する送信データの受信タイミングや、送信データに含まれる強接続状態の情報に基づいて、タイヤの回転速度を測定することが可能となる。すなわち、上述の構成にて説明した強接続状態を検出する仕組みを用いれば、周期的に検出される強接続状態を外部へ伝達することにより、外部にてタイヤの回転速度を測定することが可能となり、これはタイヤの空気圧検出とは別個に、タイヤ回転速度検出のための手段として利用することが可能である。

［実施形態２］
本発明の第２の実施形態は、図１に示すタイヤ圧力検知システムにおけるセンサユニット６及びセンサ制御ユニット１０の他の構成に係るものである。以下、上記第１の実施形態と同じ構成要素は同一の記号で表し、上記実施形態での記載を援用して説明の簡略化を図る。

図４は、本実施形態におけるセンサユニット６及びセンサ制御ユニット１０の概略の回路図である。センサ制御ユニット１０は、コイルＬ1と、オペアンプＡ1とを含んで構成される。本実施形態におけるセンサ制御ユニット１０が上記第１の実施形態と基本的に相違する点は、オペアンプＡ1の一方端子に入力されるクロックの周波数をｆ0とｆ1とで切り換えることができる点である。具体的には、センサ制御ユニット１０は周波数ｆ0のクロック発生源と周波数ｆ1のクロック発生源（いずれも図示せず）とを有し、それらの出力のいずれを選択してオペアンプＡ1に入力するかを切り換えるスイッチ７０を備える。

また、本実施形態におけるセンサユニット６が上記第１の実施形態と基本的に相違する点は、コイルＬs及び容量ＣsからなるＬＣ共振回路を励振する手段がセンサユニット６自身ではなく、センサ制御ユニット１０側にある点である。すなわち、クロック発生器３６の出力クロックを供給されるコイルＬeを有していない。コイルＬs及び容量ＣsからなるＬＣ共振回路は、基準圧力Ｐ0にて共振周波数がｆ1となるように構成される。またコイルＬsは、例えば、センサユニット６とセンサ制御ユニット１０とが接近したときに、センサ制御ユニット１０側のコイルＬ1とトランス結合可能に構成される。

センサ制御ユニット１０は、周波数ｆ0とｆ1との切り換えを周期的に行う。周波数ｆ1の場合には、コイルＬ1はコイルＬsとトランス結合し、センサユニット６においては、コイルＬs及び容量ＣsからなるＬＣ共振回路の出力電圧Ｖsとして、容量Ｃsに応じた電圧が発生する。この出力電圧ＶsはＡ／Ｄ変換回路５０に保持される。

次に、センサ制御ユニット１０側にて周波数がｆ1からｆ0に切り替わると、コイルＬ1とコイルＬ2とがトランス結合し、センサユニット６においては、クロック生成回路３０が動作して、クロック発生器３６からＡ／Ｄ変換回路５０へクロックが供給される。Ａ／Ｄ変換回路５０は、保持している電圧値Ｖsをデジタル値に変換し、それを表すビット列をクロックに同期して時系列に出力する。このＡ／Ｄ変換回路５０の出力に応じてトランジスタＴrがオン／オフ制御され、コイルＬ2のインピーダンスを変化させ、当該コイルＬ2と結合状態にあるコイルＬ1にデータが伝達される。また、この周波数ｆ0の期間に、電源回路３４のコンデンサＣ4の充電が行われる。

センサ制御ユニット１０は、周波数ｆ0の期間において、オペアンプＡ1の出力端子における電圧変化を検波して、センサユニット６のＡ／Ｄ変換回路５０が出力したデータを検知する。

Claims

制御ユニットとセンサユニットとが無線接続されるタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記制御ユニットは、時間的に変化する送信電磁場を発生すると共に、前記センサユニットに起因する電磁場変動を検出し、
前記センサユニットは、
前記送信電磁場の変化を当該センサユニットの駆動電力に変換すると共に、前記電磁場変動を生じるアンテナと、
タイヤ内の気圧に応じて電気容量が変化する圧力センサと、
前記電気容量に応じて電気的共振を生じるセンサ共振回路と、
前記電気的共振の強度に基づき前記気圧の情報を含む送信データを生成するデータ生成回路と、
デジタルデータで表された前記送信データの各ビット値に応じて前記アンテナに流れる電流を可変し、前記電磁場変動を発生させる応答回路と、
を有することを特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第１項に記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記制御ユニットは、前記送信電磁場を所定の送信周波数に応じて変化させ、
前記センサユニットは、
前記送信電磁場を検知した前記アンテナから出力される前記送信周波数の交流信号に基づいて、前記送信周波数に応じた周波数のクロックを生成するクロック生成回路と、
前記クロックを入力される励振コイルと、
を有し、
前記センサ共振回路は、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記励振コイルに電磁的に結合された共振コイルを有すること、
を特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第２項に記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記アンテナは、前記送信周波数で共振する並列ＬＣ共振回路を構成するコイルとコンデンサとを有することを特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第１項に記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記制御ユニットは、送信周波数を時分割で第１送信周波数と第２送信周波数とに選択的に切り換え、前記送信電磁場を前記送信周波数に応じて変化させ、
前記アンテナは、前記第１送信周波数で共振して前記駆動電力の出力を増加させ、
前記センサ共振回路は、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記送信電磁場により励振される共振コイルを有し、前記第２送信周波数に応じた共振周波数を有すること、
を特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第４項に記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記アンテナは、前記第１送信周波数で共振する並列ＬＣ共振回路を構成するコイルとコンデンサとを有することを特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第１項から第５項のいずれか１つに記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記応答回路は、前記ビット値に応じて前記アンテナのインピーダンスを切り換えるスイッチ回路であることを特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第１項から第５項のいずれか１つに記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記センサユニットは、前記アンテナにて生成された交流の駆動電力を整流し蓄積する電源回路を有することを特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第１項から第５項のいずれか１つに記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記センサユニットは、タイヤ内の温度を検知する温度センサを有し、
前記データ生成回路は、前記送信データに前記温度の情報を含めること、
を特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第１項から第５項のいずれか１つに記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記センサユニットは、当該センサユニットが装着されるタイヤに関する関連情報を予め格納されるメモリを有し、
前記データ生成回路は、前記送信データに前記関連情報を含めること、
を特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第１項に記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記センサユニットは、
前記アンテナから前記送信電磁場の変化に応じて出力される交流信号の振幅が所定レベル以上である強接続状態を検出するレベル検出回路と、
前記強接続状態が検出されているときに、デジタルデータで表された前記送信データの各ビット値に応じて前記アンテナに流れる電流を可変し、前記電磁場変動を発生させる応答回路と、
を有することを特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第１０項に記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記アンテナは、前記送信電磁場の変動周波数で共振する並列ＬＣ共振回路を構成するコイルとコンデンサとを有することを特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第１０項に記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記センサユニットは、
前記交流信号に基づいて、前記送信電磁場の変動周波数に応じた周波数のクロックを生成するクロック生成回路と、
前記クロックを入力される励振コイルと、
を有し、
前記センサ共振回路は、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記励振コイルに電磁的に結合された共振コイルを有すること、
を特徴とするタイヤ圧力検知システム。
外部から与えられる供給電磁場の変化を当該センサユニットの駆動電力に変換すると共に、前記外部に対して電磁場変動を生じるアンテナと、
タイヤ内の気圧に応じて電気容量が変化する圧力センサと、
前記電気容量に応じて電気的共振を生じるセンサ共振回路と、
前記電気的共振の強度に基づき前記気圧の情報を含む送信データを生成するデータ生成回路と、
デジタルデータで表された前記送信データの各ビット値に応じて前記アンテナに流れる電流を可変し、前記電磁場変動を発生させる応答回路と、
を有し、前記電磁場変動により前記送信データを外部へ伝達することを特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第１３項に記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記アンテナから出力される所定の受信周波数の交流信号に基づいて、前記受信周波数に応じた周波数のクロックを生成するクロック生成回路と、
前記クロックを入力される励振コイルと、
を有し、
前記センサ共振回路は、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記励振コイルに電磁的に結合された共振コイルを有すること、
を特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第１４項に記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記アンテナは、前記受信周波数で共振する並列ＬＣ共振回路を構成するコイルとコンデンサとを有することを特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第１３項に記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記供給電磁場が、時分割で第１周波数と第２周波数とに選択的に切り替わる供給周波数で変化する条件下で使用され、
前記アンテナは、前記第１周波数で共振して前記駆動電力の出力を増加させ、
前記センサ共振回路は、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記供給電磁場により励振される共振コイルを有し、前記第２周波数に応じた共振周波数を有すること、
を特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第１６項に記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記アンテナは、前記第１周波数で共振する並列ＬＣ共振回路を構成するコイルとコンデンサとを有することを特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第１３項から第１７項のいずれか１つに記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記応答回路は、前記ビット値に応じて前記アンテナのインピーダンスを切り換えるスイッチ回路であることを特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第１３項から第１７項のいずれか１つに記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記アンテナにて生成された交流の駆動電力を整流し蓄積する電源回路を有することを特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第１３項から第１７項のいずれか１つに記載のタイヤ圧力検知装置において、
タイヤ内の温度を検知する温度センサを有し、
前記データ生成回路は、前記送信データに前記温度の情報を含めること、
を特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第１３項から第１７項のいずれか１つに記載のタイヤ圧力検知装置において、
当該タイヤ圧力検知装置が装着されるタイヤに関する関連情報を予め格納されるメモリを有し、
前記データ生成回路は、前記送信データに前記関連情報を含めること、
を特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第１３項に記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記アンテナから前記供給電磁場の変化に応じて出力される交流信号の振幅が所定レベル以上である強接続状態を検出するレベル検出回路と、
前記強接続状態が検出されているときに、デジタルデータで表された前記送信データの各ビット値に応じて前記アンテナに流れる電流を可変し、前記電磁場変動を発生させる応答回路と、
を有することを特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第２２項に記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記データ生成回路は、前記気圧の情報に加えて前記強接続状態の情報を含んだ前記送信データを生成し、
前記外部にて前記送信データに含まれた前記強接続状態の情報が周期的に受信されることにより、タイヤの回転速度が測定できることを特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第２２項に記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記アンテナは、前記供給電磁場の変動周波数で共振する並列ＬＣ共振回路を構成するコイルとコンデンサとを有することを特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第２２項に記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記交流信号に基づいて、前記供給電磁場の変動周波数に応じた周波数のクロックを生成するクロック生成回路と、
前記クロックを入力される励振コイルと、
を有し、
前記センサ共振回路は、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記励振コイルに電磁的に結合された共振コイルを有すること、
を特徴とするタイヤ圧力検知装置。
制御ユニットとセンサユニットとが無線接続されるタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記制御ユニットは、時間的に変化する送信電磁場を発生すると共に、前記センサユニットに起因する電磁場変動を検出し、
前記センサユニットは、
前記送信電磁場の変化を当該センサユニットの駆動電力に変換すると共に、前記電磁場変動を生じるアンテナと、
前記アンテナから前記送信電磁場の変化に応じて出力される交流信号の振幅が所定レベル以上である強接続状態を検出するレベル検出回路と、
タイヤ内の気圧を検知する圧力センサと、
前記気圧の情報を含む送信データを生成するデータ生成回路と、
前記強接続状態が検出されているときに、デジタルデータで表された前記送信データの各ビット値に応じて前記アンテナに流れる電流を可変し、前記電磁場変動を発生させる応答回路と、
を有することを特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第２６項に記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記アンテナは、前記送信電磁場の変動周波数で共振する並列ＬＣ共振回路を構成するコイルとコンデンサとを有することを特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第２６項に記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記圧力センサは、前記気圧に応じて変化する電気容量を有し、
前記センサユニットは、さらに前記電気容量に応じて電気的共振を生じるセンサ共振回路を有し、
前記データ生成回路は、前記電気的共振の強度に基づき前記気圧の情報を含む送信データを生成すること、
を特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第２８項に記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記センサユニットは、
前記交流信号に基づいて、前記送信電磁場の変動周波数に応じた周波数のクロックを生成するクロック生成回路と、
前記クロックを入力される励振コイルと、
を有し、
前記センサ共振回路は、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記励振コイルに電磁的に結合された共振コイルを有すること、
を特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第２６項から第２９項のいずれか１つに記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記応答回路は、前記ビット値に応じて前記アンテナのインピーダンスを切り換えるスイッチ回路であることを特徴とするタイヤ圧力検知システム。
請求の範囲第２６項から第２９項のいずれか１つに記載のタイヤ圧力検知システムにおいて、
前記センサユニットは、前記アンテナにて生成された交流の駆動電力を整流し蓄積する電源回路を有することを特徴とするタイヤ圧力検知システム。
外部から与えられる供給電磁場の変化を当該センサユニットの駆動電力に変換すると共に、前記外部に対して電磁場変動を生じるアンテナと、
前記アンテナから前記供給電磁場の変化に応じて出力される交流信号の振幅が所定レベル以上である強接続状態を検出するレベル検出回路と、
タイヤ内の気圧を検知する圧力センサと、
前記気圧の情報を含む送信データを生成するデータ生成回路と、
前記強接続状態が検出されているときに、デジタルデータで表された前記送信データの各ビット値に応じて前記アンテナに流れる電流を可変し、前記電磁場変動を発生させる応答回路と、
を有し、前記電磁場変動により前記送信データを外部へ伝達することを特徴とするタイヤ圧力検知装置。
外部から与えられる供給電磁場の変化を当該センサユニットの駆動電力に変換すると共に、前記外部に対して電磁場変動を生じるアンテナと、
前記アンテナから前記供給電磁場の変化に応じて出力される交流信号の振幅が所定レベル以上である強接続状態を検出するレベル検出回路と、
タイヤ内の気圧を検知する圧力センサと、
前記気圧の情報及び前記強接続状態の情報を含む送信データを生成するデータ生成回路と、
前記強接続状態が検出されているときに、デジタルデータで表された前記送信データの各ビット値に応じて前記アンテナに流れる電流を可変し、前記電磁場変動を発生させる応答回路と、
を有し、前記電磁場変動により前記送信データを外部へ伝達し、前記外部にて前記強接続状態の情報が周期的に受信されることにより、タイヤの回転速度が測定できることを特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第３２項に記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記アンテナは、前記供給電磁場の変動周波数で共振する並列ＬＣ共振回路を構成するコイルとコンデンサとを有することを特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第３２項に記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記圧力センサは、前記気圧に応じて変化する電気容量を有し、
当該タイヤ圧力検知装置は、さらに前記電気容量に応じて電気的共振を生じるセンサ共振回路を有し、
前記データ生成回路は、前記電気的共振の強度に基づき前記気圧の情報を含む送信データを生成すること、
を特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第３５項に記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記交流信号に基づいて、前記供給電磁場の変動周波数に応じた周波数のクロックを生成するクロック生成回路と、
前記クロックを入力される励振コイルと、
を有し、
前記センサ共振回路は、前記電気容量と共にＬＣ共振回路を構成し前記励振コイルに電磁的に結合された共振コイルを有すること、
を特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第３２項から第３６項のいずれか１つに記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記応答回路は、前記ビット値に応じて前記アンテナのインピーダンスを切り換えるスイッチ回路であることを特徴とするタイヤ圧力検知装置。
請求の範囲第３２項から第３６項のいずれか１つに記載のタイヤ圧力検知装置において、
前記アンテナにて生成された交流の駆動電力を整流し蓄積する電源回路を有することを特徴とするタイヤ圧力検知装置。