JP2005186749A - タイヤおよび車輪情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 タイヤに搭載される電池駆動型のセンサでは、必要時にのみ通電して電力消費を抑える必要がある。
【解決手段】 車輪状態量センサ３０は、空気圧、温度などの車輪状態量を検出する。接地状態検出部１００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うる箇所（「接地検出箇所」と呼ぶ）の接地状態を検出する。送信機４０は、接地検出箇所への接地力が検出された場合に、電池４２からの電力供給により、車輪状態量センサ３０により検出された車輪状態量をアンテナ５０を介して車体側の受信機へ送信する。車両の車速に比例して、接地検出箇所が接地力を受ける回数が増加し、送信機４０による車輪状態量の送信頻度が増加する。車両の停車中は、車輪の回転がなく、接地検出箇所への接地力が検出されないため、送信機４０は車輪状態量を送信せず、待機状態におかれる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車輪状態量を検出する技術に関し、特に、車輪状態量を車体側に送信するタイヤおよび車輪状態量を受信して処理する車輪情報処理装置に関する。

車両の安全な走行のためには、車輪の状態を正常に保つことが必要不可欠である。タイヤが低圧または高温の状態で車両を長期走行させると、タイヤの信頼性が損なわれ、場合により好ましくない現象を引き起こす。そのため、タイヤ個々の空気圧や温度その他の状態を適切に監視し、異常検出時には早期にドライバに警告する技術が望まれている。

タイヤ個々の状態を知るために、車輪に送信回路を内蔵したセンサを設け、センサによって検出される空気圧や温度などのタイヤ状態量を車体側の受信機へ無線で送信する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。センサが電池駆動の場合、車両の停車時にもタイヤ状態量を送信すると、電池の消耗が速くなり、早期に電池交換が必要となる。また、タイヤの長期間の使用に合わせて、センサに内蔵する電池の蓄電容量を増やしたり、複数の電池を搭載することもできるが、センサが大型化してタイヤに搭載するのが難しくなる。

そこで、必要時にのみタイヤ状態量を送信して、電池の消耗を抑えることが考えられている。特許文献１には、遠心力によりタイヤの回転を検知して、回転数が上がり、遠心力が大きくなった時点で送信回路に通電し、センサ信号を送信するようにした空気圧センサが開示されている。
実開平５−２７６４４号公報

特許文献１に開示される技術では、低速走行中は遠心力が十分に働かないため、スイッチがオンされず、タイヤ状態量の送信が行われない。したがって、交通渋滞時など必ずしも車両が停車していない状況でのタイヤ状態量の監視を行うことができない。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の走行に応じた適切なタイミングで車輪状態量を車体側に送信するタイヤ、およびその車輪状態量を受信して処理する車輪情報処理装置の提供にある。

本発明のある態様はタイヤに関する。このタイヤは、タイヤの周方向の特定箇所への接地力を検出する接地状態検出部と、前記接地状態検出部により前記特定箇所への接地力が検出された場合に、タイヤ状態量に関する情報の送信を行う通信機とを備える。

通信機は、タイヤ状態量を検出するセンサと一体化していてもよい。また、通信機は、車体側の受信機に対して無線でデータを伝えるための送信のみの機能をもつものであってもよく、電池からの電力で駆動されるものであってもよい。

「タイヤの周方向の特定箇所」はタイヤの周方向の少なくとも一箇所であり、地面に直接、接触して接地力を受ける箇所だけでなく、地面に直接は接触しないが、地面から間接的に接地力を受ける箇所も含む。たとえば、地面に直接、接触して接地力を受ける箇所として、タイヤのトレッド部があり、地面から間接的に接地力を受ける箇所として、タイヤのショルダー部やビード部がある。

この構成によれば、タイヤの周方向の特定箇所が接地力を受けたときにのみ、データの送信が行われるため、電力消費を抑えることができる。

前記接地状態検出部は、前記特定箇所への接地力の入力によりオン動作するスイッチを含み、前記通信機は前記スイッチがオンされた時点でタイヤ状態量に関する情報の送信を行ってもよい。スイッチを用いることにより、簡易な構成で特定箇所への接地力を検出することができる。

前記スイッチは、タイヤゴム内に設けられ、前記特定箇所への接地力による接点間の機械的な接触によってオン動作する接点方式スイッチであってもよい。接点方式スイッチは、たとえば、２枚の電極が接地力により接触することによりオンされるものである。

前記スイッチは、タイヤゴム内に設けられ、前記特定箇所への接地力による静電容量の変化によって電気的にオン動作する無接点方式スイッチであってもよい。無接点方式スイッチは、たとえば、２枚の電極の距離が接地力により変化して静電容量が変わるように構成され、電極間の電圧の変化によりオン／オフ動作するものである。

前記接地状態検出部は、前記特定箇所を起点とするタイヤの径方向の距離を検出する距離センサを含み、前記距離センサにより検出された距離の変化によって前記特定箇所への接地力を検出してもよい。「特定箇所を起点とする」とは実質的に特定箇所を起点とした距離が検出されていればよく、接地力を受ける特定箇所と、距離センサが設けられ、距離測定の実際の起点となる箇所とが厳密に同一箇所である必要はない。たとえば、接地力を受ける特定箇所はタイヤのトレッド部の外側の地面に接する表面であるが、距離センサが設けられ、距離測定の実際の起点となる箇所は同じトレッド部であってもタイヤの内側の裏面である。距離センサを利用することにより、正確に特定箇所への接地力を検出することができる。

本発明の別の態様は車輪情報処理装置に関する。この装置は、車輪状態量センサと、車輪に設けられ、車輪状態量を送信する車輪側通信機と、前記車輪側通信機と通信する車体側通信機と、前記車輪状態量を処理する情報処理部とを備えたものであり、車輪に配置され、車輪の周方向の特定箇所への接地力を検出する接地状態検出部を備え、前記車輪側通信機は、前記接地状態検出部により前記特定箇所への接地力が検出された場合に、前記車輪状態量を送信する。車輪側通信機が送信のみの機能、車体側通信機が受信のみの機能を有してもよく、車輪側通信機は電池駆動されるものであってもよい。

前記接地状態検出部は、前記特定箇所への接地力の入力によりオン動作するスイッチを含み、前記車輪側通信機は前記スイッチがオンされた時点で前記車輪情報量の送信を行い、前記スイッチがオフの間は送信を行わずに待機してもよい。スイッチがオンの状態が長く続いた場合でも、前記車輪側通信機は、スイッチがオフからオンに切り替わった直後に送信を行うこととし、その後は送信を行わずに待機してもよい。

この構成によれば、車輪の周方向の特定箇所の接地状態に応じて、車輪側通信機による送信がなされるため、車両の走行状態に応じた適切なタイミングで車輪状態量の送受信が可能となる。低速走行時でも車輪の回転毎に特定箇所に接地力が加わり、車輪側通信機から車輪状態量が送信されるため、渋滞時など超低速走行時でも車輪状態の監視ができる。また、車両の車速に比例して、特定箇所が接地力を受ける回数が増え、車輪側通信機からのデータ送信頻度が高くなるため、高速走行時における無線によるデータの受信率の低下を防ぐことができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のタイヤおよび車輪情報処理装置によれば、車両の走行に応じた適切なタイミングで車輪状態量を確実に送受信することができる。

本発明のいくつかの実施の形態を説明するに当たり、まず、実施の形態に共通する基本構成を説明し、その後、基本構成にもとづいて実施の形態を説明する。

図１は、本発明の基本構成に係る車輪情報処理装置を備えた車両１０の全体構成を説明する図である。車両１０は、右前輪２０ＦＲ、左前輪２０ＦＬ、右後輪２０ＲＲ、左後輪２０ＲＬの各車輪と、車体１２を備える。右前輪２０ＦＲ、左前輪２０ＦＬ、右後輪２０ＲＲ、左後輪２０ＲＬにはそれぞれ、空気圧、温度などの車輪状態量を検出するセンサＩＣ１５０ＦＲ、１５０ＦＬ、１５０ＲＲ、１５０ＲＬが設置される。センサＩＣ１５０ＦＲ、１５０ＦＬ、１５０ＲＲ、１５０ＲＬは、検出信号をそれぞれの送信用のアンテナ５０ＦＲ、５０ＦＬ、５０ＲＲ、５０ＲＬを介して車体１２に送信する。

車体１２には、センサＩＣ１５０ＦＲ、１５０ＦＬ、１５０ＲＲ、および１５０ＲＬにより送信された検出信号を受信する受信機６２と、受信用のアンテナ６０と、車両１０を統括的に制御する電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と表記する）６４と、警報用のブザー７０および警告ランプ７２とが設けられる。ＥＣＵ６４は、受信機６２から受け取った検出信号に基づいて車輪状態を把握する。ＥＣＵ６４は、タイヤの温度が所定値を超えたり、タイヤの空気圧が所定値を下回ったとき、警告ランプ７２を点灯させたり、ブザー７０に警告音を鳴らさせることにより、車輪状態をドライバに知らせる。

以下、各輪を区別しないで構成を説明するため、各輪の位置を区別する符号ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬを省略する。また、右前輪２０ＦＲ、左前輪２０ＦＬ、右後輪２０ＲＲ、および左後輪２０ＲＬを車輪２０と総称する。

図２は、図１のセンサＩＣ１５０の構成を説明する図である。車輪状態量センサ３０は、車輪２０を構成するタイヤ、ホイール、リムなどに設置され、車輪状態量を検出する。車輪状態量センサ３０は、たとえば、タイヤの空気圧を検出する空気圧センサや、タイヤ内の空気の温度を検出する温度センサ、タイヤトレッドの温度を検出する温度センサ、車輪の加速度を検出する加速度などである。接地状態検出部１００は、車輪２０の周方向のある一箇所であって車輪２０の回転により地面からの接地力を受けうる箇所（以下、単に「接地検出箇所」という）の接地状態を検出する。

送信機４０は、車輪状態量センサ３０により検出された車輪状態量をアンテナ５０を介して車体１２側の受信機６２へ送信する。送信機４０は、電池４２により駆動されており、データを送信するときに、電力を消費するが、待機状態のときは、省電力モードとなる。送信機４０は、接地状態検出部１００により接地検出箇所への接地力が検出された場合に、車輪状態量センサ３０により検出された車輪状態量を送信するが、それ以外のときは、待機状態にある。

送信機４０は、接地検出箇所が接地力を受けていない間は、車輪状態量を送信しないため、電力が節約される。また、車輪２０の回転速度すなわち車速に比例して、車輪２０の周方向の一箇所に設けられた接地検出箇所が接地力を受ける回数が増加するため、送信機４０による車輪状態量の送信頻度も車速に比例して増加することになる。すなわち車両１０が高速に走行するほど、送信機４０による車輪状態量の送信頻度が高くなり、車速が低速になるにつれ、車輪状態量の送信頻度が低下し、車両１０が停止すると、車輪２０の回転がないため、送信機４０は車輪状態量を送信しない。

なお、ここでは、センサＩＣ１５０に車輪状態量センサ３０と接地状態検出部１００が内蔵され、送信機４０と、車輪状態量センサ３０と、接地状態検出部１００とが集積回路として一体化されている構成を示したが、車輪状態量センサ３０、接地状態検出部１００のいずれか一方あるいは両方は、センサＩＣ１５０の外部に設けられ、接続線によりセンサＩＣ１５０に接続される構成であってもよい。

以下、図１、２の基本構成によるいくつかの実施の形態を説明する。

実施の形態１
図３は、実施の形態１に係るセンサＩＣ１５０ａの構成を説明する図である。本実施の形態では、車輪状態量センサ３０の一例として、タイヤの温度を検出する温度センサ３０ａが用いられ、接地状態検出部１００として、接点式スイッチ１１０ａと、接点式スイッチ１１０ａのオン／オフ状態を検出する検出部１２０ａが用いられる。

接点式スイッチ１１０ａは、２枚の電極１１２、１１４が隙間１１３を隔てて対向する形で構成されており、接地力の入力がないときは、ばね１１５の張力により電極１１２、１１４間に隙間１１３が生じ、２枚の電極１１２、１１４は接触せず、電気的には非導通の状態になる。接地力が加わると、２枚の電極１１２、１１４は接触し、導通状態となる。

検出部１２０ａは、接点式スイッチ１１０ａの導通状態を検出し、非導通状態から導通状態に変化したとき、送信機４０に送信タイミングを通知するための送信指示信号を送る。送信機４０は、検出部１２０ａからの送信指示信号を受けて、温度センサ３０ａにより検出された温度の情報を受信機６２に送信する。

図４は、実施の形態１に係るセンサＩＣ１５０ａの別の構成を説明する図である。図３では、送信機４０は、電池４２により常時駆動されており、送信を行わないときは、省電力モードにあるが、図４の構成では、電池４２は、接点式スイッチ１１０ａに接続されており、接点式スイッチ１１０ａが非導通状態のときは、送信機４０に電力は供給されない。接点式スイッチ１１０ａが導通状態になると、電池４２が送信機４０に接続され、電力が供給される。送信機４０は、接点式スイッチ１１０ａがオンになったときに、電池４２からの電力の供給を受けて、温度センサ３０ａにより検出された温度データを受信機６２に送信する。

なお、接点式スイッチ１１０ａがオンである間、電池４２からの電力が送信機４０に供給されるが、送信機４０は、接点式スイッチ１１０ａがオフからオンに切り替わったタイミングに検出された温度データを送信すれば十分であり、それ以降は、仮に接点式スイッチ１１０ａがオンのままで、送信機４０が電池４２からの電力を受けていても、省電力モードで動作する。これにより、接点式スイッチ１１０ａがオンの状態で、車両がたまたま停車したとしても、送信機４０が温度データを送信し続けることはない。

図５は、車輪２０の断面図において、接点式スイッチ１１０ａとセンサＩＣ１５０ａの設置箇所を説明する図である。車輪２０は、タイヤ２１、ホイール２２、およびリム２６から構成される。接点式スイッチ１１０ａとセンサＩＣ１５０ａは、タイヤ２１の周方向のある一箇所においてトレッド部２１ａのほぼ中央に埋め込まれる。センサＩＣ１５０ａ内に含まれる温度センサ３０ａは、タイヤ２１のトレッド部２１ａの温度を測定する。

接地検出箇所Ｐは、接点式スイッチ１１０ａが埋め込まれている箇所に対応する地面に接する箇所である。同図は、接地検出箇所Ｐが接地していない状態であり、接点式スイッチ１１０ａには接地力が加わらないため、２枚の電極間には隙間があり、接点式スイッチ１１０ａはオフの状態にある。接点式スイッチ１１０ａがオフの間は、センサＩＣ１５０ａは温度センサ３０ａによる検出データを送信しない。なお、同図において、送信のためのアンテナ５０は図示を省略している。

図６は、接地検出箇所Ｐが接地した状態を説明する図である。タイヤ２１のトレッド部２１ａが地面４００に押しつけられることにより、接点式スイッチ１１０ａに接地力が加わり、２枚の電極間に隙間がなくなり、接点式スイッチ１１０ａはオンの状態になる。接点式スイッチ１１０ａがオンになるタイミングにおいて、センサＩＣ１５０ａは温度センサ３０ａによる検出データを車体１２側に送信する。

図７（ａ）、（ｂ）は、異なる態様でタイヤ２１に埋め込まれた接点式スイッチ１１０ａとセンサＩＣ１５０ａを説明する図である。図７（ａ）では、センサＩＣ１５０ａはタイヤ２１のショルダー部２１ｂに埋め込まれ、トレッド部２１ａの中央に埋め込まれた接点式スイッチ１１０ａと導線で接続される。センサＩＣ１５０ａ内の温度センサ３０ａはショルダー部２１ｂの温度を測定する。この場合も、タイヤ２１の接地検出箇所Ｐが接地したとき、接点式スイッチ１１０ａがオンになり、そのタイミングにおいて、センサＩＣ１５０ａは、温度センサ３０ａにより検出されたショルダー部２１ｂの温度データを送信する。

図７（ｂ）では、センサＩＣ１５０ａはタイヤ２１のビード部２１ｃに埋め込まれ、トレッド部２１ａの中央に埋め込まれた接点式スイッチ１１０ａと導線で接続される。接点式スイッチ１１０ａとセンサＩＣ１５０ａ間の導線は、同図ではタイヤ２１の内部を通っているが、タイヤ２１の内面に貼り付けられるか、タイヤ２１の内部を通る形態でもよい。この場合、センサＩＣ１５０ａ内の温度センサ３０ａがビード部２１ｃの温度を測定しており、タイヤ２１の接地検出箇所Ｐが接地したタイミングで、接点式スイッチ１１０ａがオンになり、センサＩＣ１５０ａからビード部２１ｃの温度データが送信される。

図７（ａ）、（ｂ）のように、センサＩＣ１５０ａは、温度センサ３０ａが温度を検出するのに適した場所に設置される。また、車輪状態量センサ３０がタイヤ２１の空気圧を検出する空気圧センサである場合、空気圧センサを内蔵するセンサＩＣ１５０ａが、たとえばバルブに設けられ、トレッド部２１ａに設けられた接点式スイッチ１１０ａは導線によってバルブ内のセンサＩＣ１５０ａに接続される。このように、接点式スイッチ１１０ａがトレッド部２１ａに設けられればよく、その他の構成の設置箇所は任意である。また、温度センサ３０ａをセンサＩＣ１５０ａの外側に設けて、センサＩＣ１５０ａに接続する構成にした場合、センサＩＣ１５０ａは接点式スイッチ１１０ａとともにトレッド部２１ａに設置し、温度センサ３０ａだけを別の箇所に設けてもよい。

接点式スイッチ１１０ａとセンサＩＣ１５０ａのさらに別の設置形態として、接点式スイッチ１１０ａとセンサＩＣ１５０ａとをともにタイヤ２１のショルダー部２１ｂやビード部２１ｃに設けてもよい。接地検出箇所Ｐが接地したときにトレッド部２１ａには地面から直接、接地力が加わるが、同時にショルダー部２１ｂやビード部２１ｃにも接地力が伝わる。そのため、ショルダー部２１ｂやビード部２１ｃに接点式スイッチ１１０ａを設けてもよい。

この場合、接点式スイッチ１１０ａが設けられるショルダー部２１ｂやビード部２１ｃの箇所を接地検出箇所Ｐと定義する。検出部１２０ａは、接点式スイッチ１１０ａが設けられた接地検出箇所Ｐへの間接的な接地力の入力を接点式スイッチ１１０ａの導通状態により検出する。その際、接点式スイッチ１１０ａの２枚の電極の傾きを接地力の伝わる方向と垂直にしたり、２枚の電極間の隙間をビード部２１ｃに設ける場合に比べて狭くするなど、間接的な接地力により接点式スイッチ１１０ａが確実にオン動作するように調整する。

図８は、以上の構成によるセンサＩＣ１５０ａによる車輪状態量の検出手順を示すフローチャートである。

検出部１２０ａは、接点式スイッチ１１０ａの導通状態を検知することにより、接点式スイッチ１１０ａが設けられているタイヤ２１の接地検出箇所Ｐの接地状態を検出する（Ｓ１０）。接地検出箇所Ｐへの接地力が検出されない場合（Ｓ１０のＮ）、検出部１２０ａはステップＳ１０を繰り返す。接地検出箇所Ｐへの接地力が検出された場合（Ｓ１０のＹ）、検出部１２０ａは、送信機４０に送信タイミングを通知するための送信指示信号を送る（Ｓ１１）。

車輪２０の回転により、接地検出箇所Ｐが車輪２０の真下の位置に来た時点で、接地検出箇所Ｐが接地し、接点式スイッチ１１０ａが接地力を最大に受けて、導通状態になる。また、接地検出箇所Ｐが車輪２０の真下の位置に来る手前でも、接地力が伝わり、接点式スイッチ１１０ａが導通状態になることもある。いずれにしても、接点式スイッチ１１０ａが非導通状態から導通状態になるのは、車輪２０の１回転のうち、一度だけであり、そのタイミングにおいて、検出部１２０ａは送信機４０に送信指示信号を送る。

送信機４０は、検出部１２０ａからの送信指示信号を受けたとき、車輪状態量センサ３０から車輪状態量の検出データを取得する（Ｓ１２）。たとえば、車輪状態量センサ３０が、タイヤ２１のトレッド部２１ａに設けられた温度センサ３０ａである場合、トレッド部２１ａの温度が検出され、その検出データが送信機４０に供給される。送信機４０は、車輪状態量センサ３０から供給された車輪状態量の検出データをアンテナ５０を介して車体１２の受信機６２に送信する（Ｓ１４）。車体１２のＥＣＵ６４は受信した車輪状態量を処理する。

電池４２の寿命が尽きると（Ｓ１６のＹ）、センサＩＣ１５０ａは、車輪状態量検出手順を終了するが、電池４２の寿命が続く限り（Ｓ１６のＮ）、検出部１２０ａによる接地検出のステップＳ１０に戻り、以降の処理が繰り返される。

実施の形態１のタイヤおよび車輪情報処理装置によれば、車輪側の送信機４０が、タイヤ２１の周方向の接地検出箇所Ｐが接地力を受けたタイミングにおいてのみ、車輪状態量の検出データを送信し、そのタイミング以外では送信しないため、消費電力を抑えることができる。また、車両１０の車速が大きくなるにつれ、接地検出箇所Ｐが接地力を受ける周期が短くなり、送信機４０からの検出データの送信頻度が増えることになるため、高速走行時でも車体１２の受信機６２における受信状態が悪くなることがない。

実施の形態２
図９は、実施の形態２に係るセンサＩＣ１５０ｂの構成を説明する図である。実施の形態１とは異なる点を説明する。本実施の形態では、接地状態検出部１００として、超音波センサ１１０ｂと、超音波センサ１１０ｂによる出力値から接地状態を検出する検出部１２０ｂが用いられる。

超音波センサ１１０ｂは、対象物に対して超音波を送信し、その反射波を受信することで対象物までの距離を測るものである。本実施の形態では、超音波センサ１１０ｂは、タイヤ２１の接地検出箇所Ｐに設けられ、車両１０の走行中に接地検出箇所Ｐからホイールのリム面までの距離を測定するために用いられる。検出部１２０ｂは、超音波センサ１１０ｂにより検出された距離の変化を調べることにより、接地検出箇所Ｐの接地状態を検出する。

図１０は、車輪２０の断面図において、センサＩＣ１５０ｂの設置箇所を説明する図である。センサＩＣ１５０ｂ内の超音波センサ１１０ｂは、タイヤ２１のトレッド部２１ａの中央に配置され、超音波の送受信器がタイヤ２１の内側に現れている。超音波センサ１１０ｂはリム２６のタイヤ２１側の面（リムドロップもしくはホイールドロップという）に超音波３００を当て、その反射波３０２を受信することで、接地検出箇所Ｐ、より正確には接地検出箇所Ｐに対応するトレッド部２１ａの内面上の点からリムドロップまでの距離Ｈを測定する。タイヤ２１の接地検出箇所Ｐが接地している状態では、タイヤ２１のトレッド部２１ａが地面４００に押しつけられるため、接地検出箇所Ｐが接地していない状態に比べて、リムドロップまでの距離Ｈは短くなる。

図１１は、接地検出箇所Ｐに設けられた超音波センサ１１０ｂにより検出される接地検出箇所Ｐからリムドロップまでの距離Ｈの時間変化を説明する図である。同図のグラフは、横軸を時間Ｔ、縦軸を距離Ｈとして、距離Ｈの時間変化を示す。接地検出箇所Ｐが接地していない状態での距離Ｈはｈ_０であり、これが最大値である。接地検出箇所Ｐが接地すると、距離Ｈはｈ₁まで短くなる。

計測される距離Ｈの最大値ｈ_０と最小値ｈ₁の間で閾値ｈ_ｔｈをあらかじめ設定しておき、検出部１２０ｂは、超音波センサ１１０ｂにより測定された距離Ｈが閾値ｈ_ｔｈにまで下がったときに、接地検出箇所Ｐが接地力を受けたと判定する。接地判定の閾値ｈ_ｔｈを最小値ｈ₁よりもやや大きくしておくことで、距離測定の誤差や外乱の影響によって生じる接地検出箇所Ｐの接地検出エラーを防止することができる。

検出部１２０ｂは、距離Ｈが閾値ｈ_ｔｈにまで下がった時点ｔ_１、ｔ_２を車輪状態量の送信タイミングと決定し、その時点ｔ_１、ｔ_２で送信指示信号を送信機４０に送る。

図８の車輪状態量検出手順の接地検出Ｓ１０の処理は、本実施の形態では、超音波センサ１１０ｂにより検出された距離Ｈが閾値ｈ_ｔｈ以下になることを検出することでなされる。それ以降の処理ステップＳ１１〜１６は実施の形態１と同じである。

図１２（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態のセンサＩＣの他の構成例を説明する図である。図１２（ａ）に示すセンサＩＣ１５２ｂは、車輪状態量センサ３０の一例として、空気圧センサ３０ｂを用いたものであり、空気圧センサ３０ｂをセンサＩＣ１５２ｂの外部に設けて、接続線でセンサＩＣ１５２ｂに接続した構成である。図１２（ｂ）に示すセンサＩＣ１５４ｂは、同じく空気圧センサ３０ｂを用いるが、空気圧センサ３０ｂはセンサＩＣ１５４ｂの内部に設け、一方、超音波センサ１１０ｂをセンサＩＣ１５４ｂの外部に設けて接続線で接続した構成である。

図１３は、車輪２０の断面図において、図１２（ａ）のセンサＩＣ１５２ｂの設置箇所を説明する図である。超音波センサ１１０ｂを内蔵するセンサＩＣ１５２ｂはタイヤ２１のトレッド部２１ａの中央に設けられる。一方、センサＩＣ１５２ｂと接続線を介して接続された空気圧センサ３０ｂは、バルブ２４に設けられ、タイヤ２１内の空気圧を検出する。

図１４は、車輪２０の断面図において、図１２（ｂ）のセンサＩＣ１５２ｂの設置箇所を説明する図である。超音波センサ１１０ｂはタイヤ２１のトレッド部２１ａの中央に設けられ、空気圧センサ３０ｂを内蔵するセンサＩＣ１５４ｂはバルブ２４に設けられる。

車輪状態量としてタイヤ空気圧を検出する場合、空気圧センサ３０ｂをタイヤ２１のゴム内に設けてもタイヤ空気圧を測定できないため、空気圧センサ３０ｂをバルブ２４や、リム２６のタイヤ２１側の内面に設置する必要がある。その場合、図１３もしくは図１４のように空気圧センサ３０ｂを空気圧の測定に適した場所に設置し、超音波センサ１１０ｂをトレッド部２１ａのゴム内に設置するようにすればよい。

さらに、別の変形として、超音波センサ１１０ｂの設置場所を変え、たとえば、超音波センサ１１０ｂをリム２６のタイヤ２１側の内面のある一箇所に設置し、超音波センサ１１０ｂがタイヤ２１のトレッド部２１ａの内面側に向かって超音波を当て、その反射波を受信することで、接地検出箇所Ｐ、より正確には接地検出箇所Ｐに対応するトレッド部２１ａの内面上の点からリムドロップまでの距離Ｈを測定する構成にしてもよい。

実施の形態３
図１５は、実施の形態３に係るセンサＩＣ１５０ｃの構成を説明する図である。実施の形態２と異なる点を説明する。本実施の形態では、実施の形態２の超音波センサ１１０ｂの代わりに、近接対象物までの距離を測定可能な反射式フォトインタラプタ１１０ｃが用いられる。

反射式フォトインタラプタ１１０ｃは発光ダイオードとフォトトランジスタが一つの素子に組み合わされたものであり、発光ダイオードが赤外線を発射し、反射光をフォトトランジスタが検出することにより、対象物までの距離を測定する。本実施の形態では、反射式フォトインタラプタ１１０ｃをタイヤ２１の接地検出箇所Ｐに対応する位置のトレッド溝に設け、接地時にトレッド溝から地面までの距離を検出するために用いる。検出部１２０ｃは、反射式フォトインタラプタ１１０ｃにより検出された距離の変化を調べることにより、接地検出箇所Ｐの接地状態を検出する。

図１６は、車輪２０の断面図において、センサＩＣ１５０ｃの設置箇所を説明する図である。センサＩＣ１５０ｃは、トレッド部２１ａの中央のトレッド溝３１０に面するように設置される。図１７は、センサＩＣ１５０ｃの設置箇所の拡大図である。センサＩＣ１５０ｃ内の反射式フォトインタラプタ１１０ｃは、トレッド溝３１０から地面４００に赤外線を照射し、その反射光を受光することにより、トレッド溝３１０から地面４００までの距離Ｄを測定する。接地検出箇所Ｐが車輪２０の真下に位置し、実質的に接地している状態では、接地力によりトレッド溝３１０の高さが縮まり、距離Ｄは短くなる。

実施の形態２と同様、検出部１２０ｃは、反射式フォトインタラプタ１１０ｃにより検出される距離Ｄの時間変化を調べ、距離Ｄが閾値ｄ_ｔｈにまで下がったときに、接地検出箇所Ｐが接地力を受けたと判定し、その時点を送信タイミングと決定し、送信機４０に送信指示信号を送る。ここで、閾値ｄ_ｔｈは、接地検出箇所Ｐが接地力を受けていないときの最大距離ｄ_０と接地検出箇所Ｐが最大の接地力を受けたときの最小距離ｄ_１との間で設定される。なお、本実施の形態の反射式フォトインタラプタ１１０ｃの代わりに、超音波による近接覚センサをトレッド溝３１０の距離測定に用いてもよい。

なお、本実施の形態では、反射式フォトインタラプタ１１０ｃは、接地検出箇所Ｐが地面４００付近に位置するときでないと、赤外線照射による反射光を検知できないため、常時トレッド溝３１０から地面４００までの距離Ｄを測定しているのではないが、反射光が十分に検知できない場合は、距離Ｄが無限大であると考えればよい。また、反射式フォトインタラプタ１１０ｃは、必ずしもトレッド溝３１０から地面４００までの距離Ｄを測定するのではなく、単に赤外線照射による反射光の有無または強度を検知することにより、接地検出箇所Ｐへの接地力を検出してもよい。接地検出箇所Ｐが接地力を受けていないときは、照射された赤外線の反射光が検知されることがないか、検知されても非常に弱いものとなるが、接地検出箇所Ｐが車輪２０の真下に近づくにつれ、反射光が検知されるようになり、接地検出箇所Ｐが車輪２０のちょうど真下に位置したとき、反射光が最も強くなる。このことから、検出部１２０ｃは、反射式フォトインタラプタ１１０ｃが検知する反射光の有無または強度を調べ、反射光が検知されたとき、あるいは、所定の閾値強度以上の反射光が検知されたとき、接地検出箇所Ｐが接地力を受けたと判定してもよい。

実施の形態４
図１８は、実施の形態４に係るセンサＩＣ１５０ｄの構成を説明する図である。実施の形態２と異なる点を説明する。加速度センサ１１０ｄは、タイヤ２１の接地検出箇所Ｐに設けられ、タイヤ２１の径方向の加速度を検出する。検出部１２０ｄは、加速度センサ１１０ｄにより検出された加速度の変化を調べることにより、接地検出箇所Ｐの接地状態を検出する。

図１９は、車輪２０の断面図において、センサＩＣ１５０ｄの設置箇所を説明する図である。センサＩＣ１５０ｄ内の加速度センサ１１０ｄは、トレッド部２１ａの中央に配置され、タイヤ２１の径方向の加速度を測定する。タイヤ２１の接地検出箇所Ｐが接地している状態では、接地力によりタイヤ２１の半径が短くなる。

図２０（ａ）、（ｂ）は、加速度センサ１１０ｄにより接地検出箇所Ｐの接地状態が検出される原理を説明する図である。図２０（ａ）は、加速度センサ１１０ｄが設けられた接地検出箇所Ｐが接地していない状態である。加速度センサ１１０ｄにより検出されるタイヤ２１の径方向の加速度ｇ_０と車輪２０の角速度ωの間には、加速度センサ１１０ｄとタイヤ２１の中心Ｏまでの距離、すなわちタイヤ２１の半径をｒ_０とすると、ｇ_０＝ｒ_０×ω^２の関係が成り立つ。

図２０（ｂ）は、接地検出箇所Ｐが接地している状態である。加速度センサ１１０ｄとタイヤ２１の中心Ｏまでの距離、すなわちタイヤ２１の半径ｒ_１は、接地力により接地していない場合のタイヤ２１の半径ｒ_０よりも短くなっている。このとき、車輪２０の角速度ωが一定であるとすると、加速度センサ１１０ｄにより検出されるタイヤ２１の径方向の加速度ｇ_１と車輪２０の角速度ωの間には、ｇ_１＝ｒ_１×ω^２の関係が成り立つので、タイヤ２１の径方向の加速度ｇ_１は、接地検出箇所Ｐが接地していない状態に比べて小さくなる。したがって、タイヤ２１の径方向の加速度の変化から接地検出箇所Ｐの接地状態を検出することができる。

図２１は、接地検出箇所Ｐに設けられた加速度センサ１１０ｄにより検出されるタイヤ２１の径方向の加速度Ｇの時間変化を説明する図である。同図のグラフは、横軸を時間Ｔ、縦軸を加速度Ｇとして、加速度Ｇの時間変化を示す。接地検出箇所Ｐが接地していない状態での加速度Ｇはｇ_０であり、これが最大値である。接地検出箇所Ｐが接地すると、加速度Ｇはｇ₁まで下がる。

実施の形態２と同様、計測される加速度Ｇの最大値ｇ_０と最小値ｇ₁の間で閾値ｇ_ｔｈをあらかじめ設定しておき、検出部１２０ｄは、加速度センサ１１０ｄにより測定された加速度Ｇが閾値ｇ_ｔｈにまで下がった時点ｔ_１、ｔ_２で接地検出箇所Ｐが接地力を受けたと判定し、その時点ｔ_１、ｔ_２を車輪情報量の送信タイミングと決定し、送信機４０に送信指示信号を送る。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。以上の実施の形態は例示であり、その様々な変形例もまた本発明の範囲に含まれることは当業者には理解されるところである。そうした変形例を挙げる。

実施の形態１の接点式スイッチ１１０ａは、２枚の電極の機械的な接触によりオン／オフ動作するものであったが、これを静電容量型の無接点式スイッチとしてもよい。静電容量型の無接点式スイッチを用いれば、２枚の電極間の距離が接地力で狭まると、静電容量が増加し、電極間の電圧が低下するため、電圧変化により接地力を検知することができる。また圧電素子や歪みゲージを利用して、接地力による伸縮や歪みを電圧変化で検出して、接地力を検出するスイッチを構成してもよい。

実施の形態４では、加速度センサ１１０ｄにより検出される加速度Ｇの時間変化により、接地検出箇所Ｐの接地状態が検出されたが、各車輪２０に車輪速度センサを設け、車輪速度センサが車輪２０の角速度ωを検出し、検出部１２０ｄがＧ＝ｒ×ω^２の関係を利用して、タイヤ２１の半径ｒ＝Ｇ／ω^２を算出するように構成してもよい。この場合、検出部１２０ｄは、タイヤ２１の半径ｒの時間変化から同様に接地検出箇所Ｐの接地状態を検出することができる。この場合、加速度センサ１１０ｄと車輪速度センサの組み合わせで、タイヤ２１の半径ｒを測定する距離センサを構成しているとみなすことができる。

なお、一般に、車輪に設けられた送信機から車体側の受信機に無線でデータを送信する場合、車輪の回転とともに送信機の位置が変わるため、車輪側の送信機と車体側の受信機の位置関係によっては、送信機からの電波が車体側の受信機に届かない、いわゆる「電波の死角」が存在し、電波の死角に入った場合、受信性能が極端に落ち込むことがある。本発明の実施の形態では、接地検出箇所Ｐへの接地力が検出された時点を送信タイミングと決定し、車輪状態量の検出データを送信するが、接地検出箇所Ｐへの接地力が検出されてから車輪状態量の検出データが送信されるまでの間に、非常に短い時間であるが遅れが生じる。この送信タイミングの遅れと車両の速度の関係によって、車両がある一定の速度で走行している状況で、車輪側の送信機が電波の死角に入る時点がたまたま送信タイミングとなることがありうる。このような事態を避けるために、車輪側の送信機は、接地検出後に車輪状態量の検出データを送信する際、送信開始時刻をランダムに遅らせるようにしてもよい。これにより、送信タイミングにランダムなオフセットが加わり、ある速度で走行中に、送信機が電波の死角に入る周期で車輪状態量の検出データが送信され続ける事態を回避することができる。

本発明の基本構成に係る車輪情報処理装置を備えた車両の全体構成を説明する図である。 図１のセンサＩＣの構成を説明する図である。 実施の形態１に係るセンサＩＣの構成を説明する図である。 実施の形態１に係るセンサＩＣの別の構成を説明する図である。 車輪の断面図において、実施の形態１に係る接点式スイッチとセンサＩＣの設置箇所を説明する図である。 接地検出箇所が接地した状態を説明する図である。 実施の形態１に係る接点式スイッチとセンサＩＣの別の設置箇所を説明する図である。 実施の形態１に係るセンサＩＣによる車輪状態量の検出手順を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るセンサＩＣの構成を説明する図である。 車輪の断面図において、実施の形態２に係るセンサＩＣの設置箇所を説明する図である。 接地検出箇所に設けられた超音波センサにより検出される接地検出箇所からリムドロップまでの距離の時間変化を説明する図である。 実施の形態２に係るセンサＩＣの他の構成例を説明する図である。 車輪の断面図において、図１２（ａ）の構成のセンサＩＣの設置箇所を説明する図である。 車輪の断面図において、図１２（ｂ）の構成のセンサＩＣの設置箇所を説明する図である。 実施の形態３に係るセンサＩＣの構成を説明する図である。 車輪の断面図において、実施の形態３に係るセンサＩＣの設置箇所を説明する図である。 図１６のセンサＩＣの設置箇所の拡大図である。 実施の形態４に係るセンサＩＣの構成を説明する図である。 車輪の断面図において、センサＩＣの設置箇所を説明する図である。 図１８の加速度センサにより接地検出箇所の接地状態が検出される原理を説明する図である。 接地検出箇所に設けられた加速度センサにより検出されるタイヤの径方向の加速度の時間変化を説明する図である。

符号の説明

１０ 車両、 １２ 車体、 ２０ 車輪、 ２１ タイヤ、 ２１ａ トレッド部、 ２１ｂ ショルダー部、 ２１ｃ ビード部、 ２２ ホイール、 ２６ リム、 ３０ 車輪状態量センサ、 ３０ａ 温度センサ、 ３０ｂ 空気圧センサ、 ４０ 送信機、 ４２ 電池、 ６２ 受信機、 ６４ ＥＣＵ、 ７０ ブザー、 ７２ 警告ランプ、 １００ 接地状態検出部、 １１０ａ 接点式スイッチ、 １１０ｂ 超音波センサ、 １１０ｃ 反射式フォトインタラプタ、 １１０ｄ 加速度センサ、 １２０ａ〜ｄ 検出部。

Claims (12)

1. タイヤの周方向の特定箇所への接地力を検出する接地状態検出部と、
   前記接地状態検出部により前記特定箇所への接地力が検出された場合に、タイヤ状態量に関する情報の送信を行う通信機とを備えたことを特徴とするタイヤ。
2. 前記接地状態検出部は、前記特定箇所への接地力の入力によりオン動作するスイッチを含み、前記通信機は前記スイッチがオンされた時点で前記タイヤ状態量に関する情報の送信を行うことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ。
3. 前記スイッチは、タイヤゴム内に設けられ、前記特定箇所への接地力による接点間の機械的な接触によってオン動作する接点方式スイッチであることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ。
4. 前記スイッチは、タイヤゴム内に設けられ、前記特定箇所への接地力による静電容量の変化によって電気的にオン動作する無接点方式スイッチであることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ。
5. 前記接地状態検出部は、前記特定箇所を起点とするタイヤの径方向の距離を検出する距離センサを含み、前記距離センサにより検出された距離の変化によって前記特定箇所への接地力を検出することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ。
6. 前記距離センサは、タイヤのトレッド部に設けられ、前記トレッド部の内面からホイールのリム面までの距離を測定するものであり、前記接地状態検出部は、測定された距離が所定の閾値以下となった場合に、前記特定箇所への接地力を検出することを特徴とする請求項５に記載のタイヤ。
7. 前記距離センサは、タイヤのトレッド溝に設けられ、前記トレッド溝から地面までの距離を測定するものであり、前記接地状態検出部は、測定された距離が所定の閾値以下となった場合に、前記特定箇所への接地力を検出することを特徴とする請求項５に記載のタイヤ。
8. 前記接地状態検出部は、前記特定箇所におけるタイヤの径方向の加速度を検出する加速度センサを含み、前記加速度センサにより検出された加速度の変化によって前記特定箇所への接地力を検出することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ。
9. 車輪状態量センサと、車輪に設けられ、車輪状態量を送信する車輪側通信機と、前記車輪側通信機と通信する車体側通信機と、前記車輪状態量を処理する情報処理部とを備えた車輪情報処理装置において、
   車輪に配置され、車輪の周方向の特定箇所への接地力を検出する接地状態検出部を備え、
   前記車輪側通信機は、前記接地状態検出部により前記特定箇所への接地力が検出された場合に、前記車輪状態量を送信することを特徴とする車輪情報処理装置。
10. 前記接地状態検出部は、前記特定箇所への接地力の入力によりオン動作するスイッチを含み、
    前記車輪側通信機は前記スイッチがオンされた時点で前記車輪情報量の送信を行い、前記スイッチがオフの間は送信を行わずに待機することを特徴とする請求項９に記載の車輪情報処理装置。
11. 前記接地状態検出部は、前記特定箇所を起点とする車輪の径方向の距離を検出する距離センサによる検出値の変化によって前記特定箇所への接地力を検出することを特徴とする請求項９に記載の車輪情報処理装置。
12. 前記接地状態検出部は、前記特定箇所における車輪の径方向の加速度を検出する加速度センサによる検出値の変化によって前記特定箇所への接地力を検出することを特徴とする請求項９に記載の車輪情報処理装置。
    

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