JP2006250663A

JP2006250663A - Ｒｆｉｄセンサによるタイヤ歪み測定システム

Info

Publication number: JP2006250663A
Application number: JP2005066567A
Authority: JP
Inventors: Akinari Sugiyama; 晃也杉山; Akira Shinoi; 侃篠井; Hiroichi Sugiyama; 博一杉山; Tomomi Akitani; 智巳秋谷
Original assignee: TERUYA KK; Pegasusnet Co Ltd; Teruya Corp
Current assignee: TERUYA KK; Pegasusnet Co Ltd; Teruya Corp
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】バッテリーを使用することなく、構造的に簡易で安価なシステム構成にてタイヤ歪みを測定することができる、ＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システムを得る。
【解決手段】タイヤ内に、タイヤ歪みを抵抗値変化により検出するための磁気センサと歪み量に応じて磁気センサの抵抗値を変化させるためのマグネット及び当該磁気センサを接続して情報伝送を行うためのＲＦＩＤセンサから成るセンサユニットを内蔵し、各タイヤハウス内に、前記センサユニットのＲＦＩＤセンサと無線通信を行い応答信号よりＲＦＩＤセンサのＩＤ情報及び抵抗値を電圧信号に変換してスケーリングしたデータから成る計測データを読取るためのリーダーを配設し、各リーダーから得られた計測データを演算処理して各タイヤの歪みを測定するための演算制御装置と、タイヤ歪み情報を運転者に知らせるためのモニタとを備えて構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両が装備する空気入りゴムタイヤ（以後単にタイヤと言う）のタイヤ歪みを、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）センサを利用して測定する、タイヤ歪み測定システムに関するものである。なお、前記ＲＦＩＤセンサとは、ＲＦＩＤタグにセンサインターフェース回路を内蔵すると共にセンサを接続するための外部端子を設けたＲＦＩＤタグを指すものとする。

従来、急停止によるスリップや雨天で路面が濡れている場合に発生するハイドロプレーニング等の事故を防止するため、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ：Anti-lock Brake System）やトラクションコントロールシステムがある。ＡＢＳは、各タイヤの回転状態を検出し、該検出データに基づき各タイヤがロック状態に入るのを防止するように制動力を制御するシステムである。ここで、タイヤの回転状態として各タイヤの回転数や空気圧及び歪み等を検出し、該検出データを制御装置により解析して制動力の制御を行うものである。

上記各タイヤの回転数や空気圧及び歪み等を検出する方法として多くの提案が成されているが、一例として特開２００４−１０２７５３号公報の『タイヤの状態検出装置、そのセンサユニット及びタイヤ、並びに車両の制動制御装置』においては、タイヤ内のリムにセンサユニットを固定し、該センサユニット内の加速度センサや圧力センサで得られた検出データをＣＰＵや周辺アナログ回路により処理し、マイクロ波帯の電磁波を使用してタイヤハウスに固定されたモニタ装置と無線通信を行うことによりタイヤの状態を検出する方法が開示されている。

また、特開２００４−１５５２２２号公報の『タイヤ状態監視装置』においては、タイヤ内のホイールに送信機を固定し、該送信機内の加速度センサや圧力センサで得られた検出データをマイクロコンピュータから成る送信コントローラで処理し、車体に固定された受信機と無線通信を行うことによりタイヤの状態を検出する方法が開示されている。
特開２００４−１０２７５３特開２００４−１５５２２２

しかしながら、上記特開２００４−１０２７５３号公報では、センサ信号を処理するためのアナログ回路用電源やＣＰＵ駆動用電源及び発振回路用電源はキャリアの電磁波を整流して得ると記載されているが、該方法により得られる電力はセンサユニットとモニタ装置間の距離を１５ｃｍ程度としても数１００μＷ程度しかなく、ＣＰＵの駆動電圧を３Ｖとした場合でもたかだか１００μＡ程度の電流供給能力しか得られない。従って、このような微小電力でマイクロ波帯の周波数を発振させたりＣＰＵや周辺アナログ回路を駆動し、更には電磁波を送信することは不可能である。

また、上記特開２００４−１５５２２２号公報では、センサ信号を処理するための通信コントローラ用電源や送信回路用電源はバッテリーからの電力供給によると記載されているが、リチウム電池等を使用してもそれほど長期間の使用できるものではない。従って、定期的にタイヤ内にバッテリーを交換する必要があり現実的なものではない。

本発明は、以上のような問題点を解決するために成されたものであり、ＲＦＩＤセンサ及び該ＲＦＩＤセンサに接続する歪み測定用センサの駆動電源としてバッテリーを使用することなく、構造的に簡易で安価なシステム構成にてタイヤ歪みを測定することができる、ＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システムにおいては、車両の前後左右に装備されたタイヤ内に、タイヤ歪みを抵抗値変化により検出するための磁気センサと歪み量に応じて磁気センサの抵抗値を変化させるためのマグネット及び当該磁気センサを接続して情報伝送を行うためのＲＦＩＤセンサから成るセンサユニットを内蔵し、各タイヤハウス内に、前記センサユニットのＲＦＩＤセンサと無線通信を行い応答信号よりＲＦＩＤセンサのＩＤ情報及び抵抗値を電圧信号に変換してスケーリングしたデータから成る計測データを読取るためのリーダーを配設し、各リーダーから得られた計測データを演算処理して各タイヤの歪みを測定するための演算制御装置と、タイヤ歪み情報を運転者に知らせるためのモニタとを備えて構成する。

上記ＲＦＩＤセンサ及び磁気センサの駆動電源として、リーダーから出力された電磁界又は電磁波によりアンテナに発生した誘導起電力を整流して安定化した回路電源及び大容量型の充電用コンデンサに蓄積した電力を使用する。

上記磁気センサは、磁気抵抗（ＭＲ：Magnetic Resistor Effect）素子とする。

また、上記演算制御装置は、測定したタイヤ歪みデータの変化に基づきブレーキ制動装置及びエンジン制御装置の各制御が行えるものとする。

本発明のＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システムを車両に装備すれば、センサユニットとしてタイヤ歪みを抵抗値変化により検出するための磁気センサ及びマグネットと当該磁気センサを接続して情報伝送を行うためのＲＦＩＤセンサで構成し、電磁界又は電磁波により発生した誘導起電力を回路電源として使用すると共に充電用コンデンサに蓄積した電力も使用できるためセンサシステムのバッテリーが不要となり、タイヤ歪みを構造的に簡易で安価なシステムにより長期間安定して測定することができるという絶大なる効果を奏することができる。

本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。

図１は本発明のＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システムの配置構成図であり、車両６の前後左右（ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲ）に装備されたタイヤ２内に、タイヤ歪みを抵抗値変化により検出するための磁気抵抗素子と歪み量に応じて磁気抵抗素子の抵抗値を変化させるためのマグネット及び当該磁気抵抗素子を接続して情報伝送を行うためのＲＦＩＤセンサで構成するセンサユニット１を内蔵する。

また、各タイヤハウス内に、前記センサユニット１のＲＦＩＤセンサと無線通信を行い応答信号よりＲＦＩＤセンサのＩＤ情報及び抵抗値を電圧信号に変換してスケーリングしたデータから成る計測データを読取るためのリーダー３を配設し、各リーダー３から得られた計測データを演算処理して各タイヤ２の歪みを測定するための演算制御装置４と、タイヤ歪み情報を運転者に知らせるためのモニタ５を配備する。なお、モニタ５は専用モニタとしなくともカーナビシステムのモニタを利用しても構わない。

図２は本発明のＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システムにおけるセンサユニットの概略ブロック図であり、アンテナ７をＲＦＩＤチップ８に接続して構成したＲＦＩＤセンサに、磁気センサとして磁気抵抗素子１８を接続して構成する。リーダーと電磁界又は電磁波により通信を行うためのアンテナ７は同調キャパシタ（図示せず）から成る同調回路９に接続して共振回路を構成する。該アンテナ７は一般的にはループアンテナであり、該ループアンテナの導線には相互インダクタンスが大きく取れる高効率なアンテナ素材を使用するのが好適である。なお、磁気抵抗素子１８にはＧＭＲ（Giant Magneto Resistance Effect）やＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistance Effect）等の各種タイプがあるが、特に限定はしない。

上記同調回路９の後段には、リーダーから出力された電磁界又は電磁波がアンテナ７を通過した時に発生する誘導起電力の電圧波形を検波したり、該誘導起電力を半波又は全波整流して直流電圧を取り出すための整流回路１０を接続する。該整流回路１０で使用するダイオード（図示せず）は順方向電圧降下の低いもの、例えばショットキバリアダイオードが好適である。

次に、上記整流回路１０の後段には、検波したキャリアを分周してシステムクロックを生成するためのクロック生成回路１１と、信号受信時においてキャリアから信号を取り出す復調動作を行ったり信号送信時においてスイッチング素子（図示せず）により変調動作を行うための変復調回路１２と、上記直流電圧を安定化して回路電源を供給したり、充電用コンデンサ１４に充電電圧を供給するための電源回路１３を接続する。該充電用コンデンサ１４は大容量型として電気二重層コンデンサが好適であるが、消費電流に応じて他のコンデンサを選択しても構わない。

次に、上記変復調回路１２の後段には、該変復調回路１２の制御や強誘電体メモリであるＳｉＲＡＭ（Sensor Interface RAM：センサが必要とする処理単位にてアクセス可能なメモリで、本願出願人による商標）１６にＩＤ情報や計測データの書込み又は読出し制御を行うためのロジック回路１５と、磁気抵抗素子１８の抵抗値を電圧信号に変換してスケーリングしたアナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換回路１７等を接続する。

また、図３は図２のＡ／Ｄ変換回路の第一実施形態のブロック図であり、磁気抵抗素子１８の抵抗値を電圧信号に変換してアナログ入力回路２０に入力する。該アナログ入力回路２０は入力電圧を適正レベルにスケーリングするためのＯＰアンプや抵抗等で構成される。磁気抵抗素子１８用の電源は、ＲＦＩＤチップ８の電源回路１３より得られる回路電源を使用する。なお、図３では入力数が３チャンネルであるが、特に限定するものではない。

次に、上記アナログ入力回路２０の後段には、Ａ／Ｄコンバータ２２にアナログ入力回路２０から出力された電圧信号を順次切換えてサンプリング入力するためのアナログマルチプレクサ２１を接続し、該Ａ／Ｄコンバータ２２でアナログ信号である電圧信号をデジタル信号に変換する。ここで、該Ａ／Ｄコンバータ２２の出力をシリアル出力型とした場合、システムクロックに同期してシフトレジスタ２３に入力しパラレルデータに変換した後、ＳｉＲＡＭ１６に書込みを行う。また、該Ａ／Ｄコンバータ２２の出力をパラレル出力型とした場合、システムクロックに同期してＳｉＲＡＭ１６に書込みを行う。該Ａ／Ｄコンバータ２２の分解能は、４〜１６ビット程度の範囲において任意で構わない。

また、図４は図２のＡ／Ｄ変換回路の第二実施形態のブロック図であり、第一実施形態と同様に磁気抵抗素子１８の抵抗値を電圧信号に変換してアナログ入力回路２０に入力する。該アナログ入力回路２０は入力電圧を適正レベルにスケーリングするためのＯＰアンプや抵抗等で構成される。磁気抵抗素子１８用の電源は、ＲＦＩＤチップ８の電源回路１３より得られる回路電源を使用する。なお、図４でも入力数が３チャンネルであるが、特に限定するものではない。

次に、上記アナログ入力回路２０の後段には、Ａ／Ｄコンバータ２２を磁気抵抗素子１８毎に独立して接続し、該Ａ／Ｄコンバータ２２で電圧信号をデジタル信号に変換する。該Ａ／Ｄコンバータ２２の出力はパラレル出力型としてＳｉＲＡＭ１６の特定アドレスにダイレクト接続し、システムクロックに同期してＳｉＲＡＭ１６の特定アドレスにダイレクト書込みを行う。また、リーダーからの出力指令により特定アドレスの検出データのダイレクト読出しを行う。該方式によれば、ＳｉＲＡＭ１６本来の高速動作と相俟って、更なる検出データの高速書込み又は高速読出しが可能となる。

上記ＳｉＲＡＭ１６は不揮発性メモリであり、回路電源がＯＦＦになってもＩＤ情報や検出データは消失することはない。このため、ＤＲＡＭとは異なりリフレッシュ動作は不要であり、消費電力はＤＲＡＭよりはるかに少なくなる。また、データの書込み電圧は、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリのように高圧に昇圧する必要がないため、昇圧回路が簡略化される。更には、書込み又は読出し速度はＤＲＡＭと同等であり、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリよりはるかに高速である。

図５はタイヤ内におけるセンサユニットの取付位置図であり、（ａ）は断面図，（ｂ）はＡ−Ａ矢視図である。また、タイヤ２のトレッド内面にセンサユニット１を埋設して取付けた状態を示している。該センサユニット１の磁気センサを構成する磁気抵抗素子１８及びマグネット１９において、縦方向歪みを検出する場合には前記磁気抵抗素子１８及びマグネット１９を縦方向に配置し、横方向歪みを検出する場合には前記磁気抵抗素子１８及びマグネット１９を縦方向に配置する。配置箇所は中央部及び両側部の３箇所が好適であるが、特に限定するものではない。また、両方向の歪みを検出する場合には縦方向歪み検出用と横方向歪み検出用のセンサユニット１を各々の位置に配置する。

図６はリーダーの概略ブロック図であり、該リーダー３は、アンテナ２４を介してセンサユニット１のＲＦＩＤセンサと無線通信を行うための送受信回路２５と、キャリア信号を発生するための信号発生回路２６と、応答信号より得られた計測データを演算制御装置４に送信するための通信インターフェース回路２８と、前記送受信回路２５と信号発生回路２６と通信インターフェース回路２８の制御を行う制御回路２７等により構成する。

図７は演算制御装置の概略ブロック図であり、各リーダー３から送信された計測データを受信するための通信インターフェース回路２９と、該計測データを演算解析してタイヤ２の歪みを測定するための演算回路３０と、各タイヤ２のタイヤ歪み情報をモニタ５にて運転者に知らせるべくモニタ出力を行うための出力回路３２と、該タイヤ歪みデータの変化に基づきブレーキ制動装置及びエンジン制御装置の各制御を行うための制御回路３１等により構成する。

図８は本発明のＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システムのリーダーとセンサユニット間におけるデータの読み取り位置関係図であり、タイヤハウス３３内に配備したリーダー３のアンテナ２４とタイヤ２のトレッド内面に埋設又は固着したセンサユニット１のアンテナ７間において、蹴出し前ポイントＢと蹴出し中ポイントＣ及び蹴出し後ポイントＤの３箇所にて無線通信を行い、タイヤ２の歪み測定を行う。ここで、リーダー３のアンテナ２４の位置はタイヤ２が図中矢印方向に回転した場合、タイヤ２の蹴出し前ポイントＢと１８０度反対側のポイントＡが応答信号の受信レベルの最大ポイントとなる位置とする。蹴出し中ポイントＣはセンサユニット１の外面のトレッド面が路面と最大に接触している時であり、蹴出し後ポイントＤは蹴出し中ポイントＣを中心に蹴出し前ポイントＢと略対称な位置とする。

本発明の実施例を図を用いて説明する。

まず、図１及び図８に示すように、車両６の前後左右（ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲ）に装備されたタイヤ２内に、センサユニット１を内蔵する。該センサユニット１は、図２に示すようにタイヤ歪みを抵抗値変化により検出するための磁気抵抗素子１８と歪み量に応じて磁気抵抗素子１８の抵抗値を変化させるためのマグネット１９及び当該磁気抵抗素子１８を接続して情報伝送を行うためのアンテナ７をＲＦＩＤチップ８に接続したＲＦＩＤセンサで構成する。該センサユニット１の取付位置は、図５に示すようにタイヤ２のトレッド内面に埋設又は固着する。また、各タイヤハウス３３内にリーダー３を配備し、各リーダー３と演算制御装置４を接続する。更に、該演算制御装置４とモニタ５とを接続する。

次に、車両６が走行してタイヤ２の歪みを測定する場合、リーダー３とセンサユニット１間において蹴出し前ポイントＢと蹴出し中ポイントＣ及び蹴出し後ポイントＤの３箇所の歪みを測定する。該測定において、応答信号の受信レベルの最大ポイントＡを通過するセンサユニット１の通過周期Ｔを測定することにより車速が算出でき、センサユニット１がポイントＡを通過後よりＴ／２時間の位置が蹴出し前ポイントＢとなり、更にＴ／２＋Δｔ１時間の位置が蹴出し中ポイントＣとなり、更にＴ／２＋２Δｔ１時間の位置が蹴出し後ポイントＤとなる。該Δｔ１は車速より求められる。

ここで、タイヤ２の歪み測定の原理を説明する。

空気圧の減少やスリップ等によりタイヤ２が歪み加速度に変化が生じると、図２から図５の磁気抵抗素子１８及びマグネット１９の箇所の矢印で示すようにマグネット１９は歪み量に応じて伸縮又は撓み、磁気抵抗素子１８に磁界の大きさの変化を与える。該磁気抵抗素子１８は磁界の大きさの変化で抵抗値が変化するセンサであり、歪み量に応じて抵抗値が変化する。このため、空気圧の減少やスリップ等によりタイヤ２が歪むと当該磁気抵抗素子１８を接続したＡ／Ｄ変換回路１７の計測データに変化を生じて計測される。該計測データは常時リーダー３によりセンサユニット１の固有ＩＤ情報と共に検出され読取られる。更に、該リーダー３から得られた計測データを演算制御装置４にて演算解析することによりタイヤ２の歪みを測定することができることになる。

そして、通常時におけるタイヤ２の歪みデータとリアルタイムに測定したタイヤ２の歪みデータを比較し、通常データと異なったデータが得られた時は状態に応じてモニタ５にタイヤ歪み情報を表示して運転者に知らせ危険回避を促すことができる。

また、上記モニタ５によるタイヤ歪み情報の表示の他に、該タイヤ歪みデータの変化に基づいたブレーキ制御信号をブレーキ制動装置（図示せず）に伝送することにより自動的にブレーキ制御が行え、タイヤ歪みデータの変化に基づいたエンジン制御信号をエンジン制御装置（図示せず）に伝送することにより自動的にエンジン制御が行えることにもなる。

本発明のＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システムは、一般的な空気入りゴムタイヤを装備した車両、例えば乗用車やトラックを対象としているが、空気入りゴムタイヤを装備していれば如何なる種類の車両又は装置であっても構わないものである。

本発明のＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システムの配置構成図である。本発明のＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システムにおけるセンサユニットの概略ブロック図である。図２のＡ／Ｄ変換回路の第一実施形態のブロック図である。図２のＡ／Ｄ変換回路の第二実施形態のブロック図である。タイヤ内におけるセンサユニットの取付位置図である。リーダーの概略ブロック図である。演算制御装置の概略ブロック図である。本発明のＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システムのリーダーとセンサユニット間におけるデータの読み取り位置関係図である。

符号の説明

１センサユニット
２タイヤ
３リーダー
４演算制御装置
５モニタ
６車
７アンテナ
８ＲＦＩＤチップ
９同調回路
１０整流回路
１１クロック生成回路
１２変復調回路
１３電源回路
１４充電用コンデンサ
１５ロジック回路
１６ＳｉＲＡＭ
１７Ａ／Ｄ変換回路
１８磁気抵抗素子
１９マグネット
２０センサ入力回路
２１アナログマルチプレクサ
２２Ａ／Ｄコンバータ
２３シフトレジスタ
２４アンテナ
２５送受信回路
２６信号発生回路
２７制御回路
２８通信インターフェース回路
２９通信インターフェース回路
３０演算回路
３１制御回路
３２出力回路
３３タイヤハウス

Claims

車両の前後左右に装備されたタイヤ内に、タイヤ歪みを抵抗値変化により検出するための磁気センサと歪み量に応じて磁気センサの抵抗値を変化させるためのマグネット及び当該磁気センサを接続して情報伝送を行うためのＲＦＩＤセンサから成るセンサユニットを内蔵し、各タイヤハウス内に、前記センサユニットのＲＦＩＤセンサと無線通信を行い応答信号よりＲＦＩＤセンサのＩＤ情報及び抵抗値を電圧信号に変換してスケーリングしたデータから成る計測データを読取るためのリーダーを配設し、各リーダーから得られた計測データを演算処理して各タイヤの歪みを測定するための演算制御装置と、タイヤ歪み情報を運転者に知らせるためのモニタとを備えて構成することを特徴とする、ＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システム。
ＲＦＩＤセンサ及び磁気センサの駆動電源として、リーダーから出力された電磁界又は電磁波によりアンテナに発生した誘導起電力を整流して安定化した回路電源及び該回路電源を大容量型の充電用コンデンサに蓄積した電力を使用することを特徴とした、請求項１に記載のＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システム。
磁気センサが、磁気抵抗素子であることを特徴とする、請求項１及び請求項２に記載のＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システム。
タイヤ歪みデータの変化に基づいたブレーキ制御信号をブレーキ制動装置に伝送することにより自動的にブレーキ制御が行え、タイヤ歪みデータの変化に基づいたエンジン制御信号をエンジン制御装置に伝送することにより自動的にエンジン制御が行えることを特徴とした、請求項１に記載のＲＦＩＤセンサによるタイヤ歪み測定システム。