JP2008126805A - タイヤ状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品コストや取付コストを大幅に低減できて電力ロスも少ないタイヤ状態検出装置を提供すること。
【解決手段】各タイヤ１内に装着されたトランスポンダ２から発信される検出信号を車体側アンテナ部３で受信して制御処理回路部（ＥＣＵ）４へ入力させるというタイヤ状態検出装置であって、車体側アンテナ部３と制御処理回路部４は一体化されて車体底面６の略中央に装着されている。車体側アンテナ部３は、第１〜第３の金属板３１〜３３によって画成される４区画のホーン状空間３４内にそれぞれトランスポンダ２との通信を行うためのモノポールアンテナ３０が配設されており、平面視十字形状の第２の金属板３２がコーナーリフレクタとして動作するため、各ホーン状空間３４の開口部から指向性の強い放射ビーム７ａ〜７ｄが対応するタイヤ１のサイドウォール１０へ向けて放射されるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤ内に装着されたトランスポンダから発信されるタイヤ空気圧等に関する情報を車体側で受信して制御処理手段へ入力できるようにしたタイヤ状態検出装置に関する。

自動車の走行中に運転者がタイヤ空気圧やその異常を速やかに把握できるようにするため、近年、圧力センサやアンテナ素子等を組み込んだトランスポンダをタイヤ内に装着することによって、タイヤ空気圧が運転席で監視できるようにしたシステムが普及しつつある。かかるタイヤ空気圧監視システム（ＴＰＭＳ）においては、タイヤ内のトランスポンダが発信するタイヤ空気圧等の検出信号を車体側に装着されたアンテナ素子が受信し、この受信信号が同軸ケーブルを介してＥＣＵ(Electronic Control Unit）等の制御処理手段へ伝送されるようになっている。（例えば、特許文献１参照）。

一般的に、車体側のアンテナ素子は各タイヤの近傍のタイヤハウス等に装着されている。したがって、４本のタイヤ内のトランスポンダから発信された検出信号はそれぞれ近傍に位置する車体側のアンテナ素子に受信され、これら受信信号がそれぞれ当該アンテナ素子と制御処理手段との間に配線された同軸ケーブルへ個別に伝送される。つまり、４本のタイヤの空気圧等に関する情報が４本の同軸ケーブルを介して制御処理手段へ入力されるようになっており、この制御処理手段で入力情報が制御処理されることにより、運転席の表示装置にタイヤ状態が表示されたり警告音が発せられるようになっている。

なお、金属製のホイールに装着されているタイヤは、そのトレッド側にスチールベルトが埋設されているため、タイヤ内のトランスポンダと車体側のアンテナ素子との間の通信はタイヤの側壁部であるゴム製のサイドウォールを介して行われる。
特開２００５−１６１９４４号公報（第３−５頁、図１）

ところで、前述したように従来は車体側のアンテナ素子をタイヤ近傍のタイヤハウス等に設置しているが、タイヤハウスの形状は車種によって異なり、かつ同一車両でも前輪側と後輪側でタイヤハウスの形状は異なるため、４箇所のタイヤハウスでそれぞれアンテナ素子の好適な取付位置を選定して取り付ける作業は容易でなく、取付作業が困難な場合もあった。また、特許文献１には車体側のアンテナ素子をタイヤ後部のマッドガードに埋設するという技術が開示されているが、かかる従来技術では、特殊なマッドガードを作製しなければならないため部品コストが大幅に上昇してしまう。さらに、従来は４本のタイヤの近傍にそれぞれ設置した車体側のアンテナ素子を４本の同軸ケーブルを用いて制御処理手段と接続しているため、同軸ケーブルの配線コストや部品コストが嵩んでしまい、かつ数メートルの同軸ケーブルを信号が伝送している間に電力ロスが生じるという問題もあった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、部品コストや取付コストを大幅に低減できて電力ロスも少ないタイヤ状態検出装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明では、複数のタイヤ内にそれぞれ装着されて当該タイヤの状態を検出して得た検出信号を外部空間へ発信するトランスポンダと、各タイヤ内の前記トランスポンダと個別に通信可能な複数のモノポールアンテナと、車体底部に装着されて前記複数のモノポールアンテナを介して前記検出信号が入力されると共に、これら検出信号に基づく所要の信号を外部機器へ出力する制御処理手段とを備えたタイヤ状態検出装置において、前記モノポールアンテナの近傍に、このモノポールアンテナから不所望方向へ放射される電波を反射して所望方向へ向かわせるためのコーナーリフレクタを設け、これらモノポールアンテナとコーナーリフレクタをすべて前記制御処理手段と一体的に車体底部の略中央に装着することにより、各モノポールアンテナから放射される電波がそれぞれ対応するタイヤのサイドウォールへ向かうように設定した。

このように各タイヤ内のトランスポンダとの通信を行うための複数のモノポールアンテナをコーナーリフレクタと組み合わせて制御処理手段と一体的に車体底部に装着し、各モノポールアンテナから放射される電波がそれぞれ対応するタイヤのサイドウォールへ向かうように設定しておけば、車体側のアンテナ素子をタイヤ近傍のタイヤハウス等に設置する場合のように取付時に煩雑な作業を強いられることがなくなる。また、同軸ケーブルの配線が不要となるため、部品コストおよび取付コストを大幅に低減できて、伝送中の電力ロスも回避できる。

上記の構成において、車体底部に、路面に対して略平行に延在する第１の金属板と、この第１の金属板に対して垂下する平面視十字形状の第２の金属板とを設け、前記第１の金属板の下方の空間が前記第２の金属板によって径方向外側に開口する４区画に分割されるようになし、かつ前記４区画にそれぞれ前記モノポールアンテナを配置させて前記第２の金属板を前記コーナーリフレクタとなしておけば、車体底部の略中央から各タイヤのサイドウォールへ向かう指向性の強い放射ビームを簡素かつ安価な構造によって実現できるため好ましい。この場合において、各モノポールアンテナから第２の金属板の十字形状の中心部までの距離を該モノポールアンテナの共振周波数に対応する自由空間波長の約４分の１に設定しておけば、モノポールアンテナから所望方向へ直接向かう電波とコーナーリフレクタで反射されてから所望方向へ向かう電波とが同位相になりやすくなるため、利得の向上が図れて好ましい。

また、第１および第２の金属板を設けた構成において、第２の金属板の下方に第１の金属板に対して略平行に延在する第３の金属板を設けておけば、車両走行中でも第２の金属板の変形が防止しやすくなり、かつ車体側のモノポールアンテナとタイヤ内のトランスポンダとの間の通信が路面の金属体等によって悪影響を受ける虞がなくなるため好ましい。

また、上記の構成において、複数のモノポールアンテナが制御処理手段の回路基板に実装されていれば、構成が一層簡素化できるため好ましい。

また、上記の構成において、制御処理手段の切替制御によって複数のモノポールアンテナが順次対応するトランスポンダと通信するように設定しておけば、各モノポールアンテナが受信した検出信号を同時並行で処理するための複雑な回路機構を制御処理回路部に設ける必要がなくなる。

本発明のタイヤ状態検出装置によれば、各タイヤ内のトランスポンダとの通信を行うための複数のモノポールアンテナをコーナーリフレクタと組み合わせて制御処理手段と一体的に車体底部に装着し、各モノポールアンテナから放射される電波がそれぞれ対応するタイヤのサイドウォールへ向かうように設定してあるため、車体側のアンテナ素子をタイヤ近傍のタイヤハウス等に設置する場合のように取付時に煩雑な作業を強いられることがなくなる。また、同軸ケーブルの配線が不要となるため、部品コストおよび取付コストを大幅に低減でき、伝送中の電力ロスも回避できる。

発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係るタイヤ状態検出装置の全体構成を示す車両底面図、図２は該タイヤ状態検出装置の車体側アンテナ部および制御処理回路部を示す外観図、図３は該車体側アンテナ部の一部を示す説明図、図４は図３に対応する断面構造説明図である。

これらの図に示すタイヤ状態検出装置は、自動車の各タイヤ１内に装着されたトランスポンダ２から発信されるタイヤ情報を車体側アンテナ部３で受信して制御処理回路部４へ入力させることによって、各タイヤ１の空気圧や温度が運転席で把握できるようにするというものである。図１および図２に示すように、車体側アンテナ部３と制御処理回路部４は一体化されてレドーム５で覆われており、この一体品は車体底面６の略中央に装着されている。また、車体側アンテナ部３には各トランスポンダ２との通信を行うために４本のモノポールアンテナ３０が配設されており、車体底面６と路面との間の空間に所定周波数（本実施形態例の場合は２．４ＧＨｚ）の電波を伝播させることによって、各モノポールアンテナ３０と各トランスポンダ２との間で通信が行えるようになっている。

各タイヤ１内のトランスポンダ２は、図示せぬ圧力センサや温度センサ、送受信回路、アンテナ素子等を内蔵した構成になっており、この内蔵アンテナ素子は車体側アンテナ部３のモノポールアンテナ３０と同等の周波数（２．４ＧＨｚ）で共振するように設計されている。なお、トランスポンダ２の内蔵アンテナ素子としては例えば逆Ｆ型アンテナが好適である。

制御処理回路部４はＥＣＵであり、その回路基板４０は路面に対して略平行に延在している。この制御処理回路部４には、図示せぬマイクロコンピュータや入出力インターフェイス等が配設されている。

車体側アンテナ部３は、制御処理回路部４の回路基板４０の底面に固設された円形の第１の金属板３１と、第１の金属板３１に対して垂下する平面視十字形の第２の金属板３２と、第２の金属板３２を搭載している円形の第３の金属板３３と、これら第１〜第３の金属板３１〜３３によって画成される平面視扇形の４区画のホーン状空間３４内に垂下する計４本のモノポールアンテナ３０とによって主に構成されている。第１の金属板３１と第３の金属板３３は同じ大きさで路面に対して略平行に延在しており、第１の金属板３１は各モノポールアンテナ３０の接地板として動作する。また、第１の金属板３１と第３の金属板３３とに挟まれた空間が第２の金属板３２で４区画に分割されて、径方向外側に開口部を有するホーン状空間３４を画成している。そして、通信に使用する電波の自由空間波長λの約４分の１（約３ｃｍ）の長さのモノポールアンテナ３０を、各ホーン状空間３４内で第２の金属板３２の十字形中心までの距離が約λ／４となる位置に下向きに配置させることによって、第２の金属板３２が各モノポールアンテナ３０のコーナーリフレクタとして動作するようにしてある。

この車体側アンテナ部３は制御処理回路部４と一体的に車体底面６の略中央に装着されるが、その際、図１に示すように、４区画のホーン状空間３４の開口部が４本のタイヤ１のサイドウォール１０を向くように設定しておく。これにより、各モノポールアンテナ３０とそのコーナーリフレクタ（第２の金属板３２）から所望のタイヤ１のサイドウォール１０へと向かう指向性の強い放射ビーム７ａ〜７ｄが得られる。つまり、車体側アンテナ部３によって、右前輪への指向性が強い放射ビーム７ａと、左前輪への指向性が強い放射ビーム７ｂと、右後輪への指向性が強い放射ビーム７ｃと、左後輪への指向性が強い放射ビーム７ｄとが生成されるようになっている。なお、４本のモノポールアンテナ３０はいずれも、図４に示すように、制御処理回路部４の回路基板４０に半田４１を用いて実装されている。

次に、本実施形態例の動作について説明する。制御処理回路部４からタイヤ状態の検出情報を要求する信号が発せられると、車体側アンテナ部３の各モノポールアンテナ３０から質問信号となる電波が発信される。この電波は、各ホーン状空間３４の開口部から放射ビーム７ａ〜７ｄとして、対応するタイヤ１のサイドウォール１０へ向けて送信される。それゆえ、これら放射ビーム７ａ〜７ｄによって各タイヤ１内のトランスポンダ２の内蔵アンテナ素子が励振されて高周波電流が生じる。トランスポンダ２は、この高周波電流に、圧力センサが検出したタイヤ空気圧の情報や温度センサが検出したタイヤ内温度の情報を重畳した信号電流を内蔵アンテナ素子に供給することによって、この内蔵アンテナ素子から応答信号となる電波を発信させる。ただし、トランスポンダ２に電源電池を組み込んでおいてもよい。

使用周波数が直進性の強い２．４ＧＨｚなので、各トランスポンダ２から発信されてサイドウォール１０を通過した電波は、対応するモノポールアンテナ３０が配置されているホーン状空間３４内へは伝播しやすいが、他の３区画のホーン状空間３４内へは伝播しにくい。したがって、各タイヤ１の空気圧や温度に関する検出信号がそれぞれ対応するモノポールアンテナ３０に効率良く送信されることとなり、これらの検出信号は各モノポールアンテナ３０を介して制御処理回路部４に入力される。

また、本実施形態例では、制御処理回路部４の切替制御によって４本のモノポールアンテナ３０が順次対応するトランスポンダ２と通信するように設定されているので、各モノポールアンテナ３０が受信した検出信号を同時並行で処理するための複雑な回路機構を制御処理回路部４に設ける必要はない。

こうして各タイヤ１内のトランスポンダ２からタイヤ空気圧やタイヤ内温度に関する検出情報が車体側アンテナ部３を介して制御処理回路部４に入力されると、これらの検出情報が制御処理回路部４で制御処理されて、処理後の検出結果が運転席の表示装置に表示されたり警告音が発せられるようになっている。

このように本実施形態例にあっては、４本のタイヤ１内のトランスポンダ２との通信を行うための４本のモノポールアンテナ３０を、コーナーリフレクタとして動作する第２の金属板３２と組み合わせて車体側アンテナ部３を構成し、この車体側アンテナ部３を制御処理回路部４と一体的に車体底部６の略中央に装着している。そして、各モノポールアンテナ３０から放射された電波が、それぞれ、ホーン状空間３４の開口部から対応するタイヤ１のサイドウォール１０へ向かって伝播するように指向性を強めているので、車体側のアンテナ素子をタイヤ近傍のタイヤハウス等に設置する場合のように取付時に煩雑な作業を強いられることがなくなる。しかも、同軸ケーブルの配線が不要となるため、部品コストおよび取付コストを大幅に低減できると共に、伝送中の電力ロスが回避できる。

また、本実施形態例にあっては、車体側アンテナ部３の４区画のホーン状空間３４を第１〜第３の金属板３１〜３３によって画成しているので、各タイヤ１のサイドウォール１０へと向かう指向性の強い放射ビーム７ａ〜７ｄが簡素かつ安価な構造によって実現できる。しかも、第２の金属板３２の下方には第１の金属板３１に対して略平行に延在する第３の金属板３３が設けてあるため、車体側アンテナ部３の機械的強度が高くて車両走行中でも第２の金属板３２が変形しにくくなっている。さらに、第３の金属板３３の存在によって、モノポールアンテナ３０とタイヤ１内のトランスポンダ２との間の通信が路面の金属体等によって悪影響を受けにくくなるという利点もある。ただし、第３の金属板３３を省略して各ホーン状空間３４の下方を開口させた構成にしても、モノポールアンテナ３０とトランスポンダ２との間の通信性能を確保することは可能である。

なお、上記の実施形態例では、車体側アンテナ部３を平面視円形とした場合について説明したが、図５に示すように、車体側アンテナ部３を平面視四角形状にして各ホーン状空間３４が平面視三角形状となるようにしてもよい。

本発明の実施形態例に係るタイヤ状態検出装置の全体構成を示す車両底面図である。 該タイヤ状態検出装置の車体側アンテナ部および制御処理回路部を示す外観図である。 該車体側アンテナ部の一部を示す説明図である。 図３に対応する断面構造説明図である。 該車体側アンテナ部の変形例を示す説明図である。

符号の説明

１ タイヤ
２ トランスポンダ
３ 車体側アンテナ部
４ 制御処理回路部（ＥＣＵ）
６ 車体底部
７ａ〜７ｄ 放射ビーム
１０ サイドウォール
３０ モノポールアンテナ
３１ 第１の金属板
３２ 第２の金属板
３３ 第３の金属板
３４ ホーン状空間
４０ 回路基板

Claims (6)

1. 複数のタイヤ内にそれぞれ装着されて当該タイヤの状態を検出して得た検出信号を外部空間へ発信するトランスポンダと、各タイヤ内の前記トランスポンダと個別に通信可能な複数のモノポールアンテナと、車体底部に装着されて前記複数のモノポールアンテナを介して前記検出信号が入力されると共に、これら検出信号に基づく所要の信号を外部機器へ出力する制御処理手段とを備えたタイヤ状態検出装置であって、
   前記モノポールアンテナの近傍に、このモノポールアンテナから不所望方向へ放射される電波を反射して所望方向へ向かわせるためのコーナーリフレクタを設け、これらモノポールアンテナとコーナーリフレクタをすべて前記制御処理手段と一体的に車体底部の略中央に装着することにより、各モノポールアンテナから放射される電波がそれぞれ対応するタイヤのサイドウォールへ向かうように設定したことを特徴とするタイヤ状態検出装置。
2. 請求項１の記載において、車体底部に、路面に対して略平行に延在する第１の金属板と、この第１の金属板に対して垂下する平面視十字形状の第２の金属板とを設け、前記第１の金属板の下方の空間が前記第２の金属板によって径方向外側に開口する４区画に分割されるようになし、かつ、前記４区画にそれぞれ前記モノポールアンテナを配置させて前記第２の金属板を前記コーナーリフレクタとなしたことを特徴とするタイヤ状態検出装置。
3. 請求項２の記載において、前記モノポールアンテナから前記第２の金属板の十字形状の中心部までの距離を該モノポールアンテナの共振周波数に対応する自由空間波長の約４分の１に設定したことを特徴とするタイヤ状態検出装置。
4. 請求項２または３の記載において、前記第２の金属板の下方に前記第１の金属板に対して略平行に延在する第３の金属板を設けたことを特徴とするタイヤ状態検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記複数のモノポールアンテナが前記制御処理手段の回路基板に実装されていることを特徴とするタイヤ状態検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記制御処理手段の切替制御によって前記複数のモノポールアンテナが順次対応する前記トランスポンダと通信するように設定したことを特徴とするタイヤ状態検出装置。

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