JP3504364B2 - Tire pressure detector - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車等の車
体に取り付けられたタイヤ内の空気圧を検出してこれを
監視するのに好適なタイヤ空気圧検出装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、例えば自動車等に取り付けられる
タイヤ空気圧検出装置は、各ホイール毎に圧力センサを
装着し、この圧力センサにより直接タイヤ内の空気圧を
検出するようになっている。そして、回転するタイヤ側
には、圧力センサの出力を送信するためのトランスミッ
タが設けられる一方、車体側には上記トランスミッタか
らの信号を受信するアンテナ等が設けられ、信号の伝達
が行なわれるようになっている。しかしながら、このよ
うなタイヤ空気圧検出装置では、信号伝達のためのトラ
ンスミッタや、アンテナ等が必要であるため、構造が複
雑で製造コストが高い、独立した電源をタイヤに持つた
め、電池の消耗の検出や交換等の問題があった。 【０００３】近年、このような問題を解決するために、
例えば実公平２−３１２８１号公報に示されるようなタ
イヤ側にタイヤ内の空気圧に応じて移動する磁石等を備
えたセンサ部をタイヤと一体に設け、車体側にこの磁石
等の移動を検出する検出部を設けた構成のタイヤ空気圧
検出装置が提案されている。このようなタイヤ空気圧検
出装置としては、例えば、図６に示すものがある。図６
は従来のタイヤ空気圧検出装置の構成を示す断面図であ
る。図において、タイヤ空気圧検出装置１は、ホイール
２に装着されたタイヤ３内の空気圧を感知するため、ホ
イール２のリム部２ａの外周面に沿って設けられたセン
サ部４と、このセンサ部４の変位を検出するため、車体
側に固定されたホール素子（検出部）５と、ホール素子
５からの検出値を監視する図示しない監視回路から構成
されている。 【０００４】センサ部４には、連通孔６が形成されてお
り、その内部４ａがホイール２とタイヤ３とに囲まれて
構成される空気室７に連通した構造とされている。ま
た、センサ部４内には、タイヤの内圧がかかるゴム製の
タイヤフラム８と、センサ部４の軸線方向に進退自在な
移動子９と、この移動子９を空気室７側に向けて付勢す
るスプリング１０と、ホイール２のリム部２ａの内周面
側に突出するアーム１１を介して移動子９に取り付けら
れた磁石１２とが備えられている。 【０００５】このような構成のタイヤ空気圧検出装置１
では、タイヤ３内の空気圧に応じて、ダイヤフラム８が
センサ部４の軸線方向に変形し、これに伴って磁石１２
が移動子９と一体に上記軸線方向に移動するので、磁石
１２とホール素子５との離間距離が変化し、ホール素子
５でホール効果によって検出する磁石１２の磁界強度が
変化する。そして、ホール素子５での検出値が、予め設
定した一定範囲から外れたときに、監視回路においてタ
イヤ３内の空気圧が異常であると判別するようになって
いる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
タイヤ空気圧検出装置１においては、磁石１２とホール
素子５との距離が、正確に設定されていないと、所定の
ホール素子出力が得られずにタイヤ空気圧が不足である
という間違った監視結果となるという問題が生じる。 【０００７】また、タイヤ３の近傍が−４０〜１２５℃
の範囲の温度になるとすると、ホール素子５の出力は、
特に低温側において、かなり変化するため、何らかの温
度補償を施さなければならず、回路構成の複雑化、製造
コストのアップなどの問題を生じる。また、タイヤ側の
磁石１２は、外部にそのままさらされるため、鉄粉等で
磁石の磁力が変化し、正確なタイヤ空気圧を検出できな
いという問題を生じる。 【０００８】さらに、上述したホール素子５は、タイヤ
３が一回転する毎に、図７に示すような信号を出力す
る。この図において、符号Ｔはタイヤ３の回転速度によ
り決まる周期であり、符号Ｖはタイヤ空気圧に対応する
ピーク値である。したがって、従来のタイヤ空気圧検出
装置では、タイヤ３の回転速度に応じて、上記パルス信
号のピーク値Ｖを予め設定された基準電圧と比較しなけ
ればならず、比較タイミングがずれると、全てタイヤ空
気圧不足という監視結果となってしまうという問題を生
じる。結局、従来のタイヤ空気圧検出装置では、タイヤ
空気圧を高精度かつ確実に検出することができないとい
う問題があった。 【０００９】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
もので、検出結果が温度変化等の環境条件や、センサ
部、ホール素子の取り付け精度による位置のズレ等によ
り受ける影響を抑え、タイヤ空気圧の検出を高精度かつ
確実に行うことができるタイヤ空気圧検出装置を提供す
ることを目的としている。 【００１０】 【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上述した問題点を解決するために、タイヤ内の空気圧に
応じて回転し、Ｎ極とＳ極とが反転する磁石と、前記磁
石に対向して設けられ、該磁石の回転角度に対応したレ
ベルで正負両極に現れる電圧信号を出力する検出手段
と、前記電圧信号の正側のピーク値と負側のピーク値と
の比に基づき、前記タイヤ内の空気圧を算出する演算手
段と、前記演算手段の算出結果から、前記タイヤ内の空
気圧が、複数分割された圧力範囲のいずれに属するかを
判定する判定手段とを有することを特徴としている。 【００１１】 【００１２】 【作用】請求項１記載の発明によれば、磁石は、タイヤ
内の空気圧に応じて回転し、Ｎ極とＳ極とが反転する。
検出手段は、この磁石の回転角度に対応したレベルで正
負両極に現れる電圧信号を出力する。演算手段は、この
電圧信号の正側のピーク値と負側のピーク値との比を算
出し、この比の値に基づき、タイヤ内の空気圧を所定の
関係式を用いて算出する。判定手段は、演算手段の算出
結果から、前記タイヤ内の空気圧が、複数分割された圧
力範囲のいずれに属するかを判定する。これにより、周
囲の温度変化等の環境条件や、センサ部、ホール素子の
取り付け精度による位置のズレ等によって検出手段の出
力電圧のピーク値が変動した場合にも、演算結果が受け
る影響を抑えることができ、タイヤ内の空気圧を高精度
かつ確実に検出することができる。また、タイヤ内の空
気圧の圧力範囲を的確に判定することができる。 【００１３】 【００１４】 【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例に
ついて説明する。図１は、本発明に係るタイヤ空気圧検
出装置を備えた自動車の一部を示す断面図である。図に
おいて、従来例に共通する部分には同一の符号を付けて
説明を省略する。図１において、タイヤ空気圧検出装置
Ａは、ホイール２に装着されたタイヤ（図示せず）内の
空気圧を感知するため、ホイール２のリム部２ａの内周
面に沿って設けられたセンサ部３１と、このセンサ部３
１の磁気を検出するため、図示しない車体側に固定され
たホール素子（検出部）５と、ホール素子５からの検出
値を監視するための後述する監視回路４０と、表示部４
１とから構成されている。 【００１５】センサ部３１には連通孔６が形成されてお
り、その内部３１ａがホイール２とタイヤ（図示せず）
とに囲まれて構成される空気室７に連通した構造とされ
ている。センサ部３１内には、ゴム製等のダイヤフラム
３２と、このダイヤフラム３２の先端部に取り付けられ
てセンサ部３１の軸線方向に進退自在な、例えば潤滑性
樹脂からなるピストン（移動子）３３とが備えられてい
る。これにより、ダイヤフラム３２がタイヤ（図示せ
ず）内の空気圧に応じて変形し、これにともなってピス
トン３３が進退するようになっている。 【００１６】センサ部３１内の先端３１ｂ側には、この
センサ部３１の軸線方向に延在する回動軸３４が配設さ
れている。回動軸３４の一端３４ａは、ピストン３３と
点接触するように、球状に形成されている。また、この
回動軸３４の一端３４ａ側には縁部３４ｂが形成され
て、ピストン３３の凹部３３ａ内に回動自在に支持され
ており、これにより回動軸３４が回動しつつピストン３
３と一体に進退可能となっている。一方、回動軸３４の
他端３４ｃは、センサ部３１と一体に形成された支持部
３５からこの回動軸３４が抜けないようにかしめられて
いる。この他端３４ｃ側には支持部３５と螺合する螺条
３６が、例えば６ｍｍのリード量で形成されている。 【００１７】回動軸３４の軸線に直交する面内に形成さ
れた縁部３４ｄには、環状の磁石３８が接着等により取
り付けられており、その極性は図１中上方がＮ極、下方
がＳ極となるよう配置されている。このような構成から
なる回動軸３４は、その軸線方向に３ｍｍのストローク
で進退可能な構造とされている。 【００１８】回動軸３４の縁部３４ｄと支持部３５に
は、それぞれ、捩じりコイルバネ（付勢部材）３９の端
部が固定されており、回動軸３４の軸線方向の回動を付
勢する構造とされている。この捩じりコイルバネ３９
は、ダイヤフラム３２にかかる圧力が予め設定した一定
値になったときに、回動軸３４がセンサ部３１の基部３
１ｃ側に移動する方向に回動するよう付勢するため、予
め一定量圧縮され、かつ回動軸３４の回動方向に捩じら
れた状態となっている。 【００１９】上記のような構成からなるタイヤ空気圧検
出装置Ａでは、タイヤ（図示せず）内の空気圧が予め設
定した適正値（例えば自動車の場合、２．０ｋｇ／ｃｍ
²）であるときには、図１に示したように、磁石３８の
Ｓ極がホール素子５と対向している。 【００２０】そして、パンク等、何らかの原因により、
タイヤ（図示せず）内の空気圧が低下すると、この圧力
低下に応じてダイヤフラム３２が捩じりコイルバネ３９
に付勢されて基部３１ｃ側に変形し、これに伴ってピス
トン３３が基部３１ｃ側に後退する。この結果、ピスト
ン３３に一端３４ａが当接した回動軸３４が軸線回りに
回動しつつ、支持部３５に螺合する螺条３６により基部
３１ｃ側に後退する。 【００２１】さらに磁石３８は上記回動軸３４の回動に
伴って回転し、Ｓ極がホール素子５から遠ざかる一方、
Ｎ極がホール素子５に近づくようになる。そして、タイ
ヤ内の空気圧がさらに低下し、適正範囲外の値（例えば
自動車の場合、１．７ｋｇ／ｃｍ²程度以下）になる
と、回動軸３４が１８０°回転し、磁石３８のＮ極がホ
ール素子５と対向するようになる。また、加圧すること
によってタイヤ内の空気圧が上昇すると、上記と逆の動
作が行われ、磁石３８は上記と反対の向きに回転する。
このように、磁石３８は、タイヤ内の空気圧の変化に応
じ、ホール素子５に対して磁極の向き変えるようになっ
ている。 【００２２】次に、前述した監視回路４０について説明
する。図２は監視回路４０の構成を示すブロック図であ
る。図において、駆動電源４２は、ホール素子５に所定
の電圧を供給する。ホール素子５は、上述したようにタ
イヤ内の空気圧に応じて回転する磁石３８の磁極の向き
に対応した電圧を出力する。アンプ４３は、上記ホール
素子５の出力電圧がミリボルトのオーダであるため、こ
れを所定のレベルに増幅した後、サンプル・ホールド回
路４４およびエッジ検出部５０へ出力する。 【００２３】エッジ検出部５０は、アンプ４３の出力信
号の立上りまたは立下りを検出し、その検出を知らせる
信号をＣＰＵ４５へ出力する。このエッジ検出部５０か
ら出力される信号は、後述する制御プログラムを実行さ
せるためのトリガ信号として用いられる。また、サンプ
ル・ホールド回路４４は、ＣＰＵ４５から供給される起
動信号ＡＳによって起動され、アンプ４３の出力電圧を
保持する。 【００２４】Ａ／Ｄ変換器４６は、サンプル・ホールド
回路４４によって保持された出力電圧をディジタル信号
ＤＳに変換し、これをＡ／Ｄ変換終了信号ＥＳとともに
ＣＰＵ４５へ出力する。ＣＰＵ４５は、所定の制御プロ
グラム（後述する）を実行し、上記サンプルされた出力
電圧のディジタル値に基づき、タイヤ（図示せず）内の
空気圧の概略値を算出するとともに、その算出値から大
まかな圧力状態を決定する。この結果は、７セグメント
ＬＥＤ等で構成された表示部４１へ送出され、例えば
「適正圧」、「中間圧」、「不足圧」のいずれかが表示
される。なお、上記ＣＰＵ４５の動作の詳細については
後述する。 【００２５】ここで、図３を参照し、上述した磁石３８
の回転角度とホール素子５の出力波形との関係について
説明する。なお、実際には、タイヤが一回転する毎にホ
ール素子５から出力波形が得られるが、この図では簡単
のため１波形のみを示している。また、以下で挙げる測
定値は、所定の条件下で得られたものである。 【００２６】まず、図３（ａ）は、タイヤ空気圧が１．
７ｋｇ／ｃｍ²程度（適正範囲外）まで低下しており、
磁石３８の回転角度が０°、すなわち磁石３８のＮ極が
ホール素子５と対向しているときのホール素子５の出力
波形を示している。このとき、ホール素子５の出力波形
は、正側のピーク値が最大となる一方、負側にはほとん
ど波形が現れない。このときの正負のピーク値を測定す
ると、正側では４４．５ｍＶ、負側では−１．５ｍＶと
なった。 【００２７】そして、上記の状態からタイヤ内の空気圧
が加圧され、磁石３８の回転角度が４５°になると、ホ
ール素子５の出力波形は、図３（ｂ）に示すように、正
側のピークが若干低下する一方、負側に小さなピークが
現れる。このときの正負のピーク値を測定すると、正側
では３９．３ｍＶ、負側では−４．４ｍＶとなった。 【００２８】さらにタイヤ内の空気圧が加圧され、磁石
３８の回転角度が９０°、すなわちＮ極とＳ極との境界
がホール素子５と対向するようになると、ホール素子５
の出力波形としては、図３（ｃ）に示すように、正側と
負側にほぼ同程度のピークが現れる。このときの正負の
ピーク値を測定すると、正側では２７．１ｍＶ、負側で
は−１４．１ｍＶとなった。 【００２９】そして、さらにタイヤ内の空気圧が加圧さ
れ、磁石３８の回転角度が１３５°になると、ホール素
子５の出力波形は、図３（ｄ）に示すように、正側のピ
ークに比して負側のピークの方が大きくなる。このとき
の正負のピーク値を測定すると、正側では６．９ｍＶ、
負側では−３７．８ｍＶとなった。 【００３０】さらにタイヤ内の空気圧が２．０ｋｇ／ｃ
ｍ²（適正圧）まで加圧され、磁石３８の回転角度が１
８０°、すなわちＳ極がホール素子５と対向するように
なると、ホール素子５の出力波形は、図３（ｅ）に示す
ように、正側のピークがほとんど無くなり、負側のピー
ク値が最大となる。このときの正負のピーク値を測定す
ると、正側では１．１ｍＶ、負側では−４６．９ｍＶと
なった。 【００３１】次に、上述した磁石３８の回転角度とホー
ル素子５の出力波形との関係を踏まえ、本実施例による
タイヤ内空気圧の検出原理について説明する。本実施例
では、まず上述したホール素子５の各回転角度（０°、
４５°、……、１８０゜）における出力波形の正側のピ
ーク値と負側のピーク値（絶対値）との比を算出する。 【００３２】表１は、これら正負のピーク値の比の値と
その対数（ｌｏｇ₁₀）をとった値とを示したものであ
る。 【表１】 表１において、正負のピーク値の比の値そのものでは、
最大値が２９．７（０°のとき）で最小値が０．０２
（１８０°のとき）となりその差が大きいため、これら
の値の対数をとることにより最大値と最小値の差を圧縮
している。対数をとった値では、最大値が１．４７（０
°のとき）で最小値が−１．６４（１８０°のとき）と
なる。 【００３３】そして、表１に示した対数の値ｌｏｇ₁₀ｘ
（ただし、ｘは正負のピーク値の比である。）と磁石３
８の角度ｙとの関係は、最小二乗法等を用いて近似する
と、例えば下式（１）によって表される。 ｙ＝103−47.5(logｘ)−8.4(logｘ)²−4.9(logｘ)³ …………………（１） 【００３４】また、上式（１）をグラフ化すると、図４
に示すような曲線となる。図において、横軸は対数の値
ｌｏｇ₁₀ｘを、縦軸は磁石３８の角度ｙをそれぞれ示し
ている。すなわち、上式（１）を用いることにより、正
負のピーク値の比ｘから磁石３８の角度を算出すること
が可能となる。 【００３５】ここで、磁石３８の角度ｙとタイヤ内の空
気圧ｚとの関係は一次関数として与えられ、下式（２）
によって表されるものと仮定する。ただし、ｙ＝０
（°）のときｚ＝１．７（ｋｇ／ｃｍ²）で、ｙ＝１８
０（°）のときｚ＝２．０（ｋｇ／ｃｍ²）であるもの
とする。 ｚ＝(1/600)ｙ＋1.7 ………………………………………………………（２） 【００３６】この結果、正負のピーク値の比ｘとタイヤ
内の空気圧ｚとの関係は、上式（１），（２）から下式
（３）を導くことにより与えられる。 ｚ＝1.87−7.9×10^-2(logｘ)−1.4×10^-2(logｘ)²−8.2×10^-3(logｘ)³ …………………（３） こうして、ホール素子５の出力からタイヤ内の空気圧の
おおよその値を算出することが可能となり、その算出結
果から、タイヤ内の空気圧の状態（適圧、中間圧、不足
圧）のいずれであるかを的確に判定することができる。 【００３７】次に、図５を参照し、本実施例によるタイ
ヤ空気圧検出装置Ａの動作について説明する。図５は、
ＣＰＵ４５が実行する制御プログラムを示すフローチャ
ートである。なお、ここでは車が走行中であることを前
提としている。まず装置Ａに電源が投入されると、ＣＰ
Ｕ４５はステップＳ１に処理を進める。ステップＳ１で
は、エッジ検出部５０からトリガ信号が供給されたか否
かを調べ、トリガ信号が供給されない場合には、同ステ
ップＳ１が繰り返し実行される。トリガ信号が供給され
ると、次のステップＳ２へ進み、ソフトウェアタイマが
スタートされる。 【００３８】ステップＳ３では、Ａ／Ｄ変換器４６から
順次供給されるホール素子５の出力の最大値と最小値と
を求める。次に、ステップＳ４に進むと、上記ソフトウ
ェアタイマに設定された所定の時間が経過したか否かを
判断し、経過していない場合にはステップＳ３へ戻る。
つまり、ステップＳ４の判断結果が「Ｎｏ」となる間、
上記ステップＳ３の処理が繰り返される。 【００３９】ここで、ソフトウェアタイマに設定された
時間は検出可能な車速により決定される。例えば、時速
５ｋｍ／ｈ以上の場合、タイヤが１回転するのに要する
時間は約１．２ｓｅｃなので、それよりも長い例えば
１．５ｓｅｃをソフトウェアタイマに設定すれば、その
設定された時間内にホール素子５の出力を最低１回は検
出できる。すなわち、ステップＳ４の判定結果が「Ｙｅ
ｓ」となるまでに、ホール素子５の出力波形の正側のピ
ーク値と負側のピーク値とが求められる。 【００４０】そして、上記ステップＳ４の判断結果が
「Ｙｅｓ」となると、ステップＳ５に進む。ステップＳ
５では、上記ステップＳ１で得られた正側のピーク値と
負側のピーク値との比を算出し、この算出結果を上式
（３）に代入することにより、タイヤ内の空気圧の概算
値を算出する。 【００４１】次に、ステップＳ６に進むと、上記ステッ
プＳ５で算出したタイヤ内の空気圧値が、所定の範囲内
であるか否かを判断する。例えば、タイヤ内の空気圧が
負の値になるなど、正常な検出が行われていないと考え
られる場合には、装置Ａに何らかの故障が生じたものと
判断するようになっている。 【００４２】ここで、上記ステップＳ５で算出した値が
所定の範囲内である場合、装置Ａが故障していないもの
と見なすことができるので、タイヤ内の空気圧が以下に
示す３状態（圧力範囲）のいずれに分類されるのかを判
定する。 不足圧；１．７ｋｇ／ｃｍ²程度 中間圧；１．８５ｋｇ／ｃｍ²程度 適正圧；２．０ｋｇ／ｃｍ²程度 【００４３】この判定結果はステップＳ７において表示
部４１へ送出され、これにより、表示部４１は、現在の
タイヤ内の空気圧の圧力範囲（適圧、中間圧、不足圧の
いずれか）を表示する。 【００４４】一方、前述のステップＳ５で算出した値が
所定の範囲内でない場合、装置Ａが故障しているものと
見なすことができるので、前述のステップＳ６の判断結
果は「Ｎｏ」となり、ステップＳ６に進む。ステップＳ
６では、ＣＰＵ４５は故障を表す情報を表示部４１へ送
出する。これにより、表示部４１は故障表示を行う。 【００４５】このように本実施例では、タイヤ内の空気
圧に応じて磁石３８が回転し、ホール素子５に対するＮ
極およびＳ極の向きが変わることにより、ホール素子５
から得られる出力電圧の正側のピーク値と負側のピーク
値との比が変化することに着目し、この比の値に基づい
てタイヤ内の空気圧を算出している。 【００４６】したがって、仮に、温度変化等の環境条件
や、センサ部、ホール素子の取り付け精度による位置の
ズレ等の外的要因によってホール素子５の出力電圧のピ
ーク値に変動が生じたとしても、磁石３８の向きに対応
して変化するホール素子５の出力の正側と負側のピーク
値の比に基づいていることから、演算により得られる空
気圧がピーク値そのものの変動によって受ける影響は小
さい。この結果、タイヤ内の空気圧の検出精度が向上す
るとともに、温度補償等を行うための構成が不要とな
り、製造コストの低減化を図ることができる。 【００４７】なお、上述した実施例では、一輪について
のみ説明したが、複数のタイヤを備えているものには、
各タイヤについて同じタイヤ空気圧検出装置Ａを備える
ようにすればよい。 【００４８】また、本実施例では、タイヤ内の空気圧が
１．７ｋｇ／ｃｍ²〜２．０ｋｇ／ｃｍ²の範囲で磁石３
８が１８０°回転するようにしたが、これに限らず、検
出可能な空気圧の範囲を広げるために、より広い空気圧
の範囲で磁石３８が１８０°回転するように設定しても
よい。 【００４９】また、本実施例では、タイヤ内の空気圧の
圧力範囲（不足圧、中間圧、適正圧）を表示するように
したが、空気圧値そのものをディジタル表示するように
してもよい。 【００５０】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、周囲の温度変化等の環境条件や、センサ部、ホール
素子の取り付け精度による位置のズレ等によって検出手
段の出力電圧のピーク値が変動した場合に、検出結果が
受ける影響を抑えることができ、タイヤ内の空気圧の状
態を的確に判定することができるとともに、温度補償等
を行うための構成が不要となり、製造コストの低減化を
図ることができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tire pressure detecting device suitable for detecting and monitoring air pressure in a tire mounted on a vehicle body such as an automobile. About. 2. Description of the Related Art Conventionally, a tire pressure detecting device mounted on, for example, an automobile or the like is provided with a pressure sensor for each wheel, and directly detects the air pressure in the tire by the pressure sensor. A transmitter for transmitting the output of the pressure sensor is provided on the rotating tire side, and an antenna or the like for receiving a signal from the transmitter is provided on the vehicle body side so that the signal is transmitted. Has become. However, such a tire pressure detection device requires a transmitter for signal transmission, an antenna, and the like, and therefore has a complicated structure and a high manufacturing cost. And exchange problems. In recent years, in order to solve such a problem,
For example, as shown in Japanese Utility Model Publication No. 2-31281, a sensor unit having a magnet or the like that moves according to the air pressure in the tire is provided integrally with the tire on the tire side, and the movement of the magnet or the like is detected on the vehicle body side. A tire pressure detecting device having a configuration provided with a detecting unit has been proposed. FIG. 6 shows an example of such a tire pressure detection device. FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional tire pressure detecting device. In FIG. 1, a tire air pressure detecting device 1 includes a sensor unit 4 provided along an outer peripheral surface of a rim 2 a of a wheel 2 to sense an air pressure in a tire 3 mounted on the wheel 2. In order to detect the displacement of the hall element, a Hall element (detection unit) 5 fixed to the vehicle body side and a monitoring circuit (not shown) for monitoring a detection value from the Hall element 5 are provided. [0004] A communication hole 6 is formed in the sensor portion 4, and the inside 4 a has a structure communicating with an air chamber 7 formed by being surrounded by the wheel 2 and the tire 3. Further, in the sensor unit 4, a rubber tire frame 8 to which the internal pressure of the tire is applied, a movable member 9 which can move in and out in the axial direction of the sensor unit 4, and the movable member 9 are attached to the air chamber 7 side. A biasing spring 10 and a magnet 12 attached to the moving element 9 via an arm 11 protruding toward the inner peripheral surface of the rim portion 2a of the wheel 2 are provided. [0005] The tire pressure detecting device 1 having the above-described structure.
Then, the diaphragm 8 is deformed in the axial direction of the sensor section 4 in accordance with the air pressure in the tire 3, and the magnet 12
Move in the axial direction together with the moving element 9, the distance between the magnet 12 and the Hall element 5 changes, and the magnetic field strength of the magnet 12 detected by the Hall element 5 by the Hall effect changes. When the detected value of the Hall element 5 deviates from a predetermined range, the monitoring circuit determines that the air pressure in the tire 3 is abnormal. In the conventional tire pressure detecting device 1 described above, if the distance between the magnet 12 and the Hall element 5 is not set accurately, a predetermined Hall element output will not be obtained. There is a problem that an incorrect monitoring result that the tire pressure is insufficient is not obtained. The temperature around the tire 3 is -40 to 125 ° C.
Assuming that the temperature falls within the range, the output of the Hall element 5 becomes
In particular, since the temperature changes considerably on the low temperature side, some temperature compensation must be performed, which causes problems such as a complicated circuit configuration and an increase in manufacturing cost. In addition, since the magnet 12 on the tire side is directly exposed to the outside, the magnetic force of the magnet changes due to iron powder or the like, which causes a problem that an accurate tire air pressure cannot be detected. Further, the above-described Hall element 5 outputs a signal as shown in FIG. 7 every time the tire 3 makes one revolution. In this figure, the symbol T is a cycle determined by the rotation speed of the tire 3, and the symbol V is a peak value corresponding to the tire pressure. Therefore, in the conventional tire pressure detecting device, the peak value V of the pulse signal has to be compared with a preset reference voltage in accordance with the rotation speed of the tire 3. A problem arises in that the result of monitoring becomes insufficient. As a result, the conventional tire pressure detecting device has a problem that the tire pressure cannot be accurately and reliably detected. The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and suppresses the influence of the detection result on environmental conditions such as temperature change and positional deviation due to the mounting accuracy of the sensor unit and the Hall element. It is an object of the present invention to provide a tire pressure detection device capable of performing detection with high accuracy and reliability. Means for Solving the Problems The invention according to claim 1 is:
In order to solve the above-mentioned problems, a magnet that rotates according to the air pressure in the tire and in which the N pole and the S pole are inverted, and a level provided opposite to the magnet and corresponding to the rotation angle of the magnet Detecting means for outputting a voltage signal appearing on both the positive and negative poles; calculating means for calculating an air pressure in the tire based on a ratio between a positive peak value and a negative peak value of the voltage signal; and the calculating means From the calculation result of
To which of the divided pressure ranges the pressure belongs
And determining means for determining. According to the first aspect of the invention, the magnet rotates according to the air pressure in the tire, and the N pole and the S pole are reversed.
The detecting means outputs a voltage signal appearing on both positive and negative poles at a level corresponding to the rotation angle of the magnet. The calculation means calculates the ratio between the positive peak value and the negative peak value of the voltage signal, and calculates the air pressure in the tire based on the ratio value using a predetermined relational expression. The determination means is calculated by the calculation means.
From the results, the air pressure in the tire was
Determine which of the force ranges it belongs to. In this way, even if the peak value of the output voltage of the detecting means fluctuates due to environmental conditions such as a change in ambient temperature or positional deviation due to the mounting accuracy of the sensor unit and the Hall element, it is possible to suppress the influence on the calculation result. Thus, the air pressure in the tire can be detected with high accuracy and reliability. Also, the sky inside the tire
The pressure range of the atmospheric pressure can be accurately determined. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a part of an automobile provided with a tire pressure detecting device according to the present invention. In the figure, portions common to the conventional example are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 1, a tire air pressure detecting device A senses an air pressure in a tire (not shown) mounted on the wheel 2, and a sensor unit 31 provided along an inner peripheral surface of a rim 2 a of the wheel 2. And this sensor unit 3
1, a Hall element (detection unit) 5 fixed to the vehicle body (not shown), a monitoring circuit 40 for monitoring a detection value from the Hall element 5, and a display unit 4
And 1. A communication hole 6 is formed in the sensor section 31, and the inside 31 a of the communication hole 6 includes a wheel 2 and a tire (not shown).
And a structure communicating with the air chamber 7 surrounded by In the sensor section 31, a diaphragm 32 made of rubber or the like, and a piston (moving element) 33 made of, for example, a lubricating resin, which is attached to a distal end portion of the diaphragm 32 and is movable in the axial direction of the sensor section 31, are provided. Provided. As a result, the diaphragm 32 is deformed in accordance with the air pressure in the tire (not shown), and accordingly, the piston 33 moves forward and backward. A rotary shaft 34 extending in the axial direction of the sensor unit 31 is disposed on the tip 31b side in the sensor unit 31. One end 34 a of the rotating shaft 34 is formed in a spherical shape so as to make point contact with the piston 33. An edge 34b is formed on one end 34a side of the rotating shaft 34, and is rotatably supported in a concave portion 33a of the piston 33. As a result, the rotating shaft 34 rotates and the piston 3
3 can move forward and backward together. On the other hand, the other end 34c of the rotating shaft 34 is caulked so that the rotating shaft 34 does not come off from the support portion 35 formed integrally with the sensor portion 31. On the other end 34c side, a thread 36 to be screwed with the support portion 35 is formed with a lead amount of, for example, 6 mm. An annular magnet 38 is attached to an edge 34d formed in a plane perpendicular to the axis of the rotating shaft 34 by bonding or the like. It is arranged to be an S pole. The rotating shaft 34 having such a configuration is configured to be able to advance and retreat with a stroke of 3 mm in the axial direction. An end of a torsion coil spring (biasing member) 39 is fixed to the edge 34d of the rotating shaft 34 and the supporting portion 35, respectively, so that the rotating shaft 34 rotates in the axial direction. It is designed to be biased. This torsion coil spring 39
When the pressure applied to the diaphragm 32 reaches a predetermined constant value, the rotating shaft 34 is moved to the base 3 of the sensor unit 31.
In order to urge it to rotate in the direction of moving to the side 1c, it is compressed in a certain amount in advance and twisted in the rotation direction of the rotation shaft 34. In the tire pressure detecting device A having the above structure, the air pressure in the tire (not shown) is set to a predetermined appropriate value (for example, 2.0 kg / cm in the case of an automobile).
² ), the S pole of the magnet 38 faces the Hall element 5 as shown in FIG. Then, for some reason such as puncture,
When the air pressure in the tire (not shown) decreases, the diaphragm 32 responds to the pressure decrease by causing the torsion coil spring 39.
And the piston 33 is deformed toward the base 31c, and accordingly, the piston 33 retreats toward the base 31c. As a result, the rotating shaft 34 whose one end 34a abuts on the piston 33 retreats toward the base 31c by the thread 36 screwed to the support portion 35 while rotating around the axis. Further, the magnet 38 rotates in accordance with the rotation of the rotation shaft 34, and the south pole moves away from the Hall element 5, while
The N pole comes closer to the Hall element 5. Then, when the air pressure in the tire further decreases and becomes a value outside the appropriate range (for example, about 1.7 kg / cm ² or less in the case of an automobile), the rotating shaft 34 rotates 180 ° and the N pole of the magnet 38 becomes It comes to face the Hall element 5. When the air pressure in the tire rises due to the pressurization, the reverse operation is performed, and the magnet 38 rotates in the opposite direction.
As described above, the magnet 38 changes the direction of the magnetic pole with respect to the Hall element 5 according to the change in the air pressure in the tire. Next, the monitoring circuit 40 will be described. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the monitoring circuit 40. In the figure, a drive power supply 42 supplies a predetermined voltage to the Hall element 5. The Hall element 5 outputs a voltage corresponding to the direction of the magnetic pole of the magnet 38 that rotates according to the air pressure in the tire as described above. Since the output voltage of the Hall element 5 is on the order of millivolt, the amplifier 43 amplifies the output voltage to a predetermined level, and outputs the amplified signal to the sample / hold circuit 44 and the edge detection unit 50. The edge detecting section 50 detects the rising or falling of the output signal of the amplifier 43 and outputs a signal notifying the detection to the CPU 45. The signal output from the edge detection unit 50 is used as a trigger signal for executing a control program described later. The sample and hold circuit 44 is activated by an activation signal AS supplied from the CPU 45, and holds the output voltage of the amplifier 43. The A / D converter 46 converts the output voltage held by the sample / hold circuit 44 into a digital signal DS and outputs this to the CPU 45 together with the A / D conversion end signal ES. The CPU 45 executes a predetermined control program (described later), calculates an approximate value of the air pressure in a tire (not shown) based on the digital value of the sampled output voltage, and roughly calculates the approximate value of the air pressure in the tire (not shown). Determine the pressure condition. This result is sent to a display unit 41 composed of a 7-segment LED or the like, and, for example, one of “appropriate pressure”, “intermediate pressure”, and “insufficient pressure” is displayed. The details of the operation of the CPU 45 will be described later. Here, referring to FIG.
The relationship between the rotation angle of the element and the output waveform of the Hall element 5 will be described. In practice, an output waveform is obtained from the Hall element 5 every time the tire makes one revolution, but only one waveform is shown in this figure for simplicity. The measurement values given below are obtained under predetermined conditions. First, FIG. 3A shows that the tire pressure is 1.
7 kg / cm ² (outside the appropriate range)
The output waveform of the Hall element 5 when the rotation angle of the magnet 38 is 0 °, that is, when the N pole of the magnet 38 faces the Hall element 5 is shown. At this time, the output waveform of the Hall element 5 has a maximum peak value on the positive side, while almost no waveform appears on the negative side. When the positive and negative peak values at this time were measured, it was 44.5 mV on the positive side and -1.5 mV on the negative side. When the air pressure in the tire is increased from the above state and the rotation angle of the magnet 38 becomes 45 °, the output waveform of the Hall element 5 changes to the positive side as shown in FIG. While the peak slightly decreases, a small peak appears on the negative side. The positive and negative peak values measured at this time were 39.3 mV on the positive side and -4.4 mV on the negative side. When the air pressure in the tire is further increased and the rotation angle of the magnet 38 is 90 °, that is, the boundary between the N pole and the S pole is opposed to the Hall element 5, the Hall element 5
As shown in FIG. 3C, almost the same peaks appear on the positive side and the negative side as the output waveform of FIG. When the positive and negative peak values at this time were measured, they were 27.1 mV on the positive side and -14.1 mV on the negative side. When the air pressure in the tire is further increased and the rotation angle of the magnet 38 becomes 135 °, the output waveform of the Hall element 5 becomes smaller than the positive peak as shown in FIG. As a result, the peak on the negative side becomes larger. When the positive and negative peak values at this time were measured, it was 6.9 mV on the positive side,
On the negative side, it was -37.8 mV. Further, the air pressure in the tire is 2.0 kg / c.
m ² (appropriate pressure), and the rotation angle of the magnet 38 is 1
At 80 °, that is, when the S pole is opposed to the Hall element 5, the output waveform of the Hall element 5 has almost no positive peak and a maximum negative peak value as shown in FIG. It becomes. The positive and negative peak values measured at this time were 1.1 mV on the positive side and -46.9 mV on the negative side. Next, the principle of detecting the air pressure in the tire according to the present embodiment will be described based on the relationship between the rotation angle of the magnet 38 and the output waveform of the Hall element 5 described above. In this embodiment, first, each rotation angle (0 °,
At 45 °,..., 180 °), the ratio between the positive peak value and the negative peak value (absolute value) of the output waveform is calculated. Table 1 shows the ratio of the positive and negative peak values and the logarithmic value (log ₁₀ ). [Table 1] In Table 1, the value of the ratio of the positive and negative peak values is:
The maximum is 29.7 (at 0 °) and the minimum is 0.02
(At 180 °) and the difference is large. Therefore, the difference between the maximum value and the minimum value is compressed by taking the logarithm of these values. In the logarithmic value, the maximum value is 1.47 (0
°), the minimum value is -1.64 (at 180 °). The logarithmic value log ₁₀ x shown in Table 1
(Where x is the ratio of the positive and negative peak values) and the magnet 3
The relationship between the angle y and the angle y is expressed by, for example, the following expression (1) when approximated using the least square method or the like. y = 103−47.5 (logx) −8.4 (logx) ² −4.9 (logx) ³ (1) Further, when the above equation (1) is graphed, FIG.
The curve is as shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the logarithmic value log ₁₀ x, and the vertical axis represents the angle y of the magnet 38. That is, by using the above equation (1), it is possible to calculate the angle of the magnet 38 from the ratio x of the positive and negative peak values. Here, the relationship between the angle y of the magnet 38 and the air pressure z in the tire is given as a linear function.
Suppose that is represented by Where y = 0
(°), z = 1.7 (kg / cm ² ) and y = 18
When 0 (°), it is assumed that z = 2.0 (kg / cm ² ). z = (1/600) y + 1.7 (2) As a result, the ratio x of the positive / negative peak value to the inside of the tire is obtained. Is given by deriving the following equation (3) from the above equations (1) and (2). z = 1.87−7.9 × 10 ⁻² (logx) −1.4 × 10 ⁻² (logx) ² −8.2 × 10 ⁻³ (logx) ³ (3) Thus, from the output of the Hall element 5 It is possible to calculate an approximate value of the air pressure in the tire, and from the calculation result, it is possible to accurately determine which of the states of the air pressure in the tire (appropriate pressure, intermediate pressure, or insufficient pressure). . Next, the operation of the tire pressure detecting device A according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG.
5 is a flowchart illustrating a control program executed by a CPU 45. Here, it is assumed that the car is running. First, when power is supplied to the apparatus A, the CP
U45 proceeds to step S1. In step S1, it is determined whether or not a trigger signal has been supplied from the edge detection unit 50. If no trigger signal has been supplied, step S1 is repeatedly executed. When the trigger signal is supplied, the process proceeds to the next step S2, and the software timer is started. In step S3, the maximum value and the minimum value of the output of the Hall element 5 sequentially supplied from the A / D converter 46 are obtained. Next, when the process proceeds to step S4, it is determined whether or not a predetermined time set in the software timer has elapsed, and if not, the process returns to step S3.
That is, while the determination result of step S4 is "No",
The process of step S3 is repeated. Here, the time set in the software timer is determined by the detectable vehicle speed. For example, when the speed is 5 km / h or more, the time required for the tire to make one revolution is about 1.2 sec. Therefore, if a longer time, for example, 1.5 sec is set in the software timer, the hole is set within the set time. The output of the element 5 can be detected at least once. That is, the determination result of step S4 is "Ye
Until s ", the positive peak value and the negative peak value of the output waveform of the Hall element 5 are obtained. When the result of the determination in step S4 is "Yes", the flow proceeds to step S5. Step S
In step 5, the ratio of the peak value on the positive side to the peak value on the negative side obtained in step S1 is calculated, and the calculated result is substituted into the above equation (3) to obtain the approximate value of the air pressure in the tire. Is calculated. Next, in step S6, it is determined whether the air pressure value in the tire calculated in step S5 is within a predetermined range. For example, when it is considered that normal detection is not performed, for example, when the air pressure in the tire becomes a negative value, it is determined that some failure has occurred in the device A. Here, if the value calculated in step S5 is within a predetermined range, it can be considered that the device A is not out of order. ) Is determined. Insufficient pressure; 1.7 kg / cm ² approximately intermediate pressure; 1.85 kg / cm ² about proper pressure; 2.0 kg / cm ² of about [0043] The determination result is sent to the display unit 41 in step S7, thereby, The display unit 41 displays a current pressure range of the air pressure in the tire (one of an appropriate pressure, an intermediate pressure, and an underpressure). On the other hand, if the value calculated in step S5 is not within the predetermined range, it can be considered that the device A has failed, so the result of the determination in step S6 is "No", and Proceed to S6. Step S
In 6, the CPU 45 sends information indicating the failure to the display unit 41. As a result, the display unit 41 performs a failure display. As described above, in this embodiment, the magnet 38 rotates according to the air pressure in the tire, and the N
By changing the directions of the pole and the south pole, the Hall element 5
Paying attention to the fact that the ratio between the positive peak value and the negative peak value of the output voltage obtained from the above changes, the air pressure in the tire is calculated based on the ratio value. Therefore, even if the peak value of the output voltage of the Hall element 5 fluctuates due to environmental conditions such as temperature change and external factors such as positional deviation due to the accuracy of mounting the sensor and the Hall element, Since it is based on the ratio of the peak value on the positive side and the negative side of the output of the Hall element 5 that changes according to the direction of the magnet 38, the influence of the peak value itself on the air pressure obtained by the calculation is small. As a result, the detection accuracy of the air pressure in the tire is improved, and a configuration for performing temperature compensation or the like is not required, and the manufacturing cost can be reduced. In the above-described embodiment, only one wheel has been described.
The same tire pressure detecting device A may be provided for each tire. Further, in the present embodiment, the magnet 3 in the range air pressure in the tire is 1.7kg / cm ² ~2.0kg / cm ²
8 is rotated by 180 °, but is not limited to this, and the magnet 38 may be set to rotate by 180 ° in a wider range of air pressure in order to widen the range of detectable air pressure. In this embodiment, the pressure range of the tire air pressure (under pressure, intermediate pressure, appropriate pressure) is displayed, but the air pressure value itself may be digitally displayed. As described above, according to the present invention, the output voltage of the detecting means is determined by environmental conditions such as a change in ambient temperature, a positional deviation due to the mounting accuracy of the sensor and the Hall element, and the like. When the peak value fluctuates, the influence on the detection result can be suppressed, the state of the air pressure in the tire can be accurately determined, and a configuration for performing temperature compensation or the like is not required, and the manufacturing cost is reduced. Reduction can be achieved.

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明に係るタイヤ空気圧検出装置の一例を
示す正断面図である。 【図２】 同装置の監視回路４０の構成を示すブロック
図である。 【図３】 磁石３８の各回転角度におけるホール素子５
の出力波形を示す図であり、（ａ）は磁石３８の回転角
度が０°のときの出力波形を、（ｂ）は磁石３８の回転
角度が４５°のときの出力波形を、（ｃ）は磁石３８の
回転角度が９０°のときの出力波形を、（ｄ）は磁石３
８の回転角度が１３５°のときの出力波形を、（ｅ）は
磁石３８の回転角度が１８０°のときの出力波形をそれ
ぞれ示している。 【図４】 ホール素子５の出力波形の正負のピーク値の
比の対数をとった値と磁石３８の角度との関係を示すグ
ラフである。 【図５】 ＣＰＵ４５が実行する制御プログラムを示す
フローチャートである。 【図６】 従来のタイヤ空気圧検出装置の構成を示す断
面図である。 【図７】 従来のタイヤ空気圧検出装置のホール素子の
出力信号を示す波形図である。 【符号の説明】 ５…ホール素子（検出手段）、３８…磁石、４０…監視
回路（演算手段）、４１…表示部、４２…駆動電源、４
３…アンプ、４４…サンプル・ホールド回路、４５…Ｃ
ＰＵ、４６…Ａ／Ｄ変換器、５０…エッジ検出部。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front sectional view showing an example of a tire air pressure detecting device according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a monitoring circuit 40 of the same device. 3 shows a Hall element 5 at each rotation angle of a magnet 38. FIG.
7A is an output waveform when the rotation angle of the magnet 38 is 0 °, FIG. 7B is an output waveform when the rotation angle of the magnet 38 is 45 °, and FIG. Shows the output waveform when the rotation angle of the magnet 38 is 90 °, and FIG.
8 shows an output waveform when the rotation angle of the magnet 38 is 135 °, and FIG. 8E shows an output waveform when the rotation angle of the magnet 38 is 180 °. 4 is a graph showing a relationship between a value obtained by taking a logarithm of a ratio of positive and negative peak values of an output waveform of the Hall element 5 and an angle of a magnet 38. FIG. FIG. 5 is a flowchart illustrating a control program executed by a CPU 45; FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional tire pressure detecting device. FIG. 7 is a waveform diagram showing an output signal of a Hall element of a conventional tire pressure detection device. [Description of Signs] 5 ... Hall element (detection means), 38 ... magnet, 40 ... Monitoring circuit (calculation means), 41 ... Display unit, 42 ... Drive power supply, 4
3: amplifier, 44: sample and hold circuit, 45: C
PU, 46: A / D converter, 50: Edge detection unit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 正昭 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 大下 宰一郎 東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富 士重工業株式会社内 (72)発明者 深田 和寿 東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富 士重工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−293205（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−71284（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−6971（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−64413（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開818（ＥＰ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60C 23/00 - 23/08 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Masaaki Yamamoto 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Inside Fujikura Co., Ltd. (72) Inventor Seiichiro Ohshita 1-7-1, Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Inside Fuji Heavy Industries Ltd. (72) Inventor Kazuhisa Fukada 1-7-2 Nishi Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Inside Fuji Heavy Industries Ltd. (56) References JP-A-6-293205 (JP, A) JP-A Sho 48-71284 (JP, A) JP-A-49-6971 (JP, A) JP-A-6-64413 (JP, A) European Patent Application 818 (EP, A1) (58) Fields investigated (Int. . ^7, DB name) B60C 23/00 - 23/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 タイヤ内の空気圧に応じて回転し、Ｎ極
とＳ極とが反転する磁石（３８）と、 前記磁石（３８）に対向して設けられ、該磁石（３８）
の回転角度に対応したレベルで正負両極に現れる電圧信
号を出力する検出手段（５）と、 前記電圧信号の正側のピーク値と負側のピーク値との比
に基づき、前記タイヤ内の空気圧を算出する演算手段
（４０）と、 前記演算手段（４０）の算出結果から、前記タイヤ内の
空気圧が、複数分割された圧力範囲のいずれに属するか
を判定する判定手段を有する ことを特徴とするタイヤ
空気圧検出装置。(57) Claims 1. A magnet (38) which rotates according to the air pressure in a tire and in which an N pole and an S pole are inverted, and is provided to face the magnet (38). , The magnet (38)
Detecting means (5) for outputting a voltage signal appearing on both the positive and negative electrodes at a level corresponding to the rotation angle of the tire; and an air pressure in the tire based on a ratio of a positive peak value to a negative peak value of the voltage signal. and calculating means for calculating (40), the calculation result of the calculating means (40), in the tire
To which of the divided pressure ranges the air pressure belongs
A tire pressure detecting device, comprising: determining means for determining the tire pressure.