JP4121905B2

JP4121905B2 - タイヤ内圧計測装置およびタイヤ内圧計測方法

Info

Publication number: JP4121905B2
Application number: JP2003176366A
Authority: JP
Inventors: 興司中谷; 利光海老沼
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: JP2005008109A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トラック、バスあるいは乗用車等の少なくとも４輪以上の車輪を有する車両や二輪車両等の各種車両に装着されるタイヤにおけるタイヤ内圧を計測するタイヤ内圧計測装置およびタイヤ内圧計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、トラック、バス、乗用車、さらにはモーターバイク等のタイヤをリムに組み付けた車輪を有する各種車両において、タイヤ内圧を常に監視し、異常時にはタイヤ内圧の異常を報知するタイヤ内圧警報システムを装着することが提案されている。
【０００３】
タイヤ内圧警報システムでは、例えば、タイヤの内周面とリム底の底面とで囲まれた空気が充填されるタイヤ空洞領域に、タイヤ内圧を計測する圧力センサとこの圧力センサで計測された内圧データを無線で送信する送信器とが設けられる。一方、車体本体のタイヤハウス近傍にタイヤの内圧データを受信する受信器のアンテナが設けられ、このアンテナで内圧データを受信する。受信器では、タイヤ内圧が異常か否かが常に監視され、異常の場合は内圧が異常である旨がドライバに報知される。
【０００４】
ところで、タイヤは、タイヤの転動によってタイヤ自体が周期的な歪みを受けるためタイヤ自体が６０〜８０度以上の温度状態となり、タイヤ空洞領域の温度も上昇する。このため、タイヤ故障によりタイヤ空洞領域内の空気が抜け、タイヤ内圧が徐々に低下する場合、タイヤの温度上昇のためにタイヤ内圧の低下が抑制される。このため、タイヤ故障による実際のタイヤ内圧の減少を早期に気づかず、内圧が異常である旨の警報が遅れる場合がある。
【０００５】
このようなタイヤの転動によるタイヤの温度上昇に基づいてタイヤ内圧の温度補正を行い、タイヤ内圧の減少を早急に検知することのできるタイヤの空気圧検知装置が特許文献１において提案されている。
これによると、予めタイヤの推奨空気圧に対応する推奨温度が設定して固定されており、計測された温度の、上記推奨温度からの変化分を所定倍した値を、計測されたタイヤ内圧のデータから減算することで、補正後のタイヤ内圧を得、このタイヤ内圧に基づいてタイヤを監視している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２２５５１９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、タイヤの空気圧検知装置における推奨温度は、タイヤの置かれている環境温度とは無関係に固定された温度であるので、タイヤの環境温度が上記推奨温度より低い場合、推奨温度からの上記変化分は負の値となる。このため、タイヤ内圧は実際に計測されたタイヤ内圧より高く補正されて算出される。したがって、タイヤの空気圧検知装置においてが故障により徐々にタイヤ内圧が抜けたと判定する時期が、補正を行わない場合に比べて遅くなるといった不都合が発生する。
また、タイヤの環境温度が５０℃のように推奨温度に比べて非常に高い場合、タイヤの転動開始時に実際に計測されたタイヤ内圧に対して大きく減算する温度補正を行うため、場合によっては、タイヤ内の空気が抜けたと誤判定する場合もある。このように、上記タイヤの空気圧検知装置は必ずしも信頼性のある検知装置とはいえなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記タイヤの空気圧検知装置のように、タイヤ空洞領域におけるタイヤ内圧を計測する際、タイヤの環境温度によらず、また、タイヤ空洞領域の温度によらず、タイヤ空洞領域からの空気の漏れを信頼性高く計測することのできるタイヤ内圧計測装置およびタイヤ内圧計測方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、タイヤ空洞領域におけるタイヤ内圧を計測するタイヤ内圧計測装置であって、タイヤ空洞領域のタイヤ内圧を計測する圧力センサと、タイヤ空洞領域の温度を計測する温度センサと、前記タイヤの転動開始が所定の停止時間の後であって、この転動開始時に前記温度センサから得られる温度データを基準温度データとして記憶するメモリと、前記タイヤの転動中に前記温度センサから得られる温度データの前記基準温度データからの変化分を用いて、前記圧力センサから得られる内圧データを温度補正する補正手段と、を有することを特徴とするタイヤ内圧計測装置を提供する。
【００１０】
ここで、前記タイヤの停止時間は、前記タイヤの転動および停止を前記タイヤの回転によって検知する検知センサからの検知信号によって求められるのが好ましい。また、前記補正手段による内圧データの温度補正は、前記温度データの前記基準温度データからの変化分を定数倍したものを前記内圧データから差し引く処理であるのが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、タイヤ空洞領域におけるタイヤ内圧を計測するタイヤ内圧計測方法であって、前記タイヤの転動開始が所定の停止時間の後であって、この転動開始時に温度計測で得られたタイヤ空洞領域の温度データを基準温度データとして記憶保持するステップと、前記タイヤの転動中にタイヤの空洞領域の温度および内圧を計測するステップと、計測で得られた温度データの前記基準温度データからの変化分を用いて、計測で得られた内圧データを温度補正するステップと、を有することを特徴とするタイヤ内圧計測方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のタイヤ内圧計測装置およびタイヤ内圧計測方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１３】
図１は、タイヤ内圧計測装置の一例であるタイヤ内圧監視装置の主要部の１つである送信装置の構成図である。
【００１４】
図１に示される送信装置は、タイヤとリムの組立体である車輪が図示されない車両の各車輪装着位置に装着されている。以降、１つの車輪に装着された送信装置に注目して説明する。
車輪のタイヤ空洞領域には、この領域の壁面となるリム底の底面、バルブステム、あるいはタイヤ側面等に、計測により得られた内圧データを無線で送信する送信器１６が設置固定されている。また、送信器１６は圧力センサおよび温度センサと接続されている。
また、車両の、車輪を装着する車両本体における各装着位置のタイヤハウス近傍には、送信器１６から無線で送信される情報を受信するアンテナおよびアンプを有する受信器通信部１８が設けられ、この受信器通信部１８は受信器本体部２０に有線で接続されている。さらに、受信器本体部２０は、車両のドライバに対してタイヤの内圧データを表示し、必要に応じてタイヤ内圧が減少したことを報知する表示器２２と接続されている。
【００１５】
送信器１６は、回路基板２４に設けられた各回路を有し、タイヤ内圧を計測する圧力センサ２６および温度センサ２７と接続されている。
圧力センサ２６は、ゲージ圧、差圧あるいは絶対圧を計測する半導体圧力センサや静電容量型圧力センサであって、タイヤ内圧を計測する。温度センサ２７は、半導体温度センサあるいは抵抗素子型温度センサであり、タイヤ空洞領域の温度を計測する。圧力センサ２６および温度センサ２７は後述するＡＤ変換回路２８と接続されている。
【００１６】
回路基板２４には、ＡＤ変換回路（ＡＤ）２８、マイクロプロセサ（ＭＰ）３２、メモリ３４、通信回路３６、スイッチング素子３９、アンテナ４０および各回路の電源としてのバッテリ４４が設けられている。
ＡＤ変換回路２８は、圧力センサ２６および温度センサ２７と接続されており、圧力センサ２６で計測された圧力信号および温度センサで計測された温度信号を例えば８ビット等の信号にデジタル変換する部分である。
【００１７】
ＭＰ３２は、ＡＤ変換回路２８においてＡＤ変換されて供給された内圧データおよび温度データと、メモリ３４から呼び出された、他の送信器と識別することのできる識別情報（ＩＤ）とワード信号と、後述するスイッチング素子３９からの検知信号の情報と、を用いて、受信器通信部１８に送信する送信信号を生成する他、各回路の動作を制御管理する部分である。
【００１８】
ＭＰ３２で生成される送信信号は、所定の形式の信号が繰返し生成された信号である。ＩＤやワード信号は、特定のビット数の０と１が所定の規則で連続して配列された信号である。ワード信号は、例えば０を１０ビット配列し、その後１を１０ビット配列したブロックを３ブロック繰り返して配置した信号である。
メモリ３４は、送信器１６のＩＤを記憶保持する他、計測された内圧データおよび温度データを記憶することができる。
【００１９】
通信回路３６は、所定の周波数、例えば３１５ＭＨｚの搬送波を生成する図示されない発振回路と、ＭＰ３２で生成された送信信号に応じて搬送波を変調した高周波信号を生成する図示されない変調回路と、高周波信号を増幅する図示されない増幅回路とを有する。ここで、搬送波の変調方式は、ＡＳＫ（Amplitude shift keying) 方式、ＦＳＫ（Frequency shift keying）方式、ＰＳＫ（Phase shift keying）方式、ＱＰＳＫや８層ＰＳＫ等の多値のＰＳＫ方式、１６ＱＡＭや６４ＱＡＭ等の多値のＡＳＫ方式等、公知の方式であればよい。
【００２０】
スイッチング素子３９は、車両の走行に伴って送信器１６に作用する遠心力あるいは振動によって接点の当接、非当接が行われて、車輪の転動状態、非転動（停止状態）を自動的に検知することのできる素子（検知センサ）である。スイッチング素子３９で生成される転動状態の検知信号はＭＰ３２に送られる。この検知信号の情報は受信器通信部１８に送信する送信信号に含まれ、後述する受信器本体部２０において非転動状態であるタイヤの停止時間の算出に用いられる。
【００２１】
アンテナ４０は、受信器通信部１８ａおよび上記設定装置に向けて、例えば３１５ＭＨｚの電波を放射するように構成される。
バッテリ４４は、例えばＣＲ−２０３２（コイン形二酸化マンガンリチウム電池）等の公知の電池が用いられる。
以上が、送信器１２の構成である。
【００２２】
図２は、タイヤ内圧監視装置の主要部の１つである受信装置の構成図であり、受信器本体部２０と受信器本体部２０に接続された受信器通信部１８を示す。
受信器通信部１８は、アンテナ４６および増幅回路４８を有する。アンテナ４６は、送信器１２から送信された、例えば３１５ＭＨｚの電波を受信するように構成される。増幅回路４８は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等を用いて構成され、受信した高周波信号を増幅し、受信器本体部２０に供給する。
【００２３】
受信器本体部２０は、受信器通信部１８から供給された高周波信号から送信信号を復調して内圧データおよびＩＤを取り出し、送信された内圧データがどの装着位置に装着された車輪のタイヤの内圧データであるか、取り出されたＩＤから予め設定登録された対応づけの結果を用いて取得する。取得された装着位置情報にしたがってタイヤの内圧データを温度補正し、この温度補正した内圧データによってタイヤ内圧を監視する。
受信器本体部２０において、受信器通信部１８から高周波信号が供給された場合、例えば、右前輪のタイヤの温度補正した内圧を予め定められた設定値と比較することで、例えば「通常」、「注意」、「警告」の３段階の内圧の状態に区別して判定する。判定結果は、受信器本体部２０に接続された表示盤２２に供給される。また、表示盤２２は、内圧の値を車両装着位置毎に表示する。ここで表示盤２２は、車両の計器パネルに内圧の数値および判定した内圧の状態を表示するものである。
【００２４】
受信器本体部２０は、復調回路５２と、ＭＰ５６と、メモリ５８と、信号処理回路５９とを有して構成される。復調回路５２は、公知のフィルタリング処理を行い、さらに信号の符号訂正を行って復調された信号を生成する回路であって、復調された信号をＭＰ５６に供給する。
【００２５】
ＭＰ５６は、図示されないタイマ回路のタイミングに応じてスリープモードと駆動モードの間でモードの切り換えが行われる。駆動モードは、所定の周期で、例えば１００（ｍ秒）に一度の周期で一定の時間持続される。
また、駆動モードの状態で、受信器通信部１８が送信器１２からの送信信号を受信した場合、ＭＰ５６は、各復調回路５２から供給された信号からＩＤとタイヤの内圧データおよび温度データを取得し、メモリ５８に設定されて記憶保持されているＩＤと車輪の装着位置情報との対応付けのデータを参照して取得したＩＤからタイヤの内圧データおよび温度データがどの車輪のタイヤの情報であるかを求める。
さらに、取得された温度データの、メモリ５８に記憶されている基準温度データからの変化分を求め、この変化分に所定の補正係数を乗算し、この乗算結果の値を取得されたタイヤの内圧データから減算し、この減算結果の値を温度補正後の内圧データとする。
【００２６】
ここで、基準温度データとは、タイヤの停止時間（タイヤの非転動状態の持続時間）が例えば３時間等の所定の時間より長く、この停止時間後に転動を開始したときの、転動開始時点に計測された温度データである。この温度データは、タイヤの環境温度とタイヤ空洞領域の温度が略一致したときのデータ、すなわち、タイヤに温度勾配のない温度が定常状態となっているときの計測データである。
ＭＰ５６は、タイヤの転動開始時の、タイヤに温度勾配のない状態で計測された温度データを基準温度データとし、このデータを用いて、これ以降に計測されて送信される内圧データを温度補正する。
【００２７】
メモリ５８は、送信器１６のＩＤと車両における装着位置との対応づけのデータ、さらには、内圧データを温度補正するために用いる上記基準温度データおよび上記補正係数を記憶保持する部分である。
ここで、補正係数とは、予めタイヤに温度勾配が無い状態で計測された内圧データの増分ΔＰと温度データの増分ΔＴの対応関係を線形で規定する比例定数をいう。タイヤに温度勾配の無い状態では、図３に示すように、内圧データの増分ΔＰと温度データの増分ΔＴとの間に概略比例関係があり、このときの比例定数を上記補正係数として記憶保持する。図３では、補正係数は１．３３である。この補正係数はタイヤの空洞領域の大きさによって定まっており、したがってタイヤサイズによって異なる定数である。もちろん、同一のタイヤサイズであっても、タイヤの仕様によって補正係数を変えてメモリ５８に記憶させてもよい。
【００２８】
信号処理回路５９は、ＭＰ５６と接続されており、温度データを用いて内圧データの温度補正を行い、この温度補正された内圧データおよびＭＰ５６で生成された信号を表示装置５０に適合する信号に変換する部分である。
受信器通信部１８および受信器本体部２０は以上のように構成される。
【００２９】
このようなタイヤ内圧監視装置では、タイヤの非転動状態である停止状態においても、計測された内圧データと温度データが送信装置から所定の時間間隔毎に常時送信され、受信器本体部２０において内圧データおよび温度データが取得される。
この時、送信された内圧データは、受信器本体部２０のメモリ５８に記憶保持されている基準温度データを用いて温度補正される。
【００３０】
このような非転動状態からタイヤが転動状態に移行する。
まず、タイヤが転動を開始すると、スイッチング回路３９で転動状態が検知され、スイッチング素子３９で生成される検知信号がＭＰ３２に供給される。ＭＰ３２では、タイヤの転動を検知した検知信号の情報が、転動開始時の計測された内圧データ、温度データ、ＩＤおよびワード信号とともに送信信号に変換され、通信回路３６、アンテナ４０を介して受信器通信部１８に送信される。
受信器通信部１８で受信された送信信号は、受信器本体部２０に供給され、復調回路５２で復調され、ＭＰ５６に供給される。
【００３１】
ＭＰ５６では、まず、復調された送信信号の中から、ＩＤが取り出され、どの車輪からの信号かを調べ、メモリ５８から車輪に対応した基準温度データおよび補正係数が呼び出される。
さらに、転動を検知した検知信号の情報がを取り出されると、メモリ５８に記憶保持されている転動状態から非転動状態に移行した直前の時間情報が呼び出され、この過去の時間情報から現在に至る経過時間が内部クロック信号によって算出される。この経過時間はタイヤの非転動状態の時間、すなわち停止時間となっている。この経過時間が例えば３時間を超える場合、送信信号に含まれている温度データが基準温度データとされ、基準温度データが変更され、メモリ５８に新たな基準温度データとして書き変えられる。つまり、タイヤの停止時間が例えば３時間を超える場合、タイヤの空洞領域の温度とタイヤの環境温度とは略一致し、タイヤは温度勾配の無い状態となっている。このため、温度勾配の無い定常状態にあるタイヤの温度データが転動開始時の基準のデータとされ、メモリ５８に基準温度データとして記憶保持される。そして、転動中に計測される内圧データの温度補正に用いられる。
【００３２】
なお、上記経過時間が、３時間等の所定時間以内の場合は、メモリ５８に記憶保持されている基準温度データは変更されない。この場合、タイヤは、環境温度とタイヤ空洞領域の温度とに差があり、温度勾配を有する状態である可能性が高いからである。
【００３３】
タイヤの転動によりタイヤの温度が次第に上昇する。一方、所定の時間間隔毎にタイヤの内圧データおよび温度データが送信され、内圧データおよび温度データが受信器本体部２０のＭＰ５６に取得される。
ＭＰ５６では、取得された内圧データを下記式（１）に従って温度補正を行い、温度補正した内圧データＰ_i' を求める。
Ｐ_i’＝Ｐ_i−Ｋ・（Ｔ_i−Ｔ₀）（１）
ここで、基準温度データをＴ₀、計測され送信された内圧データをＰ_i、この時の温度データをＴ_iとし、補正係数をＫとする。
【００３４】
このようにして求められた温度補正後の内圧データＰ_i’が予め定められた閾値と比較され、比較の結果、「通常」、「注意」、「警告」等の内圧の状態を区別する判定が行われ、判定結果の情報の信号が生成される。生成された信号および温度補正後の内圧データＰ_i' の信号が信号処理回路５９に供給される。信号処理回路５９では、所定の処理が行われて、表示盤２２に適合した信号に変換されて表示盤２２に供給され、温度補正後の内圧データＰ_i' が表示されると共に、報知すべき情報（タイヤ内圧「注意」等の情報）が表示される。
このように、タイヤが転動中基準温度データを用いて内圧データが温度補正され、温度補正後の内圧データでタイヤ内圧が監視される。
【００３５】
タイヤの転動が停止すると、送信装置のスイッチング素子３９の転動の検知信号がＯＦＦとなり、送信装置から内圧データおよび温度データを送信する送信信号に含まれていた検知信号の情報がなくなる。このため受信器本体部２０のＭＰ５６では、検知信号の情報がなくなったことが認識され、タイヤが停止したと判定される。このときの時間情報、すなわち、タイヤが転動状態から非転動状態に移行した時間情報がメモリ５８に記憶される。この時間情報は、上述したように、次回にタイヤが転動を開始するまでの停止時間を算出する際に用いられる。
【００３６】
図４は、タイヤが転動を開始して、速度５（ｋｍ／時）で転動したときの計測により得られた温度データおよび内圧データと、上述の温度補正後の内圧データの時間履歴を表したグラフである。
タイヤの故障が転動開始から２０分後（ｔ₁）に発生し、徐々に空気が抜けたものである。そして、タイヤ内圧が異常低下したと判定する閾値（１５０ｋＰａ）に対して温度補正しない内圧データでは転動開始から約４０分後に閾値を横切るのに対し、温度補正後の内圧データでは、転動開始から約３３分ごに閾値を横切る。すなわち、この閾値でタイヤ内圧が異常に減少したと判定して警報を行う時間が７分（Δｔ）も異なることがわかる。
このように、タイヤ内圧を、温度勾配の無い安定状態にあるタイヤの転動開始時の温度データを基準温度データとし、このデータを用いて温度補正を行うことで、図４のように７分も早く内圧の異常を警告することができる。
【００３７】
上記実施例では、温度補正を受信器本体部２０にて行うものであるが、本発明では、送信装置から送信する前にＭＰ３２にて温度補正を行ってもよい。
また、上記実施例では、タイヤの回転によって検知する、送信装置に設けられたスイッチング素子の検知信号によってタイヤの停止時間を求めるものであるが、本発明においてはこれに限定されない。例えば、受信器本体部２０あるいは車両に設けられたタイヤの転動を検知する速度センサや回転計等のセンサによって転動および非転動が検知され、この検知に基づいて停止時間を求めるものであってもよい。
また、温度補正は、上記式（１）に従って行われる線形の補正に限定されない。例えば、計測により得られた温度データと基準温度データとを用いて、内圧データを補正するものであれば非線形の補正であっても構わない。この場合、式（１）のような補正式によって温度補正後の内圧データを求めるものの他、基準温度データを設定し、計測により得られた温度データと内圧データが入力されると、温度補正後の内圧データが求められる参照テーブル等を用いてもよい。
【００３８】
以上、本発明のタイヤ内圧計測装置およびタイヤ内圧計測方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００３９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明は、タイヤの転動開始が所定の停止時間の後であって、この転動開始時に温度計測で得られたタイヤ空洞領域の温度データを基準温度データとして、計測により内圧データを温度補正するので、タイヤの環境温度によらず、また、タイヤ空洞領域の温度によらず、タイヤ空洞領域内の空気の漏れを信頼性高く検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤ内圧計測装置の一例であるタイヤ内圧監視装置の主要部の１つである送信装置の構成図である。
【図２】本発明のタイヤ内圧計測装置の一例であるタイヤ内圧監視装置の主要部の１つである受信装置の構成図である。
【図３】タイヤ空洞領域の温度の増分とタイヤ内圧の増分の関係を示す図である。
【図４】本発明のタイヤ内圧計測装置における温度補正された内圧データと温度補正のされていない内圧データの時間履歴の違いを示した図である。
【符号の説明】
１６送信器
１８受信機通信部
２０受信器本体部
２２表示盤
２４回路基板
２６圧力センサ
２７温度センサ
２８ＡＤ変換回路
３２，５６マイクロプロセサ
３４，５８メモリ
３６通信回路
３９スイッチング素子
４０アンテナ
４４，４６バッテリ
４８増幅回路
５２復調回路
５９信号処理回路

Claims

タイヤ空洞領域におけるタイヤ内圧を計測するタイヤ内圧計測装置であって、
タイヤ空洞領域のタイヤ内圧を計測する圧力センサと、
タイヤ空洞領域の温度を計測する温度センサと、
前記タイヤの転動開始が所定の停止時間の後であって、この転動開始時に前記温度センサから得られる温度データを基準温度データとして記憶するメモリと、
前記タイヤの転動中に前記温度センサから得られる温度データの前記基準温度データからの変化分を用いて、前記圧力センサから得られる内圧データを温度補正する補正手段と、を有することを特徴とするタイヤ内圧計測装置。
前記タイヤの停止時間は、前記タイヤの転動および停止を前記タイヤの回転によって検知する検知センサからの検知信号によって求められる請求項１に記載のタイヤ内圧計測装置。
前記補正手段による内圧データの温度補正は、前記温度データの前記基準温度データからの変化分を定数倍したものを前記内圧データから差し引く処理である請求項１または２に記載のタイヤ内圧計測装置。
タイヤ空洞領域におけるタイヤ内圧を計測するタイヤ内圧計測方法であって、
前記タイヤの転動開始が所定の停止時間の後であって、この転動開始時に温度計測で得られたタイヤ空洞領域の温度データを基準温度データとして記憶保持するステップと、
前記タイヤの転動中にタイヤの空洞領域の温度および内圧を計測するステップと、
計測で得られた温度データの前記基準温度データからの変化分を用いて、計測で得られた内圧データを温度補正するステップと、を有することを特徴とするタイヤ内圧計測方法。