JP5726785B2 - タイヤ状態監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に設けられた複数の車輪のタイヤの状態を監視するために、車輪のタイヤ内に設けられる車輪側ユニット、及び車両の車体に設置される受信機ユニットを備えるタイヤ状態監視装置に関する。

車両に設けられた複数のタイヤの状態を運転者が車室内で確認できるようにするための装置として、無線方式のタイヤ状態監視装置が提案されている。タイヤ状態監視装置は、車両の車輪それぞれのタイヤ内に装着される送信機（車輪側ユニット）と、車両の車体に搭載される受信機（受信機ユニット）とを備えている。各送信機は、タイヤの内部空間に設置されるとともに、ケースに内蔵された空気圧センサ等の検出部を備える。送信機は、タイヤの内部空間の空気を、ケースに形成された通気孔を介してケース内に導入し、検出部によりタイヤ内圧力等を検出するようになっている。そして、送信機は、検出されたタイヤの状態を示すデータを含む信号を受信機に無線送信する。受信機は、各送信機から送信されたデータ信号を受信して、タイヤの圧力に関する情報を車室内に設けられた表示器に必要に応じて表示させ、乗員にタイヤ内圧力等の異常を報知させる。

ところで、タイヤがパンクした際、パンク修理剤を用いてタイヤの修理が行われる場合がある。このとき、タイヤ内のパンク修理剤により通気孔が塞がってしまうと、検出部によるタイヤ内圧力等の検出が不能になったり、検出値が正常な値を検出できなくなったりする場合がある。この場合、検出部によって実際のタイヤ内圧力等の低下を正確に検出できず、タイヤ内圧力等の低下を乗員に報知できなくなってしまう。そこで、パンク修理剤が使用されたときに、そのパンク修理剤の使用を報知するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のタイヤ空気圧監視システムは、空気圧センサと送信機とを有するとともに各タイヤ内に設置されたセンサユニットと、このセンサユニットから送信された電波を受信する受信機とを有する。また、特許文献１のタイヤ空気圧監視システムは、各タイヤ内圧力が閾値以下となった場合、警報を出す制御ＥＣＵと、各タイヤのパンクを判定するパンク判定手段と、パンクと判定された後、パンク修理剤を使用してパンクを修理したか否かを判定するパンク修理剤使用判定手段と、を備える。そして、制御ＥＣＵは、タイヤがパンク修理剤を使用して修理したと判定されると、空気圧センサによって検出されたタイヤ内圧力が正常値であっても警報を出し続ける。その結果、乗員は、パンク修理剤が使用されたことを認識することができる。

特開２００７−１９６８３４号公報

ところが、特許文献１のタイヤ空気圧監視システムにおいては、パンクか否かの判定を行い、パンクと判定されるとパンク修理剤が使用されたか否の判定を行っている。このため、タイヤがパンクしていないと判定されると、パンク修理剤が使用されていても、使用されていないと判定されてしまう場合がある。

本発明の目的は、パンク修理剤が使用されたことを正確に検出することができる車輪位置判定装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両に設けられた複数の車輪のタイヤの状態を監視するために、前記車輪の前記タイヤ内に設けられる車輪側ユニット、及び前記車両の車体に設置される受信機ユニットを備えるタイヤ状態監視装置であって、前記車輪側ユニットは、ケースと、前記ケースの外面に設置され、パンク修理剤の使用を検出する検出用電極と、前記ケース内に設置され、空気圧を検出する圧力センサと、前記検出用電極との間に隙間が設けられ、電界を形成する導体と、前記電界の形成に伴い前記検出用電極に発生する静電容量を検出する検出部と、前記ケースの外面にパンク修理剤が付着すると共に前記隙間にパンク修理剤が侵入し、前記検出部によって検出された前記静電容量が前記パンク修理剤の付着前から変動すると、前記静電容量の変動を示す信号を前記受信機ユニットに向けて無線送信させる制御部と、を備える。

これによれば、ケースにパンク修理剤が付着し、検出用電極と導体との間にパンク修理剤が侵入すると、検出用電極の静電容量が変動する。この静電容量の変動を検出回路で検出することによって、パンク修理剤が使用されたことを検出することができる。すなわち、静電容量の変動という物理的な変動でパンク修理剤が使用されたことを直接的に検出することができる。したがって、背景技術のようにパンクか否かの判定後に、パンク修理剤が使用されたか否かの判定を行う場合と異なり、タイヤ修理剤が使用されたことを直接的に検出することができ、タイヤ修理剤が使用されたことを正確に検出することができる。

また、前記導体は前記ケース内に設けられた電池である。
これによれば、車輪側ユニットに予め設けられた部品を用いることで、検出用電極との間に電界を形成することができるため、検出用電極及び検出部の他に部品点数を増やすことなく、パンク修理剤の使用を検出することができる。

本発明によれば、パンク修理剤が使用されたことを正確に検出することができる。

タイヤ状態監視装置が搭載された車両を示す概略構成図。 タイヤセンサユニットの回路構成を示すブロック図。 タイヤセンサユニットを模式的に示す斜視図。 タイヤセンサユニットの別例を模式的に示す斜視図。 タイヤセンサユニットの別例を模式的に示す斜視図。

以下に、本発明のタイヤ状態監視装置を具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すように、タイヤ状態監視装置は、車両１の４つの車輪２にそれぞれ取り付けられる４つのタイヤセンサユニット３と、車両１の車体に設置される受信機ユニット４とを備えている。各車輪２は、ホイール部５と、このホイール部５に装着されるタイヤ６とを含む。

車輪側ユニットとしての各タイヤセンサユニット３は、タイヤ６の内部空間に配置されるように、そのタイヤ６が装着されたホイール部５に対して取り付けられている。各タイヤセンサユニット３は、対応するタイヤ６の状態（タイヤ内圧力、タイヤ内温度）を検出して、検出されたタイヤ状態を示すデータを含む信号、即ちタイヤ状態データ信号（以下、データ信号と称する）を無線送信する。

図２に示すように、各タイヤセンサユニット３は、箱状のケース２０を備えるとともに、このケース２０内には制御基板２１及び電池２２が内蔵されている。ケース２０は合成樹脂材料によって形成されている。また、タイヤセンサユニット３は、電池２２からの電力によって動作する。制御基板２１には、圧力センサ１１、温度センサ１２、センサユニットコントローラ１４、及び、ＲＦ送信回路１６が信号接続されている。また、図３に示すように、ケース２０には、タイヤ６内の空気をケース２０内に導入するための通気孔２０ａが形成されている。

そして、圧力センサ１１は、通気孔２０ａを介してケース２０内に導入された空気の圧力を検出することにより、タイヤ６内の圧力を検出して、その検出によって得られたタイヤ内圧力データをセンサユニットコントローラ１４に出力する。温度センサ１２は、通気孔２０ａを介してケース２０内に導入された空気の温度を検出することにより、対応するタイヤ６内の温度を検出して、その検出によって得られたタイヤ内温度データをセンサユニットコントローラ１４に出力する。

図２に示すように、センサユニットコントローラ１４は、ＣＰＵ及び記憶部１４ａ（ＲＡＭやＲＯＭ等）を含むマイクロコンピュータ等よりなり、記憶部１４ａには各タイヤセンサユニット３に固有の識別情報であるＩＤコードが登録されている。このＩＤコードは、各タイヤセンサユニット３を受信機ユニット４において識別するために使用される情報であり、センサユニットコントローラ１４からの送信信号に含められる。センサユニットコントローラ１４は、タイヤ内圧力データ、タイヤ内温度データ及びＩＤコードを含むデータを、ＲＦ送信回路１６に出力する。ＲＦ送信回路１６は、センサユニットコントローラ１４からのデータを変調して変調信号としたデータ信号を生成し、そのデータ信号を送信アンテナ１８から無線送信する。

各タイヤセンサユニット３は、例えば、タイヤ状態の計測動作を第１の所定時間間隔（例えば、１〜１５秒間隔）で定期的に行う一方、データ信号の送信動作を、第１の所定時間間隔よりも長い第２の所定時間間隔（例えば、１分間隔）で定期的に行う。但し、計測されたタイヤ状態が異常を示す場合（例えば、タイヤ内圧力の異常低下、タイヤ内圧力の急変、タイヤ内温度の急変等）、タイヤセンサユニット３は定期的な送信動作とは関係無く、直ちに送信動作を行う。

図１に示すように、受信機ユニット４は、車体の所定箇所に設置され、例えば車両１のバッテリ（図示せず）からの電力によって動作する。受信機ユニット４は、車体の任意の箇所に配置された受信アンテナ３２を備えている。そして、受信機ユニット４は、各タイヤセンサユニット３から送信されたデータ信号を受信アンテナ３２を通じて受信して、その受信した信号を処理する。受信機ユニット４は、受信機ユニットコントローラ３３を備えるとともに、ＲＦ受信回路３５を備え、さらに、表示器３８を備えている。

受信機ユニットコントローラ３３はＣＰＵ及び記憶部（ＲＯＭやＲＡＭ等）を含むマイクロコンピュータ等よりなり、受信機ユニット４の動作を統括的に制御する。ＲＦ受信回路３５は、各タイヤセンサユニット３から受信アンテナ３２を通じて受信されたデータ信号（変調信号）を復調して、受信機ユニットコントローラ３３に送る。受信機ユニットコントローラ３３は、ＲＦ受信回路３５からのタイヤ内圧力データ、タイヤ内温度データ及びＩＤコード（データ信号）に基づき、発信元のタイヤセンサユニット３に対応するタイヤ６のタイヤ内圧力及びタイヤ内温度を把握する。受信機ユニットコントローラ３３は、タイヤ内圧力及びタイヤ内温度に関する情報等を表示器３８に表示させる。表示器３８は、車室内等、車両１の搭乗者の視認範囲に配置される。

次に、タイヤセンサユニット３の詳細な構成について説明する。
図３に示すように、タイヤセンサユニット３のケース２０の上面（外面）には、脚部２３が立設されるとともに、この脚部２３には、検出用電極２４が支持されている。検出用電極２４は、金属板により円板状に形成されている。そして、ケース２０の上面と、検出用電極２４との対向面の間には、若干の隙間が形成されている。また、図２に示すように、検出用電極２４は、電極用接続線２５を介して、静電容量の検出回路２７に信号接続されるとともに、この検出回路２７は、センサユニットコントローラ１４に信号接続されている。図３に示すように、検出用電極２４は、ケース２０を挟んで電池２２と対向する位置に配置されている。

そして、電池２２により、検出用電極２４に対して電圧が印加されるとともに、検出用電極２４にはプラスの電荷が生じている。このため、検出用電極２４と電池２２との間に電界が形成されるとともに、検出用電極２４にプラスの電荷が生じている（静電容量が形成されている）。よって、本実施形態では、電池２２が検出用電極２４との間に電界を形成する導体として機能している。

電荷量（静電容量）は、検出部としての検出回路２７によって検出されるとともに、検出回路２７による静電容量の検出値はセンサユニットコントローラ１４に出力される。検出回路２７は、タイヤ状態の計測動作に合わせて第１の所定時間間隔（例えば、１〜１５秒間隔）で、静電容量の検出を定期的に行う。検出用電極２４の静電容量の変化は、検出用電極２４と電池２２との間の電界に侵入する物体の大きさ、厚さ、誘電率に関係があり、物体の大きさが大きいほど、厚さが厚いほど、誘電率が大きいほど静電容量の変化は大きくなる。

センサユニットコントローラ１４の記憶部１４ａには、静電容量の基準値が予め記憶されている。この基準値は、検出用電極２４と電池２２との間の隙間にパンク修理剤が存在していないときに、検出回路２７によって検出される静電容量の値であり、実験等により予め設定されている。また、記憶部１４ａには、各タイヤセンサユニット３にパンク修理剤が付着したことを検出する検出プログラムが記憶されている。具体的には、センサユニットコントローラ１４は、検出回路２７で検出された静電容量が基準値から変動していると、パンク修理剤が使用されたことを検出する。さらに、センサユニットコントローラ１４は、パンク修理剤が使用されたことを検出すると、その検出信号をＲＦ送信回路１６に出力する。ＲＦ送信回路１６は、センサユニットコントローラ１４からの検出信号を変調して変調信号をＩＤコードと共に送信アンテナ１８から無線送信する。

受信機ユニット４においては、受信機ユニットコントローラ３３は、記憶部３３ａを備え、この記憶部３３ａには、パンク修理剤が使用された旨の信号を受信すると、パンク修理剤が使用されたことを、その車輪２の位置とともに表示器３８に表示させる制御を行うプログラムが記憶されている。

次に、タイヤ状態監視装置の作用について説明する。
さて、タイヤ６がパンクすると、パンク修理剤がタイヤ６内に供給される。そして、車両１の走行に伴うタイヤ６の回転によって、パンク修理剤が遠心力によってタイヤ６の内面に向けて飛ばされるとともに、パンク箇所に付着し、タイヤ６のパンクが修理される。このとき、タイヤセンサユニット３にもパンク修理剤が付着し、ケース２０と検出用電極２４との隙間にパンク修理剤が侵入したとする。

すると、検出用電極２４と電池２２との間の電界中に、パンク修理剤が存在することになり、静電誘導を受けてパンク修理剤における検出用電極２４に近い側にマイナスの電荷が現れ、反対側にはプラスの電荷が現れる。その結果、パンク修理剤に生じたマイナスの電荷の誘導を受けて、検出用電極２４側のプラスの電荷は増加する。すなわち、検出用電極２４の静電容量が増加（変動）する。

そして、センサユニットコントローラ１４は、検出回路２７によって検出された検出値が基準値から変動したことを検出すると、検出信号をＲＦ送信回路１６から受信機ユニット４に向けて無線送信する。受信機ユニット４では、受信機ユニットコントローラ３３がタイヤセンサユニット３から受信アンテナ３２を通じて検出信号を受信して、その受信した検出信号を処理する。そして、受信機ユニットコントローラ３３は、検出信号に基づき、発信元のタイヤセンサユニット３に対応するタイヤ６で、パンク修理剤が使用されたことを表示器３８に表示させる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）タイヤセンサユニット３のケース２０の外面（上面）に検出用電極２４を設け、この検出用電極２４と電池２２との間で電界を形成するとともに、検出用電極２４に静電容量を発生させた。また、検出用電極２４を検出回路２７に信号接続した。そして、ケース２０と検出用電極２４との間にパンク修理剤が侵入すると、検出用電極２４の静電容量が変動するため、この変動を検出回路２７で検出するようにした。よって、パンク修理剤が使用されたことを、静電容量の変動という物理的な変動で検出することができる。したがって、タイヤ６のパンクを判定した後に、パンク修理剤が使用されたか否かを判定していた背景技術と異なり、タイヤ修理剤が使用されたことを直接的に検出することができ、タイヤ修理剤が使用されたことを正確に検出することができる。

（２）パンク修理剤がケース２０に付着すると、静電容量の変動に基づいてパンク修理剤が使用されたことを検出する。このため、背景技術にようにパンクか否かの判定を行った後に、パンク修理剤が使用されたか否かの判定を行う場合と異なり、パンク修理剤が使用されたことを直接的に検出することができる。

（３）パンク修理剤は、一般にエチレングリコールを成分としており、このエチレングリコールは誘電率が３０以上と高い物性を示す。このため、検出用電極２４と電池２２との間にケース２０（誘電率５以下）が存在していても、パンク修理剤が隙間に侵入すれば、静電容量が大きく変動するため、パンク修理剤が使用されたことを確実に検出することができる。

（４）パンク修理剤は、タイヤ６内に供給されると、車輪２の回転によってタイヤセンサユニット３のケース２０に付着する可能性が高い。そして、パンク修理剤が使用されたことを正確かつ確実に検出し、表示器３８に表示することができるため、車両１のユーザーにタイヤ６を交換することを促すことができる。

（５）タイヤ６内にパンク修理剤が供給されると、ケース２０の通気孔２０ａが塞がれてしまい、圧力センサ１１によるタイヤ内圧力の検出が正確に行えなくなるだけでなく、タイヤ内圧力の異常を検出できなくなる恐れがある。したがって、本実施形態のように、静電容量の変動を検出することでパンク修理剤が使用されたことを速やか、かつ正確に検出することで、タイヤ内圧力の異常を検出できなくなることを回避することができる。

（６）検出用電極２４を平板状に形成した。このため、検出用電極２４と電池２２との間で対向する面積を稼ぎ、静電容量を大きくすることができる。
（７）タイヤセンサユニット３に内蔵された電池２２を用いて検出用電極２４との間に電界を形成するとともに、検出用電極２４に静電容量を生じさせた。よって、電池２２という既存の構成を用い、検出用電極２４及び検出回路２７を増やすだけでパンク修理剤の使用を正確に検出することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、検出用電極２４を電池２２と対向させて、検出用電極２４と電池２２の間に電界を形成するようにしたが、これに限らない。図４に示すように、ケース２０内で制御基板２１上に設けた別の電極２８（導体）に対し、検出用電極２４を対向させ、検出用電極２４と電極２８との間に電界を形成するようにしてもよい。

○ 実施形態では、検出用電極２４を電池２２と対向させて、検出用電極２４と電池２２の間に電界を形成するようにしたが、これに限らない。図５に示すように、検出用電極２４をケース２０の外面（上面）に設けるとともに、凹凸形状に形成する。そして、ケース２０の外面（上面）であり、検出用電極２４が設けられた面と同一面に、別の電極２９（導体）を設けるとともに、凹凸形状に形成する。検出用電極２４の凹部には電極２９の凸部が入り込み、検出用電極２４の凸部が電極２９の凹部に入り込むように、検出用電極２４と電極２９を互いに噛み合うように配置する。そして、ケース２０の上面において、検出用電極２４と電極２９との間に電界を形成する。このように構成すると、検出用電極２４と電極２９との間で対向する面積を稼ぎ、さらに、検出用電極２４と電極２９の距離を近づけることができるため、静電容量を大きくすることができる。

○ 実施形態では、検出用電極２４をケース２０の上面（外面）に設けたが、検出用電極２４は、ケース２０の上面に限らず、導体（電池２２、電極２８，２９）との間に電界を形成し、静電容量を発生させることができるのであれば、検出用電極２４はケース２０の側面、下面等に設けられてもよい。

○ 実施形態では、検出回路２７によって検出された検出値（静電容量）が基準値から変動したことを検出すると、検出信号を受信機ユニット４に向けて無線送信し、パンク修理剤が使用されたことを表示器３８に表示させるするようにしたが、検出信号を送信する基準を変更してもよい。例えば、検出回路２７によって検出された検出値（静電容量）が、予め設定された閾値を越えると、検出信号を受信機ユニット４に向けて無線送信するようにしてもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記各車輪側ユニットは、前記車輪におけるタイヤの状態を検出するとともに検出したタイヤの状態を示すデータを含むデータ信号を無線送信するタイヤセンサユニットである請求項１又は請求項２に記載のタイヤ状態監視装置。

（ロ）前記検出用電極は平板状に形成されている請求項１、請求項２、及び技術的思想（イ）のうちいずれか一項に記載のタイヤ状態監視装置。
（ハ）前記検出用電極と前記導体は、前記ケースの同一面で互いに噛み合うように凹凸に形成されている請求項１、請求項２、技術的思想（イ）、及び（ロ）のうちいずれか一項に記載のタイヤ状態監視装置。

１…車両、２…車輪、３…タイヤセンサユニット（車輪側ユニット）、４…受信機ユニット、６…タイヤ、１４…センサユニットコントローラ（制御部）、２０…ケース、２２…導体としての電池、２４…検出用電極、２７…検出回路（検出部）、２８，２９…導体としての電極。

Claims (2)

1. 車両に設けられた複数の車輪のタイヤの状態を監視するために、前記車輪の前記タイヤ内に設けられる車輪側ユニット、及び前記車両の車体に設置される受信機ユニットを備えるタイヤ状態監視装置であって、
   前記車輪側ユニットは、
   ケースと、
   前記ケースの外面に設置され、パンク修理剤の使用を検出する検出用電極と、
   前記ケース内に設置され、空気圧を検出する圧力センサと、
   前記検出用電極との間に隙間が設けられ、電界を形成する導体と、
   前記電界の形成に伴い前記検出用電極に発生する静電容量を検出する検出部と、
   前記ケースの外面にパンク修理剤が付着すると共に前記隙間にパンク修理剤が侵入し、前記検出部によって検出された前記静電容量が前記パンク修理剤の付着前から変動すると、前記静電容量の変動を示す信号を前記受信機ユニットに向けて無線送信させる制御部と、を備えるタイヤ状態監視装置。
2. 前記導体は前記ケース内に設けられた電池である請求項１に記載のタイヤ状態監視装置。