車輪回転位置特定装置

本発明は、車両の車輪に設けられた車輪の回転位置を特定する車輪回転位置特定装置に関するものである。

車両用ホイールにタイヤを装着した複数の車輪が車体に設けられ、複数の車輪のそれぞれには、タイヤ内の空気圧や温度など対応するタイヤの状態を検出するタイヤ状態検出装置が取り付けられる。各タイヤ状態検出装置は、検出したタイヤの状態を示す信号を送信する機能を有している。そして、車両に取り付けられた受信機において各タイヤ状態検出装置から送信された信号が受信されると、各信号に基づいて対応するタイヤの状態が表示器に表示される。タイヤ状態検出装置には、タイヤ状態検出装置が車輪に取り付けられる関係上、電力を供給するための電池が内蔵されている。

例えば、特許文献1に開示されるタイヤ状態検出装置は、所定周期で車輪の回転位置を特定する機能を有しており、各車輪の回転位置に応じた信号が対応するタイヤ状態検出装置から送信される。また、車両には、各車輪の回転位置(回転角度位置)を検出するための角度センサが各車輪に対応して取り付けられている。そして、各タイヤ状態検出装置から送信される信号が受信機にて受信されると、その信号に基づき把握される車輪の回転位置と、各角度センサにより検知された車輪の回転位置とが照合され、信号の送信元であるタイヤ状態検出装置が車輪の何れに取り付けられているかを特定することが可能となる。

特開2010−122023号公報

ところで、タイヤ状態検出装置に内蔵されている電池の寿命を延ばすべく、タイヤ状態検出装置の消費電力を低減することが望まれている。 この発明の目的は、消費電力を低減することができる車輪回転位置特定装置を提供することにある。

上記問題点を解決する車輪回転位置特定装置は、車両の車輪に設けられて当該車輪の回転位置を特定する車輪回転位置特定装置であって、前記車輪の回転位置に応じて変化する加速度を検出するように構成される加速度検出部と、前記加速度検出部によって検出された前記加速度に基づいて前記車輪の回転位置を特定するように構成される制御部と、前記車輪回転位置特定装置の電力源となる電池と、を備え、前記制御部は、前記車輪の回転位置が特定可能な通常モードと、前記車輪の回転位置の特定についての消費電力が前記通常モードよりも小さい省電力モードとから選択された制御モードで動作するように構成され、前記制御部は、外部からの入力に応じて開始条件が成立したときに前記制御モードを前記通常モードに切り替えるとともに、前記通常モード時において終了条件が成立したときに前記制御モードを前記省電力モードに切り替えるように構成される。

これによれば、通常モード時において終了条件が成立することにより、車輪の回転位置の特定について通常モードよりも消費電力が小さい省電力モードに制御モードが切り替えられるので、車輪の回転位置の特定についての消費電力を低減することができる。また、車輪回転位置特定装置に対して外部から何らかの入力があったときに、制御モードが通常モードに切り替えられる。

上記車輪回転位置特定装置について、前記終了条件は、前記車両が走行中となってから規定時間が経過したときに成立するように構成されてもよい。 これによれば、車両が走行中となってから規定時間が経過することにより、制御モードを通常モードから省電力モードに切り替えることができ、消費電力を低減することができる。

上記車輪回転位置特定装置について、前記車輪に設けられたバルブステムの電気的特性を検出するように構成される特性検出部を備え、前記開始条件は、前記特性検出部によって検出された前記バルブステムの電気的特性の変化量が基準変化量を超えたことに応じて成立するように構成されてもよい。

これによれば、タイヤが交換されるときにバルブステムを作業者が触れ、バルブステムの電気的特性の変化量が基準変化量を超えることを契機として、制御モードが通常モードに切り替えられて、車輪の回転位置が特定される。特に、車輪回転位置特定装置により特定された車輪の回転位置に基づいて、その車輪回転位置特定装置が何れの車輪に設けられているかが特定可能となる場合には、タイヤの交換後に車両を走行させたときに、車輪回転位置特定装置が何れの車輪に設けられているかを適切に把握することができる。

上記車輪回転位置特定装置について、前記制御部は、前記車両が停止中であるときに外部からの入力に基づく処理を実行し、前記車両が走行中であるときに外部からの入力に基づく処理を実行しないように構成されてもよい。

これによれば、車両が停止中であるときにタイヤの交換が行われることから、車両の停止中に外部からの入力に基づく処理を実行することにより、制御モードを通常モードに切り替えることができる。車両が走行中であるときにタイヤの交換が行われないことから、車両の走行中に外部からの入力に基づく処理を実行せず、その分、消費電力を低減することができる。

上記車輪回転位置特定装置について、前記制御部は、前記車両が停止中であるときに前記特性検出部を通じた検出処理を実行し、前記車両が走行中であるときに前記特性検出部を通じた検出処理を実行しないように構成されてもよい。

上記車輪回転位置特定装置について、前記制御部は、前記車輪の回転位置を特定する頻度を前記省電力モード時の方が前記通常モード時よりも低くするように構成されてもよい。

上記車輪回転位置特定装置について、前記制御部は、前記省電力モード時において前記車輪の回転位置を特定しないように構成されてもよい。

本発明によれば、車輪回転位置特定装置の消費電力を低減することができる。

一実施形態のセンサユニットが搭載された車両を示す概略構成図。

同実施形態の回転センサユニットを示す概略構成図。

同実施形態のタイヤバルブがリムへ装着されている状態を示す斜視図。

同実施形態のタイヤバルブ及びセンサユニットを示す斜視図。

同実施形態のセンサユニットの電気的構成を示すブロック図。

同実施形態のセンサユニットのモード制御処理を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態について説明する。 図1に示すように、車両10には、4つの車輪13が取り付けられており、ABS(アンチロック・ブレーキシステム)11及びタイヤ状態監視装置30が搭載されている。各車輪13は、車両用ホイール14と、車両用ホイール14に装着されたタイヤ15とから構成されている。

タイヤ状態監視装置30は、各車輪13に取り付けられるセンサユニット31と、車両10の車体に設置される受信機ユニット60とを備えている。 ABS11は、ABSコントローラ12と、車両10の4つの車輪13にそれぞれ対応する回転センサユニット21〜24とを備えている。ABSコントローラ12は、マイクロコンピュータすなわちプロセッサ等よりなり、各回転センサユニット21〜24からの信号に基づき各車輪13の回転位置(回転角度位置)を特定する。

図2に示すように、各回転センサユニット21〜24は、車輪13の近傍で且つバネ下構成要素に設けられており、車輪13と一体回転する歯車25と、歯車25の外周面に対向するように配置された検出器26とから構成されている。歯車25の外周面には複数本(本実施形態では48本)の歯が等角度間隔おきに設けられている。検出器26は、歯車25が回転することで生じるパルス信号を検出する。ABSコントローラ12は、各検出器26に有線接続され、各検出器26からのパルスのカウント数に基づき、各車輪13の回転位置を特定する。

図3に示すように、センサユニット31は、車両用ホイール14のリム16に装着されるタイヤバルブ17に取付けられて該タイヤバルブ17に一体化されるとともに、車両用ホイール14に装着されたタイヤ15内に配置される。

図4に示すように、タイヤバルブ17は、金属材料により筒状に形成されるバルブステム18と、バルブステム18の外周面に装着されたゴム製の胴体部19とを有している。バルブステム18内には導入路(図示せず)が形成されている。バルブステム18の先端側にはバルブ機構(図示せず)が内蔵されるとともに、バルブステム18の先端にはキャップ20が装着されている。

センサユニット31のハウジング32内には、圧力センサ42及び静電容量センサ45などの各種電子部品、電池、及びアンテナなどが収容されている。圧力センサ42はタイヤ15の圧力を検出し、静電容量センサ45はタイヤバルブ17の静電容量を検出するためにタイヤバルブ17と電気的に接続されている。

図5に示すように、各センサユニット31は、センサユニットコントローラ41、圧力センサ42、温度センサ43、加速度センサ44、静電容量センサ45、RF通信回路46、RF通信用アンテナ47、及び電池48をハウジング32内に備える。センサユニット31は、電池48からの電力供給によって動作する。

圧力センサ42は、タイヤ15内の空気圧を検出する。温度センサ43は、タイヤ15内の温度を検出する。加速度検出部としての加速度センサ44は、車輪13と一体となって回転して、加速度センサ44に作用する加速度を検出する。特性検出部としての静電容量センサ45は、タイヤバルブ17のバルブステム18の静電容量を検出する。RF通信回路46は、極超短波の周波数帯域(本実施形態では2.4GHz)の電波を用いて、RF通信用アンテナ47を通じて信号の送受信を行う回路である。

センサユニットコントローラ41は、CPU41a、記憶部41b(RAMやROM等)、及び入出力ポートを含むマイクロコンピュータ等よりなる制御回路またはプロセッサである。センサユニットコントローラ41の記憶部41bには、センサユニット31の動作を統括的に制御するプログラムが記憶されている。記憶部41bには、各センサユニット31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、各センサユニット31を受信機ユニット60において識別するために使用される情報である。センサユニットコントローラ41は制御部として機能する。

センサユニットコントローラ41、詳細にはCPU41aは、圧力センサ42によって検出されたタイヤ空気圧、温度センサ43によって検出されたタイヤ内温度、及び加速度センサ44によって検出された加速度(重力加速度)を予め定められた取得頻度で取得する。

センサユニットコントローラ41は、加速度センサ44からの加速度信号に基づき、センサユニット31、詳細には加速度センサ44に作用している加速度と、センサユニット31の位置との関係から、車輪13の回転位置(回転角度位置)を検出することができる。加速度センサ44に作用する加速度、すなわち加速度センサ44によって検出される加速度は、車輪13の回転位置に応じて変化する。例えば、加速度センサ44が+1Gの加速度を検出したときにセンサユニット31が車輪13の最下位置に位置するように、センサユニット31は構成されている。そのため、加速度センサ44により+1Gの加速度が検出されたときには、センサユニットコントローラ41は、車輪13の回転位置が、センサユニット31が車輪13の最下位置に位置する回転位置であることを検出することができる。センサユニットコントローラ41及び加速度センサ44を備えるセンサユニット31は、車両10の車輪13に設けられて車輪13の回転位置を特定する車輪回転位置特定装置として機能する。

センサユニットコントローラ41は、加速度センサ44からの加速度信号に基づいて車両10が停止中であるか走行中であるかを判定することができる。例えば、センサユニットコントローラ41は、加速度センサ44により検出された加速度が所定範囲(例えば−1G〜+1Gの範囲)で変化する場合に、車両10が走行中であると判定することができる。

センサユニットコントローラ41は、予め定めた出力条件が成立したときに、タイヤ空気圧データ、タイヤ内温度データ及びIDコードを含む送信データを、RF通信回路46に出力する。RF通信回路46は、センサユニットコントローラ41から出力される送信データを変調して送信信号を生成し、この送信信号をRF通信用アンテナ47から無線送信する。

本実施形態において、前記出力条件は、車両10が走行中である場合において、車輪13の回転位置が、センサユニット31が車輪13の最下位置に位置する回転位置であることが検出されたことである。上記出力条件は、タイヤ空気圧又はタイヤ内温度が異常であると判定されたことをさらに含んでもよい。

センサユニットコントローラ41は、車両10が停止中であると判定した場合、静電容量センサ45からの信号に基づき、タイヤバルブ17のバルブステム18の静電容量を特定し、特定した静電容量を示す静電容量データを記憶部41bに記憶する。本実施形態において、センサユニットコントローラ41は、静電容量を特定して静電容量データを記憶する一連の処理を予め定めた周期(例えば1s)毎に約1msで実行する。

センサユニットコントローラ41は、特定したバルブステム18の静電容量の変化量が予め定めた基準変化量を超えたか否かを判定する。タイヤ15が交換される場合にはタイヤバルブ17のバルブステム18に作業者が触れることから、基準変化量は、バルブステム18に作業者が触れたと推測できる静電容量の変化量として規定されている。

センサユニットコントローラ41は、加速度センサ44からの加速度信号に基づいて車両10が走行中であると判定した場合、タイヤバルブ17のバルブステム18の静電容量を特定する処理を実行しない。

図1に示すように、受信機ユニット60は、受信機ユニットコントローラ61、RF受信回路62及び受信アンテナ64を備えている。受信機ユニットコントローラ61には、表示器63が接続されている。受信機ユニットコントローラ61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るプロセッサであり、記憶部には受信機ユニット60の動作を統括的に制御するプログラムが記憶されている。RF受信回路62は、各センサユニット31から送信されて受信アンテナ64を通じて受信された信号を復調して、受信機ユニットコントローラ61に送る。

受信機ユニットコントローラ61は、RF受信回路62で復調された信号に基づき、送信元のセンサユニット31に対応するタイヤ15の状態(タイヤ空気圧及びタイヤ内温度)を特定する。受信機ユニットコントローラ61は、タイヤ15の状態に関する情報を表示器63に表示させる。

受信機ユニットコントローラ61は、ABSコントローラ12に接続され、各回転センサユニット21〜24で生成されたパルス信号を、ABSコントローラ12を通じて受け取る。そして、受信機ユニットコントローラ61は、パルス信号に基づいて各車輪13の回転位置を特定する。

受信機ユニットコントローラ61は、複数のセンサユニット31のうちの何れかから送信された信号をRF受信回路62が受信すると、その送信信号をRF受信回路62が受信した時点での車輪13の回転位置を、センサユニット31からの送信信号に基づいて特定する。なお、本実施形態では、センサユニット31は車輪13の最下位置に位置するときに信号を送信するので、センサユニット31からの送信信号をRF受信回路62が受信した時点での車輪13の回転位置は、センサユニット31が車輪13の最下位置に位置する回転位置である。

受信機ユニットコントローラ61は、センサユニット31からの送信信号に基づき特定された車輪13の回転位置を、各回転センサユニット21〜24からのパルス信号に基づき特定された車輪13の回転位置と比較し、信号を送信したセンサユニット31に対応する車輪13を特定する。つまり、センサユニット31からの送信信号に基づき特定された車輪13の回転位置と、各回転センサユニット21〜24によって検知された車輪13の回転位置とに基づいて、信号の送信元であるセンサユニット31が複数の車輪13のうちの何れに取り付けられているかが特定可能となる。

本実施形態において、センサユニットコントローラ41は、通常モードと、車輪13の回転位置の特定について通常モードよりも消費電力を低減することができる省電力モードとの何れかのモードを、制御モードとして設定可能である。センサユニットコントローラ41は、記憶部41bに割り当てられた制御モードフラグに、通常モードを示す値又は省電力モードを示す値を設定することによって制御モードを設定する。

本実施形態において、通常モードでは、センサユニットコントローラ41は、車両10が走行中である場合に、規定周期で車輪の回転位置を特定するとともに、特定した車輪の回転位置に応じてタイヤの状態を示す信号を送信する。すなわち、特定した車輪13の回転位置が、センサユニット31が車輪13の最下位置に位置する回転位置であるときに、タイヤの状態を示す信号を送信する。省電力モードでは、センサユニットコントローラ41は、車両10が走行中であるか停止中であるかに拘わらず、車輪の回転位置を特定しない。

ここで、図6を参照して、センサユニットコントローラ41によって予め定めた周期で実行されるモード制御処理について説明する。 最初に、図6に示すように、センサユニットコントローラ41は、記憶部41bに割り当てられた制御モードフラグから値を読み出し、その値に基づいて、通常モードであるか否かを判定する(ステップS11)。通常モードであると判定された場合、センサユニットコントローラ41は、車両10が走行中となってから規定時間が経過したか否かを判定する(ステップS12)。通常モードにおいて車両10が走行中となってから規定時間が経過したと判定された場合、センサユニットコントローラ41は、記憶部41bに割り当てられた制御モードフラグに、省電力モードを示す値を設定し、制御モードを省電力モードに設定する(ステップS13)。通常モードにおいて車両10が走行中となってから規定時間が経過していないと判定された場合、センサユニットコントローラ41は、ステップS13を実行せずに、モード制御処理を終了する。

通常モードではないと判定された場合(すなわち、省電力モードであると判定された場合)、センサユニットコントローラ41は、静電容量の変化量が基準変化量を超えたか否かを判定する(ステップS14)。静電容量の変化量が基準変化量を超えたと判定された場合、センサユニットコントローラ41は、記憶部41bに割り当てられた制御モードフラグに、通常モードを示す値を設定し、制御モードを通常モードに設定する(ステップS15)。省電力モードにおいて静電容量の変化量が基準変化量を超えていないと判定された場合、センサユニットコントローラ41は、ステップS15を実行せずに、モード制御処理を終了する。

通常モードの開始条件(すなわち省電力モードの終了条件)は、バルブステム18の静電容量の変化量が基準変化量を超えた場合に成立する。その一方で、通常モードの終了条件(すなわち省電力モードの開始条件)は、通常モードにおいて車両10が走行中となったと判定されてから規定時間が経過した場合に成立する。

次に、本実施形態のセンサユニット31の作用について説明する。 最初に、各センサユニット31において、通常モードでは、車両の走行時において、規定周期で車輪の回転位置が特定される。そして、車輪13の回転位置として、センサユニット31が車輪13の最下位置に位置する回転位置が特定された場合に、タイヤの状態を示す信号がセンサユニット31から送信される。一方、省電力モードでは、車輪の回転位置の特定が行われず、また、タイヤの状態を示す信号も送信されない。ただし、省電力モードであっても、タイヤ空気圧又はタイヤ内温度が異常であると判定された場合には、タイヤの状態を示す信号が送信される。なお、車両10が走行中であるときには、バルブステム18の静電容量を特定する処理が実行されず、車両10が停止中であるときに、バルブステム18の静電容量を特定する処理が実行される。

通常モードで車両10が走行中となってから規定時間が経過すると、通常モードから省電力モードに制御モードが切り替えられる。省電力モードでバルブステム18の静電容量の変化量が基準変化量を超えた場合には、タイヤの交換時に作業者がバルブステム18に触れたとして、制御モードが通常モードに切り替えられる。

したがって、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)通常モード時において終了条件が成立することにより、車輪13の回転位置の特定について通常モードよりも消費電力が小さい省電力モードに制御モードが切り替えられるので、車輪13の回転位置の特定についての消費電力を低減することができる。

(2)タイヤ15が交換されるときにバルブステム18を作業者が触れ、バルブステム18の静電容量の変化量が基準変化量を超えることを契機として、制御モードが通常モードに切り替えられて、車輪13の回転位置が特定される。言い換えれば、センサユニット31に対して外部から何らかの入力があったときに、制御モードが通常モードに切り替えられる。特に、センサユニット31によって特定された車輪13の回転位置と、各回転センサユニット21〜24によって検知された車輪13の回転位置とに基づいて、そのセンサユニット31が何れの車輪13に設けられているかが特定可能となる本実施形態では、タイヤ15の交換後に車両10を走行させたときに、各センサユニット31が何れの車輪13に設けられているかを適切に把握することができる。

(3)センサユニット31は、通常モードでは、車輪13が特定の回転位置にあるときに信号を送信するが、省電力モードでは、車輪13が特定の回転位置にあっても信号を送信しないので、制御モードが省電力モードに切り替えられることにより、信号の送信についての消費電力を低減することができる。

(4)RF通信回路46は、極超短波の周波数帯域の電波を用いている。この場合、超短波の周波数帯域の電波を用いる場合よりも、信号の送信についての消費電力が大きくなるが、制御モードが省電力モードに切り替えられることにより、信号の送信についての消費電力を低減することができる。

(5)制御モードが通常モードに切り替えられた場合、車両10が走行中となってから規定時間が経過するまで通常モードで制御を行うことができ、車輪13の回転位置を特定することができる。そして、規定時間が経過することにより、制御モードを通常モードから省電力モードに切り替えることができ、消費電力を低減することができる。

(6)車両10が停止中であるときにタイヤ15の交換が行われることから、車両10の停止中にバルブステム18の静電容量の特定を行うことにより、制御モードを通常モードに切り替えることができる。車両10が走行中であるときにタイヤ15の交換が行われないことから、車両10の走行中にバルブステム18の静電容量の特定を行わず、その分、消費電力を低減することができる。

(7)通常モード時において、車両10が走行中である場合には、車輪13の回転位置が特定されるが、車両10が停止中である場合には、車輪13の回転位置が特定されないので、車輪13の回転位置の特定についての消費電力を低減することができる。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。 ○ バルブステム18の静電容量の変化量が基準変化量を超えた後に車両10が走行を開始したときに、通常モードの開始条件が成立してもよい。

○ センサユニット31は、省電力モードにおいて、通常モードよりも消費電力が低くなるのであれば、車両10の走行中に車輪13の回転位置を特定し、特定した車輪13の回転位置を示す情報を送信してもよい。具体的な一例としては、通常モードでは、車両10が走行中である場合に、第1の規定周期で車輪の回転位置が特定され、省電力モードでは、車両10が走行中である場合に、第1の規定周期よりも長い第2の規定周期で車輪の回転位置が特定されてもよい。言い換えれば、車輪の回転位置を特定する頻度が、省電力モード時の方が通常モード時よりも低くなるようにすればよい。

○ センサユニット31は、車両10の停止中に車輪13の回転位置を特定してもよく、さらに特定した車輪13の回転位置を示す情報を送信してもよい。 ○ センサユニット31は、車両10の走行中にバルブステム18の静電容量についての判定を行ってもよい。つまり、車両が停止中であるか走行中であるかに拘わらず、センサユニット31は、バルブステム18の静電容量についての判定を行ってもよい。

○ センサユニット31は、車輪13の回転位置が、センサユニット31が車輪13の最上位置に位置する回転位置である場合に、信号を送信してもよい。 ○ センサユニット31は、極超短波の周波数帯域の電波を用いて信号を送信したが、極超短波以外の周波数帯域の電波を用いて信号を送信してもよい。

○ センサユニット31は、信号の送受信が可能であるが、信号の受信ができなくてもよい。センサユニット31は、車輪の回転位置を示す情報を送信する機能を備えていなくてもよい。

○ センサユニット31は、インダクタや抵抗値を含む複素インピーダンスの測定結果に応じて、制御モードを通常モードに切り替えてもよい。つまり、タイヤ15の交換時などにおけるタイヤバルブ17への触接が推測可能なように、タイヤバルブ17の電気的特性が検出可能であればよい。

○ センサユニット31は、外部(例えば受信機ユニット60又は図示しないトリガ信号送信機)から入力される信号に応じて、制御モードを通常モードに切り替えてもよく、この場合、センサユニット31に静電容量センサ45が収容されなくてもよい。

○ 車両10が走行中となってからの経過時間に拘わらず、例えば、センサユニット31が外部から信号を受信するなど、他の要因により通常モードの終了条件が成立してもよく、或いはこれらの要因の組み合わせで通常モードの成立条件が成立してもよい。

○ センサユニット31は、タイヤの状態として、タイヤ内の空気圧及び温度を検出したが、これらのパラメータの何れか一方を検出してもよく、タイヤの磨耗の度合など、他のパラメータを検出してもよい。つまり、センサユニット31は、タイヤの状態を検出するタイヤ状態検出装置と、車輪の回転位置を特定する車輪回転位置特定装置として機能することが好ましい。

○ センサユニット31は、4輪の車両におけるタイヤ15への適用に限定されるものではなく、1〜3輪の車両、5輪以上の車両におけるタイヤに適用してもよい。

10…車両、11…ABS、13…車輪、14…車両用ホイール、15…タイヤ、17…タイヤバルブ、18…バルブステム、30…タイヤ状態監視装置、31…センサユニット、41…センサユニットコントローラ、42…圧力センサ、43…温度センサ、44…加速度センサ、45…静電容量センサ、46…RF通信回路、48…電池、60…受信機ユニット。