JP6018973B2 - タイヤ摩耗検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤの摩耗を検出するタイヤ摩耗検出装置に関する。

従来より、タイヤ（詳しくはトレッド部）の摩耗を検出するためのタイヤ摩耗検出装置として各種の装置が提案されている。例えば、特許文献１に開示のタイヤ摩耗検出装置は、図４に示すように、タイヤ８０のトレッド部８１に埋設される摩耗検出器８２と、ホイール８３に設けられるセンサユニット８４と、車体に設置される受信機ユニット（図示せず）とを備える。摩耗検出器８２は、圧電素子と、同圧電素子で発生した電圧信号から電波信号を生成する共振回路とを有する。摩耗検出器８２では、トレッド部８１の摩耗が進行するに従い、圧電素子が路面から受ける衝撃が大きくなり、圧電素子が発生する電圧信号のレベルも大きくなる。そのため、共振回路で生成される電波信号のレベル（強度）も大きくなる。

センサユニット８４は、タイヤ８０の内部空気圧を示す圧力データ信号を無線送信するとともに、摩耗検出器８２が生成した電波信号を受信し、受信した電波信号に基づきタイヤ８０の摩耗状態を示す摩耗データ信号を生成して同摩耗データ信号を無線送信する。そして、受信機ユニットは、センサユニット８４から圧力データ信号及び摩耗データ信号を受信し、受信した摩耗データ信号に基づいてタイヤ８０の摩耗状態を判定する。

特開２０１１−１８９７９５号公報

ところで、センサユニット８４の送信出力が不足していると、受信機ユニットがデータ信号を受信できないおそれがある。このため、センサユニット８４の送信アンテナを大型化することで、送信出力を高くすることも考えられるが、センサユニット８４は、タイヤ８０内に設けられるため、大型化は困難である。また、電源にも限りがある。

本発明の目的は、高い送信出力を得ることができるタイヤ摩耗検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するタイヤ摩耗検出装置は、電源と、互いに離間し、かつ絶縁された状態でタイヤの内周面に接合された一対の電極と、前記電源から前記一対の電極に電圧を印加したときの前記電極の静電容量を計測する計測回路と、前記計測回路によって計測された静電容量に基づき前記タイヤのトレッド部の摩耗を検出する摩耗検出部と、前記摩耗検出部で検出した前記タイヤの摩耗状態を送信信号として出力する送信回路と、前記送信信号を車両に搭載された受信回路に送信する送信アンテナと、制御部と、を備え、スチールワイヤが埋設された前記タイヤに設けられるタイヤ摩耗検出装置であって、前記送信回路が前記送信信号を出力するときに、前記制御部は、前記一対の電極の少なくとも一方を、前記送信回路の基準電位に接続させることを要旨とする。

これによれば、電極は、タイヤの内周面に接合されることで、スチールワイヤと電気的に結合されている。制御部により電極を基準電位と接続することで、電極だけではなく、スチールワイヤも基準電位と電気的に接続される。このため、電極を基準電位に接続しない場合に比べて送信回路での電位差が大きくなる。送信回路での電位差が大きくなることで、送信回路に加わる電圧（電流）が大きくなり、送信回路の送信出力が高くなる。このため、受信回路が送信信号を受信しやすい。また、タイヤの摩耗状態を検出するために用いる電極及びタイヤに埋設されたスチールワイヤを基準電位と接続することで、送信回路での電位差を大きくしているため、送信アンテナを大型化させたり、電源の出力を高める必要がなく、タイヤ摩耗検出装置が大型化することもない。

上記タイヤ摩耗検出装置について、前記送信回路が前記送信信号を出力するときに、前記制御部は、前記一対の電極の両方を前記基準電位に接続させることが好ましい。
これによれば、一対の電極の両方を基準電位と接続することで、一方の電極のみを基準電位と接続する場合に比べて、送信回路での電位差を大きくすることができる。このため、送信回路の送信出力を更に高くすることができる。

上記タイヤ摩耗検出装置について、前記一対の電極の接続対象を、前記基準電位及び前記計測回路のいずれか一方に切り替える切替スイッチを備えることが好ましい。
これによれば、切替スイッチを用いて電極の接続対象を切り替えることで、電極の接続対象を的確に切り替えることができる。

本発明によれば、高い送信出力を得ることができる。

実施形態の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。 タイヤ内の電極及びタイヤセンサユニットを示す部分破断斜視図。 タイヤセンサユニット及びタイヤ摩耗検出装置の回路構成を示す図。 背景技術を示す図。

以下、タイヤ摩耗検出装置を具体化した一実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。
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。そして、タイヤ６の内側には、タイヤ摩耗検出装置が装着されている。なお、タイヤ６の中心軸の延びる方向をタイヤ６の軸方向とし、車輪２の回転方向をタイヤ６の回転方向とする。

図２に示すように、タイヤ６は、回転方向に延びるトレッド溝８を軸方向に複数備えるとともに、軸方向に隣り合うトレッド溝８の間に路面に接するトレッド部７を備える。タイヤ６には、回転方向に延びる補強部９が埋設されている。補強部９は、スチールベルト、カーカスコード、ブレーカーコードなどであり、複数のスチールワイヤ９ａをベルト状に編み込んだものである。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の内周面に設置されている。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）、及びトレッド部７の摩耗を検出して、検出されたタイヤ状態（タイヤ６の摩耗状態を含む）を示すデータを含む送信信号を無線送信する。

図３に示すように、各タイヤセンサユニット３は、圧力センサ１１、センサユニットコントローラ１４、送信回路１６、計測回路１７、及び電源１８をケース３ａ内に備えるとともに、一対の電極１９をケース３ａ外に備える。一対の電極１９は、同じ大きさの矩形板状であり、タイヤ６の軸方向に沿って間隔を空けて互いに絶縁された状態でタイヤ６の内周面に接合されている。また、ケース３ａは、一対の電極１９に跨る状態でタイヤ６の内周面に接合されている。

タイヤセンサユニット３は、電源１８からの電力供給によって動作する。圧力センサ１１、センサユニットコントローラ１４、送信回路１６及び計測回路１７は電源１８と電気的に接続されている。なお、タイヤセンサユニット３において、送信回路１６及び計測回路１７の基準電位をＧＮＤ２０として図示し、ＧＮＤ２０は、例えば、圧力センサ１１、センサユニットコントローラ１４、送信回路１６及び計測回路１７が実装された基板上に設けられ、電源１８の負極端子に接続されるコモンである。

また、タイヤセンサユニット３は、一対の電極１９の接続対象をＧＮＤ２０及び計測回路１７のいずれか一方に切り替える切替スイッチ２１を備えている。切替スイッチ２１は、各電極１９に対応して１個ずつ設けられている。切替スイッチ２１は、センサユニットコントローラ１４に信号接続され、センサユニットコントローラ１４によって切替が制御される。よって、本実施形態では、センサユニットコントローラ１４が制御部を構成する。

圧力センサ１１は、対応するタイヤ６内の圧力（タイヤ内圧力）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。
センサユニットコントローラ１４は、ＣＰＵ及び記憶部（ＲＡＭやＲＯＭ等）を含むマイクロコンピュータ等よりなり、記憶部には各タイヤセンサユニット３に固有の識別情報としての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及びタイヤ摩耗状態データ（タイヤ６の状態）を、送信回路１６に出力する。送信回路１６は、データを変調して送信信号（ＲＦ信号）を生成し、この送信信号を送信アンテナ２２から出力する。

計測回路１７は、一対の電極１９に電気的に接続可能であり、計測回路１７は、一対の電極１９間の持つ静電容量を電圧として検出するようになっている。計測回路１７は、センサユニットコントローラ１４に信号接続され、計測回路１７の計測した電圧信号はセンサユニットコントローラ１４に出力されるようになっている。

切替スイッチ２１によって電極１９と計測回路１７が接続されている場合、一対の電極１９は、計測回路１７を介して電源１８と電気的に接続され、一対の電極１９には電源１８によって電圧が印加される。一対の電極１９に電圧が印加されると、一対の電極１９の間には電気力線Ｆが生じ、一対の電極１９の間を電子が移動する。なお、タイヤ６内にはスチールワイヤ９ａが多数本埋設されているが、それぞれの電極１９に交錯するスチールワイヤ９ａが他方の電極１９に交錯しないように、電極１９間に間隔を空けることにより、電気力線Ｆは一対の電極１９の間に生じる。

そして、一対の電極１９の間には、誘電体であるタイヤ６が介在しているため、一対の電極１９の間に静電容量を持たせることができる。この静電容量は、タイヤ６を通過する電気力線Ｆの量に依存し、トレッド部７の摩耗が進行していない程タイヤ６から漏れる電気力線Ｆの量が少なく、タイヤ６の比誘電率が大きくなるため、一対の電極１９間の静電容量は大きくなる。一方、トレッド部７の摩耗が進行する程タイヤ６から漏れる電気力線Ｆの量は多くなり、タイヤ６の比誘電率が小さくなるため、一対の電極１９間の静電容量は小さくなる。

センサユニットコントローラ１４の記憶部には、タイヤセンサユニット３の動作を統括的に制御する統括プログラムが記憶されている。また、センサユニットコントローラ１４の記憶部には、計測回路１７の計測した電圧（静電容量）と比較するための閾値が予め記憶されている。閾値は、トレッド部７の摩耗が過度に進行したときに検出される電圧（静電容量）よりも余裕を持って設定されている。センサユニットコントローラ１４は、計測回路１７によって検出された電圧が閾値を超えた場合には、警報信号を生成し、送信回路１６から送信させる。一方、センサユニットコントローラ１４は、計測回路１７によって検出された電圧が閾値を超えていない場合には、警報信号を生成しない。よって、本実施形態では、センサユニットコントローラ１４が、トレッド部７の摩耗を検出する摩耗検出部を構成する。また、本実施形態では、タイヤ摩耗検出装置は、タイヤセンサユニット３のケース３ａ内に設けられた電源１８と、計測回路１７と、センサユニットコントローラ１４（摩耗検出部）と、送信回路１６と、送信アンテナ２２と、ケース３ａ外の一対の電極１９とを備えている。

図１に示すように、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を備えている。受信機ユニット４の受信機ユニットコントローラ３３には、表示器３８が接続されている。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、記憶部には受信機ユニット４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３５は、各タイヤセンサユニット３からＲＦ受信アンテナ３２を通じて受信されたＲＦ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ＲＦ信号及びＩＤコードに基づき、送信元のタイヤセンサユニット３に対応するタイヤ６の状態（タイヤ内圧力及びタイヤ摩耗状態）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、受信機ユニットコントローラ３３により表示器３８にはタイヤ内圧力の異常が表示（報知）される。また、受信機ユニットコントローラ３３は、タイヤセンサユニット３からの警報信号を受信した場合には、タイヤ６の摩耗に関する警報を表示器３８に表示させる。

次に、本実施形態のタイヤ摩耗検出装置の作用について説明する。
センサユニットコントローラ１４は、一定期間毎にタイヤ状態を含む送信信号（ＲＦ信号）を送信回路１６に生成させ、この送信信号を出力させる。また、センサユニットコントローラ１４は、送信回路１６が送信信号を出力するのと同時に電極１９とＧＮＤ２０が接続されるように切替スイッチ２１を切り替える（図３中破線で示す）。電極１９は、タイヤ６の内周面に接合されることで、スチールワイヤ９ａの一部と電気的に結合されている。このため、電極１９をＧＮＤ２０と接続することで、電極１９だけではなく、スチールワイヤ９ａの一部（電極１９と対向する部分及びこの周辺の部分）もＧＮＤ２０と電気的に接続することができ、ＧＮＤ２０と電極１９を接続しない場合に比べて送信回路１６での電位差が大きくなる。送信回路１６での電位差が大きくなると、送信回路１６に流れる電流も大きくなり、送信回路１６の送信出力が高くなる。

センサユニットコントローラ１４は、送信回路１６が送信信号を送信すると、電極１９と計測回路１７が接続されるように切替スイッチ２１を切り替える（図３中実線で示す）。すなわち、センサユニットコントローラ１４は、送信回路１６が送信信号を送信するときのみＧＮＤ２０と電極１９とを接続させて一時的に送信回路１６の送信出力を高くする。

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）送信回路１６が送信信号を送信するときに電極１９とＧＮＤ２０を接続することで、送信信号を送信するときの送信回路１６の出力を高くしている。このため、送信回路１６が送信信号を送信するときに高い送信出力を得ることができ、ＲＦ受信回路３５が送信信号を受信しやすい。

（２）タイヤ６の摩耗状態を検出するために用いる電極１９及びタイヤ６に埋設されたスチールワイヤ９ａ（補強部９）を用いて送信回路１６の送信出力を高くしているため、送信出力を高くするための専用の部材を設ける必要がない。このため、部品点数を増やすことなく送信出力を高くすることができる。

（３）また、タイヤ摩耗検出装置は、タイヤ６内に配置する必要があり、送信アンテナ２２の大きさが制限されている。本実施形態のように電極１９及びスチールワイヤ９ａを用いて送信回路１６の送信出力を高くすることで、送信アンテナ２２を大型化させて送信出力を高める必要がなく、タイヤ摩耗検出装置が大型化することもない。

（４）送信回路１６が送信信号を送信するときには、一対の電極１９の両方がＧＮＤ２０と接続される。このため、一対の電極１９の一方のみがＧＮＤ２０と接続される場合に比べて、送信回路１６での電位差が大きくなる。このため、送信出力を更に高くすることができる。

（５）切替スイッチ２１を用いることで、電極１９の接続対象（ＧＮＤ２０及び計測回路１７）を的確に切り替えることができる。
なお、実施形態は以下のように変更してもよい。

・ 送信回路１６が送信信号を出力するときに、一対の電極１９のいずれか一方のみがＧＮＤ２０と接続されるようにしてもよい。なお、他方の電極１９は、常時、計測回路１７と接続される。この場合であっても、電極１９とＧＮＤ２０を接続しない場合に比べて、送信回路１６での電位差を大きくすることができ、送信回路１６の送信出力を高くすることができる。

・ 実施形態では、送信回路１６が送信信号を出力するときのみ電極１９とＧＮＤ２０を接続したが、これに限られない。例えば、送信回路１６が警報信号を出力するときにも電極１９とＧＮＤ２０を接続して、送信回路１６の送信出力を高くしてもよい。また、送信回路１６が警報信号を出力するときのみ電極１９とＧＮＤ２０を接続してもよい。この場合、ＲＦ受信回路３５が警報信号を受信しやすくなる。すなわち、送信信号とは、タイヤ６の摩耗状態を含む信号であれば、どのような信号でもよく、温度センサや湿度センサを設けて温度や湿度を計測する場合には、これらの情報を含む信号であってもよい。

・ 実施形態では、タイヤセンサユニット３のケース３ａ内にタイヤ摩耗検出装置の一部を設け、一対の電極１９とタイヤセンサユニット３を一体化して、タイヤ摩耗検出装置とタイヤセンサユニット３を一体化したが、これに限らない。タイヤセンサユニット３とタイヤ摩耗検出装置を別々にタイヤ６内に設けてもよい。

・ 一対の電極１９は、同じ大きさ、同じ形状でなくてもよい。
・ タイヤ摩耗検出装置は、４輪の車両１におけるタイヤ６への適用に限定されるものではなく、２輪や３輪など４輪以外の車両におけるタイヤに適用してもよい。

・ タイヤセンサユニット３の送信回路は、ＲＦ信号を生成する送信回路１６ではなく、ＬＦ信号を生成する送信回路１６であってもよい。
・ 受信機ユニット４の受信回路は、ＲＦ受信回路３５ではなく低周波の受信回路であってもよい。

１…車両、４…受信機ユニット、６…タイヤ、７…トレッド部、９ａ…スチールワイヤ、１４…センサユニットコントローラ、１６…送信回路、１７…計測回路、１８…電源、１９…電極、２０…ＧＮＤ、２１…切替スイッチ、２２…送信アンテナ、３５…ＲＦ受信回路。

Claims (3)

1. 電源と、
   互いに離間し、かつ絶縁された状態でタイヤの内周面に接合された一対の電極と、
   前記電源から前記一対の電極に電圧を印加したときの前記電極の静電容量を計測する計測回路と、
   前記計測回路によって計測された静電容量に基づき前記タイヤのトレッド部の摩耗を検出する摩耗検出部と、
   前記摩耗検出部で検出した前記タイヤの摩耗状態を送信信号として出力する送信回路と、
   前記送信信号を車両に搭載された受信回路に送信する送信アンテナと、
   制御部と、を備え、スチールワイヤが埋設された前記タイヤに設けられるタイヤ摩耗検出装置であって、
   前記送信回路が前記送信信号を出力するときに、前記制御部は、前記一対の電極の少なくとも一方を、前記送信回路の基準電位に接続させることを特徴とするタイヤ摩耗検出装置。
2. 前記送信回路が前記送信信号を出力するときに、前記制御部は、前記一対の電極の両方を前記基準電位に接続させることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ摩耗検出装置。
3. 前記一対の電極の接続対象を、前記基準電位及び前記計測回路のいずれか一方に切り替える切替スイッチを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のタイヤ摩耗検出装置。