タイヤ情報検出装置およびタイヤ情報監視システム
【課題】簡易かつ低コストな回路構成でタイヤ情報を検出することができるタイヤ情報検出装置およびタイヤ情報監視システムを提供すること。
【解決手段】タイヤ内に設けられたトランスポンダ３と、車両本体に設けられ、トランスポンダ３と通信可能なコントローラ４とを備えたタイヤ情報監視システムにおいて、トランスポンダ３は、タイヤ内において自由振動可能に支持され、タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電気信号に変換する圧電素子１３と、圧電素子１３で変換された電気信号をコントローラ４に無線送信するアンテナ１１とを備え、コントローラ４は、トランスポンダ３から受信した電気信号の周波数に基づいてタイヤの空気圧情報を取得するよう構成した。
【解決手段】タイヤ内に設けられたトランスポンダ３と、車両本体に設けられ、トランスポンダ３と通信可能なコントローラ４とを備えたタイヤ情報監視システムにおいて、トランスポンダ３は、タイヤ内において自由振動可能に支持され、タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電気信号に変換する圧電素子１３と、圧電素子１３で変換された電気信号をコントローラ４に無線送信するアンテナ１１とを備え、コントローラ４は、トランスポンダ３から受信した電気信号の周波数に基づいてタイヤの空気圧情報を取得するよう構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等に用いられるタイヤの空気圧等のタイヤ情報を検出するタイヤ情報検出装置およびタイヤ情報監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のタイヤの空気圧を検出するタイヤ情報検出装置を備えたタイヤ情報監視システムとして、タイヤに設けられたタイヤ情報検出装置により検出された信号を車両本体側に設けられたコントローラに無線伝送し、コントローラにおいて空気圧が算出されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このタイヤ情報監視システムにおいては、コントローラから励振信号で変調された搬送波がタイヤ情報検出装置に向けて送信される。
【０００３】
タイヤ情報検出装置において、受信した搬送波から変調成分である励振信号が抽出され、この励振信号によりタイヤ情報検出装置の共振器が励振されて共振信号を発生する。このとき、共振器の共振周波数はタイヤ内の空気圧の影響を受けて変化する。そして、コントローラから無変調の搬送波がタイヤ情報検出装置に向けて送信されると、タイヤ情報検出装置において受信搬送波が共振信号により変調されてコントローラに送信される。そして、コントローラは、受信した搬送波から変調周波数を測定することにより空気圧情報を取得している。
【特許文献１】特開２００８−２４１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のタイヤ情報検出装置においては、コントローラから励振信号で変調された搬送波を受信して共振器を励振させた後、コントローラから無変調の搬送波を受信して共振器の共振信号で変調させ、この搬送波の変調周波数をコントローラにおいて測定させることによりタイヤ内の空気圧を算出しているため、励振信号に励振する共振器を設けなければならず、回路構成が複雑でコストアップになるという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、簡易かつ低コストな回路構成でタイヤ情報を検出することができるタイヤ情報検出装置およびタイヤ情報監視システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のタイヤ情報検出装置は、タイヤ内において自由振動可能に支持され、前記タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電気信号に変換する圧電素子と、車両本体に設けられた車両側装置に対して、前記圧電素子で変換された電気信号を無線送信する通信部とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明のタイヤ情報監視システムは、タイヤ内に設けられたタイヤ情報検出装置と、車両本体に設けられ、前記タイヤ情報検出装置と通信可能な車両側装置とを備えたタイヤ情報監視システムにおいて、前記タイヤ情報検出装置は、タイヤ内において自由振動可能に支持され、前記タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電気信号に変換する圧電素子と、前記圧電素子で変換された電気信号を前記車両側装置に無線送信する通信部とを備え、前記車両側装置は、前記タイヤ情報検出装置から受信した電気信号の周波数に基づいて前記タイヤの空気圧情報を取得することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、圧電素子がタイヤ内の空気圧に応じた周期で自由振動して、空気圧情報を含んだ周期の電気信号が発生し、通信部により電気信号が車両側装置に無線送信されるため、車両本体側の車両側装置において、この電気信号に基づいてタイヤの空気圧情報を取得し、タイヤの空気圧を監視することができる。
また、圧電素子の自由振動に対するタイヤ内の空気圧の影響を直に電気信号に変換しているため、車両側装置から励振信号で変調した搬送波を受信する構成と異なり、励振信号に共振するための共振器が不要となる。したがって、簡易かつ低コストな回路構成でタイヤの空気圧情報を取得することができる。
【０００９】
また本発明は、上記タイヤ情報検出装置において、前記圧電素子は、前記タイヤ内において片持支持されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、簡易な構成で、圧電素子をタイヤ内に自由振動可能に支持することができる。
【００１１】
また本発明は、上記タイヤ情報検出装置において、前記通信部は、前記圧電素子で変換された電気信号の電力を利用して前記車両側装置に送信することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、電気信号の電力を利用して自立的に送信するので、搬送波を電気信号により変調するための変調用の回路が不要となり、より簡易な回路構成にすることができる。
【００１３】
また本発明は、上記タイヤ情報検出装置において、前記通信部は、前記車両側装置から受信した搬送波を前記圧電素子で変換された電気信号で変調して送信することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、電気信号で変調した搬送波が車両側装置に送信されるため、電気信号を車両側装置に安定的に送信することができる。
【００１５】
また本発明のタイヤ情報検出装置は、タイヤ内において自由振動可能に支持され、前記タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電気信号に変換する圧電素子と、前記圧電素子で変換された電気信号の周波数を前記タイヤの空気圧情報に変換する制御回路と、前記圧電素子で変換された電気信号を整流し蓄電する蓄電部とを備え、前記制御回路は前記蓄電部の電圧により動作することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、圧電素子から発生した電気信号が整流されて蓄電部に蓄電され、制御回路の電源電圧として利用されるので、バッテリを設けることなくタイヤ情報検出装置において空気圧を算出することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡易かつ低コストな回路構成でタイヤ情報を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムの全体構成図である。図２は、圧電素子の支持状態を示す図である。なお、本実施の形態に係るタイヤ情報監視システムにおいては、本発明を自動車に適用して説明するが、自動車に限定されるものではなく、飛行機、自動二輪車、電動式自転車等のタイヤにより路面上を走行するものであれば、どのようなものに適用してもよい。
【００１９】
図１に示すように、タイヤ情報監視システム１は、自動車のタイヤの空気圧を検出して車両本体側でタイヤの空気圧を監視するために用いられるものであり、タイヤ内に設けられたタイヤ情報検出装置としてのトランスポンダ３と、車両本体に設けられ、トランスポンダ３に無線接続された車両側装置としてのコントローラ４とから構成されている。タイヤ情報監視システム１は、トランスポンダ３にタイヤ内の空気圧に応じた周期で自由振動する圧電素子１３を設け、この圧電素子１３の自由振動により発生した電圧変化である電気信号に基づいてタイヤ内の空気圧を監視している。
【００２０】
コントローラ４は、自動車のタイヤの空気圧情報を算出し、運転者に対する警告メッセージのために評価するものであり、アンテナ７から約２．４ＧＨｚの無変調の搬送波をトランスポンダ３に送信すると共に、無変調の搬送波を圧電素子１３の電気信号で変調したものをトランスポンダ３から受信する。また、コントローラ４は、トランスポンダ３において変調された搬送波の変調成分を抽出し、抽出した変調成分に基づいてタイヤの空気圧情報を算出する。
【００２１】
トランスポンダ３は、タイヤ内の空気圧を電気信号に変換して、この電気信号によりコントローラ４から送信された無変調の搬送波を変調してコントローラ４に返信するものであり、通信部としてのアンテナ１１およびアンテナ１１に接続されたＦＥＴ１２（Field Effect Transistor）を有している。ＦＥＴ１２は、ＭＯＳ形であり、ドレインにはアンテナ１１の給電点が接続され、ゲートには圧電素子１３の一方の電極が接続され、ソースには圧電素子１３の他方の電極が接続されている。また、ＦＥＴ１２のゲート・ソース間には、圧電素子１３と並列にバイアス抵抗１４が接続されている。
【００２２】
ＦＥＴ１２は、圧電素子１３から出力される振動周期に応じて変化する電気信号がゲートに印加されてゲート・ソース間の抵抗が変化し、このＦＥＴ１２のゲート・ソース間の抵抗の変化によりコントローラ４から送信された無変調の搬送波が変調される。このように、圧電素子１３から発生した電気信号で搬送波が変調される。
【００２３】
図２に示すように、圧電素子１３は、バイモルフ型であり、弾性プレート１６の両面を一対のピエゾプレート１７ａ、１７ｂにより両側から接合して構成されている。また、圧電素子１３は、タイヤ内において片持支持されており、タイヤ内の空気圧に応じた周期で自由振動可能となっている。なお、本実施の形態におけるタイヤ内とは、タイヤ、ホイール、エアバルブにより区画された空間内をいうものであり、タイヤ内に片持支持とは、例えば、タイヤのトレッドの内面に片持支持、またはホイールの外面およびエアバルブの内部に片持支持されている場合を含むものである。
【００２４】
また、圧電素子１３は、自由振動によりピエゾプレート１７ａと弾性プレート１６との間、およびピエゾプレート１７ｂと弾性プレート１６との間にそれぞれに電圧を発生する。この圧電素子１３は、寸法から決まる固有振動で自由振動し、この固有振動は圧力によって変化することが知られている（非特許文献：日本機械学会論文集（C編）、57巻542号（1991-10）、論文No.90-1032「圧電セラミックスを用いた圧力センサの基本特性」）。このとき、圧電素子１３の自由振動の振動周期と電気信号の振動周期は一致している。
【００２５】
したがって、この固有振動の周波数（電気信号の周波数）を測定することで、タイヤ内の空気圧を測定することが可能となる。図１において、ＦＥＴ１２のソース・ドレイン間のインピーダンスＲＤＳは、圧電素子１３で発生する電圧をＶ（ｔ）、ピンチオフ電圧をＶＰ、飽和ドレイン電流をＩＤＳＳとしてＶ（ｔ）＞ＶＰのとき、
【数１】
で与えられる。
【００２６】
図１でみると、ＦＥＴ１２はアンテナ１１の負荷になっており、後方散乱断面積σＢは、アンテナ１１のインピーダンスをＲ、搬送波の波長をλ、アンテナ１１のゲインをＧＡとすると、
【数２】
となる。
【００２７】
この後方錯乱断面積σＢを用いて、コントローラ４の受信電力ＰＲは、トランスポンダ３の送信電力をＰＴ、コントローラ４のアンテナ７のゲインをＧＴ、トランスポンダ３のアンテナ１１からの距離をｄとすると、
【数３】
となり、圧電素子１３で発生する電圧変化から、コントローラ４の受信電力が変化することがわかる。このことから、コントローラ４の受信電力の変調成分を抽出し、変調成分の周波数を測定することで、タイヤ内の空気圧がわかることとなる。
【００２８】
このような測定原理を用いたタイヤ情報監視システム１において、コントローラ４からトランスポンダ３に送信された無変調の搬送波は、トランスポンダ３の圧電素子１３で発生した電気信号により変調されてコントローラ４に送信される。コントローラ４で受信された変調後の搬送波は、図示しないフィルタにより変調成分が抽出される。
【００２９】
抽出された変調成分は、圧電素子１３の振動周波数を表している。制御部は、この抽出した圧電素子１３の振動周波数とタイヤ内の空気圧情報とを対応付けしたテーブルを参照してタイヤの空気圧情報を算出している。なお、本実施の形態においては、圧電素子１３の振動周波数とタイヤ内の空気圧情報とを対応付けしたテーブルを参照する構成としたが、圧電素子１３の振動周波数とタイヤ内の空気圧情報とを対応付けしたマップや、プログラムに組み込まれた算出式によりタイヤの空気圧情報を算出してもよい。
【００３０】
以上のように、本実施の形態に係るタイヤ情報監視システム１によれば、圧電素子１３が振動してタイヤ内の空気圧に応じた周期で電圧変化する電気信号が発生し、コントローラ４から受信した無変調の搬送波がトランスポンダ３において電気信号で変調されてコントローラ４に返信されるため、車両本体側のコントローラ４において、搬送波から変調成分を抽出してタイヤの空気圧情報を取得し、タイヤの空気圧を監視することが可能となる。
また、圧電素子１３の自由振動に対するタイヤ内の空気圧の影響を直に電気信号に変換しているため、コントローラ４から励振信号で変調した搬送波を受信する構成と異なり、励振信号に共振するための共振器が不要となる。したがって、簡易な回路構成でタイヤの空気圧を検出することが可能となる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムは、上述した第１の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムとタイヤ内の温度を考慮して空気圧を算出する点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【００３２】
図３に示すように、タイヤ情報監視システム２１は、トランスポンダ２３に圧電素子１３および水晶振動子２６を設け、タイヤ内の空気圧に応じて周波数が変化する圧電素子１３の電気信号、タイヤ内の温度に応じて共振周波数が変化する水晶振動子２６の共振信号に基づいてタイヤ内の空気圧を監視している。
【００３３】
コントローラ２４は、内蔵されたタイマにより搬送波の変調の有無を切り替えられるようになっており、一定期間、水晶振動子２６の共振周波数（励振信号）により変調された約２．４ＧＨｚの搬送波をトランスポンダ２３に送信した後、変調を停止して無変調の搬送波をトランスポンダ２３に送信する。すなわち、コントローラ２４は、励振信号により水晶振動子２６を励振させた状態で、続けて無変調の搬送波をトランスポンダ２３に送信する。
【００３４】
そして、コントローラ２４は、トランスポンダ２３から水晶振動子２６の共振周波数で変調された搬送波を受信すると共に、圧電素子１３の電気信号で変調された搬送波を受信してそれぞれの変調成分を抽出し、水晶振動子２６の共振周波数からタイヤ内の温度を算出し、圧電素子１３の振動周波数からタイヤ内の空気圧情報を算出する。なお、励振信号の周波数は、水晶振動子２６がタイヤ内の温度の影響を受けていない状態の共振周波数である１０ＭＨｚとなっている。
【００３５】
トランスポンダ２３は、通信部としてアンテナ１１およびアンテナ１１に接続された検波用のダイオード２７を有している。ダイオード２７は、アノードがアンテナ１１の給電点に接続され、カソードがグランドに接地されている。また、ダイオード２７のアノードには、直流カットのコンデンサ２８を介して温度検出用の水晶振動子２６および直流カットのコンデンサ２９を介して圧力検出用の圧電素子１３が接続されている。水晶振動子２６は、一方の電極がコンデンサ２８に接続され、他方の電極がグランドに接地されている。また、圧電素子１３は、一方の電極がコンデンサ２９に接続され、他方の電極がグランドに接地されている。
【００３６】
水晶振動子２６は、共振器として機能しており、タイヤ内の温度により共振周波数が変化するようになっている。この水晶振動子２６は、コントローラ２４から送信された励振信号により励振され、圧電素子１３と共に無変調の搬送波を変調している。この場合、図４に示すように、水晶振動子２６の共振信号は搬送波から±約１０ＭＨｚに位置し、圧電素子１３の電気信号は搬送波から±約１００Ｈｚに位置するため、搬送波を同時に変調しても変調後の搬送波から変調成分を抽出可能となる。
【００３７】
ダイオード２７は、アンテナ１１の負荷になっており、ダイオード２７のインピーダンスＲＤは、圧電素子１３で発生する電圧をＶ（ｔ）、熱電圧をＶＴ（ＶＴ＝ｑ／ｋＴ：ｑは電子電荷、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度）、飽和電流Ｉ０とすると、
【数４】
となり、あとは第１の実施の形態におけるＦＥＴ１２と同様な測定原理で、水晶振動子２６の共振周波数の変化および圧電素子１３における電圧変化から、コントローラ４の受信電力が変化することがわかる。
【００３８】
このような測定原理を用いたタイヤ情報監視システム２１において、コントローラ２４から励振信号で変調された搬送波がトランスポンダ２３に送信されると、励振信号がダイオード２７で検波され、励振信号により水晶振動子２６を励振させる。このとき、水晶振動子２６は変調停止後も約１ｍ秒以上振動し続ける。この状態で、コントローラ２４から無変調の搬送波がトランスポンダ２３に送信されると、無変調の搬送波が水晶振動子２６の共振信号および圧電素子１３の電気信号に応じてダイオード２７によりそれぞれの周波数で変調されてコントローラ２４に送信される。
【００３９】
コントローラ２４で受信された変調後の搬送波は、帯域毎に設けられた各フィルタにより水晶振動子２６の変調成分および圧電素子１３の変調成分が個々に抽出される。このとき、抽出された水晶振動子２６の変調成分はタイヤ内の温度の影響を受け、圧電素子２６の変調成分はタイヤ内の空気圧の影響を受けている。
【００４０】
抽出された水晶振動子２６の変調成分および圧電素子１３の変調成分は、図示しない制御部内で周波数がそれぞれ測定される。制御部は、圧電素子１３の振動周波数とタイヤ内の空気圧情報とを対応付けしたテーブルを参照してタイヤの空気圧情報を算出し、水晶振動子２６の共振周波数とタイヤ内の温度とを対応付けしたテーブルを参照してタイヤ内の温度情報を算出する。そして制御部は、タイヤ内の温度情報と補正値とを対応付けした補正テーブルを参照してタイヤの空気圧情報を補正する。
【００４１】
以上のように、本実施の形態に係るタイヤ情報監視システム２１によれば、車両本体側のコントローラ２４において、搬送波からタイヤ内の空気圧に応じて変化する圧電素子１３の振動周波数を抽出してタイヤの空気圧情報を算出し、タイヤ内の温度に応じて変化する水晶振動子２６の共振周波数を抽出して空気圧情報を補正することができるため、タイヤ内の温度を考慮して高精度なタイヤの空気圧情報を取得することが可能となる。なお、このとき、テーブルを参照する方法に代えてプログラムに計算式を組み込んで算出する方法も採用可能である。
【００４２】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の第３の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムは、上述した第１の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムと搬送波を用いない点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。図５は、本発明の第３の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【００４３】
図５に示すように、トランスポンダ３３は、通信部としてアンテナ１１およびアンテナ１１に接続された圧電素子１３を有している。圧電素子１３は、一方の電極がアンテナ１１の給電点に接続し、他方の電極がグランドに接地されている。このタイヤ情報監視システム３１においては、タイヤ内の空気圧に応じた周期で圧電素子１３が自由振動すると、アンテナ１１から電気信号自体の電力を利用して当該電気信号の有する周波数の電波が放射される。コントローラ３４で受信された電波は、図示しない制御部内で周波数が測定される。制御部は、圧電素子１３の振動周波数とタイヤ内の空気圧情報とを対応付けしたテーブルを参照してタイヤの空気圧情報を算出する。
【００４４】
以上のように、本実施の形態に係るタイヤ情報監視システム３１によれば、圧電素子１３の出力する電気信号の電力を利用して自立的に電波を送信するのでトランスポンダ３３に搬送波を圧電素子１３の出力信号で変調するための変調用の回路が不要となり、より簡易な回路構成にすることが可能となる。
【００４５】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本発明の第４の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムは、上述した第１の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムとトランスポンダにおいてタイヤ内の空気圧情報を算出する点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。
【００４６】
図６は、本発明の第４の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムの全体構成図である。図７は、電気信号および電源電圧の出力波形を示す図である。図８は、図７における電源電圧の増加サイクルの説明図である。なお、図７における波形Ｗ１は圧電素子の電気信号の振動波形、波形Ｗ２は電解コンデンサの電源電圧の振動波形、ラインＬ１は規定電圧をそれぞれ示している。図８における波形Ｗ３は圧電素子の電気信号の振動波形、波形Ｗ４は電解コンデンサの電源電圧の波形をそれぞれ示している。
【００４７】
図６に示すように、タイヤ情報監視システム４１は、トランスポンダ４３においてタイヤ内の空気圧情報を算出し、これをパルス信号に変換して出力する制御回路４６を設け、この制御回路４６を圧電素子１３から発生した電気を充電した直流電源で動作させることにより、タイヤ内の空気圧を監視している。
【００４８】
コントローラ４４は、アンテナ７から約２．４ＧＨｚの無変調の搬送波をトランスポンダ４３に送信すると共に、無変調の搬送波を制御回路４６から出力されたパルス信号で変調したものをトランスポンダ４３から受信する。また、コントローラ４４は、トランスポンダ４３で変調された搬送波から変調成分を抽出し、抽出した変調成分からタイヤ内の空気圧情報を取得する。
【００４９】
トランスポンダ４３は、通信部としてアンテナ１１およびアンテナ１１に接続されたＦＥＴ１２を有している。ＦＥＴ１２のドレインにはアンテナ１１の給電点が接続され、ゲートには制御回路４６が接続され、ソースにはバイアス抵抗１４を介して制御回路４６が接続されている。ＦＥＴ１２は、制御回路４６から出力されるパルス信号の周期に応じた電圧がゲートに印加されゲート・ソース間の抵抗が変化し、このＦＥＴ１２のゲート・ソース間の抵抗の変化によりコントローラ４４から送信された無変調の搬送波が変調される。
【００５０】
制御回路４６には、圧電素子１３から出力された電気信号の周波数を測定する周波数測定部４７が接続されており、周波数測定部４７には、オペアンプ５１の出力端子が接続されている。オペアンプ５１は、反転入力側の入力端子が電解コンデンサ５２の一方の電極に接続され、非反転入力側の入力端子が電解コンデンサ５２の他方の電極に接続されている。
【００５１】
また、オペアンプ５１の２つの入力端子間には、電解コンデンサ５２と並列に圧電素子１３の一対の電極がそれぞれ接続され、オペアンプ５１の反転入力端子と圧電素子１３の一方の電極との間には、直流カットのコンデンサ５６が設けられ、オペアンプ５１の非反転入力端子と圧電素子１３の他方の電極との間には、直流カットのコンデンサ５７が設けられている。圧電素子１３と電解コンデンサ５２との間には、４つの整流ダイオード５４から構成された整流回路５３が設けられている。
【００５２】
そして、図７に示すように、タイヤ内の空気圧に応じた周期で圧電素子１３が自由振動すると、電気信号Ｗ１が整流回路５３を通じて電解コンデンサ５２で蓄電される。蓄電により電解コンデンサ５２の電源電圧Ｗ２が規定電圧Ｌ１に達すると、制御回路４６、周波数測定部４７、オペアンプ５１の動作が開始される。より具体的には、図８に示すように、タイヤの回転に応じて圧電素子１３が振動し、電源電圧Ｗ４は周期的に上昇する。
【００５３】
また、図６に戻り、制御回路４６には、記憶部４８および温度センサ４９が接続されている。記憶部４８は、制御回路４６の制御プログラム、圧電素子１３の振動周波数とタイヤ内の空気圧情報とを対応付けしたテーブル、タイヤ内の温度と補正値とを対応付けした補正テーブル等が記憶されており、制御回路４６に適宜読み出される。温度センサ４９は、サーミスタ等で構成されており、タイヤ内の温度に応じた温度信号を制御回路４６に出力する。
【００５４】
制御回路４６は、電解コンデンサ５２から供給される電源電圧が規定電圧に達すると動作し、記憶部４８から各種テーブル等を読み出し、周波数測定部４７により測定された圧電素子１３の振動周波数および温度センサ４９から出力された温度信号に基づいて、タイヤ内の空気圧情報を算出し、これをパルス信号に変換してＦＥＴ１２に出力する。ＦＥＴ１２に出力されたパルス信号は、上記したように、搬送波の変調に利用される。なお、請求項に記載の蓄電部は本実施の形態に係る電解コンデンサ５２と整流回路５３とから構成されている。
【００５５】
このようなタイヤ情報監視システム４１において、コントローラ４４からトランスポンダ４３に送信された無変調の搬送波は、制御回路４６から出力されたパルス信号により変調されてコントローラ４４に送信される。コントローラ４４は受信した変調後の搬送波からフィルタにより変調成分を抽出し、この抽出した変調成分からタイヤ内の空気圧情報を生成する。
【００５６】
以上のように、本実施の形態に係るタイヤ情報監視システム４１によれば、圧電素子１３から発生した電気信号が整流回路５３で整流されて電解コンデンサ５２に蓄電され、制御回路４６の電源電圧として利用されるので、バッテリを設けることなくトランスポンダ４３において制御回路４６等を駆動して空気圧を算出することができる。
【００５７】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本発明の第５の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムは、上述した第４の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムとトランスポンダに発振回路を設けた点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。図９は、本発明の第５の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【００５８】
図９に示すように、本実施の形態に係るタイヤ情報監視システム６１は、第４の実施の形態に係るトランスポンダ４３のＦＥＴ１２およびバイアス抵抗１４の代わりに発振回路６６を設けた点で異なっている。発振回路６６は、制御回路４６から出力されたパルス信号の周期に応じて発振している。そして、コントローラ６４は、図示しない制御部において受信した発振回路６６の発振周波数からタイヤ内の空気圧情報を生成する。
【００５９】
以上のように、本実施の形態に係るタイヤ情報監視システム６１によれば、圧電素子１３から発生した電気信号が整流回路５３で整流されて電解コンデンサ５２に蓄電され、制御回路４６の電源電圧として利用されるので、バッテリを設けることなくトランスポンダ６３において制御回路４６等を駆動して空気圧を算出することができる。また、コントローラ６４からトランスポンダ６３に搬送波を送信するためのステップが不要となり、コントローラ６４において空気圧情報を算出する手間を省けるので、測定時間の短縮化を図ることができると共に、コントローラ６４を簡易な回路構成とすることが可能となる。
【００６０】
なお、上記した各実施の形態においては、バイモルフ型の圧電素子１３を用いた構成としたが、タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電圧に変換する構成であれば、この構成に限定されず、例えば、モノモルフ型や積層型の圧電素子を用いた構成としてもよい。
【００６１】
また、上記した各実施の形態においては、圧電素子１３をタイヤ内に片持支持する構成としたが、タイヤ内の空気圧に応じた自由振動する構成であれば、この構成に限定されず、例えば、タイヤ内に両持支持される構成や３点支持される構成としてもよい。
【００６２】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上説明したように、本発明は、簡易かつ低コストな回路構成でタイヤ情報を検出することができるという効果を有し、特に自動車等に用いられるタイヤの空気圧等のタイヤ情報を検出するタイヤ情報検出装置およびタイヤ情報監視システムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第１の実施の形態を示す図であり、タイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【図２】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第１の実施の形態を示す図であり、圧電素子の支持状態を示す図である。
【図３】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第２の実施の形態を示す図であり、タイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【図４】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第２の実施の形態を示す図であり、水晶振動子の共振信号および圧電素子の電気信号と搬送波との関係を示す図である。
【図５】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第３の実施の形態を示す図であり、タイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【図６】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第４の実施の形態を示す図であり、タイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【図７】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第４の実施の形態を示す図であり、電気信号および電源電圧の出力波形を示す図である。
【図８】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第４の実施の形態を示す図であり、図７における電源電圧の増加サイクルの説明図である。
【図９】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第５の実施の形態を示す図であり、タイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【符号の説明】
【００６５】
１、２１、３１、４１、６１ タイヤ情報監視システム
３、２３、３３、４３、６３ トランスポンダ（タイヤ情報検出装置）
４、２４、３４、４４、６４ コントローラ（車両側装置）
１１ アンテナ（通信部）
１２ ＦＥＴ（通信部）
１３ 圧電素子
１６ 弾性プレート
１７ａ、１７ｂ ピエゾプレート
２７ ダイオード（通信部）
４６ 制御回路
４７ 周波数測定部
４８ 記憶部
４９ 温度センサ
５１ オペアンプ
５２ 電解コンデンサ（蓄電部）
５３ 整流回路（蓄電部）
６６ 発振回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等に用いられるタイヤの空気圧等のタイヤ情報を検出するタイヤ情報検出装置およびタイヤ情報監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のタイヤの空気圧を検出するタイヤ情報検出装置を備えたタイヤ情報監視システムとして、タイヤに設けられたタイヤ情報検出装置により検出された信号を車両本体側に設けられたコントローラに無線伝送し、コントローラにおいて空気圧が算出されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このタイヤ情報監視システムにおいては、コントローラから励振信号で変調された搬送波がタイヤ情報検出装置に向けて送信される。
【０００３】
タイヤ情報検出装置において、受信した搬送波から変調成分である励振信号が抽出され、この励振信号によりタイヤ情報検出装置の共振器が励振されて共振信号を発生する。このとき、共振器の共振周波数はタイヤ内の空気圧の影響を受けて変化する。そして、コントローラから無変調の搬送波がタイヤ情報検出装置に向けて送信されると、タイヤ情報検出装置において受信搬送波が共振信号により変調されてコントローラに送信される。そして、コントローラは、受信した搬送波から変調周波数を測定することにより空気圧情報を取得している。
【特許文献１】特開２００８−２４１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のタイヤ情報検出装置においては、コントローラから励振信号で変調された搬送波を受信して共振器を励振させた後、コントローラから無変調の搬送波を受信して共振器の共振信号で変調させ、この搬送波の変調周波数をコントローラにおいて測定させることによりタイヤ内の空気圧を算出しているため、励振信号に励振する共振器を設けなければならず、回路構成が複雑でコストアップになるという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、簡易かつ低コストな回路構成でタイヤ情報を検出することができるタイヤ情報検出装置およびタイヤ情報監視システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のタイヤ情報検出装置は、タイヤ内において自由振動可能に支持され、前記タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電気信号に変換する圧電素子と、車両本体に設けられた車両側装置に対して、前記圧電素子で変換された電気信号を無線送信する通信部とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明のタイヤ情報監視システムは、タイヤ内に設けられたタイヤ情報検出装置と、車両本体に設けられ、前記タイヤ情報検出装置と通信可能な車両側装置とを備えたタイヤ情報監視システムにおいて、前記タイヤ情報検出装置は、タイヤ内において自由振動可能に支持され、前記タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電気信号に変換する圧電素子と、前記圧電素子で変換された電気信号を前記車両側装置に無線送信する通信部とを備え、前記車両側装置は、前記タイヤ情報検出装置から受信した電気信号の周波数に基づいて前記タイヤの空気圧情報を取得することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、圧電素子がタイヤ内の空気圧に応じた周期で自由振動して、空気圧情報を含んだ周期の電気信号が発生し、通信部により電気信号が車両側装置に無線送信されるため、車両本体側の車両側装置において、この電気信号に基づいてタイヤの空気圧情報を取得し、タイヤの空気圧を監視することができる。
また、圧電素子の自由振動に対するタイヤ内の空気圧の影響を直に電気信号に変換しているため、車両側装置から励振信号で変調した搬送波を受信する構成と異なり、励振信号に共振するための共振器が不要となる。したがって、簡易かつ低コストな回路構成でタイヤの空気圧情報を取得することができる。
【０００９】
また本発明は、上記タイヤ情報検出装置において、前記圧電素子は、前記タイヤ内において片持支持されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、簡易な構成で、圧電素子をタイヤ内に自由振動可能に支持することができる。
【００１１】
また本発明は、上記タイヤ情報検出装置において、前記通信部は、前記圧電素子で変換された電気信号の電力を利用して前記車両側装置に送信することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、電気信号の電力を利用して自立的に送信するので、搬送波を電気信号により変調するための変調用の回路が不要となり、より簡易な回路構成にすることができる。
【００１３】
また本発明は、上記タイヤ情報検出装置において、前記通信部は、前記車両側装置から受信した搬送波を前記圧電素子で変換された電気信号で変調して送信することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、電気信号で変調した搬送波が車両側装置に送信されるため、電気信号を車両側装置に安定的に送信することができる。
【００１５】
また本発明のタイヤ情報検出装置は、タイヤ内において自由振動可能に支持され、前記タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電気信号に変換する圧電素子と、前記圧電素子で変換された電気信号の周波数を前記タイヤの空気圧情報に変換する制御回路と、前記圧電素子で変換された電気信号を整流し蓄電する蓄電部とを備え、前記制御回路は前記蓄電部の電圧により動作することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、圧電素子から発生した電気信号が整流されて蓄電部に蓄電され、制御回路の電源電圧として利用されるので、バッテリを設けることなくタイヤ情報検出装置において空気圧を算出することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡易かつ低コストな回路構成でタイヤ情報を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムの全体構成図である。図２は、圧電素子の支持状態を示す図である。なお、本実施の形態に係るタイヤ情報監視システムにおいては、本発明を自動車に適用して説明するが、自動車に限定されるものではなく、飛行機、自動二輪車、電動式自転車等のタイヤにより路面上を走行するものであれば、どのようなものに適用してもよい。
【００１９】
図１に示すように、タイヤ情報監視システム１は、自動車のタイヤの空気圧を検出して車両本体側でタイヤの空気圧を監視するために用いられるものであり、タイヤ内に設けられたタイヤ情報検出装置としてのトランスポンダ３と、車両本体に設けられ、トランスポンダ３に無線接続された車両側装置としてのコントローラ４とから構成されている。タイヤ情報監視システム１は、トランスポンダ３にタイヤ内の空気圧に応じた周期で自由振動する圧電素子１３を設け、この圧電素子１３の自由振動により発生した電圧変化である電気信号に基づいてタイヤ内の空気圧を監視している。
【００２０】
コントローラ４は、自動車のタイヤの空気圧情報を算出し、運転者に対する警告メッセージのために評価するものであり、アンテナ７から約２．４ＧＨｚの無変調の搬送波をトランスポンダ３に送信すると共に、無変調の搬送波を圧電素子１３の電気信号で変調したものをトランスポンダ３から受信する。また、コントローラ４は、トランスポンダ３において変調された搬送波の変調成分を抽出し、抽出した変調成分に基づいてタイヤの空気圧情報を算出する。
【００２１】
トランスポンダ３は、タイヤ内の空気圧を電気信号に変換して、この電気信号によりコントローラ４から送信された無変調の搬送波を変調してコントローラ４に返信するものであり、通信部としてのアンテナ１１およびアンテナ１１に接続されたＦＥＴ１２（Field Effect Transistor）を有している。ＦＥＴ１２は、ＭＯＳ形であり、ドレインにはアンテナ１１の給電点が接続され、ゲートには圧電素子１３の一方の電極が接続され、ソースには圧電素子１３の他方の電極が接続されている。また、ＦＥＴ１２のゲート・ソース間には、圧電素子１３と並列にバイアス抵抗１４が接続されている。
【００２２】
ＦＥＴ１２は、圧電素子１３から出力される振動周期に応じて変化する電気信号がゲートに印加されてゲート・ソース間の抵抗が変化し、このＦＥＴ１２のゲート・ソース間の抵抗の変化によりコントローラ４から送信された無変調の搬送波が変調される。このように、圧電素子１３から発生した電気信号で搬送波が変調される。
【００２３】
図２に示すように、圧電素子１３は、バイモルフ型であり、弾性プレート１６の両面を一対のピエゾプレート１７ａ、１７ｂにより両側から接合して構成されている。また、圧電素子１３は、タイヤ内において片持支持されており、タイヤ内の空気圧に応じた周期で自由振動可能となっている。なお、本実施の形態におけるタイヤ内とは、タイヤ、ホイール、エアバルブにより区画された空間内をいうものであり、タイヤ内に片持支持とは、例えば、タイヤのトレッドの内面に片持支持、またはホイールの外面およびエアバルブの内部に片持支持されている場合を含むものである。
【００２４】
また、圧電素子１３は、自由振動によりピエゾプレート１７ａと弾性プレート１６との間、およびピエゾプレート１７ｂと弾性プレート１６との間にそれぞれに電圧を発生する。この圧電素子１３は、寸法から決まる固有振動で自由振動し、この固有振動は圧力によって変化することが知られている（非特許文献：日本機械学会論文集（C編）、57巻542号（1991-10）、論文No.90-1032「圧電セラミックスを用いた圧力センサの基本特性」）。このとき、圧電素子１３の自由振動の振動周期と電気信号の振動周期は一致している。
【００２５】
したがって、この固有振動の周波数（電気信号の周波数）を測定することで、タイヤ内の空気圧を測定することが可能となる。図１において、ＦＥＴ１２のソース・ドレイン間のインピーダンスＲＤＳは、圧電素子１３で発生する電圧をＶ（ｔ）、ピンチオフ電圧をＶＰ、飽和ドレイン電流をＩＤＳＳとしてＶ（ｔ）＞ＶＰのとき、
【数１】
で与えられる。
【００２６】
図１でみると、ＦＥＴ１２はアンテナ１１の負荷になっており、後方散乱断面積σＢは、アンテナ１１のインピーダンスをＲ、搬送波の波長をλ、アンテナ１１のゲインをＧＡとすると、
【数２】
となる。
【００２７】
この後方錯乱断面積σＢを用いて、コントローラ４の受信電力ＰＲは、トランスポンダ３の送信電力をＰＴ、コントローラ４のアンテナ７のゲインをＧＴ、トランスポンダ３のアンテナ１１からの距離をｄとすると、
【数３】
となり、圧電素子１３で発生する電圧変化から、コントローラ４の受信電力が変化することがわかる。このことから、コントローラ４の受信電力の変調成分を抽出し、変調成分の周波数を測定することで、タイヤ内の空気圧がわかることとなる。
【００２８】
このような測定原理を用いたタイヤ情報監視システム１において、コントローラ４からトランスポンダ３に送信された無変調の搬送波は、トランスポンダ３の圧電素子１３で発生した電気信号により変調されてコントローラ４に送信される。コントローラ４で受信された変調後の搬送波は、図示しないフィルタにより変調成分が抽出される。
【００２９】
抽出された変調成分は、圧電素子１３の振動周波数を表している。制御部は、この抽出した圧電素子１３の振動周波数とタイヤ内の空気圧情報とを対応付けしたテーブルを参照してタイヤの空気圧情報を算出している。なお、本実施の形態においては、圧電素子１３の振動周波数とタイヤ内の空気圧情報とを対応付けしたテーブルを参照する構成としたが、圧電素子１３の振動周波数とタイヤ内の空気圧情報とを対応付けしたマップや、プログラムに組み込まれた算出式によりタイヤの空気圧情報を算出してもよい。
【００３０】
以上のように、本実施の形態に係るタイヤ情報監視システム１によれば、圧電素子１３が振動してタイヤ内の空気圧に応じた周期で電圧変化する電気信号が発生し、コントローラ４から受信した無変調の搬送波がトランスポンダ３において電気信号で変調されてコントローラ４に返信されるため、車両本体側のコントローラ４において、搬送波から変調成分を抽出してタイヤの空気圧情報を取得し、タイヤの空気圧を監視することが可能となる。
また、圧電素子１３の自由振動に対するタイヤ内の空気圧の影響を直に電気信号に変換しているため、コントローラ４から励振信号で変調した搬送波を受信する構成と異なり、励振信号に共振するための共振器が不要となる。したがって、簡易な回路構成でタイヤの空気圧を検出することが可能となる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムは、上述した第１の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムとタイヤ内の温度を考慮して空気圧を算出する点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【００３２】
図３に示すように、タイヤ情報監視システム２１は、トランスポンダ２３に圧電素子１３および水晶振動子２６を設け、タイヤ内の空気圧に応じて周波数が変化する圧電素子１３の電気信号、タイヤ内の温度に応じて共振周波数が変化する水晶振動子２６の共振信号に基づいてタイヤ内の空気圧を監視している。
【００３３】
コントローラ２４は、内蔵されたタイマにより搬送波の変調の有無を切り替えられるようになっており、一定期間、水晶振動子２６の共振周波数（励振信号）により変調された約２．４ＧＨｚの搬送波をトランスポンダ２３に送信した後、変調を停止して無変調の搬送波をトランスポンダ２３に送信する。すなわち、コントローラ２４は、励振信号により水晶振動子２６を励振させた状態で、続けて無変調の搬送波をトランスポンダ２３に送信する。
【００３４】
そして、コントローラ２４は、トランスポンダ２３から水晶振動子２６の共振周波数で変調された搬送波を受信すると共に、圧電素子１３の電気信号で変調された搬送波を受信してそれぞれの変調成分を抽出し、水晶振動子２６の共振周波数からタイヤ内の温度を算出し、圧電素子１３の振動周波数からタイヤ内の空気圧情報を算出する。なお、励振信号の周波数は、水晶振動子２６がタイヤ内の温度の影響を受けていない状態の共振周波数である１０ＭＨｚとなっている。
【００３５】
トランスポンダ２３は、通信部としてアンテナ１１およびアンテナ１１に接続された検波用のダイオード２７を有している。ダイオード２７は、アノードがアンテナ１１の給電点に接続され、カソードがグランドに接地されている。また、ダイオード２７のアノードには、直流カットのコンデンサ２８を介して温度検出用の水晶振動子２６および直流カットのコンデンサ２９を介して圧力検出用の圧電素子１３が接続されている。水晶振動子２６は、一方の電極がコンデンサ２８に接続され、他方の電極がグランドに接地されている。また、圧電素子１３は、一方の電極がコンデンサ２９に接続され、他方の電極がグランドに接地されている。
【００３６】
水晶振動子２６は、共振器として機能しており、タイヤ内の温度により共振周波数が変化するようになっている。この水晶振動子２６は、コントローラ２４から送信された励振信号により励振され、圧電素子１３と共に無変調の搬送波を変調している。この場合、図４に示すように、水晶振動子２６の共振信号は搬送波から±約１０ＭＨｚに位置し、圧電素子１３の電気信号は搬送波から±約１００Ｈｚに位置するため、搬送波を同時に変調しても変調後の搬送波から変調成分を抽出可能となる。
【００３７】
ダイオード２７は、アンテナ１１の負荷になっており、ダイオード２７のインピーダンスＲＤは、圧電素子１３で発生する電圧をＶ（ｔ）、熱電圧をＶＴ（ＶＴ＝ｑ／ｋＴ：ｑは電子電荷、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度）、飽和電流Ｉ０とすると、
【数４】
となり、あとは第１の実施の形態におけるＦＥＴ１２と同様な測定原理で、水晶振動子２６の共振周波数の変化および圧電素子１３における電圧変化から、コントローラ４の受信電力が変化することがわかる。
【００３８】
このような測定原理を用いたタイヤ情報監視システム２１において、コントローラ２４から励振信号で変調された搬送波がトランスポンダ２３に送信されると、励振信号がダイオード２７で検波され、励振信号により水晶振動子２６を励振させる。このとき、水晶振動子２６は変調停止後も約１ｍ秒以上振動し続ける。この状態で、コントローラ２４から無変調の搬送波がトランスポンダ２３に送信されると、無変調の搬送波が水晶振動子２６の共振信号および圧電素子１３の電気信号に応じてダイオード２７によりそれぞれの周波数で変調されてコントローラ２４に送信される。
【００３９】
コントローラ２４で受信された変調後の搬送波は、帯域毎に設けられた各フィルタにより水晶振動子２６の変調成分および圧電素子１３の変調成分が個々に抽出される。このとき、抽出された水晶振動子２６の変調成分はタイヤ内の温度の影響を受け、圧電素子２６の変調成分はタイヤ内の空気圧の影響を受けている。
【００４０】
抽出された水晶振動子２６の変調成分および圧電素子１３の変調成分は、図示しない制御部内で周波数がそれぞれ測定される。制御部は、圧電素子１３の振動周波数とタイヤ内の空気圧情報とを対応付けしたテーブルを参照してタイヤの空気圧情報を算出し、水晶振動子２６の共振周波数とタイヤ内の温度とを対応付けしたテーブルを参照してタイヤ内の温度情報を算出する。そして制御部は、タイヤ内の温度情報と補正値とを対応付けした補正テーブルを参照してタイヤの空気圧情報を補正する。
【００４１】
以上のように、本実施の形態に係るタイヤ情報監視システム２１によれば、車両本体側のコントローラ２４において、搬送波からタイヤ内の空気圧に応じて変化する圧電素子１３の振動周波数を抽出してタイヤの空気圧情報を算出し、タイヤ内の温度に応じて変化する水晶振動子２６の共振周波数を抽出して空気圧情報を補正することができるため、タイヤ内の温度を考慮して高精度なタイヤの空気圧情報を取得することが可能となる。なお、このとき、テーブルを参照する方法に代えてプログラムに計算式を組み込んで算出する方法も採用可能である。
【００４２】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の第３の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムは、上述した第１の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムと搬送波を用いない点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。図５は、本発明の第３の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【００４３】
図５に示すように、トランスポンダ３３は、通信部としてアンテナ１１およびアンテナ１１に接続された圧電素子１３を有している。圧電素子１３は、一方の電極がアンテナ１１の給電点に接続し、他方の電極がグランドに接地されている。このタイヤ情報監視システム３１においては、タイヤ内の空気圧に応じた周期で圧電素子１３が自由振動すると、アンテナ１１から電気信号自体の電力を利用して当該電気信号の有する周波数の電波が放射される。コントローラ３４で受信された電波は、図示しない制御部内で周波数が測定される。制御部は、圧電素子１３の振動周波数とタイヤ内の空気圧情報とを対応付けしたテーブルを参照してタイヤの空気圧情報を算出する。
【００４４】
以上のように、本実施の形態に係るタイヤ情報監視システム３１によれば、圧電素子１３の出力する電気信号の電力を利用して自立的に電波を送信するのでトランスポンダ３３に搬送波を圧電素子１３の出力信号で変調するための変調用の回路が不要となり、より簡易な回路構成にすることが可能となる。
【００４５】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本発明の第４の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムは、上述した第１の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムとトランスポンダにおいてタイヤ内の空気圧情報を算出する点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。
【００４６】
図６は、本発明の第４の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムの全体構成図である。図７は、電気信号および電源電圧の出力波形を示す図である。図８は、図７における電源電圧の増加サイクルの説明図である。なお、図７における波形Ｗ１は圧電素子の電気信号の振動波形、波形Ｗ２は電解コンデンサの電源電圧の振動波形、ラインＬ１は規定電圧をそれぞれ示している。図８における波形Ｗ３は圧電素子の電気信号の振動波形、波形Ｗ４は電解コンデンサの電源電圧の波形をそれぞれ示している。
【００４７】
図６に示すように、タイヤ情報監視システム４１は、トランスポンダ４３においてタイヤ内の空気圧情報を算出し、これをパルス信号に変換して出力する制御回路４６を設け、この制御回路４６を圧電素子１３から発生した電気を充電した直流電源で動作させることにより、タイヤ内の空気圧を監視している。
【００４８】
コントローラ４４は、アンテナ７から約２．４ＧＨｚの無変調の搬送波をトランスポンダ４３に送信すると共に、無変調の搬送波を制御回路４６から出力されたパルス信号で変調したものをトランスポンダ４３から受信する。また、コントローラ４４は、トランスポンダ４３で変調された搬送波から変調成分を抽出し、抽出した変調成分からタイヤ内の空気圧情報を取得する。
【００４９】
トランスポンダ４３は、通信部としてアンテナ１１およびアンテナ１１に接続されたＦＥＴ１２を有している。ＦＥＴ１２のドレインにはアンテナ１１の給電点が接続され、ゲートには制御回路４６が接続され、ソースにはバイアス抵抗１４を介して制御回路４６が接続されている。ＦＥＴ１２は、制御回路４６から出力されるパルス信号の周期に応じた電圧がゲートに印加されゲート・ソース間の抵抗が変化し、このＦＥＴ１２のゲート・ソース間の抵抗の変化によりコントローラ４４から送信された無変調の搬送波が変調される。
【００５０】
制御回路４６には、圧電素子１３から出力された電気信号の周波数を測定する周波数測定部４７が接続されており、周波数測定部４７には、オペアンプ５１の出力端子が接続されている。オペアンプ５１は、反転入力側の入力端子が電解コンデンサ５２の一方の電極に接続され、非反転入力側の入力端子が電解コンデンサ５２の他方の電極に接続されている。
【００５１】
また、オペアンプ５１の２つの入力端子間には、電解コンデンサ５２と並列に圧電素子１３の一対の電極がそれぞれ接続され、オペアンプ５１の反転入力端子と圧電素子１３の一方の電極との間には、直流カットのコンデンサ５６が設けられ、オペアンプ５１の非反転入力端子と圧電素子１３の他方の電極との間には、直流カットのコンデンサ５７が設けられている。圧電素子１３と電解コンデンサ５２との間には、４つの整流ダイオード５４から構成された整流回路５３が設けられている。
【００５２】
そして、図７に示すように、タイヤ内の空気圧に応じた周期で圧電素子１３が自由振動すると、電気信号Ｗ１が整流回路５３を通じて電解コンデンサ５２で蓄電される。蓄電により電解コンデンサ５２の電源電圧Ｗ２が規定電圧Ｌ１に達すると、制御回路４６、周波数測定部４７、オペアンプ５１の動作が開始される。より具体的には、図８に示すように、タイヤの回転に応じて圧電素子１３が振動し、電源電圧Ｗ４は周期的に上昇する。
【００５３】
また、図６に戻り、制御回路４６には、記憶部４８および温度センサ４９が接続されている。記憶部４８は、制御回路４６の制御プログラム、圧電素子１３の振動周波数とタイヤ内の空気圧情報とを対応付けしたテーブル、タイヤ内の温度と補正値とを対応付けした補正テーブル等が記憶されており、制御回路４６に適宜読み出される。温度センサ４９は、サーミスタ等で構成されており、タイヤ内の温度に応じた温度信号を制御回路４６に出力する。
【００５４】
制御回路４６は、電解コンデンサ５２から供給される電源電圧が規定電圧に達すると動作し、記憶部４８から各種テーブル等を読み出し、周波数測定部４７により測定された圧電素子１３の振動周波数および温度センサ４９から出力された温度信号に基づいて、タイヤ内の空気圧情報を算出し、これをパルス信号に変換してＦＥＴ１２に出力する。ＦＥＴ１２に出力されたパルス信号は、上記したように、搬送波の変調に利用される。なお、請求項に記載の蓄電部は本実施の形態に係る電解コンデンサ５２と整流回路５３とから構成されている。
【００５５】
このようなタイヤ情報監視システム４１において、コントローラ４４からトランスポンダ４３に送信された無変調の搬送波は、制御回路４６から出力されたパルス信号により変調されてコントローラ４４に送信される。コントローラ４４は受信した変調後の搬送波からフィルタにより変調成分を抽出し、この抽出した変調成分からタイヤ内の空気圧情報を生成する。
【００５６】
以上のように、本実施の形態に係るタイヤ情報監視システム４１によれば、圧電素子１３から発生した電気信号が整流回路５３で整流されて電解コンデンサ５２に蓄電され、制御回路４６の電源電圧として利用されるので、バッテリを設けることなくトランスポンダ４３において制御回路４６等を駆動して空気圧を算出することができる。
【００５７】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本発明の第５の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムは、上述した第４の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムとトランスポンダに発振回路を設けた点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。図９は、本発明の第５の実施の形態に係るタイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【００５８】
図９に示すように、本実施の形態に係るタイヤ情報監視システム６１は、第４の実施の形態に係るトランスポンダ４３のＦＥＴ１２およびバイアス抵抗１４の代わりに発振回路６６を設けた点で異なっている。発振回路６６は、制御回路４６から出力されたパルス信号の周期に応じて発振している。そして、コントローラ６４は、図示しない制御部において受信した発振回路６６の発振周波数からタイヤ内の空気圧情報を生成する。
【００５９】
以上のように、本実施の形態に係るタイヤ情報監視システム６１によれば、圧電素子１３から発生した電気信号が整流回路５３で整流されて電解コンデンサ５２に蓄電され、制御回路４６の電源電圧として利用されるので、バッテリを設けることなくトランスポンダ６３において制御回路４６等を駆動して空気圧を算出することができる。また、コントローラ６４からトランスポンダ６３に搬送波を送信するためのステップが不要となり、コントローラ６４において空気圧情報を算出する手間を省けるので、測定時間の短縮化を図ることができると共に、コントローラ６４を簡易な回路構成とすることが可能となる。
【００６０】
なお、上記した各実施の形態においては、バイモルフ型の圧電素子１３を用いた構成としたが、タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電圧に変換する構成であれば、この構成に限定されず、例えば、モノモルフ型や積層型の圧電素子を用いた構成としてもよい。
【００６１】
また、上記した各実施の形態においては、圧電素子１３をタイヤ内に片持支持する構成としたが、タイヤ内の空気圧に応じた自由振動する構成であれば、この構成に限定されず、例えば、タイヤ内に両持支持される構成や３点支持される構成としてもよい。
【００６２】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上説明したように、本発明は、簡易かつ低コストな回路構成でタイヤ情報を検出することができるという効果を有し、特に自動車等に用いられるタイヤの空気圧等のタイヤ情報を検出するタイヤ情報検出装置およびタイヤ情報監視システムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第１の実施の形態を示す図であり、タイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【図２】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第１の実施の形態を示す図であり、圧電素子の支持状態を示す図である。
【図３】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第２の実施の形態を示す図であり、タイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【図４】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第２の実施の形態を示す図であり、水晶振動子の共振信号および圧電素子の電気信号と搬送波との関係を示す図である。
【図５】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第３の実施の形態を示す図であり、タイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【図６】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第４の実施の形態を示す図であり、タイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【図７】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第４の実施の形態を示す図であり、電気信号および電源電圧の出力波形を示す図である。
【図８】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第４の実施の形態を示す図であり、図７における電源電圧の増加サイクルの説明図である。
【図９】本発明に係るタイヤ情報監視システムの第５の実施の形態を示す図であり、タイヤ情報監視システムの全体構成図である。
【符号の説明】
【００６５】
１、２１、３１、４１、６１ タイヤ情報監視システム
３、２３、３３、４３、６３ トランスポンダ（タイヤ情報検出装置）
４、２４、３４、４４、６４ コントローラ（車両側装置）
１１ アンテナ（通信部）
１２ ＦＥＴ（通信部）
１３ 圧電素子
１６ 弾性プレート
１７ａ、１７ｂ ピエゾプレート
２７ ダイオード（通信部）
４６ 制御回路
４７ 周波数測定部
４８ 記憶部
４９ 温度センサ
５１ オペアンプ
５２ 電解コンデンサ（蓄電部）
５３ 整流回路（蓄電部）
６６ 発振回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤ内において自由振動可能に支持され、前記タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電気信号に変換する圧電素子と、
車両本体に設けられた車両側装置に対して、前記圧電素子で変換された電気信号を無線送信する通信部とを備えたことを特徴とするタイヤ情報検出装置。
【請求項２】
前記圧電素子は、前記タイヤ内において片持支持されていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ情報検出装置。
【請求項３】
前記通信部は、前記圧電素子で変換された電気信号の電力を利用して前記車両側装置に送信することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタイヤ情報検出装置。
【請求項４】
前記通信部は、前記車両側装置から受信した搬送波を前記圧電素子で変換された電気信号で変調して送信することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタイヤ情報検出装置。
【請求項５】
タイヤ内において自由振動可能に支持され、前記タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電気信号に変換する圧電素子と、
前記圧電素子で変換された電気信号の周波数を前記タイヤの空気圧情報に変換する制御回路と、
前記圧電素子で変換された電気信号を整流し蓄電する蓄電部とを備え、
前記制御回路は前記蓄電部の電圧により動作することを特徴とするタイヤ情報検出装置。
【請求項６】
タイヤ内に設けられたタイヤ情報検出装置と、車両本体に設けられ、前記タイヤ情報検出装置と通信可能な車両側装置とを備えたタイヤ情報監視システムにおいて、
前記タイヤ情報検出装置は、
タイヤ内において自由振動可能に支持され、前記タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電気信号に変換する圧電素子と、
前記圧電素子で変換された電気信号を前記車両側装置に無線送信する通信部とを備え、
前記車両側装置は、前記タイヤ情報検出装置から受信した電気信号の周波数に基づいて前記タイヤの空気圧情報を取得することを特徴とするタイヤ情報監視システム。
【請求項１】
タイヤ内において自由振動可能に支持され、前記タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電気信号に変換する圧電素子と、
車両本体に設けられた車両側装置に対して、前記圧電素子で変換された電気信号を無線送信する通信部とを備えたことを特徴とするタイヤ情報検出装置。
【請求項２】
前記圧電素子は、前記タイヤ内において片持支持されていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ情報検出装置。
【請求項３】
前記通信部は、前記圧電素子で変換された電気信号の電力を利用して前記車両側装置に送信することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタイヤ情報検出装置。
【請求項４】
前記通信部は、前記車両側装置から受信した搬送波を前記圧電素子で変換された電気信号で変調して送信することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタイヤ情報検出装置。
【請求項５】
タイヤ内において自由振動可能に支持され、前記タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電気信号に変換する圧電素子と、
前記圧電素子で変換された電気信号の周波数を前記タイヤの空気圧情報に変換する制御回路と、
前記圧電素子で変換された電気信号を整流し蓄電する蓄電部とを備え、
前記制御回路は前記蓄電部の電圧により動作することを特徴とするタイヤ情報検出装置。
【請求項６】
タイヤ内に設けられたタイヤ情報検出装置と、車両本体に設けられ、前記タイヤ情報検出装置と通信可能な車両側装置とを備えたタイヤ情報監視システムにおいて、
前記タイヤ情報検出装置は、
タイヤ内において自由振動可能に支持され、前記タイヤ内の空気圧に応じた自由振動を電気信号に変換する圧電素子と、
前記圧電素子で変換された電気信号を前記車両側装置に無線送信する通信部とを備え、
前記車両側装置は、前記タイヤ情報検出装置から受信した電気信号の周波数に基づいて前記タイヤの空気圧情報を取得することを特徴とするタイヤ情報監視システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１２７７６０（Ｐ２０１０−１２７７６０Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０２６００（Ｐ２００８−３０２６００）
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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