JP5019839B2

JP5019839B2 - タイヤ情報管理システム

Info

Publication number: JP5019839B2
Application number: JP2006273047A
Authority: JP
Inventors: 敬司織田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2006-10-04
Filing date: 2006-10-04
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2026-10-04
Also published as: WO2008044540A1; AU2007305605B2; US20100033316A1; AU2007305605A1; CA2665688A1; CA2665688C; US8115614B2; JP2008087704A

Description

本発明は、車両に装着されたそれぞれのタイヤ内に取り付けられタイヤ内圧を含むタイヤ状態量を測定し測定したデータを送信するセンサモジュールと、これらのセンサモジュールからのデータを受信するアンテナと、これらのアンテナを介して各センサモジュールに前記データの送信を指令するとともに各センサモジュールから送信されたデータを取得する車両側モジュールとを具えるタイヤ情報管理システムに関する。

建設用車両等の運行中の車両のタイヤの管理を行うため、タイヤの圧力等のタイヤ状態量を測定するセンサモジュールをタイヤの内面に取り付け、このセンサモジュールから送信された測定データ等を車体側モジュールが受信して、この信号に基づいてタイヤの異常を運転者に知らせたり、タイヤの使用状況等の管理に用いたりするタイヤ情報管理システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１０４１０３号公報

このようなタイヤ情報管理システムにおいて、回転するタイヤ内に取り付けられたセンサモジュールは、車体側から電源を供給することが難しいので、内蔵した一次電池によって駆動されており、しかも、センサモジュールは水分やガス、その他の塵埃から内蔵する電子部品を保護するため樹脂でポッティング処理されており、この一次電池を取り替えることはできないので、センサモジュールの寿命は一次電池の寿命に左右される。

しかし、一次電池は、同時に軽量であることも要求されるため、その容量にも限界がある。したがって、電池の寿命を伸ばすためには、電気の消費量を抑えることが重要であり種々の提案がなされているが、未だ要求レベルを満足させるものにはなっていない。

そこで、発明者は、従来技術においては、センサモジュールが車体側モジュールにデータ信号を送信する際の送信電波強度は、センサモジュールがどの車両に取り付けられても、車両のどの位置に取り付けられても、データ送信に支障がないよう、許容される最大の値に設定され容易に変更できるものでないことに着目した。

本発明は、このような着眼点に基づいてなされたものであり、その目的は、センサモジュールの電力消費量を大幅に節減することのできるタイヤ管理システムを提供し、よってセンサモジュールの寿命を大幅に改善することにある。

＜１＞は、車両に装着されたそれぞれのタイヤ内に取り付けられタイヤ内圧を含むタイヤ状態量を測定し測定したデータを送信するセンサモジュールと、これらのセンサモジュールからのデータを受信するアンテナと、これらのアンテナを介して各センサモジュールに前記データ送信を要求する指令を送信するとともに各センサモジュールから送信されたデータを取得する車両側モジュールとを具えるタイヤ情報管理システムにおいて、
前記センサモジュールは、データ送信における送信電波強度を制御する送信電波強度制御手段を具え、送信電波強度制御手段は、受信モジュールから受信した前記送信電波強度設定値に基づいて次回のデータ送信における送信電波強度を制御するよう構成され、
前記車両側モジュールは、各センサモジュールについて、センサモジュールから送信されたデータ信号の受信電波強度を測定する受信電波強度測定手段を具えるとともに、前回、センサモジュールから送信されたデータ信号の受信電波強度に応じて、前記送信電波強度設定値を作成し、この送信電波強度設定値を次回のセンサモジュールへの前記指令に付加するよう構成されてなるタイヤ情報管理システムである。

＜２＞は、＜１＞において、前記車両側モジュールは、各センサモジュールについて、センサモジュールに前記指令を送信してからセンサモジュールからデータを受信するまで経過した時間を測定する通信経過時間測定手段を具るとともに、前記送信電波強度設定値を作成するに際し、前記受信電波強度の他に、前回のデータ受信までに要した前記通信経過時間にも応じるよう構成されてなるタイヤ情報管理システムである。

＜３＞は、＜１＞もしくは＜２＞において、前記車両側モジュールは、前記送信電波強度設定値を作成するに際し、前記受信電波強度と前記通信経過時間との少なくとも一方をそれらのレベルに応じて複数のグループに区分し、前回のセンサモジュールへの送信電波強度設定値に、これらのグループごとに予め定められた差分を加算もしくは減算して、次回のセンサモジュールへの送信電波強度設定値とするよう構成されてなるタイヤ情報管理システムである。

＜１＞によれば、車両側モジュールは、前回、センサモジュールから送信されたデータ信号の受信電波強度に応じて、センサモジュールの次回のデータ送信において採用すべき送信電波強度設定値を作成し、この送信電波強度設定値を次回のセンサモジュールへの指令に付加し、センサモジュールは、受信モジュールから受信した前記送信電波強度設定値に基づいて次回のデータ送信における送信電波強度を制御するので、前回の受信電波強度が大きい場合には、前回のセンサモジュールのデータ送信における送信電波強度には余裕があるとして、信号送信に支障を来たさない範囲で次回のセンサモジュールの送信電波強度を低下させることができ、このことのよって電力消費量を低減して電池の寿命を延ばすことができる。

＜２＞によれば、車両側モジュールは、送信電波強度設定値を作成するに際し、受信電波強度の他に、前回のデータ受信までに要した前記通信経過時間にも応じるので、前回のデータ受信における通信経過時間が短い場合にも、前回のセンサモジュールのデータ送信における送信電波強度には余裕があるとして、信号送信に支障を来たさない範囲で次回のセンサモジュールの送信電波強度を低下させることができ、このことのよって電力消費量をさらに低減して電池の寿命を延ばすことができる。

＜３＞によれば、前記車両側モジュールは、前記送信電波強度設定値を作成するに際し、受信電波強度と通信経過時間との少なくとも一方をそれらのレベルに応じて複数のグループに区分し、前回のセンサモジュールへの送信電波強度設定値に、これらのグループごとに予め定められた差分を加算もしくは減算して、次回のセンサモジュールへの送信電波強度設定値とするので、センサモジュールの電力消費量の低減に有効な送信電波強度を極めて簡単な計算で求めることができ、タイヤ情報管理システムを簡素に構成することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る実施形態のタイヤ情報管理システムの構成を示す構成図であり、タイヤ情報管理システム１０は、車両６のそれぞれのタイヤ４内に取り付けられた複数のセンサモジュール３（図示の場合６個）と、センサモジュール３のアンテナ８を介して送信されたタイヤ内圧やタイヤ温度等のタイヤ状態量に関するデータを含む無線信号を受信するアンテナ２（図示の場合４個）と、これらのアンテナ２に接続され、センサモジュール３からのデータを取得する車体側モジュール５とを具えて構成される。車体側モジュール５は、タイヤの使用状況を監視する車両運行管理センタ７とタイヤに関する情報を相互に送受信するようにしてもよい。

車体側モジュール５がタイヤ状態量に関するデータを取得するまでの、車体側モジュール５とセンサモジュール３との間の送受信は以下のようにして行われる。すなわち、まず、車体側モジュール５からセンサモジュール３のうちの一つ、例えば、センサモジュール３Ａに、アンテナ２（２Ａ）を介して、測定したタイヤ状態量に関するデータの送信を要求する指令を送信し、この指令信号を受信したセンサモジュール３Ａは、これに付属するアンテナ８を介して、車体側モジュール５に測定データを含む信号を送信し、車体側モジュール５は、このデータの受信を確認してセンサモジュール３Ａとの送受信を完了し、続いて、アンテナ２（２Ｂ）を介して次のセンサモジュール３（例えば３Ｂ）に対する送受信を開始する。

車体側モジュール５は、このようにして、車両６のタイヤ４に取り付けられたすべてのセンサモジュール３に対して同様の送受信を行い、すべてのセンサモジュール３からのデータの受信を確認したとき、一巡の作動を終了する。この一巡の作動を行う周期は適宜定めることができる。

ここで、あるセンサモジュール３に対して介在させるアンテナ２は、このセンサモジュール３に対してもっとも高い確率で通信を成立させることのできるアンテナ２を選択するようにするのが好ましく、例えば、あるセンサモジュール３に対して、最初は、配置図等、机上の条件だけを考慮して選択したアンテナ２を用いるが、もし通信成立の確率が低い場合には、他のアンテナ２を介して通信を行うようすることによって、このセンサモジュールに対してもっとも通信成立の確率の高いアンテナ２を選択することができる。

ただし、車体側モジュール５が、どのアンテナ２を介しても対象とするセンサモジュール３とは十分な確率で通信を成立させることができなかった場合には、通信不成立として、その旨の警報を運転者もしくは車両運行管理センタに発信するようにするのが好ましい。

図２は、センサモジュール３の構成を示すブロック線図であり、センサモジュール３は、タイヤ内圧を含むタイヤ状態量を測定するセンサ部２１と、車体側モジュール５からの指令を受信するとともにセンサ部２１からの測定データを送信する送受信ＩＣ２２と、送受信ＩＣ２２に接続されるアンテナ８と、種々の設定パラメータを一時的に記憶するＲＡＭ等の記憶手段２３と、センサモジュール３全体の作動を司るプログラムを動作させ、このプログラムに基づいてセンサモジュール３内の各要素であるセンサ部２１、送受信ＩＣ２２、記憶手段２３等を制御するＣＰＵ２５と、を具えて構成される。

車体側モジュール５、および、センサモジュール３が上記の処理を行う際の手順について、図を参照してさらに詳しく説明する。図３は、車体側モジュール５が、一つのセンサモジュール３との送受信を行う際の処理の手順を示すフローチャートであり、図４は、センサモジュール３の処理の手順を示すフローチャートである。

車体側モジュール５は、図３に示すように、まず、あるセンサモジュール３に、測定したタイヤ状態量に関するデータの送信を要求する指令（コマンド）を送信し（ステップｓａ−１）、次いで、センサモジュール３から送信されたデータを受信する処理を行う（ステップｓａ−２）。この処理の結果、データ受信が成功したか否かの判定を行い（ステップｓａ−３）、成功した場合には、そのセンサモジュール３との通信の処理を終了する。

一方、ステップｓａ−３において、受信が不成功に終わって場合には、上記のｓａ−１〜ｓａ−３のステップを繰り返すが、これを無制限に繰り返すことはできないので、予めその通信時間の上限を定めておくが、ステップｓａ−４では、センサモジュール３との通信時間がこの上限をオーバしていないかを判定し、オーバしていない場合には、ステップｓａ−１〜ｓａ−３の処理を繰り返す。

このとき、もし、通信時間が上記の上限を超えた場合には、対象としているセンサモジュール３と通信する際に用いるアンテナを変更（ステップｓａ−７）する処理を行い、他のアンテナ２を用いてセンサモジュール３と通信を再試行する。

一方、対象とするセンサモジュール３と通信する手立てはもうないとして通信を終了する必要があり、ステップｓａ−７に先だって、すべてのアンテナに対して通信時間が前記上限をオーバしてしまったか否かを判定し（ステップｓａ−５）、もしそうであるならば、その後の対処に利用するべく通信が不成功で合った旨の警報フラグをたてて（ステップｓａ−６）、センサモジュール３との通信を終了する。

上記に説明した車体側モジュール５の処理手順に対して、センサモジュール３の処理手順は、図４にフローチャートで示すように、まず、ステップｓｂ−１で種々の初期設定を行ったあと、所定のサーチ周期で定められる時刻に達したが否かを判定し（ステップｓｂ−２）、その時刻に達したとき、電波サーチを行い（ステップｓｂ−３）、車体側モジュール５からデータ送信を指示する指令が送信されているか否かを判定する（ステップｓｂ−４）。

車体側モジュール５から指令が送信されていた場合には、その指令の受信を行い（ステップｓｂ−５）、その結果、指令の解読が成功し、かつ、指令に含まれるＩＤと自身のＩＤとの照合結果がＯＫとなった場合（ステップｓｂ−６）、その指令に従って、測定データの送信を行う（ステップｓｂ−７）。

その後、予め設定された所定の測定周期で定められる時刻に達したが否かを判定し（ステップｓｂ−８）、その時刻に達したとき、タイヤ内圧や温度などの予め定められたタイヤ状態量の測定を行い（ステップｓｂ−９）、次のデータ要求指令に対する測定データを準備するとともに、測定したデータに異常値が含まれるか否かの異常診断を行い（ステップｓｂ−１０）、ステップｓｂ−１１で、もし、異常値が含まれると判定した場合には、緊急事態が発生したとして、車体側モジュール５からの指令を待つことなく、自発的に警報データを車体側モジュール５に送信するステップ（ｓｂ−１２）。

もし、ステップｓｂ−１１で異常値が含まれていないと判定した場合には、ステップｓｂ−２に戻って、所定のサーチ周期で定まる時刻になるまで待機する。

さて、本発明において、車体側モジュール５には、図１に示すように、各センサモジュール３からのデータを受信する際の受信電波の強度を測定する受信電波強度測定手段１１が設けられる。受信電波強度測定手段１２は、例えば、一般的にＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）回路と呼ばれる回路により構成することができる。

また、車体側モジュール５には、図１に示すように、好ましくは、受信電波強度測定手段１２の他に、ステップｓａ−１において、センサモジュール３にコマンドの送信を開始した時刻（ステップｓａ−１）から、ステップｓａ−３において、センサモジュール３からのデータ受信が成功するまでの時間を測定する通信経過時間測定手段１４が設けられる。

一方、センサモジュール３には、図４に示したステップｓｂ−７において車体側モジュール５へのデータ送信に用いる送信電波強度を制御する送信電波強度制御手段１６が設けられており、送信電波強度制御手段１６は、送信時の送信電波強度を制御する送受信ＩＣ２２、送受信ＩＣ２２に送信電波強度の設定値を出力するＣＰＵ２５、および、ＣＰＵ２５によって作動されるプログラムによって構成される。

本発明は、センサモジュール３に、送信電波強度制御手段１６を用いて、データの送信に支障を来さない範囲で、データを送信する際の送信電波強度を抑え、そのことによって、電力消費量を抑制し、一時電池の寿命を大幅に長くするものであり、図５は、タイヤに取り付けられたセンサモジュール３について、送信電波強度と、電力消費量に比例する消費電流との関係を、横軸に送信電波強度（dBm）、縦軸に消費電流（mA）をとって模式的に示すグラフであり、図から明らかなように、送信電波強度を下げれば、電力消費量を低減することができる。

そして、図示の例の場合、P_minは、これを下回ると車体側モジュール５との通信ができなくなる送信電波強度であり、したがって、送信電波強度がP_min以上であれば、通信は可能であるが、この範囲内であっても、送信電波強度が余り高くなりすぎると電力消費量が大きくなってしまう。そこて、本発明は、車体側モジュール５がデータ受信を行う際の受信電波強度を測定し、その測定値が予め定めた値に落ち着くよう、センサモジュール３の送信電波強度制御手段１６に送信電波強度の制御を行わせるようにするものであり、これによって、通信の安定性を確保するとともに、周囲の電波環境に応じて電力消費量を低減することができる。

具体的には、送信電波強度制御手段１６が制御する（設定する）送信電波強度のレベルを複数個に絞り、例えばレベル数を５個とし、これらのレベルのそれぞれを低い方からP₁、P₂、P₃、P₄、P₅とした場合、図示のように、P₀を、P_minもしくはこれよりわずか大きいレベルとし、pを単位電波強度増分として、隣接するレベルが互いに単位電波強度増分pだけ異なるよう、P₁=P_min+p、P₂=P_min+2p、P₃=P_min+3p、P₄=P_min+4pとすると、簡易で、しかも、送信電波強度の制御を効果的に行わせることができる。

そして、センサモジュール３の各回のデータ送信に用いる送信電波強度のレベルの選択に際しては、その信号を受信する車体側モジュール５から前回の結果をフィードバックすることにより、送信電波強度のレベルが適正値に向かうようにすることができ、具体的には次のようにして制御する。

すなわち、車体側モジュール５は、ステップｓａ−１において、センサモジュール３への指令（コマンド）に、センサモジュール３の次回のデータ送信に用いるべき送信電波強度を示した送信電波強度設定値を付加して送信する。図６は、このコマンド送信において送信されるデータ構造の例を示す模式図であるが、このデータは１２バイドのデータ量があり、先頭から順に第１バイト、第２バイト、…とするとき、この送信電波強度設定値は第７バイトの後半４ビットの位置に割り当てられる。なお、図において、データの先頭と後尾には、それぞれ、データの開始と終了とを示すプレアンブルおよびポストアンブルが配置され、第4バイトには、通信相手とするセンサモジュール３のＩＤ情報が、第６バイトには、センサモジュール３へのコマンド情報が、そして、第７バイトの前半４ビットには、センサモジュール３がデータ送信に用いるべき送信チャンネル情報が割り当てられている。なお、上記データ構造においても、データの並び順については、このほかにも幾多の例が考えられる。

そして、送信電波強度設定値における送信電波強度Pは、式（１）に示すように、前回のセンサモジュール３に対する指令に際して用いた送信電波強度設定値における送信電波強度P_bfに、前記単位電波強度増分pにゼロを含む正負の整数を掛け合わせた値を加算して求め、単位電波強度増分pに掛け合わす際の整数を修正パラメータxとして、修正パラメータxを、前回の、センサモジュール３からのデータ受信に際して測定した受信電波強度レベルRに応じて変化させ、受信電波強度レベルRがほぼ目標通りであった場合には、修正パラメータxをゼロとし、受信電波強度レベルRが目標より大きい場合には、修正パラメータxを負に、小さい場合には、修正パラメータxを正とすることにより、センサモジュール３が次回データを送信する際の送信電波強度P_bfを最適なものに修正させることができる。

図７は、前回のデータ受信における受信電波強度レベルRと修正パラメータxとの関係を例示するグラフであり、この例の場合、受信電波強度レベルRをそのレベルに応じて５つのグループR1、R2、R3、R4、R5に区分けし、レベルが最も低いグループR1内にある受信電波強度レベルRに対しては、修正パラメータxとして+2を用い、次に低いレベルのグループR2には、修正パラメータxを+1とし、一方、レベルが最も高いグループR5内にある受信電波強度レベルRに対しては、修正パラメータxとして-2を用い、次に高いレベルのグループR4には、修正パラメータxを-1とし、そして、目標とする受信電波強度レベルにあるグループR3には、修正パラメータxとして0を対応させている。

さらに、修正パラメータxの選択において、前回のデータ受信における受信電波強度レベルR に加えて、前回のデータ受信における通信経過時間Tにも応じて選択させるのが好ましい。

図８は、前回のデータ受信における通信経過時間Tと修正パラメータxとの関係を例示するグラフであり、この例の場合、通信経過時間Tをそのレベルに応じて５つのグループT1、T2、T3、T4、T5に区分けし、通信経過時間Tがもっとも短いグループT1に対しては前記受信電波強度レベルRに応じて決定された修正パラメータxに加減する値をゼロとし（すなわち、修正パラメータxをそのままとし）、それ以外のグループに対しては前記受信電波強度レベルRに応じて決定された修正パラメータxの値に+1を加えて新たな修正パラメータxとするものであり、このことによって、通信時間がかかった場合には、センサモジュール３に、次回の送信における送信電波強度を増加させるように制御することができる。

そして、修正パラメータxの選択において通信経過時間Tも考慮する場合には、受信電波強度レベルRを基に図７に示すところによって選択した修正パラメータに、通信経過時間Tを基に図８に示すところによって選択した修正パラメータを加えればよい。

以上のように、本発明においては、センサモジュール３がデータを送信する際の送信電波強度を、車体側モジュール５がデータを受信した際の受信電波強度R応じて、もしくは、これに加えて通信経過時間Tにも応じて修正、設定することができ、その結果、センサモジュール３と車体側モジュール５との間の通信に障害を来すことなく電力消費量を節減することができ、電池の寿命を大幅に伸ばすことができる。

本発明に係る実施形態のタイヤ情報管理システムを示す構成図である。センサモジュールの構成を示すブロック線図である。車体側モジュールの処理ルーチンを示すフローチャートである。センサモジュールの処理ルーチンを示すフローチャートである。センサモジュールにおける、データを送信する際の送信電波強度と消費電流との関係を示すグラフである。車体側モジュールからセンサモジュールに送信される指令データの構造を示す模式図である。車体側モジュールにおける、前回のデータ受信の際の受信電波強度と、修正パラメータとの関係を示すグラフである。車体側モジュールにおける、前回のデータ受信の際の通信経過時間と、修正パラメータとの関係を示すグラフである。

符号の説明

２車体側モジュールのアンテナ
３センサモジュール
４タイヤ
５車体側モジュール
６車両
７車両運行管理センタ
８センサモジュールのアンテナ
１０タイヤ情報管理システム
１２受信電波強度測定手段
１４通信経過時間測定手段
１６送信電波強度制御手段
２１センサ部
２２送受信ＩＣ
２３記憶手段
２４ＲＯＭ
２５ＣＰＵ

Claims

車両に装着されたそれぞれのタイヤ内に取り付けられタイヤ内圧を含むタイヤ状態量を測定し測定したデータを送信するセンサモジュールと、これらのセンサモジュールからのデータを受信するアンテナと、これらのアンテナを介して各センサモジュールに前記データ送信を要求する指令を送信するとともに各センサモジュールから送信されたデータを取得する車両側モジュールとを具えるタイヤ情報管理システムにおいて、
前記センサモジュールは、データ送信における送信電波強度を制御する送信電波強度制御手段を具え、送信電波強度制御手段は、受信モジュールから受信した送信電波強度設定値に基づいてデータ送信における送信電波強度を制御するよう構成され、
前記車両側モジュールは、各センサモジュールについて、センサモジュールから送信されたデータ信号の受信電波強度を測定する受信電波強度測定手段を具えるとともに、前回、センサモジュールから送信されたデータ信号の受信電波強度に応じて、前記送信電波強度設定値を作成し、この送信電波強度設定値を、センサモジュールへの前記指令に付加するよう構成されてなるタイヤ情報管理システム。
前記車両側モジュールは、各センサモジュールについて、センサモジュールに前記指令を送信してからセンサモジュールからデータを受信するまで経過した時間を測定する通信経過時間測定手段を具るとともに、前記送信電波強度設定値を作成するに際し、前記受信電波強度の他に、前回のデータ受信までに要した前記通信経過時間にも応じるよう構成されてなる請求項１に記載のタイヤ情報管理システム。
前記車両側モジュールは、前記送信電波強度設定値を作成するに際し、前記受信電波強度と前記通信経過時間との少なくとも一方をそれらのレベルに応じて複数のグループに区分し、センサモジュールへの送信電波強度設定値に、これらのグループごとに予め定められた差分を加算もしくは減算して、次回のセンサモジュールへの送信電波強度設定値とするよう構成されてなる請求項１もしくは２に記載のタイヤ情報管理システム。