(57)【要約】【課題】実用速度範囲内でタイヤに発生する任意の１方向又は検出加速度のベクトルが互いに一次独立な２方向以上若しくは検出加速度のベクトルが互いに直交する２方向以上の加速度を検出することができる加速度センサ装着タイヤを提供する。【解決手段】センサユニット100はタイヤ内部に埋設されており、このセンサユニット内に設けられている加速度センサによってタイヤ300に発生する互いに直交する３方向の加速度を検出し、該検出した加速度を送信する。加速度センサはＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）型の加速度センサであり、半導体加速度センサによって構成されている。【選択図】図１
2006142993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の物理量を検出するセンサによる検出結果をタイヤ外にワイヤレスで送信するセンサユニットを１つ以上備えたタイヤにおいて、
前記センサユニットは、ＭＥＭＳ型の加速度センサを備え、
前記加速度センサは、取付位置において任意の１方向の加速度を検出する手段を有する
ことを特徴とする加速度センサ装着タイヤ。
【請求項２】
所定の物理量を検出するセンサによる検出結果をタイヤ外にワイヤレスで送信するセンサユニットを１つ以上備えたタイヤにおいて、
前記センサユニットは、ＭＥＭＳ型の加速度センサを備え、
前記加速度センサは、取付位置において検出加速度のベクトルが互いに一次独立な２方向以上の加速度を検出する手段を有する
ことを特徴とする加速度センサ装着タイヤ。
【請求項３】
所定の物理量を検出するセンサによる検出結果をタイヤ外にワイヤレスで送信するセンサユニットを１つ以上備えたタイヤにおいて、
前記センサユニットは、ＭＥＭＳ型の加速度センサを備え、
前記加速度センサは、取付位置において検出加速度のベクトルが互いに直交する２方向以上の加速度を検出する手段を有する
ことを特徴とする加速度センサ装着タイヤ。
【請求項４】
前記加速度センサは、シリコンピエゾ型のダイアフラムを有する半導体加速度センサである
ことを特徴とする請求項１乃至３に記載の加速度センサ装着タイヤ。
【請求項５】
前記センサユニットは、面積が１００ｍｍ2以下、高さが５ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１乃至４に記載の加速度センサ装着タイヤ。
【請求項６】
前記加速度センサは、タイヤ周方向の加速度とタイヤ幅方向の加速度とタイヤ半径の加速度のうち少なくとも１つを検出する手段を有する
ことを特徴とする請求項１乃至５に記載の加速度センサ装着タイヤ。
【請求項７】
前記センサユニットは、タイヤ内部に埋設されている
ことを特徴とする請求項１乃至６に記載の加速度センサ装着タイヤ。
【請求項８】
前記センサユニットは、インナライナー表面に設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至６に記載の加速度センサ装着タイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサ装着タイヤに関し、特にタイヤに発生する任意の１方向又は検出加速度のベクトルが互いに一次独立な２方向以上若しくは検出加速度のベクトルが互いに直交する２方向以上の加速度を検出する加速度センサ装着タイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、タイヤに発生する加速度を検出するものとしては、タイヤの回転に伴ってタイヤ内部に発生する１〜３方向の加速度を検出するセンサ等を用いて、路面を判定するようにしたもの（例えば、特許文献１参照）や、タイヤ周方向の振動を検出する加速度センサとタイヤ幅方向の振動を検出する加速度センサの２個の加速度センサを取り付けて、路面摩擦係数や路面状態、タイヤ走行状態を推定するようにしたもの（例えば、特許文献２参照）や、回転中のタイヤにおいて少なくともタイヤの前後方向と左右方向の加速度を検出して、タイヤの挙動状態を監視するようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
上記に用いられる加速度センサは、ホイールやハブ、サスペンション等に取り付けるよりもタイヤに直接取り付ける方が、タイヤに発生する加速度の減衰が少ないため精度良く検出することができる。例えば、接地時にタイヤが変形することによって生じる微小な加速度の変化を検出する場合等に効果的である。
【０００４】
ここで、例えば20km/hで走行する205/70R15のタイヤには、約１０Ｇ程度の遠心力が発生している。
【０００５】
そして、１つの加速度センサで２方向以上の加速度を同時に検出できるものとして、２軸加速度センサ、３軸加速度センサ等が市販され、これらの中には最大値が数Ｇ〜数十Ｇの加速度センサが存在する。
【特許文献１】特開２００２−３４０８６３号公報
【特許文献２】特開２００３−１８２４７６号公報
【特許文献３】ＷＯ０３／０８２６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実用速度範囲内でタイヤに発生する加速度を検出するため、最大値が数十Ｇの市販の２軸加速度センサ、３軸加速度センサを用いる場合、加速度センサが大きいためタイヤに取り付けるのが困難であったり、接地時に大きな力を受けて加速度センサが故障し、或いは剥離するといった問題があった。
【０００７】
また、実用速度範囲内での加速度を検出可能な１軸加速度センサを２つ以上並べて用いる場合、加速度センサの面積が大きくなり、また、１軸センサを２つ以上重ねて用いる場合でも、加速度センサの高さが高くなったり重量が重くなるため、加速度センサの検出範囲が制限され、タイヤの変形によって生じる加速度を精度良く検出することができない、といった問題があった。
【０００８】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、実用速度範囲内でタイヤに発生する任意の１方向又は検出加速度のベクトルが互いに一次独立な２方向以上若しくは検出加速度のベクトルが互いに直交する２方向以上の加速度を検出することができる加速度センサ装着タイヤを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前記目的を達成するために、所定の物理量を検出するセンサによる検出結果をタイヤ外にワイヤレスで送信するセンサユニットを１つ以上備えたタイヤにおいて、前記センサユニットは、ＭＥＭＳ型の加速度センサを備え、前記加速度センサは、取付位置において任意の１方向の加速度を検出する手段を有する加速度センサ装着タイヤを提案する。
【００１０】
本発明の加速度センサ装着タイヤによれば、所定の物理量を検出するセンサによる検出結果をタイヤ外にワイヤレスで送信するセンサユニットを１つ以上備えたタイヤにおいて、前記センサユニットには、ＭＥＭＳ型の加速度センサが備えられている。従って、前記加速度センサは、その面積、高さ、重量をほとんど変えずに検出可能な加速度の最大値を大きくすることができる。
【００１１】
さらに、前記加速度センサによって、取付位置において任意の１方向の加速度が検出される。
【００１２】
本発明は前記目的を達成するために、所定の物理量を検出するセンサによる検出結果をタイヤ外にワイヤレスで送信するセンサユニットを１つ以上備えたタイヤにおいて、前記センサユニットは、ＭＥＭＳ型の加速度センサを備え、前記加速度センサは、取付位置において検出加速度のベクトルが互いに一次独立な２方向以上の加速度を検出する手段を有する加速度センサ装着タイヤを提案する。
【００１３】
本発明の加速度センサ装着タイヤによれば、所定の物理量を検出するセンサによる検出結果をタイヤ外にワイヤレスで送信するセンサユニットを１つ以上備えたタイヤにおいて、前記センサユニットには、ＭＥＭＳ型の加速度センサが備えられている。従って、前記加速度センサは、その面積、高さ、重量をほとんど変えずに検出可能な加速度の最大値を大きくすることができる。
【００１４】
さらに、前記加速度センサによって、取付位置において検出加速度のベクトルが互いに一次独立な２方向以上の加速度が検出される。従って、１方向の加速度を検出する加速度センサを並べたり重ねることなく、実用速度範囲内でタイヤに発生する検出加速度のベクトルが互いに一次独立な２方向以上の加速度を同時に検出することができる。
【００１５】
本発明は前記目的を達成するために、所定の物理量を検出するセンサによる検出結果をタイヤ外にワイヤレスで送信するセンサユニットを１つ以上備えたタイヤにおいて、前記センサユニットは、ＭＥＭＳ型の加速度センサを備え、前記加速度センサは、取付位置において検出加速度のベクトルが互いに直交する２方向以上の加速度を検出する手段を有する加速度センサ装着タイヤを提案する。
【００１６】
本発明の加速度センサ装着タイヤによれば、所定の物理量を検出するセンサによる検出結果をタイヤ外にワイヤレスで送信するセンサユニットを１つ以上備えたタイヤにおいて、前記センサユニットには、ＭＥＭＳ型の加速度センサが備えられている。従って、前記加速度センサは、その面積、高さ、重量をほとんど変えずに検出可能な加速度の最大値を大きくすることができる。
【００１７】
さらに、前記加速度センサによって、取付位置において検出加速度のベクトルが互いに直交する２方向以上の加速度が検出される。従って、１方向の加速度を検出する加速度センサを並べたり重ねることなく、実用速度範囲内でタイヤに発生する検出加速度のベクトルが互いに直交する２方向以上の加速度を同時に検出することができる。
【００１８】
また、本発明は上記構成の加速度センサ装着タイヤにおいて、前記加速度センサは、シリコンピエゾ型のダイアフラムを有する半導体加速度センサである加速度センサ装着タイヤを提案する。
【００１９】
本発明の加速度センサ装着タイヤによれば、前記加速度センサはシリコンピエゾ型のダイアフラムを有する半導体加速度センサである。従って、前記ダイアフラムの変形によってピエゾ抵抗体の抵抗値が変化して加速度を検出することができる。
【００２０】
また、本発明は、上記構成の加速度センサ装着タイヤにおいて、前記センサユニットは、面積が１００ｍｍ2以下、高さが５ｍｍ以下である加速度センサ装着タイヤを提案する。
【００２１】
本発明の加速度センサ装着タイヤによれば、前記センサユニットは、面積が１００ｍｍ2以下、高さが５ｍｍ以下である。センサユニットがこのような範囲の大きさであればタイヤへの取付けが容易で、故障や剥離を防ぐことができ、検出範囲の制限を小さくすることができるので、タイヤの変形によって生じる加速度を精度良く検出することができる。
【００２２】
また、本発明は上記構成の加速度センサ装着タイヤにおいて、前記加速度センサは、タイヤ周方向の加速度とタイヤ幅方向の加速度とタイヤ半径方向の加速度のうち少なくとも１つを検出する手段を有する加速度センサ装着タイヤを提案する。
【００２３】
本発明の加速度センサ装着タイヤによれば、前記加速度センサによって、タイヤ周方向の加速度とタイヤ幅方向の加速度とタイヤ半径方向の加速度のうち少なくとも１つ、より好ましくは２つ以上が検出される。
【００２４】
ここで、例えば２つ以上の加速度を検出した場合、前記各方向の加速度を１階積分すると取付位置における各方向の速度が得られ、前記各速度を更に１階積分すると取付位置における各方向の変位が得られる。従って、タイヤ周方向の変位とタイヤ幅方向の変位を用いて、タイヤの接地位置での接地平面内の変形を推定することが可能となり、更にタイヤ半径方向の変位を用いて、タイヤの接地平面内の変形とともに接地平面と直交方向の変形を推定することが可能となる。
【００２５】
また、本発明は上記構成の加速度センサ装着タイヤにおいて、前記センサユニットは、タイヤ内部に埋設されている加速度センサ装着タイヤを提案する。
【００２６】
本発明の加速度センサ装着タイヤによれば、前記センサユニットがタイヤ内部に埋設されている。従って、他の取付位置と比較して更に、タイヤの変形によって生じる加速度を精度良く検出することができる。
【００２７】
また、本発明は上記構成の加速度センサ装着タイヤにおいて、前記センサユニットは、インナライナー表面に設けられている加速度センサ装着タイヤを提案する。
【００２８】
本発明の加速度センサ装着タイヤによれば、前記センサユニットがインナライナー表面に設けられている。従って、タイヤ内部に埋設されている場合と同様、他の取付位置と比較して更に、タイヤの変形によって生じる加速度を精度良く検出することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の加速度センサ装着タイヤによれば、タイヤに１つ以上備わるセンサユニットが、取付位置において任意の１方向又は検出加速度のベクトルが互いに一次独立な２方向以上若しくは検出加速度のベクトルが互いに直交する２方向以上の加速度を検出するＭＥＭＳ型の加速度センサを備えることにより、加速度センサの面積、高さ、重量をほとんど変えずに検出可能な加速度の最大値を大きくすることができ、実用速度範囲内でタイヤに発生する任意の１方向又は検出加速度のベクトルが互いに一次独立な２方向以上若しくは検出加速度のベクトルが互いに直交する２方向以上の加速度を検出することができる。
【００３０】
また、センサユニットを面積が１００ｍｍ2以下、高さが５ｍｍ以下となるように設定することにより、タイヤへの取付けが容易で、故障や剥離を防ぐことができ、検出範囲の制限を小さくすることができるので、タイヤの変形によって生じる加速度を精度良く検出することができる。
【００３１】
本発明の前記目的とそれ以外の目的、構成、特徴及び作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１乃至図１６は本発明の一実施形態を示すものである。
【００３３】
まず、図１を参照して本発明の一実施形態における加速度センサ装着タイヤの構成について説明する。図１は本発明の一実施形態におけるセンサユニットの装着状態を説明する図である。
【００３４】
本実施形態において、加速度センサ装着タイヤはタイヤ300とセンサユニット100とから構成されている。
【００３５】
タイヤ300は、例えば、周知のチューブレスラジアルタイヤであり、周知のキャップトレッド301、アンダートレッド302、ベルト303A,303B、カーカス304、インナライナー305等から構成されており、リム306及び図示しないホイールによって車両等に保持されている。
【００３６】
センサユニット100は、タイヤ内部、例えばキャップトレッド301内に埋設されており、このセンサユニット100内に設けられている後述する加速度センサによってタイヤ300に発生する互いに直交する３方向の加速度を検出し、該検出した加速度をディジタル値に変換する。さらに、検出結果の加速度のディジタル値を含むディジタル情報を生成して送信する。
【００３７】
図において、センサユニット100をタイヤ内部に埋設したが、インナライナー305表面に設けるようにしてもよい。これにより、他の取付位置と比較して更に、タイヤ300への取付が容易であり、タイヤ300の変形によって生じる加速度を精度良く検出することができる。
【００３８】
なお、センサユニット100の取付位置は、タイヤ内部、インナライナー305表面に限定されるものではなく、タイヤ300のどこに設けても良い。また、タイヤ300に設けるセンサユニット100の数は１つに限定されることはなく、２個以上設けることが好ましい。
【００３９】
次に、図２を参照して図１に示したセンサユニットの構成について説明する。
【００４０】
センサユニット100の電気系回路の一具体例として、センサユニット100は、アンテナ110と、アンテナ切替器120、整流回路130、中央処理部140、検波部150、発信部160、センサ部170から構成されている。
【００４１】
アンテナ110は、所定周波数の電磁波を用いてタイヤ300外とワイヤレスで通信するためのものである。
【００４２】
アンテナ切替器120は、例えば電子スイッチ等から構成され、中央処理部140の制御によってアンテナ110と整流回路130及び検波部150との接続と、アンテナ110と発信部160との接続とを切り替える。
【００４３】
整流回路130は、ダイオード131,132と、コンデンサ133、抵抗器134から構成され、周知の全波整流回路を形成している。この整流回路130の入力側にはアンテナ切替器120を介してアンテナ110が接続されている。整流回路130は、アンテナ110に誘起した高周波電流を整流して直流電流に変換し、これを中央処理部140、検波部150、発信部160、センサ部170の駆動電源として出力するものである。
【００４４】
中央処理部140は、周知のＣＰＵ141と、ディジタル／アナログ（以下、Ｄ／Ａと称する）変換回路142、記憶部143から構成されている。
【００４５】
ＣＰＵ141は、記憶部143の半導体メモリに格納されているプログラムに基づいて動作し、電気エネルギーが供給されて駆動すると、センサ部170から取得した加速度検出結果のディジタル値及び後述する識別情報を含むディジタル情報を生成して、このディジタル情報をモニター装置に対して送信する処理を行う。また、記憶部143にはセンサユニット100に固有の上記識別情報が予め記憶されている。
【００４６】
記憶部143は、ＣＰＵ141を動作させるプログラムが記録されたＲＯＭと、例えばＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）等の電気的に書き換え可能な不揮発性の半導体メモリとからなり、個々のセンサユニット100に固有の上記識別情報が、製造時に記憶部143内の書き換え不可に指定された領域に予め記憶されている。
【００４７】
検波部150は、ダイオード151とＡ／Ｄ変換器152からなり、ダイオード151のアノードはアンテナ110に接続され、カソードはＡ／Ｄ変換器152を介して中央処理部140のＣＰＵ141に接続されている。これにより、アンテナ110によって受波された電磁波は検波部150によって検波されると共に、検波されて得られた信号はディジタル信号に変換されてＣＰＵ141に入力される。
【００４８】
発信部160は、発振回路161、変調回路162及び高周波増幅回路163から構成され、周知のＰＬＬ回路などを用いて構成され発振回路161によって発振された所定周波数の搬送波を、中央処理部140から入力した情報信号に基づいて変調回路162で変調し、これを高周波増幅回路163及びアンテナ切替器120を介して所定周波数の高周波電流としてアンテナ110に供給する。
【００４９】
センサ部170は、加速度センサ10とＡ／Ｄ変換回路171から構成され、Ａ／Ｄ変換回路171は、加速度センサ10から出力されたアナログ電気信号をディジタル信号に変換してＣＰＵ141に出力する。
【００５０】
次に、図３乃至図１３を参照して図２に示した加速度センサの構成について説明する。図３は本発明の一実施形態における半導体加速度センサを示す外観斜視図、図４は図３におけるＢ−Ｂ線矢視方向断面図、図５は図３におけるＣ−Ｃ線矢視方向断面図、図６は図３に示す半導体加速度センサを示す分解斜視図、図７は図３に示した半導体加速度センサの電気系回路を示す構成図、図８は図３に示した半導体加速度センサを用いたＸ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図、図９は図３に示した半導体加速度センサを用いたＹ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図、図１０は図３に示した半導体加速度センサを用いたＺ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図、図１１は図３に示した半導体加速度センサの動作を説明する図、図１２は図３に示した半導体加速度センサの動作を説明する図、図１３は本発明の一実施形態におけるセンサユニットの加速度センサが検出するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度に関して説明する図である。
【００５１】
加速度センサ10はＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）型の加速度センサであり、図３乃至図６に示すような半導体加速度センサによって構成されている。図において、10Aは半導体加速度センサで、台座11と、シリコン基板12、支持体18A,18Bとから構成されている。
【００５２】
台座11は矩形の枠型をなし、台座11の一開口面上にシリコン基板（シリコンウェハ）12が取り付けられている。また、台座11の外周部には支持体18A,18Bの外枠部181が固定されている。
【００５３】
台座11の開口部にシリコン基板12が設けられ、ウェハ外周枠部12a内の中央部には十字形状をなす薄膜のダイアフラム13が形成されており、各ダイアフラム片13a〜13dの上面にピエゾ抵抗体（拡散抵抗体）Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4が形成されている。
【００５４】
詳細には、一直線上に配置されたダイアフラム片13a,13bのうちの一方のダイアフラム片13aにはピエゾ抵抗体Ｒx1，Ｒx2，Ｒz1，Ｒz2が形成され、他方のダイアフラム片13bにはピエゾ抵抗体Ｒx3，Ｒx4，Ｒz3，Ｒz4が形成されている。また、ダイアフラム片13a,13bに直交する一直線上に配置されたダイアフラム片13c,13dのうちの一方のダイアフラム片13cにはピエゾ抵抗体Ｒy1，Ｒy2が形成され、他方のダイアフラム片13dにはピエゾ抵抗体Ｒy3，Ｒy4が形成されている。さらに、これらのピエゾ抵抗体Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4は、検出加速度のベクトルが互いに直交する３方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向とする）の加速度を検出するための抵抗ブリッジ回路を構成できるように、図７に示すように接続され、シリコン基板12の外周部表面に設けられた接続用の電極191に接続されている。なお、検出加速度のベクトルが互いに直交する３方向に限定されず、検出加速度のベクトルが互いに一次独立な３方向の加速度を検出するようにダイヤフラム13を形成し、抵抗ブリッジを構成するようにしてもよい。
【００５５】
さらに、ダイアフラム片13a〜13dの交差部には、ダイアフラム13の中央部の一方の面側に厚膜部14が形成され、この厚膜部14の表面には例えばガラス等からなる直方体形状の重錘15が取り付けられている。
【００５６】
一方、上記支持体18A,18Bは、矩形の枠型をなした外枠部181と、固定部の４隅に立設された４つの支柱182、各支柱の先端部を連結するように設けられた十字形状の梁部183、梁部183の中央交差部分に設けられた円錐形状をなす突起部184とから構成されている。
【００５７】
外枠部181は、突起部184がダイアフラム13の他面側すなわち重錘15が存在しない側とダイアフラム13の一面則すなわち重錘の存在する側の両方に位置するように、台座11の外周部に嵌合して固定されている。ここで、突起部184の先端184aがダイアフラム13或いは重錘15の表面から距離D1の位置になるように設定されている。この距離D1は、ダイアフラム13の面に垂直な方向に加速度が生じ、この加速度によりダイアフラム13の双方の面の側に所定値以上の力が加わった場合においても、各ダイアフラム片13a〜13dが伸びきらないように、その変位が突起部184によって制限できる値に設定されている。
【００５８】
上記構成の半導体加速度センサ10Aを用いる場合は、図８乃至図１０に示すように３つの抵抗ブリッジ回路を構成する。即ち、Ｘ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路としては、図８に示すように、ピエゾ抵抗体Ｒx1の一端とピエゾ抵抗体Ｒx2の一端との接続点に直流電源32Aの正極を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒx3の一端とピエゾ抵抗体Ｒx4の一端との接続点に直流電源32Aの負極を接続する。さらに、ピエゾ抵抗体Ｒx1の他端とピエゾ抵抗体Ｒx4の他端との接続点に電圧検出器31Aの一端を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒx2の他端とピエゾ抵抗体Ｒx3の他端との接続点に電圧検出器31Aの他端を接続する。
【００５９】
また、Ｙ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路としては、図９に示すように、ピエゾ抵抗体Ｒy1の一端とピエゾ抵抗体Ｒy2の一端との接続点に直流電源32Bの正極を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒy3の一端とピエゾ抵抗体Ｒy4の一端との接続点に直流電源32Bの負極を接続する。さらに、ピエゾ抵抗体Ｒy1の他端とピエゾ抵抗体Ｒy4の他端との接続点に電圧検出器31Bの一端を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒy2の他端とピエゾ抵抗体Ｒy3の他端との接続点に電圧検出器31Bの他端を接続する。
【００６０】
また、Ｚ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路としては、図１０に示すように、ピエゾ抵抗体Ｒz1の一端とピエゾ抵抗体Ｒz2の一端との接続点に直流電源32Cの正極を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒz3の一端とピエゾ抵抗体Ｒz4の一端との接続点に直流電源32Cの負極を接続する。さらに、ピエゾ抵抗体Ｒz1の他端とピエゾ抵抗体Ｒz3の他端との接続点に電圧検出器31Cの一端を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒz2の他端とピエゾ抵抗体Ｒz4の他端との接続点に電圧検出器31Cの他端を接続する。
【００６１】
上記構成の半導体加速度センサ10Aによれば、半導体加速度センサ10Aに加わる加速度に伴って発生する力が重錘15に加わると、各ダイアフラム片13a〜13dに歪みが生じ、これによってピエゾ抵抗体Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4の抵抗値が変化する。従って、各ダイアフラム片13a〜13dに設けられたピエゾ抵抗体Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4によって抵抗ブリッジ回路を形成することにより、検出加速度のベクトルが互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度を同時に検出することができる。なお、検出加速度のベクトルが互いに直交する３方向又は互いに一次独立な３方向のうち任意の１方向又は２方向について、加速度を検出するように抵抗ブリッジ回路を構成するようにしてもよいが、検出加速度のベクトルが互いに直交する２方向以上の加速度を検出するのが好ましい。
【００６２】
さらに、図１１及び図１２に示すように、ダイアフラム13の面に垂直な方向の力成分を含む力41,42が働くような加速度が加わった場合、ダイアフラム13の他方の面の側に所定値以上の力が加わったとき、ダイアフラム13は力41,42の働く方向に歪んで伸びるが、その変位は突起部184の先端184aによって支持されて制限されるため、各ダイアフラム片13a〜13dが最大限に伸びきることがない。これにより、ダイアフラム13の他方の面の側に所定値以上の力が加わった場合も、突起部184の先端184aが支点となって重錘15の位置が変位するので、ダイアフラム13の面に平行な方向の加速度を検出することができる。
【００６３】
また、重錘15はその製造過程で任意に重量を変化させることができ、重錘15の重量によって各ダイアフラム片13a〜13dに生じる歪みが変化するので、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度の最大値が変化する。さらに、重錘15の重量が、台座11、シリコン基板12、支持体18a,18b等の面積、高さ、重量に与える影響は少なく、半導体加速度センサ10Aの面積、高さ、重量は、重錘15の重量によらずほぼ一定である。これにより、加速度センサ10は、その面積、高さ、重量をほとんど変えずに検出可能な加速度の最大値を大きくすることができる。
【００６４】
センサユニット100は、図１３に示すように、タイヤ300の周方向にＸ軸が対応し、タイヤの幅方向にＹ軸が対応し、タイヤの半径方向にＺ軸が一致するように設けられ、上記の半導体加速度センサ10Aによって、取付位置におけるタイヤ300の周方向、幅方向、半径方向の加速度を検出することができる。
【００６５】
なお、上記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向がタイヤ300の周方向、幅方向、半径方向と一致しない場合でも、センサユニット100を設ける所定の方向、角度等から検出した加速度を補正して、タイヤ300の周方向、幅方向、半径方向の加速度を得ることができる。また、各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に生ずる加速度としては、正方向の加速度と負方向の加速度とが存在するが、本実施形態では双方の加速度を検出することができる。
【００６６】
また、本実施形態において、センサユニット100は面積が１００ｍｍ2以下、高さが５ｍｍ以下となるように設定している。センサユニット100がこのような範囲の大きさであればタイヤ300への取付けが容易で、故障や剥離を防ぐことができ、検出範囲の制限を小さくすることができるので、タイヤ300の変形によって生じる加速度を精度良く検出することができる。
【００６７】
次に、図１４乃至図１６を参照して加速度センサ装着タイヤの使用例について説明する。図１４は本発明の一実施形態における車両の制御装置を示す概略構成図、図１５は図１４に示すモニタ装置の装着状態を説明する図、図１６は図１４に示すモニタ装置の電気系回路を示す構成図である。
【００６８】
図１４において、100はセンサユニット、200はモニタ装置、300はタイヤ、400はタイヤハウス、600は車両制御ユニットである。
【００６９】
また、図１５に示すように、車両の各タイヤ300内には上記センサユニット100が設けられ、さらに、各タイヤ300のタイヤハウス400にはモニタ装置200が固定されている。
【００７０】
各モニタ装置200は、ケーブルによって車両制御ユニット600に接続され、車両制御ユニット600から送られる電気エネルギーによって動作する。
【００７１】
モニタ装置200の電気系回路は、図１６に示すように、輻射ユニット210と、受波ユニット220、制御部230、演算部240によって構成されている。ここで、制御部230及び演算部240は、周知のＣＰＵと、このＣＰＵを動作させるプログラムが記憶されているＲＯＭ及び演算処理を行うために必要なＲＡＭなどからなるメモリ回路から構成されている。
【００７２】
輻射ユニット210は、所定周波数の電磁波を輻射するためのアンテナ211と発信部212とから構成され、制御部230からの指示に基づいて、アンテナ211から所定周波数の電磁波を輻射する。
【００７３】
発信部212の一例としては、センサユニット100の発信部160と同様に、発振回路161と変調回路162、高周波増幅回路163から構成を挙げることができる。これにより、アンテナ211から所定周波数の電磁波が輻射される。尚、発信部212から出力される高周波電力は、モニタ装置200の電磁波輻射用のアンテナ211からセンサユニット100に対して電気エネルギーを供給できる程度の値に設定されている。これにより、モニタ装置200毎に各タイヤ300の加速度を検出できるようにしている。
【００７４】
受波ユニット220は、所定周波数の電磁波を受波するためのアンテナ221と検波部222とから構成され、制御部230からの指示に基づいて、アンテナ221によって受波した上記第２周波数の電磁波を検波し、検波して得られた信号をディジタル信号に変換して演算部240に出力する。検波部222の一例としては、センサユニット100の検波部150と同様の回路が挙げられる。
【００７５】
制御部230は、制動制御ユニット600から電気エネルギーが供給されて動作を開始すると、発信部212を駆動して所定時間の間だけ電磁波を輻射させ、その後、所定時間の間、検波部222を駆動し、検波部222から演算部240にディジタル信号を出力させる。演算部240は、このディジタル信号に基づいて上記加速度を算出して車両制御ユニット600に出力する。この後、制御部230は、上記と同様の処理を繰り返す。
【００７６】
車両制御ユニット600は、周知のＣＰＵを備えた制御回路からなり、各モニタ装置200から出力される検出結果や、図示しない回転数センサ、スロットルポジションセンサ、蛇角センサ等から出力される検出結果を取り込んで、制動制御、駆動制御、スタビリティ制御等の車両制御を行っている。
【００７７】
即ち、車両制御ユニット600は、各モニタ装置200から得られる上記タイヤ周方向、幅方向、半径方向の加速度を１階積分すると取付位置における各方向の速度を得ることができ、当該速度を更に１階積分すると取付位置における各方向の変位を得ることができる。これにより、タイヤ周方向の変位とタイヤ幅方向の変位を用いて、タイヤ300の接地位置での接地平面内の変形を推定することが可能となり、更にタイヤ半径方向の変位を用いて、タイヤ300の接地平面内の変形とともに接地平面と直交方向の変形を推定することが可能となる。
【００７８】
従って、車両制御ユニット600は、加速度センサ10が検出する加速度から推定した各タイヤ300の変形に基づいて、例えば、各タイヤ300のブレーキを駆動して制動力の制御することができる。
【００７９】
このように、前述した加速度センサ装着タイヤによれば、タイヤ300に１つ以上備わるセンサニット100が、取付位置において任意の１方向又は検出加速度のベクトルが互いに一次独立な２方向以上若しくは検出加速度のベクトルが互いに直交する２方向以上の加速度を検出するＭＥＭＳ型の加速度センサ10を備えることにより、加速度センサ10の面積、高さ、重量をほとんど変えずに検出可能な加速度の最大値を大きくすることができ、１方向の加速度を検出する加速度センサを並べたり重ねることなく、実用速度範囲内でタイヤ300に発生する任意の１方向又は検出加速度のベクトルが互いに一次独立な２方向以上若しくは検出加速度のベクトルが互いに直交する２方向以上の加速度を検出することができる。
【００８０】
また、センサユニット100を面積が１００ｍｍ2以下、高さが５ｍｍ以下となるように設定することにより、タイヤ300への取付けが容易で、故障や剥離を防ぐことができ、検出範囲の制限を小さくすることができるので、タイヤ300の変形によって生じる加速度を精度良く検出することができる。
【００８１】
なお、本発明の構成は上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施形態におけるセンサユニットの装着状態を説明する図
【図２】図１に示したセンサユニットの電気系回路を示す構成図
【図３】本発明の一実施形態における半導体加速度センサを示す外観斜視図
【図４】図３におけるＢ−Ｂ線矢視方向断面図
【図５】図３におけるＣ−Ｃ線矢視方向断面図
【図６】図３に示した半導体加速度センサを示す分解斜視図
【図７】図３に示した半導体加速度センサの電気系回路を示す構成図
【図８】図３に示した半導体加速度センサを用いたＸ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図
【図９】図３に示した半導体加速度センサを用いたＹ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図
【図１０】図３に示した半導体加速度センサを用いたＺ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図
【図１１】図３に示した半導体加速度センサの動作を説明する図
【図１２】図３に示した半導体加速度センサの動作を説明する図
【図１３】本発明の一実施形態におけるセンサユニットの加速度センサが検出するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度に関して説明する図
【図１４】本発明の一実施形態における車両の制御装置を示す概略構成図
【図１５】図１４に示すモニタ装置の装着状態を説明する図
【図１６】図１４に示すモニタ装置の電気系回路を示す構成図
【符号の説明】
【００８３】
100…センサユニット、110…アンテナ、120…アンテナ切替器、130…整流回路、131,132…ダイオード、133…コンデンサ、134…抵抗器、140…中央処理部、141…ＣＰＵ、142…Ｄ／Ａ変換回路、143…記憶部、150…検波部、151…ダイオード、152…Ａ／Ｄ変換回路、160…発信部、161…発振回路、162…変調回路、163…高周波増幅回路、170…センサ部、171…加速度センサ、172…Ａ／Ｄ変換回路、173…圧力センサ、174…Ａ／Ｄ変換回路、200…モニタ装置、210…輻射ユニット、211…アンテナ、212…発信部、220…受波ユニット、221…アンテナ、222…検波部、230…制御部、240…演算部、300…タイヤ、301…キャップトレッド、302…アンダートレッド、303A,303B…ベルト、304…カーカス、305…インナライナー、306…リム、400…タイヤハウス、600…車両制御ユニット、10…加速度センサ、10A…半導体加速度センサ、11…台座、12…シリコン基板、13…ダイアフラム、13a〜13d…ダイアフラム片、14…厚膜部、15…重錘、18A,18B…支持体、181…外枠部、182…支柱、183…梁部、184…突起部、184a…先端、31A〜31C…電圧検出器、32A〜32C…直流電源、Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4…ピエゾ抵抗体（拡散抵抗体）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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