(57)【要約】【課題】走行中の自動車についてタイヤ温度を非接触により検出する。タイヤ温度が上昇して危険な状態が予測されるときに警報を発生する。タイヤが高温度になることに起因する車両火災を予防する。【解決手段】タイヤ空気圧を非接触により検出する装置を利用し、タイヤ空気圧の情報からボイル・シャルルの法則を利用してタイヤ空気の温度、すなわちタイヤの温度を演算する。この演算結果にしたがってタイヤが高温度異常になっている状態を警報表示する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤに装着された空気圧検出手段と、この空気圧検出手段の出力情報を車両側に取り付けられた空気圧監視装置に非接触手段により伝達する手段とを備えた空気圧監視装置を備え
前記車両側に、ボイル・シャルルの法則（ＰＶ＝ｎＲＴ）に基づき前記空気圧検出手段の出力情報から当該タイヤ内の空気温度を演算する手段と、この空気温度が少なくとも一つのタイヤについて設定値を越えたとき警報を表示する警報手段とを備えたことを特徴とするタイヤの異常温度警報装置。
【請求項２】
前記タイヤ内の空気温ｘを演算する手段は、当該タイヤ内の空気体積（Ｖ）を一定として前記空気温度を演算する手段を含む請求項１記載のタイヤの異常温度警報装置。
【請求項３】
外気温を計測する手段を備え、前記設定値はこの外気温の関数として設定される請求項１記載のタイヤの異常温度警報装置。
【請求項４】
前記タイヤ内の空気温度を演算する手段は、車両がキー操作によりエンジンを始動してから最初に走行を開始する時点で各タイヤの空気温度を初期値として演算する手段を含み、前記設定値は各タイヤ毎にこの初期値の関数として個別に設定される請求項１記載のタイヤの異常温度警報装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車に利用する。本発明は、タイヤの温度が異常高温になったことを自動的に検出し警報する装置に関する。本発明は車両火災を防止するための装置として利用することができる。本発明は、タイヤの空気圧を非接触で検出する技術の応用技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両火災の中には、タイヤが発煙する現象を伴う火災がしばしばある。しかし走行中の自動車タイヤの温度を継続的に監視し、車両火災を防止する実用的な装置は未だ知られていない。
【０００３】
自動車のタイヤ空気圧については、空気圧情報を継続的に検出し、この空気圧情報を非接触で車体側に伝達し、タイヤ空気圧が警報設定値を下回るときに警報を発生する装置が知られている。この装置の一例について原理的な構成を簡単に説明すると、タイヤにその空気圧により共振周波数が変化するセンサ回路を装着する。これはタイヤ空気圧にさらされ空気圧に応じて静電容量が変化する半導体圧力センサ、およびこれに電気的に接続されたインダクタにより構成される。タイヤの回転に伴い車両側からこのインダクタに、短い無線周波数の電磁波パルスを間欠的に供給すると、このセンサ回路が励振され共鳴し、センサ回路の自己の共鳴周波数で微弱な残響共鳴電磁波を発生する。車両側の装置でこの残響共鳴電磁波を受信し、その共鳴周波数を検出することにより、半導体圧力センサの容量値を知ることができる。この半導体圧力センサの容量値から、その容量値に対応する走行中の車両のタイヤ空気圧を検出することができる（特許文献１（出願人：デンソー）その他）。このセンサ回路は電磁波パルスにより駆動されるものであり、タイヤ側の装置にいっさいの電源を必要としない。このようにして、検出されたタイヤ空気圧が設定値を下回るときに、運転席に警報を表示して適正な措置を求めるものである。このような装置が一部の車両に普及した。
【０００４】
従来のこのような装置は、タイヤの空気圧が低下していることを警報するものであって、タイヤの空気圧が大きすぎることを警報するようにはなっていない。またタイヤの温度異常を警報するためにこの原理が利用された装置もない。
【０００５】
ほかに従来のタイヤ温度を推定する装置として、特許文献２（出願人：豊田中央研究所）には、タイヤパラメタの一つとして、外気温度および路面状態から路面摩擦を推定し、特定のテーブルを参照することにより、大略のタイヤ温度上昇を推定する技術が説明されている。この公報に説明されている装置はタイヤパラメタについての総合的な観測装置であり、このパラメタのごく一部である温度情報のみを利用するためにこの装置を利用するには、装置構成が複雑であり高価に過ぎることになる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−３２３５１５号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８７５１８ 号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一方、車両火災について着目すると、車両火災は、衝突などの交通事故を直接の原因とするもの、積み荷から出火するものなどが注目されるが、車両装置に原因がある火災については予防のための研究が成果をあげて、走行中の車両の機械装置から出火するような火災は現実にきわめて少なくなった。車両を製造販売する本願出願人は、予期できない原因による車両火災を予防するとともに、何らかの原因により車両火災が発生してもその影響を小さくする方策についてさらに研究をつづけている。
【０００８】
ここでは車両火災のうちタイヤの加熱を伴うものについて着目する。タイヤの主材料はゴムであり加熱すれば発煙する。タイヤの異常加熱は、走行路面との摩擦などによるタイヤに直接起因するものがあるほか、漏れた燃料や潤滑油による加熱発煙の影響によるもの、車輪のブレーキ装置やベアリング装置から発熱するものなどがある。タイヤが加熱し発煙する状態になると原則として車両は走行不能になる。走行中の車両について、タイヤ温度の異常高温をタイヤが発煙する状態になる前に検出することができるならば、走行中に車輪まわりで発生する車両火災を有効に防止することができるものと考えられる。また、何らかの原因により走行中の車両火災が発生しても、運転者がタイヤの温度を認識することができるならば、安全な場所に退避するなど、適正な対応をとることができるものと考えられる。
【０００９】
本発明はこのような背景に行われたものであって、車両火災を予防するための装置を提供することを目的とする。タイヤの異常高温をタイヤが発火または発煙する前に検出することにより、車両火災を防止するとともに、車両走行時の安全性を向上することを目的とする。本発明は、タイヤ温度を相応の精度で検出することにより、車両火災に至る前に適正な対応をとることができる、予防的な装置を提供することを目的とする。本発明は、タイヤ温度を複数のタイヤについて個別に検出することができる装置を提供することを目的とする。本発明は、回転する車輪に対して非接触によりタイヤ温度を検出するための装置を提供することを目的とする。本発明は、簡単な装置によりタイヤ温度を検出することができる装置を提供することを目的とする。本発明は、非接触によりタイヤの空気圧異常を電気的に検出し警報する装置をすでに装備している車両については、その装置にわずかなソフトウェアおよびハードウエアを追加することにより、実用的に有効な程度でタイヤ温度を検出することができる装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、タイヤ内の空気体積が温度が高温になっても大きく変化しないことを利用して、タイヤの空気圧からボイル・シャルルの法則により空気温度を演算することを最大の特徴とする。すなわち、自動車のタイヤの形状は外部から加えられる部分的な機械的変位に対して、一定の弾性をもって変形し変化するが、その総体積は大幅に変化することはない。本願発明者はこの点に着目したものであって、タイヤ内の空気については、体積がほとんど変化しないものとしてボイル・シャルルの法則を適用することが可能であり、タイヤ空気圧の情報から簡単にタイヤ内空気の温度を演算することができることに着目したものである。
【００１１】
すなわち、タイヤ温度が上昇すると、この熱は内部の空気を加熱することになる。内部の空気体積が大きく変化しないことにより内部の空気圧が上昇する。簡単な試験の結果から、通常の気温（例、２０℃、絶対温度２９３°Ｋ）からタイヤが一部変質する可能性のある温度（例、２５０℃、絶対温度５２３°Ｋ）までの範囲で、温度が絶対温度で約１．８倍に高くなっても、タイヤの総体積は数％程度の変化にとどまることがわかった。これはタイヤの種類により異なる。
【００１２】
上述のように、タイヤ空気圧の計測情報を非接触により車両側の装置に伝達する技術は広く利用されているから、従来タイヤ空気圧が低下する方向についてのみこの情報を利用することが考えられていたところ、本発明はタイヤ空気圧が上昇する方向についてもこの情報を利用して、上昇したタイヤ空気圧からタイヤ内空気の温度を演算推定するところに特徴がある。
【００１３】
すなわち本発明は、タイヤに装着された空気圧検出手段（１）と、この空気圧検出手段の出力情報を車両側に取り付けられた空気圧監視装置（２）に非接触手段により伝達する手段（３）とを備え、前記車両側に、ボイル・シャルルの法則（ＰＶ＝ｎＲＴ）に基づき前記空気圧検出手段（１）の出力情報から当該タイヤ内の空気温度を演算する手段と、この空気温度が少なくとも一つのタイヤについて設定値を越えたとき警報を表示する警報手段（４）とを備えたことを特徴とする。ここで、Ｐはタイヤ空気圧力、Ｖはタイヤ内の体積、ｎはタイヤ内の空気のモル数、Ｒは定数、Ｔは絶対温度である。上記括弧内の数字はあとから説明する実施例図面の参照数字である。これは本発明を理解しやすいように付すものであって、本発明を実施例に限定して理解するために付すものではない。以下の説明においても同様である。
【００１４】
タイヤ内の空気体積Ｖはタイヤの形状からあらかじめ定数として保持することができる。タイヤには弾性があるから、空気圧により体積に変化があるとしても、それはわずかであり、あらかじめ空気圧の関数として設定することも可能である。タイヤ内の空気モル数ｎは常温におけるタイヤ内体積および空気圧から知ることができ、これは温度の変化にかかわらず一定値として利用することができる。定数Ｒは物理定数である。
【００１５】
上記構成により、タイヤ温度を直接計測しなくとも、タイヤ温度が走行に危険な程度の高温度になったことを、相応の精度で計測し警報することができる。
【００１６】
前記タイヤ内の空気温度を演算する手段は、当該タイヤ内の空気体積（Ｖ）を一定として前記空気温度を演算する手段を含む構成とすることができる。タイヤ内の空気体積を一定値として仮定することにより生じる誤差はわずかであり、実用的な警報精度に大きい影響を与えることはない。
【００１７】
外気温を計測する手段（５）を備え、前記設定値はこの外気温の関数として設定される構成とすることができる。この構成により外気温の広い範囲に対して本発明の装置を有効に作動させることができる。外気温の情報が簡単に得られない場合には、外気温を一定であるとして本発明を実施しても相応の警報精度が得られる。
【００１８】
前記タイヤ内の空気温度を演算する手段は、車両がキー操作によりエンジンを始動してから最初に走行を開始する時点で各タイヤの空気温度を初期値として演算する手段を含み、前記設定値は各タイヤ毎にこの初期値の関数として個別に設定される構成とすることが望ましい。一般に運用されている車両では、タイヤの空気圧調節はひんぱんに行われないことが多いから、この構成は警報精度を維持するために有用である。「キー操作によりエンジンを始動してから最初に走行を開始する時点」とは、現在普及しているアイドリング・ストップによるエンジン停止を除外するとの意味である。「キー操作によりエンジンを始動してから最初に走行を開始する時点」に代えて「エンジン温度が所定値以下の状態でエンジンを始動してから最初に走行を開始する時点」としてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施例装置により本発明の構成および動作をさらに詳しく説明する。図１は本発明実施例装置を装備した車輪近傍の断面構造図である。図２は本発明実施例装置の要部ブロック構成図である。図１に示す左下がりの斜線を付して示す部分はタイヤの断面である。右下がりの斜線はリムの断面を示す。リムにはタイヤ内の空気圧にさらされるように、このリムを貫通して空気圧検出センサ１が取付けられている。
【００２０】
この空気圧検出センサ１は感圧形の容量性半導体素子であり、空気圧に対応してその電極間の静電容量が変化する。この空気圧検出センサ１にはインダクタ６が並列に接続される。空気圧検出センサ１およびインダクタ６はタイヤの回転とともに回転する。
【００２１】
一方、車両側には車輪の回転に応じてこのインダクタ６に接近する位置にアンテナ７が固定的に取付けられている。タイヤが一回転する毎にインダクタ６はアンテナ７に接近することになる。アンテナ７もコイルである。車輪回転に応じてアンテナ７とインダクタ６が接近するたび毎に、両者の間に非接触により電磁波が送受信される。
【００２２】
アンテナ７は観測する車輪の数に対応して、一つの車両に４個（前後軸とも各１対のタイヤを装着する場合）、６個（後軸のみ二重タイヤを装着する場合）または１０個（後軸が２軸構成でありそれぞれ二重タイヤを装着する場合）が取付けられる。各アンテナ７は、電線によりそれぞれ送受信分別器８に接続される。送受信分別器８には分配器９を介して送信用バッファアンプ１０の出力および受信用バッファアンプ１１の入力が接続される。
【００２３】
送信用バッファアンプ１０の入力には、スイッチャ１２を介して短いパルスが供給される。スイッチャ１２は空気圧監視装置（ＣＰＵ）２により制御される。受信用バッファアンプ１１の出力には周波数識別器１３が接続される。その識別出力は空気圧監視装置２の入力情報となる。空気圧監視装置２はソフトウェアにより動作するプロセッサであり、周波数識別器１３の識別出力および外気温センサ５の出力情報が温度識別器１４を介して入力するとともに、警報手段４への警報出力を発生する。実用的な装置では、送受信分別器８、分配器９、バッファアンプ１０および１１、スイッチャ１２、周波数識別器１３、温度識別器１４は、空気圧監視装置（ＣＰＵ）２と一体的に構成して、ディジタル回路により実現することができる。
【００２４】
このように構成された装置の動作を説明すると、車両のエンジンが始動され車両が走行を開始すると、分配器９は複数の車輪（上述のように４輪ないし１０輪）を一輪ずつ順次選択して送受信号の接続を順次実行する。いま左前輪が選択されているとすると、スイッチャ１２が短いパルスを繰り返し選択し、左前輪近傍に設置されたアンテナ７を励振する。車輪側のインダクタ６がアンテナ７に接近した瞬間に、インダクタ６にこの短いパルスが感応される。そしてアンテナ７が送信するこの短いパルスが消滅したあとに、空気圧検出センサ１とインダクタ６の並列回路に、この短いパルスにより励起された残響共振が発生する。この残響共振は、空気圧検出センサ１の静電容量とインダクタ６のインダクタンスにより定まる周波数で発生する。この残響共振は数回ないし数十回の繰り返しにより消滅する。この残響共振の周波数は空気圧検出センサ１が検出するタイヤ空気圧の関数となるから、車両側装置にこの残響共振周波数により圧力情報を伝達することができる。
【００２５】
アンテナ７はこの残響共振による電磁波を受信し、この信号は、送受信分別器８、分配器９、およびバッファアンプ１１を介して、周波数識別器１３に達し、周波数識別器１３によりその周波数が識別される。その周波数は空気圧検出センサ１が検出したタイヤ空気圧の関数であり、その周波数からタイヤ空気圧を一義的に知ることができる。検出されたタイヤ空気圧は何らかの表示回路により表示することができるし、そのタイヤ空気圧が設定値（警報限界として設定された閾値）を越えて下回るとき、タイヤ空気圧の異常警報を発生するようにして利用する。このような動作を全ての検出対象となるタイヤについて、順次切替を実行しながら繰り返し実行する。これにより、全部のタイヤについてその空気圧情報を知ることができる。
【００２６】
ここで本発明の特徴とするところは、この空気圧情報を表示あるいは警報の対象とするだけでなく、ボイル・シャルルの法則により、その空気圧情報を空気温度に変換し換算するところにある。この実施例装置では、タイヤの容積には走行中に変化がないものとした。上述のボイル・シャルルの法則（ＰＶ＝ｎＲＴ）により、圧力情報は一義的に絶対温度（Ｔ）すなわち温度情報として演算され、これを運転席に表示するとともに、警報限界を設定してタイヤ温度の異常高温として表示する。ボイル・シャルルの法則は一定不変のものであり、タイヤ体積（Ｖ）が不変であると仮定するのであれば、タイヤ空気圧があらかじめ異常高温に対応して設定された圧力設定値を越えたときに警報を発生することと同等である。
【００２７】
一例として、初期温度を２０℃（２９３°Ｋ）、空気圧８００ｋＰａ、高温警報を１２０℃（３９３°Ｋ） 、空気圧１０７３ｋＰａとして試験を行い良好な結果を得た。タイヤの異常高温の状態は、車輪別にあるいは温度にしたがって段階的に設定し、表示することができる。段階的な表示を行うことにより、運転者はタイヤ温度の異常を知ったときの措置として、安全な場所で停止して点検を行う、火災の危険があるとして直ちに停車させる、などの対応をとることができる。
【００２８】
図３に本発明実施例装置の温度検出に係わる要部フローチャートを示す。このフローチャートは上記動作説明から理解することができるので、繰り返し説明することを省略する。
【００２９】
タイヤの温度特性が明らかになっている場合には、この温度特性を利用して、タイヤ空気圧に対応して変化するタイヤ体積の値をさらに高精度で知ることができる。このような構成にすることにより、圧力情報を温度情報に換算するための精度が向上する。
【００３０】
長距離の運行を行う商用車両では、走行距離や走行速度などの記録を残すことが定められている。本発明の応用形態として、この記録される情報の中にタイヤの温度情報を記録するように構成することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明により、タイヤ火災およびそれに伴う車両火災を予防するための装置を提供することができる。本発明の装置を利用することにより、タイヤの異常高温をタイヤが発火または発煙する前に検出することが可能になり、車両火災を防止するとともに、車両走行時の安全性を向上することができる。本発明により、簡単な装置によりタイヤ温度を検出することができる装置を提供することができる。本発明は、非接触によりタイヤの空気圧異常を電気的に検出し警報する装置をすでに装備している車両については、その装置にわずかなソフトウェアおよびハードウェアを追加することにより、実用的に有効な程度でタイヤ温度を検出することができる装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例装置を装着したタイヤ構造の断面図。
【図２】本発明実施例装置の電気回路を説明するブロック構成図。
【図３】本発明実施例装置の要部制御フローチャート。
【符号の説明】
１  空気圧検出センサ
２  空気圧監視装置（ＣＰＵ）
３  非接触伝達手段
４  警報手段
５  外気温センサ
６  インダクタ
７  アンテナ
８  送受信分別器
９  分配器
１０、１１  バッファアンプ
１２  スイッチャ
１３  周波数識別器
１４  温度識別器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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