JP6234910B2

JP6234910B2 - 車輪位置判定装置

Info

Publication number: JP6234910B2
Application number: JP2014212761A
Authority: JP
Inventors: 久野　誠; 誠久野
Original assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Current assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2034-10-17
Also published as: JP2016078680A

Description

本発明は、車輪側ユニットが設けられている車輪の位置を判定する車輪位置判定装置に関する。

車両に設けられた複数のタイヤの状態を運転者が車室内で確認できるようにするための装置として、無線方式のタイヤ状態監視装置が提案されている。一般に、タイヤ状態監視装置は、車両の車輪にそれぞれ装着される複数の送信機と、車両の車体に搭載される受信機とを備えている。各送信機は、対応するタイヤの状態（例えば、タイヤの空気圧）を検出し、検出されたタイヤの状態を示すデータを含むデータ信号を、送信アンテナを通じて無線送信する。

一方、受信機ユニットは、各送信機から送信されたデータ信号を受信して、タイヤの圧力に関する情報を車室内に設けられた表示器に必要に応じて表示させる。タイヤ状態監視装置では、受信されたデータ信号が複数のタイヤのうちのどのタイヤに設けられた送信機から送信されたものであるのかを、言い換えれば、受信されたデータ信号に関連する車輪の位置を受信機ユニットにおいて特定するようになっている。例えば、特許文献１では、車両に搭載されたＡＢＳを用いて送信機が設けられた車輪の位置を特定している。

特表２０１１−５２７９７１号公報

ところで、各送信機が設けられている車輪を特定するために、各送信機が前輪に設けられているか、後輪に設けられているかの判定を行うことが望まれている。
本発明の目的は、４つの車輪に設けられた各車輪側ユニットが前輪に設けられているか後輪に設けられているかを判定することができる車輪位置判定装置を提供することにある。

上記課題を解決する車輪位置判定装置は、車軸の軸方向に延びる第１検出軸と前記第１検出軸に直交する第２検出軸とを有する加速度センサを備えるとともに個別の識別情報が付与された車輪側ユニットを、４つの車輪のうち前輪又は後輪が操舵輪である車両の各車輪のそれぞれに備えた車輪位置判定装置であって、各加速度センサにおける前記第１検出軸によって検出される加速度のピーク値と前記第２検出軸によって検出される加速度のピーク値との位相差を算出して、前記位相差が操舵輪判定用閾値を超えた場合には、該ピーク値を検出した前記加速度センサが設けられている車輪を操舵輪と判定する判定部を備えている。

操舵輪に操角が与えられると、操舵輪に設けられた加速度センサの第１検出軸によって検出される加速度は、操舵輪とは異なる車輪に設けられた加速度センサの第１検出軸によって検出される加速度に比べて大きく位相がずれる。一方で、第２検出軸によって検出される加速度は、加速度センサが操舵輪に設けられているか、操舵輪とは異なる車輪に設けられているかに関わらず位相の変化が少ない。このため、操舵輪に舵角が与えられると、操舵輪とは異なる車輪において検出されるピーク値の位相差に比べて、操舵輪において検出されるピーク値の位相差が大きくなる。そして、第１検出軸によって検出される加速度のピーク値と第２検出軸によって検出される加速度のピーク値との位相差が操舵輪判定用閾値を超えた場合には、そのピーク値を検出した加速度センサが設けられた車輪側ユニットは、操舵輪に設けられていると判定している。車両の操舵輪が前輪か後輪かは、予め把握することができるため、操舵輪を判定することで、各車輪側ユニットが前輪に設けられているか、後輪に設けられているかを判定することができる。

上記車輪位置判定装置について、前記第２検出軸は、重力加速度を検出する重力加速度用検出軸と前記車輪の回転に伴う遠心加速度を検出する遠心加速度用検出軸とを含み、前記車両の右側の車輪に設けられた加速度センサを右側加速度センサとし、前記車両の左側の車輪に設けられた加速度センサを左側加速度センサとすると、前記右側加速度センサの前記遠心加速度用検出軸と前記左側加速度センサの前記遠心加速度用検出軸とが同一方向を向いているときに、前記右側加速度センサの前記重力加速度用検出軸と前記左側加速度センサの前記重力加速度用検出軸とが反対方向を向くように前記車輪側ユニットは設けられ、前記判定部は、前記遠心加速度用検出軸によって検出される加速度のピーク値に対して前記重力加速度用検出軸によって検出される加速度のピーク値が先行するか遅延するかで前記車輪側ユニットが設けられた前記車輪が右側の車輪か左側の車輪かを判定することが好ましい。

同一の車輪側ユニットを各車輪に設けると、遠心加速度用検出軸は、右側加速度センサと左側加速度センサとで同一方向を向く。一方で、重力加速度用検出軸は反対方向を向くことになる。例えば、右側加速度センサの遠心加速度用検出軸と左側加速度センサの遠心加速度用検出軸がともに鉛直方向上方を向いていれば、右側加速度センサの重力加速度用検出軸及び左側加速度センサの重力加速度用検出軸のうち一方は車両の前方を向き、他方は車両の後方を向く。各検出軸で検出される加速度がピーク値となるのは、各検出軸が鉛直方向を向いたときである。このため、遠心加速度用検出軸が鉛直方向上方を向いている状態から車両を前進させると、車両の前方を向いている重力加速度用検出軸によって検出される加速度は、遠心加速度用検出軸によって検出される加速度に対して先行してピーク値に達し、車両の後方を向いている重力加速度用検出軸によって検出される加速度は、遠心加速度用検出軸によって検出される加速度に対して遅延してピーク値に達する。加速度センサの重力加速度用検出軸がどの方向を向いているかは、予め把握することができるため、遠心加速度用検出軸によって検出される加速度のピーク値に対して重力加速度用検出軸によって検出される加速度のピーク値が先行するか遅延するかで各車輪側ユニットが右側の車輪に設けられているか、左側の車輪に設けられているかを判定することができる。

上記車輪位置判定装置について、前記判定部は、各車輪側ユニットに設けられるとともに、判定部が設けられた車輪側ユニットの加速度センサによって検出される加速度から、判定部が設けられた車輪側ユニットを備えている車輪の位置を判定することが好ましい。

これによれば、各車輪側ユニットに設けられた判定部のそれぞれは、自身が設けられている車輪側ユニットが設けられている車輪を判定することができる。

本発明によれば、４つの車輪に設けられた各車輪側ユニットが前輪に設けられているか後輪に設けられているかを判定することができる。

車輪位置判定装置が設けられた車両を示す概略構成図。各車輪に設けられた加速度センサの検出軸を模式的に示す図。車輪側ユニットの概略的な構成を示すブロック図。車輪が回転したときに右側加速度センサによって検出される加速度を示す図。車輪が回転したときに左側加速度センサによって検出される加速度を示す図。（ａ）は車両が直進しているときの各車輪を示す模式図、（ｂ）は車両が直進しているときに各加速度センサで検出される加速度を示す図。（ａ）は車両が旋回しているときの各車輪を示す模式図、（ｂ）は車両が旋回しているときに前輪に設けられた加速度センサで検出される加速度を示す図、（ｃ）は車両が旋回しているときに後輪に設けられた加速度センサで検出される加速度を示す図。

以下、車輪位置判定装置の一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、タイヤ状態監視装置１０は、車両１１に設けられている。車両１１は、４つの車輪１２〜１５を備えている。以下の説明において、車両１１の右前に設けられている車輪１２を右前車輪１２、車両１１の左前に設けられている車輪１３を左前車輪１３、車両１１の右後に設けられている車輪１４を右後車輪１４、車両１１の左後に設けられている車輪１５を左後車輪１５として説明を行う。また、適宜、右前車輪１２及び左前車輪１３を前輪１２，１３、右後車輪１４及び左後車輪１５を後輪１４，１５として説明を行い、右前車輪１２及び右後車輪１４を右輪１２，１４、左前車輪１３及び左後車輪１５を左輪１３，１５として説明を行う。本実施形態の車両１１は、前輪１２，１３が操舵輪となっており、後輪１４，１５が駆動輪となっている。タイヤ状態監視装置１０は、車両１１の４つの車輪１２〜１５にそれぞれ取り付けられた車輪側ユニット２０と、車両１１の車体に設置された受信機４０とを備えている。各車輪１２〜１５は、ホイール１６と、このホイール１６に装着されたタイヤ１７とを有している。

各車輪側ユニット２０は、タイヤ１７の内部空間に配置されるように、そのタイヤ１７が装着されたホイール１６に対して取り付けられている。各車輪側ユニット２０は、対応するタイヤ１７の状態（タイヤ１７の空気圧、タイヤ１７内の温度）等を検出して、検出されたタイヤ１７の状態を示すデータを含む信号を無線送信する。

図３に示すように、各車輪側ユニット２０は、圧力センサ２１、温度センサ２２、加速度センサ２３、コントローラ２４、送信回路２５、送信アンテナ２６及びバッテリ２７を備えている。車輪側ユニット２０は、バッテリ２７の電力供給によって動作する。コントローラ２４は車輪側ユニット２０の動作を統括的に制御する。圧力センサ２１は、対応するタイヤ１７内の圧力（タイヤ１７の空気圧）を検出して、その検出によって得られたタイヤ１７の空気圧データをコントローラ２４に出力する。温度センサ２２は、対応するタイヤ１７内の温度を検出して、その検出によって得られたタイヤ１７内の温度データをコントローラ２４に出力する。

加速度センサ２３は自身に作用する加速度を検出する。加速度センサ２３は、車輪１２〜１５と一体となって回転する。加速度センサ２３は、例えば、ピエゾ抵抗型や静電容量型の加速度センサとして周知のものであり、加速度に応じた加速度検出値（電圧）を出力する。加速度センサ２３は、検出軸に沿った方向の加速度成分を検出可能な加速度センサが用いられ、この加速度センサ２３によって加速度が検出されるようになっている。

図２に示すように、本実施形態の加速度センサ２３は、Ｘ軸２８と、Ｘ軸２８に直交するＹ軸２９と、Ｘ軸２８及びＹ軸２９に直交するＺ軸３０とを有している。加速度センサ２３は、車輪側ユニット２０が車輪１２〜１５の最上位置にあるときに、Ｘ軸２８が鉛直方向及び車軸の軸方向に直交する方向、すなわち、車両１１の前後方向を向き、Ｙ軸２９が車軸の軸方向、すなわち、車両１１の左右方向を向き、Ｚ軸３０が鉛直方向、すなわち、車両１１の上下方向を向くように設けられている。したがって、車軸の軸方向に延びるＹ軸２９が第１検出軸となり、Ｙ軸２９に直交するＸ軸２８及びＺ軸３０が第２検出軸となる。以下の説明において、適宜、右輪１２，１４に設けられている加速度センサ２３を右側加速度センサ２３Ａ、左輪１３，１５に設けられている加速度センサ２３を左側加速度センサ２３Ｂとして説明を行う。

各車輪１２〜１５に設けられている車輪側ユニット２０は、全て同一の車輪側ユニット２０であり、車輪側ユニット２０（加速度センサ２３）の車輪１２〜１５への取付態様も全て同一であるが、右輪１２，１４と左輪１３，１５とは、車軸を挟んで１８０度反転した状態で取り付けられる。これにより、右側加速度センサ２３Ａと左側加速度センサ２３Ｂでは、Ｚ軸３０の向きは同一となるが、Ｘ軸２８及びＹ軸２９の向きが反対方向となる。したがって、全ての加速度センサ２３のＺ軸３０が鉛直方向上方を向いている状態では、右側加速度センサ２３ＡのＸ軸２８は車両１１の後方を向き、Ｙ軸２９は車両１１の右方を向く。また、左側加速度センサ２３ＢのＸ軸２８は車両１１の前方を向き、Ｙ軸２９は車両１１の左方を向く。なお、図面では説明の便宜上、各車輪１２〜１５に設けられている車輪側ユニット２０を同一位置（最上位置）としているが、実際には各車輪１２〜１５毎に車輪側ユニット２０の位置（回転角度）は異なる。

車輪１２〜１５の回転に伴い各加速度センサ２３には遠心力が作用し、加速度センサ２３が検出する加速度は変化する。Ｘ軸２８は、遠心力が作用する方向に対して直交しているため、車輪１２〜１５の回転に伴いＸ軸２８によって検出される加速度は、重力加速度となる。したがって、Ｘ軸２８が重力加速度用検出軸として機能している。Ｙ軸２９によって検出される加速度は、車両１１の左右方向への加速度であり、車両１１の左右方向への加速度が作用しない限り、理論上、Ｙ軸２９では加速度が検出されない。しかしながら、加速度センサ２３の取付精度や公差などの関係で、Ｙ軸２９は車両１１の左右方向（車軸の軸方向）に対して若干傾いて取り付けられるため、重力加速度や遠心加速度の分力が検出される。Ｚ軸３０は、遠心力が作用する方向である車輪１２〜１５の径方向を向いているため、車輪１２〜１５の回転に伴いＺ軸３０によって検出される加速度は、遠心加速度に重力加速度を加えたものとなる。したがって、Ｚ軸３０が遠心加速度用検出軸として機能している。

加速度センサ２３のＸ軸２８、Ｙ軸２９及びＺ軸３０によって検出される加速度は、加速度検出値としてコントローラ２４に出力される。以下の説明において、Ｘ軸２８によって検出される加速度をＸ軸検出値、Ｙ軸２９によって検出される加速度をＹ軸検出値、Ｚ軸３０によって検出される加速度をＺ軸検出値として説明を行う。

図３に示すように、コントローラ２４は、ＣＰＵ２４ａ、記憶部２４ｂ（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２４ｂには各車輪側ユニット２０に固有の識別情報であるＩＤコードが登録されている。このＩＤコードは、各車輪側ユニット２０を受信機４０において識別するために使用される情報であり、各車輪側ユニット２０毎に個別に付与されている。

コントローラ２４は、タイヤ１７の空気圧データ、タイヤ１７内の温度データ、自身が設けられている車輪１２〜１５の位置を示すデータ、及びＩＤコードを含むデータを、送信回路２５に出力する。送信回路２５は、コントローラ２４からのデータを変調して送信信号を生成し、送信信号を送信アンテナ２６から無線送信する。

図１に示すように、受信機４０は、受信コントローラ４１と、受信回路４２と、受信アンテナ４３とを備えている。受信機４０の受信コントローラ４１には、表示器４４及び警報器４５が接続されている。受信コントローラ４１はＣＰＵ４１ａ及び記憶部４１ｂ（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４１ｂには受信機４０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。受信回路４２は、各車輪側ユニット２０から受信アンテナ４３を通じて受信された送信信号を復調して、受信コントローラ４１に送る。

受信コントローラ４１はさらに、タイヤ空気圧やタイヤ内温度の異常を警報器（報知器）４５にて運転者に報知させる。警報器４５としては、例えば、異常を光の点灯や点滅によって報知する装置や、異常を音によって報知する装置が適用される。

受信コントローラ４１は、受信回路４２からの送信信号に基づき、送信元の車輪側ユニット２０に対応するタイヤ１７の状態（タイヤ空気圧及びタイヤ内温度）を把握する。受信コントローラ４１は、タイヤ空気圧に関する情報等を表示器４４に表示させる。送信元の車輪側ユニット２０が、４つの車輪１２〜１５のいずれの車輪１２〜１５に設けられているかは、送信信号に含まれている車輪１２〜１５の位置を示すデータによって特定される。

次に、各車輪側ユニット２０が設けられている車輪１２〜１５の位置を判定するときに、各車輪側ユニット２０が行う処理について車輪位置判定装置の作用とともに説明する。本実施形態では、各車輪側ユニット２０が右輪１２，１４に設けられているか、左輪１３，１５に設けられているかを判定する左右判定と、各車輪側ユニット２０が前輪１２，１３に設けられているか、後輪１４，１５に設けられているかを特定する前後判定とを行うことで各車輪側ユニット２０が設けられている車輪１２〜１５を判定している。

まず、各車輪側ユニット２０が右輪１２，１４に設けられているか、左輪１３，１５に設けられているかを判定する左右判定について説明する。なお、以下の説明では、説明の便宜上、各加速度センサ２３の各軸で検出される加速度検出値の直流成分を考慮せずに、交流成分のみ、すなわち、重力加速度のみを考慮して説明を行う。また、以下の説明において、車両１１が前進するときの車輪１２〜１５の回転方向を前転として説明を行う。

図４及び図５に示すように、各車輪１２〜１５が１回転すると各加速度センサ２３の各軸は、加速度に応じて１周期分の正弦波（電圧）を出力する。本実施形態では、Ｘ軸２８によって検出される正弦波（Ｘ軸検出値）のピーク値及びＺ軸３０によって検出される正弦波（Ｚ軸検出値）のピーク値から車輪１２〜１５の左右判定を行っている。すなわち、加速度のピーク値とは、車輪１２〜１５が１回転することで各加速度センサ２３の各軸２８，２９，３０から出力される正弦波のピーク値である。

図４に示すように、車輪側ユニット２０が車輪１２〜１５の回転位置における最上位置にある場合、前述のように、右側加速度センサ２３ＡのＸ軸２８は車両１１の後方を向き、Ｚ軸３０は鉛直方向上方を向いている。この状態では、Ｘ軸２８は０Ｇを検出し、Ｚ軸３０は−１Ｇを検出する。

車輪側ユニット２０が車輪１２〜１５の回転位置における最上位置にある状態から、車輪１２〜１５が９０度前転すると、右側加速度センサ２３ＡのＸ軸２８は鉛直方向上方を向き、Ｚ軸３０は車両１１の前方を向く。この状態では、Ｘ軸２８は−１Ｇを検出し、Ｚ軸３０は０Ｇを検出する。

車輪側ユニット２０が車輪１２〜１５の回転位置における最上位置にある状態から、車輪１２〜１５が１８０度前転すると、右側加速度センサ２３ＡのＸ軸２８は車両１１の前方を向き、Ｚ軸３０は鉛直方向下方を向く。この状態では、Ｘ軸２８は０Ｇを検出し、Ｚ軸３０は＋１Ｇを検出する。

車輪側ユニット２０が車輪１２〜１５の回転位置における最上位置にある状態から、車輪１２〜１５が２７０度前転すると、右側加速度センサ２３ＡのＸ軸２８は鉛直方向下方を向き、Ｚ軸３０は車両１１の後方を向く。この状態では、Ｘ軸２８は＋１Ｇを検出し、Ｚ軸３０は０Ｇを検出する。

図５に示すように、車輪側ユニット２０が車輪１２〜１５の回転位置における最上位置にある場合、前述のように、左側加速度センサ２３ＢのＸ軸２８は車両１１の前方を向き、Ｚ軸３０は鉛直方向上方を向いている。この状態では、Ｘ軸２８は０Ｇを検出し、Ｚ軸３０は−１Ｇを検出する。左側加速度センサ２３ＢのＺ軸３０と、右側加速度センサ２３ＡのＺ軸３０とは同一方向を向いているため、車輪１２〜１５が回転したときのＺ軸検出値の変位は同様である。このため、以下の左側加速度センサ２３Ｂの説明では、Ｘ軸検出値のみに着目して説明を行う。

車輪側ユニット２０が車輪１２〜１５の回転位置における最上位置にある状態から、車輪１２〜１５が９０度前転すると、左側加速度センサ２３ＢのＸ軸２８は鉛直方向下方を向く。この状態では、Ｘ軸２８は＋１Ｇを検出する。

車輪側ユニット２０が車輪１２〜１５の回転位置における最上位置にある状態から、車輪１２〜１５が１８０度前転すると、左側加速度センサ２３ＢのＸ軸２８は車両１１の後方を向く。この状態では、Ｘ軸２８は０Ｇを検出する。

車輪側ユニット２０が車輪１２〜１５の回転位置における最上位置にある状態から、車輪１２〜１５が２７０度前転すると、左側加速度センサ２３ＢのＸ軸２８は鉛直方向上方を向く。この状態では、Ｘ軸２８は−１Ｇを検出する。

上記したように、車輪１２〜１５が前転したときのＺ軸検出値の変位は、右側加速度センサ２３Ａと左側加速度センサ２３Ｂとで同一であるのに対して、Ｘ軸検出値の変位は、右側加速度センサ２３Ａと左側加速度センサ２３Ｂで異なっている。右側加速度センサ２３Ａと左側加速度センサ２３Ｂでは、それぞれのＸ軸２８が反対方向を向くようになっているため右側加速度センサ２３ＡのＸ軸検出値と、左側加速度センサ２３ＢのＸ軸検出値とは、車輪１２〜１５の回転位置が同一位置のときに正負が反転して検出される。換言すれば、右側加速度センサ２３Ａと左側加速度センサ２３Ｂとで、Ｘ軸検出値の位相が１８０度ずれる。そして、右側加速度センサ２３Ａと左側加速度センサ２３Ｂとで、Ｘ軸検出値の位相が１８０度ずれると、Ｚ軸検出値のピーク値に対してＸ軸検出値のピーク値が先行するか遅延するかが右側加速度センサ２３Ａと、左側加速度センサ２３Ｂとで異なる。

Ｘ軸検出値及びＺ軸検出値が正のピーク値に達するのは、それぞれの軸２８，３０が鉛直方向下方を向いている場合である。右側加速度センサ２３Ａでは、車輪１２〜１５が前転したときにＺ軸３０→Ｘ軸２８の順に各軸２８，３０が鉛直方向下方を向くのに対し、左側加速度センサ２３Ｂでは、車輪１２〜１５が前転したときに、Ｘ軸２８→Ｚ軸３０の順に各軸２８，３０が鉛直方向下方を向く。このため、車輪側ユニット２０が車輪１２〜１５の回転位置における最上位置にある状態から車輪１２〜１５が前転を開始すると、右側加速度センサ２３Ａは、Ｚ軸検出値に対してＸ軸検出値が遅延して正のピーク値に達する。一方で、左側加速度センサ２３Ｂは、Ｚ軸検出値に対してＸ軸検出値が先行して正のピーク値に達する。また、負のピーク値でも同様である。

各車輪側ユニット２０のコントローラ２４は、それぞれのコントローラ２４が設けられた車輪側ユニット２０の各加速度センサ２３のＸ軸検出値及びＺ軸検出値を監視して、Ｚ軸検出値に対してＸ軸検出値が先行してピーク値に達する場合、自身が設けられた車輪側ユニット２０は左輪１３，１５に設けられていると判定する。また、各車輪側ユニット２０のコントローラ２４は、Ｚ軸検出値に対してＸ軸検出値が遅延してピーク値に達する場合、自身が設けられた車輪側ユニット２０は右輪１２，１４に設けられていると判定する。

なお、本実施形態では、車輪側ユニット２０が車輪１２〜１５の回転位置における最上位置にある場合に、右側加速度センサ２３ＡのＸ軸２８が車両１１の後方を向き、左側加速度センサ２３ＢのＸ軸２８が車両１１の前方を向くようにしたため、右側加速度センサ２３ＡのＸ軸検出値がＺ軸検出値に対して遅延している。仮に、車輪側ユニット２０が最上位置にある場合に、右側加速度センサ２３ＡのＸ軸２８が車両１１の前方を向き、左側加速度センサ２３ＢのＸ軸２８が車両１１の後方を向く場合、右側加速度センサ２３ＡのＸ軸検出値はＺ軸検出値に対して先行し、左側加速度センサ２３ＢのＸ軸検出値はＺ軸検出値に対して遅延する。各車輪１２〜１５に車輪側ユニット２０を取り付けたときに、Ｘ軸２８がどの方向を向くかは、車輪側ユニット２０の設計時から把握することができる。このため、各車輪側ユニット２０が車輪１２〜１５の回転位置における最上位置にある場合に、Ｘ軸２８がどの方向を向くかによって記憶部２４ｂに記憶される車輪１２〜１５の左右判定のためのプログラムを変更することで、Ｘ軸２８の向きが実施形態とは異なる場合であっても、車輪１２〜１５の左右判定を行うことができる。

次に、各車輪側ユニット２０が前輪１２，１３に設けられているか、後輪１４，１５に設けられているかを判定する前後判定について説明する。以下の説明でも、左右判定と同様に、各加速度センサ２３の各軸で検出される加速度検出値の直流成分を考慮せずに説明を行う。

図６（ａ）に示すように、車両１１が前進している場合、前輪１２，１３と後輪１４，１５とは車両１１の前後方向を向いている。すなわち、車輪１２〜１５の径方向及び鉛直方向に直交する方向と車両１１の前後方向とが同一方向となる。

図６（ｂ）に示すように、車両１１が前進している場合、すなわち、前輪１２，１３に舵角が与えられていない場合には、Ｘ軸検出値のピーク値とＹ軸検出値のピーク値との位相差φ_１は、４つの車輪１２〜１５に設けられた各加速度センサ２３で同一となる。Ｘ軸検出値のピーク値とＹ軸検出値のピーク値との位相差φ_１を算出するには、まず、コントローラ２４が、各軸２８，２９のピーク値間の時間Ｔ（周期Ｔ）を計測する。各軸２８，２９は、車輪１２〜１５が１回転することで、１周期分の正弦波を出力するため、各軸２８，２９のピーク値間の時間は同一となる。そして、コントローラ２４は、Ｘ軸検出値のピーク値からＹ軸検出値のピーク値までの時間差を計測して、計測した時間差を周期Ｔで除算することで、位相差φ_１を算出することができる。

図７（ａ）に示すように、車輪１２〜１５が旋回している場合、すなわち、前輪１２，１３に舵角が与えられている場合には、前輪１２，１３のみが車両１１の前後方向に対して傾き、後輪１４，１５は車両１１の前後方向を向いている。すなわち、前輪１２，１３の径方向及び鉛直方向に直交する方向が車両１１の前後方向に対して傾き、後輪１４，１５の径方向及び鉛直方向に直交する方向が車両１１の前後方向と同一方向となる。

本発明者らは、車輪１２〜１５の前後判定を実現するために実験やシミュレーションを重ねた結果、車両１１の旋回時、すなわち、操舵輪に舵角を与えた際に、Ｙ軸検出値の位相がずれることを見出した。そして、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、車両１１の旋回時には、操舵輪に設けられた加速度センサ２３のＹ軸検出値は、操舵輪とは異なる車輪に設けられた加速度センサ２３のＹ軸検出値に比べて、大きく位相がずれるという知見を得た。これは、前述したように、加速度センサ２３の現実の取付態様では、取付精度や公差なその原因によってＹ軸２９が車軸の軸方向に対して若干傾いて取り付けられているため操舵輪に舵角が与えられることでＹ軸２９に作用する加速度の分力が変化することで生じると推測される。更に、車輪１２〜１５に舵角を与えることによる加速度の変化、旋回に伴うタイヤ１７の変形によるＹ軸２９の若干のずれなど複数の事象が重なることなどで生じると推測される。

コントローラ２４は、各加速度センサ２３のＸ軸検出値のピーク値とＹ軸検出値のピーク値との位相差φ_１が、予め設定された操舵輪判定用閾値を超えた場合には、そのピーク値を検出した加速度センサ２３が設けられた車輪１２〜１５は、操舵輪に設けられていると判断することができる。また、車両１１が四輪操舵の場合、車両１１の旋回時に各車輪１２〜１５に与えられる舵角は、後輪１４，１５に比べて前輪１２，１３の方が大きい。このため、車両１１が四輪操舵の場合には、前輪１２，１３を操舵輪とみなす。

操舵輪判定用閾値は、実験やシミュレーションなどによって算出される。操舵輪判定用閾値は、車両１１の旋回時における操舵輪に設けられた加速度センサ２３のＸ軸検出値のピーク値とＹ軸検出値のピーク値との位相差φ_２以下であり、操舵輪とは異なる車輪に設けられた加速度センサ２３のＸ軸検出値のピーク値とＹ軸検出値のピーク値との位相差φ_３よりも大きい値に設定される。なお、車両１１の旋回とは、車両１１の直進時などに生じる僅かな旋回を含まない。操舵輪判定用閾値は、各車輪側ユニット２０の記憶部２４ｂに記憶されている。なお、位相差φ_２及び位相差φ_３は、位相差φ_１と同様の手法で算出することができる。

コントローラ２４は、自身が設けられた車輪側ユニット２０が操舵輪に設けられているか否かによって自身が設けられている車輪側ユニット２０が前輪１２，１３に設けられているか、後輪１４，１５に設けられているかを判定することができる。車輪側ユニット２０が前輪操舵（あるいは四輪操舵）の車両１１にしか設けられない機種の場合には、記憶部２４ｂに記憶される前後判定のプログラムを、操舵輪判定用閾値を超えた位相差φ_１を検出した車輪側ユニット２０が設けられた車輪１２〜１５を前輪と判定するようなプログラムにすればよい。また、車輪側ユニット２０が後輪操舵の車両１１にしか設けられない機種の場合には、記憶部２４ｂに記憶される前後判定のプログラムを、操舵輪判定用閾値を超えた位相差φ_１を検出した車輪側ユニット２０が設けられた車輪１２〜１５を後輪と判定するようなプログラムにすればよい。また、車輪側ユニット２０が、前輪操舵及び後輪操舵の両方の車両１１に設けられる機種の場合には、トリガ装置によって、記憶部２４ｂに記憶されたプログラムの書き換えなどを行うことで、車両１１に合わせて操舵輪が前輪１２，１３か後輪１４，１５かを判定するようにすればよい。すなわち、操舵輪判定用閾値を超えた位相差φ_１を検出した車輪側ユニット２０が設けられている車輪１２〜１５が前輪であるか後輪であるかは予め記憶部２４ｂに記憶されている。車輪側ユニット２０が設けられている車輪が操舵輪か否かによってＸ軸検出値のピーク値とＹ軸検出値のピーク値との位相差φ_１が操舵輪判定用閾値を超えるか否かが異なる。このため、操舵輪の判定によって各車輪側ユニット２０が前輪１２，１３に設けられているか、後輪１４，１５に設けられているかを判定しているといえる。本実施形態では、前輪１２，１３が操舵輪であるため、操舵輪に設けられた車輪側ユニット２０のコントローラ２４は、自身が前輪１２，１３に設けられていると判定する。

上記したように、各車輪側ユニット２０のコントローラ２４は、自身が設けられた車輪側ユニット２０の加速度センサ２３によって検出される加速度から、車輪１２〜１５の前後判定及び左右判定を行う。これにより、コントローラ２４は、自身が設けられた車輪側ユニット２０が前後左右のいずれの車輪１２〜１５に設けられているかを判定する。すなわち、各車輪側ユニット２０間での加速度検出値の相関関係から車輪１２〜１５の位置を判定するわけではなく、車輪側ユニット２０それぞれが個別で車輪１２〜１５の位置を判定することができる。したがって、本実施形態では、加速度を検出する加速度センサ２３と、加速度センサ２３が検出する加速度から車輪１２〜１５の位置を判定するコントローラ２４が車輪位置判定装置となる。

各車輪側ユニット２０のコントローラ２４は、自身が設けられている車輪１２〜１５の位置を判定した後には、車輪１２〜１５の位置を示すデータを送信信号に含ませて受信機４０に送信する。

受信機４０は、送信信号に含まれている車輪１２〜１５の位置を示すデータから、各車輪側ユニット２０がどの車輪１２〜１５に設けられているかを特定することができる。例えば、右前車輪１２にＩＤコード「１」、左前車輪１３にＩＤコード「２」、右後車輪１４にＩＤコード「３」、左後車輪１５にＩＤコード「４」がそれぞれ付与されているとする。この場合、受信機４０は、車輪１２〜１５の位置が「右前」であることを示すデータと、車輪１２〜１５のＩＤコードが「１」であることを示すデータとを含む送信信号を受信すると、ＩＤコード「１」の車輪側ユニット２０は右前車輪１２に設けられていると特定することができる。同様に、受信機４０は、各車輪側ユニット２０から送信される送信信号に含まれるデータから、ＩＤコード「２」の車輪側ユニット２０は左前車輪１３、ＩＤコード「３」の車輪側ユニット２０は右後車輪１４、ＩＤコード「４」の車輪側ユニット２０は左後車輪１５にそれぞれ設けられていると特定することができる。このため、タイヤローテーションなどに伴い、各車輪１２〜１５の位置が変更になった場合でも、それぞれの車輪１２〜１５に設けられた車輪側ユニット２０は、Ｘ軸検出値のピーク値とＹ軸検出値のピーク値との位相差φ_１から変更後の位置を判定することができる。

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）車両１１の旋回時には、操舵輪に設けられている加速度センサ２３のＹ軸検出値の位相が、操舵輪とは異なる車輪に設けられている加速度センサ２３のＹ軸検出値の位相に比べて大きくずれるため、これにより各車輪側ユニット２０が前輪１２，１３に設けられているか後輪１４，１５に設けられているかを判定することができる。

（２）右側加速度センサ２３ＡのＸ軸２８と左側加速度センサ２３ＢのＸ軸２８とは、車両１１の前後方向の反対方向を向くため、右側加速度センサ２３Ａと左側加速度センサ２３Ｂで同一方向を向いているＺ軸３０によって検出される加速度に対してＸ軸２８によって検出される加速度が先行しているか遅延しているかで左右判定を行うことができる。このため、前後判定に加えて、左右判定を行うことで、各車輪側ユニット２０が設けられている車輪１２〜１５を特定することができる。

（３）各車輪側ユニット２０のコントローラ２４は、自身が設けられた車輪側ユニット２０の加速度センサ２３の加速度検出値のみから、各車輪側ユニット２０が設けられている車輪１２〜１５の位置を判定することができる。車輪側ユニット２０間での加速度検出値の相関関係から各車輪側ユニット２０が設けられた車輪１２〜１５の位置を判定する場合、各加速度センサ２３の加速度検出値を受信機４０に送信し、受信機４０によって加速度検出値の相関関係から車輪１２〜１５の位置判定が行われる。したがって、各加速度センサ２３の加速度検出値の相関関係から車輪１２〜１５の位置を判定する場合には、受信機４０の記憶部４１ｂに加速度検出値の相関関係から車輪１２〜１５の位置を判定するためのプログラムを記憶するなど、車輪１２〜１５の位置を判定することができる受信機４０を用いる必要がある。本実施形態では、各車輪側ユニット２０のコントローラ２４自身が車輪１２〜１５の位置を判定し、判定を行った結果を送信信号に含ませて送信している。このため、受信機４０として、車輪１２〜１５の位置の判定を行うことができない受信機４０を用いることができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
・実施形態では、各車輪側ユニット２０のコントローラ２４によって、車輪側ユニット２０が設けられている車輪１２〜１５の位置を判定したが、受信コントローラ４１によって各車輪側ユニット２０が設けられている車輪１２〜１５の位置を判定してもよい。この場合、各車輪側ユニット２０から送信される送信信号には、Ｘ軸検出値のピーク値がＺ軸３０のピーク値に対して先行しているか遅延しているか否かのデータ、及び、Ｘ軸検出値のピーク値とＹ軸検出値のピーク値との位相差のデータが含まれる。受信コントローラ４１は、送信信号に含まれるデータから、各車輪側ユニット２０が設けられている車輪１２〜１５の位置を判定する。車輪１２〜１５の位置を判定するためのプログラムは、受信機４０の記憶部４１ｂに記憶されている。この場合、加速度を検出する加速度センサ２３、加速度センサ２３の加速度検出値から位相差などを算出するコントローラ２４、受信機４０に送信信号を送信する送信回路２５、送信信号を受信する受信回路４２及び、判定部としての受信コントローラ４１が車輪位置判定装置となる。

・前後判定は、Ｘ軸検出値のピーク値とＹ軸検出値のピーク値との位相差が操舵輪判定用閾値を超えるか否かによって行ったが、Ｚ軸検出値のピーク値とＹ軸検出値のピーク値との位相差が操舵輪判定用閾値を超えるか否かによって行ってもよい。また、前後判定は、Ｘ軸検出値のピーク値とＹ軸検出値のピーク値の位相差及びＺ軸検出値のピーク値とＹ軸検出値のピーク値との位相差のうちいずれか一方が操舵輪判定用閾値を超えるか否かによって行ってもよい。

・各コントローラ２４は、車輪１２〜１５の前後判定に加えて、車輪１２〜１５の左右判定を行ったが、車輪１２〜１５の前後判定のみを行うようにしてもよい。例えば、前輪１２，１３のタイヤ１７と、後輪１４，１５のタイヤ１７とで指定空気圧が異なる車両１１に車輪側ユニット２０が設けられる場合、各車輪側ユニット２０が前輪１２，１３に設けられているか後輪１４，１５に設けられているかの判定が重要となる。この場合、車輪１２〜１５の前後判定のみを行い、左右判定を行わなくてもよい。

・車輪１２〜１５の左右判定を行わない場合には、加速度センサ２３として２軸の加速度センサ２３を用いてもよい。この場合、Ｘ軸２８とＹ軸２９、あるいは、Ｙ軸２９とＺ軸３０とを有する加速度センサ２３を用いる。

・実施形態では、車輪側ユニット２０が車輪１２〜１５の回転位置における最上位置にあるときに、右側加速度センサ２３ＡのＸ軸２８が後方を向き、左側加速度センサ２３ＢのＸ軸２８が前方を向くようにしたが、右側加速度センサ２３ＡのＸ軸２８が前方を向き、左側加速度センサ２３ＢのＸ軸２８が後方を向くようにしてもよい。

・車輪位置判定装置は、後輪１４，１５が操舵輪の車両１１や、四輪操舵の車両１１に搭載されていてもよい。
・車輪側ユニット２０は、タイヤ１７に取り付けられていてもよい。例えば、タイヤ貼り付け式のタイヤ状態検出装置であってもよい。

１１…車両、１２〜１５…車輪、２０…車輪側ユニット、２３…加速度センサ、２４…コントローラ、２８…Ｘ軸、２９…Ｙ軸、３０…Ｚ軸。

Claims

車軸の軸方向に延びる第１検出軸と前記第１検出軸に直交する第２検出軸とを有する加速度センサを備えるとともに個別の識別情報が付与された車輪側ユニットを、４つの車輪のうち前輪又は後輪が操舵輪である車両の各車輪のそれぞれに備えた車輪位置判定装置であって、
各加速度センサにおける前記第１検出軸によって検出される加速度のピーク値と前記第２検出軸によって検出される加速度のピーク値との位相差を算出して、前記位相差が操舵輪判定用閾値を超えた場合には、該ピーク値を検出した前記加速度センサが設けられている車輪を操舵輪と判定する判定部を備えた車輪位置判定装置。
前記第２検出軸は、重力加速度を検出する重力加速度用検出軸と前記車輪の回転に伴う遠心加速度を検出する遠心加速度用検出軸とを含み、
前記車両の右側の車輪に設けられた加速度センサを右側加速度センサとし、前記車両の左側の車輪に設けられた加速度センサを左側加速度センサとすると、
前記右側加速度センサの前記遠心加速度用検出軸と前記左側加速度センサの前記遠心加速度用検出軸とが同一方向を向いているときに、前記右側加速度センサの前記重力加速度用検出軸と前記左側加速度センサの前記重力加速度用検出軸とが反対方向を向くように前記車輪側ユニットは設けられ、
前記判定部は、前記遠心加速度用検出軸によって検出される加速度のピーク値に対して前記重力加速度用検出軸によって検出される加速度のピーク値が先行するか遅延するかで前記車輪側ユニットが設けられた前記車輪が右側の車輪か左側の車輪かを判定する請求項１に記載の車輪位置判定装置。
前記判定部は、各車輪側ユニットに設けられるとともに、判定部が設けられた車輪側ユニットの加速度センサによって検出される加速度から、判定部が設けられた車輪側ユニットを備えている車輪の位置を判定する請求項２に記載の車輪位置判定装置。