JP6821016B2 - 無線データ伝送を用いたブレーキパッド摩耗センサ - Google Patents

Description

背景
１．発明の分野
本発明は、車両のための車輪監視装置であって、車両の車輪に配置されたタイヤ圧力センサと、車両の車輪に配置されたブレーキパッド摩耗センサと、車両内における車両の車輪から離隔した位置に配置された、センサを監視及び制御するタイヤ圧力監視ユニットとを含む、車輪監視装置に関する。

２．関連する従来技術の説明
乗員の安全を保証するために、車両には、種々の車両コンポーネント及びシステムの状態を監視する多数の種類のセンサシステムが含まれている。例えば、ブレーキパッドの厚さを監視することが重要である。ブレーキパッドの摩耗は緩慢であるが、ブレーキパッドの最低限の厚さを維持することが適切なブレーキ操作にとって重要である。一部の車両においては、ブレーキパッドの摩耗が、犠牲ブレーキパッド摩耗センサを使用して検出され、このような犠牲ブレーキパッド摩耗センサは、ブレーキパッドと協働してブレーキディスクに接触するように、かつ、ブレーキパッドと並行に摩耗するように、支持体上でブレーキパッドに隣接して取り付けられている。ブレーキパッドセンサは、センサの抵抗を特定する電子制御ユニットにケーブルを介して接続されており、このセンサ自体は、ブレーキパッドの厚さに対応している。ブレーキパッドの近傍の高温環境に起因して、電子制御ユニットが含まれる、ブレーキパッドセンサに関連する電子機器にブレーキパッドセンサを接続するために、ケーブルが使用される。

概要
いくつかの態様においては、車輪監視装置は、車両内における車両の車輪から離隔した位置に配置されたタイヤ圧力監視ユニットと、車両の少なくとも１つの車輪に配置されたタイヤ圧力センサユニットと、車両の少なくとも１つの車輪に配置されたブレーキパッド摩耗センサユニットとを含む。車輪のブレーキパッドの摩耗状態を検出し、摩耗状態を表す信号を発信するように構成されたブレーキパッド摩耗センサと、ブレーキパッド摩耗センサから発信された信号を受信し、この信号を遠隔装置に無線で送信するように構成された無線送信機と、外部源から得られたエネルギを電力に変換するように構成された電源、例えばバッテリ又はエネルギハーベスティング装置とを含む。電源は、ブレーキパッド摩耗センサユニット及び送信機に電力を供給するように構成されている。車両のブレーキパッド摩耗センサユニット及びタイヤ圧力センサユニットの各々は、それぞれタイヤ圧力監視ユニットによって監視及び制御される。

車輪監視装置は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことができる：エネルギハーベスティング装置は、ブレーキパッドの摩擦に基づいて制動動作中に生成される熱エネルギを用いることによって電力を生成する。エネルギハーベスティング装置は、ブレーキパッドを支持する構造体に物理的に接触しており、ブレーキパッドの摩擦に基づいて制動動作中に生成される熱エネルギは、ブレーキパッドとブレーキパッドを支持する構造体とを介して熱伝導によってエネルギハーベスティング装置に伝達される。無線送信機は、ブレーキパッドから離隔しており、ブレーキパッド摩耗センサは、導電性ワイヤハーネスを介して無線送信機に電気的に接続されている。エネルギハーベスティング装置は、熱電式エネルギハーベスタであり、熱電式エネルギハーベスタは、第１の外向き面及び反対側の第１の内向き面を有する第１のセラミックプレートと、第２の外向き面及び反対側の第２の内向き面を有する第２のセラミックプレートと、第１の層と第２の層との間に配置されたｐ型半導体素子及びｎ型半導体素子とを含む。ｐ型半導体素子及びｎ型半導体素子は、アレイ状に配置されており、このアレイにおいては、ｐ型半導体素子がｎ型半導体素子と交互に配置されており、当該アレイのｐ型半導体素子とｎ型半導体素子との間に直列電気回路が形成されている。第１のセラミックプレート及び第２のセラミックプレートは、第１の内向き面及び第２の内向き面が、ｐ型半導体素子及びｎ型半導体素子に対向するように積層状に配置されており、第１の外向き面が第２の外向き面よりも高温になると、回路内に電流が生成される。ブレーキパッド摩耗センサユニットは、ブレーキパッド摩耗センサから発信された信号の信号取得及び信号処理を提供するように構成された電子機器ユニットを含み、無線送信機は、電子機器ユニットからの出力をタイヤ圧力監視ユニットに送信するように構成されている。電子機器ユニットからの出力は、ブレーキパッドの摩耗状態に対応する信号と、ブレーキパッド摩耗センサを一義的に識別する識別子とを含む。電子機器ユニットは、タイヤ圧力監視ユニットと共に動作可能な特定用途向け集積回路を含む。タイヤ圧力センサユニットは、タイヤ圧力センサから発信された信号の信号取得及び信号処理を提供するように構成された電子機器ユニットを含み、タイヤ圧力センサユニットの電子機器ユニットは、ブレーキパッド摩耗センサユニットの特定用途向け集積回路と同様に動作する特定用途向け集積回路を含む。エネルギハーベスティング装置は、振動を検出し、検出した振動を電力に変換するように構成された装置である。

いくつかの態様においては、センサシステムは、物理的特性を検出し、物理的特性を表す信号を発信するように構成されたセンサユニットと、センサユニットから発信された信号を受信し、この信号を遠隔装置に無線で送信するように構成された無線送信機と、外部源から得られた熱エネルギを電力に変換し、この電力をセンサユニット及び送信機に供給するように構成されたエネルギハーベスティング装置とを含む。

センサシステムは、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことができる：センサユニットは、車両のブレーキパッドの摩耗状態を検出するように構成されたブレーキパッドセンサであり、エネルギハーベスティング装置は、ブレーキパッドの摩擦に基づいて制動動作中に生成される熱エネルギを用いて電力を生成する。エネルギハーベスティング装置は、ブレーキパッドを支持する構造体に物理的に接触しており、ブレーキパッドの摩擦に基づいて制動動作中に生成される熱エネルギは、ブレーキパッドとブレーキパッドを支持する構造体とを介して熱伝導によってエネルギハーベスティング装置に伝達される。無線送信機は、ブレーキパッドから離隔しており、センサユニットは、導電性ワイヤを介して無線送信機に電気的に接続されている。センサシステムは、車両の監視及び制御ネットワークに接続されている。エネルギハーベスティング装置は、熱電式エネルギハーベスタであり、熱電式エネルギハーベスタは、第１の外向き面及び反対側の第１の内向き面を有する第１のセラミックプレートと、第２の外向き面及び反対側の第２の内向き面を有する第２のセラミックプレートと、第１の層と第２の層との間に配置されたｐ型半導体素子及びｎ型半導体素子とを含む。ｐ型半導体素子及びｎ型半導体素子は、アレイ状に配置されており、このアレイにおいては、ｐ型半導体素子がｎ型半導体素子と交互に配置されており、当該アレイのｐ型半導体素子とｎ型半導体素子との間に直列電気回路が形成されている。第１のセラミックプレート及び第２のセラミックプレートは、第１の内向き面及び第２の内向き面が、ｐ型半導体素子及びｎ型半導体素子に対向するように積層状に配置されており、第１の外向き面が第２の外向き面よりも高温になると、回路内に電流が生成される。センサシステムは、センサユニットから発信された信号の信号取得及び信号処理を提供するように構成された電子機器ユニットと、電子機器ユニットからの出力を遠隔装置に送信するように構成された送信機とを含む。遠隔装置は、タイヤ圧力監視ユニットである。電子機器ユニットは、タイヤ圧力監視ユニットと共に動作可能な特定用途向け集積回路を含む。

いくつかの実施形態においては、車輪監視装置は、車両内における車両の車輪から離隔した位置に配置されたタイヤ圧力監視ユニットと、車両の車輪に配置されたタイヤ圧力センサユニットと、車両の車輪に配置されたブレーキパッド摩耗センサユニットとを備えている。

ブレーキパッド摩耗センサユニットは、車輪のブレーキパッドの摩耗量を検出し、ブレーキパッドの摩耗を表す信号を発信するように構成されたブレーキパッド摩耗センサと、センサユニットから発信された信号を受信し、この信号を遠隔装置に無線で送信するように構成された、コントローラ及び無線送信機が含まれるセンサ電子機器と、熱エネルギを電力に変換するように構成されたエネルギハーベスティング装置とを含み、エネルギハーベスティング装置は、センサユニット及び送信機に電力を供給するように構成されている。いくつかの実施形態においては、ブレーキパッド摩耗センサユニットは、例えばブレーキパッド摩耗センサユニットの全てのコンポーネントをブレーキパッドに配置された単一のハウジング内に一緒にパッケージングすることによって、単一の一体型のユニットとして形成されている。他の実施形態においては、ブレーキパッド摩耗センサ及びエネルギハーベスティング装置は、ブレーキパッドに配置されており、センサ電子機器は、ブレーキパッドから離隔した場所に配置されている。この実施形態においては、ブレーキパッド摩耗センサ及びエネルギハーベスティング装置は、導電性ワイヤを介してセンサ電子機器に接続されている。

車両のブレーキパッド摩耗センサユニット及びタイヤ圧力センサユニットの各々は、それぞれタイヤ圧力監視ユニットによって監視及び制御される。この目的のために、ブレーキパッド摩耗センサユニット内で使用されるセンサ電子機器は、タイヤ圧力センサユニット内に設けられているものと同一であるいくつかのコンポーネントを含む。ブレーキパッド摩耗センサユニット及びタイヤ圧力センサユニットの両方において同じセンサ電子機器を使用することにより、製造に必要な部品の数が減少し、ひいては製造が簡単になり、コストが削減される。

さらに、ブレーキパッド摩耗センサユニットは、タイヤ圧力センサユニットと同じセンサ電子機器を使用しているので、タイヤ圧力センサを監視するために使用されるタイヤ圧力監視ユニットを、ブレーキパッド摩耗センサを監視するためにも使用することができ、これによって車両内の監視システムの複雑さが回避され、これによって今度は、車両の複雑さが軽減され、さらには製造コストが削減される。

いくつかの実施形態においては、ブレーキパッドセンサは、熱電式エネルギハーベスタを使用して給電され、同じく熱電式エネルギハーベスタによって給電される無線接続部を介して遠隔監視システムと通信する。この構成は、ブレーキパッドセンサに電力を供給するために、かつ、ブレーキパッドセンサを監視システムに接続するために、ケーブルを使用するといういくつかの従来のブレーキパッドセンサシステムと比較することができる。ブレーキパッドセンサは、熱電式エネルギハーベスタによって給電され、監視システムと無線で通信するので、ケーブルを省略することが可能となり、これによってシステムが単純化され、車両内の設置面積が小さくなる。

熱電式エネルギハーベスタの使用は、例えば比較的複雑で可動部品を含みうる振動式及び運動式エネルギハーベスタを含む、いくつかの他の種類のエネルギハーベスタに比べて有利である。

熱電式エネルギハーベスタは、制動動作中に発生する、ブレーキパッドの場所とブレーキパッドの近傍との間の熱勾配の存在を利用している。典型的に、制動動作中にはブレーキシステムの内部で相当な熱エネルギが生成される。例えば、ブレーキパッドが車輪のブレーキディスクに対して押し付けられる制動動作中には、ブレーキパッドの近傍の温度が３００℃に達する可能性がある。これは、ブレーキが作動されておらず、ブレーキパッドがブレーキディスクから離隔している車両運転中における、１００℃乃至１５０℃のブレーキパッド付近の温度と比較することができる。

一般的にエネルギハーベスタと、本明細書に記載されている熱電式エネルギハーベスタとは、非常に少ない電力量を供給するものであり、従って、典型的には低エネルギの電子機器に使用されるものである。熱電式エネルギハーベスタの内部で多数の接合部を電気的に直列に接続することにより、より大きな電圧出力が可能となる。さらに、熱電式エネルギハーベスティング装置から得られる典型的な電力密度は、特定の用途に大きく依存しており、このことが今度は、例えば、ハーベスタのサイズ及び／又はハーベスタを形成するために使用される材料の選択に影響を及ぼす可能性がある。ブレーキパッドの場合には、摩耗が非常に緩慢に発生し、従って、ブレーキパッドの厚さの検出を、ブレーキの安全な動作を保証するために依然として監視の十分な用心を維持しながら、比較的低頻度で（数時間、数日、又は、それ以上の時間スケールで）実施することができる。このように時間フレームが比較的長いことにより、熱電式エネルギハーベスタによって生成された電力を、コンデンサ、スーパーコンデンサ、又は、バッテリのような電力蓄積装置に蓄積することが可能となる。図示の実施形態においては、コンデンサが使用され、コンデンサ内の電荷が所定量に達すると、ブレーキパッド摩耗センサユニットのコンポーネントにエネルギスパイクを供給する熱電式エネルギハーベスタにおいて生成された電力が蓄積される。

タイヤ圧力センサユニット及びブレーキパッド摩耗センサユニットと無線で通信するタイヤ圧力監視ユニットを含む、車輪監視装置の概略図である。 ブレーキパッドのキャリパに取り付けられたブレーキパッド摩耗センサユニットを含む、車両のディスクブレーキの斜視図である。 図２のブレーキパッド摩耗センサユニットの概略図である。 図１のブレーキパッド摩耗センサに給電するために使用される熱電式エネルギハーベスタの、部分的に切り欠かれた斜視図である。 図４の熱電式エネルギハーベスタの断面図である。 ブレーキパッドのキャリパに取り付けられた代替的な実施形態によるブレーキパッド摩耗センサユニットを含む、車両のディスクブレーキの斜視図である。 図６のブレーキパッド摩耗センサユニットの概略図である。

詳細な説明
図１乃至図３を参照すると、車両（図示せず）には、車両の制動を達成するためのディスクブレーキ４が装備されている。各ディスクブレーキ４は、キャリパ６を含み、キャリパ６は、車軸（図示せず）に接続されたブレーキディスク５に対して一対のブレーキパッド７を押し付けて、車軸の回転を遅らせる摩擦を生じさせることで、車軸の回転速度を低減し又は車軸を静止状態に保つために使用される。ディスクブレーキシステムの中には、キャリパ６がブレーキディスク５の両側に取り付けられており、ブレーキパッド７がブレーキディスク５に対向するように各キャリパ６に取り付けられているものもある。能動的な制動が実施されていない場合には、キャリパ６及びブレーキパッド７は、ブレーキディスク５から離隔しており、ブレーキディスク５が自由に回転することを可能にする。制動動作中には、キャリパ６同士が互いに向かって動かされ、これによってブレーキパッド７がブレーキディスク５に対して押し付けられる。ブレーキパッド７とブレーキディスク５との間の摩擦が、ブレーキディスク５と、装着されている車輪（図示せず）とを減速又は停止させる。

車両は、各車輪の状態を監視及び制御する車輪監視装置１を含む。例えば、各車輪は、タイヤ圧力センサユニット３０を含み、このタイヤ圧力センサユニットは、タイヤ圧力を監視し、車輪を識別してタイヤ圧力を示す情報を、車輪監視装置１に無線で伝送する。各車輪はさらに、ブレーキパッド摩耗センサユニット５０を含み、このブレーキパッド摩耗センサユニット５０は、以下でさらに後述するように、ブレーキパッド７の摩耗を監視し、車輪を識別してブレーキパッドの摩耗量を示す情報を、車輪監視装置１に無線で送信する。

車輪監視装置１は、タイヤ圧力監視ユニット１０と、タイヤ圧力センサユニット３０と、ブレーキパッド摩耗センサユニット５０とを含む。タイヤ圧力監視ユニット１０は、タイヤ圧力監視ユニット（tire pressure monitoring unit：ＴＰＭＵ）コントローラ１４を含み、このタイヤ圧力監視ユニット１０は、増幅器／アナログデジタル（ＡＤ）変換器ユニット１２を介してトランシーバ２０から信号を送受信する。ＴＰＭＵコントローラ１４と、トランシーバ２０と、増幅器／ＡＤ変換器ユニット１２とは、電力管理ユニット１６によって給電され、電力管理ユニット１６自体は、車両バッテリ１８によって給電される。電力管理ユニット１６は、例えば電圧調整器を含むことができ、この電圧調整器は、車両のバッテリ１８によって供給される電圧をセンサユニットの電子機器に適したレベルに調整（例えば低減）する。ＴＰＭＵコントローラ１４は、タイヤ圧力センサユニット３０及びブレーキパッド摩耗センサユニット５０から受信した情報を分析し、例えば車両ディスプレイ２に状態情報を表示することによって、車輪状態に関する情報を車両操作者に供給することができる。いくつかの実施形態においては、タイヤ圧力が危険なまでに低くなっている状況、及び／又は、ブレーキパッドが危険なまでに摩耗している状況において、警告信号（可聴信号、触覚信号、又は、他の適切な信号）を車両操作者に供給することができる。

概して、タイヤ圧力監視ユニット１０を車両内の中央に配置することができ、即ち、タイヤ圧力監視ユニット１０を車輪から離隔した場所に配置することができ、また、車両情報システムの一部とすることができる。タイヤ圧力センサユニット３０及びブレーキパッド摩耗センサユニット５０の各々は、それぞれタイヤ圧力監視ユニット１０と無線で通信する。後述するように、ブレーキパッド摩耗センサユニット５０及びタイヤ圧力センサユニット３０の両方の制御電子機器の内部においては、同一の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）が使用され、従って、タイヤ圧力監視ユニット１０のコントローラ１４は、タイヤ圧力センサユニット３０及びブレーキパッド摩耗センサユニット５０の両方からの信号を同様に受信及び処理することが可能となっている。

各タイヤ圧力監視ユニット３０は、タイヤ圧力センサ３２と、コントローラ３４が含まれるセンサ電子機器と、高周波送信機３６とを含む。図示の実施形態においては、コントローラ３４は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の一部であり、この特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、及び、他の補助的なコンポーネントも含む。タイヤ圧力監視ユニット３０は、タイヤ圧力センサ３２及びコントローラ３４に電力を供給する電源３８も含む。図示の実施形態においては、電源は、バッテリである。

タイヤ圧力監視ユニット３０は、車両の各車輪に対して設けられている。例えば、タイヤ圧力監視ユニット３０を、タイヤによって取り囲まれるように車輪の内側に配置することができ、タイヤエアバルブステムの内側部分に取り付けることができる。コントローラ３４は、タイヤ圧力センサ３２から発信された信号を受信し、車輪のタイヤ圧力状態を判定し、この情報を車輪識別子と共に無線送信機３６に供給する。無線送信機３６は、この情報をタイヤ圧力監視ユニット１０に送信し、タイヤ圧力監視ユニット１０は、それが適切な場合には、警告を車両操作者に供給することができる。対応するタイヤ圧力状態を示すインジケータ（即ち、光、音、又は、触覚フィードバック）を介して警告を出すことができる。

各ブレーキパッド摩耗センサユニット５０は、ブレーキパッド摩耗センサ５２と、コントローラ５４が含まれるセンサ電子機器と、高周波送信機５６とを備えている。図示の実施形態においては、コントローラ５４は、ＡＳＩＣの一部であり、このＡＳＩＣは、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、及び、他の補助的なコンポーネントも含む。ブレーキパッド摩耗センサユニット５０に使用されるＡＳＩＣを、タイヤ圧力監視ユニット３０に使用されるＡＳＩＣと同一とすることができる。ブレーキパッド摩耗センサユニット５０は、ブレーキパッド摩耗センサ５２及びコントローラ５４に電力を供給する電源５８も含む。以下においては、これらのコンポーネントの各々についてより詳細に説明する。

ブレーキパッド摩耗センサ５２は、ブレーキパッドの摩耗状態を検出し、ブレーキパッド７と共に摩耗するように構成されている。例えば、ブレーキパッド摩耗センサ５２は、アブレイダブル（摩耗性）ワイヤループ（図示せず）のようなアブレイダブルコンポーネントを含み、このアブレイダブルコンポーネントは、ブレーキパッド７内に埋め込まれており、又は、ブレーキパッド７のバッキングプレート上にクリップ留めされている。アブレイダブルコンポーネントは、コントローラ５４に電気的に接続されている。摩耗に起因してブレーキパッド７が所定の厚さまで減少すると、このブレーキパッド７と共にアブレイダブルコンポーネントが摩耗し、ブレーキパッド摩耗センサ５２における抵抗変化が発生する。コントローラ５４は、この抵抗変化を検出し、これにより、ブレーキパッド７の厚さに対応する摩耗段階を特定することによって、ブレーキパッド７がアブレイダブルコンポーネントの位置まで摩耗したと判断する。ブレーキパッド摩耗センサ５２は、１段階式の摩耗検出のための単一のアブレイダブルワイヤループ、又は、多段階式の摩耗検出のための複数のアブレイダブルループかを含むことができる。１段階式の構成であるか多段階式の構成であるかにかかわらず、コントローラ５４は、ブレーキパッド摩耗センサ５２から発信された信号を受信し、ブレーキパッド７の摩耗状態を判定し、この情報をブレーキ識別子と共に無線送信機５６に供給する。無線送信機５６は、この情報をタイヤ圧力監視ユニット１０に送信し、タイヤ圧力監視ユニット１０は、それが適切である場合には、インジケータ（即ち、光、音、又は、触覚フィードバック）を介して、ブレーキパッド７の対応する摩耗段階を示す警告を車両操作者に供給することができる。インジケータの種類を、コントローラ５４によって検出される摩耗段階に応じて異なるようにすることができる。

各ブレーキパッド摩耗センサユニットは、専用の電源５８を含む。電源５８は、エネルギハーベスティング（環境発電）装置とすることができ、このエネルギハーベスティング装置は、外部源から得られたエネルギを電力に変換し、この電力をブレーキパッド摩耗センサ５２と、コントローラ５４及び送信機５６が含まれるセンサ電子機器とに供給するように構成されている。

図４及び図５を参照すると、図示の実施形態においては、エネルギハーベスティング装置は、熱電式エネルギハーベスタ８０であり、この熱電式エネルギハーベスタ８０は、ブレーキパッド７の摩擦に基づいて制動動作中に生成される熱エネルギを用いることによって電力を生成する。熱電式エネルギハーベスタ８０は、第１の内向き面８１及び反対側の第１の外向き面８３を有する第１のセラミックプレート８２を含む。熱電式エネルギハーベスタ８０は、第１のセラミックプレート８２と共に積層された第２のセラミックプレート８４を含む。第２のセラミックプレート８４は、第２の内向き面８５及び反対側の第２の外向き面８７を有する。熱電式エネルギハーベスタ８０はさらに、第１のセラミックプレート８２と第２のセラミックプレート８４との間に挟まれた半導体材料を含む。特に、第１のセラミックプレート８２と第２のセラミックプレート８４との間には、複数のｐ型半導体素子８６及びｎ型半導体素子８８が２次元のアレイ状に配置されており、これによってｐ型半導体素子８６が、アレイの行及び列の両方においてｎ型半導体素子８８と交互に配置されるようになっている。さらに、アレイのｐ型半導体素子８６及びｎ型半導体素子８８の隣り合うもの同士は、個々の導電性プレート９０を使用して、アレイの個々の素子８６，８８間に直列電気回路が形成されるように電気的に接続されている。第１の外向き面８３が第２の外向き面８７とは異なる温度である場合に、回路内で直流電流が生成される。正のリード９２は、直列電気回路の一方の端部における最も外側にある要素に電気的に接続されており、負のリード９４は、直列電気回路の反対側の端部における最も外側にある要素に電気的に接続されており、これによって、エネルギハーベスタ８０の内部で生成された電流を収集して使用することが可能となっている。

それぞれ個々のｐ型半導体素子８６及びｎ型半導体素子８８において生成される電流は、非常に小さい。さらに、個々のｐ型半導体素子８６とｎ型半導体素子８８との間に直列接続が形成されているにもかかわらず、１回の制動動作中に熱電式エネルギハーベスタ８０によって供給される蓄積電荷は、ブレーキパッド摩耗センサユニット５０のセンサ電子機器に給電するためには不十分である。これに対処するために、熱電式エネルギハーベスタ８０は、直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）変換器６２を介して直列電気回路に接続されたコンデンサ６４のようなエネルギ蓄積装置も含む。コンデンサ６４及びＤＣ−ＤＣ変換器は、ブレーキパッド摩耗センサユニット５０のセンサ電子機器に含まれている。使用時には、制動イベントが発生するたびに、熱電式エネルギハーベスタ８０において生成された電荷がコンデンサ６４に蓄積される。コンデンサ６４内の電荷は、各制動イベントと共に時間が経過するにつれて蓄積される。コンデンサ６４の特性によって規定されるように、コンデンサ６４内で十分な電荷に達すると、コンデンサ６４は、センサ電子機器に電流を放電する。放電によってセンサ電子機器に電力が供給され、ブレーキパッドの摩耗状態に対応する信号をタイヤ圧力監視ユニット１０に送信することが可能になる。

図２及び図３を再び参照すると、ブレーキパッド摩耗センサユニット５０は、単一の一体型のユニットとして形成されており、この単一の一体型のユニットにおいては、ブレーキパッド摩耗センサ５２がブレーキパッド摩耗センサユニット５０の一方の端部に配置されており、（コントローラ５４、送信機５６、コンデンサ６４等が含まれる）センサ電子機器は、ブレーキパッド摩耗センサユニット５０の反対側の端部に配置されており、熱電式ハーベスタ８０は、ブレーキパッド摩耗センサ５２とセンサ電子機器との間に存在している。

ブレーキパッド摩耗センサユニット５０は、車両の各ディスクブレーキ４に対して設けられている。図示の実施形態においては、ディスクブレーキ４毎にただ１つのブレーキパッドセンサユニット５０が設けられている（例えば、２つのキャリパ６を有する１つのブレーキディスク５は、ただ１つのセンサユニット５０を有する）。ブレーキパッド摩耗センサ５２は、ブレーキパッド７に隣接するように、かつ、ブレーキディスク５に対向するように、キャリパ６上に支持されている。熱電式エネルギハーベスタ８０は、ブレーキパッド摩耗センサ５２の、ブレーキパッド５とは反対を向いた側において、ブレーキパッド摩耗センサ５２上に支持されている。制動動作中にディスクブレーキ４内において生成された熱は、キャリパ６及び／又はブレーキパッド摩耗センサ５２を介して熱電式エネルギハーベスタ８０の一方の側（例えば第１のセラミックプレート８２）に熱伝導される。従って、この例においては、第１のセラミックプレート８２が、熱電式エネルギハーベスタ８０の高温側を提供している。熱電式エネルギハーベスタ８０の、ブレーキパッド摩耗センサ５２とは反対を向いた側に配置された第２のセラミックプレート８４は、周囲空気に曝されており、熱電式エネルギハーベスタの低温側を提供している。任意選択的に、図示の実施形態に示すように、第２のセラミックプレート８４上に冷却プレート６８の形態のヒートシンクを設けることによって、第１のセラミックプレート８２と第２のセラミックプレート８４との間の温度勾配を向上させることができる。冷却プレート６８は、第２のセラミックプレートの外向き面８７に当接しており、熱的に接続されている。冷却プレート６８を、熱電式エネルギハーベスタの低温側を受動的又は能動的に冷却するように構成することができる。低温側にはさらに、センサ電子機器が配置されている。いくつかの実施形態においては、センサ電子機器を、熱電式エネルギハーベスタ８０及びこれらの間に配置された冷却プレート６８の存在によって高温側から若干熱的に遮蔽することができる。

図６及び図７を参照すると、代替的な実施形態によるブレーキパッド摩耗センサユニット１５０が、導電性ワイヤハーネス７４を介して電気的に接続された２つの別個のサブユニット１５２，１５４として形成されている。第１のサブユニット１５２は、ブレーキパッド摩耗センサ５２及び熱電式エネルギハーベスタ８０を含む。第１のサブユニット１５２においては、ブレーキパッド摩耗センサ５２は、ブレーキパッド７に隣接するように、かつ、ブレーキディスク５に対向するように、キャリパ６上に支持されている。熱電式エネルギハーベスタ８０は、ブレーキパッド摩耗センサ５２の、ブレーキパッド５とは反対を向いた側で、ブレーキパッド摩耗センサ５２上に支持されている。制動動作中にディスクブレーキ４内で生成された熱は、キャリパ６及び／又はブレーキパッド摩耗センサ５２を介して熱電式エネルギハーベスタ８０の一方の側（例えば第１のセラミックプレート８２）に熱伝導される。

第２のサブユニット１５４は、コントローラ５４、送信機５６、コンデンサ６４等が含まれるセンサ電子機器を含む。第２のサブユニット１５４は、ブレーキパッドから離隔した位置においてディスクブレーキ４上に支持されている。例えば、図示の実施形態においては、第２のサブユニット１５４は、キャリパアセンブリの外側表面に配置されている。センサ電子機器をブレーキパッド７から離して配置することにより、制動動作中に生成される熱によるセンサ電子機器に対する悪影響が低減される。第１のサブユニット１５２を第２のサブユニット１５４に電気的に接続するワイヤハーネス７４は、熱電式エネルギハーベスタ８０からの正のリード９２及び負のリード９４と、ブレーキパッド摩耗センサ５２からの出力リード（図示せず）とを含む。

車輪監視装置１は、タイヤ圧力センサユニット３０及びブレーキパッドセンサユニット５０を監視するものとして記載されているが、車輪監視装置１は、上記のセンサを監視するものに限定されているわけではなく、他の種類のセンサ及び／又はセンサユニットを代わりに使用してもよい。さらに、車輪監視装置１は、タイヤ圧力センサユニット３０及びブレーキパッドセンサユニット５０に加えて、車輪の近傍にある他のセンサ（図示せず）を監視してもよい。他のセンサの例には、これに限定するわけではないが車輪回転速度センサ、温度センサ等が含まれる。

図示の実施形態においては、電源５８は、熱電式エネルギハーベスタ８０である。しかしながら、電源５８は、熱電式エネルギハーベスタに限定されているわけではない。例えば電源５８は、振動を検出し、検出した振動を電力に変換するように構成された振動式エネルギハーベスタのような、別の種類のエネルギハーベスティング装置であってもよい。さらに、電源５８は、エネルギハーベスタに限定されているわけではなく、これに限定するわけではないがバッテリを含む、別の種類の電源であってもよい。

車輪監視システム１は、これらに限定するわけではないが自動車、トラック、トラクタ、トレーラ、又は、これらの任意の組み合わせを含む、任意の種類の車両に使用することが可能である。

図示の実施形態においては、ブレーキパッド摩耗センサ５２は、センサ内の抵抗が変化するようにブレーキパッド７と並行に摩耗する犠牲センサである。しかしながら、ブレーキパッド摩耗センサ５２は、このような種類の犠牲センサに限定されているわけではない。さらに、ブレーキパッドの摩耗を検出するために他の種類のセンサ、例えば光学センサ、容量センサ、又は、他の適切なセンサを使用することができる。

車輪監視装置及びセンサシステムの選択的な例示的な実施形態は、上にある程度詳細に記載されている。これらの装置を明確にするために必要であると考えられる構造のみが本明細書に記載されていることを理解すべきである。他の従来の構造並びに車輪監視装置及びセンサシステムの付属的及び補助的なコンポーネントの構造は、当業者には公知であり、理解されるものと想定される。また、車輪監視装置及びセンサシステムの実施例について説明してきたが、車輪監視装置及び／又はセンサシステムは、上述した実施例に限定されているわけではなく、特許請求の範囲に記載されている装置を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を実施することができる。

Claims (9)

1. 車両内における前記車両の車輪から離隔した位置に配置されたタイヤ圧力監視ユニットと、
   前記車両の少なくとも１つの車輪に配置されたタイヤ圧力センサユニットと、
   前記車両の少なくとも１つの車輪に配置されたブレーキパッド摩耗センサユニットと、
   を備える車輪監視装置であって、
   前記ブレーキパッド摩耗センサユニットは、
   車輪のブレーキパッドの摩耗状態を検出し、前記摩耗状態を表す信号を発信するように構成されたブレーキパッド摩耗センサと、
   前記ブレーキパッド摩耗センサから発信された信号を受信し、前記信号を遠隔装置に無線で送信するように構成された無線送信機と、
   前記ブレーキパッド摩耗センサ及び前記無線送信機に電力を供給するように構成された電源と、
   を含み、
   前記車両の前記ブレーキパッド摩耗センサユニット及び前記タイヤ圧力センサユニットの各々は、前記タイヤ圧力監視ユニットによって監視及び制御され、
   前記ブレーキパッド摩耗センサユニットは、前記ブレーキパッド摩耗センサから発信された信号の信号取得及び信号処理を提供するように構成された電子機器ユニットを備えており、
   前記無線送信機は、前記電子機器ユニットからの出力を前記タイヤ圧力監視ユニットに送信するように構成されている、
   車輪監視装置。
2. 前記電源は、外部源から得られたエネルギを電力に変換し、前記電力を前記ブレーキパッド摩耗センサ及び前記無線送信機に供給するように構成されたエネルギハーベスティング装置である、
   請求項１に記載の車輪監視装置。
3. 前記エネルギハーベスティング装置は、前記ブレーキパッドの摩擦に基づいて制動動作中に生成される熱エネルギを用いることによって電力を生成し、
   前記エネルギハーベスティング装置は、前記ブレーキパッドを支持する構造体に物理的に接触しており、
   前記ブレーキパッドの摩擦に基づいて制動動作中に生成される前記熱エネルギは、前記ブレーキパッドと前記ブレーキパッドを支持する構造体とを介して熱伝導によって前記エネルギハーベスティング装置に伝達される、
   請求項２に記載の車輪監視装置。
4. 前記無線送信機は、前記ブレーキパッドから離隔しており、
   前記ブレーキパッド摩耗センサは、導電性ワイヤハーネスを介して前記無線送信機に電気的に接続されている、
   請求項３に記載の車輪監視装置。
5. 前記エネルギハーベスティング装置は、
   第１の外向き面及び反対側の第１の内向き面を有する第１のセラミックプレートと、
   第２の外向き面及び反対側の第２の内向き面を有する第２のセラミックプレートと、
   前記第１のセラミックプレートと前記第２のセラミックプレートとの間に配置されたｐ型半導体素子及びｎ型半導体素子と、
   を備える熱電式エネルギハーベスタであり、
   前記ｐ型半導体素子及び前記ｎ型半導体素子は、アレイ状に配置されており、前記アレイでは、前記ｐ型半導体素子が前記ｎ型半導体素子と交互に配置されており、前記アレイの前記ｐ型半導体素子と前記ｎ型半導体素子との間に直列電気回路が形成されており、
   前記第１のセラミックプレート及び前記第２のセラミックプレートは、前記第１の内向き面及び前記第２の内向き面が、前記ｐ型半導体素子及び前記ｎ型半導体素子に対向するように積層状に配置されており、
   前記第１の外向き面が前記第２の外向き面よりも高温になると、前記直列電気回路内に電流が生成される、
   請求項３に記載の車輪監視装置。
6. 前記電子機器ユニットからの前記出力は、前記ブレーキパッドの摩耗状態に対応する信号と、前記ブレーキパッド摩耗センサを一義的に識別する識別子とを含む、
   請求項１に記載の車輪監視装置。
7. 前記電子機器ユニットは、前記タイヤ圧力監視ユニットと共に動作可能な特定用途向け集積回路を含む、
   請求項１に記載の車輪監視装置。
8. 前記タイヤ圧力センサユニットは、タイヤ圧力センサから発信された信号の信号取得及び信号処理を提供するように構成された電子機器ユニットを含み、
   前記タイヤ圧力センサユニットの前記電子機器ユニットは、前記ブレーキパッド摩耗センサユニットの前記特定用途向け集積回路と同様に動作する特定用途向け集積回路を含む、
   請求項７に記載の車輪監視装置。
9. 前記エネルギハーベスティング装置は、振動を検出し、検出した前記振動を電力に変換するように構成された装置である、
   請求項２に記載の車輪監視装置。

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