JP2004058905A

JP2004058905A - タイヤ状態推定装置

Info

Publication number: JP2004058905A
Application number: JP2002222267A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Kojima; 小島　弘義
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】車両走行中にタイヤの変形状態を推定する新規な手法を提案する。
【解決手段】車両の走行中にその車両におけるタイヤの変形状態を推定する装置を、（ａ）タイヤの振動を反映し得るタイヤ振動反映信号をそのタイヤに関連して発生させる信号発生器としてのタイヤ前後力センサ１０、タイヤ横力センサ１２およびタイヤ上下力センサ１４と、（ｂ）その発生させられたタイヤ振動反映信号に基づき、タイヤの振動状態を表す振動状態データを取得し、その取得された振動状態データに基づき、タイヤの変形状態が異常であるか否かを判定する判定器２０とを含むように構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両におけるタイヤの状態を推定する技術に関するものであり、特に、車両走行中にタイヤの変形状態を推定する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両走行中にその車両におけるタイヤの異常を発見することなどを目的としてタイヤの状態を推定する技術が既に存在する。推定されるタイヤの状態には、タイヤの変形状態がある。
【０００３】
特開２００２−１０３９３１号公報には、タイヤの変形と温度との関係についての言及がある。具体的には、「タイヤの空気圧が規定圧より低い状態で車両を走行させると、タイヤの変形が大きくなり、タイヤのゴム部が急激に発熱し、この状態で長時間走行するとそのゴム部が劣化してタイヤがバーストすることは良く知られている。」と記載されている。
【０００４】
同公報には、さらに、その言及を前提にして提案された従来装置も記載されている。この従来装置においては、タイヤの空気室内に温度センサと発信器とが配置される一方、車体に受信器が配置され、タイヤの温度が温度センサにより直接に検出されてその結果が無線で車体側に送信される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
車両走行中にタイヤの変形状態を推定して、その推定結果を車両の運転者に告知して運転状態の修正を促したり、その推定結果に基づいて車両を自動的に制御することは、車両の安全性を向上させるために有効である。
【０００６】
このような事情を背景に、本発明者は、タイヤの変形について研究を行い、その結果、タイヤの変形に伴ってタイヤが振動するという現象に着目すれば、タイヤの振動状態からタイヤの変形状態を推定可能であることに気が付いた。
【０００７】
この知見に基づき、本発明は、車両走行中にタイヤの変形状態を推定する新規な手法を提案することを課題としてなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本明細書に記載の技術的特徴のいくつかおよびそれらの組合せのいくつかの理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴やそれらの組合せが以下の態様に限定されると解釈されるべきではない。
（１）　ホイールに装着されたタイヤの内部に空気が圧力下に封入されて成る車輪を備えた車両に設けられ、その車両の走行中に前記タイヤの変形状態を推定する装置であって、
前記タイヤの振動を反映し得るタイヤ振動反映信号をそのタイヤに関連して発生させる信号発生器と、
その発生させられたタイヤ振動反映信号に基づき、前記タイヤの振動状態を表す振動状態データを取得し、その取得された振動状態データに基づき、前記タイヤの変形状態が異常であるか否かを判定する判定器と
を含むタイヤ状態推定装置。
【０００９】
この装置によれば、タイヤの変形に伴ってタイヤが振動するという現象に着目することにより、タイヤの振動状態を表す振動状態データに基づき、タイヤの変形状態が異常であるか否かが判定される。
【００１０】
本項に係る装置によってタイヤの変形状態が異常であると判定される状況の一例として、タイヤにスタンディングウェーブ現象が発生している状況が挙げられる。
（２）　前記判定器が、前記取得された振動状態データが予め定められた条件を満たす場合に、前記タイヤの変形状態が異常であると判定するものである（２）項に記載のタイヤ状態推定装置。
【００１１】
本項における「予め定められた条件」は、振動状態データが取得されたタイヤのみを対象にして設定される絶対的な条件としたり、振動状態データが取得されたタイヤとは別のタイヤとの関係を考慮して設定される相対的な条件とすることが可能である。
（３）　前記車両が、前記車輪を複数備えており、
前記信号発生器が、それら複数の車輪に関連してそれぞれ前記タイヤ振動反映信号を発生させるものであり、
前記判定器が、その発生させられたタイヤ振動反映信号に基づいて取得された振動状態データが前記複数の車輪間で互いに実質的に一致しない場合に、それら複数の車輪の一部について前記タイヤの変形状態が異常であると判定するものである（１）または（２）項に記載のタイヤ状態推定装置。
【００１２】
車両が複数の車輪を備えている場合に、車両走行中にそれら複数の車輪について一緒にタイヤの異常変形が発生することは稀であり、通常は、一部の車輪についてのみタイヤの異常変形が発生する。したがって、このような事実に注目すれば、取得された振動状態データが複数の車輪間で互いに実質的に一致しない場合には、一部の車輪に関してタイヤの異常変形が発生したことを合理的に予想できる。
【００１３】
このような知見に基づき、本項に係る装置によれば、車両における複数の車輪に関してそれぞれ振動状態データが取得されるとともに、その取得された振動状態データがそれら複数の車輪間で互いに実質的に一致しない場合に、それら複数の車輪の一部についてタイヤの変形状態が異常であると判定される。
（４）　前記振動状態データが、前記タイヤ振動反映信号の振幅を表す振幅データと周波数を表す周波数データとの少なくとも一方を含む（１）ないし（３）項のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
【００１４】
タイヤ振動反映信号の振幅は、理想的には、タイヤ振動反映信号の上ピーク値と下ピーク値とをある時間帯に亘って監視し、それら両ピーク値の差として測定すべきものである。しかし、それに代えて、タイヤ振動反映信号の各瞬間値として測定することは可能である。
【００１５】
タイヤ振動反映信号の振幅をそのタイヤ振動反映信号の各瞬間値として測定する測定手法は、タイヤ振動反映信号が振動しながら時間的に推移する際の中心値が「０」に固定される場合には妥当である。しかし、その中心値が変動する場合には、その測定手法は必ずしも妥当ではなく、この場合には、その中心値の変動を考慮してタイヤの変形状態を判定することが望ましい。
（５）　前記振動状態データが、前記タイヤ振動反映信号の特定周波数領域における振幅を表す振幅データを含む（１）ないし（４）項のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
（６）　前記判定器が、前記取得された振動状態データと、前記タイヤについての空気圧と回転速度との少なくとも一方とに基づき、そのタイヤの変形状態が異常であるか否かを判定するものである（１）ないし（５）項のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
【００１６】
タイヤに異常変形が発生するとそのタイヤに振動が発生するが、その振動状態は常に同じであるとは限らず、タイヤの空気圧によって変化したり、タイヤの回転速度すなわち車速によって変化する傾向がある。そのため、タイヤの振動状態のみに着目してタイヤの変形状態を判定したのでは、その判定精度が低下する場合がある。
【００１７】
このような知見に基づき、本項に係る装置においては、タイヤについて取得された振動状態データと、そのタイヤについての空気圧と回転速度との少なくとも一方とに基づき、そのタイヤの変形状態が異常であるか否かが判定される。
（７）　前記信号発生器が、前記タイヤに発生する振動と力と加速度との少なくとも一つを検出して前記タイヤ振動反映信号を発生させるセンサを含む（１）ないし（６）項のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
（８）　前記センサが、前記車両のサスペンション装置とステアリング装置との少なくとも一方のためのセンサとしても使用される（７）項に記載のタイヤ状態推定装置。
【００１８】
この装置によれば、タイヤの変形状態を判定するために専用のセンサを車両に搭載することが不要となり、よって、タイヤの変形状態を判定するという機能を車両に付加するのに伴う部品点数や装置コストの増加を抑制することが容易となる。
（９）　前記信号発生器が、前記タイヤ振動反映信号を、前記タイヤに振動が発生する向きに関連付けて発生させるものである（１）ないし（８）項のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
【００１９】
タイヤの異常変形に起因してタイヤに発生する振動が方向性を有する場合がある。すなわち、例えば、ある方向には振動が顕著に発生するが別の方向には顕著に発生しないという性質を有する場合があるのである。このような方向性を有効に利用すれば、タイヤの振動に基づいてタイヤの変形状態を判定する精度を向上させることが容易になる可能性がある。
【００２０】
このような知見に基づき、本項に係る装置においては、タイヤ振動反映信号が、タイヤに振動が発生する向きに関連付けて発生させられる。
【００２１】
本項における「振動が発生する向き」は例えば、車両を基準に設定される向き（例えば、前後方向、左右方向または上下方向）としたり、車輪を基準に設定される向き（例えば、進行方向すなわち前後方向、横方向または上下方向）とすることが可能である。
【００２２】
例えば、前記信号発生器が、タイヤに関連して配置されてそのタイヤに発生するタイヤ発生力を検出する形式である場合には、例えば、タイヤに振動が発生する向きが、車輪すなわちタイヤを基準に設定される向き（例えば、進行方向すなわち前後方向、横方向または上下方向）とされる。
（１０）　前記判定器が、前記取得された振動状態データに基づき、前記タイヤに振動が発生した向きと前記車両の進行方向とが互いに整合しない場合に、前記タイヤの変形状態が異常であると判定する手段を含む（９）項に記載のタイヤ状態推定装置。
【００２３】
例えば、車両の直進走行中にタイヤに左右方向振動が顕著に発生した場合や、車両の旋回走行中にタイヤに前後方向振動が顕著に発生した場合には、そのような振動は車両の走行に起因するのではなくむしろ、タイヤの異常変形に起因する可能性が高いと考えることが妥当である場合がある。
【００２４】
このような知見に基づき、本項に係る装置においては、取得された振動状態データに基づき、タイヤに振動が発生した向きと車両の進行方向とが互いに整合しない場合に、タイヤの変形状態が異常であると判定される。
（１１）　前記手段が、前記車両の直進走行中に前記タイヤに左右方向または上下方向である特定方向において振動が発生した場合に、前記タイヤの変形状態が異常であると判定する手段を含む（１０）項に記載のタイヤ状態推定装置。
（１２）　前記手段が、前記車両の旋回走行中に前記タイヤに前後方向または上下方向である特定方向において振動が発生した場合に、前記タイヤの変形状態が異常であると判定する手段を含む（１０）または（１１）項に記載のタイヤ状態推定装置。
（１３）　前記判定器が、
前記取得された振動状態データにより表されるデータ値としきい値との関係に基づき、前記タイヤの変形状態が異常であるか否かを判定する判定手段と、
その判定手段による判定に先立ち、前記関係を補正する補正手段と
を含む（１）ないし（１２）項のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
【００２５】
前記（１）ないし（１２）項のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置は、取得された振動状態データにより表されるデータ値としきい値との関係に基づき、タイヤの変形状態が異常であるか否かを判定する態様で実施することが可能である。
【００２６】
この態様においては、しきい値を固定値として予め設定することが可能である。しかし、タイヤが同じ変形状態を示す場合に必ずそのタイヤが同じ振動状態を示すとは限らない。
【００２７】
そこで、本項に係る装置においては、取得された振動状態データにより表されるデータ値としきい値との関係に基づき、タイヤの変形状態が異常であるか否かを判定するのに先立ち、その関係が補正される。
【００２８】
したがって、この装置によれば、その判定に先立ってデータ値としきい値との関係を補正しない場合より、その判定の精度を向上させることが容易となる。
【００２９】
本項における「補正手段」は、データ値としきい値との関係の補正を、データ値を変更することによって行う態様で実施したり、しきい値を変更することによって行う態様で実施することが可能である。それら両方をいずれも変更する態様で実施することも可能である。
（１４）　前記補正手段が、前記発生させられたタイヤ振動反映信号に混入した外乱に基づき、その外乱の影響が前記判定手段による判定に現れないように、前記関係を補正すべき補正量を決定する第１決定手段を含む（１３）項に記載のタイヤ状態推定装置。
【００３０】
本項における「外乱」としては、路面の凹凸状態、タイヤの凹凸状態、タイヤの回転速度の大小や時間的変化、車両の旋回状態、タイヤの駆動力または制動力等が考えられ得る。
【００３１】
したがって、本項における「第１決定手段」は、例えば、路面の凹凸状態、タイヤの凹凸状態、タイヤの回転速度（または車速）、車両が旋回状態にあるか否か、タイヤに駆動力または制動力が作用しているか否か等に基づき、前記補正量を決定する態様で実施することが可能である。
（１５）　前記データ値が、前記タイヤ振動反映信号の各瞬間値により定義され、
前記外乱が、前記タイヤ振動反映信号が振動しながら時間的に推移する際の中心値を変動させる原因となるものである（１４）項に記載のタイヤ状態推定装置。
【００３２】
タイヤ振動反映信号が振動しながら時間的に推移する際の中心値は、「０」である場合もあれば「０」ではない場合もある。「０」ではない場合の一例は、前記信号発生器が、タイヤに作用する前後力を検出してタイヤ振動反映信号を発生させる場合であって、かつ、車両の駆動装置または制動装置によってタイヤに前後力が積極的に発生させられる場合である。
【００３３】
この例においては、タイヤの変形に起因した振動がタイヤに発生すると、そのときのタイヤ振動反映信号につき、中心値が積極的な前後力の大きさを表す一方、瞬間値のその中心値からの隔たりが、タイヤの変形に起因した振動の振幅の半値を表す。
【００３４】
それにもかかわらず、前記（１４）項における「データ値」をタイヤ振動反映信号の各瞬間値として定義する場合には、そのデータ値が、タイヤの変形に起因した振動の強さを正しく表さない可能性が存在し得ることとなる。
【００３５】
したがって、上記の例においては、タイヤ振動反映信号のうち定常的な前後力の大きさを反映した成分を、タイヤの変形状態を精度よく判定することを阻害する成分であるという意味において、外乱とみなすことが可能である。
【００３６】
このような事情を背景にして、本項に係る装置においては、データ値がタイヤ振動反映信号の各瞬間値により定義される場合において、外乱が、タイヤ振動反映信号が振動しながら時間的に推移する際の中心値を変動させる原因となるものとされている。
【００３７】
本項における「外乱」の一例は、上述の前後力の如き、タイヤに定常的に作用させられる力であり、例えば、車両のステアリング装置による定常的な横力や、車両のサスペンション装置による定常的な上下力が該当する。
【００３８】
また、「外乱」は、前記信号発生器が、タイヤに発生する力を検出してタイヤ振動反映信号を発生させる場合においては、タイヤに力を発生させるタイヤ発生力要因であってタイヤの変形を除くものを意味すると考えることが可能である。
（１６）　前記信号発生器が、前記タイヤに作用する力を検出して前記タイヤ振動反映信号を発生させるものであり、
前記第１決定手段が、前記車両によって定常的に前記タイヤに作用させられる力に関する情報に基づき、前記補正量を決定する手段を含む（１５）項に記載のタイヤ状態推定装置。
（１７）　前記補正手段が、前記タイヤの空気圧と回転速度との少なくとも一方に基づき、前記関係を補正すべき補正量を決定する第２決定手段を含む（１３）ないし（１６）項のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
【００３９】
前述のように、タイヤに異常変形が発生するとそのタイヤに振動が発生するが、その振動状態は常に同じであるとは限らず、タイヤの空気圧によって変化したり、タイヤの回転速度すなわち車速によって変化する傾向がある。そのため、タイヤの振動状態のみに着目してタイヤの変形状態を判定したのでは、その判定精度が低下する場合がある。
【００４０】
このような知見に基づき、本項に係る装置においては、タイヤの空気圧と回転速度との少なくとも一方に基づき、データ値としきい値との関係を補正すべき補正量が決定される。
（１８）　前記補正手段が、前記中心値の変動に追従して前記しきい値を変更することにより、前記関係を補正するしきい値変更手段を含む（１５）または（１６）項に記載のタイヤ状態推定装置。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
図１には、本発明の第１実施形態に従うタイヤ状態推定装置のハードウエア構成がブロック図で概念的に示されている。このタイヤ状態推定装置は車両に搭載されている。
【００４３】
その車両は、それの前後左右にそれぞれ車輪を備えている。図１において「ＦＬ」は左前輪、「ＦＲ」は右前輪、「ＲＬ」は左後輪、「ＲＲ」は右後輪をそれぞれ意味している。車輪の総数は４個である。
【００４４】
各車輪は、よく知られているように、金属製のホイールに装着されたゴム製のタイヤの内部に空気が圧力下に封入されて構成されている。
【００４５】
図１に示すように、このタイヤ状態推定装置は、各車輪ごとにタイヤ前後力センサ１０、タイヤ横力センサ１２およびタイヤ上下力センサ１４を備えている。それらセンサ１０，１２，１４はそれぞれ、同じ車輪のタイヤに作用する前後力Ｆｘ、横力Ｆｙおよび上下力Ｆｚを検出し、それらを表す信号を出力する。
【００４６】
それら前後力Ｆｘ、横力Ｆｙおよび上下力Ｆｚを表す信号は、タイヤの変形に起因してそのタイヤに発生する振動を反映し得るから、タイヤ振動反映信号として機能する。さらに、タイヤ前後力センサ１０、タイヤ横力センサ１２およびタイヤ上下力センサ１４はそれぞれ、タイヤ振動反映信号を車輪の前後方向、横方向および上下方向に関連付けて発生させる。
【００４７】
それらセンサ１０，１２，１４は、図１に示すように、判定器２０に電気的に接続されている。この判定器２０は、コンピュータ２２を主体とし、それらセンサ１０，１２，１４の出力信号に基づき、各輪ごとにタイヤの変形状態を判定する装置である。判定されるタイヤの変形状態の一例は、タイヤにスタンディングウェーブ現象が発生している状態である。
【００４８】
図２には、コンピュータ２２のハードウエア構成がブロック図で概念的に示されている。このコンピュータ２２は、よく知られているように、ＣＰＵ３０（プロセッサの一例）とＲＯＭ３２（メモリの一例）とＲＡＭ３４（メモリの一例）とがバス３６により互いに接続されて構成されている。ＲＯＭ３２には、タイヤ状態推定プログラムを始めとし、各種プログラムが予め記憶されている。
【００４９】
タイヤ状態推定プログラムは、各輪ごとに、センサ１０，１２，１４から出力されたタイヤ振動反映信号に基づき、タイヤの振動状態を表す振動状態データとして、タイヤ振動反映信号の振幅を表す振幅データを取得し、その取得された振幅データに基づき、タイヤの変形状態が異常であるか否かを判定するために実行されるプログラムである。このタイヤ状態推定プログラムの詳細は後に説明する。
【００５０】
図１に示すように、判定器２０には、さらに、警報器５０も接続されている。この警報器５０は、各輪ごとに、タイヤに異常変形が発生していることを車両の運転者に視覚的または聴覚的に告知するために作動させられる。
【００５１】
図３には、図２におけるタイヤ状態推定プログラムの内容がフローチャートで概念的に表されている。このタイヤ状態推定プログラムは、コンピュータ２２の電源投入中、複数の車輪に関して順次実行され、かつ、そのような実行が繰り返される。
【００５２】
このタイヤ状態推定プログラムの各回の実行時には、まず、ステップＳ１（以下、単に「Ｓ１」で表す。他のステップについても同じとする）において、今回の実行対象車輪に関し、タイヤ前後力センサ１０によりタイヤ前後力Ｆｘが検出される。次に、Ｓ２において、同じ車輪に関し、タイヤ横力センサ１２によりタイヤ横力Ｆｙが検出される。続いて、Ｓ３において、同じ車輪に関し、タイヤ上下力センサ１４によりタイヤ上下力Ｆｚが検出される。
【００５３】
その後、Ｓ４において、タイヤ前後力Ｆｘの検出値の絶対値（タイヤ振動反映信号の瞬間値であり、前記振動状態データの一例である振幅データに相当する）がしきい値Ｆｘｔｈ（固定のしきい値）より大きいか否かが判定される。しきい値Ｆｘｔｈより大きくはない場合には、判定がＮＯとなり、Ｓ５に移行する。
【００５４】
このＳ５においては、タイヤ横力Ｆｙの検出値の絶対値（タイヤ振動反映信号の瞬間値であり、前記振動状態データの一例である振幅データに相当する）がしきい値Ｆｙｔｈ（固定のしきい値）より大きいか否かが判定される。しきい値Ｆｙｔｈより大きくはない場合には、判定がＮＯとなり、Ｓ６に移行する。
【００５５】
このＳ６においては、タイヤ上下力Ｆｚの検出値の絶対値（タイヤ振動反映信号の瞬間値であり、前記振動状態データの一例である振幅データに相当する）がしきい値Ｆｚｔｈ（固定のしきい値）より大きいか否かが判定される。しきい値Ｆｚｔｈより大きくはない場合には、判定がＮＯとなり、Ｓ７に移行する。
【００５６】
このＳ７においては、ＯＦＦ状態で今回の実行対象車輪のタイヤに異常変形が発生していないことを示す一方、ＯＮ状態で今回の実行対象車輪のタイヤに異常変形が発生していることを示す判定フラグがＯＦＦにされる。さらに、警報器５０に対してそれをＯＦＦにする信号が出力される。以上で、このタイヤ状態推定プログラムの一回の実行が終了する。
【００５７】
以上、タイヤ前後力Ｆｘとタイヤ横力Ｆｙとタイヤ上下力Ｆｚとのすべてに関し、タイヤ発生力Ｆｉ（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ）の絶対値がしきい値Ｆｉｔｈ（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ）より大きいという条件が成立しない場合を説明したが、それらタイヤ前後力Ｆｘとタイヤ横力Ｆｙとタイヤ上下力Ｆｚとの少なくとも一つに関し、その条件が成立した場合には、Ｓ４ないしＳ６の判定のいずれかがＹＥＳとなり、Ｓ８に移行する。
【００５８】
このＳ８においては、前記判定フラグがＯＮにされるとともに、警報器５０に対してそれをＯＮにする信号が出力される。これにより、警報器５０が作動させられ、今回の実行対象車輪のタイヤに異常変形が発生していることが運転者に告知される。以上で、このタイヤ状態推定プログラムの一回の実行が終了する。
【００５９】
図４には、あるタイヤ発生力Ｆｉの時間的推移の一例がグラフで表されている。この例においては、タイヤ発生力Ｆｉが振動しながら時間ｔと共に推移し、その中心値は０に固定される一方、振幅が時間ｔと共に増加する。そして、ある時刻にタイヤ発生力Ｆｉの絶対値（振幅の半値に等しい）がしきい値Ｆｉｔｈより大きくなり、その結果、判定フラグの状態がＯＦＦからＯＮに切り換えられる。
【００６０】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、各輪ごとに、タイヤ前後力センサ１０とタイヤ横力センサ１２とタイヤ上下力１４とが互いに共同して前記（１）項における「信号発生器」の一例を構成しているのである。
【００６１】
なお付言すれば、前記特開２００２−１０３９３１号公報には、前述のように、タイヤの空気室内の温度に着目することによってタイヤのバーストを予測する技術が記載されている。この技術の一具体例によれば、タイヤのリム部に温度検出・発信装置が取り付けられる。この温度検出・発信装置は、温度測定素子と発信素子とを含むように構成される。
【００６２】
本発明者は、車両走行中におけるタイヤの回転状況すなわち負荷状況を治具上でシミュレートすることによってタイヤに異常変形を発生させるベンチテストを行った。この実験に際し、タイヤのバルブ（リム部近傍に位置する）内に温度センサを装着し、異常変形時のバルブ内温度を実測した。本発明者は、この実験を互いに異なるタイヤ複数の空気圧のもとに行った。
【００６３】
この実験により、タイヤ空気圧の違いによって異常変形時のバルブ内温度にばらつきが発生することを発見した。そのばらつきの理由は、タイヤ空気圧の違いによってタイヤの振動モードが異なり、その結果、タイヤの各部位ごとの温度プロファイルが異なることにあると推測される。
【００６４】
具体的には、タイヤ空気圧の違いにより、異常変形がタイヤのトレッド部において顕著に発生するものと異常変形がタイヤのサイドウォール部において顕著に発生するものとがある。このような違いは、異常変形がタイヤのトレッド部において発生する場合とサイドウォール部において発生する場合との間にバルブ内温度の上昇差を誘導する。
【００６５】
タイヤの温度プロファイルのばらつきにもかからわらず、タイヤ温度に着目した異常変形の予測を正しく行うためには、例えば、タイヤの各部位ごとに温度センサを装着する対策が考えられる。タイヤのトレッド部とサイドウォール部とにそれぞれ温度センサを装着する対策が考えられるのであり、より望ましくは、それら部位にそれぞれ、それの周方向における複数の箇所に温度センサを装着すべきである。
【００６６】
このような対策に対し、本実施形態によれば、タイヤ温度に直接に着目することなくタイヤの異常変形が判定されるが、タイヤ温度を直接にまたは間接に考慮する態様で本発明を実施することは可能である。
【００６７】
さらに付言すれば、本実施形態においては、タイヤに作用する力を直接に検出するセンサによって前記信号発生器が構成されているが、その信号発生器を、タイヤに作用する加速度を検出する加速度センサにより構成したり、タイヤの変位を検出する変位センサにより構成したり、車輪速度を検出する車輪速度センサにより構成することによって本発明を実施することが可能である。
【００６８】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。ただし、本実施形態は第１実施形態とハードウエア構成が共通し、異なるのはソフトウエア構成のみであるため、ソフトウエア構成のみについて詳細に説明し、ハードウエア構成については説明を省略する。
【００６９】
第１実施形態におけるタイヤ状態推定プログラムにおいては、各輪ごとに、タイヤ発生力Ｆｉとしきい値Ｆｉｔｈとが互いに比較されることにより、タイヤに異常変形が発生しているか否かが判定される。
【００７０】
これに対し、本実施形態におけるタイヤ状態推定プログラムにおいては、同軸の左右輪間においてタイヤ発生力Ｆｉが互いに比較され、タイヤ発生力Ｆｉの左右輪間における差ΔＦ_ＬＲがしきい値ΔＦ_ＬＲｔｈより大きい場合に、それら左右輪のいずれかに関してタイヤの異常変形が発生していると判定される。
【００７１】
図５には、本実施形態におけるタイヤ状態推定プログラムの内容がフローチャートで概念的に表されている。このタイヤ状態推定プログラムは、左右前輪と左右後輪とを順次、今回の実行対象同軸２輪としつつ、繰返し実行される。
【００７２】
このタイヤ状態推定プログラムの各回の実行時には、まず、Ｓ５１において、今回の実行対象である同軸２輪のうちの左輪に関し、タイヤ発生力Ｆｉ（タイヤ前後力Ｆｘ，タイヤ横力Ｆｙまたはタイヤ上下力Ｆｚ）が、対応するセンサ１０，１２，１４の出力信号に基づき、タイヤ発生力Ｆ_Ｌとして検出される。
【００７３】
次に、Ｓ５２において、今回の実行対象である同軸２輪のうちの右輪に関し、タイヤ発生力Ｆｉ（タイヤ前後力Ｆｘ，タイヤ横力Ｆｙまたはタイヤ上下力Ｆｚ）が、対応するセンサ１０，１２，１４の出力信号に基づき、タイヤ発生力Ｆ_Ｒとして検出される。
【００７４】
続いて、Ｓ５３において、上記検出されたタイヤ発生力Ｆ_Ｌの絶対値から、上記検出されたタイヤ発生力Ｆ_Ｒの絶対値を引き算することにより、タイヤ発生力左右差ΔＦ_ＬＲが演算される。
【００７５】
その後、Ｓ５４において、その演算されたタイヤ発生力左右差ΔＦ_ＬＲの絶対値がしきい値ΔＦ_ＬＲｔｈより大きいか否かが判定される。しきい値ΔＦ_ＬＲｔｈより大きくはない場合には、判定がＮＯとなり、Ｓ５５において、前記判定フラグがＯＦＦにされた後に、警報器５０に対してそれをＯＦＦにする信号が出力される。以上で、このタイヤ状態推定プログラムの一回の実行が終了する。
【００７６】
これに対し、前記演算されたタイヤ発生力左右差ΔＦ_ＬＲの絶対値がしきい値ΔＦ_ＬＲｔｈより大きい場合には、Ｓ５４の判定がＹＥＳとなり、Ｓ５６において、前記判定フラグがＯＮにされた後に、警報器５０に対してそれをＯＮにする信号が出力される。以上で、このタイヤ状態推定プログラムの一回の実行が終了する。
【００７７】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、判定器２０が前記（３）項における「判定器」の一例を構成しているのである。
【００７８】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。ただし、本実施形態は第１実施形態とハードウエア構成が共通し、異なるのはソフトウエア構成のみであるため、ソフトウエア構成のみについて詳細に説明し、ハードウエア構成については説明を省略する。
【００７９】
本実施形態におけるタイヤ状態推定プログラムは、各輪ごとに、タイヤ発生力Ｆｉとしきい値Ｆｉｔｈとを互いに比較することにより、タイヤに異常変形が発生しているか否かを判定する点で、第１実施形態におけるタイヤ状態推定プログラムと共通する。しかし、第１実施形態におけるタイヤ状態推定プログラムにおいては、しきい値Ｆｉｔｈが固定値であるのに対し、本実施形態におけるタイヤ状態推定プログラムにおいては、可変値とされている。
【００８０】
図６には、本実施形態におけるタイヤ状態推定プログラムの内容がフローチャートで概念的に表されている。このタイヤ状態推定プログラムは、複数の車輪を順次、今回の実行対象車輪としつつ、繰返し実行される。
【００８１】
このタイヤ状態推定プログラムの各回の実行時には、まず、Ｓ１０１において、今回の実行対象車輪に関し、タイヤ発生力Ｆｉ（タイヤ前後力Ｆｘ，タイヤ横力Ｆｙまたはタイヤ上下力Ｆｚ）が、対応するセンサ１０，１２，１４の出力信号に基づいて検出される。
【００８２】
次に、Ｓ１０２において、今回の実行対象車輪に関し、しきい値Ｆｉｔｈの補正量ΔＦが決定される。
【００８３】
本実施形態においては、タイヤ発生力Ｆｉの絶対値が前記タイヤ振動反映信号の振幅を表す振幅データとして使用される一方、タイヤ振動反映信号の中心値が、タイヤに力を発生させるタイヤ発生力要因であってタイヤの変形以外のものすなわち外乱によって変動する。そのタイヤ発生力要因には、車速、車両の操舵・旋回状態、車両の駆動・制動状態、車両のサスペンション装置の作動状態等が含まれ得る。
【００８４】
そこで、このＳ１０２においては、そのタイヤ発生力要因に関する情報に基づき、タイヤ振動反映信号の中心値の変動が推定され、それと同じ量で、しきい値Ｆｉｔｈを補正するための補正量ΔＦ（正の値）が決定される。
【００８５】
その後、Ｓ１０３において、正のしきい値＋Ｆｉｔｈが、正の基準値＋Ｆｉｔｈ_０に、上記決定された補正量ΔＦを足し算することにより演算される。さらに、このＳ１０３においては、前記検出されたタイヤ発生力Ｆｉが、その演算された正のしきい値＋Ｆｉｔｈより大きいか否かが判定される。今回は、正のしきい値＋Ｆｉｔｈより大きくはないと仮定すれば、判定がＮＯとなり、Ｓ１０４に移行する。
【００８６】
このＳ１０４においては、負のしきい値−Ｆｉｔｈが、負の基準値−Ｆｉｔｈ_０から、上記決定された補正量ΔＦを引き算することにより演算される。さらに、このＳ１０４においては、前記検出されたタイヤ発生力Ｆｉが、その演算された負のしきい値−Ｆｉｔｈより小さいか否かが判定される。今回は、負のしきい値−Ｆｉｔｈより小さくはないと仮定すれば、判定がＮＯとなり、Ｓ１０５に移行する。
【００８７】
このＳ１０５においては、前記判定フラグがＯＦＦにされた後に、警報器５０に対してそれをＯＦＦにする信号が出力される。以上で、このタイヤ状態推定プログラムの一回の実行が終了する。
【００８８】
これに対し、今回の実行対象車輪に関し、検出されたタイヤ発生力Ｆｉが正のしきい値＋Ｆｉｔｈより大きいという条件と、検出されたタイヤ発生力Ｆｉが負のしきい値−Ｆｉｔｈより小さいという条件とのいずれかが成立する場合には、Ｓ１０３とＳ１０４とのいずれかの判定がＹＥＳとなり、Ｓ１０６に移行する。
【００８９】
このＳ１０６においては、前記判定フラグがＯＮにされた後に、警報器５０に対してそれをＯＮにする信号が出力される。以上で、このタイヤ状態推定プログラムの一回の実行が終了する。
【００９０】
図７には、あるタイヤ発生力Ｆｉの時間的推移の一例がグラフで表されている。この例においては、タイヤ発生力Ｆｉが振動しながら時間ｔと共に推移し、その中心値が時間ｔと共に変動するとともに、振幅が時間ｔと共に増加する。そして、ある時刻にタイヤ発生力Ｆｉの絶対値が正のしきい値＋Ｆｉｔｈより大きくなり、その結果、判定フラグの状態がＯＦＦからＯＮに切り換えられる。
【００９１】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、判定器２０が前記（６）項における「判定器」の一例を構成し、その判定器２０のうち図６のＳ１０３およびＳ１０４を実行する部分が前記（１３）項における「判定手段」の一例を構成し、Ｓ１０２を実行する部分が同項における「補正手段」の一例を構成しているのである。
【００９２】
さらに、本実施形態においては、判定器２０のうち図６のＳ１０２を実行する部分が前記（１３）項における「第１決定手段」の一例を構成するとともに、前記（１８）項における「しきい値変更手段」の一例を構成しているのである。
【００９３】
次に、本発明の第４実施形態を説明する。ただし、本実施形態は第３実施形態とハードウエア構成が共通し、異なるのはソフトウエア構成のみであるため、ソフトウエア構成のみについて詳細に説明し、ハードウエア構成については説明を省略する。
【００９４】
本実施形態におけるタイヤ状態推定プログラムは、しきい値Ｆｉｔｈが可変値とされてそれが補正される点で、第１実施形態におけるタイヤ状態推定プログラムと共通する。しかし、第１実施形態におけるタイヤ状態推定プログラムにおいては、しきい値Ｆｉｔｈの補正をタイヤ空気圧Ｐを考慮しないで行われるのに対し、本実施形態におけるタイヤ状態推定プログラムにおいては、タイヤ空気圧Ｐが考慮されて行われる。
【００９５】
図８には、本実施形態におけるタイヤ状態推定プログラムの内容がフローチャートで概念的に表されている。このタイヤ状態推定プログラムは、複数の車輪を順次、今回の実行対象車輪としつつ、繰返し実行される。
【００９６】
このタイヤ状態推定プログラムの各回の実行時には、まず、Ｓ１５１において、今回の実行対象車輪に関し、タイヤ発生力Ｆｉ（タイヤ前後力Ｆｘ，タイヤ横力Ｆｙまたはタイヤ上下力Ｆｚ）が、対応するセンサ１０，１２，１４の出力信号に基づいて検出される。
【００９７】
次に、Ｓ１５２において、今回の実行対象車輪に関し、タイヤの空気圧Ｐが取得される。この空気圧Ｐは、圧力センサにより検出したり、タイヤの回転速度すなわち車輪速度を表す時系列データに基づいて検出されたタイヤの共振周波数や、タイヤの動荷重半径等に基づいて推定することによって取得することが可能である。
【００９８】
続いて、Ｓ１５３において、今回の実行対象車輪に関し、その取得された空気圧Ｐに応じ、しきい値Ｆｉｔｈの補正量ΔＦが決定される。空気圧Ｐと補正量ΔＦとの関係がＲＯＭ３２に記憶されており、その関係に従い、空気圧Ｐの取得値に対応する補正量ΔＦが決定されるのである。
【００９９】
本実施形態においては、このようにして補正量ΔＦが決定されることにより、タイヤの振動モードが空気圧Ｐに応じて異なるという現象が存在するにもかかわらず、タイヤの振動状態からタイヤの変形状態を精度よく予測することが容易となる。
【０１００】
その後、Ｓ１５４ないしＳ１５７が、図６におけるＳ１０３ないしＳ１０６と同様にして実行される。以上で、このタイヤ状態推定プログラムの一回の実行が終了する。
【０１０１】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、判定器２０が前記（６）項における「判定器」の一例を構成し、その判定器２０のうち図８のＳ１５４およびＳ１５５を実行する部分が前記（１３）項における「判定手段」の一例を構成し、Ｓ１５２およびＳ１５３を実行する部分が同項における「補正手段」の一例を構成しているのである。
【０１０２】
さらに、本実施形態においては、判定器２０のうち図６のＳ１５２およびＳ１５３を実行する部分が前記（１７）項における「第２決定手段」の一例を構成するとともに、前記（１８）項における「しきい値変更手段」の一例を構成しているのである。
【０１０３】
次に、本発明の第５実施形態に従うタイヤ状態推定装置を説明する。
【０１０４】
このタイヤ状態推定装置は、図９に示すように、４つの車輪を備えた車両に搭載される。この車両は、左右前輪ＦＬ，ＦＲを操舵する前輪ステアリング装置８０を備えている。この前輪ステアリング装置８０は、左右前輪の舵角を前輪舵角δ_Ｆとして検出する前輪舵角センサ８２を備えている。
【０１０５】
この車両は、さらに、左右後輪ＲＬ，ＲＲを操舵する後輪ステアリング装置８４を備えている。この後輪ステアリング装置８４は、左右後輪の舵角を後輪舵角δ_Ｒとして検出する後輪舵角センサ８６を備えている。
【０１０６】
図１０には、このタイヤ状態推定装置のハードウエア構成がブロック図で概念的に表されている。このタイヤ状態推定装置は、前輪舵角センサ８２と後輪舵角センサ８６とを備えている。すなわち、本実施形態においては、それらセンサ８２，８４が車両のステアリング装置とタイヤ状態推定装置とに共用されるようになっているのである。
【０１０７】
前輪舵角センサ８２および後輪舵角センサ８６はそれぞれ、前輪舵角δ_Ｆおよび後輪舵角δ_Ｒを表す信号を出力する。各信号は、タイヤの変形に起因してそのタイヤに発生する振動を反映し得るから、タイヤ振動反映信号として機能する。さらに、前輪舵角センサ８２および後輪舵角センサ８６はいずれも、タイヤ振動反映信号を車両の横方向に関連付けて発生させる。
【０１０８】
それらセンサ８２，８６は、図１０に示すように、判定器９０に電気的に接続されている。この判定器９０は、コンピュータ９２を主体とし、それらセンサ８２，８６の出力信号に基づき、前側同軸２輪（左右前輪）と後側同軸２輪（左右後輪）とについてそれぞれ、タイヤの変形状態を判定する装置である。判定されるタイヤの変形状態の一例は、タイヤにスタンディングウェーブ現象が発生している状態である。
【０１０９】
コンピュータ９２は、前記コンピュータ２２と同様に、ＣＰＵ（プロセッサの一例）とＲＯＭ（メモリの一例）とＲＡＭ（メモリの一例）とがバスにより互いに接続されて構成されている。ＲＯＭには、タイヤ状態推定プログラムを始めとし、各種プログラムが予め記憶されている。
【０１１０】
図１０に示すように、判定器９０には、さらに、警報器１００も接続されている。この警報器１００は、前側同軸２輪と後側同軸２輪とについてそれぞれ、同軸２輪の少なくとも一方のタイヤに異常変形が発生していることを車両の運転者に視覚的または聴覚的に告知するために作動させられる。
【０１１１】
図１１には、本実施形態におけるタイヤ状態推定プログラムの内容がフローチャートで概念的に表されている。このタイヤ状態推定プログラムは、コンピュータ９２の電源投入中、繰返し実行される。
【０１１２】
このタイヤ状態推定プログラムの各回の実行時には、まず、Ｓ２０１において、前輪舵角センサ８２の時系列的な出力信号（前輪タイヤの振動を反映した前輪舵角δ_Ｆの振動成分を表す信号を含む）に基づき、前輪舵角δ_Ｆの振幅が検出される。次に、Ｓ２０２において、同様にして、後輪舵角センサ８６の時系列的な出力信号（後輪タイヤの振動を反映した後輪舵角δ_Ｒの振動成分を表す信号を含む）に基づき、後輪舵角δ_Ｒの振幅が検出される。
【０１１３】
続いて、Ｓ２０３において、その検出された前輪舵角δ_Ｆの振幅がしきい値δ_Ｆｔｈ（固定値または可変値）より大きいか否かが判定される。今回は、しきい値δ_Ｆｔｈより大きくはないと仮定すれば、判定がＮＯとなり、Ｓ２０４に移行する。
【０１１４】
このＳ２０４においては、前記検出された後輪舵角δ_Ｒの振幅がしきい値δ_Ｒｔｈ（固定値または可変値）より大きいか否かが判定される。今回は、しきい値δ_Ｒｔｈより大きくはないと仮定すれば、判定がＮＯとなり、Ｓ２０５に移行する。
【０１１５】
このＳ２０５においては、前記判定フラグがＯＦＦにされた後に、警報器１００に対してそれをＯＦＦにする信号が出力される。以上で、このタイヤ状態推定プログラムの一回の実行が終了する。
【０１１６】
これに対し、前輪舵角δ_Ｆの振幅がしきい値δ_Ｆｔｈより大きいという条件と、後輪舵角δ_Ｒの振幅がしきい値δ_Ｒｔｈより大きいという条件との少なくとも一方が成立した場合には、Ｓ２０３とＳ２０４との判定のいずれかがＹＥＳとなり、Ｓ２０６に移行する。
【０１１７】
このＳ２０６においては、前記判定フラグがＯＮにされた後に、警報器１００に対してそれをＯＮにする信号が出力される。以上で、このタイヤ状態推定プログラムの一回の実行が終了する。
【０１１８】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、前輪舵角センサ８２と後輪舵角センサ８６とがそれぞれ前記（１）項における「信号発生器」の一例を構成するとともに、前記（８）項における「センサ」の一例を構成しているのである。
【０１１９】
以上、本発明の実施形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［課題を解決するための手段および発明の効果］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に従うタイヤ状態推定装置のハードウエア構成を示すブロック図である。
【図２】図１におけるコンピュータのハードウエア構成を示すブロック図である。
【図３】図２におけるタイヤ状態推定プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【図４】図３のタイヤ状態推定プログラムの一実行例を説明するためのグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に従うタイヤ状態推定装置のコンピュータにより実行されるタイヤ状態推定プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【図６】本発明の第３実施形態に従うタイヤ状態推定装置のコンピュータにより実行されるタイヤ状態推定プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【図７】図６のタイヤ状態推定プログラムの一実行例を説明するためのグラフである。
【図８】本発明の第４実施形態に従うタイヤ状態推定装置のコンピュータにより実行されるタイヤ状態推定プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【図９】本発明の第５実施形態に従うタイヤ状態推定装置が搭載された車両のステアリング装置を示す平面図である。
【図１０】第５実施形態に従うタイヤ状態推定装置のハードウエア構成を示すブロック図である。
【図１１】第５実施形態に従うタイヤ状態推定装置ののコンピュータにより実行されるタイヤ状態推定プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【符号の説明】
１０　タイヤ前後力センサ
１２　タイヤ横力センサ
１４　タイヤ上下力センサ
２０，９０　判定器
２２，９２　コンピュータ
８２　前輪舵角センサ
８６　後輪舵角センサ

Claims

ホイールに装着されたタイヤの内部に空気が圧力下に封入されて成る車輪を備えた車両に設けられ、その車両の走行中に前記タイヤの変形状態を推定する装置であって、
前記タイヤの振動を反映し得るタイヤ振動反映信号をそのタイヤに関連して発生させる信号発生器と、
その発生させられたタイヤ振動反映信号に基づき、前記タイヤの振動状態を表す振動状態データを取得し、その取得された振動状態データに基づき、前記タイヤの変形状態が異常であるか否かを判定する判定器と
を含むタイヤ状態推定装置。
前記車両が、前記車輪を複数備えており、
前記信号発生器が、それら複数の車輪に関連してそれぞれ前記タイヤ振動反映信号を発生させるものであり、
前記判定器が、その発生させられたタイヤ振動反映信号に基づいて取得された振動状態データが前記複数の車輪間で互いに実質的に一致しない場合に、それら複数の車輪の一部について前記タイヤの変形状態が異常であると判定するものである請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
前記振動状態データが、前記タイヤ振動反映信号の振幅を表す振幅データと周波数を表す周波数データとの少なくとも一方を含む請求項１または２に記載のタイヤ状態推定装置。
前記判定器が、前記取得された振動状態データと、前記タイヤについての空気圧と回転速度との少なくとも一方とに基づき、そのタイヤの変形状態が異常であるか否かを判定するものである請求項１ないし３のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
前記信号発生器が、前記タイヤに発生する振動と力と加速度との少なくとも一つを検出して前記タイヤ振動反映信号を発生させるセンサを含む請求項１ないし４のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
前記センサが、前記車両のサスペンション装置とステアリング装置との少なくとも一方のためのセンサとしても使用される請求項５に記載のタイヤ状態推定装置。
前記信号発生器が、前記タイヤ振動反映信号を、前記タイヤに振動が発生する向きに関連付けて発生させるものである請求項１ないし６のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
前記判定器が、
前記取得された振動状態データにより表されるデータ値としきい値との関係に基づき、前記タイヤの変形状態が異常であるか否かを判定する判定手段と、
その判定手段による判定に先立ち、前記関係を補正する補正手段と
を含む請求項１ないし７のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
前記補正手段が、前記発生させられたタイヤ振動反映信号に混入した外乱に基づき、その外乱の影響が前記判定手段による判定に現れないように、前記関係を補正すべき補正量を決定する第１決定手段を含む請求項８に記載のタイヤ状態推定装置。
前記補正手段が、前記タイヤの空気圧と回転速度との少なくとも一方に基づき、前記関係を補正すべき補正量を決定する第２決定手段を含む請求項８または９に記載のタイヤ状態推定装置。