JP2004058998A - タイヤ圧監視システムにおける情報処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　速度および負荷の範囲にわたる低膨張状態または過大温度を警告するために腔内圧力および温度測定値をしっかりと評価する。
【解決手段】　タイヤ圧監視システムにおける情報処理方法は、基準温度を設定するステップと、基準温度での圧力警告閾値を決定するステップと、タイヤ腔内のゲージ圧とゲージ温度を測定するステップと、理想気体の法則を用いてゲージ圧を基準温度でのフィルタリングされた圧力値に修正するステップと、フィルタリングされた圧力値を圧力警告閾値と比較して、警告信号の必要性を判定するステップを含む。
【選択図】　　図８

Description

　本発明は一般にタイヤの監視および警告システムに関し、特に、速度および負荷の範囲にわたる圧力漏れ、低膨張状態、または過大温度を警告するためにタイヤ腔圧力および温度の測定値を処理する方法に関する。

　正しいタイヤ圧を維持すれば運転性が向上し、燃費が良くなり、乗り物用タイヤの耐用寿命が延びることが立証されている。さらに、正しいタイヤ圧を維持することは乗り物の安全運転にとって重要なポイントである。その反ばくできない重要性にも関わらず、タイヤ圧の監視と維持は多くの大衆運転者によって十分な頻度でなされていないことがある。よくメンテナンスされたタイヤでも損傷を被った後の乗り物運転中にタイヤ圧が失われ、運転者にとって潜在的に危険な事態を生じることがある。さらに、走行距離延長タイヤ（ＥＭＴ）の出現と、それらがますます広範囲に市場に存在することで、乗り物の運転者が低圧または漏れ状態を検知して適切な動作をとることは困難かもしれない。その結果、メーカーの推奨限度を超える低圧状態でタイヤを長時間使用することが起こり得る。

　これまで、新品の乗り物は低タイヤ圧監視システムを装備しなければならないという命令を含む、乗り物運転者へタイヤ圧情報を伝達することを求める種々の法的試みが提案されてきた。したがって、種々の負荷と状況下で乗り物の各タイヤの温度と圧力との測定値を得るシステムと、望ましくない低圧と高温および/または圧力漏れが検知されたとき、運転者に正確、かつ適時に警告するために、これら測定データを解析し、解釈する方法に対する要求が存在する。

　その結果、タイヤ圧監視システムが開発されてきているが、その使用は限られている。このようなシステムは通常、内部空気圧と温度との監視をリアルタイムに行うセンサーがタイヤ内に置かれている。これら情報は運転者に無線周波数（RF）帯で無線伝達され、乗り物の運転者席に表示される。遠隔検出モジュールは圧力センサーと温度センサーと信号プロセッサーとRF送信器よりなる。システムは電池により給電され、または検出モジュールが“受動性”となり、すなわち電力が遠隔の送信器との磁気結合により検出モジュールに供給されてもよい。受信器はタイヤ圧監視専用とし、または乗り物内の他の機能と共有することができる。たとえば、受信器の制御器は既存のダッシュボード制御器または車体制御器とすることもできよう。受信器それ自体は同一の周波数帯を使って、遠隔キーレスエントリーシステムなどの他システムとの共有としてもよい。

　タイヤ監視システムの目的は、万が一１本または２本以上のタイヤに異常が起こると、運転者に警告を与えることである。通常、タイヤ圧とタイヤ温度はパラメーターとして報知される。有用であるためには、これら情報は速やかに伝達され、かつ信頼性があるものでなければならない。しかしながら、温度と圧力とのセンサー測定そのものから得られたデータの表示は、任意の与えられた時点および種々の負荷と状況でのタイヤの状態を正確に表すには必ずしも十分ではない。したがって、温度と圧力とに関する測定データの解釈は重要なものであるが、これまでのところは多くの問題点を含んでいた。実際の使用条件下にあるタイヤと通信するセンサーによる温度と圧力の読みは、ブレーキにより発散される熱、タイヤからリムへの熱放散、タイヤ容積の僅かな変化を引き起こす負荷の変動、タイヤのヒステレシス損によるタイヤ内の熱蓄積を含む種々の要因により影響される。このような因子は、運転者に伝達される情報の正確さに影響し、ある状況下でのタイヤの限界状態について運転者に警告し損ない、他の例では運転者に誤警報を出したりする。

　したがって、タイヤ圧監視システムの情報を正確、かつ適時に処理することに対する要求が存在する。望まれる解釈手順の枠組みとしては、適切な方法に基づいてしっかりしたもので、高い程度の汎用性を提供できなければならない。圧電センサー、電子センサー、カーボンセンサー、ボロメーターセンサー、光学的反射センサー、容量センサー、誘導式音響センサー、および超音波センサーを含む種々のタイプのセンサーが圧力検出用に利用できる。したがって、解釈手順は、現在用いられている広範囲の監視システムに応用できるように、センサー、通信、およびデータ処理用ハードウェアとともに、またこれらとは独立して利用できなければならない。さらに、この解釈手順は、関連するハードウェアのコストをさらに下げるために、比較的少ないコンピュータ処理メモリを必要とすべきである。基本的に解釈手順は運転者に、タイヤ安全を維持するために必要な適時かつ正確な情報を伝達すべきである。このシステムは、運転者に、漏洩の場合は早期の警報を、また、タイヤ状態が除々に劣化していくときに種々のレベルの警報を出すのが適切であろう。受け入れ可能な解釈手順は、タイヤ内の温度と圧力のセンサ読み値に影響し得る、変わり易い周囲高度および温度、負荷、速度などの広範囲の環境条件において正確に機能するであろう。同様に重要なことは、有効な手順は誤警報の発生を最小にしつつ、上述した範囲の環境条件で機能することであろう。

　タイヤ監視システムでの情報処理の若干の手順が、当産業界のこれら認識された要求を満たすための試みとして提案されてきた。以下の特許は従来技術を反映しており、それらの全体を引用によってここに含める。特許文献１は車輪の回転を検出する慣性スイッチを圧力警報装置に含めることを教示している。特許文献２は時間基準の低タイヤ圧警報センサーを開示している。特許文献３は走行時間と走行距離の組合せに基づいてタイヤ内圧力損失を推定する診断システムおよび方法を提案している。特許文献４は乗り物の懸架装置を監視することによって、膨張が不足したタイヤを検出する方法を提案している。特許文献５では、音響センサーと、音響センサーからの信号が１つまたは複数のタイプのタイヤ漏れを示しているかどうかロジックとが提案されている。

　特許文献６は、４つの車輪それぞれの速度値が集められ、低タイヤ圧を示すであろう統計的変化を求める解析が行われる、空気の抜けたタイヤを検出するデータ処理方法を開示している。同様に、特許文献７は全ての車輪の有効回転半径の変化を低タイヤ圧の指標として測定するシステムと方法を教示している。
米国特許第５，２８５，１８９号 米国特許第５，７８３，９９２号 米国特許第６，１８６，３６９号 米国特許第４，８６６，４１９号 米国特許第６，２８１，７８７号 米国特許第５，７６０，６８２号 米国特許第５，７２１，５２８号

　上記した従来の技術によるシステムと方法は機能して種々の程度の商業的成功を収めているが、それぞれに固有の欠点が、タイヤ腔内圧力と温度の測定値を処理する従来の方法が産業界の要求に対する解決策であることを妨げている。多くのシステムでは、手順とはセンサー、データ処理ハードウェアおよび/または特定のソフトウェアであり、他のタイプのハードウェアまたはシステムでは有用でないことがあり、したがって有用性が制限される。前に論述したように、タイヤデータ処理のいかなるシステムでも高い程度の標準化と商用システムとの適合性とを有するものであるのが望ましい。第２に、タイヤ測定データを評価する従来の方法の多くは、低圧事態を間違って知らせる誤警報を生成し送信しやすい。つまり従来のシステムと方法は、負荷、温度、および環境条件による異常なセンサー読み値にさらされている。タイヤ圧測定データ解析方法の多くは、漏洩速度の計算と所与のタイヤ内の圧力がいつ、指定された低圧閾値を越えるかに関する事前の警告とを利用者に提供することもできない。このようなシステムは運転者に種々のレベルでの種々の警報を提供することができない。測定データを解釈する公知の方法は、これによって必要な測定データと基準データとを記憶するかなりデータ処理メモリも必要で、これによってシステムのハードウェアコストが増大することになる。

　本発明は、速度および複負荷の範囲にあたる低膨張状態または過度の温度を警告する、腔内圧力および温度測定値を評価するしっかりとした方法に対する当産業界の要求に対処するものである。正確に低膨張状態を検出するために、理想気体の法則が膨張圧力と腔内圧力との測定値の使用を容易にする式を導くのに用いられる。測定されたデータが多数の膨張圧に対してプロットされ、その最初のものは周囲温度における初期圧力であり、続く測定値は速度と負荷状態の範囲にわたるものである。この方法は、線と多角形を測定データにわたって引くステップと、データを線に当てはめるステップと、冷膨張圧と平均値を計算するステップを含む。基準温度、好ましくは周囲温度が設定され、少なくとも１つの圧力警告閾値がこの基準温度において設定される。もし望まれるならば２つ以上の圧力閾値が種々のレベルで種々の警報を出すために設定されてもよい。タイヤ腔内のゲージ圧力とゲージ温度とが測定され、理想、気体の法則から導かれた式を用いて基準温度でのフィルタリングされた圧力値に修正される。この修正、すなわちフィルタリングされた圧力値は圧力警報閾値と比較され、フィルタリングされた圧力値が警告閾値未満に下がった場合に１つまたは２つ以上の警報が発せられる。

　本発明の他の実施態様では、確率に基づくアルゴリズムが、理想気体の法則によって定められた境界を有する圧力対温度マップ上の領域を決めるために提供される。確率に基づくアルゴリズムに従うステップが、偽りの警報を避けるために、フィルタリングされたまたは平均化された圧力と温度データ上で実行される。

　漏洩速度モデルはタイヤに関しては対数形か線形である。線形モデルは好ましい実施態様で使用される。さらに他の実施態様では、圧力データを線形漏洩速度モデルに合わせるために、コンピューターチップ上で実施するのに適している帰納的最小自乗フィルターが開発されている。圧力と温度とを基準（例えば周囲温度）に修正するのに続いて漏洩速度が、乗り物運転者に警告するのに用いることができる高度な警告ロジックに対して決められる。モデルパラメータは、圧力が特定値未満に下がる時点を前もって予測するのに用いられる。圧力事象に基づく時点の予測は、予防動作を可能とするように運転者に事前警告するのに使うことができる。フィルター機構は、漏洩速度または圧力に著しい変化が発生した時に、フィルターを再起動するために変化検出を含む。

　本発明のさらに他の態様では、本方法は、漏洩速度を膨張圧力量とともに、いつ運転者に警告するかを決めるのに使用されるユーティリティ関数と組み合わせるステップを含む。低ユーティリティ値では運転者への警告は遅れる。運転者は緊急の注意メッセージを受け取り、所定のレベルを越える予想時間が計算され表示される。この指定されたレベルは法令、工業標準または乗り物メーカーの慣行により決定される。

　用語の定義
　　Ｐ, 気体の絶対圧力、Ｐ＝ｐ₀＋ｐ_atm
　　Ｖ, タイヤ腔内容積
　　Ｔ, ケルビン温度（摂氏度＋２７３．１６）での気体絶対温度
　　ｎ, タイヤ腔内の気体モル数
　　Ｒ, 一般気体常数、８３１４．４７２kpa-cm³/(mol-K)
　　ｐ_0,　Ｔ_ambでのタイヤ冷膨張圧力
　　ｐ_atm,　標準状態＝１０１．３２５kpaでの大気圧
　　ｐ_g,　ゲージ圧力または測定された膨張圧力
　　Ｔ_amb,　周囲ケルビン温度
　　kpa キロパスカル、圧力メートル単位
　　kph時間当たりキロメータでの速度単位
　　Ｎ, ニュートンでの負荷単位

　以下に本発明の好適な実施形態とその代わりの実施形態について記述し、これはタイヤ圧警告システムにおける情報を処理する方法を提供するものである。この方法はハードウェアとは無関係で、タイヤ圧とタイヤ温度を測定する種々の手段を用いる広範なタイヤ圧監視システムからのデータを解釈するのに用いられる。本方法は比較的低レベルのデータを必要とし、したがって処理や記憶メモリはそれ程必要とせず、これによってハードウェアコストは小さくてすむ。さらに、この方法は運転者にタイヤ圧不足を警告する基本的な実施形態に組み込み、あるいは運転者に圧力漏れの初期兆候を警告するために、種々のレベルで種々の警報を出す先進の方法にまで高めることができよう。このような早期の警告によって運転者は都合のよいやり方と時期に、タイヤ状態にこれを改善すべく対処することができる。本発明を具体化する方法は、速度と負荷の範囲にわたる低膨張状態または過度の温度を警告するようにさらに機能することができ、また周囲の大気圧に対して修正もできる。誤警報は、圧力と温度データをフィルタリングして、ファジー論理アルゴリズムを適用することによって最小になる。

　図２を参照すると、理想気体の法則が、膨張圧と腔内温度の測定値が低膨張圧を検出するのにどのように使われるかを示す式を導くのに用いられることが理解されよう。図２のグラフは速度および負荷状態の範囲にわたって、２つの膨張圧曲線をプロットして示している。理想気体の法則は気体の絶対圧力、絶対温度、および気体容積間の関係を記述している。

　ここでの導出法では、タイヤ腔内容積は一定かまたは殆ど一定であると仮定する。式（１）の圧力と温度は絶対単位とする。そこで圧力対温度の導関数は、

と表される。

　圧力の差は式（２）で絶対圧またはゲージ圧のどちらが使われても同じ値である。タイヤは周囲温度Ｔ_ambでｐ₀の冷膨張圧を持つものとする。式（２）は次のように展開される。

　式（３）は検出アルゴリズムの基本式を示している。圧力は測定されたゲージ圧である。温度は絶対尺度（ケルビン）で示されている。この式によれば、膨張圧は周囲との温度差と線形関係にある。アルゴリズムは周囲温度の測定を必要としている。式（３）により定義された線の切片は冷膨張圧である。勾配は膨張媒体の単位容積当たり質量の尺度である。単位容積当たりの質量はタイヤサイズには無関係で、これによってアルゴリズムをより一般的に適用可能としている。

　式（３）での直線の勾配は式（１）を参照して推定できる。そこで式（３）は

となる。

　勾配を適切に推定するために、絶対温度の絶対圧との比を温度差の係数に用いなければならない。したがって、Ｔ_ambは分母でケルビン温度で表され、１つの大気圧が分子でゲージ膨張圧に加算される。したがって、アルゴリズムは、同一単位で大気圧を測定しあるいは推定することによって高度に対して調整することができる。冷状態でのスタート時での膨張圧および温度の初期測定値はアルゴリズムの展開に使用できる。

　実例として、図２は、２つの膨張圧２２０kpaおよび１５４kpa対ケルビン度での周囲温度との温度差での、タイヤから得られた実験測定データを比較するグラフを示している。速度の増加につれてタイヤ腔内温度が増加する。温度差に対してゲージ圧をプロットすると、図２に示す２つの圧力でのデータ点ができる。図２からの速度と負荷データは線形式（４）にあてはめることができることが分かる。圧力と温度とは広範囲の速度と負荷に亘ってよく定義された関係を持ち、各圧力での直線２６，２８にあてはまる。測定データによりこのように定義された直線の切片は求めてもよく、周囲温度（差圧０）でのゲージ圧を表している。直線２６，２８を取り囲む破線で記された「凸状殻」は、所与の冷膨張圧でのデータ分散領域を表している。凸状殻領域は、ファジー分類方式に関して以下に説明するように、不確定域を表現するために用いられる。

　図２からはさらに、低膨張圧で到達される最高温度は、より高い膨張圧でのそれよりも高いことが分かる。このように、境界領域が動作圧力の範囲にわたって、最大負荷と最大速度ポイントでの最大温度と最大圧力によって定まる。この境界は図１の圧力−温度差マップ１に概略示されており、アルゴリズム展開で用いられる。

　以下は、変化する負荷および速度のもとでの温度差対タイヤ圧を描くのに用いられるアルゴリズムの導出を順次示している。図１は導出されたアルゴリズムをグラフで表し、それについて言及する。順番の番号のついたステップで表されているが、すべてのステップが本発明を実施する際に実行することは意図されていない。個々のステップは、もし望むならば省いてもよく、それにより種々の方法または実施形態を作り、それぞれは本発明の範囲内に留まるものである。

　　　　　ステップ１：　データ上の掃引線および多角形
　周囲温度の測定が行われる。乗り物の動作が始まると、タイヤ腔温度および圧力データが取得され、本発明の方法にしたがって、線形式（４）で定められた勾配と切片を持つテスト線１０が生成される。凸状殻１２を表し、線１０の周りのファジークラスを定める
多角形の構造が線１０に付けられる。この幾何学的構造は、想定された冷膨張圧を変えることによってデータ上を掃引される。データポイントは、それらが各想定された膨張状態で多角形内にあるかどうかを調べるためにテストされる。特定の期間にわたって凸状殻領域内に最大数のデータポイントを含む冷膨張圧が、冷膨張圧を求めるため用いられる。この冷膨張圧に基づいて膨張圧力警告条件が決定される。

　　　　　ステップ２：　線へのデータのあてはめ
　乗り物の運転を続けてかなりの速度範囲および時間が経過すると、データをあてはめることができ、切片を上記ステップ（１）から冷膨張予想を更新するために使用できる。推定量を改善するために、あてはめられたデータと凸状殻領域アルゴリズムからの結果との両者に適用されるベイズの推定処理を使用することができる。同時に、ベイズ法による勾配推定値はタイヤ内空気の単位容積当たり質量の追跡にも使用できる。履歴データをこの数字の下限値を定めるのに用いることができる。空気の規準化された質量は、もし望むならば警告アルゴリズムにも使える他の指標である。

　　　　　ステップ３：　冷膨張圧および平均値の直接計算
　式（４）は下記のように変形できる。

　まず、温度差を次のように定義する。

　式（４）での乗算を行い、ｐ₀項を括ると、次式が得られる。

　次の変数を定義する。

　冷膨張圧に対して式（６）を解くと、

を得る。

　式（８）は冷膨張圧値を直接計算するのに使うことができる。このようにしてゲージ圧ｐ_gは冷膨張圧にフィルタリングされ、それにより、ゲージ圧センサー読み値と測定値に影響することができる負荷、温度および環境圧力などの因子に対する補償が行われる。ゲージ圧を基準温度(周囲)におけるフィルタリングされた冷圧力値に修正することによって、上述のステップ（１）で求められたタイヤ膨張警告状態と比較するための信頼できる値が得られる。

　　　　　ステップ４：　境界により定められたファジー領域のメンバーシップ
　図１のマップ１に示したようなファジー領域間の境界は、膨張圧ｐ_gと温度差ｄＴとを軸とする空間上で、それぞれ線１４と１６とによる警告レベルと下限レベルで定まる。これらの線は式（４）を用いて生成される。

　左側境界レベルは周囲温度とのゼロ温度差で定まる。右側の最大境界線１８は各圧力での最大負荷および速度状態における最大温度の周囲温度との差によって定まる。追加の上限２０は、選ばれた最大温度限界から決定できる。データポイント２２は４つの領域のうちの１つの領域内のメンバーシップについてテストされる。もしデータの大部分が領域23内で警告線１４より上方にあれば安全な状態が存在する（緑色）。もし、データの大部分が警告線１４より下の領域２４内にあれば警戒状態が存在する（黄色）。もし、データの大部分が領域２５の最低のレベルの下にあれば許容できない状態が存在する（赤色）。もし、高温のためにデータがマップの右側の高温領域２１内にあれば、極端な状態を示す指示器（フラッシュライト）が表示するであろう。

　図３は圧力測定ポイントでの腔内温度対速度増加中での時間のグラフであり、２９７(Kのスタート温度（冷時）から、運転期間を通って最大温度３１９(Kになり、その後、冷却期に至る時間にわたる、腔温度の上昇を表わしている。図３に示されたようなタイプの温度変動は圧力の読み値を広く変化させ、その結果従来のタイヤ圧警告システムに誤り警報を発生させることがある。本発明の方法は、上述した方法を用いてゲージ圧を基準温度でのフィルタリングされた圧力値に修正することにより、腔内温度変化の影響を除くものである。上記したように、基準温度として用いるのに最も適した温度は周囲温度である。

　上述したアルゴリズムは、温度および/または圧力が物理的限度を超え、危険を生じるときに運転者に警告する役目をする、標準的な偏倚チェックを、物理的な限界を超える温度および圧力の監視と組み合わせる、もっともらしさ（Plausibility）チェックを提供するものである。閾値が設定され、ゲージ圧が基準温度での修正値にフィルタリングされて1つまたは２つ以上の閾値と比較される。このように、本発明の方法は、ハードウェアには無関係で無数のタイヤ圧警告システムに使用されるタイヤ圧および温度の情報を解釈するための基本的な構成を提供する。

　運転者および運転者補助利便機能に、先進の圧力漏れ警告をすることができるタイヤ圧警告システムデータ解釈方法を提供することも望まれる。そうするためには、漏洩速度が特定され、かつ特定された漏洩速度で減少するタイヤ圧が閾値レベルを越える前の残り時間についての推定がなされねばならない。この漏洩検出方法はしっかりしたもの（robust）で、かつ高度に予測的なやり方で機能しなければならず、この結果誤り警報の可能性を最小化される。

　本発明は他の実施形態でこのような要求を満足している。タイヤ腔圧力および温度センサーからのノイズを含む情報を処理する方法が、低膨張状態の警告と、漏洩速度の推定値、および／または圧力が臨界値に達するまでの残り時間の推定値とを運転者に与えるために提供される。

　圧力対温度マップと前述した理想気体の法則により定まるその関連する境界線は、本発明の方法を理解するための枠組みとして利用される。この基本的な方法に、測定値を処理し、誤まった警告を避ける、アルゴリズムに基づく確率と方法が付加される。圧力データを漏洩速度モデルに当てはめるために、コンピューターチップ上で実施するのに適した帰納的最小二乗フィルターが開発される。漏洩速度と高度化された警報ロジックは、圧力と漏洩速度の情報の組み合せに基づいて乗り物の運転者に警告するのに使うことができる。さらに、モデルパラメータは、圧力がある特定値未満に下がる時点を前もって予測するのに用いられる。圧力事象に基くこの時点予測は、運転者がハイウェイを出て修理あるいは予防のための保守を探せられるように運転者に知らせるのにも使うことができる。フィルター機構は、漏洩速度または圧力の著しい変化が起こったときにフィルターを再起動するための変化検出も含む。さらに、警告を乗り物の運転者に伝えるのに使われるユーザー情報ディスプレイの構想を以下に記述する。

　図４と図５を参照すると、図４は理想気体の法則により定められた境界線で区分された図１の圧力温度マップを含む。状態｛０，１，２｝は指示線を越えるアルゴリズムにより定まる。状態０は図４の“許容不可”と特定された領域として定められ、状態１は“注意”と記入された領域、また状態２は“許容可能”と特定された領域として、定められている。圧力切片は量C（＝測定誤差による標準偏差）によって調整される。圧力、温度の各データポイントは状態に分類される。最後の５個のデータポイントの状態は図５のブロック３０に示されるように維持される。図５では、最後の５個のデータポイントが状態［２，０，１，１，２］を有する例が示されている。次に、状態確率（ブロック３２）が確率ベクトル（３４）を形成するために計算される。示された例では確率ベクトルはPｒ＝［０．２，０．４，０．４］である。これらの状態は次に図６に示す方法によって“ファジー”確率へ処理（ブロック３６）される。現在の状態ベクトルPｒ(i)＝［０．２，０．４，０．４］はアルゴリズム３９を使用して指数関数的に平均されて（ブロック３８）、

［０．１５，０．４５，０．４］を生じる。最大（Pｒ）は０．４５であることがわかり（ブロック４０）、状態２を表す。したがって、最大確率は状態２であると決定され、この状態は“非ファジー化”されて報告される（ブロック４２）。状態２は図４の“許容可能”領域内の圧力を示す。圧力と温度を表す次のデータポイントが生起されると、この過程が５個の最も最近のデータポイントに対して繰り返される。

　このようにして、本発明のファジーアルゴリズムは、５個の最も最近のデータポイントに対する確率の指数関数的平均化によって、多数のポイントに基づく警告状態の確率を定量化することが理解できよう。もし望むならば、測定データの精度は、アルゴリズムに組み入れられた因子によって調節される。ファジー確率は5個の最も最近のデータの測定値に基づいているので、その計算に必要なデータ量は少なく、メモリと処理能力を節約できる。その上、ファジーアルゴリズムによる警告状態の計算に用いられる５つのデータポイントは、ポイント毎の急激な変化が検出された場合は、いかなるときでもリセットしてよい。さらに、この警告状態を計算するのに使われる５つの測定ポイントを生成するのに使用されるサンプリング速度は、もし望むならば、警戒境界線が越えられたときに変えてもよい。５個のデータポイントを警告状態を計算する目的で上に説明したが、それより多いまたは少ない個数のデータポイントを用いてもよい。より多いまたはより少ない状態数が使用でき、確率法が圧力に加えて他の変数（例えば“残り時間”）にも適用できることも、本発明の方法の意図する範囲内である。

　本アルゴリズムの融通性は、必要なサンプルポイント数を変更し、またはサンプル速度を変更することで指数平均での調節を可能にする。漏洩速度の検出は２つのレベルを横切る時間追跡によって行なうことができる。したがって、漏洩速度は圧力が時間にわたって変化する速度である。図１の多角形での境界点２０を表す最高温度検出も追加できる。

　漏洩速度を特定するために、データは上述したように先ず基準温度、好ましくは周囲温度に対して補償される。時定数をτとして指数関数的減衰を用いるフィルターが、次式により圧力漏洩をモデル化するために使用される。

　　　　　ただし、P:　時刻ｔでの腔内絶対圧
　　　 P₀：時刻０での初期腔内絶対圧
　時定数τは温度とともに変化する：
　　　　　　　　τ＝Ｖ/(c₄ＲＴ)
　　　　　ただし、Ｖ：タイヤ腔内容積、c₄：バルブオリフィスの流量係数、R：理想気体定数、T：腔内絶対温度
　フィルターは対数形式の漏洩速度式に対する線形最小二乗回帰計算を帰納的に行う。

　　　　　　（注：回帰変数はtemp*time）
　フィルターは係数ベクトルを推定する。

　適応型帰納的最小二乗（ＲＬＳ）フィルターは現在の圧力の平滑な推定値を生成し、モデルパラメーター、すなわち初期圧力ｐ₀と時定数係数（-ｃ₄Ｒ／Ｖ）を適応的に推定する。パラメーターの推定値は新しい各データポイントについて発生する。前述したように、帰納的フィルターはメモリ容量の使用を最小とするために、大量のデータセットを保持しないことを意味し、また、チップ上でのハードウェアによる実施を容易にする。漏洩速度およびフィルタリングされた圧力は低圧警報システムに対してより高度な論理規則を決めるために、組み合わせて用いることができる。例えば、もし（圧力がＩＮ ＳＰＥＣ）および（漏洩速度がＸ kpa/minより大）であれば、動作は〔可聴警報発信および臨界圧力到達までの残り時間報告〕となる。もし望むならば、他の漏洩速度モデル（例えば二次漏洩速度モデル）と他の圧力および／または漏洩速度フィルターも、本発明の他の実施形態において使用してよい。

　推奨圧力ｐ₀とｐ₀の８０％である低臨界圧力との間の膨張圧力範囲では、圧力の挙動を線形モデルによって表せることが分かった。この他の実施形態では、フィルターは帰納的に線形形式の漏洩速度式に対して線形最小二乗回帰計算を行う。

　ここで、ＫおよびＰ₀はそれぞれ帰納的最小二乗フィルターによって決まる勾配パラメーターと切片パラメーターである。フィルターは次のパラメーターベクトルを推定する。

　式（１３）での線形モデルの使用によって、アルゴリズムは式（１１），（１２）の論理的バージョンと比較してより容易に、埋設されたマイクロプロセッサー（別名チップ）上で実施できる。

　図７は多くの使用情報ディプレの構成の代案の１つを図示している。４本の垂直バー４４，４６，４８、および５０のアレイが乗り物の４本のタイヤを表すのに使われてよく、アイコンが圧力範囲の現在のレベルを示すのに用いられる。アイコンは示されているように圧力状態に応じて変更できる。外部温度は、５２に表されているように示される。

　本発明の主題である修正圧力および漏洩速度アルゴリズムは、従来のコンピューター言語でプロセッサー内に容易にプログラムできる。プログラミングの当業者は適当な言語（例えばＣ言語）でコンピューターコードを作ることができ、それを埋め込まれたコンピューターチップ上に乗り物において用いられる機械読み取り可能なコードでコンパイルすることができる。漏洩速度検出アルゴリズムおよび修正された膨張圧力はさらに、いつ運転者に警告すべきかを決定するのに使われるユーティリティ関数に統合することができる。ユーティリティ関数の値が低ければ運転者への警告が遅れることがある。運転者はこのような場合、ガソリン給油所あるいは他の便利なときに、タイヤをチェックし膨張状態を維持するように警告される。ユーティリティの値が１のとき、運転者は即時の注意メッセージを受け取り、所与のレベルを越える予想時間が計算され、表示される。予想時間が計算されるレベルは法規、工業標準、または乗り物メーカーの慣行により指定された低圧警告限界である。

　図８および図９は本発明の漏洩速度検出および警告ユーティリティのためのシマリンクモデル（Simulink　Model）のブロック図を示している。これらの図を参照すると、腔温度と膨張圧力とは種々の検出システムのいずれか１つと市販のハードウェアとによる測定値から導かれたゲージ値（ブロック５４）であることが分かるであろう。基準温度５５（Ｔref）、好ましくは周囲温度は、前述した方法によって決定される。大気圧５６（Ｐatm）は測定値である。温度、圧力、基準温度、および大気圧は、修正された、すなわち冷膨張圧５９を計算するために、上述の式（８）において用いられる（ブロック５８）。ブロック５７はデマルチプレックス機能の実行を表し、ブロック６３はプログラムに従うマルチプレックス機能を表す。

　続いて、修正圧力、腔温度、および膨張圧力を表すデータはブロック６４で組み合わされる。修正圧力の逐次読み取り値は時間式上での圧力差によって漏洩速度を計算するのに使用される。漏洩速度モニター６２からの出力情報は図示のようにパラメーター６６、フィルタリングされた圧力６８、変化検出器７０、および圧力比較器７２に入力される。７４における基準圧Ｐspec（Ｐatm）、フィルタリングされた圧力、調節された圧力測定値Ｐ_o、およびＰcriticalは、適切な運転者警告となるように警告アルゴリズム（ブロック７６）内で用いられる。この警告は、真が１、偽が０である２進論理によって７８，８０においてセットされる。ユーティリティ関数（８２に表示）が決定され、２進論理に基づいて警告が運転者にガソリンスタンドでタイヤに空気を充填するように出される（ブロック８４）。２進論理はまた圧力/漏洩状況８６と圧力限界８８とによって、運転者に対する警告（ブロック８９）が必要かどうかを判定する。事前警告、真＝１が残り時間計算ブロック９０を起動し、その結果９２において運転者への残り時間計算の伝達と通信が行なわれる。ユーティリティ関数は組合わせて、あるいは個別に用いられ、また望むならば「残り時間」に直接、適用してもよい。

　図１０は圧力に対するユーティリティ関数のグラフである。ユーティリティ関数Ｕpは圧力Ｐspecでは“０”にとどまっている。修正された圧力が臨界閾値レベルＰcriticalに向かって仕様以下に低下するにつれて、ユーティリティは「０」から実質的に線形の径路に沿ってレベル「１」へと増大する。ユーティリティ関数はフィルタリングされた圧力値がどれだけ“不良”クラスに属するかを評価するファジーzメンバーシップ関数である。それは「良」（指定された圧力よりも大）から「不良」（臨界圧力よりも小さい）への圧力の移行を三次元スプラインを用いて定めている。

　同様に、漏洩速度ユーティリティＵkは同じのｚ関数を用い、漏洩速度の上下限は、圧力値と臨界時間に関して次のように定まる。

　式（１５）中のＰは漏洩速度モニターによって与えられる、圧力のフィルタリングされた推定値である。Ｋ0は、警告が出される公称漏洩速度を定めることを意図している。漏洩速度Ｋ0では圧力はtcrit時間内で指定された値から臨界下限値にまで下がる。したがって、Ｋ0は負の漏洩速度を定めている。同様に、Ｋ１は現在の圧力に依存する可変漏洩速度を定めている。圧力が臨界値に近づくにつれて許容可能な漏洩速度は、負でないＫ１に切り換わり、すなわち大きさは小さい。

　次に、これらの２つのユーティリティ関数は、「確率的オア」式

を使って単一値に結合される。

　圧力と漏洩速度の関数としての結合されたユーティリティマップが図１１に三次元で示されている。選択された関数の作用は、値Ｕ＝１での圧力、漏洩速度面を横断する対角移行を作り出すことに注意されたい。ユーティリティ関数の結合された値は２個のスイッチブロックに供給される。第１のスイッチブロックは（０．１−０．８）の範囲内に下方閾値を持ち、ソフトな警告を行う。下方閾値は、圧力が僅かに仕様以下のとき（著しい漏洩速度でないと仮定して）、運転者が不適切な警告を受け取らないように、警告が動作するユーティリティ値を圧力軸に沿って下方に移動させる。この状態は周囲温度の変動、または高度の下がる方への運転により起こることがある。ユーティリティが下方閾値を越えると、第１のスイッチが論理値１をセットする。運転者はタイヤ圧をカソリンスタンドで、または都合のよいときに補充するように助言される。この警告は第２のスイッチより前に作動し、もし状況が、ユーティリティが１になるポイントにまで悪化すると、作動し続け、直ちに次の警告を出す。

　１に近い（例えば０，９９９５）の閾値の使用は、即時の注意警告用の第２のスイッチに１、すなわち真の論理警告をセットする。運転者は注意を必要とする圧力および漏洩速度状態が存在することを警告する即時の注意警告を受け取るだろう。スイッチは次に運転者に表示するための臨界低圧値に達するまでの残り時間を計算するブロックをイネーブルにする。この警告ブロックはユーティリティが１である図１１の圧力と漏洩速度の組み合わせで動作する。

　第３のスイッチ（圧力限界）を、臨界値と比較された実際の膨張圧力によって直接制御してもよい。このスイッチは圧力が法律上の限界未満に下がったことを直接警告する。先の２つの警告はこの論理が動作したときに依然として動作するが、必ずしもそうでなくてもよい。

　図１２は本発明による温度修正サブシステムブロック図を示している。温度９４、圧力９６、大気圧９８、および基準温度１０６はブロック１００，１０２，１０４，１０８，１１０において数学的に結合されて、次式に従う修正圧力１１２を生成する。

　図１３は残り時間計算をブロック図で示している。漏洩速度１１４、フィルタリングされた圧力１１６、圧力限界１１８が、イネーブル信号１１３に応答して次式に従う関数ブロック１２０，１２２，１２４に入力される。

ここで、Ｋは漏洩速度、Ｐはフィルタリングされた圧力推定値である。残り時間計算は圧力が臨界閾値を越える前の残り時間１２６の値を生じる。

　上述したことから、当業界の要求を解決する本発明の目的は、好適な実施形態によって達成されることは明らかであろう。本システムは、ハードウェアで測定法に依存せず、関連するハードウェアコストを引き下げるように最小のデータメモリと処理において効率的で、種々のレベルで種々の警告を出すことができ、動作に信頼性があって誤警報の数が最小のタイヤ圧警告システムにおける情報処理方法を提供する。この方法は、理想気体の法則を用いて測定ゲージ圧値を基準温度にフィルタリングすることによって、温度と圧力の測定異常値を補償する。運転者は、フィルタリングされた圧力測定値が設定された閾値を越えたときに基本的な警告アルゴリズムによって警告される。進歩した、あるいは拡張されたアルゴリズムでは、このシステムは漏洩速度を特定でき、温度補償と、漏洩速度および閾値までの残り時間の推定に到達するフィルタリングとを行うことができる。このデータ解釈方法は多重閾値法を提供し、漏洩の場合に種々のレベルで早期の警告を出し、負荷や速度などの環境条件を考慮して、運転者に有用な時間あるいは場所で非臨界的警告を出すものである。

　上述したシステムは理想気体の法則に従って温度調節された圧力が所定の閾値未満に下がったときに警告を出す。１または２つ以上の圧力限界値が閾値としてセットされる。しかし、タイヤデータを解析する本方法は、他の実施形態では、タイヤ内の圧力が臨界低圧限度を越える前にどれだけ時間（「残り時間」）が残っているかを評価することによって警告を引き起すように動作することができる。このような実施形態では、関数は膨張圧力の時間に対する変化の速度を解析する。関数の目的は先ず圧力損失の速度を検出することである。圧力損失の速度が指定された時間以内に低圧閾値が越えられるのを引き起こすのに十分に著しいとき、運転者は切迫した低圧警報をあらかじめ警告される。早期に警告することの性質は、圧力の傾向が閾値を越える前にどれだけ時間が残っているのかを運転者におおまかに教えることである。早期の警告はそれによって運転者がハイウェイを出て保守を求める時間を許容するものである。この圧力傾向助言システムは３つのサブルーチン、すなわち１．温度差補償、２．漏洩速度監視、３．傾向警告アルゴリズムからなる。

　　温度差補償
　温度補償は理想気体の法則に従って生の圧力信号に前述したやり方で適用される。このような処理は、腔内温度の変化が乗り物がスタートして現在の任務を始めた後のタイヤ膨張圧に及ぼす影響を除去する。以下の温度補償式が用いられる。

　補償に用いられる基準温度はシステムスタート時の腔内温度（冷温度）である。乗り物が止められていてタイヤ温度が上昇した状態（すなわち冷温度よりも大きい）が再開された場合のような状況では、デフォールトの冷温度を基準温度として用いてよい。このデフォールトの温度は冷タイヤ温度の推定に基づくか、または周囲大気温のような代用値に基づいてもよい。補償圧力は次に漏洩速度モニターに送られる。

　　漏洩速度モニター
　漏洩速度モニターは入力圧力の時間に対する変化速度を特定する。これは温度差補償アルゴリズムから利用可能な温度修正された圧力をモニターして、走行中、スタートアップからの時間を用いて圧力対時間の線形回帰計算を行う。０時点における圧力切片と、圧力対時間の勾配、すなわち“漏洩速度”が推定される。アルゴリズムはサンプルされた各データポイントでのパラメータの推定値を更新するため、帰納的最小二乗フィルター（ＲＬＳ）を使用する。帰納的アルゴリズムは大量の過去のデータを記憶する必要をなくし、メモリの使用が改善される。アルゴリズムはまた、各データポイントでのフィルタリングされた圧力バージョンを提供する。

　漏洩速度モニターはまた、フィルターをサンプルされた圧力の、フィルタリングされた圧力からの突然の大きなずれに適応させる２つの変化検出器を含む。これら変化検出器は実際の圧力値とフィルタリングされた圧力値の差を蓄積する。ずれが閾値を越えると、フィルターの初期状態がリセットされる。リセット操作によってフィルターは挙動の変化を追跡できる。１つの変化検出器は、一例として、漏洩による圧力の挙動の変化に適応し、他の変化検出器はガソリンスタンドでタイヤに再度空気を入れたとき起こるような著しい圧力上昇に適応できる。

　変化検出器はフィルターを、どのようなものであれ、用いられている（フィルター入力として）圧力測定値とＲＬＳフィルターの結果としての出力との差に基づいてリセットする点に注目すべきである。これは、フィルターは測定値を平滑化し、この値はフィルターの切片と勾配のパラメータによって定まる特定の方向に進み続ける傾向があるからである。しかし、突然の漏洩もしくは空気抜け、または再膨張（ガソリンスタンドでの）の際は、そのために実際の圧力が変化させられる（すなわち、タイヤ腔内の空気の質量が変化する）。このようなことが発生すれば、直ちにフィルターに実際の値をもっと厳密に反映させることが望ましい。フィルターはそれからリセットされ、もう１度実際の値から回帰処理を開始する。

　本発明の実施形態では、フィルターへの入力は実際の測定圧力か、または温度補償された圧力（すなわち理想気体の法則による補償された圧力値）のいずれかでよい。前に述べた理由により、フィルターへの入力として補償された圧力値を使用することが好ましいが、必ず使用しなければならないというわけではない。警告を生成するために閾値と比較される圧力は、
　　１．　実際の圧力
　　２．　基準値として、a)一定温度、b)周囲温度のいずれかを用いて補償する理想気体の法則から導かれる、温度補償された圧力
　　３．　“１”または“２”のいずれかで作用するＲＬＳフィルタの出力
であり得る。

　本発明の範囲としては絶対圧あるいはゲージ圧のどちらでも使用できることを意図している。

　ノイズが含まれるデータ観測値から傾向を抽出するために種々のフィルタリングアルゴリズムを使用できる。本発明の１態様によれば、帰納的最小二乗（ＲＬＳ）フィルターを使用できる。従来知られている回帰法の実行は、大量のデータの収集とその後の再帰解析とを含む。従来、モデルパラメータ推定値を、各新しいデータポイントが収集される毎に更新する回帰計算をさせる方法が開発されてきた。これらの方法は「帰納的」と呼ばれる。回帰モデルは大量のデータをコンピュータメモリ内に保存することなくリアルタイムに更新できる。カルマンフィルターも、温度調節された圧力対時間の間の直線関係を推定するのに使用される。当業者には公知であるカルマンフィルターの使用は、ここに引用によって含まれるグスタフソン（Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ）　Ｆ．（２００１）の「タイヤ圧力および道路摩擦の仮想センサー」ＳＡＥインターナショナル中に、タイヤ圧と道路摩擦の仮想センサーを作る際のツールとして教示されている。適切なフィルターの使用により、温度調節された圧力の線形近似式が得られ、直線の勾配は圧力の時間変化（漏洩速度）を表している。

　　傾向警告アルゴリズム
　傾向警告アルゴリズムはその警告を、どれだけの時間（「残り時間」）が期間に残っているかの「予想」評価に基づいている。第1の注意警告は予め設定された値（例え６０分）の「残り時間」あるいはそれよりも少ない時間で生成される。警告状態はダッシュボード上に例えば黄色の表示として現れる。下方の閾値（例えば３０分）あるいはそれよりも　　時間で出される第２の「残り時間」は、ダッシュボード上に例えばオレンジ色で表示される。もし圧力が下方の閾値に達すると、臨界警告表示器が起動される。

　圧力データポイントの「状態」への分類と、ファジー論理によって最大確率の状態を解析する確率方法とを前に本明細書中に説明してきた。このような方法の使用は誤警告を最少にするのに役立つ。しかし、本発明と「状態」警告のための上述した確率方法の使用は、圧力データポイントへの適用にのみ限定されることを意図しているものではない。これら確率と「状態」分類方法は、もし望むならば「残り時間」値に直接使用されてもよい。例えば、本発明の他の方法の態様は、「残り時間」閾値よりも少ない数（例えば、５−２０）のデータポイントの、処理された確率（すなわち「比率」、下記参照）を計算することである。警告信号は比率がある確率閾値を越えたときに生成されてよい。確率閾値は許容可能な確率値を求めるために試行錯誤によって、または「残り時間」値の平均と標準偏差とを解析し、確率分布と法規を適用することによって決められる。ここに用いられるように、「比率」を用語「確率」の代わりに用いてもよい。すなわち、「残り時間未満」の部類に入る計算された残り時間を有するデータポイントの比率が用いられ、閾値比率値と比較される。したがって、用語「確率平均」は、確率値の使用または、比率値の使用かのいずれかを含むことも意図されている。

　閾値を越える前の「残り時間」は測定された各データポイント（ゲージ圧または温度補償された圧力値）に対して決められ、これらのデータポイントはつぎに「残り時間」閾値よりも大きい状態と「残り時間」閾値よりも小さい状態との２つの状態に処理される。このような処理は[０，１]の２進数によって効率的に表現、かつマイクロプロセッサ内で効率的に実行することができる。したがって、本発明の方法のさらに高度な態様は、有限の数の最も最近の「残り時間」データポイントを２つの状態の内の1つの状態に処理し、すなわち２つの状態のそれぞれに０または１の値を割り当て、０および１をコンピュータメモリに記憶させ、「残り時間」閾値よりも小さい値を表す、状態内のデータポイントの全数の比率を計算し、比率または確率が所定の比率または確率の閾値を越えたときに警告信号を発生する。

　さらに、前述したように、圧力―温度マップが運転者に警告するために圧力限界を求めるべく生成される。本発明のさらに高度化された態様は、温度に関してマップの考え方を用いることである。本方法のこのような応用は、検出されたデータポイントに基づき、かつ理想気体の法則によって定められた多重の境界線によって区分された圧力温度マップを決定するステップと、各「境界線」での運転速度と負荷の範囲にわたって最大温度を求めるステップと、各境界線に沿う最大温度から特性曲線を形成するステップと、特性曲線上の限界温度閾値を求めるステップ、温度が温度閾値を越えたときに信号を発生するステップを含むであろう。

膨張圧力対周囲温度に対する腔内温度差のグラフである。 ２つの膨張圧力でのデータを比較するグラフである。 膨張圧力２２０kpaでの腔内温度対時間のグラフである。 膨張圧力対腔内温度境界線のグラフで状態領域を識別している図である。 状態確率のファジーアルゴリズム計算を示すフローチャートである。 確率の平均化と最大確率を有する状態の固定とを示すフローチャートである。 運転者に情報を伝える１つの考えられる表示の例を示す図である。 警告圧力についてのユーティリティのブロック図である。 警告圧力についてのユーティリティのブロック図である。 圧力ユーティリティ関数のグラフである。 圧力および漏洩速度の関数としての統合ユーティリティのマップである。 温度修正サブシステムの関数ブロック図である。 残り時間計算の関数ブロック図である。

符号の説明

　１　　マップ
　１４　　線（警告レベル）
　１６　　線（下限レベル）
　１８　　最大境界線
　２０　　上限
　２２　　データポイント
　２３〜２５　　領域
　３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２　　ブロック
　３９　　アルゴリズム
　４４、４６、４８、５０　　垂直バー
　５２　　外部温度の表示
　５４、５７、５８、６３、６４　　ブロック
　５５　　基準温度
　５６　　大気圧
　６２　　漏洩速度モーター
　６６　　パラメーター
　６８　　圧力
　７０　　変化検出器
　７２　　圧力比較器
　７６　　ブロック
　７８、８０　　２進論理
　８２　　ユーティリティ関数
　８４、８９　　ブロック
　８６　　漏洩状況
　８８　　圧力限界
　９４　　温度
　９６　　圧力
　９８　　大気圧
　１０６　　基準温度
　１００、１０２、１０４、１０８、１１０　　ブロック
　１１２　　修正圧力
　１１３　　イネーブル信号
　１１４　　漏洩速度
　１１６　　フィルタリングされた圧力
　１１８　　圧力限界
　１２０、１２２、１２４　　関数ブロック
　１２６　　残り時間

Claims (3)

1. 　乗り物のタイヤ内の望ましくない圧力低下を測定し、この圧力低下に応答して警告信号を生成する方法であって、
   　基準温度を設定するステップと、
   　前記基準温度での少なくとも１つの圧力警告閾値を決定するステップと、
   　前記タイヤ腔内のゲージ圧とゲージ温度を測定するステップと、
   　前記ゲージ圧を前記基準温度でのフィルタリングされた圧力値に修正するステップと、
   　前記フィルタリングされた圧力値を前記圧力警告閾値と比較するステップと、
   　前記タイヤ内の望ましくない圧力低下の際に、警告信号を生成するステップを有する方法。
2. 　前記タイヤ腔内のゲージ圧とゲージ温度の少なくとも第２の測定を行うステップと、
   　前記第２の測定ゲージ圧を前記基準温度での第２のフィルタリングされた圧力値に修正するステップと、
   　前記最初と第２のフィルタリングされた圧力値間の変化に基づいて漏洩速度を決定するステップと、
   　前記タイヤの前記フィルタリングされた圧力値が前記圧力警告閾値を越える予想時間を前記漏洩速度に基づき予測するステップと、
   　前記予測時間を示す警告信号を生成するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
3. 　ゲージ圧とゲージ温度との連続した一連の測定値から複数のデータポイントを展開するステップと、
   　前記データポイントに基づき、かつ、理想気体の法則により定められた境界線により区分された圧力−温度マップを決定するステップと、
   　各データポイントを複数の状態の１つに分類するステップと、
   　各データポイントに対して状態確率を計算するステップと、
   　各データポイントに対して確率ベクトルを形成するステップと、
   　前記連続した一連の測定値の各データポイントの確率ベクトルの平均を表す現在の状態ベクトルを決定するステップと、
   　最大確率を有する状態を特定するステップと、
   　前記最大確率の状態を報告するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。

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