JP2004148938A - タイヤの空気圧低下検知装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】4輪同時の空気圧低下にも対応した空気圧検知装置を提供することを主たる目的とする。
【解決手段】タイヤの空気圧の変化に依存しない車体速Vvを測定する車体速測定部20と、タイヤの空気圧の変化に依存して空気圧が高いほど大きな車輪速Vを測定する平均車輪速演算部13と、各車輪Wごとに、車体速Vvと車輪速Vに基づいてタイヤの空気圧の低下を検知する空気圧判定部16と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図2
【解決手段】タイヤの空気圧の変化に依存しない車体速Vvを測定する車体速測定部20と、タイヤの空気圧の変化に依存して空気圧が高いほど大きな車輪速Vを測定する平均車輪速演算部13と、各車輪Wごとに、車体速Vvと車輪速Vに基づいてタイヤの空気圧の低下を検知する空気圧判定部16と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行しながらタイヤの空気圧の低下を検知することのできるタイヤの空気圧低下検知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、ブレーキロック防止システムに備えられる車輪速センサから得られる車輪の回転速度により、空気圧の低い車輪ほど早く回転することに着目して、各車輪に備えた車輪速センサから得られる車輪の回転速度により、走行しながらタイヤの空気圧の低下を検知するタイヤの空気圧検知装置が知られている。具体的には、4輪車両における4つのタイヤのうちの対角線上にある1対のタイヤの回転角速度の和と、他の1対のタイヤの回転角速度の和との比からタイヤの空気圧低下を検知するもの(例えば特許文献1参照)や、前輪後輪それぞれの回転速度の左右差の差から空気圧低下を検知するものが知られている。
【0003】
【特許文献1】
特開平6−92114号公報(例えば請求項1等参照)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の空気圧検知では、車輪の回転速度を相対的に比較するため、1輪の空気圧低下、或いは、対角の2輪の空気圧低下しか検知することができず、タイヤの4輪の空気圧低下については、検知することができなかった。このため、自然空気抜けでもある、4輪同時の空気圧低下を検知できる機能が付加されることが望まれる。
【0005】
従って、本発明は、4輪同時の空気圧低下にも対応した空気圧検知装置を提供することを主たる目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明(請求項1)は、タイヤの空気圧の変化に依存しない車体速を測定する車体速測定手段と、各車輪ごとに、タイヤの空気圧の変化に依存して空気圧が低いほど大きな車輪速を測定する車輪速測定手段と、前記各車輪ごとに、前記車体速と前記車輪速に基づいてタイヤの空気圧の低下を検知する空気圧低下検知手段とを備えたことを特徴とするタイヤの空気圧低下検知装置である。
この構成において、空気圧の少ないタイヤはタイヤの外径が小さくなることから車輪速が速くなる。この車輪速をタイヤの空気圧の変化に依存しない車体速測定手段が測定した車体速と比較することで、空気圧の低下を検知する。
【0007】
また、本発明(請求項2)は、請求項1において、前記空気圧低下検知手段が、前記車体速と前記車輪速とから輪径比を演算し、この輪径比に基づいてタイヤの空気圧の低下を検知する手段であることを特徴とする。
空気圧検知を輪径比で比較することで、適切に空気圧低下を検知することができる。
【0008】
また、本発明(請求項3)は、請求項1又は請求項2において、前記車体速測定手段が、タイヤを介して入力される路面との振動を検知する前輪側及び後輪側の振動検出手段から検出値をそれぞれ入力し、前記前輪側及び後輪側について前記検出値の変化のパターンをタイヤ固有の影響を除去してそれぞれ特徴抽出し、この特徴抽出した検出値の変化のパターンを前記前輪側と後輪側とでパターンマッチングし、一致したパターンの時間差を求め、このように求めた時間差と予め記憶している基準長さとから車体速を演算する手段であることを特徴とする。
例えば、振動検出手段(車輪速センサ)の検出値は、路面の段差やバンプ(路面の凸凹)等により変動するが、この変動は、車両が前進している場合は、まず前輪のセンサの検出値に現われ、次に後輪のセンサの検出値に現われる。ここで、前輪における検出値の変動と、後輪における検出値の変動が同じ段差やバンプが原因であることが判り、かつ両変動の時間間隔が判れば、車両のホイールベース間距離(基準長さ)から車体速を測定することができる。
即ち、この構成にて得られる車体速は、道路上のある地点(ある任意のバンプ等)を、ある長さの物体(車両)がどの程度の時間をかけて通過したかにより車体速を測定するものであり、タイヤがある時間内に何回回転したかにより車体速を測定するものとは原理的に異なる。このため、タイヤ径の変化に影響されない(本質的に影響されない)車体速を測定することができ、よって、確実なタイヤの空気圧低下検知が行える。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の本実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
参照する図において、図1は本実施形態のタイヤの空気圧低下検知装置(以下「空気圧低下検知装置」という)を搭載する車両のシステム構成図である。
【0010】
≪空気圧低下検知装置の構成≫
本実施形態の空気圧低下検知装置1の構成を、車両Cの構成を含めて説明する。
図1に示すように、本実施形態の空気圧低下検知装置1を搭載する車両Cは、4つの車輪W(WFR,WFL,WRR,WRL)を有する4輪車両である。この車両Cは、各車輪Wに、車輪速センサVS(VSFR,VSFL,VSRR,VSRL)を有する。なお、本明細書において、符号に添えられるFRは前輪右、FLは前輪左、RRは後輪右、RLは後輪左を示す添字である。
【0011】
〔車輪速センサ〕
車輪速センサVS(VSFR,VSFL,VSRR,VSRL)は、例えばホール素子等を用いて車速パルスを生成する一般的なセンサである。この車輪速センサVSが生成し、空気圧低下検知装置1に送信する車速パルス(アナログ電気信号)は、車速が早くなるほど単位時間当たりのパルス数が多くなり、車速が遅くなるほど単位時間当たりのパルス数が少なくなる。一般的には、この車速パルスに基づいて車輪速や車体速を測定するが、既に説明したように、車速パルスから得られる車輪速は、タイヤの空気圧が低いほど輪径(タイヤの径)が小さくなることから早くなる。なお、例えばブレーキロックを防止するシステムを搭載する車両は、通常、各車輪Wに車輪速センサVSを有しているので、これを流用することができる。
【0012】
〔空気圧低下検知装置〕
次に、空気圧低下検知装置1は、図示しないマイコン(マイクロコンピュータ)及び周辺回路から構成され、マイコンが図示しないROMに書き込まれたプログラムを読み出すことにより該プログラムの各モジュール(後記する積算演算部12、平均車輪速演算部13…)を実行して、タイヤの空気圧低下検知を行う機能を有する。また、空気圧低下検知装置1は、タイヤの空気圧低下検知を行うために、各種信号・情報・指令等を入出力する入出力ポート(後記する入出力インタフェイス12)、アナログ信号をデジタル信号に変換してマイコンでデジタル処理するための図示しないAD変換器等を有する。
【0013】
空気圧低下検知装置1について、図2を参照してその要部を詳細に説明する。
図2は、空気圧低下検知装置の要部を示すブロック構成図である。
【0014】
図2に示すように、空気圧低下検知装置1は、主に、安定判別演算部11、積算演算部12、平均車輪速演算部13、輪径比演算部14、平均輪径比演算部15、空気圧低下検知部16、車輪速履歴保存部21、相互相関関数演算部22、絶対車体速演算部23、重み演算部31等を含んで構成される。なお、請求項の「車体速測定手段」は、車輪速センサVS、車体速演算部20等が相当する。また、「車輪速測定手段」は、車輪速センサVS、平均車輪速演算部13等が相当する。また、請求項の「空気圧低下検知手段」は、主として空気圧低下判定部16が相当する。
【0015】
〔安定判別〕
安定判別演算部11は、車両Cの走行状態を判別し、走行状態が安定しているときに検出されたFR車輪速(車輪速VFR),FL車輪速(車輪速VFL),RR車輪速(車輪速VRR),RL車輪速(車輪速VRL)に基づいて後段の各処理を行えるようにする機能を有する。
このため、安定判別演算部11は、前輪WFR,WFL間の車輪速差(車輪速VFR、車輪速VFLの差)からヨーレートを演算し、ヨーレートが大きな条件、つまり安定条件が成立していな状態でのデータを除くようにしている。なお、この安定判別演算部11における処理は、本実施形態では10ミリ秒ごとに行われるものとする。
【0016】
〔平均車輪速の演算〕
積算演算部12は、車輪速VFRを積算する積算演算部12FRと、車輪速VFLを積算する積算演算部12FLと、車輪速VRRを積算する積算演算部12RRと、車輪速VRLを積算する積算演算部12RLとを含んで構成され、それぞれ、入力された車輪速V(VFR,VFL,VRR,VRL)を積算して足し合わせる機能を有する。
なお、積算を繰り返した回数(積算回数=PNTM)は別に記憶され、以後の処理で利用されるものとする。
【0017】
積算演算部12で予め定められたある回数(積算回数=PNTM)積算が行われると、該積算演算部12の後段の平均車輪速演算部13が平均車輪速VFRAV〜VRLAVを演算する。
このため、平均車輪速演算部13は、車輪速VFRの平均車輪速VFRAVを演算する機能を有する平均車輪速演算部13FRと、車輪速VFLの平均車輪速VFLAVを演算する機能を有する平均車輪速演算部13FLと、車輪速VRRの平均車輪速VRRAVを演算する機能を有する平均車輪速演算部13RRと、車輪速VRLの平均車輪速VRLAVを演算する機能を有する平均車輪速演算部13RLとを含んで構成される。
【0018】
この積算演算部12及び平均車輪速演算部13で行われる平均車輪速VFRAV〜VRLAVの演算処理は、次の式1〜4により表される。
VFRAV=ΣVFR/PNTM … (1)
VFLAV=ΣVFL/PNTM … (2)
VRRAV=ΣVRR/PNTM … (3)
VRLAV=ΣVRL/PNTM … (4)
ちなみに、積算回数PNTMを100回とすれば、10ミリ秒ごとに積算を行う本実施形態であれば、平均車輪速演算部13では、1秒間におけるそれぞれの平均車輪速VFRAV〜VRLAV(タイヤの空気圧の変化に依存した車輪速)が演算されることになる。
【0019】
〔車体速の演算〕
車輪速履歴保存部21、相互相関関数演算部22、絶対車体速演算部23は、後で詳しく説明するが、これらは各車輪速VFR〜VRLからタイヤの空気圧の多少(タイヤの直径)に依存しない絶対的な車体速Vvを演算(推定)する機能を有する。ちなみにこの車体速Vvは、前記した積算回数PNTMをカウントしたのと同じ区間、つまり平均車輪速VFRAV〜VRLAVを測定したのと同じ区間での速度である。これは、輪径比RAOの演算を適切に行うためである。
なお、車速履歴部21に記憶される履歴データは、前記したとおり安定判別演算部11によりヨーレートが大きな条件でのデータは除くようにしている。
【0020】
〔輪径比の演算〕
輪径比演算部14は、各平均車輪速VFRAV〜VRLAVと車体速Vvとに基づいて、それぞれの輪径比RAOを演算する。なお、基づいてとは少なくとも基づいて、の趣旨である。
このため、輪径比演算部は、右前輪FRの輪径比FRRAOを演算する機能を有する輪径比演算部14FRと、左前輪FLの輪径比FLRAOを演算する機能を有する輪径比演算部14FLと、右後輪RRの輪径比RRRAOを演算する機能を有する輪径比演算部14RRと、左後輪RLの輪径比RLRAOを演算する機能を有する輪径比演算部14RLとを含んで構成される。
【0021】
なお、輪径比演算部14で行われる演算処理は、次の式5〜8により表される。
FRRAO=(VFRAV−Vv)/Vv×100 …(5)
FLRAO=(VFLAV−Vv)/Vv×100 …(6)
RRRAO=(VRRAV−Vv)/Vv×100 …(7)
RLRAO=(VRLAV−Vv)/Vv×100 …(8)
【0022】
〔重みの演算〕
重み演算部31は、安定判別演算部11で演算したヨーレートを利用し、該ヨーレートに応じて、ヨーレートが大きく発生すれば小さな値となり(最も小さい値としては0)、ヨーレートが小さく発生すれば大きな値となる(ヨーレートが発生しない場合は1となる)重みWTを演算する機能(ヨーレートの大きさに応じて0〜1の間を変化する重みWTを演算する機能)を有する。ここで演算された重みWTは次の平均輪径比FRRAV〜RLRAVの演算に利用される。
【0023】
〔平均輪径比の演算〕
平均輪径比演算部15は、各輪径比FRRAO〜RLRAO及び重みWTに基づいて各車輪WFR〜WRLの各輪径比FRRAO〜RLRAOの移動平均を演算する。
このため、平均輪径比演算部15は、右前輪FRの平均輪径比FRRAVを演算する機能を有する平均輪径比演算部15FRと、左前輪FLの平均輪径比FLRAVを演算する機能を有する平均輪径比演算部15FLと、右後輪RRの平均輪径比RRRAVを演算する機能を有する平均輪径比演算部15RRと、左後輪RLの平均輪径比RLRAVを演算する機能を有する平均輪径比演算部15RLとを有する。
【0024】
平均輪径比演算部15での演算処理は、次の式9〜12により表される。なお、(n)及び(n−1)は、配列変数のインデックス部分である。
FRRAV(n)=FRRAV(n−1)×(m−WT)/m+FRRAO(n)×WT/m …(9)
FLRAV(n)=FLRAV(n−1)×(m−WT)/m+FLRAO(n)×WT/m …(10)
RRRAV(n)=RRRAV(n−1)×(m−WT)/m+RRRAO(n)×WT/m …(11)
RLRAV(n)=RLRAV(n−1)×(m−WT)/m+RLRAO(n)×WT/m …(12)
【0025】
また、mは次の式13で表される。
m=DEPN1(n−1)+WT …(13)
但し、m=DEPN1とし、mは0から始まりPNTM時間(積算回数)ごとにWTだけ増加し、移動平均回数を上限に増加する。
【0026】
空気圧低下検知部16は、各平均輪径比FRRAV(n)〜FLRAV(n)と予め記憶している空気圧低下閾値とを比較し空気圧低下検知を行う機能、空気圧低下を検知した場合にアラームを発生する機能を有する。
【0027】
≪空気圧低下検知装置の動作説明≫
次に、以上説明した構成を有する空気圧低下検知装置1の動作を、図3の空気圧低下検知を行うフローチャートを参照して説明する(適宜図1、図2を参照)。
【0028】
まず、車輪速センサVS(VSFR〜VSRL)から車輪速V(VFR〜VRL)を入力すると、前輪WFR,WFLの車輪速VFR,VFLの回転速度差からヨーレートを演算し、車両Cの走行状態における安定判別を行う(S11、安定判別演算)。また、演算したヨーレートに基づいて重みWTを、重み演算部31にて演算する。
なお、この処理は10ミリ秒ごとに行われる。
【0029】
次に、この安定判別演算の結果に基づいて安定条件が成立しているか否かを判断し(S12)、安定条件が成立していない場合(NO)は、安定時間カウンタをクリアして0にする(S13)。そして、RETURNに移行する。つまり、後段の四輪積算演算(S14)等はスキップする。不安定な状態でのデータを用いてパンク検知(タイヤの空気圧低下検知)を行わないためである。
【0030】
一方、ステップS12において、安定条件が成立している場合(YES)は、積算演算部12にて各車輪速V(VFR〜VRL)を積算する(S14、四輪積算演算)。続いて、車輪速履歴保存部21で各車輪速V(VFR〜VRL)を記憶(保存)する(S15)。
【0031】
ステップS16で、安定時間(つまり積算回数PNTM)が経過したか否かを判定する。安定時間を経過していない場合(NO)は、安定時間カウンタを1つインクリメントし(S17)、RETURNに移行する。これにより積算回数PNTMが1つインクリメントされる。
【0032】
ステップS16で安定時間を経過した場合(YES)は、平均車輪速演算部13において、式1〜4を用いて平均車輪速VFRAV〜VRLAVを演算する(S18、四輪それぞれ平均車輪速演算)。なお、この実施形態では、10ミリ秒ごとに入力した車輪速Vのデータが1000ミリ秒(=1秒)分蓄積されると安定時間が経過したと判断する。つまり、本実施形態での安定時間は1000ミリ秒(=1秒)である。即ち、このフローチャートにおけるステップS16は、ステップS17で1づつインクリメントする安定時間カウンタが100になったか否かを判断するものである。
【0033】
ステップS16で安定時間が経過すると(YES)、つまりステップS14の四輪積算演算、ステップS15の四輪車輪速記憶が1000ミリ秒分(100回分)実行されると、ステップS18で、タイヤの空気圧に依存した平均車輪速VFRAV〜VRLAVを演算する。この平均車輪速VFRAV〜VRLAVの演算は、前記した式1〜4を用いて行われる。
【0034】
また、ステップS15で記憶した1秒分(100回分)の車輪速VFR〜VRLに基づいて、ステップS19において相互相関関数を演算する。そして、ステップS20におてい、タイヤの空気圧の変化に依存しない絶対的な車体速Vv(今回値)を演算する。
【0035】
ステップS21では、平均車輪速VFRAV〜VRLAVと車体速Vvに基づいて輪径比FRRAO〜RLRAOを演算する。あわせて演算した輪径比FRRAO〜RLRAOをメモリに記憶する。この輪径比FRRAO〜RLRAOの演算は、前記した式5〜8を用いて行われる。
【0036】
ステップ22では、輪径比FRRAO(n)〜RLRAO(n)の今回値と前回以前(過去19回分)の値、重みWTの今回値と前回値以前(過去19回分)の値とから、式9〜12を用いて、平均輪径比FRRAV〜RLRAVが演算される。
【0037】
ステップ23では平均輪径比FRRAV〜RLRAVと閾値を1輪ごとに比較し、閾値よりも平均輪径比FRRAV〜RLRAVが大きい場合は(YES)、大きいものについて、タイヤの空気圧が低下していると判断し、警報点灯(S24)を行う。平均輪径比FRRAV〜RLRAVが閾値と同じか小さい場合(NO)は、今回についてはタイヤ空気圧の低下を検知しなかったので、RETURNに移行して処理を継続する。
【0038】
本実施形態の空気圧低下検知装置1によれば、タイヤの空気圧の変化に依存しない車体速測定手段(車輪速センサVSFR〜VSRL、車輪速履歴保存部21、相互相関関数演算部22、絶対車体速演算部23)で測定(演算)した車体速Vvと、タイヤの空気圧が低いほど大きな車輪速Vを測定する車輪速測定手段(車輪速センサVSFR〜VSRL、積算演算部12、平均車輪速演算部13)とで、確実にタイヤの空気圧の低下を検知することができる。
【0039】
殊に、4輪とも空気圧が低下する場合は、従来では検知困難であったが、本実施形態の空気圧低下検知装置1によれば、4輪同時でも、1輪ごとでも空気圧の低下を検知することができる。
【0040】
≪具体的な車体速の測定演算≫
次に、タイヤの空気圧の変化(タイヤの直径の変化)に依存しない車体速Vvの測定を行う車体速演算部20(車輪速履歴保存部21、相互相関関数演算部22、絶対車体速演算部23)を具体的に説明する。図4の、(a)はタイヤと路面とより生じる振動を模式的に示し、(b)は車輪速の検出値の変動曲線(タイヤのユニフォーミティの崩れを含む)を示し、(c)は車輪速の検出値の変動曲線(タイヤのユニフォーミティの崩れの除去後)を示す。
【0041】
本実施形態では、車両Cのタイヤを介して入力される路面との振動を検知する前輪側及び後輪側の振動検出手段(具体的には車輪速センサVS)から検出値(車輪速VFR,VFL,VRR,VRL)をそれぞれ入力し、特徴抽出及びパターンマッチングを行い、前輪側及び後輪側の車輪速Vの変化のパターンをマッチングすることで、タイヤの空気圧の変化に依存しない車体速Vvを測定する。
【0042】
なお、タイヤはゴムやスチールワイヤ等を巻いて製造するため、タイヤ一周の強度や密度に不均一性(ユニフォーミティの崩れ)が存在する。このため、図4(a)に示すように車輪Wが路面上を回転すると、見かけ上車両Cが一定速度で走行していても、車輪速センサVSから得られる車輪速Vの時間変動(検出値の変動曲線)には、図4(b)に示すように、タイヤのアンバランス(ユニフォーミティの崩れ)による周期の大きな変動が生じる。そして、この周期の大きな変動に、路面バンプ等による周期の小さな変動が重畳される。
【0043】
本実施形態では、路面バンプ等による車輪速変動から絶対的な車体速を求めるものであることから、図4(c)に示すように、タイヤのユニフォーミティの崩れによる変動成分を図示しないバンドパスフィルタで除去し(つまりタイヤ固有の影響を除去し)、後の処理を円滑に行えるようにする。なお、車輪速Vが早いほど、タイヤのユニフォーミティの崩れによる車輪速変動の周期(周波数)、路面バンプ等による車輪速変動の周期(周波数)、は全体的に短周期になる(高周波数帯域にシフトする)。このため、バンドパスフィルタは、車輪速Vが早くなるほど高い周波数帯域の車輪速Vの変動を通過するように、車輪速応動に構成してある。
【0044】
車輪速履歴保存部21は、本実施形態では、バンドパスフィルタで処理された車輪速V(VFR,VFL,VRR,VRL)を、10ミリ秒ごとに、100回分(1秒分)記憶する機能を有する。
【0045】
相互相関関数演算部22は、フーリエ変換の一種である相互相関関数を演算し、車輪速履歴保存部21に記憶されている右前輪側の車輪速VFRの変化パターンに対する右後輪側の車輪速VRRの変化パターンのマッチング、左前輪側の車輪速VFLの変化パターンに対する左後輪側の車輪速VRLの変化パターンのマッチングを行い、両者の位相差(時間差Δt)を求める処理を行う機能を有する。
絶対車体速演算部23は、時間差Δtから絶対的な車体速を求める処理を行う機能を有する。
【0046】
この相互相関関数演算部22及び絶対車体速演算部23の機能を、図5のフローチャート及び数式を参照して説明する。
【0047】
相互相関関数演算部22は、車輪速履歴保存部21に保存された車輪速Vに対して、相互相関関数演算回数CNTDTを決定する(S31)。このため、車輪速履歴保存部21に保存されているいずれかの車輪速Vから、ホイールベース間距離WBの概略通過時間TBFNを演算し、相互相関関数演算の実行に必要なデータ数BFNを、次の式14、15に基づいて決定する。
TBFN=WB×3.6/V …(14)
BFN=TBFN/LP …(15)
なお、LPは、データのサンプリング間隔であり、この実施形態では10ミリ秒である。
【0048】
データ数BFNが決まったら相互相関関数演算回数CNTDTを、次の式16により決定する(S31)。
CNTDT=PNTM/BFN …(16)
なお、PNTMは、積算演算部12で積算を繰り返した回数(積算回数=安定時間カウンタのカウント数)である。
【0049】
ステップS32では、各車輪Wの車輪速Vの平均値VWFRSV〜VWRLSVを演算する。ここで、式17,18は、車輪速履歴保存部21に記憶されている前輪側の車輪速V(VFR,VFL)を相互相関関数演算回数CNTDTに相当する個数を読み出してその平均を求める式に相当する。式19,20は、車輪速履歴保存部21に記憶されている後輪側の車輪速V(VRR,VRL)を相互相関関数演算回数CNTDTの2倍に相当する個数(2・CNTDT)を読み出し、その平均を求める。なお、後輪側の車輪速V(VRR,VRL)を多く読み出すのは、最初に前輪W(WFR,WFL)において路面との間で生じた事象が、その後、後輪W(WRR,WRL)でいつ起こったかを見過ごすことなく検出するためである。
VWFRSV=ΣVFR/CNTDT …(17)
VWFLSV=ΣVFL/CNTDT …(18)
VWRRSV=ΣVRR/(2・CNTDT) …(19)
VWRLSV=ΣVRL/(2・CNTDT) …(20)
【0050】
なお、式17、18におけるΣは、1〜CNTDT(1刻み)まで各車輪速VFR,VFLを加算する関数である。また、式19,20におけるΣは、1〜2・CNTDT(1刻み)まで各車輪速VRR,VRLを加算する関数である。つまり、式17,18については、車輪速履歴保存部21から車輪速V(VFR,VFL)のデータを1〜CNTDTの個数分だけ読み出し、式19,20については車輪速履歴保存部21から車輪速V(VRR,VRL)のデータを1〜2・CNTDTの個数分だけ読み出し、それぞれ平均値VWFRSV〜VWRLSVを求める処理を行う。
【0051】
次に、ステップS33では、求めた平均値VWFRSV〜VWRLSVを利用して正規化を行う。各車輪WFR〜WRLの各車輪速VFR〜VRLの正規化は、次の式21〜24により行われる。
VWFRN(n)=VFR(n)−VWFRSV … (21)
VWFLN(n)=VFL(n)−VWFLSV … (22)
VWRRN(nn)=VRR(nn)−VWRRSV … (23)
VWRLN(nn)=VRL(nn)−VWRLSV … (24)
なお、nは1〜CNTDTまでの正の整数(1刻み)である。また、nnは1〜2・CNTDTまでの正の整数(1刻み)である。
【0052】
ステップS33にて正規化が終わると、ステップS34では相互相関関数の演算を行う。右前輪WFRと右後輪WRRとの相互相関関数の演算は次の式25により行われ、左前輪WFLと左後輪WRLとの相互相関関数の演算は次の式26により行われる。
STRR(n)=ΣΣVWFRN(n)・VWRRN(n+nnn) …(25)
STRL(n)=ΣΣVWFLN(n)・VWRLN(n+nnn) …(26)
【0053】
ここで、nは1〜CNTDTの正の整数(1刻み)、nnnは0〜CNTDTの正の整数(1刻み)である。つまり、この式25,26におけるΣΣは、畳み込み積分を繰り返して行う関数を示している。なお、この式25,26は、コンピュータプログラムにおけるFOR−NEXTループ、DO−CONTINUEループ等のループ関数を、ループカウンタをn及びnnnとして2重ループにし、配列変数STRR(n),STRL(n)に相互相関関数の演算結果を格納することに相当する。ちなみに、配列変数STRR(n),STRL(n)の演算結果が大きくなるのは、正規化した車輪速の曲線(図7(a),(b)参照)における山と山、谷と谷が掛け合わされるような演算が行われる場合である。つまり、図7(a)と図7(b)のパターンが一致し、かつ位相が一致するような演算が行われる場合である(そのような演算結果となるnの値を後で求めて時間差Δtとする)。なお、配列変数STRR(n),STRL(n)が小さくなるのは、山と谷、谷と山が掛け合わされるような演算である(マイナスの値になる)。
【0054】
ステップS34にて相互相関関数の演算が終わると、ステップS35では次の式27,28の関数を実行して、最大値が選択(抽出)される。
STRR(max)=max|STRR(1),STRR(2),… ,STRR(CNTDT)| … (27)
STRL(max)=max|STRL(1),STRL(2),… ,STRL(CNTDT)| … (28)
【0055】
この式で車両Cの左右の最大値を示すSTRR(max),STRL(max)のそれぞれのmaxの値(max値)が求まり、このmax値から、次の式29、30により位相遅れ時間が演算される(S36)。つまり、STRR(n)が最大値となるnの値(=max値)、及びSTRL(n)が最大値となるnの値(max値)が求まる。それぞれnの値が求まれば、この値から式29により時間差Δtが演算される(S36、位相遅れ時間の演算)。
Δt[秒]=10[ミリ秒]/1000[ミリ秒/秒]×(n−1) … (式29)
【0056】
なお、時間差Δtは、請求項の「一致したパターンの時間差」に相当する。また、式29の10という値は、本実施形態でのデータのサンプリング間隔である。また、nから1を引くのは、区間数を求めるためである。
【0057】
また、時間差Δtが求まれば、次の式30により車体速Vvが求まる(S37)。
Vv[km/hr]=WB[m]/Δt[秒]×3600[秒/hr]/1000[m/km] … (30)
【0058】
この車体速Vvを車両Cの右側と左側で求めて平均すれば、平均車体速AVvが求まる(S38、平均車体速の演算)。
なお、平均車体速AVvは、車体速Vvとして取り扱う。
【0059】
ちなみに、図6は車体速測定の様子を模式的に示す図であり、(a)は車両がa地点及びb地点を含む道路をb地点側へと走行する様子を模式的に示し、(b)はその際における車輪速の変化を時系列で示し、(c)は(b)の車輪速をデジタルフィルタで処理した後の検出値の変化を時系列で示す。
【0060】
この図6において、(a)の様に車両Cが走行すると、(b)の上図(前輪側)、下図(後輪側)のように、タイヤのユニフォーミティの崩れによる車輪速VFR,VRRの変動にバンプ等による車輪速VFR,VRRの変動が重畳されるが、バンドパスフィルタで処理すると、(c)の上図(前輪側)、下図(後輪側)のように、ユニフォーミティの崩れの成分が除去される。このため、路面上のバンプ等を検出し易くなる。ちなみに、この図6の(b)、(c)は、a地点やb地点で前輪WFRに発生した事象は、時間をおいて後輪WRRに発生することを示している。
【0061】
また、図7は、(a)が正規化した前輪側の車輪速を模式的に示し、(b)が正規化した後輪側の車輪速を模式的に示している。この図では(a)のパターンと(b)のパターンとがある量ずれて一致しているが、このパターンのずれの量が位相差(時間差Δt)になる。この図7において、横軸一つの目盛りが10ミリ秒に相当するので、時間差は140ミリ秒である。時間差Δtは140ミリ秒(=(15−1)・10ミリ秒=0.14秒)になる。ここで、ホイールベース間距離WBが2.83mとすると車体速Vvは、式30により次のように求められる。
【0062】
ちなみに、本実施形態において、図示しないバンドパスルフィルタでの処理〜図5のフローチャートのステップS33の処理が、請求項の「タイヤ固有の影響を除去」、及び「特徴抽出」に相当する。また、ステップS34〜S36が請求項の「パターンマッチング」に相当する。
【0063】
このようにして、本実施形態では車輪速Vの変動(タイヤを介して入力される路面との振動)に基づいて平均車体速を演算(測定)する。このような測定によれば、タイヤの空気圧(タイヤの径)が変化しても、車体速をより正しく測定することができる。また、車体速を測定するために路上に特別な設備を設けたり、衛星を利用したりする必要がないので、トンネル等を含むどのような場所を走行していても絶対的な車体速を測定することが可能になる。これにより、どのような場所でも空気圧低下を検知することが可能になる。
【0064】
なお、以上説明した本発明は、前記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。
例えば、後輪側の変動パターンと同じパターンが、前輪側でいつ出現したかをパターンマッチングにより検出して車体速を測定することとしてもよい。また、平均車速を演算しない構成としてもよい。
【0065】
データのサンプリング間隔(データの処理間隔)は10ミリ秒としたが、これは一例であり、必ずしも前記した実施形態の値に限定されることはない。
また、タイヤのユニフォーミティの崩れによる変動を、バンドパスフィルタを用いて除去するとして説明したが、ローパスフィルタやハイパスフィルタ等を用いるようにしてもよい。各処理を、ハードウェア的に行うようにしてもよい。また、車体速の測定(演算)を車両の右側(右側前輪・後輪)、或いは左側(左側前輪・後輪)だけで行うようにしてもよい。
【0066】
また、振動検出手段として、車輪速センサを例に説明したが、路面と車両との間で発生する振動を検出することのできるものであれば、変位計、重量計、Gセンサ等、様々なセンサを、例えば、前輪側、後輪側のサスペンションに設置するようにし、この検出値により車体速を測定(演算)するようにしてもよい。また、衛星との通信により車体速を測定するようにしてもよい。また、路上設備との通信により車体速を測定するようにしてもよい。
【0067】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、例えば、4輪が同時に空気圧が低下するような空気圧低下を検知することができる。また、請求項2に記載の発明によれば、輪径比に基づいて、適切に空気圧低下を検知することができる。また、請求項3に記載の発明によれば、例えば路上の施設や衛星等を利用することなく空気圧の低下を検知することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる実施形態の空気圧低下検知装置を搭載する車両のシステム構成図である。
【図2】空気圧低下検知装置の要部のブロック構成図である。
【図3】空気圧低下検知を行うフローチャートである。
【図4】(a)はタイヤと路面とより生じる振動を模式的に示し、(b)は車輪速の検出値の変動曲線(タイヤのユニフォーミティの崩れを含む)を示し、(c)は車輪速の検出値の変動曲線(タイヤのユニフォーミティの崩れの除去後)を示す。
【図5】車体速の演算を行うフローチャートである。
【図6】車体速測定の様子を模式的に示す図であり、(a)は車両がa地点及びb地点を含む道路をb地点側へと走行する様子を模式的に示し、(b)はその際における車輪速の検出値の変化を時系列で示し、(c)は(b)の検出値をデジタルフィルタで処理した後の検出値の変化を時系列で示す。
【図7】前輪側と後輪側のパターンの一致を模式的に示す図であり、(a)が正規化した前輪側の車輪速を模式的に示し、(b)が正規化した後輪側の車輪速を模式的に示している。
【符号の説明】
1 … 空気圧低下検知装置
13 … 平均車輪速演算部(車体速測定手段)
14 … 輪径比演算部
15 … 平均輪径比演算部
16 … 空気圧低下検知部(空気圧低下検知手段)
20 … 車体速演算部(車体速測定手段)
C … 車両
VS,VSFR,VSFL,VSRR,VSRL … 車輪速センサ(振動検出手段)
V,VFR,VFL,VRR,VRL … 車輪速
Vv … 車体速
Δt … 時間差
W … 車輪
WFR,WFL … 前輪
WRR,WRL … 後輪
WB … ホイールベース間距離(基準長さ)
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行しながらタイヤの空気圧の低下を検知することのできるタイヤの空気圧低下検知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、ブレーキロック防止システムに備えられる車輪速センサから得られる車輪の回転速度により、空気圧の低い車輪ほど早く回転することに着目して、各車輪に備えた車輪速センサから得られる車輪の回転速度により、走行しながらタイヤの空気圧の低下を検知するタイヤの空気圧検知装置が知られている。具体的には、4輪車両における4つのタイヤのうちの対角線上にある1対のタイヤの回転角速度の和と、他の1対のタイヤの回転角速度の和との比からタイヤの空気圧低下を検知するもの(例えば特許文献1参照)や、前輪後輪それぞれの回転速度の左右差の差から空気圧低下を検知するものが知られている。
【0003】
【特許文献1】
特開平6−92114号公報(例えば請求項1等参照)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の空気圧検知では、車輪の回転速度を相対的に比較するため、1輪の空気圧低下、或いは、対角の2輪の空気圧低下しか検知することができず、タイヤの4輪の空気圧低下については、検知することができなかった。このため、自然空気抜けでもある、4輪同時の空気圧低下を検知できる機能が付加されることが望まれる。
【0005】
従って、本発明は、4輪同時の空気圧低下にも対応した空気圧検知装置を提供することを主たる目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明(請求項1)は、タイヤの空気圧の変化に依存しない車体速を測定する車体速測定手段と、各車輪ごとに、タイヤの空気圧の変化に依存して空気圧が低いほど大きな車輪速を測定する車輪速測定手段と、前記各車輪ごとに、前記車体速と前記車輪速に基づいてタイヤの空気圧の低下を検知する空気圧低下検知手段とを備えたことを特徴とするタイヤの空気圧低下検知装置である。
この構成において、空気圧の少ないタイヤはタイヤの外径が小さくなることから車輪速が速くなる。この車輪速をタイヤの空気圧の変化に依存しない車体速測定手段が測定した車体速と比較することで、空気圧の低下を検知する。
【0007】
また、本発明(請求項2)は、請求項1において、前記空気圧低下検知手段が、前記車体速と前記車輪速とから輪径比を演算し、この輪径比に基づいてタイヤの空気圧の低下を検知する手段であることを特徴とする。
空気圧検知を輪径比で比較することで、適切に空気圧低下を検知することができる。
【0008】
また、本発明(請求項3)は、請求項1又は請求項2において、前記車体速測定手段が、タイヤを介して入力される路面との振動を検知する前輪側及び後輪側の振動検出手段から検出値をそれぞれ入力し、前記前輪側及び後輪側について前記検出値の変化のパターンをタイヤ固有の影響を除去してそれぞれ特徴抽出し、この特徴抽出した検出値の変化のパターンを前記前輪側と後輪側とでパターンマッチングし、一致したパターンの時間差を求め、このように求めた時間差と予め記憶している基準長さとから車体速を演算する手段であることを特徴とする。
例えば、振動検出手段(車輪速センサ)の検出値は、路面の段差やバンプ(路面の凸凹)等により変動するが、この変動は、車両が前進している場合は、まず前輪のセンサの検出値に現われ、次に後輪のセンサの検出値に現われる。ここで、前輪における検出値の変動と、後輪における検出値の変動が同じ段差やバンプが原因であることが判り、かつ両変動の時間間隔が判れば、車両のホイールベース間距離(基準長さ)から車体速を測定することができる。
即ち、この構成にて得られる車体速は、道路上のある地点(ある任意のバンプ等)を、ある長さの物体(車両)がどの程度の時間をかけて通過したかにより車体速を測定するものであり、タイヤがある時間内に何回回転したかにより車体速を測定するものとは原理的に異なる。このため、タイヤ径の変化に影響されない(本質的に影響されない)車体速を測定することができ、よって、確実なタイヤの空気圧低下検知が行える。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の本実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
参照する図において、図1は本実施形態のタイヤの空気圧低下検知装置(以下「空気圧低下検知装置」という)を搭載する車両のシステム構成図である。
【0010】
≪空気圧低下検知装置の構成≫
本実施形態の空気圧低下検知装置1の構成を、車両Cの構成を含めて説明する。
図1に示すように、本実施形態の空気圧低下検知装置1を搭載する車両Cは、4つの車輪W(WFR,WFL,WRR,WRL)を有する4輪車両である。この車両Cは、各車輪Wに、車輪速センサVS(VSFR,VSFL,VSRR,VSRL)を有する。なお、本明細書において、符号に添えられるFRは前輪右、FLは前輪左、RRは後輪右、RLは後輪左を示す添字である。
【0011】
〔車輪速センサ〕
車輪速センサVS(VSFR,VSFL,VSRR,VSRL)は、例えばホール素子等を用いて車速パルスを生成する一般的なセンサである。この車輪速センサVSが生成し、空気圧低下検知装置1に送信する車速パルス(アナログ電気信号)は、車速が早くなるほど単位時間当たりのパルス数が多くなり、車速が遅くなるほど単位時間当たりのパルス数が少なくなる。一般的には、この車速パルスに基づいて車輪速や車体速を測定するが、既に説明したように、車速パルスから得られる車輪速は、タイヤの空気圧が低いほど輪径(タイヤの径)が小さくなることから早くなる。なお、例えばブレーキロックを防止するシステムを搭載する車両は、通常、各車輪Wに車輪速センサVSを有しているので、これを流用することができる。
【0012】
〔空気圧低下検知装置〕
次に、空気圧低下検知装置1は、図示しないマイコン(マイクロコンピュータ)及び周辺回路から構成され、マイコンが図示しないROMに書き込まれたプログラムを読み出すことにより該プログラムの各モジュール(後記する積算演算部12、平均車輪速演算部13…)を実行して、タイヤの空気圧低下検知を行う機能を有する。また、空気圧低下検知装置1は、タイヤの空気圧低下検知を行うために、各種信号・情報・指令等を入出力する入出力ポート(後記する入出力インタフェイス12)、アナログ信号をデジタル信号に変換してマイコンでデジタル処理するための図示しないAD変換器等を有する。
【0013】
空気圧低下検知装置1について、図2を参照してその要部を詳細に説明する。
図2は、空気圧低下検知装置の要部を示すブロック構成図である。
【0014】
図2に示すように、空気圧低下検知装置1は、主に、安定判別演算部11、積算演算部12、平均車輪速演算部13、輪径比演算部14、平均輪径比演算部15、空気圧低下検知部16、車輪速履歴保存部21、相互相関関数演算部22、絶対車体速演算部23、重み演算部31等を含んで構成される。なお、請求項の「車体速測定手段」は、車輪速センサVS、車体速演算部20等が相当する。また、「車輪速測定手段」は、車輪速センサVS、平均車輪速演算部13等が相当する。また、請求項の「空気圧低下検知手段」は、主として空気圧低下判定部16が相当する。
【0015】
〔安定判別〕
安定判別演算部11は、車両Cの走行状態を判別し、走行状態が安定しているときに検出されたFR車輪速(車輪速VFR),FL車輪速(車輪速VFL),RR車輪速(車輪速VRR),RL車輪速(車輪速VRL)に基づいて後段の各処理を行えるようにする機能を有する。
このため、安定判別演算部11は、前輪WFR,WFL間の車輪速差(車輪速VFR、車輪速VFLの差)からヨーレートを演算し、ヨーレートが大きな条件、つまり安定条件が成立していな状態でのデータを除くようにしている。なお、この安定判別演算部11における処理は、本実施形態では10ミリ秒ごとに行われるものとする。
【0016】
〔平均車輪速の演算〕
積算演算部12は、車輪速VFRを積算する積算演算部12FRと、車輪速VFLを積算する積算演算部12FLと、車輪速VRRを積算する積算演算部12RRと、車輪速VRLを積算する積算演算部12RLとを含んで構成され、それぞれ、入力された車輪速V(VFR,VFL,VRR,VRL)を積算して足し合わせる機能を有する。
なお、積算を繰り返した回数(積算回数=PNTM)は別に記憶され、以後の処理で利用されるものとする。
【0017】
積算演算部12で予め定められたある回数(積算回数=PNTM)積算が行われると、該積算演算部12の後段の平均車輪速演算部13が平均車輪速VFRAV〜VRLAVを演算する。
このため、平均車輪速演算部13は、車輪速VFRの平均車輪速VFRAVを演算する機能を有する平均車輪速演算部13FRと、車輪速VFLの平均車輪速VFLAVを演算する機能を有する平均車輪速演算部13FLと、車輪速VRRの平均車輪速VRRAVを演算する機能を有する平均車輪速演算部13RRと、車輪速VRLの平均車輪速VRLAVを演算する機能を有する平均車輪速演算部13RLとを含んで構成される。
【0018】
この積算演算部12及び平均車輪速演算部13で行われる平均車輪速VFRAV〜VRLAVの演算処理は、次の式1〜4により表される。
VFRAV=ΣVFR/PNTM … (1)
VFLAV=ΣVFL/PNTM … (2)
VRRAV=ΣVRR/PNTM … (3)
VRLAV=ΣVRL/PNTM … (4)
ちなみに、積算回数PNTMを100回とすれば、10ミリ秒ごとに積算を行う本実施形態であれば、平均車輪速演算部13では、1秒間におけるそれぞれの平均車輪速VFRAV〜VRLAV(タイヤの空気圧の変化に依存した車輪速)が演算されることになる。
【0019】
〔車体速の演算〕
車輪速履歴保存部21、相互相関関数演算部22、絶対車体速演算部23は、後で詳しく説明するが、これらは各車輪速VFR〜VRLからタイヤの空気圧の多少(タイヤの直径)に依存しない絶対的な車体速Vvを演算(推定)する機能を有する。ちなみにこの車体速Vvは、前記した積算回数PNTMをカウントしたのと同じ区間、つまり平均車輪速VFRAV〜VRLAVを測定したのと同じ区間での速度である。これは、輪径比RAOの演算を適切に行うためである。
なお、車速履歴部21に記憶される履歴データは、前記したとおり安定判別演算部11によりヨーレートが大きな条件でのデータは除くようにしている。
【0020】
〔輪径比の演算〕
輪径比演算部14は、各平均車輪速VFRAV〜VRLAVと車体速Vvとに基づいて、それぞれの輪径比RAOを演算する。なお、基づいてとは少なくとも基づいて、の趣旨である。
このため、輪径比演算部は、右前輪FRの輪径比FRRAOを演算する機能を有する輪径比演算部14FRと、左前輪FLの輪径比FLRAOを演算する機能を有する輪径比演算部14FLと、右後輪RRの輪径比RRRAOを演算する機能を有する輪径比演算部14RRと、左後輪RLの輪径比RLRAOを演算する機能を有する輪径比演算部14RLとを含んで構成される。
【0021】
なお、輪径比演算部14で行われる演算処理は、次の式5〜8により表される。
FRRAO=(VFRAV−Vv)/Vv×100 …(5)
FLRAO=(VFLAV−Vv)/Vv×100 …(6)
RRRAO=(VRRAV−Vv)/Vv×100 …(7)
RLRAO=(VRLAV−Vv)/Vv×100 …(8)
【0022】
〔重みの演算〕
重み演算部31は、安定判別演算部11で演算したヨーレートを利用し、該ヨーレートに応じて、ヨーレートが大きく発生すれば小さな値となり(最も小さい値としては0)、ヨーレートが小さく発生すれば大きな値となる(ヨーレートが発生しない場合は1となる)重みWTを演算する機能(ヨーレートの大きさに応じて0〜1の間を変化する重みWTを演算する機能)を有する。ここで演算された重みWTは次の平均輪径比FRRAV〜RLRAVの演算に利用される。
【0023】
〔平均輪径比の演算〕
平均輪径比演算部15は、各輪径比FRRAO〜RLRAO及び重みWTに基づいて各車輪WFR〜WRLの各輪径比FRRAO〜RLRAOの移動平均を演算する。
このため、平均輪径比演算部15は、右前輪FRの平均輪径比FRRAVを演算する機能を有する平均輪径比演算部15FRと、左前輪FLの平均輪径比FLRAVを演算する機能を有する平均輪径比演算部15FLと、右後輪RRの平均輪径比RRRAVを演算する機能を有する平均輪径比演算部15RRと、左後輪RLの平均輪径比RLRAVを演算する機能を有する平均輪径比演算部15RLとを有する。
【0024】
平均輪径比演算部15での演算処理は、次の式9〜12により表される。なお、(n)及び(n−1)は、配列変数のインデックス部分である。
FRRAV(n)=FRRAV(n−1)×(m−WT)/m+FRRAO(n)×WT/m …(9)
FLRAV(n)=FLRAV(n−1)×(m−WT)/m+FLRAO(n)×WT/m …(10)
RRRAV(n)=RRRAV(n−1)×(m−WT)/m+RRRAO(n)×WT/m …(11)
RLRAV(n)=RLRAV(n−1)×(m−WT)/m+RLRAO(n)×WT/m …(12)
【0025】
また、mは次の式13で表される。
m=DEPN1(n−1)+WT …(13)
但し、m=DEPN1とし、mは0から始まりPNTM時間(積算回数)ごとにWTだけ増加し、移動平均回数を上限に増加する。
【0026】
空気圧低下検知部16は、各平均輪径比FRRAV(n)〜FLRAV(n)と予め記憶している空気圧低下閾値とを比較し空気圧低下検知を行う機能、空気圧低下を検知した場合にアラームを発生する機能を有する。
【0027】
≪空気圧低下検知装置の動作説明≫
次に、以上説明した構成を有する空気圧低下検知装置1の動作を、図3の空気圧低下検知を行うフローチャートを参照して説明する(適宜図1、図2を参照)。
【0028】
まず、車輪速センサVS(VSFR〜VSRL)から車輪速V(VFR〜VRL)を入力すると、前輪WFR,WFLの車輪速VFR,VFLの回転速度差からヨーレートを演算し、車両Cの走行状態における安定判別を行う(S11、安定判別演算)。また、演算したヨーレートに基づいて重みWTを、重み演算部31にて演算する。
なお、この処理は10ミリ秒ごとに行われる。
【0029】
次に、この安定判別演算の結果に基づいて安定条件が成立しているか否かを判断し(S12)、安定条件が成立していない場合(NO)は、安定時間カウンタをクリアして0にする(S13)。そして、RETURNに移行する。つまり、後段の四輪積算演算(S14)等はスキップする。不安定な状態でのデータを用いてパンク検知(タイヤの空気圧低下検知)を行わないためである。
【0030】
一方、ステップS12において、安定条件が成立している場合(YES)は、積算演算部12にて各車輪速V(VFR〜VRL)を積算する(S14、四輪積算演算)。続いて、車輪速履歴保存部21で各車輪速V(VFR〜VRL)を記憶(保存)する(S15)。
【0031】
ステップS16で、安定時間(つまり積算回数PNTM)が経過したか否かを判定する。安定時間を経過していない場合(NO)は、安定時間カウンタを1つインクリメントし(S17)、RETURNに移行する。これにより積算回数PNTMが1つインクリメントされる。
【0032】
ステップS16で安定時間を経過した場合(YES)は、平均車輪速演算部13において、式1〜4を用いて平均車輪速VFRAV〜VRLAVを演算する(S18、四輪それぞれ平均車輪速演算)。なお、この実施形態では、10ミリ秒ごとに入力した車輪速Vのデータが1000ミリ秒(=1秒)分蓄積されると安定時間が経過したと判断する。つまり、本実施形態での安定時間は1000ミリ秒(=1秒)である。即ち、このフローチャートにおけるステップS16は、ステップS17で1づつインクリメントする安定時間カウンタが100になったか否かを判断するものである。
【0033】
ステップS16で安定時間が経過すると(YES)、つまりステップS14の四輪積算演算、ステップS15の四輪車輪速記憶が1000ミリ秒分(100回分)実行されると、ステップS18で、タイヤの空気圧に依存した平均車輪速VFRAV〜VRLAVを演算する。この平均車輪速VFRAV〜VRLAVの演算は、前記した式1〜4を用いて行われる。
【0034】
また、ステップS15で記憶した1秒分(100回分)の車輪速VFR〜VRLに基づいて、ステップS19において相互相関関数を演算する。そして、ステップS20におてい、タイヤの空気圧の変化に依存しない絶対的な車体速Vv(今回値)を演算する。
【0035】
ステップS21では、平均車輪速VFRAV〜VRLAVと車体速Vvに基づいて輪径比FRRAO〜RLRAOを演算する。あわせて演算した輪径比FRRAO〜RLRAOをメモリに記憶する。この輪径比FRRAO〜RLRAOの演算は、前記した式5〜8を用いて行われる。
【0036】
ステップ22では、輪径比FRRAO(n)〜RLRAO(n)の今回値と前回以前(過去19回分)の値、重みWTの今回値と前回値以前(過去19回分)の値とから、式9〜12を用いて、平均輪径比FRRAV〜RLRAVが演算される。
【0037】
ステップ23では平均輪径比FRRAV〜RLRAVと閾値を1輪ごとに比較し、閾値よりも平均輪径比FRRAV〜RLRAVが大きい場合は(YES)、大きいものについて、タイヤの空気圧が低下していると判断し、警報点灯(S24)を行う。平均輪径比FRRAV〜RLRAVが閾値と同じか小さい場合(NO)は、今回についてはタイヤ空気圧の低下を検知しなかったので、RETURNに移行して処理を継続する。
【0038】
本実施形態の空気圧低下検知装置1によれば、タイヤの空気圧の変化に依存しない車体速測定手段(車輪速センサVSFR〜VSRL、車輪速履歴保存部21、相互相関関数演算部22、絶対車体速演算部23)で測定(演算)した車体速Vvと、タイヤの空気圧が低いほど大きな車輪速Vを測定する車輪速測定手段(車輪速センサVSFR〜VSRL、積算演算部12、平均車輪速演算部13)とで、確実にタイヤの空気圧の低下を検知することができる。
【0039】
殊に、4輪とも空気圧が低下する場合は、従来では検知困難であったが、本実施形態の空気圧低下検知装置1によれば、4輪同時でも、1輪ごとでも空気圧の低下を検知することができる。
【0040】
≪具体的な車体速の測定演算≫
次に、タイヤの空気圧の変化(タイヤの直径の変化)に依存しない車体速Vvの測定を行う車体速演算部20(車輪速履歴保存部21、相互相関関数演算部22、絶対車体速演算部23)を具体的に説明する。図4の、(a)はタイヤと路面とより生じる振動を模式的に示し、(b)は車輪速の検出値の変動曲線(タイヤのユニフォーミティの崩れを含む)を示し、(c)は車輪速の検出値の変動曲線(タイヤのユニフォーミティの崩れの除去後)を示す。
【0041】
本実施形態では、車両Cのタイヤを介して入力される路面との振動を検知する前輪側及び後輪側の振動検出手段(具体的には車輪速センサVS)から検出値(車輪速VFR,VFL,VRR,VRL)をそれぞれ入力し、特徴抽出及びパターンマッチングを行い、前輪側及び後輪側の車輪速Vの変化のパターンをマッチングすることで、タイヤの空気圧の変化に依存しない車体速Vvを測定する。
【0042】
なお、タイヤはゴムやスチールワイヤ等を巻いて製造するため、タイヤ一周の強度や密度に不均一性(ユニフォーミティの崩れ)が存在する。このため、図4(a)に示すように車輪Wが路面上を回転すると、見かけ上車両Cが一定速度で走行していても、車輪速センサVSから得られる車輪速Vの時間変動(検出値の変動曲線)には、図4(b)に示すように、タイヤのアンバランス(ユニフォーミティの崩れ)による周期の大きな変動が生じる。そして、この周期の大きな変動に、路面バンプ等による周期の小さな変動が重畳される。
【0043】
本実施形態では、路面バンプ等による車輪速変動から絶対的な車体速を求めるものであることから、図4(c)に示すように、タイヤのユニフォーミティの崩れによる変動成分を図示しないバンドパスフィルタで除去し(つまりタイヤ固有の影響を除去し)、後の処理を円滑に行えるようにする。なお、車輪速Vが早いほど、タイヤのユニフォーミティの崩れによる車輪速変動の周期(周波数)、路面バンプ等による車輪速変動の周期(周波数)、は全体的に短周期になる(高周波数帯域にシフトする)。このため、バンドパスフィルタは、車輪速Vが早くなるほど高い周波数帯域の車輪速Vの変動を通過するように、車輪速応動に構成してある。
【0044】
車輪速履歴保存部21は、本実施形態では、バンドパスフィルタで処理された車輪速V(VFR,VFL,VRR,VRL)を、10ミリ秒ごとに、100回分(1秒分)記憶する機能を有する。
【0045】
相互相関関数演算部22は、フーリエ変換の一種である相互相関関数を演算し、車輪速履歴保存部21に記憶されている右前輪側の車輪速VFRの変化パターンに対する右後輪側の車輪速VRRの変化パターンのマッチング、左前輪側の車輪速VFLの変化パターンに対する左後輪側の車輪速VRLの変化パターンのマッチングを行い、両者の位相差(時間差Δt)を求める処理を行う機能を有する。
絶対車体速演算部23は、時間差Δtから絶対的な車体速を求める処理を行う機能を有する。
【0046】
この相互相関関数演算部22及び絶対車体速演算部23の機能を、図5のフローチャート及び数式を参照して説明する。
【0047】
相互相関関数演算部22は、車輪速履歴保存部21に保存された車輪速Vに対して、相互相関関数演算回数CNTDTを決定する(S31)。このため、車輪速履歴保存部21に保存されているいずれかの車輪速Vから、ホイールベース間距離WBの概略通過時間TBFNを演算し、相互相関関数演算の実行に必要なデータ数BFNを、次の式14、15に基づいて決定する。
TBFN=WB×3.6/V …(14)
BFN=TBFN/LP …(15)
なお、LPは、データのサンプリング間隔であり、この実施形態では10ミリ秒である。
【0048】
データ数BFNが決まったら相互相関関数演算回数CNTDTを、次の式16により決定する(S31)。
CNTDT=PNTM/BFN …(16)
なお、PNTMは、積算演算部12で積算を繰り返した回数(積算回数=安定時間カウンタのカウント数)である。
【0049】
ステップS32では、各車輪Wの車輪速Vの平均値VWFRSV〜VWRLSVを演算する。ここで、式17,18は、車輪速履歴保存部21に記憶されている前輪側の車輪速V(VFR,VFL)を相互相関関数演算回数CNTDTに相当する個数を読み出してその平均を求める式に相当する。式19,20は、車輪速履歴保存部21に記憶されている後輪側の車輪速V(VRR,VRL)を相互相関関数演算回数CNTDTの2倍に相当する個数(2・CNTDT)を読み出し、その平均を求める。なお、後輪側の車輪速V(VRR,VRL)を多く読み出すのは、最初に前輪W(WFR,WFL)において路面との間で生じた事象が、その後、後輪W(WRR,WRL)でいつ起こったかを見過ごすことなく検出するためである。
VWFRSV=ΣVFR/CNTDT …(17)
VWFLSV=ΣVFL/CNTDT …(18)
VWRRSV=ΣVRR/(2・CNTDT) …(19)
VWRLSV=ΣVRL/(2・CNTDT) …(20)
【0050】
なお、式17、18におけるΣは、1〜CNTDT(1刻み)まで各車輪速VFR,VFLを加算する関数である。また、式19,20におけるΣは、1〜2・CNTDT(1刻み)まで各車輪速VRR,VRLを加算する関数である。つまり、式17,18については、車輪速履歴保存部21から車輪速V(VFR,VFL)のデータを1〜CNTDTの個数分だけ読み出し、式19,20については車輪速履歴保存部21から車輪速V(VRR,VRL)のデータを1〜2・CNTDTの個数分だけ読み出し、それぞれ平均値VWFRSV〜VWRLSVを求める処理を行う。
【0051】
次に、ステップS33では、求めた平均値VWFRSV〜VWRLSVを利用して正規化を行う。各車輪WFR〜WRLの各車輪速VFR〜VRLの正規化は、次の式21〜24により行われる。
VWFRN(n)=VFR(n)−VWFRSV … (21)
VWFLN(n)=VFL(n)−VWFLSV … (22)
VWRRN(nn)=VRR(nn)−VWRRSV … (23)
VWRLN(nn)=VRL(nn)−VWRLSV … (24)
なお、nは1〜CNTDTまでの正の整数(1刻み)である。また、nnは1〜2・CNTDTまでの正の整数(1刻み)である。
【0052】
ステップS33にて正規化が終わると、ステップS34では相互相関関数の演算を行う。右前輪WFRと右後輪WRRとの相互相関関数の演算は次の式25により行われ、左前輪WFLと左後輪WRLとの相互相関関数の演算は次の式26により行われる。
STRR(n)=ΣΣVWFRN(n)・VWRRN(n+nnn) …(25)
STRL(n)=ΣΣVWFLN(n)・VWRLN(n+nnn) …(26)
【0053】
ここで、nは1〜CNTDTの正の整数(1刻み)、nnnは0〜CNTDTの正の整数(1刻み)である。つまり、この式25,26におけるΣΣは、畳み込み積分を繰り返して行う関数を示している。なお、この式25,26は、コンピュータプログラムにおけるFOR−NEXTループ、DO−CONTINUEループ等のループ関数を、ループカウンタをn及びnnnとして2重ループにし、配列変数STRR(n),STRL(n)に相互相関関数の演算結果を格納することに相当する。ちなみに、配列変数STRR(n),STRL(n)の演算結果が大きくなるのは、正規化した車輪速の曲線(図7(a),(b)参照)における山と山、谷と谷が掛け合わされるような演算が行われる場合である。つまり、図7(a)と図7(b)のパターンが一致し、かつ位相が一致するような演算が行われる場合である(そのような演算結果となるnの値を後で求めて時間差Δtとする)。なお、配列変数STRR(n),STRL(n)が小さくなるのは、山と谷、谷と山が掛け合わされるような演算である(マイナスの値になる)。
【0054】
ステップS34にて相互相関関数の演算が終わると、ステップS35では次の式27,28の関数を実行して、最大値が選択(抽出)される。
STRR(max)=max|STRR(1),STRR(2),… ,STRR(CNTDT)| … (27)
STRL(max)=max|STRL(1),STRL(2),… ,STRL(CNTDT)| … (28)
【0055】
この式で車両Cの左右の最大値を示すSTRR(max),STRL(max)のそれぞれのmaxの値(max値)が求まり、このmax値から、次の式29、30により位相遅れ時間が演算される(S36)。つまり、STRR(n)が最大値となるnの値(=max値)、及びSTRL(n)が最大値となるnの値(max値)が求まる。それぞれnの値が求まれば、この値から式29により時間差Δtが演算される(S36、位相遅れ時間の演算)。
Δt[秒]=10[ミリ秒]/1000[ミリ秒/秒]×(n−1) … (式29)
【0056】
なお、時間差Δtは、請求項の「一致したパターンの時間差」に相当する。また、式29の10という値は、本実施形態でのデータのサンプリング間隔である。また、nから1を引くのは、区間数を求めるためである。
【0057】
また、時間差Δtが求まれば、次の式30により車体速Vvが求まる(S37)。
Vv[km/hr]=WB[m]/Δt[秒]×3600[秒/hr]/1000[m/km] … (30)
【0058】
この車体速Vvを車両Cの右側と左側で求めて平均すれば、平均車体速AVvが求まる(S38、平均車体速の演算)。
なお、平均車体速AVvは、車体速Vvとして取り扱う。
【0059】
ちなみに、図6は車体速測定の様子を模式的に示す図であり、(a)は車両がa地点及びb地点を含む道路をb地点側へと走行する様子を模式的に示し、(b)はその際における車輪速の変化を時系列で示し、(c)は(b)の車輪速をデジタルフィルタで処理した後の検出値の変化を時系列で示す。
【0060】
この図6において、(a)の様に車両Cが走行すると、(b)の上図(前輪側)、下図(後輪側)のように、タイヤのユニフォーミティの崩れによる車輪速VFR,VRRの変動にバンプ等による車輪速VFR,VRRの変動が重畳されるが、バンドパスフィルタで処理すると、(c)の上図(前輪側)、下図(後輪側)のように、ユニフォーミティの崩れの成分が除去される。このため、路面上のバンプ等を検出し易くなる。ちなみに、この図6の(b)、(c)は、a地点やb地点で前輪WFRに発生した事象は、時間をおいて後輪WRRに発生することを示している。
【0061】
また、図7は、(a)が正規化した前輪側の車輪速を模式的に示し、(b)が正規化した後輪側の車輪速を模式的に示している。この図では(a)のパターンと(b)のパターンとがある量ずれて一致しているが、このパターンのずれの量が位相差(時間差Δt)になる。この図7において、横軸一つの目盛りが10ミリ秒に相当するので、時間差は140ミリ秒である。時間差Δtは140ミリ秒(=(15−1)・10ミリ秒=0.14秒)になる。ここで、ホイールベース間距離WBが2.83mとすると車体速Vvは、式30により次のように求められる。
【0062】
ちなみに、本実施形態において、図示しないバンドパスルフィルタでの処理〜図5のフローチャートのステップS33の処理が、請求項の「タイヤ固有の影響を除去」、及び「特徴抽出」に相当する。また、ステップS34〜S36が請求項の「パターンマッチング」に相当する。
【0063】
このようにして、本実施形態では車輪速Vの変動(タイヤを介して入力される路面との振動)に基づいて平均車体速を演算(測定)する。このような測定によれば、タイヤの空気圧(タイヤの径)が変化しても、車体速をより正しく測定することができる。また、車体速を測定するために路上に特別な設備を設けたり、衛星を利用したりする必要がないので、トンネル等を含むどのような場所を走行していても絶対的な車体速を測定することが可能になる。これにより、どのような場所でも空気圧低下を検知することが可能になる。
【0064】
なお、以上説明した本発明は、前記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。
例えば、後輪側の変動パターンと同じパターンが、前輪側でいつ出現したかをパターンマッチングにより検出して車体速を測定することとしてもよい。また、平均車速を演算しない構成としてもよい。
【0065】
データのサンプリング間隔(データの処理間隔)は10ミリ秒としたが、これは一例であり、必ずしも前記した実施形態の値に限定されることはない。
また、タイヤのユニフォーミティの崩れによる変動を、バンドパスフィルタを用いて除去するとして説明したが、ローパスフィルタやハイパスフィルタ等を用いるようにしてもよい。各処理を、ハードウェア的に行うようにしてもよい。また、車体速の測定(演算)を車両の右側(右側前輪・後輪)、或いは左側(左側前輪・後輪)だけで行うようにしてもよい。
【0066】
また、振動検出手段として、車輪速センサを例に説明したが、路面と車両との間で発生する振動を検出することのできるものであれば、変位計、重量計、Gセンサ等、様々なセンサを、例えば、前輪側、後輪側のサスペンションに設置するようにし、この検出値により車体速を測定(演算)するようにしてもよい。また、衛星との通信により車体速を測定するようにしてもよい。また、路上設備との通信により車体速を測定するようにしてもよい。
【0067】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、例えば、4輪が同時に空気圧が低下するような空気圧低下を検知することができる。また、請求項2に記載の発明によれば、輪径比に基づいて、適切に空気圧低下を検知することができる。また、請求項3に記載の発明によれば、例えば路上の施設や衛星等を利用することなく空気圧の低下を検知することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる実施形態の空気圧低下検知装置を搭載する車両のシステム構成図である。
【図2】空気圧低下検知装置の要部のブロック構成図である。
【図3】空気圧低下検知を行うフローチャートである。
【図4】(a)はタイヤと路面とより生じる振動を模式的に示し、(b)は車輪速の検出値の変動曲線(タイヤのユニフォーミティの崩れを含む)を示し、(c)は車輪速の検出値の変動曲線(タイヤのユニフォーミティの崩れの除去後)を示す。
【図5】車体速の演算を行うフローチャートである。
【図6】車体速測定の様子を模式的に示す図であり、(a)は車両がa地点及びb地点を含む道路をb地点側へと走行する様子を模式的に示し、(b)はその際における車輪速の検出値の変化を時系列で示し、(c)は(b)の検出値をデジタルフィルタで処理した後の検出値の変化を時系列で示す。
【図7】前輪側と後輪側のパターンの一致を模式的に示す図であり、(a)が正規化した前輪側の車輪速を模式的に示し、(b)が正規化した後輪側の車輪速を模式的に示している。
【符号の説明】
1 … 空気圧低下検知装置
13 … 平均車輪速演算部(車体速測定手段)
14 … 輪径比演算部
15 … 平均輪径比演算部
16 … 空気圧低下検知部(空気圧低下検知手段)
20 … 車体速演算部(車体速測定手段)
C … 車両
VS,VSFR,VSFL,VSRR,VSRL … 車輪速センサ(振動検出手段)
V,VFR,VFL,VRR,VRL … 車輪速
Vv … 車体速
Δt … 時間差
W … 車輪
WFR,WFL … 前輪
WRR,WRL … 後輪
WB … ホイールベース間距離(基準長さ)
Claims (3)
- タイヤの空気圧の変化に依存しない車体速を測定する車体速測定手段と、
各車輪ごとに、タイヤの空気圧の変化に依存して空気圧が低いほど大きな車輪速を測定する車輪速測定手段と、
前記各車輪ごとに、前記車体速と前記車輪速に基づいてタイヤの空気圧の低下を検知する空気圧低下検知手段と、
を備えたことを特徴とするタイヤの空気圧低下検知装置。 - 前記空気圧低下検知手段が、前記車体速と前記車輪速とから輪径比を演算し、この輪径比に基づいてタイヤの空気圧の低下を検知する手段であること、
を特徴とする請求項1に記載のタイヤの空気圧低下検知装置。 - 前記車体速測定手段が、
タイヤを介して入力される路面との振動を検知する前輪側及び後輪側の振動検出手段から検出値をそれぞれ入力し、前記前輪側及び後輪側について前記検出値の変化のパターンをタイヤ固有の影響を除去してそれぞれ特徴抽出し、この特徴抽出した検出値の変化のパターンを前記前輪側と後輪側とでパターンマッチングし、一致したパターンの時間差を求め、このように求めた時間差と予め記憶している基準長さとから車体速を演算する手段であること、
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のタイヤの空気圧低下検知装置。
Priority Applications (1)
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JP2002314977A JP2004148938A (ja) | 2002-10-29 | 2002-10-29 | タイヤの空気圧低下検知装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014532578A (ja) * | 2011-10-31 | 2014-12-08 | ジョンソン コントロールズ オートモーティブ エレクトロニクス エスエイエス | 自動車の複数の車輪のタイヤの空気圧の監視装置及び空気圧の監視方法 |
JP2015523273A (ja) * | 2012-07-13 | 2015-08-13 | プレッシャーライト(ピーティーワイ)リミテッド | 車両用タイヤの中の圧力を制御する装置 |
-
2002
- 2002-10-29 JP JP2002314977A patent/JP2004148938A/ja not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015523273A (ja) * | 2012-07-13 | 2015-08-13 | プレッシャーライト(ピーティーワイ)リミテッド | 車両用タイヤの中の圧力を制御する装置 |
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