JP2004538210A5 - - Google Patents

Description

車両タイヤにかかる荷重を決定する方法

本発明は、自動車のタイヤにかかる荷重を決定するための方法に関する。

自動車においてタイヤ圧力またはタイヤ圧力の低下を示す値を、圧力センサに基づく圧力測定システム（ＴＰＭＳ＝タイヤ圧力測定システム）あるいは圧力センサを使用しないで、車輪回転速度に基づくシステム（ＤＤＳ＝デフレーション検出システム）によって決定することが既に知られている。

上記のＴＰＭＳシステムの場合、測定される圧力は温度と共に、タイヤ内に配置されたセンサによって検出され、そして車両内に据えつけられた受信器に無線で伝送される。制御装置内で圧力情報が評価され、個々のタイヤ内の圧力が決定される。

ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＥＳＰ、ＤＤＳ等のような、通常使用される安全システムや自動車コントロールシステムのために、個々の車輪の回転状態を比較的に正確に知る必要がある。従って、今日では、車両はパッシブ式またはアクティブ式車輪回転速度センサを備えている。この車輪回転速度センサは種々の安全システムやコントロールシステムのために必要な入力信号を供給する。例えばＤＤＳ（デフレーション検出システム）によって、車輪回転速度から直接導き出すことができないタイヤ圧力が、個々の車輪の動的な転動円周を介して間接的に検出される。動的な転動円周の荷重依存性は、ＤＤＳによる圧力低下検出の場合、むしろ外乱と見なされる。

特に実際のタイヤ圧力と車輪荷重または車輪荷重分布によって決定される、車両運転中、すなわち走行中のタイヤにかかる荷重の測定方法は従来知られていない。タイヤ圧力低下の監視は不充分である。なぜなら、タイヤにかかる荷重が、タイヤの安全性や耐久性にとって、タイヤ圧力よりも重要であるからであり、かつ車輪荷重または車輪荷重分布に応じて、快適な走行状態およびタイヤの理想的な負荷のために異なるタイヤ圧力が必要であるからである。

そこで、本発明の根底をなす課題は、異なる条件、特に異なる車輪荷重または車輪荷重分布の場合に、タイヤにかかる荷重を検出することができる方法を提供することである。

このような方法によって、タイヤにかかる過大な荷重を防止することができ、タイヤの耐久性を保証することができ、車両と運転者の全体的な安全性を高めることができる。

この課題は請求項１記載の方法によって解決されることが判った。この方法の特徴は、
自動車の運転中、個々のタイヤの圧力が決定され、
個々の車輪の回転状態が監視されることと、
予備調節および／または学習された値を考慮して所定の走行状態で個々の車輪の回転状態および／または回転状態の変化を比較することにより、車両における同じ側の前輪の車輪回転数を後輪の車輪回転数で割った商又は前輪の車輪回転速度を後輪の車輪回転速度で割った商である荷重分布特性パラメータが決定され、
タイヤ圧力と、荷重分布特性パラメータと、手動で入力されるか、若しくは所定の条件が満たされるや否や自動的に検出される、前記荷重分布特性パラメータの所定の積載状態に対する目標値又は正常値とから、タイヤにかかる荷重を推定することにある。

本発明は、タイヤの安全性と寿命に大きな影響を与える値、すなわちタイヤにかかる荷重が、圧力測定とタイヤ回転状態の監視によって決定可能であるという認識に基づいている。動的な転動円周がタイヤ圧力や車輪荷重に依存することは例えば、車輪回転速度に基づく圧力監視システム（ＤＤＳ）の開発によって知られている。異なる車輪の車輪回転速度を比較し、偏差を評価することによって、例えばＴＰＭＳによって測定されてタイヤ圧力が知られている場合、タイヤにかかる荷重を示す特性パラメータを決定することができる。

本発明の実施形では、タイヤ圧力を決定するために、圧力センサ装置に基づく（ＴＰＭＳ＝タイヤ圧力測定システムのような）圧力測定システムが使用され、車輪の回転状態を監視するために車輪回転速度センサが使用され、荷重分布特性パラメータを決定するために、車輪回転速度情報の評価に基づくシステムが使用され、このシステムの機能モードが個々のタイヤの動的な転動円周の比を検出するためのシステム（ＤＤＳ）に一致している。すなわち、負荷を検出するために、公知のシステムを使用する。

本発明の他の有利な実施形では、荷重分布特性パラメータを求めるために、前輪の回転速度が同じ車輪の側の後輪の回転速度またはほぼ同じ車速（例えば車両基準速度）と比較され、そして荷重分布特性パラメータの値および／または変化が所定の走行状況で、タイヤのにかかる荷重を計算するために用いられる。

その際、荷重分布特性パラメータを決定するためにその都度、同じ車両側の車輪の前輪速度と後輪速度（又はこれらに対応する回転数）の商が求められ、ほぼ同じ車速の際あるいは車速を考慮して、荷重分布特性パラメータの値および／または変化が評価されると特に合目的であることが判った。検出の“信頼性”および精度を高めるために互いに結合可能な商Ｖ_VL／Ｖ_HLまたはＶ_VR／Ｖ_HRは、荷重分布を決定するために適した値である。例えばダイアゴナルのような他の結合あるいは特に速度合計の商のような他の機能的な関係も同様に用いることができる。これは車両や監視システムのその都度の設計に依存する。

更に、例えば助手席に乗車することによる、走行方向に対して垂直な相対荷重分布変化を検出するために、その都度一方の車軸の車輪の速度が比較および評価される。

測定精度や評価精度を高めるために、車輪回転速度または車輪速度の代わりに、車輪の転動時間を計算の基礎とすることができるかまたは優先することができる。

所定の負荷、例えば部分荷重または全荷重のために適した荷重分布特性パラメータの目標値または通常の値は手動で入力することが可能であるかあるいは所定の設定条件を満足するや否や、目標値または通常の値が自動的に認識されるように、システムを設計することができる。

例えば車輪が（少なくともほぼ）自由に転動する場合や一定の直線走行の場合等の所定の走行状況において、あるいは計算に駆動トルクを用いて、統計的に分析することよってあるいは部分荷重運転を示す基準を評価することによって、部分荷重運転のために適用される荷重分布特性パラメータの値が決定されると合目的であることが判った。自由転動する走行状況で得られる特性パラメータが一般的により正確であり、従って有利に評価可能であるが、実際にはデータ数が制限されるという理由から、車輪が自由に回転しない走行状況のデータを一緒に含めることが合目的である。この場合、得られたデータは、特性パラメータに対するその都度の走行パラメータの影響を除かなければならない。

走行状況を決定するために必要な情報は、それ自体公知のＡＢＳシステム、ＥＳＰシステムから有利に得られる。

普通の状態、すなわち所定の状態または目標状態が存在する時点は本発明に従い、例えば設定された空気圧と荷重状態を調節した後、スタート信号の手動または自動リリースによって定めることができる。タイヤ交換の後であるいは最初の組み立て時に、多くの場合、リセット過程またはスタート信号をリリースすることを回避できない。

本発明による方法の他の実施形では、設定された走行状態の間、荷重分布特性パラメータの値と、関連するタイヤ圧力値を学習し、記憶する。この学習した特性パラメータは特に、例えば速度のような走行パラメータに依存して決定することができる。この場合、走行パラメータについて連続するインターバルが求められ、各々のインターバルについて学習値が決定されると、特に合目的である。

学習プロセスは車輪回転速度情報の評価に基づくシステムのためにも有利に適用される。特に、一つの学習相において、特に車輪の転動円周を示す値を決定および記憶することによって目標状態または普通状態の学習が行われる。車輪の連動円周を示す値は、異なる対の車輪の比の値であってもよい。用途に応じて、比の大きさは勿論、個々の車輪の異なる計算または異なる比較によって決定可能である。

本発明の他の有利な実施形に従って、車輪回転情報の評価に基づくシステムは、学習相の後で、車輪の転動円周を示す実際の特性値を、車輪の転動円周を示す学習した値と比較することによって、車輪の転動円周を示す値の変化を決定する。この場合、学習した値と実際の値の差は、車輪荷重の程度を示す。

車輪回転速度情報の評価に基づくシステムは、圧力測定システム（ＴＰＭＳ）に依存しないでタイヤ圧力低下を検出することができる完備したＤＤＳ、すなわちシステムに低コストで拡張可能である。

このシステムの場合、圧力センサ装置（ＴＰＭＳ）で測定したタイヤ圧力低下を、ＤＤＳシステムに基づいて決定したタイヤ圧力低下と比較し、評価することができる。車輪回転情報に基づいて決定されたタイヤ圧力低下が、圧力センサ装置に基づいて検出されたタイヤ圧力低下よりも、所定の値だけ大きいときに、車輪荷重を高めることによって開始される圧縮を推測することができる。

本発明の他の特徴、効果および用途は、添付の図に基づく次の説明から明らかである。

図１は、本発明による方法の機能を具体的に説明するために役立つ。方法は、個々のタイヤ圧力ｐ_i（添え字ｉ＝１・・・４はそれぞれの車輪を示す）と、本発明による方法を実施するためのシステムの入力値としての回転状態または車輪回転速度ＶＬ，ＶＲ，ＨＬ，ＨＲの評価に基づいている。これはブロック１によって示してある。

ブロック２では、ここで説明する実施の形態において、タイヤの実際の状態（圧力）と、車輪の実際の状態（回転状態）と、車両の実際の状態（加速度、走行状況等）と、これらの値の変化が決定および監視される。

ステップ３における実際の走行状態の“問い合わせ”の後で、車輪回転速度パラメータ（この例では、車輪速度“ｖ”の代わりに車輪回転数“ｎ”が互いに比較される）が上記のように計算され、続いて５でチェックされる。

目標値の学習が続けられる（７によって示してある）かあるいはタイヤにかかる過大な荷重が検出されたとき（分岐部５の代替的な“イエス”）、演算子６での現在の値と目標値の比較および設定された閾値の上回った（分岐部８）後で、アラーム機能が開始されるかあるいはアラームランプのスイッチが入れられる。

本発明による方法の経過における個々の作業および決定は、図１において、前述のステップ１〜８に述べてある。

図２は、積載荷重（後側の積載荷重Ｌ）に対する特性値ＸＬ，ＸＲの変化または依存関係を示している。この場合、積載荷重によって後車軸の荷重が高められる車両に関する。

荷重分布特性値ＸＬ，ＸＲを決定するために、例えば車両の片側の車輪の回転速度または速度が考慮される。その際、
ＸＬ＝Ｖ_VL／Ｖ_HL、 ＸＲ＝Ｖ_VR／Ｖ_HR
が当てはまる。図２の特性曲線ＸＬ，ＸＲ＝ｆ（後側の積載荷重Ｌ）は、一定の車速ｖと、個々のタイヤの一定の圧力について当てはまる。Ｌ_minは積載ができるだけ少ない（運転者だけ、追加荷重なし）荷重状態であり、Ｌ_maxの荷重状態以降はアラームが示される。

図３は、実質的に後側に積載される車両の最小荷重状態についての特性値ＸＬ，ＸＲの学習プロセスを示すために役立つ。荷重分布特性値ＸＬ_t，ＸＲ_t，ＸＶ_t，ＸＨ_tはいろいろな時点で、関連する圧力値と共に検出され、記憶され、そして統計的に評価される。車両の運転中、部分荷重または最小荷重の状態が繰り返して発生すると仮定する。従って、荷重分布特性値は統計的な評価または推論機能によって検出可能である。

図示した例では、車両の各々の点火サイクルについて（エンジンのスタートとエンジンの停止の間の時間）、それぞれの特性値ＸＬ_t，ＸＲ_t，ＸＶ_t，ＸＨ_tが決定される。特性値のほかに、その都度それに関連するタイヤ圧力ｐ_iも記憶される。複数の点火サイクルの間車両が積載されずに（運転者だけで、追加荷重なし）運転されるという簡単な仮定により、目標値Ｘ_Sollは最大機能によってきわめて簡単な方法で値Ｘ_tから決定可能である。

図４は、いろいろな状況と異なるタイヤ圧力における負荷決定と荷重分布特性値を説明するために役立つ。その都度有効な限界条件が図４に示してある。

図４の部分図ａ）には、検出閾値Ｘ_Schw,Sollが示してある。この検出閾値は先ず最初は補正されないでそのままである。というのは、すべての車輪のタイヤ圧力が必要な精度で目標圧力に一致しているからである。検出閾値を上回ると、システムはアラームを発生する。部分図ｂ）には、１個または複数の車輪が低い圧力Δｐ＜０を有する状況が示してある。最低圧力の車輪にはもはや、目標圧力を有する車輪のように大きな負荷をかけることができないので、検出閾値をＸ_Schw,kompまで圧力に依存して低い値の方に補正しなければならない。その際、車両の各々の側で、最も低い圧力に従って適合を行うことが有利である。これによって、大きすぎる荷重のアラーム装置が、小さな荷重のときに作動する。図示したケース２，３では、Ｘを決定するために使用される車輪のタイヤ圧力が互いに異なっているので、Ｘ_SollをＸ_Soll,kompに補正する必要がある。

圧力に依存する、検出閾値の前述の補正は、使用されるタイヤの種類に依存する。充分な精度での補正が車両の種類に依存する定数で有利に実施できることが判った。これは可能である。というのは、所定の種類の車両の場合一般的に、公知の所定の種類のタイヤだけが車両の運転のために許容されるからである。

圧力測定に基づく方法（ＴＰＭＳ）は、一つの圧力情報だけしか運転者に供されないという欠点がある。タイヤがどの位負荷されているかは、圧力だけでなく、知られていない実際の荷重にも依存する。従って、運転者は更に、自己責任で、荷重に関連する正しい空気圧を生じなければならない。たいていの場合同時に実施される、ＴＰＭＳセンサでの温度測定によって、タイヤにかかる過剰な荷重を推測することができる。しかし、リム上のセンサの温度がいろいろな外乱を受ける。従って、この測定は充分な信頼性でもって、（重大な位置での）タイヤの温度負荷を示さない。

ＤＤＳは元々、タイヤ絶対圧力が判らないという欠点がある。しかし、タイヤの変化した圧縮によって生じる転動円周の変化が検出可能であるという利点がある。タイヤのこの圧縮は、タイヤにかかる荷重のための決定的な尺度として見なされる。実際に、圧縮の変化が空気圧の変化によって生じているかあるいは車輪荷重の変化によって生じているは、ＤＤＳによっては区別できない。従って、ＤＤＳを介してタイヤ圧力をチェックする際の主たる外乱値は荷重である。

本発明による方法によって、公知のＴＰＭＳの欠点と、ＤＤＳの不充分な点が克服される。本発明による方法は、圧力センサ装置による測定方法と、車輪回転速度の監視と評価による方法との組合せに基づいている。この車輪回転速度の監視と評価による方法の物理的な基礎は、車輪荷重の変化の際の、個々のタイヤの動的な転動円周と、この転動円周の相対的な変化に基づいている。

空気圧は圧力センサ装置によって正確に検出される。車輪回転状態から、タイヤの負荷能力が圧力変化と荷重変化に基づいて監視される。従って、この組合せはタイヤにかかる荷重を決定することできる。それによって、運転者はタイヤについての責任から充分に解放される。ＴＰＭＳのような圧力センサに基づく圧力測定システムと比べて、本発明による解決策は更に、システムが荷重変化に適応可能であるという利点、すなわち新しい圧力目標値が積載荷重に依存して適用されることを、運転者がＴＰＭＳに通知しなくてもよいという利点がある。

本発明による方法は、車輪回転速度センサのデータに基づいて作動する圧力低下検出方法に関連して得られる機能と認識を類似の方法で利用する。

“普通の状態”、すなわち実際の（ＴＰＭＳによって知られている）荷重状態に正しく調節された空気圧は、運転者がボタンを押すことによってシステムに通知されるかあるいは例えば図３の例に従って運転者の助けを借りずに最大機能によって検出可能である。転動円周は、ＤＤＳに類似して、先ず最初に学習相で決定される。続いて、学習相の後で、実際状態が学習状態と比較される。この比較により、タイヤの増大した圧縮および／または負荷についての情報が得られる。計算によるアプローチは、多くの観点から、ＤＤＳによる圧力低下の検出に類似している。タイヤに過大な荷重がかかる前に運転者にアラームを発することについての決定は、実際の空気圧と圧縮との組合せ評価によって行われる。

本発明は、直接測定を行うタイヤ空気圧チェックシステム（ＴＰＭＳ）と、ＤＤＳのように車輪回転状態とタイヤ転動円周を監視するためのシステムとの組合せに基づいて、タイヤにかかる荷重を決定または監視するための方法を含んでいる。

方法は好ましくは自動車、特に乗用車で実施される。

本発明による方法の実施の形態の基本原理を示すための概略的なフローチャートである。 積載荷重に対する荷重分布特性値の依存性を示すグラフである。 部分荷重状態の検出を説明するためのグラフを、図２と同じように示す図である。 積載荷重が実質的に後車軸を負荷している車両を例にして、負荷検出の原理を示すための複数のグラフである。

Claims (17)

1. 自動車のタイヤにかかる荷重を決定するための方法であって、自動車の運転中、個々のタイヤの圧力（p _i ）が検出される上記方法において、
   個々の車輪の回転状態（n _i ）が監視されることと、
   予備調節および／または学習された値を考慮して所定の走行状態で個々の車輪の回転状態および／または回転状態の変化を比較することにより、車両における同じ側の前輪の車輪回転数を後輪の車輪回転数で割った商又は前輪の車輪回転速度を後輪の車輪回転速度で割った商である荷重分布特性パラメータ（X _j ）が決定され、
   タイヤ圧力（p _i ）と、荷重分布特性パラメータ（X _j ）と、手動で入力されるか、若しくは所定の条件が満たされるや否や自動的に検出される、前記荷重分布特性パラメータの所定の積載状態に対する目標値又は正常値（X _j ，soll）とから、タイヤにかかる荷重を推定することを特徴とする方法。
2. タイヤ圧力（p _i ）を決定するために、圧力センサ装置に基づく圧力測定システム（ＴＰＭＳ）が使用され、車輪の回転状態（n _i ）を監視するために車輪回転速度センサが使用され、荷重分布特性パラメータ（X _j ）を決定するために、車輪回転速度情報の評価に基づくシステムが使用され、このシステムの機能モードが個々のタイヤの動的な転動円周の比を検出するためのシステム（ＤＤＳ）に一致していることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 同じ車速若しくは所定の速度差範囲内で、前輪の回転数（n_VL，n_VR）が後輪の回転数（n_HL，n_HR）と比較され、かつ荷重分布特性パラメータ（X _j ）を求めるために評価されることと、所定の走行状況において荷重分布特性パラメータ（X _j ）の値および／または変化が、タイヤにかかる荷重を計算するために用いられることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
4. 荷重分布特性パラメータ（X _j ）を決定するためにその都度、同じ車両側の車輪の前輪速度と後輪速度から商（Ｖ_VL／Ｖ_HL；Ｖ_VR／Ｖ_HR）が求められることと、荷重分布特性パラメータの値および／または変化が、同じ車速（vFZ）若しくは所定の速度差範囲内にある場合において評価されるか、あるいは少なくとも１つの走行パラメータを考慮して評価されることを特徴とする、請求項３記載の方法。
5. 走行方向に対して垂直な相対荷重分布変化を検出するために、その都度一方の車軸の車輪の速度（Ｖ_VL／Ｖ_VR；Ｖ_HL／Ｖ_HR）が比較および評価されることを特徴とする、請求項４記載の方法。
6. 走行パラメータとして、車速、タイヤ圧力および車輪トルクのうち少なくともいずれかが用いられることを特徴とする、請求項４記載の方法。
7. 少なくとも自由に転動する車輪の場合のような所定の走行状況であるいは駆動トルクを考慮して、統計的に分析することよっておよび／または部分荷重運転を示す基準を評価することによって、部分荷重運転のために適用される荷重分布特性パラメータの値が決定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
8. 普通の状態、すなわち所定の状態または目標状態が存在する時点が、設定された空気圧と荷重状態を調節した後、スタート信号の手動または自動リリースによって定められることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
9. 設定された所定の走行状態の間、荷重分布特性パラメータの値と、関連するタイヤ圧力値を学習し、記憶することを特徴とする、請求項４〜８のいずれか一つに記載の方法。
10. 車輪回転速度情報の評価に基づくシステムが、学習相において、車輪の転動円周を示す値の決定および記憶によって、目標状態または普通状態を学習することを特徴とする、請求項２記載の方法。
11. 車輪の連動円周を示す値が、異なる対の車輪の比の値であることを特徴とする、請求項１０記載の方法。
12. 車輪回転速度情報の評価に基づくシステムが、学習相の後で、車輪の転動円周を示す実際の特性値を、車輪の転動円周を示す学習した値と比較することによって、車輪の転動円周を示す値の変化を決定することを特徴とする、請求項１０または１１記載の方法。
13. 学習した値と実際の値の差が、車輪荷重の程度を示すことを特徴とする、請求項１２記載の方法。
14. 車輪回転速度情報の評価に基づくシステムが、圧力測定システム（ＴＰＭＳ）に依存しないでタイヤ圧力低下を検出する完備したＤＤＳシステムであることを特徴とする、請求項２記載の方法。
15. 圧力センサ装置（ＴＰＭＳ）で測定したタイヤ圧力低下を、ＤＤＳシステムに基づいて決定したタイヤ圧力低下と比較し、評価することを特徴とする、請求項１４記載の方法。
16. 車輪回転速度情報に基づいて決定されたタイヤ圧力低下が、圧力センサ（ＴＰＭＳ）に基づいて検出されたタイヤ圧力低下よりも、所定の値だけ大きいときに、車輪荷重を高めることによって開始される圧縮が検出されることを特徴とする、請求項１４または１５記載の方法。
17. 前記タイヤにかかる荷重を決定するために、更に該タイヤの圧力を監視し、この圧力及び荷重分布特性パラメータから前記タイヤの圧力低下を推定することを特徴とする請求項１又は３記載の方法。