JP2005186830A - Tire abnormality detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走行中のタイヤの局所的な異常を検知するタイヤ異常検知装置に関し、特に、信頼性の高い検知性能を有するものに関する。 The present invention relates to a tire abnormality detection device that detects a local abnormality of a running tire, and particularly relates to a tire having a highly reliable detection performance.
走行中のタイヤの局所的な異常、例えばセパレーション等の故障の前兆を検知するための装置として、車輪に取付けられてその中心軸周りに回転し、その回転によって所定位置における物理量を周期的に変化させる回転体と、この車輪を軸支する車軸に取付けられ、前記物理量を連続的に検知してこの物理量に応じた信号を出力するセンサと、このセンサの出力信号から、回転体の回転による周期的な成分に重畳された、タイヤの局所的異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段とを具えたタイヤ異常検出装置が知られており(例えば特許文献1参照。)、回転体およびセンサの例として、ABS信号発生器を構成する、ギヤパルサと、ギヤパルサの回転に伴う磁界の変化を検出するホイールセンサとを組み合わせたものがあげられる。 As a device for detecting local abnormalities of running tires, for example, signs of failure such as separation, it is attached to a wheel and rotates around its central axis, and the physical quantity at a predetermined position is periodically changed by the rotation. A rotating body that is attached to an axle that pivotally supports the wheel, a sensor that continuously detects the physical quantity and outputs a signal corresponding to the physical quantity, and a period of rotation of the rotating body from the output signal of the sensor There is known a tire abnormality detection device including signal processing means for extracting a vibration component caused by a local abnormality of a tire superimposed on a typical component (see, for example, Patent Document 1), and a rotating body and a sensor. As an example, there is a combination of a gear pulser that constitutes an ABS signal generator and a wheel sensor that detects a change in magnetic field accompanying rotation of the gear pulser.
この信号処理手段は、回転体の回転による周期的な物理量の変化に重畳された、タイヤの局所的異常に起因する回転体の振動による物理量の変化を抽出するよう構成されており、タイヤの局所的異常によって回転体の回転に振動的な変化が現れることを利用するものである。しかしながら、実際には、この変化はわずかであり、特に、この変化を、同じ車両の隣接する車輪との比較で抽出する場合や、自己の車輪のタイヤ異常のない状態との比較で抽出する場合などは、その検知が非常に微妙で、異常検知の信頼性が低く実用的ではないという問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、タイヤの局所的異常を、高い信頼性をもって検出することのできるタイヤ異状検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a tire abnormality detection device that can detect a local abnormality of a tire with high reliability.
<1>は、車両用電動パワーステアリング装置の出力制御に用いられ、操舵輪からの操舵負荷トルクに対抗して作用するステアリングホイールからの操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセンサの出力信号から、前記操舵負荷トルクに含まれる、操舵輪に装着されたタイヤの局所的異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段とを具えてなるタイヤ異常検出装置である。 <1> is used for output control of the electric power steering device for a vehicle, and a torque sensor for detecting a steering torque from a steering wheel acting against a steering load torque from a steering wheel, and an output signal of the torque sensor And a signal processing means for extracting a vibration component included in the steering load torque due to a local abnormality of the tire mounted on the steering wheel.
<2>は、<1>において、前記信号処理手段を、前記センサの出力信号から、適応デジタルフィルタを用いて、車輪の回転に相関のある回転相関信号だけを取り出す手段と、この回転相関信号からタイヤの局所的異常を判定する異常判定手段とを含んで構成してなるタイヤ異常検出装置である。 <2> is the means for extracting the rotation correlation signal correlated with the rotation of the wheel from the output signal of the sensor using the adaptive digital filter from the sensor output signal in <1>; Is a tire abnormality detecting device comprising an abnormality determining means for determining a local abnormality of the tire.
<1>の発明によれば、前記トルクセンサの出力信号から、タイヤの局所的異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段を具えるので、タイヤの局所的異常となる部分が路面に接地したとき、この異常は操舵負荷トルクを大きく変動させ、信号処理手段を、トルクセンサにより検出されたトルクからこのトルク変動だけを抽出するように構成することにより、タイヤの局所的異常を高い信頼性をもって検出することができる。 According to the invention of <1>, since the signal processing means for extracting the vibration component caused by the local abnormality of the tire is provided from the output signal of the torque sensor, the portion that causes the local abnormality of the tire is grounded to the road surface. This abnormality causes the steering load torque to fluctuate greatly, and the signal processing means is configured to extract only this torque fluctuation from the torque detected by the torque sensor, so that the local abnormality of the tire is highly reliable. Can be detected.
<2>の発明によれば、前記信号処理手段を、適応デジタルフィルタを用いて、前記センサの出力信号から車輪の回転に相関のある回転相関信号だけを取り出し、この回転相関信号に基づいてタイヤの局所異常を判定するよう構成したので、路面の状態や、運転状態に起因する不規則な振動を除外することができ、タイヤ異常の検出における信頼性を向上させることができる。 According to the invention of <2>, the signal processing means uses an adaptive digital filter to extract only the rotation correlation signal correlated with the wheel rotation from the output signal of the sensor, and based on this rotation correlation signal, the tire Therefore, irregular vibrations caused by road surface conditions and driving conditions can be excluded, and the reliability in detecting tire abnormality can be improved.
本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。図1は、この実施形態のタイヤ異状検出装置の構成を示す概念図である。タイヤ異状検出装置10は、トルクセンサ1と、トルクセンサ1の出力信号から、タイヤの局所的異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段2と、信号処理手段2からの出力に基づいて、タイヤの異常を表示したり警報を発したりする表示警報装置3とを具える。トルクセンサ1は、操舵輪FR、FLからの操舵負荷トルクTr1に対向して作用するステアリングホイール12からの操舵トルクTr2の大きさに応じて生じるトーションバー9の捻れの向きと大きさとを検知するよう構成される。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of the tire abnormality detection device of this embodiment. The tire
そして、このトルクセンサ1は、車両用電動パワーステアリング装置20の出力制御に用いられるものであり、パワーステアリング装置20は、ドライバによって操作されるステアリングホイール12と、このステアリングホイール12に連結されたステアリング軸8と、ステアリング軸8の先端部に設けられたピニオンギア34と、ラックギア部35aによりピニオンギア34に噛合して車両の左右方向に延在するラック軸35とを有する。ラック軸35の両端にはタイロッド36がそれぞれ連結され、タイロッド36は、それぞれ、キングピン38周りに回動自在に設けられて左右の操舵輪FL、FRを支持するナックルアーム37に連結される。
The
この構成により、パワーステアリング装置20において、ステアリングホイール12が操作されてステアリング軸8が回転されると、この回転がピニオンギア34およびラック軸35によって車両の左右方向に沿う直線運動に変換され、さらに、この直線運動はナックルアーム37のキングピン38まわりの回動に変換され、これによって、前左右輪FL、FRの転舵がなされる。
With this configuration, when the
ステアリング軸8は、ステアリングホイール12からの操舵トルクを伝達する入力軸8aと、ピニオン34の側、すなわち、操舵輪FR、FLからの操舵負荷トルクを伝達する出力軸8bとに分割されており、これらはトーションバー9によって連結される。出力軸8bには、電磁クラッチ31および減速機13を介して電動モータ7からの操舵補助力が与えられるよう構成される。
The
操舵補助力の大きさは、モータ7への印加電圧を制御することによって調整され、モータ7は、ステアリング制御手段5によって制御される。ステアリング制御手段5は、ステアリングホイール12の舵角を検出する舵角センサ6の出力信号と、トルクセンサ1の出力信号とに基づいて、モータ7への印加電圧を定め、これによって、舵角および操舵トルクに応じた操舵補助力が操舵輪FR、FLに与えられる。
The magnitude of the steering assist force is adjusted by controlling the voltage applied to the motor 7, and the motor 7 is controlled by the steering control means 5. The steering control means 5 determines the applied voltage to the motor 7 based on the output signal of the
図2は、トルクセンサ1によって検出されるトルクの時間変化を表わすグラフであり、縦軸に検出トルクの大きさ、横軸に経過時間をとって示す。車両が直進走行している時、操舵輪FR、FLのいずれのタイヤにも局所的異常がない場合には、図2(a)に示すようなトルク時間変化CV1が検出されるが、操舵輪FR、FLのいずれかのタイヤに、トレッドセパレーションのような異常の前兆が局所的に発生すると、この異常に対応するタイヤ部分が路面に接地するタイミングにおいて、図2(b)に示すように、トルク変動TaがCV1に重畳され、トルク時間変化CV2となって検出される。ここで、トルク変動Taは、タイヤ一回転に一回現れ、隣り合うTa同士の時間間隔はタイヤ一回転に要する時間Ttとなる。
FIG. 2 is a graph showing the change over time of the torque detected by the
次に、トルクセンサ1の出力信号から、タイヤの局所異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段2について説明する。図3は、信号処理手段2の構成を示すブロック線図であり、信号処理手段2は、トルクセンサ1の出力信号を取り込むセンサ出力取込手段15、トルクセンサ1の出力信号から、車輪の回転に相関する回転相関信号を取り出す回転相関信号取出手段16、および、回転相関信号からタイヤ局所異常の有無を判定し、判定結果がタイヤ局所異常有りの場合には、表示警報装置4にその旨を出力する異常判定手段18よりなる。
Next, the signal processing means 2 for extracting the vibration component resulting from the local abnormality of the tire from the output signal of the
ここで、回転相関信号取出手段16は、次に示すような、適応デジタルフィルタを用いるのがよく、その例を、回転相関信号取出手段16の処理をブロック線図で示した図4を参照して説明する。回転相関信号取出手段16では、センサ出力取込手段15で取り込んだデジタル信号X(i)を入力し、その入力信号(リファレンス信号R(i)として比較器24を介して適応デジタルフィルタ23に供給される)とその入力信号を遅延回路22を通して遅延させた信号(直接、適応デジタルフィルタ23に供給される)とを、リアルタイムで適応デジタルフィルタ23において演算し、出力信号Y(i)として車輪の周期に相関のある信号が出力される。そのため、出力信号Y(i)は、車輪の回転に相関のある信号(周期的な信号)として求めることができる。求めた出力信号Y(i)はタイヤ局所異常信号抽出手段17に入力される。
Here, the rotation correlation signal extraction means 16 may use an adaptive digital filter as shown below. For example, refer to FIG. 4 showing the processing of the rotation correlation signal extraction means 16 in a block diagram. I will explain. The rotation correlation signal extraction means 16 inputs the digital signal X (i) acquired by the sensor output acquisition means 15 and supplies the input signal (reference signal R (i) to the adaptive
遅延回路22における遅延時間は、車輪の1回転の時間間隔以下とすることが好ましいが、2回転以上の時間間隔、または、若干1回転の時間より長短の差がある時間間隔であっても、適応デジタルフィルタ23の特性上、演算で回転に同期した周期成分を求めるのためには問題はない。また、車輪の1回転の時間間隔は回転数(走行速度)によって変化する場合も、適応デジタルフィルタ23のサンプリング周波数、タップ長をうまく設定しておくことで、対応可能である。又、低速、中速、高速の3段階の遅延時間を予め定めておき、速度に応じて遅延回路22の遅延時間を3段階に変化させることでも実現できる。もちろん、車両の速度を常時測定し、その速度に応じて遅延回路22の遅延時間をリアルタイムで変化させることも考えられる。
The delay time in the
適応デジタルフィルタ23は従来から公知の構成のものを使用することができる。図4に示す例では、センサ出力取込手段15で計測したデジタルデータX(i)から構成されるリファレンス信号R(i)と、適応デジタルフィルタの出力Y(i)とを、比較器24で演算して両者の差を求め、それをエラー信号E(i)として求めている。そのため、エラー信号E(i)は、車輪の回転に無関係の、例えば、路面や車体に寄与した信号(ランダムな信号)として求めることができる。そして、求めたエラー信号E(i)を適応デジタルフィルタ23の係数変更部にフィードバックして、エラー信号E(i)に応じて、適応デジタルフィルタ23の係数を動的に変更させ、適応デジタルフィルタ23の最適化を図っている。エラー信号E(i)を適応デジタルフィルタ23の係数変更部にフィードバックして最適化を図る方法としては、従来からフィルタ係数更新アルゴリズムとして知られているLMS(最小平均自乗)法、ニュートン法あるいは最急下法を用いることができる。
As the adaptive
回転相関信号取出手段16の例としては、図4に示すように、遅延回路22をセンサ出力取込手段15からのデジタル信号X(i)の入力部分と適応デジタルフィルタ23との間に設けた例の他に、図4に示すように、遅延回路22をセンサ出力取込手段15からのデジタル信号X(i)の入力部分と比較器24との間に設け、リファレンス信号R(i)を遅延させても、図4に示すものと同じ作用効果を得ることができる。
As an example of the rotation correlation signal extraction means 16, as shown in FIG. 4, a
回転相関信号から、タイヤ局所異常の有無の判定を行うのには、例えば、次のようにして行うことができる。トルクセンサ1によって検出される振動は、種々の周波数の振動が重畳されたものとなるが、タイヤの局所異常によって変化する振動数は、車輪の固有振動数に対応するものであり、タイヤに局所異常の発生がない場合とある場合とでは、この固有振動数における振幅が異なるので、それぞれの車輪について、自己の車輪の、局所異常がない状態における、前記固有振動数における振幅を記憶させておき、この正常時の振幅に対して所定の閾値より大きい変化が現れたとき異常が発生したと判定するようにすればよい。
The determination of the presence / absence of a tire local abnormality from the rotation correlation signal can be performed, for example, as follows. The vibration detected by the
実車走行中における車両のステアリング装置20を構成するトルクセンサ1からの出力信号、および、この信号から回転相関信号取出手段16を用いて抽出した回転相関信号を以下に例示する。なお、信号の取り込みに係る条件は以下の通りである。
(1)走行条件:直進走行
(2)走行速度:60km/h
(3)走行路面:平滑なアスファルトのドライ路面
(4)試験タイヤ:トレッドの周方向一部にトレッドセパレーションを生じさせたタイヤを試作してこれを操舵輪の一方に装着し、異常タイヤのモデルとした。
An output signal from the
(1) Travel conditions: straight travel (2) travel speed: 60 km / h
(3) Driving road surface: smooth asphalt dry road surface (4) Test tire: A tire with a tread separation formed in a part of the tread in the circumferential direction, mounted on one of the steered wheels, and an abnormal tire model It was.
なお、信号処理手段2は、以上に説明した構成とし、特に、適応デジタルフィルタ23を用いたもので回転相関信号取出手段16を構成した。
The signal processing means 2 is configured as described above, and in particular, the rotational correlation signal extraction means 16 is configured by using the adaptive
上記試験タイヤを装着したときの、トルクセンサ1からの出力信号を図6、これに対応する回転相関信号取出手段16の出力信号を図7にそれぞれ示し、また、上記試験タイヤの代わりに局所異常のないタイヤを装着したときの、回転相関信号取出手段16の出力信号を図8に示した。これらの図は、いずれも、横軸に周波数を、縦軸にデシベルで表わされる振幅をとって周波数分布を示すグラフである。
FIG. 6 shows an output signal from the
図7を図6に比較すると、回転相関信号では、図6に示した周波数分布から、タイヤの回転と相関のない、ランダムな周波数によるリップル状の分布が除去されていることが分かる。 Comparing FIG. 7 to FIG. 6, it can be seen that in the rotational correlation signal, a ripple-like distribution having a random frequency that is not correlated with the rotation of the tire is removed from the frequency distribution shown in FIG.
また、図7を、図8と比較すると、局所異常のあるタイヤを装着した場合の回転相関信号は、正常なタイヤを装着した場合のものに比べて、この車輪の固有振動数に対応する周波数90Hz並びに220Hzにおける振幅が大きくなっており、周波数90Hzおよび220Hzの少なくとも一方の振幅の大きさが、所定の値より大きくなった場合、タイヤ局所異常あり判定することができ、周波数90Hzを例にとると90dB異常の振幅を検出したとき異常と判定するようにすることができる。
Further, when FIG. 7 is compared with FIG. 8, the rotation correlation signal when a tire having a local abnormality is attached has a frequency corresponding to the natural frequency of this wheel as compared with that when a normal tire is attached. When the amplitude at 90 Hz and 220 Hz is large and the amplitude of at least one of the
以上の実施例に示すように、トルクセンサ1からの出力信号を信号処理装置2によって処理することにより、タイヤの局所的異常の判定を行えることがわかる。
As shown in the above embodiment, it can be understood that a local abnormality of the tire can be determined by processing the output signal from the
1 トルクセンサ
2 信号処理手段
3 表示警報装置
5 ステアリング制御手段
6 舵角センサ
7 電動モータ
8 ステアリング軸
8a 入力軸
8b 出力軸
9 トーションバー
10 タイヤ異常検出装置
12 ステアリングホイール
13 減速機
15 センサ出力取込手段
16 回転相関信号取出手段
18 異常判定手段
20 車両用電動パワーステアリング装置
22 遅延回路
23 適応デジタルフィルタ
31 電磁クラッチ
34 ピニオンギア
35 ラック軸
35a ラックギア部
36 タイロッド
37 ナックルアーム
38 キングピン
FL、FR 操舵輪
DESCRIPTION OF
Claims (2)
The signal processing means extracts from the sensor output signal only a rotational correlation signal correlated with wheel rotation using an adaptive digital filter, and an abnormality for determining a local abnormality of the tire from the rotational correlation signal The tire abnormality detection device according to claim 1, comprising a determination unit.
Priority Applications (1)
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JP2003432136A JP2005186830A (en) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | Tire abnormality detection device |
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Publications (1)
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2003
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