JP2005519274A - タイヤ圧力監視システムの温度補正方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、特にタイヤ圧力検出および／またはタイヤ圧力低下検出によって行われるタイヤ圧力監視のためのシステム内で温度補正を行うための方法に関する。この方法は、温度補正が少なくとも２つの温度情報に基づいてタイヤ内のガス温度を決定することによって行われ、決定されたガス温度がタイヤ圧力監視の基礎となることを特徴とする。この方法の重要な利点は、例えばタイヤリムとそこに配置された温度センサを強く加熱するブレーキディスク熱輻射の形態の、外部から作用する温度変化と、タイヤ内のガスとが、タイヤ圧力の誤表示（または誤警報）を生じないことにある。

Description

本発明は、特にタイヤ圧力検出および／またはタイヤ圧力低下検出によって行われるタイヤ圧力監視のためのシステムにおいて温度補正を行うための方法に関する。

タイヤ圧力検出のためのシステムが既に知られている。このシステムの場合、タイヤ圧力はタイヤ圧力測定モジュールに基づいて決定される。このタイヤ圧力測定モジュールはタイヤ圧力を測定し、測定値を、車両内に設置された受信器に送信する（ＴＰＭＳ、すなわち“タイヤ圧力モニタリングシステム（Tire Pressure Monitoring System)”と呼ばれる)。このようなモジュールは例えばリムのバルブ近くに取付けられるかまたは構造的にバルブと一体化されている。圧力測定に基づく公知のシステムは各々の車輪で、一緒に回転する車輪モジュールを利用する。この車輪モジュールはバルブに一体化され、タイヤ圧力とタイヤ温度をセンサによって測定する。このデータは、車両内に設置された受信器に無線で伝送され、電子式評価装置で処理される。受信され処理された測定値は圧力値を表示するためあるいは設定されたタイヤ圧力閾値を下回るときに、すなわちタイヤ圧力低下が検出されたときに警報信号を発生するために利用される。

ＴＰＭＳのような直接測定するシステムを使用する場合、周囲条件、特に温度に左右されないタイヤ圧力値を表示する必要がある。すなわち、走行条件または外部温度だけしか変化していないのにかかわらず、インストルメントパネルで表示される圧力値が過剰に変動するときには好ましくない。

特許文献１により、タイヤ圧力の値を検出、評価および表示するための方法が知られている。この場合、検出された圧力を示す情報信号は、選定可能な所望な多数の値曲線と比較される。この値曲線は、周囲温度とタイヤ内部温度（および場合によっては周囲圧力）のそれぞれの所定の値のための圧力範囲を示す。この周囲温度とタイヤ内部温度はそれぞれ、それに依存する所定の許容誤差範囲を有する。比較によって、実際のタイヤ空気圧が許容誤差範囲の外にあると、適当な信号が発生させられる。更に、情報信号が、予め定めた最高速度に割り当てられた所望なタイヤ空気圧と比較される。比較結果に依存して、最高安全速度を出力することができる。

従って、この方法の場合には、タイヤ圧力またはその許容値の検出、評価および表示の際に、周囲温度が考慮される。しかし、この方法の場合、冒頭に述べたＴＰＭＳ法の場合のように、公知の方法で例えばバルブ内でセンサで測定される温度が実質的に、リムの温度であり、（必ずしも）タイヤ内のガスの実際の温度ではないという問題がある。すなわち、リム温度は特に比較的に急速な温度変動の場合、タイヤ内のガスの温度に一致しない。例えば、自動車のブレーキディスク、ひいてはリムはきわめて迅速に加熱され、それによてタイヤとリムの間に温度勾配が生じ、ガス温度は先ず最初はセンサ信号によって示される温度よりもはるかに低い。

更に、外気温度が急激に大きく変化することがある（自動車が例えばガレージから出る）。この変化は材料の異なる熱伝導と、異なる比熱と、装着されるタイヤと比較してきわめて急速なリムの温度の変化に基づいて、同様に上記の不所望な温度勾配またはガス温度の誤測定を生じることになる。

更に、例えばフランクフルト・アム・マインのコンチネンタル・テーベス社のシステムＤＤＳ（ガス抜き検出システム（deflation Detection System))のように、圧力センサなしにタイヤ圧力低下を検出する方法が知られている。このシステムの場合、圧力変化によって生じるタイヤの転動外周の変化が検出および評価される。このシステムまたは他のシステムの場合にも、上記のシステムの場合のように、一方ではタイヤ内のガス温度に左右されない圧力値を表示することが望まれ、この温度を検出および補正するために使用されるセンサが例えば高温のブレーキディスクのような外部の要因に基づいてタイヤ内の実際のガス温度を表示しないで、高い温度（または他の影響を受けて、場合によっては低い温度）を表示し、間違った温度補正が行われるという問題がある。
米国特許第４，９０９，０７４号明細書

そこで、本発明の根底をなす課題は、温度補正されたタイヤ内のガス圧力が、外部の温度変動の場合にも比較的に高い精度で比較的に簡単に決定され、場合によっては更に、温度を除いたタイヤ圧力の値を表示することができる、冒頭に述べた種類のタイヤ圧力監視システム内の温度補正方法を提供することである。

この課題は請求項１に従って、温度補正が少なくとも２つの温度情報に基づいてタイヤ内のガス温度を決定することによって行われ、決定されたガス温度がタイヤ圧力監視の基礎となることを特徴とする冒頭に述べた種類の方法によって解決される。

この解決策の利点は、高すぎる誤ったタイヤ圧力または低すぎる誤ったタイヤ圧力またはタイヤ損傷に基づく誤アラームの危険が非常に小さくなることにある。

この解決策の他の利点は、温度情報が計算された温度モデルに基づいて決定可能であるので、温度センサを必要としないことにある。

従属請求項は方法の有利な実施形を含んでいる。

周知のごとく、実際のガスの測定圧力は、ボルツマン(Bolzmann)式
Ｐ×Ｖ＝ｎ×ｋ×Ｔ （１）
に従って、圧力を測定した温度にも左右される。ここで、Ｐ＝圧力、Ｖ＝容積、ｎ＝粒子の数、ｋ＝ボルツマン定数、Ｔ＝温度である。例えば空気のような実際のガスについて、同様な式を立てることができる。

本発明による用語の定義によれば、ガスとは特に空気であると理解される。

圧力によって解くと、次の式が生じる。

Ｐ＝（ｎ×ｋ×Ｔ）／Ｖ （２）
ｎとＶが一定であると仮定すると、圧力Ｐは温度Ｔに比例する。

温度決定は物理的に設けられた温度センサによっておよび／または自動車内に設けられた他の特性パラメータから導き出される温度を介して行われる。この特性パラメータは好ましくは、走行状態を表しかつＡＢＳおよび／またはＥＳＰを備えた電子ブレーキ制御装置に供されるパラメータである。走行状態パラメータから、タイヤの温度を指示するタイヤ状態を決定することができる。走行状態パラメータの一部または全部がセンサ情報（例えば車輪回転速度、ヨーレイト、横方向加速度、ブレーキ操作等）によって決定されると有利である。

次のセンサで測定された温度情報は本発明に従い個別的にまたは互いに組み合わせて有利に評価可能である。その際、同じ温度情報を時間的な間隔をおいて繰り返すかまたは何度も用いることによって、２つ以上の温度情報を決定することもできる。
− 例えばリムに取付けられた、タイヤ圧力センサの温度プローブ、
− 外気温度センサ、
− 電子制御装置、特にブレーキ制御装置の温度センサおよび
− ブレーキディスク温度センサ。

上記の物理的な温度センサのほかに、計算で決定される温度情報も使用することができる。この温度情報は上記のように、ドライビングダイナミクス量から導き出すことができ、以下において“仮想の温度”と呼ぶ。

次の仮想の温度は本発明に従い、個別的にまたは互いに組み合わせて有利に使用することができる。
− ブレーキディスクの仮想の温度および
− タイヤの仮想の温度。

このようにして決定または推定されたガス温度は本発明による方法で有利に利用される。

次の式は、例えばインストルメントパネルに配置された圧力表示器（ディスプレイ）用の圧力の計算のためあるいは限界圧力を下回ることを確認するための基礎となる。

ΔＰ＝ΔＰ_T0＋ΔＰ_k （３）
ここで、ΔＰ_T0＝ｎ×ｋ×（Ｔ_mess−Ｔ₀）／Ｖ （４）
ΔＰ_k＝ｎ×ｋ×ΔＴ_k／Ｖ （５）
である。この場合、ΔＴ_kは後述する方法で決定される補正温度である。この補正温度によって、特にタイヤ圧力センサを介して測定される実際の温度Ｔ_messを補正しなければならない。

Ａ：計算式の一定部分の決定
決定された圧力を表示すべき圧力に上記のように換算できるようにするために、先ず最初に本発明の方法に従って、定数Ｃ＝ｎ×ｋ／Ｖが曲線Ｐ_mess（Ｔ_mess）の補間によって決定されると有利である。

補間が、特に線形回帰の方法に従って直線Ｐ_mess＝Ｃ×Ｔ_messによって近づけられる２つまたはそれ以上の圧力と温度の対の値Ｐ_i，Ｔ_iの測定によって行われると特に有利である。定数Ｃの値が電子制御装置のメモリ内で永久的に記憶されて、点火装置の再スタートの後でも供されるときわめて有利である。特に、補間の精度は、新しいＰ_mess,i，Ｔ_mess,iの対の値を絶えず加えることにより次第に高められる。これによって、時間が経つうちに補間の精度が益々高められるという利点がある。

ｂ：決定されたタイヤ温度の補正
例えばインストルメントパネルでタイヤ圧力を表示する際、測定されたガス温度が基準温度Ｔ₀ （例えば室温２０°Ｃ）で換算され、この換算された値が温度Ｔ₀に関連づけられた実際のタイヤ圧力値として表示される。勿論、その代わりに修正圧力ΔＰ_T0を計算することができる。

Ｃ：温度の修正
圧力測定のために用いられる温度センサ（例えばＴＰＭＳ車輪モジュールの温度センサ）の温度がガス温度に一致していないと、このガス温度を修正しなければならない。

Ｃ１：温度測定値内のダイナミクスの検出に基づくタイヤ圧力温度測定値の修正
従って、センサの温度情報の時間的な挙動および／または上記の仮想の温度の１つまたは複数が検査されると有利である。得られた温度情報の変化が検出されると、好ましくは温度の時間的な変化を検査することによって、予想される最終温度が推定される。この推定は指数関数を用いて補間することによって行うと特に有利である。これにより、例えば予想される温度値ΔＴ₀を計算することができる。例えば温度値が２つだけ知られていると、指数関数を決定することができる。

行うべき修正は次式に従って達成される。

ΔＴ_k＝ΔＴ₀×exp（−ａ×ｔ） （６）
修正値は好ましくはこの式に従って時間に依存して低減される。よって、測定された圧力値は表示される圧力値に益々近づく。

Ｃ２：付加的な温度情報を用いた温度測定値の修正
温度情報の時間的な挙動は特に、タイヤ圧力センサ、外気温度センサまたは仮想のセンサによって決定される。

タイヤ圧力センサと外気温度センサの場合、測定された温度値は指数関数を決定するために直接使用可能である。

Ｃ２．１：ブレーキディスク温度によるタイヤ温度値の修正
ブレーキディスク温度センサの情報が評価されると、ブレーキディスクの輻射によって生じるタイヤ空気の加熱に関する情報が得られる。ブレーキディスクからタイヤに伝達される熱量は、例えば経験的に決定される比例定数を用いて、ブレーキディスク温度とタイヤ温度の差から推定される。このようにして決定された補正温度Ｔ_kは古い温度と新しい温度の差として仮定される。この補正温度の時間的な変化は、図２に示すように、決定すべき指数関数によって定められる。これにより、時間に依存するＴ_kの変化が得られる。関数の時間的な変化において、修正温度は一定の値ΔＴ_k0に益々近づく。ΔＴ_k0の値は経験的に決定し、システムに記憶することが可能である。

Ｃ２．２：ドライビングダイナミクス量（仮想の温度）からのタイヤの温度の計算によるタイヤ温度値の修正
仮想タイヤ温度の計算は好ましくはドライビング状態量を使用することによって行われる。このドライビング状態量は電子ブレーキシステムの制御装置で供され、例えば車輪トルクＭ、縦方向加速度ａ_laengsまたは横方向加速度ａ_querである。ドライビング状態から現在のタイヤの状態を決定すると特に有利である。計算は次の式によって表される。

Ｔ_Reifen,i＝ｆ（ドライビングダイナミクス量） （７）
この場合、ｆは数学的な関数であり、ｉは車両内のタイヤの位置の一つを示す。

タイヤ温度は特に、タイヤ温度に影響を及ぼす個々の温度部分の合計と見なされる。この個々の“タイヤ温度部分”は時間の関数として次のように合計される。

Ｔ_Reifen,i＝Σ^Zeit ΔＴ_Reifen （８）
計算は好ましくは各々のタイヤについて別々に行われる。計算式の１例を次に記載する。

ΔＴ_Reifen＝α×Ｍ×Δｔ＋ （９）
β×ａ_laengs×Δｔ＋
γ×ａ_quer×Δｔ−
δ×（Ｔ_Reifen−Ｔ_umgebung）×ｋ₁ ×Δｔ
ここで
ｋ₁はタイヤと周囲の間の熱伝達率、
Δｔは時間インターバル、例えば電子ブレーキコントローラのループ時間、
Ｔ_umgebungは外気温度センサで測定された温度、そして
α，β，γ，δは比例定数である。この比例定数は例えば経験的に決定可能であり、タイヤ温度に対する物理的な量のそれぞれの影響を示している。

本発明に従って実施され或る程度の不正確さを有する温度修正または圧力修正が充分であると見なされるときには、経験的に決定可能な値はタイヤに左右されないと見なすことができる。推定されたタイヤ空気温度と実際のタイヤ空気温度とのきわめて高い一致が望まれると、タイヤの種類に依存して上記の比例定数を変えることが適切かつ合目的である。

時間に依存する分析
定数Ｃと修正温度ΔＴ_kが上記方法に従って決定されると、測定されたタイヤ圧力値の修正が行われる。

差圧｜ΔＰ｜はそれぞれ、仮定された温度エラー（タイヤ空気温度に対する測定された温度）によって生じる部分｜ΔＰ_k｜だけ高められる。

圧力差ΔＰ_kは次の値である。

｜ΔＰ_k｜＝Ｃ×｜ΔＴ_k｜×exp（−ａ×ｔ） （１０）
この値は時間ｔによって指数関数的に低減される。

適当な（付加的な）修正部分は、外気温度センサで測定された温度を考慮することによって次のように生じる。

ΔＰは外気温度センサの信号によって推定された部分ΔＰ_kだけ付加的に高められる。

｜ΔＰ_k｜＝Ｃ×｜ΔＴ｜ （１１）
その際、｜ΔＴ｜は下側でΔ（Ｔ_aussen−Ｔ_Reifensensor）と推定される。

｜ΔＴ｜は上側でＭＡＸ_i（Ｔ_aussen-i−Ｔ_{Reifensensor-i}）×exp（−ａ×ｔ）と推定される。ここで、ｉは車両のすべてのタイヤに関してカウントされる。

次に、図に示した２つの例に基づいて本発明を説明する。

図１において、曲線１はセンサによって測定された外気温度の変化を示している。曲線１は約＋１５°Ｃから約−２０°Ｃの低い温度に急激に変化している。このような急激な変化は例えば冬において自動車がガレージから外に出るときに起こる。曲線２はリム温度の変化を占めている（圧力センサの温度信号）。エンジン室内に配置された、電子式ブレーキ装置の温度センサの信号を示す曲線３は、曲線２よりも傾斜がゆるやかな変化を有する。この温度センサは好ましくは電子式ブレーキ装置の制御装置（例えばＥＣＵ）内に配置されている。曲線４によって示されるタイヤの温度は、曲線１〜３よりも比較的にゆっくりと変化している。すべての曲線２〜４にとって、ほぼ指数関数に相応して変化している点が共通している。

曲線２の変化から、リム温度の最終値を推定によって計算することできる。最終値から、タイヤの経験的な関数定数が知られているという前提の下で、温度が完全に補正されたと仮定することができるタイヤの時点と最終温度を推定することができる。

図１と異なり、図２は、タイヤ温度がブレーキディスクによる加熱に基づいて上昇するときのセンサ情報による温度変化を示している。これは例えばゆっくりした下り坂走行の際あるいはトラクションスリップコントロールの持続的なブレーキ介入の際に発生し得る。

ブレーキディスク温度は曲線５によって示してあり、先ず最初は連続的に上昇する。この温度はセンサを介して測定可能であるかあるいは上述の温度モデルに従ってドライビングダイナミクス量から計算で求めることができる。曲線４はタイヤ温度センサによって検出された温度を示す。この温度はブレーキディスクの温度よりもゆっくり上昇する。曲線６はタイヤ空気の温度を示す。この温度はタイヤ温度センサ４によって検出された温度よりもゆっくり上昇し、従ってブレーキディスクの温度よりも更にゆっくり上昇する。

図２から更に、補正温度ΔＴ_kが時間Ａを経過した後で一定の値ΔＴ_k0に近づくことが判る。この時間の後で、ブレーキディスク温度はもはや上昇しない。この時間Ａの間、補正温度の計算または温度の補正は好ましくは停止または中断される。

外気温度が急激に変化したときの、測定された温度の時間的な変化を概略的に示す図である。 加熱されたブレーキディスクでタイヤを暖めるときの、測定された温度の時間的な変化を概略的に示す図である。

Claims (11)

1. 特にタイヤ圧力検出および／またはタイヤ圧力低下検出によるタイヤ圧力監視のためのシステム内で温度補正を行うための方法において、温度補正が少なくとも２つの温度情報に基づいてタイヤ内のガス温度を決定することによって行われ、決定されたガス温度がタイヤ圧力監視の基礎となることを特徴とする方法。
2. タイヤのリム上またはリム内に設けた温度センサが少なくとも１つの温度情報の基礎となっていることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. ブレーキディスクに設けた温度センサが少なくとも１つの温度情報の基礎となっていることを特徴とする、請求項１記載の方法。
4. 車両のエンジン室内の温度センサが少なくとも１つの温度情報の基礎となっていることを特徴とする、請求項１記載の方法。
5. タイヤの外部温度または周囲温度のためのセンサが少なくとも１つの温度情報の基礎となっていることを特徴とする、請求項１記載の方法。
6. 計算される温度モデルが少なくとも１つの温度情報の基礎となっていることを特徴とする、請求項１記載の方法。
7. 温度モデルがタイヤの温度モデルであることを特徴とする、請求項６記載の方法。
8. 温度モデルがタイヤ上のブレーキディスクの温度モデルであることを特徴とする、請求項７記載の方法。
9. タイヤのために決定された圧力値が決定されたガス温度によって補正されることを特徴とする、請求項１〜８の少なくとも一つに記載の方法。
10. 圧力値がタイヤ内に配置された圧力センサによって測定されることを特徴とする、請求項９記載の方法。
11. 圧力値がタイヤの転動外周情報または回転速度情報に基づいて決定されることを特徴とする、請求項９記載の方法。

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