JP2006162494A - タイヤ荷重推定装置およびタイヤ荷重推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 タイヤに加えられている荷重を比較的低コストで精度よく推定可能とすることを目的とする。
【解決手段】 車両１のタイヤ空気圧制御装置１０は、各車輪４のタイヤ内の空気量を変化させてタイヤの空気圧を調整するためのコンプレッサ１４、排気弁２６、空気制御弁３０、タイヤ空気圧調整ユニット３４およびＥＣＵ５０等を備えている。ＥＣＵ５０は、タイヤに加えられている荷重を推定する荷重推定手段として機能し、各タイヤの空気圧を第１圧力Ｐ_１に設定した後、タイヤの空気圧を第１圧力Ｐ_１よりも低い第２圧力Ｐ_２に設定し、タイヤの空気圧を第１圧力Ｐ_１から第２圧力Ｐ_２へと変化させた際に各タイヤから流出する空気の量に基づいて各タイヤに加えられている荷重を推定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タイヤに加えられている荷重を推定するためのタイヤ荷重推定装置およびタイヤ荷重推定方法に関する。

従来から、車両に備えられたタイヤの空気圧を制御する装置として、荷重センサを用いて車軸に加えられている荷重を検出し、検出した荷重に応じて、タイヤの空気圧を適切な値に設定するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、車両のタイヤに撓みセンサを設けて、タイヤの空気圧と撓み量とに基づいてタイヤに加えられている荷重を算出する装置も知られている（例えば、特許文献２参照。）。更に、路面と車軸との距離からタイヤの撓み量を求め、求めた撓み量と車速とに基づいてタイヤに加えられている荷重の状態を監視する装置も知られている（例えば、特許文献３参照。）。加えて、タイヤの空気圧に基づいて、タイヤの分担荷重を求める装置も知られている（例えば、特許文献４参照。）。
特開２００３−３２６９２９号公報 特開２００３−１７８２１９号公報 特開平１０−１１５５７８号公報 特開平３−１３５８０９号公報

上述のようにタイヤの状態を管理する上で、あるいは、アンチロックブレーキシステム等を精度よく制御する上で、タイヤに加えられている荷重を求めることは重要である。しかしながら、タイヤの空気圧のみに基づいてタイヤに加えられている荷重を求めても、当該荷重を精度よく求めることは困難である。また、上記従来技術のように、タイヤに加えられている荷重を求めるために、車軸に加えられている荷重を測定する荷重センサや、タイヤの撓み量を測定するセンサ等を用いたのでは、その分だけタイヤに加えられている荷重を求めるためのコストが増加してしまう。

そこで、本発明は、タイヤに加えられている荷重を比較的低コストで精度よく推定可能とするタイヤ荷重推定装置およびタイヤ荷重推定方法の提供を目的とする。

本発明によるタイヤ荷重推定装置は、タイヤに加えられている荷重を推定するためのタイヤ荷重推定装置であって、タイヤ内の空気量を変化させてタイヤの空気圧を調整することができる空気圧制御手段と、空気圧制御手段を作動させてタイヤの空気圧を変化させ、それに伴って変化する所定のタイヤ状態量に基づいてタイヤに加えられている荷重を推定する荷重推定手段とを備えることを特徴とする。

このタイヤ荷重推定装置の荷重推定手段は、空気圧制御手段を作動させてタイヤの空気圧を変化させ、それに伴って変化する所定のタイヤ状態量に基づいてタイヤに加えられている荷重を推定する。これにより、荷重センサや撓みセンサ等を用いることなく、タイヤに加えられている荷重を比較的低コストで精度よく推定することが可能となる。

この場合、荷重推定手段は、空気圧制御手段を作動させてタイヤの空気圧を所定値に設定した後、空気圧制御手段を更に作動させてタイヤの空気圧を所定値とは異なる他の値に設定し、タイヤの空気圧を所定値から他の値へと変化させた際のタイヤ内の空気量の変化分に基づいてタイヤに加えられている荷重を推定するものであるとよい。

このように、タイヤの空気圧を所定値から他の値へと変化させると、タイヤに加えられている荷重に応じてタイヤ内の空気量が変化する。また、タイヤの空気圧を所定値から他の値へと変化させた際のタイヤ内の空気量の変化分、すなわち、タイヤの空気圧が所定値である場合のタイヤ内の空気量と、タイヤの空気圧が他の値である場合のタイヤ内の空気量との差は、タイヤの空気圧調整に不可欠なバルブの開弁時間等に基づいて精度よく求めることができる。従って、かかる構成によれば、荷重センサや撓みセンサ等を用いることなく、タイヤに加えられている荷重を比較的低コストで精度よく推定することが可能となる。

本発明によるタイヤ荷重推定方法は、タイヤに加えられている荷重を推定するためのタイヤ荷重推定方法において、タイヤの空気圧を変化させ、それに伴って変化する所定のタイヤ状態量に基づいてタイヤに加えられている荷重を推定することを特徴とする。

この場合、タイヤの空気圧を所定値に設定した後、タイヤの空気圧を所定値とは異なる他の値に設定し、タイヤの空気圧を所定値から他の値へと変化させた際のタイヤ内の空気量の変化分に基づいてタイヤに加えられている荷重を推定すると好ましい。

本発明によれば、タイヤに加えられている荷重を比較的低コストで精度よく推定することが可能とする。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明によるタイヤ荷重推定装置を備えた車両を示す概略構成図である。同図に示される車両１は、車体２と、車体２の前後左右に設けられた車輪４とを備えている。車輪４は、主としてホイールとゴム製のタイヤとを含み、タイヤの内部には、タイヤ空気室が画成されている。また、車体２と車輪４との間には、図示しないサスペンションが介設されており、車輪４のそれぞれには、ナックル内輪に設けられたパルサおよびナックル外輪に設けられたピックアップ部を有して車輪回転数を検出する車輪速センサ６が設けられている。そして、このような車両１には、その走行中に車体２側から各車輪４のタイヤ空気室内に空気を供給可能とするタイヤ空気圧制御装置１０が備えられている。

タイヤ空気圧制御装置１０は、図１に示されるように、車体２に配置された空気供給ライン１２と、車体２に配置されており、当該空気供給ライン１２に空気を供給するためのコンプレッサ１４とを備えている。コンプレッサ１４は、図示されないモータによって駆動され、当該モータの回転により、空気吸入口を介して外部から空気を取り込んで圧縮空気を吐出する。

また、車体２には、コンプレッサ１４から供給される圧縮空気を蓄えるための高圧タンク１６と、高圧タンク１６への空気の流出入を制御する高圧タンク弁１８とが更に設けられている。高圧タンク１６の内部圧力は、その内部にコンプレッサ１４から圧縮空気を送り込むことにより、例えば７００〜８００ｋＰａ程度に維持される。車輪４のタイヤには、これらのコンプレッサ１４および高圧タンク１６の双方から圧縮空気が供給され、これにより、タイヤの空気圧を増加させる際の応答性を向上させることができる。もちろん、コンプレッサ１４の能力が十分であれば、高圧タンク１６は省略され得る。

コンプレッサ１４等からの圧縮空気は、シリカゲル等の乾燥剤を収容するドライヤ２０に送られる。圧縮空気は、ドライヤ２０にて乾燥させられ、逆止弁２２を介して空気供給ライン１２へと供給される。逆止弁２２は、コンプレッサ１４等から空気が供給されると開弁すると共に、これとは逆方向の空気の流れを阻止する。また、ドライヤ２０と空気供給ライン１２との間には、逆止弁２２をバイパスするようにオリフィス２４が設けられており、空気供給ライン１２からの空気は、オリフィス２４に流入する。オリフィス２４に流入した空気は、流速を低下させられた後、ドライヤ２０へと流れ込み、これにより、ドライヤ２０のシリカゲルに吸収された水分を還元することが可能となる。そして、ドライヤ２０を通過した空気は、排気弁２６を介してサイレンサ２８から車外に放出される。

更に、タイヤ空気圧制御装置１０は、車輪４のそれぞれに対応するように設けられた空気制御弁３０、回転エアシール３２およびタイヤ空気圧調整ユニット３４を含む。空気制御弁３０は、電磁式あるいは電気式のアクチュエータを有し、電気信号に応じて開閉するものである。これらの空気制御弁３０は、車輪４に対応するように車体２に配設されており、それぞれ空気供給ライン１２に接続されている。各回転エアシール３２は、車体２と対応する車輪４との間に配置されると共に、配管を介して空気制御弁３０に接続されている。各回転エアシール３２は、車輪４のハブに設けられて車体２側の空気供給ライン１２とタイヤ空気室とを連通する空気流通部（図示せず）と、この空気流通部を気密状態に保ちつつ車輪４の回転を許容するシール材（図示せず）とを含む。

各タイヤ空気圧調整ユニット３４は、タイヤの空気圧を調整するものであり、回転エアシール３２に接続されている。各タイヤ空気圧調整ユニット３４は、例えばタイヤ空気室内の空気と供給側である空気供給ライン１２内の空気との圧力差に応じて各車輪４のタイヤ空気室と、空気供給ライン１２（供給側）との連通を許容または阻止するものである。このようなタイヤ空気圧調整ユニット３４を車輪４に対して設けることにより、車体２側に設けられたコンプレッサ１４や各種バルブ等を制御するだけで、タイヤの空気圧調整を実行可能となる。また、タイヤの空気圧が調整されない通常時には、タイヤ空気圧調整ユニット３４によってタイヤ空気室と空気供給ライン１２との連通が阻止される。これにより、回転エアシール３２にタイヤの空気圧が作用することによるシール材の磨耗を抑制し、シール材の寿命を延ばすことができる。

また、タイヤ空気圧制御装置１０は、車輪４のそれぞれに対応するように設けられ、いわゆるタイヤ空気圧モニタシステム（ＴＰＭＳ）を構成する空気圧センサ３６、温度センサ３８および車輪側通信装置４０を含む。各空気圧センサ３６は、それぞれ対応するタイヤ空気室内に配置されており、対応する車輪４のタイヤの空気圧を検出する。本実施形態では、空気圧センサ３６がタイヤ空気室内に配置されるが、空気圧センサ３６は、タイヤ空気室と連通する配管の中途に設けられてもよい。一方、各温度センサ３８は、それぞれ対応するタイヤ空気室内の温度を検出する。これらの空気圧センサ３６および温度センサ３８は、対応する車輪側通信装置４０に電気的に接続されており、車輪側通信装置４０は、空気圧センサ３６および温度センサ３８の検出結果を車体側に無線送信する。

加えて、タイヤ空気圧制御装置１０は、その制御手段として機能する電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）５０を含む。ＥＣＵ５０は、図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含むものであり、 図１に示されるように、上述のコンプレッサ１４、高圧タンク弁１８、排気弁２６、および各空気制御弁３０等は、当該ＥＣＵ５０に接続されている。また、ＥＣＵ５０には、車体側通信装置４２が接続され、上述の車輪側通信装置４０からの信号は、車体側通信装置４２を介してＥＣＵ５０に与えられる。更に、ＥＣＵ５０には、各車輪速センサ６、ドライバー等によるタイヤ空気圧の切換を可能にするための空気圧切換スイッチ４４、警報音や所定の警告表示によりドライバー等に何らかの警告を与える警報装置４６等が接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、車体側通信装置４２や図示されないセンサ類等からの信号に基づいて、コンプレッサ１４、高圧タンク弁１８、排気弁２６、各空気制御弁３０、および警報装置４６等を制御する。

すなわち、ＥＣＵ５０は、空気圧センサ３６からの信号に基づいて各車輪４のタイヤ空気圧の目標値に対する高低を判定すると共に、ドライバーのスイッチ操作または所定のアルゴリズムに従って各車輪４のタイヤ空気圧の目標値を設定する。更に、ＥＣＵ５０は、タイヤ空気圧の判定結果に応じて、コンプレッサ１４、高圧タンク弁１８、排気弁２６、および各空気制御弁３０等を適宜制御して、各車輪４のタイヤ空気圧がそれぞれの目標値に達するようにする。

具体的には、タイヤ空気圧が設定された目標値よりも小さい場合、ＥＣＵ５０は、各空気制御弁３０を開弁させると共に、タイヤ空気室内の空気の圧力よりも高圧の圧縮空気がつくり出されるように、コンプレッサ１４等に指令信号を与えると共に高圧タンク弁１８を開弁させる。これにより、コンプレッサ１４によって圧縮された空気と、高圧タンク１６内に蓄えられていた圧縮空気がドライヤ２０、逆止弁２２、空気供給ライン１２、各空気制御弁３０および各回転エアシール３２を介して各タイヤ空気圧調整ユニット３４へと供給される。そして、タイヤ空気室内の空気と空気供給ライン１２内の空気との圧力差に起因して、タイヤ空気圧調整ユニット３４により、空気供給ライン１２からタイヤ空気室への空気の流入が許容されることになる。

また、タイヤ空気圧が設定された目標値よりも大きい場合、ＥＣＵ５０は、排気弁２６および各空気制御弁３０を開弁させると共に、タイヤ空気室内の空気の圧力よりも小さい所定圧力の圧縮空気が各タイヤ空気圧調整ユニット３４に供給されるようにする。これにより、タイヤ空気室内の空気と空気供給ライン１２内の空気との圧力差に起因して、タイヤ空気圧調整ユニット３４により、タイヤ空気室から空気供給ライン１２への空気の流入が許容され、タイヤ空気室内の空気の一部が排気弁２６を介して外部に排出される。更に、タイヤ空気室を密閉してタイヤを気密保持する場合、ＥＣＵ５０は、排気弁２６を開弁させて空気供給ライン１２を大気開放させる。これにより、各タイヤ空気圧調整ユニット３４によって、空気供給ライン１２と各タイヤ空気室との間の空気の流通が阻止される。

そして、本実施形態のタイヤ空気圧制御装置１０のＥＣＵ５０は、上述の車輪４の各タイヤに加えられている荷重を推定可能に構成されており、ＥＣＵ５０を含むタイヤ空気圧制御装置１０は、本発明による荷重推定装置としても機能する。以下、図２および図３を参照しながら、上述の車輪４の各タイヤに加えられている荷重を推定する手順について説明する。

図２は、車輪４の各タイヤに加えられている荷重を推定するルーチンを説明するためのフローチャートである。同図に示されるルーチンは、車両１の図示されないイグニッションスイッチがＯＮされた後、車両１の走行が開始される前に実行されるものである。このため、ＥＣＵ５０は、図２に示されるように、イグニッションスイッチがＯＮされたか否か常時判定している（Ｓ１０）。

Ｓ１０にてイグニッションスイッチがＯＮされたと判断すると（Ｓ１０におけるＹｅｓ）、ＥＣＵ５０は、各車輪４のタイヤ空気圧が予め定められている第１圧力Ｐ_１に設定されるように、通信装置４０および４２を介して各空気圧センサ３６から送られる信号に基づいて、コンプレッサ１４、高圧タンク弁１８、および各空気制御弁３０等を適宜制御する（Ｓ１２）。Ｓ１２にて設定される第１圧力Ｐ_１は、比較的大きな値とされ、本実施形態では、例えばおよそ３００ｋＰａとされる。

Ｓ１２にて各車輪４のタイヤ空気圧を第１圧力Ｐ_１に設定すると、ＥＣＵ５０は、速やかに、各車輪４のタイヤ空気圧が予め定められている第２圧力Ｐ_２に設定されるように、通信装置４０および４２を介して各空気圧センサ３６から送られる信号に基づいて、各空気制御弁３０および排気弁２６を開放させる（Ｓ１４）。Ｓ１４にて設定される第２圧力Ｐ_２は、第１圧力Ｐ_１よりもある程度小さな値とされ、本実施形態では、例えばおよそ１００ｋＰａとされる。

上述のように、Ｓ１２にて各車輪４のタイヤ空気圧を第１圧力Ｐ_１に設定した後、Ｓ１４にて各車輪４のタイヤ空気圧を第１圧力Ｐ_１よりも低い第２圧力Ｐ_２へと低下させると、各車輪４から空気制御弁３０および排気弁２６を介して空気が外部へと流出する。この際、各車輪４のタイヤから流出する空気の量は、タイヤに加えられている荷重の大きさに依存する。すなわち、図３に示されるように、例えばタイヤ空気圧を例えばおよそ３００ｋＰａからおよそ１００ｋＰａへと変化させた場合、タイヤに加えられている荷重が大きければ、タイヤから流出する空気の量も多くなり、タイヤに加えられている荷重が小さければ、タイヤから流出する空気の量も少なくなる。

そして、図２のルーチンのもとでは、Ｓ１２にて各車輪４のタイヤ空気圧が第１圧力Ｐ_１に、すなわち、各車輪４のタイヤ空気圧が比較的高い値に設定されると、各車輪４のタイヤに加えられている荷重に拘らず、すべての車輪４のタイヤ空気室内における空気の体積は概ね同一の所定値になっているとみなすことができる。また、Ｓ１２の処理とＳ１４の処理との間の時間が短ければ、タイヤ空気室内の温度の変化は実質的にないものとみなすことができる。従って、各タイヤに加えられている荷重は、各タイヤの空気圧を第１圧力Ｐ_１からそれよりも低い第２圧力Ｐ_２値へと低下させた際の各タイヤ内の空気量の変化分、すなわち、各タイヤから流出する空気の量がわかれば、タイヤからの流出空気量とタイヤに加えられている荷重との相関を予め求めておくことにより、容易に推定することが可能である。

また、タイヤ空気圧を第１圧力Ｐ_１からそれよりも低い第２圧力Ｐ_２値へと低下させた際のタイヤ内の空気量の変化分、すなわち、タイヤ空気圧が第１圧力Ｐ_１である場合のタイヤ内の空気量と、タイヤ空気圧が第２圧力Ｐ_２である場合のタイヤ内の空気量との差は、空気制御弁３０の開弁時間や配管の内径、長さ等に基づいて精度よく求めることができる。このため、Ｓ１４にて各空気制御弁３０および排気弁２６を開放させると、ＥＣＵ５０は、車輪４ごとに、Ｓ１４の処理の開始からタイヤ空気圧が第２圧力Ｐ_２に達するまでの空気制御弁３０の開弁時間を求めると共に、求めた各空気制御弁３０の開弁時間に基づいて、各車輪４のタイヤから流出した空気の量を算出する（Ｓ１６）。

そして、本実施形態では、タイヤ空気圧を第１圧力Ｐ_１から第２圧力Ｐ_２値へと低下させた際に車輪４のタイヤから流出する空気の量と、タイヤに加えられている荷重との相関を規定するマップが、実験的、経験的に予め定められ、ＥＣＵ５０の記憶装置に格納されている。ＥＣＵ５０は、当該からマップから、車輪４ごとに、Ｓ１６にて求めたタイヤからの流出空気量に対応する荷重を求め、求めた荷重を所定の記憶領域に格納する（Ｓ１８）。Ｓ１８の処理の処理を実行すると、ＥＣＵ５０は、例えば予め定められている空気圧設定マップを用いると共に、Ｓ１８にて求めた各車輪４への荷重に基づいて、各タイヤの空気圧を適正値に設定し（Ｓ２０）、本ルーチンを終了させる。

このように、図２のルーチンが実行されることにより、荷重センサや撓みセンサ等を用いることなく、タイヤに加えられている荷重を比較的低コストで精度よく推定することが可能となる。そして、各車輪４のタイヤに加えられている荷重を求めることにより、各タイヤの状態を管理したり、アンチロックブレーキシステム等を精度よく制御したりすることが可能となる。

なお、本実施形態では、Ｓ１６にて各空気制御弁３０の開弁時間に基づいて、各車輪４のタイヤから流出した空気の量が算出されるが、これに限られるものではない。すなわち、車輪４ごとに流量計を設けて、各車輪４のタイヤから流出する空気の量を直接計測してもよいことはいうまでもない。また、Ｓ１８にて各タイヤからの流出空気量に基づいて各タイヤへの荷重を求める際には、各車輪４の温度センサ３８によって検出されるタイヤ空気室内の温度を考慮してもよいこというまでもない。

本発明による荷重推定装置が適用された車両を示す概略構成図である。 図１の車両の各タイヤに加えられている荷重を推定するルーチンを説明するためのフローチャートである。 図１の車両の各タイヤに加えられている荷重を推定する手順を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 車両、２ 車体、４ 車輪、６ 車輪速センサ、１０ タイヤ空気圧制御装置、１２ 空気供給ライン、１４ コンプレッサ、１６ 高圧タンク、１８ 高圧タンク弁、２０ ドライヤ、２２ 逆止弁、２４ オリフィス、２６ 排気弁、２８ サイレンサ、３０ 空気制御弁、３２ 回転エアシール、３４ タイヤ空気圧調整ユニット、３６ 空気圧センサ、３８ 温度センサ、４０ 車輪側通信装置、４２ 車体側通信装置、４４ 空気圧切換スイッチ、４６ 警報装置

Claims (4)

1. タイヤに加えられている荷重を推定するためのタイヤ荷重推定装置において、
   前記タイヤ内の空気量を変化させて前記タイヤの空気圧を調整することができる空気圧制御手段と、
   前記空気圧制御手段を作動させて前記タイヤの空気圧を変化させ、それに伴って変化する所定のタイヤ状態量に基づいて前記タイヤに加えられている荷重を推定する荷重推定手段とを備えることを特徴とするタイヤ荷重推定装置。
2. 前記荷重推定手段は、前記空気圧制御手段を作動させて前記タイヤの空気圧を所定値に設定した後、前記空気圧制御手段を更に作動させて前記タイヤの空気圧を前記所定値とは異なる他の値に設定し、前記タイヤの空気圧を前記所定値から前記他の値へと変化させた際の前記タイヤ内の空気量の変化分に基づいて前記タイヤに加えられている荷重を推定することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ荷重推定装置。
3. タイヤに加えられている荷重を推定するためのタイヤ荷重推定方法において、
   前記タイヤの空気圧を変化させ、それに伴って変化する所定のタイヤ状態量に基づいて前記タイヤに加えられている荷重を推定することを特徴とするタイヤ荷重推定方法。
4. 前記タイヤの空気圧を所定値に設定した後、前記タイヤの空気圧を前記所定値とは異なる他の値に設定し、前記タイヤの空気圧を前記所定値から前記他の値へと変化させた際の前記タイヤ内の空気量の変化分に基づいて前記タイヤに加えられている荷重を推定することを特徴とする請求項３に記載のタイヤ荷重推定方法。
   
   
   

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