JP2008013104A - タイヤ動荷重半径の基準値初期化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ内圧低下を判定しようとする速度域での基準値をあらかじめ設定する必要がなく、車両が正常内圧時に走行した際のタイヤ動荷重半径データから決定することで、車両に応じた基準値の設定が可能な基準値初期化方法を提供する。
【解決手段】ＧＰＳによる車両速度情報とタイヤの回転速度情報から、走行中の車両のタイヤ動荷重半径を算出し、基準内圧時における動荷重半径の基準値からの変化の大きさによりタイヤの内圧低下を判断する際に、該基準値を初期化するための方法であって、基準内圧時における車両の動荷重半径の計測値を、あらかじめ決定した速度領域ごとに振り分けて蓄積する工程、および該計測値がある一定の個数蓄積された時点で各速度領域ごとに基準値を算出する工程を含むタイヤ動荷重半径の基準値初期化方法である。
【選択図】図３

Description

本発明は、走行中の車両のタイヤ動荷重半径を測定し、基準内圧時における動荷重半径基準値からの変化の大きさによりタイヤの内圧低下を判定する際に、該基準値を初期化するための方法に関する。

従来、ＧＰＳ情報から算出した車両速度や距離とタイヤの回転数から、タイヤの内圧低下を検出する方法が、特許文献１〜３などに開示されている。しかしながら、ＧＰＳ情報から算出した車両の速度とタイヤ回転速度からタイヤの内圧低下を検出するためには、内圧の低下のみによるタイヤ回転速度変化を検出する必要がある。つまり車両の走行状態による回転速度変化を排除する必要がある。

特許文献１には、タイヤの回転情報から算出した車両の走行軌跡と、ＧＰＳなどによる車両位置情報から得た車両の走行軌跡とを比較してタイヤ空気圧の低下を検出する方法が開示されているが、車両の走行状態による回転速度変化を排除することについて示されていない。特許文献２や特許文献３では、タイヤ相互の回転状態の比較から走行状態を特定するものであるが、タイヤの内圧低下が発生したとき、すでに４輪相互の回転速度の関係はバランスがくずれており、正確な走行状態の特定ができない。また、ＧＰＳ情報から算出した移動距離とタイヤ回転数からタイヤの動荷重半径を算出することによりタイヤの空気圧の低下を検知する方法も知られているが、車両の走行状態による回転数変化の排除が充分でないため精度が不充分である。

そこで、車両の走行状態を限定し、そのときの動荷重半径測定値の有効値を選び出し、その平均値を走行中の動荷重半径とし、その動荷重半径が基準値より小さくなったとき、内圧低下を警報する方法が提案されている。さらに、この方法には路面μや荷重による動荷重半径測定値の影響を考慮し、それらの影響の可能性がある場合は内圧低下の警報と並行して路面あるいは荷重の影響がある旨の注意を促す方法が開示されている。しかしながら、この方法では、内圧低下を判定する速度域での基準値をあらかじめ設定する必要がある。

特開２００３−９４９２０号公報 特開２００５−１８６７３９号公報 特開２００３−１４６０３７号公報

本発明は、タイヤ内圧低下を判定しようとする速度域での基準値をあらかじめ設定する必要がなく、車両が正常内圧時に走行した際のタイヤ動荷重半径データから決定することで、車両に応じた基準値の設定が可能な基準値初期化方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、ＧＰＳによる車両速度情報とタイヤの回転速度情報から、走行中の車両のタイヤ動荷重半径を算出し、基準内圧時における動荷重半径の基準値からの変化の大きさによりタイヤの内圧低下を判断する際に、該基準値を初期化するための方法であって、基準内圧時における車両の動荷重半径の計測値を、あらかじめ決定した速度領域ごとに振り分けて蓄積する工程、および該計測値がある一定の個数蓄積された時点で各速度領域ごとに基準値を算出する工程を含むタイヤ動荷重半径の基準値初期化方法に関する。

基準値を、加重算術移動平均法により算出することが好ましい。

また本発明は、前記タイヤ動荷重半径の基準値初期化方法を含むタイヤ内圧低下判定方法であって、前記いずれかの速度領域における車両速度および動荷重半径を測定し、得られたデータの平均化により車両速度に応じた動荷重半径を求め、該車両速度において設定された基準値との比較を行なう工程を含むタイヤの内圧低下判定方法にも関する。

さらに本発明は、ＧＰＳによる車両速度情報とタイヤの回転速度情報から、走行中の車両のタイヤ動荷重半径を算出し、基準内圧時における動荷重半径の基準値からの変化の大きさによりタイヤの内圧低下を判断する際に、該基準値を初期化するための装置であって、基準内圧時における車両の動荷重半径の計測値を、あらかじめ決定した速度領域ごとに振り分けて蓄積する手段、および該計測値がある一定の個数蓄積された時点で各速度領域ごとに基準値を算出する手段を含むタイヤ動荷重半径の基準値初期化装置に関する。

また本発明は、ＧＰＳによる車両速度情報とタイヤの回転速度情報から、走行中の車両のタイヤ動荷重半径を算出し、基準内圧時における動荷重半径の基準値からの変化の大きさによりタイヤの内圧低下を判断する際に、該基準値を初期化するためのプログラムであって、コンピュータに、基準内圧時における車両の動荷重半径の計測値を、あらかじめ決定した速度領域ごとに振り分けて蓄積する手順、および該計測値がある一定の個数蓄積された時点で各速度領域ごとに基準値を算出する手順を実行させるためことにより、タイヤ動荷重半径の基準値を初期化するためのプログラムに関する。

本発明によると、タイヤ内圧低下を判定しようとする速度域での基準値をあらかじめ設定する必要がなく、基準内圧時における車両の動荷重半径の計測値を、あらかじめ決定した速度領域ごとに振り分けて蓄積し、該計測値がある一定の個数蓄積された時点で各速度領域ごとに基準値を算出することにより、車両に応じた基準値の設定が可能となる。

以下、添付図面に基づいて、本発明のタイヤ動荷重半径の基準値初期化方法および装置、ならびにタイヤ動荷重半径の基準値を初期化するためのプログラムについて説明する。

図１および２は、本発明の初期化装置の一実施の形態を示すブロック図である。

図１に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわる初期化装置において、４輪車両に備えられた４つのタイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲの車輪速回転情報を検出するため、各タイヤにそれぞれ関連して設けられた通常の車輪速検出手段１が備えられている。前記車輪速検出手段１としては、電磁ピックアップなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数から車輪速回転情報を測定する車輪速センサまたはダイナモのように回転を利用して発電を行ない、この電圧からタイヤ速回転情報を測定するものを含む角速度センサなどを用いることができる。

前記車輪速検出手段１では、タイヤの回転数に対応したパルス信号（以下、車輪速パルスという）が出力される。またＣＰＵ２ｂでは、車輪速検出手段１から出力された車輪速パルスに基づき、所定のサンプリング周期ΔＴ、たとえばΔＴ＝０．０５（秒）ごとに各タイヤの回転角速度が算出される。

前記車輪速検出手段１の出力はＡＢＳなどのコンピュータである制御ユニット２に与えられる。この制御ユニット２には、車両速度検出装置としてＧＰＳ装置３が接続されている。

制御ユニット２は、図２に示されるように、外部装置との信号の受け渡しに必要なＩ／Ｏインターフェイス２ａと、演算処理の中枢として機能するＣＰＵ２ｂと、該ＣＰＵ２ｂの制御動作プログラムが格納されたＲＯＭ２ｃと、前記ＣＰＵ２ｂが制御動作を行なう際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き込まれたデータなどが読み出されるＲＡＭ２ｄとから構成されている。

前記車両速度は、たとえばＧＰＳ速度計を利用することにより得られる。カーナビゲーションの普及によりＧＰＳ装置が多くの車両に取り付けられるようになった。このことでＧＰＳ装置による測位技術も向上し、現在では速度を算出することに特化した装置（英国Ｒａｃｅ Ｌｏｇｉｃ社製、ＧＰＳ式速度計ＶＢＯＸ）も販売されている。このＧＰＳ情報を用いた速度計による算出速度を前記車両速度として利用することができる。

走行中の車両の動荷重半径（Ｒ）は、その車両の絶対速度（Ｖ）とタイヤの回転角速度（ω）との関係から算出する（Ｖ＝Ｒ・ω）ことができる。そして、タイヤの動荷重半径（Ｒ）は内圧が低下するにしたがって減少することが知られており、このことを利用してタイヤの内圧低下をタイヤの動荷重半径（Ｒ）の減少から推定することができる。

しかしながら、タイヤの動荷重半径（Ｒ）は速度に対して依存性を持つ。すなわち、タイヤが高速で回転するほど、タイヤトレッドのマスによって遠心力が増加し、速度の関数として（おおむね速度の２乗に比例して）動荷重半径は増加する。そのため、基準値の設定はいくつかの速度領域ごとに決定する必要がある。

また、ＧＰＳによる車両速度には測定誤差が含まれ、また回転角速度には、路面の凹凸や滑りやすさの違いが影響する。そこで、このような誤差を除去するため平均化処理を行なうことが好ましい。内圧減少による動荷重半径の減少代と、測定のバラツキの大きさによる統計手法を用いることで、短時間で精度良く基準値計算を実現することができる。測定値の変動要因としては、タイヤの回転次数成分に起因するものが支配的であり、これは周期的な変動である。このような観点から、前記平均化処理の方法としては、加重算術移動平均法を用いることが好ましい。基準値算出のための平均化処理に必要なサンプリングデータの個数は、車両やタイヤごとに決定することが可能である。具体的な手法については後述する。

なお、車両速度が速いほど一定時間での走行距離は長くなるため、誤差の影響は、速度によって異なる。よって、各速度領域ごとで平均化を行うデータの個数は変更することが望ましい。それぞれの速度領域で基準値が求まれば、その速度域での減圧の判定が可能となる。

ここに説明した技術的事項に基づいて、タイヤ動荷重半径の基準値を初期化するための計算プログラムの一実施の形態を、図３のフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１にて、車両走行条件（平坦路、直線一定速度など）を限定する。

次に、ステップＳ２、Ｓ３で車輪の回転速度検出装置の出力信号に基づいて、基準内圧時の各車輪の回転速度を取得（算出）する。

ステップＳ４、Ｓ５で、ＧＰＳ情報に基づく車両の走行速度を取得（算出）する。

ステップＳ６で、各車輪の回転速度と車両のＧＰＳ速度から各車輪の動荷重半径を算出する。

ステップＳ７では、各種の走行条件において、動荷重半径およびＧＰＳ速度の組み合わせを取得してデータベース化を行なう。

ステップＳ８では、取得した動荷重半径およびＧＰＳ速度について、あらかじめ設定された各速度領域へ割り振りを行なう。

ステップＳ９では、後述する各速度領域ごとの必要ｎ、ｍ数の蓄積を行い、これらを基準値と比較し、該基準値より小さい場合は再測定ルーチンに戻す。ｎ、ｍが基準値に達したら、ステップＳ１０において、各速度領域ごとの動荷重半径Ｒの平均値を算出し、基準値が決定される。ついで、該基準値をもとにタイヤ減圧判定が開始される。

なお、あらかじめ決定されたすべての速度領域で基準値が算出されると基準値の初期化が終了するが、ある速度領域で基準値が算出され、他の速度領域での基準値計算が終了していないために初期化が終了していない場合には、基準値計算が終わった速度領域のみで減圧判定を行うようにすればよい。

次に、前記基準値初期化方法を用いたタイヤの内圧低下判定のための計算プログラムの一実施の形態を、図４のフローチャートに基づいて説明する。

図３のタイヤ動荷重半径基準値の初期化プログラムと同様に、Ｓ１〜Ｓ８にて、あらかじめ決定された速度領域における動荷重半径の平均値を算出する。ここで、減圧判定のために必要なタイヤ動荷重半径算出方法としては、該当する速度領域において初期化の際に用いられた算出方法およびサンプルデータ個数と同様とすることが好ましい。

Ｓ９にて、得られた動荷重半径の平均値と割り振られた速度領域における動荷重半径基準値との差Ｄを算出する。Ｄがあらかじめ設定された閾値以上であれば、内圧低下警報を発する。Ｄが閾値より小さければ、内圧低下警報を発することなく、再測定ルーチンに戻す。

なお、以上のタイヤ内圧低下判定は、各輪個別に行なうことができる。

次に本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。

タイヤの回転角速度を検知するために、ＡＢＳ制御に用いる回転速度情報を用い、回転角速度に換算した。車両の絶対速度を得るためにＧＰＳ速度計（Ｒａｃｅ Ｌｏｇｉｃ社製）を取り付けた。車両の速度はシリアルデータとして直接ＰＣに出力した。

これら２つの情報を５０ｍｓｅｃごとにデジタルデータとして同期してＰＣに取り込めるようにした。それら２つの情報から動荷重半径を５０ｍｓｅｃごとに計算し、１秒ごとの平均値として算出するようにした。

＜テスト条件＞
車両：ＦＦ車
タイヤ：１８５／７０Ｒ１４ ＳＰ１０
路面：神戸市内の一般道ならびに高速道路
初期化走行条件：基準内圧（２１０ｋＰａ）で１名乗車
減圧判定実験：ＲＬ輪２５％減圧（１５８ｋＰａ）で１名乗車

＜速度領域の決定＞
(1) ２０〜４０ｋｍ／ｈ
(2) ４０〜６０ｋｍ／ｈ
(3) ６０〜７０ｋｍ／ｈ
(4) ７０〜８０ｋｍ／ｈ
(5) ８０〜８５ｋｍ／ｈ
(6) ８５〜９０ｋｍ／ｈ
(7) ９０〜９５ｋｍ／ｈ
(8) ９５〜１００ｋｍ／ｈ
の８領域とした。

＜走行条件の限定＞
平坦路を直進一定速走行していると判断された条件を選択し、動荷重半径を算出し、データを蓄積した。ここでは、ＧＰＳ情報から、前後｜Ｇ｜＜０．０５Ｇ、方位変化１度以下、路面勾配５％以下、ブレーキを踏んでいないことを条件とし、ＧＰＳの受信状態が良好で速度情報を正常に出力している場合のみを採用することとした。

＜データの蓄積方法＞
上記データをＧＰＳ速度情報により、あらかじめ決定した前記８速度領域に振り分けた。

＜基準値の算出＞
基準値平均化の手法としては、加重算術移動平均法を採用し、１０個のデータの平均値を５０個さらに平均することでその速度域での基準値を算出した。この基準値算出のための平均化個数の決定方法を以下に示す。
（１）初期化走行条件において、ある速度域におけるデータを多数サンプリングする。
（２）いくつかのｎ数について移動平均を行ない、時系列データＸにする。
（３）そのデータＸについて、さらにいくつかのｍ数について移動平均を行ない時系列データＹとする。
（４）ｎとｍの組み合わせによってＹは何通りも可能であり、その時系列データＹｎｍについて、標準偏差σを求める。
（５）タイヤの動荷重半径は、ドラム実験を行うことで測定が可能である。その動荷重半径を、対象車両の軸重に相当する荷重を負荷し、対象となる速度で測定した。内圧は正規圧と検知を目標とする圧力の２水準で計測した。本実施例の場合、タイヤ：１８５／７０Ｒ１４ ＳＰ１０、荷重２．５ｋＮ、内圧２１０ｋＰａと１５８ｋＰａで、速度は上記８領域の中心速度とした。このとき、内圧の減少による動荷重半径の減少代は、約０．６ｍｍであった。
（６）図５に示すように、減圧時と正常内圧時の各データ群について、３σ（σは標準偏差）が０．１ｍｍ以下である場合、９９．９％以上の確率で各データ群の距離ｄが０．４ｍｍ以上の結果となる。そこで、各データ群の平均値の差Ｄが０．６ｍｍ以上であることを精度良く検知するために、σの目標値を０．０３３ｍｍ以下とした。
（７）上記（４）の組み合わせの中から、上記（６）を達成する、最小の（ｎ＋ｍ）を求め、ｎとｍを平均化に最適なサンプリング個数とした。

基準値が求まれば、その速度領域での初期化は終了し、その領域はクローズした。ここでは、全速度領域（８領域）で基準値が求まる前に、ある速度域で基準値が求まれば、減圧判定を実行するようにした。

＜減圧判定＞
減圧の判定のための測定値算出方法は、初期化で決定した、１０個、５０個の移動平均を用いた。このとき判定基準は、０．４ｍｍ以上減少したと判断した場合に警報を出すようにした。

＜走行結果＞
約２０分の走行で速度領域：４０〜６０ｋｍ／ｈの初期化が完了した。その後、２５％減圧状態で走行したところ、約３分で減圧を検知できた。

本発明のタイヤ動荷重半径の基準値初期化装置の一実施の形態を示すブロック図である。 図１の基準値初期化装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明にかかわるタイヤ動荷重半径の基準値を初期化するための計算プログラムの一実施の形態を示すフローチャートである。 本発明にかかわるタイヤ内圧低下判定のための計算プログラムの一実施の形態を示すフローチャートである。 タイヤ動荷重半径のサンプリングデータの分布を示す模式図である。

符号の説明

１ 車輪速検出手段
２ 制御ユニット
３ ＧＰＳ装置
３ａ ＧＰＳアンテナ

Claims (5)

1. ＧＰＳによる車両速度情報とタイヤの回転速度情報から、走行中の車両のタイヤ動荷重半径を算出し、基準内圧時における動荷重半径の基準値からの変化の大きさによりタイヤの内圧低下を判断する際に、該基準値を初期化するための方法であって、
   基準内圧時における車両の動荷重半径の計測値を、あらかじめ決定した速度領域ごとに振り分けて蓄積する工程、および該計測値がある一定の個数蓄積された時点で各速度領域ごとに基準値を算出する工程を含むタイヤ動荷重半径の基準値初期化方法。
2. 基準値を、加重算術移動平均法により算出することを特徴とする請求項１記載のタイヤ動荷重半径の基準値初期化方法。
3. 請求項１または２記載のタイヤ動荷重半径の基準値初期化方法を含むタイヤ内圧低下判定方法であって、
   前記いずれかの速度領域における車両速度および動荷重半径を測定し、得られたデータの平均化により車両速度に応じた動荷重半径を求め、該車両速度において設定された基準値との比較を行なう工程を含むタイヤの内圧低下判定方法。
4. ＧＰＳによる車両速度情報とタイヤの回転速度情報から、走行中の車両のタイヤ動荷重半径を算出し、基準内圧時における動荷重半径の基準値からの変化の大きさによりタイヤの内圧低下を判断する際に、該基準値を初期化するための装置であって、
   基準内圧時における車両の動荷重半径の計測値を、あらかじめ決定した速度領域ごとに振り分けて蓄積する手段、および該計測値がある一定の個数蓄積された時点で各速度領域ごとに基準値を算出する手段を含むタイヤ動荷重半径の基準値初期化装置。
5. ＧＰＳによる車両速度情報とタイヤの回転速度情報から、走行中の車両のタイヤ動荷重半径を算出し、基準内圧時における動荷重半径の基準値からの変化の大きさによりタイヤの内圧低下を判断する際に、該基準値を初期化するためのプログラムであって、
   コンピュータに、基準内圧時における車両の動荷重半径の計測値を、あらかじめ決定した速度領域ごとに振り分けて蓄積する手順、および該計測値がある一定の個数蓄積された時点で各速度領域ごとに基準値を算出する手順を実行させるためことにより、タイヤ動荷重半径の基準値を初期化するためのプログラム。

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