JP2011131688A - 路面状況検出用モジュールおよびこれを備えたタイヤ空気圧検出用モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 周波数分析などを行なわなくてもセンサからの検出信号に基づいて路面状況の検出を行なえる路面状況検出用モジュールおよびこれを備えるタイヤ空気圧検出用モジュールを提供する。
【解決手段】 路面状況検出用モジュールおよびこれを備えるタイヤ空気圧検出用モジュール１は、車輪の振動に応じた検出信号を出力するショックセンサ２と、車輪の遠心力に応じた検出信号を出力する加速度センサ３と、加速度センサ３の検出信号に基づいてショックセンサ２の検出信号を補正して補正検出信号を出力する制御部６と、制御部６より出力された補正検出信号を送信する送信部７とを具備して構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等のタイヤを備える車両が走行中の路面の状況を検出するための路面状況検出用モジュールおよびこれを備えたタイヤ空気圧検出用モジュールに関するもので、特に、路面状況検出にショックセンサおよび加速度センサからの検出信号を用いて検出を行なう路面状況検出用モジュールおよびこれを備えたタイヤ空気圧検出用モジュールに関する。

自動車の走行安定性を高め、制駆動や操舵といった危険回避操作を起こす前にＡＢＳ制御等のような高度な制御を行なえば、自動車等のタイヤを備える車両の走行安全性を一段と高めることができる。そのために、タイヤが接触する走行路面のリアルタイムな路面状況を認識できる技術が求められている。

路面の凹凸や路面摩擦係数を測定する方法として、ホイールに設けた振動センサの検出信号を基に周波数から路面摩擦係数を求めてブレーキ制御のパラメータとして利用する技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、振動センサとして加速度センサを用い、加速度センサの検出信号を周波数分析し、その振動スペクトルの振動レベルを検出することで、振動レベルと路面摩擦係数との相関関係により、路面摩擦係数を求める技術が開示されている。

また、特許文献２には、振動センサとしてショックセンサを用い、ショックセンサの検出信号から路面粗さを検出する技術が開示されている。

特開２００３−１８２４７６号公報 特開２００６−１６８５６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、加速度センサの検出信号を周波数分析（ＦＦＴ）するため、かなり煩雑にデータ取得を繰り返さなければならず、さらに路面粗さが一定でなければ、路面摩擦係数の算出が行なえず、乾燥路や凍結路などの路面摩擦係数の算出が難しいといった課題があった。
また、特許文献２に記載の技術では、同一の路面状況でも速度やタイヤの空気圧等によってショックセンサの出力が変化することから、ショックセンサからの検出信号をそのまま用いたのでは、一定のしきい値によって路面状況を正しく検出することができないといった課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、周波数分析などを行なわなくてもセンサからの検出信号に基づいて路面状況の検出を行なえる路面状況検出用モジュールおよびこれを備えたタイヤ空気圧検出用モジュールを提供することを目的とする。

そこで、本発明の路面状況検出用モジュールは、車輪の振動に応じた検出信号を出力するショックセンサと、前記車輪の遠心力に応じた検出信号を出力する加速度センサと、該加速度センサから出力される検出信号に基づいて前記ショックセンサから出力される検出信号を補正して補正検出信号を出力する制御部と、該制御部より出力される前記補正検出信号を送信する送信部とを具備することを特徴する。

また、本発明のタイヤ空気圧検出用モジュールは、前記路面状況検出用モジュールの前記制御部と接続される圧力センサおよび温度センサをさらに具備することを特徴とする。

本発明によれば、ショックセンサと加速度センサとを用いるとともに、加速度センサの検出信号に基づいてショックセンサの検出信号を補正することで、周波数分析などを行なわなくてもセンサからの検出信号に基づいて路面状況の検出を行なえる路面状況検出用モジュールおよびこれを備えたタイヤ空気圧検出用モジュールを提供することができる。

本発明の一例である路面状況検出用モジュールを含むタイヤ空気圧検出用モジュールを用いたタイヤ空気圧検出装置のブロック構成を示す図である。 図１に示すタイヤ空気圧検出装置に備えるタイヤ空気圧検出用モジュールおよびその受信機のブロック構成を示す図である。 本発明の一例であるタイヤ空気圧検出用モジュールを用いた路面状況を示す信号処理のフローチャートである。 （ａ）本発明の一例である路面状況検出用モジュールにより出力される補正検出信号を示すグラフであり、（ｂ）は従来の路面状況検出用モジュールにより出力された補正していない検出信号を示すグラフである。

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一例である路面状況検出用モジュールを含むタイヤ空気圧検出用モジュールを用いたタイヤ空気圧検出装置のブロック構成を示す図であり、図２は、図１に示すタイヤ空気圧検出装置に備えるタイヤ空気圧検出用モジュールおよび受信機のブロック構成を示す図である。

図１に示すように、タイヤ空気圧検出装置は、車両１５に取り付けられるもので、車両１５には、路面状況検出用モジュールを含むタイヤ空気圧検出用モジュール１、受信機１０および警報装置１４を備えている。

タイヤ空気圧検出用モジュール１は、車両１５における各車輪２０ａ〜２０ｄに取り付けられるもので、車輪２０ａ〜２０ｄに取り付けられたタイヤの空気圧、タイヤ内の温度、加速度、および路面状況を検出するとともに、その検出結果を示す検出信号を受信機１０へ送信するものである。また、受信機１０は、車両１５における車体１６側に取り付けられるもので、タイヤ空気圧検出用モジュール１から送信される各種センサからの検出信号を受信し、警報装置１４等の制御を行なうものである。

図２に示すように、タイヤ空気圧検出用モジュール１は、ショックセンサ２と、加速度センサ３と、圧力センサ４と、温度センサ５と、各センサ２〜５と接続された制御部６と、各センサ２〜５より出力された検出信号を受信機１０へ送る送信部７およびアンテナ８とを具備している。なお、少なくともショックセンサ２と、加速度センサ３と、制御部６と、送信部７と、アンテナ８とで、路面状況検出用モジュールを構成している。

圧力センサ４は、タイヤの空気圧に応じた検出信号を出力し、温度センサ５は、車輪２０ａ〜２０ｄ内の温度に応じた検出信号を出力するようになっている。

加速度センサ３は、車輪２０ａ〜２０ｄの回転検出を行なうものであり、車輪２０ａ〜２０ｄの回転によって発生する遠心力に応じた検出信号を出力するものである。この加速度センサ３には、例えば、容量式のものを用いることができ、車輪２０ａ〜２０ｄの回転に伴う容量値の変動に応じた検出信号が出力される。

ショックセンサ２は、車輪２０ａ〜２０ｄと路面との状況を検出するものであり、路面状況に基づく検出信号を出力するものである。

制御部６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のもので、ＲＯＭ内に記憶されたプログラムにしたがって、所定の処理を実行するようになっている。また、ＲＯＭ内には、後述するように、前記加速度センサ３から出力される検出信号に基づいて前記ショックセンサ２から出力される検出信号を補正するための補正情報がデータテーブルに格納されている。

送信部７は、アンテナ８を通じて制御部６から送られてきた信号を受信機１０へ向けて送信する出力部としての機能を果たすものである。

制御部６は、各センサ２〜５からの検出信号に応じた電圧値を受け取り、その信号を必要に応じて信号処理したのち、送信部７およびアンテナ８を介して受信機１０へ向けて送信するようになっている。受信機１０に信号情報を送信する処理は、前記プログラムにしたがって所定のタイミングで実行される。

このようなタイヤ空気圧検出用モジュール１は、例えば、各車輪２０ａ〜２０ｄのホイールにおけるエアバルブに取り付けられ、各センサ２〜５がタイヤの内側に露出するように配置される。これにより、各車輪２０ａ〜２０ｄのタイヤの空気圧、温度、加速度、路面状況を検出し、検出信号を送信部７およびアンテナ８を介して、受信機１０へ向けて所定周期毎に送信するようになっている。

受信機１０は、制御部１１と、受信部１２と、アンテナ１３とを備えた構成となっている。

アンテナ１３は、タイヤの数、すなわちタイヤ空気圧検出用モジュール１の数に対応した個数設けられている。各アンテナ１３は、車体１６のうち各タイヤ空気圧検出用モジュール１の位置と対応する場所に所定の間隔をあけて設置されている。

制御部１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のもので、ＲＯＭ内に記憶されたプログラムにしたがって、所定の処理を実行するようになっている。

受信部１２は、アンテナ１３を通じてタイヤ空気圧検出用モジュール１から送られてきた検出信号を制御部１１へ送る入力部としての機能を果たすものである。

制御部１１は、受信部１２から送られてきた検出信号を受け取り、各車輪２０ａ〜２０ｄのタイヤの空気圧、温度、加速度、路面状況を検出し、その状況に応じた電気信号を警報装置１４へ出力するようになっている。

具体的には、タイヤの空気圧が所定のしきい値を下回ったか否かを判断し、その判定結果に基づき、タイヤの空気圧が低下したことを示す信号を警報装置１４へ出力する。また、制御部１１は、路面の状況が所定の条件を満たすか否かを判定し、その判定結果に基づいて、ドライバーに対して警報を行なうことを指示する信号を警報装置１４へ出力する。

警報装置１４は、図１に示すように、ドライバーが視認可能な場所に配置され、例えば、車両１５の運転席側のパネルに設置される警報ランプや警告表示器、あるいは警告ブザーによって構成される。

次に、タイヤ空気圧検出装置の動作について説明する。

図３に示すように、タイヤ空気圧検出用モジュール１では、制御部６に各センサ２〜５からのタイヤの空気圧、タイヤ内の温度、加速度、および路面状況を示す検出信号が取り込まれる（Ｓ１〜Ｓ４）。そして、必要に応じて信号処理されたのち、送信部７およびアンテナ８を通じて受信機１０側に送信される。

一方、タイヤ空気圧検出用モジュール１から検出信号が送信されると、それが受信機１０のアンテナ１３にて受信され、受信部１２を通じて制御部１１に入力される。

そして、制御部１１において、検出信号からタイヤの空気圧を示すデータ、タイヤ内の温度を示すデータが抽出され、温度を示すデータに基づいて必要に応じて温度補正が成され、タイヤ空気圧が求められる。このとき、制御部１１にて、タイヤの空気圧が所定のしきい値を下回っていると判定されれば、制御部１１から警報装置１４にその旨を示す信号が出力され、警報装置１４にて警報が行われるようになっている。

また、タイヤ空気圧検出用モジュール１の制御部６では、加速度センサ３の検出信号に基づいてショックセンサ２の検出信号の補正が行われる（Ｓ５）。すなわち、図３のＳ５に示すように、ショックセンサ２の検出信号を、加速度センサ３の検出信号に基づいて補正し、この補正したショックセンサ２の検出信号を送信部７およびアンテナ８を通じて受信機１０側に送信するようになっている。そして、制御部１１において、補正されたショックセンサ２の検出信号から路面状況を示すデータが抽出され、路面状況が所定のしきい値にあるか否かが判定され（Ｓ６）、所定のしきい値を下回っていると判定されれば、制御部１１から警報装置１４にその旨を示す信号が出力され、警報装置１４にて警報が行われるようになっている（Ｓ７）。

ここで、タイヤ空気圧検出用モジュール１の制御部６におけるショックセンサ２の検出信号および加速度センサ３の検出信号に基づく路面状況の検出について、図４を参照して説明する。

図４（ｂ）は同一路面における車速が４０ｋｍ／ｈおよび８０ｋｍ／ｈのときのショックセンサ２からの出力値（検出信号）を示すもので、同一路面でも速度によってショックセンサ２からの出力が変化していることが判る。つまり、ショックセンサ２からの検出信号をそのまま用いたのでは、一定のしきい値を用いて路面状況の検出を行なうことができない。

また、タイヤの空気圧が少ないと、タイヤのたわみ量が増加するため、タイヤによる振動吸収によって、ショックセンサ２に伝わる路面振動は少なくなり、逆にタイヤの空気圧が高いと、たわみ量が減少し、ショックセンサ２に伝わる路面振動は大きくなる。さらに、タイヤの空気圧は温度変化にも依存するため、温度が低いと、タイヤの空気圧は低下し、ショックセンサ２の出力は減少する。また、タイヤ種類によって、タイヤの構造や材質等の違いにより、たわみ量は異なるため、タイヤ種類によってもショックセンサ２の出力は変化する。つまり、ショックセンサ２の出力は、タイヤのたわみ量にも依存性があり、タイヤのたわみ量によるショックセンサ２への影響を考慮しないと、一定のしきい値にて路面状態を正しく判定することができない可能性がある。

一方、加速度センサ３の出力値（検出信号）と加速度とは比例関係にあり、また、加速度センサ３の出力は、タイヤの空気圧の変化によっても変化する。

そのため、ショックセンサ２と同じタイヤのたわみの影響を受けている加速度センサ３の出力を用いて、ショックセンサ２の出力を補正することで、速度による影響だけでなく、ショックセンサ２が受けているタイヤのたわみの影響も補正することが可能となる。

具体的には、加速度センサ３の出力をＧａ、ショックセンサ２の出力をＧｓとすると、補正後のショックセンサ２の出力ＧｓHは、数１により求めることができる。ただし、補正係数ｂは、予め制御部６のＲＯＭ等に記録してある表１のテーブルデータの値を用いるようになっており、このデータテーブルの補正係数ｂを参照し、数１によりショックセンサ２の検出信号を補正すれば良い。

図４（ａ）は、同一路面における車速が４０ｋｍ／ｈおよび８０ｋｍ／ｈのときのショックセンサからの出力値を補正した補正後の出力値を示すもので、速度によってショックセンサ２からの出力が変化しておらず、一定のしきい値を用いて路面状況の検出を行なうことができることが判る。

このように、ショックセンサ２の検出信号を、同じタイミングで検出された加速度センサ３の検出信号に基づいて得られる補正係数ｂを基に補正することで、速度による影響およびタイヤのたわみの影響を受けることなく、一定のしきい値により路面状況の判定を行なうことができる。

これにより、車速の変化による遠心力の影響を受けずに、ショックセンサ２から正しい路面状態の検出が可能となる。また、路面検出にショックセンサ２を用いているため、加速度センサ３を用いる場合に対して制御部６に取り込んだ後の演算処理の簡略化が図れる。さらに、タイヤ空気圧検出用モジュール１内に加速度センサ３とショックセンサ２とを組み込むことで、加速度センサ３から得られる速度相当の信号は、タイヤの空気圧、温度変化、磨耗具合、タイヤ種類による違いを受けずに、ショックセンサ２の出力を補正することができる。しかも、タイヤ空気圧検出用モジュール１単体での路面状態の検出が可能となり、車体１６側からの信号等を必要としないため、車体１６への取り付けが容易に行うことができる。

以上説明したように、本実施形態における路面状況検出用モジュールは、その構成要素として備える加速度センサ３として、タイヤ空気圧検出用モジュール１に元々備えられている加速度センサ３を用いることができ、この加速度センサ３の検出信号を基にしてショックセンサ２の検出信号を補正し、補正したショックセンサ２の検出信号にて路面状況を検出することができる。

そして、このような路面状況検出用モジュールおよびこれを備えるタイヤ空気圧検出用モジュール１によれば、周波数分析（ＦＦＴ）などを行わなくても、ショックセンサ２の検出信号と加速度センサ２２の検出信号とを用いて路面状況を検出することが可能となる。

そのため、近年、自動車への装着がどんどん進んでいる、直接式タイヤ空気圧検出装置のタイヤ空気圧検出用モジュール１に取り付けられている加速度センサ２を利用して、既存のシステムに若干の追加部品を加えるだけで、路面状態を検出することが可能となる。

また、このように検出される路面状況に関する情報に基づいて、ドライバに報知することが可能となり、より車両１５の走行安全性を高めることが可能となる。

１ タイヤ空気圧検出用モジュール
２ ショックセンサ
３ 加速度センサ
４ 圧力センサ
５ 温度センサ
６ 制御部
７ 送信部
８ アンテナ
１０ 受信機
１１ 制御部
１２ 受信部
１３ アンテナ

Claims (2)

1. 車輪の振動に応じた検出信号を出力するショックセンサと、前記車輪の遠心力に応じた検出信号を出力する加速度センサと、該加速度センサの検出信号に基づいて前記ショックセンサの検出信号を補正して補正検出信号を出力する制御部と、該制御部より出力された前記補正検出信号を送信する送信部とを具備することを特徴する路面状況検出用モジュール。
2. 請求項１に記載の路面状況検出用モジュールの前記制御部と接続される圧力センサおよび温度センサをさらに具備することを特徴とするタイヤ空気圧検出用モジュール。

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