JP2016223949A - タイヤの減圧状態の検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両への積載荷重の影響をキャンセルし、正確にタイヤの減圧状態を検出することが可能な検出装置を提供する。【解決手段】車両に装着されたタイヤの減圧状態を検出する検出装置が提供される。検出装置は、指標値算出部と、共振周波数算出部と、減圧検出部とを備える。指標値算出部は、前輪タイヤ及び後輪タイヤの車輪速情報から、前輪タイヤの回転速度と後輪タイヤの回転速度との比較値である減圧指標値を算出する。共振周波数算出部は、少なくとも1つのタイヤの車輪速情報から、当該タイヤの共振周波数を算出する。減圧検出部は、所定のタイヤの減圧条件下における共振周波数と減圧指標値との線形関係を示す予め定められたパラメータと、指標値算出部により算出された減圧指標値と、共振周波数算出部により算出された共振周波数とに基づいて、車両への積載荷重の影響をキャンセルしながら所定のタイヤの減圧状態を検出する。【選択図】図6

Description

本発明は、車両に装着された1つのタイヤ又は複数のタイヤの減圧状態を検出する検出装置、方法及びプログラムに関する。
車両を快適に走行させるためには、タイヤの空気圧が調整されていることが重要である。空気圧が適正値を下回ると、乗り心地や燃費が悪くなるという問題が生じ得るからである。このため、従来より、タイヤの減圧を自動的に検出するシステム(Tire Pressure Monitoring System;TPMS)が研究されている。タイヤが減圧しているという情報は、例えば、運転者への警報に用いることができる。
タイヤの減圧を検出する方式には、タイヤに圧力センサを取り付ける等して、タイヤの空気圧を直接的に計測する方式の他、他の指標値を用いてタイヤの減圧を間接的に評価する方式がある。このような間接的な評価方式としては、動荷重半径(Dynamic Loaded Radius;DLR)方式と、共振周波数方式(Resonance Frequency Method;RFM)とが知られている。DLR方式は、減圧タイヤは走行時につぶれることで動荷重半径が小さくなり、より高速に回転するようになるという現象を利用するものであり、タイヤの回転速度からタイヤの減圧を推定する。一方、RFMは、減圧により車輪速の周波数特性が変化することを利用するものである。
特許文献1は、DLR方式の検出装置を開示しており、特許文献2は、DLR方式及び共振周波数方式を組み合わせた検出装置を開示している。また、特許文献1,2は、DLR方式において減圧を評価するための減圧指標値として、DEL1〜DEL3と呼ばれる3つの指標値について言及している。特許文献2では、DEL1〜DEL3は、以下のように定義されている。ただし、V1〜V4は、それぞれ左前輪、右前輪、左後輪、右後輪タイヤの車輪速である。
DEL1=[(V1+V4)/2-(V2+V3)/2]/[(V1+V2+V3+V4)/4]×100(%)
DEL2=[(V1+V2)/2-(V3+V4)/2]/[(V1+V2+V3+V4)/4]×100(%)
DEL3=[(V1+V3)/2-(V2+V4)/2]/[(V1+V2+V3+V4)/4]×100(%)
特開2011−247645号公報 特開2008−110742号公報
ところで、特許文献1でも指摘されているとおり、DLR方式で評価されるタイヤの回転速度は、タイヤの減圧のみならず、車両への積載荷重による影響も受けてしまう。すなわち、積載荷重が軽いと、タイヤが減圧しているにも関わらず減圧状態が判定されなかったり、逆に重いと、タイヤが減圧していないにも関わらず減圧状態と判定されてしまう等が起こり得る。このことは、減圧指標値として、前輪タイヤの回転速度と後輪タイヤの回転速度との比較値であるDEL2を用いる場合に、特に顕著となる。また、車両への積載荷重は、共振周波数にも影響を与える。従って、共振周波数方式でも同様に、積載荷重の変化により減圧状態の検出精度が低下し得る。特に、後輪に関連する減圧状態を検出しようとすると、検出精度の低下が顕著となる。以上より、DLR方式においても、共振周波数方式においても、積載荷重の影響をキャンセルし、より正確に減圧状態を検出可能な手法が求められる。
本発明は、車両への積載荷重の影響をキャンセルし、正確にタイヤの減圧状態を検出することが可能な検出装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。
本発明の第1観点に係る検出装置は、車両に装着された複数のタイヤのうちの所定の少なくとも1つのタイヤの減圧状態を検出する検出装置であって、指標値算出部と、共振周波数算出部と、減圧検出部とを備える。前記指標値算出部は、前記複数のタイヤのうちの前輪タイヤ及び後輪タイヤの車輪速情報から、前記前輪タイヤの回転速度と前記後輪タイヤの回転速度との比較値である減圧指標値を算出する。前記共振周波数算出部は、前記複数のタイヤのうちの少なくとも1つのタイヤの車輪速情報から、当該タイヤの共振周波数を算出する。前記減圧検出部は、前記所定のタイヤの減圧条件下における前記共振周波数と前記減圧指標値との線形関係を示す予め定められたパラメータと、前記指標値算出部により算出された前記減圧指標値と、前記共振周波数算出部により算出された共振周波数とに基づいて、前記車両への積載荷重の影響をキャンセルしながら前記所定のタイヤの減圧状態を検出する。
本発明の第2観点に係る検出装置は、第1観点に係る検出装置であって、前記所定のタイヤは、前輪二輪又は後輪二輪のタイヤである。
本発明の第3観点に係る検出装置は、第1観点又は第2観点に係る検出装置であって、前記減圧検出部は、前記パラメータと前記共振周波数算出部により算出された前記共振周波数とに基づいて、前記積載荷重の影響をキャンセルするように前記指標値算出部により算出された前記減圧指標値を補正し、当該補正後の減圧指標値と予め定められた閾値とを用いて、前記所定のタイヤの減圧状態を検出する。
本発明の第4観点に係る検出装置は、第1観点又は第2観点に係る検出装置であって、前記減圧検出部は、前記パラメータと前記共振周波数算出部により算出された前記共振周波数とに基づいて、前記積載荷重の影響をキャンセルするように予め定められた閾値を補正し、前記指標値算出部により算出された前記減圧指標値と当該補正後の閾値とを用いて、前記所定のタイヤの減圧状態を検出する。
本発明の第5観点に係る検出装置は、第1観点に係る検出装置であって、前記所定のタイヤは、前輪二輪及び後輪二輪を含む四輪タイヤである。
本発明の第6観点に係る検出装置は、第1観点、第2観点又は第5観点に係る検出装置であって、前記減圧検出部は、前記パラメータと前記指標値算出部により算出された前記減圧指標値とに基づいて、前記積載荷重の影響をキャンセルするように前記共振周波数算出部により算出された前記共振周波数を補正し、当該補正後の共振周波数と予め定められた閾値とを用いて、前記所定のタイヤの減圧状態を検出する。
本発明の第7観点に係る検出装置は、第1観点、第2観点又は第5観点に係る検出装置であって、前記減圧検出部は、前記パラメータと前記指標値算出部により算出された前記減圧指標値とに基づいて、前記積載荷重の影響をキャンセルするように予め定められた閾値を補正し、前記共振周波数算出部により算出された前記共振周波数と当該補正後の閾値とを用いて、前記所定のタイヤの減圧状態を検出する。
本発明の第8観点に係る検出装置は、第1観点、第2観点又は第5観点に係る検出装置であって、前記パラメータは、前記共振周波数及び前記減圧指標値を軸とする空間において、前記所定のタイヤの減圧状態に対応する減圧領域を規定するパラメータである。前記減圧検出部は、前記指標値算出部により算出された前記減圧指標値及び前記共振周波数算出部により算出された前記共振周波数により特定される点が、前記減圧領域に属する場合に、前記タイヤの減圧状態を検出する。
本発明の第9観点に係る検出装置は、第1観点から第8観点のいずれかに係る検出装置であって、減圧警報部をさらに備える。前記減圧警報部は、前記所定のタイヤの減圧状態が検出された場合に、減圧警報を発生させる。
本発明の第10観点に係る検出方法は、車両に装着された複数のタイヤのうちの所定の少なくとも1つのタイヤの減圧状態を検出する検出方法であって、以下のステップを備える。
(1)前記複数のタイヤのうちの前輪タイヤ及び後輪タイヤの車輪速情報から、前記前輪タイヤの回転速度と前記後輪タイヤの回転速度との比較値である減圧指標値を算出するステップ。
(2)前記複数のタイヤのうちの少なくとも1つのタイヤの車輪速情報から、当該タイヤの共振周波数を算出するステップ。
(3)前記所定のタイヤの減圧条件下における前記共振周波数と前記減圧指標値との線形関係を示す予め定められたパラメータと、前記算出された減圧指標値と、前記算出された共振周波数とに基づいて、前記車両への積載荷重の影響をキャンセルしながら前記所定のタイヤの減圧状態を検出するステップ。
本発明の第11観点に係る検出プログラムは、車両に装着された複数のタイヤのうちの所定の少なくとも1つのタイヤの減圧状態を検出する検出プログラムであって、以下のステップをコンピュータに実行させる。
(1)前記複数のタイヤのうちの前輪タイヤ及び後輪タイヤの車輪速情報から、前記前輪タイヤの回転速度と前記後輪タイヤの回転速度との比較値である減圧指標値を算出するステップ。
(2)前記複数のタイヤのうちの少なくとも1つのタイヤの車輪速情報から、当該タイヤの共振周波数を算出するステップ。
(3)前記所定のタイヤの減圧条件下における前記共振周波数と前記減圧指標値との線形関係を示す予め定められたパラメータと、前記算出された減圧指標値と、前記算出された共振周波数とに基づいて、前記車両への積載荷重の影響をキャンセルしながら前記所定のタイヤの減圧状態を検出するステップ。
本発明によれば、所定のタイヤの減圧状態を検出するために、走行時の車輪速情報から、減圧指標値及び共振周波数が算出される。ここでいう減圧指標値とは、前述したDEL2のような、前輪タイヤの回転速度と後輪タイヤの回転速度との比較値である。減圧指標値と共振周波数とは、いずれも積載荷重に応じて変化し、タイヤの減圧状況が同じであれば、概ね一定の線形関係を有する。この線形関係は、積載荷重によらず、概ね一定である。この原理に基づいて、本発明では、所定のタイヤの減圧条件下での共振周波数と減圧指標値との線形関係を示すパラメータが予め定められており、当該パラメータと、走行時の減圧指標値及び共振周波数とに基づいて、当該所定のタイヤが減圧しているか否かが判定される。これにより、車両への積載荷重の影響をキャンセルし、正確にタイヤの減圧状態を検出することができる。
本発明の一実施形態に係る検出装置が車両に搭載された様子を示す模式図。 検出装置の電気的構成を示すブロック図。 減圧検出処理の流れを示すフローチャート。 (a)異なる荷重条件下での正常時、前輪二輪減圧時及び後輪二輪減圧時のDEL2の値を示すグラフ。(b)異なる荷重条件下での正常時、前輪二輪減圧時及び後輪二輪減圧時の共振周波数の値を示すグラフ。 (a)様々な減圧進行条件下での前輪二輪減圧時のDEL2及び共振周波数の値を示すグラフ。(b)様々な減圧進行条件下での後輪二輪減圧時のDEL2及び共振周波数の値を示すグラフ。 DEL2の補正の原理を説明する図。 (a)様々な減圧進行条件下での前輪二輪減圧時の補正後のDEL2の値を示すグラフ。(b)様々な減圧進行条件下での後輪二輪減圧時の補正後のDEL2の値を示すグラフ。 (a)様々な減圧進行条件下での前輪二輪減圧時の補正前後のDEL2の値を示すグラフ。(b)様々な減圧進行条件下での後輪二輪減圧時の補正前後のDEL2の値を示すグラフ。 (a)異なる荷重条件下での正常時及び四輪減圧時の共振周波数の値を示すグラフ。(b)異なる荷重条件下での正常時及び四輪減圧時のDEL2の値を示すグラフ。 様々な減圧進行条件下での四輪減圧時のDEL2及び共振周波数の値を示すグラフ。 共振周波数の補正の原理を説明する図。 様々な減圧進行条件下での四輪減圧時の補正後のDEL2の値を示すグラフ。 変形例に係るDEL2の補正の原理を説明する図。 別の変形例に係る共振周波数の補正の原理を説明する図。 さらに別の変形例に係る減圧判定の原理を説明する図。 さらに別の変形例に係る減圧判定の原理を説明する図。
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るタイヤの減圧状態の検出装置、方法及びプログラムについて説明する。
<1.検出装置の構成>
図1は、本実施形態に係る検出装置2が車両1に搭載された様子を示す模式図である。車両1は、4輪車両であり、左前輪タイヤFL、右前輪タイヤFR、左後輪タイヤRL及び右後輪タイヤRRを備えている。検出装置2は、これらのタイヤFL,FR,RL,RRの減圧を検出する機能を備えており、タイヤFL,FR,RL,RRの減圧が検出されると、車両1に搭載されている警報表示器3を介してその旨の警報を行う。減圧検出処理の流れの詳細については、後述する。
本実施形態では、タイヤFL,FR,RL,RRの減圧状態は、車輪速(回転速度)に基づいて検出される。タイヤFL,FR,RL,RR(より正確には、タイヤFL,FR,RL,RRが装着されている車輪)には、各々、車輪速センサ6が取り付けられており、車輪速センサ6は、自身の取り付けられたタイヤの車輪速情報を検出する。車輪速センサ6は、検出装置2に通信線5aを介して接続されており、各車輪速センサ6で検出された車輪速情報は、リアルタイムに検出装置2に送信される。
車輪速センサ6としては、走行中のタイヤFL,FR,RL,RRの車輪速を検出できるものであれば、どのようなものでも用いることができる。例えば、電磁ピックアップの出力信号から車輪速を測定するタイプのセンサを用いることもできるし、ダイナモのように回転を利用して発電を行い、このときの電圧から車輪速を測定するタイプのセンサを用いることもできる。車輪速センサ6の取り付け位置も、特に限定されず、車輪速の検出が可能である限り、センサの種類に応じて、適宜、選択することができる。
図2は、検出装置2の電気的構成を示すブロック図である。図2に示されるとおり、検出装置2は、車両1に搭載されている制御ユニットであり、I/Oインターフェース11、CPU12、ROM13、RAM14、及び不揮発性で書き換え可能な記憶装置15を備えている。I/Oインターフェース11は、車輪速センサ6、警報表示器3等の外部装置との通信を行うための通信装置である。ROM13には、車両1の各部の動作を制御するためのプログラム7が格納されている。プログラム7は、CD−ROM等の記憶媒体9からROM13へと書き込まれる。CPU12は、ROM13からプログラム7を読み出して実行することにより、仮想的にDEL算出部21、RF算出部22、減圧検出部23及び減圧警報部24として動作する。各部21〜24の動作の詳細は、後述する。記憶装置15は、ハードディスクやフラッシュメモリ等で構成される。なお、プログラム7の格納場所は、ROM13ではなく、記憶装置15であってもよい。RAM14及び記憶装置15は、CPU12の演算に適宜使用される。
警報表示器3は、減圧が起きている旨をユーザに伝えることができる限り、例えば、液晶表示素子や液晶モニター等、任意の態様で実現することができる。例えば、警報表示器3は、四輪タイヤFL,FR,RL,RRにそれぞれに対応する4つのランプを、タイヤの実際の配列に併せて配置したものとすることができる。警報表示器3の取り付け位置も、適宜選択することができるが、例えば、インストルメントパネル上等、ドライバーに分かりやすい位置に設けることが好ましい。制御ユニット(検出装置2)がカーナビゲーションシステムに接続される場合には、カーナビゲーション用のモニターを警報表示器3として使用することも可能である。警報表示器3としてモニターが使用される場合、警報はモニター上に表示されるアイコンや文字情報とすることができる。
<2.減圧検出処理>
以下、図3を参照しつつ、タイヤFL,FR,RL,RRの減圧を検出するための減圧検出処理について説明する。図3に示す減圧検出処理は、動荷重半径(DLR)方式と共振周波数方式(RFM)とが組み合わされたものであり、車両1の電気系統に電源が投入されている間、所定のタイミングで(例えば、10分に1回等)繰り返し実行される。本実施形態に係る減圧検出処理では、四輪のタイヤFL,FR,RL,RRのうちのどのタイヤが減圧しているかが特定される。より具体的には、以下の15個のパターンで、減圧タイヤを検出することができる。
(1)FLのみ減圧
(2)FRのみ減圧
(3)RLのみ減圧
(4)RRのみ減圧
(5)FL,FRのみ減圧
(6)FL,RLのみ減圧
(7)FL,RRのみ減圧
(8)FR,RLのみ減圧
(9)FR,RRのみ減圧
(10)RL,RRのみ減圧
(11)FL,FR,RLのみ減圧
(12)FL,FR,RRのみ減圧
(13)FL,RL,RRのみ減圧
(14)FR,RL,RRのみ減圧
(15)FL,FR,RL,RR全て減圧
まず、ステップS1では、DEL算出部21が、V1〜V4を算出する。ここで、V1〜V4は、それぞれタイヤFL,FR,RL,RRの車輪速(回転速度)である。DEL算出部21は、所定のサンプリング周期ΔTにおける車輪速センサ6からの出力信号を受
信し、これを車輪速V1〜V4に換算する。
続くステップS2では、DEL算出部21が、タイヤの減圧状態を判定するための減圧指標値DEL1〜DEL3を算出する。DEL1,DEL2,DEL3は、それぞれ、以下に示す特徴を有する指標値である。
DEL1:車輪速V1,V4が大きい程大きくなり且つ車輪速V2,V3が大きい程小さくなる、或いは、車輪速V2,V3が大きい程大きくなり且つ車輪速V1,V4が大きい程小さくなる指標値
DEL2:車輪速V1,V2が大きい程大きくなり且つ車輪速V3,V4が大きい程小さくなる、或いは、車輪速V3,V4が大きい程大きくなり且つ車輪速V1,V2が大きい程小さくなる指標値
DEL3:車輪速V1,V3が大きい程大きくなり且つ車輪速V2,V4が大きい程小さくなる、或いは、車輪速V2,V4が大きい程大きくなり且つ車輪速V1,V3が大きい程小さくなる指標値
なお、タイヤFL,FR,RL,RRの減圧が進むと、それぞれの動荷重半径が小さくなるため、それぞれの車輪速V1〜V4が増加し、減圧指標値DEL1〜DEL3の値が変化する。本実施形態に係る減圧検出処理では、後述するステップS6において、減圧指標値DEL1〜DEL3の基準値からの変化を検出することで、タイヤの減圧状態が検出される。
DEL1〜DEL3は、上記特徴を有する限り、様々な方法で定義することができるが、本実施形態では、DEL1〜DEL3は、以下の式に従って算出される。
DEL1=[(V1+V4)/(V2+V3)-1]*100(%)
DEL2=[(V1+V2)/(V3+V4)-1]*100(%)
DEL3=[(V1+V3)/(V2+V4)-1]*100(%)
他の実施形態では、例えば、背景技術の欄で述べたとおり、以下のように定義することもできる。
DEL1=[[(V1+V4)/2-(V2+V3)/2]/(V1+V2+V3+V4)]*100(%)
DEL2=[[(V1+V2)/2-(V3+V4)/2]/(V1+V2+V3+V4)]*100(%)
DEL3=[[(V1+V3)/2-(V2+V4)/2]/(V1+V2+V3+V4)]*100(%)
あるいは、DEL1,DEL2,DEL3は、以下のように定義することもできる。
DEL1=(V1*V4)/(V2*V3)
DEL2=(V1*V2)/(V3*V4)
DEL3=(V1*V3)/(V2*V4)
あるいは、DEL1,DEL2,DEL3は、以下のように定義することもできる。
DEL1=(V12+V42)-(V22+V32)
DEL2=(V12+V22)-(V32+V42)
DEL3=(V12+V32)-(V22+V42)
以上のとおり、DEL1は、4輪のうち、一方の対角線上に存在する二輪の車輪速が大きい程大きくなり、且つ、他方の対角線上に存在する二輪の車輪速が大きい程小さくなる指標値である。また、DEL3は、4輪のうち、左側又は右側の二輪の車輪速が大きい程大きくなり、且つ、残りの二輪の車輪速が大きい程小さくなる指標値である。一方、DEL2は、4輪のうち、前輪又は後輪の二輪の車輪速が大きい程大きくなり、且つ、残りの二輪の車輪速が大きい程小さくなる指標値である。ここで、車両1への積載荷重の増加は、通常、トランクへの荷物の積載や後部座席の乗員等により生じるため、後輪二輪の動荷重半径に大きく影響し、V3,V4が共に大きくなり、V1,V2が共に相対的に小さくなる。従って、DEL1,DEL3は、積載荷重の影響を受けにくい指標値となるが、DEL2は、積載荷重の影響を受けやすい指標値となる。従って、以下のステップS4では、このDEL2に対してのみ、積載荷重の影響をキャンセルするための補正が行われる。
次に、ステップS3では、RF算出部22が、RF1〜RF4を算出する。ここで、RF1〜RF4は、それぞれタイヤFL,FR,RL,RRの共振周波数である。
ところで、車両1の路面走行時においては、路面上の微小な凹凸により力を受けることで、タイヤの車軸回りのねじりモーメント、上下方向力、前後方向力、左右方向力などが発生し、タイヤFL,FR,RL,RRが共振状態となる。また、タイヤの空気圧が低下すると、タイヤのサイドウォール部におけるバネ定数が変化するため、共振周波数RF1〜RF4が変化する。本実施形態に係る減圧検出処理では、後述するステップS6において、共振周波数RF1〜RF4の基準値からの変化を検出することで、タイヤの減圧状態が検出される。
RF算出部22は、車輪速V1〜V4の波形信号から周波数成分を取り出す。より具体的には、RF算出部22は、高速フーリエ変換(FFT)を用いる等して、車輪速V1〜V4の波形信号に対してそれぞれ周波数解析を行ない、パワースペクトルを導出し、共振周波数RF1〜RF4を特定する。ただし、このパワースペクトルには、路面から受けるノイズなどが含まれるため、所定回数の計算結果を平均化することが望ましい。例えば、複数回、パワースペクトルを求め、各周波数成分のゲインの平均値を算出し、当該ゲインの平均値のピーク値に対応する周波数を共振周波数RF1〜RF4として特定することができる。
以上のステップS1〜S3により、車両1の走行時の減圧指標値DEL1〜DEL3及び共振周波数RF1〜RF4が算出された状態となり、これらの値をそれぞれの閾値と比較することにより、減圧状態が検出可能となる。しかしながら、減圧指標値DEL2及び共振周波数RF1〜RF4は、タイヤFL,FR,RL,RRの空気圧状態だけでなく、車両1への積載荷重にも大きく依存し得る。その結果、積載荷重が軽い状態で、これらの値との比較用の閾値を設定すると、積載荷重が重い状態において誤検出が生じ得る。その逆も同様である。以下のステップS4,S5は、このような誤検出を回避し、減圧判定の精度を向上させるべく、ステップS2,S3で算出された減圧指標値DEL2及び共振周波数RF1〜RF4を補正するためのステップである。
ステップS4では、減圧検出部23が、DEL2から積載荷重の影響をキャンセルするように、ステップS2で算出されたDEL2を補正する。この補正は、DEL2と共振周波数RF1〜RF4とは、いずれも積載荷重に応じて変化するパラメータであり、タイヤの減圧状況が同じであれば、積載荷重によらず、概ね一定の線形関係を有するという原理に基づいて実行される補正である。
ステップS4の補正の原理について、図4、図5、図7及び図8に示す実際の計測データに基づいてより詳細に説明する。図4(a)は、タイヤFL,FR,RL,RRの空気圧が全て正常(100%)な条件(NP条件)下、前輪タイヤFL,FRのみが20%減圧した条件(Front−20%条件)下、及び後輪タイヤRL,RRのみが20%減圧した条件(Rear−20%条件)下のそれぞれにおける、積載荷重の軽い状態(軽積状態:LLVW)及び重い状態(定積状態:GVW)でのDEL2の値を示す棒グラフである。一方、図4(b)は、同様の条件下における共振周波数の値を示す棒グラフである。なお、図4、図5及び図7のデータにおいて、共振周波数は、左後輪タイヤの共振周波数である。また、図4、図5、図7及び図8のデータは、フロントエンジン(直列4気筒ガソリンエンジン)かつリアドライブの四輪車の80km/hでの走行時に計測されたデータである。
図4からは、DEL2の値は、積載荷重の増加により減少し、前輪タイヤFL,FRの減圧により増加し、後輪タイヤRL,RRの減圧により減少することが分かる。また、共振周波数は、積載荷重の増加により高くなり、前輪タイヤFL,FRの減圧に依存せず、後輪タイヤRL,RRの減圧により低くなることが分かる。
図5は、図4のデータをDEL2及び共振周波数を軸とするDEL2−共振周波数空間にプロットしたグラフである。なお、図5では、以下に述べる傾向をより分かりやすくするために、前輪タイヤFL,FRのみが35%減圧した条件(Front−35%)下及び後輪タイヤRL,RRのみが35%減圧した条件(Rear−35%)下のそれぞれにおける、軽積状態LLVW及び定積状態GVWでのデータもプロットされている。
図5からは、DEL2と共振周波数とは、減圧の進行状況に応じて異なる直線(線形近似線)上に回帰するが、これらの回帰直線は、同じタイヤの組み合わせ(図5の例では、前輪又は後輪二輪のみ)が減圧している場合、互いに概ね平行となり得ることが分かる。
以上の傾向に基づくと、走行時の共振周波数RF(例えば、左後輪タイヤRLの共振周波数RF3)を以下の式に代入することにより、走行時のDEL2から積載荷重の影響をキャンセルすることができる。ただし、下式において、DEL2’とは、補正後のDEL2であり、aは、予め定められている係数である。また、RF0は、基準の減圧進行条件(NP条件とすることもできる)下かつ基準の積載荷重条件下で測定された共振周波数である。
DEL2’=DEL2−a*(RF−RF0
以上の原理に基づいて、減圧検出部23は、上式に従って、ステップS2で算出されたDEL2の補正値として、DEL2’を算出する。DEL2’は、基準の積載荷重条件下であったとした場合のDEL2である。従って、この基準の積載荷重下で、減圧判定用の閾値を予め定めておけば、積載荷重の重軽によらず、DEL2’と当該閾値との比較により、減圧判定を正確に行うことができるようになる。閾値の設定方法としては様々考えられるが、例えば、この基準の積載荷重下かつ減圧警報を行う減圧進行条件(例えば、前輪二輪20%減圧で警報するのであれば、前輪二輪を20%減圧した条件)下でDEL2の値を予め算出し、この値を減圧判定用の閾値として記憶装置15内に記憶させておくことができる。或いは、この基準の積載荷重下かつNP条件下でDEL2の値を予め算出し、この値を減圧判定用の基準値として記憶装置15内に記憶させておくこともできる。後者の例では、かかるNP条件下でのDEL2の値とともに、このDEL2の値から走行中のDEL2がどれだけ変化すれば減圧を警報するのかを定める閾値等も予め記憶しておく。
また、上式中の係数aは、共振周波数RFの変化量(増分)当たりのDEL2の変化量(減少分)を表しており、検出しようとする減圧タイヤの組み合わせ(1の場合を含む)毎に定められる値である。本実施形態では、DEL2’は、後述するとおり、前輪二輪のみの減圧及び後輪二輪のみの減圧の検出に用いられるため、係数aの値としては、前輪二輪のみの減圧判定用のものと、後輪二輪のみの減圧判定用のものとの2種類が予め算出され、記憶装置15に保存されている。RF0に関しても、同様である。また、係数aは、様々な方法で設定することができるが、例えば、様々な減圧進行条件下、かつ、様々な積載荷重条件下でDEL2及び共振周波数RFのデータを収集し、減圧進行条件毎にデータの回帰直線を導出し、様々な減圧進行条件に対応する回帰直線の傾きを平均することで、aを決定することができる。
以上のとおり、係数aには、前輪二輪のみの減圧判定用のものと、後輪二輪のみの減圧判定用のものとの2種類が存在する。従って、ステップS4では、DEL2’の値も、前輪二輪のみの減圧判定用のものと、後輪二輪のみの減圧判定用のものの2種類が算出される。
図6は、本補正の原理及び効果を説明するための図である。この図の例では、ステップS2で算出されたDEL2を補正しない場合には、DEL2の値が閾値を超えることなく、減圧が検出されない。しかしながら、ステップS4の補正により、積載荷重の影響が考慮され、DEL2がDEL2’へと補正されることで、DEL2’が閾値を超え、減圧を正しく検出可能となる。また、図7は、図5におけるDEL2を、実際に上記方法でDEL2’へ補正した結果を示すデータである。図7の軽積状態LLVW及び定積状態GVWでのDEL2’の値は、図5の場合と比べ、同じ減圧進行条件下であれば、差が縮まっていることが分かる。従って、図7からは、本補正により積載荷重の影響を除去できていることが確認できる。
図8も、実際の検証結果を表すデータである。図8(a)は、NP条件下、前輪タイヤFL,FRのみが20%減圧した条件(Front−20%条件)下、及び前輪タイヤFL,FRのみが35%減圧した条件(Front−35%条件)下のそれぞれにおける、軽積状態LLVW及び定積状態GVWでのDEL2の値であって、ステップS2で算出されたものとステップS4の補正を経たものを比較したグラフである。同様に、図8(b)は、NP条件下、後輪タイヤRL,RRのみが20%減圧した条件(Rear−20%条件)下、及び後輪タイヤRL,RRのみが35%減圧した条件(Rear−35%条件)下における、軽積状態及び定積状態それぞれでのDEL2の値であって、ステップS2で算出されたものとステップS4の補正を経たものを比較したグラフである。
図8からは、ステップS4の補正前よりも補正後の方が、異なる積載荷重下でのDEL2の値の差が小さいことが分かる。従って、図8からも、ステップS4の補正により積載荷重の影響を除去できていることが確認できる。
続くステップS5では、減圧検出部23は、RF1〜RF4から積載荷重の影響をキャンセルするように、ステップS3で算出されたRF1〜RF4を補正する。この補正も、ステップS4と同様に、タイヤの減圧状況が同じであれば、積載荷重によらず、DEL2と共振周波数RF1〜RF4とが概ね一定の線形関係を有するという原理に基づいて実行される補正である。
ステップS5の補正の原理について、図9、図10及び図12に示す実際の計測データに基づいてより詳細に説明する。図9(a)は、四輪タイヤFL,FR,RL,RRの空気圧が全て正常(100%)な条件(NP条件)下、四輪タイヤFL,FR,RL,RR全てが20%減圧した条件(ALL−20%条件)下、及び四輪タイヤFL,FR,RL,RR全てが35%減圧した条件(ALL−35%条件)下のそれぞれにおける、積載荷重の軽い状態(軽積状態:LLVW)及び重い状態(定積状態:GVW)での共振周波数の値を示す棒グラフである。一方、図9(b)は、同様の条件下におけるDEL2の値を示す棒グラフである。なお、図9、図10及び図12のデータにおいて、共振周波数は、左後輪タイヤの共振周波数である。また、図9、図10及び図12のデータは、フロントエンジン(直列4気筒ガソリンエンジン)かつリアドライブの四輪車の60km/hの走行時に計測されたデータである。
図9からは、共振周波数は、積載荷重の増加により増加し、四輪全ての減圧が進行するにつれて低下することが分かる。また、DEL2の値は、積載荷重の増加により減少するが、四輪全ての減圧の進行には依存しないことが分かる。
図10は、図9のデータをDEL2及び共振周波数を軸とするDEL2−共振周波数空間にプロットしたグラフである。図10からは、DEL2と共振周波数とは、減圧の進行状況に応じて異なる直線(線形近似線)上に回帰するが、これらの回帰直線は、同じタイヤの組み合わせ(図10の例では、四輪全輪)が減圧している場合、互いに概ね平行となり得ることが分かる。
以上の傾向に基づくと、走行時のDEL2を以下の式に代入することにより、走行時の共振周波数RF1〜RF4から積載荷重の影響をキャンセルすることができる。ただし、下式において、RF1’〜RF4’とは、それぞれ補正後のRF1〜RF4であり、係数b(b1〜b4)は、予め定められている。また、DEL20は、基準の減圧進行条件(NP条件とすることもできる)下かつ基準の積載荷重条件下で測定されたDEL2である。
RF1’=RF1−b1*(DEL2−DEL20
RF2’=RF2−b2*(DEL2−DEL20
RF3’=RF3−b3*(DEL2−DEL20
RF4’=RF4−b4*(DEL2−DEL20
以上の原理に基づいて、減圧検出部23は、上式に従って、ステップS3で算出された共振周波数RF1〜RF4の補正値として、それぞれRF1’〜RF4’を算出する。RF1’〜RF4’は、基準の積載荷重条件下であったとした場合の共振周波数RF1〜RF4である。従って、この基準の積載荷重下で、RF1〜RF4の各々に対し減圧判定用の閾値を予め定めておけば、積載荷重の重軽によらず、RF1’〜RF4’と当該閾値との比較により、減圧判定を正確に行うことができるようになる。閾値の設定方法としては様々考えられるが、例えば、この基準の積載荷重下かつ減圧警報を行う減圧進行条件(例えば、四輪全輪20%減圧で警報するのであれば、四輪全輪を20%減圧した条件)下で共振周波数RF1〜RF4を予め算出し、この値を減圧判定用の閾値として記憶装置15内に記憶させておくことができる。或いは、この基準の積載荷重下かつNP条件下で共振周波数RF1〜RF4を予め算出し、この値を減圧判定用の基準値として記憶装置15内に記憶させておくこともできる。後者の例では、かかるNP条件下での共振周波数RF1〜RF4の値とともに、この共振周波数RF1〜RF4の値から走行中の共振周波数RF1〜RF4がどれだけ変化すれば減圧を警報するのかを定める閾値等も予め記憶しておく。
また、上式中の係数b1〜b4は、それぞれDEL2の変化量(増分)当たりの共振周波数RF1〜RF4の変化量(減少分)を表しており、検出しようとする減圧タイヤの組み合わせ(1の場合を含む)毎に定められる値である。本実施形態では、共振周波数RF1’〜RF4’は、後述するとおり、四輪全ての減圧の検出に用いられるため、係数b1〜b4の値としては、四輪全ての減圧判定用のものが予め算出され、記憶装置15に保存されている。DEL20についても、同様である。また、係数b1〜b4は、様々な方法で設定することができるが、例えば、様々な減圧進行条件下、かつ、様々な積載荷重条件下でDEL2及びRF1〜RF4のデータを収集し、RF1〜RF4の各々に対し減圧進行条件毎にデータの回帰直線を導出し、これらの回帰直線の傾きを平均することで、b1〜b4を決定することができる。
図11は、本補正の原理及び効果を説明するための図である。この図の例(四輪全輪の減圧判定)では、ステップS3で算出された共振周波数RF1〜RF4を補正しない場合には、この共振周波数RF1〜RF4が閾値を下回ることなく、減圧が検出されない。しかしながら、ステップS5の補正により、積載荷重の影響が考慮され、RF1〜RF4がRF1’〜RF4’へと補正されることで、RF1’〜RF4’が閾値を下回り、減圧を正しく検出可能となる。また、図12は、図10における共振周波数を、実際に上記ステップS5の方法で補正した結果を示すデータである。図12の軽積状態LLVW及び定積状態GVWでの共振周波数は、図10の場合と比べ、同じ減圧進行条件下であれば、差が縮まっていることが分かる。従って、図12からは、本補正により積載荷重の影響を除去できていることが確認できる。
ステップS4,S5におけるDEL2及び共振周波数RF1〜RF4の補正が終了すると、減圧検出部23は、減圧状態の判定を行う(ステップS6)。具体的には、減圧検出部23は、まず、ステップS2で算出されたDEL1〜DEL3を用いて、上述した15個の減圧タイヤのパターンのうち、一輪減圧(1)〜(4)、二輪減圧(6)〜(9)及び三輪減圧(11)〜(14)の検出を行う。より具体的には、DEL1〜DEL3のそれぞれが閾値以上増加したか、閾値以上減少したか、或いは変化量が閾値以下であるかを判定し、これらの結果の組み合わせに応じて、いずれのパターンでタイヤが減圧しているかを判定する。DEL1〜DEL3の変化のパターンと、減圧タイヤのパターンとの関係は、例えば、表1の通りである。また、一輪減圧(1)〜(4)、二輪減圧(6)〜(9)及び三輪減圧(11)〜(14)を判定するために、ステップS3で算出された共振周波数RF1〜RF4を用いることもできるし、DEL1〜DEL3及びRF1〜RF4を組み合わせて使用することもできる。これらのパターンの減圧状態を検出するために、DEL1〜DEL3及びRF1〜RF4のうちのどの指標を使用するかは、適宜選択することができる。
続いて、以上の減圧タイヤのパターンでの減圧状態が検出されなかった場合、減圧検出部23は、補正後のDEL2’を用いて、(5)前輪二輪減圧及び(10)後輪二輪減圧の検出を行う。より具体的には、減圧検出部23は、ステップS4で算出された前輪二輪のみの減圧判定用のDEL2’が閾値以上である場合に、前輪二輪FL,FRのみが減圧している状態にあると判定する。同様に、減圧検出部23は、ステップS4で算出された後輪二輪のみの減圧判定用のDEL2’が閾値以下である場合に、後輪二輪RL,RRのみが減圧している状態にあると判定する。
続いて、以上の減圧タイヤのパターンでの減圧状態が検出されなかった場合、減圧検出部23は、補正後のRF1’〜RF4’を用いて、(15)四輪減圧の検出を行う。より具体的には、減圧検出部23は、ステップS4で算出されたRF1’〜RF4’をそれぞれの閾値と比較し、いずれか1つが閾値以下である場合に、四輪全輪が減圧している状態にあると判定する。なお、RF1’〜RF4’のうち、2つ以上が閾値以下である場合、3つ以上が閾値以下である場合、或いは4つ全てが閾値以下である場合に、四輪全輪が減圧している状態にあると判定することもできる。
続くステップS7では、減圧検出部23は、ステップS6において(1)〜(15)のいずれかのパターンでの減圧状態が検出されたか否かを判定し、いずれのパターンの減圧状態も検出されなかった場合には、減圧検出処理を終了する。一方、いずれかのパターンで減圧状態が検出された場合には、ステップS8に進む。
ステップS8では、減圧警報部24が、警報表示器3を介して減圧警報を出力する。このとき、警報表示器3は、どのタイヤが減圧しているかを区別して警報することもできるし、いずれかのタイヤが減圧していることのみを示すように警報することもできる。また、減圧警報は、音声出力の態様で実行することもできる。
<3.変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。
<3−1>
上記実施形態では、ステップS4,S5においてDEL2及び共振周波数RF1〜RF4を補正したが、これに代えて、DEL2と共振周波数RF1〜RF4との線形関係を示すパラメータa,RF0,b1〜b4,DEL20に基づいて、ステップS6で用いられる減圧判定用の閾値を補正することもできる。図13は、DEL2用の閾値の補正の原理を説明する図であり、図14は、共振周波数RF1〜RF4用の閾値の補正の原理を説明する図である。この場合も、同様に、車両1への積載荷重の影響を除去した減圧判定を行うことができる。なお、DEL2及び共振周波数RF1〜RF4と、閾値との両方を補正することもできる。
<3−2>
上記実施形態では、ステップS4,S5においてDEL2及び共振周波数RF1〜RF4を補正したが、この補正を省略することもできる。この場合において、ステップS6における減圧判定時には、ステップS2,S3で算出されたDEL2及び共振周波数RF1〜RF4により特定される点が、DEL2−共振周波数空間内において所定の直線の下方にくるか、上方にくるかで、減圧判定を行うことができる。ここでいう所定の直線とは、DEL2と共振周波数RF1〜RF4との線形関係を示すパラメータa,RF0,b1〜b4,DEL20、閾値に基づいて特定される直線である。図15は、前輪二輪のみの減圧判定時の補正の原理を説明する図であり、図16は、四輪全輪の減圧判定時の補正の原理を説明する図である。この場合も、同様に、車両1への積載荷重の影響を除去した減圧判定を行うことができる。
<3−3>
上記実施形態では、前輪二輪又は後輪二輪のみ、或いは四輪全輪の減圧状態を検出する方法が説明された。しかしながら、他のタイヤの組み合わせ(1輪の場合を含む)の減圧状態を検出する場合にも、DEL2と共振周波数RF1〜RF4との線形関係に基づいて、ステップS2,S3で算出されるDEL2及び共振周波数RF1〜RF4の少なくとも1つから積載荷重の影響を除去することも可能である。ただし、その場合、検出しようとする組み合わせに係るタイヤを実際に減圧させた上で、線形関係を表すパラメータ(a,RF0,b1〜b4,DEL20、閾値等)を算出し設定しておく必要がある。
<3−4>
本発明に係るタイヤの減圧状態の検出処理は、四輪車両において駆動方式に限られることはなく、FF車両、FR車両、MR車両、4WD車両いずれにも適用することができる。さらに、四輪車両に限られず、三輪車両または六輪車両などにも適用することができる。
1 車両
2 検出装置(コンピュータ)
21 DEL算出部(指標値算出部)
22 RF算出部(共振周波数算出部)
23 減圧検出部
24 減圧警報部
7 プログラム
DEL2 減圧指標値
FL 左前輪タイヤ
FR 右前輪タイヤ
RL 左後輪タイヤ
RR 右後輪タイヤ
V1 左前輪タイヤの回転速度
V2 右前輪タイヤの回転速度
V3 左後輪タイヤの回転速度
V4 右後輪タイヤの回転速度
R1 左前輪タイヤの共振周波数
R2 右前輪タイヤの共振周波数
R3 左後輪タイヤの共振周波数
R4 右後輪タイヤの共振周波数

Claims (11)

  1. 車両に装着された複数のタイヤのうちの所定の少なくとも1つのタイヤの減圧状態を検出する検出装置であって、
    前記複数のタイヤのうちの前輪タイヤ及び後輪タイヤの車輪速情報から、前記前輪タイヤの回転速度と前記後輪タイヤの回転速度との比較値である減圧指標値を算出する指標値算出部と、
    前記複数のタイヤのうちの少なくとも1つのタイヤの車輪速情報から、当該タイヤの共振周波数を算出する共振周波数算出部と、
    前記所定のタイヤの減圧条件下における前記共振周波数と前記減圧指標値との線形関係を示す予め定められたパラメータと、前記指標値算出部により算出された前記減圧指標値と、前記共振周波数算出部により算出された共振周波数とに基づいて、前記車両への積載荷重の影響をキャンセルしながら前記所定のタイヤの減圧状態を検出する減圧検出部と
    を備える、検出装置。
  2. 前記所定のタイヤは、前輪二輪又は後輪二輪のタイヤである、
    請求項1に記載の検出装置。
  3. 前記減圧検出部は、前記パラメータと前記共振周波数算出部により算出された前記共振周波数とに基づいて、前記積載荷重の影響をキャンセルするように前記指標値算出部により算出された前記減圧指標値を補正し、当該補正後の減圧指標値と予め定められた閾値とを用いて、前記所定のタイヤの減圧状態を検出する、
    請求項1又は2に記載の検出装置。
  4. 前記減圧検出部は、前記パラメータと前記共振周波数算出部により算出された前記共振周波数とに基づいて、前記積載荷重の影響をキャンセルするように予め定められた閾値を補正し、前記指標値算出部により算出された前記減圧指標値と当該補正後の閾値とを用いて、前記所定のタイヤの減圧状態を検出する、
    請求項1又は2に記載の検出装置。
  5. 前記所定のタイヤは、前輪二輪及び後輪二輪を含む四輪タイヤである、
    請求項1に記載の検出装置。
  6. 前記減圧検出部は、前記パラメータと前記指標値算出部により算出された前記減圧指標値とに基づいて、前記積載荷重の影響をキャンセルするように前記共振周波数算出部により算出された前記共振周波数を補正し、当該補正後の共振周波数と予め定められた閾値とを用いて、前記所定のタイヤの減圧状態を検出する、
    請求項1、2又は5に記載の検出装置。
  7. 前記減圧検出部は、前記パラメータと前記指標値算出部により算出された前記減圧指標値とに基づいて、前記積載荷重の影響をキャンセルするように予め定められた閾値を補正し、前記共振周波数算出部により算出された前記共振周波数と当該補正後の閾値とを用いて、前記所定のタイヤの減圧状態を検出する、
    請求項1、2又は5に記載の検出装置。
  8. 前記パラメータは、前記共振周波数及び前記減圧指標値を軸とする空間において、前記所定のタイヤの減圧状態に対応する減圧領域を規定するパラメータであり、
    前記減圧検出部は、前記指標値算出部により算出された前記減圧指標値及び前記共振周波数算出部により算出された前記共振周波数により特定される点が、前記減圧領域に属する場合に、前記タイヤの減圧状態を検出する、
    請求項1、2又は5に記載の検出装置。
  9. 前記所定のタイヤの減圧状態が検出された場合に、減圧警報を発生させる減圧警報部
    をさらに備える、
    請求項1から8のいずれかに記載の検出装置。
  10. 車両に装着された複数のタイヤのうちの所定の少なくとも1つのタイヤの減圧状態を検出する検出方法であって、
    前記複数のタイヤのうちの前輪タイヤ及び後輪タイヤの車輪速情報から、前記前輪タイヤの回転速度と前記後輪タイヤの回転速度との比較値である減圧指標値を算出するステップと、
    前記複数のタイヤのうちの少なくとも1つのタイヤの車輪速情報から、当該タイヤの共振周波数を算出するステップと、
    前記所定のタイヤの減圧条件下における前記共振周波数と前記減圧指標値との線形関係を示す予め定められたパラメータと、前記算出された減圧指標値と、前記算出された共振周波数とに基づいて、前記車両への積載荷重の影響をキャンセルしながら前記所定のタイヤの減圧状態を検出するステップと
    を備える、検出方法。
  11. 車両に装着された複数のタイヤのうちの所定の少なくとも1つのタイヤの減圧状態を検出する検出プログラムであって、
    前記複数のタイヤのうちの前輪タイヤ及び後輪タイヤの車輪速情報から、前記前輪タイヤの回転速度と前記後輪タイヤの回転速度との比較値である減圧指標値を算出するステップと、
    前記複数のタイヤのうちの少なくとも1つのタイヤの車輪速情報から、当該タイヤの共振周波数を算出するステップと、
    前記所定のタイヤの減圧条件下における前記共振周波数と前記減圧指標値との線形関係を示す予め定められたパラメータと、前記算出された減圧指標値と、前記算出された共振周波数とに基づいて、前記車両への積載荷重の影響をキャンセルしながら前記所定のタイヤの減圧状態を検出するステップと
    をコンピュータに実行させる、検出プログラム。
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