JP3136772B2

JP3136772B2 - タイヤ空気圧検知装置

Info

Publication number: JP3136772B2
Application number: JP04164186A
Authority: JP
Inventors: 祐一井上; 周策藤本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-05-30
Filing date: 1992-05-30
Publication date: 2001-02-19
Anticipated expiration: 2016-02-19
Also published as: JPH05330322A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両のタイヤの空気圧
を検知するタイヤ空気圧検知装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、タイヤの空気圧を検知する装
置として、各車輪の車輪速度を検出する車輪速度センサ
の検出信号に基づいて、車両のタイヤの空気圧を間接的
に検知する装置が提案されている。これはタイヤの空気
圧に応じてタイヤ半径が変化し、車輪速度が変化するこ
とを利用したものである。

【０００３】

【発明は解決しようとする課題】しかしながら、検出対
象であるタイヤ半径は、摩耗等による個体差があった
り、旋回、制動、発進等の走行状態の影響を受けやす
い。さらに、近年普及が著しいラジアルタイヤは、タイ
ヤ空気圧の変化によるタイヤ半径の変形量が小さい（例
えば、タイヤの空気圧が１ｋｇ／ｃｍ^２低下したとき、
タイヤ半径の変形量は約１ｍｍである。）。このような
理由から、タイヤ半径の変形量からタイヤ空気圧の変化
を間接的に検知する方式は、検知精度が充分に確保でき
ないという問題がある。

【０００４】そこで本願発明者らは上記問題に鑑み、バ
ネ下の上下方向あるいは前後方向の共振周波数ｆ_Kを抽
出し、この共振周波数ｆ_Kに基づく低下偏差（ｆ₀−
ｆ_K）と所定偏差△ｆを比較することにより、タイヤの
空気圧の状態を検知する装置を発明し、これを出願した
(特願平３−２９４６２２号)。しかしながら、車輪の回
転速度に基づいた振動周波数の共振周波数に影響を与え
る要因として、タイヤ空気圧以外にタイヤ・ホイールの
材質及び重量等がある。ユーザがこれらの種別を変更し
た場合は、ばね下荷重及びばね定数が変わり共振周波数
とタイヤ空気圧間の特性が変化し、タイヤ空気圧の状態
を正しく検知できないという問題点がある。本発明は上
記問題点を解決するためになされたもので、ばね下荷重
及びばね定数の変化により共振周波数とタイヤ空気圧間
の特性が変わっても確実にタイヤ空気圧の状態を検知で
きるタイヤ空気圧検知装置を提供することを目的とする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるタイヤ空気圧検知装置は、車両の走行
時に、各タイヤ毎に振動周波数成分を含む信号として、
車輪の回転速度に応じた車輪速度信号を出力する車輪速
度センサと、前記各車輪速度信号からタイヤの共振周波
数成分の信号を抽出する抽出手段と、前記各共振周波数
成分の信号から演算される前輪若しくは後輪の左右両輪
の共振周波数の差を求める共振周波数差算出手段と、共
振周波数差と判定値との比較により前輪若しくは後輪の
左右何れか一方のタイヤの空気圧が低下したことを検知
する検知手段とを備えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】上記構成により、各タイヤの振動周波数成分を
含む車輪速度センサの検出信号から、各タイヤの共振周
波数成分の信号を抽出し、これら各共振周波数成分の信
号から演算した前輪若しくは後輪の左右の車輪の共振周
波数の差を求め、その差と判定値との比較により前輪若
しくは後輪の左右何れか一方のタイヤ空気圧の低下を検
知する。

【０００７】

【実施例】

(第１実施例)本発明の第１実施例を図面を参照して説明
する。図１は第１実施例の概略構成図である。車両に装
着される前後左右の４個のタイヤ１ａ〜１ｄに対応し
て、それぞれ車輪速度センサが設置される。車輪速度セ
ンサは、磁性体よりなる歯車形状のパルサ２ａ〜２ｄ及
びピックアップコイル３ａ〜３ｄにより構成される。パ
ルサ２ａ〜２ｄは、各タイヤ１ａ〜１ｄの回転車軸（図
示せず）に固定される。ピックアップコイル３ａ〜３ｄ
は、パルサ２ａ〜２ｄと所定の間隔を置いて取り付けら
れ、パルサ２ａ〜２ｄの回転、即ち前記各タイヤ１ａ〜
１ｄの回転速度に応じた周期を有する交流信号を出力す
る。

【０００８】ピックアップコイル３ａ〜３ｄから出力さ
れる交流信号は、電子制御装置(以下ＥＣＵという)４に
入力される。ＥＣＵ４は、ＣＰＵ、波形整形回路、ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ等から構成され、所定のプログラムに従い入
力される各種信号を処理する。そして、その信号処理結
果は表示部５に入力され、該表示部５は運転者に対して
各タイヤ１ａ〜１ｄの空気圧の状態を報知する。報知態
様は、各タイヤ１ａ〜１ｄの空気圧の状態を個別に表示
するようにしてもよい、また１個の警告ランプにより、
いずれか１個のタイヤの空気圧が基準空気圧よりも低下
したとき、前記警告ランプを点灯して警告するようにし
てもよい。

【０００９】ここで、本実施例におけるタイヤ空気圧の
検知原理について説明する。車両が舗装されたアスファ
ルト路面を走行した場合、その路面表面の微小な凹凸に
より上下及び前後方向の力を受け、その力によってタイ
ヤは上下及び前後方向に振動する。このタイヤ振動時の
車両のばね下の加速度の周波数特性は、図２に示すよう
にａ点、ｂ点でピーク値を示す。ａ点は車両のばね下に
おける上下方向の共振周波数であり、ｂ点は車両のばね
下における前後方向の共振周波数である。

【００１０】タイヤの空気圧が変化すると、タイヤゴム
部のばね定数も変化するため、上記の上下方向及び前後
方向の共振周波数がともに変化する。例えば、図３に示
すように、タイヤの空気圧が低下すると、タイヤゴム部
のばね定数も低下するので、上下方向及び前後方向の共
振周波数が全体的に低周波側に移行し、ピーク値ａ点は
ａ′点にピーク値ｂ点はｂ′点に移行する。従って、タ
イヤの振動周波数より、車両のばね下における上下方向
及び前後方向の共振周波数の少なくとも一方を抽出すれ
ば、この共振周波数に基づいてタイヤの空気圧の状態を
検知することができる。

【００１１】一方、本発明者らの詳細な検討の結果、車
輪速度センサの検出信号には、タイヤの振動周波数成分
が含まれていることが解明された。即ち、車輪速度セン
サの検出信号を周波数解析した結果は、図４に示すよう
に２点でピーク値を示すとともに、タイヤの空気圧の低
下に伴い、その２点のピーク値も低下することが明らか
となった。このため、本実施例では車輪速度センサの検
出信号から、車両のばね下における上下方向及び前後方
向の共振周波数を抽出することで、タイヤ空気圧を検知
しようとするものである。

【００１２】また、タイヤの空気圧が低下する要因とし
ては、比較的低下の緩やかな自然漏洩と、釘踏み等によ
るパンクがある。発生頻度が高いのは後者のパンク時の
タイヤ空気圧の低下であるが、左右の車輪同時にパンク
が発生することは稀である。さらに、車両のばね下にお
ける上下方向及び前後方向の共振周波数成分に影響を与
えるばね下荷重等の変化は、タイヤ・ホイール材質の変
更によるものであり、一般的に左右の車輪でタイヤ・ホ
イールの組合せを変更することは考えられない。そこ
で、車両の駆動輪及び従動輪毎に、左右の車輪の共振周
波数を求めて比較し、両者に差が生じたときは共振周波
数の低い側のタイヤの空気圧が低下したことが検知でき
る。上記により、本実施例によれば、近年搭載車両の増
加しているアンチスキッド制御装置（ＡＢＳ）を備える
車両等は、既に各タイヤに車輪速度センサが装備されて
いるため、何ら新たなセンサ類を追加しなくともタイヤ
空気圧の検知が可能となる。

【００１３】以下上記検知原理に基いてＥＣＵ４が行う
信号処理について、図５及び図１１のフローチャートを
参照して説明する。尚、ＥＣＵ４は各車輪１ａ〜１ｄに
対してステップ１０１からステップ１０８までは同様の
処理を並行して行い、ステップ１０９のみ前輪１ａ，１
ｂ又は後輪１ｄ，１ｅ毎に処理を行う。イグニッション
スイッチオンにより処理がスタートすると、ステップ１
０１でピックアップコイル３から出力された交流信号
(図６)を波形整形してパルス信号とした後、そのパルス
間隔をその間の時間で除算することにより車輪速度ｖを
演算する。この車輪速度ｖは図７に示すように、通常タ
イヤの振動周波数成分を含む多くの高周波成分を含んで
いる。

【００１４】ステップ１０２では、演算された車輪速度
ｖの変動幅△ｖが基準値ｖ₀以上か否かを判定する路面
状態判定処理を行う。このとき、車輪速度ｖの変動幅△
ｖが基準値ｖ₀以上と判定されるとステップ１０３に進
む。ステップ１０３では、車輪速度ｖの変動幅△ｖが基
準値ｖ₀以上となっている時間△Ｔが、所定時間ｔ₀以上
か否かを判定する路面長判定処理を行う。ステップ１０
２の路面状態判定処理、及びステップ１０３の路面長判
定処理は、車両が走行している路面が、本実施例の検知
手法によってタイヤ空気圧の検知が可能な路面か否かを
判定するために行うものである。

【００１５】つまり、本実施例ではタイヤの空気圧の検
知を、タイヤの振動周波数成分に含まれる共振周波数の
変化に基づいて行うため、車輪速度ｖがある程度変動
し、かつそれが継続されなければ、上記共振周波数を算
出するための充分なデータを得ることができない。尚、
前記ステップ１０３における判定では、車輪速度ｖの変
動幅△ｖが基準値ｖ₀以上となった時点で所定時間△ｔ
が設定される。また、この所定時間△ｔ内に再び車輪速
度ｖの変動幅△ｖが基準値ｖ₀以上になると、時間△Ｔ
の計測が継続される。

【００１６】前記ステップ１０２及びステップ１０３に
おいて、ともに肯定判断されるとステップ１０４に進
み、どちらか一方において否定判断されると、ステップ
１０１に戻る。ステップ１０４では、演算された車輪速
度ｖに対して周波数解析演算を行うとともに、その演算
回数Ｎを積算する。周波数解析演算には、ＣＰＵを使用
した本実施例の場合、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）手法
が有効である。実際に車両が一般道を走行して得られる
車輪速度に対して周波数解析演算を実施すると、図８に
示すように非常にランダムな周波数特性となることが通
常である。これは、路面に存在する微妙な凹凸の形状
（大きさや高さ）が全く不規則なためであり、車輪速度
データ毎にその周波数特性は変動することとなる。従っ
て、本実施例では、この周波数特性の変動をできるだけ
低減するために、複数回の周波数解析演算結果の平均値
を求める。

【００１７】このため、ステップ１０５では、ステップ
１０４における周波数解析演算の回数Ｎが所定回数ｎ₀
に達したか否かを判定する。演算回数Ｎが所定回数ｎ₀
に達っしていないときは、前記ステップ１０１からステ
ップ１０４の処理を繰り返し実行する。一方、演算回数
Ｎが所定回数ｎ₀に達っしたときには、ステップ１０６
に進んで平均化処理を行う。この平均化処理は図９に示
すように、各周波数解析演算結果の平均値を求めるもの
であり、各周波数成分のゲインの平均値が算出される。
この平均化処理によって、路面による周波数解析演算結
果の変動を低減することが可能となる。

【００１８】しかし、上述の平均化処理だけでは、ノイ
ズ等によって車両のばね下の上下方向及び前後方向の共
振周波数のゲインが、その近辺の周波数のゲインに比較
して必ずしも最大ピーク値になるとは限らないという問
題がある。そこで、上述の平均化処理に引き続き、ステ
ップ１０７において移動平均処理を実施する。この移動
平均処理は、ｎ番目の周波数のゲインＹ_ｎを以下の演算
式によって求めることにより実施される。

【００１９】

【数１】Ｙ_n＝（ｙ_n+1＋Ｙ_n-1）／２つまり、移動平均処理では、ｎ番目の周波数のゲインＹ
_ｎが、前回の演算結果におけるｎ＋１番目のゲインｙ
_n+1 と既に演算されたｎ−１番目の周波数のゲインＹ
_n-1 との平均値とされる。これにより、周波数解析演算
結果は、滑らかに変化する波形を示すことになる。この
移動平均処理により求められた演算結果を図１０に示
す。

【００２０】尚、ここでの波形処理は上記移動平均処理
に限らず、平均化処理後の周波数解析演算結果に対して
ローパスフィルタ処理を施しても良いし、或いは前記ス
テップ１０５の周波数解析演算を実施する前に、車輪速
度ｖの微分演算を行い、その微分演算結果に対して周波
数解析演算を実施してもよい。続くステップ１０８で
は、上記移動平均処理によりスムージングされた周波数
解析演算結果に基づいて、前輪１ａ，１ｂ又は後輪１
ｃ，１ｄに対して車両のばね下の前後方向の共振周波数
ｆ_Kをそれぞれ演算する。そして、ステップ１０９で
は、演算された共振周波数ｆ_Kに基づいてタイヤ空気圧
判定処理を実行する。

【００２１】図１１に示すフローチャートは、前記ステ
ップ１０９のタイヤ空気圧の判定処理の詳細を示したも
のである。ステップ２０１で前輪又は後輪の左側車輪に
ついて演算された共振周波数ｆ_Lと右側車輪について演
算された共振周波数ｆ_Rとを比較し、ステップ２０２及
びステップ２０３で共振周波数の高い方をｆ_MAXとし、
低い方をｆ_MINとする。続くステップ２０４では、共振
周波数(Ｈｚ)とタイヤ空気圧(ｋｇ／ｃｍ²)との関係か
ら、共振周波数ｆ_MINに対するタイヤ空気圧の最小値Ｐ
_MINを求める。これは、タイヤ・ホイールの材質を変え
ること等によりばね下荷重が変化すると、共振周波数と
タイヤ空気圧の関係が図１２の斜線領域で示すようにば
らつき、共振周波数が等しくても異なるタイヤ空気圧が
求まるためである。

【００２２】そして、ステップ２０５に進み前記タイヤ
空気圧の最小値Ｐ_MINと、タイヤ空気圧の低下異常を判
定するために予め設定したスレッショルドレベルＰ_THと
比較し、Ｐ_MIN＜Ｐ_THであればステップ２０９へジャン
プして、タイヤ空気圧が異常低下した旨の警告表示を表
示部５に表示する。この処理は、左右の両輪のタイヤ空
気圧が同時に低下した場合のガード処理となる。尚、前
記おいて、共振周波数ｆ_MINの代わりに、共振周波数ｆ
_MAXを用いてタイヤ空気圧の低下を判定してもよい。こ
の選択は左右車輪のタイヤ空気圧の落ち込み具合(実際
の車両での左右両輪相互のタイヤ空気圧の減り具合の関
係等)を参考にして決定する。また、前記図１２に示す
共振周波数とタイヤ空気圧との関係は、マップとして予
めＥＣＵ４内に記憶する。

【００２３】前記ステップ２０５の判定でＰ_MIN≧Ｐ_TH
であれば、ステップ２０６へ進む。ステップ２０６で
は、左右の車輪の前記共振周波数ｆ_MAXとｆ_MINの差△ｆ
を求める。前記したように、タイヤ・ホイールの材質を
変えること等によりばね下荷重が変化すると、共振周波
数とタイヤ空気圧間の特性が変化する。従って、図１３
に示すように、特性曲線(Ａ)による場合の正常なタイヤ
空気圧Ｐ_Nに対する共振周波数ｆ_ANと、低圧異常のタイ
ヤ空気圧に対する共振周波数ｆ_AWの差△ｆ_Aは、特性曲
線(Ｂ)による場合の正常なタイヤ空気圧Ｐ_Nに対する共
振周波数ｆ_BNと、低圧異常のタイヤ空気圧に対する共振
周波数ｆ_BWの差△ｆ_Bよりも大きくなる。このため、左
右の車輪の前記共振周波数ｆ_MAXとｆ_MINの差△ｆと、タ
イヤ空気圧の低下異常を判定するため一義的に求めた共
振周波数差のスレッショルドレベルｆ_THとの単純な比較
では、タイヤ空気圧の低下異常を誤判定する虞れがあ
る。

【００２４】左右の車輪におけるばね下係数要因の変化
は、左右の車輪のタイヤ空気圧の差によってのみ生じる
と考えれば、種種のタイヤ・ホイールの組合せに対して
正常タイヤ空気圧(例えば２．０ｋｇ／ｃｍ²)と低下警
告タイヤ空気圧(例えば１．４ｋｇ／ｃｍ²)の共振周波
数差との関係の特性図(図１４)を求め、正常タイヤ空気
圧とみなす高い側の共振周波数ｆ_MAXで検索することに
より、タイヤ空気圧以外のばね下係数要因による共振周
波数への影響を吸収することができる。尚、前記図１４
に示す特性図は、マップとしてＥＣＵ４内に記憶する

【００２５】従って、ステップ２０７では、正常なタイ
ヤ空気圧とみなす高い側の共振周波数ｆ_MAXに対する前
記共振周波数差のスレッショルドレベルｆ_THを、ＥＣＵ
４内に記憶したマップにより求める。そして、ステップ
２０８へ進み、共振周波数差△ｆと前記マップから求め
た新たなスレッショルドレベルｆ_THとを比較する。△ｆ
≧ｆ_THであれば、ステップ２０９でタイヤ空気圧が異常
低下した旨の警告表示を表示部５に表示する。また、△
ｆ＜ｆ_THであればそのままリターンする。

【００２６】尚、車両の走行状態によっては、同じタイ
ヤ空気圧でも危険な場合と危険でない場合がある。この
ため、図１５に示すマップでは車両の走行状態を表す車
速、又は旋回状態に対応して、前記共振周波数差のスレ
ッショルドレベルｆ_THを求める特性曲線を複数用意す
る。上記実施例は、左右両輪の共振周波数の変化量(△
ｆ)とタイヤ空気圧変化量との関係が、ばね下係数要因
により影響を受けるため、正常タイヤであると思われる
高い方の共振周波数ｆ_MAXで共振周波数差のスレッショ
ルドレベルｆ_THを補正することにより、タイヤ空気圧の
低下異常の誤判定を回避することができ信頼性を向上で
きる。

【００２７】また、左右両輪のタイヤ空気圧が同時に低
下する自然漏洩等の対策として、左右の車輪の共振周波
数のｆ_MAX又はｆ_MINを判定しきい値として設定すること
により、絶対的なガードを設定することができる。この
場合、タイヤ・ホイール等の種別による共振周波数とタ
イヤ空気圧間の特性のばらつきに対しては、設定するガ
ード値及び共振周波数のｆ_MAX又はｆ_MINのいずれを選択
するかにより前記判定しきい値を調整する。

【００２８】

【発明の効果】本発明は上記構成を有し、各タイヤの振
動周波数成分を含む信号から抽出された各共振周波数成
分の信号から演算した前輪若しくは後輪の左右の車輪の
共振周波数の差を求め、その差と判定値との比較により
前輪若しくは後輪の左右何れか一方のタイヤ空気圧の低
下を検知するものであるから、ばね下荷重及びばね定数
の変化により共振周波数とタイヤ空気圧間の特性が変化
しても、タイヤ空気圧を誤判定する虞れのない信頼性の
高いタイヤ空気圧検知装置を提供できる優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るタイヤ空気圧検知装置の概略構成
図である。

【図２】車両のばね下の加速度の周波数特性を示す特性
図である。

【図３】タイヤ空気圧の変化に伴う車両のばね下の上下
方向及び前後方向の共振周波数の変化の様子を示す特性
図である。

【図４】タイヤ空気圧の検知原理を示す説明図である。

【図５】ＥＣＵの処理内容を示すフローチャートであ
る。

【図６】車輪速度センサの出力電圧波形を示す波形図で
ある。

【図７】車輪速度センサの検出信号に基づいて演算され
た車輪速度ｖの変動状態を示す波形図である。

【図８】図７に示す波形の車輪速度ｖに対する周波数解
析演算結果を示す特性図である。

【図９】平均化処理を説明するための説明図である。

【図１０】移動平均処理を行った後の周波数解析演算結
果を示す特性図である。

【図１１】ＥＣＵの処理内容を示すフローチャートであ
る。

【図１２】ばね下荷重による同一共振周波数に対するタ
イヤ空気圧のばらつきを示す特性図である。

【図１３】共振周波数差とタイヤ空気圧との関係を示す
特性図である。

【図１４】共振周波数ｆ_MAXと共振周波数差の関係を示
す特性図である。

【図１５】共振周波数ｆ_MAXと共振周波数差の関係を示
す他の特性図である。

【符号の説明】

１ａ〜１ｄ...タイヤ２ａ〜２ｄ...パルサ３ａ〜３ｄ...ピックアップコイル４...ＥＣＵ(電子制御装置) ５...表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−149503（ＪＰ，Ａ) 特開平５−133831（ＪＰ，Ａ) 特開平５−221208（ＪＰ，Ａ) 特開平５−229320（ＪＰ，Ａ) 特開平５−254316（ＪＰ，Ａ) 特開平５−294118（ＪＰ，Ａ) 特開平５−330322（ＪＰ，Ａ) 特開平６−115328（ＪＰ，Ａ) 特開平６−122304（ＪＰ，Ａ) 特開平５−213018（ＪＰ，Ａ) 「自動車技術ハンドブック」＜第１分冊＞基礎・理論編，第１版，社団法人自動車技術会，1990年12月１日，ｐ. 264−288 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60C 23/00 - 23/08 G01L 17/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の走行時に、各タイヤ毎に振動周波
数成分を含む信号として、車輪の回転速度に応じた車輪
速度信号を出力する車輪速度センサと、前記各車輪速度
信号からタイヤの共振周波数成分の信号を抽出する抽出
手段と、前記各共振周波数成分の信号から演算される前
輪若しくは後輪の左右両輪の共振周波数の差を求める共
振周波数差算出手段と、共振周波数差と判定値との比較
により前輪若しくは後輪の左右何れか一方のタイヤの空
気圧が低下したことを検知する検知手段とを備えたこと
を特徴とするタイヤ空気圧検知装置。
【請求項２】前記前輪若しくは後輪の左右の両輪それ
ぞれの共振周波数のうち、高い方の共振周波数に基づい
て前記判定値を補正する補正手段を設けたことを特徴と
する請求項１記載のタイヤ空気圧検知装置。
【請求項３】前記検知手段に、前記前輪若しくは後輪
の左右の両輪それぞれの共振周波数のうち、低い方の共
振周波数と所定値との比較により、前輪若しくは後輪の
タイヤの空気圧の低下を検知する機能を付加したことを
特徴とする請求項１又は請求項２記載のタイヤ空気圧検
知装置。
【請求項４】前記検知手段に、前記前輪若しくは後輪
の左右の両輪それぞれの共振周波数のうち、高い方の共
振周波数と所定値との比較により、前輪若しくは後輪の
タイヤの空気圧の低下を検知する機能を付加したことを
特徴とする請求項１又は請求項２記載のタイヤ空気圧検
出装置。