JP3438599B2

JP3438599B2 - タイヤ空気圧推定装置

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Publication number: JP3438599B2
Application number: JP23706498A
Authority: JP
Inventors: 俊治内藤; 伸好小野木; 健康田口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2003-08-18
Anticipated expiration: 2018-08-24
Also published as: JPH11235908A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等のタイヤ
の空気圧あるいは空気圧変化を間接的に推定するタイヤ
空気圧推定装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、タイヤ空気圧の状態を推定する装置
としては、車輪速度信号に含まれるタイヤの振動周波数
成分を含む信号を周波数解析してタイヤの共振周波数を
抽出し、その共振周波数に基づいてタイヤ空気圧の状態
を検知するものが知られている。（特開平５−１３３８
３１号公報）このように共振周波数に基づいてタイヤ空気圧を推定す
る場合に用いられる共振周波数は約３０〜５０Ｈｚであ
るが、以下の如く、車両のおかれている環境によりタイ
ヤ空気圧を正確に推定できなくなるという問題がある。
たとえば、車両が市街地等を走行する際の低中速域の車
体速度では、前述の共振周波数範囲である約３０〜５０
Ｈｚでタイヤ空気圧の推定が可能であるが、車両の速度
が高速度領域になると、タイヤの振動現象が発生しにく
くなり、共振のパワースペクトルレベルが低下してタイ
ヤ空気圧推定精度が低下する。

【０００３】これに対して、たとえば特願平７−２１７
２３号（特開平８−２１９９２０号公報）に記載されて
いるように、車輪速度信号に含まれる振動周波数成分
を、約３０〜５０Ｈｚと約６０〜９０Ｈｚの如く複数の
周波数範囲に分けて共振周波数を選定し、高速度領域に
おけるタイヤ空気圧推定の精度を向上することが知られ
ている。すなわち高速度領域では、共振現象が強くなる
周波数範囲が低速中速域とは変化するが、これに追従し
てタイヤ空気圧推定を行うために用いる周波数範囲を選
定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本願出
願人は、車輪速度信号に含まれる高次の共振周波数（た
とえば約６０〜９０Ｈｚ）は、車両の駆動輪においては
タイヤ空気圧の変化に対する共振周波数の変化が大き
く、タイヤ空気圧推定に適した特性であることを確認し
たが、転動輪においてはこの高次の共振周波数において
も変化が少なく正確な空気圧推定が困難であることを見
出した。

【０００５】したがって本願発明は、車両の各車輪の特
性に応じて、あるいは車両の環境が変化した場合におい
ても、タイヤ空気圧を精度良く検知可能な装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明にかかるタイヤ空気圧推定装置では、車両
走行時に、各輪の車輪速度を逐次演算する車輪速度検出
手段と、前記車輪速度検出手段の検出結果である車輪速
度信号に含まれる振動周波数成分からタイヤの共振周波
数もしくはタイヤのバネ定数を抽出する抽出手段と、こ
の抽出手段によって抽出された共振周波数もしくはタイ
ヤバネ定数に基づいて駆動輪のタイヤ空気圧のみを推定
する第１のタイヤ空気圧推定手段と、上記車輪速度検出
手段により検出された車輪速度に基づきタイヤの回転状
態値を演算する回転状態値演算手段と、前記回転状態値
演算手段によって演算された回転状態値の偏差に基づい
て転動輪のタイヤ空気圧のみの推定を行う第２のタイヤ
空気圧推定手段と、を備える。

【０００７】すなわち、車体速度等の車両環境にあまり
左右されずに車輪速度信号に含まれるタイヤの振動周波
数成分から共振周波数あるいはバネ定数を抽出できる駆
動輪については、第１のタイヤ空気圧推定手段のみによ
って車輪速度信号に対する周波数解析によりタイヤ空気
圧の推定を行う。そして、車体速度等の車両環境により
タイヤの振動周波数成分の振動レベルが可変する等し
て、車輪速度信号に対する周波数解析によりタイヤ空気
圧の推定では精度を各転動輪に対しては、動荷重半径の
みを用いてタイヤ空気圧推定を行う。これにより車両環
境あるいは転動輪、駆動輪にかかわらず精度良くタイヤ
空気圧を推定することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に関わるタイヤ空気
圧推定装置の実施例を図面に基づき説明する。図１は、
本発明に関わるタイヤ空気圧推定装置全体の説明図であ
る。図１および図２に示すように、車両の各タイヤ１ａ
〜１ｄに対応して、車輪速度センサ２〜５が設けられて
いる。各車輪速度センサ２〜５は、それぞれロータ２ａ
〜５ａ及びピックアップコイル２ｂ〜５ｂによって構成
されている。ロータ２ａ〜５ａは、各タイヤ１ａ〜１ｄ
の回転軸（図示せず）と同軸的に車輪の各タイヤ１ａ〜
１ｄと共に回動するように取り付けられており、円盤状
の磁性体からなっている。ピックアップコイル２ｂ〜５
ｂは、それぞれロータ２ａ〜５ａ、すなわち、タイヤ１
ａ〜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。

【０００９】ピックアップコイル２ｂ〜５ｂから出力さ
れる交流信号は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどより構成
されるマイクロコンピュータ、波形整形回路を備えた公
知の電子制御装置（以下ＥＣＵという）６に入力され、
ピックアップコイル２ｂ〜５ｂ〜出力される交流信号の
波形整形を含む所定の信号処理が行われる。この信号処
理結果は、表示部７に出力され、運転者にたいし、各タ
イヤ１ａ〜１ｄの空気圧の状態を報知する。

【００１０】この表示部７は、各タイヤ１ａ〜１ｄの空
気圧の状態を独立に表示しても良いし、一つの警告ラン
プを設けて、いずれか１つのタイヤの空気圧が基準の空
気圧よりも低下したことを運転者に報知するようにして
も良い。なお、図１における符号８は、タイヤ空気圧の
推定のためにメモリしている前回までの検知結果等を初
期化する初期化スイッチを表す。

【００１１】次に、上記ＥＣＵ６において実行される信
号処理の詳細について説明する。まず、図２のＥＣＵの
共振周波数演算部６１において、行われる車輪速度信号
に基づく共振周波数推定の基本原理について説明する。
なお、符号６２は回転状態値演算部であり、各車輪速度
センサからの信号をうけて、各車輪の車輪速度を演算す
る。また、判定部１６０ａ，ｂは回転状態値である各車
輪の車輪速度を比較することによってタイヤ空気圧の判
定を行ったり、共振周波数に基づいてタイヤ空気圧の判
定を行ったりする部位である。

【００１２】タイヤ空気圧推定における物理モデルは、
図３のように表すことができる。すなわち、白色ノイズ
である路面外乱ｍ（ｋ）がタイヤ・サスペンション系に
入力として加わり、その結果として、車輪速度信号ｙ
（ｋ）には、タイヤ空気圧に依存した共振成分が含まれ
るようになる。同実施形態にかかるタイヤ空気圧推定装
置では、タイヤ・サスペンション系を線形予測モデルに
て近似し、そのモデルのパラメータを最小２乗法に用い
て同定する。なお、タイヤ毎にその空気圧に依存した共
振点は１つであることに鑑みれば、この線形予測モデル
の次数は「２次」で十分である。また、該モデルの次数
を２次とすることで、ＥＣＵ６に必要とされる演算量並
びにデータメモリ（ＲＡＭ）容量を最小とすることがで
きるようにもなる。

【００１３】さて、サンプリング回数をｋとし、それぞ
れ上述のように路面外乱をｍ（ｋ）、車輪速度信号をｙ
（ｋ）とおくと、２次の離散時間モデルは、次の数式１
のように表すことができる。

【００１４】

【数１】 y(k)＝-c1y(k-1)-c2y(k-1)+m(K) …（数式１）パラメータ同定の目的は、有限個の観測データｙ（ｋ）
を用いて道のパラメータｃ１，ｃ２を推定することであ
る。ここでは、最小２乗法を用いてこれら未知のパラメ
ータｃ１，ｃ２の同定を行う。

【００１５】すなわちいま、θをパラメータベクトル、
また、ｚを測定値ベクトルとして、次の数式２および数
式３の２次元ベクトルを定義する。

【００１６】

【数２】

【００１７】

【数３】

【００１８】これにより、上記数式１は、

【００１９】

【数４】

【００２０】といった形で書くことができるようにな
る。この数式４において、ｍ（ｋ）は上述のように、路
面外乱であり、白色ノイズとみなすことができるから、
最小２乗法による未知のパラメータの推定は、評価関数
である

【００２１】

【数５】

【００２２】を最小にする上記数式２の値を求めること
である。この数式５を最小にする数式２の推定値は、ー
括型最小２乗法によると次式の数式６のように表すこと
ができる。（たとえば「ロバスト適応制御入門、金井喜
美雄著、オーム社、またはシステム制御情報ライブラリ
ー９「システム同定入門」、片山徹著、朝倉書店、参照

【００２３】）

【数６】

【００２４】次にこうして同定されるｃ１，ｃ２から共
振周波数ωを求める。２次の離散時間モデルのパラメー
タｃ１，ｃ２と共振種は数ω及び減衰係数ζとの関係
は、サンプリング周期をＴとしてとの関係は、それぞれ
数式７、数式８となる。

【００２５】

【数７】

【００２６】

【数８】

【００２７】よって、共振周波数ωおよび減衰係数ζ
は、それぞれ数式９、数式１０のように計算することが
できる。

【００２８】

【数９】

【００２９】

【数１０】

【００３０】以下、本発明に関わるタイヤ空気圧推定装
置の第１の実施例をＥＣＵ６の処理内容を示すフローチ
ャートに基づいて示す。なお、以下に示す第１〜第３実
施例においてはＥＣＵ６が各タイヤ１ａ〜１ｄのうち転
動輪と駆動輪とにおいて異なるフローを実施するように
なっている。図４は駆動輪の処理内容を示すフローチャ
ートである。

【００３１】まず、車両のイグニッションスイッチがＯ
Ｎされると、ステップ１０に進み、図１に示す初期化ス
イッチ８がＯＮされたか、否かの判定を行う。この初期
化スイッチの機能について簡単に説明する。本発明でタ
イヤ空気圧推定に使用するタイヤの共振周波数もしくは
タイヤのばね定数は、タイヤサイズやタイヤ銘柄による
影響を受けるため、タイヤが交換された時のみ、タイヤ
空気圧低下を判定する判定値を初期化、更新する必要が
ある。

【００３２】以下の説明は、この初期化スイッチがＯＮ
状態でない、つまり、タイヤ空気圧低下を判定する判定
値が既に決定されている場合で、通常時のタイヤ空気圧
推定演算についての場合である。なお、ステップ１０で
初期化スイッチがＯＮ状態となる場合についての処理の
説明は、後述するものとする。まず、ステップ１００で
は、ピックアップコイル２ｂから出力された交流信号を
波形整形したパルス信号を読み込んで、そのパルス長を
パルス時間で除算し、各輪独立に車輪速度Ｖｘを演算す
る。

【００３３】フローチャートに示すように、以下線形予
測法に基づきタイヤの共振周波数もしくはタイヤのばね
定数を求める演算に入る訳であるが、既に、特開平７−
２１７２３公報でも述べられているように、タイヤの共
振振動には、以下の特徴があることが解っている。つま
り、車両が市街地を走行するような低車速〜中車速領域
においては、各周波数に対する車輪速度の出力信号のパ
ワースペクトルは、図６（ａ）に示す如く、約３０〜５
０Ｈｚの範囲に共振ピークが現れる。

【００３４】しかるに、車速が高車速領域へ移行するに
連れ、前記共振ピークは図６（ｂ）に示すように、次第
に減少するため、タイヤ空気圧推定の検知対象とは成ら
なくなる。一方、前記共振ピーク（約３０〜５０Ｈｚ）
の減少と表裏の関係で、図６（ｄ）に示すように、約６
０〜９０Ｈｚのところに、新たな共振ピークが現れる。
この約６０〜９０Ｈｚの共振ピークは、図６（ｃ）に示
すように、前記約３０〜５０Ｈｚの共振ピークが現れる
低車速〜中車速領域では明確でない。

【００３５】この第１の共振ピーク（約３０〜５０Ｈ
ｚ）は、タイヤ回転方向のねじり共振周波数であり、第
２の共振ピーク（約６０〜９０Ｈｚ）は、前記ねじり共
振周波数の２次成分と考えられる。そして、タイヤの空
気圧が低下するとタイヤサイドウオール部の弾性変形が
発生するため、ねじり方向のばね定数も変化するので、
双方の共振ピークとも、タイヤ空気圧による依存性を有
するため、タイヤ空気圧推定の検知対象として、応用が
できる。

【００３６】図７は、前記第１の共振ピーク（約３０〜
５０Ｈｚ）および第２の共振ピーク（約６０〜９０Ｈ
ｚ）とタイヤ空気圧との関係を示したものである。そこ
で、第１の共振ピーク（約３０〜５０Ｈｚ）と第２の共
振ピーク（約６０〜９０Ｈｚ）のかかる関係から、車両
の車速如何に関わらず、車輪速度信号に含まれる共振周
波数により、タイヤ空気圧推定を可能ならしめるため
に、ステップ１１０では、車速Ｖが予め設定された車速
Ｖｏ以下か否かの判定を行う。

【００３７】そして、車速Ｖが予め設定された基準の車
速Ｖｏ１より小さいと判定された場合、つまり、車両の
走行速度が低車速〜中車速領域にある場合は、ステップ
１２０へ進み、第１の共振ピーク（約３０〜５０Ｈｚ）
の信号強度をより強めるために、他の周波数帯の信号を
カットする。このため、予め設定された周波数範囲（ｆ
１１〜ｆ１２）の狭帯域フィルタ（以下、バンドパスフ
ィルタと言う）を用いる。なお、図７に示す如くこの基
準の周波数ｆ１１、ｆ１２等は、ｆ１１＜ｆ１２＜ｆ２
１＜ｆ２２の関係を有する。

【００３８】前記バンドパスフィルタを通過した、車輪
速度信号は、前記原理の記載で定義した数式１の車輪速
度信号ｙ（ｋ）となる。また、パラメータ同定部として
のステップ１３０は、該バンドパスフィルタ部ステップ
１２０により抽出された車輪速度信号ｙ（ｋ）から、数
式６に基づいて、前記離散時間モデルのパラメータｃ
１、ｃ２を同定する部分である。

【００３９】次に、ステップ１４０の共振周波数変換部
では、前記ステップ１３０で出力されるパラメータｃ
１、ｃ２に基づき、前記原理の記載で定義した数式９に
より、共振周波数ωを求める。また、ステップ１５０の
共振周波数−タイヤ空気圧変換部は、これらで求められ
た共振周波数ωをタイヤ空気圧に変換する部分である。
前述のように、タイヤ空気圧が高いとその共振周波数も
高くなり、逆にタイヤ空気圧が低いとその共振周波数も
低くなる。そこでステップ１５０において用いるタイヤ
空気圧と共振周波数の関係マップについて、図８に例示
する。すなわち、関係を予めテーブル（マップ）として
持ち、上記求められた共振周波数ωの値から、直接その
該当するタイヤ空気圧ｐを推定する。そして、共振周波
数ωの値から求められるタイヤ空気圧推定値ｐの値を、
その各車輪に対応する判定部１６０に出力する。

【００４０】判定部１６０では、タイヤ空気圧異常を判
定するための閾値として、予め設定された判定値とステ
ップ１５０から出力されるタイヤ空気圧ｐ値との比較に
より、各車輪に対応するタイヤの空気圧異常を各輪独立
に判定する。そして、ステップ１５０から出力されるタ
イヤ空気圧ｐ値が、前記の予め設定された判定値よりも
低ければ、空気圧異常として、表示部１７０を駆動す
る。表示部１７０では、判定部１６０から駆動信号が与
えられることにより、ランプを点灯し、タイヤ空気圧異
常を運転者に知らしめることになる。なお、ランプの実
施形態は、４輪のタイヤ空気圧異常をそれぞれ独立に４
灯表示することも可能であるし、どれかのタイヤが異常
であることを知らしめるだけの単灯表示も可能である。

【００４１】このような実施形態によるタイヤ空気圧推
定装置によれば、車両が実際に使用される広範囲な車速
領域においても、４輪がほぼ同時に低下する自然漏洩や
釘踏みなどのパンクまで、高信頼に検出することが可能
になる。なお、本実施形態によるタイヤ空気圧推定装置
によりタイヤの共振周波数を演算した結果を図９に示
す。これによれば、推定されたタイヤの共振周波数がそ
のタイヤ空気圧に対し、ほぼ直線的に変化していること
を読みとることが可能である。

【００４２】次に、車速Ｖが予め設定された基準の車速
Ｖｏ１より大きいと判定された場合、つまり、車両の走
行速度が高車速領域にある場合は、ステップ２２０へ進
み、第２の共振ピーク（約６０〜９０Ｈｚ）の信号強度
をより強めるために、他の周波数帯の信号をカットする
目的のために、予め設定された周波数範囲（ｆ２１〜ｆ
２２）のバンドパスフィルタを用いる。

【００４３】以下の処理（ステップ２３０〜２６０）
は、前記した第１の共振ピーク（約３０〜５０Ｈｚ）の
処理（ステップ１３０〜１６０）と同一のため、説明は
省略する。次に、転動輪の実施例について、図５を用い
て説明する。まず、図５のフローチャートの説明に入る
前に、前記駆動輪の実施例で説明した第２の共振ピーク
（約６０Ｈｚ〜９０Ｈｚ）の特徴について、本発明者ら
が詳細に調査した結果を図１０を用いて説明する。

【００４４】図１０は第２の共振ピークを駆動輪と転動
輪について、タイヤ空気圧をパラメータとして整理した
ものである。図から明らかなように、タイヤ空気圧変化
に対する第２の共振周波数の変化は、駆動輪においては
大きくてタイヤ空気圧推定に使用できるレベルである
が、転動輪においては第２の共振周波数の変化は非常に
僅かであり、走行によるバラツキ等を考慮すると、タイ
ヤ空気圧推定に使用するのは、かなりの困難性が伴うこ
とが本発明者らの研究により判明した。

【００４５】前記した第２の共振ピークのタイヤ空気圧
変化に対する共振周波数の変化の割合が、駆動輪におい
ては顕著であるが、転動輪においては僅かであることの
確認は、本発明者らは、後輪駆動車、前輪駆動車ならび
に４輪駆動車において調査し、いずれの駆動形式におい
ても、この傾向が存在することから、タイヤ空気圧変化
に対する第２の共振ピーク（約６０〜９０Ｈｚ）の依存
性は、一般性のあるものと考えられる。また、その原因
としては、車両の高速走行時のタイヤと路面との接地状
態を考えると、駆動輪においては、路面とタイヤ間には
常時駆動力が作用しており、この駆動力が作用すること
により、タイヤ外周部のトレッド部が安定して路面に接
することになるため、空気圧変化に対する共振周波数の
変化が顕著に出るものと推定できる。

【００４６】一方、検出された車輪速度に基づき、各タ
イヤの回転状態値（車輪速度、車輪角速度及び回転パル
ス数などを一定時間積算した値）を求め、４輪におけ
る、それぞれのタイヤの回転状態値の相対関係から、主
に１輪の空気圧が低下するパンク警報を目的としたタイ
ヤ空気圧低下装置が多く提案されている。この回転状態
値により、パンクなどの空気圧低下が判定できる基本的
な原理は、タイヤ空気圧が低下した車輪においては、そ
の車両の荷重のため、路面に接しているタイヤゴム部
は、正常なタイヤ空気圧に比較してたわむ。この結果、
タイヤの回転中心（ホイール中心）と路面との距離が短
くなり、タイヤの有効転がり半径の低下に伴い、前記タ
イヤ回転状態値（車輪速度、車輪角速度及び回転パルス
数などを一定時間積算した値）が他のタイヤ空気圧が正
常な輪に対して増加するため、タイヤ空気圧低下が検知
可能になるというものである。

【００４７】しかし、本発明者らは、上記検出メカニズ
ムを詳細に調査することにより、タイヤ回転状態値によ
るタイヤ空気圧低下判定の長所、短所を明確にした。図
５では、前記の転動輪では、第２の共振ピーク（約６０
〜９０Ｈｚ）でタイヤ空気圧推定が難しいという課題に
対し、この長所を応用することで転動輪においても、車
両が実際に使用される広範囲な車速領域において、タイ
ヤ空気圧低下判定が可能となるＥＣＵ６内の処理を示し
ている。

【００４８】前記のタイヤ回転状態値の長所、短所につ
いて、図１１を用いて説明する。図１１に示す二つのチ
ャート（ａ）（ｂ）は、後輪駆動車の転動輪および駆動
輪、それぞれの各タイヤの回転状態値、つまり車輪速度
の左右輪（ＦＲ：前輪右、ＦＬ：前輪左、ＲＲ：後輪
右、ＲＬ：後輪左）の比をプロットしたもので、それぞ
れの右輪を正常な圧力（例示では２．０ｋｇ／ｃｍ２）
とし、左輪を２．０，１．６，１．２ｋｇ／ｃｍ２と空
気圧を低下させた場合を示してある。

【００４９】転動輪（ＦＲ／ＦＬ）について示すチャー
トでは、前輪左（ＦＬ）のタイヤ空気圧低下に対し、左
右車輪速度の比（ＦＲ／ＦＬ）は、タイヤ空気圧低下に
対し変化し、車速に対しても影響を受けることなく安定
しており、このような状態においては、タイヤ空気圧低
下判定が可能となる。一方、駆動輪（ＲＲ／ＲＬ）につ
いて示すチャートでは、後輪左（ＲＬ）のタイヤ空気圧
低下に対し、左右車輪速度の比（ＲＲ／ＲＬ）は、高車
速領域でも比較的低い車速では、タイヤ空気圧低下に対
し、明確に変化しているが、より高速領域になるに従
い、１輪のタイヤ空気圧低下があるにも関わらず、変化
しなくなる特性を示している。

【００５０】この原因は、以下のように考えている。車
両の空気圧抵抗と車速がバランスしている高車速領域で
は、車両の推力出力は高い状態が維持されており、駆動
輪には大きな駆動力が作用しているものと考えられる。
つまり、タイヤが左右両輪とも２．０kg/cm2の正常圧力
においても、スリップが発生していると考えられる。

【００５１】ここで、タイヤ空気圧を低下させた左輪の
スリップ状態を考えると、タイヤは空気圧の低下に伴い
たわむため、タイヤと路面との接地面積は増大し、トラ
クションが回復し、タイヤ空気圧が正常な状態よりも、
よりスリップしにくい状態になることは、良く知られた
ことである。一方、このようなタイヤのスリップ状態か
ら、先に述べたタイヤの回転状態値（車輪速度の積算
値）への影響を考察すると、タイヤ空気圧低下輪におい
ては、タイヤ空気圧低下による有効転がり半径の減少か
ら、車輪速度積算値は増加する方向にあるものの、トラ
クションの回復によるスリップの減少から、この車輪速
度積算値の増加分を打ち消す方向に作用することにな
る。

【００５２】つまり、このことはタイヤ空気圧低下と車
輪速度積算値との間には、一定の関係が成立しなくなる
ことを意味しており、タイヤ空気圧低下判定が困難にな
ることを意味している。先に記したタイヤの回転状態値
（車輪速度の積算値など）を用いたタイヤ空気圧低下装
置は、４輪のタイヤ回転状態値の相互比較により、タイ
ヤ空気圧低下を判定するため、上記の駆動輪の影響は避
けられず、タイヤ空気圧低下を検知可能な車速域が、原
理的に制限されると言う基本的問題点を内包しているこ
とになる。

【００５３】図５のフローチャートに示す本発明は、第
２の共振ピーク（約６０〜９０Ｈｚ）によるタイヤ空気
圧推定が困難な転動輪のタイヤ空気圧低下判定に際し、
タイヤの回転状態値（車輪速度積算値など）によるタイ
ヤ空気圧低下判定の長所、つまり駆動力の作用しない転
動輪においては、先のタイヤ状態量値は、タイヤ空気圧
低下に対し、良好な特性を有することに着目し、転動輪
のタイヤ回転状態値の左右比をパラメータとして、タイ
ヤ空気圧低下判定に導入することにより、車両が実際に
使用される広範囲な車速領域においても、タイヤ空気圧
低下判定を可能ならしめることを目的とした発明であ
る。

【００５４】以下本発明について、図５のフローチャー
トの各ステップごとに説明する。まず、車両のイグニッ
ションスイッチがＯＮされると、ステップ９０に進む。
前記駆動輪の項で説明したように、以下の説明は、この
初期化スイッチがＯＮ状態でない、つまり、タイヤ空気
圧低下を判定する判定値が既に決定されている場合で、
通常時のタイヤ空気圧推定演算についての場合である。
なお、ステップ１０で初期化スイッチがＯＮ状態となる
場合についての処理の説明は、駆動輪の場合と同様に後
述するものとする。

【００５５】ステップ１００では、ピックアップコイル
２ｂから出力された交流信号を波形整形したパルス信号
を読み込んで、そのパルス長をパルス時間で除算し、各
輪独立に車輪速度Ｖｘを演算する。次にステップ１１０
では、車輪速度Ｖｘから求められる車速Ｖが予め設定さ
れた車速Ｖｏ２より小さいと判定された場合、つまり、
車両の走行速度が低車速〜中車速領域にある場合は、ス
テップ１２０に進む。なお、予め設定された車速Ｖｏ２
は、前記の車速Ｖｏ１と同一でも、異なっていても良
い。

【００５６】ここで、図５に記載のステップ１００から
ステップ１６０までは、すでに駆動輪の実施例で説明し
た処理内容と同一であるので省略するものとして、以下
の記述では、ステップ１１０において演算される車速Ｖ
が予め設定された車速Ｖｏ２以上、つまり前記した第１
の共振ピーク（約３０〜４０Ｈｚ）では、タイヤ空気圧
推定が困難な場合についての処理（ステップ３２０〜３
３０）で、各タイヤの回転状態値によるタイヤ空気圧低
下判定の長所を応用した処理についての説明を行う。ス
テップ３２０の処理内容について、タイヤ回転状態値と
して、車輪速度積算値を例に説明する。ここのステップ
は、転動輪の右側車輪と左側車輪それぞれについて、検
出された車輪速度Ｖｘを用い、転動輪の車輪速度偏差で
あるＤを下記数式１１により、求めるものである。な
お、車輪速度偏差Ｄの演算は、車輪速度の演算周期ご
と、例えば５ｍｓごとに実施される。

【００５７】

【数１１】Ｄ＝Ｖｘｆｒ／Ｖｘｆｌ（数式１１）Ｖｘｆｒ：転動輪右の車輪速度Ｖｘｆｌ：転動輪左の車輪速度ステップ３３０は、以下の式のように、前記で求められ
た車輪速度偏差Ｄを、ＥＣＵ６のメモリにｎ個記憶し、
平均化する処理である。

【００５８】

【数１２】この処理の目的は、駆動力の作用しない転動輪のため、
走行状況による影響は少ないものの、旋回や登降坂など
の影響を除くためのものである。ステップ３４０は、前
記で求めた平均車輪速度偏差Ｄｏに対し、予め設定され
た基準値に対し大小判定を行い、平均車輪速度偏差Ｄｏ
が基準値をうわまった場合、タイヤ空気圧の低下が発生
したものと判断する処理である。

【００５９】ステップ１７０では、既に駆動輪の実施例
で説明したとうり、ステップ３４０からの駆動信号に基
づき、ランプなどの表示装置を点灯する処理である。こ
こでの表示方法としては、転動輪の左右比較で空気圧低
下を判定するため、タイヤ空気圧の低下輪が左右どちら
かかも判定できるので、駆動輪の実施例と同様に、４輪
独立の４灯表示も可能であり、また１灯のみの表示も可
能である。

【００６０】以下、図４、図５における初期かスイッチ
ＯＮの場合について説明する。上記の処理内容は、駆動
輪、転動輪の実施例とも初期化スイッチがＯＮでない場
合についての説明であるが、以下では初期化スイッチが
ＯＮとなった場合の処理内容であり、図１２、１３に基
づき、説明する。まず、図１２に基づき、駆動輪の初期
化について説明する。ステップ１００では、前記の実施
例と同様に、ピックアップコイル２ｂから出力された交
流信号を波形整形し、その処理波形であるパルス信号を
読み込み、そのパルス長をパルス時間で除算して、各輪
独立に車輪速度Ｖｘを演算する。

【００６１】前記したように初期化スイッチ設定の目的
は、タイヤが交換された時、タイヤ空気圧推定に必要
な、そのタイヤ固有の共振周波数とタイヤ空気圧との関
係を決定するためのものである。したがって、初期化ス
イッチをＯＮとするときは、タイヤ空気圧が既知である
ことが前提なので、タイヤ交換したときは、その車両の
ユーザが標準空気圧にタイヤ空気圧を設定することが前
提である。その為、ステップ４１０では、タイヤが標準
空気圧のときのタイヤ共振周波数（第１の共振ピーク）
を演算し、ωｋ１として、ＥＣＵ６のメモリーに記憶す
る。

【００６２】第１の共振ピークがステップ４１０で求ま
ったので、ステップ４２０ではタイヤが標準空気圧のと
きのタイヤ共振周波数ωＫ２（第２の共振ピーク）を求
めることになるが、ここでは、第１の共振ピークと第２
の共振ピークとの物理的関係が判明しているので、この
関係から求めることになる。ステップ４３０では、ステ
ップ４１０で求めた標準空気圧の共振周波数（第１の共
振ピーク）から、下記式で警告圧に相当する共振周波数
（ωＬ１）を求め、車速がＶｏ以下の場合のタイヤ空気
低下判定を行うときの、新しい空気圧低下判定値とする
ために、ＥＣＵ６内のメモリを書き換える。

【００６３】

【数１３】 ωＬ１＝ωＫ１−Δω１（数式１３）（なお、Δω１は定数）同様に、ステップ４４０では、車速がＶｏ以上の場合の
タイヤ空気圧低下判定値ωＬ２をステップ４２０で求め
た共振周波数ωＫ２（第２の共振ピーク）から、下記式
により求め、新しい空気圧低下判定値とする。

【００６４】

【数１４】 ωＬ２＝ωＫ２−Δω２（定数）（数式１４）以上が初期化スイッチＯＮの時の駆動輪における処理内
容である。次に、図１３に基づき、転動輪の初期化につ
いて説明する。ステップ１００では、上記と同様に車輪
速度Ｖｘを演算する。

【００６５】ステップ５１０では、タイヤ交換時にタイ
ヤ空気圧が標準圧力に設定されていることを前提とし、
下記式により、標準圧力時の車輪速度偏差Ｄｋを求め
る。

【００６６】

【数１５】Ｄｋ＝Ｖｘｆｒ／Ｖｘｆｌ（数式１５）Ｖｘｆｒ：転動輪右の車輪速度Ｖｘｆｌ：転動輪左の車輪速度そして、ステップ５２０では、数式１５で求められた車
輪速度偏差Ｄｋを（２２式）に示すようにｎ個加算し、
平均車輪速度偏差Ｄｋｏを求め、それをタイヤ空気圧
低下判定値ＤＬとして、ＥＣＵ６内のメモリを更新す
る。なお、ステップ５３０では空気圧低下判定値ＤＬを
更新する。

【００６７】図１４、１５にて第２の実施例について説
明する。図１４は車輪速度信号の振動成分より、タイヤ
の共振周波数を求め、これに基づき、駆動輪のタイヤ空
気圧を推定する第１のタイヤ空気圧推定手段において、
共振周波数の振動周波数範囲を選定する選定手段とし
て、周波数範囲を二つの範囲に分け、それぞれの周波数
範囲における信号強度を演算し、この信号強度に基づい
て、共振周波数の抽出対象とする周波数範囲を選定する
実施例である。

【００６８】図１４のフローチャートに基づき、以下説
明する。なお、図１４のフローは駆動輪に対して行われ
るものである。ステップ１００までは、いままでの実施
例で既に述べているので説明を省略する。ステップ１０
１、１０２は前記した第１の共振ピーク（約３０〜５０
Ｈｚ）および第２の共振ピーク（約６０〜９０Ｈｚ）の
信号強度をより強める目的で、他の周波数帯の信号をカ
ットするために、図７に示されるような、周波数範囲
（ｆ１１〜ｆ１２）、（ｆ２１〜ｆ２２）のバンドパス
フィルタを設定する。

【００６９】ステップ１０３は、ステップ１０１で抽出
された第１の共振ピーク（約３０〜５０Ｈｚ）および第
２の共振ピーク（約６０〜９０Ｈｚ）の信号強度Ｇａ、
Ｇｂ演算し、その大きさを比較する処理である。信号強
度の具体的演算方法を図１８を用いて以下、説明する。
図１８は、車輪速度Ｖｘ演算結果でＣバンドパスフィル
タ通過後の波形であり、横軸時間、縦軸は第１の共振ピ
ークの振動成分の大きさを示すゲインを表している。こ
こで、車輪速度Ｖｘの演算周期（例えば５ｍｓ）ごとの
Ｖｘの値をＶｘ（ｉ）とすると第１の共振ピークの信号
強度Ｇａは、以下の式で表すことが出来る。

【００７０】

【数１６】つまり、車輪速度演算周期毎に演算されるＶｘ（ｉ）の
２乗値をｎ個加算したものと表すことが可能になる。

【００７１】また第２の共振点ピークについても、同様
に信号強度Ｇｂが演算される。そして、前記演算された
ＧａとＧｂを比較し、信号強度Ｇａが大きい場合は、タ
イヤ空気圧推定に用いる共振周波数範囲を第１の共振ピ
ーク（約３０〜５０Ｈｚ）とし、ステップ１３０に進
む。ステップ１３０以下は、既に図４で説明した駆動輪
についての処理を行う。

【００７２】また、信号強度Ｇｂが大きい場合は、タイ
ヤ空気圧推定に使用する共振周波数範囲は、第２の共振
ピークとなり、既に前述したステップ２３０以下の処理
を行う。図１５は転動輪の車輪速度信号の振動成分よ
り、タイヤの共振周波数を求め、これに基づき、駆動輪
のタイヤ空気圧を推定する第２のタイヤ空気圧推定手段
において、タイヤの回転状態値によるタイヤ空気圧判定
手段を用いるか否かの判別手段として、車輪速度信号の
振動成分から得られる周波数を２つに分けると共に、そ
れぞれの振動周波数における信号強度Ｇａ、Ｇｂを演算
し、第１の共振ピークの振動周波数成分から共振周波数
を求め、タイヤ空気圧推定を行うか、もしくはタイヤの
回転状態値を求め、転動輪のタイヤ空気圧低下判定を行
うかを選定する選定手段についての例である。

【００７３】各ステップでの処理内容は、前述の例と全
く同一のため、省略する。図１６、１７にて第３の実施
例について説明する。図１６は車輪速度信号の振動成分
より、タイヤの共振周波数を求め、これに基づき、駆動
輪のタイヤ空気圧を推定する第１のタイヤ空気圧推定手
段において、タイヤ振動現象に起因する路面からの振動
周波数成分から、振動入力強度を演算し、この振動入力
強度に基づいて、共振周波数の抽出対象とする周波数範
囲を選定する実施例である。なお図１６のフローは駆動
輪に対して適用される。

【００７４】図１６のフローチャートに基づき、以下説
明する。ステップ１００までは、いままでの実施例で既
に述べているので説明を省略する。ステップ１０４は前
記したタイヤ振動現象に起因する路面からの振動入力の
信号強度をより強める目的で、他の周波数帯の信号をカ
ットするために、設定されたバンドパスフィルタであ
る。

【００７５】ステップ１０５は、ステップ１０４で抽出
された路面からの振動周波数成分から振動入力強度Ｇｃ
を演算し、その大きさを予め設定された基準値Ｇｃｏと
比較する処理である。信号強度の具体的演算方法を図１
９を用いて以下、説明する。路面からの振動入力は、適
当なバンドパスフィルタを用いることにより、車輪速度
変動から抽出できることは、既に特開平６−２７０６１
８号公報に例示されており、図１９ではその具体的演
算方法につき例示する。

【００７６】図１９は、車輪速度Ｖｘ演算結果でＥバン
ドパスフィルタ通過後の波形であり、横軸時間、縦軸は
路面からの振動成分の大きさを示すゲインを表してい
る。ここで、車輪速度Ｖｘの演算周期（例えば５ｍｓ）
ごとのＶｘの値をＶｘ（ｉ）とすると振動入力強度Ｇｃ
は、以下の式で表すことが出来る。

【００７７】

【数１７】つまり、車輪速度演算周期毎に演算されるＶｘ（ｉ）の
２乗値をｍ個加算したものと表すことが可能になる。

【００７８】また、図２０は路面からの振動入力強度の
演算方法の他の実施形態を示すものである。そして、前
記演算されたＧｃと予め設定された基準値Ｇｃｏを比較
し、振動入力強度Ｇｃが大きい場合は、タイヤ空気圧推
定に用いる共振周波数範囲を第１の共振ピーク（約３０
〜５０Ｈｚ）とし、ステップ１３０に進む。ステップ１
３０以下は、既に図４において説明した駆動輪について
の処理を行う。

【００７９】また、振動入力強度Ｇｃが基準値Ｇｃｏよ
り小さい場合は、タイヤ空気圧推定に使用する共振周波
数範囲は、第２の共振ピークとなり、既に前述したステ
ップ２３０以下の処理を行う。図１７は転動輪における
車輪速度信号の振動成分より、タイヤの共振周波数を求
め、これに基づき、駆動輪のタイヤ空気圧を推定する第
２のタイヤ空気圧推定手段において、タイヤの回転状態
値によるタイヤ空気圧判定手段を用いるか否かの判別手
段として、タイヤ振動現象に起因する路面からの振動周
波数成分から、振動入力強度Ｇｃを演算し、この振動入
力強度Ｇｃに基づいて、転動輪の空気圧異常判定する実
施例である。

【００８０】本発明は上述の実施例に限定されることな
く、以下のように種々変形可能である。たとえば、上述
までの実施例では、駆動輪と転動輪とにおいてあらかじ
め異なるフローに進むようにＥＣＵ６内が構成されてい
た（すなわち駆動輪と転動輪とにおいて平行演算処理可
能な独立した演算部および判定部が設けられている例）
が、これに関わらず、右駆動輪→左駆動輪→右転動輪→
左転動輪の如くＥＣＵ６内にて演算処理を行うように
し、イグニッションＯＮ後の初期化スイッチのＯＮか否
かの判定後、制御対象輪が駆動輪か転動輪かを判定し、
駆動輪であればたとえば第１の実施例においては図４の
フローに、転動輪であれば図５のフローに進むようにし
てもよい。なお、第２、第３実施例においても同様であ
る。

【００８１】また、上述の実施例では、車体速度、信号
強度あるいは信号入力強度に基づいて、転動輪における
空気圧推定あるいは空気圧異常の判定方法を切り換えて
いた。すなわち、車体速度、信号強度あるいは信号入力
強度に基づいて、共振周波数を用いて判定をするかある
いは車輪速度差等の回転状態値の偏差に基づいて判定を
するかを切り換えていたが、これに関わらず、転動輪は
全て回転状態値の偏差に基づく判定を行い、駆動輪は共
振周波数に基づく判定を行うようにしてもよい。たとえ
ば、第１の実施例における図５において、ステップ１１
０〜ステップ１６０を略し、転動輪であればステップ１
００からステップ３２０、３３０、３４０、１７０の順
に進むようにしてもよい。これは第２、第３の実施例に
ついても同様である。

【００８２】また、上述の実施例では、駆動輪の空気圧
推定あるいは空気圧異常判定に共振周波数の変化を用い
てきたが、これに代わってバネ定数の変化を推定するこ
とにより空気圧推定あるいは空気圧異常判定を行うよう
にしてもよい。なお、バネ定数の変化は、たとえば共振
周波数の変化を検出することにより検出することができ
る。

【００８３】また、上述の実施例における共振周波数の
検出に際して行う車輪速度信号の信号解析処理として
は、ＦＦＴ演算（高速フーリエ変換）、線形予測法等あ
らゆる解析手法を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の主要構成のモデル図である。

【図２】本発明の主要構成のブロック図である。

【図３】タイヤ空気圧推定における物理モデルを表す図
である。

【図４】第１の実施例における駆動輪に対する処理フロ
ーを示すフローチャートである。

【図５】第１の実施例における転動輪に対する処理フロ
ーを示すフローチャートである。

【図６】車体速度との関係における車輪速度信号のパワ
ースペクトルを示す特性図である。

【図７】車体速度との関係における共振周波数と空気圧
の関係を示す特性図である。

【図８】共振周波数と空気圧との関係を示すマップであ
る。

【図９】車輪速度信号に周波数解析を施して共振周波数
を演算した際の共振周波数とタイヤ空気圧との関係の波
形を示す波形図である。

【図１０】駆動輪と転動輪における第２の共振ピークの
空気圧に依存する変化を示す特性図であり、（ａ）は駆
動輪の特性図、（ｂ）は転動輪の特性図を表す。

【図１１】転動輪と駆動輪における回転状態値偏差（回
転状態値比）によるタイヤ空気圧の判定特性を示し、
（ａ）は転動輪、（ｂ）は駆動輪における左右車輪速度
比の車体速度に対する変化を示す特性図である。

【図１２】駆動輪における初期化スイッチＯＮ時のフロ
ーを示すフローチャートである。

【図１３】転動輪における初期化スイッチＯＮ時のフロ
ーを示すフローチャートである。

【図１４】第２の実施例における駆動輪に対するフロー
チャートである。

【図１５】第２の実施例における転動輪に対するフロー
チャートである。

【図１６】第３の実施例における駆動輪に対するフロー
チャートである。

【図１７】第３の実施例における転動輪に対するフロー
チャートである。

【図１８】車輪速度Ｖｘ演算結果でＣバンドパスフィル
タ通過後の波形である。

【図１９】信号強度の具体的演算方法を示す際の参考特
性図である。

【図２０】路面からの振動入力強度の演算方法の他の実
施形態を示す特性図である。

【符号の説明】

１ａ〜１ｄ車輪２〜４車輪速度センサ６ＥＣＵ６１共振周波数演算部６２回転状態値演算部１６０ａ，１６０ｂ判定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−297923（ＪＰ，Ａ) 特開平９−2031（ＪＰ，Ａ) 特開平９−249009（ＪＰ，Ａ) 特開平５−133831（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60C 23/00 - 23/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両走行時に、各輪の車輪速度を逐次演
算する車輪速度検出手段と、前記車輪速度検出手段の検出結果である車輪速度信号に
含まれる振動周波数成分からタイヤの共振周波数もしく
はタイヤのバネ定数を抽出する抽出手段と、この抽出手段によって抽出された共振周波数もしくはタ
イヤバネ定数に基づいて駆動輪のタイヤ空気圧のみを推
定する第１のタイヤ空気圧推定手段と、上記車輪速度検出手段により検出された車輪速度に基づ
きタイヤの回転状態値を演算する回転状態値演算手段
と、前記回転状態値演算手段によって演算された回転状態値
の偏差に基づいて転動輪のタイヤ空気圧のみの推定を行
う第２のタイヤ空気圧推定手段と、を備えることを特徴とするタイヤ空気圧推定装置。
【請求項２】前記第１のタイヤ空気圧推定手段は、前記抽出手段によって抽出される前記共振周波数もしく
は前記バネ定数の抽出対象とする前記車輪速度信号に含
まれる振動周波数成分の振動周波数範囲を選定する選定
手段を備え、前記選定手段により選定された周波数範囲において、前
記共振周波数もしくは前記バネ定数を抽出して前記駆動
輪のタイヤ空気圧を推定することを特徴とする請求項１
に記載のタイヤ空気圧推定装置
【請求項３】前記選定手段は、車両の走行速度を検出
する走行速度検出手段を備え、この走行速度に基づいて
前記振動周波数範囲を選定することを特徴とする請求項
２に記載のタイヤ空気圧推定装置。
【請求項４】前記選定手段は、前記周波数範囲を複数の周波数範囲に分割する分割手段
と、各周波数範囲における信号強度を演算する信号強度演算
手段と、を備え、前記信号強度演算手段によって演算された信号強度に基
づいて、前記共振周波数もしくは前記バネ定数の抽出対
象とする周波数範囲を前記複数設けられた周波数範囲か
ら選定することを特徴とする請求項２もしくは請求項３
に記載のタイヤ空気圧推定装置。
【請求項５】前記選定手段は、路面からのタイヤへの
振動入力強度を演算して、この演算結果である振動入力
強度に基づいて前記周波数範囲を選定することを特徴と
する請求項２乃至請求項４のいずれかに記載のタイヤ空
気圧推定装置。
【請求項６】前記第２のタイヤ空気圧推定手段は、前
記タイヤの回転状態値に基づいてタイヤ空気圧を推定に
対する許可条件を満足しているか否かを判定する条件判
定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５
のいずれかに記載のタイヤ空気圧推定装置。
【請求項７】前記条件判定手段は、車両の走行速度を
検出する走行速度検出手段を備え、前記走行速度を許可
条件として判定することを特徴とする請求項６に記載の
タイヤ空気圧推定装置。