JP3801437B2 - タイヤ特性判定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤ特性判定装置に係り、より詳しくは、空気圧低下の状態、摩耗状態等のタイヤの特性を判定することができるタイヤ特性判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、基準となる車輪である基準輪におけるタイヤの動荷重半径を用いて、上記基準輪より空気圧が低下したタイヤが装着された車輪である低下輪の基準輪に対するスリップ率を導出し、導出したスリップ率と上記基準輪のスリップ率の差に基づいて上記低下輪のタイヤにおける空気圧低下の状態を判定するタイヤ特性判定装置が知られている。なお、上記動荷重半径ｒは、ｒ＝Ｖ／ω（ここで、Ｖは車体速度、ωは車輪の回転角速度）で定義されるものであり、走行速度、タイヤの空気圧等に応じて変化するものである。
【０００３】
すなわち、基準輪のタイヤの動荷重半径を用いて導出した空気圧低下輪の基準輪に対するスリップ率と駆動力との関係を表すと、図１４のようになる。なお、動作領域におけるスリップ率は駆動力が飽和する領域より小さいものと考えられるので、同図では直線で近似して表している。
【０００４】
ここで、低下輪のスリップ率は基準輪のタイヤの動荷重半径を用いて導出しているので、駆動力がない場合であっても、空気圧が低下するに従って動荷重半径が減少して当該低下輪の回転速度が上昇するため、見かけ上、駆動力が０（零）である状態においてスリップ率のオフセット値ΔＳを有することになる。すなわち、オフセット値ΔＳは、原点（駆動力が０の点）における基準輪と低下輪の動荷重半径の差を示すものである。
【０００５】
以上のことから、上記従来のタイヤ特性判定装置では、上記オフセット値ΔＳの大きさに基づいて、タイヤの空気圧低下の度合いを判定していた。なお、以下では、動荷重半径に基づいて得られたオフセット値ΔＳの大きさに基づいて空気圧低下の度合いを判定する方式及びそれに類した方式を動荷重半径方式という。
【０００６】
しかしながら、低下輪の路面μ勾配（スリップ率と路面μ（摩擦係数）との関係を表す曲線の接線の傾きであり、タイヤのグリップ状態を表す物理量）は基準輪に比較して大きく、図１４における直線（破線）の傾きが大きいので、駆動力が増加するに従ってスリップ率の差（Ｓ１−Ｓ０）が小さくなり、上記動荷重半径方式では空気圧低下の判定が困難になる、という問題点があった。
【０００７】
一方、上記路面μ勾配は、タイヤの空気圧の低下に伴う接地面の増加に応じて値が増加する、という特性を有している。従って、このような路面μ勾配の特性を利用して、左右輪の路面μ勾配の差に基づいて空気圧低下の状態を判定することが可能である。
【０００８】
ここで、路面μ勾配の変化要因としては、上記接地面の他に、路面摩擦状態、トレッド剛性、荷重、車輪慣性モーメント等が挙げられるが、このうち、トレッド剛性及び車輪慣性モーメントについては、走行中に路面μ勾配に対して影響を与えるほど変化するとは考えられないので、これらの要因については初期化等によって対応可能であると考えられる。しかしながら、タイヤと路面との間の摩擦特性については、時々刻々変化するため、その影響を受ける可能性がある。
【０００９】
図１５には、低下輪側の摩擦特性の変化によって当該低下輪の路面μ勾配が低下した場合の、当該低下輪の基準輪に対するスリップ率と駆動力との関係の一例が示されている。なお、このように路面μ勾配が低下する要因としては、タイヤの摩耗の進行やウェット路での走行等が例示される。
【００１０】
そして、このように低下輪の路面μ勾配が低下し、基準輪の路面μ勾配との差が小さくなった場合には、路面μ勾配の差に基づく空気圧低下の判定が困難になる、という問題点があった。
【００１１】
本発明は上記問題点を解消するために成されたものであり、空気圧低下状態や摩耗状態等のタイヤ特性を高精度に判定することができるタイヤ特性判定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載のタイヤ特性判定装置は、車輪速度を検出し、車輪速信号を出力する車輪速センサと、前記車輪速信号に基づいてタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量を推定する物理量推定手段と、前記車輪速信号に基づいてタイヤの動荷重半径を導出する動荷重半径導出手段と、推定された前記物理量と導出された前記動荷重半径とに基づいてタイヤの特性を判定する判定手段と、を備えている。
【００１３】
請求項１記載のタイヤ特性判定装置によれば、車輪速センサにより車輪速度が検出されて車輪速信号が出力され、物理量推定手段により上記車輪速信号に基づいてタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量が推定され、動荷重半径導出手段により上記車輪速信号に基づいてタイヤの動荷重半径が導出され、更に、判定手段により、推定された上記物理量と導出された上記動荷重半径とに基づいてタイヤの特性が判定される。
【００１４】
すなわち、本発明では、タイヤの特性を判定する際に、前述の路面μ勾配に代表されるタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量と、タイヤの動荷重半径の双方を考慮することによって、タイヤ特性の判定精度を向上するようにしている。
【００１５】
このように、請求項１に記載のタイヤ特性判定装置によれば、タイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量と、タイヤの動荷重半径とに基づいてタイヤの特性を判定しているので、高精度にタイヤ特性を判定することができる。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、請求項２記載のタイヤ特性判定装置は、車輪速度を検出し、車輪速信号を出力する車輪速センサと、前記車輪速信号に基づいてタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量を推定する物理量推定手段と、前記車輪速信号に基づいてタイヤの動荷重半径を導出する動荷重半径導出手段と、推定された前記物理量に基づいてタイヤの特性を判定する第１判定手段と、導出された前記動荷重半径に基づいてタイヤの特性を判定する第２判定手段と、前記車輪速信号に基づく車輪速度、前記物理量、及び前記動荷重半径の少なくとも１つに基づいて、前記第１判定手段による判定及び前記第２判定手段による判定を切り替える切替手段と、を備えている。
【００１７】
請求項２記載のタイヤ特性判定装置によれば、車輪速センサにより車輪速度が検出されて車輪速信号が出力され、物理量推定手段により上記車輪速信号に基づいてタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量が推定され、動荷重半径導出手段により上記車輪速信号に基づいてタイヤの動荷重半径が導出される。
【００１８】
また、本発明では、推定された上記物理量に基づいてタイヤの特性を判定する第１判定手段と、導出された上記動荷重半径に基づいてタイヤの特性を判定する第２判定手段を備えており、切替手段によって上記車輪速信号に基づく車輪速度、上記物理量、及び上記動荷重半径の少なくとも１つに基づいて、上記第１判定手段による判定及び上記第２判定手段による判定が切り替えられる。
【００１９】
すなわち、上記第１判定手段によるタイヤ特性の判定精度と、上記第２判定手段によるタイヤ特性の判定精度は、車輪速度、タイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量、及びタイヤの動荷重半径の各々についてトレードオフの関係にある。そこで、本発明では、車輪速度、タイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量、及びタイヤの動荷重半径の少なくとも１つに基づいて、より高精度にタイヤ特性を判定することができる判定手段を第１判定手段及び第２判定手段から選択するように切り替えている。
【００２０】
このように、請求項２に記載のタイヤ特性判定装置によれば、車輪速度、タイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量、及びタイヤの動荷重半径の少なくとも１つに基づき、上記物理量に基づいてタイヤの特性を判定する第１判定手段による判定と、タイヤの動荷重半径に基づいてタイヤの特性を判定する第２判定手段による判定を切り替えているので、タイヤ特性を高精度に判定することができる。
【００２１】
なお、請求項１又は請求項２記載の発明におけるタイヤの特性は、請求項３記載の発明のように、当該タイヤの空気圧低下の状態又は摩耗状態であるものとすることができる。
【００２２】
これによって、タイヤの空気圧低下の状態又は摩耗状態を高精度に判定することができる。
【００２３】
また、請求項４記載の発明のように、本発明のタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量は、路面μ勾配の他、当該路面μ勾配と等価な物理量である制動力勾配や駆動力勾配を含めることができる。
【００２４】
なお、上記各発明において、タイヤの特性を判定する際に、左輪と右輪との間のタイヤ特性の相違の度合いが大きい場合に、当該左輪及び右輪の少なくとも一方の車輪におけるタイヤ特性が異常であると判定することが好ましい。これによって、簡易にタイヤ特性を判定することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１に示すように本第１実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０は、各々所定のサンプリング周期で対応する車輪の速度を検出し、車輪速の時系列データを車輪速信号として出力する車輪速センサで構成された右従動輪用の右従動輪車輪速検出手段１２Ｒ、左従動輪用の左従動輪車輪速検出手段１２Ｌ、右駆動輪用の右駆動輪車輪速検出手段１４Ｒ、及び左駆動輪用の左駆動輪車輪速検出手段１４Ｌと、右駆動輪車輪速検出手段１４Ｒから出力された車輪速信号に基づいて右駆動輪における路面μ勾配を推定する路面μ勾配推定手段１６Ｒと、左駆動輪車輪速検出手段１４Ｌから出力された車輪速信号に基づいて左駆動輪における路面μ勾配を推定する路面μ勾配推定手段１６Ｌと、各車輪速検出手段から出力された車輪速信号ωｉ（ｉ＝１，２，３，４）に基づいて駆動輪におけるタイヤの動荷重半径を導出する動荷重半径演算手段１８と、各路面μ勾配推定手段１６Ｒ、１６Ｌによって得られた路面μ勾配及び動荷重半径演算手段１８によって導出された動荷重半径に基づいてタイヤ特性の判定に用いる評価関数を導出する評価関数導出手段２０と、評価関数導出手段２０によって導出された評価関数に基づいて右駆動輪及び左駆動輪のタイヤ特性の差異を判定するタイヤ特性違い判定手段２２と、を含んで構成されている。
【００２６】
なお、タイヤ特性違い判定手段２２には、タイヤ特性違い判定手段２２によってタイヤ特性が異常であると判定された場合に警報を発するための警報発生器（図示省略）が接続されている。
【００２７】
本実施の形態に係る動荷重半径演算手段１８は、左右の各駆動輪のタイヤの動荷重半径Ｒを演算した後、これらの動荷重半径Ｒを示す信号を評価関数導出手段２０に出力する。
【００２８】
一方、本実施の形態に係る路面μ勾配推定手段１６Ｒ及び路面μ勾配推定手段１６Ｌは、低周波数領域の振動レベルと高周波数領域の振動レベルとの差を車輪速周波数特性量として用い、路面μ勾配を推定するようにしたものである。
【００２９】
以下、本実施の形態に係る路面μ勾配の推定の原理について説明する。図７に示すように、車輪共振系の力学モデルは、リム５０とベルト５２との間に各々ばね定数Ｋ１、Ｋ２のタイヤのねじればね要素５４、５６を介在させると共に、リム５０と車体との間にばね定数Ｋ３のばね要素５８とダンパ６０とを並列接続したサスペンションを介在させたモデルで表される。このモデルにおいて路面からの外乱（路面外乱）は、ベルト５２からばね要素５４、５６、リム５０に伝達されて車輪速ωに影響を与えると共に、サスペンション要素を介して車体に伝達される。
【００３０】
ここで、１次の車輪減速度運動、２次のサスペンション前後共振、２次のタイヤ回転共振を統合した５次の車輪フルモデルを用いて、制動力勾配と路面外乱から車輪速までの伝達特性の追従周波数を表す車輪速周波数特性量との関係を説明する。この制動力勾配は、図８に示すように、スリップ速度（または、スリップ率）と制動力との関係を表す曲線の接線の勾配（傾き）によって表される。
【００３１】
図９は、制動力勾配が３００Ｎｓ／ｍ〜１００００Ｎｓ／ｍの限界制動領域からタイヤ特性に余裕のある低スリップ領域の範囲における、路面外乱から車輪速までの周波数応答を表すゲイン線図、すなわち周波数と路面外乱の振幅に対する車輪速の振幅ゲインとの関係を示したものである。
【００３２】
図９において、限界付近等の制動力勾配が比較的小さな領域においては、車輪速の周波数特性は、低周波数領域のゲインは大きく、高周波数領域のゲインは小さくなっている。このため、制動力勾配が比較的小さな領域においては低周波数領域のゲインと高周波数領域のゲインとの差を表す車輪速周波数特性量は大きくなる。
【００３３】
これに対し、定常走行等の制動力勾配が比較的大きな領域においては、車輪速の周波数特性において低周波数領域のゲインは制動力勾配の比較的小さな領域に比較して小さくなっている。また、高周波数領域のゲインは、タイヤの回転共振（４０Ｈｚ付近）の発生等の影響によって制動力勾配が比較的小さな領域に比較してそれほど小さくはなっていない。この結果、制動力勾配が比較的大きな領域においては車輪速周波数特性量は小さくなっている。同様に、低周波数領域の車輪速信号の振動レベルと高周波数領域の車輪速信号の振動レベルとの差を表す車輪速周波数特性量も上記の低周波数領域のゲインと高周波数領域のゲインとの差を表す車輪速周波数特性量と同様に変化する。
【００３４】
以上のことから、低周波数領域のゲインと高周波数領域のゲインとの差、または低周波数領域の車輪速信号の振動レベルと高周波数領域の車輪速信号の振動レベルとの差を表す車輪速周波数特性量は、制動力勾配が大きくなるのに伴って小さくなる値であり、この特性を利用することにより車輪周波数特性量から制動力勾配を推定することができる。
【００３５】
また、図９において、タイヤ回転共振が発生する４０Ｈｚ付近の周波数帯域に着目した場合、制動力勾配が大きくなるに従ってタイヤ回転共振の共振ピーク波形が尖鋭になっている。また、タイヤ回転共振の共振ピーク波形は、制動力勾配が大きくなるに従って全体的な周波数特性が高周波側に移行している。
【００３６】
すなわち、この車輪特性を１次遅れモデルで近似した場合、図１０に示すように、制動力勾配が大きくなるに従って周波数帯域が高くなることが理解できる。したがって、車輪特性を１次遅れモデルで近似して、ゲインが所定範囲の値から所定範囲外の値に変化するときの周波数である帯域周波数を車輪速周波数特性量として推定すれば、路面外乱から車輪速までの伝達特性の追従周波数を表す車輪速周波数特性量の値から制動力勾配を推定することができる。なお、２次、３次等の遅れモデルにおいても１次遅れモデルと略同様の特性を備えているので、車輪特性を低次の遅れの特性に近似してその車輪速周波数特性量を推定すれば、車輪速周波数特性量の値から制動力勾配を推定することができる。
【００３７】
また、上記で説明したタイヤに制動力を与えたときの制動力勾配の他、タイヤに駆動力を与えたときの駆動力勾配は、いずれもタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量であり、タイヤのグリップ状態を表す路面μ勾配と等価な物理量である。したがって、車輪周波数特性量からスリップ率またはスリップ速度と制動力との関係を表す曲線の接線の傾きである制動力勾配、スリップ率またはスリップ速度と駆動力との関係を表す曲線の接線の傾きである駆動力勾配、及びスリップ率またはスリップ速度と路面μとの関係を表す曲線の接線の傾きである路面μ勾配のいずれかを路面の滑りやすさを表す物理量として推定することができる。
【００３８】
次に、本実施の形態に係る路面μ勾配推定手段１６Ｒ及び路面μ勾配推定手段１６Ｌの構成について説明する。図２に示すように、本実施の形態の路面μ勾配推定手段１６Ｒ及び路面μ勾配推定手段１６Ｌは、低周波数領域の車輪速信号を抽出するためのバンドパスフィルタ４０Ａ、及びフィルタ処理後の車輪速信号から振動レベルを演算する第1の振動レベル演算手段４２Ａからなる低周波数特性量演算手段と、高周波数領域の車輪速信号を抽出するためのバンドパスフィルタ４０Ｂ、及びフィルタ処理後の車輪速信号から振動レベルを演算する第２の振動レベル演算手段４２Ｂからなる高周波数特性量演算手段と、低周波数特性量演算手段で演算された低周波数特性量と高周波数特性量演算手段で演算された高周波数特性量との偏差を車輪速周波数特性量として出力する特性量演算手段４４と、上記車輪速周波数特性量に基づいて路面μ勾配を導出する路面μ勾配導出手段４６と、を含んで構成されている。
【００３９】
低周波数特性量演算手段におけるバンドパスフィルタ４０Ａは、車輪速運動における比較的低周波数の領域の車輪速信号を透過するように透過周波数が設定されており、本実施の形態では、１５〜５０Ｈｚの周波数の車輪速信号が透過するように設定されている。また、高周波数特性量演算手段におけるバンドパスフィルタ４０Ｂは、車輪速運動における比較的高周波数の領域の車輪速信号を透過するように透過周波数が設定されており、本実施の形態では３０〜５０Ｈｚの周波数の車輪速信号が通過するように設定されている。
【００４０】
振動レベル演算手段４２Ａは、バンドパスフィルタ透過後の車輪速信号を２乗してデシベル表現した信号を低周波数特性量として出力し、振動レベル演算手段４２Ｂは、バンドパスフィルタ透過後の車輪速信号を２乗してデシベル表現した信号を高周波数特性量として出力する。
【００４１】
特性量演算手段４４は、低周波数特性量と高周波数特性量との差を車輪速周波数特性量として出力する。
【００４２】
限界付近等の路面μ勾配が比較的小さな領域においては、車輪速の周波数特性は、低周波数領域のゲインは大きく、高周波数領域のゲインは小さいので、低周波数領域のゲインと高周波数領域のゲインとの差を表す車輪速周波数特性量は大きくなる。これに対し、定常走行等の路面μ勾配が比較的大きな領域においては、車輪速の周波数特性は低周波数のゲインが路面μ勾配の比較的小さな領域に比較して小さくなっている。また、高周波数領域のゲインは、タイヤの回転共振の発生などの影響によって路面μ勾配の比較的小さな領域に比較してそれほど小さくならない。この結果、車輪速周波数特性量は小さくなる。従って、低周波数領域の振動レベルと高周波数領域の振動レベルとの差を表す車輪速周波数特性量は、路面μ勾配が大きくなるのに伴って小さくなる値であり、この特性を利用することにより車輪周波数特性量から路面μ勾配を推定することができる。
【００４３】
本実施の形態の路面μ勾配導出手段４６は、車輪速周波数特性量が路面μ勾配が大きくなるのに伴って小さくなる性質を利用して、低周波数領域の振動レベルと高周波数領域の振動レベルとの差を表す車輪速周波数特性量と路面μ勾配との関係を示すマップを予め記憶しており、推定された車輪速周波数特性量とマップとから路面μ勾配を導出する。
【００４４】
各車輪速検出手段１２Ｒ、１２Ｌ、１４Ｒ、１４Ｌが本発明の車輪速センサに、路面μ勾配推定手段１６Ｒ、１６Ｌが本発明の物理量推定手段に、動荷重半径演算手段１８が本発明の動荷重半径導出手段に、評価関数導出手段２０及びタイヤ特性違い判定手段２２が本発明の判定手段に、各々相当する。
【００４５】
次に、図３を参照して、路面μ勾配推定手段１６Ｒ及び路面μ勾配推定手段１６Ｌによって推定された右駆動輪及び左駆動輪の路面μ勾配と、動荷重半径演算手段１８によって演算された動荷重半径とに基づいて評価関数導出手段２０及びタイヤ特性違い判定手段２２で行われるタイヤ特性判定処理について説明する。
【００４６】
同図のステップ１００では、路面μ勾配推定手段１６Ｒによって推定された右駆動輪の路面μ勾配が、路面μ勾配推定手段１６Ｌによって推定された左駆動輪の路面μ勾配より大きいか否かを判定し、大きい場合（肯定判定の場合）はステップ１０２へ移行して右駆動輪を基準輪に、左駆動輪を低下輪として設定した後にステップ１０６へ移行する。
【００４７】
また、上記ステップ１００において、右駆動輪の路面μ勾配が左駆動輪の路面μ勾配より大きくないと判定された場合（否定判定された場合）にはステップ１０４へ移行して左駆動輪を基準輪に、右駆動輪を低下輪として設定した後にステップ１０６へ移行する。
【００４８】
ステップ１０６では、上記ステップ１０２又はステップ１０４において基準輪として設定された駆動輪のスリップ率（本実施の形態では、従動輪に対するスリップ率）ＳＲを演算し、次のステップ１０８では、基準輪として設定された駆動輪の路面μ勾配の推定値ＫＭと上記ステップ１０６によって演算されたスリップ率ＳＲとを用い、次の（１）式によって駆動力Ｔを推定する。
【００４９】
Ｔ＝ＫＭ×ＳＲ ・・・（１）
ここで、例えば、右駆動輪を基準輪とした場合のスリップ率ＳＲは、（ω3−ω1）／ω3（但し、ω3は右駆動輪の回転角速度、ω1は右従動輪の回転角速度）を演算することによって得られる。
【００５０】
次のステップ１１０では、上記ステップ１０８によって推定した駆動力Ｔと、低下輪として設定された駆動輪の路面μ勾配の推定値ＴＭ及びスリップ率ＤＲとを用い、次の（２）式によって、図１４に示すような駆動力Ｔ＝０の点（原点）におけるオフセット値ΔＳ（基準輪と低下輪の動荷重半径の差）を推定する。
【００５１】
ΔＳ＝ＤＲ−Ｔ／ＴＭ ・・・（２）
すなわち、図１４において、低下輪の任意の駆動力ｙに対応するスリップ率をｘとすると、スリップ率ＤＲ、駆動力Ｔ及び推定値ＴＭは、次のような関係となる。
【００５２】
（ｙ−Ｔ）／（ｘ−ＤＲ）＝ＴＭ
従って、
ｘ−ＤＲ＝（ｙ−Ｔ）／ＴＭ
ここで、ｙ＝０であるときのｘがΔＳであるので、
ΔＳ−ＤＲ＝−Ｔ／ＴＭ
となり、これより、上記（２）式が得られる。
【００５３】
次のステップ１１２では、オフセット値ΔＳが所定値より大きいか否かを判定し、大きい場合（肯定判定の場合）はステップ１１４へ移行してタイヤ特性違い判定手段２２に接続された図示しない警報発生器によって警報を発するように制御した後に本タイヤ特性判定処理を終了する。また、上記ステップ１１２において、オフセット値ΔＳが上記所定値より大きくないと判定された場合（否定判定された場合）には、上記ステップ１１４の処理を行うことなく本タイヤ特性判定処理を終了する。
【００５４】
すなわち、本実施の形態に係るタイヤ特性判定処理では、上記ステップ１１０によって推定したオフセット値ΔＳが上記所定値より大きな場合は、低下輪として設定された駆動輪の空気圧が異常に低下しているものと見なして警報を発するようにしている。従って、上記所定値としては、該所定値をオフセット値ΔＳが越えた場合に、低下輪の空気圧が異常に低下していると見なすことができる値として、実験やコンピュータ・シミュレーション等によって得られた値を適用することができる。
【００５５】
なお、前述のように右駆動輪を基準輪とした場合において、車体速度Ｖは、
Ｖ＝ｒ3ω3＝ｒ1ω1
であり、スリップ率ＳＲは、
となるので、スリップ率は従動輪に対する駆動輪の動荷重半径の変化率を表している。なお、ここで、ｒ3は右駆動輪の動荷重半径を、ｒ1は右従動輪の動荷重半径を、各々表す。
【００５６】
以上詳細に説明したように、本第１実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０では、路面μ勾配と、タイヤの動荷重半径との双方に基づいてタイヤの特性を判定しているので、高精度にタイヤ特性を判定することができる。
〔第２実施形態〕
上記第１実施形態では、オフセット値ΔＳの大きさに基づいて低下輪の空気圧の異常を判定する場合の形態例について説明したが、本第２実施形態では、オフセット値ΔＳに加えて、路面μ勾配も加味して空気圧の異常を判定する場合の形態例について説明する。なお、本第２実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０の構成は、上記第１実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０の構成（図１、図２参照）と同様であるので、ここでの説明は省略する。また、本第２実施形態に係る路面μ勾配推定手段１６Ｒ及び１６Ｌと、動荷重半径演算手段１８の作用も、上記第１実施形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００５７】
以下、図４を参照して、路面μ勾配推定手段１６Ｒ及び１６Ｌによって推定された右駆動輪及び左駆動輪の路面μ勾配と、動荷重半径演算手段１８によって演算された動荷重半径とに基づいて本第２実施形態に係る評価関数導出手段２０及びタイヤ特性違い判定手段２２で行われるタイヤ特性判定処理について説明する。なお、同図における図３と同様の処理を行うステップについては図３と同一のステップ番号を付して、その説明を省略する。
【００５８】
図４のステップ１５０では、次の（３）式によって、左右の駆動輪の路面μ勾配の差（μ勾配差）ＭＳを演算する。
【００５９】
ＭＳ＝ＲＭ−ＬＭ ・・・（３）
但し、ＲＭは右駆動輪の路面μ勾配の推定値を、ＬＭは左駆動輪の路面μ勾配の推定値を各々示す。
【００６０】
次のステップ１５２では、上記ステップ１５０で演算したμ勾配差ＭＳ及び上記ステップ１１０によって推定したオフセット値ΔＳの各々の２乗の和（すなわち、ＭＳ2＋ΔＳ2）が所定半径Ｒの２乗（すなわち、Ｒ2）以上であるか否かを判定し、所定半径Ｒの２乗以上である場合（肯定判定の場合）はステップ１５４へ移行してタイヤ特性違い判定手段２２に接続された図示しない警報発生器によって警報を発するように制御した後に本タイヤ特性判定処理を終了する。また、上記ステップ１５２において、所定半径Ｒの２乗以上でないと判定された場合（否定判定された場合）には、上記ステップ１５４の処理を行うことなく本タイヤ特性判定処理を終了する。
【００６１】
すなわち、本第２実施形態に係るタイヤ特性違い判定手段２２では、図５に示すように、μ勾配差ＭＳとオフセット値ΔＳの各々によってプロットされる２次元座標位置が、原点を中心とする所定半径Ｒの円の外部（警報領域ＥＡ）に位置するか、内部（正常領域ＳＡ）に位置するかによって、低下輪の空気圧が異常に低下しているか否かを判定している。
【００６２】
従って、上記所定半径Ｒとしては、上記ステップ１５２の判定処理が肯定判定となった場合に、低下輪の空気圧が異常に低下していると見なすことができる値として、実験やコンピュータ・シミュレーション等によって得られた値を適用することができる。
【００６３】
以上詳細に説明したように、本第２実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０では、路面μ勾配と、タイヤの動荷重半径との双方に基づいてタイヤの特性を判定しているので、高精度にタイヤ特性を判定することができる。
【００６４】
なお、本第２実施形態では、空気圧の正常・異常の判定に用いる２次元図形として図５に示すような半径Ｒの円を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記円に代えて、矩形、楕円等を適用する形態とすることもできる。この場合も本第２実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６５】
また、本第２実施形態では、左右輪の路面μ勾配の差（μ勾配差ＭＳ）を適用して空気圧低下の状態を判定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記μ勾配差ＭＳに代えて、左右輪の路面μ勾配の比を適用する形態とすることもできる。この場合も、本第２実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６６】
更に、上記第１、第２実施形態では、タイヤ特性判定処理の実行時点における基準輪の路面μ勾配の推定値ＫＭ及びスリップ率ＳＲに基づいて駆動力Ｔを推定した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、路面μ勾配の推定値ＫＭ及びスリップ率ＳＲの時系列データに基づいて、例えば最小自乗法等によって駆動力Ｔを推定してもよい。この場合は、時々刻々変化する路面やタイヤの状態に応じた駆動力を推定することができるので、上記第１、第２実施形態に比較して、より高精度にタイヤ特性の判定を行うことができる。
〔第３実施形態〕
上記第１、第２実施形態では、路面μ勾配と動荷重半径の双方を考慮して低下輪の空気圧の異常低下を判定する場合の形態例について説明したが、本第３実施形態では、路面μ勾配に基づく空気圧低下状態の判定と、動荷重半径に基づく空気圧低下状態の判定を選択的に切り替えて行う場合の形態例について説明する。
【００６７】
なお、本第３実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０の構成は、上記第１、第２実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０の構成（図１、図２参照）と同様であるので、ここでの説明は省略する。また、本第３実施形態に係る路面μ勾配推定手段１６Ｒ、路面μ勾配推定手段１６Ｌ、及び動荷重半径演算手段１８の作用も、上記第１実施形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００６８】
以下、図６を参照して、路面μ勾配推定手段１６Ｒ及び１６Ｌによって推定された右駆動輪及び左駆動輪の路面μ勾配と、動荷重半径演算手段１８によって演算された動荷重半径とに基づいて本第３実施形態に係る評価関数導出手段２０及びタイヤ特性違い判定手段２２で行われるタイヤ特性判定処理について説明する。
【００６９】
同図のステップ２００では、各車輪速検出手段１２Ｒ、１２Ｌ、１４Ｒ、１４Ｌから出力された車輪速信号の各々が示す車輪速度の平均値ＡＳを演算し、次のステップ２０２では、演算された平均値ＡＳが所定速度より大きいか否かを判定し、大きい場合（肯定判定の場合）はステップ２０４に移行して、左右の駆動輪の路面μ勾配の差（μ勾配差）ＭＳを演算し、次のステップ２０６において上記μ勾配差ＭＳに基づいてオフセット値ΔＳを推定し、その後にステップ２１２に移行する。なお、本第３実施形態に係る評価関数導出手段２０では、複数のμ勾配差ＭＳに各々対応するオフセット値ΔＳの値が予めテーブル形式に記憶されており、上記ステップ２０６では、当該テーブルを参照することによってμ勾配差ＭＳに応じたオフセット値ΔＳを導出する。
【００７０】
一方、上記ステップ２０２において、平均値ＡＳが所定速度より大きくないと判定された場合（否定判定された場合）にはステップ２０８に移行して、左右の駆動輪の動荷重半径の差（動荷重半径差）ＤＳを演算し、次のステップ２１０において上記動荷重半径差ＤＳに基づいてオフセット値ΔＳを推定し、その後にステップ２１２に移行する。なお、本第３実施形態に係る評価関数導出手段２０では、複数の動荷重半径差ＤＳに各々対応するオフセット値ΔＳの値も予めテーブル形式に記憶されており、上記ステップ２１０では、当該テーブルを参照することによって動荷重半径差ＤＳに応じたオフセット値ΔＳを導出する。
【００７１】
すなわち、一般に、車輪速度が高いほど駆動力は大きい。従って、車輪速度が高いほど動荷重半径差ＤＳに基づいて得られるオフセット値ΔＳによる空気圧低下の判定精度は低くなり、μ勾配差ＭＳに基づいて得られたオフセット値ΔＳによる空気圧低下の判定精度は高くなる。
【００７２】
そこで、本第３実施形態に係るタイヤ特性判定処理では、上記ステップ２０２において、車輪速度の平均値ＡＳが所定速度より大きいと判定された場合は動荷重半径差ＤＳに基づく空気圧低下の判定では判定精度が低いものと見なし、上記ステップ２０４及びステップ２０６によってμ勾配差ＭＳに基づいてオフセット値ΔＳを推定し、他の場合には上記ステップ２０８及びステップ２１０によって動荷重半径差ＤＳに基づいてオフセット値ΔＳを推定するようにしている。従って、上記所定速度としては、該所定速度を平均値ＡＳが越えた場合に、動荷重半径差ＤＳに基づく空気圧低下の判定精度が許容範囲外になると見なすことができる値として、実験やコンピュータ・シミュレーション等によって得られた値を適用することができる。
【００７３】
ステップ２１２では、上記ステップ２０６又はステップ２１０によって得られたオフセット値ΔＳが所定値より大きいか否かを判定し、大きい場合（肯定判定の場合）はステップ２１４へ移行してタイヤ特性違い判定手段２２に接続された図示しない警報発生器によって警報を発するように制御した後に本タイヤ特性判定処理を終了する。また、上記ステップ２１２において、オフセット値ΔＳが上記所定値より大きくないと判定された場合（否定判定された場合）には、上記ステップ２１４の処理を行うことなく本タイヤ特性判定処理を終了する。
【００７４】
すなわち、本実施の形態に係るタイヤ特性判定処理では、上記ステップ２０６又はステップ２１０によって推定したオフセット値ΔＳが上記所定値より大きな場合は、低下輪として設定された駆動輪の空気圧が異常に低下しているものと見なして警報を発するようにしている。従って、上記所定値としては、該所定値をオフセット値ΔＳが越えた場合に、低下輪の空気圧が異常に低下していると見なすことができる値として、実験やコンピュータ・シミュレーション等によって得られた値を適用することができる。
【００７５】
上記ステップ２０２の処理が請求項２記載の発明の切替手段に、上記ステップ２１２の処理が請求項２記載の発明の第１判定手段及び第２判定手段に、各々相当する。
【００７６】
以上詳細に説明したように、本第３実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０では、車輪速度に基づき、路面μ勾配に基づくタイヤの特性の判定と、タイヤの動荷重半径に基づくタイヤの特性の判定とを切り替えているので、タイヤ特性を高精度に判定することができる。
【００７７】
なお、本第３実施形態では、車輪速度に応じて動荷重半径に基づく空気圧低下の判定と、路面μ勾配に基づく空気圧低下の判定とを切り替える場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、動荷重半径差ＤＳや、μ勾配差ＭＳに基づいて切り替える形態とすることもできる。
【００７８】
このとき、動荷重半径差ＤＳに基づいて切り替える場合は、動荷重半径差ＤＳが所定値より大きなときは動荷重半径差ＤＳに基づいて空気圧低下を判定するように切り替え、他のときはμ勾配差ＭＳに基づいて空気圧低下を判定するように切り替える。また、μ勾配差ＭＳに基づいて切り替える場合は、μ勾配差ＭＳが所定値より大きなときはμ勾配差ＭＳに基づいて空気圧低下を判定するように切り替え、他のときは動荷重半径差ＤＳに基づいて空気圧低下を判定するように切り替える。
【００７９】
これらの形態においても、本第３実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００８０】
また、上記各実施形態では、本発明の物理量として路面μ勾配推定手段により路面μ勾配を推定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、路面μ勾配と等価的に扱うことのできる物理量として、例えば、スリップ率またはスリップ速度と制動力との関係を表す曲線の接線の傾きである制動力勾配、スリップ率またはスリップ速度と駆動力との関係を表す曲線の接線の傾きである駆動力勾配等を適用することもできる。
【００８１】
以下、一例として、本発明の物理量として制動力勾配を適用する場合の、該制動力勾配の推定手順について説明する。なお、ここで説明する推定手順は、路面外乱から車輪速までの伝達特性を１次遅れモデルに近似し、この１次遅れモデルの周波数応答から車輪速の時系列データに基づいて帯域周波数を推定し、推定した帯域周波数から制動力勾配を推定するようにしたものである。
【００８２】
図１１に示すように、この場合の形態の一例は、所定のサンプリング周期で車輪速度を検出し、車輪速の時系列データを車輪速信号として出力する車輪速センサ７０と、車輪速の時系列データに基づいて、路面外乱から車輪速までの伝達特性を１次遅れモデルに近似したときの該モデルの周波数応答を表すゲイン線図において、ゲインが一定値から変化するときの周波数を帯域周波数（車輪速周波数特性量）として推定する帯域周波数推定手段７２と、予め記憶された帯域周波数と制動力勾配との関係を表すマップに基づいて、推定された帯域周波数に対する制動力勾配を推定する制動力勾配推定手段７４と、を含んで構成されている。
【００８３】
なお、図１１では、１つの車輪についての構成を示したが、例えば４輪自動車等の複数の車輪を持つ車両の場合には、各々の車輪について図示した構成が設けられる。
【００８４】
帯域周波数推定手段７２では、全ての周波数を含む外乱である白色外乱が路面からタイヤに入力したと仮定し、最小自乗法を用いて１次遅れモデルの帯域周波数を同定した。
【００８５】
図１２は、帯域周波数を同定するためのアルゴリズム、図１０は、図７の車輪フルモデルに白色外乱を加えたときに図１２のアルゴリズムによって同定される帯域周波数と対応する１次遅れモデルのゲイン線図を示したものである。
【００８６】
まず、図１２に基づいて帯域周波数を同定するためのアルゴリズムについて説明する。ステップ３００において車輪速センサ７０で検出された車輪速度の時系列データに白色外乱を加えたデータを取り込み、ステップ３０２において２次のバタワスフィルタを用いて、例えば２Ｈｚのハイパスフィルタと例えば２０Ｈｚのローパスフィルタからなるフィルタによる前処理を行う。車輪速信号をハイパスフィルタに入力してハイパスフィルタ処理することにより、車輪の加速度の定常成分が除去され、ローパスフィルタ処理することにより車輪速信号の平滑化処理を行うことができる。
【００８７】
次のステップ３０４において、オンライン最小自乗法を用いて前処理された車輪速の時系列データから帯域周波数の時系列データを推定する。まず、車輪速度センサ７０によって、サンプル時間τ毎に離散化して検出された車輪速の時系列データをステップ３０２のフィルタによる前処理後の車輪速の時系列データをω [ｋ]（ｋはサンプル時間τを単位とするサンプル時刻であり、ｋ＝１,２,・・・）とし、以下のステップ１及びステップ２を繰り返すことにより、検出された車輪速度の時系列データから制動力勾配の時系列データを推定する。
ステップ１：
【００８８】
【数１】
【００８９】
なお、（４）式のφ［ｋ］は、１サンプル時間での車輪速度の変化量にサンプル時間τを乗算した値（車輪速の変化に関する物理量）であり、（５）式のｙ［ｋ］は、１サンプル時間の車輪速度の変化量（ω[ｋ−１]−ω[ｋ−２]、ω[ｋ]−ω[ｋ−１]）の１サンプル時間での変化量（ω[ｋ−１]−ω[ｋ−２]−（ω[ｋ]−ω[ｋ−１]））（車輪速度の変化の変化に関する物理量）である。
ステップ２：
【００９０】
【数２】
【００９１】
という漸化式から推定値θ、すなわち、制動力勾配を推定する。ただし、（７）、（８）式のλは過去のデータを取り除く度合いを示す忘却係数（例えばλ＝０．９８）であり、Ｔは行列の転置を示す。
【００９２】
なお、（６）式のθ［ｋ］は、車輪速度の変化に関する物理量の履歴及び車輪速度の変化の変化に関する物理量の履歴を表す物理量である。
【００９３】
なお、上記ではオンライン最小自乗法を用いて帯域周波数を推定する例について説明したが、補助変数法等他のオンライン同定法を用いて帯域周波数を推定することもできる。
【００９４】
上記のようにして推定された１次遅れモデルにおける帯域周波数の推定結果の例を図１０に示す。また、図１０のゲイン線図より理解されるように、近似された１次遅れモデルのゲインは、制動力勾配が３００Ｎｓ／ｍ以外では、車輪フルモデルのゲイン線図の定常ゲインと反共振点（４０Ｈｚ付近）におけるゲインを通過する特性として同定されており、低次元化により１５Ｈｚ付近のサスペンション前後共振と４０Ｈｚ付近のタイヤ回転振動の共振特性とが無視されている。また、制動力勾配が３００Ｎｓ／ｍと小さいときには、１次遅れモデルでは反共振点を通過していないことから共振は表れず、１次遅れモデルの振動特性と車輪フルモデルの特性とが良く一致していることが理解できる。これは、制動力勾配が３００Ｎｓ／ｍ以下の限界付近の制動領域においては、サスペンション前後共振やタイヤ回転振動による共振の影響が小さく、車輪減速度運動モデルが支配的になっているためである。したがって、このような限界付近では、車輪運動は以下の車輪減速度運動モデルで近似できると考えられる。
【００９５】
【数３】
ただし、νwは車輪速度（ｍ／ｓ）、ｗは路面外乱、ｋは制動力勾配（Ｎｓ／ｍ）、ＲCはタイヤ有効半径（ｍ）、Ｊは車両慣性モーメントであり、νwの係数は帯域周波数を表している。
【００９６】
ところで、上記（９）式は、限界領域において、帯域周波数ω0と制動力勾配との間に、
【００９７】
【数４】
という関係があることを示している。
【００９８】
また、低スリップ領域においては、最小自乗法の適用により図１３の関係が導き出せる。この図は、車輪フルモデルにおける制動力勾配と白色外乱を加えたときの車輪速データから同定された帯域周波数との関係を示したものである。なお、図１３の帯域周波数は、単位を［ｒａｄ／ｓ］で表した。制動力勾配は、帯域周波数が増加するに従って単調増加している。この図１３の帯域周波数と制動力勾配との関係をマップとして制動力勾配推定手段７４のメモリに記憶しておき、マップを用いて車輪速信号に基づいて帯域周波数推定手段７２で推定された帯域周波数に対応する制動力勾配を演算することにより、帯域周波数の推定（同定）結果から制動力勾配を推定することが可能になる。
【００９９】
【発明の効果】
請求項１記載のタイヤ特性判定装置によれば、タイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量と、タイヤの動荷重半径とに基づいてタイヤの特性を判定しているので、高精度にタイヤ特性を判定することができる、という効果が得られる。
【０１００】
また、請求項２記載のタイヤ特性判定装置によれば、車輪速度、タイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量、及びタイヤの動荷重半径の少なくとも１つに基づき、上記物理量に基づいてタイヤの特性を判定する第１判定手段による判定と、タイヤの動荷重半径に基づいてタイヤの特性を判定する第２判定手段による判定を切り替えているので、タイヤ特性を高精度に判定することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るタイヤ特性判定装置１０の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態に係る路面μ勾配推定手段の構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係るタイヤ特性判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態に係るタイヤ特性判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態に係るタイヤ特性判定処理の説明に供する概略図である。
【図６】第３実施形態に係るタイヤ特性判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】路面μ勾配推定手段の推定原理の説明に供する車輪共振系の力学モデルを示すブロック図である。
【図８】スリップ速度と制動力との関係を示す線図である。
【図９】路面外乱から車輪速までの周波数応答を示すゲイン線図である。
【図１０】１次遅れモデルの路面外乱から車輪速までの周波数応答を示すゲイン線図である。
【図１１】制動力勾配を推定する場合の構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１１の構成において帯域周波数を推定するアルゴリズムを示す流れ図である。
【図１３】帯域周波数と制動力勾配との関係を示す線図である。
【図１４】基準輪の動荷重半径を用いて導出した低下輪の基準輪に対するスリップ率と駆動力との関係の一例を示すグラフである。
【図１５】低下輪側の摩擦特性の変化によって低下輪の路面μ勾配が低下した場合の、当該低下輪の基準輪に対するスリップ率と駆動力との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ タイヤ特性判定装置
１２Ｌ 左従動輪車輪速検出手段（車輪速センサ）
１２Ｒ 右従動輪車輪速検出手段（車輪速センサ）
１４Ｌ 左駆動輪車輪速検出手段（車輪速センサ）
１４Ｒ 右駆動輪車輪速検出手段（車輪速センサ）
１６Ｌ、１６Ｒ 路面μ勾配推定手段（物理量推定手段）
１８ 動荷重半径演算手段（動荷重半径導出手段）
２０ 評価関数導出手段（判定手段）
２２ タイヤ特性違い判定手段（判定手段）
４０Ａ、４０Ｂ バンドパスフィルタ
４２Ａ、４２Ｂ 振動レベル演算手段
４４ 特性量演算手段
４６ 路面μ勾配導出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤ特性判定装置に係り、より詳しくは、空気圧低下の状態、摩耗状態等のタイヤの特性を判定することができるタイヤ特性判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、基準となる車輪である基準輪におけるタイヤの動荷重半径を用いて、上記基準輪より空気圧が低下したタイヤが装着された車輪である低下輪の基準輪に対するスリップ率を導出し、導出したスリップ率と上記基準輪のスリップ率の差に基づいて上記低下輪のタイヤにおける空気圧低下の状態を判定するタイヤ特性判定装置が知られている。なお、上記動荷重半径ｒは、ｒ＝Ｖ／ω（ここで、Ｖは車体速度、ωは車輪の回転角速度）で定義されるものであり、走行速度、タイヤの空気圧等に応じて変化するものである。
【０００３】
すなわち、基準輪のタイヤの動荷重半径を用いて導出した空気圧低下輪の基準輪に対するスリップ率と駆動力との関係を表すと、図１４のようになる。なお、動作領域におけるスリップ率は駆動力が飽和する領域より小さいものと考えられるので、同図では直線で近似して表している。
【０００４】
ここで、低下輪のスリップ率は基準輪のタイヤの動荷重半径を用いて導出しているので、駆動力がない場合であっても、空気圧が低下するに従って動荷重半径が減少して当該低下輪の回転速度が上昇するため、見かけ上、駆動力が０（零）である状態においてスリップ率のオフセット値ΔＳを有することになる。すなわち、オフセット値ΔＳは、原点（駆動力が０の点）における基準輪と低下輪の動荷重半径の差を示すものである。
【０００５】
以上のことから、上記従来のタイヤ特性判定装置では、上記オフセット値ΔＳの大きさに基づいて、タイヤの空気圧低下の度合いを判定していた。なお、以下では、動荷重半径に基づいて得られたオフセット値ΔＳの大きさに基づいて空気圧低下の度合いを判定する方式及びそれに類した方式を動荷重半径方式という。
【０００６】
しかしながら、低下輪の路面μ勾配（スリップ率と路面μ（摩擦係数）との関係を表す曲線の接線の傾きであり、タイヤのグリップ状態を表す物理量）は基準輪に比較して大きく、図１４における直線（破線）の傾きが大きいので、駆動力が増加するに従ってスリップ率の差（Ｓ１−Ｓ０）が小さくなり、上記動荷重半径方式では空気圧低下の判定が困難になる、という問題点があった。
【０００７】
一方、上記路面μ勾配は、タイヤの空気圧の低下に伴う接地面の増加に応じて値が増加する、という特性を有している。従って、このような路面μ勾配の特性を利用して、左右輪の路面μ勾配の差に基づいて空気圧低下の状態を判定することが可能である。
【０００８】
ここで、路面μ勾配の変化要因としては、上記接地面の他に、路面摩擦状態、トレッド剛性、荷重、車輪慣性モーメント等が挙げられるが、このうち、トレッド剛性及び車輪慣性モーメントについては、走行中に路面μ勾配に対して影響を与えるほど変化するとは考えられないので、これらの要因については初期化等によって対応可能であると考えられる。しかしながら、タイヤと路面との間の摩擦特性については、時々刻々変化するため、その影響を受ける可能性がある。
【０００９】
図１５には、低下輪側の摩擦特性の変化によって当該低下輪の路面μ勾配が低下した場合の、当該低下輪の基準輪に対するスリップ率と駆動力との関係の一例が示されている。なお、このように路面μ勾配が低下する要因としては、タイヤの摩耗の進行やウェット路での走行等が例示される。
【００１０】
そして、このように低下輪の路面μ勾配が低下し、基準輪の路面μ勾配との差が小さくなった場合には、路面μ勾配の差に基づく空気圧低下の判定が困難になる、という問題点があった。
【００１１】
本発明は上記問題点を解消するために成されたものであり、空気圧低下状態や摩耗状態等のタイヤ特性を高精度に判定することができるタイヤ特性判定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載のタイヤ特性判定装置は、車輪速度を検出し、車輪速信号を出力する車輪速センサと、前記車輪速信号に基づいてタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量を推定する物理量推定手段と、前記車輪速信号に基づいてタイヤの動荷重半径を導出する動荷重半径導出手段と、推定された前記物理量と導出された前記動荷重半径とに基づいてタイヤの特性を判定する判定手段と、を備えている。
【００１３】
請求項１記載のタイヤ特性判定装置によれば、車輪速センサにより車輪速度が検出されて車輪速信号が出力され、物理量推定手段により上記車輪速信号に基づいてタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量が推定され、動荷重半径導出手段により上記車輪速信号に基づいてタイヤの動荷重半径が導出され、更に、判定手段により、推定された上記物理量と導出された上記動荷重半径とに基づいてタイヤの特性が判定される。
【００１４】
すなわち、本発明では、タイヤの特性を判定する際に、前述の路面μ勾配に代表されるタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量と、タイヤの動荷重半径の双方を考慮することによって、タイヤ特性の判定精度を向上するようにしている。
【００１５】
このように、請求項１に記載のタイヤ特性判定装置によれば、タイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量と、タイヤの動荷重半径とに基づいてタイヤの特性を判定しているので、高精度にタイヤ特性を判定することができる。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、請求項２記載のタイヤ特性判定装置は、車輪速度を検出し、車輪速信号を出力する車輪速センサと、前記車輪速信号に基づいてタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量を推定する物理量推定手段と、前記車輪速信号に基づいてタイヤの動荷重半径を導出する動荷重半径導出手段と、推定された前記物理量に基づいてタイヤの特性を判定する第１判定手段と、導出された前記動荷重半径に基づいてタイヤの特性を判定する第２判定手段と、前記車輪速信号に基づく車輪速度、前記物理量、及び前記動荷重半径の少なくとも１つに基づいて、前記第１判定手段による判定及び前記第２判定手段による判定を切り替える切替手段と、を備えている。
【００１７】
請求項２記載のタイヤ特性判定装置によれば、車輪速センサにより車輪速度が検出されて車輪速信号が出力され、物理量推定手段により上記車輪速信号に基づいてタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量が推定され、動荷重半径導出手段により上記車輪速信号に基づいてタイヤの動荷重半径が導出される。
【００１８】
また、本発明では、推定された上記物理量に基づいてタイヤの特性を判定する第１判定手段と、導出された上記動荷重半径に基づいてタイヤの特性を判定する第２判定手段を備えており、切替手段によって上記車輪速信号に基づく車輪速度、上記物理量、及び上記動荷重半径の少なくとも１つに基づいて、上記第１判定手段による判定及び上記第２判定手段による判定が切り替えられる。
【００１９】
すなわち、上記第１判定手段によるタイヤ特性の判定精度と、上記第２判定手段によるタイヤ特性の判定精度は、車輪速度、タイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量、及びタイヤの動荷重半径の各々についてトレードオフの関係にある。そこで、本発明では、車輪速度、タイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量、及びタイヤの動荷重半径の少なくとも１つに基づいて、より高精度にタイヤ特性を判定することができる判定手段を第１判定手段及び第２判定手段から選択するように切り替えている。
【００２０】
このように、請求項２に記載のタイヤ特性判定装置によれば、車輪速度、タイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量、及びタイヤの動荷重半径の少なくとも１つに基づき、上記物理量に基づいてタイヤの特性を判定する第１判定手段による判定と、タイヤの動荷重半径に基づいてタイヤの特性を判定する第２判定手段による判定を切り替えているので、タイヤ特性を高精度に判定することができる。
【００２１】
なお、請求項１又は請求項２記載の発明におけるタイヤの特性は、請求項３記載の発明のように、当該タイヤの空気圧低下の状態又は摩耗状態であるものとすることができる。
【００２２】
これによって、タイヤの空気圧低下の状態又は摩耗状態を高精度に判定することができる。
【００２３】
また、請求項４記載の発明のように、本発明のタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量は、路面μ勾配の他、当該路面μ勾配と等価な物理量である制動力勾配や駆動力勾配を含めることができる。
【００２４】
なお、上記各発明において、タイヤの特性を判定する際に、左輪と右輪との間のタイヤ特性の相違の度合いが大きい場合に、当該左輪及び右輪の少なくとも一方の車輪におけるタイヤ特性が異常であると判定することが好ましい。これによって、簡易にタイヤ特性を判定することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１に示すように本第１実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０は、各々所定のサンプリング周期で対応する車輪の速度を検出し、車輪速の時系列データを車輪速信号として出力する車輪速センサで構成された右従動輪用の右従動輪車輪速検出手段１２Ｒ、左従動輪用の左従動輪車輪速検出手段１２Ｌ、右駆動輪用の右駆動輪車輪速検出手段１４Ｒ、及び左駆動輪用の左駆動輪車輪速検出手段１４Ｌと、右駆動輪車輪速検出手段１４Ｒから出力された車輪速信号に基づいて右駆動輪における路面μ勾配を推定する路面μ勾配推定手段１６Ｒと、左駆動輪車輪速検出手段１４Ｌから出力された車輪速信号に基づいて左駆動輪における路面μ勾配を推定する路面μ勾配推定手段１６Ｌと、各車輪速検出手段から出力された車輪速信号ωｉ（ｉ＝１，２，３，４）に基づいて駆動輪におけるタイヤの動荷重半径を導出する動荷重半径演算手段１８と、各路面μ勾配推定手段１６Ｒ、１６Ｌによって得られた路面μ勾配及び動荷重半径演算手段１８によって導出された動荷重半径に基づいてタイヤ特性の判定に用いる評価関数を導出する評価関数導出手段２０と、評価関数導出手段２０によって導出された評価関数に基づいて右駆動輪及び左駆動輪のタイヤ特性の差異を判定するタイヤ特性違い判定手段２２と、を含んで構成されている。
【００２６】
なお、タイヤ特性違い判定手段２２には、タイヤ特性違い判定手段２２によってタイヤ特性が異常であると判定された場合に警報を発するための警報発生器（図示省略）が接続されている。
【００２７】
本実施の形態に係る動荷重半径演算手段１８は、左右の各駆動輪のタイヤの動荷重半径Ｒを演算した後、これらの動荷重半径Ｒを示す信号を評価関数導出手段２０に出力する。
【００２８】
一方、本実施の形態に係る路面μ勾配推定手段１６Ｒ及び路面μ勾配推定手段１６Ｌは、低周波数領域の振動レベルと高周波数領域の振動レベルとの差を車輪速周波数特性量として用い、路面μ勾配を推定するようにしたものである。
【００２９】
以下、本実施の形態に係る路面μ勾配の推定の原理について説明する。図７に示すように、車輪共振系の力学モデルは、リム５０とベルト５２との間に各々ばね定数Ｋ１、Ｋ２のタイヤのねじればね要素５４、５６を介在させると共に、リム５０と車体との間にばね定数Ｋ３のばね要素５８とダンパ６０とを並列接続したサスペンションを介在させたモデルで表される。このモデルにおいて路面からの外乱（路面外乱）は、ベルト５２からばね要素５４、５６、リム５０に伝達されて車輪速ωに影響を与えると共に、サスペンション要素を介して車体に伝達される。
【００３０】
ここで、１次の車輪減速度運動、２次のサスペンション前後共振、２次のタイヤ回転共振を統合した５次の車輪フルモデルを用いて、制動力勾配と路面外乱から車輪速までの伝達特性の追従周波数を表す車輪速周波数特性量との関係を説明する。この制動力勾配は、図８に示すように、スリップ速度（または、スリップ率）と制動力との関係を表す曲線の接線の勾配（傾き）によって表される。
【００３１】
図９は、制動力勾配が３００Ｎｓ／ｍ〜１００００Ｎｓ／ｍの限界制動領域からタイヤ特性に余裕のある低スリップ領域の範囲における、路面外乱から車輪速までの周波数応答を表すゲイン線図、すなわち周波数と路面外乱の振幅に対する車輪速の振幅ゲインとの関係を示したものである。
【００３２】
図９において、限界付近等の制動力勾配が比較的小さな領域においては、車輪速の周波数特性は、低周波数領域のゲインは大きく、高周波数領域のゲインは小さくなっている。このため、制動力勾配が比較的小さな領域においては低周波数領域のゲインと高周波数領域のゲインとの差を表す車輪速周波数特性量は大きくなる。
【００３３】
これに対し、定常走行等の制動力勾配が比較的大きな領域においては、車輪速の周波数特性において低周波数領域のゲインは制動力勾配の比較的小さな領域に比較して小さくなっている。また、高周波数領域のゲインは、タイヤの回転共振（４０Ｈｚ付近）の発生等の影響によって制動力勾配が比較的小さな領域に比較してそれほど小さくはなっていない。この結果、制動力勾配が比較的大きな領域においては車輪速周波数特性量は小さくなっている。同様に、低周波数領域の車輪速信号の振動レベルと高周波数領域の車輪速信号の振動レベルとの差を表す車輪速周波数特性量も上記の低周波数領域のゲインと高周波数領域のゲインとの差を表す車輪速周波数特性量と同様に変化する。
【００３４】
以上のことから、低周波数領域のゲインと高周波数領域のゲインとの差、または低周波数領域の車輪速信号の振動レベルと高周波数領域の車輪速信号の振動レベルとの差を表す車輪速周波数特性量は、制動力勾配が大きくなるのに伴って小さくなる値であり、この特性を利用することにより車輪周波数特性量から制動力勾配を推定することができる。
【００３５】
また、図９において、タイヤ回転共振が発生する４０Ｈｚ付近の周波数帯域に着目した場合、制動力勾配が大きくなるに従ってタイヤ回転共振の共振ピーク波形が尖鋭になっている。また、タイヤ回転共振の共振ピーク波形は、制動力勾配が大きくなるに従って全体的な周波数特性が高周波側に移行している。
【００３６】
すなわち、この車輪特性を１次遅れモデルで近似した場合、図１０に示すように、制動力勾配が大きくなるに従って周波数帯域が高くなることが理解できる。したがって、車輪特性を１次遅れモデルで近似して、ゲインが所定範囲の値から所定範囲外の値に変化するときの周波数である帯域周波数を車輪速周波数特性量として推定すれば、路面外乱から車輪速までの伝達特性の追従周波数を表す車輪速周波数特性量の値から制動力勾配を推定することができる。なお、２次、３次等の遅れモデルにおいても１次遅れモデルと略同様の特性を備えているので、車輪特性を低次の遅れの特性に近似してその車輪速周波数特性量を推定すれば、車輪速周波数特性量の値から制動力勾配を推定することができる。
【００３７】
また、上記で説明したタイヤに制動力を与えたときの制動力勾配の他、タイヤに駆動力を与えたときの駆動力勾配は、いずれもタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量であり、タイヤのグリップ状態を表す路面μ勾配と等価な物理量である。したがって、車輪周波数特性量からスリップ率またはスリップ速度と制動力との関係を表す曲線の接線の傾きである制動力勾配、スリップ率またはスリップ速度と駆動力との関係を表す曲線の接線の傾きである駆動力勾配、及びスリップ率またはスリップ速度と路面μとの関係を表す曲線の接線の傾きである路面μ勾配のいずれかを路面の滑りやすさを表す物理量として推定することができる。
【００３８】
次に、本実施の形態に係る路面μ勾配推定手段１６Ｒ及び路面μ勾配推定手段１６Ｌの構成について説明する。図２に示すように、本実施の形態の路面μ勾配推定手段１６Ｒ及び路面μ勾配推定手段１６Ｌは、低周波数領域の車輪速信号を抽出するためのバンドパスフィルタ４０Ａ、及びフィルタ処理後の車輪速信号から振動レベルを演算する第1の振動レベル演算手段４２Ａからなる低周波数特性量演算手段と、高周波数領域の車輪速信号を抽出するためのバンドパスフィルタ４０Ｂ、及びフィルタ処理後の車輪速信号から振動レベルを演算する第２の振動レベル演算手段４２Ｂからなる高周波数特性量演算手段と、低周波数特性量演算手段で演算された低周波数特性量と高周波数特性量演算手段で演算された高周波数特性量との偏差を車輪速周波数特性量として出力する特性量演算手段４４と、上記車輪速周波数特性量に基づいて路面μ勾配を導出する路面μ勾配導出手段４６と、を含んで構成されている。
【００３９】
低周波数特性量演算手段におけるバンドパスフィルタ４０Ａは、車輪速運動における比較的低周波数の領域の車輪速信号を透過するように透過周波数が設定されており、本実施の形態では、１５〜５０Ｈｚの周波数の車輪速信号が透過するように設定されている。また、高周波数特性量演算手段におけるバンドパスフィルタ４０Ｂは、車輪速運動における比較的高周波数の領域の車輪速信号を透過するように透過周波数が設定されており、本実施の形態では３０〜５０Ｈｚの周波数の車輪速信号が通過するように設定されている。
【００４０】
振動レベル演算手段４２Ａは、バンドパスフィルタ透過後の車輪速信号を２乗してデシベル表現した信号を低周波数特性量として出力し、振動レベル演算手段４２Ｂは、バンドパスフィルタ透過後の車輪速信号を２乗してデシベル表現した信号を高周波数特性量として出力する。
【００４１】
特性量演算手段４４は、低周波数特性量と高周波数特性量との差を車輪速周波数特性量として出力する。
【００４２】
限界付近等の路面μ勾配が比較的小さな領域においては、車輪速の周波数特性は、低周波数領域のゲインは大きく、高周波数領域のゲインは小さいので、低周波数領域のゲインと高周波数領域のゲインとの差を表す車輪速周波数特性量は大きくなる。これに対し、定常走行等の路面μ勾配が比較的大きな領域においては、車輪速の周波数特性は低周波数のゲインが路面μ勾配の比較的小さな領域に比較して小さくなっている。また、高周波数領域のゲインは、タイヤの回転共振の発生などの影響によって路面μ勾配の比較的小さな領域に比較してそれほど小さくならない。この結果、車輪速周波数特性量は小さくなる。従って、低周波数領域の振動レベルと高周波数領域の振動レベルとの差を表す車輪速周波数特性量は、路面μ勾配が大きくなるのに伴って小さくなる値であり、この特性を利用することにより車輪周波数特性量から路面μ勾配を推定することができる。
【００４３】
本実施の形態の路面μ勾配導出手段４６は、車輪速周波数特性量が路面μ勾配が大きくなるのに伴って小さくなる性質を利用して、低周波数領域の振動レベルと高周波数領域の振動レベルとの差を表す車輪速周波数特性量と路面μ勾配との関係を示すマップを予め記憶しており、推定された車輪速周波数特性量とマップとから路面μ勾配を導出する。
【００４４】
各車輪速検出手段１２Ｒ、１２Ｌ、１４Ｒ、１４Ｌが本発明の車輪速センサに、路面μ勾配推定手段１６Ｒ、１６Ｌが本発明の物理量推定手段に、動荷重半径演算手段１８が本発明の動荷重半径導出手段に、評価関数導出手段２０及びタイヤ特性違い判定手段２２が本発明の判定手段に、各々相当する。
【００４５】
次に、図３を参照して、路面μ勾配推定手段１６Ｒ及び路面μ勾配推定手段１６Ｌによって推定された右駆動輪及び左駆動輪の路面μ勾配と、動荷重半径演算手段１８によって演算された動荷重半径とに基づいて評価関数導出手段２０及びタイヤ特性違い判定手段２２で行われるタイヤ特性判定処理について説明する。
【００４６】
同図のステップ１００では、路面μ勾配推定手段１６Ｒによって推定された右駆動輪の路面μ勾配が、路面μ勾配推定手段１６Ｌによって推定された左駆動輪の路面μ勾配より大きいか否かを判定し、大きい場合（肯定判定の場合）はステップ１０２へ移行して右駆動輪を基準輪に、左駆動輪を低下輪として設定した後にステップ１０６へ移行する。
【００４７】
また、上記ステップ１００において、右駆動輪の路面μ勾配が左駆動輪の路面μ勾配より大きくないと判定された場合（否定判定された場合）にはステップ１０４へ移行して左駆動輪を基準輪に、右駆動輪を低下輪として設定した後にステップ１０６へ移行する。
【００４８】
ステップ１０６では、上記ステップ１０２又はステップ１０４において基準輪として設定された駆動輪のスリップ率（本実施の形態では、従動輪に対するスリップ率）ＳＲを演算し、次のステップ１０８では、基準輪として設定された駆動輪の路面μ勾配の推定値ＫＭと上記ステップ１０６によって演算されたスリップ率ＳＲとを用い、次の（１）式によって駆動力Ｔを推定する。
【００４９】
Ｔ＝ＫＭ×ＳＲ ・・・（１）
ここで、例えば、右駆動輪を基準輪とした場合のスリップ率ＳＲは、（ω3−ω1）／ω3（但し、ω3は右駆動輪の回転角速度、ω1は右従動輪の回転角速度）を演算することによって得られる。
【００５０】
次のステップ１１０では、上記ステップ１０８によって推定した駆動力Ｔと、低下輪として設定された駆動輪の路面μ勾配の推定値ＴＭ及びスリップ率ＤＲとを用い、次の（２）式によって、図１４に示すような駆動力Ｔ＝０の点（原点）におけるオフセット値ΔＳ（基準輪と低下輪の動荷重半径の差）を推定する。
【００５１】
ΔＳ＝ＤＲ−Ｔ／ＴＭ ・・・（２）
すなわち、図１４において、低下輪の任意の駆動力ｙに対応するスリップ率をｘとすると、スリップ率ＤＲ、駆動力Ｔ及び推定値ＴＭは、次のような関係となる。
【００５２】
（ｙ−Ｔ）／（ｘ−ＤＲ）＝ＴＭ
従って、
ｘ−ＤＲ＝（ｙ−Ｔ）／ＴＭ
ここで、ｙ＝０であるときのｘがΔＳであるので、
ΔＳ−ＤＲ＝−Ｔ／ＴＭ
となり、これより、上記（２）式が得られる。
【００５３】
次のステップ１１２では、オフセット値ΔＳが所定値より大きいか否かを判定し、大きい場合（肯定判定の場合）はステップ１１４へ移行してタイヤ特性違い判定手段２２に接続された図示しない警報発生器によって警報を発するように制御した後に本タイヤ特性判定処理を終了する。また、上記ステップ１１２において、オフセット値ΔＳが上記所定値より大きくないと判定された場合（否定判定された場合）には、上記ステップ１１４の処理を行うことなく本タイヤ特性判定処理を終了する。
【００５４】
すなわち、本実施の形態に係るタイヤ特性判定処理では、上記ステップ１１０によって推定したオフセット値ΔＳが上記所定値より大きな場合は、低下輪として設定された駆動輪の空気圧が異常に低下しているものと見なして警報を発するようにしている。従って、上記所定値としては、該所定値をオフセット値ΔＳが越えた場合に、低下輪の空気圧が異常に低下していると見なすことができる値として、実験やコンピュータ・シミュレーション等によって得られた値を適用することができる。
【００５５】
なお、前述のように右駆動輪を基準輪とした場合において、車体速度Ｖは、
Ｖ＝ｒ3ω3＝ｒ1ω1
であり、スリップ率ＳＲは、
【００５６】
以上詳細に説明したように、本第１実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０では、路面μ勾配と、タイヤの動荷重半径との双方に基づいてタイヤの特性を判定しているので、高精度にタイヤ特性を判定することができる。
〔第２実施形態〕
上記第１実施形態では、オフセット値ΔＳの大きさに基づいて低下輪の空気圧の異常を判定する場合の形態例について説明したが、本第２実施形態では、オフセット値ΔＳに加えて、路面μ勾配も加味して空気圧の異常を判定する場合の形態例について説明する。なお、本第２実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０の構成は、上記第１実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０の構成（図１、図２参照）と同様であるので、ここでの説明は省略する。また、本第２実施形態に係る路面μ勾配推定手段１６Ｒ及び１６Ｌと、動荷重半径演算手段１８の作用も、上記第１実施形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００５７】
以下、図４を参照して、路面μ勾配推定手段１６Ｒ及び１６Ｌによって推定された右駆動輪及び左駆動輪の路面μ勾配と、動荷重半径演算手段１８によって演算された動荷重半径とに基づいて本第２実施形態に係る評価関数導出手段２０及びタイヤ特性違い判定手段２２で行われるタイヤ特性判定処理について説明する。なお、同図における図３と同様の処理を行うステップについては図３と同一のステップ番号を付して、その説明を省略する。
【００５８】
図４のステップ１５０では、次の（３）式によって、左右の駆動輪の路面μ勾配の差（μ勾配差）ＭＳを演算する。
【００５９】
ＭＳ＝ＲＭ−ＬＭ ・・・（３）
但し、ＲＭは右駆動輪の路面μ勾配の推定値を、ＬＭは左駆動輪の路面μ勾配の推定値を各々示す。
【００６０】
次のステップ１５２では、上記ステップ１５０で演算したμ勾配差ＭＳ及び上記ステップ１１０によって推定したオフセット値ΔＳの各々の２乗の和（すなわち、ＭＳ2＋ΔＳ2）が所定半径Ｒの２乗（すなわち、Ｒ2）以上であるか否かを判定し、所定半径Ｒの２乗以上である場合（肯定判定の場合）はステップ１５４へ移行してタイヤ特性違い判定手段２２に接続された図示しない警報発生器によって警報を発するように制御した後に本タイヤ特性判定処理を終了する。また、上記ステップ１５２において、所定半径Ｒの２乗以上でないと判定された場合（否定判定された場合）には、上記ステップ１５４の処理を行うことなく本タイヤ特性判定処理を終了する。
【００６１】
すなわち、本第２実施形態に係るタイヤ特性違い判定手段２２では、図５に示すように、μ勾配差ＭＳとオフセット値ΔＳの各々によってプロットされる２次元座標位置が、原点を中心とする所定半径Ｒの円の外部（警報領域ＥＡ）に位置するか、内部（正常領域ＳＡ）に位置するかによって、低下輪の空気圧が異常に低下しているか否かを判定している。
【００６２】
従って、上記所定半径Ｒとしては、上記ステップ１５２の判定処理が肯定判定となった場合に、低下輪の空気圧が異常に低下していると見なすことができる値として、実験やコンピュータ・シミュレーション等によって得られた値を適用することができる。
【００６３】
以上詳細に説明したように、本第２実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０では、路面μ勾配と、タイヤの動荷重半径との双方に基づいてタイヤの特性を判定しているので、高精度にタイヤ特性を判定することができる。
【００６４】
なお、本第２実施形態では、空気圧の正常・異常の判定に用いる２次元図形として図５に示すような半径Ｒの円を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記円に代えて、矩形、楕円等を適用する形態とすることもできる。この場合も本第２実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６５】
また、本第２実施形態では、左右輪の路面μ勾配の差（μ勾配差ＭＳ）を適用して空気圧低下の状態を判定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記μ勾配差ＭＳに代えて、左右輪の路面μ勾配の比を適用する形態とすることもできる。この場合も、本第２実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６６】
更に、上記第１、第２実施形態では、タイヤ特性判定処理の実行時点における基準輪の路面μ勾配の推定値ＫＭ及びスリップ率ＳＲに基づいて駆動力Ｔを推定した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、路面μ勾配の推定値ＫＭ及びスリップ率ＳＲの時系列データに基づいて、例えば最小自乗法等によって駆動力Ｔを推定してもよい。この場合は、時々刻々変化する路面やタイヤの状態に応じた駆動力を推定することができるので、上記第１、第２実施形態に比較して、より高精度にタイヤ特性の判定を行うことができる。
〔第３実施形態〕
上記第１、第２実施形態では、路面μ勾配と動荷重半径の双方を考慮して低下輪の空気圧の異常低下を判定する場合の形態例について説明したが、本第３実施形態では、路面μ勾配に基づく空気圧低下状態の判定と、動荷重半径に基づく空気圧低下状態の判定を選択的に切り替えて行う場合の形態例について説明する。
【００６７】
なお、本第３実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０の構成は、上記第１、第２実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０の構成（図１、図２参照）と同様であるので、ここでの説明は省略する。また、本第３実施形態に係る路面μ勾配推定手段１６Ｒ、路面μ勾配推定手段１６Ｌ、及び動荷重半径演算手段１８の作用も、上記第１実施形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００６８】
以下、図６を参照して、路面μ勾配推定手段１６Ｒ及び１６Ｌによって推定された右駆動輪及び左駆動輪の路面μ勾配と、動荷重半径演算手段１８によって演算された動荷重半径とに基づいて本第３実施形態に係る評価関数導出手段２０及びタイヤ特性違い判定手段２２で行われるタイヤ特性判定処理について説明する。
【００６９】
同図のステップ２００では、各車輪速検出手段１２Ｒ、１２Ｌ、１４Ｒ、１４Ｌから出力された車輪速信号の各々が示す車輪速度の平均値ＡＳを演算し、次のステップ２０２では、演算された平均値ＡＳが所定速度より大きいか否かを判定し、大きい場合（肯定判定の場合）はステップ２０４に移行して、左右の駆動輪の路面μ勾配の差（μ勾配差）ＭＳを演算し、次のステップ２０６において上記μ勾配差ＭＳに基づいてオフセット値ΔＳを推定し、その後にステップ２１２に移行する。なお、本第３実施形態に係る評価関数導出手段２０では、複数のμ勾配差ＭＳに各々対応するオフセット値ΔＳの値が予めテーブル形式に記憶されており、上記ステップ２０６では、当該テーブルを参照することによってμ勾配差ＭＳに応じたオフセット値ΔＳを導出する。
【００７０】
一方、上記ステップ２０２において、平均値ＡＳが所定速度より大きくないと判定された場合（否定判定された場合）にはステップ２０８に移行して、左右の駆動輪の動荷重半径の差（動荷重半径差）ＤＳを演算し、次のステップ２１０において上記動荷重半径差ＤＳに基づいてオフセット値ΔＳを推定し、その後にステップ２１２に移行する。なお、本第３実施形態に係る評価関数導出手段２０では、複数の動荷重半径差ＤＳに各々対応するオフセット値ΔＳの値も予めテーブル形式に記憶されており、上記ステップ２１０では、当該テーブルを参照することによって動荷重半径差ＤＳに応じたオフセット値ΔＳを導出する。
【００７１】
すなわち、一般に、車輪速度が高いほど駆動力は大きい。従って、車輪速度が高いほど動荷重半径差ＤＳに基づいて得られるオフセット値ΔＳによる空気圧低下の判定精度は低くなり、μ勾配差ＭＳに基づいて得られたオフセット値ΔＳによる空気圧低下の判定精度は高くなる。
【００７２】
そこで、本第３実施形態に係るタイヤ特性判定処理では、上記ステップ２０２において、車輪速度の平均値ＡＳが所定速度より大きいと判定された場合は動荷重半径差ＤＳに基づく空気圧低下の判定では判定精度が低いものと見なし、上記ステップ２０４及びステップ２０６によってμ勾配差ＭＳに基づいてオフセット値ΔＳを推定し、他の場合には上記ステップ２０８及びステップ２１０によって動荷重半径差ＤＳに基づいてオフセット値ΔＳを推定するようにしている。従って、上記所定速度としては、該所定速度を平均値ＡＳが越えた場合に、動荷重半径差ＤＳに基づく空気圧低下の判定精度が許容範囲外になると見なすことができる値として、実験やコンピュータ・シミュレーション等によって得られた値を適用することができる。
【００７３】
ステップ２１２では、上記ステップ２０６又はステップ２１０によって得られたオフセット値ΔＳが所定値より大きいか否かを判定し、大きい場合（肯定判定の場合）はステップ２１４へ移行してタイヤ特性違い判定手段２２に接続された図示しない警報発生器によって警報を発するように制御した後に本タイヤ特性判定処理を終了する。また、上記ステップ２１２において、オフセット値ΔＳが上記所定値より大きくないと判定された場合（否定判定された場合）には、上記ステップ２１４の処理を行うことなく本タイヤ特性判定処理を終了する。
【００７４】
すなわち、本実施の形態に係るタイヤ特性判定処理では、上記ステップ２０６又はステップ２１０によって推定したオフセット値ΔＳが上記所定値より大きな場合は、低下輪として設定された駆動輪の空気圧が異常に低下しているものと見なして警報を発するようにしている。従って、上記所定値としては、該所定値をオフセット値ΔＳが越えた場合に、低下輪の空気圧が異常に低下していると見なすことができる値として、実験やコンピュータ・シミュレーション等によって得られた値を適用することができる。
【００７５】
上記ステップ２０２の処理が請求項２記載の発明の切替手段に、上記ステップ２１２の処理が請求項２記載の発明の第１判定手段及び第２判定手段に、各々相当する。
【００７６】
以上詳細に説明したように、本第３実施形態に係るタイヤ特性判定装置１０では、車輪速度に基づき、路面μ勾配に基づくタイヤの特性の判定と、タイヤの動荷重半径に基づくタイヤの特性の判定とを切り替えているので、タイヤ特性を高精度に判定することができる。
【００７７】
なお、本第３実施形態では、車輪速度に応じて動荷重半径に基づく空気圧低下の判定と、路面μ勾配に基づく空気圧低下の判定とを切り替える場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、動荷重半径差ＤＳや、μ勾配差ＭＳに基づいて切り替える形態とすることもできる。
【００７８】
このとき、動荷重半径差ＤＳに基づいて切り替える場合は、動荷重半径差ＤＳが所定値より大きなときは動荷重半径差ＤＳに基づいて空気圧低下を判定するように切り替え、他のときはμ勾配差ＭＳに基づいて空気圧低下を判定するように切り替える。また、μ勾配差ＭＳに基づいて切り替える場合は、μ勾配差ＭＳが所定値より大きなときはμ勾配差ＭＳに基づいて空気圧低下を判定するように切り替え、他のときは動荷重半径差ＤＳに基づいて空気圧低下を判定するように切り替える。
【００７９】
これらの形態においても、本第３実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００８０】
また、上記各実施形態では、本発明の物理量として路面μ勾配推定手段により路面μ勾配を推定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、路面μ勾配と等価的に扱うことのできる物理量として、例えば、スリップ率またはスリップ速度と制動力との関係を表す曲線の接線の傾きである制動力勾配、スリップ率またはスリップ速度と駆動力との関係を表す曲線の接線の傾きである駆動力勾配等を適用することもできる。
【００８１】
以下、一例として、本発明の物理量として制動力勾配を適用する場合の、該制動力勾配の推定手順について説明する。なお、ここで説明する推定手順は、路面外乱から車輪速までの伝達特性を１次遅れモデルに近似し、この１次遅れモデルの周波数応答から車輪速の時系列データに基づいて帯域周波数を推定し、推定した帯域周波数から制動力勾配を推定するようにしたものである。
【００８２】
図１１に示すように、この場合の形態の一例は、所定のサンプリング周期で車輪速度を検出し、車輪速の時系列データを車輪速信号として出力する車輪速センサ７０と、車輪速の時系列データに基づいて、路面外乱から車輪速までの伝達特性を１次遅れモデルに近似したときの該モデルの周波数応答を表すゲイン線図において、ゲインが一定値から変化するときの周波数を帯域周波数（車輪速周波数特性量）として推定する帯域周波数推定手段７２と、予め記憶された帯域周波数と制動力勾配との関係を表すマップに基づいて、推定された帯域周波数に対する制動力勾配を推定する制動力勾配推定手段７４と、を含んで構成されている。
【００８３】
なお、図１１では、１つの車輪についての構成を示したが、例えば４輪自動車等の複数の車輪を持つ車両の場合には、各々の車輪について図示した構成が設けられる。
【００８４】
帯域周波数推定手段７２では、全ての周波数を含む外乱である白色外乱が路面からタイヤに入力したと仮定し、最小自乗法を用いて１次遅れモデルの帯域周波数を同定した。
【００８５】
図１２は、帯域周波数を同定するためのアルゴリズム、図１０は、図７の車輪フルモデルに白色外乱を加えたときに図１２のアルゴリズムによって同定される帯域周波数と対応する１次遅れモデルのゲイン線図を示したものである。
【００８６】
まず、図１２に基づいて帯域周波数を同定するためのアルゴリズムについて説明する。ステップ３００において車輪速センサ７０で検出された車輪速度の時系列データに白色外乱を加えたデータを取り込み、ステップ３０２において２次のバタワスフィルタを用いて、例えば２Ｈｚのハイパスフィルタと例えば２０Ｈｚのローパスフィルタからなるフィルタによる前処理を行う。車輪速信号をハイパスフィルタに入力してハイパスフィルタ処理することにより、車輪の加速度の定常成分が除去され、ローパスフィルタ処理することにより車輪速信号の平滑化処理を行うことができる。
【００８７】
次のステップ３０４において、オンライン最小自乗法を用いて前処理された車輪速の時系列データから帯域周波数の時系列データを推定する。まず、車輪速度センサ７０によって、サンプル時間τ毎に離散化して検出された車輪速の時系列データをステップ３０２のフィルタによる前処理後の車輪速の時系列データをω [ｋ]（ｋはサンプル時間τを単位とするサンプル時刻であり、ｋ＝１,２,・・・）とし、以下のステップ１及びステップ２を繰り返すことにより、検出された車輪速度の時系列データから制動力勾配の時系列データを推定する。
ステップ１：
【００８８】
【数１】
なお、（４）式のφ［ｋ］は、１サンプル時間での車輪速度の変化量にサンプル時間τを乗算した値（車輪速の変化に関する物理量）であり、（５）式のｙ［ｋ］は、１サンプル時間の車輪速度の変化量（ω[ｋ−１]−ω[ｋ−２]、ω[ｋ]−ω[ｋ−１]）の１サンプル時間での変化量（ω[ｋ−１]−ω[ｋ−２]−（ω[ｋ]−ω[ｋ−１]））（車輪速度の変化の変化に関する物理量）である。
ステップ２：
【００９０】
【数２】
という漸化式から推定値θ、すなわち、制動力勾配を推定する。ただし、（７）、（８）式のλは過去のデータを取り除く度合いを示す忘却係数（例えばλ＝０．９８）であり、Ｔは行列の転置を示す。
【００９２】
なお、（６）式のθ［ｋ］は、車輪速度の変化に関する物理量の履歴及び車輪速度の変化の変化に関する物理量の履歴を表す物理量である。
【００９３】
なお、上記ではオンライン最小自乗法を用いて帯域周波数を推定する例について説明したが、補助変数法等他のオンライン同定法を用いて帯域周波数を推定することもできる。
【００９４】
上記のようにして推定された１次遅れモデルにおける帯域周波数の推定結果の例を図１０に示す。また、図１０のゲイン線図より理解されるように、近似された１次遅れモデルのゲインは、制動力勾配が３００Ｎｓ／ｍ以外では、車輪フルモデルのゲイン線図の定常ゲインと反共振点（４０Ｈｚ付近）におけるゲインを通過する特性として同定されており、低次元化により１５Ｈｚ付近のサスペンション前後共振と４０Ｈｚ付近のタイヤ回転振動の共振特性とが無視されている。また、制動力勾配が３００Ｎｓ／ｍと小さいときには、１次遅れモデルでは反共振点を通過していないことから共振は表れず、１次遅れモデルの振動特性と車輪フルモデルの特性とが良く一致していることが理解できる。これは、制動力勾配が３００Ｎｓ／ｍ以下の限界付近の制動領域においては、サスペンション前後共振やタイヤ回転振動による共振の影響が小さく、車輪減速度運動モデルが支配的になっているためである。したがって、このような限界付近では、車輪運動は以下の車輪減速度運動モデルで近似できると考えられる。
【００９５】
【数３】
【００９６】
ところで、上記（９）式は、限界領域において、帯域周波数ω0と制動力勾配との間に、
【００９７】
【数４】
【００９８】
また、低スリップ領域においては、最小自乗法の適用により図１３の関係が導き出せる。この図は、車輪フルモデルにおける制動力勾配と白色外乱を加えたときの車輪速データから同定された帯域周波数との関係を示したものである。なお、図１３の帯域周波数は、単位を［ｒａｄ／ｓ］で表した。制動力勾配は、帯域周波数が増加するに従って単調増加している。この図１３の帯域周波数と制動力勾配との関係をマップとして制動力勾配推定手段７４のメモリに記憶しておき、マップを用いて車輪速信号に基づいて帯域周波数推定手段７２で推定された帯域周波数に対応する制動力勾配を演算することにより、帯域周波数の推定（同定）結果から制動力勾配を推定することが可能になる。
【００９９】
【発明の効果】
請求項１記載のタイヤ特性判定装置によれば、タイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量と、タイヤの動荷重半径とに基づいてタイヤの特性を判定しているので、高精度にタイヤ特性を判定することができる、という効果が得られる。
【０１００】
また、請求項２記載のタイヤ特性判定装置によれば、車輪速度、タイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量、及びタイヤの動荷重半径の少なくとも１つに基づき、上記物理量に基づいてタイヤの特性を判定する第１判定手段による判定と、タイヤの動荷重半径に基づいてタイヤの特性を判定する第２判定手段による判定を切り替えているので、タイヤ特性を高精度に判定することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るタイヤ特性判定装置１０の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態に係る路面μ勾配推定手段の構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係るタイヤ特性判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態に係るタイヤ特性判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態に係るタイヤ特性判定処理の説明に供する概略図である。
【図６】第３実施形態に係るタイヤ特性判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】路面μ勾配推定手段の推定原理の説明に供する車輪共振系の力学モデルを示すブロック図である。
【図８】スリップ速度と制動力との関係を示す線図である。
【図９】路面外乱から車輪速までの周波数応答を示すゲイン線図である。
【図１０】１次遅れモデルの路面外乱から車輪速までの周波数応答を示すゲイン線図である。
【図１１】制動力勾配を推定する場合の構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１１の構成において帯域周波数を推定するアルゴリズムを示す流れ図である。
【図１３】帯域周波数と制動力勾配との関係を示す線図である。
【図１４】基準輪の動荷重半径を用いて導出した低下輪の基準輪に対するスリップ率と駆動力との関係の一例を示すグラフである。
【図１５】低下輪側の摩擦特性の変化によって低下輪の路面μ勾配が低下した場合の、当該低下輪の基準輪に対するスリップ率と駆動力との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ タイヤ特性判定装置
１２Ｌ 左従動輪車輪速検出手段（車輪速センサ）
１２Ｒ 右従動輪車輪速検出手段（車輪速センサ）
１４Ｌ 左駆動輪車輪速検出手段（車輪速センサ）
１４Ｒ 右駆動輪車輪速検出手段（車輪速センサ）
１６Ｌ、１６Ｒ 路面μ勾配推定手段（物理量推定手段）
１８ 動荷重半径演算手段（動荷重半径導出手段）
２０ 評価関数導出手段（判定手段）
２２ タイヤ特性違い判定手段（判定手段）
４０Ａ、４０Ｂ バンドパスフィルタ
４２Ａ、４２Ｂ 振動レベル演算手段
４４ 特性量演算手段
４６ 路面μ勾配導出手段
Claims (4)
- 車輪速度を検出し、車輪速信号を出力する車輪速センサと、
前記車輪速信号に基づいてタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量を推定する物理量推定手段と、
前記車輪速信号に基づいてタイヤの動荷重半径を導出する動荷重半径導出手段と、
推定された前記物理量と導出された前記動荷重半径とに基づいてタイヤの特性を判定する判定手段と、
を備えたタイヤ特性判定装置。 - 車輪速度を検出し、車輪速信号を出力する車輪速センサと、
前記車輪速信号に基づいてタイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量を推定する物理量推定手段と、
前記車輪速信号に基づいてタイヤの動荷重半径を導出する動荷重半径導出手段と、
推定された前記物理量に基づいてタイヤの特性を判定する第１判定手段と、
導出された前記動荷重半径に基づいてタイヤの特性を判定する第２判定手段と、
前記車輪速信号に基づく車輪速度、前記物理量、及び前記動荷重半径の少なくとも１つに基づいて、前記第１判定手段による判定及び前記第２判定手段による判定を切り替える切替手段と、
を備えたタイヤ特性判定装置。 - 前記タイヤの特性は、当該タイヤの空気圧低下の状態又は摩耗状態である請求項１又は請求項２記載のタイヤ特性判定装置。
- 前記物理量は、制動力勾配、駆動力勾配、及び路面μ勾配を含む請求項１乃至請求項３の何れか１項記載のタイヤ特性判定装置。
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