JP3854635B2 - 車両のタイヤ・ホイールアセンブリの空気圧監視装置および監視方法 - Google Patents

Description

技術分野
この発明は、車両速度とタイヤ回転速度との複合関係に関し、そして、この関係を利用して、改良した速力計、改良した走行距離計、車両走行中のタイヤ空気圧を判定し表示すること、およびまたは、タイヤが走行中に危険な程に膨張不足になれば車両運転者に警報することについての、ニーズを満たすことに関する。
発明の背景
車両速度を測定し走行距離を表示することは、現在では良く知られた速力計そして走行距離計装置により行われている。これらの現在使用されている装置には、いろいろな短所がある。例えば、走行距離計は一般的には一連のドラム型ダイヤルからなり、それらは適切に噛みあわされ、そしてフレキシブル鋼索で駆動され、即ち、車両の駆動機構に取り付けられた一対のギアにより順次駆動され、または車両ホイールの一つに駆動される。その作用は、ホイールが回転走行マイル毎の固有回転数であることと、駆動ホイールに噛み合わされたその駆動機構が走行マイル毎の固有回転数であることとに基づいている。走行距離計は基本的にはホイール回転を数え、ギア比によりホイール回転を走行距離に変える。
車両の走行距離計駆動鋼索を駆動機構に連結するギアは、整数の歯でなければならないことにより固有の誤差が生じる。即ち、ギアは分数の歯を有することはできないし、実用的にはそれらのギアの少なくとも一つは歯数が通常は少ない。それ故、限られた比較的小さい数のギア比だけがが可能であり、ギア比を走行距離計の要求に正確に合わせることは非常に難しい。現在実用的には、±４％の整合誤差が許容されている。更に、タイヤ寸法、構造、材質、経年変化、空気圧、温度、回転速度、すり減り、荷重、およびタイヤと道路の相互作用における、通常の変化が、走行マイル毎のタイヤの実際の回転数を通常値から変化させることにより、不正確が生じる。従って、より正確にすることと、機械的複雑さを減じることが必要である。
現在使用されている最も一般的な速力計は、走行距離計と同じ様にフレキシブル鋼索により駆動され、アルミニュームのような導体のカップ型部材内で回転する磁石を使用している。磁石が回転すると、その導体部材内に渦電流が生じ、これにより、回転磁界の反作用として、その磁石と同軸に回転するように設けられたこの導体部材を、その磁石と同方向に回転させようとする。そのカップ型部材の回転は、スプリングにより拘束されていて、そのスプリング力はその磁気回転磁界の渦電流の反力と平衡している。そのスプリングの弾性はほぼ線型であり、その渦電流反力は磁気回転速度にほぼ比例していて、更に、車両速度にほぼ比例して、中立位置からのそのカップ型部材の回転角は車両速度にほぼ比例する。そのカップ型部材に取り付けられそこで回転する指示針は、ダイヤルに配設された目盛りを指し示して、車両速度を表示する。
その速力計は走行距離計と同じワイヤで駆動されるので、同じ誤差が生じる。そのダイヤル上の目盛りを適切につけて、ギア比の不整合と速度変化に伴うマイル毎のタイヤ回転数変化との影響が補正され得る。しかし、その走行距離計固有のその外の誤差は補正されず、その速力計はそれ自体の三個の誤差要因を有している。第一に、その速力計スプリングと、その渦電流反力とその磁気回転速度の関係とは、幾らか変化して線型ではなく、速度の広い範囲に渡って正確な速度表示を実用的には達成できない。第二に、その機構はヒステリシスとバックラッシとを伴う。第三に、その装置の出力は温度変化に影響される。その渦電流とスプリング機構の基本的な不正確性により、毎時３〜４マイルの誤差と、温度変化による毎時２〜３マイルの誤差は許容しなければならない。別のより一般的でない形式の速力計は、渦電流とスプリングと指示針配置の変わりに、小型発電機と関連するメータを使用している。しかし、この形式のものは、より一般的な速力計と同じ誤差が生じる。それ故、より正確なより複雑でない速力計が必要とされている。
車両走行中にタイヤ空気圧を測定して表示し、危険な程膨張不足のタイヤの場合に、運転者に警報する機能は、軽車両に広範囲に使用されている現存のいかなる装置によっても実施されていない。これらの目的のために、幾つかの計画が遂行されているが、現在では、これらは皆、比較的複雑で高価であり、その結果、それらはある軍用車両のような特殊な分野に限定されている。また、それらには、客用乗用車や軽トラックへの広い使用に十分経済的で信頼性があると証明されているものはない。しかし、これらの軽車両は、二つの主理由からそのような装置を必要としない。第一に、運転者がタイヤの膨張不足を知らないで、その状態で車両を運転し続けることは特別なことではない。これはタイヤを損傷し、破壊し、ひどい場合には、危険な程膨張不足のタイヤにより変化した車両の操縦特性のために、事故を引き起こす。
第二に、コスト、スペース、重量を減じるために、多くの自動車メーカーは、軽車両で、例えば客用乗用車や軽トラックで、スペアタイヤを省略しようとする。この目的を達成するために、幾つかのタイヤメーカーはいわゆる平型走行タイヤ（run-flat tire）を開発した。そのタイヤは、完全に空気が抜けても、ある制限速度である限度時間、例えば毎時５０マイルで５０マイルだけ、走ることができる。理論的には、そのようなタイヤの付いた車両の運転者は膨張不足または平型走行タイヤにより悩まされずに、ある程度の距離を運転し続けて、サービスステーションに到着して直してもらい得る。従って、そのような車両はスペアタイヤを必要としない。しかし、実際にはこうはならない。車両のタイヤが圧力がなくなっても、運転者はその変化をしばしばきずかない。その結果、運転者は運転し続け、通常タイヤよりの場合よりももっと悪い状態になり得る。タイヤが損傷し破壊されるだけでなく、運転者と乗客は、スペアタイヤがなく、最後に完全にタイヤが無い状態に置かれる。このために、多くの自動車エンジニアは、軽車両からスペアタイヤを除く鍵は、平型走行タイヤを装備した場合でも、タイヤ圧を監視し、圧力が危険な程下がった時に運転者に知らせることであるという結論に達している。
この発明の目的は、タイヤ空気圧を測定し、その圧力を車両の運転者に表示するための、経済的で信頼性のある方法および装置を提供することである。この発明の他の目的は、車両速度を測定して表示する改良した機構を提供することである。更に、この発明の別の目的は、車両の走行距離を測定して表示するための、改良した機構を提供することである。この発明の更に別の目的は、車両のタイヤ圧力が予め設定した閾値以下になった場合に、車両の運転者に警報する、経済的な信頼性のある機構を提供することである。更に、この発明の目的は、走行中のタイヤ空気圧を監視し、タイヤ圧がある予め設定した閾値以下に落ちた場合に警報信号を送るシステムの方法及び装置を提供することであり、そこでは、その警報信号を送った後も監視を続行して、その圧力が、実際にはその閾値以下でないことが表示された場合に、その警報信号を取り消して通常運転を再開する。更にこの発明の別の目的は、特定の車両の特性と、車両の使用目的とに応じて校正され得る、上記システムの方法及び装置を提供することであり、その校正は車両が使用される前または使用期間中に、またはその両方において、実施できる。更に、この発明の他の目的は、多くの車両に既に搭載されているシステムまたはサブシステムを利用できる上記の機構を提供することである。
【図面の簡単な説明】
この発明の更なる目的は、添付図面と共に、以下の詳細な説明から明らかになる。
図１は空気圧タイヤ・ホイールセンブリの断面図であり、通常の膨張圧のタイヤを示している。
図２は同じタイヤ・ホイールアセンブリの断面図であり、しかし膨張不足のタイヤを示している。
図３はこの発明の原理を図示する部分的概要ブロック図である。
図４は直読式走行速度と距離測定手段およびナビゲーション手段を有する車両の一部断面を示す図式側面図である。
図５はこの発明の要素を組み込んだギアの車両の図式部分平面図であり、この図は図３の概要図の特定例を図示している。
図６は図５の矢印６の方向にみた図であり、あるホイール速度センサを図示している。
図７、８は、図３、５に示すものの置換例として使用され得る表示システムの図式図である。
好適実施例の詳細説明
図１はタイヤ・ホイールアセンブリ１を示し、ホイール３に装備された空気圧タイヤ２を有している。タイヤは通常圧力まで膨張され、一定の接地面５で道路または地面４に接触する。そのアセンブリが面４に沿って輪転する時、その中心線６の周りに回転し、その回転半径Ｒは中心線６から接地面５の実効中心までの垂直距離である。それ故、スリップを無視すると、一回転の間に、そのタイヤ・ホイールアセンブリとその上の車両は、走行距離と半径Ｒとが同じ単位で、例えばインチ、フィートまたはメータで計測されれば、２πＲと等しい距離だけ走行する。
図２はタイヤ・ホイールアセンブリ１Ａを図示し、それは、タイヤ２Ａが膨張不足であることを除き、図１のと同じものである。膨張不足タイヤ２Ａは、地面４Ａとの接触面５Ａで、通常の膨張度にタイヤ２（図１）の変形における地面４との接触面５よりも大きく、膨張不足タイヤ２Ａの回転半径Ｒ１（中心線６Ａから接地面５Ａの実効中心までの垂直距離）は通常膨張のタイヤ２の回転半径Ｒよりも小さい。同様に、スリップを無視すると、タイヤ２Ａの一回転に対し、その上の車両は、２πＲ１に等しい距離だけ走行する。Ｒ１はＲより小さいので、回転毎の走行距離は通常膨張タイヤ２の場合よりも膨張不足タイヤ２Ａについては、それだけより小さくなる。
図１と２は、図解的に示していて、動的な状態での、回転半径の算定と、または、その逆の機能であるマイル毎の回転の算定とにおける複雑性のすべては、図示していない。しかし、それらは、一般的には、タイヤ空気圧が通常値より減少し、その回転半径、そしてその結果、回転毎の走行距離が減少することを図示している。従って、如何なるある車両速度でも、膨張不足タイヤは通常膨張の場合よりも速く回転しなければならない。これにより、ある特別な一組の設定環境下で、タイヤの回転速度を測定し、同じ環境下で、基準または通常速度値とこの速度と比較する構成の機構が、タイヤの空気圧を、その機構の圧力範囲と精度以内で推定できることが分かる。
そのような機構の設計においては、ある追加の要素が考慮されなければなれない。例えば、走行距離計の精度で前述しているように、空気圧以外の要素がタイヤ回転半径とマイル毎回転とに影響を与えることが知られている。更に、空気圧と回転半径またはマイル毎回転との関係は線型ではなく、一般的には実証的に決めなければならない。しかも、有効圧力範囲に渡って、タイヤ空気圧と回転半径とマイル毎回転とに定量的な関係はないが、これらの関係に基いてタイヤ圧、車両速度およびまたは走行距離を監視する機能システム、方法、装置は作ることは可能である。以下に、該当道路法規・規則に従ったそのような発明を次に述べる。通常の走行では、図１、２に図示されたようなタイヤ・ホイールアセンブリは一体に回転し、そのタイヤ回転速度は、各ホイールで同一であり互換性があるとされ、算定に使用される。同様に、走行マイル毎またはキロメータ毎に対して、タイヤはそれが装備されるホイールと同一の回転数である。実際には、タイヤの回転半径は運転状態では簡単に計測できず、逆に、マイルまたはキロメータ毎のタイヤ回転数が容易に正確に計測できる。このために、以下の説明および算定において、マイル毎のタイヤ回転数値は、その回転半径値の代わりにしばしば使われる。
走行マイル毎のタイヤ回転数は、多数の予測される要因（タイヤ寸法、形式、構造、使用材料、冷空気圧、タイヤ当たりの荷重、速度、周囲温度等）に関連している。そしてこれらの関連した効果は、容易に準備される機器を使って正確に計測され得て、表またはチャートまたは性能マップにまとめられる。表にされたデータそして関係値の精度内で、他の表にした変数、例えばタイヤ寸法、構造、材料、冷空気圧、各タイヤ荷重、車両速度および周囲温度の最新値が既知であれば、その未知の関数の値は、例えば即時のタイヤ圧は算定できる。
図３は車両搭載に適した圧力センシング・表示システムの部分ブロック図である。連結部７〜１０は回路であり、その各々はホイール回転速度信号を、車両の４個のホイールの一つに対応するホイール速度センシングユニット（図６）から、または図４に示すような直読式速度測定システムから、または車両速度を計測する他の適切な機構から、コンピュータ１１に送る。連結部分１２は車両速度信号を車両の速力計からコンピュータ１１に送る回路である。電子式温度センシングユニット１３は、回路１４により、コンピュータ１１に連結される。速力計ディスプレイユニット１５は、回路１７によって、コンピュータ１１に連結される。走行距離計ディスプレイユニット１６は回路１７によってコンピュータ１１に連結される。タイヤ圧ディスプレイユニット１８〜２１は、例えばデジタルディスプレイまたは液晶表示（ＬＣＤ）ユニットであり、各回路２２〜２５によって、コンピュータ１１に各々連結される。音声警報デバイス２６は回路２７によって、コンピュータ１１に連結される。不揮発性メモリ２８が回路２９によって、コンピュータ１１に連結される。インターフェースデバイス３０が回路３１によって、コンピュータ１１とメモリ２８に連結される。コンピュータプログラミングデバイス３２は回路３３によって、コンピュータ１１に連結される。
コンピュータ１１は適宜増幅器を有し、出力デバイス１５、１６、１８〜２１、２６を作動させる。コンピュータ１１は、または別の関連するコンピュータは、異なった種類の信号（ディジタル、アナログ等）を、回路７〜１０、１２に連結されたセンサから、受け入れて、変換し、使用できる。また、４個の回路７〜１０が４個のホイール速度センサに対して設けられているが、監視されるホイールの数に従って、それより多いまたは少ないそのような回路と対応するセンサとでも可能である。加えて、システムが適用される用途に従って、図３に示す要素はオプションであり、無くてもよい。例えば、そのシステムが低タイヤ圧の警報にだけ使用される場合には、速力計１５、走行距離計１６、メモリ２８、インターフェース３０、プログラミングデバイス３２、回路１２、１４、１７、２９、３１、３３はオプションであり、無くてもよい。ディジタル圧力インジケータ１８〜２１は他のアナログ、バイナリー、または、ディジタルインジケータに置き換えてもよい。図５、７、８に示すように、アナログ速力計ディスプレイ１５は図５に示すディジタルのものでもよい。
不揮発性メモリ２８は、前述した基本的にはマップ、表、チャート式のデータベースを有し、そのデータベースは、種々の速度でのタイヤ空気圧とタイヤのマイル毎回転、周囲温度、冷タイヤ空気圧、他の走行条件との間の関係を示している。これらの関係は、タイヤ自体の多くの特性により、例えば、弾性材料の複合使用、タイヤ寸法、アスペクト比、構造形式（プライの数、斜めのプライ、ベルト式径方向プライ、平型走行タイヤ、等）により影響されるので、メモリ２８を置き換える、またはプログラムを変える対策がなされる。別の方法として、多くの種々の主流のタイヤについて、データセットがメモリ２８内にマップ化され、そのコンピュータで使用できるように対策がなされる。例えば、プログラミングデバイス３２と回路３３を介して、適切なデータサブセットを使用する。実際には、これらの方法は組み合せて実施され得る。
走行において、その監視そしてディスプレイジョブは、コンピュータ１１により制御される。そのジョブはサイクルで実施され、各サイクルは、コンピュータのタイミング回路からの信号で始まる。サイクルの開始信号と同時に、コンピュータ１１は、回路１２を介して、車両速度信号を車両速度測定手段から読み込み、車両速度を指定の単位で算定し、車両速度を速力計１５に回路１７を介して表示する。それから、この速度と前回の最新のサイクルからの時間に基づいて、前回最新値からの走行距離を算出する。そして走行距離計ディスプレイ１６を回路１７を介して更新させる。コンピュータは、回路１４を介して、周囲温度信号センサ１３から読み込み、そして選んだ単位で、周囲温度を算出する。コンピュータ１１は、ホイール回路速度信号を、回路７〜１０の一つから、例えばホイールセンサ回転ユニットの一つから送られる信号を運ぶ回路７から、例えば左前部ホイールに対応するユニットについてから、読み込んで、そしてこのホイールの速度を、選んだ単位で算出する。車両速度と、周囲温度と、ホイール速度との値を算出した状態で、コンピュータは、メモリ２８内のデータにおいて、これらの値に対応するタイヤ空気圧を検索する。そこでは、補間または必要であれば特別な計算がなされ、そして、その結果のタイヤ圧を表示器に、例えばその左前部のホイールに対応するインジケータ１８に表示する。次のサイクル開始信号を受信すると、コンピュータはこの処理を繰り返すが、他のホイールのホイール速度信号に、例えば回路８からの信号に置き換わり、そしてその結果をそのホイールに対応する表示器に、例えばインジケータ１９に表示する。コンピュータはこの処理を継続し、各タイヤの圧力を順次、全部が完了するまで算定して表示し、それから、最初のホイールに帰り、この処理を連続して繰り返す。各コンピュータサイクルは比較的簡単であり、ディスプレイユニット１５、１６、１８〜２１は、コンピュータの更新サイクル間の望ましくないフリッカーまたは揺れを防ぐのに十分に表示持続性があるようになっている。
ホイール速度には、一時的な変動が認められ、それらの変動は、道路の穴に当たること、ホイールが粗い面で飛び跳ねたり、各ホイールがスピンしたり、ホイールがロック状態になったり、コーナーを曲がる時、加速または制動する時等に起こり、コンピュータに誤った空気圧を表示させ得る。この問題を避けるために、膨張不足について、ディスプレイユニットに送られる信号は、いくつかの知られた方法のいずれかにより、平準化される。例えば、現行値から著しく異なる値は無視し、表示される値があるサイクルから次のサイクルに変えられるように表示量を制限し、表示値が多数の算定サイクルに渡る平均値になるようにする。しかしながら、精度と応答時間のために、表示される信号の平準化またはフィルタリングの程度は制限するのが望ましい場合がある。そのような制限は、低圧力の誤警報を運転者に時々送る結果を招くかもしれない。誤警報を検知するために、警報が送られた後も、そのシステムはホイール速度の監視を継続し、後続値が許容範囲であれば、その警告信号は取り消されて通常運転が続行される。
通常または冷タイヤ空気圧の変動は、タイヤ速度および車両速度と空気圧との実際の関係に影響を与えることがわかる。従って、精度を向上させるために、冷タイヤ空気圧は、冷空気圧が変化すると必ず、プログラミングデバイス３２と回路３３とを介して、コンピュータに入力され得る。これは、コンピュータに、圧力を算定するときに、メモリ２８内のこの冷圧力に対応したデータサブセットを検索させる。もちろん、車両速度、周囲温度、および冷タイヤ圧に加えて、他の入力値（例えば、各走行ホイールに掛かる荷重）は、更にこの発明が基づく相関係数の精度を向上させることができる。この発明は、これらの列記条件入力について限定してはいない。
図３に図示されたシステムは、外部からの車両速度または回路１２への距離信号入力なしに使用できる。何故ならば、（ａ）車両の各使用ホイールの回転速度は、回路７〜１０を介して、コンピュータ１１に入力され、（ｂ）そのコンピュータはメモリ２８内のマイル毎ホイール回転データベースにアクセスができ、（ｃ）そのコンピュータは正確な時計を使用している。これらの要素からの情報を使用して、そのコンピュータは、車両速度および走行距離を算出できる。そのような速力計と走行距離計は、既存の機械または電機機械ユニットと比較して精度、コスト、耐久性において有利である。そのコストと耐久性における優位性は、駆動ギア、駆動鋼索、走行距離計カウンタ機構、そして速力計渦電流・スプリング機構が無く、既存のコンピュータ１１に使用される簡単なアルゴリズム制御のもとに、簡単な電子式ディスプレイ１５、１６と回転１７を使用していることによる。従来型ユニットと比較して、この提案した速力計と走行距離計の優位な正確さは、従来型ユニットからの３個の特別な相違点から生じる。第一に、従来型の機械的駆動速力計および走行距離計のギア比の不整合誤差は、この発明のシステムには存在しない。第二に、従来型速力計における、温度変化、ヒステリシス、バックラッシ、および、渦電流とスプリングの変数により生じる誤差は、この発明で開示したシステムにはない。第三として、この発明のシステムへの入力値は、実験によるマイル毎のホイール回転データに基づいている。そのデータは、従来型の走行距離計と速力計の設計に使用される一般値より正確である。更に、提案したシステムは、アルゴリズムを簡単に組み込むことができて、それにより、どのホイール速度信号（一つまたは複数）が車両の真の速度を最も代表しているかを判定し、その最適値を演算の基礎とする。例えば、そのコンピュータは、極端な値（例えば、ホイールースピン、ホイールーロックまたはタイヤの膨張不足により生じる値）を無視するようにプログラムされ得るし、または、一時的なまたは急変する飛び跳ね値等を無視するようにプログラムし得る。
上記の優位性に加えて、より正確な走行距離計および速力計は、車両の新しい特徴の可能性を提供する。例えば、”測定航法”である車両ナビゲーション・位置だしシステムを完成させる試みがなされて、そこでは入力として、車両自体で得られる走行距離と方向等の値だけを使用している。そのようなシステムは、車両の位置を、固定した発信基地から、例えば人口衛星上から、放射される信号の三点測量により算出するシステムより簡単であるが、しかしこれら自己充足型システムは、従来型走行距離計ユニットが提供するよりもより正確な距離測定を必要とする。
図４は従来型の自己充足型位置出し・ナビゲーションシステム用の直読式速度および距離測定デバイスを装備した車両３４を図示している。レーダー送受信器３５はビーム３５Ａを発信し、それは角度Ａで路面または地面３６に当たる。ビーム３５Ａは散逸し、反射した一部が送受信器３５に戻ってくる。良く知られたドップラー効果で、このビームの反射部分は、放射したビームとは明白に異なった周波数を有している。送受信器３５その周波数データを捕らえ、回路３７を介してコンピュータ３８に送り、コンピュータはある間隔頻度で、即時の車両速度と最後の更新時からの走行距離とを算出する。この情報は、回路３９を介して速力計ディスプレイ４０と走行距離計ディスプレイ４１とに送られる。コンピュータ３８はまた方向データをコンパス４４から回路４５を経由して直接読み込み、このデータと今算出した距離値とを使用して、一つ前のサイクルの計算以後の車両の斜めの動きに応じたベクトルを算出する。それから、コンピュータは、この斜めベクトルを、そのナビゲーション用演算器がリセットされた後の、前に算出した斜めのベクトルの総合計に加えて、そのリセット時の車両の位置に対して、車両の現在の位置を算出する。コンピュータはそれからこの位置情報を回路４３を通じて、ナビゲーションディスプレイユニット４２に送る。このように、ディスプレイ４２は連続的に更新され、車両の走行につれて、車両の最新位置を表示する。このレーダーシステムは今まで広く使用されるには余りにも複雑で高価であった。この提案したシステムは、図３と５に図示するように、距離測定に関し、それに代わる簡明なより経済的なシステムを提供する。
図５は、図３に図示したシステムの変化例を搭載した車両の部分図式図である。
車両４６はエンジン４７で作動され、そのエンジンはトランスミッション・最終駆動ユニット４８と、車軸４９、５０と、走行タイヤ・ホイールアセンブリ５１、５２とを駆動する。走行タイヤ・ホイールアセンブリ５３、５４は駆動されない。走行タイヤ・ホイールアセンブリ５１〜５４は、図１に示したものと同様である。歯状リング５５〜５８は、各ホイールアセンブリ５１〜５４に固定され、それらと一体に同軸で回転する。センシングユニット５９〜６２は、各歯状リング５５〜５８と関連して作動し、従来の方法でそれと関連するホイールアセンブリの回転速度を検知する。各センサ回転５９〜６２は、コンピュータ６７に回路６３〜６６の一つにより連結される。速力計ディスプレイユニット６８と走行距離計ディスプレイユニット６９は、コンピュータ６７に回路７０により連結される。低圧力警告ライト７５〜７８は、それぞれ回路７１〜７４によってコンピュータ６７に連結される。音声警報デバイス７９はコンピュータ６７に回路８０によって連結される。プログラミングデバイス８１とインターフェースデバイス８３は、コンピュータ６７に各々回路８２と８４とにより連結される。コンピュータ６７は、インジケータ６８、６９、７５〜７８と音声デバイス７９の作動電力のための増幅器を有する。
図６は図５の矢印６の方向に見た図であり、歯状リング５８と関連のセンサ６２の配置を示す。そのリングとセンサの配置は、他の車輪ホイールについて同様である。これらのリングとセンサは従来型のものであり、ある車両では、それらは現存のロック防止制動システムに使用されるものと同じリングとセンサで良い。同様に、図５に於いて、コンピュータ６７と回路６３〜６６は、ある車両では、ロック防止制動システムに共用されても良い。図７と８は同じ目的の別の表示器を示し、図３と５に示すシステムのいずれにも使用し得る。図７はアナログインジケータ８５〜８８と関連の回路８９〜９２を各々図示し、それらは、図３に於けるインジケータ１８〜２１と回路２２〜２５、または図５に於けるインジケータ７５〜７８と回路７１〜７４に置き換わるものである。図８は一体にしたディスプレイ９３とその関連の回路９４を示し、それらはまた、図３に於けるディスプレイデバイス１８〜２１と回路２２〜２５、または図５におけるディスプレイ７５〜７８と回路７１〜７４を置き換えることができる。
図５に示すそのシステムは図３に示すものより複雑ではない。それは実際のタイヤ圧ではなく、監視タイヤ圧を表示する。そして、圧力が予め定めた閾値以下に落ちると、ライトを点灯して、どのタイヤが低いかを表示し、音声警報である、ブザー、ベル、チャイム、模擬音声等の音を発して、運転者に異常を警告する。更に、そのシステムは車両速度と走行距離を従来の速力計と走行距離計よりも、より正確に演算し表示する。図５の簡明な実施例は、低タイヤ圧警報システムとしてだけ作用し、車両４６にはタイヤ・ホイールアセンブリ５１〜５４が装備され、それらは全部同じ寸法で同じ構造形式であり、適切に等しく膨張されると、それらの回転半径は実用的には等しい。即ち、それらの製品精度、荷重変形等以内では等しい。それらの回転半径は等しいので、全てのタイヤは車両走行の各マイルの回転で同じ回転数であり、言い換えれば、如何なる特定の車両速度でも、全てのタイヤ・ホイールは非常に近い殆ど同じ回転速度である。一時的な状態（ホイールの飛び跳ね、ホイールのスピン、ブレーキのロック、および不規則な摩擦状態等）を無視すれば、ホイール速度に於ける小さい差は、駆動そして非駆動ホイール間のタイヤの動的接地面の差異、通常タイヤの製造誤差とばらつき、荷重と速度の違い、経年変化、擦り切れ等による。良好に製作された良い状態の、通常の状態で使用されているタイヤについては、ある期間の間は、上記の条件の累積影響は小さく、例えば、一つのホイール速度のばらつきが、車両の他のホイールの平均速度から４％である。しかし、タイヤ５１〜５４の一つは、圧力が減るとその回転半径は減少し、他のタイヤに比較してその回転速度は従って増加する。そのタイヤの圧力減が大きいと、例えば６０％であれば、回転半径の減少とその回転速度の増加もまた大きく、例えば６％である。この変化は、前述の通常の変化よりも著しく大きいので、低圧タイヤ警報を発する閾値として設定され得る。
この実施例では、コンピュータ６７は、従来の方法で、そして決まった間隔で、例えば毎秒３０回だけホイール速度信号を走行ホイール５１〜５４に対応する各センサ５９〜６２から読みとり、３個のホイールの、例えば５２〜５４の、平均回転速度演算し、この平均値を４番目の対象のホイール５１と回転速度と比較する。ホイール５１の速度がその演算した平均値の１０６％より小さければ、信号は発信せず、ホイール５１の速度がホイール５２〜５４のその平均値の少なくとも１０６％であれば、コンピュータはタイヤ５１が危険な程に低圧であると判断し、信号を送出してホイール５１に対応する警報ライト７５をオンにし、デバイス７９に音声警報を鳴らさせる。次の時間間隔で、この処理は繰り返され、もう一つの対象ホイールの速度が、例えばホイール５２について、監視され、適切な平均値と、例えばホイール５１、５３、５４の平均値と比較される。また次の対象のホイールについて、この処理は繰り返され、そして、順次全てのホイールについて比較が行われる。それから、そのサイクルは、最初の対象のホイールに戻り、車両の走行中は連続して繰り返される。
注目すべきは、このホイール速度比較において、対象のホイールの速度は他の３個のホイールの平均速度の値と比較されることである。実際、他の平均値を導入することは有利である。例えば、２個のホイール駆動車両では、駆動そして非駆動のタイヤは、異なった動的タイヤ接触面と少し異なった回転速度とを有し、他の要素については等価である。そのような車両では、同軸の反対側のホイールの速度と対象ホイール速度を比較すること（例えば、ホイール５１の速度をホイール５２のものと比較すること）は、これらの相違点を除き、より特定した判定ができる。また、車両がコーナーを回る時、外側のホイール（車両の走行曲線の中心から遠い方のホイール）は、内側のホイールよりも長い距離を走り、より速く回転する。監視されるホイールの速度を車両の同じ側の他のホイールの速度と比較すること（例えば、ホイール５１の速度をホイール５３のそれとを較べること）は、この相違を減らす。実際には、これらと他の要因は組み合わされて、各種の車両と各種の用途について、最適低圧力警報アルゴリズムを構築する。コンピュータ６７の信号用デバイス７５〜７８、７９への出力は、前述のように、平準化されまたはフィルタを通され、過渡的な状態による誤警報の数を減らすために、低圧力警報を発した後、コンピュータは対象ホイールの監視を続行する。その警報が誤りと分かると、コンピュータはそれを取り消し、通常処理を再開する。図５に関するのこの簡明な実施例では、速力計６８、走行距離計６９、プログラミングデバイス８１、インターフェース８３、回路７０、８２、８４とは必要ではない。図５もより手の込んだ実施例では、そのシステムの精度、識別性、融通性とは、実際の使用状態に校正して改善される。この校正により、タイヤの製作誤差とばらつき、駆動そして非駆動ホイール間の速度の相違、冷空気圧タイヤ速度の相違、タイヤ寸法、および構造形式の違い等による影響を補正する。このキャリブレーションを有効にするために、実際の使用タイヤが車両に装備され（それらは、ここでは全部が同じ種類で、同じ寸法である必要はない）、各タイヤは別々のその望ましい冷空気圧にされ（これらのタイヤはここでは異なった冷空気圧でも良い）、そして、その車両は駆動され、タイヤをその通常使用温度に暖める。それから、車両が通常な道路上を通常に運転されている時に、コンピュータ６７は、プログラミングデバイス８１と回路８２とを介して、コンピュータ内のメモリに記憶された、またはそのプログラミングデバイス内の、キャリブレーションルーチンを実行するようになっている。それから、ある特別な期間は、例えば２マイルの間は、コンピュータは短い間隔で、例えば毎秒１０回、走行ホイール５１〜５４の各速度を、各々の歯状リング５５〜５８とセンサ５９〜６２と回路６３〜６６とを介して、監視し記憶する。
その監視と記憶の期間の最後で、コンピュータは各ホイールについて平均速度を算出し、例えば４個のホイールの平均速度を算出し、そして基準値を算出する。それから、コンピュータは、各ホイールについてキャリブレーション係数を算出し、対象ホイールについて平均速度の乗じて、基準値の等価値を算出する。これらのキャリブレーション係数は、コンピュータ内の不揮発性メモリに記憶され、それらは各々対象ホイールに適用される。これでキャリブレーションサイクルが完了して、コンピュータ６７は通常モードに戻る。ここで、しかし、前述のようにホイール速度の比較をして、低圧力警報を発すべきかを判断する時に、そのコンピュータは先ず各計測したホイール速度値と対応するキャリブレーション係数を乗じる。これはこの比較において幾つかのばらつきを無くし、低圧警報を発する小さい側の閾値、例えば基準値からの３％ホイール速度のずれ等、を決めることができる。注目すべきは、コンピュータ６７は、通常の監視ルーチンを邪魔することなく、これらのキャリブレーション測定と算定とを実行できる。コンピュータ６７は、一時的なまたは異常な状態に生じる疑問のホイール速度値を無視するようにプログラムすることができる。
このキャリブレーション技術は、より需要のある用途に使用される場合に、より入念な処理にも適用される。例えば、２回のキャリブレーション走行が、反対方向に、ある決まったコースで実施される。その走行は、種々の予定の速度と、周囲温度と、ホイール荷重等で、実施される。これらのより入念なキャリブレーション処理では、コンピュータ６７内の不揮発性メモリ内にマップ状に記憶される実行用の表またはチャートを作成する。一方、図３に示すシステムでは、実行用データは別の不揮発性メモリ２８にマップ状に記憶されいる。いかなる場合も、そのキャリブレーションルーチンを実行するように準備され、車両の製造時だけでなく、使用期間中の必要な時にも、例えばタイヤの一つまたは複数を取り替えた時に、記憶した補正値がコンピュータメモリから失われた時に、または、タイヤまたは車両の作動状態の変化が再キャリブレーションを必要とする時にも実行できる。
図５の別の簡明な実施例では、速力計の機能だけを実施するように設計されていて、車両の各寸法各形式のタイヤのマイル毎回転の特性は、普通はタイヤメーカーにより標準状態で標準手段により決められる。そして、これらの値は、コンピュータ６７内の不揮発性メモリに、プログラミングデバイス８１と回路８２によって、入力される。注目すべきは、これらの値を車両に装備された特定のタイヤを試験して得るのではなく、同じ寸法と形式の他の代表的なタイヤを試験することによって得ることである。このようにして、それらは一般値となる。車両速度の算定では、コンピュータ６７は、頻繁な間隔（例えば毎秒２０回）で、速度または走行ホイール５１〜５４についての信号を、歯状ホイール５５〜５８とセンサ５９〜６２と回路６３〜６６とを各々を介して受信する。各ホイールについてマイル毎回転のその記憶値に基いて、車両速度値を計算する。そのコンピュータは、それからこれらの個々の車両速度値の平均値を算出して、その平均値を回路７０を介して速力計インジケータ６８に送る。これらの平均値を算出する時に、より正確な出力を得るために、そのコンピュータは、無用と判断される一時的なホイール速度値を無視するようにプログラムされる。それらの無視されるものは、他より急激に代わる値、他より著しく異なった値、ホイールから低空気圧警報が発信される他の値等である。また、コンピュータ６７からインジケータ６８への速度主力信号は、前述したように、平準化されフィルタを通され、表示される速度の極度に急激な変化を防ぐ。
全てのホイールの速度を検知して平均値を算出することは、ある種の車両については、例えば全部のホイールが駆動される車両については、速度計算には有利である。しかし、車両速度の計算は、どのホイール速度または複数のどのホイール速度を組み合わせたものに基づいても良い。例えば、２個の駆動ホイールと２個の非駆動ホイールを有する通常の形式の車両については、それらの非駆動ホイールの速度値だけを検知して使用するのが有利である。これは、二つの主要因による。第一に、駆動ホイールのタイヤの動的接触面は、加速力とエンジンブレーキ力により影響され、非駆動ホイールについてよりも、より複雑である。加速およびエンジンブレーキによるこれらの動的力は、駆動タイヤの回転半径の実効値と実際の即時のマイル毎回転値とを変化させる。非駆動タイヤは、これらの力の影響をうけず、より安定したマイル毎回転値を示す。第二に、現在最も一般的な前輪駆動の乗用車やライトバンは、普通の状態では、等しい容量のタイヤに対して、それらの駆動ホイールが車体重量の約６０％を受け持ち、非駆動非駆動ホイールは約４０％だけを受け持ち、即ち、駆動タイヤが、非駆動非駆動タイヤよりも約５０％高い荷重を受ける。この荷重の差異は、空気圧に対するタイヤの回転半径の関係において顕著である。非駆動タイヤの回転半径とそれに伴うマイル毎回転数は、空気圧の意図したまたは意図しない変化により影響を受けることはない。それ故、一般的な前輪駆動の乗用車やライトバンの非駆動ホイールからのホイール速度信号は、車両速度算出の基礎として使用される時に、一貫性と精度とにおいて有利である。
図５による速力計は、従来型速力計に比較して、図３の説明で述べたように正確さにおいて有利である。その提示した速力計の精度は、前述したように、監視される一つのまたは複数のホイールの適切な選択により、それらのホイールからの有効なそして有効でない信号を区別すること等により、促進される。図５に示すより入念な実施例では、実際の使用タイヤをその車両に装備した実際の車両の運行状態でそのシステムを校正することにより速力計の精度は更に促進される。速力計のキャリブレーションは、前述の低圧力警報システムのキャリブレーションルーチンと同様であり、そして冷空気圧、タイヤ寸法、タイヤの形式、製作のばらつき等の影響に対して、それは同様に補正する。しかしながら、速力計キャリブレーションの間、その車両の速度計とは別の独立のマスター速力計によって、例えばレーダー式速度測定デバイスまたは、もっと一般的には５番目のホイール速力計・走行距離計デバイスによって計測される。キャリブレーションの間、このマスター速力計の出力は、補助インターフェース８３と回転８４を介して、コンピュータ６７に入力される。それから、各タイヤは独立のその望ましい圧力にされ、そして全部のタイヤが通常運転温度に暖められ、その車両は種々の速度で、最小から最大キャリブレーション速度の範囲に渡って、一般的な道路上で駆動される。頻繁な間隔で、コンピュータは回転速度信号を速力計への入力に選んだ各ホイールから読み込み、そして、マスター速力計からインターフェース８３と回路８４を介して、同時の速度信号を読み込む。
コンピュータ６７は、それから、その各ホイールについて、実験に基づくマイル毎回転値算出し、その値は測定されたホイール速度値と共に使用されて、車両速度を算出し、マスター速力計により測った同時の車両速度値と等価な値を導きだす。そのコンピュータは、同時の車両速度値に沿って、その算出したマイル毎の回転値を記憶し、そして、多数のサイクルについて、例えば５マイルの間、このルーチンを継続する。それから、そのコンピュータは、これらの値を並び替えて、関係する速度に従ってグループ化する。各グループは、選んだ速度範囲をカバーしており、例えば毎時５マイル（即ち、一つのグループは毎時６〜１０マイルの範囲、次のグループは毎時１１〜１５マイル、等々）をカバーする。そのコンピュータはそれから実験に基づくマイル毎の回転値の平均値を、各速度範囲について、各ホイールについて、算出し、これらの平均値とその速度範囲とをその不揮発性メモリに記憶し、前に記憶した値がそこにあれば更新する。これでキャリブレーション処理は完了し、以後の速度計算は、これらの実験に基づくマイル毎の回転値に基づいており、前述の一般値よりも正確である。
前述のに如く、そのコンピュータは、キャリブレーションルーチンを実行でき、通常の監視機能を邪魔することなく、データを記憶する時に疑問値を無視する。この速度キャリブレーション処理は、マイル毎の平均回転値の算出を、全校正された速度範囲について、簡単化し得る。逆に、その値は拡張され、多数のキャリブレーションサイクルを、種々の周囲温度、冷空気圧、タイヤ荷重、等において、含むようにできる。マイル毎回転の特性値のより完全なデータベースまたは実行用マップを提供するために、より念入りのキャリブレーションルーチンが使用される場合は、コンピュータはより大きいデータベースを収容するのに十分な不揮発性メモリが設けられる。そのコンピュータはまた必要な条件入力のための入力手段をそなえている。例えば、冷空気圧値は、プログラミングデバイス８１と回路８２を介して入力され、一方、周囲温度とホイール毎の荷重信号とが、インターフェース８３と回路８４を介して入力される。その速力計キャリブレーションルーチンは、車両が製造された時に、そしてまた、車両の使用寿命の間は必要であれば何時でも、実行され得る。しかしながら、現場でのキャリブレーションでは、マスター速力計が用意できない場合には、そのルーチンは、マスター速度測定手段として、ストップウォッチと測定用コースとを使用するように変更される。
図５のシステムのその走行距離計の機能は、その速力計の機能と同様な方法で達成される。それらの原理の相違は、走行距離を算出するためにコンピュータで使われるアルゴリズムが、ホイール速度と、ホイールのマイル毎回転と、測定サイクル間の時間とに基づいていることである。走行距離計のキャリブレーションはまた速力計のキャリブレーションとは、実験に基づく速度値でなく、実験に基づく距離値が計算される点が異なる。代替策として、図５によるシステムに速力計と走行距離計表示器との両方が設けられると、コンピュータは単に速度信号を算術的に時間で積分するようにプログラムされ、速力計ディスプレイの時間間隔で計算し、それらの積分値を累積し（それは走行距離を表す）、その累計距離値を使用して、その走行距離計を一定間隔で更新する。
この発明の色々な機能を、分かり易くするために、個々に記載してきたが、実際には、これらの機能の幾つかかまたは全部を一つにシステムに統合できる。

Claims (10)

1. 車両のタイヤ・ホイールアセンブリの空気圧タイヤの膨張圧を算定する方法であって、
   （ａ）該タイヤ・ホイールアセンブリの回転を測定する工程と、
   （ｂ）該車両の速度を測定する工程とを具備し、該速度は該車両のタイヤ・ホイールアセンブリとは独立に計測され、
   （ｃ）該工程（ａ）、（ｂ）で測定された該回転及び該車両速度の組合せ関数として、該タイヤ・ホイールアセンブリのタイヤ膨張圧を表す工程を具備し、該工程（ｃ）が、
   （ｃ１）該車両のキャリブレーションモード運転において、該工程（ａ）で得られる該タイヤ・ホイールアセンブリの回転を該タイヤの膨張圧に関係付けるデータを得る工程と、
   （ｃ２）該工程（ｃ１）の後、該工程（ａ）、（ｂ）で得られた該回転及び該車両速度と、該キャリブレーションモード運転にて得られた該データとの組合せ関数として、該タイヤ・ホイールアセンブリのタイヤ膨張圧を表す工程とを含む、ことを特徴とする上記方法。
2. 前記キャリブレーションモード運転にて得られた前記データは、タイヤ膨張圧を、前記タイヤ・ホイールアセンブリの前記回転と、少なくとも前記車両の速度を含む他の特性値とに関連付けることを特徴とする請求の範囲第１記載の方法。
3. 前記タイヤ・ホイールアセンブリのタイヤ寸法・タイヤ形式・タイヤ荷重、周囲温度、冷膨張圧の特性値の少なくとも一つが、前記工程（ｂ）で監視されることを特徴とする請求の範囲第１記載の方法。
4. タイヤ膨張圧を表す前記工程（ｃ）が、前記車両の運転者にタイヤ膨張圧を表示することを含む請求の範囲１記載の方法。
5. タイヤ膨張圧を表す前記工程（ｃ）が、タイヤ膨張圧が所定値レベルから外れると、前記車両の運転者にタイヤ膨張圧を表示することを含む請求の範囲１記載の方法。
6. 前記工程（ｃ２）が、
   （ｃ２ａ）タイヤ膨張圧が所定値レベルから外れると、前記車両の運転者に警報を発して警告する工程と、
   （ｃ２ｂ）前記回転を継続して監視してタイヤ膨張圧を算定する工程と、
   （ｃ２ｃ）タイヤ膨張圧が該所定値レベルを満足すると判定されると、前記工程（ｃ１）を停止する工程とを含む請求の範囲１記載の方法。
7. 前記車両の速度は、ドップラー効果速度計測デバイスにより測定されることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の方法。
8. 前記ドップラー効果速度計測デバイスは、レーダーデバイスであることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 前記車両の速度は、衛星ナビゲーション・位置出しシステムにより得られることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の方法。
10. 請求項１〜９の何れかに記載の方法により、空気圧タイヤの膨張圧を計測する装置。

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