JP4029324B2

JP4029324B2 - 空気圧検知装置及びタイヤ状態監視システム

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Publication number: JP4029324B2
Application number: JP2002167877A
Authority: JP
Inventors: 長生宮崎
Original assignee: 日本電子工業株式会社
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2022-05-02
Also published as: JP2003320826A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のタイヤの空気圧の状態を検知する空気圧検知装置と、これを用いたタイヤ空気圧警報システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両走行時のタイヤの空気圧を検知する装置としては、タイヤ内部にタイヤ空気圧に応動する圧力センサ等を設け、タイヤ周方向に設置されたテレメータ等を利用して、応力センサからのタイヤ空気圧信号を無線データに変換して制御装置へ出力するという直接的検知手法が広く知られている。しかし、このような装置では、回転部材であるタイヤ内部に応力センサ等を設ける必要があることからその構造が複雑となり、また無線データに変換されたタイヤ空気圧信号には多大な外乱成分が混入してしまうため、精度の高い計測が困難であるという問題点があった。
【０００３】
このため、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き、車両のタイヤ空気圧との代用特性を利用して、タイヤ空気圧を間接的に検知する装置が提案されている。この装置では、たとえば、タイヤの共振周波数（若しくはバネ定数）がタイヤ空気圧により変化する事に着目し、車輪速度信号の周波数解析（ＦＦＴ）演算に基づき算出される車両のバネ下の上下方向若しくは前後方向の共振周波数を求め、予め記憶されたタイヤ空気圧と共振周波数との関係とに基づいて、タイヤ空気圧が推定演算される（特開平５−１３３８３１号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際に車両が一般道を走行する場合、車輪速度センサより得られる車輪速度信号にＦＦＴ演算を実施すると、路面に存在する不規則な凹凸形状による影響のため、車輪速度信号毎にその周波数特性は変動してしまうという問題がある。さらに、路面からタイヤに作用する非線形反力等を含む外乱ノイズによる影響を受けて、車両のバネ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と比較して必ずしも最大ピーク値にはならないという問題があり、従来例では平均化処理や移動平均処理によって解決を図ろうとしているものの、あくまでも推定の域を脱しておらず、その信頼性には疑問の余地を残しているのが現状である。
【０００５】
また、車輪速度信号に混入するタイヤの振動周波数成分を含む多くの高周波成分から共振周波数のみを抽出しているため、車輪速度がある程度変動し、かつそれが継続されなければ、共振周波数を算出するに足るだけの十分なデータを蓄積することは出来ない。車輪速度の変動は、走行している路面の状況や走行速度、タイヤの磨耗状況に応じて決定されるものであるが、従来例ではこれら走行状態の影響を反映したものではなく、走行状態によっては共振周波数を算出することが出来ず、タイヤ空気圧の検出が不可能な場合も生じてしまうという問題がある。実際、特に高速走行時においてのタイヤ空気圧低下に伴うタイヤバーストに起因した死亡事故は年々増加している傾向にあり、車両搭乗者の生命を守るという観点から、タイヤ空気圧を逐次監視することは非常に重要な技術であり、その面で従来例は不適である。
【０００６】
本願発明は、上記した事情のもとで考えだされたものであって、車両の走行状態（路面状況や走行速度、タイヤの磨耗状況）を反映した路面摩擦係数に基づいて、車両走行時のタイヤ空気圧を高精度に検出する空気圧検知装置と、それを利用することで空気圧低下に伴うタイヤバースト等による事故防止を目的としたタイヤ空気圧監視システムを提供することを、その課題とする。
【０００７】
【発明の開示】
上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
本願発明の第１の側面によれば、車両の自然定常走行時において、路面とタイヤ間に作用する路面摩擦係数を含んだ信号を出力する出力手段と、前記路面とタイヤ間に作用する路面摩擦係数を含む信号から、車両が走行する路面に応じて損失される摩擦エネルギーを抽出する抽出手段と、前記摩擦エネルギーに基づいて、前記タイヤの空気圧の状態を検知する検知手段とを備え、前記出力手段は、前記路面とタイヤ間に作用する路面摩擦係数を、前記車両の車輪進行方向の力である路面摩擦力若しくは前記車両の車幅方向の力である横力と、前記車両の上下方向の力である垂直抗力との比として求めるものであって、前記路面摩擦力や横力及び垂直抗力を、車両サスペンション構造体に作用する剪断応力の変化から直接検出する応力検知センサであることを特徴とする、空気圧検知装置を提供する。
【０００９】
ここで、タイヤの空気圧が変化すると、それに応じてタイヤのバネ定数も変化する。このタイヤのバネ定数の変化により、走行路面とタイヤ間で消失される摩擦エネルギーが変動するので、抽出した摩擦エネルギーに基づいてタイヤの空気圧の状態を検知することが出来る。
【００１１】
本願発明の他の好適な実施の形態によれば、応力検知センサは、車両サスペンション構造体に設けられた孔内部に埋設固着されており、孔は、車両サスペンション構造体に存在する応力中心帯に内包される位置にある。
【００１２】
応力中心帯とは、構造体、例えば本願発明ではサスペンション構造体（ステアリングナックル）を指すものであるが、これに複数方向からの外力が作用したときの内部応力の分布を考えた場合、測定を目的とする方向成分の外力による応力のみが存在し、かつそれ以外の方向成分の外力により作用する内部応力の影響が無いか、若しくは極めて小さいような分布帯を示すものである。
【００１３】
本願発明の他の好適な実施の形態によれば、応力検知センサは、車両サスペンション構造体と同等の金属材質若しくはシリコン系材料からなる立方体あるいは平板状の基板の表面に歪検知部が形成されことより構成され、その歪検知部の貼着面が、孔の中心軸に対して垂直な互いに向かい合う二面であって、その中心面に対して面対称となる位置に歪検知部は形成される。
【００１４】
本願発明の他の好適な実施の形態によれば、応力検知センサは、少なくとも二軸の歪検知部により構成され、かつ両者が車両サスペンション構造体に作用する剪断方向に対して互いに４５°の傾きを為して直交する関係にある。
【００１５】
本願発明の他の好適な実施の形態によれば、抽出手段は、車両の前後方向の摩擦エネルギーと左右方向の摩擦エネルギーの少なくとも一方を抽出する。
【００１６】
本願発明の他の好適な実施の形態によれば、検知手段は、予め各路面に応じたタイヤの空気圧と摩擦エネルギーとの関係を記憶しておき、ある一定時間において抽出された摩擦エネルギーの変化量から、現在、車両が走行中の路面状態を推定し、推定された路面状態に応じた記憶された関係に基づいて、抽出された摩擦エネルギーよりタイヤの空気圧を検出する。
【００１７】
本願発明の第２の側面によれば、少なくとも１つのタイヤに対応して設けられた前記第１の側面に係る空気圧検知装置と、タイヤが走行している路面状態を推定する路面推定手段と、各タイヤ及び走行路面に対応して出力される摩擦エネルギーに基づいた各タイヤ毎の空気圧検出値と、予め記憶された各路面毎の空気圧正常時の基準空気圧との差分値を算出する比較手段と、比較手段からの差分値が、下限空気圧よりも低下したことが検知されたときに、車両搭乗者に対して警報報知を行う警報手段とから構成されることを特徴とする、タイヤ状態監視システムを提供する。
【００１８】
このように本願発明によれば、タイヤの振動周波数成分を含む多くの外乱ノイズが混入した車輪速度信号を使用せずに、車両の走行状態を直接的に反映した路面摩擦係数に基づくタイヤ空気圧の検知が可能であるため、より車両の実走行に則した精度の高いタイヤ空気圧の検出が可能となる。しかも、従来例のように、平均化処理や移動平均処理等の煩雑な演算処理を行う必要が一切無く、計測システムの簡素化と計測精度の向上が実現される。
【００１９】
さらに、路面摩擦係数を車両サスペンション構造体に存在する応力中心帯の位置での剪断応力の変化として捉えているので、その他の外乱成分による影響を排除した正確な路面摩擦係数の計測が実現され、タイヤ空気圧の計測精度をより一層向上させることができる。
【００２０】
また、このような空気圧検知装置を使用することによって、従来技術のような共振周波数を算出するに足るだけのデータの蓄製が必要なく、車両走行時においてタイヤ空気圧を逐次監視することができるために、空気圧低下に伴うタイヤバースト等に起因する事故の発生を防止するという面で特に顕著な効果を得ることができる。
【００２１】
本願発明のその他の特徴および利点は、貼付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図示を参照して具体的に説明する。なお、ここに示すのは好ましい実施形態の一例であって、特許請求の範囲はここに示す実施例に限定されるものではない。
【００２３】
図１は、本願発明に係わる空気圧検知装置全体の構成を示した説明図であって、車両の各タイヤ１ａ〜１ｄに対応して、応力検知センサ３ａ〜３ｄが設けられている。応力検知センサ３ａ〜３ｄは、各タイヤ１ａ〜１ｄを支持するサスペンション構造体（ステアリングナックル）２ａ〜２ｄに埋設固着されており、路面とタイヤ間に作用する路面摩擦力および垂直抗力を、ステアリングナックル２ａ〜２ｄに伝達される剪断応力の変化として検知する。応力検知センサ３ａ〜３ｄから出力される応力信号は、増幅回路、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成される公知の電子制御回路（ＥＵＣ）４に入力され、増幅処理を含む所定の信号処理が行われる。この信号処理の結果は表示モニタ５に入力され、表示モニタ５は車両搭乗者に対して各タイヤ１ａ〜１ｄの空気圧の状態を報知する。この表示モニタ５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、１つの警告ランプを設けて、何れか１つのタイヤの空気圧が基準値よりも低下した時にＬＥＤ表示させて、それを警告するようにしても良い。
【００２４】
次に、各タイヤ１ａ〜１ｄを支持するステアリングナックル２ａ〜２ｄに装着される応力検知センサの構成と原理について説明する。図２は、本願発明に係わる空気圧検知装置における応力検知センサ３の構成を示した外観図である。なお、ここでは１輪に対する応力検知センサのみを図示しているが、その他の車輪についても同様の構成を備えているものとし、これ以降の説明において、各符号の添字は省略する。
【００２５】
応力検知センサ３は、たとえばステアリングナックル２と同等の機械的性質を備える金属材料若しくはセラミック系材料からなる平板形状の基体１５と、その表面に形成された抵抗薄膜からなる４個の歪感知部１１，１２，１３，１４とから構成される。ここで歪感知部とは、基体１５にある一方向からの外力が負荷された場合、その外力により発生する内部歪に対応して、歪感知部の抵抗薄膜が変形する事による電気抵抗変動を出力値として検出するものであり、一般的には市販の金属抵抗体若しくは半導体プロセスによる薄膜技術を利用するものが知られているが、それに限るものではない。
【００２６】
なお、歪感知部１１と１２及び１３と１４は、それぞれが基体１５の貼着面の中心線に対して互いに４５°の傾きを為して直交するように配置されている。また、歪感知部１１と１３、１２と１４とは、各々面対称な位置関係を有するように配設されている。さらに、図２には図示していないが、各歪ゲージ１１〜１４の両端には、たとえばＡＩ配線から構成される導体の一端が接続されており、これら導体の他端は、基体１５の外部に設けられるブリッジ回路６に接続されている。
【００２７】
図３は、本願発明に係わる空気圧検知装置における信号処理回路であって、応力検知センサ３の歪感知部１１〜１４は、それぞれ３個の定抵抗素子８と組み合わさって１つのブリッジ回路６を構成している。すなわち、信号処理回路内部には、各歪感知部１１〜１４に対応した４つのブリッジ回路が存在していることとなる。各ブリッジ回路６は、増幅回路７と直流電源９とに接続され、さらに演算回路１０に電気的に接続されている。
【００２８】
ここで、応力検知センサ３に応力が作用することに伴って、歪感知部１１〜１４は、基体１５の面内に生じる歪みを検知する。この歪みにより生じる各歪感知部の微小な抵抗変動は、それに対応するブリッジ回路６によって電圧信号に変換され、さらに増幅回路７を介して応力に比例した電圧信号に増幅される。演算回路１０では、各増幅回路７より出力される電圧信号を総括してロジック演算が処理される。具体的には、演算回路１０は、増幅回路７から出力された各電圧信号を加算あるいは減算するロジック演算手段と、ロジック演算手段により演算された電圧信号を歪み量に換算する歪量換算手段と、さらにその歪量に対応した外力に変換する力演算手段とから構成される。なお、ここでのロジック演算手段としては、剪断応力を算出するための公知の演算手法を採用している。
【００２９】
このような歪感知部の構成を備える応力検知センサを採用することによって、路面摩擦力と垂直抗力の計測が実現され、両者の比を算出することによって、路面摩擦係数を精度良く検出することが可能となる。以下に、その理由について理論的に考察する。
【００３０】
図４は、本願発明に係わる空気圧検知装置における応力検知センサ３のサスペンション構造体への装着例であって、本実施形態では、乗用車に多く用いられるマルチリンク型ダブルウィッシュボーン式サスペンション構造を採用することとした。ステアリングナックル２は、タイヤ１を支持するサスペンション構造体であって、応力検知センサ３は、ステアリングナックル２に形成された孔４０、４１、４２に対し、それぞれ所定の位置と所定の姿勢で埋設固着される。
【００３１】
いま、車両の進行方向に平行な軸をｘ、タイヤの軸芯方向、すなわち車幅方向に平行な軸をｙ、ｘ軸とｙ軸の双方に直交する軸をｚと仮想すると、車両の走行時には、タイヤ２と路面との間の接地面を力点とした路面摩擦力Ｆ（ｘ軸方向）、垂直抗力Ｎ（ｚ軸方向）、および横力Ｓ（ｙ軸方向）がベクトル的に合算された状態で、ステアリングナックル２に同時に作用する。これら各軸方向の力のうち、例えば路面摩擦力Ｆのみを剪断応力として分離測定しようとする場合、図４に示すように応力検知センサ３を設置すればよい。すなわち、ｘ軸方向に沿って孔４０をステアリングナックル２に設け、その内部に、基体１５の歪感知部１１〜１４が形成された面をｘ−ｙ平面に対して並行となるような姿勢で、応力検知センサ３を内蔵すればよい。
【００３２】
一方、垂直抗力Ｎを剪断応力として分離測定しようとする場合には、図４に示したように、ｚ軸方向に沿って孔４１を設け、その内部に、基体１５の歪感知部１１〜１４が形成された面をｙ−ｚ平面に対して並行となるような姿勢で、応力検知センサ３を内蔵すればよい。また、横力Ｓに対しても同様にして、ｙ軸方向に沿って孔４２を設け、その内部に、基体１５の歪感知部１１〜１４が形成された面をｙ−ｚ平面に対して並行となるような姿勢で、応力検知センサ３を内蔵すればよい。
【００３３】
次に、応力検知センサ３の固定位置に関してであるが、孔４０、４１及び４２は、それぞれがステアリングナックル２に存在する応力中心帯を内包する位置に形成されており、応力検知センサ３は、応力中心帯と一致するか、あるいはその近傍に配設されている。ここで応力中心帯とは、ステアリングナックル２に同時且つ複数の方向から外力が作用した時の内部応力の分布を考えた場合、測定を目的とする方向の外力による応力成分が存在し、且つそれ以外の方向の外力に作用する内部応力の影響が無いか若しくは極めて小さいような分布帯であると定義される。この応力中心帯を求めるに際しては、たとえば計算力学的手法の一つとされる有限要素法を用いたＦＥＭ（ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ）解析を利用する手法が一般的である。すなわち、ステアリングナックル２に作用する各軸方向の力が単独で作用した場合の剪断応力分布図をＦＥＭ解析によって求め、たとえば路面摩擦力Ｆのみを計測しようとする場合においては、ｘ−ｙ平面におけるその他の方向力（垂直抗力Ｎや横力Ｓ）による応力分布図を重ね合わせて、両外力による剪断応力が共に最小である範囲を決定し、その決定範囲と、ｘ−ｙ平面における路面摩擦力Ｆによる剪断応力分布図とを照合して、路面摩擦力Ｆによる剪断応力のみが最大に検知される最適位置を含むように決定すればよい。垂直抗力Ｎを計測する場合においても、対象となる平面をｙ−ｚ方向に変更することで、同様の手法により最適位置が決定される。すなわち、ｙ−ｚ平面における他の方向力（路面摩擦力Ｆや横力Ｓ）による応力分布図を重ね合わせて、両外力による剪断応力が共に最小である範囲を決定し、その決定された範囲と、ｙ−ｚ平面における垂直抗力Ｎによる剪断応力分布図とを照合して、垂直抗力Ｎによる剪断応力のみが最大に検知される最適位置を含むように決定すればよい（特開平７−３５６３２号公報参照）。
【００３４】
このようにして応力検知センサ３の装着位置及び姿勢を決定する事によって、測定すべき方向の力以外の外力による影響を良好に解消でき、干渉誤差の少ない剪断応力の測定、換言すると路面摩擦力Ｆと垂直抗力Ｎを直接検出することができ、両者の比を演算することによって、高精度な縦路面摩擦係数の計測を実現することが可能となる。また同様にして、横力Ｓと垂直抗力Ｎを直接検出して、両者の比を演算することによって、高精度な横路面摩擦係数の計測を実現することができる。さらに、材料力学の応力分布の観点から、剪断応力はそれに作用する構造体の同一断面内において一様に分布する事が公知であることから、このような剪断応力を計測対象として選定することで、力点とは異なるステアリングナックル２に応力検知センサ４を配設しても、その計測精度をより一層向上させることが出来る。
【００３５】
なお、本実施形態では、２つの応力検知センサを採用することにより、路面摩擦力Ｆと垂直抗力Ｎのそれぞれを検出するようにしたが、たとえば図５に示すような立方体形状の基体１６を備える応力検知センサ３０を用いて、歪感知部１１〜１４をｘ−ｙ平面及びｙ−ｚ平面に並行な各面にそれぞれ構成することによって、１つの応力検知センサで路面摩擦力Ｆと垂直抗力Ｎを検出するようにしてもよい（特開平４−３３１３３６号公報参照）。
【００３６】
図６は、本願発明に係わるタイヤ状態監視システムのＥＣＵ４で実現される回路ブロック図であって、このタイヤ状態監視システムは、システム全体を制御するＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｕｎｉｔ）２１、ＣＰＵ２１のワークメモリとして用いられるＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）２２、各種プログラムやデータ等が格納されたＲＯＭ（ｒｅａｄｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）２３、およびＣＰＵ２１とセンサやモニタなどの入出力機器との間の信号授受を制御するインターフェイス２４を備えている。インターフェイス２４は、入力されるアナログ信号をディジタル信号に変換する機能や、出力するディジタル信号をアナログ信号に変換する機能などを有しており、インターフェイス２４には、車両のタイヤと走行路面との間に作用する路面摩擦力Ｆに比例した電圧信号を出力する路面摩擦力センサ３１と、垂直抗力Ｎに比例した電圧信号を出力する垂直抗力センサ３２と、車両搭乗者にタイヤ状態を報知する表示モニタ５とが接続されている。なお、ここでの路面摩擦力センサ３１及び垂直抗力センサ３２については、前述した応力検知センサ３と同様の構成を備えるものである。
【００３７】
図７は、ＣＰＵ２１がＲＯＭ２３に格納されたプログラムに基づいて動作する事により実現される仮想的な回路ブロック図であって、ＣＰＵ２１は、μ演算手段２５、Ｅ演算手段２６、路面状況判別手段２７、基準値Ｅ_０選定手段２８、空気圧異常検知手段２９を実現している。これらの回路は、車両のイグニッションスイッチがＯＮ状態に移行することにより、ＣＰＵ２１がＲＯＭ２３に格納されているプログラムを実行することによって実現される。
【００３８】
μ演算手段２５は、路面摩擦力センサ３１及び垂直抗力センサ３２からインターフェイス２４を介して入力された路面摩擦力Ｆと垂直抗力Ｎとに基づいて、路面摩擦係数μ＝Ｆ／Ｎを演算する。
【００３９】
Ｅ演算手段２６は、ある一定区間内における路面摩擦力センサ３１からの路面摩擦力Ｆ、及び垂直抗力センサ３２からの垂直抗力Ｎに基づいて、摩擦エネルギーＥ＝Σμを演算する。具体的には、摩擦エネルギーＥは、μ演算手段２５から得られる路面摩擦係数μを、予め定められた時間範囲内で積分することにより求められる。ここで、路面摩擦係数μの積分は、路面摩擦力Ｆと垂直抗力Ｎとをディジタルデータとして処理する場合、たとえば所定時間毎に路面摩擦力Ｆと垂直抗力Ｎの比を演算し、それらを累積加算することにより実現できる。なお、予め定められた時間範囲としては、たとえば３００ｍ秒が選択される。
【００４０】
路面状況判断手段２７は、路面摩擦力センサ３１及び垂直抗力センサ３２から得られる路面摩擦力Ｆと垂直抗力Ｎとに基づいて、路面の滑り易さ状況を検知し、路面識別信号を生成する。具体的には、μ演算手段２５から得られる路面摩擦係数μに対し、予め定められた閾値ａと比較することによって、その大小関係から路面状況が識別される。閾値ａとしては、たとえば走行路面の状況に応じて高μ用ａ１、中μ用ａ２、および低μ用ａ３の３種類の所定値が予め実験的に求められており、ＲＯＭ２３に格納されている。ここで、高μ用の閾値ａ１は中μ用の閾値ａ２よりも大きく、中μ用の閾値ａ２は低μ用の閾値ａ３よりも大きいという関係を有している。なお、ここでの高μ路面とは、乾燥したアスファルト路面に相当し、中μ路面とは降雨等によって濡れたアスファルト路面若しくは濡れたコンクリート路面を、低μ路面とは氷雪路や凍結路面を意味するものである。
【００４１】
ところで、路面摩擦係数μは路面の滑り易さの状態を定量的に示した唯一のパラメータであることは周知の通りである。したがって、路面状況判断手段２７において、路面摩擦係数μと上述の閾値ａとの大小関係を比較することによって、現在走行中の路面状況が高μ路面、中μ路面あるいは低μ路面の何れの状態にあるかを判断することができる。以下に、図８を用いてその動作について詳細に説明する。いま、車両が走行している路面が、乾燥アスファルト路、湿潤アスファルト路、凍結路と時系列的に変化し、最後に再び乾燥アスファルト路に戻るというように設定する。このような路面における路面摩擦係数μは、図８に示すように路面状況に応じて変化する。ここで、区間Ａにおける路面摩擦係数μが高μ用の閾値よりも十分大きいことから、現在走行中の路面状態が高μであるとして、高μ路面識別信号を出力する。また、区間Ｂにおいては、路面摩擦係数μが中μ用閾値とほぼ一致することから、走行路面が中μ状態であるとして、中μ路面識別信号を出力する。次に区間Ｃにおいては、路面摩擦係数μは低μ用閾値よりも小さいことから、走行路面が低μ状態にあると判断して、低μ路面識別信号を出力する。最後に、区間Ｄにおいては、路面摩擦係数μは高μ用閾値よりも十分に大きな値を示しているので、区間Ａと同様に高μ路面識別信号を出力する。なお、路面摩擦係数μが、高μ用閾値と中μ用閾値との間、若しくは中μ用閾値と低μ用閾値との間に存在した場合は、両者の閾値に対してより値が近い方の路面の閾値を選択して、それに対応した路面識別信号を出力すればよい。また、本実施例では、３種類の路面に対して閾値ａをそれぞれ設定することとしたが、圧雪路面やアイスバーン等さらに複数種類の路面状況を細かく設定して、その設定された路面状況に応じた閾値ａを決定するという構成にしても良い。
【００４２】
基準値Ｅ_０選定手段２８は、路面状況判断手段２７から出力された路面識別信号に基づいて、基準値Ｅ_０を選定する。ここで基準値Ｅ_０は、各路面μにおけるタイヤ空気圧正常状態での摩擦エネルギーに相当する。基準値（摩擦エネルギー）Ｅ_０とタイヤ空気圧との間には、図９に示すような比例関係が存在しており、路面の状況に応じてその関係式が変化することが実験的に確認されている。通常の車両走行時における正常タイヤ空気圧は約１．９〜２．０ｋｇｆ／ｃｍ^２であるから、路面状況判断手段２７からの路面識別信号に応じて基準値Ｅ_０とタイヤ空気圧との関係式を選択して、該当する路面μに応じた関係式より基準値Ｅ_０を算出する。
【００４３】
また、基準値Ｅ_０選定手段２８は、路面状況判断手段２７から出力された路面識別信号に基づいて、限界偏差ΔＥを出力する。限界偏差ΔＥは、正常な空気圧状態での摩擦エネルギー（基準値Ｅ_０）と、これ以上空気圧の低下が進行するとタイヤバーストを招くなどして正常な車両運動を維持できない危険な状況での摩擦エネルギーとの較差であって、限界偏差ΔＥも路面の状況に応じて変化するが、一般的には基準値Ｅ_０の４０％程度までであると言われている。
【００４４】
空気圧異常検知手段２９は、路面摩擦力センサ３１及び垂直抗力センサ３２とに基づいて検出された摩擦エネルギーＥと、路面状況判断手段２７からの路面識別信号に基づいて演算される基準値Ｅ_０と、路面状況判断手段２７からの路面識別信号に基づいて決定される限界偏差ΔＥとに基づいて、表示モニタ５を動作させる。具体的には、Ｅ演算手段２６からの摩擦エネルギーＥと、基準値Ｅ_０選定手段２８において選定された路面状態に応じた基準値Ｅ_０との偏差値Ｅ_０−Ｅが、基準値Ｅ_０選定手段２８からの限界偏差ΔＥより小さい値となった場合、タイヤ空気圧の低下が進行してタイヤバーストを生じる危険性の高い状況であると判断して、車両搭乗者にその異常を警報報知する。さらに、空気圧異常検知手段２９は、タイヤ空気圧の低下を検知して作動した表示モニタ５を、空気圧補充やタイヤ交換等の対応によって、異常原因が取り除かれるまで（偏差値Ｅ_０−Ｅが限界偏差ΔＥよりも十分大きくなるまで）、その作動を保持する。
【００４５】
すなわち、μ演算手段２５は、路面摩擦力センサ３１及び垂直抗力センサ３２から得られる路面摩擦力Ｆと垂直抗力Ｎとの比である路面摩擦係数μを演算する路面摩擦係数演算手段を構成している。Ｅ演算手段２６は、予め定められた範囲内の路面摩擦係数μの時間積分値を演算する摩擦エネルギー演算手段を構成している。路面状況判断手段２７は、路面摩擦係数演算手段からの路面摩擦係数μと、路面の種類毎に選定された閾値ａとの大小関係により、路面の滑り易さを判別する路面比較手段を構成している。基準値Ｅ_０選定手段２８は、路面比較手段により選定された路面の滑り易さに応じた基準値Ｅ_０を演算する基準摩擦エネルギー演算手段を構成している。さらに基準値Ｅ_０選定手段２８は、路面の滑り易さの状態に応じた限界偏差ΔＥを演算する限界偏差演算手段を構成している。空気圧異常検知手段２９は、摩擦エネルギー演算手段より得られた摩擦エネルギーＥに基づき表示モニタ５の動作を制御する表示モニタ制御手段を構成している。さらに空気圧異常検知手段２９は、一度作動した警告報知を補修処理などによって異常原因が取り除かれるまで支持する警告報知保持手段を構成している。
【００４６】
次に、上記タイヤ状態監視システムの動作を説明する。車両のイグニッションスイッチがＯＮされると、空気圧異常検知手段２９が、Ｅ演算手段２６からの摩擦エネルギーＥを逐次監視し、摩擦エネルギーＥと基準値Ｅ_０との偏差Ｅ_０−Ｅが限界偏差ΔＥまで減少した時点で、表示モニタ５を制御して車両搭乗者にタイヤ空気圧低下の異常発生を、たとえば警告灯を点灯させるなどして警報報知する。なお、基準値Ｅ_０及び限界偏差ΔＥは、路面状況判断手段２７からの路面識別信号に応じて基準値Ｅ_０選定手段２８により決定され、その値は、走行路面の状況が変化するなどして異なる路面識別信号が出力されるまで、ＲＯＭ２３に保存される。
【００４７】
さらに、空気圧異常検知手段２９が、Ｅ演算手段２６からの摩擦エネルギーＥを逐次監視し、摩擦エネルギーＥと基準値Ｅ_０との偏差Ｅ_０−Ｅが限界偏差ΔＥよりも大きくなった時点で、表示モニタ５を制御して車両搭乗者に異常の解消を、たとえば警告灯を消灯させるなどして報知する。
【００４８】
以降、上記のようなタイヤ状態の監視を、イグニッションスイッチがＯＦＦされるまで繰り返される。
【００４９】
尚、本実施形態では、路面摩擦力センサ３１及び垂直抗力センサ３２からインターフェイス２４を介して入力される路面摩擦力Ｆと垂直抗力Ｎとに基づいて、車両の進行方向に対する縦路面摩擦係数μを用いる構成としたが、路面摩擦力センサ３１の代わりに応力検知センサ３から構成される横力センサ３３を用いても良い。すなわち、横力センサ３３からインターフェイス２４を介して入力される横力Ｓと垂直抗力Ｎとに基づいて、横路面摩擦係数μｓ＝Ｓ／Ｎを演算する。横路面摩擦係数μｓとタイヤ空気圧との間にも、前述した路面摩擦係数μと同様な関係が成立することが試験的に判明しているので、路面摩擦係数μの代わりに横路面摩擦係数μｓを置き換えて同様の処理を実現する事によって、タイヤ空気圧を随時監視し、必要に応じて車両搭乗者に警報報知することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係わる空気圧検知装置の構成を示した概略図である。
【図２】本願発明に係わる空気圧検知装置における応力検知センサの外観図である。
【図３】本願発明に係わる空気圧検知装置における信号処理回路図である。
【図４】本願発明に係わる空気圧検知装置における応力検知センサの配置説明図である。
【図５】本願発明に係わる空気圧検知装置における別の実施形態での応力検知センサの外観図である。
【図６】本願発明に係わるタイヤ状態監視システムにおける回路ブロック図である。
【図７】本願発明に係わるタイヤ状態監視システムに備えられたＣＰＵにより実現される仮想的な回路ブロック図である。
【図８】路面状況に対する路面摩擦係数の時系列変化を示すグラフである。
【図９】正常状態における摩擦エネルギーとタイヤ空気圧との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１タイヤ
２サスペンション構造体（ステアリングナックル）
３応力検知センサ
４電子制御回路（ＥＣＵ）
５表示モニタ
２１ＣＰＵ
２２ＲＡＭ
２３ＲＯＭ
２４インターフェイス
２５ μ演算手段
２６Ｅ演算手段
２７路面状況判断手段
２８基準値Ｅ_０選定手段
２９空気圧異常検知手段
３１路面摩擦力センサ
３２垂直抗力センサ

Claims

車両の自然定常走行時において、
路面とタイヤ間に作用する路面摩擦係数を含んだ信号を出力する出力手段と、
前記路面とタイヤ間に作用する路面摩擦係数を含む信号から、車両が走行する路面に応じて損失される摩擦エネルギーを抽出する抽出手段と、
前記摩擦エネルギーに基づいて、前記タイヤの空気圧の状態を検知する検知手段とを備え、
前記出力手段は、
前記路面とタイヤ間に作用する路面摩擦係数を、前記車両の車輪進行方向の力である路面摩擦力若しくは前記車両の車幅方向の力である横力と、前記車両の上下方向の力である垂直抗力との比として求めるものであって、
前記路面摩擦力や横力及び垂直抗力を、車両サスペンション構造体に作用する剪断応力の変化から直接検出する応力検知センサであることを特徴とする空気圧検知装置。
前記応力検知センサは、
前記車両サスペンション構造体に設けられた孔内部に埋設固着されており、
前記孔は、前記車両サスペンション構造体に存在する応力中心帯に内包される位置にあることを特徴とする、請求項１に記載の空気圧検知装置。
前記応力検知センサは、
前記車両サスペンション構造体と同等の金属材質若しくはセラミック系材料からなる立方体あるいは平板状の基板の表面に歪検知部が形成されることより構成され、
その歪検知部の貼着面が、前記孔の中心軸に対して垂直な互いに向かい合う二面であって、その中心面に対して面対称となる位置に前記歪検知部が形成されることを特徴とする、請求項２に記載の空気圧検知装置。
前記応力検知センサは、
少なくとも二軸の歪検知部により構成され、かつ両者が前記車両サスペンション構造体に作用する剪断方向に対して互いに４５°の傾きを為して直交する関係にあることを特徴とする、請求項２または３に記載の空気圧検知装置。
前記抽出手段は、
車輌の前後方向の摩擦エネルギーと左右方向の摩擦エネルギーとの少なくとも一方を抽出することを特徴とする、請求項１に記載の空気圧検知装置。
前記検知手段は、
予め各路面に応じた前記タイヤの空気圧と摩擦エネルギーとの関係を記憶しておき、
ある一定時間において抽出された摩擦エネルギーの変化量から、現在、車両が走行中の路面状態を推定し、
前記推定された路面状態に応じた前記記憶された関係に基づいて、抽出された摩擦エネルギーより前記タイヤの空気圧を検出することを特徴とする、請求項１に記載の空気圧検知装置。
少なくとも１つのタイヤに対応して設けられた請求項１〜請求項６の何れかに記載の空気圧検知装置と、
前記タイヤが現在走行している路面状態を推定する路面推定手段と、
前記各タイヤ及び走行路面に対応して出力される摩擦エネルギーに基づいた各タイヤ毎の空気圧検出値と、予め記憶された各路面毎の空気圧正常時の基準空気圧との差分値を算出する比較手段と、
前記比較手段からの差分値が、下限空気圧よりも低下したことが検知されたときに、前記車両搭乗者に対して警報報知を行う警報手段と、を備えることを特徴とするタイヤ状態監視システム。