JP4444340B2 - 空気圧低下検出方法におけるパラメータの設定方法 - Google Patents

Description

本発明は空気圧低下検出方法におけるパラメータの設定方法に関する。さらに詳しくは、走行する車両の運動解析シミュレーションにより前記パラメータの設定を行う、空気圧低下検出方法におけるパラメータの設定方法に関する。

車両に装着された車輪の回転速度を用いて、タイヤの空気圧が低下しているか否かを間接的に検出する方法がある（例えば、特許文献１〜２参照）。従来、このような検出方法を実用化するに際しては、実車テストを実施することにより、かかる検出方法に用いられているロジックの検証及び変数（パラメータ）の最適化を含む適合作業と呼ばれる作業を行っていた。すなわち、空気圧低下検出装置を搭載する予定の開発車両を入手し、テストコースなどを走行させる実車テストを実施することで、４輪各輪の車輪回転速度、横Ｇ、ヨーレート、ステアリングアングル、ホイールトルクなどの各種センサ情報などの情報（空気圧低下検出に必要な情報）を得ていた。そして、得られたテストデータを解析することで車両ごとの適合作業を行っていた。

特開２００５−１４１９号公報 特開２００６−１２９８号公報

しかしながら、実車テストは、開発車両自体が必要であるため、当該開発車両の完成を待つ必要があり、また、テスト車両の数やテストの実施期間が制限されるなどの制約がある。また、実際にテストドライバーによってテストを実施するため、人件費、車両管理費、燃料費などの多大な費用が掛かるとともに、計測準備、データ解析などの多岐にわたる膨大な工数と長期に及ぶ開発期間を要するという問題もある。さらに、すでに適合作業を終えた開発車両がマイナーチェンジを行った場合、このマイナーチェンジをした開発車両による新たな実車テストを実施する必要があり、１種類の開発車両について適合作業が完了するまでには、多くのコストと時間を要していた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、空気圧低下検出方法に用いられるパラメータを選定するに際し、実車によるテストを解消又は削減することができる空気圧低下検出方法におけるパラメータの設定方法を提供することを目的としている。

本発明のタイヤ空気圧低下検出方法におけるパラメータの設定方法（以下、単に「設定方法」ともいう）は、４輪車両に装着したタイヤから得られる車輪回転速度に基づいてタイヤ空気圧の低下を検出するタイヤ空気圧低下検出方法におけるパラメータの設定方法であって、
サスペンション部材を含む車両モデルを作成する車両モデル作成ステップと、
タイヤモデルを作成するタイヤモデル作成ステップと、
タイヤと路面との間の摩擦係数を入力するステップと、
前記タイヤモデルが装着された車両モデルの走行シミュレーションを行うシミュレーションステップと
を含んでおり、
前記シミュレーションステップにおいて得られる４輪各輪のタイヤの車輪回転速度に基づいて、当該タイヤの空気圧が低下しているか否かを判定するための判定パラメータを設定し、
前記車輪回転速度は、少なくともタイヤと路面間のスリップと、荷重負荷によるタイヤ半径の変化とを考慮して得られるものであり、
前記シミュレーションステップにおいて、さらに、異なる特性のタイヤが装着されていることを判定するタイヤ混用判定パラメータを、前記車輪回転速度に基づいて算出し、且つ、
車両の走行条件を変えて前記走行シミュレーションを実行することにより、前記タイヤ混用判定パラメータの精度確認を行うことを特徴としている。

本発明の設定方法では、作成したタイヤモデルを装着した車両モデルの走行シミュレーションを行うことで４輪各輪のタイヤの車輪回転速度を得ている。そして、この車輪回転速度に基づいて、当該タイヤの空気圧が低下しているか否かを判定するための判定パラメータを設定するので、実車テストを行うことなくタイヤの減圧判定に必要なパラメータを得ることができる。したがって、実車テストに要していたコストや時間を大幅に削減することができる。

また、前記車輪回転速度を、少なくともタイヤと路面間のスリップと、荷重負荷によるタイヤ半径の変化とを考慮して得られるものとし、
前記シミュレーションステップにおいて、さらに、異なる特性のタイヤが装着されていることを判定するタイヤ混用判定パラメータを、前記車輪回転速度に基づいて算出しているので、タイヤが実際に減圧していないにもかかわらずタイヤ減圧であると判定する誤判定を防止するのに用いられるタイヤ混用判定パラメータを実車テストを行うことなく得ることができる。
また、車両の走行条件を変えて前記走行シミュレーションを実行することにより、前記タイヤ混用判定パラメータの精度確認を行っているので、種々の走行条件下において走行シミュレーションを実行することで、タイヤ混用判定パラメータの精度を高めることができ、タイヤ空気圧低下方法の耐誤報性（警報すべき空気圧の低下が起こっていない場合に誤報を出さないこと）を向上させることができる。

前記車両モデルを、車両重心位置、車両慣性モーメント、ホイールベース長さ、車両前後輪の各トラック幅、車両重量、サスペンションのスプリングバネ特性、ダンパー減衰特性、及びロールセンター高さを含む車両の特性値により作成することができる。
前記タイヤモデルを、タイヤの前後力、横力、アライニングモーメント、及びキャンバースラストを含むタイヤの特性値により作成することができる。

本発明の設定方法によれば、空気圧低下検出方法に用いられるパラメータを設定するに際し、実車によるテストを解消又は削減することができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の設定方法の実施の形態を詳細に説明する。
車輪の回転角速度から間接的にタイヤの減圧を検出するタイヤ空気圧低下検出装置（ＤＷＳ）は、車両に搭載されている制御ユニットなどの制御手段に含まれる記憶部に予め記憶されているプログラムを実行することにより、タイヤが減圧しているか否かを判定するものであるが、車両の種類やタイヤサイズなどによって当該プログラムに使用される各種パラメータを決定する作業（適合作業）が必要である。かかる適合作業で決定すべきパラメータを従来は実車テストにより得られるデータを解析することで得ていたが、本発明では、シミュレーションによりデータを得、このデータを解析することで前記パラメータを獲得している。

ＤＷＳに要される性能は大きく２つある。一つは、警報すべき空気圧低下を確実に警報する警報性能と、もう一つは、警報すべき空気圧の低下が起こっていない場合、すなわち、後述する車両の偏荷重や車両の急旋回などの理由により車輪の回転速度が正常内圧時よりも速くなったりした場合に誤報を出さない耐誤報性能である。
本発明では、シミュレーションにより仮想の実車テストを実施することで、前記パラメータの設定及び性能確認からなる適合作業を行っている。

図１は、本発明の一実施の形態に係る設定方法を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１において、開発車両用の空気圧低下検出装置のプログラムを設計する。タイヤの空気圧低下検出（警報）装置は、タイヤが減圧すると正常内圧のタイヤより外径（タイヤの動荷重半径）が減少するため、他の正常なタイヤに比べると回転角速度が増加するという原理を用いている。そして、タイヤが減圧しているか否かを判断するのに用いる判定値ないしは判定式として、従来、種々のものが提案されている。例えば、タイヤの回転角速度の相対的な差から減圧を検出する場合の判定値（ＤＥＬ）として
ＤＥＬ＝{（Ｆ１＋Ｆ４）／２−（Ｆ２＋Ｆ３）／２}／{（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４）／４}×１００（％）・・・・・・（１）
を用いることができる。ここで、Ｆ１〜Ｆ４は、それぞれ前左タイヤ、前右タイヤ、後左タイヤ及び後右タイヤの回転角速度である。空気圧低下検出装置では、得られた判定値を所定の閾値（例えば、或るタイヤが３０％減圧しているときのＤＥＬ）と比較して、判定値がこの閾値を超えているときにタイヤが減圧していると推定し、警報を発する。本発明では、このような判定値及びそれを求めるプログラム、並びに減圧判定の閾値について特に限定されるものではなく、４輪各輪のタイヤの回転角速度を用いてタイヤの減圧を判定するものであるかぎり、従来のロジックないしはプログラムなどを適宜用いることができる。

ついで、ステップＳ２において、シミュレーション用の開発車両モデル及びタイヤモデルの作成を行う。後述する走行シミュレーションを実行するに際し、開発車の車両モデルを作成する必要があるが、４輪車両に装着したタイヤの回転速度に基づいてタイヤの減圧を判定する間接式タイヤ空気圧低下検出装置では、通常、車両重心位置、車両慣性モーメント、ホイールベース長さ、車両前後輪の各トラック幅、車両重量（車両バネ上重量、車両バネ下重量）、サスペンションのスプリングバネ特性、ダンパー減衰特性、及びロールセンター高さを含む車両の特性値を入力することで車両モデルを作成することができる。ただし、使用するソフトによっては、車両のボディー形状と材料物性をモデル化し、これらを入力することでシミュレーションを実施することも可能である。例えば、サスペンションの場合、有限要素法により当該サスペンションの形状をそのままモデルとして再分割したり、実物と全く同一の機構モデルを表現したりすることも可能であり、これらの方法では、部品個々の形、すなわち形状情報をベースにしてモデルが作成される。また、形状情報とともに用いられる部品材料値として、有限要素法を用いて金属材料を対象とする場合、弾性率、ポアソン比及び密度などをあげることができる。

なお、サスペンションの動特性を車両運動解析シミュレーションで表現するための値としては、前記サスペンションのスプリングバネ特性、ダンパー減衰特性、及びロールセンター高さ以外に、例えば車両バネ下重量、タイヤ・ホイールを含めた車軸慣性モーメント、ブッシュ部の弾性特性に関連する各種の変化量（車軸が上下方向に移動したときの前後方向の変化量［ｍｍ／ｍｍ］、ブレーキがかかったときにタイヤに負荷される上下方向の力［Ｎ／Ｎ］、タイヤに横力が負荷されたときのトウ角変化量［Ｄｅｇ／Ｎ］、タイヤに横力が負荷されたときの操舵角変化量［Ｄｅｇ／Ｎ］、タイヤにアライニングトルクが負荷されたときの操舵角変化量［Ｄｅｇ／Ｎ・ｍ］、タイヤに縦力が負荷されたときのホイール中心の縦方向変化量［ｍｍ／Ｎ］、タイヤに縦力が負荷されたときのキャンバー角変化量［Ｄｅｇ／Ｎ］、タイヤにアライニングトルクが負荷されたときの傾斜角変化量［Ｄｅｇ／Ｎ・ｍ］、タイヤに横力が負荷されたときのホイール中心横変化量［ｍｍ／Ｎ］、トウ角と上下変位の関係［Ｄｅｇ／ｍｍ］、キャンバー角と上下変位の関係［Ｄｅｇ／ｍｍ］）をあげることができる。使用するソフトに応じて、これらの値を適宜用いることができる。

ついでタイヤモデルを作成する。このタイヤモデルは、タイヤの前後力（前後スリップ［％］に対する前後力［Ｎ］）、横力（コーナリングフォース、スリップ角［Ｄｅｇ］に対する横力［Ｎ］）、アライニングモーメント（ＳＡＴ、スリップ角に対するモーメント）、キャンバースラストからなるタイヤ特性値を数値入力することで作成することができる。これら特性値としては、例えば室内における試験結果のデータを用いることができる。また、車両モデルの場合と同様に、タイヤ自体を、内部構造を伴った形状のままにモデル化（例えば、有限要素法によるモデル化やバネと質量からなるモデル化）することも使用するソフトによっては可能である。

また、タイヤの半径は当該タイヤに負荷される鉛直方向の荷重の大きさにより変化することから、この特性を表現するものとして負荷荷重に対する半径の変化を表現できるデータ又は式が入力される。さらに、本実施の形態では、異なる特性のタイヤが装着されていることを判定するタイヤ混用判定パラメータを得るために、タイヤと路面との間の摩擦係数が入力される。

ついで、ステップＳ３において、ステップＳ２において作成されたタイヤモデルを装着した車両モデルを走行させるシミュレーションが実行される。この走行シミュレーションによって、タイヤのスリップと、荷重負荷によるタイヤ半径の変化を考慮した４輪各輪の車輪回転速度を得ることができる。そして、この車輪回転速度に基づいて、タイヤが減圧しているか否かを判定するためのパラメータ（判定パラメータ）を、例えば前述した式（１）を用いて算出することができる。なお、エンジンのトルク特性やトルクコンバーターの特性など、シミュレーションツールで入力することができる特性がある場合は、シミュレーションの精度を向上させるために、かかる特性を入力するのが好ましい。

また、前述した耐誤報性能に関連したパラメータとして、車両が旋回しているときの減圧判定値（ＤＥＬ）の補正を行う補正パラメータ、異なる特性のタイヤが一台の車両に混用されている状態（例えば、４輪のうち１輪だけが新品であり、残りは或る程度磨耗が進んだものである状態）を判定するタイヤ混用判定パラメータ、車両の荷重状態が偏っていること（例えば、車両の荷重状態が右、又は左に偏っていること）を判定する偏荷重状態判定パラメータなどがあるが、これらのパラメータがシミュレーションにより得られるデータに基づいて算出される。

車両旋回時に得られる減圧判定値（ＤＥＬ）の補正に関連するパラメータとして、旋回補正係数がある。この旋回補正係数は、車両旋回時に生じる減圧判定値（ＤＥＬ）のズレを補正するための係数であり、補正後の減圧判定値（ＤＥＬ）である補正ＤＥＬは
補正ＤＥＬ＝ＤＥＬ＋旋回補正係数×横Ｇ・・・・・・（２）
で求めることができる。図５は、旋回によるＤＥＬのズレ及びその補正を説明しており、横軸は横Ｇを示しており、縦軸はＤＥＬを示している。旋回走行シミュレーションを実施し、いくつかの横Ｇが発生したときの減圧判定値（ＤＥＬ）を４輪各輪の車輪回転速度から算出し、横Ｇと減圧判定値（ＤＥＬ）との関係から旋回補正係数を算出することができる。補正をしない場合、旋回の程度が大きくなると、タイヤが減圧していないにもかかわらずＤＥＬは警報閾値を超えるが、横Ｇに比例してＤＥＬの補正量を大きくすることにより、誤報を防ぐことができる。

また、タイヤ混用判定パラメータは、例えば次のようにして算出することができる。４輪のうち１輪だけが新品タイヤで残りが磨耗タイヤである場合、１輪のみ新品時のタイヤ特性を表すデータを入力し、残りの３輪は磨耗した状態のタイヤ特性を表すデータを入力する。そして、このタイヤデータに基づいて走行シミュレーションを行い、得られる４輪各輪の車輪回転速度からタイヤ混用時を判別するパラメータを算出することができる。具体的には、タイヤの磨耗の程度により、トルクに対する路面との摩擦力に差が生じることを利用して算出することができる。駆動輪の左右輪の回転比が、車軸にかかるトルク又は速度に対して変化するならばタイヤ混用であると判断することができる。また、前述した式（１）により得られるＤＥＬ、前輪と後輪の回転速度比に基づくＤＥＬ、及び左側車輪と右側車輪の回転速度比に基づくＤＥＬの３つを比較することによりタイヤ混用であるか否かの判断をすることもできる。

さらに、偏荷重状態判定パラメータは、例えば、車両の荷重状態が右に偏った場合、想定する荷重状態に合うように車両データに荷重を負荷して走行シミュレーションを行い、得られる４輪各輪の車輪回転速度からパラメータを算出することができる。具体的には、前述した式（１）により得られるＤＥＬ、前輪と後輪の回転速度比に基づくＤＥＬ、及び左側車輪と右側車輪の回転速度比に基づくＤＥＬの３つを比較することにより偏荷重かどうかを判断することができる。
なお、車両運動解析をすることができるシミュレーションソフトとしては、例えば“Ａｄａｍｓ”（商品名）、“ｖｅＤＹＮＡ”（商品名）、“ＣａｒＳｉｍ”（商品名）、“ＬＳ−ＤＹＮＡ”（商品名）など、自動車業界において多用されているシミュレーションソフトを適宜用いることができ、車両運動解析が可能であるかぎり、本発明において特に限定されるものではない。

ついで、ステップＳ４において、耐誤報性能を確認するためのシミュレーションが実行される。ステップＳ３において、誤報を防ぐための各種パラメータ（補正パラメータ、タイヤ混用判定パラメータ及び偏荷重状態判定パラメータ）を算出しているが、車両の走行条件を種々変更させて走行シミュレーションを実行することにより、前記パラメータの精度確認が行われる。

補正パラメータについては、旋回が多いコースを走行させることにより、設定した補正パラメータにより誤報が回避できるか否かの確認を行うことができる。
また、タイヤ混用時に誤報が生じやすいのは、地面に車両の駆動力が大きく伝わるときであり、その一例がトレーラーの牽引時である。このときにタイヤが混用されていると誤報が生じ易くなる。山岳路を走行するときも同様であり、登坂するためには地面に駆動力を大きく伝える必要があることから、タイヤ混用時では路面との摩擦力がタイヤにより異なるために誤報が生じることがある。したがって、登坂コース走行及びトレーラー牽引走行をシミュレーションすることにより、タイヤ混用判定パラメータの精度確認を行うことができる。

そして、ステップＳ５において、走行条件を変えたシミュレーションにより耐誤報性能に関して所定の精度（例えば、車両が経験するであろう所定の走行条件下において、誤報が生じない）が得られたか否かの判断を行い、所定の精度が得られた場合は、ステップＳ６に進み、開発車両用の空気圧低下検出装置のプログラム及び各種パラメータを決定し、一方、所定の精度が得られない場合は、ステップＳ７において、減圧判定のロジック及び／又はパラメータの変更を行い、ステップＳ４に戻る。

なお、本発明に係るタイヤ空気圧低下検出装置では、タイヤ混用や偏荷重であると判定された場合に、誤報を避けるために減圧警報を出さないようにすることもできるし、また、タイヤ混用及び偏荷重による車輪の回転速度の変化分を見込んで、減圧警報の閾値を高めに設定して、減圧量が大きいときだけ警報を発するようにすることもできる。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はもとよりかかる実施例にのみ限定されるものではない。
［実施例］
車両運動解析シミュレーションソフトとして、ＣａｒＳｉｍ（登録商標。株式会社バーテャルメカニクスの車両運動シミュレーションソフトウエア）を用いた。実施車両Ａに関して必要な車両データとして、表１〜３に示される車両データを入力した（データ項目については、図２〜４参照）。また、タイヤデータとして、表４〜６に示されるタイヤデータを入力した。ついで、走行シミュレーションを実施し、旋回時の誤報を回避する補正パラメータ（旋回補正係数）を算出するシミュレーションを実施した。シミュレーションの結果を図６に示す。

［比較例］
実施車両Ａを用いていくつかのレベルの横Ｇを車両に与える実車テストを行い、旋回補正係数を求めた。実車テストの結果を図７に示す。
実車テストでは、旋回補正係数＝０．２４という結果が得られた。一方、シミュレーションでは、旋回補正係数＝０．２２という結果が得られた。シミュレーションによる旋回補正係数の、実車テストによる旋回補正係数に対する比は９１．７（％）であり、シミュレーションによって、１０％以内の範囲の精度で旋回補正係数を設定できることが分かる。

本発明の設定方法の一実施の形態を示すフローチャートである。 車両モデルを作成するための入力項目を説明する図である。 車両モデルを作成するための入力項目を説明する図である。 車両モデルを作成するための入力項目を説明する図である。 減圧判定のパラメータと横Ｇとの関係を示す図である。 シミュレーションによる、減圧判定のパラメータと横Ｇとの関係を示す図である。 実車テストによる、減圧判定のパラメータと横Ｇとの関係を示す図である。

Claims (3)

1. ４輪車両に装着したタイヤから得られる車輪回転速度に基づいてタイヤ空気圧の低下を検出するタイヤ空気圧低下検出方法におけるパラメータの設定方法であって、
   サスペンション部材を含む車両モデルを作成する車両モデル作成ステップと、
   タイヤモデルを作成するタイヤモデル作成ステップと、
   タイヤと路面との間の摩擦係数を入力するステップと、
   前記タイヤモデルが装着された車両モデルの走行シミュレーションを行うシミュレーションステップと
   を含んでおり、
   前記シミュレーションステップにおいて得られる４輪各輪のタイヤの車輪回転速度に基づいて、当該タイヤの空気圧が低下しているか否かを判定するための判定パラメータを設定し、
   前記車輪回転速度は、少なくともタイヤと路面間のスリップと、荷重負荷によるタイヤ半径の変化とを考慮して得られるものであり、
   前記シミュレーションステップにおいて、さらに、異なる特性のタイヤが装着されていることを判定するタイヤ混用判定パラメータを、前記車輪回転速度に基づいて算出し、且つ、
   車両の走行条件を変えて前記走行シミュレーションを実行することにより、前記タイヤ混用判定パラメータの精度確認を行うことを特徴とするタイヤ空気圧低下検出方法におけるパラメータの設定方法。
2. 前記車両モデルが、車両重心位置、車両慣性モーメント、ホイールベース長さ、車両前後輪の各トラック幅、車両重量、サスペンションのスプリングバネ特性、ダンパー減衰特性、及びロールセンター高さを含む車両の特性値により作成される請求項１に記載のタイヤ空気圧低下検出方法におけるパラメータの設定方法。
3. 前記タイヤモデルが、タイヤの前後力、横力、アライニングモーメント、及びキャンバースラストを含むタイヤの特性値により作成される請求項１又は２に記載のタイヤ空気圧低下検出方法におけるパラメータの設定方法。

Images