JP4707496B2 - Ｇｐｓ速度情報を用いたタイヤ内圧低下検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤの内圧低下を安価に精度よく検出する装置を実現する方法に関する。

ＧＰＳ情報から算出した車輌速度や距離とタイヤの回転数から、タイヤの内圧低下を検出する方法は、特許文献１、特許文献２、特許文献３などに開示されている。

しかしながら、ＧＰＳ情報から算出した車輌の速度とタイヤ回転速度からタイヤの内圧低下を検出するためには、内圧の低下のみによるタイヤ回転速度変化を検出する必要がある。つまり車輌の走行状態による回転速度変化を排除する必要がある。

特許文献３には、タイヤの回転情報から算出した車輌の走行軌跡と、ＧＰＳなどによる車輌位置情報から得た車輌の走行軌跡とを比較してタイヤ空気圧の低下を検出する方法が開示されているが、車輌の走行状態による回転速度変化を排除することについて示されていない。

特許文献１や特許文献２では、タイヤ相互の回転状態の比較から走行状態を特定するものであるが、タイヤの内圧低下が発生したとき、すでに４輪相互の回転速度の関係はバランスがくずれており、正確な走行状態の特定ができない。

また、ＧＰＳ情報から算出した移動距離とタイヤ回転数からタイヤの動荷重半径を算出することによりタイヤの空気圧の低下を検知する方法も知られているが、車輌の走行状態による回転数変化の排除が不充分であるため精度が不充分である。

特開２００５−１８６７３９号公報 特開２００３−１４６０３７号公報 特開２００３−９４９２０号公報

本発明は、車輌の走行状態をＧＰＳの測位情報を利用するとともに、安定した動荷重半径測定が可能なときだけデータ収集し、ＧＰＳ速度情報とタイヤ回転速度情報を比較することで正確な動荷重半径を算出し、タイヤの内圧低下を精度よく検知する方法および装置ならびにプログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様は、走行中の車輌における速度をＧＰＳ装置により取得した情報から算出し、そのＧＰＳ装置による車輌の算出速度と、車輌の４輪のタイヤ回転部分に取り付けたタイヤ回転速度検出装置によるタイヤの回転速度とを、逐次比較することで、走行中のタイヤの見かけの動荷重半径を計算し、ＧＰＳの測位情報から、走行状態が一定速度かつ平坦路を直進していると判断された場合のみ、動荷重半径値を有効と判断し、その動荷重半径値とあらかじめ正常内圧時の動荷重半径として記憶された初期値とを比較し、動荷重半径の変化の大きさから、タイヤの内圧の低下を判定する方法である。

また、動荷重半径値が連続して有効と判断された場合であっても、動荷重半径測定値の変化の大きさがあらかじめ設定した変化量を超えた場合には、いずれの測定値も無効とし、それ以外の測定値のみで内圧の低下を判定することが好ましい。

また、動荷重半径が連続して有効と判断された場合、４輪それぞれの平均値を求め、その平均値により内圧の低下を判定することが好ましい。

また、動荷重半径が有効とされたものを、そのときのＧＰＳ装置による車輌の算出速度にもとづき、あらかじめ正常内圧時の速度毎の動荷重半径値を記憶した初期値と比較することで、タイヤの内圧低下を判定することが好ましい。

また、動荷重半径が有効とされたものを、そのときのＧＰＳ装置による車輌の算出速度にもとづき動荷重半径測定結果を層別し、あらかじめ速度域毎の正常内圧時の動荷重半径として記憶された初期値とを比較することでタイヤの内圧低下を判定することが好ましい。

また、速度域毎にあらかじめ定めた個数をある時間域で記憶し、４輪それぞれの母分散の大きさが所定値より小さい場合のみ、その４輪それぞれの平均値により内圧の低下を判定することが好ましい。

また、同軸２輪の内圧が低下したと判定された場合、前軸２輪の動荷重半径の初期値からの変化量の平均値と、後軸２輪の動荷重半径の初期値からの変化量の平均値を比べ、その差が所定値より大きい場合、内圧低下判定とは別に、路面滑りまたは積載の警報を発生することが好ましい。

本発明の第２の態様は、走行中の車輌における速度をＧＰＳ装置により取得した情報から算出し、そのＧＰＳ装置による車輌の算出速度と、車輌の４輪のタイヤ回転部分に取り付けたタイヤ回転速度検出装置によるタイヤの回転速度とを、逐次比較することで、走行中のタイヤの見かけの動荷重半径を計算し、ＧＰＳの測位情報から、走行状態が一定速度かつ平坦路を直進していると判断された場合のみ、動荷重半径値を有効と判断し、その動荷重半径値とあらかじめ正常内圧時の動荷重半径として記憶された初期値とを比較し、動荷重半径の変化の大きさから、タイヤの内圧の低下を判定する装置である。

本発明の第３の態様は、走行中の車輌における速度をＧＰＳ装置により取得した情報から算出し、そのＧＰＳ装置による車輌の算出速度と、車輌の４輪のタイヤ回転部分に取り付けたタイヤ回転速度検出装置によるタイヤの回転速度とを、逐次比較することで、走行中のタイヤの見かけの動荷重半径を計算し、ＧＰＳの測位情報から、走行状態が一定速度かつ平坦路を直進していると判断された場合のみ、動荷重半径値を有効と判断し、その動荷重半径値とあらかじめ正常内圧時の動荷重半径として記憶された初期値とを比較し、動荷重半径の変化の大きさから、タイヤの内圧の低下を判定するプログラムである。

また、ＧＰＳ速度算出時刻とタイヤ回転速度算出時刻が異なる場合、いずれかの速度算出結果を時刻差異分の時間変化を考慮した速度に修正し、逐次比較することで動荷重半径を算出することを特徴とすることが好ましい。

本発明によれば、車輌の走行状態をＧＰＳの測位情報を利用するとともに、安定した動荷重半径測定が可能なときだけデータ収集し、ＧＰＳ速度情報とタイヤ回転速度情報を比較することで正確な動荷重半径を算出し、タイヤの内圧低下を精度よく検知する方法および装置ならびにプログラムを提供することができる。

カーナビゲーションの普及によりＧＰＳ装置が多くの車輌に取り付けられるようになった。このことでＧＰＳ装置による測位技術も向上し、現在では速度を算出することに特化した装置（英国Race Logic社製 ＧＰＳ式速度計ＶＢＯＸ）も販売されている。

本発明者は、このＧＰＳ情報を用いた速度計による算出速度（以下ＧＰＳ速度）を用いて、タイヤの空気圧低下を検知するシステムを案出した。

タイヤにスリップがないと仮定すると、車輌の速度としてＧＰＳ速度を用い、そのときのタイヤの回転速度（単位時間当たりの回転数）と比較することで、タイヤの動荷重半径（Ｒ）を算出することができる。
Ｖ（ｍ／ｓ）＝２πＲ（ｍ）・Ｆｒｅｑ（Ｈｚ）／Ｎ（個）

Ｎはタイヤ回転速度検出装置の車軸１回転あたりの歯数である。Ｆｒｅｇ（Ｈｚ）は、その回転速度検出装置の歯が１秒あたりにカウントされた数値である。

ここでＶをＧＰＳ速度計出力Ｖｇｐｓ（ｋｍ／ｈ）に書き換えると
Ｖｇｐｓ（ｋｍ／ｈ）＝２πＲ（ｍ）・Ｆｒｅｑ（Ｈｚ）・３．６／Ｎ（個）

ゆえに、Ｒ（ｍ）＝（Ｎ／２π・３．６）・Ｖｇｐｓ（ｋｍ／ｈ）／ｆｒｅｑ（Ｈｚ）・・・（１）

Ｎ＝４８の場合
動荷重半径Ｒ（ｍ）＝２．１２２０６６・Ｖｇｐｓ（ｋｍ／ｈ）／Ｆｒｅｑ（Ｈｚ）・・・（１）’
上記のごとく直進走行で、スリップ率の影響が排除できる場合、走行中のタイヤの動荷重半径を測定（算出）することができる。

また、内圧が低下するとタイヤの動荷重半径は減少するため、正確に走行中のタイヤ動荷重半径を測定することができれば、タイヤの内圧低下を検知できる。

ＧＰＳ速度計の出力頻度と出力精度については、前述のＶＢＯＸの場合２０Ｈｚ出力で０．０１ｋｍ／ｈの精度が公表されている。

この精度によると、速度１０ｋｍ／ｈ以上であれば０．１％以上の精度が得られることになるので、タイヤの内圧を２５％低下させた場合の一般的なタイヤの動荷重半径変化が１０分の数％であることから、検知精度は十分である。

しかしながら、タイヤの動荷重半径を正確に測定（算出）するためには、測定の目的であるタイヤ内圧の変化以外の原因で生じるタイヤ回転速度の変化の影響を避ける必要がある。すなわち、タイヤ内圧以外の原因に影響されたタイヤ回転速度の測定データは、動荷重半径の算出に利用しないように、無効データとして排除する必要がある。

スリップ率が大きく変化するのは、車輌が加速あるいは減速したときに顕著であるが、そのほか坂道走行時には、一定速走行時でも重力加速度の影響により駆動輪のスリップ率は変化する。

また転舵時には走行軌跡の内輪側と外輪側で回転速度が異なるため動荷重半径測定結果が影響を受ける。

（１）この対策として、ＧＰＳ測位情報を利用することを考案した。直進走行か否かの判定には、ＧＰＳの測位情報から、その進行方向を得ることができ、その単位時間当たりの変化量から直進かどうかを判定することができる。また、平坦路を走行しているかどうかは、同じくＧＰＳの測位情報から高度を得ることができ、その単位時間当たりの変化量から平坦かどうかを判定することができる。さらに加速減速については、算出されたＧＰＳ速度情報を時間微分することで、一定速度走行を加速度の大きさで判別することが可能である。

このようにして、精度の高いＧＰＳ情報を利用することにより車輌の走行条件を判定し、一定の基準を設けてタイヤ回転速度のデータが動荷重半径の算出に適する走行条件の範囲を限定することができる。

（２）走行条件を限定した場合でも、動荷重半径の測定には、タイヤ回転速度の検出精度が重要である。タイヤの回転速度は、路面の凹凸の影響やマンホールの蓋を踏んだ場合などの瞬間的な変動を含んでいる場合がある。それらの変動成分を除く方法として上記（１）で有効と判断された動荷重半径値でも、変動が連続して生じた場合にはその変化量から適切かどうかを判定する方法を考案した。

（３）さらに、測定値の変動が小さい場合でも、その平均値を代表値とすることで、さらに精度を向上させる方法を考案した。

（４）タイヤの動荷重半径は速度の影響を受けることが知られている。つまりタイヤ回転による遠心力で、トレッド部分が延伸し、タイヤ周長が長くなり、結果として回転速度が遅くなる。また、荷重が大きくなると、タイヤの接地面積が増え、動荷重半径が小さくなり結果として回転速度は早くなる。しかも荷重は乗員数や積載によるばかりでなく、車輌が走行することによる空力の影響も受ける。対策として、速度による基準値をあらかじめ設定しておき、ＧＰＳによる速度情報を用いて比較する方法を考案した。

（５）もう１つの方法として、ＧＰＳ速度により動荷重半径測定結果を層別することを考案した。このことにより、あらかじめ正常内圧時の各速度域における動荷重半径の基準値を初期値として記憶しておくことにより速度の影響を排除した内圧低下判定が可能となる。

（６）また上記方法では統計的手法を用いることで精度が向上できるため、その方法を考案した。

（７）また、駆動輪におけるタイヤのスリップ率は、路面の滑りやすさの影響を受ける。この対策として前輪と後輪の動荷重半径測定値の基準値からの差を指標して考慮することを考案した。滑りやすい路面では、駆動輪側の回転速度だけが上昇し、動荷重半径測定結果は内圧が低下したと判断される方向となる。この現象をドライバーに伝えるために、内圧警報とは別に路面すべりの警報をあわせて発生する。また荷重の影響についても極端な積載の場合、前後の軸重が変化するため、同様に前後輪の変化の差を指標とすることで検知可能であり、積載の警報もあわせて発生するようにすることで、前記、荷重による動荷重半径の影響もドライバーへ知らせることができる。

本発明のプログラム上の改良は、時刻の同期性を確保する点である。ＧＰＳ速度計による速度算出時刻と、タイヤの回転速度を算出する時刻が一致しないと正確な動荷重半径は求められない。これらの時刻誤差を考慮し、いずれかの速度測定値をその変化の大きさから時刻分修正し、同時刻の速度を推定して算出することを考案した。

ここに説明した技術的事項に基づいて、タイヤの動荷重半径を算出し、タイヤの内圧低下を検知するための計算プログラムを図１、図２のフローチャートについて説明する。

図１において、ステップＳ１、Ｓ２で車輪（タイヤ）回転速度検出装置の出力信号に基づいて各車輪の回転速度を取得（算出）する。

ステップＳ３、Ｓ４で、ＧＰＳ情報に基づく車輌の走行速度を取得する。

ステップ６で、車輪の回転速度の算出時刻とＧＰＳ速度の算出時刻のいずれか一方について、他方と同時刻での数値を内挿計算し、互いに同時刻での数値を算出して同期化を行なう。

ステップＳ６で、各車輪の回転速度と車輌のＧＰＳ速度から各車輪の動荷重半径を算出する。

ステップＳ７、Ｓ８、Ｓ９で、ＧＰＳ位置情報の時間変化率を算出し、これに基づいて坂路の上昇、下降速度、ハンドリングによる右旋、左旋角速度などの走行条件に関する数値を算出する。加速度、減速度については、ステップＳ４、Ｓ９のどちらで算出してもよい。

ステップＳ１０では、各種の走行条件において、動荷重半径、ＧＰＳ速度、位置情報変化率などの組み合わせを取得してデータベース化し、かつデータベースの初期化を行なう。このデータベースには、各種の判定基準値もともにデータベースする。

ステップＳ１１では、走行条件が、定速度走行、平坦路走行、直線走行などの条件を満たすかどうかをそれぞれの判定基準値と比較し、実際の走行中に得られたデータがタイヤ内圧検出に適したデータであるかどうかの判定を行ない、不適切なデータである場合はタイヤ内圧検出用のデータとして使わずに排除し、再測定のルーチンに戻す。動荷重半径の変化率についても基準値と比較し、不安定な走行条件や路面状態が推定される場合は、タイヤ内圧検出用データから排除する。ただし、このデータは別途ステップＳ１５、Ｓ１６で路面や積載状況の異常に対する警報信号用に使用してもよい。

ステップ１２では、ＧＰＳ速度に応じて速度毎にデータベース化された動荷重半径の初期値と動荷重半径の測定値との差（ｄ）を算出する。

ステップ１３では、ステップ１２で算出された差（ｄ）を基準値と比較し、差（ｄ）が基準値よりも大きければ、ステップ１４で内圧（低下）警報を発生し、小さければ再測定ルーチンに戻す。

図２は、動荷重半径の測定（算出）の精度を向上させるために測定値の平均値を用いる方法、および平均値の算出に採用するデータを選別するために統計的手法を用いる場合の計算プログラムのフローチャートである。

ステップＳ１〜Ｓ１１までは、図１のフローチャートと同等の計算過程を示しており、ステップＳ１０１では、動荷重半径の測定値をＧＰＳ速度の階層に応じて層別（分類）する。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で層別された動荷重半径の測定値を速度階層毎にＮ個（例えば３０個）ずつ蓄積する。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２でＮ個ずつ蓄積した各ＧＰＳ速度階層毎の動荷重半径データのばらつきを母分散判定し、分散値（σ²）が基準値より小さい場合に有効データとする。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で有効とされたデータに基づいて動荷重半径の平均値を算出する。

ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で算出した動荷重半径の平均値を初期値と比較し、差が大きいときに、ステップＳ１０６で内圧（低下）警報を発生する。

ステップＳ１０７では、ステップＳ１０４で算出した動荷重半径の平均値の前輪平均値と後輪平均値とを比較し、前輪と後輪との差が大きい場合に路面の低摩擦係数（μ）または積載異常を推定して、ステップＳ１０８で、路面または積載異常警報を発生する。

なお、図１と図２のフローチャートは、本発明のタイヤ内圧低下検知方法に使用する計算プログラムの一部ずつを別のフローチャートとして示したが、これらの計算プログラムは１つの計算プログラムに組み込むことが可能である。

図１、図２のフローチャートに示した計算プログラムにおいて使用する各種の初期データ値および各種の判定に用いる基準値の例を適用車種および適用タイヤ機種をあげて以下に示している。

また、図１、図２のフローチャートに示した本発明のタイヤ内圧検知方法の性能を確認するための実走行試験の結果を示す実施例を以下に示すが、その実走行試験の条件をテストコースを含めて合わせて示す。

実験車輌の型式：ＡｕｄｉＡ４
ＧＰＳ速度計：Ｖ−ＢＯＸ II（Race Logic社製）
実験場所：住友ゴム工業（株）岡山テストコースおよび周辺一般道

試験条件
タイヤの型式：２０５／５５Ｒ１６ ＳＰ９０００
基準内圧：２２０ｋＰａ（前輪）、２１０ｋＰａ（後輪）
４０％減圧：１３２ｋＰａ（前輪）、１２６ｋＰａ（後輪）

動荷重半径初期値
＠４０±２０ｋｍ／ｈ 前輪３０４．９ｍｍ 後輪３０４．５ｍｍ
＠８０±２０ｋｍ／ｈ 前輪３０５．２ｍｍ 後輪３０４．８ｍｍ
＠１２０±２０ｋｍ／ｈ 前輪３０６．０ｍｍ 後輪３０５．６ｍｍ
＠１６０±２０ｋｍ／ｈ 前輪３０７．４ｍｍ 後輪３０７．０ｍｍ

走行条件判定基準
直進走行：走行方位情報（０〜３６０度）の１秒間の変化１度以内
坂道判定：高度情報の５秒間の変化量１ｍ以内
加減速：ＧＰＳ速度の時間微分０．１Ｇ以内
速度層別：２０〜６０ｋｍ／ｈ、６０〜１００ｋｍ／ｈ、１００〜１４０ｋｍ／ｈ、１４０〜１８０ｋｍ／ｈ
母分散判定：３０個蓄積σ²＜０．１
前後軸比較基準値：１％以上
計算方法＝（（フロント測定平均値／フロント初期平均値）−（リヤ測定平均値／リヤ 初期平均値））×１００

速度の時刻補正
ＧＰＳ取得時刻とタイヤ回転速度取得時刻の差＝０．２秒
ＧＰＳ補正速度(Ｔ)＝ＧＰＳ(Ｔ−１)＋(ＧＰＳ(Ｔ)−ＧＰＳ(Ｔ−１))×０．８

実施例１
走行条件１：２名乗車、周回路を１１０〜１３０ｋｍ／ｈまでの速度で走行。各種ハンドリング路を６０ｋｍ／ｈまでの速度で走行。

いずれも減圧輪の動荷重半径が０．５％以上減少していることが検知できた。

実施例２
走行条件２：２名乗車、一般道（山道路の上り下り、砂利道）走行６０ｋｍ／ｈ以下

いずれも減圧輪の動荷重半径が０．５％以上減少していることが検知できた。

実施例３
走行条件３：２名乗車、人工低μ路走行。２名乗車４０ｋｍ／ｈ以下

いずれも減圧輪の動荷重半径が０．５％以上減少していることが検知でき、かつ前後軸の差が１％をこえるので路面（荷重）警報が可能。

実施例４
走行条件４：２名乗車、荷台に１００ｋｇ積載。６０ｋｍ／ｈ以下

いずれも減圧輪の動荷重半径が０．５％以上減少していることが検知でき、かつ前後軸の差が１％をこえるので（路面）荷重警報が可能。

上記のとおり、いずれの実施例においても正確な動荷重半径を算出し、０．５％以上の変化が発生した場合を内圧低下と判定することで、内圧の低下を検知することができる。

また、低μ路走行時と荷重負荷の場合もそれぞれ、すべり・荷重警報を出すことが可能である。

タイヤの動荷重半径を算出し、タイヤの内圧低下を検知するための計算プログラムを実行するフローチャートである。 動荷重半径の測定（算出）の精度を向上させるために測定値の平均値を用いる方法、および平均値の算出に採用するデータを選別するために統計的手法を用いる場合の計算プログラムのフローチャートである。

Claims (10)

1. 走行中の車輌における速度をＧＰＳ装置により取得した情報から算出し、そのＧＰＳ装置による車輌の算出速度と、車輌の４輪のタイヤ回転部分に取り付けたタイヤ回転速度検出装置によるタイヤの回転速度とを、逐次比較することで、走行中のタイヤの見かけの動荷重半径を計算し、ＧＰＳの測位情報から、走行状態が一定速度かつ平坦路を直進していると判断された場合のみ、動荷重半径値を有効と判断し、その動荷重半径値とあらかじめ正常内圧時の動荷重半径として記憶された初期値とを比較し、動荷重半径の変化の大きさから、タイヤの内圧の低下を判定する方法。
2. 動荷重半径値が連続して有効と判断された場合であっても、動荷重半径測定値の変化の大きさがあらかじめ設定した変化量を超えた場合には、いずれの測定値も無効とし、それ以外の測定値のみで内圧の低下を判定する請求項１記載の方法。
3. 動荷重半径が連続して有効と判断された場合、４輪それぞれの平均値を求め、その平均値により内圧の低下を判定する請求項１記載の方法。
4. 動荷重半径が有効とされたものを、そのときのＧＰＳ装置による車輌の算出速度にもとづき、あらかじめ正常内圧時の速度毎の動荷重半径値を記憶した初期値と比較することで、タイヤの内圧低下を判定する請求項１〜３記載の方法。
5. 動荷重半径が有効とされたものを、そのときのＧＰＳ装置による車輌の算出速度にもとづき動荷重半径測定結果を層別し、あらかじめ速度域毎の正常内圧時の動荷重半径として記憶された初期値とを比較することでタイヤの内圧低下を判定する請求項１〜３記載の方法。
6. 速度域毎にあらかじめ定めた個数をある時間域で記憶し、４輪それぞれの母分散の大きさが所定値より小さい場合のみ、その４輪それぞれの平均値により内圧の低下を判定する請求項３記載の方法。
7. 同軸２輪の内圧が低下したと判定された場合、前軸２輪の動荷重半径の初期値からの変化量の平均値と、後軸２輪の動荷重半径の初期値からの変化量の平均値を比べ、その差が所定値より大きい場合、内圧低下判定とは別に、路面滑りまたは積載の警報を発生する請求項１〜６記載の方法。
8. 走行中の車輌における速度をＧＰＳ装置により取得した情報から算出し、そのＧＰＳ装置による車輌の算出速度と、車輌の４輪のタイヤ回転部分に取り付けたタイヤ回転速度検出装置によるタイヤの回転速度とを、逐次比較することで、走行中のタイヤの見かけの動荷重半径を計算し、ＧＰＳの測位情報から、走行状態が一定速度かつ平坦路を直進していると判断された場合のみ、動荷重半径値を有効と判断し、その動荷重半径値とあらかじめ正常内圧時の動荷重半径として記憶された初期値とを比較し、動荷重半径の変化の大きさから、タイヤの内圧の低下を判定する装置。
9. 走行中の車輌における速度をＧＰＳ装置により取得した情報から算出し、そのＧＰＳ装置による車輌の算出速度と、車輌の４輪のタイヤ回転部分に取り付けたタイヤ回転速度検出装置によるタイヤの回転速度とを、逐次比較することで、走行中のタイヤの見かけの動荷重半径を計算し、ＧＰＳの測位情報から、走行状態が一定速度かつ平坦路を直進していると判断された場合のみ、動荷重半径値を有効と判断し、その動荷重半径値とあらかじめ正常内圧時の動荷重半径として記憶された初期値とを比較し、動荷重半径の変化の大きさから、タイヤの内圧の低下を判定する計算プログラム。
10. ＧＰＳ速度算出時刻とタイヤ回転速度算出時刻が異なる場合、いずれかの速度算出結果を時刻差異分の時間変化を考慮した速度に修正し、逐次比較することで動荷重半径を算出することを特徴とする請求項９記載の計算プログラム。

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