JP4809199B2

JP4809199B2 - タイヤ空気圧低下警報装置および方法、ならびにタイヤ空気圧低下警報プログラム

Info

Publication number: JP4809199B2
Application number: JP2006327290A
Authority: JP
Inventors: 未南夫梁瀬
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2006-12-04
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2026-12-04
Also published as: JP2008110742A

Description

本発明は、タイヤ空気圧低下警報装置および方法、ならびにタイヤ空気圧低下警報プログラムに関する。

乗用車などの４輪車両において、タイヤの減圧を検知する方法として、例えば、圧力センサを直接ホイールにつけることが知られているが、コストがかかり好ましいものではなかった。

また、特許文献１には、タイヤ空気圧低下警報装置（ＤＷＳ）を用いることにより、車両に装着された４輪タイヤの車輪速度からタイヤの減圧を検出する方法が開示されている。前記装置は、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、他の正常な空気圧のタイヤに比べると車輪速度が速くなるという原理を用いたものであるが、この装置では、４輪全てが減圧している場合、減圧を検知することはできなかった。

ほかに、４輪全ての減圧をできるだけ安価に効率良く検知することを目的として、前記センサと前記装置とを組み合わせることが知られているが、依然としてコストがかかり、好ましいものではなかった。

特開昭６３−３０５０１１号公報

本発明は、４輪全てのタイヤの空気圧低下を検出することができ、さらに、充分にコストを低減させたタイヤ空気圧低下警報装置、方法およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、（１）タイヤの共振状態にかかわるパラメータの変化を測定することによりタイヤの空気圧低下を検知する手段、および（２）タイヤの動荷重半径を相対比較することによりタイヤの空気圧低下を検知する手段を含むタイヤ空気圧低下警報装置であって、手段（１）を、４輪車両の１〜３輪のタイヤに有するタイヤ空気圧低下警報装置に関する。

また、本発明は、（１）タイヤの共振状態にかかわるパラメータの変化を測定することによりタイヤの空気圧低下を検知する工程、および（２）タイヤの動荷重半径を相対比較をすることによりタイヤの空気圧低下を検知する工程を含むタイヤ空気圧低下警報方法であって、工程（１）を、４輪車両の１〜３輪のタイヤで実施するタイヤ空気圧低下警報方法に関する。

さらに、本発明は、コンピュータに、（１）タイヤの共振状態にかかわるパラメータの変化を測定することによりタイヤの空気圧低下を検知する手順、および（２）タイヤの動荷重半径を相対比較をすることによりタイヤの空気圧低下を検知する手順を実行させるためのタイヤ空気圧低下警報プログラムであって、手順（１）を、４輪車両の１〜３輪のタイヤで実行するタイヤ空気圧低下警報プログラムに関する。

本発明によれば、４輪車両のうちのタイヤ１〜３輪が、共振状態にかかわるパラメータ変化の測定によるタイヤの空気圧低下検知手段を有し、残りのタイヤについては、動荷重半径の相対比較によるタイヤの空気圧低下検知手段を有することにより、４輪全輪についての空気圧低下を検出することができ、直接、圧力センサを用いる必要がなく、また、マイコンの計算能力の向上化やメモリーの増大の必要性が最小限ですみ、コストを大きく低減することが可能であるタイヤ空気圧低下警報装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態にかかわるタイヤ空気圧低下警報装置は、（１）タイヤの共振状態にかかわるパラメータの変化を測定することによりタイヤの空気圧低下を検知する手段（共振検知手段）、および（２）タイヤの動荷重半径を相対比較をすることによりタイヤの空気圧低下を検知する手段（動荷重半径検知手段）を含む。

路面走行時において、路面上の微小な凹凸により力を受けることで、タイヤが振動して、タイヤ車軸回りにねじりモーメント、上下方向力、前後方向力、左右方向力などが発生し、各方向のバネと質量（慣性モーメント）との関係から、タイヤが共振状態となる。

ここで、共振周波数は、（１／２π）×√（ｋ／ｍ）(ｋ：バネ定数、ｍ：質量)で表され、タイヤの空気圧が低下すると、タイヤのサイドウォール部におけるバネ定数が変化して、共振周波数が変化する。このように、共振検知手段では、共振状態のタイヤのパラメータ変化として、共振周波数の変化を検出することで、タイヤの空気圧低下を検知することができる。

共振検知手段において、パラメータ変化の検出は、車輪速度検出手段により行うことが好ましい。

本発明のタイヤ空気圧低下警報装置は、４輪車両に備えられた４つのタイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲ（以下、単にタイヤＴという）の車輪速度回転情報から走行中の４輪車両の空気圧低下を検出し、ドライバーに警報を発するもので、各タイヤＴにそれぞれ関連して設けられた通常の車輪速度検出手段１を備えている。

車輪速度検出手段１としては、電磁ピックアップなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数から車輪速度回転情報を測定する車輪速度センサまたはダイナモのように回転を利用して発電を行ない、この電圧から車輪速度回転情報を測定するものを含む角速度センサなどを用いることができる。前記車輪速度検出手段の出力は、ＡＢＳなどのコンピュータである制御ユニット２に与えられる。また、この制御ユニット２には、図１に示されるように、タイヤの振動周波数成分から共振周波数を抽出し、周波数解析などを行なう振動成分検出手段３および警報手段４、たとえば警報を目視で知らせるための液晶表示素子、プラズマ表示素子またはＣＲＴなどから構成された表示装置や音声で知らせる音声発振装置または表示および音声を組合せた装置などが接続されている。

制御ユニット２は、図２に示されるように、外部装置との信号の受け渡しに必要なＩ／Ｏインターフェイス２ａと、演算処理の中枢として機能するＣＰＵ２ｂと、該ＣＰＵ２ｂの制御動作プログラムが格納されたＲＯＭ２ｃと、前記ＣＰＵ２ｂが制御動作を行なう際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き込まれたデータなどが読み出されるＲＡＭ２ｄとから構成されている。

共振検知手段では、タイヤの回転数に対応したパルス信号（以下、車輪速パルスという）が出力される。またＣＰＵ２ｂでは、車輪速度検出手段１から出力された車輪速パルスに基づき、所定のサンプリング周期ΔＴ(sec)、たとえばΔＴ＝１秒ごとに各タイヤの回転角速度Ｆｉが算出される。

正常な空気圧のタイヤＴのねじり方向（回転方向）の振動は、タイヤの車輪速度を微妙に変化させるため、ＡＢＳの車輪速度検出手段１によって測定することができる。また、上下方向の振動、前後方向の振動なども、タイヤＴの半径を微妙に変化させて、タイヤＴの回転数に影響を及ぼすので、ＡＢＳの車輪速度検出手段１により測定することができる。

具体的には、ＡＢＳに用いられる車輪速度検出手段１から得られた車輪速度データより、車輪速度Ｖを数ｍ秒ごとに計算し、車輪速度における波形信号から周波数成分を取り出すために、たとえば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）演算し、周波数解析を行ない、共振周波数とパワースペクトル密度を求める。ただし、周波数成分には、タイヤの共振周波数の他に、路面から受けるノイズなどが含まれているため、所定の時間において平均化することが望ましい。ＦＦＴ演算結果を積算し、積算回数が所定の回数に達したか否かを判断する。積算回数が所定の回数に達していない場合には、再度車輪速度の計算を行なう。これに対し、積算回数が所定の回数に達している場合には、平均化処理を行なう。この平均化処理は、ＦＦＴ演算結果の平均値を求め、周波数特性の変動をできるだけ低減するために行なうものであり、各周波数成分のゲインの平均値を算出する。そして、ピーク値を検索するピークサーチを行なう。この操作は正常空気圧時と（初期化）検出時におこない、初期化時のピーク周波数は記憶させておく。検出時は、タイヤにおける共振周波数の近傍において、ピークサーチをおこない、ピーク周波数が初期化時に記憶させたピーク周波数と比較される。この２つのピーク周波数の差があらかじめ決められたしきい値よりも大きい場合に警報を出す。

タイヤの共振状態において変化するパラメータとしては、前記のように、ねじり方向の共振周波数、上下方向の共振周波数、前後方向の共振周波数などが挙げられるが、なかでも、ねじり方向の共振はＡＢＳ車輪速度センサに表れやすく、１０数Ｈｚのバネ下共振や８０Ｈｚの上下振動と重なることなく、かつ、比較的低い周波数である（低いサンプリング周波数が適用できる）という理由により、共振検知手段パラメータとしては、ねじり方向共振周波数を検出することが好ましい。

共振検知手段を設置するタイヤとしては、路面からの加振以外に、エンジン等によって、比較的大きくかつ連続的な加振力が得られるため検出しやすいことから、駆動輪が好ましい。また、タイヤの共振状態にかかわるパラメータを求める方法としては、カルマンフィルター理論に代表されるようなシステム状態推定理論を適用することもできる。

動荷重半径検知手段は、４輪のタイヤの車輪速度の相対的な差から内圧低下を検出するものである。その判定値ＤＥＬ（１）〜（３）は、以下の式により算出される。

ＤＥＬ（１）＝｛（Ｖ１＋Ｖ４）／２−（Ｖ２＋Ｖ３）／２｝／｛（Ｖ１＋Ｖ２
＋Ｖ３＋Ｖ４）／４｝×１００（％）
ＤＥＬ（２）＝｛（Ｖ１＋Ｖ２）／２−（Ｖ３＋Ｖ４）／２｝／｛（Ｖ１＋Ｖ２
＋Ｖ３＋Ｖ４）／４｝×１００（％）
ＤＥＬ（３）＝｛（Ｖ１＋Ｖ３）／２−（Ｖ２＋Ｖ４）／２｝／｛（Ｖ１＋Ｖ２
＋Ｖ３＋Ｖ４）／４｝×１００（％）

ここで、前記式において、Ｖ１〜Ｖ４は、それぞれ前左タイヤ（ＦＬタイヤ）、前右タイヤ（ＦＲタイヤ）、後左タイヤ（ＲＬタイヤ）および後右タイヤ（ＲＲタイヤ）の車輪速度である。動荷重半径検知手段は、判定値ＤＥＬ（１）〜（３）のいずれかが所定のしきい値をこえる場合、タイヤの空気圧低下をドライバーに知らせるというものである。

例えば、ＦＬタイヤ１輪のみが空気圧低下している場合、ＤＥＬ（１）〜（３）は全て正の値、ＦＲタイヤが空気圧低下している場合、ＤＥＬ（１）および（３）は負の値、およびＤＥＬ（２）は正の値、ＲＬタイヤが空気圧低下している場合、ＤＥＬ（１）および（２）は負の値、およびＤＥＬ（３）は正の値、ならびに、ＲＲタイヤが空気圧低下している場合、ＤＥＬ（１）は正の値、ならびにＤＥＬ（２）およびＤＥＬ（３）は負の値となる。

また、ＦＬおよびＦＲのタイヤが空気圧低下している場合、ＤＥＬ（２）は正の値であり、しきい値より大きくなる。

さらに、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲのタイヤが空気圧低下している場合、ＤＥＬ（１）〜（３）は全て負の値となる。

動荷重半径検知手段では、ＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲタイヤ（以下、総称してＷｉという。ここで、ｉ＝１〜４、１：ＦＬタイヤ、２：ＦＲタイヤ、３：ＲＬタイヤ、４：ＲＲタイヤ）の回転数に対応したパルス信号（以下、車輪速パルスという）が出力される。図１において、ＣＰＵ２ｂでは、車輪速度検出手段１から出力された車輪速パルスに基づき、所定のサンプリング周期ΔＴ(sec)、たとえばΔＴ＝１秒ごとに各タイヤの回転角速度Ｆｉが算出される。

ここで、タイヤＷｉは、規格内でのばらつき（初期差異）が含まれて製造されるため、各タイヤＷｉの有効転がり半径（一回転により進んだ距離を２πで割った値）は、すべてのタイヤＷｉがたとえ正常内圧であっても、同一とは限らない。そのため、各タイヤＷｉの回転角速度Ｆｉはばらつくことになる。そこで、初期差異によるばらつきを打ち消すために補正した回転角速度Ｆ１ｉを算出する。具体的には、
Ｆ１１＝Ｆ１
Ｆ１２＝ｍＦ２
Ｆ１３＝Ｆ３
Ｆ１４＝ｎＦ４
と補正される。前記補正係数ｍ、ｎは、たとえば車両が直線走行していることを条件として回転角速度Ｆｉを算出し、この算出された回転角速度Ｆｉに基づいて、ｍ＝Ｆ１／Ｆ２、ｎ＝Ｆ３／Ｆ４として得られる。そして、前記Ｆ１ｉに基づき、各車輪のタイヤの車輪速度Ｖｉを算出して、上記したＤＥＬ（１）〜（３）を求める式に代入する。

動荷重半径検知手段は、ＡＢＳの制御に使用している４輪タイヤの各車輪速度を相互比較して判定することができる。つまり、絶対速度を使わずに相互の速度を比較することで各車輪の内圧低下を検知しようとするものである。したがって、４輪が同時に一様に変化する４輪同時減圧は検知できないため、動荷重半径検知手段とともに、必須として、共振検知手段を設置する必要がある。

本発明において、タイヤ４輪の１輪以上に共振検知手段を有する。共振検知手段を有しない場合、動荷重半径検知手段のみで検知することになるため、タイヤ４輪全ての空気圧の低下を検出できない。また、共振検知手段は、タイヤ４輪のうち、３輪以下、好ましくは２輪以下に設置される。タイヤ４輪全てに共振検知手段を設置すると、ＣＰＵの高度な計算能力や多大なメモリー資源が必要となり、コストがかかる。

本発明の一実施の形態は、（１）タイヤの共振状態にかかわるパラメータの変化を測定することによりタイヤの空気圧低下を検知する工程（共振検知工程）、および（２）タイヤの動荷重半径を相対比較をすることによりタイヤの空気圧低下を検知する工程（動荷重半径検知工程）を含むタイヤ空気圧低下警報方法であり、該共振検知工程および動荷重半径検知工程は、本発明のタイヤ空気圧低下警報装置に含まれる前記共振検知手段および前記動荷重半径検知手段で説明したように行うことができる。

また、本発明の一実施の形態は、コンピュータに、（１）タイヤの共振状態にかかわるパラメータの変化を測定することによりタイヤの空気圧低下を検知する手順（共振検知手順）、および（２）タイヤの動荷重半径を相対比較をすることによりタイヤの空気圧低下を検知する手順（動荷重半径検知手順）を実行させるためのタイヤ空気圧低下警報プログラムであり、該共振検知手順および動荷重半径検知手順は、本発明のタイヤ空気圧低下警報装置に含まれる前記共振検知手段および前記動荷重半径検知手段で説明したように行うことができる。

実施例にもとづいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

本発明のタイヤ空気圧低下警報方法の性能を確認するための実走行試験条件をテストコースを含めて合わせて示す。

（試験条件）
実験車両の型式：トヨタカローラフィールダー（前輪駆動車）
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
タイヤの型式：１８５／７０Ｒ１４
基準内圧：２００ｋＰａ（前輪）、２００ｋＰａ（後輪）
動荷重半径初期値：前輪２９６．７ｍｍ後輪２９８．１ｍｍ
走行速度：４０ｋｍ／ｈ

（走行試験）
（１）タイヤ１輪が空気圧低下している場合、（２）タイヤ２輪が空気圧低下している場合、（３）タイヤ３輪が空気圧低下している場合、および（４）タイヤ４輪全てが空気圧低下している場合の（１）〜（４）の条件において、それぞれ走行試験をおこない、共振検知手段および動荷重半径検知手段のいずれにより空気圧低下が検出されるかについて試験をおこなった。なお、空気圧低下させたタイヤの内圧および動荷重半径値は、前輪の場合、１５０ｋＰａおよび２９５．９ｍｍ、ならびに、後輪の場合、１５０ｋＰａおよび２９６．８ｍｍであった。

（試験結果）
図３〜６には、タイヤ４輪のうち、ＦＬタイヤのみに共振検知手段を適用し、残りのタイヤには、動荷重半径検知手段を適用した場合の減圧検出方法を示す。なお、試験車は前輪駆動車であり、ＦＬは駆動輪となっている。

（１）タイヤ１輪が空気圧低下している場合
（ａ）ＦＬタイヤのみ空気圧が低下している場合、共振検知手段および動荷重半径検知手段により、空気圧低下を検出することができる（図３（ａ）参照）。

一方、ＦＲタイヤ、ＲＬタイヤ、およびＲＲタイヤの空気圧がそれぞれ低下している場合、動荷重半径検知手段により空気圧低下を検出することができる（図３（ｂ）〜（ｄ）参照）。

（２）タイヤ２輪が空気圧低下している場合
（ａ）ＦＬおよびＦＲタイヤ、（ｃ）ＦＬおよびＲＬタイヤ、ならびに、（ｅ）ＦＬおよびＲＲタイヤのように、ＦＬタイヤを含むタイヤ２輪の空気圧が低下している場合、共振検知手段および動荷重半径検知手段により、空気圧低下を検出することができる（図４（ａ）、（ｃ）および（ｅ）参照）。

一方、（ｂ）ＲＬおよびＲＲタイヤ、（ｄ）ＦＲおよびＲＲタイヤ、ならびに、（ｆ）ＦＲおよびＲＬタイヤのように、ＦＬタイヤとは別のタイヤ２輪の空気圧が低下している場合、動荷重半径検知手段により、空気圧低下を検出することができる（図４（ｂ）、（ｄ）および（ｆ）参照）。

（３）タイヤ３輪が空気圧低下している場合
（ｂ）ＦＬ、ＲＬおよびＲＲタイヤ、（ｃ）ＦＬ、ＦＲおよびＲＲタイヤ、ならびに、（ｄ）ＦＬ、ＦＲおよびＲＬタイヤのように、ＦＬタイヤを含むタイヤ３輪の空気圧が低下している場合、共振検知手段および動荷重半径検知手段により、空気圧低下を検出することができる（図５（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）参照）。

一方、（ａ）ＦＲ、ＲＬおよびＲＲタイヤのように、ＦＬタイヤとは別のタイヤ３輪の空気圧が低下している場合、動荷重半径検知手段により、空気圧低下を検出することができる（図５（ａ）参照）。

（４）タイヤ４輪全てが空気圧低下している場合
（ａ）ＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲタイヤのように、ＦＬタイヤを含む全てのタイヤ４輪の空気圧が低下している場合、共振検知手段により、空気圧低下を検出することができる（図６（ａ）参照）。

本発明のタイヤ空気圧低下警報装置にかかわる一実施の形態を示す図である。図１におけるタイヤ空気圧低下警報装置の電気的構成を示す図である。タイヤ４輪のうち、１輪が空気圧低下している場合に適用される検出方法を示す図である。タイヤ４輪のうち、２輪が空気圧低下している場合に適用される検出方法を示す図である。タイヤ４輪のうち、３輪が空気圧低下している場合に適用される検出方法を示す図である。タイヤ４輪のうち、４輪全てが空気圧低下している場合に適用される検出方法を示す図である。

符号の説明

１車輪速度検出手段
２制御ユニット
３振動成分検出手段
４警報手段

Claims

（１）タイヤの共振状態にかかわるパラメータの変化を測定することによりタイヤの空気圧低下を検知する手段、および
（２）タイヤの動荷重半径を相対比較することによりタイヤの空気圧低下を検知する手段を含むタイヤ空気圧低下警報装置であって、
手段（１）を、４輪車両の駆動輪の１輪のタイヤに有し、
手段（２）において、下記の式により算出される判定値ＤＥＬ１〜ＤＥＬ３によりタイヤの空気圧低下を検知するタイヤ空気圧低下警報装置。
ＤＥＬ（１）＝｛（Ｖ１＋Ｖ４）／２−（Ｖ２＋Ｖ３）／２｝／｛（Ｖ１＋Ｖ２
＋Ｖ３＋Ｖ４）／４｝×１００（％）
ＤＥＬ（２）＝｛（Ｖ１＋Ｖ２）／２−（Ｖ３＋Ｖ４）／２｝／｛（Ｖ１＋Ｖ２
＋Ｖ３＋Ｖ４）／４｝×１００（％）
ＤＥＬ（３）＝｛（Ｖ１＋Ｖ３）／２−（Ｖ２＋Ｖ４）／２｝／｛（Ｖ１＋Ｖ２
＋Ｖ３＋Ｖ４）／４｝×１００（％）
（Ｖ１〜Ｖ４は、それぞれ前左タイヤ、前右タイヤ、後左タイヤおよび後右タイヤの車輪速度である。）
（１）タイヤの共振状態にかかわるパラメータの変化を測定することによりタイヤの空気圧低下を検知する工程、および
（２）タイヤの動荷重半径を相対比較をすることによりタイヤの空気圧低下を検知する工程を含むタイヤ空気圧低下警報方法であって、
工程（１）を、４輪車両の駆動輪の１輪のタイヤで実施し、
工程（２）において、下記の式により算出される判定値ＤＥＬ１〜ＤＥＬ３によりタイヤの空気圧低下を検知するタイヤ空気圧低下警報方法。
ＤＥＬ（１）＝｛（Ｖ１＋Ｖ４）／２−（Ｖ２＋Ｖ３）／２｝／｛（Ｖ１＋Ｖ２
＋Ｖ３＋Ｖ４）／４｝×１００（％）
ＤＥＬ（２）＝｛（Ｖ１＋Ｖ２）／２−（Ｖ３＋Ｖ４）／２｝／｛（Ｖ１＋Ｖ２
＋Ｖ３＋Ｖ４）／４｝×１００（％）
ＤＥＬ（３）＝｛（Ｖ１＋Ｖ３）／２−（Ｖ２＋Ｖ４）／２｝／｛（Ｖ１＋Ｖ２
＋Ｖ３＋Ｖ４）／４｝×１００（％）
（Ｖ１〜Ｖ４は、それぞれ前左タイヤ、前右タイヤ、後左タイヤおよび後右タイヤの車輪速度である。）
コンピュータに、（１）タイヤの共振状態にかかわるパラメータの変化を測定することによりタイヤの空気圧低下を検知する手順、および
（２）タイヤの動荷重半径を相対比較をすることによりタイヤの空気圧低下を検知する手順を実行させるためのタイヤ空気圧低下警報プログラムであって、
手順（１）を、４輪車両の駆動輪の１輪のタイヤで実行し、
手順（２）において、下記式により算出される判定値ＤＥＬ１〜ＤＥＬ３によりタイヤの空気圧低下を検知するタイヤ空気圧低下警報プログラム。
ＤＥＬ（１）＝｛（Ｖ１＋Ｖ４）／２−（Ｖ２＋Ｖ３）／２｝／｛（Ｖ１＋Ｖ２
＋Ｖ３＋Ｖ４）／４｝×１００（％）
ＤＥＬ（２）＝｛（Ｖ１＋Ｖ２）／２−（Ｖ３＋Ｖ４）／２｝／｛（Ｖ１＋Ｖ２
＋Ｖ３＋Ｖ４）／４｝×１００（％）
ＤＥＬ（３）＝｛（Ｖ１＋Ｖ３）／２−（Ｖ２＋Ｖ４）／２｝／｛（Ｖ１＋Ｖ２
＋Ｖ３＋Ｖ４）／４｝×１００（％）
（Ｖ１〜Ｖ４は、それぞれ前左タイヤ、前右タイヤ、後左タイヤおよび後右タイヤの車輪速度である。）