JP4869700B2 - 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 - Google Patents

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。

ランフラットタイヤなどのタイヤは、空気圧が低下した場合でも、正常空気圧の場合と同様に走行することができるため、空気圧低下の判別が困難であった。そのため、例えば、空気圧低下に気づかずに、その状態で高速走行した場合、タイヤがバーストするという問題があった。

前記のような問題を防止するために、タイヤの空気圧低下を検知する種々の装置が従来より開発されてきた。

例えば、特許文献１には、タイヤのスリップ率の変化を検出し、警報を鳴らすことで空気圧低下をしらせるタイヤ空気圧低下警報装置が示されている。しかし、スリップ率は、従動輪と駆動輪の車輪速度から算出されるものであるため、４輪駆動車に対して使用できるものではなかった。

特開２００３−２１１９２５号公報

本発明は、４輪駆動車であっても、タイヤの空気圧低下を検出することができる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、４輪駆動車のタイヤの空気圧低下を判定する手段を含むタイヤ空気圧低下検出装置であって、（１）前輪タイヤまたは後輪タイヤのホイールトルクおよび車輪速度から、摩擦係数−スリップ率曲線（μ−ｓ曲線）の勾配を算出する手段、ならびに（２）手段（１）において算出した勾配と正常時における勾配とを比較することで空気圧低下を検出する手段を含むタイヤ空気圧低下検出装置に関する。

また、本発明は、４輪駆動車のタイヤの空気圧低下を判定する工程を含むタイヤ空気圧低下検出方法であって、（１）前輪タイヤまたは後輪タイヤのホイールトルクおよび車輪速度から、摩擦係数−スリップ率曲線（μ−ｓ曲線）の勾配を算出する工程、ならびに（２）工程（１）において算出した勾配と正常時における勾配とを比較することで空気圧低下を検出する工程を含むタイヤ空気圧低下検出方法に関する。

さらに、本発明は、コンピュータに、４輪駆動車のタイヤの空気圧低下を判定する手順を実行させるためのタイヤ空気圧低下検出プログラムであって、（１）前輪タイヤまたは後輪タイヤのホイールトルクおよび車輪速度から、摩擦係数−スリップ率曲線（μ−ｓ曲線）の勾配を算出する手順、ならびに（２）手順（１）において算出した勾配と正常時における勾配とを比較することで空気圧低下を検出する手順を実行させるためのタイヤ空気圧低下検出プログラムに関する。

本発明によれば、前輪タイヤまたは後輪タイヤのホイールトルクおよび車輪速度から、摩擦係数−スリップ率曲線（μ−ｓ曲線）の勾配を算出し、該勾配を正常時の勾配と比較することで、４輪駆動車であってもタイヤの空気圧低下を検出することができる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ができる。

本発明のタイヤ空気圧低下検出装置は、４輪駆動車のタイヤの空気圧低下を判定する手段を含む。

以下、添付図面に基づいて、本発明のタイヤ空気圧低下検出装置を説明する。

図１に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわるタイヤ空気圧低下検出装置は、たとえば車両のエンジンの駆動トルクが前軸と後軸とにそれぞれ配分される比率を制御する駆動制御装置を搭載する４輪車両（４輪駆動車）に備えられたタイヤの空気圧が低下しているか否かを検出するものであり、タイヤにそれぞれ関連して設けられた通常の回転情報検出手段１を備えている。前記駆動制御装置は、通常車両の走行性（運動特性）を向上させるものである。前後のトルク配分率は、電子制御方式のものであればＣＡＮ（Control Area Network）などの通信によって知ることが可能である。また、機械式のものであっても、その特性を理解すれば、車輪の走行状態からある程度予想することができる。たとえばエンジンのトルクによって前後のトルク配分がほぼ決定されるものであれば、エンジンのトルクを入手することでトルク配分率を推測することができる。

前記回転情報検出手段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回転角速度および車輪速度を測定するための車輪速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、この電圧から回転角速度および車輪速度を測定するためのものを含む角速度センサなどを用いることができる。前記回転情報検出手段１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。制御ユニット２には、空気圧が低下したタイヤを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などで構成された表示器３、ドライバーによって操作することができる初期化スイッチ４および警報器５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。

前記回転情報検出手段１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、回転情報検出手段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秒ごとに前輪タイヤまたは後輪タイヤの回転角速度が算出される。

ところで、タイヤ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、各タイヤの回転角速度Ｆｉはばらつくことになる。そこで、たとえば回転角速度Ｆｉから初期差異の影響を排除する方法がある。この方法では、まず、つぎに示される初期補正係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３を算出する。
Ｋ１＝Ｆ１／Ｆ２ ・・・（１）
Ｋ２＝Ｆ３／Ｆ４ ・・・（２）
Ｋ３＝（Ｆ１＋Ｋ１×Ｆ２）／（Ｆ２＋Ｋ２×Ｆ４） ・・・（３）

ついで、この算出された初期補正係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３を用いて式（４）〜（７）に示されるように新たな回転角速度Ｆ１_iを求めるようにしている。
Ｆ１₁＝Ｆ１ ・・・（４）
Ｆ１₂＝Ｋ１×Ｆ２ ・・・（５）
Ｆ１₃＝Ｋ３×Ｆ３ ・・・（６）
Ｆ１₄＝Ｋ２×Ｋ３×Ｆ４ ・・・（７）

ここで、初期補正係数Ｋ１は、前左右タイヤ間の初期差異による有効ころがり半径の差を補正するための係数である。初期補正係数Ｋ２は、後左右タイヤ間の初期差異による有効ころがり半径の差を補正するための係数である。初期補正係数Ｋ３は、前左タイヤと後左右タイヤとのあいだの初期差異による有効ころがり半径の差を補正するための係数である。そして、前記Ｆ１_iに基づき、前輪タイヤまたは後輪タイヤの車輪速度を算出することができる。

なお、本発明のタイヤ空気圧低下検出装置では、ＦＬの車輪速度およびＦＲタイヤの車輪速度を平均して「前輪速度」とし、また、ＲＬの車輪速度およびＲＲタイヤの車輪速度を平均して「後輪速度」として検出処理をおこなう。本発明のタイヤ空気圧低下検出装置は、４輪駆動車における４輪減圧を検出できるだけでなく、前輪タイヤ２輪の減圧および後輪タイヤ２輪の減圧をも検出できる。さらに、左右車輪速を平均することで、旋回中において左右輪の速度が異なる場合でも減圧を検出することが可能である。

また、前輪タイヤまたは後輪タイヤのトルクは、例えば、エンジン回転数、アクセル開度、ギヤ比、トルク配分比などから計算できる。

次に、算出された前輪タイヤまたは後輪タイヤのホイールトルクおよび車輪速度は、式（Ａ）および（Ｂ）によりそれぞれ表される。
前輪速度＝前輪速度（非駆動時）＋Ｋｆ×前輪のホイールトルク×前輪速度（非駆動 時） ・・・（Ａ）
前輪速度＝後輪速度（非駆動時）＋Ｋｒ×後輪のホイールトルク×後輪の車輪速度（ 非駆動時） ・・・（Ｂ）

式（Ａ）において、前輪タイヤ車輪のスリップ率は「Ｋｆ×前輪のホイールトルク」に該当し、また、式（Ｂ）において、後輪タイヤ車輪のスリップ率は「Ｋｒ×後輪のホイールトルク」に該当し、さらに、Ｋ_fおよびＫ_rは、「摩擦係数−スリップ率曲線（μ−ｓ曲線）における勾配の逆数」に該当する。ここで、μ−ｓ曲線は、本来曲線であるが、実際の走行時に発生するスリップ比の範囲ではほぼ直線となっている。すなわち、μ−ｓ曲線は、ｙ＝ａＸ＋ｂという方程式で表わすことができる。このときの係数ａが曲線の勾配を意味している。このように、ＫｆおよびＫｒを算出し、それらの逆数を求めることで、然輪タイヤまたは後輪タイヤのμ−ｓ曲線における勾配について算出することが可能となる。

ＫｆおよびＫｒの算出法の一例を以下に示す。

式（Ａ）および（Ｂ）は、以下の式（Ｃ）に変換されることができる。
（前輪速度−後輪速度）／車輌速度
≒前輪速度／後輪速度−１
＝Ｋｆ×前輪ホイールトルク−Ｋｒ×後輪ホイールトルク＋Ｃｏｎｓｔ・・・（Ｃ）

式（Ｃ）において、「（前輪速度−後輪速度）／車輌速度」、または「前輪速度／後輪速度−１」、さらに、「前輪ホイールトルク／後輪ホイールトルク」は常に測定可能なので、前輪ホイールトルクと後輪ホイールトルクとを独立変数とし、（前輪速度−後輪速度）／車両速度、または、前輪速度／後輪速度−１を従属変数として、一定時間における重回帰式を求めると、Ｋｆ、Ｋｒ、Ｃｏｎｓｔを求めることが可能となり、ＫｆまたはＫｒの逆数をとることで、前輪タイヤまたは後輪タイヤのμ−ｓ曲線における勾配を算出することができる（手段（１））。

本発明のタイヤ空気圧低下検出装置では、さらに、手段（２）において、手段（１）で算出した前輪タイヤまたは後輪タイヤのμ−ｓ曲線の勾配と正常時における前輪タイヤまたは後輪タイヤのμ−ｓ曲線の勾配と比較することで、空気圧低下を検出する。ここで、正常時とは、前輪および後輪タイヤがいずれも正常内圧を示す状態をいう。

手段（２）の比較により、例えば、μ−ｓ曲線の勾配の傾きの絶対値が大きくなると、タイヤ空気圧が低下することが検出できる。

本発明の一実施の形態は、タイヤ空気圧異常警報方法であり、本発明のタイヤ空気圧異常警報装置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、タイヤ空気圧低下警報プログラムであり、同様に本発明のタイヤ空気圧異常警報装置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）
実験車輌の型式：ＢＭＷ Ｘ５（４輪駆動車）
前輪タイヤサイズ：２５５／５５ Ｒ１８
後輪タイヤサイズ：２５５／５５ Ｒ１８
実験場所：ドイツ国内一般道

（試験車輌）
正常空気圧のタイヤを装着した試験車輌Ａ、およびタイヤ４輪の空気圧が２５％減圧されたタイヤを装着した試験車輌Ｂを用いて実車試験を行った。

路面を３０分間走行して１秒ごとに「前輪ホイールトルク」、「後輪ホイールトルク」および「（前輪速／後輪速）−１」を算出した。

そして、「前輪ホイールトルク」および「後輪ホイールトルク」を独立変数とし、さらに「（前輪速／後輪速）−１」を従属変数として重回帰式を求め、Ｋｆ、ＫｒおよびＣｏｎｓｔを算出した。

以上のようにして算出した試験車輌ＡおよびＢのＫｆ、Ｋｒ、Ｃｏｎｓｔおよび重相間係数（Ｒ）を表１に示す。

試験車輌ＡのＫｆおよびＫｒの絶対値に対して、試験車輌ＢのＫｆおよびＫｒの絶対値の値はともに小さくなっており、前輪および後輪タイヤの減圧を検出することができる。

本発明のタイヤ空気圧低下検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。 図１のタイヤ空気圧低下検出装置の電気的構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 回転情報検出手段
２ 制御ユニット
３ 表示器
４ 初期化スイッチ
５ 警報器

Claims (3)

1. ４輪駆動車のタイヤの空気圧低下を判定する手段を含むタイヤ空気圧低下検出装置であって、
   （１）前輪タイヤまたは後輪タイヤのホイールトルクおよび車輪速度を測定し、
   次の式、
   前輪速度／後輪速度−１＝Ｋｆ×前輪ホイールトルク−Ｋｒ×後輪ホイールトルク＋Ｃｏｎｓｔ
   において、前輪ホイールトルクと後輪ホイールトルクとを独立変数とし、
   前輪速度／後輪速度−１を従属変数として、
   一定時間における重回帰式を求めることでＫｆ、Ｋｒ、Ｃｏｎｓｔを求め、
   さらに、Ｋｆの逆数を前輪タイヤの摩擦係数−スリップ率曲線（μ−ｓ曲線）の勾配、Ｋｒの逆数を後輪タイヤの摩擦係数−スリップ率曲線（μ−ｓ曲線）の勾配として算出する手段、ならびに
   （２）手段（１）において算出した勾配と正常時における勾配とを比較することで空気圧低下を検出する手段
   を含むタイヤ空気圧低下検出装置。
2. ４輪駆動車のタイヤの空気圧低下を判定する工程を含むタイヤ空気圧低下検出方法であって、
   （１）前輪タイヤまたは後輪タイヤのホイールトルクおよび車輪速度を測定し、
   次の式、
   前輪速度／後輪速度−１＝Ｋｆ×前輪ホイールトルク−Ｋｒ×後輪ホイールトルク＋Ｃｏｎｓｔ
   において、前輪ホイールトルクと後輪ホイールトルクとを独立変数とし、
   前輪速度／後輪速度−１を従属変数として、
   一定時間における重回帰式を求めることでＫｆ、Ｋｒ、Ｃｏｎｓｔを求め、
   さらに、Ｋｆの逆数を前輪タイヤの摩擦係数−スリップ率曲線（μ−ｓ曲線）の勾配、Ｋｒの逆数を後輪タイヤの摩擦係数−スリップ率曲線（μ−ｓ曲線）の勾配として算出する工程、ならびに
   （２）工程（１）において算出した勾配と正常時における勾配とを比較することで空気圧低下を検出する工程
   を含むタイヤ空気圧低下検出方法。
3. コンピュータに、４輪駆動車のタイヤの空気圧低下を判定する手順を実行させるためのタイヤ空気圧低下検出プログラムであって、
   （１）前輪タイヤまたは後輪タイヤのホイールトルクおよび車輪速度を測定し、
   次の式、
   前輪速度／後輪速度−１＝Ｋｆ×前輪ホイールトルク−Ｋｒ×後輪ホイールトルク＋Ｃｏｎｓｔ
   において、前輪ホイールトルクと後輪ホイールトルクとを独立変数とし、
   前輪速度／後輪速度−１を従属変数として、
   一定時間における重回帰式を求めることでＫｆ、Ｋｒ、Ｃｏｎｓｔを求め、
   さらに、Ｋｆの逆数を前輪タイヤの摩擦係数−スリップ率曲線（μ−ｓ曲線）の勾配、Ｋｒの逆数を後輪タイヤの摩擦係数−スリップ率曲線（μ−ｓ曲線）の勾配として算出する手順、ならびに
   （２）手順（１）において算出した勾配と正常時における勾配とを比較することで空気圧低下を検出する手順
   を実行させるためのタイヤ空気圧低下検出プログラム。

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