JP5073235B2 - タイヤ内圧低下判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、カーナビゲーションシステムに搭載されたＧＰＳ受信機を用いたタイヤ内圧低下判定装置に関する。

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１〜３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１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２や特許文献３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。

ところで、比較的精度よくドライバーへの警報が可能なＧＰＳ情報を用いたタイヤ内圧低下検出の方法として、車両の絶対速度とタイヤの回転角速度との関係から走行中の車両の動荷重半径を正確に算出し、その変化の大きさから内圧低下を判定する方法が提案されている。このように、タイヤの動荷重半径に着目してタイヤの内圧低下を検出する方法は、実際に空気圧を圧力センサで測定し、その情報を無線等で送信する、いわゆる直圧式内圧警報装置よりコスト面で有利であることが期待されている。

しかしながら、その実施の形態として、ＧＰＳ受信機の情報を特別に利用すること、タイヤの回転速度情報が必要なこと、さらにその警報をどこに出力し、ドライバーに知らせるかが実施の上での課題となっていた。

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

車両のタイヤ内圧低下を判定するに際し、タイヤ速度情報を得るための特殊な配線が不要であり、カーナビゲーションシステムに各機能を集約させたタイヤ内圧低下判定装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、走行車両に搭載されたＧＰＳ受信機によるＧＰＳ情報から車両速度を算出する手段、車両のタイヤ回転センサによるタイヤ回転速度を算出する手段、該車両速度とタイヤ回転速度とを逐次比較することで、車両走行中のタイヤの見かけの動荷重半径を算出する手段、該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、タイヤの内圧低下を判定する手段を含むタイヤ内圧低下判定装置であって、前記ＧＰＳ受信機として、車両の現在地を表示もしくは付近の地理的状況等を運転者等に知らせること、または目的地への誘導を目的とする、いわゆるカーナビゲーションシステムに搭載されたＧＰＳ受信機を用いることを特徴とするタイヤ内圧低下判定装置に関する。

内圧低下を判定するためのプログラムが、前記カーナビゲーションシステムに内蔵されたＣＰＵに格納されていることが好ましい。

タイヤ回転速度情報を、車両制御等に用いるための車両用ＬＡＮを利用して取得することが好ましい。

前記カーナビゲーションシステムの画面または音声を利用してタイヤ内圧低下の警報を運転者または同乗者に知らせることが好ましい。

また本発明は、走行車両に搭載されたＧＰＳ受信機によるＧＰＳ情報から車両速度を算出する工程、車両のタイヤ回転センサによるタイヤ回転速度を算出する工程、該車両速度とタイヤ回転速度とを逐次比較することで、車両走行中のタイヤの見かけの動荷重半径を算出する工程、該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、タイヤの内圧低下を判定する工程を含むタイヤ内圧低下判定方法であって、前記ＧＰＳ受信機として、車両の現在地を表示もしくは付近の地理的状況等を運転者等に知らせることまたは目的地への誘導を目的とする、いわゆるカーナビゲーションシステムに搭載されたＧＰＳ受信機を用いることを特徴とするタイヤ内圧低下判定方法にも関する。

本発明によれば、ＧＰＳ受信機として、いわゆるカーナビゲーションシステムに搭載されたＧＰＳ受信機を用いることにより、タイヤ速度情報を得るための特殊な配線が不要であり、該カーナビゲーションシステムにタイヤ内圧低下判定のための各機能を集約させることが可能となる。

本発明は、走行車両に搭載されたＧＰＳ受信機によるＧＰＳ情報から車両速度を算出する手段、車両のタイヤ回転センサによるタイヤ回転速度を算出する手段、該車両速度とタイヤ回転速度とを逐次比較することで、車両走行中のタイヤの見かけの動荷重半径を算出する手段、該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、タイヤの内圧低下を判定する手段を含むタイヤ内圧低下判定装置であって、前記ＧＰＳ受信機として、車両の現在地を表示もしくは付近の地理的状況等を運転者等に知らせること、または目的地への誘導を目的とする、いわゆるカーナビゲーションシステムに搭載されたＧＰＳ受信機を用いることを特徴とするタイヤ内圧低下判定装置に関する。

カーナビゲーションの普及によりＧＰＳ装置が多くの車両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。このＧＰＳ情報を用いた速度計による算出速度（以下、ＧＰＳ速度という）を用いて、タイヤの空気圧低下を検知することができる。

タイヤにスリップがないと仮定すると、車両の速度として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）’

ここで、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、検知精度は充分である。

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、車両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。

この対策として、ＧＰＳ測位情報を利用することができる。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両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。

本発明においては、前記ＧＰＳ受信機として、車両の現在地を表示もしくは付近の地理的状況等を運転者等に知らせることまたは目的地への誘導を目的とする、いわゆるカーナビゲーションシステムに搭載されたＧＰＳ受信機を用いることを特徴とする。ここで、車輪速度情報として、ＣＡＮ（Controller Area Network）情報を利用することが好ましい。すなわち、ＣＡＮ情報を用いることで車輪速情報を得るための特殊な配線が不要となり、カーナビゲーションシステムへのタイヤ内圧低下判定のための各機能の集約が容易となる。車輪速度情報は、例えば車両制御等に用いるための車両用ＬＡＮを利用して取得することができる。

ＣＡＮとは、ＩＳＯで国際的に標準化されたシリアル通信プロトコルであり、車両制動を目的に開発された通信仕様である。シリアルであるため配線が容易であり、そこに流れる情報はＩＤで受理される。したがって、車両速情報をＣＡＮから得ようとすると、ＣＡＮ上のＩＤを指定することで取得が可能である。

動荷重半径の測定の際には、ＧＰＳ速度情報とタイヤ回転角速度情報の各データの取得時刻を同期することが重要である。ＧＰＳ速度情報とＣＡＮ情報とを用いる場合、それぞれのクロックが異なるため、時刻の不一致が発生しやすい。そのような時刻が不一致であるデータを、ある程度の個数を集めて平均化することで時刻誤差を吸収し、減圧判定に必要な精度が得られれば、ＣＡＮを利用した動荷重半径測定方式のタイヤ内圧低下判定装置が実現可能となる。

なお、内圧低下を判定するためのプログラムが、前記カーナビゲーションシステムに内蔵されたＣＰＵに格納されていることが好ましい。また、カーナビゲーションシステムの画面や音声を利用して、タイヤ内圧低下の警報を表示することが可能であり、いわばタイヤ内圧警報装置つきカーナビゲーションシステムの実現が可能となる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。

（１）タイヤ動荷重半径の測定実験
車両の絶対速度を得るためにＧＰＳ速度計（Ｒａｃｅ Ｌｏｇｉｃ社製）を取り付けた。車両の速度は５０ｍｓｅｃ毎のシリアルデータとしての直接ＰＣに出力した。

まず、従来の方法としてＡＢＳ制御に用いる回転速度情報をＡＢＳ装置からの配線により４輪の回転パルス信号を取り出し、ＧＰＳ速度情報の取得時刻と同期して、５０ｍｓｅｃ毎にそのタイヤ回転角速度を計算し、ＰＣに出力した。ＡＢＳによる動荷重半径の算出は、５０ｍｓｅｃ毎に出力されるＧＰＳ速度とそれと同期して得られるＡＢＳによる車輪速情報から、５０ｍｓｅｃ毎に動荷重半径を算出することによって得られたデータを、１秒毎に平均化することでデータベース化した。

次に本発明の手法として、ＣＡＮデータを車両より取り込むため、キャナライザ（（株）高崎共同計算センター製：商品名シンプルＣＡＮ２）を用いて２０ｍｓｅｃ毎の４輪の車輪速データとしてＰＣに出力した。ＣＡＮによる動荷重半径の算出は、５０ｍｓｅｃ毎に出力されるＧＰＳ速度を１秒毎に平均し、２０ｍｓｅｃ毎に出力されるＣＡＮの車輪速情報を１秒毎に平均し、それら１秒毎の平均値のデータを用いて動荷重半径を計算しデータベース化した。

情報の取り込みは、ＧＰＳによる位置の変化の情報から、直線平坦路をほぼ一定速度で走行していると判断する場合のみとした。

＜テスト条件＞
車両：ＦＦ車
タイヤ：１８５／７０Ｒ１４ ＳＰ１０
路面：神戸市内の一般道および高速道路
走行条件：基準内圧（２１０ｋＰａ）で１名乗車

ＧＰＳ速度情報とＡＢＳ信号による動荷重半径の結果と、ＧＰＳ速度情報とＣＡＮの速度データによる動荷重半径速度結果を比較した。結果を表１に示す。

各速度域での動荷重半径の平均値は、ＡＢＳ速度情報による平均値とＣＡＮ速度情報による平均値とを比較すると、０．３ｍｍ以内でよく一致しており、ＣＡＮ情報を用いても、平均化を工夫することで、動荷重半径の計測が精度良く達成できることが確認できた。

（２）ＣＡＮ情報による減圧判定実験
＜走行条件＞
ＲＬ輪２５％減圧（１５８ｋＰａ）で１名乗車（他３輪は基準内圧（２１０ｋＰａ））

上記走行条件により走行を行なった場合のＣＡＮ情報による動荷重半径判定値は、４０±５ｋｍ／ｈ速度域での１２０個（２分相当）集まった時点での平均値は３００．０３ｍｍとなった。ＲＬ輪の正常内圧時の動荷重半径は表１より、３０１．０５ｍｍであり、差は１．０２ｍｍであった。しきい値として０．６ｍｍを設けると、明らかに警報を発することができる。このように、ＣＡＮ情報によるタイヤ回転速度を利用しても、内圧の低下を検知できることがわかる。

Claims (4)

1. 走行車両に搭載されたＧＰＳ受信機によるＧＰＳ情報から車両速度を算出する手段、車両のタイヤ回転センサによるタイヤ回転速度を算出する手段、算出した車両速度およびタイヤ回転速度を一定時間毎に平均することで得られる車両速度の平均値とタイヤ回転速度の平均値とを逐次比較することで、車両走行中のタイヤの見かけの動荷重半径を算出する手段、該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、タイヤの内圧低下を判定する手段を含むタイヤ内圧低下判定装置であって、
   前記ＧＰＳ受信機として、車両の現在地を表示もしくは付近の地理的状況等を運転者等に知らせること、または目的地への誘導を目的とする、いわゆるカーナビゲーションシステムに搭載されたＧＰＳ受信機を用いることを特徴とし、
   前記タイヤ回転速度の情報をController Area Network（ＣＡＮ）を用いて取得するタイヤ内圧低下判定装置。
2. 内圧低下を判定するためのプログラムが、前記カーナビゲーションシステムに内蔵されたＣＰＵに格納されていることを特徴とする請求項１記載のタイヤ内圧低下判定装置。
3. 前記カーナビゲーションシステムの画面または音声を利用してタイヤ内圧低下の警報を運転者または同乗者に知らせることを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤ内圧低下判定装置。
4. 走行車両に搭載されたＧＰＳ受信機によるＧＰＳ情報から車両速度を算出する工程、車両のタイヤ回転センサによるタイヤ回転速度を算出する工程、算出した車両速度およびタイヤ回転速度を一定時間毎に平均することで得られる車両速度の平均値とタイヤ回転速度の平均値とを逐次比較することで、車両走行中のタイヤの見かけの動荷重半径を算出する工程、該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、タイヤの内圧低下を判定する工程を含むタイヤ内圧低下判定方法であって、
   前記ＧＰＳ受信機として、車両の現在地を表示もしくは付近の地理的状況等を運転者等に知らせることまたは目的地への誘導を目的とする、いわゆるカーナビゲーションシステムに搭載されたＧＰＳ受信機を用いることを特徴とし、
   前記タイヤ回転速度の情報をController Area Network（ＣＡＮ）を用いて取得するタイヤ内圧低下判定方法。