JP5404062B2 - Tire pressure drop detection device and method, and tire pressure drop detection program - Google Patents

Tire pressure drop detection device and method, and tire pressure drop detection program Download PDF

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Description

本発明は、走行中の車両のタイヤの共振周波数に基づき、当該タイヤの空気圧低下を検出するタイヤ空気圧低下検出装置および方法、ならびにタイヤの空気圧低下検出プログラムに関するものである。   The present invention relates to a tire pressure drop detection apparatus and method for detecting a tire pressure drop based on a resonance frequency of a tire of a running vehicle, and a tire pressure drop detection program.

自動車が安全に走行できるための要素の1つとして、タイヤの空気圧をあげることができる。空気圧が適正値よりも低下すると、操縦安定性や燃費が悪くなり、タイヤバーストの原因となる場合がある。このため、タイヤ空気圧の低下を検出し、運転者に警報を出して適切な処置を促すタイヤ空気圧警報装置(Tire Pressure Monitoring System;TPMS)は、環境の保護や運転者の安全性の確保という見地から重要な技術である。   One of the factors that enable a car to travel safely is the tire air pressure. If the air pressure falls below an appropriate value, the steering stability and fuel consumption are deteriorated, which may cause tire bursts. For this reason, a tire pressure alarm system (TPMS) that detects a decrease in tire air pressure and issues an alarm to the driver to prompt appropriate measures is used to protect the environment and ensure the safety of the driver. It is an important technology.

従来の警報装置は、直接検知型と間接検知型の2つに分類することができる。直接検知型は、タイヤホイール内部に圧力センサを組み込むことでタイヤの空気圧を直接計測するものである。空気圧の低下を高精度に検出することができる一方で、専用のホイールが必要となることや実環境での耐故障性能に問題があることなど、技術的、コスト的な課題を残している。   Conventional alarm devices can be classified into two types, a direct detection type and an indirect detection type. The direct detection type directly measures tire air pressure by incorporating a pressure sensor inside the tire wheel. While it is possible to detect a decrease in air pressure with high accuracy, there are technical and cost issues such as the need for a dedicated wheel and the problem of fault-tolerant performance in the actual environment.

一方、間接検知型はタイヤの回転情報から空気圧を推定する方法であり、動荷重半径(Dynamic Loaded Radius;DLR)方式と、共振周波数(Resonance Frequency Mechanism;RFM)方式に細分類することができる。DLR方式は、減圧したタイヤが走行時につぶれることで動荷重半径が小さくなり、その結果正常圧のタイヤよりも速く回転する現象を利用し、4つのタイヤの回転速度を比較することで圧力低下を検出する方式である。車輪速センサから得られる車輪の回転速度信号だけを用いて比較的簡単に演算処理できることから、主に一輪のパンクを検出することを目的として広く研究が進められてきた。しかし、車輪の回転速度を相対比較しているに過ぎないため、4輪が同時に減圧する場合(自然漏れ)は検知することができない。また、車両の旋回、加減速や荷重の偏りなどの走行条件によっても車輪速差が生じるため、全ての走行状態を通じて精度良く減圧を検知できないという問題がある。   On the other hand, the indirect detection type is a method of estimating the air pressure from tire rotation information, and can be subdivided into a dynamic load radius (DLR) method and a resonance frequency (Resonance Frequency Mechanism; RFM) method. The DLR method uses a phenomenon in which the dynamic load radius becomes smaller due to the crushed tire being crushed during driving, and as a result, it rotates faster than a normal pressure tire, and the pressure drop is reduced by comparing the rotation speeds of the four tires. This is a detection method. Since calculation processing can be performed relatively easily using only the wheel rotation speed signal obtained from the wheel speed sensor, research has been extensively conducted mainly for the purpose of detecting puncture of one wheel. However, since the rotational speeds of the wheels are merely compared, it is impossible to detect the case where the four wheels are depressurized simultaneously (natural leakage). In addition, since wheel speed differences also occur depending on traveling conditions such as turning of the vehicle, acceleration / deceleration, and load bias, there is a problem that pressure reduction cannot be detected accurately through all traveling states.

他方、RFM方式は、減圧によって車輪速信号の周波数特性が変化することを利用して正常圧との差異を検出する方式である。DLR方式と異なり、あらかじめ保持しておいた各輪の正常値との絶対比較であるため、4輪同時減圧にも対応でき、より良い間接検知方式として注目されている。しかし、走行条件によっては強いノイズなどが原因で、目的とする領域の周波数の推定値が車両速度や路面状況に頑健でないなどの課題がある。本発明は、RFM方式に基づくタイヤの状態検知装置に関するものである。以下、この方式の基本原理についてより詳しく述べる。   On the other hand, the RFM method is a method for detecting a difference from the normal pressure by utilizing the change in the frequency characteristics of the wheel speed signal due to the reduced pressure. Unlike the DLR method, since it is an absolute comparison with the normal value of each wheel that has been held in advance, it can be used for simultaneous depressurization of four wheels, and is attracting attention as a better indirect detection method. However, depending on the driving conditions, there is a problem that the estimated value of the frequency in the target region is not robust to the vehicle speed and the road surface condition due to strong noise or the like. The present invention relates to a tire state detection device based on an RFM system. Hereinafter, the basic principle of this method will be described in more detail.

車両が走行すると、タイヤが路面から力を受けることで現れる前後方向のねじれ運動と、サスペンションの前後の運動とが連成共振を起こす。この共振現象は、車輪の回転運動にも影響を及ぼすため、アンチロックブレーキングシステム(Anti−Lock Braking System;ABS)に搭載された車輪センサから取得される車輪速信号にも共振現象に関する情報が含まれる。また、連成共振はタイヤのねじれ剛性に起因した固有の振動モードであるため、その励起状態はタイヤの物理特性を構成する空気圧の変化にのみ依存して変化し、車両速度や路面の変化に依存することはほとんどない。すなわち、空気圧が低下するとタイヤのねじれ運動のダイナミクスが変化するため、車輪速信号を周波数解析すると、連成共振が作るピーク(共振ピーク)は減圧時では正常圧時よりも低周波数側に現れる。   When the vehicle travels, the torsional motion in the front-rear direction that appears when the tire receives a force from the road surface and the motion in the front-rear direction of the suspension cause a coupled resonance. Since this resonance phenomenon also affects the rotational movement of the wheel, information on the resonance phenomenon is also present in the wheel speed signal acquired from the wheel sensor mounted on the anti-lock braking system (ABS). included. In addition, since coupled resonance is an inherent vibration mode due to the torsional rigidity of the tire, its excited state changes only depending on changes in the air pressure that constitutes the physical characteristics of the tire, and changes in vehicle speed and road surface There is almost no dependence. That is, since the dynamics of the torsional motion of the tire changes as the air pressure decreases, when the wheel speed signal is analyzed by frequency, the peak created by the coupled resonance (resonance peak) appears on the lower frequency side during normal pressure than during normal pressure.

図4は、空気圧が正常であるタイヤと正常圧から25%減圧したタイヤを車両に装着し、一定時間の間に得られたそれぞれの車輪加速度信号(車輪速信号の時間階差を計算して得られる)に対して高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform;FFT)を適用することで得られるパワースペクトルを表わしている。   FIG. 4 shows that tires with normal air pressure and tires with a pressure reduced by 25% from normal pressure are mounted on a vehicle, and each wheel acceleration signal (time difference between wheel speed signals) obtained during a certain time is calculated. It represents a power spectrum obtained by applying a Fast Fourier Transform (FFT) to (obtained).

40〜50Hz付近の成分がタイヤの前後方向の振動と車両のサスペンションとが共振することによって起こる振動であり、内圧の変化によってピーク値をもつ周波数(共振周波数)がより低周波側に移動していることが分かる。この現象は、前述の特性からタイヤや車両の種類、走行速度や路面の状況などから独立して現れるため、RFM方式ではこの共振周波数に着目し、初期化時に推定した基準周波数よりも相対的に低いと判断される場合に警報を出す。ここで、ABSから取得される車輪速信号から共振周波数を推定する必要があるが、計算資源が限られる車載の計算機では必要な時系列データを記憶させておくことが難しいため、FFTによる周波数分析を行うことは困難である。このため、従来の手法においては、以下に述べるオンライン手法を用いて共振周波数を推定している。   The component in the vicinity of 40 to 50 Hz is the vibration that occurs when the vibration in the longitudinal direction of the tire and the suspension of the vehicle resonate, and the frequency having the peak value (resonance frequency) moves to the lower frequency side due to the change in internal pressure. I understand that. Because this phenomenon appears independently from the above-mentioned characteristics, such as the type of tire or vehicle, traveling speed, road surface condition, etc., the RFM method focuses on this resonance frequency and is relatively in comparison to the reference frequency estimated at initialization. An alarm is issued when it is judged to be low. Here, it is necessary to estimate the resonance frequency from the wheel speed signal acquired from the ABS, but it is difficult to store the necessary time series data in an in-vehicle computer with limited calculation resources, so frequency analysis by FFT Is difficult to do. For this reason, in the conventional method, the resonance frequency is estimated using an online method described below.

車輪速信号は各時刻における時系列データとして取得されるため、これをK次の自己回帰(Antoregressive;AR)モデルに基づいて時系列解析を行う。具体的には、次の式(1)で示されるモデルにおけるパラメータθ={a1、・・・、aK}をカルマンフィルタ(逐次最小二乗法)で推定する。 Since the wheel speed signal is acquired as time-series data at each time, this is subjected to time-series analysis based on a Kth-order autoregressive (AR) model. Specifically, parameters θ = {a 1 ,..., A K } in the model represented by the following equation (1) are estimated by a Kalman filter (sequential least square method).

Figure 0005404062
Figure 0005404062

ここで、y(t)は時刻tにおける車輪速、εは白色ノイズを表しており、Kはモデルの次数である(振動のような現象を表現するために2次モデルを仮定する場合は、K=2とすることができる)。ARモデルを表わす伝達関数の極に対応する周波数が共振周波数として推定されるため、前記モデルにより共振ピークが正しく抽出できれば、正確に共振周波数を得ることができる。   Here, y (t) represents the wheel speed at time t, ε represents white noise, and K represents the order of the model (when a secondary model is assumed to express a phenomenon such as vibration, K = 2). Since the frequency corresponding to the pole of the transfer function representing the AR model is estimated as the resonance frequency, if the resonance peak can be correctly extracted by the model, the resonance frequency can be obtained accurately.

しかし、従来から多く提案されているこうした推定手法には次のような問題がある。第一に、路面が滑らかな道路を走行する場合はタイヤに加わる力が弱く、共振現象も小さくなるため、目的とする信号とは独立に混入するノイズの影響が相対的に大きくなる。すなわち、信号ノイズ(SN)比が悪くなるため、共振周波数を正確に推定することが困難になる。第二に、高速走行(時速80キロ以上)した場合、タイヤの上下振動が増加するなどの原因により高周波数成分の信号が強くなるため、共振ピークが不明瞭になる傾向がある。第三に、共振ピークが現れる近傍の周波数領域に強いノイズがピークを作ると、その影響を受けて共振周波数の推定値が不安定になる。このような状況下において得られた走行データに対してFFTを適用した結果を図5に示す。走行条件によってはこれらの問題が重畳し、このような場合は共振周波数を安定して推定することが特に難しく、その結果として減圧判定を行うことも困難である。   However, such estimation methods that have been proposed in the past have the following problems. First, when traveling on a road with a smooth road surface, the force applied to the tire is weak and the resonance phenomenon is reduced, so that the influence of noise mixed independently of the target signal becomes relatively large. That is, since the signal noise (SN) ratio is deteriorated, it is difficult to accurately estimate the resonance frequency. Second, when traveling at a high speed (80 km / h or more), the signal of the high frequency component becomes strong due to an increase in the vertical vibration of the tire and the resonance peak tends to be unclear. Third, when a strong noise peak is generated in the frequency region in the vicinity where the resonance peak appears, the estimated value of the resonance frequency becomes unstable due to the influence. FIG. 5 shows the result of applying FFT to the traveling data obtained under such circumstances. Depending on the driving conditions, these problems may be superimposed, and in such a case, it is particularly difficult to stably estimate the resonance frequency, and as a result, it is difficult to make a pressure reduction determination.

また、仮に共振周波数の推定を正確に行えたとしても、減圧の判定に関して次のような問題がある。タイヤや車両の種類によっては、正常圧時と減圧時の共振周波数の差(以下、これを「減圧感度」という。ただし、本明細書中の「共振周波数」の語が真の連成共振の周波数ではなく、上記のARモデル等のシステムによって推定された周波数を意味する場合は、その分布の平均値の差を指すものとする。)が小さいものがある。この場合、減圧感度が共振周波数の推定分散よりも小さい場合は正確に減圧判定を行うことが難しい。すなわち、従来からよく用いられる減圧判定として、初期化時に推定された基準周波数と現時刻で推定された共振周波数との差が、あらかじめ設定した差分量を下回っている場合に警報を出すという方法があるが、例えば、減圧感度が3Hzであるタイヤに対して、正常圧時において推定された共振周波数の分布の標準偏差が1Hzであれば、どのように差分量を設定したとしても、走行条件のばらつきによって基準周波数が低めに設定されたときは未警報の可能性が、高めに設定されたときは誤報の可能性がある。   Even if the resonance frequency can be estimated accurately, there is the following problem regarding the determination of the reduced pressure. Depending on the type of tire or vehicle, the difference in resonance frequency between normal pressure and reduced pressure (hereinafter referred to as “decompression sensitivity”. However, the term “resonance frequency” in this specification refers to true coupled resonance. When it means a frequency estimated by a system such as the above AR model instead of a frequency, it means a difference in the average value of the distribution). In this case, if the pressure reduction sensitivity is smaller than the estimated variance of the resonance frequency, it is difficult to accurately determine the pressure reduction. That is, as a decompression judgment that is often used conventionally, there is a method of issuing an alarm when the difference between the reference frequency estimated at the time of initialization and the resonance frequency estimated at the current time is below a preset difference amount. However, for example, if the standard deviation of the distribution of the resonance frequency estimated at normal pressure is 1 Hz for a tire whose decompression sensitivity is 3 Hz, no matter how the difference is set, When the reference frequency is set lower due to variations, there is a possibility that an alarm has not been issued, and when it is set higher, there is a possibility of false alarm.

以上の、大きく分けて2つの課題(共振周波数の推定自体が困難であるという課題、および異常判定が困難であるという課題)が、RFM方式による異常検出システムの実用化を困難にしており、これらを本質的に解決する方法は未だ開発されていない。   The above-described two main problems (the problem that the resonance frequency estimation itself is difficult and the problem that the abnormality determination is difficult) make it difficult to put the abnormality detection system using the RFM method into practical use. A method for essentially solving this problem has not yet been developed.

本発明は、この2つの課題を解決し、高精度に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検出装置および方法、ならびにタイヤの空気圧低下検出プログラムを提供することを目的としている。具体的には、サポートベクターマシン(Support Vector Machine;SVM)と呼ばれる技術を用いてこれらの課題を解決する。   An object of the present invention is to solve these two problems and to provide a tire pressure drop detecting apparatus and method and a tire pressure drop detecting program capable of detecting a tire pressure drop with high accuracy. Specifically, these problems are solved by using a technique called a support vector machine (SVM).

ここで、SVMとは手書き文字認識や遺伝子判別など、特徴量を入力として二値分類を行うシステムであり、機械学習と呼ばれる情報科学の一分野で従来から数多くの研究がなされ、それに伴い多くの文献が発表されている。   Here, SVM is a system that performs binary classification using feature quantities as input, such as handwritten character recognition and gene discrimination, and many studies have been made in the field of information science called machine learning. The literature has been published.

例えば、SVMの発明者ヴィ・ヴァプニック(V.VApnik)による原著「ザ・ネイチャー・オブ・スタティスティカル・ラーニング・セオリー(The Nature of Statistical Learning Theory)」、1995年を挙げることができる。日本語による文献も数多く発表されており、例えば、前田英作、「痛快!サポートベクターマシン〜古くて新しいパターン認識手法〜」、情報処理学会誌、2001年、Vol.42、No.7、pp.676−683や、津田宏治、「サポートベクターマシンとは何か」、電子情報通信学会誌、2001年、Vol.83、No.6、pp.460−466を挙げることができる。   For example, the original work “The Nature of Statistical Learning Theory”, 1995, by SVM inventor V. Vapnik. Many literatures in Japanese have been published. For example, Eisaku Maeda, “Exciting! Support Vector Machine-Old and New Pattern Recognition Method”, Information Processing Society of Japan, 2001, Vol. 42, no. 7, pp. 676-683, Koji Tsuda, “What is Support Vector Machine”, Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 2001, Vol. 83, no. 6, pp. 460-466.

しかし、タイヤ空気圧の異常検出が困難となる状況において、TPMSの検出精度の改善のためにSVMを適用することについては性能の保証が自明でなく、未だに提案も実施もなされていない。   However, in situations where it is difficult to detect abnormalities in tire air pressure, performance guarantee is not obvious for applying SVM to improve the detection accuracy of TPMS, and no proposals or implementations have been made yet.

本発明の第1の観点に係るタイヤ空気圧低下検出装置(以下、単に「検出装置」ともいう)は、車両の各輪のタイヤの回転速度情報を定期的に検出する回転速度情報検出手段と、
この回転速度情報検出手段により得られる回転速度情報から、当該回転速度情報の周波数特性を推定する周波数特性推定手段と、
推定された周波数特性に基づいて前記タイヤの空気圧の低下を判定する判定手段と
を備えており、
前記周波数特性推定手段は、前記回転速度情報を含む時系列信号に対し、線形モデルのパラメータを推定するパラメータ推定手段を含んでおり、且つ、
前記判定手段は、前記パラメータ推定手段によって推定した線形モデルのパラメータを入力とし、正常圧または減圧を示す二値の判定値を出力とするサポートベクターマシンを用いることにより、タイヤの減圧判定を行う減圧判定手段を含んでいることを特徴としている。
A tire pressure drop detecting device according to a first aspect of the present invention (hereinafter also simply referred to as “detecting device”) includes a rotational speed information detecting means for periodically detecting rotational speed information of tires of each wheel of a vehicle,
From the rotational speed information obtained by the rotational speed information detecting means, a frequency characteristic estimating means for estimating the frequency characteristics of the rotational speed information,
Determining means for determining a decrease in the tire air pressure based on the estimated frequency characteristics,
The frequency characteristic estimation means includes parameter estimation means for estimating a linear model parameter for a time-series signal including the rotation speed information, and
The determination means uses a support vector machine that receives a linear model parameter estimated by the parameter estimation means as an input and outputs a binary determination value indicating normal pressure or reduced pressure, and performs pressure reduction determination for tires. It is characterized by including determination means.

本発明の第1の観点に係る検出装置では、二値分類器として高い性能を有するSVMを利用する。その方法は、次の3つのステップにしたがう。まず、実車を用いた走行実験により様々な走行条件下で車輪速信号を取得し、前記のパラメータ推定手段に基づいて、取得したすべてのデータの任意の時刻に対するK個のパラメータを机上で計算する。次に、計算された各パラメータと原データの空気圧情報を訓練データとして、SVMを訓練する。最後に、訓練済みのSVMを検出装置に搭載し、各時刻で計算されるパラメータを入力として減圧判定を行う。すなわち、既存のデータを用いて机上であらかじめSVMを訓練しておき、実車環境ではSVMを正常圧・減圧の判別のみに用いる。
SVMを用いることで、共振周波数を含む全体の周波数特性を考慮した減圧判定を容易に行うことができ、共振周波数という一次元の指標のみを用いるよりも、前述した検出困難な状況における判定性能が特に改善される。その結果、従来の手法に比べ高精度にタイヤ空気圧低下を検出することができる。
In the detection apparatus according to the first aspect of the present invention, an SVM having high performance is used as a binary classifier. The method follows three steps: First, wheel speed signals are acquired under various driving conditions by driving experiments using an actual vehicle, and K parameters for any time of all the acquired data are calculated on the desk based on the parameter estimation means. . Next, the SVM is trained using the calculated parameters and the air pressure information of the original data as training data. Finally, a trained SVM is mounted on the detection device, and a pressure reduction determination is performed using parameters calculated at each time as input. That is, the SVM is trained in advance on the desk using existing data, and the SVM is used only for discrimination between normal pressure and reduced pressure in an actual vehicle environment.
By using the SVM, it is possible to easily perform the pressure reduction determination in consideration of the entire frequency characteristics including the resonance frequency, and the determination performance in the above-described difficult detection situation is more than using only the one-dimensional index of the resonance frequency. Especially improved. As a result, a decrease in tire air pressure can be detected with higher accuracy than in the conventional method.

本発明の第2の観点に係る検出装置は、車両の各輪のタイヤの回転速度情報を定期的に検出する回転速度情報検出手段と、
この回転速度情報検出手段により得られる回転速度情報から、タイヤの回転加速度情報を演算する回転加速度情報演算手段と、
この回転加速度情報から、当該回転加速度情報の周波数特性を推定する周波数特性推定手段と、
推定された周波数特性に基づいて前記タイヤの空気圧の低下を判定する判定手段と
を備えており、
前記周波数特性推定手段は、前記回転加速度情報を含む時系列信号に対し、線形モデルのパラメータを推定するパラメータ推定手段を含んでおり、且つ、
前記判定手段は、前記パラメータ推定手段によって推定した線形モデルのパラメータを入力とし、正常圧または減圧を示す二値の判定値を出力とするサポートベクターマシンを用いることにより、タイヤの減圧判定を行う減圧判定手段を含んでいることを特徴としている。
A detection device according to a second aspect of the present invention includes a rotation speed information detection unit that periodically detects rotation speed information of a tire of each wheel of a vehicle,
From the rotational speed information obtained by this rotational speed information detecting means, rotational acceleration information calculating means for calculating tire rotational acceleration information;
From this rotational acceleration information, frequency characteristic estimation means for estimating the frequency characteristic of the rotational acceleration information,
Determining means for determining a decrease in the tire air pressure based on the estimated frequency characteristics,
The frequency characteristic estimation unit includes a parameter estimation unit that estimates a parameter of a linear model with respect to a time-series signal including the rotational acceleration information, and
The determination means uses a support vector machine that receives a linear model parameter estimated by the parameter estimation means as an input and outputs a binary determination value indicating normal pressure or reduced pressure, and performs pressure reduction determination for tires. It is characterized by including determination means.

本発明の第2の観点に係る検出装置においても、第1の観点に係る検出装置と同様、高精度に減圧判定を行うことができる。また、第2の観点に係る検出装置では、車輪加速度データを用いているが、この車輪加速度データは車輪速度データよりも変化が少ないことから、演算精度を上げることができる。   Also in the detection device according to the second aspect of the present invention, the pressure reduction determination can be performed with high accuracy as in the detection device according to the first aspect. Moreover, in the detection apparatus which concerns on a 2nd viewpoint, although wheel acceleration data are used, since this wheel acceleration data changes less than wheel speed data, it can raise calculation precision.

なお、パラメータは最小二乗法により推定することができるため、与えられたデータに対する最適解を求めることができる。   Since the parameter can be estimated by the least square method, an optimal solution for given data can be obtained.

本発明の第の観点に係るタイヤ空気圧低下検出方法(以下、単に「検出方法」ともいう)は、車両の各輪のタイヤの回転速度情報を定期的に検出する検出工程と、
この検出工程において得られる回転速度情報から、当該回転速度情報の周波数特性を推定する推定工程と、
推定された周波数特性に基づいて前記タイヤの空気圧の低下を判定する判定工程と
を含んでおり、
前記推定工程は、前記回転速度情報を含む時系列信号に対し、線形モデルのパラメータを推定するように構成されており、且つ、
前記判定工程は、前記推定工程において推定した線形モデルのパラメータを入力とし、正常圧または減圧を示す二値の判定値を出力とするサポートベクターマシンを用いることにより、タイヤの減圧判定を行う減圧判定工程を含んでいることを特徴としている。
A tire air pressure drop detection method (hereinafter also simply referred to as “detection method”) according to a third aspect of the present invention includes a detection step of periodically detecting tire rotation speed information of each wheel of a vehicle,
From the rotation speed information obtained in this detection step, an estimation process for estimating the frequency characteristics of the rotation speed information;
A determination step of determining a decrease in air pressure of the tire based on the estimated frequency characteristic,
The estimating step is configured to estimate a parameter of a linear model with respect to a time-series signal including the rotation speed information; and
The determination step uses a support vector machine that receives the linear model parameter estimated in the estimation step as an input and outputs a binary determination value indicating normal pressure or reduced pressure, and performs a decompression determination for tires. It is characterized by including a process.

本発明の第の観点に係る検出方法では、二値分類器として高い性能を有するSVMを利用する。その方法は、次の3つのステップにしたがう。まず、実車を用いた走行実験により、様々な走行条件下で車輪速信号を取得し、前記のパラメータ推定手段に基づいて、取得したすべてのデータの任意の時刻に対するパラメータを机上で計算する。次に、計算された各パラメータと原データの空気圧情報を訓練データとして、SVMを訓練する。最後に、訓練済みのSVMを検出装置に搭載し、各時刻で計算されるパラメータを入力として減圧判定を行う。すなわち、既存のデータを用いて机上であらかじめSVMを訓練しておき、実車環境ではSVMを正常圧・減圧の判別のみに用いる。
SVMを用いることで、共振周波数を含む全体の周波数特性を考慮した減圧判定を容易に行うことができ、共振周波数という一次元の指標のみを用いるよりも、前述した検出困難な状況における判定性能が特に改善される。その結果、従来の手法に比べ高精度にタイヤ空気圧低下を検出することができる。
In the detection method according to the third aspect of the present invention, an SVM having high performance is used as a binary classifier. The method follows three steps: First, a wheel speed signal is acquired under various driving conditions by a driving experiment using an actual vehicle, and parameters for an arbitrary time of all acquired data are calculated on the desk based on the parameter estimation means. Next, the SVM is trained using the calculated parameters and the air pressure information of the original data as training data. Finally, a trained SVM is mounted on the detection device, and a pressure reduction determination is performed using parameters calculated at each time as input. That is, the SVM is trained in advance on the desk using existing data, and the SVM is used only for discrimination between normal pressure and reduced pressure in an actual vehicle environment.
By using the SVM, it is possible to easily perform the pressure reduction determination in consideration of the entire frequency characteristics including the resonance frequency, and the determination performance in the above-described difficult detection situation is more than using only the one-dimensional index of the resonance frequency. Especially improved. As a result, a decrease in tire air pressure can be detected with higher accuracy than in the conventional method.

本発明の第の観点に係る検出方法は、車両の各輪のタイヤの回転速度情報を定期的に検出する検出工程と、
この検出工程において得られる回転速度情報から、タイヤの回転加速度情報を演算する演算工程と、
この演算工程において得られる回転加速度情報から、当該回転加速度情報の周波数特性を推定する推定工程と、
推定された周波数特性に基づいて前記タイヤの空気圧の低下を判定する判定工程と
を備えており、
前記推定工程は、前記回転加速度情報を含む時系列信号に対し、線形モデルのパラメータを推定するように構成されており、且つ、
前記判定工程は、前記推定工程において推定した線形モデルのパラメータを入力とし、正常圧または減圧を示す二値の判定値を出力とするサポートベクターマシンを用いることにより、タイヤの減圧判定を行う減圧判定工程を含んでいることを特徴としている。
A detection method according to a fourth aspect of the present invention includes a detection step of periodically detecting rotation speed information of a tire of each wheel of a vehicle;
From the rotational speed information obtained in this detection step, a calculation step of calculating the rotational acceleration information of the tire,
From the rotational acceleration information obtained in this calculation step, an estimation step for estimating the frequency characteristics of the rotational acceleration information,
A determination step of determining a decrease in the tire air pressure based on the estimated frequency characteristics, and
The estimation step is configured to estimate a parameter of a linear model for a time series signal including the rotational acceleration information, and
The determination step uses a support vector machine that receives the linear model parameter estimated in the estimation step as an input and outputs a binary determination value indicating normal pressure or reduced pressure, and performs a decompression determination for tires. It is characterized by including a process.

本発明の第の観点に係る検出方法においても、第の観点に係る検出方法と同様、高精度に減圧判定を行うことができる。また、第の観点に係る検出方法では、車輪加速度データを用いているが、この車輪加速度データは車輪速度データよりも変化が少ないことから、演算精度を上げることができる。 Also in the detection method according to the fourth aspect of the present invention, the pressure reduction determination can be performed with high accuracy as in the detection method according to the third aspect . In the detection method according to the fourth aspect , the wheel acceleration data is used. However, since the wheel acceleration data is less changed than the wheel speed data, the calculation accuracy can be improved.

なお、パラメータは最小二乗法により推定することができるため、与えられたデータに対する最適解を求めることができる。   Since the parameter can be estimated by the least square method, an optimal solution for given data can be obtained.

本発明の第の観点に係るタイヤの空気圧低下検出プログラムは、走行中の車両のタイヤの共振周波数に基づいて当該タイヤの空気圧低下を検出するためにコンピュータを、車両の各輪のタイヤの回転速度情報を定期的に検出する回転速度情報検出手段により得られる回転速度情報から、当該回転速度情報の周波数特性を推定する周波数特性推定手段、および、推定された周波数特性に基づいて前記タイヤの空気圧の低下を判定する判定手段として機能させ、
前記周波数特性推定手段は、前記回転速度情報を含む時系列信号に対し、線形モデルのパラメータを推定するパラメータ推定手段を含んでおり、且つ、
前記判定手段は、前記パラメータ推定手段によって推定した線形モデルのパラメータを入力とし、正常圧または減圧を示す二値の判定値を出力とするサポートベクターマシンを用いることにより、タイヤの減圧判定を行う減圧判定手段を含んでいることを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a program for detecting a decrease in tire air pressure, a computer for detecting a decrease in tire pressure based on a resonance frequency of a tire in a running vehicle, and a rotation of a tire in each wheel of the vehicle. From the rotational speed information obtained by the rotational speed information detecting means for periodically detecting the speed information, the frequency characteristic estimating means for estimating the frequency characteristics of the rotational speed information, and the air pressure of the tire based on the estimated frequency characteristics Function as a determination means for determining a decrease in
The frequency characteristic estimation means includes parameter estimation means for estimating a linear model parameter for a time-series signal including the rotation speed information, and
The determination means uses a support vector machine that receives a linear model parameter estimated by the parameter estimation means as an input and outputs a binary determination value indicating normal pressure or reduced pressure, and performs pressure reduction determination for tires. It is characterized by including determination means.

本発明の第の観点に係るタイヤの空気圧低下検出プログラムは、走行中の車両のタイヤの共振周波数に基づいて当該タイヤの空気圧低下を検出するためにコンピュータを、車両の各輪のタイヤの回転速度情報を定期的に検出する回転速度情報検出手段により得られる回転速度情報から、タイヤの回転加速度情報を演算する回転加速度情報演算手段、この回転加速度情報から、当該回転加速度情報の周波数特性を推定する周波数特性推定手段、および、推定された周波数特性に基づいて前記タイヤの空気圧の低下を判定する判定手段として機能させ、
前記周波数特性推定手段は、前記回転速度情報を含む時系列信号に対し、線形モデルのパラメータを推定するパラメータ推定手段を含んでおり、且つ、
前記判定手段は、前記パラメータ推定手段によって推定した線形モデルのパラメータを入力とし、正常圧または減圧を示す二値の判定値を出力とするサポートベクターマシンを用いることにより、タイヤの減圧判定を行う減圧判定手段を含んでいることを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a program for detecting a decrease in tire air pressure, a computer for detecting a decrease in tire pressure based on a resonance frequency of a tire in a running vehicle, and a rotation of a tire in each wheel of the vehicle. Rotational acceleration information calculating means for calculating tire rotational acceleration information from rotational speed information obtained by rotational speed information detecting means for periodically detecting speed information, and estimating frequency characteristics of the rotational acceleration information from the rotational acceleration information Functioning as frequency characteristic estimating means for determining, and determining means for determining a decrease in air pressure of the tire based on the estimated frequency characteristics;
The frequency characteristic estimation means includes parameter estimation means for estimating a linear model parameter for a time-series signal including the rotation speed information, and
The determination means uses a support vector machine that receives a linear model parameter estimated by the parameter estimation means as an input and outputs a binary determination value indicating normal pressure or reduced pressure, and performs pressure reduction determination for tires. It is characterized by including determination means.

本発明のタイヤ空気圧低下検出装置および方法、ならびにタイヤの空気圧低下検出プログラムによれば、共振周波数の推定値が不安定となる場合や異常判定が困難となる場合でも、高精度にタイヤ空気圧低下を検出することができる。   According to the tire pressure drop detection device and method and the tire pressure drop detection program of the present invention, even if the estimated value of the resonance frequency becomes unstable or abnormality determination becomes difficult, the tire pressure drop can be accurately detected. Can be detected.

本発明の検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the detection apparatus of this invention. 図1に示される検出装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of the detection apparatus shown by FIG. 実施例1および比較例1の検出精度を示す図である。It is a figure which shows the detection accuracy of Example 1 and Comparative Example 1. 2分間の車輪加速度信号に対してFFTを適用したときのパワースペクトル密度の分布を表す図である。It is a figure showing distribution of power spectral density when FFT is applied to a 2-minute wheel acceleration signal. ランフラットタイヤを装着し路面が滑らかな道路を高速走行した2分間の車輪加速度信号に対して、FFTを適用したときのパワースペクトル密度の分布を表す図である。It is a figure showing distribution of the power spectrum density when FFT is applied to the wheel acceleration signal for 2 minutes which carried a high-speed run on the road where a run flat tire was attached, and the road surface is smooth. 実施例2および比較例2の検出精度を示す図である。It is a figure which shows the detection accuracy of Example 2 and Comparative Example 2.

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の検出装置および方法、ならびにタイヤの空気圧低下検出プログラムの実施の形態を詳細に説明する。
図1に示されるように、本発明の一実施の形態に係る検出装置は、4輪車両に備えられた4つのタイヤの左前輪(FL)、右前輪(FR)、左後輪(RL)および右後輪(RR)の回転速度情報を検出するため、各タイヤに関連して設けられた通常の車輪速度検出手段(回転速度情報検出手段)1を備えている。
Hereinafter, embodiments of a detection apparatus and method and a tire pressure drop detection program according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the detection device according to an embodiment of the present invention includes a left front wheel (FL), a right front wheel (FR), and a left rear wheel (RL) of four tires provided in a four-wheel vehicle. In order to detect the rotational speed information of the right rear wheel (RR), a normal wheel speed detecting means (rotational speed information detecting means) 1 provided in association with each tire is provided.

前記車輪速度検出手段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い、この電圧から回転角速度及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。前記車輪速度検出手段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。この制御ユニット2には、例えばタイヤが減圧していることを表示す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、運転者によって操作することができる初期化ボタン4、タイヤの減圧を運転者に知らせる警報器5が接続されている。   The wheel speed detection means 1 generates power using rotation like a wheel speed sensor or dynamo for generating a rotation pulse using an electromagnetic pickup or the like and measuring the rotation angular speed and wheel speed from the number of pulses. It is possible to use an angular velocity sensor including that for measuring the rotational angular velocity and the wheel speed from this voltage. The output of the wheel speed detecting means 1 is given to a control unit 2 which is a computer such as ABS. The control unit 2 includes, for example, a liquid crystal display element for displaying that the tire is depressurized, a display 3 composed of a plasma display element or a CRT, and an initialization button 4 that can be operated by the driver. An alarm device 5 is connected to inform the driver of tire decompression.

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インターフェース2aと、演算処理の中枢として機能するCPU2bと、この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が読み出されたりするRAM2dとから構成されている。   As shown in FIG. 2, the control unit 2 stores an I / O interface 2a necessary for passing signals to and from an external device, a CPU 2b that functions as a center of arithmetic processing, and a control operation program for the CPU 2b. The ROM 2c and the RAM 2d from which data is temporarily written or the written data is read when the CPU 2b performs a control operation.

前記車輪速度検出手段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」ともいう)が出力される。そして、この車輪速パルスを所定のサンプリング周期ΔT(秒)、例えばΔT=0.005秒毎にサンプリングすることで、車輪速信号の時系列データを得ることができる。ここで、サンプリング周期は着目しているタイヤの共振周波数が現れる帯域を観察するために十分な周期とする必要がある。   The wheel speed detection means 1 outputs a pulse signal corresponding to the number of rotations of the tire (hereinafter also referred to as “wheel speed pulse”). Then, by sampling this wheel speed pulse every predetermined sampling period ΔT (seconds), for example, ΔT = 0.005 seconds, time-series data of the wheel speed signal can be obtained. Here, it is necessary to set the sampling period to a period sufficient to observe the band in which the resonance frequency of the tire of interest appears.

本実施の形態に係る検出装置は、車輪速度検出手段(回転速度情報検出手段)1、この車輪速度検出手段により得られる回転速度情報から周波数特性を推定する周波数特性推定手段、および推定された周波数特性に基づいて前記タイヤの空気圧の低下を判定する判定手段とで主に構成されている。そして、タイヤの空気圧低下検出プログラムは、前記制御ユニット2を周波数特性推定手段、および判定手段として機能させる。前記周波数特性推定手段は、前記回転速度情報を含む時系列信号に対し、線形モデルのパラメータを推定するパラメータ推定手段を含んでいる。また、前記判定手段は、前記パラメータ推定手段によって推定した線形モデルのパラメータ、または前記共振周波数推定手段によって推定した共振周波数を入力とし、正常圧または減圧を示す二値の判定値を出力とするSVMを用いることにより、タイヤの減圧判定を行う減圧判定手段を含んでいる。   The detection apparatus according to the present embodiment includes wheel speed detection means (rotation speed information detection means) 1, frequency characteristic estimation means for estimating frequency characteristics from rotation speed information obtained by the wheel speed detection means, and estimated frequency. It is mainly comprised by the determination means which determines the fall of the air pressure of the said tire based on the characteristic. The tire pressure drop detection program causes the control unit 2 to function as a frequency characteristic estimation unit and a determination unit. The frequency characteristic estimation means includes parameter estimation means for estimating a linear model parameter for a time-series signal including the rotation speed information. In addition, the determination unit receives an input of the linear model parameter estimated by the parameter estimation unit or the resonance frequency estimated by the resonance frequency estimation unit, and outputs a binary determination value indicating normal pressure or reduced pressure. By using this, a decompression determination means for determining the decompression of the tire is included.

本発明の特徴は、車両の走行条件により発生するノイズの影響により共振周波数の推定値が不安定になる問題や、異常判定の方法が困難であるという問題を、前述したSVMを用いることにより解決することにある。
従来の共振周波数方式に基づくTPMSでは、タイヤの空気圧の異常検出を行うための指標として、共振ピークが示す周波数しか用いていない。これについては、(1)共振周波数はタイヤ空気圧の変化のみに依存し、速度などの外部要因には依存しないことがタイヤの物理特性やこれまでの計測実験などから明らかにされており、減圧判定のための指標として信頼性があること、(2)共振周波数が低下するという現象は単純であるため、共振周波数を含む周囲の周波数領域の特性さえ分かれば判定基準の実装が容易であること、などが主な理由として挙げられる。
The feature of the present invention is to solve the problem that the estimated value of the resonance frequency is unstable due to the influence of noise generated by the running condition of the vehicle and the problem that the method of abnormality determination is difficult by using the above-described SVM. There is to do.
In the conventional TPMS based on the resonance frequency method, only the frequency indicated by the resonance peak is used as an index for detecting an abnormality in tire air pressure. Regarding this, (1) it has been clarified from the physical characteristics of tires and previous measurement experiments that the resonance frequency depends only on changes in tire pressure and not on external factors such as speed. (2) Since the phenomenon that the resonance frequency is lowered is simple, if the characteristics of the surrounding frequency region including the resonance frequency are known, it is easy to implement the criterion. These are the main reasons.

一方、タイヤの性質に鑑みれば、共振周波数以外にも減圧判定の指標となり得る特徴が存在する可能性がある。例えば、15〜20Hz周辺や80〜90Hz周辺には、それぞれタイヤの縦バネや周方向共振に由来する周波数特性が現れるが、タイヤ空気圧が低下するとこれらのダイナミクスも変化すると考えられるため、本来は周波数特性も全体として変化するはずである。   On the other hand, in view of the properties of the tire, there is a possibility that there may be a feature that can be an index for determining the pressure reduction in addition to the resonance frequency. For example, frequency characteristics derived from the longitudinal spring and circumferential resonance of the tire appear around 15 to 20 Hz and around 80 to 90 Hz, respectively, but it is considered that these dynamics also change when the tire air pressure decreases. The characteristics should also change as a whole.

しかし、このような共振周波数以外の周波数特性は、タイヤ空気圧の低下に伴う特性の変化が複雑であり指標として扱いづらい。また、共振周波数のようにタイヤ空気圧の低下に伴う物理特性の変化が自明でなく、速度などの外部要因に影響される可能性も排除できない。   However, such frequency characteristics other than the resonance frequency are complicated to change as the tire air pressure decreases, and are difficult to handle as an index. In addition, the change in physical characteristics associated with a decrease in tire air pressure such as the resonance frequency is not obvious, and the possibility of being affected by external factors such as speed cannot be excluded.

そこで本発明では、前述した2つの課題のうち前者(共振周波数の推定自体が困難であるという課題)を解決するために、二値分類器として高い性能を有するSVMを採用することで、共振周波数を含む全体の周波数特性を考慮した減圧判定を容易に行う。すなわち、共振周波数以外の特徴が複雑に変化するとしても、訓練された二値分類器が適切に判定を行うため、前述した検出困難な状況における判定性能が特に改善される。その結果、減圧判定を高精度に行うことができる。   Therefore, in the present invention, in order to solve the former (the problem that it is difficult to estimate the resonance frequency) among the two problems described above, the SVM having a high performance as a binary classifier is used, thereby the resonance frequency. It is easy to make a decompression determination in consideration of the overall frequency characteristics including That is, even if features other than the resonance frequency change in a complicated manner, the trained binary classifier appropriately performs the determination, so that the determination performance in the difficult-to-detect situation described above is particularly improved. As a result, the pressure reduction determination can be performed with high accuracy.

本発明では、まず、K次元の時系列解析によって求めたパラメータθ={a1、・・・、aK}を入力値とし、正常圧または減圧を示す判定値(例えば、正常圧を1、減圧を0と割り当てるような二値ラベル)を出力値とするSVMを用意する。ここで、時系列モデルの線形パラメータを分類器へのK次元入力としたのは、推定したパラメータに周波数特性の情報がすべて含まれるためである。 In the present invention, first, a parameter θ = {a 1 ,..., A K } obtained by K-dimensional time series analysis is used as an input value, and a determination value indicating normal pressure or reduced pressure (for example, normal pressure is 1, An SVM having an output value of a binary label that assigns a reduced pressure to 0 is prepared. Here, the reason why the linear parameter of the time series model is used as the K-dimensional input to the classifier is that the estimated parameter includes all the frequency characteristic information.

次に、様々な走行条件で採取したデータから推定されたパラメータと、それに対する正常圧または減圧ラベルのペアを訓練データとし、SVMを学習する。言い換えると、あらかじめ空気圧の状態が分かっている状況で取得した実験データ(タイヤの回転速度情報データや回転加速度情報データ)に基づき、机上でパラメータを推定し、推定されたパラメータと空気圧の状態を示す二値ラベルのペアを学習データとしてSVMを訓練する。なお、SVMの学習に使用する実験データは、似通った走行条件のもとで採取されたものではなく、できるだけ極端な条件を複数含むことが判定精度を上げる上で望ましい。その後、実車においては前述した方法であらかじめ机上で学習したSVMを用いて、従来手法と同様にしてオンラインで推定した時系列モデルのパラメータから減圧判定を行う。   Next, SVM is learned by using, as training data, a pair of parameters estimated from data collected under various driving conditions and normal pressure or reduced pressure label corresponding thereto. In other words, parameters are estimated on the desk based on experimental data (tire rotational speed information data and rotational acceleration information data) acquired in a situation where the air pressure state is known in advance, and the estimated parameters and the air pressure state are indicated. SVM is trained using a pair of binary labels as learning data. Note that the experimental data used for learning the SVM is not collected under similar driving conditions, and it is desirable to include a plurality of extreme conditions as much as possible in order to increase the determination accuracy. After that, in the actual vehicle, using the SVM learned on the desk in advance by the above-described method, the decompression determination is performed from the parameters of the time series model estimated online as in the conventional method.

また、前述した2つの課題のうち後者(異常判定が困難であるという課題)についても、同様にSVMを用いることで解決することができる。すなわち、共振周波数自体は適切に推定できるものの、減圧感度が小さいために、前述の従来手法に基づいてはその後の判定が困難となる問題を解決できる。   Also, the latter (the problem that abnormality determination is difficult) of the two problems described above can be solved by using SVM in the same manner. That is, although the resonance frequency itself can be estimated appropriately, the problem that subsequent determination is difficult based on the above-described conventional method can be solved because the pressure reduction sensitivity is small.

まず、従来より提案されているように、前述のARモデルに基づいて共振周波数を推定する。推定した共振周波数を入力値とし、正常圧または減圧を示す判定値(例えば、正常圧を1、減圧を0と割り当てるような二値ラベル)を出力値とするSVMを用意する。次に、様々な走行条件で採取したデータから推定された共振周波数と、それに対する正常圧または減圧ラベルのペアを訓練データとし、SVMを学習する。言い換えると、あらかじめ空気圧の状態が分かっている状況で取得した実験データ(タイヤの回転速度情報データや回転加速度情報データ)に基づき、机上で共振周波数を推定し、推定された共振周波数と空気圧の状態を示す二値ラベルのペアを学習データとしてSVMを訓練する。その後、実車においては前述した方法であらかじめ机上で学習したSVMを用いて、従来手法と同様にしてオンラインで推定した共振周波数から減圧判定を行う。   First, as conventionally proposed, the resonance frequency is estimated based on the aforementioned AR model. An SVM is prepared in which the estimated resonance frequency is used as an input value, and a determination value indicating normal pressure or reduced pressure (for example, a binary label in which normal pressure is assigned 1 and reduced pressure is assigned 0) is output. Next, SVM is learned by using, as training data, a pair of a resonance frequency estimated from data collected under various driving conditions and a normal pressure or a reduced pressure label corresponding thereto. In other words, the resonance frequency is estimated on the desk based on experimental data (tire rotation speed information data and rotation acceleration information data) acquired in a situation where the air pressure state is known in advance, and the estimated resonance frequency and air pressure state SVM is trained by using a pair of binary labels indicating as learning data. After that, in the actual vehicle, using the SVM learned on the desk in advance by the above-described method, the decompression determination is performed from the resonance frequency estimated online as in the conventional method.

本発明では、想定される走行条件のデータを取得しておき、このデータを用いてあらかじめ机上でSVMを訓練しておくことで、各走行条件に適した減圧判定指標を保持しておくことができる。前述した2つの課題のうち前者を解決する発明については、想定される走行条件が複雑かつ多様になることで、入力となるARパラメータの空間から減圧判定への写像が非線形となる場合でも、モデルの次元を高くし、非線形カーネルによるカーネルトリックを用いるなどの対応により、非線形性を克服することができる。そのような複雑な判定基準は人間の手によっては実装できないが、SVMは自動的に適切な対応関係(データとして与えられた推定パラメータと空気圧状態の関係)を学習し、各条件に応じて正確に判定を行うことができる。   In the present invention, it is possible to acquire a decompression determination index suitable for each traveling condition by acquiring data of an assumed traveling condition and using this data to train an SVM in advance on a desk. it can. As for the invention that solves the former of the two problems described above, even if the assumed driving conditions are complicated and diverse, the mapping from the AR parameter space to the decompression determination becomes nonlinear even if the model is nonlinear. Non-linearity can be overcome by taking measures such as using a kernel trick with a non-linear kernel. Such complex criteria cannot be implemented by human hands, but SVM automatically learns the appropriate correspondence (the relationship between the estimated parameter given as data and the air pressure state), and is accurate according to each condition. Judgment can be made.

前述した2つの課題のうち後者を解決する発明については、前者の発明と同様の方法で、あらかじめ机上でSVMを訓練しておくことで、汎化性能が最大となる最適な判別平面を得られるため、減圧感度が小さいタイヤに対しても確実に減圧判定を行うことができる。   For the invention that solves the latter of the two problems described above, an optimal discriminant plane that maximizes generalization performance can be obtained by pre-training SVM on the desk in the same way as the former invention. Therefore, the pressure reduction determination can be reliably performed even for a tire having a low pressure reduction sensitivity.

なお、SVMの入力として時系列解析によって求めたパラメータや、得られた共振周波数だけではなく、速度や路面の状況を表わす情報や、摩擦スリップ(μS)特性を付加的に与えることで、より頑健に判定を行うことができる。
以上より、たとえ安定して正確な共振周波数を推定することが難しい場合であっても、SVMを用いた減圧判定により従来の課題を効果的に解決することができる。
In addition, it is more robust by adding not only the parameters obtained by time series analysis as input of SVM, the information indicating the speed and road surface condition, but also the friction slip (μS) characteristics as well as the obtained resonance frequency. Judgment can be made.
From the above, even if it is difficult to estimate the resonance frequency stably and accurately, the conventional problem can be effectively solved by the pressure reduction determination using the SVM.

[実施例および比較例]
次に本発明の検出方法の実施例を説明するが、本発明は以下に記載する実施例のみに限定されるものではない。
図3は、本発明のうち、前述した2つの課題のうち前者を解決するものを適用して減圧判定を行った場合(実施例1)と、共振周波数という一次元の指標のみを用いた従来手法(比較例1)との判定精度を示す図である。データのサンプリング周期は4msである。図3の縦軸は、それぞれの判定結果に対する度数を表わす。なお、実験に使用したタイヤは、その物理特性上極めて共振ピークが不明瞭となる傾向があり、共振周波数の推定が特に難しい。
[Examples and Comparative Examples]
Next, examples of the detection method of the present invention will be described, but the present invention is not limited to only the examples described below.
FIG. 3 shows a case where the pressure reduction determination is performed by applying one of the two problems described above that solves the former (Example 1), and a conventional technique using only a one-dimensional index of resonance frequency. It is a figure which shows the determination precision with a method (comparative example 1). The data sampling period is 4 ms. The vertical axis in FIG. 3 represents the frequency for each determination result. Note that the tire used in the experiment tends to have an unclear resonance peak due to its physical characteristics, and it is particularly difficult to estimate the resonance frequency.

速度、路面状態および荷重が異なる25の走行条件で採取したデータセットを用いた。全データのうち80%をSVMの学習に用い、残りの20%を評価に用いるクロスバリデーションを実施した。なお、従来手法である比較例1はSVMの学習は不要であるため、学習データは用いない。図3より、本発明を適用する方が誤報(減圧でないのに減圧であると判定する)および未検出(減圧であるのに減圧と判定しない)が少なく、また判定の当否のばらつきも小さいことから、確実にタイヤ空気圧の異常を検出していることが分かる。   Data sets collected under 25 driving conditions with different speeds, road surface conditions and loads were used. Cross validation was performed using 80% of the total data for SVM learning and the remaining 20% for evaluation. Note that learning data is not used in Comparative Example 1, which is a conventional method, because SVM learning is unnecessary. As shown in FIG. 3, the application of the present invention has fewer false alarms (determined to be depressurized when it is not depressurized) and less detected (determined to be depressurized although depressurized), and the variation in the validity of the determination is smaller From this, it can be seen that an abnormality in tire air pressure is reliably detected.

図6は、本発明のうち、前述した2つの課題のうち後者を解決するものを適用して減圧判定を行った場合(実施例2)と、共振周波数という一次元の指標のみを用いた従来手法(比較例2)との判定精度を示す図である。使用したデータ、グラフの表記、評価の手順は前述の実施例1と同じである。なお、実験に使用したタイヤは、その物理特性上減圧感度が小さいため、従来手法では減圧判定が特に難しい。
図6より、本発明を適用すれば、誤報・未検出なく確実にタイヤ空気圧の異常を検出できることが分かる。これは、2つの空気圧条件を切り分けるために最適な判別平面を、あらかじめ学習していることによる。
FIG. 6 shows a case where the pressure reduction determination is performed by applying one of the two problems described above that solves the latter problem (Example 2), and a conventional technique using only a one-dimensional index of resonance frequency. It is a figure which shows the determination precision with a method (comparative example 2). The used data, graph notation, and evaluation procedure are the same as those in the first embodiment. Note that the tire used in the experiment has a low pressure reduction sensitivity due to its physical characteristics, and therefore it is particularly difficult to determine the pressure reduction by the conventional method.
From FIG. 6, it can be seen that by applying the present invention, it is possible to reliably detect an abnormality in tire air pressure without false alarms / undetected. This is because an optimal discrimination plane for learning two air pressure conditions is learned in advance.

1 車輪速度検出手段
2 制御ユニット
2a インターフェース
2b CPU
2c ROM
2d RAM
3 表示器
4 初期化ボタン
5 警報器
1 Wheel speed detection means 2 Control unit 2a Interface 2b CPU
2c ROM
2d RAM
3 Display 4 Initialization button 5 Alarm

Claims (8)

車両の各輪のタイヤの回転速度情報を定期的に検出する回転速度情報検出手段と、
この回転速度情報検出手段により得られる回転速度情報から、当該回転速度情報の周波数特性を推定する周波数特性推定手段と、
推定された周波数特性に基づいて前記タイヤの空気圧の低下を判定する判定手段と
を備えており、
前記周波数特性推定手段は、前記回転速度情報を含む時系列信号に対し、線形モデルのパラメータを推定するパラメータ推定手段を含んでおり、且つ、
前記判定手段は、前記パラメータ推定手段によって推定した線形モデルのパラメータを入力とし、正常圧または減圧を示す二値の判定値を出力とするサポートベクターマシンを用いることにより、タイヤの減圧判定を行う減圧判定手段を含んでいることを特徴とするタイヤ空気圧低下検出装置。
Rotational speed information detecting means for periodically detecting rotational speed information of tires of each wheel of the vehicle;
From the rotational speed information obtained by the rotational speed information detecting means, a frequency characteristic estimating means for estimating the frequency characteristics of the rotational speed information,
Determining means for determining a decrease in the tire air pressure based on the estimated frequency characteristics,
The frequency characteristic estimation means includes parameter estimation means for estimating a linear model parameter for a time-series signal including the rotation speed information, and
The determination means uses a support vector machine that receives a linear model parameter estimated by the parameter estimation means as an input and outputs a binary determination value indicating normal pressure or reduced pressure, and performs pressure reduction determination for tires. A tire pressure drop detecting device including a judging means.
車両の各輪のタイヤの回転速度情報を定期的に検出する回転速度情報検出手段と、
この回転速度情報検出手段により得られる回転速度情報から、タイヤの回転加速度情報を演算する回転加速度情報演算手段と、
この回転加速度情報から、当該回転加速度情報の周波数特性を推定する周波数特性推定手段と、
推定された周波数特性に基づいて前記タイヤの空気圧の低下を判定する判定手段と
を備えており、
前記周波数特性推定手段は、前記回転加速度情報を含む時系列信号に対し、線形モデルのパラメータを推定するパラメータ推定手段を含んでおり、且つ、
前記判定手段は、前記パラメータ推定手段によって推定した線形モデルのパラメータを入力とし、正常圧または減圧を示す二値の判定値を出力とするサポートベクターマシンを用いることにより、タイヤの減圧判定を行う減圧判定手段を含んでいることを特徴とするタイヤ空気圧低下検出装置。
Rotational speed information detecting means for periodically detecting rotational speed information of tires of each wheel of the vehicle;
From the rotational speed information obtained by this rotational speed information detecting means, rotational acceleration information calculating means for calculating tire rotational acceleration information;
From this rotational acceleration information, frequency characteristic estimation means for estimating the frequency characteristic of the rotational acceleration information,
Determining means for determining a decrease in the tire air pressure based on the estimated frequency characteristics,
The frequency characteristic estimation unit includes a parameter estimation unit that estimates a parameter of a linear model with respect to a time-series signal including the rotational acceleration information, and
The determination means uses a support vector machine that receives a linear model parameter estimated by the parameter estimation means as an input and outputs a binary determination value indicating normal pressure or reduced pressure, and performs pressure reduction determination for tires. A tire pressure drop detecting device including a judging means.
前記パラメータ推定手段が、最小二乗法により線形モデルのパラメータを推定するように構成されている請求項1または2に記載のタイヤ空気圧低下検出装置。 The tire pressure drop detecting device according to claim 1 or 2 , wherein the parameter estimating means is configured to estimate a parameter of a linear model by a least square method. 車両の各輪のタイヤの回転速度情報を定期的に検出する検出工程と、
この検出工程において得られる回転速度情報から、当該回転速度情報の周波数特性を推定する推定工程と、
推定された周波数特性に基づいて前記タイヤの空気圧の低下を判定する判定工程と
を含んでおり、
前記推定工程は、前記回転速度情報を含む時系列信号に対し、線形モデルのパラメータを推定するように構成されており、且つ、
前記判定工程は、前記推定工程において推定した線形モデルのパラメータを入力とし、正常圧または減圧を示す二値の判定値を出力とするサポートベクターマシンを用いることにより、タイヤの減圧判定を行う減圧判定工程を含んでいることを特徴とするタイヤ空気圧低下検出方法。
A detection step of periodically detecting rotation speed information of tires of each wheel of the vehicle;
From the rotation speed information obtained in this detection step, an estimation process for estimating the frequency characteristics of the rotation speed information;
A determination step of determining a decrease in air pressure of the tire based on the estimated frequency characteristic,
The estimating step is configured to estimate a parameter of a linear model with respect to a time-series signal including the rotation speed information; and
The determination step uses a support vector machine that receives the linear model parameter estimated in the estimation step as an input and outputs a binary determination value indicating normal pressure or reduced pressure, and performs a decompression determination for tires. A method for detecting a decrease in tire air pressure, comprising: a step.
車両の各輪のタイヤの回転速度情報を定期的に検出する検出工程と、
この検出工程において得られる回転速度情報から、タイヤの回転加速度情報を演算する演算工程と、
この演算工程において得られる回転加速度情報から、当該回転加速度情報の周波数特性を推定する推定工程と、
推定された周波数特性に基づいて前記タイヤの空気圧の低下を判定する判定工程と
を備えており、
前記推定工程は、前記回転加速度情報を含む時系列信号に対し、線形モデルのパラメータを推定するように構成されており、且つ、
前記判定工程は、前記推定工程において推定した線形モデルのパラメータを入力とし、正常圧または減圧を示す二値の判定値を出力とするサポートベクターマシンを用いることにより、タイヤの減圧判定を行う減圧判定工程を含んでいることを特徴とするタイヤ空気圧低下検出方法。
A detection step of periodically detecting rotation speed information of tires of each wheel of the vehicle;
From the rotational speed information obtained in this detection step, a calculation step of calculating the rotational acceleration information of the tire,
From the rotational acceleration information obtained in this calculation step, an estimation step for estimating the frequency characteristics of the rotational acceleration information,
A determination step of determining a decrease in the tire air pressure based on the estimated frequency characteristics, and
The estimation step is configured to estimate a parameter of a linear model for a time series signal including the rotational acceleration information, and
The determination step uses a support vector machine that receives the linear model parameter estimated in the estimation step as an input and outputs a binary determination value indicating normal pressure or reduced pressure, and performs a decompression determination for tires. A method for detecting a decrease in tire air pressure, comprising: a step.
前記パラメータを推定する工程において、最小二乗法により線形モデルのパラメータを推定するように構成されている請求項4または5に記載のタイヤ空気圧低下検出方法。 The tire pressure drop detection method according to claim 4 or 5 , wherein in the step of estimating the parameter, the parameter of the linear model is estimated by a least square method. 走行中の車両のタイヤの共振周波数に基づいて当該タイヤの空気圧低下を検出するためにコンピュータを、車両の各輪のタイヤの回転速度情報を定期的に検出する回転速度情報検出手段により得られる回転速度情報から、当該回転速度情報の周波数特性を推定する周波数特性推定手段、および、推定された周波数特性に基づいて前記タイヤの空気圧の低下を判定する判定手段として機能させ、
前記周波数特性推定手段は、前記回転速度情報を含む時系列信号に対し、線形モデルのパラメータを推定するパラメータ推定手段を含んでおり、且つ、
前記判定手段は、前記パラメータ推定手段によって推定した線形モデルのパラメータを入力とし、正常圧または減圧を示す二値の判定値を出力とするサポートベクターマシンを用いることにより、タイヤの減圧判定を行う減圧判定手段を含んでいることを特徴とするタイヤの空気圧低下検出プログラム。
Rotation obtained by rotation speed information detecting means for periodically detecting the rotation speed information of the tires of each wheel of the vehicle based on the resonance frequency of the tires of the running vehicle based on the resonance frequency of the tires. From the speed information, function as frequency characteristic estimation means for estimating frequency characteristics of the rotational speed information, and determination means for determining a decrease in the tire air pressure based on the estimated frequency characteristics,
The frequency characteristic estimation means includes parameter estimation means for estimating a linear model parameter for a time-series signal including the rotation speed information, and
The determination means uses a support vector machine that receives a linear model parameter estimated by the parameter estimation means as an input and outputs a binary determination value indicating normal pressure or reduced pressure, and performs pressure reduction determination for tires. A tire pressure drop detection program including a determination means.
走行中の車両のタイヤの共振周波数に基づいて当該タイヤの空気圧低下を検出するためにコンピュータを、車両の各輪のタイヤの回転速度情報を定期的に検出する回転速度情報検出手段により得られる回転速度情報から、タイヤの回転加速度情報を演算する回転加速度情報演算手段、この回転加速度情報から、当該回転加速度情報の周波数特性を推定する周波数特性推定手段、および、推定された周波数特性に基づいて前記タイヤの空気圧の低下を判定する判定手段として機能させ、
前記周波数特性推定手段は、前記回転速度情報を含む時系列信号に対し、線形モデルのパラメータを推定するパラメータ推定手段を含んでおり、且つ、
前記判定手段は、前記パラメータ推定手段によって推定した線形モデルのパラメータを入力とし、正常圧または減圧を示す二値の判定値を出力とするサポートベクターマシンを用いることにより、タイヤの減圧判定を行う減圧判定手段を含んでいることを特徴とするタイヤの空気圧低下検出プログラム。
Rotation obtained by rotation speed information detecting means for periodically detecting the rotation speed information of the tires of each wheel of the vehicle based on the resonance frequency of the tires of the running vehicle based on the resonance frequency of the tires. Rotational acceleration information calculating means for calculating the rotational acceleration information of the tire from the speed information, frequency characteristic estimating means for estimating the frequency characteristic of the rotational acceleration information from the rotational acceleration information, and based on the estimated frequency characteristics It functions as a determination means for determining a decrease in tire air pressure,
The frequency characteristic estimation means includes parameter estimation means for estimating a linear model parameter for a time-series signal including the rotation speed information, and
The determination means uses a support vector machine that receives a linear model parameter estimated by the parameter estimation means as an input and outputs a binary determination value indicating normal pressure or reduced pressure, and performs pressure reduction determination for tires. A tire pressure drop detection program including a determination means.
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