JPH05229320A - タイヤバランス検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度良くタイヤのバランス状態を検知するこ
とができるタイヤバランス検知装置を提供すること。 【構成】 タイヤの回転速度に応じた信号を出力する速
度センサ２，３と、速度センサ２，３からの信号を入力
し、所定の演算処理を行う電子制御装置４とを備え、電
子制御装置４は、速度センサ２，３の出力信号に基づい
て車輪速度を演算するとともに、その演算された車輪速
度の周波数解析を行い、車輪回転数の次数成分の大きさ
を算出する。そしてこの次数成分の大きさに基づき、タ
イヤのバランス状態を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タイヤのバランス状態
を検知するタイヤバランス検知装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から行われているタイヤのバランス
調整は、タイヤ単体で行われているのみであって、車両
に装着されてからはパンク等でタイヤ交換が行われない
限り実施されない。しかし、タイヤは使用状況次第で経
年変化が大きく変わるものであり、タイヤがアンバラン
ス状態（偏磨耗、スタンディングウェーブ現象等）とな
るとタイヤのばね下振動が大きくなり、タイヤ接地性を
損ねることから操縦安定性や乗り心地を悪化させるとい
う問題がある。従って、この問題を解決するためには、
車両走行中においてもタイヤのバランス状態を検知する
必要がある。

【０００３】そこで、サスペンションのばね下に加速度
センサを取り付け、この加速度センサの出力信号からタ
イヤのばね下振動成分を抽出してタイヤのバランス状態
を検知する方法が考えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常加
速度センサは図１３に示すように、カンチレバー１０１
の歪みをゲージ部１０２にて検出する構造となってお
り、路面からの振動によってゲージ部１０２が常時衝撃
を受けやすい。従って、センサとしての耐久性に問題が
あり、長期の検知精度が充分に確保できないという問題
がある。

【０００５】本発明は上記問題に鑑みてなされたもので
あって、精度良くタイヤのバランス状態を検知すること
ができるタイヤバランス検知装置を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のタイヤバランス検知装置は、車輪の回転速
度に応じた信号を出力する回転速度出力手段と、前記車
輪の回転速度からタイヤの振動周波数成分を含む信号を
抽出する振動周波数成分抽出手段と、前記タイヤの振動
周波数成分を含む信号から単位時間当たりの車輪回転数
の次数成分の信号を抽出する次数成分抽出手段と、前記
次数成分の信号に基づいて、前記タイヤのバランス状態
を検知する検知手段と、を備えることを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記構成により、車輪の回転速度からタイヤの
振動周波数成分を含む信号を抽出し、抽出したタイヤの
振動周波数成分を含む信号から単位時間当たりの車輪回
転数の次数成分の信号を抽出し、次数成分の信号に基づ
いて、タイヤのバランス状態を検知する。ここで、タイ
ヤがアンバランス状態となると、それによってタイヤの
振動周波数成分を含む信号のうちの単位時間当たりの車
輪回転数の次数成分の信号の大きさが変化するので、抽
出した次数成分の信号の大きさに基づきタイヤのバラン
ス状態を検知することができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図面に基づいて
詳しく説明する。図１は、第１実施例の全体の構成を示
す構成図である。

【０００９】図１に示すように、車両の各タイヤ１ａ〜
１ｄに対応して車輪速度センサが設けられている。各車
輪速度センサは、歯車２ａ〜２ｄ及びピックアップコイ
ル３ａ〜３ｄによって構成されている。歯車２ａ〜２ｄ
は、各タイヤ１ａ〜１ｄの回転軸（図示せず）に同軸的
に取り付けられており、円盤状の磁性体より成る。ピッ
クアップコイル３ａ〜３ｄは、これらの歯車２ａ〜２ｄ
の近傍に所定の間隔を置いて取り付けられ、歯車２ａ〜
２ｄ、すなわちタイヤ１ａ〜１ｄの回転速度に応じた周
期を有する交流信号を出力する。ピックアップコイル３
ａ〜３ｄから出力される交流信号は、波形整形回路，Ｒ
ＯＭ，ＲＡＭ等よりなる公知の電子制御装置（ＥＣＵ）
４に入力され、波形整形を含む所定の信号処理が行われ
る。この信号処理の結果は表示部５に入力され、表示部
５は運転者に対して各タイヤ１ａ〜１ｄのバランス状態
を報知する。この表示部５は、各タイヤ１ａ〜１ｄのバ
ランス状態を独立に表示しても良いし、一つの警告ラン
プを設けて、いずれか一つのタイヤがアンバランスとな
ったときに点灯させて、それを警告するようにしても良
い。

【００１０】なお、ここで言うタイヤアンバランス状態
とは、２つの意味がある。１つは、タイヤの基本構造に
係わるものであり、タイヤは繊維，スチールワイヤ，ゴ
ムなどから成る複合材料製品であり、周上の部分的な寸
法変化，剛性変化及び非対称性など大部分が人手で成形
されるため精度が一般の金属製品に比べて劣り、タイヤ
が転動した場合に路面から異常な力や同期的に変動する
力を受ける。これらの力が異常となる場合は、車両の直
進性の低下や異常振動の原因となる。

【００１１】この場合の顕著な例として、高速でタイヤ
空気圧が低い場合に発生するスタンディング現象などが
あり、タイヤの波打ち現象の発生により、タイヤは異常
振動を起こす。

【００１２】２つめは、重量バランスである。タイヤ単
体ではバランスウェイトにより、バランスがとられる
為、ほとんど問題になることはないが、車両の走行状態
でタイヤは偏摩耗が起こることも多く、また、タイヤの
取付位置のズレなどにより、重量アンバランスが発生す
る場合がある。

【００１３】ここで、まず本実施例におけるタイヤバラ
ンスの検知原理について説明する。車両が、例えば舗装
されたアスファルト路面を走行した場合、その路面表面
の微小な凹凸により上下及び前後方向の力を受け、その
力によってタイヤは上下及び前後方向に振動する。この
車両のタイヤ振動成分は、車輪速度センサの検出信号か
ら抽出可能である。これは、発明者らの詳細な検討の結
果、車輪速度センサの検出信号には、タイヤの振動周波
数成分が含まれていることが判明したためである（特願
平３−２９４６２２号）。このとき、車輪速度が比較的
大きく変動している場合には、そのタイヤ振動時の車輪
速度変動の周波数特性は図２に示すようなものとなる。
図２の周波数特性に対し、車輪速度が比較的狭い範囲で
変動した場合は、図３に示すように、車輪速度変動の周
波数特性はある一定間隔をおいてピーク値を示し、その
ピーク値は、単位時間当たりの車輪回転数の次数（整数
倍）となる。この次数成分は、車両をシャシローラ（ロ
ーラは平滑面）等のベンチで、一定速度試験を行った場
合においても、図４の如く表れるものであって、この原
因はタイヤ自身が有するアンバランスによって発生する
ことが判明した。

【００１４】これにより、本実施例によれば、近年搭載
車両が増加しているアンチスキッド制御装置（ＡＢＳ）
を備える車両等は、既に各タイヤに車輪速度センサが装
備されているため、何ら新たなセンサ類を追加しなくと
もタイヤバランス検知が可能となる。

【００１５】図５にＥＣＵ４が実行する処理内容を表し
たフローチャートを示す。なお、ＥＣＵ４は各車輪１ａ
〜１ｄに対して同様の処理を行うため、図５のフローチ
ャートは１車輪に対しての処理の流れのみを示してい
る。また、これ以後の説明において、各符号の添字は省
略する。さらに、図５に示すフローチャートでは、特に
タイヤがアンバランス状態になったことを検知し、運転
者に対して警告を行う例について示している。

【００１６】図５において、ステップ１００では、ピッ
クアップコイル３から出力された交流信号（図６）を波
形整形してパルス信号とした後に、そのパルス間隔をそ
の間の時間で除算することにより車輪速度ｖを演算す
る。この車輪速度ｖは、図７に示すように、通常、タイ
ヤの振動周波数成分を含む多くの周波数成分を含んでい
る。ステップ１１０では、図８に示すように、ステップ
１００のｎ回目に演算された車輪速度ｖ_n とｎ₁ 回目に
演算された車輪速度ｖ_n1との差Δｖとその間に要した時
間Δｔとから車輪速度変化率ｄｖを演算する。

【００１７】

【数１】ｄｖ＝Δｖ／Δｔ このとき、時間ΔＴの間に車輪速度ｖは（ｎ₁ −ｎ）回
演算されることになるが、この（ｎ₁ −ｎ）は、後述す
るＦＦＴ演算に必要なデータ数となるｎ₀ であることが
望ましい。

【００１８】ステップ１２０では、ステップ１１０にて
演算された車輪速度変化率ｄｖが所定値ｄｖ₀ 以下であ
るか否かを判定する。このステップ１２０の処理は、車
両が走行している車速が、本実施例の検知手法によって
タイヤバランスの検知が可能な車速か否かを判定するた
めに行うものである。つまり、本実施例では、タイヤバ
ランスの検知を、タイヤの振動周波数成分に含まれる車
輪回転の次数成分の大きさに基づいて行っているが、車
輪速度ｖがある程度の範囲内でなければ車輪回転の次数
成分が検知困難である。従って、次数成分を明確するた
めに車輪速度変動ｄｖが小さいときにのみ、タイヤバラ
ンスを検知することとする。なお、一定車輪速度にて定
速走行しているときが理想状態であるのは言うまでもな
い。

【００１９】ステップ１２０において、肯定判断される
とステップ１３０に進み、否定判断されると、ステップ
１００に戻る。ステップ１３０では、車輪速度ｖに対し
て周波数解析（ＦＦＴ）演算を行うとともに、その演算
回数Ｎをカウントする。このＦＦＴ演算を行った結果の
一例を図９に示す。

【００２０】図９に示すように、実際に車両が一般道を
走行して得られる車輪速度に対してＦＦＴ演算を実施す
ると、非常にランダムな周波数特性となることが通常で
ある。これは、路面に存在する微小な凹凸の形状（大き
さや高さ）が全く不規則なためであり、従って車輪速度
データ毎にその周波数特性は変動することとなる。従っ
て、本実施例では、この周波数特性の変動をできるだけ
低減するために、複数回のＦＦＴ演算結果の平均値を求
める。このため、ステップ１４０では、ステップ１３０
におけるＦＦＴ演算回数Ｎが所定回数ｎ₀ に達したか否
かを判定する。そして、演算回数Ｎが所定回数ｎ₀ に達
っしていないときには、さらにステップ１００からステ
ップ１３０の処理を繰り返し実行する。一方、演算回数
Ｎが所定回数ｎ₀ に達っしているときには、ステップ１
５０に進んで平均化処理を行う。この平均化処理は、図
１０に示すように、各ＦＦＴ演算結果の平均値を求める
ものであり、各周波数成分のゲインの平均値が算出され
る。このような平均化処理によって、路面によるＦＦＴ
演算結果の変動を低減することが可能となる。

【００２１】次に、ステップ１６０では、上記平均処理
によりスムージングされたＦＦＴ演算結果に基づいて、
車輪回転数の一次成分の大きさｖ_P を所定値ｖ_T と比較
することにより、タイヤがアンバランス状態であるか否
かを判定する。一次成分の大きさｖ_P が所定値ｖ_T より
も大きいと判定されると、タイヤアンバランス状態とみ
なしてステップ１７０に進み、表示部５によって運転者
に対して警告表示を行う。

【００２２】次に本発明の第２実施例について説明す
る。上述の第１実施例では、車輪回転数の次数成分を検
出するためにＦＦＴ演算および平均化処理を行っている
が、第２実施例ではＦＦＴ演算および平均化処理によら
ず帯域フィルタ（ＢＰＦ）処理により車輪回転数の次数
成分を検出することを特徴としている。

【００２３】このため、第２実施例では、ＥＣＵ４にお
ける処理内容の一部のみが上記第１実施例と異なり、そ
の構成は第１実施例と共通である。このため、構成の説
明は省略し、かつＥＣＵ４における処理内容の相違点の
みを説明する。すなわち、第２実施例では、図５に示す
フローチャートのステップ１３０〜１６０を図１１に示
す処理に変更する。

【００２４】図１１において、ステップ１３２では、車
輪速度変化率ｄｖを演算するために要した時間Δｔ内に
おける車輪速度の最大値ｖ_H ，最小値ｖ_L を算定する。
例えば、車輪速度ｖの変動が図８に示す状態であったな
らば、最大値ｖ_H ＝ｖ_n1，最小値ｖ_L ＝ｖ_n となる。こ
のとき、車輪回転数の一次成分の大きさは最小値ｖ_Lと
最大値ｖ_H との間にあることは明らかである。ステップ
１３４では、ステップ１３２にて算定した最大値ｖ_H ，
最小値ｖ_L を車輪一回転当たりの周長で除算することに
より、最大値ｖ_H ，最小値ｖ_L にそれぞれ対応した帯域
フィルタ（ＢＰＦ）のカットオフ周波数ｃｆ_H ，ｃｆ_L
を演算する。ステップ１３６では、カットオフ周波数ｃ
ｆ_H ，ｃｆ_L にて決定される帯域フィルタ（ＢＰＦ）に
て車輪速度ｖの高周波成分と低周波成分をカットして車
輪回転数の一次成分に近い周波数の時間波形ｆを求め
る。その後ステップ１３８に進み、図１２に示すように
車輪回転数の一次数成分に近い周波数の時間波形ｆが、
予め設定された判定値ｖ_I ，−ｖ_I の範囲内にあるか否
かを判定してタイヤのアンバランス状態を検知する。こ
のとき、該時間波形ｆが判定値ｖ_I ，−ｖ_I の範囲外で
あれば、タイヤアンバランス状態とみなしてステップ１
７０に進み、表示部５によって運転者に対して警告表示
を行う。

【００２５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その趣旨を逸脱しない限り例えば以下の如
く種々変形可能である。 第１実施例のステップ１６０では、車輪回転数の一次
成分の大きさｖ_P を所定値ｖ_T と比較する例を示した
が、これに限らず、二次，三次成分の大きさ（ｖ _P2，ｖ
_P3）を各々に対する所定値（ｖ_T2，ｖ_T3）と比較するこ
とによりタイヤのアンバランス状態を検知しても良い。
また、第２実施例においても車輪回転数の二次，三次成
分に近い周波数の時間波形を求めて、これからアンバラ
ンス状態を検知しても良い。

【００２６】さらにステップ１６０の判定において
は、車輪回転数の一次成分の大きさｖ _P が所定値ｖ_T よ
り大きくなったとしても、すぐにはステップ１７０に進
まず、回数や時間を適当な値に設定し、ｖ_P ＞ｖ_T の状
態が設定した値以上継続したら、ステップ１７０に進む
ようにしても良い。

【００２７】車輪速度センサは、ホール効果を利用し
て検出するものでも良い。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、車
輪の回転速度からタイヤの振動周波数成分を含む信号を
抽出し、抽出したタイヤの振動周波数成分を含む信号か
ら単位時間当たりの車輪回転数の次数成分の信号を抽出
し、次数成分の信号に基づいて、タイヤのバランス状態
を検知する。ここで、次数成分の信号の大きさはタイヤ
のバランス状態に応じて変化するので、車輪の回転速度
から精度良くタイヤのバランス状態を検知することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す構成図であ
る。

【図２】車両のばね下の上下方向及び前後方向の共振周
波数の様子を示す特性図である。

【図３】アスファルト路面を走行した場合の車輪回転数
の次数成分の様子を示す特性図である。

【図４】一定速度試験を行った場合の車輪回転数の次数
成分の様子を示す特性図である。

【図５】第１実施例の電子制御装置の処理内容を示すフ
ローチャートである。

【図６】車輪速度センサの出力電圧波形を示す波形図で
ある。

【図７】車輪速度センサの検出信号に基づいて演算され
た車輪速度ｖの変動状態を示す波形図である。

【図８】車輪速度変化率ｄｖを演算するための説明図で
ある。

【図９】図６に示す波形の車輪速度ｖに対して周波数解
析演算を行った結果を示す特性図である。

【図１０】第１実施例における平均処理を説明するため
の説明図である。

【図１１】第２実施例と第１実施例との処理内容の相違
点を示すフローチャートである。

【図１２】車輪回転数の一次数成分に近い周波数の時間
波形図である。

【図１３】加速度センサの構造図である。

【符号の説明】

１ タイヤ ２ 歯車 ３ ピックアップコイル ４ 電子制御装置（ＥＣＵ） ５ 表示部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輪の回転速度に応じた信号を出力する
   回転速度出力手段と、 前記車輪の回転速度からタイヤの振動周波数成分を含む
   信号を抽出する振動周波数成分抽出手段と、 前記タイヤの振動周波数成分を含む信号から単位時間当
   たりの車輪回転数の次数成分の信号を抽出する次数成分
   抽出手段と、 前記次数成分の信号に基づいて、前記タイヤのバランス
   状態を検知する検知手段と、を備えることを特徴とする
   タイヤバランス検知装置。