JPH10193933A - タイヤ空気圧推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 片輪だけキャッツアイを踏んで走行する場
合、車輪速信号が影響を受けてタイヤ空気圧を誤推定す
るおそれがある。 【解決手段】 車両の左右輪夫々の車輪回転状態検出信
号に基づき左右輪の回転状態の変動成分を比較して左右
輪の路面状態に相違があるかどうかを判定する路面状態
判定手段と、左右輪の路面状態に相違があると判定され
たとき上記タイヤ空気圧推定手段のタイヤ空気圧の推定
を禁止する禁止手段とを有する。このため、片輪がキャ
ッツアイを踏んで走行する場合は路面状態が相違すると
判定されタイヤ空気圧の推定が禁止され、タイヤ空気圧
を誤って推定することが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はタイヤ空気圧推定装
置に関し、車輪回転状態の検出信号からタイヤ空気圧を
推定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より車両の車輪速信号から共振周波
数の変化に基づいてタイヤ空気圧を推定する装置があ
る。例えば特開平６−１２２３０４号公報には、車両の
走行時にタイヤの振動周波数成分を含む信号を出力する
出力手段と、前記信号から共振周波数成分の信号を抽出
する抽出手段と、共振周波数成分の信号の信号レベルの
大きさを予め設定された値と比較して、共振周波数の演
算に用いる共振周波数成分の信号を選別する信号選別手
段と、選別された共振周波数成分の信号から共振周波数
を演算する演算手段と、共振周波数に基づいてタイヤの
空気圧の状態を検知する検知手段とよりなる装置が記載
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】道路には場所によって
対向車線の境界にライトを反射する所謂キャッツアイが
道路から突出して等間隔で埋め込まれている場合があ
る。車両がこのような道路を走行しているときに、片輪
だけ上記のキャッツアイを踏んで走行する場合、車両の
速度とキャッツアイの設けられた間隔とによっては、キ
ャッツアイを乗り越すことで生じた振動の周波数がタイ
ヤの共振周波数付近になる場合がある。

【０００４】このような場合、キャッツアイを乗り越す
ことで生じた振動によって車輪速信号に影響を与え、タ
イヤの共振周波数を誤ってしまい、タイヤ空気圧を誤推
定するおそれがあるという問題があった。本発明は上記
の点に鑑みなされたもので、左右輪の回転状態の変動成
分を比較して左右輪の路面状態に相違があるかどうかを
判定し、相違があるときタイヤ空気圧の推定を禁止する
ことにより、タイヤ空気圧の推定を誤まることを防止
し、正確なタイヤ空気圧を推定できるタイヤ空気圧推定
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、車両の車輪の回転状態を検出する車輪回転状態検出
手段と、検出された車輪回転状態検出信号から車輪のタ
イヤ空気圧を推定するタイヤ空気圧推定手段とを有する
タイヤ空気圧推定装置において、車両の左右輪夫々の車
輪回転状態検出信号に基づき左右輪の回転状態の変動成
分を比較して左右輪の路面状態に相違があるかどうかを
判定する路面状態判定手段と、左右輪の路面状態に相違
があると判定されたとき上記タイヤ空気圧推定手段のタ
イヤ空気圧の推定を禁止する禁止手段とを有する。

【０００６】このように、左右輪の回転状態の変動成分
から左右輪で路面状態が相違するか判定して相違がある
ときタイヤ空気圧の推定を禁止するため、片輪がキャッ
ツアイを踏んで走行する場合は路面状態が相違すると判
定されタイヤ空気圧の推定が禁止される。このため、タ
イヤ空気圧を誤って推定することが防止される。

【０００７】

【発明の実施の形態】図２は本発明装置の一実施例のブ
ロック図を示す。図２において１０はロータ、１２は電
磁ピックアップである。ロータ１０は図３に示す車輪１
４と共に回転するものであり、外周に多数の歯１６を備
えている。電磁ピックアップ１２はそれらの歯１６の通
過に応じて周期的に変化する電圧を発生する。この電圧
は波形整形器１８によって矩形波に整形され、コンピュ
ータ２０のＩ／Ｏポート２２に供給される。車輪１４は
４個あり、それらに設けられている各電磁ピックアップ
１２が全て波形整形器１８を経てコンピュータ２０に接
続されるが、図２には代表的に１組のみが図示されてい
る。

【０００８】車輪１４は図３に示すように、ホイール２
４の外周にタイヤ２６が取り付けられたタイヤ付ホイー
ルであるが、図４に示すように、相対回転可能なリム側
部２８とベルト側部３０とがねじりばね３２によって連
結されたものと考えることができる。上記ロータ１０は
ホイール２４と一体的に回転するように取り付けられる
ため、電磁ピックアップ１２は厳密にはリム側部２８の
角速度を検出することになる。

【０００９】コンピュータ２０は図２に示すように処理
装置としてのＣＰＵ４０、第一記憶装置としてのＲＯＭ
４２および第二記憶装置としてのＲＡＭ４４を備えてお
り、ＲＯＭ４２に図５および図６のフローチャートで表
される制御プログラムが格納されることによって、図１
に示すリム側部回転速度演算・補正部４５を構成してい
る。このコンピュータ２０は別のコンピュータ４７と接
続されている。このコンピュータ４７は処理装置として
のＣＰＵ４８、第一記憶装置としてのＲＯＭ４９、第二
記憶装置としてのＲＡＭ５０および入出力装置としての
Ｉ／Ｏポート５１を備えており、ＲＯＭ４９に相関演算
ルーチンを始めとする種々の制御プログラムが格納され
ることによって、図１に示す外乱オブザーバ５２、前処
理部５４、相関演算部５６、正規化部５８、定数補正部
６０、判定部６２および車輪速度出力部６４を構成して
いる。

【００１０】コンピュータ４７のＩ／Ｏポート５１には
判定部６２の判定結果を運転者に知らせる表示装置６６
が接続されている。表示装置６６は本実施例においては
液晶ディスプレイであるが、点灯あるいは点滅するラン
プ等別の表示装置を用いることも可能であり、音声で運
転者に知らせる音声報知装置などを含めて種々の形態の
報知装置を採用することが可能である。コンピュータ４
７のＩ／Ｏポート５１にはさらに、ホイール２４（リム
側部２８）に加えられる駆動・制動トルクを、ホイール
２４の軸に取り付けられた歪みゲージ等により検出する
駆動・制動トルク検出装置６８が接続されている。

【００１１】リム側部回転速度演算・補正部４５は上記
４個の車輪１４に対応する各電磁ピックアップ１２およ
び波形整形器１８から供給される信号に基づいて各車輪
１４の回転速度を算出するとともに、ドップラ式車速検
出装置等の実車速検出装置７０により検出された実車
速、すなわち車体の移動速度に基づいて、各車輪１４の
回転速度を補正する。各車輪１４およびロータ１０には
製造、組立誤差が存在し、これら誤差等に起因して周期
的な回転速度誤差が発生するため、この各車輪１４に固
有の固有回転速度誤差を除いた回転速度を求めるのであ
る。

【００１２】なお、車輪１４の回転速度は周速度で演算
されるが、そのためにはタイヤ２６の実質的な半径（タ
イヤが荷重で変形した状態における路面から車輪１４の
中心までの距離）が必要であり、これはタイヤ２６の空
気圧によって変わる。よって、当初は空気圧が正規であ
る場合の半径が使用されるが、後に説明する処理によっ
てタイヤ２６の空気圧変化が判明した場合は、予めＲＯ
Ｍ４２に格納されているタイヤ径テーブルからその空気
圧変化に対応したタイヤ半径が読み出されて使用され
る。

【００１３】リム側部回転速度演算・補正部４５の機能
は図５に示す固有回転速度変化取得ルーチンと図６に示
す回転速度演算・補正ルーチンとの実行により果たされ
る。固有回転速度変化取得ルーチンはロータ１０および
車輪１４の組立後少なくとも１回実行されるようにすれ
ばよい。車両の組立工場や整備工場で実行されてもよ
く、使用者による使用中に実行されてもよい。後者の場
合には、例えば、一定距離走行する毎、一定時間毎ある
いは予め定められた条件が満たされる毎に実行されるよ
うにすればよい。いずれにしても、加速も制動も行われ
ておらず、かつ、予め定められた範囲の速度で走行して
いる時期に行われるようにすることが望ましい。

【００１４】固有回転速度変化取得ルーチンにおいて
は、ステップＳ１において初期設定が行われ、ステップ
Ｓ２において実車速Ｖが実車速検出装置７０から読み込
まれる。続いて、ステップＳ３でロータ１０の個々の歯
１６に基づく車輪１４の回転速度Ｖ_n が演算される。波
形整形回路１８からの矩形波の各立上がり間または各立
下がり間の時間間隔、もしくは立上がりと立下がりとの
各中点間の時間間隔は、車輪１４の回転速度と反比例す
るため、これらのいずれかの時間間隔から車輪１４の回
転速度（厳密にはベルト側部３０がリム側部２８の角速
度ω_R と同じ角速度で回転していると仮定した場合のベ
ルト側部３０の周速度）が演算されるのである。なお、
ここでは理解を容易にするために、回転速度ｖ_n はロー
タ１０の１個の歯１６が電磁ピックアップ１２を通過す
る毎に演算されるものとするが、歯１６が通過する時間
間隔と演算に要する時間との関係等で、複数個の歯１６
が通過する毎に回転速度ｖ_n が演算されるようにしても
よい。

【００１５】回転速度ｖ_n が演算されたならば、ステッ
プＳ４において実車速Ｖとの差、すなわち速度偏差（Ｖ
−ｖ_n ）が演算されるとともに、速度偏差の累積値が演
算され、その速度偏差累積値が順次ＲＡＭ４４の速度偏
差累積値メモリの別々の番地（ｎに対応して予め定めら
れている番地）の内容に加算されることにより更新され
る。これらの番地は車輪１４の１回転で得られる速度偏
差累積値の数だけ準備される。ここでは歯１６が１個通
過する毎に１個の速度偏差累積値が演算されるものとし
ているため、番地の数は歯１６の数と同じである。な
お、ここに「累積値」は、ロータ１０の同一回転中にお
ける、第１番目の歯（基準位置における歯）から第ｎ番
目の歯までの速度偏差の合計値を意味し、 Σ（Ｖ−ｖ_n ）＝（Ｖ−ｖ₁ ）＋（Ｖ−ｖ₂ ）＋・・・
＋（Ｖ−ｖ_n ） で表される。

【００１６】ステップＳ５で整数ｎが１増加させられつ
つステップＳ３およびＳ４が繰り返し実行され、車輪１
４が１回転してステップＳ６の判定がＮＯになったと
き、ステップＳ７で整数ｎが１にリセットされるととも
に整数ｉが１増加させられ、ステップＳ８で整数ｉが基
準値Ｎより小さいか否かの判定が行われる。ステップＳ
８の判定がＹＥＳの場合にはステップＳ２で新しい実車
速Ｖが読み込まれ、再び１回転分の速度偏差累積値が演
算、記憶される。これによって得られる各速度偏差累積
値はそれぞれ速度偏差累積値メモリの各ｎに対応する番
地の内容に加算される。車輪１４が１回転する毎に各番
地の速度偏差累積値が更新されるのであり、これによっ
て、速度偏差累積値メモリの各番地には車輪１４の回転
回数に対応する数の速度偏差累積値の和が記憶されるこ
ととなる。なお、本実施例では、実車速Ｖは車輪１４が
１回転する間には変化しないとみなして車輪１４が１回
転する毎に新しい実車速Ｖが読み込まれるようになされ
ているが、ステップＳ６の判定がＹＥＳとなる毎にステ
ップＳ２〜Ｓ５が実行されるようにして、毎回実車速Ｖ
が読み込まれるようにしてもよい。

【００１７】車輪１４の予定回転回数Ｎ分の速度偏差累
積値の演算、更新が終了したならば、ステップＳ８の判
定がＮＯとなり、ステップＳ９で各番地の速度偏差累積
値の和がＮで割られて速度偏差累積値の平均値Δｖ_n が
求められる。この平均速度偏差累積値Δｖ_n は、固有回
転速度変化取得ルーチンの開始後にステップＳ３および
ステップＳ４が始めて実行されるときの車輪１４の回転
位置を基準とする各回転位置の回転速度誤差の累積値で
ある。固有回転速度変化取得ルーチンが車両走行中度
々、あるいは継続的に実行される場合には、どこが基準
位置とされても後述の回転速度演算・補正ルーチンにお
いて回転速度の補正を行い得るため差し支えないが、車
輪１４等の組立後１回のみ実行される場合、キースイッ
チがＯＮにされた後１回のみ実行される場合等には、ロ
ータ１０の特定の位置に基準マークを設け、これを検出
する検出器を位置固定に設けて、基準マークの位置を速
度偏差累積値の基準位置とすることが必要である。基準
マークを設ける場合には、速度偏差累積値の演算自体を
基準マークの位置から行ってもよく、任意の位置から行
い、後に基準マークの位置を基準とする速度偏差累積値
に換算してもよい。

【００１８】上記Ｎは路面の影響をキャンセルするに十
分な大きさに設定されるべきものであり、本実施例にお
いては図７に示すように実車速Ｖが大きいほど大きい値
に設定される。Ｓ９では平均速度偏差累積値ΔＶ_n がさ
らに実車速Ｖで割られて速度偏差累積値率Δｖ_n ／Ｖが
求められ、ＲＡＭ４４の速度偏差累積値率メモリに記憶
される。速度偏差累積値率Δｖ_n ／Ｖはロータ１０、車
輪１４等の製造、組立誤差に起因する各車輪１４に固有
の回転速度誤差を表す値であり、図６の回転速度演算・
補正ルーチンにおいて車輪１４の回転速度の補正に使用
される。

【００１９】回転速度演算・補正ルーチンは車両の走行
中継続的に実行される。ここでは予め定められた一定の
サンプリング時間内における波形整形器１８からの矩形
波の立上がりの時間間隔の平均から車輪１６の回転速度
が演算されるものとする。まず、ステップＳ１１におい
て、予め定められたサンプリング時間内における矩形波
の最初と最後の立上がりの時期とサンプリング時間内に
おける立上がりの回数とが検出されるとともに、最初と
最後との立上がりがそれぞれロータ１０のどの歯１６に
対応したものであるかのデータが読み込まれる。すなわ
ち、立上がりが生じる毎に割り込みルーチンにより、コ
ンピュータ２０に内蔵のタイマから立上がりの時期が読
み込まれるとともに、サンプリング時間内における立上
がりの数がカウントされる。また、立上がりの数を常時
カウントし、ロータ１０の基準位置においてリセットさ
れる別のカウンタも設けられており、このカウンタのカ
ウント値も読み込まれる。このカウンタのカウント値が
各立上がりがロータ１０のどの歯１６の通過により生じ
たものであるかを示すのである。

【００２０】続いて、ステップＳ１２において、サンプ
リング時間内における車輪１４の平均回転速度が演算さ
れる。サンプリング時間内における全ての立上がり間の
平均時間間隔が演算され、それから回転速度ｖが演算さ
れるのである。その後、ステップＳ１３で回転速度ｖの
補正が行われる。ステップＳ１１において読み込まれた
最初と最後との立上がりがロータ１０のどの歯１６に対
応したものであるかのデータに基づいて、速度偏差累積
値率メモリから、それら最初と最後との立上がりに対応
する歯１６の速度偏差累積値率Δｖ_n1／Ｖ，Δｖ_n2／Ｖ
が読み出され、次式 ｖ＝（１＋（Δｖ_n1−Δｖ_n2）／２Ｖ）ｖ ・・・（１） により回転速度ｖが補正されるのであり、両速度偏差累
積値率Δｖ_n1／Ｖ，Δｖ _n2／Ｖの差の１／２に回転速度
ｖを掛けた量だけ回転速度ｖが補正されることとなる。

【００２１】図１に示す外乱オブザーバ５２、車輪速度
出力部６４等においては、この補正後の回転速度ｖが使
用される。ただし、外乱オブザーバ５２においては、回
転速度として角速度が使用されるため、図６のステップ
Ｓ１３では補正後の回転速度ｖからタイヤ半径Ｒを考慮
してリム側部２８の角速度ω_R が演算され、ＲＡＭ４４
の角速度メモリに格納される。

【００２２】外乱オブザーバ５２は、車輪１４の図４に
示すモデルに基づいて構成されている。以下、この外乱
オブザーバ５２の構成について説明する。車輪１４を、
慣性モーメントＪ_R のリム側部２８と慣性モーメントＪ
_B のベルト側部３０とがばね定数Ｋのねじりばね３２に
より接続されたものとしてモデル化すれば、（２）〜
（４）の状態方程式が成立し、これによって線形システ
ムが構成される。

【００２３】 Ｊ_R ω_R ′＝−Ｋθ_RB＋Ｔ₁ ・・・（２） Ｊ_B ω_B ′＝ Ｋθ_RB−Ｔ_d ・・・（３） θ_RB′＝ω_R −ω_B ・・・（４） ただし、 ω_R ：リム側部２８の角速度 ω_R ′：リム側部２８の角加速度 ω_B ：ベルト側部３０の角速度 ω_B ′：ベルト側部３０の角加速度 θ_RB ：リム側部２８とベルト側部３０とのねじり角 Ｔ₁ ：駆動・制動トルク検出装置６８により検出され
る駆動・制動トルク Ｔ_d ：路面からのトルク（路面の段差等によって突発
的に発生するころがり抵抗力や路面の凹凸によって定常
的に発生するころがり抵抗力による外乱トルク） なお、実際にはリム側部２８とベルト側部３０との間に
はダンパが存在するが、その影響は比較的小さいため、
本実施例においてはその存在が無視されている。ダンパ
をも考慮する実施例については後に説明する。

【００２４】上記状態方程式をベクトルおよび行列を用
いて表せば（５）式となる。

【００２５】

【数１】

【００２６】ここで、タイヤ２６の空気圧が変化し、ね
じりばね３２のばね定数がＫからＫ＋ΔＫに変化したと
きの車輪１４の運動は（６）式で表される。

【００２７】

【数２】

【００２８】すなわち、ばね定数ＫがΔＫだけ変化する
ことは正常なタイヤ２６に（６）式の右辺の最終項で表
される外乱が加えられるのと等価である。この外乱には
ばね定数Ｋの変化量ΔＫの情報が含まれており、かつ、
ばね定数Ｋはタイヤ２６の空気圧に応じて変化するの
で、この外乱を推定することによってタイヤの空気圧の
変化量を推定することができる。この外乱の推定に外乱
オブザーバの手法を用いるのであり、いま路面からのト
ルクＴ_d をも外乱として扱うことにすれば、推定すべき
外乱ｗは（７）式で表される。

【００２９】

【数３】

【００３０】しかし、理論上、外乱［ｗ］の中の一つの
要素しか推定することができないため、第２要素である
ｗ₂ を推定することとする。外乱ｗ₂ を（８）式で定義
すれば、車輪１４の状態方程式は（９）式のようになる
ため、この（９）式に基づいて外乱オブザーバを構成す
る。

【００３１】 ｗ₂ ＝（−１／Ｊ_B ）Ｔ_d ＋（ΔＫ／Ｊ_B ）θ_RB ・・・（８）

【００３２】

【数４】

【００３３】外乱オブザーバは外乱をシステムの状態変
数の一つとして推定するものである。そこで、（８）式
の外乱ｗ₂ をシステムの状態に含めるために、推定すべ
き外乱のダイナミクスを（１０）式で近似する。 ｗ₂ ′＝０ ・・・（１０） これは図８に示すように連続して変化する外乱を階段状
に近似（零次近似）することを意味し、外乱オブザーバ
５２の外乱推定速度を推定すべき外乱の変化に比べて十
分速くすれば、この近似は十分に許容される。（１０）
式より、外乱ｗ₂をシステムの状態に含めると（１１）
式の拡張系が構成される。

【００３４】

【数５】

【００３５】（１１）式において、［ω_B θ_RB
ｗ₂ ］^T が検出することができない状態となる。したが
って、このシステムに基づいて外乱オブザーバ５２を構
成すれば、外乱ｗ₂ と元々測定できない状態変数ω_B ，
θ_RBとを推定することができる。記述を簡単にするため
に、（１１）式のベクトルおよび行列を分解して次のよ
うに表すこととする。

【００３６】

【数６】

【００３７】このとき、状態［ｚ］＝［ω_B θ_RB ｗ
₂ ］^T を推定する最小次元オブザーバの構成は（１２）
式で表される。 ［ｚ_p ′］＝［Ａ₂₁］［ｘ_a ］＋［Ａ₂₂］［ｚ_p ］＋［Ｂ₂ ］［ｕ］＋［Ｇ］｛ ［ｘ_a ′］−（［Ａ₁₁］［ｘ_a ］＋［Ａ₁₂］［ｚ_p ］＋［Ｂ₁ ］［ｕ］）｝＝（ ［Ａ₂₁］−［Ｇ］［Ａ₁₁］）［ｘ_a ］＋（［Ａ₂₂］−［Ｇ］［Ａ₁₂］）［ｚ_p ］ ＋［Ｇ］［ｘ_a ′］＋（［Ｂ₂ ］−［Ｇ］［Ｂ₁ ］）［ｕ］・・・（１２） ただし、 ［ｚ_p ］ ：［ｚ］の推定値 ［ｚ_p ′］：推定値［ｚ_p ］の変化率 ［Ｇ］ ：外乱オブザーバー５２の推定速度を決める
ゲイン この方程式をブロック線図で表わすと図９のようにな
る。なお、図において［Ｉ］は単位行列、ｓはラプラス
演算子である。また、真値［ｚ］と推定値［ｚ_p ］との
誤差［ｅ］を［ｅ］＝［ｚ］−［ｚ_p ］とおき、誤差
［ｅ］の変化率を［ｅ′］とすると、（１３）式の関係
を得る。

【００３８】 ［ｅ′］＝（［Ａ₂₂］−［Ｇ］［Ａ₁₂］）［ｅ］ ・・・（１３） これは外乱オブザーバ５２の推定特性を表しており、行
列（［Ａ₂₂］−［Ｇ］［Ａ₁₂］）の固有値がすなわち外
乱オブザーバ５２の極となる。したがって、この固有値
がｓ平面の左半面において原点から離れるほど外乱オブ
ザーバー５２の推定速度が速くなる。オブザーバゲイン
［Ｇ］は希望の推定速度になるように決定すればよい。

【００３９】以上は、外乱ｗ₂ が前記（８）式、すなわ
ちｗ₂ ＝（−１／Ｊ_B ）Ｔ_d ＋（ΔＫ／Ｊ_B ）θ_RBで表
されるものとして、外乱オブザーバ５２のうち、ねじり
ばね３２のばね定数ＫがΔＫ変化した場合の外乱ｗ₂ を
推定する部分の構成を説明したが、外乱オブザーバ５２
の、ベルト側部３０の慣性モーメントＪ_B がＪ_B ＋ΔＪ
_B に変化した場合、ならびにリム側部２８の慣性モーメ
ントＪ_R がＪ_R ＋ΔＪ _R に変化した場合の外乱をそれぞ
れ推定する部分も同様にして構成することができる。

【００４０】まず、ベルト側部３０の慣性モーメントＪ
_B がＪ_B ＋ΔＪ_B に変化した場合について説明する。こ
の場合には車輪１４の運動は（１４）式で表される。

【００４１】

【数７】

【００４２】推定すべき外乱は（１４）式の右辺の最終
項の第２要素であるので、外乱ｗ₂を（１５）式で定義
すれば、（１６）式で表される状態方程式から前記（１
１）式で表される拡張系を得、外乱オブザーバ５２の、
ベルト側部３０の慣性モーメントＪ_B が変化した場合の
外乱を推定する部分を構成することができる。

【００４３】 ｗ₂ ＝（−１／Ｊ_B ）Ｔ_d −（ΔＪ_B ／Ｊ_B ）ω_B ′・・・（１５）

【００４４】

【数８】

【００４５】次にリム側部２８の慣性モーメントＪ_R が
Ｊ_R ＋ΔＪ_R に変化した場合について説明する。なお、
通常はリム側部２８の慣性モーメントＪ_R が変化するこ
とはないが、ホイール２４が交換されることがあり、そ
のためにリム側部２８の慣性モーメントＪ_R が変わった
にもかかわらず、慣性モーメントＪ_R をそれまでの通り
の値にして外乱の推定を行えば大きな誤差が生じるおそ
れがあるために、本実施例においては慣性モーメントＪ
_R の変化に起因する外乱も推定されるようにされている
のである。慣性モーメントＪ_R がＪ_R ＋ΔＪ_R に変化し
た場合の車輪１４の運動は（１７）式で表される。

【００４６】

【数９】

【００４７】推定すべき外乱は（１７）式の右辺の最終
項の第１要素であるので、外乱ｗ₁を次の（１８）式で
定義すれば、（１９）式で表される状態方程式から（２
０）式で表される拡張系を得、外乱オブザーバ５２の、
リム側部２７の慣性モーメントＪ_R が変化した場合の外
乱を推定する部分を構成することができる。

【００４８】 ｗ₁ ＝−（ΔＪ_R ／Ｊ_R ）ω_R ′ ・・・（１８）

【００４９】

【数１０】

【００５０】以上のように構成された外乱オブザーバ５
２においては、リム側部回転速度演算・補正部４５にお
いて演算、補正された車輪１４の回転速度ｖからタイヤ
半径Ｒを考慮して演算された角速度ω_R を入力として、
ねじりばね３２のばね定数ＫがΔＫ変化した場合の
（８）式で表される外乱ｗ₂ 、ベルト側部３０の慣性モ
ーメントＪ_B がΔＪ_B 変化した場合の（１５）式で表さ
れる外乱ｗ₂ 、およびリム側部２８の慣性モーメントＪ
_R がΔＪ_R 変化した場合の（１８）式で表される外乱ｗ
₁ が推定され、外乱推定値ｗ_2p，ｗ_2p ｗ_1pが取得され
るが、それら外乱と共に、検出が不可能であるベルト側
部３０の角速度ω_B 、リム側部一ベルト側部間のねじり
角θ_RBも推定され、それぞれ推定値ω_Bp，θ_RBp が取得
される。

【００５１】前処理部５４は、相関演算部５６における
演算の前処理を行う部分である。検出されたリム側部２
８の角速度ω_R と外乱オブザーバ５２において推定され
ベルト側部３０の角速度推定値ω_Bpとから角加速度
ω_R ′と角加速度推定値ω_Bp′とが求められるのであ
る。そして、上記ω_R ，ω_Bp，ω_R ′，ω_Bp′夫々につ
いてフィルタリングを行い、タイヤ振動の共振周波数付
近の周波数帯域（例えば周波数２０Ｈｚ〜５０Ｈｚ）の
成分だけを取り出す。

【００５２】上記外乱ｗ_2p，ｗ_2p，ｗ_1p，角速度ω_R ，
ω_Bp，角加速度ω_R ′，ω_Bp′、ねじり角θ_RBp 等を用
いて相関演算部５６において相関演算が行われ、正規化
部５８で正規化が行われて、ねじりばね３２のばね定数
Ｋの変化、リム側部２８の慣性モーメントＪ_R の変化、
ベルト側部３０の慣性モーメントＪ_B の変化等が求めら
れる。

【００５３】まず、ねじりばね３２のばね定数Ｋの変化
の取得について説明する。相関演算部５６において、図
１０のフローチャートで表されるばね定数変化取得用相
関演算ルーチンが実行される。ステップＳ２１の初期設
定において、整数ｉが１にリセットされ、前記（８）式
で表される外乱ｗ₂ の推定値ｗ_2pとねじり角推定値θ
_RBp との相互相関Ｃ（ｗ_2p，θ_RBp ）とねじり角推定値
θ_RBp の自己相関Ｃ（θ _RBp ，θ_RBp ）とが０にリセッ
トされる。ＲＡＭ５０の相互相関メモリおよび自己相関
メモリの内容が０にされるのである。

【００５４】続いて、ステップＳ２２で現時点の外乱推
定値ｗ_2p(i) およびねじり角推定値θ_RBp(i)が読み込ま
れ、ステップＳ２３で外乱推定値ｗ_2p(i) とねじり角推
定値θ_RBp(i)との積が演算され、相互相関Ｃ（ｗ_2p，θ
_RBp ）に加算される。ただし、最初にステップＳ２３が
実行される際には相互相関Ｃ（ｗ_2p，θ_RBp ）が０であ
るため、相互相関メモリに外乱推定値ｗ_2p(i) とねじり
角推定値θ_RBp(i)との積が格納されるのみである。同様
にステップＳ２４でねじり角推定値θ_RBp(i)の二乗が演
算され、自己相関メモリの自己相関Ｃ（θ_RBp ，
θ_RBp ）に加算される。

【００５５】ステップＳ２５において整数ｉが予め定め
られた整数Ｍ以上になったか否かが判定されるが、当初
は判定がＮＯであるため、ステップＳ２６で整数ｉが１
増加させられ、再びステップＳ２２〜Ｓ２４が実行され
る。この実行がＭ回繰り返されたときステップＳ２５の
判定がＹＥＳとなり、ばね定数変化取得用相関演算ルー
チンの１回の実行が終了する。

【００５６】リム側部２８の慣性モーメントＪ_R の変化
及びベルト側部３０の慣性モーメントＪ_B の変化につい
ても同様の処理が行われる。リム側部２８の慣性モーメ
ントＪ_R の変化については図１１のフローチャートで表
わされる慣性モーメントＪ_R変化取得用相関演算ルーチ
ンの実行により、（１８）で表わされる外乱ｗ₁ の推定
値ｗ_1pとリム側部２８の角加速度ω_R ′とから相互相関
Ｃ（ｗ_1p，ω_R ′）、自己相関Ｃ（ω_R ′，ω_R ′）が
取得される。ベルト側部３０の慣性モーメントＪ_B の変
化については、図１２のフローチャートで表わされる慣
性モーメントＪ _B 変化取得用相関演算ルーチンの実行に
より、（１５）式で表わされる外乱ｗ₂の推定値ｗ_2pと
ベルト側部３０の角加速度推定値ω_Bp′とから相互相関
Ｃ（ｗ_2p′，ω_Bp′）、自己相関Ｃ（ω_Bp′，ω_Bp′）
が取得される。

【００５７】なお、本実施例においては図１０〜図１２
のフローチャートで表される相関演算がそれぞれ１回ず
つ順次実行されるが、並行して行われるようにしてもよ
い。例えば、整数Ｍ，Ｐ，Ｑを等しくし、図１０のフロ
ーチャートにおけるステップＳ２１、図１１のフローチ
ャートにおけるＳ３１、および図１１のフローチャート
におけるステップＳ４１が順次実行され、次にステップ
Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２が順次行われるというように、
図１０〜図１２の互いに対応するステップがそれぞれ並
行して行われるようにするのである。

【００５８】路面状態判定部５５は前処理部５４の出力
する左右輪夫々のリム側部２８の角速度ω_R （左前輪の
角速度をω_RL、右前輪の角速度をω_RRと表わす）を供給
されて、図１３のフローチャートで表わされる路面状態
判定ルーチンを実行する。ステップＳ４７では次式によ
り右輪の自乗積和ＧＲ及び左輪の自乗積和ＧＬを演算す
る。

【００５９】ＧＲ＝Σω_RL ² ＧＬ＝Σω_RR ² 次にステップＳ４８で右輪の自乗積和ＧＲが左輪の自乗
積和ＧＬのＮ倍を越えるか、又は左輪の自乗積和ＧＬが
右輪の自乗積和ＧＲのＮ倍を越えるかどうかを判定され
る。ここでＮは例えば８又は１０倍程度の定数である。

【００６０】ステップＳ４８でＧＲ＞Ｎ・ＧＬ又はＧＬ
＞Ｎ・ＧＲの場合は左右輪の自乗積和ＧＬ，ＧＲの差が
大きく、例えばキャッツアイを踏んで走行中である、又
はそれに類する左右輪で路面状態が相違する状態（路面
異常）であるとみなし、ステップＳ４９で路面異常判定
を行う。一方、ステップＳ４８でＧＲ≦Ｎ・ＧＬかつＧ
Ｌ≦Ｎ・ＧＲの場合は左右輪の自乗積和ＧＬ，ＧＲの差
が小さいため左右輪で路面状態に相違がない状態（路面
正常）であるとみなし、ステップＳ５０で路面正常判定
を行う。この路面判定結果は正規化部５８に通知され
る。

【００６１】ところで、図１４（Ａ），（Ｂ）は右前輪
（ＦＲ）、左前輪（ＦＬ）夫々のリム側部２８の角速度
ω_R の周波数スペクトラムを示す。ここでは左前輪だけ
がキャッツアイ等を踏んで走行しているため、図１４
（Ａ）の周波数３０Ｈｚ〜３８Ｈｚの帯域にキャッツア
イを踏むことで発生したノイズＮＳが現われている。こ
のような場合、路面状態判定部５５は路面異常判定を行
う。

【００６２】正規化部５８は路面状態判定部５５から正
常判定が通知されると、相関演算部５６から供給される
相互相関及び自互相関から（２１）式を用いてＬ_k 値を
求め、また（２３）式を用いてＬ_JR値を求め、また（２
５）式を用いてＬ_JB値を求める。

【００６３】 Ｌ_k ＝Ｃ（ｗ_2p，θ_RBp ）／Ｃ（θ_RBp ，θ_RBp ）・・・（２１） このＬ_k 値は前記（８）式に基づき、（２２）式で表わ
される。 Ｌ_k ＝（１−１／Ｊ_b ）Ｃ₀ ＋ΔＫ／Ｊ_B ・・・（２２） Ｌ_JR＝Ｃ（ｗ_1p，ω_R ′）／Ｃ（ω_R ′，ω_R ′）・・・（２３） このＬ_JR値は前記（１８）式に基づき、（２４）式で表
わされる。

【００６４】 Ｌ_JR＝−ΔＪ_R ／Ｊ_R ・・・（２４） Ｌ_JB＝Ｃ（ｗ_2p，ω_Bp′）／Ｃ（ω_BP′，ω_BP′）・・・（２５） このＬ_JB値は前記（１５）式に基づき、（２６）式で表
わされる。 Ｌ_JB＝（−１／Ｊ_B ）Ｃ₁ −ΔＪ_B ／Ｊ_B ・・・（２６） 但し、Ｃ₁ はＣ（Ｔ_dp，ω_Bp′）／Ｃ（ω_Bp′，
ω_Bp′）を意味する。

【００６５】定数補正部６０においては、以上のように
して取得され、各Ｌ値メモリに格納されているＬ_k ＝Ｃ
（ｗ_2p，θ_RBp ）／Ｃ（θ_RBp ，θ_RBp ），Ｌ_JR＝Ｃ
（ｗ_1p，ω_R ′）／Ｃ（ω_R ′，ω_R ′），Ｌ_JB＝Ｃ
（ｗ_2p，ω_Bp′）／Ｃ（ω_Bp′，ω_Bp′）に基づいてね
じりばね３２のばね定数Ｋ，リム側部２８の慣性モーメ
ントＪ_R およびベルト側部３０の慣性モーメントＪ_B の
補正が行われる。Ｌ_k ，Ｌ _JR，Ｌ_JBは前述のようにそれ
ぞれ Ｌ_k ＝（−１／Ｊ_B ）Ｃ₀ ＋ΔＫ／Ｊ_B Ｌ_JR＝−ΔＪ_R ／Ｊ_R Ｌ_JB＝（−１／Ｊ_B ）Ｃ₁ −ΔＪ_B ／Ｊ_B で表されるため、予めＬ_k とΔＫ，Ｌ_JRとΔＪ_R ，Ｌ_JB
とΔＪ_B の関係がそれぞればね定数変化テーブル、慣性
モーメントＪ_R 変化テーブル、慣性モーメントＪ _B 変化
テーブルとしてＲＯＭ４９に格納されており、これらの
テーブルに基づいてばね定数変量ΔＫ，慣性モーメント
変化量ΔＪ_R および慣性モーメント変化量ΔＪ_B が求め
られ、これらの変化量だけ外乱オブザーバー５２のばね
定数Ｋ、慣性モーメントＪ_R および慣性モーメントＪ_B
が補正されるのである。

【００６６】キースイッチがＯＮにされて後始めて外乱
オブザーバ５２が作動させられる際にはばね定数Ｋ、慣
性モーメントＪ_R および慣性モーメントＪ_B として正規
の値が使用されるが、一旦補正が行われれば、ばね定数
Ｋ、慣性モーメントＪ_R および慣性モーメントＪ_B とし
て補正後の値が使用される。したがって、その状態で得
られたばね定数変化量ΔＫ、慣性モーメント変化量ΔＪ
_R および慣性モーメント変化量ΔＪ_B は補正後の値から
の補正量となる。しかるに、判定部６２においては正規
の値からの変化量が必要であるため、キースイッチがＯ
Ｎにされたとき、ばね定数補正値メモリ、慣性モーメン
トＪ_R 補正値メモリおよび慣性モーメントＪ_B 補正値メ
モリがクリアされ、定数補正部６０において補正が行わ
れる毎に補正値ΔＫ，ΔＪ_R およびΔＪ_B がそれぞれの
メモリの内容に加算される。

【００６７】判定部６２においては、ばね定数補正値メ
モリに記憶されている補正値ΔＫがＲＯＭ４９に格納さ
れている基準値ΔＫ₀ と比較される。補正値ΔＫが負の
値である基準値ΔＫ₀ より小さい場合にはタイヤ２６の
空気圧が異常に低いと判定されて、表示装置６６により
運転者に知らされる。なお、補正値ΔＫと空気圧変化量
ΔＰとの関係が空気圧変化テーブルとして予めＲＯＭ４
９に格納されており、その関係に従って今回の補正値Δ
Ｋに対応する空気圧変化量ΔＰが取得される。同様に、
慣性モーメントＪ_B 補正値メモリに記憶されている補正
値ΔＪ_B が正の値である基準値ΔＪ_B0より大きいか否か
が判定され、判定がＹＥＳであれば、タイヤ２６が異物
をかみ込んだことが表示装置６６により運転者に知らさ
れる。また、補正値ΔＪ_B が基準値−ΔＪ_B0より小さい
か否かが判定され、判定がＹＥＳであれば、タイヤ２６
の摩耗が許容限度に達して交換が必要であることが表示
装置６６により運転者に知らされる。そして、上記２つ
の判定の結果がいずれもＮＯであった場合には、タイヤ
２６の慣性モーメントＪ_B に大きな変化はないと判定さ
れ、運転者に対する報知は行われない。

【００６８】車輪速度出力部６４においては、リム側部
回転速度演算・補正部４５から供給される回転速度ｖが
外乱オブザーバ５２により推定された外乱に基づいて補
正された上で出力される。前述のように、外乱オブザー
バ５２の（１１）式に基づいて構成される部分によって
推定される外乱ｗ_2pは、（８）式に示すように、ｗ_2p＝
（−１／Ｊ_B ）Ｔ_d ＋（ΔＫ／Ｊ_B ）θ_RBで表される
が、この式の右辺の第２項は定数補正部６２において前
述のように継続的に補正され、かつ、急激に変化するも
のではないため、第１項に比較して無視できるほど小さ
い。したがって、車輪速度出力部６４においては、外乱
オブザーバ５２の（１１）式に基づいて構成される部分
によって推定される外乱ｗ_2pが（−１／Ｊ_B ）Ｔ_d であ
るとみなして車輪速度ｖの補正が行われる。

【００６９】具体的には、外乱ｗ_2p＝（−１／Ｊ_B ）Ｔ
_d に−Ｊ_B を掛けて外乱トルクＴ_dが求められ、（２
７）式でその外乱トルクＴ_d にのみ起因するリム側部２
８の角速度推定値ω_Rpが求められる。 ω_Rp（ｓ）＝｛［Ｄ］（ｓ［Ｉ］−［Ｅ］)¹［Ｆ］｝Ｔ_d （ｓ）・・・（２７） ただし、［Ｉ］：単位行列 ｓ ：ラプラス演算子 ω_Rp（ｓ）：角速度推定値ω_Rpをラプラス変換した相 Ｔ_d （ｓ）：外乱トルクＴ_d をラプラス変換した値 また、［Ｄ］，［Ｅ］，［Ｆ］はそれぞれ次式で表され
るベクトルおよび行列である。

【００７０】

【数１１】

【００７１】上記角速度推定値ω_Rpは、車輪１４の回転
速度の乱れの、路面から車輪１４に加えられる外乱によ
る成分であるから、この角速度推定値ω_Rpを車輪１４の
周速度に換算した値だけ、リム側部回転速度演算・補正
部４５から供給される回転速度ｖが補正され、路面から
の外乱に起因する回転速度のノイズが除去される。

【００７２】以上の説明から明らかなように、ロータ１
０、電磁ピックアップ１２、波形整形器１８、リム側部
回転速度演算・補正部４５によって車輪の回転状態とし
ての回転速度を検出する回転状態検出手段が構成されて
いる。また路面状態判定部５５が路面状態判定手段及び
禁止手段を構成している。更に、外乱オブザーバ５２、
相関演算部５６、正規化部５８、定数補正部６０、判定
部６２によってタイヤ空気圧推定手段が構成されてい
る。

【００７３】なお、上記実施例では車輪の周速度を補正
するものであるが、車輪の周速度の代りに車輪の角速度
を補正するものであっても良い。また、本実施例では駆
動・制動トルク検出装置６８を設けなくてもタイヤ空気
圧を推定でき、上記実施例に限定されない。

【００７４】

【発明の効果】上述の如く、請求項１に記載の発明は、
車両の車輪の回転状態を検出する車輪回転状態検出手段
と、検出された車輪回転状態検出信号から車輪のタイヤ
空気圧を推定するタイヤ空気圧推定手段とを有するタイ
ヤ空気圧推定装置において、車両の左右輪夫々の車輪回
転状態検出信号に基づき左右輪の回転状態の変動成分を
比較して左右輪の路面状態に相違があるかどうかを判定
する路面状態判定手段と、左右輪の路面状態に相違があ
ると判定されたとき上記タイヤ空気圧推定手段のタイヤ
空気圧の推定を禁止する禁止手段とを有する。

【００７５】このように、左右輪の回転状態の変動成分
から左右輪で路面状態が相違するか判定して相違がある
ときタイヤ空気圧の推定を禁止するため、片輪がキャッ
ツアイを踏んで走行する場合は路面状態が相違すると判
定されタイヤ空気圧の推定が禁止される。このため、タ
イヤ空気圧を誤って推定することが防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の機能ブロック図である。

【図２】本発明装置の構成ブロック図である。

【図３】車輪の一部を示す断面図である。

【図４】車輪の力学モデルを示す図である。

【図５】制御プログラムを示すフローチャートである。

【図６】制御プログラムを示すフローチャートである。

【図７】速度偏差累積値の検出回数Ｎと実車速Ｖとの関
係を示す図である。

【図８】外乱のダイナミクスの近似を説明するためのグ
ラフである。

【図９】外乱オブザーバーを示すブロック線図である。

【図１０】制御プログラムを示すフローチャートであ
る。

【図１１】制御プログラムを示すフローチャートであ
る。

【図１２】制御プログラムを示すフローチャートであ
る。

【図１３】制御プログラムを示すフローチャートであ
る。

【図１４】本発明を説明するための図である。

【符号の説明】

１０ ロータ １２ 電磁ピックアップ １４ 車輪（タイヤ付ホイール） ２０，４７ コンピュータ ２４ ホイール ２６ タイヤ ２８ リム側部 ３０ ベルト側部 ３２ ねじりばね ５２ 外乱オブザーバ ５４ 前処理部 ５５ 路面状態判定部 ５６ 相関演算部 ５８ 正規化部 ６０ 定数補正部 ６２ 判定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000003609 株式会社豊田中央研究所 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ (72)発明者 大橋 秀樹 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 米谷 正弘 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小島 弘義 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 徳満 淳 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 森 雪生 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 田口 健康 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 梅野 孝治 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の車輪の回転状態を検出する車輪回
   転状態検出手段と、 検出された車輪回転状態検出信号から車輪のタイヤ空気
   圧を推定するタイヤ空気圧推定手段とを有するタイヤ空
   気圧推定装置において、 車両の左右輪夫々の車輪回転状態検出信号に基づき左右
   輪の回転状態の変動成分を比較して左右輪の路面状態に
   相違があるかどうかを判定する路面状態判定手段と、 左右輪の路面状態に相違があると判定されたとき上記タ
   イヤ空気圧推定手段のタイヤ空気圧の推定を禁止する禁
   止手段とを有することを特徴とするタイヤ空気圧推定装
   置。