KR101475578B1 - 타이어 상태 판정 장치 - Google Patents

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KR101475578B1
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Abstract

타이어 상태 판정 장치 (20) 로서, 타이어의 회전 속도를 검출하는 차륜속 센서 (22, 24, 26, 28) 와, 차륜속 센서 (22, 24, 26, 28) 의 검출 결과를 주파수 해석하여, 출력의 골 부분이 되는 주파수를 검출하고, 검출한 골 부분의 주파수로부터 타이어의 공기압을 산출하는 제어부 (40) 를 갖는다. 이로써, 타이어 상태 판정 장치 (20) 는, 노면 상태에 관계없이 타이어 상태를 검출할 수 있다는 효과를 발휘한다.

Description

타이어 상태 판정 장치{TIRE STATE DETERMINATION DEVICE}
본 발명은, 차량에 설치된 타이어의 상태를 판정하는 타이어 상태 판정 장치에 관한 것이다.
차량에 설치된 타이어의 상태를 판정하는 방법, 구체적으로는 타이어 내부의 공기압을 측정하는 방법으로는, 공기 흡입구에 계측기를 설치하여, 측정하는 방법이 있다. 또, 타이어의 공기압을 직접 검출하는 일 없이, 타이어의 공기압을 판정하는 장치도 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 노면에 설치되어 타이어 받이판 위를 통과한 타이어의 공기압을 계측하는 계측 장치가 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 1 에 기재된 장치는, 공기압을 계측하기 위해서, 전용 장치 위를 통과할 필요가 있다.
이에 대하여, 특허문헌 2 에는, 차륜속 센서와, 차륜속 센서로 검출된 차륜속으로부터 타이어와 노면 사이의 마찰 상태를 나타내는 마찰 상태 추정치를 추정하는 노면 마찰 상태 추정 수단과, 노면 마찰 상태 추정 수단에서 추정된 마찰 상태 추정치에 기초하여, 타이어의 공기압의 저하를 추정하는 타이어 공기압 추정 수단과, 추정된 타이어 공기압의 저하를 표시하는 표시 수단으로 구성되어 있는 타이어 공기압 추정 장치가 기재되어 있다.
일본 공개실용신안공보 소61-056546호 일본 공개특허공보 2002-172920호
특허문헌 2 에 기재된 장치를 사용함으로써, 노면에 특정한 측정 장치를 배치하는 일 없이, 타이어 상태를 계측할 수 있다. 이로써, 임의의 노면을 주행 중인 차량의 타이어 상태를 검출할 수 있다. 여기서, 특허문헌 2 에 기재된 장치는, 주행하고 있는 노면 상태를 추정하기 때문에, 노면 상태 (마찰 추정치) 의 추정 결과가 실제의 노면 상태와 어긋나면 타이어 공기압의 계측 결과도 어긋난다. 그 때문에, 타이어 공기압을 고정밀도로 계측하기 위해서는, 노면 상태를 높은 정밀도로 추정할 필요가 있다. 그러나, 노면 상태는, 동일한 포장 도로에서도 위치에 따라 변화하기 때문에, 주행 중에 고정밀도로 계측하는 것은 곤란하다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 노면 상태에 관계없이, 타이어 상태를 검출할 수 있는 타이어 상태 판정 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 타이어 상태 판정 장치는, 타이어의 회전 속도를 검출하는 차륜속 센서와, 상기 차륜속 센서의 검출 결과를 주파수 해석하여, 출력의 골 부분이 되는 주파수를 검출하고, 검출된 골 부분의 주파수로부터 타이어의 공기압을 산출하는 제어부를 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 차륜속 센서의 검출 결과의 저주파 성분을 주파수 해석하여, 차속을 산출하고, 상기 차속과, 상기 차륜속 센서의 검출 결과의 고주파 성분을 주파수 해석한 결과에 기초하여 차속 성분을 제거한 접지 길이를 산출하고, 상기 접지 길이에 기초하여 타이어의 공기압을 산출하는 것이 바람직하다.
또, 상기 제어부는, 상기 차속에 기초하여, 상기 골 부분이 되는 후보의 주파수 영역을 결정하는 것이 바람직하다.
또, 상기 제어부는, 설정된 시간 간격으로 공기압을 산출하는 것이 바람직하다.
또, 타이어 상태를 알리는 알림부를 추가로 갖고, 상기 제어부는, 산출한 공기압에 기초하여 타이어 상태를 판정하고, 상기 타이어 상태가 미리 설정된 상태가 되면, 상기 알림부에 의해 알리는 것이 바람직하다.
또, 상기 제어부는, 공기압이 임계치 이하인 것으로 판정하면, 상기 알림부로부터 경고를 출력시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 관련된 타이어 상태 판정 장치는, 노면 상태에 관계없이 타이어 상태를 검출할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1 은, 타이어 상태 판정 장치를 구비하는 차량의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 타이어 상태 판정 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 은, 주행시의 타이어의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 4 는, 타이어 상태 판정 장치의 처리 동작을 나타내는 플로우도이다.
도 5a 는, 속도와 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5b 는, 출력과 주파수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5c 는, 주파수와 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5d 는, 접지 길이와 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6a 는, 주행시의 타이어의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 6b 는, 주행시의 타이어의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 6c 는, 주행시의 타이어의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 7 은, 진폭 레벨과 접지 길이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8 은, 출력과 주파수의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 하기의 발명을 실시하기 위한 형태 (이하, 실시형태라고 한다) 에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 하기 실시형태에 있어서의 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위인 것이 포함된다. 또한, 하기 실시형태로 개시한 구성 요소는 적절히 조합할 수 있다. 이하에, 본 발명에 관련된 타이어 상태 판정 장치의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.
[실시형태]
도 1 은, 타이어 상태 판정 장치를 구비하는 차량의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 또, 도 2 는, 타이어 상태 판정 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이 차량 (10) 은, 차체 (11) 와, 우측 프론트 타이어 (12) 와, 좌측 프론트 타이어 (14) 와, 우측 리어 타이어 (16) 와, 좌측 리어 타이어 (18) 와, 타이어 상태 판정 장치 (20) 를 갖는다. 또한, 도시는 생략했지만, 차량 (10) 은, 상기 구성 이외에도, 구동원, 동력 전달부, 조작부, 좌석 등, 차량으로서 필요한 각종 구성을 구비하고 있다.
차체 (11) 는, 차량 (10) 의 케이싱, 이른바 보디이다. 차체 (11) 의 내부에는 구동원, 동력 전달부, 조작부, 좌석 등이 설치되어 있다.
우측 프론트 타이어 (12) 와, 좌측 프론트 타이어 (14) 와, 우측 리어 타이어 (16) 와, 좌측 리어 타이어 (18) 는, 차체 (11) 의 사방에 배치되어, 노면에 접지하고 있다. 우측 프론트 타이어 (12) 와, 좌측 프론트 타이어 (14) 와, 우측 리어 타이어 (16) 와, 좌측 리어 타이어 (18) 는, 구동원 및 동력 전달부에 의해 회전됨으로써, 구동력을 노면에 전달하여, 차체 (11) 를 노면에 대해 이동시킨다.
도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 타이어 상태 판정 장치 (20) 는, 우측 프론트 차륜속 센서 (22) 와, 좌측 프론트 차륜속 센서 (24) 와, 우측 리어 차륜속 센서 (26) 와, 좌측 리어 차륜속 센서 (28) 와, 외기온 센서 (30) 와, 타이어 공기압 워닝 램프 (32) 와, 리셋 스위치 (34) 와, 스톱 램프 스위치 (36) 와, 제어부 (40) 를 갖는다.
우측 프론트 차륜속 센서 (22) 는, 우측 프론트 타이어 (12) 의 차륜속 (회전 속도) 를 검출하는 검출기이다. 또, 좌측 프론트 차륜속 센서 (24) 는, 좌측 프론트 타이어 (14) 의 차륜속 (회전 속도) 을 검출하는 검출기이다. 우측 리어 차륜속 센서 (26) 는, 우측 리어 타이어 (16) 의 차륜속 (회전 속도) 을 검출하는 검출기이다. 좌측 리어 차륜속 센서 (28) 는, 좌측 리어 타이어 (18) 의 차륜속 (회전 속도) 를 검출하는 검출기이다. 또한, 각 차륜속 센서는, 대응하는 타이어의 차축 등에 배치되어 있다. 또, 차륜속 센서로는, 반도체식 차륜속 센서를 사용할 수 있다. 각 차륜속 센서는, 검출한 차륜속의 데이터를 제어부 (40) 로 보낸다.
외기온 센서 (30) 는, 차체 (11) 의 외측의 분위기 온도를 검출하는 검출기이다. 외기온 센서 (30) 는, 검출한 온도의 정보를 제어부 (40) 로 보낸다. 또, 외기온 센서 (30) 로는, 여러 가지 온도 검출기를 사용할 수 있다. 또, 외기온 센서 (30) 에서 검출한 정보는, 차량 (10) 의 공조의 제어에도 사용하도록 해도 된다.
타이어 공기압 워닝 램프 (32) 는, 타이어의 공기압의 이상을 통지하는 램프로서, 제어부 (40) 에 의해 점등과 소등이 전환된다. 또한, 타이어 공기압 워닝 램프 (32) 는, 차체 (11) 의 여러 가지 위치에 배치할 수 있는데, 운전수가 보기 쉬운 위치, 예를 들어, 대시 보드 내에 배치하는 것이 바람직하다.
리셋 스위치 (34) 는, 타이어 상태 판정 기준의 설정 지시를 입력하는 스위치이다. 리셋 스위치 (34) 는, 타이어 교환시 등의 초기 설정시에 스위치가 ON 이 되면, 그 입력 지시를 제어부 (40) 로 보낸다. 제어부 (40) 는, 리셋 스위치가 ON 인 것을 검출하면, 설정 조건의 재설정을 실시한다. 또한, 리셋 스위치 (34) 는, 제어부 (40) 에 신호를 보내지 않고, 제어부 (40) 가 리셋 스위치 (34) 상태를 일정 시간마다, 또는 항상 검출하도록 해도 된다.
스톱 램프 스위치 (36) 는, 제동시에 타이어 상태의 판정을 금지하는지 여부를 전환하는 스위치이다. 요컨대, 스톱 램프 스위치 (36) 는, 유저의 조작 (스위칭 조작) 에 의해, 제동시에 타이어 상태의 판정을 금지하는 금지 모드를 선택한 상태나, 제동시에 타이어 상태의 판정을 금지하지 않는 (요컨대 제동시에 타이어 상태의 판정을 실시하는) 판정 실행 모드를 선택한 상태로 전환할 수 있다. 제어부 (40) 는, 스톱 램프 스위치 (36) 의 상태, 요컨대 유저에 의해 금지 모드와 판정 실행 모드 중 어느 것이 선택되어 있는지를 검출하고, 검출 결과에 기초하여 제어를 실시한다.
제어부 (40) 는, 각 차륜속 센서 및/또는 외기온 센서 (30) 에서 검출된 검출 결과에 기초하여, 타이어 상태를 산출하여 판정하는 연산 기능을 구비한다. 또, 제어부 (40) 는, 리셋 스위치 (34) 및 스톱 램프 스위치 (36) 에 입력되는 지시에 기초하여, 요컨대 각 스위치 상태에 기초하여 검출 조건을 설정한다. 구체적으로는, 제어부 (40) 는, 타이어 접지 길이를 산출하는 처리 기능 (프로그램), 내압을 추정하는 처리 기능 (프로그램), 경보를 출력하는 처리 기능 (프로그램) 등을 구비하고, 각종 처리를 실시한다. 또, 제어부 (40) 는, 타이어 상태의 판정 결과에 기초하여, 타이어 공기압 워닝 램프 (32) 의 점등과 소등을 전환한다.
보다 구체적으로는, 제어부 (40) 는, 각 차륜속 센서 및/또는 외기온 센서 (30) 에서 검출된 검출 결과에 기초하여 접지 길이를 산출한다. 제어부 (40) 는, 접지 길이 또는 접지 길이로부터 산출한 타이어 내의 공기압에 기초하여, 타이어 상태를 판정한다. 여기서, 도 3 은, 주행시의 타이어의 일례를 나타내는 모식도이다. 또한, 도 3 에는, 참고를 위하여 가중이 부가되지 않은 상태의 타이어를 점선으로 나타낸다. 여기서, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 타이어의 접지 길이 (L) 는, 주행시에, 타이어 (100) 가 노면 (102) 에 접촉하는 부분의 길이이다. 보다 구체적으로는, 차량이, 도면 중 우측에서부터 좌측 (도면 중 진행 방향) 으로 진행하고 있는 경우에는, 타이어 (100) 는, 반시계 방향으로 회전한다. 이 때, 타이어 (100) 중, 진행 방향의 앞측의 접지부의 끝을 접지 개시점 (104) 으로 하고, 진행 방향의 뒤측의 접지부의 끝을 접지 종료점 (106) 으로 하면, 접지 길이 (L) 는 접지 개시점 (104) 에서부터 접지 종료점 (106) 까지의 거리이다. 또한, 각 차륜속 센서 등으로부터 접지 길이 (L) 를 산출하는 방법은, 타이어 상태 판정 장치 (20) 의 제어 동작과 함께 이하에서 설명한다.
다음으로, 도 4 를 사용하여, 타이어 상태 판정 장치 (20) 의 제어 동작을 설명한다. 여기서, 도 4 는, 타이어 상태 판정 장치의 처리 동작을 나타내는 플로우도이다. 또한, 제어부 (40) 에는, 초기 설정치로서 장착 타이어 롤링 직경치 (re) [m], 저주파수 임계치 (LF) [㎐], 고주파수 임계치 (HF) [㎐], 표준 접지 길이 설정맵값 (Lf) [m], 내압 저하율 경고의 임계치 (wIP) [dB], 측정 사이클 주기 (pt) [s] 가 기억되어 있다. 또한, 제어부 (40) 는, 타이어 상태의 판정을 타이어마다 개별적으로 처리를 실시한다. 이하, 1 개의 타이어에 대한 제어 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 타이어 상태 판정 장치 (20) 의 제어부 (40) 는, 단계 S12 로서 대지 차속을 검출한다. 요컨대 제어부 (40) 는, 우측 프론트 차륜속 센서 (22) 와, 좌측 프론트 차륜속 센서 (24) 와, 우측 리어 차륜속 센서 (26) 와, 좌측 리어 차륜속 센서 (28) 중, 타이어 상태를 판정하는 대상의 차륜속 센서로부터 보내져 오는 검출 결과의 정보로부터 대지 차속을 검출 (산출) 한다. 구체적으로는, 제어부 (40) 는, 차륜속 센서로부터 검출 결과로서 차륜 회전속 펄스를 취득하고, 취득한 차륜 회전속 펄스로부터 차륜 회전각 속도치 (ω) [rad/s] 를 산출한다. 또한, 차륜 회전각 속도치 (ω) 는, 차륜 회전속 펄스의 검출 결과와 미리 설정되어 있는 1 회전당의 펄스 발생 횟수에 기초하여 산출할 수 있다.
또한, 제어부 (40) 는, 산출한 차륜 회전각 속도치 (ω) 에, 장착 타이어 롤링 직경치 (re) 를 곱함으로써, 차축 대지 병진 속도치 (ｖ) [m/s] 를 산출한다. 요컨대, 「ω×re=ｖ」의 계산을 실시함으로써 차축 대지 병진 속도치 (대지 차속) (ｖ) 를 산출한다. 또한, 장착 타이어 롤링 직경치 (re) 는, 주행시의 타이어의 직경, 요컨대 자중에 의한 타이어의 변형이나 주행에 의한 변형 등도 가미한 타이어의 직경이다. 또한, 장착 타이어 롤링 직경치 (re) 는, 미리 계측에 의해 산출하여 기억시킨 값을 사용해도 되고, 주행시의 변형 등을 가미하여 산출한 값을 사용해도 된다. 요컨대 장착 타이어 롤링 직경치 (re) 는, 조건에 기초하여 맵에 기억된 값을 판독해도 되고, 조건에 기초하여 그때마다 산출해도 된다. 또한, 장착 타이어 롤링 직경치 (re) 는, 주행 조건에 관계없이 1 개의 값으로 해도 된다.
제어부 (40) 는, 단계 S12 에서 대지 차속 (ｖ) 을 검출하면, 단계 S14 로서 차륜속의 진동 스펙트럼을 해석한다. 구체적으로는, 제어부 (40) 는, 단계 S12 에서 검출한 대지 차속 (ｖ) 을, 2 개의 밴드 패스 필터를 사용하여 주파수 대역마다 분할한다. 요컨대, 제어부 (40) 는, 밴드 패스 필터에 의해 저주파수 임계치 (LF) [㎐] 이하의 주파수를 통과시키고 (저주파수 임계치보다 높은 주파수를 통과시키지 않고), 일부의 주파수 성분만을 추출함으로써, 대지 차속 (ｖ) 의 임계치 (LF) 이하의 성분을 추출한다. 또, 제어부 (40) 는, 밴드 패스 필터에 의해 고주파수 임계치 (HF) [㎐] 이상의 주파수를 통과시키고 (고주파수 임계치보다 낮은 주파수를 통과시키지 않고), 일부의 주파수 성분만을 추출함으로써, 대지 차속 (ｖ) 의 임계치 (HF) 이상의 성분을 추출한다. 또한, 임계치 (LF) 이하의 성분과 임계치 (HF) 이상의 성분은, 개별적으로 추출되고 개별적으로 처리된다. 여기서, 저주파수 임계치 (LF) 는, 후술하는 차체 속도를 산출하기 위해 필요한 성분을 추출하기 위한 임계치이고, 고주파수 임계치 (HF) 는, 후술하는 차륜 속도의 진동을 산출하기 위해 필요한 성분을 추출하기 위한 임계치이다. 또한, 저주파수 임계치 (LF) 와 고주파수 임계치 (HF) 의 관계는 특별히 한정되지 않고, 일정 주파수만큼 이간한 값으로 해도 되고, 저주파수 임계치 (LF) 를 고주파수 임계치 (HF) 보다 높게 해도 된다.
다음으로, 제어부 (40) 는, 단계 S14 에서 스펙트럼을 해석하면, 단계 S16 으로서 검출한 스펙트럼에서부터 스펙트럼의 골 부분을 검출한다. 구체적으로는, 먼저, 제어부 (40) 는, 대지 차속 (ｖ) 의 임계치 (LF) 이하의 성분으로부터 대지 차체 속도 (U) 를 산출한다. 제어부 (40) 는, 대지 차체 속도 (U) 를 산출하면, 산출한 탐색의 중심이 되는 주파수 (탐색 중심 주파수) (F) 를 산출한다. 여기서, 탐색 중심 주파수 (F) 는, (대지 차체 속도 (U))/(표준 접지 길이 설정맵값 (Lf)) 으로 산출한다. 대지 차체 속도 (U) 를 표준 접지 길이 설정맵값 (Lf) 으로 나눔으로써, 접지 길이의 길이에서 기인하는 출력이 발생하는 주파수의 대역을 좁힐 수 있다. 또한, 표준 접지 길이 설정맵값 (Lf) 은, 기준이 되는 조건 (표준 상태) 에서의 접지 길이이다. 표준 접지 길이 설정맵값 (Lf) 은, 맵을 갖고 있고, 조건에 따라 선택하는 값을 변경해도 되고, 항상 동일한 값으로 해도 된다.
또, 제어부 (40) 는, 대지 차속 (ｖ) 의 임계치 (HF) 이상의 성분을 대지 차륜 속도 (V) 로 한다. 여기서, 대지 차륜 속도 (V) 는, 주행시의 차륜의 진동의 성분을 포함하고 있다. 제어부 (40) 는, 대지 차륜 속도 (V) 를 주파수 분석한다. 요컨대, 제어부 (40) 는, 주파수마다의 출력 (진동 파워 (V2) [(m/s)2]) 을 산출하고, 주파수와 출력의 관계를 산출한다. 제어부 (40) 는, 주파수와 출력의 관계를 산출하면, 좁힌 주파수의 대역 중에서 파형이 골 형상이 되는 주파수를 검출한다. 또한, 골 부분의 출력 (진동 파워의 크기) 은, 요철이 없는 (돌기가 없는) 노면을 주행한 경우에 발생하는 출력에 가까운 출력이 된다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 골 부분을 스펙트럼의 형상으로부터 판정하고 있지만, 골 부분인지는 산출한 스펙트럼의 형상에 더하여 그 출력의 크기에 기초해도 판정할 수 있다. 이와 같이, 형상과 출력의 크기로 골 부분인지를 판정함으로써, 골 부분을 보다 정확하게 판정할 수 있게 된다.
제어부 (40) 는, 단계 S16 에서 스펙트럼의 골을 검출하면, 단계 S18 로서 타이어의 접지 길이를 산출한다. 구체적으로는, 대지 차체 속도 (U) 를 산출한 주파수로 나눔으로써, 접지 길이 (L′) 를 산출한다. 또한, 산출한 주파수와 출력의 관계의 주파수축을 접지 길이 (이 경우에는, 1/L) 의 축으로 변환하고, 변환한 접지 길이와 출력의 관계에 기초하여, 출력의 골의 접지 길이를 산출하여, 접지 길이 (L′) 를 산출해도 된다.
제어부 (40) 는, 단계 S18 에서 타이어의 접지 길이 (L′) 를 산출하면, 단계 S20 으로서 내압 변동률 (dIP) 을 산출한다. 여기서, 내압 변동률 (dIP) 은, 접지 길이 (L′) 를 접지 길이 (Lf) 로 나눔으로써, 요컨대 dIP=L′／Lf 로 산출할 수 있다. 제어부 (40) 는, 단계 S20 에서 내압 변동률 (dIP) 을 산출하면, 단계 S22 로서 내압 변동률은 설정치 이상인지를 판정한다. 구체적으로는, 제어부 (40) 는, 내압 변동률 (dIP) 이 내압 저하율 경고의 임계치 (wIP) 이상, 요컨대, wIP≤dIP 인지를 판정한다. 여기서, 내압 저하율 경고의 임계치 (wIP) 는, 상기 서술한 바와 같이 미리 설정된 임계치로서, 사용 목적에 따라 여러 가지 값으로 할 수 있다.
제어부 (40) 는, 단계 S22 에서 내압 변동률 (dIP) 이 내압 저하율 경고의 임계치 (wIP) 이상이 아닌 (아니오), 요컨대 wIP＞dIP 인 것으로 판정하면, 단계 S24 로서 설정 시간 경과했는지, 요컨대 경과 시간이 설정 시간 이상인지를 판정한다. 여기서, 설정 시간은, 측정 사이클 주기 (pt) 이다. 또, 경과 시간은, 직전의 내압 변동률을 산출한 시점으로부터 경과한 시간으로 해도 되고, 대지 차속 (ｖ) 을 검출한 시점으로부터 경과한 시간으로 해도 된다.
제어부 (40) 는, 단계 S24 에서 설정 시간 경과하지 않은 (아니오) 것으로 판정하면 단계 S24 로 진행된다. 요컨대, 제어부 (40) 는, 설정 시간 경과할 때까지, 단계 S24 의 판정을 반복한다. 또, 제어부 (40) 는, 단계 S24 에서 설정 시간 경과한 (예) 것으로 판정하면, 단계 S12 로 진행된다. 이와 같이 제어부 (40) 는, 설정 시간 경과마다 타이어의 내압 (공기압) 의 변동을 산출한다.
또, 제어부 (40) 는, 단계 S22 에서 내압 변동률 (dIP) 이 내압 저하율 경고의 임계치 (wIP) 이상인 (예), 요컨대 wIP≤dIP 인 것으로 판정하면, 단계 S26 으로서 내압 저하 경고를 실시한다. 구체적으로는, 제어부 (40) 는, 타이어 공기압 워닝 램프 (32) 를 점등시킨다. 이로써, 타이어 상태 판정 장치 (20) 는, 타이어 공기압에 이상이 발생한 것을 유저에게 통지할 수 있다.
제어부 (40) 는, 단계 S26 에서 경고를 출력하면, 단계 S28 로서 경고 해제 조작이 있는지 (입력되었는지) 를 판정한다. 여기서, 경고 해제 조작으로는, 타이어의 교환 조작이나 리셋 스위치 (34) 의 누름 등이 있다. 제어부 (40) 는, 단계 S28 에서 경고 해제 조작 없음 (아니오) 으로 판정하면, 단계 S28 로 진행된다. 요컨대, 제어부 (40) 는, 해제 조작의 입력이 있을 때까지, 단계 S28 의 판정을 반복한다. 또, 제어부 (40) 는, 단계 S28 에서 경고 해제 조작 있음 (예) 으로 판정하면, 단계 S30 으로서 경고 해제 처리를 실시한다. 본 실시형태에서는, 제어부 (40) 는, 타이어 공기압 워닝 램프 (32) 를 소등시킨다. 제어부 (40) 는, 그 후 처리를 종료한다.
다음으로, 도 5a 내지 도 5d, 도 6a 내지 도 6c, 도 7 및 도 8 을 사용하여, 타이어 상태 판정 장치 (20) 의 동작에 대해, 보다 구체적으로 설명한다. 먼저, 도 5a 내지 도 5d 를 사용하여, 시간 경과와, 측정 결과, 계산 결과의 관계를 설명한다. 여기서, 도 5a 는, 속도와 시간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 5b 는, 출력과 주파수의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 5c 는, 주파수와 시간의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 5d 는, 접지 길이와 시간의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5a 는, 세로축을 속도 [㎞/h] 로 하고, 가로축을 시간 [s] 으로 한다. 또, 도 5b 는, 가로축을 주파수 [㎐] 로 하고, 세로축을 출력으로 한다. 또, 도 5c 는, 세로축을 주파수 [㎐] 로 하고, 가로축을 시간 [s] 으로 한다. 또, 도 5d 는, 세로축을 1/접지 길이 [1/m] 로 하고, 가로축을 시간 [s] 으로 한다. 또한, 도 5a, 도 5c 및 도 5d 의 가로축은 동일한 시간축이다.
먼저, 도 5a 에 나타내는 바와 같이, 차량 (10) 은, 일정 속도로 주행한 후, 시간 (t1) 전후에서 가속한 후, 감속하고, 시간 (t2) 이후에는, 속도 80 ㎞/h 로 주행한다. 이 경우에는, 대지 차체 속도 (U) 는, 상기 서술한 속도 변화로 추이한다. 또, 도 5a 에 나타내는 바와 같이 대지 차륜 속도 (V) 는, 진동하며 변화하고 있다.
타이어 상태 판정 장치 (20) 는, 도 5a 에 나타내는 조건에서 주행하고 있는 동안, 도 4 에 나타내는 처리 동작을 반복하여 실시하고 있다. 예를 들어, 시간 (t2) 에 있어서의 차륜속 센서의 계측 결과에 대해, 출력과 주파수의 관계를 산출하면, 도 5b 에 나타내는 상태가 된다. 또한, 도 5b 에 나타내는 출력 분포는, 130 ㎐ 에서 출력의 골이 되는 부분이 발생한다. 또한, 출력의 골이 되는 부분은, 상기 서술한 바와 같이 타이어의 접지 길이에 기인하여 발생한다. 구체적으로는, 타이어의 접지 시간 주기, 요컨대 타이어의 임의의 점이 접지 개시점에서부터 접지 종료점까지를 통과하기 위해 걸리는 시간에서 기인한다. 요컨대, 타이어의 임의의 점이 접지 개시점에서부터 접지 종료점까지를 통과하기 위해 걸리는 시간으로부터 산출되는 주파수가 출력의 골의 부분이 된다. 타이어 상태 판정 장치 (20) 는, 이 골이 되는 부분을 각 시간으로 산출한다.
도 5c 는, 각 시간에서 골이 되는 시간을 플롯한 그래프이다. 도 5c 에 나타내는 바와 같이, 출력의 골이 되는 부분은, 시간 0 에서부터 시간 (t2) 까지는 속도에 비례하여 주파수가 변화된다. 이것은, 접지 길이가 일정하더라도, 타이어 (차륜) 의 회전 속도가 상승함으로써, 타이어의 임의의 점이 접지 개시점에서부터 접지 종료점까지를 통과하는데 걸리는 시간이 짧아지기 때문이다. 또, 본 실시형태에서는, 시간 (t3) 에서 타이어의 내압이 감소하고, 접지 길이가 커진다. 이로써, 타이어의 임의의 점이 접지 개시점에서부터 접지 종료점까지를 통과하기 위해 걸리는 시간이 길어지기 때문에, 출력의 골의 주파수가 저하된다. 구체적으로는 시간 (t3) 이후에는 주파수가 104 ㎐ 가 된다.
도 5d 는, 도 5c 로 나타내는 그래프로부터, 대지 차체 속도 (U) 의 변동의 영향을 제거하고, 세로축을 주파수로부터 1/접지 길이 (요컨대, 1/L) 로 변환한 그래프이다. 구체적으로는 주파수를 각 시간의 속도로 나눔으로써 산출한다. 요컨대, L=U/F 의 관계를 사용하여 주파수 (F) 를 대지 차체 속도 (U) 로 나눔으로써 세로축을 F/U=1/L 로 한다. 이로써, 측정 결과로부터 대지 차체 속도 (U) 의 변화의 영향을 제거하여, 접지 길이의 변화만을 검출할 수 있다. 도 5d 에 나타내는 바와 같이, 타이어의 내압이 저하하는 t3 까지, 산출되는 접지 길이 (여기서는 1/L) 는 일정해지고, 내압이 저하되면, 접지 길이 (L) 가 커지기 때문에 1/L 은 작아진다.
여기서, 속도 80 ㎞/h 에서 주파수가 130 ㎐ 인 경우, L=U/F 의 관계로부터, 접지 길이 (L) 는 (80/3.6)/130=0.17 m 로 산출할 수 있다. 또, 속도 80 ㎞/h 에서 주파수가 104 ㎐ 인 경우, L=U/F 의 관계로부터, 접지 길이 (L) 는, (80/3.6)/104=0.21 m 로 산출할 수 있다. 또, 타이어의 공기압은, 접지 길이 증가율에 기초하여 산출할 수 있다. 예를 들어, 접지 길이 (L)=0.17 m 인 경우의 타이어의 공기압이 230 ㎪ 인 경우, 접지 길이 (L)=0.21 m 인 경우에는, 접지 길이 증가율 IP=Lf/L′=0.17/0.21 이 되고, 약 0.8 이 된다. 이로써, 공기압은 230×0.8 이고, 190 ㎪ 로 산출할 수 있다. 또한, 추가로 차량의 중량 등을 가미하여, 산출하도록 해도 된다. 구체적으로는, 차량의 중량이 무거울수록, 접지 길이는 길어지고, 차량의 중량이 가벼울수록 접지 길이는 짧아진다. 이 관계를 이용하고, 또, 차량의 중량마다, 접지 길이와 공기압의 관계를 산출해 두고, 차량의 중량에 따라 사용하는 관계를 전환하도록 해도 된다.
이와 같이, 타이어 상태 판정 장치 (20) 는, 차륜속 센서의 검출치로부터, 접지 길이에서 기인되는 출력의 골을 검출하고, 그 출력의 골의 주파수로부터 접지 길이를 산출함으로써, 타이어 내의 공기압을 산출한다. 이로써, 타이어 상태 판정 장치 (20) 는, 타이어 공기압을 직접 측정하는 일 없이, 타이어의 공기압을 산출할 수 있다. 또, 타이어의 접지 길이는, 내부의 공기압, 차량의 가중, 주행 속도 등의 차량 상태에 따라서는 변화하지만, 주행하는 노면의 요철, 상태 (마찰 계수) 로는 변동하지 않는다. 이 때문에, 타이어 상태 판정 장치 (20) 는, 주행하는 노면 상태에 관계없이, 타이어의 공기압을 산출할 수 있다. 따라서, 주행하는 노면 상태를 추정할 필요가 없어지기 때문에, 측정이 간단해진다. 또, 노면 상태의 검출 오차도 발생하지 않기 때문에, 측정 오차도 작게 할 수 있다.
또, 타이어 상태 판정 장치 (20) 는, 차륜속 센서의 검출 결과를 사용하여 산출할 수 있기 때문에, 새로운 센서 등을 설치하는 일 없이, 통상적으로 차량에 설치되어 있는 차륜속 센서를 사용하여 타이어 상태를 판정할 수 있게 된다. 이로써, 장치 구성을 간단하게 할 수 있다.
다음으로, 도 6a 내지 도 6c, 및 도 7 을 사용하여 타이어 상태 판정 장치 (20) 에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 여기서, 도 6a 내지 도 6c 는, 주행시의 타이어의 다른 예를 나타내는 모식도이다. 먼저, 도 6a 와 도 6b 에 나타내는 타이어는, 공기압이 동일한 압력이고, 도 6c 에 나타내는 타이어는, 도 6a 와 도 6b 에 나타내는 타이어보다 공기압이 낮아져 있다. 또, 도 6a 에 나타내는 노면 (110) 과, 도 6c 에 나타내는 노면 (110) 은 동일한 노면이고, 도 6a 에 나타내는 노면 (110) 과, 도 6b 에 나타내는 노면 (112) 은 상이한 노면이다. 요컨대, 도 6a 와 도 6b 는 주행하는 노면이 상이하고, 도 6a 의 타이어와 도 6c 의 타이어는 타이어의 공기압이 상이하다. 또한, 도 6a 의 타이어와 도 6b 의 타이어는, 공기압이 동일하기 때문에, 동일한 접지 길이 (L1) 가 된다. 또, 도 6c 의 타이어는, 타이어의 공기압이, 도 6a 와 도 6b 의 타이어보다 낮기 때문에, 접지 길이 (L2) 는, 접지 길이 (L1) 보다 길어진다.
이와 같이, 도 6a 내지 도 6c 에 나타내는 각각의 상태에 대해, 노면을 주행시켜, 주파수와 출력의 관계를 산출하였다. 그 후, 주파수를 접지 길이로 환산하여, 산출한 출력과 접지 길이의 관계를 도 7 에 나타낸다. 여기서, 도 7 은, 진폭 레벨과 접지 길이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7 은, 세로축을 출력 (진폭 레벨) 으로 하고, 가로축을 접지 길이 [m] 로 한다. 또, 도 7 의 그래프는, 검출 결과를 가로축을 공통으로 하여 2 개로 나누어 나타낸다. 위의 그래프에는, 도 6a 의 측정 결과인 122 와, 도 6b 의 측정 결과 (124) 를 나타내고, 아래의 그래프에는, 도 6c 의 측정 결과 (126) 를 나타낸다. 도 7 의 측정 결과 (122) 와 측정 결과 (124) 에 나타내는 바와 같이, 노면 (110) 을 주행한 경우와 노면 (112) 를 주행한 경우에는, 출력 분포는 상이하지만, 출력의 골이 되는 접지 길이의 위치는 L1 에서 동일해진다. 이에 반하여, 도 7 의 측정 결과 (122) 와 측정 결과 (126) 에 나타내는 바와 같이, 동일한 노면 (110) 을 주행한 경우에도, 공기압이 상이한 타이어에서는, 출력의 골이 되는 부분이, L1 과 L2 에서 상이한 위치가 된다.
이상과 같이, 타이어 상태 판정 장치 (20) 는, 노면 상태를 추정하는 일 없이 접지 길이를 산출할 수 있고 또 접지 길이를 산출할 수 있음으로써, 타이어의 공기압을 산출할 수 있다. 이로써, 타이어 상태를 판정할 수 있다. 요컨대, 도 7 의 위의 도면에 나타내는 바와 같이 노면 상태가 상이하면 출력의 골의 위치 이외에는 변화하기 때문에, 타이어의 접지 길이에서 기인되는 주파수 이외의 특성을 사용하여 타이어의 공기압을 산출하는 경우에는 여러 가지 계산이 필요해진다. 이에 반하여, 타이어 상태 판정 장치 (20) 는, 노면 상태를 추정하는 일 없이 타이어 상태를 판정할 수 있기 때문에 간단하게 타이어 상태를 판정할 수 있다.
다음으로, 도 8 을 사용하여 실측예와 함께 설명한다. 여기서, 도 8 은, 출력과 주파수의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8 은, 가로축을 주파수 [㎐] 로 하고, 세로축을 출력 [20 dB/dec] 으로 한다. 또, 도 8 에는 차량의 전륜의 차륜속 센서의 검출 결과와, 후륜의 차륜속 센서의 검출 결과를 각각 주파수 해석한 결과를 나타낸다. 또한, 본 측정에서는 40 ㎞/h 로 주행하여 측정하였다.
도 8 에 나타내는 바와 같이, 전륜은, 주파수 47.9 ㎐ 에서 출력의 골이 발생하고, 후륜은, 주파수 53.1 ㎑ 에서 출력의 골이 발생하였다. 또, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 어느 검출 결과도 다른 주파수와는 상이한 크기의 출력, 요컨대, 용이하게 식별할 수 있는 출력이 되고 있다.
또한, 상기 서술한 검출 결과로부터, 전륜의 접지 길이는 (40/3.6)/47.9=0.231 m, 후륜의 접지 길이는 (40/3.6)/53.1=0.209 m 로 산출된다. 여기서, 전륜은 후륜보다 중량 (하중) 이 작기 때문에, 접지 길이도 짧아진다. 이로써, 출력의 골로부터, 실제의 접지 길이를 측정할 수 있는 것을 알 수 있다.
또, 상기 실시형태에서는, 타이어 공기압 워닝 램프 (32) 를 점등시킴으로써, 경고를 출력했지만, 경고의 출력 방법은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 문자 정보로서 화면에 표시시키도록 해도 되고, 또, 음성으로 출력해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 접지 길이와 기준의 접지 길이를 비교하여, 타이어의 공기압의 변동을 판정했지만, 이것에 한정되지 않고, 접지 길이로부터 타이어의 공기압을 산출하고, 산출한 공기압과 기준의 공기압을 비교하도록 해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 타이어의 공기압이 저하된 경우에 경고를 발생시켰지만, 타이어의 공기압에 상한을 설정하여, 타이어의 공기압이 상한을 초과한 경우에도 경고를 발생시키도록 해도 된다.
산업상 이용가능성
이상과 같이, 본 발명에 관련된 타이어 상태 판정 장치는, 차량에 설치된 타이어의 상태를 검출하는 데에 유용하다.
10 : 차량
12 : 우측 프론트 타이어
14 : 좌측 프론트 타이어
16 : 우측 리어 타이어
18 : 좌측 리어 타이어
20 : 타이어 상태 판정 장치
22 : 우측 프론트 차륜속 센서
24 : 좌측 프론트 차륜속 센서
26 : 우측 리어 차륜속 센서
28 : 좌측 리어 차륜속 센서
30 : 외기온 센서
32 : 타이어 공기압 워닝 램프
34 : 리셋 스위치
36 : 스톱 램프 스위치
40 : 제어부

Claims (6)

  1. 타이어의 회전 속도를 검출하는 차륜속 센서와,
    상태를 판정하는 대상의 1개의 타이어의 상기 차륜속 센서의 검출 결과를 주파수 해석하여, 출력의 골 부분이 되는 주파수를 검출하고, 검출한 골 부분의 주파수와 차속으로부터 당해 타이어의 공기압을 산출하는 제어부를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 차륜속 센서의 검출 결과의 저주파 성분을 주파수 해석하여, 상기 차속을 산출하고, 상기 차속과, 상기 차륜속 센서의 검출 결과의 고주파 성분을 주파수 해석한 결과에 기초하여 차속 성분을 제거한 접지 길이를 산출하고, 상기 접지 길이에 기초하여 타이어의 공기압을 산출하는 것을 특징으로 하는 타이어 상태 판정 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 차속에 기초하여, 상기 골 부분이 되는 후보의 주파수 영역을 결정하는 것을 특징으로 하는 타이어 상태 판정 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는, 설정된 시간 간격으로 공기압을 산출하는 것을 특징으로 하는 타이어 상태 판정 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    타이어 상태를 알리는 알림부를 추가로 갖고,
    상기 제어부는, 산출한 공기압에 기초하여 타이어 상태를 판정하고, 상기 타이어 상태가 미리 설정된 상태가 되면, 상기 알림부에 의해 알리는 것을 특징으로 하는 타이어 상태 판정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는, 공기압이 임계치 이하인 것으로 판정하면, 상기 알림부로부터 경고를 출력시키는 것을 특징으로 하는 타이어 상태 판정 장치.
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