JP2011230544A - タイヤ空気圧低下検出装置、方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】単一の判定しきい値により減圧判定を行うタイヤ空気圧低下検出装置を提供する。
【解決手段】４輪車両の各輪の回転情報を定期的に検出する回転情報検出手段と、この回転情報からタイヤの車輪速度を算出する車輪速度算出手段と、一方の対角位置にある２輪の車輪速度の和と他方の和との差を第１比較値として計算するとともに、一方の同側位置にある２輪の車輪速度の和と他方の和との差を第２比較値として計算する比較値計算手段と、前記第１比較値および第２比較値と所定の判定しきい値との関係からタイヤの減圧を判定する判定手段と、この判定手段によりタイヤが減圧していると判定された場合に警報を発する警報手段とを備える。正常圧時に学習した正常値からの減圧による前記第１比較値および第２比較値の変化量が、前輪と後輪との間で統一された変換手段を更に備え、前記判定手段は、単一の判定しきい値による減圧判定を行うように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輪速度の比較値に基づいてタイヤの空気圧低下を検出するタイヤ空気圧警報システムにおいて、当該比較値を一次変換することで減圧感度を前輪と後輪との間で統一することにより、単一の判定しきい値による減圧検出を可能とすることを特徴とするタイヤ空気圧低下検出方法、およびタイヤ空気圧低下検出プログラムである。

自動車が安全に走行できるための要素の１つにタイヤの空気圧がある。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るほか、タイヤバーストの原因にもなる。このため、タイヤの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システムは、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。

従来の警報システムは、直接検知型と間接検知型の２つに分類できる。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。空気圧の低下を高精度に検出することができる一方で、実環境での耐故障性能に問題があることや高価なセンシングシステムが必要となることなど、技術的、コスト的な欠点がある。

一方、間接検知型は各車輪の回転情報から空気圧を推定する方法であり、動荷重半径方式と共振周波数方式に細分類できる。このうち、本発明の適用対象である動荷重半径方式は、減圧することでタイヤの動荷重半径が小さくなると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。すなわち、互いに対角位置にある輪をペアとして２種類のペアによる車輪速度の比較値をＤＥＬ１、前輪と後輪の車輪速度の比較値をＤＥＬ２、左輪と右輪の車輪速度の比較値をＤＥＬ３とするとき（以下、これらを総称するときは「ＤＥＬ値」という）、これらの比較値が所定の異常値となる場合に警報を出す（特許文献１参照）。この方式は、車輪速度センサから得られる車輪の回転速度信号だけを用いて簡単に演算処理できることから、安価な検出システムとして着目されている。

特開２００５−５３２６３号公報

車輪に駆動力が加わるとスリップが発生し、これは車輪の瞬間的な空転を生むことで回転速度を上げるため、従動輪よりも駆動輪の方が回転速度は速い。また、タイヤが減圧すると路面との接地面積が増えることによりスリップ率が低下し、動荷重半径の減少による車輪速度の増加を相殺する。こうした影響により、駆動輪の減圧感度（正常圧時に学習したキャリブレーション値からの減圧によるＤＥＬ値の変化量をいう）は従動輪よりも小さい。

図３は、前輪駆動車におけるＤＥＬ１の値を横軸に、ＤＥＬ３の値を縦軸にとった場合の２次元平面を表す。当該平面において左前輪（ＦＬ）が減圧した場合は推定値ｘ＝（ｄ_１、ｄ_３）´は第一象限に、左後輪（ＲＬ）が減圧した場合は第二象限に、右前輪（ＦＲ）が減圧した場合は第三象限に、右後輪（ＲＲ）が減圧した場合は第四象限に位置する。ここで、ｄ_１はＤＥＬ１の値、ｄ_３はＤＥＬ３の値を表し、´はベクトル・行列の転置を表す。

駆動輪の減圧感度ｍと従動輪の減圧感度ｎが異なることにより（図３では原点から各点への距離の違いとして表される）、ＤＥＬ１に対する最適なしきい値が異なるため、ｘが位置する象限に基づいて減圧輪の位置を特定した上で、異なる複数の判定しきい値を使い分ける必要が生じる。しかし、車両の旋回、加減速や荷重の偏りなどの走行条件の変化が原因でｘにばらつきが生じると、減圧状態によってはｘが得られるごとに象限を跨ぐことがあり、これにより参照すべきしきい値が急激に変化することで減圧判定の結果が安定しないという弊害が生じる。これを回避するために位置特定が安定するまで減圧判定を行わないとすると、速報性が損なわれることにより急激なパンクに対応できないという別の問題が生じる。さらに、このような多段階の手順を踏むことで減圧判定の手続きが複雑化することにより、実装、および性能評価に費やす工数が増大する。以上の困難を回避するため、駆動輪と従動輪の判定しきい値の各最適値の平均を共通のしきい値として用いる方法が考えられるが、最適値から乖離することにより検出精度が犠牲にされるため、誤報や未警報が発生する可能性がある。

本発明は、以上の問題を解決するために、減圧車輪位置を特定することなく単一の判定しきい値により減圧判定を行うことを目的として、判定しきい値の最適値を共通化することを特徴とするタイヤ空気圧低下検出装置、方法およびプログラムである。

（１）本発明の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、４輪車両の各輪のタイヤの回転情報を定期的に検出する回転情報検出手段と、
この回転情報検出手段により検出された回転情報からタイヤの車輪速度を算出する車輪速度算出手段と、
一方の対角位置にある２輪の車輪速度の和と他方の対角位置にある２輪の車輪速度の和との差を第１比較値として計算するとともに、一方の同側位置にある２輪の車輪速度の和と他方の同側位置にある２輪の車輪速度の和との差を第２比較値として計算する比較値計算手段と、
前記第１比較値および／または第２比較値と所定の判定しきい値との関係からタイヤの減圧を判定する判定手段と、
この判定手段によりタイヤが減圧していると判定された場合に警報を発する警報手段と
を備えており、
正常圧時に学習した正常値からの減圧による前記第１比較値および第２比較値の変化量（以下、「減圧感度」ともいう）が、前輪と後輪との間で統一された平面へ前記第１比較値および第２比較値を変換する変換手段を更に備えており、前記判定手段は、単一の判定しきい値による減圧判定を行うように構成されていることを特徴としている。

本発明の検出装置では、４輪車両（前輪駆動車、後輪駆動車および４輪駆動車のすべてを含む）のタイヤ空気圧の低下を判定するに際し、変換手段により、減圧感度が前輪と後輪との間で統一された平面へ、前記第１比較値および第２比較値を変換する。減圧感度を前輪と後輪との間で統一することにより、単一の判定しきい値による減圧検出が可能となり、安定した減圧判定を簡単な手続きにより行うことができる。

（２）前記（１）の検出装置において、前記第１比較値をＤＥＬ１として横軸にとり、前記第２比較値をＤＥＬ３として縦軸にとった２次元平面において、前記変換手段は、計算された推定値（ＤＥＬ１、ＤＥＬ３）に一次変換を加えて各軸に対して対称とすることで、前輪と後輪との間で生じる減圧感度の差を解消するものとすることができる。

（３）前記（２）の検出装置において、前記変換手段は、前記推定値に、当該推定値を時計回りおよび反時計回りのいずれか一方にπ／４回転させる行列、異なる減圧感度を揃えるために横軸方向および縦軸方向に伸縮する行列、ならびに、前記推定値を時計回りおよび反時計回りの他方にπ／４回転させる行列を乗算することで矯正後の推定値を得るものとすることができる。

（４）本発明のタイヤ空気圧低下検出方法は、４輪車両の各輪のタイヤの回転情報を定期的に検出する回転情報検出工程と、
この回転情報検出工程において検出された回転情報からタイヤの車輪速度を算出する車輪速度算出工程と、
一方の対角位置にある２輪の車輪速度の和と他方の対角位置にある２輪の車輪速度の和との差を第１比較値として計算するとともに、一方の同側位置にある２輪の車輪速度の和と他方の同側位置にある２輪の車輪速度の和との差を第２比較値として計算する比較値計算工程と、
前記第１比較値および／または第２比較値と所定の判定しきい値との関係からタイヤの減圧を判定する判定工程と、
この判定工程においてタイヤが減圧していると判定された場合に警報を発する警報工程と
を含んでおり、
正常圧時に学習した正常値からの減圧による前記第１比較値および第２比較値の変化量が、前輪と後輪との間で統一された平面へ前記第１比較値および第２比較値を変換する変換工程を更に含んでおり、前記判定工程は、単一の判定しきい値による減圧判定を行うことを特徴としている。

（５）本発明のタイヤ空気圧低下検出プログラムは、４輪車両に装着したタイヤの空気圧低下を検出して警報を発するためにコンピュータを、
４輪車両の各輪のタイヤの回転情報を定期的に検出する回転情報検出手段により検出された回転情報からタイヤの車輪速度を算出する車輪速度算出手段、
一方の対角位置にある２輪の車輪速度の和と他方の対角位置にある２輪の車輪速度の和との差を第１比較値として計算するとともに、一方の同側位置にある２輪の車輪速度の和と他方の同側位置にある２輪の車輪速度の和との差を第２比較値として計算する比較値計算手段、
前記第１比較値および／または第２比較値と所定の判定しきい値との関係からタイヤの減圧を判定する判定手段、および
正常圧時に学習した正常値からの減圧による前記第１比較値および第２比較値の変化量が、前輪と後輪との間で統一された平面へ前記第１比較値および第２比較値を変換する変換手段
として機能させ、前記判定手段は、単一の判定しきい値による減圧判定を行うように構成されていることを特徴としている。

本発明のタイヤ空気圧低下検出装置、方法およびプログラムによれば、判定しきい値の最適値を共通化することで、減圧車輪位置を特定することなく単一の判定しきい値により減圧判定を行うことができる。

本発明のタイヤ空気圧低下検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。 図１に示されるイヤ空気圧低下検出装置の電気的構成を示すブロック図である。 前輪駆動車におけるＤＥＬ１の値を横軸に、ＤＥＬ３の値を縦軸にとった場合の２次元平面を示す図である。 図３に示される各点を時計回りにπ／４回転させた図である。 図４に示される各点の原点からの距離が駆動輪と従動輪の平均値となるように長方形の各辺を伸縮させた図である。 図５に示される各点を反時計回りにπ／４回転させた図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明のタイヤ空気圧低下検出装置、方法および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）及び右後輪（ＲＲ）の回転速度を検出するため、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（回転情報検出手段）１を備えている。なお、本実施の形態における車両は前輪駆動車とする。

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及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、プラズマ表示素子又はＣＲＴなどで構成された表示器３、ドライバーによって操作することができる初期化ボタン４、及びタイヤの減圧をドライバーに知らせる警報器５が接続されている。

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。

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。また、ＣＰＵ２ｂでは、車輪速度検出手段１から出力された車輪速パルスに基づいて、所定のサンプリング周期ΔＴ（ｓｅｃ）、例えばΔＴ＝０．０５秒毎に各タイヤの回転角速度が算出される。

本実施の形態に係る検出装置は、４輪車両の各輪のタイヤの回転情報を定期的に検出する車輪速度検出手段１（回転情報検出手段）と、この車輪速度検出手段１により検出された回転情報からタイヤの車輪速度を算出する車輪速度算出手段と、一方の対角位置にある２輪の車輪速度の和と他方の対角位置にある２輪の車輪速度の和との差を第１比較値として計算するとともに、一方の同側位置にある２輪の車輪速度の和と他方の同側位置にある２輪の車輪速度の和との差を第２比較値として計算する比較値計算手段と、前記第１比較値および／または第２比較値と所定の判定しきい値との関係からタイヤの減圧を判定する判定手段と、この判定手段によりタイヤが減圧していると判定された場合に警報を発する警報手段と、正常圧時に学習した正常値からの減圧による前記第１比較値および第２比較値の変化量が、前輪（駆動輪）と後輪（従動輪）との間で統一された平面へ前記第１比較値および第２比較値を変換する変換手段とを備えており、前記判定手段は、単一の判定しきい値による減圧判定を行うように構成されている。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、車輪速度算出手段、比較値計算手段、判定手段、および変換手段として機能させる。

本発明では、車輪速度検出手段１により検出された回転情報から算出されたタイヤの車輪速度を用いて、一方の対角位置にある２輪の車輪速度の和と他方の対角位置にある２輪の車輪速度の和との差を第１比較値ＤＥＬ１として計算するとともに、一方の同側位置にある２輪の車輪速度の和と他方の同側位置にある２輪の車輪速度の和との差を第２比較値ＤＥＬ３として計算する。
ＤＥＬ１、ＤＥＬ３の値ｄ_１、ｄ_３は、従来技術と同様に例えば

として計算できる。ここで、ｖ_ＦＬ、ｖ_ＦＲ、ｖ_ＲＬ、ｖ_ＲＲは、それぞれＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲの車輪速度を表す。

本発明では、得られた推定値ｘ（ｄ_１、ｄ_３）に一次変換を加えて各軸に対して対称とすることで、前輪（駆動輪）と後輪（従動輪）の間で生じる減圧感度の差を解消する。いま、ｘを反時計回りにπ／４回転させる行列Ａ、および異なる減圧感度を揃えるためにＤＥＬ１軸方向、ＤＥＬ３軸方向に伸縮する行列Ｗを、

すなわち、まずＡ´を乗算することで、図３における各点（ＥＬ, ＲＬ, ＦＲ, ＲＲ減圧を示す点）がＤＥＬ１、またはＤＥＬ３の軸上に位置するよう時計回りにπ／４回転させ（図４参照）、その後Ｗを乗算することで、各点の原点からの距離、すなわち減圧感度が駆動輪と従動輪の平均値（ｍ＋ｎ）／２となるよう長方形の各辺を伸縮し（図５参照）、最後にＡを乗算して反時計回りにπ／４回転させて元の位置関係へ戻す（図６参照）。ｘに左乗算されるＡＷＡ´はあらかじめ計算したものをメモリに定数として保持しておけばよく、これは、

したがって、あらかじめ決定したｍ、ｎの値から４ｍｎ、（ｍ＋ｎ）^２、ｎ^２−ｍ^２の各値を計算してメモリに保持しておけばよい。通常、ｍ、ｎはいずれも０．１前後の値をとることから、上記の計算は極めて簡単である。

本発明の効果に関し、例えばｍ＝０．０８、ｎ＝０．１２である場合を考える。従来の手法では、ｘが位置する象限に基づいて減圧輪の位置を特定した上で、異なる複数の判定しきい値を使い分ける必要が生じる。しかし、例えば、ｄ_１が駆動輪のしきい値と従動輪のしきい値の中間付近の値をとり、ｄ_３がその推定分散より小さい値をとるとき、ｄ_３のばらつきが原因でｘが得られるごとに参照すべきしきい値が駆動輪のしきい値と従動輪のしきい値との間で非連続的に変化するため、減圧判定の結果が安定しない。これを回避するために位置特定が安定するまで減圧判定を見送ると、速報性が損なわれることにより急激なパンクに対応できない。

一方、本発明によりｘを矯正することで駆動輪と従動輪の減圧感度を（０．０８＋０．１２）／２として共通化すれば、しきい値を使い分ける必要がないため上記の問題は発生しない。また、使い分けのために生じる実装上の場合分け処理を行う必要がなくなるため、減圧判定のアルゴリズムが単純化し、実装、および性能評価に費やす工数を抑えることができる。矯正のための計算は極めて簡単であり、費やす計算量に比して得られる効果は大きい。

なお、前述した実施の形態では、計算した推定値ｘを最初に時計回りにπ／４回転させ、最後に反時計回りにπ／４回転させているが、回転の順序は逆でもよい。すなわち、最初に反時計周りにπ／４回転させ、長方形の各辺を伸縮し、最後に時計回りにπ／４回転させてもよい。この場合、ＤＥＬ１軸方向、ＤＥＬ３軸方向に伸縮する行列Ｗ´を

とする。

１ 車輪速度検出手段（回転情報検出手段）
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

Claims (9)

1. ４輪車両の各輪のタイヤの回転情報を定期的に検出する回転情報検出手段と、
   この回転情報検出手段により検出された回転情報からタイヤの車輪速度を算出する車輪速度算出手段と、
   一方の対角位置にある２輪の車輪速度の和と他方の対角位置にある２輪の車輪速度の和との差を第１比較値として計算するとともに、一方の同側位置にある２輪の車輪速度の和と他方の同側位置にある２輪の車輪速度の和との差を第２比較値として計算する比較値計算手段と、
   前記第１比較値および／または第２比較値と所定の判定しきい値との関係からタイヤの減圧を判定する判定手段と、
   この判定手段によりタイヤが減圧していると判定された場合に警報を発する警報手段と
   を備えており、
   正常圧時に学習した正常値からの減圧による前記第１比較値および第２比較値の変化量が、前輪と後輪との間で統一された平面へ前記第１比較値および第２比較値を変換する変換手段を更に備えており、前記判定手段は、単一の判定しきい値による減圧判定を行うように構成されていることを特徴とするタイヤ空気圧低下検出装置。
2. 前記第１比較値をＤＥＬ１として横軸にとり、前記第２比較値をＤＥＬ３として縦軸にとった２次元平面において、前記変換手段は、計算された推定値（ＤＥＬ１、ＤＥＬ３）に一次変換を加えて各軸に対して対称とすることで、前輪と後輪との間で生じる減圧感度の差を解消する請求項１に記載のタイヤ空気圧低下検出装置。
3. 前記変換手段は、前記推定値に、当該推定値を時計回りおよび反時計回りのいずれか一方にπ／４回転させる行列、異なる減圧感度を揃えるために横軸方向および縦軸方向に伸縮する行列、ならびに、前記推定値を時計回りおよび反時計回りの他方にπ／４回転させる行列を乗算することで矯正後の推定値を得る請求項２に記載のタイヤ空気圧低下検出装置。
4. ４輪車両の各輪のタイヤの回転情報を定期的に検出する回転情報検出工程と、
   この回転情報検出工程において検出された回転情報からタイヤの車輪速度を算出する車輪速度算出工程と、
   一方の対角位置にある２輪の車輪速度の和と他方の対角位置にある２輪の車輪速度の和との差を第１比較値として計算するとともに、一方の同側位置にある２輪の車輪速度の和と他方の同側位置にある２輪の車輪速度の和との差を第２比較値として計算する比較値計算工程と、
   前記第１比較値および／または第２比較値と所定の判定しきい値との関係からタイヤの減圧を判定する判定工程と、
   この判定工程においてタイヤが減圧していると判定された場合に警報を発する警報工程と
   を含んでおり、
   正常圧時に学習した正常値からの減圧による前記第１比較値および第２比較値の変化量が、前輪と後輪との間で統一された平面へ前記第１比較値および第２比較値を変換する変換工程を更に含んでおり、前記判定工程は、単一の判定しきい値による減圧判定を行うことを特徴とするタイヤ空気圧低下検出方法。
5. 前記第１比較値をＤＥＬ１として横軸にとり、前記第２比較値をＤＥＬ３として縦軸にとった２次元平面において、前記変換工程は、計算された推定値（ＤＥＬ１、ＤＥＬ３）に一次変換を加えて各軸に対して対称とすることで、前輪と後輪との間で生じる減圧感度の差を解消する請求項４に記載のタイヤ空気圧低下検出方法。
6. 前記変換工程は、前記推定値に、当該推定値を時計回りおよび反時計回りのいずれか一方にπ／４回転させる行列、異なる減圧感度を揃えるために横軸方向および縦軸方向に伸縮する行列、および、前記推定値を時計回りおよび反時計回りの他方にπ／４回転させる行列を乗算することで矯正後の推定値を得る請求項５に記載のタイヤ空気圧低下検出方法。
7. ４輪車両に装着したタイヤの空気圧低下を検出して警報を発するためにコンピュータを、
   ４輪車両の各輪のタイヤの回転情報を定期的に検出する回転情報検出手段により検出された回転情報からタイヤの車輪速度を算出する車輪速度算出手段、
   一方の対角位置にある２輪の車輪速度の和と他方の対角位置にある２輪の車輪速度の和との差を第１比較値として計算するとともに、一方の同側位置にある２輪の車輪速度の和と他方の同側位置にある２輪の車輪速度の和との差を第２比較値として計算する比較値計算手段、
   前記第１比較値および／または第２比較値と所定の判定しきい値との関係からタイヤの減圧を判定する判定手段、および
   正常圧時に学習した正常値からの減圧による前記第１比較値および第２比較値の変化量が、前輪と後輪との間で統一された平面へ前記第１比較値および第２比較値を変換する変換手段
   として機能させ、前記判定手段は、単一の判定しきい値による減圧判定を行うように構成されていることを特徴とするタイヤ空気圧低下検出プログラム。
8. 前記第１比較値をＤＥＬ１として横軸にとり、前記第２比較値をＤＥＬ３として縦軸にとった２次元平面において、前記変換手段は、計算された推定値（ＤＥＬ１、ＤＥＬ３）に一次変換を加えて各軸に対して対称とすることで、前輪と後輪との間で生じる減圧感度の差を解消する請求項７に記載のタイヤ空気圧低下検出プログラム。
9. 前記変換手段は、前記推定値に、当該推定値を時計回りおよび反時計回りのいずれか一方にπ／４回転させる行列、異なる減圧感度を揃えるために横軸方向および縦軸方向に伸縮する行列、ならびに、前記推定値を時計回りおよび反時計回りの他方にπ／４回転させる行列を乗算することで矯正後の推定値を得る請求項８に記載のタイヤ空気圧低下検出プログラム。
   

Images