JP3391486B2

JP3391486B2 - タイヤ空気圧検知装置

Info

Publication number: JP3391486B2
Application number: JP33864992A
Authority: JP
Inventors: 健康田口; 俊治内藤; 雅彦神谷; 健司藤原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-12-18
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 2003-03-31
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JPH06183231A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両のタイヤの空気圧
の状態を検知するタイヤ空気圧検知装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、タイヤの空気圧を検知する装置と
しては、タイヤの内部にタイヤ空気圧に応動する圧力応
動部材等を設け、直接的にタイヤの空気圧を検知するも
のが提案されている。しかし、直接的にタイヤの空気圧
を検知する装置では、タイヤの内部に圧力応動部材等を
設ける必要があることから構造が複雑となり、また価格
も高価となってしまうという問題があった。

【０００３】このため、タイヤの空気圧が低下したとき
にタイヤ半径が変化する（短くなる）ことを利用して、
各車輪の車輪速度を検出する車輪速度センサの検出信号
に基づいて、車両のタイヤの空気圧を間接的に検知する
ことが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、検出対
象であるタイヤ半径は、磨耗等による個体差があった
り、旋回，制動，発進等の走行状態の影響を受けやす
い。さらに、近年普及が著しいラジアルタイヤは、タイ
ヤ空気圧の変化によるタイヤ半径の変形量が小さい（例
えば、タイヤの空気圧が１ｋｇ／ｃｍ²低下したとき、
タイヤ半径の変形量は約１ｍｍである。）。このような
理由から、タイヤ半径の変形量からタイヤ空気圧の変化
を間接的に検知する方式は、検知精度が充分に確保でき
ないという問題がある。

【０００５】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、間接的にタイヤ空気圧を検知するとともに、その
検知精度を向上することができるタイヤ空気圧検知装置
を提供することを目的とするものである。

【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、本発明によるタイヤ空気圧検知装置は、車両の走行
時に、車輪の回転速度を検出する車輪速度センサと、前
記車輪速度センサの出力信号を周波数解析してタイヤの
振動周波数成分を含む周波数のゲイン分布を演算するゲ
イン分布演算手段と、前記ゲイン分布演算手段から所定
周波数領域のゲイン分布を抽出する抽出手段と、前記抽
出した所定周波数領域のゲイン分布に基づいて車両のば
ね下の共振周波数を算出する共振周波数算出手段と、前
記共振周波数に基づいて、前記タイヤの空気圧の状態を
検知する検知手段とを備えることを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記構成によりタイヤの振動周波数成分を含む
信号を車輪速度センサを用いて求め、この信号における
周波数に対するゲイン分布を演算し、このゲイン分布か
ら所定周波数領域のゲイン分布に基づいて車両のばね下
の共振周波数を算出し、算出した共振周波数に基づい
て、タイヤの空気圧の状態が検知される。

【０００８】ここで、タイヤの空気圧が変化すると、そ
れによってタイヤのばね定数も変化する。このタイヤの
ばね定数の変化により、タイヤの振動周波数成分におけ
る共振周波数が変化するので、抽出した共振周波数に基
づき、タイヤの空気圧の状態を検知することができる。

【０００９】

【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。

【００１０】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の空気圧の状態
を報知する。この表示部５は、各タイヤ１ａ〜１ｄの空
気圧の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の空気圧が基準空気
圧よりも低下したときに点灯させて、それを警告するよ
うにしても良い。

【００１１】ここで、まず本実施例におけるタイヤ空気
圧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。このタ
イヤ振動時の車両ばね下の加速度の周波数特性は図２に
示すようなものとなる。図２に示すように、加速度の周
波数特性は２点においてピーク値を示し、ａ点は車両の
ばね下における上下方向の共振周波数であり、ｂ点は車
両のばね下における前後方向の共振周波数である。

【００１２】一方、タイヤの空気圧が変化すると、タイ
ヤゴム部のばね定数も変化するため、上記の上下方向及
び前後方向の共振周波数がともに変化する。例えば、図
３に示すように、タイヤの空気圧が低下した場合には、
タイヤゴム部のばね定数も低下するので、上下方向及び
前後方向の共振周波数がともに低下する。従って、タイ
ヤの振動周波数より、車両のばね下における上下方向及
び前後方向の共振周波数の少なくとも一方を抽出すれ
ば、この共振周波数に基づいてタイヤの空気圧の状態を
検知することができる。

【００１３】そのため、本実施例では、車輪速度センサ
の検出信号から、車両のばね下における上下方向及び前
後方向の共振周波数を抽出する。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。すなわち、車輪速度センサの検出信号を周波数
解析した結果、図４に示すように２点でピーク値を示す
とともに、タイヤの空気圧が低下すると、その２点のピ
ーク値も低下することが明らかとなった。

【００１４】これにより、本実施例によれば、近年搭載
車両の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
もタイヤ空気圧の検知が可能となる。また、車両の実用
範囲では、上記共振周波数の変化量はほとんどタイヤ空
気圧の変化に起因するタイヤばね定数の変化に基づくも
のであるため、例えばタイヤの磨耗等の他の要因の影響
を受けることなく安定した空気圧検知が可能となる。

【００１５】図１０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１０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１０に示すフローチャートで
は、特にタイヤの空気圧が基準値以下に低下したことを
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１０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５）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６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高周波成分を含んでい
る。ステップ１１０では、演算された車輪速度ｖの変動
幅Δｖが基準値ｖ₀を超えたか否かを判定する。このと
き、車輪速度ｖの変動幅Δｖが基準値ｖ₀を超えている
と判定されると、ステップ１２０に進む。ステップ１２
０では、車輪速度ｖの変動幅Δｖが基準値ｖ₀を超えて
いる時間ΔＴが、所定時間ｔ₀を超えたか否かを判定す
る。上記ステップ１１０，１２０での処理は、車両が走
行している路面が、本実施例の検知手法によってタイヤ
空気圧の検知が可能な路面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、タイヤの空気圧の
検知を、タイヤの振動周波数成分に含まれる共振周波数
の変化に基づいて行う。このため、車輪速度ｖがある程
度変動し、かつそれが継続されなければ、上記共振周波
数を算出するための充分なデータを得ることができな
い。なお、ステップ１２０における判定では、車輪速度
ｖの変動幅Δｖが基準値ｖ₀を超えた時点で所定時間Δ
ｔが設定され、この所定時間Δｔ内に再び車輪速度ｖの
変動幅Δｖが基準値ｖ₀を超えると、時間ΔＴの計測が
継続される。

【００１７】ステップ１１０及びステップ１２０におい
て、ともに肯定判断されるとステップ１３０に進み、ど
ちらか一方において否定判断されると、ステップ１００
に戻る。ステップ１３０では、演算された車輪速度に対
して周波数解析（例えば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７に示す。

【００１８】図７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
８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。

【００１９】しかし、上述の平均化処理だけでは、ノイ
ズ等によって車両のばね下の上下方向及び前後方向の共
振周波数のゲインが、その近辺の周波数のゲインに比較
して必ずしも最大ピーク値になるとは限らないという問
題がある。そこで、本実施例では、上述の平均化処理に
引き続き、ステップ１６０において以下の移動平均処理
を実施する。

【００２０】この移動平均処理は、ｎ番目の周波数のゲ
インＹ_nを以下の演算式によって求めることにより実施
される。

【００２１】

【数１】Ｙ_n＝（ｙ_n+1＋Ｙ_n-1）／２つまり、移動平均処理では、ｎ番目の周波数のゲインＹ
_nが、前回の演算結果におけるｎ＋１番目のゲインｙ
_n+1と既に演算されたｎ−１番目の周波数のゲインＹ
_n-1との平均値とされる。これにより、ＦＦＴ演算結果
は、滑らかに変化する波形を示すことになる。この移動
平均処理により求められた演算結果を図９に示す。

【００２２】なお、ここでの波形処理は、上記移動平均
処理に限らず、平均化処理後のＦＦＴ演算結果に対して
ローパスフィルタ処理を施しても良いし、或いは、ステ
ップ１３０のＦＦＴ演算を実施する前に、車輪速度ｖの
微分演算を行い、その微分演算結果に対してＦＦＴ演算
を実施してもよい。

【００２３】次に、ステップ１７０では、上記移動平均
処理によりスムージングされたＦＦＴ演算結果に基づい
て、車両のばね下の前後方向の共振周波数ｆを算出する
が、上述の各処理を行った後でも、なお最大ピークゲイ
ンが共振周波数と完全には一致しない。これは前記平均
化処理の演算回数Ｎが充分大きくない場合に起こりやす
いが、演算回数Ｎを大きくすると空気圧判定に時間がか
かり、実用的でなくなるという問題が発生する。よって
ここでは、次のような共振周波数の推定（以下、形状推
定処理という）を行い、上記の問題を解決している。こ
の形状推定処理のフローチャートを図１２に示す。

【００２４】ステップ１７１では、共振周波数の存在が
予想される周波数帯において、最大のピークゲインＧ_P
を算出する。そしてステップ１７２では、図１３に示す
ようにそのピークゲインＧ_Pの数％（例えば７０％）の
ゲインをしきい値Ｇ_Sとして、あらかじめ決められた周
波数帯Ｆ_bのしきい値を切る点の周波数ｆ₁，ｆ₂を算
出する。ステップ１７３では、前記しきい値を切る点ｐ
が２つ存在するかを調べ、２つだけ存在する場合のみス
テップ１７４に進み、算出された上記周波数ｆ ₁，ｆ₂
の中間の周波数ｆ_mを共振周波数ｆとする。

【００２５】なお、ステップ１７５では、前記しいき値
を切る点が２つ以上の場合、そのデータはノイズ成分が
多く含まれるデータであるから、今回の共振周波数の値
として直前に求めた共振周波数をそのまま用いるか、ま
たは過去に求めた複数の共振周波数の値から推定（例え
ばその平均値など）する。

【００２６】そしてステップ１８０では、予め正常なタ
イヤ空気圧に対応して設定されている初期周波数ｆ₀か
らの低下偏差（ｆ₀−ｆ）を求め、この低下偏差（ｆ₀
−ｆ）と所定偏差Δｆとを比較する。この所定偏差Δｆ
は、正常なタイヤ空気圧に対応する初期周波数ｆ₀を基
準として、タイヤ空気圧の許容下限値（例えば１．４ｋ
ｇ／ｍ²）に対応して設定されている。従って、ステッ
プ１８０において低下偏差（ｆ₀−ｆ）が所定偏差Δｆ
を上回ったと判定されると、タイヤの空気圧が許容下限
値よりも低下したとみなして、ステップ１９０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。

【００２７】なお、上述のステップ１７０において共振
周波数を推定する際、共振周波数付近の波形形状が滑ら
かでないとステップ１７３でしきい値を切る点ｐが２つ
以上になり誤判定を生じる。このため上述のステップ１
６０での移動平均処理を、次のようにさらに強力ななま
し平均処理に換えてもよい。つまり、ｎ番目の周波数ゲ
インＹ_nを求める際、複数のｎの前後のゲインの平均
（例えば、数２に示す前後５点の平均）を少なくとも１
回（処理を繰り返せばより滑らかになる）を行なう。

【００２８】

【数２】Ｙ_n＝（ｙ_n-2＋ｙ_n-1＋ｙ_n＋ｙ_n+1＋ｙ_n+2）／５（ここで、ｙ_n-2，ｙ_n-1──は処理を行なう前のゲイ
ンであり、処理を繰り返し、ｓ回目を行っている場合
は、ｓ−１回目のゲインである。）あるいは、この変形
で、処理前と処理後のゲインを併用した移動平均でもよ
く、この場合処理を繰り返すと上記方法よりさらに滑ら
かになる。数３に５点を使った例を示す。

【００２９】

【数３】Ｙ_n＝（Ｙ_n-2＋Ｙ_n-1＋ｙ_n＋ｙ_n+1＋ｙ_n+2）／５（ここで、ｓ回目の処理の場合、ｙ_n，ｙ_n+1，ｙ_n+2
はｓ−１回目の処理後のゲインで、Ｙ_n-2，Ｙ_n-1はｓ
回目の処理後のゲインである。また、数２，数３共、処
理の都合上分母である５を省略してもよい。）また、こ
れら平均処理に換えて、包絡線（例えばスプライン関数
など）を求めることによっても滑らかな波形が得られる
ので、これをステップ１６０と併用もしくは代替しても
よい。

【００３０】なお、上述の第１実施例では、車両のばね
下の前後方向の共振周波数のみに基づいて、タイヤの空
気圧の低下を検知する例を示したが、これに代えて上下
方向の共振周波数のみに基づきタイヤ空気圧の低下を検
知しても良いし、前後方向及び上下方向の共振周波数の
両者に基づいて検知しても良い。

【００３１】また、上述の第１実施例では、特にタイヤ
の空気圧が許容下限値よりも低下したことを検知するよ
うにしていたが、図１１に示すようなタイヤ空気圧と共
振周波数との関係を各タイヤ毎にマップとして記憶し、
第１実施例と同様に共振周波数ｆを算出して、この算出
された共振周波数ｆからタイヤ空気圧自体を直接推定し
てもよい。

【００３２】次に第２実施例について説明する。上述の
第１実施例の共振周波数の推定（ステップ１７０）で
は、推定に用いるゲインはしきい値を１つ設けて行った
が、ＥＣＵ４のメモリ容量に余裕があれば、本第２実施
例によってその推定精度をさらに向上できる。すなわ
ち、ステップ１７２においてしきい値を数段（例えば７
０％，６０％，５０％の３段）用意し、それぞれのしき
い値ごとにしきい値を切る点の周波数を演算する。そし
てステップ１７４にてそれぞれのしきい値ごとに前述の
ごとく中間の周波数（ｆ_m1，ｆ _m2，ｆ_m3）を算出し、そ
の平均値を共振周波数ｆとする。またこの平均値を求め
る際に、各中間の周波数の内ばらつきが大きいものを除
いた上で行ってもよいし、しきい値によって重みをつけ
て行ってもよい。

【００３３】なお、この第２実施例では、ＥＣＵ４にお
ける処理内容が、上記の部分についてのみ第１実施例と
異なり、その他の処理内容及びその構成は第１実施例と
共通である。

【００３４】次に第３実施例について説明する。前記の
第１実施例の共振周波数の推定（ステップ１７０）で
は、図１２に示す形状推定処理を行っていたが、第３実
施例では共振周波数付近の波形の重心点を算出し、その
重心点が存在する周波数を共振周波数ｆとする方法（以
下、重心処理という）である。すなわち第３実施例で
は、第１実施例の図１２の処理を図１４に示す処理に変
更する。

【００３５】図１４において、ステップ１７６では、あ
らかじめ決められた周波数帯の全ゲイン和Ｓを算出す
る。そしてステップ１７７で、前記周波数帯の端から順
次ゲイン和を求め、そのゲイン和ＳがＳ／２になる点の
周波数を算出する。この周波数が重心点のある周波数で
あり、この周波数を共振周波数ｆとする（図１５参
照）。

【００３６】なお、ステップ１７６で用いる周波数帯
は、ＥＣＵ４のメモリ容量に余裕があれば、共振周波数
特性のピークが両側の谷（ピークを山と見た場合の山の
裾野の部分）の間を用いた方がよい。

【００３７】なお、この第３実施例では、ＥＣＵ４にお
ける処理内容が、上記の部分についてのみ第１実施例と
異なり、その他の処理内容及びその構成は第１実施例と
共通である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
タイヤの振動周波数成分を含む信号における周波数に対
するゲイン分布を演算し、このゲイン分布から所定周波
数領域のゲイン分布を抽出し、抽出した所定周波数領域
のゲイン分布に基づいて車両のばね下の共振周波数を算
出し、算出した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。ここで、共振周波数は、タイヤのば
ね定数に応じて変化し、タイヤのばね定数は実質的にタ
イヤの空気圧にのみ依存して変化する。従って、本発明
によれば、タイヤの空気圧を間接的に検知しながら、そ
の検知精度を向上することが可能となる。

【００３９】また、所定周波数領域のゲイン分布に基づ
いて車両のばね下の共振周波数を算出しているので、所
定周波数領域を共振周波数付近の周波数帯とすれば、他
の周波数領域に無駄な演算処理を行なうことなく、速や
かにばね下の共振周波数を算出できるという効果があ
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】車両のばね下の加速度の周波数特性を示す特性
図である。

【図３】タイヤの空気圧の変化による車両のばね下の上
下方向及び前後方向の共振周波数の変化の様子を示す特
性図である。

【図４】第１実施例のタイヤ空気圧の検知原理を示す説
明図である。

【図５】車輪速度センサの出力電圧波形を示す波形図で
ある。

【図６】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７】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８】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９】第１実施例における移動平均処理を行った後の
周波数解析結果を示す特性図である。

【図１０】第１実施例の電子制御装置の処理内容を示す
特性図である。

【図１１】タイヤ空気圧と共振周波数との関係を示す特
性図である。

【図１２】第１実施例の形状推定処理の処理内容を示す
フローチャートである。

【図１３】第１実施例の形状推定処理を説明するための
説明図である。

【図１４】第３実施例の重心処理の処理内容を示すフロ
ーチャートである。

【図１５】第３実施例の重心処理の処理を説明するため
の説明図である。

【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

フロントページの続き (72)発明者神谷雅彦愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者藤原健司愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (56)参考文献特開昭59−26029（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−149503（ＪＰ，Ａ) 「自動車技術ハンドブック」第１分冊基礎・理論編、第１版、社団法人自動車技術会 1990年12月１日ｐ264〜 288

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の走行時に、車輪の回転速度を検出
する車輪速度センサと、前記車輪速度センサの出力信号を周波数解析してタイヤ
の振動周波数成分を含む周波数のゲイン分布を演算する
ゲイン分布演算手段と、前記ゲイン分布演算手段から所定周波数領域のゲイン分
布を抽出する抽出手段と、前記抽出した所定周波数領域のゲイン分布に基づいて車
両のばね下の共振周波数を算出する共振周波数算出手段
と、前記共振周波数に基づいて、前記タイヤの空気圧の状態
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
空気圧検知装置。
【請求項２】前記抽出手段は、前記ゲイン分布におけ
るピークゲインを算出するピークゲイン算出手段と、前
記ピークゲインに基づいた所定周波数範囲を前記所定周
波数領域として設定する設定手段とを備えることを特徴
とする請求項１に記載のタイヤ空気圧検知装置。
【請求項３】前記共振周波数算出手段は、前記所定周
波数領域の中に、ゲインのピーク値が複数存在する場合
には、共振周波数の演算を禁止することを特徴とする請
求項２に記載のタイヤ空気圧検知装置。