JP4256824B2 - タイヤ空気圧低下警報装置および方法、ならびにタイヤ減圧判定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、車両の各タイヤの空気圧の低下を検出するための装置に関する。さらに詳しくは、すべての車輪が同時に減圧している場合に、タイヤ空気圧の低下判定をより確実に行なうタイヤ空気圧低下警報装置に関する。

タイヤの空気圧は、タイヤに損傷がなくても徐々に低下していく。新品タイヤの寸法成長や気温の低下による同時減圧のほか、空気がタイヤのゴムを透過するために同時減圧がおきる場合がある。このような場合は４輪が同時に減圧することが多く、減圧していることに気がつかないことがある。減圧したまま走行することは、時に危険であり、また燃費を悪化させるので、環境への影響も懸念される。

そこで従来、１輪の減圧を検出する以外に、４輪が同時に減圧していることを検出する方法が提案されている。

たとえば、車両の対角線に位置する車輪の回転速度の２組の和の差による減圧判定値（ＤＥＬ値）と横方向加速度（横Ｇ）の関係の傾きや、ヨーレイトセンサーの値と左右車輪の回転速度比の関係から、荷重感度の差を利用して４輪同時減圧を検知する方法がある。

他にもたとえば、摩擦率−スリップ率（μ−ｓ）特性の変化を利用して、駆動輪２輪の同時減圧を検出する方法がある（特許文献１、３、４および５）。このμ−ｓ特性の変化を利用する方法はまた、４輪同時減圧を検出することが可能である。その他、車両が駆動力を有しない走行状態で、前後車輪の回転速度比を、正常空気圧時の前後の車輪の回転速度比と比較することにより、同軸２輪の減圧を検出を可能とし（特許文献２）、また４輪同時減圧を検出する方法がある。

特開２００４−１７７１７号公報 特開２００３−２２０８１１号公報 特開２００３−２９１６１６号公報 特開２００３−３２６９２７号公報 特開２００３−２６７０１２号公報

しかし、従来の荷重感度を用いる方法では、旋回している場合でなければ判定することができないので、判定に必要な時間連続して旋回する状態になるまで、４輪同時減圧を検出することができない。μ−ｓ特性の変化を利用する方法では、μ−ｓ特性の変化が小さく、回帰計算によってμ−ｓ特性曲線の傾きを算出する必要があるので、データの解析に一定の時間が必要である。また、前後車輪の回転速度比を利用する方法では、車両が駆動力を有しない走行状態でしか減圧を検出することができない。

そこで本発明は、車両が駆動力を有する走行状態で、旋回状態でない場合でも４輪が同時に減圧していることを、しかも簡単に検出するタイヤ空気圧低下警報方法および装置、ならびにタイヤ減圧判定プログラムを提供することを目的とする。

もともと、前後車輪の回転速度比を減圧前後で比較する方法は、同軸２輪の減圧を検出できるが、４輪減圧では前輪・後輪ともに同じように減圧するので、前後車輪の回転速度比に変化がなく、回転速度比の比較では４輪同時減圧を検出できないと考えられていた。また、駆動制動力は、前後車輪の回転速度比を算出する際の誤差要因とみなされており、従来の方法では車両が駆動力を有しない走行状態（空走状態）のデータのみを使用していた。

ところが、車輪が減圧すると荷重感度が小さくなる特性を適用すると、特定の条件を除けば、４輪が同時に減圧している場合でも、車両が駆動力を有しない走行状態で、正常空気圧の前後車輪の回転速度比に比べて、減圧しているときの前後車輪の回転速度比が変化することが判った。これをさらに敷衍すると、ゼロでない一定の駆動力を有する走行状態においては、正常空気圧の前後車輪の回転速度比に比較した、減圧しているときの前後車輪の回転速度比の変化を捉えることができ、４輪同時減圧を判定することが可能である。

この場合、減圧するとタイヤのμ−ｓ特性が変化して、すべりが小さくなることがわかっているので、減圧による荷重感度の低下との相乗効果により、４輪同時減圧時の前後車輪の回転速度比の変化がより大きくなる。

一般に、車両の速度が大きくなると、速度を維持するための駆動力も大きくなる。そこで、ある程度の高速走行で一定速度における前後車輪の回転速度比のデータを収集することによって、ゼロでない一定の駆動力を有する走行状態のデータ（正常時および減圧時）を収集できる。また、加速度が一定の範囲における前後車輪の回転速度比を収集して比較してもよい。

本発明のタイヤ空気圧低下警報装置は、車両に装着された車輪の回転速度を検出する手段と、該車輪の回転速度情報からタイヤの空気圧低下を判定する手段とを有するタイヤ空気圧低下警報装置であって、各車輪に駆動力が働いているか否かを判断する手段と、各車輪に駆動力が働いているときの車両速度を算出する手段と、車両が駆動力を有する走行状態において、従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均を、正常空気圧時の従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均と比較する手段と、前記比較の結果により、前記車両に装着されたすべての車輪が同時に減圧していること、または駆動輪が減圧していることを判定する手段とを備えてなるタイヤ空気圧低下警報装置であって、前記比較する手段が、前記従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均と前記正常空気圧時の従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均との比である前後輪速度比を、あらかじめ定めた４輪減圧判定しきい値、または駆動輪減圧判定しきい値と比較し、前記前後輪速度比が前記駆動輪減圧判定しきい値より大きい場合に駆動輪が減圧していると判断し、前記前後輪速度比が、前記４輪減圧判定しきい値より小さい場合に４輪が減圧していると判断することを特徴とする。

また、本発明のタイヤ空気圧低下警報装置は、前記正常空気圧時の従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均が、車両の加減速度に応じて変化することを特徴とする。

本発明によれば、車輪の回転速度情報によって、すべての車輪が同時に減圧していること、または駆動輪の同時減圧を検知することができる。また、駆動状態において判定することが可能で、旋回時のみに限定されない。車両の走行においては、（停止時間を除けば）駆動力を有する走行状態である時間が空走状態の時間より長いので、減圧を検出するまでの時間を短縮することができ、また検出する精度が向上する。

さらに、μ−ｓ特性変化のみを利用する場合のように、μ−ｓ特性曲線の傾きを回帰直線を計算で求める必要がなく、簡単に精度よく減圧を判定することができる。

実施の形態
図１を用いて、本発明におけるタイヤ空気圧低下警報装置を例示して説明する。

本実施の形態におけるタイヤ空気圧低下警報装置１０は、各車輪の回転速度を検出する手段２と接続し、タイヤ空気圧警報表示装置７に接続されている。また、タイヤ空気圧低下警報装置は、車輪に駆動力が働いているかどうかを検出する手段１、たとえば、駆動軸に加わるトルクの検出器、または、簡易にアクセル操作の検出器に接続している。タイヤ空気圧警報装置１０は、演算装置４、プログラムおよび演算データを記憶するメモリ５、駆動力検出装置１および車輪回転速度検出装置２からデータを入力する入力装置、タイヤ空気圧警報表示装置７に警報を出力する出力装置６を備える。車輪の回転速度以外に、車両の速度をも検出して入力するようにしてもよい。また、タイヤ空気圧低下警報は、他の車両制御装置８などに出力されてもよい。ほかに、タイヤを整備したことにより、データを初期化するためのリセットスイッチや、エンジンが始動されたことを示す信号を入力する装置が接続されている（図示せず）。

本実施の形態では、タイヤ空気圧低下判定プログラムとデータが同じメモリに記憶されるように記載しているが、タイヤ空気圧低下判定プログラムをＲＯＭ（読み出し専用メモリ）に記憶し、データをＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に記憶してもよい。正常空気圧における前後車輪の回転速度比はＲＡＭに記憶されるが、その記憶部分は不揮発性メモリまたはバッテリーでバックアップされる。

以下、図２〜４にもとづいて、本発明の４輪同時減圧検出の原理を説明する。

図２は、前輪駆動の車両における荷重による動荷重半径の変化を、正常空気圧と４輪減圧時とで比較して示す図である。タイヤは荷重によって半径が変化する。前輪駆動の車両においては通常は前輪のほうが荷重が大きく、また、駆動輪は走行中にスリップしているので、従動輪より回転角速度が大きくなって、見かけ上タイヤの半径が小さくなる。ところが、タイヤの空気圧が正常より減少した場合には、駆動輪と従動輪の荷重による減少の差が小さくなる（図２の右側、４輪減圧の場合）。したがって、空気圧が正常の場合の前後の車輪の動荷重半径の比（従動輪の動荷重半径に対する駆動輪の動荷重半径）より、４輪が減圧した場合の前後車輪の動荷重半径の比（従動輪の動荷重半径に対する駆動輪の動荷重半径）が大きい。車両が直進している場合は、タイヤの周速は４輪で等しいから逆に、空気圧が正常の場合の、前後車輪の回転速度（回転角速度×タイヤ半径）の比（従動輪の回転速度に対する駆動輪の回転速度）より、４輪が減圧した場合の前後車輪の回転速度の比が小さくなる。

図３はいくつかの車種において、４輪減圧と前後車輪の回転速度比（従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均。以下、前後輪速度比と略す）の関係を示すグラフである。ここで、従動輪（または駆動輪）の回転速度の平均とは、従動輪（または駆動輪）が２輪の場合は、従動輪（または駆動輪）２輪の回転速度の和を２で除したものをいい、従動輪（または駆動輪）が１輪の場合は、その１輪の回転速度をいう。ＦＦ車（エンジン前置き、前輪駆動）セダン、ＦＲ車（エンジン前置き、後輪駆動）セダン、ＦＦ車ＳＵＶ（Sport Utility Vehicle）のいずれにおいても、タイヤの空気圧が減少するに伴って、前後輪速度比が減少している。

そこで、前後輪速度比が、正常な空気圧における前後輪速度比より、一定の値以上小さくなった場合に、４輪が減圧していると判定することができる。従動輪２輪が減圧している場合にも、前後輪速度比が小さくなるので、４輪減圧と従動輪２輪減圧の区別ができないことになるが、同じ減圧率で比較すると４輪減圧のほうが前後輪速度比が大きい（正常に近い）ので、安全サイドをとって４輪減圧している場合のしきい値で減圧判定する。

駆動輪２輪が減圧している場合は、従動輪の動荷重半径は変わらず、駆動輪の動荷重半径が正常空気圧の場合より減少するので、前後輪速度比は正常空気圧の場合より大きくなる。したがって、前後輪速度比が正常空気圧より一定の値以上大きくなった場合に、駆動輪２輪が減圧していると判定することができる。

駆動輪または従動輪のいずれかが１輪、すなわち車両が３輪である場合は、前記の駆動輪または従動輪の回転速度の平均はその１輪の回転速度そのものである。前述では、車両が４輪の場合について説明したが、車両が３輪の場合でも同じ原理を適用して３輪減圧、または駆動輪（２輪または１輪）の減圧を検出することができる。また、以下の説明および実施例では４輪の車両について説明するが、３輪でも同様に適用できる。

図４はＦＦ車セダンの場合の、車両の加減速度と前後車輪速度比の関係の１例を示すグラフである。前述したように、タイヤ空気圧が正常な場合に比べて、４輪が減圧している場合に前後輪速度比は小さくなるが（図４の下の線）、いずれの場合においても、車両の加減速度（Ｇ）が大きくなるにつれて、前後輪速度比は大きくなる。これは、駆動力が加わると、スリップなどによって駆動輪の動荷重半径が小さくなるからである。また、加速度増加による前後輪速度比の増分は、タイヤ空気圧が正常な場合の方が大きい。

そこで、４輪減圧または駆動輪２輪減圧を判定するために、走行中の前後輪速度比を計測したときの加減速度に応じて正常空気圧の前後輪速度比を変化させて、計測した前後輪速度比と比較すれば、より正確に判定することができる。

つぎに図６を参照して、本発明の実施の形態における、動作について説明する。

図６に示すフローチャートとは別のステップにおいて、たとえばタイヤを交換したり、タイヤのローテーションを行なったときなどに、初期データを収集するモードがセットされることがある。

ステップＳ１において、入力装置にデータ入力命令を出し、車輪の回転速度情報をメモリに取り込む。回転速度情報は車輪の回転角速度にタイヤ半径を乗じて算出する。車輪の回転角速度は、車輪の回転に伴って検出されるパルスをカウントしてもよいし、パルスの間隔を計測してもよい。また、車輪の回転角速度に応じて出力電圧が変化する計測器を用いてもよい。同時に始動したときからの距離を積算する。

ステップＳ２において、始動してから一定距離を走行したかどうかを確かめる。一定距離に満たない間は判定を行なわない。

ステップＳ３において、車両速度が一定以上かどうか、また、駆動力が正であるかどうかによって以下の判断を行なうかどうか分岐する。車両速度が一定以上で安定しており、駆動力が正であればステップＳ４の、前後輪速度比および車両加速度を算出する。

初期データ（正常空気圧と推定できる）を収集するモードでなければ（ステップＳ５）、前後輪速度比と初期（正常な）前後輪速度比データとを比較する（ステップＳ６）。前後輪速度比（Ｒ）と正常空気圧前後輪速度比（初期値）の比（Ｒ／初期値）が、あらかじめ定めた駆動輪減圧判定しきい値より大きい場合は、駆動輪が減圧していると判断できるので、駆動輪減圧警報を発する（ステップＳ７）。

Ｒ／初期値が駆動輪減圧していないと判定される場合は（ステップＳ８）、Ｒ／初期値が、あらかじめ定めた４輪減圧判定しきい値より小さい場合に、４輪減圧警報を発する（ステップＳ９）。駆動輪も４輪も減圧していない場合は、ステップＳ１にもどって車輪回転速度入力〜判定を繰り返す。

初期データ収集モードの場合は、ステップＳ５からステップＳ１０に分岐し、前後輪速度比のそれまでの値との変化を調べ、変化が一定以下の場合は、前後輪速度比および車両加速度をデータに加える（ステップＳ１１）。データ収集はたとえば、車両の加速度ごとにそれまでの前後輪速度比を平均する。

初期データ収集モードに設定したリセットから一定走行距離を経過したか（ステップＳ１２）、あるいは前後輪速度比の変動が一定以上（ステップＳ１０）であった場合は、初期データ収集モードを解除する。

以下、本発明の効果を、具体的な実施例に基づいて説明する。

実施例
本実施例で使用した車両は、アウディＡ４（アウディ株式会社製）、セドリック（日産自動車株式会社製）およびオデッセイ（ホンダ技研工業株式会社製）の３車種である。

表１に３車種の軸荷重を示す。図５は、表１の３車種の軽積およびび定積における、４輪のタイヤ空気圧が正常、２０％減および４０％減の場合の前後輪速度比を表わす。

オデッセイの定積状態を除いて、いずれも４輪が減圧するにつれて、前後輪速度比が減少している。それぞれの車種において、たとえば軽積の４０％減の前後輪速度比の値を判定しきい値として、４輪減圧判定を行なうことができる。

本発明の実施の形態における、装置の構成を示すブロック図である。 荷重による動荷重半径の変化を、正常空気圧と４輪減圧時とで比較して示す図である。 本発明における、４輪減圧と前後車輪の回転速度比の関係の例を表わすグラフである。 車両の加減速度と前後車輪の回転速度比の関係の例を表わすグラフである。 本発明の実施例における、４輪減圧と前後車輪の回転速度比による４輪減圧検知を表わすグラフである。 発明の実施の形態における、タイヤ減圧判定するフローチャートである。

符号の説明

１ 駆動力検出装置
２ 車輪回転速度検出装置
３ 入力装置
４ 演算装置
５ 記憶装置
６ 出力装置
７ タイヤ空気圧警報表示装置
１０ タイヤ空気圧警報装置

Claims (6)

1. 車両に装着された車輪の回転速度を検出する手段と、該車輪の回転速度情報からタイヤの空気圧低下を判定する手段とを有するタイヤ空気圧低下警報装置であって、
   各車輪に駆動力が働いているか否かを判断する手段と、
   各車輪に駆動力が働いているときの車両速度を算出する手段と、
   車両が駆動力を有する走行状態において、従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均を、正常空気圧時の従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均と比較する手段と、
   前記比較の結果により、前記車両に装着されたすべての車輪が同時に減圧していること、または駆動輪が減圧していることを判定する手段と
   を備えてなるタイヤ空気圧低下警報装置であって、
   前記比較する手段が、
   前記従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均と前記正常空気圧時の従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均との比である前後輪速度比を、あらかじめ定めた４輪減圧判定しきい値、または駆動輪減圧判定しきい値と比較し、前記前後輪速度比が前記駆動輪減圧判定しきい値より大きい場合に駆動輪が減圧していると判断し、前記前後輪速度比が、前記４輪減圧判定しきい値より小さい場合に４輪が減圧していると判断することを特徴とするタイヤ空気圧低下警報装置。
2. 前記正常空気圧時の従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均が、車両の加減速度に応じて変化する請求項１記載のタイヤ空気圧低下警報装置。
3. 車両に装着された車輪の回転速度情報を用いてタイヤの空気圧低下を判定するタイヤ空気圧低下判定方法であって、
   各車輪に駆動力が働いているか否かを判定する工程と、
   各車輪に駆動力が働いているときの車両速度を算出する工程と、
   車両が駆動力を有する走行状態において、従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均を、正常空気圧時の従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均と比較する工程と、
   前記比較の結果により、前記車両に装着されたすべての車輪が同時に減圧していること、または駆動輪が減圧していることを判定する工程と
   を備えてなるタイヤ空気圧低下判定方法であって、
   前記比較する工程が、
   前記従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均と前記正常空気圧時の従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均との比である前後輪速度比を、あらかじめ定めた４輪減圧判定しきい値、または駆動輪減圧判定しきい値と比較し、前記前後輪速度比が前記駆動輪減圧判定しきい値より大きい場合に駆動輪が減圧していると判断し、前記前後輪速度比が、前記４輪減圧判定しきい値より小さい場合に４輪が減圧していると判断することを特徴とするタイヤ空気圧低下警報方法。
4. 前記正常空気圧時の従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均が、車両の加減速度に応じて変化する請求項３記載のタイヤ空気圧低下判定方法。
5. タイヤの空気圧低下を判定するためにコンピュータを、
   車両に装着された車輪の回転速度を記憶するメモリ手段、
   各車輪に駆動力が働いているか否かを判定する手段、
   各車輪に駆動力が働いているときの車両速度を算出する手段、
   車両が駆動力を有する走行状態において、従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均を、正常空気圧時の従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均と比較することにより、車両に装着したすべての車輪が減圧していること、または駆動輪が減圧していることを検出する手段として機能させるためのタイヤ空気圧低下判定プログラムであって、
   前記比較する手段が、
   前記従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均と前記正常空気圧時の従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均との比である前後輪速度比を、あらかじめ定めた４輪減圧判定しきい値、または駆動輪減圧判定しきい値と比較し、前記前後輪速度比が前記駆動輪減圧判定しきい値より大きい場合に駆動輪が減圧していると判断し、前記前後輪速度比が、前記４輪減圧判定しきい値より小さい場合に４輪が減圧していると判断することを特徴とするタイヤ空気圧低下判定プログラム。
6. 前記正常空気圧時の従動輪の回転速度の平均に対する駆動輪の回転速度の平均が、車両の加減速度に応じて変化する請求項５記載のタイヤ空気圧低下判定プログラム。

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