(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の各輪の回転を検出する回転検出手段と、
上記回転検出手段で得た各輪の回転検出信号から上記各輪のタイヤ半径のばらつきに対応する動荷重を算出する動荷重算出手段と、
動荷重初期値を保存する保存手段と、
上記保存手段に動荷重初期値が保存されていない場合には、始動後の車輪速データを基に演算した動荷重初期値に対する現在の動荷重値の偏差から、上記保存手段に動荷重初期値が保存されている場合には、保存されている動荷重初期値に対する現在の動荷重値の偏差からタイヤ空気圧が異常か否かを判定する判定手段と、
上記動荷重初期値が保存されているときタイヤ空気圧の調整が行われたか否かを判定し、調整が行われたと判定した場合に上記保存手段に保存されている動荷重初期値を破棄する破棄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。
【請求項２】
請求項１記載のタイヤ空気圧推定装置において、
タイヤ空気圧の異常判定時に偏差の符号を保存し、前記動荷重初期値に対する現在の動荷重値の偏差の符号が、保存されている偏差の符号と異なるときに、タイヤ空気圧の調整が行われたと判定することを特徴とするタイヤ空気圧推定装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のタイヤ空気圧推定装置において、
前記破棄手段は、前記回転検出信号から車輪の力学モデルに基づいてタイヤ空気圧を推定するオブザーバからタイヤ空気圧の調整が行われたか否かを通知されることを特徴とするタイヤ空気圧推定装置。
【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、タイヤ空気圧を推定し異常判定を行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車輪速度は例えば、車輪のスリップ率や制動・駆動力等、車輪の運動状態を制御して車両の運動を制御する車両制御装置において使用される。さらに、車輪のタイヤ空気圧等の車輪の特性を検出する車輪特性検出装置においても使用される。
【０００３】
従来より、４輪夫々の車輪速度又は回転角速度を用いて各輪のタイヤ空気圧を推定して、いずれかの車輪のタイヤ空気圧が低下したとき、例えば警報を発するタイヤ空気圧警報装置が開発されている。例えば、特開平７−１５６６２１号公報には４輪夫々の回転角速度を検出し、初期化スイッチが運転者に操作されたとき算出した車速が閾値より大きければ上記回転角速度から車輪の動荷重半径の初期異差の補正係数を求め、この補正係数に基づいて上記初期異差を補正することが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来装置では、初期化スイッチを操作しなければ初期異差の補正係数を求めることができない。このため、荷重変動があったときに初期化スイッチを操作しなければタイヤ空気圧の推定を誤ってしまう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、始動後、保存されている、もしくは初期状態を学習して得た動荷重初期値と現在の動荷重値との偏差からタイヤ空気圧を推定し、タイヤ空気圧の異常判定時に上記動荷重初期値を保存することにより、異常状態での初期値を演算しないため運転者が初期化スイッチを操作する必要がなく、誤推定を防止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、図１に示すように、車両の各輪の回転を検出する回転検出手段Ｍ１と、
上記回転検出手段で得た各輪の回転検出信号から上記各輪のタイヤ半径のばらつきに対応する動荷重を算出する動荷重算出手段Ｍ２と、
動荷重初期値を保存する保存手段Ｍ４と、
上記保存手段に動荷重初期値が保存されていない場合には、始動後の車輪速データを基に演算した動荷重初期値に対する現在の動荷重値の偏差から、上記保存手段に動荷重初期値が保存されている場合には、保存されている動荷重初期値に対する現在の動荷重値の偏差からタイヤ空気圧が異常か否かを判定する判定手段Ｍ３と、
上記動荷重初期値が保存されているときタイヤ空気圧の調整が行われたか否かを判定し、調整が行われたと判定した場合に上記保存手段に保存されている動荷重初期値を破棄する破棄手段Ｍ５とを有する。
【０００６】
このように、始動後すぐに得た動荷重初期値に対する現在の動荷重値の偏差からタイヤ空気圧を推定するため、初期化スイッチの操作の必要なく始動時の荷重変動の影響を受けることなくタイヤ空気圧を推定でき、誤推定を防止できる。また、タイヤ空気圧の異常判定後、タイヤ空気圧の調整なくして次の始動を行ったときに保存されている動荷重初期値と現在の動荷重値との偏差からタイヤ空気圧の異常を誤りなく判定でき、上記タイヤ空気圧の調整がなされて次の始動を行ったときは保存されている動荷重初期値が破棄されて新たな動荷重初期値が得られ、タイヤ空気圧を誤りなく推定できる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のタイヤ空気圧推定装置において、
タイヤ空気圧の異常判定時に偏差の符号を保存し、前記動荷重初期値に対する現在の動荷重値の偏差の符号が、保存されている偏差の符号と異なるときに、タイヤ空気圧の調整が行われたと判定する。
これによって、タイヤ空気圧の異常判定後、タイヤ空気圧の調整があったことを簡単に判定することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載のタイヤ空気圧推定装置において、
前記破棄手段は、前記回転検出信号から車輪の力学モデルに基づいてタイヤ空気圧を推定するオブザーバからタイヤ空気圧の調整が行われたか否かを通知される。
これによって、タイヤ空気圧の異常判定後、タイヤ空気圧の調整があったことを、タイヤ空気圧の推定精度の高いオブザーバからの通知によって高精度に判定することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図２は本発明装置の一実施例の概略構成図を示す。同図中、左右前輪１１，１２及び左右後輪１３，１４夫々には回転検出手段Ｍ１としての車輪速センサ２１，２２，２３，２４夫々が設けられており、この車輪速センサ２１〜２４夫々で検出した４輪夫々の車輪速パルスは電子制御回路（ＥＣＵ）２５及びオブザーバ２６に供給される。また、ＥＣＵ２５には警報器３０が接続されている。
【００１０】
ＥＣＵ２５は図３に示す如く、中央処理装置（ＣＰＵ）４０と、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）４２と、揮発性メモリであるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４４と、入力ポート回路４６と、出力ポート回路４８と、通信回路４９と、不揮発性メモリであるエレクトリックイレーザブルプログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）５０とを有し、これらは双方向性のバス５２により互いに接続されている。
【００１１】
入力ポート回路４６には車輪速センサ２１〜２４夫々で検出された車輪速パルスが入力される。通信回路４９にはオブザーバ２６よりメッセージが供給される。出力ポート回路４８には警報器３０が接続されている。
まず、オブザーバ２６について説明する。
オブザーバ２６は、車輪の図４に示すモデルに基づいて構成されている。車輪７０を、慣性モーメントＪR のリム側部７２と慣性モーメントＪB のベルト側部７４とがばね定数Ｋのねじりばね７６により接続されたものとしてモデル化すれば、（１）〜（３）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。
【００１２】
0003695884.tif 000002
ただし、
ωR   ：リム側部７２の角速度
ωR ′：リム側部７２の角加速度
ωB   ：ベルト側部７４の角速度
ωB ′：ベルト側部７４の角加速度
θRB  ：リム側部７２とベルト側部７４とのねじり角
Ｔ1   ：駆動・制動トルク
Ｔd   ：路面からの外乱トルク
なお、実際にはリム側部７２とベルト側部７４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。
【００１３】
上記状態方程式をベクトルおよび行列を用いて表わせば（４）式となる。
【００１４】
【数１】
0003695884.tif 000003
【００１５】
ここで、タイヤ７８の空気圧が変化し、ねじりばね７６のばね定数がＫからＫ＋ΔＫに変化したときの車輪７０の運動は（５）式で表わされる。
【００１６】
【数２】
0003695884.tif 000004
【００１７】
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７８に（５）式の右辺の最終項で表わ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７８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Ｔd をも外乱として扱うことにすれば、推定すべき外乱ｗは（６）式で表わされる。
【００１８】
【数３】
0003695884.tif 000005
【００１９】
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（７）式で定義すれば、車輪７０の状態方程式は（８）式のようになるため、この（８）式に基づいてオブザーバを構成する。
ｗ2 ＝（−１／ＪB ）Ｔd ＋（ΔＫ／ＪB ）θRB        ・・・（７）
【００２０】
【数４】
0003695884.tif 000006
【００２１】
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                        ・・・（９）
これは連続して変化する外乱を段階状に近似（零次近似）することを意味し、オブザーバ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。（９）式より、外乱ｗ2 をシステムの状態に含めると（１０）式の拡張系が構成される。
【００２２】
【数５】
0003695884.tif 000007
【００２３】
（１０）式において、［ｗB   θRB  ｗ2 ］T が検出することができない状態となる。従って、このシステムに基づいてオブザーバを構成すれば、外乱ｗ2 と元々測定できない状態変数ωB ，θRBとを推定することができる。
記述を簡単にするために、（１０）式のベクトルおよび行列を分解して次のように表わすこととする。
【００２４】
【数６】
0003695884.tif 000008
【００２５】
このとき、状態［Ｚ］＝［ωB     θRB      ｗ2 ］T を推定する最小次元オブザーバの構成は（１１）式で表わされる。
［Ｚp ′］＝［Ａ21］［Ｘa ］＋［Ａ22］［Ｚp ］＋［Ｂ2 ］［ｕ］＋［Ｇ］｛［Ｘa ′］−（［Ａ11］［Ｘa ］＋［Ａ12］［Ｚp ］＋［Ｂ1 ］［ｕ］）｝＝（［Ａ21］−［Ｇ］［Ａ11］）［Ｘa ］＋（［Ａ22］−［Ｇ］［Ａ12］）［Ｚp ］＋［Ｇ］［Ｘa ′］＋（［Ｂ2 ］−［Ｇ］［Ｂ1 ］）［ｕ］  ・・・（１１）
ただし、
［Ｚp ］：［Ｚ］の推定値
［Ｚp ′］：推定値［Ｚp ］の変化率
［Ｇ］    ：オブザーバの推定速度を決めるゲイン
また、真値［Ｚ］と推定値［Ｚp ］との誤差［ｅ］を［ｅ］＝［Ｚ］−［Ｚp ］とおき、誤差［ｅ］の変化率を［ｅ′］とすると、（１２）式の関係を得る。
【００２６】
［ｅ′］＝（［Ａ22］−［Ｇ］［Ａ12］）［ｅ］        ・・・（１２）
これはオブザーバの推定特性を表わしており、行列（［Ａ22］−［Ｇ］［Ａ12］）の固有値がすなわちオブザーバの極となる。従って、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オブザーバ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。
【００２７】
なお、以上は、外乱ｗ2 が前記（７）式、すなわちｗ2 ＝（１／ＪB ）Ｔd ＋（ΔＫ／ＪB ）θRBで表わされるものとして、オブザーバのうち、ねじりばね７６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、オブザーバの、ベルト側部７４の慣性モーメントＪB がＪB ＋ΔＪB に変化した場合、ならびにリム側部７２の慣性モーメントＪR がＪR ＋ΔＪR 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。
【００２８】
以上のようにして車輪７０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ωR を入力として、ねじりばね７６のばね定数ＫがΔＫ変化した場合の外乱ｗ2 、ベルト側部７４の慣性モーメントＪB がΔＪB 変化した場合の外乱ｗ2 、およびリム側部７２の慣性モーメントＪR がΔＪR 変化した場合の外乱ｗ1 が推定され、外乱推定値ｗ2p，ｗ2p  ｗ1p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７４の角速度ωB 、リム側部一ベルト側部間のねじり角θRBも推定され、それぞれ推定値ωBp，θRBp が取得される。
【００２９】
この後、前処理部によって検出されたリム側部７２の角速度ωR と推定されベルト側部７４の角速度推定値ωBpとから角加速度ωR ′と角加速度推定値ωBp′とが求められるのである。そして、上記ωR ，ωBp，ωR ′，ωBp′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。
【００３０】
上記外乱ｗ2p，ｗ2p，ｗ1p，角速度ωR ，ωBp，角加速度ωR ′，ωBp′、ねじり角θRBp 等を用いて相関演算及び正規化が行われて、ねじりばね７６のばね定数Ｋの変化量ΔＫ，リム側部７２の慣性モーメントＪR の変化量ΔＪR ，ベルト側部７４の慣性モーメントＪB の変化量ΔＪB 等が求められる。
この後、判定処理で変化量ΔＫが基準値ΔＫ0 と比較される。変化量ΔＫが負の値である基準値ΔＫ0 より小さい場合にはタイヤ７８の空気圧が異常に低いと判定されて、ＥＣＵ２５に知らされる。なお、変化量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決められており、その関係に従って今回の変化量ΔＫに対応する空気圧変化量ΔＰが取得される。同様に、変化量ΔＪB が正の値である基準値ΔＪB0より大きいか否かが判定され、判定がＹＥＳであれば、タイヤ７６が異物をかみ込んだことがＥＣＵ２５に知らされる。また、変化量ΔＪB が基準値−ΔＪB0より小さいか否かが判定され、判定がＹＥＳであれば、タイヤ７８の摩耗が許容限度に達して交換が必要であることがＥＣＵ２５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７８の慣性モーメントＪB に大きな変化はなく、タイヤ空気圧が正常と判定され、ＥＣＵ２５に知らされる。
【００３１】
図５はＥＣＵ２５のＣＰＵ４０が実行するタイヤ空気圧推定処理の一実施例のフローチャートを示す。この処理は、車両のイグニッションスイッチが投入されると開始される。同図中、ステップＳ１０では動荷重初期値β０がＥＥＰＲＯＭ５０に保存されているかどうかを判別する。ここで、動荷重初期値β０が保存されていなければステップＳ１２で動荷重初期値β０を算出し、次のステップＳ１４で動荷重値βave を算出する。
【００３２】
ここで、動荷重初期値β０及び動荷重値βave は次のようにして演算する。車輪速センサ２１〜２４夫々で検出した車輪速パルスをカウンタｐｆｌ，ｐｆｒ，ｐｒｌ，ｐｒｒで各別にカウントする。そして例えばカウンタｐｆｌのカウント値が所定値（例えば３００００）を越えたとき（１３）式で動荷重βを計算する。
【００３３】
β＝ｐｆｒ−ｐｆｌ−ｐｒｒ＋ｐｒｌ                      ・・・（１３）
動荷重初期値β０及び動荷重値βave は最新の所定回（例えば数回）分の動荷重βの平均値である。ここで、前輪の左右差と後輪の左右差である動荷重βについて考えると、４輪１１〜１４夫々のタイヤ空気圧が正常で各輪のタイヤ半径が略同一であると、ｐｆｒ−ｐｆｌ≒０，ｐｒｒ−ｐｒｌ≒０となりβ≒０となる。また、例えば前輪の左右いずれかがパンクして、そのタイヤ半径が小さくなれば、ｐｆｒ−ｐｆｌ＝ａ，ｐｒｒ−ｐｒｌ＝０となりβ＝ａとなる。
【００３４】
上記のステップＳ１２では動荷重初期値β０を算出するものの、β０はＲＡＭ４４に記憶するだけでＥＥＰＲＯＭ５０への保存は行わない。ステップＳ１４の実行後、ステップＳ１６に進んで動荷重によるタイヤ空気圧低下の判別を次式により行う。
｜β０−βave ｜＞βＴＨ                                ・・・（１４）
上記のβＴＨは警報しきい値であり、例えば数１００程度の値である。ここで｜β０−βave ｜≦βＴＨの場合は４輪全てのタイヤ空気圧が正常としてステップＳ１４に進む。一方、｜β０−βave ｜＞βＴＨの場合はいずれかのタイヤ空気圧が異常としてステップＳ１８に進む。ステップＳ１８ではステップＳ１２で算出した動荷重初期値β０をＥＥＰＲＯＭ５０に書き込んで保存する。次にステップＳ２０でβ０−βave の符号だけを取り出してＥＥＰＲＯＭ５０に書き込んで保存し、ステップＳ２１で警報器３０からタイヤ空気圧異常の警報を発してステップＳ１４に進む。
【００３５】
一方、ステップＳ１０で動荷重初期値β０が保存されている場合にはステップＳ２２で動荷重値βave を算出する。次にステップＳ２４でオブザーバ２６からタイヤ空気圧正常のメッセージがあるか否かを判別する。ここでオブザーバ２６からタイヤ空気圧異常のメッセージがある場合にはステップＳ２６に進む。ステップＳ２６ではＥＥＰＲＯＭ５０から動荷重初期値β０を読み出してβ０−βave の符号を求め、この符号がＥＥＰＲＯＭ５０から読み出した保存の符号と異なっているか、つまり符号が反転しているか否かを判別する。
【００３６】
ここで、前回の運転時に例えば右前輪のタイヤ空気圧が低下してタイヤ空気圧異常の判定がなされ、動荷重初期値β０及びβ０−βave の符号（例えば「負」）が保存され、その後イグニッションスイッチをオフとし、次にイグニッションスイッチをオンとして運転を開始した場合について考える。イグニッションオフ後に上記右前輪のタイヤに空気を補充してこの右前輪のタイヤ空気圧が他の３輪のタイヤ空気圧より高くなると、β０−βave の符号は反転する（この場合、符号は「正」）。つまり、このような状況でβ０−βave の符号が反転したときはタイヤ空気圧の調整が行われたとしてステップＳ２８に進む。オブザーバ２６からタイヤ空気圧正常のメッセージがあったときもタイヤ空気圧の調整が行われたとしてステップＳ２８に進む。
【００３７】
ステップＳ２８ではＥＥＰＲＯＭ５０に保存していたβ０及びβ０−βave の符号をクリアする。次にステップＳ２９で動荷重初期値β０を算出してステップＳ３０に進む。一方、オブザーバ２６からタイヤ空気圧異常のメッセージがあり、かつ、β０−βave の符号がＥＥＰＲＯＭ５０に保存されているβ０−βave の符号と同一の場合には、タイヤ空気圧の調整がされてないためＥＥＰＲＯＭ５０の保存β０及びβ０−βave の符号をクリアすることなくステップＳ３０に進む。
【００３８】
ステップＳ３０では動荷重によるタイヤ空気圧低下の判別を（１４）式により行う。ここで｜β０−βave ｜≦βＴＨの場合は４輪全てのタイヤ空気圧が正常としてステップＳ１０に進む。一方、｜β０−βave ｜＞βＴＨの場合はいずれかのタイヤ空気圧が異常としてステップＳ３２に進む。ステップＳ３２ではＥＥＰＲＯＭ５０から読み出した、又はステップＳ２９で算出した動荷重初期値β０をＥＥＰＲＯＭ５０に書き込んで保存する。次にステップＳ３４でβ０−βave の符号だけを取り出してＥＥＰＲＯＭ５０に書き込んで保存し、ステップＳ３６で警報器３０からタイヤ空気圧異常の警報を発してステップＳ１０に進む。
【００３９】
上記のステップＳ１４，Ｓ２２が動荷重算出手段Ｍ２に対応し、ステップＳ１６，Ｓ３０が判定手段Ｍ３に対応し、ステップＳ１８，Ｓ２０，Ｓ３２，Ｓ３４が保存手段Ｍ４に対応し、ステップＳ２４，Ｓ２６，Ｓ２８が破棄手段Ｍ５に対応する。
このように、始動後すぐに得た動荷重初期値に対する現在の動荷重値の偏差からタイヤ空気圧を推定するため、初期化スイッチの操作の必要なく始動時の荷重変動の影響を受けることなくタイヤ空気圧を推定でき、誤推定を防止できる。また、タイヤ空気圧の異常があると、そのときの動荷重初期値を保存し、次の始動後は保存されている動荷重初期値に対する現在の動荷重値の偏差からタイヤ空気圧を推定し、かつタイヤ空気圧が正常であれば保存されている動荷重初期値を破棄するため、タイヤ空気圧の異常判定後、タイヤ空気圧の調整なくして次の始動を行ったときに保存されている動荷重初期値と現在の動荷重値との偏差からタイヤ空気圧の異常を誤りなく判定でき、上記タイヤ空気圧の調整がなされて次の始動を行ったときは保存されている動荷重初期値が破棄されて新たな動荷重初期値が得られ、タイヤ空気圧を誤りなく推定できる。
【００４０】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１に記載の発明によれば、始動後すぐに得た動荷重初期値に対する現在の動荷重値の偏差からタイヤ空気圧を推定するため、初期化スイッチの操作の必要なく始動時の荷重変動の影響を受けることなくタイヤ空気圧を推定でき、誤推定を防止できる。また、タイヤ空気圧の異常判定後、タイヤ空気圧の調整なくして次の始動を行ったときに保存されている動荷重初期値と現在の動荷重値との偏差からタイヤ空気圧の異常を誤りなく判定でき、上記タイヤ空気圧の調整がなされて次の始動を行ったときは保存されている動荷重初期値が破棄されて新たな動荷重初期値が得られ、タイヤ空気圧を誤りなく推定できる。
【００４２】
また、請求項２に記載の発明によれば、タイヤ空気圧の異常判定後、タイヤ空気圧の調整があったことを簡単に判定することができる。
【００４３】
また、請求項３に記載の発明によれば、タイヤ空気圧の異常判定後、タイヤ空気圧の調整があったことを、タイヤ空気圧の推定精度の高いオブザーバからの通知によって高精度に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理図である。
【図２】本発明の概略構成図である。
【図３】ＥＣＵのブロック図である。
【図４】車輪の力学モデルを示す図である。
【図５】タイヤ空気圧警報処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１１〜１４  車輪
２１〜２４  車輪速センサ
２５  ＥＣＵ
２６  オブザーバ
３０  警報器
４０  ＣＰＵ
４２  ＲＯＭ
４４  ＲＡＭ
４６  入力ポート回路
４８  出力ポート回路
４９  通信回路
７０  車輪
７２  リム側部
７４  ベルト側部
７６  ねじりばね
７８  タイヤ
Ｍ１  回転検出手段
Ｍ２  動荷重算出手段
Ｍ３  判定手段
Ｍ４  保存手段
Ｍ５  破棄手段
【図１】
0003695884.tif 000009
【図２】
0003695884.tif 000010
【図３】
0003695884.tif 000011
【図４】
0003695884.tif 000012
【図５】
0003695884.tif 000013