(57)【要約】      （修正有）【課題】ランフラットタイヤのランフラット状態を検知し、安全走行を確保することができるランフラットタイヤのランフラット状態の検知方法を提供する。【解決手段】車両の車輪ホイールの外周に中子が設けられており、空気圧が低下すると、前記中子が前記車両の荷重を支えるランフラットタイヤにおいて、該ランフラットタイヤの空気圧低下時のランフラット状態を検知する検知方法であって、前記車両の各車輪タイヤにそれぞれ関連して設けられる車輪速検出手段から得られる車輪速情報をもとに、該車両が走行している路面の凹凸によるランフラットタイヤの振動成分を検出したのち、該振動成分と前記ランフラットタイヤが予め正常な空気圧で走行した場合の振動成分とを比較した結果に基づいて、前記ランフラットタイヤがランフラット状態であるか否かを判断する。【選択図】図７
2004161022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の車輪ホイールの外周に中子が設けられており、空気圧が低下すると、前記中子が前記車両の荷重を支えるランフラットタイヤにおいて、該ランフラットタイヤの空気圧低下時のランフラット状態を検知する検知方法であって、前記車両の各車輪タイヤにそれぞれ関連して設けられる車輪速検出手段から得られる車輪速情報をもとに、該車両が走行している路面の凹凸によるランフラットタイヤの振動成分を検出したのち、該振動成分と前記ランフラットタイヤが予め正常な空気圧で走行した場合の振動成分とを比較した結果に基づいて、前記ランフラットタイヤがランフラット状態であるか否かを判断するランフラット状態の検知方法。
【請求項２】
前記振動成分がタイヤのねじり共振周波数である請求項１記載のランフラット状態の検知方法。
【請求項３】
現在走行中の振動成分が前記正常な空気圧時の振動成分よりも２〜３倍増加した場合、ランフラット状態であると判断する請求項１または２記載のランフラット状態の検知方法。
【請求項４】
現在走行中のねじり共振周波数を検出できないときに、ランフラット状態であると判断する請求項２記載のランフラット状態の検知方法。
【請求項５】
車両の車輪ホイールの外周に中子が設けられており、空気圧が低下すると、前記中子が前記車両の荷重を支えるランフラットタイヤにおいて、該ランフラットタイヤの空気圧低下時のランフラット状態を検知する検知装置であって、前記車両の各車輪タイヤにそれぞれ関連して設けられる車輪速検出手段と、該車輪速検出手段から得られる車輪速情報を記憶する記憶手段と、前記車両が走行している路面の凹凸によるランフラットタイヤの振動成分を検出する振動成分検出手段と、該振動成分と前記ランフラットタイヤが予め正常な空気圧で走行した場合の振動成分とを比較する比較手段と、該比較手段の比較結果に基づいて、前記ランフラットタイヤがランフラット状態であるか否かを判断する判断手段とを備えるランフラット状態の検知装置。
【請求項６】
ランフラットタイヤの空気圧低下時のランフラット状態を検知するためにコンピュータを、車輪速検出手段から得られる車輪速情報を記憶する記憶手段、前記車両が走行している路面の凹凸によるランフラットタイヤの振動成分と前記ランフラットタイヤが予め正常な空気圧で走行した場合の振動成分とを比較する比較手段、該比較手段の比較結果に基づいて、前記ランフラットタイヤがランフラット状態であるか否かを判断する判断手段として機能させる検知プログラム。
【請求項７】
車両の車輪ホイールの外周に中子が設けられ、空気圧が低下すると、前記中子が前記車両の荷重を支えるランフラットタイヤにおいて、該ランフラットタイヤの空気圧低下時のランフラット状態を検知し、ドライバーに警報を発するタイヤ空気圧低下警報装置であって、前記車両の各車輪タイヤにそれぞれ関連して設けられる車輪速検出手段と、該車輪速検出手段から得られる車輪速情報を記憶する記憶手段と、前記車両が走行している路面の凹凸によるランフラットタイヤの振動成分を検出する振動成分検出手段と、該振動成分と前記ランフラットタイヤが予め正常な空気圧で走行した場合の振動成分とを比較する比較手段と、該比較手段の比較結果に基づいて、前記ランフラットタイヤがランフラット状態であるか否かを判断する判断手段と、該判断に基づいてドライバーに警報を発する警報手段とを備えるタイヤ空気圧低下警報装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はランフラットタイヤのランフラット状態の検知方法、検知装置および検知プログラム、ならびにタイヤ空気圧低下警報装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両に装着された４輪タイヤの車輪速度からタイヤの減圧を検出するタイヤ空気圧低下警報装置（ＤＷＳ）がある。この装置は、タイヤが減圧すると正常内圧のタイヤより外径（タイヤの動荷重半径）が減少するため、他の正常な空気圧のタイヤに比べると車輪速度が速くなるという原理を用いている。たとえばタイヤの車輪速度の相対的な差から内圧低下を検出する方法では、判定値ＤＥＬとして、
ＤＥＬ＝｛（Ｖ１＋Ｖ４）／２−（Ｖ２＋Ｖ３）／２｝／｛（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）／４｝×１００（％）
を用いている（特許文献１参照）。ここで、Ｖ１〜Ｖ４は、それぞれ前左タイヤ、前右タイヤ、後左タイヤおよび後右タイヤの車輪速度である。この方法では、判定値が所定のしきい値をこえる場合、タイヤの空気圧低下をドライバーに知らせるようにしている。
【０００３】
また、ねじり共振周波数に基づいてタイヤ空気圧の状態を検知するタイヤ空気圧検知装置がある（特許文献２参照）。この装置では、タイヤの空気圧が低下すると、タイヤのねじり剛性の低下により、タイヤのねじり共振周波数が低下することから、車輪速センサの検出信号から計算によって求めた周波数の低下に基づいて、タイヤの空気圧低下をドライバーに知らせるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−３０５０１１号公報
【特許文献２】
特開平６−３２８９２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常のタイヤに対し、中子をホイールに設置し、タイヤの空気圧がゼロになったときに、この中子が車両の荷重を支えることでランフラット性能を実現するランフラットタイヤがある。このタイヤの空気圧が低下して中子が接地した状態（ランフラット状態）になったとき、中子とタイヤトレッド部の周長が大きく異なるために、中子の外周部とタイヤトレッド部の内部が擦れる。このことによって、タイヤの転がり抵抗が増すため、タイヤと路面とのあいだでスリップが生じる。ここで、タイヤの動荷重半径は、（タイヤ１回転の移動距離）÷２πで求められるが、タイヤの転がり抵抗が増すと、車輪が回転しにくくなるため、タイヤの引きずり現象が起き、正常な空気圧時の動荷重半径との差がでにくい場合がある。
【０００６】
一方、タイヤのねじれ共振周波数の低下に基づいて、タイヤ空気圧の状態を検知するタイヤ空気圧検知装置においては、ランフラット状態のとき、路面の凹凸による振動の多くを吸収することができず、車輪速センサの検出信号には路面の振動によるノイズ成分が多く含まれる。また、中子が接地すると、タイヤのねじれ剛性やその他の特性が大きく変わってしまうため、車輪速センサでは検出できず、ランフラットタイヤのランフラット状態を検知するのが難しい場合がある。
【０００７】
本発明は、叙上の事情に鑑み、ランフラットタイヤのランフラット状態を検知し、安全走行を確保することができるランフラットタイヤのランフラット状態の検知方法、検知装置および検知プログラム、ならびにタイヤ空気圧低下警報装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のランフラット状態の検知方法は、車両の車輪ホイールの外周に中子が設けられており、空気圧が低下すると、前記中子が前記車両の荷重を支えるランフラットタイヤにおいて、該ランフラットタイヤの空気圧低下時のランフラット状態を検知する検知方法であって、前記車両の各車輪タイヤにそれぞれ関連して設けられる車輪速検出手段から得られる車輪速情報をもとに、該車両が走行している路面の凹凸によるランフラットタイヤの振動成分を検出したのち、該振動成分と前記ランフラットタイヤが予め正常な空気圧で走行した場合の振動成分とを比較した結果に基づいて、前記ランフラットタイヤがランフラット状態であるか否かを判断することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のランフラット状態の検知装置は、車両の車輪ホイールの外周に中子が設けられており、空気圧が低下すると、前記中子が前記車両の荷重を支えるランフラットタイヤにおいて、該ランフラットタイヤの空気圧低下時のランフラット状態を検知する検知装置であって、前記車両の各車輪タイヤにそれぞれ関連して設けられる車輪速検出手段と、該車輪速検出手段から得られる車輪速情報を記憶する記憶手段と、前記車両が走行している路面の凹凸によるランフラットタイヤの振動成分を検出する振動成分検出手段と、該振動成分と前記ランフラットタイヤが予め正常な空気圧で走行した場合の振動成分とを比較する比較手段と、該比較手段の比較結果に基づいて、前記ランフラットタイヤがランフラット状態であるか否かを判断する判断手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
さらに本発明のランフラット状態の検知プログラムは、ランフラットタイヤの空気圧低下時のランフラット状態を検知するためにコンピュータを、車輪速検出手段から得られる車輪速情報を記憶する記憶手段、前記車両が走行している路面の凹凸によるランフラットタイヤの振動成分を検出する振動成分検出手段、該振動成分と前記ランフラットタイヤが予め正常な空気圧で走行した場合の振動成分とを比較する比較手段、該比較手段の比較結果に基づいて、前記ランフラットタイヤがランフラット状態であるか否かを判断する判断手段として機能させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のタイヤ空気圧低下警報装置は、車両の車輪ホイールの外周に中子が設けられ、空気圧が低下すると、前記中子が前記車両の荷重を支えるランフラットタイヤにおいて、該ランフラットタイヤの空気圧低下時のランフラット状態を検知し、ドライバーに警報を発するタイヤ空気圧低下警報装置であって、前記車両の各車輪タイヤにそれぞれ関連して設けられる車輪速検出手段と、該車輪速検出手段から得られる車輪速情報を記憶する記憶手段と、前記車両が走行している路面の凹凸によるランフラットタイヤの振動成分を検出する振動成分検出手段と、該振動成分と前記ランフラットタイヤが予め正常な空気圧で走行した場合の振動成分とを比較する比較手段と、該比較手段の比較結果に基づいて、前記ランフラットタイヤがランフラット状態であるか否かを判断する判断手段と、該判断に基づいてドライバーに警報を発する警報手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明のランフラットタイヤのランフラット状態の検知方法、検知装置および検知プログラム、ならびにタイヤ空気圧低下警報装置を説明する。
【００１３】
図１に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわるタイヤ空気圧低下警報装置は、４輪車両に備えられた４つのランフラットタイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲ（以下、単にタイヤＴという）の車輪速回転情報から走行中の４輪車両の空気圧低下を検出し、ドライバーに警報を発するもので、各タイヤＴにそれぞれ関連して設けられた通常の車輪速検出手段１を備えている。
【００１４】
前記車輪速検出手段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車輪速回転情報を測定する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ない、この電圧から車輪速回転情報を測定する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。また、この制御ユニット２には、図２に示されるように、タイヤの振動周波数成分から共振周波数を抽出し、周波数解析などを行なう振動成分検出手段３および警報手段４、たとえば警報を目視で知らせるための液晶表示素子、プラズマ表示素子またはＣＲＴなどから構成された表示装置や音声で知らせる音声発振装置または表示および音声を組合せた装置などが接続されている。
【００１５】
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インターフェイス２ａと、演算処理の中枢として機能するＣＰＵ２ｂと、該ＣＰＵ２ｂの制御動作プログラムが格納されたＲＯＭ２ｃと、前記ＣＰＵ２ｂが制御動作を行な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などが読み出されるＲＡＭ２ｄとから構成されている。
【００１６】
前記車輪速検出手段１では、タイヤＴの回転数に対応したパルス信号（以下、車輪速パルスという）が出力される。またＣＰＵ２ｂでは、車輪速検出手段サ１から出力された車輪速パルスに基づき、所定のサンプリング周期ΔＴ（ｓｅｃ）、たとえばΔＴ＝１秒ごとに各タイヤの回転角速度Ｆｉが算出される。
【００１７】
ここで、前記タイヤＴは、図３に示されるように、車両の車輪ホイール１１の外周に中子１２が設けられており、空気圧が低下すると、前記中子１２が前記車両の荷重を支えることができるように構成されている。また、このタイヤＴは、規格内でのばらつき（初期差異）が含まれて製造されるため、各タイヤＴの動荷重半径は、すべてのタイヤＴが、たとえ正常な空気圧であっても、同一とは限らない。そのため、各タイヤＴの回転角速度Ｆｉはばらつくことになる。そこで、初期差異によるばらつきを打ち消すために補正した回転角速度Ｆ１ｉを算出する。具体的には、
Ｆ１１＝Ｆ１
Ｆ１２＝ｍＦ２
Ｆ１３＝Ｆ３
Ｆ１４＝ｎＦ４
と補正される。前記補正係数ｍ、ｎは、たとえば車両が直線走行していることを条件として回転角速度Ｆｉを算出し、この算出された回転角速度Ｆｉに基づいて、ｍ＝Ｆ１／Ｆ２、ｎ＝Ｆ３／Ｆ４として得られる。そして、前記Ｆ１ｉに基づき、各車輪のタイヤの車輪速度Ｖｉを算出する。
【００１８】
正常な空気圧のタイヤＴのねじり方向（回転方向）の振動は、タイヤＴの車輪速度を微妙に変化させるため、ＡＢＳの車輪速検出手段１によって測定することができる。また、上下方向の振動も、タイヤＴの半径を微妙に変化させて、タイヤＴの回転数に影響を及ぼすので、ＡＢＳの車輪速検出手段１により測定することができる。通常、正常な空気圧のタイヤＴの場合、図４に示されるように、バネ下の上下方向の共振周波数Ｆ１は１２〜１４Ｈｚ、ねじり方向の共振周波数（ねじり共振周波数）Ｆ２は３７〜４０Ｈｚ程度である。
【００１９】
前記共振周波数は、（１／２π）／√（ｋ／ｍ）（ｋ：バネ定数、ｍ：質量）で表せるため、ｋ（バネ定数）の平方根に比例する。前記中子の縦バネ定数は、タイヤの縦バネ定数に比べ、５〜１０倍高い。したがって、通常、タイヤＴの上下方向の共振周波数Ｆ１は１５Ｈｚ近辺であるが、図５に示されるように、中子１２が接地した状態（ランフラット状態）になると、図４に示される矢印Ｆ３ａのように、上下方向の共振周波数は正常な空気圧時の約２〜３倍、すなわち３０〜４５Ｈｚになる。車両が走行中、タイヤＴは様々なノイズを路面から受けている。そのノイズは、周波数や大きさがランダムであるため、所定の時間で平均化すると、ノイズ成分は相殺されるが、タイヤＴの固有振動成分は平均化しても、相殺されずに残る。しかし、ランフラット状態の場合には、タイヤＴの上下方向の振動振幅が小さくなるために、上下方向の共振周波数は路面のノイズ成分と区別がつかない程度になることがある。そして、この場合は上下方向の振動成分を検知することができなくなる。
【００２０】
また、ねじり共振周波数成分Ｆ２についても同様に、中子１２のねじり剛性は、タイヤ単体に比べ５〜１０倍であるため、ランフラット状態の場合には、図４に示される矢印Ｆ３ｂのように、ねじり共振周波数成分は正常な空気圧時の２〜３倍になる。しかし、振幅が小さくなるために検出しにくい。そして、この場合もねじり方向の振動成分を検出することができなくなる。
【００２１】
したがって、本実施の形態では、上下方向の共振周波数やねじり共振周波数の振動成分が２〜３倍に増加（上昇）するとき、または共振周波数成分を検出することができないときは、タイヤＴがランフラット状態であると判断し、ドライバーに警報を発する。
【００２２】
そこで、本実施の形態のタイヤ空気圧低下警報装置は、車輪速検出手段１と、該車輪速検出手段１から得られる車輪速情報を記憶する記憶手段と、前記車両が走行している路面の凹凸によるランフラットタイヤの振動成分を検出する振動成分検出手段３と、該振動成分と該ランフラットタイヤが予め正常な空気圧で走行した場合の振動成分とを比較する比較手段と、該比較手段の比較結果に基づいて、該ランフラットタイヤがランフラット状態であるか否かを判断する判断手段とからなるランフラット状態の検知装置および該判断手段の判断に基づいてドライバーに警報を発する警報手段とから構成されている。前記振動成分のうち、タイヤのねじり共振周波数は、上下方向の共振周波数より大きくはっきりと検出することができるので、振動成分としてねじり共振周波数を検出するのが好ましい。
【００２３】
また、本実施の形態では、制御ユニット２を、車輪速検出手段１から得られる車輪速情報を記憶する記憶手段、前記車両が走行している路面の凹凸によるランフラットタイヤの振動成分と該ランフラットタイヤが予め正常な空気圧で走行した場合の振動成分とを比較する比較手段、該比較手段の比較結果に基づいて、該ランフラットタイヤがランフラット状態であるか否かを判断する判断手段として機能させる。
【００２４】
つぎに本実施の形態のタイヤ空気圧低下警報装置の動作を説明する。図６に示されるように、ＡＢＳに用いられる車輪速検出手段１から得られた車輪速データより、車輪速度Ｖを数ｍ秒ごとに計算する（ステップＳ１）。タイヤのねじれ共振周波数は、４０Ｈｚ（時間＝２５ｍｓｅｃ）近辺にあるため、２５／２＝１２．５以下の１２ｍ秒未満でサンプリングする必要がある。
【００２５】
ついで車両が停車中であったり、極低速走行中には、充分な精度が得られないため、車輪速度Ｖがしきい値速度Ｖｈ未満のときには、算出した車輪速度のデータを捨て、再度車輪速度の計算を行なう（ステップＳ２）。
【００２６】
ついで所定の車輪速度における波形信号から周波数成分を取り出すために、たとえば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）演算し、周波数解析を行なう（ステップＳ３）。この周波数解析により共振周波数とパワースペクトル密度を求める。これにより、図４に示されるような周波数成分Ｆ１、Ｆ２に分解することができる。ただし、これらの周波数成分には、タイヤの共振周波数の他に、路面から受けるノイズなどが含まれているため、所定の時間において平均化する必要がある。ＦＦＴ演算結果を積算し、積算回数Ｎが所定の回数Ｎｆに達したか否かを判断する（ステップＳ４、Ｓ５）。積算回数Ｎが所定の回数Ｎｆに達していない場合には、再度車輪速度の計算を行なう。これに対し、積算回数Ｎが所定の回数Ｎｆに達している場合には、平均化処理を行なう（ステップＳ６）。この平均化処理は、ＦＦＴ演算結果の平均値を求め、周波数特性の変動をできるだけ低減するために行なうものであり、各周波数成分のゲインの平均値を算出する。ついでノイズなどにより、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ことから、移動平均処理を行ない、より滑らかな波形を得るようにする（ステップＳ７）。そして、最大ピーク値を検索するピークサーチを行なう（ステップＳ８）。
【００２７】
ついで図７に示されるように、タイヤの上下方向の共振周波数である１５Ｈｚ近傍とねじり共振周波数である４０Ｈｚ近傍とにおいて、ピークが存在するか否かを判断する（ステップＳ９、１０）。いずれかの近傍において、ピークが存在しないと判断できるときには、カウンター値ＮＰをインクリメント（増分）する（ステップＳ１１）。ついでカウンター値ＮＰが所定の値ＮＲ以上になったと判断される場合には、タイヤがランフラット状態であると判断し、警報を出す（ステップＳ１２、１３）。これに対し、カウンター値ＮＰが所定の値ＮＲに満たない場合には、演算を繰り返す。一方、１５Ｈｚと４０Ｈｚの両近傍において、ピークが存在すると判断できるときには、タイヤはランフラット状態ではないと判断し、カウンター値ＮＰをデクリメントする（ステップＳ１４、１５）。ただし、カウンター値ＮＰ＝０のときはデクリメントは行なわない。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、タイヤのランフラット状態を検知し、安全走行を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤ空気圧低下警報装置にかかわる一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１のタイヤ空気圧低下警報装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明におけるタイヤの一例を示す模式図である。
【図４】上下方向、ねじり方向およびランフラット状態の周波数特性を示す模式図である。
【図５】タイヤのランフラット状態を示す模式図である。
【図６】本発明のフローチャートの一例を示す。
【図７】本発明のフローチャートの一例を示す。
【符号の説明】
１  車輪速検出手段
２  制御ユニット
３  振動成分検出手段
４  警報手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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