(57)【要約】【課題】タイヤの局所的異常を、高い信頼性をもって検出することのできるタイヤ異状検出装置を提供する。【解決手段】タイヤ異常検出装置１０を、車両用電動パワーステアリング装置２０の出力制御に用いられ、操舵輪からの操舵負荷トルクに対向して作用するステアリングホイール１２からの操舵トルクを検出するトルクセンサ１と、このトルクセンサ１の出力信号から、前記操舵負荷トルクに含まれる、操舵輪に装着されたタイヤの局所的異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段２とで構成する。【選択図】図１
2005186830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用電動パワーステアリング装置の出力制御に用いられ、操舵輪からの操舵負荷トルクに対抗して作用するステアリングホイールからの操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセンサの出力信号から、前記操舵負荷トルクに含まれる、操舵輪に装着されたタイヤの局所的異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段とを具えてなるタイヤ異常検出装置。
【請求項２】
前記信号処理手段を、前記センサの出力信号から、適応デジタルフィルタを用いて、車輪の回転に相関のある回転相関信号だけを取り出す手段と、この回転相関信号からタイヤの局所的異常を判定する異常判定手段とを含んで構成してなる請求項１に記載のタイヤ異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行中のタイヤの局所的な異常を検知するタイヤ異常検知装置に関し、特に、信頼性の高い検知性能を有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
走行中のタイヤの局所的な異常、例えばセパレーション等の故障の前兆を検知するための装置として、車輪に取付けられてその中心軸周りに回転し、その回転によって所定位置における物理量を周期的に変化させる回転体と、この車輪を軸支する車軸に取付けられ、前記物理量を連続的に検知してこの物理量に応じた信号を出力するセンサと、このセンサの出力信号から、回転体の回転による周期的な成分に重畳された、タイヤの局所的異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段とを具えたタイヤ異常検出装置が知られており（例えば特許文献１参照。）、回転体およびセンサの例として、ＡＢＳ信号発生器を構成する、ギヤパルサと、ギヤパルサの回転に伴う磁界の変化を検出するホイールセンサとを組み合わせたものがあげられる。
【０００３】
この信号処理手段は、回転体の回転による周期的な物理量の変化に重畳された、タイヤの局所的異常に起因する回転体の振動による物理量の変化を抽出するよう構成されており、タイヤの局所的異常によって回転体の回転に振動的な変化が現れることを利用するものである。しかしながら、実際には、この変化はわずかであり、特に、この変化を、同じ車両の隣接する車輪との比較で抽出する場合や、自己の車輪のタイヤ異常のない状態との比較で抽出する場合などは、その検知が非常に微妙で、異常検知の信頼性が低く実用的ではないという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−１４６０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、タイヤの局所的異常を、高い信頼性をもって検出することのできるタイヤ異状検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
＜１＞は、車両用電動パワーステアリング装置の出力制御に用いられ、操舵輪からの操舵負荷トルクに対抗して作用するステアリングホイールからの操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセンサの出力信号から、前記操舵負荷トルクに含まれる、操舵輪に装着されたタイヤの局所的異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段とを具えてなるタイヤ異常検出装置である。
【０００６】
＜２＞は、＜１＞において、前記信号処理手段を、前記センサの出力信号から、適応デジタルフィルタを用いて、車輪の回転に相関のある回転相関信号だけを取り出す手段と、この回転相関信号からタイヤの局所的異常を判定する異常判定手段とを含んで構成してなるタイヤ異常検出装置である。
【発明の効果】
【０００７】
＜１＞の発明によれば、前記トルクセンサの出力信号から、タイヤの局所的異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段を具えるので、タイヤの局所的異常となる部分が路面に接地したとき、この異常は操舵負荷トルクを大きく変動させ、信号処理手段を、トルクセンサにより検出されたトルクからこのトルク変動だけを抽出するように構成することにより、タイヤの局所的異常を高い信頼性をもって検出することができる。
【０００８】
＜２＞の発明によれば、前記信号処理手段を、適応デジタルフィルタを用いて、前記センサの出力信号から車輪の回転に相関のある回転相関信号だけを取り出し、この回転相関信号に基づいてタイヤの局所異常を判定するよう構成したので、路面の状態や、運転状態に起因する不規則な振動を除外することができ、タイヤ異常の検出における信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。図１は、この実施形態のタイヤ異状検出装置の構成を示す概念図である。タイヤ異状検出装置１０は、トルクセンサ１と、トルクセンサ１の出力信号から、タイヤの局所的異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段２と、信号処理手段２からの出力に基づいて、タイヤの異常を表示したり警報を発したりする表示警報装置３とを具える。トルクセンサ１は、操舵輪ＦＲ、ＦＬからの操舵負荷トルクＴｒ１に対向して作用するステアリングホイール１２からの操舵トルクＴｒ２の大きさに応じて生じるトーションバー９の捻れの向きと大きさとを検知するよう構成される。
【００１０】
そして、このトルクセンサ１は、車両用電動パワーステアリング装置２０の出力制御に用いられるものであり、パワーステアリング装置２０は、ドライバによって操作されるステアリングホイール１２と、このステアリングホイール１２に連結されたステアリング軸８と、ステアリング軸８の先端部に設けられたピニオンギア３４と、ラックギア部３５ａによりピニオンギア３４に噛合して車両の左右方向に延在するラック軸３５とを有する。ラック軸３５の両端にはタイロッド３６がそれぞれ連結され、タイロッド３６は、それぞれ、キングピン３８周りに回動自在に設けられて左右の操舵輪ＦＬ、ＦＲを支持するナックルアーム３７に連結される。
【００１１】
この構成により、パワーステアリング装置２０において、ステアリングホイール１２が操作されてステアリング軸８が回転されると、この回転がピニオンギア３４およびラック軸３５によって車両の左右方向に沿う直線運動に変換され、さらに、この直線運動はナックルアーム３７のキングピン３８まわりの回動に変換され、これによって、前左右輪ＦＬ、ＦＲの転舵がなされる。
【００１２】
ステアリング軸８は、ステアリングホイール１２からの操舵トルクを伝達する入力軸８ａと、ピニオン３４の側、すなわち、操舵輪ＦＲ、ＦＬからの操舵負荷トルクを伝達する出力軸８ｂとに分割されており、これらはトーションバー９によって連結される。出力軸８ｂには、電磁クラッチ３１および減速機１３を介して電動モータ７からの操舵補助力が与えられるよう構成される。
【００１３】
操舵補助力の大きさは、モータ７への印加電圧を制御することによって調整され、モータ７は、ステアリング制御手段５によって制御される。ステアリング制御手段５は、ステアリングホイール１２の舵角を検出する舵角センサ６の出力信号と、トルクセンサ１の出力信号とに基づいて、モータ７への印加電圧を定め、これによって、舵角および操舵トルクに応じた操舵補助力が操舵輪ＦＲ、ＦＬに与えられる。
【００１４】
図２は、トルクセンサ１によって検出されるトルクの時間変化を表わすグラフであり、縦軸に検出トルクの大きさ、横軸に経過時間をとって示す。車両が直進走行している時、操舵輪ＦＲ、ＦＬのいずれのタイヤにも局所的異常がない場合には、図２（ａ）に示すようなトルク時間変化ＣＶ１が検出されるが、操舵輪ＦＲ、ＦＬのいずれかのタイヤに、トレッドセパレーションのような異常の前兆が局所的に発生すると、この異常に対応するタイヤ部分が路面に接地するタイミングにおいて、図２（ｂ）に示すように、トルク変動ＴａがＣＶ１に重畳され、トルク時間変化ＣＶ２となって検出される。ここで、トルク変動Ｔａは、タイヤ一回転に一回現れ、隣り合うＴａ同士の時間間隔はタイヤ一回転に要する時間Ｔｔとなる。
【００１５】
次に、トルクセンサ１の出力信号から、タイヤの局所異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段２について説明する。図３は、信号処理手段２の構成を示すブロック線図であり、信号処理手段２は、トルクセンサ１の出力信号を取り込むセンサ出力取込手段１５、トルクセンサ１の出力信号から、車輪の回転に相関する回転相関信号を取り出す回転相関信号取出手段１６、および、回転相関信号からタイヤ局所異常の有無を判定し、判定結果がタイヤ局所異常有りの場合には、表示警報装置４にその旨を出力する異常判定手段１８よりなる。
【００１６】
ここで、回転相関信号取出手段１６は、次に示すような、適応デジタルフィルタを用いるのがよく、その例を、回転相関信号取出手段１６の処理をブロック線図で示した図４を参照して説明する。回転相関信号取出手段１６では、センサ出力取込手段１５で取り込んだデジタル信号Ｘ（ｉ）を入力し、その入力信号（リファレンス信号Ｒ（ｉ）として比較器２４を介して適応デジタルフィルタ２３に供給される）とその入力信号を遅延回路２２を通して遅延させた信号（直接、適応デジタルフィルタ２３に供給される）とを、リアルタイムで適応デジタルフィルタ２３において演算し、出力信号Ｙ（ｉ）として車輪の周期に相関のある信号が出力される。そのため、出力信号Ｙ（ｉ）は、車輪の回転に相関のある信号（周期的な信号）として求めることができる。求めた出力信号Ｙ（ｉ）はタイヤ局所異常信号抽出手段１７に入力される。
【００１７】
遅延回路２２における遅延時間は、車輪の１回転の時間間隔以下とすることが好ましいが、２回転以上の時間間隔、または、若干１回転の時間より長短の差がある時間間隔であっても、適応デジタルフィルタ２３の特性上、演算で回転に同期した周期成分を求めるのためには問題はない。また、車輪の１回転の時間間隔は回転数（走行速度）によって変化する場合も、適応デジタルフィルタ２３のサンプリング周波数、タップ長をうまく設定しておくことで、対応可能である。又、低速、中速、高速の３段階の遅延時間を予め定めておき、速度に応じて遅延回路２２の遅延時間を３段階に変化させることでも実現できる。もちろん、車両の速度を常時測定し、その速度に応じて遅延回路２２の遅延時間をリアルタイムで変化させることも考えられる。
【００１８】
適応デジタルフィルタ２３は従来から公知の構成のものを使用することができる。図４に示す例では、センサ出力取込手段１５で計測したデジタルデータＸ（ｉ）から構成されるリファレンス信号Ｒ（ｉ）と、適応デジタルフィルタの出力Ｙ（ｉ）とを、比較器２４で演算して両者の差を求め、それをエラー信号Ｅ（ｉ）として求めている。そのため、エラー信号Ｅ（ｉ）は、車輪の回転に無関係の、例えば、路面や車体に寄与した信号（ランダムな信号）として求めることができる。そして、求めたエラー信号Ｅ（ｉ）を適応デジタルフィルタ２３の係数変更部にフィードバックして、エラー信号Ｅ（ｉ）に応じて、適応デジタルフィルタ２３の係数を動的に変更させ、適応デジタルフィルタ２３の最適化を図っている。エラー信号Ｅ（ｉ）を適応デジタルフィルタ２３の係数変更部にフィードバックして最適化を図る方法としては、従来からフィルタ係数更新アルゴリズムとして知られているＬＭＳ（最小平均自乗）法、ニュートン法あるいは最急下法を用いることができる。
【００１９】
回転相関信号取出手段１６の例としては、図４に示すように、遅延回路２２をセンサ出力取込手段１５からのデジタル信号Ｘ（ｉ）の入力部分と適応デジタルフィルタ２３との間に設けた例の他に、図４に示すように、遅延回路２２をセンサ出力取込手段１５からのデジタル信号Ｘ（ｉ）の入力部分と比較器２４との間に設け、リファレンス信号Ｒ（ｉ）を遅延させても、図４に示すものと同じ作用効果を得ることができる。
【００２０】
回転相関信号から、タイヤ局所異常の有無の判定を行うのには、例えば、次のようにして行うことができる。トルクセンサ１によって検出される振動は、種々の周波数の振動が重畳されたものとなるが、タイヤの局所異常によって変化する振動数は、車輪の固有振動数に対応するものであり、タイヤに局所異常の発生がない場合とある場合とでは、この固有振動数における振幅が異なるので、それぞれの車輪について、自己の車輪の、局所異常がない状態における、前記固有振動数における振幅を記憶させておき、この正常時の振幅に対して所定の閾値より大きい変化が現れたとき異常が発生したと判定するようにすればよい。
【実施例】
【００２１】
実車走行中における車両のステアリング装置２０を構成するトルクセンサ１からの出力信号、および、この信号から回転相関信号取出手段１６を用いて抽出した回転相関信号を以下に例示する。なお、信号の取り込みに係る条件は以下の通りである。
（１）走行条件：直進走行
（２）走行速度：６０ｋｍ/ｈ
（３）走行路面：平滑なアスファルトのドライ路面
（４）試験タイヤ：トレッドの周方向一部にトレッドセパレーションを生じさせたタイヤを試作してこれを操舵輪の一方に装着し、異常タイヤのモデルとした。
【００２２】
なお、信号処理手段２は、以上に説明した構成とし、特に、適応デジタルフィルタ２３を用いたもので回転相関信号取出手段１６を構成した。
【００２３】
上記試験タイヤを装着したときの、トルクセンサ１からの出力信号を図６、これに対応する回転相関信号取出手段１６の出力信号を図７にそれぞれ示し、また、上記試験タイヤの代わりに局所異常のないタイヤを装着したときの、回転相関信号取出手段１６の出力信号を図８に示した。これらの図は、いずれも、横軸に周波数を、縦軸にデシベルで表わされる振幅をとって周波数分布を示すグラフである。
【００２４】
図７を図６に比較すると、回転相関信号では、図６に示した周波数分布から、タイヤの回転と相関のない、ランダムな周波数によるリップル状の分布が除去されていることが分かる。
【００２５】
また、図７を、図８と比較すると、局所異常のあるタイヤを装着した場合の回転相関信号は、正常なタイヤを装着した場合のものに比べて、この車輪の固有振動数に対応する周波数９０Hz並びに２２０Hzにおける振幅が大きくなっており、周波数９０Hzおよび２２０Hzの少なくとも一方の振幅の大きさが、所定の値より大きくなった場合、タイヤ局所異常あり判定することができ、周波数９０Hzを例にとると９０ｄB異常の振幅を検出したとき異常と判定するようにすることができる。
【００２６】
以上の実施例に示すように、トルクセンサ１からの出力信号を信号処理装置２によって処理することにより、タイヤの局所的異常の判定を行えることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る実施形態のタイヤ異常検出装置の構成を示す概念図である。
【図２】トルクセンサによって検出されるトルクの時間変化を表わすグラフである。
【図３】信号処理手段の構成を示すブロック線図である。
【図４】回転相関信号取出手段の処理を示すブロック線図である。
【図５】回転相関信号取出手段の他の態様を示すブロック線図である。
【図６】局所異常のあるタイヤを装着したときの、トルクセンサ１からの出力信号を示すグラフである。
【図７】図６の信号を、回転相関信号取出手段１６で処理した回転相関信号を示すグラフである。
【図８】正常なタイヤを装着したときの回転相関信号を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１    トルクセンサ
２    信号処理手段
３    表示警報装置
５    ステアリング制御手段
６    舵角センサ
７    電動モータ
８    ステアリング軸
８ａ    入力軸
８ｂ    出力軸
９    トーションバー
１０    タイヤ異常検出装置
１２    ステアリングホイール
１３    減速機
１５    センサ出力取込手段
１６    回転相関信号取出手段
１８    異常判定手段
２０    車両用電動パワーステアリング装置
２２    遅延回路
２３    適応デジタルフィルタ
３１    電磁クラッチ
３４    ピニオンギア
３５    ラック軸
３５ａ    ラックギア部
３６    タイロッド
３７    ナックルアーム
３８    キングピン
ＦＬ、ＦＲ    操舵輪
【図１】
2005186830.tif 000003
【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】
2005186830.tif 000008
【図７】
2005186830.tif 000009
【図８】
2005186830.tif 000010