(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の４輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段による測定値から車両速度を演算する第１の演算手段と、前記車両の加減速度を演算する第２の演算手段と、４輪の回転速度からスリップ比を演算する第３の演算手段と、前記車両の加減速度とスリップ比をそれぞれ移動平均化する第４の演算手段と、該移動平均化された車両の加減速度とスリップ比との１次の回帰係数と相関係数を求める第５の演算手段と、該相関係数が所定の値以上の場合の１次の回帰係数に基づいてタイヤ識別係数を演算する第６の演算手段と、該タイヤ識別係数から現在装着しているタイヤを識別するタイヤ識別手段とを備えてなるタイヤ識別装置であって、前記タイヤ識別係数を平均化することを特徴とするタイヤ識別装置。
【請求項２】
前記１次の回帰係数と相関係数が、車両の走行距離が所定の距離に達するまでの移動平均化された車両の加減速度とスリップ比のデータから求められる場合、前記車両の走行距離を演算する演算手段を備えてなる請求項１記載のタイヤ識別装置。
【請求項３】
車両の４輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する工程と、該測定された回転速度から車両速度を演算する工程と、前記車両の加減速度を演算する工程と、４輪の回転速度からスリップ比を演算する工程と、前記車両の加減速度とスリップ比をそれぞれ移動平均化する工程と、該移動平均化された車両の加減速度とスリップ比との１次の回帰係数と相関係数を求める工程と、該相関係数が所定の値以上の場合の１次の回帰係数に基づいてタイヤ識別係数を演算する工程と、該タイヤ識別係数から現在装着しているタイヤを識別する工程とを備えているタイヤ識別方法であって、前記タイヤ識別係数を平均化することを特徴とするタイヤ識別方法。
【請求項４】
前記１次の回帰係数と相関係数が、車両の走行距離が所定の距離に達するまでの移動平均化された車両の加減速度とスリップ比のデータから求められる場合、前記車両の走行距離を演算する工程を備えている請求項３記載のタイヤ識別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタイヤ識別装置および方法に関する。さらに詳しくは、タイヤのドライビングスティフィネスレベルを識別し、車両制御に応用したり、車両の安全性を高めるために用いられるタイヤ識別装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤには、排水性などを考えて、縦溝と横溝が彫ってあるため、これらの溝に囲まれたゴムブロックが形成されている。このゴムブロックが大きいと、前後左右にせん断変形しにくく、剛性も大きいため、一般に大きなブロックからなるトレッドパターンをもったタイヤをパターン剛性の大きなタイヤという。
【０００３】
パターン剛性の大小は、コーナリングパワーやコーナリングフォースのほか、スリップ率に大きな影響を及ぼすため、タイヤの回転情報をもとにして車両の性能や安全性を高める装置、たとえばＡＢＳ（アンチブロックブレーキングシステム）、ＴＣＳ（トラクションコントロールシステム）またはタイヤ空気圧低下警報装置などにおいて、タイヤの回転情報を基にして車両の挙動を推定するには、タイヤのパターン剛性を把握しておくことは重要である。一般に夏タイヤはパターン剛性が大きく、冬タイヤはパターン剛性が小さい。
【０００４】
従来より、一部の高級車には、サマーモードとウインターモードといった切替えスイッチが装備されている。この切換えスイッチは、タイヤを夏タイヤから冬タイヤまたは冬タイヤから夏タイヤに替えたときに、ドライバーがスイッチを切り替えることにより車両の制御方法を切り替えるためのものである。
【０００５】
またタイヤの回転速度の変化からタイヤの内圧低下を検知する空気圧低下警報装置は、タイヤの空気圧が低下すると、タイヤの動荷重半径が小さくなり、正常な空気圧のタイヤと比較して、回転速度が速くなることを応用したもので、たとえば特開平７−１４９１１９号公報では、タイヤの回転速度の相対的な差から内圧低下を検出する方法が提案されている。この場合、タイヤの回転速度は、旋回、加減速、荷重または車両の速度などに影響されるため、これらの影響を取り除くために様々な工夫がなされている。さらにこれらのタイヤ空気圧低下警報装置などは、新車に装着されタイヤに合わせて旋回時の補正係数などの車両ファクターをチューニングしているが、大きく仕様の異なる夏タイヤから冬タイヤまたは冬タイヤから夏タイヤに交換された場合、車両の挙動の推定が初期チューニングと大きくかけ離れてしまい、ドライバーへ提供される正確な情報を確保できない惧れがある。そのために、夏タイヤと冬タイヤで初期チューニングを行ない、その平均値を車両ファクターとする方法があるが、この場合でも内圧検知の精度が低下してしまう。
【０００６】
したがって、現在装着されているタイヤが夏タイヤか冬タイヤかを識別し、すなわちパターン剛性がどれくらいの大きさであるかを識別し、それに応じて自動的に車両ファクターが書き換わる方法が最適といえる。
【０００７】
夏タイヤと冬タイヤの違いを識別する方法としては、タイヤのμ−ｓ曲線の立ち上がり勾配（ドライビングスティフィネス）を測定する方法がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記サマーモードまたはウインターモードの切り替えは、ドライバーが行なわなければならず、冬タイヤから夏タイヤに変更したのに、走行モードの切り替えを忘れてウインターモードのままで走行すると、最適な制御が行われないなどの問題がある。また、タイヤ内圧警報装置においても自動的に装着されているタイヤが夏タイヤか冬タイヤかが識別できれば、その検知精度を大きく向上することができるが、タイヤのμ−s曲線の立ち上がり勾配からタイヤを識別する場合、立ち上がり勾配は、トレッドのパターン剛性だけでなく、路面の摩擦係数によっても異なるため、測定する路面を限定するなどしない限りタイヤの識別に応用することは難しいのが現状である。
【０００９】
本発明は、叙上の事情に鑑み、装着されているタイヤが夏タイヤか冬タイヤかを識別することができるタイヤ識別装置および方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のタイヤ識別装置は、車両の４輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段による測定値から車両速度を演算する第１の演算手段と、前記車両の加減速度を演算する第２の演算手段と、４輪の回転速度からスリップ比を演算する第３の演算手段と、前記車両の加減速度とスリップ比をそれぞれ移動平均化する第４の演算手段と、該移動平均化された車両の加減速度とスリップ比との１次の回帰係数と相関係数を求める第５の演算手段と、該相関係数が所定の値以上の場合の１次の回帰係数に基づいてタイヤ識別係数を演算する第６の演算手段と、該タイヤ識別係数から現在装着しているタイヤを識別するタイヤ識別手段とを備えてなるタイヤ識別装置であって、前記タイヤ識別係数を平均化することを特徴とする。
【００１１】
また本発明のタイヤ識別方法は、車両の４輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する工程と、該測定された回転速度から車両速度を演算する工程と、前記車両の加減速度を演算する工程と、４輪の回転速度からスリップ比を演算する工程と、前記車両の加減速度とスリップ比をそれぞれ移動平均化する工程と、該移動平均化された車両の加減速度とスリップ比との１次の回帰係数と相関係数を求める工程と、該相関係数が所定の値以上の場合の１次の回帰係数に基づいてタイヤ識別係数を演算する工程と、該タイヤ識別係数から現在装着しているタイヤを識別する工程とを備えているタイヤ識別方法であって、前記タイヤ識別係数を平均化す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、本発明のタイヤ識別装置および方法を説明する。
【００１３】
図１は本発明のタイヤ識別装置の一実施の形態を示すブロック図、図２は図１におけるタイヤ識別装置の電気的構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の一実施の形態にかかわるタイヤ識別装置は、４輪車両のタイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲにそれぞれ設けられた車輪タイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段である車輪速センサ１を備えており、この車輪速センサ１の出力は、ＡＢＳなどの制御ユニット２に伝達される。なお、３はタイヤ交換した際などに運転者によって、操作される初期化スイッチである。
【００１５】
前記車輪速センサ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回転速度を測定する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、この電圧から回転速度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。
【００１６】
前記制御ユニット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。
【００１７】
本実施の形態では、前記制御ユニット２に、前記車輪速センサ１による測定値から車両速度を演算する第１の演算手段と、前記車両の走行距離を演算する第２の演算手段と、前記車両の加減速度を演算する第３の演算手段と、４輪の回転速度からスリップ比を演算する第４の演算手段と、前記車両の加減速度とスリップ比をそれぞれ移動平均化する第５の演算手段と、前記演算した走行距離が所定の距離に達するまでの移動平均化した車両の加減速度とスリップ比のデータを蓄積および演算し、互いの１次の回帰係数と相関係数を求める第６の演算手段と、該相関係数が所定の値以上の場合の１次の回帰係数に基づいてタイヤ識別係数を演算する第７の演算手段と、該タイヤ識別係数から現在装着しているタイヤを識別するタイヤ識別手段とを備えている。なお、本実施の形態では、車両の加減速度を演算する第３の演算手段により、演算した走行距離が所定の距離に達するまでの移動平均化した車両の加減速度とスリップ比のデータを蓄積および演算し、互いの１次の回帰係数と相関係数を求めることについて説明するが、本発明においては、これに限定されるものではなく、前記走行距離に代えて、蓄積時間または蓄積データ数などを用いて、移動平均化された車両の加減速度とスリップ比との１次の回帰係数と相関係数を求めることもできる。この場合、前記第２の演算手段に代えて蓄積時間または蓄積データ数などを演算する演算手段を備えるとともに、前記第６の演算手段に代えて蓄積時間または蓄積データ数などを用いて、移動平均化された車両の加減速度とスリップ比との１次の回帰係数と相関係数を求める演算手段を備える。
【００１８】
一般に冬タイヤとは、雪路走行が可能なように、トレッドパターンや材料を変えたタイヤで、サイドウォール部に、たとえば“ＳＮＯＷ”、“Ｍ＋Ｓ”、“ＳＴＵＤＬＥＳＳ”、“ＡＬＬ  ＷＥＡＴＨＥＲ”、“ＡＬＬ  ＳＥＡＳＯＮ”などの表示があるタイヤであり、夏タイヤとは、冬タイヤとは違い、サイドウォール部に前記のような表示がないタイヤのことであるが、本明細書においては夏タイヤと冬タイヤの違いは、かかる表示の有無に限らずトレッドのパターン剛性の大きさが違うことも含まれる。すなわち車両制御やタイヤの内圧検知精度に影響を及ぼすパターン剛性の大きいタイヤが夏タイヤであり、パターン剛性の小さいタイヤが冬タイヤである。
【００１９】
本実施の形態では、前記４輪のタイヤの回転速度を０．１秒以下、好ましくは０．０５秒以下で検出する。前記車両速度および走行距離は、４輪の回転速度とタイヤの動荷重半径から演算する。また前記車両の加減速度は、Ｇセンサで測定することもできるが、前記車両速度を微分して演算するのがコスト面から好ましい。スリップ比は、たとえば（前後輪比−１）から演算することができる。
【００２０】
ついで前記車両の加減速度およびスリップ比を一定時間分のデータ、たとえば少なくとも０．１秒分以上のデータの平均値として、サンプリング時間ごとに移動平均化して求め、この移動平均された値（一定個数のスリップ比と車両の加減速度）を求める。
【００２１】
さらに前記走行距離が所定の距離に達するまで前記移動平均された車両の加減速度およびスリップ比のデータを蓄積し、この蓄積したデータを用いて、スリップ比と車両の加減速度との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める。ここで、移動平均して求められた車両の加減速度がある一定値以下の場合（たとえば−０．０３Ｇ以下の場合）またはブレーキング中は、回帰係数の演算には使用しないようにすることが望ましい。これは、減速中、とくにブレーキング中は、４輪にブレーキ力が働いてしまい、正確なスリップ比が得られないためである。
【００２２】
以下、本実施の形態のタイヤ識別装置の動作を手順▲１▼〜▲８▼に沿って説明する。
【００２３】
▲１▼車両の４輪タイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲのそれぞれの回転速度から車輪速度（Ｖ１n、Ｖ２n、Ｖ３n、Ｖ４n）を算出する。
たとえば、ＡＢＳセンサなどのセンサから得られた車両の各車輪タイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲのある時点の車輪速データを車輪速度Ｖ１n、Ｖ２n、Ｖ３n、Ｖ４nとする。
【００２４】
▲２▼ついで従動輪および駆動輪の平均車輪速度（Ｖｆn、Ｖｄn）を演算する。
前輪駆動の場合、ある時点の従動輪および駆動輪の平均車輪速度Ｖｆn、
Ｖｄnをつぎの式（１）、（２）により求められる。
Ｖｆn＝（Ｖ３n＋Ｖ４n）／２                    ・・・（１）
Ｖｄn＝（Ｖ１n＋Ｖ２n）／２                    ・・・（２）
【００２５】
▲３▼ついで車両の単位時間の走行距離をつぎの式（３）により演算する。
ＤＩＳＴ＝Ｖｆn × Δｔ                        ・・・（３）
ここで、Δｔは車輪速データから算出される従動輪の平均車輪速度ＶｆnとＶｆn-1の時間間隔（サンプリング時間）である。
【００２６】
▲４▼ついで前記従動輪の平均車輪加減速度（すなわち車両の加減速度）Ａｆnを演算する。
前記従動輪の平均車輪速度Ｖｆnより１つ前の車輪速データから、平均車輪速度Ｖｆn-1とすると、車両の加減速度Ａｆnはそれぞれつぎの式（４）で求められる。
Ａｆn＝（Ｖｆn−Ｖｆn-1）／Δｔ／ｇ        ・・・（４）
【００２７】
ここで、Δｔは車輪速データから算出される車輪速度ＶｆnとＶｆn-1の時間間隔（サンプリング時間）であり、ｇは重力加速度である。前記サンプルング時間としては、データのばらつきを小さくし、かつ短時間で判別するためには、０．１秒以下である必要がある。より好ましくは、０．０５秒以下である。
【００２８】
▲５▼ついで前記車両の加減速度Ａｆnの値に応じて、スリップ比を演算する。
まず、加速状態で、駆動輪がロック状態で車両が滑っているとき（Ｖｄn＝０、Ｖｆn≠０）や、減速状態で、車両が停止状態で駆動輪がホイールスピンを起こしているとき（Ｖｆn＝０、Ｖｄn≠０）は、起こり得ないものとして、スリップ比Ｓnをつぎの式（５）、（６）から演算する。
Ａｆn≧０およびＶｄn≠０である場合、Ｓn＝（Ｖｆn−Ｖｄn）／Ｖｄn
・・・（５）
Ａｆn＜０およびＶｆn≠０である場合、Ｓn＝（Ｖｆn−Ｖｄn）／Ｖｆn
・・・（６）前記以外の場合は、Ｓn＝１とする。
【００２９】
▲６▼ついで車両の加減速度およびスリップ比のデータをサンプリング時間ごとに移動平均化処理する。
直線回帰をする場合、一定以上のデータ数がなければ、得られた回帰係数の信頼性が劣る。そこで、サンプリング時間、たとえば数十ｍｓごとにデータをサンプリングし、このサンプリング時間で得られたばらつきの大きいデータを移動平均することにより、データの数を減らさずに、データのばらつきを小さくすることができる。ここで、Ｎはデータ数である。
【００３０】
スリップ比については、
ＭＳn＝（Ｓ1＋Ｓ2＋・・・＋Ｓn）／Ｎ                    ・・・（７）
ＭＳn+1＝（Ｓ2＋Ｓ3＋・・・＋Ｓn+1）／Ｎ                ・・・（８）
ＭＳn+2＝（Ｓ3＋Ｓ4＋・・・＋Ｓn+2）／Ｎ                ・・・（９）
車両の加減速度については、
ＭＡｆn＝（Ａｆ1＋Ａｆ2＋・・・＋Ａｆn）／Ｎ            ・・・（１０）
ＭＡｆn+1＝（Ａｆ2＋Ａｆ3＋・・・＋Ａｆn+1）／Ｎ       ・・・（１１）
ＭＡｆn+2＝（Ａｆ3＋Ａｆ4＋・・・＋Ａｆn+2）／Ｎ       ・・・（１２）
【００３１】
▲７▼ついで前記走行距離が所定の距離に達するまでデータ（移動平均された車両の加減速度およびスリップ比）を蓄積する。そして、このスリップ比と車両の加減速度との互いの１次の回帰係数、すなわちスリップ比の車両の加減速度に対する回帰係数Ｋ１と車両の加減速度のスリップ比に対する回帰係数Ｋ２をそれぞれつぎの式（１３）、（１４）から求める。
【００３２】
【数１】
0004171174.tif 000002
【００３３】
【表１】
0004171174.tif 000003
【００３４】
また相関係数Ｒは、
Ｒ＝Ｋ１×Ｋ２                                    ・・・（１５）
となる。
【００３５】
▲８▼前記手順により求めた相関係数Ｒが所定の値（たとえば０．９）以上の回帰係数Ｋ１または回帰係数Ｋ２（以下、回帰係数Ｋ１について説明する。）を所定個数蓄積し、その平均値を求める。そして、この回帰係数Ｋ１の平均値に車両定数Ｗｒ／Ｗを乗じた値をタイヤ識別係数とする。ここで、Ｗは車両重量であり、Ｗｒは駆動輪荷重である。これは、車体の加速に要する駆動力Ｆ（Ｆ＝Ｗ×Ａｆn）は、駆動輪と路面とのあいだの摩擦力により決まるので、路面の摩擦係数μを用いてＦ＝μ×Ｗｒとなり、Ａｆn＝μ×Ｗｒ／Ｗと表わすことができる。そこで、車両定数Ｗｒ／Ｗを乗ずることで、車両間の差を補正することができる。また走行中絶えずタイヤ識別係数を求め、更新していくことも可能である。その場合は、相関係数Ｒが所定以上の回帰係数が得られると、まずタイヤ識別係数を演算し、さらに、今までのタイヤ識別係数で平均化して求める方法がよい。これにより、タイヤの経時変化などにも対応可能である。すなわち、冬タイヤでも磨耗したり、経年変化でトレッドゴムの硬度が大きくなった場合に対応することができる。さらに、平均化することにより、仮に不適切な回帰係数が１、２度得られたとしても、その影響は非常に小さく、最も頻度の高い値の近傍に収束するようになる。たとえば、まず一番はじめに得られたタイヤ識別係数が０．０５９で、つぎに新たなタイヤ識別係数０．０５７が得られると、タイヤ識別係数は（０．０５９＋０．０５７）／２＝０．０５８となる。さらに、新たなタイヤ識別係数０．０５５が得られると、タイヤ識別係数は、（０．０５９＋０．０５７＋０．０５５）／３＝０．０５７となる。そして、このタイヤ識別係数が、たとえば０．０５以上の場合は冬タイヤとすることができる。このしきい値（０．０５）は今までの実験値より求められる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、所定の距離を走行し、そのあいだのデータ（車両の加減速度とスリップ比との関係）の線形性が高ければ、その路面は摩擦係数μが安定しているので、アスファルト路であると判断している。逆にデータの線形性が低ければμの不安定な低μ路と判断してタイヤ識別係数を求めないようになっている。したがって、圧雪路やアイスバーンなどではほとんどタイヤ識別が行なわない。
【００３７】
【実施例】
つぎに本発明のタイヤ識別装置を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００３８】
実施例１〜２
まず前輪駆動車に夏タイヤまたは冬タイヤを装着した。このときの夏タイヤは、住友ゴム工業(株)製  ＦＭ９０１であり、冬タイヤは、住友ゴム工業(株)製  グラスピックＤＳ−１であった。そして、走行路面としては、夏タイヤの場合、乾燥アスファルト路を走行し、冬タイヤでは、乾燥アスファルト路、圧雪路、アイスバーン路などを走行した。
【００３９】
ついで前記手順にしたがって、走行距離が５００ｍごとのスリップ比に対する車両の加減速度の１次の回帰係数Ｋ１および相関係数Ｒを求めた。このとき、相関係数Ｒが０．９以上の場合の回帰係数Ｋ１に車両定数（０．６２）を乗じたものを１０個蓄積し、その平均値よりタイヤを識別した。
【００４０】
表２にそれぞれのタイヤでの相関係数Ｒが０．９以上の場合のタイヤ識別係数とその平均値を示す。
【００４１】
【表２】
0004171174.tif 000004
【００４２】
夏タイヤであるＦＭ９０１の場合、相関係数Ｒが０．９以上の場合のタイヤ識別係数は、絶えず０．２０〜０．２４である。一方、冬タイヤのＤＳ−１の場合、タイヤ識別係数は、０．５６〜０．６５と絶えず、ＦＭ９０１よりも大きな値となっており、夏タイヤと冬タイヤの識別が可能であることがわかる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、タイヤの識別をすることができるため、タイヤのトレッド剛性の違いを車両制御に自動的に反映できる。またタイヤの回転速度を減圧の判定に用いる空気圧低下警報装置において、タイヤの減圧の検知精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤ識別装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１におけるタイヤ識別装置の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  車輪速センサ
２  制御ユニット
３  初期化スイッチ
ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ  タイヤ
【図１】
0004171174.tif 000005
【図２】
0004171174.tif 000006