CN102227619B - 轮胎状态检测装置以及轮胎状态检测方法 - Google Patents

Abstract

公开了能够高精度地检测轮胎的状态的轮胎状态检测装置。轮胎状态检测装置(10)是检测固定在车轮上的充气轮胎(108)的轮胎状态的装置，包括：振动输入单元(310)，其对轮胎输入规定的振动；频率信息获取单元(320)，其获取输入规定的振动时的轮胎(108)的频率信息；以及轮胎状态推定单元(330)，其从获取的频率信息中提取轮胎(108)的共振频率，并根据提取的轮胎(108)的共振频率计算出使用外侧转动惯量、内侧转动惯量以及作用在它们之间的弹力的弹性常数来对轮胎(108)进行模型化时的弹性常数。

Description

轮胎状态检测装置以及轮胎状态检测方法

技术领域

本发明涉及检测车辆的轮胎的内压等的轮胎状态的轮胎状态检测装置以及轮胎状态检测方法。

背景技术

近年来，要求对于汽车的安全性的提高，用于保证该安全性的关键技术的研究开发不断推进。保证该安全性的关键技术之一有轮胎的气压的检测。作为检测轮胎的气压的方法，一般而言，已知有直接检测方法和间接检测方法。

直接检测方法是指，将压力传感器等的传感器直接配置在轮胎的车轮内部，基于由该传感器获取的压力信息，检测轮胎的气压的方法。由该传感器获取的压力信息例如通过无线电，从配置在轮胎的车轮内的发送机经由车内的接收天线被发送到接收机和仪表等的显示器。直接检测方法能够高精度地检测轮胎的气压，所以例如即使在四轮的轮胎的气压同时下降时也能够进行检测。

但是，在该直接检测方法中，传感器非常昂贵，用于导入的成本高，所以对于当前轮胎的气压检测尚未普及。另外，存在以下问题，即：由于更换车轮，需要重新配置传感器，所以对该配置也需要耗费成本。因此，当前基于成本的观点，对于轮胎的气压检测，普及间接检测方法。

间接检测方法是指，检测汽车的四个轮胎中的特定轮胎的气压比其他轮胎的气压相对下降的情形的方法(例如，参照专利文献1)。间接检测方法扩展ABS(Antilock Brake System：防抱死刹车***)，检测轮胎的气压。ABS测量各轮胎的转速，并将该测量出的转速用于刹车的控制。轮胎的转速是由汽车的行驶速度和轮胎的半径所决定。另外，在轮胎的气压下降时，轮胎压扁，所以轮胎的旋转半径变小。其结果，只有气压下降的轮胎的转速变快。根据该转速的差异，检测轮胎的气压。这样的间接检测方法能够扩展利用既有的ABS，所以与上述直接检测方法相比，能够廉价地导入。

作为这样的间接检测方法的一例，有下面所示的非专利文献1。非专利文献1中记载的技术利用了轮胎的弹性常数取决于轮胎的气压的关系、以及轮胎的弹性常数与轮胎的共振频率成比例的关系。在非专利文献1中公开了下述方法，即：基于这些关系，对测量出的轮胎的转速进行频率分析，从而检测轮胎的共振频率，并将与该检测出的共振频率对应的轮胎的气压进行检测。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开平05-133831号公报

非专利文献

非专利文献1：梅野孝治，“車輪速センサを用いたタイヤ空気圧検出法の開発”，丰田中央研究所R & D评论，1997年12月，Vol.32 No.4

发明要解决的问题

但是，在基于非专利文献1的方法中，将用于使轮胎上产生机械共振的振动源设为汽车在路面上行驶时轮胎上产生的振动，导出轮胎的转速。在以基于非专利文献1的方法导出轮胎的转速，受到与路面的摩擦系数或轮胎的磨损等的干扰的影响。另外，由于将汽车在路面上行驶时轮胎上产生的振动设为振动源，所以在轮胎上产生机械共振时，无法高精度地判定其是受到汽车的干扰的影响的机械共振，还是未受到该影响的机械共振。这样，在考虑汽车的干扰的影响而检测轮胎的共振频率的方法中，无法忽视该干扰的影响，所以无法高精度地进行检测。结果，存在难以高精度地检测轮胎的气压的问题。

发明内容

本发明鉴于上述以往的情形而完成，其目的在于提供能够高精度地检测轮胎状态的轮胎状态检测装置以及轮胎状态检测方法。

本发明的轮胎状态检测装置为检测固定在车轮上的充气轮胎的轮胎状态的轮胎状态检测装置，其包括：振动输入单元，其对所述轮胎输入规定的振动；频率信息获取单元，其获取输入了所述规定的振动时的所述轮胎的频率信息；以及轮胎状态推定单元，其从获取了的所述频率信息中提取所述轮胎的共振频率，并根据提取出的所述轮胎的共振频率，计算使用外侧转动惯量、内侧转动惯量以及作用在它们之间的弹力的弹性常数对所述轮胎进行了模型化时的所述弹性常数。

本发明的轮胎状态检测方法，用于检测固定在车轮上的充气轮胎的轮胎状态，该轮胎状态检测方法包括以下的步骤：对所述轮胎输入规定的振动；获取输入了所述规定的振动时的所述轮胎的频率信息；从获取了的所述频率信息中提取所述轮胎的共振频率；以及根据提取出的所述轮胎的共振频率，计算使用外侧转动惯量、内侧转动惯量以及作用在它们之间的弹力的弹性常数对所述轮胎进行模型化时的所述弹性常数。

发明的效果

根据本发明的轮胎状态检测装置以及轮胎状态检测方法，能够高精度地检测轮胎状态。

附图说明

图1是表示一例包括本发明的实施方式1的轮胎状态检测装置的车辆的内部结构的方框图。

图2是表示实施方式1的变频器输出电流的输出指令值的时间变化的图。

图3是表示实施方式1的由电流检测单元检测的变频器输出电流的实际输出值的时间变化的图。

图4是表示一例实施方式1的轮胎状态检测装置的动作的流程图。

图5是表示一例实施方式1的变频器控制单元的动作的流程图。

图6是表示一例实施方式1的轮胎状态检测装置的车辆停止中的动作的流程图。

图7是表示实施方式1的车辆停车中的变频器输出电流的输出指令值的时间变化的图。

图8是表示实施方式1的车辆停车中由电流检测单元检测的变频器输出电流的实际输出值的时间变化的图。

图9是表示一例实施方式1的对单一的电机单元配置多个轮胎的车辆的整体结构的图。

图10是表示实施方式1的对单一的电机单元配置两个轮胎时的变频器输出电流的实际输出值的时间变化的图。

图11是表示实施方式1的、在对单一的电机单元配置两个轮胎时且在车辆停车中的变频器输出电流的实际输出值的时间变化的图。

图12是表示一例包括本发明的实施方式2的轮胎状态检测装置的车辆的内部结构的方框图。

图13是表示实施方式2的由旋转角速度计算单元导出的电机单元的旋转角速度的时间变化的图。

图14是表示一例实施方式2的轮胎状态检测装置的动作的流程图。

图15是表示一例本发明的实施方式3的轮胎状态检测装置的结构的方框图。

图16是表示实施方式3的轮胎的力学模型的图。

图17是表示一例实施方式3的轮胎状态检测装置的动作的流程图。

图18是表示一例实施方式3的轮胎的频率特性的图。

图19是表示一例本发明的实施方式4的轮胎状态检测装置的结构的方框图。

图20是表示一例实施方式4的轮胎状态检测装置的动作的流程图。

图21是表示一例本发明的实施方式5的轮胎状态检测装置的结构的方框图。

图22是表示一例实施方式5的轮胎状态检测装置的动作的流程图。

图23是表示一例本发明的实施方式6的轮胎状态检测装置的结构的方框图。

图24是表示一例实施方式6的轮胎状态检测装置的动作的流程图。

图25是表示一例本发明的实施方式7的轮胎状态检测装置的结构的方框图。

图26是表示一例实施方式7的电机驱动***的结构的控制方框图。

图27是表示一例本发明的实施方式8的轮胎状态检测装置的结构的方框图。

图28是表示一例本发明的实施方式9的轮胎状态检测装置的结构的方框图。

图29是表示一例本发明的实施方式10的轮胎状态检测装置的结构的方框图。

图30是表示一例本发明的实施方式11的轮胎状态检测装置的结构的方框图。

符号说明

1、2  车辆

10、20轮胎状态检测装置

100   加速踏板

101   加速踏板位置传感器单元

102   ECU

103、311、540 变频器控制单元

104、520 变频器单元

105、510 蓄电池单元

106 电流检测单元

107、201、530 电机单元

108 轮胎

109 共振频率检测单元

110 内压导出单元

111、350 信息提示单元

202 编码器单元

203 旋转角速度计算单元

310、310a 振动输入单元

312 控制单元

313 电流指示单元

314 共振用振动指示单元

320 频率信息获取单元

321、323 旋转角速度检测单元

322 电流获取单元

330、330a 轮胎状态推定单元

340 轮胎内压计算单元

521 PI控制器

531 电机电路

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的各个实施方式。另外，在用于说明各个实施方式的附图中，对相同的结构要素以及相同的处理附加相同的参照符号，并省略重复的说明。

另外，在说明各个实施方式之前，如下定义主要的术语。

“共振用振动”是指，用于使轮胎上产生共振的后述的规定的振动。

“行驶用转矩(torque)”是指，为了车辆的行驶，施加在轮胎上的转矩(旋转的力)。

“共振用转矩”是指，为了产生共振用振动而施加在轮胎上的转矩。

“合成转矩”是指，共振用转矩与行驶用转矩的合成转矩。

“行驶用电流”是指，用于产生行驶用转矩的电机驱动电流(变频器输出电流)。

“共振用电流”是指，用于产生共振用转矩的电机驱动电流(变频器输出电流)。

“合成驱动电流”是指，用于产生合成转矩的电机驱动电流(变频器输出电流)。

(实施方式1)

图1是表示包括本发明的实施方式1的轮胎状态检测装置10的车辆1的内部结构的方框图。如图1所示，车辆1包括加速踏板100、加速踏板位置传感器单元101、ECU102、变频器控制单元103、变频器单元104、蓄电池单元105、电流检测单元106、电机单元107、轮胎108、共振频率检测单元109、内压导出单元110、以及信息提示单元111。另外，轮胎状态检测装置10主要由ECU102、变频器控制单元103、变频器单元104、蓄电池单元105、电流检测单元106、共振频率检测单元109、内压导出单元110、以及信息提示单元111构成。在本实施方式中，电机单元107是用于使轮胎108上产生机械共振的振动源。

加速踏板100是配置在车辆1内的驾驶座的脚底的车辆部件，用于驾驶员在驾驶中进行加速等而使车辆1行驶的情况。通过加速踏板位置传感器单元101，检测驾驶员对加速踏板100的踩踏量。

加速踏板位置传感器单元101检测驾驶员对加速踏板100的踩踏量，并将包含与该检测出的踩踏量相关的信息的AP开度信息发送到ECU102。

ECU102是由微机、ROM或RAM等构成的电子控制装置(ElectronicControl Unit)，进行规定的信号处理。例如，ECU102获取从加速踏板位置传感器单元101发送的AP开度信息，并导出与该获取了的AP开度信息对应的行驶用转矩。另外，ECU102将用于使变频器单元104输出行驶用电流的控制信息，发送到变频器控制单元103。行驶用电流是为了电机单元107驱动由ECU102导出的行驶用转矩，变频器单元104需要对电机单元107输出的电流。此外，在发送到该变频器控制单元103的控制信息中，包括对应于AP开度信息而导出的行驶用转矩的值、以及用于使变频器单元104输出与该行驶用转矩的值对应的行驶用电流的指令信息等。

另外，在将该控制信息发送到变频器控制单元103时，ECU102将用于生成共振用电流的输出指令值的共振用电流生成指令信息发送到共振频率检测单元109。共振用电流的输出指令值是指，用于使共振用电流从变频器单元104经由变频器控制单元103输出的指令值。共振用电流生成指令信息是指，用于使共振频率检测单元109生成共振用电流的输出指令值的指令信息。在从ECU102获取了该共振用电流生成指令信息时，共振频率检测单元109生成共振用电流的输出指令值，并在规定的时刻将该生成的共振用电流的输出指令值发送到变频器控制单元103。

ECU102将共振用电流生成指令信息输出到共振频率检测单元109的时刻并不特别需要与ECU102将控制信息发送到变频器控制单元103的时刻为同时。例如，ECU102也可以始终发送表示将共振用电流的生成指令信息输出到变频器控制单元103的时刻信息。另外，ECU102也可以与由驾驶车辆1的驾驶员按下规定的开关等的时刻匹配地发送表示将共振用电流的生成指令信息输出到变频器控制单元103的时刻信息。

变频器控制单元103从ECU102获取用于使变频器单元104输出行驶用电流的控制信息。变频器控制单元103将与该控制信息中包含的行驶用转矩的值对应的行驶用电流的输出指令信息，发送到变频器单元104。所谓行驶用电流的输出指令信息，包括该行驶用电流的输出指令值以及用于使该行驶用电流的输出指令值从变频器单元104输出的指令信息等。行驶用电流的输出指令值是指，用于使变频器单元104输出该行驶用电流的指令值。

另外，变频器控制单元103获取由共振频率检测单元109生成的共振用电流。该共振用电流表示共振用电流的输出指令值。在从共振频率检测单元109获取共振用电流的输出指令值时，变频器控制单元103将包含上述行驶用电流的输出指令值和上述共振用电流的输出指令值重叠而成的合成驱动电流的输出指令值的合成驱动电流的输出指令信息发送到变频器单元104。合成驱动电流是行驶用电流与共振用电流之和。而且，合成驱动电流的输出指令值是指，将行驶用电流的输出指令值和共振用电流的输出指令值相加所得的值。另外，在合成驱动电流的输出指令信息中，包含合成驱动电流的输出指令值以及用于使变频器单元104输出该合成驱动电流的输出指令值的指令信息等。

图2是表示在变频器控制单元103的控制下，由变频器单元104输出的变频器输出电流的输出指令值的时间变化的图。参数Iqa*表示行驶用电流的输出指令值，参数Iqb*表示共振用电流的输出指令值，参数Iq*表示变频器输出电流的输出指令值。如图2所示，横轴表示时间，纵轴表示变频器输出电流。如图2所示，变频器输出电流是将行驶用电流的输出指令值Iqa*与共振用电流的输出指令值Iqb*重叠所得的上述合成驱动电流的输出指令值Iq*。

共振用电流的输出指令值由在轮胎108固有的共振频率附近扫描的脉冲信号或正弦波信号等的交流信号来表示。变频器控制单元103经由电流检测单元106获取变频器单元104实际输出的行驶用电流或合成驱动电流的各个实际输出值。变频器控制单元103控制变频器单元104，以使该获取了的实际输出值与图2所示的变频器输出电流的输出指令值一致。

变频器单元104获取从变频器控制单元103发送的行驶用电流的输出指令信息。变频器单元104在从蓄电池单元105接受必要的电力的供给后，输出该获取了的行驶用电流的输出指令信息中包含的行驶用电流的输出指令值。另外，变频器单元104在从变频器控制单元103获取上述合成驱动电流的输出指令信息时，在从蓄电池单元105接受必要的电力的供给后，输出该输出指令信息中包含的合成驱动电流。

蓄电池单元105将由变频器单元104输出的行驶用电流或者输出合成驱动电流所需的电力提供给变频器单元104。

电流检测单元106检测从变频器单元104实际输出的行驶用电流或合成驱动电流的各个实际输出值。电流检测单元106总是检测行驶用电流或合成驱动电流的各个实际输出值。该检测出的行驶用电流或合成驱动电流的各个实际输出值由变频器控制单元103和共振频率检测单元109进行检测。

电机单元107输入对变频器单元104输出的行驶用电流或合成驱动电流的各个实际输出值，并基于该输入的行驶用电流或合成驱动电流的各个实际输出值，输出由ECU102导出的行驶用转矩的值以驱动轮胎108。轮胎108是所谓的车辆1的轮胎，稳定且固定地连接于车辆1。轮胎108在与车轮之间内充气体。气体包括空气或氮气等。在图1中，表示一个轮胎，但如后所述那样，也可以连接多个轮胎。

图3是表示相对于图2所示的变频器输出电流的输出指令值，由变频器单元104输出的变频器输出电流的实际输出值的时间变化的图。

如图3所示，共振频率检测单元109通过电流检测单元106，检测行驶用电流或合成驱动电流即变频器输出电流的各个实际输出值。共振频率检测单元109导出该获取了的变频器输出电流为极小时的频率作为轮胎108的共振频率。该变频器输出电流为极小时的频率成为轮胎108的共振频率的理由基于以下的说明。

假设从变频器单元104实际输出的变频器输出电流被输入电机单元107而轮胎108产生机械共振。此时，由于该共振，在与该轮胎108稳定且固定地连接的电机单元107内因电磁感应而诱发反电动势。基于该诱发了的反电动势，由该反电动势引起的反向电流沿着与向电机单元107输入的电流相反的方向流动，所以从变频器单元104所见的电机单元107的阻抗极大。在电机单元107的阻抗极大时，向电机单元107输入的电流处于最难流动的状态，所以如图3所示，变频器输出电流取极小值。因此，在变频器输出电流极小时，轮胎108产生机械共振，稳定且固定地连接到电机单元107的轮胎108的共振频率被检测。

共振频率检测单元109在轮胎108的共振频率的导出中，例如对由电流检测单元106检测出的变频器输出电流进行频率分析(FFT等)。在该频率分析的频谱波形中，在轮胎108的共振频率上出现急剧的峰值，所以判断为该峰值出现时的频率是轮胎108的共振频率。共振频率检测单元109将与检测出的共振频率有关的信息发送到内压导出单元110。

内压导出单元110基于从共振频率检测单元109发送的共振频率，导出轮胎108的内压。例如，基于轮胎108的共振频率与轮胎的弹性常数之间存在比例关系、以及轮胎的弹性常数与轮胎108的内压之间存在比例关系(例如，参照非专利文献1)，导出轮胎108的内压。但是，内压的导出方法并不限定于非专利文献1中记载的方法。

信息提示单元111对车辆1的驾驶员提示与由内压导出单元110导出的轮胎108的内压有关的内压信息。在该提示时，既可以用仪表等显示，也可以显示在车辆1中预先配设的导航装置的显示器等上。

(轮胎状态检测装置10的动作)

接着，参照图4和图5，说明本实施方式的轮胎状态检测装置10的动作。

图4是用于说明本实施方式的轮胎状态检测装置10的动作的流程图。图5是用于说明本实施方式的轮胎状态检测装置10的变频器控制单元103的详细的流程图。

在驾驶车辆1的驾驶员将加速踏板100踩踏了规定量时，加速踏板位置传感器单元101检测该被踩踏的加速踏板100的踩踏量。ECU102从加速踏板位置传感器单元101获取包含与该检测出的踩踏量有关的信息的AP开度信息(S101)。

ECU102获取从加速踏板位置传感器单元101发送的AP开度信息(S101：“是”)。ECU102基于该获取了的AP开度信息，计算电机单元107使轮胎108旋转所需的输出转矩(行驶用转矩)(S102)。ECU102将用于使变频器单元104输出行驶用电流的控制信息发送到变频器控制单元103(S103)。如上所述，在该控制信息被发送到变频器控制单元103时，ECU102向共振频率检测单元109发送用于生成共振用电流的输出指令值的共振用电流生成指令信息。

如图5所示，变频器控制单元103在从ECU102获取了控制信息时(S103a：“是”)，判断是否从共振频率检测单元109获取了共振用电流的输出指令值(S103b)。变频器控制单元103在获取了共振用电流的输出指令值时(S103b：“是”)，生成将行驶用电流的输出指令值和共振用电流的输出指令值重叠所得的合成驱动电流的输出指令值(S103c)。变频器控制单元103将合成驱动电流的输出指令信息发送到变频器单元104，以控制输出该生成了的合成驱动电流的输出指令值(S103d)。

变频器单元104从变频器控制单元103获取合成驱动电流的输出指令信息。变频器单元104基于该获取了的合成驱动电流的输出指令信息，从蓄电池单元105接受必要的电力的供给(S104)，并输出与该输出指令信息对应的合成驱动电流(S105)。

电流检测单元106检测从变频器单元104实际输出的合成驱动电流的实际输出值(S106)。该检测出的合成驱动电流(变频器输出值)的实际输出值的时间变化如图3所示。

共振频率检测单元109导出由电流检测单元106检测出的合成驱动电流(变频器输出值)的实际输出值为极小时的频率作为轮胎108的共振频率。共振频率检测单元109例如通过对由电流检测单元106检测出的合成驱动电流进行频率分析(FFT等)，检测轮胎108的共振频率(S107)。

内压导出单元110基于从共振频率检测单元109发送的共振频率，导出轮胎108的内压(S108)。信息提示单元111对车辆1的驾驶员提示与由内压导出单元110导出的轮胎108的内压有关的内压信息，轮胎状态检测装置的动作结束。

如上所述，在本实施方式的轮胎状态检测装置10中，共振频率检测单元109将在轮胎108固有的共振频率附近进行扫描所得的共振用电流，发送到变频器控制单元103。变频器控制单元103将使该共振用电流和行驶用电流重叠所得的合成驱动电流的输出指令值，发送到变频器单元104。根据变频器单元104实际输出了的合成驱动电流的实际输出值，检测轮胎108的共振频率。

因此，从对稳定且固定地连接到轮胎108的电机单元107输入的合成驱动电流的实际输出值的时间变化，判定轮胎108的机械共振，所以不需要考虑车辆1的干扰的影响，能够高精度地判定轮胎108的共振频率。由于能够高精度地判定轮胎108的共振频率，所以最终能够高精度地检测轮胎的内压。

(车辆停车中的轮胎状态检测装置10的动作)

接着，参照图6～图8，说明在车辆1处于停车中时，本实施方式的轮胎状态检测装置10导出轮胎108的内压的动作。

图6是用于说明本实施方式的轮胎状态检测装置10在车辆停止中的动作的流程图。图7是表示在车辆停车中，变频器控制单元103向变频器单元104发送了的变频器输出电流的输出指令值的时间变化的图。图8是表示在车辆停车中，由电流检测单元106检测出的变频器输出电流的实际输出值的时间变化的图。

在车辆1处于停车中时，加速踏板100不被驾驶员踩踏。也就是说，加速踏板位置传感器单元101不检测加速踏板100的踩踏量。ECU102例如获取与由驾驶员按下规定的开关等对应的输入信号，并基于该输入信号，向共振频率检测单元109发送共振用电流生成指令信息(S110)。该共振用电流生成指令信息被发送到共振频率检测单元109的时刻并不特别需要是由驾驶员按下规定开关等的时刻。例如，既可以为由未图示的车轮速度传感器等判断为车辆1停止运行的时刻，也可以为根据未图示的计时器等的计测而从停止运行之后经过规时刻间时的时刻。另外，在停止运行中时，ECU102也可以总是向共振频率检测单元109发送共振用电流生成指令信息。

共振频率检测单元109在从ECU102获取了共振用电流生成指令信息时(S110：“是”)，生成共振用电流的输出指令值，并以规定的时刻将该生成了的共振用电流的输出指令值发送到变频器控制单元103(S111)。

变频器控制单元103获取共振用电流的输出指令值(S111：“是”)，并向变频器单元104发送共振用电流的输出指令信息，以控制输出该获取了的共振用电流的输出指令值(S112)。该发送了的共振用电流的输出指令信息中包含的共振用电流的输出指令值相当于图2所示的共振用电流的输出指令值Iqb*(参照图7)。S112以后的处理是与图4所示的对应的参照符号相同的处理，所以省略说明。

如上所述，在车辆1继续停止运行中的状态时与车辆1处于行驶中的状态时，变频器控制单元103使变频器单元104输出的电流的输出指令值的绝对值不同。具体而言，与车辆1处于行驶中的状态对应的变频器输出电流的绝对值如图2所示，为变频器输出电流的输出指令值Iq*(＝(行驶用电流的输出指令值Iqa*)+(共振用电流的输出指令值Iqb*))。另一方面，与车辆1继续停止运行中的状态对应的变频器输出电流的绝对值如图7所示，仅为共振用电流的输出指令值Iqb*。

因此，即使在保持车辆1继续停止运行中的状态，本实施方式的轮胎状态检测装置10只要将使变频器单元104输出的变频器输出电流的指令值设为共振用电流的输出指令值，就能够高精度地判定轮胎的共振频率。结果，本实施方式的轮胎状态检测装置10与车辆1的运行状态无关，无论是在行驶中还是在停车中，都能够高精度检测轮胎的内压。

图9是表示多个轮胎108经由差动齿轮而与电机单元107固定配置的车辆的整体结构的外观图。

本实施方式的轮胎状态检测装置10即使在车辆1为图9所示的车辆时，也能够同样高精度地检测轮胎108的内压。也就是说，在电机单元107上，既可以安装一个轮胎108，也可以安装多个轮胎108。

图10是表示在对于电机单元107而配置两个轮胎时，出现两个轮胎共振频率的情形的图。此时，轮胎状态检测装置10对各个轮胎108分别进行图4和图5所示的动作。在由变频器单元104输出的变频器输出电流的实际输出值中，如图10所示，检测出与第一轮胎108的共振频率(共振点)对应的第一极小值、以及与第二轮胎108的共振频率(共振点)对应的第二极小值。

图11是表示在对于电机单元107而配置两个轮胎时，在车辆处于停车中的情况下，出现与两个轮胎共振频率(共振点)分别对应的第一极小值和第二极小值的情形的图。

本实施方式的轮胎状态检测装置10在搭载于如图9所示的车辆中时，进而即使在该车辆处于停车中时，能够同样高精度地检测轮胎108的内压。

(实施方式2)

图12是表示包括本发明的实施方式2的轮胎状态检测装置20的车辆2的内部结构的方框图。本实施方式的轮胎状态检测装置20与本实施方式的轮胎状态检测装置10的不同之处在于，如图12所示，轮胎状态检测装置20包括电机单元201、编码器单元202以及旋转角速度计算单元203。除了这些点以外，与实施方式1相同，在图12中，对与图1共用的结构要素附加了相同的参照符号。

在电机单元201中，在实施方式1的电机单元107中还包括编码器单元202。编码器单元202检测对于电机单元201的定子(stator)的转子的旋转角度，并将该检测出的旋转角度发送到旋转角速度计算单元203。编码器单元202既可以为增量编码器或绝对编码器等的光学式编码器，也可以为由霍尔元件等构成的磁式编码器。

旋转角速度计算单元203获取从编码器单元202发送的旋转角度，对该获取了的旋转角度进行时间微分而导出旋转角速度ω。参数ω表示旋转角速度。旋转角速度计算单元203将该导出的旋转角速度ω发送到共振频率检测单元109。

在变频器控制单元103将变频器输出电流的输出指令值输出到变频器单元104时，由旋转角速度计算单元203导出的旋转角速度如图13所示。图13是表示由旋转角速度计算单元203导出的电机单元201的旋转角速度的时间变化的图。

假设从变频器单元104实际输出的合成驱动电流被输入电机单元201而轮胎108产生机械共振。此时，稳定且固定地连接到轮胎108的电机单元201的转速在轮胎108的共振频率下为最高。因此，通过对从编码器单元202输出的旋转角度进行时间微分而导出的旋转角速度ω，随着接近轮胎108的共振频率而逐渐变大，在共振频率下为极大。因此，如图13所示，在电机单元201的旋转角速度为极大时，轮胎108产生机械共振，稳定且固定地连接到电机单元201的轮胎108的共振频率被检测。

(轮胎状态检测装置20的动作)

接着，参照图14说明本实施方式的轮胎状态检测装置20的动作。图14是用于说明本实施方式的轮胎状态检测装置20的动作的流程图。另外，图14所示的变频器控制的动作与图5所示的内容相同，所以省略变频器控制的动作的说明。

在驾驶车辆2的驾驶员将加速踏板100踩踏了规定量时，加速踏板位置传感器单元101检测该被踩踏的加速踏板100的踩踏量。ECU102从加速踏板位置传感器单元101获取包含该检测出的踩踏量的AP开度信息(S101)。

ECU102获取从加速踏板位置传感器单元101发送的AP开度信息(S101：“是”)。ECU102基于该获取了的AP开度信息，计算电机单元201使轮胎108旋转所需的输出转矩(行驶用转矩)(S102)。ECU102将用于使变频器单元104输出行驶用电流的控制信息发送到变频器控制单元103(S103)。在该控制信息被发送到变频器控制单元103时，ECU102向共振频率检测单元109发送用于生成共振用电流的输出指令值的共振用电流生成指令信息。

变频器单元104从变频器控制单元103获取合成驱动电流(变频器输出电流)的输出指令信息。变频器单元104基于该获取了的合成驱动电流的输出指令信息，从蓄电池单元105接受必要的电力的供给(S104)，并输出与该输出指令信息对应的合成驱动电流(S105)。

电流检测单元106检测从变频器单元104实际输出的合成驱动电流的实际输出值(S106)。该检测出的合成驱动电流的实际输出值由变频器控制单元103进行检测。

编码器单元202检测电机单元201的旋转角度(S201)，并将该检测出的旋转角度发送到旋转角速度计算单元203。旋转角速度计算单元203获取从编码器单元202发送的电机单元201的旋转角度，通过对该获取了的旋转角度进行时间微分而检测旋转角速度ω(S202)。旋转角速度计算单元203将该导出的旋转角速度ω发送到共振频率检测单元109。

共振频率检测单元109获取由旋转角速度计算单元203导出的电机单元201的旋转角速度ω，并导出该获取了的旋转角速度的值为极大时的频率作为轮胎108的共振频率。共振频率检测单元109例如通过对由旋转角速度计算单元203导出的旋转角速度进行频率分析(FFT等)，检测轮胎108的共振频率(S107)。

内压导出单元110基于从共振频率检测单元109发送的共振频率，导出轮胎108的内压(S108)。信息提示单元111对车辆2的驾驶员提示与由内压导出单元110导出的轮胎108的内压有关的内压信息(S109)，轮胎状态检测装置的动作结束。

如上所述，在本实施方式的轮胎状态检测装置20中，共振频率检测单元109将在轮胎108固有的共振频率附近进行扫描所得的共振用电流，发送到变频器控制单元103。变频器控制单元103将使该共振用电流和行驶用电流重叠所得的合成驱动电流的输出指令值，发送到变频器单元104。编码器单元202对通过变频器单元104实际输出的合成驱动电流的实际输出值而驱动的电机单元201的旋转角度进行检测，并从该检测出的旋转角度的时间微分导出电机单元201的旋转角速度。从该导出的电机单元201的旋转角速度，检测轮胎108的共振频率。

因此，从稳定且固定地连接到轮胎108的电机单元107的旋转角速度的时间变化，也能够判定轮胎108的机械共振。因此，不需要考虑车辆2的干扰的影响，能够高精度地判定轮胎108的共振频率。由于能够高精度地判定轮胎108的共振频率，所以最终能够高精度地检测轮胎的内压。

以上，参照附图说明了各种实施方式，但本发明的输入装置当然并不限定于这些例子。只要是本领域的技术人员，就能够在本发明请求的范围中记载的范畴内想到各种变更例或修正例是显而易见的，并且应当了解为这些变更例或修正例当然也属于本发明的技术范围。

在上述的各个实施方式中，对轮胎状态检测装置10或20将内压导出单元110和信息提示单元111作为必要结构的情况进行了说明。但是，这些内压导出单元110和信息提示单元111对于轮胎状态检测装置10或20也可以为任意的结构。

在上述的各个实施方式中，说明了由共振频率检测单元109产生共振用电流的输出指令信息的情况。但是，共振频率检测单元109也可以不产生共振用电流。例如，共振频率检测单元109发送用于使变频器控制单元103自身产生共振用电流的输出指令信息的时刻信息、以及与轮胎108固有的共振频率有关的信息。变频器控制单元103在获取了该时刻信息的时刻，产生在轮胎108固有的共振频率附近扫描所得的共振用电流的输出指令值，并将包括与上述行驶用电流的输出指令值重叠所得的合成驱动电流的输出指令值的合成驱动电流的输出指令信息，发送到变频器单元104。另外，变频器控制单元103也可以不从共振频率检测单元109获取与轮胎108固有的共振频率有关的信息。例如，变频器控制单元103只要从ECU102获取与轮胎108固有的共振频率有关的信息即可。

实施方式2的轮胎状态检测装置20与实施方式1的轮胎状态检测装置10同样，即使在包含该轮胎状态检测装置20的车辆2停止运行中时，也能够导出轮胎108的内压。另外，轮胎状态检测装置20即使在多个轮胎稳定且固定地连接到电机单元201时，也能够与实施方式1的轮胎状态检测装置10同样地导出各个轮胎108的内压。

(实施方式3)

图15是表示一例实施方式3的轮胎状态检测装置的结构的方框图。

如图15所示，轮胎状态检测装置10是连接到固定在车轮上的轮胎(以下简称为“轮胎”)108的装置，包括振动输入单元310、频率信息获取单元320以及轮胎状态推定单元330。轮胎108稳定且固定地连接到该车辆，在与车轮之间内充空气或氮气等的气体。

此外，频率信息获取单元320对应于实施方式1和实施方式2中的编码器单元202、电流检测单元106、共振频率检测单元109以及旋转角速度计算单元203。另外，轮胎状态推定单元330对应于实施方式1和实施方式2中的内压导出单元110。

振动输入单元310向轮胎108输入规定的振动。规定的振动是用于使后述的频率信息获取单元320容易提取轮胎108的共振频率的、施加在轮胎108的旋转方向上的微小的前后振动，由转矩的大小和振动频率来定义。该规定的振动如上述定义那样，称为“共振用振动”。

振动输入单元310既可以通过电气性地或机械性地控制轮胎108的驱动***而施加振动，也可以与驱动***独立地对轮胎108直接机械性地施加振动。当直接机械性地施加振动时，振动输入单元310例如可设为安装在轮胎108的车轮等上的电磁型的振动器或在小型电机上安装有偏心的甩块的不平衡甩块型的振动器。另外，振动输入单元310例如可设为主动悬挂之类的、减震器的油压控制装置。

频率信息获取单元320获取由振动输入单元310输入共振用振动时的轮胎108的频率信息。频率信息是用于提取后述的轮胎108的共振频率的信息。频率信息例如包括轮胎108的旋转角速度。另外，当轮胎108的轮圈由电机进行驱动时，频率信息是用于降低电机驱动型车辆中的感应电动势的变频器控制电压。如果是旋转角速度，例如可以通过配置对转子相对于轮胎108的定子的旋转角度进行检测的编码器(未图示)来获取轮圈的旋转角度，并对轮圈的旋转角度分别进行时间微分而获取。作为编码器，例如可列举增量编码器或绝对编码器等光学式编码器、或者由霍尔器件等构成的磁式编码器。

轮胎状态推定单元330从频率信息获取单元320所获取的频率信息提取轮胎108的共振频率，并推定轮胎108的状态。然后，轮胎状态检测装置10使用轮胎108的力学模型来推定轮胎108的状态。具体而言，轮胎状态推定单元330每当进行轮胎108的状态检测时计算出轮胎108的力学模型的扭曲弹性常数，基于算出的扭曲弹性常数来推定轮胎108的状态。

图16是表示轮胎状态推定单元330所用的轮胎108的力学模型的图。

如图16所示，轮胎108的力学模型410包括轮胎108的轮圈420的转动惯量、轮胎108的胎面430的转动惯量、将它们结合起来的弹簧(扭曲弹簧)440以及减震器450。即，轮胎108的力学模型410是将轮胎108产生的机械振动作为扭曲振动现象来进行模型化。力学模型410使用以下所示的各变数来表达。

J₁：轮圈420的转动惯量(内侧转动惯量)

J₂：胎面430的转动惯量(外侧转动惯量)

K：轮胎108的扭曲弹性常数

D：轮胎108的等价粘性系数

T_e：从车辆侧对轮圈420施加的输出转矩

T_d：由于轮胎108转动而从路面对胎面430施加的干扰转矩

ω₁：轮圈420的旋转角速度

ω₂：胎面430的旋转角速度

此外，θ_s是设为轮圈420与胎面430的旋转角度差。转动惯量J₁、外侧转动惯量J₂以及等价粘性系数D是能够视为固定值的参数。扭曲弹性常数K是表示结合轮圈420和胎面430的轮胎108的侧面橡胶部的弹性的参数，取决于气压(以下称作“轮胎内压”)。输出转矩T_e是控制对象。干扰转矩T_d是不明确的参数。旋转角速度ω₁是能够高精度地测量的参数。

轮胎状态检测装置10虽未图示，但例如包括CPU(Central ProcessingUnit：中央处理器)以及RAM(Random Access Memory)等存储介质等。此时，上述各功能单元的一部分或全部通过CPU执行控制程序来实现。轮胎状态检测装置10例如搭载于车辆中，可采用连接于轮胎108的驱动***的ECU的形态。

此种轮胎状态检测装置10提取轮胎108的共振频率，所以能够高精度地获取轮胎108的扭曲弹性常数，从而能够检测轮胎108的状态。

接着，对轮胎状态检测装置10的动作进行说明。

图17是表示实施方式3的轮胎状态检测装置10的动作的一例的流程图。

首先，每当推定轮胎状态的时刻(以下称作“推定实施时刻”)到来时，振动输入单元310将规定的振动输入轮胎108(S1090)。推定实施时刻既可在成为检测对象的车辆的行驶过程中也可在驻车过程中，既可在固定速度下的行驶过程中也可在不定速度下的行驶过程中。另外，推定实施时刻既可以预定的周期到来，也可以是由驾驶员进行按下开关等规定操作时。

然后，频率信息获取单元320获取轮胎108的频率信息，并将获取的频率信息输出至轮胎状态推定单元330(S1100)。轮胎状态推定单元330从输入的频率信息中提取轮胎108的共振频率(S1120)。然后，轮胎状态推定单元330根据提取的共振频率计算出轮胎108的扭曲弹性常数K(S1130)。

此处，对轮胎状态推定单元330检测共振频率，并基于共振频率算出扭曲弹性常数K的方法进行说明。此处，对将轮圈420的旋转角速度ω₁作为频率信息而输入轮胎状态推定单元330的情况进行说明。

此外，频率信息例如是用于相对于旋转角速度、电机驱动用的电压而对抑制因电机的旋转所产生的感应电动势的电流进行控制的控制电压的频率。

图18是表示轮胎108的频率特性的一例的图。横轴表示频率f，纵轴表示轮圈420的旋转角速度ω₁的功率谱密度。

轮胎状态推定单元330对轮圈420的旋转角速度ω₁进行FFT(FastFourier Transform)等频率分析，从而能够获得图18所示的频谱波形461。

如图18所示，在表示轮胎108的频率特性的频谱波形461中，受到轮胎内压影响的共振频率作为悬挂的前后振动与轮胎108的扭曲弹簧共振的耦合共振而出现在频率462。关于该现象的详细情况，例如在非专利文献1中有所记载，所以此处省略说明。

并且，在频谱波形461上，在轮胎108的共振频率即上述的频率462处出现陡峭的山的峰值。

因此，轮胎状态推定单元330通过检测频谱波形461的峰值位置来获取共振频率462。

此外，轮胎108的共振频率f_c0一般是由二惯性系模型而如以下的数式(1)表示。

$f_{c0}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{K(\frac{1}{J_1}+\frac{1}{J_2})}\·\·\·\left(1\right)$

因此，轮胎状态推定单元330检测共振频率f_c0，根据作为固定值的转动惯量J₁以及外侧转动惯量J₂，使用数式(1)能够算出扭曲弹性常数K。

此处，频率信息中包括大量因轮胎与路面的摩擦系数或凹凸产生的、扭曲共振频率以外的振动成分造成的振动噪声。共振频率f_c0易被埋没在此类振动噪声中，所以在以往技术中难以检测。

因此，如上所述，轮胎状态检测装置10通过振动输入单元310将易提取共振频率f_c0的规定的振动输入轮胎108。由此，轮胎状态检测装置10能够更确实且高精度地提取共振频率f_c0。

此外，轮胎状态推定单元330例如也可通过以下说明的方法来算出共振频率f_c0，从而算出扭曲弹性常数K。

轮胎状态推定单元330也可如非专利文献1所记载般利用统一型最小乘方推定法等来算出扭曲弹性常数K。

然后，轮胎状态推定单元330根据算出的共振频率f_c0，使用数式(1)来算出轮胎108的扭曲弹性常数K。

这样，轮胎状态检测装置10只要能够提取共振频率f_c0，便能够计算出精度良好地表示当前的轮胎108的状态的扭曲弹性常数K。

如上所述，实施方式3的轮胎状态检测装置10对轮胎108施加规定的振动，获取轮胎108的频率信息，并从该频率信息中提取轮胎108的共振频率。然后，轮胎状态检测装置10根据提取的共振频率来推定轮胎108的状态。由此，轮胎状态检测装置10每次都能够计算出轮胎108的力学模型的扭曲弹性常数，从而能够高精度地检测轮胎108的状态。

此外，上述非专利文献1公开的技术未进行用于使后述的轮胎108的共振频率易提取的振动的输入。因此，在非专利文献1公开的技术中，无法确实且高精度地提取共振频率。

因此，与此种非专利文献1公开的技术相比，本发明的轮胎状态检测装置10能够以更高的精度来进行轮胎108的状态检测。

(实施方式4)

图19是表示本发明的实施方式4的轮胎状态检测装置的结构的一例的方框图，对应于实施方式3的图15。

实施方式4的轮胎状态检测装置10与实施方式3的主要的不同之处在于配置有基于过去获取的与轮胎状态相关的信息来决定共振用振动的振动输入单元310a、以及反馈与轮胎状态相关的信息的轮胎状态推定单元330a。

轮胎状态推定单元330a基于扭曲弹性常数K的变化来判断轮胎108的气压是否显著下降。然后，轮胎状态推定单元330a保存共振频率f_c0和针对有无因爆胎等造成轮胎气压显著下降(以下称作“气压下降”)的判定结果。

振动输入单元310a获取轮胎状态推定单元330a所保存的共振频率f_c0以及有无气压下降的信息。然后，振动输入单元310a基于这些信息，控制转矩的大小以及振动频率中的至少一者或者这两者，以成为易提取共振频率f_c0的振动。如果转矩的大小以及振动频率中的一者为固定值，则振动输入单元310a只要仅控制并非固定值的另一者即可。

图20是表示实施方式4的轮胎状态检测装置10的动作的一例的流程图，对应于实施方式3的图17。

振动输入单元310a每当推定实施时刻到来时，读取轮胎状态推定单元330a中保存的在上次的推定实施时刻获取的(以下简称作“上次的”)共振频率f_c0以及有无气压下降的信息(S1050)。

该信息的读取例如也可由振动输入单元310a对轮胎状态推定单元330a送出信息要求指令，获取了改信息要求指令的轮胎状态推定单元330a将信息送往振动输入单元310a。然后，如果无气压下降(S1051：“否”)，则振动输入单元310a决定用于使包含该共振频率f_c0的振动产生的共振用振动(S1060)，并将决定的共振用振动输入轮胎108(S1090)。共振用振动的决定的详细情况如后所述。此外，如果有气压下降(S1051：“是”)，则振动输入单元310a不进行共振用振动的输出而结束处理。

另一方面，轮胎状态推定单元330a在算出扭曲弹性常数K(t)时(S1130)，判断在本次的推定实施时刻获取的(以下简称作“本次的”)扭曲弹性常数K(t)与上次的扭曲弹性常数K(t-1)之差是否为预定的阈值以上(S1140)。此外，t表示基于最新的频率信息的参数，t-n表示基于在n次前的推定实施时刻输入的频率信息的参数。

轮胎状态推定单元330a在本次的扭曲弹性常数K(t)与上次的扭曲弹性常数K(t-1)之差为阈值以上时，即在轮胎内压发生急剧变化时(S1140：“是”)，判断为轮胎108的气压下降已发生(S1150)。然后，轮胎状态推定单元330a保存表示气压下降已发生的气压下降信息(S1160)。

该气压下降信息在下次的推定实施时刻的(以下简称作“下次的”)步骤S1050中，由振动输入单元310a读取。然后，在进行轮胎更换或修理后的重置处理之前，即在输入无气压下降的气压下降信息之前，振动输入单元310a停止共振用振动的输出。此外，该重置处理是通过在进行轮胎更换之后由驾驶员等按下未图示的重置按钮等来指示。当指示重置处理时，轮胎状态推定单元330a废弃所保存的轮胎气压下降信息。

另外，轮胎状态推定单元330a在差小于阈值时(S1140：“否”)，保存共振频率f_c0以及弹性常数K(t)(S1180)。这些参数中，共振频率f_c0在下次的步骤S1050中由振动输入单元310a读取。另外，弹性常数K(t)在下次的步骤S1140中被用作上次的弹性常数K(t-1)。

此外，轮胎状态推定单元330a也可保存多次的弹性常数K(t-1)、K(t-2)、......K(t-m)(m：正整数)。并且，轮胎状态推定单元330a也可将所保存的多次的弹性常数中的任意的一个或最大值或平均值与本次的弹性常数K(t)之差用于判定。

以下，对共振用振动的决定的详细情况进行说明。

在共振频率f_c0不明确的阶段，易提取共振频率f_c0的振动也不明确。因此，振动输入单元310a将共振用转矩决定为在较宽的频带内从低频率向高频率或者从高频率向低频率扫描的正弦波状的转矩。即，振动输入单元310a在共振频率f_c0不明确的初始状态下，将探索相对较宽范围的振动转矩决定为共振用转矩，以便能够确实地提取共振频率f_c0。

然而，此种针对较宽频带的探索比较耗费时间。

因此，轮胎状态检测装置10在之前检测出共振频率f_c0时，缩小探索范围，以实现探索时间的缩短。具体而言，振动输入单元310a将限定为包含从轮胎状态推定单元330a获取的上次的共振频率f_c0的较窄频带的振动转矩决定为共振用转矩。

例如，振动输入单元310a在包含上次的共振频率f_c0的范围内设定频率的上限、下限值，并将从下限值的频率向上限值的频率或者从上限值的频率向下限值的频率进行扫描的正弦波状的转矩决定为共振用转矩。或者，振动输入单元310a制作在包含上次的共振频率f_c0的范围内限定通过频带的带通滤波器，振动输入单元310a有意识地产生白色噪声，并将能够使该白色噪声通过所生成的带通滤波器的白色噪声转矩决定为共振用转矩。

此外，振动输入单元310a也可仅在共振频率f_c0的变化较少时进行探索范围的缩小。另外，振动输入单元310a也可使用多次的共振频率f_c0的平均值来进行探索范围的缩小。而且，振动输入单元310a也可在进行该平均值的计算时，将偏离较大的值除外而算出平均值。由此，轮胎状态检测装置10能够提高共振频率f_c0的提取精度。

另外，当轮胎108发生气压下降或更换轮胎108时，轮胎108的状态发生较大变化，所以共振频率f_c0大幅改变的可能性较高。因此，在此种情况下，振动输入单元310a解除探索范围的缩小，将探索相对较宽范围的振动转矩决定为共振用转矩。

这样，实施方式4的轮胎状态检测装置10能够缩短共振频率f_c0的探索时间。由此，实施方式4的轮胎状态检测装置10能够在短时间检测轮胎108的状态。

(实施方式5)

图21是表示本发明的实施方式5的轮胎状态检测装置的结构的一例的方框图，对应于实施方式4的图19。

实施方式5的轮胎状态检测装置10与实施方式4的主要的不同之处在于包括轮胎内压计算单元340以及信息提示单元350。此外，轮胎内压计算单元340对应于实施方式1以及实施方式2的内压导出单元110，信息提示单元350对应于实施方式1以及实施方式2的信息提示单元111。

轮胎内压计算单元340从轮胎状态推定单元330a获取扭曲弹性常数K(t)，并基于扭曲弹性常数K(t)计算出轮胎108的内压。具体而言，轮胎内压计算单元340对于轮胎108的内压，例如预习存储轮胎的弹性常数K与轮胎108的内压之间的相关关系，并使用该相关关系，根据弹性常数K(t)计算出轮胎108的内压。该相关关系既可由表来定义，也可由函数来定义。然后，轮胎内压计算单元340将算出的轮胎108的内压作为内压信息而输出至信息提示单元350。

扭曲弹性常数K与轮胎108的内压之间的相关关系为比例关系。扭曲弹性常数K与轮胎108的内压之间的比例关系以及基于此的轮胎108的内压的检测方法的详细情况已在例如非专利文献1中有所记载，所以此处省略说明。但是，轮胎内压计算单元340所用的轮胎108的内压的检测方法并不限定于非专利文献1中记载的方法。

另外，轮胎内压计算单元340在轮胎状态推定单元330a中保存了气压下降信息时，获取此信息并输出至信息提示单元350。

信息提示单元350在自轮胎内压计算单元340输入内压信息或气压下降信息时，向驾驶员提示内压信息以及气压下降信息的内容。该提示例如通过仪表板或导航装置的显示器上的显示、或者来自扬声器的声音输出而进行。

图22是表示实施方式5的轮胎状态检测装置10的动作的一例的流程图，对应于实施方式4的图20。

轮胎状态推定单元330a在判断为轮胎108已发生气压下降时(S1150)，保存气压下降信息，并且输出至轮胎内压计算单元340(S1161)。另外，轮胎状态推定单元330a在本次的扭曲弹性常数K(t)与上次的扭曲弹性常数K(t-1)之差小于预定的阈值时(S1140：“否”)，将扭曲弹性常数K(t)输出至轮胎内压计算单元340(S1170)。然后，轮胎状态推定单元330a保存扭曲弹性常数K(t)(S1180)。

轮胎内压计算单元340在输入扭曲弹性常数K(t)时，根据扭曲弹性常数K(t)计算出轮胎108的内压(S1190)。然后，轮胎内压计算单元340将算出的内压作为内压信息而输出至信息提示单元350。另外，轮胎内压计算单元340在输入气压下降信息时，将轮胎108已发生气压下降的情况输出至信息提示单元350。其结果，表示轮胎108的内压的内压信息与表示轮胎108已发生气压下降的气压下降信息被适当地对应于轮胎108的状态而提示给驾驶员(S1200)。

这样，实施方式5的轮胎状态检测装置10将轮胎108的状态提示给驾驶员，所以能够促使驾驶员进行适当的处置，例如充入空气或修理爆胎等。由此，实施方式5的轮胎状态检测装置10能够提高车辆的安全性或节省燃料费。

此外，信息提示的对象并不限定于驾驶员，也可为其他的同乘人员或车辆的维修人员、车辆的远程监控人员。当对维修人员进行提示时，轮胎状态检测装置10必须具备记录内压信息以及气压下降信息或者基于它们的各信息的记录介质。另外，当对远程监控人员进行提示时，轮胎状态检测装置10必须具备对管理服务器等外部装置发送内压信息以及气压下降信息的通信装置。

(实施方式6)

图23是表示本发明的实施方式6的轮胎状态检测装置的结构的一例的方框图，对应于实施方式5的图21。

实施方式6的轮胎状态检测装置10适用于将蓄电池单元510、变频器单元520以及电机单元530作为驱动***的轮胎108。实施方式6的轮胎状态检测装置10与实施方式5的主要的不同之处在于，振动输入单元310a被替换为变频器控制单元311，频率信息获取单元320被替换为旋转角速度检测单元321。此外，蓄电池单元510、变频器单元520以及电机单元530分别对应于实施方式1以及实施方式2的蓄电池单元105、变频器单元104以及电机单元107、201。另外，变频器控制单元311以及旋转角速度检测单元321分别对应于实施方式1以及实施方式2的变频器控制单元103以及旋转角速度计算单元203。

蓄电池单元510是将变频器单元520输出电流所需的电力提供给变频器单元520的蓄电池。

变频器单元520依照从后述的变频器控制单元311输入的电机驱动电流的输出指令值，对电机单元530输出电力。

电机单元530通过从变频器单元520提供的电力来产生转矩，以驱动轮胎108。

变频器控制单元311输入表示驾驶员为了加速车辆而踩踏的加速踏板(例如实施方式1以及实施方式2的加速踏板100)的踩踏量的操作信息(以下简称作“操作信息”)。该输入例如使用实施方式1以及实施方式2的加速踏板位置传感器单元101来进行。然后，变频器控制单元311由操作信息决定行驶用转矩的值。另外，变频器控制单元311与实施方式5的振动输入单元310a同样地决定共振用转矩。继而，变频器控制单元311将使共振用转矩与行驶用转矩的合成转矩从电机单元530输出的电机驱动电流的输出指令值输出至变频器单元520。

而且，变频器控制单元311通过电流检测单元(未图示)来检测电机单元530的电机驱动电流的实际输出值。然后，变频器控制单元311控制变频器单元520对电机单元530的电力供应，以使该实际输出值与由变频器控制单元311算出的输出指令值一致。

变频器控制单元311既可通过算出合成转矩的值来进行此种输出指令值的生成，也可通过合成(相加)共振用电流与行驶用电流来进行。

旋转角速度检测单元321从轮胎108检测轮胎108的轮圈的旋转角速度ω1，并作为上述频率信息而输出至轮胎状态推定单元330a。旋转角速度检测单元321例如从对转子相对于轮胎108的定子的旋转角度进行检测的编码器(未图示)获取轮圈的旋转角度。然后，旋转角速度检测单元321对轮圈的旋转角度分别进行时间微分，从而计算出旋转角速度ω₁。

此外，旋转角速度检测单元321例如也可使用由增量编码器或绝对编码器等光学式编码器或者由霍尔器件等构成的磁式编码器等来获取旋转角度。另外，旋转角速度检测单元321也可从轮胎108直接获取旋转角度或旋转角速度。

轮胎状态推定单元330a基于从旋转角速度检测单元321输入的旋转角速度ω₁来计算出轮胎108的共振频率f_c0。

图24是表示实施方式6的轮胎状态检测装置10的动作的一例的流程图，对应于实施方式5的图22。

首先，当加速踏板被踩踏时，变频器控制单元311导出基于加速踏板的踩踏量的行驶用转矩的值(S1010)，并导出与行驶用转矩的值对应的行驶用电流(S1020)。然后，如果并非推定实施时刻(S1030：“否”)，则变频器控制单元311将行驶用电流作为输出指定值而输出至变频器单元520。其结果，从电机单元530仅输出行驶用电流来作为电机驱动电流(S1040)，仅行驶用转矩被施加至轮胎108。

另一方面，如果为推定实施时刻(S1030：“是”)，变频器控制单元311读取上次的共振频率f_c0(S1050)。然后，如果无气压下降(S1051：“否”)，则变频器控制单元311导出用于使包含上次的共振频率f_c0的振动产生的共振用转矩(S1061)。继而，变频器控制单元311导出与共振用转矩的值对应的共振用电流(S1070)，生成在行驶用电流上重叠有共振用电流的合成驱动电流的输出指令值，并输出至变频器单元520(S1081)。其结果，自电机单元530输出合成驱动电流来作为电机驱动电流(S1091)，合成驱动转矩被施加至轮胎108。

然后，旋转角速度检测单元321检测轮胎108的旋转角速度ω₁，作为时间序列的旋转角速度信号而输出至轮胎状态推定单元330a(S1101)。轮胎状态推定单元330a使输入的旋转角速度信号通过上述的、以包含上次的共振频率f_c0的频带作为通过频带的带通滤波器(S1110)。继而，从通过带通滤波器之后的旋转角速度信号提取轮胎108的共振频率f_c0(S1120)。

这样，实施方式6的轮胎状态检测装置10通过输入操作信息并控制电机驱动电流的值，从而进行行驶用转矩以及共振用转矩的输入。由此，实施方式6的轮胎状态检测装置10对于能够获取操作信息且能够指定电机驱动电流的值的驱动***的轮胎108，能够容易地输入共振用振动。

另外，实施方式6的轮胎状态检测装置10从稳定且固定地连结于轮胎108的电机单元530输入共振用振动，所以能够减小频率信息中的共振频率以及共振频率以外的振动成分的影响。

另外，实施方式6的轮胎状态检测装置10获取从为了驱动电机单元530而设置的旋转角度传感器获取的旋转角速度来作为频率信息，所以不需要准备用于检测振动的其他传感器。

此外，在停车过程中时，处于驾驶员未踩踏加速踏板的状态，行驶用转矩为零。因此，轮胎状态检测装置10在停车过程中进行轮胎108的状态检测时，仅将共振用转矩输入轮胎108。

(实施方式7)

图25是表示实施方式7的轮胎状态检测装置的结构的一例的方框图，对应于实施方式6的图23。

实施方式7的轮胎状态检测装置10与实施方式6的主要的不同之处在于，旋转角速度检测单元321被替换为电流获取单元322以及旋转角速度检测单元323。

电流获取单元322从电机单元530获取电机驱动电流的实际输出值，并输出至旋转角速度检测单元323。

旋转角速度检测单元323根据电机驱动电流的实际输出值I_q计算出轮胎108的轮圈的旋转角速度ω₁，并输出至轮胎状态推定单元330a。

此处，对旋转角速度检测单元323根据电机驱动电流的实际输出值I_q计算旋转角速度ω₁的方法进行说明。

图26是表示电机驱动***的结构的一例的控制方框图。

变频器控制单元311的PI控制器521是控制流经电机单元530的电流的实际输出值I_q，以使由电机单元530检测出的合成驱动电流的实际输出值与由变频器控制单元311算出的合成驱动电流(的指令值)一致的控制器。即，PI控制器521将电机单元530的实际输出值I_q与由变频器控制单元311算出的输出指令值I_{q_ref}一致的控制电压V_{q_ref}施加至电机单元530。

电机电路531是能够通过绕线线圈的电感L以及绕线线圈的电阻R来进行模型化的电子电路。通过实际输出值I_q，与转矩常数K_t成正比的输出转矩T_e被施加至轮胎108。并且，电机单元530的转子与轮胎108的旋转一同以旋转角速度ω₁旋转。此时，在电机单元530中，产生与转子的旋转角速度ω₁成正比(比例常数K_e)的反电动势-K_eω₁，在电机单元530的绕线线圈的两端，输入电压V＝V_{q_ref}-K_eω₁作为实际输入电压值。基于此关系，导出以下的数式(2)。

${\widehat{\mathrm{\ω}}}_1=\frac{1}{K_e}(V_{q\_\mathrm{ref}}-V)=\frac{1}{K_e}(V_{q\_\mathrm{ref}}-L{\stackrel{\·}{I}}_q\text{-}{\mathrm{RI}}_q)\·\·\·\left(2\right)$

旋转角速度检测单元323根据实际输出值I_q以及控制电压V_{q_ref}，使用数式(2)来算出电机单元530的旋转角速度(即轮胎108的轮圈的旋转角速度)ω₁，并输出至轮胎状态推定单元330a。

这样，实施方式7的轮胎状态检测装置10能够由输出至电机单元530的驱动电流的实际输出值以及由变频器控制单元311算出的控制电压来检测旋转角速度ω₁，所以能够省去编码器等传感器。

此外，实施方式7中，电机单元530是在转子的表面贴附有永磁铁的表面磁铁结构的同步电机，且设想d轴电流为零的电流控制，但电机单元530的结构并不限定于此。例如，即使在电机单元530是在转子的内部埋入永磁铁的埋入磁铁结构的同步电机且设想d轴电流并非零的电流控制***时，也能够同样地检测旋转角速度ω₁。

(实施方式8)

图27是表示实施方式8的轮胎状态检测装置的结构的一例的方框图，对应于实施方式6的图23。

实施方式8的轮胎状态检测装置10适用于将蓄电池单元510、变频器单元520、电机单元530以及变频器控制单元540作为驱动***的轮胎108。实施方式8的轮胎状态检测装置10与实施方式6的主要的不同之处在于，变频器控制单元311被替换为控制单元312。此外，控制单元312对应于实施方式1以及实施方式2的ECU102。

变频器控制单元540基于从后述的控制单元312输入的、轮胎108的输出转矩的值，计算出电机单元530输出该输出转矩的电机驱动电流的输出指令值，并输出至变频器单元520。或者，变频器控制单元540基于从后述的控制单元312输入的、电机单元530输出轮胎108的输出转矩的电机驱动电流，计算出输出该电机驱动电流的输出指令值，并输出至变频器单元520。

控制单元312与实施方式5记载的振动输入单元310a同样地，决定基于操作信息的行驶用转矩的值和共振用转矩的值。然后，控制单元312将共振用转矩与行驶用转矩合成的合成转矩的值作为轮胎108的输出转矩的值而输出至变频器控制单元540。此外，输出转矩的值的输出也可并非将输出转矩的值自身输出，而是通过向用于对轮胎108输出输出转矩的电机单元530输出电机驱动电流来进行。

这样，实施方式8的轮胎状态检测装置10通过输入操作信息并控制输出转矩的值，从而进行行驶用转矩以及共振用转矩的输入。由此，实施方式8的轮胎状态检测装置10对于能够获取操作信息且能够指定输出转矩的值的驱动***的轮胎108，能够容易地输入共振用振动。

(实施方式9)

图28是表示实施方式9的轮胎状态检测装置的结构的一例的方框图，对应于实施方式6的图23。

实施方式9的轮胎状态检测装置10与实施方式6的主要的不同之处在于具有电流指示单元313。此外，控制单元312对应于实施方式1以及实施方式2的ECU102。

电流指示单元313与实施方式6的变频器控制单元311同样地决定共振用转矩。然后，电流指示单元313将电机单元530输出所决定的共振用转矩的电机驱动电流的值作为共振用电流的值而输出至变频器控制单元311。

变频器控制单元311决定与加速踏板的踩踏量对应的行驶用转矩的值，并计算出电机单元530输出该行驶用转矩的行驶用电流的值。然后，变频器控制单元311将从电流指示单元313输入的共振用电流的值加上行驶用电流的值而算出合成驱动电流的值，并将计算结果作为输出指令值而输出至变频器单元520。

这样，实施方式9的轮胎状态检测装置10具有生成使轮胎108产生固有振动的共振用电流的电流指示单元313，从而将重叠于行驶用电流的合成驱动电流输出至电机单元530，以进行行驶用转矩以及共振用转矩的输入。由此，实施方式9的轮胎状态检测装置10对于轮胎108，能够容易地输入共振用振动。

(实施方式10)

图29是表示实施方式10的轮胎状态检测装置的结构的一例的方框图，对应于实施方式8的图27。

实施方式10的轮胎状态检测装置10与实施方式8的主要的不同之处在于具有共振用振动指示单元314。此外，共振用振动指示单元314对应于实施方式1以及实施方式2的ECU102。

共振用振动指示单元314与实施方式9的电流指示单元313同样地决定共振用转矩。然后，共振用振动指示单元314将所决定的共振用转矩的值输出至控制单元312。

控制单元312决定与驾驶员为了加速车辆而踩踏的加速踏板(未图示)的踩踏量对应的行驶用转矩。然后，控制单元312计算出从共振用振动指示单元314输入的共振用转矩与行驶用转矩的合成转矩，并输出至变频器控制单元540。或者，控制单元312导出从电机单元530输出该行驶用转矩的电机驱动电流(即，行驶用电流)的值，并且控制单元312导出电机单元530输出从共振用振动指示单元314输入的共振用转矩的电机驱动电流(即，共振用电流)的值，生成在行驶用电流上重叠有共振用电流的合成驱动电流，并输出至变频器控制单元540。

这样，实施方式10的轮胎状态检测装置10具有生成用于使轮胎108产生固有振动的共振用转矩的共振用振动指示单元314，从而将基于与行驶用转矩重叠的合成转矩的合成驱动电流输出至电机单元530，以进行行驶用转矩以及共振用转矩的输入。由此，实施方式10的轮胎状态检测装置10对于能够对轮胎108指定电机驱动电流的值的驱动***的轮胎108，能够容易地输入共振用振动。

(实施方式11)

图30是表示实施方式11的轮胎状态检测装置的结构的一例的方框图，对应于实施方式6的图23。

实施方式11的轮胎状态检测装置10与实施方式6的主要的不同之处在于未配置旋转角速度检测单元321。

轮胎状态推定单元330a输入变频器控制单元311所算出的针对图26的电机单元530的控制电压V_{q_ref}，例如通过以下的方法算出共振频率f_c0，并推定轮胎108的状态。

根据在图26中说明的关系，导出以下的数式(3)。

$V_{q\_\mathrm{ref}}=K_e{\widehat{\mathrm{\ω}}}_1+V=K_e{\widehat{\mathrm{\ω}}}_1+(L{\stackrel{\·}{I}}_1+{\mathrm{RI}}_q)\·\·\·\left(3\right)$

在该数式(3)中，右边第二项+第3项(I_q的项)被控制成，电机单元530输出从变频器控制单元311输入的电机驱动电流的输出指令值I_{q_ref}，所以出现与输入即输出指令值I_{q_ref}相同的频率特性。另一方面，右边第一项(K_eω₁的项)是在数式(1)中说明的、对应于包含共振频率f_c0的振动而产生的反电动势。因此，通过使用数式(3)的控制电压V_{q_ref}，能够检测受到轮胎内压影响的扭曲弹簧的共振频率f_c0。

作为由控制电压V_{q_ref}检测共振频率f_c0的方法，可采用对控制电压V_{q_ref}进行上述频率分析而检测表示共振频率f_c0的陡峭的峰值位置的方法、或者利用上述统一型最小乘方推定法的方法。

这样，实施方式11的轮胎状态检测装置10由针对电机单元530的控制电压来推定轮胎108的状态，所以能够省去旋转角速度获取单元。即，实施方式11的轮胎状态检测装置10并不使用检测轮胎108的角度或旋转角速度的传感器，能够以与使用传感器的结构同等的精度来检测轮胎108的状态。

此外，实施方式6～实施方式11的轮胎状态检测装置采用了控制对变频器单元的输入信号来作为对轮胎输入规定的振动的方法，但也可直接控制对电机单元的输入信号(即控制电压)。即，轮胎状态检测装置也可采用包含变频器单元的结构。

另外，实施方式6～实施方式11的轮胎状态检测装置也可未必具备轮胎内压计算单元以及信息提示单元。

另外，实施方式8～实施方式10的轮胎状态检测装置也可取代旋转角速度获取单元而具备实施方式7的电流获取单元以及旋转角速度检测单元。

另外，实施方式8～实施方式10的轮胎状态检测装置既可未必具备旋转角速度获取单元，也可从实施方式11中说明的控制电压提取共振频率。

于2009年9月30日申请的特愿第2009-228279号的日本申请案中包含的说明书、附图以及说明书摘要的公开内容全部被本申请引用。

工业实用性

本发明的轮胎状态检测装置可用作为能够高精度地检测轮胎状态的轮胎状态检测装置以及轮胎状态检测方法，尤其可用作为用于汽车或铁路车辆等的一部分的装置。

Claims (17)

1.轮胎状态检测装置，其检测固定在车轮上的充气轮胎的轮胎状态，所述车轮由包含电机和向所述电机提供电流的变频器的驱动***驱动，所述轮胎状态检测装置包括：

振动输入单元，其通过控制所述变频器的施加于所述电机的控制电压而从所述电机产生规定的振动，由此，将所述规定的振动输入到所述轮胎；

频率信息获取单元，其获取输入了所述规定的振动时的所述轮胎的频率信息；以及

轮胎状态推定单元，其从获取了的所述频率信息中提取所述轮胎的共振频率，并根据提取出的所述轮胎的共振频率，计算基于外侧转动惯量、内侧转动惯量以及作用在它们之间的弹力的弹性常数对所述轮胎进行了模型化时的所述弹性常数。

2.如权利要求1所述的轮胎状态检测装置，

所述振动输入单元通过所述变频器将用于所述轮胎的旋转的行驶用电流与用于所述规定的振动的共振用电流重叠所得的合成驱动电流输出到所述电机，由此，在所述轮胎上产生所述规定的振动。

3.如权利要求1所述的轮胎状态检测装置，

所述轮胎状态推定单元基于所述弹性常数的变化，检测所述轮胎的气压下降的发生。

4.如权利要求2所述的轮胎状态检测装置，

所述轮胎状态推定单元基于所述弹性常数的变化，检测所述轮胎的气压下降的发生。

5.如权利要求1所述的轮胎状态检测装置，

所述频率信息获取单元获取所述轮胎的旋转角速度，作为所述频率信息。

6.如权利要求2所述的轮胎状态检测装置，

所述频率信息获取单元获取所述轮胎的旋转角速度，作为所述频率信息。

7.如权利要求3所述的轮胎状态检测装置，

所述振动输入单元在检测出所述气压下降的发生时以及上次提取出的所述轮胎的共振频率不存在时，将第一频带决定为所述规定的振动的频率，在未检测出所述气压下降的发生且上次提取出的所述轮胎的共振频率存在时，将包含上次提取出的所述轮胎的共振频率且比所述第一频带窄的第二频带决定为所述规定的振动的频率。

8.如权利要求4所述的轮胎状态检测装置，

所述振动输入单元在检测出所述气压下降的发生时以及上次提取出的所述轮胎的共振频率不存在时，将第一频带决定为所述规定的振动的频率，在未检测出所述气压下降的发生且上次提取出的所述轮胎的共振频率存在时，将包含上次提取出的所述轮胎的共振频率且比所述第一频带窄的第二频带决定为所述规定的振动的频率。

9.如权利要求3所述的轮胎状态检测装置，还包括：

轮胎内压计算单元，其根据计算出的所述弹性常数，计算所述轮胎的内压；以及

信息提示单元，其提示计算出的所述内压和检测出的所述气压下降的发生中的至少一个信息。

10.如权利要求4所述的轮胎状态检测装置，还包括：

轮胎内压计算单元，其根据计算出的所述弹性常数，计算所述轮胎的内压；以及

信息提示单元，其提示计算出的所述内压和检测出的所述气压下降的发生中的至少一个信息。

11.如权利要求5所述的轮胎状态检测装置，

所述频率信息获取单元根据用于所述变频器驱动所述电机而提供的驱动电流、以及用于提供驱动电流而对电机施加的所述控制电压，获取所述旋转角速度。

12.如权利要求6所述的轮胎状态检测装置，

所述频率信息获取单元根据用于所述变频器驱动所述电机而提供的驱动电流、以及用于提供驱动电流而对电机施加的所述控制电压，获取所述旋转角速度。

13.如权利要求1所述的轮胎状态检测装置，

所述振动输入单元计算用于变频器进行控制以从所述电机产生所述规定的振动的指令信息，所述变频器向所述电机提供电流。

14.如权利要求2所述的轮胎状态检测装置，

所述振动输入单元计算用于变频器进行控制以从所述电机产生所述规定的振动的指令信息，所述变频器向所述电机提供电流。

15.如权利要求1所述的轮胎状态检测装置，

所述车轮是由电机驱动的车轮，

所述振动输入单元控制变频器对所述电机的控制电压，以从所述电机产生所述规定的振动，所述变频器向所述电机提供电流，

所述频率信息获取单元获取所述控制电压作为所述频率信息。

16.如权利要求2所述的轮胎状态检测装置，

所述车轮是由电机驱动的车轮，

所述振动输入单元控制变频器对所述电机的控制电压，以从所述电机产生所述规定的振动，所述变频器向所述电机提供电流，

所述频率信息获取单元获取所述控制电压作为所述频率信息。

17.轮胎状态检测方法，用于检测固定在车轮上的充气轮胎的轮胎状态，所述车轮由包含电机和向所述电机提供电流的变频器的驱动***驱动，所述轮胎状态检测方法包括以下的步骤：

振动输入单元通过控制所述变频器的施加于所述电机的控制电压而从所述电机产生规定的振动，由此，将所述规定的振动输入到所述轮胎；

频率信息获取单元获取输入了所述规定的振动时的所述轮胎的频率信息；以及

轮胎状态推定单元从获取了的所述频率信息中提取所述轮胎的共振频率，并根据提取出的所述轮胎的共振频率，计算基于外侧转动惯量、内侧转动惯量以及作用在它们之间的弹力的弹性常数对所述轮胎进行了模型化时的所述弹性常数。

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