JP2006160246A

JP2006160246A - タイヤの低い漏洩率の検出方法

Info

Publication number: JP2006160246A
Application number: JP2005335098A
Authority: JP
Inventors: Jack Edward Brown Jr; ジャック　エドワード　ブラウン、　ジュニア
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2006-06-22
Also published as: US20060122747A1; CN1891509B; CN1891509A; EP1666279A2; BRPI0505101A; EP1666279A3; US8565959B2

Abstract

【課題】タイヤが低い漏洩率で漏洩し、または空気圧が長時間推奨値を下回っているときにも運転者に空気圧低下警告を発する。
【解決手段】測定されたタイヤパラメータを監視する方法は、少なくとも一つのタイヤパラメータを同定するステップ１２と、タイヤパラメータを測定するステップ１４と、タイヤパラメータの測定結果を最適に評価する少なくとも一つの分析システムを、複数の分析システムから選択するステップ１６と、測定されたタイヤパラメータを、選択された分析システムによって分析するステップ２０，２４と、測定されたタイヤパラメータの分析に基づく結果を送信するステップ２５を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は一般的にはタイヤの監視および警告システムに関し、特にタイヤの空気圧が極めて低い漏洩率を示し、または長期間推奨値以下となっているときの警告方法に関する。

タイヤの空気圧を適正に維持することで、ハンドリングが改善され、燃費が向上し、乗物に装着されたタイヤの使用寿命が延びることは多くの文献に述べられている。さらに、タイヤの空気圧を適正に維持することは、乗物の安全な運転にとって重要な考慮事項である。議論の余地のない重要性にも拘らず、タイヤの空気圧は、多くの一般の運転手によって、十分な頻度で監視され管理されているとはいえないであろう。十分によく管理されたタイヤであっても、乗物の運転中に損傷を受けて空気圧が低下し、運転者にとって潜在的に危険な状態を作り出すことがある。さらに、「エクステンデッド・モビリティ・タイヤ」（ＥＭＴ）の誕生と、市場でのその一層の増加により、乗物の運転者が空気圧の低下あるいは漏洩状態を検出し、適切な処置を取ることは難しくなるであろう。その結果、空気圧が製造者の推奨限度以下まで低下した状態のタイヤを長く使用することが起こりうる。

１つ以上のタイヤパラメータを監視し、測定されたパラメータのいずれかがあらかじめ設定された閾値を越えると運転者に警告を発するタイヤの空気圧の監視システムは、公知であり、ますます利用されている。タイムリーな警告は、運転者にタイヤの空気圧を適切に維持するように促す。このようなシステムは、典型的には、温度や圧力などのタイヤパラメータを連続的に測定し、測定されたデータを分析のために離れた受信機に送信する１つ以上のセンサを有している。タイヤ監視システムの目的は、１つ以上のタイヤで異常状態が生じたときに、運転者に警告を発することである。典型的には、タイヤの空気圧と温度が報告されるパラメータである。これらの情報が有益であるためには、これらの情報は迅速に送信され、かつ信頼性の高いものでなければならない。しかし、温度や圧力のセンサ測定結果の生値から得られるデータを表示しても、低い漏洩率で漏洩しているタイヤの状態を正確に表示するには十分でない場合がある。さらに、タイヤの空気圧の大きな変化が検出されたときだけ警告を発する監視システムは、タイヤの圧力変化が小さく、タイヤの空気圧が長時間推奨レベルを下回っている場合には不適切である。漏洩率の小さな状態、あるいはタイヤの空気圧が長時間推奨値を下回っているときに警告を発することのできるシステムまたは方法を得ることは、これまで困難であった。

したがって、低い漏洩率で漏洩し、または空気圧が長時間推奨値を下回っているタイヤにおける情報処理方法の必要性が存在し続けている。望まれる分析の枠組みは、強靭で、確実な手法に基づき、高い汎用性を持ったものでなければならない。圧力検知のためには、ピエゾ電気センサ、電子センサ、カーボンセンサ、光学反射センサ、容量センサ、誘導音響センサ、超音波センサを含む種々のタイプのセンサが利用可能である。望まれる分析手法は、今日使われている様々な監視システムに適用できるように、センサ、通信手段およびデータ処理用ハードウェアを利用可能で、かつこれらから独立したものでなければならない。さらに、分析手法は、関連するハードウェアコストの一層の低減のために、コンピュータ処理のためのメモリ要求量が相対的に小さいものでなければならない。根本的には、分析手法は、タイヤが急激に減圧しているときでも、漏洩率は小さいが依然として最小空気圧の閾値を上回っているときでも、運転者にタイムリーな警告を発するものでなければならない。

本発明は、幅広い減圧状態に対して運転者に空気圧低下警告を発する、強靭な方法を提供するという当業界における必要性に対処するものである。本方法は、タイヤの漏洩率が高いときあるいは極めて低いとき、またはタイヤが長時間低空気圧状態におかれたときに、正確でタイムリーな警告を発する。本発明の一実施態様によれば、アナログモデルおよびこれに関連するアルゴリズムが、低漏洩率タイヤシステムを模擬するために用いられる。このモデルは、タイヤの空気圧の変化を、乗物システム内で受けた圧力変化と乗物の走行距離との積として表される、乗物システムのエネルギ変化として推定する。こうして、１本または複数本のタイヤの空気圧が変化すると、システムのエネルギが変化する。冷間時圧力と低漏洩の漏洩率限界値(low leakage RateLimit)の推奨値は特定される。推奨値を下回る圧力への圧力降下は、従来のセンサ装置によって、所定のサンプリング間隔で測定される。最小漏洩率限界値(minimum RateLimit)よりも小さな漏洩率に対しては、圧力が全域低圧閾値(entire band low pressure threshold)と交わるときの漏洩率限界値(rate limit)によって求められる積分値によって、結果として生じるエネルギが閾値を越えたかどうかが判断される。漏洩率限界値(RateLimit)よりも小さな漏洩率に対しては、エネルギ積分は圧力が限界値に達する前に閾値に達する。

本発明の他の実施態様によれば、多数の漏洩率手法が、タイヤの様々な状態で最適な結果を与えるシステム内で組み合わせられ、並行して作動する。これらの方法は、連続的にまたは選択的に作動することができる。本発明の一実施態様によれば、高漏洩率用のアルゴリズムおよび手法と、低漏洩率用のアルゴリズムおよび手法とが、前後に連結されて用いられる。高い漏洩率に対しては高漏洩率用の手法が使用され、警告のトリガーを発生させるように用いられる。所定の低漏洩の漏洩率閾値に達すると、システムは低漏洩率用の手法を用いる。低漏洩率用の手法は、排他的な診断モニターであるか、または対となる高漏洩率用の手法と並行して作動する。両システムは、選択的に使用されてもよく、または最小の誤警告で高い予測精度を得るように確認用に協働して作動させてもよい。

本発明を、図面を参照しながら、例示によって説明する。まず図１を参照すると、特定のタイヤパラメータに対して選択的にまたは結合して動作する、単純化された多手法システムが示されている。本実施形態のシステム１０は並行作動する２つの手法を示しているが、本発明はこれに限定されない。最適な結果を得るため、望ましい場合には、より多くの手法を用いることもできる。システム１０は、タイヤの空気圧などの、監視されるタイヤパラメータを設定する機能を含んでいる。ただし、タイヤパラメータはタイヤの空気圧に限定されない。荷重や温度などの他のパラメータを、監視されるタイヤパラメータとして選択してもよい。本システムは、選択されたタイヤパラメータ１４を対象としている。測定されるタイヤパラメータとしてタイヤの空気圧を用いると、タイヤの空気圧監視装置に関連する様々なハードウェアおよびソフトウェアを利用できる。また、タイヤキャビティ内の圧力を測定し、その測定結果を後の処理および分析のため受信機に送信するように、これらのハードウェアおよびソフトウェアを用いることができる。

圧力漏洩率低などのあらかじめ設定された選択基準に基づいて、ブロック１６に示されているように、測定されたタイヤパラメータの評価に最も適した手法が選択される。第１の手法２２と第２の手法１８は、調和して協働作動するように、または選択的に作動するように、並列に並べられている。本明細書では、「手法」と「分析システム」は同じ意味で用いられる。選択基準に基づき、いずれかまたは双方の手法を選択することができる。例えば、自己確認および自己検証のため、両方の手法１８，２２を同時に用いてもよい。選択されたパラメータは、選択された手法に基づき、適切なアルゴリズムと分析技術に従って評価される（ブロック２０，２４）。その結果は、乗物に取付けられたタイヤの状態をインジケータや警告灯で乗物の運転者に知らせるのに有用な形式で送信される（ブロック２４）。特定の例示的な適用例においては、監視されるタイヤパラメータはタイヤの空気圧であり、選択手法１６は漏洩率が「低」であるか「高」であるかを決定することであってもよい。例えば、低い漏洩率は、方法２２に従い、より正確にかつ、より小さな誤差で評価することができ、高い漏洩率は、方法１８に従い、より正確にかつ、より小さな誤差で評価することができる。上述したように、両方の手法の結果を選択的に用いるよりは、確証のために、連続しておよび／または同時に用いるのが望ましいであろう。

図２を参照すると、漏洩率が定義に従い「高」であるか「低」であるかに応じて、タイヤの漏洩率が、一方または他方または双方の手法で評価される、並行作動タイヤ監視システムが例示されている。定められた最小の漏洩率限界値(minimum leak rate limit)がセットされ（ブロック２６）、圧力下限閾値が定義される（ブロック２８）。タイヤの漏洩率Ｋは、市販のセンサ／送信用ハードウェアおよびソフトウェアによって測定することができる。測定されたタイヤの漏洩率Ｋが最小の漏洩率限界値よりも大きいときは、大漏洩率用モデルおよび手法３４を用いて、タイヤの空気圧があらかじめ設定された圧力下限閾値といつ交差するかを分析し、それに従い警告を発することができる（ブロック４０）。このようなモデルおよび手法は、２００２年１２月１６日に出願され、２００４年１月２９にＵＳ−２００４−００１７２８９−Ａ１として公開された係属中の米国特許出願第１０／３２０７９９号に述べられ開示されている。この出願は参照によって本明細書に組み込まれる。このような手法は、圧力が急速に変化する場合、または漏洩率が比較的短時間で変化する場合に有効である。

測定された漏洩率Ｋが最小の漏洩率限界値よりも小さい場合、本発明は、判定（ブロック３６）の結果大漏洩率用モデル３４が同時に用いられるか否かに拘らず、小漏洩率用手法３８が用いられることを想定している。前述のとおり、並行作動する手法３４，３６の双方を相互検証として用いることは有益であろう。手法３４，３８の一つまたは双方を用いた評価の結果、発生した警告（ブロック４０）を乗物の運転者に発することができる。

図３を参照して、小漏洩率用手法３８の作用について説明する。タイヤ内の温度や速度が修正されると、漏洩の存在が覆われあるいは隠され、または間違った警告が与えられる可能性のあることが知られている。手法３８の目的は、タイヤの空気圧が極めて低い漏洩率を示し、または長期間にわたって推奨値を下回っているときに、警告を発することである。誤った警告はこのようにして回避される。空気圧の変化と乗物の走行距離との積の関数である乗物のエネルギの変化との類似性を利用する(draw an analogy)エネルギアルゴリズムが用いられる。このような類似性を利用する根拠は、タイヤの空気圧が漏洩によって低下すると、タイヤと地面との間の接触面積が増加することにある。乗物を動かすために必要な力が変化し、走行した距離にわたるその力の変化は、仕事をするためにシステムで使われたエネルギを表している。

「エネルギ積分法」の説明
したがって、「エネルギ」はΔｐ＊ｄｘで表される。

ここで、Δｐは推奨値を下回る圧力降下、ｄｔはサンプリング間隔である。

圧力降下は、負値である漏洩率Ｋを持つとしている。時刻に対する圧力降下は正値として定義される。

数式３において、時刻は、圧力が推奨冷間圧力値（ＲＣＰ）を下回り、パラメータLowPThによって定義された圧力差バンドに入ったときの座標系に対するものである。数式３は以下の変形に用いられる。一方、数式２はコンピュータ擬似コードで実行される。
漏洩率が最小漏洩率限界値を下回る場合、結果Ｗの閾値は圧力が全バンドLowPThと交差するときの漏洩率限界値によって設定された積分値である。

数式４は三角形の面積より求められる。漏洩率限界値より小さい漏洩率の場合、エネルギ積分は圧力が臨界限界に達する前にこの閾値に到達する。Ｗｔｈを越えたときの圧力降下は、漏洩率が小さくなるとともに小さくなる（数式６参照）。これは、同時係属米国特許出願第１０／３２９７９９号に開示された「残留時間」アルゴリズムなどの大漏洩率用手法３４の圧力降下とは反対の傾向である。したがって、交点は図５，６に見られるように生じる。図５は、ＲＣＰとの圧力差と漏洩率との関係をグラフ化したもので、ＲＣＰを下回る圧力降下が示されている。図６は警告時の圧力と漏洩率との関係をグラフ化したもので、警告時の圧力が示されている。図５，６より、-0.124kPa/mimを下回るときは、エネルギアルゴリズム（小漏洩率用手法３８）が卓越していることに留意されたい。
式の変形で、速度は打ち消され、または１にセットされる。小漏洩率の大きさはＷｔｈの閾値を、最終時間ｔｆで交差する。

数式５は、数式１のΔｐに数式３を代入することで得られる。tfの値が図７にプロットされている。このときの圧力降下は、

根号内の数値を正にするため、負符号が挿入されている。圧力降下値は図５に示されている。数式１においてＶ＝１とすると、エネルギＷの１次導関数はちょうど圧力降下Δｐとなる。２次導関数は漏洩率となることに留意されたい。

図７は、本発明に係るエネルギ法における警告時間(time-to-warn)と漏洩率との関係のグラフを示している。予想されるように、漏洩率が高いと警告時間が短くなる。図８は、漏洩率変化点-15KPa/min時の警告時の圧力と漏洩率のグラフを示している。

２つのアルゴリズムの交点が求められることにさらに留意されたい。交点は、数式６を、最小漏洩率RateLimitによって定義される以下の圧力降下に等しいとおくことで求められる。

交点を求めると、

この２次方程式は数式１０が成立するときに極小値（最大極大値）をとる。

数式９は、図５〜７における最小漏洩率RateLimitと警告時間(Warn Time)との関係を決定する為に用いることができる。数式１０は、どれだけの警告時間が望ましいかに応じて、低圧用分析システムがいつ起動するかを決めるために用いられることに留意されたい。このように、数式１０における警告時間はあらかじめ設定された値を構成する。閾値を越えたかどうかを判定するコード(thresholding code)は各サイクルの総和として行なわれる。すなわち、
IF((RCP-EnerBandDist)-pressure)＞０
W=W+(RCP-pressure)*dt
ELSE
W=0;
END
EnerBandDistは経験に基づき小さな値に設定することができる。EnerBandDistはまた、高度(altitude)の変化に応じて警告を延ばすように作用することができる。エネルギ総和は、圧力が(RCP-EnerBandDist)を超えたときは常にリセットされる。閾値を越えたかどうかを判定する(thresholding)ための論理条件が加えられてもよい。
W1=(W>WTh)
上記の論理条件が真である場合、警告システム４０はエネルギアルゴリズムが閾値Ｗｔｈを越えたことを検出したことを示すソフトウェアフラグを立てる。

一例として、警告システムにおいて黄色灯を制御することができる。黄色注意灯はいずれの手法によっても駆動される弱い警告として作動させることができる。橙色灯は、急速な圧力喪失を示すより重大な警告を示すために用いることができ、橙色灯は、エネルギ法（ブロック３８）によっては制御されず、手法３４のみによって制御可能となるようにしてもよい。アルゴリズムの特徴を組み合わせることは、２つのライトの使用を正当化する方向となる。

引き続き図３を参照すると、小漏洩率用手法３８は、システムのエネルギを圧力変化として表すブロック４２と、漏洩率を定数として定義するブロック４４と、圧力が圧力下限閾値を横切るときの最小の漏洩率限界値によって求められた積分値によって、エネルギが閾値を越えたかどうかを求めるブロック４６と、より小さな漏洩率がエネルギ閾値を横切る時間として定義された最終時刻を計算するブロック４８と、最終時刻における圧力降下を計算するブロック５０とを有している。漏洩率はエネルギから計算される（ブロック５２）。漏洩率限界値は、圧力下限閾値と警告時間とに基づいて決定される（ブロック５４）。

図４を参照すると、小漏洩率用手法３８の別の代替実施形態は、システムのエネルギを圧力変化として表すブロック６８と、圧力が圧力閾値差バンドを横切るときの最小の漏洩率限界値によって求められた積分値によって、エネルギが閾値を越えたかどうかを求めるブロック６０と、圧力が推奨された冷間空気圧よりも所定量だけ降下したときにエネルギ積分計算を開始するブロック６４と、圧力が所定値以上に回復したときにエネルギ積分をリセットするブロック６２と、システムのエネルギが閾値を越えたときに運転者に警告を発するブロック７２とを有している。

以上述べたことから、本発明は並行作動する複数の手法を用い、様々な状態で用いるべき一つ以上の分析システムまたは分析手法の最適な組合せを選択することを広く意図していることが理解されよう。あらかじめ設定されたパラメータに基づいて一つの手法から他の手法に切り替えることで、タイヤの空気圧（ただし、これに限定されない）などの状態を最適に分析することが可能となる。このようにすることで、非本質的および本質的な様々な要因から生じる誤警報の発生が最小化され、システムの状態をより精確に表示することが可能となる。

複数の選択的な手法が並行作動する多手法システムの代表例を示すブロック図である。多手法システムにおいて、高漏洩率用の手法と低漏洩率用の手法とが並行作動する、本発明の一実施形態を示すブロック図である。低漏洩率用の手法を示すブロック図である。低漏洩率用の手法の別の実施形態を示すブロック図である。ＲＣＰとの圧力差と漏洩率との関係を示すグラフである。警告時の圧力と漏洩率との関係を示すグラフである。エネルギ法における警告時間と漏洩率との関係を示すグラフである。漏洩率変化点-15KPa/min時の警告時の圧力と漏洩率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０システム
１４タイヤパラメータ
１６選択手法
１８第２の手法
２２第１の手法
３４大漏洩率用モデルおよび手法
３８小漏洩率用手法

Claims

少なくとも一つのタイヤパラメータを同定するステップと、
前記タイヤパラメータを測定するステップと、
前記タイヤパラメータの測定結果を最適に評価する少なくとも一つの分析システムを、複数の分析システムから選択するステップと、
測定された前記タイヤパラメータを、選択された前記分析システムによって分析するステップと、
測定された前記タイヤパラメータの前記分析に基づく結果を送信するステップと、
を有する、測定されたタイヤパラメータを監視する方法。
測定された前記タイヤパラメータはタイヤの空気圧であり、
前記複数の分析システムは、少なくとも、相対的に低い漏洩率用の分析システムと、相対的に高い漏洩率用の分析システムとを有している、
請求項１に記載の方法。
前記複数の分析システムは、少なくとも、相対的に低い漏洩率用の分析システムと、相対的に高い漏洩率用の分析システムとを有している、
請求項１に記載の方法。