JP3391482B2

JP3391482B2 - タイヤ空気圧検知装置

Info

Publication number: JP3391482B2
Application number: JP29784392A
Authority: JP
Inventors: 俊治内藤; 健康田口; 健司藤原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-10-09
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 2003-03-31
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JPH06122304A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タイヤ空気圧検知に用
いる信号レベルが変化しても、誤判定することのないタ
イヤ空気圧検知装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開昭６３−３０５０１１号公報には、
空気圧に応じてタイヤの負荷半径が変わると車輪速度が
変動するため、各車輪の車輪速度を検出して間接的にタ
イヤ空気圧を検知するタイヤ空気圧検知装置が開示され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記タ
イヤの負荷半径はタイヤの摩耗やコーナリング、制動等
の走行状況により微妙に変化する。このため、タイヤの
負荷半径を空気圧検知のパラメータとすると、検知精度
が十分に確保できないという問題がある。本願発明者は
上記問題を解決するため、ばね下の上下方向あるいは前
後方向の共振周波数を抽出して、予め電子制御装置(以
下ＥＣＵという)に記憶した空気圧判定基準値(タイヤの
許容最低空気圧に対応した共振周波数)と比較すること
により、タイヤの空気圧の状態を検知する装置を発明し
て出願した(特願平３−２９４６２２号)。

【０００４】上記出願に係るタイヤ空気圧検知装置は、
タイヤの空気圧の判定を確実に行うことができる点で優
れている。しかしながら、路面の凹凸が激しく大きな力
が作用した場合は同一空気圧であっても、サスペンショ
ンのブッシュ類の弾性特性が非線形であるため、上記ば
ね下の上下方向あるいは前後方向の共振周波数が低めに
検知され、タイヤ空気圧を誤判定してしまうという問題
点がある。また、制動時等のように車両速度が低下する
と、共振周波数の演算に用いる信号レベルが低下し共振
点を明確に検出できないという問題点もある。本発明は
上記問題点を解決するためになされたものであり、タイ
ヤ空気圧検知に用いる信号レベルが変化しても、誤判定
することのないタイヤ空気圧検知装置を提供することを
目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明によるタイヤ空気圧検知装置は、車両の走行
時にタイヤの振動周波数成分を含む信号として、車輪の
回転速度に応じた車輪速度信号を出力する車輪速度セン
サと、前記車輪速度信号からタイヤの共振周波数成分の
信号を抽出する抽出手段と、共振周波数成分の信号の信
号レベルの大きさを予め設定された値と比較して、共振
周波数の演算に用いる共振周波数成分の信号を選別する
信号選別手段と、選別された共振周波数成分の信号から
共振周波数を演算する演算手段と、共振周波数に基づい
てタイヤの空気圧の状態を検知する検知手段とを備えた
ことを特徴とする。また、上記タイヤ空気圧検知装置に
おいて、前記信号選別手段により選別された共振周波数
成分の信号の信号レベルを、予め設定された信号レベル
に調整する信号調整手段を備えたることもできる。ま
た、前記信号選別手段は、車輪速度信号の時間波形の大
きさが選別下限判定値から選別上限判定値の範囲に入る
波形データのみを用いるように信号選別を行うようにし
てもよい。また、前記信号選別手段は、車両速度が低下
した際の信号を使用しないよう選別するようにしてもよ
い。また、前記信号選別手段は、車両が非常に荒れた路
面を走行している際の信号を使用しないよう選別するよ
うにしてもよい。

【０００６】

【作用】上記構成により、タイヤの振動周波数成分を含
む信号を車輪速度センサから求め、抽出手段が抽出する
共振周波数成分の信号の信号レベルの大きさを、信号選
別手段が予め設定された値と比較して共振周波数の演算
に用いる共振周波数成分の信号を選別する。そして、選
別された共振周波数成分の信号から演算手段が演算する
共振周波数に基づいて検知手段がタイヤの空気圧の状態
の検知を行う。ここで、上記共振周波数は、実質的にタ
イヤの空気圧にのみ依存するタイヤのばね定数に応じて
変化する。また、タイヤの空気圧−共振周波数特性は、
タイヤの種別に応じて変化する。このため、抽出した共
振周波数に基づき、タイヤの空気圧の状態を検知するこ
とができる。

【０００７】

【実施例】

（第１実施例）本発明の第１実施例を図面を参照して説
明する。図１はタイヤ空気圧検知装置の概略構成図であ
る。車両に装着される前後左右の４個のタイヤ１ａ〜１
ｄに対応してそれぞれ車輪速度センサが設置される。車
輪速度センサは、磁性体よりなる歯車形状のパルサ２ａ
〜２ｄ及びピックアップコイル３ａ〜３ｄにより構成さ
れる。パルサ２ａ〜２ｄは、各タイヤ１ａ〜１ｄの回転
車軸(図示せず)に固定される。ピックアップコイル３ａ
〜３ｄは、パルサ２ａ〜２ｄと所定の間隔を置いて取り
付けられ、パルサ２ａ〜２ｄの回転、即ち前記各タイヤ
１ａ〜１ｄの回転速度に応じた周期を有する交流信号を
出力する。

【０００８】ピックアップコイル３ａ〜３ｄから出力さ
れる交流信号は、ＥＣＵ４に入力される。ＥＣＵ４は、
ＣＰＵ、波形成形回路、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成さ
れ、所定のプログラムに従い入力される各種信号を処理
する。そして、その処理結果は表示部５に入力され、該
表示部５は運転者に対して各タイヤ１ａ〜１ｄの空気圧
の状態を報知する。報知態様は、各タイヤ１ａ〜１ｄの
空気圧の状態を格別に表示するようにしてもよく、また
１個の警告ランプにより、いずれか１個のタイヤの空気
圧が基準空気圧よりも低下したとき、前記警告ランプを
点灯して警告するようにしてもよい。

【０００９】ここで、本実施例におけるタイヤ空気圧の
検知原理について説明する。車両が舗装されたアスファ
ルト路面を走行した場合、その路面表面の微小な凹凸に
より上下及び前後方向の力を受け、その力によってタイ
ヤは上下及び前後方向に振動する。このタイヤ振動時の
車両のばね下の加速度の周波数特性は、図２に示すよう
にａ点、ｂ点でピーク値を示す。ａ点は車両のばね下に
おける上下方向の共振周波数であり、ｂ点は車両のばね
下における前後方向の共振周波数である。

【００１０】タイヤの空気圧が変化すると、タイヤゴム
部のばね定数も変化するため、上記の上下方向及び前後
方向の共振周波数がともに変化する。例えば、図３に示
すように、タイヤの空気圧が低下すると、タイヤゴム部
のばね定数も低下するので、上下方向及び前後方向の共
振周波数が全体的に低周波側に移行し、ピーク値ａ点は
ａ′点にピーク値ｂ点はｂ′点に移行する。従って、タ
イヤの振動周波数より、車両のばね下における上下方向
及び前後方向の共振周波数の少なくとも一方を抽出すれ
ば、この共振周波数に基づいてタイヤの空気圧の状態を
検知することができる。

【００１１】一方、本発明者らの詳細な検討の結果、車
輪速度センサの検出信号には、タイヤの振動周波数成分
が含まれていることが解明された。即ち、車輪速度セン
サの検出信号を周波数解析した結果は、図４に示すよう
に２点でピーク値を示すとともに、タイヤの空気圧の低
下に伴い、その２点のピーク値も低下することが明らか
となった。このため、本実施例では車輪速度センサの検
出信号から、車両のばね下における上下方向及び前後方
向の共振周波数を抽出することで、タイヤ空気圧を検知
しようとするものである。

【００１２】上記により、本実施例によれば、近年搭載
車両の増加しているアンチスキッド制御装置（ＡＢＳ）
を備える車両等は、既に各タイヤに車輪速度センサが装
備されているため、何ら新たなセンサ類を追加しなくと
もタイヤ空気圧の検知が可能となる。車両の実用範囲で
は、上記共振周波数の変化量は殆どタイヤ空気圧の変化
に起因するタイヤゴム部のばね定数の変化に基づくもの
であり、タイヤの摩耗等の他の要因の影響を受けること
なく安定した空気圧検知が可能となる。

【００１３】以下図５のフローチャートを参照して、タ
イヤの空気圧が所定空気圧以下に低下したことを検知し
て警報を発するＥＣＵ４の信号処理について説明する。
尚、ＥＣＵ４は各車輪について同様の処理を行うため、
前記フローチャートは一つの車輪に対しての信号処理の
みを示している。また、処理内容は、特にタイヤの空気
圧が基準値以下に低下したことを検知し、運転者に警告
する例について示す。前記は、以下の各実施例について
も同様である。

【００１４】イグニッションスイッチオンによりＥＣＵ
４による信号処理がスタートするとステップ１００で
は、ピックアップコイル３から出力された交流信号(図
６)を波形整形してパルス信号とした後、そのパルス間
隔を所定の時間で除算することにより車輪速度ｖを演算
する。この車輪速度ｖは図７に示すように、通常タイヤ
の振動周波数成分を含む多くの高周波成分を含んでい
る。ステップ１１０では、演算された車輪速度ｖの変動
幅△ｖが基準値ｖ₀以上か否かを判定する路面状態判定
処理を行う。車輪速度ｖの変動幅△ｖが、基準値ｖ₀以
上と判定されるとステップ１２０に進む。

【００１５】ステップ１２０では、車輪速度ｖの変動幅
△ｖが基準値ｖ₀以上となっている時間△Ｔが、所定時
間ｔ₀以上か否かを判定する路面長判定処理を行う。前
記ステップ１１０の路面状態判定処理、及びステップ１
２０の路面長判定処理は、車両が走行している路面が、
本実施例の検知手法によってタイヤ空気圧の検知が精度
よく可能な路面か否かを判定するために行うものであ
る。つまり、本実施例ではタイヤの空気圧の検知を、タ
イヤの振動周波数成分に含まれる共振周波数の変化に基
づいて行う。このため、車輪速度ｖがある程度変動しか
つそれが継続されるともに、極端に大きな変動を排除し
なければ、上記共振周波数を精度よく算出するための充
分なデータを得ることができない。尚、前記ステップ１
２０における判定では、車輪速度ｖの変動幅△ｖが基準
値ｖ₀以上となった時点で所定時間△ｔが設定される。
また、この所定時間△ｔ内に再び車輪速度ｖの変動幅△
ｖがｖ₀以上になると、時間△Ｔの計測が継続される。

【００１６】前記ステップ１１０及びステップ１２０の
どちらか一方において否定判断されると、ステップ１０
０に戻る。また、ステップ１１０及びステップ１２０と
も肯定判定されるとステップ１３０に進み、演算された
車輪速度ｖに対して周波数解析（以下ＦＦＴという）演
算を行う。しかし、実際に車両が一般道を走行したとき
に得られる車輪速度ｖの時間波形の大きさ（振幅）は、
図８に示すように路面の凹凸の程度により一様の大きさ
とは限らない。図８（ａ）の（Ａ）部分は、非常に荒れ
た路面を走行した場合の車輪速度ｖの時間波形を示す。
また、（Ｂ）部分は低速度で走行した場合か、若しくは
ブレーキが作動した制動時の車輪速度ｖの時間波形を示
す。

【００１７】非常に荒れた路面を走行すると、タイヤの
みならずサスペンション等に衝撃的な力が作用し、サス
ペンション等の支持部に用いられるブッシュ類や防振ゴ
ムの非線形特性が影響し、タイヤ空気圧が同一であって
も、ばね下の上下方向あるいは前後方向の共振周波数が
低めに検知される。また、制動時等のように車両速度が
低下すると、共振周波数の演算に用いる信号レベル（ゲ
イン）が低下し共振点を明確に検出できない。

【００１８】このため、ステップ１４０でデータ選別処
理を行う。データ選別処理は、具体的にはＦＦＴ演算結
果の車輪速度ｖの波形に対して選別下限判定値ｖ_L及び
選別上限判定値ｖ_Hを設定して、予め定めた周波数範囲
（ｆ₁〜ｆ₂）内のピーク値ｖ_Pと比較する。そして、ｖ_P
≦ｖ_Lとなる場合(図８(ｂ))又はｖ_P≧ｖ_Hとなる場合(図
８(ｃ))は、図８（ａ）の（Ａ）部分及び（Ｂ）部分に
対して行ったＦＦＴ演算結果を、共振周波数ｆ_Kの演算
には使用しないようにするものである。

【００１９】前記ステップ１４０で前記選別下限及び上
限判定値ｖ_L，ｖ_Hによりデータ選別処理を行なうが、選
別後のデータ（図８の(Ｃ)部分）に於いても、図９に示
すように各ＦＦＴ演算結果のゲインの大きさが不揃いと
なる。この結果後述するステップ１８０の平均化処理の
回数が増加し、共振周波数ｆ_Kの算出に時間が掛かる。
このため、ステップ１５０では、車輪速度信号のゲイン
（大きさ）の調整を行う。このゲイン調整処理は、予め
定めた周波数範囲（ｆ₁〜ｆ₂）内の各ピーク値ｖ_Pの値
が、各ＦＦＴ演算結果の波形に於いて、予め設定した値
ｖ_PK（同一値）に等しくなるように、ある係数ｋ₁,ｋ₂・
・・ｋ_iをそれぞれＦＦＴ演算結果に乗ずる。

【００２０】続くステップ１６０では、ＦＦＴ演算回数
Ｎを積算する。実際に車両が一般道を走行して得られる
車輪速度に対してＦＦＴ演算を実施すると、図１０に示
すように非常にランダムな周波数特性となることが通常
である。これは、路面に存在する微妙な凹凸の形状（大
きさや高さ）が全く不規則なためであり、車輪速度デー
タ毎にその周波数特性は変動することとなる。従って、
本実施例では、この周波数特性の変動をできるだけ低減
するために、複数回のＦＦＴ演算結果の平均値を求め
る。

【００２１】そのため、ステップ１７０では、このＦＦ
Ｔ演算の演算回数Ｎが所定回数ｎ₀に達したか否かを判
定する。達していない場合は、ステップ１００〜ステッ
プ１６０の処理が繰り返される。演算回数Ｎが所定回数
ｎ₀に達したときには、続くステップ１８０では均化処
理を行う。この平均化処理は図１１に示すように、各Ｆ
ＦＴ演算結果の平均値を求めるものであり、各周波数成
分のゲインの平均値が算出される。この平均化処理によ
って、路面によるＦＦＴ演算結果の変動を低減すること
が可能となる。

【００２２】しかし、上述の平均化処理だけでは、ノイ
ズ等によって車両のばね下の上下方向及び前後方向の共
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という問
題がある。そこで、上述の平均化処理に引き続き、ステ
ップ１９０において移動平均処理を実施する。この移動
平均処理は、ｎ番目の周波数のゲインＹ_ｎを以下の演算
式によって求めることにより実施される。

【００２３】

【数１】Ｙ_n＝（ｙ_n+1＋Ｙ_n-1）／２つまり、移動平均処理では、ｎ番目の周波数のゲインＹ
_ｎが、前回の演算結果におけるｎ＋１番目のゲインｙ
_n+1 と既に演算されたｎ−１番目の周波数のゲインＹ
_n-1 との平均値とされる。これにより、ＦＦＴ演算結果
は、滑らかに変化する波形を示すことになる。この移動
平均処理により求められた演算結果を図１２に示す。
尚、ここでの波形処理は上記移動平均処理に限らず、前
記ステップ１０５のＦＦＴ演算を実施する前に、車輪速
度ｖの微分演算を行い、その微分演算結果に対してＦＦ
Ｔ演算を実施してもよい。

【００２４】続くステップ２００では、上記移動平均処
理によりスムージングされたＦＦＴ演算結果に基づい
て、車両のばね下の前後方向の共振周波数ｆ_Kを算出す
る。続くステップ２１０では、予め正常なタイヤ空気圧
に対応して設定されている初期共振周波数ｆ_K0と、逐次
演算される共振周波数ｆ_Kとの低下偏差(ｆ_K0−ｆ_K)を求
め、前記ｆ_K0とタイヤ空気圧低下警告圧力（例えば１．
４ｋｇ／ｃｍ²）に対応する共振周波数ｆ_Lとの判定偏差
△ｆ＝(ｆ_K0−ｆ_L)とを比較する。(ｆ_K0−ｆ_K)＜△ｆで
あれば、前記ステップ１００以下の処理を行う。また、
(ｆ_K0−ｆ_K)≧△ｆならばステップ２２０へ進んで、タ
イヤ空気圧の許容値を下回ったとして、表示部５により
運転者に対して警告表示を行う。尚、上記実施例では、
車両のばね下の前後方向の共振周波数のみに基づいて、
タイヤの空気圧の低下を検知する例を示したが、これに
代えて上下方向の共振周波数のみに基づきタイヤ空気圧
の低下を検知することもできる。また、前後方向及び上
下方向の共振周波数の両者に基づいて検知することもで
きる。

【００２５】（第２実施例）第２実施例は、前記第１実
施例の場合と異なり車輪速度ｖの時間波形に対して、デ
ータ選別処理及びゲイン調整処理を行うものである。図
１３はその処理内容の概略を示すフローチャートであ
る。尚、ステップ１２０以下の処理でステップ１４０及
び１５０を除いた処理は、前記第１実施例と同様である
ので詳細な説明を省略する。ステップ１１１のデータ選
別処理では、図１４に示すように選別下限判定値│
ｖ_L′│及び選別上限判定値│ｖ_H′│を設定し、車輪速
度ｖの時間波形の大きさが、(−ｖ_H′〜−ｖ_L′)の範囲
及び(ｖ_L′〜ｖ_H′)の範囲に入る波形データのみを用い
る。

【００２６】ステップ１１２のゲイン調整処理は、デー
タ選別処理後の車輪速度ｖの時間波形に対し、図１５に
示すように設定した一定時間△ｔ′内での各ピーク値ｖ
_P′の値が、予め設定した値（同一値）に等しくなるよ
うに、ある係数ｋ_i′をそれぞれ一定時間△ｔ′内の車
輪速度ｖの値に乗ずる。そして、ステップ１２０以下の
処理を行って、タイヤ空気圧の低下を検出する。

【００２７】上記各実施例は、データ選別処理を行うこ
とにより、タイヤ空気圧を検出するための共振周波数ｆ
_Kの値が確実に演算算出されるとともに、共振周波数ｆ_K
が低めに演算されることもない。また、ゲイン調整処理
を行うから車輪速度データ毎にその周波数特性が変動し
ても、各ＦＦＴ演算結果のゲインの大きさが不揃いとな
ることがなく、複数回のＦＦＴ演算結果の平均値を求め
る平均化処理の回数が減少でき、迅速なタイヤ空気圧の
低下検出が可能になる。

【００３６】

【発明の効果】本発明のタイヤ空気圧検知装置は上記し
た構成を有し、抽出手段が抽出する共振周波数成分の信
号の信号レベルの大きさを、信号選別手段が予め設定さ
れた値と比較して共振周波数の演算に用いる共振周波数
成分の信号を選別して、選別された共振周波数成分の信
号から演算手段が演算する共振周波数に基づいて検知手
段がタイヤの空気圧の状態の検知を行うもので、タイヤ
空気圧検知に用いる信号レベルが変化しても、誤判定す
ることがない。また、信号選別手段により選別された共
振周波数成分の信号の信号レベルを、予め設定された信
号レベルに調整する信号調整手段を備えることにより、
タイヤ空気圧の状態を検知する時間間隔を短縮すること
ができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るタイヤ空気圧検知装置の概略構成
図である。

【図２】車両のばね下の加速度の周波数特性を示す特性
図である。

【図３】タイヤ空気圧の変化に伴う車両のばね下の上下
方向及び前後方向の共振周波数の変化の様子を示す特性
図である。

【図４】タイヤ空気圧の検知原理を示す説明図である。

【図５】第１実施例のＥＣＵの処理内容を示すフローチ
ャートである。

【図６】車輪速度センサの出力電圧波形を示す波形図で
ある。

【図７】車輪速度センサの検出信号に基づいて演算され
た車輪速度ｖの変動状態を示す波形図である。

【図８】第１実施例のデータ選別処理を示す説明図であ
る。

【図９】第１実施例のゲイン調整処理を示す説明図であ
る。

【図１０】車輪速度ｖ時間波形に対するＦＦＴ演算結果
を示す特性図である。

【図１１】平均化処理を説明するための説明図である。

【図１２】移動平均処理を行った後のＦＦＴ演算結果を
示す特性図である。

【図１３】第２実施例のＥＣＵの処理内容の一部を示す
フローチャートである。

【図１４】第２実施例のデータ選別処理を示す説明図で
ある。

【図１５】第２実施例のゲイン調整処理を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ａ〜１ｄ...タイヤ２ａ〜２ｄ...パルサ３ａ〜３ｄ...ピックアップコイル４...ＥＣＵ(電子制御装置) ５...表示部

フロントページの続き (72)発明者藤原健司愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (56)参考文献特開昭62−149503（ＪＰ，Ａ) 「自動車技術ハンドブック」第１分冊基礎・理論編、第１版、社団法人自動車技術会 1990年12月１日ｐ264〜 288

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の走行時にタイヤの振動周波数成分
を含む信号として、車輪の回転速度に応じた車輪速度信
号を出力する車輪速度センサと、前記車輪速度信号から
タイヤの共振周波数成分の信号を抽出する抽出手段と、
共振周波数成分の信号の信号レベルの大きさを予め設定
された値と比較して、共振周波数の演算に用いる共振周
波数成分の信号を選別する信号選別手段と、選別された
共振周波数成分の信号から共振周波数を演算する演算手
段と、共振周波数に基づいてタイヤの空気圧の状態を検
知する検知手段とを備えたことを特徴とするタイヤ空気
圧検知装置。
【請求項２】前記信号選別手段により選別された共振
周波数成分の信号の信号レベルを、予め設定された信号
レベルに調整する信号調整手段を備えたことを特徴とす
る請求項１記載のタイヤ空気圧検知装置。
【請求項３】前記信号選別手段は、車輪速度信号の時
間波形の大きさが選別下限判定値から選別上限判定値の
範囲に入る波形データのみを用いるように信号選別を行
うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタ
イヤ空気圧検知装置。
【請求項４】前記信号選別手段は、車両速度が低下し
た際の信号を使用しないよう選別することを特徴とする
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のタイヤ空気
圧検知装置。
【請求項５】前記信号選別手段は、車両が非常に荒れ
た路面を走行している際の信号を使用しないよう選別す
ることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか
に記載のタイヤ空気圧検知装置。