JP4244354B2 - タイヤ空気圧低下警報方法、装置およびプログラム - Google Patents

タイヤ空気圧低下警報方法、装置およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、タイヤ空気圧低下警報方法、装置およびプログラムに関する。
タイヤ空気圧低下警報装置(DWS、Deflation Warning System)では、減圧したタイヤは、動荷重半径が小さくなり、回転車輪速度が正常内圧のタイヤに比べて速くなることを利用している。
DWSでは、たとえば、下記式(1)
DEL={(V1+V4)/2−(V2+V3)/2}
÷{(V1+V2+V3+V4)/4}×100(%) (1)
(式(1)中、V1〜V4は、それぞれV1:前左タイヤ、V2:前右タイヤ、V3:後左タイヤ、V4:後右タイヤの回転車輪速度を示す)
により、4輪のタイヤの回転車輪速度から減圧判定値DELを算出し、タイヤの空気圧が低下しているかどうかを判定し、1輪でも空気圧が低下していると判定したときに警報を行っている。
ここで、直線走行しているときに、4輪すべてのタイヤが正常内圧であれば、V1〜V4は、すべて同じ値になるので、式(1)により計算されるDELは0となる。一方、コーナーを旋回する場合には、4輪すべてのタイヤが正常内圧の時でも、主に遠心力が働き、4輪のタイヤすべてに平等に荷重がかからなくなり、4輪のタイヤの動荷重半径が相違するようになる。そのため、式(1)において、V1〜V4がすべて同じ値ではなくなり、減圧判定値DELが、直進走行中の正常内圧時の値である「0」ではなく、あるタイヤの空気圧が低下した時と同様に、タイヤの空気圧低下を判定するためのしきい値Aに近づく。それどころか、タイヤの空気圧低下を判定するためのしきい値Aをこえることもある。このため、コーナーを旋回中は、減圧判定値DELを補正(特許文献1参照)することで検出精度を向上させている。
しかし、この補正は、バンク角のないコーナーを旋回するときに適切に用いられる補正である。また、バンク角のあるコーナーを旋回するときは、バンク角のないコーナーを旋回しているときとは、4輪各輪の荷重分布が異なるため、4輪各輪の回転車輪速はバンク角のないコーナーを旋回しているときの4輪各輪の回転車輪速と異なる。そのため、バンク角のあるコーナーを旋回しているときにも、バンク角のないときと同様の補正を行ったのでは、誤報が生じることがある。バンク角が小さいときは、たとえ不適当な補正であっても、正常内圧時の判定値0に対して差は小さいので、誤報を招かないが、ある角度以上になると判定値が警報しきい値をこえて誤報を招くという問題があった。
特開2002−12013号公報
本発明は、バンク角の大きいコーナーを旋回中にも、タイヤの空気圧低下を精度よく検出できるタイヤ空気圧低下警報方法、装置およびプログラムを提供することを目的とする。
本発明は、車両に装着したタイヤから得られる回転車輪速度に基づいて得られる判定値を用いてタイヤ空気圧低下を検出するタイヤ空気圧低下警報方法であって、車両がコーナーを旋回するときに、各タイヤの回転車輪速度を検出する工程、各タイヤの回転車輪速度から車両速度を演算する工程、車両のヨーレートを検出する工程、横方向加速度センサにより横方向加速度を検出する工程、車両のヨーレート、車両速度および横方向加速度を用いて、旋回中のコーナーのバンク角を推定する工程、各タイヤの回転車輪速度から判定値を演算する工程、および推定したバンク角に基づいて、バンク角のあるコーナーを旋回するときに生じる誤判定を防止する工程を含むタイヤ空気圧低下警報方法に関する。
また、本発明は、車両に装着したタイヤから得られる回転車輪速度に基づいて得られる判定値を用いてタイヤ空気圧低下を検出するタイヤ空気圧低下警報装置であって、車両がコーナーを旋回するときに、各タイヤの回転車輪速度を検出する手段、各タイヤの回転車輪速度から車両速度を演算する手段、車両のヨーレートを検出する手段、横方向加速度センサにより横方向加速度を検出する手段、車両のヨーレート、車両速度および横方向加速度を用いて、旋回中のコーナーのバンク角を推定する手段、各タイヤの回転車輪速度から判定値を演算する手段、および推定したバンク角に基づいて、バンク角のあるコーナーを旋回するときに生じる誤判定を防止する手段を含むタイヤ空気圧低下警報装置に関する。
また、本発明は、車両に装着したタイヤから得られる回転車輪速度に基づいて得られる判定値を用いてタイヤ空気圧低下を検出するタイヤ空気圧低下警報プログラムであって、車両がコーナーを旋回するときに、コンピュータに、各タイヤの回転車輪速度を検出する手順、各タイヤの回転車輪速度から車両速度を演算する手順、車両のヨーレートを検出する手順、横方向加速度センサにより横方向加速度を検出する手順、車両のヨーレート、車両速度および横方向加速度を用いて、旋回中のコーナーのバンク角を推定する手順、各タイヤの回転車輪速度から判定値を演算する手順、および推定したバンク角に基づいて、バンク角のあるコーナーを旋回するときに生じる誤判定を防止する手順を実行させるためのタイヤ空気圧低下警報プログラムに関する。
本発明によれば、車両のヨーレート、車両速度および横方向加速度を用いて旋回中のコーナーのバンク角を推定し、該バンク角に基づいて、判定値を補正するかどうかを決定することにより、バンク角の大きいコーナーを旋回中にも、タイヤの空気圧低下を精度よく検出できるタイヤ空気圧低下警報方法、装置およびプログラムを提供することができる。
平坦なコーナーを旋回する場合と、バンク角のあるコーナーを旋回する場合について、図1および図2を参照して説明する。
平坦なコーナーを旋回する場合、車両の前輪には、図1に示す力が働いている。ここで、M_Fは前軸の重量、M_F×CFは遠心力(CFはバンク角が0のときの車両に働く横方向加速度)、Twは左前輪と右前輪のトレッドの間の幅、Hは前軸の重心の高さ、M_FLは左前輪に働く鉛直方向の力、M_FRは右前輪に働く鉛直方向の力を表す。
これらの力について、左前輪が接地している部分を重心とする回転モーメントの釣り合い、右前輪が接地している部分を重心とする回転モーメントの釣り合いを考慮すると、式(2)および(3)が成立する。
M_FR=0.5M_F+(M_F×CF×H)/Tw (2)
M_FL=0.5M_F−(M_F×CF×H)/Tw (3)
式(2)および(3)より、M_FLとM_FRとは、遠心力により、相違することがわかる。同様に、後輪でも、左右輪に働く鉛直方向の荷重は異なる。このため、コーナーを旋回中の外側と内側で車輪回転数の差が生じることに加えて、各輪の鉛直方向に働く荷重が異なる。さらに、一般的な2輪駆動車の場合、駆動軸と従動軸とでは、スリップ率も相違するため、結果として各輪の回転車輪速度は相違し、4輪すべてが正常内圧の場合でも、減圧判定値DELは、直線走行時の正常内圧状態0とはならない。
コーナーを旋回中の減圧判定値DELの補正は、一般公道において最も想定できるバンク角0のときのコーナーの旋回を対象として行われており、補正係数COR1およびCOR2と、横方向加速度CFを用いて、式(4)で補正した判定値DEL′を用いている。 DEL′=DEL−COR1×CF−COR2×DFR×CF (4)
式(4)中、CFは車両に水平方向に働く力を表し、平坦なコーナーを旋回する場合には、横方向加速度に該当し、DFRは車両の種類によって相違し、前輪駆動車(FF車)の場合、式(5)で表され、後輪駆動車(FR車)の場合、式(6)で表される。
DFR=(V1+V2)/(V3+V4)−1 (5)
DFR=(V3+V4)/(V1+V2)−1 (6)
DFRが大きく変化しない(0近傍)場合は、補正係数COR3を用いて、式(7)で判定値DELを補正することもできる。
DEL′=DEL−COR3×CF (7)
式(4)および(7)において、COR1、2および3は車両ごとに異なり、式(4)または(7)により、減圧判定値DELを補正することにより、バンク角のないコーナーを旋回する場合において、全輪のタイヤが正常内圧の時の減圧判定値を0に補正することができる。
一方、バンク角があるコーナーを旋回しているときの前輪に働く力を図2に示す。ここで、θはバンク角である。
バンク角が0のときと同様に、左前輪が接地している部分を重心とする回転モーメントの釣り合い、右前輪が接地している部分を重心とする回転モーメントの釣り合いを考慮すると、式(8)および(9)が成立する。
M_FR=0.5M_F×(CF×sinθ+cosθ)
+M_F×(CF×cosθ−sinθ)×H/Tw (8)
M_FL=0.5M_F×(CF×sinθ+cosθ)
−M_F×(CF×cosθ−sinθ)×H/Tw (9)
つまり、バンク角のないコーナーを旋回しているときとは、各タイヤに働く荷重分布が相違するため、回転車輪速度は、バンク角のないコーナーを旋回するときとは相違する。そのため、バンク角のないコーナーを旋回しているときに最適な上記補正を用いた場合、バンク角のあるコーナーを旋回しているときには不適切な補正となる場合がある。
以下、これらの問題を解決するための本発明の一実施の形態を添付図面をもとに説明する。
図3に示されるように、本発明の実施の形態にかかわるタイヤ空気圧低下警報装置は、車両に備えられた4つのタイヤFL、FR、RLおよびRRの空気圧が低下しているか否かを検出するもので、タイヤにそれぞれ関連して設けられた通常の車輪回転速度検出手段1を備えている。
前記車輪回転速度検出手段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角速度および車輪速度を測定するための車輪速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、この電圧から回転角速度および車輪速度を測定するためのものを含む角速度センサなどを用いることができる。前記車輪回転速度検出手段1の出力はABSなどのコンピュータである制御ユニット2に与えられる。制御ユニット2には、空気圧が低下したタイヤを知らせるための液晶表示素子、プラズマ表示素子またはCRTなどで構成された表示器3、ドライバーによって操作することができる初期化スイッチ4および警報器5が接続されている。また、車両には、車体のヨーレートに応じた信号を出力するヨーレートセンサ6および車体の横方向加速度に応じた信号を出力する横方向加速度センサ7が備えられている。このヨーレートセンサ6および横方向加速度センサ7の出力は制御ユニット2に与えられる。
前記制御ユニット2は、図4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。
前記車輪回転速度検出手段1では、タイヤの回転数に対応したパルス信号(以下、車輪速パルスという)が出力される。またCPU2bでは、車輪速度検出手段1から出力された車輪速パルスに基づき、所定のサンプリング周期ΔT(sec)、たとえばΔT=1秒ごとに各タイヤの回転角速度Fiが算出される。
ところで、タイヤは規格内でのばらつき(初期差異)が含まれて製造されるため、各タイヤの有効転がり半径(一回転により進んだ距離を2πで割った値)は、すべてのタイヤがたとえ正常空気圧であっても、同一とは限らない。そのため、各タイヤの回転角速度Fiはばらつくことになる。そこで、回転角速度Fiから初期差異の影響を排除する方法がある。この方法では、まず、式(10)〜(12)により、初期補正係数K1、K2、K3を算出する。
K1=F1/F2 (10)
K2=F3/F4 (11)
K3=(F1+K1×F2)/(F2+K2×F4) (12)
つぎに、この算出された初期補正係数K1、K2、K3を用いて、式(13)〜(16)に示されるように、新たな回転角速度F1iを求める。
F11=F1 (13)
F12=K1×F2 (14)
F13=K3×F3 (15)
F14=K2×K3×F4 (16)
ここで、初期補正係数K1は、前左右タイヤ間の初期差異による有効ころがり半径の差を補正するための係数である。初期補正係数K2は、後左右タイヤ間の初期差異による有効ころがり半径の差を補正するための係数である。初期補正係数K3は、前左タイヤと後左タイヤとのあいだの初期差異による有効ころがり半径の差を補正するための係数である。そして、前記F1iに基づき、各タイヤの回転車輪速度Viを算出することができる。
本発明では、算出された各タイヤの回転車輪速度Viを用いて、式(17)を用いて、車両速度を算出する。
V=(V1+V2+V3+V4)/4 (17)
本発明では、式(17)で算出した車両速度、ヨーレートセンサで検出されたヨーレート、横方向加速度センサで検出された横方向加速度を用いて、コーナーを旋回中に、バンク角があるかどうかを判定する。具体的には、バンク角を推定することにより、バンク角があるかどうかを判定する。
ヨーレートω[rad/sec]は、ヨーレートセンサから得られる。車両に対して横方向の加速度LatG[G]は、車両速度Vとヨーレートωを用いて、式(18)により算出される。
LatG=V×ω/G (18)
式(18)において、Gは、〔m/s2〕の単位を重力加速度の単位に変換する数値で、9.80665〔m/s2〕を表す。また、このLatGは、バンク角がないときの横方向加速度を表す。
一方、横方向加速度センサから得られる横方向加速度LatG′[G]は、車両に対して横方向、つまり、路面に対して平行な方向の加速度である。これは、図2の力成分の1つである「M_F×CF×cosθ−M_F×sinθ」から得られる横方向加速度なので、LatG′は、式(19)を満たす。
LatG′=(M_F×CF×cosθ−M_F×sinθ)/M_F
=CF×cosθ−sinθ (19)
ここで、CF×cosθは、LatGに相当するので、車両速度Vおよびヨーレートωにより得られる横方向加速度LatGと、横方向加速度センサにより得られる横方向加速度LatG′は、式(20)を満たす。
LatG′=LatG−sinθ (20)
以上から、車両速度Vおよびヨーレートωにより得られる横方向加速度LatGと、横方向加速度センサにより得られる横方向加速度LatG′の差より、バンク角を推定することができる。すなわち、バンク角θの正弦値sinθが、式(21)を満たす。
sinθ=LatG−LatG′ (21)
従来は、バンク角の大きいときに、誤報を招くことがあった。そこで、本発明では、算出したバンク角の正弦値sinθが、あらかじめ設定した誤報防止しきい値Bをこえた場合に減圧判定を行わない。また、あらかじめ設定した誤報防止しきい値Bをこえない場合は、従来と同様に、式(4)または(7)で補正した判定値DEL′を用い、タイヤの空気圧低下を判定するためのしきい値Aを超えた場合に、タイヤの空気圧が低下していると判定する。
このように、誤報の多かったバンク角の大きい場合に減圧判定を行わず、小さい場合に減圧判定を行うことで、バンク角のあるコーナーを旋回中にも、精度よくタイヤの空気圧低下を判定することができる。
以下、図5のフローチャートに基づいて、本発明の一実施の形態にかかわるタイヤ空気圧低下警報装置の動作の手段(1)〜(5)について説明する。
(1)まず、検出された各タイヤの回転車輪速度Viを用いて、式(17)により、車両速度Vを算出する。さらに、ヨーレートセンサからヨーレートωを、横方向加速度センサから横方向加速度LatG′を検出する(ステップS1)。
(2)つぎに、車両速度Vとヨーレートωを用いて、車両に対して横方向の加速度LatGを式(18)により算出する。そして、LatG′とLatGとを用いて、式(21)により、バンク角θの正弦値sinθを算出する。ここで、誤報防止しきい値Bを設定する。(ステップS2)設定する誤報防止しきい値Bは、たとえば、0.122であるが、とくにこれに限定されるわけではなく、走行条件、車両の種類、タイヤサイズなどによって変化させることが好ましい。
(3)その後、バンク角θの正弦値sinθと誤報防止しきい値Bとを比較する。その結果、バンク角θの正弦値sinθのほうが大きければ、タイヤの空気圧低下の判定を終了する。また、バンク角θの正弦値sinθのほうが小さければ、ステップS4に移る(ステップS3)。
(4)式(22)を用いて減圧判定値DELを補正する。
DEL′=DEL−COR3×LatG (22)
そして、タイヤの空気圧低下を判定するためのしきい値Aおよび式(22)で使用する補正係数COR3を設定する(ステップS4)。タイヤの空気圧低下を判定するためのしきい値Aおよび式(22)で使用する補正係数COR3は、たとえば、0.10および−0.20591であるが、とくにこれに限定されるわけではなく、走行条件、車両の種類、タイヤサイズなどによって変化させることが好ましい。
(5)さらに、補正後の減圧判定値DEL′とタイヤの空気圧低下を判定するためのしきい値Aとを比較する。その結果、補正後の減圧判定値DEL′のほうが小さければ、タイヤの空気圧低下の判定を終了する。また、補正後の減圧判定値DEL′のほうが大きければ、タイヤの空気圧が低下していると判定し、警報を発する(ステップS5)。
なお、ここまで、本発明のタイヤ空気圧低下警報装置について説明したが、タイヤ空気圧低下警報方法およびプログラムも同様である。
実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
実施例1および比較例1
試験用後輪駆動車にタイヤサイズ205/60R14の4輪のタイヤを装着させ、2人が乗車し、旋回半径150mのコーナーで、バンク角0°、6°、12°の3種類のコーナーを一定速度50km/hで走行させた。
実施例1の車両に搭載したタイヤ空気圧低下警報装置のフローチャートを図5に示す。
まず、回転車輪速度から車両速度Vを算出し、ヨーレートセンサからヨーレートωを、横方向加速度センサから横方向加速度LatG′を検出した(ステップS1)。
つぎに、車両速度Vおよびヨーレートωを用いて、式(18)により、横方向加速度LatGを算出し、式(21)により、バンク角θの正弦値sinθを算出した。その際、誤報防止しきい値Bを0.122に設定した(ステップS2)。
その後、バンク角θの正弦値sinθと誤報防止しきい値Bとを比較(ステップS3)し、バンク角θの正弦値sinθのほうが大きければ、タイヤの空気圧低下の判定を終了した。また、バンク角θの正弦値sinθのほうが小さければ、式(22)を用いて減圧判定値DELを補正した(ステップS4)。
ここで、タイヤの空気圧低下を判定するためのしきい値Aを0.10に、式(22)で使用する補正係数COR3を−0.20591に設定した。
式(22)で得られた補正後の減圧判定値DEL′とタイヤの空気圧低下を判定するためのしきい値Aとを比較し、補正後の減圧判定値DEL′のほうが小さければ、タイヤの空気圧低下の判定を終了した。また、補正後の減圧判定値DEL′のほうが大きければ、タイヤの空気圧が低下していると判定し、警報を発した(ステップS5)。
つぎに、比較例1の車両に搭載したタイヤ空気圧低下警報装置のフローチャートを図6に示す。
まず、回転車輪速度から車両速度Vを算出し、ヨーレートセンサからヨーレートωを検出した(ステップS1)。
つぎに、車両速度Vおよびヨーレートωを用いて、式(18)により、横方向加速度LatGを算出した(ステップS2)。
その後、式(22)を用いて減圧判定値DELを補正した(ステップS3)。
ここで、タイヤの空気圧低下を判定するためのしきい値Aを0.10に、式(22)で使用する補正係数COR3を−0.20591に設定した。
式(22)で得られた補正後の減圧判定値DEL′とタイヤの空気圧低下を判定するためのしきい値Aとを比較し、補正後の減圧判定値DEL′のほうが小さければ、タイヤの空気圧低下の判定を終了した。また、補正後の減圧判定値DEL′のほうが大きければ、タイヤの空気圧が低下していると判定し、警報を発した(ステップS4)。
実施例1および比較例1の試験結果を表1に示す。
Figure 0004244354
バンク角が12°と、バンク角が大きい場合、補正後の減圧判定値DEL′は0.11と、タイヤの空気圧低下を判定するためのしきい値0.10をこえた。
そのため、誤報を防止する手段を備えていない比較例1では、4輪すべてが正常内圧であるにもかかわらず、警報を発してしまった。
それに対して、誤報を防止する手段を備える実施例1では、バンク角が12°のときは、タイヤの空気圧低下の判定を行わないため、誤報を防止することができた。
バンク角のないコーナーを旋回中に、車両の前軸に働く力を表す説明図である。 バンク角のあるコーナーを旋回中に、車両の前軸に働く力を表す説明図である。 本発明の一実施の形態にかかわるタイヤ空気圧低下警報装置を示すブロック図である。 図3のタイヤ空気圧低下警報装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明のタイヤ空気圧低下警報プログラムの各手順にかかわるフローチャートである。 従来技術のタイヤ空気圧低下警報プログラムの各手順にかかわるフローチャートである。
符号の説明
1 回転車輪速度検出手段
2 制御ユニット
3 表示器
4 初期化スイッチ
5 警報器
6 ヨーレートセンサ
7 横方向加速度センサ

Claims (3)

  1. 車両に装着した4輪のタイヤから得られる回転車輪速度に基づいて得られる判定値を用いてタイヤ空気圧低下を検出するタイヤ空気圧低下警報方法であって、
    車両がコーナーを旋回するときに、
    各タイヤの回転車輪速度を検出する工程、
    各タイヤの回転車輪速度から車両速度を演算する工程、
    車両のヨーレートを検出する工程、
    横方向加速度センサにより横方向加速度を検出する工程、
    車両のヨーレート、車両速度および横方向加速度を用いて、旋回中のコーナーのバンク角を推定する工程、
    各タイヤの回転車輪速度から判定値を演算する工程、および
    推定したバンク角の正弦値が、第1のしきい値をこえた場合は減圧判定を行わず、第1のしきい値をこえない場合は補正した判定値を用い、タイヤの空気圧低下を判定するための第2のしきい値を越えた場合に、タイヤの空気圧が低下していると判定することによって、バンク角のあるコーナーを旋回するときに生じる誤判定を防止する工程を含むタイヤ空気圧低下警報方法。
  2. 車両に装着した4輪のタイヤから得られる回転車輪速度に基づいて得られる判定値を用いてタイヤ空気圧低下を検出するタイヤ空気圧低下警報装置であって、
    車両がコーナーを旋回するときに、
    各タイヤの回転車輪速度を検出する手段、
    各タイヤの回転車輪速度から車両速度を演算する手段、
    車両のヨーレートを検出する手段、
    横方向加速度センサにより横方向加速度を検出する手段、
    車両のヨーレート、車両速度および横方向加速度を用いて、旋回中のコーナーのバンク角を推定する手段、
    各タイヤの回転車輪速度から判定値を演算する手段、および
    推定したバンク角の正弦値が、第1のしきい値をこえた場合は減圧判定を行わず、第1のしきい値をこえない場合は補正した判定値を用い、タイヤの空気圧低下を判定するための第2のしきい値を越えた場合に、タイヤの空気圧が低下していると判定することによって、バンク角のあるコーナーを旋回するときに生じる誤判定を防止する手段を含むタイヤ空気圧低下警報装置。
  3. 車両に装着した4輪のタイヤから得られる回転車輪速度に基づいて得られる判定値を用いてタイヤ空気圧低下を検出するタイヤ空気圧低下警報プログラムであって、
    車両がコーナーを旋回するときに、コンピュータに、
    各タイヤの回転車輪速度を検出する手順、
    各タイヤの回転車輪速度から車両速度を演算する手順、
    車両のヨーレートを検出する手順、
    横方向加速度センサにより横方向加速度を検出する手順、
    車両のヨーレート、車両速度および横方向加速度を用いて、旋回中のコーナーのバンク角を推定する手順、
    各タイヤの回転車輪速度から判定値を演算する手順、および
    推定したバンク角の正弦値が、第1のしきい値をこえた場合は減圧判定を行わず、第1のしきい値をこえない場合は補正した判定値を用い、タイヤの空気圧低下を判定するための第2のしきい値を越えた場合に、タイヤの空気圧が低下していると判定することによって、バンク角のあるコーナーを旋回するときに生じる誤判定を防止する手順を実行させるためのタイヤ空気圧低下警報プログラム。
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