JPWO2011040019A1 - タイヤ状態検出装置およびタイヤ状態検出方法 - Google Patents

Abstract

タイヤの状態を高精度に検出することができるタイヤ状態検出装置。タイヤ状態検出装置（１０）は、ホイールに固定される空気入りタイヤ（１０８）のタイヤ状態を検出する装置であって、所定の振動をタイヤに入力する振動入力部（３１０）と、所定の振動が入力されたときのタイヤ（１０８）の周波数情報を取得する周波数情報取得部（３２０）と、取得された周波数情報からタイヤ（１０８）の共振周波数を抽出し、抽出したタイヤ（１０８）の共振周波数から、タイヤ（１０８）を外側慣性モーメント、内側慣性モーメント、およびこれらの間に働く弾性力のばね定数を用いてモデル化したときの、ばね定数を算出するタイヤ状態推定部（３３０）とを有する。

Description

本発明は、車両のタイヤの内圧等のタイヤ状態を検出するタイヤ状態検出装置およびタイヤ状態検出方法に関する。

近年、自動車に対する安全性の向上が求められ、この安全性を担保する要素技術の研究開発が盛んに進められている。この安全性を担保する要素技術の一つにタイヤの空気圧の検出がある。タイヤの空気圧を検出する方法として、一般的に、直接的検出方法と間接的検出方法とが知られている。

直接的検出方法とは、圧力センサ等のセンサがタイヤのホイール内部に直接的に配置され、このセンサで取得された圧力情報に基づいてタイヤの空気圧を検出する方法である。当該センサで取得された圧力情報は、例えば無線を介して、タイヤのホイール内に配置された送信機から車内の受信アンテナを介して、受信機およびメータ等の表示器に送信される。直接的検出方法は、タイヤの空気圧を高精度に検出することができるため、例えば四輪のタイヤの空気圧が同時に低下した場合でも検出することが可能である。

しかし、この直接的検出方法では、センサが非常に高価であり導入するためのコストがかかるため、現在タイヤの空気圧検出に関して普及するまでには至っていない。また、ホイールを交換することにより、再びセンサを配置する必要が生じるため、当該配置にコストもかかるという問題点がある。したがって、現在では、コストの観点からタイヤの空気圧検出に関しては間接的検出方法が普及している。

間接的検出方法とは、自動車の四輪のタイヤのうち特定のタイヤの空気圧が他のタイヤの空気圧と比べて相対的に低下していることを検出する方法である（例えば、特許文献１参照）。間接的検出方法は、ＡＢＳ（Antilock Brake System）を拡張してタイヤの空気圧を検出する。ＡＢＳは、各タイヤの回転速度を測定し、この測定した回転速度をブレーキの制御に利用する。タイヤの回転速度は自動車の走行速度とタイヤの半径で定まる。また、タイヤの空気圧が低下した場合には、タイヤがつぶれるため、タイヤの回転半径が小さくなる。その結果、空気圧の低下したタイヤだけ回転速度が速くなる。この回転速度の違いにより、タイヤの空気圧を検出する。このような間接的検出方法は、既存のＡＢＳを拡張して利用することができるため、上記した直接的検出方法に比べて安価に導入することができる。

このような間接的検出方法の一例として、下記に示す非特許文献１がある。非特許文献１に記載の技術は、タイヤのばね定数がタイヤの空気圧に依存するという関係、およびタイヤのばね定数はタイヤの共振周波数に比例するという関係を利用している。非特許文献１には、これらの関係に基づいて、測定されたタイヤの回転速度に対して周波数解析を行うことにより、タイヤの共振周波数を検出し、この検出した共振周波数に対応するタイヤの空気圧を検出する方法が開示されている。

特開平０５−１３３８３１号公報

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」、豊田中央研究所 Ｒ＆Ｄレビュー、１９９７年１２月、Ｖｏｌ.３２ Ｎｏ.４

しかし、非特許文献１による方法では、タイヤに機械共振を発生させるための加振源を、自動車が路面上を走行する場合にタイヤに発生する振動であるとして、タイヤの回転速度を導出している。非特許文献１による方法でタイヤの回転速度を導出する場合には、路面との摩擦係数またはタイヤの摩耗等の外乱の影響を受ける。また、自動車が路面上を走行する場合においてタイヤに発生する振動を加振源としているため、タイヤに機械共振が発生した場合には、自動車の外乱の影響を受けた機械共振または当該影響を受けていない機械共振のどちらであるのかが高精度に判定することができなかった。このように、自動車の外乱の影響を考慮してタイヤの共振周波数を検出する方法では、当該外乱の影響を無視することができないために高精度に検出することができなかった。結果的に、タイヤの空気圧を高精度に検出することが難しいという問題点があった。

本発明の目的は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、タイヤ状態を高精度に検出することができるタイヤ状態検出装置およびタイヤ状態検出方法を提供することである。

本発明のタイヤ状態検出装置は、ホイールに固定される空気入りタイヤのタイヤ状態を検出するタイヤ状態検出装置であって、所定の振動を前記タイヤに入力する振動入力部と、前記所定の振動が入力されたときの前記タイヤの周波数情報を取得する周波数情報取得部と、取得された前記周波数情報から前記タイヤの共振周波数を抽出し、抽出した前記タイヤの共振周波数から、前記タイヤを外側慣性モーメント、内側慣性モーメント、およびこれらの間に働く弾性力のばね定数を用いてモデル化したときの、前記ばね定数を算出するタイヤ状態推定部とを有する。

本発明のタイヤ状態検出方法は、ホイールに固定される空気入りタイヤのタイヤ状態を検出するタイヤ状態検出方法であって、所定の振動を前記タイヤに入力するステップと、前記所定の振動が入力されたときの前記タイヤの周波数情報を取得するステップと、取得された前記周波数情報から前記タイヤの共振周波数を抽出するステップと、抽出された前記タイヤの共振周波数から、前記タイヤを外側慣性モーメント、内側慣性モーメント、およびこれらの間に働く弾性力のばね定数を用いてモデル化したときの、前記ばね定数を算出するステップとを有する。

本発明に係るタイヤ状態検出装置およびタイヤ状態検出方法によれば、タイヤ状態を高精度に検出することができる。

本発明の実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置を含む車両の内部構成の一例を示すブロック図 実施の形態１におけるインバータ出力電流の出力指令値の時間変化を示す図 実施の形態１における電流検出部で検出されるインバータ出力電流の実際出力値の時間変化を示す図 実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート 実施の形態１におけるインバータ制御部による動作の一例を示すフローチャート 実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置の車両停止中における動作の一例を示すフローチャート 実施の形態１における車両停車中のインバータ出力電流の出力指令値の時間変化を示す図 実施の形態１における車両停車中に電流検出部で検出されるインバータ出力電流の実際出力値の時間変化を示す図 実施の形態１における単一のモータ部に対して複数のタイヤが配置されている車両の全体構成の一例を示す図 実施の形態１における単一のモータ部に対して２つのタイヤが配置されている場合のインバータ出力電流の実際出力値の時間変化を示す図 実施の形態１における、単一のモータ部に対して２つのタイヤが配置されている場合で、かつ、車両停車中におけるインバータ出力電流の実際出力値の時間変化を示す図 本発明の実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置を含む車両の内部構成の一例を示すブロック図 実施の形態２における回転角速度算出部で導出されたモータ部の回転角速度の時間変化を示す図 実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 実施の形態３におけるタイヤの力学的モデルを示す図 実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート 実施の形態３におけるタイヤの周波数特性の一例を示す図 本発明の実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態７に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 実施の形態７におけるモータ駆動系の構成の一例を示す制御ブロック図 本発明の実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態１０に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態１１に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図

以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素および同一の処理には同一の参照符号を付与し、重複する説明は省略する。

なお、各実施の形態の説明に先立って、主要な用語を以下のように定義する。
「共振用振動」とは、タイヤに共振を発生させるための後述の所定の振動をいう。
「走行用トルク」とは、車両の走行のためにタイヤに掛かるトルク（回転する力）である。
「共振用トルク」とは、共振用振動を発生させるためにタイヤに掛かるトルクである。
「合成トルク」とは、共振用トルクと走行用トルクとの合成トルクである。
「走行用電流」とは、走行用トルクを発生するためのモータ駆動電流（インバータ出力電流）である。
「共振用電流」とは、共振用トルクを発生するためのモータ駆動電流（インバータ出力電流）である。
「合成駆動電流」とは、合成トルクを発生するためのモータ駆動電流（インバータ出力電流）である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置１０を含む車両１の内部構成を示すブロック図である。図１に示すように、車両１は、アクセルペダル１００、アクセルポジションセンサ部１０１、ＥＣＵ１０２、インバータ制御部１０３、インバータ部１０４、バッテリ部１０５、電流検出部１０６、モータ部１０７、タイヤ１０８、共振周波数検出部１０９、内圧導出部１１０、および情報提示部１１１を有する。また、タイヤ状態検出装置１０は、主に、ＥＣＵ１０２、インバータ制御部１０３、インバータ部１０４、バッテリ部１０５、電流検出部１０６、共振周波数検出部１０９、内圧導出部１１０および情報提示部１１１から構成される。本実施の形態では、モータ部１０７が、タイヤ１０８に機械共振を発生させるための加振源である。

アクセルペダル１００は、車両１内の運転席の足元に配置される車両部品であり、ドライバが運転中に加速等して車両１を走行させる場合に使用される。ドライバによるアクセルペダル１００の踏込量は、アクセルポジションセンサ部１０１によって検出される。

アクセルポジションセンサ部１０１は、ドライバによるアクセルペダル１００の踏込量を検出し、この検出した踏込量に関する情報を含むＡＰ開度情報をＥＣＵ１０２に送出する。

ＥＣＵ１０２は、マイコン、ＲＯＭまたはＲＡＭ等により構成される電子制御装置（Electronic Control Unit）であり、所定の信号処理を行う。例えば、ＥＣＵ１０２は、アクセルポジションセンサ部１０１から送出されたＡＰ開度情報を取得し、この取得したＡＰ開度情報に応じた走行用トルクを導出する。また、ＥＣＵ１０２は、インバータ部１０４に走行用電流を出力させるための制御情報を、インバータ制御部１０３に送出する。走行用電流は、ＥＣＵ１０２で導出された走行用トルクをモータ部１０７が駆動するために、インバータ部１０４がモータ部１０７に対して出力する必要のある電流である。なお、このインバータ制御部１０３に送出される制御情報には、ＡＰ開度情報に応じて導出された走行用トルクの値、および当該走行用トルクの値に対応する走行用電流をインバータ部１０４に出力させるための指令情報等が含まれる。

また、ＥＣＵ１０２は、当該制御情報をインバータ制御部１０３に送出したとき、共振周波数検出部１０９に、共振用電流の出力指令値を生成させるための共振用電流生成指令情報を送出する。共振用電流の出力指令値とは、インバータ制御部１０３を介して、インバータ部１０４から共振用電流を出力させるための指令値を示す。共振用電流生成指令情報とは、共振周波数検出部１０９が共振用電流の出力指令値を生成するための指令情報を示す。共振周波数検出部１０９は、この共振用電流生成指令情報をＥＣＵ１０２から取得したとき、共振用電流の出力指令値を生成し、この生成した共振用電流の出力指令値を、所定のタイミングでインバータ制御部１０３に送出する。

ＥＣＵ１０２が共振用電流生成指令情報を共振周波数検出部１０９に出力するタイミングは、ＥＣＵ１０２がインバータ制御部１０３に制御情報を送出したタイミングと同時である必要は特にない。例えば、ＥＣＵ１０２は、共振用電流の生成指令情報をインバータ制御部１０３に出力する旨のタイミング情報を、常時送出しても良い。また、車両１を運転しているドライバから所定のスイッチ等が押下されたタイミングに合わせて、ＥＣＵ１０２は、共振用電流の生成指令情報をインバータ制御部１０３に出力する旨のタイミング情報を、送出しても良い。

インバータ制御部１０３は、インバータ部１０４に走行用電流を出力させるための制御情報を、ＥＣＵ１０２から取得する。インバータ制御部１０３は、当該制御情報に含まれる走行用トルクの値に対応する走行用電流の出力指令情報を、インバータ部１０４へ送出する。走行用電流の出力指令情報とは、当該走行用電流の出力指令値、および当該走行用電流の出力指令値をインバータ部１０４から出力させるための指令情報等が含まれる。走行用電流の出力指令値とは、当該走行用電流をインバータ部１０４に出力させるための指令値を示す。

また、インバータ制御部１０３は、共振周波数検出部１０９で生成された共振用電流を取得する。この共振用電流は、共振用電流の出力指令値を示す。共振周波数検出部１０９から共振用電流の出力指令値を取得したとき、インバータ制御部１０３は、上記した走行用電流の出力指令値と、上記した共振用電流の出力指令値とを重畳した合成駆動電流の出力指令値を含む合成駆動電流の出力指令情報をインバータ部１０４に送出する。合成駆動電流は、走行用電流と共振用電流との和である。さらに、合成駆動電流の出力指令値とは、走行用電流の出力指令値と、共振用電流の出力指令値とが加算された値を示す。また、合成駆動電流の出力指令情報には、合成駆動電流の出力指令値、および当該合成駆動電流の出力指令値をインバータ部１０４に出力させるための指令情報等が含まれる。

図２は、インバータ制御部１０３の制御の下で、インバータ部１０４が出力するインバータ出力電流の出力指令値の時間変化を示した図である。パラメータＩｑａ＊は走行用電流の出力指令値を表し、パラメータＩｑｂ＊は共振用電流の出力指令値を表し、パラメータＩｑ＊はインバータ出力電流の出力指令値を表す。図２に示すように、横軸は時間を表し、縦軸はインバータ出力電流を表す。図２に示すように、インバータ出力電流は、走行用電流の出力指令値Ｉｑａ＊と共振用電流の出力指令値Ｉｑｂ＊とが重畳された上記した合成駆動電流の出力指令値Ｉｑ＊である。

共振用電流の出力指令値は、タイヤ１０８固有の共振周波数付近で掃引されたパルス信号、または正弦波信号等の交流信号で表される。インバータ制御部１０３は、インバータ部１０４が実際に出力した走行用電流または合成駆動電流の各実際出力値を電流検出部１０６を介して取得する。インバータ制御部１０３は、この取得した実際出力値と、図２に示したインバータ出力電流の出力指令値とが一致するようにインバータ部１０４を制御する。

インバータ部１０４は、インバータ制御部１０３から送出された走行用電流の出力指令情報を取得する。インバータ部１０４は、この取得した走行用電流の出力指令情報に含まれる走行用電流の出力指令値を、バッテリ部１０５から必要な電力の供給を受けたうえで出力する。また、インバータ部１０４は、インバータ制御部１０３から上記した合成駆動電流の出力指令情報を取得した場合、当該出力指令情報に含まれる合成駆動電流を、バッテリ部１０５から必要な電力の供給を受けたうえで出力する。

バッテリ部１０５は、インバータ部１０４が出力する走行用電流、または合成駆動電流を出力するために必要な電力をインバータ部１０４に供給する。

電流検出部１０６は、インバータ部１０４から実際に出力された走行用電流または合成駆動電流の各実際出力値を検出する。電流検出部１０６は、常時、走行用電流または合成駆動電流の各実際出力値を検出する。この検出された走行用電流または合成駆動電流の各実際出力値は、インバータ制御部１０３および共振周波数検出部１０９で検出される。

モータ部１０７は、インバータ部１０４に出力された走行用電流または合成駆動電流の各実際出力値を入力し、この入力された走行用電流または合成駆動電流の各実際出力値に基づいて、ＥＣＵ１０２で導出された走行用トルクの値を出力してタイヤ１０８を駆動する。タイヤ１０８は、いわゆる車両１のタイヤであり、車両１に対して安定的かつ固定的に接続されている。タイヤ１０８は、ホイールとの間で気体を内包している。気体には、空気または窒素等が該当する。図１には一輪のタイヤが示されているが、後述するように、複数輪のタイヤが接続されていても構わない。

図３は、図２に示すインバータ出力電流の出力指令値に対して、インバータ部１０４が出力したインバータ出力電流の実際出力値の時間変化を示す図である。

共振周波数検出部１０９は、図３に示すように、電流検出部１０６を介して走行用電流または合成駆動電流であるインバータ出力電流の各実際出力値を検出する。共振周波数検出部１０９は、当該取得したインバータ出力電流が極小となっているときの周波数をタイヤ１０８の共振周波数として導出する。このインバータ出力電流が極小となるときの周波数がタイヤ１０８の共振周波数となるのは以下の説明による。

インバータ部１０４から実際に出力されたインバータ出力電流がモータ部１０７に入力されてタイヤ１０８に機械共振が発生したとする。このとき、当該共振により、当該タイヤ１０８と安定的かつ固定的に接続されているモータ部１０７内には電磁誘導により逆起電力が誘起される。この誘起された逆起電力に基づいて、モータ部１０７へ入力される電流と逆方向に当該逆起電力による反対電流が流れるため、インバータ部１０４から見たモータ部１０７のインピーダンスが極大になる。モータ部１０７のインピーダンスが極大のとき、モータ部１０７へ入力される電流が最も流れにくい状態となるため、図３に示すように、インバータ出力電流は極小値をとる。したがって、インバータ出力電流が極小のとき、タイヤ１０８は機械共振し、モータ部１０７に安定的かつ固定的に接続されたタイヤ１０８の共振周波数が検出される。

共振周波数検出部１０９は、タイヤ１０８の共振周波数の導出において、例えば、電流検出部１０６により検出されたインバータ出力電流を周波数解析（ＦＦＴ等）する。この周波数解析によるスペクトル波形においては、タイヤ１０８の共振周波数で急峻なピークが現れるため、このピークが現れるときの周波数がタイヤ１０８の共振周波数と判断される。共振周波数検出部１０９は、検出した共振周波数に関する情報を内圧導出部１１０に送出する。

内圧導出部１１０は、共振周波数検出部１０９から送出された共振周波数に基づいてタイヤ１０８の内圧を導出する。タイヤ１０８の内圧は、例えば、タイヤ１０８の共振周波数とタイヤのばね定数とが比例関係にあること、およびタイヤのばね定数とタイヤ１０８の内圧とが比例関係にあること（例えば、非特許文献１参照）に基づいて導出される。ただし、内圧の導出方法は、非特許文献１に記載の方法に限定されない。

情報提示部１１１は、内圧導出部１１０に導出されたタイヤ１０８の内圧に関する内圧情報を車両１のドライバに対して提示する。この提示では、メータ等で表示しても良いし、車両１に予め配設されているナビゲーション装置のディスプレイ等に表示しても良い。

（タイヤ状態検出装置１０の動作）
次に、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０の動作について図４および図５を参照して説明する。

図４は、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０の動作を説明するフローチャートである。図５は、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０のインバータ制御部１０３の動作の詳細を説明したフローチャートである。

車両１を運転するドライバがアクセルペダル１００を所定量踏み込んだ場合、アクセルポジションセンサ部１０１は当該踏まれたアクセルペダル１００の踏込量を検出する。ＥＣＵ１０２は、この検出された踏込量に関する情報を含むＡＰ開度情報をアクセルポジションセンサ部１０１から取得する（Ｓ１０１）。

ＥＣＵ１０２は、アクセルポジションセンサ部１０１から送出されたＡＰ開度情報を取得する（Ｓ１０１のＹＥＳ）。ＥＣＵ１０２は、この取得したＡＰ開度情報に基づき、モータ部１０７がタイヤ１０８を回転させるために必要な出力トルク（走行用トルク）を算出する（Ｓ１０２）。ＥＣＵ１０２は、インバータ部１０４に走行用電流を出力させるための制御情報をインバータ制御部１０３に送出する（Ｓ１０３）。上記したとおり、当該制御情報がインバータ制御部１０３に送出されたとき、ＥＣＵ１０２は、共振周波数検出部１０９に、共振用電流の出力指令値を生成させる共振用電流生成指令情報を送出する。

図５に示すように、インバータ制御部１０３は、ＥＣＵ１０２から制御情報を取得した場合（Ｓ１０３ａのＹＥＳ）、共振周波数検出部１０９から、共振用電流の出力指令値を取得した否かを判断する（Ｓ１０３ｂ）。インバータ制御部１０３は、共振用電流の出力指令値を取得した場合（Ｓ１０３ｂのＹＥＳ）、走行用電流の出力指令値と共振用電流の出力指令値とを重畳した合成駆動電流の出力指令値を生成する（Ｓ１０３ｃ）。インバータ制御部１０３は、インバータ部１０４に、この生成した合成駆動電流の出力指令値を出力するように制御する合成駆動電流の出力指令情報を送出する（Ｓ１０３ｄ）。

インバータ部１０４は、インバータ制御部１０３から合成駆動電流の出力指令情報を取得する。インバータ部１０４は、この取得した合成駆動電流の出力指令情報に基づき、バッテリ部１０５から必要な電力の供給を受け（Ｓ１０４）、当該出力指令情報に対応する合成駆動電流を出力する（Ｓ１０５）。

電流検出部１０６は、インバータ部１０４から実際に出力された合成駆動電流の実際出力値を検出する（Ｓ１０６）。この検出された合成駆動電流（インバータ出力値）の実際出力値の時間変化は、図３に示すとおりである。

共振周波数検出部１０９は、電流検出部１０６によって検出された合成駆動電流（インバータ出力値）の実際出力値が極小となっているときの周波数をタイヤ１０８の共振周波数として導出する。共振周波数検出部１０９は、例えば、電流検出部１０６により検出された合成駆動電流を周波数解析（ＦＦＴ等）することによって、タイヤ１０８の共振周波数を検出する（Ｓ１０７）。

内圧導出部１１０は、共振周波数検出部１０９から送出された共振周波数に基づいてタイヤ１０８の内圧を導出する（Ｓ１０８）。情報提示部１１１は、内圧導出部１１０に導出されたタイヤ１０８の内圧に関する内圧情報を車両１のドライバに対して提示して（Ｓ１０９）、タイヤ状態検出装置の動作は終了する。

以上のように、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０では、共振周波数検出部１０９がタイヤ１０８固有の共振周波数付近で掃引した共振用電流をインバータ制御部１０３に送出する。インバータ制御部１０３は、この共振用電流と走行用電流とを重畳した合成駆動電流の出力指令値をインバータ部１０４に送出する。インバータ部１０４が実際に出力した合成駆動電流の実際出力値からタイヤ１０８の共振周波数を検出する。

したがって、タイヤ１０８と安定的かつ固定的に接続されたモータ部１０７に入力される合成駆動電流の実際出力値の時間変化からタイヤ１０８の機械共振を判定するため、車両１の外乱の影響を考慮する必要がなくなり、タイヤ１０８の共振周波数を高精度に判定することができる。タイヤ１０８の共振周波数を高精度に判定することができるため、結果的に、タイヤの内圧を高精度に検出することができる。

（車両停車中におけるタイヤ状態検出装置１０の動作）
次に、車両１が停車中である場合に、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０がタイヤ１０８の内圧を導出する動作について、図６〜図８を参照して説明する。

図６は、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０における車両停止中の動作を説明するフローチャートである。図７は、車両停車中に、インバータ制御部１０３がインバータ部１０４に送出したインバータ出力電流の出力指令値の時間変化を示す図である。図８は、車両停車中に、電流検出部１０６で検出されるインバータ出力電流の実際出力値の時間変化を示す図である。

車両１が停車中である場合には、アクセルペダル１００はドライバに踏み込まれない。すなわち、アクセルポジションセンサ部１０１は、アクセルペダル１００からの踏込量を検出しない。ＥＣＵ１０２は、例えばドライバから所定のスイッチ等の押下に対応する入力信号を取得し、この入力信号に基づいて、共振周波数検出部１０９に共振用電流生成指令情報を送出する（Ｓ１１０）。この共振用電流生成指令情報が共振周波数検出部１０９に送出されるタイミングは、ドライバからの所定スイッチ等押下のタイミングである必要は特にない。例えば、不図示の車輪速度センサ等により車両１が運転停止と判断されたタイミングでも良いし、不図示のタイマー等の計測によって運転停止直後から所定時間経過したときのタイミングでも構わない。また、運転停止中である場合に、ＥＣＵ１０２が常時、共振周波数検出部１０９に共振用電流生成指令情報を送出するようにしても良い。

共振周波数検出部１０９は、ＥＣＵ１０２から共振用電流生成指令情報を取得した場合（Ｓ１１０のＹＥＳ）、共振用電流の出力指令値を生成し、この生成した共振用電流の出力指令値を所定のタイミングでインバータ制御部１０３に送出する（Ｓ１１１）。

インバータ制御部１０３は、共振用電流の出力指令値を取得し（Ｓ１１１のＹＥＳ）、インバータ部１０４に、この取得した共振用電流の出力指令値を出力するように制御する共振用電流の出力指令情報を送出する（Ｓ１１２）。この送出される共振用電流の出力指令情報に含まれる共振用電流の出力指令値は、図２に示した共振用電流の出力指令値Ｉｑｂ＊に相当する（図７参照）。Ｓ１１２以降の処理は、図４で示した対応する参照符号と同一の処理であるため、説明を省略する。

以上のように、車両１が運転停止中を継続している状態のときと、車両１が走行中である状態のときとは、インバータ制御部１０３がインバータ部１０４に出力させる電流の出力指令値の絶対値が異なる。具体的には、車両１が走行中である状態に対応するインバータ出力電流の絶対値は、図２に示したように、インバータ出力電流の出力指令値Ｉｑ＊（＝（走行用電流の出力指令値Ｉｑａ＊）＋（共振用電流の出力指令値Ｉｑｂ＊））である。一方、車両１が運転停止中を継続している状態に対応するインバータ出力電流の絶対値は、図７に示したように、共振用電流の出力指令値Ｉｑｂ＊のみである。

したがって、車両１が運転停車中を継続している状態のままであっても、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０は、インバータ部１０４に出力させるインバータ出力電流の指令値を共振用電流の出力指令値とするだけで、タイヤの共振周波数を高精度に判定することができる。結果的に、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０は、車両１の運転状態に関係なく、走行中でも停車中でも、タイヤの内圧を高精度に検出することができる。

図９は、複数のタイヤ１０８が差動ギヤを介してモータ部１０７と固定的に配置されている車両の全体構成を示す外観図である。

本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０は、車両１が図９に示すような車両である場合においても、同様に、タイヤ１０８の内圧を高精度に検出することができる。つまり、モータ部１０７には、一輪のタイヤ１０８が取り付けられても良いし、複数輪のタイヤ１０８が取り付けられても良い。

図１０は、モータ部１０７に対して２つのタイヤが配置されている場合で、２つのタイヤ共振周波数が現れる様子を示す図である。この場合、タイヤ状態検出装置１０は、それぞれのタイヤ１０８に対して、個別に図４および図５に示した動作を行う。インバータ部１０４が出力したインバータ出力電流の実際出力値には、図１０に示すように、第１のタイヤ１０８の共振周波数（共振点）に対応する第１の極小値、および第２のタイヤ１０８の共振周波数（共振点）に対応する第２の極小値が検出される。

図１１は、モータ部１０７に対して２つのタイヤが配置されている場合で、車両が停車中である場合において、２つのタイヤ共振周波数（共振点）にそれぞれ対応する第１および第２の極小値が現れる様子を示す図である。

本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０は、図９に示すような車両に搭載されている場合であって、さらに、当該車両が停車中である場合においても、同様に、タイヤ１０８の内圧を高精度に検出することができる。

（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置２０を含む車両２の内部構成を示すブロック図である。本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置２０が本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０と異なる点は、図１２に示すように、タイヤ状態検出装置２０がモータ部２０１、エンコーダ部２０２および回転角速度算出部２０３を有する点である。これらの点以外は実施の形態１と同様であり、図１２において、図１と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。

モータ部２０１には、実施の形態１のモータ部１０７に、エンコーダ部２０２が更に備えられている。エンコーダ部２０２は、モータ部２０１のステータに対するロータの回転角度を検出し、この検出された回転角度を回転角速度算出部２０３に送出する。エンコーダ部２０２は、インクリメンタルエンコーダまたはアブソリュートエンコーダ等の光学式エンコーダでも良いし、ホール素子等で構成される磁気式エンコーダでも良い。

回転角速度算出部２０３は、エンコーダ部２０２から送出された回転角度を取得し、この取得した回転角度に対して時間微分を行って回転角速度ωを導出する。パラメータωは回転角速度を表す。回転角速度算出部２０３は、この導出された回転角速度ωを共振周波数検出部１０９に送出する。

インバータ制御部１０３がインバータ出力電流の出力指令値をインバータ部１０４に出力した場合、回転角速度算出部２０３に導出された回転角速度は図１３のように示される。図１３は、回転角速度算出部２０３で導出されたモータ部２０１の回転角速度の時間変化を示す図である。

インバータ部１０４から実際に出力された合成駆動電流がモータ部２０１に入力されてタイヤ１０８に機械共振が発生したとする。このとき、タイヤ１０８に安定的かつ固定的に接続されているモータ部２０１の回転速度は、タイヤ１０８の共振周波数において最も高くなる。このため、エンコーダ部２０２から出力された回転角度を時間微分することによって導出された回転角速度ωは、タイヤ１０８の共振周波数に近づくにつれて徐々に大きくなり、共振周波数において極大となる。したがって、図１３に示すように、モータ部２０１の回転角速度が極大になった場合、タイヤ１０８は機械共振し、モータ部２０１に安定的かつ固定的に接続されたタイヤ１０８の共振周波数が検出される。

（タイヤ状態検出装置２０の動作）
次に、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置２０の動作について図１４を参照して説明する。図１４は、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置２０の動作を説明するフローチャートである。なお、図１４に示すインバータ制御の動作は、図５に示す内容と同一であるため、インバータ制御の動作の説明は省略する。

車両２を運転するドライバがアクセルペダル１００を所定量踏み込んだ場合、アクセルポジションセンサ部１０１は当該踏まれたアクセルペダル１００の踏込量を検出する。ＥＣＵ１０２は、この検出された踏込量を含むＡＰ開度情報をアクセルポジションセンサ部１０１から取得する（Ｓ１０１）。

ＥＣＵ１０２は、アクセルポジションセンサ部１０１から送出されたＡＰ開度情報を取得する（Ｓ１０１のＹＥＳ）。ＥＣＵ１０２は、この取得したＡＰ開度情報に基づき、モータ部２０１がタイヤ１０８を回転させるために必要な出力トルク（走行用トルク）を算出する（Ｓ１０２）。ＥＣＵ１０２は、インバータ部１０４に走行用電流を出力させるための制御情報をインバータ制御部１０３に送出する（Ｓ１０３）。当該制御情報がインバータ制御部１０３に送出されたとき、ＥＣＵ１０２は、共振周波数検出部１０９に、共振用電流の出力指令値を生成させる共振用電流生成指令情報を送出する。

インバータ部１０４は、インバータ制御部１０３から合成駆動電流（インバータ出力電流）の出力指令情報を取得する。インバータ部１０４は、この取得した合成駆動電流の出力指令情報に基づき、バッテリ部１０５から必要な電力の供給を受け（Ｓ１０４）、当該出力指令情報に対応する合成駆動電流を出力する（Ｓ１０５）。

電流検出部１０６は、インバータ部１０４から実際に出力された合成駆動電流の実際出力値を検出する（Ｓ１０６）。この検出された合成駆動電流の実際出力値は、インバータ制御部１０３で検出される。

エンコーダ部２０２は、モータ部２０１の回転角度を検出し（Ｓ２０１）、この検出された回転角度を回転角速度算出部２０３に送出する。回転角速度算出部２０３は、エンコーダ部２０２から送出されたモータ部２０１の回転角度を取得し、この取得した回転角度を時間微分することによって回転角速度ωを検出する（Ｓ２０２）。回転角速度算出部２０３は、この導出された回転角速度ωを共振周波数検出部１０９に送出する。

共振周波数検出部１０９は、回転角速度算出部２０３に導出されたモータ部２０１の回転角速度ωを取得し、この取得した回転角速度の値が極大となっているときの周波数をタイヤ１０８の共振周波数として導出する。共振周波数検出部１０９は、例えば、回転角速度算出部２０３により導出された回転角速度を周波数解析（ＦＦＴ等）することによって、タイヤ１０８の共振周波数を検出する（Ｓ１０７）。

内圧導出部１１０は、共振周波数検出部１０９から送出された共振周波数に基づいてタイヤ１０８の内圧を導出する（Ｓ１０８）。情報提示部１１１は、内圧導出部１１０に導出されたタイヤ１０８の内圧に関する内圧情報を車両２のドライバに対して提示して（Ｓ１０９）、タイヤ状態検出装置の動作は終了する。

以上のように、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置２０では、共振周波数検出部１０９がタイヤ１０８固有の共振周波数付近で掃引した共振用電流をインバータ制御部１０３に送出する。インバータ制御部１０３は、この共振用電流と走行用電流とを重畳した合成駆動電流の出力指令値をインバータ部１０４に送出する。インバータ部１０４が実際に出力した合成駆動電流の実際出力値により駆動されたモータ部２０１の回転角度をエンコーダ部２０２が検出し、この検出された回転角度の時間微分からモータ部２０１の回転角速度が導出される。この導出されたモータ部２０１の回転角速度からタイヤ１０８の共振周波数が検出される。

したがって、タイヤ１０８と安定的かつ固定的に接続されたモータ部１０７の回転角速度の時間変化からもタイヤ１０８の機械共振を判定することができる。このため、車両２の外乱の影響を考慮する必要がなく、タイヤ１０８の共振周波数を高精度に判定することができる。タイヤ１０８の共振周波数を高精度に判定することができるため、結果的に、タイヤの内圧を高精度に検出することができる。

以上、添付図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明の入力装置はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記の各実施の形態では、タイヤ状態検出装置１０または２０は、内圧導出部１１０および情報提示部１１１を必須の構成であるとして説明した。しかし、これら内圧導出部１１０および情報提示部１１１は、タイヤ状態検出装置１０または２０に対して任意の構成であっても構わない。

上記した各実施の形態では、共振用電流の出力指令情報は、共振周波数検出部１０９が発生するものとして説明した。しかし、共振周波数検出部１０９が共振用電流を発生しなくても構わない。例えば、共振周波数検出部１０９は、共振用電流の出力指令情報をインバータ制御部１０３自身に発生させるためのタイミング情報と、タイヤ１０８固有の共振周波数に関する情報とを送出する。インバータ制御部１０３は、当該タイミング情報を取得した時点で、タイヤ１０８固有の共振周波数付近で掃引した共振用電流の出力指令値を発生し、上記した走行用電流の出力指令値と重畳した合成駆動電流の出力指令値を含む合成駆動電流の出力指令情報をインバータ部１０４に送出する。また、インバータ制御部１０３は、共振周波数検出部１０９からタイヤ１０８固有の共振周波数に関する情報を取得しなくても構わない。例えば、インバータ制御部１０３は、ＥＣＵ１０２からタイヤ１０８固有の共振周波数に関する情報を取得するようにすれば良い。

実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置２０は、実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置１０と同様、当該タイヤ状態検出装置２０を含む車両２が運転停止中の場合でも、タイヤ１０８の内圧を導出することができる。また、タイヤ状態検出装置２０は、モータ部２０１に複数のタイヤが安定的かつ固定的に接続されている場合においても、実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置１０と同様、各タイヤ１０８の内圧を導出することができる。

（実施の形態３）
図１５は、実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図である。

図１５に示すように、タイヤ状態検出装置１０は、ホイールに固定されるタイヤ（以下単に「タイヤ」という）１０８に接続される装置であり、振動入力部３１０、周波数情報取得部３２０、およびタイヤ状態推定部３３０を有する。タイヤ１０８は、この車両に対して安定的かつ固定的に接続されており、ホイールとの間で、空気や窒素等の気体を内包している。

なお、周波数情報取得部３２０は、実施の形態１および実施の形態２におけるエンコーダ部２０２、電流検出部１０６、共振周波数検出部１０９、および回転角速度算出部２０３に対応する。また、タイヤ状態推定部３３０は、実施の形態１および実施の形態２における内圧導出部１１０に対応する。

振動入力部３１０は、所定の振動をタイヤ１０８に入力する。所定の振動は、タイヤ１０８の共振周波数を後述の周波数情報取得部３２０が抽出し易くするための、タイヤ１０８の回転方向に掛ける微小な前後振動であり、トルクの大きさと振動周波数とにより定義されるものである。この所定の振動は、上述の定義の通り、「共振用振動」という。

振動入力部３１０は、タイヤ１０８の駆動系を電気的または機械的に制御することにより振動を加えても良いし、駆動系とは独立してタイヤ１０８に直接に機械的に振動を加えても良い。直接に機械的に振動を加える場合、振動入力部３１０は、例えば、タイヤ１０８のホイール等に取り付けられた、電磁型の加振器や、偏芯したマスが小型モータに取り付けられたアンバランスマス型の加振器とすることができる。また、振動入力部３１０は、例えば、アクティブサスペンションのような、ダンパの油圧制御装置とすることができる。

周波数情報取得部３２０は、振動入力部３１０によって共振用振動が入力された場合のタイヤ１０８の周波数情報を取得する。周波数情報は、後述のタイヤ１０８の共振周波数を抽出するための情報である。周波数情報は、例えば、タイヤ１０８の回転角速度を含む。また、タイヤ１０８のリムがモータにより駆動される場合には、周波数情報は、モータ駆動型車両における誘導起電力低減のためのインバータ制御電圧である。回転角速度の場合、例えば、タイヤ１０８のステータに対するロータの回転角度を検出するエンコーダ（図示せず）を配置してリムの回転角度を取得し、リムの回転角度に対してそれぞれ時間微分を行うことにより取得することができる。エンコーダとしては、例えば、インクリメンタルエンコーダまたはアブソリュートエンコーダ等の光学式エンコーダや、ホール素子等により構成される磁気式エンコーダが挙げられる。

タイヤ状態推定部３３０は、周波数情報取得部３２０が取得した周波数情報から、タイヤ１０８の共振周波数を抽出して、タイヤ１０８の状態を推定する。そして、タイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８の力学的モデルを用いて、タイヤ１０８の状態を推定する。具体的には、タイヤ状態推定部３３０は、タイヤ１０８の力学的モデルのねじりばね定数を、タイヤ１０８の状態の検出を行う毎に算出し、算出されたねじりばね定数に基づいてタイヤ１０８の状態を推定する。

図１６は、タイヤ状態推定部３３０が用いるタイヤ１０８の力学的モデルを示す図である。

図１６に示すように、タイヤ１０８の力学的モデル４１０は、タイヤ１０８のリム４２０の慣性モーメント、タイヤ１０８のトレッド４３０の慣性モーメント、これらを結合するばね（ねじりばね）４４０、およびダンパ４５０を含む。すなわち、タイヤ１０８の力学的モデル４１０は、タイヤ１０８に発生する機械的な振動を、ねじり振動現象としてモデル化したものである。力学的モデル４１０は、以下に示す各変数を用いて表現される。
Ｊ_１：リム４２０の慣性モーメント（内側慣性モーメント）
Ｊ_２：トレッド４３０の慣性モーメント（外側慣性モーメント）
Ｋ：タイヤ１０８のねじりばね定数
Ｄ：タイヤ１０８の等価粘性係数
Ｔ_ｅ：車両側からリム４２０に掛けられる出力トルク
Ｔ_ｄ：タイヤ１０８が転動することにより路面からトレッド４３０に掛けられる外乱トルク
ω_１：リム４２０の回転角速度
ω_２：トレッド４３０の回転角速度

なお、θ_ｓは、リム４２０とトレッド４３０との回転角度差とする。慣性モーメントＪ_１、外側慣性モーメントＪ_２、および等価粘性係数Ｄは、固定値とみなすことができるパラメータである。ねじりばね定数Ｋは、リム４２０とトレッド４３０とを結合するタイヤ１０８の側面ゴム部の弾性を表すパラメータであり、空気圧（以下「タイヤ内圧」という）に依存する。出力トルクＴ_ｅは、制御対象である。外乱トルクＴ_ｄは、不明なパラメータである。回転角速度ω_１は、高精度に測定可能なパラメータである。

タイヤ状態検出装置１０は、図示しないが、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶媒体等を有する。この場合、上述の各機能部の一部または全部は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより実現される。タイヤ状態検出装置１０は、例えば、車両に搭載され、タイヤ１０８の駆動系に接続されたＥＣＵの形態を取ることができる。

このようなタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８の共振周波数を抽出するので、タイヤ１０８のねじりばね定数を高精度で取得して、タイヤ１０８の状態を検出できる。

次に、タイヤ状態検出装置１０の動作について説明する。

図１７は、実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、タイヤ状態を推定するタイミング（以下「推定実施タイミング」という）が到来する毎に、振動入力部３１０は、所定の振動をタイヤ１０８へ入力する（Ｓ１０９０）。推定実施タイミングは、検出対象となる車両の走行中でも駐停車中でも良く、一定速度での走行中でも不定速度での走行中でも良い。また、推定実施タイミングは、予め定められた周期で到来しても良いし、ドライバによりスイッチ押下等の所定の操作が行われた時であっても良い。

そして、周波数情報取得部３２０は、タイヤ１０８の周波数情報を取得し、取得された周波数情報をタイヤ状態推定部３３０へ出力する（Ｓ１１００）。タイヤ状態推定部３３０は、入力された周波数情報から、タイヤ１０８の共振周波数を抽出する（Ｓ１１２０）。そして、タイヤ状態推定部３３０は、抽出した共振周波数から、タイヤ１０８のねじりばね定数Ｋを算出する（Ｓ１１３０）。

ここで、タイヤ状態推定部３３０が共振周波数を検出し、共振周波数に基づいてねじりばね定数Ｋを算出する手法について説明する。ここでは、周波数情報としてリム４２０の回転角速度ω_１がタイヤ状態推定部３３０へ入力された場合について説明する。

なお、周波数情報は、例えば、回転角速度、モータ駆動用の電圧に対して、モータの回転により発生する誘導起電力を抑える電流を制御するための制御電圧の周波数である。

図１８は、タイヤ１０８の周波数特性の一例を示す図である。横軸は周波数ｆを示し、縦軸はリム４２０の回転角速度ω_１のパワースペクトル密度を示す。

タイヤ状態推定部３３０は、リム４２０の回転角速度ω_１に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等の周波数解析を行うことにより、図１８に示すスペクトル波形４６１を得ることができる。

図１８に示すように、タイヤ１０８の周波数特性を示すスペクトル波形４６１において、タイヤ内圧による影響を受ける共振周波数は、サスペンションの前後振動とタイヤ１０８のねじりばね共振との連成共振として周波数４６２に現れる。この現象の詳細については、例えば非特許文献１に記載されているため、ここでの説明を省略する。

そして、スペクトル波形４６１には、タイヤ１０８の共振周波数である上述の周波数４６２において急峻な山のピークが現れる。

そこで、タイヤ状態推定部３３０は、スペクトル波形４６１のピーク位置を検出することによって、共振周波数４６２を取得する。

ところで、タイヤ１０８の共振周波数ｆ_ｃ０は、一般に二慣性系モデルから、以下の式（１）のように表される。

したがって、タイヤ状態推定部３３０は、共振周波数ｆ_ｃ０を検出し、固定値である慣性モーメントＪ_１および外側慣性モーメントＪ_２から、式（１）を用いて、ねじりばね定数Ｋを算出することができる。

ここで、周波数情報には、タイヤと路面との摩擦係数や凹凸に起因して生じる、ねじり共振周波数以外の振動成分による振動雑音が多く含まれる。共振周波数ｆ_ｃ０は、このような振動雑音に埋もれ易いため、従来技術においては検出が困難であった。

そこで、上述の通り、タイヤ状態検出装置１０は、振動入力部３１０により、共振周波数ｆ_ｃ０が抽出され易くする所定の振動を、タイヤ１０８に入力するようにしている。これにより、タイヤ状態検出装置１０は、共振周波数ｆ_ｃ０をより確実にかつ高い精度で抽出することができる。

なお、タイヤ状態推定部３３０は、例えば、以下に説明する手法により、共振周波数ｆ_ｃ０を算出して、ねじりばね定数Ｋを算出しても良い。

タイヤ状態推定部３３０は、非特許文献１に記載のように一括型最小二乗推定法等を利用して、ねじりばね定数Ｋを算出しても良い。

そして、タイヤ状態推定部３３０は、算出された共振周波数ｆ_ｃ０から、式（１）を用いて、タイヤ１０８のねじりばね定数Ｋを算出する。

このように、タイヤ状態検出装置１０は、共振周波数ｆ_ｃ０を抽出することができれば、現在のタイヤ１０８の状態を精度良く表すねじりばね定数Ｋを、算出することができる。

以上のように、実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置１０は、所定の振動をタイヤ１０８に加えて、タイヤ１０８の周波数情報を取得し、その周波数情報からタイヤ１０８の共振周波数を抽出する。そして、タイヤ状態検出装置１０は、抽出した共振周波数から、タイヤ１０８の状態を推定する。これにより、タイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８の力学的モデルのねじりばね定数を都度算出することができ、タイヤ１０８の状態を高精度に検出することができる。

なお、上述の非特許文献１記載の技術は、後述のタイヤ１０８の共振周波数が抽出され易くするための振動の入力を行っていない。したがって、非特許文献１記載の技術では、共振周波数を確実かつ高精度に抽出することはできない。

したがって、このような非特許文献１記載の技術に比べて、本発明に係るタイヤ状態検出装置１０は、より高い精度でタイヤ１０８の状態の検出を行うことができる。

（実施の形態４）
図１９は、本発明の実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態３の図１５に対応するものである。

実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態３と異なる主な点は、過去に取得されたタイヤ状態に関する情報に基づいて共振用振動を決定する振動入力部３１０ａと、タイヤ状態に関する情報をフィードバックするタイヤ状態推定部３３０ａとが配置されていることである。

タイヤ状態推定部３３０ａは、ねじりばね定数Ｋの変化に基づいて、タイヤ１０８の空気圧が著しく低下したか否かを判定する。そして、タイヤ状態推定部３３０ａは、共振周波数ｆ_ｃ０と、パンク等によるタイヤ空気圧の著しい低下（以下「空気圧低下」という）の有無についての判定結果とを保持する。

振動入力部３１０ａは、タイヤ状態推定部３３０ａが保持する共振周波数ｆ_ｃ０および空気圧低下の有無の情報を取得する。そして、振動入力部３１０ａは、これらの情報に基づいて、共振周波数ｆ_ｃ０が抽出され易い振動となるように、トルクの大きさおよび振動周波数の少なくとも一方、またはこれらの両方を制御する。トルクの大きさおよび振動周波数の一方が固定値である場合には、振動入力部３１０ａは、固定値ではない他方のみを制御すれば良い。

図２０は、実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１０の動作の一例を示すフローチャートであり、実施の形態３の図１７に対応するものである。

振動入力部３１０ａは、推定実施タイミングが到来する毎に、タイヤ状態推定部３３０ａに保存されている、前回の推定実施タイミングで取得された（以下単に「前回の」という）共振周波数ｆ_ｃ０および空気圧低下の有無の情報を読込む（Ｓ１０５０）。

この情報の読込みは、例えば、振動入力部３１０ａが、タイヤ状態推定部３３０ａに対して情報要求指令を送出し、この情報要求指令を取得したタイヤ状態推定部３３０ａが、情報を振動入力部３１０ａへ送出しても良い。そして、振動入力部３１０ａは、空気圧低下無しであれば（Ｓ１０５１：ＮＯ）、この共振周波数ｆ_ｃ０を含む振動を発生させるための共振用振動を決定し（Ｓ１０６０）、決定した共振用振動をタイヤ１０８へ入力する（Ｓ１０９０）。共振用振動の決定の詳細については後述する。なお、空気圧低下有りの場合（Ｓ１０５１：ＹＥＳ）には、振動入力部３１０ａは、共振用振動の出力は行わず処理を終了する。

一方、タイヤ状態推定部３３０ａは、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）を算出すると（Ｓ１１３０）、今回の推定実施タイミングで取得された（以下単に「今回の」という）ねじりばね定数Ｋ（ｔ）と前回のねじりばね定数Ｋ（ｔ−１）との差が、予め定めた閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ１１４０）。なお、ｔは、最新の周波数情報に基づくパラメータであることを示し、ｔ−ｎは、ｎ回前の推定実施タイミングで入力された周波数情報に基づくパラメータであることを示す。

タイヤ状態推定部３３０ａは、今回のねじりばね定数Ｋ（ｔ）と前回のねじりばね定数Ｋ（ｔ−１）との差が閾値以上である場合、つまりタイヤ内圧が急激に変化したといえる場合には（Ｓ１１４０：ＹＥＳ）、タイヤ１０８の空気圧低下が発生したと判定する（Ｓ１１５０）。そして、タイヤ状態推定部３３０ａは、空気圧低下が発生した旨を示す空気圧低下情報を保存する（Ｓ１１６０）。

この空気圧低下情報は、次回の推定実施タイミングの（以下単に「次回の」という）ステップＳ１０５０において、振動入力部３１０ａにより読込まれる。そして、タイヤ交換または修理後のリセット処理が行われるまで、つまり空気圧低下無しの空気圧低下情報が入力されるまで、振動入力部３１０ａは、共振用振動の出力を停止する。なお、このリセット処理は、タイヤ交換を行った後にドライバ等が図示しないリセットボタンを押下する等により指示される。リセット処理が指示されると、タイヤ状態推定部３３０ａは、保存しているタイヤ空気圧低下情報を破棄する。

また、タイヤ状態推定部３３０ａは、差が閾値未満である場合には（Ｓ１１４０：ＮＯ）、共振周波数ｆ_ｃ０およびばね定数Ｋ（ｔ）を保存する（Ｓ１１８０）。これらのうち、共振周波数ｆ_ｃ０は、次回のステップＳ１０５０において振動入力部３１０ａにより読込まれる。また、ばね定数Ｋ（ｔ）は、次回のステップＳ１１４０において前回のばね定数Ｋ（ｔ−１）として用いられる。

なお、タイヤ状態推定部３３０ａは、複数回分のばね定数Ｋ（ｔ−１）、Ｋ（ｔ−２）、・・・Ｋ（ｔ−ｍ）（ｍ：正の整数）を保存しておいても良い。そして、タイヤ状態推定部３３０ａは、保存しておいた複数回分のばね定数のうちの任意の１つもしくは最大値、または平均値と、今回のばね定数Ｋ（ｔ）との差を、判定に用いても良い。

以下、共振用振動の決定の詳細について説明する。

共振周波数ｆ_ｃ０が不明な段階では、共振周波数ｆ_ｃ０が抽出され易い振動も不明である。したがって、振動入力部３１０ａは、共振用トルクを、広い周波数帯域において、低い周波数から高い周波数へ、もしくは、高い周波数から低い周波数へと掃引する正弦波状のトルクに決定する。すなわち振動入力部３１０ａは、共振周波数ｆ_ｃ０が不明である初期状態においては、共振周波数ｆ_ｃ０を確実に抽出できるよう、比較的広い範囲を探索するような振動トルクを、共振用トルクに決定する。

ところが、このような広い周波数帯域に対する探索には、比較的時間が掛かる。

そこで、タイヤ状態検出装置１０は、直前に共振周波数ｆ_ｃ０が検出されている場合には、探索範囲を絞り込み、探索時間の短縮を図る。具体的には、振動入力部３１０ａは、タイヤ状態推定部３３０ａから取得した前回の共振周波数ｆ_ｃ０を含む狭い周波数帯域に限定した振動トルクを、共振用トルクに決定する。

例えば、振動入力部３１０ａは、前回の共振周波数ｆ_ｃ０を含む範囲に周波数の上限・下限値を設定し、下限値の周波数から上限値の周波数へ、もしくは、上限値の周波数から下限値の周波数へと掃引する正弦波状のトルクを、共振用トルクに決定する。または、振動入力部３１０ａは、前回の共振周波数ｆ_ｃ０を含む範囲に通過帯域を限定した帯域通過フィルタを作成し、振動入力部３１０ａは、白色雑音を意図的に発生させ、この白色雑音を、生成した帯域通過フィルタに通過させて得られる白色雑音トルクを、共振用トルクに決定する。

なお、振動入力部３１０ａは、共振周波数ｆ_ｃ０の変化が少ない場合にのみ探索範囲の絞り込みを行っても良い。また、振動入力部３１０ａは、複数回分の共振周波数ｆ_ｃ０の平均値を用いて、探索範囲の絞り込みを行っても良い。更には、振動入力部３１０ａは、この平均値の算出を行う場合、大きく外れている値を除外して、平均値を算出しても良い。これにより、タイヤ状態検出装置１０は、共振周波数ｆ_ｃ０の抽出精度を向上させることができる。

また、タイヤ１０８に空気圧低下が発生したりタイヤ１０８が交換されたりした場合には、タイヤ１０８の状態が大きく変化するため、共振周波数ｆ_ｃ０が大幅に変わっている可能性が高い。したがって、そのような場合には、振動入力部３１０ａは、探索範囲の絞り込みを解除して、比較的広い範囲を探索するような振動トルクを、共振用トルクに決定する。

このように、実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１０は、共振周波数ｆ_ｃ０の探索時間を短縮させることができる。これにより、実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８の状態を、短時間で検出することができる。

（実施の形態５）
図２１は、本発明の実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態４の図１９に対応するものである。

実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態４と異なる主な点は、タイヤ内圧算出部３４０および情報提示部３５０を有することである。なお、タイヤ内圧算出部３４０は、実施の形態１および実施の形態２の内圧導出部１１０に対応し、情報提示部３５０は、実施の形態１および実施の形態２の情報提示部１１１に対応する。

タイヤ内圧算出部３４０は、タイヤ状態推定部３３０ａからねじりばね定数Ｋ（ｔ）を取得し、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）に基づいてタイヤ１０８の内圧を算出する。具体的には、タイヤ内圧算出部３４０は、タイヤ１０８の内圧は、例えば、タイヤのばね定数Ｋとタイヤ１０８の内圧との相関関係を予め記憶しており、この相関関係を用いて、ばね定数Ｋ（ｔ）からタイヤ１０８の内圧を算出する。この相関関係は、テーブルによって定義されても良いし、関数によって定義されても良い。そして、タイヤ内圧算出部３４０は、算出したタイヤ１０８の内圧を、内圧情報として情報提示部３５０へ出力する。

ねじりばね定数Ｋとタイヤ１０８の内圧との間の相関関係は、比例関係である。ねじりばね定数Ｋとタイヤ１０８の内圧との間の比例関係およびこれに基づくタイヤ１０８の内圧の検出手法の詳細は、例えば非特許文献１に記載されているため、ここでの説明を省略する。但し、タイヤ内圧算出部３４０が用いるタイヤ１０８の内圧の検出手法は、非特許文献１に記載の手法に限定されない。

また、タイヤ内圧算出部３４０は、タイヤ状態推定部３３０ａに空気圧低下情報が保持されている場合には、これを取得し、情報提示部３５０へ出力する。

情報提示部３５０は、タイヤ内圧算出部３４０から内圧情報または空気圧低下情報を入力されると、内圧情報および空気圧低下情報の内容を、ドライバに対して提示する。この提示は、例えば、インストルメントパネルやナビゲーション装置のディスプレイにおける表示や、ラウドスピーカからの音声出力によって行われる。

図２２は、実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置１０の動作の一例を示すフローチャートであり、実施の形態４の図２０に対応するものである。

タイヤ状態推定部３３０ａは、タイヤ１０８に空気圧低下が発生したと判定すると（Ｓ１１５０）、空気圧低下情報を保存すると共に、タイヤ内圧算出部３４０へ出力する（Ｓ１１６１）。また、タイヤ状態推定部３３０ａは、今回のねじりばね定数Ｋ（ｔ）と前回のねじりばね定数Ｋ（ｔ−１）との差が予め定めた閾値未満である場合には（Ｓ１１４０：ＮＯ）、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）をタイヤ内圧算出部３４０へ出力する（Ｓ１１７０）。そして、タイヤ状態推定部３３０ａは、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）を保存する（Ｓ１１８０）。

タイヤ内圧算出部３４０は、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）を入力された場合は、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）から、タイヤ１０８の内圧を算出する（Ｓ１１９０）。そして、タイヤ内圧算出部３４０は、算出した内圧を、内圧情報として情報提示部３５０へ出力する。また、タイヤ内圧算出部３４０は、空気圧低下情報を入力された場合は、タイヤ１０８に空気圧低下が発生していることを情報提示部３５０へ出力する。この結果、タイヤ１０８の内圧を示す内圧情報と、タイヤ１０８に空気圧低下が発生していることを示す空気圧低下情報とが、適宜、タイヤ１０８の状態に応じてドライバに提示されることになる（Ｓ１２００）。

このように、実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８の状態をドライバに対して提示するので、空気の注入やパンク修理等の適切な処置を、ドライバに対して促すことができる。これにより、実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置１０は、車両に対する安全性の向上や燃費の向上を図ることができる。

なお、情報提示の対象は、ドライバに限定されず、他の同乗者や、車両の整備者、車両の遠隔監視者であっても良い。整備者に対して提示を行う場合は、タイヤ状態検出装置１０は、内圧情報および空気圧低下情報、または、これらの基となる各情報を記録する記録媒体を備える必要がある。また、遠隔監視者に対して提示を行う場合には、タイヤ状態検出装置１０は、管理サーバ等の外部装置に対して内圧情報および空気圧低下情報を送信する通信装置を備える必要がある。

（実施の形態６）
図２３は、本発明の実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態５の図２１に対応するものである。

実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１０は、バッテリ部５１０、インバータ部５２０、およびモータ部５３０を駆動系とするタイヤ１０８に適用されるものである。実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態５と異なる主な点は、振動入力部３１０ａがインバータ制御部３１１に置き換わり、周波数情報取得部３２０が回転角速度検出部３２１に置き換わっていることである。なお、バッテリ部５１０、インバータ部５２０、およびモータ部５３０は、実施の形態１および実施の形態２のバッテリ部１０５、インバータ部１０４、およびモータ部１０７、２０１にそれぞれ対応する。また、インバータ制御部３１１および回転角速度検出部３２１は、実施の形態１および実施の形態２のインバータ制御部１０３および回転角速度算出部２０３にそれぞれ対応する。

バッテリ部５１０は、インバータ部５２０が電流を出力するために必要な電力を、インバータ部５２０に供給する蓄電池である。

インバータ部５２０は、後述のインバータ制御部３１１から入力される、モータ駆動電流の出力指令値に従って、モータ部５３０に対して電力を出力する。

モータ部５３０は、インバータ部５２０から供給される電力によりトルクを発生し、タイヤ１０８を駆動する。

インバータ制御部３１１は、ドライバが車両を加速するために踏み込んだアクセルペダル（例えば実施の形態１および実施の形態２のアクセルペダル１００）の踏込量を示す操作情報（以下単に「操作情報」という）を入力する。この入力は、例えば、実施の形態１および実施の形態２のアクセルポジションセンサ部１０１を用いて行われる。そして、インバータ制御部３１１は、操作情報から、走行用トルクの値を決定する。また、インバータ制御部３１１は、実施の形態５の振動入力部３１０ａと同様に、共振用トルクを決定する。そして、インバータ制御部３１１は、共振用トルクと走行用トルクとの合成トルクがモータ部５３０から出力されるような、モータ駆動電流の出力指令値を、インバータ部５２０へ出力する。

さらに、インバータ制御部３１１は、モータ部５３０のモータ駆動電流の実際出力値を電流検出部（図示せず）により検出する。そして、インバータ制御部３１１は、この実際出力値がインバータ制御部３１１で算出した出力指令値に一致するように、インバータ部５２０のモータ部５３０に対する電力供給を制御する。

インバータ制御部３１１は、このような出力指令値の生成を、合成トルクの値を算出することにより行っても良いし、共振用電流と走行用電流とを合成することによって（加算することによって）行っても良い。

回転角速度検出部３２１は、タイヤ１０８から、タイヤ１０８のリムの回転角速度ω_１を検出し、上述の周波数情報として、タイヤ状態推定部３３０ａへ出力する。回転角速度検出部３２１は、例えば、タイヤ１０８のステータに対するロータの回転角度を検出するエンコーダ（図示せず）から、リムの回転角度を取得する。そして、回転角速度検出部３２１は、リムの回転角度に対してそれぞれ時間微分を行うことにより、回転角速度ω_１を算出する。

なお、回転角速度検出部３２１は、例えば、インクリメンタルエンコーダまたはアブソリュートエンコーダ等の光学式エンコーダや、ホール素子等により構成される磁気式エンコーダ等を用いて、回転角度を取得しても良い。また、回転角速度検出部３２１は、タイヤ１０８から直接に回転角度または回転角速度を取得しても良い。

タイヤ状態推定部３３０ａは、回転角速度検出部３２１から入力される回転角速度ω_１に基づいて、タイヤ１０８の共振周波数ｆ_ｃ０を算出する。

図２４は、実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１０の動作の一例を示すフローチャートであり、実施の形態５の図２２に対応するものである。

まず、アクセルペダルが踏み込まれると、インバータ制御部３１１は、アクセルペダルの踏込量に基づく走行用トルクの値を導出し（Ｓ１０１０）、走行用トルクの値に対応する走行用電流を導出する（Ｓ１０２０）。そして、インバータ制御部３１１は、推定実施タイミングではない場合には（Ｓ１０３０：ＮＯ）、走行用電流を出力指定値としてインバータ部５２０へ出力する。この結果、モータ部５３０からは、走行用電流のみがモータ駆動電流として出力され（Ｓ１０４０）、走行用トルクのみがタイヤ１０８に掛けられる。

一方、推定実施タイミングである場合には（Ｓ１０３０：ＹＥＳ）、インバータ制御部３１１は、前回の共振周波数ｆ_ｃ０を読み込む（Ｓ１０５０）。そして、インバータ制御部３１１は、空気圧低下無しであれば（Ｓ１０５１：ＮＯ）、前回の共振周波数ｆ_ｃ０を含む振動を発生させるための共振用トルクを導出する（Ｓ１０６１）。そして、インバータ制御部３１１は、共振用トルクの値に対応する共振用電流を導出し（Ｓ１０７０）、走行用電流に共振用電流を重畳した合成駆動電流の出力指令値を生成し、インバータ部５２０へ出力する（Ｓ１０８１）。この結果、モータ部５３０からは、合成駆動電流がモータ駆動電流として出力され（Ｓ１０９１）、合成駆動トルクがタイヤ１０８に掛けられる。

そして、回転角速度検出部３２１は、タイヤ１０８の回転角速度ω_１を検出し、時系列の回転角速度信号として、タイヤ状態推定部３３０ａへ出力する（Ｓ１１０１）。タイヤ状態推定部３３０ａは、入力される回転角速度信号を、上述の、前回の共振周波数ｆ_ｃ０を含む帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタに通過させる（Ｓ１１１０）。そして、帯域通過フィルタを通過した後の回転角速度信号から、タイヤ１０８の共振周波数ｆ_ｃ０を抽出する（Ｓ１１２０）。

このように、実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１０は、操作情報を入力し、モータ駆動電流の値を制御することにより、走行用トルクおよび共振用トルクの入力を行う。これにより実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１０は、操作情報を取得可能であってモータ駆動電流の値を指定可能な駆動系のタイヤ１０８に対して、容易に共振用振動を入力することができる。

また、実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８と安定的かつ固定的に接続されたモータ部５３０から共振用振動を入力するので、周波数情報における共振周波数および共振周波数以外の振動成分の影響を小さくすることができる。

また、実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１０は、モータ部５３０を駆動するために設置されている回転角度センサから取得される回転角速度を周波数情報として取得するので、振動を検出するための別のセンサを用意する必要が無い。

なお、停車中の場合は、ドライバがアクセルペダルを踏んでいない状態であり、走行用トルクはゼロとなる。したがって、タイヤ状態検出装置１０は、停車中にタイヤ１０８の状態の検出を行う場合には、共振用トルクのみをタイヤ１０８に入力することになる。

（実施の形態７）
図２５は、実施の形態７に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態６の図２３に対応するものである。

実施の形態７に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態６と異なる主な点は、回転角速度検出部３２１が、電流取得部３２２および回転角速度検出部３２３に置き換わることである。

電流取得部３２２は、モータ部５３０から、モータ駆動電流の実際出力値を取得し、回転角速度検出部３２３へ出力する。

回転角速度検出部３２３は、モータ駆動電流の実際出力値Ｉ_ｑから、タイヤ１０８のリムの回転角速度ω_１を算出して、タイヤ状態推定部３３０ａへ出力する。

ここで、回転角速度検出部３２３における、モータ駆動電流の実際出力値Ｉ_ｑから回転角速度ω_１を算出する手法について説明する。

図２６は、モータ駆動系の構成の一例を示す制御ブロック図である。

インバータ制御部３１１のＰＩ制御器５２１は、モータ部５３０で検出される合成駆動電流の実際出力値が、インバータ制御部３１１により算出された合成駆動電流（の指令値）に一致するように、モータ部５３０を流れる電流の実際出力値Ｉ_ｑを制御する制御器である。すなわち、ＰＩ制御器５２１は、インバータ制御部３１１で算出した出力指令値Ｉ_{ｑ＿ｒｅｆ}に、モータ部５３０の実際出力値Ｉ_ｑが一致するような制御電圧Ｖ_{ｑ＿ｒｅｆ}を、モータ部５３０に印加する。

モータ回路５３１は、巻き線コイルのインダクタンスＬおよび巻き線コイルの抵抗Ｒによりモデル化が可能な電子回路である。実際出力値Ｉ_ｑにより、トルク定数Ｋ_ｔに比例する出力トルクＴ_ｅが、タイヤ１０８に加えられる。そして、タイヤ１０８の回転と共に、モータ部５３０のロータが回転角速度ω_１で回転する。このときモータ部５３０では、ロータの回転角速度ω_１に比例する（比例定数Ｋ_ｅ）逆起電力−Ｋ_ｅω_１が生じ、モータ部５３０の巻き線コイルの両端には、電圧Ｖ＝Ｖ_{ｑ＿ｒｅｆ}−Ｋ_ｅω_１が、実際入力電圧値として入力される。この関係から、以下の式（２）が導出される。

回転角速度検出部３２３は、実際出力値Ｉ_ｑおよび制御電圧Ｖ_{ｑ＿ｒｅｆ}から、式（２）を用いてモータ部５３０の回転角速度（つまりタイヤ１０８のリムの回転角速度）ω_１を算出し、タイヤ状態推定部３３０ａへ出力する。

このように、実施の形態７に係るタイヤ状態検出装置１０は、モータ部５３０に出力される駆動電流の実際出力値およびインバータ制御部３１１で算出される制御電圧から回転角速度ω_１を検出することができるので、エンコーダ等のセンサを不要とすることができる。

なお、実施の形態７は、モータ部５３０が、回転子の表面に永久磁石を貼り付けた、表面磁石構造の同期モータであって、ｄ軸電流が零である電流制御を想定したものであるが、モータ部５３０の構成はこれに限定されない。例えば、モータ部５３０が、回転子の内部に永久磁石を埋め込んだ、埋め込み磁石構造の同期モータであって、ｄ軸電流が非零での電流制御系を想定した場合においても、同様に回転角速度ω_１を検出することが可能である。

（実施の形態８）
図２７は、実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態６の図２３に対応するものである。

実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置１０は、バッテリ部５１０、インバータ部５２０、モータ部５３０、およびインバータ制御部５４０を駆動系とするタイヤ１０８に適用されるものである。実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態６と異なる主な点は、インバータ制御部３１１が制御部３１２に置き換わっていることである。なお、制御部３１２は、実施の形態１および実施の形態２のＥＣＵ１０２に対応する。

インバータ制御部５４０は、後述の制御部３１２から入力される、タイヤ１０８の出力トルクの値に基づいて、その出力トルクをモータ部５３０が出力するようなモータ駆動電流の出力指令値を算出し、インバータ部５２０へ出力する。または、インバータ制御部５４０は、後述の制御部３１２から入力される、タイヤ１０８の出力トルクをモータ部５３０が出力するようなモータ駆動電流に基づいて、そのモータ駆動電流を出力する出力指令値を算出し、インバータ部５２０へ出力する。

制御部３１２は、実施の形態５記載の振動入力部３１０ａと同様に、操作情報に基づく走行用トルクの値と、共振用トルクの値とを決定する。そして、制御部３１２は、タイヤ１０８の出力トルクの値として、共振用トルクと走行用トルクとを合成した合成トルクの値を、インバータ制御部５４０へ出力する。なお、出力トルクの値の出力は、出力トルクの値そのものではなく、出力トルクをタイヤ１０８に出力するためのモータ部５３０へのモータ駆動電流の出力により行われても良い。

このように、実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置１０は、操作情報を入力し、出力トルクの値を制御することにより、走行用トルクおよび共振用トルクの入力を行う。これにより、実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置１０は、操作情報を取得可能であって出力トルクの値を指定可能な駆動系のタイヤ１０８に対して、容易に共振用振動を入力することができる。

（実施の形態９）
図２８は、実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態６の図２３に対応するものである。

実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態６と異なる主な点は、電流指示部３１３を有していることである。なお、制御部３１２は、実施の形態１および実施の形態２のＥＣＵ１０２に対応する。

電流指示部３１３は、実施の形態６のインバータ制御部３１１と同様に、共振用トルクを決定する。そして、電流指示部３１３は、決定した共振用トルクをモータ部５３０が出力するようなモータ駆動電流の値を、共振用電流の値として、インバータ制御部３１１へ出力する。

インバータ制御部３１１は、アクセルペダルの踏込量に対応する走行用トルクの値を決定し、この走行用トルクをモータ部５３０が出力するような走行用電流の値を算出する。そして、インバータ制御部３１１は、電流指示部３１３から入力される共振用電流の値を、走行用電流の値に加算して合成駆動電流の値を算出し、算出結果を、出力指令値としてインバータ部５２０へ出力する。

このように、実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８に固有の振動を発生させる共振用電流を生成する電流指示部３１３を有することにより、走行用電流に重畳した合成駆動電流をモータ部５３０へ出力し、走行用トルクおよび共振用トルクの入力を行う。これにより、実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８に対して、容易に共振用振動を入力することができる。

（実施の形態１０）
図２９は、実施の形態１０に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態８の図２７に対応するものである。

実施の形態１０に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態８と異なる主な点は、共振用振動指示部３１４を有していることである。なお、共振用振動指示部３１４は、実施の形態１および実施の形態２のＥＣＵ１０２に対応する。

共振用振動指示部３１４は、実施の形態９の電流指示部３１３と同様に、共振用トルクを決定する。そして、共振用振動指示部３１４は、決定した共振用トルクの値を、制御部３１２へ出力する。

制御部３１２は、ドライバが車両を加速するために踏み込んだアクセルペダル（図示せず）の踏込量に対応する走行用トルクを決定する。そして、制御部３１２は、共振用振動指示部３１４から入力された共振用トルクと走行用トルクとの合成トルクを算出し、インバータ制御部５４０へ出力する。または、制御部３１２は、この走行用トルクがモータ部５３０から出力されるようなモータ駆動電流（すなわち、走行用電流）の値を導出すると共に、制御部３１２は、共振用振動指示部３１４から入力された共振用トルクをモータ部５３０が出力するようなモータ駆動電流（すなわち、共振用電流）の値を導出して、走行用電流に共振用電流を重畳した合成駆動電流を生成し、インバータ制御部５４０へ出力する。

このように、実施の形態１０に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８に固有の振動を発生させる共振用トルクを生成する共振用振動指示部３１４を有することにより、走行用トルクと重畳した合成トルクに基づく合成駆動電流をモータ部５３０へ出力し、走行用トルクおよび共振用トルクの入力を行う。これにより、実施の形態１０に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８に対してモータ駆動電流の値を指定可能な駆動系のタイヤ１０８に対して、容易に共振用振動を入力することができる。

（実施の形態１１）
図３０は、実施の形態１１に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態６の図２３に対応するものである。

実施の形態１１に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態６と異なる主な点は、回転角速度検出部３２１が配置されていないことである。

タイヤ状態推定部３３０ａは、インバータ制御部３１１が算出した図２６のモータ部５３０に対する制御電圧Ｖ_{ｑ＿ｒｅｆ}を入力し、例えば以下の手法により共振周波数ｆ_ｃ０を算出して、タイヤ１０８の状態を推定する。

図２６において説明した関係から、以下の式（３）が導出される。

この式（３）において、右辺第２項＋第３項（I_ｑの項）は、モータ部５３０がインバータ制御部３１１から入力されるモータ駆動電流の出力指令値Ｉ_{ｑ＿ｒｅｆ}を出力するように制御されているため、入力である出力指令値Ｉ_{ｑ＿ｒｅｆ}と同じ周波数特性が現れる。一方、右辺第１項（Ｋ_ｅω_１の項）は、式（１）において説明したような、共振周波数ｆ_ｃ０を含む振動に応じて発生する逆起電力である。したがって、式（３）の制御電圧Ｖ_{ｑ＿ｒｅｆ}を用いることにより、タイヤ内圧の影響を受けるねじりばねの共振周波数ｆ_ｃ０を検出することが可能である。

制御電圧Ｖ_{ｑ＿ｒｅｆ}から共振周波数ｆ_ｃ０を検出する手法としては、上述の周波数解析を制御電圧Ｖ_{ｑ＿ｒｅｆ}に対して行って共振周波数ｆ_ｃ０を示す急峻なピーク位置を検出する手法や、上述の一括型最小二乗推定法を利用する手法を採用し得る。

このように、実施の形態１１に係るタイヤ状態検出装置１０は、モータ部５３０に対する制御電圧からタイヤ１０８の状態を推定するので、回転角速度取得部を不要とすることができる。すなわち、実施の形態１１に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８の角度や回転角速度を検出するセンサを使用することなく、センサを使用する構成と同等の精度で、タイヤ１０８の状態を検出することができる。

なお、実施の形態６〜実施の形態１１に係るタイヤ状態検出装置は、タイヤに所定の振動を入力する手法として、インバータ部への入力信号を制御するようにしたが、モータ部への入力信号（つまり制御電圧）を直接に制御しても良い。すなわち、タイヤ状態検出装置は、インバータ部を含む構成であっても良い。

また、実施の形態６〜実施の形態１１に係るタイヤ状態検出装置は、タイヤ内圧算出部および情報提示部を必ずしも備えなくても良い。

また、実施の形態８〜実施の形態１０に係るタイヤ状態検出装置は、回転角速度取得部に代えて、実施の形態７の電流取得部および回転角速度検出部を備えても良い。

また、実施の形態８〜実施の形態１０に係るタイヤ状態検出装置は、回転角速度取得部を必ずしも備えなくてもよく、実施の形態１１で説明した制御電圧から共振周波数を抽出するようにしても良い。

２００９年９月３０日出願の特願２００９−２２８２７９の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明に係るタイヤ状態検出装置は、タイヤ状態を高精度に検出することができるタイヤ状態検出装置およびタイヤ状態検出方法として有用であり、特に、自動車または鉄道の車両等の一部に用いられる装置として有用である。

１、２ 車両
１０、２０ タイヤ状態検出装置
１００ アクセルペダル
１０１ アクセルポジションセンサ部
１０２ ＥＣＵ
１０３、３１１、５４０ インバータ制御部
１０４、５２０ インバータ部
１０５、５１０ バッテリ部
１０６ 電流検出部
１０７、２０１、５３０ モータ部
１０８ タイヤ
１０９ 共振周波数検出部
１１０ 内圧導出部
１１１、３５０ 情報提示部
２０２ エンコーダ部
２０３ 回転角速度算出部
３１０、３１０ａ 振動入力部
３１２ 制御部
３１３ 電流指示部
３１４ 共振用振動指示部
３２０ 周波数情報取得部
３２１、３２３ 回転角速度検出部
３２２ 電流取得部
３３０、３３０ａ タイヤ状態推定部
３４０ タイヤ内圧算出部
５２１ ＰＩ制御器
５３１ モータ回路

本発明は、車両のタイヤの内圧等のタイヤ状態を検出するタイヤ状態検出装置およびタイヤ状態検出方法に関する。

近年、自動車に対する安全性の向上が求められ、この安全性を担保する要素技術の研究開発が盛んに進められている。この安全性を担保する要素技術の一つにタイヤの空気圧の検出がある。タイヤの空気圧を検出する方法として、一般的に、直接的検出方法と間接的検出方法とが知られている。

直接的検出方法とは、圧力センサ等のセンサがタイヤのホイール内部に直接的に配置され、このセンサで取得された圧力情報に基づいてタイヤの空気圧を検出する方法である。当該センサで取得された圧力情報は、例えば無線を介して、タイヤのホイール内に配置された送信機から車内の受信アンテナを介して、受信機およびメータ等の表示器に送信される。直接的検出方法は、タイヤの空気圧を高精度に検出することができるため、例えば四輪のタイヤの空気圧が同時に低下した場合でも検出することが可能である。

しかし、この直接的検出方法では、センサが非常に高価であり導入するためのコストがかかるため、現在タイヤの空気圧検出に関して普及するまでには至っていない。また、ホイールを交換することにより、再びセンサを配置する必要が生じるため、当該配置にコストもかかるという問題点がある。したがって、現在では、コストの観点からタイヤの空気圧検出に関しては間接的検出方法が普及している。

間接的検出方法とは、自動車の四輪のタイヤのうち特定のタイヤの空気圧が他のタイヤの空気圧と比べて相対的に低下していることを検出する方法である（例えば、特許文献１参照）。間接的検出方法は、ＡＢＳ（Antilock Brake System）を拡張してタイヤの空気圧を検出する。ＡＢＳは、各タイヤの回転速度を測定し、この測定した回転速度をブレーキの制御に利用する。タイヤの回転速度は自動車の走行速度とタイヤの半径で定まる。また、タイヤの空気圧が低下した場合には、タイヤがつぶれるため、タイヤの回転半径が小さくなる。その結果、空気圧の低下したタイヤだけ回転速度が速くなる。この回転速度の違いにより、タイヤの空気圧を検出する。このような間接的検出方法は、既存のＡＢＳを拡張して利用することができるため、上記した直接的検出方法に比べて安価に導入することができる。

このような間接的検出方法の一例として、下記に示す非特許文献１がある。非特許文献１に記載の技術は、タイヤのばね定数がタイヤの空気圧に依存するという関係、およびタイヤのばね定数はタイヤの共振周波数に比例するという関係を利用している。非特許文献１には、これらの関係に基づいて、測定されたタイヤの回転速度に対して周波数解析を行うことにより、タイヤの共振周波数を検出し、この検出した共振周波数に対応するタイヤの空気圧を検出する方法が開示されている。

特開平０５−１３３８３１号公報

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」、豊田中央研究所 Ｒ＆Ｄレビュー、１９９７年１２月、Ｖｏｌ.３２ Ｎｏ.４

しかし、非特許文献１による方法では、タイヤに機械共振を発生させるための加振源を、自動車が路面上を走行する場合にタイヤに発生する振動であるとして、タイヤの回転速度を導出している。非特許文献１による方法でタイヤの回転速度を導出する場合には、路面との摩擦係数またはタイヤの摩耗等の外乱の影響を受ける。また、自動車が路面上を走行する場合においてタイヤに発生する振動を加振源としているため、タイヤに機械共振が発生した場合には、自動車の外乱の影響を受けた機械共振または当該影響を受けていない機械共振のどちらであるのかが高精度に判定することができなかった。このように、自動車の外乱の影響を考慮してタイヤの共振周波数を検出する方法では、当該外乱の影響を無視することができないために高精度に検出することができなかった。結果的に、タイヤの空気圧を高精度に検出することが難しいという問題点があった。

本発明の目的は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、タイヤ状態を高精度に検出することができるタイヤ状態検出装置およびタイヤ状態検出方法を提供することである。

本発明の一態様に係るタイヤ状態検出装置は、ホイールに固定される空気入りタイヤのタイヤ状態を検出するタイヤ状態検出装置であって、所定の振動を前記タイヤに入力する振動入力部と、前記所定の振動が入力されたときの前記タイヤの周波数情報を取得する周波数情報取得部と、取得された前記周波数情報から前記タイヤの共振周波数を抽出し、抽出した前記タイヤの共振周波数から、前記タイヤを外側慣性モーメント、内側慣性モーメント、およびこれらの間に働く弾性力のばね定数を用いてモデル化したときの、前記ばね定数を算出するタイヤ状態推定部とを有する。

本発明の一態様に係るタイヤ状態検出方法は、ホイールに固定される空気入りタイヤのタイヤ状態を検出するタイヤ状態検出方法であって、所定の振動を前記タイヤに入力するステップと、前記所定の振動が入力されたときの前記タイヤの周波数情報を取得するステップと、取得された前記周波数情報から前記タイヤの共振周波数を抽出するステップと、抽出された前記タイヤの共振周波数から、前記タイヤを外側慣性モーメント、内側慣性モーメント、およびこれらの間に働く弾性力のばね定数を用いてモデル化したときの、前記ばね定数を算出するステップとを有する。

本発明に係るタイヤ状態検出装置およびタイヤ状態検出方法によれば、タイヤ状態を高精度に検出することができる。

本発明の実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置を含む車両の内部構成の一例を示すブロック図 実施の形態１におけるインバータ出力電流の出力指令値の時間変化を示す図 実施の形態１における電流検出部で検出されるインバータ出力電流の実際出力値の時間変化を示す図 実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート 実施の形態１におけるインバータ制御部による動作の一例を示すフローチャート 実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置の車両停止中における動作の一例を示すフローチャート 実施の形態１における車両停車中のインバータ出力電流の出力指令値の時間変化を示す図 実施の形態１における車両停車中に電流検出部で検出されるインバータ出力電流の実際出力値の時間変化を示す図 実施の形態１における単一のモータ部に対して複数のタイヤが配置されている車両の全体構成の一例を示す図 実施の形態１における単一のモータ部に対して２つのタイヤが配置されている場合のインバータ出力電流の実際出力値の時間変化を示す図 実施の形態１における、単一のモータ部に対して２つのタイヤが配置されている場合で、かつ、車両停車中におけるインバータ出力電流の実際出力値の時間変化を示す図 本発明の実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置を含む車両の内部構成の一例を示すブロック図 実施の形態２における回転角速度算出部で導出されたモータ部の回転角速度の時間変化を示す図 実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 実施の形態３におけるタイヤの力学的モデルを示す図 実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート 実施の形態３におけるタイヤの周波数特性の一例を示す図 本発明の実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置の動作の一例を示すフローチャート 本発明の実施の形態７に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 実施の形態７におけるモータ駆動系の構成の一例を示す制御ブロック図 本発明の実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態１０に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態１１に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図

以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素および同一の処理には同一の参照符号を付与し、重複する説明は省略する。

なお、各実施の形態の説明に先立って、主要な用語を以下のように定義する。
「共振用振動」とは、タイヤに共振を発生させるための後述の所定の振動をいう。
「走行用トルク」とは、車両の走行のためにタイヤに掛かるトルク（回転する力）である。
「共振用トルク」とは、共振用振動を発生させるためにタイヤに掛かるトルクである。
「合成トルク」とは、共振用トルクと走行用トルクとの合成トルクである。
「走行用電流」とは、走行用トルクを発生するためのモータ駆動電流（インバータ出力電流）である。
「共振用電流」とは、共振用トルクを発生するためのモータ駆動電流（インバータ出力電流）である。
「合成駆動電流」とは、合成トルクを発生するためのモータ駆動電流（インバータ出力電流）である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置１０を含む車両１の内部構成を示すブロック図である。図１に示すように、車両１は、アクセルペダル１００、アクセルポジションセンサ部１０１、ＥＣＵ１０２、インバータ制御部１０３、インバータ部１０４、バッテリ部１０５、電流検出部１０６、モータ部１０７、タイヤ１０８、共振周波数検出部１０９、内圧導出部１１０、および情報提示部１１１を有する。また、タイヤ状態検出装置１０は、主に、ＥＣＵ１０２、インバータ制御部１０３、インバータ部１０４、バッテリ部１０５、電流検出部１０６、共振周波数検出部１０９、内圧導出部１１０および情報提示部１１１から構成される。本実施の形態では、モータ部１０７が、タイヤ１０８に機械共振を発生させるための加振源である。

アクセルペダル１００は、車両１内の運転席の足元に配置される車両部品であり、ドライバが運転中に加速等して車両１を走行させる場合に使用される。ドライバによるアクセルペダル１００の踏込量は、アクセルポジションセンサ部１０１によって検出される。

アクセルポジションセンサ部１０１は、ドライバによるアクセルペダル１００の踏込量を検出し、この検出した踏込量に関する情報を含むＡＰ開度情報をＥＣＵ１０２に送出する。

ＥＣＵ１０２は、マイコン、ＲＯＭまたはＲＡＭ等により構成される電子制御装置（Electronic Control Unit）であり、所定の信号処理を行う。例えば、ＥＣＵ１０２は、アクセルポジションセンサ部１０１から送出されたＡＰ開度情報を取得し、この取得したＡＰ開度情報に応じた走行用トルクを導出する。また、ＥＣＵ１０２は、インバータ部１０４に走行用電流を出力させるための制御情報を、インバータ制御部１０３に送出する。走行用電流は、ＥＣＵ１０２で導出された走行用トルクをモータ部１０７が駆動するために、インバータ部１０４がモータ部１０７に対して出力する必要のある電流である。なお、このインバータ制御部１０３に送出される制御情報には、ＡＰ開度情報に応じて導出された走行用トルクの値、および当該走行用トルクの値に対応する走行用電流をインバータ部１０４に出力させるための指令情報等が含まれる。

また、ＥＣＵ１０２は、当該制御情報をインバータ制御部１０３に送出したとき、共振周波数検出部１０９に、共振用電流の出力指令値を生成させるための共振用電流生成指令情報を送出する。共振用電流の出力指令値とは、インバータ制御部１０３を介して、インバータ部１０４から共振用電流を出力させるための指令値を示す。共振用電流生成指令情報とは、共振周波数検出部１０９が共振用電流の出力指令値を生成するための指令情報を示す。共振周波数検出部１０９は、この共振用電流生成指令情報をＥＣＵ１０２から取得したとき、共振用電流の出力指令値を生成し、この生成した共振用電流の出力指令値を、所定のタイミングでインバータ制御部１０３に送出する。

ＥＣＵ１０２が共振用電流生成指令情報を共振周波数検出部１０９に出力するタイミングは、ＥＣＵ１０２がインバータ制御部１０３に制御情報を送出したタイミングと同時である必要は特にない。例えば、ＥＣＵ１０２は、共振用電流の生成指令情報をインバータ制御部１０３に出力する旨のタイミング情報を、常時送出しても良い。また、車両１を運転しているドライバから所定のスイッチ等が押下されたタイミングに合わせて、ＥＣＵ１０２は、共振用電流の生成指令情報をインバータ制御部１０３に出力する旨のタイミング情報を、送出しても良い。

インバータ制御部１０３は、インバータ部１０４に走行用電流を出力させるための制御情報を、ＥＣＵ１０２から取得する。インバータ制御部１０３は、当該制御情報に含まれる走行用トルクの値に対応する走行用電流の出力指令情報を、インバータ部１０４へ送出する。走行用電流の出力指令情報とは、当該走行用電流の出力指令値、および当該走行用電流の出力指令値をインバータ部１０４から出力させるための指令情報等が含まれる。走行用電流の出力指令値とは、当該走行用電流をインバータ部１０４に出力させるための指令値を示す。

また、インバータ制御部１０３は、共振周波数検出部１０９で生成された共振用電流を取得する。この共振用電流は、共振用電流の出力指令値を示す。共振周波数検出部１０９から共振用電流の出力指令値を取得したとき、インバータ制御部１０３は、上記した走行用電流の出力指令値と、上記した共振用電流の出力指令値とを重畳した合成駆動電流の出力指令値を含む合成駆動電流の出力指令情報をインバータ部１０４に送出する。合成駆動電流は、走行用電流と共振用電流との和である。さらに、合成駆動電流の出力指令値とは、走行用電流の出力指令値と、共振用電流の出力指令値とが加算された値を示す。また、合成駆動電流の出力指令情報には、合成駆動電流の出力指令値、および当該合成駆動電流の出力指令値をインバータ部１０４に出力させるための指令情報等が含まれる。

図２は、インバータ制御部１０３の制御の下で、インバータ部１０４が出力するインバータ出力電流の出力指令値の時間変化を示した図である。パラメータＩｑａ＊は走行用電流の出力指令値を表し、パラメータＩｑｂ＊は共振用電流の出力指令値を表し、パラメータＩｑ＊はインバータ出力電流の出力指令値を表す。図２に示すように、横軸は時間を表し、縦軸はインバータ出力電流を表す。図２に示すように、インバータ出力電流は、走行用電流の出力指令値Ｉｑａ＊と共振用電流の出力指令値Ｉｑｂ＊とが重畳された上記した合成駆動電流の出力指令値Ｉｑ＊である。

共振用電流の出力指令値は、タイヤ１０８固有の共振周波数付近で掃引されたパルス信号、または正弦波信号等の交流信号で表される。インバータ制御部１０３は、インバータ部１０４が実際に出力した走行用電流または合成駆動電流の各実際出力値を電流検出部１０６を介して取得する。インバータ制御部１０３は、この取得した実際出力値と、図２に示したインバータ出力電流の出力指令値とが一致するようにインバータ部１０４を制御する。

インバータ部１０４は、インバータ制御部１０３から送出された走行用電流の出力指令情報を取得する。インバータ部１０４は、この取得した走行用電流の出力指令情報に含まれる走行用電流の出力指令値を、バッテリ部１０５から必要な電力の供給を受けたうえで出力する。また、インバータ部１０４は、インバータ制御部１０３から上記した合成駆動電流の出力指令情報を取得した場合、当該出力指令情報に含まれる合成駆動電流を、バッテリ部１０５から必要な電力の供給を受けたうえで出力する。

バッテリ部１０５は、インバータ部１０４が出力する走行用電流、または合成駆動電流を出力するために必要な電力をインバータ部１０４に供給する。

電流検出部１０６は、インバータ部１０４から実際に出力された走行用電流または合成駆動電流の各実際出力値を検出する。電流検出部１０６は、常時、走行用電流または合成駆動電流の各実際出力値を検出する。この検出された走行用電流または合成駆動電流の各実際出力値は、インバータ制御部１０３および共振周波数検出部１０９で検出される。

モータ部１０７は、インバータ部１０４に出力された走行用電流または合成駆動電流の各実際出力値を入力し、この入力された走行用電流または合成駆動電流の各実際出力値に基づいて、ＥＣＵ１０２で導出された走行用トルクの値を出力してタイヤ１０８を駆動する。タイヤ１０８は、いわゆる車両１のタイヤであり、車両１に対して安定的かつ固定的に接続されている。タイヤ１０８は、ホイールとの間で気体を内包している。気体には、空気または窒素等が該当する。図１には一輪のタイヤが示されているが、後述するように、複数輪のタイヤが接続されていても構わない。

図３は、図２に示すインバータ出力電流の出力指令値に対して、インバータ部１０４が出力したインバータ出力電流の実際出力値の時間変化を示す図である。

共振周波数検出部１０９は、図３に示すように、電流検出部１０６を介して走行用電流または合成駆動電流であるインバータ出力電流の各実際出力値を検出する。共振周波数検出部１０９は、当該取得したインバータ出力電流が極小となっているときの周波数をタイヤ１０８の共振周波数として導出する。このインバータ出力電流が極小となるときの周波数がタイヤ１０８の共振周波数となるのは以下の説明による。

インバータ部１０４から実際に出力されたインバータ出力電流がモータ部１０７に入力されてタイヤ１０８に機械共振が発生したとする。このとき、当該共振により、当該タイヤ１０８と安定的かつ固定的に接続されているモータ部１０７内には電磁誘導により逆起電力が誘起される。この誘起された逆起電力に基づいて、モータ部１０７へ入力される電流と逆方向に当該逆起電力による反対電流が流れるため、インバータ部１０４から見たモータ部１０７のインピーダンスが極大になる。モータ部１０７のインピーダンスが極大のとき、モータ部１０７へ入力される電流が最も流れにくい状態となるため、図３に示すように、インバータ出力電流は極小値をとる。したがって、インバータ出力電流が極小のとき、タイヤ１０８は機械共振し、モータ部１０７に安定的かつ固定的に接続されたタイヤ１０８の共振周波数が検出される。

共振周波数検出部１０９は、タイヤ１０８の共振周波数の導出において、例えば、電流検出部１０６により検出されたインバータ出力電流を周波数解析（ＦＦＴ等）する。この周波数解析によるスペクトル波形においては、タイヤ１０８の共振周波数で急峻なピークが現れるため、このピークが現れるときの周波数がタイヤ１０８の共振周波数と判断される。共振周波数検出部１０９は、検出した共振周波数に関する情報を内圧導出部１１０に送出する。

内圧導出部１１０は、共振周波数検出部１０９から送出された共振周波数に基づいてタイヤ１０８の内圧を導出する。タイヤ１０８の内圧は、例えば、タイヤ１０８の共振周波数とタイヤのばね定数とが比例関係にあること、およびタイヤのばね定数とタイヤ１０８の内圧とが比例関係にあること（例えば、非特許文献１参照）に基づいて導出される。ただし、内圧の導出方法は、非特許文献１に記載の方法に限定されない。

情報提示部１１１は、内圧導出部１１０に導出されたタイヤ１０８の内圧に関する内圧情報を車両１のドライバに対して提示する。この提示では、メータ等で表示しても良いし、車両１に予め配設されているナビゲーション装置のディスプレイ等に表示しても良い。

（タイヤ状態検出装置１０の動作）
次に、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０の動作について図４および図５を参照して説明する。

図４は、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０の動作を説明するフローチャートである。図５は、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０のインバータ制御部１０３の動作の詳細を説明したフローチャートである。

車両１を運転するドライバがアクセルペダル１００を所定量踏み込んだ場合、アクセルポジションセンサ部１０１は当該踏まれたアクセルペダル１００の踏込量を検出する。ＥＣＵ１０２は、この検出された踏込量に関する情報を含むＡＰ開度情報をアクセルポジションセンサ部１０１から取得する（Ｓ１０１）。

ＥＣＵ１０２は、アクセルポジションセンサ部１０１から送出されたＡＰ開度情報を取得する（Ｓ１０１のＹＥＳ）。ＥＣＵ１０２は、この取得したＡＰ開度情報に基づき、モータ部１０７がタイヤ１０８を回転させるために必要な出力トルク（走行用トルク）を算出する（Ｓ１０２）。ＥＣＵ１０２は、インバータ部１０４に走行用電流を出力させるための制御情報をインバータ制御部１０３に送出する（Ｓ１０３）。上記したとおり、当該制御情報がインバータ制御部１０３に送出されたとき、ＥＣＵ１０２は、共振周波数検出部１０９に、共振用電流の出力指令値を生成させる共振用電流生成指令情報を送出する。

図５に示すように、インバータ制御部１０３は、ＥＣＵ１０２から制御情報を取得した場合（Ｓ１０３ａのＹＥＳ）、共振周波数検出部１０９から、共振用電流の出力指令値を取得した否かを判断する（Ｓ１０３ｂ）。インバータ制御部１０３は、共振用電流の出力指令値を取得した場合（Ｓ１０３ｂのＹＥＳ）、走行用電流の出力指令値と共振用電流の出力指令値とを重畳した合成駆動電流の出力指令値を生成する（Ｓ１０３ｃ）。インバータ制御部１０３は、インバータ部１０４に、この生成した合成駆動電流の出力指令値を出力するように制御する合成駆動電流の出力指令情報を送出する（Ｓ１０３ｄ）。

インバータ部１０４は、インバータ制御部１０３から合成駆動電流の出力指令情報を取得する。インバータ部１０４は、この取得した合成駆動電流の出力指令情報に基づき、バッテリ部１０５から必要な電力の供給を受け（Ｓ１０４）、当該出力指令情報に対応する合成駆動電流を出力する（Ｓ１０５）。

電流検出部１０６は、インバータ部１０４から実際に出力された合成駆動電流の実際出力値を検出する（Ｓ１０６）。この検出された合成駆動電流（インバータ出力値）の実際出力値の時間変化は、図３に示すとおりである。

共振周波数検出部１０９は、電流検出部１０６によって検出された合成駆動電流（インバータ出力値）の実際出力値が極小となっているときの周波数をタイヤ１０８の共振周波数として導出する。共振周波数検出部１０９は、例えば、電流検出部１０６により検出された合成駆動電流を周波数解析（ＦＦＴ等）することによって、タイヤ１０８の共振周波数を検出する（Ｓ１０７）。

内圧導出部１１０は、共振周波数検出部１０９から送出された共振周波数に基づいてタイヤ１０８の内圧を導出する（Ｓ１０８）。情報提示部１１１は、内圧導出部１１０に導出されたタイヤ１０８の内圧に関する内圧情報を車両１のドライバに対して提示して（Ｓ１０９）、タイヤ状態検出装置の動作は終了する。

以上のように、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０では、共振周波数検出部１０９がタイヤ１０８固有の共振周波数付近で掃引した共振用電流をインバータ制御部１０３に送出する。インバータ制御部１０３は、この共振用電流と走行用電流とを重畳した合成駆動電流の出力指令値をインバータ部１０４に送出する。インバータ部１０４が実際に出力した合成駆動電流の実際出力値からタイヤ１０８の共振周波数を検出する。

したがって、タイヤ１０８と安定的かつ固定的に接続されたモータ部１０７に入力される合成駆動電流の実際出力値の時間変化からタイヤ１０８の機械共振を判定するため、車両１の外乱の影響を考慮する必要がなくなり、タイヤ１０８の共振周波数を高精度に判定することができる。タイヤ１０８の共振周波数を高精度に判定することができるため、結果的に、タイヤの内圧を高精度に検出することができる。

（車両停車中におけるタイヤ状態検出装置１０の動作）
次に、車両１が停車中である場合に、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０がタイヤ１０８の内圧を導出する動作について、図６〜図８を参照して説明する。

図６は、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０における車両停止中の動作を説明するフローチャートである。図７は、車両停車中に、インバータ制御部１０３がインバータ部１０４に送出したインバータ出力電流の出力指令値の時間変化を示す図である。図８は、車両停車中に、電流検出部１０６で検出されるインバータ出力電流の実際出力値の時間変化を示す図である。

車両１が停車中である場合には、アクセルペダル１００はドライバに踏み込まれない。すなわち、アクセルポジションセンサ部１０１は、アクセルペダル１００からの踏込量を検出しない。ＥＣＵ１０２は、例えばドライバから所定のスイッチ等の押下に対応する入力信号を取得し、この入力信号に基づいて、共振周波数検出部１０９に共振用電流生成指令情報を送出する（Ｓ１１０）。この共振用電流生成指令情報が共振周波数検出部１０９に送出されるタイミングは、ドライバからの所定スイッチ等押下のタイミングである必要は特にない。例えば、不図示の車輪速度センサ等により車両１が運転停止と判断されたタイミングでも良いし、不図示のタイマー等の計測によって運転停止直後から所定時間経過したときのタイミングでも構わない。また、運転停止中である場合に、ＥＣＵ１０２が常時、共振周波数検出部１０９に共振用電流生成指令情報を送出するようにしても良い。

共振周波数検出部１０９は、ＥＣＵ１０２から共振用電流生成指令情報を取得した場合（Ｓ１１０のＹＥＳ）、共振用電流の出力指令値を生成し、この生成した共振用電流の出力指令値を所定のタイミングでインバータ制御部１０３に送出する（Ｓ１１１）。

インバータ制御部１０３は、共振用電流の出力指令値を取得し（Ｓ１１１のＹＥＳ）、インバータ部１０４に、この取得した共振用電流の出力指令値を出力するように制御する共振用電流の出力指令情報を送出する（Ｓ１１２）。この送出される共振用電流の出力指令情報に含まれる共振用電流の出力指令値は、図２に示した共振用電流の出力指令値Ｉｑｂ＊に相当する（図７参照）。Ｓ１１２以降の処理は、図４で示した対応する参照符号と同一の処理であるため、説明を省略する。

以上のように、車両１が運転停止中を継続している状態のときと、車両１が走行中である状態のときとは、インバータ制御部１０３がインバータ部１０４に出力させる電流の出力指令値の絶対値が異なる。具体的には、車両１が走行中である状態に対応するインバータ出力電流の絶対値は、図２に示したように、インバータ出力電流の出力指令値Ｉｑ＊（＝（走行用電流の出力指令値Ｉｑａ＊）＋（共振用電流の出力指令値Ｉｑｂ＊））である。一方、車両１が運転停止中を継続している状態に対応するインバータ出力電流の絶対値は、図７に示したように、共振用電流の出力指令値Ｉｑｂ＊のみである。

したがって、車両１が運転停車中を継続している状態のままであっても、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０は、インバータ部１０４に出力させるインバータ出力電流の指令値を共振用電流の出力指令値とするだけで、タイヤの共振周波数を高精度に判定することができる。結果的に、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０は、車両１の運転状態に関係なく、走行中でも停車中でも、タイヤの内圧を高精度に検出することができる。

図９は、複数のタイヤ１０８が差動ギヤを介してモータ部１０７と固定的に配置されている車両の全体構成を示す外観図である。

本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０は、車両１が図９に示すような車両である場合においても、同様に、タイヤ１０８の内圧を高精度に検出することができる。つまり、モータ部１０７には、一輪のタイヤ１０８が取り付けられても良いし、複数輪のタイヤ１０８が取り付けられても良い。

図１０は、モータ部１０７に対して２つのタイヤが配置されている場合で、２つのタイヤ共振周波数が現れる様子を示す図である。この場合、タイヤ状態検出装置１０は、それぞれのタイヤ１０８に対して、個別に図４および図５に示した動作を行う。インバータ部１０４が出力したインバータ出力電流の実際出力値には、図１０に示すように、第１のタイヤ１０８の共振周波数（共振点）に対応する第１の極小値、および第２のタイヤ１０８の共振周波数（共振点）に対応する第２の極小値が検出される。

図１１は、モータ部１０７に対して２つのタイヤが配置されている場合で、車両が停車中である場合において、２つのタイヤ共振周波数（共振点）にそれぞれ対応する第１および第２の極小値が現れる様子を示す図である。

本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０は、図９に示すような車両に搭載されている場合であって、さらに、当該車両が停車中である場合においても、同様に、タイヤ１０８の内圧を高精度に検出することができる。

（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置２０を含む車両２の内部構成を示すブロック図である。本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置２０が本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置１０と異なる点は、図１２に示すように、タイヤ状態検出装置２０がモータ部２０１、エンコーダ部２０２および回転角速度算出部２０３を有する点である。これらの点以外は実施の形態１と同様であり、図１２において、図１と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。

モータ部２０１には、実施の形態１のモータ部１０７に、エンコーダ部２０２が更に備えられている。エンコーダ部２０２は、モータ部２０１のステータに対するロータの回転角度を検出し、この検出された回転角度を回転角速度算出部２０３に送出する。エンコーダ部２０２は、インクリメンタルエンコーダまたはアブソリュートエンコーダ等の光学式エンコーダでも良いし、ホール素子等で構成される磁気式エンコーダでも良い。

回転角速度算出部２０３は、エンコーダ部２０２から送出された回転角度を取得し、この取得した回転角度に対して時間微分を行って回転角速度ωを導出する。パラメータωは回転角速度を表す。回転角速度算出部２０３は、この導出された回転角速度ωを共振周波数検出部１０９に送出する。

インバータ制御部１０３がインバータ出力電流の出力指令値をインバータ部１０４に出力した場合、回転角速度算出部２０３に導出された回転角速度は図１３のように示される。図１３は、回転角速度算出部２０３で導出されたモータ部２０１の回転角速度の時間変化を示す図である。

インバータ部１０４から実際に出力された合成駆動電流がモータ部２０１に入力されてタイヤ１０８に機械共振が発生したとする。このとき、タイヤ１０８に安定的かつ固定的に接続されているモータ部２０１の回転速度は、タイヤ１０８の共振周波数において最も高くなる。このため、エンコーダ部２０２から出力された回転角度を時間微分することによって導出された回転角速度ωは、タイヤ１０８の共振周波数に近づくにつれて徐々に大きくなり、共振周波数において極大となる。したがって、図１３に示すように、モータ部２０１の回転角速度が極大になった場合、タイヤ１０８は機械共振し、モータ部２０１に安定的かつ固定的に接続されたタイヤ１０８の共振周波数が検出される。

（タイヤ状態検出装置２０の動作）
次に、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置２０の動作について図１４を参照して説明する。図１４は、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置２０の動作を説明するフローチャートである。なお、図１４に示すインバータ制御の動作は、図５に示す内容と同一であるため、インバータ制御の動作の説明は省略する。

車両２を運転するドライバがアクセルペダル１００を所定量踏み込んだ場合、アクセルポジションセンサ部１０１は当該踏まれたアクセルペダル１００の踏込量を検出する。ＥＣＵ１０２は、この検出された踏込量を含むＡＰ開度情報をアクセルポジションセンサ部１０１から取得する（Ｓ１０１）。

ＥＣＵ１０２は、アクセルポジションセンサ部１０１から送出されたＡＰ開度情報を取得する（Ｓ１０１のＹＥＳ）。ＥＣＵ１０２は、この取得したＡＰ開度情報に基づき、モータ部２０１がタイヤ１０８を回転させるために必要な出力トルク（走行用トルク）を算出する（Ｓ１０２）。ＥＣＵ１０２は、インバータ部１０４に走行用電流を出力させるための制御情報をインバータ制御部１０３に送出する（Ｓ１０３）。当該制御情報がインバータ制御部１０３に送出されたとき、ＥＣＵ１０２は、共振周波数検出部１０９に、共振用電流の出力指令値を生成させる共振用電流生成指令情報を送出する。

インバータ部１０４は、インバータ制御部１０３から合成駆動電流（インバータ出力電流）の出力指令情報を取得する。インバータ部１０４は、この取得した合成駆動電流の出力指令情報に基づき、バッテリ部１０５から必要な電力の供給を受け（Ｓ１０４）、当該出力指令情報に対応する合成駆動電流を出力する（Ｓ１０５）。

電流検出部１０６は、インバータ部１０４から実際に出力された合成駆動電流の実際出力値を検出する（Ｓ１０６）。この検出された合成駆動電流の実際出力値は、インバータ制御部１０３で検出される。

エンコーダ部２０２は、モータ部２０１の回転角度を検出し（Ｓ２０１）、この検出された回転角度を回転角速度算出部２０３に送出する。回転角速度算出部２０３は、エンコーダ部２０２から送出されたモータ部２０１の回転角度を取得し、この取得した回転角度を時間微分することによって回転角速度ωを検出する（Ｓ２０２）。回転角速度算出部２０３は、この導出された回転角速度ωを共振周波数検出部１０９に送出する。

共振周波数検出部１０９は、回転角速度算出部２０３に導出されたモータ部２０１の回転角速度ωを取得し、この取得した回転角速度の値が極大となっているときの周波数をタイヤ１０８の共振周波数として導出する。共振周波数検出部１０９は、例えば、回転角速度算出部２０３により導出された回転角速度を周波数解析（ＦＦＴ等）することによって、タイヤ１０８の共振周波数を検出する（Ｓ１０７）。

内圧導出部１１０は、共振周波数検出部１０９から送出された共振周波数に基づいてタイヤ１０８の内圧を導出する（Ｓ１０８）。情報提示部１１１は、内圧導出部１１０に導出されたタイヤ１０８の内圧に関する内圧情報を車両２のドライバに対して提示して（Ｓ１０９）、タイヤ状態検出装置の動作は終了する。

以上のように、本実施の形態に係るタイヤ状態検出装置２０では、共振周波数検出部１０９がタイヤ１０８固有の共振周波数付近で掃引した共振用電流をインバータ制御部１０３に送出する。インバータ制御部１０３は、この共振用電流と走行用電流とを重畳した合成駆動電流の出力指令値をインバータ部１０４に送出する。インバータ部１０４が実際に出力した合成駆動電流の実際出力値により駆動されたモータ部２０１の回転角度をエンコーダ部２０２が検出し、この検出された回転角度の時間微分からモータ部２０１の回転角速度が導出される。この導出されたモータ部２０１の回転角速度からタイヤ１０８の共振周波数が検出される。

したがって、タイヤ１０８と安定的かつ固定的に接続されたモータ部１０７の回転角速度の時間変化からもタイヤ１０８の機械共振を判定することができる。このため、車両２の外乱の影響を考慮する必要がなく、タイヤ１０８の共振周波数を高精度に判定することができる。タイヤ１０８の共振周波数を高精度に判定することができるため、結果的に、タイヤの内圧を高精度に検出することができる。

以上、添付図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明の入力装置はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記の各実施の形態では、タイヤ状態検出装置１０または２０は、内圧導出部１１０および情報提示部１１１を必須の構成であるとして説明した。しかし、これら内圧導出部１１０および情報提示部１１１は、タイヤ状態検出装置１０または２０に対して任意の構成であっても構わない。

上記した各実施の形態では、共振用電流の出力指令情報は、共振周波数検出部１０９が発生するものとして説明した。しかし、共振周波数検出部１０９が共振用電流を発生しなくても構わない。例えば、共振周波数検出部１０９は、共振用電流の出力指令情報をインバータ制御部１０３自身に発生させるためのタイミング情報と、タイヤ１０８固有の共振周波数に関する情報とを送出する。インバータ制御部１０３は、当該タイミング情報を取得した時点で、タイヤ１０８固有の共振周波数付近で掃引した共振用電流の出力指令値を発生し、上記した走行用電流の出力指令値と重畳した合成駆動電流の出力指令値を含む合成駆動電流の出力指令情報をインバータ部１０４に送出する。また、インバータ制御部１０３は、共振周波数検出部１０９からタイヤ１０８固有の共振周波数に関する情報を取得しなくても構わない。例えば、インバータ制御部１０３は、ＥＣＵ１０２からタイヤ１０８固有の共振周波数に関する情報を取得するようにすれば良い。

実施の形態２に係るタイヤ状態検出装置２０は、実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置１０と同様、当該タイヤ状態検出装置２０を含む車両２が運転停止中の場合でも、タイヤ１０８の内圧を導出することができる。また、タイヤ状態検出装置２０は、モータ部２０１に複数のタイヤが安定的かつ固定的に接続されている場合においても、実施の形態１に係るタイヤ状態検出装置１０と同様、各タイヤ１０８の内圧を導出することができる。

（実施の形態３）
図１５は、実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図である。

図１５に示すように、タイヤ状態検出装置１０は、ホイールに固定されるタイヤ（以下単に「タイヤ」という）１０８に接続される装置であり、振動入力部３１０、周波数情報取得部３２０、およびタイヤ状態推定部３３０を有する。タイヤ１０８は、この車両に対して安定的かつ固定的に接続されており、ホイールとの間で、空気や窒素等の気体を内包している。

なお、周波数情報取得部３２０は、実施の形態１および実施の形態２におけるエンコーダ部２０２、電流検出部１０６、共振周波数検出部１０９、および回転角速度算出部２０３に対応する。また、タイヤ状態推定部３３０は、実施の形態１および実施の形態２における内圧導出部１１０に対応する。

振動入力部３１０は、所定の振動をタイヤ１０８に入力する。所定の振動は、タイヤ１０８の共振周波数を後述の周波数情報取得部３２０が抽出し易くするための、タイヤ１０８の回転方向に掛ける微小な前後振動であり、トルクの大きさと振動周波数とにより定義されるものである。この所定の振動は、上述の定義の通り、「共振用振動」という。

振動入力部３１０は、タイヤ１０８の駆動系を電気的または機械的に制御することにより振動を加えても良いし、駆動系とは独立してタイヤ１０８に直接に機械的に振動を加えても良い。直接に機械的に振動を加える場合、振動入力部３１０は、例えば、タイヤ１０８のホイール等に取り付けられた、電磁型の加振器や、偏芯したマスが小型モータに取り付けられたアンバランスマス型の加振器とすることができる。また、振動入力部３１０は、例えば、アクティブサスペンションのような、ダンパの油圧制御装置とすることができる。

周波数情報取得部３２０は、振動入力部３１０によって共振用振動が入力された場合のタイヤ１０８の周波数情報を取得する。周波数情報は、後述のタイヤ１０８の共振周波数を抽出するための情報である。周波数情報は、例えば、タイヤ１０８の回転角速度を含む。また、タイヤ１０８のリムがモータにより駆動される場合には、周波数情報は、モータ駆動型車両における誘導起電力低減のためのインバータ制御電圧である。回転角速度の場合、例えば、タイヤ１０８のステータに対するロータの回転角度を検出するエンコーダ（図示せず）を配置してリムの回転角度を取得し、リムの回転角度に対してそれぞれ時間微分を行うことにより取得することができる。エンコーダとしては、例えば、インクリメンタルエンコーダまたはアブソリュートエンコーダ等の光学式エンコーダや、ホール素子等により構成される磁気式エンコーダが挙げられる。

タイヤ状態推定部３３０は、周波数情報取得部３２０が取得した周波数情報から、タイヤ１０８の共振周波数を抽出して、タイヤ１０８の状態を推定する。そして、タイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８の力学的モデルを用いて、タイヤ１０８の状態を推定する。具体的には、タイヤ状態推定部３３０は、タイヤ１０８の力学的モデルのねじりばね定数を、タイヤ１０８の状態の検出を行う毎に算出し、算出されたねじりばね定数に基づいてタイヤ１０８の状態を推定する。

図１６は、タイヤ状態推定部３３０が用いるタイヤ１０８の力学的モデルを示す図である。

図１６に示すように、タイヤ１０８の力学的モデル４１０は、タイヤ１０８のリム４２０の慣性モーメント、タイヤ１０８のトレッド４３０の慣性モーメント、これらを結合するばね（ねじりばね）４４０、およびダンパ４５０を含む。すなわち、タイヤ１０８の力学的モデル４１０は、タイヤ１０８に発生する機械的な振動を、ねじり振動現象としてモデル化したものである。力学的モデル４１０は、以下に示す各変数を用いて表現される。
Ｊ_１：リム４２０の慣性モーメント（内側慣性モーメント）
Ｊ_２：トレッド４３０の慣性モーメント（外側慣性モーメント）
Ｋ：タイヤ１０８のねじりばね定数
Ｄ：タイヤ１０８の等価粘性係数
Ｔ_ｅ：車両側からリム４２０に掛けられる出力トルク
Ｔ_ｄ：タイヤ１０８が転動することにより路面からトレッド４３０に掛けられる外乱トルク
ω_１：リム４２０の回転角速度
ω_２：トレッド４３０の回転角速度

なお、θ_ｓは、リム４２０とトレッド４３０との回転角度差とする。慣性モーメントＪ_１、外側慣性モーメントＪ_２、および等価粘性係数Ｄは、固定値とみなすことができるパラメータである。ねじりばね定数Ｋは、リム４２０とトレッド４３０とを結合するタイヤ１０８の側面ゴム部の弾性を表すパラメータであり、空気圧（以下「タイヤ内圧」という）に依存する。出力トルクＴ_ｅは、制御対象である。外乱トルクＴ_ｄは、不明なパラメータである。回転角速度ω_１は、高精度に測定可能なパラメータである。

タイヤ状態検出装置１０は、図示しないが、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶媒体等を有する。この場合、上述の各機能部の一部または全部は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより実現される。タイヤ状態検出装置１０は、例えば、車両に搭載され、タイヤ１０８の駆動系に接続されたＥＣＵの形態を取ることができる。

このようなタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８の共振周波数を抽出するので、タイヤ１０８のねじりばね定数を高精度で取得して、タイヤ１０８の状態を検出できる。

次に、タイヤ状態検出装置１０の動作について説明する。

図１７は、実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、タイヤ状態を推定するタイミング（以下「推定実施タイミング」という）が到来する毎に、振動入力部３１０は、所定の振動をタイヤ１０８へ入力する（Ｓ１０９０）。推定実施タイミングは、検出対象となる車両の走行中でも駐停車中でも良く、一定速度での走行中でも不定速度での走行中でも良い。また、推定実施タイミングは、予め定められた周期で到来しても良いし、ドライバによりスイッチ押下等の所定の操作が行われた時であっても良い。

そして、周波数情報取得部３２０は、タイヤ１０８の周波数情報を取得し、取得された周波数情報をタイヤ状態推定部３３０へ出力する（Ｓ１１００）。タイヤ状態推定部３３０は、入力された周波数情報から、タイヤ１０８の共振周波数を抽出する（Ｓ１１２０）。そして、タイヤ状態推定部３３０は、抽出した共振周波数から、タイヤ１０８のねじりばね定数Ｋを算出する（Ｓ１１３０）。

ここで、タイヤ状態推定部３３０が共振周波数を検出し、共振周波数に基づいてねじりばね定数Ｋを算出する手法について説明する。ここでは、周波数情報としてリム４２０の回転角速度ω_１がタイヤ状態推定部３３０へ入力された場合について説明する。

なお、周波数情報は、例えば、回転角速度、モータ駆動用の電圧に対して、モータの回転により発生する誘導起電力を抑える電流を制御するための制御電圧の周波数である。

図１８は、タイヤ１０８の周波数特性の一例を示す図である。横軸は周波数ｆを示し、縦軸はリム４２０の回転角速度ω_１のパワースペクトル密度を示す。

タイヤ状態推定部３３０は、リム４２０の回転角速度ω_１に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等の周波数解析を行うことにより、図１８に示すスペクトル波形４６１を得ることができる。

図１８に示すように、タイヤ１０８の周波数特性を示すスペクトル波形４６１において、タイヤ内圧による影響を受ける共振周波数は、サスペンションの前後振動とタイヤ１０８のねじりばね共振との連成共振として周波数４６２に現れる。この現象の詳細については、例えば非特許文献１に記載されているため、ここでの説明を省略する。

そして、スペクトル波形４６１には、タイヤ１０８の共振周波数である上述の周波数４６２において急峻な山のピークが現れる。

そこで、タイヤ状態推定部３３０は、スペクトル波形４６１のピーク位置を検出することによって、共振周波数４６２を取得する。

ところで、タイヤ１０８の共振周波数ｆ_ｃ０は、一般に二慣性系モデルから、以下の式（１）のように表される。

したがって、タイヤ状態推定部３３０は、共振周波数ｆ_ｃ０を検出し、固定値である慣性モーメントＪ_１および外側慣性モーメントＪ_２から、式（１）を用いて、ねじりばね定数Ｋを算出することができる。

ここで、周波数情報には、タイヤと路面との摩擦係数や凹凸に起因して生じる、ねじり共振周波数以外の振動成分による振動雑音が多く含まれる。共振周波数ｆ_ｃ０は、このような振動雑音に埋もれ易いため、従来技術においては検出が困難であった。

そこで、上述の通り、タイヤ状態検出装置１０は、振動入力部３１０により、共振周波数ｆ_ｃ０が抽出され易くする所定の振動を、タイヤ１０８に入力するようにしている。これにより、タイヤ状態検出装置１０は、共振周波数ｆ_ｃ０をより確実にかつ高い精度で抽出することができる。

なお、タイヤ状態推定部３３０は、例えば、以下に説明する手法により、共振周波数ｆ_ｃ０を算出して、ねじりばね定数Ｋを算出しても良い。

タイヤ状態推定部３３０は、非特許文献１に記載のように一括型最小二乗推定法等を利用して、ねじりばね定数Ｋを算出しても良い。

そして、タイヤ状態推定部３３０は、算出された共振周波数ｆ_ｃ０から、式（１）を用いて、タイヤ１０８のねじりばね定数Ｋを算出する。

このように、タイヤ状態検出装置１０は、共振周波数ｆ_ｃ０を抽出することができれば、現在のタイヤ１０８の状態を精度良く表すねじりばね定数Ｋを、算出することができる。

以上のように、実施の形態３に係るタイヤ状態検出装置１０は、所定の振動をタイヤ１０８に加えて、タイヤ１０８の周波数情報を取得し、その周波数情報からタイヤ１０８の共振周波数を抽出する。そして、タイヤ状態検出装置１０は、抽出した共振周波数から、タイヤ１０８の状態を推定する。これにより、タイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８の力学的モデルのねじりばね定数を都度算出することができ、タイヤ１０８の状態を高精度に検出することができる。

なお、上述の非特許文献１記載の技術は、後述のタイヤ１０８の共振周波数が抽出され易くするための振動の入力を行っていない。したがって、非特許文献１記載の技術では、共振周波数を確実かつ高精度に抽出することはできない。

したがって、このような非特許文献１記載の技術に比べて、本発明に係るタイヤ状態検出装置１０は、より高い精度でタイヤ１０８の状態の検出を行うことができる。

（実施の形態４）
図１９は、本発明の実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態３の図１５に対応するものである。

実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態３と異なる主な点は、過去に取得されたタイヤ状態に関する情報に基づいて共振用振動を決定する振動入力部３１０ａと、タイヤ状態に関する情報をフィードバックするタイヤ状態推定部３３０ａとが配置されていることである。

タイヤ状態推定部３３０ａは、ねじりばね定数Ｋの変化に基づいて、タイヤ１０８の空気圧が著しく低下したか否かを判定する。そして、タイヤ状態推定部３３０ａは、共振周波数ｆ_ｃ０と、パンク等によるタイヤ空気圧の著しい低下（以下「空気圧低下」という）の有無についての判定結果とを保持する。

振動入力部３１０ａは、タイヤ状態推定部３３０ａが保持する共振周波数ｆ_ｃ０および空気圧低下の有無の情報を取得する。そして、振動入力部３１０ａは、これらの情報に基づいて、共振周波数ｆ_ｃ０が抽出され易い振動となるように、トルクの大きさおよび振動周波数の少なくとも一方、またはこれらの両方を制御する。トルクの大きさおよび振動周波数の一方が固定値である場合には、振動入力部３１０ａは、固定値ではない他方のみを制御すれば良い。

図２０は、実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１０の動作の一例を示すフローチャートであり、実施の形態３の図１７に対応するものである。

振動入力部３１０ａは、推定実施タイミングが到来する毎に、タイヤ状態推定部３３０ａに保存されている、前回の推定実施タイミングで取得された（以下単に「前回の」という）共振周波数ｆ_ｃ０および空気圧低下の有無の情報を読込む（Ｓ１０５０）。

この情報の読込みは、例えば、振動入力部３１０ａが、タイヤ状態推定部３３０ａに対して情報要求指令を送出し、この情報要求指令を取得したタイヤ状態推定部３３０ａが、情報を振動入力部３１０ａへ送出しても良い。そして、振動入力部３１０ａは、空気圧低下無しであれば（Ｓ１０５１：ＮＯ）、この共振周波数ｆ_ｃ０を含む振動を発生させるための共振用振動を決定し（Ｓ１０６０）、決定した共振用振動をタイヤ１０８へ入力する（Ｓ１０９０）。共振用振動の決定の詳細については後述する。なお、空気圧低下有りの場合（Ｓ１０５１：ＹＥＳ）には、振動入力部３１０ａは、共振用振動の出力は行わず処理を終了する。

一方、タイヤ状態推定部３３０ａは、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）を算出すると（Ｓ１１３０）、今回の推定実施タイミングで取得された（以下単に「今回の」という）ねじりばね定数Ｋ（ｔ）と前回のねじりばね定数Ｋ（ｔ−１）との差が、予め定めた閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ１１４０）。なお、ｔは、最新の周波数情報に基づくパラメータであることを示し、ｔ−ｎは、ｎ回前の推定実施タイミングで入力された周波数情報に基づくパラメータであることを示す。

タイヤ状態推定部３３０ａは、今回のねじりばね定数Ｋ（ｔ）と前回のねじりばね定数Ｋ（ｔ−１）との差が閾値以上である場合、つまりタイヤ内圧が急激に変化したといえる場合には（Ｓ１１４０：ＹＥＳ）、タイヤ１０８の空気圧低下が発生したと判定する（Ｓ１１５０）。そして、タイヤ状態推定部３３０ａは、空気圧低下が発生した旨を示す空気圧低下情報を保存する（Ｓ１１６０）。

この空気圧低下情報は、次回の推定実施タイミングの（以下単に「次回の」という）ステップＳ１０５０において、振動入力部３１０ａにより読込まれる。そして、タイヤ交換または修理後のリセット処理が行われるまで、つまり空気圧低下無しの空気圧低下情報が入力されるまで、振動入力部３１０ａは、共振用振動の出力を停止する。なお、このリセット処理は、タイヤ交換を行った後にドライバ等が図示しないリセットボタンを押下する等により指示される。リセット処理が指示されると、タイヤ状態推定部３３０ａは、保存しているタイヤ空気圧低下情報を破棄する。

また、タイヤ状態推定部３３０ａは、差が閾値未満である場合には（Ｓ１１４０：ＮＯ）、共振周波数ｆ_ｃ０およびばね定数Ｋ（ｔ）を保存する（Ｓ１１８０）。これらのうち、共振周波数ｆ_ｃ０は、次回のステップＳ１０５０において振動入力部３１０ａにより読込まれる。また、ばね定数Ｋ（ｔ）は、次回のステップＳ１１４０において前回のばね定数Ｋ（ｔ−１）として用いられる。

なお、タイヤ状態推定部３３０ａは、複数回分のばね定数Ｋ（ｔ−１）、Ｋ（ｔ−２）、・・・Ｋ（ｔ−ｍ）（ｍ：正の整数）を保存しておいても良い。そして、タイヤ状態推定部３３０ａは、保存しておいた複数回分のばね定数のうちの任意の１つもしくは最大値、または平均値と、今回のばね定数Ｋ（ｔ）との差を、判定に用いても良い。

以下、共振用振動の決定の詳細について説明する。

共振周波数ｆ_ｃ０が不明な段階では、共振周波数ｆ_ｃ０が抽出され易い振動も不明である。したがって、振動入力部３１０ａは、共振用トルクを、広い周波数帯域において、低い周波数から高い周波数へ、もしくは、高い周波数から低い周波数へと掃引する正弦波状のトルクに決定する。すなわち振動入力部３１０ａは、共振周波数ｆ_ｃ０が不明である初期状態においては、共振周波数ｆ_ｃ０を確実に抽出できるよう、比較的広い範囲を探索するような振動トルクを、共振用トルクに決定する。

ところが、このような広い周波数帯域に対する探索には、比較的時間が掛かる。

そこで、タイヤ状態検出装置１０は、直前に共振周波数ｆ_ｃ０が検出されている場合には、探索範囲を絞り込み、探索時間の短縮を図る。具体的には、振動入力部３１０ａは、タイヤ状態推定部３３０ａから取得した前回の共振周波数ｆ_ｃ０を含む狭い周波数帯域に限定した振動トルクを、共振用トルクに決定する。

例えば、振動入力部３１０ａは、前回の共振周波数ｆ_ｃ０を含む範囲に周波数の上限・下限値を設定し、下限値の周波数から上限値の周波数へ、もしくは、上限値の周波数から下限値の周波数へと掃引する正弦波状のトルクを、共振用トルクに決定する。または、振動入力部３１０ａは、前回の共振周波数ｆ_ｃ０を含む範囲に通過帯域を限定した帯域通過フィルタを作成し、振動入力部３１０ａは、白色雑音を意図的に発生させ、この白色雑音を、生成した帯域通過フィルタに通過させて得られる白色雑音トルクを、共振用トルクに決定する。

なお、振動入力部３１０ａは、共振周波数ｆ_ｃ０の変化が少ない場合にのみ探索範囲の絞り込みを行っても良い。また、振動入力部３１０ａは、複数回分の共振周波数ｆ_ｃ０の平均値を用いて、探索範囲の絞り込みを行っても良い。更には、振動入力部３１０ａは、この平均値の算出を行う場合、大きく外れている値を除外して、平均値を算出しても良い。これにより、タイヤ状態検出装置１０は、共振周波数ｆ_ｃ０の抽出精度を向上させることができる。

また、タイヤ１０８に空気圧低下が発生したりタイヤ１０８が交換されたりした場合には、タイヤ１０８の状態が大きく変化するため、共振周波数ｆ_ｃ０が大幅に変わっている可能性が高い。したがって、そのような場合には、振動入力部３１０ａは、探索範囲の絞り込みを解除して、比較的広い範囲を探索するような振動トルクを、共振用トルクに決定する。

このように、実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１０は、共振周波数ｆ_ｃ０の探索時間を短縮させることができる。これにより、実施の形態４に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８の状態を、短時間で検出することができる。

（実施の形態５）
図２１は、本発明の実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態４の図１９に対応するものである。

実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態４と異なる主な点は、タイヤ内圧算出部３４０および情報提示部３５０を有することである。なお、タイヤ内圧算出部３４０は、実施の形態１および実施の形態２の内圧導出部１１０に対応し、情報提示部３５０は、実施の形態１および実施の形態２の情報提示部１１１に対応する。

タイヤ内圧算出部３４０は、タイヤ状態推定部３３０ａからねじりばね定数Ｋ（ｔ）を取得し、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）に基づいてタイヤ１０８の内圧を算出する。具体的には、タイヤ内圧算出部３４０は、タイヤ１０８の内圧は、例えば、タイヤのばね定数Ｋとタイヤ１０８の内圧との相関関係を予め記憶しており、この相関関係を用いて、ばね定数Ｋ（ｔ）からタイヤ１０８の内圧を算出する。この相関関係は、テーブルによって定義されても良いし、関数によって定義されても良い。そして、タイヤ内圧算出部３４０は、算出したタイヤ１０８の内圧を、内圧情報として情報提示部３５０へ出力する。

ねじりばね定数Ｋとタイヤ１０８の内圧との間の相関関係は、比例関係である。ねじりばね定数Ｋとタイヤ１０８の内圧との間の比例関係およびこれに基づくタイヤ１０８の内圧の検出手法の詳細は、例えば非特許文献１に記載されているため、ここでの説明を省略する。但し、タイヤ内圧算出部３４０が用いるタイヤ１０８の内圧の検出手法は、非特許文献１に記載の手法に限定されない。

また、タイヤ内圧算出部３４０は、タイヤ状態推定部３３０ａに空気圧低下情報が保持されている場合には、これを取得し、情報提示部３５０へ出力する。

情報提示部３５０は、タイヤ内圧算出部３４０から内圧情報または空気圧低下情報を入力されると、内圧情報および空気圧低下情報の内容を、ドライバに対して提示する。この提示は、例えば、インストルメントパネルやナビゲーション装置のディスプレイにおける表示や、ラウドスピーカからの音声出力によって行われる。

図２２は、実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置１０の動作の一例を示すフローチャートであり、実施の形態４の図２０に対応するものである。

タイヤ状態推定部３３０ａは、タイヤ１０８に空気圧低下が発生したと判定すると（Ｓ１１５０）、空気圧低下情報を保存すると共に、タイヤ内圧算出部３４０へ出力する（Ｓ１１６１）。また、タイヤ状態推定部３３０ａは、今回のねじりばね定数Ｋ（ｔ）と前回のねじりばね定数Ｋ（ｔ−１）との差が予め定めた閾値未満である場合には（Ｓ１１４０：ＮＯ）、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）をタイヤ内圧算出部３４０へ出力する（Ｓ１１７０）。そして、タイヤ状態推定部３３０ａは、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）を保存する（Ｓ１１８０）。

タイヤ内圧算出部３４０は、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）を入力された場合は、ねじりばね定数Ｋ（ｔ）から、タイヤ１０８の内圧を算出する（Ｓ１１９０）。そして、タイヤ内圧算出部３４０は、算出した内圧を、内圧情報として情報提示部３５０へ出力する。また、タイヤ内圧算出部３４０は、空気圧低下情報を入力された場合は、タイヤ１０８に空気圧低下が発生していることを情報提示部３５０へ出力する。この結果、タイヤ１０８の内圧を示す内圧情報と、タイヤ１０８に空気圧低下が発生していることを示す空気圧低下情報とが、適宜、タイヤ１０８の状態に応じてドライバに提示されることになる（Ｓ１２００）。

このように、実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８の状態をドライバに対して提示するので、空気の注入やパンク修理等の適切な処置を、ドライバに対して促すことができる。これにより、実施の形態５に係るタイヤ状態検出装置１０は、車両に対する安全性の向上や燃費の向上を図ることができる。

なお、情報提示の対象は、ドライバに限定されず、他の同乗者や、車両の整備者、車両の遠隔監視者であっても良い。整備者に対して提示を行う場合は、タイヤ状態検出装置１０は、内圧情報および空気圧低下情報、または、これらの基となる各情報を記録する記録媒体を備える必要がある。また、遠隔監視者に対して提示を行う場合には、タイヤ状態検出装置１０は、管理サーバ等の外部装置に対して内圧情報および空気圧低下情報を送信する通信装置を備える必要がある。

（実施の形態６）
図２３は、本発明の実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態５の図２１に対応するものである。

実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１０は、バッテリ部５１０、インバータ部５２０、およびモータ部５３０を駆動系とするタイヤ１０８に適用されるものである。実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態５と異なる主な点は、振動入力部３１０ａがインバータ制御部３１１に置き換わり、周波数情報取得部３２０が回転角速度検出部３２１に置き換わっていることである。なお、バッテリ部５１０、インバータ部５２０、およびモータ部５３０は、実施の形態１および実施の形態２のバッテリ部１０５、インバータ部１０４、およびモータ部１０７、２０１にそれぞれ対応する。また、インバータ制御部３１１および回転角速度検出部３２１は、実施の形態１および実施の形態２のインバータ制御部１０３および回転角速度算出部２０３にそれぞれ対応する。

バッテリ部５１０は、インバータ部５２０が電流を出力するために必要な電力を、インバータ部５２０に供給する蓄電池である。

インバータ部５２０は、後述のインバータ制御部３１１から入力される、モータ駆動電流の出力指令値に従って、モータ部５３０に対して電力を出力する。

モータ部５３０は、インバータ部５２０から供給される電力によりトルクを発生し、タイヤ１０８を駆動する。

インバータ制御部３１１は、ドライバが車両を加速するために踏み込んだアクセルペダル（例えば実施の形態１および実施の形態２のアクセルペダル１００）の踏込量を示す操作情報（以下単に「操作情報」という）を入力する。この入力は、例えば、実施の形態１および実施の形態２のアクセルポジションセンサ部１０１を用いて行われる。そして、インバータ制御部３１１は、操作情報から、走行用トルクの値を決定する。また、インバータ制御部３１１は、実施の形態５の振動入力部３１０ａと同様に、共振用トルクを決定する。そして、インバータ制御部３１１は、共振用トルクと走行用トルクとの合成トルクがモータ部５３０から出力されるような、モータ駆動電流の出力指令値を、インバータ部５２０へ出力する。

さらに、インバータ制御部３１１は、モータ部５３０のモータ駆動電流の実際出力値を電流検出部（図示せず）により検出する。そして、インバータ制御部３１１は、この実際出力値がインバータ制御部３１１で算出した出力指令値に一致するように、インバータ部５２０のモータ部５３０に対する電力供給を制御する。

インバータ制御部３１１は、このような出力指令値の生成を、合成トルクの値を算出することにより行っても良いし、共振用電流と走行用電流とを合成することによって（加算することによって）行っても良い。

回転角速度検出部３２１は、タイヤ１０８から、タイヤ１０８のリムの回転角速度ω_１を検出し、上述の周波数情報として、タイヤ状態推定部３３０ａへ出力する。回転角速度検出部３２１は、例えば、タイヤ１０８のステータに対するロータの回転角度を検出するエンコーダ（図示せず）から、リムの回転角度を取得する。そして、回転角速度検出部３２１は、リムの回転角度に対してそれぞれ時間微分を行うことにより、回転角速度ω_１を算出する。

なお、回転角速度検出部３２１は、例えば、インクリメンタルエンコーダまたはアブソリュートエンコーダ等の光学式エンコーダや、ホール素子等により構成される磁気式エンコーダ等を用いて、回転角度を取得しても良い。また、回転角速度検出部３２１は、タイヤ１０８から直接に回転角度または回転角速度を取得しても良い。

タイヤ状態推定部３３０ａは、回転角速度検出部３２１から入力される回転角速度ω_１に基づいて、タイヤ１０８の共振周波数ｆ_ｃ０を算出する。

図２４は、実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１０の動作の一例を示すフローチャートであり、実施の形態５の図２２に対応するものである。

まず、アクセルペダルが踏み込まれると、インバータ制御部３１１は、アクセルペダルの踏込量に基づく走行用トルクの値を導出し（Ｓ１０１０）、走行用トルクの値に対応する走行用電流を導出する（Ｓ１０２０）。そして、インバータ制御部３１１は、推定実施タイミングではない場合には（Ｓ１０３０：ＮＯ）、走行用電流を出力指定値としてインバータ部５２０へ出力する。この結果、モータ部５３０からは、走行用電流のみがモータ駆動電流として出力され（Ｓ１０４０）、走行用トルクのみがタイヤ１０８に掛けられる。

一方、推定実施タイミングである場合には（Ｓ１０３０：ＹＥＳ）、インバータ制御部３１１は、前回の共振周波数ｆ_ｃ０を読み込む（Ｓ１０５０）。そして、インバータ制御部３１１は、空気圧低下無しであれば（Ｓ１０５１：ＮＯ）、前回の共振周波数ｆ_ｃ０を含む振動を発生させるための共振用トルクを導出する（Ｓ１０６１）。そして、インバータ制御部３１１は、共振用トルクの値に対応する共振用電流を導出し（Ｓ１０７０）、走行用電流に共振用電流を重畳した合成駆動電流の出力指令値を生成し、インバータ部５２０へ出力する（Ｓ１０８１）。この結果、モータ部５３０からは、合成駆動電流がモータ駆動電流として出力され（Ｓ１０９１）、合成駆動トルクがタイヤ１０８に掛けられる。

そして、回転角速度検出部３２１は、タイヤ１０８の回転角速度ω_１を検出し、時系列の回転角速度信号として、タイヤ状態推定部３３０ａへ出力する（Ｓ１１０１）。タイヤ状態推定部３３０ａは、入力される回転角速度信号を、上述の、前回の共振周波数ｆ_ｃ０を含む帯域を通過帯域とする帯域通過フィルタに通過させる（Ｓ１１１０）。そして、帯域通過フィルタを通過した後の回転角速度信号から、タイヤ１０８の共振周波数ｆ_ｃ０を抽出する（Ｓ１１２０）。

このように、実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１０は、操作情報を入力し、モータ駆動電流の値を制御することにより、走行用トルクおよび共振用トルクの入力を行う。これにより実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１０は、操作情報を取得可能であってモータ駆動電流の値を指定可能な駆動系のタイヤ１０８に対して、容易に共振用振動を入力することができる。

また、実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８と安定的かつ固定的に接続されたモータ部５３０から共振用振動を入力するので、周波数情報における共振周波数および共振周波数以外の振動成分の影響を小さくすることができる。

また、実施の形態６に係るタイヤ状態検出装置１０は、モータ部５３０を駆動するために設置されている回転角度センサから取得される回転角速度を周波数情報として取得するので、振動を検出するための別のセンサを用意する必要が無い。

なお、停車中の場合は、ドライバがアクセルペダルを踏んでいない状態であり、走行用トルクはゼロとなる。したがって、タイヤ状態検出装置１０は、停車中にタイヤ１０８の状態の検出を行う場合には、共振用トルクのみをタイヤ１０８に入力することになる。

（実施の形態７）
図２５は、実施の形態７に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態６の図２３に対応するものである。

実施の形態７に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態６と異なる主な点は、回転角速度検出部３２１が、電流取得部３２２および回転角速度検出部３２３に置き換わることである。

電流取得部３２２は、モータ部５３０から、モータ駆動電流の実際出力値を取得し、回転角速度検出部３２３へ出力する。

回転角速度検出部３２３は、モータ駆動電流の実際出力値Ｉ_ｑから、タイヤ１０８のリムの回転角速度ω_１を算出して、タイヤ状態推定部３３０ａへ出力する。

ここで、回転角速度検出部３２３における、モータ駆動電流の実際出力値Ｉ_ｑから回転角速度ω_１を算出する手法について説明する。

図２６は、モータ駆動系の構成の一例を示す制御ブロック図である。

インバータ制御部３１１のＰＩ制御器５２１は、モータ部５３０で検出される合成駆動電流の実際出力値が、インバータ制御部３１１により算出された合成駆動電流（の指令値）に一致するように、モータ部５３０を流れる電流の実際出力値Ｉ_ｑを制御する制御器である。すなわち、ＰＩ制御器５２１は、インバータ制御部３１１で算出した出力指令値Ｉ_{ｑ＿ｒｅｆ}に、モータ部５３０の実際出力値Ｉ_ｑが一致するような制御電圧Ｖ_{ｑ＿ｒｅｆ}を、モータ部５３０に印加する。

モータ回路５３１は、巻き線コイルのインダクタンスＬおよび巻き線コイルの抵抗Ｒによりモデル化が可能な電子回路である。実際出力値Ｉ_ｑにより、トルク定数Ｋ_ｔに比例する出力トルクＴ_ｅが、タイヤ１０８に加えられる。そして、タイヤ１０８の回転と共に、モータ部５３０のロータが回転角速度ω_１で回転する。このときモータ部５３０では、ロータの回転角速度ω_１に比例する（比例定数Ｋ_ｅ）逆起電力−Ｋ_ｅω_１が生じ、モータ部５３０の巻き線コイルの両端には、電圧Ｖ＝Ｖ_{ｑ＿ｒｅｆ}−Ｋ_ｅω_１が、実際入力電圧値として入力される。この関係から、以下の式（２）が導出される。

回転角速度検出部３２３は、実際出力値Ｉ_ｑおよび制御電圧Ｖ_{ｑ＿ｒｅｆ}から、式（２）を用いてモータ部５３０の回転角速度（つまりタイヤ１０８のリムの回転角速度）ω_１を算出し、タイヤ状態推定部３３０ａへ出力する。

このように、実施の形態７に係るタイヤ状態検出装置１０は、モータ部５３０に出力される駆動電流の実際出力値およびインバータ制御部３１１で算出される制御電圧から回転角速度ω_１を検出することができるので、エンコーダ等のセンサを不要とすることができる。

なお、実施の形態７は、モータ部５３０が、回転子の表面に永久磁石を貼り付けた、表面磁石構造の同期モータであって、ｄ軸電流が零である電流制御を想定したものであるが、モータ部５３０の構成はこれに限定されない。例えば、モータ部５３０が、回転子の内部に永久磁石を埋め込んだ、埋め込み磁石構造の同期モータであって、ｄ軸電流が非零での電流制御系を想定した場合においても、同様に回転角速度ω_１を検出することが可能である。

（実施の形態８）
図２７は、実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態６の図２３に対応するものである。

実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置１０は、バッテリ部５１０、インバータ部５２０、モータ部５３０、およびインバータ制御部５４０を駆動系とするタイヤ１０８に適用されるものである。実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態６と異なる主な点は、インバータ制御部３１１が制御部３１２に置き換わっていることである。なお、制御部３１２は、実施の形態１および実施の形態２のＥＣＵ１０２に対応する。

インバータ制御部５４０は、後述の制御部３１２から入力される、タイヤ１０８の出力トルクの値に基づいて、その出力トルクをモータ部５３０が出力するようなモータ駆動電流の出力指令値を算出し、インバータ部５２０へ出力する。または、インバータ制御部５４０は、後述の制御部３１２から入力される、タイヤ１０８の出力トルクをモータ部５３０が出力するようなモータ駆動電流に基づいて、そのモータ駆動電流を出力する出力指令値を算出し、インバータ部５２０へ出力する。

制御部３１２は、実施の形態５記載の振動入力部３１０ａと同様に、操作情報に基づく走行用トルクの値と、共振用トルクの値とを決定する。そして、制御部３１２は、タイヤ１０８の出力トルクの値として、共振用トルクと走行用トルクとを合成した合成トルクの値を、インバータ制御部５４０へ出力する。なお、出力トルクの値の出力は、出力トルクの値そのものではなく、出力トルクをタイヤ１０８に出力するためのモータ部５３０へのモータ駆動電流の出力により行われても良い。

このように、実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置１０は、操作情報を入力し、出力トルクの値を制御することにより、走行用トルクおよび共振用トルクの入力を行う。これにより、実施の形態８に係るタイヤ状態検出装置１０は、操作情報を取得可能であって出力トルクの値を指定可能な駆動系のタイヤ１０８に対して、容易に共振用振動を入力することができる。

（実施の形態９）
図２８は、実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態６の図２３に対応するものである。

実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態６と異なる主な点は、電流指示部３１３を有していることである。なお、制御部３１２は、実施の形態１および実施の形態２のＥＣＵ１０２に対応する。

電流指示部３１３は、実施の形態６のインバータ制御部３１１と同様に、共振用トルクを決定する。そして、電流指示部３１３は、決定した共振用トルクをモータ部５３０が出力するようなモータ駆動電流の値を、共振用電流の値として、インバータ制御部３１１へ出力する。

インバータ制御部３１１は、アクセルペダルの踏込量に対応する走行用トルクの値を決定し、この走行用トルクをモータ部５３０が出力するような走行用電流の値を算出する。そして、インバータ制御部３１１は、電流指示部３１３から入力される共振用電流の値を、走行用電流の値に加算して合成駆動電流の値を算出し、算出結果を、出力指令値としてインバータ部５２０へ出力する。

このように、実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８に固有の振動を発生させる共振用電流を生成する電流指示部３１３を有することにより、走行用電流に重畳した合成駆動電流をモータ部５３０へ出力し、走行用トルクおよび共振用トルクの入力を行う。これにより、実施の形態９に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８に対して、容易に共振用振動を入力することができる。

（実施の形態１０）
図２９は、実施の形態１０に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態８の図２７に対応するものである。

実施の形態１０に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態８と異なる主な点は、共振用振動指示部３１４を有していることである。なお、共振用振動指示部３１４は、実施の形態１および実施の形態２のＥＣＵ１０２に対応する。

共振用振動指示部３１４は、実施の形態９の電流指示部３１３と同様に、共振用トルクを決定する。そして、共振用振動指示部３１４は、決定した共振用トルクの値を、制御部３１２へ出力する。

制御部３１２は、ドライバが車両を加速するために踏み込んだアクセルペダル（図示せず）の踏込量に対応する走行用トルクを決定する。そして、制御部３１２は、共振用振動指示部３１４から入力された共振用トルクと走行用トルクとの合成トルクを算出し、インバータ制御部５４０へ出力する。または、制御部３１２は、この走行用トルクがモータ部５３０から出力されるようなモータ駆動電流（すなわち、走行用電流）の値を導出すると共に、制御部３１２は、共振用振動指示部３１４から入力された共振用トルクをモータ部５３０が出力するようなモータ駆動電流（すなわち、共振用電流）の値を導出して、走行用電流に共振用電流を重畳した合成駆動電流を生成し、インバータ制御部５４０へ出力する。

このように、実施の形態１０に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８に固有の振動を発生させる共振用トルクを生成する共振用振動指示部３１４を有することにより、走行用トルクと重畳した合成トルクに基づく合成駆動電流をモータ部５３０へ出力し、走行用トルクおよび共振用トルクの入力を行う。これにより、実施の形態１０に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８に対してモータ駆動電流の値を指定可能な駆動系のタイヤ１０８に対して、容易に共振用振動を入力することができる。

（実施の形態１１）
図３０は、実施の形態１１に係るタイヤ状態検出装置の構成の一例を示すブロック図であり、実施の形態６の図２３に対応するものである。

実施の形態１１に係るタイヤ状態検出装置１０が実施の形態６と異なる主な点は、回転角速度検出部３２１が配置されていないことである。

タイヤ状態推定部３３０ａは、インバータ制御部３１１が算出した図２６のモータ部５３０に対する制御電圧Ｖ_{ｑ＿ｒｅｆ}を入力し、例えば以下の手法により共振周波数ｆ_ｃ０を算出して、タイヤ１０８の状態を推定する。

図２６において説明した関係から、以下の式（３）が導出される。

この式（３）において、右辺第２項＋第３項（I_ｑの項）は、モータ部５３０がインバータ制御部３１１から入力されるモータ駆動電流の出力指令値Ｉ_{ｑ＿ｒｅｆ}を出力するように制御されているため、入力である出力指令値Ｉ_{ｑ＿ｒｅｆ}と同じ周波数特性が現れる。一方、右辺第１項（Ｋ_ｅω_１の項）は、式（１）において説明したような、共振周波数ｆ_ｃ０を含む振動に応じて発生する逆起電力である。したがって、式（３）の制御電圧Ｖ_{ｑ＿ｒｅｆ}を用いることにより、タイヤ内圧の影響を受けるねじりばねの共振周波数ｆ_ｃ０を検出することが可能である。

制御電圧Ｖ_{ｑ＿ｒｅｆ}から共振周波数ｆ_ｃ０を検出する手法としては、上述の周波数解析を制御電圧Ｖ_{ｑ＿ｒｅｆ}に対して行って共振周波数ｆ_ｃ０を示す急峻なピーク位置を検出する手法や、上述の一括型最小二乗推定法を利用する手法を採用し得る。

このように、実施の形態１１に係るタイヤ状態検出装置１０は、モータ部５３０に対する制御電圧からタイヤ１０８の状態を推定するので、回転角速度取得部を不要とすることができる。すなわち、実施の形態１１に係るタイヤ状態検出装置１０は、タイヤ１０８の角度や回転角速度を検出するセンサを使用することなく、センサを使用する構成と同等の精度で、タイヤ１０８の状態を検出することができる。

なお、実施の形態６〜実施の形態１１に係るタイヤ状態検出装置は、タイヤに所定の振動を入力する手法として、インバータ部への入力信号を制御するようにしたが、モータ部への入力信号（つまり制御電圧）を直接に制御しても良い。すなわち、タイヤ状態検出装置は、インバータ部を含む構成であっても良い。

また、実施の形態６〜実施の形態１１に係るタイヤ状態検出装置は、タイヤ内圧算出部および情報提示部を必ずしも備えなくても良い。

また、実施の形態８〜実施の形態１０に係るタイヤ状態検出装置は、回転角速度取得部に代えて、実施の形態７の電流取得部および回転角速度検出部を備えても良い。

また、実施の形態８〜実施の形態１０に係るタイヤ状態検出装置は、回転角速度取得部を必ずしも備えなくてもよく、実施の形態１１で説明した制御電圧から共振周波数を抽出するようにしても良い。

２００９年９月３０日出願の特願２００９−２２８２７９の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明に係るタイヤ状態検出装置は、タイヤ状態を高精度に検出することができるタイヤ状態検出装置およびタイヤ状態検出方法として有用であり、特に、自動車または鉄道の車両等の一部に用いられる装置として有用である。

１、２ 車両
１０、２０ タイヤ状態検出装置
１００ アクセルペダル
１０１ アクセルポジションセンサ部
１０２ ＥＣＵ
１０３、３１１、５４０ インバータ制御部
１０４、５２０ インバータ部
１０５、５１０ バッテリ部
１０６ 電流検出部
１０７、２０１、５３０ モータ部
１０８ タイヤ
１０９ 共振周波数検出部
１１０ 内圧導出部
１１１、３５０ 情報提示部
２０２ エンコーダ部
２０３ 回転角速度算出部
３１０、３１０ａ 振動入力部
３１２ 制御部
３１３ 電流指示部
３１４ 共振用振動指示部
３２０ 周波数情報取得部
３２１、３２３ 回転角速度検出部
３２２ 電流取得部
３３０、３３０ａ タイヤ状態推定部
３４０ タイヤ内圧算出部
５２１ ＰＩ制御器
５３１ モータ回路

Claims (11)

1. ホイールに固定される空気入りタイヤのタイヤ状態を検出するタイヤ状態検出装置であって、
   所定の振動を前記タイヤに入力する振動入力部と、
   前記所定の振動が入力されたときの前記タイヤの周波数情報を取得する周波数情報取得部と、
   取得された前記周波数情報から前記タイヤの共振周波数を抽出し、抽出した前記タイヤの共振周波数から、前記タイヤを外側慣性モーメント、内側慣性モーメント、およびこれらの間に働く弾性力のばね定数を用いてモデル化したときの、前記ばね定数を算出するタイヤ状態推定部と、を有する、
   タイヤ状態検出装置。
2. 前記タイヤ状態推定部は、
   前記ばね定数の変化から、前記タイヤの空気圧低下の発生を検出する、
   請求項１記載のタイヤ状態検出装置。
3. 前記周波数情報取得部は、
   前記タイヤの回転角速度を前記周波数情報として取得する、
   請求項１記載のタイヤ状態検出装置。
4. 前記振動入力部は、
   前記空気圧低下の発生が検出されたとき、および、前回抽出された前記タイヤの共振周波数が存在しないとき、第１の周波数帯域を前記所定の振動の周波数に決定し、前記空気圧低下の発生が検出されておらず、かつ、前回抽出された前記タイヤの共振周波数が存在するとき、前回抽出された前記タイヤの共振周波数を含み前記第１の周波数帯域よりも狭い第２の周波数帯域を前記所定の振動の周波数に決定する、
   請求項２記載のタイヤ状態検出装置。
5. 算出された前記ばね定数から、前記タイヤの内圧を算出するタイヤ内圧算出部と、
   算出された前記内圧および検出された前記空気圧低下の発生のうち、少なくとも１つを提示する情報提示部と、を更に有する、
   請求項２記載のタイヤ状態検出装置。
6. 前記ホイールは、モータにより駆動されるホイールであり、
   前記振動入力部は、
   前記モータに対して電流を供給するインバータの前記モータに対する制御電圧を、前記モータから前記所定の振動が発生されるように制御する、
   請求項１記載のタイヤ状態検出装置。
7. 前記振動入力部は、
   前記タイヤの回転のための走行用電流に、前記所定の振動のための共振用電流を重畳した合成駆動電流が、前記モータから出力されるように、前記制御電圧を制御する、
   請求項６記載のタイヤ状態検出装置。
8. 前記周波数情報取得部は、
   前記モータから出力される駆動電流から、前記回転角速度を取得する、
   請求項３記載のタイヤ状態検出装置。
9. 前記振動入力部は、
   前記モータに対して電流を供給するインバータが前記モータから前記所定の振動を発生するよう制御するための指令情報を算出する、
   請求項７記載のタイヤ状態検出装置。
10. 前記ホイールは、モータにより駆動されるホイールであり、
    前記振動入力部は、
    前記モータに対して電流を供給するインバータの前記モータに対する制御電圧を、前記モータから前記所定の振動が発生されるように制御し、
    前記周波数情報取得部は、
    前記制御電圧を前記周波数情報として取得する、
    請求項１記載のタイヤ状態検出装置。
11. ホイールに固定される空気入りタイヤのタイヤ状態を検出するタイヤ状態検出方法であって、
    所定の振動を前記タイヤに入力するステップと、
    前記所定の振動が入力されたときの前記タイヤの周波数情報を取得するステップと、
    取得された前記周波数情報から前記タイヤの共振周波数を抽出するステップと、
    抽出された前記タイヤの共振周波数から、前記タイヤを外側慣性モーメント、内側慣性モーメント、およびこれらの間に働く弾性力のばね定数を用いてモデル化したときの、前記ばね定数を算出するステップと、を有する、
    タイヤ状態検出方法。
    

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