JP3884007B2 - タイヤに影響する車両状態をモニタするためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤに影響する車両状態をモニタするためのシステム及び方法に関し、特に、車輪に取り付けられたショック・アブソーバの緩衝性能をモニタするためのシステム及び方法に関する。

燃料消費だけでなく、自動車のハンドリング性能、例えば車両の操縦と制動は、タイヤの状態によって影響される。ハンドリング性能は、十分に機能していないショック・アブソーバだけでなく、アンバランスな状態であるタイヤの不適切な膨張やタイヤの異常な摩耗によっても影響されることになる。

タイヤ摩耗のかなりのパーセンテージが、タイヤ接地面の異常な摩耗によるものであると推定される。そのため、車両耐用期間の間に、追加のコストを払って、タイヤの追加セットが必要となる。したがって、このコストを減じるために、不適切なバランス、十分に機能部分していないショック・アブソーバ、及び不適切なタイヤ圧を含め、タイヤ接地面の異常な摩耗及びタイヤに影響を与える他の状態について、運転手に警報することが望まれる。

Ｓｍａｒｔｉｒｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ社から現時点で入手可能なタイヤ監視システムでは、車輪に取り付けられた無線のセンサ、及び運転手の視界及び手の届く範囲内に取り付けられたディスプレイ受信器を使用して、車輪タイヤ内の気圧及び温度をモニタするための無線技術を使用する。１つのセンサが各車輪に取り付けられ、タイヤがそのセンサを覆って取り付けられ、各センサは、圧力変換器、温度変換器、遠心スイッチ、無線送信機、及びリチウム・バッテリを保持する。ディスプレイ・モジュールは、所要圧力、実際の圧力、圧力状態及び温度を表示する。このシステムは、温度及び圧力情報を提供するが、接地面の摩耗、バランス及び緩衝性能に関する情報を提供しない。

さらに、アンチロック・ブレーキ・システム（ＡＢＳ）及び統合車両コントローラ（ＩＶＣ）が、各車輪の回転速度を示す情報の入力を要求する。現時点では、車輪速度センサが各車輪に設けられ、これらセンサは一般に、回転しながらタイヤを支える車軸に同軸で取り付けられる磁気ディスクでできた歯車と、各タイヤの速度を示す周波数を持つ交流センサ信号を提供するよう、各歯車にある間隔を置いて隣接して設置されるピックアップ・コイルとからなる。他の機能部分も有するセンサを用いて、この種のセンサを不要とすることが望ましい。

本発明の目的は、車輪に取り付けられたショック・アブソーバの緩衝性能を運転手用のディスプレイに表示するためのシステム及び方法を提供することである。

上記した目的を達成するために、本発明は、車輪に付けられたショック・アブソーバの少なくとも緩衝性能をモニタするためのシステム及び方法を提供し、該システム及び方法は、加速度信号を提供するために、少なくともタイヤの半径方向加速度を検知するセンサを用いる。その信号は、その信号を処理する少なくとも１つのプロセッサに提供される。単一のプロセッサか複数のプロセッサが使用されてもよい。そのセンサ及び少なくとも１つのプロセッサは、車輪上に、例えば保護ケーシング内に入れてタイヤ内部かタイヤ外側のいずれかのリムの上に取り付けられることができる。少なくとも１つのプロセッサは、センサからの加速度信号に応答し、例えば車両サスペンション時定数より長い時間に渡って測定された加速度信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うことによって、加速度信号の離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を計算し、そして例えば０．５〜２．０Ｈｚの範囲内で、半径方向加速度のフーリエ成分の大きさを決定し、その大きさの形状を、車両にとって新しいショック・アブソーバであることを示す例えば０．５〜２．０Ｈｚの範囲内での記憶された大きさの形状と比較し、その大きさの形状に見られる記憶された大きさ以上の何等かの変化に基づいて緩衝性能を決定し、運転手用の情報ディスプレイに緩衝性能を示す情報信号を送信する。

本発明は、車輪あるいはタイヤの半径方向及び横方向の加速度の少なくとも１つの測定結果に基づいて、タイヤ接地面の摩耗、緩衝性能、タイヤのバランス状態、及び、車輪の回転速度の少なくとも１つをモニタするためのシステム及び方法を提供する。本発明に従って、車輪の接地面の摩耗、緩衝性能、バランス状態、及び回転速度を、単独であるいは任意の組合せで測定することができる。接地面の摩耗、緩衝性能、バランス状態及び車輪回転速度のいずれかの組み合わせ又はすべてをモニタすることに加えて、本発明は、タイヤ内の温度及び圧力をモニタするために使用することができる。

図１は、本発明の実施例について説明するブロック図である。図１に示されるように、１つ以上のセンサが、車輪リム上のタイヤ内部かタイヤ外部のいずれかに、車輪あるいはタイヤにおける状態を検知するために装備される。少なくとも１つの半径方向加速度計２は、タイヤの半径方向加速度を測定するために装備される。半径方向加速度によって、半径方向すなわちタイヤの回転軸線に垂直な方向での、タイヤの加速度が表される。また横方向加速度計４が、タイヤの横方向加速度を測定するために装備される。横方向加速度によって、横方向すなわちタイヤの回転軸に沿ったタイヤの加速度、すなわちドアとドアを結ぶ方向の加速度が表される。また温度と圧力センサ６も装備されている。例えば、Ｓｍａｒｔｉｒｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ社のタイヤ・モニタリング・システムと同じようなやり方で、温度変換器及び圧力変換器が装備され操作されてもよい。また、車両が動いている時だけシステムのスイッチが入れられ、車両が止まっている時はスイッチが切られるかスリープ・モードに切り替えられ、それによってバッテリーの寿命が延びる遠心スイッチ（示されていない）を含んでいてもよい。

半径方向加速度計２及び横方向加速度計４は、２軸加速度計として装備されてもよい。さらに、接線加速度が測定される３軸加速度計を用いてもよい。接線加速度は、タイヤの円周の接線方向の加速度である。

半径方向加速度計２と横方向加速度計４（例えば、２軸加速度計の形式）、及び装備される任意の他のセンサ（例えば、温度及び圧力センサ６や遠心スイッチ）が、番号８によって示される１つ以上の信号処理回路に、信号を送信する。信号処理回路８のうちの少なくともいくつか、できればすべてが、タイヤ内部かタイヤ外部のどちらかの車輪リム上に装備されることが望ましい。センサと信号処理回路の１つ以上が、マイクロプロセッサを用いて、特定のカスタム・アプリケーション向けに統合された単一のセンサに結合されることができる。

図１で示されるように、少なくとも１つの信号処理回路８は、いくつかの機能部分を持っている。１つの機能部分１０（あるいは、単一のマイクロプロセッサが装備される場合はプロセッサの一部分）が、半径方向加速度計２からの出力と、横方向加速度計４、温度及び圧力センサ６、及び遠心スイッチからの出力を受信し、そしてセンサ２、４及び６に電力を供給する。別の機能部分１２（あるいは、単一のプロセッサが装備される場合は信号処理回路８の一部分）が、センサ２、４及び６からのアナログ信号をデジタル信号に転換するアナログ・デジタル変換器である。

マイクロプロセッサ１４（あるいは、単一のプロセッサが使用される場合は信号処理回路８の別の一部分）が、以下に記述されるように、接地面の摩耗、緩衝性能、バランス状態及び（又は）車輪回転速度を決定するために、センサからのデジタル化された出力を処理し、運転手に情報信号を送信すべきかどうかに関する決定を下す。運転手に情報信号を送信する旨の決定がマイクロプロセッサ１４によってなされる場合、送信器１６（あるいは、単一のプロセッサが使用される場合は信号処理回路８の一部分）が、その情報信号を車輪から送信アンテナ１８を介して無線送信する。

送信された無線信号は、車両に搭載されている受信器２２のアンテナ２０によって受信される。その情報信号はマイクロプロセッサ２４によって処理され、車体制御モジュールあるいは情報ディスプレイ２６に送られる。情報信号は、可聴警報を伴うか又は伴わない警告信号であるか、あるいは、相対的な接地面の摩耗、ショック・アブソーバ及び（又は）バランス状態を示す量的な読み出しデータである。車輪回転速度の場合、その信号は、アンチロック・ブレーキ・システムあるいは統合車両コントローラのような、車両コントローラに提供される。

この分野の当業者によって明らかなように、運転手用の情報ディスプレイは、バックミラー上のダッシュボードか、あるいはオーバーヘッド・コンソールのどちらかに装備される。

図２は、システムの車輪取付部分の実施例の概要を示す図である。図２の実施例では、信号処理回路８及び送信器アンテナ１８だけでなく、センサ２、４及び６も、タイヤ内部のリム上に装備される。それらは、タイヤのバルブ・ステム３０のまわりに、調節して取り付けることができるケーシング２８の内部に装備される。この実施例では、ケーシング２８がタイヤ内部のバルブ・ステム３０のまわりに装備されていが、当業者に理解されるように、他の配置も可能である。例えば、センサ及び少なくとも１つのマイクロプロセッサは、センサが車輪の回転軸から一定の間隔で配置されて保護される限り、リムのいかなる場所にも、例えばタイヤ外部のリム上のケーシング内に装備されることもできる。また図２の保護ケーシング２８は、バルブ・ステム３０上にケーシング２８を取り付けずに、ケーシングをリムに取り付けるための取り付け用バンドを使用して、タイヤ内部に装備させることができる。

図２の実施例では、半径方向加速度計２及び横方向加速度計４が、２軸加速度計５として装備されている。また温度と圧力センサ６は、ケーシング２８の中に装備されている。図１の機能部分１０、１２、１４及び１６を持つ、単一の、特定アプリケーション向けの信号処理回路８は、ケーシング２８の中に装備され、アンテナ１８も同様である。信号処理回路８及びセンサ５、６へ電力を提供するためのバッテリー１９も装備される。バッテリーは、リチウム・バッテリであることが望ましい。装備されたケーシング２８及びこれらの素子は、事実上、保守不要である。この点に関して、マイクロプロセッサ、すなわちマイクロプロセッサ機能部分１０、１２、１４のいくつかあるいはすべてが、車両に搭載されて受信器２２のマイクロプロセッサ２４の中に装備されることが可能であるが、マイクロプロセッサすなわち機能部分１０、１２及び１４は、バッテリの寿命を延命するために車輪装置の上に装備されることが好ましい。バッテリの寿命は、接地面の摩耗、緩衝性能、及びバランス状態を決定するための情報を、マイクロプロセッサ又はマイクロプロセッサの機能部分１４で処理することによって、また接地面の摩耗、緩衝性能、及び（又は）バランス状態が著しく変化した場合、例えば許容レベルを越えて悪化したような場合だけ、情報信号を送信することによって、温存されることができる。この手法で送信数を制限することによって、バッテリーの寿命を延長することができる。もちろん、センサ２、４及び６の１つ以上から、連続してあるいは断続的に受信器２２に信号を送信すること、そしてマイクロプロセッサ２４でその信号を処理することも可能である。

本発明は、タイヤの半径方向及び（又は）横方向方向の加速度が、接地面の摩耗、緩衝性能、バランス状態、及び（又は）車輪回転速度に関する情報を提供するために使用されることができるということを、本発明者が初めて発見したことにより、提供されるものである。本発明者は、タイヤ共振周波数の大きな要素が、接地面の深さに関係していて、タイヤが摩耗するにつれて共振周波数が変わるということを発見した。ある範囲内の半径方向加速度の信号振幅の増加は、ショック・アブソーバが機能部分していないか又は十分に機能部分していないかを示し、また一方で、別の周波数範囲の半径方向加速度の信号振幅の増加は、タイヤの不均衡が増大したことを示す。さらに、半径方向の信号周波数は、車輪回転速度を示し、アンチロック・ブレーキ・システムあるいは統合車両コントローラのような車両コントローラに、車輪回転速度データを提供するために使用される。

例えば、３０〜６０Ｈｚ範囲での半径方向又は横方向のタイヤ・シェル共振周波数のシフトは、タイヤの摩耗が増大していることを示す。半径方向又は横方向のタイヤ・シェル共振周波数を、新しいタイヤにおいて測定あるいは計算された基準となる周波数と比較することによって、本発明は、タイヤの摩耗の増大を指摘することができる。その周波数範囲は、車両とタイヤの種類に応じて異なっていてもよい。

特に、接地面の摩耗をモニタするために、車両サスペンション時定数より長い時間に渡って、半径方向加速度が半径方向加速度計２によって測定されるか、横方向加速度が横方向加速度計４によって測定されるか、あるいは半径方向と横方向の加速度の両方が、２軸（あるいは３軸）加速度計５によって測定される。乗用車については、車両サスペンション定数が、例えば０．５〜１．０秒といったように、通常は１秒かそれ未満であり、その場合には、車両サスペンション時定数より約１０〜２０倍長い時間に渡って、例えば１０秒間、測定されることが好ましい。測定された加速度信号は、マイクロプロセッサ又は機能部分１０に送信され、Ａ／Ｄ変換されてアナログ・デジタル変換器１２に供給される。その後、デジタル信号は、タイヤの半径方向と横方向の加速度の少なくとも１つについての少なくとも１つの共振周波数を決定するために、機能部分１４に供給され、該機能部分により、例えば加速度信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うことにより、加速度信号の離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）が行われる。タイヤの半径方向及び（又は）横方向の加速度の３０〜６０Ｈｚ範囲での共振周波数を決定するために、言い換えればその範囲内でのピーク周波数を選択することによって、例えば０〜１５０Ｈｚといった十分に大きな周波数範囲に渡って、半径方向及び（又は）横方向の加速度信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が行われる。機能部分１４は、周波数シフトを決定するために、その共振周波数を、例えばタイヤの摩耗が全くないことを示す３０〜６０Ｈｚの範囲内における記憶された共振周波数と比較する。すなわち、機能部分１４は、周波数シフトを決定するために、半径方向加速度の共振周波数を、例えばタイヤの摩耗が全くないことを示す３０〜６０Ｈｚ範囲における半径方向加速度用の記憶された共振周波数と比較し、そして（又は）横方向加速度の共振周波数を、例えばタイヤの摩耗が全くないことを示す３０〜６０Ｈｚの範囲内における横方向加速度用の記憶された共振周波数と比較し、そして周波数シフトに基づくタイヤ接地面の摩耗を決定する。これにより、送信回路１６によって送信アンテナ１８から送信される情報信号を提供する。その信号は、受信器２２のアンテナ２０によって受信され、マイクロプロセッサ２４によって処理され、警報表示（可聴警報を備えるか、又は備えない）及び（又は）量的な読み出しとして運転手用の情報ディスプレイ２６に送られる。その周波数範囲は、車両やタイヤの種類に応じて異なってもよい。

車輪に付けられたショック・アブソーバの緩衝性能をモニタするために、本発明のシステム及び方法は、加速度信号を提供するためのタイヤの少なくとも半径方向加速度を検知するセンサ２を使用する。その信号は、加速度計２を制御し、アナログ・デジタル変換器１２に信号を送信する信号処理回路すなわち機能部分１０に提供される。その後、そのデジタル信号は、例えば、車両サスペンション時定数より長い時間に渡って測定された加速度信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うことによって、加速度信号の離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を計算するマイクロプロセッサ機能部分１４に送信され、例えば０．５〜２．０Ｈｚ範囲内で半径方向加速度のフーリエ成分の大きさを決定し、その大きさを、車両にとって新しいショック・アブソーバであることを示す例えば０．５〜２．０Ｈｚ範囲内の記憶された大きさと比較し、決定された大きさの記憶された大きさ以上の増大分（増大量）に基づいて緩衝性能を決定し、そして、緩衝性能情報は、送信回路１６によって送信アンテナ１８から送信される。その信号は、受信器２２のアンテナ２０によって受信され、マイクロプロセッサ２４によって処理され、警報表示（可聴警報を備えるか、備えない）及び（又は）量的な読み出しとして運転手用の情報ディスプレイ２６に送られる。その周波数範囲は、車両やタイヤの種類に応じて異なってもよい。

車両タイヤのバランス状態をモニタするために、本発明のシステム及び方法は、加速度信号を提供するためのタイヤの少なくとも半径方向加速度を検知するセンサ２を使用する。その信号は、加速度計２を制御し、アナログ・デジタル変換器１２に信号を送信する信号処理回路すなわち機能部分１０に提供される。その後、そのデジタル信号は、例えば、車両サスペンション時定数より長い時間に渡って測定された加速度信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うことによって、加速度信号の離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を計算する機能部分１４に送信され、例えば５〜１４Ｈｚ範囲内で半径方向加速度のフーリエ成分の大きさを決定し、その大きさを、車両にとって仕様で事前に決められたバランス状態にあるタイヤであることを示す例えば５〜１４Ｈｚの範囲内での記憶された大きさと比較し、決定された大きさに記憶された大きさ以上の何等かの増大が見られた場合に、仕様で事前に決められたタイヤのバランス状態からどこか外れたところがあることを決定し、そして、送信回路１６及びアンテナ１８を介して、仕様で事前に決められたバランス状態からのずれの信号を送信する。その信号は、受信器２２のアンテナ２０によって受信され、マイクロプロセッサ２４によって処理され、運転手用の情報ディスプレイに送られる。その周波数範囲は、車両やタイヤの種類に応じて異なってもよい。

車輪の車輪回転速度をモニタするために、本発明のシステム及び方法は、加速度信号を提供するためのタイヤの少なくとも半径方向加速度を検知するセンサ２を使用する。そうして、送信回路１６及びアンテナ１８を含むトランシーバが、アンチロック・ブレーキ・システム（ＡＢＳ）あるいは統合車両コントローラ（ＩＶＣ）のような車両コントローラの受信器に、車輪回転速度を示す０〜２５Ｈｚ範囲の半径方向の信号周波数を送信する。このシステムは、現時点で使用されている車輪速度センサに代わって使用されることができる。本発明が、接地面の摩耗、緩衝性能及び（又は）車両タイヤのバランス状態をモニタするために、車両に組み込まれる場合、本発明のシステム及び方法を使用することによって、現時点で使用されている車輪速度センサを不要とし、よって該センサに関連する経費を不要とする。

接地面の摩耗が全くない状態、仕様及び事前に決められたバランス、及び新しいショック・アブソーバであることを示す記憶された値は、測定され計算されることができる。例えば、新しいタイヤ及び新しいショック・アブソーバを備えた新車のためのＯＥＭ組立工場において、所定の車輪／車両の速度及び各タイヤに対する予定のタイヤ空気圧で、加速度の半径方向及び横方向の成分のＦＦＴ（０．５〜１５０Ｈｚ）をとり、半径方向加速度信号に対する０．５〜２Ｈｚの周波数範囲（ショック・アブソーバの性能を決定するための車のバネ上質量の共振周波数）と、半径方向加速度信号の０〜１４Ｈｚの範囲（タイヤの回転数／速度、及びタイヤ・バランスを決定するための範囲）と、半径方向及び（又は）横方向の加速度信号の３０〜６０Ｈｚの範囲（タイヤ・シェルの１次半径方向共振を決定するための）とでの基準信号（大きさ及び周波数の両方）を画定することができる。所定のタイヤ空気圧で、ピーク周波数成分及び大きさとなるように、タイヤ空気圧信号のＦＦＴが決定される。これらの基準数値は、マイクロプロセッサ中に搭載されるメモリに記憶される。車両が路上にある間、本発明のシステム及び方法は、周期的にこれらの信号をモニタし、判明している車輪／車両の速度でこれらの数値を計算し、モニタされた信号を基準数値と比較することができる。これらの信号に著しい偏りがあれば、警報を発するために使用される。例えば０．５〜２Ｈｚの範囲での半径方向の信号振幅の増大は、ショック・アブソーバが十分に機能していないことを示す。例えば５〜１４Ｈｚの範囲での半径方向の信号振幅の増大は、タイヤの不均衡が増大していることを示す。例えば３０〜６０Ｈｚの範囲内での半径方向のタイヤ・シェル共振周波数のシフトは、タイヤの摩耗が増大していることを示す。例えば３０〜６０Ｈｚの範囲での横方向のタイヤ・シェル共振周波数のシフトは、タイヤの摩耗が増大していることを示す。例えば０〜２５Ｈｚの範囲での半径方向の信号周波数は、ＡＢＳとＩＶＣのアプリケーションのための車輪回転速度として使用されることができる。

警報を発するためのしきい値を決定するために、各プラットホームに対して演繹的に参照テーブルを作成するための、速度、圧力及び摩耗の範囲に渡る、一連のカリブレーション・テストを、タイヤの標準的なセットに対して行なうことができる。周波数を設定するために工場内のすべての車輪を測定しカリブレーションする代わりに、既知の車輪モジュールを備えた所定のプラットホームに対しては、そのセット用の既存のカリブレーション・データを装填することで充分である場合もある。この参照テーブルは、ＯＥＭ工場で決定ソフトウェアと共に、マイクロプロセッサの中に符号化される。

本発明に係るシステムの一実施例を説明するためのブロック図である。 本発明の方法及びシステムの中で使用することができる、一体化されたセンサ及びプロセッサ装置の実施例の外観図である。

Claims (4)

1. 車輪に取り付けられたショック・アブソーバに関する緩衝性能をモニタするためのモニタ・システムにおいて、
   車輪の半径方向加速度を検知して加速度信号を提供するセンサと、
   運転手用の情報ディスプレイと、
   センサからの加速度信号に応答し、車両サスペンション時定数より長い時間に渡って測定された加速度信号の離散的フーリエ変換を演算し、半径方向加速度の所定周波数範囲内のフーリエ成分の大きさを決定し、決定された大きさを車両にとって新しいショック・アブソーバであることを示す記憶された大きさと比較し、決定された大きさの記憶された大きさ以上の増大分に基づいて緩衝性能を決定し、運転手用の情報ディスプレイに緩衝性能を示す情報信号を提供する少なくとも１つのプロセッサと
   からなることを特徴とするモニタ・システム。
2. 請求項１記載のモニタ・システムにおいて、少なくとも１つのプロセッサは、０．５〜２．０Ｈｚ範囲内の半径方向加速度のフーリエ成分の大きさを決定し、決定された大きさを車両にとって新しいショック・アブソーバであることを示す０．５〜２．０Ｈｚ範囲内での記憶された大きさと比較することを特徴とするシステム。
3. 車輪に取り付けられたショック・アブソーバに関する緩衝性能をモニタするためのモニタ方法において、
   車輪の半径方向加速度を検知して半径方向の加速度信号を提供するステップと、
   車両サスペンション時定数より長い時間に渡って測定された加速度信号の離散的フーリエ変換を演算するステップと、
   半径方向の加速度の所定周波数範囲内のフーリエ成分の大きさを決定するステップと、
   決定された大きさを、車両にとって新しいショック・アブソーバであることを示す記憶された大きさと比較するステップと、
   決定された大きさの記憶された大きさ以上の増大分に基づいて、緩衝性能を決定するステップと、
   緩衝性能を示す情報信号を提供するステップと、
   運転手用の情報ディスプレイに、緩衝性能を示す情報信号を送信するステップと
   からなることを特徴とするモニタ方法。
4. 請求項３記載のモニタ方法において、半径方向加速度のフーリエ成分の大きさを決定するステップと、決定された大きさを車両にとって新しいショック・アブソーバであることを示す記憶された大きさと比較するステップとは、
   ０．５〜２．０Ｈｚ範囲内の半径方向加速度のフーリエ成分の大きさを決定するステップと、
   決定された大きさを車両にとって新しいショック・アブソーバであることを示す０．５〜２．０Ｈｚ範囲内での記憶された大きさと比較するステップと
   であることを特徴とするモニタ方法。

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