專利名稱：輪胎氣壓降低警報設備、方法及程序的制作方法
技術領域：
本發明涉及輪胎氣壓降低的警報設備、方法及程序。
背景技術：
作為用于檢測諸如客車這類四輪車的輪胎氣壓降低的方法，公知的方法是例如直接在車輪上安裝壓力傳感器。但此方法成本較高，因而不理想。
305011/1988號的未審查日本專利公開公報披露了一種利用一個輪胎漏氣警報系統(DWS)根據車輛上安裝的4輪輪胎的輪速檢測輪胎氣壓降低的方法。此設備用到的原理是輪胎氣壓降低的情況下，輪胎的動態負載半徑比具有正常內壓的輪胎要小，因而漏氣輪胎的輪速比具有正常壓力的其他輪胎要快。但具有此設備的全部4個車輪其氣壓都降低的情況下，這種設備就無法檢測輪胎氣壓降低。
除了上述方法公知的還有盡可能低成本、高效地將上述傳感器和檢測氣壓降低用的設備相結合的方法。但這種方法成本仍然很高。

發明內容
本發明其目的在于，提供一種能夠高效、低成本地檢測全部4車輪輪胎氣壓降低的輪胎氣壓降低警報設備、方法及程序。
按照本發明的一個方面，輪胎氣壓降低警報設備其中包括(1)通過測定與輪胎共振狀況相關的參數的變化來檢測輪胎氣壓降低的單元；以及(2)通過對動態負載半徑進行相對的比較來檢測輪胎氣壓降低的單元，其中單元(1)為四輪車的一個至三個車輪輪胎所包括。
按照本發明的另一方面，輪胎氣壓降低警報方法其中包括下列步驟(1)通過測定與輪胎共振狀況相關的參數的變化來檢測輪胎氣壓降低的步驟；以及(2)通過對動態負載半徑進行相對的比較來檢測輪胎氣壓降低的步驟，其中步驟(1)由四輪車的一個至三個車輪輪胎實施。
按照本發明另一個方面，輪胎氣壓降低警報程序使計算機執行下列過程(1)通過測定與輪胎共振狀況相關的參數的變化來檢測輪胎氣壓降低的過程；以及(2)通過對動態負載半徑進行相對的比較來檢測輪胎氣壓降低的過程，其中過程(1)由四輪車的一個至三個車輪輪胎實施。
按照本發明，可提供一種能夠檢測全部4個車輪氣壓降低的輪胎氣壓降低警報設備。按照本發明，四輪車其中一個至三個車輪具有通過測定與輪胎共振狀況相關的參數的變化來檢測輪胎氣壓降低的單元，而剩余的輪胎則具有用于根據動態負載半徑的相對比較來檢測輪胎氣壓降低的單元。通過上述單元，可提供一種能夠檢測全部4個車輪氣壓降低、并且有效降低成本的輪胎氣壓降低警報設備，這是因為其無需直接使用壓力傳感器，而是需要微型計算機其計算能力的最小限度的擴展和額外的存儲空間。


圖1是本發明輪胎氣壓降低警報設備的一個實施例的示意圖；圖2是示出圖1中輪胎氣壓降低警報設備的電路配置圖；圖3是用于在4個車輪當中一個車輪輪胎氣壓降低時檢測氣壓降低的方法的示意圖；圖4是用于在4個車輪當中兩個車輪輪胎氣壓降低時檢測氣壓降低的方法的示意圖；圖5是用于在4個車輪當中三個車輪輪胎氣壓降低時檢測氣壓降低的方法的示意圖；圖6是用于在全部4個車輪輪胎氣壓降低時檢測氣壓降低的方法的示意圖。
具體實施例方式
(實施例)本發明一個實施例的輪胎氣壓降低警報設備包括(1)通過測定與輪胎共振狀況相關的參數的變化來檢測輪胎氣壓降低的單元(共振檢測單元)；以及(2)通過對輪胎動態負載半徑進行相對的比較來檢測輪胎氣壓降低的單元(動態負載半徑檢測單元)。
在路面行駛過程中，各輪胎受到路面不平整的作用而發生振動，從而產生繞輪胎軸的轉矩、垂直力、縱向力、以及橫向力。因此，各輪胎因每個方向的彈簧和質量(慣性力矩)之間的關系而處于共振狀態。
共振頻率表示為 (k彈性系數，m質量)。當輪胎氣壓降低時，輪胎側壁部分的彈性系數發生改變，從而共振頻率發生變化。共振檢測單元中可以按此方式通過檢測隨輪胎共振狀況參數的變化而產生的共振頻率的變化來檢測輪胎氣壓降低。
共振檢測單元中，對參數變化的檢測較好是通過檢測輪速來實現。
本發明的輪胎氣壓降低警報設備根據四輪車上設置的4個輪胎即左前胎(FL胎)、右前胎(FR胎)、左后胎(RL胎)、以及右后胎(RR胎)(下文稱為輪胎T)的車輪轉速信息來檢測四輪車的4個輪胎的氣壓降低情況，并向駕駛者發出警報。此設備也包括各個輪胎T上設置的常規輪速檢測單元1。
作為輪速檢測單元1，可以是通過利用諸如電磁信號拾取器、或角速度傳感器這種如同發電機依靠旋轉產生電力的方式產生旋轉脈沖來測定車輪轉速信息所用的輪速傳感器，其中該車輪轉速信息根據其電壓來測定。輪速檢測單元1的輸出提供給控制單元2(即諸如ABS這類計算機)。如圖1所示，與控制單元2相連接的是通過從輪胎的振動頻率分量當中提取共振頻率來分析各頻率的振動分量檢測單元3；以及警報單元4，可以是由諸如液晶顯示單元、等離子顯示單元、或CRT所組成的以可視方式給出報警的顯示器，通過聲音給出報警的聲音振蕩器，或者將顯示和聲音沒備相組合的裝置。
如圖2所示，控制單元2包括相對于外部裝置發送/接收信號所需的輸入/輸出接口2a；起到計算中心作用的CPU2b；其中存儲CPU2b的控制運行程序的只讀存儲器ROM2c；以及當CPU2b執行控制運行時臨時寫入和讀出所寫入數據的隨機存取存儲器RAM2d。
共振檢測單元中輸出與輪胎轉數相對應的脈沖信號(下面稱為輪速脈沖)。CPU2b中以特定的取樣時間ΔT(秒)(例如ΔT＝1秒)根據輪速檢測單元1輸出的輪速脈沖計算各個輪胎的旋轉角速度Fi。
由于具有正常氣壓的輪胎T其轉矩方向(旋轉方向)的振動使得輪胎輪速發生微小變化，因而可以由ABS的輪速檢測單元1測定該振動。此外，垂直方向的振動和縱向方向的振動同樣使輪胎T的半徑發生微小變化，從而影響輪胎T的轉速。因此，可由ABS的輪速檢測單元1測定該振動。
具體來說，通過根據ABS所用的輪速檢測單元1得到的輪速數據計算每隔m秒的輪速V，來從輪速的波形信號當中提取頻率分量，通過諸如快速傅立葉變換(FFT)這種計算和執行頻率分析來獲得共振頻率和功率譜密度。應注意的是，因為頻率分量除了輪胎共振頻率以外還包括從路面接收到的噪聲，所以頻率分量在預定時間期間按需取平均值。對FFT的計算結果進行積分來判定積分的次數是否達到了預定次數。積分的次數尚未達到預定次數的話，便再次計算輪速。另一方面，積分的次數達到了預定次數的話，便執行平均處理。執行平均處理以得到FFT計算結果的平均值，并盡量使得頻率特性的波動降低，并且計算出各個頻率成分其增益的平均。然后，執行峰值搜索用來搜索峰值。在正常氣壓和檢出初始化時執行此搜索，并且存儲初始化時的峰值頻率。檢測時在輪胎共振頻率附近執行峰值搜索。然后，將此峰值頻率與初始化時存儲的峰值頻率相比較。在上述兩個頻率的差值比預定閾值大的情況下發出警報。
至于因輪胎共振狀況而發生變化的參數，存在諸如轉矩方向的共振頻率、垂直方向的共振頻率、以及縱向方向的共振頻率這種參數。上述共振頻率當中，轉矩方向的共振很有可能在ABS輪速傳感器中給出，轉矩方向的共振與非彈性共振(unsprung resonance)頻率(超過10Hz的頻率)或垂直振動頻率(80Hz的頻率)并不重疊，而且轉矩方向的共振頻率同樣是相對較低的頻率(可應用較低的取樣頻率)。由上述理由可知，對于共振檢測單元的參數來說較好是檢測轉矩方向的共振頻率。
對于設置有共振檢測單元的輪胎來說，驅動輪除了路面激勵以外還得到諸如發動機相對較強、連續的激勵作用，并且檢測很容易執行，因而驅動輪比較理想。對于得到與輪胎共振狀況相關參數的方法，以Kalman濾波理論為代表的系統狀態評估理論也適用。
動態負載半徑檢測單元是根據4個車輪各輪胎輪速的相對差值來檢測內部壓力降低的單元。根據下列等式計算判定值DEL(1)至DEL(3)DEL(1)＝{(V1+V4)/2-(V2+V3)/2}/{(V1+V2+V3+V4)/4}×100(％)DEL(2)＝{(V1+V2)/2-(V3+V4)/2}/{(V1+V2+V3+V4)/4}×100(％)DEL(3)＝{(V1+V3)/2-(V2+V4)/2}/{(V1+V2+V3+V4)/4}×100(％)上述等式中，V1至V4分別代表左前胎(FL胎)、右前胎(FR胎)、左后胎(RL胎)、以及右后胎(RR胎)的輪速。各判定值DEL(1)至DEL(3)其中任何一個大于預定閾值的情況下，動態負載半徑檢測單元便通知駕駛者輪胎氣壓降低。
舉例來說，當只有左前胎的氣壓降低時，DEL(1)至DEL(3)均為正值；當只有右前胎的氣壓降低時，DEL(1)和DEL(3)為負值，而DEL(2)則為正值；當只有左后胎的氣壓降低時，DEL(1)和DEL(2)為負值，而DEL(3)則為正值；當只有右后胎的氣壓降低時，DEL(1)為正值，而DEL(2)和DEL(3)則為負值。
左前輪和右前輪氣壓降低的情況下，DEL(2)為正值，并且比閾值大。
此外，右前輪、左后輪、和右后輪氣壓降低的情況下，則DEL(1)至DEL(3)均為負值。
動態負載半徑檢測單元輸出與左前輪、右前輪、左后輪、以及右后輪(下文改稱為Wi，其中i＝1至4，1左前輪，2右前輪，3左后輪，以及4右后輪)的轉數相對應的脈沖信號(下文稱為輪速脈沖)。圖1中，根據輪速檢測單元1輸出的輪速脈沖，按預定的取樣時間ΔT(秒)(例如ΔT＝1秒)計算各個輪胎的旋轉角速度Fi。
因為所制造的輪胎Wi在規格范圍內包括種種差異(初次差異)，因而即便是全部輪胎Wi的內部壓力都正常，各個輪胎Wi的有效旋轉半徑(輪胎行進一周所通過的距離除以2π得到的數值)不一定相同。因此各個輪胎Wi的旋轉角速度Fi有所不同。所以，經過修正的旋轉角速度Fli是因初次差異而計算出用以消除種種差異的。具體來說，數值修正如下F11＝F1F12＝mF2F13＝F3F14＝nF4修正系數m，n通過在車輛直行條件下計算旋轉角速度Fi，并根據所計算的旋轉角速度Fi計算m＝F1/F2以及n＝F3/F4。根據Fli計算各個車輪輪胎的輪速Vi，并將所得到的數值代入等式中用以求得DEL(1)至DEL(3)。
動態負載半徑檢測單元可以通過其相對的比較來確定4個車輪輪胎的各輪速用以控制ABS。換言之，此單元不必使用絕對速度，只需比較其相對速度，就可檢測出各個車輪內部壓力的降低。因此，其中4個車輪以相同的方式同步變化，無法檢測4個車輪輪胎氣壓的同時降低。因此，需要與動態負載半徑檢測單元一起提供共振檢測單元。
本發明中，4個車輪當中一個甚至多個車輪具有共振檢測單元。沒有配備共振檢測單元的情況下，只由動態負載半徑檢測單元實施檢測，無法檢測全部4個車輪輪胎氣壓的降低。4個車輪當中有三個車輪或者更少車輪配備有共振檢測單元，最好是有兩個車輪或者更少車輪配備有共振檢測單元。當四個車輪輪胎均配備有共振檢測單元時，要求有較高計算能力和較大存儲容量，這導致較高成本。
本發明一實施例涉及輪胎氣壓降低警報方法，其中包括下列步驟(1)通過測定與輪胎共振狀況相關的參數的變化來檢測輪胎氣壓降低的步驟(共振檢測步驟)；以及(2)通過對動態負載半徑進行相對的比較來檢測輪胎氣壓降低的步驟(動態負載半徑的檢測步驟)。共振檢測步驟和動態負載半徑的檢測步驟可以按本發明輪胎氣壓降低警報設備中包括的共振檢測單元和動態負載半徑檢測單元中所實施的方式同樣實施。
本發明另一實施例涉及輪胎氣壓降低警報程序，使計算機執行下列過程(1)通過測定與輪胎共振狀況相關的參數的變化來檢測輪胎氣壓降低的過程(共振檢測過程)；以及(2)通過對輪胎動態負載半徑進行相對的比較來檢測輪胎氣壓降低的過程(動態負載半徑的檢測過程)。共振檢測進程和動態負載半徑的檢測過程可以按本發明輪胎氣壓降低警報設備中包括的共振檢測單元和動態負載半徑檢測單元中所實施的方式同樣實施。
實例下面根據各實例具體說明本發明。但本發明并不局限于這些實例。
下面結合測試過程給出對本發明的輪胎氣壓降低警報方法進行證實的駕駛測試條件。
(試驗條件)測試車輛類型豐田花冠Fielder(外場接球手)(前輪驅動)試驗位置住友橡膠工業公司岡山測試跑道以及附近的當地公路輪胎型號185/70R14標準內部壓力200kPa(前輪)，200kPa(后輪)動態負載半徑初始值前輪296.7mm，后輪298.1mm行駛速度40公里/小時(行駛測試)在條件(1)至條件(4)下進行行駛測試(1)一個車輪輪胎氣壓降低；(2)兩個車輪輪胎氣壓降低；(3)三個車輪輪胎氣壓降低；以及(4)四個車輪輪胎氣壓降低，來依靠共振檢測單元或動態負載半徑檢測單元來檢查氣壓是否降低。壓力降低的輪胎其內部壓力值和動態負載半徑值，前輪是150kPa和295.9mm，后輪是150kPa和296.8mm。
(測試結果)圖3至圖6示出的是僅對左前輪應用共振檢測單元、而對其余輪胎應用動態負載半徑檢測單元的情況下檢測氣壓降低的漏氣檢測方法。測試車輛是前輪驅動車輛，左前胎是驅動輪。
(1)一個車輪輪胎漏氣只有(a)左前胎氣壓降低的情況下，可由共振檢測單元和動態負載半徑檢測單元檢測氣壓降低(參見圖3(a))。
另一方面，在右前胎、左后胎、和右后胎分別漏氣的情況下，則可由動態負載半徑檢測單元檢測氣壓降低(參見圖3(b)至圖3(d))。
(2)兩個車輪輪胎漏氣包括左前胎在內的兩個車輪輪胎漏氣的情況下，例如(a)左前胎和右前胎、(c)左前胎和左后胎、或者(e)左前胎和右后胎漏氣的情況下，可由共振檢測單元和動態負載半徑檢測單元檢測氣壓降低(參見圖4(a)、圖4(c)、和圖4(e))。
另一方面，不包括左前胎的兩個車輪輪胎漏氣的情況下，例如(b)左后胎和右后胎、(d)右前胎和右后胎、或者(f)右前胎和左后胎漏氣的情況下，可由動態負載半徑檢測單元檢測氣壓降低(參見圖4(b)、圖4(d)、以及圖4(f))。
(3)三個車輪輪胎漏氣包括左前胎在內的三個車輪輪胎漏氣的情況下，例如(b)左前胎和左后胎和右后胎、(c)左前胎和右前胎和右后胎、或者(d)左前胎和右前胎和左后胎漏氣的情況下，可由共振檢測單元和動態負載半徑檢測單元檢測氣壓降低(參見圖5(b)、圖5(c)、以及圖5(d))。
另一方面，不包括左前胎的三個車輪輪胎漏氣的情況下，例如(a)右前胎、左后胎、以及右后胎漏氣的情況下，可由動態負載半徑檢測單元檢測氣壓降低(參見圖5(a))。
(4)四個車輪輪胎漏氣包括左前胎在內的四個車輪輪胎漏氣的情況下，例如(a)左前胎、右前胎、左后胎、以及右后胎漏氣的情況下，可由共振檢測單元檢測氣壓降低(參見圖6(a))。
權利要求
1.一種輪胎氣壓降低警報設備，其特征在于，包括下列單元(1)通過測定與輪胎共振狀況相關的參數的變化來檢測輪胎氣壓降低的單元；以及(2)通過對輪胎動態負載半徑進行相對比較來檢測輪胎氣壓降低的單元，其中，單元(1)包括在四輪車輛的一個至三個車輪輪胎上。
2.一種輪胎氣壓降低警報方法，其特征在于，包括下列步驟(1)通過測定與輪胎共振狀況相關的參數的變化來檢測輪胎氣壓降低的步驟；以及(2)通過對輪胎動態負載半徑進行相對比較來檢測輪胎氣壓降低的步驟，其中，步驟(1)由四輪車輛的一個至三個車輪輪胎實施。
3.一種輪胎氣壓降低警報程序，其特征在于，使計算機執行下列過程(1)通過測定與輪胎共振狀況相關的參數的變化來檢測輪胎氣壓降低的過程；以及(2)通過對各輪胎動態負載半徑進行相對比較來檢測輪胎氣壓降低的過程；其中，過程(1)由四輪車輛的一個至三個車輪輪胎實施。
全文摘要
本發明提供一種能夠以低成本檢測全部4個車輪輪胎氣壓降低的輪胎氣壓降低警報設備、方法以及程序。輪胎氣壓降低警報裝置其中包括(1)通過測定與輪胎共振狀況相關的參數的變化來檢測輪胎氣壓降低的單元；以及(2)通過對各輪胎動態負載半徑進行相對比較來檢測輪胎氣壓降低的單元，其中單元(1)為包括在四輪車輛的一個至三個車輪輪胎上。
文檔編號B60C23/00GK1982096SQ20061017180
公開日2007年6月20日 申請日期2006年12月15日 優先權日2005年12月16日
發明者梁瀨未南夫 申請人:住友橡膠工業株式會社