JP2005170223A - タイヤ状態推定装置およびタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】 タイヤの接地状態や磨耗状態などのタイヤ状態を推定することのできる技術を提供する。
【解決手段】 本発明によるタイヤ状態推定装置１０は、タイヤ２２の溝部３４に、ブロック間の状態量を検出するセンサと、センサ出力値を車体側に送信する通信機とを有する車輪側回路３０を備える。車体側には、センサ出力値に基づいてタイヤ２２の状態を推定するＥＣＵ６０が設けられる。タイヤ２２の状態を、車両において唯一路面に接しているブロック３２の状態量を用いて推定することにより、その推定精度を高めることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タイヤの状態を推定する技術に関する。

車両の走行安定性を高めるために、タイヤの接地状態を推定し、車両制御へフィードバックすることが求められている。タイヤの接地状態を推定できれば、操舵などの危険回避操作を行う前に、例えばＡＢＳによるブレーキ制御を行うことも可能となり、走行安全性が一層高まる。従来、タイヤトレッド部の溝部にトレッド表面よりも高さの高いセンシングブロックと、高さの低いセンシングブロックとを設けて、これらのブロックの歪レベルを測定することで、路面摩擦係数を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３６８３６号公報

特許文献１に開示された技術によると、センシングブロック自体に歪ゲージを貼り付けて歪レベルを測定するため、ブロック全体として変形した場合には、歪を精度よく検出することができない。歪ゲージによる検出精度は、路面摩擦係数の推定精度に直接影響する。

また、車両の走行安定性を高めるために、ユーザは、タイヤの磨耗状態を的確に把握していることが好ましい。タイヤの磨耗寿命は時間的スパンの長い特性であるため、ユーザが常に注意することは難しく、ユーザの知らない間に磨耗がすすんでいることがある。磨耗状態のチェックは、ユーザの目視確認や、直接ゲージ等を用いた測定により手立てのないのが現状である。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、タイヤの接地状態や磨耗状態などのタイヤ状態を推定することのできる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、タイヤのトレッド部に設けられたブロック間の状態量を検出するセンサと、センサの出力値に基づいてタイヤの状態を推定する推定手段とを備えるタイヤ状態推定装置を提供する。このタイヤ状態推定装置によると、車両において路面に唯一接しているタイヤブロック間における状態量を利用するため、タイヤの状態を精度よく推定できる。推定したタイヤの状態は、ドライバに告知されてもよく、また所期の車両制御に利用されてもよい。

センサは、ブロック間の距離または荷重を検出してもよい。センサは、変位センサないしは圧力センサとして構成されてもよい。このようなセンサにより、ブロックが全体として変形した場合であっても、ブロックの挙動を精度よく検出することができる。センサは、ブロックの状態量の変化を検出する他の種類のものであってもよい。

推定手段は、タイヤの状態として、タイヤの接地状態を推定してもよい。唯一路面に接しているタイヤブロック間の状態量を直接利用して、タイヤの接地状態を推定することにより、その推定精度を高めることができる。また、推定手段は、タイヤの状態として、タイヤの磨耗状態を推定してもよい。タイヤブロック間の状態量を直接利用して、タイヤの磨耗状態を推定することにより、その推定精度を高めることができる。

センサは、ブロック間の溝に配置されることが好ましく、またセンサは、ブロック間に配置されて、ブロックの剛性を高める部材に設けられてもよい。この部材は、例えばタイバーと呼ばれる部材であってよい。ブロック間の溝に配置することで、センサが路面と直接接触しないようにし、またタイバーに設けることで、路面の泥や水からセンサを保護することができる。この場合、センサは、タイバーの内部に予め作りこまれることが好ましい。

センサは、タイヤトレッド部において、タイヤ周方向と、タイヤ周方向に垂直な方向のブロック間の状態量を検出することが好ましい。２方向のブロック間の状態量を検出することで、例えば車輪が回転方向にスリップしているのか、または横滑りしているのかを判定することも可能となり、より精度の高いタイヤ状態の推定が可能となる。

本発明の別の態様は、タイヤのブロック間の状態量を検出するセンサを備えたタイヤを提供する。センサは、ブロック間の距離または荷重を検出してもよい。センサにより検出されたブロック間の状態量は、タイヤ側に設けられた通信機などにより車体側の通信機に送信され、車体側の制御装置によるタイヤ状態の推定処理のために用いられてもよい。なお、タイヤ側において、センサの出力値を用いてタイヤ状態の推定処理を行う制御装置が設けられてもよい。

本発明によると、タイヤの接地状態や磨耗状態などのタイヤ状態を推定することのできる技術を提供することができる。

図１は、実施例に係るタイヤ状態推定装置１０の全体構成を示す。車輪２０は、タイヤ２２とホイール２４を含み、タイヤ２２のトレッド部２６が路面に接地している。トレッド部２６には、タイヤ２２と路面の間に挟まれて空間を形成する溝部３４が設けられている。トレッド部２６に溝部３４を設けることで、路面とトレッド部２６に挟まれた水が溝部３４に沿って排出されるため、車両は雨天の舗装路面でも滑りにくくなり、安定した走行を行うことができる。溝部３４に囲まれた部分には、トレッド部２６のトレッドパターンを形成するブロック３２が設けられる。ブロック３２の剛性や形状により、トレッド部２６が路面に食い込む性能が決まる。

本実施例のタイヤ２２の溝部３４には、ブロック間の状態量を検出するセンサおよび通信機を含む車輪側回路３０が設けられている。車体側には、車体側通信機５０、ブレーキ機構５２、警告ランプ５４、ブザー５６および車両を統括的に制御する電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と表記する）６０が備えられている。ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えて構成される。

溝部３４には、ブロック３２とブロック３２をつなぐ、いわゆる「タイバー」と呼ばれる部材が設けられてもよい。タイバーは、コーナリングや制動時など、トレッド部２６に高負荷がかかった際にブロック３２とブロック３２を支えることで剛性を高める役割を果たす。このとき車輪側回路３０は、このタイバー内に作りこまれて設けられてもよい。車輪側回路３０をタイバー内に形成することで、路面からの泥や水などから保護することができる。

図２は、ブロック間に設けられる車輪側回路３０の配置を示す。矢印Ａは、タイヤ２２の周方向を示す。以下、トレッド部２６におけるタイヤ周方向（矢印Ａの方向）を、前後方向と呼び、トレッド部２６におけるタイヤ周方向に垂直な方向を、左右方向と呼ぶ。車輪側回路３０ａは、前後方向に隣り合って配置されたブロック３２の間に配置され、主として前後方向のブロック間の状態量を検出する。車輪側回路３０ｂは、左右方向に隣り合って配置されたブロック３２の間に配置され、主として左右方向のブロック間の状態量を検出する。車輪側回路３０は、図示のように全てのブロック３２の間に設けられることが好ましいが、コスト面を考慮すると、例えば複数のブロック間ごとに所定の間隔で設けられて、検出精度を維持するように、回転時におけるブロック間の状態量を満遍なく検出することが好ましい。なお、図示の例では、説明の便宜上、車輪側回路３０が、トレッド部２６において露出した状態で配置されているが、既述したように、車輪側回路３０は、露出しないようにタイバー内に設けられることが好ましい。

図３は、車輪側回路３０の機能ブロック図である。車輪側回路３０は、タイヤ２２のブロック３２の間の溝部３４に設けられる。車輪側回路３０は、ブロック間の状態量を検出するセンサ４０と、センサ４０の出力値を車体側に送信するタイヤ側通信機４２とを備える。センサ４０は、例えばブロック間の距離やブロック間にかかる荷重など、接地時におけるブロック３２の挙動を示す状態量を検出する。

車輪側回路３０はバッテリにより駆動される。バッテリは、タイバー内に設けられてもよく、またタイヤ２２の内部またはタイヤ２２とホイール２４の間に外部電源として設けられて、車輪側回路３０に電力を供給する。なお車輪側回路３０はコイル状アンテナを備えて、コイル状アンテナに発生する誘導起電力をもとに、電力を生成してもよい。例えば、車体側通信機５０は、タイヤ２２の接地面付近に電磁場を発生させ、車輪側回路３０は、回転して接地面付近の位置に移動したときに、その電磁場により電力を生成して、センサ４０およびタイヤ側通信機４２を駆動してもよい。

ブロック３２は、唯一路面と接し、車両の挙動を直接受け止めている。したがって、タイヤ２２の状態、例えば接地状態や磨耗状態を精度よく推定するためには、ブロック３２における状態量を直接検出して、その検出値をタイヤ２２の状態推定に利用することが効果的である。

ブロック間の距離を検出する場合、センサ４０は、ブロック間を連結する方向において対向させた容量を含んで構成されてもよい。静電容量の変動を測定することで、電極間距離の変化を検出することができ、したがってブロック間の距離の変化を検出することができる。車輪側回路３０がタイバー内に設けられている場合は、路面の水などの影響を受けずに静電容量の変動を測定することができ、電極間に異物が入ることで静電容量が変動する事態を回避することができる。

また、ブロック間の荷重を検出する場合、センサ４０は、ブロック間を連結する方向をセンシング方向とする圧電素子を含んで構成されてもよい。圧電素子は力を印加されることで電気信号を出力するため、この電気信号を測定することで、ブロック間の荷重を検出することができる。

センサ４０の出力値はタイヤ側通信機４２より車体側通信機５０に送信される。なお、送信されるセンサ４０の出力値は、測定対象とするブロック３２が接地したときの検出値である。非接地時における出力値が車体側通信機５０に送信されてもよいが、ＥＣＵ６０の演算処理量を低減するためには、接地時のセンサ出力値のみが車体側通信機５０に送信されることが好ましい。なお、センサ４０は加速度センサなどを有して、現在位置が最下点にあること、すなわち接地していることを自身で検出してもよい。接地状態にあることを検出したことを条件に、タイヤ側通信機４２は、車体側通信機５０にセンサ出力値を送信するようにしてもよい。

図１に戻って、車体側通信機５０は、タイヤ側通信機４２からセンサ４０の出力値を受信し、ＥＣＵ６０に供給する。本実施例において、ＥＣＵ６０はセンサ４０の出力値に基づいて、タイヤ２２の状態を推定する手段として機能する。ＥＣＵ４０は、タイヤ状態として、タイヤ２２の接地状態や磨耗状態を推定することができる。
（タイヤ接地状態の推定）
ブロック３２が路面から力を受けて弾性変形すると、センサ４０はその弾性変形を、ブロック間の状態量の変化として検出する。例えばタイヤ２２がスリップしている場合、接地しているブロック３２は、路面との間ですべりと粘着とを交互に繰り返す。そのため、接地中の微小な時間において、ブロック３２は、高周波で振動することになる。発進や制動時など、車両の進行方向におけるスリップは、主としてタイヤ２２の周方向すなわち前後方向に設けられるセンサ４０により効率的に検出される。また車両の横滑りによるスリップは、主としてタイヤ２２の左右方向に設けられるセンサ４０により効率的に検出される。センサ４０が変位センサや圧力センサの形態をとる場合、安定走行時における接地中のセンサ出力値が時間軸上で正弦波のような波形を示すことが想定されるが、スリップ時や横滑り時におけるセンサ出力値は、その正弦波上に高周波成分がのった波形を示すことになる。

ＥＣＵ６０は、センサ出力値の高周波成分を取得する。高周波成分は、ハイパスフィルタなどを介して取得されてもよい。なお、ＥＣＵ６０は、複数のセンサ４０の出力値を時間的につなぎ合わせて、複数回転分のブロック間の状態を平均化してもよい。ＥＣＵ６０は、センサ出力値の高周波成分をもとに、タイヤ２２の接地状態を推定する。この場合、前後方向のセンサ出力値に高周波成分が存在すれば、タイヤ２２がスリップした状態またはスリップしうる状態にあることを推定する。また、左右方向のセンサ出力値に高周波成分が存在すれば、タイヤ２２が横滑りした状態または横滑りしうる状態にあることを推定する。路面に接しているブロック３２の挙動、すなわちタイヤ挙動に最も直接的な状態量を用いてタイヤ２２の接地状態を推定するため、他の状態量を用いる場合と比較して、接地状態の推定精度を高めることができる。なお、２つのブロック間の状態量を利用することで、１つのブロック全体が変形した場合であっても、効果的に状態量の変化を検出することができる。

ＥＣＵ６０は、センサの出力値をもとにタイヤの接地状態を検出した後、ブレーキ機構５２に対してＡＢＳによるブレーキ制御などの車両制御を行うこともできる。なお、タイヤ２２のブロック間の状態量は走行速度によっても変化するため、ＥＣＵ６０は、予め車速に応じたタイヤ接地状態とブロック間状態量との関係を示すマップを保持しておき、このマップを用いて車速をもとにタイヤ接地状態を推定してもよい。これにより、タイヤ２２の接地状態の推定精度をさらに向上させることができる。
（タイヤ磨耗状態の推定）
タイヤ２２のタイヤの磨耗寿命は時間的スパンの長い特性である。以下に、ブロック３２の状態量の変化を利用して、タイヤ２２の磨耗状態を推定する技術について説明する。この技術では、ブロック３２が磨耗すると、ブロック高さが低くなることを利用する。ブロック高さが高い場合と比較すると、磨耗した場合にはブロックの剛性が高くなるため、センサ４０により検出される状態量の変化が小さくなるとともに、センサ出力値の振動周波数が高くなる。

ＥＣＵ６０は、センサ出力値を受け取ると、センサ出力値の平均的な振動周波数を取得する。なお、振動周波数は走行速度によって変化するため、ＥＣＵ６０は、例えば所定の基準速度における平均的な振動周波数を求めてもよい。ＥＣＵ６０は、基準速度における所定期間のセンサ出力値を平均化し、センサ出力値の安定走行時の振動成分、すなわち正弦波を構成する平均振動周波数を取得する。ＥＣＵ６０は、予め基準速度における平均振動周波数の閾値を保持しておく。この閾値は、磨耗したブロック３２により得られる平均振動周波数の値である。

続いてＥＣＵ６０は、センサ出力値から取得される平均振動周波数を、保持している閾値と比較して、タイヤ２２の磨耗状態を推定する。取得した平均振動周波数が閾値よりも高くなった場合、ＥＣＵ６０は、ブロック３２が磨耗したことにより剛性が高くなったことを判定して、タイヤ２２が磨耗したことを推定する。このように、ＥＣＵ６０は、ブロック３２の剛性の変化量を検出することで、タイヤ２２の磨耗状態を推定することが可能となる。

ＥＣＵ６０は、タイヤ磨耗を推定すると、警告ランプ５４を点灯させたり、ブザー５６から警告音を鳴らすことにより、タイヤ２２が磨耗している旨をドライバに知らせる。なお、ブザー５６は、例えばドライバがイグニションをオンしたときに毎回鳴らすようにしてもよい。これにより、ＥＣＵ６０は、ドライバに客観的で精度の高いタイヤの磨耗状態に関する告知を行うことができる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施例では、車輪側回路３０ごとにタイヤ側通信機４２が備えられることとしたが、通信機は、例えばタイヤ内部に設けられ、各車輪側回路３０のセンサ出力値がワイヤで通信機に送られ、その通信機からセンサ出力値が車体側通信機５０に送信されてもよい。通信機を１つにまとめることで、各車輪側回路３０の構造を単純化することができるとともに、各車輪側回路３０の消費電力を小さくすることが可能となる。

また実施例では、車体側にセンサ出力値を処理するＥＣＵ６０を設けることとしたが、車輪側回路３０が、センサ出力値を処理する制御部を備えてもよい。制御部は、タイヤ２２の接地状態や磨耗状態を推定する機能を有し、タイヤ側通信機４２は、制御部における推定結果を車体側通信機５０に送信する。これにより、ＥＣＵ６０の演算処理量を低減することができる。ＥＣＵ６０は、タイヤ側通信機４２から推定結果を受け取ると、ブレーキ機構５２をＡＢＳ制御したり、また警告ランプ５４およびブザー５６により、ドライバにタイヤ磨耗を告知してもよい。

実施例に係るタイヤ状態推定装置の全体構成を示す図である。 ブロック間に設けられる車輪側回路の配置を示す図である。 車輪側回路の機能ブロック図である。

符号の説明

１０・・・タイヤ状態推定装置、２０・・・車輪、２２・・・タイヤ、２４・・・ホイール、２６・・・トレッド部、３０・・・車輪側回路、３２・・・ブロック、３４・・・溝部、４０・・・センサ、４２・・・タイヤ側通信機、５０・・・車体側通信機、５２・・・ブレーキ機構、５４・・・警告ランプ、５６・・・ブザー、６０・・・ＥＣＵ。

Claims (9)

1. タイヤのトレッド部に設けられたブロック間の状態量を検出するセンサと、
   センサの出力値に基づいてタイヤの状態を推定する推定手段と、
   を備えることを特徴とするタイヤ状態推定装置。
2. 前記センサは、ブロック間の距離または荷重を検出することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
3. 前記推定手段は、タイヤの接地状態を推定することを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤ状態推定装置。
4. 前記推定手段は、タイヤの磨耗状態を推定することを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤ状態推定装置。
5. 前記センサは、ブロック間の溝に配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
6. 前記センサは、ブロック間に配置されて、ブロックの剛性を高める部材に設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
7. 前記センサは、タイヤトレッド部において、タイヤ周方向と、タイヤ周方向に垂直な方向のブロック間の状態量を検出することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
8. タイヤのブロック間の状態量を検出するセンサを備えたタイヤ。
9. 前記センサは、ブロック間の距離または荷重を検出することを特徴とする請求項８に記載のタイヤ。

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