JP2006044383A - 車両のタイヤ情報表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の制駆動状態や積載重量の変化があっても常にレスポンス良くドライバが車両のタイヤ状態を正確に知ることができ安定した走行を可能とする。
【解決手段】最大摩擦力演算部１ａは力検出センサ１１fl、１１fr、１１rl、１１rrからの上下方向の各力、路面μ推定装置１２からの路面μ推定値を基に各車輪の最大摩擦力を演算し、グリップ力演算部１ｂは力検出センサ１１fl、１１fr、１１rl、１１rrからの前後方向、左右方向の各力を基に各車輪毎のグリップ力を演算し表示器１５で各車輪の最大摩擦力とグリップ力を表示する。グリップ力警報判定部１ｃは設定感度信号と各車輪の最大摩擦力とグリップ力から警報判定を行い警報時は警報器１６と電動パワーステアリング装置１７に出力する。接地警報判定部１ｄは力検出センサ１１fl、１１fr、１１rl、１１rrからの上下方向の各力を基に警報判定を行い警報時は警報器１６に出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に走行する車両のタイヤに作用するグリップ力や最大摩擦力を表示する車両のタイヤ情報表示装置に関する。

近年、車両においては、ドライバが適切に安定して車両を運転し易いように、様々な運転支援装置が提案され、実用化されている。

例えば、特開２００４−１３０９６４号公報には、セルフアライニングトルクを推定し、車輪に対するサイドフォース及び車輪スリップ角を含む車輪指標のうちの少なくとも一つの車輪指標を推定し、車輪指標に対するセルフアライニングトルクの変化に基づき、車輪に対するグリップ度を推定して、このグリップ度が所定値未満となった場合に警報を行う技術が開示されている。
特開２００４−１３０９６４号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示されるような、警報を行う技術では、所定値未満となって警報を行うまでの状態がドライバにとって明らかではないため、緩やかなハンドル操作で警報が行われた場合には、容易に車両姿勢を立て直すことができるが、急なハンドル操作で警報が行われた場合には、車両姿勢の立て直しが困難となってしまう虞がある。また、上述の特許文献１の技術では、推定値を基に警報を行うため、推定演算するための誤差、レスポンスの遅れが生じるという問題もある。そして、各車輪の実際のグリップ力や最大摩擦力は、車両の制駆動状態の他、搭乗者数や積載荷物等により変動するため、これらを含めて総合的に求める必要があり、このような変動があった場合でも現状の各車輪のグリップ力や最大摩擦力を知ることができれば、ドライバにとってより安定した走行が可能となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両の制駆動状態や積載重量の変化があっても常にレスポンス良くドライバが車両のタイヤ状態を正確に知ることができ安定した走行を可能とする車両のタイヤ情報表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、各車輪に作用する力を検出する力検出手段と、上記各車輪に作用する力を基に各車輪毎のグリップ力を演算するグリップ力演算手段と、上記各車輪毎のグリップ力を表示するグリップ力表示手段と、路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、上記各車輪に作用する力と上記路面摩擦係数を基に各車輪毎の最大摩擦力を演算する最大摩擦力演算手段と、上記各車輪毎の最大摩擦力を表示する最大摩擦力表示手段とを備えたことを特徴としている。

本発明による車両のタイヤ情報表示装置は、車両の制駆動状態や積載重量の変化があっても常にレスポンス良くドライバが車両のタイヤ状態を正確に知ることができ安定した走行が可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図３は本発明の実施の一形態を示し、図１は車両のタイヤ情報表示装置の機能ブロック図、図２はタイヤ情報表示プログラムのフローチャート、図３はタイヤ情報表示の一例を示す説明図である。

図１において、符号１は車両のタイヤ情報表示装置を示し、このタイヤ情報表示装置１には、４輪のアクスルハウジングに埋設した力検出センサ１１fl、１１fr、１１rl、１１rrと、路面摩擦係数（μ）推定装置１２と、ドライバが設定自在な警報レベル設定スイッチ１３が接続されている。

力検出センサ１１fl、１１fr、１１rl、１１rrは、力検出手段としてのものであり、例えば、特開平９−２２４０号公報に開示されるセンサであり、各車輪に作用する前後方向（以下、ｘ方向）、左右方向（以下、ｙ方向）、上下方向（以下、ｚ方向）の各力をそれぞれのアクスルハウジングに生じる変位量に基づき検出するものである。具体的には、力検出センサ１１flからはＦflx、Ｆfly、Ｆflzが入力され、力検出センサ１１frからはＦfrx、Ｆfry、Ｆfrzが入力され、力検出センサ１１rlからはＦrlx、Ｆrly、Ｆrlzが入力され、力検出センサ１１rrからはＦrrx、Ｆrry、Ｆrrzが入力される。

路面μ推定装置１２は、路面摩擦係数推定手段としてのものであり、路面μ推定値μを、例えば、本出願人が、特開平８−２２７４号公報で提案した推定方法で演算するものである。この路面μ推定方法は、舵角、車速、実ヨーレートにより車両の横運動の運動方程式に基づき前後輪のコーナリングパワを非線形域に拡張して推定し、高μ路（μ＝１．０）での前後輪の等価コーナリングパワに対する推定した前後輪のコーナリングパワの比から路面μを推定する。尚、路面μの推定方法は、もちろん、他の方法、例えば本出願人の特開２０００−７１９６８号公報や、特開２００２−１３９４１７号公報等で開示する方法等で求めても良く、また、各車輪に生じたすべり率から各車輪毎に求めても良い。

警報レベル設定スイッチ１３は、例えばデジタル表示されるバーグラフや数値等を、ドライバが回転つまみを回転させることで、警報感度（警報し易くなる方向か、或いは、警報しづらくなる方向に）を設定するスイッチである。

タイヤ情報表示装置１は、上述の各入力に基づき、後述する各演算を行い、各車輪毎のグリップ力Ｆ（Ｆfl、Ｆfr、Ｆrl、Ｆrr）、最大摩擦力Ｆmax（Ｆmaxfl、Ｆmaxfr、Ｆmaxrl、Ｆmaxrr）の表示値を演算し表示器１５に出力し、また、各車輪毎のグリップ力Ｆと最大摩擦力Ｆmaxと後述の演算と比較を行って警報すべき場合には警報信号を警報器１６と電動パワーステアリング装置１７とに出力する。更に、各車輪毎の上下方向に作用する力Ｆflz、Ｆfrz、Ｆrlz、Ｆrrzを各車輪毎に作用する接地荷重とみなし、この接地荷重Ｆflz、Ｆfrz、Ｆrlz、Ｆrrzが予め設定しておいた第３の閾値Ｆzcよりも小さく、０とみなせる値となった場合にも警報信号を警報器１６に出力する。

ここで、表示器１５は、例えば図３に示すように、視覚的に判りやすいように液晶ディスプレイ若しくはメータパネルに表示され、各車輪毎の丸い円が現在の最大摩擦力Ｆmaxを示し、矢印の大きさと方向が現在のグリップ力を示している。

警報器１６は、警報信号が入力されると、例えば、上述の図３の各車輪の円の部分を赤く点滅させ、或いは、音声にて警報を行い、また或いは、他の部分に取り付けられたＬＥＤを点滅させることでドライバに警報を行う。

電動パワーステアリング装置１７は、警報信号が入力されると、例えば、現在のアシスト力を軽減し、ステアリング反力を重くしてステアリングを切り難く設定する。或いは、所定の振動をステアリングに発生させて、ドライバに警報を報知する。

タイヤ情報表示装置１は、図１に示すように、最大摩擦力演算部１ａ、グリップ力演算部１ｂ、グリップ力警報判定部１ｃ、接地警報判定部１ｄを有して主要に構成されている。

最大摩擦力演算部１ａは、力検出センサ１１fl、１１fr、１１rl、１１rrから上下方向の各力Ｆflz、Ｆfrz、Ｆrlz、Ｆrrzが入力され、路面μ推定装置１２から路面μ推定値μが入力される。そして、これらの値を基に、以下の（１）〜（４）式に基づき各車輪の最大摩擦力Ｆmax（Ｆmaxfl、Ｆmaxfr、Ｆmaxrl、Ｆmaxrr）を演算し、グリップ力警報判定部１ｃと表示器１５とに出力する。すなわち、最大摩擦力演算部１ａは、最大摩擦力演算手段として設けられている。

Ｆmaxfl＝Ｆflz・μ …（１）
Ｆmaxfr＝Ｆfrz・μ …（２）
Ｆmaxrl＝Ｆrlz・μ …（３）
Ｆmaxrr＝Ｆrrz・μ …（４）

グリップ力演算部１ｂは、力検出センサ１１fl、１１fr、１１rl、１１rrから前後方向及び左右方向の各力Ｆflx、Ｆfly、Ｆfrx、Ｆfry、Ｆrlx、Ｆrly、Ｆrrx、Ｆrryが入力される。そして、これらの値を基に、以下の（５）〜（８）式に基づき各車輪毎のグリップ力Ｆ（Ｆfl、Ｆfr、Ｆrl、Ｆrr）を演算し、グリップ力警報判定部１ｃと表示器１５とに出力する。尚、各力Ｆflx、Ｆfly、Ｆfrx、Ｆfry、Ｆrlx、Ｆrly、Ｆrrx、Ｆrryにより決定される、それぞれのグリップ力Ｆ（Ｆfl、Ｆfr、Ｆrl、Ｆrr）の方向もそのまま出力される。すなわち、グリップ力演算部１ｂは、グリップ力演算手段として設けられている。

Ｆfl＝（Ｆflx^２＋Ｆfly^２）^１／２ …（５）
Ｆfr＝（Ｆfrx^２＋Ｆfry^２）^１／２ …（６）
Ｆrl＝（Ｆrlx^２＋Ｆrly^２）^１／２ …（７）
Ｆrr＝（Ｆrrx^２＋Ｆrry^２）^１／２ …（８）

グリップ力警報判定部１ｃは、警報レベル設定スイッチ１３からドライバにより設定されている設定感度の信号Ｆｃが入力され、最大摩擦力演算部１ａから各車輪の最大摩擦力Ｆmax（Ｆmaxfl、Ｆmaxfr、Ｆmaxrl、Ｆmaxrr）が入力され、グリップ力演算部１ｂから各車輪のグリップ力Ｆ（Ｆfl、Ｆfr、Ｆrl、Ｆrr）が入力される。そして、各車輪毎に最大摩擦力Ｆmax（Ｆmaxfl、Ｆmaxfr、Ｆmaxrl、Ｆmaxrr）とグリップ力Ｆ（Ｆfl、Ｆfr、Ｆrl、Ｆrr）との差を演算し、この差が予め設定する第１の閾値Ｆｃより小さい場合にグリップ力の警報を行うべきと判定して、警報器１６と電動パワーステアリング装置１７に信号を出力する。すなわち、各車輪毎に以下の（９）〜（１２）式の比較を行って、（９）〜（１２）式の何れかが満足される場合、グリップ力の警報を行うべきと判定して、警報器１６と電動パワーステアリング装置１７に信号を出力する。

Ｆmaxfl−｜Ｆfl｜＜Ｆｃ …（９）
Ｆmaxfr−｜Ｆfr｜＜Ｆｃ …（１０）
Ｆmaxrl−｜Ｆrl｜＜Ｆｃ …（１１）
Ｆmaxrr−｜Ｆrr｜＜Ｆｃ …（１２）
ここで、以上の（９）〜（１２）式において左辺をグリップ力余裕度Ｆｓ（Ｆsfl、Ｆsfr、Ｆsrl、Ｆsrr）とする。

尚、グリップ力警報判定部１ｃで行う判定は、各車輪毎に最大摩擦力Ｆmax（Ｆmaxfl、Ｆmaxfr、Ｆmaxrl、Ｆmaxrr）に対するグリップ力Ｆ（Ｆfl、Ｆfr、Ｆrl、Ｆrr）の比を演算し、この比が予め設定する第２の閾値Ｆc2を超える場合に警報を行うようにしても良い。すなわち、以下の（１３）〜（１６）式を満足する場合にグリップ力の警報を行うべきと判定して、警報器１６と電動パワーステアリング装置１７に信号を出力するようにしても良い。

｜Ｆfl｜／Ｆmaxfl＞Ｆc2 …（１３）
｜Ｆfr｜／Ｆmaxfr＞Ｆc2 …（１４）
｜Ｆrl｜／Ｆmaxrl＞Ｆc2 …（１５）
｜Ｆrr｜／Ｆmaxrr＞Ｆc2 …（１６）

接地警報判定部１ｄは、力検出センサ１１fl、１１fr、１１rl、１１rrから上下方向の各力Ｆflz、Ｆfrz、Ｆrlz、Ｆrrzが入力される。そして、これら上下方向の各力Ｆflz、Ｆfrz、Ｆrlz、Ｆrrzを各車輪の接地荷重として、予め設定しておいた第３の閾値Ｆzcよりも小さく、０とみなせる値となった場合には警報信号を警報器１６に出力する。

このように、本実施の形態においては、表示器１５は、グリップ力表示手段と最大摩擦力表示手段としての機能を備えて構成されている。また、グリップ力警報判定部１ｃと警報器１６とによりグリップ力警報手段が構成され、接地警報判定部１ｄと警報器１６とにより接地警報手段が構成されている。

次に、タイヤ情報表示装置１で実行されるタイヤ情報表示プログラムを、図２のフローチャートで説明する。
まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で必要パラメータ、すなわち、力検出センサ１１flからＦflx、Ｆfly、Ｆflzを、力検出センサ１１frからＦfrx、Ｆfry、Ｆfrzを、力検出センサ１１rlからＦrlx、Ｆrly、Ｆrlzを、力検出センサ１１rrからＦrrx、Ｆrry、Ｆrrzを、路面μ推定装置１２から路面μ推定値μを、警報レベル設定スイッチ１３からドライバによる設定感度を読み込む。

次に、Ｓ１０２に進み、最大摩擦力演算部１ａにおいて、上述の（１）〜（４）式に基づき各車輪の最大摩擦力Ｆmax（Ｆmaxfl、Ｆmaxfr、Ｆmaxrl、Ｆmaxrr）を演算する。

次いで、Ｓ１０３に進み、グリップ力演算部１ｂにおいて、上述の（５）〜（８）式に基づき各車輪毎のグリップ力Ｆ（Ｆfl、Ｆfr、Ｆrl、Ｆrr）を演算する。

そして、Ｓ１０４に進み、Ｓ１０２で演算した各車輪の最大摩擦力Ｆmax（Ｆmaxfl、Ｆmaxfr、Ｆmaxrl、Ｆmaxrr）と、Ｓ１０３で演算した各車輪毎のグリップ力Ｆ（Ｆfl、Ｆfr、Ｆrl、Ｆrr）を表示器１５に表示させる。

次いで、Ｓ１０５に進み、グリップ力警報判定部１ｃにおいて、上述の（９）〜（１２）式の左辺、すなわち、グリップ力余裕度Ｆｓ（Ｆsfl、Ｆsfr、Ｆsrl、Ｆsrr）を演算する。

その後、Ｓ１０６に進み、各車輪のグリップ力余裕度Ｆｓ（Ｆsfl、Ｆsfr、Ｆsrl、Ｆsrr）と第１の閾値Ｆｃとを比較し、各車輪のグリップ力余裕度Ｆｓ（Ｆsfl、Ｆsfr、Ｆsrl、Ｆsrr）が第１の閾値Ｆｃよりも小さい場合にグリップ力の警報を行うべきと判定して、Ｓ１０７に進んで、電動パワーステアリング装置１７に信号を出力し、ステアリングを重くさせ、Ｓ１０８に進んで警報器１６に信号を出力して警報器１６を作動させ、Ｓ１０９に進む。

また、Ｓ１０６の判定の結果、各車輪のグリップ力余裕度Ｆｓ（Ｆsfl、Ｆsfr、Ｆsrl、Ｆsrr）が第１の閾値Ｆｃ以上の場合も、Ｓ１０９に進む。Ｓ１０９では、接地警報判定部１ｄにおいて、上下方向の各力Ｆflz、Ｆfrz、Ｆrlz、Ｆrrzを各車輪の接地荷重として、予め設定しておいた第３の閾値Ｆzcと比較する。そして、この比較の結果、上下方向の各力Ｆflz、Ｆfrz、Ｆrlz、Ｆrrzが予め設定しておいた第３の閾値Ｆzcよりも小さく、０とみなせる値となった場合にはＳ１１０に進んで警報器１６に信号を出力して警報器１６を作動させてプログラムを抜ける。逆に、Ｓ１０９の判定の結果、上下方向の各力Ｆflz、Ｆfrz、Ｆrlz、Ｆrrzが予め設定しておいた第３の閾値Ｆzc以上の場合には、そのままプログラムを抜ける。

このように、本発明の実施の形態によれば、各車輪に設けた力検出センサ１１fl、１１fr、１１rl、１１rrからの力の値に基づいて、各車輪の最大摩擦力Ｆmax（Ｆmaxfl、Ｆmaxfr、Ｆmaxrl、Ｆmaxrr）と各車輪毎のグリップ力Ｆ（Ｆfl、Ｆfr、Ｆrl、Ｆrr）を演算するので、たとえ車両の積載重量が変化したとしても正確でレスポンス良く、各車輪の最大摩擦力Ｆmax（Ｆmaxfl、Ｆmaxfr、Ｆmaxrl、Ｆmaxrr）と各車輪毎のグリップ力Ｆ（Ｆfl、Ｆfr、Ｆrl、Ｆrr）を表示でき、また、警報も的確なタイミングで行うことが可能となる。

また、各車輪の最大摩擦力Ｆmax（Ｆmaxfl、Ｆmaxfr、Ｆmaxrl、Ｆmaxrr）とグリップ力Ｆ（Ｆfl、Ｆfr、Ｆrl、Ｆrr）は、リアルタイムで表示されるので、どのような走行状態であってもドライバが、タイヤ情報を入手することができ、運転する上で参考とすることができる。そして、たとえ、その車両に不慣れなドライバであっても、車両挙動を視覚的に的確に把握することができ、安定した運転操作を行うことができるようになる。

更に、グリップ力警報のタイミングはドライバにより任意に設定できるので、ドライバの好み、スキルに応じた警報が可能となる。

また、各車輪の最大摩擦力Ｆmax（Ｆmaxfl、Ｆmaxfr、Ｆmaxrl、Ｆmaxrr）とグリップ力Ｆ（Ｆfl、Ｆfr、Ｆrl、Ｆrr）の表示を視ながら車両の走行限界を推定できるので、実際に走行限界まで運転することなく、車両の走行性能をフルに発揮させることが可能となる。

また、接地荷重が０とみなせる状態において警報を行うことで、例えばスポーツ走行においてカーブ等での内輪が浮く状態を適切にドライバに警報することができ、荷重が乗っていない車輪から駆動力がロスされることを警報することができる。

車両のタイヤ情報表示装置の機能ブロック図 タイヤ情報表示プログラムのフローチャート タイヤ情報表示の一例を示す説明図

符号の説明

１ タイヤ情報表示装置
１ａ 最大摩擦力演算部（最大摩擦力演算手段）
１ｂ グリップ力演算部（グリップ力演算手段）
１ｃ グリップ力警報判定部（グリップ力警報手段）
１ｄ 接地警報判定部（接地警報手段）
１１fl、１１fr、１１rl、１１rr 力検出センサ（力検出手段）
１２ 路面μ推定装置（路面摩擦係数推定手段）
１３ 警報レベル設定スイッチ
１５ 表示器（グリップ力表示手段、最大摩擦力表示手段）
１６ 警報器（グリップ力警報手段、接地警報手段）
１７ 電動パワーステアリング装置
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (9)

1. 各車輪に作用する力を検出する力検出手段と、
   上記各車輪に作用する力を基に各車輪毎のグリップ力を演算するグリップ力演算手段と、
   上記各車輪毎のグリップ力を表示するグリップ力表示手段とを備えたことを特徴とする車両のタイヤ情報表示装置。
2. 各車輪に作用する力を検出する力検出手段と、
   路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、
   上記各車輪に作用する力と上記路面摩擦係数を基に各車輪毎の最大摩擦力を演算する最大摩擦力演算手段と、
   上記各車輪毎の最大摩擦力を表示する最大摩擦力表示手段とを備えたことを特徴とする車両のタイヤ情報表示装置。
3. 各車輪に作用する力を検出する力検出手段と、
   上記各車輪に作用する力を基に各車輪毎のグリップ力を演算するグリップ力演算手段と、
   上記各車輪毎のグリップ力を表示するグリップ力表示手段と、
   路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、
   上記各車輪に作用する力と上記路面摩擦係数を基に各車輪毎の最大摩擦力を演算する最大摩擦力演算手段と、
   上記各車輪毎の最大摩擦力を表示する最大摩擦力表示手段とを備えたことを特徴とする車両のタイヤ情報表示装置。
4. 上記各車輪毎に上記最大摩擦力と上記グリップ力との差を演算し、該差が予め設定する第１の閾値より小さい場合に警報を行うグリップ力警報手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の車両のタイヤ情報表示装置。
5. 上記第１の閾値は選択的に設定自在であることを特徴とする請求項４記載の車両のタイヤ情報表示装置。
6. 上記各車輪毎に上記最大摩擦力に対する上記グリップ力の比を演算し、該比が予め設定する第２の閾値を超える場合に警報を行うグリップ力警報手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の車両のタイヤ情報表示装置。
7. 上記第２の閾値は選択的に設定自在であることを特徴とする請求項６記載の車両のタイヤ情報表示装置。
8. 上記グリップ力警報手段は、少なくともステアリング反力を可変して警報を行うことを特徴とする請求項４乃至請求項７の何れか一つに記載の車両のタイヤ情報表示装置。
9. 上記各車輪に作用する力の中で、上下方向に作用する力が予め設定する第３の閾値より小さくなった場合に警報を行う接地警報手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一つに記載の車両のタイヤ情報表示装置。