JP2007331659A - タイヤ走行状態の推定方法とその装置、及び、センサ付タイヤ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】タイヤトレッド21内部の車体側と外側とに、タイヤ周方向に沿ってそれぞれ埋設された、導電性ゴム部材から成る検知部11aと、この検知部11aの周方向端部にそれぞれ設けられた検出電極11b,11bとを備えた第1及び第2のタイヤ変形量計測手段11A,11Bを備えたセンサ付タイヤ20を作製するとともに、車両の走行時における上記検知部11aの抵抗値をそれぞれ検出し、この抵抗値と車輪速とから算出される上記車体側接地長と上記外側接地長との平均値から、当該タイヤに作用する荷重を推定し、上記車体側接地長と上記外側接地長との差から、当該タイヤに作用する横力を推定するようにした。
【選択図】図2
Description
従来、タイヤをセンサのように用いてタイヤに発生している力を推定する方法としては、例えば、図8(a),(b)に示すように、タイヤトレッド51のインナーライナー部52に歪センサなどの変形量を計測するセンサ53を少なくとも2箇所に取付けて上記インナーライナー部52の変形量を計測し、これらの変形量から、走行中に荷重、横力、前後力などが加わった場合の当該タイヤ50の動的状態を推定する方法や、タイヤトレッドのブロック部に感圧導電ゴムとこれに直列に接続した直流電源を備えたセンサを埋設し、タイヤの接地時に上記ブロックに作用する垂直方向の力による上記導電ゴムの抵抗値の変化からタイヤの接地力を求める方法が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。
一方、車両に装着するタイヤとして、タイヤのゴムに磁化可能粒子を混合して着磁した、磁極の極性が交互する多数の磁極バンドを有する磁気タイヤを用いるとともに、上記磁気タイヤの作る磁界を、サスペンションストラッドのタイヤサイド部に対向する側に取付けられたSWTセンサにより検知するSWTシステム(側壁トーション測定システム)を用いてタイヤの磁気シグネチャを求め、この磁気シグネチャとタイヤに損傷のない状態での磁気シグネチャとを比較してタイヤの破損状態を判定する技術が開示されている(例えば、特許文献3参照)。
一方、上記SWTシステムでは連続的な出力が可能だが、タイヤの接地面挙動については捉えることが困難であった。
また、連続的な出力が可能なセンサを搭載した装置としては、歪ゲージを用いた六分力計があるが、上記六分力計では、正確な荷重Fzを推定するために、タイヤの回転角の測定精度を精度よく行う必要があるだけでなく、歪ゲージの取付けにも高い精度が要求されるため装置が高価になってしまい、測定器としては有用ではあるが、実際の車両に搭載する装置としては実用的ではない。
すなわち、請求項1に記載の発明は、走行中のタイヤの状態を推定する方法であって、トレッド表面を含むタイヤ内またはタイヤのインナーライナー部の表面に、タイヤ周方向に延長する、少なくともその一部がタイヤの接地時に変形する長尺状のセンサを設けて、タイヤ周方向の所定長さの領域の変形量の総和を検出し、当該タイヤに加わる力もしくはタイヤの接地状態を推定するようにしたことを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のセンサ付タイヤにおいて、上記センサの長さを、タイヤ接地長よりも長くしたものである。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のセンサ付タイヤにおいて、上記検出用電極部分または上記検出用電極間に、周囲のゴムよりも抵抗値の高い絶縁部材を介在させたものである。
請求項6に記載の発明は、請求項2に記載のセンサ付タイヤにおいて、上記センサを導電性ゴムから構成するとともに、このセンサの周囲を上記導電性ゴムよりも抵抗値の高い絶縁部材を用いて被覆したものである。
請求項7に記載の発明は、請求項5または請求項6に記載のセンサ付タイヤにおいて、上記絶縁部材を、上記センサを構成する導電性ゴムの10倍以上の抵抗値を有する絶縁ゴムから構成したものである。
請求項8に記載の発明は、請求項2に記載のセンサ付タイヤにおいて、上記センサを、当該タイヤを車両に搭載したときの車体側と外側とにそれぞれ設けたものである。
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載のタイヤ走行状態の推定装置において、車輪速センサを設けるとともに、上記車輪速センサで検出された車輪速と上記長尺状のセンサの出力とに基づいて当該タイヤの接地長を推定する手段とを備えたものである。
請求項11に記載の発明は、請求項10に記載のタイヤ走行状態の推定装置において、上記センサを、当該タイヤを車両に搭載したときの車体側と外側とにそれぞれ設けるとともに、上記各センサの出力の和に基づいて当該タイヤの平均接地長を推定する手段と、上記推定された平均接地長からタイヤに入力する荷重を推定する手段とを備えたことを特徴とするものである。
請求項12に記載の発明は、請求項10に記載のタイヤ走行状態の推定装置において、上記センサを、当該タイヤを車両に搭載したときの車体側と外側とにそれぞれ設けるとともに、上記各センサの出力の差に基づいて当該タイヤの車体側の接地長と外側の接地長との差を推定する手段と、上記推定された接地長差からタイヤに入力する横力を推定する手段とを備えたことを特徴とするものである。
このとき、上記センサの長さを、ほぼタイヤ1周分の長さにするなど、タイヤ接地長よりも長くすれば、推定精度を更に向上させることができる。
また、上記検出用電極を上記センサの周方向端部に設けるとともに、上記検出用電極部分または上記検出用電極間に、周囲のゴムよりも抵抗値の高い絶縁部材を介在させて、周囲の部材からの影響をなくすようにすれば、タイヤ変形量の検出精度を更に向上させることができる。
また、上記センサを導電性ゴムから構成するとともに、このセンサの周囲を上記導電性ゴムの10倍以上の抵抗値を有する絶縁部材を用いて被覆するようにすれば、簡単な構成でタイヤ変形量を精度よく検出することができる。
更に、上記センサを、当該タイヤを車両に搭載したときの車体側と外側とにそれぞれ設けるようにすれば、タイヤ変形量の検出精度を更に向上させることができるだけでなく、タイヤに加わる荷重や横力についても精度よく推定することができる。
図1は、本最良の形態に係わるタイヤ走行状態推定装置10の構成を示す機能ブロック図で、図2(a),(b)は本発明によるセンサ付タイヤ20の模式図である。各図において、11A,11Bはタイヤトレッド21の内部の、当該タイヤ20を車両に搭載したときに車体側となる側と外側になる側とに、タイヤ周方向に沿ってそれぞれ埋設された、タイヤトレッドの変形量の総量を計測する第1及び第2のタイヤ変形量計測手段で、当該タイヤ20の車体側に設けられた第1のタイヤ変形量計測手段11Aと外側に設けられた第2のタイヤ変形量計測手段11Bとは、いずれも、タイヤ1周分の99%以上の長さを有する導電性ゴム部材から成る検知部11aと、この検知部11aの周方向端部にそれぞれに設けられた検出用電極11b,11bとを備えた長尺状の連続的なセンサから構成されている。
また、12は車輪に設けられた車輪速センサ13の出力と上記第1のタイヤ変形量計測手段11Aの出力とに基づいて、当該タイヤ20の車体側の接地長を算出する車体側接地長算出手段、14は上記車輪速センサ13の出力と上記第2のタイヤ変形量計測手段11Bの出力とに基づいて、当該タイヤ20の外側の接地長を算出する外側接地長算出手段、15は上記車体側接地長算出手段12で算出された車体側接地長と上記外側接地長算出手段14で算出された外側接地長とから当該タイヤの接地長の平均値を算出する平均接地長算出手段、16は上記車体側接地長と上記外側接地長との差を算出する接地長差算出手段、17は上記算出された平均接地長から当該タイヤに作用する荷重Fzを推定する荷重推定手段、18は上記算出された接地長差から当該タイヤに作用する横力Fyを推定する横力推定手段である。
一方、車両がスラローム走行している場合には、タイヤに作用する接地圧やタイヤの接地形状が変化するので、上記抵抗値は車両の走行状態に応じて変化する。
図4は従来のセンサを周方向に離散的に配置して推定したFzと本発明の長尺状の導電ゴムの抵抗値の時間変化を示す図で、従来の方法では、間欠的な測定のため、図4に示すように、路面凹凸、レーンチェンジのような速い入力に対して十分な応答を示せないのに対して、本発明の長尺状の導電ゴムの抵抗値は連続的に変化する。また、図5に示すように、上記導電ゴムの抵抗値の時間変化は、精密測定器である六分力計で測定した荷重の時間変化とほぼ同じラインになることから、この長尺状の導電ゴムをセンサとして用いれば、タイヤに作用する接地圧やタイヤの接地形状を連続的に検出することができるとともに、検出精度を大幅に向上させることができる。
本例では、上記第1及び第2のタイヤ変形量計測手段11A,11Bの各導電性ゴム部材の抵抗値をそれぞれ検出し、この検出された抵抗値と車輪速とから車体側接地長と外側接地長を求め、この車体側接地長と外側接地長とから当該タイヤに作用する荷重Fzと横力Fyとを推定するようにしている。
また、走行中のタイヤにコーナリングフォースが発生した場合には、上記コーナリングフォースの大きさにより、タイヤ踏面の車体側と外側とでは接地長が異なる。スリップ角が小さい場合には、コーナリングフォースの大きさは横力にほぼ等しいので、接地長差算出手段16にて走行中のタイヤの車体側と外側との差を求めてやれば、当該タイヤに作用する横力Fyについても精度よく推定することができる。
したがって、本例のタイヤ走行状態推定装置10を用いれば、荷重Fzや横力Fyの連続測定が可能であり、かつ、S/N比が高いので、当該タイヤに加わる力やタイヤの接地状態の変化を精度よく推定することができるだけでなく、サンプリング時間を短くすることができるので、早いサンプリングが要求される車両制御装置にも十分適用することが可能である。
また、上記センサ付タイヤ20において、上記検知部11aの周囲を絶縁ゴム11cで覆うとともに、上記検出用電極11b,11b間に、周囲のゴムよりも抵抗値の高い絶縁部材11dを介在させて、上記検知部11a及び上記検出用電極11b,11bとを、周囲のタイヤ部品から絶縁するようにしたので、導電性ゴム部材の抵抗値の変化を精度よく検出することができる。
これにより、更に簡単な構成で当該タイヤの接地状態の変化を精度よくかつ連続的に推定することができる。
また、逆に、上記第1及び第2のタイヤ変形量計測手段11A,11Bに加えてタイヤの幅方向中心にタイヤ変形量計測手段を配置するなど、タイヤ変形量計測手段の個数を3個以上としてもよい。これにより、当該タイヤ20の接地長を更に精度よく測定することができ、当該タイヤの接地状態の推定精度を一層向上させることができる。
また、第1及び第2のタイヤ変形量計測手段11A,11Bを配置する場所としては、タイヤトレッド21の内部に限るものではなく、タイヤトレッド21の表面であってもよい。更には、ショルダーやサイド、あるいはビートフィラーに配置してもよく、また、インナーライナー部の表面に貼着してもよい。なお、タイヤトレッドの変形量の総量を計測するためには、上記検知部11aの長さは、タイヤ接地長よりも長くすることが肝要で、その長さを、本例のように、タイヤ1周分の99%以上の長さとすれば、特に好ましい。
また、上記例では、2つの検出用電極11b,11bを、図7(a)に示すように、互いに対向するように配置したが、図7(b)に示すように、上記検出用電極11b,11b同士をタイヤ幅方向にずらして突き合わせるように配置してもよい。なお、この場合には、検知部11aはタイヤ周方向に対して若干角度を持たせる必要があるが、抵抗値の変化の検出については特に問題となることはない。
11B 第2のタイヤ変形量計測手段、11a 検知部、11b 検出用電極、
11c 絶縁ゴム、11d 絶縁部材、12 車体側接地長算出手段、
13 車輪速センサ、14 外側接地長算出手段、15 平均接地長算出手段、
16 接地長差算出手段、17 荷重推定手段、18 横力推定手段、
20 センサ付タイヤ、21 タイヤトレッド。
Claims (12)
- トレッド表面を含むタイヤ内またはタイヤのインナーライナー部の表面に、タイヤ周方向に延長する、少なくともその一部がタイヤの接地時に変形する長尺状のセンサを設けて、タイヤ周方向の所定長さの領域の変形量の総和を検出し、当該タイヤに加わる力もしくはタイヤの接地状態を推定するようにしたことを特徴とするタイヤ走行状態の推定方法。
- トレッド表面を含むタイヤ内またはタイヤのインナーライナー部の表面に配設された、タイヤ周方向に延長する、少なくともその一部がタイヤの接地時に変形する長尺状のセンサと、このセンサに設けられた検出用電極とを備えたことを特徴とするセンサ付タイヤ。
- 上記センサの長さを、タイヤ接地長よりも長くしたことを特徴とする請求項2に記載のセンサ付タイヤ。
- 上記検出用電極を上記センサの周方向端部に設けたことを特徴とする請求項2に記載のセンサ付タイヤ。
- 上記検出用電極部分または上記検出用電極間に、周囲のゴムよりも抵抗値の高い絶縁部材を介在させたことを特徴とする請求項4に記載のセンサ付タイヤ。
- 上記センサを導電性ゴムから構成するとともに、このセンサの周囲を上記導電性ゴムよりも抵抗値の高い絶縁部材を用いて被覆したことを特徴とする請求項2に記載のセンサ付タイヤ。
- 上記絶縁部材を、上記センサを構成する導電性ゴムの10倍以上の抵抗値を有する絶縁ゴムから構成したことを特徴とする請求項5または請求項6に記載のセンサ付タイヤ。
- 上記センサを、当該タイヤを車両に搭載したときの車体側と外側とにそれぞれ設けたことを特徴とする請求項2に記載のセンサ付タイヤ。
- 走行中のタイヤの状態を推定する装置であって、トレッド表面を含むタイヤ内またはタイヤのインナーライナー部の表面に設けられた、タイヤ周方向に延長する、少なくともその一部がタイヤの接地時に変形する長尺状のセンサと、このセンサの出力からタイヤ周方向の所定長さの領域の変形量の総和を検出するタイヤ変形量検出手段と、上記タイヤ変形量検出手段の出力に基づいて、当該タイヤに加わる力もしくはタイヤの接地状態を推定するタイヤ走行状態推定手段とを備えたことを特徴とするタイヤ走行状態の推定装置。
- 車輪速センサを設けるとともに、上記車輪速センサで検出された車輪速と上記長尺状のセンサの出力とに基づいて当該タイヤの接地長を推定する手段とを備えたことを特徴とする請求項9に記載のタイヤ走行状態の推定装置。
- 上記センサを、当該タイヤを車両に搭載したときの車体側と外側とにそれぞれ設けるとともに、上記各センサの出力の和に基づいて当該タイヤの平均接地長を推定する手段と、上記推定された平均接地長からタイヤに入力する荷重を推定する手段とを備えたことを特徴とする請求項10に記載のタイヤ走行状態の推定装置。
- 上記センサを、当該タイヤを車両に搭載したときの車体側と外側とにそれぞれ設けるとともに、上記各センサの出力の差に基づいて当該タイヤの車体側の接地長と外側の接地長との差を推定する手段と、上記推定された接地長差からタイヤに入力する横力を推定する手段とを備えたことを特徴とする請求項10に記載のタイヤ走行状態の推定装置。
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