JP2008273388A - タイヤ接地状態推定方法、タイヤ接地状態推定装置、及び、接地状態推定用タイヤ - Google Patents
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Abstract
【課題】タイヤにセンサを取付けることなく、走行中のタイヤの接地状態を精度よく推定する。
【解決手段】タイヤとして、タイヤ周方向の長さが異なる複数のブロックがタイヤ周方向に配列されたブロック列を有し、かつ、上記ブロック列の隣接する２つのブロックの蹴り出し端が一定の周期で形成されているトレッドパターンを有するタイヤ２０を用い、ナックル２３に取付けられた加速度センサ１１により、上記タイヤ２０からナックル２３に伝播される上記蹴り出し端が順次路面から離れるときに発生する周期的な振動を検出して上記振動の周波数波形を求めるとともに、上記周波数波形の、車輪速センサ１２により測定した車輪速Ｖと上記周期とから算出される検出周波数帯域における振動レベルを検出して、この振動レベルの大きさからタイヤの接地状態を推定するようにした。
【選択図】図２
【解決手段】タイヤとして、タイヤ周方向の長さが異なる複数のブロックがタイヤ周方向に配列されたブロック列を有し、かつ、上記ブロック列の隣接する２つのブロックの蹴り出し端が一定の周期で形成されているトレッドパターンを有するタイヤ２０を用い、ナックル２３に取付けられた加速度センサ１１により、上記タイヤ２０からナックル２３に伝播される上記蹴り出し端が順次路面から離れるときに発生する周期的な振動を検出して上記振動の周波数波形を求めるとともに、上記周波数波形の、車輪速センサ１２により測定した車輪速Ｖと上記周期とから算出される検出周波数帯域における振動レベルを検出して、この振動レベルの大きさからタイヤの接地状態を推定するようにした。
【選択図】図２
Description
本発明は、走行中のタイヤの接地状態を推定する方法とその装置、及び、タイヤ接地状態の推定に用いられるタイヤに関するものである。
自動車の走行安定性を高めるため、タイヤと路面間の摩擦係数（路面摩擦係数）もしくはタイヤの接地状態を精度良く推定し、車両制御へフィードバックすることが求められている。予め上記路面摩擦係数やタイヤの接地状態を推定することができれば、制駆動や操舵といった危険回避の操作を起こす前に、例えば、ＡＢＳブレーキのより高度な制御等が可能になり、安全性が一段と高まることが予想される。
路面摩擦係数を推定する方法としては、例えば、車輪速を検出し、この検出された車輪速信号ωから外乱ΔＴを受けたときの車輪速変動Δωを検出した後、このΔωを満足するような車輪の伝達関数を最小二乗法で同定し、路面μの勾配を推定するとともに、この路面μの勾配と予め求めておいた車両の制動力とこの路面μの勾配との関係から車両の制動力を推定し、この制動力と上記路面μの勾配とから、スリップ率が零のときの路面μの勾配を推定する方法（例えば、特許文献１参照）や、図９に示すように、空気入りタイヤ５０のタイヤトレッド部５１にトレッド表面よりも高さの高いセンシングブロック５２Ｈと高さの低いセンシングブロック５２Ｌとを形成し、各センシングブロック５２Ｈ，５２Ｌのタイヤ周方向に平行な側面にそれぞれ歪ゲージ５３Ｈ，５３Ｌを貼り付けて、上記２つの歪ゲージ５３Ｈ，５３Ｌで検出した歪レベルの差と、予め求めておいた歪レベル差と路面摩擦係数との関係を示すマップとから路面摩擦係数を推定する方法などが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−１６０６２０号公報
特開２００２−３６８３６号公報
路面摩擦係数を推定する方法としては、例えば、車輪速を検出し、この検出された車輪速信号ωから外乱ΔＴを受けたときの車輪速変動Δωを検出した後、このΔωを満足するような車輪の伝達関数を最小二乗法で同定し、路面μの勾配を推定するとともに、この路面μの勾配と予め求めておいた車両の制動力とこの路面μの勾配との関係から車両の制動力を推定し、この制動力と上記路面μの勾配とから、スリップ率が零のときの路面μの勾配を推定する方法（例えば、特許文献１参照）や、図９に示すように、空気入りタイヤ５０のタイヤトレッド部５１にトレッド表面よりも高さの高いセンシングブロック５２Ｈと高さの低いセンシングブロック５２Ｌとを形成し、各センシングブロック５２Ｈ，５２Ｌのタイヤ周方向に平行な側面にそれぞれ歪ゲージ５３Ｈ，５３Ｌを貼り付けて、上記２つの歪ゲージ５３Ｈ，５３Ｌで検出した歪レベルの差と、予め求めておいた歪レベル差と路面摩擦係数との関係を示すマップとから路面摩擦係数を推定する方法などが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、上記車輪速に基づいて求めた路面μの勾配と推定した車両の制動力とからスリップ率が零のときの路面μの勾配を推定する方法では、タイヤ−路面間で発生している力の情報がないため、推定時間を必要とすることから、路面変化に対する追従性に限界があった。
また、高さの異なるセンシングブロック５２Ｈ，５２Ｌにそれぞれ貼り付けられた歪ゲージ５３Ｈ，５３Ｌで検出した歪レベルの差から路面摩擦係数を推定する方法では、路面と直接接するブロックに歪ゲージ５３Ｈ，５３Ｌなどのセンサを取付ける構成であるため、センサの耐久性の面で問題がある。
また、高さの異なるセンシングブロック５２Ｈ，５２Ｌにそれぞれ貼り付けられた歪ゲージ５３Ｈ，５３Ｌで検出した歪レベルの差から路面摩擦係数を推定する方法では、路面と直接接するブロックに歪ゲージ５３Ｈ，５３Ｌなどのセンサを取付ける構成であるため、センサの耐久性の面で問題がある。
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、タイヤにセンサを取付けることなく、走行中のタイヤの接地状態を精度よく推定することのできるタイヤの接地状態推定方法とその装置、及び、タイヤの接地状態の推定に用いられるタイヤを提供することを目的とする。
本発明者は鋭意検討の結果、接地面内で変形したブロックの蹴り出し端が接地面から離れてその変形が開放される際に発生する振動の大きさが路面摩擦係数μ（または、ブロックの滑り状態）に依存することから、ブロックの蹴り出し端の周方向の間隔が等しいタイヤを用いるとともに、上記間隔に対応した周期でタイヤからホイールやホイールハブあるいはナックルなどの車両バネ下部に伝達される振動を上記車両バネ下部にて検出すれば、タイヤにセンサを設けることなく、走行中のタイヤの接地状態を精度よく推定することができることを見出し、本発明に到ったものである。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、走行中のタイヤの接地状態を推定する方法であって、複数の周方向溝と横溝またはラグ溝とに区画されたブロック、もしくは、タイヤ周方向に連続する陸部からタイヤ幅方向に突出する擬似ブロックの蹴り出し端の位置が、タイヤ周方向に一定の周期で形成されているトレッドパターンを有するタイヤを用いて、上記タイヤから車両バネ下部に伝播される上記ブロックもしくは擬似ブロックの蹴り出し端が路面から離れるときの振動を車両バネ下部にて検出し、この検出された振動の上記周期に対応する周波数帯域の振動成分の大きさから走行中の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２に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤ接地状態推定方法において、車輪部の非回転側部材で、かつ、車輪部の非回転側に設けられた緩衝部材よりもホイール側に位置する非回転側部材に伝播される上記振動を検出することを特徴とするものである。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、走行中のタイヤの接地状態を推定する方法であって、複数の周方向溝と横溝またはラグ溝とに区画されたブロック、もしくは、タイヤ周方向に連続する陸部からタイヤ幅方向に突出する擬似ブロックの蹴り出し端の位置が、タイヤ周方向に一定の周期で形成されているトレッドパターンを有するタイヤを用いて、上記タイヤから車両バネ下部に伝播される上記ブロックもしくは擬似ブロックの蹴り出し端が路面から離れるときの振動を車両バネ下部にて検出し、この検出された振動の上記周期に対応する周波数帯域の振動成分の大きさから走行中の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２に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤ接地状態推定方法において、車輪部の非回転側部材で、かつ、車輪部の非回転側に設けられた緩衝部材よりもホイール側に位置する非回転側部材に伝播される上記振動を検出することを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、複数の周方向溝と横溝またはラグ溝とに区画されたブロック、もしくは、タイヤ周方向に連続する陸部からタイヤ幅方向に突出する擬似ブロックの蹴り出し位置が、タイヤ周方向に一定の周期で形成されているトレッドパターンを有するタイヤを用いて走行中のタイヤの接地状態を推定する装置であって、車両バネ下部に配置されて車両バネ下部の振動を検出する振動検出手段と、車輪の速度を検出する車輪速センサと、この車輪速センサで検出した車輪速と上記周期とから上記振動の振動レベルを検出するための周波数帯域を設定する検出周波数帯域設定手段と、上記検出周波数帯域設定手段で設定された周波数帯域の振動成分の大きさを検出する振動レベル検出手段と、この振動レベル検出手段で検出された振動成分の大きさからタイヤの接地状態を推定するタイヤ接地状態推定手段とを備えことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のタイヤ接地状態推定装置において、上記振動検出手段を、車輪部の非回転側部材で、かつ、緩衝部材よりもホイール側に設けたものである。
また、請求項５に記載の発明は、タイヤの接地状態の推定に用いられるタイヤであって、複数の周方向溝と横溝とに区画されたブロックもしくは擬似ブロックの蹴り出し位置が、タイヤ周方向に一定の周期で形成されており、かつ、タイヤ周方向に配列された上記ブロックもしくは擬似ブロックは、タイヤ周方向の長さが異なる少なくとも２種類のブロックもしくは擬似ブロックを備えていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のタイヤ接地状態推定装置において、上記振動検出手段を、車輪部の非回転側部材で、かつ、緩衝部材よりもホイール側に設けたものである。
また、請求項５に記載の発明は、タイヤの接地状態の推定に用いられるタイヤであって、複数の周方向溝と横溝とに区画されたブロックもしくは擬似ブロックの蹴り出し位置が、タイヤ周方向に一定の周期で形成されており、かつ、タイヤ周方向に配列された上記ブロックもしくは擬似ブロックは、タイヤ周方向の長さが異なる少なくとも２種類のブロックもしくは擬似ブロックを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、複数の周方向溝と横溝とに区画されたブロック、もしくは、タイヤ周方向に連続する陸部からタイヤ幅方向に突出する擬似ブロックの蹴り出し位置が、タイヤ周方向に一定の周期で形成されているタイヤを用い、車両バネ下部に伝播される上記ブロックもしくは擬似ブロックの蹴り出し端が路面から離れるときの振動を検出して、この検出された振動の上記周期の振動成分の大きさからタイヤの接地状態を推定するようにしたので、タイヤ部にセンサを設けることなく、走行中のタイヤの接地状態を精度よく推定することができる。また、タイヤへのセンサ取付けが不要になるので、タイヤの生産効率が向上する。また、タイヤ部にセンサを装着した場合に比較してセンサの耐久性を向上させることができるだけでなく、センサの交換も容易となる。
また、上記振動を車輪部の非回転側部材で、かつ、緩衝部材よりもホイール側にて検出するようにすれば、スリップリングや無線装置などを用いることなく、センサから車体側にデータを伝達することができるので、装置を簡易化することができるとともに、データの劣化を防ぐことができる。
また、上記振動を車輪部の非回転側部材で、かつ、緩衝部材よりもホイール側にて検出するようにすれば、スリップリングや無線装置などを用いることなく、センサから車体側にデータを伝達することができるので、装置を簡易化することができるとともに、データの劣化を防ぐことができる。
また、タイヤの接地状態の推定に用いられるタイヤとしては、複数の周方向溝と横溝とに区画されたブロック、もしくは、タイヤ周方向に連続する陸部からタイヤ幅方向に突出する擬似ブロックの蹴り出し位置が、タイヤ周方向に一定の周期で形成されているトレッドパターンを有するタイヤであればよい。しかし、ブロックのタイヤ周方向の長さが全て同じ場合には、横溝の幅も同じになるので、ピッチノイズが増加する恐れがある。そこで、本発明のタイヤように、ブロックもしくは擬似ブロックの蹴り出し位置は周期的に形成されているが、ブロックもしくは擬似ブロックのタイヤ周方向の長さが異なっているようなトレッドパターンを有するタイヤを用いれば、溝幅が異なる溝が複数種あることになるので、ピッチノイズを増加させることなく、タイヤの接地状態を推定することができる。
以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本最良の形態に係るタイヤ接地状態推定装置１０の機能ブロック図で、図２は本発明による接地状態推定用タイヤ２０を備えた車輪部の構成を示す図である。各図において、１１はナックル２３に取付けられて、走行中の接地状態推定用タイヤ２０からホイール２１及びホイールハブ２２を介して上記ナックル２３に伝播される振動を検出する加速度センサ、１２は走行中のホイール２１の回転速度を検出する車輪速センサ、１３は上記車輪速センサ１２で検出した車輪速と後述するブロックの蹴り出し端の位置の周期とから上記振動の振動レベルを検出するための検出周波数帯域を設定する検出周波数帯域設定手段、１４は上記加速度センサ１１で検出した振動を周波数分析して上記振動の周波数波形を求める周波数分析手段、１５は上記周波数波形の上記検出周波数帯域における振動成分の大きさを検出する振動レベル検出手段、１６は上記振動レベル検出手段１５で検出された振動成分の大きさからタイヤの接地状態を推定するタイヤ接地状態推定手段で、上記検出周波数帯域設定手段１３と周波数分析手段１４と振動レベル検出手段１５とタイヤ接地状態推定手段１６とにより、本タイヤ接地状態推定装置１０の演算部１７を構成する。
上記加速度センサ１１としては、圧電式加速度センサ、半導体歪ゲージ式加速度センサなどが挙げられるが、小型でかつ周波数特性に優れた圧電式を用いることが好ましい。
上記加速度センサ１１が取り付けられるナックル２３は、タイヤ２０を装着するホイール２１とともに回転するホイールハブ２２と軸受けを介して連結された車輪部の非回転側の部品（車両バネ下部品）で、このナックル２３に図示しないブレーキ装置などが装着される。なお、上記ナックル２３は図示しないサスペンション部材を備えた車両懸架装置の上下のアーム２４，２５と、ゴムブッシュなどの緩衝部材２６を介して連結されている。
また、上記車輪速センサ１２としては、現在広く用いられている、回転部に取付けられるセンサロータと非回転部に取り付けられる磁気センサとから成る電磁誘導タイプの回転センサが挙げられる。
図１は、本最良の形態に係るタイヤ接地状態推定装置１０の機能ブロック図で、図２は本発明による接地状態推定用タイヤ２０を備えた車輪部の構成を示す図である。各図において、１１はナックル２３に取付けられて、走行中の接地状態推定用タイヤ２０からホイール２１及びホイールハブ２２を介して上記ナックル２３に伝播される振動を検出する加速度センサ、１２は走行中のホイール２１の回転速度を検出する車輪速センサ、１３は上記車輪速センサ１２で検出した車輪速と後述するブロックの蹴り出し端の位置の周期とから上記振動の振動レベルを検出するための検出周波数帯域を設定する検出周波数帯域設定手段、１４は上記加速度センサ１１で検出した振動を周波数分析して上記振動の周波数波形を求める周波数分析手段、１５は上記周波数波形の上記検出周波数帯域における振動成分の大きさを検出する振動レベル検出手段、１６は上記振動レベル検出手段１５で検出された振動成分の大きさからタイヤの接地状態を推定するタイヤ接地状態推定手段で、上記検出周波数帯域設定手段１３と周波数分析手段１４と振動レベル検出手段１５とタイヤ接地状態推定手段１６とにより、本タイヤ接地状態推定装置１０の演算部１７を構成する。
上記加速度センサ１１としては、圧電式加速度センサ、半導体歪ゲージ式加速度センサなどが挙げられるが、小型でかつ周波数特性に優れた圧電式を用いることが好ましい。
上記加速度センサ１１が取り付けられるナックル２３は、タイヤ２０を装着するホイール２１とともに回転するホイールハブ２２と軸受けを介して連結された車輪部の非回転側の部品（車両バネ下部品）で、このナックル２３に図示しないブレーキ装置などが装着される。なお、上記ナックル２３は図示しないサスペンション部材を備えた車両懸架装置の上下のアーム２４，２５と、ゴムブッシュなどの緩衝部材２６を介して連結されている。
また、上記車輪速センサ１２としては、現在広く用いられている、回転部に取付けられるセンサロータと非回転部に取り付けられる磁気センサとから成る電磁誘導タイプの回転センサが挙げられる。
次に、本発明による接地状態推定用タイヤ２０について説明する。
図３は上記接地状態推定用タイヤ（以下、タイヤという）２０のトレッドパターンの一例を示す図で、このタイヤ２０は、タイヤ周方向に延長する複数本の周方向溝３１と、この周方向溝３１に直交してタイヤ幅方向に延長する横溝３２と、上記周方向溝３１と横溝３２とにより区画された複数のブロック３３（３３Ａ〜３３Ｃ）がタイヤ周方向に沿って配列されたブロック列３０Ｂと、上記周方向溝３１に区画され車両装着時に車両外側に位置する外側陸部３４ａ及び車両内側に位置する内側陸部３４ｂと、上記周方向溝３１とラグ横３５とにより区画された複数のショルダーブロック３６とを備えている。
上記ブロック列３０Ｂは、周方向の長さの異なる３種類のブロック３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃとを備えており、かつ、周方向に隣接するブロック３３の蹴り出し端間の距離ｄがタイヤ全周にわたって等しくなるように上記ブロックパターンを形成している。具体的には、これらのブロック３３Ａ〜３３Ｃは、ブロック３３ＡをＡ、ブロック３３ＢをＢ、ブロック３３ＣをＣとして、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ａ，Ｂ，‥‥と配列した場合に、隣接する２つのブロックであるブロック３３Ａとブロック３３Ｂの蹴り出し端３３ａと蹴り出し端３３ｂとの距離、ブロック３３Ｂとブロック３３Ｃのそれぞれの蹴り出し端３３ｂと蹴り出し端３３ｃとの距離、及び、ブロック３３Ｃとブロック３３Ａのそれぞれの蹴り出し端３３ｃと蹴り出し端３３ａとの距離は全てｄである。
これをタイヤの赤道面に直交する方向から見ると、図２に示すように、上記蹴り出し端３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、タイヤの外形を円とみなしたときに、上記円を等角度にＮ分割したタイヤ径方向に延長する線上にあることになる。この分割数Ｎを、以下、パターン繰り返し数という。
図３は上記接地状態推定用タイヤ（以下、タイヤという）２０のトレッドパターンの一例を示す図で、このタイヤ２０は、タイヤ周方向に延長する複数本の周方向溝３１と、この周方向溝３１に直交してタイヤ幅方向に延長する横溝３２と、上記周方向溝３１と横溝３２とにより区画された複数のブロック３３（３３Ａ〜３３Ｃ）がタイヤ周方向に沿って配列されたブロック列３０Ｂと、上記周方向溝３１に区画され車両装着時に車両外側に位置する外側陸部３４ａ及び車両内側に位置する内側陸部３４ｂと、上記周方向溝３１とラグ横３５とにより区画された複数のショルダーブロック３６とを備えている。
上記ブロック列３０Ｂは、周方向の長さの異なる３種類のブロック３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃとを備えており、かつ、周方向に隣接するブロック３３の蹴り出し端間の距離ｄがタイヤ全周にわたって等しくなるように上記ブロックパターンを形成している。具体的には、これらのブロック３３Ａ〜３３Ｃは、ブロック３３ＡをＡ、ブロック３３ＢをＢ、ブロック３３ＣをＣとして、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ａ，Ｂ，‥‥と配列した場合に、隣接する２つのブロックであるブロック３３Ａとブロック３３Ｂの蹴り出し端３３ａと蹴り出し端３３ｂとの距離、ブロック３３Ｂとブロック３３Ｃのそれぞれの蹴り出し端３３ｂと蹴り出し端３３ｃとの距離、及び、ブロック３３Ｃとブロック３３Ａのそれぞれの蹴り出し端３３ｃと蹴り出し端３３ａとの距離は全てｄである。
これをタイヤの赤道面に直交する方向から見ると、図２に示すように、上記蹴り出し端３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、タイヤの外形を円とみなしたときに、上記円を等角度にＮ分割したタイヤ径方向に延長する線上にあることになる。この分割数Ｎを、以下、パターン繰り返し数という。
次に、接地状態推定用タイヤ２０とタイヤの接地状態との関係について説明する。
タイヤ２０が転動する際には、図４に示すように、ブロック３３は蹴出しに向かって変形量が大きくなるが、蹴り出し時にはその変形が開放されるため、周方向（タイヤ回転方向）に振動する。タイヤの走行している路面の路面摩擦係数μが高い場合には、ブロック３３はブロックは蹴り出し直前まで路面４０に拘束されるが、路面摩擦係数μが低い場合にはその拘束が小さいため、ブロック３３は踏み込みから蹴り出しに向かう途中で滑り領域に入り、ブロック３３は滑り出す。その結果、低摩擦路ではこの滑りに対応する大きな振動が発生する。一方、アスファルト路では滑りがないので、この振動は殆ど発生しない。
そこで、タイヤとして、上記のように、周方向に隣接するブロック３３の蹴り出し端間の距離ｄがタイヤ全周にわたって等しくなるようなブロックパターンを有するタイヤ２０を用いれば、低摩擦路では、タイヤ２０の周長をＬとし、パターン繰り返し数をＮとすると、タイヤ２０がｄ＝（Ｌ/Ｎ）だけ回転する度に上記振動が起こる。
図５は上記接地状態推定用タイヤ２０を搭載した車両を、アスファルト路と低摩擦路で、それぞれ、速度（車輪速）Ｖで走行させたときに、加速度センサ１１で検出した、ナックル２３に伝播される上記振動を、周波数分析した結果を示す図である。同図に示すように、特定の周波数ｆ（ここでは、約１８０Ｈｚ）付近の周波数波形はアスファルト路と低摩擦路とで大きく違っている。すなわち、アスファルト路では周波数ピークは明確でないが、低摩擦路では大きな周波数ピークが見られる。
上記特定の周波数は、振動がタイヤ２０がｄ＝（Ｌ/Ｎ）だけ回転する度に起こることから、以下のようにして求められる。
上記振動の周期Ｔは、ブロック３３の蹴り出し端間の距離ｄ＝（Ｌ/Ｎ）を速度Ｖで割った値であるので、Ｔ＝Ｌ/（Ｎ・Ｖ）である。したがって、上記振動の周波数波形ではｆ＝１/Ｔ＝（Ｎ・Ｖ）/Ｌのところが振動のピークとなる。ここで、例えば、Ｌ＝２ｍ、Ｎ＝６０、Ｖ＝２２ｋｍ/ｈとすると、ｆ＝１８３Ｈｚとなる。
タイヤ２０が転動する際には、図４に示すように、ブロック３３は蹴出しに向かって変形量が大きくなるが、蹴り出し時にはその変形が開放されるため、周方向（タイヤ回転方向）に振動する。タイヤの走行している路面の路面摩擦係数μが高い場合には、ブロック３３はブロックは蹴り出し直前まで路面４０に拘束されるが、路面摩擦係数μが低い場合にはその拘束が小さいため、ブロック３３は踏み込みから蹴り出しに向かう途中で滑り領域に入り、ブロック３３は滑り出す。その結果、低摩擦路ではこの滑りに対応する大きな振動が発生する。一方、アスファルト路では滑りがないので、この振動は殆ど発生しない。
そこで、タイヤとして、上記のように、周方向に隣接するブロック３３の蹴り出し端間の距離ｄがタイヤ全周にわたって等しくなるようなブロックパターンを有するタイヤ２０を用いれば、低摩擦路では、タイヤ２０の周長をＬとし、パターン繰り返し数をＮとすると、タイヤ２０がｄ＝（Ｌ/Ｎ）だけ回転する度に上記振動が起こる。
図５は上記接地状態推定用タイヤ２０を搭載した車両を、アスファルト路と低摩擦路で、それぞれ、速度（車輪速）Ｖで走行させたときに、加速度センサ１１で検出した、ナックル２３に伝播される上記振動を、周波数分析した結果を示す図である。同図に示すように、特定の周波数ｆ（ここでは、約１８０Ｈｚ）付近の周波数波形はアスファルト路と低摩擦路とで大きく違っている。すなわち、アスファルト路では周波数ピークは明確でないが、低摩擦路では大きな周波数ピークが見られる。
上記特定の周波数は、振動がタイヤ２０がｄ＝（Ｌ/Ｎ）だけ回転する度に起こることから、以下のようにして求められる。
上記振動の周期Ｔは、ブロック３３の蹴り出し端間の距離ｄ＝（Ｌ/Ｎ）を速度Ｖで割った値であるので、Ｔ＝Ｌ/（Ｎ・Ｖ）である。したがって、上記振動の周波数波形ではｆ＝１/Ｔ＝（Ｎ・Ｖ）/Ｌのところが振動のピークとなる。ここで、例えば、Ｌ＝２ｍ、Ｎ＝６０、Ｖ＝２２ｋｍ/ｈとすると、ｆ＝１８３Ｈｚとなる。
本発明によるタイヤ接地状態推定装置１０では、加速度センサ１１により、上記タイヤ２０から、ホイール２１及びホイールハブ２２を介して、ナックル２３に伝播される上記ブロック３３Ａ〜３３Ｃの蹴り出し端３３ａ〜３３ｃが順次路面から離れるときの振動を検出して、これを周波数分析手段１４に送って周波数分析し、上記振動の周波数波形を求めてこれを振動レベル検出手段１５に送る。
一方、車輪速センサ１２により、当該タイヤ２０を装着したホイール２１の回転速度である車輪速Ｖを測定し、これを検出周波数帯域設定手段１３に送る。検出周波数帯域設定手段１３では、上記車輪速Ｖと、タイヤ２０の周長Ｌ、パターン繰り返し数Ｎとから、振動成分を検出する周波数帯域の中心周波数ｆと帯域幅Δｆとを決定し、これを検出周波数帯域として、振動レベル検出手段１５に送る。なお、Δｆとしては、例えば、ｆ／１０程度とすればよい。
振動レベル検出手段１５では、上記周波数波形の検出周波数帯域での振動レベルＰを検出してタイヤ接地状態推定手段１６に送る。タイヤ接地状態推定手段１６では上記振動レベルＰと予め設定された振動レベルの閾値Ｋとを比較し、振動レベルＰが上記閾値Ｋ以上である場合には路面が低摩擦路である、すなわち、タイヤ接地状態が滑りやすい状態にあると推定し、振動レベルＰが上記閾値Ｋよりも小さい場合には路面高摩擦路であると推定する。
一方、車輪速センサ１２により、当該タイヤ２０を装着したホイール２１の回転速度である車輪速Ｖを測定し、これを検出周波数帯域設定手段１３に送る。検出周波数帯域設定手段１３では、上記車輪速Ｖと、タイヤ２０の周長Ｌ、パターン繰り返し数Ｎとから、振動成分を検出する周波数帯域の中心周波数ｆと帯域幅Δｆとを決定し、これを検出周波数帯域として、振動レベル検出手段１５に送る。なお、Δｆとしては、例えば、ｆ／１０程度とすればよい。
振動レベル検出手段１５では、上記周波数波形の検出周波数帯域での振動レベルＰを検出してタイヤ接地状態推定手段１６に送る。タイヤ接地状態推定手段１６では上記振動レベルＰと予め設定された振動レベルの閾値Ｋとを比較し、振動レベルＰが上記閾値Ｋ以上である場合には路面が低摩擦路である、すなわち、タイヤ接地状態が滑りやすい状態にあると推定し、振動レベルＰが上記閾値Ｋよりも小さい場合には路面高摩擦路であると推定する。
このように本最良の形態では、タイヤとして、タイヤ周方向の長さが異なる複数のブロック３３Ａ〜３３Ｃがタイヤ周方向に配列されたブロック列３０Ｂを有し、かつ、上記ブロック列３０Ｂの隣接する２つのブロックの蹴り出し端が一定の周期で形成されているトレッドパターンを有するタイヤ２０を用い、ナックル２３に取付けられた加速度センサ１１により、上記タイヤ２０からナックル２３に伝播される上記蹴り出し端が順次路面から離れるときに発生する周期的な振動を検出して上記振動の周波数波形を求めるとともに、上記周波数波形の、車輪速センサ１２により測定した車輪速Ｖと上記周期とから算出される検出周波数帯域における振動レベルを検出して、この振動レベルの大きさからタイヤの接地状態を推定するようにしたので、タイヤ２０にセンサを設けることなく、走行中のタイヤ接地状態を精度よく推定することができる。
また、上記加速度センサ１１を車輪部の非回転側部材であるナックル２３に取付けたので、スリップリングや無線装置などを用いことなく、上記振動のデータを車輪部の非回転側にて入手することができる。
更に、本発明のタイヤ接地状態推定装置１０はタイヤの滑りやすさ、すなわち、タイヤのグリップ状態を推定できることから、本発明のタイヤ接地状態推定装置１０と、このタイヤ接地状態推定装置１０で推定したタイヤの接地状態に基づいて、車両の走行状態を制御する制御手段とを備えた車両制御装置を構成して車両の走行状態を制御すれば、車両の安全性を更に向上させることができる。
また、上記加速度センサ１１を車輪部の非回転側部材であるナックル２３に取付けたので、スリップリングや無線装置などを用いことなく、上記振動のデータを車輪部の非回転側にて入手することができる。
更に、本発明のタイヤ接地状態推定装置１０はタイヤの滑りやすさ、すなわち、タイヤのグリップ状態を推定できることから、本発明のタイヤ接地状態推定装置１０と、このタイヤ接地状態推定装置１０で推定したタイヤの接地状態に基づいて、車両の走行状態を制御する制御手段とを備えた車両制御装置を構成して車両の走行状態を制御すれば、車両の安全性を更に向上させることができる。
なお、上記最良の形態では、ブロック３３Ａ〜３３Ｃを周方向にＡ，Ｂ，Ｃ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ａ，Ｂ，‥‥のように規則的に配列したブロック列３０Ｂが形成されたブロックパターンを有する接地状態推定用タイヤ２０について説明したが、図６に示すように、ブロック列が二列ある場合には、二列とも上記蹴り出し端の位置の周期に対応する振動を検出するためのブロック列としてもよい。なお、一列だけを上記振動を検出するためのブロック列としてもよい。また、ブロック３３Ａ〜３３Ｃの周方向への配列の仕方も、例えば、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｂ，Ａ，Ｃ，Ａ，Ｃ，‥‥のようにランダムにする方がよい。また、上記ブロック３３は六面体でなくともよく蹴り出し端などに面取り部が設けられているものてもよい。
また、上記例では、周方向の長さの異なるブロックを、ブロック３３Ａ〜３３Ｃの３種類としたが、これに限るものではなく、６種類あるいは１０種類など、むしろ種類が多い方が上記周波数波形における特定周波数成分のＳ/Ｎ比が向上するので好ましい。但し、トレッドパターンの設計や金型の製造を考慮すると、６〜１０種類が適当である。また、パターン繰り返し数Ｎは平均ブロック長や総接地面積等を考慮して設定される。
また、接地状態推定用タイヤ２０のトレッドパターンとしては、上記ブロックパターンに限らず、図７に示すような、周方向に連続するリブ３７を有し、かつ、上記リブ３７が擬似ブロック３８（３８Ａ〜３８Ｃ）を有するようなブロックパターンを有するタイヤなどのように、タイヤ周方向に不連続な陸部が形成されたトレッドパターンを有するタイヤであればよい。上記擬似ブロック３８Ａ〜３８Ｃは、詳細には、周方向溝３１とラグ溝３９とにより区画され、上記リブ３７から上記周方向溝３１方向に突出する陸部である。なお、この場合にも、上記擬似ブロック３８Ａ〜３８Ｃのタイヤ周方向の長さはそれぞれ異なっており、かつ、隣接する擬似ブロック３８，３８の蹴り出し端間の距離、具体的には、擬似ブロック３８Ａと擬似ブロック３８Ｂのそれぞれの蹴り出し端３８ａと蹴り出し端３８ｂとの距離、擬似ブロック３８Ｂと擬似ブロック３８Ｃのそれぞれの蹴り出し端３８ｂと蹴り出し端３８ｃとの距離、及び、擬似ブロック３８Ｃと擬似ブロック３８Ａのそれぞれの蹴り出し端３８ｃと蹴り出し端３８ａとの距離が全て同じになるように上記トレッドパターンを形成する必要があることはいうまでもない。
また、上記例では、ブロック３３Ａ〜３３Ｃの蹴り出し端３３ａ〜３３ｃや擬似ブロック３８Ａ〜３８Ｃの蹴り出し端３８ａ〜３８ｃがタイヤ周方向に対して直角な場合のみを例示したが、蹴り出し端は必ずしもタイヤ周方向に直交する必要はなく、タイヤ周方向に対して傾いているものであればよい。
また、上記例では、周方向の長さの異なるブロックを、ブロック３３Ａ〜３３Ｃの３種類としたが、これに限るものではなく、６種類あるいは１０種類など、むしろ種類が多い方が上記周波数波形における特定周波数成分のＳ/Ｎ比が向上するので好ましい。但し、トレッドパターンの設計や金型の製造を考慮すると、６〜１０種類が適当である。また、パターン繰り返し数Ｎは平均ブロック長や総接地面積等を考慮して設定される。
また、接地状態推定用タイヤ２０のトレッドパターンとしては、上記ブロックパターンに限らず、図７に示すような、周方向に連続するリブ３７を有し、かつ、上記リブ３７が擬似ブロック３８（３８Ａ〜３８Ｃ）を有するようなブロックパターンを有するタイヤなどのように、タイヤ周方向に不連続な陸部が形成されたトレッドパターンを有するタイヤであればよい。上記擬似ブロック３８Ａ〜３８Ｃは、詳細には、周方向溝３１とラグ溝３９とにより区画され、上記リブ３７から上記周方向溝３１方向に突出する陸部である。なお、この場合にも、上記擬似ブロック３８Ａ〜３８Ｃのタイヤ周方向の長さはそれぞれ異なっており、かつ、隣接する擬似ブロック３８，３８の蹴り出し端間の距離、具体的には、擬似ブロック３８Ａと擬似ブロック３８Ｂのそれぞれの蹴り出し端３８ａと蹴り出し端３８ｂとの距離、擬似ブロック３８Ｂと擬似ブロック３８Ｃのそれぞれの蹴り出し端３８ｂと蹴り出し端３８ｃとの距離、及び、擬似ブロック３８Ｃと擬似ブロック３８Ａのそれぞれの蹴り出し端３８ｃと蹴り出し端３８ａとの距離が全て同じになるように上記トレッドパターンを形成する必要があることはいうまでもない。
また、上記例では、ブロック３３Ａ〜３３Ｃの蹴り出し端３３ａ〜３３ｃや擬似ブロック３８Ａ〜３８Ｃの蹴り出し端３８ａ〜３８ｃがタイヤ周方向に対して直角な場合のみを例示したが、蹴り出し端は必ずしもタイヤ周方向に直交する必要はなく、タイヤ周方向に対して傾いているものであればよい。
また、上記例では、加速度センサ１１をナックル２３に取付けたが、ホイール２１やホイールハブ２２などの車輪部の回転側部材に取付けても上記振動を検出することは可能である。但し、加速度センサ１１などのセンサを回転側部材に取付けた場合には、検出した信号をスリップリングや無線装置などを用いて車体側に伝達する必要がある。スリップリングや無線装置などを用いると、構成部品が増えるだけでなく、ノイズの混入などによりデータの劣化が起こる恐れがある。
一方、車輪部の非回転側部材であっても、上記上アーム２４や下のアーム２５は、ホイール２１と緩衝部材２６を介して連結されているので、振動が吸収されて振動レベルが低下したり、位相遅れが生じるなど、検出精度に問題があるので、加速度センサ１１は、本例のように、ナックル２３に取付けることが望ましい。
なお、演算部１７については、図２に示すように、ナックル２３に取付けてもよいし、車体側に設けてもよい。
［実施例］
一方、車輪部の非回転側部材であっても、上記上アーム２４や下のアーム２５は、ホイール２１と緩衝部材２６を介して連結されているので、振動が吸収されて振動レベルが低下したり、位相遅れが生じるなど、検出精度に問題があるので、加速度センサ１１は、本例のように、ナックル２３に取付けることが望ましい。
なお、演算部１７については、図２に示すように、ナックル２３に取付けてもよいし、車体側に設けてもよい。
［実施例］
タイヤサイズが225/45R17の乗用車用タイヤのトレッドに、センターブロックの蹴り出し端が周上６０等分に均等に配置されたトレッドパターンを作製した。また、ショルダーブロックなどの他の部分は４５等分した。
このタイヤを搭載した車両を、車速２２ｋｍ/ｈで、アスファルト路（μ≒１．０）から低摩擦路（μ≒０．２）に進入させた。
上記タイヤの周長は２ｍｍなので、検出周波数帯域の中心周波数は１８３Ｈｚとなる。
車両バネ下部（ナックル）に加速度センサを設置し、バネ下加速度の周波数成分を、分解能２Ｈｚ，平均化時間１秒で周波数分析して求めた周波数波形を図５に示す。
同図から明らかなように、アスファルト路では、周波数波形に明らかな振動のピークは見られないが、低摩擦路では、上記算出した周波数である１８０Ｈｚ近傍の振動成分が周波数波形のピークになっていることが確認された。
図８は、上記周波数波形の１８０Ｈｚ近傍の振動成分の大きさの時間変化を示す図で、アスファルト路を走行中は振動成分の大きさは小さいが、車両が低摩擦路に進入すると振動成分が大きくなることが明確に分かる。
このタイヤを搭載した車両を、車速２２ｋｍ/ｈで、アスファルト路（μ≒１．０）から低摩擦路（μ≒０．２）に進入させた。
上記タイヤの周長は２ｍｍなので、検出周波数帯域の中心周波数は１８３Ｈｚとなる。
車両バネ下部（ナックル）に加速度センサを設置し、バネ下加速度の周波数成分を、分解能２Ｈｚ，平均化時間１秒で周波数分析して求めた周波数波形を図５に示す。
同図から明らかなように、アスファルト路では、周波数波形に明らかな振動のピークは見られないが、低摩擦路では、上記算出した周波数である１８０Ｈｚ近傍の振動成分が周波数波形のピークになっていることが確認された。
図８は、上記周波数波形の１８０Ｈｚ近傍の振動成分の大きさの時間変化を示す図で、アスファルト路を走行中は振動成分の大きさは小さいが、車両が低摩擦路に進入すると振動成分が大きくなることが明確に分かる。
以上説明したように、本発明によれば、タイヤにセンサを設けることなく、走行中のタイヤの接地状態を精度よく推定することができるので、耐久性に優れた車両の走行安全性を向上させることができる。
１０ タイヤ接地状態推定装置、１１ 加速度センサ、１２ 車輪速センサ、
１３ 検出周波数帯域設定手段、１４ 周波数分析手段、１５ 振動レベル検出手段、
１６ タイヤ接地状態推定手段、１７ 演算部、
２０ 接地状態推定用タイヤ、２１ ホイール、２２ ホイールハブ、２３ ナックル、２４ 上アーム、２５ 下アーム、２６ 緩衝部材、３０Ｂ ブロック列、
３１ 周方向溝、３２ 横溝、３３，３３Ａ〜３３Ｃ ブロック（センターブロック）、３３ａ〜３３ｃ ブロックの蹴り出し端、３４ａ 外側陸部、３４ｂ 内側陸部、
３５ ラグ横、３６ ショルダーブロック、４０ 路面。
１３ 検出周波数帯域設定手段、１４ 周波数分析手段、１５ 振動レベル検出手段、
１６ タイヤ接地状態推定手段、１７ 演算部、
２０ 接地状態推定用タイヤ、２１ ホイール、２２ ホイールハブ、２３ ナックル、２４ 上アーム、２５ 下アーム、２６ 緩衝部材、３０Ｂ ブロック列、
３１ 周方向溝、３２ 横溝、３３，３３Ａ〜３３Ｃ ブロック（センターブロック）、３３ａ〜３３ｃ ブロックの蹴り出し端、３４ａ 外側陸部、３４ｂ 内側陸部、
３５ ラグ横、３６ ショルダーブロック、４０ 路面。
Claims (5)
- 複数の周方向溝と横溝またはラグ溝とに区画されたブロック、もしくは、タイヤ周方向に連続する陸部からタイヤ幅方向に突出する擬似ブロックの蹴り出し端の位置が、タイヤ周方向に一定の周期で形成されているトレッドパターンを有するタイヤを用いて、上記タイヤから車両バネ下部に伝播される上記ブロックもしくは擬似ブロックの蹴り出し端が路面から離れるときの振動を車両バネ下部にて検出し、この検出された振動の上記周期に対応する周波数帯域の振動成分の大きさから走行中のタイヤの接地状態を推定することを特徴とするタイヤ接地状態推定方法。
- 車輪部の非回転側部材で、かつ、車輪部の非回転側に設けられた緩衝部材よりもホイール側に位置する非回転側部材に伝播される上記振動を検出することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ接地状態推定方法。
- 複数の周方向溝と横溝またはラグ溝とに区画されたブロック、もしくは、タイヤ周方向に連続する陸部からタイヤ幅方向に突出する擬似ブロックの蹴り出し位置が、タイヤ周方向に一定の周期で形成されているトレッドパターンを有するタイヤを用いて、走行中のタイヤの接地状態を推定する装置であって、車両バネ下部に配置されて車両バネ下部の振動を検出する振動検出手段と、車輪の速度を検出する車輪速センサと、この車輪速センサで検出した車輪速と上記周期とから上記振動の振動レベルを検出するための周波数帯域を設定する検出周波数帯域設定手段と、上記検出周波数帯域設定手段で設定された周波数帯域の振動成分の大きさを検出する振動レベル検出手段と、この振動レベル検出手段で検出された振動成分の大きさからタイヤの接地状態を推定するタイヤ接地状態推定手段とを備えことを特徴とするタイヤ接地状態推定装置。
- 上記振動検出手段を、車輪部の非回転側部材で、かつ、緩衝部材よりもホイール側に取付けたことを特徴とする請求項３に記載のタイヤ接地状態推定装置。
- 複数の周方向溝と横溝とに区画されたブロックもしくは擬似ブロックの蹴り出し位置が、タイヤ周方向に一定の周期で形成されており、かつ、タイヤ周方向に配列された上記ブロックもしくは擬似ブロックは、タイヤ周方向の長さが異なる少なくとも２種類のブロックもしくは擬似ブロックを備えていることを特徴とする接地状態推定用タイヤ。
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| CN2008800134846A CN101668672B (zh) | 2007-04-27 | 2008-04-22 | 轮胎接地状态估计方法、轮胎接地状态估计装置 |
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