JP2009292283A - タイヤの姿勢制御装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に装着された転動中のタイヤの姿勢を制御するタイヤの姿勢制御装置及び方法であって、タイヤの偏摩耗を抑制するように制御する。
【解決手段】タイヤセンタ位置から同じ距離はなれたタイヤショルダー側の２つのタイヤ測定位置における接地状態を検出し、検出した接地状態に基づいて、タイヤ１回転に少なくとも１回以上、前記２つのタイヤ測定位置における接地長を求める。この後、１より大きい第１の閾値と、１より小さい第２の閾値を定めたとき、算出した２つの接地長の比率が、第１の閾値より大きい場合、あるいは、第２の閾値より小さい場合、タイヤのキャンバ角を前記比率が１になるように制御する制御信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に装着された転動中のタイヤの姿勢を制御するタイヤの姿勢制御装置及びタイヤの姿勢制御方法に関する。

車両に装着され負荷荷重を受けたタイヤは、車両のサスペンション機構の影響を受けるため、静止状態においてキャンバ角は０でない。転動中においても同様である。また、負荷荷重の変化によってサスペンジョン機構のジオメトリー変化し、この変化によりタイヤの姿勢（キャンバ角）は変化する。一般に、高負荷荷重になると、車輪が車両進行方向外側に広がるトーアウト傾向となり、車輪が接地面鉛直方向に対して、車両内側に倒れるように傾斜するネガティブキャンバ傾向となる。
このように、タイヤは車両に装着されたとき姿勢は変化するため、タイヤが路面と接地するタイヤの接地面の形状は対称形状からずれる。このため、タイヤの接地面内で発生する力も非対称な発生分布となり、この分布がタイヤの偏摩耗の原因となっている。

一方、下記特許文献１には、タイヤの動的状態推定方法とその装置、及びセンサ付きタイヤが記載されている。
当該特許文献では、タイヤトレッドのセンタ位置を基準として、タイヤ幅方向の対称な２つの位置に歪みゲージを取り付け、歪ゲージの出力波形から接地長を求め、求めた接地長から荷重、横力、前後力を推定する方法が記載されている。
しかし、当該文献の装置は、タイヤに作用する負荷荷重、前後力等を推定することはできても、タイヤの姿勢を制御するものではない。このため、タイヤの偏摩耗の抑制を実現することはできない。

特開２００５−３４３２８１号公報

そこで、本発明は、車両に装着された転動中のタイヤの姿勢を制御するタイヤの姿勢制御装置及び方法であって、タイヤの偏摩耗を抑制するようにタイヤの姿勢を制御する装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明は、車両に装着された転動中のタイヤの姿勢を制御するタイヤの姿勢制御装置であって、タイヤセンタ位置から同じ距離はなれたタイヤショルダー側の２つのタイヤ測定位置における接地状態を検出する検出手段と、検出した前記接地状態に基づいて、タイヤ１回転に少なくとも１回以上、前記２つのタイヤ測定位置における接地長を算出する算出手段と、１より大きい第１の閾値と、１より小さい第２の閾値を定めたとき、算出した前記２つのタイヤ測定位置における接地長の比率が、前記第１の閾値より大きい場合、あるいは、前記第２の閾値より小さい場合、前記比率が１になるようにタイヤのキャンバ角を制御する制御信号を生成する判定・制御手段と、を有することを特徴とするタイヤの姿勢制御装置を提供する。

その際、前記検出手段は、タイヤ内面に装着される加速度センサであることが好ましい。
また、前記判定・制御手段は、前記比率が前記第２の閾値以上前記第１の閾値以下の場合、前記制御信号を生成しないことが好ましい。
さらに、タイヤ正規荷重条件におけるタイヤの接地幅およびタイヤ幅方向の接地端を定めたとき、前記タイヤ測定位置は、前記接地幅の１０〜２５％の距離、前記接地端から離れた位置であることが好ましい。

また、本発明は、車両に装着された転動中のタイヤの姿勢を制御するタイヤの姿勢制御方法であって、タイヤセンタ位置から同じ距離はなれたタイヤショルダー側の２つのタイヤ測定位置における接地状態を検出するステップと、検出した前記接地状態に基づいて、タイヤ１回転に少なくとも１回以上、前記２つのタイヤ測定位置における接地長を算出するステップと、１より大きい第１の閾値と、１より小さい第２の閾値を定めたとき、算出した前記２つのタイヤ測定位置における接地長の比率が、前記第１の閾値より大きい場合、あるいは、前記第２の閾値より小さい場合、前記比率が１になるようにタイヤのキャンバ角を制御する制御信号を生成するステップと、を有することを特徴とするタイヤの姿勢制御方法を提供する。

本発明では、タイヤ１回転に少なくとも１回以上、２つのタイヤ測定位置における接地長を算出し、算出した２つの接地長の比率が、前記第１の閾値より大きい場合、あるいは、前記第２の閾値より小さい場合、接地長の比率が１になるように、タイヤのキャンバ角を制御する制御信号を生成し、時々刻々変化するタイヤの姿勢に対して、タイヤの接地面の形状が線対称になるように制御するので、タイヤの接地形状は略線対称に維持される。このため、タイヤの横力を効果的に発生させつつ、タイヤの偏摩耗を抑制することができる。

以下、添付の図面に示す実施形態に基づいて、本発明のタイヤの姿勢制御装置および方法を詳細に説明する。

図１は、本発明のタイヤの姿勢制御方法を実施するタイヤの姿勢制御装置の一実施形態の構成図である。
図１に示すタイヤの姿勢制御装置１０は、車両に装着されたタイヤの転動中、車両のサスペンション機構が負荷荷重に依存して変化する機構特性やタイヤの接地面に発生する横力や前後力によってタイヤの姿勢（キャンバ角）が変化しようとしても、タイヤの接地面の形状が対称形状を維持するようにタイヤの姿勢を制御する装置である。
タイヤの姿勢制御装置１０は、データ取得部１６、接地長算出部１８及び判定・制御部２０を主に備え、この他にデータ取得部１６、接地長算出部１８及び判定・制御部２０の動作制御及び機能を管理するＣＰＵ２２及び各部で使用する閾値等の条件及び各部で算出したデータを記憶保持するメモリ２４を備える。

データ取得部１６は、タイヤ２６に取り付けた加速度センサ２８から出力される加速度信号を取得する部分である。加速度センサ２８は、半径方向Ｒにおける加速度を検出し、出力するものであり、本発明の、接地状態を検出する手段に対応し、例えば、半導体加速度センサが用いられる。
半導体加速度センサは、具体的には、Ｓｉウエハ外周枠部内にダイアフラムが形成されたＳｉウエハと、このウエハ外周枠部を固定する台座とを有し、ダイアフラムの一方の面の中央部に重錘が設けられ、ダイアフラムには複数のピエゾ抵抗体が形成されている。この半導体加速度センサに加速度が作用した場合、ダイアフラムは変形し、この変形によりピエゾ抵抗体の抵抗値は変化する。この変化を加速度の情報として検出できるようにブリッジ回路が形成されている。
加速度センサ２８は、半導体加速度センサに限定されるものではなく、タイヤ２６の半径方向Ｒの加速度が検出可能な加速度センサであればよい。

このような加速度センサ２８は、図２に示すように、タイヤトレッド２６ａのセンタ位置（タイヤセンタ位置）Ｃから同じ距離はなれたタイヤショルダー側の２つのタイヤ測定位置Ｓにおける加速度の検出のために、タイヤ空洞領域に面するインナライナ部分２６ｂに設けられる。これにより、タイヤの半径方向Ｒの加速度を計測することができる。ここで、タイヤ正規荷重条件におけるタイヤの接地幅およびタイヤ幅方向の接地端を定めたとき、タイヤ測定位置は、上記接地幅の１０〜２５％の距離、好ましくは１０〜１５％の距離、タイヤ幅方向の接地端から離れた位置である。すなわち、タイヤ接地幅をＴwとしたとき、センタ位置Ｃに対してタイヤ幅方向の対称な２つの測定位置Ｓの間隔は、０．５・Ｔw以上である。タイヤ正規荷重条件とは、２００ｋＰａの内圧条件及びＪＡＴＭＡ、ＴＲＡ、あるいはＥＴＲＴＯで規定される最大荷重の８５％の荷重条件をいう。

加速度センサ２８から出力される計測信号は、データ取得部１６に供給される。データ取得部１６は、加速度センサ２８から送られる半径方向Ｒの加速度の計測信号を増幅する図示されないアンプと、アナログデータである加速度信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタルデータに変換する図示されないＡＤ変換回路とを備える。データ取得部１６は、デジタルデータに変換された加速度データを、接地長算出部１８に供給する。

接地長算出部１８は、接地長の算出を行う部分である。接地長算出部１８は、供給された加速度データに対して、フィルタを用いた平滑化処理を施してノイズ成分を取り除き、滑らかに変化する加速度データとし、この加速度データを用いて接地長を算出する。
平滑化処理のためのフィルタとしては、例えば、所定の周波数をカットオフ周波数とするデジタルフィルタが用いられる。カットオフ周波数は、転動速度またはノイズ成分によって変化するが、例えば、車輪速度が６０（ｋｍ/時）の場合、カットオフ周波数は、０．５〜２（ｋＨｚ）とされる。この他に、デジタルフィルタの替わりに、移動平均処理またはトレンドモデル等を用いて平滑化処理を行ってもよい。
図３（ａ）は、平滑化処理前の加速度データ７０の一例を示し、図３（ｂ）は、平滑化処理後の加速度データ７６の一例を示す図である。

ここで、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、車輪が１回転する間（回転角度３６０°）、すなわち、１つの区間７２において、タイヤの接地変形により加速度が大きく変化する領域７４ａ、７４ｂが生じる。これは、タイヤトレッドが回転して接地領域に進入するとき、タイヤの回転による遠心力加速度成分が急激に変化し、また接地領域から出るとき、タイヤの回転による遠心力加速度成分が急激に変化するからである。このため、加速度データ７６において、急激に大きく変化する領域７４ａを接地前端領域と定め、急激に大きく変化する領域７４ｂを接地後端領域と定めることができる。

図４は、図３（ａ），（ｂ）とは異なる加速度データの例を示す図である。
図４に示すように、タイヤトレッドが接地する接地前端領域において、タイヤの変形により踏み込みピークＰ_１が生じ、タイヤが接地領域から出る接地後端領域において、タイヤトレッドが接地した状態から離れるときの変形により蹴り出しピークＰ_２が生じる。
接地長算出部１８は、この加速度が大きく変化する領域において、踏み込みピークＰ_１の値および、その位置（タイミング）、ならびに蹴り出しピークＰ_２の値および、その位置（タイミング）を検出する。踏み込みピークＰ_１の位置とは、タイヤが１回転する間で踏み込みピークＰ_１が生じるタイミングのことである。
また、蹴り出しピークＰ_２の位置とは、タイヤが１回転する間で蹴り出しピークＰ_２が生じるタイミングのことである。

本実施形態においては、車輪が１回転する間（区間７２）で、最初に最も加速度が大きくなるところを踏み込みピークＰ_１とする。そして、この最初に最も加速度が大きくなるところの値を踏み込みピークＰ_１の値Ｖ_１とする。さらに、この踏み込みピークＰ_１が発生するタイミングを第１タイミングＴ_１とする。

また、踏み込みピークＰ_１後、一端加速度の値が小さくなった以降において、再度加速度が最も大きくなるところを、蹴り出しピークＰ_２とし、再度加速度が最も大きくなるところの値を蹴り出しピークＰ_２の値Ｖ₂とする。この蹴り出しピークＰ_２が発生するタイミングを第２タイミングＴ_２とする。
このように、車輪の１回転する間の加速度の値の変化を調べ、踏み込みピークＰ_１および蹴り出しピークＰ_２に該当するピークの値をそれぞれ、踏み込みピーク値Ｖ_１および蹴り出しピーク値Ｖ_２として、その値がメモリ２４に記録される。さらに、踏み込みピークＰ_１の第１タイミングＴ_１と、蹴り出しピークＰ_２の第２タイミングＴ_２もメモリ２４に記録する。

接地長算出部１８は、踏み込みピーク値Ｖ_１および蹴り出しピーク値Ｖ_２それぞれを基準とし、これらの各基準の５０％の値を所定値として定め、これらの所定値を加速度データが上から下に横切るときの時間と下から上に横切るときの時間との差分である時間間隔δを接地長時間として求め、車輪を装着するハブ近傍に設けられた図示されない車輪速センサから求められる車両の走行速度と時間間隔δを乗算することにより、接地長を求める。接地長算出部１８には、タイヤトレッドの２つのタイヤ測定位置Ｓにおける加速度データが供給されるので、タイヤ測定位置Ｓにおける２つの接地長が算出される。接地長算出部１８における接地長の算出はタイヤ１回転ごとに１回行われ、タイヤ測定位置Ｓにおける接地長の情報は、判定・制御部２０に常に供給される。
なお、接地長を求めるための時間間隔δは、上記基準の５０％とを所定値として求めたが、５０％に限定されず、１０％〜１００％の範囲の数値を用いることができる。
また、２つの加速度センサ２８をタイヤ周上の１箇所に設ける他、本発明では、タイヤ測定位置Ｓとタイヤ幅方向の同じ位置に、タイヤ周上の複数箇所に加速度センサ２８を設けてもよい。これにより、タイヤ１回転に当たり複数回接地長を計測することができる。

判定・制御部２０は、タイヤ計測位置Ｓにおける接地長の比率（車両装着外側の接地長に対する車両装着内側の接地長の比率）を算出し、比率が予め設定された第１の閾値以下であり、第２の閾値以上である場合、タイヤの姿勢を制御するための制御信号を生成しない。ここで、第１の閾値は１より大きい値であり、例えば１．１〜１．５の範囲にある値である。第２の閾値は１より小さい値であり、例えば０．５〜０．９の範囲にある値である。一方、接地長の上記比率が、第１の閾値より大きい場合、キャンバ角がポジディブキャンバ（車両を正面から見たとき逆ハの字状にタイヤが傾いている状態）方向に変化するように制御する制御信号が生成される。接地長の比率が、第２の閾値より小さい場合、タイヤのキャンバ角がネガディブキャンバ（車両を正面から見たときハの字状にタイヤが傾いている状態）方向に変化するように制御する制御信号が生成される。すなわち、接地長の比率が、第１の閾値より大きい場合、あるいは、１より小さい第２の閾値より小さい場合、タイヤのキャンバ角を上記接地長の比率が１になるように制御する制御信号を生成する。
サスペンション制御装置１４は、サスペンションの構成部材のアーム長さやローアーム取り付け点の移動等をアクチュエータ等によって調整して車輪のキャンバ角を制御する部分である。

図５（ａ）〜（ｄ）は、図２に示タイヤ測定位置Ｓとセンタ位置Ｃに加速度センサを設けて接地長を求めたときの結果（転動速度５０ｋｍ／時）を示す図である。図５（ａ）は、スリップ角＋１度の状態である。図５（ａ）では、図中両側の接地長のうち、左側の接地長が右側の接地長に比べて長くなっている。図５（ｂ）は、スリップ角＋３度の状態であり、図５（ａ）の接地長と比較して、図中左側の接地長が長くなり、右側の接地長は短くなっていることがわかる。これに対して、図５（ｃ）は、スリップ角＋１度の状態で、キャンバ角を制御して、上記接地長の比率が１になるようにしたときの図である。同様に、図５（ｄ）は、スリップ角＋３度の状態で、キャンバ角を制御して、上記接地長の比率が１になるようにしたときの図である。このように、スリップ角によって生じた接地面の非対称形状を対称形状に制御することができる。

図６は、横軸にスリップ角を、縦軸に横力を採り、キャンバ角を０度、±３度、±６度、±９度に変えた時の横力を示している。上記接地長の比率を１に近づけるように制御することで、接地面の形状は対称性を持つので、横力は増加する。図６は、このことを示している。例えば、点Ｑの位置、すなわちスリップ角度を−１．２度、キャンバ角＋９度のときの接地面の形状は略対称形状を成し、横力は、点Ｐの位置であるスリップ角が−１．５度、キャンバ角０度のときの横力と同じ値になる。これより、同じ横力を発生させる場合でも、キャンバ角を制御し、接地面の形状を線対称にすることで、スリップ角を小さくできる。したがって、横力の発生時、タイヤ幅方向のセンタ位置Ｃを挟んで一方の側に発生しやすいタイヤ摩耗を抑制でき、偏摩耗を低減することができる。

このようなタイヤの姿勢制御装置１０で行われるタイヤの姿勢制御方法について、以下説明する。図７は、タイヤの姿勢制御方法を示すフローチャートである。

まず、接地長算出部１８では、車輪の回転／非回転が判定される（ステップＳ１０）。回転／非回転の判定は、車輪を装着するハブ近傍に設けられた車輪速センサから供給されるパルス信号によって判断される。極低速状態（例えば、時速１０ｋｍ／時以下）を非回転と判定するために、所定の時間内に供給されるパルス信号の数が一定数以下の場合、非回転と判定する。
非回転と判定されると、次に、所定時間（例えば、１０分等）車両が停止しているか否かが判定される（ステップＳ２０）。車両が停止しているか否かは、車両に設けられた速度計の信号によって判断される。所定時間車両が停止していると判定された場合、再度車輪の回転の有無が判定される。所定時間車両が停止していると判定された場合、タイヤの姿勢制御方法は終了する。所定時間車両が停止していない場合、ステップＳ１０に戻る。
一方、ステップＳ１０において、車輪が回転していると判定された場合、接地長の算出が行われる（ステップＳ３０）。車輪回転状態のとき、接地長算出部１８には、データ取得部１６から加速度データが常時供給されている。接地長の算出は、供給されている加速度データを用いて行われる。接地長の算出方法は上述したとおりである。

次に、判定・制御部２０において、内側接地長／外側接地長の比率Ａが算出される（ステップＳ４０）。内側接地長とは、タイヤを車両に装着したとき車両内側に位置するタイヤ測定位置Ｓにおける接地長をいい、外側接地長とは、タイヤを車両に装着したとき車両外側に位置するタイヤ測定位置Ｓにおける接地長をいう。次に、算出された比率Ａが予め設定された第１の閾値βおよび第２の閾値αと比較される（ステップＳ５０）。比較の結果、比率Ａが第２の閾値α以上であり、第１の閾値β以下である条件を持たすとき、タイヤの姿勢を制御されず、制御信号は生成されない（ステップＳ６０）。

一方、ステップＳ５０で上記条件を満たさないとき、比率Ａが第２の閾値αより小さいか否かが判定される（ステップＳ７０）。比率Ａが第２の閾値αより小さい場合、タイヤのキャンバ角をネガティブキャンバ方向に変化するように制御ずる（ステップＳ８０）。比率Ａが第２の閾値αより小さくない場合、すなわち、比率Ａが第１の閾値βより大きい場合
、タイヤのキャンバ角をポジティブキャンバ方向に変化するように制御ずる（ステップＳ９０）。
この後、ステップＳ１０に戻る。このような処理は、タイヤ１回転ごとに少なくとも１回以上行われ、タイヤの姿勢をリアルタイムで制御する。
このように、時々刻々変化するタイヤの姿勢に対して、タイヤの接地面の形状が線対称になるように制御するので、タイヤの接地面の形状は略線対称に維持される。このため、タイヤの横力を効果的に発生させつつ、タイヤの偏摩耗を抑制することができる。

以上、本発明のタイヤの姿勢制御装置および方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

本発明のタイヤの姿勢制御装置の一実施形態の構成図である。 本発明のタイヤの姿勢制御装置で取得する加速度データを得るために用いる加速度センサの取り付け位置を説明する図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明のタイヤの姿勢制御装置で取得される加速度データの一例を示す図である。 本発明の車輪の姿勢制御方法において接地長を算出する方法を説明する図である。 （ａ）〜（ｄ）は、複数の条件下のタイヤの接地長の例を示す図である。 タイヤに発生する横力の、スリップ角とキャンバ角に対する関係を示すグラフである。 本発明のタイヤの姿勢制御方法の一実施形態の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ タイヤの姿勢制御装置
１４ サスペンション制御装置
１６ データ取得部
１８ 接地長算出部
２０ 判定・制御部
２２ ＣＰＵ
２４ メモリ
２６ タイヤ
２６ａ タイヤトレッド
２６ｂ インナライナ部分
２８ 加速度センサ
７２ 区間
７４ａ、７４ｂ 領域
７６ 加速度データ

Claims (5)

1. 車両に装着された転動中のタイヤの姿勢を制御するタイヤの姿勢制御装置であって、
   タイヤセンタ位置から同じ距離はなれたタイヤショルダー側の２つのタイヤ測定位置における接地状態を検出する検出手段と、
   検出した前記接地状態に基づいて、タイヤ１回転に少なくとも１回以上、前記２つのタイヤ測定位置における接地長を算出する算出手段と、
   １より大きい第１の閾値と、１より小さい第２の閾値を定めたとき、算出した前記２つのタイヤ測定位置における接地長の比率が、前記第１の閾値より大きい場合、あるいは、前記第２の閾値より小さい場合、前記比率が１になるようにタイヤのキャンバ角を制御する制御信号を生成する判定・制御手段と、を有することを特徴とするタイヤの姿勢制御装置。
2. 前記検出手段は、タイヤ内面に装着される加速度センサである請求項１に記載のタイヤの姿勢制御装置。
3. 前記判定・制御手段は、前記比率が前記第２の閾値以上前記第１の閾値以下の場合、前記制御信号を生成しない請求項１または２に記載のタイヤの姿勢制御装置。
4. タイヤ正規荷重条件におけるタイヤの接地幅およびタイヤ幅方向の接地端を定めたとき、前記タイヤ測定位置は、前記接地幅の１０〜２５％の距離、前記接地端から離れた位置である請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤの姿勢制御装置。
5. 車両に装着された転動中のタイヤの姿勢を制御するタイヤの姿勢制御方法であって、
   タイヤセンタ位置から同じ距離はなれたタイヤショルダー側の２つのタイヤ測定位置における接地状態を検出するステップと、
   検出した前記接地状態に基づいて、タイヤ１回転に少なくとも１回以上、前記２つのタイヤ測定位置における接地長を算出するステップと、
   １より大きい第１の閾値と、１より小さい第２の閾値を定めたとき、算出した前記２つのタイヤ測定位置における接地長の比率が、前記第１の閾値より大きい場合、あるいは、前記第２の閾値より小さい場合、前記比率が１になるようにタイヤのキャンバ角を制御する制御信号を生成するステップと、を有することを特徴とするタイヤの姿勢制御方法。