JP2012218682A - Wheel load value calculating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用の車輪に装着されるタイヤにかかる荷重の値を算出する車輪荷重値算出装置に関する。 The present invention relates to a wheel load value calculation device for calculating a load value applied to a tire mounted on a vehicle wheel.
車輪にかかる荷重(車輪荷重)の値を算出(推定)する方法は広く知られ、例えば特許文献1には、タイヤの動荷重半径と、タイヤのスリップ率と、タイヤの初期内圧と、車両重量等から車輪荷重の値(タイヤの輪荷重の値)を推定する方法が記載されている。
また、特許文献2には、車輪接地面におけるタイヤの変形(車輪接地面の長さ)に基づいて車輪荷重の値を算出する方法が記載されている。
A method of calculating (estimating) a value of a load applied to a wheel (wheel load) is widely known. For example, Patent Document 1 discloses a tire dynamic load radius, a tire slip ratio, a tire initial internal pressure, and a vehicle weight. A method of estimating the wheel load value (the tire wheel load value) from the above is described.
Patent Document 2 describes a method of calculating a wheel load value based on deformation of a tire on the wheel contact surface (length of the wheel contact surface).
特許文献1に開示される技術は、タイヤの動荷重半径やスリップ率などから車輪荷重の値を算出(推定)する技術であり、実際の車輪荷重の値との誤差が生じやすい。 The technique disclosed in Patent Document 1 is a technique for calculating (estimating) a wheel load value from a dynamic load radius of a tire, a slip ratio, and the like, and an error from an actual wheel load value is likely to occur.
また、特許文献2には、タイヤの変形(接地面の長さ)に基づいて車輪荷重を求める技術が開示されている。
しかしながら、車輪荷重はタイヤの接地面の面積との相関性が高く、タイヤの接地面の面積に基づいて算出される車輪荷重は精度が高いが、接地面の長さに基づいて算出される車輪荷重は、接地面の面積に基づいて算出される車輪荷重に比べて精度が低下する。つまり、特許文献2に開示される技術で算出される車輪荷重は、実際の車輪荷重との誤差が生じやすい。
Patent Document 2 discloses a technique for obtaining a wheel load based on deformation of the tire (the length of the contact surface).
However, the wheel load is highly correlated with the area of the ground contact surface of the tire, and the wheel load calculated based on the area of the tire ground contact surface is highly accurate, but the wheel load calculated based on the length of the ground contact surface is high. The accuracy of the load is lower than the wheel load calculated based on the area of the contact surface. That is, the wheel load calculated by the technique disclosed in Patent Document 2 tends to cause an error from the actual wheel load.
そこで、本発明は、タイヤにかかる荷重の値を、タイヤの接地面積に基づいて精度よく算出可能な車輪荷重値算出装置を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a wheel load value calculation device that can accurately calculate the value of a load applied to a tire based on the contact area of the tire.
前記課題を解決するため、本願に係る発明は、車両に備わる車輪に装着されたタイヤの空気圧を計測する空気圧計測手段と、前記車両が走行するときに前記タイヤにかかる荷重の周方向の変化を検出する第1検出手段と、前記荷重の幅方向の変化を検出する第2検出手段と、前記荷重の値を算出する制御装置と、を備える車輪荷重値算出装置とする。そして、前記制御装置は、前記荷重の周方向の変化から算出する前記タイヤの周方向の接地長さと前記荷重の幅方向の変化から算出する前記タイヤの幅方向の接地幅に基づいて前記タイヤの接地面積を算出し、さらに、前記接地面積の算出値と前記空気圧計測手段が計測する前記タイヤの空気圧の計測値に基づいて、前記空気圧ごとに設定される前記接地面積と前記荷重の値の相関関係を利用して前記荷重の値を算出することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a pneumatic pressure measuring means for measuring a pneumatic pressure of a tire mounted on a wheel provided in a vehicle, and a change in a circumferential direction of a load applied to the tire when the vehicle travels. A wheel load value calculating device includes first detecting means for detecting, second detecting means for detecting a change in the width direction of the load, and a control device for calculating the value of the load. The control device is configured to control the tire based on a ground contact length in the circumferential direction of the tire calculated from a change in the circumferential direction of the load and a contact width in the width direction of the tire calculated from a change in the width direction of the load. The contact area is calculated, and further, the correlation between the contact area and the load value set for each air pressure based on the calculated value of the contact area and the measured value of the tire air pressure measured by the air pressure measuring means. The load value is calculated using the relationship.
この発明によると、第1検出手段で検出するタイヤ荷重の周方向の変化と、第2検出手段で検出するタイヤ荷重の幅方向の変化に基づいて、タイヤの周方向の接地長さと幅方向の接地幅を算出でき、さらに、接地長さと接地幅からタイヤの接地面積を算出できる。そして、タイヤの接地面積の算出値とタイヤの空気圧の計測値に基づいて、タイヤの空気圧ごとに設定される接地面積とタイヤにかかる荷重の値の相関関係を利用してタイヤにかかる荷重の値を算出できる。このように、タイヤの接地面積とタイヤの空気圧に基づいて算出される荷重は精度が高い。したがって、タイヤにかかる荷重の値を精度よく算出できる。 According to this invention, based on the change in the circumferential direction of the tire load detected by the first detection means and the change in the width direction of the tire load detected by the second detection means, the contact length in the circumferential direction of the tire and the width direction of the tire are detected. The contact width can be calculated, and further, the contact area of the tire can be calculated from the contact length and the contact width. Based on the calculated value of the tire contact area and the measured value of the tire pressure, the value of the load applied to the tire using the correlation between the contact area set for each tire pressure and the value of the load applied to the tire. Can be calculated. Thus, the load calculated based on the tire contact area and the tire air pressure is highly accurate. Therefore, the value of the load applied to the tire can be calculated with high accuracy.
また、この発明は、前記第1検出手段および前記第2検出手段は、前記タイヤの内周面に貼り付けられ、前記タイヤが接地面で扁平に変形する境界で前記タイヤの変形にともなって変形し、境界電圧となる電圧を検出値として発生する圧電素子であることを特徴とする。
したがって、この発明は、第1検出手段および第2検出手段としてタイヤの内周面に貼り付けられる圧電素子を備えるだけで、タイヤの接地面積を算出可能な構成とすることができる。
Further, according to the present invention, the first detection means and the second detection means are attached to the inner peripheral surface of the tire, and are deformed along with the deformation of the tire at a boundary where the tire is deformed flat on the contact surface. The piezoelectric element generates a voltage as a boundary voltage as a detection value.
Therefore, the present invention can be configured such that the tire contact area can be calculated only by providing the first detection means and the second detection means with piezoelectric elements attached to the inner peripheral surface of the tire.
また、この発明は、前記第1検出手段と前記第2検出手段の前記検出値は、前記車輪に取り付けられる前記空気圧計測手段の計測値を車両本体に備わる前記制御装置に送信する送信手段によって前記制御装置に送信されることを特徴とする。
したがって、この発明は、タイヤに貼り付けられる第1検出手段と第2検出手段の検出値を車両本体に備わる制御装置に送信するための装置を新たに備えることなく、空気圧計測手段の計測値を制御装置に送信する送信手段を利用して、第1検出手段と第2検出手段の検出値を制御装置に送信できる。
Further, the present invention provides the detection values of the first detection means and the second detection means by the transmission means for transmitting the measurement value of the air pressure measurement means attached to the wheel to the control device provided in the vehicle body. It is transmitted to the control device.
Therefore, the present invention provides the measurement value of the air pressure measurement means without newly providing a device for transmitting the detection values of the first detection means and the second detection means attached to the tire to the control device provided in the vehicle body. The detection values of the first detection means and the second detection means can be transmitted to the control device using the transmission means for transmitting to the control device.
また、この発明は、前記制御装置は、前記接地面積の算出値と前記空気圧の計測値に基づいて前記相関関係を利用して算出した前記荷重の値が前記タイヤの最大負荷能力を超えたときに前記タイヤの過負荷状態を判定する過負荷判定部を備えることを特徴とする。
したがって、この発明は、タイヤの接地面積の算出値とタイヤの空気圧の計測値に基づいて精度よく算出される荷重を利用し、タイヤの過負荷状態を精度よく判定可能な過負荷判定部を備えることができる。
In addition, according to the present invention, when the load value calculated using the correlation based on the calculated value of the ground contact area and the measured value of the air pressure exceeds the maximum load capacity of the tire And an overload determination unit for determining an overload state of the tire.
Therefore, the present invention includes an overload determination unit that can accurately determine a tire overload state by using a load that is accurately calculated based on a calculated value of a tire contact area and a measured value of tire air pressure. be able to.
また、この発明は、前記制御装置は、前記接地面積の算出値と前記空気圧の計測値に基づいて前記相関関係を利用して算出した前記荷重の値と、前記タイヤの最大負荷能力と、に基づいて算出する前記タイヤ負荷率が所定の閾値を超えたときに前記タイヤの過負荷状態を判定する過負荷判定部を備えることを特徴とする。
したがって、この発明は、タイヤの接地面積の算出値とタイヤの空気圧の計測値に基づいて精度よく算出される荷重に基づいてタイヤ負荷率を算出できる。さらに、このタイヤ負荷率を利用して、タイヤの過負荷状態を精度よく判定可能な過負荷判定部を備えることができる。
Further, according to the present invention, the control device includes a value of the load calculated using the correlation based on a calculated value of the contact area and a measured value of the air pressure, and a maximum load capacity of the tire. An overload determination unit that determines an overload state of the tire when the tire load factor calculated based on the tire exceeds a predetermined threshold value is provided.
Therefore, according to the present invention, the tire load factor can be calculated based on a load that is accurately calculated based on the calculated value of the contact area of the tire and the measured value of the tire air pressure. Furthermore, it is possible to provide an overload determination unit that can accurately determine the tire overload state by using the tire load factor.
また、この発明は、前記制御装置は、前記接地面積の算出値と前記空気圧の計測値に基づいて前記相関関係を利用して算出した前記荷重の値から前記車両の車両総重量を算出するとともに、算出した前記車両総重量から予め設定される車両重量を減算した値が前記車両に設定される最大積載重量を超えたときに、前記車両の過積載状態を判定する過積載判定部を備えることを特徴とする。
したがって、この発明は、タイヤの接地面積の算出値とタイヤの空気圧の計測値に基づいて精度よく算出される荷重を利用して、車両の過積載状態を精度よく判定可能な過積載判定部を備えることができる。
Further, according to the present invention, the control device calculates a total vehicle weight of the vehicle from the load value calculated using the correlation based on the calculated value of the ground contact area and the measured value of the air pressure. An overload determination unit that determines an overload state of the vehicle when a value obtained by subtracting a preset vehicle weight from the calculated total vehicle weight exceeds a maximum load weight set in the vehicle. It is characterized by.
Therefore, the present invention provides an overload determination unit that can accurately determine an overload state of a vehicle using a load that is accurately calculated based on a calculated value of a tire contact area and a measured value of tire air pressure. Can be provided.
本発明によると、タイヤにかかる荷重の値を、タイヤの接地面積に基づいて精度よく算出可能な車輪荷重値算出装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the wheel load value calculation apparatus which can calculate the value of the load concerning a tire accurately based on the contact area of a tire can be provided.
以下、本発明を実施するための形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
本実施形態に係る車輪荷重値算出装置は、図1の(a)に示すように、例えば4つの車輪20a〜20dを有する車両1に備わっている。
車両1には、センサユニット21a〜21d、イニシエータ23a〜23d、および制御装置10を含んで構成されるTPMS(Tire Pressure Monitoring System)が備わっていることが好ましい。
センサユニット21a〜21dは、車輪20a〜20dに取り付けられ、各タイヤに装着されるタイヤTia〜Tidの空気圧(タイヤ空気圧)を計測する空気圧計測機能と、空気圧の計測値を信号(空気圧信号)として電波に乗せて送出する送信機能を備える。
また、制御装置10には、各センサユニット21a〜21dが送出する空気圧信号が乗った電波を受信する受信アンテナ10aが備わり、センサユニット21a〜21dが送出する電波を受信可能に構成される。
なお、本実施形態に係るセンサユニット21a〜21dは空気圧計測機能および送信機能を備えることから、特許請求の範囲に記載される空気圧計測手段および送信手段に相当する。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
The wheel load value calculation device according to the present embodiment is provided in a vehicle 1 having, for example, four
The vehicle 1 preferably includes a TPMS (Tire Pressure Monitoring System) configured to include the sensor units 21 a to 21 d, the
The sensor units 21a to 21d are attached to the
In addition, the
Since the sensor units 21a to 21d according to the present embodiment have an air pressure measurement function and a transmission function, they correspond to the air pressure measurement means and the transmission means described in the claims.
そして、受信アンテナ10aが受信した各車輪20a〜20dの空気圧信号は制御装置10に入力され、制御装置10によって各車輪20a〜20dに装着されるタイヤTia〜Tidの空気圧が監視される。
And the air pressure signal of each
車輪20aに取り付けられるセンサユニット21aは、図1の(b)に示すように、タイヤTiaのタイヤ空気圧を計測する空気圧センサ210、制御装置10の受信アンテナ10aと電波を介してデータ通信可能な送受信機211、CPU(Central Processing Unit)212、CPU212が実行するプログラム等が格納されるメモリ213、およびセンサユニット21aの電力供給源となるバッテリ214を含んで構成される。
そして、センサユニット21aは、空気圧センサ210を備えることで空気圧計測機能を備え、送受信機211を備えることで送信機能を備える。
As shown in FIG. 1B, the sensor unit 21a attached to the
The sensor unit 21a includes the
このように構成されるセンサユニット21aは、例えば制御装置10からイニシエータ23aを介して送信される起動信号を受信すると、空気圧センサ210がCPU212からの指令に応じてタイヤTiaのタイヤ空気圧の計測を開始する。そして、CPU212は空気圧センサ210の計測値を空気圧信号として送受信機211を介して電波に乗せて送出する。制御装置10は、受信アンテナ10aが受信する空気圧信号を取り込んでタイヤTiaのタイヤ空気圧を取得し、タイヤ空気圧を監視する。
また、制御装置10からイニシエータ23aを介して停止信号が送信されると、空気圧センサ210がCPU212からの指令に応じてタイヤ空気圧の計測を停止し、制御装置10はタイヤTiaのタイヤ空気圧の監視を終了する。
For example, when the sensor unit 21a configured as described above receives an activation signal transmitted from the
Further, when a stop signal is transmitted from the
他のセンサユニット21b〜21dは、センサユニット21aと同等の構成であり、制御装置10は、センサユニット21b〜21dから送信される空気圧信号によってタイヤTib〜Tidのタイヤ空気圧を監視するように構成される。
The
また、本実施形態に係る車両1の車輪20a〜20dに装着されるタイヤTia〜Tidには、路面Ro(図2の(a)参照)とタイヤの接地面を検出する接地面検出手段として圧電素子24a〜24dが備わっている。
接地面検出手段は圧電素子24a〜24dに限定されるものではなく、タイヤTia〜Tidと路面Roの接地面を検出できる素子(センサ)であればその種類は限定しない。
そして、TPMS(センサユニット21a〜21d、イニシエータ23a〜23d、制御装置10、受信アンテナ10a)と、圧電素子24a〜24dと、を含んで本実施形態に係る車輪荷重値算出装置が構成される。
In addition, the tires Tia to Tid mounted on the
The contact surface detection means is not limited to the
And the wheel load value calculation apparatus which concerns on this embodiment is comprised including TPMS (The sensor units 21a-21d, the
圧電素子24a〜24dは各タイヤTia〜Tidの内周、例えば、トレッドの内側に貼り付けられるように備わり、各タイヤTia〜Tidの変形に応じて各圧電素子24a〜24dがそれぞれ変形するように構成される。
そして、詳細は後記するが、圧電素子24a〜24dはタイヤTia〜Tidの変形に応じた電圧を発生し、センサユニット21a〜21dは各圧電素子24a〜24dから入力された電圧を信号(タイヤ状態信号)に変換し、受信アンテナ10aに送信する。さらに、受信アンテナ10aが受信したタイヤ状態信号が制御装置10に入力されるように構成される。
The
Although details will be described later, the
図1の(b)に示すように、センサユニット21aでは、圧電素子24aが発生する電圧がCPU212に取り込まれる。そして、CPU212は取り込んだ電圧をタイヤ状態信号に変換し、送受信機211を介して電波に乗せて送出するように構成される。
他のセンサユニット21b〜21dも同様の構成とする。
As shown in FIG. 1B, in the sensor unit 21a, the voltage generated by the
The
また、圧電素子24a〜24dは以下のようにタイヤTia〜Tidの接地面を検出する。
図2の(a)に示すように、タイヤTiaの内周面(トレッドの内側)には、曲げ変形によって電圧を発生する圧電素子24aが貼り付けられる。
そして、図2の(a)に示すように、タイヤTiaが路面Roに接地する場合、タイヤTiaのトレッドは、タイヤTiaにかかる荷重(タイヤ荷重)によって扁平に変形して接地面が形成される。
このときの接地面のタイヤ周方向の長さ(タイヤTiaの外周に沿った方向の長さ)を「接地長さ(Lflat)」とする。
なお、図2の(a)、(b)は、車輪20a(図1の(a)参照)に装着されるタイヤTiaを示す。他の車輪20b〜20d(図1の(a)参照)に装着されるタイヤTib〜Tid(図1の(a)参照)も同等の構成とする。
Further, the
As shown in FIG. 2A, a
As shown in FIG. 2A, when the tire Tia contacts the road surface Ro, the tread of the tire Tia is deformed into a flat shape by a load applied to the tire Tia (tire load) to form a contact surface. .
The length in the tire circumferential direction of the contact surface at this time (the length in the direction along the outer periphery of the tire Tia) is referred to as “contact length (Lflat)”.
2A and 2B show a tire Tia mounted on the
図2の(a)、(b)に示すように、タイヤTiaの内周面に貼り付けられた圧電素子24aは、接地面以外の位置ではタイヤTiaの湾曲に沿って変形し、接地面にさしかかると(Inの位置)タイヤTiaの変形にともなって折れ曲がるように屈曲変形する。そして、圧電素子24aは接地面にあるときは変形せず、接地面から抜け出るとき(Outの位置)で再度屈曲変形する。つまり、圧電素子24aは、タイヤTiaが接地面で扁平に変形する境界で屈曲変形する。
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the
このように回転するタイヤTiaの変形にともなって変形する圧電素子24aが発生する電圧は図2の(c)に示すように変化する。なお、図2の(c)は左から右に向かって時間経過する電圧の変化を示している。
図2の(c)において「A」で示される範囲は、圧電素子24aが接地面ではないところ(図2の(b)における「A」の位置)にあり、タイヤTiaの湾曲に沿って湾曲するように変形して電圧Vlowを発生する。
また、「B」で示される範囲は、圧電素子24aが接地面の位置(図2の(b)における「B」の位置)にあって、扁平に変形しているタイヤTiaの内周面に沿って圧電素子24aは変形が解消する。したがって、電圧を発生しない。
The voltage generated by the
The range indicated by “A” in FIG. 2C is where the
Further, the range indicated by “B” is the inner peripheral surface of the tire Tia that is deformed flat when the
また、圧電素子24aは、接地面にさしかかる位置(In:接地面で扁平に変形する境界)において屈曲変形し、電圧Vlowより高い電圧Vpkを発生する。
同様に、圧電素子24aは接地面から抜け出る位置(Out:接地面で扁平に変形した状態から湾曲に戻る境界)において屈曲変形し、電圧Vlowより高い電圧Vpkを発生する。
以下、接地面との境界において圧電素子24aが発生する電圧Vpkを境界電圧と称する。また、圧電素子24aが接地面にさしかかる位置(In)での境界電圧Vpkの電圧値と、接地面から抜け出る位置(Out)での境界電圧Vpkの電圧値が異なる場合もある。
In addition, the
Similarly, the
Hereinafter, the voltage Vpk generated by the
このように圧電素子24aは、タイヤTiaが接地面で扁平に変形する境界において境界電圧Vpkを発生することから、例えば制御装置10(図1の(a)参照)を、圧電素子24aが「In」の位置にあるときの境界電圧Vpkを取得してから、「Out」の位置にあるときの境界電圧Vpkを取得するまでの時間を計測可能に構成すれば、制御装置10は、圧電素子24aが接地面にある時間「接地時間(Tflat)」を取得できる。
Thus, since the
また、タイヤTiaが滑ることなく車両1(図1の(a)参照)が路面Ro上を走行する場合、「In」の位置にある圧電素子24aは、タイヤTia(の中心)が接地長さLflatに相当する距離だけ移動したときに「Out」の位置に到達する。
タイヤTiaの中心の移動距離は車両1の移動距離であり、車速Vcarと、圧電素子24aが接地面にある接地時間Tflatの積「Vcar×Tflat」が、車両1が接地時間Tflatで移動する距離になる。そして、この距離は接地長さLflatに等しい。
このことから、制御装置10は、車両1の車速Vcarと、圧電素子24aが接地面にある接地時間Tflatを取得すると、タイヤTiaの接地長さLflatを算出できる。
Further, when the vehicle 1 (see FIG. 1A) travels on the road surface Ro without slipping the tire Tia, the tire Tia (center) of the
The moving distance of the center of the tire Tia is the moving distance of the vehicle 1, and the product “Vcar × Tflat” of the vehicle speed Vcar and the contact time Tflat when the
From this, the
前記したように圧電素子24aが発生する電圧は、タイヤ状態信号としてセンサユニット21aを介して制御装置10に入力される。したがって、制御装置10はタイヤ状態信号によって、圧電素子24aが接地面との境界にあるときに発生する境界電圧Vpkを取得できる。そして、圧電素子24aが接地面にさしかかる位置(In)から、接地面から抜け出る位置(Out)までの経過時間、つまり圧電素子24aが接地面にある接地時間Tflatを算出できる。
As described above, the voltage generated by the
また、車両1(図1の(a)参照)の車速Vcarは、図示しない車速センサによって計測される構成が好ましく、制御装置10(図1の(a)参照)は、図示しない車速センサから入力される信号によって車両1の車速Vcarを取得可能な構成とすればよい。
このような構成によって、制御装置10は接地長さLflatを算出できる。
The vehicle speed Vcar of the vehicle 1 (see FIG. 1A) is preferably measured by a vehicle speed sensor (not shown), and the control device 10 (see FIG. 1A) is input from a vehicle speed sensor (not shown). The vehicle speed Vcar of the vehicle 1 may be obtained by the signal to be obtained.
With such a configuration, the
タイヤTiaは、接地面でタイヤ荷重がかかって変形し、接地面はタイヤTiaに対して周方向(タイヤTiaの円周に沿った方向)に移動することから、タイヤTiaにかかるタイヤ荷重は周方向に変化する。そして、圧電素子24aが発生する電圧は、圧電素子24aが備わる位置におけるタイヤTiaの変形によって変化する。このことから、圧電素子24aは、車両1(図1の(a)参照)が走行するときにタイヤTiaにかかるタイヤ荷重の変化にともなう周方向の荷重の変化(タイヤTiaの円周に沿ったタイヤ荷重の変化)を検出する機能を有する。したがって、本実施形態に係る圧電素子24aは、特許請求の範囲に記載される第1検出手段となる。
The tire Tia is deformed by applying a tire load on the contact surface, and the contact surface moves in the circumferential direction (direction along the circumference of the tire Tia) with respect to the tire Tia. Change direction. The voltage generated by the
さらに、図3の(a)に示すように、タイヤTiaの幅方向には、複数の圧電素子24aが1列に備わる構成が好ましい。例えば、図3の(a)には、タイヤTiaの幅方向に7個の圧電素子24a1〜24a7が備わる状態を示す。
Further, as shown in FIG. 3A, it is preferable that a plurality of
前記したように、タイヤTiaが回転して車両1(図1の(a)参照)が走行するとき、接地面となる位置に配置される圧電素子24aは図2の(c)に示す点Inで境界電圧Vpkを発生した後に電圧の発生がなくなり、点Outで境界電圧Vpkを再度発生する。
しかしながら、図3の(a)に示すように、タイヤTiaの幅方向において接地面の両横部は変形しない。したがって、タイヤTiaが回転して車両1が走行しても、タイヤTiaにおいて接地面の両横部に配置される圧電素子24aは、常に図2の(c)に示す電圧Vlowを発生する。
As described above, when the vehicle 1 (see FIG. 1A) travels when the tire Tia rotates, the
However, as shown in FIG. 3A, both lateral portions of the ground contact surface are not deformed in the width direction of the tire Tia. Therefore, even when the tire Tia rotates and the vehicle 1 travels, the
図3の(a)に示すように、タイヤTiaの幅方向に7個の圧電素子24a1〜24a7が備わる場合、タイヤTiaの幅方向略中央部に備わる3つの圧電素子24a3〜24a5(黒色)は、接地面となる位置に配置されることから、発生する電圧が下のグラフの実線で示すように変化する。
一方、接地面となる位置の両横部に配置される圧電素子24a1,24a2,24a6,および24a7(白色)は、タイヤTiaの変形にともなう変形が発生せず、図3の(a)の下のグラフの破線で示すように常に電圧Vlowを発生する。
As shown in FIG. 3A, when seven piezoelectric elements 24a1 to 24a7 are provided in the width direction of the tire Tia, the three piezoelectric elements 24a3 to 24a5 (black) provided in the substantially central portion in the width direction of the tire Tia are , The generated voltage changes as indicated by the solid line in the lower graph.
On the other hand, the piezoelectric elements 24a1, 24a2, 24a6, and 24a7 (white) arranged on both sides of the position to be the ground plane do not undergo deformation due to the deformation of the tire Tia, and the lower part of FIG. The voltage Vlow is always generated as indicated by the broken line in FIG.
例えば、タイヤTiaにかかる荷重が増加した場合や、タイヤTiaのタイヤ空気圧が減圧した場合、接地面はタイヤTiaの幅方向に広がり、図3の(b)に示すように、圧電素子24a2〜24a6(黒色)が接地面となる位置に配置される状態になる。つまり、黒色で示される圧電素子24a2〜24a6は、発生する電圧が下のグラフに実線で示すように変化する。
一方、接地面となる位置の両横部に配置される圧電素子24a1,24a7(白色)は、タイヤTiaの変形にともなう変形が発生せず、図3の(b)の下のグラフに破線で示すように、常にVlowの電圧を発生する。
For example, when the load applied to the tire Tia increases or when the tire air pressure of the tire Tia is reduced, the ground contact surface extends in the width direction of the tire Tia, and as shown in FIG. 3B, the piezoelectric elements 24a2 to 24a6. (Black) is in a state of being arranged at a position to be a ground plane. That is, in the piezoelectric elements 24a2 to 24a6 shown in black, the generated voltage changes as shown by the solid line in the lower graph.
On the other hand, the piezoelectric elements 24a1, 24a7 (white) arranged on both sides of the position to be the ground contact surface are not deformed due to the deformation of the tire Tia, and the broken line in the lower graph of FIG. As shown, a voltage of Vlow is always generated.
そこで、制御装置10(図1の(a)参照)は、圧電素子24a1〜24a7の発生電圧をタイヤ状態信号として取得し、図3の(a)、(b)のグラフの実線で示されるように電圧が変化する圧電素子24aに基づいて、接地面のタイヤTiaの幅方向の長さを算出する。この接地面のタイヤTiaの幅方向の長さを「接地幅(Wflat)」と称する。
Therefore, the control device 10 (see (a) of FIG. 1) acquires the generated voltages of the piezoelectric elements 24a1 to 24a7 as tire state signals, and is shown by the solid lines in the graphs of (a) and (b) of FIG. The length in the width direction of the tire Tia on the ground contact surface is calculated based on the
例えば、図3の(a)の下のグラフに実線で示すように、圧電素子24a3〜24a5(黒色)の発生電圧が境界電圧Vpkを発生するように変化する場合、制御装置10(図1の(a)参照)は圧電素子24a3〜24a5が備わる範囲を接地幅Wflatとする。
また、図3の(b)の下のグラフに実線で示すように、圧電素子24a2〜24a6(黒色)の発生電圧が境界電圧Vpkを発生するように変化する場合、制御装置10(図1の(a)参照)は圧電素子24a2〜24a6が備わる範囲を接地幅Wflatとする。
このように、本実施形態に係る圧電素子24a(24a1〜24a7)は、タイヤTiaの幅方向に複数備わることによって車両1(図1の(a)参照)が走行するときのタイヤTiaの幅方向の変形を検出する。前記したように、タイヤTiaは、接地面でタイヤ荷重がかかって変形することから、タイヤTiaの幅方向に備わる複数の圧電素子24a1〜24a7は、タイヤTiaにかかるタイヤ荷重の変化にともなう幅方向の荷重の変化(タイヤTiaの幅方向に沿ったタイヤ荷重の変化)を検出する機能を有する。したがって、本実施形態に係る圧電素子24a(24a1〜24a7)は、特許請求の範囲に記載される第2検出手段となる。
For example, when the generated voltage of the piezoelectric elements 24a3 to 24a5 (black) changes so as to generate the boundary voltage Vpk as shown by a solid line in the graph below (a) of FIG. In (a), a range where the piezoelectric elements 24a3 to 24a5 are provided is defined as a ground width Wflat.
In addition, as shown by the solid line in the lower graph of FIG. 3B, when the generated voltage of the piezoelectric elements 24a2 to 24a6 (black) changes so as to generate the boundary voltage Vpk, the control device 10 (in FIG. 1) In (a), the range in which the piezoelectric elements 24a2 to 24a6 are provided is defined as a ground width Wflat.
As described above, a plurality of
なお、境界電圧Vpkを発生するように発生電圧が変化する圧電素子24aの数と、タイヤTiaの接地幅の長さの関係を示すマップが予め作成されて制御装置10(図1の(a)参照)の図示しない記憶部に記憶される構成とすれば、制御装置10は圧電素子24aの発生電圧の変化に基づいて当該マップを参照し、接地幅を容易に算出できる。
A map showing the relationship between the number of
以上のように制御装置10は、タイヤTiaにおける接地長さLflatと接地幅Wflatを算出できる。そして、接地長さと接地幅を乗算して、タイヤTiaの接地面積Sflatを算出できる。つまり、「Sflat=Lflat×Wflat」とすることができる。
もちろん、タイヤTiaの幅方向に備わる圧電素子24aは7個に限定するものではない。7個以上の圧電素子24aがタイヤTiaの幅方向1列に備わる構成によって、制御装置10(図1の(a)参照)は、接地幅Wflatをより精度よく算出でき、ひいては、タイヤTiaの接地面積Sflatをより精度よく算出できる。
As described above, the
Of course, the number of
さらに、車輪20b〜20d(図1の(a)参照)に装着されるタイヤTib〜Tid(図1の(a)参照)にもタイヤTiaと同様に圧電素子24b〜24d(図1の(a)参照)を備える構成とすれば、制御装置10は各タイヤTib〜Tidの接地面積Sflatを算出可能となる。
この場合、圧電素子24b〜24dも第1検出手段および第2検出手段として機能する。
Further, the tires Tib to Tid (see FIG. 1A) attached to the
In this case, the
そして、本実施形態に係る制御装置10(図1の(a)参照)は、タイヤTia〜Tid(図1の(a)参照)ごとに算出された接地面積Sflatに基づいて、各タイヤTia〜Tidにかかる荷重の値(タイヤ荷重値)を算出する。
例えば、制御装置10は、タイヤの接地面積Sflatとタイヤ空気圧に基づいて、タイヤ荷重値を算出する。
図4に示すマップ(荷重算出マップ)のように、タイヤの接地面積Sflatとタイヤ荷重の間には、タイヤ空気圧(図4にはP1,P2,P3を例示)ごとに線形の相関関係があることが知られ、この相関関係は実験計測等によって容易に求められる。
And control device 10 (refer to (a) of Drawing 1) concerning this embodiment is based on contact area Sflat computed for every tire Tia-Tid (refer to (a) of Drawing 1), each tire Tia- A load value (tire load value) applied to Tid is calculated.
For example, the
As shown in the map (load calculation map) shown in FIG. 4, there is a linear correlation between the tire contact area Sflat and the tire load for each tire pressure (P1, P2 and P3 are illustrated in FIG. 4). It is known that this correlation can be easily obtained by experimental measurement or the like.
そこで、予め実験計測等によって求められた、タイヤの接地面積Sflatとタイヤ荷重とタイヤ空気圧の相関関係を示す荷重算出マップ(図4参照)が、制御装置10(図1の(a)参照)の図示しない記憶部に記憶される構成とすればよい。
このような荷重演算マップは、例えば、タイヤ荷重の変化にともなう接地面積Sflatの変化をタイヤ空気圧ごとに計測し、集められたデータを回帰分析(最小二乗法等)することによって容易に求められる。
Therefore, a load calculation map (refer to FIG. 4) showing a correlation between the tire contact area Sflat, the tire load, and the tire pressure, which is obtained in advance by experimental measurement or the like, is the control device 10 (refer to (a) in FIG. 1). What is necessary is just to set it as the structure memorize | stored in the memory | storage part which is not shown in figure.
Such a load calculation map is easily obtained by, for example, measuring the change in the contact area Sflat accompanying the change in the tire load for each tire pressure and performing regression analysis (eg, the least square method) on the collected data.
そして制御装置10は、各タイヤTia〜Tidの接地面積Sflatを算出した後、空気圧センサ22a〜22d(図1の(a)参照)が計測する各タイヤTia〜Tidのタイヤ空気圧と、算出した接地面積Sflatと、に基づいて荷重算出マップを参照し、各タイヤTia〜Tidのタイヤ荷重値を算出する。
つまり制御装置10は、各タイヤTia〜Tidの接地面積Sflatの算出値とタイヤ空気圧の計測値に基づいて、荷重算出マップ(タイヤの接地面積Sflatとタイヤ荷重とタイヤ空気圧の相関関係)を利用して各タイヤTia〜Tidのタイヤ荷重値を算出する。
Then, after calculating the contact area Sflat of each tire Tia to Tid, the
That is, the
具体的に制御装置10は、空気圧センサ22a〜22d(図1の(a)参照)が計測する各タイヤTia〜Tidのタイヤ空気圧に相当する特性線を荷重算出マップ(図4参照)から選択する。そして、制御装置10は選択した特性線上で、算出した接地面積Sflatに対応するタイヤ荷重の値を各タイヤTia〜Tidのタイヤ荷重値とする。このとき、各タイヤTia〜Tidのタイヤ空気圧が、荷重算出マップに示されるタイヤ空気圧の中間値(例えば、図4におけるP1とP2の間)の場合、制御装置10は、比例配分等で各タイヤTia〜Tidのタイヤ荷重値を算出する。
Specifically, the
タイヤの接地面積Sflatとタイヤ荷重の相関関係を示す荷重算出マップ(図4参照)は実験計測等によって求められるため、実験計測時における測定誤差を小さくすることによって誤差の小さいデータとすることができる。
また、各タイヤTia〜Tid(図1の(a)参照)の接地面積Sflatは、各タイヤTia〜Tidにかかるタイヤ荷重による変形に基づいて算出される値であって誤差は小さい。
したがって、誤差が小さく算出されるタイヤの接地面積Sflatと、誤差の小さい荷重算出マップと、に基づいて算出される各タイヤTia〜Tidのタイヤ荷重値は誤差が小さい。つまり、本実施形態に係る車輪荷重値算出装置は、各タイヤTia〜Tidのタイヤ荷重値を精度よく算出できる。
なお、荷重算出マップは、例えば、各タイヤTia〜Tidのそれぞれに対応して設定される構成であってもよいし、全てのタイヤTia〜Tidが同じものであるときには、1つの荷重算出マップを備える構成であってもよい。
Since the load calculation map (see FIG. 4) showing the correlation between the tire contact area Sflat and the tire load is obtained by experimental measurement or the like, it is possible to obtain data with small error by reducing the measurement error during the experimental measurement. .
Further, the contact area Sflat of each tire Tia to Tid (see FIG. 1A) is a value calculated based on the deformation caused by the tire load applied to each tire Tia to Tid, and the error is small.
Accordingly, the tire load values of the tires Tia to Tid calculated based on the tire contact area Sflat calculated with a small error and the load calculation map with a small error have a small error. That is, the wheel load value calculation device according to the present embodiment can calculate the tire load values of the tires Tia to Tid with high accuracy.
The load calculation map may be configured to correspond to each of the tires Tia to Tid, for example. When all the tires Tia to Tid are the same, one load calculation map is used. The structure provided may be sufficient.
また、例えばタイヤTiaに対応する荷重算出マップがセンサユニット21a(図1の(b)参照)のメモリ213(図1の(b)参照)に記憶され、この荷重算出マップが適宜制御装置10(図1の(a)参照)に送信される構成であってもよい。例えば、車輪20a(図1の(a)参照)が車両本体1a(図1の(a)参照)に取り付けられて最初にセンサユニット21aが起動したときに、センサユニット21aが荷重算出マップを制御装置10に送信する構成とすればよい。そして、制御装置10は送信された荷重算出マップを図示しない記憶部に記憶する構成とすれば、車輪20aの交換にともなってタイヤTiaが替わった場合に、制御装置10は替わったタイヤTiaに対応する荷重算出マップを取得できる。また、他の車輪20b〜20d(図1の(a)参照)についても同等の構成とすればよい。
Further, for example, a load calculation map corresponding to the tire Tia is stored in the memory 213 (see FIG. 1B) of the sensor unit 21a (see FIG. 1B). The structure transmitted to (a) of FIG. 1 may be sufficient. For example, when the
また、制御装置10がタイヤ荷重値を算出するときに実行するプログラムに、タイヤの接地面積Sflatとタイヤ空気圧からタイヤ荷重値を算出する演算式が組み込まれる構成としてもよい。この場合、制御装置10(図1の(a)参照)は、図4に示す荷重算出マップを備える必要はない。
このような演算式は荷重演算マップと同様に、タイヤ荷重の変化にともなう接地面積Sflatの変化をタイヤ空気圧ごとに計測し、集められたデータを回帰分析(最小二乗法等)することによって容易に求められる。
Moreover, it is good also as a structure by which the arithmetic expression which calculates a tire load value from the tire contact area Sflat and a tire air pressure is integrated in the program performed when the
Similar to the load calculation map, such a calculation formula can be easily obtained by measuring the change in the contact area Sflat accompanying the change in the tire load for each tire pressure and performing regression analysis (eg, least square method) on the collected data. Desired.
また、荷重算出マップに示すように、タイヤの接地面積Sflatとタイヤ荷重の間には一次式(直線)で示される相関関係があるため、タイヤの接地面積Sflatとタイヤ空気圧からタイヤ荷重値を算出する演算式も一次式で示される。したがって、演算式を利用してタイヤ荷重値を算出する構成であっても制御装置10の演算負荷は小さい。
そしてこの構成であっても制御装置10は、各タイヤTia〜Tidの接地面積Sflatの算出値とタイヤ空気圧の計測値に基づいて、タイヤの接地面積Sflatとタイヤ荷重とタイヤ空気圧の相関関係を利用して各タイヤTia〜Tidのタイヤ荷重値を算出することになる。
Further, as shown in the load calculation map, since there is a correlation expressed by a linear expression (straight line) between the tire contact area Sflat and the tire load, the tire load value is calculated from the tire contact area Sflat and the tire pressure. The arithmetic expression to be performed is also expressed by a primary expression. Therefore, even if it is the structure which calculates a tire load value using a computing equation, the calculation load of the
Even in this configuration, the
以上のように、本実施形態に係る車輪荷重値算出装置は、タイヤの接地面積Sflatとタイヤ空気圧から、各タイヤTia〜Tidのタイヤ荷重値を精度よく算出できる。
そして、本実施形態に係る制御装置10(図1の(a)参照)は、算出されたタイヤ荷重値を利用してタイヤの過負荷状態や車両1(図1の(a)参照)の過積載状態を精度よく判定することができる。
前記したように、従来技術によって求められるタイヤ荷重値は誤差が大きく、タイヤの過負荷状態の判定や過積載状態の判定に利用すると誤判定の虞が高くなり、タイヤの過負荷状態の判定や過積載状態の判定にタイヤ荷重値を利用することが困難であった。
本実施形態に係る車輪荷重値算出装置はタイヤ荷重値を精度よく算出できるため、タイヤの過負荷状態の判定や過積載状態の判定の精度を向上できる。
As described above, the wheel load value calculation device according to the present embodiment can accurately calculate the tire load values of the tires Tia to Tid from the tire contact area Sflat and the tire air pressure.
Then, the control device 10 (see FIG. 1A) according to the present embodiment uses the calculated tire load value to overload the tire and overload the vehicle 1 (see FIG. 1A). The loading state can be accurately determined.
As described above, the tire load value obtained by the prior art has a large error, and there is a high risk of misjudgment when used for the determination of the tire overload state and the determination of the overload state. It was difficult to use the tire load value to determine the overloading state.
Since the wheel load value calculation apparatus according to the present embodiment can calculate the tire load value with high accuracy, it is possible to improve the accuracy of the determination of the tire overload state and the determination of the overload state.
《過負荷判定部》
タイヤTia〜Tid(図1の(a)参照)にかかる負荷(タイヤ荷重値)が、各タイヤTia〜Tidの最大負荷能力(最大荷重)を超えた状態(過負荷状態)になったとき、制御装置10がタイヤの過負荷状態を判定し、例えば警報を発するように構成できる。
各タイヤTia〜Tidの最大負荷能力は特性値として予め設定されている値であり、制御装置10(図1の(a)参照)は、この最大負荷能力を図示しない記憶部に記憶する構成が好適である。
《Overload judgment unit》
When the load (tire load value) applied to the tires Tia to Tid (see FIG. 1A) exceeds the maximum load capacity (maximum load) of each tire Tia to Tid (overload state), The
The maximum load capacity of each tire Tia to Tid is a value set in advance as a characteristic value, and the control device 10 (see FIG. 1A) stores the maximum load capacity in a storage unit (not shown). Is preferred.
制御装置10(図1の(a)参照)は、タイヤTia(図1の(a)参照)の接地面積Sflatを圧電素子24a1〜24a7の発生電圧に基づいて前記したように算出するとともに、空気圧センサ210(図1の(a)参照)が計測するタイヤ空気圧を取得する。さらに、算出した接地面積Sflatとタイヤ空気圧に基づいて荷重算出マップ(図4参照)を参照し、タイヤTiaのタイヤ荷重値を算出する。
そして、算出したタイヤ荷重値がタイヤTiaの最大負荷能力(最大荷重)を超えている場合、制御装置10は、タイヤTiaが過負荷状態であると判定し、例えば、図示しない警報装置(警告灯、警告音)を作動して過負荷状態を運転者等に報知する構成とする。
The control device 10 (see FIG. 1A) calculates the ground contact area Sflat of the tire Tia (see FIG. 1A) based on the voltage generated by the piezoelectric elements 24a1 to 24a7 as described above, and the air pressure The tire pressure measured by the sensor 210 (see FIG. 1A) is acquired. Further, the tire load value of the tire Tia is calculated with reference to the load calculation map (see FIG. 4) based on the calculated contact area Sflat and the tire air pressure.
When the calculated tire load value exceeds the maximum load capacity (maximum load) of the tire Tia, the
または、最大負荷能力に対するタイヤ荷重の割合(タイヤ負荷率=タイヤ荷重/最大負荷能力)が所定の閾値(例えば、80%)を超えたときに、制御装置10が、タイヤTiaが過負荷状態であると判定する構成としてもよい。
この閾値は、例えば、実験計測等で適宜決定される値とすればよい。
Alternatively, when the ratio of the tire load to the maximum load capacity (tire load ratio = tire load / maximum load capacity) exceeds a predetermined threshold (for example, 80%), the
This threshold value may be a value that is appropriately determined by, for example, experimental measurement.
なお、制御装置10は、タイヤTia(図1の(a)参照)以外のタイヤTib〜Tid(図1の(a)参照)についても同様にタイヤ荷重値を算出し、各タイヤTib〜Tidの最大負荷能力を超えるタイヤ荷重値が算出されたとき、または、各タイヤTib〜Tidのタイヤ負荷率が所定の閾値を超えたときに、各タイヤTib〜Tidが過負荷状態であると判定する構成が好ましい。
The
このように構成することによって、タイヤTia〜Tidの過負荷状態を判定する過負荷判定部(図示せず)が制御装置10(図1の(a)参照)に備わる車輪荷重値算出装置とすることができる。 With this configuration, an overload determination unit (not shown) that determines the overload state of the tires Tia to Tid is a wheel load value calculation device provided in the control device 10 (see FIG. 1A). be able to.
《過積載判定部》
タイヤTia〜Tid(図1の(a)参照)にかかる荷重の合計は、車両1(図1の(a)参照)の車両総重量(車両重量と搭乗者全員の体重と積載物の重量の合計)に等しくなる。したがって、制御装置10(図1の(a)参照)は、タイヤTia〜Tidのタイヤ荷重値と車両重量から、積載重量(搭乗者の体重と積載物の重量の合計)を算出できる。つまり、算出したタイヤTia〜Tidのタイヤ荷重値を合計して車両1の車両総重量を算出し、さらに、算出した車両総重量から予め決定されている車両重量を減算することで積載重量を算出できる。
《Overload determination unit》
The total load applied to the tires Tia to Tid (see FIG. 1A) is the total vehicle weight of the vehicle 1 (see FIG. 1A) (the vehicle weight, the weight of all passengers, and the weight of the load). Total). Therefore, the control device 10 (see FIG. 1A) can calculate the load weight (the sum of the weight of the passenger and the weight of the load) from the tire load values of the tires Tia to Tid and the vehicle weight. In other words, the tire load values of the calculated tires Tia to Tid are summed to calculate the vehicle total weight of the vehicle 1, and further the subtracted vehicle weight is subtracted from the calculated vehicle total weight to calculate the loaded weight. it can.
そして、積載重量が、車両1(図1の(a)参照)ごとに設定されている最大積載重量を超えている場合、制御装置10(図1の(a)参照)は車両1が過積載状態と判定し、例えば、図示しない警報装置(警告灯、警告音)を作動して、車両1が過積載状態であること運転者等に報知する構成とする。
このように構成することによって、車両1の過積載状態を判定する過積載判定部(図示せず)が制御装置10に備わる車輪荷重値算出装置とすることができる。
なお、車両重量と最大積載重量は、車両1の特性値として、制御装置10の図示しない記憶部に記憶されている構成が好ましい。
When the load weight exceeds the maximum load weight set for each vehicle 1 (see FIG. 1A), the control device 10 (see FIG. 1A) causes the vehicle 1 to be overloaded. For example, it is determined that the vehicle is in an overloaded state by operating an alarm device (warning light, warning sound) (not shown) to determine that the vehicle is overloaded.
With this configuration, an overload determination unit (not shown) that determines the overload state of the vehicle 1 can be used as a wheel load value calculation device provided in the
The vehicle weight and the maximum load weight are preferably stored as a characteristic value of the vehicle 1 in a storage unit (not shown) of the
図5を参照して、過負荷判定部と過積載判定部を備える制御装置10がタイヤ荷重値を算出して、過負荷状態および過積載状態を判定する手順(荷重算出手順)を説明する(適宜図1〜4参照)。
なお、この荷重算出手順は、制御装置10が車輪荷重値算出装置を制御するプログラムを実行する手順であり、このプログラムは、例えば、制御装置10がTPMSを制御するプログラムにサブルーチンとして組み込まれる構成とすればよい。
そして、例えば、制御装置10は所定のインターバルで定期的に荷重算出手順を実行する構成とすればよい。
With reference to FIG. 5, a description will be given of a procedure (load calculation procedure) in which the
In addition, this load calculation procedure is a procedure for the
For example, the
制御装置10は荷重算出手順を開始すると、各タイヤTia〜Tidのタイヤ空気圧をセンサユニット21a〜21dから取得する(ステップS1)。
例えば制御装置10がイニシエータ23a〜23dを介してセンサユニット21a〜21dに空気圧要求信号を送信し、センサユニット21a〜21dは、空気圧要求信号に応じて空気圧信号を送信する構成とすれば、制御装置10は荷重算出手順を開始したときに、各タイヤTia〜Tidのタイヤ空気圧を取得できる。
When starting the load calculation procedure, the
For example, if the
そして、制御装置10は、全てのタイヤTia〜Tidの接地面積Sflatを算出する(ステップS2)。
And the
図6を参照して、制御装置10が全てのタイヤTia〜Tidの接地面積Sflatを算出する手順を説明する。なお図6では、タイヤTiaの接地面積Sflatの算出について説明するが、制御装置10は、他のタイヤTib〜Tidの接地面積Sflatも同様に算出する。そして、全てのタイヤTia〜Tidの接地面積Sflatを算出した時点で、制御装置10は接地面積Sflatを算出する手順を終了する。
With reference to FIG. 6, the procedure in which the
制御装置10は、センサユニット21aから、圧電素子24a(24a1〜24a7)が接地面にさしかかったとき(図2の(c)における「In」の位置)の境界電圧Vpkを取得するまで待機し(ステップS200→No)、境界電圧Vpkを取得したら(ステップS200→Yes)、制御装置10は、タイヤTiaの接地幅Wflatを算出する(ステップS201)。
The
例えば、制御装置10がタイヤ状態信号を要求する接地情報要求信号をセンサユニット21aに送信し、接地情報要求信号を受信したセンサユニット21aは、圧電素子24a1〜24a7の少なくとも1つが境界電圧Vpkを発生したときに、圧電素子24a1〜24a7が発生している電圧の全てをタイヤ状態信号として送信する構成とすればよい。
なお、センサユニット21aは、圧電素子24a1〜24a7が図2の(c)に示す電圧Vlowを発生した後で境界電圧Vpkを発生したときに、この境界電圧Vpkを送信することで、圧電素子24a1〜24a7が接地面にさしかかったときの境界電圧Vpkを送信できる。
For example, the
When the sensor unit 21a generates the boundary voltage Vpk after the piezoelectric elements 24a1 to 24a7 generate the voltage Vlow shown in FIG. 2C, the sensor unit 21a transmits the boundary voltage Vpk, thereby transmitting the piezoelectric element 24a1. The boundary voltage Vpk when ˜24a7 approaches the ground plane can be transmitted.
さらに、センサユニット21aのCPU212には、圧電素子24a1〜24a7が発生する電圧が個別に入力され、CPU212は、圧電素子24a1〜24a7が発生する電圧を個別にタイヤ状態信号に変換して送受信機211を介して送出する構成とすれば、制御装置10は、圧電素子24a1〜24a7が発生する電圧を個別に取得でき、境界電圧Vpkを発生した圧電素子24aを特定できる。
そして、制御装置10は、圧電素子24a1〜24a7のうち、境界電圧Vpkを発生した圧電素子24aを特定し、境界電圧Vpkを発生した圧電素子24aが備わる範囲をタイヤTiaの接地幅Wflatとする。
Furthermore, the voltages generated by the piezoelectric elements 24a1 to 24a7 are individually input to the
Then, the
このようにして接地幅Wflatを算出した後(ステップS201)、制御装置10は、圧電素子24a(24a1〜24a7)が接地面から抜け出るとき(図2の(c)における「Out」の位置)の境界電圧Vpkを取得するまで(ステップS203→No)、時間を計測する(ステップS202)。
センサユニット21aは、圧電素子24aが接地面にさしかかったときの境界電圧Vpkを送信した後で、圧電素子24a1〜24a7の少なくとも1つが境界電圧Vpkを発生したときに、圧電素子24aが接地面から抜け出るときの境界電圧Vpkとして送信する。
After calculating the ground contact width Wflat in this way (step S201), the
The sensor unit 21a transmits the boundary voltage Vpk when the
そして、制御装置10は、圧電素子24a(24a1〜24a7)が接地面から抜け出るときの境界電圧Vpkを取得したら(ステップS203→Yes)、この境界電圧Vpkを取得するまでの時間を圧電素子24aが接地面にある接地時間Tflatとする。
さらに、制御装置10は車両1の車速Vcarを取得し(ステップS204)、接地時間Tflatと取得した車速Vcarから、タイヤTiaの接地長さLflatを算出する(ステップS205)。具体的に制御装置10は、「Vcar×Tflat」を接地長さLflatとする。
When the
Further, the
そして制御装置10は、算出した接地幅Wflatと接地長さLflatを乗算して、タイヤTiaの接地面積Sflatを算出する(ステップS206)。
なお、制御装置10はタイヤTia以外のタイヤTib〜Tidについても同様に接地面積Sflatを算出する。
そして、全てのタイヤTia〜Tidについて接地面積Sflatを算出したら、図5のステップS2が終了したとして、図5のステップS3に手順を進める。
Then, the
The
Then, when the contact area Sflat is calculated for all the tires Tia to Tid, step S2 in FIG. 5 is completed, and the procedure proceeds to step S3 in FIG.
ステップS3で制御装置10は、全てのタイヤTia〜Tidのタイヤ荷重値を算出する。
制御装置10は、タイヤTiaのタイヤ空気圧とタイヤTiaの接地面積Sflatに基づいて図4に示す荷重算出マップを参照し、タイヤTiaのタイヤ荷重値を算出する。さらに、他のタイヤTib〜Tidについても同様にタイヤ荷重値を算出する(ステップS3)。
そして制御装置10は、各タイヤTia〜Tidについてそれぞれタイヤ負荷率を算出するとともに、タイヤ負荷率が所定の閾値を超えているか否かを全タイヤTia〜Tidについて判定する(ステップS4)。
In step S3, the
The
Then, the
タイヤTia〜Tidのうちの少なくとも1つのタイヤ負荷率が閾値を超えている場合(ステップS4→Yes)、制御装置10は過負荷状態と判定する(ステップS5)。
この場合、制御装置10が、図示しない警報装置(警告灯、警告音)を作動するように構成してもよい。
When at least one tire load factor among the tires Tia to Tid exceeds the threshold value (step S4 → Yes), the
In this case, the
ステップS4で、全てのタイヤTia〜Tidのタイヤ負荷率が所定の閾値以下のとき(ステップS4→No)、制御装置10は車両1の車両総重量を算出し(ステップS6)、さらに積載重量を算出する(ステップS7)。
具体的に制御装置10は、全てのタイヤTia〜Tidのタイヤ荷重値を合計して車両総重量を算出する。
また制御装置10は、車両総重量から予め決定されている車両重量を減算して積載重量を算出する。
In step S4, when the tire load factors of all tires Tia to Tid are equal to or less than a predetermined threshold (step S4 → No), the
Specifically, the
In addition, the
そして制御装置10は、算出した積載重量と、予め決定されている最大積載重量を比較し(ステップS8)、積載重量が最大積載重量より大きいときは(ステップS8→Yes)、車両1が過積載状態と判定する(ステップS9)。
この場合、制御装置10が、図示しない警報装置(警告灯、警告音)を作動するように構成してもよい。
一方、積載重量が最大積載重量以下のとき(ステップS8→No)、制御装置10は、過積載状態と判定することなく荷重算出手順を終了する。
Then, the
In this case, the
On the other hand, when the loaded weight is equal to or smaller than the maximum loaded weight (step S8 → No), the
なお、図5に示す荷重算出手順は、各タイヤTia〜Tidのうちの1つのタイヤ負荷率が所定の閾値より大きいとき(ステップS4→Yes)に制御装置10が過負荷状態と判定する構成であるが、各タイヤTia〜Tidのうちの1つのタイヤ荷重値が、各タイヤTia〜Tidの最大負荷能力(最大荷重)より大きいときに、制御装置10が過負荷状態と判定する構成であってもよい。
この場合、制御装置10はステップS4で、各タイヤTia〜Tidのタイヤ荷重値とそれぞれのタイヤTia〜Tidの最大負荷能力を比較し、タイヤTia〜Tidのうちの少なくとも1つのタイヤ荷重値が最大負荷能力を超えたときに、制御装置10が過負荷状態と判定する構成になる。
The load calculation procedure shown in FIG. 5 is a configuration in which the
In this case, in step S4, the
以上のように、本実施形態に係る車輪荷重値算出装置は、制御装置10(図1の(a)参照)が荷重算出手順を実行することによって、全てのタイヤTia〜Tid(図1の(a)参照)のタイヤ荷重値をタイヤごとに算出できる。
このように算出されるタイヤ荷重値は、タイヤTia〜Tidの接地面積Sflatに基づいて算出される値であり、誤差が少なく高い精度で算出される。
さらに、制御装置10は、誤差の少ないタイヤ荷重値を利用し、各タイヤTia〜Tidの過負荷状態や車両1(図1の(a)参照)の過積載状態を高い精度で判定することができる。
そして、過負荷状態のタイヤTia〜Tidや、過積載状態の車両1を起因とするタイヤ耐久性の低下、操作安定性の低下、制動力の低下等が防止される。
As described above, in the wheel load value calculation device according to the present embodiment, the control device 10 (see FIG. 1A) executes the load calculation procedure, whereby all tires Tia to Tid (( The tire load value of a) can be calculated for each tire.
The tire load value calculated in this way is a value calculated based on the contact area Sflat of the tires Tia to Tid, and is calculated with high accuracy with little error.
Furthermore, the
And the tire durability fall, the fall of operation stability, the fall of braking force, etc. resulting from the tires Tia-Tid in an overload state and the vehicle 1 in an overload state are prevented.
また、各タイヤTia〜Tid(図1の(a)参照)には、タイヤ荷重値を直接計測可能なセンサではなく、タイヤ荷重の変化を検出可能な検出手段(第1検出手段、第2検出手段)が備わる構成であればよく、本実施形態に係る車輪荷重値算出装置のように、圧電素子24a〜24d(図1の(a)参照)など安価な素子を利用できる。したがって、車両1(図1の(a)参照)の生産コストを高めることなく、タイヤ荷重値を精度よく算出できる。
Each tire Tia to Tid (see FIG. 1A) is not a sensor capable of directly measuring a tire load value, but a detection means (first detection means, second detection) capable of detecting a change in tire load. In other words, inexpensive elements such as the
さらに、各タイヤTia〜Tidに備わる圧電素子24a〜24d(図1の(a)参照)が発生する電圧を、TPMSを構成するセンサユニット21a〜21d(図1の(a)参照)でタイヤ状態信号に変換して車両本体1aの制御装置10(図1の(a)参照)に送信することができる。したがって、圧電素子24a〜24dが発生する電圧を制御装置10に送信するための装置を新たに備える必要がなく、車輪20a〜20d(図1の(a)参照)の生産コストを低く抑えることができ、車両1の生産コストを低く抑えることができる。
Further, the voltage generated by the
なお、制御装置10(図1の(a)参照)がタイヤTia〜Tid(図1の(a)参照)の接地面積Sflatを算出する構成は、例えば以下のような構成であってもよい。
以下は、車輪20a(図1の(a)参照)のタイヤTiaで説明するが、他の車輪20b〜20d(図1の(a)参照)のタイヤTib〜Tid(図1の(a)参照)も同等の構成とすればよい。
The configuration in which the control device 10 (see FIG. 1A) calculates the contact area Sflat of the tires Tia to Tid (see FIG. 1A) may be, for example, as follows.
The following description will be made with the tire Tia of the
図7の(a)に示すように、タイヤTiaは接地面とその両横部の境界で屈曲する。そこで、例えば、図7の(a)、(b)に示すように、接地面検出手段としてタイヤTiaの幅方向に複数の圧電素子24a(図7の(a)、(b)には、6個の圧電素子24a1〜24a6を例示)を備え、制御装置10(図1の(a)参照)は、複数の圧電素子24a1〜24a6のうち、接地面と両横部の間で屈曲変形して下のグラフに示す境界電圧Vpkを発生している圧電素子24a1〜24a6に基づいて接地幅Wflatを算出する。
As shown in FIG. 7A, the tire Tia bends at the boundary between the ground contact surface and both lateral portions thereof. Therefore, for example, as shown in FIGS. 7A and 7B, a plurality of
例えば、図7の(a)では、黒色の圧電素子24a2、24a5が屈曲変形し、白色の圧電素子24a3、24a4は接地面の位置にあって変形が解消している。さらに、白色の圧電素子24a1、24a6は接地面の両横部の形状に沿って湾曲している。したがって、このとき各圧電素子24a1〜24a6が発生している電圧は、下のグラフに黒丸で示すようになる。なお、圧電素子24a1、24a6(白色)は湾曲するように変形し、境界電圧Vpkより低い電圧Vlowを発生している。また、圧電素子24a3、24a4(白色)は変形していない状態であり電圧を発生しない。
この状態のとき、制御装置10(図1の(a)参照)は、圧電素子24a2〜24a5(黒色)が備わる範囲を接地幅Wflatとする。
For example, in FIG. 7A, the black piezoelectric elements 24a2 and 24a5 are bent and deformed, and the white piezoelectric elements 24a3 and 24a4 are located at the position of the ground plane and the deformation is eliminated. Further, the white piezoelectric elements 24a1 and 24a6 are curved along the shape of both lateral portions of the ground plane. Accordingly, the voltages generated by the piezoelectric elements 24a1 to 24a6 at this time are indicated by black circles in the lower graph. The piezoelectric elements 24a1 and 24a6 (white) are deformed so as to be curved, and generate a voltage Vlow lower than the boundary voltage Vpk. The piezoelectric elements 24a3 and 24a4 (white) are not deformed and do not generate voltage.
In this state, the control device 10 (see FIG. 1A) sets the range including the piezoelectric elements 24a2 to 24a5 (black) as the ground width Wflat.
一方、図7の(b)では、黒色の圧電素子24a1、24a6が屈曲変形し、白色の圧電素子24a2〜24a5は接地面の位置にあって変形が解消している。したがって、このとき各圧電素子24a1〜24a6が発生している電圧は、下のグラフで黒丸に示すようになる。
この状態のとき、制御装置10(図1の(a)参照)は、圧電素子24a1〜24a6(黒色)が備わる範囲を接地幅Wflatとする。
On the other hand, in FIG. 7B, the black piezoelectric elements 24a1 and 24a6 are bent and deformed, and the white piezoelectric elements 24a2 to 24a5 are located on the ground plane and the deformation is eliminated. Accordingly, the voltages generated by the piezoelectric elements 24a1 to 24a6 at this time are indicated by black circles in the lower graph.
In this state, the control device 10 (see FIG. 1A) sets a range in which the piezoelectric elements 24a1 to 24a6 (black) are provided as the ground width Wflat.
また、全ての圧電素子24a1〜24a6が接地面の位置に無いとき、接地面と両横部の間で屈曲変形する圧電素子24a1〜24a6がなく、境界電圧Vpkを発生する圧電素子24a1〜24a6がない。したがって、制御装置10(図1の(a)参照)は、境界電圧Vpkを発生する圧電素子24a1〜24a6が存在する時間を計測することによって、圧電素子24aが接地面にある接地時間Tflatを取得できる。または、電圧を発生しない圧電素子24a1〜24a6が存在する時間を計測することによって、圧電素子24aが接地面にある接地時間Tflatを制御装置10が取得する構成であってもよい。そして、前記したように車両1(図1の(a)参照)の車速Vcarを取得することによって、制御装置10は、タイヤTiaの接地面積Sflatを算出できる。
Further, when all the piezoelectric elements 24a1 to 24a6 are not located on the ground plane, there is no piezoelectric element 24a1 to 24a6 that bends and deforms between the ground plane and both lateral portions, and the piezoelectric elements 24a1 to 24a6 that generate the boundary voltage Vpk. Absent. Therefore, the control device 10 (see FIG. 1A) acquires the grounding time Tflat when the
このような構成であっても制御装置10(図1の(a)参照)は、各タイヤTia〜Tid(図1の(a)参照)の接地面積Sflatを算出できる。 Even with such a configuration, the control device 10 (see FIG. 1A) can calculate the contact area Sflat of each tire Tia to Tid (see FIG. 1A).
その他、接地面検出手段は、タイヤTia〜Tid(図1の(a)参照)の接地長さLflatおよび接地幅Wflatを検出可能であれば、その構成を限定するものではない。 In addition, the configuration of the contact surface detection means is not limited as long as the contact length Lflat and the contact width Wflat of the tires Tia to Tid (see FIG. 1A) can be detected.
1 車両
1a 車両本体
10 制御装置(車輪荷重値算出装置)
20a〜20d 車輪
21a〜21d センサユニット(空気圧計測手段、送信手段、車輪荷重値算出装置)
24a〜24d 圧電素子(第1検出手段、第2検出手段、車輪荷重値算出装置)
Tia〜Tid タイヤ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle 1a Vehicle
20a-20d wheel 21a-21d sensor unit (pneumatic measurement means, transmission means, wheel load value calculation device)
24a to 24d Piezoelectric elements (first detection means, second detection means, wheel load value calculation device)
Tia to Tid tires
Claims (6)
前記車両が走行するときに前記タイヤにかかる荷重の周方向の変化を検出する第1検出手段と、
前記荷重の幅方向の変化を検出する第2検出手段と、
前記荷重の値を算出する制御装置と、を備える車輪荷重値算出装置であって、
前記制御装置は、
前記荷重の周方向の変化から算出する前記タイヤの周方向の接地長さと前記荷重の幅方向の変化から算出する前記タイヤの幅方向の接地幅に基づいて前記タイヤの接地面積を算出し、さらに、前記接地面積の算出値と前記空気圧計測手段が計測する前記タイヤの空気圧の計測値に基づいて、前記空気圧ごとに設定される前記接地面積と前記荷重の値の相関関係を利用して前記荷重の値を算出することを特徴とする車輪荷重値算出装置。 An air pressure measuring means for measuring an air pressure of a tire mounted on a wheel of the vehicle;
First detecting means for detecting a change in a circumferential direction of a load applied to the tire when the vehicle travels;
Second detection means for detecting a change in the width direction of the load;
A wheel load value calculating device comprising a control device for calculating the value of the load,
The controller is
Calculating a contact area of the tire based on a contact length in the circumferential direction of the tire calculated from a change in the circumferential direction of the load and a contact width in the width direction of the tire calculated from a change in the width direction of the load; Based on the calculated value of the ground contact area and the measured value of the tire air pressure measured by the air pressure measuring means, the load is calculated using the correlation between the ground contact area and the load value set for each air pressure. The wheel load value calculation device characterized by calculating the value of.
前記タイヤの内周面に貼り付けられ、前記タイヤが接地面で扁平に変形する境界で前記タイヤの変形にともなって変形し、境界電圧となる電圧を検出値として発生する圧電素子であることを特徴とする請求項1に記載の車輪荷重値算出装置。 The first detection means and the second detection means are:
A piezoelectric element that is attached to the inner peripheral surface of the tire and is deformed along with the deformation of the tire at a boundary where the tire deforms flatly on the ground contact surface, and generates a voltage that becomes a boundary voltage as a detection value. The wheel load value calculation device according to claim 1, wherein
前記車輪に取り付けられる前記空気圧計測手段の計測値を車両本体に備わる前記制御装置に送信する送信手段によって前記制御装置に送信されることを特徴とする請求項2に記載の車輪荷重値算出装置。 The detection values of the first detection means and the second detection means are:
The wheel load value calculation device according to claim 2, wherein the wheel load value calculation device is transmitted to the control device by a transmission device that transmits a measurement value of the air pressure measurement device attached to the wheel to the control device provided in a vehicle body.
前記接地面積の算出値と前記空気圧の計測値に基づいて前記相関関係を利用して算出した前記荷重の値が前記タイヤの最大負荷能力を超えたときに前記タイヤの過負荷状態を判定する過負荷判定部を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の車輪荷重値算出装置。 The controller is
When the load value calculated using the correlation based on the calculated value of the ground contact area and the measured value of the air pressure exceeds the maximum load capacity of the tire, an overload condition is determined. The wheel load value calculation device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a load determination unit.
前記接地面積の算出値と前記空気圧の計測値に基づいて前記相関関係を利用して算出した前記荷重の値と、前記タイヤの最大負荷能力と、に基づいて算出する前記タイヤ負荷率が所定の閾値を超えたときに前記タイヤの過負荷状態を判定する過負荷判定部を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の車輪荷重値算出装置。 The controller is
The tire load factor calculated based on the load value calculated using the correlation based on the calculated value of the ground contact area and the measured value of the air pressure and the maximum load capacity of the tire is a predetermined value. The wheel load value calculation device according to any one of claims 1 to 3, further comprising an overload determination unit that determines an overload state of the tire when a threshold value is exceeded.
前記接地面積の算出値と前記空気圧の計測値に基づいて前記相関関係を利用して算出した前記荷重の値から前記車両の車両総重量を算出するとともに、算出した前記車両総重量から予め設定される車両重量を減算した値が前記車両に設定される最大積載重量を超えたときに、前記車両の過積載状態を判定する過積載判定部を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の車輪荷重値算出装置。 The controller is
The vehicle total weight of the vehicle is calculated from the load value calculated using the correlation based on the calculated value of the ground contact area and the measured value of the air pressure, and is preset from the calculated total vehicle weight. 6. An overload determination unit that determines an overload state of the vehicle when a value obtained by subtracting the vehicle weight exceeds a maximum load weight set for the vehicle. The wheel load value calculation device according to any one of the above.
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