JP2012232645A - タイヤに作用する力の推定方法、及びそれに用いる空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】前後力、横力、上下力の推定精度を向上させうるタイヤに作用する力の推定方法、及びそれに用いる空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】一方側のサイドウォール部３Ａに、同一円周線上で等間隔を隔てて取り付き、かつゲイン最大線が３０〜６０°の角度θ１で傾斜する６個以上の第１の歪センサ１０Ａと、他方側のサイドウォール部３Ｂに、第１の歪センサ１０Ａとタイヤ赤道面を挟んで向かい合う対称位置に取り付き、かつゲイン最大線が前記第１の歪センサ１０Ａの角度θ１と同角度θ２で、しかも第１の歪センサ１０Ａのゲイン最大線と同一方向に傾斜するｎ個の第２の歪センサ１０Ｂとを用いる。以上の歪センサを用いて、３分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを推定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、サイドウォール部におけるタイヤ歪を歪センサにより測定することにより、タイヤに作用する前後力、横力および上下力の何れかを推定する推定方法に関する。

近年、例えば図８に示すように、タイヤの一方側のサイドウォール部にｎ個の歪センサａを周方向の異なる位置に取り付け、所定のタイヤ回転角度位置Ｑにてタイヤ歪を同時に測定するとともに、これによって得たｎ個の同時のセンサ出力ＶＡ〜Ｖｎによって、タイヤに作用する前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下力Ｆｚ（以下、これらを総称して３分力という場合がある。）をそれぞれ推定する技術が提案されている（例えば特許文献１参照。）。同図にはｎ＝４の場合が示されている。

各歪センサａが計測するタイヤ歪εは、前後力Ｆｘによる歪みεｘと、横力Ｆｙによる歪みεｙと、上下力Ｆｚによる歪みεｚとの和としてしか現れない。しかし、異なる周方向位置においては、前後力Ｆｘとその歪みεｘとの関係、横力Ｆｙとその歪みεｙとの関係、及び上下力Ｆｚとその歪みεｚとの関係が、周方向の位置毎に、それぞれ異なって現れるという特性を有する。従ってこの特性を利用し、異なる周方向位置で同時に測定したｎ個のセンサ出力ＶＡ〜Ｖｎを説明変数、前記三分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚをそれぞれ目的変数として重回帰分析を行うことで、回帰式である下記の推定式を得ることができる。
Ｆｘ＝ｆｘ（ＶＡ、ＶＢ、・・・、Ｖｎ）
Ｆｆ＝ｆｙ（ＶＡ、ＶＢ、・・・、Ｖｎ）
Ｆｚ＝ｆｚ（ＶＡ、ＶＢ、・・・、Ｖｎ）

しかしながら、従来の方法では、前記三分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの推定精度を充分に高めることが難しいという問題がある。その理由として、前後力Ｆｘによる歪センサの出力形態と、横力Ｆｙによる歪センサの出力形態とが似ているため、三分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを分離させることが難しくなり、前述の推定式の精度が低下するためと推測される。

例えば、従来の歪センサの配置の場合、タイヤに前後力Ｆｘが作用した時、図９（Ａ）に概念的に示すように、各歪センサａ１〜ａ４では、それぞれ引張歪を検出する。又タイヤに横力Ｆｙが作用した時、図９（Ｂ）に概念的に示すように、各歪センサａ１〜ａ４では、それぞれ引張歪を検出する。又タイヤに上下力Ｆｚが作用した時、図９（Ｃ）に概念的に示すように、歪センサａ２、ａ３では引張歪を検出し、かつ歪センサａ１、ａ４では圧縮歪を検出する。即ち、前後力Ｆｘおよび横力Ｆｙでは、それぞれ各歪センサａ１〜ａ４が引張歪を検出するという似た出力形態を示している。その結果、荷重付加試験データを重回帰分析して推定式（回帰式）を求める際に、歪みが前後力由来のものか横力由来のものか不明瞭となって誤差が大きくなり、前記推定式の精度を低下させると考えられる。

特開２００５−１２６００８号公報

そこで本発明は、説明変数の数を１つとして推定式を簡潔化しながら前後力、横力、上下力の推定精度を向上させうるタイヤに作用する力の推定方法、及びそれに用いる空気入りタイヤを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本願請求項１の発明は、タイヤのサイドウォール部におけるタイヤ歪を測定する歪センサのセンサ出力を用いて、タイヤに作用する前後力、横力および上下力の何れかを推定する推定方法であって、
タイヤの一方側のサイドウォール部に、タイヤ軸心を中心とした同一円周線上で等間隔を隔てて取り付くとともに、センシングのゲインが最大となるゲイン最大線がタイヤ半径方向線に対して３０〜６０°の角度θ１で傾斜する６個以上のｎ個の第１の歪センサからなる第１の歪センサ群と、
タイヤの他方側のサイドウォール部に、前記第１の歪センサとタイヤ赤道面を挟んで向かい合う対称位置に取り付くとともに、ゲイン最大線が前記第１の歪センサの角度θ１と等しい角度θ２で、しかも第１の歪センサのゲイン最大線と同一方向に傾斜するｎ個の第２のセンサからなる第２の歪センサ群と、
タイヤの回転角度位置を測定する角度センサを用いるとともに、
所定のタイヤ回転角度位置Ｑにおいて、前記第１の歪センサ群と他方側の歪センサ群とによってタイヤ歪を同時に測定することによりセンサ出力をうる歪測定ステップ、
及び、前記歪測定ステップによって得たセンサ出力に基づいてタイヤに作用する力の推定値を求める演算ステップとを含むとともに、
前記演算ステップは、無負荷状態のタイヤにおける第１の歪センサの基準センサ出力をＶＡ_ｉ０（ｉ＝１、２、・・・ｎ）、第２の歪センサの基準センサ出力をＶＢ_ｉ０（ｉ＝１、２、・・・ｎ）としたとき、
（ア） 前記第１の歪センサによるｎ個のセンサ出力ＶＡ_ｉの総和ΣＶＡ_ｉと、前記第２の歪センサによるｎ個のセンサ出力ＶＢ_ｉの総和ΣＶＢ_ｉとの和（ΣＶＡ_ｉ＋ΣＶＢ_ｉ）を変数とした次の推定式（１）を用いて前後力Ｆｘの推定値を求める、
（イ） 前記第１の歪センサによるｎ個のセンサ出力ＶＡ_ｉの総和ΣＶＡ_ｉと、前記第２の歪センサによるｎ個のセンサ出力ＶＢ_ｉの総和ΣＶＢ_ｉとの差（ΣＶＡ_ｉ−ΣＶＢ_ｉ）を変数とした次の推定式（２）を用いて横力Ｆｙの推定値を求める、或いは
（ウ） 前記第１の歪センサによるセンサ出力ＶＡ_ｉと前記基準センサ出力ＶＡ_ｉ０との差の絶対値｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜の総和Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜と、前記第２の歪センサによるセンサ出力ＶＢ_ｉと前記基準センサ出力ＶＢ_ｉ０との差の絶対値｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜の総和Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜との和（Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜）を変数とした次の推定式（３）を用いて上下力Ｆｚの推定値を求めることを特徴としている。
Ｆｘ＝Ｋｘ・（ΣＶＡ_ｉ＋ΣＶＢ_ｉ）＋Ａｘ −−−（１）
Ｆｙ＝Ｋｙ・（ΣＶＡ_ｉ−ΣＶＢ_ｉ）＋Ａｙ −−−（２）
Ｆｚ＝Ｋｚ・（Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜）＋Ａｚ −−−（３）
（式中のＫｘ、Ｋｙ、Ｋｚ、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは定数）

又請求項２の発明は、サイドウォール部におけるタイヤ歪を測定したセンサ出力により、タイヤに作用する前後力、横力および上下力の何れかを推定するために用いる歪センサを具える空気入りタイヤであって、
一方側のサイドウォール部に取り付く第１の歪センサ群と、他方側のサイドウォール部に取り付く第２の歪センサ群とを具え、
かつ前記第１の歪センサ群は、タイヤ軸心を中心とした同一円周線上で等間隔を隔てて取り付くとともに、センシングのゲインが最大となるゲイン最大線がタイヤ半径方向線に対して３０〜６０°の角度θ１で傾斜する６個以上のｎ個の第１の歪センサからなり、
前記第２の歪センサ群は、前記第１の歪センサとタイヤ赤道面を挟んで向かい合う対称位置に取り付くとともに、ゲイン最大線が前記第１の歪センサの角度θ１と等しい角度θ２で、しかも第１の歪センサのゲイン最大線と同一方向に傾斜するｎ個の第２のセンサからなることを特徴としている。

本発明は、後述する「発明を実施するための形態」の欄で説明する如く、第１の歪センサによるｎ個のセンサ出力ＶＡ_ｉの総和ΣＶＡ_ｉと、第２の歪センサによるｎ個のセンサ出力ＶＢ_ｉの総和ΣＶＢ_ｉとの和（ΣＶＡ_ｉ＋ΣＶＢ_ｉ）により、横力と上下力とによる影響を相殺できる。又前記総和ΣＶＡ_ｉと総和ΣＶＢ_ｉとの差（ΣＶＡ_ｉ−ΣＶＢ_ｉ）により、前後力と上下力とによる影響を相殺できる。第１の歪センサによるセンサ出力ＶＡ_ｉと基準センサ出力ＶＡ_ｉ０との差の絶対値｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜の総和Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜と、第２の歪センサによるセンサ出力ＶＢ_ｉと前記基準センサ出力ＶＢ_ｉ０との差の絶対値｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜の総和Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜との和（Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜）により前後力と横力とによる影響を相殺できる。

従って、前記和（ΣＶＡ_ｉ＋ΣＶＢ_ｉ）を変数とすることで、横力と上下力との影響が互いに相殺されて除去されるため、前後力Ｆｘを高精度で推定することが可能となる。又前記差（ΣＶＡ_ｉ−ΣＶＢ_ｉ）を変数とすることで、前後力と上下力との影響が互いに相殺されて除去されるため、横力Ｆｙを高精度で推定することが可能となる。又前記和（Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜）を変数とすることで、前後力と横力との影響が互いに相殺されて除去されるため、上下力Ｆｚを高精度で推定することが可能となる。

しかも、前後力、横力、上下力ともに、それぞれ説明変数の数が１つと少なくて済むため、この前後力、横力、上下力の推定式をそれぞれ簡潔化することができ、演算時間を短縮してタイムラグを減じうるとともに、演算処理能力の小さい安価な演算器を使用しうるためコストの低減を図ることができる。

又演算量が小となるため、例えば、演算器をタイヤ或いはリムに取り付け、タイヤ側で演算した前後力、横力、上下力を車体側に送信することが可能となる。この場合、送信のチャンネル数が３ですむなど、各センサ出力を車体側に送信する従来のシステムに比してチャンネル数を大幅に削減でき、送信装置の小型化やバッテリーの消耗時間の延長等を図ることができる。

本発明の力の推定方法に用いる空気入りタイヤを示す断面図である。 （Ａ）は歪センサの一実施例を示す平面図、（Ｂ）はそのゲイン最大線の傾斜の向きを示す側面図である。 歪センサの配置を説明する略図である。 タイヤが一回転したときの前後力によるセンサ出力の変化を示すグラフである。 タイヤが一回転したときの横力によるセンサ出力の変化を示すグラフである。 タイヤが一回転したときの上下力によるセンサ出力の変化を示すグラフである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、センサ出力の波形の特徴を概念的に示すグラフである。 従来技術を説明する歪センサの配置図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、前後力、横力、上下力がそれぞれ作用したときのタイヤの歪みを誇張して示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１に、本発明の力の推定方法に用いる空気入りタイヤの一実施例の断面図を示す。図１において、本例の空気入りタイヤ１は、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、トレッド部２の内方かつ前記カーカス６の半径方向外側に配されるベルト層７とを具える。

前記カーカス６は、カーカスコードをタイヤ周方向に対して例えば７０〜９０°の角度で配列した１枚以上、本例では１枚のカーカスプライ６Ａから形成される。このカーカスプライ６Ａは、前記ビードコア５、５間に跨るプライ本体部６ａの両側に、前記ビードコア５の廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返されるプライ折返し部６ｂを一連に具える。又前記プライ本体部６ａとプライ折返し部６ｂとの間には、前記ビードコア５からタイヤ半径方向外方にのびる断面三角形状のビード補強用のビードエーペックスゴム８が配設される。

前記ベルト層７は、ベルトコードをタイヤ周方向に対して例えば１０〜３５゜の角度で配列した２枚以上、本例では２枚のベルトプライ７Ａ、７Ｂから形成され、各ベルトコードがプライ間相互で交差することにより、ベルト剛性を高め、トレッド部２の略全巾をタガ効果を有して強固に補強している。なお該ベルト層７の半径方向外側には、本例では、高速走行性能および高速耐久性等を高める目的で、バンドコードを周方向に対して５度以下の角度で配列させたバンド層９を設けている。

又前記空気入りタイヤ１は、図３に示すように、一方側のサイドウォール部３Ａに、タイヤ軸心を中心とした同一円周線ｊＡ上でタイヤ周方向に等間隔を隔てて取り付く６個以上のｎ個の第１の歪センサ１０Ａからなる第１の歪センサ群が配されるとともに、他方側のサイドウォール部３Ｂには、タイヤ軸心を中心とした同一円周線ｊＢ上でタイヤ周方向に等間隔を隔てて取り付くｎ個の第２の歪センサ１０Ｂからなる第２の歪センサ群が配される。又車軸には、タイヤ１の回転位相角度を検出する例えばレゾルバ、エンコーダ等のタイヤ角度歪センサ（図示しない）を設けている。前記図３には、ｎ＝６の場合が例示される。

ここで、第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂを取り付ける領域Ｙ（図１に示す）は、タイヤ断面高さｈの中間高さ位置Ｍを中心として、該タイヤ断面高さｈの２５％の距離ｈ１を半径方向内外に隔てる領域範囲が好ましく、特には、前記距離ｈ１をタイヤ断面高さｈの２０％、さらには１５％とし、前記中間高さ位置Ｍにより近い領域範囲が好ましい。なお前記タイヤ断面高さｈは、ビードベースラインＢＬからタイヤ赤道上のトレッド面までの半径方向高さを意味する。

次に、前記第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂは、図２（Ａ）に示すように、１つの磁石１１と、この磁石１１のＮ極側に間隔を有して向き合う１つの磁気センサ素子１２とを具え、本例では前記磁石１１と磁気センサ素子１２とを弾性材１３を介して一体化したブロック状のモールド体２０として形成されている。なお図中の符号ｉは、前記第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂにおいて、センシングのゲインが最大となるゲイン最大線ｉを意味する。前記磁気センサ素子１２としては、ホール素子、及びＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）、ＴＭＦ−ＭＩ素子、ＴＭＦ−ＦＧ素子、アモルファス歪センサ等が採用でき、特にコンパクトさ、感度、取り扱い易さ等の観点からホール素子が好適に採用できる。又前記第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂでは、サイドウォール部３の動きに追従して柔軟に弾性変形しうることが重要であり、そのために、前記弾性材１３として各種のゴム弾性材料が採用される。特に、熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）は、注型成形や射出成形等のプラスチック成形が可能であり、モールド体２０を製造するという観点から好適に採用できる。

又前記第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂでは、図２（Ｂ）に示すように、各ゲイン最大線ｉのタイヤ半径方向線に対する角度θ１、θ２は、３０〜６０°の範囲で互いに等しく（θ１＝θ２）、しかも各ゲイン最大線ｉは、タイヤ周方向に対して同方向に傾斜している。本例では前記図３の如く、タイヤの回転方向をＳとしたとき、第１の歪センサ１０Ａのゲイン最大線ｉ、および第２の歪センサ１０Ｂのゲイン最大線ｉは、共にタイヤ半径方向外側に向かってタイヤ回転方向Ｓ側に傾斜している。しかし、共に反タイヤ回転方向側に傾斜させることもできる。

又第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂは、タイヤ赤道面Ｃｏを挟んで向かい合う対称位置に取り付く。ここで、前記「対称位置に取り付く」とは、前記円周線ｊＡと円周線ｊＢとが同径であり、かつ前記第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂが実質的に同じ位相角度位置に設けられることを意味する。又「実質的に同じ位相角度位置」とは、下記のように説明される。まず、タイヤ軸芯を通って接地面に向かって垂直に下した垂直線を０°とするタイヤ軸芯廻りの座標系（ただしタイヤ回転方向の一方側、本例ではタイヤ回転方向をプラス（＋）とする）において、０°の基準線Ｘ０からプラス側に順次並ぶ１番目〜ｎ番目の第１の歪センサ１０Ａ_１〜１０Ａ_ｎにおける位相角度をα１〜αｎ、第２の歪センサ１０Ｂ_１〜１０Ｂ_ｎにおける位相角度をβ１〜βｎとする。このとき、第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂにおける同一番目同士の位相角度の差、すなわち｜α１−β１｜、｜α２−β２｜・・・｜αｎ−βｎ｜がそれぞれ５°以下の場合を、実質的に同じ位相角度位置にあるという。

又車軸には、タイヤ１の回転位相角度を検出する例えばレゾルバ、エンコーダ等のタイヤ角度歪センサ（図示しない）を設けている。

次に、前記３分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの推定方法を、前記空気入りタイヤ１を用いて説明する。
前記推定方法は、
（Ａ） 所定のタイヤ回転角度位置Ｑにおいて、前記第１の歪センサ群と他方側の歪センサ群とによってタイヤ歪を同時に測定することによりセンサ出力をうる歪測定ステップ、及び、
（Ｂ） 前記歪測定ステップによって得たセンサ出力Ｖに基づいて前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下力Ｆｚの何れかの推定値を演算して求める演算ステップと、
を含んで構成される。

前記歪測定ステップでは、予め、タイヤ歪を測定するためのタイヤ回転角度位置Ｑを設定しておき、走行中のタイヤ１が、このタイヤ回転角度位置Ｑとなったとき、各前記第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂによってタイヤ歪を同時に測定する。これにより、第１の歪センサ１０Ａ_１〜１０Ａ_ｎによるセンサ出力ＶＡ_１〜ＶＡ_ｎ、及び第２の歪センサ１０Ｂ_１〜１０Ｂ_ｎによるセンサ出力ＶＢ_１〜ＶＢ_ｎをうることができる。なお本例では、図３に例示する如く、前記座標系において、１つの基準歪センサ１０Ｒ（２ｎ個の歪センサ１０から任意に選ぶことができる。）が所定角度γ位置、例えば＋４５°の角度位置Ｐを通過する時のタイヤの回転位置を、前記タイヤ回転角度位置Ｑとして設定している。なお、例えば前記角度γが０°の時、＋１５°の時、或いは＋３０°の時など、タイヤ回転角度位置Ｑを適宜設定できる。又角度位置Ｐを１度毎に違えることにより３６０個のタイヤ回転角度位置Ｑを設定することができ、かかる場合には、１度毎に歪測定ステップが行われる。

次に、前記演算ステップでは、無負荷状態のタイヤにおける第１の歪センサ１０Ａの基準センサ出力をＶＡ_ｉ０（ｉ＝１、２、・・・ｎ）、第２の歪センサ１０Ｂの基準センサ出力をＶＢ_ｉ０（ｉ＝１、２、・・・ｎ）としたとき、
（ア） 前記第１の歪センサ１０Ａによるｎ個のセンサ出力ＶＡ_ｉの総和ΣＶＡ_ｉと、前記第２の歪センサ１０Ｂによるｎ個のセンサ出力ＶＢ_ｉの総和ΣＶＢ_ｉとの和（ΣＶＡ_ｉ＋ΣＶＢ_ｉ）を変数とした次の推定式（１）を用いて前後力Ｆｘの推定値を求める、
（イ） 前記第１の歪センサ１０Ａによるｎ個のセンサ出力ＶＡ_ｉの総和ΣＶＡ_ｉと、前記第２の歪センサ１０Ｂによるｎ個のセンサ出力ＶＢ_ｉの総和ΣＶＢ_ｉとの差（ΣＶＡ_ｉ−ΣＶＢ_ｉ）を変数とした次の推定式（２）を用いて横力Ｆｙの推定値を求める、或いは
（ウ） 前記第１の歪センサ１０Ａによるセンサ出力ＶＡ_ｉと前記基準センサ出力ＶＡ_ｉ０との差の絶対値｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜の総和Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜と、前記第２の歪センサ１０Ｂによるセンサ出力ＶＢ_ｉと前記基準センサ出力ＶＢ_ｉ０との差の絶対値｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜の総和Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜との和（Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜）を変数とした次の推定式（３）を用いて上下力Ｆｚの推定値を求める。
Ｆｘ＝Ｋｘ・（ΣＶＡ_ｉ＋ΣＶＢ_ｉ）＋Ａｘ −−−（１）
Ｆｙ＝Ｋｙ・（ΣＶＡ_ｉ−ΣＶＢ_ｉ）＋Ａｙ −−−（２）
Ｆｚ＝Ｋｚ・（Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜）＋Ａｚ −−−（３）
（式中のＫｘ、Ｋｙ、Ｋｚ、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは定数）

そして、上記式（１）〜（３）を用いることにより、三分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを分離でき、推定精度を向上することができる。

ここで、図４に、タイヤを一回転したときの前後力Ｆｘによるセンサ出力Ｖの変化を示し、図５に、タイヤを一回転したときの横力Ｆｙによるセンサ出力Ｖの変化を示し、図６に、タイヤを一回転したときの上下力Ｆｚによるセンサ出力Ｖの変化を示す。

具体的には、前記図４では、一方側のサイドウォール部３Ａに、一つの第１の歪センサ１０Ａを取付けたタイヤを、ドラム上で、横力Ｆｙ＝０（スリップ角０°）、上下力Ｆｚ＝一定、の条件下で回転させたときのセンサ出力Ｖの波形（出力波形）が示されている。なお前後力Ｆｘのみ、０Ｎ（Ｎはニュートン）、−１２００Ｎ、−２４００Ｎ、−３６００Ｎに変化させている。前後力Ｆｘのマイナス表示は、制動力を意味する。同図４から明らかなように、前後力Ｆｘが変動したとき、出力波形全体が、上方側、或いは下方側に移行している。又他方側のサイドウォール部３Ｂに、第２の歪センサ１０Ｂを設けた場合にも、同図４と同様の出力波形が得られる。

又図５では、前記タイヤを、ドラム上で、前後力Ｆｘ＝０、上下力Ｆｚ一定の条件下で回転させたときのセンサ出力Ｖの波形（出力波形）が示されている。横力Ｆｙとして、スリップ角のみ、０°、左１°、左２°、右１°、右２°に変化させている。同図５から明らかなように、右へのスリップ角が大きくなるにつれ出力波形全体が上方側に移行し、逆に左へのスリップ角が大きくなるにつれ、出力波形全体が下方側に移行している。なお例えば左２°のスリップ角における出力波形は、他方側のサイドウォール部に第２の歪センサ１０Ｂを設けた場合において、この第２の歪センサ１０Ｂが出力する右２°のスリップ角における出力波形に相当する。

又図６では、前記タイヤを、ドラム上で、前後力Ｆｘ＝０、横力Ｆｙ＝０（スリップ角０°）の条件下で回転させたときのセンサ出力Ｖの波形（出力波形）が示されている。上下力Ｆｚのみ、４０００Ｎ、６０００Ｎ、８０００Ｎに変化させている。同図６から明らかなように、出力波形のうち、接地中心よりも前方側では出力波形は、上下力Ｆｚが大きくなるにつれ上方側に移行し、接地中心よりも後方側では出力波形は、上下力Ｆｚが大きくなるにつれ下方側に移行している。なお他方側のサイドウォール部に、第２の歪センサ１０Ｂを設けた場合にも、同図６と同様の出力波形が得られる。

上記の特徴を概念的に示すと図７（Ａ）〜（Ｃ）のようになる。例えば一定速度で直進走行している際の第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂの出力波形（基準の出力波形）をＷＡ、ＷＢとした場合、図７（Ａ）の如く、タイヤに前後力Ｆｘが負荷されたときの出力波形ＷＡｘ、ＷＢｘは、それぞれ基準の出力波形ＷＡ０、ＷＢ０から、例えば下方側（又が上方側）に移行する。即ち、走行中、タイヤの前後力がＦｘからＦｘ＋ΔＦｘに変化した時、任意のｉ番目（ｉ＝１、・・・、ｎ）の第１の歪センサ１０Ａ_ｉのセンサ出力は、ＶＡ_ｉからＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉに変化し、他方側の第２の歪センサ１０Ｂ_ｉのセンサ出力も、ＶＢ_ｉからＶＢ_ｉ＋ΔＶ_ｉに変化する。

又図７（Ｂ）の如く、タイヤに横力Ｆｙが負荷されたとき、一方の出力波形ＷＡｙは、前記基準の出力波形ＷＡ０から上方側（又が下方側）に移行し、逆に、他方の出力波形ＷＢｙは、前記基準の出力波形ＷＢ０から下方側（又が上方側）に移行する。即ち、走行中、タイヤの横力がＦｙからＦｙ＋ΔＦｙに変化した時、任意のｉ番目（ｉ＝１、・・・、ｎ）の第１の歪センサ１０Ａ_ｉのセンサ出力は、ＶＡ_ｉからＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉに変化し、他方側の第２の歪センサ１０Ｂ_ｉのセンサ出力も、ＶＢ_ｉからＶＢ_ｉ＋ΔＶ_ｉに変化する。

又図７（Ｃ）の如く、タイヤに上下力Ｆｚが負荷されたとき、接地中心よりも前方側（原点側）では、双方の出力波形ＷＡｚ、ＷＢｚが、それぞれ前記基準の出力波形ＷＡ０、ＷＢ０から上方側に移行し、逆に、接地中心よりも後方側では、双方の出力波形ＷＡｚ、ＷＢｚが、それぞれ前記基準の出力波形ＷＡ０、ＷＢ０から下方側に移行する。即ち、走行中、タイヤの上下力がＦｚからＦｚ＋ΔＦｚに変化した時、任意のｉ番目（ｉ＝１、・・・、ｎ）の第１の歪センサ１０Ａ_ｉのセンサ出力は、｜ＶＡ_ｉ｜から｜ＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉ｜に変化し、第２の歪センサ１０Ｂ_ｉのセンサ出力は、｜ＶＢ_ｉ｜から｜ＶＢ_ｉ＋ΔＶ_ｉ｜に変化する。

次に、上記式（１）〜（３）を用いることにより、三分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを分離しうることを以下に検証する。前述の如く、走行中にタイヤの前後力がＦｘからＦｘ＋ΔＦｘに変化した時、第１の歪センサ１０Ａ_ｉのセンサ出力は、ＶＡ_ｉからＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉに変化し、他方側の第２の歪センサ１０Ｂ_ｉのセンサ出力は、ＶＢ_ｉからＶＢ_ｉ＋ΔＶ_ｉに変化する。
これを、式（１）に代入すると、
Ｆｘ＋ΔＦｘ＝Ｋｘ・｛Σ（ＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉ）＋Σ（ＶＢ_ｉ＋ΔＶ_ｉ）｝＋Ａｘ
＝Ｋｘ・２ΣΔＶ_ｉ＋Ｆｘ
即ち、ΔＦｘ＝Ｋｘ・２ΣΔＶ_ｉ となる。
又式（２）に代入すると、
Ｆｙ＋ΔＦｙ＝Ｋｙ・｛Σ（ＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉ）−Σ（ＶＢ_ｉ＋ΔＶ_ｉ）｝＋Ａｙ
＝Ｋｙ・Σ（ΔＶ_ｉ−ΔＶ_ｉ）＋Ｆｙ
＝Ｆｙ
即ち、ΔＦｙ＝０ となる。
又式（３）に代入すると、
Ｆｚ＋ΔＦｚ＝Ｋｚ・（Σ｜ＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋Σ｜ＶＢ_ｉ＋ΔＶ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜）＋Ａｚ
＝Ｋｚ・[Σ｛｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋ΔＶ_ｉ＋（−ΔＶ_ｉ）｝＋Σ｛｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜＋ΔＶ_ｉ＋（−ΔＶ_ｉ）｝＋Ａｚ
＝Ｋｚ・２Σ｛ΔＶ_ｉ＋（−ΔＶ_ｉ）｝＋Ｆｚ
＝Ｆｚ
即ち、ΔＦｚ＝０ となる。なお上下力Ｆｚでは、ΔＶ_ｉは、接地中心よりも前側（原点側）では＋表示、後側では−表示となる。

このように上記式（１）〜（３）では、前後力の変化ΔＦｘは、横力、上下力には影響を与えず、従って前後力を高精度で推定することができる。

又走行中、タイヤの横力がＦｙからＦｙ＋ΔＦｙに変化した時、第１の歪センサ１０Ａｉのセンサ出力は、ＶＡ_ｉからＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉに変化し、第２の歪センサ１０Ｂ_ｉのセンサ出力は、ＶＢ_ｉからＶＢ_ｉ−ΔＶ_ｉに変化する。
これを、式（１）に代入すると、
Ｆｘ＋ΔＦｘ＝Ｋｘ・｛Σ（ＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉ）＋Σ（ＶＢ_ｉ−ΔＶ_ｉ）｝＋Ａｘ
＝Ｋｘ・｛Σ（ΔＶ_ｉ−ΔＶ_ｉ）｝＋Ｆｘ
＝Ｆｘ
即ち、ΔＦｘ＝０ となる。
又式（２）に代入すると、
Ｆｙ＋ΔＦｙ＝Ｋｙ・｛Σ（ＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉ）−Σ（ＶＢ_ｉ−ΔＶ_ｉ）｝＋Ａｙ
＝Ｋｙ・２ΣΔＶ_ｉ＋Ｆｙ
即ち、ΔＦｙ＝Ｋｙ・２ΣΔＶ_ｉ となる。
又式（３）に代入すると、
Ｆｚ＋ΔＦｚ＝Ｋｚ・（Σ｜ＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋Σ｜ＶＢ_ｉ−ΔＶ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜）＋Ａｚ
＝Ｋｚ・[Σ｛｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋ΔＶ_ｉ＋（−ΔＶ_ｉ）｝＋Σ｛｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜−ΔＶ_ｉ−（−ΔＶ_ｉ）｝＋Ａｚ
＝Ｋｚ・２Σ｛ΔＶ_ｉ＋（−ΔＶ_ｉ）｝＋Ｆｚ
＝Ｆｚ
即ち、ΔＦｚ＝０ となる。なお上下力Ｆｚでは、ΔＶ_ｉは、接地中心よりも前側（原点側）では＋表示、後側では−表示となる。

このように上記式（１）〜（３）では、横力の変化ΔＦｙは、前後力、上下力には影響を与えず、従って横力を高精度で推定することができる。

又走行中、タイヤの上下力がＦｚからＦｚ＋ΔＦｚに変化した時、第１の歪センサ１０Ａ_ｉのセンサ出力は、｜ＶＡ_ｉ｜から｜ＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉ｜に変化し、第２の歪センサ１０Ｂ_ｉのセンサ出力は、｜ＶＢ_ｉ｜から｜ＶＢ_ｉ＋ΔＶ_ｉ｜に変化する。
これを、式（１）に代入すると、
Ｆｘ＋ΔＦｘ＝Ｋｘ・[Σ｛ＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉ＋（−ΔＶ_ｉ）｝＋Σ｛ＶＢ_ｉ＋ΔＶ_ｉ＋（−ΔＶ_ｉ）｝＋Ａｘ
＝Ｋｘ・２Σ｛ΔＶ_ｉ＋（−ΔＶ_ｉ）｝＋Ｆｘ
＝Ｆｘ
即ち、ΔＦｘ＝０ となる。
又式（２）に代入すると、
Ｆｙ＋ΔＦｙ＝Ｋｙ・[Σ｛（ＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉ＋（−ΔＶ_ｉ）｝−Σ｛（ＶＢ_ｉ＋ΔＶ_ｉ＋（−ΔＶ_ｉ）｝＋Ａｙ
＝Ｋｙ・[Σ｛ΔＶ_ｉ＋（−ΔＶ_ｉ）｝−Σ｛ΔＶ_ｉ＋（−ΔＶ_ｉ）｝]＋Ｆｙ
＝Ｆｙ
即ち、ΔＦｙ＝０ となる。
又式（３）に代入すると、
Ｆｚ＋ΔＦｚ＝Ｋｚ・（Σ｜ＶＡ_ｉ＋ΔＶ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋Σ｜ＶＢ_ｉ＋ΔＶ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜）＋Ａｚ
＝Ｋｚ・（ΣΔＶ_ｉ＋ΣΔＶ_ｉ）＋Ｆｚ
＝Ｋｚ・２ΣΔＶ_ｉ＋Ｆｚ
即ち、ΔＦｚ＝Ｋｚ・２ΣΔＶ_ｉ となる。

このように上記式（１）〜（３）では、上下力の変化ΔＦｚは、前後力、横力には影響を与えず、従って上下力を高精度で推定することができる。

なお前記式（１）〜（３）の定数Ｋｘ、Ｋｙ、Ｋｚ、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下力Ｆｚをそれぞれ違えた事前の荷重付加試験によって求めることができる。例えばタイヤが所定のタイヤ回転角度位置Ｑとなったときのタイヤ歪εを、異なる種々の荷重付加条件毎に各ｎ個の歪センサ１０Ａ、１０Ｂによって同時に測定し、これによって得たセンサ出力ＶＡ、ＶＢから、和（ΣＶＡ_ｉ＋ΣＶＢ_ｉ）、差（ΣＶＡ_ｉ−ΣＶＢ_ｉ）、和（Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜）を求める。そして、事前の荷重付加試験の入力であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚを目的変数とし、前記和（ΣＶＡ_ｉ＋ΣＶＢ_ｉ）、差（ΣＶＡ_ｉ−ΣＶＢ_ｉ）、和（Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜）をそれぞれ説明変数として、重回帰分析することで求めることができる。

なお、各歪センサ１０Ａ、１０Ｂがそれぞれ６個以上とする理由は、以下のとうりである。前記図４〜６から明らかなように、各出力波形における最大最小のピークPａ、Pｂ間の角度γは、約６０°であるが、３方力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを精度良く推定するためには、この出力波形のピークPａ、Pｂをとらえることが必要である。そのために、周上に６個以上の第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂを、それぞれ配し、隣り合う歪センサ１０Ａ、１０Ａ間、及び歪センサ１０Ｂ、１０Ｂ間に、２つのピークPａ、Pｂが現れないようにしている。

又このように本発明では、前記和（ΣＶＡ_ｉ＋ΣＶＢ_ｉ）を説明変数とすることで、横力と上下力との影響が互いに相殺されて除去されるため、前後力Ｆｘを高精度で推定することが可能となる。又前記差（ΣＶＡ_ｉ−ΣＶＢ_ｉ）を説明変数とすることで、前後力と上下力との影響が互いに相殺されて除去されるため、横力Ｆｙを高精度で推定することが可能となる。又前記和（Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜）を説明変数とすることで、前後力と横力との影響が互いに相殺されて除去されるため、上下力Ｆｚを高精度で推定することが可能となる。

しかも、前後力、横力、上下力ともに、それぞれ説明変数の数が１つで済むため、この前後力、横力、上下力の推定式を前記式（１）〜（３）の如く簡潔化することができ、演算時間を短縮してタイムラグを減じうるとともに、演算処理能力の小さい安価な演算器を使用しうるためコストの低減を図ることができる。又演算量が小となるため、例えば、演算器をタイヤ或いはリムに取り付け、タイヤ側で演算した前後力、横力、上下力を車体側に送信することが可能となる。この場合、送信のチャンネル数が３ですむなど、各センサ出力を車体側に送信する従来のシステムに比してチャンネル数を大幅に削減でき、送信装置の小型化やバッテリーの消耗時間の延長等を図ることができる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図３に示すように、一方側のサイドウォール部に第１の歪センサ１０Ａ、他方側のサイドウォール部に第２の歪センサ１０Ｂを、それぞれ６個（ｎ＝６）づつ同一円周線上で等間隔を隔てて取り付けた空気入りタイヤ（サイズ２４５／４０ＺＲ１８）を試作した。第１の歪センサ１０Ａと第２の歪センサ１０Ｂとは、タイヤ赤道面を挟んだ対称位置に配される。又各歪センサ１０Ａ、１０Ｂは、１つの磁石と１つの磁気センサ素子（ホール素子−−Ｍｅｌｘｉｓ社製のホールＩＣ：MLX90251）とをゴム弾性材で一体化したモールド体を使用し、歪センサ１０Ａ、１０Ｂのゲイン最大線Ｎのタイヤ半径方向線に対する角度θ１、θ２は４５°、しかも半径方向外側に向かってタイヤ回転方向Ｓ側に傾斜している。

そしてフラットベルト上を時速２０ｋｍ／ｈで走行するタイヤに対し、タイヤの回転角度１°毎（タイヤ回転角度位置が１°毎に３６０個設定されている）に、各歪センサ１０Ａ、１０Ｂによってタイヤ歪を同時に測定し、それによって得たセンサ出力ＶＡ１〜ＶＡ６、ＶＢ１〜ＶＢ６から、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下力Ｆｚを推定式を用いてタイヤの回転角度１°毎に求め、６分力計を用いて実際に測定した実測値との差のバラツキを３σ（σ：標準偏差）で評価した。３σが小さいほど、実測値とのバラツキが少なく良好である。なお標準偏差は、力を４５水準に振り、各水準で１秒間計測した４５０００点の標本で構成されたデータから求めている。

なお比較例１では、センサ出力ＶＡ１〜ＶＡ６、ＶＢ１〜ＶＢ６を説明変数とした一次式（推定式）を用いて、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下力Ｆｚを推定している。

表に示すように、実施例の推定方法は、推定精度を向上しうるのが確認できる。

１ 空気入りタイヤ
３Ａ 一方側のサイドウォール部
３Ｂ 他方側のサイドウォール部
１０Ａ 第１の歪センサ
１０Ｂ 第２の歪センサ
Ｃｏタイヤ赤道面
ｊＡ、ｊＢ円周線
Ｎ ゲイン最大線

Claims (2)

1. タイヤのサイドウォール部におけるタイヤ歪を測定する歪センサのセンサ出力を用いて、タイヤに作用する前後力、横力および上下力の何れかを推定する推定方法であって、
   タイヤの一方側のサイドウォール部に、タイヤ軸心を中心とした同一円周線上で等間隔を隔てて取り付くとともに、センシングのゲインが最大となるゲイン最大線がタイヤ半径方向線に対して３０〜６０°の角度θ１で傾斜する６個以上のｎ個の第１の歪センサからなる第１の歪センサ群と、
   タイヤの他方側のサイドウォール部に、前記第１の歪センサとタイヤ赤道面を挟んで向かい合う対称位置に取り付くとともに、ゲイン最大線が前記第１の歪センサの角度θ１と等しい角度θ２で、しかも第１の歪センサのゲイン最大線と同一方向に傾斜するｎ個の第２のセンサからなる第２の歪センサ群と、
   タイヤの回転角度位置を測定する角度センサを用いるとともに、
   所定のタイヤ回転角度位置Ｑにおいて、前記第１の歪センサ群と他方側の歪センサ群とによってタイヤ歪を同時に測定することによりセンサ出力をうる歪測定ステップ、
   及び、前記歪測定ステップによって得たセンサ出力に基づいてタイヤに作用する力の推定値を求める演算ステップとを含むとともに、
   前記演算ステップは、無負荷状態のタイヤにおける第１の歪センサの基準センサ出力をＶＡ_ｉ０（ｉ＝１、２、・・・ｎ）、第２の歪センサの基準センサ出力をＶＢ_ｉ０（ｉ＝１、２、・・・ｎ）としたとき、
   （ア） 前記第１の歪センサによるｎ個のセンサ出力ＶＡ_ｉの総和ΣＶＡ_ｉと、前記第２の歪センサによるｎ個のセンサ出力ＶＢ_ｉの総和ΣＶＢ_ｉとの和（ΣＶＡ_ｉ＋ΣＶＢ_ｉ）を変数とした次の推定式（１）を用いて前後力Ｆｘの推定値を求める、
   （イ） 前記第１の歪センサによるｎ個のセンサ出力ＶＡ_ｉの総和ΣＶＡ_ｉと、前記第２の歪センサによるｎ個のセンサ出力ＶＢ_ｉの総和ΣＶＢ_ｉとの差（ΣＶＡ_ｉ−ΣＶＢ_ｉ）を変数とした次の推定式（２）を用いて横力Ｆｙの推定値を求める、或いは
   （ウ） 前記第１の歪センサによるセンサ出力ＶＡ_ｉと前記基準センサ出力ＶＡ_ｉ０との差の絶対値｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜の総和Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜と、前記第２の歪センサによるセンサ出力ＶＢ_ｉと前記基準センサ出力ＶＢ_ｉ０との差の絶対値｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜の総和Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜との和（Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜）を変数とした次の推定式（３）を用いて上下力Ｆｚの推定値を求めることを特徴とするタイヤに作用する力の推定方法。
   Ｆｘ＝Ｋｘ・（ΣＶＡ_ｉ＋ΣＶＢ_ｉ）＋Ａｘ −−−（１）
   Ｆｙ＝Ｋｙ・（ΣＶＡ_ｉ−ΣＶＢ_ｉ）＋Ａｙ −−−（２）
   Ｆｚ＝Ｋｚ・（Σ｜ＶＡ_ｉ−ＶＡ_ｉ０｜＋Σ｜ＶＢ_ｉ−ＶＢ_ｉ０｜）＋Ａｚ −−−（３）
   （式中のＫｘ、Ｋｙ、Ｋｚ、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは定数）
2. サイドウォール部におけるタイヤ歪を測定したセンサ出力により、タイヤに作用する前後力、横力および上下力の何れかを推定するために用いる歪センサを具える空気入りタイヤであって、
   一方側のサイドウォール部に取り付く第１の歪センサ群と、他方側のサイドウォール部に取り付く第２の歪センサ群とを具え、
   かつ前記第１の歪センサ群は、タイヤ軸心を中心とした同一円周線上で等間隔を隔てて取り付くとともに、センシングのゲインが最大となるゲイン最大線がタイヤ半径方向線に対して３０〜６０°の角度θ１で傾斜する６個以上のｎ個の第１の歪センサからなり、
   前記第２の歪センサ群は、前記第１の歪センサとタイヤ赤道面を挟んで向かい合う対称位置に取り付くとともに、ゲイン最大線が前記第１の歪センサの角度θ１と等しい角度θ２で、しかも第１の歪センサのゲイン最大線と同一方向に傾斜するｎ個の第２のセンサからなることを特徴とする空気入りタイヤ。

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