JP2013112093A - タイヤの動荷重半径の荷重感度算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】算出精度を向上させることができるタイヤの動荷重半径の荷重感度算出方法を提供する。
【解決手段】車両に装着されたタイヤの荷重移動による動荷重半径の荷重感度を求める荷重感度算出方法。車両に装備された舵角センサから得られる舵角から、車両旋回時の荷重移動による動荷重半径の変化量と、車両旋回時の横方向加速度とを求める変化量取得工程と、前記動荷重半径変化量を横方向加速度で除した値である荷重感度を求める工程とを含んでいる。
【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤの動荷重半径の荷重感度算出方法に関する。

タイヤの動荷重半径は荷重によって変化し、荷重が重くなれば、動荷重半径は小さくなり、その分、車輪速は速くなる。かかる荷重感度に関し、公式に定まった定義は存在しないが、一般的に、一定量の荷重変化に対する動荷重半径の変化率が荷重感度とされている。

この荷重感度は、従来、タイヤの空気圧低下警報装置に用いられたり、動荷重半径の減圧感度（一定割合の減圧に対する動荷重半径の減少率）の推定に用いられたりしている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１〜３記載の装置（方法）によれば、タイヤ動荷重半径の減圧感度の推定に必要な荷重感度は、車両旋回中の横方向加速度（横Ｇ）による荷重移動量に対する旋回内外輪の動荷重半径の変化量（荷重移動量を横軸とし、変化量を縦軸としたときに、プロットした複数の点から求められる回帰直線の傾き）で表される。その際、横Ｇはヨーレートセンサ値に車両速度を乗じて計算され、また、旋回内外輪の動荷重半径変化量は、旋回内外輪の速度差と、ヨーレートから計算される車両の旋回半径から計算される。

特開２００５−１２６０１３号公報 特開２００５−１２７９７５号公報 特開２００５−１５３５４４号公報

ところで、車両に装備されたヨーレートセンサから得られるセンサ値は、雰囲気温度などの影響を受けてドリフトし易いという問題がある。センサ値がドリフトすると、例えば図３に示されるように、データが２つの層（Ｐ１で示される群とＰ２で示される群）に分かれるなどして、精度良く荷重感度を求めることができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、算出精度を向上させることができるタイヤの動荷重半径の荷重感度算出方法を提供することを目的としている。

（１）本発明のタイヤの動荷重半径の荷重感度算出方法（以下、単に「算出方法」ともいう）は、車両に装着されたタイヤの荷重移動による動荷重半径の荷重感度を求める荷重感度算出方法であって、
車両に装備された舵角センサから得られる舵角から、車両旋回時の荷重移動による動荷重半径の変化量と、車両旋回時の横方向加速度とを求める変化量取得工程と、
前記動荷重半径変化量を横方向加速度で除した値である荷重感度を求める工程と
を含むことを特徴としている。

本発明の算出方法では、ドリフトしない舵角を用いて荷重感度を求めるので、得られる荷重感度の精度を向上させることができる。

（２）前記（１）の算出方法において、前記変化量取得工程は、前記車両について予め求めておいた舵角とヨーレートの関係を用いて、前記舵角センサから得られる舵角からヨーレートを算出する工程を含むことができる。

（３）前記（１）の算出方法において、前記変化量取得工程は、車両の初期化時に求めておいた舵角とヨーレートの関係を用いて、前記舵角センサから得られる舵角からヨーレートを算出する工程を含むことができる。

（４）前記（１）〜（３）の算出方法において、前記変化量取得工程は、車両の各タイヤに関連して設けられた車輪速度検出手段により得られる、旋回時における左右輪の速度差から、旋回による左右輪の速度差を減じることで、荷重移動による左右輪の速度差を求め、この速度差を用いて前記動荷重半径の変化量を求めることができる。

本発明の算出方法によれば、タイヤ動荷重半径の荷重感度の算出精度を向上させることができる。

本発明の算出方法が適用されるタイヤ空気圧低下検出装置の一例のブロック図である。 図１に示されるタイヤ空気圧低下検出装置の電気的構成を示すブロック図である。 横Ｇと動荷重半径変化（ΔＤＬＲ）の関係を示す図である。 ヨーレートと車輪速左右差の時系列データを示す図である。 舵角の時系列データを示す図である。 舵角とヨーレートの関係の一例を示す図である。 舵角とヨーレート（シフト有）の時系列データを示す図である。 舵角とヨーレート（補正後）の時系列データを示す図である。 実験例２における横ＧとΔＤＬＲとの関係を示す図である。 実験例２における横ＧとΔＤＬＲとの関係を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の算出方法の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の算出方法が適用されるタイヤ空気圧低下検出装置の一例のブロック図であり、図２は、図１に示されるタイヤ空気圧低下検出装置の電気的構成を示すブロック図である。

図１に示されるように、タイヤ空気圧低下検出装置は、４輪車両に備えられた４つのタイヤの左前輪（ＦＬ）、右前輪（ＦＲ）、左後輪（ＲＬ）および右後輪（ＲＲ）の回転速度を検出するため、各タイヤに関連して設けられた通常の車輪速度検出手段１を備えている。

前記車輪速度検出手段１としては、電磁ピックアップなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数から回転角速度および車輪速度を測定するための車輪速センサまたはダイナモのように回転を利用して発電を行い、この電圧から回転角速度および車輪速度を測定するためのものを含む角速度センサなどを用いることができる。前記車輪速度検出手段１の出力は、ＡＢＳなどのコンピュータである制御ユニット２に与えられる。この制御ユニット２には、内圧が低下したタイヤを表示するための液晶表示素子、プラズマ表示素子またはＣＲＴなどで構成された表示器３、ドライバーによって操作することができる初期化ボタン４、タイヤの内圧低下をドライバーに知らせる警報器５、車両の舵角を測定する舵角センサ６、及び車両のヨーレート値を測定するヨーレートセンサ７が接続されている。

制御ユニット２は、図２に示されるように、外部装置との信号の受け渡しに必要なＩ／Ｏインターフェース２ａと、演算処理の中枢として機能するＣＰＵ２ｂと、このＣＰＵ２ｂの制御動作プログラムが格納されたＲＯＭ２ｃと、前記ＣＰＵ２ｂが制御動作を行う際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き込まれたデータが読み出されたりするＲＡＭ２ｄとから構成されている。

前記車輪速度検出手段１では、タイヤの回転数に対応したパルス信号（以下、「車輪速パルス」ともいう）が出力される。また、ＣＰＵ２ｂでは、車輪速度検出手段１から出力された車輪速パルスに基づいて、所定のサンプリング周期ΔＴ（ｓｅｃ）、例えばΔＴ＝０．０５秒毎に各タイヤの車輪回転情報である回転角速度Ｆｉが算出される。

ところで、同一車両に装着されるタイヤは必ずしもすべて同じサイズであるとは限らず、また、同一サイズであっても、タイヤは規格内でのばらつき（初期差異）が含まれて製造されるため、各タイヤの有効転がり半径（一回転により進んだ距離を２πで割った値）は、すべてのタイヤがたとえ正規内圧であっても、同一とは限らない。そのため、各タイヤの回転角速度Ｆｉはばらつくことになる。そこで、例えば正常圧での各タイヤ間の回転角速度Ｆｉのバラツキを予め補正しておく必要がある。この補正は一般に初期化又は初期設定と呼ばれており、定期メンテなどにおいて車両のタイヤが正常圧にされたときに、例えば、以下に示す方法により行われる。この方法では、つぎに示される初期補正係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３が算出される。
Ｋ１＝Ｆ１／Ｆ２ ・・・（１）
Ｋ２＝Ｆ３／Ｆ４ ・・・（２）
Ｋ３＝（Ｆ１＋Ｋ１×Ｆ２）／（Ｆ２＋Ｋ２×Ｆ４） ・・・（３）

初期化後の走行時には、この算出された初期補正係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３を用いて式（４）〜（７）に示されるように新たな回転角速度Ｆ１_ｉを求めるようにしている。
Ｆ１_１＝Ｆ１ ・・・（４）
Ｆ１_２＝Ｋ１×Ｆ２ ・・・（５）
Ｆ１_３＝Ｋ３×Ｆ３ ・・・（６）
Ｆ１_４＝Ｋ２×Ｋ３×Ｆ４ ・・・（７）

ここで、初期補正係数Ｋ１は、前左右タイヤ間の初期差異による有効ころがり半径の差を補正するための係数である。初期補正係数Ｋ２は、後左右タイヤ間の初期差異による有効ころがり半径の差を補正するための係数である。初期補正係数Ｋ３は、前左タイヤと後左タイヤとのあいだの初期差異による有効ころがり半径の差を補正するための係数である。そして、前記Ｆ１_ｉに基づき、各車輪のタイヤの車輪速度Ｖｉ及び車両速度Ｖを算出する。

前述したように、荷重感度を求める方法として、車両旋回中の横Ｇによる荷重移動を利用して、当該荷重移動によるタイヤ動荷重半径の変化を荷重移動量で除した値を求める方法がある。この場合、荷重移動量は、横Ｇに比例するため、荷重感度は、図３に示されるように、横Ｇと動荷重半径変化をプロットして得られる回帰直線の傾きで表される。

しかし、図３の場合、データが２層に分かれているように見える。すなわち、Ｐ１で示される群とＰ２で示される群とに分かれているように見える。図３のデータを取得したときのヨーレート値と車輪速の左右差の関係を図４に示し、同じときの舵角の時系列データを図５に示す。

図４より、矢印で示される区間は、車輪速左右差に変動がないにも拘らず、ヨーレート値が変動していることがわかる。すなわち、ヨーレート値がドリフトしていることがわかる。一方、このときの舵角は、図５より、変動していないことがわかる。

以上より、ヨーレート値がドリフトしたために、ドリフトの前と後でデータが２層に分かれたものと考えられる。そこで、本発明では、ドリフトしない舵角を用いてタイヤ動荷重半径の荷重感度を求める。

[荷重感度算出方法]
（１）まず、装着予定のタイヤを装着した車両について予め実験走行を行い、当該車両における舵角とヨーレートとの関係を求め、これを制御ユニット２のＲＯＭ２ｂに記憶させておく。例えば、図６に示されるように、複数の車両速度において舵角１度に対するヨーレートを求め、これらをプロットしたものから多項式を算出し、記憶させておく。実走行時には、この多項式を利用して走行時の車両速度における舵角とヨーレートとの関係を求める。

なお、車両における舵角とヨーレートとの関係は、タイヤ交換又は空気圧調整後に行われる初期化時に、車両に装備された舵角センサ及びヨーレートセンサからのセンサ値を用いて求めることもできる。具体的には、例えば、一定速で走行中にヨーレート値と舵角を１０秒間、サンプリング周波数１０Ｈｚでサンプリングする（０．１秒毎にサンプリング）。得られたヨーレート値と舵角をそれぞれフーリエ変換し、周波数伝達関数から、１次成分（０．１Ｈｚ）のゲインを計算する。以上の工程を複数回繰り返し、得られた１次成分のゲインを平均する。この１次成分のゲインの平均値が、その速度での舵角／ヨーレート値の換算係数となる。

（２）旋回走行時に、車両に装備された舵角センサ６から得られる舵角と、前記工程（１）における舵角とヨーレートの関係とを用いて、ヨーレート値を算出する。
（３）ついで、工程（２）で算出されたヨーレート値に車両速度Ｖを乗じて横Ｇを求める。

（４）ついで、旋回時における左右輪の速度差から、旋回による左右輪の速度差を減じることで、荷重移動による左右輪の速度差を求める。この場合、「旋回による左右輪の速度差」は、キングピン間の距離（トレッド幅）Ｔｗにヨーレート値を乗じることで求められる。旋回内輪の車輪速をＶｉ、旋回外輪の車輪速をＶｏ、トレッド幅をＴｗ、ヨーレート値をＹ、荷重移動による左右輪の速度差をＶ_ΔＷとすると、車両旋回時には、次の式（８）が成立する。
Ｖｏ＝Ｖｉ＋Ｔｗ・Ｙ＋Ｖ_ΔＷ ・・・・・・（８）
この式（８）より、荷重移動による左右輪の速度差を求める。

（５）タイヤの動荷重半径は車輪速から求めることができるので、工程（８）で求めた荷重移動による左右輪の速度差を用いて、車両旋回により生じる横Ｇに起因する動荷重半径の変化量（ΔＤＬＲ）を求める。
（６）こうして求めた横ＧとΔＤＬＲを、横Ｇを横軸とし、ΔＤＬＲを縦軸とする直交座標上にプロットし、プロットした複数の点から回帰直線を求め、その傾きをタイヤ動荷重半径の荷重感度とする。

<実験例１>
舵角センサおよびヨーレートセンサを装備した車両で住友ゴム工業株式会社の岡山テストコースを走行した。このときのヨーレートと舵角の時系列データを図７に示す。
図７より、車両が直進走行している（舵角≒０）にも拘らず、ヨーレートがシフトしていくことがわかる。

これに対し、前記車両について予め求めておいた舵角とヨーレートとの関係（図７参照）を用いて、舵角からヨーレートを求めた。オリジナルのヨーレート（シフト有）と、舵角から求めたヨーレート（補正されたヨーレート）と、別走行時におけるシフトのないヨーレート（シフト無）とを図８に示す。

舵角からヨーレートを求めることで、シフトが解消され、精度良くヨーレートが求められることがわかる。こうして求めたヨーレートを用いると、タイヤ動荷重半径の荷重感度を精度良く求めることができる。

<実験例２>
実験例１と同様に、舵角センサおよびヨーレートセンサを装備した車両で住友ゴム工業株式会社の岡山テストコースを走行した。図８において、ヨーレート（シフト無）として示したように、同じコースを同じ走行パターンで走行しても、ヨーレートがシフトする場合と、ヨーレートがシフトしない場合とがある。

図９は、ヨーレートが正常な場合とヨーレートがシフトした場合における、横ＧとΔＤＬＲとの関係を示している。一方は、ヨーレートがシフトしており、他方は正しいヨーレートが出ているため、横ＧとΔＤＬＲのグラフは２層に分かれているように見える。

これに対し、前記車両について予め求めておいた舵角とヨーレートとの関係（図７参照）を用いて、シフトしたヨーレートを補正すると、図１０に示されるように、２層のデータはほぼ１層になった。

１ 車輪速度検出手段
２ 制御ユニット
２ａ インターフェース
２ｂ ＣＰＵ
２ｃ ＲＯＭ
２ｄ ＲＡＭ
３ 表示器
４ 初期化ボタン
５ 警報器
６ 舵角センサ
７ ヨーレートセンサ

Claims (4)

1. 車両に装着されたタイヤの荷重移動による動荷重半径の荷重感度を求める荷重感度算出方法であって、
   車両に装備された舵角センサから得られる舵角から、車両旋回時の荷重移動による動荷重半径の変化量と、車両旋回時の横方向加速度とを求める変化量取得工程と、
   前記動荷重半径変化量を横方向加速度で除した値である荷重感度を求める工程と
   を含むことを特徴とするタイヤの動荷重半径の荷重感度算出方法。
2. 前記変化量取得工程は、前記車両について予め求めておいた舵角とヨーレートの関係を用いて、前記舵角センサから得られる舵角からヨーレートを算出する工程を含む請求項１に記載のタイヤの動荷重半径の荷重感度算出方法。
3. 前記変化量取得工程は、車両の初期化時に求めておいた舵角とヨーレートの関係を用いて、前記舵角センサから得られる舵角からヨーレートを算出する工程を含む請求項１に記載のタイヤの動荷重半径の荷重感度算出方法。
4. 前記変化量取得工程は、車両の各タイヤに関連して設けられた車輪速度検出手段により得られる、旋回時における左右輪の速度差から、旋回による左右輪の速度差を減じることで、荷重移動による左右輪の速度差を求め、この速度差を用いて前記動荷重半径の変化量を求める請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤの動荷重半径の荷重感度算出方法。