JP2019049488A

JP2019049488A - タイヤ荷重推定方法及びタイヤ荷重推定装置

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Publication number: JP2019049488A
Application number: JP2017174301A
Authority: JP
Inventors: 尚吾武富; Shogo Taketomi
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2037-09-11
Also published as: EP3683560B1; CN111033201A; EP3683560A4; CN111033201B; WO2019049808A1; JP6830873B2; US20200173872A1; EP3683560A1

Abstract

【課題】少ないセンサでタイヤに作用する荷重を精度よく推定できる方法とその装置を提供する。【解決手段】タイヤ荷重推定装置１０を、各タイヤに配置される加速度センサー１１と、車両総重量算出手段１２と、加速度センサー１１の出力からタイヤ径方向加速度波形を検出する加速度波形抽出手段１３と、加速度波形の微分加速度波形を求める微分加速度波形演算手段１４と、微分加速度波形の踏み込み端側と蹴り出し端側のピーク位置を検出するピーク位置検出手段１５と、ピーク位置から接地時間と回転時間と算出して、接地時間と回転時間との比である接地時間比を演算する接地時間比演算手段１６と、各タイヤの接地時間比、タイヤの最大負荷能力、車両総重量、及び、予め求めておいた、荷重を最大負荷能力で正規化した値である最大負荷能力比率を接地時間比の一次関数で近似したときの傾きから、タイヤに作用する荷重を推定する荷重推定手段１７とから構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤトレッドの内面側に配置された加速度センサーの出力信号を用いて、当該タイヤに作用する荷重を推定する方法とその装置に関するものである。

従来、タイヤレッドの内面側に、車両走行時にタイヤに作用する荷重の周方向の変化を検出する複数の圧電素子と幅方向の変化を検出する複数の圧電素子とを配置し、荷重の周方向の変化から検出される当該タイヤの周方向の接地長と、荷重の幅方向の変化から検出される当該タイヤの幅方向の接地幅とに基づいて当該タイヤの接地面積を算出するとともに、タイヤの空気圧を計測し、この計測された空気圧と前記算出された接地面積とから、当該タイヤに作用する荷重を推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２１８６８２号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の方法では、荷重の周方向の変化と幅方向の変化とを検出するため、複数のセンサ（圧電素子）をタイヤレッドの内面側に配置する必要があった。また、前記特許文献１では、空気圧を考慮に入れて入るものの、接地面積を用いて荷重を推定しているので、荷重の推定精度が十分とはいえなかった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、少ないセンサでタイヤに作用する荷重を精度よく推定できる方法とその装置を提供することを目的とする。

本発明は、タイヤに作用する荷重を推定する方法であって、前記車両の各タイヤのタイヤトレッドの内面側にそれぞれ配置された加速度センサーの出力から、各タイヤのタイヤ径方向加速度波形を検出するステップと、車両総重量を計測するステップと、前記各タイヤのタイヤ径方向加速度波形を微分して微分加速度波形を求めるステップと、前記微分加速度波形からタイヤの接地時間と回転時間とを算出するステップと、前記接地時間と前記回転時間との比である接地時間比を前記各タイヤ毎に演算するステップと、前記演算された各タイヤの接地時間比、荷重の推定を行うタイヤである対象タイヤの最大負荷能力、前記算出された車両総重量、及び、予め求めておいた、最大負荷能力比率を接地時間比の一次関数で近似したときの傾き（下記の式（１）のａ）から、前記対象タイヤに作用する荷重を推定するステップと、を備え、前記対象タイヤの最大負荷能力比率が、前記対象タイヤに作用する荷重を前記対象タイヤの最大負荷能力で正規化した値であることを特徴とする。
これにより、少ないセンサでタイヤに作用する荷重を精度よく推定することができるとともに、接地時間比と荷重との関係を示すマップを作成することなく、タイヤに作用する荷重を推定することができる。
また、前記荷重を推定するステップで、タイヤの総数をｎ、タイヤＴｋの最大負荷能力比率をＭ_k[％]、タイヤＴ_kの接地時間比をＣＴＲ_k、車両総重量をＷとしたとき、以下の式（１）及び式（２）を用いて対象タイヤＴｋに作用する荷重をｗ_kを求めるようにしたので、タイヤＴ_kに作用する荷重ｗ_kを精度よく推定できる。
Ｍ_k[％]＝（ｗ_k/Ｍ）×１００＝ａ×ＣＴＲ_k＋ｂ ……（１）
Ｗ＝ｗ₁＋ｗ₂＋……＋ｗ_n ……（２）
Ｍ；対象とするタイヤＴｋの最大負荷能力

また、本発明は、タイヤに作用する荷重を推定するタイヤ荷重推定装置であって、車両の各タイヤのタイヤトレッドの内面側に配置されて前記タイヤのタイヤ径方向加速度をそれぞれ検出する加速度センサーと、車両総重量を算出する車両総重量算出手段と、前記各加速度センサーの出力信号から、接地面近傍を含むタイヤ径方向加速度波形をタイヤ毎に抽出する加速度波形抽出手段と、前記タイヤ径方向加速度波形を微分して微分加速度波形を求める微分演算手段と、前記微分加速度波形に出現する２つの接地端部のピーク位置である踏み込み端側ピーク位置と蹴り出し端側ピーク位置とを検出するピーク位置検出手段と、前記踏み込み端側ピーク位置と蹴り出し端側ピーク位置との間隔である接地時間を算出する接地時間算出手段と、前記タイヤ径方向加速度波形における隣接する２つの踏み込み端側ピーク位置の間隔、もしくは、隣接する２つの蹴り出し端側ピーク位置の間隔から、当該タイヤが１回転する時間である回転時間を算出する回転時間算出手段と、前記接地時間と回転時間との比である接地時間比を各タイヤ毎に演算する接地時間比演算手段と、前記演算された各タイヤの接地時間比、荷重の推定を行うタイヤである対象タイヤの最大負荷能力、前記算出された車両総重量、及び、予め求めておいた、最大負荷能力比率を接地時間比の一次関数で近似したから、前記対象タイヤに作用する荷重を推定する荷重推定手段を備え、前記対象タイヤの最大負荷能力比率が、前記対象タイヤに作用する荷重を前記対象タイヤの最大負荷能力で正規化した値であることを特徴とする。
このような構成を採ることにより、精度の高いタイヤ荷重推定装置を実現できる。

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

本実施の形態に係るタイヤ荷重推定装置の構成を示すブロック図である。加速度センサー及び車両総重量測定手段の取付け例を示す図である。加速度波形と微分加速度波形の一例を示す図である。微分加速度波形と接地時間及び回転時間との関係を示す図である。本実施の形態に係るタイヤ荷重推定方法のフローチャートである。接地時間比と荷重との関係を示す図である。接地時間比と最大負荷能力比率との関係を示す図である。

実施の形態
図１は、本実施の形態に係るタイヤ荷重推定装置１０の構成を示すブロック図で、同図において、１１（１０１〜１１２）は加速度センサー、１２は車両総重量算出手段、１３加速度波形抽出手段、１４は微分加速度波形演算手段、１５はピーク位置算出手段、１６は接地時間比演算手段、１７は荷重推定手段である。
加速度センサー１０１〜１１２と車両総重量算出手段１２とがセンサー部１０Ａを構成し、加速度波形抽出手段１３から荷重推定手段１７までの各手段が演算部１０Ｂを構成する。
加速度波形抽出手段１３から荷重推定手段１７までの各手段は、例えば、コンピュータのソフトウェア及びＲＡＭ等の記憶装置により構成され、図示しない車体側に配置される。
本例では、図２（ａ）に示すように、車両１に装着されるタイヤの本数ｎが１２本である場合について説明する。
加速度センサー１１は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、車両１のタイヤＴ（Ｔ１〜Ｔ１２）のそれぞれのインナーライナー部２の同図のＣＬで示すタイヤ幅方向中心に、検出方向がタイヤ径方向になるように配置されて、タイヤトレッド３のセンター部４の内面に作用するタイヤ径方向加速度を検出する。
車両総重量算出手段１２としては、車軸１ａ〜１ｄに配置された重量検出部１２ａ〜１２ｄと、重量検出部１２ａ〜１２ｄの出力に基づいて車両１の総重量を算出する車両総重量算出部１２Ｍとを備えた車両総重量算出手段などの、周知の車両総重量算出手段を用いることができる。
なお、本例では、前側の４本のタイヤＴ１〜Ｔ４を従動輪とし、後側の８本のタイヤＴ５〜Ｔ１２を駆動輪とした。

加速度波形抽出手段１３は、各加速度センサー１０１〜１１２から出力されるタイヤ径方向加速度信号からタイヤ径方向加速度の時系列波形であるタイヤ径方向加速度波形（以下、加速度波形という）をタイヤＴｋ（ｋ＝１〜１２）毎に抽出する。
微分加速度波形演算手段１４は、加速度波形抽出手段１３で抽出された加速度波形を時間微分して微分加速度波形を求める。
図３（ａ）は、加速度センサー１１で検出した径方向加速度波形の一例を示す図で、横軸は時間［sec]、縦軸は加速度の大きさ［G］である。加速度波形では、同図の左側の丸印に示す踏み込み側の接地端（以下、踏み込み端Ｅ_fという）右側の丸印に示す蹴り出し側の接地端（以下、蹴り出し端Ｅ_kという）の２つの接地端において加速度の大きさが０となる。
また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した加速度波形を微分して得られた微分加速度波形を示す図で、横軸は時間［sec.］、縦軸は微分加速度の大きさ[G/sec.]である。同図に示すように、微分加速度波形には、踏み込み端Ｅ_fと蹴り出し端Ｅ_kとに大きなピークが出現する。
タイヤの接地時間Ｔ_cは、加速度波形のゼロクロス点である踏み込み端Ｅ_fの位置と蹴り出し端の位置Ｅ_kとの時間間隔であるが、ゼロクロス点の間隔を正確に求めるのは難しいので、本例では、微分加速度波形における２つのピーク位置である踏み込み側のピーク位置と蹴り出し側のピーク位置との時間間隔を接地時間Ｔ_cとした。
なお、本例では、図４に示すように、接地時間Ｔ_cに加えて回転時間Ｔ_rも算出するので、少なくともタイヤ２回転分以上の微分加速度波形を求めることが好ましい（実際には、少なくとも２つの踏み込み側のピーク位置、もしくは、少なくとも２つのと蹴り出し側のピーク位置を検出できればよい）。

接地時間比演算手段１６は、接地時間算出部１６ａと回転時間算出部１６ｂと接地時間比演算部１６ｃとを備え、各タイヤＴｋの接地時間比ＣＴＲ_k＝Ｔ_ck/Ｔ_rkを算出する。
具体的には、接地時間算出部１６ａは、図４に示す微分加速度波形に出現する踏み込み側のピーク位置と蹴り出し側のピーク位置との時間間隔を算出し、これを接地時間Ｔ_ckとして接地時間比演算部１６ｃに送る。
回転時間算出部１６ｂは、時間的に隣接する２つの踏み込み側のピークの間の時間間隔、もしくは、２つの蹴り出し側のピークの時間間隔を算出し、これを回転時間Ｔ_rkとして接地時間比演算部１６ｃに送る。
接地時間比演算部１６ｃでは、前記算出された接地時間Ｔ_ckと回転時間Ｔ_rkとを用いて、接地時間比ＣＴＲ_k＝Ｔ_ck/Ｔ_rkを算出し、荷重推定手段１７に送る。
接地時間Ｔ_ck、回転時間Ｔ_rk、及び、接地時間比ＣＴＲ_kは、タイヤＴｋ毎に求める。
荷重推定手段１７では、接地時間比演算手段１６で演算された各タイヤＴｋの接地時間比ＣＴＲ_k、荷重ｗ_kの推定を行うタイヤである対象タイヤ（タイヤＴｋ）の最大負荷能力Ｍ、車両総重量算出手段１２で算出された車両総重量Ｗ、及び、予め求めておいた最大負荷能力比率Ｍ_k[％]＝ｗ_k/Ｍの接地時間比ＣＴＲ_kに対する変化率ａから、下記の式（１），（２）を用いて、タイヤＴｋに作用する荷重ｗ_kを推定する。
Ｍ_k[％]＝（ｗ_k/Ｍ）×１００＝ａ×ＣＴＲ_k＋ｂ ……（１）
Ｗ＝ｗ₁＋ｗ₂＋……＋ｗ_n ……（２）
なお、上記ａは、Ｍ_k[％]を、一次関数ａ×ＣＴＲ_k＋ｂで近似としたときの傾きで、タイヤサイズにより決まる最大負荷能力Ｍ_kとともに、荷重推定手段１７の図示しないメモリーに記憶されているものとする。
また、最大負荷能力比率Ｍ_k[％]は、上記のように、タイヤＴｋに作用する荷重ｗ_kを、タイヤＴｋの最大負荷能力Ｍで正規化した値である。

次に、タイヤ荷重推定装置１０を用いてタイヤ１に作用する荷重を推定する方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。
まず、車両１の各タイヤＴ１〜Ｔ１２に装着された加速度センサー１０１〜１１２により、タイヤトレッド３の変形に伴って変形するインナーライナー部２内面におけるタイヤ径方向加速度を検出するとともに、車両総重量算出手段１２にて車両１の総重量を算出し、検出されたタイヤ径方向加速度のデータと、算出された車両１の総重量とを送信器７から車体側に配置された演算部１０Ｂに送信する（ステップＳ１１）。
演算部１０Ｂでは、加速度センサー１０１〜１１２から連続して出力されるタイヤトレッド３に作用するタイヤ径方向加速度の大きさを表す信号から加速度波形を抽出する（ステップＳ１２）。
次に、抽出された加速度波形を時間微分して微分加速度波形を求めた後、微分加速度波形から踏み込み端Ｅ_f側のピーク位置と蹴り出し端Ｅ_k側のピーク位置、及び、タイヤ１回転後の蹴り出し端Ｅ_k側のピーク位置を検出する（ステップＳ１３）。
そして、踏み込み端Ｅ_f側のピーク位置と蹴り出し端Ｅ_k側のピーク位置との時間間隔から接地時間Ｔ_ckを算出するとともに、隣接する２つの蹴り出し端Ｅ_k側のピーク位置の時間間隔から回転時間Ｔ_rkを算出し（ステップＳ１４）た後、接地時間Ｔ_ckと回転時間Ｔ_rkとの比である接地時間比ＣＴＲ_k＝Ｔ_ck/Ｔ_rkを、タイヤＴｋ（ｋ＝１〜１２）毎に演算する（ステップＳ１５）。

図６は、種々のタイヤサイズにおける接地時間比ＣＴＲ_kと荷重ｗ_kとの関係を示すマップで、実施したタイヤサイズは、リム径が17.5インチ、19.5インチ、22.5インチ、24.5インチ、扁平率が90、80、75、70、65、50を含んでいる。
同図に示すように、接地時間比ＣＴＲ_kと荷重ｗ_kとは、ほぼ線形の関係を有する。すなわち、接地時間比ＣＴＲ_kと荷重ｗ_kとは、以下の式（３）で示す近似式で表せる。
ｗ_k＝ｍ_k×ＣＴＲ_k＋ｃ_k ……（３）
したがって、予めタイヤサイズ毎に近似式（３）で表せるマップを作成し、このマップと算出された接地時間比ＣＴＲ_kから、タイヤＴｋの荷重ｗ_kを推定することができる。
しかしながら、そのためには、接地時間比ＣＴＲ_kと荷重ｗ_kとの関係を示すマップをタイヤサイズ毎に作成する必要がある。
そこで、荷重ｗ_kに代えて、対象タイヤＴｋに作用する荷重ｗ_kを、ロードインデックスで定められた既知のタイヤ情報である最大負荷能力Ｍ_kで正規化した値である最大負荷能力比率Ｍ_k[％]＝（ｗ_k/Ｍ_k）×１００用いて、図６に示した接地時間比ＣＴＲと実荷重ｗとの関係を、図７に示すような、接地時間比ＣＴＲに対する最大負荷能力比率Ｍ_k[％]との関係に補正する。
同図に示すように、接地時間比ＣＴＲに対する最大負荷能力比率Ｍ_k[％]の傾きａは、タイヤサイズに拠らず一定なので、最大負荷能力比率Ｍ_k[％]を、以下の式（１）で示す近似式（一次関数の式）に変換することができる。
Ｍ_k[％]＝（ｗ_k/Ｍ）×１００＝ａ×ＣＴＲ_k＋ｂ ……（１）
式（１）において、傾きａはタイヤサイズに拠らない値で、切片ｂは、後述するように、最大負荷能力Ｍと、車両総重量Ｗと、傾きａと、ステップＳ１５で求めた接地時間比ＣＴＲ₁〜ＣＴＲ₁₂から求められる。

ステップＳ１６では、予め求めておいた接地時間比ＣＴＲ_kと最大負荷能力比率Ｍ_k[％]の関係を示す近似式の傾きａと、上記式（１）と、下記に示す荷重ｗ_kの総和と車両総重量Ｗの関係を示す以下の式（２）とから切片ｂを求める。
Ｗ＝ｗ₁＋ｗ₂＋……＋ｗ_n ……（２）
具体的には、式（１）を以下のように変形して、式（２）に代入する。
ｗ_k＝/（Ｍ/１００）・（ａ×ＣＴＲ_k＋ｂ）……（１）’
タイヤＴの総本数は、ｎ＝１２なので、
Ｗ＝（Ｍ/１００）・｛ａ×（ＣＴＲ₁＋ＣＴＲ₂＋……＋ＣＴＲ₁₂）＋１２ｂ｝
……（２）’
最大負荷能力Ｍと傾きａとは既知で、車両総重量Ｗは車両総重量算出手段１２で算出した値、接地時間比ＣＴＲ₁〜ＣＴＲ₁₂は加速度センサー１０１〜１１２の出力から算出された値なので、式（２）’から切片ｂを求めることができる。
ステップＳ１７では、上記式（１）に戻って、傾きａと切片ｂと、ステップＳ１５で求めた接地時間比ＣＴＲ_kとから、タイヤＴｋに作用する荷重ｗ_kを推定する。
これにより、予め、接地時間比ＣＴＲ_kと荷重ｗ_kとの関係を示すマップを作成することなく、対象タイヤＴｋに作用する荷重ｗ_kを推定することができる。
なお、荷重ｗ_kを推定するタイヤＴｋは、従動輪（タイヤＴ１〜Ｔ４）のみであってもよいし、駆動輪（タイヤＴ５〜Ｔ１２）のみであってもよい。また、特定のタイヤＴｋの荷重ｗ_kのみを推定してもよいし、全てのタイヤＴｋの荷重ｗ_kを推定してもよい。

なお、前記実施の形態では、タイヤＴの本数を１２本としたが、本発明は、普通乗用車のように、タイヤＴの本数が４本である車両にも適用できることはいうまでもない。

１タイヤ、２インナーライナー部、３タイヤトレッド、４センター部、
５ホイールリム、６タイヤ気室、７送信機、
１０タイヤ荷重推定装置、１０Ａセンサー部、１０Ｂ演算部、
１１加速度センサー、１２車両総重量算出手段、１３加速度波形抽出手段、
１４微分加速度波形演算手段、１５ピーク位置算出手段、
１６接地時間比演算手段、１６ａ接地時間算出部、１６ｂ回転時間算出部、
１６ｃ接地時間比演算部、１７荷重推定手段。

Claims

車両に搭載されたタイヤに作用する荷重を推定する方法であって、
前記車両の各タイヤのタイヤトレッドの内面側にそれぞれ配置された加速度センサーの出力から、各タイヤのタイヤ径方向加速度波形を検出するステップと、
車両総重量を算出するステップと、
前記各タイヤのタイヤ径方向加速度波形を微分して微分加速度波形を求めるステップと、
前記微分加速度波形からタイヤの接地時間と回転時間とを算出するステップと、
前記接地時間と前記回転時間との比である接地時間比を前記各タイヤ毎に演算するステップと、
前記演算された各タイヤの接地時間比、荷重の推定を行うタイヤである対象タイヤの最大負荷能力、前記算出された車両総重量、及び、予め求めておいた、最大負荷能力比率を接地時間比の一次関数で近似したときの傾きから、前記対象タイヤに作用する荷重を推定するステップとを備え、
前記対象タイヤの最大負荷能力比率が、前記対象タイヤに作用する荷重を前記対象タイヤの最大負荷能力で正規化した値であることを特徴とするタイヤ荷重推定方法。
前記荷重を推定するステップでは、
ｎをタイヤの総数としたとき、
前記対象タイヤＴｋに作用する荷重ｗ_kを、
前記対象タイヤＴｋに最大負荷能力比率Ｍ_k[％]と前記対象タイヤＴｋの接地時間比ＣＴＲ_kとの関係を示す以下の式（１）と、荷重ｗ_kの総和と車両総重量Ｗの関係を示す以下の式（２）とから求めることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ荷重推定方法。
Ｍ_k[％]＝（ｗ_k/Ｍ）×１００＝ａ×ＣＴＲ_k＋ｂ ……（１）
Ｗ＝ｗ₁＋ｗ₂＋……＋ｗ_n ……（２）
Ｍ；対象タイヤＴｋの最大負荷能力
車両に搭載されたタイヤに作用する荷重を推定する装置であって、
車両の各タイヤのタイヤトレッドの内面側に配置されて前記タイヤのタイヤ径方向加速度をそれぞれ検出する加速度センサーと、
車両総重量を算出する車両総重量算出手段と、
前記各加速度センサーの出力信号から、接地面近傍を含むタイヤ径方向加速度波形をタイヤ毎に抽出する加速度波形抽出手段と、
前記タイヤ径方向加速度波形を微分して微分加速度波形を求める微分演算手段と、
前記微分加速度波形に出現する２つの接地端部のピーク位置である踏み込み端側ピーク位置と蹴り出し端側ピーク位置とを検出するピーク位置検出手段と、
前記踏み込み端側ピーク位置と蹴り出し端側ピーク位置との間隔である接地時間を算出する接地時間算出手段と、
前記タイヤ径方向加速度波形における隣接する２つの踏み込み端側ピーク位置の間隔、もしくは、隣接する２つの蹴り出し端側ピーク位置の間隔から、当該タイヤが１回転する時間である回転時間を算出する回転時間算出手段と、
前記接地時間と回転時間との比である接地時間比を前記各タイヤ毎に演算する接地時間比演算手段と、
前記演算された各タイヤの接地時間比、荷重の推定を行うタイヤである対象タイヤの最大負荷能力、前記算出された車両総重量、及び、予め求めておいた、最大負荷能力比率を接地時間比の一次関数で近似したときの傾きから、前記対象タイヤに作用する荷重を推定する荷重推定手段を備え、
前記対象タイヤの最大負荷能力比率が、前記対象タイヤに作用する荷重を前記対象タイヤの最大負荷能力で正規化した値であることを特徴とするタイヤ荷重推定装置。