JP4377651B2 - Method for detecting force acting on tire and pneumatic tire used therefor - Google Patents
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Description
本発明は、タイヤに作用する前後力(タイヤ周方向の力)、横力(タイヤ軸方向の力)、及び上下荷重(半径方向の力)の3並進方向力を容易に検出することが可能となり、タイヤの転動状況を的確に把握でき、車両制御システムの制御に貢献しうるタイヤに作用する力の検出方法、及びそれに用いる空気入りタイヤに関する。 The present invention can easily detect three translational direction forces including a longitudinal force (tire circumferential force), lateral force (tire axial force), and vertical load (radial force) acting on the tire. Thus, the present invention relates to a method of detecting a force acting on a tire that can accurately grasp the rolling condition of the tire and contribute to the control of the vehicle control system, and a pneumatic tire used therefor.
近年、走行中の自動車の安定性、安全性を確保するため、ABS(アンチロックブレーキシステム)、TCS(トラクションコントロールシステム)、VSC(ビークルスタビリティコントロール)などの種々の車両制御システムが開発されている。そして、これらシステムを制御するためには、走行中のタイヤの転動状況を正確に把握することが必要となる。 In recent years, various vehicle control systems such as ABS (anti-lock brake system), TCS (traction control system), and VSC (vehicle stability control) have been developed in order to ensure the stability and safety of a running vehicle. Yes. In order to control these systems, it is necessary to accurately grasp the rolling state of the running tire.
例えばABSにおいては、タイヤのスリップ状況を把握することが必要であり、そのために、特許文献1〜3等においては、トレッドの歪レベルをトレッド内に埋設したセンサによって測定し、その測定データに基づき前記スリップ状況に係わるタイヤの路面摩擦係数や路面密着能力を推定することが提案されている。 For example, in ABS, it is necessary to grasp the slip condition of a tire. For this reason, in Patent Documents 1 to 3 and the like, the strain level of a tread is measured by a sensor embedded in the tread, and based on the measurement data. It has been proposed to estimate a road surface friction coefficient and a road surface contact ability of a tire related to the slip condition.
しかしかかる手段では、前記センサが接地領域内に配されるため、路面上の突起物を乗り越す際の衝撃力等によって該センサが破損しやすい傾向となり、高い信頼性を確保するのが難しくなる。しかも前記測定データの情報は、ABS制御に限定されるなどTCSやVSC等の他の車両制御システムの制御に応用できず、汎用性に劣るという問題もある。 However, in such means, since the sensor is arranged in the ground contact area, the sensor tends to be damaged by an impact force or the like when riding over a projection on the road surface, and it is difficult to ensure high reliability. Moreover, the information of the measurement data cannot be applied to control of other vehicle control systems such as TCS and VSC, such as being limited to ABS control, and there is a problem that the versatility is inferior.
そこで本発明者は、タイヤの転動状況は、タイヤが路面から受ける外力、即ち前記前後力Fx、横力Fy、及び上下荷重Fzの3並進方向力の全てを求めることで正確に把握することができ、しかもこの3並進方向力の情報は、ABSを含む種々の車両制御システムの制御に応用しうるという観点に基づき研究を行った。 Therefore, the inventor accurately grasps the rolling condition of the tire by obtaining all the external forces that the tire receives from the road surface, that is, the three translational direction forces of the longitudinal force Fx, the lateral force Fy, and the vertical load Fz. In addition, research was conducted based on the viewpoint that the information on the three translational direction forces can be applied to control of various vehicle control systems including ABS.
その結果、タイヤのサイドウォール部にその表面歪を測定するセンサを設け、その表面歪の測定データを活用することにより、前記3並進方向力を、比較的高精度で推定できることを究明し得た。 As a result, it was found that the three translational direction forces can be estimated with relatively high accuracy by providing a sensor for measuring the surface strain in the sidewall portion of the tire and utilizing the measurement data of the surface strain. .
詳しくは、図12(A)、(B)に略示する如く、タイヤに前後力Fx、横力Fy、上下荷重Fzを個別にかつ静的に負荷し、そのとき発生するラジアル方向の表面歪εs、及び周方向の表面歪εtを、それぞれタイヤ赤道の位置Pa、トレッド端の位置Pb、サイドウォール部の位置Pc、ビード部の位置Pdの4つの位置で測定した。その結果、表1に示すように、トレッド部の前記位置Pa、Pbにおいては、前後力Fx、横力Fy、上下荷重Fzと、それによって生じる表面歪εs、εtとの間には相関関係がない、或いは力の増減しか判断できない非線形の関係しか見出せず、従って、表面歪から前後力Fx、横力Fy、上下荷重Fzをそれぞれ推定することは困難であることが判明した。又ビード部の前記位置Pdにおいては、横力Fy、上下荷重Fzと表面歪εsとの間に、線形の相関関係が有るものの、前後力Fxと表面歪εs、εtとの間には相関関係がなく、従って、この位置Peにおいても、表面歪から3並進方向力Fx、Fy、Fzの全てを推測することが困難であることが判明した。 Specifically, as schematically shown in FIGS. 12 (A) and 12 (B), the front and rear force Fx, lateral force Fy, and vertical load Fz are individually and statically applied to the tire, and the radial surface strain generated at that time is generated. εs and circumferential surface strain εt were measured at four positions, a tire equator position Pa, a tread edge position Pb, a sidewall position Pc, and a bead position Pd, respectively. As a result, as shown in Table 1, at the positions Pa and Pb of the tread portion, there is a correlation between the longitudinal force Fx, the lateral force Fy, the vertical load Fz and the surface strains εs and εt caused thereby. However, it has been found that it is difficult to estimate the longitudinal force Fx, the lateral force Fy, and the vertical load Fz from the surface strain. At the position Pd of the bead portion, there is a linear correlation between the lateral force Fy, the vertical load Fz, and the surface strain εs, but there is a correlation between the longitudinal force Fx and the surface strains εs, εt. Therefore, it has been found that it is difficult to estimate all the three translational direction forces Fx, Fy, and Fz from the surface strain even at the position Pe.
これに対し、サイドウォール部の前記位置Pcにおいては、表面歪εs、εtの少なくとも一方と、3並進方向力Fx、Fy、Fzの全てとが線径の相関関係があり、従って、このサイドウォール部の前記位置Pcにおいては、その表面歪から3並進方向力Fx、Fy、Fzの全てを推測することが可能、即ちタイヤの転動状況を把握可能であることが判明した。 On the other hand, at the position Pc of the sidewall portion, at least one of the surface strains εs and εt and all the three translational direction forces Fx, Fy, and Fz have a correlation in wire diameter. It was found that at the position Pc of the part, all three translational direction forces Fx, Fy, Fz can be estimated from the surface strain, that is, the rolling condition of the tire can be grasped.
次に、図13(A)〜(C)に、前記位置Pcにおける3並進方向力Fx、Fy、Fzと、それによる表面歪εs、εtとの関係を例示するが、前後力Fxと表面歪εtとは線形の相関があるとはいえその変位が小さく、正確な推定を難しいものとしている。そこで本発明者は、ラジアル方向及び周方向の前記表面歪εs、εtに代え、図14(A)の如き剪断方向の表面歪εγを測定することを試みた。その結果、図14(B)に示すように、剪断方向の表面歪εγと前後力Fxとの間に、変位が大な線形相関を見出すことができ、又この表面歪εγは、横力Fyおよび上下荷重Fzとの間にも同様に、変位が大な線形相関を呈することが確認された。従って、3並進方向力Fx、Fy、Fzの全てをより正確に推測するためには、サイドウォール部の前記位置Pcにおいて、特に剪断方向の表面歪εγを測定することが重要となる。 Next, FIGS. 13A to 13C illustrate the relationship between the three translational direction forces Fx, Fy, and Fz at the position Pc and the resulting surface strains εs and εt. The longitudinal force Fx and the surface strain are illustrated in FIGS. Although there is a linear correlation with εt, the displacement is small, making accurate estimation difficult. Therefore, the present inventor tried to measure the surface strain εγ in the shear direction as shown in FIG. 14A in place of the surface strains εs and εt in the radial direction and the circumferential direction. As a result, as shown in FIG. 14B, a linear correlation with a large displacement can be found between the surface strain εγ in the shear direction and the longitudinal force Fx, and the surface strain εγ is a lateral force Fy. Similarly, it was confirmed that the displacement exhibits a large linear correlation with the vertical load Fz. Therefore, in order to accurately estimate all the three translational direction forces Fx, Fy, and Fz, it is important to measure the surface strain εγ particularly in the shear direction at the position Pc of the sidewall portion.
しかしこのとき、サイドウォール部では、接地/非接地での撓みが大きいため、所謂抵抗線ストレインゲージ等の歪ゲージでは、タイヤの弾性に追従できずに破断や剥離を招くなど耐久性に問題を生じる。従って、センサとして、大きな撓みにも容易に追従でき耐久性に優れることが必要となる。 However, at this time, since the side wall portion is largely grounded / ungrounded, a strain gauge such as a so-called resistance wire strain gauge cannot follow the elasticity of the tire and causes problems such as breakage and peeling. Arise. Therefore, it is necessary for the sensor to be able to easily follow a large deflection and to be excellent in durability.
そこで本発明は、センサとして、磁石とそれに向き合う磁気センサ素子とを弾性材を介して一体化したものを用い、かつこのセンサをサイドウォール部に設けることを基本として、耐久強度を高く維持しながら、タイヤに作用する前後力、横力、及び上下荷重の3並進方向力を容易に推定することができ、タイヤの転動状況を的確に把握せしめ、種々の車両制御システムの制御を便宜に行うことを可能とするタイヤに作用する力の検出方法、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。 Accordingly, the present invention uses a sensor in which a magnet and a magnetic sensor element facing the sensor are integrated via an elastic material, and the sensor is provided on the side wall, while maintaining high durability. It is possible to easily estimate the three translational forces of the longitudinal force, lateral force and vertical load acting on the tire, accurately grasp the rolling condition of the tire, and conveniently control various vehicle control systems. It is an object of the present invention to provide a method for detecting a force acting on a tire, and a pneumatic tire used therefor.
前記目的を達成するために、本願請求項1の発明は、タイヤに取り付けられタイヤ表面歪を検出する歪センサの歪出力により、タイヤに作用する力を検出する検出方法であって、
前記歪センサをサイドウォール部の領域に設けるとともに、
該歪センサは、磁石とこの磁石に向き合う磁気センサ素子とを弾性材を介して一体化したセンサ素子ユニットからなり、
しかも前記センサ素子ユニットは、センサのゲインが最大となる中央線を、タイヤの半径方向線に対して、10〜80°の角度で傾斜する向きで配置することにより、サイドウォール部の剪断歪も検出可能としたことを特徴としている。
In order to achieve the object, the invention of claim 1 of the present application is a detection method for detecting a force acting on a tire based on a strain output of a strain sensor that is attached to the tire and detects a tire surface strain.
While providing the strain sensor in the region of the sidewall portion,
The strain sensor comprises a sensor element unit in which a magnet and a magnetic sensor element facing the magnet are integrated via an elastic material ,
In addition, the sensor element unit is arranged such that the center line where the gain of the sensor is maximum is inclined at an angle of 10 to 80 ° with respect to the radial line of the tire, so that the shear strain of the sidewall portion is also reduced. It is characterized by being detectable .
又請求項2、7の発明では、前記磁気センサ素子はホール素子であることを特徴としている。
The inventions of
又請求項3、8の発明では、前記センサ素子ユニットは、1つの磁石と1つの磁気センサ素子、1つの磁石と複数の磁気センサ素子、又は複数の磁石と1つの磁気センサ素子とからなることを特徴としている。
In the inventions of
又請求項4の発明では、前記歪出力は、タイヤの回転位置を検知する回転位置検知器により該回転位置検知器による回転位置ごとに出力されることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, the strain output is output for each rotational position by the rotational position detector by a rotational position detector for detecting the rotational position of the tire.
又請求項5の発明では、前記歪センサは、周方向に配された少なくとも3個のセンサ素子ユニットを有し、かつ3個のセンサ素子ユニットによる歪出力を周方向にt1,t2,t3とするとき、以下の式(1)により前後力Fx,横力Fy,上下荷重Fzを求めることを特徴としている。
┌Fx┐ ┌A1 B1 C1┐−1 ┌t1┐
│Fy│=│A2 B2 C2│ │t2│ --- (1)
└Fz┘ └A3 B3 C3┘ └t3┘
ここで、A1〜A3、B1〜B3、C1〜C3は、
t1=A1・Fx+B1・Fy+C1・Fz
t2=A2・Fx+B2・Fy+C2・Fz
t3=A3・Fx+B3・Fy+C3・Fz
として、予めFx、Fy、Fzを変化させて実測した歪出力t1,t2,t3と、そのときのFx、Fy、Fzとの複数のデータを数値解析することにより求めた係数である。
According to a fifth aspect of the present invention, the strain sensor includes at least three sensor element units arranged in the circumferential direction, and the strain output by the three sensor element units is expressed as t1, t2, t3 in the circumferential direction. In this case, the longitudinal force Fx, lateral force Fy, and vertical load Fz are obtained by the following equation (1).
┌Fx┐ ┌A1 B1 C1┐ -1 ┌t1┐
│Fy│ = │A2 B2 C2│ │t2│ --- (1)
└Fz┘ └A3 B3 C3┘ └t3┘
Here, A1-A3, B1-B3, C1-C3 are
t1 = A1 · Fx + B1 · Fy + C1 · Fz
t2 = A2 · Fx + B2 · Fy + C2 · Fz
t3 = A3 · Fx + B3 · Fy + C3 · Fz
Is a coefficient obtained by numerically analyzing a plurality of data of strain outputs t1, t2, and t3 actually measured by changing Fx, Fy, and Fz in advance and Fx, Fy, and Fz at that time.
又請求項6の発明は、タイヤ表面歪を検出した歪出力を出力してタイヤに作用する力を検出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、
前記歪センサをサイドウォール部の領域に設けるとともに、
この歪センサは、磁石とこの磁石に向き合う磁気センサ素子とを弾性材を介して一体化したセンサ素子ユニットからなり、
しかも前記センサ素子ユニットは、センサのゲインが最大となる中央線を、タイヤの半径方向線に対して、10〜80°の角度で傾斜する向きで配置することにより、サイドウォール部の剪断歪も検出可能としたことを特徴としている。
The invention according to
While providing the strain sensor in the region of the sidewall portion,
This strain sensor is composed of a sensor element unit in which a magnet and a magnetic sensor element facing the magnet are integrated via an elastic material ,
In addition, the sensor element unit is arranged such that the center line where the gain of the sensor is maximum is inclined at an angle of 10 to 80 ° with respect to the radial line of the tire, so that the shear strain of the sidewall portion is also reduced. It is characterized by being detectable .
又請求項9の発明では、前記歪センサは、周方向に配された少なくとも3個のセンサ素子ユニットを有することを特徴としている。
In the invention of
本発明は叙上の如く構成しているため、耐久強度を高く維持しながら、タイヤに作用する前後力、横力、及び上下荷重の3並進方向力を容易に推定することができ、タイヤの転動状況を的確に把握せしめ、種々の車両制御システムの制御を便宜に行うことを可能とする。 Since the present invention is configured as described above, it is possible to easily estimate the three translational direction forces of the longitudinal force, lateral force, and vertical load acting on the tire while maintaining high durability. It is possible to accurately grasp the rolling situation and conveniently control various vehicle control systems.
以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。
図1は、本発明のタイヤに作用する力の検出方法に用いる空気入りタイヤを示す断面図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a pneumatic tire used in a method for detecting a force acting on a tire of the present invention.
図1において、空気入りタイヤ1は、本例では、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。
In FIG. 1, the pneumatic tire 1 includes a
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、又そのプライ本体部6aとプライ折返し部6bとの間には、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ビードエーペックスゴム8を配設している。
The
又前記ベルト層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、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を設けることができる。
The
そして本実施形態のタイヤ1では、前記サイドウォール部3の領域Yに、その表面歪を検出する歪センサ10を設けている。この歪センサ10は、少なくとも1個以上、特に3並進方向力の全てを検出する場合には3個以上の複数のセンサ素子ユニット20から形成される。なお3個以上の場合、各センサ素子ユニット20は、タイヤ軸心を中心とした同一円周上であればタイヤ周方向に等間隔で、或いは不等間隔で配置することができるが、等間隔で配することが測定制御の簡便性等の観点から好ましく、本例では図2の如く、8個のセンサ素子ユニット20を等間隔で配置した場合を例示している。
In the tire 1 of this embodiment, a
又前記サイドウォール部3の領域Y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Lを半径方向内外に隔てる領域範囲であって、好ましくは前記距離Lをタイヤ断面高さHの20%、さらには15%とし、中間高さ位置Mにより近い領域範囲に前記歪センサ10を設けることが望ましい。
Further, the region Y of the
この領域Yは、前記〔背景技術〕の欄で、図12、13及び表1を用いて説明した如く、タイヤに3並進方向力である前後力Fx、横力Fy、上下荷重Fzを個別に負荷したときに発生する表面歪εが、各方向力Fx、Fy、Fzと略線形の相関関係を有する部位である。従って、この部位(領域Y)においては、前後力Fxによって発生する表面歪εxは、前後力Fxの一次関数εx=f(Fx)で近似でき、同様に、横力Fyによって発生する表面歪εyは、横力Fyの一次関数εy=f(Fy)で、かつ上下荷重Fzによって発生する表面歪εzは、上下荷重Fzの一次関数εz=f(Fz)で、それぞれ近似できる。従って、3並進方向力Fx、Fy、Fzの合力Fが作用したときに発生する表面歪εは、各表面歪εx、εy、εzの和、即ち次式(2)で近似することが可能となる。
ε=f(Fx)+f(Fy)+f(Fz) −−−−(2)
In this area Y, as explained with reference to FIGS. 12 and 13 and Table 1 in the [Background Art] section, the longitudinal force Fx, lateral force Fy, and vertical load Fz, which are three translational direction forces, are individually applied to the tire. The surface strain ε generated when the load is applied is a portion having a substantially linear correlation with each directional force Fx, Fy, Fz. Accordingly, in this region (region Y), the surface strain εx generated by the longitudinal force Fx can be approximated by a linear function εx = f (Fx) of the longitudinal force Fx, and similarly, the surface strain εy generated by the lateral force Fy. Is a linear function εy = f (Fy) of the lateral force Fy, and the surface strain εz generated by the vertical load Fz can be approximated by a linear function εz = f (Fz) of the vertical load Fz, respectively. Accordingly, the surface strain ε generated when the resultant force F of the three translational direction forces Fx, Fy, and Fz is applied can be approximated by the sum of the surface strains εx, εy, and εz, that is, the following equation (2). Become.
ε = f (Fx) + f (Fy) + f (Fz) −−−− (2)
次に、前記センサ素子ユニット20は、図3〜5に示すように、磁石11と、この磁石11に間隔を有して向き合う磁気センサ素子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として形成される。
Next, as shown in FIGS. 3 to 5, the
なお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)等の所謂半導体磁気センサが採用でき、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。又前記センサ素子ユニット20ではサイドウォール部3の動きに追従して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、前記センサ素子ユニット20を製造するという観点から好適に採用できる。
As the
なお前記センサ素子ユニット20としては、図3(A)、(B)の如く、1つの磁石11と1つの磁気センサ素子12とで形成した1−1タイプ、又図4(A)、(B)の如く、1つの磁石11と複数(n個、例えば2個)の磁気センサ素子12とで形成した1−nタイプ、又図5(A)、(B)の如く、複数(n個、例えば2個)の磁石11と1つの磁気センサ素子12とで形成したn−1タイプのものが使用できる。なお図中の符号12sは磁気センサ素子12の受感部面12s、符号11sは磁石11の磁極面を示し、又符号Nは、センサ素子ユニット20のゲインが最大となる中央線を示している。
As the
又前記センサ素子ユニット20は、図6に1−1タイプのものを代表して示すように、ゲインが最大となる前記中央線Nを、タイヤ半径方向線に対して、10〜80°の角度θで傾斜する向きで取り付けられる。これにより、サイドウォール部3の表面歪εのうちの剪断歪εγを検出可能としている。なお前記角度θは、好ましくは20〜70°、さらには30〜60°、さらには40〜50°の角度とするのが好ましい。
The
なお剪断歪εγを検出する理由は、前記〔背景技術〕の欄で説明した如く、剪断歪εγが、3並進方向力Fx、Fy、Fzの何れに対しても変位が大な線形の相関を示すからであり、これによって3並進方向力Fx、Fy、Fzの全てをより正確に検出することが可能となる。 The reason for detecting the shear strain εγ is that the shear strain εγ has a linear correlation with large displacement with respect to any of the three translational direction forces Fx, Fy, and Fz, as described in the section of “Background Art”. As a result, all of the three translational direction forces Fx, Fy, and Fz can be detected more accurately.
ここで、前記センサ素子ユニット20の取付は、本例の如くサイドウォール部3の外表面側とすることが、表面歪を検出するという観点から好ましいが、図7(A)、(B)に例示するように、内表面側、或いはタイヤ内部に埋め込んで取り付けることもできる。何れの場合にも、加硫前にタイヤ内部に埋め込む、或いは内表面又は外表面に貼り付け、その後の加硫による加硫接着によって強固に取り付けるのが好ましい。しかし、加硫後のタイヤの内表面又は外表面に、接着剤等による接着によって取り付けることもできる。
Here, the attachment of the
なお図中の符号15は、センサ素子ユニット20によって検出された剪断歪εγの歪出力を、車両に設ける車両制御システムの電子制御装置(ECU)に発信するセンサ発信制御装置であり、又符号16は、このセンサ発信制御装置15と、前記各センサ素子ユニット20とを接続するリード線を示す。このリード線16は、本例では、加硫前に予めタイヤ内に埋め込まれて配線される。又前記センサ発信制御装置15は、リム組性の観点から、加硫後のタイヤ内表面に接着剤で取り付けるのが好ましいが、要求によりホイール17の適所、例えばリムのウエル部などに接着剤或いは取り付け金具を用いて取り付けることもできる。
次に、前記空気入りタイヤ1を用い、このタイヤ1に作用する前後力Fx、横力Fy、及び上下荷重Fzの3並進方向力を検出する検出方法を説明する。 Next, a detection method for detecting the three translational direction forces of the longitudinal force Fx, lateral force Fy, and vertical load Fz acting on the tire 1 using the pneumatic tire 1 will be described.
まず3並進方向力Fx、Fy、Fzの合力Fが作用したとき、サイドウォール部3の領域Yで発生する表面歪εと、そのときの3並進方向力Fx、Fy、Fzとの間に、次式(2)に示す関係があることは、前述した如くである。
ε=f(Fx)+f(Fy)+f(Fz) −−−−(2)
First, when the resultant force F of the three translational direction forces Fx, Fy, Fz is applied, between the surface strain ε generated in the region Y of the
ε = f (Fx) + f (Fy) + f (Fz) −−−− (2)
そして、センサ素子ユニット20により測定可能な表面歪εから、前記合力Fをなす3並進方向力Fx、Fy、Fzを導き出すには、Fx、Fy、Fzを未知数とした式(2)である三元一次方程式を解くことにより達成できる。しかしこの三元一次方程式を解くためには、三つの連立式が必要である。
Then, in order to derive the three translational direction forces Fx, Fy, and Fz that form the resultant force F from the surface strain ε that can be measured by the
そこで、本発明の検出方法では、サイドウォール部3の前記領域Yに、少なくとも3個のセンサ素子ユニット20を周方向に配置し、そのうちの3個のセンサ素子ユニット20a、20b、20cにより、3並進方向力Fx、Fy、Fzの合力Fが作用したときの剪断歪εγも同時に測定(検出)する。このとき、それぞれのセンサ素子ユニット20a、20b、20cが検出した歪出力をt1、t2、t3とすると、前記式(2)をもとに、以下の三つの連立式を得ることができる。なおA1〜A3、B1〜B3、C1〜C3は、係数である。
t1=A1・Fx+B1・Fy+C1・Fz
t2=A2・Fx+B2・Fy+C2・Fz
t3=A3・Fx+B3・Fy+C3・Fz
そしてこの三つの連立式から、Fx、Fy、Fzを求める以下の行列式(1)を得ることができる。
┌Fx┐ ┌A1 B1 C1┐-1┌t1┐
│Fy│=│A2 B2 C2│ │t2│ --- (1)
└Fz┘ └A3 B3 C3┘ └t3┘
Therefore, in the detection method of the present invention, at least three
t1 = A1 · Fx + B1 · Fy + C1 · Fz
t2 = A2 · Fx + B2 · Fy + C2 · Fz
t3 = A3 · Fx + B3 · Fy + C3 · Fz
From these three simultaneous equations, the following determinant (1) for obtaining Fx, Fy, and Fz can be obtained.
┌Fx┐ ┌A1 B1 C1┐ -1 ┌t1┐
│Fy│ = │A2 B2 C2│ │t2│ --- (1)
└Fz┘ └A3 B3 C3┘ └t3┘
従って、所定の3個のセンサ素子ユニット20a、20b、20cで剪断歪εγも同時に測定し、それによって得た三つの歪出力t1、t2、t3を、前記式(1)に代入することにより、前後力Fx,横力Fy,上下荷重Fzをそれぞれ求めることができるのである。
Accordingly, the shear strain εγ is also measured simultaneously with the predetermined three
なお前記係数A1〜A3、B1〜B3、C1〜C3は、事前の荷重付加試験において前後力Fx、横力Fy、上下荷重Fzを変化させて実測した歪出力t1,t2,t3と、そのときの前後力Fx、横力Fy、上下荷重Fzとの複数のデータを数値解析することにより求めることができる。即ち、事前の荷重付加試験において、例えば、タイヤ1に前後力Fx、横力Fy、上下荷重Fzを個別にかつ静的に負荷し、そのとき検出される前記センサ素子ユニット20a、20b、20cの歪出力t1、t2、t3を記録する。これを、前後力Fx、横力Fy、上下荷重Fzをそれぞれ変化させて繰り返し、得られた複数のデータを、例えばコンピューターを用いて数値変換することにより求めることができる。
The coefficients A1 to A3, B1 to B3, and C1 to C3 are the strain outputs t1, t2, and t3 measured by changing the longitudinal force Fx, lateral force Fy, and vertical load Fz in the prior load application test, and at that time Can be obtained by numerical analysis of a plurality of data of the longitudinal force Fx, lateral force Fy, and vertical load Fz. That is, in the prior load application test, for example, the longitudinal force Fx, the lateral force Fy, and the vertical load Fz are individually and statically applied to the tire 1, and the
この検出方法を検証するため、本発明者は、図8に示すように、3つのセンサ素子ユニット20a、20b、20cを、互いに90°の中心角度αを隔てて配置したタイヤを試作し、タイヤの最下端を0°(基準点P0)としたタイヤ軸心周りの極座標系において、前記中央のセンサ素子ユニット20bが基準点P0となる回転位置でタイヤを固定した。そして、この回転位置のタイヤ(静止状態)に、事前の荷重付加試験を行い、係数A1〜A3、B1〜B3、C1〜C3を求めることにより前記回転位置毎に固有の式(1)を導き出した。
In order to verify this detection method, as shown in FIG. 8, the present inventor made a prototype of a tire in which three
その後、図9(A)、(B)に示す如く、前記回転位置のタイヤ(静止状態)に、3並進方向力Fx、Fy、Fzを時間経過とともに変化させながら負荷し、そのとき、センサ素子ユニット20a、20b、20cにて測定された歪出力t1、t2、t3から式(1)を用いて3並進方向力の計算値を算出した。そしてこの計算値と、実際に負荷した3並進方向力とを同図で比較した。その結果、概ね前記検出方法によって、タイヤに作用する3並進方向力Fx、Fy、Fzをそれぞれ検出しうることが確認できた。
Thereafter, as shown in FIGS. 9 (A) and 9 (B), the three translational direction forces Fx, Fy, and Fz are applied to the tire in the rotational position (stationary state) while changing over time, and the sensor element From the strain outputs t1, t2, and t3 measured by the
ここで、前記係数A1〜A3、B1〜B3、C1〜C3は、タイヤの回転位置毎に定まる回転位置に固有の係数であり、従って、事前の荷重付加試験を行うときの3つのセンサ素子ユニット20a、20b、20cの回転位置と、3並進方向力Fx、Fy、Fzを検出するときの3つのセンサ素子ユニット20a、20b、20cの回転位置とは、ともに同位置(本例では90°、0°、270°)であることが必要である。従って、実際に回転する走行中のタイヤにおいて3並進方向力Fx、Fy、Fzを検出する場合には、タイヤ、ホイール、車軸などに、タイヤ回転位置を検知する例えばエンコーダなどの回転位置検知器18(図1に示す)を取り付け、この回転位置検知器18によって検知される所定の回転位置毎に、前記歪出力t1、t2、t3を出力させることが好ましい。
Here, the coefficients A1 to A3, B1 to B3, and C1 to C3 are coefficients specific to the rotational position determined for each rotational position of the tire, and accordingly, the three sensor element units when performing a prior load application test. The rotational positions of 20a, 20b, and 20c and the rotational positions of the three
なお、前記回転位置については、前記図8に示すように、3つのセンサ素子ユニット20a、20b、20cのうちの中央のセンサ素子ユニット20bを、接地点に最も近い前記基準点P0とし、かつ両側のセンサ素子ユニット20a、20cを、前記基準点P0を中心とした周方向前後の対称位置に配することが好ましい。なお前記センサ素子ユニット20a、20b、20cが近接し過ぎると、3並進方向力Fx、Fy、Fzを高精度で検出することが難しく、そのためにセンサ素子ユニット20a、20b、20cを、互いに90°の中心角度αを隔てて配置するのが好ましい。特に、図2に示す本例の如く、4×n個(nは整数)のセンサ素子ユニット20を用い、これらを周方向に等間隔を隔てて配置した場合には、タイヤが90/n°回転する毎に、図8に示す如き0°、90°、270°の回転位置のセンサ素子ユニット20a、20b、20cが表れるため、90/n°回転毎に3並進方向力Fx、Fy、Fzを検出することができ、タイヤ転動状況の急激な変化に対しても対応することが可能となる。
As for the rotational position, as shown in FIG. 8, the central
次に、図10(A)、(B)に、実際に回転するタイヤから3並進方向力Fx、Fy、Fzを検出したときの検出実験の結果の一例を示す。この検出実験では、図10(A)の如く、4つのセンサ素子ユニット20A〜20Dを90°間隔で周方向に配置し、回転中のタイヤに、3並進方向力Fx、Fy、Fzを変化させながら連続的に負荷した。そして、センサ素子ユニットtA〜tDが0°、90°、180°、270°の回転位置となる4状態QA〜QDにおいて、それぞれ0°、90°、270°の3位置で歪出力t1、t2、t3を測定するとともに、前記歪出力t1、t2、t3から式(1)を用いて3並進方向力FxA〜FxD、FyA〜FyD、FzA〜FzDを算出し、実際に負荷した3並進方向力Fx、Fy、Fzと比較した。同図のごとく、回転中のタイヤに作用する3並進方向力Fx、Fy、Fzを、前記歪出力t1、t2、t3の測定によって推定しうることが確認できる。
Next, FIGS. 10A and 10B show an example of the result of a detection experiment when three translational direction forces Fx, Fy, and Fz are detected from a tire that actually rotates. In this detection experiment, as shown in FIG. 10A, four
次に、図11に、本発明の検出方法を用いて車両制御システムを制御す場合の、好ましい構成図の一例を例示する。この構成図では、車両に装着される各タイヤ1において、その一方のサイドウォール部3に、8個のセンサ素子ユニット20が周方向に等間隔で配置される。各センサ素子ユニット20は、例えばタイヤ内面に取り付けるセンサ発信制御装置15に接続され、所定の3位置(例えば0°、90°、270°)となるセンサ素子ユニット20からの歪出力t1、t2、t3を、車両に設ける車両制御システム19の電子制御装置19Aに発信する。
Next, FIG. 11 illustrates an example of a preferred configuration diagram when the vehicle control system is controlled using the detection method of the present invention. In this configuration diagram, eight
ここで、前記センサ発信制御装置15は、本例では、前記回転位置検知器18によるタイヤ回転位置の検知に基づき、前記所定の3位置にあるセンサ素子ユニット20a、20b、20cの歪出力t1、t2、t3を選び出す切り替え手段15Aと、選び出した歪出力t1、t2、t3を増幅する増幅器15Bと、その増幅信号を車両側に送信する送信機15Cと、それらを作動させる電源(図示しない)とを具えて構成される。なお前記電源としては、各種の電池が使用しうるが、例えば蓄電池と、車両から送信される電磁波を直流電力に変換して前記蓄電池に充電させる変換器とで構成するのがメンテナンスなどの観点から好ましい。
Here, in this example, the sensor
又前記車両制御システム19は、前記センサ発信制御装置15からの歪出力t1、t2、t3を受信して電子制御装置19Aに送る受信機19Bを具える。又電子制御装置19Aは、送られた歪出力t1、t2、t3のデータに基づき、前記式(1)を用いて3並進方向力Fx、Fy、Fzを算出するとともに、その算出結果を基に、例えばABS、TCS、VSCなどの車両制御システムを制御する。なお前記電子制御装置19Aには、予め設定された係数A1〜A3、B1〜B3、C1〜C3を有する式(1)を記憶する記憶部と、この式(1)と歪出力t1、t2、t3とから3並進方向力Fx、Fy、Fzを算出する演算部とを少なくとも具える。なお前記回転位置検知器18によるタイヤ回転位置の検知データは、電子制御装置19A、送信機30、受信機31を経て前記切り替え手段15Aに送信され、選択すべきセンサ素子ユニット20a、20b、20cを指定する。
The
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。 As mentioned above, although especially preferable embodiment of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to embodiment of illustration, It can deform | transform and implement in a various aspect.
1 タイヤ
3 サイドウォール部
10 歪センサ
11 磁石
12 磁気センサ素子
13 弾性材
18 回転検知器
20 センサ素子ユニット
N 中央線
Y 領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
前記歪センサをサイドウォール部の領域に設けるとともに、
該歪センサは、磁石とこの磁石に向き合う磁気センサ素子とを弾性材を介して一体化したセンサ素子ユニットからなり、
しかも前記センサ素子ユニットは、センサのゲインが最大となる中央線を、タイヤの半径方向線に対して、10〜80°の角度で傾斜する向きで配置することにより、サイドウォール部の剪断歪も検出可能としたことを特徴とするタイヤに作用する力の検出方法。 A detection method for detecting a force acting on a tire by a strain output of a strain sensor that is attached to the tire and detects a tire surface strain,
While providing the strain sensor in the region of the sidewall portion,
The strain sensor comprises a sensor element unit in which a magnet and a magnetic sensor element facing the magnet are integrated via an elastic material ,
In addition, the sensor element unit is arranged such that the center line where the gain of the sensor is maximum is inclined at an angle of 10 to 80 ° with respect to the radial line of the tire, so that the shear strain of the sidewall portion is also reduced. A method for detecting a force acting on a tire, characterized by being detectable.
┌Fx┐ ┌A1 B1 C1┐−1 ┌t1┐
│Fy│=│A2 B2 C2│ │t2│ --- (1)
└Fz┘ └A3 B3 C3┘ └t3┘
ここで、A1〜A3、B1〜B3、C1〜C3は、
t1=A1・Fx+B1・Fy+C1・Fz
t2=A2・Fx+B2・Fy+C2・Fz
t3=A3・Fx+B3・Fy+C3・Fz
として、予めFx、Fy、Fzを変化させて実測した歪出力t1,t2,t3と、そのときのFx、Fy、Fzとの複数のデータを数値解析することにより求めた係数である。 The strain sensor has at least three sensor element units arranged in the circumferential direction, and when the strain output by the three sensor element units is t1, t2, and t3 in the circumferential direction, the following formula (1 The longitudinal force Fx, the lateral force Fy, and the vertical load Fz are obtained by the following method: A method for detecting a force acting on a tire according to any one of claims 1 to 4 .
┌Fx┐ ┌A1 B1 C1┐ -1 ┌t1┐
│Fy│ = │A2 B2 C2│ │t2│ --- (1)
└Fz┘ └A3 B3 C3┘ └t3┘
Here, A1-A3, B1-B3, C1-C3 are
t1 = A1 · Fx + B1 · Fy + C1 · Fz
t2 = A2 · Fx + B2 · Fy + C2 · Fz
t3 = A3 · Fx + B3 · Fy + C3 · Fz
Is a coefficient obtained by numerically analyzing a plurality of data of strain outputs t1, t2, and t3 actually measured by changing Fx, Fy, and Fz in advance and Fx, Fy, and Fz at that time.
前記歪センサをサイドウォール部の領域に設けるとともに、
この歪センサは、磁石とこの磁石に向き合う磁気センサ素子とを弾性材を介して一体化したセンサ素子ユニットからなり、
しかも前記センサ素子ユニットは、センサのゲインが最大となる中央線を、タイヤの半径方向線に対して、10〜80°の角度で傾斜する向きで配置することにより、サイドウォール部の剪断歪も検出可能としたことを特徴とする空気入りタイヤ。 A pneumatic tire including a strain sensor used for detecting a force acting on a tire by outputting a strain output obtained by detecting tire surface strain,
While providing the strain sensor in the region of the sidewall portion,
This strain sensor is composed of a sensor element unit in which a magnet and a magnetic sensor element facing the magnet are integrated via an elastic material ,
In addition, the sensor element unit is arranged such that the center line where the gain of the sensor is maximum is inclined at an angle of 10 to 80 ° with respect to the radial line of the tire, so that the shear strain of the sidewall portion is also reduced. A pneumatic tire characterized by being detectable .
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