JP4472363B2

JP4472363B2 - タイヤ状態推定方法

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Publication number: JP4472363B2
Application number: JP2004012298A
Authority: JP
Inventors: 啓詩森永; 泰通若尾
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: JP2005205956A

Description

本発明は、走行中のタイヤの状態を推定する方法に関するもので、特に、タイヤの発生する横力とタイヤに加わる荷重を推定する方法に関する。

自動車の走行安定性を高めるため、タイヤが発生している力などのタイヤの状態を精度良く推定し、車輌制御へフィードバックすることが求められている。これらの情報により、例えば、ＡＢＳブレーキや、これを応用した車体姿勢制御装置のより高度な制御が可能になり、安全性が一段と高められると考えられる。
従来、タイヤをセンサのように用いてタイヤに発生している力を推定する方法としては、例えば、タイヤサイド部を磁化し、タイヤ外部に設置した磁気センサにより上記タイヤサイド部の捩じれ度合を測定し、この測定された捩じれ度合からタイヤの前後力を推定したり、タイヤが横力を受けた際にベルトリング全体が変形することを利用して、上記磁気センサの検出出力の大きさからタイヤに発生している横力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）。
一方、タイヤのインナーライナー部にセンサを配置して、センサ信号情報と車輪速度情報によって接地長を求め、この接地長から推定されるタイヤたわみ量に基づいて、内圧、荷重を推定する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
米国特許第５，８９５，８５４号特開平９−１８８１１３号公報

しかしながら、上記従来の方法では、タイヤ前後力については精度良く測定できるが、横力に関してはゲインが小さいため精度的に問題があった。また、経時変化により、着磁したタイヤサイド部の磁力が弱くなると推定値が合わなくなるといった問題点がある。更に、磁気センサ部分とタイヤ間の距離が振動によって変化するため、検出磁力がばらついてしまい、横力の推定精度が低下する懸念がある。
一方、接地長からタイヤたわみ量を推定する方法では、横力の検出を意図しておらず、また、横力を検出するための構成については開示も示唆もされていない。また、横力が発生する際には、後述するように、タイヤの路面との接触面は台形状に変形するので、上記方法のようにタイヤトレッド部の１箇所しかセンサを配置していない場合には、平均的な接地長は得られず、したがって、時間的に短い、例えば、操舵時の荷重変動に伴うたわみ量変化を推定する際には誤差が大きくなる。したがって、操舵時の荷重変動を精度よく測定することは困難である。また、上記たわみ量の推定方法では、実際には、モニター時間が２〜３分と長いことから、運転者の操作に伴う荷重変動を推定することについても意図していないと考えられる。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、横力やタイヤ荷重などの走行中のタイヤの状態を精度良くかつ安定して推定する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討の結果、走行中のタイヤに横力が発生した場合には、上記横力の大きさにより、タイヤ踏面の車体側と外側とでは接地長が異なることに注目し、この走行中のタイヤの車体側と外側との接地長に対応するそれぞれの接地長の指標を検出して比較することにより、タイヤの発生する横力などのタイヤ状態を精度良く推定することができることを見出し本発明に到ったものである。
詳細には、タイヤに横力が発生すると、トレッドとベルトからなるリングは、踏面部においてタイヤ軸方向に力を受ける。このとき、タイヤは高い剛性を有しているため、その接地形状が、図９（ａ），（ｂ）の模式図に示すように、タイヤ軸方向中心に対して一方の側の接地長が長くなり、他方の側が短くなることが知られている。そこで、このようなタイヤ踏面の挙動を検出することにより、タイヤに加わっている力、特に横力をモニタリングできるのではないかと考え、幾つかの検出方法を検討して実施した。その結果、タイヤ踏面のタイヤ軸方向中心に対して両側（車体側、反車体側＝外側）に位置する２点の接地長を計測しこれらの比（接地長比）と横力の大きさとの関係を調べたところ、上記接地長比と横力の大きさは良好な相関関係を示すことが分かった。特に、この２点がタイヤ軸方向中心に対して等距離にある場合には極めて良好な相関関係を示す。
しかしながら、タイヤの接地面に近いトレッドゴム内にセンサを配置した場合には、耐久性が問題となるため、本発明では、タイヤインナーライナー部などの、センサへの衝撃が少ない部分にセンサを配置するとともに、上記接地長に代えて、タイヤトレッド部の接地時間などのタイヤの接地長と１：１の対応関係にある接地長の指標をそれぞれ検出して比較することにより、タイヤの状態を推定する。
なお、上記相関関係はタイヤのグリップ限界近傍でも同様であって、スリップアングルが大きくなって横力が上限値に近くなると、接地長比も横力と同様にある程度の値よりは大きくならない。

請求項１に記載の発明は、走行中のタイヤの状態を推定する方法であって、タイヤトレッド部のタイヤ軸方向中心に対して軸方向等距離の線対称の位置でそれぞれ検出した、タイヤの接地長と１：１の対応関係にある接地長の指標を比較して、タイヤの発生する横力を推定することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤ状態推定方法において、上記各接地長の指標を、タイヤインナーライナー部に配置したタイヤ入力検出手段の出力信号を用いて検出するようにしたことを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のタイヤ状態推定方法において、上記タイヤ入力検出手段をタイヤ周方向の振動を検出する振動センサとし、この振動センサの検出する、タイヤトレッド部が路面との接触部に進入する際に発生する振動のピークと脱出する際に発生する振動のピークとの間の時間差を求めるとともに、車輪速をモニターし、この車輪速の情報と上記求められた時間差の情報とに基づいて、上記各接地長の指標を検出するようにしたことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のタイヤ状態推定方法において、上記タイヤ入力検出手段をタイヤ径方向の振動を検出する振動センサとし、この振動センサの検出する、タイヤトレッド部が路面と接触している際に発生する振動のピークの幅（継続時間）を求めるとともに、車輪速をモニターし、この車輪速の情報と上記求められた振動のピークの幅の情報とに基づいて、上記各接地長の指標を検出するようにしたことを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載のタイヤ状態推定方法において、上記タイヤ入力検出手段を歪ゲージとしたことを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項２に記載のタイヤ状態推定方法において、上記タイヤ入力検出手段を圧電フィルムまたは圧電ケーブルとしたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤ状態推定方法において、上記各接地長の指標の平均値を算出し、この平均値からタイヤに発生している荷重、あるいは、荷重変動の度合いを推定することを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のタイヤ状態推定方法において、タイヤの内圧を検出し、この検出されたタイヤ内圧により、上記推定された荷重を補正するようにしたことを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項７または請求項８に記載のタイヤ状態推定方法において、上記推定された荷重に基づき、上記横力を補正するようにしたことを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項２〜請求項６、または、請求項９のいずれかに記載のタイヤ状態推定方法において、上記請求項２に記載のタイヤ入力検出手段の出力に基づいて路面との接触を検出し、この路面との接触回数を積算して総走行距離を推定し、上記総走行距離から推定されるタイヤの摩耗度合に基づいて、上記横力を補正するようにしたことを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項８または請求項９に記載のタイヤ状態推定方法において、上記請求項１０で推定されたタイヤの摩耗度合に基づいて、上記荷重の推定値を補正するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、タイヤトレッド部のタイヤ軸方向中心に対して軸方向等距離の線対称の位置における接地長の指標をそれぞれ検出し、上記接地長の指標を比較してタイヤの発生する横力を推定するようにしたので、上記情報を車輌制御へフィードバックすることにより、車輌の走行状態を安定して制御することができる。
また、上記接地長の指標を検出する際に、タイヤトレッド部に作用する路面からの入力を検出するタイヤ入力検出手段を、タイヤインナーライナー部に少なくとも２つ装着したので、上記接地長の指標を精度良く検出することができる。
更に、上記接地長の指標の平均値からタイヤに加わる荷重、あるいは、荷重の変動度合を推定することがきるので、車輌の走行安定性を更に向上させることができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
最良の形態１．
図１は、本最良の形態１に係わるタイヤ状態推定装置１０の構成を示す機能ブロック図で、図２は本発明によるセンサ付きタイヤ２０の模式図である。各図において、１１Ａ，１１Ｂはセンサ付きタイヤ２０のタイヤインナーライナー部２１に配置され、タイヤトレッド部２２への路面からの入力を検出するタイヤ入力検出手段、１２Ａ，１２Ｂは上記タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂの検出データ送信するための送信機、１３Ａ，１３Ｂは上記タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂ及び上記送信機１２Ａ，１２Ｂに電力を供給するためのバッテリである。
タイヤに横力が発生すると、上記図９に示したように、その接地形状はタイヤ軸方向中心に対して一方の側の接地長が長くなり、他方の側が短くなるので、本例では、上記タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂを上記センサ付きタイヤ２０のタイヤトレッド部２２のタイヤ軸方向中心に対して軸方向等距離の線対称の位置にあるタイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂの内面側に位置するタイヤインナーライナー部２１に配置し、上記タイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂへの路面からの入力を検出するようにしている。
また、１４は上記タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂの出力に基づいて、センサ付きタイヤ２０の上記タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂが配置された箇所のタイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂが路面に接地している時間を検出して各タイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂの接地長の指標ｋ_A，ｋ_Bを算出する接地長指標算出手段、１５は車輪速検出用のギアセンサなどの走行中の車輪の速度を検出する車輪速センサ、１６はこの車輪速センサ１５の出力に基づいて、上記算出されたタイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂの接地長の指標ｋ_A，ｋ_Bを補正して接地長推定値Ｋ_A，Ｋ_Bを算出する接地長推定手段、１７は上記接地長の指標ｋ_A，ｋ_Bの比Ｒ＝ｋ_A／ｋ_B、または、接地長推定値Ｋ_A，Ｋ_Bの比Ｒ＝Ｋ_A／Ｋ_Bを演算し、予め記憶手段１８に記憶された接地長比Ｒと横力の大きさとの関係を示すマップ１８Ｍ用いて、上記センサ付きタイヤ２０の発生する横力を推定する横力推定手段である。

上記タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂは、特に限定されるものではなく、例えば圧電式などの振動センサ、または、歪ゲージ、あるいは、曲げや引張によって電圧を発生する圧電フィルム、圧電ケーブルが有効な手段として挙げられる。
また、上記タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂは、加硫後にタイヤインナーライナー部２１に取付けるか、インナーライナー部２１に加硫接着するなどして、タイヤインナーライナー部２１のタイヤ軸方向中心に対して軸方向等距離の線対称の位置に配置する。
例えば、振動センサをその振動検出方向が周方向になるようにタイヤインナーライナー部２１に配置すると、図４及び図５に示すように、上記振動センサが配置されたタイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂが路面との接触部に進入する際に第１のピークを発生し、脱出する時に第２のピークが発生する。したがって、上記２つのピークを検出してその時間間隔を算出することにより、上記タイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂの接地長と１：１の対応関係にある接地長の指標の一つである接地面滞在時間を算出することができる。また、振動センサをその振動検出方向が径方向になるようにタイヤインナーライナー部２１に配置すると、上記振動センサが配置されたタイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂが路面との接触面に滞在している間に一つのピークを検出するので、適当な閾値を設けてピーク発生時間を算出することにより接地面滞在時間を算出することができる。
一方、歪ゲージをその歪検出方向が周方向になるようにインナーライナー部２１に配置すると、図８（ａ），（ｂ）に示すように、上記歪ゲージが配置されたタイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂが路面と接触している間に１つのピークを発生する。したがって、上記ピークを検出するとともに閾値を設けて、この閾値を超える歪（％）を有する上記ピークの幅（ピーク継続時間）を算出することによって、上記タイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂの接地長と１：１の対応関係にある接地長の指標の一つである接地面滞在時間を算出することができる。
また、圧電フィルムまたは圧電ケーブルをインナーライナー部２１に取付けた場合も、上記のように、ピーク間時間を算出したり、ピーク発生時間を算出したりすることによって、接地長の指標の一つである接地面滞在時間を算出することができる。

次に、上記構成のタイヤ状態推定装置１０を用いてタイヤに発生する横力を推定する方法について説明する。なお、本例では、タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂとして振動センサを用い、この振動センサを振動検出方向が周方向になるようにタイヤインナーライナー部２１にそれぞれ配置した場合について説明する。
上記タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂが配置されたタイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂが路面との接触部に進入したとき、及び、脱出するときには、タイヤトレッド部２２にはセンサ付きタイヤ２０の変形と戻りに伴う振動が発生するので、上記タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂからは、進入時に発生する第１のピークと脱出時に発生する第２のピークとを有する信号が出力される。上記出力信号は送信機１２Ａ，１２Ｂから接地長指標算出手段１４に送られる。一方、車輪速センサ１５からは車輪速が接地長推定手段１６に送られる。
接地長指標算出手段１４では上記タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂのそれぞれの出力波形から、上記第１のピークと第２のピークとの時間差を求め、タイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂが路面に接地している時間を検出して各タイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂの接地長の指標ｋ_A，ｋ_Bを算出する。ここで、タイヤが１回転する間にほとんど速度変化がない場合には上記接地長の指標ｋ_A，ｋ_Bは接地長に比例するので、この接地長の指標ｋ_A，ｋ_Bをそのまま横力推定手段１７に送る。
横力推定手段１７では、上記タイヤブロック部２２Ａの接地長の指標ｋ_Aとタイヤブロック部２２Ｂの接地長の指標はとを比較してセンサ付きタイヤ２０の発生する横力を推定する。具体的には、上記接地長の指標ｋ_A，ｋ_Bとの比である接地長比Ｒ＝ｋ_A／ｋ_Bを算出し、予め記憶手段１８に記憶された接地長比Ｒ＝ｋ_A／ｋ_Bと横力の大きさとの関係を示すマップ１８Ｍ用い、上記接地長比Ｒからセンサ付きタイヤ２０の発生する横力を推定する。

また、制動あるいは加速による速度変化が大きい場合には、上記指標ｋ_A，ｋ_Bを接地長推定手段１６に送る。接地長推定手段１６では、車輪速センサ１５の出力に基づいて、各タイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂが接地している間の速度変化を算出し、この速度変化から上記接地長指標算出手段１４で算出されたタイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂの接地長の指標ｋ_A，ｋ_Bにそれぞれ補正して接地長推定値Ｋ_A，Ｋ_Bを算出し、これらを横力推定手段１７に送る。
横力推定手段１７では、上記タイヤブロック部２２Ａの接地長推定値Ｋ_Aとタイヤブロック部２２Ｂの接地長推定値Ｋ_Bとの比である接地長比Ｒ＝Ｋ_A／Ｋ_Bを算出し、予め記憶手段１８に記憶された接地長比Ｒ＝Ｋ_A／Ｋ_Bと横力の大きさとの関係を示すマップ１８Ｍ用い、上記接地長比Ｒからセンサ付きタイヤ２０の発生する横力を推定する。
なお、上記接地長比Ｒ＝Ｋ_A／Ｋ_Bに代えて、上記接地長推定値Ｋ_A，Ｋ_Bとの差Ｚ＝Ｋ_A−Ｋ_Bを算出して、上記接地長差Ｚからセンサ付きタイヤ２０の発生する横力を推定するようにしてもよい。

このように、本最良の形態１によれば、タイヤトレッド部２２のタイヤ軸方向中心に対して軸方向等距離の線対称の位置にあるタイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂの内面側に位置するタイヤインナーライナー部２１に上記タイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂへの路面からの入力を検出するタイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂを配置して、上記タイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂが路面との接触部に進入したとき、及び、脱出するときに発生する振動のピークを検出し、接地長指標算出手段１４にて、上記ピーク間の時間差を求めて、タイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂが路面に接地している時間を検出して各タイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂの接地長の指標ｋ_A，ｋ_Bを算出して、予め記憶手段１８に記憶された接地長比Ｒ＝ｋ_A／ｋ_Bと横力の大きさとの関係を示すマップ１８Ｍ用い、上記接地長比Ｒからセンサ付きタイヤ２０の発生する横力を推定するようにしたので、横力を精度良くかつ安定して推定することができる。なお、制動あるいは加速による速度変化が大きい場合には、接地長推定手段１６にて、上記接地長の指標ｋ_A，ｋ_Bを車輪速センサ１５の出力に基づいて補正した接地長推定値Ｋ_A，Ｋ_Bを算出し、上記接地長比Ｒ＝Ｋ_A／Ｋ_Bを用いて、センサ付きタイヤ２０の発生する横力を推定する。

なお、上記最良の形態１では、タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂとして振動センサを用い、この振動センサを振動検出方向が周方向になるようにタイヤインナーライナー部２１にそれぞれ配置した場合について説明したが、振動センサをその振動検出方向が径方向になるようにインナーライナー部２１に配置した場合や、タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂとして歪ゲージ、あるいは、圧電フィルムまたは圧電ケーブルを用いた場合でも、上記例と同様に、タイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂの接地長の指標ｋ_A，ｋ_B、あるいは、接地長推定値Ｋ_A，Ｋ_Bを算出して、センサ付きタイヤ２０の発生する横力を推定するようにすれば、横力を精度良くかつ安定して推定することができる。
また、上記タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂの個数は、最低１組（各１個）は必要であるが、例えば、周上箇所であれば２〜４組といったように、個数を増やすようにすれば、精度あるいは応答性が向上するので好ましい。
また、上記送信機１２Ａ，１２Ｂ及びバッテリ１３Ａ，１３Ｂはホイール部に配置してもよい。また、バッテリ１３Ａ，１３Ｂの代わりに小型発電装置を用いてタイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂや送信機１２Ａ，１２Ｂを駆動してもよい。更には、送信機１２Ａ，１２Ｂとしてバッテリレスのパッケージタイプを用いれば、上記バッテリ１３Ａ，１３Ｂを省略することが可能である。

最良の形態２．
上記最良の形態１では、タイヤブロック部２２Ａ，２２Ｂの接地長の指標ｋ_A，ｋ_B、あるいは、接地長推定値Ｋ_A，Ｋ_Bを算出して、センサ付きタイヤ２０の横力を推定するタイヤ状態推定装置１０について説明したが、図３に示すように、上記接地長指標算出手段１４あるいは接地長推定手段１６で算出または推定された、接地長の指標ｋ_A，ｋ_B、あるいは、接地長推定値Ｋ_A，Ｋ_Bの平均値を算出する平均指標算出手段３１と、この平均指標から、予め記憶手段３３に記憶された平均接地長と荷重の大きさとの関係を示すマップ３３Ｍを用いてタイヤに加わる接地荷重、あるいは、接地荷重の変動値を推定する荷重推定手段３２とを更に設けることにより、タイヤの発生する横力に加えて、タイヤに加わる接地荷重あるいは接地荷重の変動値をも精度良く推定することのできるタイヤ状態推定装置３０を構成することができる。
すなわち、タイヤに横力が発生すると接地形状が、図９（ａ），（ｂ）の模式図に示すように、タイヤの接地形状が変化するため、一点のみで接地形状をモニターしていては各タイヤの正確な接地荷重を把握することはできないが、本例のように、タイヤブロック部２２Ａ及びタイヤブロック部２２Ｂにおいて接地長の指標ｋ_A，ｋ_B、あるいは、接地長推定値Ｋ_A，Ｋ_Bを検出して、これらの平均値からタイヤに加わる接地荷重、あるいは、接地荷重の変動値を推定するようにすれば、横力入力下においても接地荷重を正確に推定することができるとともに、車輌運動に伴う各タイヤの荷重配分変化を精度良く推定することができる。
上記タイヤに加わる接地荷重の変動は、より短い時間で発生するパラメータであるので、例えば、４輪の荷重配分を推定することにより、車輪の制駆動力を制御して適正な車輌姿勢制御、転倒防止制御などの車輌制御を行うようにすれば、車輌の走行安定性を更に高めることができる。
なお、接地長比Ｒと横力との関係は荷重により多少変化するので、上記推定された接地荷重に基づいて、上記横力推定手段１７で推定された横力を補正するようにすれば、横力の推定精度を更に向上させることができる。

ところで、タイヤのたわみ量はタイヤ内圧によっても変化するので、図３に示すように、ホイール部あるいはタイヤ内部に、上記センサ付きタイヤ２０の内圧値を検出するタイヤ内圧検出手段３５を取付けてタイヤ内圧を検出し、この検出された内圧値と予め測定しておいた基礎特性表（たわみ量の内圧・荷重依存性）に照らし合わせて、上記推定された接地荷重、あるいは、接地荷重の変動値を補正するようにすれば、接地荷重を更に精度よく推定することができるだけでなく、上記補正された接地荷重により上記推定された横力を補正することにより、横力の推定精度についても更に向上させることができる。
また、タイヤの横力と接地長比との関係、及び、タイヤたわみ量と接地長との関係はタイヤ摩耗度合によっても変化する。そこで、上記タイヤ入力検出手段１１Ａ，１１Ｂの信号に基づいて路面との接触を判断して、路面との接触回数を積算して車輌の総走行距離を算出し、この総走行距離からセンサ付きタイヤ２０の摩耗度合を推定するタイヤの磨耗度合推定手段３６を設けて上記センサ付きタイヤ２０の摩耗状態を推定し、この推定されたタイヤ摩耗度合に基づいて上記接地荷重を補正するようにすれば、タイヤに加わる接地荷重の推定精度を更に向上させることができる。また、この補正された接地荷重により上記推定された横力を補正することにより、横力の推定精度を更に向上させることができる。

図２に示す形態の、２個の振動センサ（加速度センサ）をインナーライナー部に配置した、サイズ１８５／７０Ｒ１４のセンサ付きタイヤを左前輪に装着した車輌を用いて、一定間隔に並べたパイロンを通過するスラローム走行試験を実施し、車軸６分力計により発生横力と荷重とを同時に計測した。なお、上記車輌の排気量は１８００ｃｃ、タイヤ内圧は２００ｋＰａ、走行速度は６０ｋｍ／ｈｒで一定速度とした。
図４（ａ），（ｂ）は、右回りコーナリング中に最も横力が大きくなる時点で計測した振動波形で、（ａ）図はタイヤの車体側（ＩＮ側）、（ｂ）図は反車体側（ＯＵＴ側）に配置された振動センサの振動波形である。なお、横軸は時間（ｔ）、縦軸は加速度（Ｇ）ある。このとき、左前輪は外輪側となり、タイヤの車体側（ＩＮ側）の接地長が短くなり反車体側（ＯＵＴ側）の接地長が長くなる。図４（ａ），（ｂ）の波形を比較すると、相対的に、車体側（ＩＮ側）のピーク間隔が短くなり、車輌の反車体側（ＯＵＴ側）のピーク間隔が長くなっており、ピーク時間の間隔が接地長に対応していることがわかる。
一方、図５（ａ），（ｂ）は、左回りコーナリング中に最も横力が大きくなる時点で計測した振動波形で、（ａ）図はタイヤの車体側（ＩＮ側）、（ｂ）図は反車体側（ＯＵＴ側）に配置された振動センサの振動波形である。このときには右回りとは逆に左前輪は内輪側となり、タイヤの車体側（ＩＮ側）の接地長が長くなり車輌の反車体側（ＯＵＴ側）の接地長が短くなる。図５（ａ），（ｂ）の波形を比較すると、相対的に、タイヤの車体側（ＩＮ側）のピーク間隔が長くなり、車輌の反車体側（ＯＵＴ側）のピーク間隔が短くなっており、ピーク時間の間隔が接地長に対応していることがわかる。
また、図４と図５とを比較すると、左前輪にかかる荷重が大きくなる右回り（左前輪は外輪側）の方が平均的なピーク間隔が長くなっている。すなわち、接地長が小さいもの同士と大きいもの同士を比較すると、ともに右回りの方がピーク間隔が長くなっていることから、ピーク間隔が荷重変化に対応していることが確認された。

図６は、上記コーナリング走行中の、左前輪の両ショルダー部のタイヤ周方向加速度速度ピーク間隔を算出し、その比である接地長比を横軸とし、縦軸に同時に計測した横力をプロットしたものである。同図から明らかなように、接地長比と横力とは極めて高い相関を示しており、接地長比より横力が精度よく推定できることが確認された。なお、上記データを２次曲線で近似した相関係数Ｒの自乗値は０．９８ときわめて高い値であった。
また、図７（ａ）は、上記コーナリング走行中の、左前輪の両ショルダー部のタイヤ周方向加速度速度ピーク間隔を算出し、同時に計測した車輪速度をかけた接地長の両ショルダー部の平均値と、同時に計測した上下力（荷重）との関係を示すグラフで、上記平均接地長と荷重とは、横力入力があってもきわめて相関性が高く、接地長より荷重が精度よく推定できることが確認された。なお、上記データを２次曲線で近似した相関係数Ｒの自乗値は０．９７ときわめて高い値であった。
これに対して、図７（ｂ）に示すように、実験的にトレッドセンサ部に配置した加速度センサの出力から算出したセンター接地長と上記上下力（荷重）との関係をみると、２次曲線で近似した相関係数Ｒの自乗値が０．９３と、センター接地長と荷重とはある程度の相関を示すものの、荷重が高い時、あるいは低い時のデータのばらつきが大きく、問題がある。これに対して、本発明の、両ショルダー部の平均接地長と荷重との関係は相関関係が高く、タイヤ接地荷重を精度良く推定できることがわかる。

上記実施例１の振動センサに代えて、歪ゲージを、タイヤ周方向を計測方向として配置したタイヤを準備し、上記実施例１と同様の条件にて、スラローム走行試験を実施した。
図８（ａ）は、右回りコーナリング中に最も横力が大きくなる時点で計測した周方向歪波形で、横軸は時間（ｔ）、縦軸は歪率ε（％）ある。このとき、左前輪は外輪側となり、タイヤの車体側（ＩＮ側）の接地長が短くなり反車体側（ＯＵＴ側）の接地長が長くなる。図８（ａ）の波形は、相対的に、同図の破線で示す車体側（ＩＮ側）のピーク幅が狭くなり、同図の実線で示す車輌の反車体側（ＯＵＴ側）のピーク幅が広くなっており、ピーク幅が接地長に対応していることがわかる。
一方、図８（ｂ）は、左回りコーナリング中に最も横力が大きくなる時点でで計測した振動波形である。このときには右回りとは逆に左前輪は内輪側となり、タイヤの車体側（ＩＮ側）の接地長が長くなり車輌の反車体側（ＯＵＴ側）の接地長が短くなる。図８（ｂ）の波形は、相対的に、同図の破線で示すタイヤの車体側（ＩＮ側）のピーク幅が広くなり、同図の実線で示す車輌の反車体側（ＯＵＴ側）のピーク幅が狭くなっており、ピーク幅が接地長に対応していることがわかる。
また、図８（ａ），（ｂ）を比較すると、左前輪にかかる荷重が大きくなる右回り（左前輪は外輪側）の方が平均的なピーク幅が広くなっている。すなわち、接地長が小さいもの同士と大きいもの同士を比較すると、ともに右回りの方がピーク幅が広くなっていることから、ピーク幅が荷重変化に対応していることが確認された。
なお、上記図８（ａ），（ｂ）では、上記ピーク幅を半値幅で定性的に示したが、データの処理方法はこれに限定されるものではなく、例えば、閾値を設定して、閾値以上の歪率の継続時間から接地長を推定したり、ピークを多次数近似して接地長を推定するなど、他の方法で求めてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、タイヤの発生する横力、タイヤに加わる荷重、あるいは、荷重の変動度合、更には、タイヤの摩耗度合を推定できるので、上記情報を車輌制御へフィードバックすることにより車輌の走行安定性を格段に向上させることができる。

本発明の最良の形態１に係るタイヤ状態推定装置の構成を示す機能ブロック図である。本発明に係るセンサ付きタイヤを示す模式図である。本最良の形態２に係るタイヤ状態推定装置の構成を示す機能ブロック図である。スラローム走行中の加速度測定結果（右回り）を示す図である。スラローム走行中の加速度測定結果(左回り)を示す図である。接地長と横力の測定結果を示すグラフである。接地長と荷重の測定結果を示すグラフである。スラローム走行中の歪測定結果を示す図である。タイヤ踏面の接地形状を示す模式図である。

符号の説明

１０タイヤ状態推定装置、１１Ａ，１１Ｂタイヤ入力検出手段、
１２Ａ，１２Ｂ送信機、１３Ａ，１３Ｂバッテリ、１４接地長指標算出手段、
１５車輪速センサ、１６接地長推定手段、１７横力推定手段、
１８記憶手段、１８Ｍマップ、
２０センサ付きタイヤ、２１タイヤインナーライナー部、２２タイヤトレッド部。

Claims

タイヤトレッド部のタイヤ軸方向中心に対して軸方向等距離の線対称の位置でそれぞれ検出した、タイヤの接地長と１：１の対応関係にある接地長の指標を比較して、タイヤの発生する横力を推定することを特徴とするタイヤ状態推定方法。
上記各接地長の指標を、タイヤインナーライナー部に配置したタイヤ入力検出手段の出力信号を用いて検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ状態推定方法。
上記タイヤ入力検出手段をタイヤ周方向の振動を検出する振動センサとし、この振動センサの検出する、タイヤトレッド部が路面との接触部に進入する際に発生する振動のピークと脱出する際に発生する振動のピークとの間の時間差を求めるとともに、車輪速をモニターし、この車輪速の情報と上記求められた時間差の情報とに基づいて、上記各接地長の指標を検出するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のタイヤ状態推定方法。
上記タイヤ入力検出手段をタイヤ径方向の振動を検出する振動センサとし、この振動センサの検出する、タイヤトレッド部が路面と接触している際に発生する振動のピークの幅を求めるとともに、車輪速をモニターし、この車輪速の情報と上記求められた振動のピークの幅の情報とに基づいて、上記各接地長の指標を検出するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のタイヤ状態推定方法。
上記タイヤ入力検出手段を歪ゲージとしたことを特徴とする請求項２に記載のタイヤ状態推定方法。
上記タイヤ入力検出手段を圧電フィルムまたは圧電ケーブルとしたことを特徴とする請求項２に記載のタイヤ状態推定方法。
上記各接地長の指標の平均値を算出し、この平均値からタイヤに発生している荷重、あるいは、荷重変動の度合いを推定することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ状態推定方法。
タイヤの内圧を検出し、この検出されたタイヤ内圧により、上記推定された荷重を補正するようにしたことを特徴とする請求項７に記載のタイヤ状態推定方法。
上記推定された荷重に基づき、上記横力を補正するようにしたことを特徴とする請求項７または請求項８に記載のタイヤ状態推定方法。
上記請求項２に記載のタイヤ入力検出手段の出力に基づいて路面との接触を検出し、この路面との接触回数を積算して総走行距離を推定し、上記総走行距離から推定されるタイヤの摩耗度合に基づいて、上記横力を補正するようにしたことを特徴とする請求項２〜請求項６、または、請求項９のいずれかに記載のタイヤ状態推定方法。
上記請求項１０で推定されたタイヤの摩耗度合に基づいて、上記荷重の推定値を補正するようにしたことを特徴とする請求項８または請求項９に記載のタイヤ状態推定方法。