JP4479992B2 - 応力からタイヤの特徴を決定する方法 - Google Patents

Description

本発明は車両に関するものであり、特に、車道から車両のタイヤに加わる力を測定する方法に関するものである。
本発明はさらに、車両ブレーキのアンチロック制御、駆動車輪のアンチスリップ制御、車両の軌道制御さらにはタイヤ圧等のその他の形態の制御またはモニターを行なうための各種の電子補助装置に関するものである。

車両の運動を制御するためには所定のローリングパラメータを求める必要がある。例えば、ホイールの縦方向滑りを減らすために開発された滑り制限システム（A.B.S、A.S.R）では、エンジンまたはブレーキによって車輪に伝達されたトルクを各車輪の回転速度の変化から求めた滑りの関数で変えることができるようになっている。また、タイヤのサイドウォールの捩れ（周方向角度の変化）を測定して路面に伝わるトルクの変化を求めることも提案されている。この測定法は回転速度の変化から求める直接的な方法で、滑り制限システムをより正確に制御することが可能になる。

車輪に加わるブレーキまたは駆動力に関与してドライバが望む軌道に車両を実際に従わせるためのシステム（E.S.P等）も知られている。この場合には一般に偏揺速度（垂直軸線を中心とした車両の回転速度）、ローリング速度、車両の横方向加速度およびドライバがステアリングホイールに与える角度位置を同時に測定する。

本発明は、路面から車両へ加わる力は全て車輪を介して伝達されるという観測から出発している。車両が受ける加速度はこの全ての力の総合結果で決まる。従って、これら全ての力を求めることができれば上記の各種センサーを使用する必要がなくなるか、これらのセンサーを補足してより完全な情報を提供することができる。

本発明方法は、タイヤのトレッドと路面との間に関与する力によって生じる変形はタイヤのサイドウォールの周方向伸びまたは縮みの形で実質的かつ再現可能な状態で生じるという認識に基づいている。この周方向の伸びまたは縮みの形をした変形をタイヤの回転中に実時間で個々に測定できれば、各瞬間でタイヤに作用する力の方向および絶対値と、タイヤから加わるセルフアライニング（auto-alignement）トルクの符号および絶対値を知ることができる。

拘束時にタイヤに生じる変形はタイヤ構造および動作モードからタイヤ圧に依存するので、タイヤ圧は本発明方法でのパラメータの１つになる。このタイヤ圧は本発明で行なう測定とは別の独立した測定手段（例えば圧力センサー）によって知ることができる。また、タイヤ圧を周方向変形は測定値を特定な方法で処理して得ることもできる。

実際の使用条件下では、タイヤのキャンバー角（angle de carrossage）が変化することが多く、それによってタイヤの変形状態も変形する。従って、キャンバー角も本発明方法のパラメータの１つである。このキャンバー角は本発明での測定方法とは別の独立した測定手段（例えばキャンバー角センサー）で知ることができる。また、周方向変形値を測定し、それを特定の方法で処理してキャンバー角を得ることもできる。

本発明の対象は、路面からタイヤの接地面に加わる力の合力の３成分、タイヤによって生じるセルフアライニングトルク、キャンバーおよびタイヤ圧の中から選択される少なくとも1つの特徴を決定する方法であって、上記特徴を一方のビードに所に位置した空間内の少なくとも３つの固定点で得られた応力の少なくとも１つの測定値から求めることを特徴とする方法にある。

上記の空間内の少なくとも３つの固定点は下記のように定義するのが好ましい：
1） 1つの点は接地面の中心の方位（azimuts）または接地面とは反対側の点の方位に対応し、
2） 残りの２つの点は接地面の中心を通る垂直面に対して対称である。

以下では剪断応力を測定する例を説明するが、これに限定されるものではなく、他の応力、例えば同じ位置で観測される撓みや圧縮応力を測定して上記特徴を決定することもできる。
本発明の好ましい実施例ではビードの周方向の剪断応力を推定する。この剪断応力の測定は例えばビードにカーカスをアンカーする部分、好ましくは10％歪みのヤング弾性率がかなり高い（好ましくは5MPa以上）ゴムの部品で行うことができる。例えば、図面したようにセンサーをビードワイヤ上に重ねたゴムの構成要素中に取り付けるが、これは考えられる多くの構成の中の１つの特定の例に過ぎず、タイヤの設計に応じて適宜決めることができる。
本発明は添付図面を参照した以下の説明からより良く理解できよう。

本明細書に記載の方法は、接地面でタイヤに加わる各力によってビードの剪断応力に変化が生じるという事実に基づいている。ホイールに取り付けられた膨張したタイヤの第1のビード上の点Ａの位置を考える。また、第２のビード上で点Ａと同じ半径で同じ方位（azimuts）の位置の点Ｂを選択する。タイヤに全く力が加わっていない場合、剪断応力は一定で、タイヤホイール組立体の回転角度の関数であり、残留膨張応力に対応する。

タイヤに力が加わると、力の各成分に下記の作用が観測される：
(1) 垂直成分（以下、Fzで表す）がタイヤを路面に押し付け、接触面ができる。タイヤホイール組立体が回転すると点Ａでの剪断応力が変化する。[図2a]および[図2b]は点Ａおよび点Ｂでの剪断応力をこれらの点が位置する方位の関数で表している。ビードにはサイドウォールを介してタイヤベルトが連結されている。加えられる垂直成分が増加すると、ホイールがタイヤベルトに対して垂直方向に変位し、サイドウォールが接地面の入口および出口でビードを反対方向へ剪断する。この剪断応力は接地面の中心の方位と接地面の中心の反対側の点ではゼロであることは理解できよう。

(2) 回転方向の水平成分（以下、Fxで表す）は車輪に加わる駆動または制動トルクによって発生する。これによってタイヤベルトに対して車輪は回転する。サイドウォールはベルトによって引っ張られ、全方位でビードに剪断力を加える。[図3a]および[図3b]は点Ａおよび点Ｂでの剪断応力をこれらの点が位置する方位の関数として示し、加えられた力の成分Fxの作用を示している。正の力Fx（駆動トルク）が加えられたときは剪断応力は定義に従って両ビードの全方位で減少する。負の力Fx（制動トルク）が加えられたときには剪断応力は両ビードの全方位で増加する。

(3) 横断方向の水平成分（以下、Fyで表す）は２本のビードの間に差を生じさせる。[図4a]および[図4b]は点Ａおよび点Ｂでの剪断応力をこれらの点が位置する方位の関数として示し、この拘束力の作用を示している。正のFyによる拘束力の場合には一方のビードで剪断応力が接地面の入口で増加し、出口で減少する。他方のビードでは剪断応力が接地面の入口で減少し、出口で増加する。荷重が加えられたときとは対照的に、力Fyが加えられたときは２本のビードにおいて方位180°および0°の点で互いに反対の方向に剪断応力が変化するのが観測される。

セルフアライニングトルクＮ（特に、垂直軸線を中心としたモーメント）は厳密にはタイヤトレッドと路面との間に作用する別の力ではなく、成分Fx、Fy、Fzを接地面に加えた結果である。Fx、Fy、Fz成分からなる合力が加えられる点が接地面の中心でない場合にはこの合力によってモーメントOzが発生する。このモーメントをセルフアライニングトルクとよぶ。このモーメントが存在すると接地面はOzを中心として回転する。この作用の結果として例えばゼロセルフアライメントトルクの状態の場合には一方のビードでの剪断応力が接地面の中心の方位で増加し、他方のビードでの剪断応力がこれと同じ方位で減少するのが観測される。

タイヤにキャンバー角が付けられている場合には、２つのビードの挙動に相違がでる。簡単に言えば、一方のビードが他方のビードよりも大きな荷重を支持するかのような状況になる。[図５]はキャンバーを付けない場合とキャンバーγを付けた場合の各タイヤの接地面でのの挙動を示す部分断面の比較図である。接地面がわずかに横方向に変位し、Y方向にスラストが発生する。[図6a]および[図6b]は両ビードにおける周方向変形状態の変化を示している。過荷重のビード（点Ａ）では荷重の増加の変化と類似した変化がみられる。他方のビード(点Ｂ)では支持荷重の減少に対応した変化がみられる。この変化はビードで奇数で、方位では偶数であるので、キャンバー角の作用とFx、FzまたはNの作用とは容易に見分けることができる。[図4]および[図6](aおよびb)からFyとキャンバー角の作用が異なることがわかる。従って、応力信号とキャンバーとの明確な関係を確立することができ、ビードにおける応力を測定することによってタイヤに付いたキャンバー角を推定することができる。

タイヤの見掛けの剛性はその空気圧挙動（タイヤ圧による）と構造的剛性（アーキテクチャの剛性）との両方から得られる。測定された周方向変形信号自身も空気圧成分と構造的成分とを含む。例えば、Zに沿って400daNの荷重が加えられかつ２バールに膨張されたタイヤの変形信号は荷重が500daNで2.5バールの同じタイヤによって送信された変形信号と同一ではない。この差は構造的寄与量に対応し、これによってタイヤ圧を推定することができる。

タイヤ圧が変化する場合には加わる力と変形信号とを関連付ける関係が定量的に変化するが、特性は変わらない。ビードの応力は圧力および荷重の影響を受け、「空気圧的」（すなわちタイヤ圧に依存する）挙動による寄与量と、構造的（すなわちタイヤの構成材料およびそれらの配置）挙動によるもう1つの寄与量とで構成される。構造的挙動は圧力が変化しても変わらないので、圧力に関する情報を得ることができる。

本発明の方法を説明を簡単にするために、先ず最初にタイヤ圧が一定であると仮定した例で説明する。説明を明確にするために同様にキャンバー角はゼロで一定であるとする。このパラメータに関しては最も重要な例についてのみ説明する。

応力の測定を常に空間内の少なくとも２つの固定点で行う実施例を詳細に説明する前に、単一のビードの応力を測定することによって合力の1つの成分を推定することができる例が少なくとも1つはあるということを理解されたい。［図2a］［図2b］［図3a］［図3b］［図4a］［図4b］からわかるように、接地面に加わる成分FyまたはFzは接地面と反対の方位（方位0°）で測定される剪断応力に全く関係しない。従って、この点での剪断応力を測定するだけで接地面に加えられる力の成分Fxを推定することができる。

各成分Fx、Fy、Fzを組合せた拘束力が加わると、周方向の伸びで上記作用の重ね合わせが観測される。本発明方法の利点の１つは加えられた拘束力の各成分の寄与量を分離でき、各成分を推定することができる点にある。
この分離を行う方法の一部はタイヤ本来の対称性に対応するタイヤの顕著なパリティー特性（caracteristiques de partie）に依存する。
方位θはサイドウォールの周方向の伸びを解析する角度として定義される。この方位の起点は接地面の中心の反対側にとる。従って、接地面の中心は方位180°になる。
方位s(θ)の関数としての伸び信号は下記条件で２つの信号s_p(θ)およびs_i(θ)に分けることができる：

（ここで、s_iはsの奇数部分であり、s_pはsの偶数部分である）
同様に、s¹(θ)とs²(θ)をタイヤの各サイドウォールの周方向伸びの測定に関連した信号とすると、下記の定義ができる：

（ここで、s^pはサイドウォールの偶数部分であり、sⁱはサイドウォールの奇数部分である）
ビードに従ってパリティに分けるこの分割はs_iおよびs_pにも適用できる。従って、各ビードで行われた測定に基づいて４つの信号s_i ⁱ s_i ^p s_p ⁱ s_p ^pが得られる。
Fx、Fy、FzおよびセルフアライニングトルクNはそれらの向きから所定の対称性と関連付けられる。この原理はタイヤに対する力成分の作用を分離するのに用いることができる。

従って、観測結果（[図2a]、[図2b]、[図3a]、[図3b]、[図4a]、[図4b]）から以下のことがわかる：
信号s_i ^pは主として力Fxに関係し、
信号s_p ⁱは主として力Fyに関係し、
信号s_p ^pは主として力Fzに関係する。

これらの対称性から、信号s_i ⁱは主としてセルフアライニングトルクNと関係することが確認できる。
これらの観測結果から、本発明方法ではタイヤの少なくとも1方のビードにおける周方向の伸びを測定する。これらの測定値を数値演算（各方位で行った測定値を線形または非線形に結合）することによって所定方位の信号s_i ^p s_p ⁱ s_p ^p およびs_i ⁱの値を推定することができ、加わった力の成分を求めることもできる。

以下、本発明方法の実施例をいくつか示すが、以下の実施例が全てではなく、本発明が以下の構成に限定されるものではない。
一方のビードだけで測定する場合を考える。

実施例1
ここでは、タイヤの一方のビードの周方向の３つの方位におけるの伸びの測定値に基づいて接地面に加わる力の成分とセルフアライニングトルクとを推定する。測定方位は下記のように選択する：
(1) 1つの方位を接地面の中央に対応させる（方位180°）。この点で測定した値をV_cとする。接地面と反対側に対応する方位を用いることもできる。
(2) 残りの２つの方位は接地面の中心方位に対して対称である（180°＋α°および180°−α°）。これらの点で測定した値をV₁およびV₂とする。
(2)残りの２つの方位は接地面の中心の方位に対して対称である（180°＋α°および180°−α°）。これらの点で測定した値をV₁およびV₂とする。

これらの観測結果から、
(1) V₂−V₁によって接地面の入口と出口との間のアンバランス量を推定できる。この値は主として成分Fxに関係する。Fxの推定値は下記式で得えられる：

（ここで、r₁およびr₂は正の実係数であり、f _Z は単調連続関数である）
(2) V_c−(V₁＋V₂)によって接地面通過部と接地面の外側との間の距離を推定できる。ここの解は主としてFzに関係する。Fzの推定値は下記式で得えられる：

（ここで、s₁、s₂およびs_cは正の実係数であり、f _y は単調連続関数である）
(3) V_c＋V₁＋V₂はビード全体の伸びを示し、この値は主として加えられた力の成分Fyに関係する。Fyの推定値は下記式で得られる：

（ここで、u₁、u ₂およびu _cは正の実係数であり、f _x は単調連続関数である）
この実施例では４つの成分（Fx、Fy、Fz、N）が周方向の伸びの３つの測定値に基づいて推定される。実際にはセルフアライニングトルクが単に成分Fx、Fy、Fzに直接依存する場合もある。この場合も同様に推定することができる。セルフアライニングトルクが他の成分に依存するときは、ビードの周方向伸びをより多くの方位で測定する必要がある。

実施例２
ここでは、接地面に加えられる力の各成分とセルフアライニングトルクとをタイヤの一方のビードの周方向伸びの５つの方位での測定値に基づいて推定する。測定方位は下記のように選択する：
(1) 1つの方位を接地面の中央（方位180°）または接地面と反対側（方位0°）に対応させる。この点で測定した値をV_cとする。
(2) 他の２つの方位は接地面の中心の方位に対して対称である（180°＋α°および180°−α°）。これらの点で測定した値をV₁およびV₂とする。
(3) 残りの２つの方位は接地面の中心の方位に対して対称である（180°＋β°および180°−β°）。これらの点で測定した値をV₃およびV₄とする。

セルフアライニングトルクが成分Fx、Fy、Fzに単に依存しない場合も含めて、この実施例では、実施例1と同様であるが、少し複雑な組み合わせによって各成分Fx、Fy、FzおよびNを決定することができる。
実験による検証から、この測定構成がFyの作用とキャンバー角の作用とを見分ける可能性を与えていることが確認できる。従って、本発明方法はゼロでないキャンバーの条件下でも有効であり、成分Fx、Fy、FzおよびNと同時にキャンバー角の数値も求めることができる。
次に、両方のビードで測定する場合について考える。

実施例３
ここでは接地面に加えられる力の各成分とセルフアライニングトルクとをタイヤの両方のビードの周方向伸びを１つのビードについて２つの方位で測定した値に基づいて推定する。測定方位は接地面の中心の方位に対して対称（180°＋α°および180°−α°）となるように選択する。Fzを推定するためにはαはα₀であってはならない。第1のビード上でこれら方位で測定した値をV₁ ¹およびV₂ ¹とし、第2のビード上でこれら方位で測定した値をV₁ ²およびV₂ ²とする。

これらの４つの値から方位およびビードのパリティー（partie）に従って分解をして各成分を決定することができる：
(1) V₁ ¹＋V₁ ²＋V₂ ¹＋V₂ ²は方位およびビードに関連する偶数成分を示している。従って、この組合せはFzに直接関係する。Fzの推定値は下記で与えられる：

（ここで、a₁、a₂、b₁およびb₂は正の実係数であり、f _x は単調連続関数である）
(2) V₁ ¹＋V₁ ²−(V₂ ¹＋V₂ ²)は方位では奇数成分を示し、ビードでは偶数成分を示す。従って、この組合せはFxに直接関係する。Fxの推定値は下記で与えられる：

（ここで、c₁、c₂、d₁およびd₂は正の実係数であり、f _Z は単調連続関数である）
(3) V₁ ¹−V₁ ²＋(V₂ ¹−V₂ ²)は方位では偶数成分を示し、ビードでは奇数成分を示す。従って、この組合せはNに直接関係する。Nの推定値は下記で与えられる：

（ここで、e₁、e₂、f₁およびf₂は正の実係数、f_nは単調連続関数である）
(4) V₁ ¹−V₁ ²−(V₂ ¹−V₂ ²)は方位では奇数、ビードでは奇数成分を示す。従って、この結合はFyに直接関係する。Fyの推定値は下記で与えられる：

（ここで、g₁、g₂、h₁およびh₂は正の実係数、f_yは単調連続関数）
この形式の配置にすることによってタイヤの対称性が利用でき、接地面に加えられた拘束力の各成分を高精度に再構築できる。

実施例４
ここでは接地面に加えられた力の各成分とセルフアライニングトルクとを、タイヤの両方のビードの周方向伸びを１つのビードで３つの方位で測定した値に基づいて推定する。測定方位は下記のように選択される：
(1) 接地面の中心の方位に対して対称に２つの方位（180°＋α°および180°−α°）を選択する。第1のビード上でのこれらの方位で測定した値をV₁ ¹およびV₂ ¹とし、第２のビード上でのこれらの方位で測定した値をV₁ ²およびV₂ ²とする。
(2) 接地面の中央に対応する1つの方位を選択する。これらの方位で測定した値をV_c ¹および V_c ²とする。接地面と反対側の対応する方位を用いることもできる。

実施例３と同様に処理する。値V_c ¹および V_c ²によって一定の情報の冗長性が生じるが、成分Fzの推定がより良くなる。
Fxに関する情報はV_c ¹およびV_c ²によって得られ、Fx、FyおよびNに関する情報はV₁ ¹、V₁ ² 、V₂ ¹およびV₂ ²によって得られる。従って、さらにそれぞれの寄与量を分離することができる。

実施例５
ここでは、接地面に加えられる力の成分およびセルフアライニングトルクを、タイヤの両側のビードの周方向剪断応力をビード１つにつき４つの方位で測定した値に基づいて推定する。測定方位は下記のように選択される：
(1) 接地面の中心の方位に対して対称に２つの方位（180°＋α°および180°−α°）を選択する。第1のビード上のこれらの方位で測定された値をV₁ ¹およびV₂ ¹とし、第2のビード上のこれらの方位で測定された値をV₁ ²およびV₂ ²とする。
(2) 接地面の中心の方位に対して選択された１つの方位（180°＋β）。βはαではない。第1のビード上のこの方位で測定された値をV₃ ¹とし、第2のビード上のこの方位で測定された値をV₃ ²とする。
(3) 接地面の中央に対応する１つの方位。この方位で測定した値をV_c ¹および V_c ²とする。接地面と反対側の対応する方位を用いることもできる。

実施例３および実施例４と同じ処理をすることができる。この実施例では情報の冗長性によって堅牢性がより高くなる。しかし、本発明の剪断測定では力成分およびトルクNの推定のほか、キャンバー角が変化しやすい場合にキャンバー角の推定も行うことができる。この場合の問題点は成分Fyおよびキャンバー角で構成される２つの方位関連奇数の寄与量とビード関連奇数の寄与量の部分の決定にある。

接地面の中心に対して互いに異なる２つの角度で測定することによって、信号の傾きの数値を方位の関数として求め、Fy作用をキャンバー角の作用と区別することができる。両方のビードにおいて剪断応力を測定することによって、キャンバーの変化に対する堅牢性がはるかに高い測定を得ることができ、さらに、キャンバー角を推定することもできる。

上記の実施例で挙げた線形の組合せは極めて基礎的なものであり、主用な作用しか考慮することができない。従って、各力成分の推定を良くし、タイヤの非線形的な挙動を考慮するためには測定値を力の推定値に関連付けるより複雑な伝達関数を本発明方法で用いる必要がある。この場合には測定量と加えた拘束力の成分値との関係を確立することができる任意の補間関数を用いることができる。すなわち、学習ベース（base d'apprentissage）を用いて補間関数の係数を決定することができる（以下を参照）

上記の全ての実施例ではタイヤの対称性を利用しかつ再構築が容易になるように選択された測定方位を用いたが、測定値の数が十分であれば加えられた拘束力の成分を推定することができるので、値を測定する方位の位置は自由に選択することができる（方位の対称性自体が必須ではない）。この場合には、方位が分っている一方または両方のビードの周方向の伸びの測定値の関数として各成分Fx、Fy、FzおよびNを表す関数を直接求めることができる。伝達関数をタイヤの力学的解析に基づいて決定する必要はなく、タイヤが受ける力に対する一方または両方のビードの周方向の伸びに対するタイヤの応答性に基づいて決定することができる。

測定方位を物理的分析によって選択するにせよ、任意に決めるにせよ、測定値と力の成分Fx、Fy、FzおよびNとの間の伝達関数 (une fonction de transfer) を確立するにはニューラルネットワーク（les reseaux de neurones）が適していると思もわれる。必要な場合にはキャンバー角も推定すべき量の1つにすることができ、伝達関数の出力に入れることができる。適用可能な最も単純な方式の中で、測定量と加えられた拘束力の成分値との間の関係を確立するための補間関数として隠れニューロン（neurones caches）からなる1つの層と出力ニューロン (neurons de sortie) からなる1つの層とを有するネットワークを使用することができる。これらの隠れニューロンはシグモイド伝達関数 (founction de transfert sigmoide) を用いる。出力ニューロンは線形伝達関数 (founction de transfert lineaire)（図7）を用いる。近似式として用いるこの形式のネットワークの節約 (parcimonie) 特性はこの場合非常に有益である。1つのネットワークを用いて推定すべき成分1つを出すか、全ての成分を推定するネットワークを用いて複数の出力を出すことができる。

測定方位を対称性または物理的観測が得るように選択した場合は、ネットワークに入力する前に各量の間の線形結合（combinations lineaires）を作るのが有利である。この場合、主成分解析によってこれらの結合の係数を便宜上決定して、必要なニューラルネットワークを単純化することができる。こうして得られたアーキテクチャは[図8]に示してある。[図8]は入力する線形結合が任意である伝達関数の例である。複数の出力を有するニューラルネットワークや、1つの出力を有する複数のニューラルネットワークや、その他、任意の結合を用いることができる。ここには可能性のある出力量（Fx、Fy、Fz、N、Pおよびγ）が示してあるが、その中のいくつかしか推定しない場合も本発明に含まれるということは理解できよう。

具体的には下記のように演算される。
(1) 第1段階では、測定方位を決定した後、一つまたは複数の選択された特徴の通常使用時に評価するのに十分な範囲をカバーできるように、タイヤの拘束状態を変えながら一方または両方のビードの周方向の伸びの値を集める。選択された拘束状態は通常使用時に生じ得る全てのカップリングも含む必要がある。測定値とそれに関連する一つまたは複数の選択された特徴（別の測定手段で得られる）とのセットが学習ベース（base d'apprentissage）になる。キャンバーが変化する場合には、学習ベースに将来使用するキャンバー角の変化を学習ベースに組み込むのが望ましい。
(2) 第２段階では、上記で得られた学習ベースを基にネットワークに重みを付ける（より一般的には、補間関数の係数を決定する）。この段階の最後に伝達関数が得られる。
(3) 第３段階では、一つまたは複数の選択された特徴の推定値を別の測定手段で示された値と比較して上記の伝達関数をテストする。

ニューラルネットワーク以外の他の関数（例えば多項式関数）を用いることもできる。
タイヤ圧が時間とともに変化しやすい実際のケースでは、対象となる成分の測定に要求される精度に応じてタイヤ圧の変化を考慮する必要もある。
そのための第1の方法は、伝達関数の出力で推定された力をタイヤ圧の関数として修正することにある。すなわち、一次補正を行うことができる。実際には、タイヤ圧を考慮していない伝達関数にタイヤに加えられる拘束力を存在させる。すなわち、タイヤ圧が基準圧（伝達関数で得られる値）の２倍になった場合、伝達関数の測定変形量の入力値を基準圧の場合の約２分の１にする。従って、伝達関数は実際に加えられた力の２分の1しか評価しないて。推定された力は２倍しなければならない。

しかし、最も正確な方法はタイヤ圧を伝達関数のパラメータに導入することである。この方法では下記(1)(2)が必要である：
(1) 所望の動作範囲をカバーする種々のタイヤ圧条件下でタイヤが拘束されるケースを含む学習ベースで伝達関数をトレーニングし、
(2) タイヤ圧の測定値または推定値を自由に使える。

以下、タイヤ圧を知るための２つの方法を説明するが、これらに限定されるものではない。
第1の方法は本発明で特定したセンサーとは別の圧力センサーで得られたタイヤ圧測定値を用いる方法である。測定されたタイヤ圧の値を伝達関数における複数の方位での変形値と一緒に系に加える。[図9a]はこれに関するアーキテクチャの概念図である。

第２の方法は剪断応力の測定値に基づいてタイヤ圧を推定する方法である。変形信号は構造に起因する成分と空気圧に起因する成分とを含むので、これらの成分を解析してタイヤ圧に関する情報を得ることができる。

この方法では、所望方位での変形量の測定値を伝達関数の入力として取り、対象となる動作範囲でのタイヤ圧の推定値を出力する伝達関数を決定する必要がある。上記と同じ方法論を適用することができる：
(1) 加えられた力の変化とタイヤ圧の変化とを組み合わせた学習ベースを作り、
(2) 学習によって伝達関数を決定する。

上記のタイヤ圧決定方法の精度が本発明を実施する上で不十分であると思われる場合には、精度を簡単に高めることができる。すなわち、タイヤ内の圧力の変化はタイヤの回転に対して遅れる現象がある。従って、タイヤ圧の推定値を平均化するか、フィルタリングして低周波成分のみにすることができる。こうしてタイヤ圧の正確な推定値が得られる。[図7b]はこの方法で得られるアーキテクチャの概念図である。この方法によってセンサーを追加せずに、対象となる複数の力の合力に加えて、タイヤ圧の推定値も知ることができる。

本発明の決定方法の効率を高めるために他の変数（周方向の伸びの測定値以外）を上記と同じ原理で考慮することができるいうことは理解できよう。例えばタイヤ温度または回転速度が挙げられる。事実、センサーの形式や測定位置によっては得られる周方向変形信号がタイヤの回転速度にほとんど依存しないことがある。従って、推定値の精度を上げるために伝達関数の入力パラメータに回転速度を加えるのが有利である。速度は車両に搭載された別の部品で測定して知ることができ、さらには、例えば変形信号自体から速度情報を抜き出すこともできる。

一般に、測定点の数は実施例に示した最小構成数より増やすことができる。そうすることによって得られる情報に冗長性ができ、より正確でより信頼できる結果が得られる。

本発明方法の精度または耐久性を向上させるための別の方法は、一次元測定ではなく多次元測定をするか、周方向の伸びの測定を別の測定方法で補うことである。例えば、サイドウォールのトレッドに近い部分の周方向変形量の測定とサイドウォールのビードに近い部分の周方向変形量の測定との両方を用いることができる。したし、この例に限定されるものではない。さらに、両方の応力を用いることによって、単一のビードが一つまたは複数のセンサーを備えた構成であって、性能の堅牢性および精度が両ビードを備えた構成と同程度である構成を得ることができる。特に、この構成によって一方のビードにしかセンサーを設置できなくてもキャンバーを測定することができる。これは単一のビードで一次元センサーを用いるときはできない。

この場合には、各方位で一方、他方または種々の応力の測定値を組み合わせて伝達関数の入力値を構成する。この点以外は全く同じ手順で伝達関数を決定する。このアプローチは極めて簡単で安価になり、最終製品の製造コストの点で極めて有利であり、センサーの製造コストが高い場合（多次元測定の場合）や種類の異なるセンサーが必要な場合でも単一のビードを設けるだけでよい。
タイヤの一つまたは複数のビードの剪断応力はタイヤ外部の装置またはタイヤ内部の装置を用いて任意の方法で測定することができる。例として、ここではタイヤのカーカスのアンカー部分２に配置されたタイヤと一緒に回転する一つまたは複数のセンサー３でビード1の周方向剪断応力を測定する方法を説明する。

このセンサー３はタイヤと一体であり、一方または両方のビードの周方向剪断応力を局所的に測定する。このセンサー３には任意の物理的測定原理を用いることができ、例えば応力ゲージ31、例えば抵抗ゲージを備えた試験体30にすることができる。試験体30の変形によってその表面に接合された応力ゲージ（31）の抵抗が変化する（［図10］、［図11］、［図12］）。この試験体30の両側に配置された各ゲージ31は周方向剪断応力と密接に関係する信号をホイートストンブリッジを介して出力する。アクティブセンサー３の場合には車両の無線電源を介して、または、ホイール上またはタイヤ内に設置された電池、その他の任意の手段によってセンサー３に給電することができる。情報の車両への送信は無線、その他の手段で任意の方法が可能である。センサー３自体は情報を連続的に送信するか、車輪の回転周期に対して十分な速さのリフレッシュ周波数で送信することができる。

センサー３の一変形例では、応力ゲージ31の代わりに圧電素子を用いる。圧電素子を電荷増幅器に接続して試験体の撓みに比例した電圧を送ることができる。この変形例の利点は測定信号を出力するだけでなく、情報の処理および／または送信用の回路に電気エネルギーを供給することができる点にある。
周方向剪断応力および横断方向剪断応力を測定するのに下記の文献に記載の形式のセンサーをビード内に配置して用いることもできる。
欧州特許第02/014144号公報

この文献に記載のセンサーは取り込むべき力によって拘束される剛体ロッドと、このロッドに固定されかつロッドが拘束されたときに変形または応力を受けるヘッドとを有するクギ型の力センサーである。このクギ型センサーは［図11］に示したセンサー３と同じ位置にロッドが最大半径へ向かってほぼ放射方向に向くように配置するか、ロッドがタイヤの内部空洞へ向かって上記の方向に対してほぼ直角に向くように配置する。

タイヤと一体のセンサーを用いるこの方法の利点は車輪の回転中にセンサーがタイヤと共に回転しながら全方位を探査するので、タイヤの全方位での一つまたは両方のサイドウォールの周方向伸びを知ることができることである。
所定方位での周方向伸びの測定値に基づいて力の各成分を再構築する方法では正確な方位で値を出すようにセンサーをいかに配置するかが問題になる。

従って、センサー３には分っている一定の周波数で問合せが行なわれ、センサ３ーは局所的周方向伸びの変化に関する時間信号（signal temporel）を送信する。測定された信号は［図10］に示してある。この時間信号から既に説明（［図1a］、［図1b］、［図2a］、［図2b］、［図3a］、［図3b］）した車輪回転時の特性パターンが簡単にわかる。この信号には各車輪の回転サインの他にノイズが含まれている。従って、最初にすべき操作は遮断周波数をローパスフィルタを用いてノイズを減らすことである。フィルタースのカット周波数は車輪回転速度に関係する。

そのために利用可能な設備に応じていくつか例を挙げることができる：
（1） 車輪の角度位置の測定が利用できる場合には、センサーが測定方位を通過する瞬間を知ることができる。これらの瞬間で測定された値を読取り、所望方位での周方向伸び値を出力する。このような車輪の角度位置の測定は例えば車輪回転速度のABSセンサーのトランジション（遷移）をカウントすることで行うことができる。
（2） センサーの配置を容易にするための外部装置が利用できない場合には、センサー自体の信号を使用することができる。本発明では車輪の角度位置を推定するためにタイヤと一体なセンサーあるいは他のセンサーの信号を用いることを薦める。

センサー３が接地面を通過するたびに、特性パターンとしてビードにおける剪断応力の急激な変化が急激な傾きとなって表れる。この観測結果を用いて、センサー３が接地面の中心を通過する瞬間を見つけ出すことができる。この操作を実行する最も簡単な方法はフィルタリングされた信号を時間について微分し、各瞬間での傾きを求める方法である。微分した信号は接地面の中心を通過するときにピーク値を示す。従って、この微分信号を閾値でカットし、閾値より大きい値の中で最大値を求めればよい（「アルゴリズム1」[図14]）。この方法によって接地面の通過に対応しない最大値を検出するのを防ぐことができる。ピーク値が位置した瞬間はセンサー３が接地面の中心を通過する瞬間に対応する。

信号の形状はほぼ加えられた力の関数で変化する。実際には閾値レベルを常に適合させる必要があるため閾値でのカットは複雑になる。さらに、ある種の条件下では閾値を求めると車輪が1回転する間に複数のピーク値が検出されることがある。この状態は大きな力Fyが加えられたときに見られる。

従って、下記のアルゴリズムを用いることが考えられる。なお、この方法に限定されるものではない：
(1)上記で「アルゴリズム1」として説明したデフォルトのアルゴリズムを用いる。
(2)周期性を検出する際に、接地面を最後に通過した時とこの最後の通過に基づく速度の数値とを用いて次に接地面を通過する時t_nを予測する。
(3)t_nの前後の不確実性[t_n-d; t_n+d]を用いて信号ウィンドーを定義する（dは信号周期の半分以下）。
(4)このウィンドーで閾値化を行い、近似t_nに対応する真の時T_nを決定する。
(5)(1)〜(4)を繰返して次の回転を検出する。エラー（明らかに違う周期、ウィンドー端に見られる極端な値等）が出た場合には「アルゴリズム1」を繰返してプロセスを同期させる。

接地面通過が検出される毎に、最後の通過（少なくとも３回の通過）の瞬間を知ることによって車輪の回転速度およびその加速度を推定することができる。これらの推定値によって、センサーが配置されている方位の数値を時間の関数として再構築できる。従って、所定方位での値を測定値から時間の関数として抽出することができる。

既に述べたように、回転速度の推定値を伝達関数の入力値として利用することで広範囲の速度にわたって力の成分の推定方法の精度を向上させることができる。測定は他の方法で実施することもできる。力の成分を決定するには複数の方位での測定が必要となる。

(1)第1の方法は、測定されるビード1つにつきセンサーを1つだけ用いる方法である。所望位置を通る毎にセンサーからの値を考慮し、対象となる方位での測定をリフレッシュする。力の成分は車輪の回転速度に対して遅れて変化すると仮定することで単一のセンサーによって力の再構築に必要な全方位で測定値を得ることができる。[図15]は３つの方位（0°、120°、240°）での測定を必要とするモデル（伝達関数）を用いたこの形式の機能が示されている。

(2)第２の方法では、周方向に複数のセンサーを設けて、測定が実施される方位でセンサーが１回転につき少なくとも1回同時に配置されるようにする。こうすることによって、所定の瞬間に種々の方位でタイヤの変形像を得ることができ、力を車輪の回転に対して遅れて変化させる必要がなくなる。理想的には（最大通過帯域）、センサーの数を少なくとも推定すべき数と同じ数にしなければならない。この方法の一実施例ではセンサーをタイヤの周りに等間隔で配置する。N個のセンサーを取り付けた場合にはセンサーが正確に配置される状況が１回転につき少なくともN回生じる。[図16]はこの形式の操作を示しており、1回転につき３つのセンサーで方位（0°、120°、240°）で測定が３回実施される。
(3)(1)と(2)の方法を組み合わせることができる。

センサーの数を増やすことによって特に下記の利点が得られる：
(1) 力の推定計算のリフレッシュ周波数、従ってシステムの通過帯域を上げることができ、
(2) 接地面に加えられる力の成分の急激な変化に対する堅牢性を高めることができる。

種々の方位での測定を入力としてとる複数のモデルを決定することができる。単一のセンサーだけの場合でも車輪が回転する毎に複数の推定値を得ることができる。
[図17]は３つのセンサーを用いた操作の例を示している。２つの伝達関数が決定される。第1の伝達関数は0°、120°、240°での測定値を使用し、第2の伝達関数は60°、180°、300°での測定値を使用する。センサーが対象となる測定位置に達したときに各伝達関数が適用される。上記の配置ではセンサーを適当に管理することによってホイール1回転について力を６回推定することもできる。複数のモデルで得られた複数の推定値を平均するか、比較することによって力の推定の精度を上げ、ノイズを減らすことができる。

本発明の理解に必要な条件を定義したタイヤの斜視図。周方向剪断応力は放射方向（図ではr）と周方向（図では「c」）との間の剪断応力に対応し、この剪断応力をσ_rsで表す。 応力σ_rsでの垂直成分Fzの作用を示す図で、実線曲線は垂直荷重400daNに対応し、破線曲線は垂直荷重500daNに対応し、一点鎖線曲線は垂直荷重300daNに対応する。 応力σ_rsでの垂直成分Fzの作用を示す図で、実線曲線は垂直荷重400daNに対応し、破線曲線は垂直荷重500daNに対応し、一点鎖線曲線は垂直荷重300daNに対応する。 応力σ_rsでの成分Fxの作用を示す図で、実線曲線は垂直荷重400daNで、力Fxが無い場合に対応し、破線曲線は垂直荷重が400daNで、力Fxが4 応力σ_rsでの成分Fxの作用を示す図で、実線曲線は垂直荷重400daNで、力Fxが無い場合に対応し、破線曲線は垂直荷重が400daNで、力Fxが400daN（制動）の場合に対応し、一点鎖線曲線は垂直荷重が400daNで、力Fxが−400 daN（駆動）の場合に対応する。 成分Fyの作用を示す図で、実線曲線は垂直荷重が400daNで、力Fyが無い場合に対応し、破線曲線は垂直荷重が400daNで、力Fyが280daNである場合に対応し、一点鎖線曲線は垂直荷重が400daNので、力Fyがおよび−280 daNである場合に対応する。 成分Fyの作用を示す図で、実線曲線は垂直荷重が400daNで、力Fyが無い場合に対応し、破線曲線は垂直荷重が400daNで、力Fyが280daNである場合に対応し、一点鎖線曲線は垂直荷重が400daNので、力Fyがおよび−280 daNである場合に対応する。 キャンバー角が付いたタイヤの変形状態を示す図。 キャンバー角が剪断応力信号に加える作用を示す図で、実線曲線は垂直荷重が400daNで、力FxおよびFyが無く、キャンバー角ゼロの場合に対応し、破線曲線は垂直荷重が400daNで、キャンバー角が2°の場合に対応し、一点鎖線は垂直荷重が400daNで、キャンバー角が4°の場合に対応する。 キャンバー角が剪断応力信号に加える作用を示す図で、実線曲線は垂直荷重が400daNで、力FxおよびFyが無く、キャンバー角ゼロの場合に対応し、破線曲線は垂直荷重が400daNで、キャンバー角が2°の場合に対応し、一点鎖線は垂直荷重が400daNで、キャンバー角が4°の場合に対応する。 ニューラルネットワークのアーキテクチャを示す図。 伝達関数の例を示す図。 タイヤ圧が変化する場合にそれを考慮するためのアーキテクチャの一つの例を示す図。 タイヤ圧が変化する場合にそれを考慮するためのアーキテクチャの別の例を示す図。 ２つの応力ゲージを備えた逆T字型試験体からなる剪断応力センサーの実施例の図。 [図7]に示すセンサーのタイヤのビード部分への取付け例を示す図。 [図7]に示すセンサーのタイヤのビード部分への取付け例を示す図。 生信号とフィルタリング後の信号の図。 上記信号から接地面通過を識別する図。 1つのセンサーと1つのモデルを用いた操作例を示す図。 3つのセンサーと1つのモデルを用いた操作例を示す図。 ３つのセンサーと２つのモデルを用いた操作例を示す図で、実線で示した位置はモデル1で入力として用いられる測定値が取られる方位を表し、破線で示された位置はモデル２で入力として用いられる測定値が取られる方位を表し、C1、C2、C3はタイヤのビードにおけるセンサーの方位位置を表す。

Claims (12)

1. 路面からタイヤの接地面に加わる合力の回転方向の水平ｘ成分、横断方向の水平ｙ成分および垂直ｚ成分、タイヤによって生じるセルフアライニングトルク、キャンバーおよびタイヤ圧の中から選択される少なくとも１つの特徴を決定する方法であって、
   （１）タイヤの少なくとも一方のビードに固定された少なくとも３つの空間内の固定点で応力を測定し、
   （２）上記の空間内の３つの固定点の1つの点を接地面の中心または接地面とは反対側の点とし、残りの２つの点は接地面の中心を通る垂直面に対して対称な点とし、
   （３）少なくとも３つの測定値から上記特徴を求める、
   ことを特徴とする方法。
2. 測定方位を接地面の中心の方位に対して対称になるように選択し（180°＋α°および180°−α°、ここでαは0°および180°ではない）、V₁ ¹およびV₂ ¹を第1のビード上のこれらの方位で測定された値とし、V₁ ²およびV₂ ²を第２のビード上のこれらの方位で測定された値としたときに、回転方向の力の水平成分Fxの推定値が下記の式で得られる請求項１に記載の方法：
   

   

   （ここで、a₁、a₂、b₁およびb₂は正の実係数、f_xは単調連続関数である）
3. 測定方位を接地面の中心の方位に対して対称になるように選択し（180°＋α°および180°−α°、ここでαは0°および180°ではない）、V₁ ¹およびV₂ ¹を第1のビード上のこれらの方位で測定された値とし、V₁ ²およびV₂ ²を第２のビード上のこれらの方位で測定された値としたときに、力の垂直成分Fzの推定値が下記の式で得られる請求項１に記載の方法：
   

   

   （ここで、c₁、c₂、d₁およびd₂は正の実係数、f_zは単調連続関数である）
4. 測定方位を接地面の中心の方位に対して対称になるように選択し（180°＋α°および180°−α°、ここでαは0°および180°ではない）、V₁ ¹およびV₂ ¹を第1のビード上のこれらの方位で測定された値とし、V₁ ²およびV₂ ²が第２のビード上のこれらの方位で測定された値であるとしたときに、セルフアライニングトルクNの推定値が下記の式で得られる請求項１に記載の方法：
   

   

   （ここで、e₁、e₂、f₁およびf₂は正の実係数、f_nは単調連続関数である）
5. 測定方位を接地面の中心の方位に対して対称になるように選択し（180°＋α°および180°−α°、ここでαは0°および180°ではない）、V₁ ¹およびV₂ ¹を第1のビード上のこれらの方位で測定された値とし、V₁ ²およびV₂ ²を第２のビード上のこれらの方位で測定された値であるとしたときに、横断方向の力の水平成分Fyの推定値が下記の式で得られる請求項１に記載の方法：
   

   

   （ここで、g₁、g₂、h₁およびh₂は正の実係数、f_yは単調連続関数である）
6. 測定方位を接地面の中心の方位に対して対称になるように選択し（180°＋α°および180°−α°、ここでαは0°および180°ではない）、V₁およびV₂を別の方位で測定した値であるとしたときに、垂直方向の力の成分Fzの推定値が下記の式で得られる請求項１に記載の方法：
   

   

   （ここで、r₁およびr₂は正の実係数であり、f_zは単調連続関数である）
7. 1つの方位を接地面の中央に対応させ（方位180°）、V_cをこの点で測定した値とし、残りの２つの方位を接地面の中心の方位に対して対称になるように選択し（180°＋α°および180°−α°、ここでαは0°および180°ではない）、V₁およびV₂をこれらの別の方位で測定された値としたときに、横断方向の力の水平成分Fyの推定値が下記の式で得られる請求項１に記載の方法：
   

   

   （ここで、s₁、s₂およびs_cは正の実係数であり、f_yは単調連続関数である）
8. 1つの方位を接地面の中央に対応させ（方位180°）、V_cをこの点で測定した値とし、残りの２つの方位を接地面の中心の方位に対して対称になるように選択し（180°＋α°および180°−α°、ここでαは0°および180°ではない）、V₁およびV₂が別の方位で測定した値であるとしたときに、回転方向の力の水平Fxの推定値が下記の式で得られる請求項１に記載の方法：
   

   

   （ここで、u₁、u ₂およびu _cは正の実係数であり、f_xは単調連続関数である）
9. ビードでの応力の測定値に基づいて各ビードに加わる応力の差を求めてキャンバー角を推定する請求項１に記載の方法。
10. ビードにおける応力の測定値に基づいて構造的挙動による寄与量とは別の空気圧挙動による寄与量を求め、タイヤ圧を推定する請求項１に記載の方法。
11. 路面からタイヤの接地面に加わる合力の回転方向の水平ｘ成分、横断方向の水平ｙ成分および垂直ｚ成分、タイヤによって生じるセルフアライニングトルク、キャンバーおよびタイヤ圧の中から選択される少なくとも１つの特徴を決定する方法であって、
    下記の段階（１）〜（４）を含むことを特徴とする方法：
    (1) 測定方位を決定し、一つまたは複数の選択された特徴を通常使用時で評価するのに十分な範囲でタイヤの拘束状態を変えながら、少なくとも一方のビードの周方向の剪断応力の値を集め、上記の拘束状態は通常使用時に予測される全てのカップリングが作れるように選択し、
    (2) ビードの周方向の剪断応力の測定値とそれに関係する少なくとも一つの特徴の値(この特徴の値は別の測定手段で得る）とを用いて学習ベースを作成し、
    (3) この学習ベースを基にして、上記測定値と少なくとも一つの選択された特徴の値との間の関係を確立するための伝達関数の補間関数の係数を決定し、
    (4) 少なくとも一つの選択された特徴の推定値を別の測定手段で得た値と比較して上記伝達関数をテストする。
12. 補間関数が隠れニューロンからなる層と出力ニューロンからなる層とを有するネットワークである請求項１１に記載の方法。

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