JP4509324B2

JP4509324B2 - 路面摩擦係数の推定方法

Info

Publication number: JP4509324B2
Application number: JP2000221082A
Authority: JP
Inventors: 英俊横田; 啓詩森永; 光司大谷
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: JP2002036836A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の走行している路面とタイヤ間の路面摩擦係数を推定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の走行安定性を高めるため、タイヤと路面間の摩擦係数（路面摩擦係数）あるいは路面状態を精度良く推定し、車両制御へフィードバックすることが求められている。予め上記路面摩擦係数や路面状態を推定することができれば、制駆動や操舵といった危険回避の操作を起こす前に、例えば、ＡＢＳブレーキのより高度な制御等が可能になり、安全性が一段と高まることが予想される。また、運転者に走行中の路面状態の危険度を伝えるだけでも、運転者が早めの減速動作を行えるようになり、事故の減少が期待できる。
走行中のタイヤの歪状態を直接検知して上記路面摩擦係数を推定する方法としては、例えば、磁性体をタイヤのサイドウォールに埋め込み、サスペンションの上部と下部とに設けられたセンサにより、上記サイドウォールのねじれ変形を測定する方法（USP 5,913,240）や、ベルトコードの一部を磁化しておき、転動中のベルト−トレッド間の相対変位を、トレッド部に埋め込んだ磁気センサによって測定する方法（USP 5,964,2650）などが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記サイドウォールのねじれ変形から路面摩擦係数を推定する方法は、タイヤに制駆動力や応力などの、いわゆる入力が加わった場合の変形は測定できるが、車両が一定速度で走行しているような場合には、変形が小さいため、路面摩擦係数を正確に推定することは困難であった。
一方、上記ベルト−トレッド間の相対変位を測定する方法は、路面と接している部分の変形を直接検出しようとするものであるが、上記従来の方法と同様に、制駆動力や応力などの入力が加わった場合の変形測定には適用できるが、車両が一定速度で走行しているような場合には、変形が小さく、特に、一般的な乗用車用タイヤでは上記ベルト−トレッド間の相対変位が小さいので、路面摩擦係数の検出精度が十分ではなかった。
【０００４】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、タイヤに制駆動力が加わっていない状態でも、路面摩擦係数を精度よく推定することができる方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の路面摩擦係数の推定方法は、タイヤトレッドの路面と接する部分に設けられたトレッド溝部あるいは凹部の少なくとも一方に、トレッド表面よりも高さの高いセンシングリブまたはセンシングブロックとトレッド表面よりも高さの低いセンシングリブまたはセンシングブロックとの２種類のセンシングリブまたはセンシングブロックを設けるとともに、走行中のタイヤの上記２種類のセンシングリブまたはセンシングブロックにおける歪量をそれぞれ測定し、上記測定された２種類のセンシングリブまたはセンシングブロックにおける歪量の差と、予め求めておいた上記２種類のセンシングリブまたはセンシングブロックにおける歪量の差と路面摩擦係数との関係とに基づいて、路面摩擦係数を推定するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の路面摩擦係数の推定方法において、上記２種類のセンシングリブまたはセンシングブロックを、タイヤの周方向または幅方向に複数個配列したものである。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の路面摩擦係数の推定方法において、上記２種類のセンシングリブまたはセンシングブロックを、交互に配列したことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本実施の形態に関わる空気入りタイヤ１の構成を示す図である。空気入りタイヤ１は、タイヤトレッド２の路面と接する部分に設けられたトレッド溝部３に、タイヤトレッド２の表面から突出する高さの高い第１のセンシングブロック４Ｈと、タイヤトレッド２の表面よりも高さ低い第２のセンシングブロック４Ｌとを設けたもので、ここでは、上記第１及び第２のセンシングブロック４Ｈ，４Ｌの高さとタイヤトレッド２の表面の高さとの差（段差の大きさの絶対値）を、ともにトレッド高さの１０％とした。なお、同図において、６はベルト、７はカーカス・プライを示す。
５Ｈ，５Ｌは、上記第１及び第２のセンシングブロック４Ｈ，４Ｌの歪量の大きさ（以下、歪レベルという）をそれぞれ計測するための歪ゲージで、この歪ゲージ５Ｈ，５Ｌは、上記第１及び第２のセンシングブロック４Ｈ，４Ｌのタイヤ回転方向とは直角方向の側面で、トレッド溝部３の底部に近い場所に、上記センシングブロック４Ｈ，４Ｌのタイヤ周方向の歪レベルを計測する向きに配設される。上記歪ゲージ５Ｈ，５Ｌとしては、例えば、抵抗線歪ゲージや光ファイバー歪ゲージを用いることが望ましいが、非接触変位センサ、圧力センサ等の他のセンサを用いてもよい。
【００１６】
転動中のタイヤトレッド面には、その接地面内において、タイヤ接線方向の剪断力が常に働いている。制駆動力が加わらない、いわゆるフリーローリング（以下、Ｆ．Ｒという）時の接線方向の剪断力は、接地面前半では進行方向の、接地面後半では進行方向と逆向きに作用するため、正弦波状の時間変化（剪断力の分布）を示す。一般に、前者をドライビングフォース（以下、Ｄ．Ｆという）、後者をブレーキフォース（以下、Ｂ．Ｆという）という。車両が加減速する際には、当然、上記剪断力の分布は変化し、加速時にはＤ．Ｆが大きく、逆に減速時にはＢ．Ｆが大きい。
通常、タイヤトレッドには、タイヤセンターの赤道面からショルダー部に向かって円弧を描く曲線、いわゆるクラウンＲが設けられており、このクラウンＲの存在によって、タイヤ回転半径はセンター部で大きく、ショルダー部では若干小さくなっている。そのため、図２に示すように、上記接線方向の剪断力の分布はタイヤ幅方向では均一でなく、センター部２Ａでは若干Ｄ．Ｆ寄りの分布を示し、ショルダー部２Ｂでは逆にＢ．Ｆ寄りの分布を示す。
【００１７】
通常の乾燥路面（高μ路）では、ブロック（あるいはリブ）が路面に拘束されるので、上述したような接線方向の剪断力が発生するが、凍結路面や水膜状にタイヤトレッドが載ったような危険な状態（低μ路）では、ブロック（あるいはリブ）に対する路面の拘束が小さくなるため、上記接線方向の剪断力は小さくなる。したがって、上記剪断力あるいは上記剪断力に伴って発生するブロック（あるいはリブ）の歪レベル、振動レベルあるいはタイヤの振動によって励起されるタイヤ内部の音圧レベルを測定することにより走行中のタイヤと路面間の路面摩擦係数を推定することが可能となる。
本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、タイヤトレッド２の路面と接する部分に設けられたトレッド溝部３内に、タイヤトレッド２の表面から突出する高さの高い第１のセンシングブロック４Ｈと高さ低い第２のセンシングブロック４Ｌとを設けることにより、上述した剪断力を積極的に発生させるようにしたものである。すなわち、上記第１のセンシングブロック４Ｈは、タイヤ回転半径が大きいので、駆動が加わったときと同様の剪断力が発生するので、この剪断力による第１のセンシングブロック４Ｈにおけるタイヤ周方向の歪レベルの時間変化（周方向剪断歪波形）は、図３（ｂ）の実線で示すように、Ｄ．Ｆ方向の歪レベルが大きくなり、第２のセンシングブロック４Ｌでは、逆に、制動が加わったときと同様の剪断力が発生するので、その周方向剪断歪波形は、図３（ｂ）の破線で示すように、Ｂ．Ｆ方向の歪レベルが大きくなる。
【００１８】
上記第１及び第２のセンシングブロック４Ｈ，４Ｌのそれぞれの歪レベルＸ_Ｈ，Ｘ_Ｌの差ΔＸ（以下、歪レベル差という）を、乾燥アスファルト上と氷盤上で測定したところ、図４に示すように、高μ路である乾燥アスファルト上では上記歪レベル差が大きく、低μ路である氷盤上では上記歪レベ差が小さいことが確認された。これは、上述した通り、高μ路である乾燥路面では路面からの拘束が大きいため、第１及び第２のセンシングブロック４Ｈ，４Ｌの剪断変形が大きく、逆に、低μ路である氷盤上では路面の拘束が小さくなるため剪断変形が小さくなることを示している。
図５は、乾燥アスファルト上，雪路上及び氷盤上において測定した上記第１及び第２のセンシングブロック４Ｈ，４Ｌの歪レベル差と、路面摩擦係数μとの関係を示すグラフで、路面摩擦係数μと上記歪レベル差とは、Ｒ^２＝０．９９と高い相関を示すことがわかった。なお、上記グラフでは、歪レベルの差として、レベル差の値の大きいタイヤ接地部での歪レベル差を用いた。したがって、上記第１及び第２のセンシングブロック４Ｈ，４Ｌの歪レベル差を測定し、上記路面摩擦係数μと上記歪レベル差との関係に基づいて路面摩擦係数の推定値を求めるようにすれば、タイヤに制駆動力が加わっていない状態でも、路面摩擦係数を精度よく推定することができる。
【００１９】
図６は、本実施の形態に関わる路面摩擦係数の推定装置１０の構成を示すブロック図である。同図において、１１は上記２種類のブロック４Ｈ，４Ｌのタイヤ周方向の歪レベル差を算出する歪レベル差算出手段で、上記空気入りタイヤ１の第１及び第２のセンシングブロック４Ｈ，４Ｌに設けられた歪ゲージ５Ｈ，５Ｌで計測されたタイヤ接地部での上記２種類のブロック４Ｈ，４Ｌの歪レベルの差を算出する。１２はμ−マップ記憶手段１３に記憶されている、予め求められた路面摩擦係数μと歪レベル差との関係を示すマップ（μ−マップ）を用いて、上記算出された歪レベルから路面摩擦係数の値を推定する路面摩擦係数推定手段である。
路面摩擦係数推定装置１０では、上記第１及び第２のセンシングブロック４Ｈ，４Ｌに設けられた歪ゲージ５Ｈ，５Ｌにより上記２種類のブロックの歪量を計測し、このデータを歪レベル差算出手段１１に送り、タイヤ接地部での歪レベルの差を算出する。次に、路面摩擦係数推定手段１２において、μ−マップ記憶手段１３に記憶されている上記μ−マップを用いて、上記算出された歪レベルの差から路面摩擦係数の値を推定し、路面摩擦係数の推定値を算出する。
【００２０】
ところで、転動中のタイヤトレッド面に作用するタイヤ接線方向の剪断力は、走行速度によっても変化するので、予め車速に応じた路面摩擦係数μと歪レベル差との関係を示すマップを作成しておき、上記歪レベル差と走行中の車速とを検出し、上記マップを用いて、路面摩擦係数の値を推定するようにすれば、路面摩擦係数の推定精度を更に向上させることができる。
また、タイヤ変形量の大きさは、タイヤの内圧，温度あるいはトレッド摩耗量の経時変化などでも変わってくるため、予め上記各データの値に応じたマップを作成するとともに、上記各データの経時変化を記憶しておき、各データの変化に応じて自動的に的確なマップを選択するなどして、μ−マップを適宜変更することが望ましい。
【００２１】
このように、本実施の形態によれば、タイヤトレッド２のトレッド溝部３に、タイヤトレッド２の表面よりも高さの高い第１のセンシングブロック４Ｈと、高さ低い第２のセンシングブロック４Ｌとを設け、上記第１及び第２のセンシングブロック４Ｈ，４Ｌに設けられた歪ゲージ５Ｈ，５Ｌにより上記２種類のブロック４Ｈ，４Ｌの歪レベルをそれぞれ計測し、予め求められた路面摩擦係数μと上記２種類のブロック４Ｈ，４Ｌの歪レベル差との関係を示すマップ（μ−マップ）を用いて、上記計測された歪レベルの差から、路面摩擦係数を推定するようにしたので、タイヤに制駆動力が加わっていない状態でも、路面摩擦係数を精度よく推定することができる。
【００２２】
なお、上記実施の形態では、タイヤトレッド２の表面よりも高さの高い第１のセンシングブロック４Ｈと、高さ低い第２のセンシングブロック４Ｌとを各１個ずつ設けた場合に付いて説明したが、上記２種類のセンシングブロックを、タイヤの周方向または幅方向に複数個配列して各ブロックの歪量を測定するようにすれば、測定のバラツキを押さえることができ、路面摩擦係数の推定精度を更に向上させることができる。なお、この場合には、トレッド高さに対して高さが高いセンシングブロックと低いセンシングブロックとを交互に配列させることが、車両の走行状態だけでなく、歪レベルの差の測定精度の向上にとっても望ましい。
また、上記センシングブロックは、トレッド溝部に限らず、トレッドの凹部に設けるようにしてもよい。また、歪ゲージ５Ｈ，５Ｌを配設する位置もセンシングブロック４Ｌ，４Ｈの側面に限定されるものではなく、ブロック間の内面に配設するようにしてもよい。
また、センシングブロックに代えて、センシングリブを設けても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２３】
また、上記例では、タイヤトレッド２の表面よりも高さの高い第１のセンシングブロック４Ｈと、高さ低い第２のセンシングブロック４Ｌとの２種類のセンシングブロックを設けたが、センシングリブあるいはセンシングブロックを１種類とし、そのセンシングリブあるいはセンシングブロックの歪レベルと、当該センシングリブあるいはセンシングブロックと隣接する一般のリブあるいはブロックの歪レベルとの差を測定して路面摩擦係数を推定するようにしてもよい。
また、センシングリブあるいはセンシングブロックとトレッド表面との段差の大きさは、トレッド高さの２０％以下であれば、車両の走行状態に支障をきたすことなく、歪レベルの差を精度よく求めることができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態では、路面摩擦係数を推定する方法について説明したが、上記算出された路面摩擦係数の推定値μから、路面状態を▲１▼高μ路（μ≧０.６）▲２▼中μ路（０．３≦μ＜０.６）、▲３▼低μ路（μ＜０.３）ように複数の路面状態にランク分けするとともに、推定路面状態が▲３▼の低μ路である場合には、路面が滑り易いので、例えば、図示しない赤ランプを点滅させたり、上記赤ランプの点滅に加えて警報音を発するようにするなどして、運転者あるいは乗員に路面の危険度を警告する警告装置を構成することも可能である。
【００２５】
また、車両制御手段を設け、上記路面状態▲１▼〜▲３▼に応じて、ＡＢＳブレーキシステムの制御ロジックを変更することにより車輪速度を制御し、滑りやすい路面での制動距離を短縮する制御を行うことのできる車両制御装置を構成することも可能である。すなわち、上記路面摩擦係数の推定装置で求められた路面摩擦係数の推定値μから路面状態を推定し、上述した▲３▼の低μ路（μ＜０.３）においては、ロックに至らないようにＡＢＳブレーキシステムの制御ロジックを変更して、ブレーキトルクを与える油圧増加速度やＡＢＳモードに入る油圧閾値を低下するような制御を行うようにすることにより、低μ路での制動距離を短くすることができる。
あるいは、上記ＡＢＳ制御に代えて、路面状態に応じて、タイヤ内圧制御を行うような車両制御装置を構成するようにしてもよい。例えば、氷上のような低μ路では、タイヤ内圧を低下させることにより、路面とタイヤとの摩擦力を増加させ、上記低μ路での制動距離を短くすることができる。
また、路面状態に応じて、各車輪のブレーキ装置を個別に制御する際のブレーキ圧値等を変えて、車両の姿勢制御を行ったり、ブレーキ装置あるいはエンジンエンジン回転数などを制御して車輪空転状態の制御を行うような車両制御装置を構成することも可能である。
【００２６】
なお、上記実施の形態は、センシングリブまたはセンシングブロックの歪量を測定して路面摩擦係数を推定するようにしたが、センシングリブまたはセンシングブロックにおける振動レベルあるいはタイヤ内部の音圧レベルも、上記歪量と同様に、転動中のタイヤ接線方向の剪断力の大きさにより変化するので、センシングリブまたはセンシングブロックの振動レベルあるいはタイヤ内部の音圧レベルを測定することにより、上記歪量を測定した場合と同様に、路面摩擦係数を精度良く推定することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、トレッド溝部あるいは凹部の少なくとも一方に、トレッド表面よりも高さの高いセンシングブロックと高さの低いセンシングブロックとを設け、上記２種類のセンシングブロックにおける歪量の差から、路面摩擦係数を推定するようにしたので、タイヤに制駆動力が加わっていない状態でも、路面摩擦係数を精度よく推定することができる。
なお、上記センシングブロックに代えて、センシングリブを設けても、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に関わる空気入りタイヤの構成を示す図である。
【図２】タイヤ回転方向における剪断力の分布を示す図である。
【図３】本実施の形態に関わる、センシングブロックの周方向剪断歪波形を示す図である。
【図４】高さがトレッド表面よりも高いセンシングブロックの歪レベルと低いセンシングブロックの歪レベル差を示す図である。
【図５】路面摩擦係数と歪レベル差との関係を示す図である。
【図６】本実施の形態に関わる路面路面摩擦係数の推定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１空気入りタイヤ、２タイヤトレッド、３トレッド溝部、
４Ｈ第１のセンシングブロック、４Ｌ第２のセンシングブロック、
５Ｈ，５Ｌ歪ゲージ，６ベルト、７カーカス・プライ、
１０路面摩擦係数の推定装置、１１歪レベル差算出手段、
１２路面摩擦係数推定手段、１３ μ−マップ記憶手段。

Claims

タイヤトレッドの路面と接する部分に設けられたトレッド溝部あるいは凹部の少なくとも一方に、トレッド表面よりも高さの高いセンシングリブまたはセンシングブロックとトレッド表面よりも高さの低いセンシングリブまたはセンシングブロックとの２種類のセンシングリブまたはセンシングブロックを設けるとともに、走行中のタイヤの上記２種類のセンシングリブまたはセンシングブロックにおける歪量をそれぞれ測定し、上記測定された２種類のセンシングリブまたはセンシングブロックにおける歪量の差と、予め求めておいた上記２種類のセンシングリブまたはセンシングブロックにおける歪量の差と路面摩擦係数との関係とに基づいて、路面摩擦係数を推定するようにしたことを特徴とする路面摩擦係数の推定方法。
上記２種類のセンシングリブまたはセンシングブロックを、タイヤの周方向または幅方向に複数個配列したことを特徴とする請求項１に記載の路面摩擦係数の推定方法。
上記２種類のセンシングリブまたはセンシングブロックを、交互に配列したことを特徴とする請求項２に記載の路面摩擦係数の推定方法。