JP4520783B2 - タイヤに作用する前後力の検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤに作用する前後力（タイヤ周方向の力）を容易に検出することができ、タイヤの転動状況を的確に把握し、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前後力の検出方法に関する。

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。

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。

特開２００２−３６８３６号公報 特開２００２−３３１８１３号公報 特開２００２−０８７０３２号公報

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。

そこで本出願人は、特願２００３−３６６２９９号において、サイドウォール部の領域に３つ以上の歪センサを設け、該領域内の所定の３つの測定位置における表面歪を、前記歪センサを用いて同時に測定し、その３つの歪出力により、タイヤに作用する前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下荷重Ｆｚの３並進方向力を夫々推定する技術を提案した。

この技術は、以下の研究により達成されている。即ち図１５（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を推測することが困難であることが判明した。

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εｔと、３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの全てとが線形の相関関係があり、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εｔ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。

次に、図１６（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、ラジアル方向及び周方向の前記表面歪εｓ、εｔに代えて、図１７（Ａ）の如き剪断方向の表面歪εγを測定することを試みた結果、図１７（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。

このように、サイドウォール部は、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（εｔ又はεγ）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ため、この部位においては、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＝εｘ＋εｙ＋εｚ＝ｆ（Ｆｘ）＋ｆ（Ｆｙ）＋ｆ（Ｆｚ）−−−（２）

従って、歪みセンサにより測定可能な表面歪εから、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を未知数とした前記式（２）である３元一次方程式を解くことにより達成できる。そしてそのためには、異なる３位置で表面歪εを同時に測定して３つの連立式をたてることが必要である。

言い換えると、サイドウォール部の領域に３つ以上の歪センサを設け、異なる３つの測定位置で表面歪εを同時に測定する。そのときの３つの測定値（歪出力）ｔ１、ｔ２、ｔ３から以下の３つの連立式をたて、それを解くことにより、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを求めることができるのである。
ｔ１＝Ａ１・Ｆｘ＋Ｂ１・Ｆｙ＋Ｃ１・Ｆｚ
ｔ２＝Ａ２・Ｆｘ＋Ｂ２・Ｆｙ＋Ｃ２・Ｆｚ
ｔ３＝Ａ３・Ｆｘ＋Ｂ３・Ｆｙ＋Ｃ３・Ｆｚ
なお、前記Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３は、係数であり、事前の荷重付加試験においてＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚを夫々単独で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。

しかし、前述の検出方法では、３位置での同時の測定データが必要であるため、何れか一つの測定データにノイズが載った場合にも、誤差となってＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚの算出値（検出値）にバラツキが生じるなど、ノイズの影響が大きく、検出精度や信頼性を高く維持することが難しいという問題がある。又前記車両制御システムのうちのブレーキ制御においては、実際には、タイヤに作用する３並進方向力のうちの横力Ｆｙおよび上下荷重Ｆｚの情報は特に重要ではなく、前後力Ｆｘの情報さえあれば充分に制御可能であることが判明している。

そこで本発明は、サイドウォール部の領域に、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センサを設け、前記領域内の所定の一つの測定位置で表面歪を測定す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を一つの測定データのみで検出することができ、検出のための演算を容易にかつ迅速に行いうるとともに、検出精度や信頼性を向上でき、車両制御システムの制御に大きく貢献しうるタイヤに作用する前後力の検出方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、タイヤのサイドウォール部の領域に取り付けられ、かつこの領域におけるタイヤ表面歪を測定する歪センサの歪出力により、タイヤに作用する前後力を検出する検出方法であって、
前記歪センサは、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１以上のセンサ素子ユニットからなり、
タイヤの回転位置を検知する回転位置検知器により、タイヤ回転中に、前記１以上のセンサ素子ユニットのうちの１つのセンサ素子ユニットがタイヤ軸心を中心とした所定の一つの角度位置である測定位置を通過した時を検知し、
しかも前記測定位置を、接地中心を０°としかつタイヤの反回転方向を正としたタイヤ軸心廻りの座標系における１８０°±２０°の角度θの位置とするとともに、
前記測定位置を通過した時に、該測定位置を通過した前記１つのセンサ素子ユニットにおける歪出力ｔを測定し、この歪出力ｔのみを変数とした関係式ｆ（ｔ）を用いて前記測定位置を通過した時にタイヤに作用する前後力Ｆｘを求めることを特徴としている。

又請求項２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。

又請求項３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。

又請求項４の発明では、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測定可能としたことを特徴としている。

又請求項５の発明では、前記歪センサは、タイヤ軸心を中心とした同一円周上で周方向に等間隔で配される複数のセンサ素子ユニットからなり、各センサ素子ユニットの前記歪出力は、前記測定位置で測定されることを特徴としている。

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を一つの測定データのみで検出することができ、検出のための演算を容易にかつ迅速に行いうるとともに、検出精度および検出の信頼性を向上でき、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。

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前後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。

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。

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。

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。

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、その表面歪を測定する歪センサ１０を設けている。この歪センサ１０は、１個以上のセンサ素子ユニット２０からなり、複数個の場合には、各センサ素子ユニット２０を、タイヤ軸心を中心とした同一円周上でタイヤ周方向に等間隔で配置することが、測定制御の簡便性等の観点から好ましい。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。

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。

この領域Ｙは、前記〔背景技術〕の欄で、図１５、１６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）

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。

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。

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。

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を測定可能としている。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。

なお剪断歪εγを測定する理由は、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る。

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、表面歪を測定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。

なお図中の符号１５は、センサ素子ユニット２０によって測定された剪断歪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等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を検出する検出方法を説明する。

まず３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの合力Ｆが作用するとき、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）

従って、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を夫々導き出すには、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを未知数とした前記式（２）である３元一次方程式を解くことにより達成できるが、そのためには、３つの連立式が必要となる。

言い換えると、異なる３つの測定位置で表面歪εを同時に測定することが必要であり、そのときの３つの測定値（歪出力）ｔ１、ｔ２、ｔ３を用いた以下の３つの連立式から、未知数であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚを夫々求めることが可能となる。
ｔ１＝Ａ１・Ｆｘ＋Ｂ１・Ｆｙ＋Ｃ１・Ｆｚ
ｔ２＝Ａ２・Ｆｘ＋Ｂ２・Ｆｙ＋Ｃ２・Ｆｚ
ｔ３＝Ａ３・Ｆｘ＋Ｂ３・Ｆｙ＋Ｃ３・Ｆｚ
前記Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３は、係数であり、事前の荷重付加試験においてＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚを夫々単独で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。

しかしこの場合、３つの歪出力の全てが正確な値であることが必要であり、何れか一つの歪出力にノイズが載った場合にも、誤差となってＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚの算出値（検出値）にバラツキが生じるなど、ノイズの影響が大きく、検出精度を低下させる危険性が増すこととなる。

そこで、本発明の検出方法では、図８に示すように、接地中心Ｐ０を０°としかつタイヤの反回転方向を正としたタイヤ軸心廻りの座標系における１８０°±２０°の角度θの位置を測定位置ＰＰとして定め、この一つの測定位置ＰＰで測定される歪出力ｔを使用して３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚのうちの前後力Ｆｘのみを測定することを特徴としている。

詳しくは、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１４に示す）を、タイヤ、ホイール、車軸などに取り付け、回転中のタイヤにおいて、各センサ素子ユニット２０が前記測定位置ＰＰを通過するのを検知する。そして、この測定位置ＰＰを通過した時に測定される歪出力ｔを用い、そのときの前後力Ｆｘを、前記歪出力ｔのみを変数とした関係式ｆ（ｔ）によって求めるのである。
Ｆｘ＝ｆ（ｔ） --- （１）

ここで、本発明者の研究の結果、前記測定位置ＰＰは、タイヤに３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚが作用した場合にも、横力Ｆｙおよび上下荷重Ｆｚの影響を受けない特異な位置であることを究明した。そして、この測定位置ＰＰで表面歪εを測定した場合には、その歪出力ｔと前後力Ｆｘとの間には、前記横力Ｆｙおよび上下荷重Ｆｚの影響が排除された上記関係（１）が成り立ち、前記歪出力ｔから前後力Ｆｘが求まることが判明した。

この測定位置ＰＰでの特異性を検証するため、本発明者は、一つのセンサ素子ユニット２０を領域Ｙに取り付けたタイヤを試作し、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚを負荷したときに、前記座標系における０°から３６０°の各位置で発生する表面歪εを測定した。

図９は、前後力Ｆｘ＝０（一定）、上下荷重Ｆｚ＝６ｋＮ（一定）とし、横力Ｆｙのみを０．０ｋＮ、−２．２ｋＮ、−３．５ｋＮ、＋２．０ｋＮ、＋３．５ｋＮと変化させて測定したときの、各位置での表面歪εの歪出力ｔである。図９の如く、横力Ｆｙが変化した場合にも、歪出力ｔが変化せずに一定となる位置ＰＰ、即ち横力Ｆｙの影響を受けない位置ＰＰが１８０°±２０°の角度範囲内に存在することが確認できる。

又図１０は、前後力Ｆｘ＝０（一定）、横力Ｆｙ＝０（一定）とし、上下荷重Ｆｚのみを２ｋＮ、４ｋＮ、６ｋＮ、８ｋＮ、１０ｋＮと変化させて測定したときの、各位置での表面歪εの歪出力ｔである。図１０の如く、上下荷重Ｆｚが変化した場合にも、歪出力ｔが変化せずに一定となる位置ＰＰが１８０°±２０°の角度範囲内に存在することが確認できる。

又図１１は、横力Ｆｙ＝０（一定）、上下荷重Ｆｚ＝６ｋＮ（一定）とし、前後力Ｆｘのみを０．０ｋＮ、０．９ｋＮ、１．８ｋＮ、２．７ｋＮ、３．４ｋＮと変化させて測定したときの、各位置での表面歪εの歪出力ｔである。図１１の如く、前記位置ＰＰでは、前後力Ｆｘの変化に対応して歪出力ｔも変化しているのが確認できる。

従って、このような前記位置ＰＰを表面歪εの測定位置とした場合には、歪出力ｔと前後力Ｆｘとの間に、Ｆｘ＝ｆ（ｔ）の関係をうることができるのである。なお前記位置ＰＰは、ほぼ１８０°の位置であり、従って測定位置を１８０°±１０°、さらには１８０°±５°の位置とするのが好ましい。又、前記関係式 Ｆｘ＝ｆ（ｔ）は、事前の荷重付加試験において前後力Ｆｘを変化させて実測した歪出力ｔと、そのときの前後力Ｆｘとの複数のデータを、例えばコンピューターを用いて数値解析することにより求めることができる。

次に、本発明の効果を検証するため、一つのセンサ素子ユニット２０を領域Ｙに取り付けたタイヤを試作し、事前の荷重付加試験によって、関係式 Ｆｘ＝ｆ（ｔ）を求めた。その後、このタイヤに前後力Ｆｘを負荷し、そのとき前記測定位置ＰＰで発生する表面歪εの歪出力ｔを用いて前記関係式 Ｆｘ＝ｆ（ｔ）から算出した前後力Ｆｘの計算値を、実際に負荷された前後力Ｆｘの実荷重値と比較し、その結果を図１２に示す。

図１２の如く、本発明の検出方法では、タイヤに作用する前後力Ｆｘを、高精度で検出することができる。又表面歪εの一つの測定データから算出するため、測定データにノイズが載る確率を最小限に抑えることができ、検出値のバラツキを減じ、検出精度や信頼性を高く確保することができる。又車両制御システムのうちのブレーキ制御において特に重要な前後力Ｆｘを検出しうるため、例えばＡＢＳ、ＶＳＣなど、ブレーキ制御を用いた車両制御システムでの制御を便宜にかつ円滑に行うことができる。

なお図１３に、特願２００３−３６６２９９号において提案した検出方法、即ち、異なる３つの測定位置で表面歪を同時に測定し、その３つの歪出力を用いて算出した前後力Ｆｘの計算値と、実際に負荷された前後力Ｆｘの実荷重値とを比較している。この検出方法は、三つの測定データを用いるためノイズの影響が大きく、計算値のバラツキが大きくなるなど、検出精度や信頼性にやや劣る傾向となる。

次に、図１４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、測定位置ＰＰにおけるセンサ素子ユニット２０からの歪出力ｔ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。

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、前記測定位置ＰＰを通過するセンサ素子ユニット２０からの歪出力ｔを選び出す切り替え手段１５Ａと、選び出した歪出力ｔ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。

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ｔ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ｔのデータに基づき、前記式（１）を用いて前後力Ｆｘを算出するとともに、その算出結果を基に、例えばＡＢＳ、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、事前の荷重付加試験などにより予め求めた式（１）を記憶する記憶部と、この式（１）と歪出力ｔとから前後力Ｆｘ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２０を指定する。

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。

本発明のタイヤに作用する前後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。 センサ素子ユニットの配置状態を略示する空気入りタイヤの側面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、センサ素子ユニットの一実施例を示す平面図及び斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、センサ素子ユニットの他の実施例を示す平面図及び斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、センサ素子ユニットのさらに他の実施例を示す平面図及び斜視図である。 センサ素子ユニットの取り付け方向を示す線図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、センサ素子ユニットの取り付け位置を説明する線図である。 測定位置を、タイヤ軸心廻りの座標系で説明する線図である。 横力のみを変化させて測定したときの、各位置での表面歪の歪出力を示す線図である。 上下荷重のみを変化させて測定したときの、各位置での表面歪の歪出力を示す線図である。 前後力のみを変化させて測定したときの、各位置での表面歪の歪出力を示す線図である。 実際に負荷した前後力と、本発明の検出方法に基づき、歪出力から算出した前後力の計算値とを比較するグラフである。 実際に負荷した前後力と、他の発明の検出方法に基づき、そのときに歪出力から算出した前後力の計算値とを比較するグラフである。 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構成図の一例である。 （Ａ）、（Ｂ）は、タイヤに３並進方向力を負荷した際の表面歪と、そのとき負荷した３並進方向力との関係を求めるために実施した荷重負荷試験を説明する線図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、サイドウォール部の位置における３並進方向力と、それによるラジアル方向及び周方向の表面歪との関係を例示するグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）は、剪断方向の表面歪と前後力との関係を例示するグラフ、及び剪断方向の表面歪を説明する線図である。

符号の説明

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 回転位置検知器
２０ センサ素子ユニット
Ｎ 中央線
ＰＰ 測定位置
Ｙ 領域

Claims (5)

1. タイヤのサイドウォール部の領域に取り付けられ、かつこの領域におけるタイヤ表面歪を測定する歪センサの歪出力により、タイヤに作用する前後力を検出する検出方法であって、
   前記歪センサは、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１以上のセンサ素子ユニットからなり、
   タイヤの回転位置を検知する回転位置検知器により、タイヤ回転中に、前記１以上のセンサ素子ユニットのうちの１つのセンサ素子ユニットがタイヤ軸心を中心とした所定の一つの角度位置である測定位置を通過した時を検知し、
   しかも前記測定位置を、接地中心を０°としかつタイヤの反回転方向を正としたタイヤ軸心廻りの座標系における１８０°±２０°の角度θの位置とするとともに、
   前記測定位置を通過した時に、該測定位置を通過した前記１つのセンサ素子ユニットにおける歪出力ｔを測定し、この歪出力ｔのみを変数とした関係式ｆ（ｔ）を用いて前記測定位置を通過した時にタイヤに作用する前後力Ｆｘを求めることを特徴とするタイヤに作用する前後力の検出方法。
2. 前記磁気センサ素子はホール素子であることを特徴とする請求項１記載のタイヤに作用する前後力の検出方法。
3. 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する請求項１又は２記載のタイヤに作用する前後力の検出方法。
4. 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測定可能としたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のタイヤに作用する前後力の検出方法。
5. 前記歪センサは、タイヤ軸心を中心とした同一円周上で周方向に等間隔で配される複数のセンサ素子ユニットからなり、各センサ素子ユニットの前記歪出力は、前記測定位置で測定されることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のタイヤに作用する前後力の検出方法。

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