JP4653435B2 - タイヤに作用する力の検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤに作用する力の検出装置に関する。

自動車の走行安定性や安全性を向上するため、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）、ＴＣＳ（トラン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）等の車両制御システムが自動車に搭載されている。これらの車両制御システムを制御するためには、タイヤの転動状況の情報が必要となる。このため、タイヤの路面摩擦係数や路面密着能力等のスリップ情報を得るために、タイヤのトレッドに埋設した歪検出用のセンサを用いてタイヤに作用する力を検出する検出装置を、例えばＡＢＳにおいて採用することが検討されている。

しかし、従来の検出装置では、タイヤと路面との接地領域内にセンサが含まれなければタイヤに作用する力を検出できない。このため、低速走行時に略リアルタイムの検出を可能ならしめるためには、タイヤと路面との接地領域内に常にセンサが含まれるように、多数のセンサをタイヤのトレッドに埋設する必要があった。また、従来の検出装置では、接地領域内のトレッドにセンサが埋設されるので、路面上の突起物を乗り越える際の衝撃等により、センサの性能が影響を受ける場合がある。また、従来の検出装置は、ＴＣＳやＶＳＣ等の各種車両制御システムにも汎用的に利用可能な検出結果を得ることができない。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、タイヤに作用する力を略リアルタイムに検出可能な検出装置をセンサの数を増加させることなく実現することを第１の目的としている。また、本発明は、センサの耐久性が優れた検出装置を提供することを第２の目的としている。また、本発明は、各種車両制御システムに汎用的に利用可能な検出結果を得ることができる検出装置を提供することを第３の目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、タイヤに作用する力の検出装置であって、タイヤに装着され、装着位置におけるタイヤ歪を検出する歪検出手段と、前記歪検出手段が検出したタイヤ歪からタイヤに作用する力を算出する算出手段と、回転中心周りのタイヤの回転位置を検出する回転位置検出手段とを備え、前記算出手段が、複数の回転位置における、事前に決定されたタイヤ歪とタイヤに作用する力との関係の情報を回転位置ごとに保持しており、前記回転位置検出手段によって検出された回転位置に対応する前記関係の情報を用いて、タイヤに作用する力をタイヤ歪から算出することを特徴とする。

請求項１の発明は、さらに、前記歪検出手段が、前記タイヤのサイドウォール部に設けられるとともに、前記歪検出手段の感度が最大となる中央線が前記タイヤの半径方向線に対して傾斜させられることを特徴とする。請求項２の発明は、請求項１に記載の検出装置において、前記中央線が前記半径方向線に対してなす角が１０°以上８０°以下であることを特徴とする。請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の検出装置において、前記歪検出手段が、タイヤ歪とタイヤに作用する力とが略線形の相関を有する位置に設けられることを特徴とする。請求項４の発明は、請求項３に記載の検出装置において、前記歪検出手段は、前記サイドウォール部のタイヤ断面高さの中間高さを中心とする、タイヤ半径方向に広がる中心から端部までの距離がタイヤ断面高さの２５％である円環形状の領域に設けられることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の検出装置において、前記歪検出手段が、前記タイヤの周方向少なくとも３箇所の位置に装着され、前記算出手段が、タイヤに作用する３並進方向力を算出することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の検出装置において、前記歪検出手段を６個以上備えることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の検出装置において、前記歪検出手段が、磁石と磁気センサ素子とを弾性体で結合して一体化したセンサ素子ユニットであることを特徴とする。

請求項１ないし請求項７の発明によれば、関係の情報を保持する回転位置の数を増加させることによりタイヤに作用する力を算出可能な回転位置の数を増加させることができるので、歪検出手段の数を増加させることなくタイヤに作用する力を算出可能な回転位置の数を増加させることができる。これにより、タイヤに作用する力を略リアルタイムに検出可能な検出装置を歪検出手段の数を増加させることなく実現可能である。請求項１ないし請求項７の発明によれば、タイヤと路面との接地領域外に歪検出手段が設けられるので、歪検出手段の耐久性を向上可能である。また、剪断歪を検出可能となるので、タイヤに作用する力を正確に測定可能となる。

請求項３の発明によれば、タイヤに作用する力を容易に算出可能となるので、タイヤの転動状況を容易に特定可能になる。また、関係の情報を線形の相関に関する係数として表現可能となるので、関係の情報の決定が容易になる。

請求項５の発明によれば、タイヤに作用する３並進方向力が算出されるので、各種車両制御システムに汎用的に利用可能な検出結果を得ることができる。

請求項６の発明によれば、タイヤに作用する力の種類の以上の歪検出手段を備えるので、タイヤに作用する力を正確に測定可能になる。

請求項７の発明によれば、歪検出手段が大きな歪にも追従可能となるので、歪検出手段の耐久性を向上可能である。

＜＜第１実施形態＞＞
＜全体機能構成＞
図１は、第１実施形態に係る、車両に装着される空気入りタイヤ（以下では、単に「タイヤ」とも称する）１に作用する力の検出装置１００の全体機能構成を示す図である。図１では、サイドウォール側から見たタイヤ１が模式的に描かれている。

タイヤ１の一方のサイドウォール部３には、少なくとも３個のセンサ素子ユニット（歪検出手段）２０ａ〜２０ｃが周方向の３箇所に設けられる。センサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃは、好ましくは、タイヤ１の回転中心Ｐを中心とする円周上に等間隔で設けられる。ただし、センサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃを不等間隔で設けることも妨げられない。センサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃは、それぞれ、測定位置（装着位置）におけるタイヤ歪を検出して、当該タイヤ歪に応じた歪出力ｔ１〜ｔ３をセンサ発信制御装置１５へ出力する。

センサ発信制御装置１５は、歪出力ｔ１〜ｔ３を増幅する増幅器１５Ｂと、増幅器１５Ｂが出力した歪出力ｔ１〜ｔ３を車両制御システム１９へ送信する送信機１５Ｃとを備える。増幅器１５Ｂおよび送信機１５Ｃの動作電力は、不図示の電源から供給される。当該電源としては各種の電池を利用可能であるが、車両から無線電力伝送された電磁エネルギーを直流電力に変換して蓄電池に充電する構成がメンテナンスの面から望ましい。

検出装置１００は、さらに、回転中心Ｐの周りのタイヤ１の回転位置θ（0°≦θ＜３６０°）を検出する回転位置検出器（回転位置検出手段）１８を備える。θ＝０°となる基準の回転位置は、例えば、センサ素子ユニット２０ａが最下部となる回転位置と定義する。回転位置検出器１８が検出した回転位置θは、電子制御装置（算出手段）１９Ａへ出力される。回転位置検出器１８は、例えば、車両の車軸にロータリエンコーダを設置することにより実現される。

車両制御システム１９は、センサ発信制御装置１５から与えられた歪出力ｔ１〜ｔ３を受信して電子制御装置１９Ａへ出力する受信機１９Ｂを備える。

電子制御装置１９Ａは、歪出力ｔ１〜ｔ３から、各種の車両制御システム１９で汎用的に利用可能な、タイヤ１に作用する前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚ（以下では、これらを総称して「３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ」とも称する）を算出する。電子制御装置１９Ａは、複数の回転位置θ１，θ２，・・・，θｎにおける、歪出力ｔ１〜ｔ３と３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとの関係の情報ＲＩである係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３（後述）を保持している。電子制御装置１９Ａは、回転位置検出器１８が検出した回転位置θに対応する係数Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３を用いて、タイヤ１に作用する３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出する。これにより、係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３を保持する回転位置の数ｎを増加させればタイヤ１に作用する３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出可能な回転位置の数を増加させることができるので、センサ素子ユニットの数を増加させることなくタイヤ１に作用する３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出可能な回転位置の数を増加させることができる。したがって、タイヤ１に作用する力を略リアルタイムに検出可能な検出装置１００をセンサ素子ユニットの数を増加させることなく実現可能である。

さらに、電子制御装置１９Ａは、算出した３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚに基づいて、例えば、ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の車両制御システム１９を制御する。

＜タイヤに作用する力の算出＞
後述するように、センサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃは、歪出力ｔ１〜ｔ３と３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとが略線形の相関を有するようにタイヤ１に装着されている。したがって、歪出力ｔ１〜ｔ３は、式１に示すように、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの線形結合で表現可能である。

逆に、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚも、式２に示すように、歪出力ｔ１〜ｔ３の線形結合で表現可能である。

式２から明らかなように、歪出力ｔ１〜ｔ３と３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとの線形の相関に係る係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３が既知であれば、歪出力ｔ１〜ｔ３から３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出可能である。換言すれば、電子制御装置１９Ａは、係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３が既知であれば、センサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃの検出結果である歪出力ｔ１，ｔ２，ｔ３に基づいて、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出する算出処理を実行可能である。

一方、当該算出処理に必要な係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３は、事前の荷重負荷試験によって決定され、電子制御装置１９Ａに保持されている。具体的には、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを変化させながら、当該３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚによって生じた歪出力ｔ１〜ｔ３を実測して数値解析を行うことにより、係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３が決定される。より具体的には、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚを個別にかつ静的に負荷として与えて、当該負荷と当該負荷によって生じた歪出力ｔ１〜ｔ３とを実測し、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを独立変数、歪出力ｔ１〜ｔ３を従属変数とした回帰分析を行うことにより、式１における係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３が回帰係数として決定される。

なお、係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３は、センサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃの回転位置θによって変化する。そこで、検出装置１００では、係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３を、複数の回転位置θ１，θ２，・・・，θｎ（例えば、0°，１°，２°，・・・，３５９°）の各々において決定して電子制御装置１９Ａに保持しておく。すなわち、複数の回転位置θ１，θ２，・・・，θｎにおいて、上述の荷重負荷試験を実行し、決定された係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３を電子制御装置１９Ａに保持させておく。

電子制御装置１９Ａは、回転位置検出器１８から与えられた回転位置θに対応する回転位置（典型的には、回転位置θと同一の値ないし回転位置θに最も近い値）を、回転位置θ１，θ２，・・・，θｎの中から特定し、特定した回転位置に係る係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３を読み出し、歪出力ｔ１〜ｔ３から３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出するために利用する。

このような構成により、タイヤ１の回転位置θが、センサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃの特定の空間的配置を与える回転位置でない場合にもタイヤ１に作用する力を算出可能となるので、センサ素子ユニットの数を増加させることなくタイヤ１に作用する力を検出可能な回転位置を増加させることができる。

＜センサ素子ユニットの装着位置＞
センサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃの装着位置としてタイヤ１のサイドウォール部３を選択した理由を説明する。

図２は、タイヤ歪の測定位置（センサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃの装着位置）による、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとタイヤ歪εｓ，εｔとの相関の変化を実験的に評価した評価結果を一覧表で示す図である。なお、ここでは、タイヤ歪の一例として、タイヤ表面歪を測定している。図２における測定位置Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは、それぞれ、タイヤ１の赤道位置、トレッド端の位置、サイドウォール部の位置、ビード部の位置である。また、図２におけるタイヤ歪εｓ，εｔは、それぞれ、タイヤ１のラジアル方向のタイヤ歪、周方向のタイヤ歪である。また、図２に評価結果が示された実験では、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚは、タイヤ１に個別にかつ静的な負荷として与えられている。これらの３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、測定位置Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ、タイヤ歪εｓ，εｔの関係を図３に示す。図３（Ｂ）はタイヤ１をサイドウォール側から見た図であり、図３（Ａ）は、図３（Ｂ）のＡ−Ａ面から見た断面図である。

図２に示すように、トレッド部の測定位置Ｐａ，Ｐｂの場合、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとタイヤ歪εｓ，εｔとの間には、相関がないか、相関があっても力の増減しか判断できない非線形の相関しか見出すことができない。したがって、測定位置Ｐａ，Ｐｂでは、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚをタイヤ歪εｓ，εｔから定量的に算出することは困難である。また、ビード部の測定位置Ｐｄの場合、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚとタイヤ歪εｓとの間に略線形の相関関係があるものの、前後力Ｆｘとタイヤ歪εｓ，εｔとの間には相関関係がない。したがって、測定位置Ｐｄでも、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚをタイヤ歪εｓ，εｔから定量的に算出することは困難である。

一方、測定位置をサイドウォール部３の測定位置Ｐｃに定めれば、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの全てと、タイヤ歪εｓ，εｔの少なくとも一方との間に略線形の相関がある。したがって、センサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃの装着位置をサイドウォール部３に定めれば、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを容易に算出可能となり、タイヤの転動状況を容易に特定可能になる。また、関係の情報を線形の相関に関する係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３として表現可能となるので、関係の情報を線形回帰分析により容易に決定可能となる。また、タイヤ１と路面との接地領域外のサイドウォール部３にセンサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃを設けることにより、路面上の突起物を乗り越える際の衝撃等がセンサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃに直接加わることを防止可能であるので、センサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃの耐久性を向上可能である。

＜歪出力＞
３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとタイヤ歪εｓ，εｔとの具体的な関係を図４に示す。図４（Ａ）は前後力Ｆｘとタイヤ歪εｓ，εｔとの関係を示すグラフであり、図４（Ｂ）は横力Ｆｙとタイヤ歪εｓ，εｔとの関係を示すグラフであり、図４（Ｃ）は上下荷重Ｆｚとタイヤ歪εｓ，εｔとの関係を示すグラフである。

図４に示すように、前後力Ｆｘによるタイヤ歪εｔの変化は相対的に小さいため、前後力Ｆｘをタイヤ歪εｔから算出することは可能であるものの、十分な精度を確保することは困難である。そこで、タイヤ歪εｔに代えて、図５（Ａ）に図示するような剪断方向のタイヤ歪εｒを採用すると、図５（Ｂ）に示すように前後力Ｆｘによる表面歪の変化が大きくなり十分な精度を確保しやすくなる。この点は、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚに関しても同様であるので、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを正確に測定するためには、歪出力ｔ１〜ｔ３に係るタイヤ歪として剪断方向のタイヤ歪を採用することが望ましい。

＜空気入りタイヤ＞
図６は、検出装置１００を構成するセンサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃが装着されたタイヤ１の断面図である。

タイヤ１は、トレッド部２からサイドウォール部３を経てビード部４に至るカーカス６を備える。カーカス６は、カーカスコードを配列したカーカスプライ６Ａによって形成される。図６では、１枚のカーカスプライ６Ａによってカーカス６が形成される例が示されているが、複数枚のカーカスプライによってカーカス６が形成されてもよい。カーカスコードは、タイヤ１の周方向と、例えば７０°〜９０°の角度をなす。

カーカスプライ６Ａは、ビードコア５において、タイヤ軸方向内側からタイヤ軸方向外側へ折り返される。折り返し部のタイヤ軸方向内側のプライ本体部６ａとタイヤ軸方向外側のプライ折り返し部６ｂとの間には、ビード補強用ビードエーペックスゴム８が設けられる。ビード補強用ビードエーペックスゴム８は、略三角断面形状を有し、タイヤ半径方向内側からタイヤ半径方向外側に向かうにつれて肉厚が薄くなっている。

トレッド部２の内方には、ベルト層７が設けられる。ベルト層７は、カーカス６のタイヤ半径方向外側に配される。ベルト層７は、ベルトコードを配列したベルトプライ７Ａ，７Ｂによって形成される。図６では、２枚のベルトプライ７Ａ，７Ｂによってベルト層７が形成される例が示されているが、３枚以上のベルトプライによってベルト層７が形成されてもよい。ベルトコードは、タイヤ１の周方向と、例えば１０°〜３５°の角度をなす。ベルト層７は、ベルトコードをベルトプライ間で交差させることによって、ベルト剛性が強化される。これにより、トレッド部２の略全幅がタガ効果によって補強される。なお、ベルト層７のタイヤ半径方向外側には、高速走行性能および高速耐久性を高める目的で、バンドコードを配列したバンド層９を設けることができる。当該バンドコードは、タイヤ１の周方向と５度以下の角度をなす。

タイヤ１のサイドウォール部３の領域Ｙには、センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）が設けられる。領域Ｙは、タイヤ断面高さＨの中間高さＭを中心とする、タイヤ半径方向に広がる円環形状の領域である。領域Ｙの中心から端部までの距離Ｌは、タイヤ断面高さＨの２５％、好ましくは２０％、さらに好ましくは１５％である。すなわち、センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）は、中間高さＭに近い位置に配されることが望ましい。領域Ｙは、３方向並進力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚをタイヤ１に個別にかつ静的な負荷として与えた場合に、力に略比例する歪出力ｔ１〜ｔ３を生じる領域となっている。

センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）は、図６に示すようにサイドウォール部３の外表面に装着することがタイヤ歪の検出の点からは望ましいが、図７（Ａ）に示すように内表面に装着してもよいし、図７（Ｂ）に示すようにタイヤ１の内部に埋め込んで装着してもよい。外表面または内表面にセンサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）を装着する場合、外表面または内表面に加硫前に貼り付け、しかる後に加硫接着により固着させることが望ましい。また、タイヤ１の内部に埋め込む場合、加硫前にタイヤ１の内部に埋め込むことが望ましい。ただし、加硫後のタイヤの内表面または外表面に接着剤等で接着することも妨げられない。

ビード部４のタイヤ内表面には、センサ発信制御装置１５が取り付けられる。センサ発信制御装置１５は、リム組成の観点から、加硫後のタイヤ内表面に接着剤で取り付けることが望ましいが、図７（Ｂ）に示すように、ホイール１７の適所、例えば、リムのウェル部などに接着剤あるいは取付金具を用いて取り付けることも妨げられない。

センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）およびセンサ発信制御装置１５は、リード線１６によって接続される。図６では、リード線１６が加硫前に予めタイヤ内に埋め込まれている。

なお、センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）は、図８に示すように、感度が最大となる中央線Ｎがタイヤ半径方向線Ｍに対してなす角αが１０°〜８０°、好ましくは２０°〜７０°、さらに好ましくは３０°〜６０°、特に好ましくは４０°〜５０°となるように傾斜して配される。これにより、センサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃは、サイドウォール部３の表面歪のうちの剪断歪を検出し、検出した剪断歪に比例する歪出力ｔ１〜ｔ３を出力可能となる。

＜センサ素子ユニット＞
図９は、センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）の構成例を示す図である。図９（Ａ）はセンサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）を上方から見た平面図、図９（Ｂ）はセンサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）を斜方から見た斜視図となっている。センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）は、１個の磁石１１と、磁石１１の磁極面１１ｓに受感度面１２ｓが対向して設けられた１個の磁気センサ素子１２とを弾性材１３によって結合して形成されている。センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）は、一体化されたブロック状のモールド体となっている。

磁気センサ１２としては、ホール素子やＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）等のいわゆる半導体磁気センサを採用可能である。特に、コンパクトさ、感度、取り扱いやすさ等の観点からホール素子を磁気センサ１２として採用することが望ましい。

センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）は、接地時および非接地時で撓みが大きく変化するサイドウォール部３に装着されるので、大きな撓みにも容易に追従して弾性変形可能であることが重要である。このため、弾性材１３として、各種のゴム弾性材料が採用される。特に、センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）の製造を考慮すると、注型成形や射出成形等のプラスチック成形が可能な熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）を弾性材１３として採用することが望ましい。これにより、センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）が大きな歪にも追従可能となるので、センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）の耐久性を向上可能である。

このような構成により、センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）は、表面歪に比例する歪出力ｔ１〜ｔ３を出力可能になる。このとき、表面歪に対する感度が最大となるのは、中央線Ｎの方向である。

なお、センサ素子ユニットは、１個の磁石１１と１個の磁気センサ素子１２とから構成される図９のタイプ以外も採用可能である。例えば、１個の磁石１１と複数個（図１０ではｎ＝２個）の磁気センサ素子１２とから構成される図１０のタイプや、例えば、複数個（図１１ではｎ＝２個）の磁石１１と１個の磁気センサ素子１２とから構成される図１１のタイプも採用可能である。

＜＜第２実施形態＞＞
第２実施形態の検出装置５００は、第１実施形態の検出装置１００と類似の構成を有するが、センサ素子ユニットの数が８個に増加させられている点が検出装置１００と異なる。このようなセンサ素子ユニットの数の増加は、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚのみならず、３並進方向まわりの回転力Ｆｙｚ，Ｆｚｘ，Ｆｘｙもタイヤに作用する力に含まれることを考慮したものである。すなわち、第２実施形態の検出装置５００は、タイヤに作用する力が６種類あることを考慮して、６個以上のセンサ素子ユニットを用いることによりタイヤに作用する力をより正確に測定することを目指すものである。

なお、以下の第２実施形態の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と同様の点についての重複説明は省略する。また、第２実施形態の説明では、第１実施形態と同等の構成には、第１実施形態と同じ参照符号を用いる。

＜全体機能構成＞
図１２はタイヤ１に作用する力の検出装置５００の全体機能構成を示す図である。図１２では、サイドウォール側から見たタイヤ１が模式的に描かれている。

タイヤ１の一方のサイドウォール部３には、６個以上（ここでは８個）のセンサ素子ユニット５２０ａ〜５２０ｈが周方向に設けられる。センサ素子ユニット５２０ａ〜５２０ｈは、好ましくは、タイヤ１の回転中心Ｐを中心とする円周上に等間隔で設けられる。ただし、センサ素子ユニット５２０ａ〜５２０ｈを不等間隔で設けることも妨げられない。センサ素子ユニット５２０ａ〜５２０ｈは、それぞれ、測定位置（装着位置）におけるタイヤ歪を検出して、当該タイヤ歪に応じた歪出力ｔ１〜ｔ８をセンサ発信制御装置５１５へ出力する。

センサ発信制御装置５１５は、歪出力ｔ１〜ｔ８を増幅する増幅器５１５Ｂと、増幅器５１５Ｂが出力した歪出力ｔ１〜ｔ８を車両制御システム５１９へ送信する送信機５１５Ｃとを備える。個々の増幅器５１５Ｂおよび送信機５１５Ｃは、それぞれ、第１実施形態の増幅器１５Ｂおよび送信機１５Ｃと同様の機能を有する。しかし、センサ発信制御装置５１５では、第１実施形態のセンサ発信制御装置１５と異なり、増幅器５１５Ｂおよび送信機５１５Ｃがセンサ素子ユニット５２０ａ〜５２０ｈの数に対応させて８個づつ設けられる。なお、増幅器５１５Ｂおよび送信機５１５Ｃの動作電力は、第１実施形態と同様に、不図示の電源から供給される。

検出装置５００は、さらに、第１実施形態と同様の回転位置検出器１８を備える。回転位置検出器１８が検出した回転位置θは、電子制御装置５１９Ａへ出力される。

車両制御システム５１９は、センサ発信制御装置５１５から与えられた歪出力ｔ１〜ｔ８を受信して電子制御装置５１９Ａへ出力する受信機５１９Ｂを備える。個々の受信機５１９Ｂは、それぞれ、第１実施形態の受信機１９Ｂと同様の機能を有する。しかし、車両制御システム５１９では、第１実施形態の車両制御システム１９と異なり、受信機５１９Ｂがセンサ素子ユニット５２０ａ〜５２０ｈの数に対応させて８個設けられる。

電子制御装置５１９Ａは、歪出力ｔ１〜ｔ８から、各種の車両制御システム５１９で汎用的に利用可能な、タイヤ１に作用する３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出する。電子制御装置５１９Ａは、複数の回転位置θ１，θ２，・・・，θｎにおける、歪出力ｔ１〜ｔ８と３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとの関係の情報ＲＩ’である係数Ａ０〜Ａ８，Ｂ０〜Ｂ８，Ｃ０〜Ｃ８（後述）を保持している。電子制御装置５１９Ａは、回転位置検出器１８が検出した回転位置θに対応する係数Ａ０〜Ａ８，Ｂ０〜Ｂ８，Ｃ０〜Ｃ８を用いて、タイヤ１に作用する３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出する。これにより、係数Ａ０〜Ａ８，Ｂ０〜Ｂ８，Ｃ０〜Ｃ８を保持する回転位置の数ｎを増加させればタイヤ１に作用する３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出可能な回転位置の数を増加させることができるので、センサ素子ユニットの数を増加させることなくタイヤ１に作用する３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出可能な回転位置の数を増加させることができる。したがって、タイヤ１に作用する力を略リアルタイムに検出可能な検出装置５００をセンサ素子ユニットの数を増加させることなく実現可能である。

さらに、電子制御装置５１９Ａは、算出した３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚに基づいて、例えば、ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の車両制御システム５１９を制御する。

＜タイヤに作用する力の算出＞
第１実施形態と同様に、センサ素子ユニット５２０ａ〜５２０ｈは、歪出力ｔ１〜ｔ８と３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとが略線形の相関を有するようにタイヤ１に装着されている。したがって、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚは、式３に示すように、歪出力ｔ１〜ｔ８の線形結合で表現可能である。

式３から明らかなように、歪出力ｔ１〜ｔ８と３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとの略線形の相関に係る係数Ａ０〜Ａ８，Ｂ０〜Ｂ８，Ｃ０〜Ｃ８が既知であれば、歪出力ｔ１〜ｔ８から３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出可能である。換言すれば、電子制御装置５１９Ａは、係数Ａ０〜Ａ８，Ｂ０〜Ｂ８，Ｃ０〜Ｃ８が既知であれば、センサ素子ユニット５２０ａ〜５２０ｈの検出結果である歪出力ｔ１〜ｔ８に基づいて、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出する算出処理を実行可能である。

一方、当該算出処理に必要な係数Ａ０〜Ａ８，Ｂ０〜Ｂ８，Ｃ０〜Ｃ８は、第１実施形態と同様の事前の荷重負荷試験によって決定され、電子制御装置５１９Ａに保持されている。また、第１実施形態と同様に、検出装置５００では、係数Ａ０〜Ａ８，Ｂ０〜Ｂ８，Ｃ０〜Ｃ８を、複数の回転位置θ１，θ２，・・・，θｎの各々において決定して電子制御装置５１９Ａに保持しておく。そして、電子制御装置５１９Ａは、回転位置検出器１８から与えられた回転位置θに対応する回転位置を、回転位置θ１，θ２，・・・，θｎの中から特定し、特定した回転位置に係る係数Ａ０〜Ａ８，Ｂ０〜Ｂ８，Ｃ０〜Ｃ８を読み出し、歪出力ｔ１〜ｔ８から３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出するために利用する。

このような構成により、第１実施形態と同様に、タイヤ１の回転位置θが、センサ素子ユニット５２０ａ〜５２０ｈの特定の空間的配置を与える回転位置でない場合にもタイヤ１に作用する力を算出可能となるので、センサ素子ユニットの数を増加させることなくタイヤ１に作用する力を検出可能な回転位置を増加させることができる。さらに、第２実施形態では、タイヤに作用する力の種類の以上のセンサ素子ユニットを検出装置５００が備えるので、タイヤに作用する力を正確に測定可能になる。

＜変形例＞
○係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３について；
第１実施形態において、３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの算出に使用する係数Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３を、回転位置θｉに係る係数Ａ１（ｉ）〜Ａ３（ｉ），Ｂ１（ｉ）〜Ｂ３（ｉ），Ｃ１（ｉ）〜Ｃ３（ｉ）と、回転位置θｊに係る係数Ａ１（ｊ）〜Ａ３（ｊ），Ｂ１（ｊ）〜Ｂ３（ｊ），Ｃ１（ｊ）〜Ｃ３（ｊ）（θｉ＜θｊ）との補間によって決定してもよい。例えば、回転位置検出器１８から電子制御装置１９Ａへ与えられた回転位置がθ（θｉ＜θ＜θｊ）である場合、回転位置θにおける係数Ａ１を式４によって決定してもよい（他の係数も同様）。なお、第２実施形態においても、同様の補間を行うことができる。

○対称性の利用について；
上記説明では、係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３（第１実施形態）または係数Ａ０〜Ａ８，Ｂ０〜Ｂ８，Ｃ０〜Ｃ８（第２実施形態）を保持する回転位置範囲を１回転の全域（０°≦θ＜３６０°）とする例を示したが、センサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃの配置の対称性を用いて係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３または係数Ａ０〜Ａ８，Ｂ０〜Ｂ８，Ｃ０〜Ｃ８を保持する回転位置範囲を減少させてもよい。例えば、図１に示すように、センサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃの空間的配置が回転中心Ｐを通るタイヤ軸に関して３回対称（回転対称）となっている場合、係数Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３を保持する回転位置範囲を全域の１／３（０°≦θ＜１２０°）に減少させてもよい。

○センサ素子ユニットの数について；
上述の第１実施形態の例では、センサ素子ユニットが３個である場合を示したが、４個以上のセンサ素子ユニットを備え、そのうちの３個を３並進方向力の算出に用いてもよい。

第１実施形態のタイヤ１に作用する力の検出装置１００の全体機能構成を示す図である。 測定位置による、タイヤ歪εｓ，εｔと３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ，Ｆｚとの相関の変化を示す図である。 ３並進方向力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、測定位置Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ、表面歪εｓ，εｔの関係を示す図である。 前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚとタイヤ歪εｓ，εｔとの具体的な関係を示す図である。 前後力Ｆｘと剪断方向のタイヤ歪εｒとの具体的な関係を示す図である。 検出装置１００を構成するセンサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃが装着されたタイヤ１の断面図である。 センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）の装着場所を説明する図である。 タイヤ１に対するセンサ素子ユニット２０ａ〜２０ｃの装着方向を示す図である。 センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）の構成例を示す図である。 センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）の構成例を示す図である。 センサ素子ユニット２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）の構成例を示す図である。 タイヤ５０１に作用する力の検出装置５００の全体機能構成を示す図である。

符号の説明

１ タイヤ
２ トレッド部
３ サイドウォール部
４ ビード部
５ ビードコア
６ カーカス
７ ベルト層
８ ビード補強用ビードエーペックスゴム
９ バンド層９
１１ 磁石
１２ 磁気センサ
１３ 弾性体
２０ａ〜２０ｃ，５２０ａ〜５２０ｈ センサ素子ユニット
１００，５００ 検出装置
Ｐ 回転中心

Claims (7)

1. タイヤに作用する力の検出装置であって、
   タイヤに装着されて前記タイヤのサイドウォール部に設けられ、装着位置におけるタイヤ歪を検出する歪検出手段と、
   前記歪検出手段が検出したタイヤ歪からタイヤに作用する力を算出する算出手段と、
   回転中心周りのタイヤの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   を備え、
   前記算出手段が、
   複数の回転位置における、事前に決定されたタイヤ歪とタイヤに作用する力との関係の情報を回転位置ごとに保持しており、
   前記回転位置検出手段によって検出された回転位置に対応する前記関係の情報を用いて、タイヤに作用する力をタイヤ歪から算出し、
   前記歪検出手段の感度が最大となる中央線が前記タイヤの半径方向線に対して傾斜させられることを特徴とする検出装置。
2. 請求項１に記載の検出装置において、
   前記中央線が前記半径方向線に対してなす角が１０°以上８０°以下であることを特徴とする検出装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の検出装置において、
   前記歪検出手段が、タイヤ歪とタイヤに作用する力とが略線形の相関を有する位置に設けられることを特徴とする検出装置。
4. 請求項３に記載の検出装置において、
   前記歪検出手段は、
   前記サイドウォール部のタイヤ断面高さの中間高さを中心とする、タイヤ半径方向に広がる中心から端部までの距離がタイヤ断面高さの２５％である円環形状の領域に設けられることを特徴とする検出装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の検出装置において、
   前記歪検出手段が、前記タイヤの周方向少なくとも３箇所の位置に装着され、
   前記算出手段が、タイヤに作用する３並進方向力を算出することを特徴とする検出装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の検出装置において、
   前記歪検出手段を６個以上備えることを特徴とする検出装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の検出装置において、
   前記歪検出手段が、磁石と磁気センサ素子とを弾性体で結合して一体化したセンサ素子ユニットであることを特徴とする検出装置。

Images