JP4928352B2 - タイヤに作用する前後力の検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、サイドウォール部に取り付けた複数個の歪センサによって測定したタイヤ表面歪により、タイヤに作用する前後力を検出する検出方法であって、特に前記複数の歪センサのうちのいくつかに故障等が発生した場合にも、前後力の検出を続行して行いうる検出方法に関する。

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。

そこで本出願人は、特許文献１に記載の如く、サイドウォール部に３つ以上の歪センサを装着し、前記サイドウォール部における所定の３つの測定位置の表面歪を、前記歪センサを用いて同時に測定し、その３つの歪出力によって、タイヤに作用する前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下荷重Ｆｚの３並進方向力をそれぞれ推定する技術を提案している。

特開２００５−１２６００８号公報

しかし、前記特許文献１に記載の検出方法では、所定の３位置での同時の測定データが不可欠であるため、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、検出精度を高く確保することが難しいという問題がある。また３つの歪センサのうちの一つが故障した場合には、測定データが不足するため前記前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下荷重Ｆｚの算出が困難となり、前述の車両制御システムの機能を維持させることができなくなるという問題も招く。

ここで、前記車両制御システムのうちで特に重要なブレーキ制御においては、前記３並進方向力のうちの横力Ｆｙおよび上下荷重Ｆｚの情報の重要性は低く、特に前後力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、前後力Ｆｘの検出に特化したものであり、ノイズによる影響が小さく、前後力の検出精度を高く確保しうるとともに、取り付けた複数個の歪センサのうちのいくつかに故障等が発生した場合にも、前後力の検出を続行して行い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、タイヤに取り付けられ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、
タイヤのサイドウォール部の領域かつタイヤ軸心を中心とした異なる周方向位置に、少なくとも２以上の歪センサを装着するとともに、
タイヤ回転基準位置Ｘを基準とするタイヤの回転位置Ｐにおいて、各前記歪センサからタイヤ表面歪を同時に測定し、歪センサ毎に歪出力をうる歪測定ステップと、
前記歪測定ステップにより測定された歪センサ毎の歪出力から、歪センサ毎にタイヤに作用する前後力を算出する前後力算出ステップと、
前記歪測定ステップにより測定された歪センサ毎の歪出力と、予め設定した正常歪出力範囲とを比較し、前記歪出力から正常歪出力を判別する歪出力判別ステップと、
前記前後力算出ステップにより算出された前後力のうちで、前記正常歪出力から算出された正常前後力のみを平均して前後力を補正する前後力補正ステップとを含むことを特徴としている。

又請求項２の発明では、前記前後力算出ステップは、前記タイヤの回転位置Ｐにおいて予め求めた各歪センサの歪出力と前後力との関係式に基づき、歪センサ毎に前後力を算出することを特徴としている。

又請求項３の発明では、前記タイヤの回転位置Ｐは、一定の回転角度で複数設定されることを特徴としている。

又請求項４の発明では、前記回転角度は、１０°以下であることを特徴としている。

本発明は叙上の如く、サイドウォール部かつ異なる周方向位置に、少なくとも２個以上の歪センサを装着し、各前記歪センサからタイヤ表面歪を同時に測定することで、歪センサ毎の歪出力を求める（歪測定ステップ）。そして、この歪センサ毎の歪出力から、歪センサ毎に前後力を算出し（前後力算出ステップ）、基本的には、この前後力算出ステップにより算出された歪センサ毎の前後力を平均することで、最終の前後力を求める。

しかし本発明では、これに先駆け、予め正常歪出力範囲を設定し、前記歪測定ステップによって測定された歪センサ毎の歪出力と、前記正常歪出力範囲とを比較することで、前記歪出力のなかから、例えば歪センサの故障やノイズの影響などを受けていない正常歪出力を判別する（歪出力判別ステップ）。そして、前記前後力算出ステップにより算出された前後力のうちで、前記正常歪出力から算出された正常前後力のみを平均することで、最終の前後力を補正している。

このように、本発明の検出方法では、歪出力判別ステップを設けて、歪センサの故障やノイズの影響などを受けている異常な歪出力を排除し、それ以外の正常歪出力から算出された正常前後力のみを平均しているため、歪センサの故障やノイズの影響が生じた場合にも、前後力の検出精度を高く確保することができる。又歪センサのうちのいくつかに故障等が発生した場合にも、検出精度の低下を低く抑えながら前後力の検出を続行でき、車両制御システムの機能を維持させることが可能となる。

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、図２はその側面図である。

図１に示すように、本実施形態の空気入りタイヤ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を一連に具える。又前記プライ本体部６ａとプライ折返し部６ｂとの間には、前記ビードコア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のビードエーペックスゴム８を配設している。

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、本例では、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を設けている。

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かつタイヤ軸心ｉを中心とした異なる周方向位置に、タイヤ表面歪を検出する少なくとも２個以上の歪センサ１０が装着されている。この歪センサ１０は、センサ素子ユニット２０から形成される。各センサ素子ユニット２０は、周方向に隔置されていれば、特に規制されないが、タイヤ軸心ｉを中心とした同一円周線ｊ上に配置するのが好ましく、このとき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より好ましい。本例では図２の如く、６個の歪センサ１０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。なお前記タイヤ断面高さＨは、ビードベースラインＢＬからタイヤ赤道上のトレッド面までの半径方向高さを意味する。

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）、ＴＭＦ−ＭＩ素子、ＴＭＦ−ＦＧ素子、アモルファスセンサ等が採用でき、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の動きに追従して柔軟に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ゲイン最大線を示している。なおセンサ素子ユニット２０としては他に、抵抗線歪みゲージや、ピエゾ素子を用いたものなども採用可能である。

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、前記ゲイン最大線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。これにより表面歪εの測定精度を高めうる。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°の角度が好ましい。

又各センサ素子ユニット２０には、測定された表面歪ε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）に発信する発信手段を内蔵することが好ましい。この発信手段は、送受信回路、制御回路、メモリー等をチップ化した半導体と、アンテナとから構成され、前記電子制御装置（ＥＣＵ）からの質問電波を受信したとき、これを電気エネルギーとして使用しメモリー内の歪出力データを応答電波として発信しうる。

次に、本発明の前後力Ｆｘの検出方法を、前記空気入りタイヤ１を用いて説明する。前記検出方法は、歪測定ステップＳ１と、前後力算出ステップＳ２と、歪出力判別ステップＳ３と、前後力補正ステップＳ４とを含んで構成される。

このうち、前記歪測定ステップＳ１では、タイヤ回転基準位置Ｘを基準として設定されるタイヤの回転位置Ｐにおいて、各前記歪センサ１０から表面歪εを同時に測定し、前記歪センサ１０毎に歪出力ｔを検出する。

前記タイヤ回転基準位置Ｘとは、タイヤの回転位置を知るための基準位置であり、タイヤ軸心ｉ廻りに、例えばタイヤ軸心ｉから上方にのびる垂直線Ｘｏの位置を０°とした極座標（例えばタイヤの回転方向を＋）を設定したとき、前記０°の位置に、タイヤの周方向の特定部位が位置するときをタイヤ回転基準位置Ｘと定める。具体的に説明すると、本例では図７（Ａ）に示すように、サイドウォール部３の前記領域Ｙに、第１〜第６の歪センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｇである６つの歪センサ１０が、周方向に等間隔を隔てて装着れており、例えば前記第１の歪センサ１０ａが前記０°の位置にあるときをタイヤ回転基準位置Ｘと定める。そして図７（Ｂ）に示すように、このタイヤ回転基準位置Ｘを基準として、タイヤ１が所定の角度αを回転した状態をタイヤの回転位置Ｐとして定義する。この回転位置Ｐは、α＝０°、即ち、タイヤ回転基準位置Ｘであっても良い。

そして、前記歪測定ステップＳ１では、走行するタイヤ１が前記回転位置Ｐになったとき、各歪センサ１０からタイヤ表面歪εを同時に測定し、第１の歪センサ１０ａから歪出力ｔａを、第２の歪センサ１０ｂから歪出力ｔｂを、第３の歪センサ１０ｃから歪出力ｔｃを、第４の歪センサ１０ｄから歪出力ｔｄを、第５の歪センサ１０ｅから歪出力ｔｅを、第６の歪センサ１０ｇから歪出力ｔｇをそれぞれ検出する。なお前述のタイヤ回転基準位置Ｘ、回転位置Ｐ、角度αは、所謂レゾルバ、エンコーダ等の角度センサを用いて、車軸やタイヤの回転角度を測定することにより検出できる。

次に、前記前後力算出ステップＳ２では、前記歪測定ステップＳ１により測定された歪センサ１０毎の歪出力ｔから、歪センサ１０毎にタイヤに作用する前後力Ｆｘを算出して求める。本例では、事前にタイヤ荷重付加試験を行い、前記回転位置Ｐにおいて予め求めた各歪センサ１０の歪出力ｔと前後力Ｆｘとの関係式Ｆｘ＝ｆ（ｔ）に基づいて、歪センサ１０毎の前後力Ｆｘを算出する。

具体的には、事前のタイヤ荷重付加試験として、例えば図７（Ｂ）の如く、タイヤ回転基準位置Ｘからの回転角度がα（同図ではα＝１０°）である回転位置Ｐのタイヤに、前後力Ｆｘを作用させる。そして前後力Ｆｘを変化させながら、第１の歪センサ１０ａにおいて測定されるタイヤ表面歪εの歪出力ｔａを検出する。これにより、図８に概念的に示すように、前記第１の歪センサ１０ａに固有の前後力と歪出力との関係式Ｆｘａ＝ｆ（ｔａ）を事前に求めることができる。

又同様に、第２の歪センサ１０ｂによって測定されるタイヤ表面歪εの歪出力ｔｂ、第３の歪センサ１０ｃによって測定されるタイヤ表面歪εの歪出力ｔｃ、第４の歪センサ１０ｄによって測定されるタイヤ表面歪εの歪出力ｔｄ、第５の歪センサ１０ｅによって測定されるタイヤ表面歪εの歪出力ｔｅ、第６の歪センサ１０ｇによって測定されるタイヤ表面歪εの歪出力ｔｇをそれぞれ検出することにより、前記第２の歪センサ１０ｂに固有の関係式Ｆｘｂ＝ｆ（ｔｂ）、前記第３の歪センサ１０ｃに固有の関係式Ｆｘｃ＝ｆ（ｔｃ）、前記第４の歪センサ１０ｄに固有の関係式Ｆｘｄ＝ｆ（ｔｄ）、前記第５の歪センサ１０ｅに固有の関係式Ｆｘｅ＝ｆ（ｔｅ）、前記第６の歪センサ１０ｇに固有の関係式Ｆｘｇ＝ｆ（ｔｇ）をそれぞれ事前に求めることができる。

そして、前記歪測定ステップＳ１により検出した歪出力ｔａ〜ｔｇを、前述の関係式Ｆｘ＝ｆ（ｔ）に代入することで、歪センサ１０ａ〜１０ｇ毎の前後力Ｆｘａ〜Ｆｘｇを算出する。なお前記関係式Ｆｘ＝ｆ（ｔ）は、各歪センサ１０ａ〜１０ｇに対して固有であるばかりでなく、前記回転位置Ｐに対しても固有であり、従って回転位置Ｐが異なる場合には、関係式Ｆｘ＝ｆ（ｔ）も相違する。従って、予めタイヤの回転位置Ｐを設定し、この設定された回転位置Ｐに対して、関係式Ｆｘ＝ｆ（ｔ）を、歪センサ１０ａ〜１０ｇ毎に事前に求めるとともに、歪測定ステップＳ１では、前記設定した回転位置Ｐにおいて、各歪センサ１０ａ〜１０ｇから歪出力ｔａ〜ｔｇを検出するのである。

次に、歪出力判別ステップＳ３では、前記歪測定ステップＳ１により測定された歪センサ１０ａ〜１０ｇ毎の歪出力ｔａ〜ｔｇと、予め設定した正常歪出力範囲Ｔとを比較し、前記歪出力ｔａ〜ｔｇから正常歪出力ｔ０を判別する。ここで、前記正常歪出力範囲Ｔとは、歪センサ１０が正常に作動していると想定されうる歪出力の範囲であり、前記歪出力ｔａ〜ｔｇのうちで前記正常歪出力範囲Ｔの上限値Ｔ１以下かつ下限値Ｔ２以上のものを、正常歪出力ｔ０として判定する。

次に、前記前後力補正ステップＳ４では、前記前後力算出ステップＳ２により算出された前後力Ｆｘのうちで、前記正常歪出力ｔ０から算出された正常前後力Ｆｘ０のみを平均して前後力を補正する。

具体的には、前記歪出力判別ステップＳ３により、例えば６つの歪出力ｔａ〜ｔｇのうちの４つの歪出力ｔａ〜ｔｄが正常歪出力ｔ０と判定され、残る２つの歪出力ｔｅ、ｔｇが前記正常歪出力範囲Ｔから外れた異常歪出力ｔ１と判定された場合、前記４つの正常歪出力ｔａ〜ｔｄから算出された４つの正常前後力Ｆｘａ〜Ｆｘｄのみを下記の如く平均し、その平均値を前後力の補正値ＦｘＮとして、車両制御システムに採用する。
ＦｘＮ＝（Ｆｘａ＋Ｆｘｂ＋Ｆｘｃ＋Ｆｘｄ）／４ −−−（１）

このように、本実施形態の前後力の検出方法では、歪出力判別ステップＳ３を用い、歪測定ステップＳ１によって測定された歪センサ１０毎の歪出力ｔと、正常歪出力範囲Ｔとを比較して、前記歪出力ｔのなかから、例えば歪センサ１０の故障やノイズの影響などを受けていない正常歪出力ｔ０を判別している。そして、この正常歪出力ｔ０から算出された正常前後力Ｆｘ０のみを平均することで、前後力を補正している。

このように、異常歪出力ｔ１を除外し、正常歪出力ｔ０からの正常前後力Ｆｘ０のみを平均化しているため、歪センサの故障やノイズの影響が生じた場合にも、前後力の検出精度を高く確保することができる。又歪センサ１０のうちのいくつかに故障等が発生した場合にも、検出精度の低下を低く抑えながら前後力の検出を続行でき、車両制御システムの機能を維持させることが可能となる。

なお前記タイヤの回転位置Ｐは、タイヤ一回転当たり複数設定するのが、車両制御システムにおけるタイムラグを減少させる上で好ましく、特に、一定の回転角度（即ち等角度ピッチ）で複数設定するのが好ましい。このとき、前記回転角度は、３６０°の約数かつ１０°以下であるのがタイムラグの減少の観点からより好ましい。例えば、前記回転角度が１０°の場合、タイヤが回転する際、タイヤ軸心ｉ廻りに１０°間隔で前後力の補正値ＦｘＮを検出しうるため、タイヤのスリップ状態を頻繁に掌握でき、例えばＡＢＳブレーキ制御を高精度で機能させることができる。

なお前記前後力算出ステップＳ２では、前記歪測定ステップＳ１により測定された歪センサ１０毎の歪出力ｔのうちで、前記歪出力判別ステップＳ３によって正常と判別された正常歪出力に対してのみ、前後力の算出を行っても良い。

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。

本発明の作用効果を確認するため、図７（Ａ）に示すように、サイドウォール部３の前記領域Ｙに、６つの歪センサ１０を装着した空気入りタイヤ（サイズ２２５／５５Ｒ１７）を試作した。歪センサ１０には、磁石とホール素子とをゴム弾性材で一体化したものを使用し、かつゲイン最大線の角度θを４５°として、同一円周線上に等間隔を隔てて配置した。

又タイヤの回転位置Ｐとしては、回転角度を１０°とした３６箇所の回転位置Ｐ１〜Ｐ３６を設定し、本発明に係わる検出方法を、既存のＡＢＳブレーキ制御システムに採用するとともに、該検出方法によって検出された前後力Ｆｘを用いてＡＢＳブレーキ制御を行った。そして、ＡＢＳブレーキ制御がなされたときのブレーキ圧、車輪速度、及びタイヤに作用する実際の前後力Ｆｘのそれぞれの時間的変化を測定し、その結果を図９に図示した。なお実際の前後力Ｆｘは６分力計によって測定している。図９に示すように、タイヤは、スリップが発生することなくブレーキ制御され、車輪速度が低下しているのが確認できる。即ちＡＢＳブレーキ制御が機能しているのが確認できる。

本発明の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。 歪みセンサ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）はタイヤ回転基準位置Ｘを説明する線図、（Ｂ）はタイヤの回転位置Ｐを説明する線図である。 タイヤの回転位置に対して定まる、各歪センサに固有の前後力と歪出力との関係式を例示するグラフである。 本発明の検出方法を用いてＡＢＳブレーキ制御を行ったときの、ブレーキ圧、車輪速度、及びタイヤに作用する実際の前後力のそれぞれの時間的変化を示すグラフである。

符号の説明

１ タイヤ
３ サイドウォール部
１０ 歪センサ
Ｆｘ 前後力
Ｆｘ０ 正常前後力
ｉ タイヤ軸心
Ｓ１ 歪測定ステップ
Ｓ２ 前後力算出ステップ
Ｓ３ 歪出力判別ステップ
Ｓ４ 前後力補正ステップ
Ｔ 正常歪出力範囲
ｔ 歪出力
ｔ０ 正常歪出力
Ｙ 領域

Claims (4)

1. タイヤに取り付けられ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、
   タイヤのサイドウォール部の領域かつタイヤ軸心を中心とした異なる周方向位置に、少なくとも２以上の歪センサを装着するとともに、
   タイヤ回転基準位置Ｘを基準とするタイヤの回転位置Ｐにおいて、各前記歪センサからタイヤ表面歪を同時に測定し、歪センサ毎に歪出力をうる歪測定ステップと、
   前記歪測定ステップにより測定された歪センサ毎の歪出力から、歪センサ毎にタイヤに作用する前後力を算出する前後力算出ステップと、
   前記歪測定ステップにより測定された歪センサ毎の歪出力と、予め設定した正常歪出力範囲とを比較し、前記歪出力から正常歪出力を判別する歪出力判別ステップと、
   前記前後力算出ステップにより算出された前後力のうちで、前記正常歪出力から算出された正常前後力のみを平均して前後力を補正する前後力補正ステップとを含む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. 前記前後力算出ステップは、前記タイヤの回転位置Ｐにおいて予め求めた各歪センサの歪出力と前後力との関係式に基づき、歪センサ毎に前後力を算出す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. 前記タイヤの回転位置Ｐは、一定の回転角度で複数設定され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. 前記回転角度は、１０°以下であることを特徴とする請求項３記載のタイヤに作用する前後力の検出方法。

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