JP4946174B2

JP4946174B2 - タイヤの接地長算出方法及びタイヤの接地長算出装置

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Publication number: JP4946174B2
Application number: JP2006137721A
Authority: JP
Inventors: 剛史北崎; 直士宮下; 松田　　淳
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2026-05-17
Also published as: JP2007307980A

Description

本発明は、路面上をタイヤが転動する際のタイヤの接地長を算出する方法及び装置に関する。

従来より、転動中のタイヤの接地長は、有限要素モデルを用いて転動中のタイヤの走行シミュレーションを行って取得されてきた。この取得方法では、有限要素モデルの作成に要する時間やシミュレーションの演算時間の点から短時間に接地長を取得することができなかった。このため、転動中の接地長（動的接地長）やタイヤの変形形状を非転動中の接地長やタイヤの変形形状で代用していた。
しかし、転動中のタイヤの接地長や接地形状に影響を与えるタイヤの周上のたわみ形状は、タイヤ性能に極めて影響を与えるものであるため、転動中のタイヤの計測により接地長を取得し、タイヤ性能を判断することが求められていた。

一方、下記特許文献１〜３では、加速度センサをタイヤに取り付けて、転動中のタイヤの加速度の計測データを取得し、この取得した計測データからパワースペクトルや振動スペクトルを求めて転動中の路面状態を推定する方法、またラジアル方向の加速度の計測データからトレッド部が路面に接触するタイミングを判定する方法等が開示されている。
しかし、特許文献１〜３では、転動中のタイヤが大きなスリップ角に起因して発生するスキール音がない状態では、加速度の計測データを用いて転動中のタイヤの接地長を算出することは可能であるが、スキール音が発生する状態では、計測データに振動が乗って接地領域を特定することが極めて難しくなり、転動中のタイヤの接地長を算出することができない。

特開２００２−３４０８６３号公報特開２００３−１８２４７６号公報特表２００２−５１１８１２号公報

そこで、本発明は、転動中のタイヤのトレッド部の加速度の計測時系列データに基づいて、タイヤの転動中の接地長を正確に求めることができる、特にスキール音が発生する状態でも接地長を正確に求めることができるタイヤの接地長算出方法及びタイヤの接地長算出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、路面上をタイヤが転動する際のタイヤの接地長を算出する方法であって、転動するタイヤのタイヤ周上における、少なくともラジアル方向の加速度を含む加速度の計測時系列データを取得するステップと、取得した計測時系列データから接地近傍の加速度データを抽出し、この加速度データの時系列波形の形状又は加速度データを２階時間積分することによって得られるタイヤのたわみ形状から第１の接地長候補を求めるステップと、取得した計測時系列データから接地近傍の加速度データを抽出し、この加速度データを回帰式に回帰させて接地近傍におけるタイヤのたわみ形状を算出することによって第２の接地長候補を求めるステップと、前記計測時系列データから取得した前記接地近傍の加速度データの周波数スペクトルにおいて５００〜１５００Ｈｚの周波数帯域における最大ピーク値が所定値以下の場合、前記第１の接地長候補を接地長として選択し、前記最大ピーク値が前記所定値より大きい場合、前記第２の接地長候補を接地長として選択するステップと、を有することを特徴とするタイヤの接地長算出方法を提供する。
ここで、少なくともラジアル方向の加速度を含む加速度の計測時系列データとは、ラジアル方向の加速度、周方向の加速度及び幅方向の加速度のうち、ラジアル方向の加速度のデータを計測時系列データとして含むことをいう。

なお、前記加速度データの周波数スペクトルの結果は、５００Ｈｚ〜１５００Ｈｚの周波数帯域における最大ピーク値であり、この最大ピーク値が所定値以下の場合、前記第１の接地長候補を接地長として選択し、前記最大ピーク値が所定値より大きい場合、前記第２の接地長候補を接地長として選択することが好ましい。
又、前記第１の接地長候補を求めるステップでは、加速度データの時系列波形が加速度０を横切るときの２点を、タイヤの踏み込み端及び蹴りだし端の対応点とし、この２点間の距離を前記第１の接地長候補として求めることが好ましい。
又、前記第２の接地長候補を求めるステップでは、抽出した前記加速度データを、１つの極値を有し、その両側で０に漸近する曲線を有するピーク形状を表すたわみ関数の二階微分関数を用いて最小二乗回帰させてたわみ関数のパラメータの値を定め、前記たわみ関数のパラメータの値を用いて定まるたわみ関数から接地近傍におけるたわみ形状を算出し、この算出したタイヤのたわみ形状に基づいて、前記第２の接地長候補を求めることが好ましい。

又、本発明は、路面上をタイヤが転動する際のタイヤの接地長を算出する方法であって、転動するタイヤのタイヤ周上における、少なくともラジアル方向の加速度を含む加速度の計測時系列データを取得するステップと、前記計測時系列データから取得した接地近傍の加速度データの周波数スペクトルにおいて、５００Ｈｚ〜１５００Ｈｚの周波数帯域における最大ピーク値が所定値以下の場合、取得したタイヤ周上の前記計測時系列データから接地近傍の加速度データを抽出し、この加速度データの時系列波形の形状又は加速度データを２階時間積分することによって得られるタイヤのたわみ形状から接地長を求め、前記最大ピーク値が所定値より大きい場合、取得したタイヤ周上の計測時系列データから接地近傍の加速度データを抽出し、この加速度データを回帰式に回帰させて接地近傍におけるタイヤのたわみ形状を算出することによって接地長を求めるステップと、を有することを特徴とするタイヤの接地長算出方法を提供する。

なお、前記最大ピーク値が所定値以下の場合、前記加速度データの時系列波形が加速度０を横切るときの２点を、タイヤの踏み込み端及び蹴りだし端の対応点とし、この２点間の距離を接地長として求めることが好ましい。
又、前記最大ピーク値が所定値より大きい場合、抽出した前記加速度データを、１つの極値を有し、その両側で０に漸近する曲線を有するピーク形状を表すたわみ関数の二階微分関数を用いて最小二乗回帰させてたわみ関数のパラメータの値を定め、前記たわみ関数のパラメータの値を用いて定まるたわみ関数から接地近傍におけるたわみ形状を算出し、この算出したタイヤのたわみ形状に基づいて、接地長を求めることが好ましい。

また、本発明は、路面上をタイヤが転動する際のタイヤの接地長を算出する装置であって、転動するタイヤのタイヤ周上における、少なくともラジアル方向の加速度を含む加速度の計測時系列データを取得する取得部と、取得したタイヤ周上の計測時系列データを用いてタイヤの接地長を算出する演算部と、を有し、前記演算部は、取得したタイヤ周上の計測時系列データから接地近傍の加速度データを抽出し、この加速度データの時系列波形の形状又は加速度データを２階時間積分することによって得られるタイヤのたわみ形状から第１の接地長候補を求める第１の処理部と、取得したタイヤ周上の計測時系列データから接地近傍の加速度データを抽出し、この加速度データを回帰式に回帰させて接地近傍におけるタイヤのたわみ形状を算出することによって第２の接地長候補を求める第２の処理部と、前記計測時系列データから取得した前記接地近傍の加速度データの周波数スペクトルにおいて５００〜１５００Ｈｚの周波数帯域における最大ピーク値が所定値以下の場合、前記第１の接地長候補を接地長として選択し、前記最大ピーク値が前記所定値より大きい場合、前記第２の接地長候補を接地長として選択する選択部と、を有することを特徴とするタイヤの接地長算出装置を提供する。

本発明では、加速度の計測時系列データから取得した接地近傍の加速度データの周波数スペクトルの結果に応じて、第１の接地長候補及び第２の接地長候補の中から一方の候補を接地長として選択するので、スキール音が発生する状態でも、タイヤの転動中の接地長を正確に求めることができる。この接地長の情報を車両制御装置に提供することにより、安定した車両の制御に貢献することができる。又、接地長の情報をドライバーに報知することによりタイヤの突然の滑りに対する危険回避が可能となる。

以下、本発明のタイヤの接地長算出方法及びタイヤの接地長算出装置について、添付の図面に示される好適実施形態を基に詳細に説明する。

図１は、本発明に係るタイヤの接地長算出方法を実施する、本発明に係るタイヤの接地長算出装置の一実施形態の装置構成を示すブロック図、図２は図１のII−II線断面図である。図１及び図２に示す実施形態は、タイヤのトレッド部の内周面（インナーライナー部の表面）における転動中のタイヤの、少なくともラジアル方向の加速度を含む加速度を加速度センサにて計測して加速度の計測時系列データを得る形態であるが、トレッド部の内部やベルト部等に加速度センサを設けて転動中のタイヤの加速度の計測時系列データを得てもよい。

図１に示すタイヤ接地長算出装置１０は、タイヤ１のトレッド部１ａにおけるラジアル方向の加速度を含む加速度の計測データ（加速度データ）を用いて、転動中のタイヤの接地長を算出する装置である。タイヤ１のトレッド部１ａの加速度は、タイヤのトレッド部１ａにおける内周に設けられたインナーライナー部１ｂに固定した加速度センサ２により検知される。このときの加速度の計測時系列データは、転動するタイヤに設けられた図示されない送信機から受信機３へ送信されてアンプ４で増幅された後、タイヤ接地長算出装置１０に入力される。計測時系列データの送信は、例えば、タイヤに組まれたホイールに送信機を設け、加速度センサ２の計測時系列データを送信機から受信機３へ送信してもよいし、加速度センサ２に別途送信機能を持たせ、加速度センサ２から受信機３へ直接送信するように構成してもよい。また、ホイールに加速度センサ２の時系列データを増幅するアンプを送信機とともに設け、受信機で受信した加速度の計測時系列データをタイヤ接地長算出装置１０に供給する構成とすることもできる。

加速度センサ２は、例えば、本願出願人が先に出願した特願２００３−１３４７２７号（特開２００４−３４０６１６号公報）に開示された半導体加速度センサが例示される。半導体加速度センサは、具体的には、Ｓｉウエハ外周枠部内にダイアフラムが形成されたＳｉウエハと、このウエハ外周枠部を固定する台座とを有し、ダイアフラムの一方の面の中央部に重錘を設け、ダイアフラムには複数のピエゾ抵抗体を形成している。この半導体加速度センサに加速度が作用した場合、ダイアフラムは変形し、この変形によりピエゾ抵抗体の抵抗値は変化する。この変化を加速度の情報として検出できるようにブリッジ回路を形成する。

この加速度センサ２をタイヤのトレッド部１ａの内周面に固定することにより、転動中のタイヤのトレッド部１ａに作用するラジアル方向、周方向及び幅方向の加速度を計測することができる。加速度センサ２は、この他にピエゾ圧電素子を用いた加速度ピックアップを用いてもよいし、歪みゲージを組み合わせた歪みゲージタイプの加速度ピックアップを用いてもよい。

アンプ４で増幅された加速度の計測時系列データが供給されるタイヤ接地長算出装置１０は、データ取得部１２、信号処理部１４、演算部１６及びデータ出力部１８を有する。これらの各部位は、コンピュータ上で機能するサブルーチンやサブプログラムで規定されている。すなわち、ＣＰＵ２０及びメモリ２２を有するコンピュータ上でソフトウェアを実行することにより、上記各部位をインストールすることによってタイヤ接地長算出装置１０が構成される。
また、本発明のタイヤ接地長算出装置は、コンピュータの替わりに各部位の機能を専用回路によって構成した専用装置であってもよい。

データ取得部１２は、アンプ４で増幅された少なくともタイヤ１回転分の加速度の計測時系列データを入力データとして取得する部分である。アンプ４から供給されるデータはアナログデータであり、このデータを所定のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタルデータに変換する。

信号処理部１４は、デジタル化された加速度の計測時系列データからラジアル方向の加速度データを取り出すとともに、フィルタによる平滑化処理を行う部位である。具体的な処理は後述する。

演算部１６は、信号処理部１４で得られる加速度データに基づいて、転動中のタイヤの接地長を求める部位である。演算部１６は、接地長を求める際、加速度データの時系列波形から第１の接地長候補を求め、さらに、加速度データから、接地近傍におけるタイヤのたわみ形状（タイヤのたわみ量分布）を算出することによって第２の接地長候補を求める。すなわち、演算部１６は、加速度データの時系列波形から第１の接地長候補を求める第１の処理部と、加速度データから、接地近傍におけるタイヤのたわみ量分布を算出することによって第２の接地長候補を求める第２の処理部とを備え、さらに、加速度データの周波数スペクトルの結果に応じて、第１の接地長候補及び第２の接地長候補の中から一方の候補を接地長として選択する選択部を備える。具体的な処理は後述する。

データ出力部１８は、算出されたタイヤの接地長やその他の情報、例えば加速度データに基づいて求められるタイヤトレッド部の回転軌道等を出力データとする部分である。なお、接地長の出力データは、タイヤの接地長に応じて車両の走行速度やタイヤの舵角を制御する車両制御装置２４に送られる。

図３は、このようなタイヤ接地長算出装置１０にて行われるタイヤの接地長算出方法の流れを示すフローチャートである。
まず、車輪回転を開始したか否かが判定される（ステップＳ１００）。車輪回転の開始は、車両の速度計等の計測器を用いて判定される。
車輪回転開始後、アンプ４で増幅された加速度の計測時系列データはデータ取得部１２に供給され、所定のサンプリング周波数にてサンプリングされて、デジタル化した計測データが取得される（ステップＳ１０２）。

次に、取得された計測時系列データは、信号処理部１４に供給され、まず、ローパスフィルタによる平滑化処理が行われる（ステップＳ１０４）。さらに、平滑化処理の施された計測時系列データから、接地近傍のラジアル方向の加速度データが抽出される（ステップＳ１０６）。信号処理部１４に供給された計測時系列データはノイズ成分が多く含まれるため、平滑化処理によりノイズ成分の除去が行われ、滑らかなラジアル方向の加速度の計測時系列データが得られる。フィルタのカットオフ周波数は、タイヤの走行速度（転動速度）やノイズ成分によって変化するが、例えば転動速度（走行速度）が６０（ｋｍ/時）の場合、カットオフ周波数は、２ｋＨｚとされる。この他に、フィルタの替わりに、移動平均処理やトレンドモデル等を用いて平滑化処理を行ってもよい。

次に、抽出された接地近傍の加速度データの時系列波形形状から第１の接地長候補が求められる（ステップＳ１０８）。具体的には、ラジアル方向の加速度データの時系列波形が加速度０を横切るときの２点を、タイヤの踏み込み端（前端）及び蹴りだし端（後端）の対応点とし、この２点間の時間差を、車両に設けられた速度計等によって得られる走行速度と乗算して２点間の距離を算出し、この算出値を第１の接地長候補とする。加速度０のラインは、ラジアル方向の加速度データの時系列波形から遠心力成分を抽出することによって求められる。例えば、接地近傍のラジアル方向の加速度データの時系列波形が図４に示すような波形の場合、時系列波形が加速度０を横切るときの点Ｘ，Ｙをそれぞれタイヤの踏み込み端及び蹴りだし端の対応点とする。このときの２点間の時間差Δｔにタイヤの走行速度を乗算することにより、第１の接地長候補を算出する。

さらに、抽出されたラジアル方向の加速度データから、接地近傍におけるタイヤのたわみ形状を、たわみ関数を用いて算出することによって第２の接地長候補が求められる（ステップＳ１１０）。
以下、第２の接地長候補についてより具体的に説明する。図５（ａ）は、ラジアル方向の加速度の計測時系列データの一例のグラフを示す。図５（ａ）は、縦軸にラジアル方向加速度Ａzの値、横軸に時間軸ｔ（秒）をとり、約１秒間にスリップ角０°の状態からスリップ角２０°の状態まで変化する計測時系列データを示している。

上記ラジアル方向の加速度の計測時系列データＡz (ｔ)において、ラジアル方向の加速度が極小となる時間t_ｃを接地中心を通過する時間として仮設定する。時間t＝t_ｃのときのタイヤ回転位相角（図１中の点Ｏを基準とした角度θ）をQｃとすると、例えば、Qｃ±５７．５度（±５７．５はオペレータにより設定可能）に相当する範囲の加速度データを、接地近傍の加速度データ、さらには後述するたわみ関数への回帰のための被回帰データとして抽出する。

上記被回帰データは、下記式（１−１）、（１−２）を用いて最小二乗回帰処理が施される。式（１−２）中の、ｄ^２Ｔ(ｓ)／ｄｓ^２は、後述する式（２−１）で表わされるピーク形状のたわみ関数Ｔ（ｔ）の二階微分関数に相当するものである。なお、式（１−２）中のＢ（ｓ）（５次の多項式で表した関数）は、タイヤのたわみ変形の加速度以外の背景成分加速度を表している。なお、背景成分Ｂ（ｓ）は、被回帰データの領域で緩やかに変化するように、背景成分Ｂ（ｓ）の関数として５次の多項式を用いるが、他の関数を用いてもよい。このときの最小二乗回帰処理によって定められるパラメータは、ｔ_ｃ及びＴ(ｓ)（Ｔ(ｔ)）、Ｂ(ｓ)を定めるパラメータで、具体的には、式（２−１）に示されている、ａ，ｃ，ｄ及び式（１−３）の係数ｅ_０〜ｅ_５である。なお、最小二乗回帰の方法は、本発明では特に限定されないが、例えば、Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法を用いて好適に行うことができる。なお、計測時系列データＡz (ｔ)は、タイヤの転動中の遠心力（向心力）の加速度成分及び重力加速度成分を要因とする低周波背景成分を含むので、多項式Ｂ（ｓ）を用いて低周波背景成分を回帰させる。これにより、たわみ関数を用いたたわみ形状の算出において計測時系列データＡz (ｔ)に含まれる低周波背景成分を除去することができる。

一般に、路面上を転動中のタイヤのトレッド部のたわみ量は、たわみ量が略０の状態から接地近傍のタイヤ踏む込み前端でたわみ量が増大し、荷重直下位置（接地中心位置）付近で最大となり、蹴りだし端からたわみ量が０に漸近するピーク形状を示す。また、このピーク形状は、コーナリング時、制駆動時に非対称形を示す。一方、下記式（２−１）のたわみ関数Ｔ(ｔ)により表わされるピーク形状は、縦軸にＴ(ｔ)の値、横軸にｔをとると、略中央付近（ｔ＝０）にピーク値を有し、両端が０に向かって漸近するような曲線を有するピーク形状となっている。式（２−１）は非対称ガウシアン関数の一例である。ここに、非対称ガウシアン関数とは、対称ガウシアン関数Ｇ（ｘ）＝ｅ・ｅｘｐ（−Ａｔ^２）（Ａはパラメータ）に対して、ｔが正、負の領域でその曲線形状が異なるが、ｔ＝−∞、ｔ＝＋∞において、０への収束性が同じ性質を有する関数と定める。したがって、下記式（２−１）のＴ(ｔ)をたわみ関数として用いることにより、実際のタイヤのたわみ形状を好適に再現することができる。

ここで、たわみ関数Ｔ（ｔ）は、パラメータｃに依存して、図６（ａ）、さらに二階微分関数を示す図５（ｂ）に示すように、対称性が崩れる、いわゆる非対称ガウシアン関数であり、この非対称性を利用してタイヤのコーナリング中又は制駆動中のたわみ量の分布を求めることができる。
なお、図６（ａ）,（ｂ）および式（２−１）に示すたわみ関数Ｔ(ｔ)のピーク形状は、ピーク値（極値）が正、すなわち極大値を示す例であるが、ピーク値が負、すなわち極小値を示す関数を使用した場合でもたわみ関数Ｔ(ｔ)の値の正負を規定するパラメータの正負の値を逆にすれば、同様に用いることができる。

上述のように、上記最小二乗回帰にて値が求められる各パラメータのうち、係数ｅ_０〜ｅ_５を除いた、ｔ_ｃ，Ｔ（ｔ）の各パラメータの値（ａ，ｃ，ｄ）を用いて規定されるたわみ関数から、たわみ形状（たわみ量の分布）を算出する。上記のような最小二乗回帰の処理は演算部１６により行われる。さらに、各パラメータの値とたわみ量分布におけるピーク値（最も大きく変位した値）はデータとしてメモリ２０に蓄積される。

このような処理では、タイヤの１回転毎にたわみ関数のパラメータ値を算出することができるので、パラメータである接地中心を加速度センサ２が通過する時間ｔ_ｃを設定する場合、過去の接地中心を加速度センサ２が通過する時間ｔ_ｃを利用して次のタイヤ１回転中の処理に用いる時間ｔ_ｃを予測し、仮設定することができる。すなわち、過去のタイヤ回転におけるパラメータの値として求められた時間ｔ_ｃの値（ｔ_ｃ１，ｔ_ｃ２・・・・ｔ_ｃｉ）を基に、ｔ_{ｃ（ｉ+１）}＝ｔ_ｃｉ+（ｔ_ｃｉ−ｔ_{ｃ（ｉ−１）}）（ｉは自然数）のように、次の回転の接地中心時間ｔ_ｃの仮の値を設定することができる。これに基づいて時間ｔ_ｃのときのタイヤ回転位相角Q_ｃに対して±５７．５度に相当する範囲の加速度データを被回帰データ領域として抽出する動作を繰り返し行い、加速度の計測期間中タイヤのたわみ量分布を１回転ごとに連続的に求めることができる。

最小二乗回帰によって算出されたパラメータの値に基づいて、以下のように、タイヤの回転軌道及びタイヤの第２の接地長候補が求められる。まず、タイヤのたわみ関数Ｔ（ｔ）のパラメータの値（ａ，ｃ，ｄ）が既知となっているので、計測対象のタイヤのタイヤ半径ｒとともに用いて、たわみ関数Ｔ（ｔ）で表わされる曲線を、半径ｒの円弧上に変位として展開し、加算することにより、回転軌道を算出する。この後、転動時のタイヤの第２の接地長候補が演算部１６において求められる。

図７は、タイヤのたわみ形状（たわみ量分布）から第２の接地長候補を求める方法を示す図である。
同図において、タイヤの回転軌道（図７中の実線）の最下点に接する水平線（図７中の一点鎖線）と、たわみ量が０の円弧状の回転軌道（図７中の点線）との交点をＡ，Ｂとし、タイヤ回転中心をＯとする。このとき、交点Ａ，Ｂが成す角∠ＡＯＢの５０〜９５％、より好ましくは６０〜７５％の角度を、水平線上に設けた点Ｃ、Ｄと回転中心Ｏとの成す角∠ＣＯＤが有するように点Ｃ、Ｄを定める（上記５０〜９５％、より好ましくは６０〜７５％の比率を、調整比率という）。この点Ｃ、Ｄ間の長さをタイヤ回転時の第２の接地長候補とする。図７中、太い実線で記された点Ｃ，Ｄ間の直線部分が接地部分となる。これにより、タイヤの回転軌道から転動中の第２の接地長候補が求められる。上記調整比率はタイヤサイズ、タイヤ構造等によって変わるが、極低速の走行速度、例えば走行速度１０ｋｍ／時における転動中のタイヤの接地長が、静止したタイヤの接地長の実測と対応するように、あるいは転動中のタイヤの接地長を、有限要素法によって計算した転動中のタイヤの接地長と対応するように、上記調整比率の値が予め設定される。なお、本発明では、後述するように、第１の接地長候補と第２の接地長候補が連続的に接続されるように調整比率を修正することが好ましい。

本実施形態では、ピーク形状のたわみ関数として、上記式（２−１）に示すＴ(ｔ)を用いたが、これは例示であって、本発明ではこれに限定されない。例えば、以下の式（３−１）、（３−２）、（３−３）、（３−４）に示す関数をたわみ関数Ｔ(ｔ)として用いることができる。

以上が、ステップ１１０の説明である。
図３に戻って、さらに、ステップＳ１０８、ステップＳ１１０と並行して、ステップＳ１０６にて抽出された接地近傍の加速度データの周波数分析を行い、５００〜１５００Ｈｚの周波数帯域の最大ピーク値を検出する（ステップＳ１１２）。具体的には、接地近傍の加速度データをＦＦＴ(Fast Fourier Transformation)処理して、５００〜１５００Ｈｚの周波数帯域の最大ピーク値を検出する。５００〜１５００Ｈｚの周波数帯域における最大ピーク値を検出するのは、転動中のタイヤが大きなスリップ角に起因してスキール音を発するとき、ステップＳ１０８にて算出された第１の接地長候補を接地長として選択することが適切か否かを判定するためである。

図５（ａ）に示される加速度の計測時系列データは、１秒間にスリップ角度を０度から２０度に変化させたときのラジアル方向の加速度データである。図５（ａ）では、スリップ角が徐々に付いて、加速度センサ２が１１回接地部分を通過したとき、スリップ角は２０度の大スリップ角の状態となりスキール音を発生し、加速度が大きく変動している。スリップ角が大きくなってスキール音が発するとき、タイヤと路面との間は、５００〜１５００Ｈｚの周波数帯域で大きく振動する。この振動は、タイヤの接地の踏み込み端及び蹴り出し端の位置も変動させる。特に、振動は蹴り出し端を大きく変動させるため、接地の踏み込み端及び蹴り出し端を特定することにより接地長を求めるステップＳ１０８の算出では接地長を求めることが困難となる。万一、接地長を求めることができても、正確な接地長は得られない。例えば、図５（ａ）中の約０．９秒における接地近傍の加速度データにおいて、加速度０を横切る適切な点を求めることはできず、蹴り出し端を特定することはできない。

そこで、ステップＳ１０８による第１の接地長候補が算出可能であり、かつ選出結果が適切であるか否かを判定するために、スキール音の大小のレベルを表す５００〜１５００Ｈｚの周波数帯域の最高ピーク値の大小が判定される（ステップＳ１１４）。すなわち、５００Ｈｚ〜１５００Ｈｚの周波数帯域における最大ピーク値が予め定められた閾値以下の場合、ステップＳ１０８にて算出された第１の接地長候補が接地長として選択され（ステップＳ１１６）、最大ピーク値が前記閾値より大きい場合、ステップＳ１１０にて求められた第２の接地長候補が接地長として選択される（ステップＳ１１８）。すなわち、第１の接地長候補が適切かつ正確な接地長でない場合、第２の接地長候補を接地長とする。第２の接地長候補は、接地近傍の加速度データを式（１−２）を用いて最小二乗回帰させるので、第１の接地長候補が適切かつ正確な接地長でない場合でも、加速度データを用いて比較的適切な接地長候補を算出することができる。

図８（ａ）〜（ｃ）は、スキール音が発生するときのラジアル方向加速度の計測時系列データと、そのときの周波数分析結果を示すグラフである。図８（ａ）に示すように、計測時系列データは大きく振動している。このときの計測時系列データから抽出された接地近傍の加速度データは、周波数分析を行うと、図８（ｂ）に示すように５００〜１５００Ｈｚの周波数帯域において大きなピークを有する。このピークはスキール音に基づく振動である。このときの最大ピーク値は、図８（ｃ）に示すように、スリップ角とともに大きくなっていることもわかる。このような最大ピーク値の大小のレベルによって、ステップ１０８により算出される第１の接地長候補を接地長とするか、ステップ１１０により算出される第２の接地長候補を接地長とするかを選択する。

本来、ステップＳ１０８による算出方法は、計測時系列データの時系列波形の凹凸形状を用いて直接接地長を求めるので、この方法にて算出される第１の接地長候補は正確であり、適切な値を有するが、スキール音が発生した場合、蹴り出し端の位置を特定することが困難になる。このため、ステップＳ１１０にて算出される第２の接地長候補が接地長として選択される。

こうして求められた接地長は車両制御装置２４へ供給され、車両の制御のために用いられる（ステップＳ１１８）。例えば、接地長は、車両の走行速度の制御に、又車輪の舵角のアクティブ制御に用いられる。又、演算部１６において、車両の各輪、例えば４輪について各タイヤの接地長を求め、コーナリング中の内輪と外輪の接地長の比、あるいは制駆動中の前輪と後輪の接地長の比を求め、この比が所定の閾値を超える場合、車両ドライバに警報を発するように、接地長の情報を用いることができる。又、車両の計器パネルに、接地長の情報を表示して車両ドライバに報知することもできる。
このようなステップＳ１０２〜Ｓ１１８の処理は車輪が停止するまで（車両の走行速度が所定値以下になるまで）、継続して行われる（ステップS１２０）。

なお、車両を操舵するとき、直進状態から車輪に操舵角を与えてスリップ角を生じさせ、場合によってはスキール音が発生する程度に大きなスリップ角となる。この場合、スキール音が発生しない又は小さい時、タイヤトレッド部におけるラジアル方向の加速度データは、５００〜１５００Ｈｚの周波数帯域の振動成分は小さい。このため、ステップＳ１０８において算出される第１の接地長候補が接地長として選択される。しかし、さらに操舵角が増えてスキール音が発生し、ラジアル方向の加速度データの５００〜１５００Ｈｚの周波数帯域の最大ピーク値が閾値を越えると、ステップＳ１１０にて算出される第２の接地長候補が接地長に切り換えられる。このとき、第２の接地長候補が、第１の接地長候補を選択して定めたそれ以前の接地長と連続的に接続されるように、第２の接地長候補を算出する際に用いる調整比率を、上述した５０〜９５％の範囲内で、より好ましくは６０〜７５％の範囲内で修正して点Ｃ，Ｄを定めることができる。

図９は、乗用車用タイヤ（タイヤサイズ１８５／６０Ｒ１５）について、空気圧２３０ｋＰａ、荷重３．４３ｋＮ、スリップ角０〜２０度、速度８０ｋｍ／時の条件下で計測して接地長を求めた結果である。図９によると、加速度センサ２をタイヤ内周面のショルダー部付近の領域に設けたときの接地長の変化を示す図である。ラインＬ₁は、ステップＳ１０８にて算出された第１の接地長候補を接地長としたラインであり、ラインＬ₂は、ステップＳ１１０にて算出された第２の接地長候補を接地長としたラインである。上記調整比率を適宜修正することによって、図８に示すようにラインＬ₁とラインＬ₂は、連続性を有して接続される。

本発明では、上記実施形態のほか、まずタイヤの接地近傍のラジアル方向の加速度の周波数分析により、５００〜１５００Ｈｚの周波数帯域の最大ピーク値を検出し、この最大ピーク値の大小のレベルに応じて、ステップＳ１０８、ステップＳ１１０のいずれか一方の処理を行って接地長とするとよい。すなわち、最大ピーク値が閾値以下の場合、ステップＳ１０８にて算出される第１の接地長候補を算出して接地長とし、最大ピーク値が閾値より大きい場合、ステップＳ１１０にて算出される第２の接地長候補を算出して接地長としてもよい。

上記実施形態では、加速度センサ２をタイヤトレッド部の内周面（インナーライナー部の表面）に設けたが、加速度センサ２はトレッド部の中に埋め込んでもよい。又、加速度センサ２のタイヤ幅方向位置は、タイヤトレッド部のセンター領域のほか、ショルダー領域であってもよく、特に配置位置は制限されない。又、加速度センサ２を１つのタイヤに１つ用いる場合のほか、１つのタイヤに複数個の加速度センサ２を設けてもよく、複数個の加速度センサ２をタイヤ周方向の位置を変えて設けてもよく、又、複数個の加速度センサをタイヤ幅方向の位置を変えて設けてもよい。タイヤ幅方向の位置を変えて複数個の加速度センサを設ける場合、タイヤ幅方向の各位置における接地長を求めることができるので、タイヤの概略の接地形状を求めることができる。

又、ステップＳ１０８における第１の接地長候補の算出は、加速度の時系列波形形状から第１の接地長候補が求めるとき、ラジアル方向の加速度に替えてタイヤの周方向の加速度の計測時系列データを用いて第１の接地長候補を算出することもできる。又、本願と同一出願人により出願された特願２００４−３３５４１７号に記載される方法と同様に、タイヤのラジアル方向の加速度データを２階の時間積分を行うことにより変位データを求め、この変位データからタイヤの接地によるタイヤのたわみ形状を求め、この形状に対して図７に示す方法を用いて第１の接地長候補を求めることもできる。

以上、本発明のタイヤの接地長算出方法及びタイヤの接地長算出装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

本発明に係るタイヤの接地長算出方法を実施する、本発明に係るタイヤの接地長算出装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１に示すII−II線に沿ったタイヤ断面図である。図１に示すタイヤ接地長算出装置にて行われるタイヤの接地長算出方法の流れを示すフローチャートである。図３に示すタイヤの接地長算出方法における第１の接地長候補の算出を説明する図である。（ａ）〜（ｃ）は、図３に示すタイヤの接地長算出方法におけるタイヤのたわみ形状の算出方法を説明する図である。（ａ）及び（ｂ）は、第２の接地長候補の算出の際に用いるたわみ関数を説明する図である。図３に示すタイヤの接地長算出方法における第２の接地長候補の算出方法を説明する図である。（ａ）〜（ｃ）は、加速度データに含まれる振動成分を説明する図である。本発明に係るタイヤの接地長算出方法で算出される接地長の一例を示す図である。

符号の説明

１タイヤ
１ａトレッド部
２加速度センサ
１０接地長算出装置
１２データ取得部
１４信号処理部
１６演算部
１８データ出力部
２４車両制御装置

Claims

路面上をタイヤが転動する際のタイヤの接地長を算出する方法であって、
転動するタイヤのタイヤ周上における、少なくともラジアル方向の加速度を含む加速度の計測時系列データを取得するステップと、
取得した計測時系列データから接地近傍の加速度データを抽出し、この加速度データの時系列波形の形状又は加速度データを２階時間積分することによって得られるタイヤのたわみ形状から第１の接地長候補を求めるステップと、
取得した計測時系列データから接地近傍の加速度データを抽出し、この加速度データを回帰式に回帰させて接地近傍におけるタイヤのたわみ形状を算出することによって第２の接地長候補を求めるステップと、
前記計測時系列データから取得した前記接地近傍の加速度データの周波数スペクトルにおいて５００〜１５００Ｈｚの周波数帯域における最大ピーク値が所定値以下の場合、前記第１の接地長候補を接地長として選択し、前記最大ピーク値が前記所定値より大きい場合、前記第２の接地長候補を接地長として選択するステップと、を有することを特徴とするタイヤの接地長算出方法。
前記第１の接地長候補を求めるステップでは、加速度データの時系列波形が加速度０を横切るときの２点を、タイヤの踏み込み端及び蹴りだし端の対応点とし、この２点間の距離を前記第１の接地長候補として求める請求項１に記載のタイヤの接地長算出方法。
前記第２の接地長候補を求めるステップでは、抽出した前記加速度データを、１つの極値を有し、その両側で０に漸近する曲線を有するピーク形状を表すたわみ関数の二階微分関数を用いて最小二乗回帰させてたわみ関数のパラメータの値を定め、前記たわみ関数のパラメータの値を用いて定まるたわみ関数から接地近傍におけるたわみ形状を算出し、この算出したタイヤのたわみ形状に基づいて、前記第２の接地長候補を求める請求項１または２に記載のタイヤの接地長算出方法。
路面上をタイヤが転動する際のタイヤの接地長を算出する方法であって、
転動するタイヤのタイヤ周上における、少なくともラジアル方向の加速度を含む加速度の計測時系列データを取得するステップと、
前記計測時系列データから取得した接地近傍の加速度データの周波数スペクトルにおいて、５００Ｈｚ〜１５００Ｈｚの周波数帯域における最大ピーク値が所定値以下の場合、取得したタイヤ周上の前記計測時系列データから接地近傍の加速度データを抽出し、この加速度データの時系列波形の形状又は加速度データを２階時間積分することによって得られるタイヤのたわみ形状から接地長を求め、前記最大ピーク値が所定値より大きい場合、取得したタイヤ周上の計測時系列データから接地近傍の加速度データを抽出し、この加速度データを回帰式に回帰させて接地近傍におけるタイヤのたわみ形状を算出することによって接地長を求めるステップと、を有することを特徴とするタイヤの接地長算出方法。
前記最大ピーク値が所定値以下の場合、前記加速度データの時系列波形が加速度０を横切るときの２点を、タイヤの踏み込み端及び蹴りだし端の対応点とし、この２点間の距離を接地長として求める請求項４に記載のタイヤの接地長算出方法。
前記最大ピーク値が所定値より大きい場合、抽出した前記加速度データを、１つの極値を有し、その両側で０に漸近する曲線を有するピーク形状を表すたわみ関数の二階微分関数を用いて最小二乗回帰させてたわみ関数のパラメータの値を定め、前記たわみ関数のパラメータの値を用いて定まるたわみ関数から接地近傍におけるたわみ形状を算出し、この算出したタイヤのたわみ形状に基づいて、接地長を求める請求項４又は５に記載のタイヤの接地長算出方法。
路面上をタイヤが転動する際のタイヤの接地長を算出する装置であって、
転動するタイヤのタイヤ周上における、少なくともラジアル方向の加速度を含む加速度の計測時系列データを取得する取得部と、
取得したタイヤ周上の計測時系列データを用いてタイヤの接地長を算出する演算部と、を有し、
前記演算部は、取得したタイヤ周上の計測時系列データから接地近傍の加速度データを抽出し、この加速度データの時系列波形の形状又は加速度データを２階時間積分することによって得られるタイヤのたわみ形状から第１の接地長候補を求める第１の処理部と、取得したタイヤ周上の計測時系列データから接地近傍の加速度データを抽出し、この加速度データを回帰式に回帰させて接地近傍におけるタイヤのたわみ形状を算出することによって第２の接地長候補を求める第２の処理部と、前記計測時系列データから取得した前記接地近傍の加速度データの周波数スペクトルにおいて５００〜１５００Ｈｚの周波数帯域における最大ピーク値が所定値以下の場合、前記第１の接地長候補を接地長として選択し、前記最大ピーク値が前記所定値より大きい場合、前記第２の接地長候補を接地長として選択する選択部と、を有することを特徴とするタイヤの接地長算出装置。