JP5259244B2 - タイヤと接触状態にある道路上の水の高さを推定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の走行するウェット路（濡れた道路）上におけるタイヤと接触状態にある水の高さの推定に関する。本発明は、特に、車両のタイヤのトレッド中の応力の測定に基づく水の高さの推定計算に関する。

ハイドロプレーニングの到来を適切に見極めるために道路上に存在する水の高さをリアルタイムで推定できることは、実際に有用である。

ハイドロプレーニングは、道路を構成する地面と、地面と接触状態にあるタイヤトレッドの部分との間に或る量の水が瞬間的に存在することによって特徴付けられる。この場合、水の存在により形成される膜は、この接触の全て又は何割かを失わせてグリップがもはや存在せず、したがって、力はもはや車両と道路との間で伝わらない。

地面と接触状態にあるタイヤトレッドの全て又は一部と道路との間で流れる水の流量が、舗装道路の特徴及びタイヤの特徴が除去することができる水の流量よりも多くなると、これら２つの表面相互間に水の膜が生じる。この飽和効果は、道路上に存在する水の高さ及び車両の速度に依存する。

駆動力を加えることによる加速の際、制動力を加えることによる減速の際又は方向転換の際におけるハイドロプレーニングの作用効果は、かなり高く、車両の制御の部分的又は完全な喪失を招く場合がある。したがって、濡れた表面上を走行する場合、ハイドロプレーニングの条件を予測できるようにすることは、最重要である。

車両の運転手には、部分的又は完全なハイドロプレーニングの到来に先立つ警告としての徴候は与えられず、危険は、突然であってこれを予測することができない。

加うるに、水の高さの測定は、例えば車両のアンチロックブレーキシステム（antilock braking system：ＡＢＳ）、駆動輪のアンチスキッドレギュレーション（antiskid regulation：ＡＳＲ）、トラジェクトリーコントロール（trajectory control：ＥＳＰ）又は他の制御若しくはモニタ形態、例えばタイヤ圧力のモニタ形態を制御するために用いられる種々の電子支援装置によって考慮に入れることができる情報である。かかる情報を例えばグリップの測定と結び付けると、これら装置の有効性をリアルタイムで大幅に向上させることができる。

ハイドロプレーニングを検出することが、特許文献である米国特許第５，５０２，４３３号明細書から知られてはいるが、道路の地面上における水の高さの考慮又は推定に関する情報が集められることはない。この特許文献は、タイヤの下で生じるハイドロプレーニング現象を観察することを記載しているだけであり、この場合、このハイドロプレーニング現象を定量化することはできず、又、この現象の発端の主要なパラメータのうちの１つを測定することさえもできない。

以下において、別段の指示がなければ、以下の意味が一般的に当てはまる。
−「見掛けの接触領域」という用語は、１つ又は複数個のトレッドセンサがゼロではない信号を与えるタイヤトレッドの部分を意味する。
−「直接接触領域」という用語は、地面とトレッドの接触が直接接触であるタイヤトレッドの部分を意味する。
−「間接接触領域」という用語は、水の膜がトレッドと地面との間に存在するタイヤトレッドの部分を意味する。

米国特許第５，５０２，４３３号明細書

本発明の要旨は、道路の濡れた地面上に存在すると共にこのウェット路上を走行している車両のタイヤのトレッドと接触状態にある水の高さ（ｈ_ｗ）を推定する方法であって、タイヤのトレッドが、１つ又は２つ以上のセンサを備え、センサは各々、タイヤが地面上を転動しているときにトレッドが局所的に受ける応力の固有量を測定することができる方法にある。この方法は、次のステップ、即ち、
−タイヤが地面上を転動しているときに固有量を測定するステップと、
−これらの測定値に対応した信号を生じさせるステップと、
−タイヤと地面との見掛けの接触領域中への１つ又は２つ以上のセンサの入り込みに関連した信号の部分を抽出するステップと、
−タイヤトレッドと地面との見掛けの接触領域のうちの間接接触域の長さに関連した瞬時値（ΔＬ）を情報から導き出すステップと、
−導き出した瞬時値を考慮に入れた計算から水の高さ（ｈ_ｗ）を推定するステップとを有する。

センサによって測定される固有量は、有利には、タイヤトレッドが道路の平面に垂直な方向に受ける圧縮力に固有であるのが良い。

この場合、瞬時値を導き出すステップは、
−部分が２つの連続した平坦域を含む場合、瞬時値が見掛けの接触領域の入口側における第１の平坦域の長さ（ΔＬ）の測定値であり、
−部分が単一の平坦域を含む場合、瞬時値がゼロであるようなステップである。

センサによって測定される固有量は又、タイヤトレッドが受ける縦剪断応力に固有であるのが良い。

この場合、瞬時値を導き出すステップは、
−部分が接触領域の入口側に２つの連続した正のピークを含む場合、瞬時値が２つのピークの最大を互いに隔てる長さ（ΔＬ）の測定値であり、
−部分が単一の正のピークを含む場合、瞬時値（ΔＬ）がゼロであるようなステップである。

また、タイヤトレッド内に埋め込まれたセンサは、タイヤトレッドが受ける垂直圧縮力の固有量と縦剪断応力の固有量の両方を測定するのが良い。

この場合、瞬時値（ΔＬ）の推定値は、有利には、垂直圧縮力の信号及び縦剪断応力の信号から導き出された推定値の重み付き平均である。
有利には、水高さ（ｈ_ｗ）は、図表を用いて瞬時値（ΔＬ）から導き出される。

かかる図表は、種々の水高さに関してタイヤブロックの圧縮力又は縦剪断応力の固有信号の測定を実施することにより実験的に確立できる。

また、水高さ（ｈ_ｗ）を、次の方程式、即ち、

を用いて導き出すことができ、上式において、ｈ_ｗは、推定水高さであり、ΔＬは、瞬時値であり、Ｋは、タイヤと関連した定数である。

係数Ｋは、有利には、所与のタイヤに関して一定であるクートニー（Koutny）の移行ゾーン半径（Ｒ_Ｋ）によって推定できる。本発明者は、クートニー（Koutny）モデルと呼ばれている単純な幾何学的モデルを用いてベルト曲率のばらつきを表すことができる。クートニーモデルは、３本の接線方向円弧を含む。１本の円弧は、タイヤの上方部分の曲率に対応し、２つの円弧は互いに同一であって、接触領域に入ったり出たりする際のタイヤ曲率に対応する。接触経路の長さ及びベルトの不変長さが分かれば、このモデルは、Ｒ_Ｋを計算することができる。クートニー移行ゾーン半径は、タイヤの技術分野における当業者には周知である。

有利には、本発明の方法は、ハイドロプレーニングの程度を水高さ（ｈ_ｗ）及び車両の速度から推定することによって補完できる。この推定値は、有利には、種々の水高さに関して量１−Ｓ／Ｓ_０と速度を関連付ける実験図表から得られ、この場合、
−第１の表面Ｓは、車両の所与の速度状態において濡れた地面上で測定されたタイヤトレッドの瞬時直接接触領域を定め、
−第２の表面Ｓ_０は、同じ地面が乾いた状態で且つ（或いは）ハイドロプレーニングが始まることができないことを保証する車両の低い速度に関してタイヤトレッドの最大理想直接接触領域を定める。

本発明の要旨は又、道路の濡れた地面上に存在すると共にこの濡れた地面上を走行している車両のタイヤのトレッドと接触状態にある水の高さ（ｈ_ｗ）を推定する装置であって、
−タイヤを有し、タイヤのトレッドが、１つ又は２つ以上のセンサを備え、センサは各々、地面上を転動するタイヤトレッドが局所的に受ける応力の固有値を測定することができ、
−固有量の測定値に対応した信号を送信する手段を有し、
−送信された信号から、地面上を転動しているタイヤの接触領域に関する１つ又は２つ以上のセンサの通過回数又は通過時間に対応した信号部分を抽出することができる信号処理ユニットを有する装置にある。

この装置は、抽出した信号に基づいて信号処理ユニットで本発明の方法を実施するプログラムを含む。

本発明の内容は、以下の説明を読むと共に本願に添付された図面を参照すると明確に理解されよう。図面は、説明のために与えられているに過ぎず、本発明を限定するものではない。

図１は、トレッド２を備えたタイヤの部分軸方向断面を極めて概略的に示している。このトレッドは、弾性非空気圧タイヤのトレッドに相当するものであっても良い。

タイヤのトレッドの外面は、滑らかではないが、通常、ウェット路上での水排出を容易にするための多くの長手方向溝４及び横方向又は実質的に横方向の溝を有している。長手方向及び横方向溝は、路面に接触するゴムのブロックを構成すると共にタイヤのトレッドパターンに相当している。図１は、ゴムブロック３は、長手方向溝４と２つの横方向溝（図示せず）の間に位置している。

これらブロック３の中には、応力センサ５（又は、別の等価な量の検出のためのセンサ）を有するものがある。このようにして得られるものは、測定ブロックである。このセンサ５は、測定ブロック３のベース内に且つタイヤ構造体の補強プライ６の上方に埋め込まれている。センサ５をタイヤの寿命の間、摩耗を受けないタイヤゴムの塊の中に配置することが望ましい。このようにすると、タイヤの寿命全体を通じて測定が可能である。本発明によれば、応力を測定するセンサは、好ましくは、図１のｙ軸に沿ってタイヤの幅の中心のところ、即ち、その２つの肩相互間に設けられたブロック３上に配置される。しかしながら、このセンサを肩上に配置することは、本発明の範囲内で容易に実施できる。

これらセンサの目的は、タイヤトレッド２の受ける応力（又は力）若しくは、変形例によれば、このトレッド２の変位又は実際には歪を測定できることにある。

用いられるセンサは、種々の技術に従って動作し、これらセンサは、圧電又は圧電抵抗計器又はキャパシタであるのが良い。かくして、例えば、ホール効果センサと磁気要素を組み合わせることが可能であり、この組立体全体は、タイヤのゴム内に埋め込まれる。これらセンサについて用いられる技術に関するそれ以上の詳細に関しては、読者は、特許文献である米国特許第６，６６６，０７９（Ｂ）号明細書を参照するのが良く、この特許文献は、タイヤに用いられる種々の応力センサの説明を記載している。

図２は、本発明の測定装置を示しており、この測定装置は、応力を測定するセンサ５及び信号を信号処理ユニット８に送信する手段７を有している。処理モジュール８は、好ましくは、車両内に設置される。変形例では、このモジュール８をタイヤそれ自体の中に配置しても良い。この変形例では、処理済み信号を車両の運転手に送信する手段を必要とする。

また、当業者であれば、信号をタイヤと車両との間で送信する送信手段について種々の考えられる形態を知っているであろう。この目的のため、読者は、特許文献である欧州特許第１，３５０，６４０（Ａ）号明細書を参照するのが良く、この特許文献は、特にタイヤ内に埋め込まれたアンテナを記載している。このアンテナは、実際のトレッド２内に位置決めされ、ケーブルを介してセンサ５に接続されている。

これは、動力信号用の四分の一波長タイプ又は周波数変調若しくは振幅変調タイプの電界アンテナであるのが良い。この場合、車両に固定された一次アンテナがタイヤ内に配置された二次アンテナに向くようにして、インダクタンス効果により、例えば自動車のバッテリに接続された一次アンテナからの出力を二次アンテナに送ってエネルギーを測定センサ５に送り届けるようにすることも可能であることを指摘することは有用である。センサ５と共にトレッド２内にあらかじめ成形されているインサート内に挿入されたマイクロバッテリも又、この機能を実行することができる。

図２では、応力測定値に対応した信号は、アンテナ９によってピックアップされた後、手段７を介して処理ユニット８に送信される。

さらに、センサ５の動作は、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）タイプの電子測定回路、例えば上述したような供給システム及び測定値を符号化するシステムを介して実行可能であり、測定値の伝送前のこの全ては、分析されるべき信号となる。アンテナ９は、内部接続バス１０を介して処理ユニット８のマイクロプロセッサ９．１に接続されている。

処理ユニット８は、プログラムメモリ１１を有する。格納されたプログラムにより、種々のプログラムセクションに従って、水高さｈ_ｗに関する情報が得られるまで信号を処理することができる。情報がいったん得られると、接続バス１０を介して、これは、実際の車両内部に配置された表示装置１２上に表示できる。

例えば、この表示装置１２は、相対的且つ容易に翻訳可能なデータを表示するダイヤル（目盛り板）の形態をしている。これは、本来の水高さデータが車両の運転手にとっての重要性が限られたものであるに過ぎないものである場合があるからである。したがって、運転手にとって最も重要なことは、水高さを知って自分の車両の速度を減少させ又は自分の運転の仕方を適合させ、例えば、よりソフトな運転にすることにより自分の車両の速度を調節することである。情報は、例えば、測定した水の高さが低いことを指示する緑色ゾーン、水高さが相当高くて運転にとって危険であることを指示する琥珀色ゾーン及び最後に、水高さが限界であると見なされることを指示する赤色ゾーンの形態をしているのが良い。

水高さｈ_ｗに関する情報又は水高さ情報も又、追加的に又はそれのみの状態で、車両上に現在存在する種々のアクティブな安全装置１２．１に伝送するのが良い。

これら装置は、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、トラジェクトリーコントロール（ＥＳＰ）又はアンチスキッド（ＡＳＲ）装置である。これら装置１２．１は、即座に且つ種々の基準に従って、道路上におけるタイヤの挙動を考慮に入れる。したがって、上述の装置は、道路上における水の高さを考慮に入れる追加の基準を取り入れることが有利である。

かくして、これら種々のアクティブな安全装置１２．１は、タイヤの前及び（又は）タイヤの下に存在する水の高さｈ_ｗを考慮に入れることにより、これら安全装置の感受性を向上させることができる。

図３は、道路に相当する地面に沿って転動するタイヤ１のトレッド２の関数として垂直応力測定値によって得られた信号に対応した数本の曲線を示している。これら種々の曲線は、種々のタイヤ転動速度に対応している。ｙ軸上の尺度又は目盛りは、恣意的であり、測定センサによって与えられた値（単位は、ボルト）に対応している。ｘ軸上には、問題の測定値のオーダーナンバーから始まる接触領域中の測定点の位置が示されている。サンプリングは、１回転当たり５１２回の測定で行われる。これらオーダーナンバーは、測定点の方位に直接関連付けられる。

かくして、一周全体の直線展開、即ち、道路上における問題のタイヤの一回転全体の直線展開は、問題の例では、ｘ軸上において５１２個の測定点に相当している。

図３は、僅かなずれを無視すれば、測定信号が信号の開始時及び終了時においてほぼゼロの振幅を有していることを示している。単純化して言えば、地面に垂直な応力を測定する場合、これら信号の振幅が正である測定信号の部分を「見掛けの接触領域」と称する。測定信号の正の値は、ゴムブロック３の圧縮に対応し、負の値は、ゴムブロックの伸長に対応している。

図３では、道路上の２ｍｍの所定の水高さについて信号を実験で得た。測定した応力は、タイヤ１のトレッド２、より正確に言えば、タイヤ内に設けられたセンサ５が道路の平面に垂直な方向に沿って道路の平面との接触領域内を通過する際にセンサ５が受ける圧縮応力に対応した応力である。

図３の曲線１３は、低いタイヤ転動速度、即ち８ｋｍ／ｈの場合の応力測定値に対応した信号を表している。この低い速度では、道路上における水の高さの存在は、垂直応力信号には影響を及ぼさず、この速度で検出された信号は、完全に乾いた道路上で見受けることができる信号に一致している。かくして、１つ又は複数の応力センサが道路の地面とのトレッドの直接接触領域の外側に位置している場合、測定された応力は、実質的にゼロである。負の応力測定値に対応した曲線の部分は、地面上の圧縮領域から出てタイヤの自然な曲率に戻っているときのタイヤの区分に相当している。

上述の定義を用いると、見掛けの接触領域Ａ_ａの長さ（これは、この場合、直接接触領域Ａ_ｄでもある）をＡ_ａとして指示された曲線１３の部分によって推定することが可能である。

水高さが同じ２ｍｍである場合、それぞれ速度が５０ｋｍ／ｈ、６０ｋｍ／ｈ、７０ｋｍ／ｈの場合に曲線１４，１５，１６を実験で得た。これら曲線は、曲線１３の形態とは実質的に異なる形態を有している。全ての曲線を接触領域の後ろ寄りで応力が再びゼロを通る点に合わせて標準化すると、見掛けの接触領域Ａ_ａは、接触領域の開始時には実質的に細長いことが理解できる。これは、最初の又は第１の平坦域（プラトー）を示し、その高さは、速度につれて増大する。この第１の平坦域の長さ又は瞬時値ΔＬは、間接接触領域Ａ_ｉ、即ち、水の膜がトレッドと地面との間に位置する領域の長さに一致していると推定することが可能である。また、直接接触領域Ａ_ｄの長さは、曲線１３の長さと比較して実質的に減少していることが理解できる。

間接接触領域Ａ_ｉの長さを推定することができるようにため、本発明の方法は、瞬時値ΔＬを求めることを提案する。図３は、第１の平坦域及び次に第２の平坦域と関連した２つの連続した立ち上がりフロント相互間のずれを求めるΔＬの決定方法を示している。曲線１４の場合に示されたこのずれは、実際には広い速度範囲内で速度につれて変化することはない値を有している。また、速度７０ｋｍ／ｈのところで得られた曲線１６は、解釈するのが困難な形態を有していることが理解でき、かかる形態では、２つの平坦域は、ほぼ同じ高さを有するように見える。これは、ハイドロプレーニングが非常に顕著になったことを指示している。

かくして、接触領域の伸びΔＬは、実際には、タイヤの転動速度とは無関係である。タイヤが例えば４０ｋｍ／ｈの速度で転動するやいなや問題の信号に第１の平坦域が存在することは、別の応力の出現に起因している。

これら別の応力は、トレッド２のｙ軸に沿うタイヤの幅全体にわたるタイヤの丁度前に存在する水の高さに起因している。かくして、この水の高さは、道路の地面との間のセンサの直接接触前に、道路の地面とタイヤのトレッド２との間に中間接触を生じさせるという効果を有する。

したがって、応力は、地面とタイヤのトレッド２との間に常時生じるが、水の高さが形成する液体要素を介して生じる。したがって、信号上に得られる第１の平坦域は、この水の高さに対応した液体要素を介して地面上の応力を検出するセンサの平坦域である。したがって、この信号は、タイヤブロックに対して水により与えられる抵抗（静水圧）を表し、この抵抗は、Ｐ〜１／２ρＶ^２に従って転動速度で決まる（ρは、密度であり、Ｖは、転動速度である）。低い速度では、存在する水の高さは、測定された信号に同一の第１の平坦域をもたらす効果を持たない。というのは、センサを対応の水の容積中に導入するには、液体要素の部分に十分な抵抗又は張力を生じさせ、その結果、かなり大きな応力を生じさせるのに十分な速度が必要だからである。

図４には、ｙ軸及びｘ軸上に、それぞれ、図３の場合に記載された同一のパラメータがプロットされており、又、それぞれの曲線１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａは、８ｋｍ／ｈ、３０ｋｍ／ｈ、４０ｋｍ／ｈ、５０ｋｍ／ｈのタイヤ転動速度に対応しているが、道路上の水高さが８ｍｍの場合である。

低速（８ｋｍ／ｈ）では、曲線１３ａは、水高さが２ｍｍの場合に得られた曲線１３と酷似している。これよりも高い車両速度、この場合、３０ｋｍ／ｈ、４０ｋｍ／ｈ及び５０ｋｍ／ｈの場合、道路上の接触領域の伸びΔＬが、再び観察される。これら結果は、図３に示す結果をもたらすタイヤ、この場合、ミシュラン・エナジー（Michelin Energy）１９５／６５Ｒ１５ＸＨＩタイヤに厳密に一致した使用済みタイヤに関して得られる。

後者の場合、接触領域の伸びΔＬは、水高さが２ｍｍ未満の場合に得られた伸びよりも大きい。また、この場合、水高さが８ｍｍの場合に得られた伸びΔＬも又、いったん検出されても、十分に高い速度により、タイヤの転動速度には依存しないことが観察される。

しかしながら、その長さは、長い。というのは、前に存在する水の高さは、タイヤトレッドの幅と比較して大きいからである。

かくして、タイヤのトレッドと道路の地面との間のこの液体媒体の存在によって確立される接触は、タイヤにも高いところで確立され、したがって、早期である。したがって、センサは、地面とタイヤ１のトレッド２との間の見掛けの間接接触領域に相当する部分内に早期に入る（というのは、これは、水の膜を介して起こるからである）。したがって、接触領域の伸びΔＬに対応した信号の部分は、大きい。

この場合、２２５に近い測定インデックスから始まり、接触は、この場合も又、地面とトレッドとの間の直接接触であり、曲線１４ａ，１５ａ，１６ａに関する応力信号は、図３の曲線１４，１５，１６について得られた応力信号と実質的に同一である。

したがって、道路の地面との接触領域内へのトレッドセンサの入り込みは、２つの部分、即ち、道路の地面とのセンサの接触部に対応しているが、推定することが望ましい水の高さに対応した液体要素を介する第１の部分（Ａ_ｉ）及び道路の地面とのセンサの直接接触に対応した第２の部分（Ａ_ｄ）を有する。

図５では、曲線１７，１８，１９，２０は、それぞれ、地面上のタイヤの８ｋｍ／ｈ、５０ｋｍ／ｈ、６０ｋｍ／ｈ、７０ｋｍ／ｈの速度に関して得られている。これら曲線は、トレッドのｘ軸沿いに関し、即ち、地面上におけるタイヤの周方向転動方向に沿いについてｙ軸上にプロットされた剪断応力を示すと共に全てトレッドに沿ってｘ軸上にプロットされた測定点を示している。この場合、トレッドの一部だけが示されており、これは、重要な測定値に対応している。

この場合も又、低速、この場合８ｋｍ／ｈでは、曲線１７上にそれぞれ得られた応力信号は、乾燥しており又は濡れているが水の高さが無い道路に関して得られた応力信号とほぼ同じ又は実質的に同じである。応力センサが納められた測定ブロック３が地面と接触した時点で、記録された剪断応力は、正であり又は駆動状態であり（転動方向に差し向けられた応力）、最大又はピーク２１を通り、次に、時間の残部の間、センサは、地面との接触領域内に存在し、剪断応力は、負に向かって又は制動値に向かって動き、即ち、タイヤの転動方向とは逆に動く。最後に、接触領域を出ると、トレッド２の受ける応力は、再び実質的にゼロになる。この「Ｓ字形信号」は、当業者には周知の地面と接触状態にある空気圧タイヤトレッドの従来の仕組みに相当している。

曲線１８，１９，２０にそれぞれ対応した５０ｋｍ／ｈ、６０ｋｍ／ｈ、７０ｋｍ／ｈの相当高い速度の場合、同一の物理的現象に対応したピーク２１が見え、これと共に、ピーク２１前に検出される予想ピークと呼ばれるピーク２１ａが見える。正の応力のこの予想第１ピーク２１ａが高ければ高いほど、速度がそれだけ一層高くなる。図３及び図４の場合に上述した理由とほぼ同じ理由で、この第１ピーク２１ａの出現は、タイヤトレッド２と地面との間に存在する水の高さ内への縦応力センサの十分に高い温度での入り込みに起因する。

次に、所与の曲線の２つのピーク２１ａ，２１相互間の距離ΔＬを測定する場合、この距離ΔＬは、検討中の曲線の全て、即ち、曲線１８，１９，２０に関して実質的に同一である。したがって、圧縮応力の場合と同様、このΔＬ値は、タイヤの転動速度とは無関係である。

かくして、両方の種類の応力（圧縮応力及び剪断応力）について接触領域の伸びを表す選択された瞬時値は、同一であり、即ちΔＬである。

図６では、８ｋｍ／ｈ、３０ｋｍ／ｈ、４０ｋｍ／ｈ、５０ｋｍ／ｈの速度に関し、且つ高い水高さ、即ち８ｍｍの場合に検討される曲線１７ａ，１８ａ，１９ａ，２０ａに関し、速度が３０ｋｍ／ｈよりも高い場合に識別される２つの第１ピーク相互間の距離ΔＬのこの瞬時値は、大きい。それにもかかわらず、この瞬時値は、この同一の水高さの場合に検討される速度全てに関して一定のままである。

２つの縦応力ピーク相互間の距離ΔＬの伸びの理由は、図３及び図４の場合に上述した理由と同一である。液体媒体を介するタイヤと地面との間の接触領域内へのセンサの高く、したがって早期の入り込みが、確立される。

水の高さに相当する液体媒体を介する縦応力センサと地面との間に確立される接触領域の第１の部分は、タイヤの速度が十分に高い場合、測定可能である。これは、タイヤと道路との間の相対速度により、十分に大きな張力又は圧力が問題の水の体積について存在しなければならないからである。

かくして、図３〜図６で検討した４本の曲線に関し、図面とトレッド２との間の直接接触領域と間接接触領域の両方に相当する全接触領域は、相当大きな圧縮力値又は剪断応力値について見受けられる。液体媒体を介し又は道路の地面との直接的なこの全接触領域の外側に表示された値は、実質的にゼロである。

本発明の装置を示す図２に戻ってこれを参照すると、処理ユニット８のプログラム１１のサブプログラム２３が、センサによって受け取られ、実質的にゼロではない、例えば代表的には絶対値で表されたしきい値よりも大きな応力信号に相当する信号の部分を抽出するために用いられる。

かくして、圧縮応力に関し、トレッド２の接触領域中に入る１つ又は２つ以上のセンサに相当する信号の部分の抽出は、１つのセンサ（又は複数のセンサ）が相当大きな応力測定信号を放出する際に信号を抽出することにほかならず、信号のこの部分の持続時間は、接触領域を通るセンサの通過時間に相当している。

この場合、メモリ１１は、データ領域２４を有する。このデータ領域２４は、乾いた地面上で又は低速で、第１の軸線ｚに従って圧縮応力について得られた信号のデータを格納している。これら応力は、道路の平面との接触領域に入る際にタイヤ１のトレッド２が受ける圧縮応力に一致している。

次に、サブプログラム２５を用いて、プログラム２３によって抽出された信号のデータとデータ領域２４内に格納されているデータの比較を行って接触領域を通るセンサの通過時間の差を求める。

プログラム２６のコンピュータ処理区分は、一回転当たりの測定回数及び転動速度が既知であれば、単純な三数法（三の法則）により、接触領域の伸びΔＬの瞬時値２２を計算する。

剪断応力に対応した信号を検討するため、相当大きなしきい値、例えば１ボルトの１／１０００よりも大きな正の量に関する信号の部分を抽出し、この場合、サブプログラム２６は、車輪回転中に受け取った信号の２つの正のピーク値相互間のセンサの存在期間を考慮に入れる。かくして、上述したのと同じ仕方で、サブプログラム２６は、車輪一回転当たりのセンサの測定回数及び（又は）走行速度を知った上で、２つのピーク相互間の距離の値に相当する瞬時値２２ΔＬを直接計算する。

図７は、道路上で局所的に扁平に（平べったく）なった領域を有するタイヤ及び更にタイヤの前に位置する水の存在を示している。

水のこの存在は、水高さｈ_ｗとして定められ、この水の存在は、タイヤの周囲に沿って、２つの点、即ち、水がタイヤに接触するが、応力センサを有するタイヤの縁部がまだ道路の地面には接触していない第１の点２７及び水が地面とタイヤの両方に接しているが、タイヤのトレッド２が地面に接触する第２の点２８を定める。

これら２つの点相互間のタイヤの曲率は、クートニー移行ゾーン半径Ｒ_Ｋと呼ばれ、実質的にタイヤの半径とは異なるが、道路との接触状態にあるタイヤが扁平になっていることを考慮に入れた当業者には周知の半径に合致し、このことは、接触領域への入口及びこれからの出口のところの曲率半径がタイヤの上方部分とは異なっていることを意味している。

道路を表す地面上への点２７の正投影を行って、次に、接触領域の伸びΔＬに相当する地面に沿う距離をこの正投影像と点２８との間で求める。

地面とのトレッドの接触領域のこの伸びΔＬは、液体媒体を介して且つ十分に高い速度の場合にセンサ５によって測定された伸びに実質的に一致している。

この幾何学的モデルは、次の公式、

又は次の公式、

に従ってΔＬとｈ_ｗとの間の三角関数の関係をもたらす。

次に、処理ユニット８のメモリ１１内のコンピュータプログラム２９が、この公式及び瞬時値２２ΔＬの知識から、水高さｈ_ｗの推定値を決定する。

図８は、上述の理論的公式により且つ瞬時値２２ΔＬ（上述の方法の実施中に測定された応力から得られる）を知ることによって得られた水高さと実際に測定された場合との突き合わせ結果を示しており、実際に測定された場合では、水高さは、実際には２又は８ｍｍである。この図は、上述の三角関数の公式を用いてΔＬから始まってｈ_ｗの推定値をモデル化することが非常に妥当であることを示している。というのは、ΔＬ及びｈ_ｗは、上述の実際の分析的測定の場合に上述の公式に十分当てはまるからである。

また、コンピュータプログラム３０が、圧縮応力を用いて得られ、加うるに、例えば２種類の情報の厳密な平均又は重み付き平均に従って剪断応力を用いて得られた水高さの計算の平均値を求めるために用いられる。この後者のプログラム３０は、この場合、水高さを推定する上で計算の堅実さを向上させることができる。

図９は、ハイドロプレーニングの現象学的特徴をタイヤの転動速度Ｖの関数として且つそれぞれ２通りの水高さ２ｍｍ及び８ｍｍの場合に示す量１−Ｓ／Ｓ_０の変化を示している。

この量又は比の中に示された表面Ｓは、タイヤトレッドと濡れた地面との間の測定された瞬時直接接触領域を定めている。直接接触領域は、道路の地面の構成材料とタイヤトレッドの構成材料との間の領域に相当し、この場合、中間物質は存在せず、即ち、地面と地面上を転動するタイヤトレッドの部分との間に水の膜は生じ得ない。

かくして、或る特定の水の高さを有する道路に関し、この直接接触領域は、ハイドロプレーニングの到来を特徴付ける水の膜が生じ始めるという事実によって減少する。

第２の表面Ｓ_０は、タイヤトレッドと乾燥時の同一の路面との間の直接接触領域を定め、又は、車両速度が低い場合におけるタイヤトレッドと濡れた地面との間の接触領域を定める。

これは、後者の場合、車両の速度が低いことは、車両の１本又は複数本のタイヤの前に存在する水の低い抵抗を保証するだけでなく、特に、タイヤトレッド上のパターンがタイヤと地面との間の水を排出する長い期間にわたり作用し、かくして、水の膜の形成又はその形成の到来を阻止することを可能にするからである。

したがって、表面Ｓ_０は、タイヤが速度及び水の高さとは無関係に道路上で生じさせることができる最大直接接触表面である。

したがって、量１−Ｓ／Ｓ_０は、たとえ道路上に水の高さがある場合でもハイドロプレーニングが存在していない状態ではゼロであるが、しかしながら、この場合、０〜約２０ｋｍ／ｈの低い速度の場合、タイヤの下に完全なハイドロプレーニングが存在している場合には１に等しい。

この図は、ハイドロプレーニングに対する速度及び水高さの非常に強い影響を示している。道路上の水高さが２ｍｍの場合（点線で示された曲線参照）、２０％のハイドロプレーニングしきい値に１１５ｋｍ／ｈの速度で達し、これに対し、水高さが８ｍｍの場合（実線による曲線参照）、このしきい値に６０ｋｍ／ｈで達する。

かくして、ハイドロプレーニング現象は、量１−Ｓ／Ｓ_０によって正しく表されて特徴付けられる。

本発明は、説明すると共に図示した例には限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、かかる例の種々の改造例を想到できる。

タイヤのトレッド内のセンサの略図である。 本発明によって提案された装置を示す略図である。 種々の転動速度の関数として規定された水高さが２ｍｍの場合のタイヤの接触領域における垂直応力の測定値の記録を示す曲線のグラフ図である。 種々の転動速度の関数として規定された水高さが８ｍｍの場合のタイヤの接触領域における垂直応力の測定値の記録を示す曲線のグラフ図である。 種々の転動速度の関数として規定された水高さが２ｍｍの場合のタイヤの接触領域における縦応力の測定値の記録を示す曲線のグラフ図である。 種々の転動速度の関数として規定された水高さが８ｍｍの場合のタイヤの接触領域における縦応力の測定値の記録を示す曲線のグラフ図である。 水高さとタイヤの見掛けの接触領域の伸びの比の略図である。 水高さと接触領域の伸びを関連させる理論値と実験値の比較図である。 タイヤの速度の関数として２ｍｍ及び８ｍｍの２通りの水高さに関する量１−Ｓ／Ｓ_０を示す曲線のグラフ図である。

符号の説明

１ タイヤ
２ トレッド
４ 溝
５ センサ
６ 補強プライ
８ 信号処理ユニット又はモジュール
９ アンテナ
９．１ マイクロプロセッサ
１０ 内部接続バス
１１ プログラムメモリ
１２ 表示装置
１２．１ アクティブ安全装置

Claims (12)

1. 道路の濡れた地面上に存在すると共にこのウェット路上を走行している車両のタイヤのトレッド（２）と接触状態にある水の高さ（ｈ_w）を推定する方法であって、前記タイヤの前記トレッドが、１つ又は２つ以上のセンサ（５）を備え、前記センサは各々、前記タイヤが地面上を転動しているときに前記トレッドが局所的に受ける応力の固有量を測定することができる、方法において、
   −前記タイヤが地面上を転動しているときに前記固有量を測定するステップと、
   −これらの測定値に対応した信号を生じさせるステップと、
   −前記タイヤと前記地面との見掛けの接触領域中への前記１つ又は２つ以上のセンサの入り込みに関連した前記信号の部分を抽出するステップと、
   −前記タイヤトレッドと前記地面との見掛けの接触領域のうちの間接接触域の長さに関連した瞬時値（ΔＬ）を前記情報から導き出すステップと、
   −導き出した前記瞬時値を考慮に入れた計算から前記水の高さ（ｈ_w）を推定するステップとを有する、方法。
2. 前記センサ（５）によって測定される前記固有量は、前記タイヤトレッドが前記道路の平面に垂直な方向に受ける圧縮力に固有である、請求項１記載の方法。
3. 瞬時値を導き出す前記ステップは、
   −前記部分が２つの連続した平坦域を含む場合、前記瞬時値が前記見掛けの接触領域の入口側における前記第１の平坦域の長さ（ΔＬ）の測定値であり、
   −前記部分が単一の平坦域を含む場合、前記瞬時値がゼロであるようなステップである、請求項２記載の方法。
4. 前記センサ（５）によって測定される前記固有量は、前記タイヤトレッドが受ける縦剪断応力に固有である、請求項１記載の方法。
5. 瞬時値を導き出す前記ステップは、
   −前記部分が前記接触領域の入口側に２つの連続した正のピークを含む場合、前記瞬時値が２つの前記ピークの最大を互いに隔てる長さ（ΔＬ）の測定値であり、
   −前記部分が単一の正のピークを含む場合、前記瞬時値（ΔＬ）がゼロであるようなステップである、請求項４記載の方法。
6. 前記センサ（５）は、前記タイヤトレッドが受ける前記垂直圧縮力の固有量と前記縦剪断応力の固有量の両方を測定し、前記瞬時値（ΔＬ）の推定値は、前記垂直圧縮力の信号及び前記縦剪断応力の信号から導き出された推定値の重み付き平均である、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の方法。
7. 前記水高さ（ｈ_w）は、図表を用いて前記瞬時値（ΔＬ）から導き出される、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の方法。
8. 前記水高さ（ｈ_w）は、次の方程式、即ち、
   

   

   を用いて導き出され、上式において、ｈ_wは、推定水高さであり、ΔＬは、瞬時値であり、Ｋは、タイヤと関連した定数である、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の方法。
9. 前記係数Ｋは、クートニー（Koutny）の移行ゾーン半径（Ｒ_K）である、請求項８記載の方法。
10. ハイドロプレーニングの程度を前記水高さ（ｈ_w）及び前記車両の速度から推定する補完的ステップを有する、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の方法。
11. 前記測定される固有量は、応力である、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の方法。
12. 道路の濡れた地面上に存在すると共にこの濡れた地面上を走行している車両のタイヤのトレッド（２）と接触状態にある水の高さ（ｈ_w）を推定する装置であって、
    −タイヤを有し、前記タイヤのトレッドが、１つ又は２つ以上のセンサ（５）を備え、前記センサは各々、前記地面上を転動する前記タイヤトレッドが局所的に受ける応力の固有値を測定することができ、
    −前記固有量の測定値に対応した信号を送信する手段を有し、
    −前記送信された信号から、前記地面上を転動している前記タイヤの接触領域に関する前記１つ又は２つ以上のセンサの通過回数又は通過時間に対応した信号部分を抽出することができる信号処理ユニットを有する、装置において、
    −前記抽出した信号に基づいて前記信号処理ユニットで請求項１〜１１のうちいずれか一に記載の前記方法を実施するプログラムを含む、装置。

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