JP5395477B2 - タイヤに作用する力の推定方法、及びそれに用いる空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、サイドウォール部におけるタイヤ歪を歪センサにより測定することにより、タイヤに作用する前後力、横力および上下力を推定する推定方法、並びにそれに用いる空気入りタイヤに関する。

近年、例えば図９に示すように、タイヤの一方側のサイドウォール部にｎ個の歪センサａをタイヤ周方向の異なる位置に取り付け、所定のタイヤ回転角度位置Ｑにてタイヤ歪を同時に測定するとともに、これによって得たｎ個の同時のセンサ出力ｔ_１〜ｔ_ｎによって、タイヤに作用する前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下力Ｆｚ（以下、これらを総称して３分力という場合がある。）をそれぞれ推定する技術が提案されている（例えば特許文献１参照。）。同図にはｎ＝４の場合が示されている。

ここで、各歪センサａが計測するタイヤ歪εは、前後力Ｆｘによる歪みεｘと、横力Ｆｙによる歪みεｙと、上下力Ｆｚによる歪みεｚとの和としてしか現れない。しかし、異なる周方向位置においては、前後力Ｆｘとその歪みεｘとの関係、横力Ｆｙとその歪みεｙとの関係、及び上下力Ｆとその歪みεｚとの関係が、周方向の位置毎に、それぞれ異なって現れるという特性を有する。従ってこの特性を利用し、異なる周方向位置で同時に測定したｎ個のセンサ出力ｔ_１〜ｔ_ｎを用いることにより、そのとき作用した３分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚをそれぞれ分離させて推定することが可能となるのである。

具体的には、この技術では、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下力Ｆｚをそれぞれ違えた事前の荷重付加試験を行い、タイヤが所定のタイヤ回転角度位置Ｑとなったときのタイヤ歪εを、荷重付加条件毎に前記ｎ個の歪センサによって同時に測定する。そして、これによって得たｎ個のセンサ出力ｔ_１〜ｔ_ｎと、そのときの荷重付加条件とからなる多くの荷重付加試験データを分析し、前後力Ｆｘとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_ｎとの関係式Ｆｘ＝ｆｘ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_ｎ）、横力Ｆｙとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_ｎとの関係式Ｆｙ＝ｆｙ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_ｎ）、上下力Ｆｚとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_ｎとの関係式Ｆｚ＝ｆｚ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_ｎ）を事前に求める。

そして実車走行においてタイヤが前記所定のタイヤ回転角度位置Ｑとなったときに実測する同時のセンサ出力ｔ_１〜ｔ_ｎを、前記事前の関係式に適用することにより、実測時にタイヤに作用した前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下力Ｆｚをそれぞれ推定することが可能となる。なお前記特許文献１では、前記関係式として、下記の行列式が例示されている。
┌Ｆｘ┐ ┌Ａ_１ Ｂ_１ Ｃ_１┐−１ ┌ｔ_１┐
│Ｆｙ│ ＝ │Ａ_２ Ｂ_２ Ｃ_２│ │ｔ_２│
└Ｆｚ┘ └Ａ_３ Ｂ_３ Ｃ_３┘ └ｔ_３┘

特開２００５−１２６００８号公報

しかしながら、従来の歪センサの配置の場合、前記三分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの推定精度を高めることが難しいという問題がある。その理由として、前後力Ｆｘによる歪センサの出力形態と、横力Ｆｙによる歪センサの出力形態とが似ているため、三分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを分離させることが難しくなり、前述の関係式の精度が低下するためと推測される。

例えば、従来の歪センサの配置の場合、タイヤに前後力Ｆｘが作用した時、図１０（Ａ）に概念的に示すように、各歪センサａ１〜ａ４では、それぞれ引張歪を検出する。又タイヤに横力Ｆｙが作用した時、図１０（Ｂ）に概念的に示すように、各歪センサａ１〜ａ４では、それぞれ引張歪を検出する。又タイヤに圧縮力Ｆｚが作用した時、図１０（Ｃ）に概念的に示すように、歪センサａ２、ａ３では引張歪を検出し、かつ歪センサａ１、ａ４では圧縮歪を検出する。その結果をまとめた表１に示されるように、前後力Ｆｘおよび横力Ｆｙでは、それぞれ各歪センサａ１〜ａ４が引張歪を検出するという似た出力形態を示している。その結果、荷重付加試験データを分析して事前の関係式を求める際に、歪みが前後力由来のものか横力由来のものか不明瞭となって誤差が大きくなり、前記関係式の精度を低下させると考えられる。

そこで本発明は、前後力、横力、上下力における歪センサの出力形態を互いに相違させることができ、事前の関係式の精度を高め、前後力、横力、上下力の推定精度を向上させうるタイヤに作用する力の推定方法、並びにそれに用いる空気入りタイヤ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におけるタイヤ歪を測定する歪センサのセンサ出力により、タイヤに作用する前後力、横力および上下力を推定する推定方法であって、
２つの歪センサから構成され、かつタイヤの少なくとも一方側のサイドウォール部にタイヤ周方向に間隔を隔てて取り付く３個以上のｎ個のセンサユニットと、
タイヤの回転角度位置を検出するタイヤ角度歪センサとが用いられ、
前記各歪センサは、１つの磁石と、この磁石に間隔を有して向き合う１つの磁気歪センサ素子との対によって形成され、
所定のタイヤ回転角度位置Ｑにおいて、各前記センサユニットの歪センサによってタイヤ歪を同時に測定することにより２ｎ個のセンサ出力をうる歪測定ステップと、
この歪測定ステップにより測定された２ｎ個のセンサ出力に基づいて、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙおよび上下力Ｆｚの推定値を求める演算ステップとを含み、
各前記センサユニットは、ゲインを最大とするゲイン最大線Ｋ１がタイヤ半径方向線に対して２０〜７０°の角度θ１でタイヤ周方向の一方側に傾く第１の歪センサと、ゲイン最大線Ｋ２がタイヤ半径方向線に対して２０〜７０°の角度θ２でタイヤ周方向の他方側に傾く第２の歪センサとから構成され、
この第１、第２の歪センサは、タイヤ周方向に隣り合いかつ前記ゲイン最大線Ｋ１、Ｋ２間の角度αが６０〜１２０°であり、
前記各センサユニットは、２つの前記磁気歪センサ素子間の間隔が２つの前記磁石間の間隔よりも大きいＶ字状配列であることを特徴としている。

又請求項５の発明は、サイドウォール部におけるタイヤ歪を測定したセンサ出力により、タイヤに作用する前後力、横力および上下力を推定するために用いる歪センサを具える空気入りタイヤであって、
２つの歪センサから構成され、タイヤの少なくとも一方側のサイドウォール部にタイヤ周方向に間隔を隔てて取り付く３個以上のｎ個のセンサユニットを具え、
前記各歪センサは、１つの磁石と、この磁石に間隔を有して向き合う１つの磁気歪センサ素子との対によって形成され、
各前記センサユニットは、ゲインを最大とするゲイン最大線Ｋ１がタイヤ半径方向線に対して２０〜７０°の角度θ１でタイヤ周方向の一方側に傾く第１の歪センサと、ゲイン最大線Ｋ２がタイヤ半径方向線に対して２０〜７０°の角度θ２でタイヤ周方向の他方側に傾く第２の歪センサとから構成され、
この第１、第２の歪センサは、タイヤ周方向に隣り合いかつ前記ゲイン最大線Ｋ１、Ｋ２間の角度αが６０〜１２０°であり、
前記各センサユニットは、２つの前記磁気歪センサ素子間の間隔が２つの前記磁石間の間隔よりも大きいＶ字状配列であることを特徴としている。

本発明は、一方側のサイドウォール部に、ｎ個のセンサユニットをタイヤ周方向の異なる位置に設けるとともに、各センサユニットを、ゲイン最大線Ｋ１、Ｋ２がタイヤ半径方向線に対して２０〜７０°の角度θ１、θ２でタイヤ周方向の一方側、他方側に傾き、しかもこのゲイン最大線Ｋ１、Ｋ２間の角度αを６０〜１２０°としたＶ字状配列の第１、第２の歪センサによって構成している。

このように第１、第２の歪センサを配置することにより、前後力、横力、上下力における歪センサの出力形態を互いに相違させることができる。その結果、荷重付加試験データを分析して事前の関係式を求める際、前後力Ｆｘとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_２ｎとの相関性、横力Ｆｙとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_２ｎとの相関性、上下力Ｆｚとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_２ｎとの相関性をそれぞれ高めることが可能となり、各関係式の精度、すなわち前後力、横力、上下力の推定精度を向上させることができる。

本発明のタイヤに作用する力の推定方法に用いる空気入りタイヤを示す断面図である。 （Ａ）はセンサユニットの一実施例を示す平面図、（Ｂ）はそのゲイン最大線の向きを示す側面図である。 センサユニットの取り付け位置を説明する略図である。 前後力が作用したときの各センサ位置におけるタイヤ歪みを説明する概念図である。 横力が作用したときの各センサ位置におけるタイヤ歪みを説明する概念図である。 前後力が作用したときの各センサ位置におけるタイヤ歪みを説明する概念図である。 本発明の他の実施形態におけるセンサユニットの配置を説明する略図である。 本発明のさらに他の実施形態におけるセンサユニットの配置を説明する略図である。 従来の歪センサの配置を説明するタイヤの側面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、３分力が作用したときの各センサ位置におけるタイヤ歪みを説明する概念図である。

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が配設される。

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、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、バンドコードをタイヤ周方向に対して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、少なくとも一方側のサイドウォール部３ａに、２つの歪センサ１０から構成される３個以上のｎ個のセンサユニットＧをタイヤ周方向に間隔を隔てて取り付けている。又車軸には、タイヤ１の回転位相角度を検出する例えばレゾルバ、エンコーダ等のタイヤ角度歪センサ（図示しない）を設けている。

本例では、図３に概念的に示すように、一方側のサイドウォール部３ａのみに、４個（ｎ＝４）のセンサユニットＧが、タイヤ軸芯ｉを中心とした一つの円周線ｊａ上に等間隔を隔てて取り付けられる場合が例示される。なお前記センサユニットＧを取り付ける領域Ｙ（図１に示す）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が好ましく、特には、前記距離Ｌをタイヤ断面高さｈの２０％、さらには１５％とし、前記中間高さ位置Ｍにより近い領域範囲が好ましい。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、前記センサユニットＧは、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ゲインを最大とするゲイン最大線Ｋ１がタイヤ半径方向線ｒに対して２０〜７０°の角度θ１でタイヤ周方向の一方側に傾く第１の歪センサ１０Ａと、ゲイン最大線Ｋ２がタイヤ半径方向線ｒに対して２０〜７０°の角度θ２でタイヤ周方向の他方側に傾く第２の歪センサ１０Ｂとから構成される。しかもこの第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂは、タイヤ周方向に隣り合いかつ前記ゲイン最大線Ｋ１、Ｋ２間の角度αを６０〜１２０°としたＶ字状配列をなす。なお前記タイヤ半径方向線ｒは、前記ゲイン最大線Ｋ１、Ｋ２の交点ｐを通る半径方向線を意味する。

前記第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ１つの磁石１１と、この磁石１１に間隔を有して向き合う１つの磁気歪センサ素子１２との対によって形成され、又前記センサユニットＧは、これら磁石１１、１１と磁気歪センサ素子１２、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２０として形成される。なお前記磁気歪センサ素子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、アモルファス歪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。又前記第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂでは、サイドウォール部３ａ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、前記第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂを製造するという観点から好適に採用できる。

ここで、前記センサユニットＧでは、各磁気歪センサ素子１２を半径方向内側に配するとともに、この磁気歪センサ素子１２、１２間の間隔を磁石１１、１１間の間隔よりも大とした半径方向内側開きのＶ字状配列とするのが好ましい。その理由は、もし磁気歪センサ素子１２、１２間の間隔が小（磁石１１、１１間の間隔が大）とした場合、即ち磁気歪センサ素子１２、１２間を近づけた場合には、各磁気歪センサ素子１２が受ける磁束密度が近くなる。その結果、２つの磁石１１のうちのどちらの磁石１１との距離が変化したかが、磁束密度の変化から判断できなくなり、測定精度を低下させる傾向を招く。又、もし磁気歪センサ素子１２が半径方向外側（即ちトレッド２側）に配された場合には、磁気歪センサ素子１２からの配線が長くなる。その結果、前記配線が走行によって路面と干渉しやすくなるなど、測定精度や配線の耐久性に不利を招く。又この場合、磁石１１が半径方向内側（即ちリム側）となるため、該リムが鉄などの磁性体で形成される場合には、磁界に変化が生じるため、測定精度に悪影響を及ぼす。

このように、２つの歪センサ１０Ａ、１０ＢをＶ字状配列させたセンサユニットＧのｎ個を、一方側のサイドウォール部３ａにおけるタイヤ周方向の異なる位置に設けている。そのため、下記に説明する如く、前後力、横力、上下力における歪センサの出力形態を互いに相違させることが可能となる。

なお説明を解りやすくするために、図３に示すように、まずタイヤ軸芯ｉを通って接地面に向かって垂直に下した垂直線を０°とするタイヤ軸芯ｉ廻りの座標系（ただしタイヤ回転方向の一方側Ｔをプラス（＋）とする）を採用し、０°の基準線Ｘ０からプラス側に順次並ぶセンサユニットＧを、１番目〜ｎ番目のセンサユニットＧ１〜Ｇｎとして区別するとともに、１番目のセンサユニットＧ１における第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂは、１番目の第１、第２の歪センサ１０Ａ１、１０Ｂ１として、又ｎ番目のセンサユニットＧｎにおける第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂは、ｎ番目の第１、第２の歪センサ１０Ａｎ、１０Ｂｎとして区別する。

そして、例えば図３に示すタイヤ回転角度位置Ｑ（１番目のセンサユニットＧ１の前記基準線Ｘ０からの位相角度βが４５°となるタイヤ回転角度位置）において、前記タイヤに前後力Ｆｘが作用したとき、図４に概念的に示されるように、１番目〜４番目の全ての第１の歪センサ１０Ａ１〜１０Ａ４では引張歪が検出され、又１番目〜４番目の全ての第２の歪センサ１０Ｂ１〜１０Ｂ４では圧縮歪が検出される。

これに対して、図５に概念的に示すように、前記タイヤ１に横力Ｆｙが作用したとき、１番目〜４番目の全ての第１、第２の歪センサ１０Ａ１〜１０Ａ４、１０Ｂ１〜１０Ｂ４において引張歪が検出される。又図６に概念的に示すように、前記タイヤ１に上下力Ｆｚが作用したとき、１番目、４番目の第１、第２の歪センサ１０Ａ１、１０Ａ４、１０Ｂ１、１０Ｂ４において圧縮歪が検出され、又２番目、３番目の第１、第２の歪センサ１０Ａ２、１０Ａ３、１０Ｂ２、１０Ｂ３において引張歪が検出される。

表２に、その結果をまとめて示す。この表２に示されるように、歪センサ１０Ａ、１０ＢをＶ字状配列させたセンサユニットＧを用いた場合には、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下力Ｆｚにおいて、それぞれ異なった出力形態をうることが可能となる。その結果、前後力Ｆｘとセンサ出力ｔ１〜ｔ２ｎとの相関性、横力Ｆｙとセンサ出力ｔ１〜ｔ２ｎとの相関性、上下力Ｆｚとセンサ出力ｔ１〜ｔ２ｎとの相関性をそれぞれ高めることが可能となり、各関係式の精度、すなわち前後力、横力、上下力の推定精度を向上させることができるのである。

なお、前記出力形態を相違させる効果は、前記表１の場合と対比することでより明確に理解できる。すなわち、上記のうちで、１番目、３番目のセンサユニットＧ１、Ｇ３のみが配される場合を想定する。この場合、歪センサの総数は、表１の場合と同様４つである。この場合、タイヤに前後力Ｆｘが作用したときには、１番目、３番目の第１の歪センサ１０Ａ１、１０Ａ３では引張歪が検出され、１番目、３番目の第２の歪センサ１０Ｂ１、１０Ｂ３では圧縮歪が検出される。又タイヤに横力Ｆｙが作用したときには、１番目、３番目の第１、第２の歪センサ１０Ａ１、１０Ａ３、１０Ｂ１、１０Ｂ３で引張歪が検出される。又タイヤに上下力Ｆｚが作用したときには、１番目の第１、第２の歪センサ１０Ａ１、１０Ｂ１で圧縮歪が検出され、３番目の第１、第２の歪センサ１０Ａ３、１０Ｂ３で引張歪が検出される。その結果をまとめた表３に示されるように、表１の場合と同様、歪センサの総数を４つとした場合にも、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下力Ｆｚにおいて、出力形態を互いに相違させうることが理解できる。

各歪センサ１０Ａ，１０Ｂには、測定されたタイヤ歪の出力を、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のが好ましい。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のデータを応答電波として発信しうる。

次に、前記３分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの推定方法を、前記空気入りタイヤ１を用いて説明する。
前記推定方法は、
（Ａ） 所定のタイヤ回転角度位置Ｑにおいて、各前記センサユニットＧの歪センサ１０Ａ、１０Ｂによってタイヤ歪εを同時に測定することにより２ｎ個のセンサ出力をうる歪測定ステップと、
（Ｂ） この歪測定ステップにより測定された２ｎ個のセンサ出力ｔに基づいて、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙおよび上下力Ｆｚのそれぞれの推定値を演算して求める演算ステップと、
を含んで構成される。

前記歪測定ステップでは、予め、タイヤ歪εを測定するためのタイヤ回転角度位置Ｑを設定しておき、走行中のタイヤ１が、このタイヤ回転角度位置Ｑとなったとき、２ｎ個の歪センサ１０Ａ、１０Ｂによってタイヤ歪εを同時に測定することにより、前記２ｎ個のセンサ出力ｔをうることができる。本例では、図３に例示する如く、前述の座標系において、１番目のセンサユニットＧ１の位相角度βが所定の値、例えば＋４５°となるタイヤの回転位置を、前記タイヤ回転角度位置Ｑとして設定しているが、例えば前記位相角度βが０°の時、＋１５°の時、或いは＋３０°の時をタイヤ回転角度位置Ｑとして設定しうるなど、タイヤ回転角度位置Ｑを適宜設定することができる。

次に、前記演算ステップでは、前記２ｎ個のセンサ出力ｔ_１〜ｔ_２ｎを用い、事前に求めた前後力Ｆｘとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_２ｎとの関係式Ｆｘ＝ｆｘ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_２ｎ）、横力Ｆｙとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_２ｎとの関係式Ｆｙ＝ｆｙ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_２ｎ）、上下力Ｆｚとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_２ｎとの関係式Ｆｚ＝ｆｚ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_２ｎ）から、ぞれぞれの推定値Ｆｘ０、Ｆｙ０、Ｆｚ０を演算して求めるのである。

ここで、前記事前の関係式は、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下力Ｆｚをそれぞれ違えた事前の荷重付加試験によって求めることができる。すなわち、タイヤが所定のタイヤ回転角度位置Ｑとなったときのタイヤ歪εを、異なる種々の荷重付加条件毎に前記２ｎ個の歪センサによって同時に測定し、これによって得た２ｎ個のセンサ出力ｔ_１〜ｔ_２ｎと、そのときの荷重付加条件とからなる多くの荷重付加試験データを分析することで、前述の関係式Ｆｘ＝ｆｘ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_２ｎ）、Ｆｙ＝ｆｙ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_２ｎ）、Ｆｚ＝ｆｚ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_２ｎ）を事前に求めることができる。一例としては、例えば前記荷重付加試験データにおいて、入力であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚを目的変数とし、出力であるｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_２ｎを説明変数として、重回帰にて前記関係式を求めることができる。

このとき、前述の如くセンサ出力ｔ_１〜ｔ_２ｎの出力形態を、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下力Ｆｚにおいて相違させることができるため、センサ出力ｔ_１〜ｔ_２ｎと前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下力Ｆｚとの相関関係が高まり、各関係式の精度、すなわち前後力、横力、上下力の推定精度を向上させることが可能となる。

なお前記歪センサ１０Ａ、１０Ｂでは、そのゲイン最大線Ｋ１、Ｋ２の前記角度θ１、θ２を２０〜７０°とすることで、前後力、横力、上下力によるそれぞれの歪みをバランス良く検出することができるのであって、２０°未満の場合には、前後力による歪みの検出精度が悪くなり、逆に７０°を越えると、横力および上下力による歪みの検出精度が悪くなる。又前記ゲイン最大線Ｋ１、Ｋ２間の角度αを６０〜１２０°とすることで、前後力、横力、上下力によるそれぞれの歪みをバランス良くかつ精度良く検出しながら、前述のセンサ出力の出力形態の相違をより明確化することが可能となる。そのために、前記角度αの下限は７０°以上、さらには８０°以上が好ましく、又上限は１１０°以下、さらには１００°以下が好ましい。又前記角度αの２等分線ｍの前記タイヤ半径方向線ｒに対する角度δは、２０°以下、さらには１０°以下、さらには５°以下とするのが好ましい。

次に、本発明では、図７に示すように、左右両側のサイドウォール部３ａ、３ｂに、それぞれ３個以上のｎ個のセンサユニットＧａ、Ｇｂを設けることができる。この実施形態を第２実施形態とよび、前記一方側のサイドウォール部３ａのみにセンサユニットＧを設ける実施形態（第１実施形態）と区別する場合がある。

この第２実施形態では、一方側のサイドウォール部３ａに配されるセンサユニットＧａと、他方側のサイドウォール部３ａに配されるセンサユニットＧｂとは、実質的に同じ位相位置に設けられることが好ましい。なお実質的に同じ位相位置とは、下記のように説明される。まず、前述したタイヤ軸芯ｉ廻りの座標系を用い、一方側のサイドウォール部３ａにおいて、０°の基準線Ｘ０からプラス側（タイヤ回転方向の一方側Ｔ）に順次並ぶ１番目〜ｎ番目のセンサユニットＧａ１〜Ｇａｎにおける位相角度をβａ１〜βａｎとし、かつ他方側のサイドウォール部３ｂにおいて、０°の基準線Ｘ０からプラス側（タイヤ回転方向の一方側Ｔ）に順次並ぶ１番目〜ｎ番目のセンサユニットＧｂ１〜Ｇｂｎにおける位相角度をβｂ１〜βｂｎとする。このとき、同一番目のセンサユニット同士の位相角度の差、すなわち｜βａ１−βｂ１｜、｜βａ２−βｂ２｜・・・｜βａｎ−βｂｎ｜が、それぞれ５°以下の場合を、実質的に同じ位相位置にあるという。

このように左右両側のサイドウォール部３ａ、３ｂにセンサユニットＧａ、Ｇｂを設けた場合には、前後力、横力、上下力の推定精度をいっそう向上させることができる。特に一方側、他方側のセンサユニットＧａ、Ｇｂを、実質的に同じ位相位置に設けた場合には、ピンポイントでタイヤの状態が識別しやすくなるという利点も生じる。なお一方側のセンサユニットＧａが配される円周線ｊａと、他方側のセンサユニットＧｂが配される円周線ｊｂとが同一半径であるのが、さらに好ましい。

又第２実施形態では、前記歪測定ステップにおいて、４ｎ個のセンサ出力ｔ_１〜ｔ_４ｎを同時に得ることとなる。そして演算ステップでは、この４ｎ個のセンサ出力ｔ_１〜ｔ_４ｎを用い、事前に求めた前後力Ｆｘとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_４ｎとの関係式Ｆｘ＝ｆｘ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_４ｎ）、横力Ｆｙとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_４ｎとの関係式Ｆｙ＝ｆｙ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_４ｎ）、上下力Ｆｚとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_４ｎとの関係式Ｆｚ＝ｆｚ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_４ｎ）から、ぞれぞれの推定値Ｆｘ０、Ｆｙ０、Ｆｚ０を演算して求めるのである。

なお前記事前の関係式は、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下力Ｆｚをそれぞれ違えた事前の荷重付加試験によって求めることができる。すなわち、タイヤが所定のタイヤ回転角度位置Ｑとなったときのタイヤ歪εを、異なる種々の荷重付加条件毎に前記４ｎ個の歪センサによって同時に測定し、これによって得た４ｎ個のセンサ出力ｔ_１〜ｔ_４ｎと、そのときの荷重付加条件とからなる多くの荷重付加試験データを分析することで、前述の関係式Ｆｘ＝ｆｘｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_４ｎ）、Ｆｙ＝ｆｙｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_４ｎ）、Ｆｚ＝ｆｚｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_４ｎ）を事前に求めることができる。

次に、図８に本発明の第３実施形態を示す。この第３実施形態では、一方側のサイドウォール部３ａに３個以上のｎ個のセンサユニットＧａが配されるとともに、他方側のサイドウォール部３ｂには３個以上のｎ個の歪センサ１０Ｃが配される。この歪センサ１０Ｃは、前記第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂと同様、そのゲイン最大線のタイヤ半径方向線に対する角度θが２０〜７０°であり、本例では、一つの円周線ｊｃ上に、タイヤ周方向に等間隔を隔てて配される。なおセンサユニットＧａと歪センサ１０Ｃとは、実質的に同じ位相位置に配されるのが好ましく、又円周線ｊａ、ｊｃが同一半径であるのがさらに好ましい。

この場合、前記歪測定ステップにおいて、３ｎ個のセンサ出力ｔ_１〜ｔ_３ｎを同時に得ることとなる。又演算ステップでは、この３ｎ個のセンサ出力ｔ_１〜ｔ_３ｎを用い、事前に求めた前後力Ｆｘとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_３ｎとの関係式Ｆｘ＝ｆｘ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_３ｎ）、横力Ｆｙとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_３ｎとの関係式Ｆｙ＝ｆｙ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_３ｎ）、上下力Ｆｚとセンサ出力ｔ_１〜ｔ_３ｎとの関係式Ｆｚ＝ｆｚ（ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_３ｎ）から、ぞれぞれの推定値Ｆｘ０、Ｆｙ０、Ｆｚ０を演算して求めるのである。

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。

本発明の作用効果を確認するため、少なくとも一方側のサイドウォール部にｎ個のセンサユニットＧａ（歪センサの総数は２ｎ個）を、同一円周線ｊａ上に等間隔を隔てて取り付けた空気入りタイヤ（サイズ２２５／５５Ｒ１７）を試作した。センサユニットＧａを構成する第１、第２の歪センサ１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ１つの磁石と、１つのホール素子との対からなり、各ゲイン最大線Ｋ１、Ｋ２のタイヤ半径方向線ｒに対する角度θ１、θ２は何れも４５°、かつゲイン最大線Ｋ１、Ｋ２間の角度αは９０°である。

又比較のために、一方側のサイドウォール部のみに歪センサ１０Ａを取り付けた同サイズの空気入りタイヤを比較例として試作した。比較例１と実施例１、および比較例２と実施例２、３はそれぞれ歪センサの合計数が同じである。

そして本発明の推定方法に基づき、所定のタイヤ回転角度位置において、各歪センサによってタイヤ歪を同時に測定し、それによって得たセンサ出力を、事前に求めた関係式に当てはめることで、ぞれぞれの推定値Ｆｘ０、Ｆｙ０、Ｆｚ０を演算して求める。そして、この推定値Ｆｘ０、Ｆｙ０、Ｆｚ０を、６分力計を用いて実際に測定した３分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと比較することで、その推定精度を評価するとともに、その結果を表４に示す。なお推定精度の評価は以下のとうりである。
△−−推定値の精度がやや低い：
○−−推定値の精度が良い：
◎−−推定値の精度が優れている：

表４に示すように、実施例の推定方法では、前後力、横力、上下力における歪センサの出力形態が互いに相違することで、同数の歪センサを用いた比較例に比して推定精度が向上しているのが確認できる。

本発明で推測した３分力の情報を利用することで、車両の安全性の向上や乗員の疲労軽減を図ることができる。例えば、乗員数や乗員の配置、荷物の積載位置などによって変化する車輪毎の荷重（上下力）を推測し、この情報を用いて通常ブレーキやＡＢＳ作動時に車輪毎のブレーキ配分を最適化することで、車両の安全性を向上することができる。又電子制御サスペンションに上下力の情報を伝達することで、ショックアブソーバの減衰力を変化させ、その状況における最適な減衰力にすることで、乗り心地性が向上し、乗員の疲労を低減できる。

１ 空気入りタイヤ
３ サイドウォール部
３ａ 一方側のサイドウォール部
３ｂ 他方側のサイドウォール部
１０Ａ 第１の歪センサ
１０Ｂ 第２の歪センサ
１１ 磁石
１２ 磁気歪センサ素子
１３ 弾性材
２０ モールド体
Ｋ１、Ｋ２ ゲイン最大線
Ｇ、Ｇａ、Ｇｂ センサユニット

Claims (8)

1. タイヤのサイドウォール部におけるタイヤ歪を測定する歪センサのセンサ出力により、タイヤに作用する前後力、横力および上下力を推定する推定方法であって、
   ２つの歪センサから構成され、かつタイヤの少なくとも一方側のサイドウォール部にタイヤ周方向に間隔を隔てて取り付く３個以上のｎ個のセンサユニットと、
   タイヤの回転角度位置を検出するタイヤ角度歪センサとが用いられ、
   前記各歪センサは、１つの磁石と、この磁石に間隔を有して向き合う１つの磁気歪センサ素子との対によって形成され、
   所定のタイヤ回転角度位置Ｑにおいて、各前記センサユニットの歪センサによってタイヤ歪を同時に測定することにより２ｎ個のセンサ出力をうる歪測定ステップと、
   この歪測定ステップにより測定された２ｎ個のセンサ出力に基づいて、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙおよび上下力Ｆｚの推定値を求める演算ステップとを含み、
   各前記センサユニットは、ゲインを最大とするゲイン最大線Ｋ１がタイヤ半径方向線に対して２０〜７０°の角度θ１でタイヤ周方向の一方側に傾く第１の歪センサと、ゲイン最大線Ｋ２がタイヤ半径方向線に対して２０〜７０°の角度θ２でタイヤ周方向の他方側に傾く第２の歪センサとから構成され、
   この第１、第２の歪センサは、タイヤ周方向に隣り合いかつ前記ゲイン最大線Ｋ１、Ｋ２間の角度αが６０〜１２０°であり、
   前記各センサユニットは、２つの前記磁気歪センサ素子間の間隔が２つの前記磁石間の間隔よりも大きいＶ字状配列であることを特徴とする空気入りタイヤに作用する力の推定方法。
   
2. 前記センサユニットは、タイヤ軸芯を中心とした一つの円周線上に、タイヤ周方向に等間隔を隔てて配されることを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤに作用する力の推定方法。
3. 前記センサユニットは、前記角度αの２等分線がタイヤ半径方向線に対して５°以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤに作用する力の推定方法。
4. 前記演算ステップは、前記タイヤ回転角度位置Ｑにおいて予め求めた各前記センサユニットの歪センサの歪出力と前後力Ｆｘとの関係式、各前記センサユニットの歪センサの歪出力と横力Ｆｙとの関係式、および各前記センサユニットの歪センサの歪出力と上下力Ｆｚとの関係式に基づき、前記前後力Ｆｘ、横力Ｆｙおよび上下力Ｆｚの推定値を算出する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力の推定方法。
5. サイドウォール部におけるタイヤ歪を測定したセンサ出力により、タイヤに作用する前後力、横力および上下力を推定するために用いる歪センサを具える空気入りタイヤであって、
   ２つの歪センサから構成され、タイヤの少なくとも一方側のサイドウォール部にタイヤ周方向に間隔を隔てて取り付く３個以上のｎ個のセンサユニットを具え、
   前記各歪センサは、１つの磁石と、この磁石に間隔を有して向き合う１つの磁気歪センサ素子との対によって形成され、
   各前記センサユニットは、ゲインを最大とするゲイン最大線Ｋ１がタイヤ半径方向線に対して２０〜７０°の角度θ１でタイヤ周方向の一方側に傾く第１の歪センサと、ゲイン最大線Ｋ２がタイヤ半径方向線に対して２０〜７０°の角度θ２でタイヤ周方向の他方側に傾く第２の歪センサとから構成され、
   この第１、第２の歪センサは、タイヤ周方向に隣り合いかつ前記ゲイン最大線Ｋ１、Ｋ２間の角度αが６０〜１２０°であり、
   前記各センサユニットは、２つの前記磁気歪センサ素子間の間隔が２つの前記磁石間の間隔よりも大きいＶ字状配列であることを特徴とする空気入りタイヤ。
   
6. 前記センサユニットは、タイヤ軸芯を中心とした一つの円周線上に、タイヤ周方向に等間隔を隔てて配されることを特徴とする請求項５記載の空気入りタイヤ。
7. 前記センサユニットは、前記角度αの２等分線がタイヤ半径方向線に対して５°以下であることを特徴とする請求項５又は６記載の空気入りタイヤ。
8. 前記第１、第２の歪センサは、それぞれ１つの磁石と、この磁石に向き合う１つの磁気歪センサ素子とからなり、かつ前記センサユニットは、前記第１、第２の歪センサを弾性材を介して一体化したモールド体からなることを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の空気入りタイヤ。