JP5438360B2 - タイヤに作用する上下力の推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、サイドウォール部におけるタイヤ歪を測定することにより、タイヤに作用する上下力を推定する推定方法に関する。

近年、タイヤの一方側のサイドウォール部に３個以上の歪センサを周方向の異なる位置に取り付け、所定のタイヤ回転位置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３個の同時のセンサ出力ｔ_１〜ｔ_３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。）。

ここで、各歪センサが計測するタイヤ歪εは、前後力Ｆｘによる歪εｘと、横力Ｆｙによる歪εｙと、上下力Ｆｚによる歪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εｘとの関係、横力Ｆｙとその歪εｙとの関係、及び上下力Ｆｚとその歪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３個のセンサ出力ｔ_１〜ｔ_３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、前記３個のセンサ出力ｔ_１〜ｔ_３から下記の３つの連立式（ｂ）である行列式（ｃ）を求め、その逆行列（ｄ）を解くことにより３分力を分離している。なお係数Ａ_１〜Ａ_３、Ｂ_１〜Ｂ_３、Ｃ_１〜Ｃ_３は、３分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚをそれぞれ違えた事前の荷重付加試験の実験データを回帰分析することにより求めた回帰係数である。
ｔ_１＝Ａ_１・Ｆｘ＋Ｂ_１・Ｆｙ＋Ｃ_１・Ｆｚ
ｔ_２＝Ａ_２・Ｆｘ＋Ｂ_２・Ｆｙ＋Ｃ_２・Ｆｚ
ｔ_３＝Ａ_３・Ｆｘ＋Ｂ_３・Ｆｙ＋Ｃ_３・Ｆｚ −−−（ｂ）

┌ｔ_１┐ ┌Ａ_１ Ｂ_１ Ｃ_１┐ ┌Ｆｘ┐
│ｔ_２│ ＝ │Ａ_２ Ｂ_２ Ｃ_２│・ │Ｆｙ│ −−−（ｃ）
└ｔ_３┘ └Ａ_３ Ｂ_３ Ｃ_３┘ └Ｆｚ┘

┌Ｆｘ┐ ┌Ａ_１ Ｂ_１ Ｃ_１┐−１ ┌ｔ_１┐
│Ｆｙ│ ＝ │Ａ_２ Ｂ_２ Ｃ_２│ │ｔ_２│ −−−（ｄ）
└Ｆｚ┘ └Ａ_３ Ｂ_３ Ｃ_３┘ └ｔ_３┘

特開２００５−１２６００８号公報

しかしながら、前記推定方法では、少なくとも３個の歪センサが必要となる。又演算に対しても、３分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを同時解法するロジックをプログラミングする必要があるため、プログラムの複雑化を招く。又３つのセンサ出力のうちの何れか一つのデータにノイズが載った場合にも、３分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの推定値に誤差が大きく生じるなど、ノイズの影響が大きく、推定精度や信頼性を高く維持することが難しいという問題がある。

このような状況に鑑み、本発明者は、走行中のタイヤ歪εを測定することによって得られる、歪センサの位相角度θとそのときのセンサ出力Ｖとからなるセンサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）に着目して研究を行った。その結果、図１３に例示するように、一定の上下力Ｆｚが作用している場合（Ｆｘ＝０、Ｆｙ＝０）、センサ出力Ｖは周期的に変化し、その変化の度合いであるセンサ出力波形データＤの傾きは、上下力Ｆｚが大なほど大きいことが判明した。そして、一つの位相角度θ_ｉの位置においては、センサ出力Ｖの変化の度合いと、上下力Ｆｚとの間に高い相関があり、このセンサ出力Ｖの変化の度合い、即ち、位相角度θ_ｉにおけるセンサ出力Ｖの微分値ｄＶ／ｄθ_ｉから、そのとき作用する上下力Ｆｚを推定しうることを見出し得た。

これに対して、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙがタイヤに作用した場合には、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、３６０°の全てのサイドウォール部で、一方向の歪（例えば引張歪）しか発生せず、しかも前後力Ｆｘ、横力Ｆｙによるセンサ出力Ｖの変化の度合いは、非常に小なものとなる。

そこで本発明は、センサ出力Ｖの微分値ｄＶ／ｄθ_ｉを用いることで、１つの歪センサから、上下力Ｆｚのみを推定することが可能となり、歪センサの設置数の削減を図り、かつ解析プログラムの複雑化を防ぐとともに、ノイズの影響を抑えて推定精度や信頼性を高く確保しうるタイヤに作用する上下力の推定方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、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、タイヤに作用する上下力を推定する推定方法であって、
タイヤの少なくとも一方側のサイドウォール部に取り付くとともにセンシングのゲインが最大となるゲイン最大線をタイヤ半径方向線に対して１０〜８０°の角度αで傾斜させた少なくとも１個の歪センサと、
予め設定されるタイヤ回転基準位置Ｐからの前記歪センサのタイヤ軸芯廻りの位相角度θを測定する角度センサとを用い、
走行中のタイヤ歪εを順次測定することにより、歪センサの位相角度θとそのときのセンサ出力Ｖとからなるセンサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）をうる測定ステップと、
このセンサ出力波形データＤを、所定の位相角度θｉで微分することにより、前記所定の位相角度θｉにおけるセンサ出力Ｖの微分値ｄＶ／ｄθｉを求める微分ステップと、
この微分値ｄＶ／ｄθｉの値に基づいて、歪センサが前記所定の位相角度θｉの位置になったときに作用した上下力Ｆｚの推定値ｆｉを求める演算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、前記演算ステップは、前記位相角度θ_ｉにおいて事前に求めた微分値ｄＶ／ｄθ_ｉによる上下力Ｆｚの推定式に基づき、前記上下力Ｆｚの推定値ｆ_ｉを求めることを特徴としている。

又請求項３の発明では、前記推定式は、次式で示す微分値ｄＶ／ｄθ_ｉの２次方程式であることを特徴としている。
Ｆｚ＝ａ_ｉ×（ｄＶ／ｄθ_ｉ）^２＋ｂ_ｉ×（ｄＶ／ｄθ_ｉ）＋ｃ_ｉ

又請求項４の発明では、前記演算ステップは、前記位相角度θ_ｉにおける微分値ｄＶ／ｄθ_ｉに基づいて求めた推定値ｆ_ｉと、この位相角度θ_ｉとは異なりかつ該位相角度θ_ｉよりもタイヤ回転方向後方側の複数（ｎ）の位相角度θ_１〜θ_ｎにおける微分値ｄＶ／ｄθ_１〜ｄＶ／ｄθ_ｎに基づいてそれぞれ求めたｎ個の過去の推定値ｆ_１〜ｆ_ｎとを平均することにより推定値平均を求める平均化ステップを含むとともに、
この推定値平均を前記上下力Ｆｚの推定値とすることを特徴としている。

又請求項５の発明では、前記歪センサは、同一円周線上に配される基準の歪センサを含む複数（ｍ）の歪センサからなり、
前記測定ステップでは、走行中のタイヤ歪εを各歪センサにより同時に測定することにより、歪センサ毎に、各歪センサの位相角度θとそのときのセンサ出力Ｖとからなるセンサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）を求め、
前記微分ステップでは、各センサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）を、前記基準の歪センサが所定の位相角度θ_ｉとなるタイヤ回転位置において各歪センサがなす位相角度θ_ｉ１〜θ_ｉｍにてそれぞれ微分し、歪センサ毎に、センサ出力Ｖの微分値ｄＶ／ｄθ_ｉ１〜ｄＶ／ｄθ_ｉｍを求めるとともに、
前記演算ステップでは、この微分値ｄＶ／ｄθ_ｉ１〜ｄＶ／ｄθ_ｉｍの値に基づいて、歪センサ毎の、ｍ個の推定値ｆ_ｉ１〜ｆ_ｉｍを求め、かつこの推定値ｆ_ｉ１〜ｆ_ｉｍを平均することにより、推定値平均を求める平均化ステップを含むとともに、
この推定値平均を前記上下力Ｆｚの推定値とすることを特徴としている。

又請求項６の発明では、前記平均化ステップでは、推定精度が低くなる低精度位相角度領域を予め設定するとともに、前記タイヤ回転位置において前記低精度位相角度領域内に位置する歪センサによって推定される推定値を除外して推定値平均を求めることを特徴としている。

本発明は、走行中のタイヤ歪を測定することによって得られるセンサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）を、所定の位相角度θ_ｉで微分したセンサ出力Ｖの微分値ｄＶ／ｄθ_ｉを用いている。

前述したごとく、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙがタイヤに作用した場合、３６０°の全てのサイドウォール部で、一方向の歪（例えば引張歪）しか発生せず、又そのときの歪の変化の度合いである、センサ出力Ｖの変化の度合いは非常に小さい。即ち、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙが、前記微分値ｄＶ／ｄθ_ｉに及ぼす影響は非常に小であり、実質的に無視できる。これに対して、一定の上下力Ｆｚが作用している場合（Ｆｘ＝０、Ｆｙ＝０）、センサ出力Ｖは周期的に変化し、その変化の度合いである前記微分値ｄＶ／ｄθは、上下力Ｆｚが大なほど大きい。しかも一つの位相角度θ_ｉの位置においては、その微分値ｄＶ／ｄθ_ｉと上下力Ｆｚとの間に高い相関があり、この微分値ｄＶ／ｄθ_ｉから、そのとき作用する上下力Ｆｚを精度良く推定することができる。

このように、センサ出力Ｖの微分値ｄＶ／ｄθ_ｉを用いることで、１つの歪センサから、上下力Ｆｚのみを推定することが可能となり、歪センサの設置数の削減を図りうる。又解析プログラムの複雑化を防ぎうるとともに、ノイズの影響を抑えて推定精度や信頼性を高く確保することができる。

本発明のタイヤに作用する上下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）は歪センサ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。 （Ａ）は歪センサの他の例を示す平面図、（Ｂ）はそのゲイン最大線の向きを示す側面図である。 （Ａ）は歪センサのさらに他の例を示す平面図、（Ｂ）はそのゲイン最大線の向きを示す側面図である。 歪センサの取り付け状態を説明する側面図である。 センサ出力波形データの一例を示すグラフである。 位相角度における推定式の相関の変化を示すグラフである。 歪センサの取り付け状態の他の例を説明する側面図である。１つの歪センサからのセンサ出力の微分値を用いて前後力を推定した結果の一例を示すグラフである。 １つの歪センサからのセンサ出力の微分値を用いて上下力を推定した結果の一例を示すグラフである。 ２つの歪センサからのセンサ出力の微分値を用いて上下力を推定した結果の一例を示すグラフである。 ６つの歪センサからのセンサ出力の微分値を用いて上下力を推定した結果の一例を示すグラフである。 本発明の上下力の推定方法を説明するフローチャートである。 一定の上下力が作用している場合の、上下力毎のセンサ出力波形データを示すグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）は、前後力、及び横力が作用した時のタイヤ歪を説明する線図である。

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は、本発明のタイヤに作用する上下力Ｆｚの推定方法に用いる空気入りタイヤ１を示す断面図であり、図において、前記空気入りタイヤ１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。

又前記タイヤ１の少なくとも一方側のサイドウォール部３には、このサイドウォール部３におけるタイヤ歪を測定するための少なくとも１個、本例では１個の歪センサ１０が取り付く。又本例では、車軸には、予め設定されるタイヤ回転基準位置Ｐ（図５に示す。）からの前記歪センサ１０のタイヤ軸芯廻りの位相角度θを測定する例えばレゾルバ、エンコーダ等の角度センサ（図示しない）を設けている。なお角度センサとしては、例えば、反射板をタイヤに貼り付け、光センサを用いて前記反射板の通過を検出する如く構成することもでき、又車両に配されるＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）のパルス信号などから位相角度θを測定しうる如く構成することもできる。しかしながら、この角度センサの検出精度によって、本願の演算ステップで用いる推定式の数が変わってくるため、角度センサは、その分解能が少なくとも１０°以下、さらには５°以下、さらには１°以下のものを採用するのが好ましい。

ここで、前記歪センサ１０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、前記歪センサ１０は、図２〜４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２０として形成される。なお図中の符号Ｋは、センシングのゲインが最大となるゲイン最大線をＫを意味する。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。又前記歪センサ１０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、前記歪センサ１０を製造するという観点から好適に採用できる。

なお前記歪センサ１０としては、図２（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３（Ａ）、（Ｂ）の如く、１つの磁石１１と複数（ｋ個、例えば２個）の磁気センサ素子１２とで形成した１−ｋタイプ、又図４（Ａ）、（Ｂ）の如く、複数（ｋ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ｋ−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の磁極面を示す。

又前記歪センサ１０は、図５に誇張して示すように、前記ゲイン最大線Ｋが、タイヤ半径方向線に対して１０〜８０°の角度αで傾斜するように取り付けられる。これにより、種々な向きのタイヤ歪εを検出しうる。なお前記角度α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。

次に、このタイヤ１を用いて、タイヤに作用する上下力Ｆｚの推定方法を説明する。
前記推定方法は、図１２にそのフローチャートを示すように、センサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）をうる測定ステップと、このセンサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）から所定の位相角度θ_ｉにおけるセンサ出力Ｖの微分値ｄＶ／ｄθ_ｉを求める微分ステップと、この微分値ｄＶ／ｄθ_ｉに基づいて上下力Ｆｚを推定する演算ステップとを含んで構成される。

具体的には、本例では、前記図５に示すように、タイヤ軸芯ｊを通って接地面に向かって垂直に下した垂直線をタイヤ回転基準位置Ｐ（θ＝０°）とするタイヤ軸芯ｊ廻りの座標系（ただしタイヤ回転方向をプラス（＋）方向とする）を採用している。

そして前記測定ステップでは、前記座標系に基づき、前記角度センサと歪センサ１０とを用いて、走行中のタイヤ歪εを順次測定する。ことにより、図６に例示するように、歪センサ１０の位相角度θと、そのときのセンサ出力Ｖとからなるセンサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）を求める。本例では、説明のために、前記センサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）をグラフとして表示しているが、実際にはコンピュタ等の記憶部内に測定データとして非表示で記録されている。

次に、前記微分ステップでは、前記センサ出力波形データＤを、所定の位相角度θ_ｉで微分処理することで、該所定の位相角度θ_ｉにおけるセンサ出力Ｖの微分値ｄＶ／ｄθ_ｉを求める。

ここで、前記図１３に、上下力Ｆｚを３０００Ｎ〜８０００Ｎまで１０００Ｎ毎に変化させたときの、各上下力Ｆｚ毎のセンサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）を示す。なおＦｘ＝０、Ｆｙ＝０であり、又歪センサ１０は、そのゲイン最大線Ｋの角度αを４５°としている。この図に示されるように、上下力Ｆｚが増加するにつれて、接地中心であるタイヤ回転基準位置Ｐ（θ＝０°）より左側（接地中心より前）では、引張歪が生じてセンサ出力Ｖが大きくなり、逆に接地中心より右側（接地中心の後）では、圧縮歪が生じてセンサ出力Ｖが小さくなるという特性が見られる。

従来の推定方法においては、このセンサ出力Ｖ自体の値を用いて演算を行うのであるが、前後力Ｆｘおよび横力Ｆｙによるタイヤ歪によってセンサ出力Ｖが影響を受けるため、３個のセンサ出力Ｖを用いて、逆行列を解く手法を用いている。

これに対して本発明では、センサ出力Ｖ自体の値ではなく、センサ出力Ｖの変化の割合（センサ出力波形データＤにおける曲線の傾きとして現れる。）を利用する。同図に示されるように、同じ位相角度θの位置においては、上下力Ｆｚが大きいほどセンサ出力Ｖの変化は激しくなり、又そのときの上下力Ｆｚとセンサ出力Ｖの変化の割合との間には、高い相関が見られる。しかも、前述した如く前後力Ｆｘおよび横力Ｆｙがセンサ出力Ｖの変化に及ぼす影響は非常に小さい。従って、位相角度θが定まれば、センサ出力Ｖの変化の度合いから上下力Ｆｚを推定することができる。本発明では、前記センサ出力Ｖの変化の度合いを数値化するものとして、微分値ｄＶ／ｄθ_ｉを用いている。

次に、演算ステップでは、事前に求めた推定式を用い、前記微分値ｄＶ／ｄθ_ｉと前記所定の位相角度θ_ｉとの値に基づいて、上下力Ｆｚの推定値ｆ_ｉを演算して求める。

前記事前の推定式は、事前の上下荷重付加試験によって求めることができる。具体的には、上下力Ｆｚを違えた多くの上下荷重付加試験を行い、上下荷重付加条件毎のセンサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）を事前に求める。そして各前記事前のセンサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）を所定の位相角度θ_ｉで微分することで、前記所定の位相角度θ_ｉにおける微分値ｄＶ／ｄθ_ｉを求めるとともに、この微分値ｄＶ／ｄθ_ｉと、前記位相角度θ_ｉと、上下力Ｆｚとのデータを回帰分析する。これにより、微分値ｄＶ／ｄθ_ｉを説明変数、上下力Ｆｚを目的変数とした、所定の位相角度θ_ｉ毎の回帰式
Ｆｚ（θ_ｉ）＝ｆ（ｄＶ／ｄθ_ｉ）
を、前記事前の推定式として求めるのである。なお前記事前の推定式としては、前記磁気センサ素子１２を用いた歪センサ１０の出力特性が非線形をなすため、次式の如く、説明変数である微分値ｄＶ／ｄθ_ｉの２次方程式である２次回帰式を用いるのが好ましい。なお係数ａ_ｉ、ｂ_ｉ、ｃ_ｉは、２次回帰分析によって求まる。
Ｆｚ（θ_ｉ）＝ａ_ｉ×（ｄＶ／ｄθ_ｉ）^２＋ｂ_ｉ×（ｄＶ／ｄθ_ｉ）＋ｃ_ｉ

又前記所定の位相角度θ_ｉは、角度センサの分解能に応じて複数設定するのが好ましい。本例では、角度センサの分解能が例えば１°以下であり、所定の位相角度θ_ｉを１°、２°、３°・・・３６０°と１°刻みで３６０個設定するとともに、次式のように、前記事前の推定式も、位相角度θ_ｉ毎に、Ｆｚ（１°）からＦｚ（３６０°）まで１°刻みで３６０個作成している。
Ｆｚ（１°）＝ａ_１×（ｄＶ／ｄθ_１°）^２＋ｂ_１×（ｄＶ／ｄθ_１°）＋ｃ_１
Ｆｚ（２°）＝ａ_２×（ｄＶ／ｄθ_２°）^２＋ｂ_２×（ｄＶ／ｄθ_２°）＋ｃ_２
Ｆｚ（３°）＝ａ_３×（ｄＶ／ｄθ_３°）^２＋ｂ_３×（ｄＶ／ｄθ_３°）＋ｃ_３
・
・
Ｆｚ（１８０°）＝ａ_１８０×（ｄＶ／ｄθ_１８０°）^２＋ｂ_１８０×（ｄＶ／ｄθ_１８０°）＋ｃ_１８０
・
・
Ｆｚ（３６０°）＝ａ_３６０×（ｄＶ／ｄθ_３６０°）^２＋ｂ_３６０×（ｄＶ／ｄθ_３６０°）＋ｃ_３６０

従って、前記測定ステップおよび微分ステップによって、例えば位相角度θ_ｉ＝１８０°におけるセンサ出力Ｖの微分値ｄＶ／ｄθ_１８０°を求めたときには、推定式Ｆｚ（１８０°）を用いて、微分値ｄＶ／ｄθ_１８０°を代入することにより、前記歪センサ１０が位相角度θ_ｉ＝１８０°の位置のときにタイヤに作用した上下力Ｆｚを推定することができる。

次に、前記図６の如く、センサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）は、位相角度θが＋３０°近辺、及び−３０°（＝＋３３０°）近辺の位置で頂部をなす。従って、この頂部の位置においては、微分値ｄＶ／ｄθ_ｉは０（ゼロ）となり、前記推定式Ｆｚ（θ_ｉ）が不定となって求めることができなくなり、図７に示すように、この頂部の位置で推定式Ｆｚ（θ_ｉ）の相関Ｒ^２が著しく低下し、推定精度の低下を招く。そのため、前記推定式Ｆｚ（θ_ｉ）による演算値（推定値ｆ_ｉ）を補正して、上下力Ｆｚを推定するのが好ましい。

この補正の第１の手段として、位相角度θ_ｉでの推定値ｆ_ｉと、それより過去のｎ個の推定値ｆ_１〜ｆ_ｎとを平均することにより推定値平均を求める平均化ステップを、演算ステップに含ませ、この推定値平均を前記上下力Ｆｚの推定値として採用するのである。

詳しくは、前記平均化ステップでは、前記位相角度θ_ｉにおける微分値ｄＶ／ｄθ_ｉに基づいて求めた推定値ｆ_ｉと、この位相角度θ_ｉとは異なりかつ該位相角度θ_ｉよりもタイヤ回転方向後方側の複数（ｎ）の位相角度θ_１〜θ_ｎにおける微分値ｄＶ／ｄθ_１〜ｄＶ／ｄθ_ｎに基づいてそれぞれ求めたｎ個の過去の推定値ｆ_１〜ｆ_ｎとを平均して推定値平均
ｆＮ＝Σ（ｆ_ｉ＋ｆ_１＋ｆ_２＋・・・＋ｆ_ｎ）／（ｎ＋１）
を求める。

具体的には、例えば、位相角度θ_ｉ＝３０°における上下力Ｆｚを推定する場合、まずθ_ｉ＝３０°における微分値ｄＶ／ｄθ_３０°に基づき、前記推定式Ｆｚ（３０°）を用いて推定値ｆ_３０を求める。又３０°よりもタイヤ回転方向後方側のｎ個の位相角度θ_１〜θ_ｎ、本例では２９°、２８°・・・１０°の位相角度における微分値ｄＶ／ｄθ_２９°、ｄＶ／ｄθ_２８°・・・ｄＶ／ｄθ_１０°に基づき、各推定式Ｆｚ（２９°）、Ｆｚ（２８°）・・・Ｆｚ（１０°）を用いて、２０個（ｎ＝２０）の過去の推定値ｆ_２９、ｆ_２８・・・ｆ_１０を求める。そして、現在の推定値ｆ_３０と、前記過去の２０個の推定値ｆ_２９、ｆ_２８・・・ｆ_１０とを平均することにより推定値平均
ｆＮ＝Σ（ｆ_３０＋ｆ_２９＋・・・＋ｆ_１０）／２１を求めるのである。

このように、推定値を、過去のｎ個の推定値との平均値として求めることにより、例えば前記＋３０°近辺、及び−３０°（＝＋３３０°）近辺等の不定角度領域Ｓａ、或いはこの不定角度領域Ｓａを含む低相関領域Ｓにおいて、推定精度を高めることができる。なお過去の推定値の数ｎは、推定精度の観点から９以上、さらには１４以上、さらには１９以上が好ましいが、多すぎると、時間的な遅れが大きくなるため、その上限は９９以下、さらには４９以下、さらには２９以下が好ましい。

次に前記補正の第２の手段を説明する。この第２の補正手段では、図８に示すように、
複数（ｍ）の歪センサ１０を用い、各歪センサ１０から同時に推定したｍ個の推定値ｆ_ｉ１〜ｆ_ｉｍを平均する平均化ステップを演算ステップに含ませる。なお前記ｍ個の歪センサ１０は、基準の歪センサ１０Ａを含み、同一円周線上に例えば等間隔を隔てて配される。

又測定ステップでは、走行中のタイヤ歪εを各歪センサ１０により同時に測定することにより、歪センサ１０毎に、位相角度θとそのときのセンサ出力Ｖとからなるセンサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）を求める。

又微分ステップでは、各センサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）を、前記基準の歪センサ１０Ａが所定の位相角度θ_ｉとなるタイヤ回転位置Ｑにおいて各歪センサ１０がなす位相角度θ_ｉ１〜θ_ｉｍにてそれぞれ微分し、歪センサ１０毎に、センサ出力Ｖの微分値ｄＶ／ｄθ_ｉ１〜ｄＶ／ｄθ_ｉｍを求める。

又演算ステップでは、この微分値ｄＶ／ｄθ_ｉ１〜ｄＶ／ｄθ_ｉｍの値に基づいて、歪センサ１０毎の、ｍ個の推定値ｆ_ｉ１〜ｆ_ｉｍを求めるとともに、この推定値ｆ_ｉ１〜ｆ_ｉｍを平均することにより、推定値平均を求める平均化ステップを行う。

具体的には、本例では、２つ（ｍ＝２）の歪センサ１０Ａ、１０Ｂをタイヤ軸芯ｊを挟んで対置している場合が例示される。前記測定ステップでは、走行中のタイヤ歪εを歪センサ１０Ａ、１０Ｂにより同時に測定し、これにより、歪センサ１０Ａの位相角度θ_Ａと、そのときのセンサ出力Ｖ_Ａとからなるセンサ出力波形データＤ_Ａ（Ｖ_Ａ、θ_Ａ）、及び歪センサ１０Ｂの位相角度θ_Ｂとそのときのセンサ出力Ｖ_Ｂとからなるセンサ出力波形データＤ_Ｂ（Ｖ_Ｂ、θ_Ｂ）をそれぞれ求める。

又前記微分ステップでは、前記センサ出力波形データＤ_Ａ（Ｖ_Ａ、θ_Ａ）を、前記タイヤ回転位置Ｑにおいて前記歪センサ１０Ａがなす位相角度θ_ｉＡ（＝θ_ｉ）にて微分し、この位相角度θ_ｉＡにおけるセンサ出力Ｖ_Ａの微分値ｄＶ_Ａ／ｄθ_ｉＡを求める。同様に、前記センサ出力波形データＤ_Ｂ（Ｖ_Ｂ、θ_Ｂ）を、前記タイヤ回転位置Ｑにおいて前記歪センサ１０Ｂがなす位相角度θ_ｉＢ（本例では、θ_ｉＢ＝θ_ｉＡ＋１８０°）にて微分し、この位相角度θ_ｉＢにおけるセンサ出力Ｖ_Ｂの微分値ｄＶ_Ｂ／ｄθ_ｉＢを求める。

又前記演算ステップでは、歪センサ１０Ａに対して予め設定される推定式Ｆｚ_Ａ（θ_ｉＡ）を用い、前記微分値ｄＶ_Ａ／ｄθ_ｉＡに基づいて、推定値ｆ_ｉＡを求めるとともに、歪センサ１０Ｂに対して予め設定される推定式Ｆｚ_Ｂ（θ_ｉＢ）を用い、前記微分値ｄＶ_Ｂ／ｄθ_ｉＢに基づいて、推定値ｆ_ｉＢを求める。そして、平均化ステップにおいて、前記推定値ｆ_ｉＡと推定値ｆ_ｉＢとを平均して推定値平均ｆＮ＝Σ（ｆ_ｉＡ＋ｆ_ｉＢ）／２を求め、この推定値平均ｆＮを前記上下力Ｆｚの推定値として採用するのである。

このように、複数の歪センサ１０から同時に推定したｍ個の推定値を平均化する場合、前記第１の補正手段に示す如き時間的遅れを招くことがなくなり、より推定精度を高めうる。特に、本例のように２つの歪センサ１０Ａ、１０Ｂをタイヤ軸芯ｊを挟んで対置させた場合、一方の歪センサ１０Ａが前記低相関領域Ｓに入った場合にも、他方の歪センサ１０Ｂが、低相関領域Ｓ外となる相関Ｒ^２の高い領域範囲に位置するため、最小限の歪センサ１０の増加によって、推定精度を大幅に高めることができる。

又前記第２の補正手段にて推定精度をさらに高めるために、前記平均化ステップにおいて、低精度の推定値ｆ_ｉを除外しておくことが好ましい。即ち、前記低相関領域Ｓを低精度位相角度領域Ｓとして予め設定するとともに、前記タイヤ回転位置Ｑにおいて前記低精度位相角度領域Ｓ内に位置する歪センサ１０によって推定される推定値ｆ_ｉを除外して推定値平均ｆＮを求めるのである。この場合、相関Ｒ^２の高い高精度の推定値ｆ_ｉのみを用いて推定値平均ｆＮを求めるため、上下力Ｆｚの推定精度をさらに高めることができる。
なお前記低精度位相角度領域Ｓとしては、−５０°（＝３１０°）〜＋５０°の範囲が挙げられる。

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、乗用車用タイヤ（タイヤサイズ２４５／４０Ｒ１８）をリム（１８×８ＪＪ）、内圧（２３０ｋＰａ）、速度（１０ｋｍ／ｈ）、上下力Ｆｚ＝４０００Ｎ（一定）の条件にて走行させた時の、前記上下力Ｆｚの値を、サイドウォール部に取り付けた１個の歪センサ１０によって推測するとともに、その推測結果を図９に示す。なお推測結果は、１°刻みでタイヤ歪εを測定するとともに、位相角度θ_ｉでの推定値ｆ_ｉと、その直前の１９個の過去の推定値ｆ_１〜ｆ_ｎとを平均することにより求めた推定値平均ｆＮを用いている。

次に、同条件にて走行させた時の上下力Ｆｚの値を、サイドウォール部に取り付けた２個の歪センサ１０によって推測するとともに、その推測結果を図１０に示す。なお２個の歪センサ１０は、タイヤ軸芯ｊを挟んで対置している。又前記推測結果は、１°刻みでタイヤ歪εを測定するとともに、各歪センサ１０から同時に推定した２個の推定値ｆ_ｉＡ、ｆ_ｉＢを平均することにより求めた推定値平均ｆＮを用いている。又平均化ステップでは、−５０°（＝３１０°）〜＋５０°の低精度位相角度領域Ｓ内に一方の歪センサが入った場合、この低精度位相角度領域Ｓ内に入った歪センサからの推定値ｆ_ｉＡ（又はｆ_ｉＢ）を、除外している。

又サイドウォール部に、周方向に等間隔を隔てて配される６個の歪センサ１０を用いて、上下力Ｆｚを推測した推測結果を図１１に示す。この推測結果は、前記図１０の場合と同様、−５０°（＝３１０°）〜＋５０°の低精度位相角度領域Ｓ内に歪センサが入った場合、この低精度位相角度領域Ｓに入った歪センサからの推定値を除外して推定値平均ｆＮを求めている。

本発明で推測した上下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 タイヤ
３ サイドウォール部
１０ 歪センサ
Ｋ ゲイン最大線
Ｓ 低精度位相角度領域
Ｖ センサ出力

Claims (6)

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、タイヤに作用する上下力を推定する推定方法であって、
   タイヤの少なくとも一方側のサイドウォール部に取り付くとともにセンシングのゲインが最大となるゲイン最大線をタイヤ半径方向線に対して１０〜８０°の角度αで傾斜させた少なくとも１個の歪センサと、
   予め設定されるタイヤ回転基準位置Ｐからの前記歪センサのタイヤ軸芯廻りの位相角度θを測定する角度センサとを用い、
   走行中のタイヤ歪εを順次測定することにより、歪センサの位相角度θとそのときのセンサ出力Ｖとからなるセンサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）をうる測定ステップと、
   このセンサ出力波形データＤを、所定の位相角度θｉで微分することにより、前記所定の位相角度θｉにおけるセンサ出力Ｖの微分値ｄＶ／ｄθｉを求める微分ステップと、
   この微分値ｄＶ／ｄθｉの値に基づいて、歪センサが前記所定の位相角度θｉの位置になったときに作用した上下力Ｆｚの推定値ｆｉを求める演算ステップとを含むことを特徴とするタイヤに作用する上下力の推定方法。
2. 前記演算ステップは、前記位相角度θ_ｉにおいて事前に求めた微分値ｄＶ／ｄθ_ｉによる上下力Ｆｚの推定式に基づき、前記上下力Ｆｚの推定値ｆ_ｉを求めることを特徴とする請求項１記載のタイヤに作用する上下力の推定方法。
3. 前記推定式は、次式で示す微分値ｄＶ／ｄθ_ｉの２次方程式であることを特徴とする請求項２記載のタイヤに作用する上下力の推定方法。
   Ｆｚ＝ａ_ｉ×（ｄＶ／ｄθ_ｉ）^２＋ｂ_ｉ×（ｄＶ／ｄθ_ｉ）＋ｃ_ｉ
4. 前記演算ステップは、前記位相角度θ_ｉにおける微分値ｄＶ／ｄθ_ｉに基づいて求めた推定値ｆ_ｉと、この位相角度θ_ｉとは異なりかつ該位相角度θ_ｉよりもタイヤ回転方向後方側の複数（ｎ）の位相角度θ_１〜θ_ｎにおける微分値ｄＶ／ｄθ_１〜ｄＶ／ｄθ_ｎに基づいてそれぞれ求めたｎ個の過去の推定値ｆ_１〜ｆ_ｎとを平均することにより推定値平均を求める平均化ステップを含むとともに、
   この推定値平均を前記上下力Ｆｚの推定値と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上下力の推定方法。
5. 前記歪センサは、同一円周線上に配される基準の歪センサを含む複数（ｍ）の歪センサからなり、
   前記測定ステップでは、走行中のタイヤ歪εを各歪センサによって同時に測定することにより、歪センサ毎に、各歪センサの位相角度θとそのときのセンサ出力Ｖとからなるセンサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）をそれぞれ求め、
   前記微分ステップでは、各センサ出力波形データＤ（Ｖ、θ）を、前記基準の歪センサが所定の位相角度θ_ｉとなるタイヤ回転位置において各歪センサがなす位相角度θ_ｉ１〜θ_ｉｍにてそれぞれ微分し、歪センサ毎に、センサ出力Ｖの微分値ｄＶ／ｄθ_ｉ１〜ｄＶ／ｄθ_ｉｍを求めるとともに、
   前記演算ステップでは、この微分値ｄＶ／ｄθ_ｉ１〜ｄＶ／ｄθ_ｉｍの値に基づいて、歪センサ毎の、ｍ個の推定値ｆ_ｉ１〜ｆ_ｉｍを求め、かつこの推定値ｆ_ｉ１〜ｆ_ｉｍを平均することにより、推定値平均を求める平均化ステップを含むとともに、
   この推定値平均を前記上下力Ｆｚの推定値と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上下力の推定方法。
6. 前記平均化ステップでは、推定精度が低くなる低精度位相角度領域を予め設定するとともに、前記タイヤ回転位置において前記低精度位相角度領域内に位置する歪センサによって推定される推定値を除外して推定値平均を求めることを特徴とする請求項５記載のタイヤに作用する上下力の推定方法。
   

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