JP5695411B2 - 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、横力および上下力の何れかを推定する推定方法に関する。

近年、例えば図５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Ｖ１〜Ｖｎ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。

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Ｆｚ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Ｖ１〜Ｖｎを説明変数、前記三分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚをそれぞれ目的変数として重回帰分析を行うことで、回帰式である下記の推定式を得ることができる。
Ｆｘ＝ｆｘ（Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｎ）
Ｆｙ＝ｆｙ（Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｎ）
Ｆｚ＝ｆｚ（Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｎ）

しかしながら、従来の方法では、前記三分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの推定精度を充分に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、前述の推定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６（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６（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。又タイヤに上下力Ｆｚが作用した時、図６（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。このように、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重回帰分析して推定式（回帰式）を求める際、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、前記推定式の精度を低下させると考えられる。

特開２００５−１２６００８号公報

そこで本発明は、説明変数の数を１つとして推定式を簡潔化しながら前後力、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、及び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。

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を用いて、タイヤに作用する前後力、横力および上下力の何れかを推定する推定方法であって、
タイヤの一方側のサイドウォール部に、
センシングのゲインが最大となるゲイン最大線がタイヤ半径方向線に対して３０〜６０°の角度θ１で傾斜する６個以上のｎ個の一方側の第１の歪センサと、
ゲイン最大線がタイヤ半径方向線に向くｎ個の一方側の第２の歪センサとからなり、
しかも前記一方側の第１、第２の歪センサが、タイヤ軸心を中心とした同一円周線上でタイヤ周方向に交互にかつ等間隔を隔てて取り付く一方側の歪センサ群、
タイヤの他方側のサイドウォール部に、
ゲイン最大線が前記角度θ１と等しい角度θ２で傾斜するｎ個の他方側の第１の歪センサと、
ゲイン最大線がタイヤ半径方向線に向くｎ個の他方側の第２の歪センサとからなり、
しかも前記他方側の第１、第２の歪センサが、前記一方側の第１、第２の歪センサとタイヤ赤道面を挟んで向かい合う対称位置に取り付き、かつ他方側の第１の歪センサのゲイン最大線が、前記一方側の第１の歪センサのゲイン最大線と同一方向に傾斜する他方側の歪センサ群、
及びタイヤの回転角度位置を測定する角度センサを用い、
所定のタイヤ回転角度位置Ｑにおいて、前記一方側の歪センサ群と他方側の歪センサ群とによってタイヤ歪を同時に測定することにより４ｎ個のセンサ出力をうる歪測定ステップと、
前記歪測定ステップによって得たセンサ出力に基づいてタイヤに作用する力の推定値を求める演算ステップとを行うとともに、
前記演算ステップでは、
前後力Ｆｘの推定値を求める場合、前記歪測定ステップにより測定される４ｎ個のセンサ出力のうち、前記一方側の第１の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＡ１と、前記他方側の第１の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＢ１とのみを用い、前記ｎ個のセンサ出力ＶＡ１の総和ΣＶＡ１と、前記ｎ個のセンサ出力ＶＢ１の総和ΣＶＢ１との和（ΣＶＡ１＋ΣＶＢ１）を変数とした次の推定式（１）を用いて前後力Ｆｘの推定値を求める、
（イ） 前記横力Ｆｙの推定値を求める場合、前記歪測定ステップにより測定される４ｎ個のセンサ出力のうち、前記一方側の第１の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＡ１と、前記他方側の第１の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＢ１とのみを用い、前記ｎ個のセンサ出力ＶＡ１の総和ΣＶＡ１と、前記ｎ個のセンサ出力ＶＢ１の総和ΣＶＢ１との差（ΣＶＡ１−ΣＶＢ１）を変数とした次の推定式（２）を用いて横力Ｆｙの推定値を求める、或いは
（ウ） 前記上下力Ｆｚの推定値を求める場合、前記歪測定ステップにより測定される４ｎ個のセンサ出力のうち、前記一方側の第２の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＡ２と、前記他方側の第２の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＢ２とのみを用い、前記ｎ個のセンサ出力ＶＡ２の総和ΣＶＡ２と、前記ｎ個のセンサ出力ＶＢ２の総和ΣＶＢ２との和（ΣＶＡ２＋ΣＶＢ２）を変数とした次の推定式（３）を用いて上下力Ｆｚの推定値を求めることを特徴としている。
Ｆｘ＝Ｋｘ・（ΣＶＡ１＋ΣＶＢ１）＋Ａｘ −−−（１）
Ｆｙ＝Ｋｙ・（ΣＶＡ１−ΣＶＢ１）＋Ａｙ −−−（２）
Ｆｚ＝Ｋｚ・（ΣＶＡ２＋ΣＶＢ２）＋Ａｚ −−−（３）
（式中のＫｘ、Ｋｙ、Ｋｚ、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは定数）

又請求項２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、横力および上下力の何れか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、
一方側のサイドウォール部に取り付く一方側の歪センサ群と、他方側のサイドウォール部に取り付く他方側の歪センサ群とを具え、
かつ一方側の歪センサ群は、センシングのゲインが最大となるゲイン最大線がタイヤ半径方向線に対して３０〜６０°の角度θ１で傾斜する６個以上のｎ個の一方側の第１の歪センサと、ゲイン最大線がタイヤ半径方向線に向くｎ個の一方側の第２の歪センサとからなり、しかも前記一方側の第１、第２の歪センサが、タイヤ軸心を中心とした同一円周線上でタイヤ周方向に交互にかつ等間隔を隔てて取り付くとともに、
前記他方側の歪センサ群は、ゲイン最大線が前記角度θ１と等しい角度θ２で傾斜するｎ個の他方側の第１の歪センサと、ゲイン最大線がタイヤ半径方向線に向くｎ個の他方側の第２の歪センサとからなり、しかも前記他方側の第１、第２の歪センサが、前記一方側の第１、第２の歪センサとタイヤ赤道面を挟んで向かい合う対称位置に取り付き、かつ他方側の第１の歪センサのゲイン最大線が、前記一方側の第１の歪センサのゲイン最大線と同一方向に傾斜することを特徴としている。

本発明は、後述する「発明を実施するための形態」の欄で説明する如く、一方側の第１の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＡ１の総和ΣＶＡ１と、他方側の第１の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＢ１の総和ΣＶＢ１との和（ΣＶＡ１＋ΣＶＢ１）により、横力と上下力とによる影響を相殺でき、又差（ΣＶＡ１−ΣＶＢ１）により、前後力と上下力とによる影響を相殺でき、又一方側の第２の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＡ２の総和ΣＶＡ２と、他方側の第２の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＢ２の総和ΣＶＢ２との和（ΣＶＡ２＋ΣＶＢ２）により、前後力と横力とによる影響を相殺できる。

従って、前記和（ΣＶＡ１＋ΣＶＢ１）を変数とすることで、横力と上下力との影響が互いに相殺されて除去されるため、前後力Ｆｘを高精度で推定することが可能となる。又前記差（ΣＶＡ１−ΣＶＢ１）を変数とすることで、前後力と上下力との影響が互いに相殺されて除去されるため、横力Ｆｙを高精度で推定することが可能となる。又前記和（ΣＶＡ２＋ΣＶＢ２）を変数とすることで、前後力と横力との影響が互いに相殺されて除去されるため、上下力Ｆｚを高精度で推定することが可能となる。

しかも、説明変数の数が例えば１つと少なくて済むため、前後力、横力、上下力の推定式をそれぞれ簡潔化することができ、演算時間を短縮してタイムラグを減じうるとともに、メモリ容量が小さい安価な演算器を使用しうるためコストの低減を図ることができる。又説明変数の数の減少とともに誤差の発生が抑えられるため、推定精度をさらに向上することができる。

本発明の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傾斜の向きを示す側面図である。 歪センサの配置を説明する略図である。 （Ａ）〜（Ｃ） タイヤが一回転したときの前後力によるセンサ出力の変化を示すグラフ、横力によるセンサ出力の変化を示すグラフ、及び上下力によるセンサ出力の変化を示すグラフである。 従来技術を説明する歪センサの配置図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、前後力、横力、上下力がそれぞれ作用したときのタイヤの歪みを誇張して示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１に、本発明の力の推定方法に用いる空気入りタイヤの一実施例の断面図を示す。図１において、本例の空気入りタイヤ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。

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。

又前記空気入りタイヤ１は、一方側のサイドウォール部３Ａに取り付く一方側の歪センサ群１０ＡＧと、他方側のサイドウォール部３Ｂに取り付く他方側の歪センサ群１０ＢＧとを具える。

前記一方側の歪センサ群１０ＡＧは、図３に概念的に示すように、センシングのゲインが最大となるゲイン最大線Ｎがタイヤ半径方向線に対して３０〜６０°の角度θ１で傾斜する６個以上のｎ個の一方側の第１の歪センサ１１Ａと、ゲイン最大線Ｎがタイヤ半径方向線に向くｎ個の一方側の第２の歪センサ１２Ａとからなる。又前記一方側の第１、第２の歪センサ１１Ａ、１２Ａは、タイヤ軸心を中心とした同一円周線ｊＡ上でタイヤ周方向に交互にかつ等間隔を隔てて取り付く。

又前記他方側の歪センサ群１０ＢＧは、ゲイン最大線Ｎが前記角度θ１と等しい角度θ２で傾斜する前記ｎ個の他方側の第１の歪センサ１１Ｂと、ゲイン最大線Ｎがタイヤ半径方向線に向く前記ｎ個の他方側の第２の歪センサ１２Ｂとからなる。この他方側の第１、第２の歪センサ１１Ｂ、１２Ｂも、タイヤ軸心を中心とした同一円周線ｊＢ上でタイヤ周方向に交互にかつ等間隔を隔てて取り付くとともに、該他方側の第１の歪センサ１１Ｂのゲイン最大線Ｎは、前記一方側の第１の歪センサ１１Ａのゲイン最大線Ｎと同一方向、本例ではタイヤ半径方向外側に向かってタイヤ回転方向Ｓに傾斜している。

しかも、前記一方側の第１、第２の歪センサ１１Ａ、１２Ａと、他方側の第１、第２の歪センサ１１Ｂ、１２Ｂとは、タイヤ赤道面Ｃｏを挟んで向かい合う対称位置に取り付く。ここで、前記「対称位置に取り付く」とは、前記円周線ｊＡと円周線ｊＢとが同径であり、かつ前記一方側の第１、第２の歪センサ１１Ａ、１２Ａと、他方側の第１、第２の歪センサ１１Ｂ、１２Ｂとが実質的に同じ位相角度位置に設けられることを意味する。又「実質的に同じ位相角度位置」とは、下記のように説明される。まず、タイヤ軸芯を通って接地面に向かって垂直に下した垂直線を０°とするタイヤ軸芯廻りの座標系（ただしタイヤ回転方向の一方側、本例ではタイヤ回転方向をプラス（＋）とする）において、０°の基準線Ｘ０からプラス側に順次並ぶ１番目〜ｎ番目の一方側の第１の歪センサ１１Ａ１〜１１Ａｎにおける位相角度をαＡ１〜αＡｎ、一方側の第２の歪センサ１２Ａ１〜１２Ａｎにおける位相角度をβＡ１〜βＡｎ、他方側の第１の歪センサ１１Ｂ１〜１１Ｂｎにおける位相角度をαＢ１〜αＢｎ、他方側の第２の歪センサ１２Ｂ１〜１２Ｂｎにおける位相角度をβＢ１〜βＢｎとする。このとき、第１の歪センサ１１Ａ、１１Ｂにおける同一番目同士の位相角度の差、すなわち｜αＡ１−αＢ１｜、｜αＡ２−αＢ２｜・・・｜αＡｎ−αＢｎ｜、及び第２の歪センサ１２Ａ、１２Ｂにおける同一番目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、実質的に同じ位相角度位置にあるという。

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。

ここで、前記一方側の第１、第２の歪センサ１１Ａ、１２Ａ、及び他方側の第１、第２の歪センサ１１Ｂ、１２Ｂ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ｈ１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ｈ１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。

各前記歪センサ１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂは、図２（Ａ）に示すように、１つの磁石２１と、この磁石２１のＮ極側に間隔を有して向き合う１つの磁気センサ素子２２とを具え、本例では、前記磁石２１と磁気センサ素子２２とを弾性材２３を介して一体化したブロック状のモールド体２０として形成されている。前記磁気センサ素子２２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。又各前記歪センサ１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂ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２３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各歪センサを容易に製造しうるという観点から好適に採用できる。

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、前記一方側の歪センサ群１０ＡＧと他方側の歪センサ群１０ＢＧとによってタイヤ歪を同時に測定することにより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って得たセンサ出力に基づいて、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下力Ｆｚの何れか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、各前記歪センサ１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂによってタイヤ歪を同時に測定する。これにより、４ｎ個のセンサ出力をうることができる。本例では、前記図３に例示する如く、前記座標系において、１つの基準歪センサ１０Ｒ（４ｎ個の歪センサ１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂから任意に選ぶことができる。）が所定角度γ（例えば＋４５°）の角度位置Ｐを通過する時の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。なお、例えば前記角度γが０°の時、＋１５°の時、或いは＋３０°の時など、タイヤ回転角度位置Ｑを適宜設定できる。又角度位置Ｐを１度毎に違えることにより３６０個のタイヤ回転角度位置Ｑを設定することができ、かかる場合には、１度毎に歪測定ステップが行われる。

次に、前記演算ステップでは、
（ア） 前記一方側の第１の歪センサ１１Ａからのｎ個のセンサ出力ＶＡ１の総和ΣＶＡ１と、前記他方側の第１の歪センサ１１Ｂからのｎ個のセンサ出力ＶＢ１の総和ΣＶＢ１との和を変数とした次の推定式（１）を用いて前後力Ｆｘの推定値を求める、
（イ） 前記センサ出力ＶＡ１の総和ΣＶＡ１と、前記センサ出力ＶＢ１の総和ΣＶＢ１との差（ΣＶＡ１−ΣＶＢ１）を変数とした次の推定式（２）を用いて横力Ｆｙの推定値を求める、或いは
（ウ） 前記一方側の第２の歪センサ１２Ａからのｎ個のセンサ出力ＶＡ２の総和ΣＶＡ２と、前記他方側の第２の歪センサ１２Ｂからのｎ個のセンサ出力ＶＢ２ｉの総和ΣＶＢ２との和（ΣＶＡ２＋ΣＶＢ２）を変数とした次の推定式（３）を用いて前後力Ｆｚの推定値を求める。
Ｆｘ＝Ｋｘ・（ΣＶＡ１＋ΣＶＢ１）＋Ａｘ −−−（１）
Ｆｙ＝Ｋｙ・（ΣＶＡ１−ΣＶＢ１）＋Ａｙ −−−（２）
Ｆｚ＝Ｋｚ・（ΣＶＡ２＋ΣＶＢ２）＋Ａｚ −−−（３）
（式中のＫｘ、Ｋｙ、Ｋｚ、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは定数）

上記式（１）〜（３）を用いることにより、三分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを分離でき、推定精度を向上することができる。

ここで上記式（１）〜（３）を用いることにより、三分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを分離しうることを以下に検証する。

走行中、タイヤの前後力がＦｘからＦｘ＋ΔＦｘに変化した時、任意のｉ番目（ｉ＝１、・・・、ｎ）の一方側の第１の歪センサ１１Ａｉのセンサ出力は、ＶＡ１ｉからＶＡ１ｉ＋ΔＶｉに変化し、他方側の第１の歪センサ１１Ｂｉのセンサ出力は、ＶＢ１ｉからＶＢ１ｉ＋ΔＶｉに変化する。これに対して、一方側、他方側の第２の歪センサ１２Ａｉ、１２Ｂｉでは、ゲイン最大線Ｎがタイヤ周方向となる前後力による歪と直角となるため、そのセンサ出力はＶＡ２ｉ、ＶＢ２ｉからは変化しない。
これを、式（１）に代入すると、
Ｆｘ＋ΔＦｘ＝Ｋｘ・｛Σ（ＶＡ１ｉ＋ΔＶｉ）＋Σ（ＶＢ１ｉ＋ΔＶｉ）｝＋Ａｘ
＝Ｆｘ＋Ｋｘ・（２ΣΔＶｉ）
即ち、ΔＦｘ＝Ｋｘ・（２ΣΔＶｉ） となる。
又式（２）に代入すると、
Ｆｙ＋ΔＦｙ＝Ｋｙ・｛Σ（ＶＡ１ｉ＋ΔＶｉ）−Σ（ＶＢ１ｉ＋ΔＶｉ）｝＋Ａｙ
＝Ｆｙ
即ち、ΔＦｙ＝０ となる。
又式（３）に代入すると、
Ｆｚ＋ΔＦｚ＝Ｋｚ・（ΣＶＡ２ｉ＋ΣＶＢ２ｉ｝＋Ａｚ
＝Ｆｚ
即ち、ΔＦｚ＝０ となる。このように上記式（１）〜（３）では、前後力が変化したとき、横力、上下力には影響がなく、従って前後力を高精度で推定することができる。

又走行中、タイヤの横力がＦｙからＦｙ＋ΔＦｙに変化した時、任意のｉ番目（ｉ＝１、・・・、ｎ）の一方側の第１の歪センサ１１Ａｉのセンサ出力は、ＶＡ１ｉからＶＡ１ｉ＋ΔＶｉに変化し、他方側の第１の歪センサ１１Ｂｉのセンサ出力は、ＶＢ１ｉからＶＢ１ｉ−ΔＶｉに変化する。又同様に一方側の第２の歪センサ１２Ａｉのセンサ出力は、ＶＡ２ｉからＶＡ２ｉ＋ΔＶｉに変化し、他方側の第２の歪センサ１２Ｂｉのセンサ出力は、ＶＢ２ｉからＶＢ２ｉ−ΔＶｉに変化する。
これを、式（１）に代入すると、
Ｆｘ＋ΔＦｘ＝Ｋｘ・｛Σ（ＶＡ１ｉ＋ΔＶｉ）＋Σ（ＶＢ１ｉ−ΔＶｉ）｝＋Ａｘ
＝Ｆｘ
即ち、ΔＦｘ＝０ となる。
又式（２）に代入すると、
Ｆｙ＋ΔＦｙ＝Ｋｙ・｛Σ（ＶＡ１ｉ＋ΔＶｉ）−Σ（ＶＢ１ｉ−ΔＶｉ）｝＋Ａｙ
＝Ｆｙ＋Ｋｙ・（２ΣΔＶｉ）
即ち、ΔＦｙ＝Ｋｙ・（２ΣΔＶｉ） となる。
又式（３）に代入すると、
Ｆｚ＋ΔＦｚ＝Ｋｚ・｛Σ（ＶＡ２ｉ＋ΔＶｉ）＋Σ（ＶＢ２ｉ−ΔＶｉ）｝＋Ａｚ
＝Ｆｚ
即ち、ΔＦｚ＝０ となる。このように上記式（１）〜（３）では、横力の変化は、前後力、上下力に影響を与えることがなく、従って横力を高精度で推定することができる。

又走行中、タイヤの上下力がＦｚからＦｚ＋ΔＦｚに変化した時、任意のｉ番目（ｉ＝１、・・・、ｎ）の一方側の第１の歪センサ１１Ａｉのセンサ出力は、ＶＡ１ｉからＶＡ１ｉ±ΔＶｉに変化し、他方側の１の歪センサ１１Ｂｉのセンサ出力は、ＶＢ１ｉからＶＢ１ｉ±ΔＶｉに変化する。又一方側の第２の歪センサ１２Ａｉのセンサ出力は、ＶＡ２ｉからＶＡ２ｉ＋ΔＶｉに変化し、他方側の第２の歪センサ１２Ｂｉのセンサ出力は、ＶＢ２ｉからＶＢ２ｉ＋ΔＶｉに変化する。なおセンサ出力が「ＶＡ１ｉ±ΔＶｉ」とは、接地中心よりも前（原点側）ではセンサ出力が「＋ΔＶｉ」、後では「−ΔＶｉ」になることを意味する。

これを、式（１）に代入すると、
Ｆｘ＋ΔＦｘ＝Ｋｘ・｛Σ（ＶＡ１ｉ＋ΔＶｉ−ΔＶｉ）＋Σ（ＶＢ１ｉ＋ΔＶｉ−ΔＶｉ）｝＋Ａｘ
＝Ｆｘ
即ち、ΔＦｘ＝０ となる。
又式（２）に代入すると、
Ｆｙ＋ΔＦｙ＝Ｋｙ・｛Σ（ＶＡ１ｉ＋ΔＶｉ−ΔＶｉ）−Σ（ＶＢ１ｉ＋ΔＶｉ−ΔＶｉ）｝＋Ａｙ
＝Ｆｙ
即ち、ΔＦｙ＝０ となる。
又式（３）に代入すると、
Ｆｚ＋ΔＦｚ＝Ｋｚ・｛Σ（ＶＡ２ｉ＋ΔＶｉ）＋Σ（ＶＢ２ｉ＋ΔＶｉ）｝＋Ａｚ
＝Ｆｚ＋Ｋｚ・（２ΣΔＶｉ）
即ち、ΔＦｚ＝Ｋｚ・（２ΣΔＶｉ） となる。
このように上記式（１）〜（３）では、上下力の変化ΔＦｚは、前後力、横力に影響を与えることがなく、従って上下力を高精度で推定することができる。

なお前記式（１）〜（３）の定数Ｋｘ、Ｋｙ、Ｋｚ、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚ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。例えば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各ｎ個の歪センサ１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂによって同時に測定し、これによって得たセンサ出力ＶＡ１、ＶＡ２、ＶＢ１、ＶＢ２から、和（ΣＶＡ１＋ΣＶＢ１）、差（ΣＶＡ１−ΣＶＢ１）、和（ΣＶＡ２＋ΣＶＢ２）を求める。そして、事前の荷重付加試験の入力であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚを目的変数とし、前記和（ΣＶＡ１＋ΣＶＢ１）、差（ΣＶＡ１−ΣＶＢ１）、和（ΣＶＡ２＋ΣＶＢ２）をそれぞれ説明変数として、重回帰分析することで求めることができる。

なお、各歪センサ１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂがそれぞれ６個以上とする理由は、以下のとうりである。図４（Ａ）〜（Ｃ）に、タイヤを一回転したときの前後力Ｆｘによる第１の歪センサ１１Ａのセンサ出力ＶＡ１の変化、横力Ｆｙによるセンサ出力ＶＡ１の変化、及び上下力Ｆｚによるセンサ出力ＶＡ１の変化を示す。具体的には、前記図４（Ａ）では、一方側のサイドウォール部３Ａに、一つの第１の歪センサ１１Ａを取付けたタイヤを、ドラム上で、横力Ｆｙ＝０（スリップ角０°）、上下力Ｆｚ＝一定、の条件下で回転させたときのセンサ出力ＶＡ１の波形（出力波形）が示されている。なお前後力Ｆｘのみ、０、−１２００Ｎ（Ｎはニュートン）、−２４００Ｎ、−３６００Ｎに変化させている。前後力Ｆｘのマイナス表示は、制動力を意味する。又図４（Ｂ）では、前記タイヤを、前後力Ｆｘ＝０、上下力Ｆｚ一定の条件下で回転させたときのセンサ出力ＶＡ１の波形（出力波形）が示されている。横力Ｆｙとして、スリップ角のみ、０°、左１°、左２°、右１°、右２°に変化させている。図４（Ｃ）では、前記タイヤを、前後力Ｆｘ＝０、横力Ｆｙ＝０（スリップ角０°）の条件下で回転させたときのセンサ出力Ｖの波形（出力波形）が示されている。なお上下力Ｆｚのみ、４０００Ｎ、６０００Ｎ、８０００Ｎに変化させている。

同図から明らかなように、各出力波形における最大最小のピークｐａ、ｐｂ間の角度δは、約６０°であるが、３方力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを精度良く推定するためには、この出力波形のピークｐａ、ｐｂをとらえることが必要である。そのために、周上に６個以上の第１の歪センサ１１Ａ、１１Ｂを、それぞれ配し、隣り合う第１の歪センサ１１Ａ、１１Ａ間（及び第１の歪センサ１１Ｂ、１１Ｂ間）に、２つのピークｐａ、ｐｂが現れないようにしている。なお第２の歪センサ１２Ａ、１２Ｂの形成数も同数となる。

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。

図３に示すように、一方側、及び他方側のサイドウォール部に、それぞれ歪センサ１１Ａ、１２Ａ及び歪センサ１１Ｂ、１２Ｂを６個（ｎ＝６）づつ同一円周線上で等間隔を隔てて取り付けた空気入りタイヤ（サイズ２４５／４０ＺＲ１８）を試作した。一方側の歪センサ１１Ａ、１２Ａと、他方側の歪センサ１１Ｂ、１２Ｂとは、タイヤ赤道面を挟んだ対称位置（同位相角度位置）に配される。又各歪センサ１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂは、１つの磁石と１つの磁気センサ素子（ホール素子−−Ｍｅｌｘｉｓ社製のホールＩＣ：MLX90251）とをゴム弾性材で一体化したモールド体を使用し、歪センサ１１Ａ、１１Ｂのゲイン最大線Ｎのタイヤ半径方向線に対する角度θは４５°、しかも半径方向外側に向かってタイヤ回転方向Ｓ側に傾斜している。又歪センサ１２Ａ、１２Ｂのゲイン最大線Ｎは、タイヤ半径方向線に配される。

そしてフラットベルト上を時速２０ｋｍ／ｈで走行するタイヤに対し、タイヤの回転角度１°毎（タイヤ回転角度位置が１°毎に３６０個設定されている）に、各歪センサ１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂによってタイヤ歪を同時に測定し、それによって得た合計２４個のセンサ出力ＶＡ１_１〜ＶＡ１_６、ＶＢ１_１〜ＶＢ１_６、ＶＡ２_１〜ＶＡ２_６、ＶＢ２_１〜ＶＢ２_６から、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下力Ｆｚを推定式を用いてタイヤの回転角度１°毎に求め、６分力計を用いて実際に測定した実測値との差のバラツキを３σ（σ：標準偏差）で評価した。３σが小さいほど、実測値とのバラツキが少なく良好である。なお標準偏差は、力を４５水準に振り、各水準で１秒間計測した４５０００点の標本で構成されたデータから求めている。

なお実施例１では、前記推定式（１）〜（３）を用いて推定した。又比較例１では、２４個のセンサ出力ＶＡ１_１〜ＶＡ１_１２、ＶＢ１_１〜ＶＢ１_１２を変数（説明変数）とした一次式（推定式）を用いて、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下力Ｆｚを推定している。

表に示すように、実施例の推定方法は、説明変数の数を１としながらも、推定精度を向上しうるのが確認できる。

１ 空気入りタイヤ
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
１０ＡＧ 一方側の歪センサ群
１０ＢＧ 他方側の歪センサ群
１１Ａ 一方側の第１の歪センサ
１１Ｂ 他方側の第１の歪センサ
１２Ａ 一方側の第２の歪センサ１２Ａ
１２Ｂ 他方側の第２の歪センサ
Ｃｏタイヤ赤道面
ｊＡ、ｊＢ円周線
Ｎ ゲイン最大線

Claims (2)

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を用いて、タイヤに作用する前後力、横力および上下力の何れかを推定する推定方法であって、
   タイヤの一方側のサイドウォール部に、
   センシングのゲインが最大となるゲイン最大線がタイヤ半径方向線に対して３０〜６０°の角度θ１で傾斜する６個以上のｎ個の一方側の第１の歪センサと、
   ゲイン最大線がタイヤ半径方向線に向くｎ個の一方側の第２の歪センサとからなり、
   しかも前記一方側の第１、第２の歪センサが、タイヤ軸心を中心とした同一円周線上でタイヤ周方向に交互にかつ等間隔を隔てて取り付く一方側の歪センサ群、
   タイヤの他方側のサイドウォール部に、
   ゲイン最大線が前記角度θ１と等しい角度θ２で傾斜するｎ個の他方側の第１の歪センサと、
   ゲイン最大線がタイヤ半径方向線に向くｎ個の他方側の第２の歪センサとからなり、
   しかも前記他方側の第１、第２の歪センサが、前記一方側の第１、第２の歪センサとタイヤ赤道面を挟んで向かい合う対称位置に取り付き、かつ他方側の第１の歪センサのゲイン最大線が、前記一方側の第１の歪センサのゲイン最大線と同一方向に傾斜する他方側の歪センサ群、
   及びタイヤの回転角度位置を測定する角度センサを用い、
   所定のタイヤ回転角度位置Ｑにおいて、前記一方側の歪センサ群と他方側の歪センサ群とによってタイヤ歪を同時に測定することにより４ｎ個のセンサ出力をうる歪測定ステップと、
   前記歪測定ステップによって得たセンサ出力に基づいてタイヤに作用する力の推定値を求める演算ステップとを行うとともに、
   前記演算ステップでは、
   （ア） 前後力Ｆｘの推定値を求める場合、前記歪測定ステップにより測定される４ｎ個のセンサ出力のうち、前記一方側の第１の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＡ１と、前記他方側の第１の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＢ１とのみを用い、前記ｎ個のセンサ出力ＶＡ１の総和ΣＶＡ１と、前記ｎ個のセンサ出力ＶＢ１の総和ΣＶＢ１との和（ΣＶＡ１＋ΣＶＢ１）を変数とした次の推定式（１）を用いて前後力Ｆｘの推定値を求める、
   （イ） 前記横力Ｆｙの推定値を求める場合、前記歪測定ステップにより測定される４ｎ個のセンサ出力のうち、前記一方側の第１の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＡ１と、前記他方側の第１の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＢ１とのみを用い、前記ｎ個のセンサ出力ＶＡ１の総和ΣＶＡ１と、前記ｎ個のセンサ出力ＶＢ１の総和ΣＶＢ１との差（ΣＶＡ１−ΣＶＢ１）を変数とした次の推定式（２）を用いて横力Ｆｙの推定値を求める、或いは
   （ウ） 前記上下力Ｆｚの推定値を求める場合、前記歪測定ステップにより測定される４ｎ個のセンサ出力のうち、前記一方側の第２の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＡ２と、前記他方側の第２の歪センサからのｎ個のセンサ出力ＶＢ２とのみを用い、前記ｎ個のセンサ出力ＶＡ２の総和ΣＶＡ２と、前記ｎ個のセンサ出力ＶＢ２の総和ΣＶＢ２との和（ΣＶＡ２＋ΣＶＢ２）を変数とした次の推定式（３）を用いて上下力Ｆｚの推定値を求めることを特徴とするタイヤに作用する力の推定方法。
   Ｆｘ＝Ｋｘ・（ΣＶＡ１＋ΣＶＢ１）＋Ａｘ −−−（１）
   Ｆｙ＝Ｋｙ・（ΣＶＡ１−ΣＶＢ１）＋Ａｙ −−−（２）
   Ｆｚ＝Ｋｚ・（ΣＶＡ２＋ΣＶＢ２）＋Ａｚ −−−（３）
   （式中のＫｘ、Ｋｙ、Ｋｚ、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは定数）
2. 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、横力および上下力の何れか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、
   一方側のサイドウォール部に取り付く一方側の歪センサ群と、他方側のサイドウォール部に取り付く他方側の歪センサ群とを具え、
   かつ一方側の歪センサ群は、センシングのゲインが最大となるゲイン最大線がタイヤ半径方向線に対して３０〜６０°の角度θ１で傾斜する６個以上のｎ個の一方側の第１の歪センサと、ゲイン最大線がタイヤ半径方向線に向くｎ個の一方側の第２の歪センサとからなり、しかも前記一方側の第１、第２の歪センサが、タイヤ軸心を中心とした同一円周線上でタイヤ周方向に交互にかつ等間隔を隔てて取り付くとともに、
   前記他方側の歪センサ群は、ゲイン最大線が前記角度θ１と等しい角度θ２で傾斜するｎ個の他方側の第１の歪センサと、ゲイン最大線がタイヤ半径方向線に向くｎ個の他方側の第２の歪センサとからなり、しかも前記他方側の第１、第２の歪センサが、前記一方側の第１、第２の歪センサとタイヤ赤道面を挟んで向かい合う対称位置に取り付き、かつ他方側の第１の歪センサのゲイン最大線が、前記一方側の第１の歪センサのゲイン最大線と同一方向に傾斜することを特徴とする空気入りタイヤ。

Images