JP7385579B2 - タイヤ縦力を動的に判断するための方法 - Google Patents

Description

本発明はタイヤ縦力を動的に判断するための方法に関する。

タイヤと支持表面と間の接触領域内で生じるタイヤ縦力を判断するための従来の方法は、通常はドライブトレイン内で生じるトルク比の評価に基づいていた。この種の評価は、複雑であり被駆動輪に関連してのみ可能であった。

これにより、本発明の目的は、車両の車輪が駆動しているとき及び自由に回転しているときの両方におけるタイヤ縦力の判断を容易に行うことを可能にする最初に言及した方法を特定することである。

この目的は、請求項１の発明の特徴を有する方法により達成される。
タイヤビードに配置された加速度センサによってタイヤ加速度変化が判断される、タイヤ縦力を動的に判断する方法の場合では、前記変化は前記タイヤビード内で発生する加速度を特徴付け、タイヤ接触面開始点と加速度最高点との間の第１の時間または角距離と、前記加速度最高点とタイヤ接触面終了点との間の第２の時間または角距離とが、判断した前記タイヤ加速度変化から、プロセッサユニットにより判断され、タイヤ縦力を特徴付けるタイヤ縦力変化の大きさ及び／または向きは、２つの前記時間または角距離の間で検出された対称シフトから前記プロセッサユニットよって推定される。

本発明による方法は、空気が充填されたタイヤの支持表面が、硬い円筒と同様に、例えば直線状ではなく、むしろタイヤ接触面とみなされる圧縮の結果生じる接触面の領域で接触するという事実を用いている。縦方向及び横方向に作用するタイヤの力は、ここでタイヤ接触面内の支持表面に伝わる。タイヤ接触面を通って回転するように誘導されている間に、タイヤ半径は、タイヤ接触面終了点のタイヤ接触面の最後でその半径が元々の名目上の半径になる前に、タイヤ接触面開始点で減少される。これは、タイヤ接触面内に円周方向（接戦方向）に作用する力を生じさせる。本発明によると、反対に、その力において外部で生じた変化は、２つの時間または角距離の対称性に応じて配置されたタイヤ接触面に導かれることがわかる。力の比におけるそのような変化は、例えば、車輪の加速または減速している間に、タイヤ接触面と支持表面との間の転がり抵抗によっても生じる。

タイヤ縦力変化は、タイヤ加速度変化に基づいて、プロセッサユニットによって、すなわち、タイヤまたはタイヤ接触面の動的挙動を評価することにより、動的に判断され、これにより、タイヤに生じる駆動力及び制動力、及びその転がり抵抗によって概ね特徴付けられる。後者は、対応する転がり抵抗力で表され、それは判断されるタイヤ縦力変化についても同様であることは明らかである。

対称シフトは、２つの時間あるいは２つの角距離を比較することにより検出される。後者は、対称シフトはタイヤ円周速度によらないという利点を有している。タイヤにおける加速力または減速力の存在は、検出した対称シフトの向きまたは兆候に応じて直接的に推定することができる。

さらに、本発明による方法の有利な改良は、従属請求項からも生じる。
通常、タイヤ縦力変化は、使用されるタイヤの種類に固有の割当テーブルに基づいてプロセッサユニットによって判断され、割当テーブルでは、対称シフトのための多様な所定値が経験的に各々の対応するタイヤ縦力変化の値にリンクされていてもよい。データの品質を向上させるために、割当テーブルは、タイヤの充填圧力及び／またはタイヤ温度に関する情報に応じて、プロセッサユニットによって修正されることが考えられる。これは、これらの２つの変化が、それぞれについて、タイヤ接触面の設計について直接的な影響を有するからである。

既に初めに言及したように、判断されたタイヤ縦力変化は、タイヤに沿って転がっている間に生じる転がり抵抗に関する要素と車両の駆動力または制動力に由来する要素とを通常は含んでいる。このように一義的な割当を行うことを可能にするために、先ず第１に、転がり抵抗を特定するために、対応するタイヤ転がり抵抗変化が判断されてもよい。この判断は、駆動力または制動力の影響を受けない移動状態中に判断されたタイヤ縦力変化に基づいて、プロセッサユニットによって行われる。車両がそのような移動状態にあるか否かは、関連する駆動システムまたは制動システムの動作状態から、プロセッサユニットによって容易に推定されることができる。

これに関連して、プロセッサユニットによるタイヤの転がり抵抗変化の判断は、駆動力または制動力の影響を受けないそのような移動状態が認識される度に行われてもよく、これにより、支持表面の各々の構成要素に関する最新の値が常に供給される。

タイヤ加速度変化は、特に、タイヤ接触面内で接線方向または半径方向に作用する加速度の手段により、加速度センサによって特徴付けられる。また、タイヤ接触面を通って回転するように誘導されている間に生じた半径の変化によるタイヤ円周速度における変動は、プロセッサユニットによって判断されてタイヤ加速度変化を特徴付けるのに用いられる。この用途に、加速度センサに内蔵された慣性測定ユニットが用いられてもよい。

さらに、プロセッサユニットのタイヤ加速度変化は、加速度センサによって無線で供給されてもよい。さらにまた、タイヤの種類、及びタイヤの充填圧力及び／またはタイヤ温度に関する情報は、この情報を使用されているタイヤの種類に固有の割当テーブルを選択したり割当テーブルを修正したりするのに用いるために送信されてもよい。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＲＦＩＤトランスポンダによる手段が無線送信として用いられてもよい。タイヤの種類に関連した詳細は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＲＦＩＤトランスポンダに割り当てられたストレージユニットに格納されている一方、充填圧力及び／またはタイヤ温度はセンサによって供給される。

本発明による方法は、添付の図面を参照して以下により詳細に説明される。対応するまたはその機能に関して同等の構成要素は、同じ符号によって示されている。

例として表され、本発明による方法が実施されている車両の環境を示す。 自由に動いている車輪に生じるタイヤ接触面を示す。 駆動力の増加である追加の動作下で生じるタイヤ接触面の図を示す。 本発明による方法の例示的な実施形態をフローチャートで示す。

図１は、本発明によるタイヤ縦力を動的に判断するための方法が実行される例として表された車両の環境を示している。
図１に概略的に示す車両環境１０は、操舵可能な前輪１４と内燃エンジン１６で駆動される後輪１８とを有する農業用トラクタ１２に関連している。ここでの場合では、前輪１４は自由に動く状態に形成されているが、代替的に、これらは機械的前輪駆動（ＭＦＷＤ）により農業用トラクタ１２の内燃エンジン１６に駆動的に接続されていてもよい。

さらに、農業用トラクタ１２の制御装置構造の一部であるプロセッサユニット２０を備えており、この制御装置構造は、ＣＡＮデータバス２２としてだけ示されている。プロセッサユニット２０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＲＦＩＤレシーバ２４、ＷＬＡＮインターフェース２６、及び運転者の運転席２８に収容された操作制御ユニット３０に接続されている。

後輪または前輪１４，１８のそれぞれのタイヤビード３２，３４に組み込まれたデータ検出ユニット３６，３８は、それぞれ加速度センサ４０、充填圧力センサ４２、及び温度センサ４４を有している。また、タイヤの種類に固有の詳細が格納された格納ユニット４６を有している。代替的に、この詳細は、中央データサーバ４８内のＷＬＡＮインターフェース２６を介して読み出されてもよい。データ検出ユニット３８と格納ユニット４０または中央データサーバ４８とから提供された情報は、農業用トラクタ１２のＢｌｕｅｔｏｏｔｈまたはＲＦＩＤレシーバ２４とのデータ交換通信５２を生成するＢｌｕｅｔｏｏｔｈまたはＲＦＩＤのトランスポンダ５０に供給される。データ検出ユニット３６，３８は、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈまたはＲＦＩＤのトランスポンダ５０に含まれたアンテナ５４を介して、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈまたはＲＦＩＤレシーバ２４により誘導的に電力が供給される。代替的に、このデータ検出ユニットは、任意に置き換えられることのできる（リチウム）バッテリまたは車輪の動作を用いる発電機を搭載している。

図２は、自由に動いている車輪に生じるタイヤ接触面をさらに示す。
この場合では、「自由に動いている」という記載は、駆動力または制動力の影響を受けていない車輪、すなわち、関連するタイヤが回転運動している間に生じる転がり抵抗による作用下にだけあることを意味していることを理解されたい。

農業用トラクタ１２の前輪または後輪１４，１８に割り当てられたタイヤ５６は、名目上の半径Ｒ＝ｒ_ｎｏｍを有している。図２の説明では、タイヤ５６は、農業用トラクタ１２の現在の移動方向５８により、反時計回りに回転している。タイヤ接触力の作用下では、タイヤ５６は接触表面６０の領域内で圧縮される。この接触表面６０は、タイヤ接触面６２を形成する。タイヤ接触面６２を通って回転するように誘導されている間に、タイヤ半径ｒは、タイヤ接触面開始点６４で減少され、タイヤ接触面６２の後端におけるこのタイヤ半径がタイヤ接触面終了点６６内で最初の名目上の半径ｒ_ｎｏｍになる前に、最小値ｒ_ｍｉｎまで減少する。

タイヤビード３２，３４に組み込まれた加速度センサ４０は、ここで生じる加速度をタイヤ加速度変化の形態で測る。例えば、タイヤ加速度変化は、加速度センサ４０によって検出された半径方向に作用する加速度を特性付ける。

期間Ｔにおける車輪の１回転について重力加速度ｇと比較したタイヤ加速度変化の典型的な分析結果を図２の図面に再現する。これによると、それぞれの場合における顕著な加速度ピーク６８，７０は、タイヤ接触面開始点６４とタイヤ接触終了点４４とで発生している。タイヤ接触面６２の外側では、タイヤ加速度変化は加速度最高点７２を経ている。第１、第２、及び第３の時間ｔ_１，ｔ_２、ｔ_３または角距離φ_１，φ_２，φ_３は、タイヤ接触面開始点６４、タイヤ接触面終了点６６、及び加速度最高点７２の間で発生している。

タイヤ５６が完全に力を受けない状態では、タイヤ接触面開始点６４と加速度最高点７２との間の第１の時間ｔ_１または角距離φ_１は、加速度最高点７２とタイヤ接触面終了点６６との間の第２の時間ｔ_２または角距離φ_２と同じである。これにより、加速度最高点７２は、加速度ピーク６９，７０の間の中央位置Ａを有している。円周方向に作用する力がタイヤ接触面６２に作用する場合、及びタイヤ５６の転がり抵抗から生じる転がり抵抗力Ｆ_ｒが存在する場合、これは２つの時間ｔ_１，ｔ_２または２つの角距離φ_１，φ_２の間の対称シフトをもたらす。次に加速度最高点７２は、現在の移動方向５８とは逆向きのオフセットである位置Ｂとなり、ｔ_１＞ｔ_２またはφ_１＞φ_２である。これは、遅れた状態で、タイヤ接触面６２を通って回転するように誘導されることに逆らう転がり抵抗力Ｆ_ｒの影響に基づいている。

図３は、加速させる駆動力である追加的な動作におけるタイヤ接触面の挙動を示している。
駆動力Ｆ_ａは、転がり抵抗力Ｆ_ｒに反対向きに重ね合され、図３に示すように、加速度最高点７２が位置Ｃに戻るようにシフト移動され、ｔ´_１＞ｔ_１＞ｔ_２またはφ´_１＞φ_１＞φ_２となる。これに反して、減速させる制動力（不図示）がタイヤ接触面６２に作用する場合、加速度最高点７２は、反対向きにシフト移動される。

タイヤ５６に生じる駆動力または制動力と転がり抵抗力とは、タイヤ接触面６２に作用するタイヤ縦力である。このタイヤ縦力は、本発明の方法による手段で判断されるタイヤ縦力変化によって以下のように特徴付けられる。

図４は、本発明による方法の実施例をフローチャートで示す。
プロセッサユニット２０内で行われている方法は、農業用トラクタ１２が始動するとき、あるいは操作制御ユニット３０を介して手動により、初期化ステップ１００で開始される。

続いて、第１のメインステップ１０２では、タイヤ加速度変化は、１回転または複数の回転、または期間Ｔを介して加速度センサ４０によって判断され、タイヤ接触面開始点６４と加速度最高点７２との間の第１の時間ｔ_１または角距離φ_１、及び、加速度最高点７２とタイヤ接触面終了点６６との間の第２の時間ｔ_２または角距離φ_２を判断するためにプロセッサユニット２０によって評価される。タイヤ接触面開始点６４及びタイヤ接触面終了点は、２つの加速度最高点６８，７０により、ここでは明確な状態で提供されている（これに関しては図２及び図３参照）。

時間ｔ_１，ｔ_２について相互に比較可能な値を得るために、これらはプロセッサユニット２０によって、センサで検出された車輪回転速度に基づいて、均一なタイヤ円周速度に標準化されている。このような標準化は、角距離φ_１，φ_２が用いられる場合は考慮されなくてもよい。後者は、最終的には、センサによって検出された車輪回転速度と相互関係を有するタイヤ円周速度の時間積分によって得られる。

第２のメインステップでは、２つの時間ｔ_１，ｔ_２または角距離φ_１，φ_２の間で生じる対称シフトがプロセッサユニット２０によって判断される。これは、第１及び第２の時間ｔ_１，ｔ_２または角距離φ_１，φ_２の間に生じる偏差を判断することによって行われ、ｔ_１－ｔ_２またはφ_１－φ_２である。

使用されるタイヤの種類に固有の割当テーブルに基づいて、プロセッサユニット２０はタイヤ縦力変化の大きさ及び／または向きを続いて判断し、割当テーブルでは、対称シフトのための多数の所定値が各々対応する値に経験的にリンクされている。データの品質を向上させるために、タイヤ５６の充填圧力及び／またはタイヤ温度に関する情報に応じて、割当テーブルはプロセッサユニット２０によって修正される。関連する情報は、プロセッサユニット２０のデータ交換接続５２を介して、充填圧力センサ４２または温度センサ４４によって供給される。そのような方法で判断されるタイヤ縦力変化は、通常は転がり抵抗に関連した要素だけでなく、農業用トラクタ１２の駆動力または制動力によって生じる要素を含んでいる。このため、明確な割当を行うことを可能にするために、何よりもまず転がり抵抗を特定するために、対応するタイヤ転がり抵抗変化が判断される。これは、第３のメインステップ１０６でタイヤ縦力変化を再び判断することによって行われ、具体的には、関連する駆動システムまたは制動システムの動作状態に基づいて、農業用トラクタ１２が駆動力または制動力の影響を受けていない移動状態であるかをプロセッサユニット２０が特定する度に行われる。これは、支持表面のそれぞれの要素に応じて、常に現在のタイヤ転がり抵抗変化のための値をもたらす。

第４のメインステップ１０８では、プロセッサユニット２０は、タイヤ転がり抵抗変化によって生成された転がり抵抗に応じて調節されたタイヤ縦力抵抗をもたらす。このタイヤ縦力変化に基づいて、タイヤ５６に作用する駆動力及び制動力に関する直接的な結果を出すことができる。

例として、これにより調節された転がり抵抗変化だけでなくタイヤ縦力変化が農業用トラクタ１２の駆動管理システムの範囲である第５のメインステップ１１０で用いられる。この駆動管理システムは、とりわけ、農業用トラクタ１２の耕作等を行っているときのけん引力を最適化することができる。続いて、本発明による方法は、その後の最終ステップ１１２で終了する。
（項目１）
タイヤビード（３２，３４）に配置された加速度センサ（４０）によってタイヤ加速度変化が判断される、タイヤ縦力を動的に判断する方法において、前記変化は前記タイヤビード（３２，３４）内に発生する加速度を特徴付け、判断した前記タイヤ加速度変化から、タイヤ接触面開始点（６４）と加速度最高点（７２）との間の第１の時間または角距離（ｔ _１ ，φ _１ ）と、前記加速度最高点（７２）とタイヤ接触面終了点（６６）との間の第２の時間または角距離（ｔ _２ ，φ _２ ）とがプロセッサユニット（２０）により判断され、タイヤ縦力を特徴付けるタイヤ縦力変化の大きさ及び／または向きは、２つの前記時間または角距離（ｔ _１ ，ｔ _２ ，φ _１ ，φ _２ ）の間で検出された対称シフトから前記プロセッサユニット（２０）によって推定される、方法。
（項目２）
項目１に記載の方法において、前記タイヤ縦力変化は、使用されるタイヤの種類に固有の割当テーブルに基づいて前記プロセッサユニット（２０）によって判断されることを特徴とする、方法。
（項目３）
項目２に記載の方法において、前記割当テーブルは、前記タイヤ（５６）の充填圧力及び／またはタイヤ温度に関する情報に応じて、前記プロセッサユニット（２０）によって修正されることを特徴とする、方法。
（項目４）
項目１乃至３のいずれか１項に記載の方法において、駆動力または制動力の影響を受けない移動状態中に判断されたタイヤ縦力変化に基づいて、前記プロセッサユニット（２０）によって転がり抵抗変化が判断されることを特徴とする、方法。
（項目５）
項目１乃至４のいずれか１項に記載の方法において、前記タイヤ加速度変化は、前記タイヤ接触面（６２）内で接線方向または半径方向に作用する加速度により、前記加速度センサ（４０）によって特徴付けられることを特徴とする、方法。
（項目６）
項目１乃至４のいずれか１項に記載の方法において、前記タイヤ接触面（６２）を通って回転するように誘導されている間に生じた半径の変化によるタイヤ円周速度における変動は、前記プロセッサユニット（２０）によって判断されて前記タイヤ加速度変化を特徴付けるのに用いられることを特徴とする、方法。
（項目７）
項目１乃至６のいずれか１項に記載の方法において、前記プロセッサユニット（２０）の前記タイヤ加速度変化は、前記加速度センサ（４０）によって無線で供給されることを特徴とする、方法。

Claims (5)

1. タイヤビード（３２，３４）に配置された加速度センサ（４０）によってタイヤ径方向加速度変化が判断される、タイヤ縦力を動的に判断する方法において、前記タイヤ径方向加速度変化は前記タイヤビード（３２，３４）内に発生する径方向加速度を特徴付け、判断した前記タイヤ径方向加速度変化から、タイヤ接触面開始点（６４）と地面に接触していない部分で最もタイヤ径方向加速度が低い位置である加速度最高点（７２）との間の第１の時間または角度（ｔ_１，φ_１）と、前記加速度最高点（７２）とタイヤ接触面終了点（６６）との間の第２の時間または角度（ｔ_２，φ_２）とがプロセッサユニット（２０）により判断され、タイヤ縦力を特徴付けるタイヤ縦力変化の大きさ及び／または向きは、前記第１の時間または角度（ｔ_１ ，φ _１ ）と前記第２の時間または角度（ｔ _２ ，φ _２ ）との間で検出された前記加速度最高点（７２）に対する円周方向のシフトから前記プロセッサユニット（２０）によって推定される、方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記タイヤ縦力変化は、使用されるタイヤの種類に固有の割当テーブルに基づいて前記プロセッサユニット（２０）によって判断されることを特徴とする、方法。
3. 請求項２に記載の方法において、前記割当テーブルは、前記タイヤ（５６）の充填圧力及び／またはタイヤ温度に関する情報に応じて、前記プロセッサユニット（２０）によって修正されることを特徴とする、方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法において、駆動力または制動力の影響を受けない移動状態中に判断されたタイヤ縦力変化に基づいて、前記プロセッサユニット（２０）によって転がり抵抗変化が判断されることを特徴とする、方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法において、前記プロセッサユニット（２０）の前記タイヤ径方向加速度変化は、前記加速度センサ（４０）によって無線で供給されることを特徴とする、方法。

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