JP7491868B2

JP7491868B2 - 作用力演算装置及びプログラム

Info

Publication number: JP7491868B2
Application number: JP2021081718A
Authority: JP
Inventors: 裕之山口; 基弘藤吉; 真輝天野; 徳祥鈴木; 真人柴; 卓也本庄
Original assignee: JTEKT Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: JTEKT Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2021-05-13
Filing date: 2021-05-13
Publication date: 2024-05-28
Anticipated expiration: 2041-05-13
Also published as: JP2022175376A

Description

本発明は、作用力演算装置及びプログラムに係り、特に、タイヤに作用する作用力を演算する作用力演算装置及びプログラムに関する。

従来より、特許文献１には、回転装置が、回転体と一体回転するセンサロータ、及び、固定体側に設けられ当該センサロータを検出対象とする第一のセンサ及び第二のセンサを有するセンサ部と、センサ部から出力される信号を処理する処理装置と、を備え、処理装置は、第一のセンサと第二のセンサの位相差よりセンサ変位を求め、作用力に変換する技術が開示されている。

特開２０２０－８５８４０号公報

上記特許文献１では、横力、輪荷重変化のいずれの作用力によっても上記位相差を生じる。特に輪荷重変化が大きくなると、他軸感度による影響で、輪荷重変化によるｘ軸回りのモーメントが大きくなり、横力を正しく算出することができない、という問題があった。ｚ軸回りのモーメントに関しても、輪荷重変化によるロールステアによりｚ軸回りのモーメントを生じ、他軸感度による影響を生じる問題があった。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、タイヤに作用する作用力を精度よく演算することができる作用力演算装置及びプログラムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係る作用力演算装置は、固定体、及び前記固定体の中心線回りに回転する回転体を有するタイヤに作用する横力又は前記タイヤの鉛直軸回りのモーメントを演算する作用力演算装置であって、前記回転体と一体回転するセンサロータ、及び前記固定体側に設けられ、かつ前記センサロータを検出対象とする複数のセンサを有するセンサ部と、前記タイヤの輪荷重を検出する検出部と、前記センサ部から出力される信号を処理する処理部と、を備え、前記処理部は、前記センサ部から出力される信号を、前記横力又は前記モーメントに変換する変換部と、前記検出部によって検出された前記タイヤの輪荷重に応じて、前記横力又は前記モーメントを補正する補正部と、を含んで構成されている。

また、本発明に係るプログラムは、固定体、及び前記固定体の中心線回りに回転する回転体を有するタイヤに作用する横力又は前記タイヤの鉛直軸回りのモーメントを演算するためのプログラムであって、前記回転体と一体回転するセンサロータ、及び前記固定体側に設けられ、かつ前記センサロータを検出対象とする複数のセンサを有するセンサ部と、前記タイヤの輪荷重を検出する検出部と、を備えたコンピュータを、前記センサ部から出力される信号を、前記横力又は前記モーメントに変換する変換部、及び前記検出部によって検出された前記タイヤの輪荷重に応じて、前記横力又は前記モーメントを補正する補正部として機能させるためのプログラムである。

本発明によれば、センサ部の複数のセンサによって信号を出力する。検出部によって、タイヤの輪荷重を検出する。

そして、変換部によって、前記センサ部から出力される信号を、前記横力又は前記モーメントに変換する。補正部によって、前記検出部によって検出された前記タイヤの輪荷重に応じて、前記横力又は前記モーメントを補正する。

このように、センサロータを検出対象とする複数のセンサから出力される信号を、前記横力又は前記モーメントに変換し、検出された前記タイヤの輪荷重に応じて、前記横力又は前記モーメントを補正することにより、タイヤに作用する作用力を精度よく演算することができる。

以上説明したように、本発明の作用力演算装置及びプログラムによれば、タイヤに作用する作用力を精度よく演算することができる、という効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係るタイヤの内部構成を示す正面図である。タイヤ横力が作用しているときのハブシャフトの変位を説明するための図である。輪荷重が変動しているときのハブシャフトの変位を説明するための図である。本発明の第１の実施の形態に係るタイヤのハブユニットの構成を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態に係るタイヤのセンサ部を軸方向から見た図である。本発明の第１の実施の形態に係る作用力演算装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る作用力演算装置の詳細な構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る作用力演算装置の横力を補正する部分の詳細な構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る作用力演算装置における作用力演算処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。高μ路及び低μ路の旋回外輪におけるモーメントの計測値を示すグラフである。本発明の第２の実施の形態に係る作用力演算装置の横力を補正する部分の詳細な構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態に係る作用力演算装置における作用力演算処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。本発明の第３の実施の形態に係る作用力演算装置の構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施の形態に係る作用力演算装置の横力を補正する部分の詳細な構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施の形態に係る作用力演算装置における作用力演算処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

＜本発明の実施の形態の概要＞
図１は、タイヤ１０のセンサロータ１２とセンサ１４、計測対象である横力Ｆ_ｙ、ｚ軸回りのモーメントＭ_ｚ、および計測対象外の作用力である輪荷重Ｆ_ｚを示している。図２は、タイヤ横力Ｆ_ｙ作用時のモーメントＭ_ｘによりハブシャフト１６が上部に移動している様子を示しており、手前のセンサ１４はセンサロータ１２の回転の位相遅れを検出し、手前のセンサ１４と反対側にある奥側のセンサ１４は回転の位相の進みを検出する。この２つの位相差よりセンサ１４の変位を求め、作用力に変換する。

上記特許文献１に記載のタイヤの問題点は、他軸感度による影響が大きいことである。図２は、タイヤ横力作用時のハブシャフト１６の変位を表し、図３は静止状態からの輪荷重変化によるハブシャフト１６の変位を表している。すなわち、タイヤは横力、輪荷重変化のいずれの作用力によっても上記位相差を生じる。特に輪荷重変化が大きくなるとｘ軸回りのモーメントＭ_ｘが大きくなり、横力Ｆ_ｙを正しく算出することができない、という他軸感度の問題があった。モーメントＭ_ｚに関しても、輪荷重変化ΔＦ_ｚによるロールステアによりｚ軸回りのモーメントを生じ、同様の他軸感度を生じる、という問題があった。

そこで、本発明の実施の形態では、他軸感度要因である輪荷重を検出して補正係数を参照し、横力Ｆ_ｙ、モーメントＭ_ｚの変換値を補正して検出精度を高める。もしくは、輪荷重が閾値以上の時に横力Ｆ_ｙ、モーメントＭ_ｚの変換値を補正し、検出精度を高めることを目的とする。

［第１の実施の形態］
＜作用力演算装置の構成＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る作用力演算装置を備えたタイヤの内部構成を示す正面図である。図１において、本実施の形態に係るタイヤ１０は、センサロータ１２と、センサ１４と、ハブシャフト１６とを備えている。

また、図４は、タイヤ１０のハブユニット（車輪用軸受装置）の一例を示す断面図である。タイヤ１０のハブユニットは、ハブシャフト１６と、ハブシャフト１６の一部の径方向外方に設けられた筒状の外輪（外輪部材）１１と、転動体である玉１３とを備える。このハブユニットにおいて、外輪１１の中心線Ｃに沿った方向を「軸方向」と称する。ここでは、「軸方向」に、中心線Ｃに平行な方向も含まれるものとする。中心線Ｃに直交する方向が径方向であり、単に「径方向」と称する。本実施形態では、ハブシャフト１６が中心線Ｃ回りに回転する。中心線Ｃ回りの回転方向を「周方向」と称する。また、中心線Ｃに沿った方向をＹ軸方向とする。中心線Ｃに直交する水平方向をＸ軸方向とする。中心線Ｃに直交する鉛直方向をＺ軸方向とする。図４及び図５において、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸による直交座標系が定義される。ハブユニットが自動車の車体側に固定された状態で、ステアリング操舵角がゼロの状態において、自動車の前後方向はＸ軸に沿った方向と一致し、左右方向はＹ軸に沿った方向と一致し、上下方向はＺ軸に沿った方向と一致する。

外輪１１は、円筒形状である外輪本体部４１と、この外輪本体部４１から径方向外方に延びて設けられている固定用のフランジ部４２とを有する。外輪１１はフランジ部４２によって車体側部材であるナックル（図示省略）に取り付けられ、これにより外輪１１を含むハブユニットが車体に固定される。本実施形態では、外輪１１が固定体となり、ハブシャフト１６が回転体となる。ハブシャフト１６が外輪１１に対して中心線Ｃ回りに回転する。

ハブシャフト１６は、内軸４３と、この内軸４３の軸方向他方側に取り付けられた内輪４４とを有する。内軸４３は、外輪１１の径方向内方に設けられている内軸本体部４６と、内軸本体部４６の軸方向一方側に設けられているフランジ部４７とを有する。フランジ部４７は、内軸本体部４６の軸方向一方側から径方向外方に延びて設けられている。フランジ部４７の軸方向一方側の面に、図示しないが、車輪及びブレーキロータが取り付けられる。

内輪４４は、環状の部材であり、内軸本体部４６の軸方向他方側に外嵌し、軸方向に抜け止めされた状態で固定される。外輪本体部４１の内周側に玉１３が転がり接触する外軌道面が形成され、内軸本体部４６及び内輪４４それぞれの外周側に玉１３が転がり接触する内軌道面が形成されている。玉１３は、外輪１１とハブシャフト１６との間に二列となって設けられている。各列に含まれる複数の玉１３が保持器（図示省略）によって保持される。

タイヤ１０は、更に、センサ部２２を備え、センサ部２２は、後述する作用力演算装置１００のコンピュータ２４に信号を出力する。センサ部２２は、ハブシャフト１６と一体回転するセンサロータ１２と、複数のセンサ１４とを有する。センサロータ１２は、中心線Ｃを中心としてハブシャフト１６の軸方向他方側に取り付けられている。図４の形態では、内輪４４の一部にセンサロータ１２が外嵌して固定されている。センサロータ１２は、環状の部材であり、複数の歯が周方向に沿って間隔をあけて（等間隔で）設けられた歯車形状を有する（図５参照）。図５は、タイヤ１０を軸方向他方側から見た概略図である。前記歯はセンサ１４の検出対象となる。センサロータ１２は、強磁性体により構成されるのが好ましい。

センサ部２２には、複数のセンサ１４が含まれる。センサ１４は、センサロータ１２の周囲に設けられていて、センサロータ１２（その一部である前記歯）を検出対象とする。本実施形態では、周方向に沿って等間隔で四つのセンサ１４が設けられている。センサ１４に付されている符号の添字（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に関して説明する。添字Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、中心線Ｃを基準とした配置を意味しており、図５において、中心線Ｃを基準とした場合の、前、後、上、下を示す。例えば、前に位置するセンサの符号は「１４Ａ」であり、後ろに位置するセンサの符号は「１４Ｂ」である。センサ１４の構成は、前、後、上、下に関わらず、同じであることから、センサ１４に関して共通する説明では、添字（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を省略する。第一のセンサ１４Ａと第二のセンサ１４Ｂとは中心線Ｃを中心として１８０度離れて設けられている。これら前後のセンサ１４Ａ，１４Ｂが一組のセンサグループとされる。第三のセンサ１４Ｃと第四のセンサ１４Ｄとは中心線Ｃを中心として１８０度離れて設けられている。これら上下のセンサ１４Ｃ，１４Ｄが別の一組のセンサグループとされる。センサ１４Ａとセンサ１４Ｃとは中心線Ｃを中心として９０度離れて設けられている。

センサ１４は、磁気センサであり、磁気抵抗素子を用いた変位センサ及び回転センサとしての機能を有することができる。センサ１４は、Ａ相の磁気抵抗素子と、Ｂ相の磁気抵抗素子とを有する。Ａ相及びＢ相それぞれの磁気抵抗素子によって、センサ１４が対向するセンサロータ１２の移動に伴う磁界変化が検出される。本実施形態では、前記のとおりセンサロータ１２は歯車からなり、センサ１４は、その歯車の歯が設けられているセンサロータ１２の外周部を検出対象としている。センサロータ１２が中心線Ｃ回りに回転することで、センサ１４における磁界が変化する。この磁界変化に基づいて、センサ１４は、検出信号として、位相が異なるＡ相及びＢ相の波形信号を出力する。

センサ１４の出力信号について更に説明する。前記のとおりセンサロータ１２は歯車形状を有する。このため、センサ１４は、センサロータ１２の一つの歯から（凹部を経て）その周方向隣の他の歯までを「一周期」とする波形信号を繰り返し出力する。センサロータ１２における歯の数を「Ｎ」とする。センサロータ１２と一体であるハブシャフト１６が一回転（３６０度回転）すると、その間に、各センサ１４は、一周期の波形信号をＮ回繰り返して出力する。つまり、各センサ１４は、ハブシャフト１６がセンサロータ１２と共に一回転する間に、周期的な波形信号を複数周期について出力する。

各センサ１４は、前記のとおり、位相差を有する２相（Ａ相及びＢ相）の周期的な波形信号を出力する。つまり、センサ１４が対向するセンサロータ１２の移動に伴って、前記Ａ相の磁気抵抗素子からＳＩＮ信号が出力され、前記Ｂ相の磁気抵抗素子からＣＯＳ信号が出力される。ハブシャフト１６が一回転（３６０度回転）すると、その間に、各センサ１４は、一周期のＳＩＮ信号をＮ回繰り返して出力すると共に、一周期のＣＯＳ信号をＮ回繰り返して出力する。これらＳＩＮ信号とＣＯＳ信号とに基づいて、位相差が求められる。位相差を求める処理は、作用力演算装置１００によって行われる。作用力演算装置１００は、タイヤ１０外に設けられていればよく、本実施形態では、自動車のＥＣＵの機能の一部により構成されている。作用力演算装置１００は、複数（四つ）のセンサ１４それぞれから２相の波形信号を取得し、各種処理を実行する。

なお、センサロータ１２は、歯車形状以外であってもよく、例えば、磁石からなり、Ｎ極とＳ極とが周方向に沿って交互に設けられていてもよい。Ｎ極（Ｓ極）は均等配にある。この場合、各センサ１４は、センサロータ１２の一つのＮ極からＳ極を経て次のＮ極までを「一周期」とする波形信号を繰り返し出力する。センサ１４は、センサロータ１２の回転により、位相差を有する２相の周期的な波形信号を出力するものであればよく、形態については変更可能である。つまり、センサ１４は、ＭＲセンサ以外に、ホールセンサであってもよい。または、センサは、透過形光電式や反射形光電式の光学式であってもよい。これに応じて、センサロータ１２の形態も変更される。

図６は、本発明の実施形態に係る作用力演算装置１００の構成を示すブロック図である。作用力演算装置１００は、輪荷重検出部２０と、センサ部２２と、コンピュータ２４と、出力部２６とを備えている。なお、コンピュータ２４が、処理部の一例である。

コンピュータ２４は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する作用力演算処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することが出来る。コンピュータ２４は、機能的には図６に示すように、位相差検出部３０、変換部３２、及び補正部３４を備えている。

輪荷重検出部２０は、例えば、ロードセルを用いて、車両の各タイヤ１０の輪荷重を検出する。

センサ部２２は、車両の各タイヤ１０について設けられており、各タイヤ１０のセンサ部２２は、上述したように、各センサ１４の波形信号を出力する。

位相差検出部３０は、車両の各タイヤ１０について、各センサ１４の波形信号の位相差を検出する。具体的には、図７に示すように、位相差検出部３０Ａは、車両の各タイヤ１０について、センサ１４Ａ、１４Ｂの波形信号の位相差を検出すると共に、位相差検出部３０Ｂは、センサ１４Ｃ、１４Ｄの波形信号の位相差を検出する。

変換部３２は、車両の各タイヤ１０について、検出された各センサ１４の波形信号の位相差を、タイヤ横力及びモーメントに変換する。

具体的には、図７に示すように、位相差－横力変換部３２Ａは、車両の各タイヤ１０について、検出されたセンサ１４Ａ、１４Ｂの波形信号の位相差を、タイヤ横力Ｆ_ｙに変換する（図８参照）。例えば、予め求められた、センサ１４Ａ、１４Ｂの波形信号の位相差と、タイヤ横力Ｆ_ｙとの対応関係に基づいて、検出されたセンサ１４Ａ、１４Ｂの波形信号の位相差を、タイヤ横力Ｆ_ｙに変換する。

また、位相差－モーメント変換部３２Ｂは、車両の各タイヤ１０について、検出されたセンサ１４Ｃ、１４Ｄの波形信号の位相差を、モーメントＭ_ｚに変換する。例えば、予め求められた、センサ１４Ｃ、１４Ｄの波形信号の位相差と、モーメントＭ_ｚとの対応関係に基づいて、検出されたセンサ１４Ｃ、１４Ｄの波形信号の位相差を、モーメントＭ_ｚに変換する。

補正部３４は、車両の各タイヤ１０について、検出された当該タイヤ１０の輪荷重に応じて、変換部３２により得られた横力及びモーメントを補正する。

具体的には、図７に示すように、横力補正係数テーブル参照部３４Ａは、車両の各タイヤ１０について、輪荷重が大きいほど大きくなるように定められた他軸感度の補正係数ｋを格納したテーブルから、検出された当該タイヤ１０の輪荷重に対応する他軸感度の補正係数ｋを取得する（図８参照）。

モーメント補正係数テーブル参照部３４Ｂは、車両の各タイヤ１０について、輪荷重が大きいほど大きくなるように定められた他軸感度の補正係数ｋを格納したテーブルから、検出された当該タイヤ１０の輪荷重に対応する他軸感度の補正係数ｋを取得する。

横力補正部３４Ｃは、車両の各タイヤ１０について、位相差－横力変換部３２Ａにより得られた横力Ｆ_ｙに、横力補正係数テーブル参照部３４Ａにより得られた他軸感度の補正係数ｋを乗算して、横力Ｆ_ｙを補正する（図８参照）。

モーメント補正部３４Ｄは、位相差－モーメント変換部３２Ｂにより得られたモーメントＭ_ｚに、モーメント補正係数テーブル参照部３４Ｂにより得られた他軸感度の補正係数ｋを乗算して、モーメントＭ_ｚを補正する。

出力部２６は、横力補正部３４Ｃにより補正された横力Ｆ_ｙ、及びモーメント補正部３４Ｄにより補正されたモーメントＭ_ｚを出力する。

＜作用力演算装置の作用＞
次に、第１の実施の形態に係る作用力演算装置１００の作用について説明する。

作用力演算装置１００を搭載した車両が走行中に、各タイヤ１０のセンサ部２２が、各センサ１４の波形信号を出力しているときに、コンピュータ２４において、図９に示す作用力演算処理ルーチンが実行される。

まず、ステップＳ１００において、位相差検出部３０Ａは、車両の各タイヤ１０について、センサ１４Ａ、１４Ｂの波形信号の位相差を検出すると共に、位相差検出部３０Ｂは、センサ１４Ｃ、１４Ｄの波形信号の位相差を検出する。

ステップＳ１０２において、位相差－横力変換部３２Ａは、車両の各タイヤ１０について、検出されたセンサ１４Ａ、１４Ｂの波形信号の位相差を、タイヤ横力Ｆ_ｙに変換する。

ステップＳ１０４において、位相差－モーメント変換部３２Ｂは、車両の各タイヤ１０について、検出されたセンサ１４Ｃ、１４Ｄの波形信号の位相差を、モーメントＭ_ｚに変換する。

ステップＳ１０６において、補正部３４は、輪荷重検出部２０によって検出された、車両の各タイヤ１０の輪荷重を取得する。

ステップＳ１０８において、横力補正係数テーブル参照部３４Ａは、車両の各タイヤ１０について、輪荷重と他軸感度の補正係数ｋとを対応付けて格納したテーブルから、検出された当該タイヤ１０の輪荷重に対応する他軸感度の補正係数ｋを取得する。

モーメント補正係数テーブル参照部３４Ｂは、車両の各タイヤ１０について、輪荷重と他軸感度の補正係数ｋとを対応付けて格納したテーブルから、検出された当該タイヤ１０の輪荷重に対応する他軸感度の補正係数ｋを取得する。

ステップＳ１１０において、横力補正部３４Ｃは、車両の各タイヤ１０について、位相差－横力変換部３２Ａにより得られた横力Ｆ_ｙに、横力補正係数テーブル参照部３４Ａにより得られた他軸感度の補正係数ｋを乗算して、横力Ｆ_ｙを補正する。

ステップＳ１１２において、出力部２６は、横力補正部３４Ｃにより補正された横力Ｆ_ｙ、及びモーメント補正部３４Ｄにより補正されたモーメントＭ_ｚを出力し、上記ステップＳ１００へ戻る。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る作用力演算装置によれば、センサロータを検出対象とする複数のセンサから出力される信号を、横力及びモーメントに変換し、検出されたタイヤの輪荷重に応じて、横力及びモーメントを補正することにより、タイヤに作用する作用力を精度よく演算することができる。

また、輪荷重に対するタイヤ横力Ｆ_ｙ、モーメントＭ_ｚの他軸感度をテーブル化する。走行中の動的な輪荷重検出値を用いて他軸感度のテーブル参照を行い、タイヤ横力Ｆ_ｙ、モーメントＭ_ｚの変換値の補正ができる。これにより、他軸感度の影響を抑え、タイヤ横力Ｆ_ｙ、モーメントＭ_ｚの検出精度を高めることができる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る作用力演算装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態では、輪荷重に応じて横力及びモーメントの補正を行うか否かを決定する点が、第１の実施の形態と異なっている。

＜第２の実施の形態の概要＞
本実施の形態では、横力及びモーメントの補正の有無を、輪荷重閾値に基づき決定する。

図１０は、高μ路、低μ路の旋回外輪におけるモーメントＭ_ｚについて、センサ１４の波形信号の位相差からの変換結果と、高精度６分力計（真値計測）の出力とを比較したもので、高μ路、低μ路で輪荷重に対するモーメントＭ_ｚが大きく異なる。

図１０より、センサ１４の波形信号の位相差から変換されたモーメントは、高μ路、輪荷重増大時に非線形性が顕著となり補正が必要であるが、高μ路での線形域、あるいは低μ路では補正は不要である。

補正係数ｋは、高μ路での、センサの波形信号の位相差からの変換結果および高精度６分力計の出力を基に設定するため、低μ路で使用すると誤った補正となる。路面μに応じて係数ｋの補正有無を判断する必要があるが、高μ路、低μ路の路面判別は一般には容易ではない。そこで、図１０に示すように輪荷重閾値を設け、閾値以上でモーメントＭ_ｚの補正を行う。

＜作用力演算装置の構成＞
第２の実施の形態に係る作用力演算装置１００の補正部３４は、車両の各タイヤ１０について、検出された当該タイヤ１０の輪荷重が閾値以上であれば、変換部３２により得られた横力及びモーメントを補正する。

例えば、図１１に示すように、横力補正係数テーブル参照部３４Ａは、車両の各タイヤ１０について、検出された当該タイヤ１０の輪荷重が閾値以上である場合に、輪荷重が大きいほど大きくなるように定められた他軸感度の補正係数ｋを格納したテーブルから、検出された当該タイヤ１０の輪荷重に対応する他軸感度の補正係数ｋを取得する。横力補正係数テーブル参照部３４Ａは、車両の各タイヤ１０について、検出された当該タイヤ１０の輪荷重が閾値未満である場合に、他軸感度の補正係数ｋを１．０とし、横力の補正を行わない。

モーメント補正係数テーブル参照部３４Ｂは、車両の各タイヤ１０について、検出された当該タイヤ１０の輪荷重が閾値以上である場合に、輪荷重が大きいほど大きくなるように定められた他軸感度の補正係数ｋを格納したテーブルから、検出された当該タイヤ１０の輪荷重に対応する他軸感度の補正係数ｋを取得する。モーメント補正係数テーブル参照部３４Ｂは、車両の各タイヤ１０について、検出された当該タイヤ１０の輪荷重が閾値未満である場合に、他軸感度の補正係数ｋを１．０とし、モーメントの補正を行わない。

横力補正部３４Ｃは、車両の各タイヤ１０について、位相差－横力変換部３２Ａにより得られた横力Ｆ_ｙに、横力補正係数テーブル参照部３４Ａにより得られた他軸感度の補正係数ｋを乗算して、横力Ｆ_ｙを補正する。

＜作用力演算装置の作用＞
次に、第２の実施の形態に係る作用力演算装置の作用について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

作用力演算装置１００を搭載した車両が走行中に、各タイヤ１０のセンサ部２２が、各センサ１４の波形信号を出力しているときに、コンピュータ２４において、図１２に示す作用力演算処理ルーチンが実行される。

そして、以下のステップＳ２００～Ｓ２０４を、車両の各タイヤ１０について繰り返し実行する。

ステップＳ２００では、当該タイヤ１０の輪荷重が閾値以上であるか否かを判定する。当該タイヤ１０の輪荷重が閾値以上である場合には、ステップＳ２００へ移行する。一方、当該タイヤ１０の輪荷重が閾値未満である場合には、横力及びモーメントの補正を行わずに、ステップＳ１１２へ移行する。

ステップＳ２０２において、横力補正係数テーブル参照部３４Ａは、当該タイヤ１０について、輪荷重と他軸感度の補正係数ｋとを対応付けて格納したテーブルから、検出された当該タイヤ１０の輪荷重に対応する他軸感度の補正係数ｋを取得する。

モーメント補正係数テーブル参照部３４Ｂは、当該タイヤ１０について、輪荷重と他軸感度の補正係数ｋとを対応付けて格納したテーブルから、検出された当該タイヤ１０の輪荷重に対応する他軸感度の補正係数ｋを取得する。

ステップＳ２０４において、横力補正部３４Ｃは、当該タイヤ１０について、位相差－横力変換部３２Ａにより得られた横力Ｆ_ｙに、横力補正係数テーブル参照部３４Ａにより得られた他軸感度の補正係数ｋを乗算して、横力Ｆ_ｙを補正する。

ステップＳ１１２において、出力部２６は、車両の各タイヤ１０について、横力Ｆ_ｙ、及びモーメントＭ_ｚを出力し、上記ステップＳ１００へ戻る。

以上説明したように、第２の実施の形態に係る作用力演算装置によれば、輪荷重閾値により、輪荷重増大時のみ他軸感度補正を行う。これにより、他軸感度の影響を抑え、タイヤ横力Ｆ_ｙ、モーメントＭ_ｚの検出精度を高めることができる。

［第３の実施の形態］
＜作用力演算装置の構成＞
次に、第３の実施の形態に係る作用力演算装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。

第３の実施の形態では、輪荷重を計測せずに推定している点が、第１の実施の形態と異なっている。

図１３に示すように、第３の実施の形態に係る作用力演算装置３００は、前後加速度検出部３２０と、横加速度検出部３２１と、センサ部２２と、コンピュータ３２４と、出力部２６とを備えている。

前後加速度検出部３２０は、車両重心の前後加速度を検出する。

横加速度検出部３２１は、車両重心の横加速度を検出する

コンピュータ３２４は、機能的には図１３に示すように、位相差検出部３０、変換部３２、補正部３４、静荷重記憶部３３０、車両諸元記憶部３３２、及び輪荷重推定部３３４を備えている。なお、輪荷重推定部３３４が、輪荷重変動検出部及び検出部の一例である。

静荷重記憶部３３０は、予め計測された各タイヤ１０の静荷重を記憶する。

車両諸元記憶部３３２は、車両諸元として、重心から前後輪までの距離、重心から左右輪距離、車両重心の高さ、タイヤ半径、ロールセンタ高、及び前後輪の上下剛性を記憶している。

輪荷重推定部３３４は、車両重心の前後加速度及び横加速度と、車両重心から左右輪の各々までの距離、車両重心から前後輪の各々までの距離、車両重心の高さ、タイヤ半径、ロールセンタ高、及び各輪の上下剛性とに基づいて、各タイヤ１０の輪荷重の変動を検出する。

具体的には、式（１）を用いて、各タイヤ１０の輪荷重の変動を検出する。

（１）

上記式（１）は車両重心に作用する慣性力により輪荷重の変動が生じることを表しており、慣性力は、各タイヤ１０の静荷重の総和より算出される車両質量と、時々刻々の前後加速度^・・ｘ、横加速度^・・ｙに基づき算出される。ｌ_ｆ，ｌ_ｒは、重心から前後輪までの距離であり、ｔ_ｆ，ｔ_ｒは、重心から左右輪までの距離であり、ＴｉｒｅＲはタイヤ半径であり、ｈ_ＣＧは、車両重心の高さであり、ｈ_ＲＣは、ロールセンタ高であり、ｋ_ｆ，ｋ_ｒは、前後輪の上下剛性である。なお、添え字’ｆ’は前輪を表し、’ｒ’は後輪を表す。

輪荷重推定部３３４は、各タイヤ１０の静荷重と、各タイヤ１０の輪荷重の変動とに基づいて、各タイヤ１０の輪荷重を推定する。

上記式（１）の最右辺が各タイヤ１０の荷重変動であり、例えば、左前のタイヤ１０の輪荷重ＦＬ_Ｆｚは、静荷重ＦＬ_Ｆｚ０と荷重変動の推定値ΔＦＬ_Ｆｚを用いて次式で算出される。

（２）

補正部３４は、車両の各タイヤ１０について、推定された当該タイヤ１０の輪荷重に応じて、変換部３２により得られた横力及びモーメントを補正する。

具体的には、図１４に示すように、横力補正係数テーブル参照部３４Ａは、車両の各タイヤ１０について、輪荷重が大きいほど大きくなるように定められた他軸感度の補正係数ｋを格納したテーブルから、推定された当該タイヤ１０の輪荷重に対応する他軸感度の補正係数ｋを取得する。

モーメント補正係数テーブル参照部３４Ｂは、車両の各タイヤ１０について、輪荷重が大きいほど大きくなるように定められた他軸感度の補正係数ｋを格納したテーブルから、推定された当該タイヤ１０の輪荷重に対応する他軸感度の補正係数ｋを取得する。

＜作用力演算装置の作用＞
次に、第３の実施の形態に係る作用力演算装置の作用について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

作用力演算装置１００を搭載した車両が走行中に、各タイヤ１０のセンサ部２２が、各センサ１４の波形信号を出力し、前後加速度検出部３２０が、車両重心の前後加速度を検出し、横加速度検出部３２１が、車両重心の横加速度を検出しているときに、コンピュータ２４において、図１５に示す作用力演算処理ルーチンが実行される。

ステップＳ３００において、輪荷重推定部３３４は、前後加速度検出部３２０によって検出された車両重心の前後加速度、及び横加速度検出部３２１によって検出された横加速度を取得する。

ステップＳ３０２において、輪荷重推定部３３４は、車両重心の前後加速度及び横加速度と、車両重心から左右輪の各々までの距離、車両重心から前後輪の各々までの距離、車両重心の高さ、タイヤ半径、及び各輪の上下剛性とに基づいて、各タイヤ１０の輪荷重の変動を検出する。

ステップＳ３０４において、輪荷重推定部３３４は、各タイヤ１０の静荷重と、各タイヤ１０の輪荷重の変動とに基づいて、各タイヤ１０の輪荷重を推定する。

ステップＳ１０８において、横力補正係数テーブル参照部３４Ａは、車両の各タイヤ１０について、輪荷重と他軸感度の補正係数ｋとを対応付けて格納したテーブルから、推定された当該タイヤ１０の輪荷重に対応する他軸感度の補正係数ｋを取得する。

モーメント補正係数テーブル参照部３４Ｂは、車両の各タイヤ１０について、輪荷重と他軸感度の補正係数ｋとを対応付けて格納したテーブルから、推定された当該タイヤ１０の輪荷重に対応する他軸感度の補正係数ｋを取得する。

ステップＳ１１０において、横力補正部３４Ｃは、車両の各タイヤ１０について、位相差－横力変換部３２Ａにより得られた横力Ｆ_ｙに、横力補正係数テーブル参照部３４Ａにより得られた他軸感度の補正係数ｋを乗算して、横力Ｆ_ｙを補正する（。

以上説明したように、第３の実施の形態に係る作用力演算装置によれば、車両に作用する慣性力と重心周りの車両諸元に基づき各タイヤの輪荷重変動を推定でき、各タイヤの静荷重との合計により動的な輪荷重を推定する。これにより、輪荷重計測が困難な場合であっても、他軸感度の影響を抑え、タイヤ横力Ｆ_ｙ、モーメントＭ_ｚの検出精度を高めることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上記の第２の実施の形態で説明した、輪荷重閾値以上である場合に横力及びモーメントの補正を行うことと、上記の第３の実施の形態で説明した、各タイヤの輪荷重の推定と、を組み合わせてもよい。

１０タイヤ
１２センサロータ
１４センサ
１６ハブシャフト
２０輪荷重検出部
２２センサ部
２４、３２４コンピュータ
２６出力部
３０位相差検出部
３２変換部
３４補正部
１００、３００作用力演算装置
３２０前後加速度検出部
３２１横加速度検出部
３３０静荷重記憶部
３３２車両諸元記憶部
３３４輪荷重推定部

Claims

固定体、及び前記固定体の中心線回りに回転する回転体を有するタイヤに作用する横力又は前記タイヤの鉛直軸回りのモーメントを演算する作用力演算装置であって、
前記回転体と一体回転するセンサロータ、及び前記固定体側に設けられ、かつ前記センサロータを検出対象とする複数のセンサを有するセンサ部と、
前記タイヤの輪荷重を検出する検出部と、
前記センサ部から出力される信号を処理する処理部と、
を備え、
前記処理部は、
前記センサ部から出力される信号を、前記横力又は前記モーメントに変換する変換部と、
前記検出部によって検出された前記タイヤの輪荷重に応じて、前記横力又は前記モーメントを補正する補正部と、
を含む作用力演算装置。
前記補正部は、前記タイヤの輪荷重が閾値以上であれば、前記タイヤの前記横力又は前記モーメントを補正する請求項１記載の作用力演算装置。
前記補正部は、前記タイヤの前記横力又は前記モーメントに、前記輪荷重が大きいほど大きくなるように定められた他軸感度の補正係数を乗算して、前記タイヤの前記横力又は前記モーメントを補正する請求項１又は２記載の作用力演算装置。
前記変換部は、前記複数のセンサから出力される信号の位相差に基づき、前記横力又は前記モーメントに変換する請求項１～請求項３の何れか１項記載の作用力演算装置。
車両重心の前後加速度及び横加速度を検出する加速度検出部と、
前記車両重心の前後加速度及び横加速度と、前記車両重心から左右輪の各々までの距離、前記車両重心から前後輪の各々までの距離、前記車両重心の高さ、タイヤ半径、ロールセンタ高、及び各輪の上下剛性とに基づいて、前記タイヤの輪荷重の変動を検出する輪荷重変動検出部とを更に含み、
前記検出部は、前記タイヤの静荷重と、前記タイヤの輪荷重の変動とに基づいて、前記タイヤの輪荷重を検出する請求項１～請求項４の何れか１項記載の作用力演算装置。
固定体、及び前記固定体の中心線回りに回転する回転体を有するタイヤに作用する横力又は前記タイヤの鉛直軸回りのモーメントを演算するためのプログラムであって、
前記回転体と一体回転するセンサロータ、及び前記固定体側に設けられ、かつ前記センサロータを検出対象とする複数のセンサを有するセンサ部と、
前記タイヤの輪荷重を検出する検出部と、を備えたコンピュータを、
前記センサ部から出力される信号を、前記横力又は前記モーメントに変換する変換部、及び
前記検出部によって検出された前記タイヤの輪荷重に応じて、前記横力又は前記モーメントを補正する補正部
として機能させるためのプログラム。