KR101430782B1

KR101430782B1 - 타이어 접지 상태 추정 방법, 타이어 접지 상태 추정 장치 및 접지 상태 추정용 타이어

Info

Publication number: KR101430782B1
Application number: KR1020097022299A
Authority: KR
Inventors: 야스미찌 와까오
Original assignee: 가부시키가이샤 브리지스톤
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2014-08-18
Also published as: EP2143613A4; CN101668672A; BRPI0810545A2; US20100147062A1; WO2008136303A1; EP2143613B1; US8122762B2; EP2143613A1; JP2008273388A; JP5191163B2; ES2612077T3; CN101668672B; KR20100015892A; RU2410258C1

Abstract

타이어 둘레 방향의 길이가 상이한 복수의 블록이 타이어 둘레 방향으로 배열된 블록열을 갖고, 또한 상기 블록열의 인접하는 2개의 블록의 축출 단부가 일정한 주기로 형성되어 있는 트레드 패턴을 갖는 접지 상태 추정용 타이어(20)를 사용하여, 너클(23)에 장착된 가속도 센서(11)에 의해, 상기 타이어(20)로부터 상기 너클(23)에 전파되는 상기 축출 단부가 순차 노면으로부터 이격될 때에 발생하는 주기적인 진동을 검출하여 상기 진동의 주파수 파형을 구하는 동시에, 상기 주파수 파형의, 차륜속 센서(12)에 의해 측정한 차륜속(V)과 상기 주기로부터 산출되는 검출 주파수 대역에 있어서의 진동 레벨을 검출하여, 이 진동 레벨의 크기로부터 타이어의 접지 상태를 추정함으로써, 타이어에 센서를 장착하지 않고, 주행 중인 타이어의 접지 상태를 고정밀도로 추정할 수 있다.

접지 상태 추정용 타이어, 블록, 가속도 센서, 검출 주파수 대역 설정 수단, 차륜속 센서

Description

타이어 접지 상태 추정 방법, 타이어 접지 상태 추정 장치 및 접지 상태 추정용 타이어{TIRE GROUNDING STATE ESTIMATING METHOD, TIRE GROUNDING STATE ESTIMATING DEVICE, AND GROUNDING STATE ESTIMATING TIRE}

본 발명은 주행 중인 타이어의 접지 상태를 추정하는 방법과 그 장치 및 타이어 접지 상태의 추정에 사용되는 타이어에 관한 것이다.

자동차의 주행 안정성을 높이기 위해, 타이어와 노면 사이의 마찰 계수(노면 마찰 계수) 혹은 타이어의 접지 상태를 고정밀도로 추정하고, 차량 제어로 피드백하는 것이 요구되고 있다. 미리 상기 노면 마찰 계수나 타이어의 접지 상태를 추정할 수 있으면, 제동/구동이나 조타 등의 위험 회피의 조작을 일으키기 전에, 예를 들어 ABS 브레이크의 보다 고도인 제어 등이 가능하게 되어, 안전성이 한층 더 높아지는 것이 예상된다.

노면 마찰 계수를 추정하는 방법으로서는, 예를 들어 차륜속을 검출하고, 이 검출된 차륜속 신호 ω로부터 외란(外亂) △T를 받았을 때의 차륜속 변동 △ω를 검출한 후, 이 △ω를 만족하는 차륜의 전달 함수를 최소 제곱법으로 동정(同定)하고, 노면 μ의 구배를 추정하는 동시에, 이 노면 μ의 구배와 미리 구해 둔 차량의 제동력과 이 노면 μ의 구배의 관계로부터 차량의 제동력을 추정하고, 이 제동력과 상기 노면 μ의 구배로부터, 슬립(slip)율이 0일 때의 노면 μ의 구배를 추정하는 방법(예를 들어, 하기 특허 문헌 1 참조)이나, 도 9에 도시한 바와 같이, 공기입(空氣入) 타이어(50)의 타이어 트레드부(51)에 트레드 표면보다 높이가 높은 센싱 블록(52H)과 높이가 낮은 센싱 블록(52L)을 형성하고, 각 센싱 블록(52H, 52L)의 타이어 둘레 방향으로 평행한 측면에 각각 왜곡 게이지(53H, 53L)를 부착하여, 상기 2개의 왜곡 게이지(53H, 53L)에서 검출한 왜곡 레벨의 차와, 미리 구해 둔 왜곡 레벨 차와 노면 마찰 계수의 관계를 나타내는 맵으로부터 노면 마찰 계수를 추정하는 방법 등이 제안되어 있다(예를 들어, 하기 특허 문헌 2 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제2002-160620호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제2002-36836호 공보

<발명의 개시>

<발명이 해결하고자 하는 과제>

그러나, 상기 차륜속에 기초하여 구한 노면 μ의 구배라고 추정한 차량의 제동력으로부터 슬립율이 0일 때의 노면 μ의 구배를 추정하는 방법에서는, 타이어―노면 사이에서 발생하고 있는 힘의 정보가 없기 때문에, 추정 시간을 필요로 하는 것으로부터, 노면 변화에 대한 추종성에 한계가 있었다.

또한, 높이가 다른 센싱 블록(52H, 52L)에 각각 부착된 왜곡 게이지(53H, 53L)에서 검출한 왜곡 레벨의 차로부터 노면 마찰 계수를 추정하는 방법에서는, 노면과 직접 접하는 블록에 왜곡 게이지(53H, 53L) 등의 센서를 장착하는 구성이기 때문에, 센서의 내구성의 면에서 문제가 있다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 타이어에 센서를 장착하지 않고, 주행 중인 타이어의 접지 상태를 고정밀도로 추정할 수 있는 타이어의 접지 상태 추정 방법과 그 장치 및 타이어의 접지 상태의 추정에 사용되는 타이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명자는 예의 검토한 결과, 접지면 내에서 변형된 블록의 축출 단부가 접지면으로부터 이격되어 그 변형이 개방될 때에 발생하는 진동의 크기가 노면 마찰 계수 μ(또는, 블록의 미끄러짐 상태)에 의존하기 때문에, 블록의 축출 단부의 둘레 방향의 간격이 동등한 타이어를 사용하는 동시에, 상기 간격에 대응한 주기로 타이어로부터 휠이나 휠 허브 혹은 너클 등의 차량 스프링 하부에 전달되는 진동을 상기 차량 스프링 하부에서 검출하면, 타이어에 센서를 설치하지 않고, 주행 중인 타이어의 접지 상태를 고정밀도로 추정할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명에 이른 것이다.

즉, 본원의 청구항 1에 기재된 발명은, 주행 중인 타이어의 접지 상태를 추정하는 방법이며, 복수의 둘레 방향 홈과 가로 홈 또는 러그 홈으로 구획된 블록, 혹은 타이어 둘레 방향으로 연속되는 랜드부로부터 타이어 폭 방향으로 돌출되는 의사(擬似) 블록의 축출 단부의 위치가, 타이어 둘레 방향으로 일정한 주기로 형성되어 있는 트레드 패턴을 갖는 타이어를 사용하여, 상기 타이어로부터 차량 스프링 하부에 전파되는 상기 블록 혹은 의사 블록의 축출 단부가 노면으로부터 이격될 때의 진동을 차량 스프링 하부에서 검출하고, 이 검출된 진동의 상기 주기에 대응하는 주파수 대역의 진동 성분의 크기로부터 주행 중인 타이어의 접지 상태를 추정하도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 타이어 접지 상태 추정 방법에 있어서, 차륜부의 비회전측 부재이며 또한 차륜부의 비회전측에 설치된 완충 부재보다 휠측에 위치하는 비회전측 부재에 전파되는 상기 진동을 검출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 청구항 3에 기재된 발명은, 복수의 둘레 방향 홈과 가로 홈 또는 러그 홈으로 구획된 블록, 혹은 타이어 둘레 방향으로 연속되는 랜드부로부터 타이어 폭 방향으로 돌출되는 의사 블록의 축출 위치가, 타이어 둘레 방향으로 일정한 주기로 형성되어 있는 트레드 패턴을 갖는 타이어를 사용하여 주행 중인 타이어의 접지 상태를 추정하는 장치이며, 차량 스프링 하부에 배치되어 차량 스프링 하부의 진동을 검출하는 진동 검출 수단과, 차륜의 속도를 검출하는 차륜속 센서와, 이 차륜속 센서에서 검출한 차륜속과 상기 주기로부터 상기 진동의 진동 레벨을 검출하기 위한 주파수 대역을 설정하는 검출 주파수 대역 설정 수단과, 상기 검출 주파수 대역 설정 수단에서 설정된 주파수 대역의 진동 성분의 크기를 검출하는 진동 레벨 검출 수단과, 이 진동 레벨 검출 수단에서 검출된 진동 성분의 크기로부터 타이어의 접지 상태를 추정하는 타이어 접지 상태 추정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 3에 기재된 타이어 접지 상태 추정 장치에 있어서, 상기 진동 검출 수단을, 차륜부의 비회전측 부재이며 또한 완충 부재보다 휠측에 설치한 것이다.

또한, 청구항 5에 기재된 발명은, 타이어의 접지 상태의 추정에 사용되는 타이어이며, 복수의 둘레 방향 홈과 가로 홈으로 구획된 블록 혹은 의사 블록의 축출 위치가, 타이어 둘레 방향으로 일정한 주기로 형성되어 있고, 또한 타이어 둘레 방향으로 배열된 상기 블록 혹은 의사 블록은, 타이어 둘레 방향의 길이가 상이한 적어도 2종류의 블록 혹은 의사 블록을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

<발명의 효과>

본 발명에 따르면, 복수의 둘레 방향 홈과 가로 홈으로 구획된 블록, 혹은 타이어 둘레 방향으로 연속되는 랜드부로부터 타이어 폭 방향으로 돌출되는 의사 블록의 축출 위치가, 타이어 둘레 방향으로 일정한 주기로 형성되어 있는 타이어를 사용하고, 차량 스프링 하부에 전파되는 상기 블록 혹은 의사 블록의 축출 단부가 노면으로부터 이격될 때의 진동을 검출하고, 이 검출된 진동의 상기 주기의 진동 성분의 크기로부터 타이어의 접지 상태를 추정하도록 하였으므로, 타이어부에 센서를 설치하지 않고, 주행 중인 타이어의 접지 상태를 고정밀도로 추정할 수 있다. 또한, 타이어로의 센서 장착이 불필요해지므로, 타이어의 생산 효율이 향상된다. 또한, 타이어부에 센서를 장착한 경우와 비교하여 센서의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 센서의 교환도 용이해진다.

또한, 상기 진동을 차륜부의 비회전측 부재이며 또한 완충 부재보다 휠측에서 검출하도록 하면, 슬립 링이나 무선 장치 등을 사용하지 않고, 센서로부터 차체측에 데이터를 전달할 수 있으므로, 장치를 간이화할 수 있는 동시에, 데이터의 열화를 방지할 수 있다.

또한, 타이어의 접지 상태의 추정에 사용되는 타이어로서는, 복수의 둘레 방향 홈과 가로 홈으로 구획된 블록, 혹은 타이어 둘레 방향으로 연속되는 랜드부로부터 타이어 폭 방향으로 돌출되는 의사 블록의 축출 위치가, 타이어 둘레 방향으로 일정한 주기로 형성되어 있는 트레드 패턴을 갖는 타이어이면 된다. 그러나, 블록의 타이어 둘레 방향의 길이가 모두 동일한 경우에는, 가로 홈의 폭도 동일하게 되므로, 피치 노이즈(pitch noise)가 증가할 우려가 있다. 따라서, 본 발명의 타이어와 같이, 블록 혹은 의사 블록의 축출 위치는 주기적으로 형성되어 있으나, 블록 혹은 의사 블록의 타이어 둘레 방향의 길이가 상이한 트레드 패턴을 갖는 타이어를 사용하면, 홈 폭이 상이한 홈이 복수종 있게 되므로, 피치 노이즈를 증가시키지 않고, 타이어의 접지 상태를 추정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 최선의 형태에 관한 타이어 접지 상태 추정 장치의 구성을 나타내는 기능 블록도.

도 2는 본 발명의 접지 상태 추정용 타이어를 구비한 차륜부의 구성을 도시하는 도면.

도 3은 접지 상태 추정용 타이어의 트레드 패턴의 일례를 나타내는 도면.

도 4는 타이어 구름 이동시의 블록의 변형 상태를 도시하는 도면.

도 5는 너클에서 검출한 진동의 주파수 파형을 나타내는 도면.

도 6은 접지 상태 추정용 타이어의 트레드 패턴의 다른 예를 나타내는 도면.

도 7은 접지 상태 추정용 타이어의 트레드 패턴의 다른 예를 나타내는 도면.

도 8은 차량이 고마찰로로부터 저마찰로에 진입하였을 때의 진동 레벨의 변화를 나타내는 도면.

도 9는 종래의 노면 마찰 계수의 추정 방법을 도시하는 도면.

[부호의 설명]

10 : 타이어 접지 상태 추정 장치

11 : 가속도 센서

12 : 차륜속 센서

13 : 검출 주파수 대역 설정 수단

14 : 주파수 분석 수단

15 : 진동 레벨 검출 수단

16 : 타이어 접지 상태 추정 수단

17 : 연산부

20 : 접지 상태 추정용 타이어

21 : 휠

22 : 휠 허브

23 : 너클

24 : 상측 아암

25 : 하측 아암

26 : 완충 부재

30B : 블록 열

31 : 둘레 방향 홈

32 : 가로 홈

33, 33A 내지 33C : 블록(센터 블록)

33a 내지 33c : 블록의 축출 단부

34a : 외측 랜드부

34b : 내측 랜드부

35 : 횡방향 러그

36 : 숄더 블록

40 : 노면

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하, 본 발명의 최선의 형태에 대해, 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 최선의 형태에 관한 타이어 접지 상태 추정 장치(10)의 기능 블록도이고, 도 2는 본 발명에 의한 접지 상태 추정용 타이어(20)를 구비한 차륜부의 구성을 도시하는 도면이다. 각 도면에 있어서, 부호 11은 너클(23)에 장착되어, 주행 중인 접지 상태 추정용 타이어(20)로부터 휠(21) 및 휠 허브(22)를 통해 상기 너클(23)에 전파되는 진동을 검출하는 가속도 센서, 12는 주행 중인 휠(21)의 회전 속도를 검출하는 차륜속 센서, 13은 상기 차륜속 센서(12)에서 검출한 차륜속과 후술하는 블록의 축출 단부의 위치의 주기로부터 상기 진동의 진동 레벨을 검출하기 위한 검출 주파수 대역을 설정하는 검출 주파수 대역 설정 수단, 14는 상기 가속도 센서(11)에서 검출한 진동을 주파수 분석하여 상기 진동의 주파수 파형을 구하는 주파수 분석 수단, 15는 상기 주파수 파형의 상기 검출 주파수 대역에 있어서의 진동 성분의 크기를 검출하는 진동 레벨 검출 수단, 16은 상기 진동 레벨 검출 수단(15)에서 검출된 진동 성분의 크기로부터 타이어의 접지 상태를 추정하는 타이어 접지 상태 추정 수단이며, 상기 검출 주파수 대역 설정 수단(13)과 주파수 분석 수단(14)과 진동 레벨 검출 수단(15)과 타이어 접지 상태 추정 수단(16)에 의해, 본 타이어 접지 상태 추정 장치(10)의 연산부(17)를 구성한다.

상기 가속도 센서(11)로서는, 압전식 가속도 센서, 반도체 왜곡 게이지식 가속도 센서 등을 들 수 있지만, 소형이고 또한 주파수 특성이 우수한 압전식을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 가속도 센서(11)가 장착되는 너클(23)은, 상기 접지 상태 추정용 타이어(20)를 장착하는 휠(21)과 함께 회전하는 휠 허브(22)와 베어링을 통해 연결된 차륜부의 비회전측의 부품(차량 스프링 하부품)이며, 이 너클(23)에 도시하지 않은 브레이크 장치 등이 장착된다. 또한, 상기 너클(23)은 도시하지 않은 서스펜션 부재를 구비한 차량 현가 장치의 상하의 아암(24, 25)과, 고무 부시 등의 완충 부재(26)를 통해 연결되어 있다.

또한, 상기 차륜속 센서(12)로서는 현재 널리 사용되고 있는, 회전부에 장착되는 센서 로터와 비회전부에 장착되는 자기 센서로 이루어지는 전자기 유도 타입의 회전 센서를 들 수 있다.

다음으로, 본 발명에 의한 접지 상태 추정용 타이어(20)에 대해 설명한다.

도 3은 상기 접지 상태 추정용 타이어(이하, 타이어라 함)(20)의 트레드 패턴의 일례를 나타내는 도면이며, 이 타이어(20)는 타이어 둘레 방향으로 연장되는 복수개의 둘레 방향 홈(31)과, 이 둘레 방향 홈(31)에 직교하여 타이어 폭 방향으로 연장되는 가로 홈(32)과, 상기 둘레 방향 홈(31)과 가로 홈(32)에 의해 구획된 복수의 블록[33(33A 내지 33C)]이 타이어 둘레 방향을 따라 배열된 블록 열(30B)과, 상기 둘레 방향 홈(31)에 구획되어 차량 장착시에 차량 외측에 위치하는 외측 랜드부(34a) 및 차량 내측에 위치하는 내측 랜드부(34b)와, 상기 둘레 방향 홈(31)과 횡방향 러그(35)에 의해 구획된 복수의 숄더 블록(36)을 구비하고 있다.

상기 블록 열(30B)은 둘레 방향의 길이가 상이한 3종류의 블록(33A, 33B, 33C)을 구비하고 있고, 또한 둘레 방향에 인접하는 블록(33)의 축출 단부 사이의 거리 d가 타이어 전체 둘레에 걸쳐 동등해지도록 상기 블록 패턴을 형성하고 있다. 구체적으로는, 이들의 블록(33A 내지 33C)은, 블록(33A)을 A, 블록(33B)을 B, 블록(33C)을 C로 하여, A, B, C, A, B, C, A, B, …로 배열한 경우에, 인접하는 2개의 블록인 블록(33A)과 블록(33B)의 축출 단부(33a)와 축출 단부(33b)의 거리, 블록(33B)과 블록(33C)의 각각의 축출 단부(33b)와 축출 단부(33c)의 거리 및 블록(33C)과 블록(33A)의 각각의 축출 단부(33c)와 축출 단부(33a)의 거리는 모두 d이다.

이것을 타이어의 적도면에 직교하는 방향으로부터 보면, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 축출 단부(33a, 33b, 33c)는 타이어의 외형을 원으로 간주하였을 때에, 상기 원을 동일 각도로 N 분할한 타이어 직경 방향으로 연장되는 선 상에 있게 된다. 이 분할수 N을, 이하, 패턴 반복수라 한다.

다음으로, 접지 상태 추정용 타이어(20)와 타이어의 접지 상태의 관계에 대해 설명한다.

타이어(20)가 구름 이동할 때에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 블록(33)은 축출을 향해 변형량이 커지지만, 축출시에는 그 변형이 개방되기 때문에, 둘레 방향(타이어 회전 방향)으로 진동한다. 타이어의 주행하고 있는 노면의 노면 마찰 계수 μ가 높은 경우에는, 블록(33)은 축출 직전까지 노면(40)에 구속되지만, 노면 마찰 계수 μ가 낮은 경우에는 그 구속이 작기 때문에, 블록(33)은 출발로부터 축출로 향하는 도중에 미끄러짐 영역으로 들어가고, 블록(33)은 미끄러져 나온다. 그 결과, 저마찰로에서는 이 미끄러짐에 대응하는 큰 진동이 발생한다. 한편, 아스팔트로에서는 미끄러짐이 없으므로, 이 진동은 거의 발생하지 않는다.

따라서, 타이어로서 상기와 같이, 둘레 방향에 인접하는 블록(33)의 축출 단부 사이의 거리 d가 타이어 전체 둘레에 걸쳐 동등해지는 블록 패턴을 갖는 타이어(20)를 사용하면, 저마찰로에서는 타이어(20)의 둘레 길이를 L로 하고, 패턴 반복수를 N으로 하면, 타이어(20)가 d=(L/N)만큼 회전할 때마다 상기 진동이 일어난다.

도 5는 상기 접지 상태 추정용 타이어(20)를 탑재한 차량을 아스팔트로와 저마찰로에서 각각 속도(차륜속)(V)로 주행시켰을 때에 가속도 센서(11)에서 검출한, 너클(23)에 전파되는 상기 진동을 주파수 분석한 결과를 나타내는 도면이다. 도 5 에 나타낸 바와 같이, 특정의 주파수(f)(여기서는, 약 180㎐) 부근의 주파수 파형은 아스팔트로와 저마찰로에서 크게 다르다. 즉, 아스팔트로에서는 주파수 피크는 명확하지 않지만, 저마찰로에서는 큰 주파수 피크가 보여진다.

상기 특정의 주파수는, 진동이 타이어(20)가 d=(L/N)만큼 회전할 때마다 일어나기 때문에, 이하와 같이 하여 구해진다.

상기 진동의 주기(T)는, 블록(33)의 축출 단부 사이의 거리 d=(L/N)을 속도(V)로 나눈 값이므로, T=L/(NㆍV)이다. 따라서, 상기 진동의 주파수 파형에서는f=1/T=(NㆍV)/L의 부분이 진동의 피크가 된다. 여기서, 예를 들어 L=2m, N=60, V=22km/h로 하면, f=183㎐가 된다.

본 발명에 의한 타이어 접지 상태 추정 장치(10)에서는, 가속도 센서(11)에 의해 상기 타이어(20)로부터 휠(21) 및 휠 허브(22)를 통해 너클(23)에 전파되는 상기 블록(33A 내지 33C)의 축출 단부(33a 내지 33c)가 순차 노면으로부터 이격될 때의 진동을 검출하고, 이것을 주파수 분석 수단(14)에 보내어 주파수 분석하고, 상기 진동의 주파수 파형을 구하여 이것을 진동 레벨 검출 수단(15)에 보낸다.

한편, 차륜속 센서(12)에 의해, 상기 타이어(20)를 장착한 휠(21)의 회전 속도인 차륜속(V)을 측정하고, 이것을 검출 주파수 대역 설정 수단(13)에 보낸다. 검출 주파수 대역 설정 수단(13)에서는 상기 차륜속(V)과, 타이어(20)의 둘레 길이(L), 패턴 반복수(N)로부터, 진동 성분을 검출하는 주파수 대역의 중심 주파수(f)와 대역 폭 △f를 결정하고, 이것을 검출 주파수 대역으로서 진동 레벨 검출 수단(15)에 보낸다. 또한, △f로서는, 예를 들어 f/10 정도로 하면 된다.

진동 레벨 검출 수단(15)에서는, 상기 주파수 파형의 검출 주파수 대역에서의 진동 레벨 P를 검출하여 타이어 접지 상태 추정 수단(16)에 보낸다. 타이어 접지 상태 추정 수단(16)에서는 상기 진동 레벨 P와 미리 설정된 진동 레벨의 임계치 K를 비교하여, 진동 레벨 P가 상기 임계치 K 이상인 경우에는 노면이 저마찰로인, 즉 타이어 접지 상태가 미끄러지기 쉬운 상태에 있는 것이라고 추정하고, 진동 레벨 P가 상기 임계치 K보다도 작은 경우에는 노면이 고마찰로인 것이라고 추정한다.

이와 같이 본 최선의 형태에서는, 타이어로서, 타이어 둘레 방향의 길이가 상이한 복수의 블록(33A 내지 33C)이 타이어 둘레 방향으로 배열된 블록 열(30B)을 갖고, 또한 상기 블록 열(30B)의 인접하는 2개의 블록의 축출 단부가 일정한 주기로 형성되어 있는 트레드 패턴을 갖는 타이어(20)를 사용하여, 너클(23)에 장착된 가속도 센서(11)에 의해, 상기 타이어(20)로부터 너클(23)에 전파되는 상기 축출 단부가 순차 노면으로부터 이격될 때에 발생하는 주기적인 진동을 검출하여 상기 진동의 주파수 파형을 구하는 동시에, 상기 주파수 파형의, 차륜속 센서(12)에 의해 측정한 차륜속(V)과 상기 주기로부터 산출되는 검출 주파수 대역에 있어서의 진동 레벨을 검출하여, 이 진동 레벨의 크기로부터 타이어의 접지 상태를 추정하도록 하였으므로, 타이어(20)에 센서를 설치하지 않고, 주행 중인 타이어 접지 상태를 고정밀도로 추정할 수 있다.

또한, 상기 가속도 센서(11)를 차륜부의 비회전측 부재인 너클(23)에 장착하였으므로, 슬립 링이나 무선 장치 등을 사용하지 않고, 상기 진동의 데이터를 차륜부의 비회전측에서 입수할 수 있다.

또한, 본 발명의 타이어 접지 상태 추정 장치(10)는 타이어의 미끄러지기 쉬움, 즉 타이어의 그립 상태를 추정할 수 있기 때문에, 본 발명의 타이어 접지 상태 추정 장치(10)와, 이 타이어 접지 상태 추정 장치(10)에서 추정한 타이어의 접지 상태에 기초하여, 차량의 주행 상태를 제어하는 제어 수단을 구비한 차량 제어 장치를 구성하여 차량의 주행 상태를 제어하면, 차량의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 최선의 형태에서는, 블록(33A 내지 33C)을 둘레 방향으로 A, B, C, A, B, C, A, B, …와 같이 규칙적으로 배열한 블록 열(30B)이 형성된 블록 패턴을 갖는 접지 상태 추정용 타이어(20)에 대해 설명하였지만, 도 6에 도시한 바와 같이, 블록 열이 2열 있는 경우에는, 2열 모두 상기 축출 단부의 위치의 주기에 대응하는 진동을 검출하기 위한 블록 열로 해도 된다. 또한, 1열만을 상기 진동을 검출하기 위한 블록 열로 해도 된다. 또한, 블록(33A 내지 33C)의 둘레 방향으로의 배열의 방법도, 예를 들어 A, B, C, B, A, C, A, C, …와 같이 랜덤하게 하는 쪽이 좋다. 즉, 인접하는 블록의 블록 단부(축출 단부)가 반드시 일정할 필요는 없고, 1개 간격, 3개 간격 등으로 해도 된다. 즉, 일정 간격으로 축출 단부의 간격이 정렬된 블록이 존재하면 된다.

또한, 상기 블록(33)은 육면체가 아니라도 되고 축출 단부 등에 모따기부가 형성되어 있는 것이라도 된다.

또한, 상기 예에서는, 둘레 방향의 길이가 상이한 블록을 블록(33A 내지 33C)의 3종류로 하였지만, 이에 한정되는 것이 아니라, 6종류 혹은 10종류 등 오히 려 종류가 많은 쪽이 상기 주파수 파형에 있어서의 특정 주파수 성분의 S/N비가 향상되므로 바람직하다. 단, 트레드 패턴의 설계나 금형의 제조를 고려하면, 6 내지 10종류가 적당하다. 또한, 패턴 반복수(N)는 평균 블록 길이나 총 접지 면적 등을 고려하여 설정된다.

또한, 접지 상태 추정용 타이어(20)의 트레드 패턴으로서는, 상기 블록 패턴에 한정되지 않고, 도 7에 도시한 바와 같은, 둘레 방향으로 연속되는 리브(37)를 갖고, 또한 상기 리브(37)가 의사 블록[38(38A 내지 38C)]을 갖는 블록 패턴을 갖는 타이어 등과 같이, 타이어 둘레 방향으로 불연속인 랜드부가 형성된 트레드 패턴을 갖는 타이어이면 된다. 상기 의사 블록(38A 내지 38C)은, 상세하게는, 둘레 방향 홈(31)과 러그 홈(39)에 의해 구획되고, 상기 리브(37)로부터 상기 둘레 방향 홈(31) 방향으로 돌출되는 랜드부이다. 또한, 이 경우에도, 상기 의사 블록(38A 내지 38C)의 타이어 둘레 방향의 길이는 각각 상이하고, 또한 인접하는 의사 블록(38, 38)의 축출 단부 사이의 거리, 구체적으로는, 의사 블록(38A)과 의사 블록(38B)의 각각의 축출 단부(38a)와 축출 단부(38b)와의 거리, 의사 블록(38B)과 의사 블록(38C)의 각각의 축출 단부(38b)와 축출 단부(38c)와의 거리 및 의사 블록(38C)과 의사 블록(38A)의 각각의 축출 단부(38c)와 축출 단부(38a)와의 거리가 모두 동일해지도록 상기 트레드 패턴을 형성할 필요가 있는 것은 말할 것도 없다.

또한, 상기 예에서는, 블록(33A 내지 33C)의 축출 단부(33a 내지 33c)나 의사 블록(38A 내지 38C)의 축출 단부(38a 내지 38c)가 타이어 둘레 방향에 대해 직각인 경우만을 예시하였지만, 축출 단부는 반드시 타이어 둘레 방향에 직교할 필요 는 없고, 타이어 둘레 방향에 대해 경사져 있는 것이라도 된다.

또한, 상기 예에서는, 가속도 센서(11)를 너클(23)에 장착하였지만, 휠(21)이나 휠 허브(22) 등의 차륜부의 회전측 부재에 장착해도 상기 진동을 검출하는 것은 가능하다. 단, 가속도 센서(11) 등의 센서를 회전측 부재에 장착한 경우에는, 검출한 신호를 슬립 링이나 무선 장치 등을 사용하여 차체측에 전달할 필요가 있다. 슬립 링이나 무선 장치 등을 사용하면, 구성 부품이 증가할 뿐만 아니라, 노이즈의 혼입 등에 의해 데이터의 열화가 일어날 우려가 있다.

한편, 차륜부의 비회전측 부재라도, 상기 상측 아암(24)이나 하측 아암(25)은, 휠(21)과 완충 부재(26)를 통해 연결되어 있으므로, 진동이 흡수되어 진동 레벨이 저하되거나, 위상 지연이 발생하는 등 검출 정밀도에 문제가 있으므로, 가속도 센서(11)는 본 예와 같이 너클(23)에 장착하는 것이 바람직하다.

또한, 연산부(17)에 대해서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 너클(23)에 장착해도 되고, 차체측에 설치해도 된다.

타이어 사이즈가 225/45R17인 승용차용 타이어의 트레드에, 센터 블록의 축출 단부가 둘레 위에 60등분으로 균등하게 배치된 트레드 패턴을 제작하였다. 또한, 숄더 블록 등의 다른 부분은 45등분하였다.

이 타이어를 탑재한 차량을 차속 22㎞/h로, 아스팔트로(μ≒1.0)로부터 저마찰로(μ≒0.2)에 진입시켰다.

상기 타이어의 둘레 길이는 2m이므로, 검출 주파수 대역의 중심 주파수는 183㎐로 된다.

차량 스프링 하부(너클)에 가속도 센서를 설치하고, 스프링 하 가속도의 주파수 성분을, 분해능 2㎐, 평균화 시간 1초로 주파수 분석하여 구한 주파수 파형을 도 5에 나타낸다. 도 5로부터 명백해진 바와 같이, 아스팔트로에서는 주파수 파형에 명백한 진동의 피크는 보여지지 않지만, 저마찰로에서는 상기 산출한 주파수인 180㎐ 근방의 진동 성분이 주파수 파형의 피크가 되어 있는 것이 확인되었다.

도 8은 상기 주파수 파형의 180㎐ 근방의 진동 성분의 크기의 시간 변화를 나타내는 도면이며, 이 도면으로부터, 차량이 아스팔트로를 주행하고 있을 때에는 상기 진동 성분의 크기는 작지만, 차량이 저마찰로에 진입하면 상기 진동 성분이 커지는 것을 명확하게 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 타이어에 센서를 설치하지 않고, 주행 중인 타이어의 접지 상태를 고정밀도로 추정할 수 있으므로, 센서의 내구성의 문제를 피하면서, 차량의 주행 안전성을 향상시킬 수 있다.

Claims

복수의 둘레 방향 홈과 가로 홈 또는 러그 홈으로 구획된 블록, 혹은 타이어 둘레 방향으로 연속되는 랜드부로부터 타이어 폭 방향으로 돌출되는 의사(擬似) 블록의 축출 단부의 위치가, 타이어 둘레 방향으로 일정한 주기로 형성되고, 또한 타이어 둘레 방향으로 배열된 복수의 블록 혹은 복수의 의사 블록을 포함하는 블록열이 타이어 둘레 방향의 길이가 상이한 적어도 2종류의 블록 혹은 의사 블록을 구비하는 트레드 패턴을 갖는 타이어를 사용하여, 상기 타이어로부터 차량 스프링 하부에 전파되는 상기 블록 혹은 의사 블록의 축출 단부가 노면으로부터 이격될 때의 진동을 차량 스프링 하부에서 검출하고, 이 검출된 진동의 상기 주기에 대응하는 주파수 대역의 진동 성분의 크기로부터 주행 중인 타이어의 접지 상태를 추정하는 것을 특징으로 하는 타이어 접지 상태 추정 방법.
제1항에 있어서, 차륜부의 비회전측에 설치된 완충 부재보다 휠측에 위치하는 차륜부의 비회전측 부재에 전파되는 상기 진동을 검출하는 것을 특징으로 하는 타이어 접지 상태 추정 방법.
복수의 둘레 방향 홈과 가로 홈 또는 러그 홈으로 구획된 블록, 혹은 타이어 둘레 방향으로 연속되는 랜드부로부터 타이어 폭 방향으로 돌출되는 의사 블록의 축출 위치가, 타이어 둘레 방향으로 일정한 주기로 형성되고, 또한 타이어 둘레 방향으로 배열된 복수의 블록 혹은 복수의 의사 블록을 포함하는 블록열이 타이어 둘레 방향의 길이가 상이한 적어도 2종류의 블록 혹은 의사 블록을 구비하는 트레드 패턴을 갖는 타이어를 사용하여, 주행 중인 타이어의 접지 상태를 추정하는 장치이며,

차량 스프링 하부에 배치되어 차량 스프링 하부의 진동을 검출하는 진동 검출 수단과, 차륜의 속도를 검출하는 차륜속 센서와, 이 차륜속 센서에서 검출한 차륜속과 상기 주기로부터 상기 진동의 진동 레벨을 검출하기 위한 주파수 대역을 설정하는 검출 주파수 대역 설정 수단과, 상기 검출 주파수 대역 설정 수단에서 설정된 주파수 대역의 진동 성분의 크기를 검출하는 진동 레벨 검출 수단과, 이 진동 레벨 검출 수단에서 검출된 진동 성분의 크기로부터 타이어의 접지 상태를 추정하는 타이어 접지 상태 추정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 타이어 접지 상태 추정 장치.
제3항에 있어서, 상기 진동 검출 수단을, 차륜부의 비회전측 부재이며 또한 완충 부재보다 휠측에 장착한 것을 특징으로 하는 타이어 접지 상태 추정 장치.
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