KR101666249B1 - 타이어 접지 형상 추정 방법과 그 장치 - Google Patents

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Abstract

간단한 구성으로, 주행 중의 타이어의 접지 형상을 고정밀도로 추정하는 방법과 그 장치를 제공하기 위해, 너클에 설치된 가속도 센서에서, 좌우의 숄더 랜드부(24a, 24b)에 주기(Pa, Pb)로 배열된 사이프 열(25A, 25B)이 형성된 타이어(20)의 진동 파형을 검출해서 회전 차수 분석하여 회전 차수 스펙트럼을 구하고, 주기(Pa)에 대응하는 회전 차수(na)의 피크 높이(Za)와, 주기(Pb)에 대응하는 회전 차수(nb)의 피크 높이(Zb)를 추출하고, 피크 높이(Za)와 임계값(Ka) 및 피크 높이(Zb)와 임계값(Kb)을 비교하여, 타이어의 접지 형상이 내압 저하 또는 하중 증가에 의한 사용 한계로 정한 타이어 접지 형상(Fa)에서의 접지장(La)보다 길게 되어 있는지의 여부를 추정함과 함께, 내압 상승 또는 하중 감소에 의한 사용 한계로 정한 타이어 접지 형상(Fb)에서의 접지장(Lb)보다 짧게 되어 있는지의 여부를 추정하도록 하였다.

Description

타이어 접지 형상 추정 방법과 그 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING THE SHAPE OF A TYRE CONTACT PATCH}
본 발명은 주행 중의 타이어의 접지 형상을 추정하는 방법과 그 장치에 관한 것이다.
타이어 내압이 적정하지 않은 상태에서는 차량의 주행 안전성이 저하되어 버리기 때문에, 압력 센서를 사용해서 주행 중의 타이어의 내압을 감시하는 방법이 행해지고 있다. 그러나, 압력 센서는 고가이기 때문에, 감시 장치의 비용이 증대해 버린다는 문제점이 있었다.
따라서, 타이어 베어링에 하중 측정 장치를 내장해서 하중을 측정하고 이 하중 신호에 기초하여 타이어의 내압을 추정하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
또한, 타이어의 트레드부의 내부에, 복수의 압전 소자를 매트릭스 형상으로 배치한, 타이어의 트레드 폭과 거의 동일한 폭을 갖는 시트 형상의 면압 센서를 매설하여, 노면으로부터 트레드에 작용하는 힘을 검출하는 방법이 제안되어 있다. 이 면압 센서를 타이어의 전체 둘레에 걸쳐 설치하면, 타이어 답면의 압력 분포를 측정할 수 있으므로, 타이어의 접지 형상을 고정밀도로 추정할 수 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).
일본 특허 공개 제2007-91144호 공보 일본 특허 공개 제2004-359203호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 하중 측정 장치는 베어링 유닛에 인코더와 이 인코더 외주면에 설치되는 3개의 센서를 설치한 복잡한 구성이기 때문에, 설치가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 차륜부의 중량이 증가해 버린다는 문제점이 있었다.
또한, 상기 특허문헌 2에 기재된 시트 형상의 면압 센서를 사용해서 타이어의 접지 형상을 추정하는 방법에서는 다수의 압전 소자를 사용하고 있기 때문에, 고비용이 될 뿐만 아니라, 타이어의 접지 형상을 추정하기 위한 연산 장치도 복잡해지므로, 실용적인 방법이라고는 할 수 없다.
본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 간단한 구성으로, 주행 중의 타이어의 접지 형상을 고정밀도로 추정하는 방법과 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
타이어의 트레드에 사이프가 설치되어 있는 타이어에서는 사이프가 접지면 내에 있을 때에는 타이어의 구름 이동에 수반하여 트레드 진동이 발생한다. 본 발명자는 예의 검토한 결과, 타이어 둘레 방향을 따라 주기적으로 사이프를 설치해서 타이어에 발생하는 진동의 크기를 검출함으로써, 주행 중의 타이어의 접지 형상을 고정밀도로 추정할 수 있음을 발견하여 본 발명에 이른 것이다.
즉, 본원의 청구항 1에 기재된 발명은, 주행 중의 타이어의 접지 형상을 추정하는 방법이며, 타이어의 트레드에 형성된 오목부가 타이어 둘레 방향으로 미리 설정된 접지장과 동일한 주기로 배열된 오목부열을 구비한 타이어의 진동을 검출하고, 상기 타이어의 진동으로부터 상기 주기에 대응하는 진동 성분을 추출하고, 상기 진동 성분의 크기로부터 타이어의 접지 형상을 추정하는 것을 특징으로 한다.
미리 설정된 접지장으로서는, 정규 내압 및 정규 하중 시의 접지장, 혹은 내압 저하 또는 하중 증가에 의한 사용 한계로 정한 접지장, 혹은 내압 상승 또는 하중 저하에 의한 사용 한계로 정한 접지장 등을 들 수 있다.
또한, 오목부로서는 타이어의 랜드부에 설치된 사이프나 홈이어도 좋고, 리브에 설치된 오목부(둘레 방향 홈에 개구하는 홈)여도 좋다. 혹은, 블록을 구획하는 가로 홈이어도 좋다.
타이어의 트레드에, 타이어 둘레 방향으로, 미리 설정된 접지장과 동일한 주기로 배열된 오목부열을 설치하면, 이 둘레 방향에 주기적인 패턴에 의해, 타이어의 구름 이동에 수반하여 트레드 진동이 발생한다. 이 주기적인 패턴을 구성하는 오목부의 크기가 클수록 오목부 단독으로의 진동 강도는 커지고, 작으면 진동 강도는 작아진다.
본 발명에서는 타이어의 접지 형상을 추정하기 위해, 오목부 단독으로의 진동 강도로서는 작지만, 패턴 주기와 접지장이 동일 정도가 되면 진동이 커지도록 오목부의 크기와 주기를 설정한다. 단독으로의 진동 강도를 작게 하기 위한 오목부의 길이의 하나의 표준으로서는 홈 깊이의 2 내지 3배 정도까지의 길이로 하는 것이 바람직하다.
패턴 주기와 접지장이 동일 정도가 되면 진동이 커지는 이유로서는, 주행 중의 타이어에서는 트레드의 변형량이 큰 접지 전후, 즉 「밟기」와 「차기」에서 동시에 주기적인 패턴에 의한 변형이 발생하면, 이 변형이 동기하기 때문에 진동이 커지기 때문이다. 반대로, 패턴 주기와 접지장의 차이가 커지면, 진동은 오목부 단독으로의 진동이 되기 때문에, 그의 진동 강도는 작아진다.
따라서, 패턴 주기에 대응하는 진동 성분이 커진 경우에는 접지장이 패턴 주기와 동일한 길이가 되었다고 판단할 수 있고, 진동 성분이 작아진 경우에는 접지장이 패턴 주기로부터 크게 벗어나 있다고 판단할 수 있다.
타이어의 접지 형상은 타이어 내압 및 하중에 크게 영향을 받는다.
내압이 높아진 경우 혹은 하중이 저하된 경우에는 접지 면적이 작아지고, 그 결과, 타이어의 그립력이 저하된다.
한편, 내압이 낮아진 경우 혹은 하중이 증가한 경우에는 접지 면적이 커져서 타이어의 왜곡량이 증가하기 때문에, 타이어의 수명이 저하된다.
타이어의 접지 형상은, 도 12의 접지면 모델에 도시한 바와 같이, 내압이 높아지는 경우와 하중이 저하되는 경우에서는 유사한 경향을 나타낸다. 또한, 내압이 낮아지는 경우와 하중이 증가하는 경우에서도 유사한 경향을 나타낸다.
따라서, 본 발명과 같이, 접지장과 같은 타이어의 접지 형상을 반영하는 팩터를 모니터하면, 타이어가 양호한 상태에 있는지의 여부를 판정할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 타이어 접지 형상 추정 방법에 있어서, 상기 오목부열과 타이어 폭 방향 중심의 간격이 정규 내압 및 정규 하중 시에서의 접지 폭의 절반보다 넓고, 또한 미리 설정된 저내압 및 고하중 시에서의 접지 폭의 절반보다 좁은 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 타이어의 내압이 미리 설정한 내압보다 저하되었는지의 여부 또는 하중이 미리 설정한 하중보다 증가했는지의 여부, 혹은 내압에 대하여 하중이 너무 무거운지의 여부를 판정할 수 있다.
저내압 및 고하중 시에서의 접지 폭(Wa)은 정규 내압 및 정규 하중 시에서의 접지 폭인 정규 접지 폭(WO)보다 넓다. 이 저내압 및 고하중 시에서의 접지 폭(Wa)의 크기로서는, 반드시 미리 설정된 내압 감소 또는 하중 증가에 의한 사용 한계의 접지 폭인 최대 접지 폭(WM)을 사용할 필요는 없고, 정규 접지 폭(WO)과 최대 접지 폭(WM) 사이의 값으로 하면 좋다.
청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 타이어 접지 형상 추정 방법에 있어서, 상기 오목부열과 타이어 폭 방향 중심의 간격이 정규 내압 및 정규 하중 시에서의 접지 폭의 절반보다 좁고, 또한 미리 설정된 고내압 및 저하중 시에서의 접지 폭의 절반보다 넓은 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 타이어의 내압이 미리 설정한 내압보다 상승했는지의 여부 또는, 하중이 미리 설정한 하중보다 저하되었는지의 여부, 혹은 하중에 대하여 내압이 너무 높은지의 여부를 판정할 수 있다.
고내압 및 저하중 시에서의 접지 폭(Wb)은 정규 접지 폭(WO)보다 좁다. 이 고내압 및 저하중 시에서의 접지 폭(Wb)의 크기로서는, 반드시 미리 설정된 내압 증가 또는 하중 감소에 의한 사용 한계의 접지 폭인 최소 접지 폭(Wm)을 사용할 필요는 없고, 최소 접지 폭(Wm)과 정규 접지 폭(WO) 사이의 값으로 하면 좋다.
청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 타이어 접지 형상 추정 방법에 있어서, 미리 설정된 접지장 내에 존재하는 상기 오목부의 수가 2개 이하인 것을 특징으로 한다. 이것은, 접지장 내에 오목부의 수가 3개 이상 있는 경우에는, 접지 형상의 변형이 작은 경우에도 진동이 공진해 버리기 때문이다. 이와 같이, 미리 설정된 접지장 내에 존재하는 상기 오목부의 수를 2개 이하로 하면 불필요한 공진을 없앨 수 있으므로, 타이어의 접지 형상을 고정밀도로 추정할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 타이어 접지 형상 추정 방법에 있어서, 서로 다른 주기의 오목부열이 타이어 폭 방향으로 2열 설치되어 있는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 한쪽의 오목부열의 주기를 내압 저하 또는 하중 증가에 의한 사용 한계로 정한 접지장과 동일한 값으로 설정하고, 한쪽의 오목부열의 주기를 내압 상승 또는 하중 저하에 의한 사용 한계로 정한 접지장과 동일한 값으로 설정하면, 타이어의 접지 형상이 정규 내압·정규 하중으로부터 어느 방향으로 어긋난 경우라도 접지 형상을 검출할 수 있다.
또한, 한쪽의 오목부열의 주기를 정규 내압 및 정규 하중 시에서의 접지장과 동일한 값으로 설정하고, 다른 쪽의 오목부열의 주기를 내압 저하 또는 하중 증가에 의한 사용 한계로 정한 접지장과 동일한 값으로 설정하면, 타이어의 접지 형상이 정규 내압·정규 하중으로부터 어긋나기 시작한 것 및 특히 주의가 필요한, 내압 저하 또는 하중 증가에 의한 사용 한계가 된 것을 검출할 수 있다.
청구항 6에 기재된 발명은, 청구항 5에 기재된 타이어 접지 형상 추정 방법에 있어서, 정규 내압 및 정규 하중 시에 있어서, 상기 오목부열 중 한쪽의 오목부열의 오목부는 모두 접지면 내에 설치되고, 다른 쪽의 오목부열의 오목부는 모두 접지 단부 외에 위치하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 정규 내압 및 정규 하중 시에 있어서는 진동이 작고, 접지 형상이 대소로 변화했을 때에 큰 진동을 검출할 수 있으므로, 차량의 주행 안정성을 확보할 수 있음과 함께, 사용 한계에 가까운 상태에 있는 접지 형상을 고정밀도로 검출할 수 있다.
청구항 7에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 타이어 접지 형상 추정 방법에 있어서, 상기 오목부를 타이어의 숄더부에 형성된 타이어 둘레 방향으로 연장하는 사이프로 한 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 오목부의 진동을, 패턴 주기와 접지장이 동일 정도가 되었을 때의 진동을 확실하게 크게 할 수 있다.
청구항 8에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 타이어 접지 형상 추정 방법에 있어서, 상기 타이어의 진동을 차량 스프링 하부에서 검출하도록 한 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 타이어에 센서를 설치하지 않고 주행 중의 접지 상태를 고정밀도로 추정할 수 있다. 또한, 타이어에의 센서 설치가 불필요해지므로, 타이어의 생산 효율이 향상된다. 또한, 타이어에 센서를 장착한 경우에 비교해서 센서의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 센서의 교환도 용이하게 된다.
또한, 청구항 9에 기재된 발명은, 주행 중의 타이어의 접지 형상을 추정하는 장치이며, 타이어의 트레드에 형성된 오목부가 타이어 둘레 방향으로 미리 설정된 접지장과 동일한 주기로 배열된 오목부열을 구비한 타이어와, 차량 스프링 하부에 설치되어서 차량 스프링 하부에 전파되는 타이어의 진동을 검출하는 진동 검출 수단과, 상기 타이어의 진동으로부터 상기 주기에 대응하는 진동 성분을 추출하는 진동 성분 추출 수단과, 상기 진동 성분의 크기에 기초하여 타이어의 접지 형상을 추정하는 수단을 구비한 것을 특징으로 한다. 이러한 구성을 취함으로써, 타이어부에 센서를 설치하지 않고 주행 중의 타이어의 접지 형상을 고정밀도로 추정할 수 있다.
청구항 10에 기재된 발명은, 청구항 9에 기재된 타이어 접지 형상 추정 장치이며, 상기 추정된 타이어의 접지 형상과 미리 설정된 표준 접지 형상을 비교해서 타이어의 접지 형상의 이상을 판정하는 판정 수단과, 상기 판정 수단이 이상으로 판정한 경우에 경보를 발하는 경보 장치를 구비한 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 타이어의 접지 형상의 이상을 확실하게 판정해서 운전자에 경보를 발할 수 있으므로, 차량의 주행 안정성을 향상시킬 수 있다.
청구항 11에 기재된 발명은, 주행 중의 타이어의 접지 형상을 추정하는 방법이며, 타이어의 트레드에 타이어 둘레 방향으로 미리 설정된 접지장과 동일한 간격을 사이에 두고 배치된 2개의 오목부로 이루어지는 오목부쌍을 복수 구비하고, 또한 상기 오목부쌍이 타이어 둘레 방향을 따라 주기적으로 설치되어 있는 타이어의 진동을 검출하고, 상기 타이어의 진동으로부터 상기 오목부쌍의 주기에 대응하는 진동 성분을 추출하고, 상기 진동 성분의 크기로부터 상기 타이어의 접지 형상을 추정하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 오목부열 대신에 오목부쌍을 주기적으로 설치하더라도 주행 중의 타이어의 접지장을 추정할 수 있으므로, 타이어의 접지 형상을 고정밀도로 추정할 수 있다.
청구항 12에 기재된 발명은, 주행 중의 타이어의 접지 형상을 추정하는 방법이며, 타이어의 트레드에 타이어 둘레 방향으로 미리 설정된 접지 단부와 동일 위치에 배치된 오목부가 타이어 둘레 방향을 따라 주기적으로 설치되어 있는 타이어의 진동을 검출하고, 상기 타이어의 진동으로부터 상기 오목부의 주기에 대응하는 진동 성분을 추출하고, 상기 진동 성분의 크기로부터 상기 타이어의 접지 형상을 추정하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 주행 중의 타이어의 접지 폭을 추정할 수 있으므로, 타이어의 접지 형상을 고정밀도로 추정할 수 있다.
또한, 상기 발명의 개요는 본 발명의 필요한 모든 특징을 열거한 것은 아니며, 이들의 특징군의 부조합(sub combination) 또한 발명이 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 타이어 접지 형상 추정 장치의 구성을 도시하는 기능 블록도이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 주기적인 사이프열이 형성된 타이어의 트레드 패턴의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 타이어의 접지 형상과 사이프의 관계를 도시하는 도면이다.
도 4는 회전 차수비 분석 수단의 구성을 도시하는 기능 블록도이다.
도 5는 차량 스프링 하부의 진동을 회전 차수비 분석해서 얻어진 회전 차수 스펙트럼의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 사이프열의 주기에 대응하는 피크 높이와 타이어 내압의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7은 피크 높이비와 타이어 내압의 관계를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 타이어의 트레드에 형성된 타이어 둘레 방향을 따라 연장하는 오목부의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 주기적인 사이프열이 형성된 타이어의 트레드 패턴의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 주기적인 사이프쌍(둘레 방향 사이프쌍)이 형성된 타이어의 트레드 패턴의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 주기적인 사이프쌍(폭 방향 사이프쌍)이 형성된 타이어의 트레드 패턴의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 타이어 내압 및 하중과 타이어 접지 형상의 관계를 도시하는 도면이다.
이하, 실시 형태를 통해 본 발명을 설명하지만, 이하의 실시 형태는 특허 청구 범위에 따른 발명을 한정하는 것이 아니고, 또한 실시 형태 중에서 설명되는 특징의 조합 모두가 발명의 해결 수단에 필수적이라고는 할 수 없다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 타이어 접지 형상 추정 장치(10)의 구성을 나타내는 기능 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 타이어(20)의 트레드(21)에 형성된 트레드 패턴의 일례를 나타내는 도면이다.
타이어 접지 형상 추정 장치(10)는, 진동 검출 수단으로서의 가속도 센서(11)와, 회전 속도 검출 수단으로서의 차륜속 센서(12)와, 회전 신호 생성 수단(13)과, 회전 차수비 분석 수단(14)과, 기억 수단(15)과, 회전 차수 성분 추출 수단(16)과, 접지 형상 추정 수단(17)과, 경보 수단(18)을 구비하고, 타이어(20)의 트레드(21)에 형성된 타이어 둘레 방향을 따라 연장하는 사이프(25a, 25b)를, 타이어 둘레 방향으로, 미리 설정된 접지장과 동일한 주기로 배열해서 이루어지는 사이프 열(25A, 25B)이 형성된 타이어(20)의 진동을 검출하고, 상기 타이어(20)의 진동으로부터 상기 주기에 대응하는 진동 성분을 추출하고, 이 진동 성분의 크기로부터 타이어(20)의 접지장을 추정함과 함께, 추정된 접지장이 소정의 범위를 초과한 경우에는 운전자에 소리나 빛, 표시 등에 의한 경보를 발하도록 한 것이다.
타이어(20)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 타이어 둘레 방향으로 연장하는 둘레 방향 홈(22a 내지 22d)과, 둘레 방향 홈(22a, 22b), 둘레 방향 홈(22b, 22c) 및 둘레 방향 홈(22c, 22d)에 의해 구획되는 리브 형상의 중앙 랜드부(23a, 23b, 23c)와, 타이어 폭 방향 외측에 위치하는 둘레 방향 홈(숄더 홈)(22a, 22d)의 타이어 폭 방향 외측에 위치하는 좌우의 숄더 랜드부(24a, 24b)를 구비하고 있다.
좌우의 숄더 랜드부(24a, 24b)에는, 각각 타이어 둘레 방향으로 연장하는 사이프(25a, 25b)가 주기(Pa, Pb)로 배열되어, 사이프 열(25A, 25B)을 구성하고 있다. 또한, 동 도면의 굵은 파선으로 나타내는 영역(F0)은 정규 내압 및 정규 하중 시에서의 타이어(20)의 접지 형상을 나타낸 것으로, 본 예에서는 사이프 열(25A)의 서로 인접하는 2개의 사이프(25a, 25a)는 모두 접지 단부 외에 설치되고, 사이프 열(25B)의 서로 인접하는 2개의 사이프(25b, 25b)는 모두 접지면 내에 설치되어 있다.
사이프 열(25A)은, 상세하게는, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 동 도면의 좌측을 왼쪽으로 했을 때, 타이어 폭 방향의 좌측에 타이어 적도면(CL)으로부터 거리(wa)만큼 이격된 위치에 배열되어 있다. 이 사이프 열(25A)의 주기(Pa)는 내압 저하 또는 하중 증가에 의한 사용 한계로 정한 타이어 접지 형상(Fa)에서의 접지장(La)과 동일한 값으로 설정되어 있다.
한편, 사이프 열(25B)은 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 타이어 폭 방향의 우측에 타이어 적도면(CL)으로부터 거리(wb)만큼 이격된 위치에 설치되어 있고, 그의 주기(Pb)는 내압 상승 또는 하중 감소에 의한 사용 한계로 정한 타이어 접지 형상(Fb)에서의 접지장(Lb)과 동일한 값으로 설정되어 있다.
또한, 접지장(La)은 타이어 접지 형상(Fa)에 있어서, 타이어 적도면(CL)으로부터 오른쪽으로 거리(wa)만큼 이격된 위치에서의 접지장이고, 접지장(Lb)은 타이어 접지 형상(Fb)에 있어서, 타이어 적도면(CL)으로부터 왼쪽으로 거리(wb)만큼 이격된 위치에서의 접지장인 것은 말할 필요도 없다. 또한, 본 예에서는 wa=wb로 하였다.
가속도 센서(11)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 너클(31)에 설치되어, 휠(32), 휠 허브(33)를 통해 너클(31)에 전파되는 타이어(20)의 진동(이하, 타이어 진동이라고 함)을 검출한다. 가속도 센서(11)의 검출 방향은 타이어 폭 방향이다.
너클(31)은 타이어(20)를 장착하는 휠(32)과 함께 회전하는 휠 허브(33)와 베어링을 통해 연결된 차륜부(30)의 비회전측 부품(차량 스프링 하부품)이고, 이 너클(31)에 도시하지 않은 브레이크 장치 등이 장착된다. 너클(31)은 서스펜션 부재(34)를 구비한 차량 현가 장치의 상하의 아암(35, 36)과, 고무 부시 등의 완충 부재(37, 38)를 개재하여 연결되어 있다.
또한, 가속도 센서(11)를, 상하의 아암(35, 36) 등의, 휠(32)과 완충 부재(37, 38)를 개재하여 연결되어 있는 부재에 설치하면, 완충 부재(37, 38)의 댐퍼 효과에 의해 트레드(21)의 진동의 검출 정밀도가 저하된다. 따라서, 가속도 센서(11)의 설치 개소로서는, 차량 스프링 하부이더라도, 완충 부재(37, 38)보다 휠(32)측에 설치하는 편이 당해 타이어(20)로부터 차량 스프링 하부에 전파되는 진동을 고정밀도로 검출할 수 있다.
차륜속 센서(12)는 차륜의 회전 속도(이하, 차륜속이라고 함)를 검출하는 것으로, 본 예에서는 외주부에 기어가 형성되어 차륜과 함께 회전하는 로터와, 이 로터와 자기 회로를 구성하는 요크와, 자기 회로의 자속 변화를 검출하는 코일을 구비하고, 차륜의 회전 속도를 검출하는 주지의 전자 유도형의 차륜속 센서를 사용하고 있다. 요크와 코일은 너클(31)에 장착된다. 또한, 차륜속 센서(12)로서는, 링 다극 마그네트와 자기 저항 소자를 조합한 것 등, 다른 구성의 차륜속 센서를 사용해도 좋다. 혹은, 도시하지 않은 트랜스미션의 회전 속도를 검출하여, 이것을 차륜속으로 해도 좋다.
회전 신호 생성 수단(13)은 차륜속 센서(12)의 출력의 제로 크로스점에서 상승되는 펄스 신호를 생성해서 출력한다. 타이어 1회전으로 생성되는 펄스 신호의 펄스수는 로터의 기어수 혹은 링 다극 마그네트의 자극수의 2배가 된다. 따라서, 펄스수를 계수함으로써 차륜속을 검출할 수 있음과 함께, 회전 신호 생성 수단(13)으로부터 출력되는 펄스 신호를 샘플링 클록으로서 사용할 수 있다. 샘플링 클록은 회전 속도에 동기하고 있으므로, 이 샘플링 클록을 사용해서 가속도 센서(11)에서 검출한 타이어 진동을 샘플링하면, 타이어 1회전당의 샘플수가 차륜속에 관계없이 일정해진다. 단, 시간적으로 보면, 샘플링 간격은 차륜속이 빠를수록 좁고, 차륜속이 느려지면 넓어진다.
회전 차수비 분석 수단(14)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 저역 통과 필터(14a)와 샘플링 수단(14b)과 분석 수단(14c)을 구비한다.
저역 통과 필터(14a)는 가속도 센서(11)에서 검출한 타이어 진동의 고주파 성분을 제거함과 함께, 회전 차수비 분석에서의 에일리어싱 현상(재귀)의 발생을 억제한다.
샘플링 수단(14b)은 회전 신호 생성 수단(13)으로부터 출력되는 샘플링 클록을 사용해서 가속도 센서(11)에서 검출한 타이어 진동을 샘플링한다.
분석 수단(14c)은 이 샘플링된 타이어 진동의 진동 파형을 FFT 처리해서 진동 스펙트럼을 구한다. 시간 간격이 일정하게 계측된 진동 파형의 진동 스펙트럼(주파수 스펙트럼)의 횡축은 주파수가 되지만, 회전 간격 일정하게 계측된 진동 파형의 진동 스펙트럼의 횡축은 회전 차수(Order)(n)가 된다. 이 진동 스펙트럼을 이하에서 회전 차수 스펙트럼이라고 한다.
기억 수단(15)은, 도 2에 도시한, 사용하는 타이어(20)의 트레드 패턴 설계도로부터 구한 사이프 열(25A, 25B)의 주기 스펙트럼에 대응하는 타이어 진동의 회전 차수 중의 타이어 접지 형상의 추정에 사용하는 회전 차수(na, nb)를 보존한다.
회전 차수 성분 추출 수단(16)은, 회전 차수비 분석 수단(14)으로 구한 회전 차수 스펙트럼으로부터, 사이프 열(25A)의 주기인 주기(Pa)에 대응하는 피크의 진동 레벨과 사이프 열(25B)의 주기인 주기(Pb)에 대응하는 피크의 진동 레벨을 추출한다.
본 발명의 타이어(20)의 트레드(21)의 왼쪽의 숄더 랜드부(24a)에는, 그의 주기(Pa)가 내압 저하 또는 하중 증가에 의한 사용 한계로 정한 타이어 접지 형상(Fa)에서의 접지장(La)과 동일한 값으로 설정된 사이프 열(25A)이 형성되어 있으므로, 타이어(20)의 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fa)에 근접하면, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 사이프 열(25A)의 인접하는 2개의 사이프(25a, 25a) 중 한쪽은 「밟기측」의 접지 단부에 위치하고, 다른 쪽은 「차기측」의 접지 단부에 위치하게 된다. 이와 같이, 2개의 사이프(25a, 25a)가 모두 변형량이 큰 접지 단부에 위치함으로써, 단독으로는 작았던 사이프(25a)에 기인하는 변형이 「밟기측」과 「차기측」에서 동기해서 커지기 때문에, 트레드(21)는 크게 진동한다. 따라서, 타이어 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fa)에 근접하면, 회전 차수 스펙트럼의 상기 주기(Pa)에 대응하는 회전 차수(na)의 진동의 진동 레벨이 커진다.
마찬가지로, 트레드(21)의 우측의 숄더 랜드부(24b)에는, 그의 주기(Pb)가 내압 상승 또는 하중 감소에 의한 사용 한계로 정한 타이어 접지 형상(Fb)에서의 접지장(Lb)과 동일한 값으로 설정된 사이프 열(25B)이 형성되어 있으므로, 타이어(20)의 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fb)에 근접하면, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 사이프 열(25B)의 인접하는 2개의 사이프(25b, 25b) 중 한쪽은 「밟기측」의 접지 단부에 위치하고, 다른 쪽은 「차기측」의 접지 단부에 위치하므로, 타이어 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fb)에 근접했을 경우에는, 회전 차수 스펙트럼의 상기 주기(Pb)에 대응하는 회전 차수(nb)의 진동의 진동 레벨이 커진다.
따라서, 가속도 센서(11)에서 검출한 타이어 진동을, 회전 차수비 분석 수단(14)에 의해 분석하여, 회전 차수가 na인 진동 성분과 회전 차수가 nb인 진동 성분을 구함으로써, 타이어(20)의 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fa)에 근접했는지의 여부, 혹은 타이어 접지 형상(Fb)에 근접했는지의 여부를 추정할 수 있다.
도 5는, 타이어(20)를 탑재한 차량을 다양한 타이어 내압으로, 건조 아스팔트와 같은 평활한 노면을 속도 50km/h로 주행시켜서 계측한 차량 스프링 하부의 진동을 회전 차수비 분석해서 얻어진 회전 차수 스펙트럼을 도시하는 도면이다. 동 도면의 가는 실선은 타이어 내압이 300kPa, 가는 파선은 타이어 내압이 250kPa, 가늘고 미세한 파선은 타이어 내압이 200kPa, 굵은 파선은 타이어 내압이 150kPa, 굵은 실선은 타이어 내압이 130kPa일 때의 회전 차수 스펙트럼이다. 또한, 하중은 모두 정규 하중(5000N)으로 하였다.
동 도면의 화살표로 나타내는 15차 부근의 피크는 타이어 1회전으로 15회 진동이 발생하는 것에 대응하는 피크로, 상기 사이프 열(25A)의 주기(Pa)에 대응하는 피크이다. 또한, 21차의 피크는 타이어 1회전으로 21회 진동이 발생하는 것에 대응하는 피크로, 상기 사이프 열(25B)의 주기(Pb)에 대응하는 피크이다.
또한, 가속도 센서(11)에서 검출한 타이어 진동을 시간 간격이 일정하게 샘플링한 경우, 속도 변동 때문에 회전 간격은 불균일해지지만, Lomb-Scargle Periodgram(Scargle J.D. 1982, The Astrophysical Journal, 263, 835)으로 대표되는, 불균일 간격으로 샘플링한 데이터로부터 진동 스펙트럼을 추정하는 방법을 사용하면, 회전 간격이 일정한 샘플링을 행하지 않더라도 회전 차수 스펙트럼을 구할 수 있다.
접지 형상 추정 수단(17)은 회전 차수 성분 추출 수단(16)으로 추출된 각 회전 차수(na, nb)에 대응하는 피크의 진동 레벨과 미리 설정된 임계값(Ka, Kb)을 비교하여 주행 중의 타이어(20)의 접지 형상을 추정한다.
도 6은 타이어 내압과 주기(Pa)에 대응하는 진동의 피크값인 피크 높이 및 주기(Pb)에 대응하는 진동의 피크값인 피크 높이의 관계를 도시하는 도면으로, 횡축은 타이어 내압(P)[kPa], 종축은 피크 높이(Z)[a.u.]이다.
동 도면의 ▲ 표시로 나타내는 주기(Pa)에 대응하는 피크 높이(Za)는 타이어 내압의 증가와 함께 감소하여, 타이어 내압이 정규 내압인 200kPa 근방에서 거의 일정해지고, 타이어 내압이 300kPa를 초과하면 또한 감소하는 경향을 나타낸다.
한편, 동 도면의 ● 표시로 나타내는 주기(Pb)에 대응하는 피크 높이(Zb)는 타이어 내압의 증가와 함께 증가하여, 타이어 내압이 정규 내압인 200kPa 근방에서 거의 일정해지고, 타이어 내압이 300kPa를 초과하면 또한 증가하는 경향을 나타낸다.
따라서, 임계값을, 예를 들어 K=20으로 하면, 피크 높이(Za)가 임계값(K) 미만일 때에는, 접지장(L)이 내압 저하 또는 하중 증가에 의한 사용 한계로 정한 타이어 접지 형상(Fa)에서의 접지장(La) 정도가 되었다고 추정하는 것이 가능해진다.
또한, 피크 높이(Zb)가 임계값(K)을 초과했을 때에는, 접지장(L)이 내압 상승 또는 하중 감소에 의한 사용 한계로 정한 타이어 접지 형상(Fb)에서의 접지장(Lb) 정도가 되었다고 추정하는 것이 가능해진다.
접지 형상 추정 수단(17)은 접지장(L)이 접지장(La) 정도가 되었다고 추정된 경우, 혹은 접지장(Lb) 정도가 되었다고 추정된 경우에는, 경보 수단(18)에, 타이어 접지 형상이 소정의 허용 범위(Lb≤L≤La)에 도달했다는 신호를 출력한다.
경보 수단(18)은 운전석 근방에 설치되어, 타이어 접지 형상이 소정의 허용 한계에 도달했다는 신호가 입력되었을 때에, 경보용의 LED를 점등 혹은 점멸시키는 등 해서 운전자에게 타이어 접지 형상의 이상을 인식시킨다. 이때, 경보용의 LED의 색을 바꾸는 등 하여, 타이어의 접지장(L)이 커졌을 때의 이상인지, 작아졌을 때의 이상인지에 대해서도 동시에 인식시키는 것이 바람직하다. 또한, 경보용의 버저를 구동하여 경보음에 의해 인식시키도록 해도 좋고, 경보용의 버저와 LED를 병용해도 좋다.
이어서, 본 실시 형태에 따른 타이어 접지 형상의 추정 방법에 대해서 설명한다.
우선, 휠(32)에, 좌우의 숄더 랜드부(24a, 24b)에 타이어 둘레 방향으로 연장하는 사이프(25a, 25b)가 각각 주기(Pa, Pb)로 배열된 사이프 열(25A, 25B)이 형성된 타이어(20)를 장착하고, 너클(31)에 설치한 가속도 센서(11)에 의해 차량 스프링 하부에 전파된 타이어(20)의 진동 파형을 검출함과 함께, 차륜속 센서(12)에 의해 차륜속을 검출한다.
이어서, 타이어(20)의 진동 파형을 회전 차수비 분석 수단(14)으로 회전 차수비 분석하고, 도 5에 도시한 바와 같은, 횡축을 회전 차수로 하는 회전 차수 스펙트럼을 구한다.
회전 차수 스펙트럼은, 가속도 센서(11)에서 검출한 타이어 진동을, 회전 신호 생성 수단(13)으로부터 출력되는 차륜속의 펄스 신호에 기초하여 샘플링한 후, FFT 처리해서 구해진다.
그리고, 회전 차수 성분 추출 수단(16)에 의해, 주기(Pa)에 대응하는 회전 차수(na)의 진동의 피크값인 피크 높이(Za)와, 주기(Pb)에 대응하는 회전 차수(nb)의 진동의 피크값인 피크 높이(Zb)를 추출한다.
타이어 접지 형상의 추정은, 회전 차수 스펙트럼으로부터 구한 피크 높이(Za)와 미리 설정된 임계값(K)을 비교하여, 주행 중의 타이어의 접지 형상이 내압 저하 또는 하중 증가에 의한 사용 한계로 정한 타이어 접지 형상(Fa)에서의 접지장(La) 정도가 되었는지의 여부를 추정함과 함께, 피크 높이(Zb)와 임계값(K)을 비교하여, 내압 상승 또는 하중 감소에 의한 사용 한계로 정한 타이어 접지 형상(Fb)에서의 접지장(Lb) 정도로 되어 있는지의 여부를 추정한다. 이에 의해, 주행 중의 타이어(20)의 접지 형상이 소정의 범위(Lb≤L≤La) 내에 있는지의 여부를 고정밀도로 추정할 수 있다.
타이어(20)의 접지 형상이 소정의 범위 내로부터 벗어나 있다고 추정된 경우에는, 경보용의 LED를 점등 혹은 점멸시키거나 하여 운전자에게 타이어 접지 형상의 이상을 인식시킨다.
이렇게 본 실시 형태에서는, 너클(31)에 설치된 가속도 센서(11)로, 타이어 둘레 방향으로 연장하는 사이프(25a, 25b)가 주기(Pa, Pb)로 배열된 사이프 열(25A, 25B)이 좌우의 숄더 랜드부(24a, 24b)에 형성된 타이어(20)의 진동 파형을 검출해서 회전 차수 분석하여 회전 차수 스펙트럼을 구하고, 주기(Pa)에 대응하는 회전 차수(na)의 진동의 피크값인 피크 높이(Za)와, 주기(Pb)에 대응하는 회전 차수(nb)의 진동의 피크값인 피크 높이(Zb)를 추출하고, 이 피크 높이(Za)와 미리 설정된 임계값(K)을 비교하여, 타이어의 접지 형상이 내압 저하 또는 하중 증가에 의한 사용 한계로 정한 타이어 접지 형상(Fa)에서의 접지장(La) 정도로 되어 있는지의 여부를 추정함과 함께, 피크 높이(Zb)와 임계값(K)을 비교하여, 내압 상승 또는 하중 감소에 의한 사용 한계로 정한 타이어 접지 형상(Fb)에서의 접지장(Lb) 정도로 되어 있는지의 여부를 추정하도록 했으므로, 주행 중의 타이어(20)의 접지 형상이 소정의 범위(Lb≤L≤La) 내에 있는지의 여부를 고정밀도로 추정할 수 있다.
또한, 타이어(20)의 접지 형상이 소정의 범위 내로부터 벗어나 있다고 추정된 경우에는, 경보를 발하여 운전자에게 타이어 접지 형상의 이상을 인식시키도록 했으므로, 차량의 주행 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 타이어(20)로서 좌우의 숄더 랜드부(24a, 24b)에 각각 주기(Pa, Pb)의 사이프 열(25A, 25B)이 형성된 타이어를 사용했지만, 한쪽의 숄더 랜드부(24b)에만 주기(Pa)의 사이프 열(25A)을 설치해도 좋다. 혹은, 좌우의 숄더 랜드부(24a, 24b)에 동일한 주기(Pa)의 사이프 열(25A)을 각각 설치해도 좋다.
또한, 사이프 열이 1열 혹은 주기가 1종류인 경우에는, 주행 안정성의 관점에서, 사이프 열로서 상기와 같이 내압 저하 또는 하중 증가에 의한 사용 한계로 정한 타이어 접지 형상(Fa)에서의 접지장(La)과 동일한 주기를 갖는 사이프 열(25A)을 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 사이프 열을 설치하는 위치는 좌우의 숄더 랜드부(24a, 24b)에 한정되는 것은 아니며, 중앙 랜드부(23a 내지 23c)에 설치해도 좋지만, 타이어 접지 형상의 변화가 큰 숄더 랜드부(24a, 24b)에 설치하는 편이 측정 정밀도 상 바람직하다.
또한, 상기 예에서는, 주기(Pa)에 대응하는 회전 차수(na)의 피크 높이(Za)와 임계값(K)을 비교하여, 접지장(L)이 접지장(La) 정도로 되어 있는지의 여부를 추정함과 함께, 주기(Pb)에 대응하는 회전 차수(nb)의 피크 높이(Zb)와 임계값(K)을 비교하여, 접지장(L)이 접지장(Lb) 정도로 되어 있는지의 여부를 추정하도록 했지만, 피크 높이(Za)와 피크 높이(Zb)의 비인 피크 높이비 R=(Za/Zb)을 이용해서 타이어(20)의 접지 형상이 소정의 범위 내에 있는지의 여부를 추정하도록 해도 좋다.
즉, 도 7에 도시한 바와 같이, 피크 높이비(R)는 타이어 내압의 증가에 수반해서 단조 감소하므로, 이 피크 높이비(R)에 대하여 임계값(Kr)을 설정함으로써, 타이어(20)의 접지 형상이 소정의 범위 내에 있는지의 여부를 추정할 수 있다. 예를 들어, 임계값(Kr)을 1로 설정하면, 피크 높이비(R)가 1을 초과한 경우에는, 내압이 저하되었거나, 혹은 내압에 대하여 하중이 너무 무겁다고 추정할 수 있다.
또한, 타이어 둘레 방향을 따라 연장하는 오목부로서는, 좌우의 숄더 랜드부(24a, 24b)에 설치된 사이프(25a, 25b)에 한정하는 것은 아니고, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같은, 숄더 랜드부(24a) 또는 숄더 랜드부(24b)에 설치된 홈(26a, 26b)이어도 좋고, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같은, 둘레 방향 홈(22a)에 개구하는 홈(27a)이나 둘레 방향 홈(22d)에 개구하는 홈(27b)이어도 좋다.
혹은, 도 8의 (c)에 도시한 바와 같은, 숄더 블록(24B)을 구획하는 가로 홈(28a, 28b)이어도 좋다.
또한, 상기 예에서는, 도 6에 도시한 바와 같은, 주기(Pa)에 대응하는 피크의 진동 레벨과 주기(Pb)에 대응하는 피크의 진동 레벨과 타이어 내압의 관계를 이용하여 타이어의 접지 형상을 추정했지만, 횡축을 타이어 접지 형상으로 하는 그래프를 작성하여 타이어의 접지 형상을 추정하는 것도 가능하다. 즉, 도 12에 도시한 바와 같이, 내압이 높아지는 경우와 하중이 저하되는 경우에서는 타이어 접지 형상의 변화는 유사한 경향을 나타낸다. 또한, 내압이 낮아지는 경우와 하중이 증가하는 경우도 유사한 경향을 나타낸다. 예를 들어, 「200kPa, 4kN」과 「250kPa, 5kN」은 동일한 접지 형상(동일한 접지장)이 되고, 「200kPa, 6kN」과 「150kPa, 5kN」도 동일한 접지 형상(동일한 접지장)이 된다.
즉, 타이어 내압에 대하여 하중이 너무 가벼우면, 타이어의 접지 면적이 감소하고, 타이어 내압에 대하여 하중이 너무 무거우면, 타이어의 접지 면적이 증가한다. 따라서, 타이어 접지 형상을 복수의 레벨로 분류하여, 횡축을 타이어 접지 형상으로 하는 그래프나, 혹은 주기(Pa)에 대응하는 피크의 진동 레벨과 타이어 접지 형상의 대응표를 작성하여 타이어의 접지 형상을 추정할 수 있다. 혹은, 횡축을 타이어 접지 면적으로 하는 그래프나, 혹은 주기(Pa)에 대응하는 피크의 진동 레벨과 타이어 접지 면적의 대응표를 작성하여 타이어의 접지 형상을 추정해도 좋다.
또한, 상기 예에서는 접지장(L)으로부터 타이어의 접지 형상을 추정했지만, 접지장(L)과 접지 폭(W)의 양쪽으로부터 타이어의 접지 형상을 추정하는 것도 가능하다.
구체적으로는, 도 9에 도시한 바와 같이, 사이프 열(25A)의 타이어 적도면(CL)으로부터의 거리(wa)를, 정규 내압 및 정규 하중 시에서의 접지 폭(WO)의 절반보다 넓고, 또한 타이어 접지 형상(Fa)에서의 접지 폭(Wa)의 절반보다 좁게 설정한다. 이에 의해, 사이프 열(25A)은 타이어 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fa)이 될 때까지는 항상 접지면 외에 있고, 타이어 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fa)이 되었을 때에 타이어 접지 단부와 교차하므로, 타이어 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fa)이 되었는지의 여부를 더욱 고정밀도로 추정할 수 있다.
마찬가지로, 사이프 열(25B)의 타이어 적도면(CL)으로부터의 거리(wb)를 정규 내압 및 정규 하중 시에서의 접지 폭(WO)의 절반보다 좁고, 또한 타이어 접지 형상(Fb)에서의 접지 폭(Wb)의 절반보다 넓게 설정하면, 사이프 열(25B)은 타이어 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fb)이 될 때까지는 항상 접지면 내에 있고, 타이어 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fb)이 되었을 때에 타이어 접지 단부와 교차한다. 따라서, 타이어 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fb)이 되었는지의 여부에 대해서도 더욱 고정밀도로 추정할 수 있다.
또한, 상기 예에서는, 숄더 랜드부(24a, 24b)에, 타이어 둘레 방향으로 연장하는 사이프(25a, 25b)를 각각 주기(Pa), 주기(Pb)로 배열한 사이프 열(25A, 25B)을 설치했지만, 도 10에 도시한 바와 같이, 타이어 둘레 방향으로 주기(Pa)와 동일한 간격(pa)만큼 이격된 사이프쌍(25a, 25a)을 타이어 둘레 방향으로 주기(Qa)로 배열하고, 주기(Pb)와 동일한 간격(pb)만큼 이격된 사이프쌍(25b, 25b)을 타이어 둘레 방향으로 주기(Qb)로 배열하더라도 마찬가지로 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 경우, 회전 차수 스펙트럼으로부터 추출하는 피크 높이로서는, 상기 주기(Qa, Qb)에 대응하는 회전 차수의 피크 높이(za, zb)가 된다.
또한, 도 11의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 타이어 폭 방향으로 소정의 간격(da)(또는 간격(db))만큼 이격된 1쌍의 사이프(29a, 29a)(또는 1쌍의 사이프(29b, 29b))를 타이어 둘레 방향으로 주기(Qc)로 배열함으로써, 타이어의 접지 형상을 하는 것도 가능하다.
소정의 간격으로서, 정규 내압 및 정규 하중 시에서의 접지 폭(WO)보다 넓고, 또한 타이어 접지 형상(Fa)에서의 접지 폭(Wa)보다 좁은 간격(da)을 설정하면, 사이프쌍(29a, 29a)은 타이어 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fa)이 될 때까지는 항상 접지면 외에 있고, 타이어 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fa)이 되었을 때에 타이어 접지 단부와 교차하므로, 타이어 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fa)이 되었는지의 여부를 더욱 고정밀도로 추정할 수 있다.
또한, 소정의 간격으로서, 정규 내압 및 정규 하중 시에서의 접지 폭(WO)보다 좁고, 또한 타이어 접지 형상(Fb)에서의 접지 폭(Wb)보다 넓은 간격(db)을 설정하면, 사이프쌍(29b, 29b)은 타이어 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fb)이 될 때까지는 항상 접지면 내에 있고, 타이어 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fb)이 되었을 때에 타이어 접지 단부와 교차한다. 따라서, 타이어 접지 형상이 타이어 접지 형상(Fb)이 되었는지의 여부에 대해서도 더욱 고정밀도로 추정할 수 있다.
또한, 이 경우에는, 회전 차수 스펙트럼으로부터 추출하는 피크 높이로서는, 상기 주기(Qc)에 대응하는 회전 차수의 피크 높이(zc)가 된다.
또한, 상기 예에서는 차륜속 센서(12)의 출력을 회전 신호 생성 수단(13)에 보내어 펄스 신호를 생성하고, 이 펄스 신호를 샘플링 클록으로서 회전 차수비 분석 수단(14)에 출력하도록 했지만, 차량 제어 수단으로부터 차륜속을 취득하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 장치를 보다 간편하게 할 수 있다.
또한, 상기 예에서는, 회전 차수 스펙트럼으로부터, 주기(Pa)에 대응하는 회전 차수(na)의 피크 높이(Za)와 주기(Pb)에 대응하는 회전 차수(nb)의 피크 높이(Zb)를 구했지만, 가속도 센서(11)의 출력인 타이어 진동의 진동 파형을 FFT 처리해서 주파수 스펙트럼을 구하고, 이 주파수 스펙트럼으로부터, 주기(Pa)에 대응하는 주파수(fa)의 진동 성분(Ya)과 주기(Pb)에 대응하는 주파수(fb)의 진동 성분(Yb)을 구하여 타이어(20)의 접지 형상을 추정해도 좋다. 단, 이 경우에는, 주파수(fa) 및 주파수(fb)는 차륜속에 의해 변화하므로, 주파수(fa) 및 주파수(fb)를 주기(Pa) 및 주기(Pb)와 차륜속을 사용해서 산출할 필요가 있다.
<실시예>
타이어 크기가 225/45R17인 타이어의 좌우의 숄더부에, 전체 둘레에 걸쳐 또한 균등하게, 길이 20mm의 둘레 방향 사이프를 형성한 타이어를 제작하여, 이 타이어를 장착한 차량에 본 발명에 따른 타이어 접지 형상 추정 장치를 탑재하고, 평활한 노면을 속도 50km/h로 주행시켜서 스프링 하부 진동을 계측하였다. 이때, 타이어의 내압을 300kPa, 250kPa, 200kPa, 150kPa 및 130kPa로 변화시켰다.
주위 방향 사이프의 깊이는 8mm이고, 주기는 96mm와 130mm의 2종류로 하였다.
진동 피크의 크기는, 스프링 하부 진동의 회전 차수 스펙트럼으로부터, 주기에 대응하는 차수의 진동 피크의 높이를 계측해서 구하였다. 주기가 96mm인 진동은 회전 차수가 21차 부근의 피크에 대응하고, 주기가 130mm인 진동은 회전 차수가 15차 부근의 피크에 대응한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 주기가 130mm에 대응하는 진동 피크는 내압 상승에 수반해서 낮아지고, 주기가 96mm에 대응하는 진동 피크는 내압 상승과 함께 높아진다.
따라서, 도 6의 그래프에 적절한 임계값(예를 들어, 20)을 설정하면, 타이어가 적절한 접지 형상에 있는지의 여부를 판정할 수 있다.
또한, 도 7의 그래프에 도시한 바와 같이, 주기가 130mm에 대응하는 진동 피크와 주기가 96mm에 대응하는 진동 피크의 비와 내압의 관계를 구하여 적절한 임계값(예를 들어, 1)을 설정하더라도, 타이어가 적절한 접지 형상에 있는지의 여부를 판정할 수 있다.
이와 같이, 미리 설정된 접지장과 동일한 길이만큼 이격되어 형성된 타이어 둘레 방향을 따라 연장하는 오목부쌍이 타이어 둘레 방향을 따라 주기적으로 배열된 타이어의 진동을 검출하고, 주기에 대응하는 진동 성분을 추출하여, 타이어의 접지 형상을 추정하면, 타이어가 적절한 접지 형상에 있는지의 여부를 고정밀도로 판정할 수 있는 것이 확인되었다.
이상, 본 발명을 실시 형태를 사용해서 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태에 기재된 범위에는 한정되지 않는다. 상기 실시 형태에, 다양한 변경 또는 개량을 가하는 것이 가능한 것이 당업자에게도 명확하다. 그러한 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있음이 특허청구범위로부터 명확하다.
<산업상 이용가능성>
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 주행 중의 타이어의 접지 형상을 고정밀도로 추정할 수 있는 타이어 접지 형상 추정 장치를 제공할 수 있다. 따라서, 타이어 내압에 대하여 너무 하중이 걸려 있는 등의 타이어의 상태를 정확하게 파악할 수 있으므로, 차량의 주행 안전성을 향상시킬 수 있다.
10: 타이어 접지 형상 추정 장치
11: 가속도 센서
12: 차륜속 센서
13: 회전 신호 생성 수단
14: 회전 차수비 분석 수단
14a: 저역 통과 필터
14b: 샘플링 수단
14c: 분석 수단
15: 기억 수단
16: 회전 차수 성분 추출 수단
17: 접지 형상 추정 수단
18: 경보 수단
20: 타이어
21: 트레드
22a 내지 22d: 둘레 방향 홈
23a 내지 23c: 중앙 랜드부
24a, 24b: 숄더 랜드부
25A, 25B: 사이프 열
25a, 25b: 사이프
30: 차륜부
31: 너클
32: 휠
33: 휠 허브
34: 서스펜션 부재
35, 36: 아암
37, 38: 완충 부재

Claims (12)

  1. 타이어의 트레드에 형성된 오목부가 타이어 둘레 방향으로 미리 설정된 접지장과 동일한 주기로 배열된 오목부열을 구비한 타이어의 진동을 검출하고, 상기 타이어의 진동으로부터 상기 주기에 대응하는 진동 성분을 추출하고, 상기 진동 성분의 크기로부터 타이어의 접지 형상을 추정하는 것을 특징으로 하는 타이어 접지 형상 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오목부열과 타이어 폭 방향 중심의 간격이 정규 내압 및 정규 하중 시에서의 접지 폭의 절반보다 넓고, 또한 미리 설정된 저내압 및 고하중 시에서의 접지 폭의 절반보다 좁은 것을 특징으로 하는 타이어 접지 형상 추정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 오목부열과 타이어 폭 방향 중심의 간격이 정규 내압 및 정규 하중 시에서의 접지 폭의 절반보다 좁고, 또한 미리 설정된 고내압 및 저하중 시에서의 접지 폭의 절반보다 넓은 것을 특징으로 하는 타이어 접지 형상 추정 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 미리 설정된 접지장 내에 존재하는 상기 오목부의 수가 2개 이하인 것을 특징으로 하는 타이어 접지 형상 추정 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 서로 상이한 주기의 오목부열이 타이어 폭 방향으로 2열 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 타이어 접지 형상 추정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 정규 내압 및 정규 하중 시에 있어서, 상기 오목부열 중 한쪽의 오목부열의 오목부는 모두 접지면 내에 설치되고, 다른 쪽의 오목부열의 오목부는 모두 접지 단부 외에 위치하는 것을 특징으로 하는 타이어 접지 형상 추정 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오목부가 타이어의 숄더부에 형성된 타이어 둘레 방향으로 연장하는 사이프인 것을 특징으로 하는 타이어 접지 형상 추정 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이어의 진동을 차량 스프링 하부에서 검출하도록 한 것을 특징으로 하는 타이어 접지 형상 추정 방법.
  9. 타이어의 트레드에 형성된 오목부가 타이어 둘레 방향으로 미리 설정된 접지장과 동일한 주기로 배열된 오목부열을 구비한 타이어와,
    차량 스프링 하부에 설치되어서 차량 스프링 하부에 전파되는 타이어의 진동을 검출하는 진동 검출 수단과,
    상기 타이어의 진동으로부터 상기 주기에 대응하는 진동 성분을 추출하는 진동 성분 추출 수단과,
    상기 진동 성분의 크기에 기초하여 타이어의 접지 형상을 추정하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 타이어 접지 형상 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 추정된 타이어의 접지 형상과 미리 설정된 표준 접지 형상을 비교하여, 타이어의 접지 형상의 이상을 판정하는 판정 수단과,
    상기 판정 수단이 이상으로 판정한 경우에 경보를 발하는 경보 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 타이어 접지 형상 추정 장치.
  11. 타이어의 트레드에 타이어 둘레 방향으로 미리 설정된 접지장과 동일한 간격을 사이에 두고 배치된 2개의 오목부로 이루어지는 오목부쌍을 복수 구비하고, 또한 상기 오목부쌍이 타이어 둘레 방향을 따라 주기적으로 설치되어 있는 타이어의 진동을 검출하고, 상기 타이어의 진동으로부터 상기 오목부쌍의 주기에 대응하는 진동 성분을 추출하고, 상기 진동 성분의 크기로부터 상기 타이어의 접지 형상을 추정하는 것을 특징으로 하는 타이어 접지 형상 추정 방법.
  12. 타이어의 트레드에 타이어 둘레 방향으로 미리 설정된 접지 단부와 동일한 위치에 배치된 오목부가 타이어 둘레 방향을 따라 주기적으로 설치되어 있는 타이어의 진동을 검출하고, 상기 타이어의 진동으로부터 상기 오목부의 주기에 대응하는 진동 성분을 추출하고, 상기 진동 성분의 크기로부터 상기 타이어의 접지 형상을 추정하는 것을 특징으로 하는 타이어 접지 형상 추정 방법.
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