(57)【要約】【課題】車両のタイヤに加わる荷重を推定できる方法及びシステムを提供する。【解決手段】車両タイヤに加わる荷重を推定するシステム及び方法であって、タイヤに取り付けられ、タイヤキャビティの空気圧レベルを測定する空気圧測定センサと、タイヤサイドウォールに取り付けられた１つまたは２つ以上のピエゾフィルム変形測定センサとを含む。変形測定センサは、フットプリント接触面近くのサイドウォールの変形レベルを示す信号パワーレベルを有する、タイヤフットプリントにおける変形信号を生成する。タイヤ空気圧による補正後ベースで信号パワーレベルから荷重レベルを特定できるように、タイヤ空気圧で補正される、所定範囲の荷重レベルと信号パワーレベルとを関連付けた信号パワー対荷重マップが生成されて保存される。【選択図】図１４
2014054978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のタイヤに加わる荷重を推定する方法であって、
（Ａ）回転状態下の前記車両タイヤ内の少なくとも一方のサイドウォールの変形を示す信号パワーレベルを有する周期的な変形信号を生成する少なくとも１つの変形測定センサを前記少なくとも一方のサイドウォールに取り付け、
（Ｂ）タイヤキャビティ内の空気圧を測定し、空気圧レベルデータを生成するタイヤ空気圧測定センサを前記車両タイヤに取り付け、
（Ｃ）タイヤ空気圧による補正後の信号パワーレベルから荷重レベルを特定できるように、タイヤ空気圧で補正される、所定範囲の荷重レベルと信号パワーレベルとを関連付けた信号パワー対荷重マップを電子的に保存し、
（Ｄ）前記変形測定センサで検出された変形信号の信号パワーレベルを測定し、
（Ｅ）前記タイヤ空気圧測定センサによって検出された前記タイヤキャビティの空気圧レベルを測定し、
（Ｆ）信号パワー対荷重マップからタイヤ空気圧レベル、すなわち検出された前記信号パワーレベルに対応する補正された推定荷重レベルを抽出する方法。
【請求項２】
少なくとも１つの内側変形測定センサを軸方向内側のタイヤサイドウォールに取り付け、少なくとも１つの外側変形測定センサを軸方向外側のタイヤサイドウォールに取り付け、前記内側変形測定センサで検出された内側信号パワーレベルを測定し、前記外側変形測定センサで検出された外側信号パワーレベルを測定し、前記検出された内側信号パワーレベル及び前記外側信号パワーレベルを平均化して平均検出信号パワーレベルを生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記平均検出信号パワーレベルを用いて、前記検出された空気圧レベルにおける前記平均検出信号パワーレベルに対応する推定荷重レベルを信号パワー対荷重マップから抽出する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記信号パワー対荷重マップから取得した前記推定荷重レベルを過荷重しきい値荷重レベルと比較し、該推定荷重レベルが前記過荷重しきい値荷重レベルを超える場合に警告信号を生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記車両タイヤの少なくとも一方のサイドウォールに少なくとも１つの変形測定センサを取り付けることは、前記タイヤの一方のサイドウォールにカンチレバーピエゾフィルム歪みセンサを取り付けることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
車両タイヤに加わる荷重を推定するシステムであって、
（Ａ）タイヤキャビティを有し荷重を支持するタイヤと、
（Ｂ）前記タイヤに取り付けられ、タイヤキャビティの空気圧レベルを測定する空気圧測定センサと、
（Ｃ）タイヤフットプリントまでを含む前記タイヤサイドウォールと共に回転する圧電センサを含む、前記フットプリント接触面近くのサイドウォールの変形レベルを示す信号パワーレベルを有する変形信号を生成する、少なくとも一方の前記タイヤサイドウォールに取り付けられた少なくとも１つの変形測定センサと、
（Ｄ）タイヤ空気圧による補正後の信号パワーレベルから荷重レベルを特定できるように、タイヤ空気圧で補正される、所定範囲の荷重レベルと信号パワーレベルとを関連付けた信号パワー対荷重マップが保存される記憶手段と、
（Ｅ）信号パワー対荷重マップからタイヤ圧レベル、すなわち検出された前記信号パワーレベルに対応する補正された推定荷重レベルを抽出する電子手段と、
を有するシステム。
【請求項７】
前記変形測定センサは、圧電歪みセンサである請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記圧電歪みセンサは、ピエゾフィルム歪みセンサである、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
第１のサイドウォールに取り付けられた少なくとも１つの変形測定センサと、それと対向する第２のサイドウォールに取り付けられた少なくとも１つの第２の変形測定センサとを有し、
前記第１及び第２のサイドウォール変形測定センサは、回転するタイヤフットプリント近くの対向する第１のサイドウォール及び第２のサイドウォールの屈曲を測定し、第１の検出信号パワーレベルを有する第１の信号および第２の検出信号パワーレベルを有する第２の信号を生成する、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記信号パワー対荷重マップから推定荷重レベルを抽出する前記電子手段は、
前記第１及び第２の検出信号パワーレベルの平均値を利用して前記信号パワー対荷重マップから前記推定荷重を抽出する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記推定荷重を過荷重しきい値荷重レベルと比較し、前記推定荷重レベルが前記過荷重しきい値荷重レベルを超える場合に警告信号を生成する比較器手段をさらに有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
車両タイヤに加わる荷重を推定するシステムであって、
（Ａ）タイヤキャビティを有し荷重を支持するタイヤと、
（Ｂ）前記タイヤに取り付けられ、タイヤキャビティ空気圧レベルを測定する空気圧測定センサと、
（Ｃ）タイヤフットプリントまでを含む前記タイヤサイドウォールと共に回転する圧電センサをそれぞれ含む、第１のタイヤサイドウォールに取り付けられ、前記フットプリント接触面のサイドウォール変形レベルを示す第１の信号パワーレベルを有する前記タイヤフットプリントの第１の変形信号を生成する、少なくとも１つの第１の変形測定センサ、並びに前記第１のサイドウォールと向かい合う第２のタイヤサイドウォールに取り付けられ、前記フットプリント接触面のサイドウォール変形レベルを示す第２の信号パワーレベルを有する前記タイヤフットプリントの第２の変形信号を生成する、少なくとも１つの第２の変形測定センサと、
（Ｄ）タイヤ空気圧による補正後の信号パワーレベルから荷重レベルを特定できるように、タイヤ空気圧で補正される、所定範囲の荷重レベルと信号パワーレベルとを関連付けた信号パワー対荷重マップが保存される記憶手段と、
（Ｅ）前記第１及び第２の信号パワーレベルの組み合わせの平均値に基づいて検出信号パワーレベルに対応する推定荷重を前記信号パワー対荷重マップから抽出する電子手段と、
を有するシステム。
【請求項１３】
前記第１のサイドウォールに間隔を有して取り付けられた複数の第１の変形測定センサと、
前記第２のサイドウォールに間隔を有して取り付けられた複数の第２の変形測定センサと、
を有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記信号パワー対荷重マップから推定荷重レベルを抽出する前記電子手段は、
前記第１の変形測定センサと前記第２の変形測定センサの信号パワーレベルの組合せを平均化する、請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両運用時に測定されるタイヤパラメータデータを収集するタイヤ監視システムに関し、特にそれらの測定値に基づきタイヤサイドウォールを介してタイヤ荷重を推定するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されたタイヤは、車両運用時における圧力および温度等のタイヤパラメータを測定するタイヤ圧力監視システム（ＴＰＭＳ）によって監視できる。ＴＰＭＳからのデータは、タイヤパラメータの測定値に基づいてタイヤの状況を確認し、修復保守を必要とするタイヤ圧の低下や空気漏れ等の状態を運転者に警告するために使用される。各センサは、タイヤ製造時におけるプレキュアステージまたはタイヤのポストキュアアセンブリ時に各タイヤ内に設置される。
【０００３】
また、タイヤ荷重のような要因も車両運用及び安全にとって重要な検討事項である。したがって、タイヤ荷重を測定し、その荷重情報を圧力や温度等のタイヤパラメータの測定値と共に運転者に通知することがより望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様によれば、車両タイヤに加わる荷重を推定するシステム及び方法が提供される。このシステムは、タイヤキャビティの空気圧レベルを測定する、タイヤに取り付けられた空気圧測定センサと、タイヤサイドウォールに取り付けられた１つまたは２つ以上のピエゾフィルム変形測定センサとを含む。変形測定センサは、フットプリント接触面近くのサイドウォールの変形レベルを示す信号パワーレベルを有する変形信号を生成する。タイヤ空気圧による補正後ベースで信号パワーレベルから荷重レベルを特定できるように、タイヤ空気圧で補正される、所定範囲の荷重レベルと信号パワーレベルとを関連付けた信号パワー対荷重マップが生成されて保存される。
【０００５】
本発明の他の態様では、変形測定センサが各サイドウォールに取り付けられ、各センサの信号パワーレベルの平均値を用いてパワー対荷重マップを参照し、補正後ベースのタイヤの空気圧に対応する荷重レベルを特定する。
（定義）
「ＡＮＮ」または「人工ニューラルネットワーク」は、学習段階中にネットワーク内を流れる外部情報及び内部情報に基づいて構造を変化させる非線形統計データモデル用の適合ツールである。ＡＮＮニューラルネットワークは、入力と出力との複雑な関係をモデル化する、あるいはデータにおけるパターンを見出すために用いられる非線形統計データモデル化ツールである。
【０００６】
タイヤの「アスペクト比」は、タイヤの断面幅（ＳＷ）に対する断面高さ（ＳＨ）の比に、百分率で表せるように１００％を乗じた値を意味する。
【０００７】
「非対称トレッド」は、タイヤの中心面または赤道面ＥＰに対して対称ではないトレッドパターンを有するトレッドを意味する。
【０００８】
「軸方向の」及び「軸方向に」は、タイヤの回転軸と平行なラインまたは方向を意味する。
【０００９】
「チェーファー」は、タイヤビードの外周に配置され、コードプライがリムに接触して磨耗し切断するのを防止する、たわみをリムの上方に分散させる細い材料である。
【００１０】
「サーカムファレンシァル」は、軸方向と垂直な環状のトレッド表面の周縁に沿って延びるラインまたは方向を意味する。
【００１１】
「赤道中心面（ＣＰ）」は、タイヤの回転軸と垂直であり、かつトレッドの中心を通過する平面を意味する。
【００１２】
「フットプリント」は、タイヤが回転したときにタイヤトレッドが路面と接する接触面または領域を意味する。
【００１３】
「グルーブ」は、タイヤ壁の周方向または横方向へ広がるタイヤ壁の細長い溝領域を意味する。「グルーブ幅」は、グルーブの全長にわたる平均幅に等しい。グルーブは、エアチューブに適合するサイズである。
【００１４】
「インボードサイド」は、タイヤがホイールに取り付けられ、ホイールが車両に取り付けられたときに、タイヤの車両に最も近い側を意味する。
【００１５】
「ラテラル」は軸方向を意味する。
【００１６】
「ラテラルエッジ」は、タイヤが標準の荷重及び空気圧で測定されたときの、軸方向における最も外側のトレッドの接触面またはフットプリントに接するラインであり、赤道中心面に平行なラインを意味する。
【００１７】
「ネットコンタクト面積」は、トレッドの全周におけるラテラルエッジ間で路面と接するトレッド部材の総面積を、ラテラルエッジ間におけるトレッド全体の総面積で割った値を意味する。
【００１８】
「非方向性トレッド」は、順方向走行時において好ましい方向を有さず、トレッドパターンを好ましい走行方向に揃えるために、車両上の１つまたは複数の特定のホイール位置に位置合わせする必要のないトレッドを意味する。逆に、方向性トレッドパターンは、好ましい走行方向を有する、特定のホイール位置を必要とする。
【００１９】
「アウトボードサイド」は、タイヤがホイールに取り付けられ、該ホイールが車両に取り付けられたときに、タイヤの車両から最も遠い側を意味する。
【００２０】
「蠕動」は、管状の経路に沿って閉じ込められた空気等の物質を前進させる、波状の収縮手段による動作を意味する。
【００２１】
「圧電フィルムセンサ」は、フィルム本体で形成され、該フィルム本体が曲がることで駆動され、圧力、加速度、歪みまたは力を電気量に変換することでそれらを測定する、圧電効果を利用する装置である。
【００２２】
「ラジアル（半径方向の）」または「半径方向に」は、タイヤの回転軸に対して径方向へ向かう、またはタイヤの回転軸から径方向に離れる方向を意味する。
【００２３】
「リブ」は、少なくとも１つのサーカムファレンシァルのグルーブ及びそのもう一つのグルーブまたはラテラルエッジによって規定される、トレッド上の周方向のゴムの模様であり、フル・デプス・グルーブによって横方向に分割されることのない模様を意味する。
【００２４】
「サイプ」は、トレッド表面を細分してトラクションを向上させるタイヤのトレッド部材に成形された小さい溝を意味し、サイプは、幅が狭く、タイヤのフットプリントにおいて開いたままになるグルーブとは異なり、タイヤのフットプリントにおいて閉じている。
【００２５】
「トレッド要素」または「トラクション要素」は、グルーブに隣接する形状を有することで規定される、リブまたはブロック要素を意味する。
【００２６】
「トレッドアーク幅」は、トレッドのラテラルエッジ間で測定されるトレッドのアーク長を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、タイヤの概略断面図、タイヤのアジマス角を示す図、および３つの異なるタイヤ荷重におけるタイヤのせん断ひずみがアジマス角に対してグラフ化された荷重依存性のグラフである。
【図２】図２は、選択された３つの代表的な荷重レベルケースにおける回転数（Ｎ）に対する正規化パワーを示す、タイヤサイドウォールと共に屈曲する圧電センサから得られる１回転当たり総信号パワーのグラフである。
【図３】図３は、タイヤの概略断面図、タイヤのアジマス角を示す図、およびタイヤ荷重が１０００ポンド（４５３．４９ｋｇ）であるときの３つの滑り角データラインにおけるせん断歪み対アジマス角（°）の滑り角依存性を示すグラフである。
【図４】図４は、タイヤ荷重が１０００ポンドであるときの、選択された３つの代表的な滑り角に関する、回転数（Ｎ）に対するグラフ化された正規化パワー（ｄｂ）を示す、タイヤサイドウォールと共に屈曲する圧電センサから得られる１回転当たり総信号パワーのグラフである。
【図５】図５は、コーナリング時のタイヤの概略断面図、タイヤのアジマス角を示す図、およびタイヤ荷重が１０００ポンドであるときの３つの滑り角データラインにおけるせん断歪み対アジマス角（°）の滑り角依存性を示すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、タイヤ荷重が１０００ポンドであるときの３つの滑り角における、内側のサイドウォールセンサ３の正規化パワー対回転数（Ｎ）のグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、タイヤ荷重が１０００ポンドであるときの３つの滑り角における、外側のサイドウォールセンサ５の正規化パワー対回転数［Ｎ］のグラフである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、正規化パワー［ｄＢ］対回転数［Ｎ］を示す平均パワーのグラフである。
【図７】図７は、内側のサイドウォールセンサ３および外側のサイドウォールセンサ５が所定の位置に配置された、コーナリング時のタイヤの概略図、および３つの異なる荷重レベルにおける正規化パワー［ｄＢ］対回転数［Ｎ］を示す平均パワーの図である。
【図８Ａ】図８Ａは、ＦＥＡ仮想センサ信号を用いて作成されたタイヤサイドウォールにおけるせん断歪み対アジマス角［°］を示すグラフである。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ピエゾセンサ信号からの加速度｛Ｖ｝対アジマス角［°］を示すセンサデータセットのグラフである。
【図９Ａ】図９Ａは、タイヤ内面に沿ったセンサ位置および各センサの取付け位置の概略図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、ピエゾセンサの概略図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、タイヤ圧が１１０ｐｓｉ、タイヤ速度が１０ｍｐｈであるときの印加荷重、タイヤ圧、および信号振幅の実験的データのグラフである。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、タイヤ圧が１１０ｐｓｉ、タイヤ速度が２０ｍｐｈである場合の実験的データのグラフである。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、タイヤ圧が１１０ｐｓｉ、タイヤ速度が３０ｍｐｈである場合の実験的データのグラフである。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、タイヤ圧が１１０ｐｓｉ、タイヤ速度が４０ｍｐｈである場合の実験的データのグラフである。
【図１１Ａ】図１１Ａは、タイヤ圧が１００ｐｓｉ、タイヤ速度が１０ｍｐｈであるときの印加荷重、タイヤ圧、および信号振幅の実験的データのグラフである。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、タイヤ圧が１００ｐｓｉ、タイヤ速度が２０ｍｐｈである場合の実験的データのグラフである。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、タイヤ圧が１００ｐｓｉ、タイヤ速度が３０ｍｐｈである場合の実験的データのグラフである。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、タイヤ圧が１００ｐｓｉ、タイヤ速度が４０ｍｐｈである場合の実験的データのグラフである。
【図１２Ａ】図１２Ａは、タイヤ圧が９０ｐｓｉ、タイヤ速度が１０ｍｐｈであるときの印加荷重、タイヤ圧、および信号振幅の実験的データのグラフである。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、タイヤ圧が９０ｐｓｉ、タイヤ速度が２０ｍｐｈである場合の実験的データのグラフである。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、タイヤ圧が９０ｐｓｉ、タイヤ速度が３０ｍｐｈである場合の実験的データのグラフである。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、タイヤ圧が９０ｐｓｉ、タイヤ速度が４０ｍｐｈである場合の実験的データのグラフである。
【図１３】図１３は、３つの異なる荷重レベルおよび３つの異なる空気圧レベルに関する信号振幅対速度を示す結果要約グラフである。
【図１４】図１４は、車両における過荷重状態を判定するためのシステム動作の流れ図である。
【図１５】図１５は、システムで用いられるアルゴリズムの機能ブロック図である。
【図１６】図１６は、微分波形を用いて接触面の長さを推定するプロセスを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明について図面を参照して説明する。
【００２９】
図１、図５、図１５を参照すると、タイヤたわみ測定値及びタイヤ空気圧からタイヤ荷重を推定するシステム１０の概略構成が示されている。システム１０は、回転動作時に路面１８と接するタイヤクラウン領域にトレッドコンポーネント１４を有する、従来構成のタイヤ１２に組み込まれる。タイヤ１２はリム１６に従来の方法で取り付けられる。タイヤ１２の内側のサイドウォール２６には、少なくとも１つのタイヤ変形測定センサ２０が取り付けられる。同様構成のタイヤ変形測定センサ２２を含む他のセンサを、外側のサイドウォール２８に取り付けてもよい。センサ２０、２２は、例えばタイヤキャビティ２４を決定するインナーライナ３０に接着剤によって固定される。センサ２０、２２は、圧電曲げセンサ、または曲げ力を受けたときに屈曲・復元する、センサ本体における屈曲・復元の大きさを示す電気信号３２、３３を生成する市販タイプの歪みセンサであることが好ましい。曲げ信号３２、３３は、センサが取り付けられたサイドウォールの曲げ歪みの大きさを示す。センサは、曲げ力が除去されると、元の形状に復帰する。図示するタイヤ用途では、バージニア州２３６６６、ハンプトンルーカスウェイ１０００に所在するＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ，Ｉｎｃ．によって市販されている曲げフィルタセンサ等の圧電曲げセンサを用いればよい。圧電センサは、平面と面一となるように取り付けられ、圧電フィルムセンサ本体は、曲げ力を受けたときに曲がり、本体に対する曲げ力の大きさに比例する信号を生成する。
【００３０】
センサ信号３２、３３は、タイヤに取り付けられた市販タイプのタイヤ圧監視システム（ＴＰＭＳ）によるタイヤ空気圧の測定値である。ＴＰＭＳシステムは、タイヤ内部のエアキャビティと連通するようにタイヤに取り付けられ、タイヤキャビティ内の空気圧を測定し、測定した圧力データを受信機に送信する、圧力センサを含む。ＴＰＭＳによる測定には、さらにタイヤ温度を測定する温度センサを含んでいてもよい。ＴＰＭＳシステムで測定されたタイヤキャビティ２４の圧力値３６は、記録・分析を行うデータプロセッサへ送信される。タイヤ空気圧が最小しきい値よりも低下した場合、車両の操縦者に警告が与えられる。
【００３１】
システム及び装置１０は、タイヤ変形センサ信号３２、３３を、該信号から平均信号パワー推定値４０を確定して処理するための信号処理ユニット３８へ供給する。内側及び外側のサイドウォール２６、２８に取り付けられたセンサ２０、２２は、平均信号パワー４０の推定に使用されるインナーサイドウォール信号３２及びアウターサイドウォール信号３３を提供する。タイヤ荷重の推定値は、メモリファイル及びメモリ４２等に保存された信号パワーロードマップから、タイヤ荷重推定アルゴリズム４４を用いて導出される。推定された荷重が推奨レベルを超えている場合、警告信号が生成されて車両の操縦者に伝達される。
【００３２】
図１４は、システム動作のシーケンスをブロック図の形式で表している。シーケンスが開始されると（４６）、車両がチェックされ（４８）、運動が検出される（５０）。続いて、タイヤ空気圧が読み取られ（５２）、センサ信号パワーの平均値が算出される（５４）。そして、平均センサ信号パワーに基づく推定荷重値がしきい値を超えている場合（５６）、警告５８が送出され、システムが再循環し（６０）、推定荷重値がしきい値よりも低くなると処理を終了する（６２）。
【００３３】
図１および図２を参照すると、タイヤ１２は、内側のサイドウォール２８に取り付けられるインナーセンサ２０を含むように構成される。タイヤベルト６４は、トレッド１４の下方に配置され、サイドウォール２６、２８内のタイヤビード６６と接続されている。タイヤに加わる垂直荷重が増大すると、ホイールがタイヤベルトに対して垂直方向に変位する。その結果、各サイドウォールは、接触領域の入口部および出口部で各ビードに逆方向のせん断力を与える。図１は、３つの荷重レベル、すなわち１０００ポンド、１３００ポンド（５８９．６７ｋｇ）及び１６００ポンド（７２５．７５ｋｇ）のときの、直線走行時におけるサイドウォール上の歪みの垂直成分を例示したグラフである。センサ２０で生成される信号３２は、３つの荷重レベルにてサイドウォールが受けるせん断歪みの大きさを示している。
【００３４】
図２には、調べた３つの荷重レベルについて、１回転当たりの総信号パワーのデータ点が示されている。図２には、タイヤサイドウォールにおけるせん断歪み振幅とタイヤに対する荷重とに強い相関関係があることが示されている。図３及び図４では、図１及び図２のデータ及びグラフで示した直線走行条件が、車両のコーナリング時におけるラテラルサイドウォールのたわみの影響を検討できるように修正されている。図３に見られるように、コーナリング時、一定の荷重条件下におけるサイドウォール歪みレベルにはかなりの違いがある。図１及び図３のグラフを比較すると、直線走行状態とコーナリング走行状態とで検出される歪みレベルに差異があることが分かる。図３では、タイヤ荷重が１０００ポンドで一定であり、３つの滑り角状態、すなわち＋／−３°及び零についての滑り角依存性がグラフ形式で示されている。このせん断歪み対アジマス角（°）のグラフは、歪みが滑り角で変化することを示している。図４に示す、３つの滑り角の設定例のデータ点から分かるように、コーナリング走行時の信号パワーを利用する場合は、上記の変化を考慮しなければならない。図４は、荷重が１０００ポンドで一定のときの正規化パワー［ｄＢ］対回転数［Ｎ］を示している。
【００３５】
図５には、コーナリング時における、外側のタイヤサイドウォール２８に取り付けられたセンサ２４のグラフおよび図が示されている。これまで説明したように、サイドウォールの歪みは外側だけでなく内側も同時に監視してもよい。図５の滑り角依存性のグラフ３２は、３つの滑り角における、荷重が一定である（１０００ポンド）ときのせん断歪み対アジマス角（°）を示している。コーナリング時のタイヤ両側のせん断歪み信号における滑り角の影響を理解するために、図３の内側のサイドウォールのグラフと図５の外側のサイドウォールのグラフとを比較してもよい。比較のため、図６Ａ及び図６Ｂには、内側のサイドウォールセンサ及び外側のサイドウォールセンサの正規化パワー対回転数［Ｎ］のデータ点がそれぞれ示されている。さらに、図６Ｃには、平均パワーの正規化パワー［ｄＢ］対回転数［Ｎ］が示されている。３つの滑り角条件において、正規化パワーは概ね一定であり等しいことが理解されよう。
【００３６】
図７は、コーナリング時の内側のサイドウォールセンサ２０及び外側のサイドウォールセンサ２２からのパワーを平均化することによる、３つの滑り角における平均パワーのデータ点を示している。図７のデータ点比較グラフには、３つの荷重レベルが示され、３つの滑り角設定値における各荷重レベルの正規化パワー［ｄＢ］が示されている。各荷重の正規化パワーは、各滑り角において一定であるが、その値（一定値）は荷重に応じて変化する。したがって、本発明では、正規化パワーの値（一定値）をタイヤの荷重レベルを示すものとして用いる。
【００３７】
図８Ａにおいて有限要素分析（ＦＥＡ）仮想センサ信号６８はタイヤサイドウォール内のせん断歪みを示し、図８Ｂに示すピエゾセンサ信号３２のデータセットは、そのコンセプトを検証するためのものである。図８Ａ及び図８Ｂのグラフによって、タイヤに搭載された圧電センサからの歪みデータがタイヤサイドウォール領域内のせん断歪みを示すことが了解されよう。
【００３８】
図９Ａは、タイヤサイドウォールに沿った複数のセンサ（一例として１２個のセンサが示されている）の試験位置と各センサの取付け位置を示している。センサ−１０の出力データについて分析する。図９Ｂは、当業界にてカンチレバーピエゾフィルム（ウォーター）センサと呼ばれる、代表的な市販タイプのセンサを示している。１１０ｐｓｉ及び１０ｍｐｈにおける実験的データを図１０Ａに示す。印加荷重を求めるため、信号振幅対回転数を平均することで各荷重条件下における振幅値（一定値）を導出してもよい。図１０Ｂには１１０ｐｓｉ及び２０ｍｐｈの場合のデータが示され、図１０Ｃには１１０ｐｓｉ及び３０ｍｐｈの場合のデータが示され、図１０Ｄには１１０ｐｓｉ及び４０ｍｐｈの場合のデータが示されている。実験結果は、センサの歪み振幅レベルが各印加荷重レベルにおいて一定であることを示している。したがって、予め測定したセンサの歪み振幅値と荷重レベルとを関連付けてデータベースに蓄積しておき、サイドウォール内のセンサの歪み振幅の測定値が判明したとき、該センサ歪み振幅から荷重レベルを求めればよい。
【００３９】
図１１Ａ〜図１１Ｄは、タイヤ空気圧が１００ｐｓｉにおける、タイヤ速度が１０ｍｐｈから４０ｍｐｈのときの１０ｍｐｈ毎の実験的試験データを示している。１１０ｐｓｉのデータと１００ｐｓｉのデータとを比較すると、そのようなタイヤ空気圧の変化は、荷重を求めるためのセンサ信号振幅の測定値を変化させることに留意されたい。したがって、歪みセンサの振幅を読み取り、それからタイヤの荷重を推定するには、タイヤ空気圧を知る必要がある。そのため、各タイヤに搭載される監視システムは、データベースに格納される印加荷重テーブルに、適切なセンサ歪みを特定するのに必要なタイヤ空気圧の測定値を備える。図１２Ａ〜図１２Ｄは、タイヤ空気圧が９０ｐｓｉであり、タイヤ速度が１０ｍｐｈから４０ｍｐｈのときの１０ｍｐｈ毎の実験的試験データを示している。この場合も、データは、タイヤ内のタイヤ空気圧の変化が、種々の印加荷重における、そのタイヤのセンサ信号振幅の測定値を変化させることを示している。
【００４０】
図１３は、３つの印加荷重レベルにおいて検討した種々のｐｓｉ設定値に関する結果概要を示している。信号振幅のしきい値は破線７２で示されている。システムは、印加荷重が予め設定されたしきい値限界を超えるときに過荷重状態であると検出する。過荷重状態は、動的なタイヤ荷重の的確な推定に加えて、運転者に対する警告に利用できる。
【００４１】
前述したように、図１４は、過荷重警告システムのブロックレベル図を示している。しきい値データはメモリに記憶されている。タイヤ空気圧５２及び平均センサ信号パワー５４は、連続的に監視、測定され、メモリ内の適切なしきい値参照テーブルを特定するのに必要なデータを提供する。タイヤに対する荷重は、適切なメモリテーブルから求められる。タイヤは、該タイヤに取り付けられたタイヤＲＦＩＤ識別デバイスによってそのタイプやサイズが特定されてもよい。テーブルは、メモリから探索され、タイヤタイプやサイズ、並びに空気圧レベルに対応する適切なしきい値を定めるために使用される。実際に印加された荷重の値は、しきい値荷重値と比較され（ステップ５６）、過荷重状態にあるか否かが判定される。
【００４２】
図１５は、本願で提案するアルゴリズムを機能ブロック図で示している。単体の歪み計２０をタイヤのサイドウォールに取り付けてもよく、一対のセンサ２０、２２を各タイヤの内側のサイドウォール及びそれと対向するサイドウォールに取り付けてもよい。あるいは、様々なタイヤ位置からタイヤの荷重を分析できるように、各タイヤに複数対のセンサを取り付けてもよい。センサ信号３２、３３は、平均信号パワー推定値４０を導出するために平均化される。コーナリング走行中は信号に変動が占めるため平均信号パワーが求められる。試験データで示されるように、平均信号パワーはコーナリング走行中でも一定である。上述したタイプの経験的学習による信号パワー・荷重マップがメモリに格納される。タイヤ荷重推定アルゴリズムは、メモリに格納された信号パワー・荷重マップ４２から、検出された信号パワー及びタイヤ空気圧の測定値に適した荷重レベルを選び出す。このようにして得られた荷重レベルは、過荷重状態の解析に用いることができる。さらに、タイヤの荷重データは、車両のタイヤ毎の荷重分散の解析に用いてもよい。
【００４３】
サイドウォール変形の測定値を利用する、本願で提案するアルゴリズムは、タイヤクラウンに基づく手法を利用するシステムよりも決定的な利点を有することが理解されよう。タイヤクラウンに基づく手法では、タイヤ荷重は、接触面長の情報を用いて特徴付けられる。図１６は、３組の荷重レベルの微分波形を用いた接触面長の推定結果を示している。１番上のグラフは、長手方向の歪み波形及びその微分波形を示している。接触面長は、グラフから分かるように各荷重レベルによって変化し、理論的には、接触面長を測定すると、タイヤの荷重情報が得られる。図１６では、接触面長または接触面が参照番号７４で示され、その立ち上がりエッジが参照番号７６で示されている。しかしながら、信号の立ち上りおよび立下りを厳密に求めて接触面長を正確に推定するには高度な信号処理技術が必要であるため、正確な接触面長を求めるのは困難である。さらに、所定の条件下では（例えばアクアプレーニング時）、タイヤクラウン変形は、タイヤ荷重が同じである場合でも通常条件下の変形と大幅に異なる。
【００４４】
以上説明したように、本願発明によれば、車両のタイヤに加わる荷重を推定する方法およびシステムが提供されることが理解されよう。システムは、一方または両方のタイヤに取り付けられる、タイヤキャビティ空気圧レベルを測定する空気圧測定センサと、一方または両方のタイヤサイドウォールに取り付けられる、１つまたは２つ以上のピエゾフィルム変形測定センサとを含む。変形測定センサは、フットプリント接触面近くのサイドウォールの変形レベルを示す信号パワーレベルを有する、タイヤフットプリントにおける変形信号を生成する。タイヤ空気圧による補正後ベースで信号パワーレベルから荷重レベルを特定できるように、タイヤ空気圧で補正される、所定範囲の荷重レベルと信号パワーレベルとを関連付けた信号パワー対荷重マップが生成されて保存される。両方のサイドウォールに取り付けられた複数の変形測定センサを用いるシステムでは、各センサからの信号パワーレベルの平均値を用いて、パワー対荷重マップを参照し、補正後ベースのタイヤの空気圧に対応する荷重レベルを特定する。
【００４５】
本明細書に記載された説明を考慮して本発明を変形することが可能である。本発明を例示するために代表的な実施形態および詳細を示したが、当業者には、本発明の範囲から逸脱しない範囲で各実施形態および詳細に様々な変更および修正を施してもよいことが明らかになろう。したがって、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の意図される全範囲内の変更を特定の実施形態に施してもよいことを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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