(57)【要約】【課題】  タイヤの接地状態を高精度に推定するタイヤ接地状態推定装置を提供する。【解決手段】  タイヤ接地状態推定装置は、タイヤ１４のスリップ角形成の前提となるホイール１２とタイヤ１４の相対変位を検出する。ホイール１２とタイヤ１４の相対変位は、ホイール１２に固定されたリム基準部材である磁石１８が発生する磁界Ｂをトレッド部内側に固定されたトレッド基準部材であるコイル２０がタイヤ１４の幅方向に横切ることにより生じる誘起電流の変化で検出し、その誘起電流の変化勾配によりタイヤスリップ角θの推定を行う。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤを支持するホイールのホイールリム上で前記タイヤのトレッド部内側対向領域に設けられたリム基準部材と、
前記タイヤのトレッド部内側で、前記リム基準部材に対面する位置に設けたれたトレッド基準部材と、
前記リム基準部材とトレッド基準部材との相対位置の変化に基づいてタイヤの接地状態を推定する状態推定手段と、
を含むことを特徴とするタイヤ接地状態推定装置。
【請求項２】
前記状態推定手段は、前記リム基準部材とトレッド基準部材のタイヤ幅方向の相対変位に基づいて、タイヤスリップ角を推定することを特徴とする請求項１記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項３】
前記リム基準部材とトレッド基準部材とのいずれか一方はコイルであり、他方は前記コイルが通過可能な磁界を発生する磁性部材であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項４】
前記リム基準部材とトレッド基準部材とのいずれか一方は撮像手段であり、他方は前記撮像手段により撮像可能なマーキング部材であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項５】
前記タイヤスリップ角は、前記トレッド部のトレッド基準部材の配置対応部分が接地し始めてからの前記リム基準部材とトレッド基準部材との相対位置の変化勾配で示すことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ接地状態推定装置、特にタイヤの接地状態をタイヤから直接得られる情報に基づいて推定するタイヤ接地状態推定装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両走行中に障害物回避などを行おうとして急激なハンドル操作をしたときや、滑りやすい路面のカーブに進入したときなどには、タイヤに横すべりが生じることがある。このような場合、発生する横すべりを抑制するために、エンジン出力や各車輪のブレーキ力を自動的に制御し、車両の安定性を確保する車両安定性制御システムの提案が行われている。この横すべり抑制制御を行う場合、システムは、車体全体として現在タイヤにどれくらいのタイヤスリップ角が生じているか、またどのような目標に制御を行うべきかを認識する必要がある。そのために、各輪のタイヤの接地状態を正確に把握することが要求されている。
【０００３】
そこで、従来からタイヤの接地状態を推定する装置に関する提案がある。例えば、特許文献１には、タイヤの接地状態として、タイヤの横すべり角（タイヤスリップ角）を推定する技術が開示されている。この特許文献１には、車体側部に設けられ、タイヤの路面に対する接地点の回転軸線と同一直線上の移動速度を検出するタイヤ回転軸線方向速度検出部と、接地点のタイヤの中心と同一直線上の移動速度を検出する中心線方向速度検出部と、検出した中心線方向移動速度と回転軸線方向移動速度とに基づいて横すべり角を演算する横すべり角演算部とを含む横すべり角取得装置が記載されている。また、特許文献２には、タイヤの横加速度、ヨーレート、車速および車両の諸元データに基づきタイヤスリップ角を推定する技術の開示がある。
【特許文献１】特開平６−３４１８２２号公報
【特許文献２】特開平１０−２８１９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したタイヤの接地状態の推定装置においては、中心線方向移動速度、回転軸線方向移動速度、或いは、横加速度、ヨーレート、速度などのデータを収集して間接的に接地状態であるタイヤスリップ角を推定している。しかし、前述の収集データは、タイヤの接地状態以外の様々な外的要因（外乱）により変化する。このようなデータに基づきタイヤの接地状態を推定すると、その推定精度も外乱の影響に左右されてしまうという問題がある。また、複雑な演算処理が必要になり、構成が煩雑になるという問題がある。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、タイヤの接地状態を高精度に、またシンプルな構成により推定することのできるタイヤ接地状態推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様では、タイヤを支持するホイールのホイールリム上で前記タイヤのトレッド部内側対向領域に設けられたリム基準部材と、前記タイヤのトレッド部内側で、前記リム基準部材に対面する位置に設けたれたトレッド基準部材と、前記リム基準部材とトレッド基準部材との相対位置の変化に基づいてタイヤの接地状態を推定する状態推定手段と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
例えば、車輪が転舵され、タイヤがある進行方向に進もうとする場合、タイヤが路面をグリップしている間、ホイールはタイヤに対して先行して転舵方向に向く。その結果、リム基準部材がトレッド基準部材に対して移動し、両者の相対位置が変化する。また、タイヤの路面に対するグリップが減少または消失した場合、タイヤと路面の摩擦が低下するので、タイヤの形状復帰作用により、前述の相対位置の変化を打ち消すように、タイヤがホイールの向いている方向に追従するように方向を変える。このとき、リム基準部材とトレッド基準部材の相対位置は変化前の状態に復帰するが、タイヤは、路面との摩擦が低いため、実質的に復帰開始直前の進行方向に進む。つまり、タイヤの切れ角と進行方向との関係をリム基準部材がトレッド基準部材の相対位置の変化により表すことができる。その結果、リム基準部材とトレッド基準部材と相対位置の変化に基づき、タイヤの路面に対する接地状態を推定することができる。
【０００８】
また、上記態様において、前記状態推定手段は、前記リム基準部材とトレッド基準部材のタイヤ幅方向の相対変位に基づいて、タイヤスリップ角を推定するようにしてもよい。ここで、タイヤスリップ角とは、タイヤの切れ角とタイヤの進行方向とのなす角度である。リム基準部材とトレッド基準部材のタイヤ幅方向の相対変位が発生した場合、タイヤが路面をグリップしていることを示す。そして、このグリップがなくなった場合、つまり、タイヤ幅方向の相対変位が変位前の状態に復帰しはじめたところが、タイヤのスリップ始まりということになり、タイヤはグリップがなくなり始める直前の進行方向に実質的に進むことになる。したがって、タイヤの切れ角とタイヤの進行方向とのなす角度であるスリップ角が、タイヤ幅方向の相対変位に基づいて推定することが可能できる。
【０００９】
また、上記態様において、前記リム基準部材とトレッド基準部材とのいずれか一方はコイルであり、他方は前記コイルが通過可能な磁界を発生する磁性部材であってもよい。コイルと磁性部材の相対位置が変化することにより、コイルが磁界内を横切ることになる。その結果、コイル内に誘導起電力が生じ、相対位置の変化が電流値の変化として現れる。したがって、発生した電流値に基づいて、タイヤの接地状態の変化を推定することができる。
【００１０】
また、上記態様において、前記リム基準部材とトレッド基準部材とのいずれか一方は撮像手段であり、他方は前記撮像手段により撮像可能なマーキング部材であってもよい。この態様によれば、マーキングを撮像手段で撮影することにより、リム基準部材とトレッド基準部材との相対位置の変化を正確に検出することができる。その結果、タイヤの接地状態の変化を推定することができる。
【００１１】
また、上記態様において、前記タイヤスリップ角は、前記トレッド部のトレッド基準部材の配置対応部分が接地し始めてから前記リム基準部材とトレッド基準部材との相対位置の変化勾配で示すようにすることができる。この態様によれば、タイヤスリップ角の推定を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のタイヤ接地状態推定装置によれば、リム基準部材とトレッド基準部材との相対位置の変化に基づき、ホイールに対するタイヤの変形状態が直接的に検出可能となり、正確なタイヤの接地状態の推定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に基づいて説明する。
【００１４】
本実施形態のタイヤ接地状態推定装置は、タイヤを支持するホイールのホイールリム上でタイヤのトレッド部内側対向領域に設けられたリム基準部材と、タイヤのトレッド部内側で、リム基準部材に対面する位置に設けたれたトレッド基準部材と、リム基準部材とトレッド基準部材との相対位置の変化に基づいてタイヤの接地状態を推定する状態推定手段とを含んでいる。そして、タイヤのホイールに対してタイヤのトレッド部分が相対変位したことを検出して、タイヤの接地状態を推定するものである。
【００１５】
図１は、本実施形態のタイヤ接地状態推定装置を搭載した車両１０の概念構成図である。車両１０には、少なくともホイール１２とタイヤ１４とで構成される車輪１６が前輪位置および後輪位置に装着されている。図２に拡大図で示すように、タイヤ１４を支持するホイール１２のホイールリム１２ａ上で、タイヤ１４のトレッド部１４ａ内側対向領域には、ホイールリム１２ａ上の特定位置を規定すると共に、タイヤ１４の接地状態を推定するデータを得る相対位置検出機構の一部となるリム基準部材として機能する例えば磁性部材、本実施形態では、例えば磁石１８が配置されている。また、タイヤ１４のトレッド部１４ａ内側で、磁石１８にほぼ対面する位置には、トレッド部１４ａ上の特定位置を規定すると共に、タイヤ１４の接地状態を推定するデータを得る相対位置検出機構の一部となるトレッド基準部材として機能するコイル２０が、トレッド部１４ａに一体形成されたステイ１４ｂによって支持固定されている。
【００１６】
図３は、磁石１８とコイル２０との位置関係をさらに詳細に示している。本実施形態の場合、磁石１８は２個１組として配置され、各組で所定強さの磁界Ｂを発生するようにホイールリム１２ａに固定されている。また、コイル２０は、磁石１８によって形成される磁界Ｂをタイヤ１４の幅方向に横切るように磁界Ｂの中に位置するようにトレッド部１４ａに固定されている。したがって、磁石１８がタイヤ１４の幅方向の変形に起因して変位した場合、コイル２０に誘導起電力が生じ誘導電流が流れる。この電流は、磁石１８の移動量に応じて変化する。本実施形態のタイヤ接地状態推定装置においては、この誘導電流の変化に基づいてタイヤ１４、すなわちトレッド基準部材に対するホイール１２、すなわちリム基準部材の相対位置の変化を検出しタイヤ１４の接地状態の推定を行う。なお、図３に示す例では、２個の磁石１８とコイル２０とで構成される相対位置検出機構が等間隔、例えば１２０°間隔で３組配置されているが、必要に応じて配置組数は適宜増減することができる。配置組数を多くすることにより、タイヤ１４の状態推定をさらに詳細に行うことができる。
【００１７】
図１に戻り、ホイール１２の一部には、コイル２０を流れた誘導電流の大きさを示すデータを車両１０側のＥＣＵ２４に送信する送信機２２が配置されている。また、ＥＣＵ２４は、送信機２２から送信されるデータを受信する受信器２６と、受信したデータに基づいて、タイヤ１４の接地状態の推定を行う状態推定部２８を含んでいる。
【００１８】
ところで、タイヤ１４が急ハンドルにより転舵されたり、カーブに進入した時に路面状態がすべり易い場合など、横すべりが生じ易い状況では、タイヤ１４は、図４に示すように、タイヤ１４の進行方向Ｍに対してタイヤ１４の本来の中心Ｎ、すなわちタイヤ１４の切れ角は、旋回の内側に向く。すなわち、タイヤ１４は進行方向Ｍと中心Ｎで形成される角度分だけスリップする状態で進行方向Ｍに向かって進むことになる。このときの角度がタイヤスリップ角θである。
【００１９】
実際に走行するタイヤ１４が転舵された場合、まず、タイヤ１４は、自身のグリップ特性により路面をグリップする。そして、ホイール１２はタイヤ１４に対して先行して転舵方向、図４では、タイヤ１４の本来の中心Ｎの方向に向く。その結果、磁石１８がコイル２０に対して移動し、両者の相対位置が変化する。また、タイヤ１４の路面に対するグリップが減少または消失した場合、タイヤ１４と路面の摩擦が低下するので、タイヤ１４は形状復帰作用により、ホイール１２の向いている方向に追従するように方向を変える。つまり、磁石１８とコイル２０の相対位置の変化を打ち消すようにタイヤ１４が方向を変える（中心Ｎ方向）。このとき、磁石１８とコイル２０の相対位置は変化前の状態に復帰するが、タイヤ１４は、路面との摩擦が低いため、実質的に復帰開始直前の進行方向にスリップしながら進む。つまり、タイヤ１４はスリップ角がついた状態で進行方向Ｍに進む。そこで本実施形態のタイヤ接地状態推定装置においては、タイヤ１４において、グリップが失われるまでの状態を検出することによりタイヤスリップ角の推定を行う。
【００２０】
前述したように、コイル２０は磁石１８が形成する磁界Ｂの中に常に位置している（図５（ａ）参照）。車両１０の走行中は、この状態で、タイヤ１４が図５（ｂ）に示すように回転し、コイル２０の位置する部分が路面Ｐに接地、離反を繰り返すことになる。このとき、車輪１６が転舵されると、前述したようにタイヤ１４が路面Ｐにグリップすることにより、タイヤ１４は変形を始める。この変形は、路面Ｐにグリップしているタイヤ１４のトレッド部１４ａに対して、ホイール１２がタイヤ１４の幅方向に先行して転向することにより発生する。つまり、トレッド部１４ａに固定されたコイル２０に対して、ホイールリム１２ａに固定され磁界Ｂを発生している磁石１８が移動することになる。言い換えれば、磁界Ｂ中をコイル２０が横切ることになり、その移動量に応じた誘起電流がコイル２０を流れる。図５（ｂ）に示すように、タイヤ１４が変形を始め電流値が変化して、ある程度タイヤ１４が転がると、タイヤ１４の変形が元の状態に復元する。この復元は、トレッド部１４ａの変形が大きくなるにつれて復元しようとする力が次第に大きくなる。そして、静摩擦力を越えた段階で、動摩擦力に切り替わりトレッド部１４ａに滑りが生じてタイヤ１４の復元が生じる。このときのタイヤ１４の形状復帰はタイヤ１４の剛性により起こる。
【００２１】
図５（ｂ）に示すように、コイル２０に発生する誘起電流は、タイヤ１４が路面Ｐにグリップしている場合、ほぼ比例的に増加し、グリップを失い始める部分から誘起電流値が落ち始める。この状態が滑りが生じる領域であり、タイヤ１４はこのとき進んでいる方向にほぼ進むことになる。そして、コイル２０の配置されている部分に対応するトレッド部１４ａが路面Ｐから離反すると、完全に誘起電流はゼロになる。前述のように、タイヤ１４はトレッド部１４ａとホイールリム１２ａとの相対位置の変化が最大となった時の進行方向に進むが、相対位置の変化を打ち消すような角度で転向した状態でスリップしている。したがって、トレッド部１４ａとホイールリム１２ａとの相対位置の変化に基づく角度をタイヤスリップ角θとすることができる。つまり、図５（ｂ）に示すように、タイヤ１４のトレッド部１４ａのコイル２０の配置対応部分が接地し始めてからリム基準部材である磁石１８とトレッド基準部材であるコイル２０との相対位置の変化勾配とタイヤスリップ角θに相当することになる。
【００２２】
ホイール１２に配置された送信機２２は例えば、１／１０００秒間隔でＥＣＵ２４の受信器２６へコイル２０で発生した誘起電流に基づくデータを送信し、状態推定部２８では、誘起電流の変化勾配を算出し、タイヤ１４のタイヤスリップ角とする。このようにして推定されたタイヤスリップ角は、前述したように、例えば、車両安定性制御システムなどへ順次提供され、エンジン出力の制御やブレーキ力の制御に利用される。なお、車両１０の速度に応じて、タイヤ１４が路面に接地している時間は変化するが、コイル２０の配置対応部分のトレッド部１４ａが接地している間の変化がタイヤスリップ角となるので、タイヤスリップ角θは車両１０の速度などの影響を受けることなく誘起電流の変化勾配により推定することができる。なお、車輪１６の場合、タイヤ１４の内部空間の空気圧をモニタするために、送信機を備える場合がある。空気圧モニタ用のデータ送信は、比較的長い間隔で行われるが、送信機２２を空気圧データ送信用として共用して車輪１６の構成の簡略化を行ってもよい。
【００２３】
また、図３に示すように、磁石１８とコイル２０とで構成される相対位置検出機構は１本のタイヤ１４に複数配置可能なので、状態推定部２８は、個々の相対位置検出機構による誘起電流値の変化に基づき、タイヤ１４の部分ごとのタイヤスリップ角θを推定してもよいし、複数の相対位置検出機構から得られるタイヤスリップ角θを総合的に解析し、タイヤ１４全体としてのタイヤスリップ角を推定してもよい。また、推定したスリップ角を用いてエンジン出力制御を行う時、車両１０全体としてのタイヤスリップ角の把握が必要となる場合がある。このような場合、状態推定部２８は、前輪、後輪それぞれで推定されたタイヤスリップ角に基づいて、車両１０全体のタイヤスリップ角を推定するようにしてもよい。
【００２４】
なお、上述の説明においては、リム基準部材として磁石１８を示し、トレッド基準部材としてコイル２０を示しているが、リム基準部材としてコイル２０を配置し、トレッド基準部材として磁石１８を配置してもよく、上述と同様な効果を得ることができる。また、磁界Ｂを２個として磁石１８で形成する構成を示したが、コイル２０が横切ることのできる磁界が磁性部材により形成されれば、磁界の形成方法は任意であり、上述と同様な効果を得ることができる。
【００２５】
このように、本実施形態のタイヤ接地状態推定装置によれは、タイヤ１４の横すべりが生じる前提となるタイヤ１４に対するホイール１２の変位をリム基準部材である磁石１８が発生する磁界Ｂをトレッド基準部材であるコイル２０がタイヤ１４の幅方向に横切ることにより生じる誘起電流の変化で検出し、その誘起電流の変化勾配によりタイヤスリップ角θの推定を行うので、実際のタイヤ１４の変形状態をホイールリム１２ａとトレッド部１４ａの相対変位として正確に検出し、その相対変位に基づいて、タイヤスリップ角θの推定を高精度に行うことができる。また、推定に必要なデータを磁石１８とコイル２０のみのシンプルな構成で得ることができるので、システムコストの低減に寄与できる。
【００２６】
図６は、本実施形態のタイヤ接地状態推定装置の相対位置検出機構の他の構成を説明する概念図である。図６においては、リム基準部材として、撮像装置（ＣＣＤ）３０を配置し、トレッド基準部材として、撮像装置によって撮像可能な例えばマーキング３２を配置している。前述のように、車輪１６の転舵が行われると、タイヤ１４が路面Ｐにグリップしている間は、ホイール１２がタイヤ１４に対し先行して転舵方向に転向し、トレッド部１４ａがタイヤ１４の幅方向に変形する。その結果、撮像装置３０がその変形に応じて移動する。つまり、撮像装置３０とマーキング３２との相対位置が変化する。また、タイヤ１４のグリップがなくなるとタイヤ１４の形状がホイール１２の転向方向に追従して復帰する。その結果、撮像装置３０とマーキング３２との相対位置が元の位置に復元する。この相対位置の変化は、図５（ｂ）に示す誘起電流の変化と同じであり、縦軸に撮像装置３０とマーキング３２の相対位置の変位量、横軸に時間を示すことにより、トレッド部１４ａとホイールリム１２ａとの相対位置の変化に基づく変位勾配をタイヤスリップ角θとすることができる。その結果、誘起電流でタイヤスリップ角を推定した場合と同様に、撮像装置３０とマーキング３２の相対位置の変位によってもタイヤ１４のタイヤスリップ角を推定することができる。なお、タイヤ１４の接地状態の推定に、コイル２０に発生する誘起電流を用いる場合と、誘起電流が微弱であるためデータにノイズが載りやすい。したがって、より高精度のタイヤスリップ角の推定を行う場合には、実際の変位データを用いる撮像装置３０とマーキング３２を用いた図６の構成を採用すること好ましい。
【００２７】
なお、撮像装置３０によりマーキング３２の画像データを取得する場合、データサイズが大きくなり図１に示す受信器２６に対する送信負荷が大きくなりやすい。そのため、撮像装置３０を用いる場合、車輪１６内、例えば、ホイールリム１２ａに画像処理部３４を配置し、送信機２２からはマーキング３２の変位量またはタイヤ１４のタイヤスリップ角のデータを受信器２６に向けて送信するようにすることが望ましい。なお、送信負荷を考慮する必要がない場合には、撮像装置３０で取得した撮像データをそのまま車両１０側の受信器２６に送信し、車両側で画像処理を行い、タイヤスリップ角を推定してもよい。また、撮像装置３０や画像処理部３４で使用する電力は、例えば車軸を介して提供を受けることができる。
【００２８】
このように、低コストでタイヤ接地状態推定装置を構成したい場合は、図３に示すような磁石１８とコイル２０とで構成する相対位置検出機構を採用し、さらに高精度のタイヤスリップ角を必要とする場合には、撮像装置３０とマーキング３２とで構成する相対位置検出機構を採用することが好適である。なお、撮像装置３０とマーキング３２とで構成する相対位置検出機構は、磁石１８とコイル２０とで構成する相対位置検出機構と同様にタイヤ１４の内部に複数配置することが可能であり、配置組数が多くなれば、タイヤスリップ角の推定精度も向上する。
【００２９】
図６においては、マーキング３２を突起部材として示しているが、トレッド部１４ａの変形に追従するマークであれば、その形態は、任意であり、例えば、トレッド部１４ａに平面的に印刷されたものでもよいし、凹形状のものでもよく、上述と同様な効果を得ることができる。
【００３０】
このように、撮像装置３０とマーキング３２とで構成する相対位置検出機構を採用したタイヤ接地状態推定装置によれば高精度のタイヤスリップ角の推定を容易に行うことができる。
【００３１】
本実施形態で示すタイヤ接地状態推定装置の構成は一例であり、タイヤを支持するホイールのホイールリム上でタイヤのトレッド部内側対向領域に設けられたリム基準部材と、タイヤのトレッド部内側で、リム基準部材に対面する位置に設けたれたトレッド基準部材と、リム基準部材とトレッド基準部材との相対位置の変化に基づいてタイヤの接地状態を推定する状態推定手段と、を含む構成であれば、他の構成は適宜変更可能であり、本実施形態と同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態に係るタイヤ接地状態推定装置を搭載する車両の構成概念図である。
【図２】本実施形態に係るタイヤ接地状態推定装置において、リム基準部材である磁石とトレッド基準部材であるコイルの配置関係を説明する説明図である。
【図３】本実施形態に係るタイヤ接地状態推定装置において、リム基準部材である磁石とトレッド基準部材であるコイルの配置関係を説明する他の説明図である。
【図４】タイヤのタイヤスリップ角を説明する説明図である。
【図５】本実施形態に係るタイヤ接地状態推定装置において、トレッド基準部材であるコイルに発生する誘起電流とタイヤスリップ角の関係を説明する説明図である。
【図６】本実施形態に係るタイヤ接地状態推定装置の他の構成として、リム基準部材である撮像装置とトレッド基準部材であるマーキングの配置関係を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  車両、  １２  ホイール、  １２ａ  ホイールリム、  １４  タイヤ、  １４ａ  トレッド部、  １４ｂ  ステイ、  １６  車輪、  １８  磁石、  ２０  コイル、  ２２  送信機、  ２４  ＥＣＵ、  ２６  受信器、  ２８  状態推定部、  ３０  撮像装置、  ３２  マーキング、  ３４  画像処理部。
【図１】
2006327269.tif 000003
【図２】
2006327269.tif 000004
【図３】
2006327269.tif 000005
【図４】
2006327269.tif 000006
【図５】
2006327269.tif 000007
【図６】
2006327269.tif 000008