(57)【要約】【課題】簡単な構成で、走行中のタイヤの接地形状を精度よく推定する方法とその装置を提供する。【解決手段】ナックルに取り付けられた加速度センサーで、左右のショルダー陸部２４ａ，２４ｂに周期Ｐa，Ｐbで配列されたサイプ列２５Ａ，２５Ｂが形成されたタイヤ２０の振動波形を検出して回転次数分析し回転次数スペクトルを求め、周期Ｐaに対応する回転次数ｎaのピーク高さＺaと、周期Ｐbに対応する回転次数ｎbのピーク高さＺbとを抽出し、ピーク高さＺaと閾値Ｋa、及び、ピーク高さＺbと閾値Ｋbとを比較し、タイヤの接地形状が内圧低下または荷重増加による使用限界に定めたタイヤ接地形状Ｆaにおける接地長Ｌaよりも長くなっているか否かを推定するとともに、内圧上昇または荷重減少による使用限界に定めたタイヤ接地形状Ｆbにおける接地長Ｌbよりも短くなっているか否かを推定するようにした。【選択図】図２
2011057042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤのトレッドに形成された凹部がタイヤ周方向に予め設定された接地長と同じ周期で配列された凹部列を備えたタイヤの振動を検出し、前記タイヤの振動から前記周期に対応する振動成分を抽出し、前記振動成分の大きさからタイヤの接地形状を推定することを特徴とするタイヤ接地形状推定方法。
【請求項２】
前記凹部列とタイヤ幅方向中心との間隔が、正規内圧かつ正規荷重時における接地幅の半分よりも広く、かつ、予め設定された低内圧・高荷重時における接地幅の半分よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ接地形状推定方法。
【請求項３】
前記凹部列とタイヤ幅方向中心との間隔が、正規内圧かつ正規荷重時における接地幅の半分よりも狭く、かつ、予め設定された高内圧・低荷重時における接地幅の半分よりも広いことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ接地形状推定方法。
【請求項４】
予め設定された接地長内に存在する前記凹部の数が２個以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のタイヤ接地形状推定方法。
【請求項５】
互いに異なる周期の凹部列がタイヤ幅方向に２列設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のタイヤ接地形状推定方法。
【請求項６】
正規内圧かつ正規荷重時において、前記凹部列のうちの一方の凹部列の凹部は、ともに、接地面内に設けられ、他方の凹部列の凹部は、ともに、接地端外に位置することを特徴とする請求項５に記載のタイヤ接地形状推定方法。
【請求項７】
前記凹部がタイヤのショルダー部に形成されたタイヤ周方向に延長するサイプであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のタイヤ接地形状推定方法。
【請求項８】
前記タイヤの振動を車両バネ下部にて検出するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載のタイヤ接地形状推定方法。
【請求項９】
タイヤのトレッドに形成された凹部がタイヤ周方向に予め設定された接地長と同じ周期で配列された凹部列を備えたタイヤと、
車両バネ下部に設置されて車両バネ下部に伝播されるタイヤの振動を検出する振動検出手段と、
前記タイヤの振動から前記周期に対応する振動成分を抽出する振動成分抽出手段と、
前記振動成分の大きさに基づいてタイヤの接地形状を推定する手段とを備えたことを特徴とするタイヤ接地形状推定装置。
【請求項１０】
前記推定されたタイヤの接地形状と予め設定された標準接地形状とを比較して、タイヤの接地形状の異常を判定する判定手段と、
前記判定手段が異常と判定した場合に警報を発する警報装置とを備えたことを特徴とする請求項９に記載のタイヤ接地形状推定装置。
【請求項１１】
タイヤのトレッドにタイヤ周方向に予め設定された接地長と同じ間隔で隔てて配置された２つの凹部から成る凹部対を複数備え、かつ、前記凹部対がタイヤ周方向に沿って周期的に設けられているタイヤの振動を検出して、前記タイヤの振動から前記凹部対の周期に対応する振動成分を抽出し、前記振動成分の大きさから前記タイヤの接地形状を推定することを特徴とするタイヤ接地形状推定方法。
【請求項１２】
タイヤのトレッドにタイヤ周方向に予め設定された接地端と同じ位置に配置された凹部がタイヤ周方向に沿って周期的に設けられているタイヤの振動を検出して、前記タイヤの振動から前記凹部の周期に対応する振動成分を抽出し、前記振動成分の大きさから前記タイヤの接地形状を推定することを特徴とするタイヤ接地形状推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行中のタイヤの接地形状を推定する方法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タイヤ内圧が適正でない状態では、車両の走行安全性が低下してしまうため、圧力センサーを用いて走行中のタイヤの内圧を監視する方法が行われている。しかし、圧力センサーは高価であるため、監視装置のコストが嵩んでしまうといった問題点があった。
そこで、タイヤ軸受けに荷重測定装置を組み込んで荷重を測定しこの荷重信号に基づいてタイヤの内圧を推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、タイヤのトレッド部の内部に、複数の圧電素子をマトリックス状に配置した、タイヤのトレッド幅とほぼ同じ幅を有するシート状の面圧センサーを埋設して、路面からトレッドに作用する力を検出する方法が提案されている。この面圧センサーをタイヤの全周にわたって設ければ、タイヤ踏面の圧力分布を測定することができるので、タイヤの接地形状を精度良く推定することができる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−９１１４４号公報
【特許文献２】特開２００４−３５９２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に記載の荷重測定装置は、軸受けユニットに、エンコーダーとこのエンコーダー外周面に取り付けられる３個のセンサーとを取り付けた複雑な構成であるため、取り付けが容易でないだけでなく、車輪部の重量が増加してしまうといった問題点があった。
また、前記特許文献２に記載のシート状の面圧センサーを用いてタイヤの接地形状を推定する方法では、多数の圧電素子を使用しているため、コスト高になるだけでなく、タイヤの接地形状を推定するための演算装置も複雑になるので、実用的な方法とはいえない。
【０００６】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、走行中のタイヤの接地形状を精度よく推定する方法とその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
タイヤのトレッドにサイプが設けられているタイヤでは、サイプが接地面内にあるときには、タイヤの転動に伴いトレッド振動が発生する。本発明者は、鋭意検討した結果、タイヤ周方向に沿って周期的にサイプを設けてタイヤに発生する振動の大きさを検出することにより、走行中のタイヤの接地形状を精度よく推定できることを見出し、本発明に到ったものである。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、走行中のタイヤの接地形状を推定する方法であって、タイヤのトレッドに形成された凹部がタイヤ周方向に予め設定された接地長と同じ周期で配列された凹部列を備えたタイヤの振動を検出し、前記タイヤの振動から前記周期に対応する振動成分を抽出し、前記振動成分の大きさからタイヤの接地形状を推定することを特徴とする。
【０００８】
予め設定された接地長としては、正規内圧かつ正規荷重時の接地長、もしくは、内圧低下または荷重増加による使用限界に定めた接地長、もしくは、内圧上昇または荷重低下による使用限界に定めた接地長などが挙げられる。
また、凹部としては、タイヤの陸部に設けられたサイプや溝であってもよいし、リブに設けられた窪み（周方向溝に開口する溝）であってもよい。あるいは、ブロックを区画する横溝であってもよい。
【０００９】
タイヤのトレッドに、タイヤ周方向に、予め設定された接地長と同じ周期で配列された凹部列を設けると、この周方向に周期的なパターンによって、タイヤの転動に伴いトレッド振動が発生する。この周期的なパターンを構成する凹部の大きさが大きいほど凹部単独での振動強度は大きくなり、小さいと振動強度は小さくなる。
本発明では、タイヤの接地形状を推定するため、凹部単独での振動強度としては小さいが、パターン周期と接地長とが同程度になると振動が大きくなるように凹部の大きさと周期とを設定する。単独での振動強度を小さくするための凹部の長さの１つの目安としては、溝深さの２〜３倍程度までの長さにすることが好ましい。
【００１０】
パターン周期と接地長とが同程度になると振動が大きくなる理由としては、走行中のタイヤにおいては、トレッドの変形量の大きい接地の前後、すなわち、「踏み」と「蹴り」とで同時に周期的なパターンによる変形が発生すると、この変形が同期するため振動が大きくなるからである。逆に、パターン周期と接地長との差が大きくなると、振動は凹部単独での振動となるため、その振動強度は小さくなる。
したがって、パターン周期に対応する振動成分が大きくなった場合には、接地長がパターン周期と同じ長さになったと判断することができるし、振動成分が小さくなった場合には、接地長がパターン周期から大きく外れていると判断することができる。
【００１１】
タイヤの接地形状は、タイヤ内圧及び荷重に大きく影響を受ける。
内圧が高くなった場合、あるいは、荷重が低下した場合には接地面積が小さくなり、その結果、タイヤのグリップ力が低下する。
一方、内圧が低くなった場合、あるいは、荷重が増加した場合には接地面積が大きくなってタイヤの歪み量が増加するため、タイヤの寿命が低下する。
タイヤの接地形状は、図１２の接地面モデルに示すように、内圧が高くなる場合と荷重が低下する場合とでは同様の傾向を示す。また、内圧が低くなる場合と荷重が増加する場合とでも同様の傾向を示す。
したがって、本発明のように、接地長のようなタイヤの接地形状を反映するファクターをモニターすれば、タイヤが良好な状態にあるかどうかを判定できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤ接地形状推定方法において、前記凹部列とタイヤ幅方向中心との間隔が、正規内圧かつ正規荷重時における接地幅の半分よりも広く、かつ、予め設定された低内圧・高荷重時における接地幅の半分よりも狭いことを特徴とする。これにより、タイヤの内圧が予め設定した内圧よりも低下しているか否か、または、荷重が予め設定した荷重よりも増加しているか否か、もしくは、内圧に対して荷重が重すぎるか否かを判定することができる。
低内圧・高荷重時における接地幅Ｗaは、正規内圧かつ正規荷重時における接地幅である正規接地幅Ｗ0よりも広い。この低内圧・高荷重時における接地幅Ｗaの大きさしては、必ずしも、予め設定された内圧減少または荷重増加による使用限界の接地幅である最大接地幅ＷMを用いる必要はなく、正規接地幅Ｗ0と最大接地幅ＷMとの間の値とすればよい。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤ接地形状推定方法において、前記凹部列とタイヤ幅方向中心との間隔が、正規内圧かつ正規荷重時における接地幅の半分よりも狭く、かつ、予め設定された高内圧・低荷重時における接地幅の半分よりも広いことを特徴とする。これにより、タイヤの内圧が予め設定した内圧よりも上昇しているか否か、または、荷重が予め設定した荷重よりも低下しているか否か、もしくは、荷重に対して内圧が高すぎるか否かを判定することができる。
高内圧・低荷重時における接地幅Ｗbは、正規接地幅Ｗ0よりも狭い。この高内圧・低荷重時における接地幅Ｗbの大きさしては、必ずしも、予め設定された内圧増加または荷重減少による使用限界の接地幅である最小接地幅Ｗmを用いる必要はなく、最小接地幅Ｗmと正規接地幅Ｗ0との間の値とすればよい。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のタイヤ接地形状推定方法において、予め設定された接地長内に存在する前記凹部の数が２個以下であることを特徴とする。これは、接地長内に凹部の数が３個以上ある場合には、接地形状の変形が小さい場合にも振動が共振してしまうためである。このように、予め設定された接地長内に存在する前記凹部の数を２個以下とすれば不要な共振をなくすことができるので、タイヤの接地形状を精度よく推定することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のタイヤ接地形状推定方法において、互いに異なる周期の凹部列がタイヤ幅方向に２列設けられていることを特徴とする。例えば、一方の凹部列の周期を内圧低下または荷重増加による使用限界に定めた接地長と同じ値に設定し、一方の凹部列の周期を内圧上昇または荷重低下による使用限界に定めた接地長と同じ値に設定すれば、タイヤの接地形状が正規内圧・正規荷重から、いずれの方向にずれた場合でも、接地形状を検出することができる。
また、一方の凹部列の周期を正規内圧かつ正規荷重時における接地長と同じ値に設定し、他方の凹部列の周期を内圧低下または荷重増加による使用限界に定めた接地長と同じ値に設定すれば、タイヤの接地形状が正規内圧・正規荷重からずれはじめたこと、及び、特に注意が必要な、内圧低下または荷重増加による使用限界になったことを検出することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のタイヤ接地形状推定方法において、正規内圧かつ正規荷重時において、前記凹部列のうちの一方の凹部列の凹部は、ともに、接地面内に設けられ、他方の凹部列の凹部は、ともに、接地端外に位置することを特徴とする。これにより、正規内圧かつ正規荷重時においては振動が小さく、接地形状が大小に変化したときに大きな振動を検出できるので、車両の走行安定性を確保することができるとともに、使用限界に近い状態にある接地形状を精度よく検出することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のタイヤ接地形状推定方法において、前記凹部をタイヤのショルダー部に形成されたタイヤ周方向に延長するサイプとしたことを特徴とする。これにより、凹部の振動を、パターン周期と接地長とが同程度になったときの振動を確実に大きくすることができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のタイヤ接地形状推定方法において、前記タイヤの振動を車両バネ下部にて検出するようにしたことを特徴とする。これにより、タイヤにセンサーを設けることなく、走行中の接地状態を精度よく推定することができる。また、タイヤへのセンサー取り付けが不要になるので、タイヤの生産効率が向上する。また、タイヤにセンサーを装着した場合に比較してセンサーの耐久性を向上させることができるだけでなく、センサーの交換も容易となる。
【００１９】
また、請求項９に記載の発明は、走行中のタイヤの接地形状を推定する装置であって、タイヤのトレッドに形成された凹部がタイヤ周方向に予め設定された接地長と同じ周期で配列された凹部列を備えたタイヤと、車両バネ下部に設置されて車両バネ下部に伝播されるタイヤの振動を検出する振動検出手段と、前記タイヤの振動から前記周期に対応する振動成分を抽出する振動成分抽出手段と、前記振動成分の大きさに基づいてタイヤの接地形状を推定する手段とを備えたことを特徴とする。このような構成を採ることにより、タイヤ部にセンサーを設けることなく、走行中のタイヤの接地形状を精度よく推定することができる。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のタイヤ接地形状推定装置であって、前記推定されたタイヤの接地形状と予め設定された標準接地形状とを比較してタイヤの接地形状の異常を判定する判定手段と、前記判定手段が異常と判定した場合に警報を発する警報装置とを備えたことを特徴とする。これにより、タイヤの接地形状の異常を確実に判定して運転者に警報を発することができるので、車両の走行安定性を向上させることができる。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、走行中のタイヤの接地形状を推定する方法であって、タイヤのトレッドにタイヤ周方向に予め設定された接地長と同じ間隔で隔てて配置された２つの凹部から成る凹部対を複数備え、かつ、前記凹部対がタイヤ周方向に沿って周期的に設けられているタイヤの振動を検出して、前記タイヤの振動から前記凹部対の周期に対応する振動成分を抽出し、前記振動成分の大きさから前記タイヤの接地形状を推定することを特徴とする。このように、凹部列に代えて、凹部対を周期的に設けても、走行中のタイヤの接地長を推定することができるので、タイヤの接地形状を精度よく推定できる。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、走行中のタイヤの接地形状を推定する方法であって、タイヤのトレッドにタイヤ周方向に予め設定された接地端と同じ位置に配置された凹部がタイヤ周方向に沿って周期的に設けられているタイヤの振動を検出して、前記タイヤの振動から前記凹部の周期に対応する振動成分を抽出し、前記振動成分の大きさから前記タイヤの接地形状を推定することを特徴とする。これにより、走行中のタイヤの接地幅を推定することができるので、タイヤの接地形状を精度よく推定できる。
【００２３】
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係るタイヤ接地形状推定装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る周期的なサイプ列が形成されたタイヤのトレッドパターンの一例を示す図である。
【図３】タイヤの接地形状とサイプとの関係を示す図である。
【図４】回転次数比分析手段の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】車両バネ下部の振動を回転次数比分析して得られた回転次数スペクトルの一例を示す図である。
【図６】サイプ列の周期に対応するピーク高さとタイヤ内圧との関係を示す図である。
【図７】ピーク高さ比とタイヤ内圧との関係を示す図である。
【図８】本発明によるタイヤのトレッドに形成されたタイヤ周方向に沿って延びる凹部の他の例を示す図である。
【図９】本発明による周期的なサイプ列が形成されたタイヤのトレッドパターンの他の例を示す図である。
【図１０】本発明による周期的なサイプ対（周方向サイプ対）が形成されたタイヤのトレッドパターンの他の例を示す図である。
【図１１】本発明による周期的なサイプ対（幅方向サイプ対）が形成されたタイヤのトレッドパターンの他の例を示す図である。
【図１２】タイヤ内圧及び荷重とタイヤ接地形状との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係るタイヤ接地形状推定装置１０の構成を示す機能ブロック図で、図２は、本発明によるタイヤ２０のトレッド２１に形成されたトレッドパターンの一例を示す図である。
タイヤ接地形状推定装置１０は、振動検出手段としての加速度センサー１１と、回転速度検出手段としての車輪速センサー１２と、回転信号生成手段１３と、回転次数比分析手段１４と、記憶手段１５と、回転次数成分抽出手段１６と、接地形状推定手段１７と、警報手段１８とを備え、タイヤ２０のトレッド２１に形成されたタイヤ周方向に沿って延びるサイプ２５ａ，２５ｂを、タイヤ周方向に、予め設定された接地長と同じ周期で配列して成るサイプ列２５Ａ，２５Ｂが形成されたタイヤ２０の振動を検出し、前記タイヤ２０の振動から前記周期に対応する振動成分を抽出し、この振動成分の大きさからタイヤ２０の接地長を推定するとともに、推定された接地長が所定の範囲を超えた場合には、運転者に音や光、表示などによる警報を発するようにしたものである。
【００２７】
タイヤ２０は、図２に示すように、タイヤ周方向に延びる周方向溝２２ａ〜２２ｄと、周方向溝２２ａ，２２ｂ、周方向溝２２ｂ，２２ｃ、及び、周方向溝２２ｃ，２２ｄにより区画されるリブ状の中央陸部２３ａ，２３ｂ，２３ｃと、タイヤ幅方向外側に位置する周方向溝（ショルダー溝）２２ａ，２２ｄのタイヤ幅方向外側に位置する左右のショルダー陸部２４ａ，２４ｂとを備えている。
左右のショルダー陸部２４ａ，２４ｂには、それぞれ、タイヤ周方向に延びるサイプ２５ａ，２５ｂが周期Ｐa，Ｐbで配列されて、サイプ列２５Ａ，２５Ｂを構成している。なお、同図の太い破線で示す領域Ｆ0は、正規内圧かつ正規荷重時におけるタイヤ２０の接地形状を示したもので、本例では、サイプ列２５Ａの互いに隣接する２つのサイプ２５ａ，２５ａは、ともに、接地端外に設けられ、サイプ列２５Ｂの互いに隣接する２つのサイプ２５ｂ，２５ｂは、ともに、接地面内に設けられている。
【００２８】
サイプ列２５Ａは、詳細には、図３（ａ）に示すように、同図の左側を左としたとき、タイヤ幅方向の左側にタイヤ赤道面ＣＬから距離ｗaだけ離れた位置に配列されている。このサイプ列２５Ａの周期Ｐaは、内圧低下または荷重増加による使用限界に定めたタイヤ接地形状Ｆaにおける接地長Ｌaと同じ値に設定されている。
一方、サイプ列２５Ｂは、図３（ｂ）に示すように、タイヤ幅方向の右側にタイヤ赤道面ＣＬから距離ｗbだけ離れた位置に設けられており、その周期Ｐbは、内圧上昇または荷重減少による使用限界に定めたタイヤ接地形状Ｆbにおける接地長Ｌbと同じ値に設定されている。
なお、接地長Ｌaは、タイヤ接地形状Ｆaにおいて、タイヤ赤道面ＣＬから右に距離ｗaだけ離れた位置における接地長で、接地長Ｌbは、タイヤ接地形状Ｆbにおいて、タイヤ赤道面ＣＬから左に距離ｗbだけ離れた位置における接地長であることはいうまでもない。また、本例では、ｗa＝ｗbとした。
【００２９】
加速度センサー１１は、図１に示すように、ナックル３１に取り付けられて、ホイール３２、ホイールハブ３３を介してナックル３１に伝播されるタイヤ２０の振動（以下、タイヤ振動という）を検出する。加速度センサー１１の検出方向はタイヤ幅方向である。
ナックル３１は、タイヤ２０を装着するホイール３２とともに回転するホイールハブ３３と軸受けを介して連結された車輪部３０の非回転側部品（車両バネ下部品）で、このナックル３１に図示しないブレーキ装置などが装着される。ナックル３１はサスペンション部材３４を備えた車両懸架装置の上下のアーム３５，３６と、ゴムブッシュなどの緩衝部材３７，３８を介して連結されている。
なお、加速度センサー１１を、上下のアーム３５，３６などの、ホイール３２と緩衝部材３７，３８を介して連結されている部材に取り付けると、緩衝部材３７，３８のダンパー効果によりトレッド２１の振動の検出精度が低下する。したがって、加速度センサー１１の取り付け箇所としては、車両バネ下部であっても、緩衝部材３７，３８よりもホイール３２側に設置した方が当該タイヤ２０から車両バネ下部に伝播される振動を精度良く検出することができる。
【００３０】
車輪速センサー１２は車輪の回転速度（以下、車輪速という）を検出するもので、本例では、外周部に歯車が形成され車輪とともに回転するローターと、このローターと磁気回路を構成するヨークと、磁気回路の磁束変化を検出するコイルとを備え、車輪の回転速度を検出する周知の電磁誘導型の車輪速センサーを用いている。ヨークとコイルとはナックル３１に装着される。なお、車輪速センサー１２としては、リング多極マグネットと磁気抵抗素子とを組み合わせたものなど、他の構成の車輪速センサーを用いてもよい。あるいは、図示しないトランスミッションの回転速度を検出し、これを車輪速としてもよい。
回転信号生成手段１３は、車輪速センサー１２の出力のゼロクロス点で立ち上がるパルス信号を生成して出力する。タイヤ１回転で生成されるパルス信号のパルス数は、ローターの歯車数もしくはリング多極マグネットの磁極数の２倍となる。したがって、パルス数を計数することで車輪速を検出することができるとともに、回転信号生成手段１３から出力されるパルス信号をサンプリングクロックとして使用することができる。サンプリングクロックは、回転速度に同期しているので、このサンプリングクロックを用いて加速度センサー１１で検出したタイヤ振動をサンプリングすれば、タイヤ１回転あたりのサンプル数が車輪速に関わらず一定となる。但し、時間的にみると、サンプリング間隔は、車輪速が遅いほど狭く、車輪速が速くなると広がる。
【００３１】
回転次数比分析手段１４は、図４に示すように、ローパスフィルタ１４ａと、サンプリング手段１４ｂと、分析手段１４ｃとを備える。
ローパスフィルタ１４ａは、加速度センサー１１で検出したタイヤ振動の高周波成分を除去するとともに、回転次数比分析におけるエリアジング現象（折り返し）の発生を抑制する。
サンプリング手段１４ｂは、回転信号生成手段１３から出力されるサンプリングクロックを用いて加速度センサー１１で検出したタイヤ振動をサンプリングする。
分析手段１４ｃは、このサンプリングされたタイヤ振動の振動波形をＦＦＴ処理して振動スペクトルを求める。時間間隔一定で計測された振動波形の振動スペクトル（周波数スペクトル）の横軸は周波数となるが、回転間隔一定で計測された振動波形の振動スペクトルの横軸は回転次数（Ｏｒｄｅｒ）ｎとなる。この振動スペクトルを、以下、回転次数スペクトルという。
記憶手段１５は、図２に示した、使用するタイヤ２０のトレッドパターン設計図から求めたサイプ列２５Ａ，２５Ｂの周期スペクトルに対応するタイヤ振動の回転次数のうちの、タイヤ接地形状の推定に用いる回転次数ｎa，ｎbとを保存する。
回転次数成分抽出手段１６は、回転次数比分析手段１４で求めた回転次数スペクトルから、サイプ列２５Ａの周期である周期Ｐaに対応するピークの振動レベルとサイプ列２５Ｂの周期である周期Ｐbに対応するピークの振動レベルとを抽出する。
【００３２】
本発明のタイヤ２０のトレッド２１の左のショルダー陸部２４ａには、その周期Ｐaが、内圧低下または荷重増加による使用限界に定めたタイヤ接地形状Ｆaにおける接地長Ｌaと同じ値に設定されたサイプ列２５Ａが形成されているので、タイヤ２０の接地形状がタイヤ接地形状Ｆaに近づくと、図３（ａ）に示すように、サイプ列２５Ａの隣接する２つのサイプ２５ａ，２５ａのうちの一方は「踏み側」の接地端に位置し、他方は「蹴り側」の接地端に位置するようになる。このように、２つのサイプ２５ａ，２５ａが、ともに、変形量の大きな接地端に位置することで、単独では小さかったサイプ２５ａに起因する変形が、「踏み側」と「蹴り側」とで同期して大きくなるため、トレッド２１は大きく振動する。したがって、タイヤ接地形状がタイヤ接地形状Ｆaに近づくと、回転次数スペクトルの前記周期Ｐaに対応する回転次数ｎaの振動の振動レベルが大きくなる。
【００３３】
同様に、トレッド２１の右のショルダー陸部２４ｂには、その周期Ｐbが、内圧上昇または荷重減少による使用限界に定めたタイヤ接地形状Ｆbにおける接地長Ｌbと同じ値に設定されたサイプ列２５Ｂが形成されているので、タイヤ２０の接地形状がタイヤ接地形状Ｆbに近づくと、図３（ｂ）に示すように、サイプ列２５Ｂの隣接する２つのサイプ２５ｂ，２５ｂのうちの一方は「踏み側」の接地端に位置し、他方は「蹴り側」の接地端に位置するので、タイヤ接地形状がタイヤ接地形状Ｆbに近づいた場合には、回転次数スペクトルの前記周期Ｐbに対応する回転次数ｎbの振動の振動レベルが大きくなる。
したがって、加速度センサー１１で検出したタイヤ振動を、回転次数比分析手段１４により分析して、回転次数がｎaの振動成分と回転次数がｎbの振動成分とを求めることにより、タイヤ２０の接地形状がタイヤ接地形状Ｆaに近づいたか否か、もしくは、タイヤ接地形状Ｆbに近づいたか否かを推定することができる。
【００３４】
図５は、タイヤ２０を搭載した車両を様々なタイヤ内圧で、乾燥アスファルトのようなスムースな路面を、速度５０ｋｍ/ｈで走行させて計測した車両バネ下部の振動を回転次数比分析して得られた回転次数スペクトルを示す図である。同図の細い実線はタイヤ内圧が３００ｋＰａ、細い破線はタイヤ内圧が２５０ｋＰａ、細く細かい破線はタイヤ内圧が２００ｋＰａ、太い破線はタイヤ内圧が１５０ｋＰａ、太い実線はタイヤ内圧が１３０ｋＰａのときの回転次数スペクトルである。なお、荷重はいずれも正規荷重（５０００Ｎ）とした。
同図の矢印で示す１５次付近のピークは、タイヤ１回転で１５回振動が発生することに対応するピークで、前記サイプ列２５Ａの周期Ｐaに対応するピークである。また、２１次のピークは、タイヤ１回転で２１回振動が発生することに対応するピークで、前記サイプ列２５Ｂの周期Ｐbに対応するピークである。
なお、加速度センサー１１で検出したタイヤ振動を時間間隔一定でサンプリングした場合、速度変動のために、回転間隔は不均一になるが、Lomb-Scargle Periodgram(Scargle J.D. 1982, The Astrophysical  Journal, 263,835)に代表される、不均一間隔でサンプリングしたデータから振動スペクトルを推定する手法を用いれば、回転間隔一定のサンプリングを行わなくとも、回転次数スペクトルを求めることができる。
【００３５】
接地形状推定手段１７は、回転次数成分抽出手段１６で抽出された各回転次数ｎa，ｎbに対応するピークの振動レベルと予め設定された閾値Ｋa，Ｋbとを比較して、走行中のタイヤ２０の接地形状を推定する。
図６は、タイヤ内圧と周期Ｐaに対応する振動のピーク値であるピーク高さ及び周期Ｐbに対応する振動のピーク値であるピーク高さとの関係を示す図で、横軸はタイヤ内圧Ｐ［ｋＰａ］、縦軸はピーク高さＺ［ａ．ｕ．］である。
同図の▲印で示す周期Ｐaに対応するピーク高さＺaは、タイヤ内圧の増加とともに減少し、タイヤ内圧が正規内圧である２００ｋＰａ近傍でほぼ一定となり、タイヤ内圧が３００ｋＰａを超えるとまた減少するという傾向を示す。
一方、同図の●印で示す周期Ｐbに対応するピーク高さＺbは、タイヤ内圧の増加とともに増加し、タイヤ内圧が正規内圧である２００ｋＰａ近傍でほぼ一定となり、タイヤ内圧が３００ｋＰａを超えるとまた増加するという傾向を示す。
【００３６】
そこで、閾値を、例えば、Ｋ＝２０とすれば、ピーク高さＺaが閾値Ｋ未満であるときには、接地長Ｌが、内圧低下または荷重増加による使用限界に定めたタイヤ接地形状Ｆaにおける接地長Ｌa程度になったと推定することが可能となる。
また、ピーク高さＺbが閾値Ｋを超えたときには、接地長Ｌが、内圧上昇または荷重減少による使用限界に定めたタイヤ接地形状Ｆbにおける接地長Ｌb程度になったと推定することが可能となる。
接地形状推定手段１７は、接地長Ｌが接地長Ｌa程度になったと推定された場合、もしくは、接地長Ｌb程度になったと推定された場合には、警報手段１８に、タイヤ接地形状が所定の許容範囲（Ｌb≦Ｌ≦Ｌa）に達したという信号を出力する。
【００３７】
警報手段１８は、運転席近傍に設置されて、タイヤ接地形状が所定の許容限界に達したという信号が入力されたときに、警報用のＬＥＤを点灯もしくは点滅させるなどして運転者にタイヤ接地形状の異常を認識させる。このとき、警報用のＬＥＤの色を変えるなどして、タイヤの接地長Ｌが大きくなったときの異常か、小さくなったときの異常かについても同時に認識させることが好ましい。なお、警報用のブザーを駆動し、警報音により、認識させるようにしてもよいし、警報用のブザーとＬＥＤとを併用してもよい。
【００３８】
次に、本実施の形態に係るタイヤ接地形状の推定方法について説明する。
まず、ホイール３２に、左右のショルダー陸部２４ａ，２４ｂにタイヤ周方向に延びるサイプ２５ａ，２５ｂがそれぞれ、周期Ｐa，Ｐbで配列されたサイプ列２５Ａ，２５Ｂが形成されたタイヤ２０を装着し、ナックル３１に取り付けた加速度センサー１１により車両バネ下部に伝播されたタイヤ２０の振動波形を検出するとともに、車輪速センサー１２により車輪速を検出する。
次に、タイヤ２０の振動波形を回転次数比分析手段１４にて回転次数比分析し、図５に示すような、横軸を回転次数とする回転次数スペクトルを求める。
回転次数スペクトルは、加速度センサー１１で検出したタイヤ振動を、回転信号生成手段１３から出力される車輪速のパルス信号に基づいてサンプリングした後、ＦＦＴ処理して求められる。
そして、回転次数成分抽出手段１６により、周期Ｐaに対応する回転次数ｎaの振動のピーク値であるピーク高さＺaと、周期Ｐbに対応する回転次数ｎbの振動のピーク値であるピーク高さＺbとを抽出する。
【００３９】
タイヤ接地形状の推定は、回転次数スペクトルから求めたピーク高さＺaと予め設定された閾値Ｋとを比較し、走行中のタイヤの接地形状が内圧低下または荷重増加による使用限界に定めたタイヤ接地形状Ｆaにおける接地長Ｌa程度になっているか否かを推定するとともに、ピーク高さＺbと閾値Ｋとを比較し、内圧上昇または荷重減少による使用限界に定めたタイヤ接地形状Ｆbにおける接地長Ｌb程度になっているか否かを推定する。これにより、走行中のタイヤ２０の接地形状が所定の範囲（Ｌb≦Ｌ≦Ｌa）内にあるか否かを精度よく推定することができる。
タイヤ２０の接地形状が所定の範囲内からずれていると推定された場合には、警報用のＬＥＤを点灯もしくは点滅させるなどして、運転者にタイヤ接地形状の異常を認識させる。
【００４０】
このように本実施の形態では、ナックル３１に取り付けられた加速度センサー１１で、タイヤ周方向に延びるサイプ２５ａ，２５ｂが周期Ｐa，Ｐbで配列されたサイプ列２５Ａ，２５Ｂが左右のショルダー陸部２４ａ，２４ｂに形成されたタイヤ２０の振動波形を検出して回転次数分析し回転次数スペクトルを求め、周期Ｐaに対応する回転次数ｎaの振動のピーク値であるピーク高さＺaと、周期Ｐbに対応する回転次数ｎbの振動のピーク値であるピーク高さＺbとを抽出し、このピーク高さＺaと予め設定された閾値Ｋとを比較し、タイヤの接地形状が内圧低下または荷重増加による使用限界に定めたタイヤ接地形状Ｆaにおける接地長Ｌa程度になっているか否かを推定するとともに、ピーク高さＺbと閾値Ｋとを比較し、内圧上昇または荷重減少による使用限界に定めたタイヤ接地形状Ｆbにおける接地長Ｌb程度になっているか否かを推定するようにしたので、走行中のタイヤ２０の接地形状が所定の範囲（Ｌb≦Ｌ≦Ｌa）内にあるか否かを精度よく推定することができる。
また、タイヤ２０の接地形状が所定の範囲内からずれていると推定された場合には、警報を発して、運転者にタイヤ接地形状の異常を認識させるようにしたので、車両の走行安全性を向上させることができる。
【００４１】
なお、前記実施の形態では、タイヤ２０として、左右のショルダー陸部２４ａ，２４ｂに、それぞれ、周期Ｐa，Ｐbのサイプ列２５Ａ，２５Ｂが形成されたタイヤを用いたが、一方のショルダー陸部２４ｂのみに周期Ｐaのサイプ列２５Ａを設けてもよい。あるいは、左右のショルダー陸部２４ａ，２４ｂに、同じ周期Ｐaのサイプ列２５Ａをそれぞれ設けてもよい。
なお、サイプ列が１列もしくは周期が１種類の場合には、走行安定性の観点から、サイプ列として、前記のように、内圧低下または荷重増加による使用限界に定めたタイヤ接地形状Ｆaにおける接地長Ｌaと同じ周期を有するサイプ列２５Ａを設けることが好ましい。
また、サイプ列を設ける位置は、左右のショルダー陸部２４ａ，２４ｂに限定されるものではなく、中央陸部２３ａ〜２３ｃに設けてもよいが、タイヤ接地形状の変化の大きなショルダー陸部２４ａ，２４ｂに設ける方が測定精度上好ましい。
【００４２】
また、前記例では、周期Ｐaに対応する回転次数ｎaのピーク高さＺaと閾値Ｋとを比較して、接地長Ｌが接地長Ｌa程度になっているか否かを推定するとともに、周期Ｐbに対応する回転次数ｎbのピーク高さＺbと閾値Ｋとを比較し、接地長Ｌが接地長Ｌb程度になっているか否かを推定するようにしたが、ピーク高さＺaとピーク高さＺbとの比であるピーク高さ比Ｒ＝（Ｚa／Ｚb）を用いてタイヤ２０の接地形状が所定の範囲内にあるか否かを推定するようにしてもよい。
すなわち、図７に示すように、ピーク高さ比Ｒは、タイヤ内圧の増加に伴って単調減少するので、このピーク高さ比Ｒに対して閾値Ｋrを設定することで、タイヤ２０の接地形状が所定の範囲内にあるか否かを推定することができる。例えば、閾値Ｋrを１に設定すれば、ピーク高さ比Ｒが１を超えた場合には、内圧が低下しているか、あるいは、内圧に対して荷重が重すぎると推定することができる。
【００４３】
また、タイヤ周方向に沿って延びる凹部としては、左右のショルダー陸部２４ａ，２４ｂに設けられたサイプ２５ａ，２５ｂに限るものではなく、図８（ａ）に示すような、ショルダー陸部２４ａまたはショルダー陸部２４ｂに設けられた溝２６ａ，２６ｂであってもよいし、図８（ｂ）に示すような、周方向溝２２ａに開口する溝２７ａや周方向溝２２ｄに開口する溝２７ｂであってもよい。
あるいは、図８（ｃ）に示すような、ショルダーブロック２４Ｂを区画する横溝２８ａ，２８ｂであってもよい。
【００４４】
また、前記例では、図６に示すような、周期Ｐaに対応するピークの振動レベルと周期Ｐbに対応するピークの振動レベルとタイヤ内圧との関係を用いて、タイヤの接地形状を推定したが、横軸をタイヤ接地形状とするグラフを作成して、タイヤの接地形状を推定することも可能である。すなわち、図１２に示すように、内圧が高くなる場合と荷重が低下する場合とではタイヤ接地形状の変化は同様の傾向を示す。また、内圧が低くなる場合と荷重が増加する場合も同様の傾向を示す。例えば、「２００ｋＰａ，４ｋＮ」と「２５０ｋＰａ，５ｋＮ」とは同じ接地形状（同じ接地長）になり、「２００ｋＰａ，６ｋＮ」と「１５０ｋＰａ，５ｋＮ」とも同じ接地形状（同じ接地長）になる。
すなわち、タイヤ内圧に対して荷重が軽すぎると、タイヤの接地面積が減少し、タイヤ内圧に対して荷重が重すぎると、タイヤの接地面積が増加する。したがって、タイヤ接地形状を複数のレベルに分類して、横軸をタイヤ接地形状とするグラフか、もしくは、周期Ｐaに対応するピークの振動レベルとタイヤ接地形状との対応表を作成して、タイヤの接地形状を推定することができる。あるいは、横軸をタイヤ接地面積とするグラフか、もしくは、周期Ｐaに対応するピークの振動レベルとタイヤ接地面積との対応表を作成して、タイヤの接地形状を推定してもよい。
【００４５】
また、前記例では、接地長Ｌからタイヤの接地形状を推定したが、接地長Ｌと接地幅Ｗの両方から、タイヤの接地形状を推定することも可能である。
具体的には、図９に示すように、サイプ列２５Ａのタイヤ赤道面ＣＬからの距離ｗaを、正規内圧かつ正規荷重時における接地幅Ｗ0の半分よりも広く、かつ、タイヤ接地形状Ｆaにおける接地幅Ｗaの半分よりも狭く設定する。これにより、サイプ列２５Ａは、タイヤ接地形状がタイヤ接地形状Ｆaになるまでは、常に接地面外にあり、タイヤ接地形状がタイヤ接地形状Ｆaになったときにタイヤ接地端と交差するので、タイヤ接地形状がタイヤ接地形状Ｆaになったかどうかを更に精度よく推定することができる。
同様に、サイプ列２５Ｂのタイヤ赤道面ＣＬからの距離ｗbを、正規内圧かつ正規荷重時における接地幅Ｗ0の半分よりも狭く、かつ、タイヤ接地形状Ｆbにおける接地幅Ｗbの半分よりも広く設定すれば、サイプ列２５Ｂは、タイヤ接地形状がタイヤ接地形状Ｆbになるまでは、常に接地面内にあり、タイヤ接地形状がタイヤ接地形状Ｆbになったときにタイヤ接地端と交差する。したがって、タイヤ接地形状がタイヤ接地形状Ｆbになったかどうかについても、更に精度よく推定することができる。
【００４６】
また、前記例では、ショルダー陸部２４ａ，２４ｂに、タイヤ周方向に延びるサイプ２５ａ，２５ｂをそれぞれ、周期Ｐa，周期Ｐbで配列したサイプ列２５Ａ，２５Ｂを設けたが、図１０に示すように、タイヤ周方向に周期Ｐaと同じ間隔ｐaだけ離れたサイプ対２５ａ，２５ａを、タイヤ周方向に周期Ｑaで配列し、周期Ｐbと同じ間隔ｐbだけ離れたサイプ対２５ｂ，２５ｂを、タイヤ周方向に周期Ｑbで配列しても同様に効果を得ることができる。なお、この場合、回転次数スペクトルから抽出するピーク高さとしては、前記周期Ｑa，Ｑbに対応する回転次数のピーク高さｚa，ｚbとなる。
【００４７】
また、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、タイヤ幅方向に所定の間隔ｄa（または、間隔ｄb）だけ離れた１対のサイプ２９ａ，２９ａ（または、１対のサイプ２９ｂ，２９ｂ）を、タイヤ周方向に周期Ｑcで配列することで、タイヤの接地形状をすることも可能である。
所定の間隔として、正規内圧かつ正規荷重時における接地幅Ｗ0よりも広く、かつ、タイヤ接地形状Ｆaにおける接地幅Ｗaよりも狭い間隔ｄaを設定すれば、サイプ対２９ａ，２９ａは、タイヤ接地形状がタイヤ接地形状Ｆaになるまでは、常に接地面外にあり、タイヤ接地形状がタイヤ接地形状Ｆaになったときにタイヤ接地端と交差するので、タイヤ接地形状がタイヤ接地形状Ｆaになったかどうかを更に精度よく推定することができる。
また、所定の間隔として、正規内圧かつ正規荷重時における接地幅Ｗ0よりも狭く、かつ、タイヤ接地形状Ｆbにおける接地幅Ｗbよりも広い間隔ｄbを設定すれば、サイプ対２９ｂ，２９ｂは、タイヤ接地形状がタイヤ接地形状Ｆbになるまでは、常に接地面内にあり、タイヤ接地形状がタイヤ接地形状Ｆbになったときにタイヤ接地端と交差する。したがって、タイヤ接地形状がタイヤ接地形状Ｆbになったかどうかについても、更に精度よく推定することができる。
なお、この場合には、回転次数スペクトルから抽出するピーク高さとしては、前記周期Ｑcに対応する回転次数のピーク高さｚcとなる。
【００４８】
また、前記例では、車輪速センサー１２の出力を回転信号生成手段１３に送ってパルス信号を生成し、このパルス信号をサンプリングクロックとして回転次数比分析手段１４に出力するようにしたが、車両制御手段から車輪速を取得することが好ましい。これにより、装置をより簡便にすることができる。
【００４９】
また、前記例では、回転次数スペクトルから、周期Ｐaに対応する回転次数ｎaのピーク高さＺaと周期Ｐbに対応する回転次数ｎbのピーク高さＺbとを求めたが、加速度センサー１１の出力であるタイヤ振動の振動波形をＦＦＴ処理して周波数スペクトルを求め、この周波数スペクトルから、周期Ｐaに対応する周波数ｆaの振動成分Ｙaと周期Ｐbに対応する周波数ｆbの振動成分Ｙbとを求めて、タイヤ２０の接地形状を推定してもよい。但し、この場合には、周波数ｆa及び周波数ｆbは、車輪速により変化するので、周波数ｆa及び周波数ｆbを、周期Ｐa及び周期Ｐbと車輪速とを用いて算出する必要がある。
【実施例】
【００５０】
タイヤサイズが225/45R17のタイヤの左右のショルダー部に、全周にわたってかつ均等に、長さ20mmの周方向サイプを形成したタイヤを作製して、このタイヤを装着した車両に本発明によるタイヤ接地形状推定装置を搭載し、スムースな路面を速度50km/hで走行させてバネ下振動を計測した。このとき、タイヤの内圧を300kPa、250kPa、200kPa、150kPa、及び、130kPaと変化させた。
周方向サイプの深さは8mmで、周期は、96mmと130mmの２種類とした。
振動ピークの大きさは、バネ下振動の回転次数スペクトルから、周期に対応する次数の振動ピークの高さを計測して求めた。周期が96mmの振動は、回転次数が２１次付近のピークに対応し、周期が130mmの振動は、回転次数が１５次付近のピークに対応する。
図６に示すように、周期が130mmに対応する振動ピークは、内圧上昇に伴って低くなり、周期が96mmに対応する振動ピークは、内圧上昇とともに高くなる。
したがって、図６のグラフに適切な閾値（例えば、２０）を設ければ、タイヤが適切な接地形状にあるか否かを判定することができる。
また、図７のグラフに示すように、周期が130mmに対応する振動ピークと周期が96mmに対応する振動ピークとの比と内圧との関係を求めて、適切な閾値（例えば、１）を設けても、タイヤが適切な接地形状にあるか否かを判定することができる。
このように、予め設定された接地長と同じ長さだけ離れて形成されたタイヤ周方向に沿って延びる凹部対がタイヤ周方向に沿って周期的に配列されたタイヤの振動を検出し、周期に対応する振動成分を抽出して、タイヤの接地形状を推定すれば、タイヤが適切な接地形状にあるか否かを精度よく判定することができることが確認された。
【００５１】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上説明したように、本発明によれば、走行中のタイヤの接地形状を精度よく推定することができるタイヤ接地形状推定装置を提供することができる。したがって、タイヤ内圧に対して荷重がかかりすぎているなどのタイヤの状態を正確に把握することができるので、車両の走行安全性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０  タイヤ接地形状推定装置、１１  加速度センサー、１２  車輪速センサー、
１３  回転信号生成手段、１４  回転次数比分析手段、１４ａ  ローパスフィルタ、
１４ｂ  サンプリング手段、１４ｃ  分析手段、１５  記憶手段、
１６  回転次数成分抽出手段、１７  接地形状推定手段、１８  警報手段、
２０  タイヤ、２１  トレッド、２２ａ〜２２ｄ  周方向溝、
２３ａ〜２３ｃ  中央陸部、２４ａ，２４ｂ  ショルダー陸部、
２５Ａ，２５Ｂ  サイプ列、２５ａ，２５ｂ  サイプ、
３０  車輪部、３１  ナックル、３２  ホイール、３３  ホイールハブ、
３４  サスペンション部材、３５，３６  アーム、３７，３８  緩衝部材。
【図１】
2011057042.tif 000003
【図２】
2011057042.tif 000004
【図３】
2011057042.tif 000005
【図４】
2011057042.tif 000006
【図５】
2011057042.tif 000007
【図６】
2011057042.tif 000008
【図７】
2011057042.tif 000009
【図８】
2011057042.tif 000010
【図９】
2011057042.tif 000011
【図１０】
2011057042.tif 000012
【図１１】
2011057042.tif 000013
【図１２】
2011057042.tif 000014