(57)【要約】【課題】少ないセンサでタイヤに作用する荷重を精度よく推定できる方法とその装置を提供する。【解決手段】タイヤ荷重推定装置１０を、各タイヤに配置される加速度センサー１１と、車両総重量算出手段１２と、加速度センサー１１の出力からタイヤ径方向加速度波形を検出する加速度波形抽出手段１３と、加速度波形の微分加速度波形を求める微分加速度波形演算手段１４と、微分加速度波形の踏み込み端側と蹴り出し端側のピーク位置を検出するピーク位置検出手段１５と、ピーク位置から接地時間と回転時間と算出して、接地時間と回転時間との比である接地時間比を演算する接地時間比演算手段１６と、各タイヤの接地時間比、タイヤの最大負荷能力、車両総重量、及び、予め求めておいた、荷重を最大負荷能力で正規化した値である最大負荷能力比率を接地時間比の一次関数で近似したときの傾きから、タイヤに作用する荷重を推定する荷重推定手段１７とから構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたタイヤに作用する荷重を推定する方法であって、
前記車両の各タイヤのタイヤトレッドの内面側にそれぞれ配置された加速度センサーの出力から、各タイヤのタイヤ径方向加速度波形を検出するステップと、
車両総重量を算出するステップと、
前記各タイヤのタイヤ径方向加速度波形を微分して微分加速度波形を求めるステップと、
前記微分加速度波形からタイヤの接地時間と回転時間とを算出するステップと、
前記接地時間と前記回転時間との比である接地時間比を前記各タイヤ毎に演算するステップと、
前記演算された各タイヤの接地時間比、荷重の推定を行うタイヤである対象タイヤの最大負荷能力、前記算出された車両総重量、及び、予め求めておいた、最大負荷能力比率を接地時間比の一次関数で近似したときの傾きから、前記対象タイヤに作用する荷重を推定するステップとを備え、
前記対象タイヤの最大負荷能力比率が、前記対象タイヤに作用する荷重を前記対象タイヤの最大負荷能力で正規化した値であることを特徴とするタイヤ荷重推定方法。
【請求項２】
前記荷重を推定するステップでは、
ｎをタイヤの総数としたとき、
前記対象タイヤＴｋに作用する荷重ｗkを、
前記対象タイヤＴｋに最大負荷能力比率Ｍk[％]と前記対象タイヤＴｋの接地時間比ＣＴＲkとの関係を示す以下の式（１）と、荷重ｗkの総和と車両総重量Ｗの関係を示す以下の式（２）とから求めることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ荷重推定方法。
Ｍk[％]＝（ｗk/Ｍ）×１００＝ａ×ＣＴＲk＋ｂ  ……（１）
Ｗ＝ｗ1＋ｗ2＋……＋ｗn  ……（２）
Ｍ；対象タイヤＴｋの最大負荷能力
【請求項３】
車両に搭載されたタイヤに作用する荷重を推定する装置であって、
車両の各タイヤのタイヤトレッドの内面側に配置されて前記タイヤのタイヤ径方向加速度をそれぞれ検出する加速度センサーと、
車両総重量を算出する車両総重量算出手段と、
前記各加速度センサーの出力信号から、接地面近傍を含むタイヤ径方向加速度波形をタイヤ毎に抽出する加速度波形抽出手段と、
前記タイヤ径方向加速度波形を微分して微分加速度波形を求める微分演算手段と、
前記微分加速度波形に出現する２つの接地端部のピーク位置である踏み込み端側ピーク位置と蹴り出し端側ピーク位置とを検出するピーク位置検出手段と、
前記踏み込み端側ピーク位置と蹴り出し端側ピーク位置との間隔である接地時間を算出する接地時間算出手段と、
前記タイヤ径方向加速度波形における隣接する２つの踏み込み端側ピーク位置の間隔、もしくは、隣接する２つの蹴り出し端側ピーク位置の間隔から、当該タイヤが１回転する時間である回転時間を算出する回転時間算出手段と、
前記接地時間と回転時間との比である接地時間比を前記各タイヤ毎に演算する接地時間比演算手段と、
前記演算された各タイヤの接地時間比、荷重の推定を行うタイヤである対象タイヤの最大負荷能力、前記算出された車両総重量、及び、予め求めておいた、最大負荷能力比率を接地時間比の一次関数で近似したときの傾きから、前記対象タイヤに作用する荷重を推定する荷重推定手段を備え、
前記対象タイヤの最大負荷能力比率が、前記対象タイヤに作用する荷重を前記対象タイヤの最大負荷能力で正規化した値であることを特徴とするタイヤ荷重推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤトレッドの内面側に配置された加速度センサーの出力信号を用いて、当該タイヤに作用する荷重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】
従来、タイヤレッドの内面側に、車両走行時にタイヤに作用する荷重の周方向の変化を検出する複数の圧電素子と幅方向の変化を検出する複数の圧電素子とを配置し、荷重の周方向の変化から検出される当該タイヤの周方向の接地長と、荷重の幅方向の変化から検出される当該タイヤの幅方向の接地幅とに基づいて当該タイヤの接地面積を算出するとともに、タイヤの空気圧を計測し、この計測された空気圧と前記算出された接地面積とから、当該タイヤに作用する荷重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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１８６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に記載の方法では、荷重の周方向の変化と幅方向の変化とを検出するため、複数のセンサ（圧電素子）をタイヤレッドの内面側に配置する必要があった。また、前記特許文献１では、空気圧を考慮に入れて入るものの、接地面積を用いて荷重を推定しているので、荷重の推定精度が十分とはいえなかった。
【０００５】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、少ないセンサでタイヤに作用する荷重を精度よく推定でき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】
【０００６】
本発明は、タイヤに作用する荷重を推定する方法であって、前記車両の各タイヤのタイヤトレッドの内面側にそれぞれ配置された加速度センサーの出力から、各タイヤのタイヤ径方向加速度波形を検出するステップと、車両総重量を計測するステップと、前記各タイヤのタイヤ径方向加速度波形を微分して微分加速度波形を求めるステップと、前記微分加速度波形からタイヤの接地時間と回転時間とを算出するステップと、前記接地時間と前記回転時間との比である接地時間比を前記各タイヤ毎に演算するステップと、前記演算された各タイヤの接地時間比、荷重の推定を行うタイヤである対象タイヤの最大負荷能力、前記算出された車両総重量、及び、予め求めておいた、最大負荷能力比率を接地時間比の一次関数で近似したときの傾き（下記の式（１）のａ）から、前記対象タイヤに作用する荷重を推定するステップと、を備え、前記対象タイヤの最大負荷能力比率が、前記対象タイヤに作用する荷重を前記対象タイヤの最大負荷能力で正規化した値であることを特徴とする。
これにより、少ないセンサでタイヤに作用する荷重を精度よく推定することができるとともに、接地時間比と荷重との関係を示すマップを作成することなく、タイヤに作用する荷重を推定することができる。
また、前記荷重を推定するステップで、タイヤの総数をｎ、タイヤＴｋの最大負荷能力比率をＭk[％]、タイヤＴkの接地時間比をＣＴＲk、車両総重量をＷとしたとき、以下の式（１）及び式（２）を用いて対象タイヤＴｋに作用する荷重をｗkを求めるようにしたので、タイヤＴkに作用する荷重ｗkを精度よく推定できる。
Ｍk[％]＝（ｗk/Ｍ）×１００＝ａ×ＣＴＲk＋ｂ  ……（１）
Ｗ＝ｗ1＋ｗ2＋……＋ｗn  ……（２）
Ｍ；対象とするタイヤＴｋの最大負荷能力
【０００７】
また、本発明は、タイヤに作用する荷重を推定するタイヤ荷重推定装置であって、車両の各タイヤのタイヤトレッドの内面側に配置されて前記タイヤのタイヤ径方向加速度をそれぞれ検出する加速度センサーと、車両総重量を算出する車両総重量算出手段と、前記各加速度センサーの出力信号から、接地面近傍を含むタイヤ径方向加速度波形をタイヤ毎に抽出する加速度波形抽出手段と、前記タイヤ径方向加速度波形を微分して微分加速度波形を求める微分演算手段と、前記微分加速度波形に出現する２つの接地端部のピーク位置である踏み込み端側ピーク位置と蹴り出し端側ピーク位置とを検出するピーク位置検出手段と、前記踏み込み端側ピーク位置と蹴り出し端側ピーク位置との間隔である接地時間を算出する接地時間算出手段と、前記タイヤ径方向加速度波形における隣接する２つの踏み込み端側ピーク位置の間隔、もしくは、隣接する２つの蹴り出し端側ピーク位置の間隔から、当該タイヤが１回転する時間である回転時間を算出する回転時間算出手段と、前記接地時間と回転時間との比である接地時間比を各タイヤ毎に演算する接地時間比演算手段と、前記演算された各タイヤの接地時間比、荷重の推定を行うタイヤである対象タイヤの最大負荷能力、前記算出された車両総重量、及び、予め求めておいた、最大負荷能力比率を接地時間比の一次関数で近似したから、前記対象タイヤに作用する荷重を推定する荷重推定手段を備え、前記対象タイヤの最大負荷能力比率が、前記対象タイヤに作用する荷重を前記対象タイヤの最大負荷能力で正規化した値であることを特徴とする。
このような構成を採ることにより、精度の高いタイヤ荷重推定装置を実現できる。
【０００８】
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】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係るタイヤ荷重推定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】加速度センサー及び車両総重量測定手段の取付け例を示す図である。
【図３】加速度波形と微分加速度波形の一例を示す図である。
【図４】微分加速度波形と接地時間及び回転時間との関係を示す図である。
【図５】本実施の形態に係るタイヤ荷重推定方法のフローチャートである。
【図６】接地時間比と荷重との関係を示す図である。
【図７】接地時間比と最大負荷能力比率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態
図１は、本実施の形態に係るタイヤ荷重推定装置１０の構成を示すブロック図で、同図において、１１（１０１〜１１２）は加速度センサー、１２は車両総重量算出手段、１３加速度波形抽出手段、１４は微分加速度波形演算手段、１５はピーク位置算出手段、１６は接地時間比演算手段、１７は荷重推定手段である。
加速度センサー１０１〜１１２と車両総重量算出手段１２とがセンサー部１０Ａを構成し、加速度波形抽出手段１３から荷重推定手段１７までの各手段が演算部１０Ｂを構成する。
加速度波形抽出手段１３から荷重推定手段１７までの各手段は、例えば、コンピュータのソフトウェア及びＲＡＭ等の記憶装置により構成され、図示しない車体側に配置される。
本例では、図２（ａ）に示すように、車両１に装着されるタイヤの本数ｎが１２本である場合について説明する。
加速度センサー１１は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、車両１のタイヤＴ（Ｔ１〜Ｔ１２）のそれぞれのインナーライナー部２の同図のＣＬで示すタイヤ幅方向中心に、検出方向がタイヤ径方向になるように配置されて、タイヤトレッド３のセンター部４の内面に作用するタイヤ径方向加速度を検出する。
車両総重量算出手段１２としては、車軸１ａ〜１ｄに配置された重量検出部１２ａ〜１２ｄと、重量検出部１２ａ〜１２ｄの出力に基づいて車両１の総重量を算出する車両総重量算出部１２Ｍとを備えた車両総重量算出手段などの、周知の車両総重量算出手段を用いることができる。
なお、本例では、前側の４本のタイヤＴ１〜Ｔ４を従動輪とし、後側の８本のタイヤＴ５〜Ｔ１２を駆動輪とした。
【００１１】
加速度波形抽出手段１３は、各加速度センサー１０１〜１１２から出力されるタイヤ径方向加速度信号からタイヤ径方向加速度の時系列波形であるタイヤ径方向加速度波形（以下、加速度波形という）をタイヤＴｋ（ｋ＝１〜１２）毎に抽出する。
微分加速度波形演算手段１４は、加速度波形抽出手段１３で抽出された加速度波形を時間微分して微分加速度波形を求める。
図３（ａ）は、加速度センサー１１で検出した径方向加速度波形の一例を示す図で、横軸は時間［sec]、縦軸は加速度の大きさ［G］である。加速度波形では、同図の左側の丸印に示す踏み込み側の接地端（以下、踏み込み端Ｅfという）右側の丸印に示す蹴り出し側の接地端（以下、蹴り出し端Ｅkという）の２つの接地端において加速度の大きさが０となる。
また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した加速度波形を微分して得られた微分加速度波形を示す図で、横軸は時間［sec.］、縦軸は微分加速度の大きさ[G/sec.]である。同図に示すように、微分加速度波形には、踏み込み端Ｅfと蹴り出し端Ｅkとに大きなピークが出現する。
タイヤの接地時間Ｔcは、加速度波形のゼロクロス点である踏み込み端Ｅfの位置と蹴り出し端の位置Ｅkとの時間間隔であるが、ゼロクロス点の間隔を正確に求めるのは難しいので、本例では、微分加速度波形における２つのピーク位置である踏み込み側のピーク位置と蹴り出し側のピーク位置との時間間隔を接地時間Ｔcとした。
なお、本例では、図４に示すように、接地時間Ｔcに加えて回転時間Ｔrも算出するので、少なくともタイヤ２回転分以上の微分加速度波形を求めることが好ましい（実際には、少なくとも２つの踏み込み側のピーク位置、もしくは、少なくとも２つのと蹴り出し側のピーク位置を検出できればよい）。
【００１２】
接地時間比演算手段１６は、接地時間算出部１６ａと回転時間算出部１６ｂと接地時間比演算部１６ｃとを備え、各タイヤＴｋの接地時間比ＣＴＲk＝Ｔck/Ｔrkを算出する。
具体的には、接地時間算出部１６ａは、図４に示す微分加速度波形に出現する踏み込み側のピーク位置と蹴り出し側のピーク位置との時間間隔を算出し、これを接地時間Ｔckとして接地時間比演算部１６ｃに送る。
回転時間算出部１６ｂは、時間的に隣接する２つの踏み込み側のピークの間の時間間隔、もしくは、２つの蹴り出し側のピークの時間間隔を算出し、これを回転時間Ｔrkとして接地時間比演算部１６ｃに送る。
接地時間比演算部１６ｃでは、前記算出された接地時間Ｔckと回転時間Ｔrkとを用いて、接地時間比ＣＴＲk＝Ｔck/Ｔrkを算出し、荷重推定手段１７に送る。
接地時間Ｔck、回転時間Ｔrk、及び、接地時間比ＣＴＲkは、タイヤＴｋ毎に求める。
荷重推定手段１７では、接地時間比演算手段１６で演算された各タイヤＴｋの接地時間比ＣＴＲk、荷重ｗkの推定を行うタイヤである対象タイヤ（タイヤＴｋ）の最大負荷能力Ｍ、車両総重量算出手段１２で算出された車両総重量Ｗ、及び、予め求めておいた最大負荷能力比率Ｍk[％]＝ｗk/Ｍの接地時間比ＣＴＲkに対する変化率ａから、下記の式（１），（２）を用いて、タイヤＴｋに作用する荷重ｗkを推定する。
Ｍk[％]＝（ｗk/Ｍ）×１００＝ａ×ＣＴＲk＋ｂ  ……（１）
Ｗ＝ｗ1＋ｗ2＋……＋ｗn  ……（２）
なお、上記ａは、Ｍk[％]を、一次関数ａ×ＣＴＲk＋ｂで近似としたときの傾きで、タイヤサイズにより決まる最大負荷能力Ｍkとともに、荷重推定手段１７の図示しないメモリーに記憶されているものとする。
また、最大負荷能力比率Ｍk[％]は、上記のように、タイヤＴｋに作用する荷重ｗkを、タイヤＴｋの最大負荷能力Ｍで正規化した値である。
【００１３】
次に、タイヤ荷重推定装置１０を用いてタイヤ１に作用する荷重を推定する方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。
まず、車両１の各タイヤＴ１〜Ｔ１２に装着された加速度センサー１０１〜１１２により、タイヤトレッド３の変形に伴って変形するインナーライナー部２内面におけるタイヤ径方向加速度を検出するとともに、車両総重量算出手段１２にて車両１の総重量を算出し、検出されたタイヤ径方向加速度のデータと、算出された車両１の総重量とを送信器７から車体側に配置された演算部１０Ｂに送信する（ステップＳ１１）。
演算部１０Ｂでは、加速度センサー１０１〜１１２から連続して出力されるタイヤトレッド３に作用するタイヤ径方向加速度の大きさを表す信号から加速度波形を抽出する（ステップＳ１２）。
次に、抽出された加速度波形を時間微分して微分加速度波形を求めた後、微分加速度波形から踏み込み端Ｅf側のピーク位置と蹴り出し端Ｅk側のピーク位置、及び、タイヤ１回転後の蹴り出し端Ｅk側のピーク位置を検出する（ステップＳ１３）。
そして、踏み込み端Ｅf側のピーク位置と蹴り出し端Ｅk側のピーク位置との時間間隔から接地時間Ｔckを算出するとともに、隣接する２つの蹴り出し端Ｅk側のピーク位置の時間間隔から回転時間Ｔrkを算出し（ステップＳ１４）た後、接地時間Ｔckと回転時間Ｔrkとの比である接地時間比ＣＴＲk＝Ｔck/Ｔrkを、タイヤＴｋ（ｋ＝１〜１２）毎に演算する（ステップＳ１５）。
【００１４】
図６は、種々のタイヤサイズにおける接地時間比ＣＴＲkと荷重ｗkとの関係を示すマップで、実施したタイヤサイズは、リム径が17.5インチ、19.5インチ、22.5インチ、24.5インチ、扁平率が90、80、75、70、65、50を含んでいる。
同図に示すように、接地時間比ＣＴＲkと荷重ｗkとは、ほぼ線形の関係を有する。すなわち、接地時間比ＣＴＲkと荷重ｗkとは、以下の式（３）で示す近似式で表せる。
ｗk＝ｍk×ＣＴＲk＋ｃk  ……（３）
したがって、予めタイヤサイズ毎に近似式（３）で表せるマップを作成し、このマップと算出された接地時間比ＣＴＲkから、タイヤＴｋの荷重ｗkを推定することができる。
しかしながら、そのためには、接地時間比ＣＴＲkと荷重ｗkとの関係を示すマップをタイヤサイズ毎に作成する必要がある。
そこで、荷重ｗkに代えて、対象タイヤＴｋに作用する荷重ｗkを、ロードインデックスで定められた既知のタイヤ情報である最大負荷能力Ｍkで正規化した値である最大負荷能力比率Ｍk[％]＝（ｗk/Ｍk）×１００用いて、図６に示した接地時間比ＣＴＲと実荷重ｗとの関係を、図７に示すような、接地時間比ＣＴＲに対する最大負荷能力比率Ｍk[％]との関係に補正する。
同図に示すように、接地時間比ＣＴＲに対する最大負荷能力比率Ｍk[％]の傾きａは、タイヤサイズに拠らず一定なので、最大負荷能力比率Ｍk[％]を、以下の式（１）で示す近似式（一次関数の式）に変換することができる。
Ｍk[％]＝（ｗk/Ｍ）×１００＝ａ×ＣＴＲk＋ｂ  ……（１）
式（１）において、傾きａはタイヤサイズに拠らない値で、切片ｂは、後述するように、最大負荷能力Ｍと、車両総重量Ｗと、傾きａと、ステップＳ１５で求めた接地時間比ＣＴＲ1〜ＣＴＲ12から求められる。
【００１５】
ステップＳ１６では、予め求めておいた接地時間比ＣＴＲkと最大負荷能力比率Ｍk[％]の関係を示す近似式の傾きａと、上記式（１）と、下記に示す荷重ｗkの総和と車両総重量Ｗの関係を示す以下の式（２）とから切片ｂを求める。
Ｗ＝ｗ1＋ｗ2＋……＋ｗn  ……（２）
具体的には、式（１）を以下のように変形して、式（２）に代入する。
ｗk＝/（Ｍ/１００）・（ａ×ＣＴＲk＋ｂ）……（１）’
タイヤＴの総本数は、ｎ＝１２なので、
Ｗ＝（Ｍ/１００）・｛ａ×（ＣＴＲ1＋ＣＴＲ2＋……＋ＣＴＲ12）＋１２ｂ｝
……（２）’
最大負荷能力Ｍと傾きａとは既知で、車両総重量Ｗは車両総重量算出手段１２で算出した値、接地時間比ＣＴＲ1〜ＣＴＲ12は加速度センサー１０１〜１１２の出力から算出された値なので、式（２）’から切片ｂを求めることができる。
ステップＳ１７では、上記式（１）に戻って、傾きａと切片ｂと、ステップＳ１５で求めた接地時間比ＣＴＲkとから、タイヤＴｋに作用する荷重ｗkを推定する。
これにより、予め、接地時間比ＣＴＲkと荷重ｗkとの関係を示すマップを作成することなく、対象タイヤＴｋに作用する荷重ｗkを推定することができる。
なお、荷重ｗkを推定するタイヤＴｋは、従動輪（タイヤＴ１〜Ｔ４）のみであってもよいし、駆動輪（タイヤＴ５〜Ｔ１２）のみであってもよい。また、特定のタイヤＴｋの荷重ｗkのみを推定してもよいし、全てのタイヤＴｋの荷重ｗkを推定してもよい。
【００１６】
なお、前記実施の形態では、タイヤＴの本数を１２本としたが、本発明は、普通乗用車のように、タイヤＴの本数が４本である車両にも適用できることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００１７】
１  タイヤ、２  インナーライナー部、３  タイヤトレッド、４  センター部、
５  ホイールリム、６  タイヤ気室、７  送信機、
１０  タイヤ荷重推定装置、１０Ａ  センサー部、１０Ｂ  演算部、
１１  加速度センサー、１２  車両総重量算出手段、１３  加速度波形抽出手段、
１４  微分加速度波形演算手段、１５  ピーク位置算出手段、
１６  接地時間比演算手段、１６ａ  接地時間算出部、１６ｂ  回転時間算出部、
１６ｃ  接地時間比演算部、１７  荷重推定手段。
【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６】
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【図７】
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