(57)【要約】【課題】路面摩擦係数推定値を算出する路面摩擦推定システムおよび方法を提供する。【解決手段】路面摩擦推定システムおよび方法は、車両の複数のタイヤに取り付けられた複数のタイヤ負荷推定センサを使用する。各タイヤの負荷およびスリップ角は、センサデータから推定される。複数の車両ＣＡＮバスセンサから、車両加速度およびヨーレート動作パラメータが取得され、ダイナミックオブザーバモデルは、横方向および縦方向の力推定値を複数のタイヤのそれぞれにおいて算出する。個別ホイール力推定値は、各タイヤについて、タイヤごとの横方向および縦方向の力推定値から算出される。各タイヤにおけるダイナミックスリップ角推定値および複数のタイヤのそれぞれにおける個別ホイール力推定値から、モデルベースの摩擦推定値が生成される。【選択図】図１
2015081090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を支える少なくとも１つのフロントタイヤおよび少なくとも１つのリアタイヤと、
フロントタイヤ負荷推定値およびリアタイヤ負荷推定値を推定するためのタイヤ負荷推定手段と、
フロントタイヤスリップ角推定値およびリアタイヤスリップ角推定値を推定するためのタイヤスリップ角推定手段と、
車両動作パラメータを測定するための、車両に搭載されたセンサ手段と、
前記車両動作パラメータに基づいて、推定されたトータルフロントタイヤ力推定値および推定されたトータルリアタイヤ力推定値を算出するためのオブザーバモデルと、
前記フロントタイヤ負荷推定値および前記リアタイヤ負荷推定値から、推定された負荷伝達率を算出するための負荷伝達率算出手段と、
前記推定されたトータルフロントタイヤ力推定値および前記推定されたトータルリアタイヤ力推定値に基づいて個別のホイール力推定値を算出するための個別ホイール力推定手段と、
前記フロントタイヤスリップ角推定値、前記リアタイヤスリップ角推定値、および前記個別ホイール力推定値に基づいて、推定路面摩擦係数を算出するためのモデルベースの摩擦推定手段と、を備える路面摩擦係数の推定値を算出するための路面摩擦係数推定システム。
【請求項２】
前記車両に搭載されたセンサ手段により測定された前記車両動作パラメータは、車両ヨーレート、車両加速度のグループから選択される、請求項１に記載の路面摩擦係数推定システム。
【請求項３】
各タイヤは、
当該タイヤの第１および第２のタイヤ側壁それぞれに対向して取り付けられた第１および第２の歪み検出手段を有し、前記第１および第２の歪み検出手段は、前記第１および第２のタイヤ側壁のそれぞれにおけるタイヤ歪みを測定可能で、運行中に前記タイヤ歪みの測定値を示す歪み信号を生成する、請求項２に記載の路面摩擦係数推定システム。
【請求項４】
前記フロントタイヤスリップ角推定値および前記リアタイヤスリップ角推定値を算出するための前記タイヤスリップ角推定手段は、各タイヤの前記第１および第２の歪み検出手段からの複数の前記歪み信号の比較を算出する、請求項３に記載の路面摩擦係数推定システム。
【請求項５】
前記第１および第２の歪み検出手段からの複数の前記歪み信号のそれぞれは、前記第１および第２の側壁それぞれのたわみを示すフォームを有する信号を含む、請求項４に記載の路面摩擦係数推定システム。
【請求項６】
複数の支持タイヤを有する車両と、
ダイナミック負荷推定値を前記複数のタイヤのそれぞれにおいて推定するためのタイヤ負荷推定手段と、
ダイナミックスリップ角推定値を前記複数のタイヤのそれぞれにおいて推定するためのタイヤスリップ角推定手段と、
車両加速度およびヨーレート動作パラメータを測定するための車両ＣＡＮバスセンサ手段と、
前記複数のタイヤのそれぞれにおいて、横方向および縦方向の力推定値を算出するためのダイナミックオブザーバモデルと、
前記複数のタイヤのそれぞれにおいて、前記ダイナミック負荷推定値から推定された負荷伝送率を算出するための負荷伝達率算出手段と、
前記複数のタイヤのそれぞれにおける前記横方向および縦方向の力推定値から、前記複数のタイヤのそれぞれにおける個別ホイール力推定値を算出するための個別ホイール力推定手段と、
前記複数のタイヤのそれぞれにおける前記ダイナミックスリップ角推定値および前記複数のタイヤのそれぞれにおける前記個別ホイール力推定値に基づいて、路面摩擦係数推定値を算出するためのモデルベースの摩擦推定手段と、を備える路面摩擦係数推定値を算出するための路面摩擦係数推定システム。
【請求項７】
前記摩擦推定手段は、タイヤセンサにより取得されたスリップ角およびタイヤ負荷の変量と、オブザーバから生成された前記複数のタイヤのそれぞれにおける力の推定値とに基づいて、リアルタイムで動作する、請求項６に記載の路面摩擦係数推定システム。
【請求項８】
前記ダイナミックオブザーバモデルは、シングルトラック３自由度モデルを含む、請求項６に記載の路面摩擦係数推定システム。
【請求項９】
前記個別ホイール力推定手段は４ホイール車両モデルを有する、請求項６に記載の路面摩擦係数推定システム。
【請求項１０】
前記モデルベースの摩擦推定手段はブラシタイヤモデルを有する、請求項６に記載の路面摩擦係数推定システム。
【請求項１１】
前記摩擦推定手段は、タイヤセンサにより取得されたスリップ角およびタイヤ負荷の変量と、オブザーバから生成された前記複数のタイヤのそれぞれにおける力の推定値とに基づいて、リアルタイムで動作する、請求項１０に記載の路面摩擦係数推定システム。
【請求項１２】
前記ダイナミックオブザーバモデルは、シングルトラック３自由度モデルを含む、請求項１１に記載の路面摩擦係数推定システム。
【請求項１３】
前記個別ホイール力推定手段は、４ホイール車両モデルを有する、請求項１２に記載の路面摩擦係数推定システム。
【請求項１４】
前記モデルベースの摩擦推定手段はブラシタイヤモデルを有する、請求項１３に記載の路面摩擦係数推定システム。
【請求項１５】
車両を支持する複数のタイヤのそれぞれに、前記複数のタイヤのそれぞれにおけるダイナミック負荷推定値を推定するためのダイナミック負荷推定センサ手段を備えることと、
前記複数のタイヤのそれぞれに、前記複数のタイヤのそれぞれにおけるダイナミックスリップ角推定値を推定するためのタイヤスリップ角推定手段を備えることと、
車両ＣＡＮバスセンサ手段を用いて、車両加速度およびヨーレート動作パラメータを測定することと、
ダイナミックオブザーバモデルを用いて、前記複数のタイヤそれぞれにおける横方向および縦方向の力推定値を算出することと、
前記複数のタイヤのそれぞれにおける前記推定されたダイナミック負荷から推定された負荷伝達率を算出することと、
前記複数のタイヤのそれぞれにおける前記横方向および縦方向の力推定値から、前記複数のタイヤのそれぞれにおける個別ホイール力推定値を算出することと、
前記複数のタイヤのそれぞれにおける前記ダイナミックスリップ角推定値と、前記複数のタイヤのそれぞれにおける前記個別ホイール力推定値とに基づいて、路面摩擦係数推定値を算出することと、を含む路面摩擦係数を推定する方法。
【請求項１６】
路面摩擦係数推定手段を、オブザーバから生成された前記複数のタイヤのそれぞれにおける力の推定値と、リアルタイムベースでタイヤセンサにより取得されたスリップ角およびタイヤ負荷の変量と、に基づいて動作させることをさらに含む、請求項１５に記載の路面摩擦係数を推定する方法。
【請求項１７】
前記複数のタイヤにおける前記横方向および縦方向の力推定値を算出するために、シングルトラック３自由度モデルを用いることを含む、請求項１５に記載の路面摩擦係数を推定する方法。
【請求項１８】
前記複数のタイヤにおける前記個別ホイール力推定値を算出するために、４ホイール車両モデルを用いることを含む、請求項１６に記載の路面摩擦係数を推定する方法。
【請求項１９】
前記路面摩擦係数を算出するために、ブラシタイヤモデルを用いることを含む、請求項１７に記載の路面摩擦係数を推定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、車両運行中、測定されたタイヤパラメータデータを収集するタイヤモニタリングシステムに関し、さらに詳細には、そのような測定値に基づいて、路面摩擦推定値を推定するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載された複数のタイヤは、車両運行中、圧力および温度のようなタイヤパラメータを測定するタイヤ圧モニタリングシステム（ＴＰＭＳ）によって監視可能である。ＴＰＭＳのタイヤに装備されたシステムからのデータは、測定されたタイヤパラメータに基づいてタイヤの状態を確認し、低タイヤ圧や空気漏れなどの修復やメンテナンスが必要な状態をドライバに警告するために使用される。それぞれのタイヤ内のセンサは、タイヤ製造のプレキュア段階またはポストキュア段階であるタイヤの組立段階において取り付けられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
路面摩擦係数を含む路面の状態のような他の因子は、車両の運転や安全のために重要な考慮事項である。したがって、路面摩擦を測定することが望ましい。また、路面摩擦情報を、車両のオペレータおよび／または制動・安定制御システムなどの車両システムに伝送することが、より望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態によれば、路面摩擦係数推定値を算出するための路面摩擦係数推定システムおよび方法が提供される。複数の支持タイヤを有する車両において、タイヤ負荷推定センサが、複数のタイヤそれぞれにおけるダイナミック負荷推定値を推定するために取り付けられる。タイヤスリップ角算出は、ダイナミックスリップ角推定が複数のタイヤそれぞれにおいて行われることで、負荷推定センサデータを利用して実施される。車両ＣＡＮバスセンサから、車両加速度およびヨーレート動作パラメータが取得され、ダイナミックオブザーバモデルは、横方向および縦方向の力推定値を複数のタイヤのそれぞれにおいて算出する。負荷伝達率は、複数のタイヤのそれぞれにおける推定されたダイナミック負荷から推定され、個別ホイール力推定値は、複数のタイヤのそれぞれにおいて、複数のタイヤのそれぞれにおける横方向および縦方向の力推定値から算出される。複数のタイヤのそれぞれにおけるダイナミックスリップ角推定値および複数のタイヤのそれぞれにおける個別ホイール力推定値から、モデルベースの摩擦推定値が生成される。
【０００５】
他の実施形態によれば、摩擦推定は、タイヤセンサにより取得されたスリップ角およびタイヤ負荷の変位量と、オブザーバから生成された複数のタイヤのそれぞれにおける力の推定値とに基づいて、リアルタイムで実施される。
【０００６】
さらなる他の実施形態によれば、ダイナミックオブザーバモデルは、シングルトラック３自由度モデルを含み、路面摩擦係数推定は、４ホイール車両モデルに従って行われ、路面摩擦係数推定は、ブラシタイヤモデルを利用して行われる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、路面摩擦係数推定値を算出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明は、例示的に、以下に示す添付図面を参照して説明されるであろう。
【図１】車両の複数のタイヤにおけるスリップ角および負荷の推定に用いられるシステムのブロックレベル図である。
【図２】ホイール力および摩擦係数の推定において、車両ＣＡＮバスパラメータと共に図１のタイヤ負荷およびスリップ角を用いるためのシステムのブロックレベル図である。
【図３Ａ】システムの検証を行うために使用される経時的なステアリング角のグラフである。
【図３Ｂ】実験車両経路に沿った横方向変位［ｍ］対縦方向変位［ｍ］のグラフである。
【図４Ａ】実際値および推定値を示す経路上の右リアタイヤにおける横方向力Ｆｙのグラフである。
【図４Ｂ】実測値対推定比較結果を示す経路上の左リアタイヤにおける横方向力Ｆｙのグラフである。
【図５Ａ】右フロントタイヤの横方向力の推定値対実際値を示すグラフである。
【図５Ｂ】左フロントタイヤの横方向力の推定値対実測値を示すグラフである。
【図６Ａ】実験車両経路についての経時的なステアリング角を示すグラフである。
【図６Ｂ】実験車両経路上の縦方向変位［ｍ］対横方向変位［ｍ］のグラフである。
【図７Ａ】右リアタイヤの横方向力の推定値対実際値を示すグラフである。
【図７Ｂ】左リアタイヤの横方向力の推定値対実際値を示すグラフである。
【図８Ａ】右フロントタイヤの横方向力の推定値対実際値を示すグラフである。
【図８Ｂ】左フロントタイヤの横方向力の推定値対実際値を示すグラフである。
【図９】ｘｙ車両位置座標を示す実験車両経路のグラフである。
【図１０Ａ】横方向タイヤ力の実際値（フォースハブ）対推定（オブザーバ）比較結果を示すグラフである。
【図１０Ｂ】横方向タイヤ力の実際値（フォースハブ）対推定（オブザーバ）比較結果を示すグラフである。
【図１１】ブラシタイヤモデルを用いたゴフ（Gough）プロットである。
【図１２】４０００Ｎの通常の負荷Ｆｚにおける摩擦値の３つの係数：１，０．６，０．２についてのタイヤ横方向力対スリップ角を示すブラシタイヤモデルのグラフである。
【図１３】４ホイール車両についての力学図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（定義）
「ＡＮＮ」または「人工ニューラルネットワーク」は、学習フェーズの間、ネットワークを通して流れる外部または内部情報に基づいて、その構造を変更する非線形統計データモデリングのための適応ツールである。ＡＮＮニューラルネットワークは、入力と出力との間の複雑な関係をモデル化するため、またはデータ中のパターンを見つけ出すために用いられる、非線形統計データモデリングツールである。
【００１０】
タイヤの「アスペクト比」は、タイヤの断面の幅（ＳＷ）に対するタイヤの断面高さ（ＳＨ）の比に、パーセント表現のために１００を乗じたものを意味する。
【００１１】
「非対称トレッド」は、タイヤの中心面つまり赤道面ＥＰに関して対称ではないトレッドパターンを有しているトレッドを意味する。
【００１２】
「軸線方向の」および「軸線方向に」は、タイヤの回転の軸線に平行なラインまたは方向を意味する。
【００１３】
「ブラシモデル」は、回転抵抗の分析のために用いられる１次元の準静的力学アナログシステムを意味する。ブラシモデルにおいて、接触面は、２つの部分：タイヤトレッドが路面に付着する前方静的領域、およびタイヤと路面の間でスライドが発生する後方スライド領域に分けられる。
【００１４】
「ＣＡＮバス」は、制御エリアネットワーク（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）の略である。
【００１５】
「チェーファー」は、コードプライを、リムに対して摩耗して切れることから保護し、リムの上のたわみを分散させるようにタイヤビードの外側の周囲に配置された細いストリップ材料である。
【００１６】
「周方向の」は、軸線方向に垂直な、環状トレッドの表面の周囲に沿って延びるラインまたは方向を意味する。
【００１７】
「赤道中央面（ＣＰ）」は、タイヤの回転軸線に垂直でトレッドの中心を通る平面を意味する。
【００１８】
「フットプリント」は、タイヤが回転またはロールするにつれて、タイヤトレッドおよび平坦面により生成される接触部分または接触領域を意味する。
【００１９】
「溝」は、タイヤウォールの周囲を周方向または横方向に延びることがあるタイヤウォールにおける長く延びている隙間の領域を意味する。「溝の幅」はその長さにわたる平均の幅に等しい。溝は説明のように空気チューブを収容するように大きさが設定されている。
【００２０】
「インボード側」はタイヤが車輪に取り付けられ、車輪が車両に取り付けられたときに、車両に最も近いタイヤの側を意味する。
【００２１】
「横方向」は、軸線方向を意味する。
【００２２】
「横方向縁」は、通常の加重とタイヤ膨張の下で測定された軸線方向で最も外側のトレッド接触部分つまりフットプリントに接する線を意味し、線は、赤道中心面に平行である。
【００２３】
「正味接地面積」は、両横方向縁の間の全トレッドの総面積で割った、トレッドの全周にわたる両横方向縁の間の接地トレッド要素の全面積を意味する。
【００２４】
「非方向性トレッド」は、好ましい前進方向を有しておらず、トレッドパターンが好ましい進行方向に揃うように、車両上で特定の１つまたは２つ以上の車輪位置に配置する必要のないトレッドを意味する。逆に、方向性のあるトレッドパターンは、特定の車輪への配置が必要な好ましい進行方向を有している。
【００２５】
「アウトボード側」はタイヤが車輪に取り付けられ、車輪が車両に取り付けられたときに、車両に最も遠いタイヤの側を意味する。
【００２６】
「ぜん動性」は、空気などの含まれている物体を筒状の経路に沿って前進させる波のような収縮による動作を意味する。
【００２７】
「圧電フィルムセンサ」は、膜体の曲げにより生じる圧電効果を用いて、圧力、加速度、歪みまたは力を電荷に変換して測定する膜状のデバイスである。
【００２８】
「半径方向の（ラジアル）」および「半径方向に」は、半径方向に、タイヤの回転軸線に向いた、または回転軸線から離れる方向を意味する。
【００２９】
「リブ」は、少なくとも１つの周方向溝と第２のそのような溝または横方向縁のいずかとによって定められており、完全な深さの溝によって横方向に分割されていない、トレッド上で周方向に延びているゴムのストリップを意味する。
【００３０】
「サイプ」は、トレッド表面をさらに分割し、トラクションを改善する、タイヤのトレッド要素内に形成された小さい溝を意味し、サイプは幅が一般に狭く、タイヤのフットプリント内で開いたままである溝とは反対に、タイヤのフットプリント内で閉じている。
【００３１】
「スリップ角」は、車両の走行方向と前輪の向いた方向との間の角度である。スリップ角は、回転面とタイヤの走行方向とのずれの測定値である。
【００３２】
「トレッド部材」または「トラクション部材」は、隣接している複数の溝の形状を有することによって定められているリブまたはブロック部材を意味する。
【００３３】
「トレッド弧の幅」は、トレッドの横方向縁同士の間で計測されたトレッド弧の長さを意味する。
【００３４】
図１を参照すると、タイヤ負荷およびタイヤスリップ角を推定する歪みセンサシステムおよび方法がブロックレベル図に示されている。車両タイヤ上の負荷は、１または好ましくは一対の歪みまたは曲げセンサ１４を有するタイヤに搭載されたセンサシステムにより推定される。一対のセンサは、タイヤの側壁位置３０に向かい合って設置される。歪みセンサは、タイヤの側壁のたわみに反応し、たわみの程度を測定し、タイヤの負荷およびスリップ角の両方を推定するための基準を提供する。複数の曲げセンサ１４それぞれからの信号１６は、説明されるであろう信号処理部に送信される。さらに、タイヤ圧モニタリングシステム１８が、タイヤに搭載され、タイヤ圧データ２０を測定して信号処理部に送信するように機能する。タイヤ側壁歪みセンサ信号（複数可）は、複数の信号処理経路で並行して用いられる。第１の経路は、経路２２で示される経路であり、タイヤ負荷を推定するために信号（複数可）１６を用いる。第２の処理経路は、符号２４で示される経路であり、側壁たわみ情報を、スリップ角を推定するために用いる。２０１２年９月１１日に出願された、「タイヤ側壁負荷推定システムおよび方法」というタイトルの同時係属の米国特許出願第１３／６０９６９５は、経路２２の方法論およびシステムを開示しており、ここにその全てが参照によって取り込まれる。システムは、回転動作中に地面と接触するタイヤクラウン領域にトレッド部材を有する従来の構造のタイヤが備えられた車両に用いられている。タイヤは、従来通りにリムに取り付けられている。複数のセンサは、好ましくは圧電曲げセンサ、または曲げ力を受けたときに屈曲して復元し、そのときにセンサ本体内の屈曲復元の程度を示す電気信号を生成するように動作する種類の、市販の他の適した歪みセンサであることが望ましい。したがって屈曲信号は、センサが取り付けられた側壁内の曲げ歪みの程度を示す。曲げ力が取り除かれると、センサは、その元の形状を取り戻す。一例として、本発明の範囲を制限する意図ではなく、２３６６６バージニア州ハンプトン、ルーカスウェイ１０００に所在するＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ社から市販されている曲げ膜センサのような圧電曲げセンサを使用してもよい。
【００３５】
さらに、縦のブロックパス２４により示されるように、タイヤの横方向側壁たわみが、タイヤのスリップ角を推定する目的のために分析される。「スリップ角」は、車両の走行方向と前輪の向いた方向との間の角度である。スリップ角は、タイヤの回転面とタイヤの走行方向とのずれの測定値である。走行中の車両タイヤのスリップ角は、車両の制御および安定性システムにおいて有用な情報である。車両における制動および他の制御システムがより相互に関連性を有するにつれて、タイヤスリップ角の推定値は、アンチロック・ブレーキシステムのような安定性制御システムにおいて有用である。スリップ角推定システムは、２０１２年１２月７日に出願された、「タイヤスリップ角推定システムおよび方法」というタイトルの同時係属の米国特許出願第６１／７３４５２６により開示されており、ここにその全てが参照により取り込まれる。センサ信号（複数可）は、信号ピークを見つけ、曲線の直線部分を抽出し、抽出した曲線に最小二乗法で直線を合わせることによって分析される。信号の傾きにおける差異の推定値は、タイヤ中に存在するスリップ角を推定するための基準を提供する。プロセス２２および２４の連続したステップにより示される信号処理は、タイヤが使用される間の継続的な基準に基づいて、結果としてタイヤ負荷２６およびスリップ角２８の推定値をもたらす。各タイヤは、それぞれについて、側壁たわみ情報を用いて、負荷およびスリップ角を生成するために、プロセス２２，２４をそれぞれに適用することで分析される。
【００３６】
内側側壁センサおよび外側側壁センサからのセンサ信号に加えて、タイヤに取り付けられた市販のタイヤ圧力モニタリングシステム（ＴＰＭＳ）により、タイヤ膨張圧が測定される。ＴＰＭＳシステムは、内部タイヤ空気空洞と連通するタイヤに取り付けられ、タイヤ空洞内部の空気圧を測定し、測定した圧力データを受信機に送信する機能を有する圧力センサを含む。ＴＰＭＳの測定は、タイヤ温度を測定する温度センサをさらに含んでもよい。測定された圧力値は、負荷およびスリップ角推定値２２，２４に含めるために、ＴＰＭＳシステムによって送信される。
【００３７】
本発明によれば、図１の摩擦推定システムの係数中における負荷およびスリップ角推定値と、図２によりブロック図の形で示された方法論とを利用するモデリング手順が採用されている。採用されたモデリング手順は、次の表中に要約されている。
【００３８】
【表１】
2015081090.tif 000003
【００３９】
上記のモデリング手順を用いることで、図２の機能ブロック図は、典型的な、４ホイール車両３４における摩擦係数の推定を示している。システムは、望むのであれば、より多いホイールまたはより少ないホイールアセンブリを有する車両に対して適用することができる。車両３４は、４タイヤ／ホイールアセンブリ１２を備えている。車両ベースのセンサは、車両ＣＡＮバス３６を用いて、横方向および縦方向加速度データａｘ，ａｙと、シングルポイントプレビュードライバモデル出力δにおけるヨーレート“ｒ”とを提供する目的のために使用される。オブザーバ３８は、入力としてＣＡＮバス加速度データａｘ，ａｙおよびヨーレート“ｒ”を受信する。オブザーバ３８は、スライディングモードオブザーバ（ＳＭＣ）シングルトラック３自由度（ＤＯＦ）モデルである。ＣＡＮバスデータから、オブザーバ３８は、個別ホイール力４０の推定のために、図１３に示されるような４ホイール車両モデルを用いて、フロントタイヤおよびリアタイヤにおけるトータル横方向力と、フロントタイヤにおけるトータル縦方向力とを出力する機能を有する。
【００４０】
モデルは、マサチューセッツ州０１７６０、ナティック、アップルヒルドライブ３に位置するMathworks社から市販されているSimulink（登録商標）のような任意の従来の市販の数学的シミュレーションツールなどを使用して実装することができるが、これに限定されない。Simulinkは、マルチドメインシミュレーションおよびモデルベースの設計のためのブロックダイアグラム環境である。これは、システムレベルの設計、シミュレーション、自動コード生成、および継続的なテストと、組込みシステムの検証をサポートしている。Simulinkは、グラフィカルなエディタと、カスタマイズ可能なブロックライブラリと、ダイナミックシステムのモデリングおよびシミュレーションのためのソルバーとを提供している。これは、MATLAB（登録商標）と統合されており、ユーザがMATLABアルゴリズムをモデルに組み込み、さらなる分析のためにシミュレーション結果をMATLABにエクスポートすることを可能にする。
【００４１】
オブザーバが生成した横方向および縦方向の力推定値から、個別ホイール力推定（ブロック４６）が上記の４ホイール車両モデルを用いて行われる。個別ホイール力推定の出力は、ブロック４２により示されるように、摩擦推定アルゴリズム（ブラシタイヤモデルベース）に適用され、結果として、路面摩擦係数の推定値４４が生成される。“ブラシタイヤモデル”は、回転抵抗の分析のために用いられる一次元準静的機械アナログシステムを表す。ブラシモデルにおいて、接触面は、２つの部分：タイヤトレッドが路面に付着する前方静的領域、およびタイヤと路面の間でスライドが発生する後方スライド領域に分けられる。
【００４２】
オブザーバパフォーマンスおよび分析結果は、２つの極端なコーナリング操縦について、実験的に検証された：
（１）ダブルレーンチェンジ（高μ条件）および
（２）フィッシュフック操作（低μ表面条件）
【００４３】
オブザーバゲイン：
Ｋ１＝１００
Ｋ２＝１００００００
Ｋ３＝１０
Ｋ４＝１００００
Ｋ５＝１００
Ｋ６＝１０００００
【００４４】
オブザーバゲインは、インタラクティブなプロセスを用いて最適化された。図３Ａは、０．８の高μ条件を有する路面上でダブルレーンチェンジ操作を行った場合の経時的なステアリング角のグラフを示している。図３Ｂは、縦方向の変位［ｍ］対横方向の変位［ｍ］をグラフ化した車両経路を示している。推定結果が、ダブルレーンチェンジ操作（１）について、Ｆｙ［Ｎ］対時間を右リアタイヤ、左リアタイヤ、右フロントタイヤ、および左フロントタイヤについてそれぞれグラフ化した図４Ａ、４Ｂ、５Ａ、および５Ｂにより示されている。実際の力と推定された力の値との間に密接な相関関係があることは、推定アプローチの精度を立証している。
【００４５】
図６Ａおよび６Ｂを参照すると、２つ目の極端なコーナリング操縦であるフィッシュフックについての実験結果が示されている。図６Ａは、低μ（約．２）路面条件のステアリング角［deg］が経時的にグラフ化されている。図６Ｂは、車両経路が、縦方向の変位対横方向の変位［ｍ］としてグラフ化されており、フィッシュフックの形状に近い。推定結果が、フィッシュフック操作（２）について、Ｆｙ［Ｎ］対時間を右リアタイヤ、左リアタイヤ、右フロントタイヤ、および左フロントタイヤについてそれぞれグラフ化した経路図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、および８Ｂによって示されている。レーンチェンジ経路と同様に、実際の力と推定された力の値との間に密接な相関関係があることは、推定アプローチの精度を立証している。
【００４６】
図９では、ＩＭＵ（慣性計測装置）および市販のフォースハブを備える実験車両が続く車両経路の閉じたループ（ｙ対ｘ位置）について分析するために、オブザーバパフォーマンスおよび実験結果が分析される。ＩＭＵは、ドリフト３自由度の車両の動きの３６０度完全に連続した方向を、リアルタイムに計算し、出力するために、典型的には、３軸加速度、３軸ジャイロ、および／または３軸磁気センサを組合せて装備されている。ＩＭＵから、加速度ａｘ、ａｙ、およびヨーレート“ｒ”の測定値が、車両ＣＡＮバスから提供され、オブザーバに入力される。オブザーバは、Ｋ１＝５、Ｋ２＝５００、Ｋ３＝５０、Ｋ４＝５０、Ｋ５＝１２００、およびＫ６＝１０００のオブザーバゲインを有するように行った実験の目的のために設定される。図１０Ａは、横方向のフロントのタイヤ力に対する推定結果対実際値（フォースハブから得られた）を示しており、図１０Ｂは、縦方向のリアのタイヤ力に対する推定結果対実際値を示している。推定結果および実際の結果の間に密接な相関関係があることから、再び、オブザーバベースの推定システムおよび方法論の有効性を確認する。
【００４７】
車両ＣＡＮバス情報が、ダイナミックオブザーバ３８（図２）を用いたタイヤ横方向および縦方向の力（Fx,Fy）の推定値をつくるために用いられると、センサ統合アプローチが用いられる。センサ統合アプローチは、個別ホイール力（４ホイール車両モデルを用いる）を推定するために、タイヤに取り付けられたＴＰＭＳユニット１８および歪みセンサ１４により提供され、ＣＡＮバス情報（ａｘ、ａｙ、およびヨーレート“ｒ”）を含むタイヤ負荷の車両情報と、インテリジェントタイヤとを組み合わせる。路面摩擦推定アルゴリズムは、そして、下記のように路面摩擦係数を推定するために、個別ホイール力およびスリップ角推定を用いる。
【００４８】
摩擦推定アルゴリズムは、ブラシタイヤモデルに適用される負荷推定値Ｆｘ，Ｆｙ，およびＦｚ（縦方向、横方向、および垂直方向）を用いる。
【００４９】
図１１は、ブラシタイヤモデルを用いたゴフプロットを示している。Ｆｙ／Ｆｚの比が、定常摩擦係数（実線）の比−Ｍｚ／Ｆｚラインに対してプロットされており、定常横スリップ角（点線）および定常ニューマチックトレイル（一点鎖線）が図１１中に示されている。値（Ｆｙ，Ｍｙ）の組み合わせは、上記のモデル（１）の各座標Ｆｙ／Ｆｚに対して一意に定められていることに留意されたい。
【００５０】
次のステートメントがブラシタイヤモデル分析に適用される。
【００５１】
【数１】
2015081090.tif 000004
(1)
ここで、μは、以下の通りである。
【００５２】
【数２】
2015081090.tif 000005
【００５３】
ｔａｎ（αsliding）に対する式（１）の代わりの表現は、以下の通りである。
【００５４】
【数３】
2015081090.tif 000006
(2)
【００５５】
横方向力および自己整合トルクは、タイヤが部分的にスライドしているという条件で、横方向スリップ角および摩擦係数の２つの線形独立関数である。摩擦の推定値は、このため、タイヤが部分的にスライドするとすぐに生成可能である。
【００５６】
図１２は、１、０．０６、および０．２の３つの摩擦係数μに対するタイヤ横方向力［Ｎ］対スリップ角［degrees］のグラフを示している。μに対する上記の式（２）を解くことで摩擦係数の推定値が生成可能なことが、横方向力対スリップ角を決定することによって、正しく理解されるであろう。
【００５７】
摩擦係数推定結果が、３つのスリップ角条件に対して、下記の表に示されている。この結果から、スリップ角、垂直方向の力、および横方向の力は、低摩擦および高摩擦表面の両方について、固有の摩擦係数を決定することがわかる。
【００５８】
【表２】
2015081090.tif 000007
【００５９】
以上のことから、路面摩擦係数を推定する主題のシステムおよび方法は、タイヤの内部に埋め込まれた無線センサ１４を用いたタイヤ変数の直接測定結果を利用する、ということが理解されるであろう。既存の制御システムは、タイヤの変形、牽引力、および路面条件に関する情報が限られている。タイヤベースのセンサが、各タイヤについて、力の大きさ、方向、および制限についての正確で、信頼性が高く、リアルタイムの情報を提供するにつれて、「インテリジェント」なタイヤ技術を実装することによって、車両のセンサを除去することが可能となり得る。さらに、正確でリアルタイムのタイヤ変数の推定値は、緊急時の方向転換中のタイヤの膨張を避けるために使用することができる。早期警告システムは、車両が滑りやすい路面に当たった場合、またはドライバが急な操作を行った場合に、ドライバに路面摩擦が減少していることを知らせるために、有益となり得る。本システムおよび方法を用いて生成された情報、つまり、各タイヤについての力の大きさ、力の方向、および力の制限と、路面摩擦係数の推定値は、測制御フレームワーク中において、アクティブなシステムについて、より信頼性の高い横方向および縦方向の制御システムを設計するために用いられ得る。
【００６０】
本発明に先立って、タイヤスリップ角、力および摩擦係数推定のためにこれまで提案された技術は、主に、エンジントルクセンサ、スロットル位置センサ、ステアリング角センサ、ホイールスピードセンサ、ヨーレートセンサ、ＧＰＳ受信機、歪みゲージ、ステアリングトルクなどのような車両センサに依存するものであった。用いられるセンサの種類および数は、車両によって異なる。タイヤスリップ角および静止摩擦力オブザーバが、車両モデルおよび測定された車両状態に基づいて設計されているため、既存の制御システムで用いられる間接的な技術は、一般的に、「オブザーバベースの技術」として知られている。これらのオブザーバの主な目的は、現在動作しているタイヤの状態に対応するスリップ力カーブを識別し、それによって、現在の静止摩擦力の限界すなわち、タイヤ路面摩擦係数を推定することである。オブザーバベースの技術の主な欠点は、定常状態の運転条件、すなわち、車速が一定かつステアリングホイール角がゼロに近いときに、動作しないということである。車両の、最小の加速／減速やステアリングが、タイヤ路面摩擦係数パラメータをその正確な値に収束させるために必要である。車両は、いつも加速／減速またはコーナリングしているわけではないため、これは、摩擦係数が継続的に更新されないことを意味する。既知のオブザーバベースの技術における２番目の不利な点は、スリップおよび力オブザーバが、通常、極端な組み合わせの操縦中に誤った予測出力をする横方向／縦方向車両モデルに基づいていることである。
【００６１】
このような既知のオブザーバに基づく技術とは対照的に、本発明のシステムおよび方法は、インテリジェントタイヤおよび車両ＣＡＮバス情報からのセンサ情報を利用する、タイヤ車両統合タイヤ路面摩擦係数推定アプローチを示している［図２に示されるように］。インテリジェントタイヤ１２［図１］からのセンサ信号１６は、タイヤダイナミック負荷（Ｆｚ）２６およびスリップ角２８を推定するために用いられる。同時係属中の米国特許出願第１３／６０９６９５および第６１／７３４５２６は、ここにそれぞれ組み込まれており、タイヤの変形を検知する歪みセンサに基づいて、負荷およびスリップ角を推定する推定システムおよび方法を示している。車両ＣＡＮバス情報は、図２に示されたようなダイナミックオブザーバを使ってタイヤ横方向力および縦方向力（Ｆｘ，Ｆｙ）を推定するために使用される。その後、センサ統合アプローチが、インテリジェントタイヤと車両情報を組み合わせるために使用され、タイヤ−路面摩擦係数の推定を行う。テストされたとき及びテスト車両から獲得した実際の実験データと比較されたときの本システムと方法のパフォーマンスは、摩擦係数の正確な推定を提供するこのアプローチの能力を明らかにし証明する。
【００６２】
本発明のバリエーションは、ここに提供された記述の観点において可能である。ある代表的な実施形態とその詳細が、本発明を説明する目的で示されたが、本発明のスコープから逸脱することなく様々な変更や修正が行われてもよいことは当業者にとって明らかであろう。このため、以下の添付クレームによって定義されたような発明の十分に意図されたスコープ内で、記述された詳細な実施形態において変更が可能なことが理解される。
【符号の説明】
【００６３】
１４      曲げセンサ
１８      タイヤ圧モニタリングシステム
３６      車両ＣＡＮバス
３８      オブザーバ
４２、４６  ブロック
【図１】
2015081090.tif 000008
【図２】
2015081090.tif 000009
【図３Ａ】
2015081090.tif 000010
【図３Ｂ】
2015081090.tif 000011
【図４Ａ】
2015081090.tif 000012
【図４Ｂ】
2015081090.tif 000013
【図５Ａ】
2015081090.tif 000014
【図５Ｂ】
2015081090.tif 000015
【図６Ａ】
2015081090.tif 000016
【図６Ｂ】
2015081090.tif 000017
【図７Ａ】
2015081090.tif 000018
【図７Ｂ】
2015081090.tif 000019
【図８Ａ】
2015081090.tif 000020
【図８Ｂ】
2015081090.tif 000021
【図９】
2015081090.tif 000022
【図１０Ａ】
2015081090.tif 000023
【図１０Ｂ】
2015081090.tif 000024
【図１１】
2015081090.tif 000025
【図１２】
2015081090.tif 000026
【図１３】
2015081090.tif 000027