(57)【要約】【課題】制動開始前にあっても、タイヤの状態を適切に検出できるようにすること。【解決手段】タイヤのトレッド部の内周面にセンサユニット３ＦＲを設置して、トレッド部の周方向加速度を検出し、検出された周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定するようにした。すなわち、トレッド部の周方向加速度に基づいて周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定するため、例えば、制動時のスリップ率に基づいてタイヤの状態を推定する方法と異なり、制動開始前にあっても、タイヤの状態をより適切に検出できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレッド部の内周面に設置され当該トレッド部の周方向加速度を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段で検出された周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定する状態推定手段と、を備えたことを特徴とするタイヤ状態推定装置。
【請求項２】
前記状態推定手段は、前記加速度検出手段で検出された周方向加速度に基づいて前記加速度検出手段が設置されているセンサ設置部位が路面との接触を開始したか否かを判定する接触開始判定手段と、前記加速度検出手段で検出された周方向加速度に基づいて前記センサ設置部位が路面との接触を終了したか否かを判定する接触終了判定手段と、前記接触開始判定手段で前記接触を開始したと判定されてから前記接触終了判定手段で前記接触を終了したと判定されるまでの間の時間を検出する接触時間検出手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項３】
前記状態推定手段は、前記接触時間検出手段で検出された時間に基づき前記トレッド部において路面と接触している路面接触部位の周方向長さを算出する接地長算出手段と、前記路面接触部位のタイヤ前後方向最前端とタイヤ中心を通る直線及び前記路面接触部位のタイヤ前後方向最後端とタイヤ中心を通る直線がなす角度を検出する周方向角度検出手段と、前記接地長算出手段で算出された路面接触部位の周方向長さ及び前記周方向角度検出手段で検出された角度に基づいてタイヤの動負荷半径を算出する動負荷半径算出手段と、を備えたことを特徴とする請求項２に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項４】
前記状態推定手段は、前記動負荷半径算出手段で算出された動負荷半径に基づいてタイヤの上下方向撓み量を算出する撓み量算出手段と、前記撓み量算出手段で算出された上下方向撓み量に基づいて接地荷重を算出する接地荷重算出手段と、前記接地荷重算出手段で算出された接地荷重に基づいてタイヤ接地幅を算出する接地幅算出手段と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項５】
前記状態推定手段は、前記接地長算出手段で算出された路面接触部位の周方向長さ及び前記接地幅算出手段で算出されたタイヤ接地幅に基づいてブレーキングスティフネスを算出するブレーキングスティフネス算出手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項６】
タイヤと、前記タイヤのトレッド部の内周面に設置され当該トレッド部の周方向加速度を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段で検出された周方向加速度に基づいて前記タイヤの状態を推定する状態推定手段と、前記状態推定手段で推定されたタイヤの状態に基づいて車両を制御する車両制御手段と、を備えたことを特徴とする自動車。
【請求項７】
トレッド部の周方向加速度を検出し、検出された周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定することを特徴とするタイヤ状態推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤの状態を推定するタイヤ状態推定装置、自動車及びタイヤ状態推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば、制動時の各車輪の前後力と上下力とに基づいて、制動開始直後から所定時間経過後までの間のスリップ率を算出し、その算出結果に基づいてブレーキングスティフネスを推定するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２３９０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の技術にあっては、制動が行われないとブレーキングスティフネスを検出できないので、制動開始前には、タイヤの状態を検出できない。
このように、上記従来の技術にあっては、タイヤ状態を適切に推定できなかった。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、タイヤの状態をより適切に検出できるタイヤ状態推定装置、自動車及びタイヤ状態推定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明に係るタイヤ状態推定装置は、トレッド部の内周面に設置され当該トレッド部の周方向加速度を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段で検出された周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定する状態推定手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る自動車は、タイヤと、前記タイヤのトレッド部の内周面に設置され当該トレッド部の周方向加速度を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段で検出された周方向加速度に基づいて前記タイヤの状態を推定する状態推定手段と、前記状態推定手段で推定されたタイヤの状態に基づいて車両を制御する車両制御手段と、を備えたことを特徴とする。
さらに、本発明に係るタイヤ状態推定方法は、トレッド部の周方向加速度を検出し、検出された周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係るタイヤ状態推定装置にあっては、トレッド部の周方向加速度に基づいて周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定するため、例えば、制動時のスリップ率に基づいてタイヤの状態を推定する方法と異なり、制動開始前にあっても、タイヤの状態をより適切に検出することができる。
また、本発明に係る自動車にあっては、トレッド部の周方向加速度に基づいて周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定するため、例えば、制動時のスリップ率に基づいてタイヤの状態を推定する方法と異なり、制動開始前にあっても、タイヤの状態をより適切に検出することができる。
さらに、本発明のタイヤ状態推定方法にあっては、トレッド部の周方向加速度に基づいて周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定するため、例えば、制動時のスリップ率に基づいてタイヤの状態を推定する方法と異なり、制動開始前にあっても、タイヤの状態をより適切に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照して本発明を適用した自動車の実施の形態を説明する。
（構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る自動車１Ａの構成を示す概略図である。
自動車１Ａは、図１に示すように、車体２、センサユニット３ＦＬ〜３ＲＲ、センサ信号処理ユニット４及び車輪５ＦＬ〜５ＲＲを備えている。
これらのうち、センサユニット３ＦＬ〜３ＲＲは、各車輪５ＦＬ〜５ＲＲそれぞれのタイヤ１０に備えられており、センサユニット３ＦＲが設置されている部位(センサ設置部位)の周方向加速度及びセンサ設置部位の重力方向加速度を検出する。これらセンサユニット３ＦＬ〜３ＲＲの出力信号は、センサ信号処理ユニット４に入力される。
図２は、センサユニット３ＦＲが設置されるタイヤ１０の構成例を示す図である。
【０００７】
なお、センサユニット３ＦＬ〜３ＲＲが設置されるタイヤ１０の構成はそれぞれ同様であるため、センサユニット３ＦＲが設置される右前輪５ＦＲのタイヤ１０を例に挙げて説明する。
センサユニット３ＦＲは、トレッド部１１の内周面の幅方向中央に設置されており、トレッド部１１が路面に接触するときに路面に接する面のほぼ中央に位置する。
ここで、センサユニット３ＦＲの出力信号を車体側に設置されるセンサ信号処理ユニット４に入力する方法としては、例えば、スリップリングを介して信号処理ユニット４に出力信号を入力する方法や、センサユニット３ＦＲと共に無線装置を備え、無線装置によって車体の非回転部に設置した受信ユニットに出力信号を送信し、受信ユニットから信号処理ユニット４に出力信号を入力する方法が挙げられる。
【０００８】
なお、出力レベルが低く伝送距離が短い無線装置を用いる場合には、アクスルやハブベアリング等のタイヤ１０付近の固定部材に受信ユニットのアンテナを設置する。
また、センサユニット３ＦＲは、２軸加速度センサで構成され、センサ設置部位の周方向加速度及びセンサ設置部位の重力方向加速度（センサユニット３ＦＲの位置に関する物理量）を検出する。
なお、センサユニット３ＦＲを１軸加速度センサを用いて構成する場合には、センサ設置部位の周方向加速度を検出する１軸加速度センサに加えて、センサ設置部位の半径方向加速度（センサユニット３ＦＲの位置に関する物理量）を検出する１軸加速度センサを設置する。
【０００９】
また、周方向加速度を検出する一組の１軸加速度センサを半径方向反対側に設置し、重力加速度の検出を行うことで、センサ設置部位の周方向加速度及びセンサユニット３ＦＲの回転角度（センサユニット３ＦＲの位置に関する物理量）を検出する。
センサ信号処理ユニット４は、車両状態推定処理を実行し、センサユニット３ＦＬ〜３ＲＲによって検出されたセンサ設置部位の周方向加速度及びセンサ設置部位の重力方向加速度に基づいてブレーキングスティフネス（μ−ｓカーブの勾配）を算出する。
また、センサ信号処理ユニット４は、算出されたブレーキングスティフネスに基づいて制動力制御装置、駆動力制御装置及び姿勢制御装置等の制御装置を制御することで、制動時の車輪スリップを抑制するＡＢＳ制御、発進時や加速時の駆動輪スピンを抑制するＴＣＳ制御、コーナリング時の車輪横滑りを抑制するＶＤＣ制御及び車両の姿勢制御を行う。
【００１０】
＜動作＞
次に、センサ信号処理ユニット４で実行される車両状態推定処理について説明する。
図３は、車両状態推定処理を示すフローチャートである。
車両状態推定処理は、タイヤ１０が１回転するたびに実行されるものであって、図３に示すように、まず、そのステップＳ１（接地長検出部）では、センサユニット３ＦＲによって検出されたセンサ設置部位の周方向加速度に基づいて、タイヤ１０が１回転する間にセンサ設置部位が路面と接触している時間（路面接地時間Δｔ）を検出する。
【００１１】
図４は、車輪３ＦＲのセンサ設置部位と路面との接触状態を示す図である。
まず、図４に示すように、センサ設置部位が路面との接触を開始する点Ｂの位置に移動し、センサ設置部位が路面に接触して弾性変形をすると、図５に示すように、センサ設置部位が減速方向に変化するため、センサユニット３ＦＲによって検出された周方向加速度が減速方向に変化したときに、センサ設置部位が路面との接触を開始したと判定する。
【００１２】
また、センサ設置部位が路面に接触した後、タイヤ１０の回転により、センサ設置部位が点Ｂの位置から路面との接触を終了する点Ｄの位置に移動し、センサ設置部位が路面から離脱して弾性変形が回復すると、センサ設置部位が加速方向に変化するため、センサユニット３ＦＲによって検出された周方向加速度が加速方向に変化したときに、センサ設置部位が路面から離脱したと判定し、これら判定結果に基づいて、センサ設置部位が路面に接触したと判定されてから離脱したと判定されまでの間の時間を、センサ設置部位１１が路面に接触している時間（路面設置時間Δt）の検出結果とする。
【００１３】
なお、センサ設置部位が点Ｂの位置から点Ｄの位置に移動する過程にあっては、センサ設置部位と路面との接触状態は粘着状態からすべり状態に遷移するが、路面μが高く、センサ設置部位と路面との接触部においてすべり状態に遷移している領域が小さい場合（粘着領域が大きい場合）には、センサユニット３ＦＲによって検出されるセンサ設置部位の周方向加速度は小さくなる。また、路面μが低く、センサ設置部位と路面との接触部においてすべり状態に遷移している領域が大きい場合には、センサ設置部位が路面から離脱する直前からセンサ設置部位の周方向加速度が加速方向への変化を開始する。
【００１４】
次にステップＳ２（接地長演算部）に移行して、前記ステップＳ１で検出された路面接地時間Δｔに車速Ｖを乗じて、トレッド部１１において路面と接触している部位の周方向長さ（接地長Ｌ）を算出する。
次にステップＳ３（接地角度演算部）に移行して、前記ステップＳ１で検出された路面接地時間Δｔに車輪３ＦＲの回転角速度ωを乗じて、トレッド部１１において路面と接触している部位のタイヤ前後方向最前端とタイヤ中心とを通る直線と、タイヤ前後方向最後端とタイヤ中心とを通る直線とがなす角度（接地区間角度θ）を算出する。
【００１５】
ここで、センサユニット３ＦＲとして半径方向加速度を検出可能な２軸加速度センサを用い、タイヤ中心を通る鉛直軸と路面との接点を接触部位中心とし、トレッド部１１において路面と接触している接触部位のタイヤ前後方向最前端から接触部位中心までを前部とし、接触部位のタイヤ前後方向最後端から接触部位中心までを後部とすると、半径方向加速度が鉛直下方に最大となるタイミングを２軸加速度センサで検出し、検出されたタイミングにセンサ設置位置が接触部位中心にあるものとして、センサ設置位置が接触部位のタイヤ前後方向最前端から接触部中心位置までの間にある時間と接触部中心位置から接触部位のタイヤ前後方向最前端までの間にある時間との比に従って接地区画角度θを分割することで、前部及び後部それぞれに対応する接地区間角度を検出することもできる。
【００１６】
また、半径方向加速度を検出可能な２軸加速度センサを用い、前部及び後部それぞれに対応する接地区間角度を個別に検出する場合には、図６に示すように、後部の接地区間角度の変動を検出することで、後部のタイヤ前後方向後端に生じるすべり領域の変動を検出でき、すべり領域の変動を生じさせる路面状況の変化を間接的に推定することもできる。
次にステップＳ４（動負荷半径演算部）に移行して、前記ステップＳ２で算出された接地長Ｌ及び前記ステップＳ３で算出された接地区間角度θに基づき、下記（１）式に従ってタイヤ中心から路面へ降ろした鉛直線の長さ（タイヤ動負荷半径Ｒ）を算出する。
【００１７】
なお、接地区間角度θが微少である場合には、下記（１）式に代わり、下記（２）式に従ってタイヤ動負荷半径Ｒを算出する。
Ｒ（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）＝  Ｌ  ・・・  （１）
Ｒ  ≒  Ｌ  ／（θ１＋θ２）  ・・・（２）
次にステップＳ５（撓み量推定部）に移行して、前記ステップＳ４で算出されたタイヤ動負荷半径Ｒに基づき、下記（３）式に従ってタイヤ１０の上下方向撓み量（縦撓み量）ｄを算出する。
Ｒ＝０．９５４４Ｒ０−０．０８１２ｄ−１．０３５６ｄ２／Ｒ０  ・・・（３）
なお、前記（３）式により、複素解が得られた場合には、上下方向撓み量ｄとして正の実数値のみを採用する。
【００１８】
次にステップＳ６（接地荷重推定部）に移行して、図７に示すように、前記ステップＳ５で算出されたタイヤ１０の上下方向撓み量ｄに予め記憶しているタイヤ縦バネ係数を乗じて、車輪５ＦＲの接地荷重（上下方向の荷重）Ｆｚを算出する。
次にステップＳ７（接地幅推定部）に移行して、図８に示すように、前記ステップＳ２で算出された接地長Ｌ及び前記ステップＳ６で算出された接地荷重Ｆｚに基づき、接地長Ｌと接地荷重Ｆｚとの関係が線形近似できることを利用して接地長Ｌの変化によるタイヤ接地幅ｗの変化を規定する式に従って、タイヤ接地幅ｗを算出する。
なお、一般に、タイヤ接地幅ｗは接地荷重Ｆｚに比例して増大するが、接地荷重Ｆｚが特定荷重以上になると、タイヤ接地幅ｗの変化量は小さくなる。
【００１９】
また、近年、扁平タイヤが普及し、タイヤ接地幅ｗの変化が小さいタイヤが一般的になりつつあるが、本実施形態では、扁平率が低いタイヤ１０が用いられている。
次にステップＳ８に移行して、前記ステップＳ２で算出された接地長Ｌ及び前記ステップＳ７で算出されたタイヤ接地幅ｗに基づき、下記（４）式に従ってブレーキングスティフネスを算出してから、この演算処理を終了する。
Ｋｓ  ＝  （１／２）  Ｃｘ・ｗ・Ｌ２  ・・・（４）
【００２０】
以上、本実施形態では、図１のセンサユニット３ＦＬ〜３ＦＲが特許請求の範囲に記載の加速度検出手段を構成し、以下同様に、図１のセンサ信号処理ユニット４が状態推定手段を構成し、図３のステップＳ１が接触開始判定手段、接触終了判定手段及び接触時間検出手段を構成し、図３のステップＳ２が接地長算出手段を構成し、図３のステップＳ３が周方向角度検出手段を構成し、図３のステップＳ４が動負荷半径算出手段を構成し、図３のステップＳ５が撓み量算出手段を構成し、図３のステップＳ６が接地荷重算出手段を構成し、図３のステップＳ７が接地幅算出手段を構成し、図３のステップＳ８がブレーキングスティフネス算出手段を構成する。
【００２１】
＜作用・効果＞
（１）このように、本実施形態のタイヤ状態推定装置にあっては、タイヤのトレッド部の内周面に加速度検出手段（センサユニット３ＦＲ）を設置して、トレッド部の周方向加速度を検出し、検出された周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定するようにした。すなわち、トレッド部の周方向加速度に基づいて周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定するため、例えば、制動時のスリップ率に基づいてタイヤの状態を推定する方法と異なり、制動開始前にあっても、タイヤの状態をより適切に検出できる。
【００２２】
（２）また、トレッド部の周方向加速度に基づいて、センサ設置部位が路面に接触を開始したと判定されてから当該接触を終了したと判定されるまでの間の時間（路面接地時間Δｔ）を検出するようにしたため、路面接地時間Δｔを比較的容易に検出できる。
（３）さらに、検出された時間（路面接地時間Δｔ）に基づき前記トレッド部において路面と接触している路面接触部位の周方向長さを算出し、路面接触部位のタイヤ前後方向最前端とタイヤ中心を通る直線及び路面接触部位のタイヤ前後方向最後端とタイヤ中心を通る直線がなす角度を検出し、検出された角度及び路面接触部位の周方向長さに基づいてタイヤの動負荷半径を算出するようにしたため、タイヤ動負荷半径を比較的容易に算出できる。
【００２３】
（４）また、算出された動負荷半径に基づいてタイヤの上下方向撓み量を算出し、算出された上下方向撓み量に基づいて接地荷重を算出し、算出された接地荷重に基づいてタイヤ接地幅を算出するようにしたため、タイヤ接地幅を比較的容易に算出できる。
（５）さらに、算出された路面接触部位の周方向長さ及びタイヤ接地幅に基づいてブレーキングスティフネスを算出するようにしたため、ブレーキングスティフネスを比較的容易に算出できる。
【００２４】
（６）また、本実施形態の自動車にあっては、タイヤのトレッド部の内周面に加速度検出手段（センサユニット３ＦＲ）を設置して、トレッド部の周方向加速度を検出し、検出された周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定するようにした。すなわち、トレッド部の周方向加速度に基づいて周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定するため、例えば、制動時のスリップ率に基づいてタイヤの状態を推定する方法と異なり、制動開始前にあっても、タイヤの状態をより適切に検出できる。
【００２５】
（７）さらに、本実施形態のタイヤ状態推定方法にあっては、タイヤのトレッド部の内周面に加速度検出手段（センサユニット３ＦＲ）を設置して、トレッド部の周方向加速度を検出し、検出された周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定するようにした。すなわち、トレッド部の周方向加速度に基づいて周方向加速度に基づいてタイヤの状態を推定するため、例えば、制動時のスリップ率に基づいてタイヤの状態を推定する方法と異なり、制動開始前にあっても、タイヤの状態をより適切に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る自動車１Ａの構成を示す概略図である。
【図２】センサユニット３ＦＲが設置されるタイヤ１０の構成例を示す図である。
【図３】車両状態推定処理を示すフローチャートである。
【図４】車輪３ＦＲのセンサ設置部位と路面との接触状態を示す図である。
【図５】センサユニット３ＦＲによって検出される周方向加速度を示す図である。
【図６】センサユニット３ＦＲによって検出される半径方向加速度を示す図である。
【図７】上下方向撓み量ｄと接地荷重Ｆｚとの関係を示す図である。
【図８】接地長Ｌとタイヤ接地幅ｗと荷重Ｆｚとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１Ａは自動車、２は車体、３ＦＬ〜３ＲＲはセンサユニット、４はセンサ信号処理ユニット、５ＦＬ〜５ＲＲは車輪、１０はタイヤ、１１はトレッド部
【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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【図８】
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