(57)【要約】【課題】タイヤの径方向の変形も含めて、高精度にタイヤの変形量を検出できるタイヤの変形量検出装置を提供する。【解決手段】トレッド１の背面に設けられた基準点２と、基準点２を照射する発光部３と、基準点２で反射した光を受光するとともに、基準点２を含むトレッド１の背面を撮像する撮像部４と、発光部３で照射された光が撮像部４で受光されるまでの時間の変化及び撮像部４の撮像データに基づいて、タイヤの接地位置における基準点２の変位量を演算する演算部７と、演算部７で演算された変位データを外部に出力する発信部８とを含むタイヤの変形量検出装置１０。【選択図】  図１
2004163140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレッドの背面に設けられた基準点と、前記基準点を照射する発光部と、前記基準点で反射した光を受光する受光部とを含むタイヤの変形量検出装置において、
前記発光部で照射された光が前記受光部で受光されるまでの時間変化に基づいて、接地位置におけるタイヤの変形量を検出することを特徴とするタイヤの変形量検出装置。
【請求項２】
トレッドの背面に設けられた基準点と、前記基準点を照射する発光部と、前記基準点で反射した光を受光する受光部と、前記発光部で照射された光が前記受光部で受光されるまでの時間の変化に基づいて、タイヤの接地位置における前記基準点の変位量を演算する演算部と、前記演算部で演算された変位データを外部に出力する発信部とを含むタイヤの変形量検出装置。
【請求項３】
複数の基準点を近接して設けたことを特徴とする請求項２に記載のタイヤの変形量検出装置。
【請求項４】
トレッドの背面に設けられた基準点と、前記基準点を照射する発光部と、前記基準点で反射した光を受光するとともに、前記基準点を含むトレッドの背面を撮像する撮像部と、前記発光部で照射された光が前記撮像部で受光されるまでの時間の変化及び前記撮像部の撮像データに基づいて、タイヤの接地位置における前記基準点の変位量を演算する演算部と、前記演算部で演算された変位データを外部に出力する発信部とを含むタイヤの変形量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤの変形量検出装置に関し、詳細には、径方向の変形も含めてタイヤの変形量を高精度に検出できるタイヤの変形量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車輌の制動制御又は予測走行軌跡の算定を行うため、タイヤの変形量を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このタイヤの変形量検出装置においては、タイヤのクラウン部の内周面上に形成された１つのマークと、このマークに対向するホイールリムの所定位置に設置したマーク位置検出器とを含み、マーク位置検出器から発光され、マークで反射した反射光をマーク位置検出器の二次元位置検出素子（ＰＳＤ）で検出することによって、タイヤの接地面（Ｘ軸−Ｙ軸方向）の変形を観測している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１９３６２７号公報（第３頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなタイヤの変形量検出装置では、二次元位置検出素子で捕えたマークの反射光に基づいてタイヤの変形量を推定しているので、タイヤが石を踏んだ場合等には、タイヤの径方向（Ｚ軸方向）の変形量を検出することは不可能であった。
【０００５】
そこで、本発明は、タイヤの径方向の変形も含めて、高精度にタイヤの変形量を検出できるタイヤの変形量検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、トレッドの背面に設けられた基準点と、前記基準点を照射する発光部と、前記基準点で反射した光を受光する受光部とを含むタイヤの変形量検出装置において、前記発光部で照射された光が前記受光部で受光されるまでの時間変化に基づいて、接地位置におけるタイヤの変形量を検出することを特徴とする。
【０００７】
このようなタイヤの変形量検出装置によると、発光部で照射された光が受光部で受光されるまでの時間を周期的に計測し、その時間変化に基づいて、タイヤの接地位置における基準点の垂直方向の変位、すなわち接地位置におけるタイヤの径方向の変形量を検出することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、トレッドの背面に設けられた基準点と、前記基準点を照射する発光部と、前記基準点で反射した光を受光する受光部と、前記発光部で照射された光が前記受光部で受光されるまでの時間の変化に基づいて、タイヤの接地位置における前記基準点の変位量を演算する演算部と、前記演算部で演算された変位データを外部に出力する発信部とを含むタイヤの変形量検出装置である。
【０００９】
このようなタイヤの変形量検出装置によると、演算部で演算されたタイヤの接地位置における基準点の垂直方向の変位量を、発信部を通じて外部に出力することができるので、アンチロック・ブレーキ装置や車輌の予想走行軌跡算定装置等で、タイヤの径方向の変形量を考慮した制御を行うことが可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のタイヤの変形量検出装置において、複数の基準点を近接して設けたことを特徴とする。
【００１１】
このようなタイヤの変形量検出装置によると、複数の基準点を近接して設けたことにより、変形量の検出誤差を少なくすることができる。
なお、「複数の基準点を近接」とは、発光部の照射範囲内に納まるように、複数の基準点を配置することを意味する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、トレッドの背面に設けられた基準点と、前記基準点を照射する発光部と、前記基準点で反射した光を受光するとともに、前記基準点を含むトレッドの背面を撮像する撮像部と、前記発光部で照射された光が前記撮像部で受光されるまでの時間の変化及び前記撮像部の撮像データに基づいて、タイヤの接地位置における前記基準点の変位量を演算する演算部と、前記演算部で演算された変位データを外部に出力する発信部とを含むタイヤの変形量検出装置である。
【００１３】
このようなタイヤの変形量検出装置によると、演算部で演算されたタイヤの接地位置における基準点の垂直方向の変位量と水平方向の変位量に基づいて、タイヤの三次元方向の変形量を直接検出することができるので、伝達系の初期段階において、各車輪の前後力、横力、接地荷重を正確に把握することが可能となる。また、検出されたタイヤの変形量は、発信部を通じて外部に出力することができるので、アンチロック・ブレーキ装置や車輌の予想走行軌跡算定装置等の上位装置において、タイヤの変形量を考慮した制御を行うことが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
初めに、図１乃至図４を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るタイヤの変形量検出装置を示す説明図、図２は第１実施形態に係るタイヤの変形量検出装置の機能ブロック図である。図３は二次元撮像データと基準点の基準位置との偏差を求める例を示す説明図、図４は各車輪で検出されたタイヤの変形量を利用してフィードフォワード制御を行う例を示す説明図である。
【００１６】
図１に示すように、タイヤの変形量検出装置１０は、トレッド１の背面に設けられた基準点２と、基準点２を照射する発光部３と、基準点２で反射した光を受光するとともに、基準点２を含むトレッド１の背面を撮像する撮像部４と、発光部３で照射された光が撮像部４で受光されるまでの時間を計測するタイマ５と、タイマ５で計測された時間データ及び撮像部４で撮像された基準点２の二次元撮像データを格納するデータ格納部６と、予め設定された三次元基準マップテーブルを検索して、基準位置からの基準点２の三次元方向の変位量、すなわちタイヤの変形量を検出するとともに、データ格納部６に格納された前回値と今回値の時間データ及び二次元撮像データの偏差を求める演算部７と、演算部７で求められたタイヤの三次元方向の変形量データ及び前回値と今回値の偏差データを無線によって外部に出力する発信部８とを含み構成される。
【００１７】
基準点２は、発光部３で照射された光線に対して良好な反射率を有するもので、トレッド１の背面中央部に設けた円形の金属片又は白色や蛍光色を塗布した円形のマークによって形成される。
【００１８】
発光部３は、単色で所定幅を有する平行光を基準点２に向けて周期的に照射する。光源としては、消費電力が少なく、寿命が長いＬＥＤを用いる。
発光部３は、タイヤが路面と接する位置（接地位置）におけるタイヤの変形量を検出するため、基準点２の背面のトレッド１が路面に接する状態（以下、「基準点２の接地状態」という。）で照射光を発する。
具体的には、各車輪に設けた車輪速センサ（図示せず）のロータのうち、基準点２と対応する部位に特定のパルスを発生させるための磁石を埋め込むかロータの形状を一部変形させ、ピックアップ部で検出される出力信号から基準点２の接地状態を特定する。すなわち、車体側に設けたＥＣＵ１１（図２参照）に送信される車輪速センサの出力信号を解析することで、基準点２の接地状態を特定できるので、ＥＣＵ１１は、基準点２の接地状態で発光部３が照射光を発するように、車輪速センサと発光部３を同期させる。
【００１９】
撮像部４は、発光部３の照射に同期して、基準点２を含むトレッド１の背面を撮像する。
撮像部４は、ＣＣＤカメラの他、前記特許文献１に記載された二次元位置検出素子（ＰＳＤ）等、公知の光学機器を利用するもので、基準点２の二次元方向（Ｘ軸−Ｙ軸方向）の位置を撮像する。
【００２０】
タイマ５は、ＥＣＵ１１によってＯＮ／ＯＦＦ制御され、発光部３の照射に合わせたタイミングでスイッチが入り、撮像部４が基準点２の画像を捕らえた時点でスイッチが切れる。従って、タイマ５は、発光部３で照射されて基準点２で反射した光（反射光）が撮像部４に届くまでの時間を計測する。
【００２１】
データ格納部６は、タイマ５で計測された時間データ及び撮像部４で撮像された基準点２の二次元撮像データを一時的に格納するメモリ装置である。
【００２２】
演算部７は、ＲＯＭ［Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ］等のメモリを備え、予め実験値又は設計値に基づいて設定した三次元基準マップテーブル（図示せず）を記憶している。三次元基準マップテーブルは、接地位置で各車輪が前後力、横力等を受けない状態における基準点２の位置（基準位置）を表わすマップの他、接地位置におけるタイヤの三次元方向の変形を考慮した複数のマップを含む。
演算部７は、データ格納部６に格納された時間データ及び二次元撮像データと基準点２の基準位置データとの偏差を演算し、その偏差をパラメータとして三次元基準マップテーブルを検索し、対応するタイヤの三次元方向の変形量を検出する。
また、演算部７は、データ格納部６に格納された前回値と今回値の時間データ及び二次元撮像データの偏差を求め、タイヤの三次元方向の変形推移を検出する。代わりに、三次元基準マップテーブルで検索したタイヤの三次元方向の変形量を一時的に格納するメモリ装置を演算部７に設け、前回値と今回値の変形量の偏差に基づいて、タイヤの三次元方向の変形推移を検出することもできる。
【００２３】
発信部８は、演算部７で求めたタイヤの三次元方向の変形量データ及び前回値と今回値の偏差データを、車体側に設けたＥＣＵ１１に無線によって出力するもので、図示しないアンテナ、発信機等を備える。
【００２４】
発光部３、撮像部４、タイマ５、データ格納部６、演算部７及び発信部８は、基準点２に対向する位置で、ホイールリム１２の所定位置に一体式に設けられる。符号９は、タイヤの変形量検出装置１０を駆動する電源を示す。
【００２５】
ＥＣＵ１１は、外部装置との信号の受け渡しに必要なＩ／Ｏインターフェイス（図示せず）の他、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成される。
ＥＣＵ１１は、発信部８から送信されたタイヤの三次元方向の変形量データ及び前回値と今回値の偏差データに基づいて、車輌のアンチロック・ブレーキ装置、予想走行軌跡算定装置等のフィードフォワード制御を行う。
また、ＥＣＵ１１は、タイマ５のＯＮ／ＯＦＦ制御及びタイマ５のリセットを行う。
【００２６】
次に、図２を参照して、タイヤの変形量検出装置１０の作動手順を説明する。ＥＣＵ１１は、車輪速センサ（図示せず）の出力信号を解析し、基準点２の接地状態を特定すると、発光部３のＬＥＤを照射させ、同時に撮像部４を駆動して基準点２を撮像する。撮像部４で撮像された基準点２の二次元撮像データは、データ格納部６に一時的に格納される。
発光部３の照射と同期してスイッチオンされたタイマ５は、撮像部４が基準点２の反射光を捕えるとスイッチオフされる。タイマ５の計測時間、すなわち発光部３で照射され、基準点２で反射した反射光が撮像部４に届くまでの時間は、時間データとしてデータ格納部６に一時的に格納される。
【００２７】
時間データ及び二次元撮像データがデータ格納部６に格納されると、演算部７は、新たに格納された時間データ及び二次元撮像データをパラメータとして三次元基準マップテーブルを検索し、接地位置におけるタイヤの三次元方向の変形量を検出する。詳細には、基準点２の基準位置データと比較して、データ格納部６の時間データ及び二次元撮像データとの偏差を演算し（図３参照）、これらの偏差をパラメータとして三次元基準マップテーブルを検索する。
同時に、演算部７は、データ格納部６に格納された前回値と今回値の時間データ及び二次元撮像データの偏差を求め、この偏差をパラメータとして三次元基準マップテーブルを検索して、接地位置におけるタイヤの三次元方向の変形推移を検出する。
【００２８】
演算部７で検出されたタイヤの三次元方向の変位データ及び前回値と今回値の偏差データは、発信部８を通して、無線で車体側に設けたＥＣＵ１１に送信される。
【００２９】
図４に示すように、ＥＣＵ１１は、左右前輪ＦＬ、ＦＲ及び左右後輪ＲＬ、ＲＲから送信されたタイヤの三次元方向の変形量データ及びタイヤの変形推移を示す偏差データを、車輌のアンチロック・ブレーキ装置、予想走行軌跡算定装置等の上位装置に送信し、ブレーキ制御、ステアリング制御等を目的とするフィードフォワード制御を行う。
【００３０】
以上に述べたタイヤの変形量検出装置１０は、接地位置におけるタイヤの三次元方向の変形量及びタイヤの変形推移を正確且つ直接的に検出できるので、伝達系の初期段階において、各車輪の前後力、横力、接地荷重を正確に把握することが可能となる。また、検出されたタイヤの変形量は、ブレーキ制御、ステアリング制御等を目的とするフィードフォワード制御に利用することができる。
さらに、接地位置におけるタイヤの変形量及び変形推移を直接的に検出することにより、目標ヨーレート又は横加速度の複雑な制御則が単純化され、演算時間の短縮によるコンピュータの負担軽減、ひいては簡便な方式によるＥＣＵ１１のコストダウンにもつながる。
【００３１】
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２実施形態に係るタイヤの変形量検出装置を示す説明図である。
なお、第１実施形態と同一要素については同一符号で示し、詳細な説明は省略する。
【００３２】
第２実施形態に係るタイヤの変形量検出装置２０は、車輪側に内蔵電源を設ける代わりに、車体側に設けた電源を利用する。
図５に示すように、タイヤの変形量検出装置２０に電流を供給するため、車輪の回転軸１３の端部には、樹脂を素材とする円板状の基板１４が固定されている。この基板１４の裏表それぞれの面には、電磁結合用のコイル１５及び１６が設けられ、それぞれ基板１４を通る電線を介して電気的に接続されている。
さらに、基板１４上に設けたコイル１５と対向する車輌本体側の個所にはコイル１７が設けられるとともに、基板１４上に設けたコイル１６と対向するホイールリム１２側の個所にはコイル１８が設けられる。
車輪の回転に伴って基板１４が回転すると、基板１４に設けたコイル１５と車輌本体側に設けたコイル１７が対向する位置で、車体側に設置された電源回路（図示せず）から交流電流が供給される。交流電流は、互いに対向して設置されたコイル１７、コイル１５、コイル１６及びコイル１８を通して、車輪側に設けた各装置に供給される。車輪側には、整流・平滑回路（図示せず）が設けられており、供給された交流電流を直流電流に変換する。
【００３３】
これらのコイル１５、１６、１７及び１８は、基準点２の接地状態で電気的に接続される位置に配置される。そのため、ＥＣＵ１１による車輪速センサとの同期制御が不要となり、車輪の回転に合わせて発光部３及び撮像部４が自動的に起動される。このため、タイヤが路面と接地している部分（変形量の大きな部分）におけるタイヤの変形量を検出することができる。
【００３４】
以上に述べたタイヤの変形量検出装置２０は、車体側に設けた電源を利用するので、車輪側に内蔵電源を設けた場合のような電池交換が不要となる。
【００３５】
次に、図６を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。
図６は第３実施形態に係るタイヤの変形量検出装置の機能ブロック図である。
なお、第１実施形態と同一要素については同一符号で示し、詳細な説明は省略する。
【００３６】
第３実施形態に係るタイヤの変形量検出装置３０は、第１実施形態に係るタイヤの変形量検出装置１０と異なり、基準点２の二次元撮像データを用いずに、タイマ５で計測された時間データのみを用いて、接地位置におけるタイヤの径方向の変形量を検出する。そのため、受光部３４は、ＣＣＤカメラや二次元位置検出素子（ＰＳＤ）を用いた撮像部５に代えて、ホトトランジスタを一次元に並べたリニアイメージセンサを用いる。
【００３７】
図６に示すように、発光部３の照射に同期してスイッチオンしたタイマ５は、受光部が基準点２での反射光を受光するとスイッチオフされる。タイマ５で計測された時間データは、データ格納部３６に格納される。
データ格納部３６は、タイマ５で計測された時間データを一時的に格納するメモリ装置である。
演算部３７は、基準点２の基準位置における基準位置データ（基準位置時間データ）を表すマップの他、予め実験又は設計値に基づいて設定した複数の時間データ基準マップテーブル（図示せず）を記憶している。演算部３７は、基準位置時間データとデータ格納部３６に格納された時間データとの偏差を演算し、その偏差をパラメータとして時間データ基準マップテーブルを検索する。時間データ基準マップテーブルで検出された接地位置におけるタイヤの径方向の変形量は、発信部３８を通じてＥＣＵ１１に無線送信される。
また、演算部３７は、データ格納部３６に格納された前回値と今回値の時間データの偏差を求め、接地位置におけるタイヤの径方向の変形推移を検出する。演算部３７で求められた偏差データは、発信部３８を通じてＥＣＵ１１に無線送信される。
発信部３８は、演算部３７で求めたタイヤの径方向の変形量データ及び前回値と今回値の偏差データを、車体側に設けたＥＣＵ１１に無線によって出力するもので、図示しないアンテナ、発信機等を備える。
【００３８】
ＥＣＵ１１は、発信部３８から送信されたタイヤの径方向の変形量データ及び偏差データを、車輌のアンチロック・ブレーキ装置、予想走行軌跡算定装置等の上位装置に送信し、ブレーキ制御、ステアリング制御等を目的とするフィードフォワード制御を行う。
【００３９】
このようなタイヤの変形量検出装置３０は、時間データのみを用いてタイヤの径方向の変形量を検出するので、特に車輌の直進走行状態におけるタイヤの変形量を検出するのに適している。
しかしながら、タイヤに横力が加わった場合、受光部３４に配設したリニアイメージセンサの受光範囲から基準点２が外れてしまうことがある。そこで、ホトトランジスタを十字方向に並べることが望ましい。
さらに、図７に示すように、タイヤが前後方向又は左右方向に変形した場合、変形前の状態における発光部３から基準点２までの照射光到達距離Ｌ１と基準点２から受光部３４までの反射光到達距離Ｌ２の合計距離が、変形後における照射光到達距離Ｌ１´と反射光到達距離Ｌ２´の合計距離と等しくなることがある。
そのため、タイヤの変形推移を示す偏差データ、図示しない操舵角センサや加速度センサの検出データ等を用いてタイヤの変形量データを補正し、タイヤの径方向の変形量又はタイヤの三次元方向の変形量を算出することが必要となる。
【００４０】
図８は、複数の基準点２を相互に近接して設けた例を示す。受光部３４においては、複数の反射光、望ましくは３つ以上の基準点２の反射光を受光する。
このように複数の基準点２を受光部３４で受光することにより、発光部３から基準点２までの照射光到達距離Ｌ１と基準点２から受光部３４までの反射光到達距離Ｌ２の合計距離が一義的に決まるので、タイヤの径方向の変形量を補正する必要がなくなる。同図に示すように、基準点２は、十字方向に少なくとも５箇所以上設けることが望ましい。
【００４１】
以上に述べたタイヤの変形量検出装置３０は、接地位置におけるタイヤの径方向の変形量及びタイヤの変形推移を伝達系の初期段階で正確に検出できるので、伝達系の初期段階において、各車輪の前後力、横力、接地荷重を正確に把握することが可能となる。また、検出されたタイヤの変形量は、ブレーキ制御、ステアリング制御等を目的とするフィードフォワード制御に利用することができる。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施形態について述べたが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、様々に変形又は変更することが可能である。
例えば、基準点２の位置に関わらず、撮像部４又は受光部３４で基準点２の反射光を確実に捕えることができるのであれば、基準点２の数量及び配置、撮像部４又は受光部３４のセンサ素子の数量及び配置は、適宜変更可能である。詳細には、時間データ及び二次元撮像データを検出するタイヤの変形量検出装置１０及び２０においては、少なくとも１つの基準点２を捕えることができるように、時間データのみを検出するタイヤ変形量検出装置３０においては、複数の基準点２を捕えることができるように、適宜基準点２とセンサ素子の数量・配置を決定することが望ましい。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、発光部で照射された光が受光部で受光されるまでの時間を周期的に計測し、その時間変化に基づいて、タイヤの接地位置における基準点の垂直方向の変位、すなわち接地位置におけるタイヤの径方向の変形量を検出することができる。
【００４４】
請求項２に係る発明によれば、演算部で演算されたタイヤの接地位置における基準点の垂直方向の変位量を、発信部を通じて外部に出力することができるので、アンチロック・ブレーキ装置や車輌の予想走行軌跡算定装置等で、タイヤの径方向の変形量を考慮した制御を行うことが可能となる。
【００４５】
請求項３に係る発明によれば、複数の基準点を近接して設けたことにより、変形量の検出誤差を少なくすることができる。
【００４６】
請求項４に係る発明によれば、演算部で演算されたタイヤの接地位置における基準点の垂直方向の変位量と水平方向の変位量に基づいて、タイヤの三次元方向の変形量を直接検出することができるので、伝達系の初期段階において、各車輪の前後力、横力、接地荷重を正確に把握することが可能となる。また、検出されたタイヤの変形量は、発信部を通じて外部に出力することができるので、アンチロック・ブレーキ装置や車輌の予想走行軌跡算定装置等の上位装置において、タイヤの変形量を考慮した制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るタイヤの変形量検出装置を示す説明図である。
【図２】第１実施形態に係るタイヤの変形量検出装置の機能ブロック図である。
【図３】二次元撮像データと基準点の基準位置との偏差を求める例を示す説明図である。
【図４】各車輪で検出されたタイヤの変形量を利用して、フィードフォワード制御を行う例を示す説明図である。
【図５】第２実施形態に係るタイヤの変形量検出装置を示す説明図である。
【図６】第３実施形態に係るタイヤの変形量検出装置の機能ブロック図である。
【図７】発光部で照射された照射光が受光部で受光されるまでの時間が、任意の２点で同一となる例を示す説明図である。
【図８】複数の基準点を近接して設けた例を示す説明図である。
【符号の説明】
１                    トレッド
２                    基準点
３                    発光部
４                    撮像部
７                    演算部
８                    発信部
１０                タイヤの変形量検出装置
【図１】
2004163140.tif 000003
【図２】
2004163140.tif 000004
【図３】
2004163140.tif 000005
【図４】
2004163140.tif 000006
【図５】
2004163140.tif 000007
【図６】
2004163140.tif 000008
【図７】
2004163140.tif 000009
【図８】
2004163140.tif 000010