(57)【要約】【課題】車両の制駆動性能および旋回性能の制御を従来に比べてより迅速に行うことができる制御システムに用いられるヨーレートセンサおよび横加速度センサを備えたタイヤ組立体の力学挙動計測センサを提供する。【解決手段】計測センサ１０は、タイヤ組立体１２のタイヤ空洞領域に面するホイール面に取り付けられ、タイヤ組立体１２のホイール回転面Ｐの向きの変化を計測するヨーレートセンサ２０ａと、タイヤ組立体１２のホイール回転軸方向（ｘ方向）の加速度を計測する加速度センサ２０ｂと、ヨーレートセンサ２０ａで得られたホイール回転面の向きの変化の情報およびホイール回転軸方向の加速度の情報を電波で送信する送信信号生成部２２および送信アンテナ２４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤがホイールに組付けられて車両に装着されるタイヤ組立体のタイヤ空洞領域に面するホイール面に取り付けられ、前記タイヤ組立体の力学挙動を計測する力学挙動計測センサであって、
前記タイヤ組立体のホイール回転面の向きの変化を計測するヨーレートセンサと、
前記タイヤ組立体のホイール回転軸方向の加速度を計測する加速度センサと、前記ヨーレートセンサで得られた前記ホイール回転面の向きの変化の情報および前記ホイール回転軸方向の加速度の情報を電波で送信する送信手段と、を備えることを特徴とするタイヤ組立体の力学挙動計測センサ。
【請求項２】
さらに、前記車両から送信される信号を受信する受信手段と、
この受信手段で受信した信号の受信電力を前記ヨーレートセンサ、前記加速度センサおよび前記通信回路の駆動電力とする電力生成手段を備える請求項１に記載のタイヤ組立体の力学挙動計測センサ。
【請求項３】
前記ヨーレートセンサおよび前記加速度センサで得られた情報は、前記車両から与えられる前記タイヤ組立体の制駆動および操舵の少なくとも１つの制御に用いられる請求項１または２に記載のタイヤ組立体の力学挙動計測センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤとホイールが組み立てられて車両に装着されるタイヤ組立体のタイヤ空洞領域に面するホイール面に取り付けられるタイヤ組立体の力学挙動計測センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、車両の制駆動性能および操縦性能を向上させるために、車両の挙動を計測し、計測結果に応じて車両の制駆動や各車輪の操舵を制御するシステムが種々開発されている。
例えば、アンチロックブレーキシステム、トラクションコントロールシステム等が挙げられる。（非特許文献１）
【０００３】
アンチロックブレーキシステムでは、車輪に装着された回転速度センサで計測された車輪の回転速度の情報およびブレーキ圧センサで計測されたブレーキ圧の情報から、車輪の滑り、より詳しくはタイヤと路面の滑りの限界を検知し、車輪の回転速度を制御することで、滑り易い路面でも安定した走行を実現することができる。
また、トラクションコントロールシステムでは、例えば、車両の発進時、左右輪の路面状態が異なる場合、駆動力が滑り易い車輪の方に逃げ車両の進行方向が変化することを抑制するためにヨーレートセンサで計測される情報に応じてタイヤに駆動力を与えて制御する。
【０００４】
さらに、車両の旋回中、ハンドルによる操舵角を計測する操舵角センサ、ヨーレートセンサおよび横加速度センサで計測される情報からアンダーステアやオーバステア等のステア特性の程度が判断されると、左右輪の制駆動力を調整して旋回中の車両の向きを制御し、車輪の横滑りを抑制する横滑り制御システムも提案されている。
アンダステアとは、周知のように、旋回中の車両の回動するヨーレートが不足して車両が車両の進行方向に対して旋回外側に向く状態をいい、オーバステアとは、旋回中の車両の回動するヨーレートが過剰となって車両が車両の進行方向に対して旋回内側に向く状態をいう。そして、オーバステアの程度が過度になると、操舵に対する応答が不安定となり、最終的に車輪が横滑りを始める。
【０００５】
このようなシステムでは、車輪に取り付けられた車輪回転速度センサ、ブレーキ圧センサ、操舵角センサ、ヨーレートセンサおよび横加速度センサで得られる情報を用いて制動力や駆動力の制御が行われる。この場合、ヨーレートセンサおよび横加速度センサは、車両の重心位置近傍に設けられ、車両の挙動を正確に計測するために用いられる。
【０００６】
【非特許文献１】「「走る」「曲がる」「止まる」を安全にサポートするＤＶＳ　」、［平成１４年７月２９日検索］、インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄａｉｈａｔｓｕ．ｃｏ．ｊｐ／ｔｅｃｈ／ｄｖｓ／ｔｏｐ．ｈｔｍ＞
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなシステムは、上述したようにヨーレートセンサおよび横加速度センサが剛体系である車両の重心位置近傍に設けられるため、測定される情報は車両の挙動に関するものである。実際、車輪を形成するタイヤ組立体に現れる所定の挙動がサスペンション機構を介して剛体系である車体に伝わって、実際に車両の挙動が現れ始める。したがって上記システムは、車両の挙動をヨーレートセンサや横加速度センサで計測した時点で始めて、タイヤ組立体の挙動にフィードバック制御を与えるものである。このため、実際にフィードバック制御が効き始め車両の挙動が修正されるのは、タイヤ組立体に所定の挙動が現れる時点よりかなり遅れるといった問題がある。
この問題は、ヨーレートセンサおよび横加速度センサを剛体系である車両の重心位置近傍に設けて計測しなければならないことに起因して生じる問題である。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題を解決するために、車両の制駆動性能および旋回性能の制御を従来に比べてより迅速に行うことができる車両の制御システムに用いられる、ヨーレートセンサおよび横加速度センサを備えたタイヤ組立体の力学挙動計測センサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、タイヤがホイールに組付けられて車両に装着されるタイヤ組立体のタイヤ空洞領域に面するホイール面に取り付けられ、前記タイヤ組立体の力学挙動を計測する力学挙動計測センサであって、前記タイヤ組立体のホイール回転面の向きの変化を計測するヨーレートセンサと、前記タイヤ組立体のホイール回転軸方向の加速度を計測する加速度センサと、前記ヨーレートセンサで得られた前記ホイール回転面の向きの変化の情報および前記ホイール回転軸方向の加速度の情報を電波で送信する送信手段と、を備えることを特徴とするタイヤ組立体の力学挙動計測センサを提供する。
【００１０】
さらに、前記車両から送信される信号を受信する受信手段と、この受信手段で受信した信号の受信電力を前記ヨーレートセンサ、前記加速度センサおよび前記通信回路の駆動電力とする電力生成手段を備えるのが好ましい。
また、前記ヨーレートセンサおよび前記加速度センサで得られた情報は、前記車両から与えられる前記タイヤ組立体の制駆動および操舵の少なくとも１つの制御に用いられるのが好ましい。
前記送信手段において送信に用いる電波は、１０ＧＨｚ以下、例えば３１５ＭＨｚや４３３ＭＨｚの周波数の電波である。
また、前記受信手段において受信される信号は、例えば、２．４５ＧＨｚ〜５．８ＧＨｚの信号である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のタイヤ組立体の力学挙動計測センサについて、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明のタイヤ組立体の力学挙動計測センサの好適実施例である計測センサ１０をタイヤＴとホイールＷとを組み立てたタイヤ組立体１２に設置固定した状態を示す断面図であり、図２は、計測センサ１０の構成を示すブロック図である。
計測センサ１０は、タイヤ組立体１２のタイヤ空洞領域に面するホイールＷのホイール面に取り付けられて、走行中の横加速度、ヨーレート、タイヤ内圧およびタイヤ空洞領域における雰囲気温度を計測するセンサである。
計測センサ１０は、受信アンテナ１６と、全波整流回路１８と、センサ部２０と、送信信号生成部２２と、送信アンテナ２４と、制御部２６とを有して構成される。
【００１３】
受信アンテナ１６は、後述する車両の車体側に取り付けられた送信装置１４から送信され、計測センサ１０に計測を促して計測情報を出力するよう呼びかける呼び掛け信号Ｒを受信するものである。
全波整流回路１８は、受信アンテナ１６で受信した呼び掛け信号Ｒ（例えば２．４５ＧＨｚ）を全波整流して計測センサ１０の駆動電力とする回路で、公知の回路が用いられる。
これにより、例えば、送信装置１４からの１００ｍＷの放射電力に対して３．５Ｖ／１００ｋΩの電力を生成することができる。
【００１４】
センサ部２０は、横加速度センサ（以降、横Ｇセンサという）２０ａ、ヨーレートセンサ２０ｂ、圧力センサ２０ｃおよび温度センサ２０ｄを有する。
横Ｇセンサ２０ａは、図１に示すホイール回転軸Ａに平行なｘ方向（ホイール回転軸方向あるいは横方向という）のタイヤ組立体１２の横加速度を、ヨーレートセンサ２０ｂは、タイヤ組立体１２のホイール回転軸Ａに直交するホイール回転面Ｐの向きの変化を計測する公知のセンサである。横Ｇセンサ２０ａは、例えば、歪み方式あるいは圧電方式等が用いられる。
【００１５】
圧力センサ２０ｃは、タイヤ空洞領域内のタイヤ内圧を計測するセンサで、例えばダイアフラム方式の圧力センサである薄膜型圧力センサや拡散型半導体圧力センサが用いられる。
温度センサ２０ｄは、タイヤ空洞領域内の雰囲気温度を計測するセンサで、例えば、半導体温度センサが用いられる。また、サーミスタを用いた抵抗素子型温度センサを用いてもよい。
【００１６】
ヨーレートセンサ２０ｂは、振動式ジャイロが用いられる。この振動式ジャイロは、一方向に振動する振動素子に角速度の運動を付与すると、コリオリの力により振動方向と直交する方向に２次振動が発生する。この２次振動の振動形態を信号として取り出すことでヨーレートを計測するものである。
振動素子は、例えば一方向に延びる音叉形状（Ｕ字形状）あるいはビーム形状、あるいはリング形状を成した厚さ数μｍのセラミックで構成されたものが用いられる。音叉形状を成した振動子の場合、振動子を２つ用い、音叉形状の長手方向をタイヤ回転方向および逆回転方向に向けて配置される。なお、タイヤ組立体１２の回転に伴ってヨーレートセンサ２０ｂも回転するので遠心力を受けるが、遠心力の方向は、振動子に作用するコリオリの力の作用方向および振動子の振動方向のそれぞれに直交するため、遠心力がヨーレートの計測に影響を与えることは少ない。
ヨーレートセンサ２０ｂは、例えば、シリコンセンシングシステムジャパン社製のシリコンジャイロ等が例示される。
【００１７】
また、ヨーレートセンサ２０ｂがタイヤ組立体１２の回転に伴ってホイール面に沿って上方、下方に周期的に移動するため、一定のヨーレートでタイヤ組立体１２が運動する場合、ヨーレートセンサ２０ｂから出力される検出信号はタイヤ組立体１２の回転に伴って周期的に変動する交流信号となる。したがって、ヨーレートセンサ２０ｂの検出信号をサンプリングした信号値を車両の車体側に断続的に、例えば数ｍＳの時間間隔で送信するように構成される。これにより、送信された情報からヨーレートの情報を正確に算出することができる。
【００１８】
制御部２６は、センサ部２０で得られた各センサの検出信号を取り込みサンプリングするとともに、サンプリングして得られた信号値と、計測センサ１０に割り当てられて記憶されている識別信号値とを、送信信号生成部２２に供給する部位である。
送信信号生成部２２は、例えば、１０ＧＨｚ以下、例えば３１５ＭＨｚや４３３ＭＨｚの搬送波を発振するとともに、この搬送波を制御部２６から供給された信号値および識別信号値を用いて変調し、さらに増幅して高周波信号を生成する部位である。
送信アンテナ２４は、送信信号生成部２２で生成された高周波信号を共振させ、呼び掛け信号Ｒに対する応答信号Ｓを電波として放射する部位である。
【００１９】
なお、計測センサ１０は、少なくとも、全波整流回路１８、センサ部２０、送信信号生成部２２および制御部２６が、略５０ｍｍ×３０ｍｍの矩形状を成した基板２８上にコンパクトに構成され、基板２８を覆うように図示されない筐体に収納されている。なお、筐体には、圧力センサ２０ｃでタイヤ空洞領域内のタイヤ内圧を計測できるように、貫通孔が設けられている。
受信アンテナ１６および送信アンテナ２４は、基板２８上に上記回路とともに一体的に設けられ、基板２８の基板面の垂直方向に最大放射強度を持つ平面アンテナであってもよい。しかし、計測センサ１０はタイヤ空洞領域に面するホイール面に配置されることから、タイヤ空洞領域内で放射した電波が効率よく受信されるように、受信アンテナ１６および送信アンテナ２４を、帯状導体の電波放射面が基板２８の周りを向くループ状アンテナとするのがよい。
【００２０】
このような計測センサ１０を取り付けたタイヤ組立体１２を４輪車両である乗用車４０に装着したときの制御システム５０が図３に示されている。
制御システム５０では、図１に示すタイヤ組立体１２と同様の構成を持つタイヤ組立体１２ａ〜１２ｄが乗用車４０に装着されており、タイヤ組立体１２ａ〜１２ｄのそれぞれに対応して、呼び掛け信号Ｒを送信するとともに応答信号Ｓを受信する通信装置１４ａ〜１４ｄと、通信装置１４ａ〜１４ｄで得られた、計測センサ１０ａ〜１０ｄにおける各センサの検出信号の信号値を統合化して、操舵システム５４および制駆動システム５６を制御するための制御信号を生成し供給するシステム制御装置５８と、を有して構成される。
操舵システム５４は、例えば、前輪のタイヤ組立体１２ａ、１２ｂの向き、さらには、後輪のタイヤ組立体１２ｃ，１２ｄの向きを微調整するシステムである。制駆動システム５６は、タイヤ組立体１２ａ〜１２ｄの制駆動を微調整するシステムである。
なお、システム制御装置５８には、図示されないが、乗用車４０のハンドルによる操舵角の情報やブレーキ圧の情報や各車輪の回転速度の情報が供給されるように構成される。
【００２１】
通信装置１４ａ〜１４ｄは、応答信号Ｓを受信して識別信号でタイヤ組立体１２ａ〜１２ｄからの信号であることを確認すると、センサ部１２で計測された信号値を取り出し、システム制御装置４４に供給する。
システム制御装置４４は、通信装置１４ａ〜１４ｄから供給されたタイヤ組立体１２ａ〜１２ｄのヨーレートおよび横加速度の情報、および、図示されない操舵角センサから得られた操舵角の情報から、乗用車４０がオーバステアまたはアンダーステアの状態になっているか、あるいは、横滑りを起こしつつあるかといった判断を予め定められた計算に従って行い、この判断結果に基づいて、操舵システム５４および制駆動システム５６を制御する制御信号を生成し供給する。さらに、計測センサ１０ａ〜１０ｄのそれぞれの圧力センサ２０ｃおよび温度センサ２０ｄからのタイヤ内圧の情報および温度の情報に基づいて、タイヤ内圧が所定値以下に低下し、温度が所定値を越えて極端に上昇した場合、タイヤバーストの発生大として、乗用車４０の走行を強制的に停止するように制駆動システム５６への制御信号を生成する。
【００２２】
このような制御システムで５０では、タイヤ組立体１２ａ〜１２ｄのヨーレートおよび横加速度の情報が正確に把握できるように、少なくとも各車輪の回転周期の２分の１以下よりも短い一定の時間間隔、例えば、１０分の１の時間間隔で断続的に呼び掛け信号Ｒを発するように通信装置１４ａ〜１４ｄが制御される。呼び掛け信号Ｒの都度に呼応して送信される応答信号Ｓに含まれるヨーレートセンサ２０ｂで得られた信号値から、ヨーレートの情報を正確に求めることができる。
【００２３】
このように、本実施例では、タイヤ組立体１２ａ〜１２ｄにヨーレートセンサおよび横Ｇセンサを備えることを特徴とするが、タイヤ組立体１２ａ〜１２ｄにおけるヨーレートおよび横加速度を計測することにより、従来、車両の重心位置近傍で計測されたヨーレートおよび横加速度に比べて、乗用車４０の制駆動性能及び旋回性能の制御を迅速に行うことができる。
【００２４】
図４は、一例として、旋回する乗用車４０のハンドルに操舵角をさらに与えて操舵角を切り増す場合を説明する図である。
一定の速度で旋回する乗用車４０の操舵角を更に切り増して操舵した場合、タイヤ組立体１２ａ〜１２ｄは、自らが持つタイヤ横力特性（スリップ角度に対する横力の変化）と、乗用車４０のサスペンション特性（例えば、サスペンションの横剛性に起因して発生するホイール回転面の向きの変化を表すコンプライアンスステア特性、乗用車４０の横加速度に伴って横方向に車体が傾斜するロール特性および車体のロールによって発生するホイール回転面の向きの変化を表すロールステア特性）とにより、タイヤ組立体１２ａ〜１２ｄの力学挙動が定まる。つまり、タイヤ組立体１２ａ〜１２ｄの力学挙動、すなわち、ホイール回転面Ｐの向きは、タイヤ組立体１２ａ〜１２ｄの横力特性とこれに対応するサスペンション特性との釣り合いによって定まる。
本発明において計測されるヨーレートおよび横加速度の情報は、この時点におけるタイヤ組立体の力学挙動の変化の情報であり、ヨーレートの情報とは、この場合、ハンドルの切り増しによる操舵角の増加とコンプライアンスステア特性、ロール特性およびロールステア特性等のサスペンション特性によるステアの変化を含んだホイール回転面の向きの変化の情報である。
【００２５】
したがって、操舵角を与える乗用車４０の前輪（タイヤ組立体１２ａ，１２ｂ）の場合、このホイール回転面の向きの変化からハンドルの切り増しによる操舵角の増加を差し引くことで、サスペンション特性を含んで変化する、操舵角の変化を除いたホイール回転面の向きの変化量を知ることができる。
操舵角を与えない乗用車４０の後輪（タイヤ組立体１２ｃ，１２ｄ）の場合、サスペンション特性を含んで変化するタイヤ組立体のホイール回転面Ｐの向きの変化量を直接知ることができる。
【００２６】
このようなサスペンション特性を含んで変化するタイヤ組立体１２ａ〜１２ｄ各々のホイール回転面の向きの変化量をシステム制御装置５８にて求め、横加速度の情報とを用いて、乗用車４０の旋回中のステア特性の状態を予測推定することができる。したがって、これにより、車両が以降において振る舞う挙動を予測することができ、例えば、車両がアンダステアの状態からオーバステアの状態に移行して、操舵性能が急に不安定となる前に、各輪の制駆動力を調整して、あるいは、舵角を調整して制御することができる。
【００２７】
なお、本実施例のような制御を行わない場合、タイヤ組立体１２ａ〜１２ｄの力学挙動の変化により現れる横力の増加がサスペンションを介して乗用車の車体に伝わり、この後、車両の挙動の変化、すなわち、車両進行方向に対する向きの変化が徐々に現れ始める。従来は、この時点でヨーレートを計測し、制駆動および操舵の制御システムにフィードバックを与えていた。
したがって、本実施例では、乗用車４０に所定の挙動の変化が現れる前にタイヤ組立体の力学挙動の変化を計測して制御するので、従来に比べて迅速な制御を行うことができる。
【００２８】
以上、本発明のタイヤ組立体の力学挙動計測センサについて詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。上記実施例では、ヨーレートセンサおよび横加速度センサの他に温度センサおよび圧力センサを備える計測センサであるが、計測センサはヨーレートセンサおよび横加速度センサからなるものであってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のタイヤ組立体の力学挙動計測センサは、タイヤ組立体のホイール回転面の向きの変化を計測するヨーレートセンサと、タイヤ組立体のホイール回転軸方向の加速度を計測する加速度センサとをタイヤ空洞領域に面するホイール面に備えて構成されるので、車両の制駆動性能および旋回性能の制御を従来に比べてより迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤ組立体の力学挙動計測センサの一実施例である計測センサのタイヤ組立体に取り付けた状態を示す断面図である。
【図２】本発明のタイヤ組立体の力学挙動計測センサの一例である計測センサの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明のタイヤ組立体の力学挙動計測センサを用いた車両の制御システムの一例を示す図である。
【図４】本発明のタイヤ組立体の力学挙動計測センサの計測を説明する説明図である。
【符号の説明】
１０　計測センサ
１２　タイヤ組立体
１４　通信装置
１６　受信アンテナ
１８　全波整流回路
２０　センサ部
２２　送信信号生成部
２４　送信アンテナ
２６　制御部
２８　基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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