(57)【要約】【課題】路面摩擦係数の高精度な測定に必要な、タイヤに作用するタイヤ半径方向の力およびタイヤ周方向の力を、簡易にかつ高精度に測定することができ、しかも、タイヤのバランスに影響を与えることのないタイヤ作用力測定装置を提供し、路面摩擦係数の高精度な測定に資する。【解決手段】タイヤのトレッド部に固定された磁石によって形成される磁界を、リムに固定された磁気センサで検知し、タイヤの回転に際して検知される磁束密度の変化パターンからタイヤに作用する力を測定する。【選択図】        図４
2004331038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リムに装着されて走行するタイヤの、接地面に作用する周方向および半径方向の力の少なくとも一方を測定する力の測定方法であって、
リム外周面上の点をＱとし、外力の非作用下で点Ｑを通り半径方向に延びる直線とタイヤのトレッド部内周面との交点をＰとしたとき、点Ｐがタイヤ接地部分を通過する際、点Ｑに対する点Ｐの周方向もしくは半径方向の相対変位が点Ｑの回転位置に応じて変化する変化パターンから前記力を求めるタイヤに作用する力の測定方法。
【請求項２】
点Ｐ及び点Ｑのいずれか一方に配置された磁石が形成する磁界を、点Ｐ及び点Ｑのいずれか他方に配置された磁気センサで連続的に測定し、前記点Ｐと点Ｑとの相対変位の変化パターンを、この相対変位に応じて変化する磁束密度の変化パターンから逆算して求める請求項１に記載のタイヤに作用する力の測定方法。
【請求項３】
タイヤへの外力の非作用下で、前記磁界の磁力線分布が点Ｐもしくは点Ｑを含むタイヤ子午線面に関し面対称となるように設けられた磁石を用いて前記磁束密度の測定を行い、
前記磁束密度のタイヤ周方向成分の変化パターンの極大値と極小値との平均からタイヤ周方向に作用する力を求め、この変化パターンの極大値と極小値の差からタイヤ半径方向に作用する力を求める請求項２に記載のタイヤに作用する力の測定方法。
【請求項４】
タイヤへの外力の非作用下で、前記磁界の磁力線分布が点Ｐもしくは点Ｑを含むタイヤ子午線面に関し面対称となるように設けられた磁石を用いて前記磁束密度の測定を行い、
前記磁束密度のタイヤ半径方向成分の変化パターンの極大値もしくは極小値からタイヤ半径方向に作用する力を求める請求項２に記載のタイヤに作用する力の測定方法。
【請求項５】
タイヤへの外力の非作用下で、前記磁界の磁束密度の幅方向成分が、タイヤ周方向に沿って変化するように設けられた磁石を用いて前記磁束密度の測定を行い、
前記磁束密度のタイヤ幅方向成分の変化パターンの極大値と極小値との平均からタイヤ周方向に作用する力を求め、この変化パターンの極大値と極小値の差からタイヤ半径方向に作用する力を求める請求項２に記載のタイヤに作用する力の測定方法。
【請求項６】
タイヤへの外力の非作用下で、形成する磁束密度幅方向成分のタイヤ周方向に沿った変化が互いに反転関係となる、互いに近接して設けられた一対の磁石のそれぞれについて前記磁束密度の測定を並行して行い、
一方の磁石について測定したタイヤ幅方向成分の磁束密度の変化パターンを反転した反転パターンと、他方の磁石について測定されたタイヤ幅方向成分の磁束密度の変化パターンとの、極大値同士の平均値を平均極大値とし、極小値同士の平均値を平均極小値として、平均極大値と平均極小値との平均からタイヤ周方向に作用する力を求め、平均極大値と平均極小値の差からタイヤ半径方向に作用する力を求める請求項２に記載のタイヤに作用する力の測定方法。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれかに記載のタイヤに作用する力の測定方法に用いるタイヤ作用力測定装置において、
磁石をトレッド部の内周面に設けるとともに、磁気センサをリム外周面に、直接的にもしくは取付治具を介して間接的に取り付けてなるタイヤ作用力測定装置。
【請求項８】
請求項２〜６のいずれかに記載のタイヤに作用する力の測定方法に用いるタイヤ作用力測定装置において、
磁石をリム外周面に、直接的にもしくは取付治具を介して間接的に取り付け、磁気センサを、トレッド部の内周面に設けてなるタイヤ作用力測定装置。
【請求項９】
前記磁石を、長さ方向両端のそれぞれに同じ極性の磁極を有し長さ方向中央に両端の磁極と逆の極性の磁極を有する、長さ方向に対称なシート状磁石で構成し、この磁石を長さ方向がタイヤ周方向に延在するよう配置してなる請求項７もしくは８に記載のタイヤ作用力測定装置。
【請求項１０】
前記磁石を、両端に互いに逆極性の磁極を有する二枚の磁石で構成し、これら二枚の磁石を、タイヤ幅方向に互いに逆向きに延在させるとともにタイヤ周方向に並んで配列させてなる請求項７もしくは８に記載のタイヤ作用力測定装置。
【請求項１１】
前記磁石を、表裏両面での磁化の分布が互いに反転関係にある少なくとも一枚のシート状磁石で構成してなる請求項７に記載のタイヤ作用力測定装置。
【請求項１２】
前記シート状磁石を、表裏それぞれの面内で同一の極性の磁化を全面にわたってほぼ均一に分布させた均一な厚さの矩形状ゴムシートで構成してなる請求項１１に記載のタイヤ作用力測定装置。
【請求項１３】
一枚の矩形状シート状磁石を、その磁石中心を前記点Ｐに位置させて配置し、磁石の一辺を周方向に向けてなる請求項１２に記載のタイヤ作用力測定装置。
【請求項１４】
四枚の同じ大きさの矩形状シート状磁石を、前記点Ｐに中心を有し一辺がタイヤ周方向に平行な四角形のそれぞれの頂点に磁石中心を位置させて配置し、それぞれの磁石の一辺をタイヤ周方向に向け、これらの磁石同士のタイヤ周方向およびタイヤ幅方向の離隔距離をそれぞれ１００ｍｍ以下とし、点Ｐに中心をもつ前記四角形の相隣接する頂点に位置するシート状磁石同士の磁極の向きを互いに逆向きにしてなる請求項１２に記載のタイヤ作用力測定装置。
【請求項１５】
二枚の同じ大きさの矩形状シート状磁石を、点Ｐに中心を有し一辺がタイヤ周方向に平行な四角形の対角をなす一対の頂点に磁石中心を位置させて配置し、それぞれの磁石の一辺をタイヤ周方向に向け、これらの磁石同士のタイヤ周方向およびタイヤ幅方向の離隔距離をそれぞれ１００ｍｍ以下とし、これらシート状磁石同士の磁極の向きを同じ向きにしてなる請求項１２に記載のタイヤ作用力測定装置。
【請求項１６】
六枚の同じ大きさの矩形状シート状磁石をタイヤ周方向に沿って左右三列に同じ向きに二枚ずつ等間隔に配置し、それぞれの磁石の一辺をタイヤ周方向に向け、これらの磁石同士のタイヤ周方向およびタイヤ幅方向の離隔距離をそれぞれ１００ｍｍ以下とし、六枚の磁石は、磁極の向きが、タイヤ周方向およびタイヤ幅方向に隣接するいずれの磁石同士でも逆向きとなるように配置されてなり、
タイヤへの外力の非作用下で、相隣接する四枚のシート状磁石により形成される二個の矩形の中心を通って半径内外に延びる線上にそれぞれの矩形に対応する磁気センサを配置してなる請求項１２に記載のタイヤ作用力測定装置。
【請求項１７】
磁石もしくは磁気センサを、リム外周面に取付治具を介して間接的に取り付けるとともに、リム外周面からタイヤ半径方向外側に離隔した位置に設けてなる請求項７〜１６のいずれかに記載のタイヤ作用力測定装置。
【請求項１８】
前記取付治具を、ステーもしくは、リム周上を一周する環状体とする請求項１７に記載のタイヤ作用力測定装置。
【請求項１９】
磁石もしくは磁気センサのリム外周面からの離隔距離を調整する調整手段を設け、調整手段を作動させる操作部をリムのタイヤ半径方向内側に配置してなる請求項１７もしくは１８に記載のタイヤ作用力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のアンチスキッドブレーキシステム（以下「ＡＢＳ」という）、もしくは、トラクションコントロールシステムの制御に必要な路面摩擦係数を精度よく測定するための、タイヤに作用する力の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に用いられるＡＢＳの性能を高めるためは、できるだけ大きい路面摩擦係数の状態で、ロック、アンロックの制御を行うことが効果的であり、この路面摩擦係数は、一定の路面状態では、車輪のスリップ率に依存するため、ＡＢＳは、最大の路面摩擦係数を与えるスリップ率の近傍でロック、アンロックを制御するように設計される。
【０００３】
このことから、従来のＡＢＳでは、スリップ率を、測定した車両の速度および車輪の回転速度から計算して求め、このスリップ率が所定の範囲に入るよう制動を自動制御する方式が一般的である。
【０００４】
しかしながら、スリップ率を制御して最適の路面摩擦係数を得ようとするこの方法は一定の路面では有効であるが、実際の走行においては、路面材質、天候等によりスリップ率と路面摩擦係数との関係が大きく左右され、スリップ率を所定範囲内に制御しても最適路面摩擦係数が得られないという問題があった。このため、路面がタイヤに作用する周方向および垂直方向の力を測定して、この測定した力から直接摩擦係数を求め、求めた摩擦係数が最適なものとなるよう制動を制御するることが望ましく、このためタイヤに作用する力を直接計測する方法が提案されている（例えば、特許文献１。）。
【０００５】
この従来の力の測定方法は、タイヤの一方のサイドウォール部の、同一半径上で半径方向位置の異なる二つの基準点のそれぞれに磁石を配置した磁石対を、複数対、タイヤの中心軸の周りに互いに離隔して配設するとともに、それぞれの基準点に対応する半径方向位置に、磁気センサを車両に固定して設けておき、タイヤの回転に従い相対変位するそれぞれの基準点とこれらに対応する磁気センサとが真正面に対向して位置するタイミングを、磁気センサで検出される磁束密度のピークが現れるタイミングとして捉え、このタイミングの各基準点に対する相互の時間ずれから、磁石対内の基準点の相対位置ずれ、および、磁石対間の基準点の相対位置ずれを算出し、次いでこれらの相対位置ずれをもとにタイヤの周方向および垂直方向のひずみを計算し、計算されたひずみと既知のタイヤ剛性とから周方向および垂直方向に作用する力を求めるものである。
【０００６】
しかしながら、この方法は、時間のずれから、基準点間の相対ずれを計算するにあたり、常に変化する車輪の回転速度のデータを取りこんで計算する必要があり、制御が複雑になるとともに、車輪の回転速度の精度に影響されて、計算の精度が悪化するという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特表平１０−５０６３４６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、路面摩擦係数の高精度な測定に必要な、タイヤに作用するタイヤ半径方向の力およびタイヤ周方向の力を、簡易でかつ高精度に測定することができる測定方法およびタイヤ作用力測定装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明はなされたものであり、その要旨構成を以下に示す。
【００１０】
＜１＞は、リムに装着されて走行するタイヤの、接地面に作用する周方向および半径方向の力の少なくとも一方を測定する力の測定方法であって、
リム外周面上の点をＱとし、外力の非作用下で点Ｑを通り半径方向に延びる直線とタイヤのトレッド部内周面との交点をＰとしたとき、点Ｐがタイヤ接地部分を通過する際、点Ｑに対する点Ｐの周方向もしくは半径方向の相対変位が点Ｑの回転位置に応じて変化する変化パターンから前記力を求めるタイヤに作用する力の測定方法である。
【００１１】
＜２＞は、＜１＞において、点Ｐ及び点Ｑのいずれか一方に配置された磁石が形成する磁界を、点Ｐ及び点Ｑのいずれか他方に配置された磁気センサで連続的に測定し、前記点Ｐと点Ｑとの相対変位の変化パターンを、この相対変位に応じて変化する磁束密度の変化パターンから逆算して求めるタイヤに作用する力の測定方法である。
【００１２】
なお、本明細書において、単に「磁石」と言う場合は、何らかの磁界を形成することのできるものをいい、例えば、複数の磁石を所定の態様に配置した複合磁石や、所定の磁化分布で着磁した磁性体も含んでこれを「磁石」という。
【００１３】
＜３＞は、＜２＞において、タイヤへの外力の非作用下で、前記磁界の磁力線分布が点Ｐもしくは点Ｑを含むタイヤ子午線面に関し面対称となるように設けられた磁石を用いて前記磁束密度の測定を行い、
前記磁束密度のタイヤ周方向成分の変化パターンの極大値と極小値との平均からタイヤ周方向に作用する力を求め、この変化パターンの極大値と極小値の差からタイヤ半径方向に作用する力を求めるタイヤに作用する力の測定方法である。
なお、「タイヤ子午線面」とは、タイヤの回転軸を含む面をいう。
【００１４】
＜４＞は、＜２＞において、タイヤへの外力の非作用下で、前記磁界の磁力線分布が点Ｐもしくは点Ｑを含むタイヤ子午線面に関し面対称となるように設けられた磁石を用いて前記磁束密度の測定を行い、
前記磁束密度のタイヤ半径方向成分の変化パターンの極大値もしくは極小値からタイヤ半径方向に作用する力を求めるタイヤに作用する力の測定方法である。
【００１５】
＜５＞は、＜２＞において、タイヤへの外力の非作用下で、前記磁界の磁束密度の幅方向成分が、タイヤ周方向に沿って変化するように設けられた磁石を用いて前記磁束密度の測定を行い、
前記磁束密度のタイヤ幅方向成分の変化パターンの極大値と極小値との平均からタイヤ周方向に作用する力を求め、この変化パターンの極大値と極小値の差からタイヤ半径方向に作用する力を求めるタイヤに作用する力の測定方法である。
【００１６】
＜６＞は、＜２＞において、タイヤへの外力の非作用下で、形成する磁束密度幅方向成分のタイヤ周方向に沿った変化が互いに反転関係となる、互いに近接して設けられた一対の磁石のそれぞれについて前記磁束密度の測定を並行して行い、
一方の磁石について測定したタイヤ幅方向成分の磁束密度の変化パターンを反転した反転パターンと、他方の磁石について測定されたタイヤ幅方向成分の磁束密度の変化パターンとの、極大値同士の平均値を平均極大値とし、極小値同士の平均値を平均極小値として、平均極大値と平均極小値との平均からタイヤ周方向に作用する力を求め、平均極大値と平均極小値の差からタイヤ半径方向に作用する力を求めるタイヤに作用する力の測定方法である。
なお、上記の、平均極大値と平均極小値との平均からタイヤ周方向に作用する力を求め、平均極大値と平均極小値の差からタイヤ半径方向に作用する力を求めるタイヤに作用する力の測定方法であるとする代わりに、一方の磁石についての前記反転パターンと他方の磁石についての前記変化パターンとを加算し、その最大値と最小値との平均からタイヤ周方向の力を求め、その最大値と最小値との差から半径方向に作用する力を求めるタイヤに作用する力の測定方法であるとすることもできる。
【００１７】
＜７＞は、＜２＞〜＜６＞のいずれかに係る測定方法に用いるタイヤ作用力測定装置において、
磁石をトレッド部の内周面に設けるとともに、磁石をトレッド部の内周面に設けるとともに、磁気センサをリム外周面に、直接的にもしくは取付治具を介して間接的に取り付けてなるタイヤ作用力測定装置である。
【００１８】
＜８＞は、＜２＞〜＜６＞のいずれかに係る測定方法に用いるタイヤ作用力測定装置において、
磁石をリム外周面に、直接的にもしくは取付治具を介して間接的に取り付け、磁気センサを、トレッド部の内周面に設けてなるタイヤ作用力測定装置である。
【００１９】
＜９＞は、＜７＞もしくは＜８＞において、前記磁石を、長さ方向両端のそれぞれに同じ極性の磁極を有し長さ方向中央に両端の磁極と逆の極性の磁極を有する、長さ方向に対称なシート状磁石で構成し、この磁石を長さ方向がタイヤ周方向に延在するよう配置してなるタイヤ作用力測定装置である。
【００２０】
＜１０＞は、＜７＞もしくは＜８＞において、前記磁石を、両端に互いに逆極性の磁極を有する二枚の磁石で構成し、これら二枚の磁石を、タイヤ幅方向に互いに逆向きに延在させるとともにタイヤ周方向に並んで配列させてなるタイヤ作用力測定装置である。
【００２１】
＜１１＞は、＜７＞において、前記磁石を、表裏両面での磁化の分布が互いに反転関係にある少なくとも一枚のシート状磁石で構成してなるタイヤ作用力測定装置である。
【００２２】
＜１２＞は、＜１１＞において、前記シート状磁石を、表裏それぞれの面内で同一の極性の磁化を全面にわたってほぼ均一に分布させた均一な厚さの矩形状ゴムシートで構成してなるタイヤ作用力測定装置である。
【００２３】
＜１３＞は、＜１２＞において、一枚の矩形状シート状磁石を、その磁石中心を前記点Ｐに位置させて配置し、磁石の一辺を周方向に向けてなるタイヤ作用力測定装置である。
【００２４】
＜１４＞は、＜１２＞において、四枚の同じ大きさの矩形状シート状磁石を、前記点Ｐに中心を有し一辺がタイヤ周方向に平行な四角形のそれぞれの頂点に磁石中心を位置させて配置し、それぞれの磁石の一辺をタイヤ周方向に向け、これらの磁石同士のタイヤ周方向およびタイヤ幅方向の離隔距離をそれぞれ１００ｍｍ以下とし、点Ｐに中心をもつ前記四角形の相隣接する頂点に位置するシート状磁石同士の磁極の向きを互いに逆向きにしてなるタイヤ作用力測定装置である。
【００２５】
＜１５＞は、＜１２＞において、二枚の同じ大きさの矩形状シート状磁石を、点Ｐに中心を有し一辺がタイヤ周方向に平行な四角形の対角をなす一対の頂点に磁石中心を位置させて配置し、それぞれの磁石の一辺をタイヤ周方向に向け、これらの磁石同士のタイヤ周方向およびタイヤ幅方向の離隔距離をそれぞれ１００ｍｍ以下とし、これらシート状磁石同士の磁極の向きを同じ向きにしてなるタイヤ作用力測定装置である。
【００２６】
＜１６＞は、＜１２＞において、六枚の同じ大きさの矩形状シート状磁石をタイヤ周方向に沿って左右三列に同じ向きに二枚ずつ等間隔に配置し、それぞれの磁石の一辺をタイヤ周方向に向け、これらの磁石同士のタイヤ周方向およびタイヤ幅方向の離隔距離をそれぞれ１００ｍｍ以下とし、六枚の磁石は、磁極の向きが、タイヤ周方向およびタイヤ幅方向に隣接するいずれの磁石同士でも逆向きとなるように配置されてなり、
タイヤへの外力の非作用下で、相隣接する四枚のシート状磁石により形成される二個の矩形の中心を通って半径内外に延びる線上にそれぞれの矩形に対応する磁気センサを配置してなるタイヤ作用力測定装置である。
【００２７】
＜１７＞は、＜７＞〜＜１６＞のいずれかにおいて、磁石もしくは磁気センサを、リム外周面に取付治具を介して間接的に取り付けるとともに、リム外周面からタイヤ半径方向外側に離隔した位置に設けてなるタイヤ作用力測定装置である。
【００２８】
＜１８＞は、＜１７＞において、前記取付治具を、ステーもしくは、リム周上を一周する環状体とする請求項１５に記載のタイヤ作用力測定装置である。
【００２９】
＜１９＞は、＜１７＞もしくは＜１８＞において、磁石もしくは磁気センサのリム外周面からの離隔距離を調整する調整手段を設け、調整手段を作動させる操作部をリムのタイヤ半径方向内側に配置してなるタイヤ作用力測定装置である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明のタイヤ作用力の測定方法は、タイヤトレッド部上の点Ｐの変位のタイヤ回転下での時間変化からタイヤに作用する力を求めるものであり、その原理を説明する。図１は、タイヤ１のトレッド部２の内周面上のタイヤ幅方向中央にある所定の点Ｐの方位φにおける変位Ｄを説明するタイヤの略式正面図である。点Ｐの方位φとは、タイヤ回転中心Ｏを原点する極座標で表される点Ｐの位置のタイヤ周方向座標成分を、所定の基準方位、たとえば軸直上の方位φｕからの周方向角度で表したものである。そして、方位φにある点Ｐの変位Ｄとは、どこも路面と接地してない状態、すなわち外力の非作用下におけるタイヤ１において定義される、方位φにあるトレッド部の内周面中央の点Ｐが、タイヤ１が路面に接地してタイヤ接地面への力の作用下で点Ｐ’まで移動したとすると、点Ｐと点Ｐ’とのそれぞれの位置の差をベクトルで表した物理量をいうものとする。
【００３１】
まず、タイヤ１の接地面にはタイヤ半径方向の力Ｒだけが作用し、タイヤ１を回転させようとするタイヤ周方向の力Ｔは作用しない状態を考える。この場合、点Ｐが、ＣＣＷの向きに方位φｆ１から方位φｂ１に至るまでの区間にあるとき、点Ｐは接地面からの力の影響を受けることがないのでその変位Ｄの大きさは０である。そして、接地面上に位置する区間、すなわち、ＣＣＷの向きにφｂ２からφｆ２に至るまでの区間上の点Ｐに対しては、タイヤ接地部分が路面に押されてタイヤ回転中心に近づくとともに周方向に広がるので、点Ｐの変位Ｄのタイヤ半径方向成分Ｄｒは、その向きは内側に向いていて点Ｐが方位φｄにあるとき最大となり、一方、タイヤ周方向成分Ｄθは、方位φｄにある点Ｐに対してはゼロであるが他の方位にある点Ｐに対しては接地面を周方向外側に広げる向きの力が作用してその向きに沿った変位が生起される。さらに、タイヤ１の、接地面に隣接する非接地部分、すなわち、ＣＣＷの向きに方位φｆ２からφｆ１に至るまでの区間および方位φｂ１からφｂ２に至るまでの区間にある点Ｐについても、接地面に作用する力の影響を受けて同様の変位Ｄが発生する。
【００３２】
図２（ａ）、図２（ｂ）は、横軸に方位φをとり、縦軸にはそれぞれ変位Ｄの周方向成分Ｄθ、半径方向成分Ｄｒをとって、変位のそれぞれの成分Ｄθ、Ｄｒと方位φとの関係をグラフ化した図である。各成分の正負は次の通りとした。すなわち、半径方向成分Ｄｒに関しては、タイヤ回転中心に向かう向きを正とし、周方向成分Ｄθに関しては、図１において反時計回りの向きＣＣＷを正とした。そして、以上に説明した、タイヤ１を回転させる力がゼロであると仮定した場合の変位Ｄを、図２（ａ）、図２（ｂ）において、Ｔ０で示す曲線で表した。
【００３３】
ついで、Ｔ０で示されるタイヤ半径方向の力Ｒだけの作用に加えて、タイヤ１を時計回りに回転する回転モーメントがタイヤ１に作用し路面から反時計回りのタイヤ周方向の力Ｔ１がタイヤ１の接地面に作用すると、変位Ｄは、図２（ａ）、図２（ｂ）において曲線Ｔ１で表されるものとなり、これは曲線Ｔ０で表される前述の変位に、タイヤ周方向の力Ｔ１に起因して発生する接地面全体にわたる反時計回り向きの変位が加わったものとなる。そして、タイヤ周方向の力がＴ１より大きい値Ｔ２の場合は、変位Ｄは、図２（ａ）、図２（ｂ）において曲線Ｔ２で表されるものとなる。このことから、タイヤの接地面に作用するタイヤ周方向の力Ｔは、変位Ｄの半径方向成分Ｄｒにはほとんど影響を与えないが、変位の周方向成分Ｄθを接地面全体にわたってほぼ均一に増減させ、増減の度合いはタイヤ周方向の力Ｔの大きさに比例することがわかった。
【００３４】
以上、点Ｐの変位Ｄに対するタイヤ周方向の力Ｔによる影響について説明したが、次に、タイヤ半径方向の力Ｒの影響について考察する。図３（ａ）および図３（ｂ）はそれぞれ、タイヤ１に作用するタイヤ周方向の力Ｔをゼロにした状態でタイヤ半径方向の力Ｒを変化させたときの、点Ｐの変位Ｄの周方向成分Ｄθおよび半径方向成分Ｄｒの変化を、横軸に方位φを、縦軸に変位のそれぞれの成分Ｄθ、Ｄｒをとって示すものであり、図中の曲線Ｒ０、Ｒ１，Ｒ２は、それぞれタイヤに作用するタイヤ半径方向の力ＲがＲ０、Ｒ１，Ｒ２のときのものであり、タイヤ半径方向の力Ｒの大きさは、Ｒ０がもっとも小さくＲ２がもっとも大きい。図３（ａ）および図３（ｂ）からわかるように、タイヤ半径方向の力Ｒの大きさにほぼ比例して、点Ｐの周方向成分変位Ｄθおよび半径方向成分変位Ｄｒが変化することがわかる。
【００３５】
以上のことをまとめると、方位φにおける変位Ｄの周方向成分Ｄθφと半径方向成分Ｄｒφとは、接地面に作用するタイヤ半径方向の力Ｒとタイヤ周方向の力Ｔとを用いて式（１）、式（２）のように表すことができる。
Ｄθφ＝Ｍ１（φ）・Ｒ＋Ｎ１（φ）・Ｔ                        （１）
Ｄｒφ＝Ｍ２（φ）・Ｒ＋Ｎ２（φ）・Ｔ                        （２）
【００３６】
ここで、Ｍ１（φ）、Ｎ１（φ）、Ｍ２（φ）およびＮ２（φ）は方位φによって定まる比例定数である。そして、前述の説明より、半径方向の変位Ｄｒは、周方向力Ｔの影響をほとんど受けないので、Ｎ２（φ）はほぼゼロである。
【００３７】
以上のことから、特定の二つの方位φ１、φ２に対するそれぞれのＤθの値Ｄθφ１、Ｄθφ２がわかれば、あらかじめ実験等で求めておいたＭ１（φ１）、Ｎ１（φ１）、Ｍ１（φ２）およびＮ１（φ２）を用いてタイヤ半径方向の力Ｒとタイヤ周方向の力Ｔとをそれぞれ式（３）と式（４）とに基づいて逆算することができ、また、特定の方位φ３に対するＤｒの値Ｄｒφ３がわかれば、タイヤ半径方向の力Ｒを、あらかじめ実験等で求めておいたＭ２（φ３）を用いて式（５）に基づき逆算することができる。
Ｒ＝（Ｎ１（φ２）・Ｄθφ１−Ｎ１（φ１）・Ｄθφ２）／ＭＭ      （３）
Ｔ＝（Ｍ１（φ１）・Ｄθφ２−Ｍ１（φ２）・Ｄθφ１）／ＭＭ      （４）
Ｒ＝Ｄｒφ３／Ｍ２（φ３）                                    （５）
ただし、
ＭＭ＝（Ｍ１（φ１）・Ｎ１（φ２）−Ｍ１（φ２）・Ｎ１（φ１））  （６）
【００３８】
以上の説明において、点Ｐの変位Ｄを、外力の作用により発生する、外力の非作用下における仮想位置からのずれとしたが、実際には、その測定は難しいので、点Ｐのこの仮想位置からのずれの代りに、外力の作用下でタイヤが回転してもこの仮想位置との相対変位がゼロである点、すなわち、剛体として近似できるリム上の点Ｑとの相対変位を測定することにより、点Ｐの変位を測定することができ、したがって、以上の説明において、「点Ｐの変位Ｄ」は、「リム上の点Ｑに対する相対変位」と言い換えるこができる。そして、点Ｑとして、例えば、点Ｐと同一半径上にあるリム外周面上の点をとり、ここに点Ｐの変位を検出するセンサを配置することができる。
【００３９】
本発明は、上記のようにして求められた所定の方位φにおける変位ＤθφもしくはＤｒφから、既知の弾性率を用いてタイヤに作用するタイヤ半径方向の力Ｒやタイヤ周方向の力Ｔを求めるものであるが、以下に示す実施形態は、いずれも、変位ＤθもしくはＤｒを、磁気的に計測してタイヤに作用する力ＲもしくはＴを求めるものである。
【００４０】
まず、第一の実施形態について図４〜図９に基づいて説明する。図４は、タイヤ１をタイヤ子午線面における断面で示す断面図であり、図５は、図４の矢視Ａ１−Ａ１に対応する断面図である。トレッド部２のタイヤ半径方向内側の面すなわちタイヤ内周面２ａのタイヤ幅方向中央には、一枚の矩形のシート状の磁石４が貼り付けられ、一方、リム６のリムウェル部６Ａのタイヤ半径方向外側表面の幅方向中央には、磁気センサ８が固定される。磁石４は、矩形の長さ方向をタイヤ周方向に延在させるとともに、タイヤ１への外力の非作用下において、磁気センサ８の検知部中心を通りタイヤ半径方向内外に延びる直線Ｌ上のタイヤ内周面上の点Ｐに矩形の中心が位置するよう配置され、磁石４と磁気センサ８とでタイヤ作用力測定装置１０を構成する。
【００４１】
前記磁気センサ８は、磁石４から放射される磁界のタイヤ半径方向成分Ｈｒを検出するセンサ８Ａ、周方向成分Ｈθを検出するセンサ８Ｂよりなっている。そして、リム６には、図示しない中継線およびコネクタを介して磁気センサ８から入力した信号を処理しこれを車体側に設けられた受信装置に送信する送信装置７が取り付けられている。
【００４２】
タイヤ周方向に延在する磁石４の両端にはそれぞれ同じ極性の磁極が、長さ方向の中央には、両端と逆の極性の磁極が形成され、図示の場合、例えば、両端にはＳ極の磁極４Ｓ、中央にはＮ極の磁極４Ｎが設けられる。そして、このように構成された磁石によって、磁力線分布が点Ｐを含む子午線面、すなわち、図５において直線Ｌを含み紙面に直角な面に関して面対称となる磁界が形成される。
【００４３】
以上のように構成されたタイヤ作用力測定装置１０において、タイヤ１の接地面に力が作用して、磁石４が貼り付けられている点Ｐに前述の変位Ｄが生じたとき、リム６に固定された磁気センサ８Ａ、８Ｂと磁極４Ｎとの相対位置も変位Ｄだけ変化し、その結果、磁石４によって形成された磁界の、磁気センサ８Ａ、８Ｂが検出するタイヤ周方向成分Ｈθ、タイヤ半径方向成分Ｈｒも変化する。
【００４４】
点Ｐの変位Ｄがゼロのとき、磁気センサ８Ａ、８Ｂの位置において、磁力線は半径方向に向いているので、Ｈθはゼロであり、また、そのＨｒは所定の値Ｈｒ０となっていて、点Ｐの変位後の磁束密度のタイヤ周方向成分およびタイヤ半径方向成分Ｈθ、Ｈｒの、変位前のそれらに対する変化を、それぞれΔＨθおよびΔＨｒとすると、
ΔＨθ＝Ｈθ＝Ａ１・Ｄθ＋Ｂ１・Ｄｒ                    （７）
ΔＨｒ＝Ｈｒ−Ｈｒ０＝Ａ２・Ｄθ＋Ｂ２・Ｄｒ            （８）
と表すことができ、Ａ１、Ｂ１、Ａ２およびＢ２は変位が大きくないので定数として近似することができる。
【００４５】
ここで、磁気センサ８Ａ、８Ｂは直線Ｌ上に磁極４Ｎの真正面に対向して設けられているので、磁極４Ｎが直線Ｌに沿って磁力センサ８Ａ、８Ｂに対して接近もしくは離隔する変位、すなわちＤｒが増減しても磁束密度の周方向成分Ｈθはほとんど影響をうけることはなく、また、磁極４Ｎが同一半径の円周上を周方向に移動する変位、すなわち、Ｄθが増減しても、磁気センサ８Ａ、８Ｂの位置での磁束密度の半径方向成分Ｈｒはほとんど影響をうけることはないので、上記式においてＡ２およびＢ１をゼロと近似することができ、それぞれ式（９）、式（１０）のように表すことができる。
ΔＨθ＝Ａ１・Ｄθ                                      （９）
ΔＨｒ＝Ｂ２・Ｄｒ                                      （１０）
【００４６】
式（９）、式（１０）からわかるように、ΔＨθはＤθに比例し、ΔＨｒはＤｒに比例するので、図２、図３から、ΔＨθおよびΔＨｒのそれぞれの、半径方向の力Ｒおよび周方向の力Ｔに対する依存性を表すグラフは、図６および図７に示すものとなる。図６（ａ）、図６（ｂ）は、磁束密度の周方向成分の変化ΔＨθの、それぞれ、周方向の力Ｔをゼロとしたときの半径方向の力Ｒに対する依存性、および、半径方向の力Ｒを一定値Ｒ０にしたときの周方向の力Ｔに対する依存性を表すグラフであり、図７（ａ）、図７（ｂ）は、磁束密度の半径方向成分の変化ΔＨｒの、それぞれ、周方向の力Ｔをゼロとしたときの半径方向の力Ｒに対する依存性、および、半径方向の力Ｒを一定値Ｒ０にしたときの周方向の力Ｔに対する依存性を表すグラフである。
【００４７】
さて、この式（９）、式（１０）を、式（３）〜（５）に代入すると、式（１１）〜（１４）を得ることができ、異なる二つの方位φ１、φ２に対して得られた磁束密度の周方向成分の変化ΔＨθφ１およびΔＨθφ２から、タイヤ半径方向の力Ｒおよびタイヤ周方向の力Ｔを求めることができ、一方、所定の方位φ３に対して得られた磁束密度の半径方向成分の変化ΔＨｒφ３からタイヤ半径方向の力Ｒを求められることがわかる。
Ｒ＝（Ｎ１（φ２）・ΔＨθφ１−Ｎ１（φ１）・ΔＨθφ２）／ＮＮ  （１１）
Ｔ＝（Ｍ１（φ１）・ΔＨθφ２−Ｍ１（φ２）・ΔＨθφ１）／ＮＮ  （１２）
Ｒ＝ΔＨｒφ３／（Ｂ２・Ｍ２（φ３））                          （１３）
ただし、
ＮＮ＝Ａ１・ＭＭ                                            （１４）
【００４８】
以上の通り、磁気センサ８Ａもしくは８Ｂでそれぞれ検出した周方向もしくは半径方向の磁束密度の変化からタイヤ１に作用するタイヤ半径方向の力Ｒおよび／もしくはタイヤ周方向の力Ｔを求める方法についてその原理を一般化して説明したが、前記特定の方位φとして用いたφ１、φ２およびφ３の代わりに、それぞれ、磁気密度の周方向変化の極大値に対応する方位φｍａｘ、磁気密度の周方向変化の極小値に対応する方位φｍｉｎ、および、磁気密度の半径方向変化の極大値に対応する方位φｍａｘ１を用いることができる。例えば、φｍａｘおよびφｍｉｎは、作用力ＲとＴとによって変化し一定の値とはならないものの、これらの力ＲとＴとが決まれば、これらの方位に対応する磁気密度成分ΔＨθφｍａｘおよびΔＨθφｍｉｎの値は一義的に定まり、したがって、ΔＨθφｍａｘおよびΔＨθφｍｉｎの値からＲおよびＴを逆算することができる。そして、この場合、方位φｍａｘ、φｍｉｎ、φｍａｘ１そのものを計測して特定しなくても、磁束密度の各成分の変化のピーク値としてピークの値をホールドすることによりΔＨθφｍａｘ、ΔＨθφｍｉｎ、ΔＨｒφｍａｘ１を特定することができることができ、方位の測定を不要とすることができる。
【００４９】
φ１〜φ３の代わりに、特定値をこのようにして設定したとき、図２（ａ）より明らかなように、タイヤ周方向の力Ｔがゼロのとき、変位Ｄの周方向成分Ｄθは、タイヤ周方向接地中心に対して対象な変位分布となるので、式（１５）が成立し、また、タイヤ周方向の力Ｔが作用したとき、タイヤ周方向の接地中心に関し対象な方位にあるφｍａｘとφｍｉｎにおける変位Ｄの周方向成分Ｄθは同じ量だけ同じ方向のタイヤ周方向変位が加わったものとなるので、式（１６）が成立する。
Ｍ１（φｍａｘ）＝−Ｍ１（φｍｉｎ）                        （１５）
Ｎ１（φｍａｘ）＝Ｎ１（φｍｉｎ）                          （１６）
【００５０】
そして、式（１５）、式（１６）を、式（１１）、式（１２）代入して、式（１７）、式（１８）を得ることができ、これらの式によると、
Ｒ＝（ΔＨθφｍａｘ−ΔＨθφｍｉｎ）／ＡＡ                （１７）
Ｔ＝（ΔＨθφｍａｘ＋ΔＨθφｍｉｎ）／ＡＡ                （１８）
Ｒ＝ΔＨｒφｍａｘ１／（Ｂ２・Ｍ２（φｍａｘ１））        （１９）
ただし
ＡＡ＝２・Ａ１・Ｍ１（φｍａｘ）・Ｎ１（φｍａｘ）    （２０）
【００５１】
以上説明した通り、タイヤ１を一回転したとき、リム６に固定された磁気センサ８Ａ、８Ｂで検出される磁束密度の変化からタイヤに作用するタイヤ半径方向の力Ｒとタイヤ周方向の力Ｔとを求める方法の原理について説明したが、これらの磁気センサ８Ａ、８Ｂで実際に検出された磁束密度の時間変化からＡＢＳで用いられる路面摩擦係数を得るシステムについて図８〜９に例示する。
【００５２】
図８は、本実施形態の、タイヤに作用する力の測定方法に基づいて力を測定し、ＡＢＳに力の測定値をリアルタイムに出力する力測定システム１９の構成例を示すシステム構成図である。力測定システム１９は、車両５の各車輪のリム６に設けられた送信装置７と車両５の車体側に設けられた受信装置１２とを具え、各送信装置７は、一対の磁気センサ８から磁束密度の検出値を所定サンプリングタイムで取り込み、それぞれの磁束密度の変化の極大値、極小値を計算する送信側ＣＰＵ９、および、計算された極大値、極小値を送信側ＣＰＵ９から受け取りこれを受信装置１２に送信する送信アンテナ１１を有し、また、受信装置１２は、送信アンテナ１１からの信号を受信する受信アンテナ１３と、磁束密度変化の極大値、極小値を基に前述の原理に則ってタイヤに作用する力を計算し計算結果をＡＢＳ１５に出力する受信側ＣＰＵ１４とを有して構成されている。
【００５３】
一対の磁気センサ８で検出されるそれぞれの成分の磁束密度変化から極大値、極小値を求める方法について以下に示す。図９（ａ）は、車両が走行中に、磁気センサ８Ａで検出された磁束密度の周方向成分の時間変化ΔＨθを示し、同様に、図９（ｂ）は磁気センサ８Ｂで検出される磁束密度の半径方向の変化ΔＨｒを示す。磁気センサ８が接地面から離れた位置にあるときΔＨθはゼロであるが、磁気センサ８が接地面もしくはその近傍の領域内を通過する間、図６〜図７を参照して分かるように、磁束密度の周方向成分ΔＨθはパターンＫとなって現れる。そしてこのパターンＫにおいて、ΔＨθはゼロからスタートして、時間ｔの経過とともに、極小値ΔＨθφｍｉｎ（１）を取ったあと極大値ΔＨθφｍａｘ（１）を取る。パターンＫのなかで極大値が二カ所現れる場合もあるが、極小値ΔＨθφｍｉｎ（１）のあとに現れる極大値は一カ所でありこれをΔＨθφｍａｘ（１）とする。そして、タイヤ一回転ごとに順次現れるΔＨθφｍｉｎ（２）とΔＨθφｍａｘ（２）との対、ΔＨθφｍｉｎ（３）とΔＨθφｍａｘ（３）との対から、それぞれのタイヤ一回転の間にタイヤに作用する力を前述の原理に基づいて求めることができる。
【００５４】
なお、ΔＨθφｍａｘ、ΔＨθφｍｉｎを特定するには、所定のサンプリングタイムでΔＨθの値を取り込み、取り込んだ値を直前に取り込んだ値と比較することにより極大、極小の変曲点としてこれらの値を特定することができる。しかも、本発明のこの実施形態においては、これら極大値、極小値を車速に関係なく特定することができる点が重要である。すなわち、タイヤ一回転に要する時間がＴ１であっても、Ｔ２であってもその周期を計測することなくΔＨθφｍａｘ、ΔＨθφｍｉｎを特定する事ができるので、車輪回転速度を計測する必要もなくまた、車輪回転速度を力の計算処理に用いることもなくシステムを簡易にしかも精度よく構成することができる。同様にして、図９（ｂ）に示す磁束密度の半径方向成分の極大値ΔＨｒφｍａｘ１（１）、ΔＨｒφｍａｘ１（２）、ΔＨｒφｍａｘ１（３）をタイヤ一回転ごとに求めることができる。
【００５５】
ここで、タイヤ半径方向内外に延びる一つの直線上に配置された磁石４と磁気センサ８との対は、タイヤ１に一対としたがこれを、互いに磁力の干渉が起きない範囲において周上に二カ所以上設けてもよく、このことにより測定周期を縮め、より精度の高い力の測定を可能にすることができる。
【００５６】
ここで、タイヤ１に貼り付けるシート状の磁石４は、フェライトや、サマリウムコバルトあるいは鉄ネオジウムボロン等の希土類磁性体の磁性粉をゴムもしくは樹脂に混合分散してできた可撓性を有するものが好ましく、このことにより、磁石４をタイヤの変形に変形に追従して変形させることができ、磁石４の破壊やタイヤ１からの剥離を防止するとともに、走行中の車両による振動や衝撃による破壊も防止することができる。
【００５７】
また、磁気センサ８Ａ、８Ｂとしては、磁石４から離れた位置にあっても磁界の磁束密度を良好な感度で検出することのできるＭＩセンサもしくはＭＲセンサを用いるのがよい。また、磁気センサ８Ａ、８Ｂのうち、タイヤ周方向の成分を検出する８Ａだけでタイヤ半径方向の力Ｒとタイヤ周方向の力Ｔとを同時に測定することができるので、タイヤ半径方向力Ｒの検知のためだけに用いる磁気センサ８ｂは設けなくてもよいが、磁気センサ８ａと併用して磁気センサ８ａの測定結果をチェックする用途に供することができる。
【００５８】
次に、第二の実施形態について図１０〜図１４に基づいて説明する。図中、第一の実施形態と同様のものには同じ符号を付して示した。図１０は、タイヤ１のタイヤ子午線面における断面図であり、図１１は、シート状磁石２４Ａ、２４Ｂの配置を示す斜視図である。タイヤ１のトレッド部２のタイヤ半径方向内側の表面には、可撓性を有するシート状の二つの同じ特性を有する磁石２４Ａ、２４Ｂが貼り付けられている。これらの磁石２４Ａ、２４Ｂは、それぞれ両端に互いに逆の極性の磁極を有し、タイヤ幅方向に互いに逆向きに延在し、タイヤ周方向に並んで配列される。すなわち、磁石２４ＡのＮ極がタイヤ幅方向左側に位置するとするならば、磁石２４ＢのＮ極はタイヤ幅方向右側に位置する。そして、磁石２４Ａ、２４Ｂは、相互に協働して検知すべき磁界を形成する磁石２４を構成するが、磁石２４は、その中心をタイヤ内周面上の点Ｐに一致させて貼り付けられることとなる。
【００５９】
一方、リム６のリムウェル部６Ａのタイヤ半径方向外側表面に取り付けられた送信装置７には、磁気センサ２８が、タイヤ幅方向の磁束密度Ｈｚを検出する姿勢で固定されている。そして、磁気センサ２８は、タイヤへの外力の非作用下で、点Ｐを通りタイヤ半径方向の内外に延びる直線をＬ１上に位置するとともに、タイヤ幅方向の中心に位置する赤道面Ｅ上に配置される。そして、磁石２４と磁気センサ２８とでタイヤ作用力測定装置２０を構成する。
【００６０】
図１２は、磁石２４Ａ、２４Ｂよりなる磁石２４によって形成される磁界の、磁気センサ２８と同じタイヤ半径方向高さの周面上での、磁束密度のタイヤ幅方向成分Ｆを矢印で示す略線展開図である。図において、点Ｍは磁気センサ２８の磁気検出位置を表し、磁石２４が貼り付けられたトレッド部２上の点Ｐの変位Ｄがゼロ、すなわち、タイヤへの外力がないときには、磁石２４の中心ＰがＭと一致することとなる。なお、図中、Ｃはタイヤ周方向、Ｗはタイヤ幅方向を表わす。
【００６１】
図１２において、磁束密度の幅方向成分Ｆの大きさを矢印の長さで、Ｆの向きを、Ｎ極からＳ極のへの向きを表す矢印の向きで示したとき、図示のように、磁石２４Ａの半径方向内側では磁束密度の幅方向成分は左向きになるのに対して、磁石２４Ｂの半径方向内側では右向きとなり、これら磁石２４Ａ、２４Ｂの周方向中間付近でこの向きは反転する。そして、磁石が貼り付けられたトレッド部２上の点の変位がゼロである場合には、磁気センサ２８の検出位置Ｍでは磁力線の幅方向成分Ｈｚはゼロとなる。
【００６２】
ここで、前記点Ｐにタイヤ周方向の変位Ｄθが生じると磁石２４によって形成される磁界と磁気センサの位置Ｍとが相対的に周方向にずれることになり、すなわち図１２において、点Ｍは、周方向Ｃに沿って、磁束密度の幅方向成分Ｆに対してこれと直交する向きに相対移動するので、磁気センサ２８が検出する、磁束密度の幅方向成分Ｈｚはゼロではなくなる。そして、通常の起こりうる変位の範囲においては、タイヤ周方向の変位量Ｄθと、磁束密度のタイヤ幅方向成分Ｈｚの、Ｄθがゼロのときの値に対する変化ΔＨｚとはほぼ比例し、式（２１）が成立する。ここで、Ａ３は比例定数であり、また、変位が０のときのＨｚはゼロであるので、ΔＨｚはそのままＨｚを表している。
ΔＨｚ＝Ａ３・Ｄθ                                      （２１）
【００６３】
第一の実施形態と同様、図２、図３を参照して分かるように、ΔＨｚの、半径方向の力Ｒおよび周方向の力Ｔに対する依存性を表すグラフは、図１３に示すものとなる。図１３（ａ）は、磁束密度の周方向成分の変化ΔＨｚの半径方向の力Ｒに対する依存性（Ｔ＝０のとき）を示し、図１３（ｂ）は、ΔＨｚの周方向の力Ｔに対する依存性（Ｒ＝Ｒ０のとき）を示すグラフである。
【００６４】
そして、検出されたＨｚから半径方向の力Ｒおよび周方向の力Ｔを求めるには、第一の実施形態についての説明に用いた式（１７）、（１８）、（２０）を導いたときと同様にして導かれる式（２２）〜（２４）に、検出されたΔＨｚの二つの値、すなわち、極大値ΔＨｚφｍａｘと極小値ΔＨｚφｍｉｎとを代入して求めることができる。
Ｒ＝（ΔＨｚφｍａｘ−ΔＨｚφｍｉｎ）／ＡＡ                    （２２）
Ｔ＝（ΔＨｚφｍａｘ＋ΔＨｚφｍｉｎ）／ＡＡ                    （２３）
ただし
ＡＡ＝２・Ａ３・Ｍ１（φｍａｘ）・Ｎ１（φｍａｘ）        （２４）
なお、Ｍ１（φｍａｘ）、Ｎ１（φｍａｘ）は、極大値ΔＨｚφｍａｘを与える方位φｍａｘでの、式（１）によって求まる値である。
【００６５】
ここで、第二の実施形態のタイヤに作用する力の測定方法に基づいて実際に力を測定し、この力の測定値をＡＢＳにリアルタイムに出力する力測定システムの構成、磁気センサ２８で検出されるタイヤ幅方向成分の磁束密度変化ΔＨｚから極大値ΔＨｚφｍａｘと極小値ΔＨｚφｍｉｎとを求める方法については、第一の実施形態と同様であるので詳細の説明を省略する。
【００６６】
図１４は、磁気センサ２８で検出される磁束密度の時間変化を横軸に時間をとって示すグラフである。一般的に、このような磁気測定においては、実際には、地磁気の影響が測定結果に現れ、この影響が大きい場合にはこれを取り除く方法が必要となる。地磁気の方向はタイヤ１の回転とは関係なく一定方向を向いているが、リム６に固定された磁気センサ８、２８はタイヤ１の回転とともに回転するので、第一の実施形態のように、磁気の測定方向をタイヤ幅方向以外の方向とした場合には、地磁気による一次調和関数の波形が現れる。したがって、第一の実施形態の磁気センサ８で測定される波形は磁石４が形成する磁界による図９に示す波形と、地磁気による一次調和関数の波形とを重畳したものとなり、特定すべき、磁石４による磁界の極大値、極小値の他に、地磁気による極大値、極小値が現れてしまうので、地磁気の影響が大きい場合には、極大値、極小値の特定に問題が生じてしまう。
【００６７】
しかしながら、第二の実施形態の測定方法においては、タイヤの幅方向の磁束密度、すなわち、タイヤ回転軸に平行な方向の磁束密度を測定しているので、地面に対する測定方向は、タイヤの回転に伴って磁気センサ２８がどの位置にこようとも変化することはなく、したがって、地磁気はタイヤの回転にかかわらず一定であり、地磁気による影響がタイヤ一回転内では現れることがない。よって、所期した磁石体２４の磁界のタイヤ幅方向成分の極大値、極小値の特定を前述の方法に従って行うことができる。
【００６８】
なお、この実施形態による方法は、タイヤの回転位置に伴う地磁気の影響の変化をなくすことはできるが、車両の向きや車両の走行する地域によって地磁気が変化することによる影響を排除することはできない。この影響を取り除く必要がある場合には、車両の位置や向きを検知して地磁気を求め磁束密度の測定値からその影響分を差し引いて補正することにより、地磁気に影響されないタイヤに作用する力を求めることができる。
【００６９】
なお、第二の実施形態に用いるシート磁石２４Ａ、２４Ｂおよび磁気センサ２８の形成例については、第一の実施形態と同様であるのでこれらの詳細の説明を省略する。
【００７０】
次いで、第三の実施形態について図１５〜１７に基づいて説明する。図中、第一の実施形態と同様のものには同じ符号を付して示した。図１５は、タイヤ１のタイヤ子午線面における断面図であり、図１６は、図１５の矢視Ａ２−Ａ２に対応する断面図である。このタイヤ１のトレッド部２には、スチールコードを配列した二層のベルト層よりなるスチールベルト３が設けられ、トレッド部２のタイヤ半径方向内側の面すなわちタイヤ内周面２ａのタイヤ幅方向中央の点Ｐには、一枚の矩形のシート状の磁石３４がその中心を点Ｐに一致させて貼り付けられ、一方、リム６のリムウェル部６Ａのタイヤ半径方向外側表面の幅方向中央には、磁気センサ３８が固定される。磁石３４は、矩形の一辺をタイヤ周方向に延在するとともに、磁気センサ３８は、タイヤ１への外力の非作用下において、点Ｐを通りタイヤ半径方向内外に延びる直線Ｌ上にその磁気検出中心が位置するよう配置され、シート状磁石４と磁気センサ３８とでタイヤ作用力測定装置３０を構成する。
【００７１】
前記磁気センサ３８は、磁石３４により形成される磁界のタイヤ半径方向成分Ｈｒを検出するセンサ３８Ａ、周方向成分Ｈθを検出するセンサ３８Ｂよりなる。そして、リム６には、図示しない中継線およびコネクタを介して磁気センサ３８から入力した信号を処理しこれを車体側に設けられた受信装置に送信する送信装置７が取り付けられている。
【００７２】
磁石３４は、表裏で極性を異ならせて構成され、例えば、磁石３４のタイヤ半径方向内側の面すなわち非貼着面にはＮ極３４Ｎ、タイヤ半径方向外側の面すなわち貼着面にはＳ極３４Ｓを配設して構成され、そして、この磁石３４は、均一な厚さに形成されるとともに、Ｎ極、Ｓ極の磁化はそれぞれの面全体にわたって均一に分布される。
【００７３】
図１７（ａ）は、トレッド部２の内周面２ａに貼り付けられたシート状磁石３４から放射される磁力線の分布を示す模式図であり、それぞれの面の全体にわたって均一に磁化が分布された磁石３４の磁力線の形は、もしスチールベルト３がなければ図の破線で示すように、磁石面を対称面とする面対称に形成させる。しかし、実際には、磁石３４が貼り付けられた内周面２ａのすぐ近くにはスチールベルト３が配設されているので、トレッド部２の内部を通る磁力線は透磁率の高いスチールコード内を通り、その結果、磁力線は、タイヤの内周面２ａの磁石３４の周辺領域にＳ極が形成されたのと同様な分布をなす。そして、その磁界の強度は、例えば、Ｎ極の面の中心の直上の点において、スチールベルト３がないときに対比して同等もしくはそれ以上のものとなる。
【００７４】
一方、第一の実施形態において用いられる磁石４も、同様の磁力線分布を形成するが、その磁力線分布の詳細を、図１７（ａ）に対比する形で、図１７（ｂ）に示す。磁石４は、スチールベルト３の存在しないトレッド部２の内周面２ａに貼り付けられたときは、図１７（ｂ）中の破線で示すように、その表裏で対称となる磁力線分布を形成するが、トレッド部２がスチールベルト３を有するものである場合には、磁力線のほとんどはスチールコードの中を通過しタイヤ１の外部に分布される磁力線は減じられてしまう。
【００７５】
磁石４を大きくすれば、磁気センサ８で検知されるに十分な磁界を形成することができるが、不要なアンバランスをタイヤに与え、例えば車の乗心地のようなタイヤ本来の性能を損ねてしまう可能性がある。これに対比して、表裏で極性を異ならせた第三の実施形態の用いられる磁石３４においては、スチールコードを通過する磁力線は必ずタイヤ１の外部にも分布されるので、磁気センサ３８の検知位置における磁界はスチールコードの存在によって減じることがなく、軽量な磁石で所期の目的を達成することができ、タイヤの乗り心地等の性能に悪影響を及ぼすことがない点で、第一の実施形態の磁石４より有利である。
【００７６】
以上のように、スチールコードを有するタイヤに用いられる場合に限れば、第一の実施形態の磁石４より有利となる磁石３４は、以上のように、磁力線の放射態様は第一の実施形態で示したもの同じであり、したがって、第一の実施形態につてい説明した方法と全く同様にして、タイヤに作用する周方向の力および半径方向に作用する力を測定することができ、その詳細の説明は、前述の通りであり、ここではそれを省略する。
【００７７】
次に、第四の実施形態について、図１８〜図２１に基づいて説明する。図１８は、タイヤ１の子午線面における断面図であり、図１９は、磁石４４の配置を示す斜視図である。このタイヤ１のトレッド部２には、スチールコードを配列した二層のベルト層よりなるスチールベルト３が設けられ、タイヤ１のトレッド部２のタイヤ半径方向内側の表面には、四枚のシート状磁石４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄよりなる磁石４４が貼り付けられ、磁石４４に対向するリム６のリムウェル部６Ａには、磁気センサ４８が取り付けられ、磁石体４４と磁気センサ４８とでタイヤ作用力測定装置４０を構成する。
【００７８】
磁気センサ４８は、タイヤ幅方向の磁束密度Ｈｚを検出する姿勢でリムウェル部６Ａのタイヤ赤道面Ｅ上の位置に取り付けられ、また、リム６には、図示しない中継線およびコネクタを介して磁気センサ８から入力した信号を処理しこれを車体側に設けられた受信装置に送信する送信装置７が取り付けられている。
【００７９】
シート状磁石４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄは、それぞれ、同一の大きさの矩形状をなし、全面にわたってほぼ均一な厚さを有するとともにそれぞれの面に磁化をほぼ均一に分布させたゴムシートで構成され、また、これらは、タイヤ内周面上の点Ｐを中心として一辺を周方向に向けた四角形Ｒの頂点に、それぞれの矩形中心が位置するとともに、いずれかの一辺がタイヤ周方向に平行に向くよう配置される。そして、磁気センサ４８は、点Ｐを通りタイヤ半径方向内外に延在する直線をＬ２上に磁気検出中心を位置させて配置される。
【００８０】
そして、四角形Ｒの相隣接する頂点に位置する磁石のタイヤ半径方向内側の面すなわち非貼着面における磁極の極性は互いに逆になるよう構成され、図１９に示す例においては、対角に位置する磁石４４ａおよび４４ｄのタイヤ半径方向内側の極性はＮ極、これらとは異なる組の対角に位置する磁石４４ｂおよび４４ｃのタイヤ半径方向内側の極性はＳ極に磁化される。
【００８１】
図２０は、以上のように構成された磁石４４からの磁力線の分布を示す模式図であり、図２０（ａ）は、図１９の矢視ａ−ａに対応する断面における磁力線、図２０（ｂ）は、図１９の矢視ｂ−ｂに対応する断面における磁力線の分布を示す。タイヤ幅方向に並ぶ磁石４４ａおよび４４ｂの間に放射される磁力線と、同様にタイヤ幅方向に並ぶ磁石４４ｃおよび４４ｄの間に放射される磁力線とは、互いにタイヤ幅方向に反対に向くとともに、タイヤ外部における分布はスチールベルト３の影響を受けることなく分布される。
【００８２】
図２１は、磁石４４によって形成される磁界の、磁気センサ４８と同じタイヤ半径方向高さの赤道Ｅ上での磁束密度のタイヤ幅方向成分Ｆをタイヤ回転中心側から見て示す略線展開図である。図において、点Ｍは磁気センサ４８の磁気検出位置を表し、点Ｐの変位Ｄがゼロの時には、図２１において、磁石４４の中心がＭと一致する。なお、矢印Ｃはタイヤ周方向を、矢印Ｗはタイヤ幅方向を示す。
【００８３】
図２１において、磁束密度の幅方向成分Ｆの大きさを矢印の長さで、Ｆの向きを、Ｎ極からＳ極のへの向きを表す矢印の向きで示したとき、磁石４４ａ、４４ｂ間の半径方向内側ではＦの矢印は左向きになるのに対して、磁石４４ｃ、４４ｄ間の半径方向内側では右向きとなり、磁石４４の周方向の中間位置で磁力線の向きは反転することとなる。すなわち、点Ｐの変位Ｄがゼロである場合には、磁気センサ４８の検出位置Ｍでは磁束密度の幅方向成分Ｈｚはゼロとなる。
【００８４】
図２１に示す磁力線の態様は、第二の実施形態について説明したものと全く同様であり、したがって、第二の実施形態につてい説明した方法と同様にして、タイヤに作用する周方向の力および半径方向に作用する力を測定することができるので、その詳細の説明を省略する。ただし、本実施形態が、第二の実施形態と異なる点は、スチールベルト３がタイヤに設けられる場合には、本実施形態のものの方がより強い磁界を形成することができる点であり、このことは、第三の実施形態のものを第一の実施形態のものと対比させたて説明した通りである。
【００８５】
次に、第四の実施形態の変形例として、磁石４４の代わりに磁石５４を用いたものについて、図２２〜図２５に基づいて説明する。図２２は、タイヤ１をタイヤ子午線面において示す断面図であり、図２３は、磁石５４の配置を示す斜視図である。タイヤ１のトレッド部２のタイヤ半径方向内側の表面には、二枚のシート状磁石５４ａ、５４ｂよりなる磁石５４が貼り付けられ、磁石５４に対向するリム６のリムウェル部６Ａには、磁気センサ５８が取り付けられ、磁石体５４と磁気センサ５８とでタイヤ作用力測定装置５０を構成する。
【００８６】
磁気センサ５８は、第四の実施形態と同様、タイヤ幅方向の磁束密度Ｈｚを検出する姿勢でリムウェル部６Ａに赤道面Ｅ上に位置して取り付けられ、また、リム６には、図示しない中継線およびコネクタを介して磁気センサ８から入力した信号を処理しこれを車体側に設けられた受信装置に送信する送信装置７が取り付けられている。
【００８７】
シート状磁石５４ａ、５４ｂは、それぞれ、同一の大きさの矩形状をなし、全面にわたってほぼ均一な厚さを有するとともにそれぞれの面に磁化をほぼ均一に分布させたゴムシートで構成される。これらの磁石５４ａ、５４ｂは、タイヤ内周面上の点Ｐに中心を有し周方向に向いて位置する四角形Ｒの対角する一対の頂点のそれぞれに中心を置き、いずれかの一辺をタイヤ周方向に平行に向けて配置され、また、磁気センサ５８は、タイヤへの外力の非作用下で、点Ｐを通りタイヤ半径方向に延在する直線Ｌ３上に位置する。
【００８８】
そして、これらの磁石５４ａ、５４ｂのタイヤ半径方向内側の面すなわち非貼着面における磁極の極性は同一に構成され、図２３に示す例においては、磁石５４ａ、５４ｂのタイヤ半径方向内側の極性はＳ極に磁化される。
【００８９】
図２４は、以上のように構成された磁石体５４からの磁力線の分布を示す模式図であり、図２４（ａ）は、図２３の矢視ａ−ａに対応する断面における磁力線、図２４（ｂ）は、図２３の矢視ｂ−ｂに対応する断面における磁力線の分布を示す。また、図２５は、磁石５４によって形成される磁界の、磁気センサ５８と同じタイヤ半径方向高さの赤道Ｅ上での磁束密度のタイヤ幅方向成分Ｆをタイヤ回転中心側から見て示す略線展開図である。
【００９０】
磁石５４ａ、５４ｂのタイヤ半径方向外側の面すなわち貼着面側の磁極は図２３に示すものの場合はＮ極であるが、これらのＮ極から磁石５４ａ、５４ｂのタイヤ半径方向外側の面すなわち貼着面側のＳ極に向かう磁力線はスチーベルト３を通って、磁石５４ａおよび５４ｂの赤道面Ｅを挟んだタイヤ幅方向反対側の位置でタイヤ内周面２ａを横切りそれぞれのＳ極に向かうよう分布される。図２５に示す磁力線分布を前述の図２０に示す磁力線分布と比較すれば明らかなようにこれらはほぼ同じ分布を示し、このことは、二枚の磁石５４ａ、５４ｂよりなる磁石５４も、四枚の磁石４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄよりなる磁石４４と同じ磁界を形成することを意味する。
【００９１】
図２５において、Ｃはタイヤ周方向を、Ｗはタイヤ幅方向を示すが、点Ｐの変位Ｄがゼロの時、磁石５４の中心が磁気センサ５８の磁気検出位置Ｍと一致する。図において、磁束密度の幅方向成分Ｆの大きさを矢印の長さで、Ｆの向きを、Ｎ極からＳ極のへの向きを表す矢印の向きで示したとき、図示のように、磁石５４ａに対応する周方向位置の赤道Ｅ上では矢印は左向きになるのに対して、磁石５４ｂに対応する周方向位置の赤道Ｅ上では矢印は右向きとなり、磁石５４の周方向の中間位置で矢印の向きは反転することとなる。すなわち、変形例においても、第二の実施形態について説明した方法によりタイヤ周方向の力Ｔおよびタイヤ半径方向の力Ｒを測定することができることを意味しており、この変形例についての詳細の説明は省略する。
【００９２】
次に第五実施形態について図２６〜図３０に基づいて説明する。図２６は、タイヤ１の子午線面における断面図であり、図２７は、磁石と磁気センサの配置を示す斜視図である。このタイヤ１のトレッド部２には、スチールコードを配列した二層のベルト層よりなるスチールベルト３が設けられ、タイヤ１のトレッド部２のタイヤ半径方向内側の表面には、六枚のシート状磁石６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆが貼り付けられ、リム６のリムウェル部６Ａには、二個の磁気センサ６８Ａ、６８Ｂがそれぞれ磁束密度のタイヤ幅方向成分を検出する姿勢で取り付けられる。
【００９３】
六枚のシート状磁石６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆは、それぞれ同一の大きさの矩形状をなし、全面にわたってほぼ均一な厚さを有するとともにそれぞれの面に磁化をほぼ均一に分布させたゴムシートで構成され、表裏で異なる極性を有するよう着磁される。また、これらの磁石６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆは、赤道面Ｅに対称に三列、周方向に沿って二個ずつ等間隔に配列されるとともに、それぞれの磁石の一辺は周方向と平行に同じ方向に向き、隣接する磁石同士のタイヤ周方向およびタイヤ幅方向の離隔距離はそれぞれ１００ｍｍ以下となり、また、それぞれの磁極の向きは、タイヤ周方向およびタイヤ幅方向に隣接するいずれの磁石同士でも逆向きとなるよう配列される。例えば、Ｎ極を半径方向外側にもつシート状磁石６４ｅに隣接する三枚のシート状磁石６４ｂ、６４ｄ、６４ｆは、いずれも、６４ｅとは逆に、Ｎ極を半径方向内側となるよう配置される。
【００９４】
これら六枚のシート状磁石６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆは、第一の矩形ＲＡの頂点のそれぞれに配置された四枚のシート状磁石６４ａ、６４ｂ、６４ｅ、６４ｄよりなる第一の磁石６４Ａと、第二の矩形ＲＢの頂点のそれぞれに配置された四枚のシート状磁石６４ｂ、６４ｃ、６４ｆ、６４ｅよりなる第二の磁石６４Ｂとの二組の磁石を構成するとみることができ、タイヤ１への外力の非作用下で、矩形ＲＡの中心ＰＡを通る半径方向の直線上のリム上の点ＱＡに第一の磁気センサ６８Ａを配置し、矩形ＲＢの中心ＰＢを通る半径方向の直線上のリム上の点ＱＢに第二の磁気センサ６８Ｂを配置する。そして、六枚のシート状磁石６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆより構成される第一、第二の磁石６４Ａ、６４Ｂと、第一、第二の磁気センサ６８Ａ、６８Ｂとでタイヤ作用力測定装置６０を構成する。
【００９５】
第四実施形態におけるタイヤ作用力測定装置４０は、タイヤの回転位置による地磁気の変化の影響を排除することができるものの、車両の位置や向きによって変化する地磁気の影響は、地磁気を測定する他の手段を併用しなければ排除することができないのに対して、この第五実施形態に示されるタイヤ作用力測定装置６０は、車両の位置や向きによって地磁気が変化してもその影響を受けることがなく、地磁気の影響を別途補正することが全くない点で有利であり、以下に、その作用について説明する。
【００９６】
図２８は、以上のように構成された磁石６４Ａ、６４Ｂからの磁力線の分布を示す模式図であり、図２８（ａ）は、図２７の矢視ａ−ａに対応する断面における磁力線、図２８（ｂ）は、矢視ｂ−ｂに対応する断面における磁力線の分布を示す。タイヤ幅方向に並ぶ磁石６４ａ、６４ｂ、６４ｃの間に放射される磁力線と磁石６４ｄ、６４ｅ、６４ｆの間の磁力線とはいずれも同じ形状をなすが、これら異なる断面同士の磁力線の向きは正反対に向いて形成される。
【００９７】
図２９は、磁石６４Ａ、６４Ｂによって形成される磁界の、磁気センサ６８Ａ、６８Ｂと同じタイヤ半径方向高さの赤道Ｅ上での磁束密度のタイヤ幅方向成分Ｆをタイヤ回転中心側から見て示す略線展開図である。図において、点ＱＡは外力の非作用下における磁気センサ６８Ａの磁気検出位置を表し、点ＱＢは外力の非作用下における磁気センサ６８Ｂの磁気検出位置を表わし、また、矢印Ｃはタイヤ周方向を、矢印Ｗはタイヤ幅方向を示す。
【００９８】
図２９において、磁束密度の幅方向成分Ｆの大きさを矢印の長さで示し、Ｎ極からＳ極への矢印が左向きの時をプラスの向きとして、磁石６４Ａが点ＱＡの近傍に形成する磁界の磁束密度の幅方向成分Ｆは、周方向Ｃの向きに減少し、点ＱＡでプラスからマイナスに転じ、一方、磁石６４Ｂが点ＱＢの近傍に形成する磁界の磁束密度の幅方向成分Ｆは、周方向Ｃの向きに増加し、点ＱＢでマイナスからプラスに転じる。言い換えれば、磁石６４Ａと６４Ｂとは、互いに近接して設けられ、タイヤ１への外力の非作用下で、磁束密度幅方向成分Ｆのタイヤ周方向Ｃに沿った変化が反転関係をなすよう配置されていることになる。
【００９９】
図２９を参照してわかるように、点ＱＡ、点ＱＢの近傍の磁束密度幅方向成分の周方向の変化は、第二の実施形態に対応する図１２に示すもの、もしくはこれを反転したものとなり、このことより、第二の実施形態について説明した通り、式（２２）〜（２４）に基づいて作用力ＲおよびＴを求めることができる。しかしながら、既に説明したように、第二の実施形態の方法では車両の向きや位置による地磁気の変化を無視したものであり、実際には地磁気による幅方向成分ＦＧと磁石６４Ａ、６４Ｂによる成分Ｆとを合成したものが磁気センサ６８Ａ、６８Ｂによって検出されるので、この合成された幅方向成分をもとに、式（２２）〜（２４）に基づいて求めた力ＲおよびＴは、変化するＦＧの影響を受けて精度の低いものとなってしまう。
【０１００】
第五実施形態に示す方法は、検出された磁束密度変化から磁石による磁束密度変化Ｆだけを取り出し、それに式（２２）〜（２４）を適用することにより地磁気の影響を完全に排除しようとするものであり、Ｆを抽出する方法を以下に説明する。図３０は、タイヤ１をＣの方向に回転させたときの、幅方向の磁束密度の変化ΔＨｚを横軸に方位φをとって示すグラフであり、図３０（ａ）は、磁気センサ６８Ａが検知したΔＨｚを、図３０（ｂ）は、磁気センサ６８Ｂが検知したΔＨｚを示し、図３０（ｃ）は、図３０（ｂ）のグラフを反転させたものである。
【０１０１】
これらの図において、実際に検出される磁束密度変化曲線ＰＴａは、磁石６４Ａだけによる磁束密度変化曲線ＰＴａ０と地磁気ＦＧとを合計したものであり、同様に、ＰＴｂは、磁石６４Ｂだけによる磁束密度変化曲線ＰＴｂ０と地磁気ＦＧとを合計したものである。ここで、磁石６４Ａ、６４Ｂが形成する磁界の周方向変化は反転関係にあるので、ＰＴａ０とＰＴｂ０とはΔＨｚ＝０の軸に関し互いに反転しあう曲線となるが、ＦＧはいずれの場合も同じ向きに作用する。そこで、図３０（ｂ）の曲線ＰＴｂを反転して、図３０（ｃ）に示すように曲線ＰＴｃを求め、次いで、図３０（ｄ）に示すように曲線ＰＴａとＰＴｃとを加算して曲線ＰＴｄを求めれば、地磁気による成分を差し引きゼロにして、元の磁石６４Ａおよび６４Ｂだけによる成分を抽出することができる。
【０１０２】
以上の説明により、式（２２）、式（２３）の式のΔＨｚφｍａｘおよびΔＨｚφｍａｘを式（２５）および（２６）にしたがって置き換えることにより、地磁気の影響を全く考慮することなく作用力Ｒ、Ｔを求めることができる。
ΔＨｚφｍａｘ＝（ΔＨｚφｍａｘ−ａ＋ΔＨｚφｍａｘ−ｃ）／２  （２５）
ΔＨｚφｍｉｎ＝（ΔＨｚφｍｉｎ−ａ＋ΔＨｚφｍｉｎ−ｃ）／２  （２６）
ただし、ΔＨｚφｍａｘ−ａおよびΔＨｚφｍｉｎ−ａは、第一の磁気センサ６８Ａが検出する幅方向磁束密度の極大値および極小値であり、ΔＨｚφｍａｘ−ｃおよびΔＨｚφｍｉｎ−ｃは第二の磁気センサ６８Ｂが検出する幅方向磁束密度変化曲線を反転した曲線の極大値および極小値である。
【０１０３】
以上に示した実施形態においては、磁石をタイヤ内周面に、磁気センサをリムに取り付けたが、本発明は、タイヤトレッド部とリムとの相対変位を測定できればよく、いずれの実施形態のものに関しても、磁気センサをタイヤ内周面に、磁石をリムに取り付けても同様の効果を得ることができる。第一の実施形態の変形例として、磁石をリムに、磁気センサをトレッド内周面に取り付けたものを、図３１、図３２に示す。
【０１０４】
図３１は、タイヤ１をタイヤ子午線面で示す断面図であり、図３２は、図３１の矢視Ａ３−Ａ３に対応する断面図である。このタイヤ１のトレッド部２のタイヤ半径方向内側のタイヤ幅方向中央の表面には、磁気センサ１０８が貼り付けられ、リム６のリムウェル部６Ａのタイヤ半径方向外側表面の幅方向中央には、中心に一方の極性例えばＮ極の磁極を有し両端に他方の極性の磁極例えばＳ極をそれぞれ有する磁石１０４を、タイヤ１への外力の非作用下において、磁気センサ１０８を通りタイヤ半径方向内外に延びる直線Ｌ４上に中心が位置し両端がタイヤ周方向に対向するよう配設する。前記磁気センサ１０８は、磁石１０４から放射される磁界のタイヤ半径方向成分Ｈｒを検出するセンサ１０８Ａ、周方向成分Ｈθを検出するセンサ１０８Ｂよりなる。そして、リム６には、中継線２１およびコネクタ２２を介して磁気センサ１０８から入力した信号を処理しこれを車体側に設けられた受信装置に送信する送信装置７が取り付けられる。
【０１０５】
また、リムに固定して、磁気センサまたは磁石を取り付けるに際し、これを、リムから離隔して配置すると、タイヤに貼り付けられて相手方となる磁石または磁気センサとの距離が短くなるため、同じ感度の磁気センサに対して弱い磁力すなわち軽量な磁石でもこれを検知させることができるので、タイヤのアンバランスへの影響を低減できる点で有利となる。この例として、第一の実施形態に対応して、リムに固定される磁気センサをリムの半径方向外側に位置させたタイヤ作用力測定装置１１０を、図３３〜３６に基づいて説明する。図３３はタイヤ１をその回転軸を通る平面における断面で示す断面図、図３４は磁気センサ７８の取り付け態様を示す部分断面図、図３５は磁気センサ１１８の他の取り付け態様を示す部分断面図、そして、図３６は、図３３の矢視Ａ４−Ａ４に対応する断面図である。
【０１０６】
この実施形態のタイヤ作用力測定装置１１０は、タイヤ１のトレッド部２のタイヤ半径方向内側の表面に貼り付けられた可撓性を有するシート状の磁石１１４と、磁石１１４からの磁界を測定する磁気センサ１１８とを具え、磁石１１４は面対称性を有し、一方の磁極、例えば図においてはＮ極を面対称中心に、他方の極性の磁極、例えば図においてはＳ極を両端に設けていて、タイヤ１への外力の非作用下で対称面ＰＬがタイヤ子午線面と一致し面対称中心に設けられたＮ極からの磁力線の磁極表面での放射方向がタイヤ半径方向中心に向くよう配置される。
【０１０７】
一方、磁気センサ１１８は、リム６のリムウェル部６Ａからタイヤ半径方向外側に離隔して設けられ、対称面ＰＬ上に位置し、Ｎ極から放射される磁界のタイヤ半径方向成分Ｈｒを検出するセンサ１１８Ａおよび周方向成分Ｈθを検出するセンサ１１８Ｂよりなっている。
【０１０８】
この磁気センサ１１８の取り付け態様は次の通りである。磁気センサ１１８は、磁気センサ１１８で検出された信号を処理して車体側に設けられた受信装置に送信する送信装置７にマウントされ、送信装置７はブロック１２４に取り付けられていて、ブロック１２４は、リムウェル部６Ａのタイヤ半径方向外側の面に取り付けられた円筒状のガイド１２１の内周面に沿ってタイヤ半径方向内外に変位可能に設けられるとともにキー１２９によって、タイヤ半径周りの回転を規制されている。ここで、ブロック１２４とガイド１２１とは、磁気センサ１１８をリム６に固定するステー１２０を構成する。
【０１０９】
一方、リムウェル部６Ａにはナット１２３が取り付けられ、このナット１２３に螺合して、その操作部１２５ａを回動操作することにより半径方向に往復変位する調整ボルト１２５が取り付けられ、調整ボルト１２５の先端には円板状ヘッド１２５ｂが設けられ、このヘッド１２５ｂは、円板状にくりぬかれた形の、ブロック１２４の空洞部１２４ａに回転自在に係合されていて、ナット１２３と調整ボルト１２５とは、磁気センサ１１８のリム６からの離隔距離を調整する調整手段を構成する。
【０１１０】
このように取り付けられた、磁気センサ１１８は、調整ボルト１２５を回動操作することによりその先端の円板ヘッド１２５ｂに係合するブロック１２４を半径方向内外に変位させて磁気センサ１１８のリム６からの離隔距離を調整することができ、しかも、ブロック１２４は、その半径周りの回転を規制されているのでセンサ１１８の取り付け姿勢を変えることなくセンサ１１８の前記離隔距離を調整することができる。このことにより、タイヤ１をリム６に装着した状態でも操作部１２５ａを操作して磁気センサ１１８の離隔距離だけを変化させ磁気センサ１１８の感度の微調整を容易に行うことがでる。
【０１１１】
また、このステー１２０には、タイヤ内圧のシールのためのＯ−リング１２７、１２８が設けられるとともに、微調整を完了したあと、調整ボルト１２５を固定して振動衝撃に対する位置ずれを防止する固定ナット１２６を設けられる。
【０１１２】
図３４に示す磁気センサの取り付け態様の代わりに、図３５に示す取り付け態様で磁気センサ１１８を取り付けることもできる。磁気センサ１１８をマウントする送信装置７は、ブロック１３４に取り付けられ、ブロック１３４は、リムウェル部６Ａの半径方向内側の面に取り付けられた円筒状のガイド１３１の内周面に沿ってタイヤ半径方向内外に往復変位可能に設けられるとともにキー１３９によって、タイヤ半径周りの回転を規制されている。ここで、ブロック１３４とガイド１３１とは、磁気センサ１１８をリム６に固定するステー１３０を構成する。
【０１１３】
ガイド１３１にはリング１３１ａが取り付けられていて、このリング１３１ａに係合するツバ１３５ｂ、１３５ｃを有し、これらのツバ１３５ｂ、１３５ｃにより軸方向の変位を拘束された調整ボルト１３５が、ブロック１３４に設けられためねじ穴１３４ａに螺合して設けられている。そして、この調整ボルト１３５は磁気センサ８のリム６からの離隔距離を調整する調整手段を構成し、その操作部９５ａを回動操作することにより、ブロック１３４を回転させることなく半径方向に往復変位させることができる。
【０１１４】
この取り付け態様においても、タイヤ１をリム６に装着した状態でも磁気センサ７８の感度の微調整を容易に行えることは前述のとおりである。また、このステー１２０には、タイヤ内圧のシールのためのＯ−リング１３７、１３８が設けられておいることも前述の通りである。図６に示す取り付け態様のものは、リム６の半径方向に突出する部分を最小にすることができ、磁気センサ１１８をリム６に近接させて位置させた状態でタイヤ１をリム６に装着し、その後、磁気センサ１１８をリム６から離隔させて磁石１１４に近づけ磁石１１４からの磁界を検出する感度を上げることができ、このことにより、タイヤ１のリム６への取り付けを容易にすることができる。
【０１１５】
以上に示したいずれの取り付け態様においても、磁気センサ１１８は、リム６からタイヤ半径方向外側に離隔した位置で、ステー１２０、１３０を介してリム６に固定されるので、磁気センサ１１８をタイヤ内表面に貼付けられた磁石１１４に近接して配置することにより、弱い磁力の磁石であっても磁気センサ８で磁界変化を検知させることが可能となり磁石を軽量にして磁石１１４のタイヤバランス等への影響を最小に抑制することができる。
なお、以上の説明において、周上の一カ所においてリム外周面から半径方向外側に突起するステー１２０の代わりに、リム外周面から半径方向外側に全周にわたって突起する環状ブラケットを用いることもできる。
【０１１６】
【実施例】
本発明の有効性を確認するため、第二の実施形態のタイヤ作用力測定装置２０を用いて実験を行った。車両の片方の前輪のリムに磁気センサ２８を取り付けるとともに、この車輪のタイヤのトレッド部の半径方向内側に磁石２４Ａ、２４Ｂを貼り付けて、車両を一定速度で走行させたあと制動をかけて、車両の前後輪間の荷重バランスおよび前後力に過渡的変化を加え、その時の、式（１７）、式（１８）にそれぞれ示される、（ΔＨｚφｍａｘ−ΔＨｚφｍｉｎ）および（ΔＨｚφｍａｘ＋ΔＨｚφｍｉｎ）を、第二の実施形態の方法に基づいて測定した。このときタイヤを装着するホイールを、ホイールタイプの六分力計、すなわち、ホイールそのものが六分力計の機能を有するものとし、このホイールタイプの六分力計でタイヤの半径方向に作用する力Ｒ、タイヤの周方向に作用する力Ｔを求めてこれらの相関性を調査した。
【０１１７】
図３７は、車両の制動直前から停止までの間を所定間隔ごとに測定したこれらの測定値および計算値をプロットしたものであり、図３７（ａ）は、横軸にこの六分力計で測定された半径方向に作用する力Ｒを、縦軸に式（２７）で示されるＨｚ−ｄｉｆをとった相関図であり、図３７（ｂ）は、横軸に六分力計で測定された周方向に作用する力Ｔを、縦軸に式（２８）で示されるＨｚ−ａｖｅをとった相関図である。
Ｈｚ−ｄｉｆ＝（ΔＨｚφｍａｘ−ΔＨｚφｍｉｎ）                      （２７）
Ｈｚ−ａｖｅ＝（ΔＨｚφｍａｘ＋ΔＨｚφｍｉｎ）／２                  （２８）
Ｈｚ−ｄｉｆとタイヤ半径方向に作用する力Ｒとの相関係数は０．９８６、Ｈｚ−ａｖｅとタイヤ周方向に作用する力Ｔとの相関係数は０．９５１であった。このように、これらはともに高い相関を示し、本発明の力の測定方法が極めて有効であることを確認することができた。
【０１１８】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、＜１＞に係るタイヤに作用する力の測定方法によれば、タイヤの接地面に作用する周方向および半径方向の力を、タイヤの接地部分に発生する変位の変化パターンから求めるので、この力を正確に求めることができ、その結果、精度の高い摩擦係数の値をリアルタイムに得ることができる。
【０１１９】
＜２＞に係るタイヤに作用する力の測定方法によれば、前記タイヤ部分の変位を磁気的に測定するので、ノイズ等の影響をうけることが少なく、安定した測定が可能である。
【０１２０】
＜３＞に係るタイヤに作用する力の測定方法によれば、磁束密度のタイヤ周方向成分の変化パターンの極大値と極小値との平均からタイヤ周方向に作用する力を求め、極大値と極小値の差からタイヤ半径方向に作用する力を求めるので、タイヤの回転速度に関係なく極大値と極小値を特定することができ、よって、タイヤの回転速度を測定する必要がなく簡易で精度の高い測定システムを構成することができる。
【０１２１】
＜４＞に係るタイヤに作用する力の測定方法によれば、これも同様に、前記磁束密度のタイヤ半径方向成分の変化パターンの極大値もしくは極小値からタイヤ半径方向に作用する力を求めるので、タイヤの回転速度を測定する必要がなく簡易で精度の高い力測定システムを構成することができる。
【０１２２】
＜５＞に係るタイヤに作用する力の測定方法によれば、これも同様に、前記磁束密度のタイヤ幅方向成分の変化パターンの極大値と極小値との平均からタイヤ周方向に作用する力を求め、極大値と極小値の差からタイヤ半径方向に作用する力を求めるので、タイヤの回転速度を測定する必要がなく簡易で精度の高い力測定システムを構成することができ、さらに、磁気センサがタイヤの幅方向の磁束密度を測定するので、タイヤの回転に伴って地磁気の幅方向成分が変化することはなく磁石によって形成される磁束密度の極大値と極小値の特定に影響をあたえることがなく、好ましい。
【０１２３】
＜６＞に係るタイヤに作用する力の測定方法によれば、これも同様に、前記磁束密度のタイヤ幅方向成分の変化パターンの極大値と極小値との平均からタイヤ周方向に作用する力を求め、極大値と極小値の差からタイヤ半径方向に作用する力を求めるので、タイヤの回転速度を測定する必要がなく簡易で精度の高い力測定システムを構成することができ、さらに、タイヤの回転に伴って地磁気の影響が変化することを排除できることに加えて、車両の向きや、走行地域に依存し絵変化する地磁気の影響をも排除することができ、軽量にして精度の高い、作用力の測定方法を提供することができる。
【０１２４】
＜７＞に係るタイヤ作用力測定装置によれば、トレッド部の内周面に設けた磁石と、リム外周面に取り付けられた磁気センサとを具えるので、前述したそれぞれの力の測定方法を実現することができ、力の測定と、その結果から求められる摩擦係数を精度の高いものとすることができる。
【０１２５】
＜８＞に係るタイヤ作用力測定装置によれば、これも同様に、リム外周面に取り付けられた磁石と、トレッド部の内周面に設けた磁気センサとを具えるので、前述したそれぞれの力の測定方法を実現することができ、力の測定と、その結果から求められる摩擦係数を精度の高いものとすることができる。そして、磁石をリムの表面に取り付けるので、これをタイヤに取り付ける場合に比較してその重量に対する制限を緩和することができ、強い磁界を形成することが容易で、より安定した磁界の測定が可能となる。
【０１２６】
＜９＞に係るタイヤ作用力測定装置によれば、その磁石の構造と配置とにより、＜３＞もしくは＜４＞に係る力の測定方法を実現することができる。
【０１２７】
＜１０＞に係るタイヤ作用力測定装置によれば、その磁石の構造と配置とにより、＜５＞に係る力の測定方法を実現することができる。
【０１２８】
＜１１＞に係るタイヤ作用力測定装置によれば、磁石を表裏で逆転する関係にある極性の磁化を分布して構成するので、前述の通り、スチールコードとの協働効果により強い磁界を形成することができる。
【０１２９】
＜１２＞に係るタイヤ作用力測定装置によれば、磁石を構成するシート状磁石の表裏それぞれの面内で、同一の極性の磁化を均一に分布させているので、表裏それぞれに異なる極性に着磁された大きな磁気シートから切り出したものを裏表適宜組み合わせながら配置することにより、複雑な磁界でもこれを形成することのできる磁石を簡易に構成することができる。
【０１３０】
＜１３＞に係るタイヤ作用力測定装置によれば、その磁石配置により、表裏で異なるシート状磁石を用いて、＜３＞もしくは＜４＞に係る力の測定方法を実現することができる。
【０１３１】
＜１４＞に係るタイヤ作用力測定装置によれば、その磁石配置により、表裏で異なるシート状磁石を用いて、＜５＞に係る力の測定方法を実現することができる。
【０１３２】
＜１５＞に係るタイヤ作用力測定装置によれば、その磁石配置により、表裏で異なるシート状磁石を用いて、同様に、＜５＞に係る力の測定方法を実現することができ、しかも、より少ない枚数のシート状磁石でそれを実現することができる。
【０１３３】
＜１６＞に係るタイヤ作用力測定装置によれば、その磁石配置と、磁気センサの配置とにより、＜６＞に係る力の測定方法を実現することができ、その結果、タイヤ回転に伴う地磁気の影響のみならず、車両の向きや走行地域によって変化する地磁気の影響を排除することのできるタイヤに作用する力を簡易に精度よく求めることができる。
【０１３４】
＜１７＞に係るタイヤ作用力測定装置によれば、リムに固定される磁石もしくは磁気センサをリムのタイヤ半径方向外側に配置するので、磁石と磁気センサとの間隔を小さくすることができ、磁石の大きさが同じであっても、磁気センサで検知する磁気を強いものとして、測定精度を向上させることができる。
【０１３５】
＜１８＞に係るタイヤ作用力測定装置によれば、磁気センサもしくは磁石をリムに固定するステーもしくは環状ブラケットをそれぞれ具えるので、磁気センサもしくは磁石をリムに確実に固定することができる。また、多数の磁気センサを設ける場合には、環状ブラケットを用いることにより、より容易に磁気センサを取り付けることができる。
【０１３６】
＜１９＞に係るタイヤ作用力測定装置によれば、磁気センサのリムからの離隔距離を調整する調整手段を設け、調整手段を作動させる操作部をリムのタイヤ半径方向内側に設けているので、リムにタイヤを装着したあとでも、磁気センサの磁石との離隔距離を調整することができるので、磁気センサの感度の微調整や、タイヤのリムへの装着を容易ならしめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トレッド部上の点とこの点の方位を示すタイヤの正面図である。
【図２】トレッド部上の点の変位の周方向成分および半径方向成分と、方位φとの関係を表すグラフである。
【図３】トレッド部上の点の変位の周方向成分および半径方向成分と、方位φとの関係を表すグラフである。
【図４】本発明に係る第一の実施形態のタイヤに作用する力の測定方法に用いるタイヤの断面図である。
【図５】図４のＡ１−Ａ１断面を示すタイヤの断面図である。
【図６】磁束密度の周方向成分の変化と方位φとの関係を示すグラフである。
【図７】磁束密度の半径方向成分の変化と方位φとの関係を示すグラフである。
【図８】実施形態のタイヤに作用する力の測定方法を用いて力を測定する力測定システムの構成を示すシステム構成図である。
【図９】磁気センサで検出される磁束密度の周方向成分および半径方向成分の時間変化を表すグラフである。
【図１０】本発明に係る第二の実施形態のタイヤに作用する力の測定方法に用いるタイヤの断面図である。
【図１１】磁石の配置を示すタイヤの斜視図である。
【図１２】磁気センサと同じタイヤ半径方向高さの赤道上での磁束密度のタイヤ幅方向成分を示す略線展開図である。
【図１３】磁束密度の周方向成分の変化と方位φとの関係を示すグラフである。
【図１４】磁気センサで検出される磁束密度の周方向成分の時間変化を表すグラフである。
【図１５】本発明に係る第三の実施形態のタイヤに作用する力の測定方法に用いるタイヤの断面図である。
【図１６】図１５のＡ２−Ａ２断面を示すタイヤの断面図である。
【図１７】シート状磁石から放射される磁力線の分布を示す模式図である。
【図１８】本発明に係る第四の実施形態のタイヤに作用する力の測定方法に用いるタイヤの断面図である。
【図１９】磁石の配置を示すタイヤの斜視図である。
【図２０】シート状磁石から放射される磁力線の分布を示す模式図である。
【図２１】磁気センサと同じタイヤ半径方向高さの赤道上での磁束密度のタイヤ幅方向成分を示す略線展開図である。
【図２２】本発明に係る第四の実施形態の変形例を示すタイヤの断面図である。
【図２３】磁石の配置を示すタイヤの斜視図である。
【図２４】シート状磁石から放射される磁力線の分布を示す模式図である。
【図２５】磁気センサと同じタイヤ半径方向高さの赤道上での磁束密度のタイヤ幅方向成分を示す略線展開図である。
【図２６】本発明に係る第五の実施形態のタイヤに作用する力の測定方法に用いるタイヤの断面図である。
【図２７】磁石の配置を示すタイヤの斜視図である。
【図２８】シート状磁石から放射される磁力線の分布を示す模式図である。
【図２９】磁気センサと同じタイヤ半径方向高さの赤道上での磁束密度のタイヤ幅方向成分を示す略線展開図である。
【図３０】磁束密度の周方向成分の変化と方位φとの関係を示すグラフである。
【図３１】本発明に係る他の実施形態の変形例を示すタイヤの断面図である。
【図３２】図３１の矢視Ａ３−Ａ３に対応するタイヤの断面図である。
【図３３】本発明に係る他の実施形態の変形例を示すタイヤの断面図である。
【図３４】磁気センサの取り付け態様を示す断面図である。
【図３５】磁気センサの他の取り付け態様を示す断面図である。
【図３６】図３３の矢視Ａ４−Ａ４に対応するタイヤの断面図である。
【図３７】車両の制動直前から停止までの間を所定間隔ごとに測定したタイヤ半径方向力、周方向力の測定値と、磁気測定から求められる計算値との相関を表すグラフである。
【符号の説明】
１  タイヤ
２  トレッド部
２ａ  タイヤ内周面
３  スチールベルト
４  シート状磁石
４Ｎ、４Ｓ  磁極
５  車両
６  リム
６Ａ  リムウエル部
７  送信装置
８  磁気センサ
８Ａ  周方向成分検出用磁気センサ
８Ｂ  半径方向成分検出用磁気センサ
９  送信側ＣＰＵ
１０  タイヤ作用力測定装置
１１  送信アンテナ
１２  受信装置
１３  受信アンテナ
１４  受信側ＣＰＵ
１５  スチールコード
１６  スチール製素線
１７  硬質磁性材料よりなる素線
１８  ＡＢＳ
１９  力測定システム
２０  タイヤ作用力測定装置
２１  中継線
２２  コネクタ
２４  磁石
２４Ａ、２４Ｂ  シート状磁石
２８  磁気センサ
３０  タイヤ作用力測定装置
３４  シート状磁石
３８  磁気センサ
３８Ａ  周方向成分検出用磁気センサ
３８Ｂ  半径方向成分検出用磁気センサ
４０  タイヤ作用力測定装置
４４  磁石
４８  磁気センサ
５０  タイヤ作用力測定装置
５４  磁石
５４ａ、５４ｂ  シート状磁石
５８  磁気センサ
６０  タイヤ作用力測定装置
６４Ａ、６４Ｂ  磁石
６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ  シート状磁石
６８Ａ、６８Ｂ  磁気センサ
１０４  磁石
１０８  磁気センサ
１０８Ａ  周方向成分検出用磁気センサ
１０８Ｂ  半径方向成分検出用磁気センサ
１１０  タイヤ作用力測定装置
１１４  磁石
１１８  磁気センサ
１２０  ステー
１２１  ガイド
１２３  ナット
１２４  ブロック
１２４ａ  空洞部
１２５  調整ボルト
１２５ａ  操作部
１２５ｂ  円板状ヘッド
１２６  固定ナット
１２７、１２８  Ｏ−リング
１２９  キー
１３０  ステー
１３１  ガイド
１３１ａ  リング
１３４  ブロック
１３４ａ  めねじ穴
１３５  調整ボルト
１３５ａ  操作部
１３５ｂ、１３５ｃ  ツバ
１３７、１３８  Ｏ−リング
１３９  キー
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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