(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤトレッドまたはタイヤホイールに取り付けられた、タイヤの歪状態及びタイヤの振動状態の少なくとも１つを検出する接地状態検出手段と、
タイヤの内圧を測定する圧力センサと、
上記接地状態検出手段の出力に基づいてタイヤの接地状態を推定する接地状態推定手段と、
タイヤ内の空気量を調整する空気量調整手段と、
タイヤの転動により発電し、上記接地状態推定手段に電力を供給する発電手段と、
上記発電手段により稼動し、上記接地状態推定手段で推定された接地状態に基づいて上記空気量調整手段を制御して、上記圧力センサで測定されたタイヤの内圧を所定の範囲内に調整する内圧制御手段とを備え、
上記接地状態推定手段と上記内圧制御手段とがタイヤに装着され、
上記発電手段は、
タイヤの転動により回転する着磁されたロータと、
上記ロータに隣接する高透磁率材から成るステータと、
上記ロータと上記ステータとを含む磁気回路内に設けられた発電コイルと、
ホイールのスポーク部に設けられてタイヤの転動時に生じる空気流を上記発電手段まで導入するエアー流入路と、
上記エアー流入路に設けられて上記空気流により回転して上記ロータを回転させるロータ回転手段とを備えていることを特徴とするインテリジェントタイヤシステム。
【請求項２】
上記接地状態推定手段で推定されたタイヤの接地状態に基づいて、車両の走行状態を制御する車両制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のインテリジェントタイヤシステム。  
【請求項３】
タイヤに、上記発電手段により稼動し、上記接地状態推定手段の出力を車体側に送信するための送信機を装着したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインテリジェントタイヤシステム。  
【請求項４】
上記発電手段に、上記発電コイルに発生した起電力を蓄える蓄電手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインテリジェントタイヤシステム。
【請求項５】
上記蓄電手段に蓄電された電力残量を監視して、上記電力残量が所定の値まで低下した場合には警告を発する警告手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載のインテリジェントタイヤシステム。  
【請求項６】
タイヤの転動により回転する着磁されたロータと、上記ロータに隣接する高透磁率材から成るステータと、上記ロータと上記ステータとを含む磁気回路内に設けられた発電コイルとを備えた発電手段と、
ホイールのスポーク部に設けられてタイヤの転動時に生じる空気流を上記発電手段まで導入するエアー流入路と、
上記エアー流入路に設けられて上記空気流により回転して上記ロータを回転させるロータ回転手段とを備えたことを特徴とする発電装置。
【請求項７】
上記発電コイルに発生した起電力を蓄える蓄電手段を設けたことを特徴とする請求項６に記載の発電装置。  
【請求項８】
上記エアー流入路における発電装置側の断面積を、上記空気流の導入側の断面積よりも小さくしたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の発電装置。
【請求項９】
タイヤの転動により回転する着磁されたロータと、上記ロータに隣接する高透磁率材から成るステータと、上記ロータと上記ステータとを含む磁気回路内に設けられた発電コイルと、上記ロータを回転させるロータ回転手段とを備えた発電装置が装着されたタイヤホールであって、
ホイールのスポーク部には、タイヤの転動時に生じる空気流を上記発電装置まで導入するエアー流入路が形成され、
上記ロータ回転手段が、
上記エアー流入路に設けられて上記空気流により回転し上記ロータを回転させることを特徴とするタイヤホイール。  
【請求項１０】
上記発電装置が、タイヤホイールのスポーク部に配設されていることを特徴とする請求項９に記載のタイヤホイール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤの歪状態や振動状態を検出してタイヤの接地状態を推定する手段と、上記接地状態推定手段を稼動するための発電手段とを備え、走行中のタイヤの接地状態を推定して制御するインテリジェントタイヤシステムと、このインテリジェントタイヤシステムに用いられる発電装置とタイヤホイールとに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両の安全走行にとって最も重要な因子であるタイヤと路面の関係、詳しくは、タイヤと路面間の摩擦係数（路面摩擦係数）に代表されるタイヤの接地状態を把握して車両の走行状態を制御する技術の開発が盛んに行われている。
従来、上記路面摩擦係数を推定する方法としては、車輪の回転速度の変動を表わす物理量であるタイヤのユニフォミティレベルが、路面摩擦係数の大きさによって変化することを利用して推定する方法（特開２０００−５５７９０号公報）や、前輪と車体とを連結するロアアームに加速度計を取付けて、トー角がついているタイヤの横振動を検出し、その振動レベルが路面摩擦係数によって変化することを利用して推定する方法（特開平６−２５８１９６号公報）などが提案されている。
【０００３】
しかしながら、上記タイヤのユニフォミティレベルから路面摩擦係数を推定する方法では、タイヤにフラットスポットが生じてユニフォミティが悪化し、これが回復していく過程では、正確な推定が困難であった。
一方、上記トー角がついている前輪の横振動から路面摩擦係数を推定する方法では、タイヤのスリップ角が完全にゼロになった場合や、大きなスリップ角がついた場合などでの測定精度が低いといった問題点があった。
【０００４】
そこで、転動中のタイヤトレッドの歪状態や振動状態などを検出することで、タイヤが路面と接しているトレッド部の状態を推定し、これに基づいて路面状態あるいは路面摩擦係数を推定する技術が検討されている。
本出願人は、転動中のタイヤトレッドの歪や振動そのものを検出したり、タイヤトレッドの振動によって励起されるタイヤホイールの振動を検出して、路面状態あるいは路面摩擦係数を精度良く推定する方法を提案している（特願２０００−１８２０３４号、特願２０００−１９０２３１号など）。これは、走行時のタイヤトレッドの歪状態や振動状態、あるいは車両バネ下部の２点間の振動伝達レベルが路面状態（路面摩擦係数μ）によって大きく異なることから、タイヤトレッド内面側に歪センサあるいは振動センサを配設して、上記タイヤトレッドの歪状態や振動状態を測定したり、ホイールリムとサスペンション・アーム上などのように、緩衝部材を介した車両バネ下部の少なくとも２点に振動センサを配設して、上記２点間の振動伝達レベルを測定したりすることにより、路面状態や路面摩擦係数μの値を推定するものである。
【０００５】
一方、タイヤ内圧もまたタイヤの接地状態の重要な要素であり、具体的には、タイヤ転動中の歪状態や振動レベルから路面状況（タイヤの接地状態）を正確に推定し、湿潤・氷雪路面などタイヤのグリップが低下する場合や凹凸路を走行時には、タイヤ内圧を下げるなどして接地面積を増加させてグリップを向上させたり、タイヤ剛性を低下させることで乗り心地を改良し、逆に、高速走行時やハイドロプレーニング現象が発生した場合は、タイヤ内圧を増加させるなどして走行燃費の改善や操縦性の回復を促す必要がある。
このように、タイヤから得られた情報を車両やドライバーに供給するだけでなく、上記情報を、タイヤそのものに対するアクション、詳しくはタイヤ内圧制御に代表される接地状態制御へ結びつけ、タイヤの接地状態に応じてタイヤ特性を制御し、より安全な、あるいは、より快適な走行状態を提供するためのインテリジェントタイヤシステムの開発が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、タイヤ転動中の歪状態や振動レベルを測定するための接地状態検出手段であるセンサのみをタイヤトレッド内面あるいはタイヤホイールに設置するだけではＳ／Ｎ比が十分にとれなかったり、センサによっては駆動電源を必要とするものもあるため、上記センサの出力を増幅するアンプや、上記アンプあるいはセンサに電力を供給してやる必要がある。更には、上記接地状態検出手段の出力に基づいて、タイヤの接地状態を推定したり制御する装置や、上記アンプまたはセンサあるいはタイヤ接地状態推定装置等の出力信号を車体側に伝達するための無線機をタイヤに搭載するような場合にも、上記推定装置や制御装置及び無線機への電力供給が必要であった。
言うまでもなく、回転体であるタイヤへの電力供給は、例えばスリップリングを用いても可能であるし、車体とタイヤ間の相対移動を利用した電磁誘導による起電力を用いることも可能である。ところが、これらの電力供給手段では車体構造の変更が必要となり、車両価格の大幅な増加をもたらすことが明白であり、インテリジェントタイヤの実用化に向けて大きな障壁となっている。
【０００７】
また、交換を前提とした電池を装備することが現時点では最も安易な方法であると言えるが、交換の煩わしさや電池寿命という決定的な問題が残されている。
例えば、電力残量が残り少なくなった場合はタイヤに装着された電子機器が正常に作動しなくなり、本来の機能を消失するだけでなく危険な状況を引き起こす可能性もある。つまり、十分な電力が供給されているか否か、言い換えるならば、インテリジェントタイヤシステムが有効に機能しているか否かを常に確認できることが重要であるにも関わらず、電力残量を警告する機能を持つ装置は見られない。これは、電力残量の警告機能そのものが、若干ながら電力を消費することから、電池の使用がいっそう現実的ではないためと考えられる。
更に、電池寿命を延ばすためには電力消費量を極力抑えることが有効であるが、上述の接地状態制御を行なう為には比較的大きな電力が必要であり、寿命の限られる電池を用いたシステムでは、全く実用性が得られない。逆に言うと、電池の寿命によってシステムに組み込む機能が制限されてしまい、本来の必要とされる機能をインテリジェントタイヤシステムに導入できないという事態に陥っている。
【０００８】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、長期にわたってタイヤ内圧を含むタイヤ接地状態を安定して推定し、タイヤの接地状態に応じてタイヤ特性を制御することが可能なインテリジェントタイヤシステムと、このインテリジェントタイヤシステムに用いられる発電装置及びタイヤホイール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】
本発明の請求項１に記載のインテリジェントタイヤシステムは、タイヤトレッドまたはタイヤホイールに取り付けられた、タイヤの歪状態及びタイヤの振動状態の少なくとも１つを検出する接地状態検出手段と、タイヤの内圧を測定する圧力センサと、上記接地状態検出手段の出力に基づいてタイヤの接地状態を推定する接地状態推定手段と、タイヤ内の空気量を調整する空気量調整手段と、タイヤの転動により発電し、上記接地状態推定手段に電力を供給する発電手段と、上記発電手段により稼動し、上記接地状態推定手段で推定された接地状態に基づいて上記空気量調整手段を制御して、上記圧力センサで測定されたタイヤの内圧を所定の範囲内に調整する内圧制御手段とを備え、上記接地状態推定手段と上記内圧制御手段とがタイヤに装着され、上記発電手段は、タイヤの転動により回転する着磁されたロータと、上記ロータに隣接する高透磁率材から成るステータと、上記ロータと上記ステータとを含む磁気回路内に設けられた発電コイルと、ホイールのスポーク部に設けられてタイヤの転動時に生じる空気流を上記発電手段まで導入するエアー流入路と、上記エアー流入路に設けられて上記空気流により回転して上記ロータを回転させるロータ回転手段とを備えたもので、これにより、車体構造を変更することなく、タイヤの接地状態を長期にわたって推定することができるので、タイヤの接地状態を安定して制御することが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載のインテリジェントタイヤシステムは、上記接地状態推定手段で推定されたタイヤの接地状態に基づいて車両の走行状態を制御する車両制御手段を備えたもので、これにより、上記接地状態に基づいて、車輪のロック状態や各車輪のブレーキ装置を個別に制御するなどして、車両の走行状態を制御することが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載のインテリジェントタイヤシステムは、タイヤに、上記発電手段により稼動し、上記接地状態推定手段の出力を車体側に送信するための送信機を装着したもので、これにより、車体との配線ケーブルを省略して、接地状態推定手段等の組付けを容易にすることが可能となる。
【００１４】
請求項４に記載のインテリジェントタイヤシステムは、上記発電手段に、上記発電コイルに発生した起電力を蓄える蓄電手段を設けたもので、これにより、車両の走行状態によらず、安定した電力供給が可能となる。
【００１５】
請求項５に記載のインテリジェントタイヤシステムは、上記蓄電手段に蓄電された電力残量を監視して、上記電力残量が所定の値まで低下した場合には警告を発する警告手段を設けたもので、これにより、タイヤに装着された各装置の機能が有効に作動しているか否かの判定を容易に行なうことが可能となる。
【００２０】
また、請求項６に記載の発電装置は、タイヤの転動により回転する着磁されたロータと、上記ロータに隣接する高透磁率材から成るステータと、上記ロータと上記ステータとを含む磁気回路内に設けられた発電コイルとを備えた発電手段と、ホイールのスポーク部に設けられてタイヤの転動時に生じる空気流を上記発電手段まで導入するエアー流入路と、上記エアー流入路に設けられて上記空気流により回転して上記ロータを回転させるロータ回転手段とを備え、タイヤの転動により生じる回転エネルギーにより上記着磁されたロータを回転させて、上記発電コイルに起電力を発生させて発電するようにしたものである。
【００２１】
請求項７に記載の発電装置は、上記発電コイルに発生した起電力を蓄える蓄電手段を設けたものである。
【００２３】
請求項８に記載の発電装置は、上記エアー流入路における発電装置側の断面積を上記空気流の導入側の断面積よりも小さくし、エアーの流速を高めるようにしたもので、これにより、発電効率を向上させることが可能となる。
【００２４】
また、請求項９に記載のタイヤホイールは、タイヤの転動により回転する着磁されたロータと、上記ロータに隣接する高透磁率材から成るステータと、上記ロータと上記ステータとを含む磁気回路内に設けられた発電コイルと、上記ロータを回転させるロータ回転手段とを備えた発電装置が装着されたタイヤホールであって、ホイールのスポーク部には、タイヤの転動時に生じる空気流を上記発電装置まで導入するエアー流入路が形成され、上記ロータ回転手段が、上記エアー流入路に設けられて上記空気流により回転し上記ロータを回転させることを特徴とするものである。
【００２８】
請求項１０に記載のタイヤホイールは、上記発電装置を、タイヤホイールのスポーク部に配設したものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係わるインテリジェントタイヤ１０を備えたインテリジェントタイヤシステムの構成を示す模式図である。同図において、１１は路面に接して回転するトレッド１２を備えたタイヤ本体、１３はリム１４とホイールディスク１５とから成るタイヤホイール（以下、ホイールと略す）で、リム１４の外周側には、ホイール１３の振動を検出する接地状態検出手段である振動センサ２１が配設されており、ホイールディスク１５には、上記振動センサ２１の出力に基づいてタイヤ踏面の情報、すなわちタイヤの接地状態を推定する接地状態推定手段２２と、上記推定されたタイヤの接地状態のデータを車体１００側に設けられた車両制御手段２５に送信する送信機２３と、インテリジェントタイヤ１０の転動により発電し、上記振動センサ２１の図示しないアンプと、接地状態推定手段２２と送信機２３とに電力を供給するための発電手段２４とが装着されている。
【００３０】
図２は、本発明におけるインテリジェントタイヤシステムの稼動原理を示す概念図で、同図において、１はタイヤの転動によって得られる回転エネルギーを供給するエネルギー供給源、２は上記エネルギー供給源１からの回転エネルギーを伝達する動力伝達手段、３は上記動力伝達手段２から伝達された回転エネルギーにより中心軸のまわりに回転する、複数の磁極に着磁されたロータ、４は上記ロータ３を囲むように、互いに対向して設けられたコア４ａ，４ｂと、このコア４ａ，４ｂのロータ３とは反対側の端部同士を連結するコの字型のヨーク４ｃから成るステータで、上記コア４ａ，４ｂ及びヨーク４ｃはともに高透磁率材から構成され、ロータ３とステータ４とにより上記ロータ３の磁極を起磁力とする磁気回路を形成している。また、５は上記ヨーク４ｃに巻かれた発電コイル、６は整流回路、７は上記発電コイル５の両端に発生した起電力により発生し、上記整流回路６を通って流れる誘導電流を蓄電する蓄電手段であるキャパシタで、上記エネルギー供給源１，動力伝達手段２，ロータ３，ステータ４，発電コイル５，整流回路６及びキャパシタ７とにより、振動センサ２１を含む接地状態推定手段２２と送信機２３とに電力を供給するための発電手段２４を構成する。
【００３１】
次に、動作について説明する。
発電手段２４では、エネルギー供給源１により、タイヤの転動から回転エネルギーを引き出して動力伝達手段２に送り、上記伝達された回転エネルギーにより、着磁されたロータ３を回転させる。なお、上記エネルギー供給源１及び動力伝達手段２の具体的な構成については、後述する。
上記ロータ３が回転すると、このロータ３を囲むように設けられた高透磁率材から成るステータ４内を流れる磁束密度が交番的に変化し、発電コイル５の両端側に起電力が発生する。この起電力により、発電コイル５，整流回路５及びキャパシタ７を含む回路に誘導電流が流れる。そして、この誘導電流が整流回路５によって整流されることにより、キャパシタ７に電荷が蓄積される。したがって、上記キャパシタ７に蓄えられた電力を用いて、接地状態推定手段２２及び送信機２３に電力を供給することが可能となる。
なお、発電コイル５は、上述のごとく、ステータ４のヨーク４ｃに直接巻かれていても良いし、ステータ４に磁気的に連結された図示しない鉄芯などに巻かれていても良い。
【００３２】
接地状態推定手段２２は、振動センサ２１の出力に基づいてタイヤの接地状態を推定し、この情報を、送信機２３を介して、車体１００側の車両制御手段２５に送信する。車両制御手段２５は、上記推定されたタイヤの接地状態の情報に基づいて、車両の走行状態を制御する。
図３は、接地状態推定手段２２の一構成例を示すブロック図である。なお、ここでは、説明を分かり易くするため、振動センサ２１をトレッド１２の内面１２Ａ側に配設した。
接地状態推定手段２２では、まず、振動センサ２１により、走行中のトレッド１２の振動レベルを検出し、振動波形検出手段２２ａにより、上記検出された振動レベルを時系列に配列した振動波形を求め、振動分布演算手段２２ｂにおいて、図４に示すような、上記波形の時間軸に振動検出位置を対応させた振動レベル分布を示すカーブ（以下、振動レベル分布と略す）を作成する。
トレッド１２には、はじめに、踏面手前の踏込み部▲１▼において、トレッド１２が路面Ｌに接触する際の打撃による振動が発生する。トレッド１２が路面Ｌに接触している踏面内（接地部）▲２▼では、トレッド１２は路面Ｌに拘束されるため振動はほとんど発生しない。その後、蹴り出し部▲３▼でトレッド１２が路面Ｌから離れた瞬間に、上記拘束が解放されることによって再び振動が発生する。
なお、上記踏込み部▲１▼，接地部▲２▼，蹴り出し部部▲３▼の位置は、例えば、図示しない車輪に設けられた回転センサの出力パルスに基づき検出する。
上記トレッド１２の振動レベルは、主に、車両が走行している路面状態に依存するので、路面状態を、例えば、（１）高μ路（μ≧０.６），（２）中μ路（０．３≦μ＜０.６），（３）低μ路（μ＜０.３）ように３つ以上の推定路面状態にランク分けし、それぞれの路面状態でのトレッド１２の振動レベル分布を予め求め、この振動レベル分布を、路面状態を推定するためマスターカーブとして振動レベル記憶手段２２ｃに記憶し、路面状態推定手段２２ｄにより、上記振動レベル分布演算手段２２ｂで得られたトレッド１２の振動レベル分布と、上記マスターカーブとを比較することにより、路面状態を推定することができる。
なお、上記振動レベルを周波数変換した振動レベルの周波数スペクトルを求め、この周波数スペクトルの所定の周波数帯域内での振動レベルを、予め求めた各路面状態での振動レベルと比較して路面状態を推定するようにしてもよい。
【００３３】
上記車両制御手段２５は、例えば、路面が低μ路である場合には、ＡＢＳのように車輪のロック状態を制御したり、あるいは各車輪のブレーキ装置を個別に制御して車両の姿勢を制御するなどして、車両の制動距離を短縮するような制御を行うことにより、車両の走行状態を制御する。
あるいは、推定されたタイヤの接地状態に基づいて、ブレーキ装置あるいはエンジン回転数などを制御して車輪空転状態の制御を行うことによっても、低μ路での制動距離を短縮するなどの車両の走行状態を制御することができる。
【００３４】
図５は、本実施の形態１に係わる発電手段２４Ａの構成を示す図で、この発電手段２４Ａは、図６に示すように、ホイール１３の回転軸１６上に配設される。
図５において、３０は上述したエネルギー供給源１に相当するアンバランスウェイトで、歯車３１とこの歯車３１の回転軸３１ａに回転可能に取り付けられた略半円形状の回転錘３２とから成る。このアンバランスウェイト３０は、回転錘３２の重心が歯車３１の回転軸３１ａに対して大きく偏心しているので、タイヤの転動に伴って発電手段２４Ａにかかる加速度が変化すると、上記アンバランスウェイト３０に回転モーメントが発生する。これにより、回転軸３１ａ周りの回転エネルギーを得ることができ、回転錘３２と同軸に連結された歯車３１を回転させることができる。
上記歯車３１の回転は、動力伝達手段２に相当する中間増速ギア３３を介して、ロータ３に同軸に連結された歯車３ａ伝達され、着磁されたロータ３が回転する。このとき、中間増速ギア３３を使用することにより、歯車３１の回転速度を大幅に増幅してロータ３を回転させることができる。
なお、ロータ３としては、上記中間増速ギア３３の回転に連動して回転する構成であればよく、例えば、軸上の一部に歯車を形成したり、予めロータ３を、隣接する歯が互いに異なる磁極になる着磁された歯車状としてもよい。
これにより、タイヤの転動から回転エネルギーを引き出し、着磁されたロータ３を回転させて、キャパシタ７を蓄電し、上記キャパシタ７に蓄えられた電力を用いて、接地状態推定手段２２及び送信機２３に電力を供給することができる。
【００３５】
このように、本実施の形態１では、アンバランスウエイト３０をタイヤの転動により回転させ、この回転エネルギーを着磁されたロータ３に伝達して上記ロータ３を回転させ、ロータ３及びステータ４を含む磁気回路に設けられた発電コイル５に発生した起電力をキャパシタ７に蓄積する発電手段２４をタイヤ内に装着し、ホイール１３に取り付けられた振動センサ２１の出力に基づいてタイヤの接地状態を推定する接地状態推定手段２２と、上記推定されたタイヤの接地状態のデータを車体１００側の車両制御装置２５に送信する送信機２３とに電力を供給するようにしたので、車体構造を変更することなく、タイヤの接地状態を長期にわたって推定して、タイヤの接地状態すなわち車両の走行状態を安定して制御することが可能なインテリジェントタイヤシステムを得ることができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態１では、接地状態検出手段として、ホイール１３の振動を検出する振動センサ２１を用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、検出するタイヤの接地状態に応じて、歪ゲージや非接触変位センサ、圧力センサあるいは加速度センサなどの他の検出手段を用いてもよい。
また、設置個所もリム１４の外周側に限定されるものではなく、タイヤ接地状態検出手段の種類に応じて、タイヤトレッド１２またはホイール１３の適当な場所に設置するようにすればよい。
また、接地状態推定手段２２の設置個所は、上記ホイールディスク１５上に限るものではなく、例えば、上記タイヤ１０の外部に設けるようにしてもよい。但し、この場合には、振動センサ２１の出力は、送信機２３を介して、上記接地状態推定手段２２に送るようにする。
【００３７】
図７（ａ）は、歪ゲージ２１Ｓをタイヤトレッド１２の主溝位置１２Ｂの内面側に設置し、走行時のタイヤトレッド１２内面の歪状態を検出する例を示す図である。タイヤ踏面内においてトレッド溝１２Ｂが収縮する際には、タイヤトレッド内面１２Ａに引っ張り歪が生じるので、上記歪ゲージ２１Ｓにより、図７（ｂ）に示すような、タイヤ内面２Ｂの歪の時間変化を計測することにより、路面状態を精度よく推定することができる。
図７（ｃ）は、このときの接地状態推定手段２２Ａの構成を示す図で、まず、歪ゲージ２１Ｓにより、タイヤ周方向の内面歪を連続的に計測する。上記計測された周方向の内面歪は、順次、歪変位量算出手段２２ｅに送られる。歪変位量算出手段２２ｅでは、タイヤ踏面内でのタイヤ内面歪と、タイヤ踏面以外でのタイヤ内面歪との差をとってこれを歪変位量とし、最大歪変位量算出手段２２ｆに送り、上記算出された歪変位量の最大値を算出する。路面状態推定手段２２ｈでは、上記歪変位量の最大値と、歪変位量記憶手段２２ｇから送られた、予め作成された歪変位量の最大値と路面状態との関係を示すマップとを用いて、路面状態を推定する。
【００３８】
また、図８（ａ）に示すように、リム１４とサスペンション・アーム１９上などのように、緩衝部材を介した車両バネ下部の少なくとも２点に第１及び第２の振動センサ２１Ｐ、２１Ｑを配設して、上記２点間の振動伝達レベルを測定することにより、タイヤの接地状態を推定するようにしてもよい。上記振動センサ２１Ｑが設置されるサスペンション・アーム１９は、根元のゴムブッシュ１９Ａを介してハブ部１９Ｂと接続されているので、これにより、２つの振動センサ２１Ｐ，２１Ｑは緩衝部材を介して配置されていることになる。
例えば、氷盤上や水膜上での振動伝達レベルは、通常の乾燥アスファルト路面上での振動伝達レベルと比較して、５００Ｈz〜２ｋＨｚの周波数帯域で著しくが高くなっている。これは、トレッド１２の踏面内振動によってタイヤを含む足回りが加振されるともに、路面μが低いためにトレッド１２の路面からの拘束が小さいため、タイヤ−ホイール間、サスペンション−ホイール間の振動が伝達されやすい状態となり、上記帯域での振動伝達レベルが高くなることによる。したがって、上記帯域の振動伝達レベルを監視することにより、路面状態を推定することが可能となる。
図８（ｂ）は、このときの接地状態推定手段２２Ｂの一構成例を示す図で、上記第１及び第２の振動センサ２１Ｐ，２１Ｑと、この振動センサ２１Ｐ，２１Ｑの出力レベルから上記２点間における振動伝達関数を演算する伝達関数演算手段２２ｍと上記伝達関数の周波数特性から所定の周波数帯域内での振動レベルを演算する振動伝達レベル演算手段２２ｎと、上記演算された振動伝達レベルを、振動レベル記憶手段２２ｘに記憶されている、上記予め求められた振動伝達レベルと路面状態との関係を示すＧ−μマップを用いて、路面状態を推定する路面状態推定手段２２ｙとを備え、得られた周波数スペクトルとＧ−μマップとにより、路面状態を推定する。
【００３９】
また、上記例では、発電ユニット２４Ａをホイール１３の回転軸１６上に配設したが、発電ユニット２４Ａの装着場所は必ずしもホイール１３の軸上に限るものではなく、ホイール１３のスポーク部１７上あるいはリム底（リム１４の外周側で、タイヤ内部の空間）などに装着してもよい。更には、タイヤの転動によりアンバランスウエイト３０が効率よく回転できる場所であれば、ブレーキディスクや車軸などのタイヤ１０の外部に装着してもよい。
また、発電ユニット２４Ａは、必要に応じて複数個設けてもよい。
【００４０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、タイヤの転動から回転エネルギーを取り出すエネルギー供給源１として、アンバランスウェイト３０を用いた発電ユニット２４Ａについて説明したが、エネルギー供給源１の構成はこれに限るものではなく、例えば、タイヤの転動によって生じるエアーフローを、プロペラや水車型の回転子を用いて回転エネルギーに変換する構成も可能である。
図９は、本実施の形態２に係わる発電手段２４Ｂの構成を示す図で、エネルギー供給源１として、ホイール１３のスポーク部１７に、上記スポーク部１７をタイヤ周方向に貫通するエアー流入路１８を設け、このエアー流入路１８に歯車４１とこの歯車４１の回転軸４１ａに回転可能に取り付けられた複数のプロペラ形状の翼部４２とを有する回転子４０を配置したものである。上記回転子４０は翼部４２の回転面が、上記エアー流入路１８のエアー導入路１８Ａから導入されエアー排出路１８Ｂから排出されるエアーフローの方向に略直角になるように取り付けられる。なお、４３は動力伝達手段２に相当する中間増速ギア、３は着磁されたロータ、４はステータ、５は発電コイルである。なお、整流回路及びキャパシタについては省略した。
【００４１】
次に、動作について説明する。
タイヤの転動、すなわちホイール１３の回転に伴い、リム１４に沿って発生するエアーの流れ（同図の矢印Ｋ）が、エアー導入路１８Ａからエネルギー供給源１である回転子４０に導かれ、回転子４０の翼部４２が回転する。これにより、回転軸４１ａ周りの回転エネルギーを得ることができ、歯車４１を回転させることができる。
上記回転エネルギーは、中間増速ギア４３を介して、ロータ３に伝達され、ロータ３が回転する。これにより、上記実施の形態１と同様に、タイヤの転動から回転エネルギーを引き出して、ロータ３を回転させて、キャパシタ７を蓄電し、上記キャパシタ７に蓄えられた電力を用いて、接地状態推定手段２２及び送信機２３に電力を供給することができる。
【００４２】
なお、上記実施の形態２では、プロペラ形状の翼部４２とを有する回転子４０を用いた発電手段２４Ｂについて説明したが、図１０に示すように、水車型の翼部４７を有する回転子４５を用いてよい。なお、この場合には、回転子４５の回転軸４５ａをスポーク部１７のホイール１３の回転軸１６側に設置するとともに、翼部４７の外周部（半径の約１／３程度）がエアー導入路１８Ａ内に突出するようにする。
また、エアー排出路１８Ｂの口径をエアー導入路１８Ａの口径よりも細くするという構成を採用して、エアー導入路１８Ａ内のエアーの流速を高めるようにすれば、発電効率を更に向上させることができる。
【００４３】
実施の形態３．
図１１は、本実施の形態３に係わるインテリジェントタイヤ５０の構成を示す模式図で、５１はタイヤの内圧を測定するための圧力センサ、５２は図示しないエアー供給源の空気圧を測定するための圧力センサ、５３は上記エアー供給源とタイヤ本体１１間に設けられた空気調整弁、５４は上記圧力センサ５１，５２で検出された圧力値に基づいてタイヤの接地状態を推定するとともに、上記推定されたタイヤの接地状態に基づいて上記空気調整弁５３を制御してタイヤ内圧を所定の範囲に調整する内圧制御手段、５５はタイヤ１０の転動により発電し、上記圧力センサ５１，５２，空気調整弁５３及び内圧制御手段５４に電力を供給する発電手段である。
ここで、発電手段５５としては、例えば、上述した発電手段２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃなどが使用可能である。また、上記空気調整弁５３は、エアー通路１５Ｓを通ってタイヤ本体１１にエアーを供給したり、逆にタイヤ本体１１からエアーを排出する機能を有するものとし、エアー供給源は、回転継手の使用を前提として車体に搭載されていても良いし、ホイール１３内に装備されていても良い。
【００４４】
上記構成のインテリジェントタイヤ５０では、発電手段５５により、内圧制御手段５４等を稼動して、圧力センサ５１，５２で検出された圧力値に基づいて走行中のタイヤ内圧を判定し、空気調整弁５３を制御してタイヤ内圧を所定の範囲内に調整することができるので、タイヤ内圧を長期に亘って安定して制御することが可能となる。
また、車体側に上記実施の形態１と同様の車両制御手段を設けるとともに、上記インテリジェントタイヤ５０に、発電手段５５で稼動する送信機を設けるようにすれば、内圧制御手段５４で判定されたタイヤの接地状態のデータであるタイヤ内圧のデータを車体側に送信し、これに基づいて車両の走行状態を制御することも可能である。
また、本実施の形態３では、内圧制御手段５４が接地状態推定手段の機能を有しているが、更に、上記実施の形態１の接地状態推定手段２２を別途設けることにより、この接地状態推定手段２２で推定されたタイヤの接地状態に基づいて、タイヤ内圧を調整するような制御を行うようにしてもよい。
なお、タイヤ内圧が低下すると、タイヤ接地長が長くなるので、歪ゲージなどの接地状態検出手段によってトレッド１２の歪状態を検出してタイヤ内圧を推定することも可能であるが、タイヤ内圧のみを制御するような場合には、圧力センサ５１，５２を採用することが望ましい。
【００４５】
また、上記構成に加えて、図１２（ａ）に示すように、キャパシタに７蓄電された電力残量を監視する監視装置６２と、上記電力残量が所定の値まで低下した場合に警告を発する警告発生装置６３とを備えた警告装置６１を設けてもよい。上記警告発生装置６３は、図１２（ｂ）に示すように、各色の発光ダイオード６３Ｄを用いた電飾をホイール１３に装着して警告を発するもので、これにより、タイヤに装着された各装置の機能が有効に作動しているか否かの判定を容易に行なうことが可能となる。また、送信機を設けて車両側にに情報送信を行ない、車両に搭載された表示装置にて警告を行なうことも可能である。
なお、警告機能としては、上記形状に限定されるものではなく、各種のインジケーターが使用できる。
また、応用例として、電力残量表示に限らずインテリジェントタイヤに搭載される各装置の稼動状況や検出状況を、上記各色の発光ダイオード６３Ｄを用いた電飾を用いて表示することも容易である。
また、ホイール１３に電飾を装着するとともに、上記電飾を上記発電手段２４から供給される電力により稼動させて、インテリジェントタイヤシステムにファッション性という付加価値を持たせることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、タイヤの歪状態及びタイヤの振動状態の少なくとも１つを検出する接地状態検出手段と、タイヤの内圧を測定する圧力センサと、上記接地状態検出手段の出力に基づいて、タイヤの接地状態を推定する接地状態推定手段とを備えるとともに、タイヤの転動により発電し、上記接地状態推定手段に電力を供給する発電手段とをタイヤホイールに装着し、上記推定された接地状態に基づいてタイヤの接地状態を制御するようにしたので、車体構造を変更することなく、タイヤの接地状態を長期にわたって推定して、タイヤの接地状態を安定して制御することが可能なインテリジェントタイヤシステムを得ることができる。
また、上記発電手段により稼動し、上記接地状態推定手段で推定された接地状態に基づいて、タイヤ内の空気量を調整する空気量調整手段を制御してタイヤ内圧を所定の範囲内に調整する内圧制御手段をタイヤに装着するようにしたので、タイヤ内圧を長期にわたって制御することができ、車両の走行性を安定させることができる。
また、タイヤに、上記発電手段により稼動し、上記接地状態推定手段の出力を車体側に送信するための送信機を装着したので、車体との配線ケーブルを省略することができるとともに、接地状態推定手段等のタイヤへの組付けを容易にすることができる。
【００４７】
また、本発明によれば、上記発電手段を、タイヤの転動により回転する着磁されたロータと、このロータに隣接する高透磁率材から成るステータと、上記ロータ及びステータを含む磁気回路内に設けられた発電コイルと、この発電コイルに発生した起電力を蓄えるキャパシタとから構成したので、タイヤの転動のエネルギーにより、電力供給が半永久的に可能となるので、インテリジェントタイヤシステムの機能を長期にわたって安定に維持することができる。
また、タイヤの転動時に生じる空気流を上記発電手段内に導入し、上記導入された空気流により、上記ロータを回転させるようにしたので、発電手段の効率を向上させることができる。  
更にまた、上記キャパシタに蓄電された電力残量を監視して、上記電力残量が所定の値まで低下した場合には警告を発する警告装置を備えたので、タイヤに装着された各装置の機能が有効に作動しているか否かの判定を容易に行なうことができる。  
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係わるインテリジェントタイヤシステムの構成を示す模式図である。
【図２】  本発明におけるインテリジェントタイヤシステムの稼動原理を示す概念図である。
【図３】  接地状態推定手段の一構成例を示すブロック図である。
【図４】  タイヤの振動レベルの時間的変化を示す図である。
【図５】  本実施の形態１に係わる発電手段の構成を示す図である。
【図６】  発電手段の装着位置を示す図である。
【図７】  接地状態推定手段の他の例を示す図である。
【図８】  接地状態推定手段の他の例を示す図である。
【図９】  本実施の形態２に係わる発電手段の構成を示す図である。
【図１０】  発電手段の他の構成を示す図である。
【図１１】  本実施の形態３に係わるインテリジェントタイヤシステムの構成を示す模式図である。
【図１２】  警報装置を備えたインテリジェントタイヤシステムの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１  エネルギー供給源、２  動力伝達手段、３  ロータ、３ａ  ロータに連結された歯車、４  ステータ、５  発電コイル、６  整流回路、７  キャパシタ、１０，５０  インテリジェントタイヤ、１１  タイヤ本体、１２  トレッド、１３  タイヤホイール、１４  リム、１５  ホイールディスク、１６  ホイールの回転軸、１７  スポーク部、１８  エアー流入路、１８Ａ  エアー導入路、１８Ｂ  エアー排出路、１９  サスペンション・アーム、２１  振動センサ、２２，２２Ａ，２２Ｂ  接地状態推定手段、２３  送信機、２４，２４Ａ，２４Ｂ、２４Ｃ  発電手段、２５  車両制御手段、３０  アンバランスウェイト、３１，４１  歯車、３２  回転錘、３３，４３  中間増速ギア、４０，４５  回転子、５１，５２  圧力センサ、５３  空気調整弁、５４  内圧制御手段、５５  発電手段、６１  警告手段、６２  監視装置、６３  警告発生装置、６３Ｄ  発光ダイオード、１００  車体。
【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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