(57)【要約】  【課題】  構造が簡易で、メンテナンスも容易であり、かつタイヤに作用する周方向の力を正確に検出することができるタイヤに作用する力の測定装置及び方法並びにそれに用いるタイヤを提供する。  【解決手段】  車輪の回転速度を示す信号を出力する車輪速センサ6と、タイヤ1のサイドウォール12に設けた１つの被検出体が車輪の回転により対向する位置に臨んでいるか否かを示す信号を出力する回転センサ3と、車輪速センサ6及び前記回転センサ3から出力された信号が入力されることによりタイヤ1の周方向に作用する力を求める演算装置5とを備えたタイヤ1に作用する力の測定装置において、演算装置5は、車輪速センサ6から出力された所定の信号を検出した時点と、回転センサ3から出力された被検出体の検出信号の開始時点との時間差の変化量を求める手段と、求めた時間差の変化量に基づいて、タイヤ1の周方向に作用する力を演算する手段とを備える。【選択図】        図１
2005221385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪とともに回転する回転体の回転を検出して車輪の回転速度を示す信号を出力する車輪速センサと、タイヤのサイドウォールに設けた１つの被検出体の回転域に臨ませて配置してあり、前記被検出体が車輪の回転により対向する位置に臨んでいるか否かを示す信号を出力する回転センサと、前記車輪速センサ及び前記回転センサから出力された信号が入力されることによりタイヤの周方向に作用する力を求める演算装置とを備えたタイヤに作用する力の測定装置において、
前記演算装置は、
前記車輪速センサから出力された所定の信号を検出した時点と、前記回転センサから出力された前記被検出体の検出信号の開始時点との時間差の変化量を求める手段と、
該手段で求めた時間差の変化量に基づいて、タイヤの周方向に作用する力を演算する手段と
を備えることを特徴とするタイヤに作用する力の測定装置。
【請求項２】
前記演算装置は、入力信号を矩形波信号に変換する手段を備え、入力信号を矩形波信号に変換した後、前記時間差の変化量を求めるべくなしてあることを特徴とする請求項１記載のタイヤに作用する力の測定装置。
【請求項３】
タイヤの周方向に作用する力を演算する手段は、前記時間差の変化量を用いて、タイヤの周方向の変形量を求める手段と、該手段で求めたタイヤの周方向の変形量にタイヤの弾性係数を乗算することでタイヤの周方向に作用する力を求める手段と
を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のタイヤに作用する力の測定装置。
【請求項４】
車輪とともに回転する回転体の回転を検出して車輪の回転速度を示す信号を出力する車輪速センサから出力された信号と、タイヤのサイドウォールに設けた１つの被検出体の回転域に臨ませて配置してあり、前記被検出体が車輪の回転により対向する位置に臨んでいるか否かを示す信号を出力する回転センサから出力された信号とにより、タイヤの周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において、
前記車輪速センサから出力された所定の信号を検出した時点と、前記回転センサから出力された前記被検出体の検出信号の開始時点との時間差の変化量を求め、
求めた時間差の変化量に基づいて、タイヤの周方向に作用する力を演算することを特徴とするタイヤに作用する力の測定方法。
【請求項５】
前記車輪速センサから出力された信号及び前記回転センサから出力された信号を矩形波信号に変換した後、前記時間差の変化量を求めることを特徴とする請求項４記載のタイヤに作用する力の測定方法。
【請求項６】
前記時間差の変化量を用いて、タイヤの周方向の変形量を求め、求めたタイヤの周方向の変形量にタイヤの弾性係数を乗算することでタイヤの周方向に作用する力を求めることを特徴とする請求項４又は５記載のタイヤに作用する力の測定方法。
【請求項７】
サイドウォールの車体側に、所定形状を有する凹部、凸部、又はタイヤ材質以外の材質からなる付着体のいずれかを１つ配置してあることを特徴とするタイヤ。
【請求項８】
前記所定形状を有する凹部、凸部、又はタイヤ材質以外の材質からなる付着体のいずれかは、サイドウォールの幅の略中央より外側に配置してなしてあることを特徴とする請求項７記載のタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤのスリップ限界値を求めるべく、タイヤの周方向に作用する力をタイヤの変形量に基づいて推定するタイヤに作用する力の測定装置、タイヤに作用する力の測定方法、及びタイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、自動車の走行性能が向上するのに伴い、ブレーキの制動能力もより高い能力が要求される。そして、自動車の制動距離を短くするためには、ブレーキ装置の制動能力を高めるとともに、路面と接するタイヤの性能を高める必要がある。タイヤは、路面との摩擦力によってのみ、ブレーキ装置の制動力を路面から自動車に対して作用させることができ、タイヤと路面との間の摩擦係数に応じて路面に伝達される制動力が左右される。
【０００３】
しかし、タイヤにスリップが生じた場合、摩擦係数は大きく減少し、スリップ率が上昇する。スリップ率とは、自動車の車体の移動速度を車体速度、車輪の回転数により特定される自動車の速度を車輪速度とすると、（車体速度−車輪速度）／車体速度×１００（％）で表すことができる。スリップ率０％とは、車輪（タイヤ）がロックすることなく、路面を転がっている状態を意味し、スリップ率１００％とは、車輪速度がゼロであり、車輪（タイヤ）が完全にロックしている状態を意味する。
【０００４】
車輪（タイヤ）のロック、駆動車輪のスピン等を回避し、自動車の安全性を保つためには、摩擦係数を一定範囲に保ちながら、スリップ率を一定範囲に維持することが必要である。摩擦係数とスリップ率とは一定の相関関係を有する。すなわちスリップ率が０％から所定の値までは摩擦係数は急激に増大し、スリップ率が所定の値を超えると摩擦係数は減少に転じる。摩擦係数が最大となるスリップ率の近傍のスリップ率を維持すべくタイヤのロック／アンロックを制御するのは、いわゆるアンチロックブレーキングシステム(以下、ＡＢＳという)である。
【０００５】
ＡＢＳは、車両の速度と、車輪の回転数を測定し、測定された速度及び回転数に基づいてスリップ率を推定している。そして推定したスリップ率を、摩擦係数が最大となる値の近傍に収束させるよう速度に応じた車輪の回転数を調整すべくタイヤのロック／アンロックを制御する。
【０００６】
しかし、摩擦係数は路面の状態により時々刻々と変化するものであり、一定値ではない。したがって、スリップ率に基づくタイヤのロック／アンロック制御だけでは、実際の摩擦係数との乖離が大きく、摩擦係数が最大となるスリップ率の近傍のスリップ率を維持した場合であっても、摩擦係数が小さくなってしまうという問題が生じるおそれがあった。
【０００７】
斯かる問題に対応すべく、ブレーキ制動によりタイヤの周方向に作用する力を測定し、測定した周方向の力に基づいて摩擦係数を直接求める方法が良く用いられている。ブレーキ制動によりタイヤの周方向に作用する力を測定する方法としては、例えば特許文献１では、２つのセンサを用いてタイヤの周方向に作用する力を測定する装置が開示されている。具体的には、タイヤのサイドウォールの一半径上に、半径方向の位置が異なる２つの基準点を設定し、それぞれに磁性体を配設している。タイヤマウント内の該基準点に対向する位置に磁気センサを設け、２つの磁性体を検出する磁気センサ間の磁化ピーク点の時間的ずれ量を測定する。磁化ピーク点の時間的ずれ量はタイヤの変形量に比例することから、磁化ピーク点の時間的ずれ量に基づいてタイヤの周方向に作用する力を求めている。
【０００８】
また、特許文献２では、タイヤの変形を圧力変化で検出する圧力センサをタイヤの内部に設け、圧力の変化量を測定することでタイヤの周方向に作用する力を求める装置が開示されている。
【０００９】
特許文献３では、タイヤのサイドウォールに１つの磁性体を配設し、対向する車体上の位置に環状磁路を設け、タイヤの回転による環状磁路の磁束密度の変化を測定することでタイヤに作用する力の合力を求め、求めた合力を分解することにより周方向に作用する力を求める装置が開示されている。
【特許文献１】特表平１０−５０６３４６号公報
【特許文献２】特開２０００−２０３２１７号公報
【特許文献３】特開２００３−２１４９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１に開示されている方法では、タイヤのサイドウォールに、少なくとも半径方法の異なる位置に２つ、磁気センサの被検出体である磁性体を配設する必要がある。燃費の向上、タイヤ接地力の向上等を主眼としてタイヤの扁平化が進んでいる今日では、タイヤのサイドウォールの一半径上に、半径方向の位置が異なる２つ以上の磁性体を配設することは次第に困難となってきている。また、時間的ずれ量を求めるにはセンサの基準点を正確に求める必要があるが、複数の磁性体に基づいて基準点を求める場合、タイヤの変形の影響を受けやすいことから正確に求めることが実際上困難である。
【００１１】
また、特許文献２に開示されている方法では、検出された圧力変化信号を無線で送受信してタイヤの周方向に作用する力を求める必要があり、装置全体として構造が複雑になり、また取り付け後のメンテナンスも困難であるという問題点があった。
【００１２】
さらに、特許文献３に開示されている方法では、タイヤのサイドウォールに形成された磁束密度の変化を測定していることから、タイヤの回転による環状磁路の磁束密度の変化に基づいて求める力は、タイヤの周方向に作用する力だけではなく、幅方向の力との合力である。したがって、タイヤの周方向に作用する力は、磁束密度の変化に基づいて求めた力の分力の１つとして演算処理を行わなければ求めることができず、タイヤがタイヤの幅及び磁性体の傾斜角度と非線形に変形する場合には特に演算誤差が大きくなり、演算精度を高めることが困難であるという問題点があった。
【００１３】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、構造が簡易で、メンテナンスも容易であり、かつタイヤの周方向に作用する力を正確に検出することができるタイヤに作用する力の測定装置、タイヤに作用する力の測定方法、及びタイヤを提供することを目的とする。
【００１４】
また、センサで検出される信号に左右されず、正確にタイヤの周方向に作用する力を検出することができるタイヤに作用する力の測定装置、タイヤに作用する力の測定方法、及びタイヤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために第１発明に係るタイヤに作用する力の測定装置は、車輪とともに回転する回転体の回転を検出して車輪の回転速度を示す信号を出力する車輪速センサと、タイヤのサイドウォールに設けた１つの被検出体の回転域に臨ませて配置してあり、前記被検出体が車輪の回転により対向する位置に臨んでいるか否かを示す信号を出力する回転センサと、前記車輪速センサ及び前記回転センサから出力された信号が入力されることによりタイヤの周方向に作用する力を求める演算装置とを備えたタイヤに作用する力の測定装置において、前記演算装置は、前記車輪速センサから出力された所定の信号を検出した時点と、前記回転センサから出力された前記被検出体の検出信号の開始時点との時間差の変化量を求める手段と、該手段で求めた時間差の変化量に基づいて、タイヤの周方向に作用する力を演算する手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、第２発明に係るタイヤに作用する力の測定装置は、第１発明において、前記演算装置は、入力信号を矩形波信号に変換する手段を備え、入力信号を矩形波信号に変換した後、前記時間差の変化量を求めるべくなしてあることを特徴とする。
【００１７】
また、第３発明に係るタイヤに作用する力の測定装置は、第１又は第２発明において、タイヤの周方向に作用する力を演算する手段は、前記時間差の変化量を用いて、タイヤの周方向の変形量を求める手段と、該手段で求めたタイヤの周方向の変形量にタイヤの弾性係数を乗算することでタイヤの周方向に作用する力を求める手段とを含むことを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するために、第４発明に係るタイヤに作用する力の測定方法は、車輪とともに回転する回転体の回転を検出して車輪の回転速度を示す信号を出力する車輪速センサから出力された信号と、タイヤのサイドウォールに設けた１つの被検出体の回転域に臨ませて配置してあり、前記被検出体が車輪の回転により対向する位置に臨んでいるか否かを示す信号を出力する回転センサから出力された信号とにより、タイヤの周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において、前記車輪速センサから出力された所定の信号を検出した時点と、前記回転センサから出力された前記被検出体の検出信号の開始時点との時間差の変化量を求め、求めた時間差の変化量に基づいて、タイヤの周方向に作用する力を演算することを特徴とする。
【００１９】
また、第５発明に係るタイヤに作用する力の測定方法は、第４発明において、前記車輪速センサから出力された信号及び前記回転センサから出力された信号を矩形波信号に変換した後、前記時間差の変化量を求めることを特徴とする。
【００２０】
また、第６発明に係るタイヤに作用する力の測定方法は、第４又は第５発明において、前記時間差の変化量を用いて、タイヤの周方向の変形量を求め、求めたタイヤの周方向の変形量にタイヤの弾性係数を乗算することでタイヤの周方向に作用する力を求めることを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成するために、第７発明に係るタイヤは、サイドウォールの車体側に、所定形状を有する凹部、凸部、又はタイヤ材質以外の材質からなる付着体のいずれかを１つ配置してあることを特徴とする。
【００２２】
また、第８発明に係るタイヤは、第７発明において、前記所定形状を有する凹部、凸部、又はタイヤ材質以外の材質からなる付着体のいずれかは、サイドウォールの幅の略中央より外側に配置してなしてあることを特徴とする。
【００２３】
第１発明、及び第４発明では、ブレーキ制動することで、タイヤの下半分は進行方向と逆方向に変形し、タイヤの上半分は慣性により進行方向に向かって変形する。斯かる変形が生じることで、タイヤの上半分に回転センサを設けた場合、回転センサで出力される信号の被検出体の検出開始時点がタイヤの進行方向への変形によって定速走行時に比して早まる。したがって、車輪速センサで出力される信号のうち回転体上の所定点を検出する時点と、回転センサで出力される被検出体の検出信号の開始時点との時間差は、ブレーキ制動した場合、定速走行時における一定時間差よりも短く（長く）なる。そこで、ブレーキ制動した場合としない場合とでの、回転体上の所定点を検出する時点と回転センサで出力される被検出体の検出信号の開始時点との時間差の変化量を求めることで、該変化量に相当するタイヤの前後方向の歪み量を求めることができる。求めたタイヤの前後方向の歪み量に、タイヤの歪みに比例する弾性係数を乗じた場合、タイヤの前後方向の変形要因であるタイヤの周方向に作用する力を求めることができる。
【００２４】
これにより、ブレーキにより制動した場合のタイヤに作用する力によって生じるタイヤの前後方向の変形量を、車輪速センサで出力される所定の信号の検出時点と回転センサで出力される被検出体の検出信号の開始時点との時間差の変化量を求めることで特定することができる。したがって、タイヤを前後方向に変形させた、タイヤの周方向に作用する力、すなわちブレーキ制動により路面から伝わる前後方向の制動力を正確に求めることができ、ＡＢＳにおいてタイヤをロックすべきかアンロックすべきか、正しく判断することが可能となる。
【００２５】
また、回転センサを、タイヤのサイドウォールに配設された被検出体に対向する位置に１箇所設ければよく、既設の車輪速センサを併用することでタイヤの周方向に作用する力を求めることができることから、装置全体として構造を簡素化でき、製造コストの低減化を図ることが可能となる。
【００２６】
さらに、車輪速センサの出力信号はタイヤの周方向に作用する力の影響を受けないことから、車輪速センサの出力信号の所定の信号を検出する時点を基準に両センサから出力される所定の信号間の時間差の変化量を求めることで、タイヤの変形量に対応した時間差の変化量を精度良く求めることができ、簡易な構造であっても測定精度を高く維持することが可能となる。
【００２７】
また、第２発明及び第５発明では、各センサの出力信号が矩形波信号でない場合には、所定の信号の検出時点又は被検出体の検出信号の開始時点を特定することが困難であることから、各センサで検出された信号を矩形波信号に変換し、矩形波信号に基づいて所定の信号の検出時点又は被検出体の検出信号の開始時点を特定し、両信号間の時間差の変化量を求める。これにより、例えば各センサの出力信号が正弦波信号である場合、時間遅れ、歪み等により矩形が歪んでいるような信号である場合等、所定の信号の検出時点又は被検出体の検出信号の開始時点を特定することが困難である場合においても、検出時点を明確に特定することができる。よって、正確に両信号間の時間差の変化量を求めることができることから、ブレーキにより制動した場合のタイヤの周方向に作用する力によって生じるタイヤの前後方向の変形量に基づいて、タイヤの周方向に作用する力を正確に把握することが可能となる。
【００２８】
また、第３発明及び第６発明では、車輪速センサで出力された所定の信号と、回転センサで出力された所定の信号との時間差の変化量に基づいて、タイヤの周方向の変形量、すなわちブレーキ制動により変形したタイヤの前後方向の変形量を求めることができ、タイヤの前後方向の変形量にタイヤの弾性係数を乗算することで、タイヤを前後方向に変形させた、タイヤの周方向に作用する力、すなわちブレーキ制動により路面から伝わる制動力を求めることができる。これにより、車輪速センサで出力された信号の所定の信号の検出時点と、回転センサで出力された被検出体の検出信号の開始時点との時間差の変化量を用いて、ブレーキ制動によるタイヤの前後方向の変形量を求め、タイヤの前後方向の変形量にタイヤの弾性係数を乗算することでタイヤの周方向に作用する力、すなわちブレーキ制動により路面から伝わる制動力を求めることができ、ＡＢＳにおいてタイヤをロックすべきかアンロックすべきか、正しく判断することが可能となる。
【００２９】
また、第７発明では、サイドウォールの車体側に外部センサの被検出体として所定形状を有する凹部、凸部、又はタイヤ材質以外の材質からなる付着体のいずれかを１つ配置してある。これにより、新たに配設する被検出体を検出する回転センサの出力信号と、既設の車輪速センサの出力信号とに基づいて、タイヤの周方向に作用する力を求めることができることから、新たに回転センサを１つ配設することのみでタイヤの周方向に作用する力を求めることができ、装置全体として構造を簡素化でき、製造コストの低減化を図ることが可能となる。
【００３０】
また、第８発明では、被検出体である所定形状を有する凹部、凸部、又はタイヤ材質以外の材質からなる付着体のいずれかを、サイドウォールの幅の略中央より外側に配置する。これにより、ブレーキにより制動した場合のタイヤの周方向に作用する力によって生じるタイヤの変形量がより大きく検出できる位置で時間差の変化量を求めることができ、タイヤの変形量に基づいてタイヤの周方向に作用する力をより正確に把握することが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
第１発明及び第４発明によれば、ブレーキにより制動した場合のタイヤに作用する力によって生じるタイヤの前後方向の変形量を、車輪速センサで出力される所定の信号の検出時点と回転センサで出力される被検出体の検出信号の開始時点との時間差の変化量を求めることで特定することができる。したがって、タイヤを前後方向に変形させた、タイヤの周方向に作用する力、すなわちブレーキ制動により路面から伝わる前後方向の制動力を正確に求めることができ、ＡＢＳにおいてタイヤをロックすべきかアンロックすべきか、正しく判断することが可能となる。
【００３２】
また、回転センサを、タイヤのサイドウォールに配設された被検出体に対向する位置に１箇所設ければよく、既設の車輪速センサを併用することでタイヤの周方向に作用する力を求めることができることから、装置全体として構造を簡素化でき、製造コストの低減化を図ることが可能となる。
【００３３】
さらに、車輪速センサの出力信号はタイヤの周方向に作用する力の影響を受けないことから、車輪速センサの出力信号の所定の信号を検出する時点を基準に両センサから出力される所定の信号間の時間差の変化量を求めることで、タイヤの変形量に対応した時間差の変化量を精度良く求めることができ、簡易な構造であっても測定精度を高く維持することが可能となる。
【００３４】
また、第２発明及び第５発明によれば、例えば各センサの出力信号が正弦波信号である場合、時間遅れ、歪み等により矩形が歪んでいるような信号である場合等、所定の信号の検出時点又は被検出体の検出信号の開始時点を特定することが困難である場合においても、検出時点を明確に特定することができ、正確に両信号間の時間差の変化量を求めることができることから、ブレーキにより制動した場合のタイヤの周方向に作用する力によって生じるタイヤの前後方向の変形量に基づいて、タイヤの周方向に作用する力を正確に把握することが可能となる。
【００３５】
また、第３発明及び第６発明によれば、車輪速センサで出力された信号の所定の信号の検出時点と、回転センサで出力された被検出体の検出信号の開始時点との時間差の変化量を用いて、ブレーキ制動によるタイヤの前後方向の変形量を求め、タイヤの前後方向の変形量にタイヤの弾性係数を乗算することでタイヤの周方向に作用する力、すなわちブレーキ制動により路面から伝わる制動力を求めることができ、ＡＢＳにおいてタイヤをロックすべきかアンロックすべきか、正しく判断することが可能となる。
【００３６】
また、第７発明によれば、新たに配設する被検出体を検出する回転センサの出力信号と、既設の車輪速センサの出力信号とに基づいて、タイヤの周方向に作用する力を求めることができることから、新たに回転センサを１つ配設することのみでタイヤの周方向に作用する力を求めることができ、装置全体として構造を簡素化でき、製造コストの低減化を図ることが可能となる。
【００３７】
また、第８発明によれば、ブレーキにより制動した場合のタイヤの周方向に作用する力によって生じるタイヤの変形量がより大きく検出できる位置で時間差の変化量を求めることができ、タイヤの変形量に基づいてタイヤの周方向に作用する力をより正確に把握することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の形態に係るタイヤに作用する力の測定装置の車軸を含む部分縦断面図であり、図２はタイヤの車体側からの側面図である。
【００３９】
図において、１はタイヤであり、２はセンサの被検出体であるマークである。マーク２は、車軸を中心とした扇形状を有する白色部材であり、自動車の車体側のサイドウォール部１２に設けてなしたものである。ここにサイドウォール部１２とは、タイヤのトレッドパターン１１の内周側から、ホイールと嵌合するビード部１３までの間の領域をいう。
【００４０】
光学センサを使用したマークセンサ３は、マーク２の回転域に臨む車体ハウジングの上部位置であり、車軸中心を通る垂線上に配設してある。タイヤ１のサイドウォール部１２は通常黒色であることから、マークセンサ３は、自己の有する光源の反射光の強度が強い場合、すなわちマーク２がマークセンサ３に対向する位置を通過している間はＨレベルの信号を、反射光の強度が弱い場合、すなわちマーク２がマークセンサ３に対向する位置を通過していない間はＬレベルの信号を生成し、信号線４を介して演算装置５へ入力する。
【００４１】
図３は、演算装置５のブロック図である。演算装置５はＭＰＵ５１を備えており、ＭＰＵ５１とバスを介して接続されているＲＯＭ５２に演算処理プログラムを記憶している。また、外部から信号が入力される外部インタフェース５４から入力された信号はＲＡＭ５３に一時記憶され、演算処理時に読み出される。なお、信号線４は、車載ＬＡＮの信号線であり、複数の信号が外部インタフェース５４から入力可能となっている。
【００４２】
演算装置５には、速度計に対しても信号を出力する車輪速センサ６から出力された信号が信号線４を介して入力される。車輪速センサ６としては磁気式のロータリーエンコーダを用いる。
【００４３】
図４は、車輪速センサ６近傍の部分側面図（一部透視図）である。車輪の内側の車軸に強磁性リングギヤ６１を設け、エンジンハウジング６２１の上部にセンサ部６２を固定する。センサ部６２は、マークセンサ３の取り付け位置と同様、車軸中心を通る垂線上に配置する必要はなく、時間差の検出を容易にすべく、車軸中心を通る垂線より前方、すなわち進行方向側に配置する。センサ部６２は、棒状の永久磁石６２２と、永久磁石６２２の一端に取り付けられた軟鉄心６２３と、軟鉄心６２３の周囲に配置された誘導コイル６２４とからなる。センサ部６２の近傍で強磁性リングギヤ６１が回転した場合、強磁性リングギヤ６１の歯（突起）の有無に応じて、磁束の周期変化に直接比例する誘導電圧が誘導コイル６２４内に発生する。したがって、強磁性リングギヤ６１の歯のピッチが一定である場合、ほぼ正確な正弦電圧信号を出力することができる。電圧の周波数は、車輪の回転数に比例することから、演算装置５は、車輪速センサ６から出力された正弦電圧信号に基づいて車輪の速度を求めることができる。
【００４４】
図５は強磁性リングギヤ６１の軸方向から見た平面図である。強磁性リングギヤ６１の歯６１１、６１１、・・・のピッチは一定であるが、時間差を求める基準点を特定すべく出力信号に特異領域を生じさせるべく、１箇所だけ歯６１１を欠落させている。歯の欠落部６１２を検出すると正弦電圧信号に特異領域が生じる。該特異領域に基づいて時間差を求める基準点を特定する。
【００４５】
上述した構成による本発明の実施の形態に係るタイヤに作用する力の測定装置の動作について説明する。図６は、定速走行状態でブレーキによる制動操作が行われる場合の、タイヤ形状の歪みとマーク２の形状との関係を示す図である。図６に示すように、車輪の回転速度ωで定速走行している状態では、車輪速センサ６から出力される基準点を示す信号と、マークセンサ３から出力されるマーク２の検出開始位置を示す信号との位相差α（時間差α／ω）は一定値となる。すなわち、定速走行状態では、車輪の回転速度とマーク２の回転速度とは一致することから、定速走行状態における車輪速センサ６の基準点が検出される時点と、マークセンサ３によるマーク２の検出を開始する時点との時間差は一定値となる。該一定値を標準時間差として、演算装置５のＲＡＭ５３に記憶しておく。
【００４６】
定速走行状態でブレーキによる制動操作が行われた場合、タイヤと路面との間に進行方向（図６中白抜き矢印）と逆向きの摩擦力Ｐが生じ、タイヤ１の下半分では進行方向と逆方向に変形する。タイヤ１には慣性が存在することから、タイヤ１の上半分では進行方向に変形する。
【００４７】
タイヤ１の上半分に生じる変形に応じて、マーク２の位置が進行方向へと移動しマーク２’となり、位相差β（時間差β／ω）だけマークセンサ３から出力されるマークの検出開始位置を示す信号を早く検出する。したがって、車輪速センサ６から出力される基準点を示す信号と、マークセンサ３から出力されるマーク２の検出開始位置を示す信号との位相差α（時間差α／ω）は、位相差（α-β）へと変動する。斯かる位相差の変動量βに応じて、タイヤ１の周方向に作用する力を求める。
【００４８】
タイヤ１の周方向に作用する力Ｆは、弾性定数をｋ（Ｎ／ｍ）、ずれ量δ（ｍ）として、(数１)で求めることができる。なお、弾性定数ｋ（Ｎ／ｍ）は、事前にタイヤ１に作用する力と変形量との関係を測定した実験値から求めておく必要がある。求めた弾性定数ｋ（Ｎ／ｍ）は、演算装置５のＲＯＭ５２又はＲＡＭ５３へ記憶しておく。
【００４９】
(数１)
Ｆ＝ｋ×δ
【００５０】
ずれ量δ（ｍ）は、位相差の変動量β（ｒａｄ）が微小であることから、車軸中心からマーク２の検出位置までの距離Ｌ（ｍ）を用いて、(数２)のように表すことができる。
【００５１】
(数２)
δ＝β×Ｌ
【００５２】
したがって、(数１)及び(数２)より、タイヤ１に作用する周方向の力Ｆは、位相差の変動量β（ｒａｄ）に基づいて、(数３)を用いて求めることができる。
【００５３】
(数３)
Ｆ＝ｋ×β×Ｌ
【００５４】
マーク２を配置する位置は、サイドウォール部１２の車体側であれば、特に限定するものではない。ただし、ブレーキによる制動に起因するタイヤ形状の歪みは、タイヤの周辺部に向かうほど大きいことから、サイドウォール部１２の車体側で、可能な限り周辺部に配置することが好ましい。すなわち、タイヤ１の回転中心からマーク２までの距離Ｌが大きいほどタイヤ１の変形により生じる歪みの検出量が大きく、位相差の検出精度が向上することから、タイヤの周方向に作用する力Ｆについてもより正確に求めることが可能となる。
【００５５】
なお、車輪速センサ６から出力される信号は、上述したように本実施の形態では正弦電圧信号である。車輪速センサ６から出力される基準点を示す信号と、マークセンサ３から出力されるマーク２の検出開始位置を示す信号との位相差をより正確に求めるためには、車輪速センサ６から出力される基準点を示す信号及びマークセンサ３から出力されるマーク２の検出開始位置を示す信号を、それぞれ矩形信号に変換し、矩形信号の立ち上がり点として定めることが望ましい。そこで、例えば車輪速センサ６から出力される正弦電圧信号を、コンパレータを用いて所定の電圧より大きい場合はＨレベルの信号を、小さい場合はＬレベルの信号を出力することにより矩形電圧信号へと変換し、変換した矩形電圧信号の立ち上がり点から基準点を特定する。これにより、車輪速センサ６から出力された信号の基準点がより明確となり、時間差の変化量を求める精度も高まることから、より高い精度でタイヤ１に作用する周方向の力を求めることができる。
【００５６】
図７は、車輪速センサ６から出力された信号の基準点とマークセンサ３から出力されたマーク２の検出開始位置との時間差を求める方法の説明図である。車輪速センサ６では、図７（ａ）に示すような正弦波信号が出力される。区間Δｔは、車輪速センサ６の強磁性リングギヤ６１における歯の欠落部６１２での波形を示しており、本来、破線部で示す正弦波信号となるべきところ、歯が欠落していることから実線で示すようＬレベルの信号となる。
【００５７】
図７（ａ）に示す信号を、例えばコンパレータにより矩形波信号に変換したものが図７（ｂ）に示す信号である。矩形波信号に変換することで、通常の周期よりも長くＬレベル信号が出力された区間の次にＨレベルの信号が出力される時刻ｔ０を、車輪速センサ６の基準点とする。
【００５８】
図７（ｃ）は、マークセンサ３から出力される信号の例示であり、時刻ｔ１までＬレベルの信号を出力、すなわちサイドウォール部１２を検出しており、時刻ｔ１でＨレベルの信号を出力、すなわちマーク２を検出したことを示している。したがって、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示す基準点ｔ０、ｔ１を用いて、時間差は（ｔ１−ｔ０）であることから位相差αは(ｔ１−ｔ０)／ωで求めることができる。
【００５９】
このように、車輪速センサ６の出力信号から求めた基準点を示す信号に基づいて、車輪速センサ６とマークセンサ３との時間差を求めているが、車輪速センサ６の出力信号は、タイヤ１に作用する力の影響を受けないことから、従来のようにマークセンサ３同士でマーク２の検出時間差を求める方法に比べて、より正確にタイヤ形状の歪みによる時間差の変化量を検出することができ、タイヤに作用する力の推定精度を向上させることが可能となる。
【００６０】
図８は、演算装置５のＭＰＵ５１での処理のフローチャートである。図８において、車輪速センサ６からの出力信号が入力され(ステップＳ８０１)、車輪速センサ６からの出力信号が正弦波であるか否かを判定する(ステップＳ８０２)。車輪速センサ６からの出力信号が正弦波である場合、すなわち矩形波でない場合（ステップＳ８０２：ＹＥＳ）、矩形波へ変換する(ステップＳ８０３)。
【００６１】
次に、マークセンサ３からの出力信号が入力され(ステップＳ８０４)、両信号間の時間差を検出する(ステップＳ８０５)。そして、検出された時間差が、事前に記憶されている標準時間差と一致しているか否かを判断する(ステップＳ８０６)。
【００６２】
検出された時間差が、事前に記憶されている標準時間差と一致していない場合（ステップＳ８０６：ＮＯ）、時間差の変化量として検出された時間差と標準時間差との差を求め(ステップＳ８０７)、求めた時間差の変化量に基づいて、タイヤの周方向の変形量を求め(ステップＳ８０８)、求めたタイヤの周方向の変形量に弾性係数を乗算して、タイヤの周方向に作用する力を算出する(ステップＳ８０９)。求めたタイヤの周方向に作用する力を、ＡＢＳ制御プログラムへ出力することで(ステップＳ８１０)、タイヤをロックすべきかアンロックすべきか判断する。
【００６３】
なお、マークセンサ３の被検出体であるマーク２は、マークセンサ３の種類に応じて材質、形態等が異なる。すなわち、本実施の形態では、マークセンサ３は光源を有する光学センサであり、マーク２として光を反射する反射素材、光を吸収する素材等がタイヤのサイドウォールに付着される。タイヤに素材を付着させるのではなく、反射波の到達時間を変化させるべく、サイドウォール部１２に凹凸を形成するものであってもよい。もちろん、マークセンサ３は光学センサに限定されるものではない。
【００６４】
また、センサ部６２は、車軸中心を通る垂線より前方、すなわち進行方向側に配置することに限定されるものではなく、マークセンサ３の取り付け位置と同様、車軸中心を通る垂線上であっても良いし、車軸中心を通る垂線より後方、すなわち進行方向と逆側に配置してもよい。検出する時間差の増減が変動するだけであり、本実施の形態と同様の効果が期待できる。
【００６５】
以上のように本実施の形態によれば、ブレーキにより制動した場合のタイヤに作用する力によって生じるタイヤの前後方向の変形量を、車輪速センサで出力される所定の信号の検出時点と回転センサで出力される被検出体の検出信号の開始時点との時間差の変化量を求めることで特定することができる。したがって、タイヤを前後方向に変形させた、タイヤの周方向に作用する力、すなわちブレーキ制動により路面から伝わる前後方向の制動力を正確に求めることができ、ＡＢＳにおいてタイヤをロックすべきかアンロックすべきか、正しく判断することが可能となる。
【００６６】
また、回転センサを、タイヤのサイドウォールに配設された被検出体に対向する位置に１箇所設ければよく、既設の車輪速センサを併用することでタイヤの周方向に作用する力を求めることができることから、装置全体として構造を簡素化でき、製造コストの低減化を図ることが可能となる。
【００６７】
さらに、車輪速センサの出力信号はタイヤの周方向に作用する力の影響を受けないことから、車輪速センサの出力信号の所定の信号を検出する時点を基準に両センサから出力される所定の信号間の時間差の変化量を求めることで、タイヤの変形量に対応した時間差の変化量を精度良く求めることができ、簡易な構造であっても測定精度を高く維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態に係るタイヤに作用する力の測定装置の車軸を含む部分縦断面図である。
【図２】タイヤの車体側からの側面図である。
【図３】演算装置のブロック図である。
【図４】車輪速センサ近傍の部分側面図（一部透視図）である。
【図５】強磁性リングギヤの軸方向から見た平面図である。
【図６】定速走行状態でブレーキによる制動操作が行われる場合の、タイヤ形状の歪みとマークの形状との関係を示す図である。
【図７】車輪速センサから出力された信号の基準点とマークセンサから出力されたマークの検出開始位置との時間差を求める方法の説明図である。
【図８】演算装置のＭＰＵでの処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１  タイヤ
２、２’  マーク（被検出体）
３  マークセンサ（回転センサ）
４  信号線
５  演算装置
６  車輪速センサ
１１  トレッドパターン
１２  サイドウォール部
１３  ビード部
５１  ＭＰＵ
５２  ＲＯＭ
５３  ＲＡＭ
５４  外部インタフェース
６１  強磁性リングギヤ
６２  センサ部
【図１】
2005221385.tif 000003
【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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