(57)【要約】  旋回走行中の車両にかかる、車両進行方向に対して略垂直方向の遠心力の大きさと、車両の旋回走行中における複数の車輪それぞれの接地長と、複数の車輪の接地部分それぞれの車輪幅方向の変形量とを求め、さらに、各車輪の幅方向の変形量それぞれの、車両の直進走行中における各車輪幅方向の変形量に対する差分をそれぞれ算出して、前記遠心力の大きさ、前記接地長、および前記幅方向変形量の差分を用いて、各車輪に発生するコーナリングフォースの大きさをそれぞれ算出する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤが装着された車輪を複数備える車両において、この車両の旋回走行中に各車輪に発生するコーナリングフォースの大きさをそれぞれ算出する方法であって、
旋回走行中の車両にかかる、車両進行方向に対して略垂直方向の遠心力の大きさを測定する遠心力測定ステップと、
旋回走行中の車両における、前記複数の車輪の接地部分それぞれの、車輪周方向の接地長を求める接地長導出ステップと、
旋回走行中の車両における、前記複数の車輪の接地部分それぞれの、車輪幅方向の変形量を求める幅方向変形量導出ステップと、
前記遠心力の大きさ、前記接地長、および前記幅方向の変形量に基づいて、前記車両の各車輪に発生するコーナリングフォースの大きさをそれぞれ算出するコーナリングフォース算出ステップとを有することを特徴とするコーナリングフォース算出方法。
【請求項２】
前記車両の直進走行中における、前記複数の車輪の接地部分それぞれの、車輪幅方向の変形量が予め既知であり、
さらに、前記コーナリングフォース算出ステップに先がけて、前記幅方向変形量導出ステップで求められた前記旋回走行中における車輪幅方向の変形量と、前記車両の直進走行中における車輪幅方向の変形量との差分を、各車輪それぞれについて算出する幅方向変形ずれ量算出ステップを有し、
前記コーナリングフォース算出ステップは、前記遠心力の大きさ、前記接地長、および前記幅方向変形量の差分を用いて、各車輪に発生するコーナリングフォースの大きさをそれぞれ算出することを特徴とする請求項１記載のコーナリングフォース算出方法。
【請求項３】
前記コーナリングフォース算出ステップは、前記複数の車輪それぞれについて、前記接地長と前記幅方向変形量の前記差分とを乗算して、旋回走行中の各車輪の接地部分の変形面積を表す変形面積等価量を求め、
前記複数の車輪の前記変形面積等価量の総和に対する、各車輪の前記変形面積等価量の比それぞれと、前記遠心力の大きさとをそれぞれ乗算することで、
各車輪の接地部分それぞれに発生するコーナリングフォースの大きさを、各車輪毎にそれぞれ算出することを特徴する請求項２記載のコーナリングフォース算出方法。
【請求項４】
転動中のタイヤが前記路面から外力を受けることで発生する、前記タイヤの所定部位の時系列の加速度データを取得する加速度データ取得ステップを有し、
前記接地長導出ステップは、前記加速度データ取得ステップで取得された、前記タイヤの時系列の加速度データを用いて、前記タイヤが装着された車輪の接地長を求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコーナリングフォース算出方法。
【請求項５】
前記接地長導出ステップは、前記時系列の加速度データから、タイヤの変形に基づく時系列の加速度データを抽出して、前記タイヤの変形に基づく時系列の加速度データに対して２階の時間積分を行って変位データを求めることにより、タイヤの所定部位における変形量を算出して、このタイヤの所定部位における変形量を用いて前記接地長を算出することを特徴とする請求項４に記載のコーナリングフォース算出方法。
【請求項６】
前記加速度データ取得ステップで取得される加速度データは、前記タイヤの周方向に対して直交するラジアル方向の加速度のデータ及びタイヤの周方向の加速度のデータの少なくとも一方のデータであり、
前記接地長導出ステップで算出される、前記タイヤの所定部位の変形量は、タイヤのラジアル方向及び周方向の変形量、もしくはラジアル方向の変形量であることを特徴とする請求項４または５に記載のコーナリングフォース算出方法。
【請求項７】
転動中のタイヤが前記路面から外力を受けることで発生する、前記タイヤの所定部位の時系列の加速度データを取得する加速度データ取得ステップを有し、
前記幅方向変形量導出ステップは、前記加速度データ取得ステップで取得された、前記タイヤの時系列の加速度データを用いて、前記複数の車輪それぞれの幅方向変形量を求めることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のコーナリングフォース算出方法。
【請求項８】
前記幅方向変形量導出ステップは、前記時系列の加速度データから、タイヤの変形に基づく時系列の加速度データを抽出して、前記タイヤの変形に基づく時系列の加速度データに対して２階の時間積分を行って変位データを求めることにより、前記タイヤの幅方向変形量を算出することを特徴とする請求項７に記載のコーナリングフォース算出方法。
【請求項９】
前記車両に設けられた車両加速度センサによって、前記車両の旋回走行中における、車両進行方向に対して略垂直方向の車両の加速度の大きさを計測する車両加速度計測ステップを有し、
前記遠心力導出ステップは、前記車両加速度計測ステップで計測した前記車両の加速度の大きさと、予め既知である前記車両の重量とに基づき、前記遠心力の大きさを導出することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のコーナリングフォース算出方法。
【請求項１０】
タイヤが装着された車輪を複数備える車両において、この車両の旋回走行中に各車輪にかかるコーナリングフォースの大きさをそれぞれ算出する装置であって、
旋回走行中の車両にかかる、車両進行方向に対して略垂直方向の遠心力の大きさを測定する遠心力測定手段と、
旋回走行中の車両における、前記複数の車輪の接地部分それぞれの、車輪周方向の接地長を求める接地長導出手段と、
旋回走行中の車両における、前記複数の車輪の接地部分それぞれの、車輪幅方向の変形量を求める幅方向変形量導出手段と、
測定された前記遠心力の大きさ、導出された前記接地長、および前記幅方向の変形量に基づいて、前記車両の各車輪に発生するコーナリングフォースの大きさをそれぞれ算出するコーナリングフォース算出手段とを有することを特徴とするコーナリングフォース算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の車輪を備える車両について、この車両の旋回走行中において各車輪に発生するコーナリングフォースの大きさを、各車輪毎にそれぞれ算出するコーナリングフォース算出方法、およびコーナリングフォース算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車車両の操縦安定性には、自動車車両の旋回走行特性（コーナリング特性）は特に重要である。より高い操縦安定性をもつ自動車車両の設計のためにも、自動車車両のコーナリング特性の評価は重要であるといえる。ホイールにタイヤが装着されてなる車輪を備える自動車車両のコーナリング特性には、車両の構造の特性（重量バランスなど）や、サスペンションの特性、タイヤの特性、さらに路面の状態など、種々の要因が関わっている。自動車車両のコーナリングでは、前後輪のタイヤの接地面に発生する旋回半径中心向きの力（コーナリングフォース）の総和と、車両の遠心力がつりあい状態になっている。このコーナリングフォースの大きさは、自動車車両やタイヤ、走行条件によって種々異なる。種々の走行条件におけるコーナリングフォースの大きさを比較評価することは、自動車車両のコーナリング特性の評価に特に重要である。【０００３】
例えば、特定タイヤに発生するコーナリングフォースを評価する方法として、公知の室内コーナリング試験機を用いる方法が挙げられる。このような室内コーナリング試験機では、例えば、特定タイヤに荷重を負荷した状態で、この特定タイヤを仮想路面に接触させる。そして、この仮想路面と特定タイヤの回転軸とを相対移動させて特定タイヤを転動させ、この特定タイヤの接地面に発生するコーナリングフォースの大きさを測定する。しかし、車両のタイヤに発生するコーナリングフォースには、上述のように、車両の構造の特性（重量バランスなど）や、サスペンションの特性、タイヤの特性、さらに路面の状態など、種々の要因が関わっている。また、実際の車両走行時には、車両の姿勢変化等により、各車輪にかかる荷重の変化も頻繁に起こる。このため、公知の室内コーナリング試験機では、実際にタイヤが車両に取り付けられて、この車両が実際に路面を走行する際の状態（タイヤにかかる負荷状態や、タイヤの転動状態）を再現するには、その再現精度に限界があった。このような室内コーナリング試験機では、実際に特定タイヤが車両に取り付けられた場合の、特定タイヤの接地面に発生するコーナリングフォースを精度良く測定することはできない。これに対し、実際に車両に装着されたタイヤに発生するコーナリングフォースを評価する方法として、特許文献１では、センサによってタイヤの側壁のねじれ変形を測定し、この測定したねじれ変形から、タイヤに発生するコーナリングフォースを推定する、タイヤの力を予測するためのシステムが記載されている。
【特許文献１】特表２００４−５１２２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１記載のタイヤの力を予測するためのシステムでは、事前に、タイヤ変形とその変形時に発生する力の関係を把握しておく必要がある。しかし、特許文献１記載のシステムのように、タイヤ変形とその変形時に発生する力の関係を事前に把握しておくには、大きな手間を要する。また、このように事前に把握された、タイヤ変形とその変形に発生する力の関係を用いるのみでは、車両が実際に路面を走行する際の種々の状態（タイヤにかかる負荷状態や、タイヤの転動状態）それぞれについて、タイヤの接地面に発生するコーナリングフォースや横力を、精度良く測定することはできない。そこで、本発明は、実際に車両に装着された複数の車輪に発生するコーナリングフォースの大きさそれぞれを、簡便かつ高精度に算出する方法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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、タイヤが装着された車輪を複数備える車両において、この車両の旋回走行中に各車輪に発生するコーナリングフォースの大きさをそれぞれ算出する方法であって、旋回走行中の車両にかかる、車両進行方向に対して略垂直方向の遠心力の大きさを測定する遠心力測定ステップと、旋回走行中の車両における、前記複数の車輪の接地部分それぞれの、車輪周方向の接地長を求める接地長導出ステップと、旋回走行中の車両における、前記複数の車輪の接地部分それぞれの、車輪幅方向の変形量を求める幅方向変形量導出ステップと、前記遠心力の大きさ、前記接地長、および前記幅方向の変形量に基づいて、前記車両の各車輪に発生するコーナリングフォースの大きさをそれぞれ算出するコーナリングフォース算出ステップとを有することを特徴とするコーナリングフォース算出方法を提供する。【０００６】
なお、前記車両の直進走行中における、前記複数の車輪の接地部分それぞれの、車輪幅方向の変形量が予め既知であり、さらに、前記コーナリングフォース算出ステップに先がけて、前記幅方向変形量導出ステップで求められた前記旋回走行中における車輪幅方向の変形量と、前記車両の直進走行中における車輪幅方向の変形量との差分を、各車輪それぞれについて算出する幅方向変形ずれ量算出ステップを有し、前記コーナリングフォース算出ステップは、前記遠心力の大きさ、前記接地長、および前記幅方向変形量の差分を用いて、各車輪に発生するコーナリングフォースの大きさをそれぞれ算出することが好ましい。【０００７】
また、前記コーナリングフォース算出ステップは、前記複数の車輪それぞれについて、前記接地長と前記幅方向変形量の前記差分とを乗算して、旋回走行中の各車輪の接地部分の変形面積を表す変形面積等価量を求め、前記複数の車輪の前記変形面積等価量の総和に対する、各車輪の前記変形面積等価量の比それぞれと、前記遠心力の大きさとをそれぞれ乗算することで、各車輪の接地部分それぞれに発生するコーナリングフォースの大きさを、各車輪毎にそれぞれ算出することが好ましい。【０００８】
なお、転動中のタイヤが前記路面から外力を受けることで発生する、前記タイヤの所定部位の時系列の加速度データを取得する加速度データ取得ステップを有し、前記接地長導出ステップは、前記加速度データ取得ステップで取得された、前記タイヤの時系列の加速度データを用いて、前記タイヤが装着された車輪の接地長を求めることが好ましい。【０００９】
なお、前記接地長導出ステップは、前記時系列の加速度データから、タイヤの変形に基づく時系列の加速度データを抽出して、前記タイヤの変形に基づく時系列の加速度データに対して２階の時間積分を行って変位データを求めることにより、タイヤの所定部位における変形量を算出して、このタイヤの所定部位における変形量を用いて前記接地長を算出することが好ましい。【００１０】
前記加速度データ取得ステップで取得される加速度データは、前記タイヤの周方向に対して直交するラジアル方向の加速度のデータ及びタイヤの周方向の加速度のデータの少なくとも一方のデータであり、前記接地長導出ステップで算出される、前記タイヤの所定部位の変形量は、タイヤのラジアル方向及び周方向の変形量、もしくはラジアル方向の変形量であることが好ましい。【００１１】
なお、転動中のタイヤが前記路面から外力を受けることで発生する、前記タイヤの所定部位の時系列の加速度データを取得する加速度データ取得ステップを有し、前記幅方向変形量導出ステップは、前記加速度データ取得ステップで取得された、前記タイヤの時系列の加速度データを用いて、前記複数の車輪それぞれの幅方向変形量を求めることが好ましい。【００１２】
また、前記幅方向変形量導出ステップは、前記時系列の加速度データから、タイヤの変形に基づく時系列の加速度データを抽出して、前記タイヤの変形に基づく時系列の加速度データに対して２階の時間積分を行って変位データを求めることにより、前記タイヤの幅方向変形量を算出することが好ましい。【００１３】
また、前記車両に設けられた車両加速度センサによって、前記車両の旋回走行中における、車両進行方向に対して略垂直方向の車両の加速度の大きさを計測する車両加速度計測ステップを有し、前記遠心力導出ステップは、前記車両加速度計測ステップで計測した前記車両の加速度の大きさと、予め既知である前記車両の重量とに基づき、前記遠心力の大きさを導出することが好ましい。【００１４】
本発明は、また、タイヤが装着された車輪を複数備える車両において、この車両の旋回走行中に各車輪にかかるコーナリングフォースの大きさをそれぞれ算出する装置であって、旋回走行中の車両にかかる、車両進行方向に対して略垂直方向の遠心力の大きさを測定する遠心力測定手段と、旋回走行中の車両における、前記複数の車輪の接地部分それぞれの、車輪周方向の接地長を求める接地長導出手段と、旋回走行中の車両における、前記複数の車輪の接地部分それぞれの、車輪幅方向の変形量を求める幅方向変形量導出手段と、測定された前記遠心力の大きさ、導出された前記接地長、および前記幅方向の変形量に基づいて、前記車両の各車輪に発生するコーナリングフォースの大きさをそれぞれ算出するコーナリングフォース算出手段とを有することを特徴とするコーナリングフォース算出装置を、合わせて提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のコーナリングフォース算出方法およびコーナリングフォース算出装置によれば、実際に車両に装着された複数の車輪それぞれについて、車両の旋回走行中において発生するコーナリングフォースの大きさを、簡便かつ高精度に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のコーナリングフォース算出装置の一例について説明する概略構成図である。
【図２】図１に示すコーナリングフォース算出装置における、センサユニットおよびテータ処理ユニットについて説明する図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、車両の旋回走行時において、車両や車輪にかかる力について説明する図である。
【図４】タイヤのトレッド部にかかる接地荷重の大きさと、スリップアングルＳＡと、コーナリングフォースＣＦとの関係について示すグラフである。
【図５】タイヤの幅方向変形量とスリップアングルＳＡとの関係を示すグラフである。
【図６】種々のスリップアングルＳＡでの旋回走行を再現した場合それぞれの、スリップアングルＳＡとタイヤの幅方向変形ずれ量との対応関係を示すグラフである。
【図７】本発明のコーナリングフォース算出方法のフローチャート図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のコーナリングフォース算出方法で得られる信号波形を示すグラフである。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のコーナリングフォース算出方法で得られる信号波形を示すグラフである。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、本発明のコーナリングフォース算出方法で行われる接地長の算出方法を説明する図である。
【図１１】本発明のコーナリングフォース算出方法で算出される接地長の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
２  加速度センサ
３  受信機
４  増幅器（ＡＭＰ）
１０  コーナリングフォース算出装置
１２  車両
１４ａ〜１４ｄ  車輪
１５ａ〜１５ｄ  タイヤ
１６ａ〜１６ｄ  センサユニット
１８  加速度センサ
２１  処理装置
２２  タイヤ加速度データ取得部
２３  ＣＰＵ
２４  信号処理部
２７  メモリ
３４  ディスプレイ
４０  接地長導出部
５０  幅方向変形ずれ量算出部
６０  遠心力導出部
７０  コーナリングフォース算出部
７９  信号処理回路
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のコーナリングフォース算出方法およびコーナリングフォース算出装置について、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。【００１９】
図１は、本発明のコーナリングフォース算出装置の一例である、コーナリングフォース算出装置１０（装置１０）について説明する概略構成図である。装置１０は、４つの車輪１４ａ〜１４ｄが配備された車両１２に備えられている。これら４つの車輪１４ａ〜１４ｄは、同一種類のタイヤ（タイヤサイズやタイヤリム幅、ベルト構造、また、タイヤの充填空気圧などがそれぞれ同一であるタイヤ）１５ａ〜１５ｄがそれぞれ装着されて構成された車輪である。装置１０は、センサユニット１６ａ〜１６ｄと、加速度センサ（Ｇセンサ）１８と、データ処理ユニット２０と、ディスプレイ３４とからなる。センサユニット１６ａ〜１６ｄは、４つの車輪１４ａ〜１４ｄにそれぞれ備えられている。センサユニット１６ａ〜１６ｄは、車両１２が路面を走行する際に、各車輪のタイヤ１５（タイヤ１５ａ〜１５ｄそれぞれを代表して表す）が路面から外力を受けることで発生する、このタイヤ１５の所定部位（センサ位置）の加速度情報を取得して無線信号で送信する。Ｇセンサ１８は、車両１２の重心位置の加速度情報を取得して、取得した加速度情報をデータ処理ユニット２０に送る。データ処理ユニット２０は、センサユニット１６ａ〜１６ｄから送信された無線信号をそれぞれ受信する。そして、受信した無線信号から、各車輪のタイヤ１５のセンサ位置の、車輪半径方向の変形加速度情報と、各車輪の車輪幅方向の変形加速度情報とを抽出する。そして、抽出した車輪半径方向の変形加速度情報から各車輪の接地長を導出する。データ処理ユニット２０は、また、抽出した車輪幅方向の変形加速度情報を用い、各車輪の幅方向変形量や幅方向変形ずれ量を導出する。幅方向変形量および幅方向変形ずれ量については、後に詳述する。データ処理ユニット２０は、また、Ｇセンサ１８から受け取った車両１２の重心位置の加速度情報から、車両１２の進行方向に対して略垂直方向な方向に作用する、車両１２にかかる遠心力の大きさも導出する。そして、データ処理ユニット２０は、導出した各車輪の接地長、幅方向変形量、および車両１２にかかる遠心力に基づき、各車輪に発生するコーナリングフォースの大きさをそれぞれ算出する。ディスプレイ３４は、このデータ処理ユニット２０において導出される接地長や幅方向変形量や遠心力、および各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれに発生するコーナリングフォースの算出結果などを表示する。なお、メモリ２７には、車両１２の重量のデータ、および車両１２が直進走行をしている場合の、各車輪の接地部分におけるタイヤトレッド部の幅方向変形量のデータが予め記憶されている。なお、図１に示す例では、データ処理ユニット２０は車両１２に配置されているが、データ処理ユニット２０は持ち運び可能であって、車両１２に配置することに限定されない。【００２０】
図２は、図１に示すコーナリングフォース算出装置１０における、センサユニット１６（センサユニット１６ａ）、Ｇセンサ１８、およびテータ処理ユニット２０について説明する図である。センサユニット１６ａ〜１６ｄは、それぞれ同様な構成であるので、ここではセンサユニット１６ａおよびこのセンサユニット１６ａが設けられた車輪１４ａについてのみ図示している。データ処理ユニット２０は、受信機３と、増幅器（ＡＭＰ）４と、処理手段２１と、ＣＰＵ２３と、メモリ２７とを有する。データ処理ユニット２０は、メモリ２７に記憶されたプログラムをＣＰＵ２３が実行することで、処理手段２１に示される各部が機能するコンピュータである。メモリ２７には、図示しない入力手段などによって入力された車両重量Ｍの値、および車両１２が直進走行をしている場合の、各車輪の接地部分それぞれにおける、タイヤトレッド部の幅方向変形量のデータが、予め記憶されている。【００２１】
処理手段２１は、タイヤ加速度データ取得部２２、信号処理部２４、接地長導出部４０、幅方向変形ずれ量導出部（変形ずれ量導出部）５０、遠心力導出部６０、およびコーナリングフォース算出部７０とからなる。タイヤ加速度データ取得部２２は、車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれを構成するタイヤ１５ａ〜１５ｄのトレッド部（より詳しくは、トレッドのセンサ位置）における、車輪半径方向の加速度および車輪幅方向の加速度の計測データを取得する。信号処理部２４は、これら半径方向の加速度データ、幅方向の加速度データを信号処理する。そして、接地長導出部４０は、上記半径方向の加速度データを用いて、各車輪１４ａ〜１４ｄの接地長をそれぞれ導出する。変形ずれ量導出部５０は、上記幅方向の加速度データを用いて、各車輪１４ａ〜１４ｄの接地部分それぞれにおける、幅方向変形量をそれぞれ算出する。上述のように、メモリ２７には、車両１２が直進走行をしている場合の、各車輪の接地部分におけるタイヤトレッド部の幅方向変形量が予め記憶されている。幅方向変形ずれ量導出部５０は、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれについての、幅方向変形ずれ量を導出する。幅方向変形ずれ量とは、予め記憶されている直進走行中の幅方向変形量に対する、上記幅方向の加速度データを用いて算出した幅方向変形量のずれ量（差分）のことをいう。遠心力導出部６０は、メモリ２７に予め記憶されている車両１２の重量データと、上記車両１２の重心位置の加速度データを用いて、車両１２にかかる遠心力の大きさを導出する。コーナリングフォース算出部７０は、接地長導出部４０において導出された上記接地長、幅方向変形ずれ量導出部５０において導出された上記幅方向変形ずれ量、遠心力導出部６０において導出された上記遠心力の大きさとを用いて、車輪１４ａ〜車輪１４ｄそれぞれの接地面に発生するコーナリングフォースの大きさをそれぞれ算出する。各手段の機能については、後に詳述する。【００２２】
本発明は、車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地長（タイヤ１５ａ〜１５ｄそれぞれの接地長）と、車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの幅方向変形ずれ量と、車両１２にかかる遠心力の大きさとを用いて、車輪１４ａ〜車輪１４ｄそれぞれの接地部分（タイヤ１５ａ〜１５ｄそれぞれの接地部分）に発生するコーナリングフォースの大きさを算出することを特徴とする。本発明によれば、車輪１４ａ〜車輪１４ｄそれぞれの接地部分に発生するコーナリングフォースの大きさを、簡便かつ高精度に算出することができる。以降、車両１２が旋回走行（コーナリング）する場合を例に、本発明の特徴について説明する。図３（ａ）および（ｂ）は、車両１２の旋回走行（コーナリング）時に、車両１２や、車輪１４ａ〜１４ｄの接地部分にかかる力について説明する図である。図３（ａ）は、旋回走行中の車両１２にかかる遠心力、および車両１２の各車輪１４ａ〜１４ｄの接地部分それぞれに発生するコーナリングフォースについて説明する概略図である。また、図３（ｂ）は、車両１２のうち１つの車輪（車輪１４ａ）について拡大して示す図であり、車輪１４ａを路面側から見た図である。【００２３】
図３（ａ）に示すように、車両が旋回走行（コーナリング）している最中では、車両１２には、車両１２をコーナーの外側に押し出す方向に作用する遠心力Ｆがかかり、車両１２の各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地部分には、この遠心力Ｆに抗して働くコーナリングフォース（ＣＦａ〜ＣＦｄ）がそれぞれ発生する。コーナリングの最中では、これら遠心力Ｆと、各車輪１４ａ〜１４ｄに発生するコーナリングフォースＣＦａ〜ＣＦｄの総和とが釣りあっている（Ｆ＝ＣＦａ+ＣＦｂ+ＣＦｃ+ＣＦｄがなりたつ）。図３（ｂ）を参照し、例えば、右前輪である車輪１４ａの接地部分において、コーナリング中に働く力の概略について説明する。車輪１４ａは、図３（ｂ）中の斜線で接地部分を示すように、タイヤ１５ａが路面に接地した状態で、この路面上を転動している。コーナリング中、タイヤ赤道面と路面との交線におけるタイヤ１５の接地長は、ＣＬａとなっている。コーナリング中、車両の進行方向に対して、車輪１４ａを構成するタイヤ１５ａの赤道面は、角度（スリップ角ＳＡ）をもっている。ここで、車両１２の車輪１４ａは、車両１２が直進走行（ＳＡ＝０°）している最中であっても、図３（ｂ）で示すＳＬ０だけ、タイヤのトレッド部は幅方向に変形している。このように、車両が直進走行している最中であっても、車輪の接地部分において、車輪のタイヤのトレッド部は幅方向に変形していることは、一般的にも知られている。車両１２が旋回走行している最中では、タイヤ１５ａのトレッド部はさらにＳＬａだけ大きく幅方向に変形している。【００２４】
すなわち、車輪１４ａは、車両１２の進行方向に対して、タイヤ赤道面がスリップ角度ＳＡを保ちつつ、横すべりしながら転動している。このような転動状態にあるタイヤに注目し、タイヤに固定された座標系から接地部分を見たとすると、路面は後方に移動し、タイヤのトレッド表面は接地部分の前端で路面と接触し、時間の経過とともに路面との接触（粘着）を保ちながら横後方（図３（ｂ）の下方）へ移動する。このような状態では、タイヤのトレッド表面が路面によって横方向に押され、トレッド部がせん断変形を起こす。このように転動状態にあるタイヤでは、このようなトレッド部のせん断変形によって、車両進行方向に対して略垂直なコーナリングフォースが発生している。なお、せん断変形の大きさは、トレッド部が接地部分の後方に移動するにしたがってより大きくなり、変形力とトレッド・路面間の摩擦力が等しくなる点ですべりだし、その点より後方ではトレッドが横すべりを起こし、すべり摩擦力が発生している。そして、トレッドは接地部分の後端で元の状態に戻る（変形がなくなる）。車両旋回走行中のこのようなタイヤの挙動からも明らかなように、旋回走行中のタイヤに発生しているコーナリングフォースの大きさは、旋回走行中において、トレッド部が変形した面積の大きさに強く依存している。そして、このトレッド部が変形した面積の大きさは、タイヤの接地長（車輪１４ａの場合は、接地長ＣＬａ）の大きさや、接地部分におけるタイヤのトレッド部のタイヤ幅方向変形量や、この所定部位の幅方向変形ずれ量（車輪１４ａの場合、図３（ｂ）に示すＳＬａ）等に強く依存している。【００２５】
本願発明者は、このような観点に基づき、旋回走行中のタイヤ接地長、およびタイヤ幅方向変形量や幅方向変形ずれ量と、タイヤに発生するコーナリングフォースとの関係について、以下のように詳細に検討した。本願発明は、本願発明者がこのような検討をすることで初めて得られた、全く新しい知見に基づいて成された発明である。図４は、室内コーナリング試験機を用いて測定した、車輪に装着されたタイヤのトレッド部にかかる接地荷重の大きさと、タイヤと路面とのスリップアングルＳＡと、コーナリングフォースＣＦとの関係について示すグラフである。詳しくは、図４に示すグラフは、４つのタイヤＡ〜Ｄそれぞれを、設定した荷重で路面（コーナリング試験機におけるタイヤ接地面）に押し付けて転動させた際の、各タイヤに発生するコーナリングフォースの測定結果に基づいて作成されたグラフである。より詳しくは、各タイヤのスリップ角を種々変更して、それぞれのスリップ角ＳＡにおいて旋回走行を再現し、各タイヤに発生するコーナリングフォースの大きさをそれぞれ測定した結果に基いて作成したグラフである。なお、図４のグラフに示されている各データは、複数の設定荷重条件下それぞれにおいて、スリップ角とコーナリングフォースＣＦとが比例する状態（ＣＰ領域）で測定されたデータである。すなわち、図４に示されている各データは、各タイヤのスリップアングルＳＡが比較的小さい状態で測定されたデータである。この際、４つのタイヤＡ〜Ｄにかける荷重についても種々変更して、各荷重条件それぞれについて、スリップ角を種々変更してコーナリングフォースを測定している。図４の横軸は、各タイヤにかけた接地荷重とスリップアングルとを乗算した値、縦軸は、測定したコーナリングフォースＣＦ（ｋＮ）である。４つのタイヤＡ〜Ｄは、タイヤサイズやタイヤリム幅、ベルト構造など、タイヤの種類がそれぞれ異なっている。【００２６】
ここで、タイヤにかかる接地荷重とタイヤの接地長とが比例関係にあることは、一般的にも良く知られている。また、図５は、タイヤの幅方向変形量と、スリップアングルＳＡの大きさと、の関係を示すグラフである。なお、図５に示すグラフは、後述する車両１２におけるタイヤ幅方向変形量の算出手順と同様、タイヤのトレッド領域に加速度センサを設けて、この加速度センサによって測定されたタイヤトレッド部の幅方向の加速度から算出したタイヤ幅方向の変形量を用いて作成されたグラフである。図５に横軸で示す角度θは、図２で示す角度θに対応しており、θ＝１８０度となったとき、トレッド部の所定部分（センサ位置）に設置された加速度計は、接地部分の中央付近に位置し、タイヤ幅方向の変形量は最も大きくなる。図５に示すように、スリップアングルＳＡが図３（ｂ）に示す＋（プラス）方向に増加すれば、このスリップアングルＳＡのプラス方向の増加量に応じて、幅方向変形量は図３（ｂ）に示す−（マイナス）方向に単調増加している。ここで、車両１２の車輪１４ａでは、車両１２が直進走行（ＳＡ＝０°）している最中であっても、接地部分では、タイヤのトレッド部が、図３（ｂ）で示すＳＬ０だけ幅方向に変形している。図６は、図５に示すスリップアングルＳＡと幅方向変形量との関係から求めた、スリップアングルＳＡと幅方向変形ずれ量ＳＬとの対応関係を表す散布図である。図６から明らかなように、スリップアングルＳＡとタイヤの幅方向変位ずれ量ＳＬとは高い相関をもつ（相関係数Ｒ２＝０．９９９６）。スリップアングルＳＡとタイヤの幅方向変形ずれ量ＳＬとは比例しているといえる。【００２７】
図４に示されるように、接地荷重×スリップアングルＳＡと、コーナリングフォースＣＦとは比例している。上述のように、接地長は接地荷重に比例しており、幅方向変形ずれ量はスリップアングルＳＡに比例している。各タイヤに発生するコーナリングフォースＣＦは、接地荷重に比例する接地長と、スリップアングルＳＡに比例する幅方向変形ずれ量との積（接地長×幅方向変形ずれ量）にも比例しているといえる。そして、図３（ｂ）からも明らかなように、旋回走行中の各車輪の、接地長×幅方向変形ずれ量は、旋回走行中の各車輪の接地部分の変形面積の程度を表してもいる（変形面積等価量である）。このように、タイヤサイズやタイヤリム幅、ベルト構造、また、タイヤの充填空気圧に関わらず、いずれのタイヤについても、接地長×幅方向変形ずれ量と、タイヤのコーナリングフォースＣＦとは比例している（線形関係にある）。すなわち、タイヤのコーナリングフォースＣＦと、タイヤの接地長×幅方向変形ずれ量とは、各タイヤの種類によらず線形関係にあり、タイヤのコーナリングフォースＣＦは、接地長×幅方向変形ずれ量に応じて定まっているといえる。コーナリングフォースＣＦは、タイヤの接地長×幅方向変形ずれ量に応じて定まっているといえる。このような、接地長×幅方向変形ずれ量とタイヤのコーナリングフォースＣＦとの比例関係は、特に、スリップ角とコーナリングフォースＣＦとが比例する状態（ＣＰ領域）において顕著である（相関が高い）。このような知見は、本願発明者によって初めて確認されたものである。【００２８】
車両１２に備えられた４つの車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれに装着されたタイヤ１５ａ〜１５ｄは、いずれも同一種類のタイヤ（タイヤサイズやタイヤリム幅、ベルト構造、また、タイヤの充填空気圧がほぼ同一）である。車両に備えられた複数の車輪が全て同一種類の車輪である場合、各車輪に発生するコーナリングフォースＣＦａ〜ＣＦｄそれぞれは、各車輪１４ａ〜１４ｄの、接地長×幅方向変形ずれ量それぞれに応じて定まっているといえる。【００２９】
上述のように、各車輪に発生するコーナリングフォースＣＦａ〜ＣＦｄは、車両１２にかかる遠心力に抗するように働き、コーナリングフォースの総和（ＣＦａ〜ＣＦｄの総和）と遠心力Ｆとはつりあっている（Ｆ＝ＣＦａ+ＣＦｂ+ＣＦｃ+ＣＦｄがなりたっている）。上述のように、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれ（各車輪のタイヤ１５ａ〜１５ｄそれぞれ）に発生するコーナリングフォースＣＦａ〜ＣＦｄの大きさは、各車輪１４ａ〜１４ｄの接地長の長さＣＬａ〜ＣＬｄそれぞれと、各車輪それぞれの幅方向変形ずれ量ＳＬａ〜ＳＬｄ（ＳＬａ以外は図示せず）との積（接地長×幅方向変形ずれ量）の大きさにそれぞれに応じている。すなわち、各車輪に発生するコーナリングフォースＣＦａ〜ＣＦｄは、それぞれ、各車輪（４つの車輪１４ａ〜１４ｄ）の接地長×幅方向変形ずれ量の総和に対する、各車輪の接地長×幅方向変形ずれ量の比と、遠心力の大きさＦを用い、下記式（１−１）〜式（１−４）によって求めることができる。
【数１】
2007010895.tif 000002
【００３０】
本願発明によれば、車輪１４ａ〜車輪１４ｄそれぞれの接地部分に発生するコーナリングフォースの大きさを、簡便かつ高精度に算出することができる。図２に示す処理手段２１では、このようなコーナリングフォースＣＦａ〜ＣＦｄの算出に必要な、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれ（各車輪のタイヤ１５ａ〜１５ｄそれぞれ）の接地長ＣＬａ〜ＣＬｄと、幅方向変形ずれ量ＳＬａ〜ＳＬｄとを、旋回走行中の各車輪のタイヤ１５ａ〜１５ｄそれぞれの、所定部位（センサ位置）の加速度の計測データに基づいて算出する。ここで用いられる加速度の計測データは、各車輪にそれぞれ設けられた、送信ユニット１６ａ〜１６ｄそれぞれの加速度センサ２で検知され、各送信ユニットの送信機１７から受信機３へ送信されてアンプ４で増幅されたデータである。なお、送信機１７を設けず、例えば、加速度センサ２に送信機能を別途持たせ、加速度センサ２から受信機３へ送信するように構成してもよい。なお、車輪１４ａ〜１４ｄに設けられた各送信機１７は、それぞれを識別可能とする識別情報（ＩＤ）をそれぞれ保有しており、送信機１７は、対応する加速度センサで計測された加速度の計測データとともにＩＤを送信する。【００３１】
加速度センサ２としては、例えば、本願出願人が先に出願した特願２００３−１３４７２７号に開示された半導体加速度センサが例示される。半導体加速度センサは、具体的には、Ｓｉウエハ外周枠部内にダイアフラムが形成されたＳｉウエハと、このウエハ外周枠部を固定する台座とを有し、ダイアフラムの一方の面の中央部に重錘が設けられ、ダイアフラムには複数のピエゾ抵抗体が形成されている。この半導体加速度センサに加速度が作用した場合、ダイアフラムは変形し、この変形によりピエゾ抵抗体の抵抗値は変化する。この変化を加速度の情報として検出できるようにブリッジ回路が形成されている。この加速度センサを、少なくとも、タイヤ半径方向の加速度とタイヤ幅方向の加速度とが測定可能となるようにタイヤ内周面に固定することにより、タイヤ回転中のトレッド部に作用する加速度を計測することができる。加速度センサ２は、この他にピエゾ圧電素子を用いた加速度ピックアップを用いてもよいし、歪みゲージを組み合わせた歪みゲージタイプの加速度ピックアップを用いてもよい。【００３２】
処理手段２１は、上述のように、タイヤ加速度データ取得部２２、信号処理部２４、接地長導出部４０、幅方向変形ずれ量導出部５０、遠心力導出部６０、およびコーナリングフォース算出部７０からなる。タイヤ加速度データ取得部２２は、アンプ４で増幅された少なくともタイヤ１回転分の加速度の計測データを入力データとして取得する部分である。なお、タイヤ加速度データ取得部２２は、タイヤ半径方向の加速度とタイヤ幅方向の加速度とをそれぞれ取得する。アンプ４から供給されるデータはアナログデータである。タイヤ加速度データ取得部２２では、タイヤ半径方向の加速度およびタイヤ幅方向の加速度データそれぞれを、所定のサンプリング周波数でサンプリングしてそれぞれデジタルデータに変換する。なお、データ取得部２２は、各送信機１５から送信された上述のＩＤに基づき、各車輪から送信される加速度の計測データが、どの車輪のタイヤの加速度の計測データであるか（車輪１４ａ〜車輪１４ｄのいずれの車輪であるか）を判定する。以降、信号処理部２４、接地長導出部４０および幅方向変形ずれ量導出部５０の各部で行なわれる各処理は、各車輪のタイヤの計測データそれぞれについて、並列に行なわれる。【００３３】
信号処理部２４は、デジタル化されたタイヤ半径方向の加速度データおよびタイヤ幅方向の加速度データから、タイヤの変形に基づく加速度の時系列データを抽出する部位である。信号処理部２４では、これら加速度の計測データに対して平滑化処理を行い、これら平滑化された信号に対して近似曲線を算出して背景成分１を求め、この背景成分１を平滑化処理された加速度の計測データから除去することにより、タイヤの変形に基づく加速度の時系列データ（タイヤ半径方向の加速度およびタイヤ幅方向の加速度データそれぞれ）を抽出する。抽出された、タイヤの変形に基づくタイヤ半径方向の加速度の時系列データは、接地長導出部４０に送られる。また、抽出された、タイヤの変形に基づくタイヤ幅方向の加速度の時系列データは、幅方向導出部５０にそれぞれ送られる。信号処理部２４における具体的な処理は後述する。【００３４】
接地長導出部４０は、まず、抽出された、タイヤの変形に基づくタイヤ半径方向の加速度の時系列データに対して２階の時間積分を行って変位データを求めることにより、タイヤの半径方向の変形量を算出する。具体的には、タイヤの変形に基づくタイヤ半径方向の加速度の時系列データに対して時間に関する２階積分を行う。そして、この後、２階積分して得られたデータに対して近似曲線を算出して背景成分２を求める。そして、この背景成分２を、２階積分して得られた変位データから除去することにより、タイヤ半径方向のタイヤ変形量を算出する。接地長導出部４０は、さらに、この後、算出されたタイヤ半径方向のタイヤ変形量のデータに対して、時間に関する２階微分を行う。これにより、タイヤの変形量に対応した加速度のデータ、すなわち、ノイズ成分を含まない、タイヤの変形に基づく加速度の時系列データを算出する。具体的な処理は後述する。そして、算出したタイヤの変形量、及び、タイヤの変形に基づく加速度の時系列データから、各車輪１４ａ〜１４ｄの各タイヤそれぞれの接地長を算出する。算出した各タイヤの接地長の情報は、コーナリングフォース算出部７０に出力される。【００３５】
幅方向変形ずれ量導出部５０は、まず、抽出された、タイヤの変形に基づくタイヤ幅方向の加速度の時系列データに対して２階の時間積分を行って変位データを求めることにより、タイヤの幅方向の変形量を算出する。具体的には、接地長導出部４０における処理と同様、タイヤの変形に基づくタイヤ幅方向の加速度の時系列データに対して時間に関する２階積分を行う。この後、２階積分して得られたデータに対して近似曲線を算出して背景成分２を求める。そして、この背景成分２を、２階積分して得られた変位データから除去することにより、タイヤ幅方向のタイヤ変形量を算出する。そして、メモリ２７に予め記憶された、車両１２が直進走行している最中における（スリップアングルＳＡが０°の場合における）各車輪の幅方向変形量を用いて、算出した各車輪の幅方向変形量と、ＳＡが０°の場合の幅方向変形量との差分（幅方向変形ずれ量）を導出する。導出した各タイヤの幅方向変形ずれ量の情報は、コーナリングフォース算出部７０にそれぞれ出力される。【００３６】
遠心力導出部６０は、車両１２の重心位置の加速度の時系列データをＧセンサ１８から受け取り、この車両１２の重心位置の加速度の時系列データと、メモリ２７に予め記憶された車両１２の重量（質量）の情報とを用いて、旋回走行中の車両１２にかかる遠心力の大きさを導出する。【００３７】
処理装置２１では、このように、接地長導出部４０において、各車輪１４ａ〜１４ｄの接地長ＣＬａ〜ＣＬｄを導出し、幅方向変形ずれ量５０において、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの幅方向変形量ＳＬａ〜ＳＬｄを算出する。また、遠心力導出部６０において、車両１２にかかる遠心力Ｆを導出する。そして、コーナリングフォース算出部７０において、上記の式（１−１）〜式（１−４）の各式を用いて、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地部分に発生するコーナリングフォースの大きさを、各車輪毎に算出する。算出した各車輪に発生するコーナリングフォースの大きさの値は、ディスプレイ３４に表示出力される。【００３８】
ディスプレイ３４は、コーナリングフォース算出部７０において算出された、各車輪１４ａ〜１４ｄに発生するコーナリングフォースの大きさを表示出力する公知の画像表示手段である。ディスプレイ３４は、コーナリングフォース算出部７０において算出された各車輪に発生するコーナリングフォースの大きさに限定されず、取得された加速度データの波形や、算出された各種パラメータなど、処理装置２１において扱われる各種データや算出結果を逐次表示可能となっている。【００３９】
図７は、このような装置１０において実施される、本発明のコーナリングフォース算出方法の一例のフローチャート図である。図８〜図１１は、装置１０における各処理で得られる結果を表すグラフである。これら図８〜図１１に示す結果は、いずれも、加速度センサ２によって計測した、タイヤのラジアル方向（半径方向）の加速度データについての処理結果である。以下、装置１０において実施される、本発明のコーナリングフォース算出方法について詳細に説明する。【００４０】
まず、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地長の算出について詳述する。まず、アンプ４で増幅された、各車輪のタイヤ半径方向の加速度の計測データがデータ取得部２２に供給され、所定のサンプリング周波数にてサンプリングされて、図８（ａ）に示すような、デジタル化した計測データが取得される（ステップＳ１０２）。この際、データ取得部２２は、上述のように、各送信機１５から送信された上述のＩＤに基づき、各車輪から送信される加速度の計測データが、どの車輪のタイヤの加速度の計測データであるか（車輪１４ａ〜車輪１４ｄのいずれの車輪であるか）を判定する。【００４１】
次に、取得された計測データは、信号処理部２４に供給され、まず、フィルタによる平滑化処理が行われる（ステップＳ１０４）。図８（ａ）に示すように、信号処理部２４に供給された計測データ（タイヤ半径方向の加速度の計測データ）はノイズ成分が多く含まれるため、平滑化処理により、図８（ｂ）に示すような滑らかなデータとされる。フィルタは、例えば、所定の周波数をカットオフ周波数とするデジタルフィルタが用いられる。カットオフ周波数は、転動速度やノイズ成分によって変化するが、例えば転動速度が６０（ｋｍ/時）の場合、カットオフ周波数は、０．５〜２（ｋHz）とされる。この他に、デジタルフィルタの替わりに、移動平均処理やトレンドモデル等を用いて平滑化処理を行ってもよい。【００４２】
次に、信号処理部２４において、平滑化処理された加速度の計測データから、低周波の背景成分１が除去される(ステップＳ１０６)。半径方向の加速度の背景成分１は、タイヤの転動中の遠心力（向心力）の加速度成分及び重力加速度成分の影響を含む（なお、幅方向の加速度の背景成分においても、これらの成分を含んでいる）。図８（ｂ）では背景成分１の波形が示されている。低周波成分の抽出は、ステップＳ１０４で得られた平滑化処理後の波形データに対し、さらに平滑化処理を行うことで実施する。例えば、所定の周波数をカットオフ周波数とするデジタルフィルタが用いられる。カットオフ周波数は、例えば転動速度が６０（ｋｍ/時）の場合、カットオフ周波数は、０．５〜２（ｋHz）とされる。この他に、デジタルフィルタの替わりに、移動平均処理やトレンドモデル等を用いて平滑化処理を行ってもよい。また、平滑化処理後の波形データにおいて、例えば所定の時間間隔で複数の節点を設け、最小二乗法により第１の近似曲線を算出することによって求めてもよい。近似曲線としては、予め定められた関数群、例えば３次のスプライン関数を用いればよい。なお、節点は、スプライン関数の局所的な曲率（屈曲性）を規定する横軸上の拘束条件を意味する。信号処理部２４では、このようにして抽出された背景成分１を、ステップＳ１０４で平滑化処理された加速度の計測データから差し引くことで、計測データ（タイヤ半径方向の加速度の計測データ）から、タイヤの回転に基づく加速度成分及び重力加速度成分が除去される。図８（ｃ）には、除去後の加速度の時系列データが示されている。これにより、タイヤのトレッド部の接地変形に基づく加速度の成分（半径方向変形加速度データ）を抽出することができる。【００４３】
信号処理部２４は、さらに、このようにして取得された、タイヤの変形に基づく加速度の時系列データから、上述の回転角θが、１８０°、５４０°、９００°・・・となるタイミングをそれぞれ抽出する（ステップＳ１０８）。信号処理部２４では、タイヤの変形に基づく加速度の時系列データのグラフにおいて、このタイヤの変形に基づく加速度が極小値をとるタイミングを、回転角θが、θ＝１８０°、５４０°、９００°・・・となるタイミングとして抽出する。すなわち、これら極小値のタイミングを、図２に示すように、タイヤ空洞領域の内周面に固定した加速度センサ２が、タイヤの接地部分の中心位置に到来する（最も近づく）タイミングとして抽出する。タイヤの接地部分において、タイヤの外周面の路面垂直方向の位置は、路面によって規定される。接地部分において、路面は元々曲率のついたタイヤ外周面を平面上に変形させるので、タイヤは厚み方向に変形する。これによって、タイヤ空洞領域の内周面の位置は、接地部分において、タイヤ厚み方向（路面と垂直な方向）に、少なからず変動する。タイヤの厚み方向の変形の加速度は、接地部分の中心位置において最も少なくなる。タイヤ空洞領域の内周面に配置された加速度センサによって取得される、タイヤの変形に基づくタイヤ厚み方向（すなわちタイヤ半径方向）の加速度が極小となるタイミングは、上述の回転角θが、１８０°、５４０°、９００°・・・となるタイミングであるといえる。ステップＳ１０４〜ステップＳ１０８までの各処理は、ステップＳ１０２で取得された車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの加速度の計測データについて実施される。【００４４】
次に、信号処理部２４による処理結果を用い、接地長導出部４０において、旋回中の車両１２の各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれ（タイヤ１５ａ〜１５ｄそれぞれ）の接地長である、接地長ＣＬａ〜ＣＬｄがそれぞれ算出される。まず、接地長導出部４０において、半径方向変形加速度データから、トレッド部の接地変形に基づく、タイヤ半径方向の変形量の分布を算出する（ステップＳ１１０）。図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、ステップＳ１１０において接地長導出部４０で行なわれる処理結果を模式的に示すグラフである。接地長導出部４０では、まず、半径方向変形加速度データ（接地変形に基づく加速度の時系列データ）について２階の時間積分を施し、変位データを生成する。図９（ａ）は、データ処理部において第１の背景成分が除去された加速度の時系列データを、時間に関して２階積分した結果である。図９（ａ）に示されるように、時間と共に変位が増大していることが見られる。これは、積分の対象となる加速度の時系列データにノイズ成分を含み、積分により積算されていくからである。一般に、定常状態で転動するタイヤのトレッド部の、注目する一点の変形量又は変位を観察した場合、タイヤの回転周期を単位として周期的な変化を示す。したがって、時間と共に変位が増大することは通常ありえない。
そこで、２階の時間積分が施されて得られた変位データが、タイヤの回転周期を単位として周期的な変化を示すように、この変位データに対して以下の処理が行われる。【００４５】
すなわち、背景成分１を算出した方法と同様に、変位データに含まれるノイズ成分を背景成分２として算出する。なお、この際、上記の半径方向変形加速度データの導出において求めた、時系列の回転角を用いることで、路面との接地部分を含む領域における、タイヤの転動中の変形量を精度よく求めることができる。具体的に説明すると、タイヤの周上の領域を、路面との接地部分を含む第１の領域とこれ以外の第２の領域とに分け、第１の領域として、θ＝９０度より大きく２７０度未満、４５０度より大きく７２０度未満、８１０度より大きく９８０度未満の領域を定める。そして、第２の領域として、θ＝０度以上９０度以下及び２７０度以上３６０度以下、３６０度以上４５０度以下及び６３０度以上７２０度以下、７２０度以上８１０度以下及び９８０度以上１０７０度以下の領域を定める。背景成分２は、上記第２の領域中の複数の周上位置（θ又はθに対応する時間）を節点として用いて、予め定められた関数群を用いて、第１の領域及び第２の領域のデータに対して最小二乗法により第２の近似曲線を算出することによって求める。節点は、スプライン関数の局所的な曲率（屈曲性）を規定する横軸上の拘束条件を意味する。図９（ｂ）には、背景成分２を表す第２の近似曲線が点線で示されている。図９（ｂ）の例では、図９（ｂ）中の「△」で示される位置、すなわちθ＝１０，３０，５０，７０，９０，２７０，２９０，３１０，３３０，３５０，３７０，３９０，４１０，４３０，４５０，６３０，６５０，６７０，６９０，７１０，７３０，７５０，７７０，７９０，８１０，９９０，１０１０，１０３０，１０５０，１０７０度における時間を節点としている。【００４６】
図９（ａ）に示す変位データに対して、上記節点のデータ点を通る３次のスプライン関数で関数近似を行うことにより、図９（ｂ）において点線で示される第２の近似曲線が算出される。関数近似する際、第１の領域には節点はなく、第２の領域の複数の節点のみを用いて関数近似を行う。また、関数近似に際して行う最小二乗法で用いる第２の領域の重み係数を１とし、第１の領域の重み係数を０．０１として処理が行われる。このように背景成分２を算出する際、第１の重み係数を小さくし、かつ第１の領域に節点を定めないのは、第２の領域における変位データを主に用いて背景成分２を算出するためである。第２の領域では、トレッド部の接地による変形は小さく、かつその変形は周上で滑らかに変化するため、タイヤの変形量（タイヤ半径方向変形量、およびタイヤ幅方向の変形量）は周上で小さく、その変化も極めて小さい。これに対して、第１の領域では、タイヤのトレッド部は接地変形に基づいて大きく変位しかつ急激に変化する。このため接地変形に基づく変形量（タイヤ半径方向変形量、およびタイヤ幅方向の変形量）は周上で大きくかつ急激に変化する。すなわち、第２の領域におけるトレッド部の変形量は第１の変形量と対比して概略一定を示す。これより、第２の領域の２階積分により得られた変位データを主に用いて第１の近似曲線を算出することで、第２の領域のみならず、路面との接地部分を含む第１の領域におけるタイヤの転動中の変形量を精度よく求めることができる。図９（ｂ）には、第２の領域の変位データを主に用いて算出された第２の近似曲線が点線で示されている。第２の領域では、第２の近似曲線は変位データ（実線）と略一致している。【００４７】
そして、背景成分２として算出された近似曲線を変位データから差し引き、トレッド部の接地変形に基づく変形量の周上の分布を算出する。図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示す変位信号（実線）から第２の近似曲算線（点線）を差し引くことにより算出される、トレッド部の接地変形に基づく変形量の分布を示している。図９（ｃ）は、トレッド部上の所定部分（センサ位置）が周上を回転して変位するときの、タイヤが３回転する間（タイヤが３回接地する間）の、タイヤ半径方向の変形量の分布を示している。図９（ｃ）では、接地のたびに変形量が変化していることが見られる。このような方法により算出される変形量は、タイヤの有限要素モデルを用いてシミュレーションを行ったときの変形量と精度良く一致する。【００４８】
そして、接地長導出部４０において接地長が算出される（ステップＳ１１２）。まず、図９（ｃ）に示す、トレッド部における変形量の時系列データについて時間に関して２階微分を行うことにより、図８（ｃ）に示す加速度からノイズ成分が除去された、トレッド部の変形量に対応した加速度の時系列データ、すなわち、トレッド部の接地変形に基づく、ノイズ成分を含まない加速度の時系列データが算出される。【００４９】
図１０（ａ）は、接地部分及び接地長を求める方法を示している。まず、ステップＳ１２２において抽出された、タイヤのトレッド部の接地変形に基づく、ノイズ成分を含まない加速度の時系列データにおいて、加速度が急激に変化して０を横切る点が２つ求められる。次に、求められた２つの点に対応する変位データ中の位置が求められ、この位置を図１０（ａ）に示すように接地前端及び接地後端の位置とする。このように加速度の時系列データが急激に大きく変化する部分を、接地前端及び接地後端と定めることができるのは、トレッド部が回転して接地部分に来るとき、または接地部分から出るとき、タイヤが急激に変形するからである。また、加速度の時系列データが０を横切る位置を明確に定めることができる。
なお、図１０（ａ）中の下のグラフは、タイヤのラジアル方向及び周方向で表される極座標系から、タイヤの上下方向、前後方向で表される直交座標系に変えて書き表したグラフであり、接地により変形したタイヤの変形形状を示すグラフである。このグラフ上において、接地前端と接地後端の位置を定めることにより接地長を評価することができる。このような方法により算出される接地長は、タイヤの有限要素モデルを用いてシミュレーションを行ったときの接地長と精度良く一致する。【００５０】
また、図１０（ａ）に示す方法に変えて、図１０（ｂ）に示す方法により、接地部分及び接地長を求めることもできる。具体的には、図１０（ｂ）は、タイヤの接地中心位置を原点としたときの、タイヤの前後方向の位置をタイヤのトレッド部の外径Ｃで除算して規格化するとともに、タイヤの上下方向の位置を外径Ｃで除算して規格化して、タイヤの変形形状を表したグラフである。図１０（ｂ）に示されるようにタイヤの変形形状における、上下方向の最下点から上方向に一定距離δ離れた直線を横切る位置を接地前端に対応する規格化位置及び接地後端に対応する規格化位置とする。この規格化位置をそれぞれ求め外径Ｃを乗算することにより、接地前端及び接地後端の位置を求めることができ、これによりタイヤの接地部分及び接地長を求めることができる。接地部分の前端位置及び後端位置を定めるために用いる一定距離δは、例えば０．００１〜０．００５の範囲にあることが好ましい。また、最下点から上方向にトレッド部が離れたときの距離の自乗値が所定の値を横切る位置を接地前端及び接地後端とすることもできる。例えば、上記所定の値は、０.００００２（ｃｍ2）〜０.００００５（ｃｍ2）の範囲の値であり、好適には０.００００４（ｃｍ2）が用いられる。静止したタイヤに負荷する荷重を変えて接地長を種々調べた測定結果と、上記方法により求めた接地長の結果は極めて高い相関性を示すことが確認されている。
図１１は、上記方法により求められた接地部分及び接地長の例を示している。図１１中の太線の部分が接地部分を示している。
各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地長は、このようにして導出される。【００５１】
各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地長の導出とともに、信号処理部２４は、タイヤの幅方向の加速度データを用いて、ステップＳ２０４〜ステップＳ２０８の各処理を実施する。タイヤの幅方向の加速度データは、接地長の導出に用いられたタイヤのラジアル方向（半径方向）の加速度データとともに加速度センサ２によって計測されたデータである（ステップＳ２０２）。これらステップＳ２０４〜ステップＳ２０８の各処理は、タイヤの半径方向の加速度データの代わりに、タイヤの幅方向の加速度データを用いる以外は、上記ステップＳ１０２〜ステップ１０８と同様に実施される。なお、上述したように、タイヤの接地部分におけるタイヤの幅方向の変形量は、タイヤの接地部分の中心位置付近が最も大きくなる（図３（ｂ）参照）。このため、タイヤの半径方向の加速度データの代わりにタイヤの幅方向の加速度データを用い、上記ステップＳ１０２〜ステップ１０８と同様の処理（ステップＳ２０４〜ステップＳ２０８）を行うことで導出された接地中心タイミングは、ステップＳ１０８で求められる接地中心タイミングとほぼ一致する。そして、幅方向変形ずれ量導出部５０において、上記ステップＳ１１０と同様の処理が行われて、各車輪１４ａ〜１４ｄのタイヤ１５ａ〜１５ｄそれぞれの、タイヤ接地部分におけるタイヤ幅方向変形量が算出される（ステップＳ２１０）。そして、メモリ２７に予め記憶された、車両１２が直進走行している最中における（スリップアングルＳＡが０°の場合における）各車輪の幅方向変形量を用いて、算出した各車輪の幅方向変形量と、幅方向変形ずれ量（スリップアングルＳＡが０°の場合の幅方向変形量との差分）を導出する（ステップＳ２１２）。【００５２】
また、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地長および幅方向変形ずれ量の導出とともに、遠心力導出部６０は、Ｇセンサ１８が取得した（ステップＳ３０２）車両重心位置の加速度データをＧセンサ１８から受け取り、この車両１２の重心位置の加速度の時系列データと、メモリ２７に予め記憶された車両１２の重量（質量）の情報とを用いて、旋回走行中の車両１２にかかる遠心力の大きさを導出する（ステップＳ３１２）。【００５３】
そして、コーナリングフォース導出部７０が、ステップＳ１１２で導出された各車輪の接地長、ステップＳ２１２で導出された各車輪の幅方向変形ずれ量、ステップＳ３１２で導出された車両１２にかかる遠心力の大きさ、の各情報を受け取り、上記の式（１−１）〜式（１−４）の各式を用いて、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地面に発生するコーナリングフォースの大きさを、各車輪毎に算出する（ステップＳ４００）。そして、算出した各車輪に発生するコーナリングフォースの値を、ディスプレイ３４に表示出力する（ステップＳ４０２）。装置１０において、コーナリングフォースの算出はこのように実施される。【００５４】
本発明では、トレッド部の内周面に複数の加速度センサを周上に設けることで、トレッド部の周上位置の接地状態を同時に取得することもできる。さらに、タイヤの幅方向に複数の加速度センサを設け、幅方向の接地長や接地領域の分布を求めることで、転動中のタイヤの接地形状を取得することもできる。また、上述のように、トレッド部の内周面に複数の加速度センサを周上に設けることで、車輪の接地領域に発生する、トレッド部の周方向の横力分布を取得することもできる。さらに、タイヤの幅方向に複数の加速度センサを設けることで、車輪の接地領域に発生するコーナリングフォースの、幅方向の分布を求めることもできる。【００５５】
以上、本発明のタイヤ横力算出方法およびタイヤ横力算出方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【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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【国際調査報告】
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