(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体の加減速度を検出する加減速検出手段と、
車輪速を検出する車輪速検出手段と、
タイヤ捻ればね要素及びサスペンション前後ばね要素を考慮した車両モデルの車両加減速時の任意の２輪の車輪速度差に基づいて、制動力及び駆動力の各輪への配分比、及び検出された加減速度に応じて補正した各輪荷重の分配比を既知の値として、各輪の基準タイヤの半径に対する基準タイヤ以外のタイヤの半径比、該半径比から求めた各輪のタイヤ半径、前記ばね要素を合成した合成ばねのばね定数を車体重量で除算して規格した合成ばねのばね定数の逆数、及び該ばね定数の逆数から求めた合成ばねのばね定数の少なくとも１つを推定する推定手段と、
を含む物理量推定装置。
【請求項２】
車体の加減速度を検出する加減速検出手段と、
車輪速を検出する車輪速検出手段と、
タイヤ捻ればね要素及びサスペンション前後ばね要素を考慮した車両モデルの車両加減速時の任意の２輪の車輪速度差に基づいて、制動力及び駆動力の各輪への配分比、及び検出された加減速度に応じて補正した各輪荷重の分配比を既知の値として、各輪の基準タイヤの半径に対する基準タイヤ以外のタイヤの半径比、該半径比から求めた各輪のタイヤ半径、前記ばね要素を合成した合成ばねのばね定数を車体重量で除算して規格した合成ばねのばね定数の逆数、及び該ばね定数の逆数から求めた合成ばねのばね定数の少なくとも１つの物理量を推定する推定手段と、
推定手段で推定された少なくとも１つの物理量に基いて、タイヤの種別、タイヤの空気圧、及びタイヤ磨耗状態の少なくとも１つを判定する判定手段と、
を含むタイヤ状態判定装置。
【請求項３】
前記推定手段は、タイヤ半径及び前記ばね要素を合成した合成ばねのばね定数を推定し、
前記判定手段は、推定したタイヤ半径及び合成ばねのばね定数に基づいたタイヤの空気圧の判定を行なう請求項２記載のタイヤ状態判定装置。
【請求項４】
下記の式に基いて、基準タイヤの半径Ｒ0に対する基準タイヤ以外の複数のタイヤの半径比ｋrn、ｋrmまたはタイヤ半径、該複数のタイヤの合成ばねのばね定数を車体重量で除算して規格した合成ばねのばね定数の逆数１／ｋstn、１／ｋstmまたは合成ばねのばね定数を演算する請求項２又は３記載のタイヤ状態判定装置。
【数１】
0003899987.tif 000030
ただし、ωn、ωmは前記複数の車輪の角速度、ｖaは４輪の平均車輪速、ｇvは重力加速度に対する車体加速度の比、ｄvは車体加速度の微分値を重力加速度で規格化した値、βｎ、βｍは前記複数のタイヤのスリップ率に対する路面摩擦係数勾配である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物理量推定装置及びタイヤ状態判定装置に係り、特に、加減速時の任意の２輪、例えば前後輪の車輪速差に基づいた路面摩擦係数（μ）勾配の推定方法を利用して、推定対象のモデルをタイヤ捻ればね及びサスペンション前後ばねを考慮し、タイヤ半径に関する物理量等を推定することができる物理量推定装置、及びこの物理量推定装置で推定された物理量を利用してタイヤの種別等のタイヤの状態を判定するタイヤ状態判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、現在装着している４輪のタイヤの回転速度を測定すると共に、測定された回転速度から前輪の回転速度と後輪の回転速度との比（前後輪比）を演算し、予め種類の判っているタイヤからのデータに基づいて作成された速度−前後輪比関数と演算された前後輪比の値とを比較することによって、装着しているタイヤの種類を判別するタイヤ識別方法が知られている（特開平９−１８８１４４号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のタイヤ識別方法では、タイヤ半径の違いを考慮していないため、精度良くタイヤ種別を判定することができない、という問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、精度良くタイヤ種別等を判定することができる物理量を推定するための物理量推定装置、及びこの物理量推定装置で推定された物理量を使用してタイヤ種別等のタイヤ状態を判定することができるタイヤ状態判定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
まず、本発明の原理について説明する。図６は、後輪駆動車について、車体の前後加速度に対する前後車輪速度の差の理想的な特性を示した図である。この図は、タイヤの半径情報が既知で、加速度センサのオフセットがなく、またタイヤ及びサスペンションのばね要素を無視した極めて理想的な状態を示したものである。路面摩擦係数勾配（路面μ勾配）は、折れ線の傾きに基いて前後輪各々について求めることができる。
【０００６】
一方、実際の車両においては、各種誤差が含まれているため図６に示す理想的な特性から移動または変化し、図７に示すような特性を示すことになる。この特性は、主として前輪に関連すると思われるばね定数の影響により、過渡的なループ特性として一部に現れる曲線部と、曲線部に連続する直線部（図６の第４象限に存在する折れ線に対応する）とを複合した複合線で示されている。
【０００７】
また、この複合線は、前後車輪のタイヤ半径の微小な相違によって、すなわち前後車輪速度の差の変化に応じて、縦軸方向に平行移動し、加速度センサのオフセットによって、すなわち車体加速度の変化によって横軸方向に平行移動する。この特性においても、直線部の傾きに基いて、前後輪各々について路面μ勾配を求めることができる。
【０００８】
本発明は、これら特性の理想的な状態からの移動または変化をパラメータ推定に利用したものである。例えば、曲線部と直線部との接合部（直線部の端部）の縦軸方向への移動量に基いて、すなわち、前後車輪の速度差に基いて、タイヤ半径の微小な相違を推定することができる。また、横軸方向への移動量に基いて、すなわち、車体加速度に基いて、加速度センサのオフセットを推定することができる。また、過渡的なループ特性にばねを考慮したモデルを利用することにより、等価的に現れるばね要素のばね定数を推定することができる。
【０００９】
これらの推定すべきパラメータは、数式モデルに基いて一括して求めてもよいし、部分的に求めることも可能である。最小自乗法等を利用する場合には、一括して解くことも可能であるが、部分的に各パラメータの性質、例えば、タイヤ半径は比較的高速では変化し得ない等の条件から、適切な推定方法を選択すること、例えば、忘却係数を適宜調整する等により適切に推定することが可能である。また、図式的な手法に基いて、直接移動量等を求め、個別にパラメータを演算することも可能である。
【００１０】
上記では、後輪駆動車を例に説明したが、前輪駆動車や４輪駆動車でも同様である。
【００１１】
本発明は上記の原理に基いてなされたもので、車体の加減速度を検出する加減速検出手段と、車輪速（車輪の回転速度）を検出する車輪速検出手段と、タイヤ捻ればね要素及びサスペンション前後ばね要素を考慮した車両モデルの車両加減速時の任意の２輪車輪速度差に基づいて、制動力及び駆動力の各輪の配分比、及び検出された加減速度に応じて補正した各輪荷重の分配比を既知の値として、各輪の基準タイヤの半径に対する基準タイヤ以外のタイヤの半径比、該半径比から求めた各輪のタイヤ半径、前記ばね要素を合成した合成ばねのばね定数を車体重量で除算して規格した合成ばねのばね定数の逆数、及び該ばね定数の逆数から求めた合成ばねのばね定数の少なくとも１つを推定する推定手段と、を含んで構成されている。
【００１２】
また、本発明のタイヤ状態判定装置は、車体の加減速度を検出する加減速検出手段と、車輪速を検出する車輪速検出手段と、タイヤ捻ればね要素及びサスペンション前後ばね要素を考慮した車両モデルの車両加減速時の任意の２輪車輪速度差に基づいて、制動力及び駆動力の各輪の配分比、及び検出された加減速度に応じて補正した各輪荷重の分配比を既知の値として、各輪の基準タイヤの半径に対する基準タイヤ以外のタイヤの半径比、該半径比から求めた各輪のタイヤ半径、前記ばね要素を合成した合成ばねのばね定数を車体重量で除算して規格した合成ばねのばね定数の逆数、及び該ばね定数の逆数から求めた合成ばねのばね定数の少なくとも１つの物理量に基いて、タイヤの種別、タイヤの空気圧、及びタイヤ磨耗状態の少なくとも１つを判定する判定手段と、を含んで構成したものである。
【００１４】
前記推定手段は、タイヤ半径及び前記ばね要素を合成した合成ばねのばね定数を推定し、前記判定手段は、推定したタイヤ半径及び合成ばねのばね定数に基づいたタイヤの空気圧の判定を行なうようにすることができる。
【００１６】
また、本発明では、下記の式に基いて、基準タイヤの半径Ｒ0に対する基準タイヤ以外の複数のタイヤの半径比ｋrn、ｋrmまたはタイヤ半径、該複数のタイヤの合成ばねのばね定数を車体重量で除算して規格した合成ばねのばね定数の逆数１／ｋstn、１／ｋstmまたは合成ばねのばね定数を演算することができる。
【００１７】
【数２】
0003899987.tif 000002
【００１８】
ただし、ωn、ωmは前記複数の車輪の角速度、ｖaは４輪の平均回車輪速、ｇvは重力加速度に対する車体加速度の比、ｄvは車体加速度の微分値を重力加速度で規格化した値、βn、βmは前記複数のタイヤのスリップ率に対する路面摩擦係数勾配である。
【００１９】
本発明では、タイヤ捻ればね要素及びサスペンション前後ばね要素を考慮した車両モデルを用い、この車両モデルの車両加減速時の任意の２輪の車輪速度差に基づいて、制動力及び駆動力の各輪への配分比、及び検出された加減速度に応じて補正した各輪荷重の分配比を既知の値として、各輪の基準タイヤの半径に対する基準タイヤ以外のタイヤの半径比、該半径比から求めた各輪のタイヤ半径、前記ばね要素を合成した合成ばねのばね定数を車体重量で除算して規格した合成ばねのばね定数の逆数、及び該ばね定数の逆数から求めた合成ばねのばね定数の少なくとも１つを推定しているので、タイヤの種別等を精度よく判定することができる物理量を推定することができる。
【００２０】
また、上記のような物理量を推定することができるので、推定したタイヤ半径及び合成ばねのばね定数に基づいたタイヤの空気圧の判定を行ない、タイヤの空気圧を精度良く判定することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態は、本発明の物理量推定装置をタイヤ種別等のタイヤ状態判定装置に適用したものである。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態は、車体の加減速度を検出する加減速センサ１０、４輪の各々に設けられて各車輪の回転速度（車輪速）を検出する車輪速センサ１２（図では１つ車輪速センサのみ図示）、物理量推定装置１４、及び定数メモリ１６によって構成されている。定数メモリ１６には、既知の制動力及び駆動力の各輪への配分比、及び車両停車時の各輪荷重の分配比の各々を示す値等が記憶されている。
【００２３】
また、物理量推定装置１４は、以下で説明するタイヤ捻ればね要素及びサスペンション前後ばね要素を考慮した車両−車輪モデルを用い、以下で説明するように、車輪速センサ１２で検出された車両加減速時の任意の２輪の車輪速度差に基づいて、定数メモリ１６に記憶されている制動力及び駆動力の各輪への配分比、定数メモリ１６に記憶されている各輪荷重の分配比を検出された加減速度に応じて補正した各輪荷重の分配比の値を用いて、後述する方法で物理量を推定する。
【００２４】
物理量推定装置１４は、後述するように、タイヤ半径に関する物理量として、基準タイヤの半径に対する基準タイヤ以外のタイヤの半径比、または該半径比から求めたタイヤ半径を推定し、路面摩擦係数に関する物理量として、スリップ率に対する路面摩擦係数勾配（μ勾配）の逆数、または該逆数から求めた路面μ勾配を推定し、ばね定数に関する物理量として、タイヤ捻ればね要素及びサスペンション前後ばね要素を合成した合成ばねのばね定数を車体重量で除算して規格した合成ばねのばね定数の逆数、または該ばね定数の逆数から求めた合成ばねのばね定数を推定することができる。
【００２５】
また、物理量推定装置１４には、タイヤの種別判定、タイヤの空気圧の判定、及びタイヤ磨耗状態の判定の少なくとも１つの判定を行なうタイヤ判定装置１８が接続されている。
【００２６】
タイヤ判定装置１８は、後述するように、物理量推定装置１４で推定された路面μ勾配、タイヤ半径比、または合成ばねのばね定数等の物理量の少なくとも１つに基いて、タイヤの種別、タイヤの空気圧、及びタイヤの磨耗状態の少なくとも１つを判定する。判定をより精密に行なうには、タイヤ判定装置１８において、タイヤの種別判定は推定した路面μ勾配及び合成ばねのばね定数の２つの物理量に基づいて行ない、タイヤの空気圧の判定は推定したタイヤ半径及び合成ばねのばね定数の２つの物理量に基づいて行ない、推定したタイヤ半径及び路面μ勾配の２つの物理量に基づいて行なえばよい。
【００２７】
以下、物理量推定装置による物理量推定について説明した後、タイヤ判定装置によるタイヤ種別等の判定について説明する。
【００２８】
まず、車両の加減速運動時の車両−車輪モデルについて説明する。図２（Ａ）に示すように、この車両−車輪モデルは、車体２０に、サスペンション前後ばね要素２２を介してタイヤ捻ればね要素２４を備えた質量ｍnの４つの車輪が装着されて構成されている。この車両の重量はＭである。図２（Ａ）のモデルでは単輪について示しているが、各輪からの力の合計が車体に作用することから、運動方程式は以下の（１）式で示す４つの式で表される。
【００２９】
【数３】
0003899987.tif 000003
【００３０】
ここで、（１）式及び図２（Ａ）に示した各変数は、次の物理量を表している。
【００３１】
αn：路面摩擦係数μのスリップ速度に対する勾配（図２（Ｂ）に示す路面摩擦係数μとスリップ速度との関係を示す曲線の任意の点における接線の傾き、すなわち路面μ勾配）、
Ｋtn：タイヤ捻ればね要素のばね定数、
θn：車輪軸の回転角（車輪速検出軸の回転角）、
Ｋsn：サスペンション前後ばね要素のばね定数、
θtn：車輪表面の回転角、
Ｍ：車両質量、
ｘｗn：車輪前後位置、
Ｊwn：車輪の回転慣性モーメント、
ｘv：車両前後位置、
Ｗn：車輪荷重、
ｋfn：制動力及び駆動力の前後輪への配分比、
ｍn：車輪質量、
Ｆs：４輪の車軸への作用力の総和、
ｒn：車輪半径
ｎ：車輪を表す１〜４の番号。
【００３２】
上記（１）式において、第１式はタイヤの回転運動、第２式は路面接触面での力の釣合、第３式はサスペンション前後運動、第４式は各輪からの力の車両への作用を各々表している。
【００３３】
次に、（１）式より、各輪のスリップ速度Δn（車輪速ｖn−車体速ｖv）を求めると、以下の（２）式で表される。
【００３４】
【数４】
0003899987.tif 000004
【００３５】
（２）式において、４輪の車軸への作用力の総和Ｆsが、車体に作用する力、車輪の前後方向に作用する力、及び車輪の回転方向に作用する力の総和と釣り合うことから、次の（３）式が成り立つ。なお、（３）式において、右辺第１項は車体に作用する力、第２項は車輪の前後方向に作用する力、及び第３項は車輪の回転方向に作用する力を各々表している。
【００３６】
【数５】
0003899987.tif 000005
【００３７】
ここで、（２）式を簡単にするため、Ｊwn／ｒ2n，ｍn≪Ｍより、車輪の回転及び車輪の前後慣性を無視し、更に、ｍn／Ｋsn≪１であるので、（２）式は以下の（４）式で表される。
【００３８】
【数６】
0003899987.tif 000006
【００３９】
ただし、各輪への荷重の配分比ｋwn、タイヤ捻ればね要素とサスペンション前後ばね要素との合成ばねのばね定数を車両重量ＭＧ（Ｇは重力加速度である）で規格化した値ｋstn、重力加速度Ｇに対する車体加速度の比ｇv、車体加加速度（加速度の微分値）を重力加速度Ｇで規格化した値ｄvは、各々次のように表される。
【００４０】
【数７】
0003899987.tif 000007
【００４１】
本実施の形態では、タイヤ捻ればね要素及びサスペンション前後ばね要素を考慮しているので、これらのばね要素を考慮しない従来のモデルと比較して、（４）式の最終式の第２項ｋfnｄv／ｋstn（車両の加加速度を重力加速度Ｇで規格化した値ｄvに関する項）が付加された形になっている。この頃の有効性については後述する。
【００４２】
一般的に、制動時及び駆動時のスリップ率Ｓnは、各々以下の（６）式で与えられる。
【００４３】
【数８】
0003899987.tif 000008
【００４４】
しかしながら、スリップ率が比較的小さな領域ではｖv〜ｖnであることから、４輪の平均車輪速ｖaを用いて、スリップ率Ｓnを以下の（７）式で定義することとする。
【００４５】
【数９】
0003899987.tif 000009
【００４６】
このとき、摩擦係数μのスリップ率に対する勾配（路面μ勾配）βn（摩擦係数μとスリップ率との関係を表す曲線の任意の点における接線の傾き）を用いると、スリップ速度を４輪の平均車輪速ｖaで除算した値がスリップ率になり、これらの間に（８）式の関係があるので、上記（４）式は次の（９）式で表現できる。
【００４７】
【数１０】
0003899987.tif 000010
【００４８】
【数１１】
0003899987.tif 000011
【００４９】
これまで、摩擦係数μのスリップ率に対する勾配βnは、車速依存性が小さいことが分かっているので、以下は、μ勾配（摩擦係数μのスリップ率に対する勾配）としてβnに着目することにする。
【００５０】
任意の２輪について、車輪速差Δnm（＝スリップ速度Δn−スリップ速度Δm）を考えると、車体速度ｖvは消えて、次式の（１０）式のように表される。
【００５１】
【数１２】
0003899987.tif 000012
【００５２】
通常の走行状態においては、各車輪のスリップ速度Δnは小さく、車輪速差Δnmも小さくなる。計測では、車体加速度０．２［Ｇ］（１．９６［ｍ／ｓ2］）程度の時、車輪速差は０．１［ｍ／ｓ］程度であることが確認されており、この値は、５０［ｋｍ／ｈ］（１３．９［ｍ／ｓ］）の車速に対して、０．７［％］程度の大きさとなる。したがって、車輪の回転速度からの並進速度への変換係数であるタイヤ半径ｒnは、精度の高い値が必要となる。
【００５３】
そこで、本実施の形態では、タイヤ半径も推定パラメータとして考える。４輪のうちの一つのタイヤを基準としてこの基準タイヤの半径をＲ0とし、他のタイヤの基準タイヤの半径Ｒ0に対する比をｋrnとすると、上記（１０）式は、以下の（１１）式のように表される。
【００５４】
【数１３】
0003899987.tif 000013
【００５５】
上記（１１）式を用いて、未知パラメータを推定する。多くの車両では、制動力及び加速時の駆動力の配分比ｋfnは予め定まっていることが多く、各輪の荷重配分比ｋwnも静的な配分比（車両停車時の分配比）が定まれば、車両加速度を用いた補正により加減速時の荷重配分比ｋwnを求めるのは可能である。
【００５６】
そこで、既知変数と未知変数とを分離して、行列の形でまとめると、次の（１２）式が得られる。（１２）式において、１行の行列が既知変数からなる行列、１列の行列が未知変数からなる行列である。
【００５７】
【数１４】
0003899987.tif 000014
【００５８】
車両の前右（ＦＲ）、前左（ＦＬ）、後右（ＲＲ）、後左（ＲＬ）の４つの輪について、任意の２輪を取る組合せは６通りあるが、独立なものは前後輪を組合せた３通りであるので、ここでは、ＦＲ−ＲＲ、ＦＬ−ＲＬ、ＦＲ−ＲＬの３通りを考えることにする。ただし、車輪の選択はこの限りではない。これにより、車両加減速時の任意の２輪の車輪速差に基づいて未知変数を求めることになる。
【００５９】
ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬに対して番号ｎを０、１、２、３とすると、
【００６０】
【数１５】
0003899987.tif 000015
【００６１】
となる。ただし、
【００６２】
【数１６】
0003899987.tif 000016
【００６３】
である。ここで、ＦＲ輪（ｎ＝０）を基準タイヤとしてこの基準タイヤのタイヤ半径を基準にすると、ｘ00＝ｋr0＝１となるので、行列の次元が一つ減って、
【００６４】
【数１７】
0003899987.tif 000017
【００６５】
が得られる。
【００６６】
ある時点iで上記（１５）式は、
【００６７】
【数１８】
0003899987.tif 000018
【００６８】
の形式となっており、時系列データについて、
【００６９】
【数１９】
0003899987.tif 000019
【００７０】
が成り立っている。したがって、上式の両辺に左から転置行列ＡTを乗算した次の（１８）式、
【００７１】
【数２０】
0003899987.tif 000020
【００７２】
より、一括の最小自乗法により、
【００７３】
【数２１】
0003899987.tif 000021
【００７４】
として、未知パラメータＸを推定することができる。
【００７５】
オンラインの形では、忘却係数をρとして、時点ｉでの（ＡTＡ）をＢi、（ＡTＹ）をＺiとすると、次の（２０)式が得られるので、
【００７６】
【数２２】
0003899987.tif 000022
【００７７】
時点ｉでの推定値Ｘiは、
【００７８】
【数２３】
0003899987.tif 000023
【００７９】
として求めることができる。行列Ｂiは対称行列であり、修正コレスキー分解法などの利用により比較的容易に解くことが可能である。
【００８０】
以上の結果、制動力及び駆動力の各輪への配分比、及び加減速度に応じて補正した各輪の荷重分配比を既知の値として、４輪全輪の基準タイヤの半径に対する基準タイヤ以外のタイヤの半径比ｋrn、スリップ率に対する路面μ勾配の逆数１／βn、合成ばねのばね定数を車体重量で除算して規格した合成ばねのばね定数の逆数１／ｋstnを推定することができる。また、推定したタイヤの半径比ｋrnと基準タイヤの半径とを用いれば、各輪のタイヤ半径を推定することができ、推定した路面μ勾配の逆数１／βnから路面μ勾配を推定することができ、合成ばねのばね定数の逆数１／ｋstnから合成ばねのばね定数を推定することができる。ただし、上記で説明したようにｎ＝０、１、２、３でＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬを各々示している。
【００８１】
以下、本実施の形態を実際の車両に適用してｋrn、１／βn、１／ｋstnのパラメータを推定した実験結果について説明する。図３〜図４は、平均車速５０［ｋｍ／ｈ］でドライアスファルト路（高μ路）において行なった加減速の繰り返し実験での推定結果を示すものである。実験車両は後輪駆動のＡＴ（オートマッチックトランスミッション）車で、図３は４輪ともサマータイヤを装着した場合、図４は前輪サマータイヤ、後輪スタッドレスタイヤを装着した場合の推定結果である。図３及び図４において（Ａ）は車輪速、（Ｂ）は車体加速度、（Ｃ）はタイヤ半径比ｋrn、（Ｄ）はスリップ率に対するμ勾配の逆数１／βn、（Ｅ）は車体重量で規格化した合成ばね定数（タイヤ捻ればねとサスペンション前後ばねとを直列に接続した合成ばねのばね定数）の逆数１／ｋstnの時間変化を各々示している。
【００８２】
車体の加速度は最大で０．２［Ｇ］（１．９６［ｍ／ｓ2］）程度であるので、加速度の閾値Ｇminは最大加速度の１／１０の加速度である０．０２［Ｇ］（０．１９６［ｍ／ｓ2］）に設定し、この閾値以上の加速度が発生した時に演算を行なった。車輪速、車体加速度の前処理フィルタ（ＬＰＦ）のカットオフ周波数は５［Ｈｚ］のバターワース２次フィルタを用い、フィルタ処理後１／１０のデシメーションを行なった。忘却係数は１０［ｓ］で半減するよう、０．９９６５４（０．５の２００乗根）とした。
【００８３】
前後輪の制駆動力の配分比ｋfnは、以下に示すように制動時には前輪０．３２５、後輪０．１７５、駆動時には前輪０．０００、後輪０．５００とし、
【００８４】
【数２４】
0003899987.tif 000024
【００８５】
これらはブレーキペダルに連動したＳＴＰ信号を基に切替えた。また、ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬ各輪荷重の配分比ｋwnは、車体加速度の比ｇvに対して以下の式に示すようにした。
【００８６】
【数２５】
0003899987.tif 000025
【００８７】
これらは、６分力計及び輪荷重計を用いて求めた実験式である。
【００８８】
装着したタイヤのサイズは、サマータイヤが２２５／５５Ｒ１６、スタッドレスタイヤが２１５／６０Ｒｌ６であり、各々のタイヤ半径ｋwnの計算値は、以下の式に示す通りである。
【００８９】
【数２６】
0003899987.tif 000026
【００９０】
タイヤ半径比ｋrnの推定値は、４輪サマータイヤでは略１で、後輪のスタッドレスタイヤについては、３３２［ｍｍ］／３２７［ｍｍ］＝１．０１５程度の値となっており、妥当な値を推定できていることが理解できる。サマータイヤ及びスタッドレスタイヤの半径の差は、５［ｍｍ］程度であるが、充分な精度で推定できるので、動荷重による半径の変化等の推定にも利用することができる。
【００９１】
図４（Ｃ）に示すように、ＲＲ輪のスタッドレスタイヤの場合には、半径比が若干小さく推定されているのは、タイヤが摩耗した可能性が考えられるが、図４（Ｄ）に示すように推定されたμ勾配値がサマータイヤの特性寄りになっている。
【００９２】
上記の実験結果より、摩擦係数μのスリップ率に対する勾配βnの値を求めると、サマータイヤで５０、スタッドレスタイヤで２５程度となり、これらの値はこれまでの計測結果と良く一致している。また、推定値のバラツキが少なく各車輪速に対して略一定の値が推定できていることが理解できる。
【００９３】
ここで、タイヤ及びサスペンションのばね要素を考慮しない場合には、式（１０）に対応する車輪速差の式は、
【００９４】
【数２７】
0003899987.tif 000027
【００９５】
となる。つまり、車体加速度ｇvと車輪速差Δnmとは、制駆動力、荷重の配分比が変わらなければ比例関係となることを示している。図５（Ａ）は、車体の加加速度ｄvを考慮しない場合（車体加加速度の補正が無い場合）の車体加速度ｇvと車輪速差Δnmの特性をプロットしたものである。車体加速度ｇvの負の領域（制動領域）で、ループを描くヒステリシス特性となっていることが理解できる。
【００９６】
車体の加加速度ｄvを考慮した式（１０）を変形し、車体加速度に対して比例関係のある量を疑似車輪速差Δ’nmと定義すると、疑似車輪速差Δ’nmは以下の式で表される。
【００９７】
【数２８】
0003899987.tif 000028
【００９８】
図５（Ｂ）は、上式で補正した疑似車輪速差Δ’nmの車体加速度ｇvに対する特性をプロットしたものである。制動時のループを描くヒステリシス特性が消滅し、略線形な特性となっていることが理解できる。
【００９９】
これまでの実験結果から得られているおよその諸元、タイヤ単体の重量３０［ｋｇ］、半径０．３３［ｍ］、慣性モーメント１．４［ｋｇｍ2］と、タイヤ捻れ共振周波数４０［Ｈｚ］、サスペンション前後共振周波数１５［Ｈｚ］とから推定されるタイヤ捻ればね要素及びサスペンション前後ばね要素の各ばね定数は、次に示すように、タイヤ捻ればね要素＝８．１×１０5[Ｎ／ｍ]、サスペンション前後ばね要素の場合＝２．７×１０5[Ｎ／ｍ]程度の値であり、
【０１００】
【数２９】
0003899987.tif 000029
【０１０１】
実験車の車両重量２１３３［ｋｇ］×９．８［ｍ／ｓ2］＝２．１×１０4［Ｎ］で規格化し逆数を演算すると、各々タイヤ捻ればね要素の場合は０．０２６［ｍ］、サスペンション前後ばね要素の場合は０．０７８［ｍ］となる。合成ばねのばね定数の逆数１／ｋstnは、これらの和となるので、０．１［ｍ］程度の値となる。実験では、比較的ゆっくりした制駆動の繰り返しを行なっているため、前輪はサスペンションの沈み込みが大きく発生していた。したがって、前輪にはサスペンションの上下方向のばね要素もこれに加わるものと予想され、これらの要因より、推定される合成ばね定数の逆数１／ｋstnの値は略妥当な値となっていると考えられる。
【０１０２】
上記で説明したように、本実施の形態では、車両の加減速時の運動からμ勾配を推定する場合に、タイヤ捻ればね要素とサスペンション前後ばね要素とを考慮に入れて、対象をモデル化している。この結果、車体加速度と車輪速差特性における、特に制動時に見られたループ状のヒステリシス特性の原因が明らかになり、このヒステリシス特性を補正することによりμ勾配等の物理量の推定の精度向上を図ることができる。
【０１０３】
また、２輪間の車輪速差を計算する際に、各タイヤの正確な半径情報が必要であることを示し、本実施の形態では推定パラメータとして半径情報を含めた。この結果、妥当な値のタイヤ半径の情報を推定できることが確認できた。これらの手法を、試験車での加減速の実験結果に適用し、その有効性を検証し、加減速運動時のμ勾配推定値を用いたタイヤ種別判定法の基本原理を構築した。
【０１０４】
なお、上記で説明した実施の形態では、μ勾配、タイヤばね定数（合成ばねのばね定数）、及びタイヤ半径をパラメータとして推定する例について説明したが、このうちの任意の値を既知として定数メモリに記憶することにより、任意のパラメータを選択して推定することが可能である。例えば、タイヤばね定数とタイヤ半径が既知であれば、μ勾配のみを推定することができる。また、タイヤの種類や路面が既知の場合等、μ勾配とタイヤばね定数が既知であれば、タイヤ半径の推定のみを行なうこともできる。
【０１０５】
上記で説明したように、本実施の形態の物理量推定装置１４では、タイヤの半径、路面μ勾配、及び合成ばね定数を同時に推定するため、以下で説明するように推定したパラメータを用いてタイヤ判定装置１８において、タイヤ種別、タイヤ空気圧の変化、及びタイヤ摩耗の判定等を行なうことができる。
【０１０６】
まず、タイヤ判定装置１８で実行される推定されたパラメータを用いたタイヤ種別判定について説明する。推定されるパラメータのうち、タイヤばね定数及び路面μ勾配はタイヤ種別により顕著に変化するため、これらの値の相違を利用することにより、タイヤ種別の判定を行なうことができる。例えば、冬用タイヤ装着時においては、μ勾配推定値は夏用タイヤと比較して小さく、またばね定数も小さい。このため、タイヤ判定装置において、図９のタイヤ種別判定ルーチンにおけるステップ１００〜ステップ１０６に示すように、タイヤ合成ばね定数及び路面μ勾配の各々を取り込んだ後、タイヤ合成ばね定数及び路面μ勾配の各々の推定値を各々に対応して設けられた閾値と比較し、タイヤ合成ばね定数及び路面μ勾配のいずれも閾値より小さければ、冬用タイヤが装着されていると判定することができる。
【０１０７】
なお、以下で説明するように、路面μ勾配及びタイヤばね定数のいずれか一方の情報を用いても上記と同様にタイヤ種別の判定が可能であるが、本実施の形態のようにタイヤばね定数及び路面μ勾配の両者を組み合わせることにより、より精度の高いタイヤ種別判定が可能になる。
【０１０８】
次に、タイヤ判定装置１８で実行される推定されたパラメータを用いたタイヤ空気圧判定について説明する。推定されるパラメータのうち、タイヤばね定数及びタイヤ半径はタイヤ空気圧変化により顕著に変化するため、これらの値の変化を利用することにより、タイヤ空気圧を判定することができる。例えば、基準空気圧状態に対して、空気圧の減少したタイヤは、ばね定数が小さくなり、タイヤ半径も小さくなる。このため、タイヤ判定装置において、図１０のタイヤ空気圧判定ルーチンにおけるステップ１１０〜ステップ１１６に示すように、通常の走行状態において、ばね定数及びタイヤ半径を各々取り込み、合成ばね定数及びタイヤ半径を各々に応じて定められた閾値と比較し、任意の１輪もしくは複数の車輪についてばね定数及びタイヤ半径が閾値より小さければ、タイヤ空気圧の減少と判定することができる。
【０１０９】
なお、以下で説明するように、タイヤばね定数及びタイヤ半径情報のいずれか一方の情報を用いれば、上記と同様のタイヤ空気圧の減少判定が可能であるが、本実施の形態のように両者を組み合わせることにより、より精度の高い空気圧判定が可能となる。
【０１１０】
次に、タイヤ判定装置１８で実行される推定されたパラメータを用いたタイヤ磨耗判定について説明する。推定されるパラメータのうち、タイヤ半径及び路面μ勾配はタイヤ摩耗により、顕著に変化するため、これらの値の変化を判定することにより、タイヤ磨耗判定が実現できる。例えば、タイヤ装着時の初期においては、μ勾配値は夏用タイヤと比較して小さく磨耗が発生していない状態を容易に判定できるが、走行距離の増大と共に、タイヤ半径が減少し、μ勾配が大きく変化していく。このため、タイヤ判定装置において、図１１のタイヤ磨耗状態判定ルーチンにおけるステップ１２０〜ステップ１２６に示すように、タイヤ半径及び路面μ勾配を取り込み、タイヤ半径が閾値以下になりかつ路面μ勾配が閾値以上に変化したか否かを判断することにより、タイヤの磨耗を検出することができる。
【０１１１】
なお、μ勾配及びタイヤ半径情報のいずれか一方の情報を用いれば、上記と同様のタイヤの磨耗の判定が可能であるが、本実施の形態のように両者を組み合わせることにより、より精度の高いタイヤ磨耗の判定が可能である。
【０１１２】
次に、タイヤ半径、路面摩擦係数、及び合成ばねのばね定数のいずれか１つの物理量からタイヤの種別、タイヤの空気圧、及びタイヤ磨耗状態のいずれか１つを判定する簡易な判定方法について説明する。
【０１１３】
サマータイヤ（夏用タイヤ）とスタッドレスタイヤとを例にとってタイヤ種別を判定する場合について説明すると、サマータイヤとスタッドレスタイヤとをを比較した場合、図８に示すようにサマータイヤの方がスリップ率がゼロ付近の値の時の路面μ勾配が大きく、またサマータイヤの方が合成ばねのばね定数が大きい。このため、路面μ勾配の大きさ、または合成ばねのばね定数の大きさからタイヤの種別を判定することができる。また、サマータイヤとスタッドレスタイヤとを比較した場合、スタッドレスタイヤの方がタイヤ半径比が大きいので、タイヤ半径比の大きさからタイヤの種別を判定することができる。
【０１１４】
次に、路面μ勾配、タイヤ半径比、または合成ばねのばね定数に基いて、タイヤの空気圧を判定する例について説明する。タイヤの空気圧が高い場合と低い場合とを比較した場合、空気圧が高い方がタイヤ半径比及び合成ばねのばね定数が大きい。このため、タイヤ半径比の大きさ、または合成ばねのばね定数の大きさからタイヤの種別を判定することができる。また、タイヤの空気圧が高い場合と低い場合とを比較した場合、空気圧が低い方が路面μ勾配が大きいので、路面μ勾配の大きさからタイヤの種別を判定することができる。
【０１１５】
そして、路面μ勾配、タイヤ半径比、または合成ばねのばね定数に基いて、タイヤ磨耗を判定する例について説明する。スタッドレスタイヤの場合、タイヤ磨耗が生じると路面μ勾配及び合成ばねのばね定数が大きくなるので、路面μ勾配の大きさ、または合成ばねのばね定数の大きさからタイヤ磨耗状態を判定することができる。また、スタッドレスタイヤの場合、タイヤ磨耗が生じるとタイヤ半径比が小さくなるのでタイヤ半径比の大きさからタイヤ磨耗状態を判定することができる。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の物理量推定装置によれば、タイヤ捻ればね要素及びサスペンション前後ばね要素を考慮した車両モデルを用いて物理量を推定しているので、タイヤ種別、タイヤ空気圧の変化、及びタイヤ摩耗状態の少なくとも１つを精度良く判定するための物理量を推定することができる、という効果が得られる。
【０１１７】
また、本発明のタイヤ状態判定装置によれば、タイヤ捻ればね要素及びサスペンション前後ばね要素を考慮した車両モデルを用いて推定された物理量を用いているため、タイヤ種別、タイヤ空気圧の変化、及びタイヤ摩耗状態の少なくとも１つを精度良く判定することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は本発明の実施の形態のタイヤ捻ればね要素及びサスペンション前後ばね要素を考慮した車両モデルを示す概略図、（Ｂ）は路面摩擦係数μとスリップ速度との関係を示す線図である。
【図３】（Ａ）は時間に対する車輪速の変化を示す線図、（Ｂ）時間に対するは車体加速度の変化を示す線図、（Ｃ）は時間に対する推定パラメータであるタイヤ半径比ｋrnの変化を示す線図、（Ｄ）は時間に対するμ勾配の逆数１／βnの変化を示す線図、（Ｅ）は時間に対する車体重量で規格化した合成ばね定数の逆数１／ｋstnのヘ変化を示す線図である。
【図４】（Ａ）は時間に対する車輪速の変化を示す線図、（Ｂ）時間に対するは車体加速度の変化を示す線図、（Ｃ）は時間に対する推定パラメータであるタイヤ半径比ｋrnの変化を示す線図、（Ｄ）は時間に対するμ勾配の逆数１／βnの変化を示す線図、（Ｅ）は時間に対する車体重量で規格化した合成ばね定数の逆数１／ｋstnのヘ変化を示す線図である。
【図５】（Ａ）は車体加速度ｇvと車輪速差Δnmの特性をプロットした線図、（Ｂ）は、疑似車輪速差Δ’nmの車体加速度ｇvに対する特性をプロットした線図である。
【図６】理想的な車体加速度と前後車輪速度差との関係を示す線図である。
【図７】実際の車体加速度と前後車輪速度差との関係を示す線図である。
【図８】サマータイヤとスタッドレスタイヤとにおけるスリップ率と路面μとの関係を示す線図である。
【図９】タイヤ種別判定ルーチンを示す流れ図である。
【図１０】タイヤ空気圧判定ルーチンを示す流れ図である。
【図１１】タイヤ磨耗状態判定ルーチンを示す流れ図である。
【符号の説明】
１０    加速度センサ
１２    車輪速センサ
１４    物理量推定装置
１６    定数メモリ
１８    タイヤ判定装置
２０    車体
２２    サスペンション前後ばね要素
２４    タイヤ捻ればね要素
【図１】
0003899987.tif 000031
【図２】
0003899987.tif 000032
【図３】
0003899987.tif 000033
【図４】
0003899987.tif 000034
【図５】
0003899987.tif 000035
【図６】
0003899987.tif 000036
【図７】
0003899987.tif 000037
【図８】
0003899987.tif 000038
【図９】
0003899987.tif 000039
【図１０】
0003899987.tif 000040
【図１１】
0003899987.tif 000041