JP2008143312A - 路面状態の推定方法、路面状態の推定装置、タイヤ、及び車輌制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で車輌が走行している路面の状態を精度よく推定することができるとともに、路面変化に対する追従性の高い路面状態の推定方法とその装置、及び、路面状態の推定に用いられるタイヤを提供する。
【解決手段】歪ゲージ１１をタイヤの赤道部近傍のブロック内部の、タイヤ周方向に直交する面内に、その検出方向がほぼ当該ブロックのタイヤ径方向になるように埋設するとともに、上記歪ゲージ１１の検出出力から圧縮歪の時間変化の波形を抽出し、この圧縮歪波形のタイヤ接地面内におけるピークのピーク減少量Ｂを求め、ピーク減少量Ｂの大きさに基づいてタイヤの走行する路面状態を推定するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輌が走行する路面の状態を推定する方法とその装置、及び、路面状態の推定に用いられるタイヤに関するものである。

自動車の走行安定性を高めるため、タイヤと路面間の摩擦係数（路面摩擦係数）あるいは路面状態を精度良く推定し、車輌制御へフィードバックすることが求められている。予め上記路面摩擦係数や路面状態を推定することができれば、制駆動や操舵といった危険回避の操作を起こす前に、例えば、ＡＢＳブレーキのより高度な制御等が可能になり、安全性が一段と高まることが予想される。
路面摩擦係数を推定する方法としては、例えば、車輪速を検出し、この検出された車輪速信号ωから外乱ΔＴを受けたときの車輪速変動Δωを検出した後、このΔωを満足するような車輪の伝達関数を最小二乗法で同定し、路面μの勾配を推定するとともに、この路面μの勾配と予め求めておいた車輌の制動力とこの路面μの勾配との関係から車輌の制動力を推定し、この制動力と上記路面μの勾配とから、スリップ率が零のときの路面μの勾配を推定する方法（例えば、特許文献１参照）や、図６に示すように、空気入りタイヤ５０のタイヤトレッド部５１にトレッド表面よりも高さの高いセンシングブロック５２Ｈと高さの低いセンシングブロック５２Ｌとを形成し、各センシングブロック５２Ｈ，５２Ｌのタイヤ周方向に平行な側面にそれぞれ歪ゲージ５３Ｈ，５３Ｌを貼り付けて、上記２つの歪ゲージ５３Ｈ，５３Ｌで検出した歪レベルの差と、予め求めておいた歪レベルの差と路面摩擦係数との関係を示すマップとから路面摩擦係数を推定する方法などが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−１６０６２０号公報 特開２００２−３６８３６号公報

しかしながら、上記車輪速に基づいて求めた路面μの勾配と推定した車輌の制動力とからスリップ率が零のときの路面μの勾配を推定する方法では、タイヤ−路面間で発生している力の情報がないため、推定時間を必要とすることから、路面変化に対する追従性に限界があった。
また、高さの異なるセンシングブロック５２Ｈ，５２Ｌにそれぞれ貼り付けられた歪ゲージ５３Ｈ，５３Ｌで検出した歪レベルの差から路面摩擦係数を推定する方法では、路面変化に対する追従性もよく、路面摩擦係数μについても精度よく推定することできるものの、タイヤトレッド部５１にその高さがトレッド表面の高さと異なるブロック５２Ｈ，５２Ｌを形成するために、トレッドパターンや金型などの変更が必要となるため、作製に手間がかかるといった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単構成で車輌が走行している路面の状態を精度よく推定することができるとともに、路面変化に対する追従性の高い路面状態の推定方法とその装置、及び、路面状態の推定に用いられるタイヤを提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載の発明は、走行中の路面の状態を推定する方法であって、タイヤトレッドの表面に形成された溝により区画されたブロックのタイヤ径方向の圧縮歪を検出し、この検出した波形に基づいて路面状態を推定するようにしたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の路面状態の推定方法において、上記ブロック内のタイヤ周方向に直交する面内における圧縮歪、もしくは、上記ブロックのタイヤ周方向に直交する側面における圧縮歪を検出して、路面状態を推定するようにしたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の路面状態の推定方法において、上記検出した圧縮歪波形の接地面内におけるピーク形状に基づいて路面状態を推定するようにしたものである。
また、請求項４に記載の発明は、走行中の路面の状態を推定する装置であって、タイヤトレッドの表面に形成された溝により区画されたブロック内もしくはブロックの側面に配置された、当該ブロックのタイヤ径方向の圧縮歪を検出する歪センサと、この歪センサで検出された上記ブロックの圧縮歪波形に基づいて路面状態を推定する路面状態推定手段とを備えたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の路面状態推定装置において、上記歪センサをブロック内のタイヤ周方向に直交する面内、もしくは、上記ブロックのタイヤ周方向に直交する側面に配置するとともに、上記路面状態推定手段を、上記歪センサで検出された圧縮歪の接地面内におけるピーク形状を抽出する手段と、上記抽出されたピーク形状に基づいて路面状態を推定する手段とから構成したものである。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の路面状態推定装置であって、上記路面状態推定手段は、上記ピークが減少域を有する場合に、当該路面が低μ路であると判定する判定手段を備えていることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項４〜請求項６のいずれかに記載の路面状態推定装置であって、上記歪センサをタイヤの赤道部近傍のブロックに取付けたものである。

また、請求項８に記載の発明は、タイヤトレッドの表面に溝により区画されたブロックが形成されたタイヤであって、タイヤトレッドの表面に溝により区画されたブロックが形成されたタイヤであって、上記ブロック内、もしくは、上記ブロックの側面に当該ブロックのタイヤ径方向の圧縮歪を検出する歪センサが配置されていることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のタイヤにおいて、上記歪センサを、上記ブロック内のタイヤ周方向に直交する面内、もしくは、上記ブロックのタイヤ周方向に直交する側面に当該ブロックのタイヤ径方向の圧縮歪を検出する歪センサを配置したものである。
請求項１０に記載の発明は、請求項８または請求項９に記載のタイヤにおいて、請求項４〜請求項７のいずれかに記載の路面状態推定装置を搭載したものである。
また、請求項１１に記載の発明は、車輌の走行状態を制御する装置であって、請求項４〜請求項７のいずれかに記載の路面状態推定装置と、この路面状態推定装置で推定した路面状態に基づいて車輌の走行状態を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、タイヤブロック内のタイヤ周方向に直交する面内や上記ブロックのタイヤ周方向に直交する側面内面内などのブロック内もしくはブロックの側面において検出された当該ブロックのタイヤ径方向の圧縮歪波形、特に、その接地面内における波形のピーク形状に基づいて路面状態を推定するようにしたので、簡単構成で車輌が走行している路面の状態を精度よく推定することができるとともに、路面変化に対する追従性を確保することができる。
また、上記歪センサをタイヤの赤道部近傍のブロックに取付けるようにすれば、タイヤの接地状態を確実に把握することができるので、路面状態の推定精度を更に向上させることができる。
また、上記推定した路面状態に基づいて車輌の走行状態を制御するようにすれば、車輌の安全性を更に向上させることができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本最良の形態に係る路面状態推定装置１０の構成を示す機能ブロック図で、同図において、１１はタイヤブロックに取付けられた歪ゲージ、１２は上記歪ゲージの検出信号から当該ブロックの圧縮歪の接地面内におけるピーク形状を抽出する圧縮歪波形抽出手段、１３は上記抽出されたピーク形状における減少域の大きさ(ピーク減少量)を演算するピーク減少量演算手段、１４は上記演算されたピーク減少量に基づいてタイヤの走行する路面状態を推定する路面状態推定手段である。なお、上記の歪波形抽出手段１２、ピーク減少量演算手段１３、及び、路面状態推定手段１４により本路面状態推定装置１０の演算部１５を構成する。
本例では、図２に示すように、歪ゲージ１１をタイヤトレッド２１の表面に形成された溝２２により区画されたブロック２３のうち、タイヤの赤道部近傍のブロック２３Ｂの内部の、タイヤ周方向に直交する面２３Ｓ内に、その検出方向がほぼ当該ブロック２３Ｂのタイヤ径方向になるように埋設して、上記ブロック２３Ｂのタイヤ径方向の圧縮歪を検出するようにしている。
なお、演算部１５の設置個所については、上記溝２２内であってもよいし、上記歪ゲージ１１と一体の基板に設けて上記ブロック２３Ｂ内へ埋設してもよい。あるいは、図示しないタイヤ内面側もしくはホイール部に設置してこれをケーブル等で歪ゲージ１１と接続するようにしてもよい。

次に、本最良の形態に係る路面状態の推定方法について説明する。
まず、歪ゲージ１１により当該ブロック２３Ｂのタイヤ周方向の圧縮歪を検出し、これを圧縮歪波形抽出手段１２に送って、圧縮歪の時間変化の波形を抽出する。
図３（ａ）は路面状態推定装置１０を搭載した車輌を路面摩擦係数が十分に高い路面（路面μ≧０．９）で走行した場合に得られた圧縮歪波形で、図３（ｂ）は路面摩擦係数が低い路面（路面μ≒０．２）で走行した場合に得られた圧縮歪波形である。
図４（ａ）に示すように、タイヤの走行している路面が高μ路の場合には、タイヤ２０のトレッド２１は路面３０に拘束されるが、低μ路の場合には拘束されないため、図４（ｂ）に示すように、トレッド２１はその接地中心方向に向かって圧縮されやすくなって、トレッド基部２１ｋが路面３０から浮き上がる傾向にある。このため、低μ路の場合には、トレッドの圧縮歪量（図３（ｂ）に示すε［a.u.］の大きさで、マイナス符号が圧縮、プラス符号が伸長を表わす）が減少するだけでなく、高μ路では１つであった圧縮歪量のピークが２つに***し、その圧縮歪量が減少する減少域が現われる。この減少域はトレッド基部２１ｋが路面３０から浮き上がる際に出現するもので、上記減少域での圧縮歪の最小値が２つのピークを結ぶ線上からどの程度小さくなっているかを表わすピーク減少量Ｂを求めれば、このピーク減少量Ｂを上記減少域の大きさを示す指標として用いることができる。したがって、ピーク減少量演算手段１３を設けて上記ピーク減少量Ｂの大きさを求めるようにすれば、走行中の路面３０の状態を推定することができる。
すなわち、高μ路ではピークが１つなのでピーク減少量Ｂはゼロである。これに対して、低μ路ではピークが２つなので上記ピーク減少量Ｂを求めることができる。
したがって、路面状態推定手段１４では、例えば、閾値Ｂ１，Ｂ２を設けて、Ｂ＜Ｂ１なら路面は高μ路であり、Ｂ１≦Ｂ＜Ｂ２なら中μ路、Ｂ２≦Ｂなら低μ路であると推定すればよい。

このように本最良の形態では、歪ゲージ１１をタイヤの赤道部近傍のブロック２３Ｂ内部の、タイヤ周方向に直交する面２３Ｓ内に、その検出方向がほぼ当該ブロック２３Ｂのタイヤ径方向になるように埋設するとともに、上記歪ゲージ１１の検出出力から圧縮歪の時間変化の波形を抽出し、この圧縮歪波形のタイヤ接地面内におけるピークのピーク減少量Ｂを求め、ピーク減少量Ｂの大きさに基づいてタイヤの走行する路面状態を推定するようにしたので、簡単構成で車輌が走行している路面の状態を精度よく推定することができるとともに、路面変化に対する追従性を確保することができる。
また、本発明のメカニズムは、路面がトレッドを拘束する力と直接関係するため、例えば、砂地、水膜などの路面介在物により実効的な路面摩擦係数が低下する場合にも適用することができるだけでなく、スリップ率がほぼゼロの定常走行時においても、路面状態を精度よく推定することができる。
また、４輪のグリップ余裕度は車輌の安定余裕度であるから、本発明の路面状態推定装置１０と、この路面状態推定装置１０で推定した、路面がトレッドを拘束する力を反映した圧縮歪波形から推定された路面状態に基づいて、車輌の走行状態を制御する制御手段とを備えた車輌制御装置を構成して車輌の走行状態を制御すれば、車輌の安全性を更に向上させることができる。

なお、上記最良の形態では、歪センサとして歪ゲージ１１を用いたが、これに限るものではなく、タイヤトレッドにコイルを埋設しこのコイルのインダクタンスの変化から上記トレッドの変形量を計測する変形量計測装置などの、他の形態の変形量計測装置を用いてもよい。
また、上記例では、路面状態推定手段１４にて、ピーク減少量Ｂの大きさにより路面状態が高μ路、中μ路、低μ路のいずれかであるかを推定したが、上記路面状態推定手段１４に代えて、ピーク減少量Ｂの大きさの閾値を１つとし、ピーク減少域があるかどうかで路面状態が高μ路か低μ路かを判定する判定手段を設けるようにしてもよい。
また、上記例では、圧縮歪波形のタイヤ接地面内におけるピークのピーク減少量Ｂを求め、このピーク減少量Ｂの大きさに基づいて路面状態を推定するようにしたが、上記タイヤ圧縮歪量のタイヤ接地面内におけるピーク近傍の波形を微分して上記圧縮歪の微分波形を演算し、この時間微分した波形の反転回数に基づいて路面状態を推定するようにしてもよい。
また、上記反転回数に代えて、微分波形のゼロクロス点の数から路面状態を推定するようにしてもよい。なお、波形の反転はピークの立ち上がり及び立ち下がりでも見られる場合があるので、微分波形を解析する際には、圧縮歪量が所定の値を超えた領域で行うことが好ましい。また、微分波形ではノイズ成分が強調されるので、圧縮歪量の波形をスムージングしてから微分すると精度が向上する。
また、上記例では、歪ゲージ１１をブロック２３Ｂの内部の、タイヤ周方向に直交する面２３Ｓ内に、その検出方向がほぼ当該ブロック２３Ｂのタイヤ径方向になるように埋設した例について説明したが、図５に示すように、上記歪ゲージ１１を上記ブロック２３Ｂのタイヤ周方向に直交する側面２３ｋに取付けても同様の効果を得ることができる。
なお、ブロックのタイヤ径方向の圧縮歪は、基本的には、一軸対称で異方性はないため、歪ゲージ１１を、上記のように、タイヤ周方向に直交する面２３Ｓ、もしくは、上記ブロック２３Ｂのタイヤ周方向に直交する側面２３ｋに取付ける必要は必ずしもなく、上記ブロック２３内もしくはブロック２３Ｂの側面のどこに取付けても良い。

長方形状のブロックのタイヤ周方向に直交する側面に歪ゲージを貼り付けたタイヤを装着した車輌を、アスファルト路面（路面μ≧０．９）及び氷路（路面μ≒０．２）で一定速度で走行させ、圧縮歪量の時間変化の波形を求めるとともに、上記波形の圧縮歪のピーク付近に減少域があるかどうかを調べ、減少域がある場合には、当該路面を低μ路と判定した。なお、アスファルト路面（路面μ≧０．９）における圧縮歪量の時間変化の波形は図３（ａ）に、氷路（路面μ≒０．２）における圧縮歪量の時間変化の波形については、図３(ｂ)に示したものと同じである。
なお、本実施例では、歪ゲージを周上の１箇所のみに取付けているので、上記の判定はタイヤ１回転毎に行い、複数回の判定結果の正解率を求めた。

アスファルト路面（路面μ≧０．９）では８０回の判定すべてが高μ路の判定（正解率１００％）であった。一方、氷路（路面μ≒０．２）では５９回の判定のうち５６回が低μ路の判定で、その正解率は９５％と高い正解率を示した。
これにより、ブロックの圧縮歪から路面状態を精度よく推定できることが確認された。

以上説明したように、本発明によれば、簡単構成で車輌が走行している路面の状態を精度よく推定することができるとともに、路面変化に対する追従性を確保することができるので、車輌の走行安全性を向上させることができる。

本発明の最良の形態に係る路面状態推定装置の構成を示す機能ブロック図である。 歪ゲージの取付け状態を示す図である。 圧縮歪量の時間変化の波形を示す図である。 路面状態とトレッドの変形状態の関係を説明するための図である。 歪ゲージの取付け状態の他の例を示す図である。 従来の路面摩擦係数の推定方法を示す図である。

符号の説明

１０ 路面状態推定装置、１１ 歪ゲージ、１２ 圧縮歪波形抽出手段、
１３ ピーク減少量演算手段、１４ 路面状態推定手段、１５ 演算部、
２１ タイヤトレッド、２２ 溝、２３，２３Ｂ ブロック、
２３Ｓ ブロック内部のタイヤ周方向に直交する面。

Claims (11)

1. タイヤトレッドの表面に形成された溝により区画されたブロックのタイヤ径方向の圧縮歪を検出し、この検出した波形に基づいて路面状態を推定するようにしたことを特徴とする路面状態の推定方法。
2. 上記ブロック内のタイヤ周方向に直交する面内における圧縮歪、もしくは、上記ブロックのタイヤ周方向に直交する側面における圧縮歪を検出して、路面状態を推定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の路面状態の推定方法。
3. 上記検出した圧縮歪波形の接地面内におけるピーク形状に基づいて路面状態を推定するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の路面状態の推定方法。
4. タイヤトレッドの表面に形成された溝により区画されたブロック内もしくはブロックの側面に配置された、当該ブロックのタイヤ径方向の圧縮歪を検出する歪センサと、この歪センサで検出された上記ブロックの圧縮歪波形に基づいて路面状態を推定する路面状態推定手段とを備えたことを特徴とする路面状態推定装置。
5. 上記歪センサをブロック内のタイヤ周方向に直交する面内、もしくは、上記ブロックのタイヤ周方向に直交する側面に配置するとともに、上記路面状態推定手段を、上記歪センサで検出された圧縮歪の接地面内におけるピーク形状を抽出する手段と、上記抽出されたピーク形状に基づいて路面状態を推定する手段とから構成したことを特徴とする請求項４に記載の路面状態推定装置。
6. 上記路面状態推定手段は、上記ピークが減少域を有する場合に、当該路面が低μ路であると判定する判定手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載の路面状態推定装置。
7. 上記歪センサをタイヤの赤道部近傍のブロックに取付けたことを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれかに記載の路面状態推定装置。
8. タイヤトレッドの表面に溝により区画されたブロックが形成されたタイヤであって、上記ブロック内、もしくは、上記ブロックの側面に当該ブロックのタイヤ径方向の圧縮歪を検出する歪センサが配置されていることを特徴とするタイヤ。
9. 上記歪センサを、上記ブロック内のタイヤ周方向に直交する面内、もしくは、上記ブロックのタイヤ周方向に直交する側面に当該ブロックのタイヤ径方向の圧縮歪を検出する歪センサが配置されていることを特徴とする請求項８に記載のタイヤ。
10. 請求項４〜請求項７のいずれかに記載の路面状態推定装置を搭載して成ることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のタイヤ。
11. 請求項４〜請求項７のいずれかに記載の路面状態推定装置と、この路面状態推定装置で推定した路面状態に基づいて車輌の走行状態を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする車輌制御装置。

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