JP2008162392A

JP2008162392A - タイヤ接地状態推定方法、タイヤ接地状態推定装置、タイヤ、及び、車輌制御装置

Info

Publication number: JP2008162392A
Application number: JP2006353620A
Authority: JP
Inventors: Yasumichi Wakao; 泰通若尾
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】簡単な構成で走行中のタイヤの接地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タイヤの接地状態推定方法とその装置、タイヤの接地状態の推定に用いられるタイヤ、及び、車輌制御装置を提供する。
【解決手段】加速度センサ１１をタイヤの赤道部近傍のブロック２３Ｂ内部に、その検出方向がタイヤ回転方向になるように埋設するとともに、上記加速度センサ１１の検出出力から蹴り出し時における上記ブロック２３Ｂのタイヤ回転方向の振動波形を抽出し、この振動波形正側のピーク値Ｇの大きさに基づいて走行中のタイヤの接地状態を推定するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行中のタイヤの接地状態を推定する方法とその装置、及び、タイヤ接地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）もしくはタイヤの接地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タイヤの接地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７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ができるものの、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、簡単な構成で走行中のタイヤの接地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タイヤの接地状態推定方法とその装置、タイヤの接地状態の推定に用いられるタイヤ、及び、車輌制御装置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、走行中のタイヤの接地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に当該ブロックのタイヤ回転方向の滑り状態を検出するセンサを取付けて、上記検出されたブロックのすべり状態に基づいてタイヤの接地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に記載のタイヤ接地状態推定方法において、上記ブロックの内部もしくはブロックの側面に、当該ブロックのタイヤ回転方向の振動を計測するための加速度センサを取付けて、この加速度センサの出力から当該ブロックの蹴り出し時の振動波形を抽出し、この抽出された振動波形に基づいて上記滑り状態を検出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２に記載のタイヤ接地状態推定方法において、上記蹴り出し時の振動波形の正側のピーク値の大きさからタイヤの接地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、走行中のタイヤの接地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の内部もしくは上記ブロック側面に配置された、当該ブロックのタイヤ回転方向の滑り状態を検出する滑り状態検出手段と、この滑り状態検出手段で検出された当該ブロックのタイヤ回転方向滑り状態に基づいてタイヤの接地状態を推定するタイヤ接地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に記載のタイヤ接地状態推定装置であって、上記滑り状態検出手段を、上記ブロックの内部もしくはブロックの側面に取付けられた、当該ブロックのタイヤ回転方向の振動を計測する加速度センサから構成するとともに、この加速度センサの出力から、当該ブロックのタイヤ回転方向の滑り状態に依存する当該ブロックの蹴り出し時の振動波形を抽出する振動波形抽出手段を設けて、上記抽出された蹴り出し時の振動波形に基づいてタイヤの接地状態を推定するようにしたものである。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のタイヤ接地状態推定装置であって、上記タイヤの接地状態推定手段は、上記抽出された振動波形の正側のピーク値が予め設定された閾値を超えたときに、タイヤの接地する路面が低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。
また、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タイヤ接地状態推定装置において、上記加速度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。

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、上記ブロックの内部もしくは上記ブロックの面に当該ブロックのタイヤ回転方向の滑り状態を検出するセンサが配置されていることを特徴とす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、請求項４〜請求項７のいずれかに記載のタイヤ接地状態推定装置を搭載したものである。
また、請求項１０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タイヤ接地状態推定装置と、このタイヤ接地状態推定装置で推定したタイヤの接地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に、加速度センサなどの当該ブロックのタイヤ回転方向の滑り状態を検出するセンサを取付けて、上記検出されたブロックのすべり状態に基づいてタイヤの接地状態を推定するようにしたので、簡単な構成で走行中のタイヤの接地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。
このとき、上記センサにより、当該ブロックの蹴り出し時の振動波形を抽出し、この抽出された振動波形、特に上記振動波形の正側のピーク値の大きさに基づいて当該ブロックの滑り状態を検出するようにすれば、上記滑り状態を確実に把握することができる。
また、上記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、推定精度を更に向上させることができる。
また、上記推定したタイヤ接地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タイヤ接地状態推定装置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、当該ブロックのタイヤ回転方向の振動を計測する加速度センサ、１２は上記加速度センサの検出信号から当該ブロックの振動波形を抽出する振動波形抽出手段、１３は上記抽出された振動波形の負側のピークを過ぎた後に出現する正側のピーク値を検出するピーク値検出手段、１４は上記検出された正側のピーク値に基づいて走行中のタイヤの接地状態を推定するタイヤ接地状態推定手段である。なお、上記の振動波形抽出手段１２、ピーク値検出手段１３、及び、タイヤ接地状態推定手段１４により本タイヤ接地状態推定装置１０の演算部１５を構成する。
本例では、図２に示すように、加速度センサ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の内部に、その検出方向がタイヤ回転方向となるように埋設して、上記ブロック２３Ｂのタイヤ回転方向の振動を検出するようにしている。
上記加速度センサ１１を埋設する位置としては、上記ブロック２３Ｂの周方向中心よりも蹴り出し側であることが望ましく、更には、ブロック蹴り出し側の後端部からの距離Ｌがブロック溝深さＨ程度の距離の範囲にあることが望ましい。上記加速度センサ１１をブロックの踏み込み側に埋設した場合には、当該ブロック２３Ｂのセンサ位置が接地面から離れる際に、ブロック２３Ｂの残りの部分はまだ接地しているため、滑りの影響を受けにくいのに対し、本例のように、ブロックの蹴り出し側に埋設した場合には、蹴り出し側が最後に接地面から離れるので滑りの影響を受けやすいため、高μ〜低μのセンサ波形の違いがより明確に現れるからである。
なお、上記加速度センサ１１としては、圧電式加速度センサ、半導体歪ゲージ式加速度センサなどが挙げられるが、小型でかつ周波数特性に優れた圧電式を用いることが好ましい。
また、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、上記加速度センサ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加速度センサ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タイヤ接地状態の推定方法について説明する。
まず、加速度センサ１１により当該ブロック２３Ｂのタイヤ回転方向の振動を計測し、そのデータを振動波形抽出手段１２に送って、当該ブロック２３Ｂの蹴り出し時における振動波形を抽出する。
図３は、本発明のタイヤ接地状態推定装置１０を搭載した車輌を乾燥アスファルト路面（路面μ≒０．９）で走行した場合に得られた振動波形で、図４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振動波形である。
接地面内においては、図５に示すように、ブロック２３，２３Ｂは蹴出しに向かって変形量が大きくなるが、蹴り出し時にはその変形が開放されるため、周方向（タイヤ回転方向）に振動し、この振動が、図３及び図４に示した振動波形の負の側のピーク（蹴り出しのピーク）となって現れる。
タイヤの走行している路面の路面摩擦係数μが高い場合には、ブロック２３，２３Ｂはブロックは蹴り出し直前まで路面３０に拘束されるが、路面摩擦係数μが低い場合にはその拘束が小さいため、ブロック２３，２３Ｂは踏み込みから蹴り出しに向かう途中で滑り領域に入り、ブロック２３，２３Ｂは滑り出す。その結果、ブロック２３，２３Ｂの振動も路面摩擦係数μが高い場合に比べて大きくなる。この違いが、上記図３と図４に示した振動波形の違いとなって現れる。
具体的には、路面摩擦係数μが高いと蹴出し後の振動波形の振幅が小さいだけでなく、加速度波形は負側のみで変化する。これに対して、路面摩擦係数μが低くなると振動波形の振幅が大きくなり、加速度波形は正側にも変化するようになる。この正側のピークは、振動波形の負側のピークを過ぎた後に出現する。
図４に示すように、上記正側のピーク値Ｇは、図３に示したドライアスファルト路面での接地面内の加速度レベルＧ₀よりも高いので、ピーク値検出手段１３にて、加速度センサ１１で計測し振動波形抽出手段１２で抽出した上記ブロック２３Ｂの蹴り出し時の振動波形から正側のピーク値Ｇを検出し、タイヤ接地状態推定手段１４にて、上記正側のピーク値Ｇと予め設定された閾値Ｋとを比較すれば、路面摩擦係数μの大きさ、すなわち、走行中の当該タイヤ２０の接地状態を推定することができる。具体的には、図４に示すように、正側のピーク値Ｇが上記閾値Ｋを超えた場合には、当該タイヤ２０の接地状態は滑りやすい状態であると推定する。一方、図３に示すように、正側のピークがない場合あるいは正側のピーク値Ｇがあってもそのピーク値Ｇが上記閾値Ｋ以下の場合には、滑りにくい状態にあると推定する。

このように本最良の形態では、加速度センサ１１をタイヤの赤道部近傍のブロック２３Ｂ内部に、その検出方向がタイヤ回転方向になるように埋設するとともに、上記加速度センサ１１の検出出力から蹴り出し時における上記ブロック２３Ｂのタイヤ回転方向の振動波形を抽出し、この振動波形の正側のピーク値Ｇの大きさに基づいて走行中のタイヤの接地状態を推定するようにしたので、簡単な構成で車輌が走行中のタイヤの接地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、本例で推定したタイヤの接地状態はタイヤが滑り易いかどうかの推定であるので、タイヤの接地状態はタイヤのグリップ状態を反映している。したがって、本発明のタイヤ接地状態推定装置１０をタイヤのグリップ状態推定装置として用いることもできる。
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。
また、本発明のタイヤ接地状態推定装置１０はタイヤのグリップ状態を推定できることから、本発明のタイヤ接地状態推定装置１０と、このタイヤ接地状態推定装置１０で推定したタイヤの接地状態に基づいて、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、ブロックの蹴り出し時に発生する負側のピークの後に出現する正側のピーク値Ｇを検出して、タイヤの接地状態を推定するようにしたが、負側のピーク値そのものも滑り状態を反映しているので、負側のピーク値からタイヤの接地状態を推定するようにしてもよい。
また、上記例では、加速度センサ１１を、ブロック２３Ｂの内部に、その検出方向がタイヤ回転方向となるように埋設した例について説明したが、図６に示すように、上記加速度センサ１１を上記ブロック２３Ｂの蹴り出し側の側面２３ａに取付けても同様の効果を得ることができる。但し、この場合にも、その検出方向がタイヤ回転方向となるように取付ける必要があることはいうまでもない。

ブロック内部に、その検出方向がタイヤ回転方向となるように加速度センサを埋設したタイヤを装着した車輌を、アスファルト路面（路面μ≒１）から摩擦係数μが０．２相当の路面に時速６０ｋｍで侵入させ、それぞれの路面で上記ブロックの振動波形を求めるとともに、上記振動波形の蹴り出し時に出現する正側のピークの有無を調べ、タイヤが滑りやすい状態かどうかの判定の正誤を調べた。なお、アスファルト路面（路面μ≒１）における振動波形は図３に、摩擦係数の低い路面（路面μ≒０．２）における振動波形については、図４に示したものと同じである。
本実施例では、加速度センサを周上の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。
なお、路面によって判定した回数が異なるため、判定機会数についても併記した。

今回の試験では誤答はなく、アスファルト路面では７７回の判定のすべてが、摩擦係数の低い路面では８２回の判定のすべてが正しい結果を示した。
これにより、ブロックのタイヤ回転方向の滑り状態からタイヤの接地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、簡単な構成で走行中のタイヤの接地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タイヤ接地状態推定装置の構成を示す機能ブロック図である。加速度センサの取付け状態を示す図である。ドライアスファルト路面走行時のブロックの振動波形を示す図である。路面摩擦係数の低い路面を走行した時のブロックの振動波形を示す図である。タイヤ転動時のブロックの変形状態を示す模式図である。加速度センサ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タイヤ接地状態推定装置、１１加速度センサ、１２振動波形抽出手段、
１３ピーク値検出手段、１４タイヤ接地状態推定手段、１５演算部、
２１タイヤトレッド、２２溝、２３，２３Ｂブロック、２３ａ蹴り出し側側面。

Claims

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に当該ブロックのタイヤ回転方向の滑り状態を検出するセンサを取付けて、上記検出されたブロックの滑り状態に基づいて走行中のタイヤの接地状態を推定するようにしたことを特徴とするタイヤ接地状態推定方法。
上記ブロックの内部もしくはブロックの側面に、当該ブロックのタイヤ回転方向の振動を計測するための加速度センサを取付けて、この加速度センサの出力から当該ブロックの蹴り出し時の振動波形を抽出し、この抽出された振動波形に基づいて上記滑り状態を検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ接地状態推定方法。
上記蹴り出し時の振動波形の、負側のピークを過ぎた後に出現する正側のピーク値の大きさからタイヤの接地状態を推定するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のタイヤ接地状態推定方法。
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内部もしくは上記ブロック側面に配置された、当該ブロックのタイヤ回転方向の滑り状態を検出する滑り状態検出手段と、この滑り状態検出手段で検出された当該ブロックの滑り状態に基づいてタイヤの接地状態を推定するタイヤ接地状態推定手段とを備えたことを特徴とするタイヤ接地状態推定装置。
上記滑り状態検出手段を、上記ブロックの内部もしくはブロックの側面に取付けられた、当該ブロックのタイヤ回転方向の振動を計測する加速度センサから構成するとともに、この加速度センサの出力から、当該ブロックのタイヤ回転方向の滑り状態に依存する当該ブロックの蹴り出し時の振動波形を抽出する振動波形抽出手段を設けて、上記抽出された蹴り出し時の振動波形に基づいてタイヤの接地状態を推定するようにしたことを特徴とする請求項４に記載のタイヤ接地状態推定装置。
上記タイヤの接地状態推定手段は、上記抽出された振動波形の負側のピークを過ぎた後に出現する正側のピーク値が予め設定された閾値を超えたときに、タイヤの接地する路面が低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に記載のタイヤ接地状態推定装置。
上記加速度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タイヤ接地状態推定装置。
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、上記ブロックの内部もしくは上記ブロックの面に当該ブロックのタイヤ回転方向の滑り状態を検出するセンサが配置されていることを特徴とするタイヤ。
請求項４〜請求項７のいずれかに記載のタイヤ接地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に記載のタイヤ。
請求項４〜請求項７のいずれかに記載のタイヤ接地状態推定装置と、このタイヤ接地状態推定装置で推定したタイヤの接地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。