JP2010076703A - タイヤの輪荷重推定方法及び装置、並びにタイヤの輪荷重推定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】車両の各輪の輪荷重を正確に且つ低コストで算出できるタイヤの輪荷重推定方法を提供する。
【解決手段】各タイヤの車輪回転情報を検出する工程と、車輪速度を算出する工程と、車両速度を求める工程と、前記車輪速度及び車両速度から各タイヤの動荷重半径を求める工程と、各タイヤのスリップ率を求める工程と、前記車両の質量を求める工程と、初期化時に、各輪の駆動力及びスリップ率から求められるドライビングスティフネス、車両速度並びに車輪速度を用いて、前後力がゼロであるときの各輪の動荷重半径を求め、この動荷重半径と、タイヤの輪荷重と、タイヤの初期内圧との関係に基づいて、各タイヤの内圧感度及び／又は荷重感度を算出する工程と、各輪の駆動力、スリップ率及びドライビングスティフネスの関係式、及び前記車両質量を求める工程で得られた車両質量から各タイヤの輪荷重を算出する工程とを含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤの動荷重半径の変化に基づいて当該タイヤの輪荷重を推定するタイヤの輪荷重推定方法及び装置、並びにタイヤの輪荷重推定プログラムに関する。

近年、車両の安全性を向上させるために、スタビリティコントロールシステムが多用されている。このシステムでは、例えば、特開２０００−２０３３００号公報のように旋回中のヨーレート、横加速度等のセンサ情報を得るとともに、車両の質量や荷重の配分を用い、当該車両に搭載されている車両ＥＣＵにて旋回限界を計算し、各輪のブレーキ圧やトラクションを電子制御することにより限界を超えないようにしている。
そして、このような従来のシステムでは、前記車両の質量や荷重の配分がデフォルト設定されている。

特開２０００−２０３３００号公報

しかしながら、通常は走行中に車両の質量や荷重配分を推定することはできないため、車両に人員や荷物が積み込まれた状態では、デフォルト設定された質量・荷重配分と乖離が生じ、きめ細かな制御ができない惧れがある。
これに対し、走行中の車両の質量や荷重配分を知る方法として、各種のサスストロークを測定するセンサを用いることも考えられるが、多大なコストが掛かるため、現実的ではない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、車両の各輪の輪荷重を正確に且つ低コストで算出することができるタイヤの輪荷重推定方法及び装置、並びにタイヤの輪荷重推定プログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の観点に係るタイヤの輪荷重推定方法は、車両に装着された車輪の回転速度に基づいて当該車両に装着されたタイヤの輪荷重を推定する方法であって、
前記車両の各タイヤの車輪回転情報を検出する工程と、
検出した車輪回転情報から車輪速度を算出する工程と、
車両速度を求める工程と、
前記車輪速度及び車両速度から各タイヤの動荷重半径を求める工程と、
この動荷重半径を用いて各タイヤのスリップ率を求める工程と、
前記車両の質量を求める工程と、
初期化時に、各輪の駆動力及びスリップ率から求められるドライビングスティフネス、車両速度並びに車輪速度を用いて、前後力がゼロであるときの各輪の動荷重半径を求め、この動荷重半径と、タイヤの輪荷重と、タイヤの初期内圧との関係に基づいて、各タイヤの内圧感度及び／又は荷重感度を算出する工程と、
各輪の駆動力、スリップ率及びドライビングスティフネスの関係式、及び前記車両質量を求める工程で得られた車両質量から各タイヤの輪荷重を算出する工程と
を含むことを特徴としている。

本発明の第１の観点に係るタイヤの輪荷重推定方法では、タイヤのドライビングスティフネスが（輪荷重／内圧）に比例すること、及び、タイヤの前後力がゼロのときのタイヤ動荷重半径と、輪荷重及び内圧との関係を利用しており、各輪の内圧がそれぞれ異なるような場合であっても、車両質量の各タイヤへの荷重配分比を正確に算出することができ、各輪の輪荷重を正確に算出することができる。

前記初期化時における内圧感度及び／又は荷重感度を算出する工程において、前後力がゼロであるときのタイヤの動荷重半径をＤＬＲ、輪荷重をＦＺ、内圧をＩＰ、荷重感度をｂ、内圧感度をｃ、定数をｄとしたときに、
ＤＬＲ＝ｂＦＺ＋ｃＩＰ＋ｄ
で表される式に基づいて、前記内圧感度及び／又は荷重感度を算出することができる。

前記車両質量を求める工程において、車両が傾斜角θの路面を走行しているものとし、当該車両の質量をｍ、車両速度をＶ、車両加速度をα、車両の全アクスルシャフトトルクをＴ、タイヤ負荷半径をＲ、路面の傾斜角をθ、空力抵抗をＡ、重力加速度をｇとしたときに
ｍ（α＋ｇｓｉｎ（θ））＋ＡＶ²＝Ｔ／Ｒ
により車両質量を求めることができる。

前後力がゼロであるときの各輪の動荷重半径を求める工程において、当該動荷重半径をＤＬＲ、駆動力をＦＸ、スリップ率から求められるドライビングスティフネスをＤ、車両速度をＶ、車輪速度をωとしたときに、
ＦＸ＝Ｄ×{１−Ｖ／（ωＤＬＲ）}
により動荷重半径を求めることができる。

また、本発明のタイヤの輪荷重推定装置は、車両に装着された車輪の回転速度に基づいて当該車両に装着されたタイヤの輪荷重を推定する装置であって、
前記車両の各タイヤの車輪回転情報を検出する車輪回転情報検出手段と、
検出した車輪回転情報から車輪速度を算出する車輪速度算出手段と、
車両速度を求める車両速度算出手段と、
前記車輪速度及び車両速度から各タイヤの動荷重半径を求める動荷重半径算出手段と、
この動荷重半径を用いて各タイヤのスリップ率を求めるスリップ率算出手段と、
前記車両の質量を求める車両質量算出手段と、
初期化時に、各輪の駆動力及びスリップ率から求められるドライビングスティフネス、車両速度並びに車輪速度を用いて、前後力がゼロであるときの各輪の動荷重半径を求め、この動荷重半径と、タイヤの輪荷重と、タイヤの初期内圧との関係に基づいて、各タイヤの内圧感度及び／又は荷重感度を算出するタイヤ感度算出手段と、
各輪の駆動力、スリップ率及びドライビングスティフネスの関係式、及び前記車両質量を求める工程で得られた車両質量から各タイヤの輪荷重を算出するタイヤ輪荷重算出手段と
を含むことを特徴としている。

さらに、本発明のタイヤの輪荷重推定プログラムは、車両に装着された車輪の回転速度に基づいて当該車両に装着されたタイヤの輪荷重を推定するためにコンピュータを、車両の各タイヤの車輪回転情報から車輪速度を算出する車輪速度算出手段、前記車輪速度及び車両速度から各タイヤの動荷重半径を求める動荷重半径算出手段、この動荷重半径を用いて各タイヤのスリップ率を求めるスリップ率算出手段、前記車両の質量を求める車両質量算出手段、初期化時に、各輪の駆動力及びスリップ率から求められるドライビングスティフネス、車両速度並びに車輪速度を用いて、前後力がゼロであるときの各輪の動荷重半径を求め、この動荷重半径と、タイヤの輪荷重と、タイヤの初期内圧との関係に基づいて、各タイヤの内圧感度及び／又は荷重感度を算出するタイヤ感度算出手段、各輪の駆動力、スリップ率及びドライビングスティフネスの関係式、及び前記車両質量を求める工程で得られた車両質量から各タイヤの輪荷重を算出するタイヤ輪荷重算出手段として機能させることを特徴としている。

本発明のタイヤの輪荷重推定装置及びタイヤの輪荷重推定プログラムにおいても、前記タイヤの輪荷重推定方法と同じく、タイヤのドライビングスティフネスが（輪荷重／内圧）に比例すること、及び、タイヤの前後力がゼロのときのタイヤ動荷重半径と、輪荷重及び内圧との関係を利用しており、各輪の内圧がそれぞれ異なるような場合であっても、車両質量の各タイヤへの荷重配分比を正確に算出することができ、各輪の輪荷重を正確に算出することができる。

また、本発明の第２の観点に係るタイヤの輪荷重推定方法は、車両に装着された車輪の回転速度に基づいて当該車両に装着されたタイヤの輪荷重を推定する方法であって、
前記車両の各タイヤの車輪回転情報を検出する工程と、
検出した車輪回転情報から車輪速度を算出する工程と、
車両速度を求める工程と、
前記車輪速度及び車両速度から各タイヤの動荷重半径を求める工程と、
この動荷重半径を用いて各タイヤのスリップ率を求める工程と、
前記車両の質量を求める工程と、
初期化時に、各輪の制動力及びスリップ率から求められるドライビングスティフネス、車両速度並びに車輪速度を用いて、前後力がゼロであるときの各輪の動荷重半径を求め、この動荷重半径と、タイヤの輪荷重と、タイヤの初期内圧との関係に基づいて、各タイヤの内圧感度及び／又は荷重感度を算出する工程と、
各輪の制動力、スリップ率及びドライビングスティフネスの関係式、及び前記車両質量を求める工程で得られた車両質量から各タイヤの輪荷重を算出する工程と
を含むことを特徴としている。

本発明の第２の観点に係るタイヤの輪荷重推定方法においても、タイヤのドライビングスティフネスが（輪荷重／内圧）に比例すること、及び、タイヤの前後力がゼロのときのタイヤ動荷重半径と、輪荷重及び内圧との関係を利用しており、各輪の内圧がそれぞれ異なるような場合であっても、車両質量の各タイヤへの荷重配分比を正確に算出することができ、各輪の輪荷重を正確に算出することができる。

本発明のタイヤの輪荷重推定方法及び装置、並びにタイヤの輪荷重推定プログラムによれば、各タイヤの内圧が異なる場合であっても、車両の各輪の輪荷重を正確に且つ低コストで算出することができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明のタイヤの輪荷重推定方法（以下、単に「推定方法」ともいう）及び装置（以下、単に「推定装置」ともいう）、並びにタイヤの輪荷重推定プログラムの実施の形態を詳細に説明する。
図１に示されるように、本発明の一実施の形態に係る推定装置は、車両のエンジンの駆動トルクが前軸と後軸とにそれぞれ配分される比率を制御する駆動制御装置を搭載する４輪車両（４輪駆動車）に備えられた４つのタイヤＦＬ（左前輪）、ＦＲ（右前輪）、ＲＬ（左後輪）及びＲＲ（右後輪）の各輪荷重を推定するものであり、タイヤの車輪回転情報を検出するため、各タイヤに関連して設けられた通常の車輪速度検出手段（車輪回転情報検出手段）１を備えている。前記駆動制御装置は、車両の走行性（運動特性）を向上させるものであり、前後のトルク配分率は、電子制御式のものであればＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの通信により知ることができる。また、機械式のものであっても、その特性を理解すれば、車両の走行状態からある程度予測することができる。例えば、エンジンのトルクによって前後のトルク配分がほぼ決定されるものであれば、エンジンのトルクを入手することでトルク配分を推測することができる。

前記車輪速度検出手段１としては、電磁ピックアップなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数から回転角速度及び車輪速度を測定するための車輪速センサ又はダイナモのように回転を利用して発電を行い、この電圧から回転角速度及び車輪速度を測定するためのものを含む角速度センサなどを用いることができる。前記車輪速度検出手段１の出力は、ＡＢＳなどのコンピュータである制御ユニット２に与えられる。この制御ユニット２には、ドライバーによって操作することができる初期化ボタン３、及び車両速度算出手段を構成するＧＰＳ装置４が接続されている。

制御ユニット２は、図２に示されるように、外部装置との信号の受け渡しに必要なＩ／Ｏインターフェース２ａと、演算処理の中枢として機能するＣＰＵ２ｂと、このＣＰＵ２ｂの制御動作プログラムが格納されたＲＯＭ２ｃと、前記ＣＰＵ２ｂが制御動作を行う際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き込まれたデータが読み出されたりするＲＡＭ２ｄとから構成されている。なお、図２において、４ａはＧＰＳアンテナである。
前記車輪速度検出手段１では、タイヤの回転数に対応したパルス信号（以下、「車輪速パルス」ともいう）が出力される。また、ＣＰＵ２ｂでは、車輪速度検出手段１から出力された車輪速パルスに基づいて、所定のサンプリング周期ΔＴ（ｓｅｃ）、例えばΔＴ＝０．０５秒毎に各タイヤの回転角速度が算出される。

前記車両速度は、例えばＧＰＳ速度計を利用して得ることができる。カーナビゲーションの普及によりＧＰＳ装置が多くの車両に取り付けられるようになっている。このことでＧＰＳ装置による測位技術も向上し、現在では速度を算出することに特化した装置（英国Ｒａｃｅ Ｌｏｇｉｃ社製のＧＰＳ式速度計ＶＢＯＸ（商品名））も販売されている。かかるＧＰＳ情報を用いた速度計による算出速度を車両速度として利用することができる。なお、ＧＰＳ装置により得られる車両の絶対速度以外に、例えば対地速度などの異なる方法で得られる車両の絶対速度を用いることができる。

本実施の形態に係る推定装置は、車輪速度検出手段（車輪回転情報検出手段）１と、検出された車両の各タイヤの車輪回転情報から車輪速度を算出する車輪速度算出手段と、車両速度を求めるＧＰＳ速度計と、車輪速度及び車両速度から各タイヤの動荷重半径を求める動荷重半径算出手段と、この動荷重半径を用いて各タイヤのスリップ率を求めるスリップ率算出手段と、前記車両のアクスルシャフトから得られる全駆動力及び駆動力前後配分、並びに前記スリップ率を用いて基準タイヤに対する他のタイヤの荷重比を算出するタイヤ荷重比算出手段と、前記車両の質量を求める車両質量算出手段と、初期化時に、各輪の駆動力及びスリップ率から求められるドライビングスティフネス、車両速度並びに車輪速度を用いて、前後力がゼロであるときの各輪の動荷重半径を求め、この動荷重半径と、タイヤの輪荷重と、タイヤの初期内圧との関係に基づいて、各タイヤの内圧感度及び／又は荷重感度を算出するタイヤ感度算出手段と、各輪の駆動力、スリップ率及びドライビングスティフネスの関係式、並びに前記車両質量を求める工程で得られた車両質量から各タイヤの輪荷重を算出するタイヤ輪荷重算出手段とから構成されている。そして、タイヤの輪荷重推定プログラムは、前記制御ユニット２を、車輪速度算出手段、動荷重半径算出手段、スリップ率算出手段、車両質量算出手段、タイヤ感度算出手段、及びタイヤ輪荷重算出手段として機能させる。

走行中の車両のタイヤ動荷重半径（ＤＬＲ）は、車両の絶対速度（Ｖ）とタイヤの回転角速度（ω）との関係から、Ｖ＝ＤＬＲ×ωにより算出することができる。

本実施の形態では、ＧＰＳから算出される車両速度（Ｖ）とタイヤの回転速度（ω）から得られる各輪のタイヤ動荷重半径（ＤＬＲ）からスリップ率（ｓｌｐ）を算出し、さらに、このスリップ率（ｓｌｐ）と各輪の駆動力（ＦＸ）からドライビングスティフネス（単位スリップ率時の駆動力）（Ｄ）を算出し、これらから、各輪の輪荷重を算出している。

より詳細には、（１）まず、車輪速度検出手段１の出力信号（パルス信号）に基づいて、次の式（１）により各タイヤの回転角速度（ω）を算出する。
回転角速度（ω）＝２π×Ｆｒｅｑ（Ｈｚ）／Ｎ（個）・・・・・（１）
ここに、Ｎは車輪速度検出手段１の車軸１回転あたりの歯数であり、Ｆｒｅｑ（Ｈｚ）は、その車輪速度検出手段１の歯が１秒あたりにカウントされた数値である。

（２）一方、ＧＰＳ速度計より車両速度（Ｖ）を求める。この車両速度（Ｖ）はシリアルデータとして直接制御ユニット２に出力される。なお、前記回転角速度（ω）の算出時刻と車両速度（Ｖ）の算出時刻のいずれか一方について、他方と同時刻での数値を内挿計算し、互いに同時刻での数値を算出して同期化を行い、例えば５０ｍｓｅｃ毎のデジタルデータとして制御ユニット２に取り込むことができる。この５０ｍｓｅｃ毎のデジタルデータから動荷重半径を５０ｍｓｅｃ毎に算出し、例えば１秒毎の平均値として算出することができる。

（３）得られた回転角速度（ω）及び車両速度（Ｖ）から、ＤＬＲ＝Ｖ／ωによりタイヤ動荷重半径（ＤＬＲ）を算出する。
なお、タイヤ動荷重半径は、加減速、旋回、坂道走行など、タイヤの内圧低下以外の要因によっても変化することから、車両の走行状態を限定（平坦路を一定速度で直進している走行状態に限定）し、かかる状態のときに得られたデータを有効データとして採用するのが好ましく、こうして他の要因によるタイヤ動荷重半径の変化をタイヤ輪荷重推定用のデータから排除することで、正確なタイヤ輪荷重を推定することができる。

具体的には、走行条件が、定速度走行、平坦路走行、直線走行などの条件を満たすかどうかをそれぞれの判定条件と比較し、実際の走行中に得られたデータが基準値設定用のデータに適したデータであるかどうかの判定を行い、不適切なデータである場合は基準値設定用のデータとして使用せずに排除する。判定条件としては、例えば車両の前後方向｜Ｇ｜＜０．０５Ｇ、方位変化１度以下、路面勾配５％以下、ブレーキを踏んでいないこと、とすることができる。

（４）ついで、得られた各タイヤの動荷重半径（ＤＬＲ）と、車両の全駆動力（ＦＸ ＡＬＬ）がゼロのときの動荷重半径（ＤＬＲ₀）から、以下の式（２）に従い、スリップ率（ｓｌｐ）を算出する。
ｓｌｐ＝（ＤＬＲ₀−ＤＬＲ）／ＤＬＲ₀・・・・・・（２）

（５）また、全駆動力は、車両の全アクスルシャフトトルク（Ｔ）を得ることができれば、タイヤの負荷半径（Ｒ）から、以下の式（３）により算出することができる。
ＦＸ ＡＬＬ＝Ｔ／Ｒ・・・・・・（３）

（６）一方、ドライビングスティフネス（Ｄ）は、スリップ率に対する駆動力の比例定数であり、ＦＸ＝Ｄ×ｓｌｐで表すことができる。
ここで、ドライビングスティフネスは、タイヤの接地形状と関係しており、タイヤの接地面積をＳ、単位面積当たりの前後剛性をＧとすると、Ｄ＝Ｇ×Ｓで近似させることができる。
さらに、接地面積Ｓは、タイヤの荷重（ＦＺ）、タイヤ内圧（ＩＰ）に比例するので、比例定数をｐとすると、Ｓ＝ｐ×ＦＺ／ＩＰと表すことができる。

以上より、各輪の駆動力は、添え字１、２、３、４をそれぞれＦＬ（左前輪）、ＦＲ（右前輪）、ＲＬ（左後輪）及びＲＲ（右後輪）とすると、４輪駆動車の場合、駆動力前後配分（ＡＷＤＰ）＝前軸駆動力／全駆動力が分かっておれば、
ＦＸ１＝ＡＷＤＰ×ＦＸ ＡＬＬ／２＝ｐＧ（ＦＺ１／ＩＰ１）ｓｌｐ１・・・・・・（４）
ＦＸ２＝ＡＷＤＰ×ＦＸ ＡＬＬ／２＝ｐＧ（ＦＺ２／ＩＰ２）ｓｌｐ２・・・・・・（５）
ＦＸ３＝（１−ＡＷＤＰ）×ＦＸ ＡＬＬ／２＝ｐＧ（ＦＺ３／ＩＰ３）ｓｌｐ３・・・（６）
ＦＸ４＝（１−ＡＷＤＰ）×ＦＸ ＡＬＬ／２＝ｐＧ（ＦＺ４／ＩＰ４）ｓｌｐ４・・・（７）
と表すことができる。
なお、駆動力前後配分（ＡＷＤＰ）は、前述したように、電子制御式の駆動制御装置を備えておれば、ＣＡＮなどの通信により知ることができる。

ＦＬ（左前輪）を基準輪とすると、式（４）〜（７）より、当該ＦＬ（左前輪）に対するＦＲ（右前輪）、ＲＬ（左後輪）及びＲＲ（右後輪）の荷重比は、次の式（８）〜（１０）により表すことができる。
ＦＺ２／ＦＺ１＝（ＩＰ２／ＩＰ１）（ｓｌｐ１／ｓｌｐ２）・・・・・・（８）
ＦＺ３／ＦＺ１＝{（１−ＡＷＤＰ）／ＡＷＤＰ}（ＩＰ３／ＩＰ１）（ｓｌｐ１／ｓｌｐ
３）・・・・・・（９）
ＦＺ４／ＦＺ１＝{（１−ＡＷＤＰ）／ＡＷＤＰ}（ＩＰ４／ＩＰ１）（ｓｌｐ１／ｓｌｐ
４）・・・・・・（１０）
したがって、タイヤ内圧が分かっている正規内圧時に初期化を行うことにより、初期化時における各輪荷重比を式（８）〜（１０）により求めることができる。

（７）また、車両の全質量（推定質量）を、車両の加速度、速度及び傾斜角を用いて算出する。すなわち、ＣＡＮ情報である車両のアクスルシャフトトルクと、ＧＰＳから算出される速度、そこから算出される加速度、及び坂道の傾斜角を用いて、以下の式（１１）から車両質量ｍを算出することができる。
ｍ（α＋ｇｓｉｎ（θ））＋ＡＶ²＝Ｔ／Ｒ・・・・・・（１１）
ここに、Ｔは全アクスルシャフトトルク、Ｒはタイヤ負荷半径、ｇは重力加速度、Ｖは車両速度、Ａは空力抵抗、αは車両加速度である。
θは車両が走行している坂道の傾斜角であり、このθは、車両の平面速度をＶｘｙ（＝Ｖ）、鉛直方向速度をＶｚとすると、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖｚ／Ｖｘｙ）で表され、また、車両加速度αはα＝ｄＶｘｙ／ｄｔ／ｓｉｎθで表される。
以上より、車両質量ｍ及び空力抵抗Ａを回帰にて算出することができる。

（８）一方、各輪の動荷重半径（ＤＬＲ）は、タイヤの荷重感度をｂ、内圧感度をｃ、定数をｄとすると、
ＤＬＲ１＝ｂＦＺ１＋ｃＩＰ１＋ｄ
ＤＬＲ２＝ｂＦＺ２＋ｃＩＰ２＋ｄ
ＤＬＲ３＝ｂＦＺ３＋ｃＩＰ３＋ｄ
ＤＬＲ４＝ｂＦＺ４＋ｃＩＰ４＋ｄ
と表すことができる。なお、「荷重感度」とは、荷重に対する動荷重半径の変化量のことであり、「内圧感度」とは、内圧に対する動荷重半径の変化量のことである。

（９）なお、内圧感度ｃと荷重感度ｂとは比例関係（ｃ＝ｅｂ）にあるので、最低１本、望ましくは３本程度の代表的なサイズ違いのタイヤを測定し、比例定数（ｅ）を求めておけば、各輪の動荷重半径は、以下の式（１２）〜（１５）で表すことができる。
ＤＬＲ１＝ｂ（ＦＺ１＋ｅＩＰ１）＋ｄ・・・・・・（１２）
ＤＬＲ２＝ｂ（ＦＺ２＋ｅＩＰ２）＋ｄ・・・・・・（１３）
ＤＬＲ３＝ｂ（ＦＺ３＋ｅＩＰ３）＋ｄ・・・・・・（１４）
ＤＬＲ４＝ｂ（ＦＺ４＋ｅＩＰ４）＋ｄ・・・・・・（１５）

（１０）ここで、式（１２）〜（１５）において荷重感度及び内圧感度を用いて表現された動荷重半径（ＤＬＲ）は、タイヤに前後力が発生していないとき（路面とタイヤ間に滑りが発生していないとき）の動荷重半径値であり、かかる動荷重半径値は、スリップ率（ｓｌｐ）、車両速度（Ｖ）及び車輪速度（ω）との間で次の式（１６）を満足する。
ｓｌｐ＝１−Ｖ／（ωＤＬＲ）・・・・・・（１６）
また、ＦＸ＝Ｄ×ｓｌｐであることから、
ＦＸ＝Ｄ×{１−Ｖ／（ωＤＬＲ）}・・・・・・（１７）
が成立する。そして、ＦＸをＶ／ωで回帰することで、前後力がゼロのときのＤＬＲを算出することができる。

検出装置の初期化時において、動荷重半径（ＤＬＲ）と、輪荷重（ＦＺ）及び内圧（ＩＰ）との関係式（１２）〜（１５）に、式（８）〜（１１）により求めた各輪荷重、及び各輪内圧（初期化時＝正規内圧）を代入することで、荷重感度（ｂ）、定数（ｄ）及び比例定数（ｅ）を算出することができ、さらにｃ＝ｅｂから内圧感度（ｃ）を算出することができる。

（１１）通常の走行時（非初期化時）には、各輪の内圧は分からないので、式（１２）〜（１５）からＩＰ＝（ＤＬＲ−ｄ−ｂＦＺ）／ｃと表し、これを式（８）〜（１０）に代入して、それぞれ式（１８）〜（２０）を得る。
ＦＺ２／ＦＺ１＝{（ＤＬＲ２−ｄ−ｂＦＺ２）／（ＤＬＲ１−ｄ−ｂＦＺ１）}×（ｓｌ
ｐ１／ｓｌｐ２）・・・・・・（１８）
ＦＺ３／ＦＺ１＝{（１−ＡＷＤＰ）／ＡＷＤＰ}×{（ＤＬＲ３−ｄ−ｂＦＺ３）／（Ｄ
ＬＲ１−ｄ−ｂＦＺ１）}×（ｓｌｐ１／ｓｌｐ３）・・・・・・（１９）
ＦＺ４／ＦＺ１＝{（１−ＡＷＤＰ）／ＡＷＤＰ}×{（ＤＬＲ４−ｄ−ｂＦＺ４）／（Ｄ
ＬＲ１−ｄ−ｂＦＺ１）}×（ｓｌｐ１／ｓｌｐ４）・・・・・・（２０）
（１２）また、式（１１）から車両質量（ｍ）を求める。この車両質量（ｍ）は、
ｍｇ＝ＦＺ１＋ＦＺ２＋ＦＺ３＋ＦＺ４・・・・・・（２１）
を満足することから、式（１８）〜（２０）について、それぞれＦＺ２、ＦＺ３、ＦＺ４をＦＺ１で表し、それらを式（２１）に代入してＦＺ１で解くことによって、当該ＦＺ１を求めることができる。ついで、式（１８）〜（２０）よりそれぞれＦＺ２、ＦＺ３、ＦＺ４を求めることができる。こうして、各タイヤの輪荷重を算出（推定）することができる。

つぎに本発明の推定方法の実施例を説明するが、本発明はもとよりかかる実施例のみに限定されるものではない。
［実施例］
車両に装着された各タイヤの回転角速度を得るために、ＡＢＳ制御に利用する回転速度情報を用いて、回転角速度に換算した。また、車両の絶対速度を得るためにＶＢＯＸ（商品名。英国Ｒａｃｅ Ｌｏｇｉｃ社製ＧＰＳ速度計）を車両に取り付けた。車両の速度は、シリアルデータとして直接ＰＣ（パーソナルコンピュータ）に出力され、この車両速度情報、前記回転速度情報、前後駆動力配分情報及び車両のアクスルシャフトトルク情報を５０ｍｓｅｃ毎にデジタルデータとして同期してＰＣに取り込めるようにした。そして、車両速度情報及び回転速度情報からタイヤ動荷重半径を５０ｍｓｅｃ毎に計算し、１秒毎の平均値として算出した。

［事前テスト］
フラットベルトによる台上動荷重半径測定を行い、該当タイヤの荷重及び減圧による動荷重半径の減少量を測定し、タイヤの荷重感度と内圧感度の関係を調べた。

表１に示される３種類のタイヤについて、荷重感度（荷重１ｋＮ変化当たりの動荷重半径の変化量（ｍｍ））、及び内圧感度（内圧１ｋＰａ変化当たりの動荷重半径の変化量（ｍｍ））を調べた。タイヤに負荷する荷重は、２．５ｋＮ、３．５ｋＮ及び４．５ｋＮの３つの水準とし、タイヤ内圧は４つの水準（１５０ｋＰａ、１８０ｋＰａ、２１０ｋＰａ、２４０ｋＰａ）で変化させて動荷重半径を測定した。

３種類のタイヤの荷重感度及び内圧感度は、表１及び図３に示される通りであり、これより両感度の関係は、内圧感度＝−０．０３６９×荷重感度となることが分かった。したがって、内圧感度と荷重感度の比例定数（ｅ）として、ｅ＝−０．０３６９を推定装置にプリセットしておいた。

［実車テスト］
４ＷＤ車にタイヤ（２１５／４５Ｒ１７ ＳＰ９０００）を装着して、以下の４つのケースについて住友ゴム工業株式会社の岡山テストコースにおいて実車テストを行った。
初期化時及び評価時の条件は、それぞれ以下の通りあった。なお、駆動力の前後配分＝４５（前）：５５（後）であった。
初期化時
基準内圧（前輪：２３０ｋＰａ、後輪：２１０ｋＰａ）で１名乗車した。
評価時
１名乗車の場合と、さらに荷重を搭載した場合（積車）について評価を行った。荷重としては、前席（９０ｋｇ）、後席（１００ｋｇ）及びトランク（１００ｋｇ）の合計２９０ｋｇとした。そして、前輪及び後輪の内圧をそれぞれ表３に示されるように変更して、評価を行った。

［初期化時］
各タイヤの動荷重半径と、車両の全駆動力（ＦＸ ＡＬＬ）がゼロのときの動荷重半径（Ｒ₀）から、前記式（２）に従い、スリップ率（ｓｌｐ）を算出した。
ついで、初期化時は、タイヤ内圧が基準値（前輪：２３０ｋＰａ、後輪：２１０ｋＰａ）であるので、得られたスリップ率を用いて、前記式（８）〜（１０）に従い、ＦＬ（左前輪）に対するＦＲ（右前輪）、ＲＬ（左後輪）及びＲＲ（右後輪）の荷重比（輪荷重比）を算出し、さらに前記式（１１）より求めた車両質量（推定質量）を用いて、各輪の輪荷重（推定輪荷重）を算出した。

さらに、前記式（１７）より、前後力がゼロであるときの動荷重半径（ＤＬＲ）を求め、この動荷重半径と、輪荷重及び内圧を前記式（１２）〜（１５）に代入して、荷重感度（ｂ）及び定数（ｄ）を求め、ついでプリセットしておいた内圧感度と荷重感度の比例定数（ｅ）から内圧感度（ｃ）を算出した。
以上の結果を表２に示す。

［評価時］
初期化時と同様にしてスリップ率及び前後力がゼロのときの動荷重半径を算出した。また、前記式（１８）〜（２０）で求めた輪荷重比及び前記式（１１）で求めた車両質量を用いて、各輪の輪荷重（推定輪荷重）を算出した。結果を表３に示す。また、実際の輪荷重と推定輪荷重との差を表３に示す。

表３より分かるように、本発明の推定方法により推定（算出）された各輪の輪荷重の誤差（推定輪荷重と実際の輪荷重との差）は２０〜３０ｋｇ程度、すなわち誤差{（推定輪荷重−実際の輪荷重）×１００／実際の輪荷重}は±数％程度であり、実用上問題のない精度であった。

なお、以上の実施の形態では、４輪駆動車を例にとって説明しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、２輪駆動車に対しても適用が可能である。すなわち、２輪駆動車の場合、駆動力が作用するのは２輪だけであるが、制動力（ブレーキを踏んだとき）は４輪に作用する。したがって、この制動力を、例えば各輪のブレーキ力などから知ることができれば、前述した計算において、「駆動力」に代えて「制動力」を用いることで、前述した計算が可能となる。

本発明の推定装置の一実施の形態を示すブロック図である。 図１に示される推定装置の電気的構成を示すブロック図である。 荷重感度と内圧感度の関係を示す図である。

符号の説明

１ 車輪速度検出手段
２ 制御ユニット
２ａ インターフェース
２ｂ ＣＰＵ
２ｃ ＲＯＭ
２ｄ ＲＡＭ
３ 初期化ボタン
４ ＧＰＳ装置
４ａ ＧＰＳアンテナ

Claims (7)

1. 車両に装着された車輪の回転速度に基づいて当該車両に装着されたタイヤの輪荷重を推定する方法であって、
   前記車両の各タイヤの車輪回転情報を検出する工程と、
   検出した車輪回転情報から車輪速度を算出する工程と、
   車両速度を求める工程と、
   前記車輪速度及び車両速度から各タイヤの動荷重半径を求める工程と、
   この動荷重半径を用いて各タイヤのスリップ率を求める工程と、
   前記車両の質量を求める工程と、
   初期化時に、各輪の駆動力及びスリップ率から求められるドライビングスティフネス、車両速度並びに車輪速度を用いて、前後力がゼロであるときの各輪の動荷重半径を求め、この動荷重半径と、タイヤの輪荷重と、タイヤの初期内圧との関係に基づいて、各タイヤの内圧感度及び／又は荷重感度を算出する工程と、
   各輪の駆動力、スリップ率及びドライビングスティフネスの関係式、並びに前記車両質量を求める工程で得られた車両質量から各タイヤの輪荷重を算出する工程と
   を含むことを特徴とするタイヤの輪荷重推定方法。
2. 前記初期化時における内圧感度及び／又は荷重感度を算出する工程において、当該内圧感度及び／又は荷重感度が、前後力がゼロであるときのタイヤの動荷重半径をＤＬＲ、輪荷重をＦＺ、内圧をＩＰ、荷重感度をｂ、内圧感度をｃ、定数をｄとしたときに、
   ＤＬＲ＝ｂＦＺ＋ｃＩＰ＋ｄ
   で表される式に基づいて算出される請求項１に記載のタイヤの輪荷重推定方法。
3. 前記車両質量を求める工程において、車両が傾斜角θの路面を走行しているものとし、当該車両の質量をｍ、車両速度をＶ、車両加速度をα、車両の全アクスルシャフトトルクをＴ、タイヤ負荷半径をＲ、路面の傾斜角をθ、空力抵抗をＡ、重力加速度をｇとしたときに
   ｍ（α＋ｇｓｉｎ（θ））＋ＡＶ²＝Ｔ／Ｒ
   により車両質量を求める請求項１〜２のいずれかに記載のタイヤの輪荷重推定方法。
4. 前後力がゼロであるときの各輪の動荷重半径を求める工程において、当該動荷重半径をＤＬＲ、駆動力をＦＸ、スリップ率から求められるドライビングスティフネスをＤ、車両速度をＶ、車輪速度をωとしたときに、
   ＦＸ＝Ｄ×{１−Ｖ／（ωＤＬＲ）}
   により動荷重半径を求める請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤの輪荷重推定方法。
5. 車両に装着された車輪の回転速度に基づいて当該車両に装着されたタイヤの輪荷重を推定する装置であって、
   前記車両の各タイヤの車輪回転情報を検出する車輪回転情報検出手段と、
   検出した車輪回転情報から車輪速度を算出する車輪速度算出手段と、
   車両速度を求める車両速度算出手段と、
   前記車輪速度及び車両速度から各タイヤの動荷重半径を求める動荷重半径算出手段と、
   この動荷重半径を用いて各タイヤのスリップ率を求めるスリップ率算出手段と、
   前記車両の質量を求める車両質量算出手段と、
   初期化時に、各輪の駆動力及びスリップ率から求められるドライビングスティフネス、車両速度並びに車輪速度を用いて、前後力がゼロであるときの各輪の動荷重半径を求め、この動荷重半径と、タイヤの輪荷重と、タイヤの初期内圧との関係に基づいて、各タイヤの内圧感度及び／又は荷重感度を算出するタイヤ感度算出手段と、
   各輪の駆動力、スリップ率及びドライビングスティフネスの関係式、並びに前記車両質量を求める工程で得られた車両質量から各タイヤの輪荷重を算出するタイヤ輪荷重算出手段と
   を含むことを特徴とするタイヤの輪荷重推定装置。
6. 車両に装着された車輪の回転速度に基づいて当該車両に装着されたタイヤの輪荷重を推定するためにコンピュータを、車両の各タイヤの車輪回転情報から車輪速度を算出する車輪速度算出手段、前記車輪速度及び車両速度から各タイヤの動荷重半径を求める動荷重半径算出手段、この動荷重半径を用いて各タイヤのスリップ率を求めるスリップ率算出手段、前記車両の質量を求める車両質量算出手段、初期化時に、各輪の駆動力及びスリップ率から求められるドライビングスティフネス、車両速度並びに車輪速度を用いて、前後力がゼロであるときの各輪の動荷重半径を求め、この動荷重半径と、タイヤの輪荷重と、タイヤの初期内圧との関係に基づいて、各タイヤの内圧感度及び／又は荷重感度を算出するタイヤ感度算出手段、各輪の駆動力、スリップ率及びドライビングスティフネスの関係式、並びに前記車両質量を求める工程で得られた車両質量から各タイヤの輪荷重を算出するタイヤ輪荷重算出手段として機能させることを特徴とするタイヤの輪荷重推定プログラム。
7. 車両に装着された車輪の回転速度に基づいて当該車両に装着されたタイヤの輪荷重を推定する方法であって、
   前記車両の各タイヤの車輪回転情報を検出する工程と、
   検出した車輪回転情報から車輪速度を算出する工程と、
   車両速度を求める工程と、
   前記車輪速度及び車両速度から各タイヤの動荷重半径を求める工程と、
   この動荷重半径を用いて各タイヤのスリップ率を求める工程と、
   前記車両の質量を求める工程と、
   初期化時に、各輪の制動力及びスリップ率から求められるドライビングスティフネス、車両速度並びに車輪速度を用いて、前後力がゼロであるときの各輪の動荷重半径を求め、この動荷重半径と、タイヤの輪荷重と、タイヤの初期内圧との関係に基づいて、各タイヤの内圧感度及び／又は荷重感度を算出する工程と、
   各輪の制動力、スリップ率及びドライビングスティフネスの関係式、並びに前記車両質量を求める工程で得られた車両質量から各タイヤの輪荷重を算出する工程と
   を含むことを特徴とするタイヤの輪荷重推定方法。

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