JP4377651B2 - タイヤに作用する力の検出方法、及びそれに用いる空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤに作用する前後力（タイヤ周方向の力）、横力（タイヤ軸方向の力）、及び上下荷重（半径方向の力）の３並進方向力を容易に検出することが可能となり、タイヤの転動状況を的確に把握でき、車両制御システムの制御に貢献しうるタイヤに作用する力の検出方法、及びそれに用いる空気入りタイヤに関する。

近年、走行中の自動車の安定性、安全性を確保するため、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）、ＴＣＳ（トラクションコントロールシステム）、ＶＳＣ（ビークルスタビリティコントロール）などの種々の車両制御システムが開発されている。そして、これらシステムを制御するためには、走行中のタイヤの転動状況を正確に把握することが必要となる。

例えばＡＢＳにおいては、タイヤのスリップ状況を把握することが必要であり、そのために、特許文献１〜３等においては、トレッドの歪レベルをトレッド内に埋設したセンサによって測定し、その測定データに基づき前記スリップ状況に係わるタイヤの路面摩擦係数や路面密着能力を推定することが提案されている。

特開２００２−３６８３６号公報 特開２００２−３３１８１３号公報 特開２００２−０８７０３２号公報

しかしかかる手段では、前記センサが接地領域内に配されるため、路面上の突起物を乗り越す際の衝撃力等によって該センサが破損しやすい傾向となり、高い信頼性を確保するのが難しくなる。しかも前記測定データの情報は、ＡＢＳ制御に限定されるなどＴＣＳやＶＳＣ等の他の車両制御システムの制御に応用できず、汎用性に劣るという問題もある。

そこで本発明者は、タイヤの転動状況は、タイヤが路面から受ける外力、即ち前記前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下荷重Ｆｚの３並進方向力の全てを求めることで正確に把握することができ、しかもこの３並進方向力の情報は、ＡＢＳを含む種々の車両制御システムの制御に応用しうるという観点に基づき研究を行った。

その結果、タイヤのサイドウォール部にその表面歪を測定するセンサを設け、その表面歪の測定データを活用することにより、前記３並進方向力を、比較的高精度で推定できることを究明し得た。

詳しくは、図１２（Ａ）、（Ｂ）に略示する如く、タイヤに前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚを個別にかつ静的に負荷し、そのとき発生するラジアル方向の表面歪εｓ、及び周方向の表面歪εｔを、それぞれタイヤ赤道の位置Ｐａ、トレッド端の位置Ｐｂ、サイドウォール部の位置Ｐｃ、ビード部の位置Ｐｄの４つの位置で測定した。その結果、表１に示すように、トレッド部の前記位置Ｐａ、Ｐｂにおいては、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚと、それによって生じる表面歪εｓ、εｔとの間には相関関係がない、或いは力の増減しか判断できない非線形の関係しか見出せず、従って、表面歪から前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚをそれぞれ推定することは困難であることが判明した。又ビード部の前記位置Ｐｄにおいては、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚと表面歪εｓとの間に、線形の相関関係が有るものの、前後力Ｆｘと表面歪εｓ、εｔとの間には相関関係がなく、従って、この位置Ｐｅにおいても、表面歪から３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの全てを推測することが困難であることが判明した。

これに対し、サイドウォール部の前記位置Ｐｃにおいては、表面歪εｓ、εｔの少なくとも一方と、３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの全てとが線径の相関関係があり、従って、このサイドウォール部の前記位置Ｐｃにおいては、その表面歪から３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの全てを推測することが可能、即ちタイヤの転動状況を把握可能であることが判明した。

次に、図１３（Ａ）〜（Ｃ）に、前記位置Ｐｃにおける３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、それによる表面歪εｓ、εｔとの関係を例示するが、前後力Ｆｘと表面歪εｔとは線形の相関があるとはいえその変位が小さく、正確な推定を難しいものとしている。そこで本発明者は、ラジアル方向及び周方向の前記表面歪εｓ、εｔに代え、図１４（Ａ）の如き剪断方向の表面歪εγを測定することを試みた。その結果、図１４（Ｂ）に示すように、剪断方向の表面歪εγと前後力Ｆｘとの間に、変位が大な線形相関を見出すことができ、又この表面歪εγは、横力Ｆｙおよび上下荷重Ｆｚとの間にも同様に、変位が大な線形相関を呈することが確認された。従って、３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの全てをより正確に推測するためには、サイドウォール部の前記位置Ｐｃにおいて、特に剪断方向の表面歪εγを測定することが重要となる。

しかしこのとき、サイドウォール部では、接地／非接地での撓みが大きいため、所謂抵抗線ストレインゲージ等の歪ゲージでは、タイヤの弾性に追従できずに破断や剥離を招くなど耐久性に問題を生じる。従って、センサとして、大きな撓みにも容易に追従でき耐久性に優れることが必要となる。

そこで本発明は、センサとして、磁石とそれに向き合う磁気センサ素子とを弾性材を介して一体化したものを用い、かつこのセンサをサイドウォール部に設けることを基本として、耐久強度を高く維持しながら、タイヤに作用する前後力、横力、及び上下荷重の３並進方向力を容易に推定することができ、タイヤの転動状況を的確に把握せしめ、種々の車両制御システムの制御を便宜に行うことを可能とするタイヤに作用する力の検出方法、及びそれに用いる空気入りタイヤを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、タイヤに取り付けられタイヤ表面歪を検出する歪センサの歪出力により、タイヤに作用する力を検出する検出方法であって、
前記歪センサをサイドウォール部の領域に設けるとともに、
該歪センサは、磁石とこの磁石に向き合う磁気センサ素子とを弾性材を介して一体化したセンサ素子ユニットからなり、
しかも前記センサ素子ユニットは、センサのゲインが最大となる中央線を、タイヤの半径方向線に対して、１０〜８０°の角度で傾斜する向きで配置することにより、サイドウォール部の剪断歪も検出可能としたことを特徴としている。

又請求項２、７の発明では、前記磁気センサ素子はホール素子であることを特徴としている。

又請求項３、８の発明では、前記センサ素子ユニットは、１つの磁石と１つの磁気センサ素子、１つの磁石と複数の磁気センサ素子、又は複数の磁石と１つの磁気センサ素子とからなることを特徴としている。

又請求項４の発明では、前記歪出力は、タイヤの回転位置を検知する回転位置検知器により該回転位置検知器による回転位置ごとに出力されることを特徴としている。

又請求項５の発明では、前記歪センサは、周方向に配された少なくとも３個のセンサ素子ユニットを有し、かつ３個のセンサ素子ユニットによる歪出力を周方向にｔ１，ｔ２，ｔ３とするとき、以下の式（１）により前後力Ｆｘ，横力Ｆｙ，上下荷重Ｆｚを求めることを特徴としている。
┌Ｆｘ┐ ┌Ａ１ Ｂ１ Ｃ１┐^−１ ┌ｔ１┐
│Ｆｙ│＝│Ａ２ Ｂ２ Ｃ２│ │ｔ２│ --- （１）
└Ｆｚ┘ └Ａ３ Ｂ３ Ｃ３┘ └ｔ３┘

ここで、Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３は、
ｔ１＝Ａ１・Ｆｘ＋Ｂ１・Ｆｙ＋Ｃ１・Ｆｚ
ｔ２＝Ａ２・Ｆｘ＋Ｂ２・Ｆｙ＋Ｃ２・Ｆｚ
ｔ３＝Ａ３・Ｆｘ＋Ｂ３・Ｆｙ＋Ｃ３・Ｆｚ
として、予めＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚを変化させて実測した歪出力ｔ１，ｔ２，ｔ３と、そのときのＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚとの複数のデータを数値解析することにより求めた係数である。

又請求項６の発明は、タイヤ表面歪を検出した歪出力を出力してタイヤに作用する力を検出するために用いる歪センサを具える空気入りタイヤであって、
前記歪センサをサイドウォール部の領域に設けるとともに、
この歪センサは、磁石とこの磁石に向き合う磁気センサ素子とを弾性材を介して一体化したセンサ素子ユニットからなり、
しかも前記センサ素子ユニットは、センサのゲインが最大となる中央線を、タイヤの半径方向線に対して、１０〜８０°の角度で傾斜する向きで配置することにより、サイドウォール部の剪断歪も検出可能としたことを特徴としている。

又請求項９の発明では、前記歪センサは、周方向に配された少なくとも３個のセンサ素子ユニットを有することを特徴としている。

本発明は叙上の如く構成しているため、耐久強度を高く維持しながら、タイヤに作用する前後力、横力、及び上下荷重の３並進方向力を容易に推定することができ、タイヤの転動状況を的確に把握せしめ、種々の車両制御システムの制御を便宜に行うことを可能とする。

以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。
図１は、本発明のタイヤに作用する力の検出方法に用いる空気入りタイヤを示す断面図である。

図１において、空気入りタイヤ１は、本例では、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、トレッド部２の内方かつ前記カーカス６の半径方向外側に配されるベルト層７とを具える。

前記カーカス６は、カーカスコードをタイヤ周方向に対して例えば７０〜９０°の角度で配列した１枚以上、本例では１枚のカーカスプライ６Ａから形成される。このカーカスプライ６Ａは、前記ビードコア５、５間に跨るプライ本体部６ａの両側に、前記ビードコア５の廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返されるプライ折返し部６ｂを一連に具え、又そのプライ本体部６ａとプライ折返し部６ｂとの間には、ビードコア５からタイヤ半径方向外方にのびる断面三角形状のビード補強用ビードエーペックスゴム８を配設している。

又前記ベルト層７は、ベルトコードをタイヤ周方向に対して例えば１０〜３５゜の角度で配列した２枚以上、本例では２枚のベルトプライ７Ａ、７Ｂから形成され、各ベルトコードがプライ間相互で交差することにより、ベルト剛性を高め、トレッド部２の略全巾をタガ効果を有して強固に補強している。なお該ベルト層７の半径方向外側には、高速走行性能および高速耐久性等を高める目的で、バンドコードを周方向に対して５度以下の角度で配列させたバンド層９を設けることができる。

そして本実施形態のタイヤ１では、前記サイドウォール部３の領域Ｙに、その表面歪を検出する歪センサ１０を設けている。この歪センサ１０は、少なくとも１個以上、特に３並進方向力の全てを検出する場合には３個以上の複数のセンサ素子ユニット２０から形成される。なお３個以上の場合、各センサ素子ユニット２０は、タイヤ軸心を中心とした同一円周上であればタイヤ周方向に等間隔で、或いは不等間隔で配置することができるが、等間隔で配することが測定制御の簡便性等の観点から好ましく、本例では図２の如く、８個のセンサ素子ユニット２０を等間隔で配置した場合を例示している。

又前記サイドウォール部３の領域Ｙは、タイヤ断面高さＨの中間高さ位置Ｍを中心として、該タイヤ断面高さＨの２５％の距離Ｌを半径方向内外に隔てる領域範囲であって、好ましくは前記距離Ｌをタイヤ断面高さＨの２０％、さらには１５％とし、中間高さ位置Ｍにより近い領域範囲に前記歪センサ１０を設けることが望ましい。

この領域Ｙは、前記〔背景技術〕の欄で、図１２、１３及び表１を用いて説明した如く、タイヤに３並進方向力である前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚを個別に負荷したときに発生する表面歪εが、各方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと略線形の相関関係を有する部位である。従って、この部位（領域Ｙ）においては、前後力Ｆｘによって発生する表面歪εｘは、前後力Ｆｘの一次関数εｘ＝ｆ（Ｆｘ）で近似でき、同様に、横力Ｆｙによって発生する表面歪εｙは、横力Ｆｙの一次関数εｙ＝ｆ（Ｆｙ）で、かつ上下荷重Ｆｚによって発生する表面歪εｚは、上下荷重Ｆｚの一次関数εｚ＝ｆ（Ｆｚ）で、それぞれ近似できる。従って、３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの合力Ｆが作用したときに発生する表面歪εは、各表面歪εｘ、εｙ、εｚの和、即ち次式（２）で近似することが可能となる。
ε＝ｆ（Ｆｘ）＋ｆ（Ｆｙ）＋ｆ（Ｆｚ） −−−−（２）

次に、前記センサ素子ユニット２０は、図３〜５に示すように、磁石１１と、この磁石１１に間隔を有して向き合う磁気センサ素子１２とを弾性材１３を介して一体化したブロック状のモールド体として形成される。

なお前記磁気センサ素子１２としては、ホール素子、及びＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）等の所謂半導体磁気センサが採用でき、特にコンパクトさ、感度、取り扱い易さ等の観点からホール素子が好適に採用できる。又前記センサ素子ユニット２０ではサイドウォール部３の動きに追従して弾性変形しうることが重要であり、そのために、前記弾性材１３として各種のゴム弾性材料が採用される。特に、熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）は、注型成形や射出成形等のプラスチック成形が可能であり、前記センサ素子ユニット２０を製造するという観点から好適に採用できる。

なお前記センサ素子ユニット２０としては、図３（Ａ）、（Ｂ）の如く、１つの磁石１１と１つの磁気センサ素子１２とで形成した１−１タイプ、又図４（Ａ）、（Ｂ）の如く、１つの磁石１１と複数（ｎ個、例えば２個）の磁気センサ素子１２とで形成した１−ｎタイプ、又図５（Ａ）、（Ｂ）の如く、複数（ｎ個、例えば２個）の磁石１１と１つの磁気センサ素子１２とで形成したｎ−１タイプのものが使用できる。なお図中の符号１２ｓは磁気センサ素子１２の受感部面１２ｓ、符号１１ｓは磁石１１の磁極面を示し、又符号Ｎは、センサ素子ユニット２０のゲインが最大となる中央線を示している。

又前記センサ素子ユニット２０は、図６に１−１タイプのものを代表して示すように、ゲインが最大となる前記中央線Ｎを、タイヤ半径方向線に対して、１０〜８０°の角度θで傾斜する向きで取り付けられる。これにより、サイドウォール部３の表面歪εのうちの剪断歪εγを検出可能としている。なお前記角度θは、好ましくは２０〜７０°、さらには３０〜６０°、さらには４０〜５０°の角度とするのが好ましい。

なお剪断歪εγを検出する理由は、前記〔背景技術〕の欄で説明した如く、剪断歪εγが、３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの何れに対しても変位が大な線形の相関を示すからであり、これによって３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの全てをより正確に検出することが可能となる。

ここで、前記センサ素子ユニット２０の取付は、本例の如くサイドウォール部３の外表面側とすることが、表面歪を検出するという観点から好ましいが、図７（Ａ）、（Ｂ）に例示するように、内表面側、或いはタイヤ内部に埋め込んで取り付けることもできる。何れの場合にも、加硫前にタイヤ内部に埋め込む、或いは内表面又は外表面に貼り付け、その後の加硫による加硫接着によって強固に取り付けるのが好ましい。しかし、加硫後のタイヤの内表面又は外表面に、接着剤等による接着によって取り付けることもできる。

なお図中の符号１５は、センサ素子ユニット２０によって検出された剪断歪εγの歪出力を、車両に設ける車両制御システムの電子制御装置（ＥＣＵ）に発信するセンサ発信制御装置であり、又符号１６は、このセンサ発信制御装置１５と、前記各センサ素子ユニット２０とを接続するリード線を示す。このリード線１６は、本例では、加硫前に予めタイヤ内に埋め込まれて配線される。又前記センサ発信制御装置１５は、リム組性の観点から、加硫後のタイヤ内表面に接着剤で取り付けるのが好ましいが、要求によりホイール１７の適所、例えばリムのウエル部などに接着剤或いは取り付け金具を用いて取り付けることもできる。

次に、前記空気入りタイヤ１を用い、このタイヤ１に作用する前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、及び上下荷重Ｆｚの３並進方向力を検出する検出方法を説明する。

まず３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの合力Ｆが作用したとき、サイドウォール部３の領域Ｙで発生する表面歪εと、そのときの３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚとの間に、次式（２）に示す関係があることは、前述した如くである。
ε＝ｆ（Ｆｘ）＋ｆ（Ｆｙ）＋ｆ（Ｆｚ） −−−−（２）

そして、センサ素子ユニット２０により測定可能な表面歪εから、前記合力Ｆをなす３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを導き出すには、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを未知数とした式（２）である三元一次方程式を解くことにより達成できる。しかしこの三元一次方程式を解くためには、三つの連立式が必要である。

そこで、本発明の検出方法では、サイドウォール部３の前記領域Ｙに、少なくとも３個のセンサ素子ユニット２０を周方向に配置し、そのうちの３個のセンサ素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより、３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの合力Ｆが作用したときの剪断歪εγも同時に測定（検出）する。このとき、それぞれのセンサ素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃが検出した歪出力をｔ１、ｔ２、ｔ３とすると、前記式（２）をもとに、以下の三つの連立式を得ることができる。なおＡ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３は、係数である。
ｔ１＝Ａ１・Ｆｘ＋Ｂ１・Ｆｙ＋Ｃ１・Ｆｚ
ｔ２＝Ａ２・Ｆｘ＋Ｂ２・Ｆｙ＋Ｃ２・Ｆｚ
ｔ３＝Ａ３・Ｆｘ＋Ｂ３・Ｆｙ＋Ｃ３・Ｆｚ
そしてこの三つの連立式から、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを求める以下の行列式（１）を得ることができる。
┌Ｆｘ┐ ┌Ａ１ Ｂ１ Ｃ１┐^-1┌ｔ１┐
│Ｆｙ│＝│Ａ２ Ｂ２ Ｃ２│ │ｔ２│ --- （１）
└Ｆｚ┘ └Ａ３ Ｂ３ Ｃ３┘ └ｔ３┘

従って、所定の３個のセンサ素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃで剪断歪εγも同時に測定し、それによって得た三つの歪出力ｔ１、ｔ２、ｔ３を、前記式（１）に代入することにより、前後力Ｆｘ，横力Ｆｙ，上下荷重Ｆｚをそれぞれ求めることができるのである。

なお前記係数Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３は、事前の荷重付加試験において前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚを変化させて実測した歪出力ｔ１，ｔ２，ｔ３と、そのときの前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚとの複数のデータを数値解析することにより求めることができる。即ち、事前の荷重付加試験において、例えば、タイヤ１に前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚを個別にかつ静的に負荷し、そのとき検出される前記センサ素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃの歪出力ｔ１、ｔ２、ｔ３を記録する。これを、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下荷重Ｆｚをそれぞれ変化させて繰り返し、得られた複数のデータを、例えばコンピューターを用いて数値変換することにより求めることができる。

この検出方法を検証するため、本発明者は、図８に示すように、３つのセンサ素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃを、互いに９０°の中心角度αを隔てて配置したタイヤを試作し、タイヤの最下端を０°（基準点Ｐ０）としたタイヤ軸心周りの極座標系において、前記中央のセンサ素子ユニット２０ｂが基準点Ｐ０となる回転位置でタイヤを固定した。そして、この回転位置のタイヤ（静止状態）に、事前の荷重付加試験を行い、係数Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３を求めることにより前記回転位置毎に固有の式（１）を導き出した。

その後、図９（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、前記回転位置のタイヤ（静止状態）に、３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを時間経過とともに変化させながら負荷し、そのとき、センサ素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃにて測定された歪出力ｔ１、ｔ２、ｔ３から式（１）を用いて３並進方向力の計算値を算出した。そしてこの計算値と、実際に負荷した３並進方向力とを同図で比較した。その結果、概ね前記検出方法によって、タイヤに作用する３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚをそれぞれ検出しうることが確認できた。

ここで、前記係数Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３は、タイヤの回転位置毎に定まる回転位置に固有の係数であり、従って、事前の荷重付加試験を行うときの３つのセンサ素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃの回転位置と、３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを検出するときの３つのセンサ素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃの回転位置とは、ともに同位置（本例では９０°、０°、２７０°）であることが必要である。従って、実際に回転する走行中のタイヤにおいて３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを検出する場合には、タイヤ、ホイール、車軸などに、タイヤ回転位置を検知する例えばエンコーダなどの回転位置検知器１８（図１に示す）を取り付け、この回転位置検知器１８によって検知される所定の回転位置毎に、前記歪出力ｔ１、ｔ２、ｔ３を出力させることが好ましい。

なお、前記回転位置については、前記図８に示すように、３つのセンサ素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃのうちの中央のセンサ素子ユニット２０ｂを、接地点に最も近い前記基準点Ｐ０とし、かつ両側のセンサ素子ユニット２０ａ、２０ｃを、前記基準点Ｐ０を中心とした周方向前後の対称位置に配することが好ましい。なお前記センサ素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃが近接し過ぎると、３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを高精度で検出することが難しく、そのためにセンサ素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃを、互いに９０°の中心角度αを隔てて配置するのが好ましい。特に、図２に示す本例の如く、４×ｎ個（ｎは整数）のセンサ素子ユニット２０を用い、これらを周方向に等間隔を隔てて配置した場合には、タイヤが９０／ｎ°回転する毎に、図８に示す如き０°、９０°、２７０°の回転位置のセンサ素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃが表れるため、９０／ｎ°回転毎に３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを検出することができ、タイヤ転動状況の急激な変化に対しても対応することが可能となる。

次に、図１０（Ａ）、（Ｂ）に、実際に回転するタイヤから３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを検出したときの検出実験の結果の一例を示す。この検出実験では、図１０（Ａ）の如く、４つのセンサ素子ユニット２０Ａ〜２０Ｄを９０°間隔で周方向に配置し、回転中のタイヤに、３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを変化させながら連続的に負荷した。そして、センサ素子ユニットｔＡ〜ｔＤが０°、９０°、１８０°、２７０°の回転位置となる４状態ＱＡ〜ＱＤにおいて、それぞれ０°、９０°、２７０°の３位置で歪出力ｔ１、ｔ２、ｔ３を測定するとともに、前記歪出力ｔ１、ｔ２、ｔ３から式（１）を用いて３並進方向力ＦｘＡ〜ＦｘＤ、ＦｙＡ〜ＦｙＤ、ＦｚＡ〜ＦｚＤを算出し、実際に負荷した３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと比較した。同図のごとく、回転中のタイヤに作用する３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを、前記歪出力ｔ１、ｔ２、ｔ３の測定によって推定しうることが確認できる。

次に、図１１に、本発明の検出方法を用いて車両制御システムを制御す場合の、好ましい構成図の一例を例示する。この構成図では、車両に装着される各タイヤ１において、その一方のサイドウォール部３に、８個のセンサ素子ユニット２０が周方向に等間隔で配置される。各センサ素子ユニット２０は、例えばタイヤ内面に取り付けるセンサ発信制御装置１５に接続され、所定の３位置（例えば０°、９０°、２７０°）となるセンサ素子ユニット２０からの歪出力ｔ１、ｔ２、ｔ３を、車両に設ける車両制御システム１９の電子制御装置１９Ａに発信する。

ここで、前記センサ発信制御装置１５は、本例では、前記回転位置検知器１８によるタイヤ回転位置の検知に基づき、前記所定の３位置にあるセンサ素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃの歪出力ｔ１、ｔ２、ｔ３を選び出す切り替え手段１５Ａと、選び出した歪出力ｔ１、ｔ２、ｔ３を増幅する増幅器１５Ｂと、その増幅信号を車両側に送信する送信機１５Ｃと、それらを作動させる電源（図示しない）とを具えて構成される。なお前記電源としては、各種の電池が使用しうるが、例えば蓄電池と、車両から送信される電磁波を直流電力に変換して前記蓄電池に充電させる変換器とで構成するのがメンテナンスなどの観点から好ましい。

又前記車両制御システム１９は、前記センサ発信制御装置１５からの歪出力ｔ１、ｔ２、ｔ３を受信して電子制御装置１９Ａに送る受信機１９Ｂを具える。又電子制御装置１９Ａは、送られた歪出力ｔ１、ｔ２、ｔ３のデータに基づき、前記式（１）を用いて３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを算出するとともに、その算出結果を基に、例えばＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣなどの車両制御システムを制御する。なお前記電子制御装置１９Ａには、予め設定された係数Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３を有する式（１）を記憶する記憶部と、この式（１）と歪出力ｔ１、ｔ２、ｔ３とから３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを算出する演算部とを少なくとも具える。なお前記回転位置検知器１８によるタイヤ回転位置の検知データは、電子制御装置１９Ａ、送信機３０、受信機３１を経て前記切り替え手段１５Ａに送信され、選択すべきセンサ素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃを指定する。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

本発明のタイヤに作用する力の検出方法に用いる空気入りタイヤを示す断面図である。 センサ素子ユニットの配置状態を略示する空気入りタイヤの側面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、センサ素子ユニットの一実施例を示す平面図及び斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、センサ素子ユニットの他の実施例を示す平面図及び斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、センサ素子ユニットのさらに他の実施例を示す平面図及び斜視図である。 センサ素子ユニットの取り付け方向を示す線図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、センサ素子ユニットの取り付け位置を説明する線図である。 ３並進方向力の検出に用いる３つのセンサ素子ユニットの回転位置を示す線図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、実際に負荷した３並進方向力と、そのときに歪出力から算出した３並進方向力の計算値とを比較するグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）は、実際に回転するタイヤから３並進方向力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを検出する検出実験の一例を説明する線図、及びその結果を示すグラフである。 本発明の検出方法を用いて車両制御システムを制御す場合の構成図の一例である。 （Ａ）、（Ｂ）は、タイヤに３並進方向力を負荷した際の表面歪と、そのとき負荷した３並進方向力との関係を求めるために実施した荷重負荷試験を説明する線図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、サイドウォール部の位置における３並進方向力と、それによるラジアル方向及び周方向の表面歪との関係を例示するグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）は、剪断方向の表面歪と前後力との関係を例示するグラフ、及び剪断方向の表面歪を説明する線図である。

符号の説明

１ タイヤ
３ サイドウォール部
１０ 歪センサ
１１ 磁石
１２ 磁気センサ素子
１３ 弾性材
１８ 回転検知器
２０ センサ素子ユニット
Ｎ 中央線
Ｙ 領域

Claims (9)

1. タイヤに取り付けられタイヤ表面歪を検出する歪センサの歪出力により、タイヤに作用する力を検出する検出方法であって、
   前記歪センサをサイドウォール部の領域に設けるとともに、
   該歪センサは、磁石とこの磁石に向き合う磁気センサ素子とを弾性材を介して一体化したセンサ素子ユニットからなり、
   しかも前記センサ素子ユニットは、センサのゲインが最大となる中央線を、タイヤの半径方向線に対して、１０〜８０°の角度で傾斜する向きで配置することにより、サイドウォール部の剪断歪も検出可能としたことを特徴とするタイヤに作用する力の検出方法。
2. 前記磁気センサ素子はホール素子であることを特徴とする請求項１記載のタイヤに作用する力の検出方法。
3. 前記センサ素子ユニットは、１つの磁石と１つの磁気センサ素子、１つの磁石と複数の磁気センサ素子、又は複数の磁石と１つの磁気センサ素子とからなることを特徴とする請求項１又は２記載のタイヤに作用する力の検出方法。
4. 前記歪出力は、タイヤの回転位置を検知する回転位置検知器により該回転位置検知器による回転位置ごとに出力されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のタイヤに作用する力の検出方法。
5. 前記歪センサは、周方向に配された少なくとも３個のセンサ素子ユニットを有し、かつ３個のセンサ素子ユニットによる歪出力を周方向にｔ１，ｔ２，ｔ３とするとき、以下の式（１）により前後力Ｆｘ，横力Ｆｙ，上下荷重Ｆｚを求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のタイヤに作用する力の検出方法。
   ┌Ｆｘ┐ ┌Ａ１ Ｂ１ Ｃ１┐^−１ ┌ｔ１┐
   │Ｆｙ│＝│Ａ２ Ｂ２ Ｃ２│ │ｔ２│ --- （１）
   └Ｆｚ┘ └Ａ３ Ｂ３ Ｃ３┘ └ｔ３┘
   
   ここで、Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３は、
   ｔ１＝Ａ１・Ｆｘ＋Ｂ１・Ｆｙ＋Ｃ１・Ｆｚ
   ｔ２＝Ａ２・Ｆｘ＋Ｂ２・Ｆｙ＋Ｃ２・Ｆｚ
   ｔ３＝Ａ３・Ｆｘ＋Ｂ３・Ｆｙ＋Ｃ３・Ｆｚ
   として、予めＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚを変化させて実測した歪出力ｔ１，ｔ２，ｔ３と、そのときのＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚとの複数のデータを数値解析することにより求めた係数である。
6. タイヤ表面歪を検出した歪出力を出力してタイヤに作用する力を検出するために用いる歪センサを具える空気入りタイヤであって、
   前記歪センサをサイドウォール部の領域に設けるとともに、
   この歪センサは、磁石とこの磁石に向き合う磁気センサ素子とを弾性材を介して一体化したセンサ素子ユニットからなり、
   しかも前記センサ素子ユニットは、センサのゲインが最大となる中央線を、タイヤの半径方向線に対して、１０〜８０°の角度で傾斜する向きで配置することにより、サイドウォール部の剪断歪も検出可能としたことを特徴とする空気入りタイヤ。
7. 前記磁気センサ素子はホール素子であることを特徴とする請求項６記載の空気入りタイヤ。
8. 前記センサ素子ユニットは、１つの磁石と１つの磁気センサ素子、１つの磁石と複数の磁気センサ素子、又は複数の磁石と１つの磁気センサ素子とからなることを特徴とする請求項６又は７記載の空気入りタイヤ。
9. 前記歪センサは、周方向に配された少なくとも３個のセンサ素子ユニットを有することを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の空気入りタイヤ。

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