轮胎接地状态估计方法、轮胎接地状态估计装置以及接地状态估计用轮胎

摘要

使用接地状态估计用轮胎(20)，该轮胎(20)具有在轮胎圆周方向排列轮胎圆周方向的长度不同的多个花纹块而得到的花纹块列，并且具有以固定的周期形成上述花纹块列的相邻的两个花纹块的蹬出端的胎面图案，由安装于转向节(23)的加速度传感器(11)对从上述轮胎(20)传递到上述转向节(23)的上述蹬出端依次离开路面时所产生的周期性振动进行检测并求出上述振动的频率波形，并且检测上述频率波形的在根据由车轮速度传感器(12)测量出的车轮速度V和上述周期算出的检测频带内的振动水平，根据该振动水平的大小来估计轮胎的接地状态，由此不将传感器安装于轮胎而能够高精确度地估计行驶中的轮胎的接地状态。

说明书

技术领域

本发明涉及一种估计行驶中的轮胎的接地状态的方法及其装置、以及使用于轮胎接地状态估计的轮胎。

背景技术

为了提高汽车的行驶稳定性，要求高精确度地估计轮胎与路面之间的摩擦系数(路面摩擦系数)或轮胎的接地状态并向车辆控制进行反馈。如果能够预先估计上述路面摩擦系数、轮胎的接地状态，则能够在进行制动/驱动、转向这种回避危险的操作之前，例如进行ABS制动器的更高度的控制等，从而可预想安全性进一步提高。

作为估计路面摩擦系数的方法，例如提出如下的方法等：一种方法为检测车轮速度，在根据所检测到的该车轮速度信号ω检测出受到干扰ΔT时的车轮速度变动Δω之后，利用最小二乘法识别满足该Δω的车轮的传递函数来估计路面μ的梯度，并且根据该路面μ的梯度以及预先求出的车辆的制动力与该路面μ的梯度之间的关系来估计车辆的制动力，根据该制动力和上述路面μ的梯度来估计滑移率为零时的路面μ的梯度(例如，参照专利文献1)；一种方法如图9所示，在充气轮胎50的轮胎胎面部51上形成高度高于胎面表面的传感块52H以及高度低于胎面表面的传感块52L，在各传感块52H、52L的与轮胎圆周方向平行的侧面分别粘附应变仪53H、53L，根据由上述两个应变仪53H、53L检测到的应变水平之差以及预先求出的表示应变水平差与路面摩擦系数之间的关系的对应表来估计路面摩擦系数(例如，参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开2002-160620号公报

专利文献2：日本特开2002-36836号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在根据基于上述车轮速度求出的路面μ的梯度和所估计出的车辆的制动力来估计滑移率为零时的路面μ的梯度的方法中，由于没有在轮胎-路面之间产生的力的信息，因而需要估计时间，因此对路面变化的追踪性有限。

另外，在根据由分别粘附于高度不同的传感块52H、52L的应变仪53H、53L检测到的应变水平之差来估计路面摩擦系数的方法中，是将应变仪53H、53L等传感器安装于与路面直接接触的花纹块上的结构，因此在传感器的耐久性方面存在问题。

本发明是鉴于以往的问题点而完成的，其目的在于提供一种不将传感器安装于轮胎而能够高精确度地估计行驶中的轮胎的接地状态的轮胎的接地状态估计方法及其装置、以及使用于轮胎的接地状态估计的轮胎。

用于解决问题的方案

本发明者进行锐意研究的结果，发现如下内容而实现本发明：在接地面内变形了的花纹块的蹬出端离开接地面而其变形被打开时所产生的振动的大小依赖于路面摩擦系数μ(或者，花纹块的滑移状态)，因此如果使用花纹块的蹬出端的圆周方向间隔相等的轮胎，并且在车辆非悬挂部检测以与上述间隔对应的周期从轮胎传达到车轮、车轮轮毂或转向节等上述车辆非悬挂部的振动，则不将传感器设置于轮胎而能够高精确度地估计行驶中的轮胎的接地状态。

即，本申请的第一发明所记载的发明是一种估计行驶中的轮胎的接地状态的方法，其特征在于，使用具有以固定的周期在轮胎圆周方向形成了多个花纹块或仿花纹块的蹬出端的位置的胎面图案的轮胎，在车辆非悬挂部检测从上述轮胎传递到车辆非悬挂部的上述花纹块或仿花纹块的蹬出端离开路面时的振动，根据所检测到的该振动的与上述周期对应的频带的振动成分的大小来估计行驶中的轮胎的接地状态，其中，上述花纹块由圆周方向槽与横槽或圆周方向槽与横向花纹槽划分而成，上述仿花纹块从在轮胎圆周方向连续的接地部向轮胎宽度方向突出。

第二发明所记载的发明的特征在于，在第一发明所记载的轮胎接地状态估计方法中，对传递到非旋转侧部件的上述振动进行检测，该非旋转侧部件为车轮部的非旋转侧部件，并且位于比设置于车轮部的非旋转侧的缓冲部件更靠近车轮侧的位置。

另外，第三发明所记载的发明是一种轮胎接地状态估计装置，使用具有以固定的周期在轮胎圆周方向形成了多个花纹块或仿花纹块的蹬出位置的胎面图案的轮胎来估计行驶中的轮胎的接地状态，其中，上述花纹块由圆周方向槽与横槽或圆周方向槽与横向花纹槽划分而成，上述仿花纹块从在轮胎圆周方向连续的接地部向轮胎宽度方向突出，该轮胎接地状态估计装置的特征在于，具备：振动检测单元，其配置于车辆非悬挂部，检测车辆非悬挂部的振动；车轮速度传感器，其检测车轮的速度；检测频带设定单元，其根据由该车轮速度传感器检测到的车轮速度和上述周期来设定用于检测上述振动的振动水平的频带；振动水平检测单元，其检测由上述检测频带设定单元设定的频带的振动成分的大小；以及轮胎接地状态估计单元，其根据由该振动水平检测单元检测到的振动成分的大小来估计轮胎的接地状态。

第四发明所记载的发明的特征在于，在第三发明所记载的轮胎接地状态估计装置中，将上述振动检测单元设置于车轮部的非旋转侧部件并且设置于比缓冲部件更靠近车轮侧的位置。

另外，第五发明所记载的发明是一种使用于轮胎的接地状态估计的轮胎，其特征在于，以固定的周期在轮胎圆周方向形成由圆周方向槽与横槽划分而成的多个花纹块或仿花纹块的蹬出位置，并且，在轮胎圆周方向排列的上述花纹块或仿花纹块具备轮胎圆周方向的长度不同的至少两种花纹块或仿花纹块。

发明的效果

根据本发明，使用以固定的周期在轮胎圆周方向形成了多个花纹块或仿花纹块的蹬出位置的轮胎，检测传递到车辆非悬挂部的上述花纹块或仿花纹块的蹬出端离开路面时的振动，根据所检测到的该振动的上述周期的振动成分的大小来估计轮胎的接地状态，其中，上述花纹块由圆周方向槽与横槽划分而成，上述仿花纹块从在轮胎圆周方向连续的接地部向轮胎宽度方向突出，因此不将传感器设置于轮胎部而能够高精确度地估计行驶中的轮胎的接地状态。另外，不需要对轮胎安装传感器，因此提高了轮胎的生产效率。另外，与将传感器安装于轮胎部的情况相比，不仅能够提高传感器的耐久性，而且容易更换传感器。

另外，如果在车轮部的非旋转侧部件并且在比缓冲部件更靠近车轮侧的位置检测上述振动，则不使用集电环、无线装置等而能够将数据从传感器传达到车体侧，因此能够使装置简易化，并且能够防止数据的劣化。

另外，作为使用于轮胎的接地状态估计的轮胎，只要是具有以固定的周期在轮胎圆周方向形成了多个花纹块或仿花纹块的蹬出位置的胎面图案的轮胎即可，其中，上述花纹块由圆周方向槽与横槽划分而成，上述仿花纹块从在轮胎圆周方向连续的接地部向轮胎宽度方向突出。但是，在花纹块的轮胎圆周方向的长度全部相同的情况下，横槽的宽度也相同，因此有可能增加间距噪声。因此，如果使用如本发明的轮胎那样、具有周期性地形成花纹块或仿花纹块的蹬出位置并且花纹块或仿花纹块的轮胎圆周方向的长度不同那样的胎面图案的轮胎，则存在多种槽宽度不同的槽，因此能够不增加间距噪声而估计轮胎的接地状态。

附图说明

图1是表示本发明的较佳方式所涉及的轮胎接地状态估计装置的结构的功能框图。

图2是表示具备本发明的接地状态估计用轮胎的车轮部的结构的图。

图3是表示接地状态估计用轮胎的胎面图案的一例的图。

图4是表示轮胎滚动时的花纹块的变形状态的图。

图5是表示在转向节处检测到的振动的频率波形的图。

图6是表示接地状态估计用轮胎的胎面图案的其它例的图。

图7是表示接地状态估计用轮胎的胎面图案的其它例的图。

图8是表示车辆从高摩擦道路进入低摩擦道路时的振动水平变化的图。

图9是表示以往的路面摩擦系数的估计方法的图。

附图标记说明

10：轮胎接地状态估计装置；11：加速度传感器；12：车轮速度传感器；13：检测频带设定单元；14：频率分析单元；15：振动水平检测单元；16：轮胎接地状态估计单元；17：运算部；20：接地状态估计用轮胎；21：车轮；22：车轮轮毂；23：转向节；24：上臂；25：下臂；26：缓冲部件；30B：花纹块列；31：圆周方向槽；32：横槽；33、33A～33C：花纹块(中心花纹块)；33a～33c：花纹块的蹬出端；34a：外侧接地部；34b：内侧接地部；35：横向花纹；36：胎肩花纹块；40：路面。

具体实施方式

下面，根据附图来说明本发明的较佳方式。

图1是本较佳方式所涉及的轮胎接地状态估计装置10的功能框图，图2是表示具备本发明的接地状态估计用轮胎20的车轮部的结构的图。在各图中，11是加速度传感器，其被安装于转向节23，检测从行驶中的接地状态估计用轮胎20通过车轮21以及车轮轮毂22传递到上述转向节23的振动，12是车轮速度传感器，其检测行驶中的车轮21的旋转速度，13是检测频带设定单元，其根据由上述车轮速度传感器12检测到的车轮速度和后述的花纹块的蹬出端位置的周期来设定用于检测上述振动的振动水平的检测频带，14是频率分析单元，其对由上述加速度传感器11检测到的振动进行频率分析，求出上述振动的频率波形，15是振动水平检测单元，其检测上述频率波形的在上述检测频带内的振动成分的大小，16是轮胎接地状态估计单元，其根据由上述振动水平检测单元15检测到的振动成分的大小来估计轮胎的接地状态，由上述检测频带设定单元13、频率分析单元14、振动水平检测单元15以及轮胎接地状态估计单元16构成本轮胎接地状态估计装置10的运算部17。

作为上述加速度传感器11，可列举出压电式加速度传感器、半导体应变式加速度传感器等，但是优选使用小型并且频率特性优异的压电式加速度传感器。

安装有上述加速度传感器11的转向节23是车轮部的非旋转侧的部件(车辆非悬挂(Unsprung)部件)，该转向节23通过轴承连结于与安装了该接地状态估计用轮胎20的车轮21一起旋转的车轮轮毂22，在该转向节23安装有未图示的制动装置等。此外，上述转向节23通过橡胶衬套等缓冲部件26与具备未图示的悬挂部件的车辆悬挂装置的上下臂24、25连结。

另外，作为上述车轮速度传感器12，可列举出当前广泛使用的由安装于旋转部的传感器转子和安装于非旋转部的磁传感器构成的电磁感应型旋转传感器。

接着，说明本发明的接地状态估计用轮胎20。

图3是表示上述接地状态估计用轮胎(下面，称为轮胎)20的胎面图案的一例的图，该轮胎20具备：多条圆周方向槽31，该多条圆周方向槽31在轮胎圆周方向延长；横槽32，其与该圆周方向槽31正交并向轮胎宽度方向延长；花纹块列30B，其沿轮胎圆周方向排列由上述圆周方向槽31和横槽32划分出的多个花纹块33(33A～33C)而成；外侧接地部34a和内侧接地部34b，该外侧接地部34a和内侧接地部34b被上述圆周方向槽31划分，在车辆安装时该外侧接地部34a位于车辆外侧，该内侧接地部34b位于车辆内侧；以及多个胎肩花纹块36，该多个胎肩花纹块36被上述圆周方向槽31和横向花纹槽35划分而成。

上述花纹块列30B具备圆周方向的长度不同的三种花纹块33A、33B、33C，并且在轮胎整圈范围内以圆周方向相邻的花纹块33的蹬出端之间的距离d相等的方式形成上述花纹块图案。具体地说，关于这些花纹块33A～33C，在将花纹块33A设为A、将花纹块33B设为B、将花纹块33C设为C、排列成A、B、C、A、B、C、A、B、…的情况下，作为相邻的两个花纹块的花纹块33A和花纹块33B的蹬出端33a与蹬出端33b之间的距离、花纹块33B和花纹块33C的各自的蹬出端33b与蹬出端33c之间的距离以及花纹块33C和花纹块33A的各自的蹬出端33c与蹬出端33a之间的距离都是d。

当从与轮胎的赤道面正交的方向对其进行观察时，如图2所示，在将轮胎的外形视为圆时，上述蹬出端33a、33b、33c位于以等角度对上述圆进行N分割的轮胎直径方向的延长线上。下面，将该分割数N称为图案重复数。

接着，说明接地状态估计用轮胎20与轮胎的接地状态之间的关系。

在轮胎20滚动时，如图4所示，花纹块33接近蹬出而变化量变大，但是在蹬出时其变形被打开，因此在圆周方向(轮胎旋转方向)上进行振动。在轮胎所行驶的路面的路面摩擦系数μ较高的情况下，花纹块33在直到花纹块蹬出之前都被路面40约束，但是在路面摩擦系数μ较低的情况下，该约束较小，因此花纹块33在从踏入接近蹬出的过程中进入滑移区域，花纹块33滑出。其结果，在低摩擦道路上产生与该滑移对应的较大的振动。另一方面，在沥青道路上没有滑移，因此几乎不产生该振动。

因此，如果作为轮胎而使用如上所述那样具有圆周方向相邻的花纹块33的蹬出端之间的距离d在轮胎整圈范围内相等那样的花纹块图案的轮胎20，当将轮胎20的周长设为L、将图案重复数设为N时，在低摩擦道路中，每当轮胎20旋转d＝(L/N)时发生上述振动。

图5是表示对上述振动进行频率分析而得到的结果的图，其中，上述振动为安装有上述接地状态估计用轮胎20的车辆分别以速度(车轮速度)V行驶在沥青道路和低摩擦道路上时由加速度传感器11检测到的传递到转向节23的振动。如该图所示，特定的频率f(在此，约180Hz)附近的频率波形在沥青道路和低摩擦道路中大不相同。即，在沥青道路中频率峰值不明确，但是在低摩擦道路中出现较大的频率峰值。

根据每当轮胎20旋转d＝(L/N)时发生振动，如下这样求出上述特定的频率。

上述振动的周期T是花纹块33的蹬出端之间的距离d＝(L/N)除以速度V而得到的值，因此T＝L/(N·V)。因而，在上述振动的频率波形中，f＝1/T＝(N·V)/L处为振动的峰值。在此，例如，当设L＝2m、N＝60、V＝22km/h时，f＝183Hz。

在本发明的轮胎接地状态估计装置10中，由加速度传感器11检测从上述轮胎20通过车轮21以及车轮轮毂22传递到转向节23的上述花纹块33A～33C的蹬出端33a～33c依次离开路面时的振动，将其发送到频率分析单元14来进行频率分析，求出上述振动的频率波形并将其发送到振动水平检测单元15。

另一方面，由车轮速度传感器12测量安装有该轮胎20的车轮21的旋转速度即车轮速度V，并将其发送到检测频带设定单元13。在检测频带设定单元13中，根据上述车轮速度V以及轮胎20的周长L、图案重复数N来确定要对振动成分进行检测的频带的中心频率f以及带宽Δf，并将其作为检测频带发送到振动水平检测单元15。此外，作为Δf，例如只要设为f/10左右即可。

在振动水平检测单元15中，检测上述频率波形的在检测频带内的振动水平P并发送到轮胎接地状态估计单元16。在轮胎接地状态估计单元16中，对上述振动水平P和预先设定的振动水平的阈值K进行比较，在振动水平P为上述阈值K以上的情况下，估计为路面是低摩擦道路、即轮胎接地状态处于易滑移的状态，在振动水平P小于上述阈值K的情况下，估计为路面是高摩擦道路。

这样在本较佳方式中，使用如下的轮胎20作为轮胎，该胎面20具有在轮胎圆周方向排列轮胎圆周方向的长度不同的多个花纹块33A～33C而得到的花纹块列30B，并且具有以固定的周期形成上述花纹块列30B的相邻的两个花纹块的蹬出端的胎面图案，由安装于转向节23的加速度传感器11对从上述轮胎20传递到转向节23的上述蹬出端依次离开路面时所产生的周期性振动进行检测并求出上述振动的频率波形，并且检测上述频率波形的在根据由车轮速度传感器12测量出的车轮速度V和上述周期算出的检测频带内的振动水平，根据该振动水平的大小来估计轮胎的接地状态，因此不将传感器设置于轮胎20而能够高精确度地估计行驶中的轮胎接地状态。

另外，将上述加速度传感器11安装于作为车轮部的非旋转侧部件的转向节23，因此不使用集电环、无线装置等而能够在车轮部的非旋转侧得到上述振动的数据。

并且，由于本发明的轮胎接地状态估计装置10能够估计轮胎滑移容易度、即轮胎的抓地状态，因此如果构成具备本发明的轮胎接地状态估计装置10以及根据由该轮胎接地状态估计装置10估计出的轮胎的接地状态对车辆的行驶状态进行控制的控制单元的车辆控制装置来控制车辆的行驶状态，则能够进一步提高车辆的安全性。

此外，在上述较佳方式中，对具有形成有花纹块列30B的花纹块图案的接地状态估计用轮胎20进行了说明，该花纹块列30B为在圆周方向以A、B、C、A、B、C、A、B、…的方式规则地排列花纹块33A～33C而成，但是在如图6所示那样花纹块列有两列的情况下，也可以将两列都设为用于检测与上述蹬出端位置的周期对应的振动的花纹块列。此外，也可以仅将一列设为用于检测上述振动的花纹块列。另外，花纹块33A～33C的在圆周方向的排列方式也可以例如如A、B、C、B、A、C、A、C、…那样随机选择。即，相邻的花纹块的块端(蹬出端)不一定是固定的，也可以为隔一个、隔三个等的花纹块的块端(蹬出端)固定。即，只要存在蹬出端的间隔以固定间隔一致的花纹块即可。

另外，上述花纹块33也可以不是六面体，可以在蹬出端等设置倒角部。

另外，在上述例中，将圆周方向的长度不同的花纹块设为花纹块33A～33C三种，但是不限于此，可以是六种或十种等，种类多会提高上述频率波形中的特定频率成分的S/N比，因此优选。但是，如果考虑胎面图案的设计、模具的制造，则6～10种为宜。另外，考虑平均花纹块长度、总接地面积等来设定图案重复数N。

另外，作为接地状态估计用轮胎20的胎面图案，不限于上述花纹块图案，只要是具有如图7所示的花纹块图案的轮胎等那样、具有在轮胎的圆周方向形成了不连续的接地部的胎面图案的轮胎即可，其中，上述图7所示的花纹块图案具有在圆周方向连续的条形花纹37，并且上述条形花纹37具有仿花纹块38(38A～38C)。详细地说，上述仿花纹块38A～38C由圆周方向槽31以及横向花纹槽39划分而成，是从上述条形花纹37向上述圆周方向槽31方向突出的接地部。此外，在这种情况下，不言而喻也需要上述仿花纹块38A～38C的轮胎圆周方向的长度分别不同，并且需要以相邻的仿花纹块38、38的蹬出端之间的距离、具体地说、仿花纹块38A与仿花纹块38B的各自的蹬出端38a与蹬出端38b之间的距离、仿花纹块38B与仿花纹块38C的各自的蹬出端38b与蹬出端38c之间的距离以及仿花纹块38C与仿花纹块38A的各自的蹬出端38c与蹬出端38a之间的距离都相同的方式形成上述胎面图案。

另外，在上述例中，仅例示了花纹块33A～33C的蹬出端33a～33c、仿花纹块38A～38C的蹬出端38a～38c与轮胎圆周方向成直角的情况，但是蹬出端未必与轮胎圆周方向正交，也可以相对于轮胎圆周方向倾斜。

另外，在上述例中，将加速度传感器11安装于转向节23，但是即使安装于车轮21、车轮轮毂22等车轮部的旋转侧部件也能够检测上述振动。但是，在将加速度传感器11等传感器安装于旋转侧部件的情况下，需要使用集电环、无线装置等将所检测到的信号传达到车体侧。当使用集电环、无线装置等时，不仅增加结构部件，而且有可能由于噪声的混入等而引起数据的劣化。

另一方面，即使是车轮部的非旋转侧部件，上述上臂24、下臂25经由缓冲部件26与车轮21连结，因而产生振动被吸收而振动水平降低、或者相位延迟等，在检测精确度上存在问题，因此期望如本例那样将加速度传感器11安装于转向节23。

此外，关于运算部17，可以如图2所示那样安装于转向节23，也可以设置于车体侧。

[实施例]

在轮胎大小为225/45R17的乘用车用轮胎的胎面制作在圆周上60等分地均匀配置了中心花纹块的蹬出端的胎面图案。另外，胎肩花纹块等其它部分为45等分。

使安装了该轮胎的车辆以车速22km/h从沥青道路(μ≈1.0)进入低摩擦道路(μ≈0.2)。

上述轮胎的周长为2m，因此检测频带的中心频率为183Hz。

图5中示出了将加速度传感器设置于车辆非悬挂部(转向节)、在分辨率为2Hz、平均化时间为1秒的条件下对非悬挂加速度的频率成分进行频率分析而求出的频率波形。

根据该图可清楚地确认在沥青道路中频率波形未出现明显的振动的峰值，而在低摩擦道路中上述算出的频率即180Hz附近的振动成分为频率波形的峰值。

图8是表示上述频率波形的180Hz附近的振动成分的大小的时间变化的图，根据该图清楚可知车辆在沥青道路上行驶时上述振动成分的大小较小，当车辆进入低摩擦道路时上述振动成分变大。

产业上的可利用性

如以上所说明的那样，根据本发明，不将传感器设置于轮胎而能够高精确度地估计行驶中的轮胎的接地状态，因此能够避免传感器的耐久性问题并提高车辆的行驶安全性。