轮胎载荷推断方法及轮胎载荷推断装置与流程

本发明涉及使用配置在轮胎胎面的内表面侧的加速度传感器的输出信号来推断对该轮胎作用的载荷的方法及其装置。

背景技术

以往提出了这样的方法：在轮胎胎面的内表面侧配置用于检测在车辆行驶时对轮胎作用的载荷的圆周方向的变化的多个压电元件和用于检测该载荷的宽度方向的变化的多个压电元件，基于根据载荷的圆周方向的变化检测出的该轮胎的圆周方向的接地长度和根据载荷的宽度方向的变化检测出的该轮胎的宽度方向的接地宽度计算该轮胎的接地面积，并且测量轮胎的气压，根据该测量出的气压和所述计算出的接地面积来推断对该轮胎作用的载荷(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012－218682号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

但是，在所述专利文献1所述的方法中，为了检测载荷的圆周方向的变化和宽度方向的变化，需要在轮胎胎面的内表面侧配置多个传感器(压电元件)。此外，在所述专利文献1中，虽然考虑了气压，但由于是使用接地面积来推断载荷，因此并不能说载荷的推断精度充分。

本发明即是鉴于以往的问题点而完成的，其目的在于提供能够利用较少的传感器高精度地推断对轮胎作用的载荷的方法及其装置。

用于解决问题的方案

本发明是一种推断对轮胎作用的载荷的方法，其特征在于，包括以下的步骤：根据配置在轮胎胎面的内表面侧的加速度传感器的输出来检测该轮胎的轮胎径向加速度波形；将所述轮胎径向加速度波形微分而求出微分加速度波形；根据所述微分加速度波形来计算轮胎的接地时间和旋转时间；运算作为所述接地时间与所述旋转时间之比的接地时间比；以及根据所述运算出的接地时间比来推断对该轮胎作用的载荷。

这样，由于根据使用轮胎径向加速度波形计算的接地时间和旋转时间来推断对轮胎作用的载荷，因此能够利用较少的传感器高精度地推断对轮胎作用的载荷，前述轮胎径向加速度波形是根据加速度传感器的输出检测得到的。

此外，本发明是一种用于推断对轮胎作用的载荷的轮胎载荷推断装置，其特征在于，包括：加速度传感器，其配置在轮胎内，用于检测所述轮胎的轮胎径向加速度；加速度波形提取部件，其用于根据所述加速度传感器的输出信号来提取包含接地面附近在内的轮胎径向加速度波形；微分运算部件，其用于将所述轮胎径向加速度波形微分而求出微分加速度波形；峰值位置检测部件，其用于检测在所述微分加速度波形中出现的两个接地端部的峰值位置即踏入端侧峰值位置和蹬出端侧峰值位置；接地时间计算部件，其用于计算所述踏入端侧峰值位置与蹬出端侧峰值位置之间的间隔即接地时间；旋转时间计算部件，其用于根据所述轮胎径向加速度波形的相邻的两个踏入端侧峰值位置之间的间隔或者相邻的两个蹬出端侧峰值位置之间的间隔来计算作为该轮胎旋转一周的时间的旋转时间；接地时间比运算部件，其用于运算作为所述计算出的接地时间与旋转时间之比的旋转时间比；内压检测部件，其用于检测所述轮胎的内压；存储部件，其用于存储预先求出的表示接地时间比、轮胎的内压以及对轮胎作用的载荷之间的关系的映射；以及载荷量推断部件，其用于根据所述运算出的接地时间比、所述检测出的轮胎的内压以及所述映射来推断对该轮胎作用的载荷。

通过采用这样的结构，从而能够实现精度较高的轮胎载荷推断装置。

此外，也可以设为这样的结构：设置用于根据检测出的内压来校正所述运算出的接地时间比的接地时间比校正部件，并且在所述载荷量推断部件中，根据所述校正后的接地时间比来推断对该轮胎作用的载荷。

另外，所述发明内容并不是列举本发明的需要的所有特征的内容，这些特征组的子组合也可成为发明。

附图说明

图1是表示本实施方式1的轮胎载荷推断装置的结构的框图。

图2是表示加速度传感器的安装例的图。

图3是表示加速度波形和微分加速度波形的一个例子的图。

图4是表示微分加速度波形与接地时间和旋转时间之间的关系的图。

图5是表示接地时间比与载荷之间的关系的图(k－w映射)。

图6是表示接地时间比与气压之间的关系的图。

图7是表示根据校正后的接地时间比来推断对轮胎作用的载荷的方法的图。

图8是本实施方式1的轮胎载荷推断方法的流程图。

图9是表示接地时间比、残槽量以及载荷之间的关系的图。

图10是表示轮胎的安装位置的图。

图11是表示新品的轮胎和磨损的轮胎的接地状态的图。

图12是表示本发明的载荷推断结果的图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是表示本实施方式1的轮胎载荷推断装置10的结构的框图，在该图中，附图标记11是加速度传感器，附图标记12是作为内压检测部件的压力传感器，附图标记13是加速度波形提取部件，附图标记14是微分加速度波形运算部件，附图标记15是峰值位置计算部件，附图标记16是接地时间比运算部件，附图标记17是接地时间比校正部件，附图标记18是存储部件，附图标记19是载荷推断部件。

加速度传感器11和压力传感器12构成传感器部10a，从加速度波形提取部件13到载荷推断部件19的各部件以及存储部件18构成存储·运算部10b。

构成存储·运算部10b的各部件例如由计算机的软件和ram等存储装置构成，其配置在未图示的车身侧。

如图2所示，加速度传感器11以检测方向成为轮胎径向的方式配置在轮胎1的气密层部2的该图的附图标记cl所示的轮胎宽度方向中心，用于检测对轮胎胎面3的中心部4的内表面作用的轮胎径向加速度。

压力传感器12配置在轮辋5的轮胎气室6侧，用于测量轮胎的内压即轮胎气室6内的空气的压力(气压p)。

作为向存储·运算部10b发送加速度传感器11的输出信号和压力传感器12的输出信号的结构，优选的是例如设为这样的结构：如图2所示，在气密层部2或轮辋5设置发送器7，在利用未图示的放大器分别放大了加速度传感器11的输出信号和压力传感器12的输出信号之后利用无线的方式将这些输出信号发送到配置在车身侧的存储·运算部10b(在图2中省略了加速度传感器11的布线和发送器7的布线)。

或者也可以设为这样的结构：将存储·运算部10b设置在轮胎1侧，将由载荷推断部件19推断出的磨损量的数据发送到车身侧的车辆控制装置(未图示)。

加速度波形提取部件13用于自从加速度传感器11输出的轮胎径向加速度信号提取中心部4的轮胎径向加速度的时间序列波形即轮胎径向加速度波形(以下称作加速度波形)。

微分加速度波形运算部件14将由加速度波形提取部件13提取的加速度波形时间微分而求出微分加速度波形。

图3的(a)是表示由加速度传感器11检测出的径向加速度波形的一个例子的图，横轴是时间[sec]，纵轴是加速度的大小[g]。在加速度波形中，在该图的左侧的圆形记号所示的踏入侧的接地端(以下称作踏入端ef)和右侧的圆形记号所示的蹬出侧的接地端(以下称作蹬出端ek)这两个接地端，加速度的大小为0。

此外，图3的(b)是表示将图3的(a)所示的加速度波形微分而得到的微分加速度波形的图，横轴是时间[sec.]，纵轴是微分加速度的大小[g/sec.]。如该图所示，微分加速度波形在踏入端ef和蹬出端ek出现较大的峰值。

轮胎的接地时间tc是加速度波形的零交叉点即踏入端ef的位置与蹬出端的位置ek之间的时间间隔，但由于很难准确地求出零交叉点的间隔，因此在本例子中，将微分加速度波形的两个峰值位置即踏入侧的峰值位置与蹬出侧的峰值位置之间的时间间隔设为接地时间tc。

另外，在本例子中，如图4所示，除了计算接地时间tc之外也计算旋转时间tr，因此优选的是至少求出轮胎旋转两周的量以上的微分加速度波形(实际上，只要能够检测至少两个踏入侧的峰值位置或者至少两个蹬出侧的峰值位置即可)。

接地时间比运算部件16包括接地时间计算部16a、旋转时间计算部16b以及接地时间比运算部16c，用于计算接地时间比k＝tc/tr。

具体地讲，接地时间计算部16a计算在图4所示的微分加速度波形中出现的踏入侧的峰值位置与蹬出侧的峰值位置之间的时间间隔，将该时间间隔作为接地时间tc发送到接地时间比运算部16c。

另一方面，旋转时间计算部16b计算在时间上相邻的两个踏入侧的峰值之间的时间间隔或者两个蹬出侧的峰值的时间间隔，将该时间间隔作为旋转时间tr发送到接地时间比运算部16c。

在接地时间比运算部16c中，使用所述计算出的接地时间tc和旋转时间tr来计算接地时间比k＝tc/tr，并发送到接地时间比校正部件17。另外，由于接地时间比k是在轮胎1的气压是预先设定好的基准气压p0的情况下的接地时间比，因此以下将运算出的接地时间比表示为接地时间比k0。

在接地时间比校正部件17中，使用由压力传感器12测量出的气压p来校正由接地时间比运算部件16运算出的接地时间比k0。

即，如图5所示，接地时间比k的大小与对轮胎作用的载荷处于大致直线关系，若载荷较重，则接地时间比k增加，但如图6所示，若内压(气压)p升高，则接地时间比k变小。因而，只要使用气压p来校正运算出的接地时间比k0，就能够提高载荷的推断精度。

具体地讲，在将气压为p时的接地时间比设为kp时，k0和kp处于以下的算式(1)所示的关系。

kp＝k0+m(p－p0)，m＜0……(1)

在接地时间比校正部件17中，对测量出的气压p和基准接地压力p0进行比较，在测量出的气压p自基准接地压力p0产生偏差的情况下，使用上述算式(1)来校正由接地时间比运算部件16运算出的接地时间比k0。

另外，图6所示的表示接地时间比k0与气压p之间的关系的右侧向下倾斜的直线是载荷为w＝1450kg时的例子，但由于无论载荷w如何，直线的斜率m都大致恒定，因此能够使用上述算式(1)来校正计算出的接地时间比k0。

存储部件18用于存储图5所示那样的、表示接地时间比k与对轮胎作用的载荷之间的关系的映射(k－w映射18m)。

如图7所示，载荷推断部件19根据由接地时间比校正部件17校正了的接地时间比kp和k－w映射18m来推断对该轮胎1作用的载荷wp。

接着，参照图8的流程图说明使用轮胎载荷推断装置10来推断对轮胎1作用的载荷的方法。

首先，利用加速度传感器11检测随着轮胎胎面3的变形而变形的气密层部2的内表面的轮胎径向加速度，并且利用压力传感器12测量气压p，将检测到的轮胎径向加速度和测量出的气压p从发送器7发送到配置在车身侧的存储·运算部10b(步骤s10)。

在存储·运算部10b中，根据表示从加速度传感器11连续地输出的对轮胎胎面3作用的轮胎径向加速度的大小的信号提取加速度波形(步骤s11)。

接着，在将提取出的加速度波形时间微分而求出了微分加速度波形之后，根据微分加速度波形来检测踏入端ef侧的峰值位置和蹬出端ek侧的峰值位置、以及轮胎1旋转后的蹬出端ek侧的峰值位置(步骤s12)。

然后，在根据踏入端ef侧的峰值位置与蹬出端ek侧的峰值位置之间的时间间隔计算出接地时间tc并且根据相邻的两个蹬出端ek侧的峰值位置的时间间隔计算出旋转时间tr(步骤s13)之后，运算作为接地时间tc与旋转时间tr之比的接地时间比k0＝tc/tr(步骤s14)。

接着，使用由压力传感器12测量出的气压p来校正运算出的接地时间比k(步骤s15)。利用算式kp＝k－m(p－p0)来计算校正后的接地时间比kp。

最后，使用表示校正后的接地时间比kp、预先求出的接地时间比k以及对轮胎作用的载荷之间的关系的k－w映射18m来推断对轮胎1作用的载荷wp(步骤s16)。具体地讲，图7的虚线所示的表示接地时间比k与对轮胎作用的载荷w之间的关系的直线与直线k＝kp的交点成为气压为p时的推断载荷wp。

另外，根据气压p进行的校正并不是必需的事项，只要像本例子这样使用校正后的接地时间比kp，就能够进一步提高载荷的推断精度，因此较为理想。

另外，在所述实施方式1中，是使用校正后的接地时间比kp和k－w映射18m来推断对轮胎作用的载荷wp的，但也可以预先求出表示接地时间比k、气压p以及载荷w之间的关系的映射(k－p－w映射)，根据运算出的接地时间比k0和气压p来直接推断对轮胎作用的载荷。

作为k－p－w映射，例如可以使用针对多个载荷wk(k＝1～n)将图6所示的表示在气压p升高时其与接地时间比k之间的关系的直线标示在图上而成的映射等。即，在图6中，例如把将在w＝600kg～2600kg的范围且针对每个δw＝200kg求出的多条直线(kpw＝k0w－m(p－p0))标示在图上而成的映射设为k－p－w映射即可。而且，在运算出的接地时间比是ks、测量出的气压是ps时，将通过k－p－w映射的直线k＝ks与直线p＝ps的交点的直线的载荷设为推断载荷ws即可。另外，在直线k＝ks与直线p＝ps的交点处于两个直线之间的情况下，利用内插法等求出推断载荷ws即可。

实施方式2.

在所述实施方式1中，是根据气压p来校正计算出的接地时间比k0的，但如图9的(a)、图9的(b)所示，接地长度(接地时间比k)也依赖于轮胎1的磨损量，因此只要根据磨损量来校正计算出的接地时间比k0，就能够进一步提高载荷的推断精度。另外，在本例子中，替代轮胎1的磨损量而使用残槽量。

图10的(a)是表示轮胎的安装位置的图。

通常，即使装载的载荷相同，根据安装位置的不同，对轮胎作用的载荷也有所不同，因此在本例子中，对安装于作为大型卡车的前轮的转向轴的轮胎(以下称作轮胎(1))和安装于作为后轮的驱动轴的轮胎中的外侧的轮胎(以下称作轮胎(5))调查了残槽量与接地时间比k之间的关系。轮胎尺寸均为245/70r19.5。

另外，图9的(a)、图9的(b)的“new”是图11的(a)所示的、残槽量为14mm的轮胎，“worn”是图11的(b)所示的、残槽量为3mm的轮胎。此外，以下的[表1]的(a)、[表1]的(b)是对轮胎(1)、(5)作用的载荷。

[表1]

此外，在[表1]的(a)、[表1]的(b)中，new(1)～new(4)以及worn(1)～worn(4)是装载于车辆的载荷，load是此时对各轮胎(1)、(5)作用的载荷的大小(kg)的实际测量值。

根据图9的(a)、图9的(b)可明确，在残槽量较大时接地时间比也较大。其原因在于，在残槽量较少的磨损的轮胎(worn)中，与残槽量较多的新品的轮胎(new)相比较胎面刚度升高。其结果与图11的(a)的右侧的图所示的残槽量为14mm的轮胎的胎印和图11的(b)的右侧的图所示的残槽量为3mm的轮胎的胎印相对应。

此外，由于表示残槽量d与接地时间比k之间的关系的右侧向上倾斜的直线的斜率m’与气压p的情况同样，无论载荷如何都大致恒定，因此能够使用下述的算式(2)来校正计算出的接地时间比k0。

km＝k0+m’(d－d0)，m’＞0……(2)

在此，d0是新品的轮胎的槽深度。

另外，也可以预先求出表示接地时间比k、残槽量d以及载荷w之间的关系的映射(k－d－w映射)，根据运算出的接地时间比k0、残槽量d以及k－d－w映射来推断对轮胎作用的载荷。作为k－d－w映射，例如使用图9的(a)、图9的(b)所示的映射即可。

此外，由于根据轮胎的安装位置的不同而k－d－w映射有所不同，因此优选的是针对每个轮胎的安装位置都准备k－d－w映射。

另外，针对磨损量或者残槽量，例如使用在日本特开2013－169816号公报所公开的以下的方法等公知的方法求出即可：计算根据图3的(a)所示的加速度波形的踏入前区域(踏入端ef和之前的区域)计算出的踏入前的振动水平的大小即踏入前带域值p和图3的(b)所示的微分加速度波形的在接地端部出现的峰值的大小即微分峰值v，将该操作重复多次，计算出作为微分峰值的平均的微分峰值平均值vi-av之后，求出表示踏入前带域值p与微分峰值平均值vi-av之间的关系的近似线，根据该近似线来计算与预先设定好的基准踏入前带域值pk相对应的微分峰值即基准微分峰值vk，根据该基准微分峰值vk和预先求出的表示基准微分峰值vk与轮胎的磨损量m之间的关系的v－m映射来推断该轮胎的磨损量。

此外，在所述实施方式1、2中，是分别根据气压p或残槽量d来校正计算出的接地时间比k0的，但只要根据气压p和残槽量d这两者进行校正，就能够进一步提高载荷的推断精度。

图12是表示使用本发明的轮胎载荷推断装置10推断出的推断载荷与实际载荷之间的关系的图，如该图所示，推断载荷与实际载荷的相关系数r约为1。因而可知，只要采用本发明，就能够高精度地推断对轮胎作用的载荷。

本发明是一种推断对轮胎作用的载荷的方法，其特征在于，包括以下的步骤：根据配置在轮胎胎面的内表面侧的加速度传感器的输出来检测该轮胎的轮胎径向加速度波形；将所述轮胎径向加速度波形微分而求出微分加速度波形；根据所述微分加速度波形来计算轮胎的接地时间和旋转时间；运算作为所述接地时间与所述旋转时间之比的接地时间比；以及根据所述运算出的接地时间比来推断对该轮胎作用的载荷。

这样，根据使用轮胎径向加速度波形计算的接地时间和旋转时间来推断对轮胎作用的载荷，因此能够利用较少的传感器高精度地推断对轮胎作用的载荷，前述的轮胎径向加速度波形是根据加速度传感器的输出检测的。

此外，由于设置检测所述轮胎的内压的步骤，根据所述运算出的接地时间比和所述检测出的内压来推断对该轮胎作用的载荷，因此能够进一步提高载荷的推断精度。

此时，预先求出表示接地时间比、轮胎的内压以及对轮胎作用的载荷之间的关系的映射，在推断载荷的步骤中，根据运算出的接地时间比、检测出的轮胎的内压以及所述映射来推断对该轮胎作用的载荷，根据所述检测出的内压来校正所述运算出的接地时间比，根据该校正后的接地时间比来推断对该轮胎作用的载荷，因此能够可靠地推断对轮胎作用的载荷。

此外，也可以根据检测出的内压来校正运算出的接地时间比，根据该校正后的接地时间比来推断对该轮胎作用的载荷。

此外，设置推断轮胎的磨损量的步骤，并且在推断载荷的步骤中，根据所述推断出的磨损量来校正所述运算出的接地时间比，根据该校正后的接地时间比来推断对该轮胎作用的载荷，因此能够降低由轮胎的磨损产生的影响。

此外，本发明是一种用于推断对轮胎作用的载荷的轮胎载荷推断装置，其特征在于，包括：加速度传感器，其配置在轮胎内，用于检测所述轮胎的轮胎径向加速度；加速度波形提取部件，其用于根据所述加速度传感器的输出信号来提取包含接地面附近在内的轮胎径向加速度波形；微分运算部件，其用于将所述轮胎径向加速度波形微分而求出微分加速度波形；峰值位置检测部件，其用于检测在所述微分加速度波形中出现的两个接地端部的峰值位置即踏入端侧峰值位置和蹬出端侧峰值位置；接地时间计算部件，其用于计算所述踏入端侧峰值位置与蹬出端侧峰值位置之间的间隔即接地时间；旋转时间计算部件，其用于根据所述轮胎径向加速度波形的相邻的两个踏入端侧峰值位置之间的间隔或者相邻的两个蹬出端侧峰值位置之间的间隔来计算作为该轮胎旋转一周的时间的旋转时间；接地时间比运算部件，其用于运算作为所述计算出的接地时间与旋转时间之比的旋转时间比；内压检测部件，其用于检测所述轮胎的内压；存储部件，其用于存储预先求出的表示接地时间比、轮胎的内压以及对轮胎作用的载荷之间的关系的映射；以及载荷量推断部件，其用于根据所述运算出的接地时间比、所述检测出的轮胎的内压以及所述映射来推断对该轮胎作用的载荷。

通过采用这样的结构，从而能够实现精度较高的轮胎载荷推断装置。

此外，也可以设为这样的结构：设置用于根据检测出的内压来校正所述运算出的接地时间比的接地时间比校正部件，并且在所述载荷量推断部件中，根据所述校正后的接地时间比来推断对该轮胎作用的载荷。

此外，设为这样的结构：设置用于推断所述轮胎的磨损量的磨损量推断部件，并且在所述载荷量推断部件中，根据所述推断出的磨损量来校正所述运算出的接地时间比，使用该校正后的接地时间比来推断对该轮胎作用的载荷，因此能够降低由轮胎的磨损产生的影响。

附图标记说明

1、轮胎；2、气密层部；3、轮胎胎面；4、中心部；5、轮辋；6、轮胎气室；7、发送机；10、轮胎载荷推断装置；10a、传感器部；10b、存储·运算部；11、加速度传感器；12、压力传感器；13、加速度波形提取部件；14、微分加速度波形运算部件；15、峰值位置计算部件；16、接地时间比运算部件；16a、接地时间计算部；16b、旋转时间计算部；16c、接地时间比运算部；17、接地时间比校正部件；18、存储部件；18m、k－w映射；19、载荷推断部件。