JP2006290228A - 車輪横力算出方法および車輪横力算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の旋回走行中における、実際に車両に装着された複数の車輪それぞれに発生する横力を、簡便かつ高精度に算出する。
【解決手段】旋回走行中の車両にかかる、車両重進行方向に対して略垂直方向の遠心力の大きさと、車両の旋回走行中における複数の車輪それぞれの接地長とを求め、遠心力の大きさと各車輪の接地長とをそれぞれ乗算することで、各車輪にかかる横力を、各車輪毎にそれぞれ算出すること遠心力の大きさとに基づき、各車輪にかかる横力をそれぞれ算出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の車輪を備える車両について、この車両の旋回走行中において各車輪にかかる横力を、各車輪毎にそれぞれ算出する車輪横力算出方法、および車輪横力算出装置に関する。

自動車車両の操縦安定性には、自動車車両の旋回走行特性（コーナリング特性）は特に重要であり、より高い操縦安定性をもつ自動車車両の設計のためにも、自動車車両のコーナリング特性の評価は重要である。ホイールにタイヤが装着されてなる車輪を備える自動車車両のコーナリング特性には、車両の構造の特性（重量バランスなど）や、サスペンションの特性、タイヤの特性、さらに路面の状態など、種々の要因が関わっている。自動車車両のコーナリングでは、前後輪のタイヤの接地面に発生する旋回半径中心向きの力（コーナリングフォース）の総和と、車両の遠心力がつりあい状態になっている。コーナリングフォースの大きさは、各タイヤの接地面に発生する各タイヤの赤道面に垂直な方向の力（車輪横力）に応じている。コーナリング中に発生する、この横力の大きさは、自動車車両やタイヤ、走行条件によって種々異なる。種々の条件における各車輪の車輪横力の大きさを評価することは、自動車車両のコーナリング特性の評価に特に重要である。

例えば、特定タイヤに発生する横力を評価する方法として、公知の室内コーナリング試験機を用いる方法が挙げられる。このような室内コーナリング試験機では、例えば、特定タイヤに荷重を負荷した状態で、この特定タイヤを仮想路面に接触させる。そして、この仮想路面と特定タイヤとを相対移動させて特定タイヤを転動させ、この特定タイヤの接地面に発生する横力を測定する。しかし、車両のタイヤに発生する横力については、上述のコーナリング特性同様、車両の構造の特性（重量バランスなど）や、サスペンションの特性、タイヤの特性、さらに路面の状態など、種々の要因が関わっている。また、実際の車両走行時には、車両の姿勢変化等により、各車輪にかかる荷重の変化も頻繁に起こる。このため、公知の室内コーナリング試験機では、実際にタイヤが車両に取り付けられて、この車両が実際に路面を走行する際の状態（タイヤにかかる負荷状態や、タイヤの転動状態）を再現するには、その再現精度に限界があり、実際に特定タイヤが車両に取り付けられた場合の、特定タイヤの接地面に発生する横力を精度良く測定することはできない。これに対し、実際に車両に装着されたタイヤに発生する横力を評価する方法として、特許文献１では、センサによってタイヤの側壁のねじれ変形を測定し、この測定したねじれ変形から、タイヤに発生する横力を推定する、タイヤの力を予測するためのシステムが記載されている。
特表２００１−５１２２０７号公報

しかし、特許文献１記載のタイヤの力を予測するためのシステムでは、事前に、タイヤ変形とその変形時に発生する力の関係を把握しておく必要がある。タイヤ変形とその変形時に発生する力の関係を把握しておくには、大きな手間を要する。このように事前に把握された、タイヤ変形とその変形に発生する力の関係を用いるのみでは、車両が実際に路面を走行する際の種々の状態（タイヤにかかる負荷状態や、タイヤの転動状態）において、タイヤの接地面に発生する横力を精度良く測定することはできない。そこで、本発明は、実際に車両に装着された複数の車輪それぞれに発生する横力を、簡便かつ高精度に算出する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数の車輪を備える車両について、この車両の旋回走行中において、各車輪にかかる横力をそれぞれ算出する方法であって、旋回走行中の車両にかかる、車両進行方向に対して略垂直方向の遠心力の大きさを求める遠心力導出ステップと、前記車両の旋回走行中における、前記複数の車輪それぞれの接地長を求める接地長導出ステップと、前記複数の車輪それぞれの接地長の総和に対する各車輪それぞれの接地長の比と、前記遠心力の大きさとに基づき、各車輪にかかる横力をそれぞれ算出する横力算出ステップとを有することを特徴とする車輪横力算出方法を提供する。
なお、前記横力算出ステップは、前記遠心力の大きさと各車輪の前記接地長の比とをそれぞれ乗算することで、各車輪にかかる横力を、各車輪毎にそれぞれ算出することが好ましい。

また、前記車輪はタイヤを備え、前記接地長導出ステップに先がけて、転動中のタイヤが前記路面から外力を受けることで発生する、前記タイヤの所定部位の時系列の加速度データを取得する加速度データ取得ステップを有し、前記接地長導出ステップは、前記加速度データ取得ステップで取得された、前記タイヤの時系列の加速度データを用いて、前記複数の車輪それぞれの接地長を求めることが好ましい。

また、前記接地長導出ステップは、前記時系列の加速度データから、タイヤの変形に基づく時系列の加速度データを抽出して、前記タイヤの変形に基づく時系列の加速度データに対して２階の時間積分を行って変位データを求めることにより、タイヤの所定部位における変形量を算出して、このタイヤの所定部位における変形量を用いて前記接地長を算出することが好ましい。

なお、前記加速度データ取得ステップで取得される加速度データは、前記タイヤの周方向に対して直交するラジアル方向の加速度のデータ及びタイヤの周方向の加速度のデータの少なくとも一方のデータであり、前記接地長導出ステップで算出される、前記タイヤの所定部位の変形量は、タイヤのラジアル方向及び周方向の変形量、もしくはラジアル方向の変形量であることが好ましい。

また、前記遠心力導出ステップは、前記複数の車輪それぞれの、前記タイヤの所定部位の時系列の加速度データを用いて各車輪の回転角速度を算出し、この各車輪の回転角速度に基づき、前記車両の旋回半径および前記車両の進行速度の推定値を求め、これら車両の旋回半径、車両の進行速度の推定値、および予め取得された前記車両の重量情報に基づき、前記遠心力を算出することが好ましい。

また、前記遠心力導出ステップは、各車輪それぞれの回転角速度を用いて、各車輪の移動速度をそれぞれ算出し、前記車両の少なくとも１つの車軸線上に備えられた左右の車輪の前記移動速度の比の値を用いて、前記車両の旋回半径を導出してもよい。

なお、前記遠心力導出ステップは、前記車両に設けられた車両加速度センサによって計測された、前記車両の旋回走行中における、車両進行方向に対して略垂直方向の加速度の大きさと、前記車両の重量とに基づき、前記遠心力の大きさを導出することが好ましい。

なお、本発明は、複数の車輪を備える車両について、この車両の旋回走行中において、各車輪にかかる横力をそれぞれ算出する装置であって、旋回走行中の車両にかかる、車両進行方向に対して略垂直方向の遠心力の大きさを求める遠心力導出手段と、前記車両の旋回走行中における、前記複数の車輪それぞれの接地長を求める接地長導出手段と、前記複数の車輪それぞれの接地長の総和に対する各車輪それぞれの接地長の比と、前記遠心力の大きさとに基づき、各車輪にかかる横力をそれぞれ算出する横力算出手段とを有することを特徴とする車輪横力算出装置を併せて提供する。なお、前記横力算出手段は、前記遠心力の大きさと各車輪の前記接地長の比とをそれぞれ乗算することで、各車輪にかかる横力を、各車輪毎にそれぞれ算出することが好ましい。

また、前記車輪はタイヤを備えた車輪であって、前記タイヤの所定部位に設けられ、転動中のタイヤが前記路面から外力を受けることで発生する、前記タイヤの所定部位の時系列の加速度データを取得する加速度センサを有し、前記接地長導出手段は、前記加速度センサで計測された、前記タイヤの時系列の加速度データを用いて、前記複数の車輪それぞれの接地長を求めることが好ましい。

なお、前記接地長導出手段は、前記時系列の加速度データから、タイヤの変形に基づく時系列の加速度データを抽出して、前記タイヤの変形に基づく時系列の加速度データに対して２階の時間積分を行って変位データを求めることにより、タイヤの所定部位における変形量を算出する変形量算出部と、このタイヤの所定部位における変形量を用いて前記接地長を算出する接地長算出部とを有して構成されることが好ましい。

また、前記加速度センサで計測される加速度データは、前記タイヤの周方向に対して直交するラジアル方向の加速度のデータ及びタイヤの周方向の加速度のデータの少なくとも一方のデータであり、前記接地長導出手段で算出される、前記タイヤの所定部位の変形量は、タイヤのラジアル方向及び周方向の変形量、もしくはラジアル方向の変形量であることが好ましい。

なお、前記遠心力導出手段は、前記複数の車輪それぞれの、前記タイヤの所定部位の時系列の加速度データを用いて各車輪の回転角速度を算出する角速度算出部と、前記回転角速度に基づき、前記車両の旋回半径を求める旋回半径算出部と、前記回転角速度に基づき、前記車両の進行速度の推定値を求める速度推定値算出部と、これら車両の旋回半径、車両の進行速度の推定値、および予め取得された前記車両の重量情報に基づき、前記遠心力を算出する遠心力算出部とを有して構成されることが好ましい。

また、前記旋回半径算出部は、各車輪それぞれの回転角速度を用いて、各車輪の移動速度をそれぞれ算出し、前記車両の少なくとも１つの車軸線上に備えられた左右の車輪の前記移動速度の比の値を用いて、前記車両の旋回半径を導出することが好ましい。

また、前記車両に設けられた、前記車両の旋回走行中における、車両進行方向に対して略垂直方向の車両加速度の大きさを計測する車両加速度センサを有し、前記遠心力導出手段は、前記車両加速度と、前記車両の重量の情報とに基づき、前記遠心力の大きさを導出することが好ましい。

なお、前記加速度センサは、前記タイヤの周方向に複数設けられていることが好ましく、また、前記加速度センサが、前記タイヤの幅方向に複数設けられていることも、また好ましい。

本発明の車輪横力算出方法および車輪横力算出装置によれば、車両の旋回走行中における、実際に車両に装着された複数の車輪それぞれに発生する横力を、簡便かつ高精度に算出することができる。

以下、本発明の車輪横力算出方法および車輪横力算出装置について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。

図１は、本発明の車輪横力算出装置の一例である、車輪横力算出装置１０（装置１０）について説明する概略構成図である。装置１０は、４つの車輪１４ａ〜１４ｄが配備された車両１２に備えられている。これら４つの車輪１４ａ〜１４ｄは、同一種類のタイヤ（タイヤサイズやタイヤリム幅、ベルト構造、また、タイヤの充填空気圧などがそれぞれ同一であるタイヤ）１５ａ〜１５ｄがそれぞれ装着されて構成された車輪である。装置１０は、センサユニット１６ａ〜１６ｄと、データ処理ユニット２０と、ディスプレイ３４とからなる。センサユニット１６ａ〜１６ｄは、４つの車輪１４ａ〜１４ｄにそれぞれ備えられており、車両１２が路面を走行する際に、各車輪のタイヤ１５が路面から外力を受けることで発生する、このタイヤ１５の所定部位の加速度情報を取得して無線信号で送信する。また、データ処理ユニット２０は、センサユニット１６ａ〜１６ｄから送信された無線信号を受信して、各車輪の変形加速度情報から各車輪の接地長、および車両１２に作用する遠心力を導出して、この遠心力と接地長とを用いて、４つの車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれに発生する横力の大きさをそれぞれ算出する。ディスプレイ３４は、このデータ処理ユニット２０において導出される接地長や遠心力、および各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれに発生する横力の算出結果などを表示する。なお、図１に示す例では、データ処理ユニット２０は車両１２に配置されているが、データ処理ユニット２０は持ち運び可能であって、車両１２に配置することに限定されない。

図２は、図１に示す車輪横力算出装置１０における、センサユニット１６ａおよびテータ処理ユニット２０について説明する図である。センサユニット１６ａ〜１６ｄは、それぞれ同様な構成であるので、ここではセンサユニット１６ａおよびこのセンサユニット１６ａが設けられた車輪１４ａについてのみ図示している。データ処理ユニット２０は、受信機３と、増幅器（ＡＭＰ）４と、処理手段２１と、ＣＰＵ２３と、メモリ２７とを有する。データ処理ユニット２０は、処理手段２１の後述する各部が、メモリ２７に記憶されたプログラムをＣＰＵ２３が実行することで機能する、受信機３とＡＭＰ４が備えられたコンピュータである。メモリ２７には、図示しない入力手段などによって入力された、車両１２のホイールベースＬ、車両トレッド幅Ｋ、車両重量Ｍ、車輪１４ａ〜１４ｄの車輪外周の長さ、すなわち、タイヤ１５ａ〜１５ｄのタイヤ外周の長さ（車輪１４ａ〜１４ｄ全て同一である）の値が記憶されている。各パラメータは、処理手段２１の、後述する各部によって適宜呼び出される。各パラメータについては、後述する。

処理手段２１は、車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれを構成するタイヤ１５ａ〜１５ｄのトレッド部における加速度の計測データを取得するタイヤ加速度データ取得部２２、このタイヤ加速度データを処理する信号処理部２４、信号処理された加速度データを用いて各車輪１４ａ〜１４ｄの接地長をそれぞれ導出する接地長導出部４０と、この加速度の計測データを用い、旋回走行中の車両１２にかかる遠心力を導出する遠心力導出部５０と、接地長導出部４０において導出された、車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地長（車輪１４ａ〜車輪１４ｄそれぞれに装着された、各タイヤ１５ａ〜１５ｄそれぞれの接地長）と、遠心力導出部５０において導出された車両１２にかかる遠心力の大きさとを用いて、車輪１４ａ〜車輪１４ｄそれぞれの接地面（車輪１４ａ〜車輪１４ｄそれぞれに装着された、各タイヤ１５ａ〜１５ｄそれぞれの接地面）に発生する横力の大きさを算出する横力算出部７０とからなる。処理手段２１の構成の詳細は、後述する。

本発明は、車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地長（タイヤ１５ａ〜１５ｄそれぞれの接地長）と、遠心力導出部５０において導出された車両１２にかかる遠心力の大きさとを用いて、車輪１４ａ〜車輪１４ｄそれぞれの接地面（タイヤ１５ａ〜１５ｄそれぞれの接地面）に発生する横力の大きさを算出することを特徴とする。本発明によれば、例えば、車両１２が一般道を法規制に従った速度（通常速度）で走行するような場合（通常走行の場合）について、車輪１４ａ〜車輪１４ｄそれぞれの接地面に発生する横力の大きさを、簡便かつ高精度に算出することができる。以降、このように、車両１２が通常走行中に、旋回走行する場合を例に、本発明の特徴について説明する。図３（ａ）および（ｂ）は、車両１２の旋回走行（コーナリング）時に、車両１２や車輪１４ａ〜１４ｄにかかる力について説明する図であり、図３（ａ）は、旋回走行中の車両１２にかかる遠心力および車両１２の各車輪１４ａ〜１４ｄに発生する横力について説明する概略図である。また、図３（ｂ）は、車両１２のうち１つの車輪（車輪１４ａ）について拡大して示す図で、車輪１４ａを路面側から見た図である。

図３（ａ）に示すように、車両が旋回走行（コーナリング）している最中は、車両１２には、車両１２をコーナの外側に押し出す方向に作用する遠心力Ｆがかかり、車両１２の各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれには、この遠心力Ｆに抗して働くコーナリングフォース（ＣＦａ〜ＣＦｄ）がそれぞれ発生する。コーナリングの最中では、これら遠心力Ｆと、各車輪１４ａ〜１４ｄに発生する横力ＣＦａ〜ＣＦｄの総和とが釣りあっている。図３（ｂ）を参照し、例えば右前輪である車輪１４ａの接地面において、コーナリング中に働く力の概略について説明する。車輪１４ａは、図３（ｂ）中の斜線で接地領域を示すように、タイヤ１５ａが路面に接地した状態で、この路面上を転動している。コーナリング中、タイヤ赤道面と路面との交線におけるタイヤ１５の接地長は、ＣＬａとなっている。コーナリング中、車両の進行方向に対して、車輪１４ａを構成するタイヤ１５ａの赤道面は、角度（スリップ角）をもっている。このスリップ角が小さい場合、タイヤ赤道面に垂直でコーナ内側方向に作用する車輪横力（ＳＦａ）の大きさは、コーナリングフォースＣＦａとほぼ同一（ＳＦａ≒ＣＦａ）となる（なお、図３（ｂ）では、スリップ角を誇張して示している）。すなわち、車両１２が一般道を法規制に従って走行するような場合（通常走行の場合）では、スリップ角は比較的小さく（特に、後輪では非常に小さい）、車輪横力の総和（ＳＦａ〜ＳＦｄの総和）と遠心力Ｆとはつりあっている（Ｆ＝ＳＦａ+ＳＦｂ+ＳＦｃ+ＳＦｄがなりたつ）。

また、スリップ角が小さい場合、任意の空気入りタイヤを備える車輪に対して、一定荷重を負荷して、この車輪を特定路面（車輪の転動中に、路面状態が変化しない路面）に接地させた状態では、この車輪に発生する車輪横力（ＳＦ）は、スリップ角に比例することが公知である。すなわち、スリップ角が小さい状態では、スリップ角の変化に対する車輪横力の変化の勾配（いわゆるコーナリングパワー；ＣＰ）は一定となっている。かつ、車両１２に設けられた４つの車輪１４ａ〜１４ｄには、いずれの車輪についても、スリップ角がほとんど発生しておらず、４つの車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれのスリップ角はほぼ同一である。すなわち、４つの車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれにかかる車輪横力ＳＦａ〜ＳＦｄの大きさは、それぞれの車輪のコーナリングパワーＣＰの大きさによって表せるといえる。

ここで、車両１２の旋回走行中において、車輪１４ａに関するどのような物理量に応じて、車輪のコーナリングパワーＣＰが求められるかがわかれば、この物理量に応じて、各車輪のコーナリングパワーＣＰの大きさ、すなわち各車輪の車輪横力ＳＦａ〜ＳＦｄを求めることができる。上述のように、任意の空気入りタイヤを備える車輪に対して、一定荷重を負荷して、この車輪を特定路面に接地させた状態では、車輪の接地長（タイヤの接地長）は常に一定となっている。すなわち、スリップ角が小さい状態において、スリップ角の変化に対する車輪横力の変化の勾配（コーナリングパワー；ＣＰ）が一定となるのは、車輪の接地長が一定の場合である。通常走行の場合、走行中の車両１２の姿勢変化により、車両１２に設けられた複数の車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれにかかる荷重の移動等も頻繁におこり、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地長ＣＬａ〜ＣＬｄは種々変化する。

図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ異なる複数の車輪について、各車輪の接地長とコーナリングパワーＣＰの関係を示すグラフであり、各車輪にそれぞれ異なる大きさの荷重を負荷して各車輪を特定路面に接地させた場合それぞれについて、各車輪のコーナリングパワーＣＰを測定した測定結果を示すグラフである。図４（ａ）は、それぞれ異なるリム幅（リムサイズ）の２種類のタイヤＡ，Ｂを用い、各タイヤにそれぞれ異なる荷重を負荷した状態での、各タイヤのコーナリングパワーＣＰの大きさを示している。タイヤＡおよびタイヤＢともに、同一タイヤサイズ（タイヤサイズ２０５／６５Ｒ１５）のタイヤであり、それぞれが同一空気圧（２００ｋＰａ）に充填されている。図４（ａ）から判断できるように、リム幅が異なっていても、タイヤの接地長とタイヤのコーナリングパワーとは線形関係（比例関係）にある。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるタイヤＡ、タイヤＢを用い、各タイヤを図４（ａ）に示す場合とは異なる空気圧（３００ｋＰａ）に充填し、各タイヤにそれぞれ異なる荷重を負荷した状態での、各タイヤのコーナリングパワーＣＰの大きさを示している。図４（ａ）および図４（ｂ）を比較して判断できるように、空気圧が異なっていても、タイヤの接地長とタイヤのコーナリングパワーとは線形関係（比例関係）にある。また、図４（ｃ）は、図４（ａ）および（ｂ）において用いた、タイヤＡおよびタイヤＢのいずれとも異なるタイヤＣおよびタイヤＤについて、各タイヤにそれぞれ異なる荷重を負荷した状態での、各タイヤのコーナリングパワーＣＰの大きさを示している。タイヤＣとタイヤＤとは、それぞれベルト構造が異なっている。ただし、タイヤＣおよびタイヤＤともに、同一タイヤサイズ（タイヤサイズ２１５／４５ＺＲ１７）、および同一リムサイズ（１７×７ＪＪ）のタイヤであり、それぞれが同一空気圧（２３０ｋＰａ）に充填されている。図４（ｃ）から、また、図４（ａ）〜（ｃ）を比較して判断できるように、タイヤのベルト構造またはタイヤサイズが異なっていても、タイヤの接地長とタイヤのコーナリングパワーとは線形関係（比例関係）にある。

このように、タイヤサイズやタイヤリム幅、ベルト構造、また、タイヤの充填空気圧に関わらず、いずれのタイヤについても、接地長とタイヤのコーナリングパワー（ＣＰ）とは線形関係にある。すなわち、タイヤのコーナリングパワーＣＰとタイヤの接地長は、各タイヤの種類によらず線形関係にあり、タイヤのコーナリングパワーＣＰは、タイヤの接地長に応じて定まっているといえる。すなわち、車輪横力ＳＦは、タイヤのスリップ角ＳＡに加え、タイヤの接地長に応じて定まっているといえる。

車両１２に備えられた４つの車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれに装着されたタイヤ１５ａ〜１５ｄは、いずれも同一種類のタイヤ（タイヤサイズやタイヤリム幅、ベルト構造、また、タイヤの充填空気圧がほぼ同一）であり、また、旋回走行中の各車輪１４ａ〜１４ｄのスリップアングルも、ほぼ同一（いずれの車輪についても、スリップ角がほとんど発生していない）となっている。すなわち、通常走行において、車両に備えられた複数の車輪が全て同一種類の車輪である場合、各車輪に発生する車輪横力ＳＦａ〜ＳＦｄそれぞれは、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地長ＣＬａ〜ＣＬｄそれぞれに応じて定まっている。

上述のように、各車輪の車輪横力ＳＦａ〜ＳＦｄは、車両１２にかかる遠心力に抗するように発生し、車輪横力の総和（ＳＦａ〜ＳＦｄの総和）と遠心力Ｆとはつりあっている（Ｆ＝ＳＦａ+ＳＦｂ+ＳＦｃ+ＳＦｄがなりたっている）。各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれに発生する車輪横力ＳＦａ〜ＳＦｄの大きさは、各車輪１４ａ〜１４ｄの接地長の長さＣＬａ〜ＣＬｄそれぞれに応じている。すなわち、各車輪に発生する車輪横力ＳＦａ〜ＳＦｄは、それぞれ、４つの車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地長の長さＣＬａ〜ＣＬｄの総和に対する各車輪の比と、遠心力の大きさを用い、下記式（１−１）〜式（１−４）によって求めることができる。

本願発明によれば、特に、例えば、車両１２が一般道を法規制に従った通常速度で走行するような場合（通常走行の場合）について、車輪１４ａ〜車輪１４ｄそれぞれの接地面に発生する横力の大きさを、簡便かつ高精度に算出することができる。本発明では、このように、車両が通常走行する場合以外においても、例えば、各車輪のスリップ角に応じて算出した横力の大きさに補正を加えるなどの必要な処理を行えば、車両の遠心力および各車輪の接地長の長さを用いて、各車輪に発生する車輪横力を算出することができる。

図１に示す処理手段２１では、このような車輪横力ＳＦａ〜ＳＦｄの算出に必要な、各車輪１４ａ〜１４ｄの接地長ＣＬａ〜ＣＬｄと遠心力Ｆとを、旋回走行中の各車輪のタイヤ１５ａ〜１５ｄそれぞれの、所定部位の加速度の計測データに基づいて算出する。ここで用いられる加速度の計測データは、各車輪にそれぞれ設けられた、送信ユニット１６ａ〜１６ｄそれぞれの、タイヤ空洞領域の内周面に固定した加速度センサ２で検知され、各送信ユニットの送信機１７から受信機３へ送信されてアンプ４で増幅されたデータである。なお、送信機１７を設けず、例えば、加速度センサ２に別途送信機能を持たせ、加速度センサ２から受信機３へ送信するように構成してもよい。なお、車輪１４ａ〜１４ｄに設けられた各送信機１７は、それぞれを識別可能とする識別情報（ＩＤ）をそれぞれ保有しており、送信機１７は、対応する加速度センサで計測された加速度の計測データとともにＩＤを送信する。

加速度センサ２は、例えば、本願出願人が先に出願した特願２００３−１３４７２７号に開示された半導体加速度センサが例示される。半導体加速度センサは、具体的には、Ｓｉウエハ外周枠部内にダイアフラムが形成されたＳｉウエハと、このウエハ外周枠部を固定する台座とを有し、ダイアフラムの一方の面の中央部に重錘が設けられ、ダイアフラムには複数のピエゾ抵抗体が形成されている。この半導体加速度センサに加速度が作用した場合、ダイアフラムは変形し、この変形によりピエゾ抵抗体の抵抗値は変化する。この変化を加速度の情報として検出できるようにブリッジ回路が形成されている。
この加速度センサをタイヤ内周面に固定することにより、タイヤ回転中のトレッド部に作用する加速度を計測することができる。
加速度センサ２は、この他にピエゾ圧電素子を用いた加速度ピックアップを用いてもよいし、歪みゲージを組み合わせた歪みゲージタイプの加速度ピックアップを用いてもよい。

図５は、処理手段２１について説明するブロック図である。処理手段手段２１は、上述のように、タイヤ加速度データ取得部２２、信号処理部２４、接地長導出部４０、遠心力導出部５０、および横力算出部７０ならなる。また、接地長算出部４０は、変形量算出部４２と接地長算出部４４とを有して構成されており、さらに、遠心力導出部５０は、回転角速度算出部５２と、車輪移動量算出部５４と、擬似車両速度算出部５６と、旋回半径算出部５８と、遠心力算出部６２とを有して構成されている。

タイヤ加速度データ取得部２２は、アンプ４で増幅された少なくともタイヤ１回転分の加速度の計測データを入力データとして取得する部分である。アンプ４から供給されるデータは、アナログデータであり、このデータを所定のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタルデータに変換する。なお、データ取得部２２は、各送信機１５から送信された上述のＩＤに基づき、各車輪から送信される加速度の計測データが、どの車輪のタイヤの加速度の計測データであるか（車輪１４ａ〜車輪１４ｄのいずれの車輪であるか）を判定する。以降、信号処理部２４、接地長導出部４０および遠心力導出部５０の各部で行なわれる各処理は、各車輪のタイヤの計測データそれぞれについて、並列に行なわれる。

信号処理部２４は、デジタル化された加速度の計測データから、タイヤの変形に基づく加速度の時系列データを抽出する部位である。信号処理部２４では、加速度の計測データに対して平滑化処理を行い、この平滑化された信号に対して近似曲線を算出して背景成分１を求め、この背景成分１を平滑化処理された加速度の計測データから除去することにより、タイヤの変形に基づく加速度の時系列データを抽出する。取得されたタイヤの変形に基づく加速度の時系列データは、接地長導出部４０および遠心力導出部５０にそれぞれ送られる。信号処理部２４における具体的な処理は後述する。

接地長導出部４０の変形量算出部４２は、抽出されたタイヤの変形に基づく加速度の時系列データに対して２階の時間積分を行って変位データを求めることにより、タイヤの変形量を算出する部位である。タイヤの変形に基づく加速度の時系列データに対して時間に関する２階積分を行い、この後、２階積分して得られたデータに対して近似曲線を算出して背景成分２を求め、この背景成分２を、２階積分して得られた変位データから除去することにより、タイヤの変形量を算出する。さらに、この後、算出されたタイヤの変形量のデータに対して時間に関する２階微分を行ってタイヤの変形量に対応した加速度のデータ、すなわち、ノイズ成分を含まないタイヤの変形に基づく加速度の時系列データを算出する。具体的な処理は後述する。

接地長算出部４４は、算出されたタイヤの変形量及びタイヤの変形に基づく加速度の時系列データから、各車輪１４ａ〜１４ｄの各タイヤの接地長を算出する部分である。算出された各タイヤの接地長の情報は、横力算出部７０に出力される。

遠心力導出部５０は、信号処理部２４から受け取った、タイヤの変形に基づく加速度の時系列データを用い、車両１２の旋回走行中の車両挙動を表す各種パラメータを算出し、このパラメータを用いて、車両１２に作用する遠心力Ｆを算出する。図６は、遠心力導出部５０において算出される、旋回走行中の車両１２の挙動を表す各種パラメータについて説明する図である。図６に示す例では、前輪である車輪１４ａおよび車輪１４ｂのスリップ角に比べて、後輪である車輪１４ｃおよび車輪１４ｄのスリップ角が充分に小さく、後輪の車軸線の延長上に車両１２の旋回中心が位置する場合について示している。遠心力導出部５０では、図６に示すようなモデルに基づき、車両１２に係る遠心力Ｆの大きさを算出する。

回転角速度算出部５２は、タイヤの変形に基づく加速度の時系列データから、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれについて、図２に示すようなタイヤの接地面の中心位置に対して対向する点Ｏ(図２参照)を基準とした際の、各タイヤに設けられた加速度センサ２の設置位置の回転角φが、１８０°、５４０°、９００°・・・となるタイミングをそれぞれ抽出する。そして、抽出したタイミングを基に、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの、時系列の車軸周りの回転角速度（単位時間あたりの回転角φ（図２参照））を導出する。回転角速度算出部５２における処理については、後に詳述する。

車輪移動量算出部５４は、回転角速度算出部５２において算出された、各車輪１４ａ〜１４ｄのうち、前輪である車輪１４ａおよび車輪１４ｂについて、それぞれの車軸周りの回転角速度と、車輪１４ａおよび車輪１４ｂの車輪外周長（すなわち各タイヤ１５ａ〜１５ｄそれぞれの、タイヤ回転方向の外周の長さ）とを用いて、車輪１４ａおよび車輪１４ｂそれぞれの車輪中心位置（各車輪（タイヤ）の赤道面と、各車輪の回転中心である車軸線との交点）の、単位時間あたりの移動量である車輪移動量（図６に示すＬ_ＦＲおよびＬ_ＦＬ）をそれぞれ算出する。車輪移動量算出部５４における処理については、後に詳述する。

擬似車両速度算出部５６は、車輪１４ａおよび車輪１４ｂの単位時間あたりの移動量である車輪移動量に基づき、車両１２の路面に対する移動速度の推定値（擬似車両速度Ｖ）を算出する。算出された擬似車両速度Ｖは、遠心力算出部６２に送られる。

旋回半径算出部５８は、車輪１４ａおよび車輪１４ｂの車輪移動量Ｌ_ＦＲおよびＬ_ＦＬと、車両１２のホイールベースＬと、車両トレッド幅Ｋとを用いて、車両１２の旋回半径Ｒを算出する。ここで、ホイールベースＬは、前輪である車輪１４ａおよび車輪１４ｂの車軸線と、後輪である車輪１４ｃおよび車輪１４ｄの車軸線との間隔である（前輪の車輪中心位置と後輪の車輪中心位置との、車両１２の前後方向の間隔である）。車両トレッド幅Ｋは、後輪である車輪１４ｃの赤道面と車輪１４ｄの赤道面との間隔である（車両１２の左側に装着された車輪の車輪中心位置と、車両１２の右側に装着された車輪の中心位置との、車両１２の左右方向の間隔である）。擬似車両速度算出部５６における処理については、後に詳述する。車両１２の重心位置は、前輪である車輪１４ａおよび車輪１４ｂの車軸線と、後輪である車輪１４ｃおよび車輪１４ｄの車軸線との間隔を２等分割する分割線と、後輪である車輪１４ｃの赤道面と車輪１４ｄの赤道面との間隔を２等分割する分割面との交点となっている。車両１２の運動は、車両１２の総重量Ｍをこの重心位置に集中させた質点モデルで表すことができる。

遠心力算出部６２は、算出された旋回半径Ｒと、擬似車両速度Ｖと、車両１２の総重量Ｍとを用いて、旋回走行中の車両１２に作用する遠心力Ｆの大きさを算出する。算出された遠心力の大きさＦは、横力算出部７０に出力される。

処理装置２１では、このように、接地長導出部４０において各車輪１４ａ〜１４ｄの接地長ＣＬａ〜ＣＬｄを導出し、また、遠心力導出部５０において車両１２にかかる遠心力Ｆを導出する。そして、横力算出部７０において、上記の式（１−１）〜式（１−４）の各式を用いて、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地面に発生する横力の大きさを、各車輪毎に算出する。算出した各車輪に発生する横力の値は、ディスプレイ３４に表示出力される。

ディスプレイ３４は、横力算出部７０において算出された、各車輪１４ａ〜１４ｄに発生する横力の大きさを表示出力する公知の画像表示手段である。ディスプレイ３４は、横力算出部７０において算出された各車輪に発生する横力の大きさに限定されず、取得された加速度データの波形や、算出された各種パラメータなど、処理装置２１において扱われる各種データや算出結果を逐次表示可能となっている。

図７は、このような装置１０において実施される、本発明の車輪横力算出方法を示すフローチャートである。図８〜図１２は、装置１０における各処理で得られる結果の一例を示している。これらの結果は、いずれも、加速度センサ２によって、タイヤのラジアル方向（半径方向）の加速度を計測データすることで得られた結果である。以下、装置１０において実施される、車輪横力算出方法について詳細に説明する。

まず、アンプ４で増幅された、各車輪の加速度の計測データがデータ取得部２２に供給され、所定のサンプリング周波数にてサンプリングされて、図８（ａ）に示すような、デジタル化した計測データが取得される（ステップＳ１０２）。この際、データ取得部２２は、上述のように、各送信機１５から送信された上述のＩＤに基づき、各車輪から送信される加速度の計測データが、どの車輪のタイヤの加速度の計測データであるか（車輪１４ａ〜車輪１４ｄのいずれの車輪であるか）を判定する。

次に、取得された計測データは、信号処理部２４に供給され、まず、フィルタによる平滑化処理が行われる（ステップＳ１０４）。図８（ａ）に示すように、信号処理部２４に供給された計測データはノイズ成分が多く含まれるため、平滑化処理により、図８（ｂ）に示すような滑らかなデータとされる。フィルタは、例えば、所定の周波数をカットオフ周波数とするデジタルフィルタが用いられる。カットオフ周波数は、転動速度やノイズ成分によって変化するが、例えば転動速度が６０（ｋｍ/時）の場合、カットオフ周波数は、０．５〜２（ｋHz）とされる。この他に、デジタルフィルタの替わりに、移動平均処理やトレンドモデル等を用いて平滑化処理を行ってもよい。

次に、信号処理部２４において、平滑処理された加速度の計測データから、低周波の背景成分１が除去される(ステップＳ１０６)。ラジアル方向の加速度の背景成分１は、タイヤの転動中の遠心力（向心力）の加速度成分及び重力加速度成分を含む（なお、周方向の加速度の背景成分においても、これらの成分を含む）。図８（ｂ）では背景成分１の波形が示されている。低周波成分の抽出は、ステップ１０４で得られた平滑化処理後の波形データに対し、さらに平滑化処理を行うことで実施する。例えば、所定の周波数をカットオフ周波数とするデジタルフィルタが用いられる。カットオフ周波数は、例えば転動速度が６０（ｋｍ/時）の場合、カットオフ周波数は、０．５〜２（ｋHz）とされる。この他に、デジタルフィルタの替わりに、移動平均処理やトレンドモデル等を用いて平滑化処理を行ってもよい。また、平滑化処理後の波形データにおいて、例えば所定の時間間隔で複数の節点を設け、予め定められた関数群、例えば３次のスプライン関数を用いて、最小二乗法により第１の近似曲線を算出することによって求めてもよい。節点は、スプライン関数の局所的な曲率（屈曲性）を規定する横軸上の拘束条件を意味する。信号処理部２４にでは、このようにして抽出された背景成分１を、ステップＳ１０４で平滑化処理された加速度の計測データから差し引くことで、計測データからタイヤの回転に基づく加速度成分及び重力加速度成分が除去される。図８（ｃ）には、除去後の加速度の時系列データが示されている。これにより、タイヤのトレッド部の接地変形に基づく加速度の成分（タイヤの変形に基づく加速度の時系列データ）を抽出することができる。

信号処理部２４は、さらに、このようにして取得された、タイヤの変形に基づく加速度の時系列データから、上述の回転角φが、１８０°、５４０°、９００°・・・となるタイミングをそれぞれ抽出する（ステップＳ１０８）。信号処理部２４では、タイヤの変形に基づく加速度の時系列データのグラフにおいて、このタイヤの変形に基づく加速度が極小値をとるタイミングを、回転角φが、φ＝１８０°、５４０°、９００°・・・となるタイミングとして抽出する。すなわち、これら極小値のタイミングを、図２に示すように、タイヤ空洞領域の内周面に固定した加速度センサ２が、タイヤの接地面の中心位置に到来する（最も近づく）タイミングとして抽出する。タイヤの接地領域において、タイヤの外周面の路面垂直方向の位置は、路面によって規定される。接地領域において、路面は元々曲率のついたタイヤ外周面を平面上に変形させるので、タイヤは厚み方向に変形する。これによって、タイヤ空洞領域の内周面の位置は、接地領域において、タイヤ厚み方向（路面と垂直な方向）に、少なからず変動する。タイヤの厚み方向の変形は、接地面の中心位置において最も少なくなる。タイヤ空洞領域の内周面に配置された加速度センサによって取得される、タイヤの変形に基づく加速度が極小となるタイミングは、上述の回転角φが、１８０°、５４０°、９００°・・・となるタイミングであるといえる。ステップＳ１０４〜ステップＳ１０８までの各処理は、ステップＳ１０２で取得された車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの加速度の計測データについて実施される。

次に、データ処理部による処理結果を用い、遠心力導出部５０において、旋回中の車両１２にかかる遠心力の大きさＦが算出される。まず、回転角速度算出部５２において、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの時系列角速度を算出する（ステップＳ１１０）。図９（ａ）および（ｂ）は、ステップＳ１１０における処理で得られる信号波形について説明する図であり、時系列算出部５２で取得されるグラフである。回転角速度算出部５２では、ステップＳ１０８で抽出された、回転角φが１８０°、５４０°、９００°・・・となるタイミングを用い、各タイミングと回転角の対応を表す散布図を作成し、この散布図に基づき、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれについて、時系列の回転角を表す近似曲線を生成する。図９（ａ）には、１つの車輪について生成された近似曲線、および、ステップＳ１０８で抽出された各タイミングと回転角との対応を示している。そして、各車輪について、近似曲線で表された時系列の回転角を時間微分し、各車輪の時系列の回転角速度を導出する。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す近似曲線から求められた、上記１つの車輪の時系列の回転角速度のグラフである。ステップＳ１１０では、このような時系列の回転角速度を、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれについて導出する。

次に、車輪移動量算出部５４において、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれについて、所定時間範囲における車輪移動量を算出する（ステップＳ１１２）。各車輪の車輪移動速度は、各車輪の回転各速度に車輪外径の長さを乗算することで求めることができる。すなわち、各車輪の時系列の回転角速度（例えば、図９（ａ）に示すグラフ）に、車輪外径の長さを乗算することで、各車輪の時系列の車輪移動速度が算出される。この時系列の車輪移動速度を、所定時間範囲において積分し、各車輪の車輪移動量を算出する。車輪移動量算出部５４では、少なくとも、車両１２の前輪である車輪１４ａおよび車輪１４ｂそれぞれについて、所定の単位時間での車輪移動量Ｌ_ＦＲおよび車輪移動量Ｌ_ＦＬを算出すればよい。

次に、擬似車両速度算出部５６において、各車輪の所定の単位時間あたりの移動量から、車両１２の路面に対する移動速度の推定値（擬似車両速度Ｖ）を算出する（ステップＳ１１４）。擬似車両速度算出部５６では、まず、所定時間範囲における角車輪の車輪移動量から、各車輪それぞれの単位時間当たりの車輪移動量（各車輪の車輪移動速度）を求める。そして、これら各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの車輪移動速度の平均値を、車両１２の擬似車両速度Ｖとして算出すればよい。本発明において、擬似車両速度Ｖは、例えば、車両１２の後輪側の２つの車輪１４ｃおよび１４ｄの車輪移動速度の平均値であってもよく、擬似車両速度Ｖの詳細な算出方法については限定されない。

次に、旋回半径算出部３６において、車両１２の旋回走行中の旋回半径Ｒが算出される（ステップＳ１１６）。以下、図６を参照して、旋回半径算出部３６における旋回半径Ｒの算出について説明する。以下図６に示すように、所定時間範囲において、車両１２が旋回半径を中心に旋回角θだけ移動した場合について説明する。所定時間範囲における旋回角θは充分に小さいとする。

図６において、旋回角θは充分に小さいので、下記式（２）および下記式（３）が成り立つ。

さらに、旋回角θは充分に小さいので、下記式（４）および下記式（５）が成り立ち、下記式（６）が導出される。

上記式（６）に、式（２）および式（３）を代入し、Ｒについて解くと、下記式（７）が得られる。

旋回半径算出部３６では、このようにして、旋回半径Ｒを導出する。算出された旋回半径Ｒの値は、遠心力算出部６２に送られる。

遠心力算出部６２では、算出された旋回半径Ｒと、擬似車両速度Ｖと、車両１２の総重量Ｍとを用いて、旋回走行中の車両１２に作用する遠心力Ｆの大きさを、下記式（８）を用いて算出する（ステップＳ１１８）。算出した遠心力の大きさＦは、横力算出部７０に出力される。

遠心力の導出は、このように行なわれる。

次に、データ処理部による処理結果を用い、接地長導出部４０において、旋回中の車両１２の各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地長である、接地長ＣＬａ〜ＣＬｄがそれぞれ算出される。まず、変形量算出部４２において、接地変形に基づく加速度の時系列データから、トレッド部の接地変形に基づく変形量の分布を算出する（ステップＳ１２０）。図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、ステップＳ１２０において変形量算出部４２で行なわれる処理結果を模式的に示すグラフである。変形量算出部４２では、まず、接地変形に基づく加速度の時系列データについて２階の時間積分を施し、変位データを生成する。図１０（ａ）は、データ処理部において第１の背景成分が除去された加速度の時系列データを、時間に関して２階積分した結果である。図７（ａ）に示されるように、時間と共に変位が増大していることが見られる。これは、積分の対象となる加速度の時系列データにノイズ成分を含み、積分により積算されていくからである。一般に、定常状態で転動するタイヤのトレッド部の注目する一点の変形量又は変位を観察した場合、タイヤの回転周期を単位として周期的な変化を示す。したがって、時間と共に変位が増大することは通常ありえない。
そこで、２階の時間積分が施されて得られた変位データが、タイヤの回転周期を単位として周期的な変化を示すように、この変位データに対して以下の処理が行われる。

すなわち、背景成分１を算出した方法と同様に、変位データに含まれるノイズ成分を背景成分２として算出する。なお、この際、上記の遠心力の導出において求めた、時系列の回転角を用いることで、路面との接地領域を含む領域におけるタイヤの転動中の変形量を精度よく求めることができる。具体的に説明すると、タイヤの周上の領域を、路面との接地領域を含む第１の領域とこれ以外の第２の領域とに分け、第１の領域として、θ＝９０度より大きく２７０度未満、４５０度より大きく７２０度未満、８１０度より大きく９８０度未満の領域を定め、第２の領域として、θ＝０以上９０度以下及び２７０度以上３６０度以下、３６０度以上４５０度以下及び６３０度以上７２０度以下、７２０度以上８１０度以下及び９８０度以上１０７０度以下の領域を定める。背景成分２は、上記第２の領域中の複数の周上位置（θ又はθに対応する時間）を節点として用いて、予め定められた関数群を用いて、第１の領域及び第２の領域のデータに対して最小二乗法により第２の近似曲線を算出することによって求める。節点は、スプライン関数の局所的な曲率（屈曲性）を規定する横軸上の拘束条件を意味する。図１０（ｂ）には、背景成分２を表す第２の近似曲線が点線で示されている。図１０（ｂ）の例では、図１０（ｂ）中の「△」で示される位置、すなわちθ＝１０，３０，５０，７０，９０，２７０，２９０，３１０，３３０，３５０，３７０，３９０，４１０，４３０，４５０，６３０，６５０，６７０，６９０，７１０，７３０，７５０，７７０，７９０，８１０，９９０，１０１０，１０３０，１０５０，１０７０度における時間を節点としている。

図１０（ａ）に示す変位データに対して、上記節点のデータ点を通る３次のスプライン関数で関数近似を行うことにより、図１０（ｂ）において点線で示される第２の近似曲線が算出される。関数近似する際、第１の領域には節点はなく、第２の領域の複数の節点のみを用いて関数近似を行い、かつ関数近似に際して行う最小二乗法で用いる第２の領域の重み係数を１とし、第１の領域の重み係数を０．０１として処理が行われる。このように背景成分２を算出する際、第１の重み係数を小さくし、かつ第１の領域に節点を定めないのは、第２の領域における変位データを主に用いて背景成分２を算出するためである。第２の領域では、トレッド部の接地による変形は小さくかつその変形は周上で滑らかに変化するため、タイヤの変形量は周上で小さく、その変化も極めて小さい。これに対して、第１の領域では、タイヤのトレッド部は接地変形に基づいて大きく変位しかつ急激に変化する。このため接地変形に基づく変形量は周上で大きくかつ急激に変化する。すなわち、第２の領域におけるトレッド部の変形量は第１の変形量と対比して概略一定を示す。これより、第２の領域の２階積分により得られた変位データを主に用いて第１の近似曲線を算出することで、第２の領域のみならず、路面との接地領域を含む第１の領域におけるタイヤの転動中の変形量を精度よく求めることができる。
図１０（ｂ）には、第２の領域の変位データを主に用いて算出された第２の近似曲線が点線で示されている。第２の領域では、第２の近似曲線は変位データ（実線）と略一致している。

そして、背景成分２として算出された近似曲線を変位データから差し引き、トレッド部の接地変形に基づく変形量の周上の分布を算出する。図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）に示す変位信号（実線）から第２の近似曲算線（点線）を差し引くことにより算出される、トレッド部の接地変形に基づく変形量の分布を示している。図１０（ｃ）は、トレッド部上の所定の測定位置が周上を回転して変位するときの３回転分の変形量の分布（３回の接地）を示している。接地のたびに変形量が変化していることが見られる。このような方法により算出される変形量は、タイヤの有限要素モデルを用いてシミュレーションを行ったときの変形量と精度良く一致する。

そして、接地長算出部２８において接地長が算出される（ステップＳ１２２）。まず、図１０（ｃ）に示すトレッド部における変形量の時系列データについて時間に関して２階微分を行うことにより、図８（ｃ）に示す加速度からノイズ成分が除去された、トレッド部の変形量に対応した加速度の時系列データ、すなわち、トレッド部の接地変形に基づく、ノイズ成分を含まない加速度の時系列データが算出される。

図１１（ａ）は、接地領域及び接地長を求める方法を示している。まず、ステップＳ１２２において抽出されたタイヤのトレッド部の接地変形に基づく、ノイズ成分を含まない加速度の時系列データにおいて、加速度が急激に変化して０を横切る点が２つ求められる。次に、求められた２つの点に対応する変位データ中の位置が求められ、この位置を図１１（ａ）に示すように接地前端及び接地後端の位置とする。このように加速度の時系列データが急激に大きく変化する部分を、接地前端及び接地後端と定めることができるのは、トレッド部が回転して接地領域に来るとき、または接地領域から出るとき、タイヤが急激に変形するからである。また、加速度の時系列データが０を横切る位置を明確に定めることができる。
なお、図１１（ａ）中の下のグラフは、タイヤのラジアル方向及び周方向で表される極座標系から、タイヤの上下方向、前後方向で表される直交座標系に変えて書き表したグラフであり、接地により変形したタイヤの変形形状を示すグラフである。このグラフ上において、接地前端と接地後端の位置を定めることにより接地長を評価することができる。
このような方法により算出される接地長は、タイヤの有限要素モデルを用いてシミュレーションを行ったときの接地長と精度良く一致する。

また、図１１（ａ）に示す方法に変えて、図１１（ｂ）に示す方法により接地領域及び接地長を求めることもできる。具体的には、図１１（ｂ）は、タイヤの接地中心位置を原点としたときの、タイヤの前後方向の位置をタイヤのトレッド部の外径Ｃで除算して規格化するとともに、タイヤの上下方向の位置を外径Ｃで除算して規格化して、タイヤの変形形状を表したグラフである。図１１（ｂ）に示されるようにタイヤの変形形状における、上下方向の最下点から上方向に一定距離δ離れた直線を横切る位置を接地前端に対応する規格化位置及び接地後端に対応する規格化位置とする。この規格化位置をそれぞれ求め外径Ｃを乗算することにより接地前端及び接地後端の位置を求めることができ、これによりタイヤの接地領域及び接地長を求めることができる。前端位置及び後端位置を定めるために用いる一定距離δは、例えば０．００１〜０．００５の範囲にあることが好ましい。また、最下点から上方向にトレッド部が離れたときの距離の自乗値が所定の値を横切る位置を接地前端及び接地後端とすることもできる。例えば、上記所定の値は、０.００００２（ｃｍ²）〜０.００００５（ｃｍ²）の範囲の値であり、好適には０.００００４（ｃｍ²）が用いられる。静止したタイヤに負荷する荷重を変えて接地長を種々調べた測定結果と、上記方法により求めた接地長の結果は極めて高い相関性を示すことが確認されている。
図１２は、上記方法により求められた接地領域及び接地長の例を示している。図１２中の太線の部分が接地領域を示している。

このように、タイヤのトレッド部の変形量を、ラジアル方向、周方向及び幅方向のいずれの方向においても算出することができ、転動中のタイヤの変形形状や軌跡を得ることができる。また、トレッド部の内周面に複数の加速度センサを周上に設けることで、トレッド部の周上位置の接地状態を同時に取得することもできる。さらに、タイヤの幅方向に複数の加速度センサを設け、幅方向の接地長や接地領域の分布を求めることで、転動中のタイヤの接地形状を取得することもできる。

このような接地領域の導出（ステップＳ１２０およびステップＳ１２２）は、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの、タイヤの変形に基づく加速度の時系列データそれぞれについて実施され、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの、車両１２の旋回走行中の接地長ＣＬａ〜ＣＬｄがそれぞれ算出される。算出された接地長ＣＬａ〜ＣＬａは、横力算出部７０に出力される。

横力算出部７１では、ステップＳ１１８において算出された、旋回走行中の車両１２にかかる遠心力の大きさＲと、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれの接地長ＣＬａ〜ＣＬｄそれぞれを用い、上記式（１）に基づいて、各車輪１４ａ〜１４ｄそれぞれに発生する車輪横力ＳＦａ〜ＳＦｄそれぞれを算出する（ステップＳ１２４）。算出した車輪横力ＳＦａ〜ＳＦｄは、ディスプレイ３４に表示出力される。

なお、上述のように、トレッド部の内周面に複数の加速度センサを周上に設けることで、車輪の接地領域に発生する、トレッド部の周方向の横力分布を取得することもできる。さらに、タイヤの幅方向に複数の加速度センサを設けることで、車輪の接地領域に発生する、幅方向の横力分布を求めることもできる。

なお、本実施形態においては、タイヤに備えられた加速度センサによって取得された加速度データを用いて、車両１２にかかる遠心力を算出した。本発明では、車両進行方向に対して略垂直方向の加速度の大きさを計測可能なように、車両加速度センサを車両に配置することで、旋回走行中の車両にかかる遠心力の大きさを導出してもよい。例えば、車両に配置された車両加速度センサによって、車両の旋回走行中における車両進行方向に対して略垂直方向の車両加速度の大きさを測定し、この車両加速度と、車両の重量とに基づき、遠心力の大きさを導出してもよい。本発明における遠心力導出方法は、特に限定されない。

以上、本発明のタイヤ横力算出方法およびタイヤ横力算出方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

本発明の車輪横力算出装置の一例について説明する概略構成図である。 図１に示す車輪横力算出装置における、センサユニットおよびテータ処理ユニットについて説明する図である。 （ａ）および（ｂ）は、車両の旋回走行時において、車両や車輪にかかる力について説明する図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ異なる複数の車輪について、各車輪の接地長とコーナリングパワーの関係を示すグラフである。 図１に示す車輪横力算出装置における、処理手段について説明するブロック図である。 図１に示す車輪横力算出装置の遠心力導出部において算出される、旋回走行中の車両の挙動を表す各種パラメータについて説明する図である。 本発明の車輪横力算出方法の一例を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の車輪横力算出方法で得られる信号波形を示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の車輪横力算出方法で得られる信号波形を示すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の車輪横力算出方法で得られる信号波形を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の車輪横力算出方法で行われる接地長の算出方法を説明する図である。 本発明の車輪横力算出方法で算出される接地長の一例を示す図である。

符号の説明

２ 加速度センサ
３ 受信機
４ 増幅器（ＡＭＰ）
１０ 車輪横力算出装置
２１ 処理装置
２２ タイヤ加速度データ取得部
２３ ＣＰＵ
２４ 信号処理部
２７ メモリ
３４ ディスプレイ
４０ 接地長導出部
４２ 変形量算出部
４４ 接地長算出部
５０ 遠心力導出部
５２ 回転角速度算出部
５４ 車輪移動量算出部
５６ 擬似車両速度算出部
５８ 旋回半径算出部
６２ 遠心力算出部
７０ 横力算出部

Claims (18)

1. 複数の車輪を備える車両について、この車両の旋回走行中において、各車輪にかかる横力をそれぞれ算出する方法であって、
   旋回走行中の車両にかかる、車両進行方向に対して略垂直方向の遠心力の大きさを求める遠心力導出ステップと、
   前記車両の旋回走行中における、前記複数の車輪それぞれの接地長を求める接地長導出ステップと、
   前記複数の車輪それぞれの接地長の総和に対する各車輪それぞれの接地長の比と、前記遠心力の大きさとに基づき、各車輪にかかる横力をそれぞれ算出する横力算出ステップとを有することを特徴とする車輪横力算出方法。
2. 前記横力算出ステップは、前記遠心力の大きさと各車輪の前記接地長の比とをそれぞれ乗算することで、各車輪にかかる横力を、各車輪毎にそれぞれ算出することを特徴する請求項１記載の車輪横力算出方法。
3. 前記車輪はタイヤを備え、
   前記接地長導出ステップに先がけて、転動中のタイヤが前記路面から外力を受けることで発生する、前記タイヤの所定部位の時系列の加速度データを取得する加速度データ取得ステップを有し、
   前記接地長導出ステップは、前記加速度データ取得ステップで取得された、前記タイヤの時系列の加速度データを用いて、前記複数の車輪それぞれの接地長を求めることを特徴とする請求項１または２記載の車輪横力算出方法。
4. 前記接地長導出ステップは、前記時系列の加速度データから、タイヤの変形に基づく時系列の加速度データを抽出して、前記タイヤの変形に基づく時系列の加速度データに対して２階の時間積分を行って変位データを求めることにより、タイヤの所定部位における変形量を算出して、このタイヤの所定部位における変形量を用いて前記接地長を算出することを特徴とする請求項３記載の車輪横力算出方法。
5. 前記加速度データ取得ステップで取得される加速度データは、前記タイヤの周方向に対して直交するラジアル方向の加速度のデータ及びタイヤの周方向の加速度のデータの少なくとも一方のデータであり、
   前記接地長導出ステップで算出される、前記タイヤの所定部位の変形量は、タイヤのラジアル方向及び周方向の変形量、もしくはラジアル方向の変形量であることを特徴とする請求項４記載の車輪横力算出方法。
6. 前記遠心力導出ステップは、前記複数の車輪それぞれの、前記タイヤの所定部位の時系列の加速度データを用いて各車輪の回転角速度を算出し、この各車輪の回転角速度に基づき、前記車両の旋回半径および前記車両の進行速度の推定値を求め、これら車両の旋回半径、車両の進行速度の推定値、および予め取得された前記車両の重量情報に基づき、前記遠心力を算出することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の車輪横力算出方法。
7. 前記遠心力導出ステップは、各車輪それぞれの回転角速度を用いて、各車輪の移動速度をそれぞれ算出し、前記車両の少なくとも１つの車軸線上に備えられた左右の車輪の前記移動速度の比の値を用いて、前記車両の旋回半径を導出することを特徴とする請求項６記載の車輪横力算出方法。
8. 前記遠心力導出ステップは、前記車両に設けられた車両加速度センサによって計測された、前記車両の旋回走行中における、車両進行方向に対して略垂直方向の加速度の大きさと、前記車両の重量とに基づき、前記遠心力の大きさを導出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車輪横力算出方法。
9. 複数の車輪を備える車両について、この車両の旋回走行中において、各車輪にかかる横力をそれぞれ算出する装置であって、
   旋回走行中の車両にかかる、車両進行方向に対して略垂直方向の遠心力の大きさを求める遠心力導出手段と、
   前記車両の旋回走行中における、前記複数の車輪それぞれの接地長を求める接地長導出手段と、
   前記複数の車輪それぞれの接地長の総和に対する各車輪それぞれの接地長の比と、前記遠心力の大きさとに基づき、各車輪にかかる横力をそれぞれ算出する横力算出手段とを有することを特徴とする車輪横力算出装置。
10. 前記横力算出手段は、前記遠心力の大きさと各車輪の前記接地長の比とをそれぞれ乗算することで、各車輪にかかる横力を、各車輪毎にそれぞれ算出することを特徴とする請求項９記載の車輪横力算出装置。
11. 前記車輪はタイヤを備えた車輪であって、
    前記タイヤの所定部位に設けられ、転動中のタイヤが前記路面から外力を受けることで発生する、前記タイヤの所定部位の時系列の加速度データを取得する加速度センサを有し、
    前記接地長導出手段は、前記加速度センサで計測された、前記タイヤの時系列の加速度データを用いて、前記複数の車輪それぞれの接地長を求めることを特徴とする請求項９または１０記載の車輪横力算出装置。
12. 前記接地長導出手段は、
    前記時系列の加速度データから、タイヤの変形に基づく時系列の加速度データを抽出して、前記タイヤの変形に基づく時系列の加速度データに対して２階の時間積分を行って変位データを求めることにより、タイヤの所定部位における変形量を算出する変形量算出部と、
    このタイヤの所定部位における変形量を用いて前記接地長を算出する接地長算出部とを有して構成されることを特徴とする請求項１１記載の車輪横力算出装置。
13. 前記加速度センサで計測される加速度データは、前記タイヤの周方向に対して直交するラジアル方向の加速度のデータ及びタイヤの周方向の加速度のデータの少なくとも一方のデータであり、
    前記接地長導出手段で算出される、前記タイヤの所定部位の変形量は、タイヤのラジアル方向及び周方向の変形量、もしくはラジアル方向の変形量であることを特徴とする請求項１２記載の車輪横力算出装置。
14. 前記遠心力導出手段は、前記複数の車輪それぞれの、前記タイヤの所定部位の時系列の加速度データを用いて各車輪の回転角速度を算出する角速度算出部と、
    前記回転角速度に基づき、前記車両の旋回半径を求める旋回半径算出部と、
    前記回転角速度に基づき、前記車両の進行速度の推定値を求める速度推定値算出部と、
    これら車両の旋回半径、車両の進行速度の推定値、および予め取得された前記車両の重量情報に基づき、前記遠心力を算出する遠心力算出部とを有して構成されることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の車輪横力算出装置。
15. 前記旋回半径算出部は、各車輪それぞれの回転角速度を用いて、各車輪の移動速度をそれぞれ算出し、
    前記車両の少なくとも１つの車軸線上に備えられた左右の車輪の前記移動速度の比の値を用いて、前記車両の旋回半径を導出することを特徴とする請求項１４記載の車輪横力算出装置。
16. 前記車両に設けられた、前記車両の旋回走行中における、車両進行方向に対して略垂直方向の車両加速度の大きさを計測する車両加速度センサを有し、
    前記遠心力導出手段は、前記車両加速度と、前記車両の重量の情報とに基づき、前記遠心力の大きさを導出することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の車輪横力算出装置。
17. 前記加速度センサは、前記タイヤの周方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の車輪横力算出装置。
18. 前記加速度センサは、前記タイヤの幅方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の車輪横力算出装置。

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