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JP4487130B2 - Wheel lateral force calculation method and wheel lateral force calculation device - Google Patents

Wheel lateral force calculation method and wheel lateral force calculation device Download PDF

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JP4487130B2
JP4487130B2 JP2005115753A JP2005115753A JP4487130B2 JP 4487130 B2 JP4487130 B2 JP 4487130B2 JP 2005115753 A JP2005115753 A JP 2005115753A JP 2005115753 A JP2005115753 A JP 2005115753A JP 4487130 B2 JP4487130 B2 JP 4487130B2
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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。   The present invention relates to a wheel lateral force calculation method and a wheel lateral force calculation device that calculate, for each wheel, a lateral force applied to each wheel during turning of the vehicle for a vehicle having a plurality of wheels.

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。   The turning characteristics (cornering characteristics) of automobile vehicles are particularly important for the handling stability of automobile vehicles, and the evaluation of cornering characteristics of automobile vehicles is also important for the design of automobile vehicles with higher handling stability. It is. The cornering characteristics of an automobile equipped with wheels with tires mounted on the wheels are related to various factors such as the characteristics of the vehicle structure (weight balance, etc.), suspension characteristics, tire characteristics, and road surface conditions. ing. In cornering of an automobile, the sum of the forces (cornering forces) generated on the ground contact surfaces of the front and rear tires and the centrifugal force of the vehicle are in a balanced state. The size of the cornering force depends on the force (wheel lateral force) in the direction perpendicular to the equator plane of each tire generated on the ground contact surface of each tire. The magnitude of this lateral force generated during cornering varies depending on the automobile vehicle, tires, and running conditions. Evaluating the magnitude of the wheel lateral force of each wheel under various conditions is particularly important for evaluating the cornering characteristics of automobile vehicles.

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
For example, as a method for evaluating the lateral force generated in a specific tire, a method using a known indoor cornering tester can be given. In such an indoor cornering tester, for example, the specific tire is brought into contact with the virtual road surface while a load is applied to the specific tire. Then, the virtual road surface and the specific tire are moved relative to each other to roll the specific tire, and the lateral force generated on the contact surface of the specific tire is measured. However, as with the cornering characteristics described above, various factors such as the characteristics of the vehicle structure (weight balance, etc.), the characteristics of the suspension, the characteristics of the tire, and the road surface condition are involved in the lateral force generated in the vehicle tire. ing. Also, during actual vehicle travel, changes in the load on each wheel frequently occur due to changes in the attitude of the vehicle. For this reason, in a known indoor cornering tester, a tire is actually attached to a vehicle, and a state (the load state applied to the tire and the rolling state of the tire) when the vehicle actually travels on the road surface is reproduced. Is limited in its reproducibility, and it is impossible to accurately measure the lateral force generated on the contact surface of the specific tire when the specific tire is actually attached to the vehicle. On the other hand, as a method for evaluating the lateral force generated in the tire actually mounted on the vehicle, in Patent Document 1, the torsional deformation of the tire side wall is measured by a sensor, and the generated torsional deformation is generated from the measured twisting deformation. A system for predicting tire force that estimates lateral force to be described is described.
JP 2001-512207 A

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。   However, in the system for predicting the force of the tire described in Patent Document 1, it is necessary to grasp the relationship between the tire deformation and the force generated during the deformation in advance. It takes a lot of labor to grasp the relationship between the tire deformation and the force generated during the deformation. By only using the relationship between the tire deformation and the force generated in the deformation, as grasped in advance, various states when the vehicle actually travels on the road surface (the load state applied to the tire and the rolling of the tire) In the state), the lateral force generated on the ground contact surface of the tire cannot be accurately measured. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for easily and accurately calculating a lateral force generated on each of a plurality of wheels actually mounted on a vehicle.

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。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a vehicle having a plurality of wheels, a method for calculating the lateral force applied to each wheel during the turning of the vehicle, A centrifugal force deriving step for obtaining a magnitude of a centrifugal force in a direction substantially perpendicular to the vehicle traveling direction; a ground contact length deriving step for obtaining a contact length of each of the plurality of wheels during turning of the vehicle; A lateral force calculating step of calculating a lateral force applied to each wheel based on a ratio of a contact length of each wheel to a total sum of the contact lengths of the respective wheels and a magnitude of the centrifugal force. A wheel lateral force calculation method is provided.
In the lateral force calculation step, it is preferable that the lateral force applied to each wheel is calculated for each wheel by multiplying the magnitude of the centrifugal force and the ratio of the contact length of each wheel.

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。   Further, the wheel includes a tire, and prior to the contact length deriving step, an acceleration for acquiring time-series acceleration data of a predetermined portion of the tire generated when the rolling tire receives an external force from the road surface Preferably, the method includes a data acquisition step, and the contact length derivation step uses the tire time-series acceleration data acquired in the acceleration data acquisition step to determine the contact length of each of the plurality of wheels.

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。   In the contact length deriving step, time-series acceleration data based on tire deformation is extracted from the time-series acceleration data, and the time of the second floor is extracted from the time-series acceleration data based on the tire deformation. It is preferable to calculate an amount of deformation at a predetermined portion of the tire by performing integration to obtain displacement data, and calculate the contact length using the amount of deformation at the predetermined portion of the tire.

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。   The acceleration data acquired in the acceleration data acquisition step is at least one of radial acceleration data orthogonal to the tire circumferential direction and tire circumferential acceleration data. The deformation amount of the predetermined portion of the tire calculated in the length deriving step is preferably a radial deformation amount and a circumferential deformation amount or a radial deformation amount of the tire.

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。   The centrifugal force deriving step calculates a rotational angular velocity of each wheel using time-series acceleration data of a predetermined part of the tire for each of the plurality of wheels, and based on the rotational angular velocity of each wheel, the vehicle An estimated value of the turning radius of the vehicle and the traveling speed of the vehicle, and the centrifugal force is calculated based on the turning radius of the vehicle, the estimated value of the traveling speed of the vehicle, and the weight information of the vehicle acquired in advance. preferable.

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。   The centrifugal force deriving step calculates the moving speed of each wheel using the rotational angular velocity of each wheel, and the ratio of the moving speeds of the left and right wheels provided on at least one axle of the vehicle. May be used to derive the turning radius of the vehicle.

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。   The centrifugal force deriving step includes the magnitude of acceleration approximately perpendicular to the traveling direction of the vehicle and the weight of the vehicle, measured by a vehicle acceleration sensor provided in the vehicle, during the turning of the vehicle. Based on the above, it is preferable to derive the magnitude of the centrifugal force.

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。   Note that the present invention is an apparatus for calculating lateral force applied to each wheel during turning of the vehicle with respect to a vehicle having a plurality of wheels, with respect to the vehicle traveling direction applied to the vehicle during turning. Centrifugal force deriving means for determining the magnitude of centrifugal force in a substantially vertical direction, ground contact length deriving means for determining the contact length of each of the plurality of wheels during turning of the vehicle, and the contact length of each of the plurality of wheels A wheel lateral force calculation device comprising lateral force calculation means for calculating the lateral force applied to each wheel based on the ratio of the contact length of each wheel with respect to the sum of the sum and the magnitude of the centrifugal force. Also provided. The lateral force calculating means preferably calculates the lateral force applied to each wheel for each wheel by multiplying the magnitude of the centrifugal force and the ratio of the contact length of each wheel.

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。   Further, the wheel is a wheel provided with a tire, and is provided at a predetermined portion of the tire, and the time-series acceleration of the predetermined portion of the tire is generated when the rolling tire receives an external force from the road surface. It is preferable to have an acceleration sensor that acquires data, and the contact length deriving unit obtains the contact length of each of the plurality of wheels by using time series acceleration data of the tire measured by the acceleration sensor. .

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。   The contact length deriving means extracts time-series acceleration data based on tire deformation from the time-series acceleration data, and performs second floor time with respect to the time-series acceleration data based on the tire deformation. By calculating the displacement data by performing integration, a deformation amount calculation unit that calculates a deformation amount at a predetermined portion of the tire, and a contact length calculation unit that calculates the contact length using the deformation amount at the predetermined portion of the tire. It is preferable to have it.

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。   The acceleration data measured by the acceleration sensor is at least one of radial acceleration data orthogonal to the tire circumferential direction and tire circumferential acceleration data, and the contact length derivation is performed. The deformation amount of the predetermined portion of the tire calculated by the means is preferably a radial deformation amount and a circumferential deformation amount or a radial deformation amount of the tire.

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。   In addition, the centrifugal force deriving means, based on the rotational angular velocity, an angular velocity calculating unit that calculates a rotational angular velocity of each wheel using time-series acceleration data of a predetermined portion of the tire for each of the plurality of wheels, A turning radius calculation unit for obtaining a turning radius of the vehicle, a speed estimation value calculation unit for obtaining an estimated value of the traveling speed of the vehicle based on the rotational angular velocity, a turning radius of the vehicle, an estimated value of the traveling speed of the vehicle, and It is preferable to include a centrifugal force calculation unit that calculates the centrifugal force based on the weight information of the vehicle acquired in advance.

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。   Further, the turning radius calculation unit calculates the moving speed of each wheel using the rotational angular velocity of each wheel, and the ratio of the moving speeds of the left and right wheels provided on at least one axle of the vehicle. It is preferable to derive the turning radius of the vehicle using the value of.

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。   In addition, the vehicle includes a vehicle acceleration sensor that measures the magnitude of vehicle acceleration in a direction substantially perpendicular to the vehicle traveling direction during the turning of the vehicle, and the centrifugal force deriving means includes It is preferable to derive the magnitude of the centrifugal force based on vehicle acceleration and information on the weight of the vehicle.

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。   In addition, it is preferable that a plurality of the acceleration sensors are provided in the circumferential direction of the tire, and it is also preferable that a plurality of the acceleration sensors are provided in the width direction of the tire.

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。   According to the wheel lateral force calculation method and the wheel lateral force calculation device of the present invention, the lateral force generated on each of a plurality of wheels actually mounted on the vehicle during the turning of the vehicle is simply and accurately calculated. be able to.

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。   Hereinafter, a wheel lateral force calculation method and a wheel lateral force calculation device according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

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。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a wheel lateral force calculation device 10 (device 10), which is an example of a wheel lateral force calculation device according to the present invention. The device 10 is provided in a vehicle 12 provided with four wheels 14a to 14d. These four wheels 14a to 14d are wheels formed by mounting the same type of tires (tires having the same tire size, tire rim width, belt structure, tire filling air pressure, etc.) 15a to 15d, respectively. is there. The apparatus 10 includes sensor units 16a to 16d, a data processing unit 20, and a display 34. The sensor units 16a to 16d are respectively provided on the four wheels 14a to 14d. When the vehicle 12 travels on the road surface, the tire 15 of each wheel is generated by receiving an external force from the road surface. The acceleration information of a predetermined part is acquired and transmitted by a radio signal. Further, the data processing unit 20 receives the radio signals transmitted from the sensor units 16a to 16d, derives the ground contact length of each wheel and the centrifugal force acting on the vehicle 12 from the deformation acceleration information of each wheel, Using the centrifugal force and the contact length, the magnitude of the lateral force generated on each of the four wheels 14a to 14d is calculated. The display 34 displays the contact length and centrifugal force derived in the data processing unit 20 and the calculation result of the lateral force generated in each of the wheels 14a to 14d. In the example shown in FIG. 1, the data processing unit 20 is disposed on the vehicle 12, but the data processing unit 20 is portable and is not limited to being disposed on the vehicle 12.

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。   FIG. 2 is a diagram illustrating the sensor unit 16a and the data processing unit 20 in the wheel lateral force calculation device 10 shown in FIG. Since the sensor units 16a to 16d have the same configuration, only the sensor unit 16a and the wheel 14a provided with the sensor unit 16a are illustrated here. The data processing unit 20 includes a receiver 3, an amplifier (AMP) 4, processing means 21, a CPU 23, and a memory 27. The data processing unit 20 is a computer equipped with a receiver 3 and an AMP 4 in which each unit, which will be described later, of the processing means 21 functions when the CPU 23 executes a program stored in the memory 27. In the memory 27, the wheel base L of the vehicle 12, the vehicle tread width K, the vehicle weight M, the length of the outer circumference of the wheels 14 a to 14 d, that is, the tires of the tires 15 a to 15 d, which are input by input means (not shown) or the like. The value of the length of the outer periphery (all the wheels 14a to 14d are the same) is stored. Each parameter is appropriately called by each unit described later of the processing unit 21. Each parameter will be described later.

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。   The processing means 21 includes a tire acceleration data acquisition unit 22 that acquires measurement data of acceleration in the tread portions of the tires 15a to 15d constituting the wheels 14a to 14d, and a signal processing unit 24 that processes the tire acceleration data. The ground contact length deriving unit 40 for deriving the ground contact lengths of the wheels 14a to 14d using the acceleration data, and the centrifugal force deriving unit for deriving the centrifugal force applied to the vehicle 12 during turning using the acceleration measurement data. 50, the ground contact length of each of the wheels 14a to 14d derived from the ground contact length deriving unit 40 (the ground contact length of each of the tires 15a to 15d mounted on each of the wheels 14a to 14d), and the centrifugal force deriving unit 50 The ground contact surface of each of the wheels 14a to 14d using the centrifugal force applied to the vehicle 12 derived in Wheel 14a~ wheel 14d is mounted to each, consisting of lateral force calculating section 70. for calculating the magnitude of the lateral force generated in the ground surface) of each of the tires 15 a to 15 d. Details of the configuration of the processing means 21 will be described later.

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。   The present invention uses the contact length of each of the wheels 14a to 14d (the contact length of each of the tires 15a to 15d) and the magnitude of the centrifugal force applied to the vehicle 12 derived by the centrifugal force deriving unit 50, so that the wheels 14a to 14 It is characterized in that the magnitude of the lateral force generated on each of the contact surfaces 14d (the contact surfaces of the tires 15a to 15d) is calculated. According to the present invention, for example, when the vehicle 12 travels on a general road at a speed (normal speed) that complies with laws and regulations (in the case of normal travel), it occurs on the ground plane of each of the wheels 14a to 14d. The magnitude of the lateral force can be calculated easily and with high accuracy. Hereinafter, the characteristics of the present invention will be described by taking as an example a case where the vehicle 12 turns while the vehicle 12 is traveling normally. FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the forces applied to the vehicle 12 and the wheels 14a to 14d when the vehicle 12 is turning (cornering). FIG. 3A is a view of the vehicle that is turning. 12 is a schematic diagram for explaining the centrifugal force applied to the vehicle 12 and the lateral force generated on each wheel 14a to 14d of the vehicle 12. FIG. FIG. 3B is an enlarged view of one wheel (wheel 14a) of the vehicle 12, and is a view of the wheel 14a as viewed from the road surface side.

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)。   As shown in FIG. 3A, while the vehicle is turning (cornering), the vehicle 12 is subjected to centrifugal force F acting in the direction of pushing the vehicle 12 to the outside of the corner. Cornering forces (CFa to CFd) acting against the centrifugal force F are generated on the wheels 14a to 14d, respectively. During cornering, the centrifugal force F and the sum of the lateral forces CFa to CFd generated on the wheels 14a to 14d are balanced. With reference to FIG.3 (b), the outline of the force which acts on a grounding surface of the wheel 14a which is a right front wheel, for example during cornering is demonstrated. The wheel 14a rolls on the road surface with the tire 15a in contact with the road surface, as indicated by the hatched area in FIG. 3B. During cornering, the contact length of the tire 15 at the intersection of the tire equator plane and the road surface is CLa. During cornering, the equator plane of the tire 15a constituting the wheel 14a has an angle (slip angle) with respect to the traveling direction of the vehicle. When this slip angle is small, the wheel lateral force (SFa) acting perpendicularly to the tire equatorial plane and acting toward the inside of the corner is almost the same as the cornering force CFa (SFa≈CFa) (FIG. 3 (b) ) Exaggerated slip angle). That is, when the vehicle 12 travels on a general road in accordance with legal regulations (in the case of normal travel), the slip angle is relatively small (particularly very small at the rear wheels), and the total wheel lateral force (SFa to SFd). And the centrifugal force F are balanced (F = SFa + SFb + SFc + SFd).

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。   In addition, when the slip angle is small, a constant load is applied to a wheel equipped with an arbitrary pneumatic tire, and this wheel is grounded to a specific road surface (a road surface in which the road surface state does not change while the wheel is rolling). It is well known that the wheel lateral force (SF) generated in this wheel is proportional to the slip angle. That is, when the slip angle is small, the gradient of the change in the wheel lateral force with respect to the change in the slip angle (so-called cornering power; CP) is constant. In addition, the four wheels 14a to 14d provided in the vehicle 12 have almost no slip angle for any of the wheels, and the slip angles of the four wheels 14a to 14d are substantially the same. That is, it can be said that the magnitude of the wheel lateral forces SFa to SFd applied to each of the four wheels 14a to 14d can be expressed by the magnitude of the cornering power CP of each wheel.

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。   Here, when the vehicle cornering power CP is determined according to the physical quantity related to the wheel 14a during the turning of the vehicle 12, the magnitude of the cornering power CP of each wheel is determined according to the physical quantity. That is, the wheel lateral forces SFa to SFd of each wheel can be obtained. As described above, when a constant load is applied to a wheel equipped with an arbitrary pneumatic tire and the wheel is in contact with a specific road surface, the contact length of the wheel (the contact length of the tire) is always constant. It has become. That is, in a state where the slip angle is small, the gradient of the change in the wheel lateral force with respect to the change in the slip angle (cornering power; CP) is constant when the contact length of the wheel is constant. In the case of normal traveling, due to a change in the posture of the vehicle 12 during traveling, the load applied to each of the plurality of wheels 14a to 14d provided on the vehicle 12 also frequently occurs, and the ground contact length CLa to each of the wheels 14a to 14d. CLd varies in various ways.

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。   4A to 4C are graphs showing the relationship between the ground contact length of each wheel and the cornering power CP for a plurality of different wheels. Each wheel is loaded with a load having a different magnitude. It is a graph which shows the measurement result which measured the cornering power CP of each wheel about when each is grounded on a specific road surface. FIG. 4A shows the size of the cornering power CP of each tire when two types of tires A and B having different rim widths (rim sizes) are used and different loads are applied to the respective tires. Yes. Both the tire A and the tire B are tires of the same tire size (tire size 205 / 65R15), and each is filled with the same air pressure (200 kPa). As can be determined from FIG. 4A, even if the rim width is different, the contact length of the tire and the cornering power of the tire are in a linear relationship (proportional relationship). 4 (b) uses tire A and tire B in FIG. 4 (a), and each tire is filled with an air pressure (300 kPa) different from that shown in FIG. 4 (a), and is different for each tire. The magnitude of the cornering power CP of each tire in a state where a load is applied is shown. As can be determined by comparing FIG. 4A and FIG. 4B, the tire contact length and the tire cornering power are in a linear relationship (proportional relationship) even if the air pressure is different. FIG. 4C shows the tire C and the tire D different from both the tire A and the tire B used in FIGS. 4A and 4B in a state where different loads are applied to the respective tires. The size of the cornering power CP of each tire is shown. The tire C and the tire D have different belt structures. However, both the tire C and the tire D are tires having the same tire size (tire size 215 / 45ZR17) and the same rim size (17 × 7JJ), and each is filled with the same air pressure (230 kPa). As can be judged from FIG. 4 (c) and by comparing FIGS. 4 (a) to 4 (c), even if the tire belt structure or the tire size is different, the tire contact length and the tire cornering power Is in a linear relationship (proportional relationship).

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。   Thus, regardless of the tire size, tire rim width, belt structure, and tire filling air pressure, the contact length and the tire cornering power (CP) are in a linear relationship for any tire. That is, it can be said that the cornering power CP of the tire and the contact length of the tire have a linear relationship regardless of the type of each tire, and the cornering power CP of the tire is determined according to the contact length of the tire. That is, it can be said that the wheel lateral force SF is determined in accordance with the tire contact angle SA in addition to the tire slip angle SA.

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。   The tires 15a to 15d mounted on the four wheels 14a to 14d provided in the vehicle 12 are all the same type of tire (the tire size, the tire rim width, the belt structure, and the tire filling air pressure are substantially the same). In addition, the slip angles of the wheels 14a to 14d during the turning are substantially the same (almost no slip angle is generated for any of the wheels). That is, when the plurality of wheels provided in the vehicle are all the same type in normal traveling, the wheel lateral forces SFa to SFd generated on the wheels are respectively equal to the ground contact lengths CLa to CLd of the wheels 14a to 14d. It is determined according to each.

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。

Figure 0004487130
As described above, the wheel lateral forces SFa to SFd of each wheel are generated against the centrifugal force applied to the vehicle 12, and the sum of the wheel lateral forces (the sum of SFa to SFd) and the centrifugal force F are balanced. (F = SFa + SFb + SFc + SFd). The magnitudes of the wheel lateral forces SFa to SFd generated on the wheels 14a to 14d respectively correspond to the contact lengths CLa to CLd of the wheels 14a to 14d. That is, the wheel lateral forces SFa to SFd generated on the respective wheels use the ratio of each wheel to the sum of the contact lengths CLa to CLd of the four wheels 14a to 14d and the magnitude of the centrifugal force, It can obtain | require by following formula (1-1)-Formula (1-4).
Figure 0004487130

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。   According to the invention of the present application, in particular, for example, when the vehicle 12 travels on a general road at a normal speed according to the regulations (in the case of normal travel), the lateral generated on the ground contact surface of each of the wheels 14a to 14d. The magnitude of the force can be calculated easily and with high accuracy. In the present invention, even when the vehicle travels normally, for example, if necessary processing such as correcting the magnitude of the lateral force calculated according to the slip angle of each wheel is performed, The wheel lateral force generated on each wheel can be calculated using the centrifugal force and the length of the contact length of each wheel.

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。   In the processing means 21 shown in FIG. 1, the tires of the respective wheels that are turning are converted into the ground contact lengths CLa to CLd of the wheels 14 a to 14 d and the centrifugal force F necessary for calculating the wheel lateral forces SFa to SFd. It calculates based on the measurement data of the acceleration of each predetermined part of 15a-15d. The acceleration measurement data used here is detected by the acceleration sensor 2 fixed to the inner peripheral surface of the tire cavity region of each of the transmission units 16a to 16d provided on each wheel, and the transmitter 17 of each transmission unit. Is transmitted to the receiver 3 and amplified by the amplifier 4. Note that the transmitter 17 may not be provided, and for example, the acceleration sensor 2 may be separately provided with a transmission function and transmitted from the acceleration sensor 2 to the receiver 3. Each transmitter 17 provided on each of the wheels 14a to 14d has identification information (ID) that enables identification, and the transmitter 17 measures acceleration measured by a corresponding acceleration sensor. An ID is transmitted together with the data.

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。
As the acceleration sensor 2, for example, a semiconductor acceleration sensor disclosed in Japanese Patent Application No. 2003-134727 filed earlier by the applicant of the present application is exemplified. Specifically, the semiconductor acceleration sensor includes a Si wafer having a diaphragm formed in the outer peripheral frame portion of the Si wafer, and a pedestal for fixing the outer peripheral frame portion, and a weight is provided at the center of one surface of the diaphragm. And a plurality of piezoresistors are formed on the diaphragm. When acceleration is applied to the semiconductor acceleration sensor, the diaphragm is deformed, and the resistance value of the piezoresistor changes due to the deformation. A bridge circuit is formed so that this change can be detected as acceleration information.
By fixing this acceleration sensor to the tire inner peripheral surface, the acceleration acting on the tread portion during tire rotation can be measured.
In addition to this, the acceleration sensor 2 may be an acceleration pickup using a piezoelectric element, or a strain gauge type acceleration pickup combined with a strain gauge.

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。   FIG. 5 is a block diagram for explaining the processing means 21. The processing means 21 includes the tire acceleration data acquisition unit 22, the signal processing unit 24, the contact length deriving unit 40, the centrifugal force deriving unit 50, and the lateral force calculating unit 70 as described above. The contact length calculation unit 40 includes a deformation amount calculation unit 42 and a contact length calculation unit 44, and the centrifugal force derivation unit 50 includes a rotation angular velocity calculation unit 52 and a wheel movement amount calculation. The unit 54, the simulated vehicle speed calculation unit 56, the turning radius calculation unit 58, and the centrifugal force calculation unit 62 are configured.

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。   The tire acceleration data acquisition unit 22 is a part that acquires, as input data, acceleration measurement data for at least one rotation of the tire amplified by the amplifier 4. Data supplied from the amplifier 4 is analog data, which is sampled at a predetermined sampling frequency and converted into digital data. In addition, the data acquisition part 22 is based on the above-mentioned ID transmitted from each transmitter 15, and the measurement data of the acceleration transmitted from each wheel is the measurement data of the tire acceleration of which wheel (wheels 14a to 14a). Which wheel of the wheels 14d is determined). Thereafter, each processing performed in each part of the signal processing unit 24, the contact length deriving unit 40, and the centrifugal force deriving unit 50 is performed in parallel for each measurement data of the tire of each wheel.

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。   The signal processing unit 24 is a part that extracts time-series data of acceleration based on tire deformation from digitized acceleration measurement data. The signal processing unit 24 smoothes the acceleration measurement data, calculates an approximate curve for the smoothed signal to obtain the background component 1, and smoothes the background component 1 By removing from the acceleration measurement data, time series data of acceleration based on tire deformation is extracted. The acquired time series data of acceleration based on the deformation of the tire is sent to the contact length deriving unit 40 and the centrifugal force deriving unit 50, respectively. Specific processing in the signal processing unit 24 will be described later.

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。   The deformation amount calculation unit 42 of the contact length deriving unit 40 calculates the deformation amount of the tire by obtaining the displacement data by performing second-order time integration on the time series data of the acceleration based on the extracted tire deformation. It is a part to do. Second-order integration with respect to time is performed on time series data of acceleration based on tire deformation, and then an approximate curve is calculated for the data obtained by second-order integration to obtain background component 2, and this background The amount of deformation of the tire is calculated by removing component 2 from the displacement data obtained by second-order integration. Further, after that, a second-order differential with respect to time is performed on the calculated tire deformation amount data to obtain acceleration data corresponding to the tire deformation amount, that is, the acceleration based on the tire deformation not including the noise component. Calculate time-series data. Specific processing will be described later.

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。   The contact length calculation unit 44 is a part that calculates the contact length of each tire of each of the wheels 14a to 14d from the calculated tire deformation amount and acceleration time series data based on the tire deformation. Information on the calculated contact length of each tire is output to the lateral force calculation unit 70.

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。   The centrifugal force deriving unit 50 uses the time series data of the acceleration based on the tire deformation received from the signal processing unit 24 to calculate various parameters representing the vehicle behavior during the turning of the vehicle 12, and uses these parameters. The centrifugal force F acting on the vehicle 12 is calculated. FIG. 6 is a diagram illustrating various parameters that are calculated by the centrifugal force deriving unit 50 and that represent the behavior of the vehicle 12 during turning. In the example shown in FIG. 6, the slip angles of the wheels 14c and 14d as the rear wheels are sufficiently smaller than the slip angles of the wheels 14a and 14b as the front wheels. The case where the turning center of is located is shown. The centrifugal force deriving unit 50 calculates the magnitude of the centrifugal force F related to the vehicle 12 based on a model as shown in FIG.

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。   The rotational angular velocity calculation unit 52 determines, from the time series data of acceleration based on the deformation of the tire, a point O (FIG. 2) that faces the center position of the tire contact surface as shown in FIG. 2 for each of the wheels 14a to 14d. The timing at which the rotation angle φ of the installation position of the acceleration sensor 2 provided in each tire is 180 °, 540 °, 900 °. And based on the extracted timing, the rotational angular velocity (rotation angle (phi) per unit time (refer FIG. 2)) of each wheel 14a-14d around the time-series axle is derived | led-out. The processing in the rotational angular velocity calculation unit 52 will be described in detail later.

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LFRおよびLFL)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。 Of the wheels 14a to 14d calculated by the rotation angular velocity calculation unit 52, the wheel movement amount calculation unit 54 determines the rotation angular velocity around the respective axles and the wheels 14a and 14b. Wheel outer circumferential length (that is, the length of the outer circumference of each tire 15a to 15d in the tire rotation direction), and the wheel center position of each of the wheels 14a and 14b (the equatorial plane of each wheel (tire), and each The wheel movement amount (L FR and L FL shown in FIG. 6), which is the movement amount per unit time, of the intersection point with the axle that is the rotation center of the wheel is calculated. The processing in the wheel movement amount calculation unit 54 will be described in detail later.

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。   The pseudo vehicle speed calculation unit 56 calculates an estimated value (pseudo vehicle speed V) of the moving speed with respect to the road surface of the vehicle 12 based on the wheel moving amount that is the moving amount per unit time of the wheel 14a and the wheel 14b. The calculated simulated vehicle speed V is sent to the centrifugal force calculator 62.

旋回半径算出部58は、車輪14aおよび車輪14bの車輪移動量LFRおよびLFL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。 Turning radius calculating unit 58, using the wheel movement amount L FR and L FL wheel 14a and the wheel 14b, a wheel base L of the vehicle 12, the vehicle tread width K, and calculates the turning radius R of the vehicle 12. Here, the wheel base L is the distance between the axles of the front wheels 14a and 14b and the axles of the rear wheels 14c and 14d (the front wheel center position and the rear wheel center). The distance between the vehicle and the vehicle 12 in the front-rear direction). The vehicle tread width K is the distance between the equator plane of the wheel 14c as the rear wheel and the equator plane of the wheel 14d (the wheel center position of the wheel mounted on the left side of the vehicle 12 and the right side of the vehicle 12 mounted). This is the distance in the left-right direction of the vehicle 12 from the center position of the wheel). The processing in the simulated vehicle speed calculation unit 56 will be described in detail later. The position of the center of gravity of the vehicle 12 includes a dividing line that divides the distance between the axles of the front wheels 14a and 14b and the rear wheels 14c and 14d into two equal parts, and the rear wheels 14c. This is the intersection of the equator plane and the equator plane of the wheel 14d with a split plane that bisects the distance. The motion of the vehicle 12 can be represented by a mass point model in which the total weight M of the vehicle 12 is concentrated at the center of gravity.

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。   The centrifugal force calculation unit 62 calculates the magnitude of the centrifugal force F acting on the vehicle 12 that is turning by using the calculated turning radius R, the simulated vehicle speed V, and the total weight M of the vehicle 12. . The calculated centrifugal force magnitude F is output to the lateral force calculator 70.

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。   In the processing device 21, the ground contact length deriving unit 40 derives the ground contact lengths CLa to CLd of the wheels 14 a to 14 d, and the centrifugal force deriving unit 50 derives the centrifugal force F applied to the vehicle 12. And in the lateral force calculation part 70, using each formula of said Formula (1-1)-Formula (1-4), the magnitude | size of the lateral force which generate | occur | produces on each contact surface of each wheel 14a-14d, Calculate for each wheel. The calculated value of the lateral force generated on each wheel is displayed on the display 34.

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。   The display 34 is a known image display unit that displays and outputs the magnitude of the lateral force generated in each of the wheels 14 a to 14 d calculated by the lateral force calculation unit 70. The display 34 is not limited to the magnitude of the lateral force generated on each wheel calculated by the lateral force calculation unit 70, and is handled by the processing device 21 such as the waveform of the acquired acceleration data and various calculated parameters. Various data and calculation results can be displayed sequentially.

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。   FIG. 7 is a flowchart showing the wheel lateral force calculation method of the present invention, which is implemented in such an apparatus 10. 8 to 12 show an example of a result obtained by each process in the apparatus 10. All of these results are obtained by measuring acceleration in the radial direction (radial direction) of the tire with the acceleration sensor 2. Hereinafter, the wheel lateral force calculation method implemented in the apparatus 10 will be described in detail.

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。   First, the measurement data of acceleration of each wheel amplified by the amplifier 4 is supplied to the data acquisition unit 22, sampled at a predetermined sampling frequency, and digitized measurement data as shown in FIG. Is acquired (step S102). At this time, as described above, the data acquisition unit 22 is based on the above-mentioned ID transmitted from each transmitter 15, and the acceleration measurement data transmitted from each wheel is the measurement data of the acceleration of the tire of which wheel. It is determined whether there is any wheel (wheel 14a to wheel 14d).

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。   Next, the acquired measurement data is supplied to the signal processing unit 24, and first, smoothing processing using a filter is performed (step S104). As shown in FIG. 8A, since the measurement data supplied to the signal processing unit 24 includes a lot of noise components, the smoothing processing results in smooth data as shown in FIG. 8B. For example, a digital filter having a predetermined frequency as a cutoff frequency is used as the filter. The cut-off frequency varies depending on the rolling speed and noise components. For example, when the rolling speed is 60 (km / hour), the cut-off frequency is set to 0.5 to 2 (kHz). In addition, a smoothing process may be performed using a moving average process, a trend model, or the like instead of the digital filter.

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。   Next, the signal processing unit 24 removes the low-frequency background component 1 from the smoothed acceleration measurement data (step S106). The background component 1 of radial acceleration includes an acceleration component and centrifugal acceleration component of centrifugal force (centripetal force) during rolling of the tire (note that these components are also included in the background component of circumferential acceleration). In FIG. 8B, the waveform of the background component 1 is shown. The extraction of the low frequency component is performed by further performing a smoothing process on the waveform data after the smoothing process obtained in step 104. For example, a digital filter having a predetermined frequency as a cutoff frequency is used. For example, when the rolling speed is 60 (km / h), the cutoff frequency is set to 0.5 to 2 (kHz). In addition, a smoothing process may be performed using a moving average process, a trend model, or the like instead of the digital filter. Further, in the waveform data after the smoothing process, for example, a plurality of nodes are provided at predetermined time intervals, and a first approximate curve is obtained by a least square method using a predetermined function group, for example, a cubic spline function. You may obtain | require by calculating. The node means a constraint condition on the horizontal axis that defines the local curvature (flexibility) of the spline function. The signal processing unit 24 subtracts the background component 1 extracted in this way from the acceleration measurement data smoothed in step S104, so that the acceleration component and the gravitational acceleration component based on the rotation of the tire from the measurement data. Is removed. FIG. 8C shows time-series data of acceleration after removal. Thereby, the component of acceleration based on the ground deformation of the tread portion of the tire (time series data of acceleration based on the deformation of the tire) can be extracted.

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。   The signal processing unit 24 further determines the timing at which the rotation angle φ is 180 °, 540 °, 900 °,... From the time series data of acceleration based on tire deformation acquired in this way. Each is extracted (step S108). In the signal processing unit 24, in the graph of the time series data of the acceleration based on the tire deformation, the timing at which the acceleration based on the tire deformation takes the minimum value, the rotation angle φ is φ = 180 °, 540 °, 900 °. Extracted as the timing of. That is, the timing of these minimum values is extracted as the timing at which the acceleration sensor 2 fixed on the inner peripheral surface of the tire cavity region arrives (closest) to the center position of the tire contact surface as shown in FIG. In the tire contact area, the position of the tire outer peripheral surface in the direction perpendicular to the road surface is defined by the road surface. In the contact area, the road surface deforms the tire outer peripheral surface, which is originally curved, on a flat surface, so that the tire deforms in the thickness direction. As a result, the position of the inner peripheral surface of the tire cavity region fluctuates in the tire thickness direction (direction perpendicular to the road surface) in the ground contact region. The deformation in the thickness direction of the tire is minimized at the center position of the contact surface. The timing at which the acceleration based on the deformation of the tire obtained by the acceleration sensor arranged on the inner peripheral surface of the tire cavity region is minimized is such that the rotation angle φ is 180 °, 540 °, 900 °,. It can be said that Each process from step S104 to step S108 is performed on the acceleration measurement data of each of the wheels 14a to 14d acquired in step S102.

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。   Next, using the processing result of the data processing unit, the centrifugal force deriving unit 50 calculates the magnitude F of the centrifugal force applied to the vehicle 12 that is turning. First, the rotational angular velocity calculation unit 52 calculates the time-series angular velocities of the wheels 14a to 14d (step S110). FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining the signal waveforms obtained by the processing in step S <b> 110, and are graphs acquired by the time series calculation unit 52. The rotational angular velocity calculation unit 52 creates a scatter diagram representing the correspondence between each timing and the rotational angle, using the timings at which the rotational angle φ is 180 °, 540 °, 900 °, etc. extracted in step S108. Based on this scatter diagram, an approximate curve representing a time-series rotation angle is generated for each of the wheels 14a to 14d. FIG. 9A shows the correspondence between the approximate curve generated for one wheel and each timing and rotation angle extracted in step S108. Then, for each wheel, the time-series rotational angle represented by the approximate curve is time-differentiated to derive the time-series rotational angular velocity of each wheel. FIG. 9B is a graph of the rotational angular velocity in time series of the one wheel obtained from the approximate curve shown in FIG. In step S110, such a time-series rotational angular velocity is derived for each of the wheels 14a to 14d.

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LFRおよび車輪移動量LFLを算出すればよい。 Next, the wheel movement amount calculation unit 54 calculates the wheel movement amount in a predetermined time range for each of the wheels 14a to 14d (step S112). The wheel movement speed of each wheel can be obtained by multiplying the rotation speed of each wheel by the length of the wheel outer diameter. That is, the time-series wheel moving speed of each wheel is calculated by multiplying the time-series rotational angular velocity of each wheel (for example, the graph shown in FIG. 9A) by the length of the wheel outer diameter. The wheel movement speed of this time series is integrated in a predetermined time range, and the wheel movement amount of each wheel is calculated. The wheel movement amount calculation unit 54 may calculate the wheel movement amount L FR and the wheel movement amount L FL in a predetermined unit time for at least the wheel 14 a and the wheel 14 b that are the front wheels of the vehicle 12.

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。   Next, the simulated vehicle speed calculation unit 56 calculates an estimated value (simulated vehicle speed V) of the moving speed of the vehicle 12 with respect to the road surface from the moving amount of each wheel per predetermined unit time (step S114). In the simulated vehicle speed calculation unit 56, first, the wheel movement amount per unit time (wheel movement speed of each wheel) of each wheel is obtained from the wheel movement amount of the angular wheel in a predetermined time range. Then, an average value of the wheel moving speeds of the wheels 14 a to 14 d may be calculated as the simulated vehicle speed V of the vehicle 12. In the present invention, the pseudo vehicle speed V may be, for example, an average value of wheel movement speeds of the two wheels 14c and 14d on the rear wheel side of the vehicle 12, and a detailed calculation method of the pseudo vehicle speed V is limited. Not.

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。   Next, the turning radius calculation unit 36 calculates the turning radius R during turning of the vehicle 12 (step S116). Hereinafter, calculation of the turning radius R in the turning radius calculation unit 36 will be described with reference to FIG. Hereinafter, as shown in FIG. 6, a case where the vehicle 12 moves by the turning angle θ around the turning radius in the predetermined time range will be described. It is assumed that the turning angle θ in the predetermined time range is sufficiently small.

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。

Figure 0004487130
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。
Figure 0004487130
In FIG. 6, since the turning angle θ is sufficiently small, the following expressions (2) and (3) are established.
Figure 0004487130
Further, since the turning angle θ is sufficiently small, the following formula (4) and the following formula (5) are established, and the following formula (6) is derived.
Figure 0004487130

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。

Figure 0004487130
Substituting Equation (2) and Equation (3) into Equation (6) and solving for R yields Equation (7) below.
Figure 0004487130

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。   In this manner, the turning radius calculation unit 36 derives the turning radius R. The calculated value of the turning radius R is sent to the centrifugal force calculator 62.

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。

Figure 0004487130
遠心力の導出は、このように行なわれる。 The centrifugal force calculation unit 62 uses the calculated turning radius R, the simulated vehicle speed V, and the total weight M of the vehicle 12 to determine the magnitude of the centrifugal force F acting on the vehicle 12 that is turning as follows. It calculates using Formula (8) (step S118). The calculated centrifugal force magnitude F is output to the lateral force calculator 70.
Figure 0004487130
The centrifugal force is derived in this way.

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。
Next, using the processing result by the data processing unit, the contact length deriving unit 40 calculates the contact lengths CLa to CLd that are the contact lengths of the wheels 14a to 14d of the vehicle 12 that is turning. First, the deformation amount calculation unit 42 calculates a distribution of deformation amounts based on the ground deformation of the tread portion from the time series data of acceleration based on the ground deformation (step S120). FIGS. 10A to 10C are graphs schematically showing the processing results performed by the deformation amount calculation unit 42 in step S120. In the deformation amount calculation unit 42, first, time integration data of acceleration based on ground deformation is subjected to second-order time integration to generate displacement data. FIG. 10A shows a result of second-order integration with respect to time of time series data of acceleration from which the first background component has been removed in the data processing unit. As shown in FIG. 7A, it can be seen that the displacement increases with time. This is because the time series data of acceleration to be integrated includes a noise component and is integrated by integration. In general, when the amount of deformation or displacement of a point of interest in a tread portion of a tire that rolls in a steady state is observed, a periodic change is shown with the rotation period of the tire as a unit. Therefore, it is usually not possible for the displacement to increase with time.
Therefore, the following processing is performed on the displacement data so that the displacement data obtained by performing the second-order time integration shows a periodic change in units of the tire rotation cycle.

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。   That is, the noise component included in the displacement data is calculated as the background component 2 in the same manner as the method for calculating the background component 1. At this time, the deformation amount during rolling of the tire in the region including the contact area with the road surface can be obtained with high accuracy by using the time-series rotation angle obtained in the derivation of the centrifugal force. More specifically, the area on the circumference of the tire is divided into a first area including a contact area with the road surface and a second area other than this, and the first area is larger than θ = 90 degrees 270. An area of less than 85 degrees, greater than 450 degrees and less than 720 degrees, greater than 810 degrees and less than 980 degrees, and the second area is θ = 0 to 90 degrees and 270 degrees to 360 degrees, 360 degrees to 450 degrees And 630 degrees to 720 degrees, 720 degrees to 810 degrees, and 980 degrees to 1070 degrees. The background component 2 uses the plurality of circumferential positions (time corresponding to θ or θ) in the second region as nodes, and uses a predetermined function group, and the first region and the second region It calculates | requires by calculating a 2nd approximation curve with the least squares method with respect to the data of an area | region. The node means a constraint condition on the horizontal axis that defines the local curvature (flexibility) of the spline function. In FIG. 10B, a second approximate curve representing the background component 2 is indicated by a dotted line. In the example of FIG. 10B, the position indicated by “Δ” in FIG. 10B, that is, 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 degrees.

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。
By performing function approximation on the displacement data shown in FIG. 10A with a cubic spline function passing through the data points of the nodes, a second approximate curve indicated by a dotted line in FIG. 10B is calculated. Is done. When performing function approximation, there are no nodes in the first region, function approximation is performed using only a plurality of nodes in the second region, and the weighting factor of the second region used in the least square method performed in function approximation is used. The processing is performed with 1 being set to 1, and the weighting coefficient of the first region being set to 0.01. Thus, when calculating the background component 2, the first weighting factor is reduced and the node is not defined in the first region. The background component 2 is calculated mainly using the displacement data in the second region. It is to do. In the second region, deformation due to contact of the tread portion is small and the deformation changes smoothly on the circumference, so that the amount of deformation of the tire is small on the circumference and the change is also extremely small. On the other hand, in the first region, the tread portion of the tire is greatly displaced and rapidly changes based on the ground deformation. For this reason, the amount of deformation based on ground deformation is large and rapidly changes on the circumference. That is, the deformation amount of the tread portion in the second region is substantially constant as compared with the first deformation amount. Thus, by calculating the first approximate curve mainly using the displacement data obtained by the second order integration of the second area, the first area including not only the second area but also the ground contact area with the road surface is obtained. The amount of deformation during rolling of the tire in the region can be obtained with high accuracy.
In FIG. 10B, the second approximate curve calculated mainly using the displacement data of the second region is indicated by a dotted line. In the second region, the second approximate curve substantially matches the displacement data (solid line).

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。   Then, the approximate curve calculated as the background component 2 is subtracted from the displacement data, and the distribution of the deformation amount based on the ground deformation of the tread portion is calculated. FIG. 10 (c) shows the distribution of deformation based on the ground deformation of the tread portion, which is calculated by subtracting the second approximate curve (dotted line) from the displacement signal (solid line) shown in FIG. 10 (b). Show. FIG. 10C shows a distribution of deformation amounts for three rotations (three times of ground contact) when a predetermined measurement position on the tread portion rotates around the circumference and is displaced. It can be seen that the amount of deformation changes with each contact. The deformation amount calculated by such a method coincides with the deformation amount when the simulation is performed using the tire finite element model with high accuracy.

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。   Then, the contact length calculation unit 28 calculates the contact length (step S122). First, the time-series data of the deformation amount in the tread portion shown in FIG. 10C is subjected to second order differentiation with respect to time, so that the noise component is removed from the acceleration shown in FIG. , That is, acceleration time series data that does not include a noise component based on the ground deformation of the tread portion is calculated.

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。
FIG. 11A shows a method for obtaining the grounding region and the grounding length. First, in the time series data of acceleration not including a noise component based on the ground deformation of the tire tread portion extracted in step S122, two points where acceleration changes rapidly and crosses zero are obtained. Next, the positions in the displacement data corresponding to the two obtained points are obtained, and these positions are set as the positions of the front end and the rear end as shown in FIG. The portion where the time series data of acceleration changes greatly in this way can be defined as the ground contact front end and the ground back end when the tread portion rotates and comes into the ground region, or when it comes out of the ground region. This is because the tire deforms rapidly. Further, it is possible to clearly determine the position where the time series data of acceleration crosses zero.
The lower graph in FIG. 11A is a graph written by changing from a polar coordinate system expressed in the radial direction and circumferential direction of the tire to an orthogonal coordinate system expressed in the vertical direction and the front-rear direction of the tire. It is a graph which shows the deformation | transformation shape of the tire which has existed and deform | transformed by the grounding. On this graph, the contact length can be evaluated by determining the positions of the front end and the rear end.
The contact length calculated by such a method coincides with the contact length accurately when a simulation is performed using a finite element model of a tire.

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。
Further, in place of the method shown in FIG. 11A, the ground region and the ground length can be obtained by the method shown in FIG. Specifically, FIG. 11 (b) shows the normalization by dividing the position in the front-rear direction of the tire by the outer diameter C of the tread portion of the tire when the ground contact center position of the tire is the origin. It is the graph which expressed the deformation | transformation shape of the tire by dividing the position of an up-down direction by the outer diameter C, and normalizing. As shown in FIG. 11 (b), in the deformed shape of the tire, a position crossing a straight line that is a certain distance δ upward from the lowest point in the vertical direction corresponds to a standardized position corresponding to the ground contact front end and a ground rear end Standardized position. By obtaining the normalized positions and multiplying them by the outer diameter C, the positions of the front contact end and the rear contact end can be determined, whereby the contact area and the contact length of the tire can be determined. The fixed distance δ used for determining the front end position and the rear end position is preferably in the range of 0.001 to 0.005, for example. In addition, the position where the square value of the distance when the tread portion is separated upward from the lowest point crosses a predetermined value can be set as the ground contact front end and the ground contact rear end. For example, the predetermined value is in the range of 0.00002 (cm 2 ) to 0.00005 (cm 2 ), and preferably 0.00004 (cm 2 ). It has been confirmed that the measurement results obtained by variously examining the contact length by changing the load applied to the stationary tire and the result of the contact length obtained by the above method show extremely high correlation.
FIG. 12 shows an example of the contact area and contact length obtained by the above method. A thick line portion in FIG. 12 indicates a grounding region.

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。   As described above, the deformation amount of the tread portion of the tire can be calculated in any of the radial direction, the circumferential direction, and the width direction, and the deformed shape and trajectory of the rolling tire can be obtained. Further, by providing a plurality of acceleration sensors on the inner peripheral surface of the tread portion on the circumference, it is possible to simultaneously acquire the ground contact state at the circumferential position of the tread portion. Furthermore, by providing a plurality of acceleration sensors in the width direction of the tire and obtaining the contact length in the width direction and the distribution of the contact area, the contact shape of the rolling tire can be acquired.

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。   Such derivation of the contact area (step S120 and step S122) is performed for each time series data of acceleration based on tire deformation of each wheel 14a to 14d, and the vehicle 12 of each wheel 14a to 14d is determined. The ground contact lengths CLa to CLd during turning are calculated. The calculated contact lengths CLa to CLa are output to the lateral force calculation unit 70.

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。   The lateral force calculation unit 71 uses the magnitude R of the centrifugal force applied to the vehicle 12 that is turning and the ground contact lengths CLa to CLd of the wheels 14a to 14d calculated in step S118, and the above formula (1 ), Wheel lateral forces SFa to SFd generated in the wheels 14a to 14d are calculated (step S124). The calculated wheel lateral forces SFa to SFd are displayed on the display 34.

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。   As described above, by providing a plurality of acceleration sensors on the inner peripheral surface of the tread portion on the circumference, it is possible to acquire the lateral force distribution in the circumferential direction of the tread portion that occurs in the ground contact area of the wheel. Furthermore, by providing a plurality of acceleration sensors in the width direction of the tire, the lateral force distribution in the width direction generated in the ground contact area of the wheel can be obtained.

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。   In the present embodiment, the centrifugal force applied to the vehicle 12 is calculated using acceleration data acquired by an acceleration sensor provided in the tire. In the present invention, the magnitude of the centrifugal force applied to the vehicle during turning is derived by arranging the vehicle acceleration sensor in the vehicle so that the magnitude of acceleration in a direction substantially perpendicular to the vehicle traveling direction can be measured. May be. For example, a vehicle acceleration sensor arranged in the vehicle measures the magnitude of vehicle acceleration in a direction substantially perpendicular to the traveling direction of the vehicle while the vehicle is turning, and the centrifugal acceleration is performed based on the vehicle acceleration and the vehicle weight. The magnitude of the force may be derived. The centrifugal force deriving method in the present invention is not particularly limited.

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。   As described above, the tire lateral force calculation method and the tire lateral force calculation method of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course.

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。It is a schematic block diagram explaining an example of the wheel lateral force calculation apparatus of this invention. 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。It is a figure explaining the sensor unit and the data processing unit in the wheel lateral force calculation apparatus shown in FIG. (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) And (b) is a figure explaining the force concerning a vehicle or a wheel at the time of turning of a vehicle. (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。(A)-(c) is a graph which shows the relationship between the contact length of each wheel, and cornering power about several different wheel, respectively. 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。It is a block diagram explaining the process means in the wheel lateral force calculation apparatus shown in FIG. 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。It is a figure explaining the various parameters showing the behavior of the vehicle in the turning driving | running | working calculated in the centrifugal force derivation | leading-out part of the wheel lateral force calculation apparatus shown in FIG. 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。It is a flowchart which shows an example of the wheel lateral force calculation method of this invention. (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)-(c) is a graph which shows the signal waveform obtained by the wheel lateral force calculation method of this invention. (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) And (b) is a graph which shows the signal waveform obtained by the wheel lateral force calculation method of this invention. (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)-(c) is a graph which shows the signal waveform obtained by the wheel lateral force calculation method of this invention. (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。(A) And (b) is a figure explaining the calculation method of the contact length performed by the wheel lateral force calculation method of this invention. 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。It is a figure which shows an example of the contact length calculated with the wheel lateral force calculation method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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
2 Acceleration sensor 3 Receiver 4 Amplifier (AMP)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wheel lateral force calculation apparatus 21 Processing apparatus 22 Tire acceleration data acquisition part 23 CPU
24 Signal processing unit 27 Memory 34 Display 40 Ground contact length deriving unit 42 Deformation amount calculating unit 44 Ground contact length calculating unit 50 Centrifugal force deriving unit 52 Rotational angular velocity calculating unit 54 Wheel movement amount calculating unit 56 Pseudo vehicle speed calculating unit 58 Turning radius calculating unit 62 Centrifugal force calculator 70 Lateral force calculator

Claims (18)

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。
For a vehicle having a plurality of wheels, a method of calculating a lateral force applied to each wheel during the turning of the vehicle,
A centrifugal force deriving step for obtaining a magnitude of a centrifugal force in a direction substantially perpendicular to the vehicle traveling direction, which is applied to the vehicle that is turning;
A contact length derivation step for determining a contact length of each of the plurality of wheels during turning of the vehicle;
A lateral force calculation step of calculating a lateral force applied to each wheel based on a ratio of a contact length of each wheel to a total sum of the contact lengths of each of the plurality of wheels and a magnitude of the centrifugal force. Wheel lateral force calculation method.
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。   The lateral force calculating step calculates the lateral force applied to each wheel for each wheel by multiplying the magnitude of the centrifugal force and the ratio of the contact length of each wheel, respectively. 1. The wheel lateral force calculation method according to 1. 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。
The wheel comprises a tire;
Prior to the contact length derivation step, there is an acceleration data acquisition step for acquiring time-series acceleration data of a predetermined portion of the tire, which is generated when the rolling tire receives an external force from the road surface,
The contact length deriving step calculates the contact length of each of the plurality of wheels using the time-series acceleration data of the tire acquired in the acceleration data acquisition step. Wheel lateral force calculation method.
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。   The contact length deriving step extracts time-series acceleration data based on tire deformation from the time-series acceleration data, and performs second-order time integration on the time-series acceleration data based on the tire deformation. 4. The wheel lateral direction according to claim 3, wherein the displacement data is calculated to calculate a deformation amount at a predetermined portion of the tire, and the contact length is calculated using the deformation amount at the predetermined portion of the tire. Force calculation method. 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。
The acceleration data acquired in the acceleration data acquisition step is at least one data of radial acceleration data orthogonal to the tire circumferential direction and tire circumferential acceleration data,
The wheel according to claim 4, wherein the deformation amount of the predetermined portion of the tire calculated in the contact length deriving step is a radial deformation amount and a circumferential deformation amount or a radial deformation amount of the tire. Lateral force calculation method.
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。   The centrifugal force deriving step calculates a rotational angular velocity of each wheel using time-series acceleration data of a predetermined portion of the tire for each of the plurality of wheels, and turns the vehicle based on the rotational angular velocity of each wheel. An estimated value of a radius and a traveling speed of the vehicle is obtained, and the centrifugal force is calculated based on a turning radius of the vehicle, an estimated value of the traveling speed of the vehicle, and weight information of the vehicle acquired in advance. The wheel lateral force calculation method according to any one of claims 3 to 5. 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。   The centrifugal force deriving step calculates the moving speed of each wheel using the rotational angular velocity of each wheel, and the value of the ratio of the moving speeds of the left and right wheels provided on at least one axle of the vehicle The wheel lateral force calculation method according to claim 6, wherein a turning radius of the vehicle is derived by using. 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。   In the centrifugal force deriving step, an acceleration magnitude approximately perpendicular to a vehicle traveling direction and a weight of the vehicle measured during the turning of the vehicle measured by a vehicle acceleration sensor provided in the vehicle are used. The wheel lateral force calculation method according to any one of claims 1 to 5, wherein the centrifugal force is derived based on the magnitude. 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。
For a vehicle having a plurality of wheels, a device that calculates the lateral force applied to each wheel during the turning of the vehicle,
Centrifugal force deriving means for determining the magnitude of centrifugal force in a direction substantially perpendicular to the vehicle traveling direction, which is applied to the vehicle that is turning.
A contact length deriving means for determining a contact length of each of the plurality of wheels during turning of the vehicle;
Lateral force calculation means for calculating the lateral force applied to each wheel based on the ratio of the contact length of each wheel to the sum of the contact lengths of each of the plurality of wheels and the magnitude of the centrifugal force. Wheel lateral force calculation device.
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。   The lateral force calculation means calculates the lateral force applied to each wheel for each wheel by multiplying the magnitude of the centrifugal force and the ratio of the contact length of each wheel, respectively. Item 10. The wheel lateral force calculation device according to Item 9. 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。
The wheel is a wheel provided with a tire,
An acceleration sensor that is provided at a predetermined portion of the tire and that generates time-series acceleration data of the predetermined portion of the tire that is generated when the rolling tire receives an external force from the road surface;
11. The wheel according to claim 9, wherein the contact length deriving unit obtains a contact length of each of the plurality of wheels using time-series acceleration data of the tire measured by the acceleration sensor. Lateral force calculation device.
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。
The contact length deriving means includes
Extracting time-series acceleration data based on tire deformation from the time-series acceleration data, and obtaining displacement data by performing second-order time integration on the time-series acceleration data based on the tire deformation. The deformation amount calculation unit for calculating the deformation amount in a predetermined portion of the tire,
The wheel lateral force calculation device according to claim 11, further comprising: a contact length calculation unit that calculates the contact length using a deformation amount at a predetermined portion of the tire.
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。
The acceleration data measured by the acceleration sensor is at least one of radial acceleration data orthogonal to the tire circumferential direction and tire circumferential acceleration data,
The wheel according to claim 12, wherein the deformation amount of the predetermined portion of the tire calculated by the contact length deriving unit is a radial deformation amount and a circumferential deformation amount of the tire, or a radial deformation amount. Lateral force calculation device.
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。
The centrifugal force deriving means includes, for each of the plurality of wheels, an angular velocity calculating unit that calculates a rotational angular velocity of each wheel using time-series acceleration data of a predetermined portion of the tire;
A turning radius calculation unit for obtaining a turning radius of the vehicle based on the rotational angular velocity;
A speed estimated value calculation unit for obtaining an estimated value of the traveling speed of the vehicle based on the rotational angular velocity;
And a centrifugal force calculation unit that calculates the centrifugal force based on the turning radius of the vehicle, the estimated value of the traveling speed of the vehicle, and the weight information of the vehicle acquired in advance. The wheel lateral force calculation device according to any one of claims 11 to 13.
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。
The turning radius calculation unit calculates the moving speed of each wheel using the rotational angular velocity of each wheel,
15. The wheel lateral force calculation device according to claim 14, wherein a turning radius of the vehicle is derived using a value of a ratio of the moving speeds of left and right wheels provided on at least one axle of the vehicle. .
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。
A vehicle acceleration sensor provided on the vehicle for measuring the magnitude of vehicle acceleration in a direction substantially perpendicular to the vehicle traveling direction during the turning of the vehicle;
The wheel according to any one of claims 9 to 13, wherein the centrifugal force deriving means derives the magnitude of the centrifugal force based on the vehicle acceleration and information on the weight of the vehicle. Lateral force calculation device.
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。   The wheel lateral force calculation device according to any one of claims 11 to 16, wherein a plurality of the acceleration sensors are provided in a circumferential direction of the tire. 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。   17. The wheel lateral force calculation device according to claim 11, wherein a plurality of the acceleration sensors are provided in a width direction of the tire.
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