CN104334375B - 轮胎不均匀磨损检测方法和轮胎不均匀磨损检测设备 - Google Patents

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Abstract

本发明通过进行以下操作，使得能够在不会损害轮胎的耐久性的情况下，精确地检测胎肩端部磨损：经由加速度波形提取部件(12)来从配置在轮胎胎面的内面上的加速度传感器(11)的输出信号中提取加速度波形；经由加速度波形分离部件(13)来从该加速度波形中提取踏入前区域和蹬出后区域中的任一个；然后，通过经由频率分析部件(14)分析所提取的加速度波形，来获得频谱；经由频带值计算部件(15)来根据该频谱计算表示特定频带的加速度的大小的频带值；以及经由胎肩端部磨损检测部件(17)来根据所计算出的频带值的大小检测轮胎胎肩部的端部的不均匀磨损。

Description

轮胎不均匀磨损检测方法和轮胎不均匀磨损检测设备
技术领域
本发明涉及用于根据配置在轮胎胎面的内面侧的加速度传感器的输出信号来检测轮胎胎面的胎肩部的端部的不均匀磨损的方法和设备。
背景技术
由于轮胎在路面上行驶时与路面发生摩擦，因而轮胎的胎面表面变得磨损。从轮胎性能的角度，期望胎面表面均匀地磨损，因而轮胎的接地面(足印)形状的变化不大。然而，存在如下情况：由于在转弯、加速和减速时横方向的力和前后方向的力相对于轮胎的行进方向进行作用，因此在轮胎胎面的中央部和胎肩部之间磨损量有所不同。
随着这些不均匀磨损的累积，轮胎的胎肩部的端部可能显著磨损。与胎面表面均匀磨损的正常磨损轮胎相比，将如同这样的不均匀磨损严重的轮胎称为不均匀磨损轮胎。
如果继续使用极端不均匀磨损的轮胎，则这种轮胎最终可能无法发挥其原有性能。特别是对于冬季轮胎，频繁发生的问题是路面的抓地力不足。
此外，不均匀磨损轮胎的接地面形状不理想。因而，与胎面表面均匀磨损的正常磨损轮胎相比，这种轮胎在燃料经济性能方面所经受的损失更大。
在传统已知的方法中，使用配置在轮胎胎面的内面侧的加速度传感器的输出信号来检测轮胎的磨损状态。在这种方法中，使用配置在轮胎的内衬层的轮胎宽度方向中心的加速度传感器来检测轮胎径向的加速度波形。然后，从踏入区域和蹬出区域的其中一个或这两者提取加速度波形，其中：踏入区域是比作为踏入点附近的峰和蹬出点附近的峰之间的中间点的时间Tm提前了踏入点附近的峰和蹬出点附近的峰之间的时间间隔ΔT的区域，并且蹬出区域是比时间Tm推后了踏入点附近的峰和蹬出点附近的峰之间的时间间隔ΔT的区域。然后，对该加速度波形进行频率分析，并且使用由此获得的频谱来计算作为特定频带的加速度的大小的频带值。并且，通过将所计算出的频带值与预定阈值进行比较来检测轮胎磨损的进展程度(例如，参见专利文献1)。
此外，在用于检测轮胎的磨损状态的另一方法中，将各自可以包括磁性材料或者导电橡胶的感测元件埋入轮胎胎面的槽部或胎面橡胶的内部，并且在车体侧配置传感器。并且，由于随着轮胎磨耗、感测元件也磨损，因此根据传感器所检测到的信号的变化来估计轮胎的磨损(例如，参见专利文献2)。并且，在又一方法中，预先将有臭味气体或有色气体密封在轮胎内。并且，在随着胎面的磨损进展而导致内部所密封的气体暴露在空气中的情况下，由于有臭味气体或有色气体被释放到空气中，因而可以得知轮胎磨损(例如，参见专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-18667
专利文献2：日本特开2003-214808
专利文献3：日本特开2005-28950
发明内容
发明要解决的问题
然而，如专利文献1所述的方法尽管在检测新轮胎的整体磨损的进展方面可能是有效的，但并不是在精确地检测诸如胎肩端部磨损等的轮胎胎肩部的局部磨损时有效的方法。
此外，如专利文献2和专利文献3所述的方法依赖于将诸如磁性材料或气体等的异物引入轮胎胎面内，这可能导致某些故障，从而损害轮胎的耐久性。
本发明是有鉴于上述问题而作出的，并且本发明的目的在于提供用于在不会损害轮胎的耐久性的情况下、精确地检测胎肩端部磨损的方法和设备。
用于解决问题的方案
本发明提供一种轮胎不均匀磨损检测方法，用于根据通过使用加速度传感器所检测到的加速度波形来检测轮胎的不均匀磨损，所述轮胎不均匀磨损检测方法包括以下步骤：步骤(a)，用于从轮胎胎面的内面上所配置的加速度传感器的输出信号中提取踏入前区域和蹬出后区域中的一个区域或这两个区域的加速度波形；步骤(b)，用于根据所提取出的加速度波形来计算作为特定频带的加速度的大小的频带值；以及步骤(c)，用于根据所计算出的频带值的大小来检测轮胎胎肩部的端部的不均匀磨损。
附图说明
图1是示出根据本发明实施方式的轮胎不均匀磨损检测设备的结构的图。
图2是示出加速度传感器的安装示例的图。
图3是示出轮胎径向加速度波形的一个示例的图。
图4是示出蹬出后区域中的轮胎径向加速度的频谱的图。
图5是示出胎肩端部磨损的状态的图。
图6是示出轮胎中央部的圆周方向上的接地压力分布的图。
图7是分别示出踏入前区域的轮胎径向加速度的频谱和包括接地面的连续区域的轮胎径向加速度的频谱的示例的图。
图8是示出轮胎径向加速度的频谱的图(60km/hr)。
图9是示出轮胎径向加速度的频谱的图(80km/hr)。
图10是示出速度、载荷和频带值之间的关系的图。
具体实施方式
图1是示出轮胎不均匀磨损检测设备10的结构的功能框图。在该图中，附图标记11表示加速度传感器，附图标记12表示加速度波形提取部件，附图标记13表示加速度波形分离部件，附图标记14表示频率分析部件，附图标记15表示频带值计算部件，附图标记16表示存储部件，以及附图标记17表示胎肩端部磨损检测部件。
如图2所示，加速度传感器11配置在内衬层2上的由CL表示的轮胎1的宽度方向中心处，以使得检测方向是轮胎1的径向。并且，加速度传感器11检测作用于轮胎胎面3的中央部4的内面侧的轮胎1的径向加速度。
加速度传感器11构成轮胎不均匀磨损检测设备10的传感器单元10A，而从加速度波形提取部件12到胎肩端部磨损检测部件17的各部件构成轮胎不均匀磨损检测设备10的存储和计算单元10B。
构成存储和计算单元10B的部件例如由计算机软件构成，并且配置在车体侧上。还注意，存储部件16由诸如RAM等的存储器构成。
此外，作为用于将来自加速度传感器11的输出信号发送到计算单元10B的结构，优选地，如图2所示，在内衬层2上或者在车轮5上设置发送器11F，并且来自加速度传感器11的输出信号由未示出的放大器进行放大，然后被无线地发送至车体侧上所配置的计算单元10B。注意，该结构还可以如下：将计算单元10B配置在轮胎1上，并且将胎肩端部磨损检测部件17的检测结果发送至车体侧所设置的未示出的车辆控制装置。
加速度波形提取部件12从自加速度传感器11输出的表示作用于轮胎胎面3的中央部4的轮胎径向加速度的大小的信号中提取加速度波形，其中该加速度波形是中央部4中的轮胎接地面附近的轮胎径向加速度(径向加速度)的时间序列波形。
加速度波形分离部件13通过从加速度波形提取部件12所提取的加速度波形中分离作为蹬出后区域的加速度波形的区域加速度波形，来提取该区域加速度波形。
图3是示出加速度传感器11所检测到的径向加速度波形的一个示例的图。横轴表示时间(秒)，并且纵轴表示径向加速度的大小(G)。
在径向加速度波形中，如图3所示，在踏入点Pf处和蹬出点Pk处，加速度变为0。因而，加速度波形分离部件13从径向加速度波形中提取蹬出点Pk之后的时间区域中的加速度波形，并将该加速度波形作为区域加速度波形发送至频率分析部件14。
在要将踏入前区域的加速度波形用作区域加速度波形的情况下，应配置成如下：提取踏入点Pf之前的时间区域中的加速度波形，并将该加速度波形用作区域加速度波形。
应当注意，可以根据在通过对径向加速度波形进行微分所推导出的加速度微分波形中出现的两个峰(踏入端峰和蹬出端峰)的位置，来以较高的精度确定踏入点Pf和蹬出点Pk的位置。
频率分析部件14通过对作为蹬出后区域的加速度波形的区域加速度波形(时间序列波形)进行快速傅立叶变换(FFT)来计算区域加速度的频谱。
图4是示出区域加速度的频谱的一个示例的图。横轴表示频率[Hz]，并且纵轴表示径向加速度的大小(加速度谱级)[dB]。在该图中，在800～1500Hz的频带中加速度谱级较高的数据表示发生胎肩端部磨损的轮胎(以下称为“不均匀磨损品”)的数据，并且加速度谱级较低的数据表示没有发生不均匀磨损的轮胎(以下称为“正常磨损品”)的数据。
如图5所示，不均匀磨损品是指如下轮胎：作为胎肩花纹块的轮胎宽度方向外侧的端部发生过度磨损的结果，在粗虚线所示的曲线的轮胎接地面侧具有橡胶缺失。
图6是示出轮胎的中央部4中的圆周方向接地压力分布的图。横轴表示相对于正下方(如从轮胎宽度方向观看时的接地中心)的旋转角度(deg)，并且纵轴表示接地压力(GPa)。此外，该图中的菱形标记表示正常磨损品的数据，并且三角形标记表示不均匀磨损品的数据。
如通过正常磨损品的接地压力分布和不均匀磨损品的接地压力分布之间的比较显然可知，不均匀磨损品表现出离接地端越近则压力值越高。离接地端越近压力值越高，这可能是接地面外的高频波级上升的原因。因此，与正常磨损品的踏入前区域的加速度波形或蹬出后区域的加速度波形相比，不均匀磨损品的踏入前区域的加速度波形或蹬出后区域的加速度波形在包括接地面外的高频波的频带中表现出较高的振动级。
图7(a)示出通过对踏入前区域的加速度波形进行快速傅立叶变换(FFT)所获得的频谱。图7(b)示出通过对包括接地面的连续区域的轮胎径向加速度的频谱进行FFT所获得的频谱。
如通过图4与图7(a)和7(b)之间的比较显然可知，与包括接地面的连续区域的轮胎径向加速度的频谱相比，踏入前区域或蹬出后区域的加速度波形的频谱在加速度谱级方面在不均匀磨损品和正常磨损品之间表现出较大差异。
频带值计算部件15计算作为区域加速度的频谱的特定频带中的振动级的加速度谱级，并将所计算出的值作为频带值T发送至胎肩端部磨损检测部件17。
存储部件16存储作为胎肩部的端部没有发生不均匀磨损的正常磨损轮胎的预定频带值的基准频带值T0。
例如，可以按照如下准备用于设置基准频带值的轮胎(正常磨损轮胎)。首先，在室内测试中，使轮胎在将会导致胎肩发生显著不均匀磨损的条件下运行，并且测量直到胎肩发生不均匀磨损为止的时间(或距离)。然后，使另一轮胎在不会导致不均匀磨损的条件下运行并持续相同的时间(或距离)，并且可以使用该轮胎作为正常磨损轮胎。
胎肩端部磨损检测部件17通过将频带值计算部件15所计算出的频带值T与基准频带值T0进行比较来判断是否发生胎肩端部磨损。
接着将说明用于检测轮胎上的不均匀磨损的方法。
首先，利用加速度传感器11来检测伴随着轮胎胎面3的变形而变形的内衬层2的内面的中央部4处的轮胎径向上的加速度(径向加速度)。然后，将所检测到的径向加速度的数据从发送器11F发送至车体侧上所配置的计算单元10B。
计算单元10B从加速度传感器11的输出信号中提取作为轮胎接地面附近的轮胎径向加速度的时间序列波形的加速度波形，然后从该加速度波形中分离区域加速度波形，并且使用所提取的区域加速度波形来判断轮胎1是否发生胎肩端部磨损。
更具体地，计算频带值T，其中该频带值T是通过对区域加速度波形进行FFT所获得的区域加速度的频谱的特定频带中的径向加速度的大小。并且，将频带值T与预定的基准频带值(正常磨损轮胎的频带值)T0进行比较，以判断是否发生胎肩端部磨损。
作为判断方法，例如，可以在频带值T(dB)和基准频带值T0(dB)之间的差超过预定的阈值K的情况下，判断为发生了胎肩端部磨损。
因而，使用除所提供的与正常磨损状态和不均匀磨损状态之间的区别有关的信息很少的接地部分的加速度波形以外的区域加速度波形来检测轮胎胎肩的端部的不均匀磨损。因此，与在使用接地面附近的加速度波形整体的情况相比，可以提高检测不均匀磨损的检测精度。
此外，可以使用一个加速度传感器11来检测不均匀磨损的发生。这不仅简化了***，而且还能在不会损害轮胎的耐久性的情况下实现胎肩不均匀磨损的检测。
此外，加速度传感器11配置在轮胎胎面3的宽度方向中心。因此，可以检测车体侧胎肩和非车体侧胎肩的任一个的不均匀磨损。
注意，例如，可以使用以下过程来准备用于设置基准频带值的轮胎(正常磨损轮胎)。首先，在室内测试中，使轮胎在将会导致胎肩部发生极大的不均匀磨损的条件下运行，并且测量直到在胎肩部中发生不均匀磨损为止的时间(或距离)。然后，使另一轮胎在不会导致不均匀磨损的条件下运行并持续相同的时间(或距离)，并且可以使用该轮胎。
胎面3的磨损有所发展的轮胎具有较浅的沟深，因此与新轮胎相比表现出较高的花纹块刚性。结果，这种轮胎与新轮胎相比，接地面外侧的高频波的发生区域不同。因而，如果如本实施方式那样、应用正常磨损轮胎的频带值T0，则检测精度将有所提高。
在上述实施方式中，使用轮胎径向加速度，但作为代替，还可以使用轮胎圆周方向加速度或轮胎宽度方向加速度。然而，在使用轮胎圆周方向加速度的情况下，加速度传感器11的输出信号将包含胎面花纹块的固有振动频率成分。结果，与使用轮胎径向加速度的情况相比，不均匀磨损的检测精度将略微降低。此外，在使用轮胎宽度方向加速度的情况下，加速度传感器11的输出信号将变得小于轮胎径向加速度的信号，由此导致不均匀磨损的检测精度下降。
此外，在上述实施方式中，根据通过对所提取的区域加速度波形进行FFT所获得的频谱来获得频带值。然而，可以根据仅包含800～1500Hz频率成分的加速度波形来获得频带值，其中这些频率成分可以通过使区域加速度波形穿过带通滤波器来获得。
此外，在上述实施方式中，所使用的区域加速度波形是从蹬出后区域所提取的加速度波形。然而，还可以使用踏入前区域的加速度波形作为区域加速度波形。
此外，结构可以如下：提取踏入前区域和蹬出后区域这两者的加速度波形，并且根据使用各个区域加速度波形所计算出的踏入侧频带值T(f)和蹬出侧频带值T(k)来检测轮胎胎肩部的端部的不均匀磨损。更具体地，在频带值T(f)或频带值T(k)相对于预定的基准频带值T0(f)或T0(k)增加了预定值以上的情况下，可以判断为发生胎肩端部磨损。
实施例
通过将加速度传感器安装在轮胎的内衬层的轮胎宽度方向中心处、以使得轮胎径向变为检测方向，来准备测试轮胎。使配备有该测试轮胎的测试车辆以40～80km/hr的速度运行。并且，通过将用于处理来自加速度传感器的输出信号的存储和计算单元安装在车体侧，来获得区域加速度波形的频谱。
测试轮胎的轮胎尺寸是315/80R22.5。
使用“空载车辆”、“半载车辆”和“满载车辆”这三种类型的测试车辆来研究载荷的影响。“空载车辆”的载荷是1.9吨，“半载车辆”的载荷是2.4吨，并且“满载车辆”的载荷是2.85吨。
关于频谱，分别针对正常磨损品和存在如图2的符号Z所示的胎肩端部磨损的不均匀磨损品，来获得踏入侧区域加速度波形的频谱(以下称为踏入侧频谱)和蹬出侧区域加速度波形的频谱(以下称为蹬出侧频谱)。
图8示出在使测试车辆以60km/hr的速度运行的情况下的频谱。图9示出在使测试车辆以80km/hr的速度运行的情况下的频谱。
在图8和图9中，(a)图示出在测试车辆是满载车辆的情况下的踏入侧频谱，(b)图示出在测试车辆是满载车辆的情况下的蹬出侧频谱，(c)图示出在测试车辆是半载车辆的情况下的踏入侧频谱，(d)图示出在测试车辆是半载车辆的情况下的蹬出侧频谱，(e)图示出在测试车辆是空载车辆的情况下的踏入侧频谱，并且(f)图示出在测试车辆是空载车辆的情况下的蹬出侧频谱。
如根据图8和图9显然可知，踏入侧频谱如下：在1000～1500Hz的频带中，不均匀磨损品的加速度谱级高于正常磨损品的加速度谱级。并且，蹬出侧频谱如下：在800～1200Hz的频带中，不均匀磨损品的加速度谱级高于正常磨损品的加速度谱级。此外，踏入侧频谱和蹬出侧频谱之间的比较表明：即使在低车速、低载荷的情况下，利用蹬出侧频谱也可以更好地检测胎肩端部磨损。
此外，发现以下：不均匀磨损品的加速度谱级和正常磨损品的加速谱级之间的差随着载荷和速度的增加而变大。
应当注意，省略了速度为40km/hr的频谱，这是因为正常磨损品和不均匀磨损品之间的级差小。
图10是示出速度和频带值之间的关系的图。该图中的圆形表示正常磨损品的频带值，并且三角形表示不均匀磨损品的频带值。并且，(a)图示出在测试车辆是满载车辆的情况下的踏入侧频谱的频带值，(b)图示出在测试车辆是满载车辆的情况下的蹬出侧频谱的频带值，(c)图示出在测试车辆是半载车辆的情况下的踏入侧频谱的频带值，(d)图示出在测试车辆是半载车辆的情况下的蹬出侧频谱的频带值，(e)图示出在测试车辆是空载车辆的情况下的踏入侧频谱的频带值，并且(f)图示出在测试车辆是空载车辆的情况下的蹬出侧频谱的频带值。
通过图10，同样发现不均匀磨损品的频带值高于正常磨损品的频带值。此外，与图8和图9所示的频谱相同，发现不均匀磨损品的频带值高于正常磨损品的频带值。
因而，确认了以下：在根据基于作为踏入前区域或蹬出后区域的加速度波形的区域加速度波形所计算出的频带值的大小来检测轮胎胎肩部的端部的不均匀磨损的情况下，可以提高轮胎不均匀磨损的检测精度。
在上述说明中，已经参考本发明的特定实施方式和实施例说明了本发明。然而，本发明的技术范围不应被视为局限于这些实施方式和实施例。本领域技术人员显而易见，可以在没有背离本发明的较宽精神和范围的情况下对本发明进行各种修改和改变。通过所附权利要求书还将显而易见，所有这些变形均意图包括在本发明的技术范围内。
附图标记说明
1 轮胎、2 内衬层、3 轮胎胎面、
4 中央部、5 车轮、
10 轮胎不均匀磨损检测设备、10A 传感器单元、10B 计算单元、
11 加速度传感器、11F 发送器、12 加速度波形提取部件、
13 加速度波形分离部件、14 频率分析部件、
15 频带值计算部件、16 存储部件、
17 胎肩端部磨损检测部件、CL 中心线。

Claims (7)

1.一种轮胎不均匀磨损检测方法，用于根据通过使用加速度传感器所检测到的加速度波形来检测轮胎的不均匀磨损，所述轮胎不均匀磨损检测方法包括以下步骤：
步骤(a)，用于从轮胎胎面的内面上的轮胎的宽度方向中心处所配置的加速度传感器的输出信号中提取踏入前区域和蹬出后区域中的一个区域或这两个区域的加速度波形；
步骤(b)，用于根据所提取出的加速度波形来计算作为特定频带的加速度的大小的频带值；以及
步骤(c)，用于根据所计算出的频带值的大小来检测轮胎胎肩部的端部的不均匀磨损。
2.根据权利要求1所述的轮胎不均匀磨损检测方法，其中，所述特定频带为800Hz～1500Hz。
3.根据权利要求1或2所述的轮胎不均匀磨损检测方法，其中，所述加速度是轮胎径向加速度。
4.根据权利要求1或2所述的轮胎不均匀磨损检测方法，其中，在所述步骤(c)中，通过将所述步骤(b)中所计算出的频带值与预先确定的没有发生不均匀磨损的正常磨损轮胎的频带值进行比较，来检测轮胎胎肩部的端部的不均匀磨损。
5.根据权利要求3所述的轮胎不均匀磨损检测方法，其中，在所述步骤(c)中，通过将所述步骤(b)中所计算出的频带值与预先确定的没有发生不均匀磨损的正常磨损轮胎的频带值进行比较，来检测轮胎胎肩部的端部的不均匀磨损。
6.一种轮胎不均匀磨损检测设备，用于根据通过使用加速度传感器所检测到的轮胎径向加速度来检测轮胎的不均匀磨损，所述轮胎不均匀磨损检测设备包括：
加速度传感器，其配置在轮胎胎面的内面上的轮胎的宽度方向中心处，用于测量轮胎径向加速度；
加速度波形提取部件，用于从所述加速度传感器的输出信号中提取踏入前区域和蹬出后区域中的一个区域或这两个区域的加速度波形；
频带值计算部件，用于根据所提取出的加速度波形来计算作为特定频带的加速度的大小的频带值；
存储部件，用于存储作为预先确定的在轮胎胎肩部的端部中没有发生不均匀磨损的正常磨损轮胎的频带值的基准频带值；以及
不均匀磨损检测部件，用于通过将所计算出的频带值与基准频带值进行比较，来检测轮胎胎肩部的端部的不均匀磨损。
7.根据权利要求6所述的轮胎不均匀磨损检测设备，其中，所述加速度传感器配置在轮胎胎面的中央部的内面侧上，以使得检测方向变为轮胎的径向。
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