CN105793687A - 轮胎异常磨损的估计方法和估计设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供用于通过使用较少的传感器来高精度地估计胎肩端部的不均匀磨损的方法和设备。用于估计轮胎的不均匀磨损的该设备(10)被配置为包括：配置在轮胎胎面的内面上的加速度传感器(11)，用于测量轮胎的径向加速度；加速度波形提取部件(12)，用于从加速度传感器的输出信号中提取蹬出后区域的加速度波形；用于根据所提取的加速度波形来计算不均匀磨损测量频带中的振动级(α)和基准频带中的振动级(β)的部件；不均匀磨损判断指标计算部件(16)，用于根据振动级(α，β)来计算作为用来进行不均匀磨损判断的指标的不均匀磨损判断指标(γ)；以及判断部件(18)，用于根据不均匀磨损判断指标(γ)的大小来判断在轮胎的轮胎胎肩的端部是否发生不均匀磨损。

Description

轮胎异常磨损的估计方法和估计设备

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估计在轮胎胎肩的端部是否发生异常(不规则或不均匀)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，因而使得接地面(足印)形状没有显著变化。然而，在转弯、加速或者减速时，相对于车辆的行进方向的横方向的力和前后方向的力可能作用于轮胎。结果，在轮胎胎面的中央部和胎肩部之间发生的磨损量有所不同。

随着这些异常磨损的累积，轮胎的轮胎胎肩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，将如同这样的异常磨损严重的轮胎称为异常磨损轮胎。

如果继续使用极端异常磨损的轮胎，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，异常磨损轮胎的接地面形状相对于理想状态偏离。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。

在本领域中，已知在轮胎胎面的内面侧的宽度方向中心和胎肩部各自配置加速度传感器的方法。并且，使用来自这些加速度传感器的输出信号，来对在轮胎胎肩的端部是否发生异常磨损进行估计(例如，参见专利文献1)。更具体地，通过对各加速度传感器所检测到的宽度方向中心和胎肩部的各径向加速度波形进行微分，来获得宽度方向中心的加速度微分波形和胎肩部的加速度微分波形。然后，计算微分峰值比率，该微分峰值比率是宽度方向中心的微分峰值和胎肩部的微分峰值之间的比率，这两个峰值是根据各加速度微分波形而计算出的轮胎接地端的峰值。现在将所计算出的微分峰值比率与预先计算出的在胎肩部的端部不存在异常磨损的轮胎的微分峰值比率进行比较，以判断在轮胎胎肩的端部是否发生异常磨损。

如上所述，根据专利文献1，使用通过来自配置在轮胎胎面的内面侧的宽度方向中心和胎肩部的加速度传感器的输出信号所分别计算出的宽度方向中心和胎肩部的微分峰值之间的比率，来估计轮胎胎肩的异常磨损。因而，可以避免由于车辆的行驶速度的变化而导致的异常磨损的估计精度的下降。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-136297

发明内容

然而，如专利文献1所公开的***需要使用至少三个加速度传感器。随着加速度传感器的数量的增加，可能产生诸如成本上升、要处理的数据量增加、以及从维护角度而言的可靠性降低等的各种问题。

因而，期望开发在减少传感器数量的情况下提高轮胎胎肩的异常磨损的估计精度的技术。

为了解决上述问题而做出本发明，并且本发明的目的是提供用于使用更少数量的传感器来精确地估计轮胎胎肩中的异常磨损的方法和设备。

作为本发明人认真研究的结果，发现如下：在径向加速度波形的蹬出后区域中，加速度波形的特定频率范围(800～1200Hz)的振动级随着轮胎胎肩的端部的异常磨损状态的变化而表现出显著的变化。并且，计算该特定频率范围(以下称为“异常磨损测量频带”)的振动级，并且将该异常磨损测量频带的振动级与噪声小并且振动级受轮胎胎肩的端部的异常磨损状态的变化的影响小的频率范围(以下称为“基准频带”)相比较。并且使用该基准振动级作为在估计异常磨损时的测量值。因而，本发明人做出了能够使用较少数量的传感器来确定地检测异常磨损状态的变化并且能够显著减少受到的车辆的行驶速度的变化的影响的本发明。

即，本发明涉及一种轮胎异常磨损的估计方法，用于根据加速度传感器所检测到的轮胎的径向的加速度波形来估计轮胎的异常磨损，所述估计方法的特征在于包括以下步骤：步骤(a)，用于从轮胎胎面的内面上配置的加速度传感器在车辆行驶期间的输出信号中提取蹬出后区域的轮胎的径向的加速度波形；步骤(b)，用于根据所提取到的所述加速度波形来计算作为800Hz～1200Hz的频带中的加速度大小的测量振动级α；步骤(c)，用于根据所提取到的所述加速度波形来计算作为2000Hz～2400Hz的频带中的加速度大小的基准振动级β；步骤(d)，用于根据所述测量振动级α和所述基准振动级β，来计算作为用以判断轮胎异常磨损的指标的异常磨损判断指标γ；以及步骤(e)，用于根据所计算出的所述异常磨损判断指标γ的值，来判断在轮胎胎肩的端部是否发生异常磨损。

通过这种方式，将振动级随着轮胎胎肩的端部的异常磨损状态的变化而极大变化的异常磨损测量频带的振动级与噪声小并且振动级受轮胎胎肩的端部的异常磨损状态的变化的影响小的基准频带的振动级相比较。并且，计算可以用作判断异常磨损时的测量值的指标，并且将该指标用来判断在轮胎胎肩的端部是否发生异常磨损。结果，能够使用较少数量的传感器来确定地估计异常磨损状态的变化，并且能够显著减少受到的车辆的行驶速度的变化的影响。

注意，要使用的蹬出后区域中的加速度波形例如是车辆行驶期间加速度传感器的输出信号中的、加速度传感器的位置离开路面的点(蹬出点)之后并且直到蹬出后区域输出信号的大小降低至预定的信号级别以下的时间为止的输出信号波形，或者可以使用从蹬出点开始到一个轮胎公转的大约1/5～2/5的时间区域的波形。

此外，这里所表示的轮胎胎肩的端部是相比位于胎面宽度方向外侧的周向槽靠外侧的陆部的胎面宽度方向外侧的端部。

此外，根据本发明，异常磨损判断指标γ＝α/β。

因而，可以计算出能够通过简单计算来消除行驶速度的影响的异常磨损判断指标γ。

此外，在步骤(e)中，将异常磨损判断指标γ与预先获得的阈值或基准判断指标γ₀相比较，以判断在轮胎胎肩的端部是否发生异常磨损，其中，所述基准判断指标γ₀是预先获得的未发生异常磨损的正常轮胎的异常磨损判断指标。因而，可以更精确地估计轮胎胎肩的端部中的异常磨损。

此外，本发明涉及一种轮胎异常磨损的估计设备，其特征在于，包括：加速度传感器，其配置在轮胎胎面的内面上，用于测量轮胎的径向的加速度；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蹬出后区域的加速度波形；异常磨损测量频带值计算部件，用于根据所提取到的所述加速度波形来计算作为800Hz～1200Hz的频带中的加速度大小的测量振动级α；基准频带值计算部件，用于根据所提取到的所述加速度波形来计算作为2000Hz～2400Hz的频带中的加速度大小的基准振动级β；异常磨损判断指标计算部件，用于根据所述测量振动级α和所述基准振动级β，来计算作为用以判断异常磨损的指标的异常磨损判断指标γ；以及判断部件，用于根据所计算出的所述异常磨损判断指标γ的值，来判断在轮胎胎肩的端部是否发生异常磨损。

通过实现上述结构，可以实现能够通过较少数量的传感器来精确地估计轮胎胎肩的端部的异常磨损的轮胎异常磨损估计设备。

注意，本发明的上述发明内容没有记载本发明的所有必要特征，因此应当理解，所述的各个特征的任意组合包括在本发明的范围内。

附图说明

图1是示出根据优选实施方式的轮胎异常磨损估计设备的结构的框图。

图2是示出加速度传感器的安装的示例的图。

图3是示出轮胎的径向加速度的示例的图。

图4是示出蹬出后区域的径向加速度的频谱的示例的图。

图5是示出胎肩端部磨损的状态的图。

图6是示出行驶速度和测量振动级之间的关系的图。

图7是示出行驶速度和异常磨损判断指标之间的关系的图。

具体实施方式

图1是示出轮胎异常磨损估计设备10的结构的功能框图。该轮胎异常磨损估计设备10包括加速度传感器11、加速度波形提取部件12、加速度波形分离部件13、频率分析部件14、频带值计算部件15、异常磨损判断指标计算部件16、存储部件17和判断部件18，以估计在轮胎胎肩的端部是否发生异常(不均匀或者不规则)磨损。这里所表示的轮胎胎肩的端部在图2中的轮胎1的示例中指通过在轮胎胎面3中所形成的周向槽4a和4b中的位于宽度方向外侧位置处的胎肩槽4b所划分出的陆部(胎肩陆部)3c的宽度方向外侧的端部。注意，在图2中，附图标记3a指通过两个周向槽4a和4a所划分出的中央陆部，并且附图标记3b指通过周向槽4a和4b所划分出的外侧陆部。此外，轮胎胎肩的端部的异常磨损指由于如图中的Z所表示的轮胎胎肩的端部中的磨损所导致的橡胶缺失的状态。以下将异常磨损称为胎肩端部磨损。

加速度传感器11以使得检测方向是轮胎的径向的方式配置在轮胎1的内衬层2上由图中的CL表示的宽度方向中心处。并且，加速度传感器11检测输入至轮胎胎面3的中央部的径向加速度。

加速度传感器11构成轮胎异常磨损检测设备10的传感器单元，而从加速度波形提取部件12至判断部件18的各部件构成轮胎异常磨损检测设备10的存储和计算单元。

构成存储和计算单元的部件可以例如由计算机软件构成，并且被配置在未示出的车体侧上。注意，存储部件17由诸如RAM等的存储器构成。

此外，作为用于将加速度传感器11的输出信号发送到计算单元所采用的结构，例如优选在轮胎内部或者在未示出的车轮上安装放大器和发送器。并且，加速度传感器11的输出信号在放大之后无线地发送至车体侧。此外，该结构还可以如下：将存储和计算单元配置在轮胎侧，并且将判断部件18的判断结果发送至车体侧上未示出的车辆控制单元。

加速度波形提取部件12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的径向加速度的时间序列波形的径向加速度波形。

加速度波形分离部件13从通过加速度波形提取部件12所提取的径向加速度波形中分离和提取蹬出后(post-trailing-end)区域中的加速度波形(以下称为蹬出后波形)。

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示例的图。图的横轴表示时间[秒]，并且纵轴表示径向加速度的大小[G]。在加速度传感器11的安装点(更精确地，加速度传感器11的设置点的径向外侧的位置处的胎肩表面)与路面相接触的点(踏入点)P_f处和加速度传感器11的安装点离开路面的点(蹬出点)P_k处，车辆行驶期间的加速度传感器11的输出信号为0。加速度波形分离部件13从该径向加速度波形中仅分离出蹬出点P_k之后的时间区域(蹬出后区域)中的加速度波形，并将该加速度波形作为蹬出后波形发送至频率分析部件14。

注意，从通过对如上所述的径向加速度波形进行微分所获得的加速度微分波形的两个峰值的位置，分别识别出踏入点P_f和蹬出点P_k的位置。

此外，在本实施例中，蹬出后区域是从蹬出点P_k到从蹬出点P_k开始的一个轮胎公转的30％后的时间区域。

通过诸如FFT分析器等的频率分析单元所构成的频率分析部件14对通过加速度波形分离部件13所提取出的蹬出后波形应用FFT处理，来获得蹬出后波形的频谱。

图4是示出蹬出后波形的频谱的示例的图。图的横轴表示频率[Hz]，并且纵轴表示径向加速度的大小(加速度谱级)[dB]。该图中的粗实线代表发生胎肩端部磨损的轮胎(以下称为“异常磨损轮胎”)的数据，并且细实线代表未发生异常磨损的轮胎(以下称为“正常磨损轮胎”)的数据。

异常磨损轮胎是具有由于如图5中的粗线所表示的、胎肩陆部3c的宽度方向外侧的端部中发生的过度磨损而导致橡胶缺失的状态的轮胎。另一方面，正常磨损轮胎具有如图中的细线所表示的磨损，但该轮胎没有如异常磨损轮胎那样发生橡胶过度缺失。注意，如图5所示的轮胎与在以下描述的实际车辆测试中所使用的轮胎相同。

如图4所示，在由R_M所表示的800～1200Hz的频率范围(异常磨损测量频带)中，异常磨损轮胎的加速度谱级比正常磨损轮胎的加速度谱级高。另一方面，在由R_N所表示的2000～2400Hz的频率范围(基准频带)中，异常磨损轮胎的加速度谱级与正常磨损轮胎的加速度谱级几乎相等。

频带值计算部件15设置有异常磨损测量频带值计算单元15a和基准频带值计算单元15b。并且频带值计算部件15根据频率分析部件14所计算出的蹬出后波形的频谱，来计算异常磨损测量频带中的加速度谱级的R.M.S的值(测量振动级)α和基准频带中的加速度谱级的R.M.S的值(基准振动级)β。

异常磨损判断指标计算部件16使用通过频带值计算部件15所计算出的测量振动级α和基准振动级β来计算作为用于判断是否发生胎肩端部磨损的指标的异常磨损判断指标γ。在本实施例中，γ＝α/β。

存储部件17存储基准判断指标γ₀，该基准判断指标是预先通过使装配有正常磨损轮胎的车辆行驶所获得的异常磨损判断指标。

判断部件18通过将异常磨损判断指标计算部件16所计算出的异常磨损判断指标γ与基准判断指标γ₀相比较，来判断是否发生胎肩端部磨损。

现在，说明轮胎异常磨损的估计方法。

首先，通过加速度传感器11来检测伴随着轮胎胎面3的变形而变形的内衬层2的中央处的径向加速度的时间序列波形。

接着，通过加速度波形提取部件12来提取径向加速度波形。然后，通过加速度波形分离部件13从径向加速度波形中分离和提取蹬出后波形。并且，通过频率分析部件14来求出蹬出后波形的频谱。

如图4所示，在由R_M所表示的异常磨损测量频带中，异常磨损轮胎的加速度谱级比正常磨损轮胎的加速度谱级高，而在由R_N所表示的基准频带中，异常磨损轮胎的加速度谱级与正常磨损轮胎的加速度谱级几乎相等。因而，通过频带值计算部件15，根据蹬出后波形的频谱，来计算作为异常磨损测量频带的振动级的测量振动级α和作为基准频带的振动级的基准振动级β。然后，计算这两者之间的比率γ＝α/β，并且使用该比率作为异常磨损判断指标γ，该异常磨损判断指标γ是用于判断是否发生胎肩端部磨损的指标。

然后，将所计算出的异常磨损判断指标γ与存储在存储部件17中的基准判断指标γ₀相比较，以判断是否发生胎肩端部磨损。例如可以通过计算Δ＝γ-γ₀来进行该判断。并且，在Δ大于预先设置的阈值Δ_k的情况下，判断为实际发生了胎肩端部磨损。或者，在Δ等于或小于该阈值Δ_k的情况下，则判断为未发生胎肩端部磨损。

示例：

准备装配有将加速度传感器设置在内衬层上的宽度方向中心处的测试轮胎的车辆。如此设置该加速度传感器以使得轮胎径向为检测方向。在车辆以60～80km/hr的速度行驶期间，通过安装在车体上的用于处理加速度传感器的输出信号的存储和计算单元，来获得径向加速度波形和蹬出后波形的频谱。图3示出在测试车辆以80km/hr的速度行驶的情况下的径向加速度波形。图4示出蹬出后波形的频谱。

测试轮胎的尺寸是315/70R22.5。

此外，使行驶的“满载车辆(積車)”和“半载车辆(半積車)”两种类型的车辆作为测试车辆，并且研究载荷的影响。“满载车辆”的载荷是2.85吨，“半载车辆”的载荷是2.4吨。

如图4所示，明显的是，在蹬出后波形的频谱中，在800～1200Hz的频带中，异常磨损轮胎的加速度谱级比正常磨损轮胎的加速度谱级高。

图6的(a)和(b)示出行驶速度和测量振动级α之间的关系。图6的(a)示出当载荷是“满载车辆”时的测量振动级α的情况，而图6的(b)示出当载荷是“半载车辆”时的测量振动级α的情况。根据载荷是“满载车辆”还是“半载车辆”，发现如下：异常磨损轮胎的测量振动级α比正常磨损轮胎的测量振动级α高。

能够根据测量振动级α的大小来估计胎肩端部磨损。然而，如在本发明中，可以计算出作为测量振动级α和作为基准频带中的振动级的基准振动级β之间的比率的异常磨损判断指标γ(γ＝α/β)，并且在判断是否发生胎肩端部磨损时，可以使用该异常磨损判断指标γ。然后，可以更高精度地估计出胎肩端部磨损。

即，如图7的(a)和(b)所示，不管载荷是“满载车辆”还是“半载车辆”，针对正常磨损轮胎的异常磨损判断指标γ都是几乎恒定的。另一方面，针对异常磨损轮胎的异常磨损判断指标γ随着行驶速度的增大而增大，并且总是比针对正常磨损轮胎的异常磨损判断指标γ大。因此，可以与行驶速度相独立地设置阈值K，以判断是否发生胎肩端部磨损。这使得能够通过将异常磨损判断指标γ和阈值K相比较，来精确地估计是否发生胎肩端部磨损。

如上所述，根据本发明，由于所使用的异常磨损判断指标γ为γ＝α/β，因此可以通过简单计算来获得不受行驶速度影响的异常磨损判断指标γ。

此外，通过将异常磨损判断指标γ和预先获得的阈值K、或者作为预先获得的未发生异常磨损的正常轮胎的异常磨损判断指标的基准判断指标γ₀相比较，来确定在轮胎胎肩的端部是否发生异常(不规则或者不均匀)磨损。因而，可以更高精度地确定轮胎胎肩的端部的异常磨损的发生。

以上已经通过参考优选实施方式和示例说明了本发明。然而，本发明的技术范围不限于如上述实施方式和示例所说明的范围。对于本领域技术人员而言，可以将各种变形和改进添加到如上所述的实施方式是明显的。根据所附权利要求书，所有添加了这些变形和改进的实施方式均包括在本发明的技术范围内也是明显的。

例如，在上述实施方式中，根据通过对所提取的蹬出后波形应用FFT处理所获得的频谱，来求出测量振动级α和基准振动级β。然而，可以通过仅提取包含800～1200Hz频率成分的加速度波形来计算R.M.S.平均值，并使用该值作为测量振动级α，其中包含800～1200Hz频率成分的加速度波形是使该蹬出后波形通过带通滤波器来获得的。与此同时，可以通过仅提取包含2000～2400Hz频率成分的加速度波形来计算R.M.S.平均值，并使用该值作为基准振动级β，其中包含2000～2400Hz频率成分的加速度波形是使该蹬出后波形通过另一带通滤波器来获得的。

此外，在上述实施方式中，通过将异常磨损判断指标γ与基准判断指标γ₀相比较，来判断是否发生胎肩端部磨损。然而，如在上述实施例中，可以预先设置用于异常磨损的判断的阈值K，并且可以将该阈值K与通过异常磨损判断指标计算部件16所计算出的异常磨损判断指标γ相比较。并且，如果γ>K，则可以判断为发生了胎肩端部磨损。

此外，在上述实施方式中，使用α/β作为异常磨损判断指标γ，然而本发明不限于此。例如，异常磨损判断指标γ可以是用根据α和β所计算出的诸如a·α–b·β(a和b是常数)等的任意计算值。注意，如通过实验等可以适当地确定求出该计算值的表达式。

此外，在上述实施方式中，将加速度传感器11安装在中央陆部3a的中心的径向内侧。然而，也可以将加速度传感器11安装在各个外侧陆部3b的径向内侧。

此外，可以在轮胎的周向上安装多个加速度传感器11。

附图标记说明

1轮胎

2内衬层

3轮胎胎面

3a中央陆部

3b外侧陆部

3c胎肩陆部

4a、4b周向槽

10轮胎异常磨损估计设备

11加速度传感器

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

15a异常磨损测量频带值计算单元

15b基准频带值计算单元

16异常磨损判断指标计算部件

17存储部件

18判断部件

Claims (5)

1.一种轮胎异常磨损的估计方法，用于根据加速度传感器所检测到的轮胎的径向的加速度波形来估计轮胎的异常磨损，所述估计方法的特征在于包括以下步骤：

步骤(a)，用于从轮胎胎面的内面上配置的加速度传感器在车辆行驶期间的输出信号中提取蹬出后区域的轮胎的径向的加速度波形；

步骤(b)，用于根据所提取到的所述加速度波形来计算作为800Hz～1200Hz的频带中的加速度大小的测量振动级α；

步骤(c)，用于根据所提取到的所述加速度波形来计算作为2000Hz～2400Hz的频带中的加速度大小的基准振动级β；

步骤(d)，用于根据所述测量振动级α和所述基准振动级β，来计算作为用以判断轮胎异常磨损的指标的异常磨损判断指标γ；以及

步骤(e)，用于根据所计算出的所述异常磨损判断指标γ的值，来判断在轮胎胎肩的端部是否发生异常磨损。

2.根据权利要求1所述的轮胎异常磨损的估计方法，其特征在于，所述异常磨损判断指标γ为γ＝α/β。

3.根据权利要求1或2所述的轮胎异常磨损的估计方法，其特征在于，在所述步骤(e)中，将所述异常磨损判断指标γ与预先获得的阈值相比较，以判断在轮胎胎肩的端部是否发生异常磨损。

4.根据权利要求1或2所述的轮胎异常磨损的估计方法，其特征在于，在所述步骤(e)中，将所述异常磨损判断指标γ与基准判断指标γ₀相比较，以判断在轮胎胎肩的端部是否发生异常磨损，其中，所述基准判断指标γ₀是预先获得的未发生异常磨损的正常轮胎的异常磨损判断指标。

5.一种轮胎异常磨损的估计设备，其特征在于，包括：

加速度传感器，其配置在轮胎胎面的内面上，用于测量轮胎的径向的加速度；

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蹬出后区域的加速度波形；

异常磨损测量频带值计算部件，用于根据所提取到的所述加速度波形来计算作为800Hz～1200Hz的频带中的加速度大小的测量振动级α；

基准频带值计算部件，用于根据所提取到的所述加速度波形来计算作为2000Hz～2400Hz的频带中的加速度大小的基准振动级β；

异常磨损判断指标计算部件，用于根据所述测量振动级α和所述基准振动级β，来计算作为用以判断异常磨损的指标的异常磨损判断指标γ；以及

判断部件，用于根据所计算出的所述异常磨损判断指标γ的值，来判断在轮胎胎肩的端部是否发生异常磨损。