JP4394849B2 - タイヤ故障発生危険度報知システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に装着された装着タイヤの故障発生の危険度を評価しタイヤの故障発生の危険度を報知するタイヤ故障発生危険度報知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、車両の高速化に伴い、車両に装着される装着タイヤも高速かつ安全に機能することが求められ、装着タイヤの耐久性、特に高速走行中の耐久性についても大きく改良されている。そのため、装着タイヤの通常の走行中に装着タイヤが故障したり、バーストするトラブルは殆ど発生しないのが現状である。
【０００３】
しかし、装着タイヤが、例えば、タイヤ内圧の著しく低下した条件下において使用され、また、極めて高いタイヤ走行速度で長時間高速走行する場合、あるいは、装着タイヤに大きな負荷荷重が掛けられた場合等において、タイヤのタイヤトレッド部材がタイヤ本体から剥離し、また、スチールベルトで構成されているタイヤベルト層の端部がタイヤ本体から剥離する確率が高くなる。すなわち、装着タイヤの故障発生の危険度が高くなる。さらに、このような状況が継続すると、最終的に装着タイヤは故障し、バーストする危険が高くなる。
【０００４】
そのため、例えば装着タイヤのタイヤ内圧を常時管理し、所定のタイヤ内圧以下になると、ドライバーにタイヤ内圧の低下を報知するタイヤ内圧警報装置が種々提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなタイヤ内圧警報装置は、タイヤ内圧を常時モニタリングし、タイヤ内圧が何らかの原因により極端に低下した場合やタイヤがパンクして徐々にタイヤ内圧が低下する場合等において有効であるが、タイヤ内圧が比較的低い状態で、装着タイヤに負荷荷重を比較的大きく掛けて比較的長時間高速走行する場合等のタイヤ使用条件が複雑に重なった場合において、タイヤ内圧を単に常時モニタリングするだけでは、故障が発生する前に装着タイヤの故障の危険度が大きくなっていることを予知しドライバーに報知することはできない。タイヤの故障発生後に、タイヤ内圧の低下に基づいてタイヤ内圧警報装置が警報しても、車両は走行の制御を失って事故に到る場合も懸念される。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来の問題点を解決すべく、自動車等の車両の装着タイヤのタイヤ使用条件が種々重なった場合においても、タイヤの故障発生前に、タイヤの故障発生の危険度をドライバーに報知し、さらに、警報することのできるタイヤ故障発生危険度報知システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、車両の装着タイヤの故障発生の危険度を評価し、評価結果に応じて装着タイヤの故障発生の危険度を報知するタイヤ故障発生危険度報知システムであって、装着タイヤのタイヤ内圧をモニタリングするタイヤ内圧測定装置と、装着タイヤのタイヤ走行速度をモニタリングするタイヤ走行速度測定装置と、前記車両の走行中のタイヤ負荷荷重をモニタリングする負荷荷重測定装置と、少なくとも、モニタリングして得られたタイヤ走行速度が所定の基準速度より高い場合、前記タイヤ内圧測定装置でモニタリングして得られたタイヤ内圧と前記タイヤ走行速度測定装置でモニタリングして得られたタイヤ走行速度と前記負荷荷重測定装置でモニタリングして得られた負荷荷重とに基づいて、危険度評価関数から装着タイヤの故障発生の確率の高低の指標を表す危険度評価値を算出し、装着タイヤの故障発生の危険度を評価する危険度評価装置と、前記危険度の評価結果に応じて、装着タイヤの故障発生の危険度を報知する報知装置とを有し、前記危険度評価関数は、少なくともタイヤ走行速度が所定の基準速度より高い速度領域において、タイヤ走行速度の増加に伴って値が単調に増大するとともに、タイヤ内圧の減少に伴って値が増大する、タイヤ走行速度とタイヤ内圧の関数であり、前記危険度評価装置は、前記負荷荷重に基づいてタイヤ負荷率を算出し、前記危険度評価関数の算出値を、前記タイヤ負荷率に基づいて調整することを特徴とするタイヤ故障発生危険度報知システムを提供する。
【０００８】
ここで、前記危険度評価関数は、前記基準速度以下の速度領域において定義される、タイヤ走行速度の増加に関わらず一定あるいはタイヤ走行速度に伴って直線的に値が増大する第１の線形関数と、前記基準速度より高い速度領域において定義される、タイヤ走行速度に伴って直線的に値が増大する第２の線形関数とを備え、
前記第１の線形関数と前記第２の線形関数とが前記基準速度において接続されるとともに、前記第２の線形関数のタイヤ走行速度に対する勾配が前記第１の線形関数のタイヤ走行速度に対する勾配に比べて高いことが好ましい。
【０００９】
その際、前記第１の線形関数の勾配および前記第２の線形関数の勾配は、タイヤ内圧によって定まるのがさらに好ましい。
さらに、その際、装着タイヤの設定空気圧において、前記第１の線形関数の勾配は、０以上であるとともに、前記第１の線形関数のタイヤ走行速度０における算出値の０．０２倍以下であり、前記第２の線形関数の勾配は、前記第１の線形関数のタイヤ走行速度０における算出値の０．０２倍より大きく、１．０倍以下であるのが好ましい。
【００１０】
また、前記危険度評価装置は、前記危険度評価関数の算出値に装着タイヤの使用履歴に応じた積算値を加算して前記危険度評価値を算出することを特徴とするのが好ましい。
【００１１】
ここで、前記危険度評価装置は、前記基準速度に１より大きい所定値を乗算したタイヤ走行速度における前記危険度評価関数の算出値である関数評価基準値に、装着タイヤの使用時間を乗算することによって、前記積算値を算出するものであってもよいし、
あるいは、前記危険度評価装置は、装着タイヤについて前記危険度評価関数で過去算出された値の累積積算値と、前記基準速度に１より大きい所定値を乗算したタイヤ走行速度における前記危険度評価関数の算出値である関数評価基準値とを乗算することによって、前記積算値を算出するものであってもよい。
あるいは、前記危険度評価装置は、前記基準速度に１より大きい所定値を乗算したタイヤ走行速度における前記危険度評価関数の算出値である関数評価基準値に装着タイヤの使用時間を乗算して所定倍した値と、装着タイヤについて前記危険度評価関数で過去算出された値の累積積算値と前記関数評価基準値とを乗算して所定倍した値との、加重平均を求めることによって、前記積算値を算出するものであってもよい。
【００１２】
また、タイヤ内圧を一定とした際のタイヤ走行速度に対する前記危険度評価関数は、装着タイヤの転動抵抗におけるタイヤ走行速度の依存性を表す転動抵抗値の特性関数を、前記基準速度で接続される２つの直線あるいは曲線の関数で近似し、これらの直線あるいは曲線の関数に所定の係数を乗算することによって求められる関数であり、
前記基準速度より高い速度領域で用いられる前記係数の値は、前記基準速度以下の速度領域で用いられる前記係数の値と同等またはこの値より大きいのが好ましい。
【００１３】
また、タイヤ走行速度に対する前記危険度値評価関数の勾配を表す感度係数であって、前記基準速度以下の速度領域における第１の感度係数および前記基準速度より高い速度領域における第２の感度係数が、タイヤ内圧の増加とともに直線的に減少するのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムについて、好適実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムの実施例であるタイヤ故障発生危険度報知システム（以下、本システムという）１０の概略を示すブロック図である。
本システム１０は、４輪のタイヤを装着した車両に組み込まれた報知システムであり、タイヤ内圧測定装置１２、タイヤ走行速度測定装置１４、タイヤ負荷荷重測定装置１６、危険度評価装置１８、報知装置２０、および車両自動制御装置２２を主に有して構成される。
【００１６】
タイヤ内圧測定装置１２は、車両に装着された装着タイヤのタイヤ内圧を各輪毎にモニタリングする装置で、公知の測定装置が用いられる。例えば、所定内圧で空気の充填されるタイヤ空洞部と連通する孔を装着タイヤの組まれたリム側に設け、この穿孔された孔を密封するように圧力計を配置してタイヤ内圧を計測する圧力測定装置が挙げられる。あるいは、上記タイヤ空洞部の内周面に、無線送信機と圧力センサが一体化された圧力センサ付き送信機を貼り付けて、タイヤ内圧を計測するとともに、車両本体に設けられた受信機で計測され送信されたタイヤ内圧の情報を受信する無線送受信システムが挙げられる。
このようなタイヤ内圧測定装置１２では、各輪のタイヤ内圧が所定時間間隔、例えば、数分に１回程度モニタリングされて、危険度評価装置１８に送信される。なお、各輪のタイヤ内圧を代表して、タイヤ内圧Ｐとする。
【００１７】
タイヤ走行速度測定装置１４は、装着タイヤのタイヤ走行速度を各輪毎に測定してモニタリングする装置で、例えば装着タイヤの回転速度を計測することによってタイヤの転がり半径を既知として、この転がり半径を回転速度に乗算してタイヤ走行速度を算出する。このような装置は、例えばＡＢＳ（アンチスキッドブレーキングシステム）に用いられるタイヤ走行速度計測装置と共用することができる。
タイヤ走行速度測定装置１４では、各輪のタイヤ走行速度が所定時間間隔、例えば、０．５秒間隔に１回程度サンプリングされて、例えば１０秒間の平均タイヤ走行速度が求められ、危険度評価装置１８に送信される。なお、各輪のタイヤ走行速度を代表して、タイヤ走行速度Ｖとする。
【００１８】
タイヤ負荷荷重測定装置１６は、装着タイヤにかかる負荷荷重を各輪毎に測定してモニタリングする装置で、例えば装着タイヤのサスペンションのコイルスプリングの上方のアッパーマウント部にロードセルを固定し、装着タイヤにかかる負荷荷重を測定する。
このようなタイヤ負荷荷重測定装置１６では、各輪のタイヤ負荷荷重が所定時間間隔、例えば、０．５秒間隔に１回程度サンプリングされて、例えば１０秒間の平均タイヤ負荷荷重が求められ、危険度評価装置１８に送信される。なお、各輪のタイヤ負荷荷重を代表して、タイヤ負荷荷重Ｌとする。
【００１９】
危険度評価装置１８に接続される報知装置２０は、後述するように危険度評価装置１８で評価されたタイヤ故障発生の危険度の評価結果に応じて、タイヤの故障発生の危険度を報知する装置で、危険度評価装置１８から送られる報知レベル信号に基づいて音でドライバーに喚起する音声出力装置や、タイヤ装着車両に設けられたディスプレイ等を用いて装着タイヤの故障発生の危険度をドライバーに視覚的に喚起させる表示装置が挙げられる。あるいは、ドライバーが常時握るステアリングを微小振動させてドライバーに知覚的に喚起してもよい。
危険度評価装置１８に接続される車両自動制御装置２２は、危険度評価装置１８で評価されたタイヤ故障発生の危険度の評価結果に応じて、走行車両の走行速度を自動制御する装置である。
【００２０】
危険度評価装置１８は、タイヤ内圧測定装置１２で得られたタイヤ内圧Ｐ、タイヤ走行速度測定装置１４で得られたタイヤ走行速度Ｖおよびタイヤ負荷荷重測定装置１６で得られたタイヤ負荷荷重Ｌに基づいて、装着タイヤの故障発生の確率の高低の指標を表す危険度評価値を算出して、タイヤの故障発生の危険度を評価する装置である。この危険度評価装置１８は、Ｗ値算出部１８ａ、Ｗ値積算部１８ｂ、報知レベル判定部１８ｃおよび報知レベル信号生成部１８ｄを主に有し、そのほかメモリ１８ｅやタイマ１８ｆを有する。
【００２１】
Ｗ値算出部１８ａは、メモリ１８ｅに予め記憶された危険度評価関数Ｆを呼び出し、この危険度評価関数Ｆと、モニタリングによって得られたタイヤ内圧Ｐ、タイヤ走行速度Ｖおよびタイヤ負荷荷重Ｌに基づいて、関数評価値Ｗ0 を算出する部分である。
【００２２】
危険度評価関数Ｆは、図２に示すように、タイヤ内圧Ｐが一定の場合、横軸をタイヤ走行速度Ｖ、縦軸を関数評価値Ｗ0 として表すと、線形関数Ｌ1 と線形関数Ｌ2 とからなり、基準速度Ｖc において線形関数Ｌ1 と線形関数Ｌ2 が接続される。また、線形関数Ｌ1 は、タイヤ走行速度Ｖ＝０においてＷb の値を持つと共に、タイヤ走行速度Ｖの上昇に伴って関数評価値Ｗ0 が線形的に増加し、また、線形関数Ｌ2 は、タイヤ走行速度Ｖ＝Ｖc において線形関数Ｌ1 と接続され、タイヤ走行速度Ｖの上昇に伴って関数評価値Ｗ0 が線形的に増加する。そして、線形関数Ｌ2 のタイヤ走行速度に対する勾配である感度係数が、線形関数Ｌ1 のタイヤ走行速度に対する勾配である感度係数に比べて大きく、この線形関数Ｌ1 の感度係数およびこの線形関数Ｌ2 の感度係数がそれぞれタイヤ内圧の関数となっている。しかも、線形関数Ｌ2 の感度係数が線形関数Ｌ1 の感度係数よりも常に高い値を持ちつつ、タイヤ内圧の減少とともに感度係数が直線的に増加する、あるいは、タイヤ内圧の増加とともに感度係数が直線的に減少するように構成されている。
【００２３】
なお、本実施例では、基準速度Ｖc を境界としてタイヤ走行速度の高低で区別された関数がそれぞれ線形の関数で表されるが、本発明ではこれに限定されず、線形の関数の替わりに曲線で表された非線形の関数であってもよく、少なくとも、タイヤ走行速度が基準速度Ｖc より高い状態において、タイヤ走行速度Ｖの増加に伴って関数評価値Ｗ0 が単調に増大するとともに、タイヤ内圧Ｐの減少に伴って関数評価値Ｗ0 が増大する関数であればよい。
【００２４】
このような線形関数Ｌ1 およびＬ2 の感度係数αおよびβは、タイヤ装着車両の設定空気圧Ｐ0 の状態におけるタイヤ走行速度Ｖ＝０の値Ｗb に対して、下記の範囲の値をとるのが好ましい。ここで、設定空気圧とは、車両それぞれに標準タイヤ内圧として設定されたタイヤ内圧で、車両本体のドアに表示され、また、車両の取扱い説明書に記載され指定されたタイヤ内圧である。
α（Ｐ0 ）＝ ０〜０．０２×Ｗb （１／（ｋｍ／時））
β（Ｐ0 ）＝ ０．０２×Ｗb 〜１．０×Ｗb （１／（ｋｍ／時））
また、感度係数α、βのタイヤ内圧依存性については、図３に示すように、タイヤ内圧に線形的に比例する線形関数を示し、その勾配Ｃα、Ｃβは、いずれも−０．００２〜−０．５（／ｋＰａ）の範囲の値であるのが好ましい。
なお、Ｗb の値は、予め規格化されて設定され、あるいは、後述する危険度評価値Ｗ1 〜Ｗn の設定値に基づいて設定される。
【００２５】
このように、危険度評価関数Ｆを線形関数Ｌ1 およびＬ2 を用いて表すことができるのは、以下の点を本願発明者らが見出したからである。
すなわち、車両の装着タイヤに発生する故障形態が、タイヤトレッド部材がタイヤ本体から剥離し、あるいは、タイヤベルト部材の端部がタイヤ本体から剥離する故障形態等であり、これらの故障形態が、タイヤを室内ドラム上で走行させ一定時間間隔ごとにタイヤ走行速度を段階的に上昇させてタイヤの転動抵抗を計測する際に最終的にタイヤに発生する故障形態と同等あるいはこの故障形態に極めて類似し、この時、計測される転動抵抗の特性関数と同傾向にある評価関数を用いることによって、装着タイヤの故障発生の危険度を推測することができることを本願発明者らが見出したことによるものである。
【００２６】
一般に、走行するタイヤは、タイヤ周上の一部分に注目してみると、タイヤと地面とが接触するタイヤ下方の接地面側でタイヤ構成部材は撓んで歪み、接地面側から離れるにつれて歪んだタイヤ構成部材が復元される周期的な変形を受ける。その際、タイヤの受けた歪みエネルギーの一部は熱に変換されて、タイヤ構成部材、例えばタイヤトレッド部材やタイヤベルト部材に蓄熱され、タイヤ構成部材の物性の熱劣化やタイヤ構成部材間の接着性劣化の原因となり、タイヤの故障の原因となる。特に、タイヤの回転速度が速くなると、タイヤの高速回転による遠心力によって、タイヤ外周が外側に延びるため、接地面側で変形を受けて歪む比率も増大する。従って、タイヤの回転速度が速くなるほど発熱が大きくなり、歪みも増大し、タイヤの故障発生の原因となり易い。このようなタイヤの回転走行中に計測される転動抵抗は、タイヤが転動中に受ける歪みエネルギーの一部が熱に変換されて抵抗となる度合いであるため、タイヤの故障の発生の危険度を表す指標とすることができる。
【００２７】
図４は、乗用車用タイヤでサイズが１８５／６５Ｒ１４の２本のタイヤ（タイヤスピードカテゴリーがＳレンジおよびＨレンジのタイヤ）を用いて計測した転動抵抗値の速度依存性を示している。タイヤ内圧は２００ｋＰａである。これによると、ＳレンジのタイヤおよびＨレンジのタイヤの転動抵抗値の速度依存性を示す特性関数は、略２つの直線で構成された関数で示されることが判る。ここで、Ｈレンジのタイヤは、Ｓレンジのタイヤに対してタイヤベルト層の外周に有機繊維からなる補強層を１層付加したベルト構成であり、タイヤの高速回転時の遠心力によるタイヤ外周への伸張を抑制したものである。従って、Ｈレンジのタイヤは転動抵抗値の速度依存性が小さく、図４中において、速度１００ｋｍ／時以上において、転動抵抗値とＳレンジのタイヤの転動抵抗値との差が増大する。さらに、転動抵抗値が急激に上昇を開始する速度についても、図４中に示されるように、Ｈレンジの速度Ｖh の方がＳレンジの速度Ｖs に比べて高い。従って、Ｈレンジのタイヤは、Ｓレンジのタイヤに比べて、タイヤの故障発生の危険度が小さいことが想定される。実際、Ｈレンジのタイヤは、Ｓレンジのタイヤに比べて高速走行時の故障発生確率が低下している。
【００２８】
また、図５は、図４に示すＳレンジのタイヤのタイヤ内圧に対する転動抵抗値の速度依存性の変化を示している。これによると、タイヤ内圧が低くなるほどタイヤ構成部材に作用する歪みは大きくなって転動抵抗も大きくなり、タイヤの発熱も多くなり、タイヤの故障発生の危険度が高くなることが想定される。実際、内圧が低下すると高速走行時の故障発生確率が増大する。この場合においても、転動抵抗値の速度依存性を示す特性関数は略２つの直線で構成された関数で示されることが判る。
【００２９】
このように、本願発明は危険度評価関数Ｆとして、上述した転動抵抗の速度依存性の特性関数と同種の関数、すなわち、略２つの直線で構成された関数によって装着タイヤの故障発生の危険度を推測し評価することができる。
例えば、図４に示すＳレンジのタイヤの場合、速度Ｖs を基準速度Ｖc とし、線形関数Ｌ1 を、図４で示す転動抵抗の速度Ｖs 以下の速度領域における関数を線形関数で近似してγ1 倍したもので表し、線形関数Ｌ2 を図４で示す転動抵抗の速度Ｖs より高い速度領域の関数を線形関数で近似してγ2 倍したもので表すとよい。上記倍率γ1 、γ2 の値は、例えば、実際のタイヤの故障発生確率の情報を室内ドラム試験等で取得して設定し、あるいは、後述する危険度評価値Ｗ1 〜Ｗn の設定値に基づいて設定する。
倍率γ1 、γ2 が異なる場合、基準速度Ｖc において、２つの線形関数は、接続されないため、基準速度Ｖc の近傍では、２つの線形関数が滑らかに接続されるように、基準速度Ｖc の近傍で倍率γ1 、γ2 が調整されるとよい。また、基準速度Ｖc において、２つの線形関数は不連続であってもよい。
【００３０】
このように、本発明は、タイヤの転動抵抗値の特性関数を、基準速度Ｖc で接続される２つの直線あるいは曲線の関数で近似し、これらの直線あるいは曲線の関数に係数を乗算することによって求められた関数を危険度評価関数Ｆとして設定してもよい。その際、基準速度Ｖc より高い速度の領域と基準速度Ｖc 以下の速度の領域において、直線あるいは曲線の関数に乗算する係数を変えて作成し、基準速度Ｖc より高い速度領域において、タイヤ走行速度Ｖの増加に伴って値が単調に増大するとともに、タイヤ内圧Ｐの減少に伴って値が増大する関数であることが必要である。この場合、基準速度Ｖc より高い速度領域で用いられる倍率γ2 の値が基準速度Ｖc 以下の速度領域で用いられる倍率γ1 の値と同等または倍率γ1 の値より大きいのが好ましい。
【００３１】
なお、上記基準速度Ｖc は、タイヤの種類、タイヤサイズ、設定空気圧の他、タイヤのスピードカテゴリーの規格で定められた速度に応じて一意的に設定されるのがよい。
【００３２】
このようにして、Ｗ値算出部１８ａは、タイヤ内圧Ｐとタイヤ走行速度Ｖで規定された危険度評価関数Ｆを用いてモニタリングされたタイヤ内圧Ｐおよびモニタリングされたタイヤ走行速度Ｖから関数評価値Ｗ０を算出する。さらに、Ｗ値算出部１８ａは、タイヤ負荷荷重測定装置１６でモニタリングされて送られてきたタイヤ負荷荷重Ｌに基づいて、タイヤ負荷率を算出し、このタイヤ負荷率に応じて、算出された関数評価値Ｗ０を調整する。ここで、タイヤ負荷率とは、日本自動車タイヤ協会規格（ＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ）に記載される規格テーブルからタイヤサイズや設定空気圧に応じて定まる１００％負荷荷重に対するモニタリングで得られたタイヤ負荷荷重Ｌの比率をいう。Ｗ値算出部１８ａは、このタイヤ負荷率を、タイヤ装着車両の装着タイヤにかかる標準設定時の負荷荷重と標準設定時の１００％負荷荷重とから求められた標準負荷率で除算して負荷率の比率を求める。そして、この負荷率の比率を係数として関数評価値Ｗ０に乗算して調整を行なう。あるいは、負荷率の比率から所定の関数を用いて算出される係数を関数評価値Ｗ０に乗算して調整を行なう。このような関数評価値Ｗ０の調整は、タイヤの故障発生の危険度を精度良く評価するために設けることが好ましいが、より簡便な装置構成として、タイヤ負荷荷重測定装置１６を設けず、タイヤ内圧Ｐおよびタイヤ走行速度Ｖに基づいて算出された関数評価値Ｗ０を調整せずそのまま用いてもよい。こうして得られた関数評価値Ｗ０はＷ値積算部１８ｂに送られる。
【００３３】
なお、Ｗ値算出部１８ａに接続されるメモリ１８ｅには、危険度評価関数Ｆを規定するための関数系やこの関数系から危険度評価関数Ｆを設定するための各種パラメータ、例えば基準速度Ｖc 、感度係数α、β、あるいはＷb 値等が、タイヤの種類、タイヤサイズ、設定タイヤ内圧の他、タイヤのスピードカテゴリー等の条件に応じて種々設定されており、オペレータが、図示されない入力手段を介してタイヤの種類、タイヤサイズ、設定タイヤ内圧等を指示することにより、危険度評価関数Ｆを一意的に設定するための各種パラメータが呼び出され、Ｗ値演算部１８ａで危険度評価関数Ｆが設定されるように構成される。
【００３４】
Ｗ値積算部１８ｂは、Ｗ値算出部１８ａから送られてきた調整された関数評価値Ｗ0 にタイヤの使用履歴に応じた積算値Ｗa を加算して危険度評価値Ｗを算出する部分である。
すなわち、危険度評価値Ｗは、図６に示すように危険度評価関数Ｆで得られた関数評価値Ｗ0 に積算値Ｗa を加算した形で算出される値である。
ここで、積算値Ｗa は、基準速度Ｖc を１より大きな所定値で乗算したタイヤ走行速度、例えば基準速度Ｖc の１．１倍したタイヤ走行速度における危険度評価関数Ｆの関数評価基準値Ｗc （図７参照）に基づいて、積算値Ｗa1およびＷa2を求め、積算値Ｗa1およびＷa2から下記式のように設定された重み付け係数Ｃ1 およびＣ2 を用いて積算値Ｗa を求める。
Ｗa ＝ Ｃ1 ・Ｗa1＋ Ｃ2 ・Ｗa2
【００３５】
ここで、積算値Ｗａ１は、以下のように規定される。
Ｗａ１ ＝ Ｈ１ ・ Ｙ ・ Ｗｃ
なお、Ｙは新品タイヤをタイヤ装着車両に装着した時点からのタイヤ使用年数で、Ｙの値として、例えば１．５０年（１年６月）等の小数点２桁の値が代入される。Ｙの値は、装着タイヤが車両に装着される際にセットされたタイマ１８ｆによってタイヤ使用時間が計測される。積算値Ｗａ１は、関数評価基準値Ｗｃとタイヤ使用年数Ｙの積に係数Ｈ１を乗算したもので、タイヤ使用年数とともに、装着タイヤが自然劣化し、走行時のタイヤの故障発生の原因の一部となることに対応して設けられたものである。その際、関数評価基準値Ｗｃを用いるのは、装着タイヤの自然劣化の程度の大小を規定するためであり、関数評価基準値Ｗｃを１より大きな所定値で決定する。なお、係数Ｈ１は、例えば、基準速度Ｖｃを１．１倍したタイヤ走行速度における評価値である関数評価基準値Ｗｃを用いる場合、０．０５〜１．０（／年）の範囲で設定されるのが好ましい。
【００３６】
一方、積算値Ｗa2は、以下のように規定される。
Ｗa2 ＝ Ｈ2 ・Ｘ・ Ｗc
ここで、Ｘは、関数評価値Ｗ0 の累積積算値であり、具体的には、下記式で示すように、時間間隔ｔ（時間）毎に評価される関数評価値Ｗ0 と時間間隔ｔとの積を装着タイヤの使用開始時から積算したものである。
Ｘ ＝ Σ（Ｗ0 ・ｔ）
また、係数Ｈ2 は、例えば、基準速度Ｖc を１．１倍したタイヤ走行速度における評価値である関数評価基準値Ｗc を用いる場合、０．０００５〜０．０２（／時間）の範囲で設定されるのが好ましい。
なお、係数Ｈ1 、Ｈ2 や重み付け係数Ｃ1 、Ｃ2 は、予めメモリ１８ｅに記憶され、Ｗ値積算部１８ｂから呼び出されて、上記積算値Ｗa を求めるために用いられる。
【００３７】
なお、本実施例では、積算値Ｗa が積算値Ｗa1およびＷa2の加重平均によって算出されるものであるが、積算値Ｗa は積算値Ｗa1およびＷa2のいずれか一方を用いるものであってもよい。
このようにして求められたタイヤの使用履歴に応じた積算値Ｗa が、Ｗ値積算部１８ｂにおいて、関数評価値Ｗ0 に加算され、危険度評価値Ｗが算出される。算出された危険度評価値Ｗは、報知レベル判定部１８ｃに送られる。
【００３８】
報知レベル判定部１８ｃは、Ｗ値積算部１８ｂから送られてきた危険度評価値Ｗに基づいて数段階に危険度を評価する部分である。例えば、タイヤの故障発生の確率が低く、平常の走行状態であることを示す平常領域、タイヤの故障発生の確率が比較的高くなったことを示す注意喚起領域、タイヤの故障発生の確率が一層高くなり、タイヤ走行速度を減速することが好ましいタイヤ走行速度減速警報領域、およびタイヤの故障発生の確率が非常に高くなり、走行を直ちに停止することが好ましい停止警報領域等を危険度評価値の高低によって区別して設け、Ｗ値積算部１８ｂから送られてきた危険度評価値Ｗがどの領域に含まれるか判定して、例えば、平常状態、注意喚起状態、減速警報状態あるいは停止警報状態等のように評価する。
このような領域を規定する危険度評価値Ｗ1 〜Ｗn （ｎは、設定された領域の数）は、メモリ１８ｅに予め記憶され、報知レベル判定部１８ｃから呼び出される。
判定されたタイヤ故障発生の危険度の評価結果の情報は、報知レベル信号生成部１８ｄに送られる。
【００３９】
報知レベル信号生成部１８ｄは、装着タイヤの故障発生の危険度の評価結果の情報に基づいて、報知装置２０や車両自動制御装置２２に送る報知レベル信号を生成する部分である。報知レベル信号はメモリ１８ｅに予め記憶されており、報知レベル信号生成部１８ｄが、報知レベル判定部１８ｃから送られてくる評価結果の情報に基づいて、報知レベル信号を呼び出す。生成された報知レベル信号は、報知装置２０や車両自動制御装置２２に送られる。以上のように危険度評価装置１８は構成される。
【００４０】
このようなタイヤ故障発生危険度報知システム１０では、所定時間間隔毎に、タイヤ内圧測定装置１２、タイヤ走行速度測定装置１４およびタイヤ負荷荷重測定装置１６から送られてくるタイヤ内圧Ｐ、タイヤ走行速度Ｖおよびタイヤ負荷荷重Ｌに基づいて、Ｗ値算出部１８ａにおいて、設定された危険度評価関数Ｆに基づいて関数評価値Ｗ0 が算出され、調整され、Ｗ値積算部１８ｂにおいて、積算値Ｗa が加算されて危険度評価値Ｗが算出される。さらに、この算出された危険度評価値Ｗに基づいて、報知レベル判定部１８ｃにおいて、装着タイヤの故障発生の危険度が評価される。
【００４１】
この評価結果に基づいて、報知レベル信号が生成され、報知装置２０や車両自動制御装置２２に送られる。
こうして、報知装置２０は、タイヤ装着車両のドライバーに、音声出力装置で警報音を出力し、また、車両側に設けられたディスプレイ等に故障発生の危険度を視覚的に表示する。
また、車両自動制御装置２２は、例えば減速警報状態や停止警報状態等の評価結果に基づいてタイヤ装着車両の走行速度を自動制御する。
【００４２】
本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムは、以上に記載した実施例や説明に限定されるものではないことは明らかであり、本発明の要旨を変更しない範囲で各種の改良や改変を行うことが可能なものである。
【００４３】
【発明の効果】
以上に説明したように、タイヤ装着車両の装着タイヤのタイヤ使用条件が種々重なったタイヤ使用条件下においても、タイヤの故障発生前に、タイヤの故障発生の危険度をドライバーに報知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムの一例であるタイヤ故障発生危険度報知システムの構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムで用いられる危険度評価関数のタイヤ走行速度依存性を説明する図である。
【図３】 本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムで用いられる危険度評価関数のタイヤ内圧依存性を説明する図である。
【図４】 タイヤの転動抵抗値の速度依存性の一例を示す図である。
【図５】 タイヤの転動抵抗値の速度依存性の他の例を示す図である。
【図６】 本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムで用いられる危険度評価値の算出の一例を説明する図である。
【図７】 本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムで用いられる危険度評価値の算出の一例を説明する図である。
【符号の説明】
１０ タイヤ故障発生危険度報知システム
１２ タイヤ内圧測定装置
１４ タイヤ走行速度測定装置
１６ タイヤ負荷荷重測定装置
１８ 危険度評価装置
１８ａ Ｗ値算出部
１８ｂ Ｗ値積算部
１８ｃ 報知レベル判定部
１８ｄ 報知レベル信号生成部
１８ｅ メモリ
１８ｆ タイマ
２０ 報知装置
２２ 車両自動制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に装着された装着タイヤの故障発生の危険度を評価しタイヤの故障発生の危険度を報知するタイヤ故障発生危険度報知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、車両の高速化に伴い、車両に装着される装着タイヤも高速かつ安全に機能することが求められ、装着タイヤの耐久性、特に高速走行中の耐久性についても大きく改良されている。そのため、装着タイヤの通常の走行中に装着タイヤが故障したり、バーストするトラブルは殆ど発生しないのが現状である。
【０００３】
しかし、装着タイヤが、例えば、タイヤ内圧の著しく低下した条件下において使用され、また、極めて高いタイヤ走行速度で長時間高速走行する場合、あるいは、装着タイヤに大きな負荷荷重が掛けられた場合等において、タイヤのタイヤトレッド部材がタイヤ本体から剥離し、また、スチールベルトで構成されているタイヤベルト層の端部がタイヤ本体から剥離する確率が高くなる。すなわち、装着タイヤの故障発生の危険度が高くなる。さらに、このような状況が継続すると、最終的に装着タイヤは故障し、バーストする危険が高くなる。
【０００４】
そのため、例えば装着タイヤのタイヤ内圧を常時管理し、所定のタイヤ内圧以下になると、ドライバーにタイヤ内圧の低下を報知するタイヤ内圧警報装置が種々提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなタイヤ内圧警報装置は、タイヤ内圧を常時モニタリングし、タイヤ内圧が何らかの原因により極端に低下した場合やタイヤがパンクして徐々にタイヤ内圧が低下する場合等において有効であるが、タイヤ内圧が比較的低い状態で、装着タイヤに負荷荷重を比較的大きく掛けて比較的長時間高速走行する場合等のタイヤ使用条件が複雑に重なった場合において、タイヤ内圧を単に常時モニタリングするだけでは、故障が発生する前に装着タイヤの故障の危険度が大きくなっていることを予知しドライバーに報知することはできない。タイヤの故障発生後に、タイヤ内圧の低下に基づいてタイヤ内圧警報装置が警報しても、車両は走行の制御を失って事故に到る場合も懸念される。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来の問題点を解決すべく、自動車等の車両の装着タイヤのタイヤ使用条件が種々重なった場合においても、タイヤの故障発生前に、タイヤの故障発生の危険度をドライバーに報知し、さらに、警報することのできるタイヤ故障発生危険度報知システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、車両の装着タイヤの故障発生の危険度を評価し、評価結果に応じて装着タイヤの故障発生の危険度を報知するタイヤ故障発生危険度報知システムであって、装着タイヤのタイヤ内圧をモニタリングするタイヤ内圧測定装置と、装着タイヤのタイヤ走行速度をモニタリングするタイヤ走行速度測定装置と、前記車両の走行中のタイヤ負荷荷重をモニタリングする負荷荷重測定装置と、少なくとも、モニタリングして得られたタイヤ走行速度が所定の基準速度より高い場合、前記タイヤ内圧測定装置でモニタリングして得られたタイヤ内圧と前記タイヤ走行速度測定装置でモニタリングして得られたタイヤ走行速度と前記負荷荷重測定装置でモニタリングして得られた負荷荷重とに基づいて、危険度評価関数から装着タイヤの故障発生の確率の高低の指標を表す危険度評価値を算出し、装着タイヤの故障発生の危険度を評価する危険度評価装置と、前記危険度の評価結果に応じて、装着タイヤの故障発生の危険度を報知する報知装置とを有し、前記危険度評価関数は、少なくともタイヤ走行速度が所定の基準速度より高い速度領域において、タイヤ走行速度の増加に伴って値が単調に増大するとともに、タイヤ内圧の減少に伴って値が増大する、タイヤ走行速度とタイヤ内圧の関数であり、前記危険度評価装置は、前記負荷荷重に基づいてタイヤ負荷率を算出し、前記危険度評価関数の算出値を、前記タイヤ負荷率に基づいて調整することを特徴とするタイヤ故障発生危険度報知システムを提供する。
【０００８】
ここで、前記危険度評価関数は、前記基準速度以下の速度領域において定義される、タイヤ走行速度の増加に関わらず一定あるいはタイヤ走行速度に伴って直線的に値が増大する第１の線形関数と、前記基準速度より高い速度領域において定義される、タイヤ走行速度に伴って直線的に値が増大する第２の線形関数とを備え、
前記第１の線形関数と前記第２の線形関数とが前記基準速度において接続されるとともに、前記第２の線形関数のタイヤ走行速度に対する勾配が前記第１の線形関数のタイヤ走行速度に対する勾配に比べて高いことが好ましい。
【０００９】
その際、前記第１の線形関数の勾配および前記第２の線形関数の勾配は、タイヤ内圧によって定まるのがさらに好ましい。
さらに、その際、装着タイヤの設定空気圧において、前記第１の線形関数の勾配は、０以上であるとともに、前記第１の線形関数のタイヤ走行速度０における算出値の０．０２倍以下であり、前記第２の線形関数の勾配は、前記第１の線形関数のタイヤ走行速度０における算出値の０．０２倍より大きく、１．０倍以下であるのが好ましい。
【００１０】
また、前記危険度評価装置は、前記危険度評価関数の算出値に装着タイヤの使用履歴に応じた積算値を加算して前記危険度評価値を算出することを特徴とするのが好ましい。
【００１１】
ここで、前記危険度評価装置は、前記基準速度に１より大きい所定値を乗算したタイヤ走行速度における前記危険度評価関数の算出値である関数評価基準値に、装着タイヤの使用時間を乗算することによって、前記積算値を算出するものであってもよいし、
あるいは、前記危険度評価装置は、装着タイヤについて前記危険度評価関数で過去算出された値の累積積算値と、前記基準速度に１より大きい所定値を乗算したタイヤ走行速度における前記危険度評価関数の算出値である関数評価基準値とを乗算することによって、前記積算値を算出するものであってもよい。
あるいは、前記危険度評価装置は、前記基準速度に１より大きい所定値を乗算したタイヤ走行速度における前記危険度評価関数の算出値である関数評価基準値に装着タイヤの使用時間を乗算して所定倍した値と、装着タイヤについて前記危険度評価関数で過去算出された値の累積積算値と前記関数評価基準値とを乗算して所定倍した値との、加重平均を求めることによって、前記積算値を算出するものであってもよい。
【００１２】
また、タイヤ内圧を一定とした際のタイヤ走行速度に対する前記危険度評価関数は、装着タイヤの転動抵抗におけるタイヤ走行速度の依存性を表す転動抵抗値の特性関数を、前記基準速度で接続される２つの直線あるいは曲線の関数で近似し、これらの直線あるいは曲線の関数に所定の係数を乗算することによって求められる関数であり、
前記基準速度より高い速度領域で用いられる前記係数の値は、前記基準速度以下の速度領域で用いられる前記係数の値と同等またはこの値より大きいのが好ましい。
【００１３】
また、タイヤ走行速度に対する前記危険度値評価関数の勾配を表す感度係数であって、前記基準速度以下の速度領域における第１の感度係数および前記基準速度より高い速度領域における第２の感度係数が、タイヤ内圧の増加とともに直線的に減少するのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムについて、好適実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムの実施例であるタイヤ故障発生危険度報知システム（以下、本システムという）１０の概略を示すブロック図である。
本システム１０は、４輪のタイヤを装着した車両に組み込まれた報知システムであり、タイヤ内圧測定装置１２、タイヤ走行速度測定装置１４、タイヤ負荷荷重測定装置１６、危険度評価装置１８、報知装置２０、および車両自動制御装置２２を主に有して構成される。
【００１６】
タイヤ内圧測定装置１２は、車両に装着された装着タイヤのタイヤ内圧を各輪毎にモニタリングする装置で、公知の測定装置が用いられる。例えば、所定内圧で空気の充填されるタイヤ空洞部と連通する孔を装着タイヤの組まれたリム側に設け、この穿孔された孔を密封するように圧力計を配置してタイヤ内圧を計測する圧力測定装置が挙げられる。あるいは、上記タイヤ空洞部の内周面に、無線送信機と圧力センサが一体化された圧力センサ付き送信機を貼り付けて、タイヤ内圧を計測するとともに、車両本体に設けられた受信機で計測され送信されたタイヤ内圧の情報を受信する無線送受信システムが挙げられる。
このようなタイヤ内圧測定装置１２では、各輪のタイヤ内圧が所定時間間隔、例えば、数分に１回程度モニタリングされて、危険度評価装置１８に送信される。なお、各輪のタイヤ内圧を代表して、タイヤ内圧Ｐとする。
【００１７】
タイヤ走行速度測定装置１４は、装着タイヤのタイヤ走行速度を各輪毎に測定してモニタリングする装置で、例えば装着タイヤの回転速度を計測することによってタイヤの転がり半径を既知として、この転がり半径を回転速度に乗算してタイヤ走行速度を算出する。このような装置は、例えばＡＢＳ（アンチスキッドブレーキングシステム）に用いられるタイヤ走行速度計測装置と共用することができる。
タイヤ走行速度測定装置１４では、各輪のタイヤ走行速度が所定時間間隔、例えば、０．５秒間隔に１回程度サンプリングされて、例えば１０秒間の平均タイヤ走行速度が求められ、危険度評価装置１８に送信される。なお、各輪のタイヤ走行速度を代表して、タイヤ走行速度Ｖとする。
【００１８】
タイヤ負荷荷重測定装置１６は、装着タイヤにかかる負荷荷重を各輪毎に測定してモニタリングする装置で、例えば装着タイヤのサスペンションのコイルスプリングの上方のアッパーマウント部にロードセルを固定し、装着タイヤにかかる負荷荷重を測定する。
このようなタイヤ負荷荷重測定装置１６では、各輪のタイヤ負荷荷重が所定時間間隔、例えば、０．５秒間隔に１回程度サンプリングされて、例えば１０秒間の平均タイヤ負荷荷重が求められ、危険度評価装置１８に送信される。なお、各輪のタイヤ負荷荷重を代表して、タイヤ負荷荷重Ｌとする。
【００１９】
危険度評価装置１８に接続される報知装置２０は、後述するように危険度評価装置１８で評価されたタイヤ故障発生の危険度の評価結果に応じて、タイヤの故障発生の危険度を報知する装置で、危険度評価装置１８から送られる報知レベル信号に基づいて音でドライバーに喚起する音声出力装置や、タイヤ装着車両に設けられたディスプレイ等を用いて装着タイヤの故障発生の危険度をドライバーに視覚的に喚起させる表示装置が挙げられる。あるいは、ドライバーが常時握るステアリングを微小振動させてドライバーに知覚的に喚起してもよい。
危険度評価装置１８に接続される車両自動制御装置２２は、危険度評価装置１８で評価されたタイヤ故障発生の危険度の評価結果に応じて、走行車両の走行速度を自動制御する装置である。
【００２０】
危険度評価装置１８は、タイヤ内圧測定装置１２で得られたタイヤ内圧Ｐ、タイヤ走行速度測定装置１４で得られたタイヤ走行速度Ｖおよびタイヤ負荷荷重測定装置１６で得られたタイヤ負荷荷重Ｌに基づいて、装着タイヤの故障発生の確率の高低の指標を表す危険度評価値を算出して、タイヤの故障発生の危険度を評価する装置である。この危険度評価装置１８は、Ｗ値算出部１８ａ、Ｗ値積算部１８ｂ、報知レベル判定部１８ｃおよび報知レベル信号生成部１８ｄを主に有し、そのほかメモリ１８ｅやタイマ１８ｆを有する。
【００２１】
Ｗ値算出部１８ａは、メモリ１８ｅに予め記憶された危険度評価関数Ｆを呼び出し、この危険度評価関数Ｆと、モニタリングによって得られたタイヤ内圧Ｐ、タイヤ走行速度Ｖおよびタイヤ負荷荷重Ｌに基づいて、関数評価値Ｗ0 を算出する部分である。
【００２２】
危険度評価関数Ｆは、図２に示すように、タイヤ内圧Ｐが一定の場合、横軸をタイヤ走行速度Ｖ、縦軸を関数評価値Ｗ0 として表すと、線形関数Ｌ1 と線形関数Ｌ2 とからなり、基準速度Ｖc において線形関数Ｌ1 と線形関数Ｌ2 が接続される。また、線形関数Ｌ1 は、タイヤ走行速度Ｖ＝０においてＷb の値を持つと共に、タイヤ走行速度Ｖの上昇に伴って関数評価値Ｗ0 が線形的に増加し、また、線形関数Ｌ2 は、タイヤ走行速度Ｖ＝Ｖc において線形関数Ｌ1 と接続され、タイヤ走行速度Ｖの上昇に伴って関数評価値Ｗ0 が線形的に増加する。そして、線形関数Ｌ2 のタイヤ走行速度に対する勾配である感度係数が、線形関数Ｌ1 のタイヤ走行速度に対する勾配である感度係数に比べて大きく、この線形関数Ｌ1 の感度係数およびこの線形関数Ｌ2 の感度係数がそれぞれタイヤ内圧の関数となっている。しかも、線形関数Ｌ2 の感度係数が線形関数Ｌ1 の感度係数よりも常に高い値を持ちつつ、タイヤ内圧の減少とともに感度係数が直線的に増加する、あるいは、タイヤ内圧の増加とともに感度係数が直線的に減少するように構成されている。
【００２３】
なお、本実施例では、基準速度Ｖc を境界としてタイヤ走行速度の高低で区別された関数がそれぞれ線形の関数で表されるが、本発明ではこれに限定されず、線形の関数の替わりに曲線で表された非線形の関数であってもよく、少なくとも、タイヤ走行速度が基準速度Ｖc より高い状態において、タイヤ走行速度Ｖの増加に伴って関数評価値Ｗ0 が単調に増大するとともに、タイヤ内圧Ｐの減少に伴って関数評価値Ｗ0 が増大する関数であればよい。
【００２４】
このような線形関数Ｌ1 およびＬ2 の感度係数αおよびβは、タイヤ装着車両の設定空気圧Ｐ0 の状態におけるタイヤ走行速度Ｖ＝０の値Ｗb に対して、下記の範囲の値をとるのが好ましい。ここで、設定空気圧とは、車両それぞれに標準タイヤ内圧として設定されたタイヤ内圧で、車両本体のドアに表示され、また、車両の取扱い説明書に記載され指定されたタイヤ内圧である。
α（Ｐ0 ）＝ ０〜０．０２×Ｗb （１／（ｋｍ／時））
β（Ｐ0 ）＝ ０．０２×Ｗb 〜１．０×Ｗb （１／（ｋｍ／時））
また、感度係数α、βのタイヤ内圧依存性については、図３に示すように、タイヤ内圧に線形的に比例する線形関数を示し、その勾配Ｃα、Ｃβは、いずれも−０．００２〜−０．５（／ｋＰａ）の範囲の値であるのが好ましい。
なお、Ｗb の値は、予め規格化されて設定され、あるいは、後述する危険度評価値Ｗ1 〜Ｗn の設定値に基づいて設定される。
【００２５】
このように、危険度評価関数Ｆを線形関数Ｌ1 およびＬ2 を用いて表すことができるのは、以下の点を本願発明者らが見出したからである。
すなわち、車両の装着タイヤに発生する故障形態が、タイヤトレッド部材がタイヤ本体から剥離し、あるいは、タイヤベルト部材の端部がタイヤ本体から剥離する故障形態等であり、これらの故障形態が、タイヤを室内ドラム上で走行させ一定時間間隔ごとにタイヤ走行速度を段階的に上昇させてタイヤの転動抵抗を計測する際に最終的にタイヤに発生する故障形態と同等あるいはこの故障形態に極めて類似し、この時、計測される転動抵抗の特性関数と同傾向にある評価関数を用いることによって、装着タイヤの故障発生の危険度を推測することができることを本願発明者らが見出したことによるものである。
【００２６】
一般に、走行するタイヤは、タイヤ周上の一部分に注目してみると、タイヤと地面とが接触するタイヤ下方の接地面側でタイヤ構成部材は撓んで歪み、接地面側から離れるにつれて歪んだタイヤ構成部材が復元される周期的な変形を受ける。その際、タイヤの受けた歪みエネルギーの一部は熱に変換されて、タイヤ構成部材、例えばタイヤトレッド部材やタイヤベルト部材に蓄熱され、タイヤ構成部材の物性の熱劣化やタイヤ構成部材間の接着性劣化の原因となり、タイヤの故障の原因となる。特に、タイヤの回転速度が速くなると、タイヤの高速回転による遠心力によって、タイヤ外周が外側に延びるため、接地面側で変形を受けて歪む比率も増大する。従って、タイヤの回転速度が速くなるほど発熱が大きくなり、歪みも増大し、タイヤの故障発生の原因となり易い。このようなタイヤの回転走行中に計測される転動抵抗は、タイヤが転動中に受ける歪みエネルギーの一部が熱に変換されて抵抗となる度合いであるため、タイヤの故障の発生の危険度を表す指標とすることができる。
【００２７】
図４は、乗用車用タイヤでサイズが１８５／６５Ｒ１４の２本のタイヤ（タイヤスピードカテゴリーがＳレンジおよびＨレンジのタイヤ）を用いて計測した転動抵抗値の速度依存性を示している。タイヤ内圧は２００ｋＰａである。これによると、ＳレンジのタイヤおよびＨレンジのタイヤの転動抵抗値の速度依存性を示す特性関数は、略２つの直線で構成された関数で示されることが判る。ここで、Ｈレンジのタイヤは、Ｓレンジのタイヤに対してタイヤベルト層の外周に有機繊維からなる補強層を１層付加したベルト構成であり、タイヤの高速回転時の遠心力によるタイヤ外周への伸張を抑制したものである。従って、Ｈレンジのタイヤは転動抵抗値の速度依存性が小さく、図４中において、速度１００ｋｍ／時以上において、転動抵抗値とＳレンジのタイヤの転動抵抗値との差が増大する。さらに、転動抵抗値が急激に上昇を開始する速度についても、図４中に示されるように、Ｈレンジの速度Ｖh の方がＳレンジの速度Ｖs に比べて高い。従って、Ｈレンジのタイヤは、Ｓレンジのタイヤに比べて、タイヤの故障発生の危険度が小さいことが想定される。実際、Ｈレンジのタイヤは、Ｓレンジのタイヤに比べて高速走行時の故障発生確率が低下している。
【００２８】
また、図５は、図４に示すＳレンジのタイヤのタイヤ内圧に対する転動抵抗値の速度依存性の変化を示している。これによると、タイヤ内圧が低くなるほどタイヤ構成部材に作用する歪みは大きくなって転動抵抗も大きくなり、タイヤの発熱も多くなり、タイヤの故障発生の危険度が高くなることが想定される。実際、内圧が低下すると高速走行時の故障発生確率が増大する。この場合においても、転動抵抗値の速度依存性を示す特性関数は略２つの直線で構成された関数で示されることが判る。
【００２９】
このように、本願発明は危険度評価関数Ｆとして、上述した転動抵抗の速度依存性の特性関数と同種の関数、すなわち、略２つの直線で構成された関数によって装着タイヤの故障発生の危険度を推測し評価することができる。
例えば、図４に示すＳレンジのタイヤの場合、速度Ｖs を基準速度Ｖc とし、線形関数Ｌ1 を、図４で示す転動抵抗の速度Ｖs 以下の速度領域における関数を線形関数で近似してγ1 倍したもので表し、線形関数Ｌ2 を図４で示す転動抵抗の速度Ｖs より高い速度領域の関数を線形関数で近似してγ2 倍したもので表すとよい。上記倍率γ1 、γ2 の値は、例えば、実際のタイヤの故障発生確率の情報を室内ドラム試験等で取得して設定し、あるいは、後述する危険度評価値Ｗ1 〜Ｗn の設定値に基づいて設定する。
倍率γ1 、γ2 が異なる場合、基準速度Ｖc において、２つの線形関数は、接続されないため、基準速度Ｖc の近傍では、２つの線形関数が滑らかに接続されるように、基準速度Ｖc の近傍で倍率γ1 、γ2 が調整されるとよい。また、基準速度Ｖc において、２つの線形関数は不連続であってもよい。
【００３０】
このように、本発明は、タイヤの転動抵抗値の特性関数を、基準速度Ｖc で接続される２つの直線あるいは曲線の関数で近似し、これらの直線あるいは曲線の関数に係数を乗算することによって求められた関数を危険度評価関数Ｆとして設定してもよい。その際、基準速度Ｖc より高い速度の領域と基準速度Ｖc 以下の速度の領域において、直線あるいは曲線の関数に乗算する係数を変えて作成し、基準速度Ｖc より高い速度領域において、タイヤ走行速度Ｖの増加に伴って値が単調に増大するとともに、タイヤ内圧Ｐの減少に伴って値が増大する関数であることが必要である。この場合、基準速度Ｖc より高い速度領域で用いられる倍率γ2 の値が基準速度Ｖc 以下の速度領域で用いられる倍率γ1 の値と同等または倍率γ1 の値より大きいのが好ましい。
【００３１】
なお、上記基準速度Ｖc は、タイヤの種類、タイヤサイズ、設定空気圧の他、タイヤのスピードカテゴリーの規格で定められた速度に応じて一意的に設定されるのがよい。
【００３２】
このようにして、Ｗ値算出部１８ａは、タイヤ内圧Ｐとタイヤ走行速度Ｖで規定された危険度評価関数Ｆを用いてモニタリングされたタイヤ内圧Ｐおよびモニタリングされたタイヤ走行速度Ｖから関数評価値Ｗ０を算出する。さらに、Ｗ値算出部１８ａは、タイヤ負荷荷重測定装置１６でモニタリングされて送られてきたタイヤ負荷荷重Ｌに基づいて、タイヤ負荷率を算出し、このタイヤ負荷率に応じて、算出された関数評価値Ｗ０を調整する。ここで、タイヤ負荷率とは、日本自動車タイヤ協会規格（ＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ）に記載される規格テーブルからタイヤサイズや設定空気圧に応じて定まる１００％負荷荷重に対するモニタリングで得られたタイヤ負荷荷重Ｌの比率をいう。Ｗ値算出部１８ａは、このタイヤ負荷率を、タイヤ装着車両の装着タイヤにかかる標準設定時の負荷荷重と標準設定時の１００％負荷荷重とから求められた標準負荷率で除算して負荷率の比率を求める。そして、この負荷率の比率を係数として関数評価値Ｗ０に乗算して調整を行なう。あるいは、負荷率の比率から所定の関数を用いて算出される係数を関数評価値Ｗ０に乗算して調整を行なう。このような関数評価値Ｗ０の調整は、タイヤの故障発生の危険度を精度良く評価するために設けることが好ましいが、より簡便な装置構成として、タイヤ負荷荷重測定装置１６を設けず、タイヤ内圧Ｐおよびタイヤ走行速度Ｖに基づいて算出された関数評価値Ｗ０を調整せずそのまま用いてもよい。こうして得られた関数評価値Ｗ０はＷ値積算部１８ｂに送られる。
【００３３】
なお、Ｗ値算出部１８ａに接続されるメモリ１８ｅには、危険度評価関数Ｆを規定するための関数系やこの関数系から危険度評価関数Ｆを設定するための各種パラメータ、例えば基準速度Ｖc 、感度係数α、β、あるいはＷb 値等が、タイヤの種類、タイヤサイズ、設定タイヤ内圧の他、タイヤのスピードカテゴリー等の条件に応じて種々設定されており、オペレータが、図示されない入力手段を介してタイヤの種類、タイヤサイズ、設定タイヤ内圧等を指示することにより、危険度評価関数Ｆを一意的に設定するための各種パラメータが呼び出され、Ｗ値演算部１８ａで危険度評価関数Ｆが設定されるように構成される。
【００３４】
Ｗ値積算部１８ｂは、Ｗ値算出部１８ａから送られてきた調整された関数評価値Ｗ0 にタイヤの使用履歴に応じた積算値Ｗa を加算して危険度評価値Ｗを算出する部分である。
すなわち、危険度評価値Ｗは、図６に示すように危険度評価関数Ｆで得られた関数評価値Ｗ0 に積算値Ｗa を加算した形で算出される値である。
ここで、積算値Ｗa は、基準速度Ｖc を１より大きな所定値で乗算したタイヤ走行速度、例えば基準速度Ｖc の１．１倍したタイヤ走行速度における危険度評価関数Ｆの関数評価基準値Ｗc （図７参照）に基づいて、積算値Ｗa1およびＷa2を求め、積算値Ｗa1およびＷa2から下記式のように設定された重み付け係数Ｃ1 およびＣ2 を用いて積算値Ｗa を求める。
Ｗa ＝ Ｃ1 ・Ｗa1＋ Ｃ2 ・Ｗa2
【００３５】
ここで、積算値Ｗａ１は、以下のように規定される。
Ｗａ１ ＝ Ｈ１ ・ Ｙ ・ Ｗｃ
なお、Ｙは新品タイヤをタイヤ装着車両に装着した時点からのタイヤ使用年数で、Ｙの値として、例えば１．５０年（１年６月）等の小数点２桁の値が代入される。Ｙの値は、装着タイヤが車両に装着される際にセットされたタイマ１８ｆによってタイヤ使用時間が計測される。積算値Ｗａ１は、関数評価基準値Ｗｃとタイヤ使用年数Ｙの積に係数Ｈ１を乗算したもので、タイヤ使用年数とともに、装着タイヤが自然劣化し、走行時のタイヤの故障発生の原因の一部となることに対応して設けられたものである。その際、関数評価基準値Ｗｃを用いるのは、装着タイヤの自然劣化の程度の大小を規定するためであり、関数評価基準値Ｗｃを１より大きな所定値で決定する。なお、係数Ｈ１は、例えば、基準速度Ｖｃを１．１倍したタイヤ走行速度における評価値である関数評価基準値Ｗｃを用いる場合、０．０５〜１．０（／年）の範囲で設定されるのが好ましい。
【００３６】
一方、積算値Ｗa2は、以下のように規定される。
Ｗa2 ＝ Ｈ2 ・Ｘ・ Ｗc
ここで、Ｘは、関数評価値Ｗ0 の累積積算値であり、具体的には、下記式で示すように、時間間隔ｔ（時間）毎に評価される関数評価値Ｗ0 と時間間隔ｔとの積を装着タイヤの使用開始時から積算したものである。
Ｘ ＝ Σ（Ｗ0 ・ｔ）
また、係数Ｈ2 は、例えば、基準速度Ｖc を１．１倍したタイヤ走行速度における評価値である関数評価基準値Ｗc を用いる場合、０．０００５〜０．０２（／時間）の範囲で設定されるのが好ましい。
なお、係数Ｈ1 、Ｈ2 や重み付け係数Ｃ1 、Ｃ2 は、予めメモリ１８ｅに記憶され、Ｗ値積算部１８ｂから呼び出されて、上記積算値Ｗa を求めるために用いられる。
【００３７】
なお、本実施例では、積算値Ｗa が積算値Ｗa1およびＷa2の加重平均によって算出されるものであるが、積算値Ｗa は積算値Ｗa1およびＷa2のいずれか一方を用いるものであってもよい。
このようにして求められたタイヤの使用履歴に応じた積算値Ｗa が、Ｗ値積算部１８ｂにおいて、関数評価値Ｗ0 に加算され、危険度評価値Ｗが算出される。算出された危険度評価値Ｗは、報知レベル判定部１８ｃに送られる。
【００３８】
報知レベル判定部１８ｃは、Ｗ値積算部１８ｂから送られてきた危険度評価値Ｗに基づいて数段階に危険度を評価する部分である。例えば、タイヤの故障発生の確率が低く、平常の走行状態であることを示す平常領域、タイヤの故障発生の確率が比較的高くなったことを示す注意喚起領域、タイヤの故障発生の確率が一層高くなり、タイヤ走行速度を減速することが好ましいタイヤ走行速度減速警報領域、およびタイヤの故障発生の確率が非常に高くなり、走行を直ちに停止することが好ましい停止警報領域等を危険度評価値の高低によって区別して設け、Ｗ値積算部１８ｂから送られてきた危険度評価値Ｗがどの領域に含まれるか判定して、例えば、平常状態、注意喚起状態、減速警報状態あるいは停止警報状態等のように評価する。
このような領域を規定する危険度評価値Ｗ1 〜Ｗn （ｎは、設定された領域の数）は、メモリ１８ｅに予め記憶され、報知レベル判定部１８ｃから呼び出される。
判定されたタイヤ故障発生の危険度の評価結果の情報は、報知レベル信号生成部１８ｄに送られる。
【００３９】
報知レベル信号生成部１８ｄは、装着タイヤの故障発生の危険度の評価結果の情報に基づいて、報知装置２０や車両自動制御装置２２に送る報知レベル信号を生成する部分である。報知レベル信号はメモリ１８ｅに予め記憶されており、報知レベル信号生成部１８ｄが、報知レベル判定部１８ｃから送られてくる評価結果の情報に基づいて、報知レベル信号を呼び出す。生成された報知レベル信号は、報知装置２０や車両自動制御装置２２に送られる。以上のように危険度評価装置１８は構成される。
【００４０】
このようなタイヤ故障発生危険度報知システム１０では、所定時間間隔毎に、タイヤ内圧測定装置１２、タイヤ走行速度測定装置１４およびタイヤ負荷荷重測定装置１６から送られてくるタイヤ内圧Ｐ、タイヤ走行速度Ｖおよびタイヤ負荷荷重Ｌに基づいて、Ｗ値算出部１８ａにおいて、設定された危険度評価関数Ｆに基づいて関数評価値Ｗ0 が算出され、調整され、Ｗ値積算部１８ｂにおいて、積算値Ｗa が加算されて危険度評価値Ｗが算出される。さらに、この算出された危険度評価値Ｗに基づいて、報知レベル判定部１８ｃにおいて、装着タイヤの故障発生の危険度が評価される。
【００４１】
この評価結果に基づいて、報知レベル信号が生成され、報知装置２０や車両自動制御装置２２に送られる。
こうして、報知装置２０は、タイヤ装着車両のドライバーに、音声出力装置で警報音を出力し、また、車両側に設けられたディスプレイ等に故障発生の危険度を視覚的に表示する。
また、車両自動制御装置２２は、例えば減速警報状態や停止警報状態等の評価結果に基づいてタイヤ装着車両の走行速度を自動制御する。
【００４２】
本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムは、以上に記載した実施例や説明に限定されるものではないことは明らかであり、本発明の要旨を変更しない範囲で各種の改良や改変を行うことが可能なものである。
【００４３】
【発明の効果】
以上に説明したように、タイヤ装着車両の装着タイヤのタイヤ使用条件が種々重なったタイヤ使用条件下においても、タイヤの故障発生前に、タイヤの故障発生の危険度をドライバーに報知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムの一例であるタイヤ故障発生危険度報知システムの構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムで用いられる危険度評価関数のタイヤ走行速度依存性を説明する図である。
【図３】 本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムで用いられる危険度評価関数のタイヤ内圧依存性を説明する図である。
【図４】 タイヤの転動抵抗値の速度依存性の一例を示す図である。
【図５】 タイヤの転動抵抗値の速度依存性の他の例を示す図である。
【図６】 本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムで用いられる危険度評価値の算出の一例を説明する図である。
【図７】 本発明のタイヤ故障発生危険度報知システムで用いられる危険度評価値の算出の一例を説明する図である。
【符号の説明】
１０ タイヤ故障発生危険度報知システム
１２ タイヤ内圧測定装置
１４ タイヤ走行速度測定装置
１６ タイヤ負荷荷重測定装置
１８ 危険度評価装置
１８ａ Ｗ値算出部
１８ｂ Ｗ値積算部
１８ｃ 報知レベル判定部
１８ｄ 報知レベル信号生成部
１８ｅ メモリ
１８ｆ タイマ
２０ 報知装置
２２ 車両自動制御装置
Claims (10)
- 車両の装着タイヤの故障発生の危険度を評価し、評価結果に応じて装着タイヤの故障発生の危険度を報知するタイヤ故障発生危険度報知システムであって、
装着タイヤのタイヤ内圧をモニタリングするタイヤ内圧測定装置と、
装着タイヤのタイヤ走行速度をモニタリングするタイヤ走行速度測定装置と、
前記車両の走行中のタイヤ負荷荷重をモニタリングする負荷荷重測定装置と、
少なくとも、モニタリングして得られたタイヤ走行速度が所定の基準速度より高い場合、前記タイヤ内圧測定装置でモニタリングして得られたタイヤ内圧と前記タイヤ走行速度測定装置でモニタリングして得られたタイヤ走行速度と前記負荷荷重測定装置でモニタリングして得られた負荷荷重とに基づいて、危険度評価関数から装着タイヤの故障発生の確率の高低の指標を表す危険度評価値を算出し、装着タイヤの故障発生の危険度を評価する危険度評価装置と、
前記危険度の評価結果に応じて、装着タイヤの故障発生の危険度を報知する報知装置とを有し、
前記危険度評価関数は、少なくともタイヤ走行速度が所定の基準速度より高い速度領域において、タイヤ走行速度の増加に伴って値が単調に増大するとともに、タイヤ内圧の減少に伴って値が増大する、タイヤ走行速度とタイヤ内圧の関数であり、
前記危険度評価装置は、前記負荷荷重に基づいてタイヤ負荷率を算出し、前記危険度評価関数の算出値を、前記タイヤ負荷率に基づいて調整することを特徴とするタイヤ故障発生危険度報知システム。 - 前記危険度評価関数は、前記基準速度以下の速度領域において定義される、タイヤ走行速度の増加に関わらず一定あるいはタイヤ走行速度に伴って直線的に値が増大する第１の線形関数と、前記基準速度より高い速度領域において定義される、タイヤ走行速度に伴って直線的に値が増大する第２の線形関数とを備え、
前記第１の線形関数と前記第２の線形関数とが前記基準速度において接続されるとともに、前記第２の線形関数のタイヤ走行速度に対する勾配が前記第１の線形関数のタイヤ走行速度に対する勾配に比べて高いことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ故障発生危険度報知システム。 - 前記第１の線形関数の勾配および前記第２の線形関数の勾配は、タイヤ内圧によって定まることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ故障発生危険度報知システム。
- 前記第１の線形関数の勾配は、装着タイヤの設定空気圧において、０以上であるとともに、前記第１の線形関数のタイヤ走行速度０における算出値の０．０２倍以下であり、
前記第２の線形関数の勾配は、装着タイヤの設定空気圧において、前記第１の線形関数のタイヤ走行速度０における算出値の０．０２倍より大きく、１．０倍以下であることを特徴とする請求項３に記載のタイヤ故障発生危険度報知システム。 - 前記危険度評価装置は、前記危険度評価関数の算出値に装着タイヤの使用履歴に応じた積算値を加算して前記危険度評価値を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のタイヤ故障発生危険度報知システム。
- 前記危険度評価装置は、前記基準速度に１より大きい所定値を乗算したタイヤ走行速度における前記危険度評価関数の算出値である関数評価基準値に、装着タイヤの使用時間を乗算することによって、前記積算値を算出することを特徴とする請求項５に記載のタイヤ故障発生危険度報知システム。
- 前記危険度評価装置は、装着タイヤについて前記危険度評価関数で過去算出された値の累積積算値と、前記基準速度に１より大きい所定値を乗算したタイヤ走行速度における前記危険度評価関数の算出値である関数評価基準値とを乗算することによって、前記積算値を算出することを特徴とする請求項５に記載のタイヤ故障発生危険度報知システム。
- 前記危険度評価装置は、前記基準速度に１より大きい所定値を乗算したタイヤ走行速度における前記危険度評価関数で算出される関数評価基準値に装着タイヤの使用時間を乗算して所定倍した値と、装着タイヤについて前記危険度評価関数で過去算出された値の累積積算値と前記関数評価基準値とを乗算して所定倍した値との、加重平均を求めることによって、前記積算値を算出することを特徴とする請求項５に記載のタイヤ故障発生危険度報知システム。
- タイヤ内圧を一定とした際のタイヤ走行速度に対する前記危険度評価関数は、装着タイヤの転動抵抗におけるタイヤ走行速度の依存性を表す転動抵抗値の特性関数を、前記基準速度で接続される２つの直線あるいは曲線の関数で近似し、これらの直線あるいは曲線の関数に所定の係数を乗算することによって求められる関数であり、
前記基準速度より高い速度領域で用いられる前記係数の値は、前記基準速度以下の速度領域で用いられる前記係数の値と同等またはこの値より大きいことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のタイヤ故障発生危険度報知システム。 - タイヤ走行速度に対する前記危険度値評価関数の勾配を表す感度係数であって、前記基準速度以下の速度領域における第１の感度係数および前記基準速度より高い速度領域における第２の感度係数が、タイヤ内圧の増加とともに直線的に減少することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のタイヤ故障発生危険度報知システム。
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