JP4582920B2 - タイヤの摩耗状態検知装置および方法、ならびにタイヤの摩耗判断プログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタイヤの摩耗状態検知装置および方法、ならびにタイヤの摩耗判断プログラムに関する。さらに詳しくは、タイヤの回転情報を用いて、タイヤの摩耗状態を検知することにより、車両の性能や安全性能を高めることができるタイヤ摩耗状態検知装置および方法、ならびにタイヤの摩耗判断プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤには、排水性などを考えて、縦溝と横溝が彫ってあるため、これらの溝に囲まれたゴムブロックが形成されている。このゴムブロックが大きいと、前後左右にせん断変形しにくく、剛性も大きいため、一般に大きなブロックからなるトレッドパターンをもったタイヤをパターン剛性の大きなタイヤという。
【０００３】
パターン剛性の大小は、コーナリングパワーやコーナリングフォースのほか、スリップ率に大きな影響を及ぼすため、タイヤの回転情報をもとにして車両の性能や安全性能を高める装置、たとえばＡＢＳ（アンチブロックブレーキングシステム）、ＴＣＳ（トラクションコントロールシステム）またはタイヤ空気圧低下警報装置などにおいて、タイヤの回転情報をもとにして車両の挙動を推定するには、タイヤのパターン剛性を把握しておくことが重要である。
【０００４】
また、タイヤが摩耗すると、タイヤのトレッドゴムの厚さが薄くなるため、パターンの前後剛性が大きくなる。タイヤが摩耗すると冬用タイヤにおいては、雪上性能に影響を与えるとともに、夏用タイヤにおいては、ハイドロプレーニング性能に影響を与える。したがって、摩耗を検知することは有用であるが、これらの装置では、タイヤの摩耗状態を検知する機能が備えられていない。したがって、タイヤの摩耗を識別するには、溝深さを測定するデプスゲージを用いたり、タイヤに設けられている摩耗限界を示すスリップサインを確認するなどの目視による識別だけである。かかる目視による識別は、熟練を要するため、タイヤのメンテナンスが煩雑になりやすいとともに、タイヤのメンテナンスにおける始業点検時にタイヤの摩耗を見過ごしてしまう惧れがある。
【０００５】
そこで、特開平１１−７８４４２号公報では、タイヤの摩耗状態を定期的に測定する方法が示されている。
【０００６】
かかる方法によると、４輪のタイヤの回転速度を定期的に測定し、その測定された回転速度から、前輪タイヤと後輪タイヤの回転速度の比を演算し、該回転速度の比と車両の加速度との関係式の傾きを求め、この傾きと予め判っているタイヤの回転速度の比と加速度との関係式の傾きとを比較することによりタイヤの摩耗状態を検知している。すなわちスリップ率の小さい範囲（１０％以下）では、タイヤと路面のあいだでほとんど滑りがなく、μ−ｓ曲線の勾配は、トレッドゴムの前後剛性で決まっているので、この傾きの経時変化を測定していればタイヤの摩耗が検知できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
事実、μ−ｓ曲線の勾配は、トレッドゴムの前後剛性が大きくなるにしたがい大きくなるが、路面の摩擦係数にも大きく影響を受けており、図７に示すように路面（高μ路Ｒ１、中μ路Ｒ２、低μ路Ｒ３）の摩擦係数が小さくなるにしたがい、μ−ｓ曲線の勾配、たとえばＲ３のμ−ｓ曲線の勾配θも小さくなる傾向にある。したがって、単にμ−ｓ曲線の勾配のみの経時変化を測定していても、同じ摩擦係数の路面で測定したものを比較しないと、たとえばμ−ｓ曲線の勾配が初期に比べて大きくなったからといって、それはタイヤが摩耗したためなのか、前に測定した路面よりも摩擦係数が高い路面で測定したためなのかの判断ができない。
【０００８】
本発明は、叙上の事情に鑑み、タイヤの摩耗状態をより正確に検知できるタイヤの摩耗状態検知装置および方法、ならびにタイヤの摩耗判断プログラムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のタイヤの摩耗状態検知装置は、車両の４輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段と、該回転速度検出手段による測定値から、車両の速度および車両の加減速度を演算する第１の演算手段と、前後輪のスリップ比を演算する第２の演算手段と、前記車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める第３の演算手段と、該得られた相関係数が所定値以上の場合の当該１次の回帰係数を所定の個数蓄積し、該１次の回帰係数の平均値を求める第４の演算手段と、該平均値に応じてタイヤの摩耗状態を検知するタイヤ摩耗検知手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
また本発明のタイヤの摩耗状態検知方法は、車両の４輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段と、該回転速度検出手段による測定値から、車両の速度および車両の加減速度を演算する工程と、前後輪のスリップ比を演算する工程と、前記車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める工程と、該得られた相関係数が所定値以上の場合の当該１次の回帰係数を所定の個数蓄積し、該１次の回帰係数の平均値を求める工程と、該平均値に応じてタイヤの摩耗状態を検知する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
また本発明のタイヤの摩耗判断プログラムは、タイヤの摩耗状態を判断するためにコンピュータを、回転速度検出手段による測定値から、車両の速度および車両の加減速度を演算する第１の演算手段、前後輪のスリップ比を演算する第２の演算手段、前記車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める第３の演算手段、該得られた相関係数が所定値以上の場合の当該１次の回帰係数を所定の個数蓄積し、該１次の回帰係数の平均値を求める第４の演算手段、および該平均値に応じてタイヤの摩耗状態を検知するタイヤ摩耗検知手段として機能させることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明のタイヤの摩耗状態検知装置および方法、ならびにタイヤの摩耗判断プログラムを説明する。
【００１３】
図１は本発明のタイヤの摩耗状態検知装置の一実施の形態を示すブロック図、図２は図１におけるタイヤの摩耗状態検知装置の電気的構成を示すブロック図、図３〜４は本発明のフローチャートの一例、図５は前輪駆動車に装着された新品タイヤＦＦ１、約４０％摩耗タイヤＦＦ２、約８０％摩耗タイヤＦＦ３におけるタイヤ摩耗指数の経時変化を示す図、図６は後輪駆動車に装着された新品タイヤＦＲ１、約４０％摩耗タイヤＦＲ２、約８０％摩耗タイヤＦＲ３におけるタイヤ摩耗指数の経時変化を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の一実施の形態にかかわるタイヤの摩耗状態検知装置は、４輪車両のタイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲにそれぞれ設けられた車輪タイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段を備えており、この回転速度検出手段の出力は、ＡＢＳなどのコンピュータである制御ユニット２に伝達される。なお、３はタイヤの摩耗状態により警報を発する摩耗警報器である。
【００１５】
前記回転速度検出手段としては、電磁ピックアップなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数から回転速度を測定する車輪速センサ１、またはダイナモのように回転を利用して発電を行ない、この電圧から回転速度を測定するものを含む角速度センサなどを用いることができる。
【００１６】
前記制御ユニット２は、図２に示されるように、外部装置との信号の受け渡しに必要なＩ／Ｏインターフェイス２ａと、演算処理の中枢として機能するＣＰＵ２ｂと、該ＣＰＵ１ｂの制御動作プログラムが格納されたＲＯＭ２ｃと、前記ＣＰＵ２ｂが制御動作を行なう際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き込まれたデータなどが読み出されるＲＡＭ２ｄとから構成されている。
【００１７】
本実施の形態では、回転速度検出手段と、該回転速度検出手段による測定値から、車両の速度および車両の加減速度を演算する第１の演算手段と、前後輪のスリップ比を演算する第２の演算手段と、前記車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める第３の演算手段と、該得られた相関係数が所定値以上の場合の当該１次の回帰係数を所定の個数蓄積し、該１次の回帰係数の平均値を求める第４の演算手段と、該平均値に応じてタイヤの摩耗状態を検知するタイヤ摩耗検知手段とを備えている。そして、本実施の形態におけるタイヤの摩耗判断プログラムは、制御ユニット２を、前記車輪速センサ１による測定値から車両の速度および車両の加減速度を演算する第１の演算手段、前後輪のスリップ比（前輪タイヤの車輪速度と後輪タイヤとの車輪速度の比）を演算する第２の演算手段、前記車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める第３の演算手段、該得られた相関係数が所定値以上の場合の当該１次の回帰係数を所定の個数蓄積し、該１次の回帰係数の平均値を求める第４の演算手段、および該平均値に応じてタイヤの摩耗状態を検知するタイヤ摩耗検知手段として機能させる。
【００１８】
前記平均値に駆動軸の重量／車両の重量を掛けて、タイヤの摩耗度合いを示すタイヤ摩耗指数を求める第５の演算手段を備えているのが好ましい。
【００１９】
本実施の形態では、前記４輪のタイヤの回転速度を１秒以下で検出する。前記車両の加減速度はＧセンサで測定することもできるが、４輪または従動輪の平均車輪速度から演算するのがコスト面から好ましい。
【００２０】
ついで前記車両の加減速度およびスリップ比を一定時間分のデータ、たとえば２秒分以上のデータの平均値として、サンプリング時間ごとに移動平均化して求め、この移動平均された値（一定個数の車両の加減速度とスリップ比）を求める。
【００２１】
さらに前記移動平均された車両の加減速度およびスリップ比のデータを、たとえば走行距離が５００ｍになるまで蓄積する。なお、本発明においては、走行距離ではなくデータを一定時間、たとえば３０秒間蓄積してもよいし、データ数が１００個になるまで蓄積してもよい。この蓄積した車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める。ここで、相関係数が所定値、たとえば０．９以上の場合の１次の回帰係数が所定の個数、たとえば１００個蓄積されるごとに、当該１次の回帰係数の平均値を求める。つぎにこの平均値に車両係数（駆動軸の重量／車両の重量）Ｍｄ／Ｍを掛けてタイヤ摩耗指数Ｗを求める。このタイヤ摩耗指数が所定の値Ｗｏ以下（Ｗ＜Ｗｏ）であれば、タイヤが摩耗状態であると判断し、警報としてドライバーに知らせる。
【００２２】
以下、本実施の形態のタイヤの摩耗状態検知装置の動作を手順(1)〜(10)に沿って説明する。
【００２３】
(1)車両の４輪タイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲのそれぞれの回転速度から車輪速度（Ｖ１ｎ、Ｖ２ｎ、Ｖ３ｎ、Ｖ４ｎ）を算出する。
たとえば、ＡＢＳセンサなどのセンサから得られた車両の各車輪タイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲのある時点の車輪速データを車輪速度Ｖ１ｎ、Ｖ２ｎ、Ｖ３ｎ、Ｖ４ｎとする。
【００２４】
(2)ついで従動輪および駆動輪の平均車輪速度（Ｖｆｎ、Ｖｄｎ）を演算する。
前輪駆動の場合、ある時点の従動輪および駆動輪の平均車輪速度Ｖｆｎ、
Ｖｄｎをつぎの式（１）、（２）により求められる。
Ｖｆｎ＝（Ｖ３ｎ＋Ｖ４ｎ）／２ ・・・（１）
Ｖｄｎ＝（Ｖ１ｎ＋Ｖ２ｎ）／２ ・・・（２）
【００２５】
(3)ついで前記従動輪の平均車輪加減速度（すなわち車両の加減速度）Ａｆｎを演算する。
前記従動輪の平均車輪速度Ｖｆｎより１つ前の車輪速データから、平均車輪速度Ｖｆｎ−１とすると、従動輪の平均車輪加減速度Ａｆｎはそれぞれつぎの式（３）で求められる。
Ａｆｎ＝（Ｖｆｎ−Ｖｆｎ−１）／Δｔ／ｇ ・・・（３）
ここで、Δｔは車輪速データから算出される車輪速度ＶｆｎとＶｆｎ−１の時間間隔（サンプリング時間）であり、ｇは重力加速度である。前記サンプルング時間としては、データのばらつきを小さくするためにも、０．１秒以下が好ましい。
【００２６】
(4)ついで前記車両の加減速度Ａｆｎの値に応じて、スリップ比を演算する。
まず、加速状態で、駆動輪がロック状態で車両が滑っているとき（Ｖｄｎ＝０、Ｖｆｎ≠０）や、減速状態で、車両が停止状態で駆動輪がホイールスピンを起こしているとき（Ｖｆｎ＝０、Ｖｄｎ≠０）は、起こり得ないものとして、スリップ比Ｓｎをつぎの式（４）、（５）から演算する。
Ａｆｎ≧０およびＶｄｎ≠０である場合、Ｓｎ＝（Ｖｆｎ−Ｖｄｎ）／Ｖｄｎ・・・（４）
Ａｆｎ＜０およびＶｆｎ≠０である場合、Ｓｎ＝（Ｖｆｎ−Ｖｄｎ）／Ｖｆｎ・・・（５）
前記以外の場合は、Ｓｎ＝１とする。
【００２７】
(5)ついで車両の加減速度およびスリップ比のデータをサンプリング時間ごとに移動平均化処理する。
直線回帰をする場合、一定以上のデータ数がなければ、得られた１次の回帰係数の信頼性が劣る。そこで、たとえば数十ｍｓごとにデータをサンプリングし、このサンプリング時間で得られたばらつきの大きいデータを移動平均することにより、データの数を減らさずに、データのばらつきを小さくすることができる。
スリップ比については、
ＭＳｎ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋・・・＋Ｓｎ）／Ｎ ・・・（６）
ＭＳｎ＋１＝（Ｓ２＋Ｓ３＋・・・＋Ｓｎ＋１）／Ｎ ・・・（７）
ＭＳｎ＋２＝（Ｓ３＋Ｓ４＋・・・＋Ｓｎ＋２）／Ｎ ・・・（８）
車両の加減速度については、
ＭＡｆｎ＝（Ａｆ１＋Ａｆ２＋・・・＋Ａｆｎ）／Ｎ ・・・（９）
ＭＡｆｎ＋１＝（Ａｆ２＋Ａｆ３＋・・・＋Ａｆｎ＋１）／Ｎ ・・・（１０）
ＭＡｆｎ＋２＝（Ａｆ３＋Ａｆ４＋・・・＋Ａｆｎ＋２）／Ｎ ・・・（１１）
【００２８】
(6)ついで車両の加減速度とスリップ比との互いの1次の回帰係数、すなわちスリップ比の車両の加減速度に対する１次の回帰係数Ｋ１と車両の加減速度のスリップ比に対する１次の回帰係数Ｋ２をそれぞれつぎの式（１２）、（１３）から求める。
【００２９】
【数１】
【００３０】
【表１】
【００３１】
また、相関係数Ｒは、
Ｒ＝Ｋ１×Ｋ２ ・・・（１４）
となる。
【００３２】
(7)前記手順(6)により求めた１次の回帰係数Ｋ１（またはＫ２）の値を所定の時間または所定の個数蓄積する。以下、１次の回帰係数Ｋ１について説明する。このとき、相関係数Ｒの値に応じて１次の回帰係数Ｋ１のデータを蓄積するか否かをを決定する。このデータ蓄積のしきい値となる相関係数Ｒの値については、とくに限定されるものではないが、小さすぎると測定精度が劣ったデータも蓄積されてしまうため、０．５以上が好ましいが、０．９以上ではデータがほとんど蓄積されないため、０．７前後が好ましい。
なお、データの蓄積量については、前述したように走行距離、測定時間または蓄積個数で決定する。この蓄積量についてはとくに限定されるものではないが、たとえば一定の測定時間、たとえば３０秒間蓄積してもよい。また、タイヤの摩耗状態を評価する場合、摩耗が数分や数時間といった時間単位で急激に進むことはほとんどありえないので、測定時間を３０分や１時間と長くする分にはとくに問題はない。しかし、データ容量の都合もあるので、現実的な範囲で設定するのが好ましい。また、たとえば数分間の測定を数回程度繰り返し、その平均で評価したり、ばらつきの大きなデータは削除して評価することもできる。
【００３３】
(8)ついで相関係数Ｒが所定値以上の場合の１次の回帰係数Ｋ１を所定の個数蓄積し、その平均値を求める。
たとえば０．９以上の場合の１次の回帰係数Ｋ１が所定の個数、たとえば１００個蓄積されるごとに、当該１次の回帰係数Ｋ１の平均値Ｋ１ｍを求める。
【００３４】
(9)ついでこの平均値Ｋ１ｍに車両係数（駆動軸の重量／車両の重量）Ｍｄ／Ｍを掛けてタイヤ摩耗指数Ｗを求める。
【００３５】
(10)ついでこのタイヤ摩耗指数が所定の値Ｗｏ以下（Ｗ＜Ｗｏ）であれば、タイヤが摩耗状態であると判断する。なお、この所定の値Ｗｏは、タイヤの種類により異なるが、タイヤの摩耗状態、たとえばタイヤの摩耗度合いが約７０％摩耗でタイヤ交換が望ましい状態を考えると、タイヤ摩耗指数ＷがＷｏ＝０．０１５以下である場合に、タイヤが摩耗状態であると判断する。
そして、タイヤが摩耗状態であると判断されると、前記摩耗警報器３によりドライバーに知らせる。
【００３６】
【実施例】
つぎに本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００３７】
実施例１〜２
まず車両として前輪駆動車に新品タイヤ、約４０％摩耗したタイヤまたは約８０％摩耗したタイヤを装着した。このときのタイヤは、住友ゴム工業(株)製 ＦＭ９０１である。そして、各タイヤについて、乾燥アスファルト路を４時間走行した（実施例１）。また、前記前輪駆動車に代えて後輪駆動車に前記新品タイヤ、約４０％摩耗したタイヤまたは約８０％摩耗したタイヤを装着させて、実施例１と同様の走行試験を行なった（実施例２）。
【００３８】
この走行に際し、図３に示されるように車輪速センサから出力される車輪速パルスに基づいて、０．１秒ごとの車輪速を取り込み（ステップＳ１）、従動輪の平均車輪速を車両速度Ｆｓとして演算するとともに、走行時間Ｔと走行距離Ｄを計算する（ステップＳ２）。ついで０．１秒ごとの車両の加減速度Ｆａｃとスリップ比ＳＲを計算した（ステップＳ３、Ｓ４）。この車両の加減速度Ｆａｃとスリップ比ＳＲについては、それぞれ２秒間のデータをサンプリング時間ごとに、移動平均処理した値ＦａｃＭおよびＳＲＭを求めた（ステップＳ５、Ｓ６）。
【００３９】
ついで前記走行距離ＤがＤ１＝５００ｍごとのＦａｃＭとＳＲＭを蓄積し（ステップＳ７、Ｓ８）、スリップ比に対する車両加速度の１次の回帰係数Ｋ１と相関係数Ｒを求めた（ステップＳ９）。相関係数ＲがＲ１＝０．９以上であるか否かを判断し（ステップＳ１０、Ｓ１１）、Ｒ１＝０．９以上のときの１次の回帰係数Ｋ１がＸ＝１００個蓄積されるごとに、その平均値Ｋ１ｍを求める（ステップＳ１１〜Ｓ１４）。
【００４０】
つぎに平均値Ｋ１ｍに車両係数Ｍｄ／Ｍ（実施例１の前輪駆動車は０．６５１であり、実施例２の後輪駆動車は０．４６２である）を掛けてタイヤ摩耗指数Ｗを求め（ステップＳ１５）、このタイヤ摩耗係数Ｗの値により警報を発するか否かを判断し、タイヤ摩耗係数ＷがＷｏ＝０．０１５以下となった時点でタイヤ摩耗警報を発するようにした（ステップＳ１６〜Ｓ１８）。
【００４１】
その結果、実施例１の場合、図５に示されるタイヤ摩耗指数の経時変化から、新品タイヤＦＦ１ではタイヤ摩耗指数は絶えず０．０２４〜０．０２５で推移しているのに対し、約４０％摩耗タイヤＦＦ２では絶えず０．０１６〜０．０１７で推移している。また約８０％摩耗タイヤＦＦ３では絶えず０．０１１〜０．０１２である。
【００４２】
また、実施例２の場合、図６に示されるタイヤ摩耗指数の経時変化から、新品タイヤＦＲ１ではタイヤ摩耗指数は絶えず０．０２５〜０．０２７で推移しているのに対し、約４０％摩耗タイヤＦＲ２では絶えず０．０１７〜０．０１８で推移している。また約８０％摩耗タイヤＦＲ３では絶えず０．０１２〜０．０１３である。
【００４３】
したがって、実施例１、２とも精度良くタイヤの摩耗度合いを識別していることがわかる。また、実施例１と実施例２は、車両が変わってもほぼ同じタイヤ摩耗指数を示していることから、別途車両ごとの識別などを盛り込む必要がないことがわかる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、タイヤの摩耗状態を精度よく検知することができるため、車両の性能や安全性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤの摩耗状態検知装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１におけるタイヤの摩耗状態検知装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明のフローチャートの一例である。
【図４】本発明のフローチャートの一例である。
【図５】前輪駆動車に装着された新品タイヤＦＦ１、約４０％摩耗タイヤＦＦ２、約８０％摩耗タイヤＦＦ３におけるタイヤ摩耗指数の経時変化を示す図である。
【図６】後輪駆動車に装着された新品タイヤＦＲ１、約４０％摩耗タイヤＦＲ２、約８０％摩耗タイヤＦＲ３におけるタイヤ摩耗指数の経時変化を示す図である。
【図７】路面μとスリップ比ｓとの関係を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 車輪速センサ（回転速度検出手段）
２ 制御ユニット
３ 摩耗警報器
ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ タイヤ
【発明の属する技術分野】
本発明はタイヤの摩耗状態検知装置および方法、ならびにタイヤの摩耗判断プログラムに関する。さらに詳しくは、タイヤの回転情報を用いて、タイヤの摩耗状態を検知することにより、車両の性能や安全性能を高めることができるタイヤ摩耗状態検知装置および方法、ならびにタイヤの摩耗判断プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤには、排水性などを考えて、縦溝と横溝が彫ってあるため、これらの溝に囲まれたゴムブロックが形成されている。このゴムブロックが大きいと、前後左右にせん断変形しにくく、剛性も大きいため、一般に大きなブロックからなるトレッドパターンをもったタイヤをパターン剛性の大きなタイヤという。
【０００３】
パターン剛性の大小は、コーナリングパワーやコーナリングフォースのほか、スリップ率に大きな影響を及ぼすため、タイヤの回転情報をもとにして車両の性能や安全性能を高める装置、たとえばＡＢＳ（アンチブロックブレーキングシステム）、ＴＣＳ（トラクションコントロールシステム）またはタイヤ空気圧低下警報装置などにおいて、タイヤの回転情報をもとにして車両の挙動を推定するには、タイヤのパターン剛性を把握しておくことが重要である。
【０００４】
また、タイヤが摩耗すると、タイヤのトレッドゴムの厚さが薄くなるため、パターンの前後剛性が大きくなる。タイヤが摩耗すると冬用タイヤにおいては、雪上性能に影響を与えるとともに、夏用タイヤにおいては、ハイドロプレーニング性能に影響を与える。したがって、摩耗を検知することは有用であるが、これらの装置では、タイヤの摩耗状態を検知する機能が備えられていない。したがって、タイヤの摩耗を識別するには、溝深さを測定するデプスゲージを用いたり、タイヤに設けられている摩耗限界を示すスリップサインを確認するなどの目視による識別だけである。かかる目視による識別は、熟練を要するため、タイヤのメンテナンスが煩雑になりやすいとともに、タイヤのメンテナンスにおける始業点検時にタイヤの摩耗を見過ごしてしまう惧れがある。
【０００５】
そこで、特開平１１−７８４４２号公報では、タイヤの摩耗状態を定期的に測定する方法が示されている。
【０００６】
かかる方法によると、４輪のタイヤの回転速度を定期的に測定し、その測定された回転速度から、前輪タイヤと後輪タイヤの回転速度の比を演算し、該回転速度の比と車両の加速度との関係式の傾きを求め、この傾きと予め判っているタイヤの回転速度の比と加速度との関係式の傾きとを比較することによりタイヤの摩耗状態を検知している。すなわちスリップ率の小さい範囲（１０％以下）では、タイヤと路面のあいだでほとんど滑りがなく、μ−ｓ曲線の勾配は、トレッドゴムの前後剛性で決まっているので、この傾きの経時変化を測定していればタイヤの摩耗が検知できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
事実、μ−ｓ曲線の勾配は、トレッドゴムの前後剛性が大きくなるにしたがい大きくなるが、路面の摩擦係数にも大きく影響を受けており、図７に示すように路面（高μ路Ｒ１、中μ路Ｒ２、低μ路Ｒ３）の摩擦係数が小さくなるにしたがい、μ−ｓ曲線の勾配、たとえばＲ３のμ−ｓ曲線の勾配θも小さくなる傾向にある。したがって、単にμ−ｓ曲線の勾配のみの経時変化を測定していても、同じ摩擦係数の路面で測定したものを比較しないと、たとえばμ−ｓ曲線の勾配が初期に比べて大きくなったからといって、それはタイヤが摩耗したためなのか、前に測定した路面よりも摩擦係数が高い路面で測定したためなのかの判断ができない。
【０００８】
本発明は、叙上の事情に鑑み、タイヤの摩耗状態をより正確に検知できるタイヤの摩耗状態検知装置および方法、ならびにタイヤの摩耗判断プログラムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のタイヤの摩耗状態検知装置は、車両の４輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段と、該回転速度検出手段による測定値から、車両の速度および車両の加減速度を演算する第１の演算手段と、前後輪のスリップ比を演算する第２の演算手段と、前記車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める第３の演算手段と、該得られた相関係数が所定値以上の場合の当該１次の回帰係数を所定の個数蓄積し、該１次の回帰係数の平均値を求める第４の演算手段と、該平均値に応じてタイヤの摩耗状態を検知するタイヤ摩耗検知手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
また本発明のタイヤの摩耗状態検知方法は、車両の４輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段と、該回転速度検出手段による測定値から、車両の速度および車両の加減速度を演算する工程と、前後輪のスリップ比を演算する工程と、前記車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める工程と、該得られた相関係数が所定値以上の場合の当該１次の回帰係数を所定の個数蓄積し、該１次の回帰係数の平均値を求める工程と、該平均値に応じてタイヤの摩耗状態を検知する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
また本発明のタイヤの摩耗判断プログラムは、タイヤの摩耗状態を判断するためにコンピュータを、回転速度検出手段による測定値から、車両の速度および車両の加減速度を演算する第１の演算手段、前後輪のスリップ比を演算する第２の演算手段、前記車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める第３の演算手段、該得られた相関係数が所定値以上の場合の当該１次の回帰係数を所定の個数蓄積し、該１次の回帰係数の平均値を求める第４の演算手段、および該平均値に応じてタイヤの摩耗状態を検知するタイヤ摩耗検知手段として機能させることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明のタイヤの摩耗状態検知装置および方法、ならびにタイヤの摩耗判断プログラムを説明する。
【００１３】
図１は本発明のタイヤの摩耗状態検知装置の一実施の形態を示すブロック図、図２は図１におけるタイヤの摩耗状態検知装置の電気的構成を示すブロック図、図３〜４は本発明のフローチャートの一例、図５は前輪駆動車に装着された新品タイヤＦＦ１、約４０％摩耗タイヤＦＦ２、約８０％摩耗タイヤＦＦ３におけるタイヤ摩耗指数の経時変化を示す図、図６は後輪駆動車に装着された新品タイヤＦＲ１、約４０％摩耗タイヤＦＲ２、約８０％摩耗タイヤＦＲ３におけるタイヤ摩耗指数の経時変化を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の一実施の形態にかかわるタイヤの摩耗状態検知装置は、４輪車両のタイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲにそれぞれ設けられた車輪タイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段を備えており、この回転速度検出手段の出力は、ＡＢＳなどのコンピュータである制御ユニット２に伝達される。なお、３はタイヤの摩耗状態により警報を発する摩耗警報器である。
【００１５】
前記回転速度検出手段としては、電磁ピックアップなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数から回転速度を測定する車輪速センサ１、またはダイナモのように回転を利用して発電を行ない、この電圧から回転速度を測定するものを含む角速度センサなどを用いることができる。
【００１６】
前記制御ユニット２は、図２に示されるように、外部装置との信号の受け渡しに必要なＩ／Ｏインターフェイス２ａと、演算処理の中枢として機能するＣＰＵ２ｂと、該ＣＰＵ１ｂの制御動作プログラムが格納されたＲＯＭ２ｃと、前記ＣＰＵ２ｂが制御動作を行なう際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き込まれたデータなどが読み出されるＲＡＭ２ｄとから構成されている。
【００１７】
本実施の形態では、回転速度検出手段と、該回転速度検出手段による測定値から、車両の速度および車両の加減速度を演算する第１の演算手段と、前後輪のスリップ比を演算する第２の演算手段と、前記車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める第３の演算手段と、該得られた相関係数が所定値以上の場合の当該１次の回帰係数を所定の個数蓄積し、該１次の回帰係数の平均値を求める第４の演算手段と、該平均値に応じてタイヤの摩耗状態を検知するタイヤ摩耗検知手段とを備えている。そして、本実施の形態におけるタイヤの摩耗判断プログラムは、制御ユニット２を、前記車輪速センサ１による測定値から車両の速度および車両の加減速度を演算する第１の演算手段、前後輪のスリップ比（前輪タイヤの車輪速度と後輪タイヤとの車輪速度の比）を演算する第２の演算手段、前記車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める第３の演算手段、該得られた相関係数が所定値以上の場合の当該１次の回帰係数を所定の個数蓄積し、該１次の回帰係数の平均値を求める第４の演算手段、および該平均値に応じてタイヤの摩耗状態を検知するタイヤ摩耗検知手段として機能させる。
【００１８】
前記平均値に駆動軸の重量／車両の重量を掛けて、タイヤの摩耗度合いを示すタイヤ摩耗指数を求める第５の演算手段を備えているのが好ましい。
【００１９】
本実施の形態では、前記４輪のタイヤの回転速度を１秒以下で検出する。前記車両の加減速度はＧセンサで測定することもできるが、４輪または従動輪の平均車輪速度から演算するのがコスト面から好ましい。
【００２０】
ついで前記車両の加減速度およびスリップ比を一定時間分のデータ、たとえば２秒分以上のデータの平均値として、サンプリング時間ごとに移動平均化して求め、この移動平均された値（一定個数の車両の加減速度とスリップ比）を求める。
【００２１】
さらに前記移動平均された車両の加減速度およびスリップ比のデータを、たとえば走行距離が５００ｍになるまで蓄積する。なお、本発明においては、走行距離ではなくデータを一定時間、たとえば３０秒間蓄積してもよいし、データ数が１００個になるまで蓄積してもよい。この蓄積した車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める。ここで、相関係数が所定値、たとえば０．９以上の場合の１次の回帰係数が所定の個数、たとえば１００個蓄積されるごとに、当該１次の回帰係数の平均値を求める。つぎにこの平均値に車両係数（駆動軸の重量／車両の重量）Ｍｄ／Ｍを掛けてタイヤ摩耗指数Ｗを求める。このタイヤ摩耗指数が所定の値Ｗｏ以下（Ｗ＜Ｗｏ）であれば、タイヤが摩耗状態であると判断し、警報としてドライバーに知らせる。
【００２２】
以下、本実施の形態のタイヤの摩耗状態検知装置の動作を手順(1)〜(10)に沿って説明する。
【００２３】
(1)車両の４輪タイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲのそれぞれの回転速度から車輪速度（Ｖ１ｎ、Ｖ２ｎ、Ｖ３ｎ、Ｖ４ｎ）を算出する。
たとえば、ＡＢＳセンサなどのセンサから得られた車両の各車輪タイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲのある時点の車輪速データを車輪速度Ｖ１ｎ、Ｖ２ｎ、Ｖ３ｎ、Ｖ４ｎとする。
【００２４】
(2)ついで従動輪および駆動輪の平均車輪速度（Ｖｆｎ、Ｖｄｎ）を演算する。
前輪駆動の場合、ある時点の従動輪および駆動輪の平均車輪速度Ｖｆｎ、
Ｖｄｎをつぎの式（１）、（２）により求められる。
Ｖｆｎ＝（Ｖ３ｎ＋Ｖ４ｎ）／２ ・・・（１）
Ｖｄｎ＝（Ｖ１ｎ＋Ｖ２ｎ）／２ ・・・（２）
【００２５】
(3)ついで前記従動輪の平均車輪加減速度（すなわち車両の加減速度）Ａｆｎを演算する。
前記従動輪の平均車輪速度Ｖｆｎより１つ前の車輪速データから、平均車輪速度Ｖｆｎ−１とすると、従動輪の平均車輪加減速度Ａｆｎはそれぞれつぎの式（３）で求められる。
Ａｆｎ＝（Ｖｆｎ−Ｖｆｎ−１）／Δｔ／ｇ ・・・（３）
ここで、Δｔは車輪速データから算出される車輪速度ＶｆｎとＶｆｎ−１の時間間隔（サンプリング時間）であり、ｇは重力加速度である。前記サンプルング時間としては、データのばらつきを小さくするためにも、０．１秒以下が好ましい。
【００２６】
(4)ついで前記車両の加減速度Ａｆｎの値に応じて、スリップ比を演算する。
まず、加速状態で、駆動輪がロック状態で車両が滑っているとき（Ｖｄｎ＝０、Ｖｆｎ≠０）や、減速状態で、車両が停止状態で駆動輪がホイールスピンを起こしているとき（Ｖｆｎ＝０、Ｖｄｎ≠０）は、起こり得ないものとして、スリップ比Ｓｎをつぎの式（４）、（５）から演算する。
Ａｆｎ≧０およびＶｄｎ≠０である場合、Ｓｎ＝（Ｖｆｎ−Ｖｄｎ）／Ｖｄｎ・・・（４）
Ａｆｎ＜０およびＶｆｎ≠０である場合、Ｓｎ＝（Ｖｆｎ−Ｖｄｎ）／Ｖｆｎ・・・（５）
前記以外の場合は、Ｓｎ＝１とする。
【００２７】
(5)ついで車両の加減速度およびスリップ比のデータをサンプリング時間ごとに移動平均化処理する。
直線回帰をする場合、一定以上のデータ数がなければ、得られた１次の回帰係数の信頼性が劣る。そこで、たとえば数十ｍｓごとにデータをサンプリングし、このサンプリング時間で得られたばらつきの大きいデータを移動平均することにより、データの数を減らさずに、データのばらつきを小さくすることができる。
スリップ比については、
ＭＳｎ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋・・・＋Ｓｎ）／Ｎ ・・・（６）
ＭＳｎ＋１＝（Ｓ２＋Ｓ３＋・・・＋Ｓｎ＋１）／Ｎ ・・・（７）
ＭＳｎ＋２＝（Ｓ３＋Ｓ４＋・・・＋Ｓｎ＋２）／Ｎ ・・・（８）
車両の加減速度については、
ＭＡｆｎ＝（Ａｆ１＋Ａｆ２＋・・・＋Ａｆｎ）／Ｎ ・・・（９）
ＭＡｆｎ＋１＝（Ａｆ２＋Ａｆ３＋・・・＋Ａｆｎ＋１）／Ｎ ・・・（１０）
ＭＡｆｎ＋２＝（Ａｆ３＋Ａｆ４＋・・・＋Ａｆｎ＋２）／Ｎ ・・・（１１）
【００２８】
(6)ついで車両の加減速度とスリップ比との互いの1次の回帰係数、すなわちスリップ比の車両の加減速度に対する１次の回帰係数Ｋ１と車両の加減速度のスリップ比に対する１次の回帰係数Ｋ２をそれぞれつぎの式（１２）、（１３）から求める。
【００２９】
【数１】
【表１】
また、相関係数Ｒは、
Ｒ＝Ｋ１×Ｋ２ ・・・（１４）
となる。
【００３２】
(7)前記手順(6)により求めた１次の回帰係数Ｋ１（またはＫ２）の値を所定の時間または所定の個数蓄積する。以下、１次の回帰係数Ｋ１について説明する。このとき、相関係数Ｒの値に応じて１次の回帰係数Ｋ１のデータを蓄積するか否かをを決定する。このデータ蓄積のしきい値となる相関係数Ｒの値については、とくに限定されるものではないが、小さすぎると測定精度が劣ったデータも蓄積されてしまうため、０．５以上が好ましいが、０．９以上ではデータがほとんど蓄積されないため、０．７前後が好ましい。
なお、データの蓄積量については、前述したように走行距離、測定時間または蓄積個数で決定する。この蓄積量についてはとくに限定されるものではないが、たとえば一定の測定時間、たとえば３０秒間蓄積してもよい。また、タイヤの摩耗状態を評価する場合、摩耗が数分や数時間といった時間単位で急激に進むことはほとんどありえないので、測定時間を３０分や１時間と長くする分にはとくに問題はない。しかし、データ容量の都合もあるので、現実的な範囲で設定するのが好ましい。また、たとえば数分間の測定を数回程度繰り返し、その平均で評価したり、ばらつきの大きなデータは削除して評価することもできる。
【００３３】
(8)ついで相関係数Ｒが所定値以上の場合の１次の回帰係数Ｋ１を所定の個数蓄積し、その平均値を求める。
たとえば０．９以上の場合の１次の回帰係数Ｋ１が所定の個数、たとえば１００個蓄積されるごとに、当該１次の回帰係数Ｋ１の平均値Ｋ１ｍを求める。
【００３４】
(9)ついでこの平均値Ｋ１ｍに車両係数（駆動軸の重量／車両の重量）Ｍｄ／Ｍを掛けてタイヤ摩耗指数Ｗを求める。
【００３５】
(10)ついでこのタイヤ摩耗指数が所定の値Ｗｏ以下（Ｗ＜Ｗｏ）であれば、タイヤが摩耗状態であると判断する。なお、この所定の値Ｗｏは、タイヤの種類により異なるが、タイヤの摩耗状態、たとえばタイヤの摩耗度合いが約７０％摩耗でタイヤ交換が望ましい状態を考えると、タイヤ摩耗指数ＷがＷｏ＝０．０１５以下である場合に、タイヤが摩耗状態であると判断する。
そして、タイヤが摩耗状態であると判断されると、前記摩耗警報器３によりドライバーに知らせる。
【００３６】
【実施例】
つぎに本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００３７】
実施例１〜２
まず車両として前輪駆動車に新品タイヤ、約４０％摩耗したタイヤまたは約８０％摩耗したタイヤを装着した。このときのタイヤは、住友ゴム工業(株)製 ＦＭ９０１である。そして、各タイヤについて、乾燥アスファルト路を４時間走行した（実施例１）。また、前記前輪駆動車に代えて後輪駆動車に前記新品タイヤ、約４０％摩耗したタイヤまたは約８０％摩耗したタイヤを装着させて、実施例１と同様の走行試験を行なった（実施例２）。
【００３８】
この走行に際し、図３に示されるように車輪速センサから出力される車輪速パルスに基づいて、０．１秒ごとの車輪速を取り込み（ステップＳ１）、従動輪の平均車輪速を車両速度Ｆｓとして演算するとともに、走行時間Ｔと走行距離Ｄを計算する（ステップＳ２）。ついで０．１秒ごとの車両の加減速度Ｆａｃとスリップ比ＳＲを計算した（ステップＳ３、Ｓ４）。この車両の加減速度Ｆａｃとスリップ比ＳＲについては、それぞれ２秒間のデータをサンプリング時間ごとに、移動平均処理した値ＦａｃＭおよびＳＲＭを求めた（ステップＳ５、Ｓ６）。
【００３９】
ついで前記走行距離ＤがＤ１＝５００ｍごとのＦａｃＭとＳＲＭを蓄積し（ステップＳ７、Ｓ８）、スリップ比に対する車両加速度の１次の回帰係数Ｋ１と相関係数Ｒを求めた（ステップＳ９）。相関係数ＲがＲ１＝０．９以上であるか否かを判断し（ステップＳ１０、Ｓ１１）、Ｒ１＝０．９以上のときの１次の回帰係数Ｋ１がＸ＝１００個蓄積されるごとに、その平均値Ｋ１ｍを求める（ステップＳ１１〜Ｓ１４）。
【００４０】
つぎに平均値Ｋ１ｍに車両係数Ｍｄ／Ｍ（実施例１の前輪駆動車は０．６５１であり、実施例２の後輪駆動車は０．４６２である）を掛けてタイヤ摩耗指数Ｗを求め（ステップＳ１５）、このタイヤ摩耗係数Ｗの値により警報を発するか否かを判断し、タイヤ摩耗係数ＷがＷｏ＝０．０１５以下となった時点でタイヤ摩耗警報を発するようにした（ステップＳ１６〜Ｓ１８）。
【００４１】
その結果、実施例１の場合、図５に示されるタイヤ摩耗指数の経時変化から、新品タイヤＦＦ１ではタイヤ摩耗指数は絶えず０．０２４〜０．０２５で推移しているのに対し、約４０％摩耗タイヤＦＦ２では絶えず０．０１６〜０．０１７で推移している。また約８０％摩耗タイヤＦＦ３では絶えず０．０１１〜０．０１２である。
【００４２】
また、実施例２の場合、図６に示されるタイヤ摩耗指数の経時変化から、新品タイヤＦＲ１ではタイヤ摩耗指数は絶えず０．０２５〜０．０２７で推移しているのに対し、約４０％摩耗タイヤＦＲ２では絶えず０．０１７〜０．０１８で推移している。また約８０％摩耗タイヤＦＲ３では絶えず０．０１２〜０．０１３である。
【００４３】
したがって、実施例１、２とも精度良くタイヤの摩耗度合いを識別していることがわかる。また、実施例１と実施例２は、車両が変わってもほぼ同じタイヤ摩耗指数を示していることから、別途車両ごとの識別などを盛り込む必要がないことがわかる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、タイヤの摩耗状態を精度よく検知することができるため、車両の性能や安全性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイヤの摩耗状態検知装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１におけるタイヤの摩耗状態検知装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明のフローチャートの一例である。
【図４】本発明のフローチャートの一例である。
【図５】前輪駆動車に装着された新品タイヤＦＦ１、約４０％摩耗タイヤＦＦ２、約８０％摩耗タイヤＦＦ３におけるタイヤ摩耗指数の経時変化を示す図である。
【図６】後輪駆動車に装着された新品タイヤＦＲ１、約４０％摩耗タイヤＦＲ２、約８０％摩耗タイヤＦＲ３におけるタイヤ摩耗指数の経時変化を示す図である。
【図７】路面μとスリップ比ｓとの関係を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 車輪速センサ（回転速度検出手段）
２ 制御ユニット
３ 摩耗警報器
ＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ タイヤ
Claims (5)
- 車両の４輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段と、該回転速度検出手段による測定値から、車両の速度および車両の加減速度を演算する第１の演算手段と、前後輪のスリップ比を演算する第２の演算手段と、前記車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める第３の演算手段と、該得られた相関係数が所定値以上の場合の当該１次の回帰係数を所定の個数蓄積し、該１次の回帰係数の平均値を求める第４の演算手段と、該平均値に応じてタイヤの摩耗状態を検知するタイヤ摩耗検知手段とを備えてなるタイヤの摩耗状態検知装置。
- 前記平均値に駆動軸の重量／車両の重量を掛けて、タイヤの摩耗度合いを示すタイヤ摩耗指数を求める第５の演算手段を備えており、前記タイヤ摩耗検知手段が、該タイヤ摩耗指数が所定の値以下であるときにタイヤの摩耗を判断する請求項１記載の摩耗状態検知装置。
- 車両の４輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段と、該回転速度検出手段による測定値から、車両の速度および車両の加減速度を演算する工程と、前後輪のスリップ比を演算する工程と、前記車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める工程と、該得られた相関係数が所定値以上の場合の当該１次の回帰係数を所定の個数蓄積し、該１次の回帰係数の平均値を求める工程と、該平均値に応じてタイヤの摩耗状態を検知する工程とを備えているタイヤの摩耗状態検知方法。
- 前記平均値に駆動軸の重量／車両の重量を掛けて、タイヤの摩耗度合いを示すタイヤ摩耗指数を求め、該タイヤ摩耗指数が所定の値以下であるときにタイヤの摩耗を判断する請求項３記載の摩耗状態検知方法。
- タイヤの摩耗状態を判断するためにコンピュータを、回転速度検出手段による測定値から、車両の速度および車両の加減速度を演算する第１の演算手段、前後輪のスリップ比を演算する第２の演算手段、前記車両の加減速度とスリップ比との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める第３の演算手段、該得られた相関係数が所定値以上の場合の当該１次の回帰係数を所定の個数蓄積し、該１次の回帰係数の平均値を求める第４の演算手段、および該平均値に応じてタイヤの摩耗状態を検知するタイヤ摩耗検知手段として機能させるためのタイヤの摩耗判断プログラム。
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