JP4762123B2 - タイヤ摩耗量推定装置、及びタイヤ摩耗量推定装置を搭載した車両 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤトレッド部の摩耗量を推定する装置に関するものである。

一般に、タイヤが摩耗すると、その摩耗度合に応じて湿潤路における排水性能が低下するなど、タイヤの性能は大きく変化することから、自動車の安全性を高める上では、路面と接触しているタイヤの状態、特に、その摩耗度合を検知することは重要である。タイヤの摩耗が更に進むと、バーストの危険性も高くなる。
タイヤの摩耗量を推定する方法としては、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような、複数の導電ゴム抵抗体５１ａと抵抗体５１ｂを並列に接続した抵抗手段５１とこの抵抗手段５１に直列に接続した直流電源５２を備えたセンサ５３と、このセンサ５３の検出信号をアンテナ５４を介して送信する送信部５５とを備えたタイヤ装着ユニット５０をタイヤトレッド部６０のブロック６１内に埋設して、当該ブロック６１の摩耗に応じて変化する上記抵抗手段５１の抵抗値を検出してタイヤトレッド部６０の摩耗量を推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２８９５０号公報

しかしながら、上記方法では、タイヤトレッド部６０のブロック６１内にアンテナ５４を有する送信部５５を備えたタイヤ装着ユニット５０を埋設してやる必要があるため、タイヤトレッド部６０を加工する必要があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、タイヤトレッド部に加工を施すことなく、タイヤの摩耗量を精度よく計測することのできるタイヤ摩耗量推定装置を提供することを目的とする。

一般に、タイヤの摩耗が進展するとタイヤ外周は減少するため、同じ対地速度でも車輪の回転速度Ｖ_w0は増加する。よって、タイヤの摩耗が進展すると同じ車両前後加速度ａ_xでも車輪回転速度の変化量である車輪回転加速度ａ_x ＝(ｄＶ_w0 /ｄｔ)は大きくなる。
本発明者は、鋭意検討の結果、上記車両前後加速度ａ_xに対する車輪回転加速度ａ_wの比である加速度比Ｒがタイヤ摩耗量の大きさと高い相関関係を持つことから、上記加速度比Ｒを用いてタイヤの摩耗量を推定するようにすれば、タイヤトレッド部に加工を施すことなく、タイヤの摩耗量を精度よく推定できることを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、タイヤの摩耗量を推定する装置であって、車体側に装着された車両前後加速度測定手段と、車輪の回転速度を測定する車輪回転速測定手段と、上記測定された車輪の回転速度の変化量を算出する手段と、上記測定された車両前後加速度と上記算出された車輪回転速度の変化量とからタイヤの摩耗量を推定する摩耗量推定手段とを備えたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤ摩耗量推定装置において、当該車両のタイヤにタイヤ内圧を検知する手段を設けるとともに、上記検知されたタイヤ内圧に基づいて、上記測定された車輪回転速度を補正する補正手段を設けたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のタイヤ摩耗量推定装置において、上記推定されたタイヤ摩耗量が予め設置された所定値を超えた場合に警報を発する警報手段を更に設けたものである。
また、請求項４に記載の車両は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のタイヤ摩耗量推定装置を搭載したことを特徴とするものである。

本発明によれば、タイヤ摩耗量推定装置を、車体側に設けられた車両前後加速度を測定する車両前後加速度測定手段と、車輪の回転速度を測定する車輪回転速測定手段と、上記測定された車輪の回転速度の変化量を算出する手段と、上記測定された車両前後加速度と上記算出された車輪回転速度の変化量とからタイヤの摩耗量を推定する摩耗量推定手段とから構成し、車両前後加速度と車輪回転速度の変化量とからタイヤの摩耗量を推定するようにしたので、タイヤトレッド部に加工を施すことなく、タイヤトレッド部の摩耗量を精度よく推定することができる。
このとき、当該車両のタイヤにタイヤ内圧を検知する手段を設け、上記測定された車輪回転速度を上記検知されたタイヤ内圧に基づいて補正するようにすれば、タイヤトレッド部の摩耗量を更に精度よく推定することができる。
また、上記推定されたタイヤ摩耗量が予め設置された所定値を超えた場合に警報を発する警報手段を更に設けるようにすれば、タイヤが不適切な状態になる前に、当該タイヤの状態を、例えば、警報手段等を用いてドライバーに認識させることができる。
更には、上記判定結果を利用して、溝深さ不足によるハイドロプレーニングを未然に防止する対策をとることができるので、安全性が向上する。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本最良の形態に係るタイヤ摩耗量推定装置１０の構成を示す機能ブロック図である。同図において、１１は車体側に設置される、対地車両速度の変化を検出する車両前後加速度測定手段、１２は車輪の回転速度を検出する車輪速センサ、１３は当該車両のタイヤのタイヤ気室内の圧力(以下、タイヤ内圧という)を検知する圧力センサ、１４は上記圧力センサ１３で検知されたタイヤ内圧に基づいて上記車輪速センサ１２で検出された車輪回転速度を補正する車輪回転速度補正手段、１５は上記車輪回転速度補正手段１４で補正された車輪回転速度の変化量を算出する車輪回転加速度算出手段、１６は上記車両前後加速度測定手段１１で検出された車両前後加速度ａ_xと上記車輪回転加速度算出手段１５で算出された車輪回転加速度ａ_w ＝(ｄＶ_w/ｄｔ)との比である加速度比Ｒ＝(ａ_w/ａ_x)を算出する加速度比算出手段、１７は上記算出された加速度比Ｒから当該タイヤの摩耗量を推定するタイヤ摩耗量推定手段、１８は上記推定された摩耗量が所定の値を超えたときにタイヤの摩耗進行しているという警報を発する警報手段で、車輪回転速度補正手段１４、車輪回転加速度算出手段１５、加速度比算出手段１６、及び、タイヤ摩耗量推定手段１７により、本タイヤ摩耗量推定装置１０の演算部１９を構成する。
本例では、図２に示すように、車両前後加速度測定手段１１と演算部１９とを車体１側に設置するとともに、警報手段１８を運転席の前方に設けられた表示パネル２に取付けるようにしている。また、車輪速センサ１２は図示しないドライブシャフト近傍に、圧力センサ１３はタイヤ３の図示しないホイールのタイヤ気室内側に設置している。
なお、上記車両前後加速度測定手段１１としては加速度センサなどが挙げられる。また、車輪速センサ１２としては閉磁路タイプの磁気センサを用いることができるが、ベアリング一体型のセンサなど、他のタイプのセンサを用いてもよい。また、圧力センサ１３としては、データを車体側に送信する必要があることから、ホイール装着タイプの無線内圧検知装置（ＴＰＭＳ）を用いることが好ましい。

次に、本発明のタイヤ摩耗量推定装置１０を用いたタイヤ摩耗量の推定方法について説明する。
まず、車体１側に配置された車両前後加速度測定手段１１により、対地車両の速度変化である車両前後加速度ａ_xを測定するとともに、車輪速センサ１２により車輪回転速度Ｖ_w0を測定する。一方、タイヤ内圧が減少するとタイヤ外周も減少する傾向にあることから、本例では、タイヤ３に圧力センサ１３を設置してタイヤ内圧を検知するとともに、車輪回転速度補正手段１４を設けて、上記検知されたタイヤ内圧に基づいて上記測定された車輪回転速度Ｖ_w0を補正する。以下、補正後の車輪回転速度をＶ_wとする。
次に車輪回転加速度算出手段１５にて、上記車輪回転速度補正手段１４で補正された車輪回転速度の変化量である車輪回転加速度ａ_w ＝(ｄＶ_w/ｄｔ)を算出し、加速度比算出手段１６にて、上記車両前後加速度測定手段１１で検出された車両前後加速度ａ_xと上記車輪回転加速度ａ_wとの比である加速度比Ｒ＝(ａ_w/ａ_x)を算出する。
タイヤ摩耗量推定手段１７では、新品時の加速度比Ｒ₀に対する上記算出された加速度比Ｒの比を求め、この比の値によりタイヤの摩耗量を推定する。タイヤ摩耗量が大きいと上記加速度比Ｒは大きくなるので、例えば、１よりも大きな閾値Ｋ１，Ｋ２を設定して、（Ｒ/Ｒ₀）＜Ｋ１ならば摩耗量が小さく、Ｋ１≦（Ｒ/Ｒ₀）＜Ｋ２ならば摩耗量が中程度、Ｋ２≦（Ｒ/Ｒ₀）ならば摩耗量大、のように摩耗量（磨耗度合）を推定する。
そして、タイヤ摩耗量推定手段１７にて摩耗量大と推定された場合には、警報手段１８にその信号を入力し、表示パネル２に設けられた警報用のＬＥＤを点滅させるなどしてドライバーにタイヤの摩耗が進展していることを認識させる。
タイヤの摩耗が進展すると溝深さ不足するので、水深が浅くてもハイドロプレーニングが起きやすくなる。そこで、タイヤが不適切な状態になる前に、警報手段１８を用いて、当該タイヤの状態をドライバーに認識させるようにすれば、ドライバーはタイヤ交換したりするなどの処置を行うことができるので、車両の安全性を高めることができる。

このように本最良の形態では、車体１側に車両前後加速度測定手段１１を設置し、車体１側にて車両前後加速度ａ_xを測定するとともに、車輪速センサ１２により車輪回転速度Ｖ_w0を測定し、これを圧力センサ１３で検知したタイヤ内圧に基づいて補正した車輪回転速度をＶ_wに変換した後、車輪回転速度Ｖ_wの変化量である車輪回転加速度ａ_w＝(ｄＶ_w/ｄｔ)を算出し、この車輪回転加速度ａ_wの上記車両前後加速度ａ_xに対する比である加速度比Ｒ＝(ａ_w/ａ_x)を算出し、この加速度比Ｒに基づいてタイヤの摩耗量を推定するようにしたので、タイヤトレッド部に加工を施すことなく、タイヤトレッド部の摩耗量を精度よく推定することができる。

なお、上記最良の形態では、摩耗量を摩耗の度合として大，中，小の３段階に分けたが、閾値を１つにし、タイヤ交換時期をドライバーに知らせるだけの構成としてもよい。
また、摩耗量を摩耗の度合を更に細かく分類することも可能であるが、タイヤの摩耗を調べる目的は、車両の走行安全性にあるので、本例のように３段階程度に分類する方が実用的である。
また、上記加速度比Ｒ＝(ａ_w/ａ_x)の摩耗による変化はタイヤ種（外径の違い）によって異なるので、タイヤ種に応じて摩耗量を推定する必要があることはいうまでもない。具体的には、摩耗量を推定する閾値Ｋ１，Ｋ２の値をタイヤ種に応じて設定したり、予めタイヤ種に応じて設定された補正係数を準備しておき、推定された摩耗量を補正するなどの方法を用いるようにすれば、タイヤ種に応じて摩耗量を推定することが可能となる。

本発明によるタイヤ摩耗量推定装置を搭載した車両をスムースなアスファルト路面にて走行させ、車両加速度０．２Ｇにおける車両前後加速度ａ_xと車輪回転速度Ｖ_w0とを測定した。試験に使用したタイヤは２２５/５５Ｒ１７で、新品(摩耗量ゼロ)、摩耗中期(摩耗量中)、摩耗後期(摩耗量大、残溝２ｍｍ)の各タイヤについて車両前後加速度ａ_xと車輪回転速度Ｖ_w0とを測定した。
また、内圧依存性検討のため、一般的な内圧範囲（１５０，２００，２５０ｋＰａ）で新品タイヤのタイヤ内圧と車輪回転速度との関係を調べた。その結果を図３のグラフに示す。このグラフからわかるように、車輪回転速度には内圧依存性があるので、本例のように、測定した車輪回転速度をタイヤ内圧で補正することは有効であることが分かる。
なお、今回用いたタイヤでは、今回の標準状態である２００ｋＰａに対する補正式は以下のようになる。
Ｖ_w（補正値）＝Ｖ_w0（計測値）/(1.01−0.000057×圧力値［kPa］)
次に、上記補正式を用いて実測された各タイヤの車輪回転速度Ｖ_w0を補正して、車輪回転速度補正値Ｖ_wを求め、この車輪回転速度補正値Ｖ_wと車両前後加速度ａ_xとから加速度比を求めた結果を以下の表１に示す。
なお、加速度比の大きさについては、新品タイヤの場合を１０００としたインデックス値で表わした。また、車両前後加速度ａ_xと車輪回転加速度ａ_wについては、０．５秒間の平均値を用いた。

表１に示すように、タイヤ摩耗量が大きくなるにつれて加速度比が大きくなり、かつ、新品、摩耗中期、摩耗後期とで加速度比間に有意差があることから、加速度比を求めることにより、タイヤの摩耗度合を精度よく推定できることが確認された。

以上説明したように、本発明によれば、タイヤトレッド部に加工を施すことなく、タイヤトレッド部の摩耗量を精度よく推定することができる。また、当該タイヤの状態を、例えば、警報手段等を用いてドライバーに認識させるなどすれば、車両の走行安全性を向上させることができる。

本発明の最良の形態に係るタイヤ摩耗量推定装置の構成を示す機能ブロック図である。 タイヤ摩耗量推定装置に使用される測定手段の配置を示す図である。 タイヤ内圧と車輪回転速度との関係を示す図である。 従来のタイヤの摩耗量の推定方法を示す図である。

符号の説明

１ 車体、２ 表示パネル、３ タイヤ、
１０ タイヤ摩耗量推定装置、１１ 車両前後加速度測定手段、１２ 車輪速センサ、
１３ 圧力センサ、１４ 車輪回転速度補正手段、１５ 車輪回転加速度算出手段、
１６ 加速度比算出手段、１７ タイヤ摩耗量推定手段、１８ 警報手段。

Claims (4)

1. 車体側に装着された車両前後加速度測定手段と、車輪の回転速度を測定する車輪回転速測定手段と、上記測定された車輪の回転速度の変化量を算出する手段と、上記測定された車両前後加速度と上記算出された車輪回転速度の変化量とからタイヤの摩耗量を推定する摩耗量推定手段とを備えたことを特徴とするタイヤ摩耗量推定装置。
2. 当該車両のタイヤにタイヤ内圧を検知する手段を設けるとともに、上記検知されたタイヤ内圧に基づいて、上記測定された車輪回転速度を補正する補正手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ摩耗量推定装置。
3. 上記推定されたタイヤ摩耗量が予め設置された所定値を超えた場合に警報を発する警報手段を更に設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタイヤ摩耗量推定装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載のタイヤ摩耗量推定装置を搭載した車両。

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