JP5100095B2 - タイヤ摩耗量の推定方法及びタイヤ摩耗量推定装置 - Google Patents
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Description
タイヤの摩耗量を推定する方法としては、図9(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)。
すなわち、本願の請求項1に記載の発明は、車輌バネ下部における車輌前後方向の加速度を検出するとともに、車輪の回転速度を検出して解析する周波数帯域を設定し、上記検出された車輌バネ下部における車輌前後方向の加速度の上記解析周波数帯域における周波数成分を抽出し、この抽出された周波数成分の大きさからタイヤの摩耗量を推定することを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のタイヤ摩耗量推定装置において、タイヤ種及び車輪速に応じた閾値を設定する手段と、上記算出された帯域値と上記閾値とを比較してタイヤの摩耗進展を判定する摩耗状態判定手段を設けたものである。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のタイヤ摩耗量推定装置において、上記算出された帯域値が上記閾値を超えた場合に警報を発する警報手段を設けたものである。
また、上記車輌バネ下部の前後加速度成分に対して、タイヤ種及び車輪速度に応じた閾値を設定し、上記算出された帯域値と上記閾値とを比較してタイヤの摩耗進展を判定するようにしたので、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。
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、同図において、11は車輌前後方向の加速度を検出する加速度センサ、12は車輪の回転速度を検出する車輪速センサ、13は上記加速度センサ11の出力を周波数分析してその周波数スペクトルを求める周波数分析手段、14は上記車輪速センサ12で検出した車輪速に基づいて解析する周波数帯域の中心周波数fcと帯域幅fwとを設定する周波数帯域設定手段、15は上記周波数スペクトルのうちの上記周波数帯域設定手段14で設定された周波数帯域における前後加速度の周波数成分の大きさである帯域値を算出する帯域値算出手段、16は上記車輪速センサ12で検出した車輪速に基づいて帯域値の閾値を設定する閾値設定手段、17は上記帯域値算出手段15で算出された帯域値と上記帯域値の閾値とを比較して当該タイヤの摩耗進展を判定する摩耗状態判定手段、18はこの摩耗状態判定手段17で判定した摩耗進展の判定結果に基づいてタイヤの摩耗が進行しているという警報を発する警報手段である。なお、以下、上記周波数分析手段13〜警報手段18を演算部19という。
本例では、図2に示すように、ヨークとコイルとから成るセンサ部をホイールハブ21に軸受けを介して連結される車輌バネ下部品であるナックル22に装着するタイプの車輪速センサ12を用いているが、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、加速度センサ11は上記ナックル22に、その検出方向が車輌前後方向になるように取付けられる。なお、加速度センサ11の取付け位置については、その検出方向が車輌前後方向であればよく、必ずしも、同図のようにドライブシャフト23に近い位置に取付ける必要はない。また、演算部19(周波数分析手段13〜警報手段18)は上記加速度センサ11と一体に構成してユニット化してもよいし、上記ナックル22の別の箇所に設置して図示しない信号線により加速度センサ11及び車輪速センサ12と接続するようにしてもよい。
まず、加速度センサ11により車輌バネ下部における車輌前後方向の加速度を検出し、これを周波数分析手段13に送って周波数分析し、その周波数スペクトルを求める。
一方、車輪速センサ12により車輪速を検出し、周波数帯域設定手段14にて解析する周波数帯域の中心周波数fcと帯域幅fwとを設定する。本例では、上記中心周波数fcと帯域幅fwとを、車輪速をVとして、fc(Hz)=a+b・V(km/h)、fw(Hz)と=c+d・V(km/h)により算出する。なお、定数a〜dは、タイヤ種により決まる定数で、主に、タイヤ径と主要ブロックのブロックピッチにより決まる定数である。
帯域値算出手段15では、上記周波数分析手段13で得られた周波数スペクトルのうち、上記周波数帯域設定手段14で設定された中心周波数fcと帯域幅fwとにより規定される周波数帯域におけるタイヤバネ下部での前後加速度の周波数成分の大きさ(以下、帯域値という)を算出する。
図3は本発明によるタイヤ摩耗量推定装置10を搭載した車輌を60km/hで走行させたときのバネ下前後加速度の周波数スペクトルで、同図の太い実線は摩耗が進展したタイヤを装着したときの周波数スペクトル、細い実線は新品のタイヤ(摩耗ゼロ)を装着したときの周波数周波数スペクトルである。
タイヤの摩耗が進展するとブロック剛性が実質的に高くなる。一方、上記帯域値はブロックピッチに依存する周波数成分の大きさで、その大きさは、ブロック剛性が高いほど大きいことから、摩耗が進展したタイヤを装着して走行したときの帯域値(以下、初期帯域値という)と 摩耗ゼロのタイヤを装着して走行したときの帯域値(以下、摩耗時帯域値という)との差が当該タイヤの摩耗進展の度合に対応する。したがって、基準となる帯域値(閾値)を設定し、この閾値と上記帯域値算出手段15で算出された摩耗時帯域値とを比較すれば、当該タイヤの摩耗進展の度合を精度よく判定することができる。
タイヤの摩耗が進展すると溝深さが不足するので、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、車輌の安全性を高めることができる。
また、閾値設定手段16を設けて、上記車輪速センサ12で検出した車輪速に基づいて帯域値の閾値を設定し、上記帯域値算出手段15で算出された摩耗時帯域値と上記閾値設定手段16で設定された帯域値の閾値とを比較して当該タイヤの摩耗進展を判定するとともに、タイヤの摩耗が進展していると判定された場合には、警報手段18に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ようにしたので、車輌の走行安全性を向上させることができる。
また、上記タイヤ摩耗量推定装置10では、帯域値算出手段15の後段に閾値設定手段16と摩耗状態判定手段17とを設けて当該タイヤの摩耗進展を判定するようにしたが、帯域値とタイヤ摩耗量との関係を予め測定しておくとともに、図4に示すように、上記閾値設定手段16と摩耗状態判定手段17に代えて、車輪速と帯域値と摩耗進行度との関係を示すテーブル31Tを記憶する記憶手段31と、車輪速センサ12で検出した車輪速と帯域値算出手段15で算出された帯域値と上記テーブル31Tと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32とを設けたタイヤ摩耗量推定装置30を構成し、摩耗時帯域値から当該タイヤの摩耗量を推定するようにすれば、タイヤの摩耗状態を更に精度よく把握することができる。
また、上記例では、車輪速センサ12により検出した車輪速に基づいて解析する周波数帯域の中心周波数fcと帯域幅fwとを設定したが、上記摩耗量に依存する前後加速度成分の周波数帯域や周波数成分の大きさは、タイヤ構造やトレッドパターンに依存するので、上記中心周波数fcと帯域幅fwとを設定する際に使用する定数a〜dや上記算出された摩耗時帯域値と比較するための閾値をタイヤ種により変更可能とすることが好ましい。具体的には、本発明のタイヤ摩耗量推定装置10に、別途、タイヤ種を入力する手段と、上記入力されたタイヤ種に応じて上記定数a〜d及び閾値を変更する手段とを付加するようにすれば、タイヤ交換においてタイヤ種を変更した場合でも、当該タイヤのタイヤの摩耗進展を精度よく判定することができる。
このとき、試験に使ったタイヤは255/55R17で、摩耗時帯域値を求める際の中心周波数fcと帯域幅fwとは、以下の式を用いて求めた。但し、Vは車輪速である。
fc(Hz)=5+6.75×V(km/h)
fw(Hz)=50+2.5×V(km/h)
図5〜図7から明らかなように、特定の周波数領域においては、摩耗ゼロのタイヤを装着したときの帯域値と摩耗が進展しているタイヤを装着したときの帯域値とでは大きなレベル差がある。また、上記周波数領域は車輪速が大きい程高周波側に移動する。
これにより、車輌バネ下部の前後加速度を検出した周波数スペクトルの車輪速に応じて設定される周波数帯域での帯域値を算出してやれば、この帯域値からタイヤの摩耗量を精度よく推定することができることが確認された。
また、図8は帯域値と車輪速との関係を示す図で、同図の白丸は摩耗ゼロのタイヤを装着したときの帯域値、同図の黒丸は摩耗が進展しているタイヤを装着したときの帯域値である。したがって、同図に示すような判定線を設けて、算出した帯域値が上記判定線の上側にあるか下側にあるかを判定すれば、タイヤの摩耗の進展を精度よく判定することができる。
13 周波数分析手段、14 周波数帯域設定手段、15 帯域値算出手段、
16 閾値設定手段、17 摩耗状態判定手段、18 警報手段、19 演算部、
21 ホイールハブ、22 ナックル、23 ドライブシャフト。
Claims (4)
- 車輌バネ下部における車輌前後方向の加速度を検出するとともに、車輪の回転速度を検出して解析する周波数帯域を設定し、上記検出された車輌バネ下部における車輌前後方向の加速度の上記解析周波数帯域における周波数成分を抽出し、この抽出された周波数成分の大きさからタイヤの摩耗量を推定することを特徴とするタイヤ摩耗量の推定方法。
- 車輌バネ下部材に装着され、当該部材の車輌前後方向の加速度を検出する加速度センサと、車輪の回転速度を検出する車輪速センサと、この車輪速センサで検出した車輪速に基づいて解析する周波数帯域を設定する周波数帯域設定手段と、上記検出された車輌バネ下部における車輌前後方向の加速度の上記解析周波数帯域における周波数成分の大きさである帯域値を算出する帯域値算出手段と、上記算出された帯域値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。
- タイヤ種及び車輪速に応じた閾値を設定する手段と、上記算出された帯域値と上記閾値とを比較してタイヤの摩耗進展を判定する摩耗状態判定手段を設けたことを特徴とする請求項2に記載のタイヤ摩耗量推定装置。
- 上記算出された帯域値が上記閾値を超えた場合に警報を発する警報手段を設けたことを特徴とする請求項3に記載のタイヤ摩耗量推定装置。
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