JP2004069462A

JP2004069462A - タイヤの異常検出方法および車輪転動の異常検出方法

Info

Publication number: JP2004069462A
Application number: JP2002228450A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Kaneko; 金子　郁夫
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: JP4198414B2

Abstract

【課題】汚れ等に影響されずに、タイヤに生じた異常を直接検出し、これを運転者に知らせるためのタイヤの異常検出方法を提供する。
【解決手段】磁性体３を、タイヤの環状部分２に周方向に沿って所定のピッチで配設するとともに、環状部分と交差する環状磁路を形成する磁石１２を車体側に設け、タイヤの回転に伴い生起する環状磁路の磁束密度変化によって誘起される起電力を測定し、この測定波形から前記タイヤ環状部分の異常を検出する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行中の車両に取り付けられたタイヤの異常状態および車輪の転動状態を監視して、これを運転者に通知するための、タイヤの異常検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、タイヤの異常をリアルタイムで監視するものとして、リムに取り付けられるタイヤ内圧警報装置に、圧力センサや温度センサを内蔵させ、これらのセンサで検出したデータを車体側に設けた受信機に送信し、送信されたデータが受信機側で設定した正常範囲外のデータである場合、この状態を異常と判断し、運転者に通知するようにしたものが知られている。
【０００３】
しかしながら、このタイヤ内圧警報装置に内蔵された圧力センサや温度センサは、タイヤの内空部の状態を測定しているに過ぎない。例えば、タイヤのある部分が異常に発熱して、セパレーションを起こしたり、バーストしたりする可能性を予知するためには、発熱した部分の温度、もしくは、さらに直接的には、タイヤの所定部分の歪を測定する必要があり、従来のタイヤ内圧警報装置を用いた異常検出方法は、タイヤそのものの異常を直接検知するには、実用上、有効とは言えないものであった。
さらに、この従来の異常検出方法は、当然ながら、ホイールをハブに締結しているボルトが緩んでホイールが異常に転動している場合のように、車輪の異常な転動状態が発生した場合、これを検出することはできないものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、タイヤの所要の部分の温度や歪等の物理量を直接測定して、タイヤの故障に繋がる可能性のある異常を早期に発見するためのタイヤの異常検出方法、および、車輪の転動の異常を早期に発見するための車輪転動の異常検出方法を提供し、運転者が、タイヤを含む車輪の転動が正常であることを確認しながら運転することを可能にして、よって、車両の安全な走行に資することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明はなされたものであり、その要旨構成ならびに作用を以下に示す。
【０００６】
請求項１に記載のタイヤの異常検出方法は、磁性体を、タイヤ軸心を中心軸とするタイヤの所定環状部分に、タイヤ周方向に沿って所定のピッチで配設するとともに、前記タイヤ環状部分と交差する環状磁路を形成する磁石を車体側に設け、タイヤの回転に伴い生起する環状磁路の磁束密度変化によって、環状磁路の外周に巻きつけたコイルに誘起される起電力を測定し、この測定波形から前記タイヤ環状部分の異常を検出するものである。
【０００７】
前記タイヤ環状部分と交差する環状磁路内に磁性体がないときは、この磁路はほぼ開放状態に近いので磁束密度は極めて小さいが、この磁路内に磁性体が入ると、急激に磁束密度が上昇し、逆に、この磁路から磁性体が出てゆくと、急激に磁束密度が低下する。このような磁束密度の変化に伴って、この磁路の外周に巻き付けられたコイルには、起電力が発生する。そして、タイヤ環状部分に異常な歪が発生して、磁石の位置が異常に変位したり、また、タイヤ環状部分の状態に起因して磁性体の磁気特性が異常に変化したりすると、起電力の測定波形にも変化があらわれ、正常な状態の波形と区別することができる。
【０００８】
本発明に係るこのタイヤの異常検出方法は、このようにして、タイヤの環状部分に現れる変化を直接測定するので、タイヤの故障と強い相関のあるタイヤの変化を異常として捉えることができる。しかも、この検出方法は、磁束密度の変化を捉えるので、他の電気的検出方法や、光学的検出方法に対比して、汚れや電気的ノイズ等の環境に左右されることがなく、高い信頼性をもって、タイヤの異常を検出することができる。
【０００９】
請求項２に記載のタイヤの異常検出方法は、請求項１に記載するところにおいて、起電力の測定波形のピーク値の大きさが所定の範囲から外れた値を示したとき、前記タイヤ環状部分に異常な歪が発生したと判定するものである。
【００１０】
前記タイヤ環状部分が異常に膨らむ、あるいは凹む等して、磁性体と環状磁路を形成する磁石とが接近もしくは離隔すると、磁性体が磁路内にあるときの磁束密度は大きくなり、あるいは小さくなるので、磁束密度の変化は正常な範囲を逸脱し、よって、起電力のピークも正常な範囲から逸脱した測定波形が得られる。このタイヤの異常検出方法は、このピーク値が所定の正常範囲を越えたとき、これを異常と判定するので、例えば、内部の層間の微小な剥離に起因するタイヤ表面の微小突起等のタイヤ表面の膨らみを検出でき、よって、セパレーション等の故障の予兆を捉えて、これを運転者に知らせることができる。
【００１１】
なお、起電力のピーク値は、タイヤの回転速度にも依存することになるので、このタイヤの異常検出方法においては、起電力のピーク値に、別途測定する速度データ等を用いて速度の依存性を取り除く補正を加え、補正後の起電力のピーク値が所定の値を超えたとき、異常と判定するものとする。
【００１２】
請求項３に記載のタイヤの異常検出方法は、請求項１〜２のいずれかに記載するところにおいて、起電力の測定波形のピークの出現周期が所定の範囲から外れた値を示したとき、前記タイヤ環状部分に異常な周方向歪が発生したと判定するものである。
【００１３】
前記タイヤ環状部分が周方向に伸縮して、周方向に隣り合う磁性体の間隔が変化すると、磁性体が磁路内に出入りするときの磁束密度の変化によって現れる起電力のピーク同士の間隔も変化する。このタイヤの異常検出方法は、起電力の測定波形のピークの出現周期が所定の範囲から外れた値を示したとき、異常な周方向歪が発生したと判定するので、タイヤの故障の予兆を捉えて、これを運転者に知らせることができる。なお、起電力の測定波形の周期をタイヤの回転速度で補正した後、補正後の起電力の周期を用いて異常の判定をする点は、前述の通りである。
【００１４】
請求項４に記載のタイヤの異常検出方法は、請求項１〜３のいずれかに記載するところにおいて、磁性体を、所定温度範囲にキュリー点を有する感温フェライトとし、起電力の測定波形のピーク値の大きさが所定の値を下回った時、前記タイヤ環状部分に異常な温度に達したと判定するものである。
【００１５】
このタイヤの異常検出方法によれば、磁性体を、所定温度範囲にキュリー点を有する感温フェライトとしたので、所定温度範囲を、温度の正常範囲上限付近に設定することにより、大きな繰り返し変形等によってタイヤ内部の温度が上昇しキュリー点に近づくと、磁性体の磁力は低下し、よって、環状磁路を磁性体が通過しても、小さな値の起電力しか励起することがない。そして、タイヤの異常検出方法では、起電力の測定波形のピーク値の大きさが所定の値を下回った時、前記タイヤ環状部分に異常な温度に達したと判定するので、起電力のピーク値の低下として、異常に高い温度をもたらす故障の予兆を捉えて、これを運転者に知らせることができる。
【００１６】
また、この感温フェライトは、軟質磁性材料であり、一旦キュリー点に達しても、キュリー点より低い温度に復帰したとき、その透磁率は元にもどるので、復帰後も、環状磁路内に入って磁束密度を変化させる磁性体として用いることができる。そして、感温フェライトは、そのフェライト成分の、磁性体に占める割合を変化させて、この磁性体のキュリー点が所要の温度になるように感温フェライトの磁力の温度特性を調整することができ、よって、タイヤの種類や、検知したい故障にあわせて、自由に、温度上限を設定することができる。
【００１７】
請求項５に記載のタイヤの異常検出方法は、請求項４に記載するところにおいて、磁性体を、軟質磁性材料とするものである。
【００１８】
このタイヤの異常検出方法によれば、感温磁性体として軟質磁性材料をもちいたので、この磁性体は、いったんキュリー点まで達して磁力を喪失しても、温度がキュリー点以下に低下すれば磁力を回復するので、繰り返し、温度の異常の検出が可能となる。
【００１９】
請求項６に記載のタイヤの異常検出方法は、請求項１〜５のいずれかに記載するところにおいて、タイヤ環状部分を、タイヤのショルダ部とビード部のいずれか一方もしくは両方とするものである。
【００２０】
このタイヤの異常検出方法によれば、タイヤ環状部分を、故障の起こる確率が相対的に高い、タイヤのショルダ部とビード部のいずれか一方もしくは両方としたので、故障の予知を有利に行うことができる。また、このタイヤの異常検出方法においても、起電力の測定波形のピーク値をタイヤの回転速度で補正した後、補正後の起電力のピーク値を用いて異常の判定をする点は、前述と同様である。
【００２１】
請求項７に記載の車輪転動の異常検出方法は、磁性体を、タイヤ軸心を中心軸とするタイヤの所定環状部分に、タイヤ周方向に沿って所定のピッチで配設するとともに、前記タイヤ環状部分と交差する環状磁路を形成する磁石を車体側に設け、タイヤの回転に伴い生起する環状磁路の磁束密度変化によって、環状磁路の外周に巻きつけたコイルに誘起される起電力を測定し、この測定波形から車輪の転動の異常を検出するものである。
【００２２】
例えば、車両のホイールをハブに固定するボルトが緩み、ホイールとハブとが相対的な振動をもって転動するような状態になった場合、ハブ側に連結され固定されて設けられた磁石と、タイヤの所定環状部分に、所定の周方向ピッチで配設された磁性体との位置関係は、正常な転動状態の時の位置関係とは異なったものとなり、したがって、環状磁路の外周に巻きつけたコイルに誘起される起電力も、正常な転動状態の時のものとは異なったものとして現れる。
【００２３】
この車輪転動の異常検出方法によれば、起電力の測定波形を、車輪の正常転動時の測定波形と常時比較し、その違いが所定の範囲にはいっているか否かをチェックすることができるので、その結果、車輪の転動が異常であると判定した場合には、運転者に警報を出して危険状態を予知させることができる。そして、このことによって、警報が出ていない場合は、運転者は、車輪の転動が正常であると判断して安心して運転を継続することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るタイヤの異常検出方法の実施形態について図１〜図５に基づいて順次説明する。図１は、このタイヤの異常検出方法に用いるタイヤ１の略線正面図である。タイヤ１の一方の側のショルダ部を構成する環状部分２の外表面に、周方向に互いに隣接し、周方向に長細い磁性体を合計十二枚、等ピッチで配設する。
【００２５】
図２は、タイヤ１の異常を検知するタイヤ異常検出装置１０を配置した状態で、図１のタイヤ１を上面から見たタイヤの側面図である。タイヤ異常検出装置１０は、鉄心１１と、鉄心１１の両端に取り付けられ、タイヤの表面に対向する向きに磁極を有するそれぞれの永久磁石１２と、鉄心１１の外周に巻きつけられた起電力測定用コイル１３とよりなるヨーク部１４とを具え、このヨーク部１４は磁路Ｆを形成している。
【００２６】
起電力測定用コイル１３の両端には、起電力を測定する電圧計１５が接続され、電圧計１５で測定された電圧は、図示しないタイヤ異常判定装置によって正常・異常の判定がなされ、これが異常と判定されれば、運転者に異常警報が発せられるよう、このタイヤ異常検出装置１０が構成されている。また、ヨーク部１４は、タイヤが回転しても回転することはない車軸部に固定して設けられるが、電圧計は車体側の任意の場所に設けることができる。
【００２７】
なお、磁性体３として、永久磁石に代表される硬質磁性材料、あるいは、鉄等の通常の軟質磁性材料を用いることもできるが、本実施形態においては、タイヤ１の正常温度上限付近にキュリー点をもつ軟質の感温フェライトを用いた。軟質磁性材料は、一旦、この材料が、キュリー点以上の温度で、磁力を消失したとしても、温度が通常状態に復元したときは、透磁率を元通りに回復するので、キュリー点以上の温度履歴をもっていても、何度もこれを用いるこができる。さらに、磁性体３の形状は、本実施形態のように、周方向に長細いものに限定されるものではなく、例えば、粉末磁性を任意のパターンで印刷して形成しても可能であり、周期的な起電力の測定波形が得られる範囲で、ヨーク部１４の位置と姿勢に応じて自由に組み合わせることができる。また、磁性体３の個数も、必要に応じて、増減するのがよく、磁性体３を埋設するタイヤ１の部位も、ショルダ部のほか、ビード部近傍や、あるいは、カーカスプライ折り返し端付近等、検出したい故障に応じて適宜選択することができる。
【００２８】
磁性体３は、タイヤの回転に伴って周方向に移動するが、図１は、ちょうど、ヨーク部１４と対向する回転位置に磁性体３が位置する状態のタイヤ１を示し、この状態においては、磁路Ｆは、タイヤ１と永久磁石３との間のわずかなギャップを有するだけの、ほぼ閉じたものなり、よって、この磁路Ｆの磁束密度は最大値を示す。
【００２９】
一方、図３は、図１と異なる回転位置におけるタイヤ１を上面から見たタイヤの側面図であるが、図３の状態においては、ヨーク部１４と対向して位置する磁性体３はなく、よって、磁性体３は磁路Ｆの一部をも構成していないので、磁路Ｆはほぼ開放状態となり、その磁束密度は最小となる。そして、タイヤが連続して回転すると、等ピッチに周方向に配列された十二個の磁性体３が順次、磁路Ｆに入り、そして出てゆくが、磁性体３が磁路Ｆから出入りする際に、磁路Ｆの磁束密度は前記最大値と最小値との間を変化し、この変化により起電力が発生する。この起電力の大きさは、タイヤの回転速度と、磁束密度の最大値と最小値との差に依存する。
【００３０】
図４（ａ）は、タイヤ１を正常な状態にして、電圧計１５で測定した起電力の測定波形を、前述の、回転速度に影響のない形に補正した後の、補正済み起電力波形であるが、磁性体３が磁路Ｆに入るときに現れる正のピークと、磁性体３が磁路Ｆから出るときに現れる負のピークとが交互に出現する波形となる。ピーク値Ｐの正常範囲の上限と下限とをそれぞれＰｍａｘ、Ｐｍｉｎとしたとき、タイヤ１が正常な時のＰは式（１）で表される範囲の値である。一方、隣接する正のピーク同士の間隔Ｔの、タイヤ正常時の上限と下限とをそれぞれＴｍａｘ、Ｔｍｉｎとしたとき、タイヤ１が正常な時のＴは式（２）で表される範囲の値である。
Ｐｍｉｎ＜Ｐ＜Ｐｍａｘ　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
Ｔｍｉｎ＜Ｔ＜Ｔｍａｘ　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
【００３１】
図４（ｂ）は、タイヤ１の環状部分２が異常に幅方向に広がった状態に対応する、補正済み起電力波形である。この状態においては、磁性体３がヨーク部１４と対向する回転位置に来たとき、磁性体３とヨーク部１４とのギャップは極めて小さくなり、したがって、磁路Ｆの磁束密度の最大値はは極めて大きくなる。このことにより、このときの起電力のピーク値Ｐは式（３）で表される範囲となり、タイヤの幅方向歪が異常であると判定することができる。
Ｐ＞Ｐｍａｘ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３）
【００３２】
図４（ｃ）は、タイヤ１の環状部分２が異常に周方向に広がった状態に対応する、補正済み起電力波形である。この状態においては、回転速度を同じにしても隣接する磁性体同士の間隔が極めて広くなるため、起電力の正あるいは負のピーク値同士の間隔Ｔは式（４）で表される範囲となり、タイヤ周方向歪が異常であると判定することができる。逆に、タイヤ１の環状部分２が異常に周方向に狭まった状態においては、同じ原理により、起電力の正のピーク値同士の間隔Ｔは式（５）で表される範囲となり、この場合も、タイヤ周方向歪が異常であると判定することができる。
Ｔ＞Ｔｍａｘ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
Ｔ＜Ｔｍｉｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
【００３３】
図４（ｃ）は、タイヤ１の環状部分２の温度が異常に上昇した状態に対応する、補正済み起電力波形である。この磁性体３は、キュリー点が温度正常範囲上限付近になるよう成分比を調整した感温フェライトとしたので、タイヤ１の環状部分２の温度が異常に上昇すると、磁性体３の磁力はほぼゼロとなり、起電力のピーク値Ｐは式（６）で表される範囲となり、タイヤの温度が異常であると判定することができる。
Ｐ＜Ｐｍｉｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
【００３４】
以上の補正済み起電力波形を、補正するための回転速度データは、アンチスキッドブレーキシステムで用いる車軸回転速度計の情報等、別途の手段で測定した回転速度のデータを用いることができ、また、回転速度の依存性を除去する補正を行うには、このデータを用いて、回転速度に応じて予め定まる補正係数をピーク値に乗ずることによって容易にオンラインで実施することができる。
【００３５】
図５は、他の実施形態におけるタイヤの異常検出方法に用いるタイヤ異常検出装置２０を示す、略線側面図である。この測定装置２０においては、磁路Ｆを形成するヨーク部２５の起磁力要素として、図２における永久磁石１２の代わりに、鉄心２１の回りに巻きつけた励磁用コイル２２と定電流直流電源２３とよりなる電磁石２４を用いている。また、ヨーク部２５は、この電磁石２４と、起電力測定用コイル２６とを含んで構成される。このタイヤ異常検出装置２０を用いてタイヤの異常を検出する方法については、前の実施形態の通りであるので、説明を分かりやすくするため、これを省略する。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明によれば、磁性体を、タイヤの環状部分に周方向に沿って所定のピッチで配設するとともに、環状部分と交差する環状磁路を形成する磁石を車体側に設け、タイヤの回転に伴い生起する環状磁路の磁束密度変化によって誘起される起電力を測定し、この測定波形から前記タイヤ環状部分の異常を検出するので、タイヤの故障と強い相関のあるタイヤの変形を直接測定してその異常を検出すると同時に、異常昇温の検出を正確に行うことができる。しかも、この検出方法は、磁束密度の変化を捉えるので、他の電気的検出方法や、光学的検出方法に対比して、汚れや電気的ノイズ等の環境に左右されることがなく、高い信頼性をもって、タイヤの異常を検出することができる。さらに、本発明によれば、タイヤの異常だけでなく、車輪の転動の異常についても検出することができ、このことによって、本発明の異常検出方法を用いたシステムは、異常時に運転者に警報を出すことができるとともに、正常な車両走行時には、運転者が正常な車輪の転動状態であることを確認しながら運転することを可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るタイヤの異常検出方法の実施形態に用いるタイヤを示す略線正面図である。
【図２】異常検出装置を配置した状態で示す、タイヤの側面図である。
【図３】異常検出装置を配置した状態で示す、タイヤの側面図である。
【図４】補正済み起電力測定波形を示すグラフである。
【図５】他の実施形態に用いる異常検出装置の略線側面図である。
【符号の説明】
１　タイヤ
２　環状部分
３　磁性体
１０、２０　異常検出装置
１１　鉄心
１２　永久磁石
１３、２６　起電力測定用コイル
１４、２５　ヨーク部
１５　電圧計
２２　励磁用コイル
２３　定電流直流電源
２４　電磁石

Claims

磁性体を、タイヤ軸心を中心軸とするタイヤの所定環状部分に、タイヤ周方向に沿って所定のピッチで配設するとともに、前記タイヤ環状部分と交差する環状磁路を形成する磁石を車体側に設け、タイヤの回転に伴い生起する環状磁路の磁束密度変化によって、環状磁路の外周に巻きつけたコイルに誘起される起電力を測定し、この測定波形から前記タイヤ環状部分の異常を検出するタイヤの異常検出方法。
起電力の測定波形のピーク値の大きさが所定の範囲から外れた値を示したとき、前記タイヤ環状部分に異常な歪が発生したと判定する請求項１に記載のタイヤの異常検出方法。
起電力の測定波形のピークの出現周期が所定の範囲から外れた値を示したとき、前記タイヤ環状部分に異常な周方向歪が発生したと判定する請求項１〜２のいずれかに記載のタイヤの異常検出方法。
磁性体を、所定温度範囲にキュリー点を有する感温フェライトとし、起電力の測定波形のピーク値の大きさが所定の値を下回った時、前記タイヤ環状部分に異常な温度に達したと判定する請求項１〜４のいずれかに記載のタイヤの異常検出方法。
磁性体を、軟質磁性材料とする請求項４に記載のタイヤの異常検出方法。
タイヤ環状部分を、タイヤのショルダ部とビード部のいずれか一方もしくは両方とする請求項１〜５のいずれかに記載のタイヤの異常検出方法。
磁性体を、タイヤ軸心を中心軸とするタイヤの所定環状部分に、タイヤ周方向に沿って所定のピッチで配設するとともに、前記タイヤ環状部分と交差する環状磁路を形成する磁石を車体側に設け、タイヤの回転に伴い生起する環状磁路の磁束密度変化によって、環状磁路の外周に巻きつけたコイルに誘起される起電力を測定し、この測定波形から車輪の転動の異常を検出する車輪転動の異常検出方法。