JP2005178697A - タイヤ異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 タイヤの異常を早期に判定することのできるタイヤ異常判定装置を提供する。
【解決手段】 本発明によるタイヤ異常検出装置１０は、車両用タイヤ２０の空気室におけるタイヤのトレッド側からホイールのリム側までの距離を測定する距離センサ３０と、前記車両用タイヤ２０の回転方向における前記距離センサ３０の位置を表す位相を決定する位相決定手段と、予め定められた位相において前記距離センサ３０により測定された距離の測定値に基づいて車両用タイヤ２０が異常か否かを判定する異常判定手段と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、走行中のタイヤに発生する異常を検出するタイヤ異常検出装置に関する。

車両の走行性を良好に保つためには、タイヤを含む車輪の状態を正常に保つことが必要である。従って、タイヤの空気圧不足などの異常が車輪に発生したときには、これを速やかに検出して適切な処置を講ずる必要がある。特許文献１では、車両用タイヤにおいて、リム部のタイヤ空気室側および前記リム部に対向するトレッド部のタイヤ空気室側にそれぞれ電極を取り付けたことを特徴とするタイヤ歪み警報装置が開示されている。これによると、タイヤの空気圧不足等によりタイヤが歪むと、タイヤ空気室内の電極間距離が縮むことで電極間の静電容量が増加するので、この静電容量を測定することでタイヤ歪みを検出できるとしている。
特開平７−８１３３７号公報

しかしながら、上記特許文献１では、タイヤ空気室内の電極間距離が定常的に小さくなった状態でしかタイヤ歪みを検出できないため、タイヤに発生した異常の検出に時間がかかるおそれがある。また、高速走行時にタイヤに発生するスタンディングウェーブ等の異常が検出できないおそれがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、走行中のタイヤに生じる空気圧不足に起因する異常を検出する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、車両用タイヤの空気室におけるタイヤのトレッド側からホイールのリム側までの距離を測定する距離センサと、前記車両用タイヤの回転方向における前記距離センサの位置を表す位相を決定する位相決定手段と、予め定められた位相において前記距離センサにより測定された距離の測定値に基づいて前記車両用タイヤが異常か否かを判定する異常判定手段と、を備えるタイヤ異常検出装置を提供する。ここで「位相」とは、例えば前記距離センサが車両用タイヤのホイールに設けられている場合であれば、距離センサが接地面を向いたとき、つまりホイールの真下の位置にあるときを０°としたときの、タイヤ回転方向において距離センサの位置する角度のことをいう。具体的には、実施の形態において説明する図２中の「θ」に相当する。このタイヤ異常検出装置によると、タイヤ空気室内でのトレッド側からリム側までの距離が定常的に小さくならない段階であってもタイヤに発生した異常を検出できるので、上記特許文献１などに比べて早期にタイヤの異常を警報することができる。

前記異常判定手段は、前記予め定められた位相の範囲において、前記距離センサにより測定された距離の測定値の振動を検知したとき車両用タイヤに異常が発生したと判定してもよい。

例えば、空気圧が不足したまま高速走行したときに発生するスタンディングウェーブ現象では、接地部に発生したゴムのたわみが波となってタイヤゴムを伝搬していくので、ホイールに設置された距離センサによって定点的にタイヤ空気室内のトレッド側からリム側までの距離を観測すると、振動が観測される。従って、この振動を検出することでスタンディングウェーブ現象の発生を検出することができる。この場合の「予め定められた位相の範囲」とは、上記の定義に従って、例えば３０°から６０°までの位相をいう。

前記異常判定手段は、前記予め定められた位相の範囲において、前記距離センサにより測定された距離測定値の統計値を算出し、該統計値に基づいて車両用タイヤが異常か否かを判定してもよい。この場合、「予め定められた位相の範囲」とは、タイヤ一回転に相当する３６０°であってもよいし、または３０°から６０°までの範囲であってもよいが、これに限定されない。このような統計値を計算することで、道路の凹凸などによる単発的な振動を検知して誤判定をすることが少なくなる。

前記距離測定値の統計値の具体例は、例えば、前記距離センサにより測定された距離の測定値の時間微分値と正常時における距離の値の時間微分値との差分を積算した値である。この場合、算出された統計値と予め定められたしきい値とを比較することで、タイヤの異常判定を行う。距離の測定値を時間微分することなくそのまま使用してもよい。

前記位相決定手段は、前記距離センサにより測定された距離の測定値の周期性に基づいて各距離の測定値の位相を決定することができる。すなわち、タイヤ一回転ごとに現れる、距離の測定値が周期的に小さくなる点を検出することで、距離センサがホイールの真下の位置にくるときがわかり、その位置を基準にして各距離の測定値の位相を決定することができる。これによって、スタンディングウェーブ現象等が顕著に表れる位相の距離の測定値のみを取り出すことができるので、タイヤ異常判定の精度が向上する。

上述のように距離測定値の周期性を利用して位相を決定する代わりに、前記車両用タイヤの回転角を検出する回転角センサをさらに備え、前記位相決定手段は前記回転角センサの出力に基づいて各距離の測定値の位相を決定することもできる。

本発明によるタイヤ異常検出装置によれば、タイヤのトレッド側からホイールのリム側までの距離を測定する距離センサの特定の位相における距離の測定値に基づいてタイヤの空気圧異常を検出するので、定常的なタイヤ歪みがない場合でもタイヤの異常を検出することができる。

第１の実施形態．
この実施形態は、車両用タイヤの空気室におけるタイヤのトレッド側からホイールのリム側までの距離を定常的に測定し、タイヤの回転による距離データの周期的な変化に基づいて各距離データのタイヤ内での位相を決定し、特定の位相の範囲における距離データの振動を検知することで、タイヤに発生する異常を検出する装置である。

図１は、本発明の一実施形態に係るタイヤ異常検出装置１０を搭載した車体１２の構成を示す。車両の４個の車輪にはそれぞれ、車両用タイヤの空気室におけるタイヤのトレッド側からホイールのリム側までの距離を測定する距離センサ、測定された距離データを送信するための通信機、およびアンテナが設けられている。第１車輪２０ａのホイールには、第１距離センサ３０ａ、第１車輪側通信機４０ａ、および第１車輪側アンテナ５０ａが設けられている。第２車輪２０ｂのホイールには、第２距離センサ３０ｂ、第２車輪側通信機４０ｂ、および第２車輪側アンテナ５０ｂが設けられている。第３車輪２０ｃのホイールには、第３距離センサ３０ｃ、第３車輪側通信機４０ｃ、および第３車輪側アンテナ５０ｃが設けられている。第４車輪２０ｄのホイールには、第４距離センサ３０ｄ、第４車輪側通信機４０ｄ、および第４車輪側アンテナ５０ｄが設けられている。

以下、第１車輪２０ａ、第２車輪２０ｂ、第３車輪２０ｃおよび第４車輪２０ｄを総称して「車輪２０」と呼び、第１距離センサ３０ａ、第２距離センサ３０ｂ、第３距離センサ３０ｃおよび第４距離センサ３０ｄを総称して「距離センサ３０」と呼ぶ。また、第１車輪側通信機４０ａ、第２車輪側通信機４０ｂ、第３車輪側通信機４０ｃおよび第４車輪側通信機４０ｄを総称して「車輪側通信機４０」と呼び、第１車輪側アンテナ５０ａ、第２車輪側アンテナ５０ｂ、第３車輪側アンテナ５０ｃおよび第４車輪側アンテナ５０ｄを総称して「車輪側アンテナ５０」と呼ぶ。

各距離センサ３０は、測定した距離データをそれぞれ対応する車輪側通信機４０に送る。車輪側通信機４０は、距離センサ３０および図示しない電池と一体に形成されており、距離センサ３０と車輪側通信機４０は電池で駆動される。各車輪側通信機４０は、受け取った距離データをそれぞれ対応する車輪側アンテナ５０を介して車体側アンテナへ送信する。

車体１２側には、各車輪２０に対向する位置に、距離データを受信するための通信機と車輪２０の回転角を検出する回転角センサが設けられている。第１車輪２０ａに対向する位置には第１回転角センサ７０ａ、第１車体側通信機８０ａ、および第１車体側アンテナ９０ａが設けられている。第２車輪２０ｂに対向する位置には第２回転角センサ７０ｂ、第２車体側通信機８０ｂ、および第２車体側アンテナ９０ｂが設けられている。第３車輪２０ｃに対向する位置には第３回転角センサ７０ｃ、第３車体側通信機８０ｃ、および第３車体側アンテナ９０ｃが設けられている。第４車輪２０ｄに対向する位置には第４回転角センサ７０ｄ、第４車体側通信機８０ｄ、および第４車体側アンテナ９０ｄが設けられている。以下、第１回転角センサ７０ａ、第２回転角センサ７０ｂ、第３回転角センサ７０ｃおよび第４回転角センサ７０ｄを総称して「回転角センサ７０」と呼び、第１車体側通信機８０ａ、第２車体側通信機８０ｂ、第３車体側通信機８０ｃおよび第４車体側通信機８０ｄを総称して「車体側通信機８０」と呼ぶ。また、第１車体側アンテナ９０ａ、第２車体側アンテナ９０ｂ、第３車体側アンテナ９０ｃおよび第４車体側アンテナ９０ｄを総称して「車体側アンテナ９０」と呼ぶ。

車体側通信機８０は、車体側アンテナ９０を介して対応する車輪側通信機４０から距離データを受信し、受信した距離データを電子制御装置６０（以下、電子制御装置６０を「ＥＣＵ６０」と表記する）へ送る。ＥＣＵ６０は、距離センサ３０により測定された距離データを処理する情報処理手段として機能し、車体側通信機８０から受け取った距離データに基づいて車輪２０の状態を把握する。ＥＣＵ６０は、車輪２０の状態が異常であると判定したとき、警告ランプ６２を点灯したり、ブザー６４で警告音を鳴らしたりして、車輪２０に生じた異常をドライバーに警報する。

図２は、車輪２０の断面を示す。図中の矢印２７は車輪２０の回転方向を示す。車輪２０は、主にタイヤ２４とホイール２６から構成される。距離センサ３０は、ホイール２６の外周面上でタイヤ２４の内周面に対向するように設けられ、タイヤ２４の空気室におけるトレッド側からホイール２６のリム側までの距離Ｘ（図２中の矢印２８を参照）を測定する。距離センサ３０は、一例では光学式距離センサである。タイヤ内周面の距離センサ３０と対向する位置に反射シートが貼付されており、赤色半導体レーザを反射シートに向かって照射し、その反射光を検出することで上記の距離Ｘを測定する。距離センサ３０は、一定の間隔でレーザの照射と検出を繰り返すことで測定を行い、その測定間隔は例えば４８回／秒である。光学式の距離センサの代わりに、超音波や電磁波などを放射してその反射波を検出することで距離を測定するものを用いてもよい。

図２中の「θ」は、距離センサ３０により測定された距離Ｘの測定値の位相を示す。ここで「位相」とは、距離センサ３０が接地面を向いたとき、つまりホイールの真下の位置にあるときを０°としたときの、距離センサ３０の位置する角度のことを指す。以下では、距離センサ３０が位相θの位置にあるときに当該距離センサ３０により測定された距離Ｘのことを、「位相θにおける距離データ」のように言う。

本発明に係るタイヤ異常検出装置は、スタンディングウェーブ現象を検出することを主な目的とする。「スタンディングウェーブ現象」とは、タイヤの空気圧が低いときに、高速走行するタイヤの接地部の後方に波状の変形が現れる現象をいう。車両の走行時、タイヤと路面に対して線でなく面で接地し、タイヤの回転に伴って接地部の変形と復元が繰り返されている。高速走行時にタイヤの回転が早くなると、接地部の変形は接地が終わっても復元せず、波となって接地部の前後に伝わるが、この波の伝播速度よりも速くタイヤが回転すると、波が重なり合って大きくなるためにこの現象は発生する。スタンディングウェーブ現象は、タイヤの表面に生ずる波であり車軸が振れるわけではないので、スタンディングウェーブが発生しても車の振動は発生せず、ドライバーが感知することは困難である。スタンディングウェーブ現象が発生すると、タイヤの発熱が急速に増加し、場合によっては走行性が低下することがある。

図３は、タイヤ２４にスタンディングウェーブ現象が生じたときの様子を示す。図示するように、タイヤは波状に変形し、ある特定の位相の範囲でタイヤ空気室内での上記距離Ｘが振動するようになる。本発明ではこの振動を検知することで、タイヤに発生したスタンディングウェーブ現象を検出する。上記特定の位相の範囲は、車両進行方向に対し、接地面よりも後方に設定されることが好ましい。

図４は、ＥＣＵ６０のうちタイヤ異常判定に関与する構成を示す。位相決定部６５は、距離センサ３０で定常的に測定される距離データの周期性に基づいて、各距離データの位相を決定する。異常判定部６６は、予め定められた位相の範囲における距離データの振動に基づいて、タイヤに異常が発生しているか否かを判定する。異常判定部６６における判定は、車速がある一定の範囲内にあるときにのみ実行される。これは、タイヤ一回転あたりの距離Ｘの測定回数が車速に応じて変化するので、広い範囲の車速に対してタイヤの異常判定を実行すると、判定結果にばらつきが出る可能性があるからである。

図５は、ＥＣＵ６０におけるタイヤ異常判定のフローチャートである。このフローは、例えば距離センサ３０が所定の回数だけ距離Ｘの測定を行うたびに実行される。まず、距離センサ３０により測定された、タイヤ空気室内でのタイヤのトレッド側からホイールのリム側までの距離Ｘを取得する（Ｓ１０）。距離Ｘの測定例を図６に示す。図６中、横軸は時間を表し、縦軸は測定値を表す。次に、位相決定部６５は、定常的に測定される距離データの周期的変化に基づいて、各距離データの位相を決定する（Ｓ１２）。この方法について、図６を参照して説明する。図中の「Ａ」で示すように、タイヤの空気圧が正常であっても、距離Ｘは周期的に減少する。これは、タイヤの接地部では車両の荷重によりタイヤが若干変形するためである。従って、位相決定部６５は、このＡ点を基準とすることで、測定された各距離データの位相θを決定できる。

異常判定部６６は、予め定められた位相の範囲の距離データを観測し（Ｓ１４）、データの振動があるか否かを判定する（Ｓ１６）。振動がある場合（Ｓ１６のＹＥＳ）、タイヤに異常が発生しているのでドライバーにタイヤの異常を警報する（Ｓ１８）。振動がなかった場合（Ｓ１６のＮＯ）、このルーチンを終了する。

図７は、タイヤ異常発生時の距離Ｘの測定例である。上述のように、スタンディングウェーブ現象が生じるとタイヤの変形が波となって伝搬することによる振動が発生するので（図７中の矢印を参照）、この振動を検知することによってタイヤの異常を判定できる。

タイヤ異常判定は、距離Ｘの時間微分である速度Ｘ’に基づいて行ってもよい。図８および図９は、それぞれ正常時の速度Ｘ’とタイヤ異常発生時の速度Ｘ’の測定例である。速度データを用いた場合であっても、距離データの場合と同様に、接地部であるＡ点の後方に振動が発生するので（図９中の矢印を参照）、この振動を検知することによってタイヤの異常を判定することができる。

従来、車輪速センサにより検出される各輪の速度変動を利用してスタンディングウェーブ現象を検出するものがあったが、この方法では検出までに時間がかかり、タイヤが加熱してしまうおそれがあった。これに対し、本実施形態に係るタイヤ異常検出装置によれば、比較的早期にスタンディングウェーブ現象の発生を検出することが可能となる。
第２の実施形態．
第２の実施形態では、距離データの周期性を利用する代わりに、車体側に設けられた回転角センサ７０の出力を利用して、各距離データの位相を決定する。

図１０は、第２の実施形態における、ＥＣＵ６０のうちタイヤ異常判定に関与する構成を示す。回転角センサ７０は、距離センサ３０の取り付け位置を０°としたときのタイヤの回転角を出力する。位相決定部６５は、回転角センサ７０の出力と、距離センサ３０により測定される距離データとを時間的に突き合わせることで、各距離データの位相を決定する。異常判定部６６は第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態によれば、各距離データの位相を正確に決定できるので、より精度の高いタイヤ異常判定を実行することができる。

第３の実施形態．

第３の実施形態では、距離データの振動を検知する代わりに、所定の位相の範囲にわたる統計値を算出して、その統計値と所定のしきい値とを比較することでタイヤに発生する異常を検出する。

図１１は、第３の実施形態における、ＥＣＵ６０のうちタイヤ異常判定に関与する構成を示す。位相決定部６５は第２の実施形態と同様である。異常判定部６６は、内部に正常時の速度データ６７を格納しており、統計値算出部６８により、今回測定した距離データの微分値である速度データと、正常時の速度データとを共に利用した統計値を算出する。この統計値は、例えば以下の式に従って算出される。 Σ(正常時の速度データ)^２−Σ(異常時の速度データ)^２ （１）
別法として、以下の式に従って算出してもよい。

Σ(正常時の速度データ−異常時の速度データ)^２ （２）
ここで、積算の範囲は、例えばタイヤ一回転分の位相の範囲における速度データである。異常判定部６６は、算出された統計値と予め定められているしきい値αとを比較して、タイヤの異常を判定する。なお、しきい値αは走行実験などを通して決定しておく。また、上式（１）、（２）では速度データを使用しているが、代わりに距離データを使用することもできる。

図１２は、第３の実施形態でのＥＣＵ６０におけるタイヤ異常判定のフローチャートである。Ｓ２０〜Ｓ２２は、図５のＳ１０〜Ｓ１２と同様である。統計値算出部６８は、正常時の速度データと今回測定された速度データを用いて、統計値を算出する（Ｓ２４）。異常判定部６６は、算出した統計値が所定のしきい値αを上回ったか否かを判定する（Ｓ２６）。統計値がしきい値を上回っている場合（Ｓ２６のＹＥＳ）、タイヤに異常が発生しているのでドライバーにタイヤの異常を警報する（Ｓ２８）。統計値がしきい値α以下の場合（Ｓ２６のＮＯ）、このルーチンを終了する。

第３の実施形態によれば、所定の期間にわたる統計値を算出し、この統計値に基づいてタイヤ異常判定を実行するので、路面の凹凸などの突発的なデータを拾って異常と判定してしまうことがなくなる。

以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そのような変形例を述べる。

上述の第１の実施形態では、スタンディングウェーブ現象の発生しやすい、接地面より後方の位相における距離データの振動を観測対象とすることを述べたが、接地面付近の距離データを観測対象とすることもできる。

上述の第１の実施形態では、特に高速走行時のタイヤに発生するスタンディングウェーブ現象を検出することについて述べたが、測定した距離データが所定のしきい値を下回ったときに、タイヤの空気圧不足を警報するようにしてもよい。

上述の第１の実施形態では、車速がある一定の速度範囲にある時にタイヤ異常判定をすることを述べたが、車速が大きく変化した場合は、距離センサの距離データ測定間隔を増減させることで、より広い速度範囲でタイヤ異常判定を行うこともできる。

また、上述の第３の実施形態では、距離データや速度データの統計値に基づいてタイヤに発生した異常を検出することを述べたが、測定された距離データを周波数解析し、特定の周波数成分が出た場合にタイヤに異常が発生したと判定してもよい。

本発明の一実施形態に係るタイヤ異常検出装置を搭載した車体の構成を示す図である。 車輪の断面図である。 タイヤ変形発生時の車輪の断面図である。 ＥＣＵのうちタイヤ異常判定に関与する構成を示す図である。 タイヤ異常判定のフローチャートである。 正常時の距離データの一例である。 異常時の距離データの一例である。 正常時の速度データの一例である。 異常時の速度データの一例である。 第２の実施形態におけるＥＣＵのタイヤ異常判定に関与する構成を示す図である。 第３の実施形態におけるＥＣＵのタイヤ異常判定に関与する構成を示す図である。 第３の実施形態におけるタイヤ異常判定のフローチャートである。

符号の説明

１０ タイヤ異常検出装置、 １２ 車体、 ２０ 車輪、 ３０ 距離センサ、 ４０ 車輪側通信機、 ６０ ＥＣＵ、 ６５ 位相決定部、 ６６ 異常判定部、 ７０ 回転角センサ、 ８０ 車体側通信機。

Claims (7)

1. 車両用タイヤの空気室におけるタイヤのトレッド側からホイールのリム側までの距離を測定する距離センサと、
   前記車両用タイヤの回転方向における前記距離センサの位置を表す位相を決定する位相決定手段と、
   予め定められた位相において前記距離センサにより測定された距離の測定値に基づいて前記車両用タイヤが異常か否かを判定する異常判定手段と、
   を備えるタイヤ異常検出装置。
2. 前記異常判定手段は、前記予め定められた位相の範囲において、前記距離センサにより測定された距離の測定値の振動を検知したとき車両用タイヤに異常が発生したと判定することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ異常検出装置。
3. 前記異常判定手段は、前記予め定められた位相の範囲において、前記距離センサにより測定された距離の測定値の統計値を算出し、該統計値に基づいて車両用タイヤが異常か否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ異常検出装置。
4. 前記距離の測定値の統計値は、前記距離センサにより測定された距離の測定値の時間微分値と正常時における距離の値の時間微分値との差分を積算した値であることを特徴とする請求項３に記載のタイヤ異常検出装置。
5. 前記位相決定手段は、前記距離センサにより測定された距離の測定値の周期性に基づいて各距離の測定値の位相を決定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のタイヤ異常検出装置。
6. 前記車両用タイヤの回転角を検出する回転角センサをさらに備え、
   前記位相決定手段は前記回転角センサの出力に基づいて各距離の測定値の位相を決定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のタイヤ異常検出装置。
7. 前記予め定められた位相の範囲は、車両用タイヤの接地面から車両進行方向と反対方向に３０°から６０°までの位相であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のタイヤ異常検出装置。
   

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