JP2005206145A - Tire abnormality detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走行中のタイヤの局所的な異常を検知するタイヤ異常検知装置に関し、特に、信頼性の高い検知性能を有するものに関する。 The present invention relates to a tire abnormality detection device that detects a local abnormality of a running tire, and particularly relates to a tire having a highly reliable detection performance.
走行中のタイヤの局所的な異常、例えばセパレーション等の故障の前兆を検知するための装置として、車輪に取付けられてその中心軸周りに回転し、その回転によって所定位置における物理量を周期的に変化させる回転体と、この車輪を軸支する車軸に取付けられ、前記物理量を連続的に検知してこの物理量に応じた信号を出力するセンサと、このセンサの出力信号から、回転体の回転による周期的な成分に重畳された、タイヤの局所的異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段とを具えたタイヤ異常検出装置が知られており(例えば特許文献1参照)、回転体およびセンサの例として、ABS信号発生器を構成する、ギヤパルサと、ギヤパルサの回転に伴う磁界の変化を検出するホイールセンサとを組み合わせたものがあげられる。 As a device for detecting local abnormalities of running tires, for example, signs of failure such as separation, it is attached to a wheel and rotates around its central axis, and the physical quantity at a predetermined position is periodically changed by the rotation. A rotating body that is attached to an axle that pivotally supports the wheel, a sensor that continuously detects the physical quantity and outputs a signal corresponding to the physical quantity, and a period of rotation of the rotating body from the output signal of the sensor There is known a tire abnormality detection device including signal processing means for extracting a vibration component caused by a local abnormality of a tire superimposed on a typical component (see, for example, Patent Document 1). As an example, there is a combination of a gear pulser that constitutes an ABS signal generator and a wheel sensor that detects a change in magnetic field accompanying rotation of the gear pulser.
この信号処理手段は、回転体の回転による周期的な物理量の変化に重畳された、タイヤの局所的異常に起因する回転体の振動による物理量の変化を抽出するよう構成されており、タイヤの局所的異常によって回転体の回転に振動的な変化が現れることを利用するものである。しかしながら、実際には、この変化はわずかであり、特に、この変化を、同じ車両の隣接する車輪との比較で抽出する場合や、自己の車輪のタイヤ異常のない状態との比較で抽出する場合などは、その検知が非常に微妙で、異常検知の信頼性が低く実用的ではないという問題があった。
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、車輪に取付けられた回転体の回転によって変化する物理量を検知するセンサを用いて、タイヤの局所的異常を、高い信頼性をもって検出することのできるタイヤ異状検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and a local abnormality of a tire is detected with high reliability by using a sensor that detects a physical quantity that changes due to rotation of a rotating body attached to a wheel. An object of the present invention is to provide a tire abnormality detection device that can detect.
<1>は、車輪に取付けられてその中心軸周りに回転し、その回転によって所定位置における物理量を周期的に変化させる回転体と、前記車輪を軸支する車軸に取付けられ、前記物理量を連続的に検知してこの物理量に応じた信号を出力するセンサと、このセンサの出力信号から、回転体の回転による周期的な成分に重畳された、タイヤの局所的異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段とを具えたタイヤ異常検出装置において、
前記センサを、付勢手段を介して前記車軸非回転部分に取付けてなるタイヤ異常検出装置である。
<1> is attached to a wheel and rotates about its central axis, and is attached to a rotating body that periodically changes a physical quantity at a predetermined position by the rotation, and an axle that supports the wheel, and the physical quantity is continuous. Sensor that automatically detects and outputs a signal corresponding to this physical quantity, and extracts the vibration component caused by local abnormality of the tire superimposed on the periodic component due to the rotation of the rotating body from the output signal of this sensor In a tire abnormality detection device comprising signal processing means for
A tire abnormality detection device in which the sensor is attached to the non-rotating portion of the axle via an urging means.
<2>は、<1>において、前記回転体を、高透磁率の磁性体よりなるギヤパルサで構成し、前記センサを、永久磁石と、ギヤパルサの回転に伴って変化する永久磁石からの磁界により起電力を発生させるコイルとで構成してなるタイヤ異常検出装置である。 <2> In <1>, the rotating body is configured by a gear pulser made of a magnetic material having a high magnetic permeability, and the sensor is detected by a permanent magnet and a magnetic field from the permanent magnet that changes as the gear pulser rotates. It is a tire abnormality detection device comprising a coil for generating an electromotive force.
<3>は、<1>において、前記回転体を、所定ピッチでN極とS極とを交互に周方向に配列した永久磁石で構成し、前記センサを、この永久磁石の回転に伴って変化する磁界を検知する磁気センサで構成してなるタイヤ異常検出装置である。 In <3>, in <1>, the rotating body is configured with a permanent magnet in which N poles and S poles are alternately arranged in a circumferential direction at a predetermined pitch, and the sensor is rotated along with the rotation of the permanent magnet. It is a tire abnormality detection device configured by a magnetic sensor that detects a changing magnetic field.
<4>は、<1>〜<3>のいずれかにおいて、前記信号処理手段を、適応デジタルフィルタを用いて前記センサの出力信号から車輪の回転に相関のある回転相関信号だけを取り出す手段と、この回転相関信号からタイヤの局所的異常を判定する異常判定手段とを含んで構成してなるタイヤ異常検出装置である。 <4> is any one of <1> to <3>, wherein the signal processing means is means for extracting only a rotational correlation signal correlated with wheel rotation from an output signal of the sensor using an adaptive digital filter. , A tire abnormality detection device configured to include abnormality determination means for determining a local abnormality of the tire from the rotational correlation signal.
<5>は、<1>〜<4>のいずれかにおいて、前記付勢手段の固有振動数をタイヤの固有振動数に一致させてなるタイヤ異常検出装置である。 <5> is the tire abnormality detection device according to any one of <1> to <4>, wherein the natural frequency of the urging means is made to coincide with the natural frequency of the tire.
<6>は、<1>〜<4>のいずれかにおいて、前記付勢手段の固有振動数をタイヤの2次の固有振動数に一致させてなるタイヤ異常検出装置である。 <6> is the tire abnormality detection device according to any one of <1> to <4>, wherein the natural frequency of the urging means is made to coincide with the secondary natural frequency of the tire.
<7>は、<1>〜<4>のいずれかにおいて、前記センサに、前記付勢手段の固有振動数における信号振幅を減衰させる制振材を設けてなるタイヤ異常検出装置である。 <7> is a tire abnormality detection device according to any one of <1> to <4>, wherein the sensor is provided with a damping material that attenuates a signal amplitude at a natural frequency of the biasing means.
<1>の発明によれば、回転体の回転による物理量変化を検出するセンサを、付勢手段を介して車軸に取付けたので、タイヤの局所的異常は、回転体の回転に振動的な変化をもたらすほかに、車軸を振動させ、この車軸に対する加振力はバネ等の付勢手段によって支持されたセンサの変位を増幅し、回転体とセンサとの相対位置によって変化する物理量に大きな振動成分を付加し、このことにより、回転体の回転による周期的な成分に重畳された、タイヤの局所的異常に起因する振動成分の抽出を容易にし、タイヤの局所異常を高い信頼性をもって検出することができる。 According to the invention <1>, since the sensor for detecting the physical quantity change due to the rotation of the rotating body is attached to the axle via the biasing means, the local abnormality of the tire is a vibrational change in the rotation of the rotating body. In addition to causing vibration, the vibration force on the axle amplifies the displacement of the sensor supported by the biasing means such as a spring, and a large vibration component in the physical quantity that changes depending on the relative position between the rotating body and the sensor. This facilitates the extraction of the vibration component caused by the local abnormality of the tire superimposed on the periodic component due to the rotation of the rotating body, and detects the local abnormality of the tire with high reliability. Can do.
<2>の発明によれば、前記回転体と前記センサとを、ABS信号発生器を構成する、ギヤパルサと、永久磁石および検知コイルよりなり、ギヤパルサの回転に伴う磁界の変化を検出するホイールセンサとの組み合わせで構成したので、<1>の発明を容易に実現するとともに、回転体およびセンサとして既存のABS信号発生器を利用することにより装置のコストを低減することができる。 According to the invention <2>, the wheel sensor comprising the gear pulsar, the permanent magnet, and the detection coil constituting the ABS signal generator, the wheel sensor that detects a change in the magnetic field accompanying the rotation of the gear pulsar. Therefore, the invention <1> can be easily realized, and the cost of the apparatus can be reduced by using the existing ABS signal generator as the rotating body and the sensor.
<3>の発明によれば、前記回転体と前記センサとを、周方向に交番磁界を発生させる永久磁石と、その磁界を検知するMRセンサ等の磁気センサで構成したので、<1>の発明を容易に実現するとともに、磁界の変化そのものを直接検知することができ、後段の、信号処理手段での処理を簡易なものとすることができる。 According to the invention <3>, since the rotating body and the sensor are constituted by a permanent magnet that generates an alternating magnetic field in the circumferential direction and a magnetic sensor such as an MR sensor that detects the magnetic field, The invention can be easily realized, the change of the magnetic field itself can be directly detected, and the subsequent processing by the signal processing means can be simplified.
<4>の発明によれば、前記信号処理手段を、適応デジタルフィルタを用いて、前記センサの出力信号から車輪の回転に相関のある回転相関信号だけを取り出し、この回転相関信号に基づいてタイヤの局所異常を判定するよう構成したので、路面の状態や、運転状態に起因する不規則な振動を除外することができ、タイヤ異常の検出における信頼性を向上させることができる。 According to the invention of <4>, the signal processing means uses the adaptive digital filter to extract only the rotation correlation signal correlated with the rotation of the wheel from the output signal of the sensor, and the tire based on the rotation correlation signal Therefore, irregular vibrations caused by road surface conditions and driving conditions can be excluded, and the reliability in detecting tire abnormality can be improved.
<5>の発明によれば、前記付勢手段の固有振動数をタイヤの固有振動数に一致させたので、共振によって振幅が増幅され、タイヤの局所的異常に起因する振動成分の抽出を容易にし、タイヤの局所異常を高い信頼性をもって検出することができる。 According to the invention <5>, the natural frequency of the urging means is made to coincide with the natural frequency of the tire, so that the amplitude is amplified by resonance, and it is easy to extract the vibration component due to the local abnormality of the tire. Thus, local abnormality of the tire can be detected with high reliability.
<6>の発明によれば、前記付勢手段の固有振動数をタイヤの2次の固有振動数に一致させたので、共振によって振幅が増幅され、タイヤの局所的異常に起因する振動成分の抽出を容易にし、タイヤの局所異常を高い信頼性をもって検出することができると共に、付勢手段の固有振動数をタイヤの1次の固有振動数に一致させたときに付勢手段が柔らか過ぎてセンサ部分がギヤパルサに接触するという問題や、付勢手段の固有振動数をタイヤの3次以上の固有振動数に一致させたときに振幅が小さ過ぎるという問題を解決することができる。 According to the invention <6>, since the natural frequency of the biasing means is matched with the secondary natural frequency of the tire, the amplitude is amplified by resonance, and the vibration component caused by local abnormality of the tire Extraction is easy, and local abnormality of the tire can be detected with high reliability, and the biasing means is too soft when the natural frequency of the biasing means coincides with the primary natural frequency of the tire. The problem that the sensor part comes into contact with the gear pulser and the problem that the amplitude is too small when the natural frequency of the urging means matches the natural frequency of the third or higher order of the tire can be solved.
<7>の発明によれば、前記センサに、前記付勢手段の固有振動数における信号振幅を減衰させる制振材を設けたので、路面の凹凸に起因する信号振動を早く収束させて、タイヤ1回転に1回出力される信号の判別を容易にし、タイヤの局所異常を更に高い信頼性をもって検出することができる。 According to the invention <7>, since the vibration damping material for attenuating the signal amplitude at the natural frequency of the biasing means is provided in the sensor, the signal vibration caused by road surface unevenness is quickly converged, and the tire It is possible to easily discriminate a signal output once per rotation and to detect a local abnormality of the tire with higher reliability.
本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。図1は、タイヤ異常検出装置の構成を示す配置図であり、タイヤ異常検出装置10は、タイヤTが装着された車輪に取付けられて車輪の中心軸周りに回転するそれぞれのギヤパルサ1と、これらのギヤパルサ1に対応する車輪を軸支する車軸に取付けられたそれぞれのホイールセンサ2と、これらのホイールセンサ2からの出力信号を処理してタイヤの局所的異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段3、信号処理手段3からの出力に基づいて、タイヤの異常を表示したり警報を発したりする表示警報装置4とを具える。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a layout diagram showing the configuration of a tire abnormality detection device. The tire
図2は、ギヤパルサ1とホイールセンサ2との取付態様を示す断面図であり、図3は、ホイールセンサ2の検知原理を示す模式図である。ホイールWを介してタイヤTを支承するハブ8は、車軸パイプ9の半径方向外側に軸支されるとともに、車軸パイプ9の中空部内に配置されるハブ中心軸部8Aを有する。そして、高透磁率の磁性体よりなるギヤパルサ1は、ハブ中心軸部8Aの周囲に取付けられ、ハブ8と一体となって回転し、一方、ホイールセンサ2は、付勢装置を構成するコイルバネ5を介して、車軸パイプ9の内周面に取付けられ、ギヤパルサ1に対してその半径方向外側から対向するよう配置される。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing how the
ホイールセンサ2は、磁界を発生させる永久磁石7と、永久磁石7によって形成される磁界の変化に応じて起電力を発生させる磁界検出コイル14とで構成される。コイル14の中の磁界を強めるため、磁界検出コイル14の中心には高透磁率磁性体よりなるコア14aが設けられる。
The
ギヤパルサ1が車輪の回転に伴って回転するとき、ギヤパルサ1の周囲に所定ピッチで配設された歯1aが、永久磁石に対して離隔接近を繰り返し、磁石とギヤパルサ1との間に配置された磁界検出コイル14のコア14aを通過する磁力線の数は増減を繰り返しこの繰り返しの周波数は、車軸の回転数に比例するのでこの周波数を測定することにより車軸の回転速度を求めることができる。このような、ギヤパルサ1とホイールセンサ2とを組み合わせたものは、ABS信号発生器としてすでに用いられているものであるが、本発明においては、従来、車軸非回転部分となる車軸パイプ9に固定して取付けられるホイールセンサ2を、コイルバネ5を介して車軸パイプ9に取付ける点に特徴がある。なお、図示ものにおいては、直動ガイド6を設けることにより、コイルバネ5は、ホイールセンサ2の垂直方向荷重だけを負担するよう構成される。
When the gear pulsar 1 rotates with the rotation of the wheel, the teeth 1a disposed at a predetermined pitch around the
タイヤ異常検出装置10は、ギヤパルサ1の回転による周期的な成分に重畳された種々の振動成分の中から、タイヤの局所的異常に起因する振動成分を抽出して異常を検知するものであるが、タイヤの局所的異常に起因する振動成分は次のようにして重畳される。図4は、縦軸に磁界検出コイル14が検出する磁界の強さを、横軸に時間をとって、磁界の時間的変化を示すグラフであり、そのうち、図4(a)は、ギヤパルサ1の回転による周期的な成分だけの外乱がない場合の磁界変化CV1を示す。
The tire
走行中のタイヤに、トレッドセパレーションのような異常の前兆が局所的に発生すると、この異常に対応するタイヤ部分が路面に接地するタイミングにおいて、ギヤパルサ1の周期的な回転に変化が現れ、例えば、図4(b)に示すように、磁界変化CV1の一部の山幅が広くなって、この部分がCV2に置き換わった磁界変化となる。また、タイヤの異常部分が接地するとき、この異常部分は車軸パイプ9を振動させるが、ホイールセンサ2は、コイルバネ5に支持されて車軸パイプ9に取付けられているので、この加振力に応じて振動することとなり、この振動は、ギヤパルサ1との相対位置を振動させ、よって、図4(c)のCV3で表わされるような磁界変化が現れる。
When a precursor of abnormality such as tread separation occurs locally in the running tire, a change appears in the periodic rotation of the
タイヤ異常検出装置10がタイヤTの異常を検知するためには、その信号処理手段3を、元の磁力変化と、図4におけるCV2およびCV3の少なくとも一方との差を抽出するよう機能させなければならないが、もし、ホイールセンサ2が、コイルバネ5を介すことなく、直接車軸パイプ9に取付けられている場合には、CV3は現れず、また、CV2はCV1とほとんど変化がないのでこれを正確に抽出することは難しい。本発明においては、CV2に加えて、元の磁力変化CV1と明確に区別することのできるCV3を生起させることにより、タイヤにおける局所的異常を磁力変化としてより忠実に反映させることができ、抽出の信頼性を大きく向上させることができる。
In order for the tire
次に、タイヤの局所的異常に起因する振動成分を更に高い信頼性をもって抽出する方法について説明する。第1の方法は、タイヤの固有振動数とコイルバネの固有振動数を一致させて、共振によって振幅を増幅して抽出するものである。タイヤの局所的異常が小さい時には信号の変化が小さく、物理量の変化の検出が困難であるが、タイヤの固有振動数とコイルバネの固有振動数を一致させて、共振によって振幅を増幅することによって、タイヤの局所的異常に起因する振動成分を容易に抽出することができる。 Next, a method for extracting vibration components caused by local abnormality of the tire with higher reliability will be described. In the first method, the natural frequency of the tire and the natural frequency of the coil spring are matched, and the amplitude is amplified by resonance and extracted. When the local abnormality of the tire is small, the change in the signal is small and the change in the physical quantity is difficult to detect, but by matching the natural frequency of the tire with the natural frequency of the coil spring and amplifying the amplitude by resonance, A vibration component caused by a local abnormality of the tire can be easily extracted.
タイヤの固有振動数の例を表1に示す。タイヤの固有振動数はゴムの材質等によって異なるが、例えば、タイヤの寸法が275/70R16のタイヤの固有振動数は一般的に表1のようになる。 Table 1 shows an example of the natural frequency of the tire. The natural frequency of the tire varies depending on the rubber material and the like. For example, the natural frequency of a tire having a tire size of 275 / 70R16 is generally as shown in Table 1.
前後方向固有振動数とは、車輪の前後方向にタイヤに加振力を与えたときのタイヤの固有振動数であり、上下方向固有振動数とは、車輪の上下方向にタイヤに加振力を与えたときのタイヤの固有振動数であり、前後方向固有振動数とは、車輪の左右方向にタイヤに加振力を与えたときのタイヤの固有振動数である。 The front-rear direction natural frequency is the natural frequency of the tire when a vibration force is applied to the tire in the front-rear direction of the wheel. The vertical direction natural frequency is the vibration force applied to the tire in the vertical direction of the wheel. It is the natural frequency of the tire when given, and the natural frequency in the front-rear direction is the natural frequency of the tire when an excitation force is applied to the tire in the left-right direction of the wheel.
コイルバネの固有振動数を次数の小さいタイヤの固有振動数に一致させた方が振幅が大きくなるので好ましいが、コイルバネの固有振動数を1次の固有振動数に一致させようとすると、コイルバネは、弾性率を低くしなければならない。しかし、あまり低くし過ぎると、すなわち柔らかくし過ぎるとセンサ部分がギヤパルサに接触してしまうという問題が生じる。また、コイルバネの固有振動数を3次以上の固有振動数に一致させると振幅が小さ過ぎ、さらに、タイヤの1次の空洞共鳴周波数が250Hz付近であるので、この周波数付近を避けることが望ましい。これらのことから、コイルバネの固有振動数をタイヤの2次の固有振動数に一致させることが最も好ましい。 It is preferable to make the natural frequency of the coil spring coincide with the natural frequency of the tire having a small order because the amplitude becomes large. However, when trying to make the natural frequency of the coil spring coincide with the primary natural frequency, The elastic modulus must be lowered. However, if it is too low, that is, if it is too soft, there is a problem that the sensor part comes into contact with the gear pulser. Further, when the natural frequency of the coil spring is matched with the natural frequency of the third or higher order, the amplitude is too small, and furthermore, the primary cavity resonance frequency of the tire is around 250 Hz, so it is desirable to avoid the vicinity of this frequency. From these facts, it is most preferable to match the natural frequency of the coil spring with the secondary natural frequency of the tire.
したがって、センサが車輪の前後方向に振動するようにして車軸に取付けられた場合は、コイルバネの固有振動数を前後方向のタイヤの2次の固有振動数(60〜100Hz)に一致させ、センサが車輪の上下方向に振動するようにして車軸に取付けられた場合は、コイルバネの固有振動数を上下方向のタイヤの2次の固有振動数(140〜220Hz)に一致させ、センサが車輪の左右方向に振動するようにして車軸に取付けられた場合は、コイルバネの固有振動数を左右方向のタイヤの2次の固有振動数(80〜120Hz)に一致させることが好ましい。 Therefore, when the sensor is attached to the axle so as to vibrate in the longitudinal direction of the wheel, the natural frequency of the coil spring is matched with the secondary natural frequency (60 to 100 Hz) of the tire in the longitudinal direction. When mounted on the axle so as to vibrate in the vertical direction of the wheel, the natural frequency of the coil spring is matched with the secondary natural frequency (140-220 Hz) of the tire in the vertical direction, and the sensor is in the horizontal direction of the wheel. In the case of being attached to the axle so as to vibrate in the horizontal direction, it is preferable to match the natural frequency of the coil spring with the secondary natural frequency (80 to 120 Hz) of the tire in the left-right direction.
なお、センサを車輪の上下方向に振動するようにして車軸に取付け、コイルバネの固有振動数を上下方向のタイヤの固有振動数に一致させた場合に最も大きな信号振幅が得られる。また、ギヤパルサおよびセンサとして既存のABS信号発生器を利用する場合は、ABS信号発生器のセンサは、一般にセンサのN極とS極を結ぶ線分方向が車輪の前後方向となるようにして車軸に取付けられているので、コイルバネの固有振動数を前後方向のタイヤの固有振動数に一致させことになる。 The largest signal amplitude can be obtained when the sensor is attached to the axle so as to vibrate in the vertical direction of the wheel and the natural frequency of the coil spring is matched with the natural frequency of the tire in the vertical direction. Further, when an existing ABS signal generator is used as a gear pulser and a sensor, the ABS signal generator sensor is generally configured such that the line segment direction connecting the N pole and the S pole of the sensor is the front-rear direction of the wheel. Therefore, the natural frequency of the coil spring is made to coincide with the natural frequency of the tire in the front-rear direction.
第2の方法は、ホイールセンサに、コイルバネの固有振動数における信号振幅を減衰させる制振材を具えて、タイヤに例えば一ヶ所の局所的異常があるときに、タイヤ1回転に1回出力される信号を抽出できるようにするものである。荒れた道路では、路面の凹凸によりタイヤに大きな振動が加わると、過渡応答の振幅の揺れが続いて、路面の凹凸に起因する信号振幅と、タイヤの局所的異常に起因してタイヤ1回転に1回出力される信号振幅とを判別できなくなる。そこで、ホイールセンサに制振材を具えて、タイヤや足回り部品、ホイールセンサを支持するコイルバネの固有振動数における信号振幅を低減させ、非周期的に現れる路面の凹凸に起因する信号振動の振幅を低減して、タイヤの異常に相関のある信号であるタイヤ1回転に1回出力される信号を判別できるようにするものである。 In the second method, the wheel sensor is provided with a damping material that attenuates the signal amplitude at the natural frequency of the coil spring, and is output once per rotation of the tire when the tire has, for example, one local abnormality. The signal can be extracted. On rough roads, if a large vibration is applied to the tire due to road surface irregularities, the amplitude of the transient response will continue to swing, causing the signal amplitude due to road surface irregularities and the tire to rotate once due to local abnormalities in the tire. It becomes impossible to distinguish the signal amplitude output once. Therefore, the wheel sensor is provided with a damping material to reduce the signal amplitude at the natural frequency of the tires, suspension parts, and coil springs that support the wheel sensor, and the amplitude of the signal vibration caused by road irregularities appearing aperiodically. Thus, a signal output once per rotation of the tire, which is a signal correlated with tire abnormality, can be discriminated.
図5は、ホイールセンサに制振材を具えた例を示す模式図である。ホイールセンサ2は、磁界を発生させる永久磁石7と、永久磁石7によって形成される磁界の変化に応じて起電力を発生させる磁界検出コイル14と、コイル14の中の磁界を強めるためにコイル14の中心に設けられた高透磁率磁性体よりなるコア14aと、コイルバネ5の振動を抑制する制振材25とで構成される。また、コイルバネ5には、コイルバネの固有振動数を調整するための金属製のウエイト26が取付けられており、ホイールセンサ2は、ウエイト26が取付けられたコイルバネ5を介して車軸パイプ9に取付けられている。また、コイルバネ5は、直動ガイド6でホイールセンサ2の垂直(上下)方向荷重だけを負担するよう構成されている。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example in which the wheel sensor is provided with a damping material. The
制振材25には、粘弾性、すなわちtanδ=0.01〜1.0のゴム系、プラスチック系、アスファルト系のコンパウンド材が用いられる。なお、図5では、制振材をホイールセンサ2のギヤパルサ1側に設けたが、コイルバネ5側を含みホイールセンサ2のいずれの箇所に設けても良い。
As the
図6は、局所的に異常のあるタイヤに、凹凸のある路面から大きな振動が加わったときのホイールセンサから出力される信号の周波数特性を示す図である。縦軸に信号の振幅の大きさをとり、横軸にタイヤの回転次数をとって表示している。実線は、ホイールセンサに制振材を具えていないときの信号成分を表し、破線は、ホイールセンサに制振材を具えているときの信号成分を表している。また、荒れた道路での車速を60km/h(一次:約8Hz)、バネの固有振動数を72Hzとした。図6から、制振材を具えることによって、制振材を具えないときよりもバネの固有振動数である72Hz付近の信号成分が減衰し、3〜7次のタイヤの回転次数成分および11〜15次の回転次数成分の振幅が大きくなっていることが分る。すなわち、タイヤの局所的異常に起因した信号成分を残したまま凹凸のある路面に起因した信号成分を減衰させることが分る。このように、制振材を用いたホイールセンサから出力される信号のタイヤの回転次数毎の成分を積算し、その積算値が所定の閾値を超えることとなる場合にタイヤに局所異常があると判定するように装置を構成することによってタイヤ1回転に1回出力される信号を確実に判別することができる。すなわち、ホイールセンサに制振材を具えない場合には、凹凸のある路面から振動が加わった場合に、タイヤに異常がないにもかかわらず、異常があると判断されることがあるが、制振材を具えることによって、先に説明したように、タイヤの局所的異常に起因した信号成分を残したまま凹凸のある路面に起因した信号成分を減衰させることができるので、タイヤの局所的異常に起因してタイヤ1回転に1回出力される信号をだけを判別することができるようになる。 FIG. 6 is a diagram illustrating frequency characteristics of signals output from the wheel sensor when a large vibration is applied to a locally abnormal tire from an uneven road surface. The vertical axis represents the magnitude of the signal amplitude, and the horizontal axis represents the rotational order of the tire. A solid line represents a signal component when the wheel sensor is not provided with damping material, and a broken line represents a signal component when the wheel sensor is provided with damping material. The vehicle speed on rough roads was set to 60 km / h (primary: about 8 Hz), and the natural frequency of the spring was set to 72 Hz. From FIG. 6, by providing the damping material, the signal component around 72 Hz, which is the natural frequency of the spring, is attenuated compared to when the damping material is not provided, and the rotation order components of the third to seventh tires and 11 It can be seen that the amplitude of the ˜15th order rotational order component is increased. That is, it can be seen that the signal component caused by the uneven road surface is attenuated while leaving the signal component caused by the local abnormality of the tire. In this way, when the component for each rotation order of the tire of the signal output from the wheel sensor using the damping material is integrated, and the integrated value exceeds a predetermined threshold, there is a local abnormality in the tire. By configuring the apparatus to make a determination, it is possible to reliably determine a signal output once per tire rotation. In other words, if the wheel sensor does not include a damping material, it may be determined that there is an abnormality even if there is no abnormality in the tire when vibration is applied from an uneven road surface. By providing the vibration material, as described above, the signal component due to the uneven road surface can be attenuated while leaving the signal component due to the local abnormality of the tire. Only a signal that is output once per rotation of the tire due to the abnormality can be determined.
図7は、回転体とセンサとの組み合わせの他の態様を示す模式図であり、ギヤパルサ1の替わりに、交番磁化リング11を用いて回転体を構成し、センサとしてのホイールセンサ2の替わりに磁気センサ12を用いてセンサを構成したものの例である。交番磁化リング11は、所定ピッチでN極とS極とを交互に周方向に配列した永久磁石であり、車軸の回転部分となるハブ中心軸部8Aの周囲に取付けられる。一方、磁気センサ12は、車軸の非回転部分となる車軸パイプ9の内周面に、交番磁化リング11の外周面に対向するよう配置され、回転する交番磁化リング11によって変化する磁力変化を連続的に検知するものであり、例えば、ホール素子センサや、MRセンサ、MIセンサ等で構成することができる。
FIG. 7 is a schematic diagram showing another aspect of the combination of the rotating body and the sensor. Instead of the
そして、磁気センサ12で検知する磁界変化は、図4(a)〜(c)に示したものと同様な変化として表わすことができる。
The magnetic field change detected by the
次に、ホイールセンサ2の出力信号から、タイヤの局所異常に起因する振動成分を抽出する信号処理手段3について説明する。図8は、信号処理手段3の構成を示すブロック線図であり、信号処理手段3は、ホイールセンサ2の出力信号を取り込むセンサ出力取込手段15、ホイールセンサ2の出力信号から、車輪の回転に相関する回転相関信号を取り出す回転相関信号取出手段16、回転相関信号からタイヤ局所異常の有無を判定し、判定結果がタイヤ局所異常有りの場合には、表示警報装置4にその旨を出力する異常判定手段18よりなる。
Next, the signal processing means 3 for extracting the vibration component caused by the local abnormality of the tire from the output signal of the
ここで、回転相関信号取出手段16は、次に示すような、適応デジタルフィルタを用いるのがよく、その例を、回転相関信号取出手段16の処理をブロック線図で示した図9を参照して説明する。回転相関信号取出手段16では、センサ出力取込手段15で取り込んだデジタル信号X(i)を入力し、その入力信号(リファレンス信号R(i)として比較器24を介して適応デジタルフィルタ23に供給される)とその入力信号を遅延回路22を通して遅延させた信号(直接、適応デジタルフィルタ23に供給される)とを、リアルタイムで適応デジタルフィルタ23において演算し、出力信号Y(i)として車輪の周期に相関のある信号が出力される。そのため、出力信号Y(i)は、車輪の回転に相関のある信号(周期的な信号)として求めることができる。求めた出力信号Y(i)はタイヤ局所異常信号抽出手段17に入力される。
Here, the rotation correlation signal extraction means 16 may use an adaptive digital filter as shown below. For example, refer to FIG. 9 showing the processing of the rotation correlation signal extraction means 16 in a block diagram. I will explain. The rotation correlation signal extraction means 16 inputs the digital signal X (i) acquired by the sensor output acquisition means 15 and supplies the input signal (reference signal R (i) to the adaptive
遅延回路22における遅延時間は、車輪の1回転の時間間隔以下とすることが好ましいが、2回転以上の時間間隔、または、若干1回転の時間より長短の差がある時間間隔であっても、適応デジタルフィルタ23の特性上、演算で回転に同期した周期成分を求めるためには問題はない。また、車輪の1回転の時間間隔は回転数(走行速度)によって変化する場合も、適応デジタルフィルタ23のサンプリング周波数、タップ長をうまく設定しておくことで、対応可能である。また、低速、中速、高速の3段階の遅延時間を予め定めておき、速度に応じて遅延回路22の遅延時間を3段階に変化させることでも実現できる。もちろん、車両の速度を常時測定し、その速度に応じて遅延回路22の遅延時間をリアルタイムで変化させることも考えられる。
The delay time in the
適応デジタルフィルタ23は従来から公知の構成のものを使用することができる。図9に示す例では、センサ出力取込手段15で計測したデジタルデータX(i)から構成されるリファレンス信号R(i)と、適応デジタルフィルタの出力Y(i)とを、比較器24で演算して両者の差を求め、それをエラー信号E(i)として求めている。そのため、エラー信号E(i)は、車輪の回転に無関係の、例えば、路面や車体に寄与した信号(ランダムな信号)として求めることができる。そして、求めたエラー信号E(i)を適応デジタルフィルタ23の係数変更部にフィードバックして、エラー信号E(i)に応じて、適応デジタルフィルタ23の係数を動的に変更させ、適応デジタルフィルタ23の最適化を図っている。エラー信号E(i)を適応デジタルフィルタ23の係数変更部にフィードバックして最適化を図る方法としては、従来からフィルタ係数更新アルゴリズムとして知られているLMS(最小平均自乗)法、ニュートン法あるいは最急下法を用いることができる。
As the adaptive
回転相関信号取出手段16の例としては、図9に示すように、遅延回路22をセンサ出力取込手段15からのデジタル信号X(i)の入力部分と適応デジタルフィルタ23との間に設けた例の他に、図10に示すように、遅延回路22をセンサ出力取込手段15からのデジタル信号X(i)の入力部分と比較器24との間に設け、リファレンス信号R(i)を遅延させても、図9に示すものと同じ作用効果を得ることができる。
As an example of the rotational correlation signal extraction means 16, as shown in FIG. 9, a
回転相関信号から、タイヤ局所異常の有無の判定を行うには、例えば、次のようにして行うことができる。付勢手段となるコイルバネ5は、外部から加振されると、その固有振動数成分が増幅されて振動し、タイヤに局所異常の発生がない場合とある場合との回転相関信号は、前記固有振動数における振幅が異なるので、それぞれの車輪について、自己の車輪の、局所異常がない状態における、前記固有振動数における振幅を記憶させておき、この正常時の振幅に対して所定の閾値より大きい変化が現れたとき異常が発生したと判定するようにすればよい。また、自己の車輪の、異常発生がない状態と比較する代わりに、左右に隣り合う車輪の、前記固有振動数における振幅と比較することもでき、この場合も、隣り合う車輪の前記固有振動数における振幅が所定の閾値以上の差が検出された場合に異常と判定することにより、異常判定を行うことができる。
In order to determine the presence or absence of a tire local abnormality from the rotation correlation signal, for example, it can be performed as follows. When the
1 ギヤパルサ
1a ギヤパルサの歯
2 ホイールセンサ
3 信号処理手段
4 表示警報装置
5 コイルバネ
6 直動ガイド
7 永久磁石
8 ハブ
8A ハブ中心軸部
9 車軸パイプ
10 タイヤ異常検出装置
11 交番磁化リング
12 磁気センサ
14 磁界検出コイル
14a コア
15 センサ出力取込手段
16 回転相関信号取出手段
18 異常判定手段
22 遅延回路
23 適応デジタルフィルタ
24 比較器
25 制振材
26 ウエイト
T タイヤ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記センサを、付勢手段を介して前記車軸非回転部分に取付けてなるタイヤ異常検出装置。 A rotating body that is attached to a wheel and rotates around its central axis and periodically changes a physical quantity at a predetermined position by the rotation, and is attached to an axle that supports the wheel, and continuously detects the physical quantity. A sensor for outputting a signal corresponding to the physical quantity, and a signal processing means for extracting a vibration component caused by a local abnormality of the tire superimposed on a periodic component due to rotation of the rotating body from the output signal of the sensor; In the tire abnormality detection device comprising
A tire abnormality detection device in which the sensor is attached to the non-rotating portion of the axle via an urging means.
前記センサを、この永久磁石の回転に伴って変化する磁界を検知する磁気センサで構成してなる請求項1に記載のタイヤ異常検出装置。 The rotating body is composed of permanent magnets in which N poles and S poles are alternately arranged in a circumferential direction at a predetermined pitch,
The tire abnormality detection device according to claim 1, wherein the sensor is configured by a magnetic sensor that detects a magnetic field that changes with rotation of the permanent magnet.
The tire abnormality detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the sensor is provided with a damping material that attenuates a signal amplitude at a natural frequency of the biasing means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004374058A JP2005206145A (en) | 2003-12-24 | 2004-12-24 | Tire abnormality detection device |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003426473 | 2003-12-24 | ||
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Publication Number | Publication Date |
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JP2005206145A true JP2005206145A (en) | 2005-08-04 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007139694A (en) * | 2005-11-22 | 2007-06-07 | Bridgestone Corp | Device and method for detecting abnormality of rotary body |
JP2011121506A (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-23 | Bridgestone Corp | Tire internal failure determining method |
-
2004
- 2004-12-24 JP JP2004374058A patent/JP2005206145A/en not_active Withdrawn
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