JP2005219577A - 車両用タイヤ異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両用タイヤのビード部に発生した異常を検出する。
【解決手段】 車両用タイヤ異常検出装置１０は、車両用タイヤのビード部２４とホイール２２との当接部分に設けられ、車両用タイヤの変形時に前記当接部分にかかる圧力を測定する感圧センサ３６を備える。判定部５８は、タイヤストロークと前記感圧センサ３６の出力値とから決定されるタイヤ変形特性に基づいて、前記ビード部２４の変形が弾性変形領域にあるかまたは塑性変形領域にあるかを判定する。警報器６２は、前記判定部５８によりビード部２４の変形が塑性変形領域と判定されたとき、車両用タイヤの異常を警報する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用タイヤのビード部に発生した異常を検出することが可能な車両用タイヤ異常検出装置に関する。

車両の走行性を維持するためには、タイヤの摩耗やパンクによる空気漏れなどの異常が発生したときに、速やかにその異常を検知する必要がある。車両が路面に開いた大きな穴の上を通過したり縁石に乗り上げたりしたときのように、車両用タイヤが路面から大きな外力を受けると、タイヤのたわみ変形だけではその力を処理しきれずに、タイヤのビード部が変形してしまうことがある。ビード部が変形すると、カーカス破れや膨れなどがビード部付近に発生するが、一般にはその検出は目視確認に頼っている。しかし、この確認は一般のユーザには必ずしも容易ではない。

タイヤのビード部に発生する横力を検出する技術として、特許文献１には、ホイールに嵌合するタイヤの側壁部分にホイールの外周に沿って環状に当接保持された感圧導電ゴムと、この感圧導電ゴムの抵抗値からタイヤを側方に変形しようとするタイヤ横力を電気的に検出するタイヤ横力検出回路とからなるタイヤ横力センサが開示されている。
特開昭６３−２４２７０４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、タイヤの横力を検出して車両の動力制御に利用できるものの、タイヤに過大入力が発生した場合に生じるビード部の変形を検出するには必ずしも適していないという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両用タイヤのビード部に発生した異常を検出可能なタイヤ異常検出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、車両用タイヤのビード部の損傷を検出する車両用タイヤ異常検出装置を提供する。この車両用タイヤ異常検出装置は、前記車両用タイヤへの入力量に基づいて、前記ビード部の変形が弾性変形領域にあるかまたは塑性変形領域にあるかを判定する判定手段と、前記判定手段により塑性変形領域と判定されたとき、前記車両用タイヤの異常を警報する警報手段とを備える。

ここで、「タイヤへの入力量」とは、例えばタイヤのトレッド部の変形量であるタイヤストロークである。「弾性変形領域」または「塑性変形領域」とは、前記タイヤへの入力量により、ビード部内のビードワイヤーの変形が弾性変形または塑性変形する領域のことをいう。この態様によれば、タイヤへの入力量を測定することによってタイヤのビード部の変形領域を判定するので、従来では困難であったビード部の変形異常を検出することが可能となる。また、タイヤストロークなどのタイヤへの入力量のみでビード部の変形異常を検出するので、装置を簡素化できる。

車両用タイヤ異常検出装置は、車両用タイヤのビード部とホイールとの当接部分に設けられ、車両用タイヤの変形時に前記当接部分にかかる圧力を測定する感圧センサを備えてもよい。この場合、前記判定手段は、タイヤストロークと前記感圧センサの出力値とから決定されるタイヤ変形特性に基づいて前記判定を実行する。ここでいう「タイヤ変形特性」とは、タイヤストロークと感圧センサ出力値との間の関係を指し、一例では実施の形態で説明する図２に示すような特性である。この態様によると、予め上記タイヤ変形特性を実験などにより測定しておくことで、タイヤストロークに基づいてビード部の変形領域を判定することが可能となる。

車両用タイヤ異常検出装置は、車両用タイヤの空気室内の圧力を測定する空気圧センサを備えてもよい。この場合、前記判定手段は、タイヤストロークと前記空気圧センサの出力値とから決定されるタイヤ変形特性に基づいて前記判定を実行する。ここでいう「タイヤ変形特性」とは、タイヤストロークとタイヤ空気圧との間の関係を指す。

なお、タイヤ変形特性は、例えばタイヤに外部から徐々に大きな力を加えていったときの、タイヤストロークと感圧センサ出力値、またはタイヤストロークとタイヤ空気圧とを測定していくことで得ることができる。そして、前記判定手段は、このタイヤ変形特性が塑性変形領域に入る前の箇所に予めしきい値を設定しておき、このしきい値とタイヤストロークとを比較することによって上記変形領域の判定を実行する。しきい値を２つ以上設定しておき、それぞれのしきい値を超える毎に警報の度合いを変化させるようにしてもよい。

前記タイヤストロークは、例えば、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である。または、この距離から車両用タイヤを懸架しているサスペンションのストロークを減算した値としてもよい。タイヤへの入力の一部はサスペンションにより吸収されるので、後者のようにサスペンションのストロークも考慮することで、前記判定手段による弾性変形領域か塑性変形領域かの判定をより正確に行うことができる。なお、後者の場合は、タイヤ変形特性も減算後の値に合わせて測定しておくことは言うまでもない。

以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法として表現したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明による車両用タイヤ異常検出装置によれば、車両用タイヤのビード部の変形異常を検出することができる。

第１の実施形態．
この実施形態では、タイヤストロークと、タイヤ変形時にタイヤのビード部にかかる圧力との関係をタイヤ変形特性曲線として予め測定しておき、車両走行時に測定されるタイヤストロークに基づいてビード部にかかる荷重の影響を判定することで、ビード部の変形異常を検出する。

図１は、第１の実施形態に係る車両用タイヤ異常検出装置１０の全体構成図である。図１には、車両の車輪を構成する部品のうち、タイヤ２０とホイール２２が示されている。タイヤのうち、ホイール２２のリム２３と接するビード部２４は、タイヤ２０をホイール２２に固定する部分であり、タイヤ２０の全周にわたるリング状の構造をしている。タイヤ２０内に空気が注入されると、ビード部２４はホイール２２のリム２３と接してタイヤ２０内を気密にする。このビード部２４には、タイヤ内の空気の圧力やホイール２２の回転などにより大きな力がかかるため、その力に耐え得るようビード部２４の中心には鋼線の束であるビードワイヤーが収められている。ビードワイヤーの廻りには、ビードフィラーと呼ばれる熱に強く硬いゴムが配置されており、これによってビード部２４の剛性を高めている。

ホイール２２の外周面上でタイヤ２０の内周面に対向する位置には、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であるタイヤストローク「Ｓ」を測定する距離センサ３０が設置されている。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と対向する位置には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タイヤストロークＳ_ｔ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上記測定を行う。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。距離センサ３０により測定されたタイヤストロークデータＳ_ｔは、ホイール２２に設置されている送信機３２に送られる。

タイヤのビード部２４とホイール２２のリム２３との当接部分には、感圧センサ３６が設けられている。感圧センサ３６は、タイヤ２０の変形時に当該当接部分にかかる圧力「Ｐ」を測定する。感圧センサ３６は、例えば外部から加わる圧力に反比例して抵抗値が変化する加圧導電性ゴムをスイッチ素子としたセンサであり、このスイッチ素子の両側を一対の電極によって挟持し、その間の抵抗値の変化を測定することで圧力を測定する。感圧センサ３６により測定された圧力データは、送信機３２に送られる。送信機３２は、受け取ったタイヤストロークデータＳ_ｔ及び圧力データＰをアンテナ３４を介して車体側の受信機５０へ送信する。なお、距離センサ３０、送信機３２及び感圧センサ３６は、図示しない電池で駆動される。

車体側に設置される受信機５０は、アンテナ５２を介して送信機３２からタイヤストロークデータＳ_ｔ及び圧力データＰを受信し、受信したデータを電子制御装置５４（以下、電子制御装置５４を「ＥＣＵ５４」と表記する）へ送る。ＥＣＵ５４は、各センサにより測定されたタイヤストロークデータＳ_ｔ及び圧力データＰを処理する情報処理手段として機能する。ＥＣＵ５４は、タイヤストロークデータＳ_ｔと圧力データＰとの間の関係を、タイヤ変形特性曲線として記憶部６０に記憶させておく。そして、実際の走行時に、ＥＣＵ５４内の判定部５８が、タイヤストロークＳ_ｔと予め設定しておいたしきい値とを比較して、ビード部２４の状態を判定する。この方法の詳細については後述する。そして、判定部５８がビード部２４は異常であると判定すると、警報器６２は警告ランプを点灯したり、ブザーで警告音を鳴らすなどして、タイヤ２０のビード部２４に異常が発生したことをドライバーに警報する。なお、判定部５８及び記憶部６０は、ハードウエア的には任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはプログラムによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックとして描かれている。

次に、車両用タイヤ異常検出装置１０によって検出されるタイヤの異常の種類、及び本実施形態におけるタイヤ異常検出の原理について説明する。

図２は、タイヤストロークＳ_ｔとビード部の圧力Ｐの間のタイヤ変形特性曲線を示すグラフである。横軸は距離センサ３０により測定されたタイヤストロークＳ_ｔであり、縦軸は感圧センサ３６により測定された当接部分の圧力Ｐである。路面の凹凸などを車両が通過することによりタイヤが変形すると、タイヤ２０をホイール２２に固定させているビード部２４にも荷重がかかる。通常の走行では、このビード部２４の変形は弾性変形の領域にとどまっているので、何ら問題はない。ところが、路面に開いた大きな穴の上を通過したり、縁石に乗り上げてしまったりしたときのように、タイヤの上下方向に大きな外力が加わると、その力をビード部２４の弾性変形だけでは吸収しきれず、塑性変形してしまうことがある。図２を参照して説明すると、図２中のＡ部までは、タイヤストロークＳ_ｔとビード部の圧力Ｐとはほぼ比例の関係にあるが、Ａ部を超えると、ビード部の圧力は急激に増加する。このように、ビード部２４に異常が発生すると、外力や経時的な劣化によって、車両の走行に影響を与える可能性がある。しかし、従来ではビード部の異常を直接検出してドライバーに警報する技術はなく、もっぱらユーザによるビード部付近に発生する膨れなどの目視確認に頼っていた。

ビード部２４とリム２３との当接部分にかかる圧力は、ビード部２４にかかる荷重とほぼ比例するものと考えられる。したがって、本実施形態では、上記当接部分に設けた感圧センサ３６の出力を測定することで、ビード部の変形異常を検出する。

本実施形態では、走行の前に、タイヤ２０に徐々に外力を加えていったときのタイヤストロークＳ_ｔとビード部の圧力Ｐを測定し、図２のようなタイヤ変形特性曲線を予め取得しておく。次に、タイヤ変形特性曲線のうち、直線部分を弾性変形領域、曲線部分を塑性変形領域として、例えばその境界である図中のＡ点をしきい値に設定する。そして、ＥＣＵ５４内の判定部５８は、測定されたタイヤストロークＳ_ｔがしきい値を超えたときに、ビード部２４の変形異常が発生したと判断し、ドライバーに警報を発するようにする。なお、このタイヤ変形特性曲線は、ビード部２４が大変形するまで測定する代わりに、ビード部２４が変形しても復元可能な範囲である弾性変形の限界付近まで測定しておいてもよい。

図３は、本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。まず、距離センサ３０によりタイヤストロークＳ_ｔを計測する（Ｓ１０）。そして、判定部５８は、このタイヤストロークＳ_ｔが予め設定されているしきい値以上であるか否かを判定する（Ｓ１２）。タイヤストロークＳ_ｔがしきい値を下回っていれば（Ｓ１２のＮＯ）、このルーチンを終了し、しきい値以上であれば（Ｓ１２のＹＥＳ）、ビード部２４に大きな外力が加わったために、ビード部２４が塑性変形したと考えられるので、タイヤ２０に異常が発生したことを警報器６２によってドライバーに警報する（Ｓ１４）。

以上説明したように、この実施形態によれば、予めタイヤストロークＳ_ｔとビード部の圧力Ｐの間のタイヤ変形特性を実験などにより測定しておき、走行時にタイヤストロークＳ_ｔに基づいてビード部の変形領域を判定するので、従来では困難であったビード部の変形異常を検出することが可能となる。

第２の実施形態．
この実施形態では、タイヤストロークと、タイヤ変形時におけるタイヤ空気圧との関係をタイヤ変形特性曲線として予め測定しておき、車両走行時に測定されるストロークに基づいてビード部にかかる荷重の影響を判定することで、ビード部の変形異常を検出する。

図４は、第２の実施形態に係る車両用タイヤ異常検出装置１０の全体構成図である。タイヤ２０、ホイール２２及びビード部２４の構成は第１の実施形態と同じである。ホイール２２は、サスペンション２８により図示しない車体と接続されている。サスペンション２８は、主にコイルスプリング４２とショックアブソーバ４４とから構成されている。なお、サスペンション２８のバネにより支えられる部材の位置を「バネ上」と呼び、バネにより支えられていない部材の位置を「バネ下」と呼ぶ。すなわち、バネ上は車体側であり、バネ下は車輪側である。図４のサスペンション２８において、コイルスプリング４２は、車両のバネ上部分の重量を支持し、また路面からの振動や衝撃が車輪を通して車体に伝わらないようにする。ショックアブソーバ４４は、コイルスプリング４２による車体の上下振動を減衰させる。

サスペンション２８には、サスペンションストロークＳ_ｓを測定するためのストロークセンサ４０が設けられている。このストロークセンサ４０の出力は、車体に備えられたＥＣＵ５４に送信される。

ホイール２２のタイヤ空気室に対向する部分には、距離センサ３０と、送信機３２と、アンテナ３４が設置されている。これらは第１の実施形態と同様の構成を持つ。ホイール２２には、さらにタイヤ空気室の空気圧（以下、単に「タイヤ空気圧」という）Ｐ_ａを測定するための空気圧センサ３８も設けられている。空気圧センサ３８により測定されたタイヤ空気圧データＰ_ａは、送信機３２に送られる。送信機３２は、距離センサ３０からのタイヤストロークデータＳ_ｔと、空気圧センサ３８からのタイヤ空気圧データＰ_ａをアンテナ３４を介して車体側の受信機５０に送信する。なお、距離センサ３０、送信機３２及び空気圧センサ３８は、図示しない電池で駆動される。

車体側に設置される受信機５０は、アンテナ５２を介して送信機３２からタイヤストロークデータＳ_ｔ及び圧力データを受信し、受信したデータをＥＣＵ５４へ送る。ＥＣＵ５４は、タイヤストロークデータＳ_ｔとタイヤ空気圧データＰ_ａとの間の関係を、タイヤ変形特性曲線として記憶部６０に記憶させておく。そして、実際の走行時には、ＥＣＵ５４内の減算部５６は、距離センサ３０により測定されたタイヤストロークＳ_ｔから、ストロークセンサ４０により測定されたサスペンションストロークＳ_ｓを減算し、差分値Ｓ_ｄを計算する。判定部５８は、この差分値Ｓ_ｄと予め設定しておいたしきい値とを比較して、ビード部２４の状態を判定する。

次に、本実施形態におけるタイヤ異常検出の原理について説明する。この実施形態では、図２のビード部圧力の代わりにタイヤ空気圧Ｐ_ａを用いている。上述の第１の実施形態の場合と同様に、タイヤ変形が大きくなる、つまりタイヤストロークが大きくなるにつれて、タイヤ空気圧Ｐ_ａも上昇する。タイヤ空気圧Ｐ_ａが大きくなれば、ビード部２４にかかる荷重もほぼ比例して大きくなると考えられるので、タイヤ空気圧を測定することで、間接的にビード部２４の変形状態を検出することができる。そこで、本実施形態では、走行の前に、タイヤ２０に徐々に外力を加えていったときの、差分値Ｓ_ｄとタイヤ空気圧Ｐ_ａとの関係を測定し、図２に示したものと同様のタイヤ変形特性曲線を予め取得しておく。次に、このタイヤ変形特性曲線の直線部分を弾性変形領域、曲線部分を塑性変形領域として、例えばその境界である点をしきい値に設定する。そして、差分値Ｓ_ｄがしきい値を超えたときに、ビード部の変形異常が発生したと判断し、ドライバーに警報を発するようにする。

さらに、本実施形態では、タイヤのストロークだけではなくサスペンションのストロークも考慮した差分値Ｓ_ｄを使用している。実際の走行では、路面の凹凸によるタイヤへの入力の一部はサスペンションに吸収されるので、差分値Ｓ_ｄを用いることによって、弾性変形領域か塑性変形領域かの判定をより正確に行うことが可能となる。なお、この場合、タイヤ変形特性も差分値Ｓ_ｄに合わせて測定しておくことは言うまでもない。

図５は、本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。まず、距離センサ３０及びストロークセンサ４０により、それぞれタイヤストロークＳ_ｔとサスペンションストロークＳ_ｓを計測する（Ｓ２０）。次に、減算部５６は、タイヤストロークＳ_ｔからサスペンションストロークＳ_ｓを減算して差分値Ｓ_ｄを得る（Ｓ２２）。そして、判定部５８は、得られた差分値Ｓ_ｄが予め設定されているしきい値以上であるか否かを判定する（Ｓ２４）。差分値Ｓ_ｄがしきい値を下回っていれば（Ｓ２４のＮＯ）、このルーチンを終了し、しきい値以上であれば（Ｓ２４のＹＥＳ）、ビード部に大きな外力が加わったために、ビード部が塑性変形したと考えられるので、タイヤ２０に異常が発生したことを警報器６２によってドライバーに警報する（Ｓ２６）。

以上説明したように、この実施形態によれば、予め差分値Ｓ_ｄとタイヤ空気圧Ｐ_ａの間のタイヤ変形特性を実験などにより測定しておき、走行時に差分値Ｓ_ｄに基づいてビード部の変形領域を判定するので、従来では困難であったビード部の変形異常を検出することが可能となる。

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。

第２の実施形態では、タイヤストロークＳ_ｔからサスペンションストロークＳ_ｓを減算した差分値Ｓ_ｄを用いて判定を行っているが、第１の実施形態のようにタイヤストロークＳ_ｔのみで判定することも可能である。しかし、タイヤ空気圧Ｐ_ａを用いる第２の実施形態では、第１の実施形態に比べてビード部への影響の反映が鈍いと思われるので、より正確な判定を期すために上述のように差分値Ｓ_ｄを用いることが好ましい。

また、本発明では、走行時にはタイヤストロークＳ_ｔまたは差分値Ｓ_ｄと予め設定しておいたしきい値との比較によりビード部の変形状態を判定するので、第１の実施形態の感圧センサ３６及び第２の実施形態の空気圧センサ３８は、タイヤ変形特性の測定時にのみホイール２２に設けるようにすれば、車両の走行中には必ずしも車輪に設置しておく必要はない。これによって、距離センサ以外は車輪に設けておく必要がなくなるので、装置構成が簡素化される。

また、判定部における変形領域の判定のためのしきい値は１つに限られず、２つ以上のしきい値を設定しておき、各しきい値を超える毎に警報の度合いを変化させるようにしてもよい。

第１の実施形態による車両用タイヤ異常検出装置の構成図である。 タイヤストローク−ビード部圧力間のタイヤ変形特性曲線の一例である。 第１の実施形態におけるタイヤ異常検出のフローチャートである。 第２の実施形態による車両用タイヤ異常検出装置の構成図である。 第２の実施形態におけるタイヤ異常検出のフローチャートである。

符号の説明

１０ 車両用タイヤ異常検出装置、 ２０ タイヤ、 ２２ ホイール、 ２３ リム、 ２４ ビード部、 ３０ 距離センサ、 ３２ 送信機、 ３６ 感圧センサ、 ３８ 空気圧センサ、 ４０ ストロークセンサ、 ５０ 受信機、 ５４ ＥＣＵ、 ５６ 減算部、 ５８ 判定部、 ６２ 警報器。

Claims (5)

1. 車両用タイヤのビード部の損傷を検出する車両用タイヤ異常検出装置であって、
   前記車両用タイヤへの入力量に基づいて、前記ビード部の変形が弾性変形領域にあるかまたは塑性変形領域にあるかを判定する判定手段と、
   前記判定手段により塑性変形領域と判定されたとき、前記車両用タイヤの異常を警報する警報手段と、
   を備えることを特徴とする車両用タイヤ異常検出装置。
2. 前記車両用タイヤのビード部とホイールとの当接部分に設けられ、前記車両用タイヤの変形時に前記当接部分にかかる圧力を測定する感圧センサをさらに備え、
   前記判定手段は、タイヤストロークと前記感圧センサの出力値とから決定されるタイヤ変形特性に基づいて前記判定を実行することを特徴とする請求項１に記載の車両用タイヤ異常検出装置。
3. 前記車両用タイヤの空気室内の圧力を測定する空気圧センサをさらに備え、
   前記判定手段は、タイヤストロークと前記空気圧センサの出力値とから決定されるタイヤ変形特性に基づいて前記判定を実行することを特徴とする請求項１に記載の車両用タイヤ異常検出装置。
4. 前記タイヤストロークは、前記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であることを特徴とする請求項２または３に記載の車両用タイヤ異常検出装置。
5. 前記タイヤストロークは、前記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から前記車両用タイヤを懸架しているサスペンションのストロークを減算した値であることを特徴とする請求項２または３に記載の車両用タイヤ異常検出装置。

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