JP2010111372A - タイヤのバースト予防システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明では、車の走行時のタイヤの状態を、バーストにいたる前にその前兆となる異常を検知して運転者に警告してバーストを未然に防ぐことを目的とする。
【解決手段】 そこで発明では、車の走行時のタイヤの路面騒音に着目して、タイヤの状態との関連を特定してバーストに繋がる兆候を見つけるために次の４つの課題を解決してその方法と装置の例を示した。
（１）タイヤの空気圧が低下すると路面騒音はどう変わるかを分析
（２）走行時の路面騒音の捕捉方法の開発
（３）タイヤの路面騒音発生のモデル化
（４）バーストに到る過程のモデル化とその予兆の特定方法
【選択図】図２

Description

本発明は、タイヤのバーストを予防するために走行中のタイヤの路面騒音の異常を検知してバースト注意を警告する方法と装置に関するものである。

車両にとってタイヤは特に重要なものである。走行時に於ける異常の発生は重大事故に繋がる可能性が大きく、早期の異常発見が必要とされる。タイヤの異常は異物による傷、タイヤの異常な温度上昇、空気圧の急変等によって起こると考えられるが、結局のところ空気圧の変化に起因する現象であり、空気圧の異常を検知する方法が求められている。

従来行なわれてきている空気圧の検知の方法としては次のような提案があり（特許［１］，［２］）、中には空気圧の計測管理方法として実用化されているが、燃費向上のためのメリットをうたっているもののバーストを予知してそれを未然に防ぐ方法としては確立しておらず、装備の普及は図られていない。

これに対して回転体、特にタイヤの、内圧低下以外の理由による故障に起因した事故を未然に防ぐことが可能な異常検知システム及びこれを用いたサービス提供方法も提案されている（特許［３］，［４］）。しかしこのシステムもＦＦＴアナライザーを前提にしており、その有効性が示されておらず、システムが高価な為に実用化されてはいない。

一方、タイヤメーカーの研究開発の目的はタイヤ自体の安全性、快適性、環境性の追求であり、バーストの発生抑止もその一つの重要課題ではあるもののバーストの予防のためのシステムの開発実用化には必ずしも積極的ではないと思われる。フィールドテストではなく実験室的には自動車タイヤの走行騒音の台上測定／評価法及びその低減手法に関する研究［６］も行われ、走行騒音についてのタイヤ側の特性に関するいくつかの知見が示されている。
［１］特開２００２−１０３９３１号公報 ［２］特開２００７−１９１０３８号公報 ［３］特開２００７−１３９６９７号公報 ［４］特開２００３−８０９１２号公報 ［５］並河良治ほか，″タイヤ路面騒音対策技術，″ ［６］田中丈晴，″自動車タイヤ走行騒音の台上測定・評価法及びその低減手法に関する研究，″

車の走行時に発生する音を走行音と称すると走行音は、エンジン等の機械から発生する音とタイヤが路面を転動することにより発生する音の二つに大別される。後者はタイヤ路面騒音と呼ばれる音であり、自動車の定常走行時において寄与が大きくなる［５］。この走行音を含めて、車内で知覚される音は多様な音が想定される。停車中に知覚される音も含める。車外で発生する音が車内において知覚されるものもある。路面騒音も基本的には車外で発生する。天候や路面の状態によって路面騒音は変わる。また窓が空いている場合には沿道から雑多な音が入ってくることになる。一方車内においてもラジオやＣＤをかけながら走行する場合はスピーカーから種々の音が発生することになる。これらの走行音以外の音は過渡的な音が多く続いても高々数秒程度である。しかしながら路面騒音に近いものとして、強く降る雨が車の屋根を打つ音やラジオ放送のコンサートでアンコールを求めて鳴り止まない拍手のように例外的な騒音もある。ここでは路面騒音を特定することが課題となる。

本発明では車の走行時のタイヤの状態を、バーストにいたる前にその前兆となる異常を検知して運転者に警告してバーストを未然に防ぐことを目的とする。そのために解決すべき次の４つの課題を設定する。
（１）タイヤの空気圧が低下すると路面騒音はどう変わるか
（２）走行時の路面騒音の捕捉方法の開発
（３）タイヤの路面騒音発生のモデル化
（４）バーストに到る過程のモデル化とその予兆の特定方法
こうした条件から走行条件とバーストに到る過程をモデル的に示す。
乾燥して暑い夏の晴天の日中に、何らかの事情でタイヤの空気圧が低い状態となって、それに気付かずにあるいはそれを無視してそのまま高速で走りつづけて、タイヤ自体に欠陥があったりボーズタイヤであったりするとタイヤの温度が急劇に高くなってボイドを起こしてバーストに到るというモデルを想定する。ここでタイヤの空気圧が低いことを検知してタイヤの異常を警告することが第一の課題となる。次にボイドを起こしてタイヤが変形してへたり始めた時の路面騒音（へたり音）を出来るだけ早期に検知して警鐘を鳴らすことが第二の課題となる。

このような特徴をもつ路面騒音を他の音とは区別してどのようにして捕捉して特定するかが課題となる。しかも時間的な変動の特徴からタイヤの異常現象、特にバーストに到る予兆を捕らえることが出来るかが問われる。（特許［３］，［４］）において走行音を計測してバーストを防止することもアイデアレベルでは提案されている。しかしこのシステムも計測はＦＦＴアナライザーを前提にしており、走行音や他の音から路面騒音の変化を特定する解析手法までは示されておらず、システムが高価になることもあって実用化されてはいない。

本発明の課題を解決するために今まで例を見ない独創的な捕音器を開発して適用する。捕音器はキャップ状に形成され、例えば小型のコンデンサーマイクにマイクキャップとして装着されるものである。ここでは２方向性（２Ｄ）タイプと１方向性（１Ｄ）タイプのマイクキャップ（図１）を提示して話しを進める。

２Ｄタイプを例にその音響的な作用効果を説明する。キャップの両端が開放の場合には、管路の長さと形状によって決まる周波数で共鳴して、その共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，・・・・はｆ１のほぼ整数倍となって各次数のモードでキャップの中心部すなわちマイクの先端部で高い音圧となる。従って開放端から入射される音波はその共振周波数成分が増幅されて音色的に特徴付けられてマイクで検知されることになるという利点がある。

マイクの設定位置は車内で可能である。車外は風きり音や雨水の影響を受ける。
現状のマイクキャップ（ＭＣ）による捕音では車内の両サイドのほぼ中央に２Ｄタイプを左右それぞれの前輪後輪に中空管の開口部を向けて設置するのが良い。
空気圧の定量的な変化を検知する方法として、
１．マイクキャップ２Ｄを装着したマイクを車内の中央部の左右の床面に配置する。
２．マイクキャップは両端開放としてそのｆ１は１ｋＨｚ以下になる長さとする。ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５・・はほぼ２，３，４，５，・・ｋＨｚとなる。
３．空気圧が低下して１．０Ｐａ以下になると路面騒音の１ｋＨｚ以上の成分が低下するので、２Ｄキャップマイクで検出した信号をハイパスフィルター（カットオフ周波数Ｆｃ＝１．０ｋＨｚ）を通した信号のレベルが基準レベル（晴天／乾燥路面時の正常空気圧の場合のレベル）を例えばー６ｄＢ下回った場合にはタイヤ走行が異常であると判定して『走行注意』のワーニング（警告）を出す。
４．雨天の場合やボーズタイヤの場合にもこの値が基準レベルを下回るので、その場合には２Ｄキャップマイクで検出した信号をローパスフィルター（カットオフ周波数Ｆｃ＝１．０ｋＨｚ）を通した信号のレベルが基準レベル（晴天／乾燥路面時の適性空気圧の場合のレベル）を例えば＋６ｄＢ上回った場合には空気圧が低下して異常であると判定して『バースト注意』のワーニング（警告）を出して警報を鳴らす。

図１は本発明装置の捕音器の例である。前述のタイヤの空気圧の定量的な変化を検知する方法を適用して、バーストを予防するシステムが可能である。２Ｄタイプを例にその音響的な作用効果を説明する。キャップの両端が開放の場合には、管路の長さと形状によって共鳴して、その共振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，・・・・はｆ１のほぼ整数倍となって各次数のモードでキャップの中心部すなわちマイクの先端部で高い音圧となる。従って開放端から入射される音波はその共振周波数成分が増幅されて音色的に特徴付けられてマイクで検知されることになる。
図２はＰＴＢ（タイヤバースト予防）システムのブロック図である。捕音器（２Ｄ）により走行音を集音してサンプリングし、これを分析処理して路面騒音を特定してタイヤの走行状態を評価判定してバーストに到る前兆を捕らえて警告・警報を発する。
図３はタイヤバースト予防システムを示した系統図である。
エンジンの始動とともにＰＴＢｓｙｓ．がスタートする。捕音器により路面騒音を効果的に集音する。サンプリングは１チャネルあたり１６ｋＨｚとして８ｋＨｚまでの周波数成分を対象とする。２チャネルで集音する場合は各チャネルを交互にサンプリングする。ＡＤ変換した値を各チャネルごとに１秒間平均して音響パワー値とする。音響パワーチェックを３段階で行う。

第１段階は集音レベルを初期値Ｘｏ（ｄｅｆａｕｌｔ値）と比べてある幅（Δｘ＝Ｘｏ／２）に入るものだけを取り込みＸｏと加算平均して新しく初期値Ｘｏに設定する。（Ｘｏ−Δｘ）より小さい音は停車中または徐行中とみなしてサンプリングを繰り返す。Ｘｏ＋Δｘより大きい音は異常音と判定してカットして加算平均しないでサンプリングを繰り返す。仮に１分後にＸｏ＝Ｘとして第２段階に進む。Ｘをハイパスフィルター（ｆｃ＝１ｋＨｚ）を通してＹとして基準値Ｙｏと比較して小さければＹｏとの加算平均をとって新たにＹｏに設定して、このＹｏが基準値Ｍ（例えばＭ＝Ｙｏ／２）より小さければ『走行注意』の判定をして第３段階に進む。もしＹがＹｏより大きければＹを加算平均しないで集音に戻る。第３段階ではＸをローパスフィルター（ｆｃ＝１ｋＨｚ）をとおしてＺとしてまず基準値Ｚｏと比較して小さければＺｏとの加算平均をとって新たにＺｏに設定して、このＺｏが基準値Ｎ（例えばＮ＝Ｚｏ／２）より大きければ『バースト警告』の判定をして警報を鳴らす。もしＺがＮより小さければ集音に戻る。一方ＺがＺｏより大きければ異常音と判定してＺを加算平均しないで集音に戻る。

予防システムとしての完璧性を期すためにまず基準値に対して異常な音を判定排除して、空気圧の異常を検知して警告する段階から、更に２Ｄキャップマイクで検出した信号をローパスフィルター（カットオフ周波数Ｆｃ＝１．０ｋＨｚ）を通した信号のレベルが基準レベル（晴天／乾燥路面時の適性空気圧の場合のレベル）を上回った場合にはバーストの警告とともに警報を鳴らして運転者に対処を促すことになる。下記に評価判定の各物理量の実用的な値の例をまとめて示す。

捕音器はキャップ状に形成され、例えば小型のコンデンサーマイクにマイクキャップとして装着されるものである。実施例２では１方向性（１Ｄ）タイプのマイクキャップ（図１）を使用する。ブロック図と系統図は実施例１と同じである。マイクは各車輪に出来るだけ近接してマイクキャップ中空管の開口部を対向させて配置する。小型の車両では車内のほぼ中央部の床に集約して配置しても良い。それぞれ４個のマイクキャップ付マイクロホンで集音した音の分析評価はそれぞれのマイクで集音した音を順にシリーズにサンプリングして分析評価する。

本発明では捕音方法の要件として
１．信頼性，安全性，高寿命
２．低コスト，小型，軽量
３．簡易装着性，後付けが可能
を前提条件として、独創的な捕音器を提案してその有用性を検証している。

マイクキャップの外観を示す正面図である。 タイヤバースト予防システムを示したブロック図である。 タイヤバースト予防システムを示した系統図である。

符号の説明

１ 円錐中空管
２ 空洞部
３ マイク装着部

Claims (1)

1. 走行中のタイヤの路面騒音を捕音器によって集音して、その異常を検知してバースト注意を警告することにより、バーストを予防する方法と装置

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