JP2011053027A - Tire wear estimation method and its apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走行中のタイヤの摩耗状態を推定する方法とその装置に関するものである。 The present invention relates to a method and apparatus for estimating the wear state of a running tire.
一般に、タイヤが摩耗すると排水性能が低下し、湿潤路面での制動距離が長くなる。また、スタッドレスタイヤでは、摩耗により氷雪路面上のグリップ性能が大きく低下する。更に、過度の摩耗は、トレッドベルトへ水が浸入しタイヤの破壊を引き起こすこともあるので、非常に危険である。小型乗用車の場合、タイヤの残溝量が1.6mmになるとスリップサインと呼ばれるゴムの突起が溝部に現れるようになっている。車両の走行安全性を考えると、上記スリップサインの出現より前にタイヤは交換されるべきであるが、こういったメンテナンスに無関心な運転者も少なくないのが現状である。
そこで、運転者への警告のため、タイヤの摩耗を自動的に検出する技術が求められている。また、車両制御の面からも、摩耗によるタイヤ特性の変化を把握し、より安全な制御を実現することが期待されている。
Generally, when a tire is worn, drainage performance is lowered, and a braking distance on a wet road surface is increased. In addition, with a studless tire, the grip performance on an icy and snowy road surface is greatly reduced due to wear. Furthermore, excessive wear is very dangerous because water can enter the tread belt and cause tire destruction. In the case of a small passenger car, rubber protrusions called slip signs appear in the groove when the remaining groove amount of the tire is 1.6 mm. Considering the driving safety of the vehicle, tires should be replaced before the appearance of the slip sign, but there are not many drivers who are indifferent to such maintenance.
Therefore, a technique for automatically detecting tire wear is required for warning the driver. In terms of vehicle control, it is expected to grasp changes in tire characteristics due to wear and realize safer control.
タイヤの摩耗を推定する方法としては、車輪の回転速度を検出する車輪速センサーの検出信号から、タイヤの共振周波数成分を抽出するとともに、車輪速センサーで検出した車輪の回転速度とタイヤの共振周波数成分から求めたタイヤの共振周波数から算出される車輪の回転速度との差の関係に基づいてタイヤ摩耗量を求める方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a method for estimating tire wear, the tire resonance frequency component is extracted from the detection signal of the wheel speed sensor that detects the wheel rotation speed, and the wheel rotation speed and tire resonance frequency detected by the wheel speed sensor are extracted. There has been proposed a method for obtaining a tire wear amount based on a relationship between a difference in rotation speed of a wheel calculated from a resonance frequency of a tire obtained from a component (see, for example, Patent Document 1).
一方、タイヤトレッドにトランスポンダやICタグなどを埋め込んでおき、車体側に受信機を配置して、上記トランスポンダやICタグが摩耗により破壊したり脱落したりして応答がなくなることにより、タイヤの摩耗を推定する方法(例えば、特許文献2〜4参照)や、タイヤトレッドに磁性材料や導電ゴムから成る推定体を埋め込んでおき、車体側にセンサーを配置して、タイヤの摩耗により上記推定体が摩耗してセンサーの検出信号が変化することを検出してタイヤの摩耗量を推定する方法が提案されている(例えば、特許文献5,6参照)。
On the other hand, the tire tread is embedded with a transponder, IC tag, etc., and a receiver is arranged on the vehicle body side. (For example, see
しかしながら、前記特許文献1に記載の方法では、車輪速度がある程度変動し、かつ、その状態が継続されなければ、共振周波数を算出するための十分なデータを得ることができないという制約があるため、実施条件が狭いといった問題点がある。また、タイヤの共振周波数成分と車輪の回転数との関係は、タイヤ種により異なることが予想されるので、タイヤ種によりにタイヤの共振周波数成分と車輪の回転数との関係を予め求めておく必要があった。
However, in the method described in
一方、前記特許文献2〜6により開示された、タイヤトレッドにトランスポンダやICタグ、あるいは、磁性材料や導電ゴムなどを埋め込む方法では、摩耗が進展すると推定体やセンサーが接地面に露出するため、タイヤの耐久性への悪影響が懸念されるだけでなく、トレッドゴムとは異なる物性のゴムがタイヤトレッド表面に露出した場合には、タイヤのグリップ力が低下してしまうといった問題があった。
On the other hand, in the method of embedding a transponder, an IC tag, or a magnetic material or conductive rubber, etc., disclosed in
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、走行中のタイヤの摩耗状態を精度よく推定する方法とその装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for accurately estimating the wear state of a running tire with a simple configuration.
タイヤのトレッドにサイプが設けられているタイヤでは、サイプが接地面内にあるときには、タイヤの転動に伴ってワイピング変形に起因する振動(タイヤ幅方向の振動)が発生する。本発明者は、鋭意検討の結果、タイヤ周方向に沿って周期的に2種類以上の異なる深さのサイプを設けて、タイヤに発生するサイプの周期に対応する前記振動の大きさを検出すれば、タイヤ摩耗が進展して深さの浅いサイプが消滅したときには、タイヤのワイピング変形の状態が変化して、前記周期に対応した振動成分の振動もなくなるので、走行中のタイヤの摩耗状態を精度よく推定できることを見出し、本発明に到ったものである。
すなわち、本願の請求項1に記載の発明は、タイヤの摩耗の度合いを推定する方法であって、深さの異なる複数の凹部がトレッドのタイヤ周方向に沿ってそれぞれ周期的に配列されたタイヤの振動を検出し、前記タイヤの振動から前記周期に対応する振動成分を抽出し、前記振動成分の大きさからタイヤの摩耗状態を推定することを特徴とする。
これにより、タイヤのワイピング変形の状態の変化を検知できるので、走行中のタイヤの摩耗状態を精度よく推定できることができる。
なお、前記凹部は、タイヤの陸部に設けられたサイプや溝であってもよいし、リブに設けられた窪み(周方向溝に開口する溝)であってもよい。あるいは、ブロックを区画する横溝であってもよい。
In a tire in which a sipe is provided on the tread of the tire, when the sipe is in the ground contact surface, vibration (vibration in the tire width direction) due to wiping deformation occurs as the tire rolls. As a result of intensive studies, the inventor has provided two or more types of sipes having different depths periodically along the tire circumferential direction to detect the magnitude of the vibration corresponding to the cycle of the sipes generated in the tire. For example, when tire wear progresses and the shallow sipe disappears, the state of tire wiping deformation changes, and the vibration of the vibration component corresponding to the cycle also disappears. The inventors have found that the estimation can be performed with high accuracy and have arrived at the present invention.
That is, the invention according to
Thereby, since the change of the wiping deformation | transformation state of a tire can be detected, the abrasion state of the tire during driving | running | working can be estimated accurately.
The concave portion may be a sipe or groove provided in a land portion of the tire, or may be a recess provided in a rib (a groove opening in a circumferential groove). Alternatively, it may be a lateral groove that partitions the block.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のタイヤ摩耗推定方法であって隣接する凹部同士の深さが互いに異なっていることを特徴とする。
これにより、1列の凹部列で摩耗の進展の度合いを推定することができる。したがって、この凹部列を、タイヤのセンターを中心してタイヤ幅方向の対称な位置に設けるようにすれば、偏摩耗の影響を少なくできる。
The invention according to
Thereby, it is possible to estimate the degree of progress of wear with one row of recesses. Therefore, if this recess row is provided at a symmetrical position in the tire width direction around the center of the tire, the influence of uneven wear can be reduced.
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のタイヤ摩耗推定方法において、前記凹部を、ワイピング変形が顕著に発生するタイヤのショルダー部に配置したものである。したがって、より明確な振動を検出することができるので、摩耗推定の精度を向上させることができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法において、前記凹部をタイヤ周方向に延長するサイプとしたものである。これにより、溝深さの異なる凹部を容易に形成することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the tire wear estimation method according to the first or second aspect, the concave portion is arranged in a shoulder portion of a tire where wiping deformation is significantly generated. Therefore, since a clearer vibration can be detected, the accuracy of wear estimation can be improved.
A fourth aspect of the present invention is the tire wear estimation method according to any one of the first to third aspects, wherein the recess is a sipe extending in the tire circumferential direction. Thereby, the recessed part from which groove depth differs can be formed easily.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法において、前記タイヤの振動を車両バネ下部にて検出するようにしたことを特徴とする。
これにより、タイヤにセンサーを設けることなく、走行中のタイヤの摩耗状態を精度よく推定することができる。また、タイヤへのセンサー取付けが不要になるので、タイヤの生産効率が向上する。また、タイヤにセンサーを装着した場合に比較してセンサーの耐久性を向上させることができるだけでなく、センサーの交換も容易となる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the tire wear estimation method according to any one of the first to fourth aspects, the vibration of the tire is detected at a lower part of the vehicle spring.
Thereby, it is possible to accurately estimate the wear state of the running tire without providing a sensor on the tire. Further, since the sensor is not required to be attached to the tire, the tire production efficiency is improved. Further, the durability of the sensor can be improved as compared with the case where the sensor is mounted on the tire, and the sensor can be easily replaced.
また、請求項6に記載の発明は、走行中のタイヤの摩耗状態を推定する装置であって、深さの異なる複数の凹部がトレッドのタイヤ周方向に沿ってそれぞれ周期的に配列されたタイヤの振動を検出する振動検出手段と、前記タイヤの振動から前記周期に対応する振動成分を抽出する振動成分抽出手段と、前記振動成分の大きさに基づいてタイヤの摩耗状態を推定する手段とを備えたことを特徴とする。
このような構成を採ることにより、タイヤ部にセンサーを設けることなく、走行中のタイヤの摩耗状態を精度よく推定することができる。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載のタイヤ摩耗推定装置において、前記振動検出手段を車両バネ下部に設置したものである。
これにより、タイヤ部にセンサーを設けることなく、走行中のタイヤの摩耗状態を精度よく推定することができる。
The invention according to
By adopting such a configuration, it is possible to accurately estimate the wear state of the running tire without providing a sensor in the tire portion.
A seventh aspect of the present invention is the tire wear estimation device according to the sixth aspect, wherein the vibration detecting means is installed under a vehicle spring.
Thereby, it is possible to accurately estimate the wear state of the running tire without providing a sensor in the tire portion.
請求項8に記載の発明は、請求項6または請求項7に記載のタイヤ摩耗推定装置において、前記推定されたタイヤの摩耗状態と予め設定された摩耗の度合いとを比較して、タイヤの摩耗が前記摩耗の度合いを超えているか否かを判定する判定手段を備えたものである。
これにより、タイヤの摩耗が進展しているか否かを正確に判定することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the tire wear estimation device according to the sixth or seventh aspect, the estimated wear state of the tire is compared with a preset degree of wear to determine tire wear. Is provided with a judging means for judging whether or not the degree of wear exceeds the degree of wear.
This makes it possible to accurately determine whether or not tire wear has progressed.
また、請求項9に記載の発明は、請求項8に記載のタイヤ摩耗推定装置において、前記判定手段が前記摩耗の度合いを超えていると判定した場合に警報を発する警報装置を備えたことを特徴とする。
このように、タイヤ摩耗状態が予め設定された摩耗の度合いを超えた場合に、運転者に警報を発することで、運転者にタイヤの交換などを促すことができるので、車両の走行安定性を向上させることができる。
The invention according to claim 9 is the tire wear estimation device according to claim 8, further comprising an alarm device that issues an alarm when the determination means determines that the degree of wear is exceeded. Features.
In this way, when the tire wear state exceeds a preset degree of wear, by issuing an alarm to the driver, the driver can be urged to change the tire, etc. Can be improved.
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。 The summary of the invention does not list all necessary features of the present invention, and sub-combinations of these feature groups can also be the invention.
以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail through embodiments, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims, and all combinations of features described in the embodiments are included. It is not necessarily essential for the solution of the invention.
図1は、本実施の形態に係るタイヤ摩耗推定装置10の構成を示す機能ブロック図で、タイヤ摩耗推定装置10は、振動検出手段としての加速度センサー11と、回転速度検出手段としての車輪速センサー12と、回転信号生成手段13と、回転次数比分析手段14と、記憶手段15と、回転次数成分抽出手段16と、摩耗状態推定手段17と、警報手段18とを備えている。
本発明のタイヤ20は、図2に示すように、タイヤ周方向に延びる周方向溝22a〜22dと、周方向溝22a,22b、周方向溝22b,22c、及び、周方向溝22c,22dにより区画されるリブ状の中央陸部23a,23b,23cと、タイヤ幅方向外側に位置する周方向溝(ショルダー溝)22a,22dのタイヤ幅方向外側に位置する左右のショルダー陸部24a,24bとを備えている。
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a tire
As shown in FIG. 2, the
左右のショルダー陸部24a,24bには、それぞれ、タイヤ周方向に延びるサイプ25a,25bが、タイヤの全周にわたって、タイヤ周方向に沿って周期的に配列されたサイプ列25A,25Bが設けられている。
タイヤセンターCLからサイプ列25Aまでの距離とタイヤセンターCLからサイプ列25Bまでの距離は等しい。一方、サイプ25aの深さDaとサイプ25bの深さDbとは互いに異なっている。本例では、Da>Dbとした。
サイプ列25Aにおいてもサイプ列25Bにおいても、サイプ25aとサイプ25bとは、タイヤ周方向に沿って交互に設けられており、かつ、サイプ25aとサイプ25bとのタイヤ周方向に沿った間隔とサイプ25bとサイプ25aとのタイヤ周方向に沿った間隔とは同じである。この間隔をPとすると、サイプ25aは周期2Pで配列され、サイプ25bは、サイプ25aからタイヤ周方向に間隔Pだけずれて、サイプ25aと同じ周期2Pで配列されていることになる。
すなわち、本発明のタイヤ20は、左右のショルダー陸部24a,24bに、パターンピッチ数がNa=(2πR0)/2Pとパターンピッチ数がNb=(2πR0)/(2P)の2つの周期的なパターンを有している。なお、R0は、新品時のタイヤの半径である。
本発明では、タイヤ20の摩耗の推定を目的としているので、以下、前記周期的なパターンを、周期ではなく、パターンピッチ数で表わす。
The left and right
The distance from the tire center CL to the
In both the
That is, in the
In the present invention, since the purpose is to estimate the wear of the
加速度センサー11は、図1に示すように、ナックル31に取り付けられて、ホイール32、ホイールハブ33を介してナックル31に伝播されるタイヤ20の振動(以下、タイヤ振動という)を検出する。加速度センサー11の検出方向はタイヤ幅方向である。
ナックル31は、タイヤ20を装着するホイール32とともに回転するホイールハブ33と軸受けを介して連結された車輪部30の非回転側部品(車両バネ下部品)で、このナックル31に図示しないブレーキ装置などが装着される。ナックル31はサスペンション部材34を備えた車両懸架装置の上下のアーム35,36と、ゴムブッシュなどの緩衝部材37,38を介して連結されている。
なお、加速度センサー11を、上下のアーム35,36などの、ホイール32と緩衝部材37,38を介して連結されている部材に取り付けると、緩衝部材37,38のダンパー効果によりトレッド21の振動の検出精度が低下する。したがって、加速度センサー11の取り付け箇所としては、車両バネ下部であっても、緩衝部材37,38よりもホイール32側に設置した方が当該タイヤ20から車両バネ下部に伝播される振動を精度良く検出することができる。
As shown in FIG. 1, the acceleration sensor 11 is attached to the knuckle 31 and detects vibration of the tire 20 (hereinafter referred to as tire vibration) transmitted to the knuckle 31 through the wheel 32 and the
The knuckle 31 is a non-rotating side part (vehicle unsprung part) of the
If the acceleration sensor 11 is attached to a member such as the upper and
車輪速センサー12は車輪の回転速度(以下、車輪速という)を検出するもので、本例では、外周部に歯車が形成され車輪とともに回転するローターと、このローターと磁気回路を構成するヨークと、磁気回路の磁束変化を検出するコイルとを備え、車輪の回転角度を検出する周知の電磁誘導型の車輪速センサーを用いている。ヨークとコイルとはナックル31に装着される。なお、車輪速センサー12としては、リング多極マグネットと磁気抵抗素子とを組み合わせたものなど、他の構成の車輪速センサーを用いてもよい。あるいは、図示しないトランスミッションの回転速度を検出し、これを車輪速としてもよい。
回転信号生成手段13は、車輪速センサー12の出力のゼロクロス点で立ち上がるパルス信号を生成して出力する。タイヤ1回転で生成されるパルス数は、ローターの歯車数もしくはリング多極マグネットの磁極数の2倍となる。したがって、パルス数を計数することで車輪速を検出することができるとともに、回転信号生成手段13から出力されるパルス信号をサンプリングクロックとして使用することができる。サンプリングクロックは、回転速度に同期しているので、このサンプリングクロックを用いて加速度センサー11で検出したタイヤ振動をサンプリングすれば、タイヤ1回転あたりのサンプル数が車輪速に関わらず一定となる。但し、時間的にみると、サンプリング間隔は、車輪速が遅いほど狭く、車輪速が速くなると広がる。
The wheel speed sensor 12 detects the rotational speed of the wheel (hereinafter referred to as the wheel speed). In this example, a rotor that has a gear formed on the outer peripheral portion thereof and rotates together with the wheel, a yoke that constitutes the rotor and a magnetic circuit, and And a coil for detecting a change in magnetic flux of the magnetic circuit, and a known electromagnetic induction type wheel speed sensor for detecting the rotation angle of the wheel is used. The yoke and the coil are attached to the knuckle 31. As the wheel speed sensor 12, a wheel speed sensor having another configuration such as a combination of a ring multipolar magnet and a magnetoresistive element may be used. Alternatively, the rotational speed of a transmission (not shown) may be detected and used as the wheel speed.
The
回転次数比分析手段14は、ローパスフィルタ14aと、サンプリング手段14bと、分析手段14cとを備える。
ローパスフィルタ14aは、加速度センサー11で検出したタイヤ20のタイヤ幅方向の振動の高周波成分を除去するとともに、回転次数比分析におけるエリアジング現象(折り返し)の発生を抑制する。
サンプリング手段14bは、回転信号生成手段13から出力されるサンプリングクロックを用いて加速度センサー11で検出したタイヤ振動をサンプリングする。
分析手段14cは、このサンプリングされたタイヤ振動の振動波形をFFT処理して振動スペクトルを求める。時間間隔一定で計測された振動波形の振動スペクトル(周波数スペクトル)の横軸は周波数となるが、回転間隔一定で計測された振動波形の振動スペクトルの横軸は回転次数(Order)nとなる。この振動スペクトルを、以下、回転次数スペクトルという。
The rotation order ratio analysis unit 14 includes a low-
The low-
The
The analyzing
記憶手段15は、図2に示した、使用するタイヤ20のトレッドパターン設計図から求めたサイプ列25A,25Bの周期スペクトルに対応するタイヤ振動の回転次数のうちの、タイヤ摩耗の推定に用いる回転次数NaとNbとを保存する。
回転次数Naは、前述したパターンピッチ数に等しく、Na=(2πR0)/2Pで、回転次数Nbは、Nb=(2πR0)/(P)である。本例においては、Nb=2Naである。
回転次数成分抽出手段16は、回転次数比分析手段14で求めた回転次数スペクトルから、回転次数Naに対応するピークの振動レベルと回転次数Nbに対応するピークの振動レベルとを抽出する。
The storage means 15 uses the rotation used for estimating the tire wear out of the rotation order of the tire vibration corresponding to the periodic spectrum of the sipe trains 25A and 25B obtained from the tread pattern design drawing of the
The rotation order N a is equal to the above-described pattern pitch number, and N a = (2πR 0 ) / 2P, and the rotation order N b is N b = (2πR 0 ) / (P). In this example, N b = 2N a .
The rotation order component extraction unit 16 extracts a peak vibration level corresponding to the rotation order N a and a peak vibration level corresponding to the rotation order N b from the rotation order spectrum obtained by the rotation order ratio analysis unit 14.
本発明のタイヤ20では、サイプ列25Aにおいてもサイプ列25Bにおいても、サイプ25aの深さDaがサイプ25bの深さDbよりも深く形成されているので、トレッド21の摩耗が進展してサイプ25bが消滅すると、サイプ列25A,25Bは、いずれも、図3に示すように、パターンピッチ数がNaのサイプ列となる。
すなわち、タイヤ20が新品のときには、左右のショルダー陸部24a,24bには、パターンピッチ数がNaの周期パターンを有するサイプ(サイプ25a)とパターンピッチ数がNbの周期パターンを有するサイプ(サイプ25b)の2つの周期パターンを有するサイプがあったが、摩耗が進展すると、パターンピッチ数がNaの周期パターンを有するサイプしかない状態となる。したがって、タイヤ20の振動からパターンピッチ数に対応する振動成分を抽出し、この抽出された振動成分の大きさからタイヤの摩耗状態を推定すれば、タイヤ摩耗状態の推定を確実に行うことができる。
In the
That is, the sipe when the
図4は、タイヤ20を搭載した車両を走行させて計測した車両バネ下部の振動と、タイヤ20のトレッド21を、サイプ25bが消滅するまで研削したタイヤを搭載した車両を走行させて計測した車両バネ下部の振動とをそれぞれ回転次数比分析して得られた回転次数スペクトルを示す図である。同図の細い実線が新品タイヤ(以下、新品モデルタイヤという)で、太い実線が研削後のタイヤ(以下、摩耗モデルタイヤという)の回転次数スペクトルである。
同図の矢印で示す17次のピークは、タイヤ1回転で17回振動が発生することに対応するピークで、パターンピッチ数がNaに対応するピークである。また、34次のピークは、タイヤ1回転で34回振動が発生することに対応するピークで、パターンピッチ数がNbに対応するピークである。
なお、加速度センサー11で検出したタイヤ振動を時間間隔一定でサンプリングした場合、速度変動のために、回転間隔は不均一になるが、Lomb-Scargle Periodgram(Scargle J.D.1982,The Astrophysical Journal,263,835)に代表される、不均一間隔でサンプリングしたデータから振動スペクトルを推定する手法を用いれば、回転間隔一定のサンプリングを行わなくとも、回転次数スペクトルを求めることができる。
FIG. 4 shows a vehicle measured by running a vehicle equipped with a tire mounted by grinding the
17 order peak shown by the arrow in the figure, the peak corresponding to 17 times the vibration in rotating the
In addition, when the tire vibration detected by the acceleration sensor 11 is sampled at a constant time interval, the rotation interval becomes non-uniform due to speed fluctuation, but Lomb-Scargle Periodgram (Scargle JD 1982, The Astrophysical Journal, 263, 835), a rotation order spectrum can be obtained without sampling at a constant rotation interval by using a method for estimating a vibration spectrum from data sampled at non-uniform intervals.
摩耗状態推定手段17は、ピーク比算出部17aと判定部17bとを備える。
ピーク比算出部17aは、回転次数成分抽出手段16で抽出された回転次数成分Naに対応するピークの振動レベルZaに対する回転次数成分Nbに対応するピークの振動レベルZbの比であるピーク比R=(Zb/Za)を求める。
判定部17bは、このピーク比Rと予め設定された閾値Rkとを比較して、走行中のタイヤ20の摩耗状態を推定する。閾値Rkは、予め設定されたタイヤ20の摩耗の度合い(以下、警告摩耗度合い)に相当するピーク比の値で、本例では、Rk=1/5とした。
摩耗状態推定手段17は、ピーク比Rが閾値Rkになった段階で、タイヤ20の摩耗状態が警告摩耗度合いに達したという信号を警報手段18に送る。
警報手段18は運転席近傍に設置されて、タイヤの摩耗状態が警告摩耗度合いに達したという信号が入力されたときに、警報用のLEDを点灯もしくは点滅させるなどして運転者にタイヤの摩耗状態を認識させる。なお、警報用のブザーを駆動し、警報音により、認識させるようにしてもよいし、警報用のブザーとLEDとを併用してもよい。
The wear state estimation means 17 includes a peak
Peak
The
Wear state estimating means 17, at the stage where the peak ratio R becomes the threshold R k, and sends a signal that the wear state of the
The alarm means 18 is installed in the vicinity of the driver's seat, and when a signal indicating that the tire wear state has reached the warning wear level is inputted, the driver wears the tire by lighting or flashing an alarm LED. Recognize the state. Note that the alarm buzzer may be driven and recognized by an alarm sound, or the alarm buzzer and the LED may be used in combination.
次に、本実施の形態に係るタイヤ摩耗推定方法について説明する。
まず、ホイール32に、タイヤ周方向に延びるサイプ25a,25bがそれぞれ周期2Pで配列されたサイプ列25A,25Bが左右のショルダー陸部24a,24bに形成されたタイヤ20を装着し、ナックル31に取り付けた加速度センサー11によりタイヤ20の振動を検出するとともに、車輪速センサー12により車輪速を検出する。加速度センサー11は、車両バネ下部に伝播されたタイヤ20のタイヤ幅方向の振動の時系列波形(以下、振動波形という)を検出する。
次に、タイヤ20の振動波形を回転次数比分析手段14にて回転次数比分析し、図4に示すような、横軸を回転次数とする回転次数スペクトルを求める。
回転次数スペクトルは、加速度センサー11で検出したタイヤ振動を、回転信号生成手段13から出力される車輪速のデータと車輪速のパルス信号とに基づいてサンプリングした後、FFT処理して求められる。
そして、回転次数成分抽出手段16により、周期2Pに対応する回転次数Naの振動のピーク値である振動レベルZaと、周期Pに対応する回転次数Nbの振動のピーク値である振動レベルZbとを抽出する。
Next, a tire wear estimation method according to the present embodiment will be described.
First, a
Next, the vibration waveform of the
The rotation order spectrum is obtained by sampling the tire vibration detected by the acceleration sensor 11 based on the wheel speed data output from the rotation signal generating means 13 and the wheel speed pulse signal, and then performing FFT processing.
By rotation order component extracting unit 16, a vibration level Z a is the peak value of the vibration of the rotational order N a corresponding to the period 2P, the vibration level is the peak value of the vibration of the rotational order N b corresponding to the period P Z b is extracted.
タイヤ20の摩耗が進展すると、回転次数成分Nbに対応するピークが徐々に小さくなるので、これに応じてピーク比R=(Zb/Za)も小さくなる。そして、サイプ25bの深さDbと同じだけ摩耗が進展すると、回転次数成分Nbに対応するピークが消失するので、ピーク比Rはほぼゼロ(ノイズレベル)となる。
そこで、摩耗状態推定手段17にて、ピーク比R=(Zb/Za)を求めるとともに、このピーク比Rと予め設定された閾値Rkとを比較し、ピーク比Rが閾値Rkに達した段階で、タイヤ20の摩耗状態が進展して警告摩耗度合いに達したという信号を警報手段18に送り、警報用のLEDを点灯もしくは点滅させるなどして運転者にタイヤの摩耗が警告摩耗度合いに達したことを認識させる。
As the wear of the
Therefore, the wear state estimation means 17 obtains the peak ratio R = (Z b / Z a ) and compares the peak ratio R with a preset threshold value R k , so that the peak ratio R becomes the threshold value R k . At this stage, a signal indicating that the wear state of the
このように本実施の形態では、ナックル31に取付けられた加速度センサー11で、左右のショルダー陸部24a,24bに、タイヤ周方向に延びるサイプ25a,25bがそれぞれ周期2Pで配列されたサイプ列25A,25Bが形成されたタイヤ20の振動波形を検出して回転次数分析し回転次数スペクトルを求め、周期2Pに対応する回転次数Naの振動レベルZaに対する周期Pに対応する回転次数Nbの振動レベルZbの比であるピーク比R=(Zb/Za)を求めるとともに、このピーク比Rと予め設定された閾値Rkとを比較し、タイヤ20の摩耗が警告摩耗度合いに達しているか否かを推定するようにしたので、走行中のタイヤ20の摩耗状態を精度よく推定することができる。
また、タイヤ20の摩耗が警告摩耗度合いに達したと推定された場合には、警報を発して、これを運転者に認識させるようにしたので、車両の走行安全性を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, the acceleration sensor 11 attached to the knuckle 31 has a
In addition, when it is estimated that the wear of the
なお、前記実施の形態では、タイヤ20として、左右のショルダー陸部24a,24bに、それぞれ、周期2Pのサイプ列25A,25Bが形成されたタイヤを用いたが、一方のショルダー陸部24bのみに周期Pのサイプ列25Bを設けてもよい。但し、走行安定性の観点からは、本例のように、サイプ列を左右のショルダー陸部24a,24bに設ける方が好ましい。
また、前記例では、ピーク比R=(Zb/Za)を用いてタイヤ20の摩耗の進度を推定したが、周期Pに対応する回転次数Nbに対応する振動レベルZbに対して閾値Kbを設けて、振動レベルZbが閾値Kb未満になった時に、タイヤ20の摩耗が進展したと推定するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the
In the above example, the progress of wear of the
また、タイヤ周方向に沿って延びる凹部としては、左右のショルダー陸部24a,24bに設けられたサイプ25a,25bに限るものではなく、図5(a)に示すような、ショルダー陸部24aまたはショルダー陸部24bに設けられた溝26a,26bであってもよいし、図5(b)に示すような、周方向溝22aまたは周方向溝22dに開口する溝27a,27bであってもよい。
但し、この場合にも、溝26b(あるいは、溝27b)の深さを摩耗進展の基準深さに設定するとともに、この溝26bの深さを溝26a(あるいは、溝27a)の深さよりも浅く設定することはいうまでもない。
また、タイヤ周方向に沿って延びる凹部としては、図5(c)に示すような、ショルダーブロック24Bを区画する横溝28a,28bであってもよい。この場合にも、横溝28bの深さを摩耗進展の基準深さに設定するとともに、この溝28bの深さを溝28aの深さよりも浅く設定する。
Moreover, as a recessed part extended along a tire circumferential direction, it is not restricted to the
However, also in this case, the depth of the
Moreover, as a recessed part extended along a tire circumferential direction, the
また、前記例では、サイプの深さを2種類(Da,Db;Da>Db)としたが、3種類以上としてもよい。このように、サイプの深さの種類を増やすことで、摩耗進展の度合いをより細かく設定することができる。
また、前記例では、ショルダー陸部24a,24bに、それぞれ、同じサイプ列25A,25Bを設けたが、図6に示すように、左のショルダー陸部24aに、深さがDaのサイプ25aを、タイヤ周方向に周期Pで配列し、右のショルダー陸部24bに、深さがDb(Da>Db)のサイプ25bを、タイヤ周方向に周期Qで配列してもよい。但し、この場合には、トレッド21の形状がタイヤセンターCLに対して非対象となるので、本例のように、左右のショルダー陸部24a,24bに、同じサイプ列25A,25Bを設ける方が走行安定性の点からは好ましい。
In the above example, the sipe depth is two types (D a , D b ; D a > D b ), but may be three or more types. Thus, the degree of wear progress can be set more finely by increasing the types of sipe depth.
Further, in the above example, the
また、前記例では、車輪速センサー12の出力を回転信号生成手段13に送って生成したサンプリングクロックを回転次数比分析手段16に出力するようにしたが、車両制御手段にCAN(コントローラ・エリア・ネットワーク)が形成されている車両では、車輪速をCANから取得することが好ましい。これにより、装置をより簡便なものにできる。 In the above example, the sampling clock generated by sending the output of the wheel speed sensor 12 to the rotation signal generation means 13 is output to the rotation order ratio analysis means 16, but the vehicle control means has a CAN (controller area In a vehicle in which a network is formed, the wheel speed is preferably acquired from CAN. Thereby, an apparatus can be made simpler.
また、前記例では、回転次数スペクトルから、周期2Pに対応する回転次数Naの振動レベルZaと周期Pに対応する回転次数Nbの振動レベルZbとを求めたが、加速度センサー11から出力されるタイヤ振動の振動波形をFFT処理して周波数スペクトルを求め、この周波数スペクトルから、周期2Pに対応する周波数faの振動成分Yaと周期Pに対応する周波数fbの振動成分Ybとを求めて、タイヤ20の摩耗状態を推定してもよい。但し、この場合には、周波数fa及び周波数fbは、車輪速により変化するので、周波数fa及び周波数fbを、周期Pa及び周期Pbと車輪速とを用いて算出する必要がある。
In the above example, the rotational order spectrum has been determined and the vibration level Z b of the rotational order N b corresponding to the vibration level Z a and the period P of the rotational order N a corresponding to the period 2P, from the acceleration sensor 11 obtains a frequency spectrum by FFT processing vibration waveform of tire vibration outputted from this frequency spectrum, the vibration component of the frequency f b corresponding to vibration component Y a and the period P of the frequency f a corresponding to the period 2P Y b And the wear state of the
タイヤサイズが225/55R17のタイヤの左右のショルダー部に、全周にわたってかつ均等に、長さ20mmの周方向サイプを34本形成したタイヤを作製した。周方向サイプの深さは、交互に、5mm,8mm,5mm,8mm,……とした。
このタイヤ(新品タイヤ)を装着した車両に本発明によるタイヤ摩耗推定装置を搭載し、この車両を走行させてタイヤ幅方向のバネ下振動を計測した後、タイヤ摩耗を模擬的に再現するため、このタイヤのトレッドを5mm削った摩耗模擬品タイヤを再度車両に装着して車両を走行させ、タイヤ幅方向のバネ下振動を計測した。摩耗模擬品タイヤでは、5mmの深さであったサイプは消失したが、新品時に8mmの深さであったサイプは、深さが3mmのサイプとなって残っている。
試験後、新品タイヤと摩耗模擬品タイヤのバネ下振動の回転次数分析を行って、回転次数スペクトルを求めた。
図4の細い実線で示す、新品タイヤの回転次数スペクトルでは、回転次数が17次と回転次数が34次付近に振動のピークが発生していたが、図4の太い実線で示す摩耗模擬品タイヤの回転次数スペクトルでは、回転次数が34次付近のピークは消滅し、回転次数が17次付近に振動のピークのみが残っている。これにより、34次付近のピークの消滅を検出することにより、摩耗が進展したことを推定できることが確認された。
A tire was produced in which 34 circumferential sipes having a length of 20 mm were formed on the left and right shoulders of a tire having a tire size of 225 / 55R17 over the entire circumference and evenly. The depth of the circumferential sipe was 5 mm, 8 mm, 5 mm, 8 mm, and so on alternately.
In order to reproduce tire wear in a simulated manner after mounting the tire wear estimation device according to the present invention on a vehicle equipped with this tire (new tire) and measuring the unsprung vibration in the tire width direction by running this vehicle, A wear simulation tire with a 5 mm shaved tread was mounted on the vehicle again and the vehicle was run to measure unsprung vibration in the tire width direction. In the simulated wear tire, the sipe that was 5 mm deep disappeared, but the sipe that was 8 mm deep when new is still a sipe with a depth of 3 mm.
After the test, the rotation order spectrum of the unsprung vibration of the new tire and the simulated wear tire was analyzed to obtain the rotation order spectrum.
In the rotational order spectrum of the new tire shown by the thin solid line in FIG. 4, vibration peaks occurred in the vicinity of the 17th rotational order and the 34th rotational order, but the wear simulation product tire shown by the thick solid line in FIG. In the rotation order spectrum, the peak around the 34th order of the rotation order disappears, and only the vibration peak remains around the 17th order of the rotation order. Thus, it was confirmed that the progress of wear could be estimated by detecting the disappearance of the peak near the 34th order.
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the embodiment. It is apparent from the claims that the embodiments added with such changes or improvements can also be included in the technical scope of the present invention.
以上説明したように、本発明によれば、走行中のタイヤの摩耗を精度良く推定できるので、雨天時に警告を出したり、タイヤの交換を促したりするなど、車両の走行安全性を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, the wear of a running tire can be accurately estimated, so that it is possible to improve the running safety of the vehicle, such as issuing a warning in the rain or prompting the tire to be replaced. Can do.
10 タイヤ摩耗推定装置、11 加速度センサー、12 車輪速センサー、
13 回転信号生成手段、14 回転次数比分析手段、14a ローパスフィルタ、
14b サンプリング手段、14c 分析手段、15 記憶手段、
16 回転次数成分抽出手段、17 摩耗状態推定手段、17a ピーク比算出部、
17b 判定部、18 警報手段、
20 タイヤ、21 トレッド、22a〜22d 周方向溝、
23a〜23c 中央陸部、24a,24b ショルダー陸部、
25A,25B サイプ列、25a,25b サイプ、
30 車輪部、31 ナックル、32 ホイール、33 ホイールハブ、
34 サスペンション部材、35,36 アーム、37,38 緩衝部材。
10 tire wear estimation device, 11 acceleration sensor, 12 wheel speed sensor,
13 rotation signal generation means, 14 rotation order ratio analysis means, 14a low-pass filter,
14b sampling means, 14c analysis means, 15 storage means,
16 rotational order component extraction means, 17 wear state estimation means, 17a peak ratio calculation section,
17b determination unit, 18 alarm means,
20 tires, 21 treads, 22a-22d circumferential grooves,
23a-23c Central land part, 24a, 24b Shoulder land part,
25A, 25B Sipe train, 25a, 25b Sipe,
30 wheel part, 31 knuckle, 32 wheel, 33 wheel hub,
34 Suspension member, 35, 36 Arm, 37, 38 Buffer member.
Claims (9)
前記タイヤの振動から前記周期に対応する振動成分を抽出する振動成分抽出手段と、
前記振動成分の大きさに基づいてタイヤの摩耗状態を推定する手段とを備えたことを特徴とするタイヤ摩耗推定装置。 Vibration detecting means for detecting the vibration of the tire in which a plurality of recesses having different depths are periodically arranged along the tire circumferential direction of the tread;
Vibration component extracting means for extracting a vibration component corresponding to the cycle from the vibration of the tire;
A tire wear estimation device comprising: means for estimating a tire wear state based on the magnitude of the vibration component.
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