JP2019191122A - タイヤ状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡便な方法でタイヤの状態を検出可能なタイヤ状態検出装置を提供する。【解決手段】タイヤ気室内の温度を検出する温度センサーと、タイヤの回転に伴う加速度を検出する加速度センサーと、タイヤ気室内の圧力を検出する圧力センサーと、検出された温度、加速度、圧力それぞれに基づいてタイヤの疲労状態を算出するための複数のマップを記憶する記憶手段と、各マップを参照し、加速度、温度、圧力からタイヤ疲労指標を算出するタイヤ疲労指標算出手段とを備えた構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤ状態検出装置に関し、特に、鉱山用運搬車両のタイヤの状態を検出するタイヤ状態検出装置に関する。

従来、鉱山用運搬車両等に使用されるダンプトラックのタイヤが受ける応力の指標を決定する方法として、車両により計測される運搬荷重及び走行距離から、荷重と走行距離との積を算出し、その算出値を鉱山および車両の物理的パラメータよって補正して応力の指標を得る技術が開示されている（特許文献１）。

特許５２６９３０４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術では、タイヤの状態の把握において鉱山及び車両の物理的パラメータ等の各種パラメータによる補正に依存する。これらのパラメータは、車両の種類、鉱山の違い、また各鉱山において時々刻々と変化する路面状態に対応すべく補正する必要があり、多大な工数が必要であるという問題がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、より簡便な方法でタイヤの状態を検出可能なタイヤ状態検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのタイヤ状態検出装置の構成として、タイヤ気室内の温度を検出する温度センサーと、タイヤの回転に伴う加速度を検出する加速度センサーと、タイヤ気室内の圧力を検出する圧力センサーと、検出された温度、加速度、圧力それぞれに基づいてタイヤの疲労状態を算出するための複数のマップを記憶する記憶手段と、前記各マップを参照し、前記加速度、前記温度、前記圧力からタイヤ疲労指標を算出するタイヤ疲労指標算出手段とを備える構成とした。
本構成によれば、車両の種類、鉱山の違い、また各鉱山において時々刻々と変化する路面状態に関わらずタイヤの状態を簡単、かつ正確に検出することができる。
また、タイヤ状態検出装置の他の構成として、タイヤ気室内の温度を検出する温度センサーと、タイヤの回転に伴う加速度を検出する加速度センサーと、タイヤ気室内の圧力を検出する圧力センサーと、検出された温度の履歴に基づいてタイヤの熱による熱疲労指標を算出する熱疲労指標算出手段と、検出された加速度及び圧力の履歴に基づいてタイヤへの負荷による負荷疲労指標を算出する負荷疲労指標算出手段と、熱疲労指標及び前記負荷疲労指標に基づいて、タイヤ疲労指標を算出するタイヤ疲労指標算出手段と、を備える構成とした。
本構成によれば、車両の種類、鉱山の違い、また各鉱山において時々刻々と変化する路面状態に関わらず、タイヤの状態を簡単、かつより正確に検出することができる。
また、タイヤ状態検出装置の他の構成として、前記タイヤ疲労指標に基づいてタイヤ使用量を算出するタイヤ使用指標算出手段を備える構成とした。
本構成によれば、従来一般にタイヤは１本毎に製品として販売されていたが、タイヤ使用指標に応じて課金することが可能になる。即ち、タイヤ使用指標を使用量として課金することで、車両におけるタイヤへの初期投資を軽減することができる。また、寿命が尽きる前のタイヤを再利用する際も同様に、交換までの残存疲労余裕に基づき課金することができるため、より柔軟なタイヤの使用形態或いは販売形態を実現できる。

タイヤ状態検出装置の概念図である。 データセンターのハードウェアの構成を示すブロック図である。 データセンターの構成を示すブロック図である。 処理手段のハードウェアの構成を示すブロック図である。 加速度データの波形の一例を示す図である。 タイヤが石に接触したときの加速度データの波形の一例を示す図である。 加速度波形と接地時間及び回転時間との関係を示す図である。 タイヤ疲労指標算出テーブルの概念図である。 外傷評価指標Ｈの概念図である。 タイヤ使用指標算出テーブルの概念図である。 タイヤ摩耗推定テーブルの概念図である。

以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。

図１は、本実施形態に係るタイヤ状態検出装置１の一例を示す概略図である。
タイヤ状態検出装置１は、概略、車両２の運行状態を取得するために車両２に設けられた複数の検出手段から出力される情報に基づいて、データセンター４において車両２に装着されたタイヤ２Ａの状態を取得し、車両２の運行を管理するために鉱山サイトに設けられた管理事務所（管制センター）６の管制コンピュータ７に、取得した情報を出力することで、運行管理者にタイヤ２Ａの状態を報知するように構成される。

図１に示すように、鉱山サイトなどでは、複数の車両２が自動運転で運行される。各車両２には、図外の自動運転装置が搭載され、管理事務所６の管制コンピュータ７から出力される指令に基づいて移動が管理される。
各車両２は、タイヤ２Ａの状態を検出するタイヤ状態検出手段８と、タイヤ状態検出手段８により検出された情報をデータセンター４に出力する中継器１２と備える。

タイヤ状態検出手段８は、車両２に装着されるタイヤ２Ａ毎に設けられる。タイヤ状態検出手段８は、例えば、タイヤ２Ａの気室内の温度を検出する温度センサー１３と、タイヤ２Ａにかかる加速度を検出する加速度センサー１４と、タイヤ２Ａの気室内の空気圧（内圧）を検出する圧力センサー１６とを備える。

温度センサー１３、加速度センサー１４、圧力センサー１６は、例えば、タイヤ内装置２０として、一つのケースに収容されたモジュールとして一体的に構成され、タイヤ内周面を形成するインナーライナーのタイヤ幅方向中心（図中ＣＬで示す）に装着される。本実施形態では、加速度センサー１４は、タイヤ２Ａのトレッド部のタイヤ径方向の加速度αを検出可能に構成されている。タイヤ内装置２０には、温度センサー１３、加速度センサー１４、圧力センサー１６により検出された温度Ｔ、加速度α、空気圧Ｐ等の情報をデータセンター４に出力するための通信手段２２が設けられる。

通信手段２２は、車両２の車体に設けられた中継器１２との間で通信可能に構成される。通信手段２２は、例えば、無線通信装置であって、例えば、無線通信装置としての機能を一つに集約した所謂ワンチップＩＣなどで構成される。通信手段２２と中継器１２との通信は、タイヤ内装置２０側の電力の消費を考慮した場合、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信規格が好適である。温度センサー１３、加速度センサー１４、圧力センサー１６により検出された温度Ｔ、加速度α、空気圧Ｐ等の情報は、中継器１２を介してデータセンター４に出力される。

タイヤ内装置２０には、温度センサー１３、加速度センサー１４、圧力センサー１６及び通信手段２２の動作において電力を供給する図外の電力供給手段等が設けられる。電力供給手段には、例えば、電池が適用される。なお、各センサー１３；１４；１６及び通信手段２２への電力の供給は、電池に限定されずタイヤ２Ａの回転により発電する発電装置であっても良い。この場合、各センサー１３；１４；１６及び通信手段２２等と一体とせずに、タイヤ内において別体として設けても良い。

タイヤ内装置２０には、装置ＩＤが割り振られ、どのタイヤ内装置２０が車両２におけるどの位置に装着されたタイヤ２Ａから入力された情報かデータセンター４において判別可能に構成される。装置ＩＤには、例えば、通信手段２２に固有のものとして設定される通信ＩＤを利用することができる。以下この装置ＩＤをタイヤＩＤという。

中継器１２は、タイヤ内装置２０における通信手段２２との通信を可能にするタイヤ側通信装置と、データセンター４との通信を可能にするセンター側通信装置とを備える。タイヤ側通信装置は、例えば、タイヤ内装置２０に設けられた通信手段２２と通信可能に構成され、例えば、小電力無線通信等の規格を適用される。センター側通信装置は、例えば、インターネットに接続可能な無線通信回線によりデータセンター４に接続される。

センター側通信装置には、車両２を特定するための車両ＩＤが設定され、タイヤ側通信装置を介して入力された温度Ｔ、加速度α、空気圧Ｐ、タイヤＩＤ等の各種情報に加え、車両ＩＤを付加してデータセンター４に出力する。これにより、データセンター４に入力された温度Ｔ、加速度α、空気圧Ｐは、どの車両２のどの位置に装着されたタイヤ２Ａの情報か識別される。

データセンター４は、各車両２の各タイヤ２Ａから入力された温度Ｔ、加速度α、空気圧Ｐ等の情報を時系列に基づいてタイヤ２Ａの状態を解析し、運行管理者に報知する。

図２は、データセンター４のハードウェアの構成を示す。
データセンター４は、例えば、鉱山サイトとは異なる場所に設けられ、サーバーやネットワーク機器などのＩＴ機器が設置された施設である。例えば、クラウドサーバー等と称される設備を利用することができる。即ち、データセンター４は、コンピュータを主として構成され、ハードウェア資源として設けられた演算手段としてのＣＰＵ４０、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶手段４２、外部との情報の入出力を可能にするための入出力手段４４とを備える。

記憶手段４２には、入力された温度Ｔ、加速度α、空気圧Ｐに基づいて各車両２の運行状態を取得するためのプログラムが格納される。データセンター４は、ＣＰＵ４０が記憶手段４２に記憶されたプログラムを実行することにより、該データセンター４を後述の各手段として機能させる。

記憶手段４２には、各車両２からデータセンター４に入力された温度Ｔ、加速度α、空気圧Ｐが、車両ＩＤ毎に履歴として記憶される。また、記憶手段４２には、後述の処理において使用されるテーブル（データマップ）や判定値等の情報があらかじめ記憶される。

入出力手段４４は、例えば、有線、無線等のインターネット回線を介して、車両２及び管理事務所６の管制コンピュータ７と接続可能に構成される。

図３は、データセンター４のブロック図である。データセンター４は、熱疲労指標算出手段４６と、入力された加速度データを処理する加速度データ前処理手段４８と、車両２における各タイヤ２Ａの荷重算出手段５０と、タイヤ回転数算出手段５２と、負荷疲労指標算出手段５３と、タイヤ疲労指標算出手段５４と、疲労判定手段５５と、疲労推定手段５６、外傷検出手段５８と、外傷解析手段５９と、外傷判定手段６０と、外傷推定手段６２と、タイヤ使用指標算出手段６４とを備える。

熱疲労指標算出手段４６は、温度センサー１３により検出された温度Ｔに基づいて熱に起因するタイヤ２Ａのゴムの疲労状態を熱疲労指標Ｆｔとして算出する。熱疲労指標Ｆｔは、熱によるタイヤ２Ａの劣化度合いを示す数値であって、例えば、未使用状態を０、劣化による使用限界を１００として０〜１００の間で示される。
熱疲労指標算出手段４６では、記憶手段４２にあらかじめ記憶させておいた熱疲労指標算出テーブルに、温度Ｔを参照させることで、熱疲労指標Ｆｔを算出する。
ゴムの疲労は、タイヤに使用されるゴムの種類、タイヤの構造に依存するため、熱疲労指標算出テーブルは、タイヤの種類毎に、ドラム試験などによって新品状態から熱による劣化限界を取得することで作成される。

加速度データ前処理手段４８は、後段の車両２における各タイヤ２Ａの荷重算出手段５０と、タイヤ回転数算出手段５２と、外傷検出手段５８等の処理において使用される加速度データの前処理を実行する。

図４は、加速度データ前処理手段４８の構成の一例を示すブロック図である。図５は、加速度データの波形の一例を示す図である。加速度データ前処理手段４８は、加速度データ読込部４８Ａと、ピーク位置検出部４８Ｂと、ピーク位置判別部４８Ｃとを備える。
加速度データ読込部４８Ａは、記憶手段４２に記憶された加速度データの読み込みを実行する。

ピーク位置検出部４８Ｂは、読み込んだ加速度データに含まれるピークの位置を検出する。検出された各ピークは、それぞれに対応する位置とともに大きさがピークデータとして記憶される。ここでいう位置とは、加速度データにおける時間的な位置を示している。

ピーク位置判別部４８Ｃは、ピーク位置検出部４８Ｂにより検出されたピークデータから、タイヤ２Ａが路面と接地するときの踏み込み側の端部を（以下、踏込端という）Ｓｉ、及びタイヤ２Ａが路面から離間するときの蹴り出し側の端部を（以下、蹴出端という）Ｋｏか、それ以外を判別する。

図５に示すように、踏込端Ｓｉ及び蹴出端Ｋｏを示すピークは、加速度データにおいてタイヤ２Ａが１回転する毎に正・負２つのピークＥｋ，Ｅｆとなって現われる。例えば、時系列的に最初に出現するピークＥｋは、タイヤ２Ａのタイヤ内装置２０が装着された位置が路面に衝突するときに生じるピークであり、このピークが踏込端Ｓｉである。次に出現するピークＥｆ（ピークＥｋと符号が逆向き）は、タイヤ２Ａのタイヤ内装置２０が装着された位置が路面から離れるときに生じるピークであり、このピークが蹴出端Ｋｏである。

図６は、タイヤが石に接触したときの衝撃波形を含む加速度データの波形の一例を示す図である。また、加速度データには、石に接触したり、石や路面に形成された大きな凹凸を踏破したとき等の過度な入力（以下、大入力という）があった場合に、図６に示すような衝撃波形が加速度データの波形に含まれる。即ち、踏込端Ｓｉ及び蹴出端Ｋｏを示すピークＥｋ；Ｅｆ以外のピークが加速度データの波形に現れる。

そこで、ピーク位置判別部４８Ｃでは、加速度データにおいて検出されたピークデータから時系列に早い時刻位置に出現する正側のピークの位置を踏込端Ｓｉの位置ｔ１１、次に、出現する負側のピークの位置を蹴出端Ｋｏの位置ｔ１２として仮定し、記憶する。さらに、これに連続して次に出現する正・負２つのピークの位置を、それぞれ、次の踏込端Ｓｉの時刻（位置）ｔ２１、及び、次の蹴出端Ｋｏの位置ｔ２２等として仮定し、記憶する。

図７は、加速度データにおける接地時間Ｔｃ及び回転時間Ｔｃとの関係を示す図である。
次に、上記仮定に基づいて、図７に示す接地時間Ｔｃ及びタイヤ２Ａが１回転するときの回転時間Ｔｒを算出する。まず、時系列的に先に仮定した踏込端Ｓｉの位置ｔ１１及び蹴出端Ｋｏの位置ｔ１２により接地時間Ｔｃを算出する。具体的には、接地時間Ｔｃは、蹴出端Ｋｏの位置ｔ１２−踏込端Ｓｉの位置ｔ１１により算出される。

次に、先に仮定した踏込端Ｓｉの位置ｔ１１及び次に仮定した踏込端Ｓｉの位置ｔ２１により回転時間Ｔａｂを算出する。具体的には、回転時間Ｔｒは、蹴出端Ｋｏの位置ｔ２１−踏込端Ｓｉの位置ｔ１１により算出される。なお、回転時間Ｔｒは、蹴出端Ｋｏの位置ｔ１１と次の蹴出端Ｋｏの位置ｔ２２との差から算出してもよい。ここで、踏込端Ｓｉの位置ｔ１２と蹴出端Ｋｏの位置ｔ２１との差が、接地外時間Ｔｘである。

次に、接地時間比Ｋを算出し、接地時間比Ｋを用いて上記仮定が正しいか否かを判定する。接地時間比Ｋは、タイヤ２Ａが回転時間Ｔｒで一回転するときの接地時間Ｔｃの占める割合であって、Ｔｃ／Ｔｒにより算出される。

次に、算出された接地時間比Ｋに対して接地時間比範囲［Ｋ１，Ｋ２］を設定し、Ｋと、接地時間比範囲の下限値Ｋ１及び接地時間比範囲の上限値Ｋ２とを比較し、接地時間比Ｋが接地時間比範囲にあるか否かを判定する。

例えば、大入力の位置を後の蹴出端Ｋｏの位置と推定してしまった場合に、算出された回転時間Ｔｒが実際の回転時間よりも短くなり、また、大入力の位置を後の踏込端Ｓｉと推定してしまった場合には、算出された接地時間Ｔｃが、実際の接地時間よりも短くなる。そこで、正しい踏込端Ｓｉの位置及び蹴出端Ｋｏの位置を取得するための判定基準として接地時間比範囲［Ｋ１，Ｋ２］を設定し、ピークを判定することにより、踏込端Ｓｉ及び蹴出端Ｋｏの位置を正確に検出することが可能となり、踏込端Ｓｉ及び蹴出端Ｋｏの位置の誤検出を防止することができる。

即ち、ピーク位置判別部４８Ｃでは、算出した接地時間比Ｋが、予め設定された接地時間比範囲［Ｋ１，Ｋ２］内にあるか否かを判定し、接地時間比Ｋが接地時間比範囲内（Ｋ１≦Ｋ≦Ｋ２）にある場合には、踏み蹴り位置推定部において推定されたｔ１１，ｔ１２，ｔ２２がそれぞれ実際の踏込端Ｓｉの位置、蹴出端Ｋｏの位置（正常位置）として判定される。正常位置として判定されたピークは、接地ピークデータとして記憶手段４２に記憶される。

一方、接地時間比Ｋが接地時間比範囲外（Ｋ＜Ｋ１またはＫ＞Ｋ２）のときには、推定された踏込端Ｓｉの位置ｔ１１と蹴出端Ｋｏの位置ｔ１２，ｔ２２の位置うちのいずれか一つ、もしくは、２つ、もしくは全部が実際の踏込端Ｓｉの位置及び蹴出端Ｋｏの位置ではない（誤推定）と判定する。誤推定された場合には、ピークの位置の組み合わせを変え、再び、接地時間比Ｋを算出することを繰り返すことで、検出された踏込端Ｓｉの位置、蹴出端Ｋｏの位置と、それ以外のピークとを判別する。踏込端Ｓｉ及び蹴出端Ｋｏ以外のピークは、接地外ピークとして記憶手段４２に記憶される。また、上述の演算過程において得られたタイヤ１回転毎の接地時間Ｔｃ、回転時間Ｔｒは、記憶手段４２に記憶される。

上述の判定処理により判定された接地外ピークは、タイヤ２Ａが石等に衝突したときや、石や凹凸を踏破したとき等の不整地路面を走行したときの衝撃によるものとして判別することができる。

荷重算出手段５０は、記憶手段４２に記憶された接地時間Ｋと、空気圧Ｐとに基づいて、タイヤ２Ａの荷重Ｗを算出する。
タイヤ２Ａの接地長さＬは、タイヤ２Ａに掛かる荷重Ｗと、タイヤ２Ａの空気圧Ｐとによって変化する。具体的には、接地長さＬは、タイヤ２Ａに掛かる荷重Ｗについては、大きければ長く（接地時間比Ｋは大きく）、小さければ短く（接地時間比Ｋは小さく）なるようなほぼ直線の比例関係にある。一方、空気圧Ｐについては、高くなれば小さく、空気圧Ｐが低くなれば大きくほぼ直線の比例関係にある。

したがって、演算された接地時間比Ｋを検出された空気圧Ｐを用いて補正することで、荷重Ｗの推定精度を高めることができる。ここでいう接地長さＬは、接地ピークデータとして記憶された踏込端Ｓｉの位置及び蹴出端Ｋｏの位置に基づいて算出され、時間によって表される。

本実施形態では、入力された加速度データに基づいて算出された接地時間比Ｋは、基準空気圧Ｐ０における接地長さＬを意味するものとして扱う。基準空気圧Ｐ０とは、車両が異なる毎、或いは車両２において装着される位置毎に、タイヤ２Ａに適正な空気圧として設定される推奨値をいう。以下の説明では、基準空気圧Ｐ０に対応させて演算された接地時間比Ｋを接地時間比Ｋ０として示す。

圧力センサー１６により検出された空気圧Ｐがｐのときの接地時間比をＫｐとして示すと、接地時間比Ｋｐは、算出された接地時間比Ｋ０に対して、Ｋｐ＝Ｋ０＋ｍ（p−Ｐ０）の関係があるとして算出できる。ここで、ｍは、負の数値（ｍ＜０）であり、空気圧と接地時間比との関係を予め算出し、設定される係数である。

荷重算出手段５０では、荷重Ｗの算出にあたり、まず、圧力センサー１６により計測された空気圧Ｐと基準空気圧Ｐ０とを比較する。空気圧Ｐと基準空気圧Ｐ０との間に差がない場合には、記憶手段４２に記憶された接地時間Ｋ０を接地時間比Ｋｐとし、検出された空気圧Ｐと基準空気圧Ｐ０とに差がある場合には、上記補正式を用いて接地時間比Ｋ０を補正する。

そして記憶手段４２に予め記憶させておいた荷重算出テーブルを読み込み、得られた接地時間比Ｋｐを荷重算出テーブルに参照させることで、タイヤ２Ａの荷重Ｗｐが算出される。荷重算出テーブルとは、基準空気圧Ｐ０を基準として予め接地時間比の大きさと荷重との関係を求めておいたものである。算出された荷重Ｗは、記憶手段４２に出力され、荷重履歴データとして記憶される。

タイヤ回転数算出手段５２は、例えば、記憶手段４２に記憶された回転時間Ｔｒに基づいて、単位時間当たりのタイヤ回転数を算出する。具体的には、回転時間Ｔｒの逆数を算出することで単位時間当たりのタイヤ回転数が得られる。算出したタイヤ回転数は、記憶手段４２に出力され、タイヤ回転数の履歴、即ち走行距離としてデータとして記録される。

負荷疲労指標算出手段５３は、荷重履歴及びタイヤ回転数（走行距離）に基づいて、タイヤへの負荷による疲労の度合いを示す負荷疲労指標Ｆｗを算出する。
負荷疲労指標Ｆｗは、例えば、次のように算出することができる。タイヤ２Ａの負荷疲労指標Ｆｗを算出するための負荷疲労指標算出テーブルを、あらかじめ記憶手段４２に記憶させておき、荷重の積算値及びタイヤ回転数（走行距離）を、負荷疲労指標算出テーブルに参照させることで、負荷によるタイヤの疲労状態を示す負荷疲労指標Ｆｗを算出する。

負荷疲労指標算出テーブルは、例えば、タイヤの種類毎、具体的にはタイヤの構造毎に作成すると良い。負荷疲労指標算出テーブルは、タイヤ２Ａのドラム試験等の機上試験や、実際の車両にタイヤを装着し、走行試験を行ったとき等の試験結果に基づいて作成することができる。負荷疲労指標算出手段５３により算出される負荷疲労指標Ｆｗは、タイヤ２Ａに故障の起こり得る状態をとなったときを１００とし、荷重の積算値及びタイヤ回転数に応じて、例えば、３０、５０、８０等の０〜１００までの数値で表される。
なお、指標の設定は上記例に限定されず適宜変更すれば良い。算出された負荷疲労指標Ｆｗは、記憶手段４２に出力され、例えば、負荷疲労指標データ等として記憶される。

図８は、タイヤ疲労指標算出テーブルの概念図である。タイヤ疲労指標算出手段５４は、熱疲労指標算出手段４６と負荷疲労指標算出手段５３とに基づいて、タイヤ２Ａの総合的な疲労の度合いを示すタイヤ疲労指標Ｆを算出する。
タイヤ疲労指標Ｆは、例えば、次のように算出することができる。タイヤ疲労指標を算出するためのタイヤ疲労指標算出テーブルをあらかじめ記憶手段４２に記憶させておき、熱疲労指標Ｆｔ及び負荷疲労指標Ｆｗを、タイヤ疲労指標算出テーブルに参照させることで、使用限界に達していないタイヤ２Ａの疲労状態を示すタイヤ疲労指標Ｆを算出する。

図８に示すように、タイヤ疲労指標算出テーブルは、例えば、タイヤの種類毎、具体的にはタイヤの構造毎に作成すると良い。タイヤ疲労指標算出テーブルは、タイヤ２Ａのドラム試験等の機上試験や、実際の車両にタイヤを装着し、走行試験を行ったとき等の試験結果に基づいて作成すれば良い。
算出されるタイヤ疲労指標Ｆは、熱疲労指標Ｆｔ及び負荷疲労指標Ｆｗの組み合わせによりタイヤに故障が生じうる状態となったときを１００とし、熱疲労指標Ｆｔ及び負荷疲労指標Ｆｗに応じて、例えば、３０、５０、８０等の０〜１００までの数値で表される。
なお、指標の設定は上記例に限定されず適宜変更すれば良い。算出されたタイヤ疲労指標Ｆは、記憶手段４２に出力され、例えば、タイヤ疲労指標データ等として記憶される。

疲労判定手段５５は、タイヤ疲労指標Ｆに基づいて、タイヤ２Ａの疲労状態が危険な状態にあるかどうかを判定する。具体的な処理の一例としては、タイヤ疲労指標Ｆの大きさが閾値ｕよりも大きいか否かによりタイヤ２Ａの疲労状態が危険な状態であるかどうかを判定する。閾値ｕは、タイヤ２Ａの疲労状態を判定するための判定値である。タイヤ疲労指標Ｆが閾値ｕより大きい場合には、タイヤが危険な状態にあると判定し、その旨を管制コンピュータ７に出力する。タイヤ疲労指標Ｆが、閾値ｚ以下の場合には、監視を継続する。

疲労推定手段５６は、タイヤ疲労指標算出手段５４により算出されたタイヤ疲労指標Ｆに基づいて、タイヤ２Ａの疲労状態を推定する。タイヤ２Ａの疲労状態は、例えば、次のように推定することができる。タイヤ２Ａの疲労状態を推定するタイヤ疲労状態推定テーブルをあらかじめ記憶手段４２に記憶させておき、タイヤ疲労指標算出手段５４により算出されたタイヤ疲労指標Ｆを、タイヤ疲労状態推定テーブルに参照させることで、タイヤ２Ａの疲労推定値を算出する。

タイヤ疲労推定値は、例えば、故障発生の起こり得る状態を１００とし、タイヤ疲労指標Ｆに応じて、例えば、３０、５０、８０等の０〜１００までの数値で表される。タイヤ疲労状態推定テーブルを作成する場合、例えば、安全率を考慮して疲労推定値を算出するように設定すると良い。例えば、安全率を２とし、タイヤ疲労指標Ｆが２０のときは、２×２０の４０が疲労推定値として出力される。また、タイヤ疲労指標Ｆが５０のときは、２×５０の１００が疲労推定値として出力され、例えば、タイヤの交換が必要であることが分かる。タイヤ疲労状態推定データは、タイヤ開発などにおける耐久試験の結果や、過去の使用履歴に基づいて作成することができる。推定された疲労推定値は、入出力手段４４を介して管理事務所６の運行管理コンピュータ７に出力される。

例えば、鉱山用の車両等では、荷役のシビアさに変動が少ないものと考えることができるので（つまり時間に略比例して疲労が進捗するので）、管理者は過去の使用履歴から疲労推定値が５０となる時期を容易に推測することができる。したがって、管理者は、疲労推定値の数値を確認することで、どの車両２のどのタイヤ２Ａを将来的に交換すべきか容易に把握することが可能となり、新品タイヤへの交換や、タイヤのローテーション等、車両２におけるタイヤ２Ａの計画的なメンテナンス、及び運行管理を実現することができる。

外傷検出手段５８は、記憶手段４２に記憶された接地外ピークデータからタイヤ２Ａに外傷を与える虞のあるピークを検出する。外傷検出手段５８では、接地外ピークデータに外傷検出データを参照させてタイヤに損傷（外傷）を与える虞のあるピークを検出する。
外傷検出データとは、タイヤ２Ａに外傷を生じさせる虞のある加速度の波形を纏めたデータベースである。したがって、外傷検出手段５８では、接地外ピークデータに、外傷検出データを構成する参照波形をマッチングさせることで、外傷を及ぼす波形か、そうでない波形か判別することができる。外傷検出手段５８により、検出されたピークは、外傷ピークデータとして記憶手段４２に出力され、記憶される。

図９は、外傷評価指標Ｈの概念図である。
外傷解析手段５９は、外傷ピークデータにおける個々の外傷ピークがどの程度の外傷を負わせるものかを解析し、外傷評価指数Ｈを算出する。外傷解析手段５９では、例えば、外傷ピークの大きさに応じて複数の段階に分類し、分類毎に評価値Ｇｉ（ここでは、ｉ＝１，２，３，・・・）を設定する。外傷ピークは、あらかじめ設定された複数の閾値ｖに対する大小に応じて分類することができる。閾値ｖは、例えば、ｖ１＜ｖ２＜ｖ３＜・・・＜ｖｉ等として設定すれば良い。そして、外傷ピークの大きさが、閾値ｖ１より小さいときには評価値Ｇ１に１、閾値ｖ２以上閾値ｖ３より小さいときには評価値Ｇ２に２、閾値ｖ３以上のときには評価値Ｇ３に３等として設定される。

次に、外傷解析手段５９では、評価値Ｇｉにより分類された外傷ピークの出現回数Ｔｉを評価値Ｇｉ毎に算出する。
そして、外傷解析手段５９では、外傷の状態を評価するための外傷評価指標Ｈを算出する。外傷評価指標Ｈは、例えば、Ｈ＝Σｈ_ｉＧ_ｉＴ_ｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）により算出される。なお、ｈ_ｉは、積算における係数であって、タイヤ２Ａの感度に依存するためタイヤ毎に異なる値が設定される。

外傷状態判定手段６０は、外傷評価指標Ｈに基づいて、タイヤ２Ａの外傷の状態が、タイヤ２Ａを損傷させる虞のあるものかどうかを判定する。具体的な処理の一例としては、外傷評価指標Ｈの大きさが閾値ｗよりも大きいか否かによりタイヤ２Ａが交換を必要とする状態にあるかどうかを判定する。閾値ｗは、タイヤ２Ａの使用限界を判定するための判定値である。外傷評価指標Ｈの大きさが閾値ｗより大きい場合には、タイヤ２Ａの損傷が危険な状態にあるとして判定する。また、閾値ｗ以下の場合には、まだ、危険な状態ではないとして判定する。タイヤ２Ａの損傷が危険な状態にあるとして判定した場合には、判定した情報を管制コンピュータ７に出力する。

なお、外傷状態判定手段６０における処理では、１つの閾値ｗによりタイヤ２Ａの外傷の状態を判定するものとしたが、これに限定されず、例えば、閾値の大きさをｗ１＜ｗ２＜ｗ３・・・等として複数設定し、外傷評価指標Ｈがどの閾値の範囲にあるかに応じて外傷の状態を詳細に判定しても良い。

外傷推定手段６２は、外傷評価指標Ｈに基づいて、タイヤ２Ａの使用限界に達する時期を推定する。タイヤ２Ａの外傷状態は、例えば、次のように推定することができる。外傷評価指標Ｈを、あらかじめ記憶手段４２に記憶させておいた外傷推定テーブルに参照させることで、外傷度を推定する。外傷推定テーブルは、外傷評価指標Ｈを変数とし、タイヤ２Ａの外傷の度合いを示す外傷度を算出する。外傷度は、故障発生を１００とし、外傷の度合い（外傷度）を０〜１００の間の数値により表したものである。外傷推定テーブルは、安全率を考慮して作成すると良い。例えば、安全率を２とし、外傷評価指標Ｈが２０のときは、２×２０の４０が外傷度として出力される。また、外傷評価指標Ｈが５０のときは、２×５０の１００が外傷度として出力され、例えば、タイヤの交換が必要であることが分かる。鉱山用車両等では、荷役のシビアさに変動が少ないと考えることができ（つまり時間に略比例して疲労が進捗するので）、過去の使用履歴から外傷度５０となる時期を推測できることになり、タイヤの交換を含むタイヤや車両の計画的なメンテナンスを実現することができる。

外傷推定テーブルは、タイヤ開発などにおける耐久試験の結果や、過去の使用履歴に基づいて作成することができる。推定されたタイヤの外傷度は、入出力手段４４を介して管理事務所６の管制コンピュータ７に出力される。

図１０は、タイヤ使用指標算出テーブルの概念図である。
タイヤ使用指標算出手段６４は、タイヤ疲労指標算出手段５４及び外傷解析手段５９により算出されたタイヤ疲労指標Ｆ及び外傷評価指標Ｈに基づいてタイヤ使用指標Ｕを算出する。タイヤ使用指標Ｕは、例えば、次のように算出することができる。タイヤ使用指標Ｕを算出するためのタイヤ使用指標算出テーブルを、あらかじめ記憶手段４２に記憶させておき、タイヤ疲労指標Ｆ及び外傷評価指標Ｈを、タイヤ使用指標算出テーブルに参照させることで、タイヤ使用指標Ｕを算出する。

タイヤ使用指標Ｕは、タイヤ２Ａが使用限界となったときを１００とし、タイヤ疲労指標Ｆ及び外傷評価指標Ｈに応じて、例えば、３０、５０、８０等の０〜１００までの数値で表される。算出されたタイヤ使用指標Ｕは、入出力手段４４を介して管理事務所６の管制コンピュータ７に出力される。タイヤ使用指標Ｕは、例えば、課金金額を示す指標と持捉えることができる。

管制コンピュータ７は、場内に設けられた管理事務所６内に設置されたコンピュータであって、例えば、場内における各車両２の走行管制（走行ルート）を管理・制御する。
管制コンピュータ７は、インターネット等の通信回線を通じて、データセンター４から入力された情報をモニター上に表示する。即ち、管制コンピュータ７は、各車両２におけるタイヤ２Ａの状態を報知する報知手段として機能する。

以下、運行管理装置１の動作を説明する。
各車両２の各タイヤ２Ａに設けられた温度センサー１３、加速度センサー１４、圧力センサー１６により検出された情報が、データセンター４に入力される。

データセンター４に入力された温度Ｔ、加速度α、空気圧Ｐ等の情報は、それぞれ温度データ、加速度データ、空気圧データ等として記憶手段４２に時系列データとして記憶される。そしてこれらのデータに基づいて各手段による処理が実行される。

データセンター４では、温度データに基づいて、熱疲労指標算出手段４６により、各タイヤ２Ａの使用にともなって生じる発熱によるゴムの疲労を示す熱疲労指標Ｆｔを算出する。

また、入力された情報のうち、加速度データについて、加速度データ前処理手段４８による前処理が実行される。加速度データは、加速度データ前処理手段４８における加速度データ読込部４８Ａにより読み込まれ、ピーク位置検出部４８Ｂにより加速度データにおけるピークの位置が検出され、ピークデータとして生成される。生成されたピークデータは、ピーク位置判別部４８Ｃにより、ピークデータに含まれるピークが、タイヤ２Ａが路面と接地するときの接地ピークデータと、接地外ピークデータとに判別される。そして、上記判別により得られた接地ピークデータに基づいてタイヤ１回転毎の接地時間Ｔｃ、回転時間Ｔｒを算出する。

次に、算出された接地時間比Ｋと入力された空気圧データとに基づいて、荷重算出手段５０により各タイヤ２Ａに掛かる荷重Ｗを算出する。
次に、算出された回転時間Ｔｒに基づいて、タイヤ回転数算出手段５２によりタイヤ２Ａの回転数（タイヤ回転数）を算出する。
次に、荷重Ｗ及びタイヤ回転数に基づいて、負荷疲労指標算出手段５３によりタイヤ２Ａの使用にともなう力学的な疲労を示す負荷疲労指標Ｆｗを算出する。

次に、熱疲労指標Ｆｔと負荷疲労指標Ｆｗに基づいて、タイヤ疲労指標算出手段５４によりタイヤ２Ａの総合的な疲労の状態を示すタイヤ疲労指標Ｆを算出する。

次に、タイヤ疲労指標Ｆに基づいて、疲労判定手段５５がタイヤ２Ａの疲労が危険な状態にあるかどうかを判定するとともに、疲労推定手段５６がタイヤ２Ａの疲労状態を推定する。疲労判定手段５５により判定された判定結果及び疲労推定手段５６により推定されたタイヤの疲労状態は、管制コンピュータ７に出力される。

また、接地外ピークデータに基づいて、外傷検出手段５８がタイヤ２Ａに外傷を生じさせる虞のあるピークを検出し、外傷ピークデータを生成する。

次に、外傷ピークデータに基づいて、外傷解析手段５９が、外傷ピークデータにおける外傷ピークがどの程度の外傷を負わせるものかその大きさに応じて評価値Ｇｉを用いて分類し、評価値Ｇｉ毎に分類された外傷ピークの出現回数Ｔｉを算出し、Ｈ＝Σｈ_ｉＧ_ｉＴ_ｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）により、外傷評価指標Ｈを算出する。

次に、外傷評価指標Ｈに基づいて、外傷状態判定手段６０が、外傷の状態が危険であるかどうかを判定する。タイヤ２Ａの外傷が危険な状態にあるとして判定した場合には、判定した情報を管制コンピュータ７に出力する。

また、外傷評価指標Ｈに基づいて、外傷推定手段６２が、タイヤ２Ａの外傷による劣化の状態を示す外傷度を算出する。

次に、タイヤ疲労指標算出手段５４及び外傷解析手段５９により算出されたタイヤ疲労指標Ｆ及び外傷評価指標Ｈに基づいてタイヤ使用指標算出手段６４がタイヤ使用指標Ｕを算出し、管制コンピュータ７にタイヤ使用指標Ｕを出力する。

以上説明したように、従来のように、車両情報，鉱山情報といった間接情報に基づくのではなく、直接タイヤを計測するほうが精度よくタイヤの疲労度を推定できる。センサーはタイヤの温度、圧力、加速度を計測し、計測したデータをセンサーから車載器を経由して車外データセンターに転送し、データセンターにてセンサーにより検出された温度、圧力、加速度の解析を行うことにより、各タイヤの疲労度を担当者に連絡することができる。そして、疲労度の履歴からタイヤ疲労度の将来予測を行い、タイヤ交換時期を推奨することができる。また、タイヤが危険な状態にある場合にはタイヤ交換を勧告することができる。

また、一般にタイヤは１本毎に製品として販売されるが、本技術によってタイヤの疲労指標の蓄積として算出されたタイヤ使用指標Ｕに応じて課金することが可能になる。即ち、タイヤ使用指標Ｕを使用量として課金することで、車両におけるタイヤへの初期投資を軽減することができる。また、寿命が尽きる前のタイヤを再利用する際も同様に、交換までの残存疲労余裕に基づき課金することができるため、より柔軟なタイヤの使用形態或いは販売形態を実現できる。

図１１は、タイヤ摩耗推定テーブルの概念図である。上記実施形態で説明した負荷疲労指標Ｆｗは、例えば、タイヤ２Ａの摩耗状態に基づいて算出するようにしても良い。即ち、荷重Ｗとタイヤ回転数からタイヤ摩耗指標Ｆｍを負荷疲労指標Ｆｗとしても良い。タイヤ２Ａの摩耗はタイヤ回転数に略比例するが、荷重Ｗによる促進効果もある。そこで、図１１に示すような荷重Ｗとタイヤ回転数からタイヤ摩耗指標Ｆｍを算出するタイヤ摩耗推定テーブルをあらかじめ記憶手段４２に記憶させておき、荷重Ｗとタイヤ回転数に応じてタイヤ摩耗指数Ｆｍを算出するようにしても良い。

１ 運行管理装置、２ 車両、４ データセンター、６ 管理事務所、
７ 管制コンピュータ。

Claims (3)

1. タイヤ気室内の温度を検出する温度センサーと、
   タイヤの回転に伴う加速度を検出する加速度センサーと、
   タイヤ気室内の圧力を検出する圧力センサーと、
   検出された温度、加速度、圧力それぞれに基づいてタイヤの疲労状態を算出するための複数のマップを記憶する記憶手段と、
   前記各マップを参照し、前記加速度、前記温度、前記圧力からタイヤ疲労指標を算出するタイヤ疲労指標算出手段と、を備えたタイヤ状態検出装置。
2. タイヤ気室内の温度を検出する温度センサーと、
   タイヤの回転に伴う加速度を検出する加速度センサーと、
   タイヤ気室内の圧力を検出する圧力センサーと、
   前記検出された温度の履歴に基づいてタイヤの熱による熱疲労指標を算出する熱疲労指標算出手段と、
   前記検出された加速度及び圧力の履歴に基づいてタイヤへの負荷による負荷疲労指標を算出する負荷疲労指標算出手段と、
   前記熱疲労指標及び前記負荷疲労指標に基づいて、タイヤ疲労指標を算出するタイヤ疲労指標算出手段と、を備えたタイヤ状態検出装置。
3. 前記タイヤ疲労指標に基づいてタイヤ使用量を算出するためのタイヤ使用指標算出手段を備えた請求項１又は請求項２記載のタイヤ状態検出装置。
   
   

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