JP2019219355A - タイヤ内圧検出方法及びタイヤ内圧検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便にタイヤの内圧を検出可能なタイヤ内圧検出方法及びタイヤ内圧検出装置を提供する。【解決手段】車両の進行方向に対して交差する方向に一列に配列された荷重センサ群を設け、当該荷重センサ群を通過する前記車両のタイヤ内圧を検出するタイヤ内圧検出方法であって、前記荷重センサ群をタイヤが通過するときの荷重の時間変化及び通過面積の時間変化を取得するステップと、取得された前記荷重の時間変化及び前記通過面積の時間変化に基づいて、前記タイヤ内圧を算出するステップとを含むようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤ内圧検出方法及びタイヤ内圧検出装置に関し、特に、タイヤ内にセンサを設けることなく、タイヤの内圧を検出するタイヤ内圧検出方法及びタイヤ内圧検出装置に関する。

従来、タイヤの内圧を検出する方法として、タイヤ内にセンサを設け、タイヤの内圧を検出する装置を用いる方法や、車両の走行する路面にセンサを設け、センサの上を、車両を走行させた状態でタイヤを通過させてタイヤの内圧を検出する装置を用いる方法（特許文献１）等が知られている。

ＵＳ２０１０/００５８８５２Ａ１

しかしながら、タイヤ内にセンサを装着した場合、センサに異常が見られたときに、交換タイヤを脱着する必要があり、手間を要するという問題がある。また、特許文献１に開示される装置では、車両の進行方向に２列以上荷重センサを配置してタイヤの内圧を検出しているため、使用する荷重センサの数量が多く、荷重センサの故障等に対応するための管理、維持に手間がかか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、より簡便にタイヤの内圧を検出可能なタイヤ内圧検出方法及びタイヤ内圧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内圧検出方法の態様として、車両の進行方向に対して交差する方向に一列に配列された荷重センサ群を設け、当該荷重センサ群を通過する前記車両のタイヤ内圧を検出するタイヤ内圧検出方法であって、前記荷重センサ群を前記タイヤが通過するときの荷重の時間変化及び通過面積の時間変化を取得するステップと、取得された前記荷重の時間変化及び前記通過面積の時間変化に基づいて、前記タイヤ内圧を算出するステップとを含むようにした。
本態様によれば、タイヤ内のセンサを使用せずに、タイヤの内圧を検知することができる。
また、上記課題を解決するためのタイヤ内圧検出装置の態様として、車両の進行方向に対して交差する方向に一列に配列された荷重センサ群を備え、当該荷重センサ群を通過する前記車両のタイヤ内圧を検出するタイヤ内圧検出装置であって、前記荷重センサ群から、前記タイヤが通過するときの荷重の時間変化及び通過面積の時間変化を取得する取得手段と、前記荷重の時間変化に基づいて、前記タイヤに掛かる接地荷重を算出する接地荷重算出手段と、前記通過面積の時間変化に基づいて、前記タイヤの接地面積を算出する接地面積算出手段と、前記算出された接地荷重及び接地面積に基づいて、前記タイヤ内圧を算出する内圧算出手段とを備えた構成とした。
本構成によれば、タイヤ内のセンサを使用せずに、タイヤの内圧を検知することができる。

タイヤ内圧検出装置の概略構成図である。 計測部による荷重計測の概念図である。 センサによる荷重計測の概念図である。 計測部により検出された荷重データを示す図である。 処理部のハードウェアの構成図である。 タイヤが計測部を通過するときの様子を示した図である。

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内圧検出装置１の概略構成図である。図１に示すように、タイヤ内圧検出装置１は、計測部１０と、処理部２０とを備える。
計測部１０は、荷重を検出可能なセンサ１２を複数備える。複数のセンサ１２は、例えば、一直線上に均等な間隔で一列に配置され、一つのセンサ群を構成する。隣接するセンサ１２は、配列方向に所定距離離間するように間隔Ｘが設定される。各センサ１２は、荷重を計測するための受圧面１２ａを有する。受圧面１２ａは、例えば、図１に示すように、矩形状に設定され、タイヤ通過方向の長さがＡ、センサ配列方向の長さがＢに設定されている。なお、受圧面の１２ａの形状は、一例であってこれに限定されない。複数のセンサ１２は、例えば、隣接するセンサ１２同士の間に上記間隔Ｘを維持しつつ、一端側から他端側までの距離が計測対象となるタイヤＲの幅Ｗを超える長さを有するように数量が設定される。即ち、複数のセンサ１２で構成される荷重の検出部の長さは、センサ１２のセンサ配列方向の長さＢにセンサ１２の個数を乗じた数値と、センサ１２の個数から１を減じた数に間隔Ｘを乗じた数値との和により設定される。

図２（ａ），（ｂ）は、計測部１０による荷重計測の概念図である。なお、図２（ｂ）では、計測部１０を１５個のセンサ１２で構成しているが、説明の便宜上設定した数であってこれに限定されない。また、図２（ｂ）におけるＭは、タイヤＲの接地面、所謂タイヤのフットプリントの一例を示している。図２に示すように、計測部１０は、走行する車両の進行方向に、センサ１２の配列方向が交差するように路面ｚ等に設けられる。なお、交差とは、タイヤＲがセンサ１２の配列方向を横切るように通過することを意味し、例えば、タイヤＲがセンサ１２の配列方向と直交するように通過すると、計測精度が最も良い。

計測部１０は、走行中の車両のタイヤＲが、複数のセンサ１２の上を通過することにより、荷重を計測する。即ち、複数のセンサ１２によりタイヤＲの接地面Ｍを走査して荷重を計測する。例えば、図２（ｂ）に示す場合、計測部１０は、複数のセンサ１２のうち、タイヤＲが通過する位置３から位置１３までのセンサ１２により荷重が計測される。

図３は、センサ１２による荷重の検出を示す図である。図３（ａ）に示すように、センサ１２は、例えば、回転するタイヤＲの踏込端Ｓｉｎが受圧面１２ａに乗ったときに荷重を出力し、図３（ｂ）に示すように、接地面Ｍの主要部分が通過し、蹴出端Ｋｏｕｔが受圧面１２ａから離れたときに荷重の出力を停止する。センサ１２により計測された荷重値は、センサ１２の有する分解能δｔに応じて出力される。

図４は、センサ１２により計測された荷重の時間変化を示す波形である。図４（ａ）に示す波形ｕ１は、図３における位置３や位置１３のセンサ１２により検出された荷重の時間変化を示している。また、図４（ｂ）に示す波形ｕ２は、ちょうどタイヤ幅方向のタイヤセンターＣＬ上にある位置８のセンサ１２により検出された荷重の時間変化を示している。

図３に示すように、接地面Ｍは、幅方向の端部がタイヤセンターＣＬよりも接地長さが短いため、タイヤＲが位置３や位置８のセンサ１２を加圧する時間は、位置８のセンサ１２を加圧する時間よりも短い。図４（ａ）に示す波形ｕ１の荷重計測範囲の時間間隔ｔ１は、図４（ｂ）に示す波形ｕ２の荷重計測範囲の時間間隔ｔ２よりも短い。

計測部１０は、上述のようにタイヤＲが通過したセンサ１２からは荷重が計測値として出力され、タイヤＲが通過していないセンサ１２からは荷重が０を計測値として出力される。そして、各センサ１２により計測された計測値は、センサ１２毎に決められた頻度、例えば、センサ１２の分解能δｔの時間により処理部２０に出力される。ここでいう計測値とは、タイヤＲが計測部１０を通過するときの通過荷重である。

図５は、処理部２０のハードウェアの構成図である。処理部２０は、所謂コンピュータであって、ハードウェア資源として設けられた演算手段としてのＣＰＵ２０Ａ、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶手段２０Ｂ、入出力手段２０Ｃとを備える。記憶手段２０Ｂには、計測部１０から入力された計測値に基づいてタイヤＲの内圧を算出するためのプログラム等が格納される。ＣＰＵ２０Ａは、記憶手段２１Ｂに記憶されたプログラムを実行することにより、処理部２０を後述の各手段として機能させる。入出力手段２１Ｃは、例えば、計測部１０と有線、或いは無線等により通信可能に構成される。

処理部２０は、タイヤ検出手段２２と、荷重算出手段２４と、接地面積算出手段２６と、内圧算出手段２８とを備える。
タイヤ検出手段２２は、各センサ１２から入力される計測値に基づいて、どのセンサ１２の上をタイヤＲが通過状態にあるかどうかを検出する。例えば、各センサ１２から計測値が入力される毎に、どのセンサ１２の上をタイヤＲが通過状態にあるかどうかを検出する。タイヤ検出手段２２による検出は、例えば、センサ１２から入力された計測値が所定の閾値α以上のときはタイヤＲが通過状態にあると判定し、閾値αよりも小さいときはタイヤＲが通過状態ではないと判定する。

図６は、タイヤＲが計測部１０を通過するときの様子を示した図である。図６に示すように、タイヤＲは、回転しながら計測部１０を徐々に通過する。例えば、図６（ａ）に示すように位置７〜９のセンサ１２の上、次に、図６（ｂ）に示すように位置６〜１０のセンサ１２の上、次に、図６（ｃ）に示すように位置５〜１１のセンサ１２の上、次に、図６（ｄ）に示すように位置４〜１２のセンサ１２の上、次に、図６（ｅ）に示すように位置３〜１３のセンサ１２の上へと移動する。

つまり、タイヤ検出手段２２では、計測部１０から計測値が入力される毎にタイヤＲがどのセンサ１２の上を通過状態にあるか検出しているため、タイヤＲが通過するセンサ１２の個数の時系列変化を検出しているとも言うことができる。

荷重算出手段２４は、タイヤＲの接地荷重Ｆ（Ｔ）を算出する。具体的には、タイヤ検出手段２２によりタイヤＲが通過状態にあるとして検出されたセンサ１２から入力された計測値の和（以下、通過荷重）の時間変化の総計を演算することにより接地荷重Ｆ（Ｔ）を算出する。したがって、接地荷重Ｆ（Ｔ）の次元は、ｋｇ・ｓｅｃである。算出された接地荷重Ｆ（Ｔ）は、例えば、記憶手段２０Ｂに格納される。

荷重算出手段２４における接地荷重Ｆ（Ｔ）を算出するための処理としては、例えば、以下の式（１）を演算することにより得られる。

ここで、ｆｎ（ｔ）は、位置ｎ（ｎ：１〜Ｎ）におけるセンサ１２が検出した計測値を示し、Ｔは、例えば、複数のセンサ１２のうち最も長く荷重を検出したセンサ１２の検出開始から検出終了までの時間、つまり、タイヤＲが計測部１０の通過に要した時間である。別の見方をすれば、接地荷重Ｆ（Ｔ）は、例えば、図４に示す波形ｕ１や波形ｕ２に示すように、各センサ１２から出力された計測値の時間変化をグラフ化したときの波形で囲まれる面積の総和ということもできる。なお、式（１）におけるｄｔは、センサ１２の分解能δｔに対応する。

接地面積算出手段２６は、タイヤＲが計測部１０を通過したときに、各センサ１２から入力された計測値に基づいて、接地面積Ｇ（Ｔ）を算出する。具体的には、接地面積算出手段２６は、タイヤ検出手段２２により検出された各時刻におけるセンサ１２の数量に基づいて、接地面積Ｇ（Ｔ）を算出する。
接地面積算出手段２６では、タイヤ検出手段２２により検出される各時刻（センサ１２から計測値が入力される時刻）におけるタイヤＲが通過状態にあるセンサ１２の個数にセンサ１２の受圧面１２ａの配列方向の長さＢを乗じた数値に、通過状態にあるセンサ１２の個数から１を減じた数に間隔Ｘを乗じた数値を加え、これにセンサ１２のタイヤ通過方向長さＡを乗じることで通過面積を算出することができる。つまり、タイヤＲが計測部１０を通過するときの通過面積の時間変化を計測しているとも言える。そして、通過面積の総和を演算することにより接地面積Ｇ（Ｔ）を算出する。接地面積Ｇ（Ｔ）の次元がｍ^２・ｓｅｃとなる。算出された接地面積Ｇ（Ｔ）は、例えば、記憶手段２０Ｂに格納される。

接地面積Ｇ（Ｔ）を算出するための接地面積算出手段２６における処理としては、例えば、以下の式（２）を演算することにより得られる。

ここで、ｇｎ（ｔ）は、タイヤ検出手段２２の処理に対応し、位置ｎ（ｎ：１〜Ｎ）におけるセンサ１２が荷重を検出しているかどうかを判定するための関数であり、式（３）により算出される。なお、式（２）におけるｄｔは、センサ１２の分解能δｔに対応する。

式３によれば、ｇｎ（ｔ）は、位置ｎにおけるセンサ１２が荷重を検出しているときには１、荷重を検出していないときには０を出力する。例えば、式（３）により得られる結果は、図４に示す、波形ｖ１，ｖ２等を形成し、ｇｎ（ｔ）＝１が継続する時間、例えば同図に示すｔ１やｔ２等が、タイヤＲがセンサ１２の通過に要した時間を示している。つまり、式（３）は、タイヤＲがセンサ１２の通過に要した時間を検出するための通過時間検出手段とも言うことができる。

また、別の見方をすれば、接地面積算出手段２６による接地面積Ｇ（Ｔ）の算出は、位置ｎにおけるタイヤＲの通過時間０からＴでｇｎ（ｔ）を積分し、図１に示すように、センサ１２の受圧面１２ａの通過方向長さＡを乗じることにより、各センサ１２の時間的な接地長さを算出する。さらに、センサ１２毎に算出された接地長さの和を演算することにより、擬似的な接地面積Ｇ（Ｔ）が算出されるとも言うことができる。

内圧算出手段２８は、記憶手段２０Ｂに格納された接地荷重Ｆ（Ｔ）及び接地面積Ｇ（Ｔ）に基づいて、タイヤＲの内圧を算出する。内圧を算出するための内圧算出手段２８における処理としては、例えば、以下の式（４）を演算することにより得られる。

ここで、Ｐは、単位面積当たりの荷重値を示し、その次元は、ｋｇ/ｍ２である。

以下、本実施形態に係るタイヤ内圧検出装置１の動作について説明する。
まず、計測部１０を路面に設置する。計測部１０の路面への設置は、車両の走行方向に対してセンサ１２の配列方向が交差するように路面に設置する。好ましくは、タイヤＲの通過する経路上に設けると良い。
そして、計測部１０上をタイヤＲが通過することで、タイヤＲが通過したセンサ１２から荷重値を示す計測値が処理部２０に出力される。
処理部２０では、センサ１２からの０以外の計測値の入力をトリガーとしてタイヤＲの内圧を算出するための処理を開始する。即ち、タイヤ検出手段２２がいずれかのセンサ１２に閾値α以上の荷重が検出されたことで後段の処理を実行する。具体的には、センサ１２から計測値が出力される毎に、荷重算出手段２４及び接地面積算出手段２６による処理が実行される。
荷重算出手段２４では、センサ１２から計測値が入力される毎に通過荷重を算出し、通過荷重を算出する毎に前の時刻で算出された通過荷重にその通過荷重を加えて接地荷重Ｆ（Ｔ）を算出する。
また、接地面積算出手段２６では、センサ１２から計測値が入力される毎に、タイヤ検出手段２２により検出されたセンサ１２の数量にセンサ１２の受圧面１２ａの配列方向の長さＢを乗じた数値に、検出されたセンサ１２の数量から１を減じた数に間隔Ｘを乗じた数値を加え、これにセンサ１２のタイヤ通過方向長さＡを乗じることで通過面積を算出し、通過面積を算出する毎に前の時刻で算出された通過面積に加えて、接地面積Ｇ（Ｔ）を算出する。

そして、荷重算出手段２４による接地荷重Ｆ（Ｔ）の算出と、接地面積算出手段２６による接地面積Ｇ（Ｔ）の算出とが終了後に、内圧算出手段２８により、接地荷重Ｆ（Ｔ）を接地面積Ｇ（Ｔ）で除すことでタイヤＲの単位面積当たりの荷重を算出する。
タイヤＲの内圧は、タイヤＲの支える荷重と釣り合った状態にあるため、タイヤＲに係る単位面積当たりの荷重値と等しい。したがって、上述したように、計測部１０上にタイヤＲを通過させて、タイヤＲの接地荷重Ｆ（Ｔ）を算出し、当該接地荷重Ｆ（Ｔ）における接地面積Ｇ（Ｔ）を算出して、タイヤＲの単位面積当たりの荷重を算出することにより、この荷重に釣り合うタイヤの空気圧をタイヤ内圧として検出することができる。

したがって、本実施形態によれば、タイヤＲ内にセンサを設けることなく、簡単な装置構成でタイヤＲの内圧を検出することができる。また、計測部１０を構成するセンサ１２を一列分並べて構成すれば良いので、維持管理が容易であるとともに、処理部２０において複雑な処理をする必要がないため、処理時間を向上させることができる。
なお、処理部２０による接地荷重を算出するための処理や、接地面積を算出するための処理は、上記順序に限定されず、接地面積を算出した後に、接地荷重を算出するようにしても良い。

また、上記実施形態では、一本のタイヤの内圧を検出する場合について説明したが、例えば、車両の幅以上の長さとなるように、計測部１０を構成する複数のセンサを配置することにより、計測部１０を通過する車両全てのタイヤの内圧を検出することができる。
このように構成することにより、例えば、バスやトラック等では、ダブルタイヤ等のように車両における左右の同一の側に、同一の車軸に複数のタイヤを備える場合がある。このような場合には、上記処理において、各タイヤに対応するセンサ１２をグループ化するグループ化手段を設けることで同一の車両における複数のタイヤの内圧を個別に検出することができる。また、例えば、トラック・バス等の営業所車庫の車両の出入り口に設けることで、出庫時や帰庫時に内圧を含むタイヤＲの状態を取得することができる。

１ タイヤ内圧検出装置、１０ 計測部、１２ センサ、２０ 処理部、
２２ タイヤ検出手段、２４ 荷重算出手段、２６ 接地面積算出手段、
２８ 内圧算出手段、Ｒ タイヤ。

Claims (2)

1. 車両の進行方向に対して交差する方向に一列に配列された荷重センサ群を設け、当該荷重センサ群を通過する前記車両のタイヤ内圧を検出するタイヤ内圧検出方法であって、
   前記荷重センサ群をタイヤが通過するときの荷重の時間変化及び通過面積の時間変化を取得するステップと、
   取得された前記荷重の時間変化及び前記通過面積の時間変化に基づいて、前記タイヤ内圧を算出するステップと、
   を含むことを特徴とするタイヤ内圧検出方法。
2. 車両の進行方向に対して交差する方向に一列に配列された荷重センサ群を備え、当該荷重センサ群を通過する前記車両のタイヤ内圧を検出するタイヤ内圧検出装置であって、
   前記荷重センサ群から、前記タイヤが通過するときの荷重の時間変化及び通過面積の時間変化を取得する取得手段と、
   前記荷重の時間変化に基づいて、前記タイヤに掛かる接地荷重を算出する接地荷重算出手段と、
   前記通過面積の時間変化に基づいて、前記タイヤの接地面積を算出する接地面積算出手段と、
   前記算出された接地荷重及び接地面積に基づいて、前記タイヤ内圧を算出する内圧算出手段と、
   を備えたことを特徴とするタイヤ内圧検出装置。

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