JP2019518209A - トレッド深さ測定 - Google Patents

Abstract

車両のタイヤの３次元位相幾何学的表面表示を生成する方法であって、この方法が、トレッド深さ測定装置を使用して、トレッド深さ測定装置に対して相対移動するタイヤ表面のトレッド深さデータを記録することと、タイヤ表面の移動プロフィールを生成することと、タイヤ表面の移動プロフィールを用いて基本タイヤ構造上にスレッド深さデータをマッピングして、タイヤの３次元位相幾何学的表面表示を生成することとを含む。

Description

本発明は車両タイヤのトレッド評価に関し、これに限らないが特に、トレッド深さ情報を得るための車両タイヤトレッドの３次元撮像に関する。

道路を走行する車両のタイヤは典型的には、濡れた状態での摩擦力を向上させるために、タイヤと路面との間から水を排除するためのトレッドとして知られるパターン状の溝が形成されている。通常、路上を走行する車両に対しては安全上の理由でタイヤの最小トレッド深さが国の法律で規定されている。したがって、トレッドの摩耗によりトレッドが危険又は違法になっていないことを確認するために、タイヤのトレッドを検査可能にすることは重要である。

交換タイヤの購入及び装着は、車両運行コストの大きな部分を占めるので、早すぎる交換は不経済であるとみなされ得る。このことは、毎年多数に上るタイヤの交換をする、バス会社や運送会社などの運行管理者にとっては特にそうである。逆に、法的又は商業的な最低限のトレッド要件を充たさないタイヤの使用を継続することは、違法であり、かつ車両の安全性を損なう可能性がある。したがって、例えばタイヤ交換を必要とするまでの期間を判定し、危険となり得るそのほかの欠陥を特定するために、本出願人はタイヤの摩耗を容易に監視するシステムの必要性があることを突き止めた。

タイヤのトレッドは、タイヤの摩耗及びトレッド深さを測定するために多くの異なる方法でスキャンされ得る。例えば、ドライブオーバランプ、転動路面又はハンドヘルドスキャナに組み込まれた光学スキャン装置が使用され得る。ただし、この種の装置を使用する従来の方法では、タイヤ表面を横切る線に対応する深さ測定値のみしか得られない（これは「二次元」測定と称されて、第１の次元がトレッドの深さに対応し、第２の次元が線の長さに対応する）。したがってこれらの既知の方法は、タイヤのトレッド品質に関する不完全な情報しか提供しないので、潜在的に信頼性が低い。例えば、タイヤにひどく摩耗した部分がある場合、スキャンされる１本又は複数の線がこの摩耗領域から外れてスキャンされると、その部分は簡単に見逃される可能性がある。同様に、汚れ、砕片又は水滴などの異物が、レーザの線がタイヤと交差するトレッド溝に存在すると、得られるトレッド深さ測定値は不正確となり得る。

本発明によれば、車両のタイヤの３次元位相幾何学的表面表示を生成する方法が提供され、この方法には、トレッド深さ測定装置を使用してトレッド深さ測定装置に対して相対移動するタイヤ表面のトレッド深さデータを記録することと、タイヤ表面の移動プロフィールを生成することと、タイヤ表面の移動プロフィールを用いて基本タイヤ構造上にスレッド深さデータをマッピングして、タイヤの３次元位相幾何学的表面表示を生成することと、が含まれる。

したがって本発明は、トレッド深さ情報を（例えばタイヤの曲率に対応する曲率を有する）基本タイヤ構造上にマッピングし、それによってタイヤ表面全体（そこではタイヤ全体のトレッド深さデータが取得される）、又はタイヤ表面の一部（例えばタイヤの１区分のトレッド深さデータが取得される）の３次元位相幾何学的表面表示が生成される。

基本タイヤ構造は、タイヤの形状又はタイヤの一部分の形状への近似である、任意の非線形方程式に基づいてもよい。例えば、基本タイヤ構造は、外周の大部分が測定されていれば、楕円の方程式又は円の方程式に基づくことができる。楕円の方程式は、車両の重量のために、例えば歪んだ状態のタイヤに対して使用されてもよい。変形が無視可能であれば、あるいは変形がない場合には、円の方程式を使用してもよい。タイヤの小区分が測定されている場合には放物線の方程式が使用されてもよい。

本発明の方法は、少なくともその好適な実施形態において、トレッドの品質を判定するためにより容易に評価可能な、より完全な情報を提供可能である。トレッド深さ測定装置は、タイヤの全体、又は一区分を包含する部分のトレッド深さデータの取得が可能であってよい。

トレッド深さ測定装置は任意の好適な方法を用いてトレッド深さを測定するように構成されてよい。例えば、装置は、触覚センサ（例えば一連の細かいフィンガ）、ｘ線センサ、静電センサなどを備えてもよい。ただし、一組の実施形態では、装置には光学センサが含まれる。例えば装置は、タイヤ表面上に例えば線状のパターンを向ける１つ以上のレーザと、タイヤ表面に現れるレーザパターンを撮像するように構成された１つ以上のカメラを備えてもよい。トレッド深さ測定装置は、レーザ光源と２Ｄデジタル撮像器とを含むレーザ三角測量センサを備えてもよい。別の例として、測定センサは、２つの２Ｄデジタル撮像器を有するステレオカメラと、ＬＥＤ又は他の可視スペクトル光源とを備えてもよい。

一組の実施形態においてこの方法は、車両が停止しているとき、トレッド深さ測定装置に対して、好ましくは一定速度でタイヤが回転している間にトレッド深さデータを記録することを含む。例えば、これは車両が転動路面上にあるときに実行されてよい。このような実施形態では、移動プロフィールは単純にタイヤの回転速度から判定され、これが、トレッド深さデータが記録された時刻を基本タイヤ構造上の対応する位置に関係づけることによって、タイヤ表面から取得されるトレッド深さ測定データを基本タイヤ構造上に簡単にマッピング可能とする。

別の実施形態の組では、ハンドヘルド装置を使用して、例えば、タイヤ表面を横断させて又はタイヤ表面の周りを転動させて、トレッド深さデータが取得される。そのような実施形態の組では、装置は、例えばロータリエンコーダなどを使用して、タイヤに対するそれ自身の動きを測定することにより移動プロフィールを生成するようになっている。これはまた、簡便な方法による移動プロフィール取得を可能とする。そのような実施形態では、ハンドヘルドスキャナ装置は、さらに加速度計を備えてもよい。そうして加速度計からのフィードバックを使用してタイヤの曲率を判定し、それを基本タイヤ構造の生成に使用できる。

ただし一組の実施形態において、本方法は、車両がトレッド深さ測定装置に向かって移動、又はそこから離れる方向に移動する際にトレッド深さデータを記録することを含む。例えば、トレッド深さデータは、車両がドライブオーバランプに向かって移動、又はそこから離れる方向に移動する際に、又はランプ上に転動して上がるか又はランプから転動して下がる際に記録されてもよい。いくつかのトレッド深さデータは、タイヤが、ドライブオーバランプの頂上を転動して超える際に、例えばランプに接触するタイヤ部分から取得されてもよい。ただし、トレッドはランプに接触する領域では典型的には押しつぶされるので、接触領域で実行されるトレッド深さの測定値はいずれも減少する傾向にあり、この方法は推奨されない。

測定を行っているときに、タイヤと測定装置との間の距離が変化すると、移動プロフィールを取得することはより複雑になる。そのような実施形態では、距離は個別の検出システムを使用して判定されてもよい。超音波又はレーザ測距計、レーダドップラー検出器など、それ自体は当分野で公知の多くの例がある。ただし一組の実施形態において、トレッド深さ測定装置は、タイヤ表面までの距離の判定、及びトレッド深さの測定の両方のためのセンサ機構を使用するように構成される。

したがっていくつかの実施形態では、移動プロフィールは、タイヤが移動しているときにタイヤ表面の一部が描く、与えられた時刻における位置を表す一組のデータ−以後これを「トレース」と称する−を含むか又はそれから導かれる。トレースされるタイヤ表面の部分は、タイヤの周りを回転するので、固定された物理的な点（例えばタイヤトレッドの特定の部分）を指してはいない。むしろ、回転を無視して、車両本体に対するタイヤ表面上の位置を指している。例えば、タイヤ表面の関連する部分は、任意の与えられた時刻における車両の運動方向に対する最前部又は最後尾の点であってよい。あるいは、トレッド深さ測定装置に最も近いタイヤ表面部分であってもよい。一例として、一定速度でドライーブオーバランプに向かって移動する車両に関しては、測定装置からそのタイヤの与えられた部分までの距離は、直線的に減少するグラフとなる。

完全で正確な移動プロフィールの取得を妨げ得る環境因子が数多くある。正確で完全な移動プロフィール、例えば完全なトレースの取得を妨げ得るタイヤ構造の態様もある。例えばトレースを取得している間にタイヤは回転するので、トレースされる位置は、タイヤの溝、サイプ又はタイヤのショルダ部などのタイヤの特徴に対応するタイヤ領域に一致することもある。この地点で記録されるタイヤまでの距離は、溝、サイプ又はタイヤのショルダ部の存在により不正確であるか又は不連続性を含み得る。一組の実施形態において本方法は、トレッド溝、サイプ及び／又はタイヤのショルダ部に対応するトレースの部分を破棄することを含む。

タイヤのトレッド表面上のすべての汚れ、砕片、又は水もまたトレースに不連続部をもたらし、ノイズを導入する可能性がある。したがっていくつかの実施形態では、本方法はトレースからノイズをフィルタリングすることを含む。本方法はまた、例えばその中の不連続部を平滑化する、トレースの平滑化を含んでもよい。

上記のように、トレースのいくつかの部分は、無視されることがあり、又は汚れ、砕片、タイヤの特徴などの結果として欠けていたりする。いくつかの実施形態で本方法には、トレース内の不連続部を除去するために、スプライン補間を使用することが含まれる。例えば、トレースの一部が欠けている場合、スプライン補間は、不連続部を起こさせる汚れ／特徴がなかったとしたらトレースが有していたと思われる近似的な形状でギャップ部を充填可能とすることができる。これにより、より完全なトレース（そしてより完全な移動プロフィール）を取得することが可能であり、それによってタイヤのよりよい、例えばより信頼性がありより完全な、タイヤの３次元位相幾何学的表面表示を得られるようにする。

いくつかの実施形態において本方法は、それぞれがタイヤの各位置に対応する、複数のトレースを取得することを含む。複数のトレースのそれぞれは、上記と同じようにして取得されてもよい。こうして、より信頼性があり、又はより正確な移動プロフィールの提供が支援され得ることが理解されるであろう。例えば、複数のトレースが結合されて（例えば後で述べるように平均化されて）移動プロフィールとして使用される１つのトレースが取得されてもよい。

本方法は、タイヤ表面のそれぞれの位置に対応する１つ以上のトレースを外挿して、その１つ以上のトレースを、タイヤ表面上の更なる位置に対応する更なるトレースと同じ長さにまで延長させることを含む。例えば、複数のトレース内に他のトレースより長い１つのトレースがあって、他のトレースが外挿されてそのより長い長さまで延長されてもよい。１つのトレースが一端において他のトレースよりも長くなっているが、もう一方の端部において、他の１つ以上のトレースよりも短いことがあり得ることは理解されるであろう。そのような場合、すべてのトレースが同じ長さになるように、すべてのトレースを少なくとも一端において外挿により延長してもよい。すべてが同じ長さになるようにトレースを外挿することで、トレースを組み合わせるか比較することでトレースの全長に対応する１つの移動プロフィールを取得することができる。「同じ長さ」であるということは、トレース（時間の関数としての距離で表現される）が時間の値の同一範囲に延在する、すなわちそれらすべてが同じ時間の値でスタートし、かつすべてが同じ時間の値で終了する、ということであることが理解されるであろう。

本方法は、複数のトレースのそれ以外のトレースの中央値からの偏差が規定値を超えるトレースを破棄することを含んでもよい。これにより、信頼性のない測定から生じるトレースの移動プロフィールへの寄与を排除する助けとなり得る。例えば、トレースがタイヤのエッジに近い、例えばタイヤのショルダ部に近い点に対応する場合、移動プロフィールを判定できるほど信頼性がないかもしれない。本方法のこのステップは、そのようなトレースが除去されるようにする。トレースを破棄する他の基準、例えば複数のトレースの平均値又は他の平均からの偏差がこのステップから使用されてもよいことが理解されるであろう。

本方法は、複数のトレースの平均をとって、単一のトレースから成る移動プロフィールを取得することを含んでもよい。複数のトレースを組み合わせて１つのトレースを得ることは、例えばトレース内のすべてのランダム誤差の影響を低減することにより、より信頼性の高い、又はより正確な移動プロフィールを提供可能である。

トレッドの溝、サイプ及び／又はショルダ部などの特徴部に対応するデータの破棄、ノイズのフィルタリング、１つまたは複数のトレースの平滑化、スプライン補間、及び中央値から大きく外れたトレースの破棄、に関する上に述べた２つ以上のステップが実行される場合に、上で述べた順序とは異なる順序でそれが遂行されてもよいことは理解されるであろう。１つ以上のステップは省略されてもよいし、及び／又は追加の方法ステップがこれらのステップの間に含まれてもよい。ただし一組の実施形態において、本方法は、トレースの平均値を計算する前に上記で与えられた順序でこれらのステップを実行することを含む。

一定の相互間隔でのタイヤと深さ測定装置の間の相対的回転の測定（上記の転動路面及びハンドヘルド装置例などのように）から直接的に得られるか、あるいは車両がセンサに向かって移動又は離れる方向へ移動するときに説明されたより複雑な方法によって得られるかのいずれで得られようとも、一旦移動プロフィールが取得されると、トレッド深さ測定装置によって記録されたトレッド深さデータが、移動プロフィールを使用して基本タイヤ構造上にマッピングされて、タイヤの一部のトレッド深さデータが記録された時刻が基本タイヤ構造上の対応する位置に関連付けられて、３次元位相幾何学的表面表示が生成される。

一組の実施形態において、そのマッピングは測定装置のフレームレートに基づく。例えば、移動プロフィールを使用して基本タイヤ構造の適切な部分を判定して、各フレームに記録されたデータをマッピングしてもよい。

本方法は、タイヤの軸（すなわちタイヤの回転軸）に対してスキャン角度を修正することを含んでもよい。例えば、ハンドヘルド装置がタイヤ表面のスキャンに使用される場合、ハンドヘルド装置がタイヤ軸に正確に整列していない方向に転動されるか、又はタイヤの外周に正確に追随していなければ、取得されるトレッド深さデータは、タイヤ軸に対して斜交したタイヤ領域に対応する可能性がある。タイヤ軸に対するスキャンの斜交を修正することは、スキャン領域のエッジを識別するアルゴリズムを使用して、タイヤの側壁のデータ特性（例えば側壁に対応するデータ欠落）を識別することを含んでもよい。これは次に、回転に関する三角関数を用いて修正されてもよい。

いくつかの実施形態では、生成された３次元位相幾何学的表面表示は、タイヤのエッジを保存するために、空間ローパスフィルタ及び／又はバイラテラルフィルタの組み合わせを使用して、改善されてもよい。空間ローパスフィルタ及び／又はバイラテラルフィルタは、３次元位相幾何学的表面表示が生成された後で適用されて、例えば、表示の外観を改善してもよい。例えば、空間ローパスフィルタ及び／又はバイラテラルフィルタは、すべての残留ノイズを除去してもよい。

次に、本発明の特定の実施形態を添付の図面を参照して、単なる例示として説明する。

本発明の実施形態によるドライブオーバランプ式トレッド深さ測定器に近づく車両を示す図である。 車両がランプ上を走行するときの、図１の車両のタイヤの概略拡大図である。 図１と図２の車両のタイヤの３つの異なる時刻における正面図であって、トレッド深さ測定器によってタイヤ上に投影された光のパターンを示す。 図１〜図３の実施形態に関する、ランプに向かって一定速度で移動する車両の移動プロフィールと、ランプから一定速度で離れていく車両の移動プロフィールを示す図である。 ランプに向かって加速する車両、ランプ上で停止する車両、及びランプに向かって減速する車両に対応する３つの移動プロフィールを示す図である。 図１の車両がランプに近づく時のタイヤの一部に対応するトレース例を示す図であり、タイヤの特徴及びタイヤ上の汚れに対応するデータの除去に起因するトレースのギャップを示す。 図６のトレースを示す図であって、タイヤ上の汚れ又は砕片の結果としてノイズの発生を示す。 図１の車両がランプに近づく時の、タイヤの複数の部分に対して取得される例示的な複数のトレースの図である。 図８のトレースを示す図であり、スプライン補間を使用して無視されるデータから生じるギャップを完成させることを示す。 図９のトレースを示す図であり、トレースの端を外挿して同じ長さにすることを示す。 図１０のトレースを示す図であり、トレースの中央値からの偏差が大きいためにトレースの１つが無視されている。 図１１に示すトレースの平均に対応する移動プロフィールを示す図である。 ランプから移動して離れるタイヤに対する移動プロフィールを表す、記録された距離データを示す図である。 タイヤの一区分に対する理想化されたタイヤの基本構造を表す曲線の一部を示す図である。 本発明による代替実施形態の図であり、タイヤは転動路面に取り付けられている。 更なる代替実施形態の図であり、ハンドヘルドトレッド深さ測定装置を使用して、停止した車両のタイヤのトレッド深さデータと移動プロフィールがその場で取得される。 タイヤのより大きな区分の解析を可能とするために、タイヤの周りの複数の位置にある、図１６のハンドヘルド装置を示す図である。

図１は、本発明によるタイヤの３次元位相幾何学的表面表示を取得するための、ドライブオーバランプ２を示す。図１は、前輪６と後輪８を備え、それぞれがタイヤ１０とタイヤ１２を有する車両４を示す。車両４はランプ２に向かって矢印１４方向に移動している。ドライブオーバランプ２はトレッド深さ測定装置１６を含み、これはレーザ光１８を発光してフロントタイヤ１０上にパターン状の光を投影する。

図２は、車両４がランプ２の上を走行するときの、ドライブオーバランプ２とフロントタイヤ１０の拡大図を示す。わかりやすくするために、フロントタイヤ１０は輪郭のみで示す。図２は、３つの異なる時刻におけるフロントタイヤの位置を示す。最初の時刻がｔ_１、その次がｔ_２で、最後の時刻がｔ_３である。時刻ｔ_１において、レーザビーム１８がタイヤ１０の領域Ａに投影される。

その後の時刻ｔ_２において、フロントタイヤ１０はランプ２の頂上近くに前進している。タイヤが転動すると、タイヤはその軸を中心に回転し、領域Ａはその時レーザビーム１８がタイヤ１０に入射している地点よりもはや低くなっている。その代わり、タイヤ表面の新しい領域Ｂが回転してレーザビーム１８に整列する。したがって領域Ｂが照明される。その後の時刻ｔ_３において、タイヤはさらに前進し、今度は領域Ｃがレーザビーム１８に整列する。したがって時刻ｔ_３においては領域Ｃがレーザビーム１８で照明される。

図に示す実施形態において、レーザビーム１８はシート形状の光を有し、したがってレーザビーム１８で投影されるパターンは細長いパターンである。これを図３に示す。ここでは、時刻ｔ_１（左）、ｔ_２（中央）、ｔ_３（右）におけるタイヤの正面図を示す。時刻ｔ_１において、レーザビーム１８はタイヤ上の位置Ａに細長いパターン２０を投影する。トレッド深さ測定装置１６に含まれるカメラ（図示せず）がタイヤ表面に向けられて、光のパターン２０が投影されるタイヤ表面領域を撮像するようになっている。レーザビーム１８により投影される光のパターン２０は直線であるが、それがタイヤ上に投影されるとき、その直線のある部分は溝、サイプ及びその他のタイヤの特徴に入射する。カメラは、タイヤ表面を９０°で観察するのではなく、表面の法線に対してある角度（例えば４５°）で観察する配置となっている。結果として、パターンをカメラで撮影すると、溝やサイプなどに入射した光のパターン２０の領域は、カメラの視角のせいで横方向に変位して見えるために、パターンが変形した線として見える。そうして、横方向への変位の度合いを用いて領域Ａでのトレッド深さを推測することができる。

時刻ｔ_２において、車両はランプにより近づき、ホイール１０が回転してタイヤＢの新しい領域がレーザビーム１８で照明される。これを細長いパターン２２として示す。それ以前に照明されていた領域Ａの位置は点線２０’で示す。カメラが、領域Ｂのトレッド深さを取得するためにパターン２２を撮像する。

時刻ｔ_３において、ホイールはさらに回転し、新しい領域Ｃがレーザビーム１８によって照明される。これを細長いパターン２４として示す。領域Ｂと領域Ａの位置をそれぞれ２２’、２０”として示す。カメラがパターン２４を撮像して、領域Ｃのトレッド深さのデータを取得する。

こうして、車両４がランプ２に近づく際にタイヤトレッドの異なる領域がトレッド深さ測定装置１６に見えてくることがわかる。僅かな例示的時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３のみが示されていることを理解されたい。ただし、本発明によれば、深さ測定装置は高解像度の３次元位相幾何学的表面表示を生成するために、はるかに多くの時刻に対応する領域を撮像してもよい。例えば、撮像されるラインスキャン数（すなわち、２次元領域の数）は、１０００のオーダであってよい。撮像される各ラインのデータ点数は、数百、例えば３００〜４００データ点の範囲であってよい。３次元位相幾何学的表面表示はしたがって、数十万のデータ点、例えば約３０万のデータ点を含んでもよい。ただし、３次元位相幾何学的表面表示はこれよりデータ点が多いこともあるし少ないこともあってよいことは理解されるであろう。例えば、より高速のスキャン速度を必要とする実施形態においては、溝深さデータをより迅速に取得及び処理するために、記録されるデータ点はより少ないこともある。

図２を再び参照すると、連続する時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３からわかるように、車両がランプに近づき、その上を走行するとき、トレッド深さ装置１６から、レーザビーム１８がタイヤ表面に入射する地点までの距離は、タイヤ１０がランプ２に近づくに連れて変化する。トレッド深さ装置１６とタイヤ表面の間の距離を推測して、撮像される各領域（Ａ、Ｂ、Ｃなど）の距離推定値が取得される。この距離は、レーザで照明されたタイヤ部分をカメラが撮影した画像内の位置を用いて推測される。こうして、再び図３を参照すると、タイヤ１０が前進する結果、パターン２０はカメラでキャプチャされた画像の頂点にさらに向かうであろうし、パターン２２は少し下であり、第３のパターン２４はさらに下となることがわかる。解析ソフトウェアは、（変化が非線形であるために）早見表を利用して画像視野内でのパターン２０、２２、２４の位置変化を距離へ関連付ける。理論的には、早見表はタイヤの直径に依存するが、出願人は、与えられたタイプの車両（乗用車、バス、トラックなど）ではその影響は非常に小さくて無視可能であることを見出した。

図４は、それぞれが異なる移動をする２つの車両のタイヤに関する移動プロフィール２５、２６を示す、距離−時間のグラフである。それぞれの移動プロフィール２５、２６は、それぞれのタイヤ部分の位置の理想的トレースを含んでいる。例えばｙ軸にプロットされた距離は、ランプのトレッド深さ測定装置とタイヤ表面の最近接部との間の距離である。直線的に減少する移動プロフィール２５は、一定速度でランプ２に向かって移動する車両の移動プロフィールである。直線的に増加するもう１つの移動プロフィール２６は、一定速度でランプから離れていく車両の移動プロフィールである。図１及び図２に示すランプ２は、車両４がランプ２から移動して離れるときに、車両４のリアタイヤ１２上にもレーザパターンを投影するように構成可能であることが理解されるであろう。前に述べたように、移動プロフィールは理想的なトレースを含むが、実際には、車両はランプに向かって又はランプから離れる方向に厳密に一定速度で移動するものではない、すなわち実際の測定されたトレースは完全に直線的ではないことは理解されるであろう。

図５は他の可能な移動プロフィール２８、３０、３２を示し、それぞれは理想化されたトレースを有する。移動プロフィール２８は、ランプ２に向かって加速している車両４に関するものである。移動プロフィール３０は、ランプ２に向かって移動し、ランプ２上で停止し、そしてランプ２に向かって継続して移動する車両４に関するものである。移動プロフィール３２は、ランプ２に近づくに連れて減速している車両４に関するものである。

実際には、１回のタイヤ表面までの距離の測定で、例えば取得された１つのトレースで、完全かつ十分に正確な移動プロフィールを直接取得することは不可能なことがある。前に述べたように、溝、サイプ及びタイヤのショルダ部などの、タイヤの特徴の存在により、記録されたトレースには、欠落している領域、ノイズの多い領域、又はその他の不正確で信頼性のない領域があり得る。したがって、溝、サイプなど、又は汚れ／砕片に対応する領域は除去されてもよい。

図６は、図５に示した理想化された移動プロフィール２８、３０、３２によって表示されたものと同一の移動を行った車両又は複数の車両に対する、実際に記録された３つの例示的トレース３４、３６、３８を示す。図６に示すトレース３４、３６、３８は、タイヤの特徴（例えば溝、サイプ、タイヤショルダ部）及び汚れ又は砕片に対応する部分が除去されて、ギャップ４０が残されている。

図７は、記録されたトレースが、タイヤ表面上の汚れ又は砕片に起因するノイズ４２のある状態を表す、３つのトレース３４’、３６’、３８’を示す。トレースを処理して移動プロフィールを取得するとき、例えば図６に示すトレース３４、３６、３８（ノイズなし）に到達するために、ノイズ４２はデータから除去される。

図６及び図７に示す例示的なトレースは、可能な３つの異なる移動プロフィールを表わしていることが理解されるであろう。実際には、車両４の実際の移動に対応する１つの移動プロフィールに対して解析が実行される。

図８〜図１２は、ドライブオーバランプ２に向かって移動する車両４に対して取得された複数のトレースを処理して１つの移動プロフィールを取得する方法の例を示す。これらは例えば、レーザ光パターンの画像を（例えば透過グレーティングビームスプリッタを使用して）横方向に５つのセクションに分割し、（移動トレースを確立することを目的として）５つのセクションのそれぞれを表す独立の解析を実行することにより取得可能である。

図８は、ランプ２に向かって移動し、ランプ２上で停止し、その後ランプ２を超えて走行を継続する車両４に対応する複数のトレース４４を示す。トレース４４のそれぞれは、前述したようにタイヤ表面の横方向に異なる部分に対応する。各トレースには、上の図６及び図７で議論したように、タイヤの特徴又は汚れ／砕片に対応するという理由で除去された領域に対応するギャップ４６が含まれる。ノイズもまた、図７で議論したように除去されている。

ノイズ除去後の処理の第１段階を図９に示す。この段階では、ノイズ除去により生じたギャップ４６をスプライン補間を使用して結合する。スプライン補間により追加された領域を点線４８で示す。図９に示すトレース４４はすべてが同じ長さではないことに留意されたい。

図１０は、処理の次の段階であり、トレース４４の端を外挿してすべてが同じ長さとなるようにする。外挿により追加された領域を点線５０で示す。

上記のようにして、それぞれがタイヤ表面の異なる位置に対応する複数のトレースが取得された。図８〜図１２を参照して説明した実施例では５つのトレースを使用したが、異なる数のトレースが使用され得ることは理解されるであろう。具体的には、所望であればはるかに多い数のトレースを使用することが可能である。明解にするためにこの実施例では５つだけを示している。タイヤ表面を横切る複数のセクションに対してトレースを測定する利点は、平均化することでより信頼性のある移動プロフィールが得られる、すなわちランダムエラーの影響を低減できることである。

図１０では、４つのトレース５２は互いに近接しているが、１つのトレース５４は他の４つの中央値からは外れていることがわかる。図１１は、中央値から大きく外れたトレースは、例えばタイヤ側壁に非常に近い領域に対応するものであって、誤差を含みやすい、という認識により、外れているトレース５４を除去した複数のトレースを示す。残りのトレース５２を次に平均化して移動プロフィールを得る。平均化により得られた移動プロフィール５６を図１２に示す。

図１３は、ランプから移動して離れる車両について記録されたデータから計算された移動プロフィールを示す。この図では距離が横軸、時間が縦軸になっていることに留意されたい。最初の領域５８では車両はランプから離れる方向に移動を開始する。次の領域６０では、車両がランプの端に向かって移動するにつれて速度を落とし、その次の領域６２では、車両は再び速度を上げてランプから離れる方向に移動を続ける。

図１４は、記録されたトレッド深さを基本タイヤ構造上にマッピングするために使用される曲線６４の一部を示す。前述したように、タイヤの小さな区分（例えば２〜４インチ、すなわち５〜１０ｃｍ）に関しては、タイヤ表面の曲率は放物線を使用して近似可能である。図１４に示す曲線６４は、二次方程式ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ＝ｙを有する放物線である。

この理想化された曲線を決定して基本タイヤ構造として使用可能とするためには、係数ａ、ｂ、ｃを計算しなければならない。

タイヤのより広範な部分、又はタイヤ全体に関するデータが（例えば転動路上の静止車両に対して）取得された場合、次の一般式を有する楕円又は円を用いて同様のプロセスを行うことが可能である（円に対してはａ＝ｂ）。

楕円がタイヤ表面の曲率に対してはよりよい近似になり得ることがわかっている。

図１４にはパラメータα、βが示されている。パラメータβは放物線の最大値のｙの値に対応し、移動プロフィール距離（すなわちｙ軸のゼロをトレッド深さ測定装置の位置に取った距離）で表される。βの値は、移動プロフィールからの任意の好適な地点として選択可能である。αの値は、最終の３次元表示に所望量の曲率を取得するためにタイヤ外周のどれだけがキャプチャされたかに基づいて選択可能である。αの値が大きいほど、放物線の曲率が大きいので、タイヤ外周の小さな部分が撮像された場合には小さいαの値が使用され、タイヤの大きな部分が撮像された場合には大きいαの値が使用されてよい。例えば、２インチ（５ｃｍ）に対しては、αの値はａ_１ｍｍが選択され、３インチ（７．７ｃｍ）に対しては、異なる値のａ_２ｍｍが選択されてもよい。ここでａ_２＞ａ_１である。αの値は、撮像されたタイヤ外周の長さとの線形関係に基づいて選択されてもよい。例えば、式α＝ｋｃを用いて計算されてよい。ここでｃは測定されたタイヤ外周領域の長さであり、ｋは定数である。

測定されているタイヤの基本タイヤ構造に対応する放物線の方程式を得るために、ａ、ｂ、ｃの数値が計算される。ｘがｘ１、ｘ２、ｘ３（図１４に示す）に対応する曲線上の３つの点に選択されて、３つの方程式が与えられる。これを選択されたαとβの値に対して解いて、ａ、ｂ、ｃが得られる。

ａ、ｂ、ｃについて解いた結果は次のようになる。

ａ、ｂ、ｃについて得られた値は、放物線の方程式を与え、これは移動プロフィールに従って移動する基本タイヤ構造を表す理想曲線として使用可能である。

物理的には、ｘ１、ｘ２、ｘ３は、例えば図２に示すｔ１、ｔ２、ｔ３などの特定の時刻における、レーザとタイヤ表面の間の距離である。距離ｘ３−ｘ１（すなわちタイヤがレーザに対して近づいた距離）と撮像されたタイヤ領域の長さ（ＡからＣまでの外周上のタイヤ領域の距離）との間の関係は、非線形である。一般的に、距離ｘ３−ｘ１が外周上のＡからＣまでの距離の約２倍となる、点ｘ１、ｘ３が存在する。計算とマッピングプロセスを簡単にするために、これらの値ｘ１、ｘ３が選択されてよい。ｘ２の値は、便宜的にｘ１とｘ３の中間点（これは小さな区分に対しては、近似的に位置Ｂに対応する）に選択される。

値ｘ１とｘ３は、便宜的に移動プロフィールの始点と終点に選択されてよい。

この理想曲線をｘ方向の距離の関数Ｉ（ｘ）とし、移動プロフィールがＭ（ｘ）で表されるとする。別の関数Ｍｐ（ｘ）が、Ｍｐ（ｘ）＝Ｓ１・Ｉ（ｘ）−Ｓ２・Ｍ（ｘ）により生成可能である。Ｓ１とＳ２はスカラーであって、移動プロフィールＭ（ｘ）と理想曲線Ｉ（ｘ）が同じ物理次元にスケーリングされることを保証するために使用される。Ｍｐ（ｘ）は、タイヤ移動の影響を除去した、タイヤの理想形状を表す。次いで、サンプリングされた各点に対するトレッド深さが関数Ｍｐ（ｘ）上にマッピングされ、タイヤの３次元位相幾何学的表面表示が得られる。楕円に関しては、ｘの各点は、マッピングされるｙ軸上に対応する２つの点を有する。

図１５は、トレッド深さの測定データが転動する路面を使用して取得される代替実施形態を示す。車両は停止しているが、車両のタイヤは回転する。分かり易くするために、車両は省略されている。図１５は３つの異なる時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３におけるタイヤを示す。ここでｔ_１は最も早い時刻で、ｔ_３が最も遅い時刻である。トレッド深さ測定器６８を使用してレーザパターンをタイヤ表面上に投影し、レーザパターンが入射するタイヤ表面の領域を、前に説明したようにタイヤの回転中に撮像する。時刻ｔ_１においてトレッド深さ測定装置６８がタイヤ表面の領域Ａを撮像する。図１〜図３に示す実施形態のように、タイヤに投影され、かつトレッド深さ測定装置６８で撮像されるレーザパターンは、タイヤの側壁から側壁へ向かう方向に広がる線である。時間の経過とともに、ホイール１０が回転する。時刻ｔ_２において、新しい領域Ｂがトレッド深さ測定装置６８の視野に入ってくる。レーザパターンが領域Ｂに投影され、トレッド深さ測定装置６８によって撮像される。さらに時間が経過すると、時刻ｔ_３においてタイヤは回転して第３の領域Ｃが深さ測定装置６８の視野に入ってくる。レーザパターンが領域Ｃに投影され、トレッド深さ測定装置６８によって撮像される。

次にタイヤに対する移動プロフィールが、タイヤの回転速度とトレッド深さ測定装置６８のフレームレートに基づいて、取得される。

トレッド深さ測定装置６８により取得されるトレッド深さデータは、フレームレートと回転速度を用いて各領域が撮像された時刻をタイヤ表面の領域の位置に関連付けることにより、基本タイヤ構造上にマッピングされる。

図１６は、本発明による３次元位相幾何学的表面表示を生成するためのトレッド深さデータを取得する代替実施形態を示す。図１６は、車両４に取り付けられた時のタイヤ１０の正面図を示す。点線７２は車両のホイールアーチを示す。ハンドヘルドトレッド深さ測定装置７０は、レーザビーム７４を生成して使用時にタイヤ表面上に細長いパターンを形成する。ハンドヘルド装置７０はタイヤ１０の表面を一方の側壁７８から他方の側壁８０まで矢印７６方向に移動させられる。ハンドヘルド装置７０は、ガイドホイール８２とロータリエンコーダを備え、これにより、タイヤ表面上を移動した距離を、ハンドヘルド装置７０を使用してトレッド深さ測定スキャンが取得された時間に関係づける。

次に、ロータリエンコーダにより生成された信号から算出されたハンドヘルド装置７０の移動から、移動プロフィールが判定される。このことにより、一方の側壁７８から他方の側壁８０まで広がる、タイヤ表面の部分領域に対応する３次元位相幾何学的表面表示の生成が可能となる。

図１７はハンドヘルド装置７０がタイヤ１０の周囲上の異なる位置に移動して図１６に関して記述したプロセスを反復する方法を示す。図１７には３つの可能な位置Ｐ、Ｑ、Ｒが示されている。例えばタイヤ表面の上半分を十分にカバーするために、プロセスをそれより少ない位置又は多い位置で繰り返すことができることは理解されるであろう。

各位置Ｐ、Ｑ、Ｒに対応するタイヤ表面領域の３次元位相幾何学的表面表示は、前述したようにロータリエンコーダ信号を使用して判定された移動プロフィールを用いて取得される。これらの表示を互いにつなぎ合わせて、タイヤのより大きな領域の完全なスキャンが生成される。

これらのセクションがマッピングされる、基本タイヤ構造の曲率は、ハンドヘルド装置７０の加速度計からのフィードバックを使用して判定されてよい。例えば、加速度計は、タイヤの外周の曲率によってハンドヘルド装置７０が傾いているかどうかを判定するのに使用することができる（例えば、位置Ｒにおいて、ハンドヘルド装置７０は位置Ｑよりも水平方向に対してより大きな傾斜をしている）。加速度計はまた、タイヤの側壁同士の間に、例えばタイヤのショルダ部において、曲率があるかどうかを判定するのに使用可能であり、また、それぞれの３次元位相幾何学的表面表示が生成されるときにこのことは移動プロフィールに取り込まれる。３次元位相幾何学的表面表示は次に基本タイヤ構造上にマッピングされて、タイヤのより大きな部分に対する３次元位相幾何学的表面表示が生成される。

Claims (22)

1. 車両のタイヤの３次元位相幾何学的表面表示を生成する方法であって、
   トレッド深さ測定装置を使用して、前記トレッド深さ測定装置に対して相対移動するタイヤ表面のトレッド深さデータを記録することと、
   前記タイヤ表面の移動プロフィールを生成することと、
   前記タイヤ表面の移動プロフィールを用いて基本タイヤ構造上に前記スレッド深さデータをマッピングして、前記タイヤの３次元位相幾何学的表面表示を生成することと、
   を含む方法。
2. 前記車両が前記トレッド深さ測定装置に向かって、あるいはそこから離れて移動するときに前記トレッド深さデータを記録することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記移動プロフィールは、前記タイヤが移動するときの前記タイヤ表面の一部によって描かれる、複数の与えられた時刻における複数の位置を表す一組のデータによって定義されるトレースを含むか、又はそれから導かれる、請求項１〜請求項２のいずれか一項に記載の方法。
4. トレッドの溝、サイプ及び／又はタイヤのショルダ部に対応する前記トレースの部分を破棄することを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記トレースからノイズをフィルタリングすることを含む、請求項３又は請求項４に記載の方法。
6. 前記トレースを平滑化することを含む、請求項３、請求項４又は請求項５に記載の方法。
7. 前記トレース内の不連続部を除去するために、スプライン補間を使用することを含む、請求項３〜請求項６のいずれか一項に記載の方法。
8. それぞれが前記タイヤの各位置に対応する、複数のトレースを取得することを含む、請求項３〜請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記タイヤ表面のそれぞれの位置に対応する１つ以上のトレースを外挿して、前記１つ以上のトレースを、前記タイヤ表面上の更なる位置に対応する更なるトレースと同じ長さまで延長させることを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記複数のトレースのそれ以外のトレースの中央値からの偏差が規定値を超えるトレースを破棄する、請求項８又は請求項９に記載の方法。
11. 前記複数のトレースを平均化し、単一のトレースから成る移動プロフィールを取得する、請求項８、請求項９又は請求項１０に記載の方法。
12. 前記車両が停止していて、前記トレッド深さ測定装置に対する前記タイヤの回転中にトレッド深さデータを記録することを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記移動プロフィールは前記タイヤの回転速度から判定される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記３次元位相幾何学的表面表示は、前記測定装置のフレームレートをもとに前記トレッド深さデータを前記基本タイヤ構造上にマッピングすることで生成される、請求項１２又は請求項１３に記載の方法。
15. 前記トレッド深さデータはハンドヘルド装置を用いて取得される、請求項１に記載の方法。
16. 前記トレッド深さ測定装置は、前記タイヤに対する自分自身の移動を測定することにより移動プロフィールを生成するように適合される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ハンドヘルド装置は加速度計を備える、請求項１５又は請求項１６に記載の方法。
18. 前記加速度計からのフィードバックを使用して前記タイヤの曲率を判定することを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記タイヤの軸に対するスキャンの角度を修正することを含む、請求項１〜請求項１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記タイヤのエッジを保存するために、ローパスフィルタ及び／又はバイラテラルフィルタの組み合わせを使用して、生成された３次元位相幾何学的表面表示を改善することをさらに含む、請求項１〜請求項１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記トレッド深さ測定装置は光学センサを備える、請求項１〜請求項２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記トレッド深さ測定装置は、前記タイヤ表面までの距離の判定、及びトレッド深さの測定の両方のためにセンサ機構を使用するように構成された、請求項１〜請求項２１のいずれか一項に記載の方法。