JP2020085610A - タイヤ劣化推定システムおよびタイヤ劣化推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの劣化をより正確に推定することができるタイヤ劣化推定システムおよびタイヤ劣化推定方法を提供する。【解決手段】タイヤ劣化推定システム１００は、センサ部２０、物性変化算出部３３および劣化推定部３４を備える。センサ部２０は、タイヤに配設されており、少なくともタイヤの変形に関わる物理量を計測する。物性変化算出部３３は、センサ部２０により計測された物理量に基づいて、経時的なタイヤの物性の変化を算出する。劣化推定部３４は、物性変化算出部３３により算出された物性の変化に基づいて、タイヤの劣化を推定する。【選択図】図２

Description

本発明は、タイヤ劣化推定システムおよびタイヤ劣化推定方法に関する。

一般に、タイヤは走行環境や経年に応じて劣化が進行していき、タイヤが固くなって車両の制動に影響を及ぼすことが知られている。自動車の運転者は、無意識のうちにタイヤの劣化に順応し、ブレーキやハンドルを適切に操作している。

自動運転による車両の走行では、自動車の速度や路面状態を推定しつつ、ブレーキやハンドルが自動で操作されるものの、タイヤに関する情報に基づくことなく自動運転を行うと、所望の走行結果が得られない場合が生じ得る。例えば、自動運転中の車両におけるタイヤの劣化が進行している場合、その劣化を考慮せずにカーブに合わせたステアリング操作だけをさせると、車両がカーブを曲がり切れないことが起こり得る。また、自動運転により、速度や路面状態に応じたブレーキタイミングを決定したとしても、タイヤが劣化していれば、予測停車位置への車両の停止は困難となる。

また、カーシェアリングなどで、他人が運転することでタイヤが劣化した場合、以前に運転した場合に比べて、カーブでのハンドル操作や、制動時のブレーキ操作等に対する自動車の挙動に違和感を受けることもある。

特許文献１には、タイヤの劣化レベルを判定する従来のタイヤ劣化評価方法が開示されている。このタイヤ劣化評価方法では、空気圧低下率算出部により測定結果の空気圧を所定基準温度における空気圧である温度換算空気圧に換算すると共に温度換算空気圧から単位時間あたりの空気圧変化率を算出する。また、シビアリティ計算部により空気圧変化率の値が０未満の場合に自然漏洩による空気圧低下であると判断して、単位時間あたりの空気圧低下量を順次積算し、この積算値を酸化シビアリティとする。タイヤ劣化評価方法は、判定部により酸化シビアリティの値を予め所定の間隔をあけて複数設定されている所定の閾値と比較して、タイヤの劣化レベルを判定する。

特開２００８−２９８７２３号公報

特許文献１に記載のタイヤ劣化評価方法では、専らタイヤの空気圧に着目してタイヤの劣化を判定するが、タイヤの素材であるゴム等の弾性体における劣化は、その弾性体の変形等の機械的要因を考慮すべきである。タイヤに生じる変形が大きい場合や、変形の頻度が高い場合には、タイヤ物性の劣化進行が速いにも関わらず、従来のタイヤ劣化評価においては検討されておらず、タイヤ劣化の推定が正確性を欠く蓋然性があった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、タイヤの劣化をより正確に推定することができるタイヤ劣化推定システムおよびタイヤ劣化推定方法を提供することにある。

本発明のある態様はタイヤ劣化推定システムである。タイヤ劣化推定システムは、タイヤに配設されており、少なくともタイヤの変形に関わる物理量を計測するセンサ部と、前記センサ部により計測された物理量に基づいて、経時的なタイヤの物性の変化を算出する物性変化算出部と、前記物性変化算出部により算出された物性の変化に基づいて、タイヤの劣化を推定する劣化推定部と、を備える。

本発明の別の態様はタイヤ劣化推定方法である。タイヤ劣化推定方法は、タイヤの変形に関わる物理量を取得する取得ステップと、前記物理量をタイヤのモデルに入力する入力ステップと、前記モデルによって経時的なタイヤの物性の変化を算出する算出ステップと、タイヤの物性の変化をシステムに伝達するステップと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、タイヤの劣化をより正確に推定することができる。

タイヤ劣化推定システムの概要を説明するための模式図である。 実施形態に係るタイヤ劣化推定システムの構成を示すブロック図である。 図３（ａ）は歪ゲージの配設位置の例を説明するための模式図、図３（ｂ）は、加速度センサの配設位置の例を説明するための模式図である。 図４（ａ）は歪ゲージにより計測された歪量の一例を示すグラフであり、図４（ｂ）は加速度センサにより計測されたＺ方向加速度の一例を示すグラフである。 タイヤのマスター劣化曲線を示すグラフである。 劣化推定装置による劣化推定処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図１から図６を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

（実施形態）
図１は、タイヤ劣化推定システム１００の概要を説明するための模式図である。タイヤ劣化推定システム１００は、タイヤ１０に配設されたセンサ部２０によって、タイヤに生じる変形に関わる物理量、例えば歪や加速度等を取得する。センサ部２０によって取得された物理量の情報は劣化推定装置３０へ送信される。劣化推定装置３０は、受信した物理量の情報に基づいて、経時的なタイヤ１０の物性の変化を算出する。劣化推定装置３０は、算出されたタイヤ１０の物性の変化に基づいてタイヤの劣化状況を推定する。タイヤ１０は、各タイヤを識別するために、例えば固有の識別情報が付与されたＲＦＩＤ等が取り付けられていてもよい。

劣化推定装置３０は、推定したタイヤの劣化状況を、例えば、車両制御装置９１、自動運転システム９２および保守管理システム９３等に提供する。劣化推定装置３０は、例えば、新品タイヤに対して制動距離が何％伸びるかというような情報を車両制御装置９１および自動運転システム９２に提供する。車両制御装置９１は、取得したタイヤの劣化状況を運転者に対して表示または音声等によって報知する。また自動運転システム９２は、タイヤの劣化状況による制動距離への影響を考慮した制御等を実行する。また保守管理システム９３では、タイヤの劣化状況に基づいてタイヤの交換時期などの計画を立て、タイヤの保守および管理サービスを展開する。

図２は、実施形態に係るタイヤ劣化推定システム１００の構成を示すブロック図である。タイヤ劣化推定システム１００は、センサ部２０および劣化推定装置３０等を備える。センサ部２０は、歪ゲージ２１、加速度センサ２２、圧力ゲージ２３および温度センサ２４等を有し、タイヤ１０の変形に関わる物理量を計測する。歪ゲージ２１および加速度センサ２２は、例えばタイヤ１０の内側の表面等に取り付けられており、タイヤ１０とともに機械的に運動しつつ、それぞれタイヤ１０に生じる歪量および加速度を測定する。

図３（ａ）は歪ゲージ２１の配設位置の例を説明するための模式図、図３（ｂ）は、加速度センサ２２の配設位置の例を説明するための模式図である。図３（ａ）および図３（ｂ）はタイヤ１０の軸を含む断面を表している。図３（ａ）に示すように、歪ゲージ２１は、タイヤ１０のトレッド部分、サイド部分およびビード部分の内側面に配設される。歪ゲージ２１は、主としてタイヤ１０において変形が発生する方向の歪を計測する。歪ゲージ２１は、例えば、トレッド部分ではタイヤ１０の周方向（図３の紙面に垂直な方向）の歪を、サイド部分およびビード部分ではタイヤ１０の軸を含む断面において内側面に沿う方向とする。

図３（ｂ）に示すように、加速度センサ２２は、トレッド部分の内側面の中央に配設される。加速度センサ２２は、例えばタイヤ１０の周方向、軸方向および径方向の３軸における加速度を計測する。尚、図３に示すＸ軸方向はタイヤ１０の周方向に、Ｙ軸方向はタイヤ１０の軸方向に、Ｚ軸方向はタイヤ１０の径方向に相当する。また、歪ゲージ２１および加速度センサ２２は、タイヤ１０の内側の表面以外にも、例えばタイヤ１０のトレッド部分、サイド部分およびビード部分におけるタイヤ素材の中に埋め込まれていてもよい。

圧力ゲージ２３および温度センサ２４は、例えばタイヤ１０のエアバルブに配設されており、それぞれタイヤ空気圧およびタイヤ１０の温度を計測する。温度センサ２４は、タイヤ１０の温度を正確に計測するために、タイヤ１０のトレッド部分、サイド部分およびビード部分等に配設されていてもよい。

図２に戻り、劣化推定装置３０は、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の情報処理装置であり、情報取得部３１、通信部３２、物性変化算出部３３および劣化推定部３４を備える。劣化推定装置３０における各部は、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする電子素子や機械部品などで実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラムなどによって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろな形態で実現できることは、当業者には理解されるところである。

情報取得部３１は、無線通信等によりセンサ部２０からタイヤ１０の歪量、加速度、空気圧および温度の情報を取得する。通信部３２は、車両制御装置９１、自動運転システム９２および保守管理システム９３等の外部装置との間で有線または無線通信等によって通信し、タイヤ１０の劣化状況を通信回線、例えばＣＡＮ（コントロールエリアネットワーク）を介して外部装置へ送信する。外部装置は、通信回線を通じてタイヤ１０の保守管理サービス等を提供するサーバーであってもよい。

物性変化算出部３３は、センサ部２０から取得したタイヤ１０の物理量に基づいて、タイヤ１０の変形および荷重状態を求め、タイヤ１０の各部材の物性の変化を算出する。タイヤ１０は、その仕様によって変形および荷重状態による物性の変化が異なる。タイヤ１０の仕様には、例えばタイヤサイズ、タイヤ幅、扁平率、タイヤ強度、タイヤ外径、ロードインデックス、製造年月日など、タイヤの性能に関する情報が含まれる。また、タイヤ１０の物性は、ゴム硬度、ゴムの破断伸び、１００％モジュラスなどであり、タイヤゴムの経年的な酸化や、タイヤゴムに加えられる熱環境にも依存して変化する。物性変化算出部３３は、個々のタイヤ１０に取り付けられるＲＦＩＤ等の識別情報に基づいてタイヤ１０の型式・型番ごとにタイヤ１０の形状や各部材の構成および材質等を、例えば製品データベースから読み出し、特定した上で、タイヤ１０の各部材の物性の変化を算出する。

図４（ａ）は歪ゲージ２１により計測された歪量の一例を示すグラフであり、図４（ｂ）は加速度センサ２２により計測されたＺ方向加速度の一例を示すグラフである。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、タイヤ１０の物理量は、センサ部２０の配設位置において接地状態となるとピーク値が表われ、非接地状態では物理量は接地状態に比較して低い値で滑らかに推移する。物性変化算出部３３は、接地状態および非接地状態における物理量を解析し、接地状態および非接地状態における全ての物理量を用いてタイヤ１０の各部材の物性の変化を算出してもよいし、接地状態における物理量を用いてタイヤ１０の各部材の物性の変化を算出してもよい。

物性変化算出部３３は、タイヤ１０の空気圧および温度のデータ、並びに歪量および加速度のデータによって、各部材における機械的な変形や荷重状態が求められる。物性変化算出部３３は、各部材における機械的な変形や荷重状態を時系列的に繰り返し算出することで、タイヤ１０の各部材の物性の変化を算出する。

劣化推定部３４は、実験等によって得られるタイヤ１０の各部材における物性値のマスター劣化曲線を用いて、現在のタイヤの劣化状況を推定し、更にはタイヤの交換時期や交換距離を推定する。

図５は、タイヤのマスター劣化曲線の例を示すグラフである。横軸は時間（日数や年数などでもよい）であり、縦軸はタイヤ１０の物性値や劣化指標値である。タイヤ１０の物性値は、例えばゴムの破断伸び等であるが、マスター劣化曲線は、物性値（例えばゴム硬度など）によっては右肩上がりのグラフで表現されてもよく、適宜逆数を用いて右肩下がりのグラフに変換して表現されてもよい。また、タイヤ１０に使用される材料における物性値の閾値を定め、タイヤ１０の寿命とする。尚、マスター劣化曲線は、数値化等されて図示しない記憶部に記憶されており、劣化推定部３４は、該記憶部からマスター劣化曲線を読み出して用いるものとする。

劣化推定部３４は、実際の車両における走行距離または使用日数を横軸とし、物性変化算出部３３により算出された物性値をプロットして、劣化進行グラフを作成していく。劣化推定部３４は、現在の物性値と閾値との比較から現在のタイヤの劣化状況を推定する。また劣化推定部３４は、マスター劣化曲線における走行距離または使用日数を、実際の車両における使用履歴により補正して、劣化進行グラフに重ねる。劣化推定部３４は、実際の車両における使用履歴を累積して物理量をプロットしていくことによって、タイヤ１０の劣化の進行が予測でき、交換時期や交換距離を推定することができる。

つぎにタイヤ劣化推定システム１００による動作を説明する。図６は、劣化推定装置３０による劣化推定処理の手順を示すフローチャートである。劣化推定装置３０は、タイヤ１０の使用中においてセンサ部２０により計測される各物理量を蓄積している。劣化推定装置３０は、蓄積されたタイヤ１０の歪量、加速度、空気圧および温度等の物理量を読み出す（Ｓ１）。物性変化算出部３３は、タイヤ１０の物理量に基づいて、タイヤ１０の変形および荷重状態を算出する（Ｓ２）。物性変化算出部３３は、タイヤ１０の変形および荷重状態に基づいてタイヤ１０の物性の変化を算出する（Ｓ３）。

劣化推定部３４は、タイヤ１０の走行距離または使用日数に対する現在の物性値をプロットし、劣化進行グラフを作成する（Ｓ４）。尚、ステップＳ４において、過去に算出された物性値は記憶部等に記憶されており、該記憶部等から読み出してプロットするとよい。劣化推定部３４は、現在のタイヤ１０の劣化状況を、寿命となる閾値と比較して推定する（Ｓ５）。ステップＳ５で推定されたタイヤ１０の劣化状況は、外部装置である例えば自動運転システム９２等において、自動運転時の車両制御の補正に用いることができる。

劣化推定部３４は、マスター劣化曲線を実際の車両における使用履歴により補正して、劣化進行グラフに重ねる（Ｓ６）。劣化推定部３４は、劣化進行グラフを例えば仮想的に延長して劣化の進行を予測し、交換時期や交換距離を推定し（Ｓ７）、処理を終了する。

劣化推定装置３０は、センサ部２０により計測された物理量に基づいて、経時的なタイヤ１０の物性の変化を算出し、算出された物性の変化に基づいてタイヤの劣化を推定する。タイヤ劣化推定システム１００は、センサ部２０においてタイヤ１０で生じている歪量や加速度を計測することで、より正確にタイヤの劣化を推定することができる。

センサ部２０は、車両の走行中に生じる接地状態および非接地状態における物理量を計測している。物性変化算出部３３は、接地状態および非接地状態におけるタイヤ１０の物理量の全てを用いて各部材の物性の変化を算出してもよいし、接地状態における物理量を用いてタイヤ１０の各部材の物性の変化を算出してもよい。物性変化算出部３３は、接地状態および非接地状態におけるタイヤ１０の物理量を用いることで、タイヤ１０の物性における変化の算出の正確性が増す。

センサ部２０は、圧力ゲージ２３によりタイヤ１０の空気圧を、温度センサ２４によりタイヤ１０の温度を計測する。タイヤ１０は空気圧および温度によってバイアス的に荷重等を受けて変形しており、タイヤ劣化推定システム１００は、これらの情報を加味してタイヤ１０の変形を算出することで、タイヤ１０の物性の変化をより正確に算出することができる。また、タイヤ１０の空気圧履歴および温度履歴を保存したデータベースを構築し、各履歴情報をタイヤ１０の劣化推定に用いるようにしてもよい。

タイヤ劣化推定システム１００は、例えば車両が走行を開始してセンサ部２０によりタイヤ１０に生じる物理量を計測し、タイヤ１０の劣化を推定する。タイヤの劣化は急激に進行するものではないので、タイヤ劣化推定システム１００は、車両の使用頻度に合わせて、１日に１回や、１週間あるいは数週間に１回など、適宜タイミングを空けてタイヤ１０の劣化を推定すればよい。また、タイヤ劣化推定システム１００は、タイヤ１０において外傷や空気圧の急低下が生じた場合など、特定の条件を満たす場合には、例外的にタイヤ１０の劣化を測定するようにしてもよい。尚、車両が停止中にセンサ部２０により物理量を計測し、タイヤ１０の劣化を推定してもよい。

劣化推定部３４によって推定されたタイヤ１０の寿命時期および寿命距離は、外部装置である保守管理システム９３等において、タイヤの交換時期を計画する際などに用いることができる。保守管理システム９３は、車両の運転者や安全運行管理者などに対して安全のためにタイヤ１０の寿命時期の前にタイヤ交換を促すようにしてもよい。保守管理システム９３によって提供されるタイヤ１０の寿命時期の通知に対して、寿命時期前にタイヤ交換の依頼があった場合、販売店等での割引販売、メーカーから販売店等への割引率に応じた費用の支払いなどを行うようにしてもよい。

また、物性変化算出部３３は、タイヤ１０の各部材における物性変化の学習モデルを用いるようにしてもよい。物性変化の学習モデルでは、例えばブレーキ操作時の衝撃加速度や歪ゲージ２１の歪量との関係を学習させておくなどする。物性変化算出部３３は、ブレーキ操作時の衝撃加速度や歪ゲージ２１の歪量を学習モデルに入力し、タイヤ１０の各部材における物性変化を求めるようにしてもよい。

次に実施形態に係るタイヤ劣化推定システムの特徴について説明する。
実施形態に係るタイヤ劣化推定システム１００は、センサ部２０、物性変化算出部３３および劣化推定部３４を備える。センサ部２０は、タイヤ１０に配設されており、少なくともタイヤ１０の変形に関わる物理量を計測する。物性変化算出部３３は、センサ部２０により計測された物理量に基づいて、経時的なタイヤ１０の物性の変化を算出する。劣化推定部３４は、物性変化算出部３３により算出された物性の変化に基づいて、タイヤ１０の劣化を推定する。これにより、タイヤ劣化推定システム１００は、センサ部２０においてタイヤ１０の変形に関わる物理量を計測することで、より正確にタイヤの劣化を推定することができる。

またセンサ部２０は、歪ゲージ２１によって歪を計測する。これにより、タイヤ劣化推定システム１００は、タイヤ１０に生じる歪量に基づいて、より正確にタイヤの劣化を推定することができる。

またセンサ部２０は、加速度センサ２２によって加速度を計測する。これにより、タイヤ劣化推定システム１００は、タイヤ１０に生じる加速度に基づいて、より正確にタイヤの劣化を推定することができる。

また物性変化算出部３３は、センサ部２０による計測結果に基づいてタイヤ１０の非接地状態および接地状態における物理量を解析し、タイヤ１０の物性の変化を算出する。これにより、タイヤ劣化推定システム１００は、接地状態および非接地状態におけるタイヤ１０の物理量を用いることで、タイヤ１０の物性における変化の算出の正確性が増す。

またタイヤ劣化推定システム１００は、タイヤ１０の空気圧および温度の少なくとも一方を計測する計測器（圧力ゲージ２３および温度センサ２４）を備える。劣化推定部３４は、さらに圧力ゲージ２３および温度センサ２４による計測結果を用いてタイヤ１０の劣化を推定する。これにより、タイヤ劣化推定システム１００は、圧力ゲージ２３および温度センサ２４で計測される情報を加味してタイヤ１０の変形を算出することで、タイヤ１０の物性の変化をより正確に算出することができる。

またタイヤ劣化推定方法は、タイヤ１０の変形に関わる物理量を取得する取得ステップと、取得した物理量をタイヤ１０のモデル（物理モデル）に入力する入力ステップと、モデルによって経時的なタイヤ１０の物性の変化を算出する算出ステップと、タイヤ１０の物性の変化をシステムに伝達するステップと、を備える。この方法によって、タイヤ１０の変形に関わる物理量を計測して、より正確にタイヤの劣化を推定することができる。

上述の実施形態においては、空気式のタイヤを例に説明したが、非空気式タイヤの樹脂製リム等にセンサ部２０を配設し、非空気式タイヤの劣化を推定するようにしてもよい。また、センサ部２０で測定されたタイヤ１０の変形に関する物理量は、例えば車両のＣＡＮバスを通してタイヤ劣化推定システム１００に送信されるが、車両の通信システムだけでなく、他の通信回線を介してタイヤ劣化推定システム１００に送信されてもよい。

またタイヤ１０の劣化の進行を予測し、自動運転システム９２での自動運転の制動距離にタイヤの性能が適しないことが予測された場合、自動運転システム９２がタイヤの交換を促すようにしてもよい。

センサ部２０は、特定のタイヤに関する識別情報と、測定された歪なとのデータと、を分析できるように、ＣＡＮバスに出力する。これにより、タイヤのリアルタイムの状態を車両制御装置や、自動運転システムが把握することができ、タイヤの劣化状態に適応したブレーキ制御など、自動運転や運転支援の車両制御に用いることができる。尚、センサ部２０は、タイヤの歪を直接測定するものに限られず、タイヤ圧監視センサ（ＴＰＭＳ）や３軸加速度センサ等を用いて間接的に歪を測定するようにしてもよい。

また、物理量の計測に加え、タイヤの外観写真、ＧＰＳ、外気温、走行ルート、路面の凹凸、運転者の運転履歴等をタイヤの物理モデルに入力してタイヤの劣化を推定してもよい。タイヤ劣化推定システム１００は、物理モデルによる推定において、例えばバーストなどを示唆する歪等の物理量の変化を検知した場合には、ＣＡＮバスを通して車両のディスプレイや通信回線を介して運行管理者の端末等に通知してもよい。

以上、本発明の実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

１０ タイヤ、 ２０ センサ部、 ３３ 物性変化算出部、 ３４ 劣化推定部、
２３ 圧力ゲージ（計測器）、 ２４ 温度センサ（計測器）、
１００ タイヤ劣化推定システム。

Claims (6)

1. タイヤに配設されており、タイヤの変形に関わる物理量を計測するセンサ部と、
   前記センサ部により計測された物理量に基づいて、経時的なタイヤの物性の変化を算出する物性変化算出部と、
   前記物性変化算出部により算出された物性の変化に基づいて、タイヤの劣化を推定する劣化推定部と、
   を備えることを特徴とするタイヤ劣化推定システム。
2. 前記センサ部は、歪を計測することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ劣化推定システム。
3. 前記センサ部は、加速度を計測することを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤ劣化推定システム。
4. 前記物性変化算出部は、前記センサ部による計測結果に基づいてタイヤの非接地状態および接地状態における物理量を解析し、タイヤの物性の変化を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のタイヤ劣化推定システム。
5. タイヤの空気圧および温度の少なくとも一方を計測する計測器を備え、
   前記劣化推定部は、さらに前記計測器による計測結果を用いてタイヤの劣化を推定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のタイヤ劣化推定システム。
6. タイヤの変形に関わる物理量を取得する取得ステップと、
   前記物理量をタイヤのモデルに入力する入力ステップと、
   前記モデルによって経時的なタイヤの物性の変化を算出する算出ステップと、
   タイヤの物性の変化をシステムに伝達するステップと、
   を備えることを特徴とするタイヤ劣化推定方法。

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