JP2021154792A - タイヤ摩耗推定方法、及び、タイヤ摩耗形状判別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの摩耗形状に係らず、走行中のタイヤの摩耗の度合いを精度よく推定できる方法を提供する。【解決手段】タイヤに装着された加速度センサーにより検出したタイヤ径方向加速度の時系列波形を微分した径方向加速度波形に出現する正負のピークのいずれか一方もしくは両方の大きさから算出されたタイヤ接地端部またはタイヤ接地端部近傍における変形速度の指標と、前記正のピークと負のピークとの時間間隔である接地時間と前記正負のピークのいずれか一方のピークの時間間隔である前記タイヤの回転時間との比である接地時間比と、前記タイヤの無荷重時の半径であるタイヤ半径と前記タイヤの走行時の半径である有効半径との差であるたわみ量とを用いて、前記タイヤの摩耗の度合いを推定するようにした。【選択図】図５

Description

本発明は、タイヤの摩耗の度合いを推定する方法と、走行中のタイヤの摩耗形状がセンター摩耗であるか否かを判別する方法とに関する。

従来、タイヤの摩耗の度合いを推定する方法としては、タイヤ内に加速度センサーを配置し、この加速度センサーで検出され蹴り出したタイヤ径方向の加速度の微分波形に出現する正負のピークのいずれか一方もしくは両方の大きさである、タイヤ接地端部における変形速度の指標を算出するとともに、前記正のピークと負のピークとの時間間隔である接地時間と前記正負のピークのいずれか一方のピークの時間間隔である前記タイヤの回転時間との比である接地時間比を算出し、これら算出された変形速度の指標と接地時間比とを、予め求めておいたタイヤの摩耗の度合いである残溝量と変形速度の指標と接地時間比と関係を示すマップとから当該タイヤの摩耗の度合いを推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ＷＯ２００９/００８５０２Ａ１

しかしながら、上記特許文献１のように、変形速度の指標と接地時間比とからタイヤの残溝量を推定した場合、摩耗形状がセンター摩耗であるタイヤでは、実際の残溝量が新品側に検出されてしまう（推定された摩耗量が、実際の摩耗量よりも小さくなってしまう）、といった問題点があった。
図１２は、新品タイヤ（□；New）と、残溝量が新品タイヤの半分である摩耗形状の異なる２種類のタイヤ（○，△；Mid-worm）と、スリップサインの近くまで摩耗したタイヤ（■；Full-worm）の４種類の試験タイヤ搭載した車両を一定速度で走行させて測定したタイヤ径方向加速度の微分ピーク値（Derivative Peak）と接地時間比（Contact Time Ratio）との関係を示す図で、○印は摩耗形状がセンター摩耗（Center）であるタイヤ、△印は摩耗形状が均等摩耗（Even）であるタイヤである。この例では、荷重を変化させることで、複数の接地時間比におけるタイヤ径方向加速度の微分ピーク値を測定した。
同図からわかるように、摩耗形状がセンター摩耗であるタイヤの変形速度の指標と接地時間比との関係は、新品タイヤ側にずれていることがわかる。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、タイヤの摩耗形状がセンター摩耗であるか否かを判別する方法と、タイヤの摩耗形状に係らず、走行中のタイヤの摩耗の度合いを精度よく推定できる方法を提供することを目的とする。

本発明は、走行中のタイヤの摩耗の度合い(残溝量もしくは摩耗量)を推定する方法であって、タイヤに装着された加速度センサーにより検出したタイヤ径方向加速度の時系列波形を微分した径方向加速度波形に出現する正負のピークのいずれか一方もしくは両方の大きさ（接地端の微分ピーク値）から算出した、タイヤ接地端部またはタイヤ接地端部近傍における変形速度の指標と、前記正のピークと負のピークとの時間間隔である接地時間と前記正負のピークのいずれか一方のピークの時間間隔である前記タイヤの回転時間との比である接地時間比と、前記タイヤの無荷重時の半径であるタイヤ半径と前記タイヤの走行時の半径である有効半径（車軸と路面との距離）との差であるたわみ量とを用いて、前記タイヤの摩耗の度合いを推定することを特徴とする。
このように、走行中のタイヤの変形速度の指標と接地時間比とに加えて、タイヤのたわみ量を摩耗のメジャーとしてタイヤの摩耗の度合いを推定したので、当該タイヤの摩耗形状がセンター摩耗であるか否かにかかわらず、タイヤの摩耗の度合いを高精度に推定することができる。
なお、タイヤの摩耗の度合いは、予め求めておいた、変形速度の指標と接地時間比とたわみ量とを変数とする回帰式から求めてもよいし、摩耗形状がセンター摩耗か否かを判別し、センター摩耗である場合には、変形速度の指標と接地時間比とから推定した摩耗の度合いを補正してもよい。
あるいは、均等摩耗のマスターカーブとセンター摩耗のマスターカーブの２つのマスターカーブを準備し、摩耗形状により、マスターカーブを選択するようにしてもよい。

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。

本実施の形態１に係るタイヤ摩耗推定装置の構成を示す図である。 加速度センサーの取付け位置と加速度の検出方向とを示す図である。 タイヤ径方向加速度波形、及び、加速度微分波形の一例と、回転時間と接地時間の算出方法とを示す図である。 Ｒ_c−Ｖ_Rマップの一例を示す図である。 本実施の形態１に係るタイヤ摩耗推定方法を示すフローチャートである。 タイヤ径方向加速度、タイヤ周方向加速度、タイヤ周方向速度、及び、回転角速度の時間変化波形を示す図である。 計測点の回転角、前後方向加速度、及び、上下方向加速度の時間変化波形を示す図である。 計測点の前後方向速度と上下方向速度の時間変化波形を示す図である。 計測点の前後方向の変位と上下方向の変位の時間変化波形と、計測点の軌跡を示す図である。 本実施の形態２に係るタイヤ摩耗推定装置の構成を示す図ある。 特徴量の分布と分離平面である識別関数を示す模式図である。 残溝量の異なるタイヤの変形速度の指標と接地時間比と関係を示すマップである。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係るタイヤ摩耗推定装置１０の構成を示す図で、タイヤ摩耗推定装置１０は、第１及び第２の加速度センサー１１Ａ，１１Ｂと、加速度微分波形演算手段１２と、微分ピーク値算出手段１３と、接地時間比算出手段１４と、角速度推定手段１５と、たわみ量算出手段１６と、記憶手段１７と、残溝量推定手段１８とを備える。
加速度微分波形演算手段１２〜残溝量推定手段１８の各手段は、例えば、コンピュータのソフトウェア、及び、ＲＡＭ等のメモリーから構成される。以下、これら加速度微分波形演算手段１２〜残溝量推定手段１８の各手段を演算部１０Ｂという。本例では、演算部１０Ｂを車体側に設置したが、タイヤ内に設けてもよい。
図２（ａ），（ｂ）に示すように、第１及び第２の加速度センサー１１Ａ，１１Ｂは、ともに、タイヤ１のインナーライナー部２のタイヤ気室３側のほぼ中央部に配置されたセンサーケース１１内に収納されて、路面からトレッド４に入力する振動を加速度として検出する。
第１の加速度センサー１１Ａは、検出方向がタイヤ径方向になるように配置されて、路面から入力するタイヤ径方向加速度ａ_R（ｔ）を検出し、第２の加速度センサー１１Ｂは、検出方向がタイヤ周方向になるように配置されて、タイヤ周方向加速度ａ_T（ｔ）を検出する。なお、各図において、ｘ方向は車両進行方向、ｙ方向は車両幅方向(タイヤ幅方向)、ｚ方向は上下方向である。
また、図は省略するが、センサーケース１１には、第１及び第２の加速度センサー１１Ａ，１１Ｂの出力をそれぞれ増幅する増幅器やＡ/Ｄ変換器、及び、Ａ/Ｄ変換された信号を、演算部１０Ｂに送信する送信機などが収納されている。なお、演算部１０Ｂを、センサーケース１１などのタイヤ１内に設置した場合には、演算部１０Ｂで得られた推定結果を、車体側に設けられたの車両制御装置（図示せず）に送信すればよい。
第１及び第２の加速度センサー１１Ａ，１１Ｂの大きさは、タイヤ１の大きさに対してかなり小さいので、ほぼ同一の位置にあると見做せる。以下、図２（ｂ）の点Ａに示す、第１及び第２の加速度センサー１１Ａ，１１Ｂの位置を計測点という。

加速度微分波形演算手段１２は、第１の加速度センサー１１Ａで検出されたタイヤ径方向加速度の時系列波形である径方向加速度波形を抽出し、この抽出された径方向加速度波形を時間微分した波形である加速度微分波形を求める。
図３（ａ）は、径方向加速度波形の一例を示す図で、横軸は時間[sec.]、縦軸は加速度[G]である。同図の破線で囲った、負の傾きが最大になる箇所が踏み込み側の接地端ｐ_fで、正の傾きが最大になる箇所ｐ_kが蹴り出し側の接地端である。
また、図３（ｂ）は、加速度微分波形の一例を示す図で、横軸は時間[sec.]、縦軸は加速度微分値[G/sec.]である。この加速度微分波形には、２つのピークが出現する。波形の前側、すなわち、時間的に先に現れるピークが踏み込み端側のピークＰ_fで、時間的に後に現れるピークが蹴り出し端側のピークＰ_kである。径方向加速度波形の接地端ｐ_f，ｐ_kにおける傾きが大きいほど、加速度微分波形におけるピークＰ_f，Ｐ_kの大きさは大きくなる。
図３（ｃ）に示すように、加速度微分波形における踏み込み端側のピークＰ_fと蹴り出し端側のピークＰ_kとの間隔が接地時間Ｔ_tで、時間的に隣接する２つの蹴り出し端側のピークＰ_k，Ｐ_k+1の間隔が、タイヤが一回転する時間である回転時間Ｔ_rである。なお、踏み込み側のピークの時間間隔から回転時間Ｔ_rを求めてもよい。

微分ピーク値算出手段１３では、踏み込み端側のピークＰ_fの大きさである踏み込み端側の微分ピーク値Ｖ_Rfを算出してこれを変形速度指標Ｖ_Rとし、これを残溝量推定手段１８に送る。なお、変形速度指標Ｖ_Rとしては、蹴り出し端側の加速度微分値である蹴り出し端側微分ピーク値Ｖ_Rkを用いてもよいし、踏み込み端側微分ピーク値Ｖ_Rfと蹴り出し端側微分ピーク値Ｖ_Rkとの平均値を用いてもよい。
接地時間比算出手段１４では、図３（ｃ）に示した、蹴り出し端側のピークＰ_kが現れた時間Ｔ₁とこの蹴り出し端側のピークがタイヤ１が１周してから再び現れるまでの時間Ｔ₂との時間差である回転時間Ｔ_rと、踏み込み端側のピークＰ_fと蹴り出し端側のピークＰ_k間の時間である接地時間Ｔ_tとを算出し、この算出した接地時間Ｔ_tを回転時間Ｔ_rで除算した接地時間比Ｒ_cを算出する。算出された接地時間比Ｒ_cは、残溝量推定手段１８に送られる。
なお、Ｔ_r＝Ｔ₂−Ｔ₁で、Ｒ_c＝（Ｔ_t/Ｔ_r）である。
角速度推定手段１５は、第１及び第２の加速度センサー１１Ａ，１１Ｂでそれぞれ検出したタイヤ径方向加速度ａ_R（ｔ）とタイヤ周方向加速度ａ_T（ｔ）とから、タイヤ１の回転角速度ω（ｔ）を推定する。
たわみ量算出手段１６は、第１及び第２の加速度センサー１１Ａ，１１Ｂでそれぞれ検出したタイヤ径方向加速度ａ_R（ｔ）とタイヤ周方向加速度ａ_T（ｔ）と、角速度推定手段１５で推定した回転角速度ω（ｔ）とから、計測点Ａの軌跡を演算して、走行時のタイヤ１の縦断面形状であるタイヤ１の外形を求め、このタイヤ１の外形からたわみ量ｄを推定する。たわみ量ｄは、タイヤ１の無荷重時の半径であるタイヤ半径をＲ、タイヤの走行時の半径である有効半径をＲ_effとすると、ｄ＝Ｒ−Ｒ_effと表わせる。
回転角速度ω（ｔ）の推定方法と、たわみ量ｄの算出方法については、後述する。

記憶手段１７は、予め求めておいた、複数のＲ_c−Ｖ_Rマップ１７Ｍ_１〜１７Ｍ_nを記憶する。Ｒ_c−Ｖ_Rマップ１７Ｍ_１〜１７Ｍ_nは、タイヤ１の摩耗の度合いを推定するためのマップで、たわみ量ｄ_k（ｋ＝１〜ｎ）毎に作成される。なお、本例では、摩耗の度合いとして残溝量Ｈを用いているが、摩耗量Ｍを摩耗の度合いとしてもよい。摩耗量Ｍは、新品時におけるタイヤ１の溝深さをＨ₀、残溝量をＨとすると、Ｍ＝Ｈ₀−Ｈで表される。
図４に示すように、たわみ量がｄ_kであるＲ_c−Ｖ_Rマップ１７Ｍ_kは、予め求めておいた残溝量がＨ_jである摩耗品の接地時間比Ｒ_cと変形速度指標Ｖ_Rとの関係を示すマスターラインＬ_jを、横軸を接地時間比Ｒ_c、縦軸を変形速度指標Ｖ_Rとした平面上に描画したもので、本例では、マスターラインＬ_jを、Ｈ₁＝８ｍｍ（New）、Ｈ₂＝６ｍｍ、Ｈ₃＝４ｍｍ、Ｈ₄＝２ｍｍ（Full-worm）の４本（ｊ＝１〜４）とした（ｊ＝１〜４）が、３本（New、Mid-worm、Full-worm）でもよいし、５本以上としてもよい。
Ｒ_c−Ｖ_Rマップ１７Ｍ_１〜１７Ｍ_nは、新品タイヤ（New）及びスリップサインの近くまで摩耗したタイヤ（Full-worm）を含む、残溝量Ｈ_Mと摩耗形状の異なる複数の試験タイヤを搭載した車両を、様々な荷重状態で走行させたときの接地時間比Ｒ_cのデータと、変形速度指標Ｖ_Rのデータと、たわみ量ｄのデータとを用いて求められる。
なお、ショルダー摩耗の場合は、センター部の残溝量が均等摩耗の残溝量とほぼ同じならば、接地時間比Ｒ_c、変形速度指標Ｖ_R、及び、たわみ量ｄは、均等摩耗の場合とほぼ同じになるので、本例では、摩耗形状を、センター摩耗と均等摩耗の２種類とした。

残溝量推定手段１８は、微分ピーク値算出手段１３で算出した変形速度指標Ｖ_Rと、接地時間比算出手段１４で算出した接地時間比Ｒ_cと、たわみ量算出手段１６で算出したわみ量ｄと、記憶手段１７に記憶しておいたＲ_c−Ｖ_Rマップ１７Ｍ_１〜１７Ｍ_nとを用いて、当該タイヤ１の摩耗の度合いである残溝量Ｈを推定する。
Ｒ_c−Ｐマップ１７Ｍ_１〜１７Ｍ_nは、上記のように、残溝量Ｈと摩耗形状の異なる試験タイヤを搭載した車両を走行させて検出したタイヤ径方向加速度ａ_R（ｔ）とタイヤ周方向加速度ａ_T（ｔ）とを用いて求められたものであるから、このＲ_c−Ｖ_Rマップ１７Ｍ_１〜１７Ｍ_nを用いれば、摩耗形状がセンター摩耗であるか否かにかかわらず、残溝量Ｈを精度よく推定することができる。
なお、図４に示すように、Ｒ_c−Ｖ_Rマップ１７Ｍ_１〜１７Ｍ_nに代えて、予め求めておいた、接地時間比Ｒ_c、変形速度指標Ｖ_R、及び、たわみ量ｄの３つを変数とした残溝量Ｈの回帰式Ｈ＝Ｆ（Ｒ_c，Ｖ_R，ｄ）を用いて、タイヤ１の残溝量Ｈを推定してもよい。この回帰式Ｈ＝Ｆ（Ｒ_c，Ｖ_R，ｄ）も、上記のＲ_c−Ｖ_Rマップ１７Ｍ_１〜１７Ｍ_nと同様に、残溝量Ｈと摩耗形状の異なる試験タイヤを搭載した車両を走行させて検出したタイヤ径方向加速度ａ_R（ｔ）とタイヤ周方向加速度ａ_T（ｔ）とを用いて求められる。したがって、回帰式Ｈ＝Ｆ（Ｒ_c，Ｖ_R，ｄ）を用いても、当該タイヤ１の残溝量Ｈを精度よく推定できる。

次に、本実施の形態１に係るタイヤ摩耗推定方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。なお、摩耗の度合いを推定する際、タイヤ１を搭載した車両は、平坦な路面を一定速度Ｖ₀で直進しているものとする。
まず、タイヤ１のインナーライナー部２に設置された第１及び第２の加速度センサー１１Ａ，１１Ｂにて、路面からタイヤ１に入力するタイヤ径方向加速度ａ_R（ｔ）とタイヤ周方向加速度ａ_T（ｔ）を、それぞれ検出する（ステップＳ１０）。
次に、タイヤ径方向加速度ａ_R（ｔ）を時間微分した波形である加速度微分波形を求め（ステップＳ１１）、この加速度微分波形の踏み込み端側のピークＰ_fの大きさである踏み込み端側微分ピーク値Ｖ_Rfを算出してこれを変形速度指標Ｖ_Rとする（ステップＳ１２）とする。更に、加速度微分波形における踏み込み端側のピークＰ_fと蹴り出し端側のピークＰ_kとの間隔である接地時間Ｔ_tと、２つの蹴り出し端側のピークＰ_k1，Ｐ_k2の間隔である回転時間Ｔ_rとを算出（ステップＳ１３）した後、この算出された接地時間Ｔ_tと回転時間Ｔ_rとの比である接地時間比Ｒ_cを算出する（ステップＳ１４）。接地時間比Ｒ_cは、Ｔ_t/Ｔ_rで表わせる。
次に、上記のステップＳ１０で検出したタイヤ径方向加速度ａ_R（ｔ）とタイヤ周方向加速度ａ_T（ｔ）とから、タイヤ１の回転角速度ω（ｔ）を算出する（ステップＳ１５）。そして、タイヤ径方向加速度ａ_R（ｔ）とタイヤ周方向加速度ａ_T（ｔ）と回転角速度ω（ｔ）とから、タイヤ１のたわみ量ｄを算出する（ステップＳ１６）。
なお、変形速度指標Ｖ_Rの算出と、接地時間比Ｒ_cの算出と、たわみ量ｄの算出とは、必ずしも、この順で行う必要はなく、順板を入替えてもよいし、並列処理してもよい。
最後に、ステップＳ１３で算出した変形速度指標Ｖ_Rと、ステップＳ１５で算出した接地時間比Ｒ_cと、ステップＳ１６〜Ｓ１７で算出したたわみ量ｄと、記憶予め求めておいたＲ_c−Ｖ_Rマップ１７Ｍ_１〜１７Ｍ_nとを用いて、当該タイヤ１の摩耗の度合いである残溝量Ｈを推定する（ステップＳ１７）。

ステップＳ１５の回転角速度ω（ｔ）の推定方法は、以下の通りである。
まず、図６（ａ），（ｂ）に示すように、タイヤ径方向加速度ａ_R（ｔ）とタイヤ周方向加速度ａ_T（ｔ）とから、それぞれ、タイヤ１回転分の波形を切り出す。
次に、タイヤ周方向加速度ａ_T（ｔ）から、以下の式（１）を用いて、タイヤ周方向速度ｖ（ｔ）を計算する。

ここで、Ｖ₀は車速であり、タイヤの回転周期とタイヤ半径、ＧＰＳデータ等から計算することができる。ｖ（ｔ）は、中心化などの前処理を行うこともある。
図６（ｃ）に示すように、タイヤ周方向速度ｖ（ｔ）は、踏み込み端に近づくにつれて減少し、接地領域に入るとまた増加するが、接地領域の中心付近から再び減少し、蹴り出し端で最小となり、その後、上昇することがわかる。
次に、タイヤ径方向加速度ａ_R（ｔ）とタイヤ周方向速度ｖ（ｔ）とから、以下の式（２）により、タイヤ１の回転角速度ω（ｔ）を推定する。
ω（ｔ）＝ａ_R（ｔ）/ｖ（ｔ） ……(２)
図６（ｄ）は回転角速度ω（ｔ）の推定値の時間変化を示す。
上記の式（２）は、センサー（計測点Ａ）がある時刻ｔにおいて等速円運動をしていると仮定して導出したもので、計測点Ａが等速円運動をしているときの加速度ａ_R（ｔ）及び速度ｖ（ｔ）は、以下の式で表せる。
ａ_R（ｔ）＝ｖ²（ｔ）/Ｒ（ｔ）
ｖ（ｔ）＝Ｒ（ｔ）ω（ｔ）
ここで、Ｒ（ｔ）は時刻ｔにおける曲率半径である。
上記の２つの式からＲ（ｔ）を消去してω（ｔ）について解けば、上記式（２）が得られる。

次に、ステップＳ１６のたわみ量ｄの算出方法について説明する。
本例では、たわみ量ｄを、計測点Ａの軌跡から算出する。
まず、以下の式（３）を用いて、回転角速度ω（ｔ）の推定値を積分し、回転角θの時間変化波形を求める。計測点の回転角θは、図７（ａ）に示すように、タイヤ１の中心から見たときの計測点Ａの回転角度で、初期値θ₀は０（接地中心）や−π（最上部）など、適当な値を設定することができる。

図７（ａ）に回転角θ（ｔ）の時間変化を示す図で、回転角θ（ｔ）は、ほぼ直線的に変化するが、同図の丸で囲んだ接地中心付近（ｔ＝０．１sec付近）では、回転角速度ω（ｔ）が小さくなることに対応し、その変化が小さくなっていることがわかる。
次に、以下の式（４），（５）に示すように、上記の回転角θ（ｔ）を用いて、タイヤ径方向加速度ａ_R（ｔ）とタイヤ周方向加速度ａ_T（ｔ）とを、グローバル座標系（ｘ，ｚ）の加速度である前後方向加速度ａ_x（ｔ）と上下方向加速度ａ_z（ｔ）とに座標変換する。グローバル座標系（ｘ，ｚ）は、図２（ａ），（ｂ）に示した、ｘ方向を車両進行方向、ｙ方向を車両幅方向(タイヤ幅方向)、ｚ方向を上下方向とした座標系である。

前後方向加速度ａ_x（ｔ）と上下方向加速度ａ_z（ｔ）の時間変化波形を、図７（ｂ），（ｃ）に示す。

次に、グローバル座標系に変換された加速度を積分し、以下の式（６），（７）を用いて計測点Ａの前後方向速度ｖ_x（ｔ）と上下方向速度ｖ_z（ｔ）とを算出する。

但し、ａ_x（ｔ），ａ _z（ｔ）は、中心化などの前処理を伴うこともある。また、初期値ｖ_x0，ｖ _z0は任意の値に設定することができる。
前後方向速度ｖ_x（ｔ）と上下方向速度ｖ_z（ｔ）の時間変化波形を、図８（ａ），（ｂ）に示す。
更に、速度を積分し、以下の式（８），（９）を用いて計測点Ａの前後方向の変位ｕ_x（ｔ）と上下方向の変位ｕ_z（ｔ）とを算出する。

但し、ｖ_x（ｔ），ｖ _z（ｔ）は、中心化などの前処理を伴うこともある。また、初期値ｕ_x0，ｕ _z0は任意の値に設定することができる。
前後方向の変位ｕ_x（ｔ）と上下方の変位ｕ_z（ｔ）の時間変化波形を、図９（ａ），（ｂ）に示す。
そして、時間成分を除き、変位ｕ_x（ｔ），ｕ_z（ｔ）を２次元平面に図示することで、図９（ｃ）に示すような、計測点Ａの軌跡を得る。
この計測点Ａの軌跡に対して、円をフィッテイングして回帰円Ｃ_fitを求め、その半径である回帰半径Ｒ_fitとを求めるとともに、タイヤ１がたわんだ状態の半径である有効半径Ｒ_effとを求める。本例では、図９（ｄ）の模式図に示すように、有効半径Ｒ_effを、同図の破線で示す、回帰円Ｃ_fitの中心Ｏから計測点Ａまでの距離の最小値とした。
最後に、以下の式により、たわみ量ｄを算出する。
ｄ＝Ｒ_fit−Ｒ_eff
なお、摩耗の度合いを推定するためのたわみ量ｄ、もしくは、後述するセンター摩耗判定に使用する特長量としては、たわみ量ｄでも良いし、たわみ率ｋ_d＝ｄ/Ｒ_fitでもよい。

実施の形態２．
図１０は、本実施の形態２に係るタイヤ摩耗推定装置２０の構成を示す図で、同図において、１１Ａ，１１Ｂは第１及び第２の加速度センサー、１２は加速度微分波形演算手段、１３は微分ピーク値算出手段、１４は接地時間比算出手段、１５は角速度推定手段、１６はたわみ量算出手段、２１は識別モデル記憶手段、２２は摩耗形状判別手段、２３はＲ−Ｖマップ記憶手段、２４は残溝量推定手段である。
第１及び第２の加速度センサー１１Ａ，１１Ｂ〜たわみ量算出手段１６までの、実施の形態１と同符号の各手段は、実施の形態１と同一構成なので、その説明を省略する。

識別モデル記憶手段２１は、予め求めておいた、摩耗形状識別モデル２１Ｍを記憶する。
摩耗形状識別モデル２１Ｍは、図１１に示すように、タイヤ１の摩耗形状が均等摩耗（Even wear；以下、Ｎ状態という）であるか、センター摩耗（Center wear；以下、Ｍ状態という）であるかを識別する識別関数ｆ_NM（ｘ）により分離するための基準特徴ベクトルＹ_ZSVと、基準特徴ベクトルＹ_ZSVを重み付けするラグランジュ乗数λ_Zとを備える（Ｚ＝ＮまたはＭ）。
基準特徴ベクトルＹ_ZSVとラグランジュ乗数λ_Zとは、残溝量Ｈと摩耗形状の異なる複数の試験タイヤを搭載した車両を、様々な荷重状態で走行させたときの接地時間比Ｒ_cのデータと、変形速度指標Ｖ_Rのデータと、たわみ量ｄのデータとを成分とする特徴ベクトルＹ_Z＝（Ｒ_cZ，Ｖ_RZ，ｄ_Z）を求めた後、これら特徴ベクトルＹ_Zを学習データとして、サポートベトルターマシーン（ＳＶＭ）により求められる。

摩耗形状判別手段２２は、微分ピーク値算出手段１３で算出した変形速度指標Ｖ_Rと、接地時間比算出手段１４で算出した接地時間比Ｒ_cと、たわみ量算出手段１６で算出したわみ量ｄとを成分とする特徴量ベクトルＸ（Ｒ_c，Ｖ_R，ｄ）と、識別モデル記憶手段２１に記録されているサポートベクトルＹ_NSVとＹ_MSVV、及び、ラグランジュ乗数λ_N，λ_Mを用いて、カーネル関数Ｋ_N（Ｘ，Ｙ_NSV），Ｋ_M（Ｘ，Ｙ_MSVV）を算出した後、これらのカーネル関数Ｋ_N（Ｘ，Ｙ_NSV），Ｋ_M（Ｘ，Ｙ_MSVV）を用いて、タイヤの摩耗形状を識別するための識別関数ｆ_NM（ｘ）の値を求め、この識別関数ｆ_NM（ｘ）の値により、当該タイヤ１の摩耗形状がＮ状態（均等摩耗）であるか、Ｍ状態（センター摩耗）であるかを判別する。摩耗形状判別手段２２の判別結果は、残溝量推定手段２４に送られる。
なお、カーネル関数Ｋ_N，Ｋ_Mとしては、例えば、ガウシアンカーネルなどが好適に用いられる。

Ｒ−Ｖマップ記憶手段２３は、予め求めておいた、残溝量がＨ_jでかつ摩耗形状が均等摩耗である摩耗品の接地時間比Ｒ_cと変形速度指標Ｖ_Rとの関係を示す第１のマスターラインＬ_Njと、残溝量がＨ_jでかつ摩耗形状がセンター摩耗である摩耗品の接地時間比Ｒ_cと変形速度指標Ｖ_Rとの関係を示す第２のマスターラインＬ_Mjとを、それぞれ、横軸を接地時間比Ｒ_c、縦軸を変形速度指標Ｖ_Rとした平面上に描画した第１のＲ_c−Ｖ_Rマップ２３Ｎ（Even-Map）と第２のＲ_c−Ｖ_Rマップ２３Ｍ（Center-Map）とを記憶する。
第１及び第２のＲ_c−Ｖ_Rマップ２３Ｎ，２３Ｍは、いずれも、接地時間比Ｒ_cと変形速度指標Ｖ_Rとから摩耗の度合いを推定するためマップで、第１のＲ_c−Ｖ_Rマップ２１Ｎは、摩耗形状が均等摩耗で、かつ、残溝量Ｈの異なる複数の試験タイヤを搭載した車両を、様々な荷重状態で走行させたときの接地時間比Ｒ_cのデータと、変形速度指標Ｖ_Rのデータとを用いて求められる。
一方、第２のＲ_c−Ｖ_Rマップ２１Ｍは、摩耗形状がセンター摩耗で、かつ、残溝量Ｈの異なる複数の試験タイヤを搭載した車両を、様々な荷重状態で走行させたときの接地時間比Ｒ_cのデータと、変形速度指標Ｖ_Rのデータとを用いて求められる。
残溝量推定手段２４は、微分ピーク値算出手段１３で算出した変形速度指標Ｖ_Rと、接地時間比算出手段１４で算出した接地時間比Ｒ_cと、Ｒ−Ｖマップ記憶手段２３に記憶しておいた第１のＲ_c−Ｖ_Rマップ２３Ｎもしくは第２のＲ_c−Ｖ_Rマップ２３Ｍとを用いて、当該タイヤ１の摩耗の度合いである残溝量Ｈを推定する。
具体的には、摩耗形状判別手段２２により、当該タイヤ１の摩耗形状が均等摩耗であると判定された場合には、算出された変形速度指標Ｖ_Rと接地時間比Ｒ_c、及び、第１のＲ_c−Ｖ_Rマップ２３Ｎとを用いて、当該タイヤ１の摩耗の度合いである残溝量Ｈを推定し、摩耗形状がセンター摩耗であると判定された場合には、算出された変形速度指標Ｖ_Rと接地時間比Ｒ_c、及び、第２のＲ_c−Ｖ_Rマップ２３Ｍを用いて、当該タイヤ１の摩耗の度合いである残溝量Ｈを推定する。

このように、微分ピーク値算出手段１３にて変形速度指標Ｖ_Rを、接地時間比算出手段１４にて接地時間比Ｒ_cを、たわみ量算出手段１６にてたわみ量ｄを算出した後、上記算出された変形速度指標Ｖ_R、地時間比Ｒ_c、及び、たわみ量ｄを成分とする特徴量ベクトルＸ（Ｒ_c，Ｖ_R，ｄ）と、予め摩耗形状ごとに求めておいた特徴量ベクトルであるサポートベクトルＹ_Z＝（Ｒ_cZ，Ｖ_RZ，ｄ_Z）を学習データとして構築した判別モデル（摩耗形状識別モデル２１Ｍ）とに基づいて、機械学習のアルゴリズムを用いて、前記タイヤの摩耗形状が均等摩耗であるか、センター摩耗であるかを判別したので、当該タイヤ１の摩耗形状を精度よく判別することができる。
また、摩耗形状を考慮して当該タイヤ１の摩耗の度合いを推定したので、タイヤの摩耗形状に係らず、走行中のタイヤの摩耗の度合いを精度よく推定することができる。

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。

例えば、前記実施の形態１，２では、タイヤ径方向加速度ａ_R（ｔ）とタイヤ周方向加速度ａ_T（ｔ）とから回転角速度ω（ｔ）を推定したが、振動ジャイロなどの角速度センサーを用いて回転角速度ω（ｔ）を直接計測してもよい。角速度センサーは、計測点Ａに設置することが好ましい。
また、たわみ量ｄについても、タイヤ１が取付けられている車両に距離センサーを設置して、車両と路面までの距離を計測し、この車両と路面間と距離からたわみ量ｄを算出してもよい。具体的には、距離センサーの設置位置と路面との距離を車軸と路面との距離に換算してこれを有効半径Ｒ_effとし、この有効半径とタイヤ半径Ｒとの差をたわみ量ｄとすればよい。
また、前記実施の形態２では、摩耗形状判別手段２２を、サポートベクトルマシーン（ＳＶＭ）から構成したが、ロジスティック回帰やランダムフォーレスト、ニューラルネットワークなどの他の機械的学習のアルゴリズムを用いてもよい。
また、前記実施の形態２では、摩耗形状により、摩耗の度合いを推定するマップを選択する構成としたが、第１のＲ_c−Ｖ_Rマップ２３Ｎのみ準備するとともに、予め、接地時間比Ｒ_cと変形速度指標Ｖ_Rとが同じ、摩耗形状が均等摩耗であるときの残溝量Ｈ_Nと、摩耗形状がセンター摩耗における残溝量Ｈ_Mとの差である補正量ΔＨを求めておき、摩耗形状がセンター摩耗である場合には、第１のＲ_c−Ｖ_Rマップ２３Ｎで求めた残溝量Ｈ’を、Ｈ＝Ｈ’＋ΔＨと補正して出力するようにしてもよい。なお、摩耗形状がセンター摩耗でない場合には、補正の必要はなく、Ｈ’とをそのまま出力すればよい。

１ タイヤ、２ インナーライナー部、３ タイヤ気室、４ トレッド、
１０ タイヤ摩耗推定装置、１１ センサーケース、１１Ａ 第１の加速度センサー、
１１Ｂ 第２の加速度センサー、１２ 加速度微分波形演算手段、
１３ 微分ピーク値算出手段、１４ 接地時間比算出手段、１５ 角速度推定手段、
１６ たわみ量算出手段、１７ 記憶手段、１７Ｍ_１〜１７Ｍ_n Ｒc−Ｖ_Rマップ、
１８ 残溝量推定手段。

Claims (7)

1. タイヤに装着された加速度センサーにより検出したタイヤ径方向加速度の時系列波形を微分した径方向加速度波形に出現する正負のピークのいずれか一方もしくは両方の大きさから算出されたタイヤ接地端部またはタイヤ接地端部近傍における変形速度の指標と、前記正のピークと負のピークとの時間間隔である接地時間と前記正負のピークのいずれか一方のピークの時間間隔である前記タイヤの回転時間との比である接地時間比と、前記タイヤの無荷重時の半径であるタイヤ半径と前記タイヤの走行時の半径である有効半径との差であるたわみ量とを用いて、前記タイヤの摩耗の度合いを推定するタイヤ摩耗推定方法。
2. 前記タイヤのタイヤ径方向加速度、タイヤ周方向加速度、及び、回転角速度を計測するとともに、前記計測されたタイヤ径方向加速度、タイヤ周方向加速度、及び、回転角速度を用いて算出した当該タイヤの変位の軌跡から前記たわみ量を推定することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ摩耗推定方法。
3. 前記タイヤのタイヤ径方向加速度とタイヤ周方向加速度とを計測し、前記計測されたタイヤ径方向加速度とタイヤ周方向加速度とから前記タイヤの回転角速度を推定するとともに、前記計測されたタイヤ径方向加速度とタイヤ周方向加速度、及び、前記推定された回転角速度を用いて算出した当該タイヤの変位の軌跡から前記たわみ量を推定することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ摩耗推定方法。
4. 前記有効半径を、前記タイヤが取付けられている車両に搭載された距離センサーにより検出された前記車両と路面との距離から算出することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ摩耗推定方法。
5. 前記変形速度の指標と前記接地時間比と前記たわみ量とを特徴量とし、これらの特徴量から、機械学習アルゴリズムにより、前記タイヤの摩耗形状がセンター摩耗であるか否かを判別する判別ステップと、
   前記タイヤの摩耗の度合いを推定するステップとを備え、
   前記判別ステップでは、
   前記特徴量と、予め求めておいた摩耗形状がセンター摩耗であるタイヤの特徴量とセンター摩耗ではない摩耗形状のタイヤの特徴量とを学習データとして構築した判別モデルとに基づいて、前記タイヤの摩耗形状がセンター摩耗であるか否かを判別し、
   前記タイヤの摩耗の度合いを推定するステップでは、
   前記タイヤの摩耗形状がセンター摩耗であると判別された場合は、
   前記算出された変形速度の指標と、前記接地時間比と、予め求めておいた、タイヤの摩耗形状がセンター摩耗であるタイヤの前記変形速度の指標と前記接地時間比とタイヤの摩耗の度合いとの関係とを用いて前記タイヤの摩耗の度合いを推定し、
   前記タイヤの摩耗形状がセンター摩耗ではないと判別された場合は、
   前記算出された変形速度の指標と、前記接地時間比と、予め求めておいた、タイヤの摩耗形状がセンター摩耗ではないタイヤの前記変形速度の指標と前記接地時間比と摩耗の度合いとの関係とを用いて、前記タイヤの摩耗の度合いを推定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法。
6. 前記変形速度の指標と前記接地時間比とを用いて、前記タイヤの摩耗の度合いを推定する推定ステップと、
   前記変形速度の指標と前記接地時間比と前記たわみ量とを特徴量とし、これらの特徴量から、機械学習アルゴリズムにより、前記タイヤの摩耗形状がセンター摩耗であるか否かを判別する判別ステップと、
   前記タイヤの摩耗形状がセンター摩耗であると判別された場合には、前記推定された摩耗の度合いを補正する補正ステップと、を備え、
   前記判別ステップでは、
   前記特徴量と、予め求めておいた摩耗形状がセンター摩耗であるタイヤの特徴量とセンター摩耗ではない摩耗形状のタイヤの特徴量とを学習データとして構築した判別モデルとに基づいて、前記タイヤの摩耗形状がセンター摩耗であるか否かを判別し、
   前記補正ステップでは、
   前記予め求めておいた、摩耗形状がセンター摩耗であるタイヤの摩耗の度合いと摩耗形状がセンター摩耗でないタイヤの摩耗の度合いとの差を用いて、前記推定された摩耗の度合いを補正することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法。
7. 走行中のタイヤの摩耗形状がセンター摩耗であるか否かを判別する方法であって、
   タイヤに装着された加速度センサーにより検出したタイヤ径方向加速度の時系列波形を微分した径方向加速度波形に出現する正負のピークのいずれか一方もしくは両方の大きさから算出した、タイヤ接地端部またはタイヤ接地端部近傍における変形速度の指標を求めるステップと、
   前記正のピークと負のピークとの時間間隔である接地時間と前記正負のピークのいずれか一方のピークの時間間隔である前記タイヤの回転時間との比である接地時間比を求めるステップと、
   前記タイヤの無荷重時の半径であるタイヤ半径と前記タイヤの走行時の半径である有効半径との差であるたわみ量を求めるステップと、
   前記求められた変形速度の指標と接地時間比とたわみ量とを特徴量とし、これらの特徴量から、機械学習アルゴリズムにより、前記タイヤの摩耗形状がセンター摩耗か否かを判別する判別ステップと、を備え、
   前記判別ステップでは、
   前記特徴量と、予め求めておいた摩耗形状がセンター摩耗であるタイヤの特徴量とセンター摩耗ではない摩耗形状のタイヤの特徴量とを学習データとして構築した判別モデルとに基づいて、前記タイヤの摩耗形状がセンター摩耗であるか否かを判別することを特徴とするタイヤ摩耗形状判別方法。

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