JP2023016066A

JP2023016066A - タイヤ摩耗量推定装置

Info

Publication number: JP2023016066A
Application number: JP2021120109A
Authority: JP
Inventors: 元康佐藤; Motoyasu Sato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-07-21
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2023-02-02

Abstract

【課題】車両のタイヤの走行距離当たりの摩耗量を推定するに当たり、更なる推定精度の向上が望めるタイヤ摩耗量推定装置を提供する。【解決手段】車両のタイヤ摩耗量推定装置は、前記車両のタイヤの動荷重半径情報を取得する動荷重半径情報取得手段と前記車両の荷重情報を取得する荷重情報取得手段と、前記車両のタイヤ空気圧情報を取得するタイヤ空気圧情報取得手段と、前記車両の走行距離情報を取得する走行距離情報取得手段と、前記車両の走行距離当たりのタイヤ摩耗量を推定するタイヤ摩耗量推定手段と、を備え、前記タイヤ摩耗量推定手段は、前記荷重情報取得手段にて取得した前記荷重情報と、前記タイヤ空気圧情報取得手段にて取得した前記タイヤ空気圧情報と、の両方が同一と見なせる時点における、前記動荷重半径情報と前記走行距離情報を用いて、走行距離当たりのタイヤ摩耗量を推定する事を特徴とするように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のタイヤの走行距離当たりの摩耗量の推定を行うタイヤ摩耗量推定装置に関する。

車両の走行に伴い、路面との摩擦や経年劣化等により、車両のタイヤの摩耗は進む。このタイヤの摩耗量を推定することで、タイヤの摩耗状態を車両のシステム内で把握し、様々な利用が可能となる。

特許文献１には、車両に装着されているタイヤのトレッドゴムの耐摩耗性を記憶しており、タイヤが転動する際にタイヤの接地面に生ずる摩擦エネルギー分布特性をタイヤに加わる複数種類の力または加速度に対応するように複数記憶している記憶装置と、タイヤに加わる力または加速度の少なくとも一方を検出可能な第１検出装置と、タイヤの回転量または走行距離の少なくとも一方を検出可能な第２検出装置とを用い、タイヤの摩耗状態を推定するタイヤの摩耗状態推定方法であって、第１検出装置によって検出された力または加速度に基づき、タイヤ接地面に生ずる摩擦エネルギー分布を前記複数の摩擦エネルギー分布特性を用いて導出するエネルギー分布導出工程と、エネルギー分布導出工程によって導出される摩擦エネルギー分布、タイヤのトレッドゴムの耐摩耗性及び第２検出装置によって検出されるタイヤの回転量または走行距離を用い、タイヤ接地面の摩耗量分布を導出及び積算する摩耗量導出積算工程とを含む技術が開示されている。

特開２００９-２９２４３４号公報

しかしながら、引例では現時点での摩耗量の推定に留まり、将来の摩耗量の予測も行える技術の提供が期待される。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、現状および将来的に予測されるタイヤの摩耗量の推定装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る車両のタイヤ摩耗量推定装置は、前記車両のタイヤの動荷重半径情報を取得する動荷重半径情報取得手段と前記車両の荷重情報を取得する荷重情報取得手段と、前記車両のタイヤ空気圧情報を取得するタイヤ空気圧情報取得手段と、前記車両の走行距離情報を取得する走行距離情報取得手段と、前記車両の走行距離当たりのタイヤ摩耗量を推定するタイヤ摩耗量推定手段と、を備え、前記タイヤ摩耗量推定手段は、前記荷重情報取得手段にて取得した前記荷重情報と、前記タイヤ空気圧情報取得手段にて取得した前記タイヤ空気圧情報と、の両方が同一と見なせる時点における前記動荷重半径情報と、前記走行距離情報を用いて、走行距離当たりのタイヤ摩耗量を推定することを特徴とする車両のタイヤ摩耗量推定装置である。

本発明によれば、タイヤの動荷重半径を演算し、荷重情報とタイヤ空気圧情報の両方が同一と見なせる時点における、タイヤの動荷重半径情報を用いて走行距離当たりのタイヤ摩耗量を推定するため、タイヤの動荷重半径によりタイヤ摩耗量を推定する際にタイヤの動荷重半径に影響する条件を揃えることで、タイヤの摩耗量推定の際の影響を抑制し、更なる推定精度の向上が望める為、将来の摩耗量についても精度よく推定が可能となる。

図１は、第１実施形態のタイヤ摩耗量推定装置の概略構成図である。図２は、ＥＣＵの制御作動の要部を説明するフローチャートである。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は適宜、簡略化されている。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のタイヤ摩耗量推定装置１００の概略構成図である。タイヤ摩耗量推定装置１００は、車両に搭載されたタイヤの走行距離当たりの摩耗量を推定する装置である。荷重センサ１０２は荷重情報取得手段、空気圧センサ１０３はタイヤ空気圧情報取得手段の一例である。図１に示すように、タイヤ摩耗量推定装置１００は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１０１と、荷重センサ１０２と、空気圧センサ１０３と、車輪速センサ１０４と、ＧＰＳセンサ１０５と、メータディスプレイ１０６とを備えている。ＥＣＵ１０１は、荷重センサ１０２と、空気圧センサ１０３と、車輪速センサ１０４と、ＧＰＳセンサ１０５と、メータディスプレイ１０６のそれぞれと通信可能に接続されている。

ＥＣＵ１０１が機能的に備えている走行距離推定部１０１１及びＧＰＳセンサ１０５は走行距離取得手段の一例であり、車輪速センサや加速度センサ等を用いて走行距離情報を取得する構成としても良い。本実施例では走行距離推定部１０１１はＧＰＳセンサ１０５にて取得した位置情報の差分を基に、走行距離の推定を行う。

また、ＥＣＵ１０１が機能的に備えている動荷重半径推定部１０１２と車輪速センサ１０４およびＧＰＳセンサ１０５は、車両に搭載された動荷重半径推定手段の一例であり、赤外線センサなどを用いて動荷重半径情報を取得する構成としても良い。本実施例ではＥＣＵ１０１は動荷重半径推定部１０１２を機能的に備え、車輪速センサ１０４によって取得された車両の車輪速情報、ＧＰＳセンサ１０５によって取得された車両の位置情報をそれぞれ取得し、車両のタイヤの動荷重半径の推定を行う。推定方法の一例として、動荷重半径推定部１０１２は所定時間における車両の位置情報の変化から車両の走行距離を算出し、また車輪速情報からその期間におけるタイヤの回転数を算出、走行距離をタイヤの回転数で除算する事でタイヤの外径が算出できる為、これを更に４πで除算する事で動荷重半径の推定ができる。

ＥＣＵ１０１が機能的に備えている、記憶装置制御部１０１３は、走行距離推定部１０１１で推定された車両の走行距離及び動荷重半径推定部１０１２で推定された動荷重半径は、同時刻に荷重センサ１０２によって取得された車両の荷重情報、空気圧センサ１０３によって取得された車両のタイヤ空気圧情報と共に、ＥＣＵ１０１が機能的に備えている記憶装置１０１４にお互いに紐づけて情報を保存する。本実施例では車両の走行距離や動荷重半径等の推定情報を推定後に記憶装置１０１４に保存する構成としたが、これら情報を推定する際に必要な情報を記憶装置１０１４に保存し、情報が必要となった際に適宜各種情報から推定を行い用いる構成としても良い。

車両の走行による路面との摩耗や経年劣化により、車両のタイヤは摩耗が進む。摩耗の進んだタイヤはグリップ力が弱まり、制動の際に制動距離が延びる・旋回時に膨らみが大きくなる等の影響が発生する。特に濡れた路面の走行時にはタイヤが路面との間の水を排出できなくなり、タイヤが路面から浮き上がるハイドロプレーン現象が発生し、車両の正常な制御が出来なくなる可能性がある。この為、安全の為に車両システムや車両のユーザは、正しい車両のタイヤ摩耗状態について定期的に把握しておくことが望ましい。

ＥＣＵ１０１が機能的に備えている、タイヤ摩耗量推定部１０１５は、車両の走行距離当たりのタイヤ摩耗量を車両システムにて把握しておくために備えられており、記憶装置１０１４に記録された情報を基に、車両の走行距離当たりのタイヤ摩耗量の推定を行う推定部である。記憶装置１０１４にタイヤ摩耗量の推定に必要となる情報が所定数以上保存されている場合、タイヤ摩耗量推定部１０１５は記憶装置制御部１０１３により記憶装置１０１４から荷重情報とタイヤ空気圧情報の両方が、予め設定されたそれぞれの基準値から誤差1%以内の条件における、動荷重半径および走行距離のデータを複数取得し、取得した複数のデータに対して線形近似を行う事で走行距離当たりのタイヤ摩耗量を推定する。この様に車両から実際に取得していた情報を線形近似する事で、実際の走行距離当たりのタイヤ摩耗量が推定できる。これら構成により、従来技術と比較してタイヤ摩耗量の推定の際の精度向上を望むことが出来る。

また、本実施例ではメータディスプレイ１０６を備える。メータディスプレイ１０６はタイヤ摩耗量推定部１０１５によって走行距離当たりのタイヤ摩耗量を推定した場合、その結果を車両のユーザに通知する。ＥＣＵ１０１は、メータディスプレイ１０６にタイヤ摩耗量推定部１０１５による走行距離当たりのタイヤ摩耗量の推定結果の通知を行わせるために、すなわち、メータディスプレイ１０６を制御するために、メータディスプレイ制御部１０１６を機能的に備えている。これにより、車両システムだけでなく、車両のユーザも走行距離当たりのタイヤ摩耗量を把握する事が出来る様になる為、運転における安心・安全性に繋がる。本実施例では車両のユーザにタイヤ摩耗量に関する通知を行う通知装置の一例としてメータディスプレイを記載したが、センターディスプレイ・ヘッドアップディスプレイ等の車両に搭載された他の表示装置による視覚的な通知や音声読み上げ等の聴覚的な通知等や、また、他の車載通知装置やスマートフォンなどの携帯端末を採用しても良い。

図２は、ＥＣＵ１０１の制御作動の要部を説明するフローチャートであり、走行距離当たりのタイヤ摩耗量を推定する毎に実行される。

図２において、先ず、記憶装置制御部１０１３の機能に対応するステップ（以下、ステップを省略する）Ｓ１１において、走行距離推定部１０１１で推定された車両の走行距離及び動荷重半径推定部１０１２で推定された動荷重半径を、同時刻に荷重センサ１０２によって取得された車両の荷重情報、空気圧センサ１０３によって取得された車両のタイヤ空気圧情報と共に、ＥＣＵ１０１が機能的に備えている記憶装置１０１４にお互いに紐づけて情報を保存する。

タイヤ摩耗量推定部１０１５の機能に対応するＳ１２では、記憶装置１０１４にタイヤ摩耗量の推定に必要となる情報が所定数以上保存されているかどうかを判定する。
Ｓ１２で肯定判定されるとＳ１３に進み、Ｓ１２で否定判定されるとＳ１１に戻る。

記憶装置制御部１０１３の機能に対応するＳ１３では、記憶装置１０１４に保存された情報から後述のタイヤ摩耗量の推定を行う際に必要となる情報を取得する。具体的には、記憶装置１０１４から荷重情報とタイヤ空気圧情報の両方が、予め設定されたそれぞれの基準値から誤差1%以内の条件における、動荷重半径および走行距離の複数のデータを取得する。荷重が増加すると車両のタイヤへの負荷も増加する為、実質的なタイヤ径は減少し、荷重が減少すると実質的なタイヤ径は増加する。また、タイヤ空気圧が増加すると実質的なタイヤ径は増加し、タイヤ空気圧が低下すると実質的なタイヤ径は減少する。この為、これら条件が同一と見なせる場合の動荷重半径および走行距離のデータを用いる事で、動荷重半径取得手段で取得する動荷重半径に影響する条件を揃えることが可能となり、走行距離当たりのタイヤ摩耗量推定の精度の向上を望むことが出来る。

タイヤ摩耗量推定部１０１５の機能に対応するＳ１４では、Ｓ１３で記憶装置制御部１０１３が記憶装置１０１４より取得した動荷重半径および走行距離を用いて走行距離当たりのタイヤ摩耗量を推定する。走行距離当たりのタイヤ摩耗量を推定する際は、同時期に取得した動荷重半径と走行距離の情報群を線形近似し、推定を行う。

メータディスプレイ制御部１０１６の機能に対応するＳ１５では、Ｓ１４でタイヤ摩耗量推定部１０１５が推定した走行距離当たりのタイヤ摩耗量についての情報をメータディスプレイ１０６へ表示する為の制御を行う事で、タイヤ摩耗量についてユーザに対する通知を行う。これにより、車両システムだけでなく、ユーザも走行距離当たりのタイヤ摩耗量を把握する事が出来る。Ｓ１５の処理が行われると、今回のルーチンがリターンされる。

以上のように、本実施形態によれば、これら構成により、走行距離当たりのタイヤ摩耗量を推定する際に、推定結果に影響する要素を揃えることが出来る。これにより、従来技術と比較して走行距離当たりのタイヤ摩耗量の推定の際の精度向上を望むことが出来る。

また、本実施形態によれば、車両システムや点検の際に車両システムにアクセス可能なエンジニアだけでなく、車両のユーザ自身もタイヤ摩耗量の推定結果を把握することが可能になり、自発的なタイヤ交換を促すことが出来る。

（変形例）
第１実施形態では、同一と見なせる場合の一例として、予め設定されたそれぞれの基準値から誤差1%以内の条件としたが、誤差の大きさは適宜変更しても良く、また、車両状態によって変化する値とする構成や、基準値からの誤差が少ないものから必要数取得する構成としても良い。同一と見なせるか否かは実験などで予め決めておくことが考えられる。また、基準値を設けるのではなく、例えば車両の荷重で有れば、８００～８５０ｋｇの範囲の条件とする等、値の範囲を直接決定する構成でも良い。加えて、基準値や値の範囲自体は予め設定されたものでなく、ユーザが決定したり、車両の走行状態から車両システムが決定したりする構成としても良い。これによっても従来技術と比較してタイヤ摩耗量の推定の際の精度向上を望むことが出来る。

第１実施形態では、荷重情報取得手段として、荷重センサを用い、直接車両の荷重情報を計測するようにしたが、荷重情報取得手段は荷重センサに限らず、例えば圧力センサを用いる、もしくは、Ｆ＝ｍａの関係から、トルクセンサで取得した車両の駆動トルクを加速度センサで取得した加速度で除算する事で荷重を間接的に推定する、等の構成としてもよい。

第１実施形態では、荷重情報取得手段として、荷重センサを用い、直接車両の荷重情報、所謂車重を求める構成としたが、荷重情報取得手段で取得する情報はタイヤごとに掛かる重量を求める構成としても良く、例えば、車重と車両の傾斜情報等から演算したり、直接タイヤごとに荷重センサを設けたりする事で、タイヤに掛かる重量を求める構成としても良い。

第１実施形態では、走行距離当たりのタイヤ摩耗量の推定に動荷重半径を用いたが、必ずしも車両の走行中にタイヤ摩耗量の推定を行う必要は無く、車両の停止中に取得した静荷重半径を用いて走行距離当たりのタイヤ摩耗量の推定を行う構成としても良い。

第１実施形態では、走行距離当たりのタイヤ摩耗量の推定に必要となる各種センサ情報をまず記憶装置にそれぞれ保存し、その中から条件を満たす情報を用いてタイヤ摩耗量の推定に用いたが、予め条件を満たすかどうかを判断し、条件を満たす情報のみを記憶装置に保存する構成としても良い。また、第１実施形態では、記憶装置は車両に搭載する構成としたが、外部記憶装置を用いて随時通信を行う構成としても良い。

第１実施形態では、走行距離当たりのタイヤ摩耗量の推定時の推定方法を線形近似としたが、走行距離当たりのタイヤ摩耗量の推定結果は走行距離情報に依らず一定である必要は無く、２次以上の多項式や対数、指数、累乗、三角関数、円錐曲線等による曲線近似や折れ線近似など、他の近似によって推定しても良い。

第１実施形態では、タイヤ摩耗量推定手段としてのタイヤ摩耗量推定部は、荷重情報とタイヤ空気圧情報の両方が同一と見なせる時点において、動荷重半径情報取得手段としての動荷重半径推定部が車両の車輪速情報と位置情報から推定した動荷重半径と、走行距離情報取得手段としての走行距離推定部が車両の位置情報から推定した走行距離と、を用いて走行距離当たりのタイヤ摩耗量の推定を行ったが、動荷重半径情報取得手段は、動荷重半径を直接推定もしくは測定結果を取得するのではなく、間接的なタイヤの動荷重半径情報として、タイヤ回転数情報を車輪速センサ等から取得もしくは推定し、タイヤ摩耗量推定手段はタイヤ回転数情報の変動から走行距離当たりのタイヤ摩耗量を推定しても良い。

第１実施形態では、走行距離当たりのタイヤ摩耗量の推定を目的としたが、走行距離当たりのタイヤ摩耗量を求める事で同時に推定が可能となる今後の航続可能距離やタイヤの推奨交換時期を推定する構成としても良い。これら推定結果もタイヤ摩耗量と同様に車両のユーザへ通知する構成としても良い。車両システムで将来的なタイヤ摩耗量を予測した結果から推定した今後の航続可能距離やタイヤの推奨交換時期がユーザに対して通知できると、ユーザはタイヤ交換が必要となる目安を予め把握出来る様になるため、運転における安心・安全性に繋がる。

また、車両のタイヤが取り換えられた場合、取り換え以降に記憶装置に保存するタイヤ摩耗量推定に用いる情報は過去のタイヤの摩耗量推定に用いられる情報と、区別できる様に保存を行う構成としても良い。タイヤ交換の際の検知は自動で車両システムが判定してももユーザやエンジニアが手動で設定しても良い。これにより、タイヤ交換を行った場合でもタイヤの摩耗量推定を正確に行う事が可能となる。

本発明は、上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１００タイヤ摩耗量推定装置
１０１電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１０１１走行距離推定部
１０１２動荷重半径推定部
１０１３記憶装置制御部
１０１４記憶装置
１０１５タイヤ摩耗量推定部
１０１６メータディスプレイ制御部
１０２荷重センサ
１０３空気圧センサ
１０４車輪速センサ
１０５ＧＰＳセンサ
１０６メータディスプレイ

Claims

車両のタイヤ摩耗量推定装置であって、
前記車両のタイヤの動荷重半径情報を取得する動荷重半径情報取得手段と
前記車両の荷重情報を取得する荷重情報取得手段と、
前記車両のタイヤ空気圧情報を取得するタイヤ空気圧情報取得手段と、
前記車両の走行距離情報を取得する走行距離情報取得手段と、
前記車両の走行距離当たりのタイヤ摩耗量を推定するタイヤ摩耗量推定手段と、
を備え、
前記タイヤ摩耗量推定手段は、
前記荷重情報取得手段にて取得した前記荷重情報と、前記タイヤ空気圧情報取得手段にて取得した前記タイヤ空気圧情報の両方が同一と見なせる時点における、前記動荷重半径情報と前記走行距離情報を用いて、走行距離当たりのタイヤ摩耗量を推定することを特徴とする、
タイヤ摩耗量推定装置。
前記動荷重半径情報取得手段が、前記タイヤの動荷重半径情報として、タイヤ回転数情報を取得することを特徴とする、
請求項１に記載のタイヤ摩耗量推定装置。