JP3418121B2 - タイヤの摩耗状態検知装置および方法 - Google Patents
タイヤの摩耗状態検知装置および方法Info
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Description
知装置および方法に関する。さらに詳しくは、タイヤの
回転情報を用いて、タイヤの摩耗状態を検知することに
より、車輌の性能や安全性を高めることができるタイヤ
の摩耗状態検知装置および方法に関する。
ヤには、排水性などを考えて、縦溝と横溝が彫ってある
ため、溝に囲まれたゴムブロックが形成されている。大
きなブロックは、前後左右にせん断変形しにくく、剛性
が大きい。このように、一般に大きなブロックからなる
トレッドパターンをもったタイヤをパターン剛性の大き
なタイヤという。
ーやコーナリングフォースの他、スリップ率に大きな影
響を及ぼすため、タイヤの回転情報をもとにして車輌の
性能や安全性を高める装置、たとえばABS(アンチロ
ック ブレーキ システム)、TCS(トラクション
コントローラ システム)、NAVI(ナビゲーション
システム)、タイヤ空気圧低下警報装置などにおい
て、タイヤの回転情報をもとにして車輌の挙動を推定す
るには、タイヤのパターン剛性を把握しておく必要があ
る。また、タイヤが摩耗すると、タイヤのトレッドゴム
の厚さが小さくなるため、パターンの前後剛性が大きく
なる。タイヤが摩耗すると、冬用タイヤにおいては、雪
上性能に影響を与えるとともに、夏用タイヤにおいて
は、ハイドロブレーニング性能に影響を与える。したが
って、摩耗を検知することは有用であるが、これらの装
置では、タイヤの摩耗を判断する機能が備えられていな
い。したがって、タイヤの摩耗を識別するには、溝深さ
を測定するデプスケージを用いたり、タイヤに設けられ
ている摩耗限界を示すスリップサインを確認するなどの
目視による識別だけである。かかる目視による識別は、
熟練を要するため、タイヤのメンテナンスが煩雑になり
やすいとともに、タイヤのメンテナンスにおける始業点
検時にタイヤの摩耗を見過ごしてしまう惧れがある。
耗状態を定期的に測定し、車輌の性能や安全性を高める
ことができるタイヤの摩耗状態検知装置および方法を提
供することを目的とする。
態検知装置は、(a)現在装着中の4輪のタイヤの回転
速度を定期的に検出する回転速度検出手段と、(b)該
回転速度検出手段による測定値から、前輪タイヤの回転
速度と後輪タイヤの回転速度の比を演算し、該回転速度
の比と車輌の加速度との関係式を求める演算手段と、
(c)該演算手段により求められる関係式の傾きと、予
め判っているタイヤの回転速度の比と加速度との関係式
の傾きを比較する比較手段とを備えてなることを特徴と
している。
は、(a)現在装着中の4輪のタイヤの回転速度を定期
的に測定し、(b)当該測定された回転速度から、前輪
タイヤの回転速度と後輪タイヤの回転速度の比を演算
し、(c)該回転速度の比と車輌の加速度との関係式を
求め、(d)ついで、該関係式の傾きを、予め判ってい
るタイヤの回転速度の比と加速度との関係式の傾きと比
較することによりタイヤの摩耗状態を判断することを特
徴としている。
のタイヤの摩耗状態検知装置および方法を説明する。
を示す構成図、図2は図1におけるタイヤの摩耗状態検
知装置の電気的構成を示すブロック図、図3は夏用タイ
ヤおよび冬用タイヤの前後輪比と加速度の回帰直線、図
4は図3における夏用タイヤのμ−s特性曲線、図5は
図3における冬用タイヤのμ−s特性曲線、図6は本発
明のフローチャート、図7は新品タイヤにおける加速度
とスリップ率の関係を示す図、図8は摩耗タイヤにおけ
る加速度とスリップ率の関係を示す図である。
4輪車輌のタイヤFLW、FRW、RLWおよびRRW
にそれぞれ設けられた車輪タイヤの回転速度を検出する
回転速度検出手段Sを備えており、この回転速度検出手
段Sの出力はABSなどの制御ユニット1に伝達され
る。前記回転速度検出手段Sとしては、電磁ピックアッ
プなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数から
回転速度を測定する車輪速センサや、ダイナモのように
回転を利用して発電を行ない、この電圧から回転速度を
測定するものを含む角速度センサなどを用いることがで
きる。前記制御ユニット1には、図2に示すように、空
気圧が低下したタイヤを知させるための液晶表示素子、
プラズマ表示素子、CRT、ランプまたは音などで構成
された警報表示器2、およびドライバーなどによって操
作することができる初期化スイッチ3が接続されてい
る。
手段Sによる測定値から、前輪タイヤFLW、FRWの
回転速度と後輪タイヤRLW、RRWの回転速度の比
(前後輪比)を演算し、該前後輪比と車輌の加速度との
関係式を求める演算手段と、該演算手段により求められ
る関係式の傾き(勾配)と、予め判っているタイヤの前
後輪比と加速度との関係式の傾き(勾配)を比較する比
較手段とを備えており、外部装置との信号の受け渡しに
必要なI/Oインターフェイス1aと、演算処理の中枢
として機能するCPU1bと、該CPU1bの制御動作
プログラムが格納されたROM1cと、前記CPU1b
が制御動作を行なう際にデータなどが一時的に書き込ま
れたり、その書き込まれたデータなどが読み出されるR
AM1dとから構成されている。
タイヤが摩耗状態にあると判断されたばあいには、警報
表示器2により警報を発することができる。また前記予
め判っているタイヤとしては、警報を発する前の基準タ
イヤとなる新品タイヤまたは50%摩耗(摩耗中期)の
タイヤなどを用いることができる。
品の夏用タイヤSWと冬用タイヤWWについて、速度5
0km/hで平坦路面を直線走行したときの、車輌の前
後輪比と加速度の関係式を1次関数に回帰させたもので
ある。なお、加速度と前後輪比は、たとえばABSなど
のセンサからえられた車輌の各車輪タイヤFLW、FR
W、RLWおよびRRWのある時点の車輪速データをF
ln、F2n、F3nおよびF4nとし、それより1つ前の
車輪速データをF1n-1、F2n-1、F3n-1およびF4
n-1とすると、つぎの式とで求められる。ここで、
ΔtはデータF1n〜F4nとF1n-1〜F4n-1の時間間
隔である。
乗じることで、加速に必要な駆動力を表しており、ま
た、前後輪比はこれからニュートラル走行時の前後輪比
(なお、この比はほぼ1に近い)を引くことでスリップ
率sを表すので、この2つの関係は図4〜5に示すよう
に、いわば、タイヤのμ−s特性を表している。したが
って、その傾きは、タイヤの前後剛性をあらわしてい
る。
リップ率sの小さい範囲(10%以下)は、タイヤと路
面の間でほとんど滑りがなく、タイヤのトレッドゴムが
前後方向にせん断変形して、前後力が発生している。こ
のせん断変形が見かけのスリップとなり、せん断変形で
生じるせん断力が駆動力または制動力であり、これを荷
重で除したものがμ(制動・駆動力係数)になる。
曲線の傾きは、トレッドゴムの前後剛性で決まるといっ
てよい。トレッドのパターンブロックが大きいばあい、
またはゴムが硬いばあい、トレッドゴムの剛性が高く、
μ−s特性曲線の傾きは大きく(立ち上がる方向)な
り、その逆だと、傾きは小さくなる。たとえば、スタッ
ドレスタイヤは、その特性上、パターンにサイビングが
多く(パターンブロックが小さく)、ゴムが柔らかいた
め、μ−s曲線の傾きが夏用タイヤに比べて小さい。タ
イヤが摩耗すると、トレッドゴムのゲージが薄くなるた
め、図3の矢印SWaおよび図5の矢印WWaに示すよ
うに、トレッドゴムの前後剛性が新品のタイヤSW、W
Wに比べて大きくなるため、傾きはますます大きくな
る。
イヤの走行時のスリップ率(たとえば2WDの前後輪の
速度比)sが10%以下の範囲では、タイヤと路面間に
滑りはなく、加速度を測定することがトレッドゴムの変
形による駆動力または制御力に相当し、この力を荷重で
除したものがμになることから、スリップ率sが10%
以下の範囲におけるμ−s特性曲線の傾きはトレッドの
前後剛性が大きいと傾きは大きくなり、剛性が小さいと
傾きも小さくなることに着目している。そして、タイヤ
が交換されていないばあいに、所定期間後に測定された
μ−s特性曲線の傾き(スリップ率が10%以下の範囲
の傾き)は、以前に測定された傾きに比べて大きくなっ
ているので、この傾きによって摩耗があったかどうかを
判定することができる。たとえば前記前後輪比と車輌の
加速度の関係式またはμ−s特性曲線の傾きから、新品
のタイヤの傾きをmとし、摩耗したタイヤの傾きをma
とすると、ma/m=k(しきい値)が1.5以上、好
ましくは2.0以上であるとき、タイヤが摩耗したと判
断して、警報を発することができる。
グ周期でサンプリングされ、精度の良い回帰直線(前後
輪比と加速度の関係式)が得られるまで収集される。こ
のデータ収集は、たとえば6ケ月や1年毎または5千キ
ロや1万キロ走行毎といったように定期的および自動的
に行なわれ、求めた傾きの変化が評価される。
域に入ったら、警報を発する。たとえばスタッドレスタ
イヤなどのばあいは、新品時の傾きと完全摩耗の傾きの
差が大きいので、中間段階(プラットフォームが見える
程度)で中間警報を出してもよい。またタイヤのμ−s
特性の初期の傾きを決めるタイヤの前後剛性は、摩耗末
期には、夏用タイヤと冬用タイヤで大差はなくなるた
め、車種別に予め、摩耗末期での傾きの範囲を求めてお
くのがよい。
期化を行なうことになっているので、このばあいには、
この時点での傾きからの変化を見て、警報を発するよう
にしてもよい。冬用タイヤで摩耗中期の警報を出すに
は、このタイヤが冬用タイヤであることの判別が必要な
ので、前述の初期化で冬用タイヤの判別を行ない、定期
的なチェックを行なって摩耗中期の警報を出す。
が、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではな
い。
イヤサイズ245/60R16に基づいて説明する。
する装置においては、定期的に車輪速を検知する装置が
付設されており、また、タイヤ交換時には、初期化を行
なう必要があるので、これを例にとる。
り車輌の走行時において、回転速度検出手段Sから出力
される車輪速パルスに基づいて、車輪速を取り込み、車
輌平均速度、前後G、横Gおよび旋回半径を計算すると
ともに、走行時間Tと走行距離Dを計算する(ステップ
S1、S2)。そののち、初期化を実施する(ステップ
S3)ときに、システムは、4輪の車輪速から1秒ごと
に車輌の加減速度(加速度G)の相当値μとスリップ率
(前後輪比−1)sを計算し(ステップS6)、回帰計
算を行なう(ステップS7)。このとき、走行時間Tま
たは走行距離Dが予め決められた走行時間TOまたは走
行距離DOであるか否かを判別する(ステップS4)。
また誤差の多いデータは排除する(ステップS5)。そ
してデータNを所定個数蓄積する(ステップS8)。回
帰に必要なデータ数DN以上になるまで繰り返し、その
結果、図7に示すように、初期のμ−s線をうる。つい
で走行時間Tおよび/または走行距離Dを0に設定した
のち(ステップS9)、システムは、このデータを直線
回帰し、傾きAを計算し、保持しておく(ステップS1
0〜12)。本実施例では、傾きは、A=1.5166
2であった。これ以降、システムは、走行時間または積
算走行距離を参照しながら、定期的に前述のステップを
繰り返して、傾きA′を測定する(ステップS13)。
本実施例では、約30%の摩耗で、図8に示すように、
A′=1.82066であり、A′/A=1.20であ
った。この比としきい値ALを比べて、警報を発するか
否かを判別する(ステップS14)。ただし、前記傾き
A′を測定するあいだに、タイヤの交換があり、初期化
が行なわれたときは、システムは再び、初期の傾きAを
求める作業を行なう。そしてA′とAの比を計算し、所
定のしきい値をこえたときにタイヤが摩耗したとして警
報を発する。
タイヤの摩耗状態を把握できるため、車輌の性能や安全
性を高めることができる。
図である。
的構成を示すブロック図である。
回帰直線である。
る。
る。
を示す図である。
を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 (a)現在装着中の4輪のタイヤの回転
速度を定期的に検出する回転速度検出手段と、(b)該
回転速度検出手段による測定値から、前輪タイヤの回転
速度と後輪タイヤの回転速度の比を演算し、該回転速度
の比と車輌の加速度との関係式を求める演算手段と、
(c)該演算手段により求められる関係式の傾きと、予
め判っているタイヤの回転速度の比と加速度との関係式
の傾きを比較する比較手段とを備えてなるタイヤの摩耗
状態検知装置。 - 【請求項2】 (a)現在装着中の4輪のタイヤの回転
速度を定期的に測定し、(b)当該測定された回転速度
から、前輪タイヤの回転速度と後輪タイヤの回転速度の
比を演算し、(c)該回転速度の比と車輌の加速度との
関係式を求め、(d)ついで、該関係式の傾きを、予め
判っているタイヤの回転速度の比と加速度との関係式の
傾きと比較することによりタイヤの摩耗状態を判断する
タイヤの摩耗状態検知方法。
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