JP3886823B2 - タイヤ撓み推定方法、およびこの方法を用いたタイヤ撓みレベル報知システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも接地状態にあるリム装着されたタイヤの撓みを推定するタイヤの撓み推定方法およびこの推定方法を用いたタイヤ撓みレベル報知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、車両走行中の事故を回避するために、車両走行中のタイヤの空気圧を常時モニタリングし、必要に応じて空気圧の低下の警報を発する種々の内圧警報装置が提案されている。
タイヤに充填された空気圧が極端に低下すると、タイヤが極度に撓み、従って、この撓みに応じてタイヤの各部材の歪みが大きくなり、最終的に、部材間の剥離や部材に発生した亀裂の進展によってタイヤが破壊する。そのため、内圧警報装置によって走行中のタイヤの空気圧を常時モニタリングして管理することが必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現在提案されている内圧警報装置はいずれも、タイヤに装填された空気圧がパンクにより極度に低下した際に始めて内圧警報を発するものであり、タイヤの撓みが予め推奨された範囲からわずかに外れた場合に、この外れた程度を精度よく推定し、ドライバーに報知することはできない。
つまり、走行中のタイヤの撓みが推奨された範囲から外れた場合等、微妙なタイヤの撓みを精度よく推定することはできないといった問題があった。
【０００４】
また、内圧警報装置は、タイヤ空気圧が低下した際にタイヤの撓みが過度に大きくなってタイヤの破壊に至ることを警報するものであるが、タイヤが極端に撓み破壊に至る過程は、タイヤの空気圧の異常な低下によって発生するものに限られない。すなわち、タイヤの破壊は、上記部材間の剥離や部材に発生した亀裂が進展する程度にタイヤの空気圧が低下していない場合でも、タイヤの負荷荷重が大きくなって、タイヤの破壊に至る場合もある。
このような点から、走行中のタイヤの撓みを精度よく推定することは、タイヤの使用状態を把握し、この使用状態がタイヤの耐久性の点からみて好ましいものであるか否かを判断する上で重要な要素である。
【０００５】
そこで、本発明は、タイヤの撓みを精度よく推定し、この撓みに基づいて撓みレベルを報知することのできるタイヤ撓み推定方法およびタイヤ撓みレベル報知システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、接地状態にあるリム装着されたタイヤの撓みを推定するタイヤの撓み推定方法であって、
タイヤ内周面とリム壁面によって囲まれたタイヤ空洞内に充填された空気がこのタイヤ空洞内で共振する空洞共鳴のうち、タイヤが接地することによって共振周波数が分裂した２つの共振成分を有するタイヤの振動信号を取得して、この２つの共振成分における共振周波数の差分周波数を求め、
求められた差分周波数を用いて、タイヤの撓み量あるいはタイヤの撓み率を推定することを特徴とするタイヤ撓み推定方法を提供する。
【０００７】
その際、前記振動信号から２つの共振周波数を求めて、２つの共振周波数の前記差分周波数を求めてもよいし、あるいは、前記振動信号に所定の正弦波信号を乗算して、２つの共振周波数の前記差分周波数を信号の周波数とする低周波信号を取り出し、この低周波信号の周波数を計測して前記差分周波数を求めてもよい。
また、前記タイヤの撓み量または前記タイヤの撓み率は、前記差分周波数に所定の定数を乗算して求めるのが好ましい。
特に、転動するタイヤのタイヤ撓みを推定する場合、
前記差分周波数とタイヤの転動速度とを用いてタイヤの撓み量またはタイヤの撓み率を推定するのが好ましい。その際、前記差分周波数を前記転動速度によって補正し、補正された差分周波数に所定の定数を乗算してタイヤの撓み量またはタイヤの撓み率を推定するのが好ましく、前記差分周波数の補正は、前記差分周波数から、前記転動速度に所定の補正係数を乗算した値を減算する補正であるのが好ましい。
【０００８】
また、本発明は、接地状態にあるリム装着されたタイヤの撓みを推定し、この推定したタイヤの撓みに基づいてタイヤの撓みレベルを報知するタイヤ撓み報知システムであって、
タイヤ内周面とリム壁面によって囲まれたタイヤ空洞内に充填された空気がこのタイヤ空洞内で共振する空洞共鳴のうち、タイヤが接地することによって共振周波数が分裂した２つの共振成分を有するタイヤの振動信号を取得して、この２つの共振成分における共振周波数の差分周波数を求める計測装置と、
この計測装置によって求められた差分周波数を用いて、タイヤの撓み量あるいはタイヤの撓み率を推定する推定装置と、
推定されたタイヤの撓み量あるいはタイヤの撓み率を予め設定された値と比較して、比較結果に応じてタイヤの撓みレベルを報知する報知装置とを有することを特徴とするタイヤ撓みレベル報知システムを提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のタイヤ撓み推定方法、およびこの方法を用いたタイヤ撓みレベル報知システムについて、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１０】
図１（ａ）は、本発明のタイヤ撓み推定方法を用いたタイヤ撓みレベル報知システムの一例を示すタイヤ撓みレベル報知システム１０の概念図である。図１（ｂ）は、タイヤ撓みレベル報知システム１０のブロック図である。
タイヤ撓みレベル報知システム１０は、計測装置１２、推定装置１４および報知装置１６を乗用車やバスやトラック等の車両１８に搭載したシステムであり、接地状態にあるタイヤＴの撓み率δを推定し、推定された撓み率δのレベルをドライバーに報知するためのシステムである。
【００１１】
計測装置１２は、計測装置１２に送られてくる加速度信号Ｓを取り込み周波数分析を一定の時間毎に行って、タイヤＴと装着したリム壁面とで囲まれるタイヤ空洞内において発生する２つの共鳴（以降、この共鳴を空洞共鳴ともいう）における共振周波数を計測して、２つの共振周波数の差分周波数を求める装置である。ここで、２つの共鳴とは、タイヤＴが接地することによって共振周波数が分裂した２つの共鳴である。この共鳴については後述する。周波数分析は、予め定められた時間間隔ごとに、例えば０．５秒毎に行い、計測された共振周波数の数値を推定装置１４に供給する。
加速度信号Ｓは、計測装置１２に供給される信号であって、タイヤＴの取付ハブ近傍のサスペンション機構部、例えばサスペンションアーム等に剛結合して固定された加速度ピックアップ２０によって走行中のいわゆるバネ下振動が感知されて計測装置１２に送られる振動信号である。加速度信号Ｓは、サスペンション機構部等に設けられた加速度ピックアップ２０で感知されるが、車両１８に４輪操舵制御等の別用途のために設けられている加速度センサ等の信号を利用してもよい。
【００１２】
ここで、タイヤＴの空洞共鳴とは、タイヤ内周面とリム壁面によって囲まれた空洞内に充填された空気がこの空洞内で共振する現象をいい、凹凸が極めて少ないアスファルト路面や比較的凹凸の有るコンクリート路面や未舗装路等、路面の種類によらず、加速度信号Ｓは例えば２００Ｈｚ〜３００Ｈｚの周波数帯域に空洞共鳴に起因した２つの共振成分を含む。この空洞共鳴の詳細については後述する。
【００１３】
このような加速度信号Ｓを用いて計測装置１２は周波数分析を行い、タイヤの空洞共鳴に起因する２つの共振周波数を求める。その際、２つの共振周波数は、予めタイヤＴのサイズ（タイヤＴの周長）に応じて定まる所定の周波数範囲に含まれるので、２つの共振周波数を確実に抽出するために、加速度信号Ｓに、上記所定の周波数範囲に応じたバンドパスフィルターを用いてフィルター処理を行う。この後、フィルター処理された加速度信号ＳにＡＤ変換を行って周波数分析を行い、２つの共振周波数の差分周波数Δｆを求める。求められた差分周波数の値は推定装置１４に供給される。
なお、上述のタイヤＴのサイズ（タイヤＴの周長）に応じて定まる所定の周波数範囲とは、例えば、タイヤ空洞内の周方向の長さをＬ（ｍ）とし、空気の音速をＣ（ｍ／秒）とすると、共振周波数Ｃ／Ｌ（Ｈｚ）を中心とする±５０Ｈｚ、好ましくは±２０Ｈｚの周波数帯域をいう。
【００１４】
推定装置１４は、計測装置１２から供給された２つの共振周波数の差周波数Δｆと、車両１８に取り付けられた図示されない速度センサを用いて計測され供給されたタイヤＴの転動速度Ｖとを用いて、上記求められた差周波数Δｆに対して下記式（１）に従って撓み率δを推定する装置である。
δ ＝ α・（Δｆ−β・Ｖ） （１）
ここで、αは一定の値を持つ時定数で１〜３（秒）の範囲の値、好ましくは１．５〜２．５（秒）の範囲の値を持ち、βは０．１〜０．２２（Ｈｚ／（ｋｍ／時））の範囲の値、好ましくは０．１２〜０．２（Ｈｚ／（ｋｍ／時））の範囲の値を持つ転送速度Ｖにより補正を行う補正係数である。
【００１５】
すなわち、式（１）は差分周波数Δｆから転動速度Ｖと補正係数βとの乗算結果を減算することによって差分周波数Δｆを補正し、補正結果に時定数αを乗算してタイヤの撓み率δを推定して求める。転動速度Ｖが０の場合においても、撓み率δを推定することができ、推定される撓み率δは差周波数Δｆに時定数αを乗算した値となる。この場合、空洞共鳴を励振させるため、タイヤＴに振動を与える必要がある。
撓み率δの推定は、式（１）に従って実際に演算を行ってもよいし、予め差周波数Δｆと転動速度Ｖと撓み率δとの関係を複数の代表点で表して求めた参照テーブルを推定装置１４内に保持しておき、差周波数Δｆと転動速度Ｖとを用いて上記参照テーブルを参照しながら代表点の内挿補間によって撓み率δを推定してもよい。
【００１６】
このような時定数αおよび補正係数βは、後述するように、予め種々のタイヤの撓み率δと差周波数Δｆと転動速度Ｖとを用いて定められた定数であり、タイヤサイズによらず概略一定の値を持つ。
あるいは、推定装置１４内に、タイヤＴのサイズ毎に微妙に異なる時定数αおよび補正係数βが記憶保持され、タイヤＴのサイズを入力設定することによって時定数αおよび補正係数βが設定されてもよい。また、タイヤＴの種類毎に微妙に異なる時定数αおよび補正係数βの値が記憶保持され、タイヤＴの種類を入力設定することによって時定数αおよび補正係数βが設定されてもよい。あるいは、時定数αおよび補正係数β自体を入力設定してもよい。これにより、タイヤＴに対応した精度の高い時定数αおよび補正係数βを用いることで撓み率δを精度よく推定することができる。
推定された撓み率δのデータは報知装置１６に送られる。
【００１７】
報知装置１６は、推定装置１４から送られてきた推定された撓み率δを予め設定された値と比較して、タイヤＴの撓みレベルを複数の段階の１つに分類し、この分類された段階に沿ってドライバーにタイヤＴの撓みレベルを報知する装置である。本発明において報知の方法は特に限定されず、例えば車両１８の速度メータやタコメータ等を表示した表示パネルにてタイヤの撓みレベルの段階を符号や色等で表したものであってもよいし、タイヤＴの撓みレベルが大きくなって注意領域あるいは警告領域に入るとブザー等の音によってドライバーに報知するものであってもよい。
【００１８】
タイヤ撓みレベル報知システム１０は以上のように構成される。
なお、上記実施例では、加速度ピックアップ２０を用いてばね下振動を感知し、このばね下振動から求められる２つの共振周波数の差周波数Δｆを用いてタイヤＴの撓み率δを推定するものであるが、本発明では、車両１８の車内に設けられた音圧レベルを計測する騒音計によって音圧信号を音圧の振動信号として得、この音圧信号を周波数分析して２つの共振周波数の差周波数Δｆを求めることによって、タイヤＴの撓み率δを推定してもよい。
加速度ピックアップ２０を車両１８の各輪毎に別々に固定して設け、各輪のばね下振動を加速度ピックアップ２０を用いて計測し、各輪に装着されたタイヤＴの撓み率δを別々に推定することができる点で、加速度信号を用いて差周波数Δｆを求めることが好ましい。
【００１９】
また、上記実施例はタイヤＴの撓み率δを推定するが、本発明ではタイヤの撓み量を推定するものであってもよい。設定されるタイヤサイズ（タイヤ幅の呼び幅をＳ、偏平率をｑとする）によってタイヤ断面形状におけるタイヤ断面高さＨをＳ・ｑ／１００として概略表すことができるため、このタイヤ断面高さＨを用いてタイヤの撓み量ｈを推定することができる。
この場合、撓み量ｈは下記式（２）に従って推定される。
ｈ ＝ α’・（Δｆ−β・Ｖ） （２）
ここでα’は、式（１）における時定数αと下記式（３）の関係を持つ時定数である。
α’ ＝ α・Ｈ （３）
時定数α’は式（３）から定めてもよいが、タイヤサイズ毎に値が定められてもよい。
このように撓み率δまたは撓み量ｈを推定することができるが、好ましくは、タイヤサイズに関わらず略不変の値を持つ時定数αを用いて撓み率δを推定するのがよい。
【００２０】
このようなタイヤ撓みレベル報知システム１０では、タイヤＴの取付ハブ近傍のサスペンション機構部に固定された加速度ピックアップ２０によって走行中の加速度信号Ｓが得られる。この加速度信号Ｓには、タイヤ内周面とリム壁面によって囲まれたタイヤ空洞内に充填された空気がこのタイヤ空洞内で共振する空洞共鳴のうち２つの共振成分を含む。
【００２１】
ここで空洞共鳴は、図２（ａ）に示すように、タイヤＴのタイヤ内周面３０とリム壁面３２によって囲まれたタイヤ空洞３４内において、タイヤ空洞３４内に充填される空気がタイヤ周方向に沿ってを音圧が周期的に変化することによって発生する。
【００２２】
図２（ｂ）、（ｃ）は、空洞共鳴をわかりやすく説明するために、図２（ａ）における接地面３６から最も遠く離れた周上の位置Ａでタイヤ空洞３４を切断してタイヤ空洞３４を直線状に展開した展開図である。
また、図２（ｂ）および（ｃ）には、タイヤ周方向に沿った音圧レベルの変化を点線で示している。図２（ｂ）、（ｃ）からわかるように、位置Ａと１８０°反対側にある位置Ｂで音圧レベルが最大となって共振時の腹を成す音圧の振動モードと位置Ｂで音圧レベルが最小となって節を成す音圧の振動モードが発生する。この場合、タイヤＴは接地面３６上に接地して撓んでいるわけではないので、タイヤ空洞３４のタイヤ周方向と直交するタイヤ空洞３４内の断面はタイヤの周方向で一定である。従って、上記２つの振動モードにおける共振周波数は同一である。この場合の共振周波数はタイヤ空洞３４の周長をＬ（ｍ）、音速をＣ（ｍ／秒）とするとＣ／Ｌ（Ｈｚ）となり、乗用車用タイヤでは略２００〜３００Ｈｚ、より具体的には２００〜２５０Ｈｚの範囲に位置する。
【００２３】
一方、図２（ｄ）に示すように、接地面３６上にタイヤＴを接地させた場合、タイヤＴは接地して撓むため、図２（ｅ）、（ｆ）に示すように位置Ｂを中心としてタイヤ周方向に沿って断面が変化するタイヤ空洞３８を形成する。このようにタイヤＴの撓みによってタイヤ周方向に変化するタイヤ空洞３８の、タイヤ周方向と直交する断面の面積は位置Ｂにおいて最も小さくなる。一方、タイヤ空洞３８内には、音圧レベルが位置Ｂにおいて共振時の腹を成す音圧の振動モードと音圧レベルが位置Ｂにおいて共振時の節を成す音圧の振動モードとがある。そのため、振動モードの違いによって２つの共振周波数が、図２（ａ）に示す状態における共振周波数から変化する。すなわち、タイヤＴが接地することによってタイヤ空洞内に充填された空気の共振周波数は分裂し、しかも、この２つの共振周波数の差周波数はタイヤＴの撓みに応じて変わる。しかも、この２つの共振周波数は、図２（ｂ）、（ｃ）に示す２つの振動モードの共振周波数が分裂することによって生じるため、２つの共振周波数の平均値は撓み率δに関わらず略一定である。このような現象については、”Plane Wave Resonance in the Tire Air Cavity as a Vehicle Interior Noise Sources"(J.K.Thompson,Tire Science and Technology,TSTCA,Vol.23,No.1,January-March,1995,pp2-10)に詳述されている。
【００２４】
このような空洞共鳴は、タイヤＴやタイヤＴを装着するリムを介して車両１８のタイヤホイール取り付けハブに共振振動として伝わり、加速度ピックアップ２０で感知することができる。また、車両１８のボディやフレームやサスペンション機構を介して車両１８の室内に伝搬し車内騒音を形成するので、室内に設けられた音圧レベルを計測する騒音計を用いて、空洞共鳴に基づく音圧信号を計測することができる。
【００２５】
図３は、騒音計により車室内の音圧信号を計測して周波数分析を行った結果の一例を示している。これによると、空洞共鳴における２つのピークＰL とＰH の共振周波数ｆL とｆH が２００〜３００Ｈｚの範囲内に発生することがわかる。この２つのピークＰL とＰH は、上述した図２（ｅ）および（ｆ）における２つの音圧モードによるものである。
【００２６】
計測装置１２では、加速度信号Ｓが取り込み込まれて周波数分析が一定の時間間隔毎に行われて、タイヤＴの有する空洞共鳴の２つの共振周波数が２００〜３００Ｈｚの周波数帯域内において計測され、差分周波数Δｆが求められる。
推定装置１４において、式（１）に従って差分周波数Δｆから撓み率δが推定される。
【００２７】
このように式（１）に従って撓み率δを推定することができるのは、図４に示すように、タイヤＴの転動速度が一定のとき、タイヤサイズに関わらず差周波数Δｆとタイヤの撓み率とが極めて線型に近い関係にあることを本発明者らが見いだしたことによるものである。また、図５に示すように、撓み率が一定のとき、タイヤサイズに関わらず、転動速度Ｖと差周波数Δｆとが極めて線型に近い関係にあることを本発明者らが見いだしたことによるものである。
一方、差周波数Δｆは、１気圧〜２５気圧の変化で２つの共振周波数は共に０．８％以下の変化しかせず、タイヤ空洞３８内に充填された空気の圧力によらず略一定であるといえる。また、タイヤ空洞３８内の温度によって音速も変化するが、２つの共振周波数とも略同程度に上昇するので、差周波数Δｆは温度の変化に関わらず略一定であるといえる。
従って、差周波数Δｆとこの差周波数Δｆを有する時の転動速度Ｖを用いることで精度の高い撓み率δを容易に推定することができる。なお、撓み量ｈを推定するとき、タイヤサイズが変わると時定数α’も変わるため、推定装置１４においてタイヤサイズ毎に時定数α’を定めてもよく、あるいは、時定数α’を式（３）を用いて時定数αと関連づけて定めてもよい。
このようにタイヤＴの撓み率δを極めて線型に近い関係にある差周波数Δｆと転動速度Ｖとを用いて精度の高い推定を行うことができる。
【００２８】
報知装置１６では、推定された撓み率δが予め設定された値と比較され、タイヤＴの撓みレベルが複数の段階の１つに分類され、この分類された段階に沿ってドライバーにタイヤＴの撓みレベルが報知される。予め設定された値は、撓み率の値であってもよい。また、予め設定された値は、規格によって定められている標準空気圧および１００％負荷荷重における基準撓み率を基準とした所定の比率であってもよく、この所定の比率と、推定された撓み率δの基準撓み率に対する比率とが比較されてもよい。
また、タイヤＴの空気圧を直接計測するセンサ、あるいは、タイヤＴにかかる負荷荷重を検知する荷重検知装置を用いることで、タイヤ撓みのレベルの異常が空気圧の低下によるものか、高負荷荷重によるものか、あるいは、双方の影響によるものかを判別してドライバーに報知する機構を備えてもよい。
【００２９】
報知の方法は、表示パネルに表示したり、ブザーを発するように、目や耳に訴える報知方法であってもよいし、ドライバーの座席やハンドルを微小に加振して報知する報知方法であってもよい。
【００３０】
このようなタイヤの撓みレベルの報知は、タイヤの撓み率δや撓み量ｈに従って行われるので、図６に示すように、例えばタイヤＴの負荷荷重が４００ｋｇｆであって、空気圧が急激に減少してタイヤＴの撓み率δが２０％から４０％に上昇してタイヤＴの使用状態が警告領域に入った場合、従来の内圧警報装置と同様にタイヤＴの撓みレベルを報知することができるほか、例えば、空気圧が一定の状態で負荷荷重が４００ｋｇｆから８００ｋｇｆに増加した場合においても、撓み率δが例えば２０％から４０％に変化するので、タイヤＴの撓みレベルを報知することができる。
従来の内圧警報装置では、負荷荷重が例えば４００ｋｇｆから８００ｋｇｆに増加した場合、タイヤＴの撓みレベルが上昇してタイヤの耐久性を劣化させる過酷な状態となっていることを警報を発することはできない。
【００３１】
なお、上記実施例における計測装置１２では、加速度信号の周波数分析を行って２つの共振周波数を求めることで差分周波数Δｆを求めるが、本発明における計測装置では、タイヤの空洞共鳴に起因する２つの共振周波数が近接していることを用いて、以下の方法によって２つの共振周波数の差周波数を求めてもよい。すなわち、２つの共振周波数は近接しているため、図７に示すように、２つの共振周波数の信号成分を主に持つ加速度信号Ｗ1 の波形は、タイヤ空洞の周方向長さＬを音速Ｃで除算して得られる周波数と概略一致する周波数を持つ高周波信号Ｗ2 （図７参照）の振幅が低周波信号Ｗ3 によって変調された波形と概略見なせることを利用したものである。
【００３２】
具体的には、まず、加速度ピックアップ２０で得られた加速度信号Ｓに、予めタイヤ空洞の周方向長さＬを音速Ｃで除して得られる周波数を中心とする所定の周波数帯域、例えば、２５０Ｈｚを中心周波数とする２３０〜２７０Ｈｚの周波数帯域の信号成分を通過させるバンドパスフィルターを用いてフィルター処理を行うことによって、タイヤ空洞共鳴のうち２つの共振成分を含む加速度信号Ｗ1 を取得する。２つの共振周波数の差周波数Δｆは概略３０Ｈｚ以下であるので、バンドパスフィルターの周波数帯域幅を４０Ｈｚとしても問題は生じない。この後、加速度信号Ｗ1 を基準信号として、ＰＬＬ（Phase Locked Loop:位相同期ループ) 回路に入力して、ＰＬＬ回路中のＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator:電圧制御発振器) から、加速度信号Ｗ1 中の高周波信号Ｗ2 の周波数を持ち高周波信号Ｗ2 の位相と同期した振幅一定の正弦波信号を出力信号として出力させ、この正弦波信号と加速度信号Ｗ1 を乗算することによって、差周波数Δｆを周波数とする低周波信号Ｗ3 を取り出す。すなわち、２つの共鳴周波数の差分周波数Δｆを信号の周波数とする低周波信号Ｗ3 を取り出す。この方法は一般にＰＬＬ検波方式と呼ばれ、振幅変調された信号波形の検波を行う方法であるが、本発明においては、ＰＬＬ検波方式に限定されず、疑似同期検波方式等公知の検波方法を用いてもよい。
【００３３】
ＰＬＬ検波方式や疑似同期検波方式等を用いる際、上述したように、上記搬送波信号Ｗ2 における周波数は予めタイヤ空洞の周方向長さＬを音速Ｃで除して得られる周波数に概略一致することがわかっているので加速度信号Ｗ1 と乗算するために生成する正弦波信号の周波数を、タイヤの周方向長さを音速で除して得られる周波数に設定してもよい。
この取り出された低周波信号Ｗ3 を周波数カウンタによって周波数を計測して、差周波数Δｆを求める。
なお、加速度信号Ｓの替わりに、車両１８の車室内に設けられた騒音計で計測された音圧信号を用いてもよいのは勿論である。
このように本方法は、ＡＤ変換を行い、周波数分析を行って２つの共振周波数のそれぞれを求めた後、差周波数Δｆを演算して求める上述した方法に比べて、装置を専用回路で容易に構成することができ、処理自体も簡素化することができる点で優れている。
【００３４】
以上、本発明のタイヤ撓み推定方法、およびこの方法を用いたタイヤ撓みレベル報知システムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、タイヤ内周面とリム壁面によって囲まれたタイヤ空洞内に充填された空気がこのタイヤ空洞内で共振する空洞共鳴のうち２つの共振成分を含む加速度信号または音圧信号等の振動信号を計測して２つの共振周波数の差分周波数を求め、この差分周波数を用いてタイヤの撓み量あるいはタイヤの撓み率を推定するので、タイヤの撓みを精度よく推定することができる他、推定した撓みに基づいて撓みのレベルをドライバー等に報知することができる。しかも、撓み量や撓み率の推定は極めて簡単に求めることができる。また、撓み率の推定に用いる時定数および補正係数はタイヤサイズやタイヤの種類によらない不変の値を持つのでタイヤサイズを変更しても時定数や補正係数を変更する必要はない。撓み量を推定する場合でもタイヤサイズを知ることで、時定数を容易に求めることができる。
空洞共鳴は接地面の凹凸等によるわずかな外乱で容易に励振されて、周波数帯域において高く鋭いピークを形成し、しかも、２つの共振周波数は予め定まった所定の周波数帯域にあるので、２つの共振周波数を容易にしかも精度よく検出することができ、撓み率や撓み量の推定も精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は本発明のタイヤ撓み推定方法を用いたタイヤ撓みレベル報知システムの一例を示す概念図であり、（ｂ）は、図１に示すタイヤ撓みレベル報知システムのブロック図である。
【図２】 （ａ）〜（ｆ）は、タイヤ空洞内に充填された空気の共鳴を説明する説明図である。
【図３】 本発明のタイヤ撓み推定方法で得られた音圧信号の周波数分析の結果の一例をグラフで示した説明図である。
【図４】 本発明のタイヤ撓み推定方法で得られるタイヤの空洞共鳴における２つの共振周波数の差分周波数とタイヤの撓み率との関係をグラフで示した説明図である。
【図５】 本発明のタイヤ撓み推定方法で得られるタイヤの空洞共鳴における２つの共振周波数の差分周波数とタイヤの転動速度との関係をグラフで示した説明図である。
【図６】 本発明のタイヤ推定方法で得られる撓み率とタイヤ負荷荷重との関係をグラフで示した説明図である。
【図７】 本発明で得られる加速度信号の一例を示した図である。
【符号の説明】
１０ タイヤ撓みレベル報知システム
１２ 計測装置
１４ 推定装置
１６ 報知装置
１８ 車両
２０ 加速度ピックアップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも接地状態にあるリム装着されたタイヤの撓みを推定するタイヤの撓み推定方法およびこの推定方法を用いたタイヤ撓みレベル報知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、車両走行中の事故を回避するために、車両走行中のタイヤの空気圧を常時モニタリングし、必要に応じて空気圧の低下の警報を発する種々の内圧警報装置が提案されている。
タイヤに充填された空気圧が極端に低下すると、タイヤが極度に撓み、従って、この撓みに応じてタイヤの各部材の歪みが大きくなり、最終的に、部材間の剥離や部材に発生した亀裂の進展によってタイヤが破壊する。そのため、内圧警報装置によって走行中のタイヤの空気圧を常時モニタリングして管理することが必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現在提案されている内圧警報装置はいずれも、タイヤに装填された空気圧がパンクにより極度に低下した際に始めて内圧警報を発するものであり、タイヤの撓みが予め推奨された範囲からわずかに外れた場合に、この外れた程度を精度よく推定し、ドライバーに報知することはできない。
つまり、走行中のタイヤの撓みが推奨された範囲から外れた場合等、微妙なタイヤの撓みを精度よく推定することはできないといった問題があった。
【０００４】
また、内圧警報装置は、タイヤ空気圧が低下した際にタイヤの撓みが過度に大きくなってタイヤの破壊に至ることを警報するものであるが、タイヤが極端に撓み破壊に至る過程は、タイヤの空気圧の異常な低下によって発生するものに限られない。すなわち、タイヤの破壊は、上記部材間の剥離や部材に発生した亀裂が進展する程度にタイヤの空気圧が低下していない場合でも、タイヤの負荷荷重が大きくなって、タイヤの破壊に至る場合もある。
このような点から、走行中のタイヤの撓みを精度よく推定することは、タイヤの使用状態を把握し、この使用状態がタイヤの耐久性の点からみて好ましいものであるか否かを判断する上で重要な要素である。
【０００５】
そこで、本発明は、タイヤの撓みを精度よく推定し、この撓みに基づいて撓みレベルを報知することのできるタイヤ撓み推定方法およびタイヤ撓みレベル報知システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、接地状態にあるリム装着されたタイヤの撓みを推定するタイヤの撓み推定方法であって、
タイヤ内周面とリム壁面によって囲まれたタイヤ空洞内に充填された空気がこのタイヤ空洞内で共振する空洞共鳴のうち、タイヤが接地することによって共振周波数が分裂した２つの共振成分を有するタイヤの振動信号を取得して、この２つの共振成分における共振周波数の差分周波数を求め、
求められた差分周波数を用いて、タイヤの撓み量あるいはタイヤの撓み率を推定することを特徴とするタイヤ撓み推定方法を提供する。
【０００７】
その際、前記振動信号から２つの共振周波数を求めて、２つの共振周波数の前記差分周波数を求めてもよいし、あるいは、前記振動信号に所定の正弦波信号を乗算して、２つの共振周波数の前記差分周波数を信号の周波数とする低周波信号を取り出し、この低周波信号の周波数を計測して前記差分周波数を求めてもよい。
また、前記タイヤの撓み量または前記タイヤの撓み率は、前記差分周波数に所定の定数を乗算して求めるのが好ましい。
特に、転動するタイヤのタイヤ撓みを推定する場合、
前記差分周波数とタイヤの転動速度とを用いてタイヤの撓み量またはタイヤの撓み率を推定するのが好ましい。その際、前記差分周波数を前記転動速度によって補正し、補正された差分周波数に所定の定数を乗算してタイヤの撓み量またはタイヤの撓み率を推定するのが好ましく、前記差分周波数の補正は、前記差分周波数から、前記転動速度に所定の補正係数を乗算した値を減算する補正であるのが好ましい。
【０００８】
また、本発明は、接地状態にあるリム装着されたタイヤの撓みを推定し、この推定したタイヤの撓みに基づいてタイヤの撓みレベルを報知するタイヤ撓み報知システムであって、
タイヤ内周面とリム壁面によって囲まれたタイヤ空洞内に充填された空気がこのタイヤ空洞内で共振する空洞共鳴のうち、タイヤが接地することによって共振周波数が分裂した２つの共振成分を有するタイヤの振動信号を取得して、この２つの共振成分における共振周波数の差分周波数を求める計測装置と、
この計測装置によって求められた差分周波数を用いて、タイヤの撓み量あるいはタイヤの撓み率を推定する推定装置と、
推定されたタイヤの撓み量あるいはタイヤの撓み率を予め設定された値と比較して、比較結果に応じてタイヤの撓みレベルを報知する報知装置とを有することを特徴とするタイヤ撓みレベル報知システムを提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のタイヤ撓み推定方法、およびこの方法を用いたタイヤ撓みレベル報知システムについて、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１０】
図１（ａ）は、本発明のタイヤ撓み推定方法を用いたタイヤ撓みレベル報知システムの一例を示すタイヤ撓みレベル報知システム１０の概念図である。図１（ｂ）は、タイヤ撓みレベル報知システム１０のブロック図である。
タイヤ撓みレベル報知システム１０は、計測装置１２、推定装置１４および報知装置１６を乗用車やバスやトラック等の車両１８に搭載したシステムであり、接地状態にあるタイヤＴの撓み率δを推定し、推定された撓み率δのレベルをドライバーに報知するためのシステムである。
【００１１】
計測装置１２は、計測装置１２に送られてくる加速度信号Ｓを取り込み周波数分析を一定の時間毎に行って、タイヤＴと装着したリム壁面とで囲まれるタイヤ空洞内において発生する２つの共鳴（以降、この共鳴を空洞共鳴ともいう）における共振周波数を計測して、２つの共振周波数の差分周波数を求める装置である。ここで、２つの共鳴とは、タイヤＴが接地することによって共振周波数が分裂した２つの共鳴である。この共鳴については後述する。周波数分析は、予め定められた時間間隔ごとに、例えば０．５秒毎に行い、計測された共振周波数の数値を推定装置１４に供給する。
加速度信号Ｓは、計測装置１２に供給される信号であって、タイヤＴの取付ハブ近傍のサスペンション機構部、例えばサスペンションアーム等に剛結合して固定された加速度ピックアップ２０によって走行中のいわゆるバネ下振動が感知されて計測装置１２に送られる振動信号である。加速度信号Ｓは、サスペンション機構部等に設けられた加速度ピックアップ２０で感知されるが、車両１８に４輪操舵制御等の別用途のために設けられている加速度センサ等の信号を利用してもよい。
【００１２】
ここで、タイヤＴの空洞共鳴とは、タイヤ内周面とリム壁面によって囲まれた空洞内に充填された空気がこの空洞内で共振する現象をいい、凹凸が極めて少ないアスファルト路面や比較的凹凸の有るコンクリート路面や未舗装路等、路面の種類によらず、加速度信号Ｓは例えば２００Ｈｚ〜３００Ｈｚの周波数帯域に空洞共鳴に起因した２つの共振成分を含む。この空洞共鳴の詳細については後述する。
【００１３】
このような加速度信号Ｓを用いて計測装置１２は周波数分析を行い、タイヤの空洞共鳴に起因する２つの共振周波数を求める。その際、２つの共振周波数は、予めタイヤＴのサイズ（タイヤＴの周長）に応じて定まる所定の周波数範囲に含まれるので、２つの共振周波数を確実に抽出するために、加速度信号Ｓに、上記所定の周波数範囲に応じたバンドパスフィルターを用いてフィルター処理を行う。この後、フィルター処理された加速度信号ＳにＡＤ変換を行って周波数分析を行い、２つの共振周波数の差分周波数Δｆを求める。求められた差分周波数の値は推定装置１４に供給される。
なお、上述のタイヤＴのサイズ（タイヤＴの周長）に応じて定まる所定の周波数範囲とは、例えば、タイヤ空洞内の周方向の長さをＬ（ｍ）とし、空気の音速をＣ（ｍ／秒）とすると、共振周波数Ｃ／Ｌ（Ｈｚ）を中心とする±５０Ｈｚ、好ましくは±２０Ｈｚの周波数帯域をいう。
【００１４】
推定装置１４は、計測装置１２から供給された２つの共振周波数の差周波数Δｆと、車両１８に取り付けられた図示されない速度センサを用いて計測され供給されたタイヤＴの転動速度Ｖとを用いて、上記求められた差周波数Δｆに対して下記式（１）に従って撓み率δを推定する装置である。
δ ＝ α・（Δｆ−β・Ｖ） （１）
ここで、αは一定の値を持つ時定数で１〜３（秒）の範囲の値、好ましくは１．５〜２．５（秒）の範囲の値を持ち、βは０．１〜０．２２（Ｈｚ／（ｋｍ／時））の範囲の値、好ましくは０．１２〜０．２（Ｈｚ／（ｋｍ／時））の範囲の値を持つ転送速度Ｖにより補正を行う補正係数である。
【００１５】
すなわち、式（１）は差分周波数Δｆから転動速度Ｖと補正係数βとの乗算結果を減算することによって差分周波数Δｆを補正し、補正結果に時定数αを乗算してタイヤの撓み率δを推定して求める。転動速度Ｖが０の場合においても、撓み率δを推定することができ、推定される撓み率δは差周波数Δｆに時定数αを乗算した値となる。この場合、空洞共鳴を励振させるため、タイヤＴに振動を与える必要がある。
撓み率δの推定は、式（１）に従って実際に演算を行ってもよいし、予め差周波数Δｆと転動速度Ｖと撓み率δとの関係を複数の代表点で表して求めた参照テーブルを推定装置１４内に保持しておき、差周波数Δｆと転動速度Ｖとを用いて上記参照テーブルを参照しながら代表点の内挿補間によって撓み率δを推定してもよい。
【００１６】
このような時定数αおよび補正係数βは、後述するように、予め種々のタイヤの撓み率δと差周波数Δｆと転動速度Ｖとを用いて定められた定数であり、タイヤサイズによらず概略一定の値を持つ。
あるいは、推定装置１４内に、タイヤＴのサイズ毎に微妙に異なる時定数αおよび補正係数βが記憶保持され、タイヤＴのサイズを入力設定することによって時定数αおよび補正係数βが設定されてもよい。また、タイヤＴの種類毎に微妙に異なる時定数αおよび補正係数βの値が記憶保持され、タイヤＴの種類を入力設定することによって時定数αおよび補正係数βが設定されてもよい。あるいは、時定数αおよび補正係数β自体を入力設定してもよい。これにより、タイヤＴに対応した精度の高い時定数αおよび補正係数βを用いることで撓み率δを精度よく推定することができる。
推定された撓み率δのデータは報知装置１６に送られる。
【００１７】
報知装置１６は、推定装置１４から送られてきた推定された撓み率δを予め設定された値と比較して、タイヤＴの撓みレベルを複数の段階の１つに分類し、この分類された段階に沿ってドライバーにタイヤＴの撓みレベルを報知する装置である。本発明において報知の方法は特に限定されず、例えば車両１８の速度メータやタコメータ等を表示した表示パネルにてタイヤの撓みレベルの段階を符号や色等で表したものであってもよいし、タイヤＴの撓みレベルが大きくなって注意領域あるいは警告領域に入るとブザー等の音によってドライバーに報知するものであってもよい。
【００１８】
タイヤ撓みレベル報知システム１０は以上のように構成される。
なお、上記実施例では、加速度ピックアップ２０を用いてばね下振動を感知し、このばね下振動から求められる２つの共振周波数の差周波数Δｆを用いてタイヤＴの撓み率δを推定するものであるが、本発明では、車両１８の車内に設けられた音圧レベルを計測する騒音計によって音圧信号を音圧の振動信号として得、この音圧信号を周波数分析して２つの共振周波数の差周波数Δｆを求めることによって、タイヤＴの撓み率δを推定してもよい。
加速度ピックアップ２０を車両１８の各輪毎に別々に固定して設け、各輪のばね下振動を加速度ピックアップ２０を用いて計測し、各輪に装着されたタイヤＴの撓み率δを別々に推定することができる点で、加速度信号を用いて差周波数Δｆを求めることが好ましい。
【００１９】
また、上記実施例はタイヤＴの撓み率δを推定するが、本発明ではタイヤの撓み量を推定するものであってもよい。設定されるタイヤサイズ（タイヤ幅の呼び幅をＳ、偏平率をｑとする）によってタイヤ断面形状におけるタイヤ断面高さＨをＳ・ｑ／１００として概略表すことができるため、このタイヤ断面高さＨを用いてタイヤの撓み量ｈを推定することができる。
この場合、撓み量ｈは下記式（２）に従って推定される。
ｈ ＝ α’・（Δｆ−β・Ｖ） （２）
ここでα’は、式（１）における時定数αと下記式（３）の関係を持つ時定数である。
α’ ＝ α・Ｈ （３）
時定数α’は式（３）から定めてもよいが、タイヤサイズ毎に値が定められてもよい。
このように撓み率δまたは撓み量ｈを推定することができるが、好ましくは、タイヤサイズに関わらず略不変の値を持つ時定数αを用いて撓み率δを推定するのがよい。
【００２０】
このようなタイヤ撓みレベル報知システム１０では、タイヤＴの取付ハブ近傍のサスペンション機構部に固定された加速度ピックアップ２０によって走行中の加速度信号Ｓが得られる。この加速度信号Ｓには、タイヤ内周面とリム壁面によって囲まれたタイヤ空洞内に充填された空気がこのタイヤ空洞内で共振する空洞共鳴のうち２つの共振成分を含む。
【００２１】
ここで空洞共鳴は、図２（ａ）に示すように、タイヤＴのタイヤ内周面３０とリム壁面３２によって囲まれたタイヤ空洞３４内において、タイヤ空洞３４内に充填される空気がタイヤ周方向に沿ってを音圧が周期的に変化することによって発生する。
【００２２】
図２（ｂ）、（ｃ）は、空洞共鳴をわかりやすく説明するために、図２（ａ）における接地面３６から最も遠く離れた周上の位置Ａでタイヤ空洞３４を切断してタイヤ空洞３４を直線状に展開した展開図である。
また、図２（ｂ）および（ｃ）には、タイヤ周方向に沿った音圧レベルの変化を点線で示している。図２（ｂ）、（ｃ）からわかるように、位置Ａと１８０°反対側にある位置Ｂで音圧レベルが最大となって共振時の腹を成す音圧の振動モードと位置Ｂで音圧レベルが最小となって節を成す音圧の振動モードが発生する。この場合、タイヤＴは接地面３６上に接地して撓んでいるわけではないので、タイヤ空洞３４のタイヤ周方向と直交するタイヤ空洞３４内の断面はタイヤの周方向で一定である。従って、上記２つの振動モードにおける共振周波数は同一である。この場合の共振周波数はタイヤ空洞３４の周長をＬ（ｍ）、音速をＣ（ｍ／秒）とするとＣ／Ｌ（Ｈｚ）となり、乗用車用タイヤでは略２００〜３００Ｈｚ、より具体的には２００〜２５０Ｈｚの範囲に位置する。
【００２３】
一方、図２（ｄ）に示すように、接地面３６上にタイヤＴを接地させた場合、タイヤＴは接地して撓むため、図２（ｅ）、（ｆ）に示すように位置Ｂを中心としてタイヤ周方向に沿って断面が変化するタイヤ空洞３８を形成する。このようにタイヤＴの撓みによってタイヤ周方向に変化するタイヤ空洞３８の、タイヤ周方向と直交する断面の面積は位置Ｂにおいて最も小さくなる。一方、タイヤ空洞３８内には、音圧レベルが位置Ｂにおいて共振時の腹を成す音圧の振動モードと音圧レベルが位置Ｂにおいて共振時の節を成す音圧の振動モードとがある。そのため、振動モードの違いによって２つの共振周波数が、図２（ａ）に示す状態における共振周波数から変化する。すなわち、タイヤＴが接地することによってタイヤ空洞内に充填された空気の共振周波数は分裂し、しかも、この２つの共振周波数の差周波数はタイヤＴの撓みに応じて変わる。しかも、この２つの共振周波数は、図２（ｂ）、（ｃ）に示す２つの振動モードの共振周波数が分裂することによって生じるため、２つの共振周波数の平均値は撓み率δに関わらず略一定である。このような現象については、”Plane Wave Resonance in the Tire Air Cavity as a Vehicle Interior Noise Sources"(J.K.Thompson,Tire Science and Technology,TSTCA,Vol.23,No.1,January-March,1995,pp2-10)に詳述されている。
【００２４】
このような空洞共鳴は、タイヤＴやタイヤＴを装着するリムを介して車両１８のタイヤホイール取り付けハブに共振振動として伝わり、加速度ピックアップ２０で感知することができる。また、車両１８のボディやフレームやサスペンション機構を介して車両１８の室内に伝搬し車内騒音を形成するので、室内に設けられた音圧レベルを計測する騒音計を用いて、空洞共鳴に基づく音圧信号を計測することができる。
【００２５】
図３は、騒音計により車室内の音圧信号を計測して周波数分析を行った結果の一例を示している。これによると、空洞共鳴における２つのピークＰL とＰH の共振周波数ｆL とｆH が２００〜３００Ｈｚの範囲内に発生することがわかる。この２つのピークＰL とＰH は、上述した図２（ｅ）および（ｆ）における２つの音圧モードによるものである。
【００２６】
計測装置１２では、加速度信号Ｓが取り込み込まれて周波数分析が一定の時間間隔毎に行われて、タイヤＴの有する空洞共鳴の２つの共振周波数が２００〜３００Ｈｚの周波数帯域内において計測され、差分周波数Δｆが求められる。
推定装置１４において、式（１）に従って差分周波数Δｆから撓み率δが推定される。
【００２７】
このように式（１）に従って撓み率δを推定することができるのは、図４に示すように、タイヤＴの転動速度が一定のとき、タイヤサイズに関わらず差周波数Δｆとタイヤの撓み率とが極めて線型に近い関係にあることを本発明者らが見いだしたことによるものである。また、図５に示すように、撓み率が一定のとき、タイヤサイズに関わらず、転動速度Ｖと差周波数Δｆとが極めて線型に近い関係にあることを本発明者らが見いだしたことによるものである。
一方、差周波数Δｆは、１気圧〜２５気圧の変化で２つの共振周波数は共に０．８％以下の変化しかせず、タイヤ空洞３８内に充填された空気の圧力によらず略一定であるといえる。また、タイヤ空洞３８内の温度によって音速も変化するが、２つの共振周波数とも略同程度に上昇するので、差周波数Δｆは温度の変化に関わらず略一定であるといえる。
従って、差周波数Δｆとこの差周波数Δｆを有する時の転動速度Ｖを用いることで精度の高い撓み率δを容易に推定することができる。なお、撓み量ｈを推定するとき、タイヤサイズが変わると時定数α’も変わるため、推定装置１４においてタイヤサイズ毎に時定数α’を定めてもよく、あるいは、時定数α’を式（３）を用いて時定数αと関連づけて定めてもよい。
このようにタイヤＴの撓み率δを極めて線型に近い関係にある差周波数Δｆと転動速度Ｖとを用いて精度の高い推定を行うことができる。
【００２８】
報知装置１６では、推定された撓み率δが予め設定された値と比較され、タイヤＴの撓みレベルが複数の段階の１つに分類され、この分類された段階に沿ってドライバーにタイヤＴの撓みレベルが報知される。予め設定された値は、撓み率の値であってもよい。また、予め設定された値は、規格によって定められている標準空気圧および１００％負荷荷重における基準撓み率を基準とした所定の比率であってもよく、この所定の比率と、推定された撓み率δの基準撓み率に対する比率とが比較されてもよい。
また、タイヤＴの空気圧を直接計測するセンサ、あるいは、タイヤＴにかかる負荷荷重を検知する荷重検知装置を用いることで、タイヤ撓みのレベルの異常が空気圧の低下によるものか、高負荷荷重によるものか、あるいは、双方の影響によるものかを判別してドライバーに報知する機構を備えてもよい。
【００２９】
報知の方法は、表示パネルに表示したり、ブザーを発するように、目や耳に訴える報知方法であってもよいし、ドライバーの座席やハンドルを微小に加振して報知する報知方法であってもよい。
【００３０】
このようなタイヤの撓みレベルの報知は、タイヤの撓み率δや撓み量ｈに従って行われるので、図６に示すように、例えばタイヤＴの負荷荷重が４００ｋｇｆであって、空気圧が急激に減少してタイヤＴの撓み率δが２０％から４０％に上昇してタイヤＴの使用状態が警告領域に入った場合、従来の内圧警報装置と同様にタイヤＴの撓みレベルを報知することができるほか、例えば、空気圧が一定の状態で負荷荷重が４００ｋｇｆから８００ｋｇｆに増加した場合においても、撓み率δが例えば２０％から４０％に変化するので、タイヤＴの撓みレベルを報知することができる。
従来の内圧警報装置では、負荷荷重が例えば４００ｋｇｆから８００ｋｇｆに増加した場合、タイヤＴの撓みレベルが上昇してタイヤの耐久性を劣化させる過酷な状態となっていることを警報を発することはできない。
【００３１】
なお、上記実施例における計測装置１２では、加速度信号の周波数分析を行って２つの共振周波数を求めることで差分周波数Δｆを求めるが、本発明における計測装置では、タイヤの空洞共鳴に起因する２つの共振周波数が近接していることを用いて、以下の方法によって２つの共振周波数の差周波数を求めてもよい。すなわち、２つの共振周波数は近接しているため、図７に示すように、２つの共振周波数の信号成分を主に持つ加速度信号Ｗ1 の波形は、タイヤ空洞の周方向長さＬを音速Ｃで除算して得られる周波数と概略一致する周波数を持つ高周波信号Ｗ2 （図７参照）の振幅が低周波信号Ｗ3 によって変調された波形と概略見なせることを利用したものである。
【００３２】
具体的には、まず、加速度ピックアップ２０で得られた加速度信号Ｓに、予めタイヤ空洞の周方向長さＬを音速Ｃで除して得られる周波数を中心とする所定の周波数帯域、例えば、２５０Ｈｚを中心周波数とする２３０〜２７０Ｈｚの周波数帯域の信号成分を通過させるバンドパスフィルターを用いてフィルター処理を行うことによって、タイヤ空洞共鳴のうち２つの共振成分を含む加速度信号Ｗ1 を取得する。２つの共振周波数の差周波数Δｆは概略３０Ｈｚ以下であるので、バンドパスフィルターの周波数帯域幅を４０Ｈｚとしても問題は生じない。この後、加速度信号Ｗ1 を基準信号として、ＰＬＬ（Phase Locked Loop:位相同期ループ) 回路に入力して、ＰＬＬ回路中のＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator:電圧制御発振器) から、加速度信号Ｗ1 中の高周波信号Ｗ2 の周波数を持ち高周波信号Ｗ2 の位相と同期した振幅一定の正弦波信号を出力信号として出力させ、この正弦波信号と加速度信号Ｗ1 を乗算することによって、差周波数Δｆを周波数とする低周波信号Ｗ3 を取り出す。すなわち、２つの共鳴周波数の差分周波数Δｆを信号の周波数とする低周波信号Ｗ3 を取り出す。この方法は一般にＰＬＬ検波方式と呼ばれ、振幅変調された信号波形の検波を行う方法であるが、本発明においては、ＰＬＬ検波方式に限定されず、疑似同期検波方式等公知の検波方法を用いてもよい。
【００３３】
ＰＬＬ検波方式や疑似同期検波方式等を用いる際、上述したように、上記搬送波信号Ｗ2 における周波数は予めタイヤ空洞の周方向長さＬを音速Ｃで除して得られる周波数に概略一致することがわかっているので加速度信号Ｗ1 と乗算するために生成する正弦波信号の周波数を、タイヤの周方向長さを音速で除して得られる周波数に設定してもよい。
この取り出された低周波信号Ｗ3 を周波数カウンタによって周波数を計測して、差周波数Δｆを求める。
なお、加速度信号Ｓの替わりに、車両１８の車室内に設けられた騒音計で計測された音圧信号を用いてもよいのは勿論である。
このように本方法は、ＡＤ変換を行い、周波数分析を行って２つの共振周波数のそれぞれを求めた後、差周波数Δｆを演算して求める上述した方法に比べて、装置を専用回路で容易に構成することができ、処理自体も簡素化することができる点で優れている。
【００３４】
以上、本発明のタイヤ撓み推定方法、およびこの方法を用いたタイヤ撓みレベル報知システムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、タイヤ内周面とリム壁面によって囲まれたタイヤ空洞内に充填された空気がこのタイヤ空洞内で共振する空洞共鳴のうち２つの共振成分を含む加速度信号または音圧信号等の振動信号を計測して２つの共振周波数の差分周波数を求め、この差分周波数を用いてタイヤの撓み量あるいはタイヤの撓み率を推定するので、タイヤの撓みを精度よく推定することができる他、推定した撓みに基づいて撓みのレベルをドライバー等に報知することができる。しかも、撓み量や撓み率の推定は極めて簡単に求めることができる。また、撓み率の推定に用いる時定数および補正係数はタイヤサイズやタイヤの種類によらない不変の値を持つのでタイヤサイズを変更しても時定数や補正係数を変更する必要はない。撓み量を推定する場合でもタイヤサイズを知ることで、時定数を容易に求めることができる。
空洞共鳴は接地面の凹凸等によるわずかな外乱で容易に励振されて、周波数帯域において高く鋭いピークを形成し、しかも、２つの共振周波数は予め定まった所定の周波数帯域にあるので、２つの共振周波数を容易にしかも精度よく検出することができ、撓み率や撓み量の推定も精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は本発明のタイヤ撓み推定方法を用いたタイヤ撓みレベル報知システムの一例を示す概念図であり、（ｂ）は、図１に示すタイヤ撓みレベル報知システムのブロック図である。
【図２】 （ａ）〜（ｆ）は、タイヤ空洞内に充填された空気の共鳴を説明する説明図である。
【図３】 本発明のタイヤ撓み推定方法で得られた音圧信号の周波数分析の結果の一例をグラフで示した説明図である。
【図４】 本発明のタイヤ撓み推定方法で得られるタイヤの空洞共鳴における２つの共振周波数の差分周波数とタイヤの撓み率との関係をグラフで示した説明図である。
【図５】 本発明のタイヤ撓み推定方法で得られるタイヤの空洞共鳴における２つの共振周波数の差分周波数とタイヤの転動速度との関係をグラフで示した説明図である。
【図６】 本発明のタイヤ推定方法で得られる撓み率とタイヤ負荷荷重との関係をグラフで示した説明図である。
【図７】 本発明で得られる加速度信号の一例を示した図である。
【符号の説明】
１０ タイヤ撓みレベル報知システム
１２ 計測装置
１４ 推定装置
１６ 報知装置
１８ 車両
２０ 加速度ピックアップ
Claims (8)
- 接地状態にあるリム装着されたタイヤの撓みを推定するタイヤの撓み推定方法であって、
タイヤ内周面とリム壁面によって囲まれたタイヤ空洞内に充填された空気がこのタイヤ空洞内で共振する空洞共鳴のうち、タイヤが接地することによって共振周波数が分裂した２つの共振成分を有するタイヤの振動信号を取得して、この２つの共振成分における共振周波数の差分周波数を求め、
求められた差分周波数を用いて、タイヤの撓み量あるいはタイヤの撓み率を推定することを特徴とするタイヤ撓み推定方法。 - 前記振動信号から２つの共振周波数を求めて、２つの共振周波数の前記差分周波数を求める請求項１に記載のタイヤ撓み推定方法。
- 前記振動信号に所定の正弦波信号を乗算して、２つの共振周波数の前記差分周波数を信号の周波数とする低周波信号を取り出し、この低周波信号の周波数を計測して前記差分周波数を求める請求項１に記載のタイヤ撓み推定方法。
- 前記タイヤの撓み量または前記タイヤの撓み率は、前記差分周波数に所定の定数を乗算して求める請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ撓み推定方法。
- 転動するタイヤのタイヤ撓みを推定する場合、
前記差分周波数とタイヤの転動速度とを用いてタイヤの撓み量またはタイヤの撓み率を推定する請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤの撓み推定方法。 - 前記差分周波数を前記転動速度によって補正し、補正された差分周波数に所定の定数を乗算してタイヤの撓み量またはタイヤの撓み率を推定する請求項５に記載のタイヤの撓み推定方法。
- 前記差分周波数の補正は、前記差分周波数から、前記転動速度に所定の補正係数を乗算した値を減算する補正である請求項６に記載の記載のタイヤの撓み推定方法。
- 接地状態にあるリム装着されたタイヤの撓みを推定し、この推定したタイヤの撓みに基づいてタイヤの撓みレベルを報知するタイヤ撓み報知システムであって、
タイヤ内周面とリム壁面によって囲まれたタイヤ空洞内に充填された空気がこのタイヤ空洞内で共振する空洞共鳴のうち、タイヤが接地することによって共振周波数が分裂した２つの共振成分を有するタイヤの振動信号を取得して、この２つの共振成分における共振周波数の差分周波数を求める計測装置と、
この計測装置によって求められた差分周波数を用いて、タイヤの撓み量あるいはタイヤの撓み率を推定する推定装置と、
推定されたタイヤの撓み量あるいはタイヤの撓み率を予め設定された値と比較して、比較結果に応じてタイヤの撓みレベルを報知する報知装置とを有することを特徴とするタイヤ撓みレベル報知システム。
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