JP4042884B2

JP4042884B2 - 空気入りタイヤのリーク検査装置

Info

Publication number: JP4042884B2
Application number: JP24837799A
Authority: JP
Inventors: 泰狩野; 文則渋田; 庄吾鴨下
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: JP2001074588A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータカーや航空機等の空気入りタイヤであって、ホイールに取り付けられた圧力センサによってタイヤ内圧のリモートセンシングが可能な空気入りタイヤの空気漏れの有無を判定するリーク検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホイールに取り付けられた圧力センサによってタイヤ内圧のリモートセンシングが可能な空気入りタイヤは、例えば特開平７−５２６１７号公報に開示されている。この特許公報において、リニアモータカー用の空気入りタイヤは、非回転車軸にベアリングを介して回転自在に支持されたホイールに取付けられている。非回転車軸は円筒状車軸であって、リニアモータカーの車体に連結されたステーの先端に固定されている。タイヤがホイールのリムに装着されると、左右のリムに挟まれたホイールの外周面とタイヤの内壁との間にはタイヤ内室が形成される。タイヤ内室には空気注入装置からの圧力空気が注入され、所定の値の空気圧が保持されている。前記空気注入装置は、例えばホイールに形成されたバルブ孔に装着されたバルブと、バルブの外周に嵌合されてバルブ孔とバルブとの間を封止するＯリングとから成るものである。
【０００３】
このタイヤ内室の空気圧、即ちタイヤ内圧を測定する圧力センサは、ホイールに取付けられている。圧力センサは、例えばストレンゲージが形成された半導体チップの表面で受圧して抵抗変化として圧力を検出し、検出した圧力を電気信号として出力する拡散形半導体圧力センサである。タイヤ内室に開口した導圧管はホイールの壁面を貫通して設けられており、その他端は圧力センサの導圧口に接続されている。
【０００４】
タイヤ内圧のリモートセンシングは、例えば図５に示す如き圧力発信器と温度発信器を兼用した圧力温度発信器によって行われる。即ち、この圧力温度発信器は、ホイールに取り付けられた圧力センサ２１によって検出されたタイヤ内圧と、温度センサ３２によって検出された外気温度を、信号処理部によって夫々電気信号に変換し、図示しないデータロガーに入力するものである。信号処理部は、回転側ハウジング内に収納された回転側信号処理部、非回転側ハウジング内に収納された非回転側処理部、及びこれら２つの信号処理部を電磁的に結合する電磁結合部とから構成されている。回転側ハウジングはステーとは反対側のホイールの側面に固着された大径の円筒状ハウジングであり、非回転側ハウジングは非回転車軸の端部に固着された小径の円筒状ハウジングである。
【０００５】
電磁結合部は、給電コイル２８並びに受電コイル２９、圧力信号用の発信コイル２３並びに受信コイル２４、及び温度信号用の発信コイル３４並びに受信コイル３５とから構成されている。給電コイル２８と受電コイル２９は近接して対向配置されている。同様に、圧力信号用の発信コイル２３並びに受信コイル２４も、温度信号用の発信コイル３４並びに受信コイル３５も夫々近接して対向配置されている。
【０００６】
回転側信号処理部は、圧力センサ２１の電圧信号を周波数信号に変換しその出力を発信コイル２３に供給する電圧／周波数変換部２２と、温度センサ３２の電圧信号を周波数信号に変換しその出力を発信コイル３４に供給する電圧／周波数変換部３３を含む。回転側信号処理部は、更に整流回路３０と定電圧回路３１を含む。定電圧回路３１は電圧／周波数変換部２２、電圧／周波数変換部３３、及び圧力センサ２１に定電圧を供給する。
【０００７】
非回転側信号処理部は、高周波電圧源２６と、高周波電圧を増幅しその出力を給電コイル２８に供給する電力増幅部２７を含む。非回転側信号処理部は、更に、受信コイル２４が受信した周波数信号を電圧信号に変換する周波数／電圧変換部２５、及び受信コイル３５が受信した周波数信号を電圧信号に変換する周波数／電圧変換部３６を含む。
【０００８】
ところで、ホイールに取り付けられた圧力センサによってタイヤ内圧のリモートセンシングが可能な空気入りタイヤの空気漏れの有無、即ちリーク検査は、これまでは目視による検査で行われていた。目視によるリーク検査は、空気入りタイヤをホイールに組み込み、タイヤ内室に空気注入口から圧力空気を注入し、所定の値の空気圧を封入した空気入りタイヤの外表面に石鹸水を塗布し、石鹸膜の膨張を目視して行うリークの検査である。石鹸水を塗布して行う目視によるリーク検査は簡単且つ確実な方法であるが、石鹸水が塗布できない部分に対しては実施できない。
【０００９】
ホイールに取り付けられた圧力センサによってタイヤ内圧のリモートセンシングが可能な空気入りタイヤにおいては、石鹸水が塗布できない部分があることから、タイヤ内圧の低下によるリーク検査も必ず行われている。タイヤ内圧の低下によるリーク検査は、圧力空気をタイヤ内室に注入し一定時間経過後のタイヤ内圧の低下を圧力測定装置で測定して行う検査である。測定自体は圧力測定装置によって自動的に行われるから、タイヤ内圧の低下の有無は確実に把握できる。しかしながら、タイヤ内圧はリークがあれば低下するが、リークが無くても外気温度が低下しても低下する。逆に微少なリークがあっても、外気温度が上昇すればタイヤ内圧は低下しないこともある。従って、タイヤ内圧の低下のみからは、タイヤにリークがあるのか否かの判断が極めて困難である。
【００１０】
ホイールに取り付けられた圧力センサによってタイヤ内圧のリモートセンシングが可能な空気入りタイヤは、リニアモータカーや航空機に装着された状態で長時間外気に曝されるものであるから、そのタイヤ内圧は当然に外気温度の影響を受け易い。従って、圧力空気をタイヤ内室に注入し一定時間経過後のタイヤ内圧の低下を圧力測定装置で測定して行うタイヤ内圧の低下による検査は、リーク検査として必ずしも有効な方法とはなっていない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、ホイールに取り付けられた圧力センサによってタイヤ内圧のリモートセンシングが可能な空気入りタイヤのリークを、外気温度の影響を除去し、且つ自動的に判定するリーク検査装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、被検査タイヤのタイヤ内圧と外気温度を所定の測定時間にわたってサンプリングして夫々入力する入出力部、前記入出力部からサンプリング時刻毎のタイヤ内圧と外気温度を対にしたデータを記憶する測定データ記憶部、タイヤ内圧−外気温度変化の一次関数近似式の傾き ( 基準傾きａ _０ )を記憶する基準データ記憶部、前記測定データ記憶部に記憶されている被検査タイヤのタイヤ内圧に対応する外気温度を前記測定データ記憶部に記憶されている外気温度を一定の時間遅れτで補正して特定する補正演算手段、前記補正演算手段で補正されたタイヤ内圧と外気温度を対にしたデータを記憶する補正データ記憶部、前記補正データ記憶部に記憶されているデータを読み出して被検査タイヤのタイヤ内圧−外気温度変化の一次関数近似式の傾き(被検査傾きａ ) を求め、前記基準データ記憶部に記憶されている基準傾きａ _０と前記被検査傾きａとを比較する比較手段、前記比較手段の比較結果に基づいて前記被検査タイヤのリークの有無を判定するリーク判定手段、及び前記入出力部を介して伝えられた前記リーク判定手段の判定結果を表示又は記録する出力手段とで構成した。

【００１３】
そして前記基準データと前記補正データ記憶部に記憶されているデータとを比較する方法として、被検査タイヤのタイヤ内圧−外気温度変化の一次関数近似式の傾き(被検査傾きａ)と基準タイヤのタイヤ内圧−外気温度変化の一次関数近似式の傾き (基準傾きａ_０)とを比較する方法を採用した。この場合、前記基準データ記憶部には基準タイヤのタイヤ内圧−外気温度変化の一次関数近似式の傾き (基準傾きａ_０)が記憶され、前記比較手段は前記補正データ記憶部の記憶データを読み出して被検査タイヤのタイヤ内圧−外気温度変化の一次関数近似式を求め且つその傾き(被検査傾きａ)を特定する傾き演算手段と、前記基準データ記憶手段に記憶されている前記基準傾きａ_０と前記被検査傾きａを比較する傾き比較手段とで構成される。
【００１４】
また、検査タイヤのタイヤ内圧はホイールに取り付けられた圧力センサを含む圧力発信器によってリモートセンシングされて入手するようにした。更に、前記外気温度もホイールに取り付けられた温度センサを含む温度発信器によってリモートセンシングされて入手するようにした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、ホイールに取り付けられた圧力センサによってタイヤ内圧のリモートセンシングが可能な空気入りタイヤ、具体的にはリニアモータカー用のタイヤについて収集したタイヤ内圧の膨大なデータを分析した結果、データを一定の時間遅れτで補正することによって、タイヤ内圧と外気温度との変化曲線が一次関数近似式で表されることを発見したという事実に立脚している。
【００１６】
即ち、横軸（Ｘ）を外気温度、縦軸（Ｙ）をタイヤ内圧とし、且つ基準点を原点としてＸ−Ｙ表示した図３を参照すれば明らかな如く、データを一定の時間遅れτで補正することによって、リークの無いタイヤのタイヤ内圧と外気温度との変化曲線は太い鎖線で示されるような一次関数近似式Ｙ＝ａ_０Ｘで表されること、リークのあるタイヤのタイヤ内圧と外気温度との変化曲線は太い実線で示されるような一次関数近似式Ｙ＝ａＸ−ｂで表されること、及び傾きａは基準傾きａ_０よりも大きく、その値はリークの大きさに依存するという事実を発見した。データの収集に用いた下記の４本のタイヤのタイヤ内圧と外気温度との変化曲線の一次関数近似式の傾きは、タイヤＡについては０．０４８、タイヤＢについては０．０５４、タイヤＣについては０．０５、及びタイヤＤについては０．０５２３であった。上記傾きが０．０４８のタイヤＡは意図的に微少な空気漏れを起こすように細工された模擬リークタイヤであり、他の３本はリークのないタイヤである。なお、実線のカーブはタイヤタイヤＡの内圧と外気温度との変化曲線であり、上記基準点０はここでは外気温度が２０℃、タイヤ内圧が２２．６ｋｇ／ｃｍ^２である。
【００１７】
ところで、タイヤ内圧の変化は外気温度の変化に対して時間遅れτを伴うが、この時間遅れτはタイヤの熱容量、即ち左右のリムに挟まれたホイールの外周面とタイヤの内壁との間に形成されたタイヤ内室の熱容量に依存し、タイヤ内室に封じ込まれた圧力空気の圧力値には殆ど依存しないという事実が、タイヤ内圧と外気温度の変化のデータの解析結果から判明した。
【００１８】
そこで、時系列的に並べたサンプリング時刻毎のタイヤ内圧と外気温度のテーブルから、サンプリング時刻ｔ（ｎ）のタイヤ内圧Ｐ（ｎ）に対応する外気温度を調べてみると、τ時間前の時刻ｔ（ｎ−τ）の外気温度Ｔ（ｎ−τ）が対応することが分かった。換言すれば、外気温度Ｔ（ｎ−τ）によってタイヤ内圧はτ時間後にＰ（ｎ）になったのである。従って、タイヤが特定されれば、時間遅れτは一義的に定まるものである。この時間遅れτで外気温度を補正し、サンプリング時刻ｔ（ｎ）のタイヤ内圧Ｐ（ｎ）と外気温度Ｔ（ｎ）のデータ対の代わりに、タイヤ内圧Ｐ（ｎ）と外気温度Ｔ（ｎ−τ）のデータ対を用いて得たものが、上述のタイヤ内圧と外気温度との変化曲線の一次関数近似式である。
【００１９】
図３の基礎となったグラフが図２である。即ち、図２はタイヤ内圧の変化を一昼夜２４時間にわたって測定した結果を示した時系列データグラフで、横軸は時間、左縦軸は温度、右縦軸は圧力を表している。図２において、極太の点線は外気温度変化曲線を、極太の実線は模擬リークタイヤＡのタイヤ内圧変化曲線を、実線は基準タイヤＢのタイヤ内圧変化曲線を、一点鎖線はタイヤＣのタイヤ内圧変化曲線を、更に二点鎖線はタイヤＤのタイヤ内圧変化曲線である。
【００２０】
上記４本のタイヤは最大８７０ｍｍで最小８５０ｍｍの外径と、最大２００ｍｍで最小１８２ｍｍの幅を有するタイヤで、タイヤＡは微少なリークがあることが判明している模擬リークタイヤ、タイヤＢは他の検査によってリークが無いことが判明している基準タイヤ、タイヤＣとタイヤＤは石鹸水の検査でリークが見つからなかったタイヤである。これらタイヤをホイールに装着し、模擬リークタイヤＡにはタイヤ内圧２２．７ｋｇ／ｃｍ^２、基準タイヤＢにはタイヤ内圧２２．６ｋｇ／ｃｍ^２、タイヤＣにはタイヤ内圧２０．８ｋｇ／ｃｍ^２、タイヤＤにはタイヤ内圧２０．１ｋｇ／ｃｍ^２の圧力空気が夫々注入された。
【００２１】
一昼夜の間に外気温度は１６．５℃から２３．５℃の間で変動している。上記４本のタイヤのタイヤ内圧は時間遅れを伴って外気温度と類似のカーブを描いて変動しているが、外気温度よりは変動幅が小さい。このため、圧力空気注入後の一定時間、例えば６時間後や１２時間後の模擬リークタイヤＡと基準タイヤＢのタイヤ内圧の差圧を求めても、その値が小さく、これをリークの有無判定に用いることはできない。
【００２２】
そこで、季節によって大きく変動する外気温度を変えて収集した図２に示す如きデータを解析し、データを一定の時間遅れτで補正することによって、タイヤ内圧と外気温度との変化曲線が図３に示す如き一次関数近似式で表されるという事実が判明した。そして、一定の時間遅れτは、最大８７０ｍｍで最小８５０ｍｍの外径と、最大２００ｍｍで最小１８２ｍｍの幅を有するタイヤで、概ね２０．０ｋｇ／ｃｍ^２のタイヤ内圧の場合には、９０分であることも判明した。以下、本発明の一実施例装置の構成と動作について述べる。
【００２３】
本発明の一実施例の空気入りタイヤのリーク検査装置は、図１にブロック図で示す如く、プログラムに従って各種制御と信号処理を行うマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）１１、各種データを記憶する記憶装置（ＲＡＭ）１２、前記プログラム等を記憶した記憶装置（ＲＯＭ）１３、前記ＣＰＵ１１で制御されて外部装置からのデータを入力し、又は外部装置にデータを出力する入出力部１４、各種パラメータ等を設定するキーボード等の設定器１５、前記ＣＰＵ１１で制御されて各種データのプリントを行うプリンタ１６、及び前記ＣＰＵ１１で制御されて各種データを表示するディスプレイ１７とから構成されている。
【００２４】
入出力部１４には、前記空気入りタイヤのリーク検査装置の一部を構成している設定器１５、プリンタ１６、ディスプレイ１７の他に、外気温度を測定し電圧信号として出力する温度発信器１９と、空気入りタイヤのタイヤ内圧をリモートセンシングし電圧信号として出力する圧力発信器１８が接続されている。圧力発信器１８は、例えば車両１両分のタイヤの本数に相当する個数だけ用意されている。温度発信器１９は１個だけ示されているが、圧力発信器１８に夫々付属させて設けることが望ましい。実際、図５に示す如き圧力発信器と温度発信器を兼用した圧力温度発信器であれば、温度発信器１９は圧力発信器１８と同数である。
【００２５】
次に、本発明の一実施例の空気入りタイヤのリーク検査装置の動作を説明する。図４のフローチャートにおいて、リーク検査プログラムを開始させる（１００）と、ＣＰＵ１１はプログラムに従って、入出力部１４を制御してサンプリング時刻ｔ（ｎ）におけるタイヤ内圧Ｐ（ｎ）と外気温度Ｔ（ｎ）をサンプリングしてＲＡＭ１２の測定データ記憶部１２１に記憶させる（１０１）。このサンプリングは、例えば１昼夜２４時間の如き所定測定時間にわたって行われる。従って、サンプリング時刻ｔ（１）におけるタイヤ内圧Ｐ（１）と外気温度Ｔ（１）からサンプリング時刻ｔ（ｎ）におけるタイヤ内圧Ｐ（ｎ）と外気温度Ｔ（ｎ）のデータが、表１に示す如き時系列のタイヤ内圧−外気温度（Ｐ−Ｔ）のデータとして、ＲＡＭ１２の測定データ記憶部１２１に記憶される。
【００２６】
【表１】

【００２７】
以上のデータの収集が終了した後、ＣＰＵ１１は外気温度Ｔ（ｎ）の時間遅れ補正を行う。即ち、ＣＰＵ１１はプログラムに従って、ＲＡＭ１２の測定データ記憶部１２１を検索し、タイヤ内圧Ｐ（ｎ）の温度変化をもたらした外気温度、即ち時間遅れτで補正した外気温度Ｔ（ｎ−τ）を特定し（１０２）、タイヤ内圧Ｐ（ｎ）と外気温度Ｔ（ｎ−τ）を対にしたデータをＲＡＭ１２の補正データ記憶部１２２に記憶させる（１０３）。なお、時間遅れτで補正したタイヤ内圧と外気温度は、補正前の表１と同様に時系列で示すと表２の如くであるが、補正データ記憶部１２２に記憶される補正データは、例えば表３の如き外気温度とタイヤ内圧のテーブルである。但し、ｍは整数である。
【００２８】
【表２】

【００２９】
次に、ＣＰＵ１１はプログラムに従って、ＲＡＭ１２の補正データ記憶部１２２に記憶されているタイヤ内圧Ｐ（ｎ）と外気温度Ｔ（ｎ−τ）を対にしたデータを読み出して被検査タイヤのタイヤ内圧−外気温度変化の一次関数近似式を求め且つその傾き(被検査傾きａ)を特定する（１０４）。続いてＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１２の基準データ記憶部１２３から基準タイヤの一次関数近似式の傾き(基準傾きａ_０) を読み出し、この基準傾きａ_０に対する前記被検査傾きａの割合αを求め（１０５）、この割合αを基準データ記憶部１２３に記憶されているしきい値θと比較する（１０６）。ＣＰＵ１１は、前記割合αがしきい値θよりも大きければリークと判定し（１０７）、小さければリークなしと判定する（１０８）。判定の結果は、ディスプレイ１７に表示され（１０９）、又はプリンタ１６にプリントされ、リーク検査プログラムは終了する（１１０）。
【００３０】
【表３】

【００３１】
ところで、図４において、基準傾きａ_０は基準タイヤＢの傾き０．０５４であり、しきい値θは例えば１５％と設定されている。そこで、上記タイヤＡ、Ｃ及びＤについて、基準傾きａ_０に対する被検査傾きａの割合を求めると、夫々１６．７％、７．４％及び３．１％となる。従って、図４のフローチャートに従って、図１のリーク検査装置はタイヤＡはリークあり、タイヤＣとＤはいずれもリークなしと自動的に判定することになる。リーク有無の判定の基準となる上記しきい値θは、例えば１５％としたが、対象となる空気入りタイヤのデータの収集と解析によって、適切な値が選ばれることは勿論である。
【００３２】
以上説明した如く、本発明に係る空気入りタイヤのリーク検査装置は、収集した膨大なデータを解析した結果、時間遅れτでデータを補正すれば基準タイヤのタイヤ内圧と外気温度との変化曲線が一次関数近似式Ｙ＝ａ_０Ｘで表されること、リークタイヤのタイヤ内圧と外気温度との変化曲線の一次関数近似式はＹ＝ａＸ−ｂで表されること、及び、傾きａは基準傾きａ_０よりも大きく、その値はリークの大きさに依存するという事実に立脚したものであり、図１に構成の一例を、図４に動作のフローチャートの一例を夫々示したが、構成も動作もここに開示したものに限られるものではないことは明らかであろう。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によって、ホイールに取り付けられた圧力センサによってタイヤ内圧のリモートセンシングが可能な空気入りタイヤのリークを、外気温度の影響を除去し、且つ自動的に判定するリーク検査装置が提供された。従って、石鹸水を塗布して行う目視によるリーク検査に比べると、検査の確実性が大幅に向上し、しかも多数の空気入りタイヤのリーク検査を同時に行えるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気入りタイヤのリーク検査装置の一実施例のブロック図である。
【図２】データ収集に用いた４本のタイヤＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのタイヤ内圧の変化と、外気温度の変化を一昼夜２４時間にわたって測定した結果を示したグラフである。
【図３】基準タイヤのタイヤ内圧と外気温度との変化曲線が一次関数近似式Ｙ＝ａ_０Ｘで表されること、リークタイヤのタイヤ内圧と外気温度との変化曲線の一次関数近似式はＹ＝ａＸ−ｂで表されることを示したグラフである。
【図４】本発明に係る空気入りタイヤのリーク検査装置の動作のフローチャートの一例を示した図である。
【図５】ホイールに取り付けられた圧力センサと温度センサを備えた圧力温度発信器の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１１ＣＰＵ
１２ＲＡＭ
１３ＲＯＭ
１４入出力部
１５設定器
１６プリンタ
１７ディスプレイ
１８圧力発信器
１９温度発信器
２１圧力センサ
２２、３３電圧／周波数変換部
２３、３４発信コイル
２４、３５受信コイル
２５、３６周波数／電圧変換部
２６高周波電圧源
２７電力増幅部
２８給電コイル
２９受電コイル
３０整流回路
３１定電圧回路
３２温度センサ

Claims

被検査タイヤのタイヤ内圧と外気温度を所定の測定時間にわたってサンプリングして夫々入力する入出力部、前記入出力部からサンプリング時刻毎のタイヤ内圧と外気温度を対にしたデータを記憶する測定データ記憶部、タイヤ内圧−外気温度変化の一次関数近似式の傾き ( 基準傾きａ _０ )を記憶する基準データ記憶部、前記測定データ記憶部に記憶されている被検査タイヤのタイヤ内圧に対応する外気温度を前記測定データ記憶部に記憶されている外気温度を一定の時間遅れτで補正して特定する補正演算手段、前記補正演算手段で補正されたタイヤ内圧と外気温度を対にしたデータを記憶する補正データ記憶部、前記補正データ記憶部に記憶されているデータを読み出して被検査タイヤのタイヤ内圧−外気温度変化の一次関数近似式の傾き(被検査傾きａ ) を求め、前記基準データ記憶部に記憶されている基準傾きａ _０と前記被検査傾きａとを比較する比較手段、前記比較手段の比較結果に基づいて前記被検査タイヤのリークの有無を判定するリーク判定手段、及び前記入出力部を介して伝えられた前記リーク判定手段の判定結果を表示又は記録する出力手段とからなる空気入りタイヤのリーク検査装置。
前記被検査タイヤのタイヤ内圧は、ホイールに取り付けられた圧力センサを含む圧力発信器によってリモートセンシングされて得られたものであることを特徴とする請求項１の空気入りタイヤのリーク検査装置。
前記外気温度は、ホイールに取り付けられた温度センサを含む温度発信器によってリモートセンシングされて得られたものであることを特徴とする請求項１の空気入りタイヤのリーク検査装置。