JP4215610B2 - タイヤのハイドロプレーニング状態推測装置 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤのハイドロプレーニング状態を推測する装置に関し、更に詳しくは、ハイドロプレーニング状態の推定精度を高めることができるタイヤのハイドロプレーニング状態推測装置に関する。

湿潤路走行時にタイヤがハイドロプレーニング状態になると、大きな事故につながり易い。そこで、従来、その対策として、タイヤのブロック内にセンサーを埋設し、そのセンサーによりブロックの変形状態を検出することで、ハイドロプレーニング状態を推定するようにした装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、通常走行時でのブロック変形と、ハイドロプレーニング発生時におけるブロック変形とを区別することが難しいため、上述した装置はハイドロプレーニング状態を推定する精度が低くならざるを得ない。
米国特許５５０２４３３号公報

本発明の目的は、ハイドロプレーニング状態の推定精度を高めることが可能なタイヤのハイドロプレーニング状態推測装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、車両に装着されるタイヤのトレッド面に形成した溝内に配置される圧力センサーと、該圧力センサーで検出した圧力信号を送信する送信部と、該送信部からの圧力信号を受信する受信部と、該受信部で受信した圧力信号を処理する処理部とを具備し、前記圧力信号の圧力値をＦ（Ｎ）、水の密度をρ（kg/m³ ）、前記車両側から取り入れた車速をＶ（ｍ／秒）、摩耗前の前記溝の断面積をｓ（ｍ² ）とすると、前記処理部において、下記式で表されるｋが予め設定した第１の閾値を超えているか否か判定し、該第１の閾値を超えている場合にはハイドロプレーニング状態にあると判定し、前記第１の閾値を超えていない場合には、前記圧力値に応じて設定した第２の閾値を超えているか否か判定し、該第２の閾値を超えている場合にはハイドロプレーニング状態にあると判定することを特徴とする。
ｋ＝Ｆ／（ρ×ｓ×Ｖ² ）

上述した本発明によれば、ハイドロプレーニング状態の発生に大きく左右する溝内の水圧と上記式で得られたファクターｋを判定要素としてハイドロプレーニング状態の発生を判定するため、ハイドロプレーニング状態を推定する精度を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明のタイヤのハイドロプレーニング状態推測装置の一例を示し、１はタイヤ側に装着されるタイヤ装着ユニット、２は車両側に装着される車両装着ユニットである。

タイヤ装着ユニット１は、図２に示すように、車両に装着されるタイヤのトレッド面３にタイヤ周方向に延在する溝４内の底部に形成した装着用孔５内に配置され、湿潤路走行時に溝４内を流れる水の圧力を検出する圧電素子からなる圧力センサー６と、この圧力センサー６で検出した圧力信号を送信アンテナ７を介して車両装着ユニット２に送信する送信部８を備えている。

圧電素子に溝４内を流れる水の圧力が作用すると、その大きさに応じた起電力が発生し、その起電力を圧力信号にして、タイヤ装着ユニット１内に配設された不図示の電源により作動する送信部８が、所定の時間間隔で車両装着ユニット２側の後述する受信部１１に送信するようになっている。この送信部８と受信部１１との間での送受信の強さとしては、０．１〜１０mV/m程度にすることができる。

圧電素子に使用する圧電材料としては、例えば、ジルコン酸チタン系セラミックなどを好ましく用いることができる。タイヤ装着ユニット１は、図２に示すようにゴム体９内に埋設され、ゴムで被覆されている。

車両装着ユニット２は、送信部８からの圧力信号を受信アンテナ１０を介して受信する受信部１１と、この受信部１１で受信した圧力信号を処理する処理部１２を備えている。

処理部１２は、入力された圧力信号に基づいて圧力値Ｆ（Ｎ）を算出する。また、ｘで示すように車両側から取り入れた車速Ｖ（ｍ／秒）、予め入力した摩耗前の溝４の断面積ｓ（ｍ² ）を用いて、下記式で表されるｋの値を算出する。なお、ρ（kg/m³ ）は水の密度である。
ｋ＝Ｆ／（ρ×ｓ×Ｖ² ）
このｋは、ハイドロプレーニング状態を判定するファクターであり、
ｋ＝ａ／ｓ
Ｆ＝ρ×ａ×Ｖ²
から導かれた式である。なお、ａはＦ＝ρ×ａ×Ｖ² から算出される値である。

処理部１２では、ｋの値が予め設定した第１の閾値を超えているか否か判定し、第１の閾値を超えている場合にはハイドロプレーニング状態にあると判定する。ｋの値が第１の閾値を超えていない場合には、圧力値に応じて予め設定した第２の閾値（第１の閾値より小さい値）を超えているか否か判定し、第２の閾値を超えている場合にはハイドロプレーニング状態にあると判定する。その判定結果は、処理部１２に接続された表示部１３に出力して表示される。

なお、ここで用いられる閾値は、トレッドパターン毎に異なり、実験で集められたデータから得られた値である。この閾値の情報は、キーボード１４を介して処理部１２に入力される。

本発明者らは、ハイドロプレーニング状態の推定精度を高めるため鋭意検討したところ、以下のことを知見した。

密度ρの流体が流速Ａで断面積Ｂの流路を流れた際に作用する力Ｃは、Ｃ＝ρ・Ｂ・Ａ² で表される。これを摩耗により溝面積が減少するタイヤの溝を流れる水に当てはめて検討すると、同じ水量の路面において車速が減少しても作用する力Ｃが変化しない場合、溝面積が減少したことを意味する。車速を流速と見なして、上記式に当てはめてみると、溝面積が減少したのであるから、断面積Ｂが減少するはずであるが、逆に増加する。

この増加は、実際に断面積Ｂが減少する以上、作用する力Ｃを一定にするには流速が増加しなければならず、従って、増加分、即ち上記式から算出されたＢと摩耗前の溝の断面積Ｂ’との比Ｂ／Ｂ’は、換言すれば、流速の増加比（２乗の増加比）を示す。ハイドロプレーニング現象は、走行時の水の抵抗によりタイヤが路面から浮き上がり、水の上を滑走する現象であり、溝を流れる水の流速が速いほど、発生し易くなる。

従って、比Ｂ／Ｂ’、即ち上記ｋがハイドロプレーニング状態を判定するファクターに成り得るのである。このファクターｋは、所定の値を超えると、作用する力（圧力）に関係なくハイドロプレーニング状態が発生していると言えるが、それより低い値では圧力との相関でハイドロプレーニング状態にあるか否か判断される。

このように本発明では、ハイドロプレーニング状態の発生に大きく左右する溝４内の水圧と上記式で得らえたファクターｋを判定要素としてハイドロプレーニング状態の発生を判定するようにしたので、ハイドロプレーニング状態を推定する精度を高めることが可能になる。

本発明において、上記実施形態では、タイヤ装着ユニット１側を電源により作動するようにしたが、それに代えて、車両装着ユニット２側からタイヤ装着ユニット１側に高周波信号を定期的に送信し、それをタイヤ装着ユニット１側が電力に変えてタイヤ装着ユニット１を作動させ、送信部８から受信部１１に圧力信号を送信する構成にしてもよい。

また、圧力センサー６は、上述した圧電素子に代えて、溝４内を流れる水の圧力により抵抗体が寸法変形して抵抗値が変化する抵抗歪み式センサーを用いてもよい。

タイヤ装着ユニット１のタイヤへの取り付けは、加硫後のタイヤにおいて、溝４の底部に装着用孔５を形成し、その装着用孔５に嵌め込むことで容易に装着することができる。あるいは、加硫前のグリーンタイヤに取り付け、それを加硫成形するようにしてもよい。溝４に取り付けるタイヤ装着ユニット１の数は、少なくとも１つあればよい。

タイヤ装着ユニット１を溝４の底部に装着する際に、好ましくは、溝底４ａから被覆するゴム体９のトレッド面側先端９ａまでの距離Ｌを１．６mmとなるように装着するのがよい。この１．６mmという距離は、トレッド面３の摩耗により溝４が使用限界まで達した距離を示し、乾燥路走行時に上記装置をオンにして、圧力センサー６により圧力が検出された場合、即ち、表示部１３に圧力表示があった場合には、タイヤを交換する時期に来ていることを運転者に知らせることができる。

また、圧力センサー６により検出された圧力値を用いて、砂、泥、雪の状態を処理部で予め実験で得られた閾値を用いて判定できるようにし、それを表示させるような構成にしてもよい。

本発明のタイヤのハイドロプレーニング状態推測装置の一実施形態を示す説 明図である。 タイヤ装着ユニットをトレッド面の溝内に取り付けた状態を示す拡大断面図 である。

符号の説明

１ タイヤ装着ユニット ２ 車両装着ユニット
３ トレッド面 ４ 溝
５ 装着用孔 ６ 圧力センサー
７ 送信アンテナ ８ 送信部
９ ゴム体 １０ 受信アンテナ
１１ 受信部 １２ 処理部
１３ 表示部

Claims (4)

1. 車両に装着されるタイヤのトレッド面に形成した溝内に配置される圧力センサーと、該圧力センサーで検出した圧力信号を送信する送信部と、該送信部からの圧力信号を受信する受信部と、該受信部で受信した圧力信号を処理する処理部とを具備し、
   前記圧力信号の圧力値をＦ（Ｎ）、水の密度をρ（kg/m³ ）、前記車両側から取り入れた車速をＶ（ｍ／秒）、摩耗前の前記溝の断面積をｓ（ｍ² ）とすると、前記処理部において、下記式で表されるｋが予め設定した第１の閾値を超えているか否か判定し、該第１の閾値を超えている場合にはハイドロプレーニング状態にあると判定し、前記第１の閾値を超えていない場合には、前記圧力値に応じて設定した第２の閾値を超えているか否か判定し、該第２の閾値を超えている場合にはハイドロプレーニング状態にあると判定するタイヤのハイドロプレーニング状態推測装置。
   ｋ＝Ｆ／（ρ×ｓ×Ｖ² ）
2. 前記処理部でハイドロプレーニング状態にあると判定した際に、その判定結果を表示する表示部を有する請求項１に記載のタイヤのハイドロプレーニング状態推測装置。
3. 前記圧力センサーが圧電素子である請求項１または２に記載のタイヤのハイドロプレーニング状態推測装置。
4. 前記圧力センサーが抵抗歪み式センサーである請求項１または２に記載のタイヤのハイドロプレーニング状態推測装置。
   

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