JP4259931B2 - タイヤの故障発生検知方法およびタイヤの故障発生検知装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤの構成部材の故障、例えば、タイヤのベルトエッジ部に発生するベルトエッジセパレーション等が拡大してタイヤのバーストに至る前に、タイヤの構成部材の故障発生の有無を判別するタイヤの故障発生検知方法およびタイヤの故障発生検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、車両に装着されて転動するタイヤが走行中突然バーストして破壊することのないように、タイヤ製造業者は耐久性の優れたタイヤを提供することが求められている。
タイヤが突然バーストする原因は、例えば、タイヤが高速で走行するためにタイヤの構成部材であるトレッド部材が発熱し、その結果、タイヤの構成部材であるベルト部材が高熱にさらされることで、ベルト部材のベルトエッジ部の構成部材または構成部材間の界面等でき裂が発生し、さらに剥離（ベルトエッジセパレーション）が発生することによる。
【０００３】
一方、タイヤ製造業者は、このようなタイヤの構成部材の故障を抑制するために、タイヤの品質管理を厳しく行っている。例えば、所定の内圧で管理されたタイヤを室内ドラム上で転動させ、一定の時間間隔毎に転動速度を上げ、最終的にタイヤがバーストした時点における転動速度を求めることにより、耐久性の良し悪しを判断する耐久試験を数多く行うことにより、タイヤの耐久性に関する品質管理を行っている。
【０００４】
しかし、上記耐久試験は、タイヤをバーストさせる破壊試験であって、バーストして飛び散ったタイヤの破片を集めて解析を行うことしかできず、バーストの原因となるタイヤの構成部材に発生したき裂や構成部材間の剥離等の故障発生箇所の特定や故障発生の原因究明を正確に行うことは難しい。
一方、タイヤのバーストの発生はタイヤ個々で微妙にばらついているので、一定の時間間隔で転動速度を挙げて調べる上記耐久試験では、バーストがいつ発生するかわからない。そのため、タイヤのバーストの直前に転動を停止して、タイヤの構成部材の故障発生箇所の特定や故障発生の原因究明を正確に行うこともできない。
そのため、より耐久性の優れたタイヤの開発に還元することができないといった問題があった。
【０００５】
一方において、タイヤの故障に関する従来技術としては、何らかの要因で発生したタイヤの空気圧の低下を検出する方法がある。
例えば下記特許文献１では、タイヤ近くに集音機を配置し走行時の音でタイヤの空気圧の異常を検索するシステムが開示されている。また、下記特許文献２では、走行時のタイヤのパターンノイズを計測し、予め記録されている空気圧異常時のタイヤパターンノイズの周波数特性と比較し、異常と判断されると警報信号を出力するタイヤ空気圧異常検出装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６２−１９８５０６号公報
【特許文献２】
特開平６−１９９１１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの公報で開示する技術は、タイヤの故障を直接検知するものでなく、タイヤの空気圧の低下を検知するものであり、走行中における極端な空気圧の低下を検知することができるものの、僅かな空気圧の低下を検知することはできない。一方、空気圧が極端に低下すると、走行状態が極めて危険な状態となるため、空気圧の測定時間を短く設定して瞬時に判断する必要がある。そのため、測定の際に混入するノイズ成分により誤判断を行う場合も多くなる。また、タイヤの空気圧が異常と判断する際に用いる閾値を調整して、検出の精度を高めようとすると、誤判断が多くなるといった問題も発生する。
そのため、タイヤのバーストといったタイヤのベルトエッジ部に発生するベルトエッジセパレーション等が拡大して短時間に破裂する危険な状態を破裂前に確実に検知する検知装置には、空気圧の低下を警報する上述の装置を適用することはできない。
【０００８】
そこで、本発明は、タイヤのバーストが発生する前に、タイヤの構成部材の故障の発生を正確にしかも誤って検知することのないタイヤの故障発生検知方法およびタイヤの故障発生検知装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係るタイヤの故障発生検知方法は、タイヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも１つを、前記タイヤの転動速度をステップ状に変化させて測定する測定工程と、この測定工程における測定の度に、この測定以前に前記測定工程によって得られた測定結果を基準として測定結果の変化量または変化率を算出する算出工程と、この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別する判別工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記測定工程は、騒音および振動の少なくとも１つの測定を、所定の時間内で繰り返し行って平均化するのが好ましい。その際、前記所定の時間は、５秒以上６０秒以下の時間であるのが好ましい。
【００１１】
例えば、前記測定工程は、２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域のうちの所定の周波数帯域における騒音の音圧レベルの測定を行い、前記算出工程は、測定された前記音圧レベルの基準に対する変化量を算出し、前記判別工程は、１〜１０ｄＢの範囲内の所定値を閾値とし、測定された前記音圧レベルの変化量を前記閾値と比較する。
【００１２】
あるいは、前記測定工程は、タイヤ１回転で発生する騒音の音圧波形における最大値と最小値との差分の測定を行い、前記算出工程は、測定された前記差分の基準に対する変化率を算出し、前記判別工程は、１．１５〜３．０の範囲内の所定値を閾値とし、前記差分の変化率を前記閾値と比較する。
【００１３】
あるいは、前記測定工程は、タイヤ１回転で発生するタイヤ軸力における振動波形の最大値と最小値との差分の測定を行い、前記算出工程は、測定された前記差分の基準に対する変化量を算出し、前記判別工程は、タイヤにかかる荷重の１〜５％の範囲内の所定値を閾値とし、測定された前記差分の変化量を前記閾値と比較する。
【００１４】
また、本発明に係るタイヤの故障発生検知装置は、タイヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも１つを、前記タイヤの転動速度をステップ状に変化させて測定する測定手段と、この測定手段における測定の度に、この測定以前に前記測定手段によって得られた測定結果を基準として測定結果の変化量または変化率を算出する算出手段と、この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものとする判別手段と、を有することを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記測定手段は、騒音および振動の少なくとも１つの測定を、所定の時間内で繰り返し行って平均化するのが好ましい。その際、前記所定の時間は、５秒以上６０秒以下の時間であるのが好ましい。
【００１６】
なお、前記タイヤの故障発生検知装置は、前記タイヤが車両に装着され、前記測定手段、前記算出手段および前記判別手段が前記車両に搭載される。あるいは、前記タイヤが回転軸の周りに回転してドラム上を転動するドラム試験機に備えられる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のタイヤの故障発生検知方法を実施するタイヤの故障発生検知装置について添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、以下に詳細に説明する。
図１は、本発明のタイヤの故障発生検知装置の一例であるタイヤの故障発生検知装置（以降、検知装置という）１０を、室内耐久ドラム試験装置４０に適用した例を示している。
【００１８】
室内耐久ドラム試験装置４０は、タイヤＴを転動させるドラム路面４１を円周状に設けた回転ドラム４２と、回転ドラム４２を所定の速度で回転駆動させる駆動モータ４４と、駆動モータ４４の回転を制御する制御装置４５と、回転ドラム４２のドラム路面４１に対して垂直方向に自在に移動可能とするタイヤ取付スタンド４６とを有する。タイヤ取付スタンド４６には、転動するタイヤＴを軸支する取付ハブ４８を備える。
【００１９】
一方、検知装置１０は、騒音マイクロフォン１２と、騒音計１４と、処理装置１６とを有して構成される。
騒音マイクロフォン１２は、タイヤＴのドラム路面４１の踏込み前端側に配され、タイヤＴとドラム路面４１の間で発生する転動中の騒音を電気信号に変える公知の騒音マイクロフォンである。
騒音計１４は、騒音マイクロフォン１２から送られてきた電気信号を音圧信号とする公知の計測装置である。音圧の計測の際、Ａ特性のフィルタを用いる。
【００２０】
処理装置１８は、算出部１８と、判別部２０と、記憶部２２とを有する。
算出部１８は、騒音計１６で得られた音圧信号をサンプリングして取り込み、１／３オクターブバンド分析を行って騒音の音圧レベルを測定し、測定の度に、記憶部２２に記憶されている、この測定以前に得られた測定結果を基準にして測定結果の変化量を算出する部分である。
この場合、騒音の音圧レベルの測定は、２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域全体における騒音の音圧レベルを測定し、この測定以前に測定された２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域全体における騒音の音圧レベルに対する変化量を算出する。
【００２１】
騒音の測定は、５秒以上６０秒以下の時間内で１／３オクターブバンド分析を繰り返し行って平均化することによって行われ、この測定が断続的に行われる。５秒以上６０秒以下の時間内で繰り返し行って平均化するのは、後述するように、タイヤの構成部材に発生するき裂や剥離の発生を過誤による判別を行うことなく正確に検知するためである。タイヤの構成部材にき裂や剥離が発生した時点からバーストに至るまでの時間は少なくとも２分以上を要するため、この間に過誤による判別が行われないように正確にき裂や剥離の発生を検知するためである。
【００２２】
判別部２０は、１〜１０ｄＢの範囲内の所定値を閾値とし、算出部１８で算出した音圧レベルの変化量を閾値と比較し、この変化量が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別し、回転ドラム４２の回転停止の制御信号を生成する部分である。なお生成された制御信号は、制御装置４５に供給される。
記憶部２２は、算出部１８にて測定結果の比較を行う際の基準となる測定結果を記憶するとともに、判別部２０にて音圧レベルの変化量を比較する際の閾値を記憶する部分である。算出部１８にて測定結果の比較を行う際の基準となる測定結果は、算出部１８にて算出された測定結果であり、タイヤの構成部材にき裂や剥離のない正常時の測定結果である。また、上述の閾値は、例えばトレッドパターンあるいはタイヤサイズ毎に１つずつ記憶部２２に記憶されており、耐久試験を行うタイヤのタイヤサイズまたはトレッドパターンに応じて閾値が設定されてもよい。
【００２３】
このような検知装置１０を室内耐久ドラム試験装置４０に用いた場合におけるタイヤの故障発生検知方法について説明する。
なお、室内耐久ドラム試験装置４０で行う耐久試験は、所定の内圧で管理されたタイヤを室内耐久ドラム試験装置４０のドラム路面４１上で転動させて一定の時間間隔毎に転動速度を上げる試験を例にして説明する。
図２は、タイヤの故障発生検知方法のフローの一例を示すフローチャートである。
【００２４】
まず、ドラムの回転速度を例えば１００ｋｍ／時から１０ｋｍ／時ずつ１０分置きにステップ状に上げて行くように、ドラムの回転速度が予め設定される。
次に、所定のタイヤ内圧で管理されたタイヤＴをドラム路面４１に接地させ、所定の荷重を負荷し、ドラム回転速度を例えば１００ｋｍ／時に調整して、タイヤＴを転動させる（ステップ１００）。
この状態で、騒音の測定が断続的に行われる。まず、１回目（ｋ＝１）の騒音の測定が開始される（ステップ１０２）。騒音の測定は、上述したように、５秒以上６０秒以下の所定の時間内で１／３オクターブバンド分析を繰り返し行って平均化する。
【００２５】
測定が１回目（ｋ＝１）の場合（ステップ１０４におけるＹｅｓの場合）、測定結果は記憶部２２に記憶される（ステップ１０６）。１回目の音圧レベルはタイヤの構成部材にき裂や剥離が発生していない正常時の測定結果とされて記憶部２２に記憶される。
次に、２回目（ｋ＝２）の測定が開始される（ステップ１０２）。
測定が２回目（ｋ＝２）の場合（ステップ１０４におけるＮｏの場合）、１回目の測定結果が記憶部２２から呼び出されて（ステップ１０８）、１回目の測定結果を基準として２回目の測定結果の変化量が算出される（ステップ１１０）。なお、この測定は、１／３オクターブバンド分析による２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域全体における騒音の音圧レベルの測定である。
次に、２回目に測定された音圧レベルから、１回目に測定された音圧レベルに対する変化量が算出される。
【００２６】
次に、判別部２０において、音圧レベルの変化量が閾値を越えるか否かが判別される（ステップ１１２）。
ここで、閾値は１〜１０ｄＢの範囲内の所定値、例えば２ｄＢを閾値とする。
【００２７】
音圧レベルの変化量が閾値を越えない場合（ステップ１１２においてＮｏの場合）、ドラム回転速度が予め設定された上限速度であるか否かが判別され（ステップ１１４）、上限速度でない場合、調整されたドラム回転速度の走行時間が一定時間を経過したか否かが判別される（ステップ１１６）。ここで、一定時間が経過していない場合（ステップ１１６におけるＮｏの場合）、３回目（ｋ＝３）の測定を行う（ステップ１０２）。
こうして、１回目の音圧レベルに対して音圧レベルが閾値を越えない限り、各速度ステップにおける一定時間が経過するまで、ステップ１００で調整されたドラム回転速度でタイヤＴは走行を継続する。
【００２８】
ステップ１１６において一定時間が経過すると、ドラム回転速度が次の速度ステップに上げられ、ドラム回転速度が調整される（ステップ１００）。そして、この速度ステップにおいて１回目（ｋ＝１）の測定が行われる（ステップ１０２）。このようにして、ドラム回転速度が予め設定された上限の速度に至るまでタイヤの音圧レベルの測定を行う。
その際、ステップ１１２において、音圧レベルの１回目の音圧レベルに対する変化量が閾値を越える場合、タイヤの構成部材にき裂や剥離等の故障が発生したものとして、回転停止の制御信号を制御装置４５に供給する。これにより、駆動モータ４４は回転を停止し、ドラムは停止する（ステップ１１８）。
また、ステップ１１４においてドラム回転速度が設定された上限速度に達した場合、タイヤＴは本試験における耐久性を合格したものとして、ドラムを停止する。
【００２９】
このように、各速度ステップにおける１回目の測定で得られた音圧レベルは、正常状態の音圧レベルとされ、音圧レベルの変化量を求める際の基準とされる。このように速度ステップ毎に基準とする音圧レベルを測定するのは、速度によって音圧レベルが変化するからである。勿論、音圧レベルが速度によって変化する程度が小さいことがわかっている場合には、速度ステップ毎に基準とする音圧レベルを記憶する必要はない。しかし、精度良くタイヤの構成部材の故障の発生を検知する場合には、速度ステップ毎に基準とする音圧レベルを測定するのがよい。
【００３０】
図３は、上述の方法によって音圧レベルを測定したときの、タイヤの構成部材に故障（き裂、剥離）が発生していない正常時の音圧レベルと、タイヤの構成部材に故障が発生した時（故障発生時）の音圧レベルとの違いの一例を示した図である。
タイヤＴは２０５／６５Ｒ１５ ９２Ｈで、試験条件は、内圧が２３０（ｋＰａ）、荷重が４（ｋＮ）、ドラム回転速度が２２０（ｋｍ／時）である。
【００３１】
これによると、故障発生時の音圧レベルは、２００Ｈｚ〜１６００Ｈｚの周波数帯域で正常時の音圧レベルに比べて上昇し、２００Ｈｚ〜１６００Ｈｚの周波数帯域全体の音圧レベル（オーバーオール値）で４ｄＢの増加が見られる。
このように、正常時と故障発生時において音圧レベルが２００Ｈｚ〜１６００Ｈｚの周波数帯域で変化することから、２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域のうちで設定される所定の周波数帯域における騒音の音圧レベルを測定し、この測定した音圧レベルの、正常時の音圧レベルを基準とした変化量を求め、この変化量を閾値と比較することで、タイヤの故障発生を正確に判別することができる。この閾値は、１〜１０ｄＢであり、好ましくは、２〜４（ｄＢ）である。
【００３２】
例えば、図３に示す測定対象とされたタイヤと同一のトレッドパターンまたは同一の構造を有するタイヤについては、２００Ｈｚ〜１６００Ｈｚの周波数帯域全体の音圧レベルに対して２ｄＢを閾値とするとよい。また、同一の構造、同一のトレッドパターンを有するタイヤのバースト直前のｐ−ｐ値の変化を事前に調査して閾値を設定してもよい。
一方、周波数帯域によっては音圧レベルが１０ｄＢ程度増加する領域があることから、狭い周波数帯域の音圧レベルの変化量を用いて閾値と比較する場合は、閾値を高く設定するとよい。閾値を低く設定すると、騒音に含まれたノイズ成分により誤った判別をする可能性が高くなるからである。
なお、閾値と比較する音圧レベルの変化量は、周波数帯域を広く設定することで小さくなるが、ノイズ成分による誤った判別をする可能性が低くなることから、周波数帯域を広く設定することが好ましい。
【００３３】
上記実施形態では、タイヤＴの踏込み直前の音圧レベルを測定するが、けり出し側の音圧レベルを測定してもよいし、測定位置は特に限定されない。
【００３４】
上記実施形態は、騒音計１４で得られた音圧信号を１／３オクターブバンド分析を行って所定の周波数帯域の音圧レベルを測定するものであるが、騒音計１４から出力されたタイヤ１回転の音圧信号の音圧波形（音圧レベルの時間波形）における最大値（最大極大値）と最小値（最小極小値）との差分（以降、この差分をｐ−ｐ値という）を測定し、故障発生時の判別に用いてもよい。すなわち、各速度ステップの１回目（ｋ＝１）に測定されたｐ−ｐ値を正常時のｐ−ｐ値として基準とし、測定されたｐ−ｐ値の、前記基準に対する変化率を求め、この変化率を所定の閾値と比較し、この変化率がこの閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別する。この閾値として、１．１５〜３倍の範囲内の所定値を用いる。
【００３５】
図４（ａ）、（ｂ）には正常時および故障発生時の騒音の音圧波形の一例を示している。故障発生時の音圧波形は正常時の音圧波形に比べて振幅が大きく、上述のｐ−ｐ値が大きくなっていることがわかる。この場合、音圧波形のｐ−ｐ値を時間平均した結果は、図４（ｃ）に示すように、正常時を１００（１）とすると故障発生時は１８４（１．８４）となっている。従って、測定されたｐ−ｐ値を、各速度ステップの１回目（ｋ＝１）に測定されたｐ−ｐ値を基準にして変化率を求め、この変化率を、例えば閾値１．５と比較することによって、タイヤの故障発生を検知することができる。この閾値として、タイヤＴが同一の構造、同一のトレッドパターンを有していれば同一の値を用いるのが好ましい。また、同一の構造、同一のトレッドパターンを有するタイヤのバースト直前のｐ−ｐ値の変化を事前に調査して閾値を設定してもよい。
【００３６】
さらには、タイヤＴとホイールによって形成される空気を充填するタイヤＴの空洞領域にマイクロフォンや圧電素子を設け、タイヤＴの空洞領域内における音圧（騒音）を測定してもよい。音圧の測定は、上述の１／３オクターブバンド分析であってもよいし、上述の音圧波形によるｐ−ｐ値の測定であってもよい。
上述したように、故障発生時、２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域で音圧レベルの変化量が増大することから、一般に２００〜３００Ｈｚに１次の共振周波数を持ち、さらにこの共振周波数より高い周波数帯域に高次の共振周波数を持つタイヤの空洞共鳴は、故障発生時、正常時に比べて大きな共振状態を発現する。このような故障発生時、タイヤの空洞領域の音圧レベルは極めて増大することから、タイヤの空洞領域における音圧を測定することで、故障発生を効果的に検知することができる。また、タイヤの空洞領域では音圧に外乱が入りにくいので効果的かつ精度良く故障発生を検知することができる。
【００３７】
また、上記実施形態は、いずれも、転動する際のタイヤＴに発生する騒音を測定することによりタイヤの故障発生を検知するものであるが、タイヤＴの取付ハブ４８に軸力を測定するロードセルを設け、軸力の変動（振動）幅を測定し、軸力の変動幅の、正常時の軸力の変動幅からの変化量を、所定の閾値と比較することによって、タイヤの故障発生を検知してもよい。
すなわち、タイヤ１回転で発生するタイヤ軸力における振動波形の最大ピーク値と最小ピーク値との差分（ｐ−ｐ値）を軸力の変動幅として測定して、正常時のｐ−ｐ値、例えば、上述のドラム走行速度をステップ状に上げて行う耐久試験の場合、各速度ステップにおける１回目の測定によるｐ−ｐ値を基準とする変化量を求め、タイヤにかかる荷重の１〜５％の範囲内の所定値を閾値として、測定されたｐ−ｐ値の変化量をこの閾値と比較する。なお、軸力の変動は、荷重の変動であってもよいし、ドラム回転方向の前方あるいは後方の方向（前後方向）に作用する前後力の変動であってもよいし、タイヤ回転軸の軸方向に作用する横力の変動であってもよい。
なお、ｐ−ｐ値の変化量は、基準とするｐ−ｐ値に対する測定されたｐ−ｐ値の差分の絶対値をいう。
【００３８】
図５（ａ）は、タイヤサイズが２１５／５０ＺＲ１７のタイヤＴを、内圧が２３０（ｋＰａ）、荷重が４．１（ｋＮ）の試験条件でドラム路面４１上をバーストするまで走行させたときのタイヤ１回転における荷重の変動（ｐ−ｐ値）の履歴の一例を示したグラフである。
【００３９】
図５（ａ）に示すように１０８０秒の時点でドラム回転速度が２９０ｋｍ／時から３００ｋｍ／時に上昇するが、これに伴って荷重の変動がステップ状に増加する。そして、１３８０秒まで、荷重の変動が若干増加するものの安定した挙動を示す。しかし、１３８０秒以降において、荷重の変動が増大し、最終的に１６２０秒においてタイヤＴがバーストする。これより１３８０秒の時点でタイヤの構成部材にき裂や剥離の故障が発生し、この時点以降、き裂や剥離が進展して最終的にバーストに至るといえる。
従って、１３８０秒後の荷重の変動の上昇を判別することで、バーストに至る前に故障の発生を検知することができる。
【００４０】
これより、各速度ステップの１回目の測定で得られたｐ−ｐ値を正常時の荷重の変動とし、このｐ−ｐ値を基準として、ｐ−ｐ値の変化量を算出し、この変化量を閾値と比較することで、バースト直前にタイヤＴの転動を停止させることができる。バースト直前の状態における荷重の変動は荷重の１〜５％となっている。従って閾値をタイヤにかかる荷重の１〜５％の範囲内の所定値、例えば３％とする。荷重が４（ｋＮ）の場合、閾値は０．１２（ｋＮ）となる。
【００４１】
図５（ｂ）は、タイヤサイズが１７５／７０Ｒ１３ ８２ＱのタイヤＴを、内圧が２００（ｋＰａ）、荷重が３．７３（ｋＮ）の試験条件でドラム路面４１上をバーストするまで走行させたときのタイヤ１回転における荷重の変動（ｐ−ｐ値）の履歴の一例を示したグラフである。
【００４２】
図５（ｂ）では、１０８０秒の時点でドラム回転速度が１８０ｋｍ／時から１９０ｋｍ／時に上昇する。そして、１２００秒直前に、荷重の変動が低下を始め、最終的に１３２０秒の時点でタイヤＴがバーストする。このようにバーストに至る際、荷重の変動が減少する。すなわち、１２００秒直前の時点でタイヤの構成部材にき裂や剥離の故障が発生し、この時点以降、き裂や剥離が進展して最終的に１３２０秒の時点でバーストに至る。
従って、１２００秒直前に始まる荷重の変動の減少を測定することで、バーストに至る前に故障の発生を検知することができる。
これより、各速度ステップの１回目の測定で得られた荷重の変動のｐ−ｐ値を正常時の荷重の変動とし、このｐ−ｐ値を基準として、荷重の変動のｐ−ｐ値の変化量を算出し、この変化量を閾値と比較することで、バースト直前にタイヤＴの転動を停止させることができる。この場合もまた、閾値は荷重の１〜５％とするとよい。なお、閾値として、タイヤＴが同一の構造、同一のトレッドパターンを有していれば同一の値を用いるのが好ましい。また、同一の構造、同一のトレッドパターンを有するタイヤのバースト直前のｐ−ｐ値の変化を事前に調査して閾値を設定してもよい。
【００４３】
このようにタイヤの故障発生時、荷重の変動が増大する場合と減少する場合があるが、荷重の変動の増大および減少は、タイヤＴ自体が正常時において持つユニフォーミティ成分の位相と、故障発生時のき裂や剥離等の故障発生場所に応じて発生するアンバランス成分の位相との関係で定まるものである。例えば、ユニフォーミティ成分の位相とアンバランス成分の位相とが同位相であれば荷重の変動は増大し、逆位相であれば荷重の変動は減少する。このように荷重の変動の変化量として、基準とする荷重の変動のｐ−ｐ値に対する測定されたｐ−ｐ値の差分の絶対値を用いることで、上述のユニフォーミティ成分の位相とアンバランス成分の位相との関係にかかわらず、故障の発生を検知することができる。
【００４４】
このような荷重等の軸力の変動は、タイヤの構成部材のき裂や剥離以外の突発的な要因によって変化する場合があるので、少なくとも５秒以上の時間平均による測定を行って平均化したｐ−ｐ値を測定するのが好ましい。また、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、故障発生から２〜３分後にバーストが発生するので、時間平均による測定は６０秒以下、好ましくは３０秒以下とするのがよい。
このように、５秒以上６０秒以下の時間平均による測定により、タイヤの構成部材の故障発生の判別に誤りがなくなり、しかも、確実に故障発生を検知することができる。
特に、タイヤＴとドラム路面４１の間で発生する騒音のうち、２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域中の所定の周波数帯域の音圧レベルを測定する上述の方法、音圧波形のｐ−ｐ値を測定する上述の方法、および軸力の変動を測定する上述の方法を組み合わせて用いることで、より効果的に、故障発生の判別に誤りのない確実な検知を行うことができる。
【００４５】
なお、本実施形態は、検知装置１０を、室内耐久ドラム試験装置４０に適用したものであるが、本発明のタイヤの故障発生検知装置は、車両に装着されたものであってもよい。
【００４６】
例えば、上述したように、１次共振周波数が２００〜３００Ｈｚ、高次共振周波数は２００〜３００Ｈｚより高い周波数帯域に発生するタイヤの空洞共鳴は音圧としてばかりでなく、タイヤ回転軸の振動にも現れるので、タイヤ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加速度ピックアップを剛結合して固定し走行中のいわゆるバネ下振動を測定し、バネ下振動の振動レベルの変化量または変化率を求め、タイヤの故障発生の有無を判別するするものであってもよい。
【００４７】
図６は、本発明のタイヤの故障発生検知装置を車両に装着した一例を示した概略の概念図である。
タイヤの故障発生検知装置６０では、車両６２のタイヤの取付ハブ近傍のサスペンションアーム６４に剛結合して固定された加速度ピックアップ６６からの加速度信号を処理ユニット６８に供給する。処理ユニット６８では、加速度信号を処理して、２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域中の所定の周波数帯域の振動レベルを断続して測定し、また、振動波形のｐ−ｐ値を継続して測定し、測定の度に、この測定以前に得られた、正常な状態の測定結果を基準にして測定結果の変化量または変化率を算出し、この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較する。この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別し、故障が発生したものと判別した場合、報知装置７０に信号を供給する。
【００４８】
ここで、変化量または変化率を算出するときに基準として用いる正常な状態の測定結果とは、例えば、新品タイヤが車両に装着された時の最初の測定時の測定結果である。このような測定結果は、タイヤにかかる荷重別に、または走行速度別に記憶して基準とするのが好ましい。
また、一定時間間隔毎に測定する際、１つ前の測定結果を基準としてもよい。報知装置７０は、例えば、音声や警報音等を用いて、また、車両６２の運転席の表示パネルに警報を表示して、タイヤの構成部材に故障発生してタイヤがバースと直前である旨を報知する。さらに、処理ユニット６８から出力された信号を、車両の走行を減速、あるいは停止させるように、車両６２の駆動系に供給するように構成してもよい。
【００４９】
処理ユニット６８は、供給された加速度信号から２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域中の所定の周波数帯域の振動レベルを測定する、あるいは、振動波形のｐ−ｐ値を測定する測定部６８ａと、測定の度に、この測定以前に得られた測定結果を基準にして測定結果の変化量または変化率を算出し、この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別する処理部６８ｂと、を有する。
【００５０】
なお、加速度ピックアップ６６をサスペンション機構に固定して得られる加速度信号を用いる替わりに、ＡＢＳ（アンチロックブレーキングシステム）用の回転信号センサ等のように別の機能のために車両６２に設けられたセンサを用いて得られる振動を表す加速度信号または振動を表す速度信号を用いてもよい。
また、タイヤとホイールとによって囲まれたタイヤの空洞領域内で発生する空洞共鳴の音圧を測定するように、圧電素子または騒音マイクをタイヤの空洞領域に設けて、音圧信号を得、故障発生の判別に用いてもよい。
また、車両に装着されたタイヤと路面との間で発生する騒音の音圧レベルを騒音マイクロフォンにて測定し、故障発生の判別に用いてもよい。
【００５１】
なお、本発明のタイヤの故障発生検知方法およびタイヤの故障発生検知装置は、上記実施例に限定されるものでなく、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。
【００５２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、タイヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも１つを継続して測定し、測定の度に、この測定以前に得られた測定結果を基準にして測定結果の変化量または変化率を算出し、この変化量または変化率を故障発生の判別に用いるので、タイヤのバーストが発生する前に、タイヤの構成部材の故障の発生を正確にしかも誤って判別することは少なくなる。
特に、騒音または振動の測定を、所定の時間内、例えば５秒以上６０秒分以下の時間内で繰り返し行って平均化することで、正確かつ過誤のない故障の発生の検知をより効果的に達成することができる。
これにより、タイヤのバースト前に車両を停止することができる。また、タイヤの耐久試験においては、バースト前の故障発生状態にあるタイヤを取得することができ、タイヤの構成部材のき裂や剥離等の発生箇所を特定することができ、き裂や剥離の発生原因を分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のタイヤの故障発生検知装置の一例の構成を示す概略図である。
【図２】 本発明のタイヤの故障発生検知方法の一例のフローを示すフローチャートである。
【図３】 本発明のタイヤの故障発生検知装置で得られる測定結果の一例を説明する図である。
【図４】 （ａ）〜（ｃ）は、本発明のタイヤの故障発生検知装置で得られる測定結果の他の例を説明する図である。
【図５】 （ａ）および（ｂ）は、本発明のタイヤの故障発生検知装置で得られる測定結果の他の例を説明する図である。
【図６】 本発明のタイヤの故障発生検知装置の一例の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１０，６０ タイヤの故障発生検知装置
１２ 騒音マイクロフォン
１４ 騒音計
１６ 処理装置
１８ 算出部
２０ 判別部
２２ 記憶部
４０ 室内耐久ドラム試験装置
４１ ドラム路面
４２ 回転ドラム
４４ 駆動モータ
４６ タイヤ取付スタンド
４８ 取付ハブ
６２ 車両
６４ サスペンションアーム
６６ 加速度ピックアップ
６８ 処理ユニット
７０ 報知装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤの構成部材の故障、例えば、タイヤのベルトエッジ部に発生するベルトエッジセパレーション等が拡大してタイヤのバーストに至る前に、タイヤの構成部材の故障発生の有無を判別するタイヤの故障発生検知方法およびタイヤの故障発生検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、車両に装着されて転動するタイヤが走行中突然バーストして破壊することのないように、タイヤ製造業者は耐久性の優れたタイヤを提供することが求められている。
タイヤが突然バーストする原因は、例えば、タイヤが高速で走行するためにタイヤの構成部材であるトレッド部材が発熱し、その結果、タイヤの構成部材であるベルト部材が高熱にさらされることで、ベルト部材のベルトエッジ部の構成部材または構成部材間の界面等でき裂が発生し、さらに剥離（ベルトエッジセパレーション）が発生することによる。
【０００３】
一方、タイヤ製造業者は、このようなタイヤの構成部材の故障を抑制するために、タイヤの品質管理を厳しく行っている。例えば、所定の内圧で管理されたタイヤを室内ドラム上で転動させ、一定の時間間隔毎に転動速度を上げ、最終的にタイヤがバーストした時点における転動速度を求めることにより、耐久性の良し悪しを判断する耐久試験を数多く行うことにより、タイヤの耐久性に関する品質管理を行っている。
【０００４】
しかし、上記耐久試験は、タイヤをバーストさせる破壊試験であって、バーストして飛び散ったタイヤの破片を集めて解析を行うことしかできず、バーストの原因となるタイヤの構成部材に発生したき裂や構成部材間の剥離等の故障発生箇所の特定や故障発生の原因究明を正確に行うことは難しい。
一方、タイヤのバーストの発生はタイヤ個々で微妙にばらついているので、一定の時間間隔で転動速度を挙げて調べる上記耐久試験では、バーストがいつ発生するかわからない。そのため、タイヤのバーストの直前に転動を停止して、タイヤの構成部材の故障発生箇所の特定や故障発生の原因究明を正確に行うこともできない。
そのため、より耐久性の優れたタイヤの開発に還元することができないといった問題があった。
【０００５】
一方において、タイヤの故障に関する従来技術としては、何らかの要因で発生したタイヤの空気圧の低下を検出する方法がある。
例えば下記特許文献１では、タイヤ近くに集音機を配置し走行時の音でタイヤの空気圧の異常を検索するシステムが開示されている。また、下記特許文献２では、走行時のタイヤのパターンノイズを計測し、予め記録されている空気圧異常時のタイヤパターンノイズの周波数特性と比較し、異常と判断されると警報信号を出力するタイヤ空気圧異常検出装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６２−１９８５０６号公報
【特許文献２】
特開平６−１９９１１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの公報で開示する技術は、タイヤの故障を直接検知するものでなく、タイヤの空気圧の低下を検知するものであり、走行中における極端な空気圧の低下を検知することができるものの、僅かな空気圧の低下を検知することはできない。一方、空気圧が極端に低下すると、走行状態が極めて危険な状態となるため、空気圧の測定時間を短く設定して瞬時に判断する必要がある。そのため、測定の際に混入するノイズ成分により誤判断を行う場合も多くなる。また、タイヤの空気圧が異常と判断する際に用いる閾値を調整して、検出の精度を高めようとすると、誤判断が多くなるといった問題も発生する。
そのため、タイヤのバーストといったタイヤのベルトエッジ部に発生するベルトエッジセパレーション等が拡大して短時間に破裂する危険な状態を破裂前に確実に検知する検知装置には、空気圧の低下を警報する上述の装置を適用することはできない。
【０００８】
そこで、本発明は、タイヤのバーストが発生する前に、タイヤの構成部材の故障の発生を正確にしかも誤って検知することのないタイヤの故障発生検知方法およびタイヤの故障発生検知装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係るタイヤの故障発生検知方法は、タイヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも１つを、前記タイヤの転動速度をステップ状に変化させて測定する測定工程と、この測定工程における測定の度に、この測定以前に前記測定工程によって得られた測定結果を基準として測定結果の変化量または変化率を算出する算出工程と、この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別する判別工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記測定工程は、騒音および振動の少なくとも１つの測定を、所定の時間内で繰り返し行って平均化するのが好ましい。その際、前記所定の時間は、５秒以上６０秒以下の時間であるのが好ましい。
【００１１】
例えば、前記測定工程は、２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域のうちの所定の周波数帯域における騒音の音圧レベルの測定を行い、前記算出工程は、測定された前記音圧レベルの基準に対する変化量を算出し、前記判別工程は、１〜１０ｄＢの範囲内の所定値を閾値とし、測定された前記音圧レベルの変化量を前記閾値と比較する。
【００１２】
あるいは、前記測定工程は、タイヤ１回転で発生する騒音の音圧波形における最大値と最小値との差分の測定を行い、前記算出工程は、測定された前記差分の基準に対する変化率を算出し、前記判別工程は、１．１５〜３．０の範囲内の所定値を閾値とし、前記差分の変化率を前記閾値と比較する。
【００１３】
あるいは、前記測定工程は、タイヤ１回転で発生するタイヤ軸力における振動波形の最大値と最小値との差分の測定を行い、前記算出工程は、測定された前記差分の基準に対する変化量を算出し、前記判別工程は、タイヤにかかる荷重の１〜５％の範囲内の所定値を閾値とし、測定された前記差分の変化量を前記閾値と比較する。
【００１４】
また、本発明に係るタイヤの故障発生検知装置は、タイヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも１つを、前記タイヤの転動速度をステップ状に変化させて測定する測定手段と、この測定手段における測定の度に、この測定以前に前記測定手段によって得られた測定結果を基準として測定結果の変化量または変化率を算出する算出手段と、この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものとする判別手段と、を有することを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記測定手段は、騒音および振動の少なくとも１つの測定を、所定の時間内で繰り返し行って平均化するのが好ましい。その際、前記所定の時間は、５秒以上６０秒以下の時間であるのが好ましい。
【００１６】
なお、前記タイヤの故障発生検知装置は、前記タイヤが車両に装着され、前記測定手段、前記算出手段および前記判別手段が前記車両に搭載される。あるいは、前記タイヤが回転軸の周りに回転してドラム上を転動するドラム試験機に備えられる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のタイヤの故障発生検知方法を実施するタイヤの故障発生検知装置について添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、以下に詳細に説明する。
図１は、本発明のタイヤの故障発生検知装置の一例であるタイヤの故障発生検知装置（以降、検知装置という）１０を、室内耐久ドラム試験装置４０に適用した例を示している。
【００１８】
室内耐久ドラム試験装置４０は、タイヤＴを転動させるドラム路面４１を円周状に設けた回転ドラム４２と、回転ドラム４２を所定の速度で回転駆動させる駆動モータ４４と、駆動モータ４４の回転を制御する制御装置４５と、回転ドラム４２のドラム路面４１に対して垂直方向に自在に移動可能とするタイヤ取付スタンド４６とを有する。タイヤ取付スタンド４６には、転動するタイヤＴを軸支する取付ハブ４８を備える。
【００１９】
一方、検知装置１０は、騒音マイクロフォン１２と、騒音計１４と、処理装置１６とを有して構成される。
騒音マイクロフォン１２は、タイヤＴのドラム路面４１の踏込み前端側に配され、タイヤＴとドラム路面４１の間で発生する転動中の騒音を電気信号に変える公知の騒音マイクロフォンである。
騒音計１４は、騒音マイクロフォン１２から送られてきた電気信号を音圧信号とする公知の計測装置である。音圧の計測の際、Ａ特性のフィルタを用いる。
【００２０】
処理装置１８は、算出部１８と、判別部２０と、記憶部２２とを有する。
算出部１８は、騒音計１６で得られた音圧信号をサンプリングして取り込み、１／３オクターブバンド分析を行って騒音の音圧レベルを測定し、測定の度に、記憶部２２に記憶されている、この測定以前に得られた測定結果を基準にして測定結果の変化量を算出する部分である。
この場合、騒音の音圧レベルの測定は、２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域全体における騒音の音圧レベルを測定し、この測定以前に測定された２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域全体における騒音の音圧レベルに対する変化量を算出する。
【００２１】
騒音の測定は、５秒以上６０秒以下の時間内で１／３オクターブバンド分析を繰り返し行って平均化することによって行われ、この測定が断続的に行われる。５秒以上６０秒以下の時間内で繰り返し行って平均化するのは、後述するように、タイヤの構成部材に発生するき裂や剥離の発生を過誤による判別を行うことなく正確に検知するためである。タイヤの構成部材にき裂や剥離が発生した時点からバーストに至るまでの時間は少なくとも２分以上を要するため、この間に過誤による判別が行われないように正確にき裂や剥離の発生を検知するためである。
【００２２】
判別部２０は、１〜１０ｄＢの範囲内の所定値を閾値とし、算出部１８で算出した音圧レベルの変化量を閾値と比較し、この変化量が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別し、回転ドラム４２の回転停止の制御信号を生成する部分である。なお生成された制御信号は、制御装置４５に供給される。
記憶部２２は、算出部１８にて測定結果の比較を行う際の基準となる測定結果を記憶するとともに、判別部２０にて音圧レベルの変化量を比較する際の閾値を記憶する部分である。算出部１８にて測定結果の比較を行う際の基準となる測定結果は、算出部１８にて算出された測定結果であり、タイヤの構成部材にき裂や剥離のない正常時の測定結果である。また、上述の閾値は、例えばトレッドパターンあるいはタイヤサイズ毎に１つずつ記憶部２２に記憶されており、耐久試験を行うタイヤのタイヤサイズまたはトレッドパターンに応じて閾値が設定されてもよい。
【００２３】
このような検知装置１０を室内耐久ドラム試験装置４０に用いた場合におけるタイヤの故障発生検知方法について説明する。
なお、室内耐久ドラム試験装置４０で行う耐久試験は、所定の内圧で管理されたタイヤを室内耐久ドラム試験装置４０のドラム路面４１上で転動させて一定の時間間隔毎に転動速度を上げる試験を例にして説明する。
図２は、タイヤの故障発生検知方法のフローの一例を示すフローチャートである。
【００２４】
まず、ドラムの回転速度を例えば１００ｋｍ／時から１０ｋｍ／時ずつ１０分置きにステップ状に上げて行くように、ドラムの回転速度が予め設定される。
次に、所定のタイヤ内圧で管理されたタイヤＴをドラム路面４１に接地させ、所定の荷重を負荷し、ドラム回転速度を例えば１００ｋｍ／時に調整して、タイヤＴを転動させる（ステップ１００）。
この状態で、騒音の測定が断続的に行われる。まず、１回目（ｋ＝１）の騒音の測定が開始される（ステップ１０２）。騒音の測定は、上述したように、５秒以上６０秒以下の所定の時間内で１／３オクターブバンド分析を繰り返し行って平均化する。
【００２５】
測定が１回目（ｋ＝１）の場合（ステップ１０４におけるＹｅｓの場合）、測定結果は記憶部２２に記憶される（ステップ１０６）。１回目の音圧レベルはタイヤの構成部材にき裂や剥離が発生していない正常時の測定結果とされて記憶部２２に記憶される。
次に、２回目（ｋ＝２）の測定が開始される（ステップ１０２）。
測定が２回目（ｋ＝２）の場合（ステップ１０４におけるＮｏの場合）、１回目の測定結果が記憶部２２から呼び出されて（ステップ１０８）、１回目の測定結果を基準として２回目の測定結果の変化量が算出される（ステップ１１０）。なお、この測定は、１／３オクターブバンド分析による２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域全体における騒音の音圧レベルの測定である。
次に、２回目に測定された音圧レベルから、１回目に測定された音圧レベルに対する変化量が算出される。
【００２６】
次に、判別部２０において、音圧レベルの変化量が閾値を越えるか否かが判別される（ステップ１１２）。
ここで、閾値は１〜１０ｄＢの範囲内の所定値、例えば２ｄＢを閾値とする。
【００２７】
音圧レベルの変化量が閾値を越えない場合（ステップ１１２においてＮｏの場合）、ドラム回転速度が予め設定された上限速度であるか否かが判別され（ステップ１１４）、上限速度でない場合、調整されたドラム回転速度の走行時間が一定時間を経過したか否かが判別される（ステップ１１６）。ここで、一定時間が経過していない場合（ステップ１１６におけるＮｏの場合）、３回目（ｋ＝３）の測定を行う（ステップ１０２）。
こうして、１回目の音圧レベルに対して音圧レベルが閾値を越えない限り、各速度ステップにおける一定時間が経過するまで、ステップ１００で調整されたドラム回転速度でタイヤＴは走行を継続する。
【００２８】
ステップ１１６において一定時間が経過すると、ドラム回転速度が次の速度ステップに上げられ、ドラム回転速度が調整される（ステップ１００）。そして、この速度ステップにおいて１回目（ｋ＝１）の測定が行われる（ステップ１０２）。このようにして、ドラム回転速度が予め設定された上限の速度に至るまでタイヤの音圧レベルの測定を行う。
その際、ステップ１１２において、音圧レベルの１回目の音圧レベルに対する変化量が閾値を越える場合、タイヤの構成部材にき裂や剥離等の故障が発生したものとして、回転停止の制御信号を制御装置４５に供給する。これにより、駆動モータ４４は回転を停止し、ドラムは停止する（ステップ１１８）。
また、ステップ１１４においてドラム回転速度が設定された上限速度に達した場合、タイヤＴは本試験における耐久性を合格したものとして、ドラムを停止する。
【００２９】
このように、各速度ステップにおける１回目の測定で得られた音圧レベルは、正常状態の音圧レベルとされ、音圧レベルの変化量を求める際の基準とされる。このように速度ステップ毎に基準とする音圧レベルを測定するのは、速度によって音圧レベルが変化するからである。勿論、音圧レベルが速度によって変化する程度が小さいことがわかっている場合には、速度ステップ毎に基準とする音圧レベルを記憶する必要はない。しかし、精度良くタイヤの構成部材の故障の発生を検知する場合には、速度ステップ毎に基準とする音圧レベルを測定するのがよい。
【００３０】
図３は、上述の方法によって音圧レベルを測定したときの、タイヤの構成部材に故障（き裂、剥離）が発生していない正常時の音圧レベルと、タイヤの構成部材に故障が発生した時（故障発生時）の音圧レベルとの違いの一例を示した図である。
タイヤＴは２０５／６５Ｒ１５ ９２Ｈで、試験条件は、内圧が２３０（ｋＰａ）、荷重が４（ｋＮ）、ドラム回転速度が２２０（ｋｍ／時）である。
【００３１】
これによると、故障発生時の音圧レベルは、２００Ｈｚ〜１６００Ｈｚの周波数帯域で正常時の音圧レベルに比べて上昇し、２００Ｈｚ〜１６００Ｈｚの周波数帯域全体の音圧レベル（オーバーオール値）で４ｄＢの増加が見られる。
このように、正常時と故障発生時において音圧レベルが２００Ｈｚ〜１６００Ｈｚの周波数帯域で変化することから、２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域のうちで設定される所定の周波数帯域における騒音の音圧レベルを測定し、この測定した音圧レベルの、正常時の音圧レベルを基準とした変化量を求め、この変化量を閾値と比較することで、タイヤの故障発生を正確に判別することができる。この閾値は、１〜１０ｄＢであり、好ましくは、２〜４（ｄＢ）である。
【００３２】
例えば、図３に示す測定対象とされたタイヤと同一のトレッドパターンまたは同一の構造を有するタイヤについては、２００Ｈｚ〜１６００Ｈｚの周波数帯域全体の音圧レベルに対して２ｄＢを閾値とするとよい。また、同一の構造、同一のトレッドパターンを有するタイヤのバースト直前のｐ−ｐ値の変化を事前に調査して閾値を設定してもよい。
一方、周波数帯域によっては音圧レベルが１０ｄＢ程度増加する領域があることから、狭い周波数帯域の音圧レベルの変化量を用いて閾値と比較する場合は、閾値を高く設定するとよい。閾値を低く設定すると、騒音に含まれたノイズ成分により誤った判別をする可能性が高くなるからである。
なお、閾値と比較する音圧レベルの変化量は、周波数帯域を広く設定することで小さくなるが、ノイズ成分による誤った判別をする可能性が低くなることから、周波数帯域を広く設定することが好ましい。
【００３３】
上記実施形態では、タイヤＴの踏込み直前の音圧レベルを測定するが、けり出し側の音圧レベルを測定してもよいし、測定位置は特に限定されない。
【００３４】
上記実施形態は、騒音計１４で得られた音圧信号を１／３オクターブバンド分析を行って所定の周波数帯域の音圧レベルを測定するものであるが、騒音計１４から出力されたタイヤ１回転の音圧信号の音圧波形（音圧レベルの時間波形）における最大値（最大極大値）と最小値（最小極小値）との差分（以降、この差分をｐ−ｐ値という）を測定し、故障発生時の判別に用いてもよい。すなわち、各速度ステップの１回目（ｋ＝１）に測定されたｐ−ｐ値を正常時のｐ−ｐ値として基準とし、測定されたｐ−ｐ値の、前記基準に対する変化率を求め、この変化率を所定の閾値と比較し、この変化率がこの閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別する。この閾値として、１．１５〜３倍の範囲内の所定値を用いる。
【００３５】
図４（ａ）、（ｂ）には正常時および故障発生時の騒音の音圧波形の一例を示している。故障発生時の音圧波形は正常時の音圧波形に比べて振幅が大きく、上述のｐ−ｐ値が大きくなっていることがわかる。この場合、音圧波形のｐ−ｐ値を時間平均した結果は、図４（ｃ）に示すように、正常時を１００（１）とすると故障発生時は１８４（１．８４）となっている。従って、測定されたｐ−ｐ値を、各速度ステップの１回目（ｋ＝１）に測定されたｐ−ｐ値を基準にして変化率を求め、この変化率を、例えば閾値１．５と比較することによって、タイヤの故障発生を検知することができる。この閾値として、タイヤＴが同一の構造、同一のトレッドパターンを有していれば同一の値を用いるのが好ましい。また、同一の構造、同一のトレッドパターンを有するタイヤのバースト直前のｐ−ｐ値の変化を事前に調査して閾値を設定してもよい。
【００３６】
さらには、タイヤＴとホイールによって形成される空気を充填するタイヤＴの空洞領域にマイクロフォンや圧電素子を設け、タイヤＴの空洞領域内における音圧（騒音）を測定してもよい。音圧の測定は、上述の１／３オクターブバンド分析であってもよいし、上述の音圧波形によるｐ−ｐ値の測定であってもよい。
上述したように、故障発生時、２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域で音圧レベルの変化量が増大することから、一般に２００〜３００Ｈｚに１次の共振周波数を持ち、さらにこの共振周波数より高い周波数帯域に高次の共振周波数を持つタイヤの空洞共鳴は、故障発生時、正常時に比べて大きな共振状態を発現する。このような故障発生時、タイヤの空洞領域の音圧レベルは極めて増大することから、タイヤの空洞領域における音圧を測定することで、故障発生を効果的に検知することができる。また、タイヤの空洞領域では音圧に外乱が入りにくいので効果的かつ精度良く故障発生を検知することができる。
【００３７】
また、上記実施形態は、いずれも、転動する際のタイヤＴに発生する騒音を測定することによりタイヤの故障発生を検知するものであるが、タイヤＴの取付ハブ４８に軸力を測定するロードセルを設け、軸力の変動（振動）幅を測定し、軸力の変動幅の、正常時の軸力の変動幅からの変化量を、所定の閾値と比較することによって、タイヤの故障発生を検知してもよい。
すなわち、タイヤ１回転で発生するタイヤ軸力における振動波形の最大ピーク値と最小ピーク値との差分（ｐ−ｐ値）を軸力の変動幅として測定して、正常時のｐ−ｐ値、例えば、上述のドラム走行速度をステップ状に上げて行う耐久試験の場合、各速度ステップにおける１回目の測定によるｐ−ｐ値を基準とする変化量を求め、タイヤにかかる荷重の１〜５％の範囲内の所定値を閾値として、測定されたｐ−ｐ値の変化量をこの閾値と比較する。なお、軸力の変動は、荷重の変動であってもよいし、ドラム回転方向の前方あるいは後方の方向（前後方向）に作用する前後力の変動であってもよいし、タイヤ回転軸の軸方向に作用する横力の変動であってもよい。
なお、ｐ−ｐ値の変化量は、基準とするｐ−ｐ値に対する測定されたｐ−ｐ値の差分の絶対値をいう。
【００３８】
図５（ａ）は、タイヤサイズが２１５／５０ＺＲ１７のタイヤＴを、内圧が２３０（ｋＰａ）、荷重が４．１（ｋＮ）の試験条件でドラム路面４１上をバーストするまで走行させたときのタイヤ１回転における荷重の変動（ｐ−ｐ値）の履歴の一例を示したグラフである。
【００３９】
図５（ａ）に示すように１０８０秒の時点でドラム回転速度が２９０ｋｍ／時から３００ｋｍ／時に上昇するが、これに伴って荷重の変動がステップ状に増加する。そして、１３８０秒まで、荷重の変動が若干増加するものの安定した挙動を示す。しかし、１３８０秒以降において、荷重の変動が増大し、最終的に１６２０秒においてタイヤＴがバーストする。これより１３８０秒の時点でタイヤの構成部材にき裂や剥離の故障が発生し、この時点以降、き裂や剥離が進展して最終的にバーストに至るといえる。
従って、１３８０秒後の荷重の変動の上昇を判別することで、バーストに至る前に故障の発生を検知することができる。
【００４０】
これより、各速度ステップの１回目の測定で得られたｐ−ｐ値を正常時の荷重の変動とし、このｐ−ｐ値を基準として、ｐ−ｐ値の変化量を算出し、この変化量を閾値と比較することで、バースト直前にタイヤＴの転動を停止させることができる。バースト直前の状態における荷重の変動は荷重の１〜５％となっている。従って閾値をタイヤにかかる荷重の１〜５％の範囲内の所定値、例えば３％とする。荷重が４（ｋＮ）の場合、閾値は０．１２（ｋＮ）となる。
【００４１】
図５（ｂ）は、タイヤサイズが１７５／７０Ｒ１３ ８２ＱのタイヤＴを、内圧が２００（ｋＰａ）、荷重が３．７３（ｋＮ）の試験条件でドラム路面４１上をバーストするまで走行させたときのタイヤ１回転における荷重の変動（ｐ−ｐ値）の履歴の一例を示したグラフである。
【００４２】
図５（ｂ）では、１０８０秒の時点でドラム回転速度が１８０ｋｍ／時から１９０ｋｍ／時に上昇する。そして、１２００秒直前に、荷重の変動が低下を始め、最終的に１３２０秒の時点でタイヤＴがバーストする。このようにバーストに至る際、荷重の変動が減少する。すなわち、１２００秒直前の時点でタイヤの構成部材にき裂や剥離の故障が発生し、この時点以降、き裂や剥離が進展して最終的に１３２０秒の時点でバーストに至る。
従って、１２００秒直前に始まる荷重の変動の減少を測定することで、バーストに至る前に故障の発生を検知することができる。
これより、各速度ステップの１回目の測定で得られた荷重の変動のｐ−ｐ値を正常時の荷重の変動とし、このｐ−ｐ値を基準として、荷重の変動のｐ−ｐ値の変化量を算出し、この変化量を閾値と比較することで、バースト直前にタイヤＴの転動を停止させることができる。この場合もまた、閾値は荷重の１〜５％とするとよい。なお、閾値として、タイヤＴが同一の構造、同一のトレッドパターンを有していれば同一の値を用いるのが好ましい。また、同一の構造、同一のトレッドパターンを有するタイヤのバースト直前のｐ−ｐ値の変化を事前に調査して閾値を設定してもよい。
【００４３】
このようにタイヤの故障発生時、荷重の変動が増大する場合と減少する場合があるが、荷重の変動の増大および減少は、タイヤＴ自体が正常時において持つユニフォーミティ成分の位相と、故障発生時のき裂や剥離等の故障発生場所に応じて発生するアンバランス成分の位相との関係で定まるものである。例えば、ユニフォーミティ成分の位相とアンバランス成分の位相とが同位相であれば荷重の変動は増大し、逆位相であれば荷重の変動は減少する。このように荷重の変動の変化量として、基準とする荷重の変動のｐ−ｐ値に対する測定されたｐ−ｐ値の差分の絶対値を用いることで、上述のユニフォーミティ成分の位相とアンバランス成分の位相との関係にかかわらず、故障の発生を検知することができる。
【００４４】
このような荷重等の軸力の変動は、タイヤの構成部材のき裂や剥離以外の突発的な要因によって変化する場合があるので、少なくとも５秒以上の時間平均による測定を行って平均化したｐ−ｐ値を測定するのが好ましい。また、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、故障発生から２〜３分後にバーストが発生するので、時間平均による測定は６０秒以下、好ましくは３０秒以下とするのがよい。
このように、５秒以上６０秒以下の時間平均による測定により、タイヤの構成部材の故障発生の判別に誤りがなくなり、しかも、確実に故障発生を検知することができる。
特に、タイヤＴとドラム路面４１の間で発生する騒音のうち、２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域中の所定の周波数帯域の音圧レベルを測定する上述の方法、音圧波形のｐ−ｐ値を測定する上述の方法、および軸力の変動を測定する上述の方法を組み合わせて用いることで、より効果的に、故障発生の判別に誤りのない確実な検知を行うことができる。
【００４５】
なお、本実施形態は、検知装置１０を、室内耐久ドラム試験装置４０に適用したものであるが、本発明のタイヤの故障発生検知装置は、車両に装着されたものであってもよい。
【００４６】
例えば、上述したように、１次共振周波数が２００〜３００Ｈｚ、高次共振周波数は２００〜３００Ｈｚより高い周波数帯域に発生するタイヤの空洞共鳴は音圧としてばかりでなく、タイヤ回転軸の振動にも現れるので、タイヤ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加速度ピックアップを剛結合して固定し走行中のいわゆるバネ下振動を測定し、バネ下振動の振動レベルの変化量または変化率を求め、タイヤの故障発生の有無を判別するするものであってもよい。
【００４７】
図６は、本発明のタイヤの故障発生検知装置を車両に装着した一例を示した概略の概念図である。
タイヤの故障発生検知装置６０では、車両６２のタイヤの取付ハブ近傍のサスペンションアーム６４に剛結合して固定された加速度ピックアップ６６からの加速度信号を処理ユニット６８に供給する。処理ユニット６８では、加速度信号を処理して、２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域中の所定の周波数帯域の振動レベルを断続して測定し、また、振動波形のｐ−ｐ値を継続して測定し、測定の度に、この測定以前に得られた、正常な状態の測定結果を基準にして測定結果の変化量または変化率を算出し、この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較する。この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別し、故障が発生したものと判別した場合、報知装置７０に信号を供給する。
【００４８】
ここで、変化量または変化率を算出するときに基準として用いる正常な状態の測定結果とは、例えば、新品タイヤが車両に装着された時の最初の測定時の測定結果である。このような測定結果は、タイヤにかかる荷重別に、または走行速度別に記憶して基準とするのが好ましい。
また、一定時間間隔毎に測定する際、１つ前の測定結果を基準としてもよい。報知装置７０は、例えば、音声や警報音等を用いて、また、車両６２の運転席の表示パネルに警報を表示して、タイヤの構成部材に故障発生してタイヤがバースと直前である旨を報知する。さらに、処理ユニット６８から出力された信号を、車両の走行を減速、あるいは停止させるように、車両６２の駆動系に供給するように構成してもよい。
【００４９】
処理ユニット６８は、供給された加速度信号から２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域中の所定の周波数帯域の振動レベルを測定する、あるいは、振動波形のｐ−ｐ値を測定する測定部６８ａと、測定の度に、この測定以前に得られた測定結果を基準にして測定結果の変化量または変化率を算出し、この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別する処理部６８ｂと、を有する。
【００５０】
なお、加速度ピックアップ６６をサスペンション機構に固定して得られる加速度信号を用いる替わりに、ＡＢＳ（アンチロックブレーキングシステム）用の回転信号センサ等のように別の機能のために車両６２に設けられたセンサを用いて得られる振動を表す加速度信号または振動を表す速度信号を用いてもよい。
また、タイヤとホイールとによって囲まれたタイヤの空洞領域内で発生する空洞共鳴の音圧を測定するように、圧電素子または騒音マイクをタイヤの空洞領域に設けて、音圧信号を得、故障発生の判別に用いてもよい。
また、車両に装着されたタイヤと路面との間で発生する騒音の音圧レベルを騒音マイクロフォンにて測定し、故障発生の判別に用いてもよい。
【００５１】
なお、本発明のタイヤの故障発生検知方法およびタイヤの故障発生検知装置は、上記実施例に限定されるものでなく、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。
【００５２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、タイヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも１つを継続して測定し、測定の度に、この測定以前に得られた測定結果を基準にして測定結果の変化量または変化率を算出し、この変化量または変化率を故障発生の判別に用いるので、タイヤのバーストが発生する前に、タイヤの構成部材の故障の発生を正確にしかも誤って判別することは少なくなる。
特に、騒音または振動の測定を、所定の時間内、例えば５秒以上６０秒分以下の時間内で繰り返し行って平均化することで、正確かつ過誤のない故障の発生の検知をより効果的に達成することができる。
これにより、タイヤのバースト前に車両を停止することができる。また、タイヤの耐久試験においては、バースト前の故障発生状態にあるタイヤを取得することができ、タイヤの構成部材のき裂や剥離等の発生箇所を特定することができ、き裂や剥離の発生原因を分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のタイヤの故障発生検知装置の一例の構成を示す概略図である。
【図２】 本発明のタイヤの故障発生検知方法の一例のフローを示すフローチャートである。
【図３】 本発明のタイヤの故障発生検知装置で得られる測定結果の一例を説明する図である。
【図４】 （ａ）〜（ｃ）は、本発明のタイヤの故障発生検知装置で得られる測定結果の他の例を説明する図である。
【図５】 （ａ）および（ｂ）は、本発明のタイヤの故障発生検知装置で得られる測定結果の他の例を説明する図である。
【図６】 本発明のタイヤの故障発生検知装置の一例の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１０，６０ タイヤの故障発生検知装置
１２ 騒音マイクロフォン
１４ 騒音計
１６ 処理装置
１８ 算出部
２０ 判別部
２２ 記憶部
４０ 室内耐久ドラム試験装置
４１ ドラム路面
４２ 回転ドラム
４４ 駆動モータ
４６ タイヤ取付スタンド
４８ 取付ハブ
６２ 車両
６４ サスペンションアーム
６６ 加速度ピックアップ
６８ 処理ユニット
７０ 報知装置
Claims (11)
- タイヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも１つを、前記タイヤの転動速度をステップ状に変化させて測定する測定工程と、
この測定工程における測定の度に、この測定以前に前記測定工程によって得られた測定結果を基準として測定結果の変化量または変化率を算出する算出工程と、
この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別する判別工程と、を有することを特徴とするタイヤの故障発生検知方法。 - 前記測定工程は、騒音および振動の少なくとも１つの測定を、所定の時間内で繰り返し行って平均化する請求項１に記載のタイヤの故障発生検知方法。
- 前記所定の時間は、５秒以上６０秒以下の時間である請求項２に記載のタイヤの故障発生検知方法。
- 前記測定工程は、２００〜１６００Ｈｚの周波数帯域のうちの所定の周波数帯域における騒音の音圧レベルの測定を行い、
前記算出工程は、測定された前記音圧レベルの基準に対する変化量を算出し、
前記判別工程は、１〜１０ｄＢの範囲内の所定値を閾値とし、測定された前記音圧レベルの変化量を前記閾値と比較する請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤの故障発生検知方法。 - 前記測定工程は、タイヤ１回転で発生する騒音の音圧波形における最大値と最小値との差分の測定を行い、
前記算出工程は、測定された前記差分の基準に対する変化率を算出し、
前記判別工程は、１．１５〜３．０の範囲内の所定値を閾値とし、前記差分の変化率を前記閾値と比較する請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤの故障発生検知方法。 - 前記測定工程は、タイヤ１回転で発生するタイヤ軸力における振動波形の最大値と最小値との差分の測定を行い、
前記算出工程は、測定された前記差分の基準に対する変化量を算出し、
前記判別工程は、タイヤにかかる荷重の１〜５％の範囲内の所定値を閾値とし、測定された前記差分の変化量を前記閾値と比較する請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤの故障発生検知方法。 - タイヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも１つを、前記タイヤの転動速度をステップ状に変化させて測定する測定手段と、
この測定手段における測定の度に、この測定以前に前記測定手段によって得られた測定結果を基準として測定結果の変化量または変化率を算出する算出手段と、
この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものとする判別手段と、を有することを特徴とするタイヤの故障発生検知装置。 - 前記測定手段は、騒音および振動の少なくとも１つの測定を、所定の時間内で繰り返し行って平均化する請求項７に記載のタイヤの故障発生検知装置。
- 前記所定の時間は、５秒以上６０秒以下の時間である請求項８に記載のタイヤの故障発生検知装置。
- 前記タイヤは車両に装着され、
前記測定手段、前記算出手段および前記判別手段が前記車両に搭載されている請求項７〜９のいずれか１項に記載のタイヤの故障発生検知装置。 - 前記タイヤは回転軸の周りに回転してドラム上を転動するドラム試験機に備えられた請求項７〜９のいずれか１項に記載のタイヤの故障発生検知装置。
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