JP4369334B2 - タイヤ故障原因の定量解析システム - Google Patents

Description

本発明は、走行車両に装着されたタイヤに作用する力だけではなく、車両走行速度、走行路面の高低差、カーブ、勾配情報等のタイヤ使用条件の厳しさも考慮して、タイヤ故障原因が、タイヤ自体あるいはタイヤ使用条件の厳しさの問題であるかを定量的に解析することができるタイヤ故障原因の定量解析システムに関するものである。

従来、車両に装着したタイヤが故障し、その故障原因が不明である場合、かかる故障の原因が、タイヤ自体に問題があったのか、あるいは、タイヤ自体の問題ではなく、タイヤ使用条件に問題があったのかを判別する手段がなかった。

タイヤ故障原因としては、例えばタイヤに作用する力が適正範囲を超えて大きい場合等が挙げられる。タイヤに作用する力を測定する手段としては、走行車両に加速度計を装着し、タイヤに作用する力を加速度として測定する方法が有用である。

しかしながら、従来の加速度測定方法は、走行路面の高低差、カーブ、勾配等のタイヤ使用条件の様々な因子を包含しているため、各因子を分離することが難しく、タイヤ故障原因としてタイヤ使用条件が関与する場合には、タイヤ故障原因を明らかにすることは難しい。

加えて、従来の加速度測定方法は、アナログデータを記録装置に一旦取り込んでから、アンプ等で増幅したり、アナログデータをデジタルデータに変換しなければ、得られた任意のデータをグラフ等にして定量的な解析処理ができないという問題もある。

また、走行車両の加速度を、走行車両の位置データや走行距離等のタイヤ使用条件を考慮して計測する方法としては、例えば、走行車両の加速度の測定と同期させて、走行車両の位置データや走行距離等のタイヤ使用条件をＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて計測する方法が、例えば特許文献１に開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載された方法は、路面状態により走行中の滑りやすさを判定する路面状態判定方法であり、タイヤ故障を判別するものではない。
特開２００４−１７５３４９号公報

本発明の目的は、走行車両に装着されたタイヤに作用する力だけではなく、車両走行速度、走行路面の高低差、勾配情報等のタイヤ使用条件の厳しさも考慮して、タイヤ故障原因が、タイヤ自体とタイヤ使用条件の厳しさのいずれにあるのかを定量的に解析することができるタイヤ故障原因の定量解析システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、この発明は、ＧＰＳからの走行車両の位置データを受信するための位置データ受信手段と、該位置データ受信手段で受信した前記位置データと時刻同期させて、走行車両に作用する前後、左右および上下方向の３軸加速度を計測するための加速度計測手段と、位置情報受信手段によって受信した位置データ及び加速度計測手段によって計測した３軸加速度データを格納するデータベース部と、データベース部に格納された位置データおよび３軸加速度データから、タイヤ使用条件の厳しさを定量的に解析するデータ解析手段と、データ解析手段によって解析した結果を表示するための表示手段とを具えることを特徴とするタイヤ故障原因の定量解析システムであって、前記位置データは、水平面のみを考慮した平面的な位置データ、又は、水平面と鉛直方向の双方を考慮した立体的な位置データであるタイヤ故障原因の定量解析システムである。

また、前記位置データは、水平面と鉛直方向の双方を考慮した立体的な位置データであることが好ましい。

さらに、前記データ解析手段は、前記立体的な位置データから、車両走行速度、走行路面の高低差及び勾配情報を算出すること、及び／又は、得られた３軸加速度データから、任意に選択された車両走行区間における加速度の頻度分布を算出することが好ましい。

さらにまた、前記定量解析システムは、車両の全走行軌跡のうち、得られたデータの中から表示したいデータを、所望の車両走行区間で任意に選択して表示させることが可能なプレイヤー機能を有することがより好適である。

この発明は、走行車両に装着されたタイヤに作用する力だけではなく、車両走行速度、走行路面の高低差、カーブ、勾配情報等のタイヤ使用条件の厳しさも考慮して、タイヤ故障原因が、タイヤ自体とタイヤ使用条件の厳しさのいずれにあるのかを定量的に解析することができるタイヤ故障原因の定量解析システムの提供が可能になる。

また、この発明の定量解析システムは、ユーザが実際に適用するあるいは将来適用したいタイヤ使用条件で車両を走行させてタイヤ故障、例えばタイヤ故障に大きく影響を与える、タイヤに加わる入力の定量解析を行うことができるため、かかる定量解析の結果に基づいて、タイヤ使用条件の厳しさに耐えうる構造を有するタイヤを開発して、ユーザに対しユーザが実際に適用するタイヤ使用条件に適合したタイヤを提供することが可能になるという効果がある。

以下、本発明の実施形態の具体例について説明する。
この発明のタイヤ故障原因の定量解析システム１は、位置データ受信手段２、加速度計測手段３、データベース部４、データ解析手段５及び表示手段６によって主に構成されている。

位置データ受信手段２は、車両Ｖに搭載され、ＧＰＳ（Global Positioning System）からの走行車両の位置データを受信するためのものであって、具体的には、アンテナ一体型ＧＰＳ受信機が挙げられ、車両装着位置としては、例えば図２及び図３に示すように、車両前方位置にアンテナを装着すればよい。

ＧＰＳから得られる位置データとしては、水平面、すなわち、車両が勾配のないフラットな路面に位置する場合を想定したときの、車両の前後方向Ｌと左右方向Ｗを含む平面を考慮した平面的な位置データだけでもよいが、特に、この水平面の位置データに加えて、鉛直方向Ｈの位置データ、すなわち標高についても考慮した立体的な位置データであることが、車両の速度、路面の高低差及び勾配等の他の有益なデータ（情報）を算出できる点で好ましい。

加速度計測手段３は、位置データ受信手段２で受信した前記位置データと時刻同期させて、走行車両に作用する前後、左右および上下方向の３軸加速度を計測するためのものであって、具体的には、３軸加速度を同時に測定できる３軸加速度計が挙げられ、車両装着位置としては、例えば、タイヤに作用する３軸加速度を精度よく計測できる位置、具体的には、車両のサスペンションの緩衝作用が生じない、いわゆるばね下重量位置に装着することが好ましい。なお、図２では、一例として、１台の３軸加速度計を、車両に装着した前後左右輪タイヤのうち、今回の走行条件においてタイヤに作用する力（負荷）が最も過酷であった左前輪タイヤに近い位置に装着した場合を示したが、かかる構成には限定されず、他のタイヤに近い位置に装着したり、あるいは、４台の３軸加速度計を配設してもよく、後者の場合には、各前後左右輪タイヤ近くの位置で、好ましくは各タイヤの配設位置よりも車両内側に配設することが好ましい。

データベース部４は、位置情報受信手段２によって受信した位置データ及び加速度計測手段３によって計測した３軸加速度データを格納するためのものである。

データ解析手段５は、データベース部４に格納された位置データおよび３軸加速度データを処理して、タイヤ使用条件の厳しさを定量的に解析するためのものであって、例えば、ＰＣ（パーソナルコンピューター）等のコンピューターが挙げられる。

表示手段６は、データ解析手段によって解析した結果を表示するためのものであって、例えばＣＲＴ等のモニターが挙げられる。

また、データ解析手段５は、位置データ受信手段２から得られる位置データが立体的な位置データである場合には、車両走行速度、走行路面の高低差及び勾配情報等の有益なデータ（情報）を算出することができる。

加えて、所定時間（例えば1秒間）ごとに得られた３軸加速度データを、データベース部４に階層数（例えば加速度0.01Ｇ）区分ごとに格納しておくこともでき、このようにすれば、その後、データ解析手段５を用いて、階層数区分ごとに格納された加速度データの数をプロットすることも可能であり、これによって、任意に選択された車両走行区間における加速度の頻度分布を算出することもできる。

なお、この発明の定量解析システム１は、車両の全走行軌跡のうち、得られたデータの中から表示したいデータを、所望の車両走行区間で任意に選択して表示させることが可能なプレイヤー機能を有するように構成することが好ましい。

次に、上記構成を有する定量解析システム１を用いてタイヤ故障原因の定量解析を行う方法の一例を説明する。

車両、例えば建設車両Ｖに装着したタイヤの故障原因を調べるため、ユーザが車両を実際に使用（走行）してタイヤ故障が生じた場所（例えば採鉱場）まで建設車両を移動させる。

そして、位置データ受信手段２であるアンテナ一体型ＧＰＳ受信機と、加速度計測手段３である３軸加速度計を搭載した建設車両Ｖを、ユーザが実際に使用しタイヤ故障が生じた場所（路面上）で走行させる。

このとき、ＧＰＳからの走行車両Ｖの位置データを、車両Ｖに搭載したＧＰＳ受信機２によって受信し、この受信したデータから、実際に走行した建設車両Ｖの軌跡が特定される。尚、ＧＰＳ受信機２から得られるデータ（情報）としては、例えば、測位日、時差、測位時刻、緯度、経度、海抜高度、データクオリティ、速度、チェックサム等である。

また、ＧＰＳ受信機２で受信した位置データと時刻同期させて、３軸加速度計３によって走行車両Ｖに作用する前後、左右および上下方向の３軸加速度も計測する。尚、３軸加速度計で得られるデータ（情報）としては、例えば、測位日、時差、測位時刻、加速度Ｘ軸数値、加速度Ｙ軸数値、加速度Ｚ軸数値、チェックサム等である。

次に、ＧＰＳ受信機２によって受信した位置データ及び加速度計測手段によって所定時間（例えば1秒間）ごとに計測した３軸加速度データをデータベース部４に格納する。

そして、データベース部４に格納された位置データおよび３軸加速度データを用いて、データ解析手段である携帯可能なノート型ＰＣ５によって、タイヤ使用条件の厳しさを定量的に解析して、ＰＣ５と一体型であるモニター６によってグラフ等で表示させることができる。尚、ここでは、データベース部４、データ解析手段５および表示手段６を有するノート型ＰＣ５を車両Ｖに搭載する構成を採用して、走行終了後、直ちに解析処理を行ったり、あるいは、後日、ノート型ＰＣ５を車両Ｖから取り外して、別の場所で解析処理を行うことを可能としたが、この発明では、この構成だけには限定されず、例えば、車両Ｖに送信機をさらに搭載すれば、他の場所で位置データおよび３軸加速度データを受信して解析することもまた可能である。

図５は、建設車両に搭載したＧＰＳ受信機２により建設車両Ｖが走行したときの３つのルートＡ，Ｂ，Ｃを測定したときの平面的な軌跡を示す。なお、図５の下部に示す表示は、2003年12月21日の９時21分16秒から19時21分15秒までの9時間59分59秒の間にわたってデータ計測したことを示しており、また、図５の上部に示す表示は、所望の車両走行区間で任意に選択して表示させることが可能なプレイヤー機能を有すること示す。

図６（a）は、図５に示す３つのルートＡ，Ｂ，Ｃの中から解析したいルートＡだけを抜き出して示したものであり、図6(b)は、プレイヤー機能を用いて、モニターに表示されたルートＡの軌跡であるＳ地点とＥ地点間で、解析者が解析したい場所である中途位置（Ｍ地点）で停止させた状態を示してある。尚、この場合では、Ｓ地点で採掘した鉱石を積み込んだ後、上り坂を走行してＥ地点で停止し、次いで、Ｅ地点で鉱石を積み下ろした後、Ｅ地点から下り坂を走行してＳ地点で停止するまでの軌跡（ルートＡ）を解析することを想定したものである。

図７(a)は、データベース部４に格納されたデータを用い、建設車両ＶでルートＡを３往復したときの、走行時間（走行時間は走行距離としての表示も可能である。）を横軸とし、走行速度を左縦軸、走行路面の標高を右縦軸としてモニターしたときの一例を示すグラフであり、図中の水平線は、カーソル機能を使って移動させることができ、この水平線をグラフのピーク位置に合わせると、各縦軸のデータのピーク値を表示させることもできる。また、図7(b)は、図7(a)に示す３往復分のデータから、所望の１往復分（最初の１往復分）のデータだけをモニター化したときのグラフである。なお、カーソル機能は、水平方向に限らず垂直方向に設定してもよい。

図8(a)は、データベース部に格納されたデータを用い、建設車両でルートＡを３往復したときの、走行時間（走行時間は走行距離としての表示も可能である。）を横軸とし、走行速度および車両に作用する横加速度（横Ｇともいう。）を縦軸としてモニターしたときの一例を示すグラフであり、図中の水平線は、カーソル機能を使って移動させることができ、この水平線をグラフのピーク位置に合わせると、各縦軸のデータのピーク値を表示させることもできる。また、図7(b)は、図7(a)に示す３往復分のデータから、所望の1往復分（最初の１往復分）のデータだけをモニター化したときのグラフである。このグラフは、抜き出したい場所のスタート時間とエンド時間を入力（選択）することによって、簡単に表示させることができる。なお、カーソル機能は、水平方向に限らず垂直方向に設定してもよい。

図9(a)、(b)、(c)は、解析したい特定走行区間での加速度頻度分布を示したものであって、図9(a)は、加速度頻度分布を算出する特定走行区間（ルートＡ）の軌跡を示したもの、図9(b)、(c)は、横加速度（Ｇ）を横軸として特定走行区間での頻度を縦軸として示したものである。なお、図9(b)は、車両の左右方向の加速度（Ｇ）を絶対値として処理した場合、図9(c)は、車両の左右方向の横加速度（Ｇ）を分離して処理し、左旋回時の横加速度（右方向の横加速度）を正の値、右旋回時の横加速度（左方向の横加速度）を負の値として示してある。また、図9(b)、(c)では、横軸を横加速度とした場合を示したが、走行車両に作用する前後および上下方向の加速度のいずれかを選択すれば、選択した加速度を横軸としてモニターに表示することもできる。なお、上下方向の加速度の値は、重力加速度分を差し引いてから表示されるように設定することが好ましい。

このように特定走行区間での加速度頻度分布、特に横加速度分布がわかれば、横加速度の限界値（例えば0.1Ｇ）を設定することによって、かかる限界値を超えた割合（カウント数）が大きいほど、タイヤ使用条件が厳しいことを定量的に明らかにすることができる。

ここで、走行軌跡から抜き出した２地点間での走行路面の平均勾配は、以下の式によって算出する。
平均勾配＝Ｈ／√（Ｄ^２−Ｈ^２）
但し、Ｈは２地点間の高度差（ｍ）、Ｄは２地点間の３次元的距離（ｍ）を意味する。

また、走行軌跡から抜き出した２地点間での平均走行速度は、以下の式によって算出する。
平均走行速度＝（60×60×Ｄ）／（1000×ｔ）
但し、Ｄは２地点間の３次元的距離（ｍ）、ｔは２地点間の移動時間（秒）を意味する。

上述したところは、この発明の実施形態の代表的な例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

この発明は、走行車両に装着されたタイヤに作用する力だけではなく、車両走行速度、走行路面の高低差、カーブ、勾配情報等のタイヤ使用条件の厳しさも考慮して、タイヤ故障原因が、タイヤ自体とタイヤ使用条件の厳しさのいずれにあるのかを定量的に解析することができるタイヤ故障原因の定量解析システムの提供が可能になる。

また、この発明の定量解析システムは、ユーザが実際に適用するあるいは将来適用したいタイヤ使用条件で車両を走行させてタイヤ故障の定量解析を行うことができるため、かかる定量解析の結果に基づいて、タイヤ使用条件の厳しさに耐えうる構造を有するタイヤを開発して、ユーザに対しユーザが実際に適用するタイヤ使用条件に適合したタイヤを提供することが可能になるという効果がある。

本発明に従う定量解析システムのフローチャートである。 本発明に従う定量解析システムを搭載した建設車両の側面図である。 図２に示す建設車両の正面図である。 図２に示す建設車両の背面図である。 建設車両に搭載したＧＰＳ受信機２により建設車両Ｖが走行したときの３つのルートＡ，Ｂ，Ｃを測定した平面的な軌跡を、モニター上に表示したときの図である。 図５に示す３つのルートＡ，Ｂ，Ｃの中から解析したいルートＡだけを抜き出して示したものであり、(b)は、プレイヤー機能を用いて、モニターに表示されたルートＡの軌跡であるＳ地点とＥ地点間で、解析者が解析したい場所である中途位置（Ｍ地点）で停止させた状態を示した図である。。 (a)は、建設車両ＶでルートＡを３往復したときの、走行時間を横軸とし、走行速度を左縦軸、走行路面の標高を右縦軸としてモニターしたときの一例を示すグラフであり、(b)は、(a)に示す３往復分のデータから、所望の１往復分（最初の１往復分）のデータだけをモニター化したときのグラフである。 (a)は、建設車両でルートＡを３往復したときの、走行時間を横軸とし、走行速度および車両に作用する横加速度を縦軸としてモニターしたときの一例を示すグラフであり、(b)は、(a)に示す３往復分のデータから、所望の1往復分（最初の１往復分）のデータだけをモニター化したときのグラフである。 (a)、(b)、(c)は、解析したい特定走行区間での加速度頻度分布を示したものであって、(a)は、加速度頻度分布を算出する特定走行区間（ルートＡ）の軌跡を示したもの、(b)および(c)は、横加速度（Ｇ）を横軸として特定走行区間での頻度を縦軸として示したものであって、(b)は、車両の左右方向の加速度（Ｇ）を絶対値として処理した場合、(c)は、車両の左右方向の横加速度（Ｇ）を分離して処理した場合である。

符号の説明

１ 定量解析システム
２ 位置データ受信手段（又はＧＰＳ受信機）
３ 加速度計測手段（又は３軸加速度計）
４ データベース部
５ データ解析手段（又はコンピューター）
６ 表示手段（又はモニター）

Claims (5)

1. ＧＰＳからの走行車両の位置データを受信するための位置データ受信手段と、
   該位置データ受信手段で受信した前記位置データと時刻同期させて、走行車両に作用する前後、左右および上下方向の３軸加速度を計測するための加速度計測手段と、
   位置情報受信手段によって受信した位置データ及び加速度計測手段によって計測した３軸加速度データを格納するデータベース部と、
   データベース部に格納された位置データおよび３軸加速度データから、タイヤ使用条件の厳しさを定量的に解析するデータ解析手段と、
   データ解析手段によって解析した結果を表示するための表示手段と
   を具えることを特徴とするタイヤ故障原因の定量解析システムであって、
   前記位置データは、水平面のみを考慮した平面的な位置データ、又は、水平面と鉛直方向の双方を考慮した立体的な位置データであるタイヤ故障原因の定量解析システム。
2. 前記位置データは、水平面と鉛直方向の双方を考慮した立体的な位置データである請求項１記載のタイヤ故障原因の定量解析システム。
3. 前記データ解析手段は、前記立体的な位置データから、車両走行速度、走行路面の高低差及び勾配情報を算出する請求項２記載のタイヤ故障原因の定量解析システム。
4. 前記データ解析手段は、得られた３軸加速度データから、任意に選択された車両走行区間における加速度の頻度分布を算出する請求項１〜３のいずれか１項記載のタイヤ故障原因の定量解析システム。
5. 前記定量解析システムは、車両の全走行軌跡のうち、得られたデータの中から表示したいデータを、所望の車両走行区間で任意に選択して表示させることが可能なプレイヤー機能を有する請求項１〜４のいずれか１項記載のタイヤ故障原因の定量解析システム。

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