JP4451714B2 - タイヤの破損状態推定方法とその装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行中のタイヤの破損状態を推定する方法とその装置に関するものである。

ゴム部材とベルトやカーカスコードなどのスチールコードとを成型して成るタイヤでは、車両の走行中に荷重、横力などが加わるとともに、タイヤの動転により接地面を中心に動的な歪を繰り返し受けるため、ゴム部材の割れやコードとゴムとの剥離が起こり、長時間のうちには、上記割れや剥離した箇所から亀裂が発生して、サイドセパレーションなどのタイヤ破損に至ることがある。
このような、タイヤの破損状態は、ある程度走行したタイヤを車体から取外して外観検査をしたり、アンバランスの測定をするなどして見つけ出されていた。

しかしながら、上記の方法では、初期段階でタイヤ破損を発見することが難しく、また、ある程度破損が進んだ状態タイヤにしか適用できないといった問題点があった。
上記のような、タイヤの破損状態を調べる方法としては、タイヤの内圧を測定する内圧センサの出力波形を解析し、上記波形中にゴム部材の割れやコードとゴムとの剥離による振動成分を抽出する方法が考えられるが、上記波形には、走行中のタイヤの振動に起因する様々な周波数成分が混在していることから、タイヤの破損による波形の差異を抽出することは困難であった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、タイヤの初期段階のゴム割れやコードとゴムとの剥離などを検出して、その損傷状態を推定することのできる方法その装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討の結果、タイヤなどのある程度以上の硬度を有し、かつ、大きな圧縮応力、引張応力、剪断応力、あるいは、繰り返し応力下におかれたゴム製品では、媒体が粘弾性を有するゴム部材であっても、固体が変形したり破壊した時に生じる超音波を含む弾性波（以下、ＡＥ波という）が上記ゴム製品の端部まで伝播されるので、このようなＡＥ波を検出することにより、上記ゴム製品の破損状態を推定することができることを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、請求項１に記載の発明は、走行中のタイヤの破損状態を推定する方法であって、ホイールリムにＡＥセンサを取付けてタイヤから上記ホイールリムに伝播されるＡＥ波を検出し、上記検出されたＡＥ波の検出回数を累積して累積数を求め、この累積数の増加率が所定の値を超えた場合に、タイヤが破損していると推定することを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、走行中のタイヤの破損状態を推定する装置であって、ホイールリムに取付けられてタイヤから上記ホイールリムに伝播されるＡＥ波を検出するＡＥセンサと、上記ＡＥセンサにより検出されたＡＥ波の検出回数を計数するＡＥ波発生数計数手段と、上記計数されたＡＥ波の検出回数を累積して累積数を算出するＡＥ波累積数算出手段と、上記算出された累積数の増加率を算出し、この増加率と予め設定された所定の値とを比較して、上記増加率が上記所定の値を超えた場合にタイヤが破損していると推定するタイヤ破損状態推定手段とを備えたものである。

本発明によれば、タイヤの破損状態を推定する際に、ホイールリムにＡＥセンサを取付けて、ゴムの破断時あるいはゴムと金属との剥離時に発生するＡＥ波を検出し、このＡＥ波の検出回数の累積数の増加率からタイヤの破損状態を推定するようにしたので、簡単な構成で、タイヤの初期段階のゴム割れや金属とゴムとの剥離などを検出して、その損傷状態を推定することができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本最良の形態に係るタイヤ破損状態推定装置１０の構成を示す機能ブロック図で、図２はＡＥセンサ１１の取付け位置を示す図である。このタイヤ破損状態推定装置１０は、タイヤ２０のホイールリム部２１の内側に取付けられたＡＥセンサ１１と、このＡＥセンサ１１で検出したＡＥ波の検出回数（発生数）を計数するＡＥ波発生数計数手段１２と、上記ＡＥ波の検出回数を累積するＡＥ波累積数算出手段１３と、このＡＥ波累積数の変化の度合と、予め記憶手段１４に記憶しておいたゴム割れ発生時のＡＥ波累積数の変化の度合を示すテーブル１４ａ、あるいは、サイドセパレーション発生時のＡＥ波累積数の変化の度合を示すテーブル１４ｂなどのＡＥ波累積数とタイヤ破損状態との関係を示すテーブルとを比較して、ゴム割れやサイドセパレーションなどのタイヤ破損状態を推定するタイヤ破損状態推定手段１５とを備えている。
本例では、ＡＥセンサ１１として圧電素子を用い、ゴムの破断時あるいはゴムとコードとの剥離時に発生し、ホイールリム部２１に伝達される、２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの超音波領域の振動を検出し、その検出回数をＡＥ波累積数算出手段１３で累積し、このＡＥ波累積数の変化の度合からタイヤ２０の破損状態を推定する。

図３は、タイヤサイド部に使用される部材に引き裂き試験を実施した時のＡＥ波の発生数とＡＥ波の累積数の時間変化をプロットしたもので、ＡＥ波の発生数もＡＥ波の累積数もともに時間とともに増加するが、ＡＥ波累積数が急激に増えた当たりからゴム割れが亀裂へ進行し、１８００秒後に上記ゴム部材は破断した。
また、図４は、荷重を徐々に増やしながらドラムバースト試験を実施した時のＡＥ波の発生数とＡＥ波の累積数の時間変化をプロットしたもので、この場合も、ＡＥ波累積数が急激に増えた当たりからサイドセパレーションが進行し、２４００秒後に上記ゴム部材が破壊された。
図３と図４とを比較すると、ゴムとコードが剥離するときのＡＥ波累積数の変化の度合はゴム割れの場合よりも急激であることがわかる。これは、ゴムとコードとが異種材料であるため、一旦破壊の核が成長すると、一気に剥離が進行するためであると考えられる。
したがって、本例のように、ＡＥセンサ１１で検出したＡＥ波の発生数を累積し、この累積したＡＥ波累積数の変化の度合を、上記ゴム割れ発生の度合を示すテーブル１４ａ、やサイドセパレーション発生の度合を示すテーブル１４ｂなどと比較するようにすれば、タイヤのどの箇所が損傷しているかを推定することができるので、タイヤ２０の初期段階での破損状態を精度よく推定することができる。

このように、本最良の形態によれば、タイヤ２０のホイールリム部２１の内側に取付けられたＡＥセンサ１１からのＡＥ波を計数するＡＥ波発生数計数手段１２でＡＥ波の発生数を計数し、この発生数（検出回数）をＡＥ波累積数算出手段１３で累積してＡＥ波累積数の変化の度合を求め、タイヤ破損状態推定手段１５にて、上記ＡＥ波累積数の変化の度合と予め記憶手段１４に記憶しておいたＡＥ波累積数とタイヤ破損状態との関係を示すテーブル１４ａ，１４ｂとを比較して、ゴム割れやサイドセパレーションなどのタイヤ破損状態を推定するようにしたので、簡単な構成で、タイヤ２０の初期段階での破損状態を精度よく推定することができる。

なお、上記最良の形態では、ＡＥ波累積数の変化の度合から、タイヤの破損状態を推定したが、単にタイヤが破損したかどうかを推定するのであれば、ＡＥ波累積数そのものを用いても良い。あるいは、所定時間内のＡＥ波の発生頻度、あるいは、発生頻度の変化の度合からタイヤの破損状態を推定するようにしてもよい。
また、ＡＥセンサ１１の設置箇所も、タイヤ２０のホイールリム部２１の内側に限らず、タイヤ空気室側に取付けてもよい。あるいは、上記ＡＥセンサ１１を、タイヤトレッドのインナーライナー部などのタイヤ内部に取付けてもタイヤ破損に起因するＡＥ波を検出することができる。
また、上記例では、走行中のタイヤの破損状態を推定する場合について説明したが、これに限るものではなく、本発明は、免震ゴムなどの大きな応力下におかれた硬度が高いゴム製品あるいは、スチールコードなどのコードをゴムで被覆して成るゴム製品、更には、ゴムと金属板を積層してなるゴム製品にも適応可能である。

このように、本発明によれば、簡単な構成で、タイヤの初期段階の損傷状態を推定することができるので、タイヤの使用時における安全性を著しく向上させることができる。

本発明の最良の形態に係るタイヤ破損状態推定装置の構成を示すブロック図である。 本最良の形態に係るＡＥセンサの配置例を示す図である。 タイヤサイド部に使用されるゴム部材の引き裂き試験時のＡＥ波の発生数とＡＥ波の累積数の時間変化を示す図である。 ドラムバースト試験時のＡＥ波の発生数とＡＥ波の累積数の時間変化を示す図である。

符号の説明

１０ タイヤ破損状態推定装置、１１ ＡＥセンサ、１２ ＡＥ波発生数計数手段、
１３ ＡＥ波累積数算出手段、１４ 記憶手段、１４ａ，１４ｂ テーブル、
１５ タイヤ破損状態推定手段、２０ タイヤ、２１ ホイールリム部。

Claims (2)

1. ホイールリムにＡＥセンサを取付けてタイヤから上記ホイールリムに伝播されるＡＥ波を検出し、上記検出されたＡＥ波の検出回数を累積して累積数を求め、この累積数の増加率が所定の値を超えた場合に、タイヤが破損していると推定することを特徴とするタイヤの破損状態推定方法。
2. ホイールリムに取付けられてタイヤから上記ホイールリムに伝播されるＡＥ波を検出するＡＥセンサと、
   上記ＡＥセンサにより検出されたＡＥ波の検出回数を計数するＡＥ波発生数計数手段と、
   上記計数されたＡＥ波の検出回数を累積して累積数を算出するＡＥ波累積数算出手段と、
   上記算出された累積数の増加率を算出し、この増加率と予め設定された所定の値とを比較して、上記増加率が上記所定の値を超えた場合にタイヤが破損していると推定するタイヤ破損状態推定手段とを備えたことを特徴とするタイヤの破損状態推定装置。

Images