JP5631335B2 - 自動車用タイヤのトレッド溝深さを測定するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用タイヤのトレッド溝深さを測定するための装置及び方法に関している。

独国を始めヨーロッパの多くの国々では、タイヤ接地面の主要領域（主溝）における残り溝の最低基準は保安基準で１．６ｍｍに定められている。そしてタイヤはトレッドの全周に亘って所定の溝深さを備えていなければならない。この溝深さが保安基準で定められている最低基準に近づくと、制動距離が増加し、特にウエット路面の場合にはそれが顕著に表れる。雨で濡れている路面では、トレッドの溝深さが少ないタイヤは、低い速度のもとでもハイドロプレーン現象を伴う可能性が高い。

タイヤがいつ１．６ｍｍのトレッド溝深さに達したかを視覚的に識別できるようにするために、タイヤ全周に亘ってショルダー部の主溝部分のできるだけ多くの箇所に、縦方向トレッドを横断する横方向ウエブを設けることが公知である。この横方向ウエブはＴＷＩ（トレッドウエアインジケータ）とも称される。そこでは、トレッドの溝が浅くなっており、タイヤの摩耗が１．６ｍｍの残り溝深さに達するまでに視認できるようになっている。いずれにせよこの確認は車両の外からであり、視覚的に識別されるだけである。

独国特許出願公開第１０１ ５７ ２６３号明細書からは、車両の運転中にタイヤのトレッド溝深さ又はトレッド摩耗を検出するための方法が公知である。ここではトレッド面（接地面とも称する）の異なる位置に磁気的素子が設けられており、これが接地面の外部に配置されているセンサにおいて電磁的な方式で電気信号を生成している。この電気信号は、電子的な評価ユニットに供給され、該評価ユニットでは信号の形態に応じて接地面の現在の摩耗状態が求められ、表示部においては、少なくとも許容範囲限界の摩耗に的を絞った閾値に達しているか否かが示されている。

一般的に運転中にトレッド溝深さを測定するためには、信頼性の高い値を供給するためにもセンサが接地面のできるだけ近傍に設けられていなければならない。しかしながら例えばタイヤ交換のときには、この種の接地面近傍に設けられたセンサはじゃまになる。

それ故本発明の課題は、自動車用タイヤのトレッド溝深さを測定するための装置及び方法において、トレッド溝深さが走行中において、簡単かつ高い信頼性のもとで連続的に求めることができるように改善を行うことである。

前記課題は請求項１の特徴部分に記載された本発明による装置と、請求項１０の特徴部分に記載された本発明による方法とによって解決される。

本発明による、自動車用タイヤのトレッド溝深さを測定するための装置及び方法によれば、少なくとも１つのセンサ素子が設けられており、該センサ素子は、自動車用タイヤの接地面領域における変形特性の変化に関するデータを検出するように構成され、かつ、自動車用タイヤのトレッドに対向する内側領域に固定的に取付け可能である。さらに少なくとも１つのセンサ素子とデータ交換可能に接続されている制御及び評価ユニットが、検出されたデータの評価と後続処理のために設けられている。

本発明によれば、１つのセンサ素子が車両タイヤの内側に設けられているか又はトレッドに設けられている。またこのセンサ素子はタイヤにおけるトレッドパターンのラグ及び／又は溝にも存在し得る。（走行中の）車輪の回転によってタイヤのトレッドは変形し、トレッドの溝深さに応じて、あるいはトレッド自体の材質の強度に応じて、多かれ少なかれ接地面領域の縁部では顕著な歪みが生じる。前記センサ素子は機械的な変形を検出し、測定された値は、先行の値と比較される。制御及び評価ユニットでは、前記センサ素子から伝送されたデータに基づいてトレッド溝深さが求められる。

それにより本発明によれば、車両ユーザーに対して、それぞれの自動車用タイヤにおける瞬時のトレッド溝深さの高精度な表示を、従来技法よりもはるかに簡単で低コストに提供できることが保証される。

従属請求項には、請求項１に記載の本発明による装置と請求項１０に記載の本発明による方法の有利な実施例及び改善例が記載されている。

本発明の別の有利な実施例によれば、センサ素子がプレーナー型ピエゾ素子又はプレーナー型ストレインゲージとして構成されている。いずれにせよ当業者にとって、接地面領域における自動車用タイヤの変形特性の変化に関するデータを供給するその他のセンサ素子も使用可能であるのは明らかである。

別の有利な構成例によれば、前記センサ素子は、実質的に、自動車用タイヤの走破方向乃至転がり方向に沿って延在している。

複数のセンサ素子がタイヤに配置される場合、有利には、それらのセンサ素子がトレッドの周面ラインに沿って配置される。それにより、走行中に同じような負荷レベルを有する測定値のみが検出されるようになる。というのもカーブ走行の際には、カーブ外側にあるトレッド領域に大きな負荷がかかり、それに伴った変形を生じるからである。そのため仮にこれらのセンサ素子が走破方向ないし転がり方向に対して横方向のみに配置されていると、カーブ外側にあるセンサ素子がカーブ内側にあるセンサ素子よりも大きく変形し、これによって誤った溝深さが表示されてしまう可能性が生じる。

本発明の別の有利な実施例によれば、前記センサ素子に、又は前記センサ素子のグループに、伝送ユニットが割り当てられており、該伝送ユニットは、前記センサ素子によって測定されたデータを、自動車内に設けられている制御及び評価ユニットに間接的又は直接的に転送している。有利には前記制御及び評価ユニットは、自動車内部の適切な場所に設けられている。

有利には、前記センサ素子が対応する車輪側電子装置と電気的に接続されており、該車輪側電子装置を介してさらに付加的なデータ、例えばタイヤ空気圧データ、タイヤ温度データ、車両速度データ、車輪回転数データ、タイヤ識別データ、センサ素子データ、車両データ、車輪荷重データが制御及び評価ユニットに伝送可能である。また当業者にとっては、トレッド溝深さを検出するにあたり、前記データに対してさらに別のデータを必要に応じて関連付けることができることは明らかである。

さらに別の有利な実施例によれば、複数のセンサ素子が自動車用タイヤ内で、当該自動車用タイヤのトレッド周面に沿った周面ライン上に配設されている。

代替的に又は付加的に、前記複数のセンサ素子は自動車用タイヤ内で、当該自動車用タイヤの転がり方向に対して横方向に配設されていてもよい。

有利には走行中に連続的に若しくは所定の間隔で、データがそれぞれのセンサ素子を用いて検出されて制御及び評価ユニットに伝送され、それぞれ供給されたデータが前記制御及び評価ユニットによって相応に評価され、それぞれ対応するトレッド溝深さが検出される。このことのために、所定のアルゴリズムが、評価されたパラメータに依存して利用されてもよい。異なる時点で個別に検出されたデータ及び／又は同じ時点で異なるセンサ素子を用いて検出されたデータは、相互に比較可能であり、妥当性検査の実施に用いることも、あるいは各タイヤの本来のＩＳＴ溝深さの検出のために一緒に用いることも可能である。

別の有利な実施例によれば、検出されたトレッド溝深さを、対応する所属の自動車用タイヤに割り当てるために、送信信号の中で、各測定値と共にタイヤ個別の識別子も伝送される。これにより、自動車のユーザーに対して、どの自動車タイヤを取り替えるべきかに関する明確な情報提供がなされる。

次に本発明の実施例を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。

４つのタイヤを備えた自動車に設けられている、本発明の有利な実施例を説明するための本発明による装置を概略的に示した図 本発明による装置のセンサ素子が設けられている自動車用タイヤのトレッドに沿った一部断面図 本発明による装置の複数のセンサ素子が配置されている、自動車用タイヤの内側を示した平面図。 転がり方向に対して横方向に本発明による装置の複数のセンサ素子が配置されているタイヤの断面図

図面中同じ構成要素若しくは同じ機能の構成要素には同じ参照番号が付されている。

図１には、本発明による、自動車用タイヤのトレッド溝深さを測定するための装置の有利な実施例が示されている。ここでは１つ若しくは複数のセンサ素子１０が、それぞれのタイヤ１１において、トレッド１２若しくはトレッド壁面に対向しているタイヤ内側に配設されている。これらのセンサ素子１０は接地面１３領域におけるトレッド１２の変形を測定している。パターン化されているトレッド１２の材料厚さ１７に応じて、接地面１３の縁部には、車輪１４の転がり方向（走破方向）に対して横方向に、異なるレベルの歪み１５が生じている。この歪み１５は、タイヤ断面（特にトレッド）の本来の円形形状から変化した、トレッド１２の変形若しくは強い湾曲を表している。この変形の度合い（湾曲の度合い）からは、及び／又は、現下の変形値と先行する測定値との比較若しくは事前に記憶された値との比較によって、タイヤ１１のトレッド溝深さ１６（図２参照）が導出される。

ここで図１中の本発明の有利な実施例による装置の構造を、左方前輪（ＶＬ）の車輪位置におけるタイヤ１１に基づいて詳細に説明する。なお当業者には、当該装置が、右方前輪（ＶＲ）の車輪位置におけるタイヤ１１の場合も、右方前輪（ＶＲ）の車輪位置におけるタイヤ１１の場合も、左方後輪（ＨＬ）の車輪位置におけるタイヤ１１の場合も、右方後輪（ＨＲ）の車輪位置におけるタイヤ１１の場合も、同様に構成され得ることは明らかである。

本発明の当該実施例によれば、各車輪１４におけるセンサ素子１０から測定されたデータが信号としてアンテナ２０から、自動車においてそれぞれ対応する受信ユニット２２の車体側アンテナ２１にワイヤレスで送信されている。この伝送は、例えば独国特許出願公開第１０ ２００７ ００７ １３５号明細書に記載されているようなタイヤ空気圧測定値と一緒に行われてもよい。これにより前記独国特許出願公開第１０ ２００７ ００７ １３５号明細書に記載の開示内容は本願発明の一部として参照される。このことは、いずれにせよタイヤ空気圧測定装置の既存のアンテナや送受信ユニットが本願でも流用できるという利点につながる。

各受信ユニット２２からはデータが信号線路２３又はデータバスを介して中央の制御及び評価ユニット２４に供給される。この中央制御及び評価ユニット２４では、供給されたデータの評価が行われ、先に測定されていたデータと比較されるか若しくは基準値と比較される。予め定められた基準値に達するかないしはそれを上回るか又は下回るトレッド溝深さ１６が求められると、光学的又は音響的表示ユニット２５が作動され、それによって自動車のユーザーに対して目下の不適正なトレッド溝深さ１６が表示され、場合によっては相当する車輪位置が示される。これにより、自動車のタイヤ１１のトレッド溝深さ１６が、法で定められた最低基準値に達する前に、及び少なすぎる溝深さ１６に起因する事故発生の確率が高まる前に、適時に交換され得る。

限界値は必ずしも法で定められた最低溝深さを超えるものである必要はない。有利には、自動車のユーザーに対して、予め定められた最低溝深さに達する前の適切な時点で、過度なタイヤ１１摩耗の兆候を示唆できるものであればよい。例えばそれまでの摩耗の経過（以下では摩耗の勾配、溝深さ１６の経過の勾配とも称する）に基づいて、いずれタイヤ１１を交換しなければならなくなるときがくるまでに、あとどの位の距離を走行することが可能であるかを示すようなものであって、それに従わなければ過度に少ない溝深さ１６に起因して危険な状況に陥る可能性が高まるか事故に結びつく可能性が高まることが示唆されるものであってもよい。

測定値及び／又は相応のトレッド溝深さ１６は、例えば図示はされていないが診断メモリのようなものに記憶されて、それがサービス工場等の診断装置を介して読み出されるものであってもよい。

例えばトレッド１２レベルのホイールケースに受信ユニット２２が設けられている場合には、各車輪１４にそれぞれの受信ユニット２２が局所毎に対応付けられる。車輪１４が回転すると、車輪１４内部の送信ユニットは、各回転毎に一回の割合で、受信ユニット２２が近くに来たときに相応のデータ伝送を行う。

アンテナ２１は、自身からの信号を良好にかつタイヤの構造による（例えばスチールベルトなどの）影響を受けることなく車体側のアンテナ２２に伝送することができるように、タイヤ１１のチューブのエアーバルブに設けられていてもよい。アンテナ２１も、アンテナ２２まで信号を良好に伝送できるようにするために、車体側に向いているタイヤ１１サイドウオールのループとして設けられてもよい。

送信信号の振幅又は信号強度は、受信ユニット２２の位置が問題にならなく、かつ車輪１４側の各アンテナ２１からの信号が唯一の中央受信ユニット（図示されず）によって良好に受信され評価できるレベルの大きさである。

しかしながら有利には、タイヤ１１内の各装置が個別にコード化される。その場合にはこれらのコードが車輪位置に対応付けられる。このようなコード又はタイヤ／車輪個別の識別子も、変形に対する各測定値と一緒に伝送される信号として、制御及び評価ユニット２４に伝送される。各識別子と自動車内の各車輪位置との割当てデータは、例えば制御及び評価ユニット２４に記憶されていてもよい。

各コード若しくは識別子の最初の初期化の際に１つの車輪位置が割当てられているならば、検出された溝深さ１６に、車輪位置を割り当てることができ、少なくとも自動車のユーザーにどのタイヤ１１が交換されるべきかを知らせることができる。

本発明によれば、自動車の全てのタイヤ１１の瞬時の溝深さ１６を、限界値への到達（閾値の上回り若しくは下回り）にかかわらずに表示ユニットによって表示することも可能である。それにより自動車のユーザー若しくはサービスマン自身がタイヤ１１の交換を判断することができるようになる。

タイヤ１１内の各センサ素子１０又は一連のセンサ素子１０には、タイヤ１１内の送信ユニット２９又は信号伝送ユニットが割り当てられていてもよい。この送信ユニットは測定された値を信号として直接若しくは間接的にさらなる構成要素及び／又は最終的な制御及び評価ユニット２４に伝送する。

図２のさらなる図面において機能の同じ又は構造の同じ構成要素には図１と同じ参照番号が付されている。図２には例示的にセンサ素子１０が示されており、このセンサ素子１０は、タイヤ１１の接地面１３の縁部において、トレッド１２内側の対応する箇所に設けられている。つまりちょうど歪み１５の生じている領域にある。それによってこのセンサ素子１０は、その先行の形態に比べて変形若しくは大きな湾曲を生じており、この状態が測定技術によって検出される。

タイヤ接地面１３又はトレッド接触面とは、路面との接触が保たれているタイヤ１１の（同じ）部分のことである。弾性的なタイヤ１１は、車両の重量がかかると、トレッド１２の通常の円形の外観形状とは異なるものになる。

ここではタイヤ１１の内側にカーカス１８が塗布され得るパターン化されたタイヤ外皮部分をトレッド１２と称する。このトレッドはタイヤの一部であり、その外側部分が路面と接触している。このトレッド１２のゴム混合部分は、カーカスの調整と組み合わされてタイヤ１１の耐摩耗性とタイヤのグリップ力を決定している。トレッド１２は、パターンデザインを含んでいる（例えばパターンブロック乃至パターンラグ２７、パターン仕切り乃至パターン溝２８など）。ラグ２７は、パターンブロックないしパターンラグの一部である踏み面側に溝も有しており、その溝深さは、トレッド１２の中心領域にある、本来の監視すべきトレッド溝深さ１６のためには重要ではない。というのも主要溝部分の溝深さ１６だけが重要だからである。

センサ素子１０は、車両用タイヤ１１の内側か又はドレッド１２内部に配設される。このことは、当該センサ素子１０が、トレッド１２の材料内（トレッド壁部内）か、カーカス１８内か、カーカス１８とトレッド１２の間か、カーカス１８のタイヤ内側部分（すなわちタイヤ１１内のエアーが存在する箇所）に設置可能であることを意味する。

図２では、接地面１３の縁部にそれぞれ１つの歪み１５がトレッド１２における車輪１４の転がり方向に対して横方向で示されている。この歪み１５は、この場合、トレッド１２の円形の周面ラインが接地面１３領域へ移行している部分であり、そこでは、周面ラインが路面に対してほぼ平行に経過する。この歪み１５の程度がどの位になるかは、トレッド１２の材料厚さ１７と、当該領域のパターン形状及び／又はタイヤ空気圧に依存する。

トレッド１２はパターン化されているので、すなわちパターン化された突起（本願明細書では単にラグ２７とも称している）と、パターン化された溝（本願明細書では単に溝２８とも称している）とを備えているので、前記歪み１５は、少なくとも直進走行の際に、タイヤ１１の幅全体に亘って実質的に同形態で形成される。なぜならタイヤ１１は通常はそのトレッドにおいて例えばスチールベルト等で安定化されているからである。

ラグ２７の領域の材料厚さ１７は、タイヤ１１の摩耗によって小さくなる。それに伴ってトレッド溝深さ１６も減少する。なぜなら、溝２８の底部は摩耗とは無関係だからである。接地面１３の縁部におけるトレッド歪み１５は、トレッド１２の壁厚が薄ければ薄いほど、"きつく"なるか若しくは顕著になる。さらに前記歪み１５はその他にも、そのつど生じているタイヤの空気圧にも依存している。なぜならタイヤの空気圧が少なければ少ないほど歪み１５も大きくなるからである。

一般的に前記歪み１５又は接地面１３の縁部領域におけるトレッド１２の変形は、本願では、タイヤの一回転毎に二回検出され、詳細にはそれぞれ接地面前後の各縁部において検出される。これに伴いセンサ素子１０は一回転毎に二回変形を被る。この変形はタイヤ１１の周面方向で見てその全長に亘ってみられる。この変形を検出するために、少なくとも１つの相応のセンサ素子１０がトレッド１２の材料内に、例えばカーカス１８の内側に、若しくはパターン化されたトレッドに対向しているカーカス１８とトレッドの間の領域内に設けられ、有利には当該材料と固定的に結合される。

センサ素子１０は、この場合有利には、トレッド１２の湾曲と変形が十分に同期して現われるようにトレッド１２と結合される。それにより、当該センサ素子１０が車輪１４と共に回転し、一回転毎に二回の歪み１５が接地面１３の縁部領域において現われるようになる。それにより、センサ素子１０は、当該歪み１５によって、一回転毎に二回、機械的な変形を被り、それが測定される。

この変形は、適切に構成されたセンサ素子１０を用いた測定技法により検出される。測定された値は、データとして、後続処理を行う制御及び評価ユニット２４に送信される。当該制御及び評価ユニット２４では、これらの値が、事前に測定された一連の値と比較されるか、又はタイヤ１１を最初に装着した後の初期化過程で記憶された初期値と比較される。それにより、特に、最初の溝深さと、材料厚さ１７の依存性と、タイヤ空気圧と、タイヤ材料の摩耗に対する特性等のデータが分かっている場合には、タイヤトレッドパターンの摩耗の時間経過と、（溝深さの初期値に基づいた）現在のトレッド溝深さ１６が簡単に求められる。

この場合変形の測定は、センサ素子１０が歪み１５を被った場合にはそのつど行うことが可能である。例えばこの変形はｎ回の出現毎に行うだけでもよい。なぜならトレッド１２の摩耗は、緩慢に発生する経過をたどるからである。車輪１４の回転中に順次連続して二回検出される溝深さ１６において違いが生じることは非常にまれであり、あったとしても測定技術的にみてほとんど検知されない。そのためこれらの測定値は、トレッド溝深さの経過に係る時間を節約するために、あるいはその経過の傾向を得るために、例えばキロメーター毎に、あるいは１０００回転毎に検出されてもよい。その結果からは、タイヤ１１が均等にかつ同じ形状で摩耗されると仮定したケースでの、摩耗に関する限界値への到達期間の予測が建てられる。

センサ素子１０は、少なくともラグ２７に対しフラットに延在する領域に存在し得る。また、１つ又は複数の溝２８と、１つ又は複数のラグ２７とが存在している領域に沿って延在することも考えられる。同様に、ラグ２７に対する領域の変形量と、溝２８に対する領域の変形量との比較において、それぞれを各センサ素子１０によって検出することも可能である。走行方向に沿って（ないしはタイヤ１４の転がり方向又はトレッド１２の周面方向に沿って）フラットに延在している場合には、車輪１４の回転の際に当該センサ素子１０の領域に歪み１５が生じる限り、接地面の縁部領域における歪み１５が車輪１４の回転に伴い当該センサ素子１０に作用する。センサ素子１０の長さが長ければ長いほど、当該センサ素子１０に対する変形作用も長く続く。それ故、顕著な若しくは大きな歪み信号が発生することによって、当該変形が良好に再現される。

タイヤ１１が小さな突起状の対象の上を転がった場合でも、この測定値は有利にはドレッド溝深さ１６の測定に影響しない。なぜならそのような対象は変形を生じさせはするが、測定技術的にはエラー表示になり得るからでる。

短時間だけ現われ、それ以降は存在しないようなトレッド１２の短期間の変形は、トレッド溝深さ１６の検出に対してはマスキングされる。有利には定常的に測定される変形の変化量のみがトレッド溝深さ１６の検出に用いられる。

縁石を乗り越える場合にも、確実に大きな歪み１５が生じ、それに伴って大きな変形量とそれに対応する大きな測定値が検出される。しかしながらその前に測定された値とその後に測定された値において、そのような大きな変形が検出されていない場合には、当該値はトレッドにおける摩耗に基づくものではなく、前述したような"一回限り"の事象に基づくものであるので、そのような値はトレッド溝深さ１６の評価の際に無視されるべきである。

図２によれば、車輪側電子装置３０は、独国特許出願公開第１０ ２００７ ００７ １３５号明細書に記載されているように、タイヤ１１内部に配設可能である。従ってこの明細書の詳細な説明は本願明細書の開示部分としても参照され得る。車輪電子装置３０は、例えばタイヤ１１の空気圧及び／又は温度のようなパラメータを測定し、その測定値を制御及び評価ユニット２４に送信する。制御及び評価ユニット２４は、付加的にタイヤ内部の空気圧及び／又は温度を、トレッド溝深さ１６の検出のため以外にも考慮することができる。なぜなら同じトレッド溝深さのもとでもタイヤ空気圧が異なった場合には、異なる測定値が供給されるからである。

トレッド溝深さ１６の検出に対しては周辺条件も考慮することが可能である。例えば周囲温度が非常に低いときには、タイヤのゴム質は硬直し、それに対して周囲温度が非常に高い場合には、タイヤ材料は変形しやすくなる。このようなことは歪み１５の大きさに影響を与え、それに伴って溝深さ１６の検出にも影響を及ぼす。

タイヤ１１内部の送信ユニット２９又は伝送ユニットよりも、有利には、場合により元々備わっている車輪側電子装置３０が有効活用されてもよい。それにより、センサ素子１０の測定値は、そのような車輪側電子装置３０を介して間接的に制御及び評価ユニット２４に送信されるか、若しくは、制御及び評価ユニット２４に直接送信される。これについてはセンサ素子１０が当該の車輪側電子装置３０と（有線方式又は無線方式で）電気的に接続される。この場合特に有利には、センサ素子１０が当該車輪側電子装置３０の近傍に配置され、それによって伝送パスが短縮され、当該伝送パスでの伝送ロスが僅かに抑えられる。

前記車輪側電子装置３０が固有の電源を有している場合には、有利にはこの電源がセンサ素子１０の給電にも利用できる。それによりセンサ素子１０は軽量となり、車輪１４内のバランス調整も少なくて済む。エネルギーは、車体側に配置された構成要素から（アンテナ２１と車輪内のアンテナ２０とを介して）車輪側電子装置３０に送信され、そこにおいて、当該車輪側電子装置３０の給電とセンサ素子１０の給電に用いられる。それにより、有利にはバッテリも蓄電池も車輪１４内には不要となる。

車輪１４が回転すると、図３中において接地面１３が（図３において波線で示されているように）センサ素子１０に対して回転方向に相応の回転速度で移行する。路面近傍の歪み１５は、路面に対しては十分に固定的である。しかしながら車輪１４は回転しているので、フラットに伸長したセンサ素子１０は接地面１３の縁部において歪み１５を介して移行し、詳細には各回転毎に後方の歪み１５から前方の歪み１５へ移行する。

できるだけ大きな測定値を得るために、センサは図３に示されているようにトレッド１２に沿って帯状に、かつ複数のラグ２７と溝２８に対向した複数の領域に亘って延在する。歪み１５は、センサ素子１０の面上を移行し、そこではタイヤの周面方向に延在しているセンサ素子１０が長ければ長いほど、その移行時間も長くなる。そして長い作用時間は、より大きくて確実に測定が可能な信号を生じさせる。いずれにせよ、大きくて重いセンサ素子１０は、その重さによってタイヤ１１内でバランスの不釣り合いをもたらす可能性がある。そのような不釣り合いは場合によっては再度のバランス調整を必要とする。

代替的に又は付加的に、図３に示されているように複数のセンサ素子１０を配置してもよい。それにより、例えば１つのセンサ素子１０はラグ２７の少なくとも一部に対向する領域に配置し、別のセンサ素子１０は溝２８の少なくとも１つに対向する領域に配置してもよい。それにより、第１のセンサ素子１０の変形と第２のセンサ素子１０の変形が相互に比較可能となる。このような配置は、妥当性検査の観点からも有利である。また個々のシングル値又はいくつかの平均値を、制御及び評価ユニット２４に伝送して評価することも可能である。

いずれにせよ、歪みのある領域におけるトレッド１２横方向に延びるトレッド１２全体の総変形量に比べて、ラグ２７の領域における変形量は、溝２８の領域における変形量よりも小さいだけである。というのも、ラグ２７の領域においては、トレッド１２の材料の比較的大きな厚み１７に基づいて、溝２８の領域における場合よりも小さな変形しか生じないからである（このことは材料の厚さ１７，ラグ２７の幅、溝２８の幅にも依存する）。しかしながら、この走破方向に対して横方向の変形は、パターン化されたトレッド１２の構造と、材料全体の厚み及び曲げ強さによって大半が補なわれる。

それでもやはり、経時的に変化するトレッド溝深さ１６を正確に検出するためには、これらのセンサ素子１０の配置箇所とそれらの伸長変化が正確に分かっていなければならない。ラグ２７なしのタイヤ（すなわちトレッドパターンが消滅したタイヤ）では、走行方向に対して横方向の変形は一定となる。走行方向に沿った変形（接地面１３に基づく歪み１５）は、時間の経過と共にラグ２７の摩耗に基づいて変化する。このことは、測定された実際値を先行時点の測定値と、及び／又は測定値の時間経過と比較することによって長期に亘り良好な測定結果をもたらす。

プロトタイプのタイヤ１１において接地面１３の縁部領域における変形量を評価することによって、変形に対する相応の値が事前に求められ、それに対応する溝深さ１６が基準値として結び付けられるようになる。

そのため、センサ素子１０の変形に関するトレッド溝深さ１６の基準値が得られる。この基準値は有利には、予め定められたタイヤ空気圧のもとで記憶される。それにより、測定値をトレッド溝深さ１６に結び付ける測定値テーブルが得られる。この測定値テーブルは、基準テーブルとして制御及び評価ユニット２４に記憶されてもよい。自動車の走行中に測定される瞬時の空気圧及び／又は温度は、例えば、変形に対する測定値とそのときに求められたトレッド溝深さ１６を相応に修正するのに用いることが可能である。

また代替的に又は付加的に、トレッド１２の摩耗の勾配を求めてもよい。トレッド溝深さ１６は摩耗と共に小さくなる。前記勾配に基づけば、トレッド溝深さ１６と限界値への到達（閾値の上回り若しくは下回り）が、代替的に若しくは付加的に検出できる。それに対してタイヤ１１が交換されるならば、トレッド１２がいつでも十分な溝深さ１６を有するものになる。これにより走行安全性がさらに高められる。

測定精度を向上させるために、複数のセンサ素子１０を有利にはトレッド１２の周面方向に、すなわち、トレッド１２の周面ラインに沿って、配設してもよい。そのような周面ラインに沿えば、横方向の配置と異なって、タイヤ１１の接地面領域における負荷が同じ大きさになる。なぜならカーブ走行の際には、カーブ外側領域の負荷がカーブ内側領域の負荷よりも増加する傾向にあるからである。そのため、比較的長く継続するカーブ走行の際には、直進走行の際にはもはや存在しないようなエラーを含んだ溝深さ１６が検出されやすい。その上さらにカーブ走行の際に生じる歪み１５は、例えば自動車が僅かに傾斜することによって、走行方向に対して横方向の向きでは同じ大きさに形成されなくなる。

それ故に有利には、複数のセンサ素子１０が走行方向に沿ってトレッド１２の中心領域に配設され、そこで変形量が測定される。なぜならこの領域では最低溝深さも有利に測定されるからである。

（走行方向に対して横方向の向きで）タイヤ１１の幅全体に亘るそれぞれの溝深さは、特に、１つ又は複数のセンサ素子１０が実質的にタイヤの幅全体に亘って走行方向に対して横方向の向きで配置されている場合には（図４参照）、これらのセンサ素子１０によって検出可能になる。横方向の向きで見て、１つの箇所における溝深さ１６が、時間と共に変化するような場合には、それに対する注意が自動車のユーザーに促される。

図４には、波線の描写によって、本発明のさらに別の有利な実施例によるセンサ素子１０が示されている。この波線で示されているセンサ素子１０は、トレッド１２の方を向いた側に設けられている。

溝深さ１６は、図４にも示されているように、ラグ２７の高さと溝２８の深さとの間の差分、ないしはラグ２７の外表面と溝２８の底面との間の差分によって特徴付けられる。それに対して材料厚さ１７は、例えば自動車用タイヤ１１の内側に設けられたセンサ素子１０とトレッド１２の外表面との間のタイヤ材料の厚みによって特徴付けられる。この材料厚さに関しては、図４にも示されているように、ラグ２７領域における厚さの方が溝２８領域の厚さよりも厚くなる。ラグ２７の領域の材料厚さ１７は、当該ラグ２７領域におけるタイヤ１１の摩耗によって変化する。それに対して溝２８の領域における材料厚さ１７は、この場合変化しない。従ってトレッド溝深さ１６は、ラグ２７の領域におけるタイヤ１１の摩耗に伴って相応に変化する。つまりラグ２７領域のみが、路面との接触に基づいて摩耗するだけである。これにより、材料厚さ１７もラグ２７領域のみが変化する。それにより、それぞれのラグ高さが溝深さ１６の変化に対して重要となる。

過度に高いタイヤ空気圧は、場合によっては、トレッド１２中央における摩耗を早め得る。それに対して過度に低いタイヤ空気圧は、場合によっては、トレッド１２縁部領域の摩耗をもたらす。またそれ以外の原因によっても（例えば誤ったホイールアライメントなどによって）、走行方向に対して横方向の向きで不均等な摩耗が生じ得る。それに対しては、トレッド１２に対して横方向の向きで複数のセンサ素子１０が複数の箇所に配置されている場合には、自動車のユーザーに対して注意を促すことが可能になる。

これらの複数のセンサ素子１０は、転がり方向に対する横方向と、周面ラインとに沿って形成若しくは配置されてもよい。これにより、トレッド１２全体が摩耗に関して測定技法的に有利に検出可能となる。

有利には、溝２８からラグ２７への移行領域、若しくはラグ２７から溝２８への移行領域が、トレッド１２と向かい合うように存在する領域に、複数のセンサ素子１０が設けられる。溝２８の領域内では変形が局所的に高まる。つまり当該領域内のトレッド１２の僅かな材料厚さ１７に基づいて最大となる。しかしながらパターン化されたトレッド１２の全体的な剛性は、それによってもたらされる変形量を非常に小さなものにする。それ故に有利には、変形の時間経過も観察される。これはトレッド１２の同じ箇所におけるセンサ素子１０によって検出可能である。その結果として当該箇所の溝深さ１６が求められる。残りのトレッド１２に対しては有利には、トレッドがその周面に亘って均等に摩耗していることのみがピックアップされる。

溝深さ１６に対して正確な値を得るために、有利には、１つ又は複数のセンサ素子１０が溝２８の領域に、そして１つ又は複数のセンサ素子１０がラグ２７の領域に設けられ、それらから検出された測定値が相互に比較される。ここではさらに付加的に、溝深さ１６を検出するために、時系列的に順次記憶された一連の測定値が相互に関係付けられる。

さらに溝深さ１６の評価のために、事前に（又は先行の走行中に）測定された測定値と、場合によってはその後で測定された測定値を相互に関連付けてもよい。それにより、所定の時点で測定された値が測定エラーを示すものなのかそれとも適正な値を示すものなのかを確定するための妥当性検査も行うことも可能になる。

これらの測定値は、さらに現下のタイヤ空気圧にも依存している。トレッド溝深さ１６に対する現下の絶対値は、これまでの測定値、初期の材料厚さ１７に対して記憶されている基準値、タイヤ１１の材料特性値、材料特性値の歪みに対する影響量、タイヤ内の瞬時の温度及び／又はトレッド溝深さ１６検出時の瞬時のタイヤ空気圧などが考慮されるならば、高い信頼性を有するものとなる。

センサ素子１０は、例えば機械的な変形が生じた場合に電圧を発生する圧電素子として構成されてもよい。この場合は電圧の高さが測定され、この測定値が最終的に制御及び評価ユニット２４に伝送され、そこでトレッド溝深さ１６が算出される。

圧電素子が適用される場合には、さらに付加的なエネルギー源を必要とすることなく測定値の伝送のためのエネルギーも、センサ素子１０の変形によって生成される。なぜなら圧電素子を適切に構成することで、圧電素子の変形の際に、給電に利用することのできる電圧が生成されるからである。

また前記センサ素子１０はストレインゲージを含むものであってもよい。このストレインゲージの抵抗値は、（伸長、曲がり、圧縮などの）変形の際に変化する。電流／電圧測定を介した抵抗値の測定によって現下のトレッド溝深さ１６に対する測定値が求められる。なぜならトレッド１２の変形は溝深さ１６の変化に付随して現われるからである。

変形を検出するためのセンサ素子１０に対してはその他の技法も適用可能である。センサ素子１０のあらゆるタイプのもとで重要なことは、タイヤ１１本来の丸い形からずれたトレッド１２の変形をセンサ素子１０が測定できることである。それ故にセンサ素子１０は、一方では容易に変形しやすく、他方では、タイヤ材料部にフラットにかつ固定的に接合されるものでなければならない。それによりセンサ素子１０は接地面１３に沿って良好に変形し、連続的に若しくは断続的にデータを制御及び評価ユニット２４に供給する。

センサ素子１０に対する変形の最良の伝達は、センサ素子１０がトレッド材料と共にあるいはカーカス１８と共にフラットにかつ固定的に接合されている場合に得られる。あるいはセンサ素子１０はトレッド１２内側にタイヤ材料と共に接着若しくは加硫接着されていてもよい。

センサ素子１０が軽ければ軽いほど、センサ素子１０に起因する不均衡（ホイールアライメントの狂い）も僅かになる。タイヤ１１は、縦方向、横方向、斜め方向など種々の溝を備えているので、歪み１５は、必ずしも常に走行方向に対して横方向に形成されるわけではなく、局所的にはそこから僅かにずれることもある。あらゆる変形を測定するために有利には、センサ素子１０はあらゆる方向の変形をピックアップし、測定技術に基づいて検出する。すなわちセンサ素子１０は、あらゆる方向の変形を伴い、この変形に対して敏感に反応するものでなければならない。

測定値の評価の際には、自動車における異なるタイヤ１１からの測定信号が有利には個別に評価される。これに対してさらに有利には、測定信号中に車輪位置に対するコード又は識別子も含有される。また、車輪１４の機械的、場所的対応付けテーブルが車両側の受信ユニット２２に存在していてもよい。この場合これらの測定信号は、それぞれ別個の経路で単独信号として供給されるか、又は固有の時間（タイミング）で制御及び評価ユニット２４に供給される。

これらの測定値は例えば走行中に（すなわち車輪１４の回転中に）連続的に取り入れられる。センサ素子１０の作動と測定されたデータの伝送のためのエネルギーの消費を抑えるために、毎回ではなく、車輪のｎ回目の回転毎に間引きして信号をピックアップし、それを転送するようにしてもよい。その場合有利には、複数の測定値における単独の異常値は自動的に無視される。これに対しては、例えば現下の測定値を、先行する測定値と比較してもよいし、場合によってはその直後の測定値と比較してもよい。トレッド溝深さ１６に対する測定値経過の中で突発的な大きな変化（測定値に対する予め定められた絶対値と大きく異なる値か先行する測定値の絶対値と大きく異なる値）の存在が確認された場合には、その後に続く測定値が注意深く観察される。測定値が、その前の所定の期間中に存在していた通常のレベルに再び戻った場合には、測定エラーと判断され、自動車のユーザーに対する指示は何も出されない。しかしながら前述のようなトレッド溝深さ１６の突発的な大きな変化がその後も続くようならば、タイヤパターンの一部、例えばラグ２７などの突起部が、センサ素子１０に対応している領域において、機械的な損傷を受けているか欠落している可能性が疑われる。そのような場合には、自動車のユーザーに対して、タイヤ１１自体の検査を促すかそれを指示する表示が出されてもよい。

摩耗は通常は緩慢にしか発生しないので、所定の期間に亘る複数の測定値を時間に関して平均化してもよい。それにより短期間だけの異常値は、自動的に除外されるようになる。複数の測定値（これらは制御及び評価ユニット２４に記憶され得る）の長期に亘る評価を介すことによって、トレッド溝深さ１６に対する信頼性の高い予測がたてられ、溝深さ１６に対する限界値への到達も確実に検出されるようになる。

測定値に対してはその他の数学的な手法／アルゴリズムを適用することも可能である。（例えばカーブ走行を介した複数の測定値の近似とその結果に基づく溝深さ１６の算出や、タイヤ１１を交換するまでの走行可能なキロメーター数や時間など）。

自動車ユーザーに対する警告は、有利には、法で定められた最低溝深さ１６に達する前に行われなければならない。それにより一方では測定不精度に対する十分な安全性が確保され、他方では、自動車ユーザーに対して十分な時間を与えることにもなる。あるいはタイヤ１１を交換するまでの走行可能な十分な距離を確保することにつながる。自動車のユーザーには、まだ残存する溝深さで危険な走行を招くことなく、同じタイヤ１１のままで安全に走行できる区間が示される。

本発明は、前述してきた実施例に限定されるものではなく、本発明の対象から逸脱しない限り、種々の任意の変更が可能である。また前述してきた複数の実施例の任意の組合わせも可能である。

本発明による自動車用タイヤのトレッド溝深さを測定するための装置は、乗用車両のタイヤだけでなく、トラック車両、自動二輪、商用車両、又は飛行機のタイヤにも適用可能である。

Claims (14)

1. 自動車用タイヤ（１１）のトレッド溝深さ（１６）を測定するための装置において、
   少なくとも１つのセンサ素子（１０）を有し、
   前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）は、自動車用タイヤ（１１）の接地面（１３）領域における変形特性の変化に関するデータを検出するように構成され、かつ、自動車用タイヤ（１１）におけるトレッド（１２）に対向する内側領域に固定的に取付け可能であり、
   前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）とデータ交換可能に接続されている制御及び評価ユニット（２４）が、検出されたデータの後続処理のために設けられており、さらに、
   前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）が、対応する車輪側電子装置（３０）と電気的に接続されており、該車輪側電子装置（３０）を介してタイヤ識別データが前記制御及び評価ユニット（２４）に伝送可能であり、
   前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）は、機械的な変形を検出するように構成されており、前記制御及び評価ユニット（２４）は、前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）から伝送されたデータに基づき、現在の測定値と先行値の比較によって、トレッド溝深さを求めるように構成されており、
   前記先行値は、以前の測定値と、前記制御及び評価ユニット（２４）に記憶された基準値と、前記制御及び評価ユニット（２４）に記憶された初期値と、の少なくとも１つを含む、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）は、プレーナー型ピエゾ素子として構成され、該ピエゾ素子は、フラットな機械的変形が生じた場合に電圧を発生する、請求項１記載の装置。
3. 前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）は、プレーナー型ストレインゲージとして構成され、該ストレインゲージの抵抗値は、フラットな変形と共に変化する、請求項１記載の装置。
4. 前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）は、実質的に、自動車用タイヤ（１１）の走破方向に沿って延在している、請求項１から３いずれか１項記載の装置。
5. 前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）は、自動車用タイヤ（１１）のラグ（２７）の少なくとも１つの区分領域に亘って、及び／又は、自動車用タイヤ（１１）の溝（２８）の少なくとも１つの区分領域に亘って延在している、請求項１から４いずれか１項記載の装置。
6. 前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）に、又は前記センサ素子の一群に、伝送ユニット（２０，２１，２２，２３，２９）が割り当てられており、前記伝送ユニット（２０，２１，２２，２３，２９）は、前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）によって測定されたデータを、自動車内に設けられている制御及び評価ユニット（２４）に間接的又は直接的に転送している、請求項１から５いずれか１項記載の装置。
7. 前記車輪側電子装置（３０）を介してさらに付加的なデータ、例えばタイヤ空気圧データ、タイヤ温度データ、車両速度データ、車輪回転数データ、センサ素子データ、車両データ、車輪荷重データが前記制御及び評価ユニット（２４）に伝送可能である、請求項１から６いずれか１項記載の装置。
8. 複数のセンサ素子（１０）が自動車用タイヤ（１１）内で、当該自動車用タイヤ（１１）のトレッド（１２）周面に沿った周面ライン上に配設されている、請求項１から７いずれか１項記載の装置。
9. 複数のセンサ素子（１０）が自動車用タイヤ（１１）内で、当該自動車用タイヤ（１１）の転がり方向に対して横方向に配設されている、請求項１から８いずれか１項記載の装置。
10. 自動車用タイヤ（１１）のトレッド溝深さ（１６）を測定するための方法において、
    少なくとも１つのセンサ素子（１０）を設けるステップと、前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）は、自動車用タイヤ（１１）の接地面（１３）領域における変形特性の変化に関するデータを検出するように構成されており、
    前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）を自動車用タイヤ（１１）のトレッド（１２）に対向する内側領域に安定した形態で取付けるステップと、
    前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）を用いて、接地面（１３）領域における自動車用タイヤ（１１）の変形特性の変化に関するデータを検出するステップと、
    検出されたデータを、前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）にデータ交換可能に接続されている制御及び評価ユニット（２４）へ送信するステップと、
    前記検出されたデータを、前記制御及び評価ユニット（２４）を用いて継続処理するステップとを有し、さらに、
    検出されたトレッド溝深さ（１６）を、対応する所属の自動車用タイヤ（１１）に割り当てるために、検出されたデータと共にさらに付加的に、タイヤ個別の識別子が伝送され、
    前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）は、機械的な変形を検出し、前記制御及び評価ユニット（２４）は、トレッド溝深さを求めるために、前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）から伝送されたデータに基づき、現在の測定値を先行値と比較するようにし、
    前記先行値は、以前の測定値と、前記制御及び評価ユニット（２４）に記憶された基準値と、前記制御及び評価ユニット（２４）に記憶された初期値と、の少なくとも１つを含む、
    ことを特徴とする方法。
11. 接地面進入領域ないし接地面離脱領域における表面曲率の変化、接地面（１３）走破時間における実行時間の変化、少なくとも１つのセンサ素子（１０）の曲率勾配、及び／又は自動車用タイヤ（１１）の振動変化が、前記少なくとも１つのセンサ素子（１０）を用いて検出される、請求項１０記載の方法。
12. 自動車の各自動車用タイヤ（１１）の接地面（１３）領域における当該自動車用タイヤ（１１）の変形特性の変化が、自動車用タイヤ（１１）の回転中に連続して検出され、各自動車用タイヤ（１１）毎に個別にトレッド溝深さ（１６）が前記制御及び評価ユニット（２４）を用いて求められる、請求項１０または１１記載の方法。
13. 検出されたデータが相互に比較され、例えば妥当性検査のために、前記制御及び評価ユニット（２４）を用いて一緒に評価される、請求項１０から１２いずれか１項記載の方法。
14. 検出され評価されたデータから、それぞれの自動車用タイヤ（１１）のトレッド溝深さ（１６）に対する所定の限界値への到達が判明した場合に、自動車ユーザーへ表示するために、光学式又は音響式又は触覚式表示ユニットとして設けられている表示ユニット（２５）が、前記制御及び評価ユニット（２４）によって駆動される、請求項１０から１３いずれか１項記載の方法。

Images