JP5857481B2 - タイヤ状態検出方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ状態検出方法及び装置に関し、さらに詳しくは、車両走行時のタイヤの状態であるタイヤのスリップ角とキャンバー角を同時に効率よく測定できるタイヤ状態検出方法及び装置に関する。

車両走行時においてタイヤの状態であるタイヤのスリップ角とキャンバー角を精度よく測定することは、車両やタイヤの運動性能、緩衝性能、摩擦性能、制動性能を評価する上で重要である。また、タイヤ状態とタイヤに発生する力を組み合わせて評価することでタイヤが影響する車両挙動に対してタイヤ単体での測定条件、タイヤに発生する力を確認でき、室内及びシミュレーションによるメカニズム解析に貢献できる。
また、タイヤ状態の代表的な情報としてはタイヤのスリップ角とキャンバー角があり、これらの情報を測定するほう方法が機械的、光学的手法により種々提案されている（例えば特許文献１，２参照）。

特開２０００−８１３２２号公報 特開平９−１３３５１０号公報

しかし、この種の測定装置は複雑で、大型及び重量化するものであると共に、測定装置をホイール面に取り付けて使用する上で非効率であり、更にタイヤの取替えなどでの校正作業が必要になるという不具合がある。さらに、生産性も低く、試験コストも上昇するという問題があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであり、タイヤのスリップ角とキャンバー角を同時に効率よく測定でき、かつタイヤの交換を容易に行うことができるタイヤ状態検出方法及び装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、車両のタイヤ及びホイールを含む車輪の状態を表すキャンバー角とスリップ角を検出するタイヤ状態検出装置であって、前記ホイールの回転軸線上に軸線を一致して設けられた角度検出用回転体と、前記角度検出用回転体の上方に位置して前記車両に支持され、前記角度検出用回転体を撮像するとともに前記タイヤが接地する走行路面を撮像する撮像カメラと、前記撮像カメラで撮像した前記角度検出用回転体の画像データに基づいて前記タイヤのキャンバー角を求めるキャンバー角算出手段と、前記撮像カメラで撮像した前記走行路面の画像データと前記角度検出用回転体の画像データに基づいて前記タイヤのスリップ角を求めるスリップ角算出手段とを備えることを特徴とする。

また本発明は、車両のタイヤ及びホイールを含む車輪の状態を表すキャンバー角とスリップ角を検出するタイヤ状態検出方法であって、前記ホイールに角度検出用回転体をホイールの車軸に軸線を一致させて設け、前記角度検出用回転体の上方から前記角度検出用回転体を撮像するとともに前記タイヤが接地する走行路面を撮像する撮像カメラを前記車両に支持させ、前記撮像カメラで撮像した前記角度検出用回転体の画像データを基に前記タイヤのキャンバー角を求め、前記撮像カメラで撮像した前記走行路面の画像データと前記角度検出用回転体の画像データを基に前記タイヤのスリップ角を求めることを特徴とする。

本発明によれば、撮像カメラで撮像した角度検出用回転体の画像データを基にタイヤのキャンバー角を求める。そして、撮像カメラで撮像した走行路面の画像データと角度検出用回転体の画像データを基にタイヤのスリップ角を求める。
したがって、タイヤのスリップ角とキャンバー角を同時に効率よく測定でき、かつタイヤの交換を容易に行うことができる。

（Ａ）は本発明方法によるタイヤ状態検出装置を車両に取り付けた状態を示す概略平面図、（Ｂ）は（Ａ）を矢印Ｂ方向から見た概略側面図である。 本発明によるタイヤ状態検出装置の第１の実施の形態を示す全体の構成図である。 本実施の形態のタイヤ状態検出装置によるキャンバー角の検出例を示す説明図である。 本実施の形態におけるキャンバー角の検出処理工程を示すフローチャートである。 本実施の形態におけるスリップ角の検出処理工程を示すフローチャートである。 本実施の形態のタイヤ状態検出装置によるスリップ角の検出例を示す説明図である。 本発明のタイヤ状態検出装置に用いられる角度検出用回転体の他の例を示す側面図である。 図６に示す角度検出用回転体を用いてキャンバー角を検出した時のキャンバー角と角度検出用回転体の面積変化との関係を示すグラフである。 本発明のタイヤ状態検出装置に用いられる角度検出用回転体の更に他の例を示す側面図である。 本発明のタイヤ状態検出装置に用いられる角度検出用回転体の更に他の例を示す側面図である。 本発明によるタイヤ状態検出装置の第２の実施の形態を示す全体の構成図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の方法を用いたタイヤ状態検出装置の実施の形態について図１〜図４を参照して詳細に説明する。
本実施の形態に示すタイヤ状態検出装置１００は、乗用車等の車両１０における車輪１２（例えば、車両の前輪）の状態を表すキャンバー角αとスリップ角βを検出するものである。ここで車輪（タイヤ、ホイール組み立て体）１２とは、車軸に結合されるホイール１２０２と、ホイール１２０２に装着されるタイヤ１２０４を含んで構成されている。
また、タイヤ状態検出装置１００は、角度検出用回転体１４と、撮像カメラ１６と、画像処理装置１８、表示部２０、キャンバー角算出手段２２、スリップ角算出手段２４を備えている。

角度検出用回転体１４は、キャンバー角及びスリップ角を検出するために用いられるもので、図２に示すように、軸線Ｌを中心とする回転対称で一定の厚さを有する円盤を呈している。このような角度検出用回転体１４は、ホイール１２０２の外側表面に、ホイール１２０２の外側表面に突設した一定長さの複数の支持ボルト２４によりホイール１２０２の回転軸線上に軸線を一致して取り付けられている。
これにより、角度検出用回転体１４全体がボンネット１００２の側面から外方へ突出されるように、車両１０の車幅方向の外方でホイール１２０２から離れる方向に一定の距離離間して配置されている。

撮像カメラ１６は、角度検出用回転体１４とタイヤ１２０４が接地する走行路面２８を上方から撮像するもので、角度検出用回転体１４の真上上方に位置して、支持機構２６により車両１０のボンネット１００２に支持されている。
また、支持機構３０には、車両１０のローリングに伴って生じる撮像カメラ１６の角度検出用回転体１４及び走行路面２８に対する撮像角度の変化分を検出する、ジャイロ等の角度センサー３２が組み込まれている。

画像処理装置１８は、撮像カメラ１６で撮像した角度検出用回転体１４の画像及び走行路面画像のアナログ映像信号をデジタル信号に変換し、キャンバー角算出手段２２及びスリップ角算出手段２４に出力する。
キャンバー角算出手段２２は、画像処理装置１８でデジタル信号に変換された角度検出用回転体１４の画像データに基づいてタイヤ１２０４のキャンバー角を算出する。さらに、キャンバー角算出手段２２は、ここで算出されるキャンバー角を、角度センサー３２で検出された撮像角度の変化分に応じて補正する機能を有している。
また、スリップ角算出手段２４は、画像処理装置１８でデジタル信号に変換された走行路面２８の画像データに基づいてタイヤ１２０４のスリップ角を算出する。さらに、スリップ角算出手段２４は、ここで算出されるスリップ角を、角度センサー３２で検出された撮像角度の変化分に応じて補正する機能を有している。
また、画像処理装置１８でデジタル信号に変換された角度検出用回転体１４の画像データ及び走行路面２８の画像データは表示信号に変換されて表示部２０に出力され、タイヤの状態を表示できるように構成されている。

なお、キャンバー角算出手段２２及びスリップ角算出手段２４は、パーソナルコンピュータから構成するもので、このパーソナルコンピュータは、ＣＰＵと、バスラインを介して接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェースなどを含んで構成される。ＲＯＭはＣＰＵが実行する処理または制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭはワーキングエリアを提供する。ＣＰＵが演算処理または制御プログラムを実行することにより、キャンバー角算出手段２２、スリップ角算出手段２４が実現される。

次に、本実施の形態によるキャンバー角算出処理について、図４を参照して説明する。
走行状態にある車両において、タイヤ１２０４の走行路面２８を含む角度検出用回転体１４を真上上方から撮像カメラ１６で撮像する（ステップＳ１１）。その後、上記撮影画像は画像処理装置１８によりデジタル信号に変換される。そして、デジタル信号に変換された画像データは画像処理装置１８が内蔵する画像メモリ１８０２に１フィールドまたは１フレーム毎に取り込まれ、順次上書き保存される（ステップＳ１２）。

その後、キャンバー角算出手段２２では、画像メモリ１８０２から１フィールドまたは１フレーム分の画像データを取り込み、角度検出用回転体１４の画像データを基にキャンバー角αを算出する（ステップＳ１３）。
具体的には、タイヤ１２０４を幅方向に２等分する車輪１２の中心面が走行路面２８と鉛直な線に対して傾斜すると、車輪１２と一体に角度検出用回転体１４も同一方向に同一角度傾斜する。これに伴い、キャンバー角算出手段２２には、例えば図３（Ａ）に示すように傾斜した映像の角度検出用回転体１４の画像データが取り込まれる。そこで、キャンバー角算出手段２２では、角度検出用回転体１４の傾斜角により生じる、角度検出用回転体１４の軸線Ｌと直角な線Ｌ２から角度検出用回転体１４の外周縁４ａまでの間の間隔ｄ内にあるピクセル数を計数し、この計数値からキャンバー角算出用のアルゴリズムに従ってタイヤ１２０４のキャンバー角αを求める。さらに、キャンバー角算出手段２２では、算出されるキャンバー角αを、角度センサー３２で検出された撮像角度の変化分に応じて補正する（ステップＳ１４）。
ここで、図３（Ａ）に示すキャンバー角は＋０．１度であり、図３（Ａ）に示すキャンバー角は＋０．５度であり、図３（Ａ）に示すキャンバー角は＋３度である。

次に、本実施の形態によるスリップ角算出処理について、図５及び図６を参照して説明する。
走行状態にある車両において、角度検出用回転体１４を含むタイヤ１２０４の走行路面２８を撮像カメラ１６で撮像する（ステップＳ２１）。その後、上記撮影画像は画像処理装置１８によりデジタル信号に変換される。そして、デジタル信号に変換された画像データは画像処理装置１８が内蔵する画像メモリ１８０２に１フィールドまたは１フレーム毎に取り込まれ、順次上書き保存される（ステップＳ２２）。

ここで、撮像カメラ１６で撮像された角度検出用回転体１４の撮影画像データを基に、図６（Ａ）に示すように、楕円形状を呈する角度検出用回転体１４の回転中心である軸線Ｌと直交して、角度検出用回転体１４の長尺方向の両端間を結ぶ線Ｌ３を求める（ステップＳ２３）。
一方、撮像カメラ１６で撮像された路面画像は、撮像カメラ１６の露光時間の間に、車速に応じた距離だけ路面が一定の方向に動くため、図６（Ｂ）に示すような路面の流れが縞模様になって現れ、この縞模様の路面の流線画像は、デジタル信号に変換された後、画像メモリ１８０２に１フィールドまたは１フレーム毎に取り込まれ、順次上書き保存される。その後、図６（Ｂ）に示す路面の流線画像２８０２と、これに対してＸ，Ｙ方向に１ピクセルずつ移動した流線画像２８０４とを図６（Ｃ）に示すように合成し、両者の流線画像２８０２と２８０４とが１ピクセルずつＸ，Ｙ方向に移動した関係にあること検知する。これにより、路面の流線画像パターンが撮像カメラ１６で撮像された路面の流線画像であることを認識する（ステップＳ２４）。したがって、撮影時の車速に応じて露光時間を調整することにより、任意の車速で路面の流線画像を撮影することができる。

他方、スリップ角算出手段２４では、ステップＳ２３で求めた線Ｌ３とステップＳ２４で認識した路面の流線画像パターンに基づいてタイヤ１２０４のスリップ角βを算出する（ステップＳ２５）。さらに、スリップ角算出手段２４では、算出されるスリップ角βを、角度センサー３２で検出された撮像角度の変化分に応じて補正する（ステップＳ２６）。

上記のような本実施の形態によれば、撮像カメラ１６で撮像した角度検出用回転体１４の画像データを基にタイヤ１２０４のキャンバー角αを求め、さらに、撮像カメラ１６で撮像した走行路面２８の画像データと角度検出用回転体１４の画像データを基にタイヤ１２０４のスリップ角βを求める構成にしたので、タイヤのスリップ角とキャンバー角を同時に効率よく測定でき、かつタイヤの交換を容易に行うことができる。
また、本実施の形態によれば、車両のローリングに伴う撮像カメラ１６の角度検出用回転体１４及び走行路面２８に対する撮像角度の変化分を角度センサー３２で検出し、この角度センサー３２で検出された撮像角度の変化分に応じてキャンバー角算出手段２２で求められるキャンバー角α及びスリップ角算出手段２４で求められるスリップ角βをそれぞれ補正する構成にしたので、車両のローリングにより撮像カメラ１６と角度検出用回転体１４との間の距離が変化しても、タイヤのスリップ角とキャンバー角を正確に測定することができる。

本発明のタイヤ状態検出装置に用いられる角度検出用回転体の他の例について図７を参照して説明する。
この図７に示す角度検出用回転体４０は、ホイールの回転軸線と一致する軸線Ｌに沿った厚さを有し、この厚さ方向の一方の面は、軸線Ｌを中心とする回転対称で厚さが中心部から外周に行くに従い傾斜角が複数段階、例えば三段階に減少しながら変化する截頭円錐柱状に形成したものである。
このような形状の角度検出用回転体４０においては、車輪のキャンバー角が大きくなるに従い、角度検出用回転体４０が図７の矢印Ａ方向の車輪倒れ角度が大きくなると、図７の矢印Ｘ方向から撮像される角度検出用回転体４０の撮像面積は、図８に示すように二次曲線状に変化する特性を有する。

したがって、このような形状の角度検出用回転体４０を用いたタイヤ状態検出装置においては、図８かも明らかなように車輪のキャンバー角が小さい時に撮像カメラで撮像される角度検出用回転体４０の画像面積を大きくとることができる。これにより、車輪倒れ角が小さい時のキャンバー角を高精度に検出することができる。

本発明のタイヤ状態検出装置に用いられる角度検出用回転体の更に他の例について図９を参照して説明する。
この図９に示す角度検出用回転体５０は、ホイールの回転軸線と一致する軸線Ｌに沿った厚さを有し、この厚さ方向の一方の面は、軸線Ｌを中心とする回転対称で厚さが中心部から外周に行くに従い傾斜角が直線状に減少する截頭円錐柱状に形成したものである。
このような形状の角度検出用回転体５０においても上記図８に示す角度検出用回転体と同様な作用効果を得ることができる。

本発明のタイヤ状態検出装置に用いられる角度検出用回転体の更に他の例について図１０を参照して説明する。
この図１０に示す角度検出用回転体６０は、ホイールの回転軸線と一致する軸線Ｌに沿った厚さを有し、この厚さ方向の両面は、軸線Ｌを中心とする回転対称で厚さが中心部から外周に行くに従い直線状に減少する截頭円錐柱状に形成したものである。
このような形状の角度検出用回転体６０においては、上記図８に示す角度検出用回転体と同様な作用効果が得られるほか、車輪が左右いずれの方向に倒れが生じた場合でも、キャンバー角を確実に検出することができる。
また、図１０に示す角度検出用回転体６０において、その厚さ方向の両面に形成された截頭円錐柱状部６００２，６００４を互いに異なる色に着色すること可能である。
このように両面の截頭円錐柱状部６００２，６００４の色の異ならしめた場合、その色によって、車輪の倒れ方向を画像データを基に識別でき、キャンバー角の検出が容易になる。

（第２の実施の形態）
以下、本発明にかかるタイヤ状態検出装置の実施の形態について図１１を参照して詳細に説明する。
本実施の形態に示すタイヤ状態検出装置１００は、図２に示す場合と同様に、角度検出用回転体１４と、撮像カメラ１６と、画像処理装置１８、キャンバー角算出手段２２、スリップ角算出手段２４を備えるほか、車両の上下方向振動に伴う撮像カメラ１６と角度検出用回転体１４との間の距離の変化分を求めるため、角度検出用回転体１４に、その軸線Ｌに軸線を一致して突設した距離検出部材３４と、この距離検出部材３４を撮像カメラ１６で撮像した時の画像面積データを基に撮像カメラ１６と角度検出用回転体１４との間の距離の変化分を算出する距離検出処理部１８０４を備える。
なお、距離検出部材３４と距離検出処理部１８０４は、特許請求の範囲に記載した距離検出手段を構成する。

このように構成されたタイヤ状態検出装置１００においては、角度検出用回転体１４及び走行路面２８を含む距離検出部材３４を撮像カメラ１６により撮像し、これらの撮影画像を画像処理装置１８によりデジタル信号に変換した後、その画像データは画像メモリ１８０２に１フィールドまたは１フレーム毎に取り込み、順次上書き保存する。そして、画像処理装置１８の距離検出処理部１８０４では、距離検出部材３４の画像データを基に距離検出部材３４の画像面積からアルゴリズムに従って撮像カメラ１６と角度検出用回転体１４との間の距離の変化分を求める。さらに、求められた距離の変化分に応じてキャンバー角算出手段２２で求められるキャンバー角α及びスリップ角算出手段２４で求められるスリップ角βをそれぞれ補正する。

このようなタイヤ状態検出装置によれば、車両の上下方向振動により撮像カメラ１６と角度検出用回転体１４との間の距離が変化しても、タイヤのスリップ角とキャンバー角を正確に測定することができる。

なお、本発明にかかるタイヤ状態検出装置は、上記実施の形態に示す構成のものに限らず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

１００……タイヤ状態検出装置、１０……車両、１２……車輪、１２０２……ホイール１２０４……タイヤ、１４……角度検出用回転体、１６……撮像カメラ、１８……画像処理装置、２２……キャンバー角算出手段、２４……スリップ角算出手段、１８０２……メモリ、１８０４……距離検出処理部、３４……距離検出部材、４０，５０，６０……角度検出用回転体。

Claims (8)

1. 車両のタイヤ及びホイールを含む車輪の状態を表すキャンバー角とスリップ角を検出するタイヤ状態検出装置であって、
   前記ホイールの回転軸線上に軸線を一致して設けられた角度検出用回転体と、
   前記角度検出用回転体の上方に位置して前記車両に支持され、前記角度検出用回転体を撮像するとともに前記タイヤが接地する走行路面を撮像する撮像カメラと、
   前記撮像カメラで撮像した前記角度検出用回転体の画像データに基づいて前記タイヤのキャンバー角を求めるキャンバー角算出手段と、
   前記撮像カメラで撮像した前記走行路面の画像データと前記角度検出用回転体の画像データに基づいて前記タイヤのスリップ角を求めるスリップ角算出手段と、
   を備えることを特徴とするタイヤ状態検出装置。
2. 前記角度検出用回転体は、前記軸線を中心とする回転対称で一定の厚さを有する円盤であることを特徴とする請求項１記載のタイヤ状態検出装置。
3. 前記角度検出回転体は、前記軸線に沿った厚さを有し、この厚さ方向の一方の面は、前記軸線を中心とする回転対称で厚さが中心部から外周に行くに従い直線状または二次曲線状に減少する截頭円錐柱状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のタイヤ状態検出装置。
4. 前記角度検出回転体は、前記軸線に沿った厚さを有し、この厚さ方向の両面は、前記軸線を中心とする回転対称で厚さが中心部から外周に行くに従い直線状または二次曲線状に減少する截頭円錐柱状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のタイヤ状態検出装置。
5. 前記両面は互いに異なる色に着色されていることを特徴とする請求項４記載のタイヤ状態検出装置。
6. 前記車両のローリングに伴う前記撮像カメラの前記角度検出用回転体及び前記走行路面に対する撮像角度の変化分を検出する角度センサーを更に備え、
   前記角度センサーで検出された撮像角度の変化分に応じて前記キャンバー角算出手段で求められるキャンバー角及び前記スリップ角算出手段で求められるスリップ角をそれぞれ補正するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５に何れか１項記載のタイヤ状態検出装置。
7. 車両のタイヤ及びホイールを含む車輪の状態を表すキャンバー角とスリップ角を検出するタイヤ状態検出方法であって、
   前記ホイールに角度検出用回転体をホイールの車軸に軸線を一致させて設け、
   前記角度検出用回転体の上方から前記角度検出用回転体を撮像するとともに前記タイヤが接地する走行路面を撮像する撮像カメラを前記車両に支持させ、
   前記撮像カメラで撮像した前記角度検出用回転体の画像データを基に前記タイヤのキャンバー角を求め、
   前記撮像カメラで撮像した前記走行路面の画像データと前記角度検出用回転体の画像データを基に前記タイヤのスリップ角を求める、
   ことを特徴とするタイヤ状態検出方法。
8. 前記車両のローリングに伴う前記撮像カメラの前記角度検出用回転体及び前記走行路面に対する撮像角度の変化分を検出し、
   前記撮像角度の変化分に応じて前記キャンバー角及び前記スリップ角をそれぞれ補正することを特徴とする請求項７記載のタイヤ状態検出方法。

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