JP6503065B2 - 荷重導出方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷重導出方法に関するものであり、特に、建設・鉱山車両用空気入りタイヤに負荷された荷重の導出方法に関するものである。

従来、建設車両用タイヤにおいては、種々の予測シミュレーションが行われている（例えば、特許文献１参照）。特に、建設車両用空気入りタイヤの摩耗量や耐久性等を評価することによりタイヤライフを予測することが行われている。例えば、タイヤの内圧センサにより測定した内圧の情報や、車両センサから得られる車両の走行速度及び荷重の情報等に基づいて、タイヤの摩耗量や耐久性を評価することによりタイヤライフの予測が行われている。

特許第４５５８３２７号

しかしながら、上記の手法では、車両に積載した重量の情報を得ることはできるものの、建設車両用タイヤ１本毎に負荷された実際の荷重の情報を得ることが困難である。また、建設車両に取り付けた車両センサは、経時変化等により精度が低下しやすいという問題もある。このように、上記の手法では、タイヤの摩耗量やタイヤの耐久性を必ずしも精度良く評価することができず、タイヤライフを正確に予測することができないという問題があった。このような問題は、鉱山車両用の空気入りタイヤにおいても同様に生じうる問題である。

従って、本発明は、タイヤに実際に負荷された荷重を正確に把握することのできる荷重導出方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨構成は、以下の通りである。
本発明の荷重導出方法は、リムに取り付けた変位計により、前記変位計からタイヤ内面までの距離を測定する、距離測定工程と、タイヤのチャンバ内に取り付けたセンサにより、タイヤの内圧を測定する、内圧測定工程と、導出部により、測定された前記距離及び測定された前記内圧に基づいて、走行中にタイヤに負荷された荷重を導出する、荷重導出工程と、を含むことを特徴とする。
ここで、「チャンバ」とは、タイヤ内面とリムホイールとの間の空間をいう。

本発明によれば、タイヤに実際に負荷された荷重を正確に把握することのできる荷重導出方法を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる荷重導出方法について説明するための、タイヤ・リム組立体の斜視断面図及び外部の機能部を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる荷重導出方法を示すフロー図である。 変位計による測定時間と測定された距離の関係を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に例示説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかる荷重導出方法について説明するためのタイヤ・リム組立体の斜視断面図及び外部の機能部を示す図である。本実施形態は、建設・鉱山車両用の空気入りタイヤ（以下、単にタイヤとも称する）に負荷された荷重を導出するのに適している。図１に示すように、このタイヤ・リム組立体１は、タイヤ２がリム３に組み付けられてなるものである。図示例では、リム３は、いわゆる分割リムであり、リム３は、タイヤ２に組みつけられた状態でタイヤ幅方向に延在するリムベース部３ａと、タイヤ２のビード部と接するリムフランジ部３ｂとを有している。リムベース部３ａのタイヤ幅方向の延在方向の一方側では、リムベース部３ａとリムフランジ部３ｂとが直接嵌合するように構成されている。その一方で、リムベース部３ａのタイヤ幅方向の延在方向の他方側では、リムフランジ部３ｂは、ビードシートバンド部３ｃと嵌合可能であるように形成されており、ビードシードバンド部３ｃとリムベース部３ａとが、ロックリング３ｄにより着脱可能であるように構成されている。

ここで、リム３のリムベース部３ａは、図１に示す例でタイヤ赤道面ＣＬの延長線上のタイヤ幅方向位置に１つの孔を有している。そして、変位計４は、この孔に取り付け板５を介して取り付けられることにより、リム３に取り付けられ固定されている。この変位計４は、この変位計４の位置からタイヤ内面まで（タイヤ内面にインナーライナーが貼り付けられている場合は、インナーライナーまで）の距離を測定可能なものである。変位計４は、光学変位計とすることが好ましく、レーザ変位計とすることが特に好ましい。簡易な手法により、上記の距離を測定することができるからである。なお、変位計４は、上記の距離を測定可能なものであれば良く、光学変位計のほか、接触式の変位計等、他の公知の変位計を用いることもできる。なお、図１においては、矢印で距離を測定する対象となるタイヤ内面の位置を示している。図１に示す例では、変位計４は、ビードシートバンド部３ｃとタイヤ幅方向にずれた位置に、かつ、周上の１箇所に取り付けられている。

図１に示す例では、変位計４は、リムベース部３ａの孔に取り付けられているが、変位計４をリムベース部３ａに載置して固定することもでき、この場合、リムベース部３ａは、変位計４を取り付けるための孔を有している必要はない。ここで、測定の対象となるタイヤ内面上の点は、タイヤ・リム組立体１の状態（規定内圧を充填し、無負荷とした状態）で、タイヤ赤道面ＣＬからタイヤ幅方向に接地幅の半幅の中点位置までのタイヤ幅方向範囲に対応する（該中点位置からタイヤ径方向内側に延ばした線上の）位置であることが好ましい（図１に示す例では、タイヤ赤道面ＣＬ直下のタイヤ内面上の点である）。変位計４から、ベルト層が位置するタイヤ幅方向範囲に対応するタイヤ幅方向位置でのタイヤ内面までの距離を測定することが好ましいからである。

ここで、「接地幅」とは、タイヤを適用リムに装着し、規定内圧を充填し、最大負荷荷重を負荷した際に路面と接触することとなる接地面のタイヤ幅方向外側端間のタイヤ幅方向の幅をいうものとする。そして、「適用リム」とは、タイヤが生産され、使用される地域に有効な産業規格であって、日本ではＪＡＴＭＡ（日本自動車タイヤ協会）のＹＥＡＲ ＢＯＯＫ、欧州ではＥＴＲＴＯ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｙｒｅ ａｎｄ Ｒｉｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｏｒｇａｎｉｓａｔｉｏｎ）のＳＴＡＮＤＡＲＤＳ ＭＡＮＵＡＬ、米国ではＴＲＡ（Ｔｈｅ Ｔｉｒｅ ａｎｄ Ｒｉｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．）のＹＥＡＲ ＢＯＯＫ等に記載されている、適用サイズにおける標準リム（ＥＴＲＴＯのＳＴＡＮＤＡＲＤＳ ＭＡＮＵＡＬではＭｅａｓｕｒｉｎｇ Ｒｉｍ、ＴＲＡのＹＥＡＲ ＢＯＯＫではＤｅｓｉｇｎ Ｒｉｍ）を指す。さらに、「規定内圧」とは、上記のＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ等に記載されている、適用サイズ・プライレーティングにおける最大負荷能力に対応する空気圧をいい、「最大負荷能力」とは、上記規格でタイヤに負荷されることが許容される最大の質量をいう。「最大負荷荷重」とは、この最大負荷能力に対応する荷重をいう。

また、図１に示すように、タイヤ・リム組立体１のチャンバ内（図示例では、タイヤのビード部内面）に、センサ６が取り付けられており、この例では、センサ６は、タイヤの内圧を連続的に測定することができる。センサ６は、チャンバ内の温度を測定しつつ、内圧を測定するものとすることが好ましい。

図２は、本発明の一実施形態にかかる荷重導出方法を示すフロー図である。本実施形態の荷重導出方法では、例えば、図１に示した構成のタイヤ・リム組立体１を用いて、リム３に取り付けた変位計４により、変位計４からタイヤ内面までの距離を測定する（距離測定工程：ステップＳ１０１）。ここで、当該距離は、変位計４からタイヤ内面の少なくとも１点までの距離を測定するだけでもよいが、変位計４からタイヤ内面のタイヤ周方向の２点以上、あるいは、ライン上の連続した複数の点までの距離を測定することが好ましい。タイヤに裂傷が生じたような場合にも、本発明の効果を得ることができるからである。なお、ステップＳ１０１は、リアルタイムで連続的に行うことが好ましい。一方で、ステップＳ１０１は、断続的に行っても良く、この場合、測定の対象となる点は変えないようにしておく。

また、本実施形態では、例えば図１に示した構成のタイヤ・リム組立体１を用いて、タイヤ２のチャンバ内に取り付けたセンサ６により、タイヤ２の内圧を測定する（内圧測定工程：ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１０２は、リアルタイムで連続的に行うことが好ましいが、断続的に行っても良い。ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１において上記距離を測定した時刻での内圧を測定することが好ましいが、例えば、ステップＳ１０２において測定した内圧のデータを補って、ステップＳ１０１で測定した距離に対応する内圧の情報を得ることができればよい。

次に、本実施形態では、例えば図１に示した構成のタイヤ・リム組立体１を用いて、変位計４により測定された上記距離及びセンサ６により測定された上記内圧に基づいて、走行中にタイヤに負荷された荷重を導出する（荷重導出工程：ステップＳ１０３）。

図３は、変位計による測定時間と測定された距離の関係を示す概略図である。図３に示すように、タイヤ内面上の特定の１点は、接地面内に位置するときに変位計からの距離が短くなる。従って、上記距離と走行中にタイヤに負荷された荷重とを関連付けることができる（すなわち、上記距離がより短くなった際により大きな荷重がタイヤに負荷されたものと関連付けることができる）が、タイヤの内圧の状態によって、その定量的な度合いが変化する。よって、本実施形態のように、測定された距離及び測定された内圧に基づくことにより、上記の荷重を正確に導出することができる。本実施形態では、測定された距離及び測定された内圧と、予め用意した、距離、内圧、及び荷重の関係を示す情報と、を例えばルックアップテーブル等として有しておき、その情報に基づいて荷重を導出することが好ましい。簡易な手法により荷重を導出することができるからである。ここで、変位計４及びセンサ６は、通信部を有し、当該通信部が、車両又は外部に測定した距離及び内圧の情報をそれぞれ送信し、上記測定された距離及び測定された内圧と、走行中にタイヤに負荷された荷重との関係を示す情報を有する外部の機能部１０の導出部１１により、荷重を導出することが好ましい。簡易な処理のみをタイヤ・リム組立体１内部の機能部に担わせることが好ましいからである。一方で、タイヤ・リム組立体１内にそのような導出部１１を有していても良い。

本実施形態の荷重導出方法により、荷重を導出した後、判定部１２により、導出された荷重に基づいてタイヤライフ予測を行うことができる（ステップＳ１０４）。タイヤの耐久性やタイヤの摩耗量は、タイヤに負荷される荷重に大きく依存するため、導出された荷重に基づいて、タイヤの耐久性やタイヤの摩耗量などを精度良く予測することができるからである。なお、判定部１２は、上記の導出部１１を有する機能部１０に備えられていることが好ましい。

本実施形態の荷重導出方法によれば、走行中に、例えば建設・鉱山車両用のタイヤに実際に負荷された荷重を正確に導出することができる。このため、例えば、導出された荷重に基づいて、タイヤの耐久性やタイヤの摩耗量などを精度良く予測するなどして、タイヤライフを正確に予測することができる。車両の掲載荷重を用いてタイヤライフ予測を行う場合に比べて、実際に負荷された荷重をもとにタイヤライフを予測することができるため、正確に予測を行うことができる。ユーザは、その予測結果に応じて、タイヤの使用条件を緩やかなものへ変更したり、タイヤを車両間で入れ替えたりするなどの管理を行うことができる。また、変位計４をタイヤ２に取り付ける場合には、変位計４自体もタイヤ２の変形による変位を受けるため上記距離を正確に測定することができなくなるが、それのみならず、タイヤ２への取り付けに際し、例えばインナーライナーのバフを行い、次いでクリーニングを行い、次いで未加硫ゴムでの接着を行うという手間がかかる。これに対し、本実施形態では、変位計４をリム３に取り付けているため、上記距離を正確に測定することができるだけでなく、上記のような手間をも省くことができる。さらに、変位計４は、リム３に取り付けているため、外部電源を用いることができ、バッテリーの寿命等によらずに、本実施形態の方法を使用し続けることができる。

本発明では、上記荷重は、タイヤ回転毎に導出されることが好ましい。図３を用いて説明したように、測定の対象となる点が接地面内に入り込む度、すなわちタイヤ回転毎に荷重を導出することができるため、タイヤ回転毎の荷重を導出して、そのデータを上述したようなタイヤライフに用いて、該予測を正確に行うことができるからである。

ここで、本発明では、測定された距離の時間的変化及び測定された内圧に基づいて、走行速度及び／又は走行加速度を算出する工程をさらに含むことが好ましい。図３に示すように、タイヤの１回転毎に測定距離が短くなる周期が出現するため、その時間的変化を把握することで走行速度及び／又は走行加速度を容易に求めることができる。そして、上記距離と上記走行速度及び／又は走行加速度との関係は、内圧によって変化するため、測定した内圧を加味した算出を行う。そして、導出した荷重に加えて、算出した走行速度及び／走行加速度を用いることにより、上述したようなタイヤライフの予測をより正確に行うことができるからである。また、上記と同様の理由により、本発明では、走行速度及び／又は走行加速度は、タイヤ回転毎に算出されることが好ましい。

ここで、タイヤライフ予測を行う工程（ステップＳ１０４）では、導出された荷重に基づいてタイヤの耐久性を評価することができる。また、タイヤライフ予測を行う工程（ステップＳ１０４）では、導出された荷重に基づいてタイヤの摩耗量を評価する工程を含むことができる。導出された荷重により、タイヤの耐久性やタイヤの摩耗量を評価することにより、これらを指標として、タイヤライフ予測を行うことができ、本発明の効果を有効に活用することができるからである。もちろん、タイヤの耐久性及びタイヤの摩耗量の両方を評価して、タイヤの耐久性とタイヤの摩耗量との両方をタイヤライフの指標として用いることもできる。

また、タイヤライフ予測を行う工程（ステップＳ１０４）は、導出された荷重に基づいて、タイヤ部材の変形をシミュレーションすることにより行うことができる。荷重とそれによるタイヤ部材の変形に基づいて、より正確にタイヤの耐久性を評価することができ、ひいてはタイヤライフを正確に予測することができるからである。上記のシミュレーションは、例えばＦＥＭ等を用いることができる。一方で、タイヤの摩耗量を評価する際には、荷重、走行速度、及び走行加速度を上述したように導出・算出することが好ましく、導出・算出したこれらの情報を用いることで、より正確にタイヤの摩耗量ひいてはタイヤライフを評価・予測することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の、荷重導出方法は、上記の実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記の本実施形態では、センサ６は、変位計４と別体としているが、変位計４にタイヤの内圧を測定する機能を持たせても良い。他にも種々の変形が可能である。

１：タイヤ・リム組立体、２：タイヤ、３：リム、３ａ：リムベース部、
３ｂ：リムフランジ部、３ｃ：ビードシートバンド部、３ｄ：ロックリング、４：変位計、５：取り付け板、６：センサ、１０：機能部、１１：導出部、１２：判定部

Claims (6)

1. タイヤライフ予測方法であって、
   リムに取り付けた変位計により、前記変位計からタイヤ内面までの距離を測定する、距離測定工程と、タイヤのチャンバ内に取り付けたセンサにより、タイヤの内圧を測定する、内圧測定工程と、導出部により、測定された前記距離及び測定された前記内圧に基づいて、走行中にタイヤに負荷された荷重を導出する、荷重導出工程と、を含む荷重導出方法により導出された前記荷重に基づいて、判定部によりタイヤライフ予測を行う、タイヤライフ予測工程を含むことを特徴とする、タイヤライフ予測方法。
2. 前記荷重は、タイヤ回転毎に導出される、請求項１に記載のタイヤライフ予測方法。
3. 前記荷重は、測定された前記距離及び測定された前記内圧と、予め用意した、距離、内圧、及び荷重の関係を示す情報と、に基づいて導出される、請求項１又は２に記載のタイヤライフ予測方法。
4. 前記変位計は、レーザ変位計である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のタイヤライフ予測方法。
5. 前記距離測定工程は、リアルタイムで連続的に行う、請求項１〜４のいずれか一項に記載のタイヤライフ予測方法。
6. 前記タイヤライフ予測工程は、摩耗量を評価する工程を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のタイヤライフ予測方法。

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