JPH06347316A - タイヤ輪荷重測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造が簡単で、低荷重から高荷重まで精度よ
くタイヤ輪荷重の分布状態を測定することができるタイ
ヤ輪荷重測定装置を得る。 【構成】 タイヤ輪荷重測定装置は、荷重測定装置１２
を含む。荷重測定装置１２は、センサ部１４と、段差の
あるセンサ部１４にタイヤを通過させるための側板１６
ａ，１６ｂを含む。センサ部１４には、複数の圧電素子
２２を直線状に配置する。圧電素子２２と平行して、２
つのコードスイッチ３８，４０を配置する。コードスイ
ッチ３８，４０をタイヤが通過することにより、車速を
検出する。検出した車速に応じて、一定の時間間隔で時
分割的に圧電素子２２の電荷を測定する。測定した電荷
をコントローラおよびパーソナルコンピュータで処理
し、タイヤの荷重分布を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はタイヤ輪荷重測定装置
に関し、特にたとえば走行中の車のタイヤ輪荷重分布を
測定するためのタイヤ輪荷重測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２はこの発明の背景となる従来のタ
イヤ輪荷重測定装置の一例を示す図解図である。タイヤ
輪荷重測定装置１は第１のゴムシート２を含み、第１の
ゴムシート２上のほぼ全面に複数の感圧素子３が配置さ
れる。感圧素子３は、たとえば円柱状の感圧導電ゴムの
両面に電極を形成したものである。さらに、複数の感圧
素子３の上面は、第２のゴムシート４で覆われる。

【０００３】感圧素子３にはたとえば定電流源が接続さ
れ、感圧素子３の両端の電圧が測定される。タイヤ輪荷
重測定装置１上を車が移動すると、感圧素子３にかかる
荷重に応じて感圧導電ゴムの抵抗値が変化する。したが
って、複数の感圧素子３の両端の電圧を測定することに
よって、タイヤ輪荷重の分布状態を測定することができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のタイヤ輪荷重測定装置では、ゴムシート上の
全面に感圧素子が配置されているため、多数の感圧素子
が必要であり、その構造が複雑になってしまう。また、
感圧素子には感圧導電ゴムが使用されているため、大き
い荷重に耐えられないという問題があった。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、構
造が簡単で、低荷重から高荷重まで精度よくタイヤ輪荷
重の分布状態を測定することができる、タイヤ輪荷重測
定装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、直線状に配
置される複数の圧電素子と、複数の圧電素子の一方側に
並んで形成される第１のコードスイッチおよび第２のコ
ードスイッチと、第１のコードスイッチと第２のコード
スイッチとの間をタイヤが通過したことを検知して車速
を測定するための車速検知手段と、車速検知手段によっ
て測定した車速に応じて一定の時間間隔で圧電素子の電
荷を測定することによって、タイヤの荷重分布を測定す
るための荷重測定手段とを含む、タイヤ輪荷重測定装置
である。

【０００７】

【作用】第１のコードスイッチと第２のコードスイッチ
とで車速が測定され、この車速に応じて一定の時間間隔
で圧電素子の電荷が測定される。したがって、車速に関
係なく決められたタイヤの移動距離ごとに圧電素子の電
荷が測定される。

【０００８】

【発明の効果】この発明によれば、決められたタイヤの
移動距離ごとに圧電素子の電荷が測定されるため、測定
されたデータを適当な出力装置を用いて出力すれば、正
確なタイヤ輪荷重の分布状態を把握することができる。
しかも、この発明のタイヤ輪荷重測定装置を用いれば、
車速に関係なく正確なタイヤ輪荷重の分布状態を測定す
ることができる。

【０００９】また、このタイヤ輪荷重測定装置では、直
線状に感圧素子としての圧電素子が配置されているた
め、従来のものに比べてその感圧素子の数を少なくする
ことができ、その構造を簡単にすることができる。しか
も、圧電素子は感圧導電ゴムに比べて大きい圧力に耐え
ることができるため、低荷重から高荷重まで精度よくタ
イヤ輪荷重の分布状態を測定することができる。

【００１０】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１１】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す図解図であ
る。タイヤ輪荷重測定装置１０は荷重測定装置１２を含
む。荷重測定装置１２は、センサ部１４と２つの側板１
６ａ，１６ｂとを含む。センサ部１４は、図２に示すよ
うに、たとえば硬質ゴムなどで形成されるケース部材１
８を含む。ケース部材１８は、その内部に収納部を有す
る箱状に形成される。

【００１２】ケース部材１８の内部には、たとえばステ
ンレス鋼などで形成されたプレート２０が嵌め込まれ
る。プレート２０上には、図３および図４に示すよう
に、複数の圧電素子２２が直線状に配置される。この実
施例では、６４個の圧電素子２２が直線状に配置されて
いる。圧電素子２２は、図５に示すように、たとえばリ
ング状の圧電セラミック２４を含み、圧電セラミック２
４の両面に電極２６，２８が形成される。電極２８の下
面には絶縁セラミック３０が敷かれ、この絶縁セラミッ
ク３０はアルミニウムボックス３２内に収納される。

【００１３】さらに、電極２６の上面には、圧電セラミ
ック２４に圧力を伝えるための押圧部材３４が載せられ
る。押圧部材３４は、たとえばステンレス鋼などで形成
される。この押圧部材３４は、その下部３４ａが圧電セ
ラミック２４と同じ断面を有するリング状に形成され、
その上部３４ｂは圧電セラミック２４より大きい外周お
よび内周を有するリング状に形成される。そして、圧電
セラミック２４，絶縁セラミック３０，アルミニウムボ
ックス３２および押圧部材３４が、ボルト３６によって
プレート２０に固定される。このとき、押圧部材３４の
上部３４ｂとアルミニウムボックス３２の上端との間に
は、間隙ｔ₁ が形成される。また、押圧部材３４の上面
とボルト３６の上面との間にも、間隙ｔ₂ が形成され
る。これらの間隙ｔ₁ ，ｔ₂ が形成されることによっ
て、押圧部材３４にかかる荷重が圧電セラミック２４に
伝えられる。

【００１４】複数の圧電素子２２の一方側には、第１の
コードスイッチ３８および第２のコードスイッチ４０が
並んで配置される。第１のコードスイッチ３８および第
２のコードスイッチ４０は、長尺状に形成され、その長
手方向の一部分を押圧することによってオン状態となる
スイッチである。これらの第１のコードスイッチ３８お
よび第２のコードスイッチ４０は、複数の圧電素子２２
の配置された方向に平行になるように配置される。

【００１５】圧電素子２２，第１のコードスイッチ３８
および第２のコードスイッチ４０の両側には、たとえば
ステンレス鋼で形成された補強部材４２ａ，４２ｂ，４
２ｃ，４２ｄが、ボルト４４によってプレート２０に固
定される。これらの補強部材４２ａ〜４２ｄは、圧電素
子２２やコードスイッチ３８，４０に平行するように配
置され、圧電素子２２の両側の補強部材４２ｃ，４２ｄ
には空間部４６が形成される。この空間部４６には、圧
電素子２２に接続されるコードが納められる。

【００１６】さらに、圧電素子２２，２つのコードスイ
ッチ３８，４０の上面は、硬質ゴムなどで形成された蓋
部材４８で覆われる。蓋部材４８は、ケース部材１８に
被せるように取り付けられ、雨などが入りにくい構造に
される。

【００１７】側板１６ａ，１６ｂは、センサ部１４の両
側に配置される。これらの側板１６ａ，１６ｂはたとえ
ばステンレス鋼などで形成され、タイヤ輪荷重測定装置
１０が設置された道路面からセンサ部１４の高さまで徐
々にその高さが変わるように、傾斜面が形成される。し
たがって、この側板１６ａ，１６ｂを用いることによっ
て、走行中の車を段差部を通らずにセンサ部１４に導く
ことができる。

【００１８】さらに、タイヤ輪荷重測定装置１０はコン
トローラ１００を含む。コントローラ１００は、図６に
示すように、圧電素子２２の電荷を測定するための電荷
検出器１０２を含み、この電荷検出器１０２に圧電素子
２２が接続される。この電荷検出器１０２では、圧電素
子２２の電荷が、圧電素子２２にかかる荷重に比例した
電圧に変換される。これらの電荷検出器１０２は、複数
の圧電素子２２の電荷を時分割的に測定するためのマル
チプレクサ１０４に接続される。これらの圧電素子２
２，電荷検出器１０２，マルチプレクサ１０４などによ
って荷重測定手段が構成される。

【００１９】マルチプレクサ１０４の出力は、Ａ／Ｄコ
ンバータ１０６に入力され、ここでデジタル信号に変換
されたのち、データバス１０８を介してメモリ１１０に
記憶される。メモリ１１０に記憶されたデータは、デー
タバス１０８およびデータバスインタフェイス１１２を
介して、パーソナルコンピュータ２００に送られる。

【００２０】さらに、センサ部１４には必要に応じてサ
ーミスタ５０が取り付けられ、コントローラ１００内の
サーミスタ増幅器１１４に接続される。このサーミスタ
増幅器１１４も、電荷検出器１０２と同様にマルチプレ
クサ１０４に接続される。このサーミスタ４８によっ
て、圧電素子２２の出力の温度補正が行われる。

【００２１】第１のコードスイッチ３８および第２のコ
ードスイッチ４０は、コードスイッチ変換器１１６に接
続される。コードスイッチ変換器１１６は、たとえば２
つのコードスイッチ３８，４０がオン状態となったとき
にＨ信号を出力し、オフ状態となったときにＬ信号を出
力する。このコードスイッチ変換器１１６の出力信号
は、ロジックコントローラ１１８に入力される。ロジッ
クコントローラ１１８では、コードスイッチ変換器１１
６からの信号に応じてクロック信号が発生し、このクロ
ック信号を基にしてタイヤ輪荷重測定装置１０の動作が
制御される。これらの第１のコードスイッチ３８，第２
のコードスイッチ４０，コードスイッチ変換器１１６，
ロジックコントローラ１１８などによって車速検知手段
が構成される。

【００２２】圧電素子２２の電荷は、ロジックコントロ
ーラ１１８で制御されて検出されるが、このときアドレ
スバス１２０からの信号によって、Ａ／Ｄコンバータ１
０６からの出力がメモリ１１０の指定されたアドレスに
記憶される。このアドレスバス１２０は、アドレスバス
インタフェイス１２２を介してパーソナルコンピュータ
２００に接続される。さらに、コントローラ１００はコ
ントロール信号インタフェイス１２４を含み、このコン
トロール信号インタフェイス１２４でパーソナルコンピ
ュータ２００と制御信号の受渡しをする。

【００２３】データバスインタフェイス１１２，アドレ
スバスインタフェイス１２２およびコントロール信号イ
ンタフェイス１２４は、パーソナルコンピュータ２００
に付加されたＩ／Ｏインタフェイス２０２に接続され
る。このＩ／Ｏインタフェイス２０２によって、コント
ロール部１００とパーソナルコンピュータ２００とが接
続される。さらに、パーソナルコンピュータ２００に
は、ＣＲＴ２０４，キーボード２０６，プリンタ２０
８，外部記憶装置２１０などが接続される。

【００２４】図７は圧電素子２２の電荷を測定するとき
のタイムチャート図である。パーソナルコンピュータ２
００からコントロール信号インタフェイス１２４に測定
開始信号が与えられると、コントローラ１００は測定準
備状態になる。ここで、自動車のタイヤがタイヤ輪荷重
測定装置１０の荷重測定装置１２に進入してきて、第１
のコードスイッチ３８を踏むと、ロジックコントローラ
１１８では定クロックで計数が開始される。この計数
は、ロジックコントローラ１１８内の車速カウンタを０
からアップすることによって行われる。

【００２５】さらにタイヤが進み、タイヤが第２のコー
ドスイッチ４０を踏むと、車速カウンタの計数が停止す
る。そして、この時点で車速カウンタの値が確定し、確
定した値がロジックコントローラ１１８内に保持され
る。ここで、第１のコードスイッチ３８と第２のコード
スイッチ４０との間隔をたとえば１ｃｍに設定しておけ
ば、この間隔と車速カウンタの値とから車速を測定する
ことができ、またタイヤが１ｃｍ進むのに必要な時間が
測定される。

【００２６】この場合、車速カウンタの値に定数をかけ
ることによって、第１のコードスイッチ３８と第２のコ
ードスイッチ４０との間のタイヤの通過時間を測定する
ことができる。さらに、次式から車の速度を知ることが
できる。 速度（ｋｍ／ｈ）＝（１／通過時間（ｓｅｃ））×（１
／１０⁵ ）×３６００

【００２７】車速カウンタの値を利用して、車輪間カウ
ンタが働き、連続して通過するタイヤ間の距離が測定さ
れる。これは、連続して通過するタイヤの時間差と車速
カウンタで測定した値とから車輪間距離が測定される。
この車輪間カウンタは、車速カウンタやタイヤの圧力分
布データなどを利用して、車輪ごとにタイヤデータを区
分する際に利用される。

【００２８】確定した車速カウンタの値は、ロジックコ
ントローラ１１８内の別の減算カウンタに転送され、こ
こで減算カウントされる。この減算カウンタが０になっ
たとき、ロジックコントローラ１１８内の測定インター
バルクロックが一定時間Ｈ状態となる。測定インターバ
ルクロックは、圧電素子２２の電荷を測定する指令を与
えるためのものである。減算カウンタが０になると同時
に、保持された車速カウンタの値が再び減算カウンタに
転送され、同様に減算カウントされる。そして、減算カ
ウンタが０になったとき、測定インターバルクロックが
一定時間Ｈ状態となる。したがって、タイヤが第１のコ
ードスイッチ３８を踏んでから第２のコードスイッチ４
０を踏むまでの時間をＴ_i とすると、Ｔ_i ごとに測定イ
ンターバルクロックがＨ状態となる。

【００２９】ただし、圧電素子２２の電荷の測定は、第
２のコードスイッチ４０上をタイヤが通過したのち、一
定の間行われない。これは、第２のコードスイッチ４０
と圧電素子２２との間にタイヤがあるときに、空走距離
として、圧電素子２２の電荷を測定しないようにするた
めである。この空走距離は、測定インターバルクロック
を一定時間空カウントすることによって設定される。

【００３０】タイヤが空走距離を通過したのち測定イン
ターバルクロックがアクティブ状態になると、圧電素子
２２の電荷が順次測定される。この実施例では、圧電素
子２２が３２個ずつコントロールされている。したがっ
て、図７に示すように、１番目から３２番目までの圧電
素子２２の電荷が順次測定され、それと同時に３３番目
から６４番目までの圧電素子２２の電荷が順次測定され
る。この圧電素子２２の電荷の測定は、測定インターバ
ルクロックの信号が発生してから次の信号が発生するま
での間に完了する。

【００３１】圧電素子２２の電荷が測定されている間、
データサンプリング中信号が発生する。この信号は、圧
電素子２２の電荷を測定中にＨ状態になる信号であり、
Ｈ状態からＬ状態に変わるエッジで割り込みをかけるこ
とができる。したがって、１つのタイヤに関するデータ
を測定するごとに、パーソナルコンピュータ２００にデ
ータを読み取ることができる。

【００３２】圧電素子２２に発生する電荷は、圧電素子
２２に与えられた荷重に比例する。この圧電素子２２に
発生する電荷Ｑ（ｃ）と圧電素子２２に与えられる荷重
Ｆ（ｋｇ）とのとの関係は、次式で表される。 Ｑ＝９．８×ｄ×Ｆ ただし、ｄ（ｃ／Ｎ）は圧電定数である。

【００３３】電荷検出器１０２では、Ｖ＝ｋ₁ Ｑで表さ
れる圧電素子２２の電荷に比例した電圧Ｖが発生する。
ここで、ｋ₁ は比例定数である。ただし、電荷検出部１
０２は空走距離の間はリセット状態にされ、空走距離終
了後に電荷検出部１０２に電圧が発生する。そして、電
荷検出部１０２の出力は、Ａ／Ｄコンバータ１０６で８
ビットのデータに変換され、メモリ１１０に記憶され
る。

【００３４】図８は３２個の圧電素子２２のデータを記
憶するためのデータメモリマップである。この実施例で
は、１番目から３２番目、または３３番目から６４番目
までの３２個の圧電素子２２のデータを１つのラスタと
し、それぞれ８ビットのユニポーラバイナリとして連続
して記憶される。タイヤがセンサ部１４上を通過し始め
て、最初の１列データがラスタ１となり、タイヤが規定
量（この実施例では１ｃｍ）進んだところで、２回目の
圧電素子２２の１列データがラスタ２のデータとして記
憶される。このようにして、圧電素子２２のデータが順
次読み取られ、ラスタ１からラスタ４４まで記憶され
る。したがって、この実施例では、タイヤの４３ｃｍ分
のデータが１ｃｍごとに記憶される。

【００３５】ラスタ４５は、車速カウンタと車輪間カウ
ンタであり、ラスタ４６〜ラスタ６４はメモリの予備で
あって、この実施例では使用していない。なお、タイヤ
の測定距離の変更は、圧力分布データを記憶するラスタ
数の変更により可能である。

【００３６】タイヤ１輪分のデータはバンクとされ、バ
ンク１からバンク３２まで合計３２輪分のデータを記憶
することができる。バンクの概念としては、図９に示す
ように、バンク１からバンク３２までリング状に順次書
き込まれる。そして、図１０に示すように、１つのバン
ク書込み終了ごとにタイヤカウンタが更新される。さら
に、キャリフラグとして使用されるカウンタは、タイヤ
カウンタが３１から０に移るごとにＨ，Ｌ，Ｈを繰り返
し、メモリのバンクが最初のバンク１に戻ったことが検
出される。したがって、キャリフラグとタイヤカウンタ
とで、メモリのどの位置にデータが記憶されているかを
知ることができる。データの内容は、バンク１からバン
ク３２まで１回転すると、再びバンク１にオーバーライ
トされるので、その間にパーソナルコンピュータ２００
に読み込まれる。この読み込みは、たとえばデータサン
プリング中信号がＨ状態からＬ状態に変わるエッジで割
り込みをかけることによって行われる。タイヤに関する
データは、パーソナルコンピュータ２００で処理され、
たとえば図１１に示すように、タイヤ輪荷重の圧力分布
状態を視覚的に表示することができる。

【００３７】なお、圧電素子２２にかかる荷重が蓋部材
４６から他の部分に漏れることによる測定誤差は、パー
ソナルコンピュータ２００のソフトウェアによって更生
することができる。この場合、各圧電素子２２にかかる
実際の荷重と各圧電素子２２の出力とを予め測定してお
き、そのデータをパーソナルコンピュータ２００にイン
プットして更生すればよい。また、各圧電素子２２の温
度による出力誤差については、サーミスタ５０によって
測定された温度によって更生することができる。つま
り、各圧電素子２２について、その出力の温度係数を予
め測定しておき、そのデータをパーソナルコンピュータ
２００にインプットして更生すればよい。

【００３８】このように、このタイヤ輪荷重測定装置１
０では、圧電素子２２の配置が直線状であり、従来のも
のに比べて、センサ部１４の構造が簡単である。また、
圧電素子２２は、従来の感圧導電ゴムを用いたものに比
べて、大きな荷重に耐えることができ、低荷重から高荷
重まで精度よくタイヤ輪荷重の分布状態を測定すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。

【図２】図１に示すタイヤ輪荷重測定装置のセンサ部の
内部を正面からみた図解図である。

【図３】図１に示すタイヤ輪荷重測定装置の荷重測定装
置内部を示す平面図である。

【図４】図３に示す荷重測定装置のセンサ部内部の要部
を示す平面図である。

【図５】図１に示すタイヤ輪荷重測定装置のセンサ部の
内部を側面からみた図解図である。

【図６】図１に示すタイヤ輪荷重測定装置のブロック図
である。

【図７】この発明のタイヤ輪荷重測定装置を用いてタイ
ヤの荷重を測定するときのタイムチャート図である。

【図８】この発明のタイヤ輪荷重測定装置を用いて測定
したタイヤに関するデータをメモリに記憶するときのデ
ータメモリマップである。

【図９】図８に示すメモリバンクの書き込み状態を示す
概念図である。

【図１０】メモリバンクとタイヤカウンタとキャリフラ
グとの関係を示すタイミング図である。

【図１１】この発明のタイヤ輪荷重測定装置を用いて測
定したタイヤ輪荷重の分布状態を表示した例を示す図で
ある。

【図１２】この発明の背景となる従来のタイヤ輪荷重測
定装置の一例を示す図解図である。

【符号の説明】

１０ タイヤ輪荷重測定装置 １２ 荷重測定装置 １４ センサ部 ２２ 圧電素子 ３８ 第１のコードスイッチ ４０ 第２のコードスイツチ １００ コントロール部 １０２ 電荷検出器 １０４ マルチプレクサ １０６ Ａ／Ｄコンバータ １１０ メモリ １１６ コードスイッチ変換器 １１８ ロジックコントローラ ２００ パーソナルコンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多 保 田 純 京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 牧 野 士 朗 京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線状に配置される複数の圧電素子、 前記複数の圧電素子の一方側に並んで形成される第１の
   コードスイッチおよび第２のコードスイッチ、 前記第１のコードスイッチと前記第２のコードスイッチ
   との間をタイヤが通過したことを検知して車速を測定す
   るための車速検知手段、および前記車速検知手段によっ
   て測定した車速に応じて一定の時間間隔で前記圧電素子
   の電荷を測定することによって、タイヤの荷重分布を測
   定するための荷重測定手段を含む、タイヤ輪荷重測定装
   置。