JPWO2009008502A1 - タイヤ摩耗推定方法 - Google Patents

Abstract

タイヤの摩耗度合いを安定してかつ精度よく推定するために、タイヤのインナーライナー部の内面側に加速度センサ１１を設けてトレッドのタイヤ径方向の加速度を検出し、この検出した加速度の微分波形に現れるトレッドの踏み込み端側のピークレベル、あるいは、蹴り出し端側のピークレベルを算出してこれを当該タイヤのトレッドの変形速度の指標Ｖとし、この算出された変形速度の指標Ｖと、予め求めておいたタイヤ摩耗の度合Ｍと変形速度の指標Ｖとの関係を示すＭ−Ｖマップ１６Ｂとに基づいて当該タイヤの摩耗の度合を推定するようにした。

Description

本発明は、タイヤの摩耗の度合いを推定する方法に関するものである。

一般に、タイヤが摩耗すると排水性能が低下し、湿潤路面での制動距離が長くなる。また、スタッドレスタイヤでは、摩耗により氷雪路面上のグリップ性能が大きく低下する。更に、過度の摩耗は、トレッドベルトへ水が浸入しタイヤの破壊を引き起こすこともあるので、非常に危険である。小型乗用車の場合、タイヤの残溝量が１．６ｍｍになるとスリップサインと呼ばれるゴムの突起が溝部に現れるようになっている。車両の走行安全性を考えると、上記スリップサインの出現より前にタイヤは交換されるべきであるが、こういったメンテナンスに無関心な運転者も少なくないのが現状である。
そこで、運転者への警告のため、タイヤの摩耗を自動的に検出する技術が求められている。また、車両制御の面からも、摩耗によるタイヤ特性の変化を把握し、より安全な制御を実現することが期待されている。
タイヤの摩耗を推定する方法としては、従来、ＧＰＳや光学センサなどにより車両の絶対速度を算出してこれを車輪回転速度と比較することによりタイヤ動半径を算出し、このタイヤ動半径と新品時のタイヤ半径の差からタイヤ摩耗量を求める方法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
しかし、完全に摩耗したタイヤであっても、その回転数と新品タイヤの回転数との差は高々１％程度であるため、上記タイヤ半径の差からタイヤ摩耗量を求めるためには、高い精度の計測が必要なだけでなく、実際の走行においては、旋回時の内外輪誤差や、制駆動時の加速度スリップによる誤差、勾配に伴う誤差などを含むため、安定して精度の良い推定を実現することが困難であった。
一方、タイヤトレッドにトランスポンダやＩＣタグなどを埋め込んでおき、車体側に受信機を配置して、上記トランスポンダやＩＣタグが摩耗により破壊したり脱落したりして応答がなくなることにより、タイヤの摩耗を推定する方法（例えば、特許文献３〜５参照）や、タイヤトレッドに磁性材料や導電ゴムから成る検知体を埋め込んでおき、車体側にセンサを配置して、タイヤの摩耗により上記検知体が摩耗してセンサの検出信号が変化することを検知してタイヤの摩耗を推定する方法が提案されている（例えば、特許文献６，７参照）。
特開平６−２７８４１９号公報 特開平７−１６４８３０号公報 特開平１０−３０７９８１号公報 特開２００４−２０５４３７号公報 ＵＳ２００２/０１１６９９２Ａ１ 特開２００３−２１４８０８号公報 特開２００５−２８９５０号公報

しかしながら、タイヤトレッドにトランスポンダやＩＣタグ、あるいは、磁性材料や導電ゴムなどを埋め込む方法では、摩耗が進展すると検知体やセンサが接地面に露出するため、タイヤの耐久性への悪影響が懸念されるだけでなく、トレッドゴムとは異なる物性のゴムがタイヤトレッド表面に露出した場合には、タイヤのグリップ力が低下してしまうといった問題があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、センサ及びタイヤの耐久性に優れるとともに、タイヤの摩耗度合を安定してかつ精度よく推定することのできる方法を提供することを目的とする。

図１８は、タイヤに荷重を加えて撓ませたときのタイヤの外形を示す模式図である。タイヤに荷重を加えると、タイヤが路面に接している部分（接地面）がタイヤ中心方向に押し込められ、その周辺は、同図の一点鎖線で示す初期プロファイルから外側に膨れる変形をする。ここで、接地面外においてタイヤ１が最も外側へ膨れる点を膨出点と定義し、タイヤ１の接地面の端部を接地端と定義する。また、接地端部は、上記接地端とその周辺（接地端の前後）を指す。
本発明者は新品のタイヤと摩耗したタイヤの変形の違いを検討した結果、同じ撓み量を与えた場合には、摩耗したタイヤでは踏み込み端や蹴り出し端などの接地端部の変形速度が大きく、また、上記膨出点の変形量が新品のタイヤよりも大きいことがわかった。この理由は、摩耗したタイヤはトレッドゴムが少ないため、トレッドの面外曲げ変形剛性が低くなっていることが影響していると考えられる。そこで、本発明者らは、上記接地端部の変形速度の情報もしくは変形量の情報を用い、また、解析方法を工夫することにより、タイヤの使用条件やタイヤの摩耗形態が異なった場合でも、タイヤの摩耗を精度よく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、本願の請求項１に記載の発明は、タイヤの摩耗を推定する方法であって、トレッドのタイヤ接地端部におけるタイヤ径方向の変形速度の情報、もしくは、タイヤ膨出点におけるタイヤ径方向の変形量の情報を用いて当該タイヤの摩耗の度合いを推定することを特徴とするものである。これにより、例えば、センター部に対してショルダー部の方が摩耗気味であるなど、タイヤの摩耗形態が異なった場合や、荷重などのタイヤの使用条件が変わる場合でも、タイヤの摩耗を精度よく推定することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤ摩耗推定方法において、タイヤのインナーライナー部に配置されたセンサからの入力情報に基づいて、トレッドのタイヤ接地端部におけるタイヤ径方向の変形速度の指標を算出し、この算出された指標の大きさをタイヤ接地端部における変形速度の情報とすることを特徴とするものである。タイヤ接地端部における変形速度の情報を得るためのセンサを配置する場所としては、タイヤトレッド部、サイド部、ホイール部が考えられるが、様々な条件下で安定的に変形速度の情報を検出し得るのはタイヤトレッド部に限定される。すなわち、トレッドの変形を直接的に計測し、その信号からタイヤ径方向の変形速度の指標を算出することにより、タイヤの摩耗の度合いを精度よく推定することができる。なお、変形速度の指標とは、変形速度、あるいは、変形速度を代用する量を指す。また、上記センサの取付け位置としては、耐久性の観点からは、タイヤのインナーライナー部が好ましく、また、データの安定性の観点からは、タイヤ断面幅方向中心に取り付けることが好ましい。センサをインナーライナー部に配置することにより、タイヤトレッドにトランスポンダやＩＣタグなどを埋め込んだ従来例に比較して、センサ及びタイヤの耐久性を大幅に向上させることができる。なお、インナーライナー部とは、インナーライナーの表面（タイヤ内面）、あるいは、インナーライナーゴムの内部、もしくは、インナーライナーのプライトリートとの境界面をいう。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記センサを加速度センサとするとともに、この加速度センサで検出されたタイヤトレッド部の径方向加速度の時系列波形を用いて、上記変形速度の指標を算出するようにしたものである。加速度センサは応答性が高いセンサであり、これをタイヤトレッド部の径方向の加速度を検出するように配置することにより、トレッドの変形速度を時間遅れなく精度よく検出することができるので、タイヤの摩耗の度合を精度よく推定することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記タイヤ径方向加速度の時系列波形を時間微分して得られる時間微分波形のピークの大きさである微分ピーク値、上記ピーク周辺の微分値の平均値、または、上記ピークの位置を上記タイヤトレッドの接地端としたときの、上記タイヤ径方向加速度の時系列波形の上記接地端もしくは接地端近傍の傾きを算出し、これらのいずれかを上記変形速度の指標としたものである。すなわち、タイヤ径方向加速度の時系列波形は、歪波形やＦＥＭの計算結果との対比から、タイヤトレッドが径方向に受けている力に応じて発生しており、若干の位相差はあるが、径方向の変形量を代用する値である。したがって、上記時系列波形の微分値が変形速度の指標を表わし、また、ピーク位置は接地端に対応するので、上記時間微分波形のピークの大きさである微分ピーク値、上記ピーク周辺の微分値の平均値、もしくは、上記ピークの位置を上記タイヤの接地端としたときの、上記タイヤ径方向加速度波形の上記接地端もしくは接地端近傍の傾きを上記変形速度の指標とすれば、上記変形速度の指標の計測精度を向上させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項２〜請求項４のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法において、当該タイヤの摩耗の度合いを推定する変形速度の指標を、接地面の踏み込み端または踏み込み端の近傍における変形速度の指標と、接地面の蹴り出し端または蹴り出し端の近傍における変形速度の指標との平均値としたものである。これにより、タイヤに入力する前後力やタイヤの姿勢角の影響を受けにくくなるので、摩耗の度合いをより安定して推定することができる。なお、変形速度の符号が踏み込み端側と蹴り出し端側で正負逆になるので、上記平均値として単純平均を用いる場合には、絶対値の平均をとる必要がある。また、上記平均値を算出する方法としては上記単純平均に限定されるものではなく、２乗平均根を用いるなど他の方法を用いてもよい。

請求項６に記載の発明は、請求項３〜請求項５のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記加速度センサで検出されたタイヤトレッド部の径方向加速度の時系列波形を用いて、タイヤトレッドの接地端または上記接地端の近傍のタイヤ径方向の変形速度の指標を計測し、この計測された変形速度の指標を、当該タイヤの回転時間の情報、もしくは、当該タイヤの回転速度の情報に基づいて基準化し、上記基準化された変形速度の指標の大きさから当該タイヤの摩耗の度合いを推定することを特徴とするものである。加速度センサを用いて計測した変形速度の指標はタイヤの回転速度によって変動する。そこで、タイヤの摩耗状態の推定メジャーとして加速度センサで計測したトレッド変形速度の指標を用いるとともに、上記変形速度の指標を当該タイヤの回転時間の情報、もしくは、当該タイヤの回転速度の情報に基づいて基準化して、上記タイヤ回転速度の影響をとり除くようにすれば、タイヤの摩耗状態を安定的に推定することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記計測された変形速度の指標に当該タイヤの回転時間の３乗値を乗算して上記変形速度の指標を基準化するようにしたものである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記計測された変形速度の指標を当該タイヤの回転速度の３乗値で除算して上記変形速度の指標を基準化するようにしたものである。
上記加速度センサに入力する加速度は遠心力、すなわち、回転速度の２乗に比例する。また、上記の請求項４の説明で述べたように、トレッド径方向の変形速度とは上記加速度を時間で除した値であり、接地端の変形に要する時間は回転速度に反比例するので、変形速度は回転速度の３乗に比例する。したがって、請求項７に記載の発明のように、変形速度に回転時間の３乗値を乗ずるか、あるいは、請求項８に記載の発明のように、変形速度を回転速度の３乗値で除するかして、上記変形速度の指標を基準化してやれば、速度が変化した場合でも上記基準化した変形速度は一定になるので、タイヤの摩耗状態の推定精度を更に向上させることができる。

また、請求項９に記載の発明は、請求項６〜請求項８のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記タイヤの回転時間または回転速度を、上記加速度センサから出力される信号を用いて算出するようにしたものである。
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記加速度センサから出力される加速度の時系列波形、または、上記加速度の時系列波形の時間微分波形または時間積分波形に出現するピークが発生した時間から、タイヤが１回転した後に同じ位置にピークが発生するまでの時間を計測し、この計測された時間を当該タイヤの回転時間としたものである。
請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載のタイヤ摩耗推定方法において、荷重負荷状態でタイヤが１回転する長さである回転長さ係数を上記回転時間で除算した値を当該タイヤの回転速度としたものである。
このように、上記タイヤの回転時間または回転速度を、上記加速度センサから出力される信号を用いて算出するようにすれば、車輪速センサなどの回転センサを用いる必要がないので、装置を小型化することができる。また、２つのセンサの出力を同期させるなどの信号処理も不要となるので、信号処理回路も簡素化できる。
請求項１２に記載の発明は、請求項２〜請求項１１のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記変形速度の指標とタイヤの摩耗の度合いとの関係を予め求めておき、この予め求めておいた変形速度の指標とタイヤの摩耗の度合いとの関係と、上記算出された変形速度の指標とを比較して当該タイヤの摩耗の度合いを推定することを特徴とするもので、これにより、タイヤの摩耗の度合いを更に精度よく推定することができる。ここで、上記変形速度の指標とタイヤの摩耗の度合いとの関係に用いられる変形速度の指標とは、指標の大きさであってもよいし、指標の使用初期からの大きさの変化量であってもよい。タイヤの製造要因やセンサの取付け要因により、新品時の指標の大きさは変化する可能性がある。その場合、使用初期の指標値を計測し記憶しておき、その初期値から変化量を算出し、上記関係と比較することにより、推定安定性を向上させることができる。

請求項１３に記載の発明は、荷重や摩耗形状がタイヤの摩耗度合いの推定精度に与える影響を少なくするため、請求項６〜請求項１２のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法において、荷重と相関が高くかつタイヤの摩耗形状とも関係が深い、当該タイヤの接地長の指標を計測し、上記計測された接地長の指標と上記基準化した変形速度の指標とに基づいて当該タイヤの摩耗の度合いを推定するようにしたので、タイヤに作用する荷重が変化した場合や、ショルダー落ちやセンター摩耗といった摩耗形状が異なる場合でも、タイヤの摩耗の度合いを精度よく推定することができる。
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載のタイヤ摩耗推定方法において、タイヤの摩耗の度合いに応じた基準化した変形速度の指標と接地長の指標との関係を予め求めておき、上記基準化した変形速度の指標と、上記計測された接地長の指標と、上記予め求めておいた上記基準化した変形速度の指標と接地長の指標との関係とを比較して、当該タイヤの摩耗の度合いを推定するようにしたものである。すなわち、基準化した変形速度の指標と接地長の指標との関係を、摩耗の度合いごとにグラフ化するなどして、タイヤの摩耗の度合いに応じた基準化した変形速度の指標と接地長の指標との関係を予め求めておき、上記基準化した変形速度の指標と上記計測された接地長の指標とが、上記グラフのどの摩耗度合いのラインに乗るかを調べるなどして、上記基準化した変形速度の指標と上記計測された接地長の指標とを、予め求めておいた基準化した変形速度の指標と接地長の指標との関係と比較して当該タイヤの摩耗の度合いを推定するようにすれば、当該タイヤの摩耗の度合いを更に精度よく推定することができる。また、請求項１２の説明にも記載したように、変形速度の指標は、その大きさ、あるいは、使用初期からの変化量を指す。
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記計測された接地長の指標と上記基準化した変形速度の指標との相関式を求め、この相関式の係数の大きさに基づいて当該タイヤの摩耗の度合いを推定するようにしたものである。上記相関式は、例えば、一次近似であれば、Ｙ＝ａＸ＋ｂ（Ｘ；接地長の指標、Ｙ；基準化した変形速度の指標、ａ，ｂ；定数）とし、上記定数ａの値を固定値とし、ｂの値の大きさで摩耗の度合いを推定するなどすればよい。あるいは、ｂの値など、係数の大きさの使用初期からの変化量に基づいて摩耗の度合いを推定してもよい。なお、相関式は、上記のような一次近似である必要はないので、予め基準化した変形速度の指標と接地長の指標との関係を求めておき、この関係を表すのに適していると考えられる近似式を選択すればよい。

請求項１６に記載の発明は、請求項１３〜請求項１５のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記接地長の指標を、トレッドのある部分が路面と接触している時間である接地時間としたものである。
請求項１７に記載の発明は、請求項１３〜請求項１５のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記接地長の指標を、トレッドのある部分が路面と接触している時間である接地時間を回転時間で除算した接地時間比としたものである。この値は、接地長を１周長さで除算した比の値にほぼ等しい。
請求項１８に記載の発明は、請求項１３〜請求項１５のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記接地長の指標を、接地面のタイヤ周方向長さとしたものである。
請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載のタイヤ摩耗推定方法において、トレッドのある部分が路面と接触している時間である接地時間に回転速度を乗算した値を上記接地面のタイヤ周方向長さとしたものである。
このように、上記接地長の指標として、トレッドのある部分が路面と接触している時間である接地時間、上記接地時間を回転時間で除算した接地時間比、あるいは、接地面のタイヤ周方向長さを用いれば、荷重及びタイヤの摩耗形状の推定に対する影響を少なくすることができ、タイヤの摩耗の度合いを確実に推定することができる。また、上記接地面のタイヤ周方向長さをトレッドのある部分が路面と接触している時間である接地時間に回転速度を乗算した値とすれば、上記接地面のタイヤ周方向長さを精度良く求めることができる。

請求項２０に記載の発明は、請求項１３〜請求項１９のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記加速度センサから出力される信号を用いて上記接地長の指標を算出するようにしたので装置を簡素化できる。
請求項２１に記載の発明は、請求項２０に記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記加速度センサによりタイヤ径方向加速度を検出するとともに、上記検出されたタイヤ径方向加速度の時系列波形を時間微分して得られる時間微分波形の２つのピーク間の時間を計測してこれを接地時間とし、このように計測された接地時間を用いて接地長の指標を算出するようにしたもので、これにより、上記接地時間を用いて算出する接地長の指標の精度を更に向上させることができる。

請求項２２に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤ摩耗推定方法において、タイヤトレッド部に配置されたセンサからの入力情報に基づいて、トレッドのタイヤ膨出点におけるタイヤ径方向の変形量の指標を算出し、この算出された指標の大きさをタイヤ膨出点における変形量の情報とすることを特徴とするもので、例えば、後述するタイヤトレッドの径方向加速度のピークレベルの大きさのような、変形量の指標を算出して、この算出された変形量の指標をタイヤ接地面の端部側における変形量の情報として、当該タイヤの摩耗の度合いを推定するようにすれば、トレッドの変形を直接的に計測することになるので、タイヤの摩耗の度合いを精度よく推定することができる。
請求項２３に記載の発明は、請求項２２に記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記センサを加速度センサとするとともに、この加速度センサで検出されたタイヤトレッド部の径方向加速度の時系列波形を用いて、上記変形量の指標を算出するようにしたものである。加速度センサは、上記のように、応答性が高いセンサであり、これをタイヤトレッド部の径方向の加速度を検出するように配置することにより、トレッドの変形量を精度よく検出することができるので、タイヤの摩耗の度合を精度よく推定することができる。
請求項２４に記載の発明は、請求項２３に記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記径方向加速度の時系列波形のピークレベルを算出し、この算出されたピークレベルを上記変形量の指標としたものである。加速度波形がタイヤ径方向加速度の場合には、加速度の時系列波形そのものが変形量に対応するので、上記変形量の指標を精度よく算出することができる。

請求項２５に記載の発明は、請求項２２〜請求項２４のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記変形量の指標とタイヤの摩耗の度合いとの関係を予め求めておき、この予め求めておいた変形量の指標とタイヤの摩耗の度合いとの関係と、上記算出された変形量の指標とを比較して当該タイヤの摩耗の度合いを推定することを特徴とするもので、これにより、タイヤの摩耗の度合いを更に精度よく推定することができる。ここで、上記変形量の指標とタイヤの摩耗の度合いとの関係に用いられる変形量の指標は、指標の大きさであってもよいし、指標の使用初期からの大きさの変化量であってもよい。タイヤの製造要因やセンサの取付け要因により、新品時の指標の大きさは変化する可能性がある。その場合、使用初期の指標値を計測し記憶しておき、その初期値から変化量を算出し、上記関係と比較することにより、推定安定性を向上させることができる。
また、請求項２６に記載の発明は、請求項１〜請求項２５のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法において、上記摩耗の度合いの推定を行うタイヤ速度の上限値を１００ｋｍ／ｈｒ以下としたことを特徴とするもので、これにより安定した摩耗推定を行うことができる。すなわち、本手法ではトレッドの変形情報を捉えてタイヤ摩耗を推定しているが、タイヤ速度が１００ｋｍ／ｈｒを超えると遠心力の影響が非常に大きくなるので、大きな補正が必要になる。しかし、摩耗は時間的に非常に遅い変化であるので、高速走行時に推定を中断しても問題になることはない。したがって、上記のように、摩耗の度合いの推定を行うタイヤ速度に上限値を設けて、推定範囲を設定する方が、推定の安定性が高くなる。

本発明の最良の形態１に係るタイヤ摩耗推定装置の構成を示す機能ブロック図である。 加速度センサの取付け例を示す図である。 タイヤ径方向加速度波形を示す図である。 タイヤ径方向加速度の微分波形を示す図である。 タイヤ径方向加速度の微分波形の踏み込み端側のピークレベルと摩耗の度合との関係を示す図である。 タイヤ径方向加速度の微分波形の蹴り出し端側のピークレベルと摩耗の度合との関係を示す図である。 タイヤ周方向加速度波形を示す図である。 タイヤ周方向加速度の微分波形の踏み込み端側のピークレベルと摩耗の度合との関係及び蹴り出し端側のピークレベルと摩耗の度合との関係を示す図である。 タイヤ周方向歪波形及びこの歪波形の微分波形を示す図である。 新品タイヤ径方向加速度波形と摩耗品タイヤのタイヤ径方向加速度波形とを比較した図である。 本発明の最良の形態２に係るタイヤ摩耗推定装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の最良の形態３に係るタイヤ摩耗推定装置の構成を示す機能ブロック図である。 加速度センサで検出したタイヤ径方向加速度波形を示す図である。 タイヤ径方向加速度の微分波形を示す図である。 タイヤ回転速度とトレッド変形速度との関係を示す図である。 タイヤ回転速度と基準化変形速度指標との関係を示す図である。 接地時間比と基準化変形速度指標との関係を示す図である。 荷重負荷時におけるタイヤの外形変化を示す模式図である。

符号の説明

１ タイヤ、２ インナーライナー部、３ タイヤトレッド、４ ホイール、
５ 周方向溝、６ ショルダー部、７ センター部、
１０，２０，３０ タイヤ摩耗推定装置、１１ 加速度センサ、１１Ｆ 送信器、
１２ 車輪速センサ、１３ 加速度波形抽出手段、１４ 微分波形演算手段、
１５ 変形速度算出手段、１６ 記憶手段、１６Ａ Ｌ−Ｗマップ、
１６Ｂ Ｍ−Ｖマップ、１７ 荷重推定手段、１８ 摩耗推定手段、１９ 演算部、
２５ 変形量算出手段、２６ 記憶手段、２６Ｂ Ｍ−Ｙマップ、２８ 摩耗推定手段、
３０Ａ センサ部、３０Ｂ 演算部、３２ 加速度微分波形演算手段、
３３ 変形速度算出手段、３４ 回転時間算出手段、３５ 接地時間算出手段、
３６ 接地時間比算出手段、３７ 基準化変形速度指標算出手段、３８ 記憶手段、
３８Ｍ Ｖ（Ｍ）−Ｌマップ、３９ タイヤ摩耗推定手段。

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。
最良の形態１．
図１は、本最良の形態１に係るタイヤ摩耗推定装置１０の構成を示す機能ブロック図で、同図において、１１はタイヤトレッド部の加速度を検出する加速度センサ、１２は車輪の回転速度を検出する車輪速センサ、１３は上記加速度センサの出力からタイヤトレッド部の加速度の時系列波形を抽出する加速度波形抽出手段、１４は上記加速度を微分した値の時系列波形である加速度の微分波形を演算する微分波形演算手段、１５は上記加速度の微分波形に現れる２つのピークのうちの前側のピークである踏み込み端側ピークのレベルを算出し、この算出された踏み込み端側のピークのレベルを当該タイヤの変形速度の指標Ｖとして出力する変形速度算出手段、１６は予め求めておいた接地長Ｌと荷重Ｗの関係を示すＬ−Ｗマップ１６Ａ及びタイヤの摩耗の度合Ｍと変形速度の指標Ｖとの関係を示すＭ−Ｖマップ１６Ｂとを記憶する記憶手段、１７は上記加速度の微分波形に現れるトレッドの接地端における変形に対応する２つのピーク間の時間である接地時間を算出し、この算出された接地時間にタイヤ速度を掛け合わせて当該タイヤの接地長Ｌを算出するとともに、上記記憶手段１６に記憶された上記Ｌ−Ｗマップ１６Ａを用いて、上記算出された接地長Ｌから当該タイヤの荷重Ｗを推定して出力する荷重推定手段、１８は上記変形速度算出手段１５で算出された変形速度の指標Ｖと上記Ｍ−Ｖマップ１６Ｂ及び荷重推定手段１７で推定された荷重Ｗとから、当該タイヤの摩耗の度合を推定する摩耗推定手段である。なお、本例では、上記タイヤ回転速度を、車輪速センサ１２で検出された車輪の回転時間と当該タイヤの回転長さ係数とを用いて算出するようにしている。
また、本例では、加速度センサ１１を、図２に示すように、タイヤ１のインナーライナー部２のタイヤの幅方向中心に、その検出方向がタイヤ径方向になるように配置して、路面からタイヤトレッド３の内面に作用するタイヤ径方向の加速度を検出する。
車輪速センサ１２は、ヨークとコイルとから成るセンサ部を図示しないナックルに装着して車軸の回転を検出する周知の電磁誘導型の車輪速センサを用いている。
また、上記加速度波形抽出手段１３から摩耗推定手段１８までの各手段は車体側に設置されて演算部１９を構成する。
上記加速度センサ１１の出力信号を演算部１９に送る構成としては、例えば、図２に示すように、インナーライナー部２もしくはホイール４に送信器１１Ｆを設置して、上記出力信号を図示しない増幅器で増幅した後、無線にて上記演算部１９に送信する構成とすることが好ましい。なお、演算部１９をタイヤ側に設けて摩耗推定手段１８の判定結果を車体側の図示しない車両制御装置に送信する構成としてもよい。

次に、本最良の形態１に係るタイヤ摩耗推定方法について説明する。
まず、加速度センサ１１によりタイヤトレッド３の変形に伴って変形するインナーライナー部２内面のタイヤ径方向の加速度を検出する。加速度波形抽出手段１３では、上記加速度センサの出力信号から、上記径方向加速度の時系列波形（以下、加速度波形という）を抽出する。図３は上記加速度波形の一例を示す図で、横軸は時間［sec.］で、縦軸は径方向の加速度の大きさ［Ｇ］である。加速度がプラスの値の場合にはタイヤ外側に加速度が発生しており、マイナスの値の場合にはタイヤ中心方向に加速度が発生している。この加速度は、タイヤトレッドが径方向に受けている力に応じて発生しており、若干の位相差はあるが、径方向の変形量を代用する値である。プラス側の２つのピーク近傍は接地面外であり、トレッドがタイヤ外側に変形するような力を受けていることから、上記２つのピークは膨出点であることが分かる。
トレッド３のタイヤ接地面の端部における変形速度は上記径方向の変形量の時間変化の大きさに比例するので、微分波形演算手段１４にて上記加速度を微分した値の時系列波形である微分波形を演算して求める。
図４は上記微分波形の一例を示す図で、横軸は時間［sec.］で、縦軸は径方向加速度の微分値の大きさ［Ｇ/sec.］である。この微分波形のピークである２つのピーク（踏み込み端側のピークと蹴り出し端側のピーク）はトレッドの受けている径方向の力が最も変化している点であり、そのピークの大きさは接地端部の変形速度に比例している。
変形速度算出手段１５では、上記２つのピークのうち、踏込み側ピークのレベル（絶対値）を検出して、これを変形速度の指標Ｖとし、この変形速度の指標Ｖを摩耗推定手段１８に出力する。
なお、ピーク検出においては、加速度センサ１１の感度にもよるが、適度なローパスフィルタを掛けてからピーク検出する方がデータが安定する。すなわち、より安定した摩耗推定をすることができる。また、上記ピーク間の時間間隔はタイヤ速度によって大きく変化するので、ローパスフィルタの周波数はタイヤ速度に応じて変える方が、各速度における波形形状を同様にすることができるので、より安定した推定を行うことができる。

また、上記微分波形の２つのピーク間の時間間隔はトレッドの接地時間に相当する。荷重推定手段１７では、上記微分波形の２つのピーク間の時間間隔から接地時間を算出し、この接地時間に、タイヤ速度を掛け合せて接地長Ｌを算出する。本例では、上記タイヤ速度を、車輪速センサ１２で検出された車輪の回転時間と当該タイヤの回転長さ係数とを用いて算出するようにしている。
摩耗推定手段１８では、上記変形速度算出手段１５で算出された変形速度の指標Ｖと予め記憶手段１６に記憶しておいたタイヤ摩耗の度合Ｍと変形速度の指標Ｖとの関係を示すＭ−Ｖマップ１６Ｂとを用いて当該タイヤの摩耗の度合を推定する。
なお、上記変形速度の指標Ｖとして用いるピークレベルは若干、荷重依存性があるので、本例では、上記荷重推定手段１７で推定した荷重Ｗに基づいて、上記タイヤ摩耗の度合Ｍを補正するようにしている。

タイヤの摩耗の度合Ｍと変形速度の指標Ｖの値である踏込み側ピークのレベルとの関係は以下の試験結果に基づいて求めた。
摩耗量だけでなく、摩耗の形態の影響も含めて検討すべく、以下の４種の試験タイヤを準備した。言うまでもなく、市場における摩耗の形態にはバラツキがあり、摩耗形態が異なっても推定誤差が小さいことが重要である。
試験タイヤ１は新品タイヤで、図２に示すセンターに近い位置の周方向溝５の溝深さは約８ｍｍである。
試験タイヤ２はセンターに近い位置の周方向溝５の残溝深さが約４ｍｍで、かつ、ショルダー部６が摩耗気味のタイヤである。
試験タイヤ３はセンターに近い位置の周方向溝５の残溝深さが約４ｍｍで、センター部７が摩耗気味で、ショルダー部６は残っている形態のタイヤである。
試験タイヤ４はセンターに近い位置の周方向溝５の残溝深さが約２ｍｍで、スリップサインに近いレベルまでほぼ均等に摩耗したタイヤである。
上記試験タイヤ１〜４を、フラットベルト試験機上で時速４０ｋｍにて走行させ、タイヤ径方向の加速度を計測し、上記加速度の微分波形を用いて踏込み側ピークのレベルを算出した。用いたタイヤはサイズが２０５／６５Ｒ１５のタイヤで、そのときの内圧は２３０ｋＰａである。また、荷重については、３〜７ｋＮまで１ｋＮおきに変化させた。
図５のグラフは荷重（ｋＮ）を変化させたときの、上記各試験タイヤ１〜４の踏込み側ピークのレベル（Ｇ/sec.）をプロットしたものである。このグラフから、踏込み側ピークのレベルは、若干の荷重依存性はあるものの、摩耗の度合Ｍが進むほど踏込み側ピークのレベルの絶対値が大きくなっていることが分かる。
また、同図の□印で示す試験タイヤ２と△印で示す試験タイヤ３とは摩耗の形態が異なっているが、摩耗の形態が異なっていてもその差は少なく、試験タイヤ２と試験タイヤ３のラインは、同図の◆印で示す新品タイヤのラインと×印で示す残溝約２ｍｍのタイヤのラインとのほぼ中間に位置している。また、センター摩耗量は同じでショルダーがより摩耗している、すなわち、トレッド全体としてはより摩耗している試験タイヤ２の変形速度の方が、試験タイヤ３より大きくなっている。したがって、トレッドのタイヤ径方向の加速度の微分波形を用いて算出した踏込み側ピークのレベルを算出し、これを変形速度の指標Ｖとしてタイヤの摩耗を推定すれば、摩耗の形態が異なっていても安定して摩耗レベルを推定できる。また、上記図５のグラフを用いて荷重による補正を行えば、摩耗レベルの推定精度を更に向上させることができる。
ところで、タイヤ速度が大きくなると変形への遠心力の影響が大きくなり、その結果、接地長Ｌと荷重Ｗとの関係も変ってくる。そこで、推定を行う際のタイヤ速度の上限値を定め、低速側で推定する方が安定した摩耗推定が実現できる。また、摩耗の進展は非常に遅いため、高速走行時に推定できなくても実用上は何ら問題はない。タイヤの種類にもよるが、タイヤの動半径への遠心力の影響が大きくなるのは１００ｋｍ／ｈｒ以上であるので、１００ｋｍ／ｈ以下で測定することが好ましい。なお、上記試験をタイヤ速度を変えて行ったところ、時速１００ｋｍまでの範囲では各ラインは動かず安定していることが確認された。

このように本最良の形態１では、タイヤ１のインナーライナー部２の内面側に加速度センサ１１を設けてタイヤトレッド３のタイヤ径方向の加速度を検出し、この検出した加速度の微分波形に現れるタイヤトレッド３の踏み込み端側のピークレベルを算出してこれを当該タイヤのトレッドの変形速度の指標Ｖとし、この算出された変形速度の指標Ｖからと、予め求めておいたタイヤ摩耗の度合Ｍと変形速度の指標Ｖとの関係を示すＭ−Ｖマップ１６Ｂとに基づいて当該タイヤの摩耗の度合を推定するようにしたので、タイヤの摩耗形態が異なった場合でも、タイヤの摩耗を精度よく推定することができる。このとき、上記微分波形に現れる２つのピークの間隔から当該タイヤの接地長Ｌを求めて荷重Ｗを推定し、この推定された荷重Ｗにより上記タイヤの摩耗の度合を補正するようにすれば、タイヤの摩耗の度合を更に精度よく推定することができる。
また、加速度センサ１１はタイヤ接地面に露出しないので、耐久性に優れるとともに、グリップ力などのタイヤ性能を損なうことなく、タイヤの摩耗を推定することができる。

なお、上記最良の形態１では、踏み込み端側のピークレベルを算出してこれを当該タイヤのトレッドの変形速度の指標Ｖとしたが、蹴り出し端側のピークレベルを算出してこれを変形速度の指標Ｖとしてもよい。図６のグラフは荷重（ｋＮ）を変化させたときの、上記各試験タイヤ１〜４の蹴り出し端側ピークのレベルをプロットしたもので、試験方法については、上記例と同様である。
このグラフから、蹴り出し端側のピークレベルは、若干の荷重依存性はあるものの、摩耗の度合Ｍが進むほど踏込み側ピークのレベルが大きくなっていることが分かる。したがって、蹴り出し端側のピークレベルを算出してこれを変形速度の指標Ｖとしても、タイヤの摩耗の度合を精度よく推定することができる。
また、上記例では、タイヤトレッド３のタイヤ径方向の加速度を検出して変形速度の指標Ｖを算出したが、加速度センサ１１の検出方向をタイヤ周方向として、トレッドのタイヤ接地面端部のタイヤ周方向加速度を検出するようにしてもよい。
図７はタイヤ周方向加速度の時系列波形を示す図で、タイヤ周方向加速度を用いる場合には、微分波形のピークではなく、周方向加速度波形に現れる踏み込み端側のピークレベルもしくは蹴り出し端側のピークレベルをそのまま用いればよい。この場合、加速度の方向は周方向であるが、その大きさは、タイヤ径方向の変形速度に連動して変化しているので、上記タイヤ周方向加速度もタイヤ径方向の変形速度の情報である。
図８（ａ）のグラフは，荷重（ｋＮ）を変化させたときの、上記各試験タイヤ１〜４の踏み込み端側ピークのレベルをプロットしたもので、図８（ｂ）のグラフは蹴り出し端側ピークのレベルをプロットしたものである。試験方法については、上記例と同様である。
これらのグラフから、踏み込み端側のピークレベルも蹴り出し端側のピークレベルも、若干の荷重依存性はあるものの、摩耗の度合が進むほどピークのレベルの絶対値が大きくなっていることが分かる。したがって、タイヤ周方向加速度の時系列波形からその踏み込み端側のピークレベル、もしくは、蹴り出し端側のピークレベルを算出してこれを変形速度の指標Ｖとしても、タイヤの摩耗の度合を精度よく推定することができる。
また、上記踏み込み端側のピークレベルと蹴り出し端側のピークレベルの両方を算出し、踏み込み端側のピークレベルの絶対値と蹴り出し端側のピークレベルの絶対値の和、もしくは、踏み込み端側のピークレベルの絶対値と蹴り出し端側のピークレベルの絶対値との平均値を変形速度の指標Ｖとしてもよい。

また、上記例では、加速度センサ１１を、図２に示すように、タイヤ１のインナーライナー部２の内面のタイヤの幅方向中心に配置したが、インナーライナー部２のタイヤ径方向外側でかつベルト層の内側や、ベルト層よりもタイヤ径方向外側でかつトレッドゴムに形成された溝部よりも内側に配置しても同様の効果を得ることができる。しかし、耐久性や取付けの容易さを考慮すると、本例のように、インナーライナー部２の内面側などに取付ける方が有利である。
また、上記例では、車輪速センサ１２を用いて当該タイヤの速度を検出するようにしたが、車体側に速度センサもしくは加速度センサを設けて車体速度を計測し、この車体速度から接地長を求めるようにしてもよい。
上記加速度波形のピークもしくは微分波形のピークは、タイヤの１回転毎に繰り返し現れるので、上記ピークの時間間隔と当該タイヤの回転長さ係数とを用いてタイヤ速度を算出するようにしてもよい。

また、上記例では、加速度センサ１１により検出したタイヤ径方向加速度の微分波形からタイヤの摩耗を推定したが、上記加速度センサ１１に変えて歪センサを設け、タイヤ周方向歪波形を検出してタイヤの摩耗を推定するようにしてもよい。図９（ａ）はタイヤ周方向歪波形の一例を示す図で、図９（ｂ）はその微分波形である。トレッドのタイヤ接地端側では、タイヤ径方向加速度がプラスであり、トレッドがタイヤ外側に変形するが、その場合、タイヤ内面側はベルトを中立軸として圧縮されるように曲げられるので、タイヤ周方向歪はマイナスになる。タイヤ径方向の力が最も変化している点は、タイヤ周方向歪も最も変化する点でもあるので、図９（ｂ）に示すタイヤ周方向歪の微分波形に現れるピークのレベルを算出してこれを変形速度の指標Ｖとしてもよい。すなわち、タイヤ周方向歪の微分波形に現れるピークのレベルも、接地端部におけるタイヤ径方向の変形速度の情報であるので、上記変形速度の指標Ｖを用いれば、タイヤの摩耗の度合を精度よく推定することができる。

最良の形態２．
上記最良の形態１では、加速度センサ１１により検出したタイヤ径方向加速度の微分波形からタイヤのトレッドの接地端部における変形速度の指標Ｖを算出し、タイヤの摩耗の度合を推定したが、上記タイヤ径方向加速度波形からトレッドの膨出点におけるタイヤ径方向の変形量の指標Ｙを算出し、この変形量の指標Ｙからタイヤの摩耗の度合を推定することも可能である。
図１０は、タイヤのサイズが２０５／６５Ｒ１５の夏用タイヤを、速度４０ｋｍ／ｈｒ、荷重５ｋＮ、内圧２３０ｋＰａの条件で、フラットベルト試験機上で走行させたときのトレッドのタイヤ径方向加速度波形を比較した図である。横軸は時間［sec.］で、縦軸は径方向の加速度の大きさ［Ｇ］で、同図の実線が上記試験タイヤ１と同じ新品タイヤのデータで、同図の破線が上記試験タイヤ４と同じ摩耗品タイヤである。
プラス側の２つのピーク近傍は接地面外であり、トレッドがタイヤ外側に変形するような力を受けていることから、これら２つのピークは上記膨出点である。この膨出点のレベルはトレッドが受ける力の大きさ、すなわち、トレッドのタイヤ接地端部側の変形量に比例するので、上記トレッドのタイヤ径方向加速度波形の踏み込み端側のピークレベル、もしくは、蹴り出し端側のピークレベルを算出し、これをトレッドのタイヤ接地端部側の変形量の指標Ｙとすれば、上記指標Ｙは、図１０に示すように、タイヤの摩耗の度合が大きい程大きくなるので、変形量の指標Ｙからタイヤの摩耗の度合を推定することができる。

図１１は、最良の形態２に係るタイヤ摩耗推定装置２０の構成を示す機能ブロック図で、本例では、図１に示したタイヤ摩耗推定装置１０の変形速度算出手段１５に代えて、上記加速度波形に現れる踏み込み端側の膨出点のピークレベルを算出し、この算出されたピークレベルを当該タイヤの変形量の指標Ｙとして出力する変形量算出手段２５を設け、上記記憶手段１６に代えて、予め求めておいた接地長Ｌと荷重Ｗの関係を示すＬ−Ｗマップ１６Ａ及びタイヤの摩耗の度合Ｍと変形量の指標Ｙとの関係を示すＭ−Ｙマップ２６Ｂとを記憶する記憶手段２６を設けるとともに、摩耗推定手段１８に代えて摩耗推定手段２８を設けて、上記変形量算出手段２５で算出された変形量の指標Ｙと上記Ｍ−Ｙマップ２６Ｂとから、当該タイヤの摩耗の度合を推定するようにしている。
タイヤ摩耗推定装置２０を上記のような構成にすることにより、加速度センサ１１により検出したタイヤ径方向加速度波形を用いてタイヤのトレッドの変形量の指標Ｙを算出して、タイヤの摩耗の度合を推定することができる。
上記Ｍ−Ｙマップ２６Ｂを作製するための、タイヤの摩耗の度合Ｍと変形速度の指標Ｙの値であるタイヤ径方向加速度波形の踏込み側ピークのレベルとの関係については、上記最良の形態１と同様に、上述した４種の試験タイヤ１〜４を用いて求めることができる。

なお、上記最良の形態２では、タイヤ径方向加速度波形の踏み込み端側のピークレベルを算出してこれを当該タイヤのトレッドの変形量の指標Ｙとしたが、蹴り出し端側のピークレベルを算出してこれを変形速度の指標Ｙとしてもよい。
また、加速度センサ１１に代えて、歪センサを設け、タイヤ周方向歪波形を検出してタイヤの摩耗を推定するようにしてもよい。この場合には、図９（ａ）に示した周方向歪波形のピークのうちの負側のピークレベルを当該タイヤの径方向変形量の指標Ｙとし、この変形量の指標Ｙを用いてタイヤの摩耗の度合を推定するようにすればよい。

最良の形態３．
図１２は、本最良の形態３に係るタイヤ摩耗推定装置３０の構成を示す機能ブロック図で、同図において、１１は加速度センサ、３２は加速度微分波形演算手段、３３は変形速度算出手段、３４は回転時間算出手段、３５は接地時間算出手段、３６は接地時間比算出手段、３７は基準化変形速度指標算出手段、３８は記憶手段、３９はタイヤ摩耗推定手段である。
加速度センサ１１は、上記最良の形態１，２と同じ、タイヤトレッド内面の加速度を検出するセンサで、この加速度センサ１１が本発明のタイヤ摩耗推定装置３０のセンサ部３０Ａを構成し、上記加速度微分波形演算手段３２から摩耗推定手段３９までの各手段が演算部３０Ｂを構成する。
本例では、図２に示すように、上記加速度センサ１１を、タイヤ１のインナーライナー部２のタイヤの幅方向中心に、その検出方向がタイヤ径方向になるように配置し、タイヤトレッド（以下、トレッドという）３の内面に作用するタイヤ径方向加速度を検出する。また、上記演算部３０Ｂは図示しない車体側に配置されている。
上記加速度センサ１１の出力信号を上記演算部３０Ｂに送る構成としては、例えば、図２に示すように、インナーライナー部２もしくはホイール４に送信器１１Ｆを設置して、上記加速度センサ１１の出力信号を図示しない増幅器で増幅した後、無線にて上記車体側に配置された演算部３０に送信する構成とすることが好ましい。なお、上記演算部３０Ｂをタイヤ１側に設けてタイヤ摩耗推定手段３９の判定結果を車体側の図示しない車両制御装置に送信する構成としてもよい。

加速度微分波形演算手段３２は、上記加速度センサ１１で検出されたトレッド３に作用するタイヤ径方向加速度（以下、径方向加速度という）の時系列波形を時間微分して径方向加速度の微分波形を求める。
変形速度算出手段３３は、上記径方向加速度の微分波形に現れる２つのピーク（図１４に示す、踏み込み端側ピークＰ_fと蹴り出し端側のピークＰ_k）の値である微分ピーク値をそれぞれ算出する。本例では、上記踏み込み端側ピークＰ_fの微分ピーク値を踏み込み端側におけるトレッドの変形速度Ｖ_tfとし、上記蹴り出し端側ピーク値Ｐ_kの微分ピーク値を蹴り出し端側におけるトレッドの変形速度Ｖ_tkとした。
回転時間算出手段３４は、上記２つのピークのうちの蹴り出し端側のピークが現れた時間Ｔ₁とこの蹴り出し端側のピークがタイヤ１が１周してから再び現れるまでの時間Ｔ₂との時間差Ｔ_r＝Ｔ₂−Ｔ₁を算出する。この時間差Ｔ_rが当該タイヤの一周に要する回転時間である。以下、上記Ｔ_rを回転時間という。
接地時間算出手段３５は、トレッド３の接地端における変形に対応する２つのピーク間の時間である接地時間Ｔ_tを算出する。
接地時間比算出手段３６は、上記接地時間Ｔ_tを上記回転時間Ｔ_rで除算して接地時間比を算出する。本例では、上記接地時間比を接地長の指標Ｌ_tとしている。
基準化変形速度指標算出手段３７は、上記変形速度算出手段３３で算出された踏み込み端側及び蹴り出し端側の変形速度Ｖ_tf，Ｖ_tkを上記回転時間算出手段３４で算出した回転時間Ｔ_rの情報を用いてそれぞれ基準化して、踏み込み端側の基準化変形速度Ｖⁿ _tfと蹴り出し側の基準化変形速度Ｖⁿ _tkとを算出するとともに、上記踏み込み端側の基準化変形速度Ｖⁿ _tfと蹴り出し側の基準化変形速度Ｖⁿ _tkとを平均化して、基準化した変形速度の指標（基準化変形速度指標）Ｖⁿ _tを算出する。
記憶手段３８は、予め求めた、タイヤの摩耗の度合いＭごとの、基準化された変形速度の指標Ｖⁿ _t（Ｍ）と接地長の指標Ｌ_t（Ｍ）との関係を示すマップ（Ｖ（Ｍ）−Ｌマップ）３８Ｍを記憶する。
タイヤ摩耗推定手段３９は、上記基準化変形速度指標算出手段３７で算出した基準化変形速度指標Ｖⁿ _tと上記接地時間比算出手段３６で算出した接地長の指標Ｌ_tと、上記マップ３８Ｍとから、当該タイヤの摩耗の度合いＭを推定する。

次に、本最良の形態３に係るタイヤ摩耗推定方法について説明する。
まず、加速度センサ１１により、トレッド３の変形に伴って変形する上記インナーライナー部２の内面のタイヤ径方向の加速度を検出し、図示しない増幅器で増幅した後、上記インナーライナー部２に設置された送信器１１Ｆから車体側に配置された演算部３０Ｂに送信する。演算部３０Ｂの加速度微分波形演算手段３２では、上記検出された径方向加速度の時系列波形を時間微分して径方向加速度の微分波形を求める。なお、この径方向加速度の微分波形も時系列波形である。
図１３は、インナーライナー部のタイヤ幅方向中心に加速度センサが取り付けられた、サイズが２０５／６５Ｒ１５の夏用タイヤを、速度４０ｋｍ／ｈｒ、荷重５ｋＮ、内圧２３０ｋＰａの条件で、フラットベルト試験機上で走行させたときに上記加速度センサで検出した径方向加速度波形の一例を示す図で、横軸は時間［sec.］、縦軸は径方向加速度の大きさ［Ｇ］である。加速度の値がプラスの場合にはタイヤ外側に加速度が発生しており、マイナスの場合にはタイヤ中心方向に加速度が発生している。この加速度は、タイヤトレッドが径方向に受けている力にほぼ比例して発生しており、径方向の変形量に比例している。上記径方向加速度波形のプラス側の２つのピークｐ_f，ｐ_k近傍は接地面外であり、トレッド３がタイヤ外側に変形するような力を受けていることから、上記２つのピークｐ_f，ｐ_kは膨出点であり、これら２つのピークｐ_f，ｐ_kのレベルは接地面外のトレッド変形量に対応する指標である。
また、図１４は上記径方向加速度の微分波形を示す図で、横軸は時間［sec.］で、縦軸は径方向の加速度の微分値［Ｇ/sec.］である。この微分波形の２つのピークＰ_f，Ｐ_kは、トレッド３の受けている径方向の力が最も変化している点である。上記ピークＰ_f，Ｐ_kのレベル（ピーク値）はそれぞれタイヤ１の踏み込み端と蹴り出し端の変形速度に対応している。
上記径方向加速度の微分波形のデータは、変形速度算出手段３３、回転時間算出手段３４、及び、接地時間算出手段３５にそれぞれ送られる。
変形速度算出手段３３では、上記微分波形の２つのピークＰ_f，Ｐ_kの値（以下、微分ピーク値という）Ｖ_tf，Ｖ_tkをそれぞれ算出して、これらのデータを、踏み込み端側及び蹴り出し端側におけるにおけるトレッドの変形速度Ｖ_tf，Ｖ_tkとして基準化変形速度指標算出手段３７に送る。
なお、ピーク検出においては、加速度センサ１１の感度にもよるが、適度なローパスフィルタを掛けてからピーク検出する方がデータが安定する。すなわち、より安定した摩耗推定をすることができる。また、上記ピークＰ_f，Ｐ_k間の時間間隔はタイヤの回転速度によって大きく変化する。そこで、上記ローパスフィルタの周波数をタイヤの回転速度に応じて変える方が、各速度における波形形状を同様にすることができるので、より安定した推定を行うことができる。また、変形速度としては、上記ピーク値の代わりに、ピーク近傍の特定範囲の微分値、特に、上記ピークを中心としたピーク周辺の微分値を平均化したものを用いてもよい。
一方、回転時間算出手段３４では、上記蹴り出し端側のピークＰ_kが現れた時間Ｔ₁と、タイヤ１が１回転して、上記蹴り出し端側のピークＰ_kが再び現れるまでの時間Ｔ₂との時間差Ｔ_rを算出し、このデータを当該タイヤ１の回転時間Ｔ_rとして上記基準化変形速度指標算出手段３７に送る。なお、タイヤ１の回転時間Ｔ_rは踏み込み端側のピークＰ_fを用いても算出してもよい。
また、接地時間算出手段３５では、上記２つのピークＰ_f，Ｐ_kの時間間隔Ｔ_tを算出し、このデータを当該タイヤの接地時間Ｔ_tとして、接地時間比算出手段１６に送る。
このように、本例では、上記加速度センサ１１により検出したタイヤ径方向の加速度から、トレッド３の変形速度Ｖ_tf，Ｖ_tkと当該タイヤ１の回転時間Ｔ_rと、当該タイヤの接地時間Ｔ_tとを算出することができる。

ところで、トレッドの変形速度Ｖ_tは、摩耗の度合いＭとタイヤ回転速度Ｗ_rにより変化する。そこで、摩耗量だけでなく、摩耗形状の影響も含めて検討すべく、以下の４種類の試験タイヤを準備した。
試験タイヤ１は新品タイヤで、図２に示すセンターに近い位置の周方向溝５の溝深さは約８ｍｍである。
試験タイヤ２はセンターに近い位置の周方向溝５の残溝深さが約４ｍｍで、かつ、ショルダー部６が摩耗気味のタイヤである。
試験タイヤ３はセンターに近い位置の周方向溝５の残溝深さが約４ｍｍで、センター部７が摩耗気味で、ショルダー部６は残っている形態のタイヤである。
試験タイヤ４はセンターに近い位置の周方向溝５の残溝深さが約２ｍｍで、スリップサインに近いレベルまでほぼ均等に摩耗したタイヤである。
なお、これらの試験タイヤ１〜４は上記最良の形態１で用いた試験タイヤと同様である。
図１５は、上記４種類の試験タイヤを用い、荷重５ｋＮとし、タイヤ回転速度Ｗ_rを４０，８０，１２０ｋｍ／ｈｒと変化させたときのタイヤ回転速度Ｗ_rとトレッドの踏み込み端側の変形速度Ｖ_tfとの関係を摩耗の度合いＭごとに調べた結果を示すグラフである。同図に示すように、トレッドの変形速度Ｖ_tはタイヤ回転速度Ｗ_rにより大きく変化している。
本例では、上記踏み込み端側の変形速度Ｖ_tfを上記回転時間算出手段３４で算出した回転時間Ｔ_rを用いて基準化して基準化変形速度Ｖⁿ _tfを算出し、この基準化変形速度Ｖⁿ _tfを用いてタイヤの摩耗度合いＭを推定するようにしている。上述したように、変形速度は、タイヤの回転時間Ｔ_rの３乗に反比例するので、本例では、下記の式（１）を用いて上記踏み込み端側における基準化変形速度Ｖⁿ _tfを算出する。
Ｖⁿ _tf＝Ｖ_tf・Ｔ_r ³ …… （１）
蹴り出し端側における基準化変形速度Ｖⁿ _tkについても同様に算出する。
タイヤの摩耗度合いＭを推定するための基準化変形速度指標としては、上記踏み込み端側の基準化変形速度Ｖⁿ _tf、もしくは、蹴り出し端側の基準化変形速度Ｖⁿ _tkを用いてもよいが、本例では、下記の式（２）を用いて平均基準化変形速度を算出し、これを基準化変形速度指標Ｖⁿ _tとした。
Ｖⁿ _t＝（｜Ｖⁿ _tf｜＋｜Ｖⁿ _tk｜）/２ …… （２）
このように、基準化変形速度指標Ｖⁿ _tとして、踏み込み端側と蹴り出し端側の平均値である平均基準化変形速度を用いれば、タイヤ１に作用する前後力やタイヤ１の姿勢角の影響を受けにくくなるので、より安定した推定を行うことができる。なお、上記基準化変形速度指標Ｖⁿ _tの算出にＶⁿ _tfの絶対値とＶⁿ _tkの絶対値とを用いたのは、トレッドの変形速度Ｖ_tの符号が踏み込み端側と蹴り出し端側とで正負逆になるからである。
図１６は、タイヤ回転速度Ｗ_rと上記算出された基準化変形速度指標Ｖⁿ _tとの関係を示す図である。基準化変形速度指標Ｖⁿ _tは、タイヤ回転速度Ｗ_rが８０ｋｍ／ｈｒまではほぼ一定の値となっており、摩耗が進むほど変形速度の指標である基準化変形速度指標Ｖⁿ _tの値は大きくなっている。タイヤ回転速度Ｗ_rが１２０ｋｍ／ｈｒになると、基準化変形速度指標Ｖⁿ _tの値はやや低下している。これは、遠心力の影響が大きくなり、タイヤの動半径が変化していることが影響していると考えられる。但し、摩耗は、時間的には非常に遅い変化であるので、必ずしも常時モニタリングする必要はないと考えられるので、摩耗を推定する速度を低速側に限定しても問題はない。そこで、摩耗の推定をタイヤ回転速度Ｗ_rが１００ｋｍ／ｈｒ以下の領域、更に好ましくは、８０ｋｍ／ｈｒ以下の領域で行うようにすれば、安定して摩耗の推定を行うことができる。
但し、図１６からわかるように、残溝量が同じ４ｍｍでも摩耗形状が異なる試験タイヤ２と試験タイヤ３とでは、基準化変形速度指標Ｖⁿ _tの値が異なっていることから、センサ装着部、すなわち、センター部近辺の摩耗量を推定するには、摩耗形状により誤差が発生する可能性がある。また、図示はしないが、荷重が変わると撓み量が変わるので、基準化変形速度指標Ｖⁿ _tの値も変化する。そこで、これらの影響を少なくするため、接地長の指標Ｌ_tの情報も推定に使用する。上記接地長の指標Ｌ_tは接地時間比算出手段３６にて算出する。本例では、上記接地時間Ｔ_tを上記回転時間算出手段１４で算出された回転時間Ｔ_rで除算して得られる接地時間比Ｒ＝（Ｔ_t／Ｔ_r）を接地長の指標Ｌ_tとした。タイヤ摩耗推定手段１９では、上記接地長の指標Ｌ_tのデータと上記基準化変形速度指標Ｖⁿ _tのデータとを用いてタイヤの摩耗を推定する。

図１７は、タイヤ摩耗の推定に使用するマップ（Ｖ（Ｍ）−Ｌマップ）３８Ｍの一例を示す図で、横軸は接地長の指標Ｌ_tである接地時間比Ｒ、縦軸は、基準化変形速度指標Ｖⁿ _tである。このマップ３８Ｍを作成するために用いたタイヤは、図１５に示したタイヤの回転時間Ｔ_rとトレッドの変形速度Ｖ_tfとの関係を求めた時と同じ４種類の試験タイヤ（試験タイヤ１〜４）で、ここでは荷重を３〜７ｋＮまで変化させている。同図から、接地時間比Ｒと基準化変形速度指標Ｖⁿ _tとの関係を示すラインが摩耗量ごとに分かれていることがわかる。したがって、接地時間比Ｒと基準化変形速度指標Ｖⁿ _tとを比較する、すなわち、グラフをマップとして準備しておくことにより、荷重の影響を受けることなく、摩耗の度合いＭを推定することができる。また、上記のグラフでは、試験タイヤ２と試験タイヤ３のタイヤのように、摩耗形状は異なっているがセンターに近い周方向溝５の残溝の深さが同一（約４ｍｍ）である場合には、接地時間比と基準化変形速度との関係を示すラインが近い位置にあることから、摩耗形状が異なっていても、摩耗の度合いＭを安定して推定できることがわかる。このように、接地長の指標を用いることにより、例えば、ショルダー落ちやセンター摩耗といった摩耗形状が異なる場合でも、摩耗の度合いＭを精度良く推定できる。
すなわち、タイヤ摩耗推定手段３９にて、上記基準化変形速度指標算出手段３７で算出した基準化変形速度指標をＶⁿ _t、上記接地時間比算出手段３６で算出した接地長の指標をＬ_tとしたとき、（Ｌ_t，Ｖⁿ _t）が、上記マップ３８Ｍの、摩耗の度合いＭにより異なる複数のラインのうちのどのライン上に乗るか、あるいは、上記複数のラインのうちのどのラインとどのラインとの間にあるか調べれば、当該タイヤの摩耗の度合いＭ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３では、タイヤ１のインナーライナー部２に加速度センサ１１を設けてトレッド３のタイヤ径方向の加速度を検出し、この検出した径方向加速度の微分波形に現れるトレッド３の踏み込み端側と蹴り出し端側のピークＰ_f，Ｐ_kのレベルをそれぞれ算出してこれを当該タイヤのトレッドの変形速度Ｖ_tf，Ｖ_tkとするとともに、上記蹴り出し端側ピークＰ_kの周期からタイヤの回転時間Ｔ_rを、踏み込み端側のピークＰ_fと蹴り出し端側のピークＰ_kとの時間差から接地時間Ｔ_tを求める。そして、上記踏み込み端側及び蹴り出し端側の変形速度Ｖ_tf，Ｖ_tkを上記回転時間算出手段３４で算出した回転時間Ｔ_rの情報を用いてそれぞれ基準化した踏み込み端側基準化変形速度Ｖⁿ _tfと蹴り出し端側基準化変形速度Ｖⁿ _tkとの絶対値の平均から基準化変形速度指標Ｖⁿ _tを算出するとともに、上記接地時間Ｔ_tを上記回転時間Ｔ_rで除算した接地時間比Ｒを接地長の指標Ｌ_tとし、上記基準化変形速度指標Ｖⁿ _tと上記接地長の指標Ｌ_tと、予め求めておいた基準化変形速度指標Ｖⁿ _tと接地長の指標Ｌ_tとの関係を示すマップ３８Ｍとから、当該タイヤの摩耗の度合いＭを推定するようにしたので、タイヤの摩耗形状が異なった場合でも、タイヤの摩耗を精度よく推定することができる。
また、トレッド３の変形速度Ｖ_tj（ｊ＝ｆ，ｋ）は、タイヤの回転時間Ｔ_rの３乗に反比例するので、基準化変形速度Ｖⁿ _tjを式Ｖⁿ _tj＝Ｖ_tj・Ｔ_r ³を用いて算出すれば、タイヤ回転速度Ｗ_rの影響の極めて少ない基準化変形速度Ｖⁿ _tjを得ることができる。
更に、本例では、加速度センサ１１の出力から上記変形速度Ｖ_tj、回転時間Ｔ_r、及び、接地時間Ｔ_tを算出することができるので、装置を小型化することができるとともに、信号処理回路も簡素化できる。
また、上記加速度センサ１１はタイヤ接地面に露出しないので、耐久性に優れるとともに、グリップ力などのタイヤ性能を損なうことなく、タイヤの摩耗を推定することができる。

なお、上記最良の形態３では、図１４に示した加速度センサ１１で検出した径方向加速度の微分波形のピークＰ_f，Ｐ_kの位置を接地端とし、この接地端の加速度微分値（微分ピーク値）をトレッド３の変形速度の指標Ｖ_tj（ｊ＝ｆ，ｋ）をとしたが、図１３に示した径方向加速度波形の上記接地端における傾きを算出し、これをトレッド３の変形速度Ｖ_tj（ｊ＝ｆ，ｋ）としてもよい。
また、上記例では、予め求めた、タイヤの摩耗の度合いＭごとの、基準化された変形速度の指標Ｖⁿ _t（Ｍ）と接地長の指標Ｌ_t（Ｍ）との関係を示すＶ（Ｍ）−Ｌマップ３８Ｍを用いて当該タイヤの摩耗の度合いＭを推定したが、上記計測された接地長の指標Ｌ_t（Ｍ）と上記基準化した変形速度の指標Ｖⁿ _t（Ｍ）との相関式を求め、この相関式の係数の大きさ、あるいは、その使用初期からの変化量に基づいて当該タイヤの摩耗の度合いＭを推定するようにしてもよい。上記図１７に示したタイヤの摩耗の度合いＭごとのラインは直線性が高いので、上記相関式としては１次近似でも十分である。例えば、１次近似の場合には、ａ，ｂを定数として、Ｖⁿ _t（Ｍ）＝ａ・Ｌ_t（Ｍ）＋ｂとする。そして、上記ａの値を予め固定し、ｂの値によって摩耗の度合いＭを推定する。なお、場合によっては、多項式近似や指数近似などの推定精度の高い相関式を用いてもよい。
また、上記例では、トレッド３の変形速度をタイヤの回転時間Ｔ_rを用いて基準化したが、タイヤ回転速度Ｗ_rを用いて基準化してもよい。すなわち、トレッド３の変形速度の指標Ｖ_tj（ｊ＝ｆ，ｋ）はタイヤ回転速度Ｗ_rの３乗に比例するので、上記変形速度の指標Ｖ_tj（ｊ＝ｆ，ｋ）を、上記タイヤ回転速度Ｗ_rで除算してやればよい。上記タイヤ回転速度Ｗ_rは、例えば、荷重負荷状態でタイヤが１回転する長さである回転長さ係数Ｓを上記回転時間Ｔ_rで除算するなどして求めることができる。
また、上記例では、接地時間算出手段３５で算出した接地時間Ｔ_tを回転時間算出手段３４で算出された回転時間Ｔ_rで除算して得られた接地時間比を接地長の指標Ｌ_tとしたが、上記接地時間Ｔ_tを接地長の指標Ｌ_tとしてもよい。あるいは、接地面のタイヤ周方向の長さＬを接地長の指標Ｌ_tとしてもよい。なお、上記接地面のタイヤ周方向の長さ（接地長）Ｌは、上記接地時間Ｔ_tに上記タイヤ回転速度Ｗ_rを乗算して求めることができる。

以上説明したように、本発明のタイヤ摩耗推定方法を用いれば、センサ及びタイヤの耐久性を向上させることができるとともに、タイヤの摩耗度合を安定してかつ精度よく推定することができるので、当該タイヤの摩耗を、例えば、警報手段等を用いてドライバーに認識させるなどすれば、車輌の走行安全性を向上させることができる。

Claims (26)

1. トレッドのタイヤ接地端部におけるタイヤ径方向の変形速度の情報、もしくは、タイヤ膨出点におけるタイヤ径方向の変形量の情報を用いて当該タイヤの摩耗の度合いを推定することを特徴とするタイヤ摩耗推定方法。
2. タイヤのインナーライナー部に配置されたセンサからの入力情報に基づいて、トレッドのタイヤ接地端部におけるタイヤ径方向の変形速度の指標を算出し、この算出された指標の大きさをタイヤ接地端部における変形速度の情報とすることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ摩耗推定方法。
3. 上記センサを加速度センサとするとともに、この加速度センサで検出されたタイヤトレッド部の径方向加速度の時系列波形を用いて、上記変形速度の指標を算出することを特徴とする請求項２に記載のタイヤ摩耗推定方法。
4. 上記タイヤ径方向加速度の時系列波形を時間微分して得られる時間微分波形のピークの大きさである微分ピーク値、上記ピーク周辺の微分値の平均値、または、上記ピークの位置を上記タイヤトレッドの接地端としたときの、上記タイヤ径方向加速度の時系列波形における上記接地端もしくは接地端近傍の傾きを算出し、これらのいずれかを上記変形速度の指標とすることを特徴とする請求項３に記載のタイヤ摩耗推定方法。
5. 当該タイヤの摩耗の度合いを推定する変形速度の指標を、接地面の踏み込み端または踏み込み端の近傍における変形速度の指標と接地面の蹴り出し端または蹴り出し端の近傍における変形速度の指標との平均値としたことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法。
6. 上記加速度センサで検出されたタイヤトレッド部の径方向加速度の時系列波形を用いて、タイヤトレッドの接地端または上記接地端の近傍のタイヤ径方向の変形速度の指標を計測し、この計測された変形速度の指標を、当該タイヤの回転時間の情報、もしくは、当該タイヤの回転速度の情報に基づいて基準化し、上記基準化された変形速度の指標の大きさから当該タイヤの摩耗の度合いを推定することを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法。
7. 上記計測された変形速度の指標に当該タイヤの回転時間の３乗値を乗算して上記変形速度の指標を基準化することを特徴とする請求項６に記載のタイヤ摩耗推定方法。
8. 上記計測された変形速度の指標を当該タイヤの回転速度の３乗値で除算して上記変形速度の指標を基準化することを特徴とする請求項６に記載のタイヤ摩耗推定方法。
9. 上記タイヤの回転時間または回転速度を、上記加速度センサから出力される信号を用いて算出することを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法。
10. 上記加速度センサから出力される加速度の時系列波形、または、上記加速度の時系列波形の時間微分波形または時間積分波形に出現するピークが発生した時間から、タイヤが１回転した後に同じ位置にピークが発生するまでの時間を計測し、この計測された時間を当該タイヤの回転時間とすることを特徴とする請求項９に記載のタイヤ摩耗推定方法。
11. 回転長さ係数を上記回転時間で除算した値を当該タイヤの回転速度としたことを特徴とする請求項９に記載のタイヤ摩耗推定方法。
12. 上記変形速度の指標とタイヤの摩耗の度合いとの関係を予め求めておき、この予め求めておいた変形速度の指標とタイヤの摩耗の度合いとの関係と、上記算出された変形速度の指標とを比較して当該タイヤの摩耗の度合いを推定することを特徴とする請求項２〜請求項１１のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法。
13. 当該タイヤの接地長の指標を計測し、上記計測された接地長の指標と上記基準化した変形速度の指標とに基づいて当該タイヤの摩耗の度合いを推定することを特徴とする請求項６〜請求項１２のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法。
14. タイヤの摩耗の度合いに応じた基準化した変形速度の指標と接地長の指標との関係を予め求めておき、上記基準化した変形速度の指標と、上記計測された接地長の指標と、上記予め求めておいた上記基準化した変形速度の指標と接地長の指標との関係とを比較して、当該タイヤの摩耗の度合いを推定することを特徴とする請求項１３に記載のタイヤ摩耗推定方法。
15. 上記計測された接地長の指標と上記基準化した変形速度の指標との相関式を求め、この相関式の係数の大きさに基づいて当該タイヤの摩耗の度合いを推定することを特徴とする請求項１３に記載のタイヤ摩耗推定方法。
16. 上記接地長の指標がトレッドのある部分が路面と接触している時間である接地時間であることを特徴とする請求項１３〜請求項１５のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法。
17. 上記接地長の指標がトレッドのある部分が路面と接触している時間である接地時間を回転時間で除算した接地時間比であることを特徴とする請求項１３〜請求項１５のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法。
18. 上記接地長の指標が接地面のタイヤ周方向長さであることを特徴とする請求項１３〜請求項１５のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法。
19. トレッドのある部分が路面と接触している時間である接地時間に回転速度を乗算した値を上記接地面のタイヤ周方向長さとしたことを特徴とする請求項１８に記載のタイヤ摩耗推定方法。
20. 上記加速度センサから出力される信号を用いて上記接地長の指標を算出することを特徴とする請求項１３〜請求項１９のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法。
21. 上記加速度センサによりタイヤ径方向加速度を検出するとともに、上記検出されたタイヤ径方向加速度の時系列波形を時間微分して得られる時間微分波形の２つのピーク間の時間を計測してこれを接地時間とし、このように計測された接地時間を用いて接地長の指標を算出することを特徴とする請求項２０に記載のタイヤ摩耗推定方法。
22. タイヤトレッド部に配置されたセンサからの入力情報に基づいて、トレッドのタイヤ膨出点におけるタイヤ径方向の変形量の指標を算出し、この算出された指標の大きさをタイヤ膨出点における変形量の情報とすることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ摩耗推定方法。
23. 上記センサを加速度センサとするとともに、この加速度センサで検出されたタイヤトレッド部の径方向加速度の時系列波形を用いて、上記変形量の指標を算出することを特徴とする請求項２２に記載のタイヤ摩耗推定方法。
24. 上記径方向加速度の時系列波形のピークレベルを算出し、この算出されたピークレベルを上記変形量の指標とすることを特徴とする請求項２３に記載のタイヤ摩耗推定方法。
25. 上記変形量の指標とタイヤの摩耗の度合いとの関係を予め求めておき、この予め求めておいた変形量の指標とタイヤの摩耗の度合いとの関係と、上記算出された変形量の指標とを比較して当該タイヤの摩耗の度合いを推定することを特徴とする請求項２２〜請求項２４のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法。
26. 上記摩耗の度合いの推定を行うタイヤ速度の上限値を１００ｋｍ／ｈｒ以下としたことを特徴とする請求項１〜請求項２５のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定方法。
    

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