(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤのトレッドの内面側に装着されてタイヤ径方向の加速度を検出する加速度センサと、
前記検出されたタイヤ径方向の加速度から前記トレッドのタイヤ接地端のタイヤ径方向の変形速度であるトレッド変形速度を算出する変形速度算出手段と、
前記検出されたタイヤ径方向の加速度からトレッド振動の振動レベルを算出する手段と、
前記検出されたトレッド振動の振動レベルに基づいて前記算出されたトレッド変形速度を補正する手段と、
前記補正されたトレッド変形速度に基づき前記タイヤの摩耗の度合いを推定する手段と、を備え、
前記変形速度算出手段は、
前記検出されたタイヤ径方向の加速度の時間微分波形を演算し、この演算されたタイヤ径方向の加速度微分波形に現れるピークの大きさである微分ピーク値を算出してこれをトレッド変形速度とすることを特徴とするタイヤ摩耗推定装置。
【請求項２】
タイヤのトレッドの内面側に装着されてタイヤ径方向の加速度を検出する加速度センサと、
前記検出されたタイヤ径方向の加速度から前記トレッドのタイヤ接地端のタイヤ径方向の変形速度であるトレッド変形速度を算出する変形速度算出手段と、
前記検出されたタイヤ径方向の加速度からトレッド振動の振動レベルを算出する手段と、
前記トレッド変形速度に基づいて前記タイヤの摩耗の度合いを推定する手段と、
前記トレッド振動の振動レベルに基づいて前記トレッド変形速度から推定される前記タイヤの摩耗度合いを補正する手段と、
を備え、
前記変形速度算出手段は、
前記検出されたタイヤ径方向の加速度の時間微分波形を演算し、この演算されたタイヤ径方向の加速度微分波形に現れるピークの大きさである微分ピーク値を算出してこれをトレッド変形速度とすることを特徴とするタイヤ摩耗推定装置。
【請求項３】
前記トレッド振動の振動レベルを算出する手段は、
前記タイヤ径方向の加速度から前記タイヤのトレッドの接地面外部分における路面粗さに応じて変動する特定位置及び特定周波数範囲におけるトレッド振動の振動レベルを算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタイヤ摩耗推定装置。
【請求項４】
前記トレッド振動の振動レベルを算出する手段は、前記特定周波数範囲を、前記トレッド振動の周波数成分のうち、１０〜２０００Ｈｚの範囲から選択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装置。
【請求項５】
前記トレッド振動の振動レベルを算出する手段は、前記接地面外部分を、接地端からタイヤ周方向に沿ってタイヤ全周の長さの３０％以内の範囲から選択することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のタイヤ摩耗推定装置。
【請求項６】
前記加速度センサから出力される信号から前記特定周波数範囲の信号を抽出するバンドパスフィルタを備え、
前記トレッド振動の振動レベルを算出する手段は、前記抽出された特定周波数範囲の信号から前記トレッド振動の振動レベルを算出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装置。
【請求項７】
前記トレッド振動の振動レベルを車輪速またはタイヤ回転時間を用いて補正する手段を更に備えたことを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定装置。
【請求項８】
前記タイヤの摩耗の度合いを推定する手段は、前記トレッド振動の振動レベルが所定の範囲内にある場合のみ、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７のいずれかに記載のタイヤ摩耗推定装置。
【請求項９】
前記タイヤの摩耗の度合いを推定する手段は、予め求められ、前記トレッド変形速度と前記トレッド振動の振動レベルと前記タイヤの摩耗の度合いとの関係を示すマップに基づいて、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１〜請求項８いずれかに記載のタイヤ摩耗推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤの摩耗の度合いを推定する方法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、トレッドベルトへの水の浸入を引き起こすこともある。また、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と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）。【０００３】
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。
また、タイヤの周方向の歪みを検出する歪みセンサを配置し、歪みセンサから出力される歪み波形から、タイヤの摩耗状態を計測する技術思想も開示されているが、その具体的構成については何ら開示されていないのが現状である（例えば、特許文献８参照）。また、当該文献に係る発明は、例えば１０ｋｍ／ｈｒ以下のような低速領域が好ましいとされており、静的な状態に近い条件でしか計測できず、例えば高速走行時、悪路走行時等に摩耗状態を計測できないという欠点がある。
そこで、本願出願人は、タイヤトレッドの接地端部におけるタイヤ径方向の変形速度の指標を用いて当該タイヤの摩耗の度合いを推定する方法を提案している（特願２００７−１８２２５４号）。これは、タイヤのインナーライナー部に加速度センサを取付けて、タイヤ径方向の加速度を検出してその時間微分波形を演算し、この演算されたタイヤ径方向の加速度微分波形に現れるピークの大きさである微分ピーク値を算出してこれを変形速度の指標とし、この変形速度の指標と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を用いてタイヤの摩耗の度合いを推定するもので、これにより、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２７８４１９号公報
【特許文献２】特開平７−１６４８３０号公報
【特許文献３】特開平１０−３０７９８１号公報
【特許文献４】特開２００４−２０５４３７号公報
【特許文献５】ＵＳ２００２/０１１６９９２Ａ１
【特許文献６】特開２００３−２１４８０８号公報
【特許文献７】特開２００５−２８９５０号公報
【特許文献８】特開平２００７−１５３０３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、変形速度の指標を用いて当該タイヤの摩耗の度合いを推定する方法について、更に検討を進めた結果、上記提案した方法では、走行中の路面粗さが粗くなると変形速度の指標となる微分ピーク値が小さくなり、その結果、摩耗の度合いの推定精度が低下してしまうといった問題点が生じることが分かった。【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、走行中の路面粗さが粗くなった場合でも、タイヤの摩耗の度合いを安定してかつ精度よく推定することのできる方法とその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図１２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、タイヤの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。
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、同じたわ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におけるトレッド径方向の変形速度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、摩耗したタイヤではトレッドゴムが少ないために、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。また、変形速度は走行中の路面粗さの影響を受けることが分かった。具体的には、路面粗さが粗くなり加速度センサへ入力する振動のレベルが大きくなると、トレッドの変形速度が低下する。これは、接地面、特に接地端で発生している振動が上記変形速度を低下させたものと考えられる。但し、同じ路面で比較すると、新品のタイヤと摩耗したタイヤと変形速度の差は維持されている。そこで、上記変形速度をタイヤの摩耗度合いの推定メジャーとして用いるとともに、上記変形速度もしくは上記タイヤの摩耗度合いを路面粗さに応じて変動する特定位置かつ特定周波数範囲におけるトレッド振動の振動レベルの情報に基づいて補正してやれば、路面の状態に関わらず、タイヤの摩耗状態を精度よくかつ安定して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。
本発明に係るタイヤ摩耗推定装置として、タイヤのトレッドの内面側に装着されてタイヤ径方向の加速度を検出する加速度センサと、前記検出されたタイヤ径方向の加速度から前記トレッドのタイヤ接地端のタイヤ径方向の変形速度であるトレッド変形速度を算出する変形速度算出手段と、前記検出されたタイヤ径方向の加速度からトレッド振動の振動レベルを算出する手段と、前記検出されたトレッド振動の振動レベルに基づいて前記算出されたトレッド変形速度を補正する手段と、前記補正されたトレッド変形速度に基づき前記タイヤの摩耗の度合いを推定する手段とを備え、前記変形速度算出手段は、前記検出されたタイヤ径方向の加速度の時間微分波形を演算し、この演算されたタイヤ径方向の加速度微分波形に現れるピークの大きさである微分ピーク値を算出してこれをトレッド変形速度とすることを特徴とする。
また、本発明に係るタイヤ摩耗推定装置として、タイヤのトレッドの内面側に装着されてタイヤ径方向の加速度を検出する加速度センサと、前記検出されたタイヤ径方向の加速度から前記トレッドのタイヤ接地端のタイヤ径方向の変形速度であるトレッド変形速度を算出する変形速度算出手段と、前記検出されたタイヤ径方向の加速度からトレッド振動の振動レベルを算出する手段と、前記トレッド変形速度に基づいて前記タイヤの摩耗の度合いを推定する手段と、前記トレッド振動の振動レベルに基づいて前記トレッド変形速度から推定される前記タイヤの摩耗度合いを補正する手段とを備え、前記変形速度算出手段は、前記検出されたタイヤ径方向の加速度の時間微分波形を演算し、この演算されたタイヤ径方向の加速度微分波形に現れるピークの大きさである微分ピーク値を算出してこれをトレッド変形速度とすることを特徴とする。
また、タイヤ摩耗推定方法として、タイヤのトレッドの内面側に配置された加速度センサによりタイヤ径方向加速度を検出してその時間微分波形を演算し、この演算されたタイヤ径方向の加速度微分波形に現れるピークの大きさである微分ピーク値を算出してこれを当該タイヤのトレッド変形速度とし、前記算出されたトレッド変形速度と予め求めておいたトレッド変形速度とタイヤの摩耗の度合いとの関係とを用いてタイヤの摩耗の度合いを推定するタイヤ摩耗推定方法において、前記タイヤ径方向加速度から前記タイヤトレッドの接地面外部分における路面粗さに応じて変動する特定位置及び特定周波数範囲におけるトレッド振動の振動レベルを算出し、前記トレッド振動の振動レベルに基づいて前記トレッド変形速度を補正し、前記補正されたトレッド変形速度に基づき前記タイヤの摩耗の度合いを推定することを特徴とする。
また、タイヤ摩耗推定方法として、タイヤのトレッドの内面側に配置された加速度センサによりタイヤ径方向加速度を検出してその時間微分波形を演算し、この演算されたタイヤ径方向の加速度微分波形に現れるピークの大きさである微分ピーク値を算出してこれを当該タイヤのトレッド変形速度とし、前記タイヤ径方向加速度から前記タイヤトレッドの接地面外部分における路面粗さに応じて変動する特定位置及び特定周波数範囲におけるトレッド振動の振動レベルを算出し、前記トレッド振動の振動レベルに基づいて前記トレッド変形速度から推定される前記タイヤの摩耗度合いを補正することを特徴とする。
【０００８】
また、上記タイヤ摩耗推定装置又はタイヤ摩耗推定方法について、特定周波数範囲がトレッド振動の周波数成分のうち、１０〜２０００Ｈｚの範囲から選択されることを特徴とする。
また、上記タイヤ摩耗推定装置又はタイヤ摩耗推定方法について、前記接地面外部分が、接地端からタイヤ周方向に沿ってタイヤ全周の長さの３０％以内の範囲から選択されることを特徴とする。
また、上記タイヤ摩耗推定装置又はタイヤ摩耗推定方法について、前記加速度センサから出力される信号を前記特定周波数範囲の信号を抽出するバンドパスフィルタを通過させ、このバンドパスフィルタを通過した信号から上記トレッド振動の振動レベルを算出することを特徴とする。
【０００９】
また、上記タイヤ摩耗推定装置又はタイヤ摩耗推定方法について、トレッド振動レベルを、車輪速またはタイヤ回転時間を用いて補正することを特徴とする。
また、上記タイヤ摩耗推定装置又はタイヤ摩耗推定方法について、トレッド振動レベルが所定の範囲内にある場合のみ、摩耗の度合いを推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る各タイヤ摩耗推定装置によれば、タイヤ摩耗推定方法を確実に実現することができるので、走行中の路面状態に関わらず、タイヤの摩耗の度合いを精度よく推定できる。
上記タイヤ摩耗推定方法によれば、タイヤの摩耗度合い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を用いるとともに、上記加速度センサから出力される信号から路面粗さに応じて変動する接地面外部分の特定位置かつ特定周波数範囲におけるトレッド振動の振動レベルを算出し、算出された振動レベルに基づいて前記トレッド変形速度を補正し、当該補正後のトレッド変形速度に基づいてタイヤの摩耗の度合いを推定、または、算出された振動レベルに基づいて、前記加速度センサで計測したトレッド変形速度から推定される摩耗度合いを補正するようにしたので、路面の状態に関わらずタイヤの摩耗状態を精度よくかつ安定して推定することができる。また、上記加速度センサはタイヤトレッドの内面側に配置されているので、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、上記加速度センサの取付け位置としては、耐久性の観点から、インナーライナー部が好ましい。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付けることが好ましい。
このとき、上記加速度センサの信号として、タイヤ径方向加速度の信号を用いたので、接地端におけるトレッド変形速度及び接地面外部分の特定位置かつ特定周波数範囲における振動レベルを精度よく計測することができる。このとき、上記タイヤ径方向加速度の信号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、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、上記接地端における上記タイヤ径方向加速度波形の傾きが変形速度となる。
なお、安定した測定を行うためには変形速度を基準化する必要があり、加速度レベルは速度の２乗にほぼ比例しているので、トレッド変形速度を速度の２乗で除すこと、又は、トレッド変形速度に回転時間の２乗を乗ずることにより、速度による変動を無視できるようになり変形の指標として扱うことができるようになる。
但し、変形速度を算出する場合、１周する時間（周期）も変わるため、加速度微分ピーク値を速度の３乗で除すこと、又は、回転時間の３乗を乗ずることにより、概ね安定した変形の指標として扱うことができる。
また、上記接地面外部分におけるトレッド振動は、接地面内においては路面からの拘束により抑制されるが、接地面外では減衰が少ないことから路面粗さを反映しており、かつ前記トレッド変形速度との相関が高い。そこで、前記トレッド変形速度を補正するために、上記接地面外部分における振動レベルを用いたので、前記トレッド変形速度を適正に補正することができる。
また、特に上記接地面外部分におけるトレッド振動成分のうち１０〜２０００Ｈｚの中の特定周波数範囲における振動レベルは前記トレッド変形速度との相関が高いので、前記トレッド変形速度を補正するのに適している。
また、路面から離れた位置のデータを含めると振動レベルの検出精度が低くなることから、接地端からタイヤ全周の長さの３０％以内の範囲から上記接地面外部分を選択することにより、路面粗さに応じた振動レベルを精度よく求めることができる。
また、上記特定周波数範囲の信号を抽出するバンドパスフィルタを通過させたタイヤ径方向加速度の信号から上記トレッドの振動レベルを算出したので、上記特定周波数範囲における振動レベルを計算負荷を抑えて効率よく算出できる。
また、算出された路面粗さに応じて変動する特定のトレッド振動の振動レベルも速度依存性が高いので、車輪速またはタイヤ回転時間を用いて補正すると、振動レベルの検出精度が向上する。具体的には前述した変形速度の基準化のように車輪速の２乗値やタイヤ回転時間の２乗値を用いて補正することが好ましい。
また、上記算出された振動レベルが所定の範囲にある場合のみ、摩耗の度合いを推定するようにしたので、例えば非常に粗い路面上等で摩耗の度合いを誤検出することを回避することができる。  
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態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。
【図２】加速度センサの取付け例を示す図である。
【図３】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。
【図４】タイヤ径方向加速度の微分波形を示す図である。
【図５】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。
【図６】タイヤ回転速度と基準化変形速度との関係を示す図である。
【図７】荷重と基準化変形速度との関係を示す図である。
【図８】路面状態と基準化変形速度との関係を示す図である。
【図９】高周波のノイズ成分を含むタイヤ径方向加速度波形を示す図である。
【図１０】バンドパスフィルタ通過後の入力振動が大きい場合のタイヤ径方向加速度波形を示す図である。
【図１１】接地面外振動レベルと基準化変形速度との関係を示す図である。
【図１２】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。
【図１３】接地面外振動レベルと基準化変形速度との関係を示す図である。
【図１４】接地面外振動レベルと基準化変形速度との関係を示す図である。
【図１５】接地面外振動レベルと基準化変形速度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本実施の形態に係るタイヤ摩耗推定装置１０の構成を示すブロック図で、同図において、１１は加速度センサ、１２は加速度微分波形演算手段、１３は変形速度算出手段、１４は回転時間算出手段、１５は基準化変形速度算出手段、１６はバンドパスフィルタ、１７は接地面外振動レベル検出手段、１８は記憶手段、１９はタイヤ摩耗推定手段である。
加速度センサ１１は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１０のセンサ部１０Ａを構成し、上記加速度微分波形演算手段１２から摩耗推定手段１９までの各手段が演算部１０Ｂ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１０Ｂ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１０Ｂ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１０Ｂに送信する構成とすることが好ましい。なお、上記演算部１０Ｂをタイヤ１側に設けて摩耗推定手段１９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。
【００１４】
加速度微分波形演算手段１２は、図３に示すような、上記加速度センサ１１で検出されたタイヤトレッド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１３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４に示す、踏み込み端側ピークＰfと蹴り出し端側ピークＰk）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Ｐf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Ｖtfとし、上記蹴り出し端側ピークＰk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Ｖtkとした。
回転時間算出手段１４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Ｔr＝Ｔ2−Ｔ1を算出する。この時間差Ｔrが当該タイヤの一周に要する回転時間である。以下、上記Ｔrを回転時間という。
基準化変形速度算出手段１５は、上記変形速度算出手段１３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Ｖtf，Ｖtkを上記回転時間算出手段１４で算出した回転時間Ｔrの情報を用いて基準化して、踏み込み端側の基準化変形速度Ｖntfと蹴り出し端側の基準化変形速度Ｖntkとをそれぞれ算出してから、上記踏み込み端側の基準化変形速度Ｖntfの絶対値と上記蹴り出し端側の基準化変形速度Ｖntkの絶対値の平均値である平均基準化変形速度Ｖntを算出する。この平均基準化変形速度Ｖntが摩耗推定メジャーとなる。
バンドパスフィルタ１６は、上記加速度センサ１１で検出したタイヤ径方向加速度の信号のうちの、１０〜２０００Ｈｚの中の特定周波数範囲における周波数成分の信号を通過させるもので、本例では、上記特定周波数範囲を５０〜２００Ｈｚとした。
接地面外振動レベル検出手段１７は、上記バンドパスフィルタ１６を通過した、５０〜２００Ｈｚの周波数成分から成るタイヤ径方向加速度の信号から、接地面の踏み込み側のタイヤ接地面外部分の振動レベルを検出する。
記憶手段１８は、予め求めた、タイヤの摩耗の度合いＭごとの接地面外振動レベルと上記平均基準化変形速度Ｖnt（Ｍ）との関係を示すＶ（Ｍ）−ｖマップ１８Ｍを記憶する。
タイヤ摩耗推定手段１９は、上記基準化変形速度算出手段１５で算出した平均基準化変形速度Ｖntと上記接地面外振動レベル検出手段１７で検出された振動レベルｖと、上記Ｖ（Ｍ）−ｖマップ１８Ｍとから、当該タイヤの摩耗の度合いＭを推定する。
【００１５】
次に、実施の形態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１０Ｂに送信する。演算部１０Ｂの加速度微分波形演算手段１２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３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、径方向の変形量と相関がある。上記径方向加速度波形のプラス側の２つのピークｐf，ｐk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ｐf，ｐkは膨出点であり、これら２つのピークｐf，ｐk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。
【００１６】
また、図４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Ｐf，Ｐk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Ｐf，Ｐkのレベルはそれぞれタイヤ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。
また、上記ピークＰf，Ｐk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ので、上記ローパスフィルタの周波数は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。
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１３、回転時間算出手段１４にそれぞれ送られる。
変形速度算出手段１３では、上記微分波形の２つのピークＰf，Ｐkの値（以下、微分ピーク値という）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トレッドの変形速度Ｖtf，Ｖtkとして基準化変形速度算出手段１５に送る。
なお、加速度センサ１１の感度にもよるが、実際の加速度センサの信号は、図９に示すように、高周波成分を含んでおり、上記２つのピークＰf，Ｐkの位置を正確に特定することが難しいので、適度なローパスフィルタを用いて上記高周波成分を取り除き、上記図３の径方向加速度波形を得るようにしている。これにより、ピーク位置やピークレベルなどの検出データが安定する。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、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１４では、上記蹴り出し端側ピークＰkが現れた時間Ｔ1と、タイヤ１が１回転して、上記蹴り出し端側ピークＰkが再び現れるまでの時間Ｔ2との時間差Ｔrを算出し、このデータを当該タイヤ１の回転時間Ｔrとして上記基準化変形速度算出手段１５に送る。なお、タイヤ１の回転時間Ｔrは踏み込み端側ピークＰfを用いて算出してもよい。
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Ｖtf，Ｖtkと当該タイヤ１の回転時間Ｔrとを算出することができる。
【００１７】
トレッドの変形速度Ｖtは、摩耗の度合いＭとタイヤ回転速度Ｗrにより変化する。そこで、以下の３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に示す周方向溝５の溝深さは約８ｍｍである。
試験タイヤ２は周方向溝５の残溝深さが約４ｍｍのタイヤである。
試験タイヤ３は周方向溝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。
図５は、上記３種類の試験タイヤを用い、荷重５ｋＮとし、タイヤ回転速度Ｗrを４０，８０，１２０ｋｍ／ｈｒと変化させたときのタイヤ回転速度Ｗrとトレッドの踏み込み端側の変形速度Ｖtf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Ｖtfはタイヤ回転速度Ｗr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Ｖtfを上記回転時間算出手段１４で算出した回転時間Ｔrを用いて基準化して基準化変形速度Ｖntfを算出し、この基準化変形速度Ｖntfを用いてタイヤの摩耗の度合いＭを推定するようにしている。変形速度は、タイヤの回転時間Ｔr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Ｖntfを算出する。
Ｖntf＝Ｖtf・Ｔr3  ……   （１）
蹴り出し側における基準化変形速度Ｖntkについても同様に算出する。
次に、下記の式（２）を用いて、上記踏み込み端側の基準化変形速度Ｖntfの絶対値と蹴り出し端側の基準化変形速度Ｖntkの絶対値との平均値である平均基準化変形速度Ｖntを算出し、これを摩耗推定メジャーとする。
Ｖnt＝（｜Ｖntf｜＋｜Ｖntk｜）/２  ……  （２）
このように、変形速度の指標として、上記平均基準化変形速度Ｖnt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、上記平均基準化変形速度Ｖntの算出にＶntfの絶対値とＶntkの絶対値とを用いたのは、トレッドの変形速度Ｖt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。このように、平均基準化変形速度Ｖnt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。なお、上記平均基準化変形速度Ｖnt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。
図６は、タイヤ回転速度Ｗrと算出された平均基準化変形速度Ｖntとの関係を示す図である。平均基準化変形速度Ｖntは、タイヤ回転速度Ｗrが８０ｋｍ／ｈｒまではほぼ一定の値となっており、摩耗が進むほどその値は大きくなっている。タイヤ回転速度Ｗrが１２０ｋｍ／ｈｒになると、平均基準化変形速度Ｖnt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。上記平均基準化変形速度Ｖntのデータはタイヤ摩耗推定手段１９に送られる。タイヤ摩耗推定手段１９では、摩耗の推定をタイヤ回転速度Ｗrが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、２０ｋｍ／ｈｒ未満では加速度信号のゲインが主に路面粗さに起因したノイズに比べて小さいので２０ｋｍ／ｈｒ以上で計測することが好ましい。
【００１８】
図７は、上記３種類の試験タイヤ（試験タイヤ１〜３）を速度４０ｋｍ／ｈｒでフラットベルト試験機上で走行させたときの平均基準化変形速度Ｖntと荷重との関係を示す図で、荷重は３〜７ｋＮの範囲で１ｋＮおきに変化させている。また、路面は、フラットベルトの上でセーフティウォーク（滑り止め）を張り付けた路面とした。このグラフから、同じ路面状態でも、摩耗の度合いＭに応じて平均基準化変形速度Ｖntの大きさが異なることがわかる。なお、荷重の影響は、計測した荷重もしくは荷重指標値で補正することができる。計測は、サスペンション部で行う方法などがあり、荷重指標値としては、例えば、接地長や接地時間比（接地時間を回転時間で除した値）が考えられる。これら接地長や接地時間比は上記加速度センサの出力信号から計測することができる。
新品のタイヤ（試験タイヤ１）と摩耗が進んだタイヤ（試験タイヤ３）とを用いて、異なる路面で平均基準化変形速度Ｖntを測定した。その結果を図８に示す。路面Ａはセーフティウォーク、路面Ｂは平滑なアスファルト、路面Ｃは凹凸の激しいアスファルトである。このときの荷重は全て５ｋＮで、速度は４０ｋｍ／ｈｒである。同図から、路面が粗くなるほど平均基準化変形速度Ｖntが低下していることがわかる。しかし、新品と摩耗品との差は維持されている。
【００１９】
一方、上記加速度センサ１１で検出したタイヤ径方向加速度の信号はバンドパスフィルタ１６を通過して、接地面外振動レベル検出手段１７に入力する。上記タイヤ径方向加速度の信号に含まれる接地面外振動の周波数成分のうち、１０〜２０００Ｈｚの中の特定周波数範囲の周波数成分の振動レベルがトレッド３の変形速度Ｖtとの相関性が高い。すなわち、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、１０Ｈｚよりも低い周波数成分は、接地面のマクロな変形の影響を受けるので、この領域の周波数成分を用いると誤差が大きくなる。
また、２０００Ｈｚよりも高い周波数成分は振動レベル自体が小さいので、変形速度Ｖtへの影響が小さく、相関性（相関係数Ｒ）も低い。したがって、変形速度Ｖtの補正もしくは摩耗の度合いＭの補正に用いる接地面外振動レベルとしては、図１３（ａ），（ｂ）の比較例に記載された周波数範囲を除いて、１０〜２０００Ｈｚの特定周波数範囲における周波数成分の振動レベルを用いることが好ましい。さらに、図１４の実施例に示すように、特定周波数範囲を３０〜１０００Ｈｚの中から選択するようにすれば一層好ましい。即ち、図１５（ａ），（ｂ）の実施例は、前記好ましい範囲である下限の周波数（１０Ｈｚ）及び上限の周波数（２０００Ｈｚ）を含むデータであるが、図１４に示すように当該下限及び上限を含まないデータと比較した場合、相関性がやや悪くなる傾向があるため、図１４に示すように特定周波数範囲を３０〜１０００Ｈｚの中から選択すれば、より好適なデータを得ることができる。
さらに、特定周波数範囲は本来的にタイヤ種別や測定速度範囲ごとに適宜選択すればよいが、特定周波数範囲を３０〜１０００Ｈｚの中から選択すれば、タイヤの種別等に関わらず良好なデータを得ることができる。
バンドパスフィルタ１６は、上記加速度センサで検出したタイヤ径方向加速度の信号のうちの、１０〜２０００Ｈｚの中の特定周波数範囲における周波数成分の信号を通過させるもので、本例では、特定周波数範囲を５０〜２００Ｈｚとした。
図９は上記加速度センサ１１で検出したタイヤ径方向加速度信号の一例を示す図で、図１０は上記信号を５０〜２００Ｈｚのカットオフ周波数を有するバンドパスフィルタ１６を通過させて得られたタイヤ径方向の加速度波形である。図１０に示すように、接地面部分には大きな波形が残っており、この波形の前側の踏み込み側の接地面外部分と後側の蹴り出し側の接地面外部分には、トレッドの接地面外振動に対応する波形が観測される。
接地面外振動レベル検出手段１７では、上記波形から、同図の太線で示す踏み込み側の接地面外部分の振動を抽出し、その振動レベル（接地面外振動レベル）ｖを検出する。なお、踏み込み端の位置は、上記図４に示したタイヤ径方向加速度の微分波形のピークＰfの位置を基準として用いた。
上記振動を抽出する範囲としては、接地端からタイヤ全周長さ３０％以内の範囲から選択される振動を用いることが好ましく、接地端からタイヤ全周長さ２０％以内の範囲から選択される振動を用いることが更に好ましい。本例では、膨出点よりも前方のタイヤ全周長さ１０％以内の範囲の振動を抽出し、この抽出された振動の信号のＲＭＳ値（自乗平均平方根）を計算し、これを接地面外振動レベルｖとした。上記検出された接地面外振動レベルｖのデータはタイヤ摩耗推定手段１９に送られる。タイヤ摩耗推定手段１９では、上記接地面外振動レベルｖのデータと上記平均基準化変形速度Ｖntのデータとを用いてタイヤの摩耗を推定する。
【００２０】
図１１は、タイヤ摩耗の推定に使用するＶ（Ｍ）−ｖマップ１８Ｍの一例を示す図で、横軸は接地面外振動レベルｖ、縦軸は平均基準化変形速度Ｖntである。このマップ１８Ｍを作成するために用いたタイヤは、図８に示した、新品のタイヤ（試験タイヤ１）と摩耗が進んだタイヤ（試験タイヤ３）で、荷重は５ｋＮ、速度は４０ｋｍ／ｈｒである。図１１から、平均基準化変形速度Ｖntは接地面外振動レベルｖが大きいほど、すなわち、路面粗さが粗くなるほど低下する傾向にあるが、新品と摩耗品との差は広い範囲にわたって維持されていることがわかる。したがって、接地面外振動レベルｖと平均基準化変形速度Ｖnt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、路面粗さ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。
すなわち、タイヤ摩耗推定手段１９にて、上記基準化変形速度算出手段１５で算出した平均基準化変形速度をＶnt、上記接地面外振動レベル検出手段１７で算出した接地面外振動レベルをｖとしたとき、（ｖ，Ｖnt）が、上記Ｖ（Ｍ）−ｖマップ１８Ｍ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。
上記摩耗の度合いＭの推定は、上記接地面外振動レベルｖが所定の範囲にある場合のみ行うことが好ましい。すなわち、上記接地面外振動レベルｖが所定の値よりも小さい場合には、変形速度が大きく変化して安定しないので好ましくない。一方、上記接地面外振動レベルｖが所定の値よりも大きい場合には、路面の凹凸の大きな悪路を走行しているので加速度波形そのものが安定せず、変形速度Ｖtを精度良く検出することができないためである。したがって、上記摩耗の度合いＭの推定を、上記接地面外振動レベルｖが所定の範囲にある場合のみ行うようにすれば、誤検出を確実に回避することができる。
【００２１】
このように実施の形態では、タイヤ１のインナーライナー部２の内面に加速度センサ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の踏み込み端側ピークＰfのレベルと蹴り出し端側ピークＰkのレベルと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Ｖtf，Ｖtkとするとともに、上記Ｖtf，Ｖtkをタイヤの回転時間Ｔrを用いて基準化した踏み込み端側基準化変形速度Ｖntfと蹴り出し側基準化変形速度Ｖntkとの絶対値の平均から平均基準化変形速度Ｖntを算出する。更に、５０〜２００Ｈｚのバンドパスフィルタ１６を通過させた上記タイヤ径方向の加速度から、膨出点よりも前方のタイヤ全周長さ１０％以内の範囲の振動を抽出して接地面外振動レベルｖを検出し、上記平均基準化変形速度Ｖntと上記接地面外振動レベルｖと、予め求めておいた平均基準化変形速度Ｖntと接地面外振動レベルｖとの関係を示すＶ（Ｍ）−ｖマップ１８Ｍ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、粗さの異なる路面において、タイヤの摩耗を精度よく推定することができる。
上記タイヤの回転時間Ｔrは、上記踏み込み端側ピークＰfの周期から求められる。また、変形速度は、タイヤの回転時間Ｔrの３乗に反比例する。本例では、上記踏み込み端側及び蹴り出し端側の変形速度Ｖtf，Ｖtkに上記回転時間Ｔrの３乗を乗算して変形速度Ｖtj（ｊ＝ｆ，ｋ）を基準化したので、タイヤの回転速度の影響を大幅に低減した基準化変形速度Ｖntjを得ることができる。
また、上記加速度センサ１１はタイヤ踏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。
また、上記接地面外振動レベルｖが所定の範囲にある場合のみ、摩耗の度合いＭを推定するようにしたので、摩耗の度合いＭの誤検出を回避することができる。
【００２２】
なお、実施の形態では、図４に示した加速度センサ１１で検出した径方向加速度波形の微分波形のピークＰf，Ｐk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Ｖtj（ｊ＝ｆ，ｋ）としたが、図３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Ｖtj（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、平均基準化変形速度Ｖnt（Ｍ）と接地面外振動レベルｖとの関係を示すＶ（Ｍ）−ｖマップ１８Ｍを用いて当該タイヤの摩耗の度合いＭを推定したが、上記接地面外振動レベルｖと上記平均基準化変形速度Ｖnt（Ｍ）との相関式を求めておき、この相関式と上記検出された接地面外振動レベルｖと上記算出された平均基準化変形速度とを用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。
あるいは、上記平均基準化変形速度Ｖntからタイヤの摩耗の度合いＭを推定し、この推定されたタイヤの摩耗の度合いＭを上記検出された接地面外振動レベルｖで補正してもよい。なお、この場合には、タイヤの摩耗の度合いＭと接地面外振動レベルｖとの関係を示すマップを予め作成し、このマップに基づいてタイヤの摩耗の度合いＭを補正する。
また、上記例では、タイヤの接地面外部分の振動レベルとして、接地面の踏み込み側の接地面外部分の振動レベルを用いたが、蹴り出し側の接地面外部分の振動レベルであってもよいし、両者の平均値であってもよい。
また、上記タイヤ径方向の加速度から、１０〜２０００Ｈｚの中の特定周波数範囲における振動レベルを取り出す方法としては、従来よく知られているＦＦＴスペクトラムを算出し、上記特定周波数範囲のパワー値やｄＢ値を算出する方法もあるが、計算容量を考えると、本例のように、バンドパスフィルタを用いる方が好ましい。
【００２３】
タイヤのトレッドの内面側に配置された加速度センサによりタイヤ径方向加速度を検出し、前記タイヤ径方向加速度から、タイヤトレッドの接地端におけるタイヤ径方向の基準化変形速度を算出し、前記タイヤ径方向加速度から前記タイヤトレッドの接地面外部分における路面粗さに応じて変動する特定位置及び特定周波数範囲におけるトレッド振動レベルを算出し、前記トレッド振動レベルに基づいて前記基準化変形速度を補正し、前記補正された基準化変形速度に基づき前記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。
タイヤのトレッドの内面側に配置された加速度センサによりタイヤ径方向加速度を検出し、前記タイヤ径方向加速度から、タイヤトレッドの接地端におけるタイヤ径方向の基準化変形速度を算出し、前記タイヤ径方向加速度から前記タイヤトレッドの接地面外部分における路面粗さに応じて変動する特定位置及び特定周波数範囲におけるトレッド振動レベルを算出し、前記トレッド振動レベルに基づいて前記基準化変形速度から推定される前記タイヤの摩耗度合いを補正することを特徴とするタイヤ摩耗推定方法。
上記いずれかのタイヤ摩耗推定方法において、前記特定周波数範囲は、前記トレッド振動の周波数成分のうち、１０〜２０００Ｈｚの範囲から選択されることを特徴とするタイヤ摩耗推定方法。
上記いずれかのタイヤ摩耗推定方法において、前記接地面外部分が、接地端からタイヤ周方向に沿ってタイヤ全周の長さの３０％以内の範囲から選択されることを特徴とするタイヤ摩耗推定方法。
上記いずれかのタイヤ摩耗推定方法において、前記加速度センサから出力される信号を前記特定周波数範囲の信号を抽出するバンドパスフィルタを通過させ、このバンドパスフィルタを通過した信号から前記トレッド振動レベルを算出することを特徴とするタイヤ摩耗推定方法。
上記いずれかのタイヤ摩耗推定方法において、前記トレッド振動レベルを車輪速またはタイヤ回転時間を用いて補正することを特徴とするタイヤ摩耗推定方法。
上記いずれかのタイヤ摩耗推定方法において、前記トレッド振動レベルが所定の範囲内にある場合のみ、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。
タイヤのトレッドの内面側に装着されてタイヤ径方向の加速度を検出する加速度センサと、前記検出されたタイヤ径方向の加速度から前記トレッドのタイヤ接地端のタイヤ径方向の基準化変形速度を算出する手段と、前記検出されたタイヤ径方向の加速度からトレッド振動レベルを算出する手段と、前記検出されたトレッド振動レベルに基づいて前記算出された基準化変形速度を補正する手段と、前記補正された基準化変形速度に基づき前記タイヤの摩耗の度合いを推定する手段とを備えたことを特徴とするタイヤ摩耗推定装置。
本発明の範囲および精神から逸脱することなく、種々の修正および変更が本発明においてなされ得ることは、当業者らにより認識されるべきである。例えば、ここに記述された検出方法及び計測方法はあらゆる種類の方法を採用することができる。また、ここに記述された特定の構成部材は、あらゆる種類の形状または形態を採用することができる。本発明は添付した特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にあるような修正および変更を有することが意図されている。
【００２４】
本願は２００８年６月２５日に提出のＪＰ２００８−１６６３４４に基づくものであり、その全ての内容を包含する。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上説明したように、本発明のタイヤの摩耗推定装置は、耐久性に優れるとともに、路面粗さによらずタイヤの摩耗を精度よく検知できるので、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、車両の走行安全性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２６】
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  タイヤ摩耗推定装置、１０Ａ  センサ部、１０Ｂ  演算部、
１１  加速度センサ、１１Ｆ  送信器、１２  加速度微分波形演算手段、
１３  変形速度算出手段、１４  回転時間算出手段、
１５  基準化変形速度算出手段、１６  バンドパスフィルタ、
１７  接地面外振動レベル検出手段、１８  記憶手段、
１８Ｍ  マップ、１９  タイヤ摩耗推定手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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