(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配置された加速度センサーを用いてタイヤ径方向の加速度波形を検出する第１のステップと、
検出された加速度波形を微分して加速度微分波形を求める第２のステップと、
前記加速度微分波形における接地端のピーク値と接地面外のピーク値とを求める第３のステップと、
前記接地端のピーク値に対する接地面外のピーク値の比であるピーク値比を算出する第４のステップと、
前記算出されたピーク値比の大きさから当該タイヤの偏摩耗の起こっている部位を推定する第５のステップとを備えたことを特徴とするタイヤ偏摩耗の推定方法。
【請求項２】
前記第５のステップでは、
前記算出されたピーク値比と新品タイヤにおけるピーク値比とを比較して、当該タイヤの偏摩耗の起こっている部位を推定することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ偏摩耗の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤトレッドの内面側に配置された加速度センサーの出力信号からタイヤ摩耗が進行している部位を推定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タイヤは走行中に路面との摩擦によりトレッドが摩耗していく。タイヤの性能面からは、トレッド表面が均一に摩耗することで接地形状が大きく変化しないことが望ましいが、旋回時や加減速時には、タイヤの進行方向に対して横方向の力や前後方向の力が作用するので、タイヤトレッドのセンター部とショルダー部とで摩耗量が異なる場合がある。
これらの偏った摩耗が積み重なると、タイヤは、タイヤトレッドのセンター部が極端に摩耗した状態（センター摩耗）か、逆に、ショルダー部が極端に摩耗した状態（ショルダー摩耗）となってしまう。トレッド表面が均一に摩耗しているタイヤを正常摩耗タイヤといい、前記のような偏った摩耗が積み重なったタイヤを偏摩耗タイヤという。
極端な偏摩耗が起こっているタイヤを使用し続けると、タイヤ本来の性能が発揮できなくなる。特にスタッドレスタイヤでは、路面のグリップ不足が発生し、走行中にスリップしやすくなるといった問題点がある。
また、偏摩耗タイヤは、タイヤの接地形状が理想としている状態から外れていることから、燃費性能もトレッド表面が均一に摩耗している正常摩耗タイヤに比べて低下する。
【０００３】
タイヤの摩耗を推定する方法としては、従来、タイヤトレッドの溝部もしくはトレッドゴムの内部などに磁性材料や導電ゴムから成る検知体を埋め込み、車体側にセンサーを配置して、タイヤの摩耗により検知体が摩耗してセンサーの検出信号が変化することからタイヤの摩耗を推定する方法（例えば、特許文献１，２参照）や、タイヤトレッドに有臭ガスや着色ガスを予め挿入しておき、トレッドの摩耗が進行しガス封入部が空気中に露出して有臭ガスや着色ガス空気中に放出されることで、タイヤが摩耗していることを周囲に認識させる方法（例えば、特許文献３参照）などが提案されている。
【０００４】
また、センサーをタイヤトレッドではなく、タイヤ内部に設置して摩耗の度合いを推定する方法として、タイヤのインナーライナー部に加速度センサーを設置して、タイヤ径方向の加速度波形を検出し、この加速度波形に現れる膨出点に対応する２つのピーク間の時間である変形時間と、加速度波形を微分した微分波形に現れる接地端に対応する２つのピーク間の時間である接地時間とから、当該タイヤの摩耗の度合いを推定する方法（例えば、特許文献４参照）や、異なるタイヤ速度における接地時間ｔとタイヤ回転時間Ｔとの比である接地時間比Ｋ＝（ｔ/Ｋ）から、当該タイヤの摩耗の度合いを推定する方法（例えば、特許文献５参照）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１４８０８号公報
【特許文献２】特開２００５−２８９５０号公報
【特許文献３】特開２００５−１５３７８３号公報
【特許文献４】特開２００９−１９９５０号公報
【特許文献５】特開２００９−６１９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、タイヤトレッドにセンサーや磁性体などの異物を挿入すると、挿入した部位近辺に応力が集中して故障の核となる可能性があるため、タイヤの耐久性が低下することが懸念される。また、有臭ガスや着色ガスを用いる方法では、摩耗が進行したか否かの判定しか行えないので、トレッドの摩耗する過程における摩耗状態の変化を捉えることはできないといった問題があった。
また、インナーライナー部に設置された加速度センサーの出力からタイヤの摩耗の度合いを推定する方法は、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とともに、タイヤの摩耗の状態の変化を捉えることができ、更に、耐久性にも優れているが、タイヤの偏摩耗の推定までは行っていなかった。
【０００７】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、タイヤの偏摩耗の起こっている部位を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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
図６は、タイヤ１に荷重を加えて撓ませたときのタイヤ１の外形を示す模式図である。このようなタイヤ１の外形は、平坦な路面Ｒ上を走行中のタイヤの外形とほぼ同じである。
同図の符号Ｅf，Ｅkで示す接地端は、タイヤ１に荷重を加えたときタイヤ１が路面に接している部分（接地面）のタイヤ前後方向の端部である。
また、符号Ｄf，Ｄkで示す膨出点は、接地面がタイヤ中心方向に押し込められて、タイヤ１のプロファイルが同図の一点鎖線で示す初期プロファイル（非荷重時）から外側に膨れる変形をしたときに、接地面外においてタイヤ１が最も外側へ膨れている点である。
図７は、タイヤのインナーライナー部に歪みセンサーを取付けて検出した、平坦な路面上を走行中のタイヤの踏面付近の歪みの時系列波形を示す図で、この図から、歪みの方向が変化する接地端Ｅf前方と接地端Ｅkの後方とに、それぞれ、接地面外においてタイヤ１が最も外側へ膨れている箇所（膨出点Ｄf，Ｄk）があることがわかる。
【０００９】
図８（ａ）は、タイヤトレッドの内面に加速度センサーを取付けて検出した、平坦な路面上を走行中のタイヤの踏面付近の径方向加速度の時系列波形（加速度波形）を示す図で、図８（ｂ）は、この加速度波形を時間微分して得られた径方向加速度の微分波形（加速度微分波形）を示す図である。
加速度波形では、歪み波形と同様に、接地端Ｅf，Ｅkで検出値の符号が変化し、かつ、膨出点Ｄf，Ｄkで検出値の大きさが最大となる。
一方、加速度微分波形では、接地端Ｅf，Ｅkで検出値の大きさが最大となり、膨出点では検出値の符号が変化する。そして、膨出点Ｄf，Ｄkの前方と後方とに、接地面外における検出値のピークが出現する。
以下、接地端における検出値のピークの大きさを接地端微分ピーク値といい、接地面外における検出値のピークの大きさを接地面外微分ピーク値という。
【００１０】
本願発明者らは、鋭意検討の結果、接地端微分ピーク値と接地面外微分ピーク値との比であるピーク値比がタイヤの偏摩耗の起こっている部位により異なることを見出した。
具体的には、図９に示すように、新品タイヤとセンター摩耗タイヤのそれぞれについて、インナーライナー部のタイヤ幅方向中央部（Ａ点）、タイヤ幅方向中央部から３０ｍｍタイヤ幅方向外側の位置（Ｂ点）、及び、タイヤ幅方向中央部から６０ｍｍタイヤ幅方向外側の位置（Ｃ点）の３箇所にそれぞれ加速度センサー１１ａ〜１１ｃを取付けて、トレッド外面側とトレッド内面側の接地長比及び接地時間比を計測した。
同図の左側のグラフから、新品タイヤでは、接地長比及び接地時間比の大きさは、いずれも、計測点がショルダー側に近づくにつれて小さくなっていることがわかる。
一方、センター摩耗タイヤでは、接地長比及び接地時間比の大きさは、外面側では計測点がショルダー側に近づくにつれて大きくなり、内面側ではあまり変わらないことがわかる。
【００１１】
これは、新品タイヤでは、図１０(ａ)に示すように、同図の実線で示す接地面の内面形状が破線で示す外面形状に追従していることを示している。
また、センター摩耗タイヤでは、図１０(ｂ)に示すように、同図の実線で示す接地面の内面形状は破線で示す外面形状に追従しておらず、特に、同図の一点鎖線で示す外面形状に追従していると仮定した場合に比較して、膨出点（同図の丸印）が外側へ移動していることがわかる。
一方、ショルダー摩耗タイヤでも、図１０(ｃ)に示すように、同図の実線で示す接地面の内面形状は破線で示す外面形状に追従していない。しかし、その接地形状は、センター摩耗タイヤとは逆に、同図の一点鎖線で示す外面形状に追従していると仮定した場合に比較して、膨出点（同図の丸印）が内側へ移動している。
図１１は、センター摩耗時における膨出点Ｄの移動を示す模式図で、タイヤのこのような変形は、図１２（ａ）に示すように、加速度波形に現れる。一方、加速度微分波形には、図１２（ｂ）に示すように、膨出点の外側への移動と接地面外微分ピーク値の増加として現れる。しかしながら、接地端微分ピーク値はほとんど変わらない。
【００１２】
したがって、加速度微分波形における接地端微分ピーク値と接地面外微分ピーク値との比であるピーク値比をタイヤ偏摩耗の推定メジャーとして用いれば、タイヤの偏摩耗を精度よく推定することができる。
すなわち、本願の発明は、タイヤの偏摩耗の起こっている部位を推定する方法であって、タイヤのトレッドの内面側に配置された加速度センサーを用いてタイヤ径方向の加速度波形を検出する第１のステップと、検出された加速度波形を微分して加速度微分波形を求める第２のステップと、前記加速度微分波形における接地端のピーク値と接地面外のピーク値とを求める第３のステップと、前記接地端のピーク値に対する接地面外のピーク値の比であるピーク値比を算出する第４のステップと、前記算出されたピーク値比の大きさから当該タイヤの偏摩耗の起こっている部位を推定する第５のステップとを備えたことを特徴とする。
これにより、タイヤの偏摩耗の起こっている部位を精度よく推定することができる。また、センサーをタイヤの内面側に接地しているので、センサー及びタイヤの耐久性が低下することがない。
【００１３】
また、本願発明は、前記第５のステップにおいて、前記算出されたピーク値比と新品タイヤにおけるピーク値比とを比較して、当該タイヤの偏摩耗の起こっている部位を推定することを特徴とする。
具体的には、算出されたピーク値比が新品タイヤにおけるピーク値比よりも大きく、かつ、その差が予め設定した値（例えば、新品タイヤにおけるピーク値比の１０％）以上である場合には当該タイヤのセンター部の摩耗の度合いがショルダー部の摩耗の度合いよりも大きいと推定する。また、算出されたピーク値比が新品タイヤにおけるピーク値比よりも小さく、かつ、その差が予め設定した値以上である場合にはショルダー部の摩耗の度合いがセンター部の摩耗の度合いよりも大きいと推定する。なお、前記予め設定した値は必ずしも同じである必要はない。
これにより、タイヤの偏摩耗の推定精度を更に向上させることができる。
【００１４】
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態に係るタイヤ偏摩耗の推定装置の構成を示す図である。
【図２】加速度センサーの取付け例を示す図である。
【図３】センター摩耗時の加速度波形と加速度微分波形の一例を示す図である。
【図４】センター摩耗時における接地端微分ピーク値の大きさと接地面外微分ピーク値の大きさの関係を示す図である（実路；４０km/h走行時）。
【図５】センター摩耗時における接地端微分ピーク値の大きさと接地面外微分ピーク値の大きさの関係を示す図である（実路；８０km/h走行時）。
【図６】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７】タイヤ踏面付近の歪みの時系列波形の一例を示す図である。
【図８】タイヤ踏面付近の加速度波形及び加速度微分波形を示す図である。
【図９】新品タイヤとセンター摩耗タイヤの通常走行時と加速時における接地長比及び接地時間比のタイヤ幅方向分布を示す図である。
【図１０】新品タイヤ、センター摩耗タイヤ、及び、ショルダー摩耗タイヤの接地面の外面形状と内面形状とを示す図である。
【図１１】センター摩耗時におけるタイヤの変形状態を示す図である。
【図１２】センター摩耗時における加速度波形と加速度微分波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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偏摩耗の推定装置１０の構成を示す機能ブロック図である。同図において、１１は加速度センサー、１２は加速度波形抽出手段、１３は加速度微分波形演算手段、１４はピーク値抽出手段、１５はピーク値比算出手段、１６は偏摩耗推定手段である。
加速度センサー１１はタイヤトレッド内面の加速度を検出するセンサーで、この加速度センサー１１が本発明のタイヤ偏摩耗の推定装置１０のセンサー部１０Ａを構成し、加速度波形抽出手段１２から偏摩耗推定手段１６までの各手段が演算部１０Ｂを構成する。
【００１７】
本例では、図２に示すように、加速度センサー１１を、同図のＣＬで示すタイヤ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、演算部１０Ｂは、例えば、コンピュータのソフトウェアにより構成され、図示しない車体側に配置されている。
加速度センサー１１の出力信号を演算部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、加速度センサー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、演算部１０Ｂをタイヤ１側に設けて偏摩耗推定手段１６の推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。
【００１８】
加速度波形抽出手段１２は、加速度センサー１１から連続して出力されるトレッド３に作用するタイヤ径方向加速度の大きさを表す信号から、タイヤ接地面近傍のタイヤ径方向の加速度の時系列波形である加速度波形を抽出する。
加速度微分波形演算手段１３は、加速度波形抽出手段１２で抽出された加速度波形を時間微分して加速度微分波形を求める。
ピーク値抽出手段１４は、加速度微分波形に現れる踏み込み端側のピーク値である接地端微分ピーク値Ｐfと踏み込み端の接地面外のピーク値である接地面外微分ピーク値Ｑfとをそれぞれ算出する。
ピーク値比算出手段１５は、接地端微分ピーク値Ｐfに対する接地面外微分ピーク値Ｑfの比であるピーク値比Ｒf＝（Ｑf/Ｐf）を算出する。
偏摩耗推定手段１６は記憶部１６Ａと推定部１６Ｂとを備える。
記憶部１６Ａは、新品タイヤのピーク値比Ｒ0を記憶して保存する。推定部１６Ｂは、ピーク値比算出手段１５で算出したピーク値比Ｒf＝（Ｑf/Ｐf）と記憶部１６Ａに保存されている新品タイヤのピーク値比Ｒ0＝（Ｑf0/Ｐf0）とを比較して、当該タイヤ１の偏摩耗の起こっている部位を推定する。ここで、Ｐf0，Ｑf0はそれぞれ新品タイヤにおける接地端微分ピーク値と接地面外微分ピーク値である。
【００１９】
次に、本実施の形態に係るタイヤ偏摩耗の推定方法について説明する。
まず、加速度センサー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１０Ｂに送信する。演算部１０Ｂでは、加速度センサー１１から連続して出力されるトレッド３に作用するタイヤ径方向加速度の大きさを表す信号からタイヤ接地面近傍のタイヤ径方向の加速度の時系列波形である加速度波形を抽出するとともに、この加速度波形を時間微分して径方向加速度の微分波形である加速度微分波形を求める。
そして、ピーク値抽出手段１４にて、加速度微分波形に現れる踏み込み端側のピーク値である接地端微分ピーク値Ｐfと踏み込み端の接地面外のピーク値である接地面外微分ピーク値Ｑfとをそれぞれ算出する。
【００２０】
図３（ａ）は、加速度センサー１１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.]、縦軸は加速度の大きさ[G]である。図３（ｂ）はこの加速度波形を微分して得られた加速度微分波形で、横軸は時間[sec.]、縦軸は微分加速度の大きさ[G/sec.]である。また、同図の実線がセンター摩耗タイヤのデータで、同図の破線が新品タイヤのデータである。
図３（ａ）に示すように、センター摩耗タイヤでは膨出点が前方にずれている。また、図３（ｂ）に示すように、センター摩耗タイヤでは、接地端微分ピーク値Ｐfの大きさはあまり変わらないが、接地面外微分ピーク値Ｑfが大幅に増加している。
この接地端微分ピーク値Ｐfのデータと接地面外微分ピーク値Ｑfのデータとはピーク値比算出手段１５に送られ、接地端微分ピーク値Ｐfと接地面外微分ピーク値Ｑfとの比であるピーク値比Ｒf＝（Ｑf/Ｐf）が算出される。
センター摩耗タイヤでは、接地端微分ピーク値Ｐfの大きさは新品タイヤとあまり変わらないが、接地面外微分ピーク値Ｑfが大幅に増加しているので、ピーク値比Ｒf＝（Ｑf/Ｐf）は新品タイヤのピーク値比Ｒ0＝（Ｑf0/Ｐf0）よりも大きい。
したがって、当該タイヤ１はセンター摩耗タイヤであると推定できる。
【００２１】
このように本実施の形態では、タイヤ１のトレッド３の内面側に配置された加速度センサー１１を用いて検出したタイヤ径方向の加速度波形を微分して求めた加速度微分波形から、接地端微分ピーク値Ｐfと接地面外微分ピーク値Ｑfとを求めるとともに、接地端微分ピーク値Ｐfに対する接地面外微分ピーク値Ｑfの比であるピーク値比Ｒfを算出して、この算出されたピーク値比Ｒfと新品タイヤにおけるピーク値比Ｒ0＝（Ｑf0/Ｐf0）とを比較し、ピーク値比Ｒfがピーク値比Ｒ0よりも大きい場合には当該タイヤ１のセンター部の摩耗の度合いがショルダー部の摩耗の度合いよりも大きいと推定するようにしたので、タイヤ１の偏摩耗の起こっている部位を精度よく推定することができる。
【００２２】
なお、前記実施の形態では、接地端微分ピーク値と接地面外微分ピーク値として踏み込み端側の微分ピーク値Ｐf，Ｑfを用いたが、蹴り出し端側の微分ピーク値Ｐk，Ｑkを用いてもよい。あるいは、踏み込み端側の微分ピーク値Ｐf，Ｑfと蹴り出し端側の微分ピーク値Ｐk，Ｑkの両方を用いてもよい。
また、上記例では、ピーク値比Ｒfがピーク値比Ｒ0よりも大きい場合にセンター部の摩耗が大きいと推定したが、ピーク値比Ｒfがピーク値比Ｒ0よりも大きく、かつ、その差が予め設定した所定の値（例えば、ピーク値比Ｒ0の１０％）以上である場合にセンター部の摩耗が大きいと推定するようにすれば、センター摩耗を更に確実に推定できる。
【００２３】
また、前記例では、センター摩耗について説明したが、本願発明を用いてショルダー摩耗を推定するも可能である。
すなわち、ショルダー摩耗タイヤにおいては、図１０(ｃ)に示したように、膨出点が内側へ移動している。このときの実際の加速度微分波形については省略するが、ショルダー摩耗タイヤの加速度微分波形においては、ピーク値比Ｒfも、センター摩耗とは逆に、新品タイヤにおけるピーク値比Ｒ0よりも小さくなる。
したがって、ピーク値比Ｒfとピーク値比Ｒ0とを比較し、ピーク値比Ｒfがピーク値比Ｒ0よりも小さい場合、もしくは、ピーク値比Ｒfがピーク値比Ｒ0よりも小さく、かつ、その差が予め設定した所定の値（例えば、ピーク値比Ｒ0の１０％）以上である場合には当該タイヤ１のショルダー部の摩耗の度合いがセンター部の摩耗の度合いよりも大きいと推定できる。
【実施例】
【００２４】
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ーが取付けられた、サイズが１９５／６５Ｒ１５の新品タイヤ（同図の◆）と正常摩耗タイヤ（同図の■と▼）とセンター摩耗タイヤ（同図の▲）とを、耐久性試験用の路面（実路）にて、速度４０km/hで走行させ、センター摩耗時における接地端微分ピーク値の大きさと接地面外微分ピーク値の大きさとを計測した結果を図４に示す。
正常摩耗タイヤは、トレッド表面が均一に摩耗したタイヤで、新品タイヤをバフ研磨して得られる。タイヤセンター部の残溝量が４ｍｍのもの（同図の■）と残溝量が２ｍｍのもの（同図の▼）とを準備した。
センター摩耗タイヤでは、タイヤセンター部の残溝量が３ｍｍである。
図４に示すように、センター摩耗タイヤでは、接地端微分ピーク値の大きさと接地面外微分ピーク値の大きさとの相関ラインが、正常摩耗タイヤの相関ラインとは異なっていることがわかる。すなわち、センター摩耗タイヤでは、接地端微分ピークと接地面外微分ピーク値との関係が正常摩耗タイヤの相関ラインからずれている。
また、図５は、速度８０km/hでの計測結果で、車速を変化させても、センター摩耗タイヤでは、接地端微分ピークと接地面外微分ピーク値との関係が正常摩耗タイヤの相関ラインからずれている。
したがって、接地端微分ピーク値Ｐに対する接地面外微分ピーク値Ｑの比であるピーク値比Ｒ＝（Ｑ/Ｐ）を新品のピーク値比Ｒ0と比較すれば、当該タイヤがセンター摩耗タイヤであるか否かを推定できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上説明したように、タイヤ１の偏摩耗の起こっている部位を精度よく推定することができるので、当該タイヤの偏摩耗を、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  タイヤ偏摩耗の推定装置、１０Ａ  センサー部、１０Ｂ  演算部、
１１  加速度センサー、１１Ｆ  送信器、１２  加速度波形抽出手段、
１３  加速度微分波形演算手段、１４  ピーク値抽出手段、
１５  ピーク値比算出手段、１６  偏摩耗推定手段、Ｒ  路面。
【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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