(57)【要約】【課題】タイヤやホイールに加わる衝撃力を正確に把握することは難しい。【解決手段】衝撃判定部１０２は、タイヤまたはホイールに設けられた加速度センサによる加速度の検出値が所定の衝撃加速度の基準値を超えた場合に、タイヤに過度の衝撃が加わったと判定する。履歴情報記憶部１０４は、加速度の検出値と衝撃の発生日時を履歴情報として記録する。警告部１０６は、警告ランプ７２を点灯させたり、ブザー７０に警告音を鳴らさせることにより、タイヤまたはホイールに過度の衝撃が加わったことをドライバに知らせる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪に設けたセンサの出力値に基づいて車輪状態を検出する車輪状態検出装置において、
車輪に設けられた加速度センサと、
前記加速度センサの出力値が所定の閾値を超えたかどうかを判定することにより、路面から前記車輪への衝撃を検出する判定部と
を備えることを特徴とする車輪状態検出装置。
【請求項２】
前記加速度センサは前記車輪の周方向の加速度を検出することを特徴とする請求項１に記載の車輪状態検出装置。
【請求項３】
前記加速度センサは前記車輪の半径方向の加速度を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の車輪状態検出装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記加速度センサの出力値を複数の異なる閾値と比較して、前記車輪への衝撃強度を判定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車輪状態検出装置。
【請求項５】
前記判定部が判定する衝撃強度に応じて、段階的に警報を発する警告部をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の車輪状態検出装置。
【請求項６】
前記判定部により衝撃が検出された場合に、前記加速度センサの出力値を履歴情報として記録する記録部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車輪状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪の状態を検出する技術に関し、特に、車輪に設けられたセンサの出力値に基づいて車輪の状態を検出する車輪状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の安全な走行のためには、タイヤ及びホイールを含む車輪の状態を正常に保つことが必要不可欠である。走行時にタイヤやホイールに路面からの強い衝撃が加わると、タイヤの膨れやホイールの変形などが発生しやすく、疲労強度が低下する。急激な異常変形が発生した場合にはユーザはすぐに異常に気づくが、このような急激な異常変形に至らないような場合には、ユーザは異常に気づきにくい。そこで、タイヤやホイールへの衝撃を正確に検知して、ドライバに異常を知らせ、点検を促す必要がある。
【０００３】
非特許文献１には、タイヤのホイールリムにリム変形量を測定するセンサを設け、リム変形量が閾値を超えた場合に、タイヤ及びホイールへの過大入力が発生したと判定し、警報する技術が開示されている。
【非特許文献１】片桐正樹、「タイヤアッセンブリへの入力検出制御装置」、トヨタ技術公開集、２００３年５月３０日、発行番号１４７８７、ｐ．２１１−２１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に開示される技術は、ホイールリムの変形量を測定して、タイヤ及びホイールへの衝撃を間接的に検知する方法であり、衝撃による力の作用を直接観察するのではないため、外乱の影響を受けやすく、衝撃力の正確な把握が難しい。タイヤの信頼性を高めるためには、タイヤやホイールに加わる衝撃力をより正確に検知して、ドライバに点検を促す必要がある。またディーラが適切な検査を実施するためには、タイヤやホイールに衝撃が加わったときの状況を正確に把握できることが望ましい。
【０００５】
本発明はこうした点に鑑みてなされたものであり、その目的は、車輪への衝撃の入力を正確に把握することのできる車輪状態検出技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、車輪に設けたセンサの出力値に基づいて車輪状態を検出する車輪状態検出装置に関し、この装置は、車輪に設けられた加速度センサと、前記加速度センサの出力値が所定の閾値を超えたかどうかを判定することにより、路面から前記車輪への衝撃を検出する判定部とを備える。加速度センサの出力を送信する車輪側通信機と、車輪側通信機と通信する車体側通信機とがさらに設けられてもよい。判定部も車輪側に設けられて、加速度センサの出力値が所定の閾値を超えた場合に、警告信号を車輪側通信機から車体側通信機へ送信するようにしてもよい。車輪側通信機、車体側通信機とも、双方向通信が可能でもよいし、車輪側通信機が送信のみの機能、車体側通信機が受信のみの機能を有してもよい。
【０００７】
この構成によれば、車輪に設けられた加速度センサにより車輪への力の作用を直接検出することができ、外乱の影響を受けにくく、車輪への衝撃力を正確に検出して、ユーザに警告することができる。路面から車輪への衝撃力の大きさを効率良く測定するために、加速度センサは車輪の周方向の加速度および半径方向の加速度の少なくとも１つを検出してもよい。判定部は、周方向の加速度および半径方向の加速度の双方の値にもとづいて、衝撃の有無を判定してもよい。
【０００８】
判定部は、加速度センサの出力値を複数の異なる閾値と比較して、車輪への衝撃強度を判定してもよい。また、判定部が判定する衝撃強度に応じて、段階的に警報を発する警告部をさらに備えてもよい。警告部は、衝撃強度に応じて警報の程度や警報の手段を変えることで、過度の警告でユーザを必要以上に煩わせることを避け、適正なレベルで警報を発することができる。
【０００９】
さらに、警告部は、車輪への衝撃力と車輪の疲労強度の低下の程度とを対応づけたテーブルを参照し、疲労強度の低下の程度を示す警報を発してもよい。たとえば、警告部は、加速度センサの出力値と車輪の寿命との関係を示したテーブルにもとづいて、衝撃加速度の大きさから車輪の寿命を判断し、警報時に車輪の適切な交換時期を示すことができる。
【００１０】
判定部により衝撃が検出された場合に、加速度センサの出力値を検出時刻とともに履歴情報として記録する記録部をさらに備えてもよい。ユーザは、記録された衝撃に関する履歴情報にもとづいて車輪の点検の必要性や車両の点検時期などを適切に判断することができ、また、車両検査の際に履歴情報を参照して衝撃の状況を容易に把握することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の車輪状態検出装置によれば、車輪への過度の衝撃を検知して警報を発し、検査を促すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、実施の形態に係る車輪状態検出装置を備えた車両１０の全体構成を示す。車両１０は、４輪のタイヤ２０ａ〜ｄと、車体１２を備える。タイヤ２０ａ〜ｄには、それぞれ、タイヤ２０ａ〜ｄの加速度を検出する加速度センサ３０ａ〜ｄと、検出された加速度情報を車体１２に送信する送信機４０ａ〜ｄと、送信用のアンテナ５０ａ〜ｄとが設けられる。車体１２には、それぞれのタイヤ２０ａ〜ｄから加速度情報を受信する受信機６２と、受信用のアンテナ６０と、車両１０を統括的に制御する電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と表記する）６４と、警報用のブザー７０および警告ランプ７２とが設けられる。ＥＣＵ６４は、受信機６２から受け取った加速度情報に基づいてタイヤ２０ａ〜ｄに対する衝撃を検出し、ユーザに警告してタイヤ２０ａ〜ｄの点検を促す機能を有する。以下、各輪を区別しないで構成を説明する場合、各輪を区別する符号ａ〜ｄを省略する。
【００１３】
図２（ａ）〜（ｃ）はタイヤ２０の断面図であり、これらの図において加速度センサ３０の搭載箇所を示す。タイヤ２０はホイール２２とともにひとつの車輪を形成している。図２（ａ）の例では、加速度センサ３０は、ホイール２２のバルブ２４内に設けられる。図２（ｂ）の例では、加速度センサ３０は、ホイール２２のリム２６の外周側に設けられる。図２（ｃ）の例では、加速度センサ３０は、タイヤトレッド２８の内面側に設けられる。加速度センサ３０は、一例として、タイヤ２０の周方向と半径方向の加速度成分を検出可能な２軸センサである。加速度センサ３０は、空気圧センサや温度センサなどの各種センサとともに設置されてもよい。送信機４０は、ホイール２２のバルブ２４内に設けられ、加速度センサ３０と接続され、加速度センサ３０からタイヤ２０の周方向および半径方向の加速度の検出値を受け取り、車体１２の受信機６２に送信する。
【００１４】
図３は、衝撃時に検出されるタイヤ２０の周方向および半径方向の加速度を説明する図である。路面２０２を走行中にタイヤ２０が物体２００に乗り上げた場合、タイヤ２０の速度は一定のままタイヤ２０の見かけ上の半径が縮むため、タイヤ２０の周方向３２の加速度が瞬間的に大きくなる。また衝撃による加速度はタイヤ２０の半径方向３４にも検出される。タイヤ２０が路面２０２上の物体２００から乗り下げる場合でも、同様に瞬間的な衝撃加速度が発生する。加速度センサ３０によって周方向３２および半径方向３４の少なくとも一方について衝撃加速度の発生を検出することにより、ＥＣＵ６４は、乗り上げなどによりタイヤ２０に加わる衝撃力を検知することができる。
【００１５】
図４は、ＥＣＵ６４の衝撃検出および警告に関する構成を示す。衝撃判定部１０２は、受信機６２経由で各タイヤ２０の加速度の検出値Ｇを受け取り、加速度の検出値Ｇがあらかじめ定められた衝撃加速度の基準値αを超えるかどうかを調べ、基準値αを超えた場合に、タイヤ２０に過度の衝撃が加わったと判定する。加速度の検出値Ｇにはタイヤ２０の周方向と半径方向の成分があり、衝撃判定部１０２は、加速度の検出値Ｇの周方向、半径方向のいずれか一方または両方の成分について、それぞれの成分毎に異なる基準値αを用いて過度の衝撃の発生を判定する。
【００１６】
衝撃判定部１０２が、タイヤ２０に対して過度の衝撃が発生したと判定した場合、履歴情報記憶部１０４は、加速度の検出値Ｇ、衝撃の発生したタイヤ２０の識別情報、および衝撃の発生日時を履歴情報として記録する。ユーザがディーラなどに修理を依頼したとき、ディーラは、履歴情報記憶部１０４に記録された履歴情報に基づいてタイヤ２０に加えられた衝撃の状況を正確に把握し、タイヤ２０やホイール２２の故障状況を点検したり、タイヤ２０やホイール２２を交換するなど適切な対処をすることができる。
【００１７】
警告部１０６は、衝撃判定部１０２が過度の衝撃が発生したと判定した場合に、警告ランプ７２を点灯させたり、ブザー７０に警告音を鳴らさせることにより、タイヤ２０に過度の衝撃が加わったことをドライバに知らせる。警告部１０６は、図示しないナビゲーションシステムの表示部などに警告を表示してもよい。なお、ＥＣＵ６４は、衝撃判定部１０２により過度の衝撃が検出された場合、安全対策として車速を低下させるなど、車両１０の他の構成を適宜制御することもできる。
【００１８】
衝撃判定部１０２は、複数の異なる値の衝撃加速度の基準値にもとづいて、加速度の検出値Ｇの大小を段階的に評価し、比較的軽度の衝撃の発生と重度の衝撃の発生とを区別して判定してもよく、軽度の衝撃の場合は、履歴情報記憶部１０４が衝撃発生の履歴情報を記録するだけで、警告部１０６は警告を発しないようにしてもよい。
【００１９】
さらに警告部１０６は、寿命判定テーブル１０８を参照して、タイヤ２０への過度の衝撃により生じたホイール２２のリム２６の変形量からホイール２２の寿命年数を推定し、ホイール２２の交換時期をドライバに知らせることができる。一般にホイール２２のリム２６が衝撃により変形すると、ホイール２２の疲労強度が低下し、寿命が短くなる傾向がある。寿命判定テーブル１０８は、リム２６の変形量とホイール２２の寿命年数を対応づけたテーブルを格納する。
【００２０】
図５は、ＥＣＵ６４による衝撃検出および警告の手順を示すフローチャートである。ＥＣＵ６４は、車両１０の速度ｖを調べ、車両１０が走行中であるかどうかを判定する（Ｓ１０）。車両１０が走行中の場合（Ｓ１０のＹ）、ステップＳ１２以降のタイヤ２０の加速度の検出手順に進み、車両１０が停止している場合（Ｓ１０のＮ）、タイヤ２０の加速度を検出手順を行わずに、ステップＳ１０に戻る。
【００２１】
衝撃判定部１０２は、加速度センサ３０によるタイヤ２０の加速度の検出値Ｇが基準値αを超えるかどうかを判定する（Ｓ１２）。図６は、加速度の検出値Ｇの時間変化の例を示す。時刻ｔ１において、タイヤ２０には衝撃が加わり、加速度の検出値Ｇには基準値αを超える急峻な変化が現れている。車両１０が加速走行した場合にも、タイヤ２０の加速度の検出値Ｇが大きくなるが、その場合は、検出値Ｇに図６に示すような急峻な変化は現れない。すなわち、車両１０の通常の加速走行による加速度の検出値Ｇの変化と、乗り上げなどの衝撃による加速度の検出値Ｇの変化には著しい違いがあり、これらを区別可能である。なお、基準値αを加速度の絶対的な値として設定せず、定常的な加速度の値からの相対的な変化量として設定し、衝撃判定部１０２は、加速度の検出値Ｇの変化量が基準値αを超えるかどうかを判定してもよい。
【００２２】
衝撃判定部１０２による判定において、加速度の検出値Ｇが基準値αを超えない場合（Ｓ１２のＮ）、ステップＳ１０に戻り、加速度の検出値Ｇが基準値αを超える場合（Ｓ１２のＹ）、履歴情報記憶部１０４は、加速度の検出値Ｇと検出時刻をタイヤ２０の識別情報とともに記録する（Ｓ１４）。
【００２３】
次に、警告部１０６は、ドライバにタイヤ２０に衝撃が加わったことを警報する（Ｓ１６）。警告部１０６による警報は、ブザー７０や警告ランプ７２などにより行われるが、ドライバがドアを開けたり、ナビゲーションシステムなどに設けられた所定のボタンを押すなどのリセット操作を行った場合（Ｓ１８のＹ）、警告部１０６は警報を解除する。ドライバがリセット操作を行わない場合（Ｓ１８のＮ）、警告部１０６は警告ランプ７２の点灯などの警報を継続して発する。なお、ドライバがドアを開けるなどのリセット操作をした場合でも、車両１０のエンジンの起動時には、警告部１０６は再度警告ランプ７２を点灯させ、ディーラによる検査時に履歴情報記憶部１０４に格納された衝撃発生の履歴情報がクリアされるまで警報を継続して発する。
【００２４】
衝撃判定部１０２が、複数の衝撃加速度の基準値にもとづいて、衝撃の強度を判定し、警告部１０６が段階的に警報を発する場合を説明する。図７は、加速度の検出値Ｇの時間変化の他の例を示す。衝撃加速度の基準値として、注意レベルを示す第１の基準値αと、警報レベルを示す第２の基準値βの２つの値が設けられる。ここで第２の基準値βは、第１の基準値αよりも大きい値に設定される。時刻ｔ２において、検出値Ｇには第１の基準値αを超える急峻な変化が現れるが、第２の基準値βを超えるには至らない。この場合、衝撃判定部１０２は衝撃は軽度であると判定する。時刻ｔ３において、検出値Ｇには第２の基準値βを超える急峻な変化が現れる。この場合、衝撃判定部１０２は衝撃は重度であると判定する。
【００２５】
警告部１０６は、衝撃判定部１０２により軽度の衝撃と判定された場合、警告ランプ７２を点灯してドライバに注意を促す程度にとどめ、重度の衝撃と判定された場合、警告ランプ７２の色を変えたり、ブザー７０を鳴らすなど、衝撃の強度に応じて段階的に警報を発する。また、警告部１０６は、衝撃判定部１０２により軽度の衝撃が検出される度に警報を発するのではなく、履歴情報記憶部１０４の履歴情報を参照して、軽度の衝撃が所定回数以上記録された場合に初めて警報を発してもよい。軽度の衝撃が累積して発生した場合、タイヤ２０やホイール２２の疲労強度が低下することがあり、その場合に、警告部１０６はドライバに警報を発して、点検を促すことができる。
【００２６】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。以上の実施の形態は例示であり、その様々な変形例もまた本発明の範囲に含まれることは当業者には理解されるところである。そうした変形例を挙げる。
【００２７】
上記の説明では、タイヤ側の通信機は送信のみ、車体側の通信機は受信のみの機能を有したが、タイヤ側及び車体側の通信機がともに双方向通信可能な構成とし、車体側の通信機から発せられる要求に応じてタイヤ側の通信機が加速度センサの出力値を送信するようにしてもよい。また通信機は電源が車体側からの電波によって供給されるトランスポンダであってもよく、あるいは、電池を内蔵する通信機であってもよい。なお、上記の説明では、車体側の通信機は受信機６２としてひとつだけ存在したが、各タイヤの近い個所にそれぞれ１個、合計４個の通信機を車体側に設けてもよい。
【００２８】
衝撃加速度を検出するための加速度センサは、車輪の周方向及び半径方向のいずれか一方のみの加速度を検出するものであってもよく、両方向の加速度を検出するものであってもよい。また、周方向及び半径方向の加速度を検出するために２軸の加速度センサを設けてもよく、それぞれの方向の加速度を検出するために別々の加速度センサを設けてもよい。また、加速度センサは、タイヤまたはホイールのどちらかに設けてもよく、タイヤおよびホイールの両方に別々の加速度センサを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施の形態に係る車輪状態検出装置を備えた車両の全体構成を示す図である。
【図２】図１の加速度センサの搭載箇所を示す図である。
【図３】衝撃時に検出されるタイヤの周方向および半径方向の加速度を説明する図である。
【図４】図１のＥＣＵの衝撃検出および警告に関する構成を示す図である。
【図５】図１のＥＣＵによる衝撃検出および警告の手順を示すフローチャートである。
【図６】図１の加速度センサによる加速度の検出値の時間変化の例を示す図である。
【図７】図１の加速度センサによる加速度の検出値の時間変化の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
２０  タイヤ、  ３０  加速度センサ、  ４０  送信機、  ６２  受信機、  ６４  ＥＣＵ、  ７０  ブザー、  ７２  警告ランプ、  １０２  衝撃判定部、  １０４  履歴情報記憶部、  １０６  警告部、  １０８  寿命判定テーブル。
【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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