JP2007153034A - タイヤ摩耗状態判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易な構成で、高精度の摩耗判定ができるタイヤ摩耗状態判定装置を提供する。
【解決手段】タイヤ摩耗状態判定装置の判定部は、回転するタイヤ１４が接地するときに、タイヤ周方向に発生する実加速度を加速度センサ１８を取得する。また、記憶部から非摩耗状態のタイヤが接地するときに、タイヤ周方向に発生する基準加速度に対して設定された摩耗判定の基準となる摩耗発生閾値を取得する。検出した実加速度と摩耗発生閾値を少なくとも加速度の出力値の大きさまたは出力値の変化勾配または加速度増加時のピーク間隔のいずれか１つに基づいて比較し、タイヤの摩耗状態を判定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、タイヤ摩耗状態判定装置、特に高精度のタイヤ摩耗判定を行うタイヤ摩耗状態判定装置の改良に関する。

車両において、最も摩耗管理を行わなければならない部品の一つにタイヤがある。タイヤの摩耗は、走行安定性や制動性能、燃費等にも影響を与える。したがって、タイヤの摩耗状態は、頻繁に監視することが望ましい。そこで、従来からタイヤの摩耗状態を判定する技術の提案が行われている。たとえば、特許文献１では、タイヤの半径方向と横方向の加速度に基づき、プロセッサがタイヤ接地面の摩耗をモニタする技術が開示されている。この技術においては、半径方向および横方向の加速度の高速フーリエ変換を行って３０〜６０Ｈｚ範囲の共振周波数を決定している。そして、決定された共振周波数を摩耗が全くないことを示す基準の共振周波数と比較し、共振周波数変位がある場合に、摩耗があると判定するシステムを開示している。また、タイヤの状態を推定する技術としては、たとえば特許文献２がある。この技術では、路面からの入力を検出するタイヤ入力検出手段を含み、タイヤトレッド部が路面との接触部に進入した時および脱出する時に発生する振動のピークを検出している。この推定方法では、振動のピーク間の時間差を求め、タイヤブロック部の接地長の指標や接地長比などを求めている。また、接地長比からタイヤに発生している横力を推定したり、タイヤに加わる接地荷重を推定している。
特開２００１−２１５１７５号公報 特開２００５−２０５９５６号公報

しかし、特許文献１の技術において、タイヤの加速度に基づく共振周波数の値は、外乱の影響を受けやすいという問題がある。たとえば、加速度に基づく共振周波数は、タイヤ空気圧の僅かな変化により容易に変化してしまい、摩耗判定の信頼性が低くなるという問題がある。また、高速フーリエ変換を用いた周波数解析は、処理負荷が高くシステムも煩雑になり、システムコストの増大を招いているという問題があった。また、特許文献２の技術においては、タイヤの摩耗推定に関する開示はない。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、容易な構成で、所定値以上の摩耗が発生していることを高精度に判定できるタイヤ摩耗状態判定装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様では、回転するタイヤが接地するときに、タイヤに作用する作用力により発生する実加速度を取得する作用力センサと、回転する非摩耗状態のタイヤが接地するときに、タイヤに作用する作用力により発生する基準加速度に関する基準情報を記憶する記憶手段と、取得した実加速度と前記基準情報とを比較し、少なくとも加速度の出力値の大きさまたは出力値の変化勾配または加速度増加時のピーク間隔のいずれか１つに基づいてタイヤの摩耗状態を判定する判定手段と、を含むことを特徴とする。

タイヤが回転している場合、路面と接触し始める踏み込み時と、完全に接触している時、また路面から離れる蹴り出し時でそれぞれタイヤに作用する力の状態が変化するため、タイヤに働く作用力が変化し、それに伴い発生する加速度が変化する。この加速度の変化は、タイヤに摩耗がない状態とある状態とで異なる。すなわち、タイヤに摩耗が生じると、接地部分であるタイヤトレッド部が薄くなり、実質的にタイヤ半径が減少するため、踏み込み時、接触時、蹴り出し時の加速度の立ち上りや立ち下がりタイミングが、摩耗がない状態、すなわち半径の大きなタイヤより早くなるので、加速度の変化勾配が急になる。また、タイヤのある部分にに着目した場合接地している時間も短くなる。つまり、加速度増加時のピーク間隔が短くなる。さらに、タイヤトレッド部が薄くなることにより、タイヤの見かけ上の剛性が高くなるため、加速度のピーク値が摩耗がない場合に比べて大きくなる。したがって、検出した実加速度と摩耗のない時の基準加速度に関する基準情報の比較を少なくともタイヤ周方向の加速度の出力値の大きさまたは出力値の変化勾配または加速度増加時のピーク間隔のいずれか１つに関して実施することにより、タイヤに所定値以上の摩耗が発生しているか否かを判定することができる。この態様によれば、高精度の摩耗判定をシンプルなシステムで実現することができる。

また、上記態様において、前記基準情報は、前記基準加速度に対して設定されたタイヤの摩耗の程度を判別する摩耗発生閾値であってもよい。この態様によれば、タイヤ摩耗が発生した場合の判定を容易かつ迅速に実施できる。また、上記態様において、前記基準情報は、前記基準加速度の推移パターンとすることができる。これら態様によれば、タイヤに所定値以上の摩耗が発生した場合の判定を容易かつ迅速に実施できる。

また、上記態様において、前記判定手段は、前記実加速度の取得時の速度に基づいて、前記実加速度または基準情報のいずれか一方を補正してもよい。タイヤに作用する作用力は速度（車速、或いは車輪速）によって変化する。また、タイヤ接地時間も変化する。すなわち、速度によって加速度が変化し、実加速度と基準情報の比較基準が異なってしまう。そこで、速度に基づき実加速度または基準情報のいずれか一方を補正し、比較基準を一致させることにより、信頼性の高い摩耗判定を実施することができる。なお、実加速度の補正を実施する場合、基準情報は１パターン準備すればよいので、記憶手段の小型化が可能になる。また、基本情報の補正を実施する場合、一度補正すれば同じ基本情報が利用できるので、補正処理が簡略化される。

また、上記態様において、前記判定手段は、前記実加速度の取得時にタイヤに作用する荷重に基づいて、前記実加速度または基準情報のいずれか一方を補正してもよい。たとえば、車両積載量が少ない場合と、多い場合とでは、タイヤに作用する力が変化し、それに伴い加速度が変化する。そして、実加速度と基準情報の比較基準が異なってしまう。そこで、タイヤに作用する荷重に基づき実加速度または基準情報のいずれか一方を補正し、比較基準を一致させることにより、信頼性の高い摩耗判定を実施することができる。なお、実加速度の補正を実施する場合、基準情報は１パターン準備すればよいので、記憶手段の小型化ができる。また、基本情報の補正を実施する場合、一度補正すれば同じ基本情報が利用できるので、補正処理が簡略化される。

また、上記態様において、前記判定手段は、前記実加速度の取得時のタイヤ空気圧に基づいて、前記実加速度または基準情報のいずれか一方を補正してもよい。タイヤに作用する作用力は、タイヤの空気圧によって変化するのでそれに伴い加速度が変化する。その結果、実加速度と基準情報の比較基準が異なってしまう。たとえば、タイヤ空気圧が推奨値より高い場合、タイヤの剛性は高くなるので、タイヤの加速度の反応は敏感になり、実際の加速度より大きな値が出る。逆にタイヤ空気圧が推奨値より低い場合、タイヤの剛性は低くなり、タイヤの加速度の反応は緩慢になり、実際の加速度より小さな値が出る。そこで、タイヤの空気圧に応じて実加速度または基準情報のいずれか一方を補正し、比較基準を一致させることにより、信頼性の高い摩耗判定ができる。また、タイヤ空気圧が変化するとタイヤ自体の形状も変形するため、タイヤ空気圧に基づく補正を実施することにより、タイヤ変形も考慮した摩耗判定ができる。なお、実加速度の補正を実施する場合、基準情報は１パターン準備すればよいので、記憶手段の小型化ができる。また、基本情報の補正を実施する場合、一度補正すれば同じ基本情報が利用できるので、補正処理が簡略化される。

また、上記態様において、前記判定手段は、前記実加速度の取得時のタイヤトレッド部の温度に基づいて、前記実加速度または基準情報のいずれか一方を補正してもよい。タイヤの温度が変化すると、タイヤの剛性が変化するので、実加速度と基準情報の比較基準が異なってしまう。すなわち、タイヤ温度が低い場合、タイヤが堅くなり剛性が高くなる。逆にタイヤの温度が高い場合、タイヤが軟らかくなりタイヤ剛性は低くなる。タイヤの剛性が高い場合、タイヤの加速度の反応は敏感になり、実際の加速度より大きな値が出る。逆にタイヤの剛性が低い場合、タイヤの加速度の反応は緩慢になり、実際の加速度より小さな値が出る。そこで、タイヤの温度に応じて実加速度または基準情報のいずれか一方を補正し、比較基準を一致させることにより、信頼性の高い摩耗判定ができる。また、タイヤ温度が変化するとタイヤ自体の形状も変形するため、タイヤ温度に基づく補正を実施することにより、タイヤ変形も考慮した摩耗判定ができる。さらに、実加速度の補正を実施する場合、基準情報は１パターン準備すればよいので、記憶手段の小型化ができる。また、基本情報の補正を実施する場合、一度補正すれば同じ基本情報が利用できるので、補正処理が簡略化される。

また、上記態様において、前記判定手段は、前記実加速度の取得時の操舵状態に基づき、判定実行の有無を決定してもよい。タイヤが直進している場合と、転舵され横力が生じている場合とでは、タイヤに作用する作用力が変化し加速度が変化する。つまり、摩耗以外の要因により加速度が変化してしまう。そこで、たとえば横力の影響を受けない直進状態で実加速度と基準情報の比較を実施することにより、信頼性の高い摩耗判定を効率的にできる。なお、操舵状態に基づいて取得した実加速度や基準情報の補正を実施することも可能であり、旋回時に摩耗判定を実施することもできる。

また、上記態様においおて、前記作用力センサは、非摩耗状態のタイヤを車両に装着した後、加速度の検出を行い、この加速度に基づく情報を基準情報として前記記憶手段に記憶してもよい。この態様によれば、たとえば、タイヤ交換が行われた時に非摩耗状態のタイヤの基準情報の取得が可能になる。その結果、非摩耗状態のタイヤを新たに装着した場合でも、摩耗判定を最適な基準情報に基づいて実施できる。

また、上記態様において、前記作用力センサは、タイヤ幅方向に複数配置され、前記判定手段は、タイヤの幅方向ごとの前記実加速度と前記基準情報の比較に基づき、タイヤ幅方向の偏摩耗判定を実施することもできる。タイヤは、車両の走行状態や、車両の特性によって、内減りや外減りなど偏摩耗を起こす場合がある。そこで、タイヤの幅方向の複数の位置で摩耗判定を実施することにより、タイヤの偏摩耗を容易に判定することができる。

また、上記態様において、前記記憶手段は、前記基準情報として、タイヤの摩耗限界時の限界値を記憶し、前記判定手段は、限界値と実加速度とを用いて、現在のタイヤ摩耗レベルを推定してもよい。この態様によれば、ドライバーは、現在のタイヤの摩耗進行状態を把握することが可能であり、ドライバーにタイヤ交換時期などの情報を提供することができる。

本発明のタイヤ摩耗状態判定装置によれば、容易な構成により所定値以上のタイヤ摩耗の発生を高精度に判定することができる。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に基づいて説明する。

本実施形態のタイヤ摩耗状態判定装置は、タイヤの摩耗状態により、接地回転中のタイヤに作用する作用力が変化し、その結果として発生する加速度の出力値の大きさ、加速度の変化勾配、ピーク値間隔などが変化することに着目している。つまり、実際の車両走行時に取得した実加速度と、予め準備された基準加速度に関する基本情報との比較を行い、所定値以上のタイヤ摩耗が発生しているか否かを判定するものである。

図１は、本実施形態のタイヤ摩耗状態判定装置を搭載する車両１０の概略構成図である。なお、図１において、タイヤ摩耗状態判定装置に関連しない構成は図示を省略している。車両１０は、前輪位置および後輪位置に各種センサを搭載する車輪１２を装着している。車輪１２は、タイヤ１４とそのタイヤ１４を支持し車両１０の車軸と接続するホイール１６とを含む。タイヤ１４の詳細は後述するが、たとえばタイヤトレッド部の内部に、タイヤ１４の摩耗状態の判定を行う基本的な情報であるタイヤ１４の周方向の加速度を検出する複数の加速度センサ１８と、タイヤトレッド部の温度を検出する温度センサ２０が配置されている。また、ホイール１６には、タイヤ１４とホイール１６との間の空間の圧力、つまりタイヤ空気圧を検出する空気圧センサ２２と、この空気圧センサ２２の検出値、および加速度センサ１８、温度センサ２０などの検出値を車両１０側のＥＣＵ２４に例えば無線送信する送信部２６が配置されている。なお、ＥＣＵ２４に送信する情報はその種類により送信間隔が異なるので、センサ毎に専用の送信部を設けてもよい。

また、ＥＣＵ２４は、送信部２６から送信される情報の他、車輪１２を支持するサスペンションなどに配置された荷重センサ２８や、車速センサ３０、操舵角センサ３２などからの情報を取得している。

タイヤ１４のある一部分に着目する場合、回転することにより、接地と離反を繰り返している。そして、接地と離反の間で、タイヤ１４の周方向に作用する作用力が変化する。つまり、タイヤ１４の周方向に発生する加速度が変化する。また、タイヤ１４の空気圧が変化する場合、タイヤ１４の形状が変化すると共に剛性が変化する。つまり、タイヤ空気圧が高くなりタイヤ１４の剛性が高くなると、タイヤ１４の周方向に作用する加速度は敏感に反応するようになる。逆に剛性が低くなると、タイヤ周方向の加速度の反応は緩慢になる。つまり、タイヤ１４において実質的な摩耗状態の変化が生じていないのに、摩耗判定の基礎になるタイヤ１４の周方向の加速度が変化してしまう。そのため、ＥＣＵ２４は、摩耗判定時の補正情報としてタイヤ空気圧の情報を空気圧センサ２２から取得している。同様に、タイヤ１４の温度が変化する場合もタイヤ１４の形状が変化すると共に、硬軟の変化が生じるので、剛性が変化し加速度が変化する。そのため、ＥＣＵ２４は、摩耗判定時の補正情報としてタイヤトレッド部１４ａの温度情報を温度センサ２０から取得している。

さらに、タイヤ１４の剛性を変化させる要因の一つに、タイヤ１４に作用する荷重がある。つまり、タイヤ１４に作用する荷重が大きくなるとタイヤ１４が潰されるように変形するので、内部圧力が上昇し、タイヤ１４全体としての剛性が高くなり、摩耗判定の基礎になるタイヤ１４の周方向の加速度が変化してしまう。そのため、ＥＣＵ２４は、摩耗判定時の補正情報としてタイヤ１４に付加される荷重情報を荷重センサ２８から取得している。また、車両１０の速度が変化すると、加速度センサ１８で検出される加速度が変化する。たとえば、速度が大きくなるほど、タイヤ１４が接地したときに作用する力が大きくなり、タイヤ周方向に発生する加速度も大きくなる。また、踏み込みと蹴り出しの間隔も狭くなる。そのため、ＥＣＵ２４は、摩耗判定時の補正情報としてタイヤ１４の速度情報を車速センサ３０から取得している。なお、タイヤ１４の速度情報としては、車輪速を用いてもよい。また、タイヤ１４が接地したときに作用する力は、タイヤ１４が直進状態の時と転舵され旋回している状態で異なる。タイヤ１４が旋回している場合、タイヤ１４は横力などの影響を受け変形し、上述の場合と同様に、剛性の変化を招く。転舵による剛性の変化は連続的に頻繁に変化する。そのため、摩耗判定は、外力による剛性の変化が少ない直進走行時に実施することが望ましい。そのため、ＥＣＵ２４は摩耗判定を実施するか否かを判断するために、操舵角センサ３２からの情報を取得ている。なお、操舵状態に基づいて発生する加速度などを補正することも可能であり、旋回時に摩耗判定を実施することも可能である。

図２は、タイヤ１４における加速度センサ１８の配置状態を説明する説明図である。加速度センサ１８は、タイヤ１４のタイヤトレッド部１４ａの内部でタイヤ幅方向に複数個配置されることが望ましい。図２の例では４個配置した例を示している。タイヤ幅方向における加速度センサ１８の配置数は任意であるが、タイヤ全幅にわたって配置すること望ましく、たとえばタイヤ１４の幅方向に対して内側部、中央部、外側部それぞれで、加速度データを検出して、内側部、中央部、外側部それぞれで摩耗状態の判定を実施するようにすることが望ましい。このように加速度センサ１８を配置することにより、タイヤ１４の内側が大きく摩耗する内減りや外側が大きく摩耗する外減りなどタイヤ１４の幅方向の偏摩耗の判定ができる。また、加速度センサ１８はタイヤトレッド部１４ａの溝と溝の間の凸部の直下に配置して、凸部の摩耗による加速度の変化を敏感に検出するようにすることが望ましい。なお、中央に１つ加速度センサ１８を配置する場合には、タイヤ１４全体としての摩耗判定を実施することになる。また、加速度センサ１８をタイヤ１４の内側および外側に配置するのみでも、タイヤ１４の幅方向の偏摩耗の判定および内側の摩耗と外側の摩耗の平均値を演算する処理を実施することによりタイヤ１４全体としての摩耗判定ができる。なお、図２の場合、中央部に２個の加速度センサ１８を配置して、タイヤ１４の中心部における加速度の検出精度を向上させている例を示している。この場合、２個の加速度センサ１８の出力値の平均を求め摩耗判定を実施するようにしてもよい。なお、中央部の加速度センサ１８は１個でもよい。

加速度センサ１８の配置は、タイヤ１４の幅方向のみならず、タイヤ１４の周方向の複数の位置で実施することが望ましい。たとえば、１２０°間隔に配置することができる。タイヤが通常走行を行っている場合、タイヤ１４の摩耗は全周でほぼ均等に発生すると見なせる。しかし、急ブレーキなどによりタイヤ１４の一部で大きな摩耗が生じた場合、その部分に基づいて摩耗判定を実施する必要がある。この場合、タイヤ１４の周方向に複数の加速度センサ１８を配置することにより、より詳細な加速度の検出が可能になり、摩耗の発生を詳細に検出し、信頼性の高い摩耗判定が可能になる。なお、タイヤトレッド部１４ａの温度は、タイヤ１４の全周においてほぼ均一であると見なすことができるので、タイヤトレッド部１４ａの任意に位置に少なくとも１つ配置すれば十分である。また、温度センサ２０と、加速度センサ１８とは比較的接近して配置した方が、加速度センサ１８の測定結果に温度センサ２０の測定結果を反映させることができる。また、複数の温度センサ２０を配置してタイヤ１４内部の温度分布を取得し、加速度センサ１８の検出結果に反映させてもよい。

加速度センサ１８や温度センサ２０の検出結果は、図示を省略しているが、たとえば信号線を介して、送信部２６に提供され車両１０側のＥＣＵ２４へ無線送信される。なお、図２の場合、送信部２６と空気圧センサ２２が一体化され、この送信部２６を用いて各情報が所定のタイミングでＥＣＵ２４に送信される。また、送信部２６はメモリを備えてもよく、所定量の情報を蓄積した時にまとめて送信する構成してもよい。

図３は、ＥＣＵ２４の機能ブロック図を示している。ＥＣＵ２４は、送信部２６からの情報を受信する受信部３４と、タイヤ１４の摩耗状態を判定する時に用いるデータであり、回転する非摩耗状態のタイヤ１４が接地するときに、タイヤ周方向に発生する加速度情報、つまり基準加速度に関する基準情報を記憶する記憶部３６と、受信部３４を介して受信した車輪１２からの情報と、荷重センサ２８、車速センサ３０、操舵角センサ３２などから得られる情報、記憶部３６から得られる基本加速度に関する基準情報と、に基づき摩耗判定を実施する判定部３８とを含む。基準加速度に関する基準情報は、たとえば、非摩耗時に発生する基準加速度に対して、加速度のパターンがどれだけ変化したら考慮すべき摩耗有りと判定するかを定めた摩耗発生閾値を含む。この摩耗発生閾値は、たとえば、加速度の出力値の大きさや出力値の変化勾配、加速度増加時のピーク間隔などに対して設定することができる。これらの摩耗発生閾値をそれぞれ単独で摩耗判定に利用してもよいし、複数を組み合わせて利用してもよい。なお、記憶部３６には、タイヤ１４ごとの非摩耗状態におけるタイヤ周方向の基準加速度に関する基準情報を予め記憶することができる。この基本となる基準加速度に関する基準情報は、ディーラ出荷時などに記憶することができる。また、他の方法として、非摩耗状態のタイヤ１４を装着したときに、加速度センサ１８を用いて加速度のパターンを実際に検出して、その値を基準加速度とし、実際に検出した加速度を基準に所定の摩耗発生閾値を設定してもよい。なお、通常、受信部３４で取得した加速度センサ１８の情報は、そのまま判定部３８に提供されるが、未摩耗状態のタイヤ１４を装着し、加速度センサ１８を用いて基準加速度を取得する場合には、情報処理部４１を介して取得した加速度を基準情報に変換して記憶部３６に提供される。したがって、本実施形態では、受信部３４と判定部３８との間に、切替部４０を設け、受信部３４で取得した加速度情報を、情報処理部４１を介して記憶部３６または判定部３８のいずれかに提供するように構成されている。なお、摩耗判定方法として、実加速度のパターンと基準加速度のパターンを比較して判定を実施する場合もある。この場合、ＥＣＵ２４において、情報処理部４１は削除できる。

判定部３８でタイヤ１４の摩耗判定を行った結果は、車両１０の運転席などに設けられた結果提示部４２に表示することができる。結果提示部４２はたとえば、ＬＥＤやディスプレイで構成して、摩耗状態を視覚的にドライバーに提示することができる。また、スピーカなどを用いて警報音や音声メッセージでドライバーに提示するようにしてもよい。

このように構成されるタイヤ摩耗状態判定装置の摩耗判定手順を図４および図５のフローチャートを用いて説明する。

図４は、回転するタイヤ１４が接地するときに、タイヤ周方向に発生する加速度のパターンを説明するものである。タイヤ１４が回転して、加速度センサ１８が配置された部分が路面Ｇに接近すると、路面Ｇからの力を受け始め、タイヤ１４は圧縮変形を始める。その結果、図４のグラフで実線で示すように、タイヤ１４が路面Ｇに踏み込む踏み込み点Ａに近づくのにしたがい、タイヤトレッド部１４ａに圧縮力が働く。その結果、タイヤ１４は周方向に正方向の加速度を受け始め、踏み込み点Ａで圧縮変形が最大になり、周方向の加速度は、正のピークＡ1を迎える。その後、タイヤトレッド部１４ａは路面Ｇを蹴りながら回転するので、タイヤトレッド部１４ａが路面Ｇに沿って図中左右方向に引き延ばされる力を受ける。その結果、タイヤトレッド部１４ａには周方向の引っ張り力が働き、タイヤ１４は周方向に負方向の加速度を受ける。そして、タイヤ１４において加速度センサ１８の配置された部分が接地している間（符号Ｂ部分）、タイヤ周方向の加速度は、ピークＡ1から逆転する方向に推移する。さらに、タイヤ１４の回転が進行し、蹴り出し点Ｃに接近すると、路面Ｇとタイヤトレッド部１４ａとの摩擦力が低下し始める。その結果、タイヤ１４は、自らの弾性により形状復帰し始める。そして、負の方向の加速度が増加し始め、蹴り出し点Ｃで負のピークＣ１を迎える。そして、加速度センサ１８が配置されたタイヤ１４の対応部分が路面Ｇから離れると増加していた負の加速度が低下し、ゼロに近づく。

このようなタイヤ１４の周方向の加速度のパターンは、タイヤ１４固有のものであり、タイヤ自身の状態またはタイヤの使用状態が変化することにより変化する。したがって、同じタイヤでも未摩耗状態の加速度のパターンと既摩耗状態の加速度のパターンとでは形状が異なる。本実施形態においては、未摩耗状態の加速度のパターンを予め計測しておき、基本加速度のパターンＭとすると共に、この基本加速度のパターンＭに関する基本情報を記憶部３６に記憶しておく。基本情報としては、前述したように、たとえば、非摩耗時に発生する基準加速度に対して、加速度のパターンがどれだけ変化したら摩耗有りと判定するかを定めた摩耗発生閾値を含んでいる。そして、この摩耗発生閾値は、たとえば、加速度の出力値の大きさや出力値の変化勾配、加速度増加時のピーク間隔などに対して設定されている。前述したように、この基本加速度のパターンＭに関する基本情報は、ディーラー等でタイヤ１４ごとに予め記憶しておくことができる。また、タイヤ１４の装着後に加速度センサ１８を用いて測定した非摩耗時の加速度を基準加速度として、情報処理部４１において、この基準加速度に対して所定のオフセットをかけた摩耗発生閾値を自動的に設定して記憶部３６に記憶するようにしてもよい。

ところで、タイヤ１４に摩耗が生じている場合、つまり、タイヤトレッド部１４ａが薄くなっている場合、タイヤ１４の剛性が高くなり、タイヤトレッド部１４ａの変形が敏感になる。そのため、図４に破線で示すように、加速度変化勾配が急峻になると共に、出力値の大きさ、つまりピーク値Ａ2、Ｃ2が大きくなる。また、タイヤ１４の半径が実質的に減少することにより、タイヤ１４の接地面積が減少するので、加速度増加時のピーク間隔、つまりピークＡ2−Ｃ2間がピークＡ1−Ｃ1間より狭くなる。

このように、タイヤ１４に摩耗が生じた場合、タイヤ１４の周方向の加速度のパターンは、図４に示すように一定方向に変化する。判定部３８は、車両１０の走行中に加速度センサ１８を用いて取得した実加速度が、記憶部３６に記憶された加速度の出力値の大きさや出力値の変化勾配、加速度増加時のピーク間隔などの摩耗発生閾値を越えるか否かで、ドライバーまたは車両が認識しておくことが望ましい程度の摩耗がタイヤ１４に発生しているか否かを判定することができる。また、記憶部３６に基準情報として基準加速度のパターンＭが記憶されている場合、判定部３８は、車両１０の走行中に加速度センサ１８を用いて現在の実加速度のパターンＰを取得すると共に、記憶部３６から基準加速度のパターンＭを取得し、両者を比較し、実加速度のパターンＰが所定方向（図４の場合左方向）にシフトしている場合、タイヤ１４に摩耗が発生していると判定するようにしてもよい。この場合、基準加速度のパターンＭに対する実加速度のパターンＰのシフト量が所定量以上の場合に、所定値以上の摩耗が発生していると判断することができる。

図５のフローチャートは、判定部３８において摩耗発生閾値を用いた処理手順を示している。まず、本実施形態のタイヤ摩耗状態判定装置は、たとえば、イグニッションスイッチがＯＮされることにより始動する。ＥＣＵ２４は、車速センサ３０からの情報に基づき、車速が所定値以下、たとえば１０ｋｍ／ｈ以下か否かの判断を行う（Ｓ１００のＹまたはＮ）。車速（車輪速）が早い場合、回転するタイヤ１４で加速度センサ１８の配置されたタイヤトレッド部１４ａが接地している時間が短くなり、図４に示すような明確な加速度の変化の検出が困難になる。そのため、あまり高速ではなく、かつタイヤの周方向の加速度に影響を与えるような加減速が行われていないタイミングを選択して摩耗判定を実施する。したがって、車速が所定値、たとえば１０ｋｍ／ｈを越えた場合には（Ｓ１００のＮ）は摩耗判定処理を終了する。また、現在の車速が所定値、たとえば１０ｋｍ／ｈより遅い場合（Ｓ１００のＹ）、ＥＣＵ２４は、操舵角センサ３２からの情報に基づき、タイヤ１４が実質的な直進状態にあるか否か、たとえば、操舵角が１度以下であるか否か判断する（Ｓ１０２のＹまたはＮ）。前述したように、タイヤ１４が転舵している場合、タイヤ１４に横力などが作用し、タイヤ１４が変形し剛性が変化してしまう。そこで、本実施形態では、タイヤ１４が横力などの影響を受けない直進状態にあるタイミングを選択して摩耗判定を実施するようにする。したがって、操舵角が所定値、たとえば１度以上の場合には（Ｓ１０２のＮ）は摩耗判定処理を終了する。

ＥＣＵ２４の判定部３８は、車速がたとえば、１０ｋｍ／ｈで車両１０が実質的に直進している場合（Ｓ１０２のＹ）、加速度センサ１８を介して実加速度の検出を開始する。すなわち、図４に示すように、加速度センサ１８が配置されたタイヤトレッド部１４ａが踏み込み、蹴り出しを行う期間を含む実加速度を取得する（Ｓ１０４）。この加速度検出は、たとえば、１／１０００秒周期で実施する。タイヤ１４の同一部分の実加速度は、車速などの検出条件が同一であれば、タイヤ１４の１回転に１度実質的に同じデータが得られるので、複数回のデータを取得して、平均処理などを施し、判定に用いる実加速度としてもよい。このように、車速や舵角に関する条件が揃った場合のみに、送信部２６や受信部３４を用いたデータ通信を行い加速度データを取得することにより、システムの動作電力を低減できる。なお、加速度データの取得は常時行っていてもよい。

そして、判定部３８は、実加速度が取得できたら、記憶部３６から判定対象のタイヤ１４の基本加速度の基準情報に含まれる摩耗発生閾値を取得する（Ｓ１０６）。また、前述したように、判定部３８は、加速度センサ１８からの加速度情報に加え、温度センサ２０、空気圧センサ２２、荷重センサ２８、車速センサ３０などからの情報を取得して、加速度センサ１８による加速度検出時の検出条件を取得している。したがって、取得した実加速度の検出条件と、基本加速度の測定条件とを比較し、加速度の補正が必要であるか否かの判断を行う（Ｓ１０８のＹまたはＮ）。

判定部３８が実加速度の検出条件と、基本加速度の測定条件とは、実質的に同じであると判断した場合（Ｓ１０８のＮ）、判定部３８は、実加速度と基本加速度の摩耗発生閾値との比較を行い（Ｓ１１０）、タイヤ１４に所定値以上の摩耗が生じているか否かの判断を行う（Ｓ１１２）。摩耗判定は、たとえば、実加速度の出力値の大きさが出力値の大きさに関する摩耗発生閾値を越えた場合、現在使用中のタイヤ１４に摩耗有りと判断する。また、実加速度の出力値の変化勾配が変化勾配に関する摩耗発生閾値を越えた場合に、現在使用中のタイヤ１４に摩耗有りと判断する。また、実加速度の加速度増加時のピーク間隔がピーク間隔に関する摩耗発生閾値を越えた場合に、現在使用中のタイヤ１４に摩耗有りと判断する。判定部３８は、いずれか一つの判断を行いタイヤ１４の摩耗の有無判定を行ってもよいし、幾つかの判断を組み合わせて行い、判断の信頼性を向上するようにしてもよい。摩耗判定が完了したら、ＥＣＵ２４は判定結果に応じた結果処理を行う（Ｓ１１４）。もし、タイヤ１４に所定値以上の摩耗が認められない場合には、何ら提示処理を行わなくてよい。また、「摩耗なし通知（許容範囲以内の摩耗を含む）」をＬＥＤやディスプレイ、スピーカなどを介して行ってもよい。その後、今回のタイヤ摩耗状態判定装置の動作を終了し、次回のタイミングのタイヤ摩耗状態判定装置の始動に備える。なお、タイヤ摩耗状態判定装置の始動は、連続的に複数回行ってもよい。複数回の判定を実施することにより摩耗判定精度をさらに向上することができる。また、イグニッションスイッチのＯＮタイミング、すなわち、車両１０の始動タイミングごとに行ってもよい。また、タイヤ摩耗状態判定装置の始動条件に、イグニッションスイッチのＯＮの情報に加え、タイマーによるカウントの情報や走行距離の累積情報を加え、一定期間ごとまたは一定走行距離ごとにタイヤ摩耗状態判定装置の始動が発生するようにしてもよい。

また、タイヤ１４に所定値以上の摩耗が認めされる場合には、ＬＥＤやディスプレイ、スピーカなどを介して摩耗警告通知をドライバーに提供し、処理を終了する。この場合、タイヤの確認や近々の交換を推奨するメッセージを提示することができる。また、スリップなどが発生しないように、エンジンやブレーキの制御を行う信号を車両１０のＥＣＵに提供することもできる。

一方、Ｓ１０８において、判定部３８が実加速度の検出条件と、基本加速度の測定条件とが異なると判断した場合（Ｓ１０８のＹ）、判定部３８は、異なる条件に関して、実加速度または基本情報のいずれか一方を補正する（Ｓ１１６）。たとえば、実加速度の検出時のタイヤ空気圧が、基本加速度の測定時のタイヤ空気圧より高い場合、タイヤ１４の剛性が高くなり、加速度の値が摩耗時側シフトする。そこで、タイヤ空気圧の差分に基づく補正を実施する。実加速度を補正した場合には、記憶部３６に記憶された摩耗発生閾値を利用し摩耗判定を実施できる。また、基本情報を補正した場合、新たな基準情報、すなわち、新たな摩耗発生閾値を用いて摩耗判定を実施できる。なお、検出条件の違いに基づき、基準加速度のパターン（推移パターン）Ｍを補正してもよい。この補正の結果、タイヤ１４の摩耗判定を高精度に実施することができる。なお、この補正は、実加速度と基本情報のいずれに対して行ってもよいが、タイヤ摩耗状態判定を連続的に実施する場合は、基本情報を一度補正すれば同じ基本情報が利用できるので、補正処理が簡略化される。また、実加速度を補正する場合、基準情報は１パターン準備すればよいので、記憶部３６の小型化ができる。補正を行った後は、Ｓ１１０に移行し、上述の処理を実行する。

同様に、実加速度の検出条件と、基本加速度の測定条件で、速度条件や、荷重条件や温度条件が異なる場合も実加速度または基準情報の補正を行い、比較処理を実施することにより、正確な摩耗判定ができる。もちろん、基本情報の補正を実施する場合で、複数の条件が異なる場合には、その条件の補正が同時に実施される。また、各条件における補正量は、専用の補正マップを用いて行ってもよい。

このように、本実施形態のタイヤ摩耗状態判定装置においては、タイヤ１４の周方向の実加速度と、非摩耗状態のタイヤの基準加速度の摩耗発生閾値とを比較するのみで、タイヤ１４の摩耗状態の判定を高精度にできる。

また、図２に示すようにタイヤ１４の幅方向に複数の加速度センサ１８を配置している場合は、タイヤ１４に対して、内側、中央部、外側で、摩耗判定を実施することが可能になり、タイヤ１４の偏摩耗の判定を容易にできる。

ところで、タイヤの摩耗の場合、現在の摩耗がどの程度のレベルであるか、すなわち、あとどれくらいで交換が必要になるかの情報が提供できれば、車両１０のメンテナンス性の向上や安全性の向上に寄与することができる。

そこで、本実施形態のタイヤ摩耗状態判定装置においては、図６に示すように、記憶部３６は、判定対象のタイヤ１４に対して、実線で示す基準加速度のパターンＭに加え、一点鎖線で示す摩耗限界時の限界加速度のパターンＮを記憶している。判定部３８は、破線で示す実加速度のパターンＰが、基準加速度のパターンＭと限界加速度のパターンＮとで形成する範囲内のどの当たりにシフトしているかを判定することにより、判定対象のタイヤ１４の摩耗が摩耗限界の何％まで進行しているか、すなわち摩耗レベルを推定することができる。また、タイヤ１４の交換時からの走行距離に基づき、次回のタイヤ交換時期の推定をすることもできる。なお、図６の場合、理解を容易にするために、加速度のパターンを示しているが、上述したように、摩耗発生の判断および摩耗限界に達したことの判断は、基準加速度のパターンＭに対応する摩耗発生閾値および限界加速度のパターンＮに対応する限界閾値と実加速度を比較することにより、摩耗推定を実施することができる。

このように、本実施形態のタイヤ摩耗状態判定装置においては、シンプルな構成により、単にタイヤ１４の摩耗の有無を検出するのみならず、摩耗レベルやタイヤ１４の交換時期の推定も可能になる。

なお、上述の実施形態においては、タイヤ１４に作用力センサとしてタイヤ１４の周方向の加速度を検出する加速度センサ１８を配置して、直接加速度を検出する例を説明したが、たとえば、タイヤ１４の周方向の歪みを検出する歪みセンサを配置してもよい。この場合、歪みセンサから出力される歪み波形Ｑは、図７に示すようになる。歪み出力の圧縮方向の最初のピークは、踏み込み点Ａの直前に現れる。その後、接地部分で、引っ張り側のピークが現れる。そして、蹴り出し点Ｃ通過直後に再び圧縮側のピークが現れる。この歪み波形Ｑを微分することにより、図４と同様な加速度波形に変換することができる。以後、上述した実施形態と同様に、測定した歪みに基づく実加速度と、摩耗発生閾値の比較または実加速度にパターンと基準加速度にパターンとの比較によりタイヤ１４の摩耗状態の判定を実施することができる。

上述の実施形態においては、タイヤ１４の周方向に作用する作用力に基づく実加速度と基準情報との比較によりタイヤ１４の摩耗の有無を判定した。以下に示す他の実施形態においては、タイヤ１４の半径方向に発生する加速度の変化を用いてタイヤ１４の摩耗の有無を判定する。

図８は、回転するタイヤ１４が接地するときに、タイヤ半径方向に発生する加速度のパターンを説明するものである。タイヤ１４が回転して、加速度センサ１８が配置された部分が路面Ｇに接近すると、路面Ｇからの力を受け始め、タイヤ１４は圧縮変形を始める。その結果、図８のグラフで実線で示すように、タイヤ１４が路面Ｇに踏み込む踏み込み点Ａに近づくのにしたがい、タイヤトレッド部１４ａに圧縮力が働く。その結果、タイヤ１４は半径方向に正方向の加速度を受け始め、踏み込み点Ａの直前で圧縮変形が最大になり、半径方向の加速度は、１度目の正のピークＡ1を迎える。その後、タイヤトレッド部１４ａは路面Ｇを蹴りながら回転するので、タイヤトレッド部１４ａが路面Ｇに沿う図中左右方向に引き延ばされる力を受ける。その結果、タイヤトレッド部１４ａには周方向の引っ張り力が働き、タイヤ１４は半径方向に負方向の加速度を受ける。そして、タイヤ半径方向の加速度は、タイヤ１４の接地幅の略中央（符号Ｂ）付近で負のピークＢ1を迎える。さらに、タイヤ１４の回転が進行すると、路面Ｇとタイヤトレッド部１４ａとの摩擦力が低下し始める。その結果、タイヤ１４は、自らの弾性により形状復帰し始め、延び状態から圧縮状態に移行する。つまり、再び正方向の加速度が発生し始める。そして、蹴り出し点Ｃの直後に２度目の正のピークＣ1を迎える。そして、加速度センサ１８が配置されたタイヤ１４の対応部分が路面Ｇから離れると正の加速度は減少し、ゼロに近づく。

このようなタイヤ１４の半径方向の加速度パターンは、タイヤ１４固有のものであり、タイヤ自身の状態またはタイヤの使用状態が変化することにより変化する。したがって、同じタイヤでも未摩耗状態の加速度のパターンと既摩耗状態の加速度のパターンとでは形状が異なる。本実施形態においては、未摩耗状態の加速度のパターンを予め計測しておき、基本加速度のパターンＭとすると共に、この基本加速度に関する基本情報を記憶部３６に記憶しておく。基本情報としては、前述したように、たとえば、非摩耗時に発生する基準加速度に対して、加速度のパターンがどれだけ変化したら摩耗有りと判定するかを定めた摩耗発生閾値を含んでいる。そして、この摩耗発生閾値は、たとえば、加速度の出力値の大きさや出力値の変化勾配、加速度増加時のピーク間隔などに対して設定されている。

タイヤ１４の半径方向の加速度についても、タイヤ１４に摩耗が生じている場合、つまり、タイヤトレッド部１４ａが薄くなっている場合、タイヤ１４の剛性が高くなり、タイヤトレッド部１４ａの変形が敏感になる。そのため、図８に破線で示すように、加速度変化勾配が急峻になると共に、出力値の大きさ、つまりピーク値Ａ2，Ｂ2、Ｃ2が大きくなる。また、タイヤ１４の半径が実質的に減少することになるので、タイヤ１４の接地面積が減少し、加速度増加時のピーク間隔、つまりピークＡ2−Ｃ2間がピークＡ1−Ｃ1間より狭くなる。

このように、タイヤ１４に摩耗が生じた場合、タイヤ１４の半径方向の加速度のパターンは、図８に示すように一定方向に変化する。判定部３８は、車両１０の走行中に加速度センサ１８を用いて取得した実加速度が、記憶部３６に記憶された加速度の出力値の大きさや出力値の変化勾配、加速度増加時のピーク間隔などの摩耗発生閾値を越えるか否かで、ドライバーまたは車両が認識しておくことが望ましい程度の摩耗がタイヤ１４に発生しているか否かを判定することができる。また、記憶部３６に基準情報として基準加速度のパターンＭが記憶されている場合、判定部３８は、車両１０の走行中に加速度センサ１８を用いて現在の実加速度のパターンＰを取得すると共に、記憶部３６から基準加速度のパターンＭを取得し、両者を比較し、実加速度のパターンＰが所定方向（図８の場合左方向）にシフトしている場合、タイヤ１４に摩耗が発生していると判定するようにしてもよい。この場合、基準加速度のパターンＭに対する実加速度のパターンＰのシフト量が所定量以上の場合に、所定値以上の摩耗が発生していると判断することができる。さらに、図６で説明したものと同様に、半径方向の加速度についても摩耗限界時の限界加速度に関する摩耗発生閾値または摩耗限界加速度パターンを記憶部３６に記憶しておくことにより、摩耗の有無を検出するのみならず、摩耗レベルやタイヤ１４の交換時期の推定ができる。

なお、本実施形態で示すシステム構成は一例であり、回転するタイヤが接地するときに、タイヤに作用する作用力により発生する実加速度を取得する作用力センサと、回転する非摩耗状態のタイヤが接地するときに、タイヤに作用する作用力により発生する基準加速度に関する基準情報を記憶する記憶手段と、取得した実加速度と基準情報とを比較し、少なくとも加速度の出力値の大きさまたは出力値の変化勾配または加速度増加時のピーク間隔のいずれか１つに基づいてタイヤの摩耗状態を判定する判定手段と、を含む構成であれば、他の構成は任意に変更可能であり、上述した実施形態と同様な効果を得ることができる。

なお、本実施形態において、摩耗発生閾値や摩耗限界閾値は予め固定値として設定する例を示したが、使用するタイヤ１４の特性に基づき変更することが望ましい。ただし、この閾値の変更は、車両１０のディーラやタイヤ販売者など専門家により実施されることが望ましい。

本実施形態に係るタイヤ摩耗状態判定装置を搭載する車両の構成概念を説明する説明図である。 本実施形態に係るタイヤ摩耗状態判定装置における加速度センサや温度センサの配置を説明する説明図である。 本実施形態に係るタイヤ摩耗状態判定装置のＥＣＵの機能ブロック図である。 本実施形態に係るタイヤ摩耗状態判定装置の摩耗判定に使用するタイヤの周方向の実加速度のパターンと基本加速度のパターンの比較を説明する説明図である。 本実施形態に係るタイヤ摩耗状態判定装置のタイヤ周方向の加速度に基づく摩耗判定手順を説明するフローチャートである。 本実施形態に係るタイヤ摩耗状態判定装置において、基準加速度のパターンと限界加速度のパターンを用いて、摩耗レベルの推定が可能であることを説明する説明図である。 本実施形態に係るタイヤ摩耗状態判定装置におて、作用力センサとしてタイヤ周方向に歪みを検出する歪みセンサを用いた場合の出力波形を説明する説明図である。 本実施形態に係るタイヤ摩耗状態判定装置の摩耗判定に使用するタイヤの半径方向の実加速度のパターンと基本加速度のパターンの比較を説明する説明図である。

符号の説明

１０ 車両、 １２ 車輪、 １４ タイヤ、 １４ａ タイヤトレッド部、 １６ ホイール、 １８ 加速度センサ、 ２０ 温度センサ、 ２２ 空気圧センサ、 ２４ ＥＣＵ、 ２６ 送信部、 ２８ 荷重センサ、 ３０ 車速センサ、 ３２ 操舵角センサ、 ３４ 受信部、 ３６ 記憶部、 ３８ 判定部、 ４０ 切替部、 ４２ 結果提示部、 Ｍ 基準加速度のパターン、 Ｐ 実加速度のパターン。

Claims (11)

1. 回転するタイヤが接地するときに、タイヤに作用する作用力により発生する実加速度を取得する作用力センサと、
   回転する非摩耗状態のタイヤが接地するときに、タイヤに作用する作用力により発生する基準加速度に関する基準情報を記憶する記憶手段と、
   取得した実加速度と前記基準情報とを比較し、少なくとも加速度の出力値の大きさまたは出力値の変化勾配または加速度増加時のピーク間隔のいずれか１つに基づいてタイヤの摩耗状態を判定する判定手段と、
   を含むことを特徴とするタイヤ摩耗状態判定装置。
2. 前記基準情報は、前記基準加速度に対して設定されたタイヤの摩耗の程度を判別する摩耗発生閾値であることを特徴とする請求項１記載のタイヤ摩耗状態判定装置。
3. 前記基準情報は、前記基準加速度の推移パターンであることを特徴とする請求項１記載のタイヤ摩耗状態判定装置。
4. 前記判定手段は、前記実加速度の取得時の速度に基づいて、前記実加速度または基準情報のいずれか一方を補正することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のタイヤ摩耗状態判定装置。
5. 前記判定手段は、前記実加速度の取得時にタイヤに作用する荷重に基づいて、前記実加速度または基準情報のいずれか一方を補正することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタイヤ摩耗状態判定装置。
6. 前記判定手段は、前記実加速度の取得時のタイヤ空気圧に基づいて、前記実加速度または基準情報のいずれか一方を補正することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のタイヤ摩耗状態判定装置。
7. 前記判定手段は、前記実加速度の取得時のタイヤトレッド部の温度に基づいて、前記実加速度または基準情報のいずれか一方を補正することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のタイヤ摩耗状態判定装置。
8. 前記判定手段は、前記実加速度の取得時の操舵状態に基づき、判定実行の有無を決定することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のタイヤ摩耗状態判定装置。
9. 前記作用力センサは、非摩耗状態のタイヤを車両に装着した後、加速度の検出を行い、この加速度に基づく情報を基準情報として前記記憶手段に記憶することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のタイヤ摩耗状態判定装置。
10. 前記作用力センサは、タイヤ幅方向に複数配置され、前記判定手段は、タイヤの幅方向ごとの前記実加速度と前記基準情報の比較に基づき、タイヤ幅方向の偏摩耗判定を行うことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のタイヤ摩耗状態判定装置。
11. 前記記憶手段は、前記基準情報として、タイヤの摩耗限界時の限界値を記憶し、前記判定手段は、限界値と実加速度とを用いて、現在のタイヤ摩耗レベルを推定することを特徴とする請求項２から請求項１０のいずれか１項に記載のタイヤ摩耗状態判定装置。

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