JP4242200B2 - 空気タイヤ及び車両モニタリングシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輪のリムに設けられる空気タイヤの構成技術に関する。本発明は、更に当該空気タイヤに加硫されるセンサ部、空気タイヤに取り付けられる回転数測定ユニットおよび車両モニタリングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の車輪に配される空気タイヤは、車両と走行面との間の接触を緩和するものであり広範な機能を奏する。空気タイヤは走行時の快適性、車両走行に際しての転がり抵抗、車両の走行安定性等に広く影響を及ぼし、車両の機能特性に関する決定的な要素となる。空気タイヤは運用上の諸要件の影響を受ける。ガス、光、流体ならびに機械的負荷といった外的影響因子、ならびに突然の車両停止等の車両負荷状態に加え充填タイヤ圧（空気タイヤ内部における空気の圧力）が、タイヤの耐用期間や機能条件に関して重要な意味を有する。
【０００３】
とりわけタイヤ圧が低いと当該タイヤの転動抵抗が過大となり、特にタイヤの肩部領域の温度が上昇し易くなる。かかるタイヤの高温状態は、タイヤのゴムを劣化させるのみならず、タイヤゴムとカーカス間の結合および帯部（ブレーカ）等といったタイヤ構造を劣化させる可能性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、車輪のリムに設けられた空気タイヤに関する機能状態を評価することが可能な技術を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するべく、本発明は、複数のセンサ部が設けられた空気タイヤによって特徴付けられ、温度、圧力、応力等といったタイヤの運用情報が検出され保持可能とされる。かかる運用情報値は、単にタイヤ自体に関する評価要素のみならず、車両の運用情報に関する評価要素として利用することが可能である。
【０００６】
本発明は、車両の車種を問わず、車輪のリムに搭載される空気タイヤに適用される。例えば航空機の車輪などにも適用可能である。また空気タイヤとしては、文字通り空気が充填されるタイヤのみならず、窒素等の特定のガスが主体的に充填されたタイプのタイヤも公的に包含するものとする。本発明は、以下の記載ならびに図面において例示的に詳説される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本実施の形態に係るタイヤの上半分の径方向断面を示す。このタイヤは、例えば、レーヨン繊維で形成され、径方向へ延在するとともにビード部（縁部）６よりも径方向内側部まで続く二つの層状部を有するカーカス４を有する。ビード６の径方向内側領域には、当該ビード６を安定化するためのビードワイヤ８が配置されている。鋼線で形成された二つの交差状またはバイアス状の層状部と、ナイロン繊維で形成され、環状に延在する二つの層状部とを有する帯部１０が、カーカス４の径方向外側領域に設けられている。帯部１０は、ベルトないしブレーカとも称呼される。カーカス４ないし帯部１０の上方にはゴム層１２が加硫される。当該ゴム層１２は、タイヤの径方向の最外側領域にトレッド部１４を形成するとともに、当該タイヤの側方領域に比較的薄い側壁部１６を形成する。ビード部６は、特に図示しない車輪と一体状に形成されるリム２０の肩部１８の軸方向内側に受承される。タイヤはエアがシール状に充填された構造とされ、リム２０を通じて延在するバルブ２２を通じて圧縮空気がタイヤ内部に充填される。
【０００８】
上記タイヤの構成自体は周知のものであり、更なる詳細な説明は省略する。もっとも上記タイヤの周知の構成は例示的な説明として理解されるべきである。本発明は上記と異なる構成を有するタイヤへも好適に適用可能である。
【０００９】
本発明の趣旨に従い、センサシステムないしセンサネット２４が、タイヤへと貼付ないし加硫することで、帯部１０とカーカス４との間に配置される。特に図１では示されないが、センサネット２４はセンサユニットを有する。センサユニットは、車両に取付けられたアンテナ２６を介して呼び出し可能に構成されるとともに、車両の各センサ、入力部３０、出力部３２、あるいはバスシステムに接続されたデータコネクタ３４とともに設置可能な制御装置２８へと接続される。
【００１０】
図２は、車両のフェンダ周りに互いに周方向に離間状に配置された三つのアンテナ２６を模式的に示す。アンテナ２６は、センサネットに収容された少なくとも一つのトランスポンダ３６と交信可能とされ、あるいは当該センサネットの結節部へと接続可能とされる。当該トランスポンダ３６の構成に対応して車両に取付けられるアンテナの総数を増減することが好ましい。
【００１１】
図３から図５まででは、タイヤ内部におけるセンサネット２４の構成が、その下部に配置された帯部１０とともに示されている。なおセンサネット２４および帯部１０は巻き込まれない平坦な状態として模式的に図示されている。
【００１２】
図３に示す態様においては、センサネット２４に収容された各センサ部３８は対応するコネクタ４０を介して、トランスポンダ３６を有する結節部４２にそれぞれ連接される。
【００１３】
図４に示す態様においては、タイヤ周りに互いに角をなしつつ連続状に配置された複数のセンサ部３８は、トランスポンダ３６へと接続された単一の共同コネクタ４０に連接される。
【００１４】
図５に示す態様では、コネクタ４０は菱形状のネット４１を形成するとともに当該ネット４１は結節部４２およびトランスポンダ３６に接続される。
【００１５】
コード状のコネクタ４０は、スチールケーブル、カーボン、導電性樹脂、あるいは所要の絶縁性を有するとともに応力ないし張力を緩和することを目的とした車両構成分野における周知の構成を有する他の導電性コネクタにつき、例えばカーボン、アラミド、スチールコード配合材料、導電性樹脂セラミック繊維などを組み合わせて構成するのが好ましい。かくして接続材料コード、あるいは各コネクタは、かかる配合成分がタイヤ加硫の際に損傷を受けず、タイヤの運用条件で劣化しにくい機械的特性を有する必要がある。もしセンサユニットが、例えば、それぞれプロセッサを有し、マルチプレックまたはバス技術を介し、トランスポンダ３６によって個別に読み出されることが可能な場合、データ処理技術に基づき、各センサ部３８は、互いに電気的に絶縁された一または複数のコネクタのうちの一つを通じて中央結節部４２に接続され、あるいは個々のセンサユニットはコネクタを介してネットに接続される。コネクタ、コードネット４１において、スイッチ構成は図２ないし図３に示すように具現化される。
【００１６】
所要とされるコネクタ４０群は、所望数のセンサ、あるいはタイヤへのセンサユニットの取付けの作用として、センサユニット３８とともに、ベルト１０とカーカスの間に配置されるとともに、タイヤの製造時にタイヤに加硫されるセンサネット２４を形成するコネクタネット４１を集合的に構築する。図１におけるセンサネット２４の幅は、側壁部１６へと延在するセンサユニット３８に応じ、帯部１０の幅より若干広く構成されることが可能であり、あるいは帯部１０よりも幅狭に構成することも可能である。同様の趣旨により、センサネット２４は、タイヤの全周（タイヤの転動方向へと見た場合）に渡って延在する必要はない。センサネット２４の個々のコードは複数撚り状に構成することが可能である。センサ部３８とトランスポンダ３６の連接手段は、各センサ部３８およびトランスポンダ３６が接続される帯部１０の金属部によって構成することも可能である。図示された実施形態では、結節部４２は、例えば一方においてコネクタ４０を接続するとともに、他方においてトランスポンダ３６のベース基板へと設定されるメモリ、アンテナあるいは選択的に設けられる電源部といった要素を接続するための接続パスを有するベース基板を構成する。モニタリング構造の構成に従い、
機械的に安定したコードにつき、基板全体に延在させ、あるいは基板に一体化されて作用する応力を測定可能な延長要素へと連接させることが可能である。
【００１７】
各センサユニット３８は、タイヤの各種の物理的状態値あるいは運用情報をモニタすることが可能である。センサ部としては、例えば温度測定、空気圧測定、帯部１０により作用する圧力や応力測定のための複数のセンサ、さらにはコードにより作用する圧力測定のための測定セル、タイヤ構造の特定の領域部での関連情報であるコード群の伸延（タイヤの伸延状態）を測定するためのセンサを包含することができる。
【００１８】
測定範囲をカバーするのに十分な範囲に渡って路面へのタイヤ接触面に各センサ部を配置することにより、測定箇所における測定値の図示が可能な形態で運用情報が得られることとなる。この図示は種々の手法で実施可能である。
【００１９】
圧力測定は、例えばピエゾ素子やコンデンサが配置された感圧性ホイールないしマイクロセルによって構成することができる。タイヤ構造の伸延状態は、ピエゾ素子あるいはコンデンサが配置された伸延感知性のホイールないしマイクロセルによって構成することができる。温度測定についても、同様にピエゾ素等を用いて電気抵抗の変化を測定することで検出することができる。測定のための検出手段自体の構造は周知であり、詳細な説明を省略する。
【００２０】
図６は、温度測定エレメント４４、圧力測定エレメント４６、および互いに直交状に配置された二つの伸延感知エレメント４８，５０を有するセンサ部３８の構成を模式的に示す。
【００２１】
センサ部３８によって測定され保持されたデータの移送は各種の手法によって遂行可能である。一つの有力な手法として、センサ部３８を結合する結節部４２に関連付けられたトランスポンダ３６を介してデータを移送する手法が掲げられる。トランスポンダ３６は、当該トランスポンダ３６がアンテナ２６上を移動することにより駆動力を付与される。トランスポンダ３６は、帯部１０の直下部ではなく側方に隣接状に配置し、これによってトランスポンダ３６が当該帯部１０によってアンテナ２６から遮蔽されるのを防止するのが好ましい。トランスポンダ３６から制御装置２８への単一ないし複数のアンテナ２６を通じたデータ転送は、各センサ部が個々に呼び出し可能とされたオンラインとして遂行してもよく、あるいはトランスポンダ３６のプロセッサによって制御されたメモリが、個々のセンサ部のデータを順次に呼び出して読み込んで保持するとともに、周知のデータサンプル収集手段により当該メモリ内に保持されたデータを読み込ませる構成としてもよい。センサ部の呼び出しおよび読み込みは、設定時間に基づいて、あるいはタイヤの回転に基づいて遂行するのが好ましい。トランスポンダ３６の構成およびデータ転送技術自体は周知ゆえ、詳細な説明を省略する。
【００２２】
検出動作の一例として、車輪が回転する際に、温度、圧力、タイヤの伸延あるいは膨張度等の値がセンサ部によって検出されるとともに読み出され、さらに車輪の回転数測定に続いてタイヤの図形が描画される。データ処理能力に応じて、いくつかの測定値が同時的に呼び出されて読み込まれる。これによりタイヤの完全な描画図（軌跡）が得られる。この点につき、例えば温度といった比較的変動の度合いが急激ではない測定パラメータに関しては、例えばタイヤの圧力や膨張量といった比較的急激に変化しやすい測定パラメータに比べて、読み出し間隔を相対的に長めに設定してもよい。温度測定のためのセンサ部の設置については、タイヤの肩部において帯部１０の縁部領域に配置するのが効果的である。これはタイヤの空気圧が過少状態となった場合、あるいはタイヤへの負荷が比較的高い場合に、タイヤを損傷する可能性のある高温状態が当該領域で生じ易いことに基づく。
【００２３】
トランスポンダ３６を介したデータの呼び出しおよび読み込みは、データ処理能力を決定する電子機器（メモリ、ＣＰＵ）を通じて行うことが効果的であるものの不可欠というものではない。個々のセンサ部は、例えばセンサ固有の共振周波数を有する直列回路を有することが可能である。これにより、測定信号は、共振周波数を適宜に振り分け調整（detuning）することで得られ、あるいは共振周波数を適宜に変調することで得られる。この場合には、トランスポンダ３６と連接される結節部４２は不要とされる。
【００２４】
コードあるいはコードネット４１は、本発明の実現にとって必ずしも不可欠の要素とはいえない。トランスポンダ３６の省スペース化、低コスト化の見地より、当該トランスポンダ３６がその形状全体において曲折可能、あるいは可撓とされ、またタイヤにおける機能的適所において、複数のセンサ部、あるいは好適な場合には電源供給部をトランスポンダ３６と一体状に設け、非接触状にデータを呼び出し読む込む構成が可能である。このような熱的に安定した可撓状の合成チップは、例えばＦ．ミラー氏の「“Polytronic: Chips von der Rolle”、 Fraunhofer Magazin 4, 2001」の第８頁から１２頁の記事に記載されている。このようなチップはタイヤにそれぞれ配設され、あるいは予めアッセンブリ化してタイヤに組み込むことが可能である。
【００２５】
上記した測定技術を介し、いわゆる「インテリジェントタイヤ」に配置されたセンサ部によって得られたデータは、種々の手法によって評価される。この点につき、制御装置２８は、マイクロプロセッサーとデータ保持ユニットを有し、これにより当該制御装置２８内に収容された呼び出し・読み込みユニットが制御され、その結果がディスプレイユニットに示される。タイヤの使用期間、あるいはタイヤの損傷との関連で当該タイヤの温度変化が記憶される。タイヤの損傷の度合いは、どの程度の期間、タイヤの肩部領域が所定の温度値を超えた状態に置かれたかと密接に関連する。許容されない高温状態が現れることで、タイヤが不適切な空気圧であると判断される。タイヤへの機械的な負荷との組み合わせにより、例えば路面への当接面における伸延ないし変形によって、突然の停止等といった誤情報検出される場合があり、このような場合には当該誤情報に対応した誤った表示が表示装置にてなされる。あるいは、タイヤにおける不均等な温度分布により、不適切な走行条件に関するフィードバック、すなわち排気ガスが不適切に作用する領域や、車軸の配置との関係で不適切な箇所といったように、局所的に過熱された箇所に関して適宜にフィードバックを行ってもよい。タイヤの路面への当接面における伸延および／または圧力分布の推移（足跡）により、過度の摩擦力（縦方向および横方向）、車軸配置位置、摩滅度、転動抵抗、ハイドロプレーニング特性等に関する評価が可能となる。またタイヤの診断（車軸配置位置やプライの不良）の可能性が付与されることに加え、評価された空気圧の変動により、機械的あるいは構造的なタイヤの欠陥が評価可能とされる。
【００２６】
さらに、適宜の選択により、車速およびエンジンないしモータ出力に関する情報を考慮しつつ、評価値を車両のコントローラや警告システム（例えば車両姿勢制御システム、快適性維持システム）へと送ることもできる。そして、これらのシステムが車両のサスペンションの特性を路面や走行条件に対応して適宜に調整するといった構成が可能となる。
【００２７】
本発明は、タイヤの静的および動的な状態を検出保持することで、エネルギー効率に対する影響を判断し、タイヤの装着性能をモニタするとともに、当該タイヤの耐用期間の想定を行うことができるのみならず、検出されたタイヤの詳細なデータを評価することで車両の欠陥を判断し、車両の走行状態をモニタすることが可能とされる。
【００２８】
図７は、センサネットに一体化され、あるいは加硫によってタイヤに個別に取付けられることが可能な自働式ないし自給式のタイヤ回転数測定エレメント５２の構造を示す。回転数測定エレメント５２は、タイヤが回転される際に信号を発するセンサエレメント５４を有する。センサエレメント５４は、例えばタイヤの回転時に入力される変動状の力によって押圧されるピエゾ素子を有する。かかる変動入力に応じて電圧信号がセンサエレメント５４によって発せられる。センサエレメント５４の出力信号により、電源ユニット部５６から供給されるべき所要の駆動力がセンサ部にどのように供給されているかの評価が可能とされ、さらにタイヤの回転に対応した信号の生成が可能とされる。タイヤの回転によって生じる出力信号の変動の結果、かかる変動状の出力信号をカウントすることでメモリ部５８に保持されたカウント数情報が増加される。
【００２９】
タイヤに一体化された自働式の回転数測定エレメント５２を介し、タイヤ自体は、タイヤの回転数につき、車両によって生成される信号とは別個に信号が発せられる。保守点検時には、メモリ部５８のカウント情報が呼び出されて読み込まれる。実際のタイヤ回転数の不正操作を防止するべく、メモリ部５８のリセットが規制されるよう構成してもよい。
【００３０】
あるいは回転数測定エレメントは、例えば図１に示すように車輪のリム２０に固定状に取付けられたバルブ２２に一体状に配置してもよい。
【００３１】
回転数測定エレメント５２の駆動と類似して、各センサ部３８および／またはトランスポンダ３６につき、タイヤの回転によって駆動力が付与される構成としてもよい。さらにメモリ要素に関し、タイヤの臨界値に関する設定値をプリセットしておき、タイヤの状態検出に際してこれらの臨界値をメモリ要素から呼び出して読み込み、タイヤのダメージ、あるいは過度の負荷状態といったタイヤ状態モニタリング情報を構築させることも可能である。
【００３２】
２００２年４月２６日付けのドイツ特許出願第１０２１８７８１．９号の記載が全体として本明細書に引用される。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、車輪のリムに設けられた空気タイヤに関する機能状態を評価することが可能な技術が提供されることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るタイヤの上半分の径方向断面とともに、本発明に係る車両モニタリングシステムの一形態の構成を示す。
【図２】本発明に係るタイヤモニタリングシステムからタイヤに関するデータを呼び出して読み込む一構成態様を模式的に示す。
【図３】タイヤを平面的に見た場合において、当該タイヤに取り付け配置された状態とされた本発明に係るタイヤモニタリングシステムにおけるセンサ部の一構成態様を示す。
【図４】同じく、タイヤを平面的に見た場合において、当該タイヤに取り付け配置された状態とされた本発明に係るタイヤモニタリングシステムにおけるセンサ部の一構成態様を示す。
【図５】同じく、タイヤを平面的に見た場合において、当該タイヤに取り付け配置された状態とされた本発明に係るタイヤモニタリングシステムにおけるセンサ部の一構成態様を示す。
【図６】本発明に係るタイヤモニタリングシステムにおけるセンサ部の一構成態様を模式的に示す。
【図７】本発明に係るタイヤモニタリングシステムにおける、自働式あるいは自給式のセンサ部の一構成態様を模式的に示す。
【符号の説明】
４ カーカス
６ ビード部（縁部）
８ ビードワイヤ
１０ 帯部（ベルト：ブレーカ）
１２ ゴム層
１４ トレッド部（走行部）
１６ 側壁部
１８ 肩部
２０ リム
２２ バルブ
２４ センサネット
２６ アンテナ
３６ トランスポンダ
３８ センサ部（センサユニット、センサエレメント）
４０ コネクタ
４２ 結節部
４４ 温度測定エレメント
４６ 圧力測定エレメント

Claims (8)

1. 車輪のリムに設けられる空気タイヤであって、
   当該空気タイヤのうちトレッド部によって区画された領域内に埋設され、前記トレッド部の領域における温度、圧力及び応力の少なくとも１つの運用情報を検知するように構成された複数のセンサ部を有し、
   前記複数のセンサ部は、当該空気タイヤに加硫ないし貼付されて前記複数のセンサ部を中央ユニットに電気的に接続する導電性のセンサネットに取付けられることを特徴とする空気タイヤ。
2. 請求項１に記載の空気タイヤであって、当該空気タイヤの肩部の領域において温度を検出する少なくとも一つのセンサ部を備えることを特徴とする空気タイヤ。
3. 請求項１または請求項２に記載の空気タイヤであって、前記複数のセンサ部は、前記トレッド部の領域の互いに離れた位置において前記運用情報を検出することを特徴とする空気タイヤ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の空気タイヤであって、前記中央ユニットと前記センサ部は、前記センサ部が前記中央ユニットによって個別に呼び出されることが可能に相互接続されていることを特徴とする空気タイヤ。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の空気タイヤであって、前記センサ部により検出された前記運用情報に関するデータを蓄積可能なメモリ部を含むことを特徴とする空気タイヤ。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の空気タイヤであって、前記中央ユニットはトランスポンダを含むことを特徴とする空気タイヤ。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の空気タイヤであって、前記複数のセンサ部の少なくとも１つがトランスポンダとの接続によって一体状の機能ユニットを形成することを特徴とする空気タイヤ。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の空気タイヤと、
   前記センサ部によって検出されたデータを呼び出すユニット、予め設定されたアルゴリズムにしたがって当該データを評価するユニット、及びその評価結果を表示するユニットを備える制御装置と、を含むモニタリングシステム。

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