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技術 タイヤの故障発生検知方法およびタイヤの故障発生検知装置

出願人 横浜ゴム株式会社
発明者 関根克理足立善八郎桂直之
出願日 2003年6月18日 (17年8ヶ月経過) 出願番号 2003-172965
公開日 2005年1月13日 (16年1ヶ月経過) 公開番号 2005-009953
状態 特許登録済
技術分野 機械的振動・音波の測定 車両の試験
主要キーワード 取付スタンド 取付ハブ 最小ピーク値 アンバランス成分 最大極大値 故障発生箇所 オクターブバンド分析 空洞領域
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2005年1月13日)のものです。
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図面 (7)

課題

イヤバーストが発生する前に、タイヤの構成部材故障の発生を正確にしかも誤って検知することのないタイヤの故障発生検知方法およびタイヤの故障発生検知装置を提供する。

解決手段

タイヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも1つを測定し、この測定の度に、この測定以前に前記測定工程によって得られた測定結果を基準として測定結果の変化量または変化率を算出し、この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別する。その際、騒音および振動の少なくとも1つの測定を、所定の時間内、例えば5〜60秒以下の時間で繰り返し行って平均化する。

概要

背景

今日、車両に装着されて転動するタイヤ走行中突然バーストして破壊することのないように、タイヤ製造業者耐久性の優れたタイヤを提供することが求められている。
タイヤが突然バーストする原因は、例えば、タイヤが高速で走行するためにタイヤの構成部材であるトレッド部材発熱し、その結果、タイヤの構成部材であるベルト部材高熱にさらされることで、ベルト部材のベルトエッジ部の構成部材または構成部材間の界面等でき裂が発生し、さらに剥離ベルトエッジセパレーション)が発生することによる。

概要

タイヤのバーストが発生する前に、タイヤの構成部材の故障の発生を正確にしかも誤って検知することのないタイヤの故障発生検知方法およびタイヤの故障発生検知装置を提供する。タイヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも1つを測定し、この測定の度に、この測定以前に前記測定工程によって得られた測定結果を基準として測定結果の変化量または変化率を算出し、この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別する。その際、騒音および振動の少なくとも1つの測定を、所定の時間内、例えば5〜60秒以下の時間で繰り返し行って平均化する。

目的

今日、車両に装着されて転動するタイヤが走行中突然バーストして破壊することのないように、タイヤ製造業者は耐久性の優れたタイヤを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
1件

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請求項1

イヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも1つを測定する測定工程と、この測定工程による測定の度に、この測定以前に前記測定工程によって得られた測定結果を基準として測定結果の変化量または変化率を算出する算出工程と、この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材故障が発生したものと判別する判別工程と、を有することを特徴とするタイヤの故障発生検知方法

請求項2

前記測定工程は、騒音および振動の少なくとも1つの測定を、所定の時間内で繰り返し行って平均化する請求項1に記載のタイヤの故障発生検知方法。

請求項3

前記所定の時間は、5秒以上60秒以下の時間である請求項2に記載のタイヤの故障発生検知方法。

請求項4

前記測定工程は、200〜1600Hzの周波数帯域のうちの所定の周波数帯域における騒音の音圧レベルの測定を行い、前記算出工程は、測定された前記音圧レベルの基準に対する変化量を算出し、前記判別工程は、1〜10dBの範囲内の所定値を閾値とし、測定された前記音圧レベルの変化量を前記閾値と比較する請求項1〜3のいずれか1項に記載のタイヤの故障発生検知方法。

請求項5

前記測定工程は、タイヤ1回転で発生する騒音の音圧波形における最大値最小値との差分の測定を行い、前記算出工程は、測定された前記差分の基準に対する変化率を算出し、前記判別工程は、1.15〜3.0の範囲内の所定値を閾値とし、前記差分の変化率を前記閾値と比較する請求項1〜3のいずれか1項に記載のタイヤの故障発生検知方法。

請求項6

前記測定工程は、タイヤ1回転で発生するタイヤ軸力における振動波形の最大値と最小値との差分の測定を行い、前記算出工程は、測定された前記差分の基準に対する変化量を算出し、前記判別工程は、タイヤにかかる荷重の1〜5%の範囲内の所定値を閾値とし、測定された前記差分の変化量を前記閾値と比較する請求項1〜3のいずれか1項に記載のタイヤの故障発生検知方法。

請求項7

タイヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも1つを測定する測定手段と、この測定手段による測定の度に、この測定以前に前記測定手段によって得られた測定結果を基準として測定結果の変化量または変化率を算出する算出手段と、この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものとする判別手段と、を有することを特徴とするタイヤの故障発生検知装置

請求項8

前記測定手段は、騒音および振動の少なくとも1つの測定を、所定の時間内で繰り返し行って平均化する請求項7に記載のタイヤの故障発生検知装置。

請求項9

前記所定の時間は、5秒以上60秒以下の時間である請求項8に記載のタイヤの故障発生検知装置。

請求項10

前記タイヤは車両に装着され、前記測定手段、前記算出手段および前記判別手段が前記車両に搭載されている請求項7〜9のいずれか1項に記載のタイヤの故障発生検知装置。

請求項11

前記タイヤは回転軸周りに回転してドラム上を転動するドラム試験機に備えられた請求項7〜9のいずれか1項に記載のタイヤの故障発生検知装置。

技術分野

0001

本発明は、タイヤ構成部材故障、例えば、タイヤのベルトエッジ部に発生するベルトエッジセパレーション等が拡大してタイヤのバーストに至る前に、タイヤの構成部材の故障発生の有無を判別するタイヤの故障発生検知方法およびタイヤの故障発生検知装置に関する。

0002

今日、車両に装着されて転動するタイヤが走行中突然バーストして破壊することのないように、タイヤ製造業者耐久性の優れたタイヤを提供することが求められている。
タイヤが突然バーストする原因は、例えば、タイヤが高速で走行するためにタイヤの構成部材であるトレッド部材発熱し、その結果、タイヤの構成部材であるベルト部材高熱にさらされることで、ベルト部材のベルトエッジ部の構成部材または構成部材間の界面等でき裂が発生し、さらに剥離(ベルトエッジセパレーション)が発生することによる。

0003

一方、タイヤ製造業者は、このようなタイヤの構成部材の故障を抑制するために、タイヤの品質管理を厳しく行っている。例えば、所定の内圧で管理されたタイヤを室内ドラム上で転動させ、一定の時間間隔毎に転動速度を上げ、最終的にタイヤがバーストした時点における転動速度を求めることにより、耐久性の良し悪しを判断する耐久試験を数多く行うことにより、タイヤの耐久性に関する品質管理を行っている。

0004

しかし、上記耐久試験は、タイヤをバーストさせる破壊試験であって、バーストして飛び散ったタイヤの破片を集めて解析を行うことしかできず、バーストの原因となるタイヤの構成部材に発生したき裂や構成部材間の剥離等の故障発生箇所の特定や故障発生の原因究明を正確に行うことは難しい。
一方、タイヤのバーストの発生はタイヤ個々で微妙にばらついているので、一定の時間間隔で転動速度を挙げて調べる上記耐久試験では、バーストがいつ発生するかわからない。そのため、タイヤのバーストの直前に転動を停止して、タイヤの構成部材の故障発生箇所の特定や故障発生の原因究明を正確に行うこともできない。
そのため、より耐久性の優れたタイヤの開発に還元することができないといった問題があった。

0005

一方において、タイヤの故障に関する従来技術としては、何らかの要因で発生したタイヤの空気圧の低下を検出する方法がある。
例えば下記特許文献1では、タイヤ近くに集音機を配置し走行時の音でタイヤの空気圧の異常を検索するシステムが開示されている。また、下記特許文献2では、走行時のタイヤのパターンノイズ計測し、予め記録されている空気圧異常時のタイヤパターンノイズ周波数特性と比較し、異常と判断されると警報信号を出力するタイヤ空気圧異常検出装置が開示されている。

背景技術

0006

【特許文献1】
特開昭62−198506号公報
【特許文献2】
特開平6−199118号公報

0007

しかし、これらの公報で開示する技術は、タイヤの故障を直接検知するものでなく、タイヤの空気圧の低下を検知するものであり、走行中における極端な空気圧の低下を検知することができるものの、僅かな空気圧の低下を検知することはできない。一方、空気圧が極端に低下すると、走行状態が極めて危険な状態となるため、空気圧の測定時間を短く設定して瞬時に判断する必要がある。そのため、測定の際に混入するノイズ成分により誤判断を行う場合も多くなる。また、タイヤの空気圧が異常と判断する際に用いる閾値を調整して、検出の精度を高めようとすると、誤判断が多くなるといった問題も発生する。
そのため、タイヤのバーストといったタイヤのベルトエッジ部に発生するベルトエッジセパレーション等が拡大して短時間に破裂する危険な状態を破裂前に確実に検知する検知装置には、空気圧の低下を警報する上述の装置を適用することはできない。

発明が解決しようとする課題

0008

そこで、本発明は、タイヤのバーストが発生する前に、タイヤの構成部材の故障の発生を正確にしかも誤って検知することのないタイヤの故障発生検知方法およびタイヤの故障発生検知装置を提供することを目的とする。

0009

本発明は、タイヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも1つを測定する測定工程と、
この測定工程による測定の度に、この測定以前に前記測定工程により得られた測定結果を基準として測定結果の変化量または変化率を算出する算出工程と、
この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別する判別工程と、を有することを特徴とするタイヤの故障発生検知方法を提供する。

0010

ここで、前記測定工程は、騒音および振動の少なくとも1つの測定を、所定の時間内で繰り返し行って平均化するのが好ましい。その際、前記所定の時間は、5秒以上60秒以下の時間であるのが好ましい。

0011

例えば、前記測定工程は、200〜1600Hzの周波数帯域のうちの所定の周波数帯域における騒音の音圧レベルの測定を行い、前記算出工程は、測定された前記音圧レベルの基準に対する変化量を算出し、前記判別工程は、1〜10dBの範囲内の所定値を閾値とし、測定された前記音圧レベルの変化量を前記閾値と比較する。

0012

あるいは、前記測定工程は、タイヤ1回転で発生する騒音の音圧波形における最大値最小値との差分の測定を行い、前記算出工程は、測定された前記差分の基準に対する変化率を算出し、前記判別工程は、1.15〜3.0の範囲内の所定値を閾値とし、前記差分の変化率を前記閾値と比較する。

0013

あるいは、前記測定工程は、タイヤ1回転で発生するタイヤ軸力における振動波形の最大値と最小値との差分の測定を行い、前記算出工程は、測定された前記差分の基準に対する変化量を算出し、前記判別工程は、タイヤにかかる荷重の1〜5%の範囲内の所定値を閾値とし、測定された前記差分の変化量を前記閾値と比較する。

0014

また、本発明は、タイヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも1つを測定する測定手段と、
この測定手段による測定の度に、この測定以前に前記測定手段によって得られた測定結果を基準として測定結果の変化量または変化率を算出する算出手段と、
この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものとする判別手段と、を有することを特徴とするタイヤの故障発生検知装置を提供する。

0015

ここで、前記測定手段は、騒音および振動の少なくとも1つの測定を、所定の時間内で繰り返し行って平均化するのが好ましい。その際、前記所定の時間は、5秒以上60秒以下の時間であるのが好ましい。

課題を解決するための手段

0016

なお、前記タイヤの故障発生検知装置は、前記タイヤが車両に装着され、前記測定手段、前記算出手段および前記判別手段が前記車両に搭載される。あるいは、前記タイヤが回転軸周りに回転してドラム上を転動するドラム試験機に備えられる。

0017

本発明のタイヤの故障発生検知方法を実施するタイヤの故障発生検知装置について添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、以下に詳細に説明する。
図1は、本発明のタイヤの故障発生検知装置の一例であるタイヤの故障発生検知装置(以降、検知装置という)10を、室内耐久ドラム試験装置40に適用した例を示している。

0018

室内耐久ドラム試験装置40は、タイヤTを転動させるドラム路面41を円周状に設けた回転ドラム42と、回転ドラム42を所定の速度で回転駆動させる駆動モータ44と、駆動モータ44の回転を制御する制御装置45と、回転ドラム42のドラム路面41に対して垂直方向に自在に移動可能とするタイヤ取付スタンド46とを有する。タイヤ取付スタンド46には、転動するタイヤTを軸支する取付ハブ48を備える。

0019

一方、検知装置10は、騒音マイクフォン12と、騒音計14と、処理装置16とを有して構成される。
騒音マイクロフォン12は、タイヤTのドラム路面41の踏込み前端側に配され、タイヤTとドラム路面41の間で発生する転動中の騒音を電気信号に変える公知の騒音マイクロフォンである。
騒音計14は、騒音マイクロフォン12から送られてきた電気信号を音圧信号とする公知の計測装置である。音圧の計測の際、A特性のフィルタを用いる。

0020

処理装置18は、算出部18と、判別部20と、記憶部22とを有する。
算出部18は、騒音計16で得られた音圧信号をサンプリングして取り込み、1/3オクターブバンド分析を行って騒音の音圧レベルを測定し、測定の度に、記憶部22に記憶されている、この測定以前に得られた測定結果を基準にして測定結果の変化量を算出する部分である。
この場合、騒音の音圧レベルの測定は、200〜1600Hzの周波数帯域全体における騒音の音圧レベルを測定し、この測定以前に測定された200〜1600Hzの周波数帯域全体における騒音の音圧レベルに対する変化量を算出する。

0021

騒音の測定は、5秒以上60秒以下の時間内で1/3オクターブバンド分析を繰り返し行って平均化することによって行われ、この測定が断続的に行われる。5秒以上60秒以下の時間内で繰り返し行って平均化するのは、後述するように、タイヤの構成部材に発生するき裂や剥離の発生を過誤による判別を行うことなく正確に検知するためである。タイヤの構成部材にき裂や剥離が発生した時点からバーストに至るまでの時間は少なくとも2分以上を要するため、この間に過誤による判別が行われないように正確にき裂や剥離の発生を検知するためである。

0022

判別部20は、1〜10dBの範囲内の所定値を閾値とし、算出部18で算出した音圧レベルの変化量を閾値と比較し、この変化量が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別し、回転ドラム42の回転停止制御信号を生成する部分である。なお生成された制御信号は、制御装置45に供給される。
記憶部22は、算出部18にて測定結果の比較を行う際の基準となる測定結果を記憶するとともに、判別部20にて音圧レベルの変化量を比較する際の閾値を記憶する部分である。算出部18にて測定結果の比較を行う際の基準となる測定結果は、算出部18にて算出された測定結果であり、タイヤの構成部材にき裂や剥離のない正常時の測定結果である。また、上述の閾値は、例えばトレッドパターンあるいはタイヤサイズ毎に1つずつ記憶部22に記憶されており、耐久試験を行うタイヤのタイヤサイズまたはトレッドパターンに応じて閾値が設定されてもよい。

0023

このような検知装置10を室内耐久ドラム試験装置40に用いた場合におけるタイヤの故障発生検知方法について説明する。
なお、室内耐久ドラム試験装置40で行う耐久試験は、所定の内圧で管理されたタイヤを室内耐久ドラム試験装置40のドラム路面41上で転動させて一定の時間間隔毎に転動速度を上げる試験を例にして説明する。
図2は、タイヤの故障発生検知方法のフローの一例を示すフローチャートである。

0024

まず、ドラムの回転速度を例えば100km/時から10km/時ずつ10分置きにステップ状に上げて行くように、ドラムの回転速度が予め設定される。
次に、所定のタイヤ内圧で管理されたタイヤTをドラム路面41に接地させ、所定の荷重を負荷し、ドラム回転速度を例えば100km/時に調整して、タイヤTを転動させる(ステップ100)。
この状態で、騒音の測定が断続的に行われる。まず、1回目(k=1)の騒音の測定が開始される(ステップ102)。騒音の測定は、上述したように、5秒以上60秒以下の所定の時間内で1/3オクターブバンド分析を繰り返し行って平均化する。

0025

測定が1回目(k=1)の場合(ステップ104におけるYesの場合)、測定結果は記憶部22に記憶される(ステップ106)。1回目の音圧レベルはタイヤの構成部材にき裂や剥離が発生していない正常時の測定結果とされて記憶部22に記憶される。
次に、2回目(k=2)の測定が開始される(ステップ102)。
測定が2回目(k=2)の場合(ステップ104におけるNoの場合)、1回目の測定結果が記憶部22から呼び出されて(ステップ108)、1回目の測定結果を基準として2回目の測定結果の変化量が算出される(ステップ110)。なお、この測定は、1/3オクターブバンド分析による200〜1600Hzの周波数帯域全体における騒音の音圧レベルの測定である。
次に、2回目に測定された音圧レベルから、1回目に測定された音圧レベルに対する変化量が算出される。

0026

次に、判別部20において、音圧レベルの変化量が閾値を越えるか否かが判別される(ステップ112)。
ここで、閾値は1〜10dBの範囲内の所定値、例えば2dBを閾値とする。

0027

音圧レベルの変化量が閾値を越えない場合(ステップ112においてNoの場合)、ドラム回転速度が予め設定された上限速度であるか否かが判別され(ステップ114)、上限速度でない場合、調整されたドラム回転速度の走行時間が一定時間を経過したか否かが判別される(ステップ116)。ここで、一定時間が経過していない場合(ステップ116におけるNoの場合)、3回目(k=3)の測定を行う(ステップ102)。
こうして、1回目の音圧レベルに対して音圧レベルが閾値を越えない限り、各速度ステップにおける一定時間が経過するまで、ステップ100で調整されたドラム回転速度でタイヤTは走行を継続する。

0028

ステップ116において一定時間が経過すると、ドラム回転速度が次の速度ステップに上げられ、ドラム回転速度が調整される(ステップ100)。そして、この速度ステップにおいて1回目(k=1)の測定が行われる(ステップ102)。このようにして、ドラム回転速度が予め設定された上限の速度に至るまでタイヤの音圧レベルの測定を行う。
その際、ステップ112において、音圧レベルの1回目の音圧レベルに対する変化量が閾値を越える場合、タイヤの構成部材にき裂や剥離等の故障が発生したものとして、回転停止の制御信号を制御装置45に供給する。これにより、駆動モータ44は回転を停止し、ドラムは停止する(ステップ118)。
また、ステップ114においてドラム回転速度が設定された上限速度に達した場合、タイヤTは本試験における耐久性を合格したものとして、ドラムを停止する。

0029

このように、各速度ステップにおける1回目の測定で得られた音圧レベルは、正常状態の音圧レベルとされ、音圧レベルの変化量を求める際の基準とされる。
このように速度ステップ毎に基準とする音圧レベルを測定するのは、速度によって音圧レベルが変化するからである。勿論、音圧レベルが速度によって変化する程度が小さいことがわかっている場合には、速度ステップ毎に基準とする音圧レベルを記憶する必要はない。しかし、精度良くタイヤの構成部材の故障の発生を検知する場合には、速度ステップ毎に基準とする音圧レベルを測定するのがよい。

0030

図3は、上述の方法によって音圧レベルを測定したときの、タイヤの構成部材に故障(き裂、剥離)が発生していない正常時の音圧レベルと、タイヤの構成部材に故障が発生した時(故障発生時)の音圧レベルとの違いの一例を示した図である。
タイヤTは205/65R15 92Hで、試験条件は、内圧が230(kPa)、荷重が4(kN)、ドラム回転速度が220(km/時)である。

0031

これによると、故障発生時の音圧レベルは、200Hz〜1600Hzの周波数帯域で正常時の音圧レベルに比べて上昇し、200Hz〜1600Hzの周波数帯域全体の音圧レベル(オーバーオール値)で4dBの増加が見られる。
このように、正常時と故障発生時において音圧レベルが200Hz〜1600Hzの周波数帯域で変化することから、200〜1600Hzの周波数帯域のうちで設定される所定の周波数帯域における騒音の音圧レベルを測定し、この測定した音圧レベルの、正常時の音圧レベルを基準とした変化量を求め、この変化量を閾値と比較することで、タイヤの故障発生を正確に判別することができる。この閾値は、1〜10dBであり、好ましくは、2〜4(dB)である。

0032

例えば、図3に示す測定対象とされたタイヤと同一のトレッドパターンまたは同一の構造を有するタイヤについては、200Hz〜1600Hzの周波数帯域全体の音圧レベルに対して2dBを閾値とするとよい。また、同一の構造、同一のトレッドパターンを有するタイヤのバースト直前のp−p値の変化を事前調査して閾値を設定してもよい。
一方、周波数帯域によっては音圧レベルが10dB程度増加する領域があることから、狭い周波数帯域の音圧レベルの変化量を用いて閾値と比較する場合は、閾値を高く設定するとよい。閾値を低く設定すると、騒音に含まれたノイズ成分により誤った判別をする可能性が高くなるからである。
なお、閾値と比較する音圧レベルの変化量は、周波数帯域を広く設定することで小さくなるが、ノイズ成分による誤った判別をする可能性が低くなることから、周波数帯域を広く設定することが好ましい。

0033

上記実施形態では、タイヤTの踏込み直前の音圧レベルを測定するが、けり出し側の音圧レベルを測定してもよいし、測定位置は特に限定されない。

0034

上記実施形態は、騒音計14で得られた音圧信号を1/3オクターブバンド分析を行って所定の周波数帯域の音圧レベルを測定するものであるが、騒音計14から出力されたタイヤ1回転の音圧信号の音圧波形(音圧レベルの時間波形)における最大値(最大極大値)と最小値(最小極小値)との差分(以降、この差分をp−p値という)を測定し、故障発生時の判別に用いてもよい。すなわち、各速度ステップの1回目(k=1)に測定されたp−p値を正常時のp−p値として基準とし、測定されたp−p値の、前記基準に対する変化率を求め、この変化率を所定の閾値と比較し、この変化率がこの閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別する。この閾値として、1.15〜3倍の範囲内の所定値を用いる。

0035

図4(a)、(b)には正常時および故障発生時の騒音の音圧波形の一例を示している。故障発生時の音圧波形は正常時の音圧波形に比べて振幅が大きく、上述のp−p値が大きくなっていることがわかる。この場合、音圧波形のp−p値を時間平均した結果は、図4(c)に示すように、正常時を100(1)とすると故障発生時は184(1.84)となっている。従って、測定されたp−p値を、各速度ステップの1回目(k=1)に測定されたp−p値を基準にして変化率を求め、この変化率を、例えば閾値1.5と比較することによって、タイヤの故障発生を検知することができる。この閾値として、タイヤTが同一の構造、同一のトレッドパターンを有していれば同一の値を用いるのが好ましい。また、同一の構造、同一のトレッドパターンを有するタイヤのバースト直前のp−p値の変化を事前に調査して閾値を設定してもよい。

0036

さらには、タイヤTとホイールによって形成される空気を充填するタイヤTの空洞領域マイクロフォン圧電素子を設け、タイヤTの空洞領域内における音圧(騒音)を測定してもよい。音圧の測定は、上述の1/3オクターブバンド分析であってもよいし、上述の音圧波形によるp−p値の測定であってもよい。
上述したように、故障発生時、200〜1600Hzの周波数帯域で音圧レベルの変化量が増大することから、一般に200〜300Hzに1次の共振周波数を持ち、さらにこの共振周波数より高い周波数帯域に高次の共振周波数を持つタイヤの空洞共鳴は、故障発生時、正常時に比べて大きな共振状態発現する。このような故障発生時、タイヤの空洞領域の音圧レベルは極めて増大することから、タイヤの空洞領域における音圧を測定することで、故障発生を効果的に検知することができる。また、タイヤの空洞領域では音圧に外乱入りにくいので効果的かつ精度良く故障発生を検知することができる。

0037

また、上記実施形態は、いずれも、転動する際のタイヤTに発生する騒音を測定することによりタイヤの故障発生を検知するものであるが、タイヤTの取付ハブ48に軸力を測定するロードセルを設け、軸力の変動(振動)幅を測定し、軸力の変動幅の、正常時の軸力の変動幅からの変化量を、所定の閾値と比較することによって、タイヤの故障発生を検知してもよい。
すなわち、タイヤ1回転で発生するタイヤ軸力における振動波形の最大ピーク値最小ピーク値との差分(p−p値)を軸力の変動幅として測定して、正常時のp−p値、例えば、上述のドラム走行速度をステップ状に上げて行う耐久試験の場合、各速度ステップにおける1回目の測定によるp−p値を基準とする変化量を求め、タイヤにかかる荷重の1〜5%の範囲内の所定値を閾値として、測定されたp−p値の変化量をこの閾値と比較する。なお、軸力の変動は、荷重の変動であってもよいし、ドラム回転方向の前方あるいは後方の方向(前後方向)に作用する前後力の変動であってもよいし、タイヤ回転軸の軸方向に作用する横力の変動であってもよい。
なお、p−p値の変化量は、基準とするp−p値に対する測定されたp−p値の差分の絶対値をいう。

0038

図5(a)は、タイヤサイズが215/50ZR17のタイヤTを、内圧が230(kPa)、荷重が4.1(kN)の試験条件でドラム路面41上をバーストするまで走行させたときのタイヤ1回転における荷重の変動(p−p値)の履歴の一例を示したグラフである。

0039

図5(a)に示すように1080秒の時点でドラム回転速度が290km/時から300km/時に上昇するが、これに伴って荷重の変動がステップ状に増加する。そして、1380秒まで、荷重の変動が若干増加するものの安定した挙動を示す。しかし、1380秒以降において、荷重の変動が増大し、最終的に1620秒においてタイヤTがバーストする。これより1380秒の時点でタイヤの構成部材にき裂や剥離の故障が発生し、この時点以降、き裂や剥離が進展して最終的にバーストに至るといえる。
従って、1380秒後の荷重の変動の上昇を判別することで、バーストに至る前に故障の発生を検知することができる。

0040

これより、各速度ステップの1回目の測定で得られたp−p値を正常時の荷重の変動とし、このp−p値を基準として、p−p値の変化量を算出し、この変化量を閾値と比較することで、バースト直前にタイヤTの転動を停止させることができる。バースト直前の状態における荷重の変動は荷重の1〜5%となっている。従って閾値をタイヤにかかる荷重の1〜5%の範囲内の所定値、例えば3%とする。荷重が4(kN)の場合、閾値は0.12(kN)となる。

0041

図5(b)は、タイヤサイズが175/70R13 82QのタイヤTを、内圧が200(kPa)、荷重が3.73(kN)の試験条件でドラム路面41上をバーストするまで走行させたときのタイヤ1回転における荷重の変動(p−p値)の履歴の一例を示したグラフである。

0042

図5(b)では、1080秒の時点でドラム回転速度が180km/時から190km/時に上昇する。そして、1200秒直前に、荷重の変動が低下を始め、最終的に1320秒の時点でタイヤTがバーストする。このようにバーストに至る際、荷重の変動が減少する。すなわち、1200秒直前の時点でタイヤの構成部材にき裂や剥離の故障が発生し、この時点以降、き裂や剥離が進展して最終的に1320秒の時点でバーストに至る。
従って、1200秒直前に始まる荷重の変動の減少を測定することで、バーストに至る前に故障の発生を検知することができる。
これより、各速度ステップの1回目の測定で得られた荷重の変動のp−p値を正常時の荷重の変動とし、このp−p値を基準として、荷重の変動のp−p値の変化量を算出し、この変化量を閾値と比較することで、バースト直前にタイヤTの転動を停止させることができる。この場合もまた、閾値は荷重の1〜5%とするとよい。なお、閾値として、タイヤTが同一の構造、同一のトレッドパターンを有していれば同一の値を用いるのが好ましい。また、同一の構造、同一のトレッドパターンを有するタイヤのバースト直前のp−p値の変化を事前に調査して閾値を設定してもよい。

0043

このようにタイヤの故障発生時、荷重の変動が増大する場合と減少する場合があるが、荷重の変動の増大および減少は、タイヤT自体が正常時において持つユニフォーミティ成分位相と、故障発生時のき裂や剥離等の故障発生場所に応じて発生するアンバランス成分の位相との関係で定まるものである。例えば、ユニフォーミティ成分の位相とアンバランス成分の位相とが同位相であれば荷重の変動は増大し、逆位相であれば荷重の変動は減少する。このように荷重の変動の変化量として、基準とする荷重の変動のp−p値に対する測定されたp−p値の差分の絶対値を用いることで、上述のユニフォーミティ成分の位相とアンバランス成分の位相との関係にかかわらず、故障の発生を検知することができる。

0044

このような荷重等の軸力の変動は、タイヤの構成部材のき裂や剥離以外の突発的な要因によって変化する場合があるので、少なくとも5秒以上の時間平均による測定を行って平均化したp−p値を測定するのが好ましい。また、図5(a)および(b)に示すように、故障発生から2〜3分後にバーストが発生するので、時間平均による測定は60秒以下、好ましくは30秒以下とするのがよい。
このように、5秒以上60秒以下の時間平均による測定により、タイヤの構成部材の故障発生の判別に誤りがなくなり、しかも、確実に故障発生を検知することができる。
特に、タイヤTとドラム路面41の間で発生する騒音のうち、200〜1600Hzの周波数帯域中の所定の周波数帯域の音圧レベルを測定する上述の方法、音圧波形のp−p値を測定する上述の方法、および軸力の変動を測定する上述の方法を組み合わせて用いることで、より効果的に、故障発生の判別に誤りのない確実な検知を行うことができる。

0045

なお、本実施形態は、検知装置10を、室内耐久ドラム試験装置40に適用したものであるが、本発明のタイヤの故障発生検知装置は、車両に装着されたものであってもよい。

0046

例えば、上述したように、1次共振周波数が200〜300Hz、高次共振周波数は200〜300Hzより高い周波数帯域に発生するタイヤの空洞共鳴は音圧としてばかりでなく、タイヤ回転軸の振動にも現れるので、タイヤの取付ハブ近傍のサスペンション機構部、例えばサスペンションアーム等に加速度ピックアップを剛結合して固定し走行中のいわゆるバネ下振動を測定し、バネ下振動の振動レベルの変化量または変化率を求め、タイヤの故障発生の有無を判別するするものであってもよい。

0047

図6は、本発明のタイヤの故障発生検知装置を車両に装着した一例を示した概略の概念図である。
タイヤの故障発生検知装置60では、車両62のタイヤの取付ハブ近傍のサスペンションアーム64に剛結合して固定された加速度ピックアップ66からの加速度信号処理ユニット68に供給する。処理ユニット68では、加速度信号を処理して、200〜1600Hzの周波数帯域中の所定の周波数帯域の振動レベルを断続して測定し、また、振動波形のp−p値を継続して測定し、測定の度に、この測定以前に得られた、正常な状態の測定結果を基準にして測定結果の変化量または変化率を算出し、この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較する。この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別し、故障が発生したものと判別した場合、報知装置70に信号を供給する。

0048

ここで、変化量または変化率を算出するときに基準として用いる正常な状態の測定結果とは、例えば、新品タイヤが車両に装着された時の最初の測定時の測定結果である。このような測定結果は、タイヤにかかる荷重別に、または走行速度別に記憶して基準とするのが好ましい。
また、一定時間間隔毎に測定する際、1つ前の測定結果を基準としてもよい。報知装置70は、例えば、音声警報音等を用いて、また、車両62の運転席表示パネルに警報を表示して、タイヤの構成部材に故障発生してタイヤがバースと直前である旨を報知する。さらに、処理ユニット68から出力された信号を、車両の走行を減速、あるいは停止させるように、車両62の駆動系に供給するように構成してもよい。

0049

処理ユニット68は、供給された加速度信号から200〜1600Hzの周波数帯域中の所定の周波数帯域の振動レベルを測定する、あるいは、振動波形のp−p値を測定する測定部68aと、測定の度に、この測定以前に得られた測定結果を基準にして測定結果の変化量または変化率を算出し、この変化量または変化率を予め定められた閾値と比較し、この変化量または変化率が閾値を越える場合、タイヤの構成部材に故障が発生したものと判別する処理部68bと、を有する。

0050

なお、加速度ピックアップ66をサスペンション機構に固定して得られる加速度信号を用いる替わりに、ABSアンチロックブレーキングシステム)用の回転信号センサ等のように別の機能のために車両62に設けられたセンサを用いて得られる振動を表す加速度信号または振動を表す速度信号を用いてもよい。
また、タイヤとホイールとによって囲まれたタイヤの空洞領域内で発生する空洞共鳴の音圧を測定するように、圧電素子または騒音マイクをタイヤの空洞領域に設けて、音圧信号を得、故障発生の判別に用いてもよい。
また、車両に装着されたタイヤと路面との間で発生する騒音の音圧レベルを騒音マイクロフォンにて測定し、故障発生の判別に用いてもよい。

発明を実施するための最良の形態

0051

なお、本発明のタイヤの故障発生検知方法およびタイヤの故障発生検知装置は、上記実施例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

図面の簡単な説明

0052

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、タイヤが路面上を転動する際の騒音および振動の少なくとも1つを継続して測定し、測定の度に、この測定以前に得られた測定結果を基準にして測定結果の変化量または変化率を算出し、この変化量または変化率を故障発生の判別に用いるので、タイヤのバーストが発生する前に、タイヤの構成部材の故障の発生を正確にしかも誤って判別することは少なくなる。
特に、騒音または振動の測定を、所定の時間内、例えば5秒以上60秒分以下の時間内で繰り返し行って平均化することで、正確かつ過誤のない故障の発生の検知をより効果的に達成することができる。
これにより、タイヤのバースト前に車両を停止することができる。また、タイヤの耐久試験においては、バースト前の故障発生状態にあるタイヤを取得することができ、タイヤの構成部材のき裂や剥離等の発生箇所を特定することができ、き裂や剥離の発生原因分析することができる。

図1
本発明のタイヤの故障発生検知装置の一例の構成を示す概略図である。
図2
本発明のタイヤの故障発生検知方法の一例のフローを示すフローチャートである。
図3
本発明のタイヤの故障発生検知装置で得られる測定結果の一例を説明する図である。
図4
(a)〜(c)は、本発明のタイヤの故障発生検知装置で得られる測定結果の他の例を説明する図である。
図5
(a)および(b)は、本発明のタイヤの故障発生検知装置で得られる測定結果の他の例を説明する図である。
図6
本発明のタイヤの故障発生検知装置の一例の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
10,60 タイヤの故障発生検知装置
12騒音マイクロフォン
14騒音計
16処理装置
18 算出部
20判別部
22 記憶部
40 室内耐久ドラム試験装置
41ドラム路面
42回転ドラム
44駆動モータ
46 タイヤ取付スタンド
48取付ハブ
62 車両
64サスペンションアーム
66加速度ピックアップ
68処理ユニット
70 報知装置

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