特許 7545315 タイヤ故障判定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-27

(45)【発行日】2024-09-04

(54)【発明の名称】タイヤ故障判定方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 17/02 20060101AFI20240828BHJP

【ＦＩ】

G01M17/02

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020210241

(22)【出願日】2020-12-18

(65)【公開番号】P2022096947

(43)【公開日】2022-06-30

【審査請求日】2023-10-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003148

【氏名又は名称】ＴＯＹＯ ＴＩＲＥ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西角 克己

(72)【発明者】

【氏名】駒井 健次

(72)【発明者】

【氏名】坂本 正典

【審査官】福田 裕司

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１３２８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１３１１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０６４８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０４７６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１７７２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３１７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０３７３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－１５９５３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｍ １７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行面を走行中のタイヤの故障を判定するタイヤ故障判定方法であって、
前記タイヤを回転可能に支持するタイヤ軸の軸振動値を検出するステップと、
前記タイヤ軸の回転中心から前記走行面までの距離に基づいて前記タイヤの断面高さを算出するステップと、
検出された前記軸振動値の時系列波形と算出された前記断面高さの時系列波形に基づいて、走行中の前記タイヤに故障が発生しているか否かを判定し、
測定当初の断面高さに対する前記断面高さの減少率が第２閾値を超えたとき、タイヤ内部での部材間の剥離がクラック又はチャンキングに成長するものと判定する、タイヤ故障判定方法。

【請求項2】

前記軸振動値が第１閾値を超えたとき、クラック又はチャンキングが発生したものと判定する、請求項１に記載のタイヤ故障判定方法。

【請求項3】

前記第１閾値は０．８～２．０ｍ／ｓ^２である、請求項２に記載のタイヤ故障判定方法。

【請求項4】

前記第２閾値は５～８％である、請求項１に記載のタイヤ故障判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、タイヤ故障判定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、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検知する方法が開示されている。具体的には、加速度センサで測定される車軸の加速度の時系列データを周波数分析することで、故障の発生を検知している。

【0003】

しかしながら、加速度の時系列データを用いることで、タイヤ表面に達するようなクラック又はチャンキングの発生を検知することはできるが、クラック又はチャンキングに成長するおそれのあるタイヤ内部での部材間の剥離の発生を検知することは難しかった。
また、特許文献１ではタイヤをドラム上で転動させ、転動速度を段階的に増加させて評価する試験法を用いており、特にこのような試験法ではタイヤの損傷が大きくなるため、クラック及びチャンキング等の大きな損傷は検知しやすいが、部材間の剥離のような初期損傷は検知しづらいという課題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００７－６４８７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示の目的は、タイヤ内部での部材間の剥離の発生と当該部材間の剥離から成長したクラック又はチャンキングの発生とを判定することができるタイヤ故障判定方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のタイヤ故障判定方法は、走行面を走行中のタイヤの故障を判定するタイヤ故障判定方法であって、
前記タイヤを回転可能に支持するタイヤ軸の軸振動値を検出するステップと、
前記タイヤ軸の回転中心から前記走行面までの距離に基づいて前記タイヤの断面高さを算出するステップと、
検出された前記軸振動値の時系列波形と算出された前記断面高さの時系列波形に基づいて、走行中の前記タイヤに故障が発生しているか否かを判定する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】タイヤの耐久力を評価するための試験装置の一例を概略的に示す図

【図2】走行中のタイヤ及びホイールの断面図

【図3】タイヤ故障判定の一例を示すフローチャート

【図4】断面高さの時系列波形の一例を示すグラフ

【図5】加速度の時系列波形の一例を示すグラフ

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、タイヤ故障判定方法における一実施形態について、図１～図５を参照しながら説明する。なお、各図において、図面の寸法比と実際の寸法比とは、必ずしも一致しておらず、また、各図面の間での寸法比も、必ずしも一致していない。

【0009】

図１は、荷重をステップ状に変化させてタイヤの耐久力を評価する耐久試験を行うための試験装置の一例を示している。本開示に係るタイヤ故障判定方法は、このような耐久試験中のタイヤの故障を判定するために用いられる。但し、本開示に係るタイヤ故障判定方法は、かかる試験装置による耐久試験において用いられるものに限られない。

【0010】

試験装置１は、回転ドラム２と、回転ドラム２を回転駆動させるドラム駆動モータ（図示していない）と、タイヤ１０を回転可能に支持するタイヤ軸３と、タイヤ軸３に取り付けられた加速度センサ４と、試験に必要な動作の制御を行う制御装置５とを備える。

【0011】

回転ドラム２は、走行面２ａを有する。走行面２ａは、回転ドラム２の円筒状の外周面である。回転ドラム２は、走行面２ａに押し付けられたタイヤ１０を転動させる。回転ドラム２は、ドラム駆動モータによって回転速度が制御される。これにより、走行面２ａの速度、言い換えるとタイヤ１０の速度が調整される。

【0012】

タイヤ軸３の一端部は、ホイール１１を介してタイヤ１０を支持する。タイヤ軸３は、回転ドラム２の回転軸２ｂと平行に配置される。タイヤ軸３の他端部は、タイヤ軸３を回転ドラム２の走行面２ａに対して垂直方向に移動させるための駆動装置（図示していない）に支持される。駆動装置によってタイヤ軸３が移動されることで、タイヤ１０は、所定の荷重で回転ドラム２の走行面２ａに押し付けられる。

【0013】

加速度センサ４は、タイヤ軸３に取り付けられ、タイヤ軸３の加速度を検出して電気信号に変換する。加速度センサ４は、タイヤ軸３の回転中心３ａの回転ドラム２の径方向における加速度を検出する。加速度センサ４が検出するタイヤ軸３の回転中心３ａでの加速度は、タイヤ１０が回転ドラム２の走行面２ａ上を転動することで生じるタイヤ軸３の振動の大きさ（以下、軸振動値と称する）を表す。

【0014】

制御装置５は、作動制御部５ａと、加速度波形抽出部５ｂと、演算部５ｃと、故障判定部５ｄと、記憶部５ｅと、を備える。なお、制御装置５は、試験作業者からの入力を受け付ける入力部、試験装置１の操作や設定などに関する各種情報を画面上に表示する表示部等を備えてもよい。

【0015】

作動制御部５ａは、ドラム駆動モータや駆動装置などの作動を制御する。

【0016】

加速度波形抽出部５ｂは、加速度センサ４の出力信号から加速度（軸振動値）の時系列波形を抽出する。加速度の時系列波形は、記憶部５ｅに記憶される。

【0017】

演算部５ｃは、走行中のタイヤ１０の断面高さｈ１０を算出する。図２は、走行中のタイヤ１０及びホイール１１の断面図である。断面高さｈ１０は、タイヤ軸３の回転中心３ａから回転ドラム２の走行面２ａまでの距離である負荷半径ｈ２に基づいて算出される。具体的には、断面高さｈ１０は、負荷半径ｈ２からリム径ｄ１１の１／２を引くことで算出される。なお、負荷半径ｈ２は、走行時のタイヤ１０の半径とも言え、走行開始時のタイヤ外径ｄ１０の１／２から、タイヤ軸３の走行開始時からの移動量ｄ３を引くことで算出される。ただし、負荷半径ｈ２は、距離センサ等でタイヤ軸３の回転中心３ａから回転ドラム２の走行面２ａまでの距離を直接計測してもよい。断面高さｈ１０の時系列波形は、記憶部５ｅに記憶される。

【0018】

故障判定部５ｄは、軸振動値の時系列波形と断面高さｈ１０の時系列波形に基づいて、走行中のタイヤ１０に故障が発生しているか否かを判定する。タイヤ１０の故障としては、タイヤ内部での部材間の剥離（以下、セパレーションともいう）のような初期損傷と、クラック及びチャンキングのような大きな損傷と、を含む。具体的な判定方法は後述する。故障判定部５ｄは、タイヤ１０の故障を判定した場合、作動制御部５ａに回転ドラム２の停止信号を送信してもよい。

【0019】

＜タイヤ故障判定方法＞
図３は、タイヤ故障判定の一例を示すフローチャートである。図４はタイヤ１０の断面高さの時系列波形であり、図５はタイヤ１０の加速度（軸振動値）の時系列波形である。本実施形態では、３つの同一形状のタイヤ１０について故障判定を実施した。

【0020】

ステップＳ１００において、走行開始から安定後に負荷半径ｈ２の測定を行う。この測定当初の負荷半径（以下、当初負荷半径と呼ぶ）をｈ２ｉとする。

【0021】

ステップＳ１０１において、測定当初の断面高さ（以下、当初断面高さと呼ぶ）ｈ１０ｉの算出を行う。当初断面高さｈ１０ｉは、式（１）で求めることができる。
当初断面高さｈ１０ｉ＝当初負荷半径ｈ２ｉ－リム径ｄ１１／２ （１）

【0022】

ステップＳ１０２において、断面高さｈ１０が当初断面高さｈ１０ｉから２％減少した際の負荷半径ｈ２の値（以下、第３閾値とする）を算出する。断面高さｈ１０の減少率が２％を超える（負荷半径ｈ２が第３閾値を下回る）のは、断面高さｈ１０の減少値が安定時の誤差よりも大きくなったときであり、タイヤ内部でセパレーション等の初期損傷が発生したものと推測される。断面高さｈ１０の安定時の誤差は、荷重速度一定で安定後の走行初期時１０～２０分での誤差を用いる。安定時の誤差は、例えば±１ｍｍ程度である。第３閾値は、式（２）で求めることができる。
第３閾値＝当初断面高さｈ１０ｉ×０．９８＋リム径ｄ１１／２ （２）

【0023】

また、ステップＳ１０２において、断面高さｈ１０が当初断面高さｈ１０ｉから８％減少した際の負荷半径ｈ２の値（以下、第４閾値とする）を算出する。断面高さｈ１０の減少率が８％（本開示の第２閾値の一例）を超える（負荷半径ｈ２が第４閾値を下回る）のは、断面高さｈ１０が大きく減少したときであり、その後にタイヤ内部でのセパレーションがクラック等の大きな損傷に成長するものと推測される。第４閾値は、式（３）で求めることができる。
第４閾値＝当初断面高さｈ１０ｉ×０．９２＋リム径ｄ１１／２ （３）

【0024】

ステップＳ１０３において、軸振動値の検出を行う。軸振動値は、タイヤ軸３の回転中心３ａでの加速度であり、加速度センサ４によって検出される。軸振動値は、時系列データとして記憶部５ｅに記憶され、図５に示すような軸振動値の時系列波形が得られる。

【0025】

ステップＳ１０４において、負荷半径ｈ２の測定を行い、負荷半径ｈ２に基づいて断面高さｈ１０を算出する。断面高さｈ１０は、式（４）で求めることができる。
断面高さｈ１０＝負荷半径ｈ２－リム径ｄ１１／２ （４）

【0026】

断面高さｈ１０は、時系列データとして記憶部５ｅに記憶され、図４に示すような断面高さｈ１０の時系列波形が得られる。

【0027】

ステップＳ１０５において、負荷半径ｈ２が第３閾値を下回るか否かを判断する。

【0028】

負荷半径ｈ２が第３閾値以上のとき、ステップＳ１０４に戻って負荷半径ｈ２の測定及び断面高さｈ１０の算出を続ける。

【0029】

一方、負荷半径ｈ２が第３閾値を下回ったとき、すなわち、図４の点Ｐのように断面高さｈ１０の減少値が安定時の誤差よりも大きくなったとき、ステップＳ１０６において、タイヤ内部でのセパレーションが発生したものと判定する。タイヤ内部でのセパレーションが発生すると、タイヤ剛性が低下して撓みやすくなり、断面高さｈ１０が大きく減少するため、断面高さｈ１０の時系列波形によってセパレーションの発生を判定できるものと推測される。特に本実施形態のように荷重を段階的に増加させてタイヤを評価する試験法においては、負荷される荷重が大きいため、部材間の剥離によりタイヤサイドの剛性が低下すると、断面高さｈ１０が部材間の剥離前に比べて大きく減少する。

【0030】

ステップＳ１０７において、セパレーションから大きな損傷（クラック又はチャンキング）に成長する前に試験を停止するか否かを判断する。

【0031】

セパレーションから大きな損傷（クラック又はチャンキング）に成長する前に停止しない場合、ステップＳ１０８において、加速度（軸振動値）が閾値（本開示の第１閾値に相当）を超えたとき、クラック又はチャンキングが発生したものと判定して、ステップＳ１１０において試験を停止する。第１閾値は０．８～２．０ｍ／ｓ^２に設定される。タイヤ１０にクラック又はチャンキングが発生すると、タイヤバランスが崩れ、軸振動値が大きく上昇するため、軸振動値の時系列波形によってクラック又はチャンキングの発生を判定できるものと推測される。

【0032】

セパレーションから大きな損傷（クラック又はチャンキング）に成長する前に停止する場合、ステップＳ１０９において、負荷半径ｈ２が第４閾値を下回ったとき、すなわち、断面高さｈ１０の減少率が第２閾値を超えたとき、その後にタイヤ内部でのセパレーションがクラック又はチャンキングに成長するものと判定して、ステップＳ１１０において試験を停止する。第２閾値は５～８％に設定される。本実施形態では、第２閾値を８％としている。

【0033】

以上のように、本実施形態に係るタイヤ故障判定方法は、走行面２ａを走行中のタイヤ１０の故障を判定するタイヤ故障判定方法であって、タイヤ１０を回転可能に支持するタイヤ軸３の軸振動値を検出するステップと、タイヤ軸３の回転中心３ａから走行面２ａまでの距離ｈ２に基づいてタイヤ１０の断面高さｈ１０を算出するステップと、検出された軸振動値の時系列波形と算出された断面高さｈ１０の時系列波形に基づいて、走行中のタイヤ１０に故障が発生しているか否かを判定するものである。

【0034】

タイヤ１０にクラックが発生すると、タイヤバランスが崩れ、軸振動値が大きく上昇するため、軸振動値の時系列波形によってクラック又はチャンキングの発生を判定できる。さらに、タイヤ１０内部での部材間の剥離が発生すると、タイヤ剛性が低下して撓みやすくなり、断面高さｈ１０が大きく減少するため、断面高さｈ１０の時系列波形によって部材間の剥離の発生を判定できる。よって、軸振動値に加えて断面高さｈ１０の時系列波形を見ることで、タイヤ１０内部での部材間の剥離の発生と、当該部材間の剥離から成長したクラック又はチャンキングの発生と、を判定できる。

【0035】

また、本実施形態に係るタイヤ故障判定方法においては、軸振動値が第１閾値を超えたとき、クラック又はチャンキングが発生したものと判定する、という構成である。この構成によれば、クラック又はチャンキングの発生を確実に判定できる。

【0036】

また、本実施形態に係るタイヤ故障判定方法においては、第１閾値は０．８～２．０ｍ／ｓ^２である、という構成である。この構成によれば、クラック又はチャンキングの発生を精度よく判定できる。

【0037】

また、本実施形態に係るタイヤ故障判定方法においては、断面高さｈ１０の減少率が第２閾値を超えたとき、タイヤ１０内部での部材間の剥離がクラック又はチャンキングに成長するものと判定する、という構成である。この構成によれば、部材間の剥離からクラック又はチャンキングへ成長するタイミングを判定できる。

【0038】

また、本実施形態に係るタイヤ故障判定方法においては、第２閾値は５～８％である、という構成である。この構成によれば、部材間の剥離からクラック又はチャンキングへ成長するタイミングを精度よく判定できる。

【0039】

なお、タイヤ故障判定方法は、上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものではない。また、タイヤ故障判定方法は、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に一つ又は複数選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

【0040】

例えば、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現できる。特許請求の範囲、明細書、および図面中のフローに関して、便宜上「まず」、「次に」等を用いて説明したとしても、この順で実行することが必須であることを意味するものではない。

【0041】

上記実施形態に係るタイヤ故障判定方法においては、軸振動値が第１閾値を超えたとき、クラック又はチャンキングが発生したものと判定する、という構成である。しかしながら、タイヤ故障判定方法は、かかる構成に限られない。例えば、軸振動値が所定値以上の上昇率で所定時間以上上昇し続けたときに、クラック又はチャンキングが発生したものと判定してもよい。

【0042】

上記実施形態に係るタイヤ故障判定方法においては、断面高さｈ１０の減少率が第２閾値を超えたとき、タイヤ１０内部での部材間の剥離がクラック又はチャンキングに成長するものと判定する、という構成である。しかしながら、タイヤ故障判定方法は、かかる構成に限られない。例えば、負荷半径の減少率が所定値以上の減少率で所定時間以上減少し続けたときに、部材間の剥離がクラック又はチャンキングに成長するものと判定してもよい。

【0043】

タイヤ１０は、一般的な空気入りタイヤの他、ランフラットタイヤ（Run flat tyre）、ＥＭＴ（Extended Mobility Tyre）等でもよい。ランフラットタイヤは、セルフサポートタイヤ（Self supporting tyre）とも呼ばれ、適切なホイールに装着したタイヤを使用可能にする技術的なソリューション（補強サイドウォールなど）を備えたタイヤ構造をいい、空気圧がゼロの状態で少なくとも速度８０ｋｍ／ｈで走行距離８０ｋｍを走行する基本的なタイヤ機能を提供する。タイヤ１０は、空気圧がある状態及びゼロの状態の何れのランフラットタイヤでもよい。ただし、空気圧がゼロの状態のランフラットタイヤの耐久試験では、試験後の損傷が激しく、タイヤ内部での部材間の剥離の発生や当該部材間の剥離から成長したクラック又はチャンキングの発生を判定することが難しいため、本開示のタイヤ故障判定方法が特に有用である。
ＥＭＴは、適切なホイールに取り付けられ、補足部品の必要がなく、基本的なタイヤ機能を車両に提供するラジアル構造タイヤをいい、パンクタイヤ走行モードにて速度８０ｋｍ／ｈで走行距離８０ｋｍを走行する機能を提供する。

【0044】

上記実施形態では、タイヤ故障判定方法が試験装置１による耐久試験において用いられる例を示したが、これに限定されない。タイヤ故障判定方法は、タイヤ１０が取り付けられた車両において用いられてもよい。このとき、走行中の車両のタイヤ１０に故障が発生しているか否かを判定することができる。

【符号の説明】

【0045】

１…試験装置、２…回転ドラム、２ａ…走行面、３…タイヤ軸、３ａ…回転中心、４…加速度センサ、５…制御装置、５ｂ…加速度波形抽出部、５ｃ…演算部、５ｄ…故障判定部、１０…タイヤ、１１…ホイール、ｄ１１…リム径、ｈ１０…断面高さ、ｈ２…負荷半径（タイヤ軸の回転中心から走行面までの距離）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】