JP2014178269A - タイヤ摩耗検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗検出用の装置を埋設した専用のタイヤを用いずに、トレッド部の摩耗検出を的確に行うことができるタイヤ摩耗検出装置を提供すること。
【解決手段】タイヤ摩耗検出装置は、電源１８と、タイヤ６の軸方向に離間し、かつ互いに絶縁された状態でタイヤ６の内周面に接合された一対の電極１９と、電源１８から一対の電極１９に電圧を印加したときの電極１９間の静電容量を計測する計測回路１７を有する。また、タイヤ摩耗検出装置は、タイヤ６の回転方向における位置を検出する加速度センサ１２を備える。タイヤ摩耗検出装置のセンサユニットコントローラ１４は、予め設定された一定位置が加速度センサ１２によって検出されると電極１９に電圧を印加し、計測回路１７に静電容量を計測させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、タイヤのトレッド部の摩耗を検出するためのタイヤ摩耗検出装置に関する。

従来より、タイヤ（詳しくはトレッド部）の摩耗を検出するためのタイヤ摩耗検出装置として各種の装置が提案されている。例えば、特許文献１に開示のタイヤ摩耗検出装置は、図６に示すように、タイヤ８０のトレッド部８１に埋設される摩耗検出器８２と、ホイール８３に設けられるセンサユニット８４と、車体に設置される受信機ユニット（図示せず）とを備える。摩耗検出器８２は、圧電素子と、同圧電素子で発生した電圧信号から電波信号を生成する共振回路とを有する。摩耗検出器８２では、トレッド部８１の摩耗が進行するに従い、圧電素子が路面から受ける衝撃が大きくなり、圧電素子が発生する電圧信号のレベルも大きくなる。そのため、共振回路で生成される電波信号のレベル（強度）も大きくなる。

センサユニット８４は、タイヤ８０の内部空気圧を示す圧力データ信号を無線送信するとともに、摩耗検出器８２が生成した電波信号を受信し、受信した電波信号に基づきタイヤ８０の摩耗状態を示す信号を生成して同摩耗状態を示す信号を無線送信する。そして、受信機ユニットは、センサユニット８４から摩耗状態を示す信号を受信し、受信した信号に基づいてトレッド部８１の摩耗状態を判定する。

特開２０１１−１８９７９５号公報

ところで、トレッド部の摩耗検出においては、摩耗状態を的確に判定可能とするために、同じ条件下でトレッド部の状態が検出されることが望ましい。
本発明の目的は、摩耗検出用の装置を埋設した専用のタイヤを用いずに、トレッド部の摩耗検出を的確に行うことができるタイヤ摩耗検出装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載のタイヤ摩耗検出装置は、車両のタイヤ内側装着され、前記タイヤのトレッド部の摩耗を検出するためのタイヤ摩耗検出装置であって、電源と、互いに離間し、かつ絶縁された状態で前記タイヤの内周面に接合された一対の電極と、前記電源から前記一対の電極に電圧を印加したときの前記電極の静電容量を計測する計測回路と、前記計測回路によって計測された静電容量に基づき前記トレッド部の摩耗を検出する摩耗検出部と、前記タイヤの回転方向における位置を検出する位置検出部と、を有し、前記摩耗検出部は、予め設定された一定位置が前記位置検出部によって検出されると前記計測回路に前記静電容量を計測させることを要旨とする。

これによれば、一対の電極に電圧を印加すると、一対の電極の間に電気力線が生じる。一対の電極の面積及び距離は一定であることから、トレッド部の摩耗が進行していない程、一対の電極間の誘電体としてのタイヤから漏れる電気力線の数は少なく、また、タイヤの比誘電率が大きくなるため、一対の電極間の静電容量は大きくなる。一方、タイヤの摩耗が進行する程、タイヤから漏れる電気力線の量は多くなり、タイヤの比誘電率が小さくなるため、一対の電極間の静電容量は小さくなる。そして、一対の電極間の静電容量は計測回路で計測され、この計測された静電容量が小さくなれば、摩耗検出部はトレッド部の摩耗を検出することができる。したがって、摩耗検出用の装置をタイヤ内に埋設したような専用のタイヤでなくてもトレッド部の摩耗を検出することができる。

このようなタイヤ摩耗検出装置において、静電容量の大きさは一対の電極間に介在する誘電体に依存し、タイヤの回転方向での位置、例えば、タイヤが接地したときと、接地していないときで、タイヤを含めた誘電体の比誘電率が異なり、タイヤの回転方向での位置によって静電容量も異なってくる。そこで、予め設定された一定位置が位置検出部によって検出されると、計測回路によって静電容量を計測するようにした。このため、タイヤの回転方向における一定位置で常に静電容量が計測され、同じ条件下で常にトレッド部の摩耗状態の検出を行うことができる。

また、タイヤ摩耗検出装置において、前記一定位置は、前記一対の電極が前記タイヤを挟んで接地したときであるのが好ましい。
これによれば、一対の電極がタイヤを挟んで接地した位置は、タイヤ及び道路が誘電体となり、タイヤだけを誘電体とした場合と比べると誘電体の比誘電率が大きくなり、静電容量も大きくなる。よって、静電容量を確実に計測でき、トレッド部の摩耗検出を的確に判断することができる。

また、タイヤ摩耗検出装置において、前記位置検出部は、前記タイヤと共に回転する加速度センサであるのが好ましい。
これによれば、簡単な構成で位置検出を行うことができる。

また、タイヤ摩耗検出装置において、前記タイヤ内側に設置され、前記タイヤの状態を検出する状態検出器及び該状態検出器で検出されたタイヤ情報を送信する送信部を有するタイヤセンサユニットと、前記車両の車体に設置され、前記タイヤセンサユニットの送信したタイヤ情報を受信する受信部を備える受信機ユニットとを備えるタイヤ状態監視装置を前記車両は有し、前記タイヤ摩耗検出装置のうち前記電源、前記計測回路、前記位置検出部及び前記摩耗検出部は、前記タイヤセンサユニットが備えるのが好ましい。

これによれば、一対の電極をタイヤの内周面に接合し、タイヤセンサユニットをタイヤ内に設置するだけで、タイヤ摩耗検出装置をタイヤ内側に装着することができる。

本発明によれば、摩耗検出用の装置を埋設した専用のタイヤを用いずに、トレッド部の摩耗検出を的確に行うことができる。

実施形態のタイヤ状態監視装置が搭載された車両を示す概略構成図。 タイヤ内の電極及びタイヤセンサユニットを示す部分破断斜視図。 タイヤセンサユニット及びタイヤ摩耗検出装置の回路構成を示す図。 加速度センサの位置と検出された加速度との関係を示すグラフ。 トレッド部の摩耗を検出するタイヤ摩耗検出装置を示す図。 背景技術を示す図。

以下、タイヤ摩耗検出装置を具体化した一実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
図１に示すように、タイヤ状態監視装置は、車両１の４つの車輪２にそれぞれ取り付けられる４つのタイヤセンサユニット３と、車両１の車体に設置される受信機ユニット４とを備えている。各車輪２は、ホイール部５と、このホイール部５に装着されるタイヤ６とを含む。そして、タイヤ６の内側には、タイヤ摩耗検出装置が装着されている。なお、タイヤ６の中心軸の延びる方向をタイヤ６の軸方向とし、車輪２の回転方向をタイヤ６の回転方向とする。

図２及び図３に示すように、タイヤ６は、回転方向に延びるトレッド溝８を軸方向に複数備えるとともに、軸方向に隣り合うトレッド溝８の間に路面に接するトレッド部７を備える。各タイヤセンサユニット３は、タイヤ６の内部空間に配置されるように、そのタイヤ６の内周面に設置されている。各タイヤセンサユニット３は、対応するタイヤ６の状態（タイヤ内圧力）、及びトレッド部７の摩耗を検出して、検出されたタイヤ状態及び摩耗状態を示すデータを含む信号を無線送信する。

各タイヤセンサユニット３は、圧力センサ１１、加速度センサ１２、センサユニットコントローラ１４、送信回路１６、計測回路１７、及び電源１８をケース３ａ内に備えるとともに、一対の電極１９をケース３ａ外に備える。一対の電極１９は、同じ大きさの矩形板状であり、タイヤ６の軸方向に沿って間隔を空けて互いに絶縁された状態でタイヤ６の内周面に接合されている。また、ケース３ａは、一対の電極１９に跨る状態でタイヤ６の内周面に接合されている。

タイヤセンサユニット３は、電源１８からの電力供給によって動作する。状態検出器としての圧力センサ１１は、対応するタイヤ６内の圧力（タイヤ内圧力）を検出して、その検出によって得られたタイヤ内圧力データをセンサユニットコントローラ１４に出力する。

加速度センサ１２は、車輪２の回転と共に回転し、例えば、ピエゾ抵抗型や静電容量型の加速度センサとして周知のものであり、加速度に応じたデータ信号を発生して出力する。

図４に示すように、車両１の走行時、加速度センサ１２が車輪２の最下位置に移動すると、加速度センサ１２は、検出軸が鉛直方向に延びる状態に取り付けられている場合は、＋１Ｇの加速度を検出する。このとき、タイヤ６を挟んで加速度センサ１２が路面Ｒに接地した状態になる。また、加速度センサ１２が車輪２の最下位置から９０度又は２７０度回転すると、加速度センサ１２は０Ｇの加速度を検出する。さらに、加速度センサ１２が車輪２の最下位置から１８０度回転し、車輪２の最上位置に移動すると、加速度センサ１２は−１Ｇの加速度を検出する。加速度センサ１２は検出によって得られた加速度データをセンサユニットコントローラ１４に出力する。また、センサユニットコントローラ１４は、加速度センサ１２が一定の加速度を検出する度に、圧力センサ１１によって検出されたタイヤ内圧力データをＲＦ信号として送信する。

図３に示すように、センサユニットコントローラ１４は、ＣＰＵ及び記憶部（ＲＡＭやＲＯＭ等）を含むマイクロコンピュータ等よりなり、記憶部には各タイヤセンサユニット３に固有の識別情報としてのＩＤコードが登録されている。このＩＤコードは、各タイヤセンサユニット３を受信機ユニット４において識別するために使用される情報である。センサユニットコントローラ１４は、タイヤ内圧力データを、送信回路１６に出力する。送信部としての送信回路１６は、データを変調してＲＦ信号を生成し、このＲＦ信号を送信アンテナ２１から無線送信する。

一対の電極１９は、計測回路１７を介して電源１８と電気的に接続され、一対の電極１９には電源１８によって電圧が印加される。一対の電極１９に電圧が印加されると、一対の電極１９の間には電気力線Ｆが生じ、一対の電極１９の間を電子が移動する。そして、一対の電極１９の間には、誘電体であるタイヤ６が介在しているため、一対の電極１９の間に静電容量を持たせることができる。この静電容量は、タイヤ６を通過する電気力線Ｆの量に依存し、トレッド部７の摩耗が進行していない程タイヤ６から漏れる電気力線Ｆの量が少なく、タイヤ６の比誘電率が大きくなるため、一対の電極１９間の静電容量は大きくなる。一方、トレッド部７の摩耗が進行する程タイヤ６から漏れる電気力線Ｆの量は多くなり、タイヤ６の比誘電率が小さくなるため、一対の電極１９間の静電容量は小さくなる。

計測回路１７は、一対の電極１９に電気的に接続され、計測回路１７は、一対の電極１９間の持つ静電容量を電圧として検出するようになっている。計測回路１７は、センサユニットコントローラ１４に信号接続され、計測回路１７の計測した電圧信号はセンサユニットコントローラ１４に出力されるようになっている。

センサユニットコントローラ１４の記憶部には、タイヤセンサユニット３の動作を統括的に制御する統括プログラムが記憶されている。また、センサユニットコントローラ１４の記憶部には、計測回路１７の計測した電圧（静電容量）と比較するための閾値が予め記憶されている。閾値は、トレッド部７の摩耗が過度に進行したときに検出される電圧（静電容量）よりも余裕を持って設定されている。センサユニットコントローラ１４は、計測回路１７によって検出された電圧が閾値を超えた場合には、警報信号を生成し、送信回路１６から送信させる。一方、センサユニットコントローラ１４は、計測回路１７によって検出された電圧が閾値を超えていない場合には、警報信号を生成しない。

よって、本実施形態では、センサユニットコントローラ１４が、トレッド部７の摩耗を検出する摩耗検出部を構成する。また、本実施形態では、タイヤ摩耗検出装置は、タイヤセンサユニット３のケース３ａ内に設けられた電源１８と、加速度センサ１２と、計測回路１７と、センサユニットコントローラ１４（摩耗検出部）と、ケース３ａ外の一対の電極とを備えている。そして、タイヤセンサユニット３が一対の電極１９を跨ぐ状態でタイヤ６の内周面に接合されており、加速度センサ１２と一対の電極１９は、タイヤ６の回転方向において同じ位置に設けられている。

また、センサユニットコントローラ１４は、加速度センサ１２の出力した加速度データに基づいて加速度センサ１２及び電極１９が一定位置に位置したと判断したときに、一対の電極１９に電圧を印加し、計測回路１７に静電容量を計測させる。上記一定位置は、タイヤ６を挟んで加速度センサ１２及び一対の電極１９が路面Ｒに接地したときであり、加速度センサ１２が＋１Ｇの加速度を検出したときである。

図１に示すように、受信機ユニット４は、受信機ユニットコントローラ３３を備えるとともに、受信部としてのＲＦ受信回路３５を備えている。受信機ユニットコントローラ３３には、表示器３８が接続されている。受信機ユニットコントローラ３３はＣＰＵ及び記憶部（ＲＯＭやＲＡＭ等）を含むマイクロコンピュータ等よりなり、記憶部には受信機ユニット４の動作を統括的に制御するプログラムが記憶されている。ＲＦ受信回路３５は、各タイヤセンサユニット３からＲＦ受信アンテナ３２を通じて受信されたＲＦ信号を復調して、受信機ユニットコントローラ３３に送る。

受信機ユニットコントローラ３３は、ＲＦ受信回路３５からのＲＦ信号及びＩＤコードに基づき、送信元のタイヤセンサユニット３に対応するタイヤ６のタイヤ内圧力を把握する。受信機ユニットコントローラ３３は、タイヤ内圧力に関する情報等を表示器３８に表示させる。表示器３８は、車室内等、車両１の搭乗者の視認範囲に配置され、受信機ユニットコントローラ３３により表示器３８にはタイヤ内圧力の異常が表示（報知）される。また、受信機ユニットコントローラ３３は、タイヤセンサユニット３からの警報信号を受信した場合には、タイヤ６の摩耗に関する警報を表示器３８に表示させる。

次に、タイヤ摩耗検出装置の作用を記載する。
さて、図４に示すように、加速度センサ１２は、タイヤ６の回転方向の位置でそれぞれ加速度を検出し、検出した加速度データをセンサユニットコントローラ１４に出力している。そして、加速度センサ１２がタイヤ６を介して路面Ｒに接地し、＋１Ｇの加速度データを出力すると、センサユニットコントローラ１４は一対の電極１９に電圧を印加する。すなわち、センサユニットコントローラ１４は、一定位置（加速度センサ１２及び電極１９がタイヤ６を介して路面Ｒに接地した位置）が加速度センサ１２によって検出される度に、電極１９に電圧を印加して静電容量を計測させる。

図３に示すように、電源１８から一対の電極１９に電圧が印加されると、一対の電極１９の間に電気力線Ｆが生じるとともに、一対の電極１９の間に静電容量を持たせることができる。そして、計測回路１７は静電容量を電圧として計測し、計測した電圧をセンサユニットコントローラ１４に出力する。センサユニットコントローラ１４では、入力した電圧を閾値と比較し、閾値を超えていない場合は、上述の警報信号を生成せず、送信回路１６による送信動作も行わない。

一方、図５に示すように、トレッド部７の摩耗が進行してくると、タイヤ６から漏れる電気力線Ｆの量が多くなり、一対の電極１９間の静電容量が小さくなるとともに、計測回路１７で計測される電圧も低下する。そして、センサユニットコントローラ１４に入力された電圧が閾値を超えている場合は、センサユニットコントローラ１４は警報信号を生成し、警報信号を送信回路１６から送信させる。受信機ユニット４では、警報信号がＲＦ受信アンテナ３２を通じてＲＦ受信回路３５で受信される。ＲＦ受信回路３５で受信した警報信号は、受信機ユニットコントローラ３３に出力され、受信機ユニットコントローラ３３は、表示器３８にタイヤ摩耗に関する警報を表示させる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）タイヤ摩耗検出装置は、加速度センサ１２によってタイヤ６の回転方向の位置を検出し、加速度センサ１２によって一定位置が検出される度に一対の電極１９に電圧を印加して、計測回路１７により静電容量を計測させるようにした。このため、計測される静電容量は、常にタイヤ６の回転方向での一定位置で検出される値となる。よって、常に同じ位置（同じ条件下）で検出された静電容量に基づいてトレッド部７の摩耗状態を検出することになり、摩耗状態を的確に判定することが可能になる。

（２）タイヤ摩耗検出装置は、一対の電極１９をタイヤ６の内周面に接合し、その一対の電極１９に電圧を印加したときの静電容量の変化に基づいてトレッド部７の摩耗を検出することができる。したがって、タイヤ６内に摩耗検出用の装置を埋設することなく、トレッド部７の摩耗を検出することができる。

（３）加速度センサ１２がタイヤ６を介して路面Ｒに接地したとき、すなわち、加速度センサ１２及び一対の電極１９がタイヤ６の最下位置に位置したとき、センサユニットコントローラ１４によって計測回路１７に静電容量を計測させるようにした。このとき、タイヤ６及び道路が誘電体となり、タイヤ６だけを誘電体とした場合と比べると誘電体の比誘電率が大きくなり、静電容量も大きくなる。よって、静電容量を確実に計測でき、トレッド部７の摩耗が進行しているか否かを的確に判断することができる。

（４）位置検出部として加速度センサ１２を用いた。加速度センサ１２は、送信回路１６にタイヤ情報の送信動作を行わせる位置を検出するために、タイヤセンサユニット３に予め設けられている。よって、タイヤセンサユニット３に既存の構成で、しかも簡単な構成を用いてトレッド部７の摩耗を検出することができる。

（５）タイヤ摩耗検出装置のうち、加速度センサ１２、計測回路１７、電源１８、及びセンサユニットコントローラ１４はタイヤセンサユニット３のケース３ａ内に設けられ、電極１９のみがケース３ａ外に設けられている。そして、一対の電極１９をタイヤ６の内周面に接合し、タイヤセンサユニット３をタイヤ６内に設置するだけで、タイヤ摩耗検出装置をタイヤ６内側に簡単に装着することができる。また、タイヤ摩耗検出装置と、タイヤセンサユニット３とを別々にタイヤ６内側に設ける場合と異なり、タイヤ６内の部品点数が増加し、タイヤ６が増量することを回避することができる。

なお、本実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 一対の電極１９は、同じ大きさ、同じ形状でなくてもよい。
○ 位置検出部として、磁気センサを用いてもよい。この場合、例えば、車両１のホイールハウス等に磁性体を設置しておき、タイヤ６の回転に伴い、磁性体の磁力を磁気センサで検出したときに、静電容量を計測する。

○ 実施形態では、加速度センサ１２及び一対の電極１９がタイヤ６を介して路面Ｒに接地したときを加速度センサ１２で検出すると、静電容量を計測させるようにしたが、これに限らず、静電容量を計測させる位置は適宜変更してもよい。例えば、加速度センサ１２及び一対の電極１９が、タイヤ６の最上位置に位置したとき（加速度センサ１２が−１Ｇを検出したとき）や、加速度センサ１２及び一対の電極１９が、タイヤ６の最上位置又は最下位置から９０度回転したとき（加速度センサ１２が０Ｇを検出したとき）に静電容量を計測させてもよい。

○ 実施形態では、一対の電極１９とタイヤセンサユニット３（加速度センサ１２）を一体化し、加速度センサ１２の位置と電極１９の位置を一致させたが、一対の電極１９とタイヤセンサユニット３（加速度センサ１２）の位置を別々としてもよい。

○ 実施形態では、タイヤセンサユニット３のケース３ａ内にタイヤ摩耗検出装置の一部を設け、一対の電極１９とタイヤセンサユニット３を一体化して、タイヤ摩耗検出装置とタイヤセンサユニット３を一体化したが、これに限らない。タイヤセンサユニット３とタイヤ摩耗検出装置を別々にタイヤ６内に設けてもよい。

○ タイヤ摩耗検出装置は、４輪の車両１におけるタイヤ６への適用に限定されるものではなく、２輪の車両におけるタイヤに適用してもよい。
○ タイヤセンサユニット３の送信部は、ＲＦ信号を生成する送信回路１６ではなく、ＬＦ信号を生成する送信回路であってもよい。

○ 受信機ユニット４の受信部は、ＲＦ受信回路３５ではなく低周波の受信回路であってもよい。
○ 状態検出器は、圧力センサ１１の他に温度センサや湿度センサであってもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記状態検出器は圧力センサであるタイヤ状態監視装置。

１…車両、３…タイヤセンサユニット、４…受信機ユニット、６…タイヤ、７…トレッド部、１１…状態検出器としての圧力センサ、１２…位置検出部としての加速度センサ、１４…摩耗検出部としてのセンサユニットコントローラ、１６…送信部としての送信回路、１７…計測回路、１８…電源、１９…電極、３５…受信部としてのＲＦ受信回路。

Claims (4)

1. 車両のタイヤ内側に装着され、前記タイヤのトレッド部の摩耗を検出するためのタイヤ摩耗検出装置であって、
   電源と、
   互いに離間し、かつ絶縁された状態で前記タイヤの内周面に接合された一対の電極と、
   前記電源から前記一対の電極に電圧を印加したときの前記電極の静電容量を計測する計測回路と、
   前記計測回路によって計測された静電容量に基づき前記トレッド部の摩耗を検出する摩耗検出部と、
   前記タイヤの回転方向における位置を検出する位置検出部と、を有し、
   前記摩耗検出部は、予め設定された一定位置が前記位置検出部によって検出されると前記計測回路に前記静電容量を計測させるタイヤ摩耗検出装置。
2. 前記一定位置は、前記一対の電極が前記タイヤを挟んで接地したときである請求項１に記載のタイヤ摩耗検出装置。
3. 前記位置検出部は、前記タイヤと共に回転する加速度センサである請求項１又は請求項２に記載のタイヤ摩耗検出装置。
4. 前記タイヤ内側に設置され、前記タイヤの状態を検出する状態検出器及び該状態検出器で検出されたタイヤ情報を送信する送信部を有するタイヤセンサユニットと、前記車両の車体に設置され、前記タイヤセンサユニットの送信したタイヤ情報を受信する受信部を備える受信機ユニットとを備えるタイヤ状態監視装置を前記車両は有し、前記タイヤ摩耗検出装置のうち前記電源、前記計測回路、前記位置検出部及び前記摩耗検出部は、前記タイヤセンサユニットが備える請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のタイヤ摩耗検出装置。