JP7818390B2 - 非空気圧タイヤの異常位置の検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、非空気圧タイヤの異常位置の検出方法に関し、より詳しくは、非空気圧タイヤに対して回転角と同期した音源探査を実施して異常位置を特定する方法に関する。

タイヤは、車両からの荷重を支持する重要な部材であり、車両の乗り心地や安全性等に影響を与える。従前から、タイヤの安全性等を検査する様々な方法が存在する。例えば、特許文献１には、タイヤの進行方向前方に設置されたマイクロホンアレイを用いて、トレッドパターンにおける異常音の音源を特定する方法が開示されている。

特許第５０８９２５３号公報

ところで、近年、空気を入れる必要のない非空気圧タイヤが注目されている。非空気圧タイヤは、空気圧の低下やパンク等に対するメンテナンスが不要という長所を有する。一方、非空気圧タイヤは、空気入りタイヤとは構成が異なるので、非空気圧タイヤ特有の異常が発生する場合があり、異常位置の適切な検出方法が求められている。特許文献1の方法は、非空気圧タイヤの異常位置の検出については検討しておらず、未だ改良の余地がある。

本発明の目的は、非空気圧タイヤの異常位置の適切な検出方法を提供することである。

本発明に係る非空気圧タイヤの異常位置の検出方法は、非空気圧タイヤが接地面で接地して回転している状態において、複数のマイクロホンを含むマイクロホンアレイを用いて、非空気圧タイヤが生じさせるノイズを非空気圧タイヤの側面方向から測定するステップと、非空気圧タイヤの基準点からの回転角を測定するステップと、ノイズから、近距離場音響ホログラフィ処理により、非空気圧タイヤの側面における音圧分布を算出するステップと、音圧分布及び回転角から、非空気圧タイヤの異常位置を特定するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る検出方法によれば、非空気圧タイヤの異常位置を特定することができる。

実施形態の一例に係る非空気圧タイヤの側面図である。 実施形態の一例に係る検出装置のブロック図である。 実施形態の一例において、非空気圧タイヤとマイクロホンアレイとの位置関係を示す図である。 実施形態の一例において、非空気圧タイヤの側面に音圧分布を適用した図である。 実施形態の一例において、非空気圧タイヤの基準点を説明する図である。 実施形態の一例である検出方法の全体のフローチャートである。 実施形態の他の一例における図３に対応する図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る検出方法の一例について詳細に説明する。以下で説明する実施形態はあくまでも一例であって、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、以下で説明する複数の実施形態および変形例の各構成要素を選択的に組み合わせてなる構成は本発明に含まれている。なお、本明細書において、非空気圧タイヤ１の「主回転方向」とは、非空気圧タイヤ１が装着される車両が前進するときの回転方向を意味する。また、「略～」とは、略一定を例に説明すると、完全に一定はもとより、実質的に一定と認められるものを含む意図である。

図１を参照しつつ、本発明の対象である非空気圧タイヤ１について説明する。図１は、実施形態の一例に係る非空気圧タイヤ１の側面図である。

非空気圧タイヤ１は、内側リング５と、外側リング７と、複数のスポーク９とを有する。非空気圧タイヤ１の外形は、円形状である。内側リング５は、車両の車軸に固定される。内側リング５は、ユニフォミティを向上させる観点から、例えば、厚みが略一定の円筒形状であることが好ましい。

外側リング７は、内側リング５と同心円状に、内側リング５のタイヤ径方向の外側に設けられている。外側リング７は、ユニフォミティを向上させる観点から、例えば、厚みが略一定の円筒形状であることが好ましい。外側リング７は、例えば、タイヤ径方向の内側から順に、支持層７ａ、補強層７ｂ、及びトレッド層７ｃを含む。支持層７ａは、後述するように、内側リング５及びスポーク９と共に車両からの荷重を支持する支持構造体を構成している。補強層７ｂは、例えば、スチールコードやＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ等の繊維強化プラスチック製のコードをタイヤ幅方向に対して略平行に配列したものや、円筒形状の金属製リングや高モジュラス樹脂製リング等で構成されている。また、トレッド層７ｃは、例えば、従来の空気入りタイヤと同様にゴムや、樹脂等で構成され、従来の空気入りタイヤと同様に、外周面にトレッドパターンを備えていてもよい。

スポーク９は、内側リング５と外側リング７との間に配置されており、内側リング５と外側リング７とを相互に連結している。図１においては、スポーク９にドットハッチングを付している。スポーク９は、例えば、板形状である。複数のスポーク９がタイヤ周方向に並列に配置されており、スポーク９同士の間には隙間が存在する。この隙間は、ユニフォミティを向上させる観点から、略一定とすることが好ましい。

スポーク９は、図１に示すように、内側リング５と外側リング７とを直線的に繋いでいる。また、スポーク９は、軸方向で傾斜している。隣接する２本のスポーク９は、例えば、軸方向で、相互に反対方向に傾斜していてもよい。

スポーク９の形状、及び複数のスポーク９の配置や数等の構成については、本実施形態の例に限定されない。スポーク９は、図１のようにタイヤ径方向に直線的でなく、曲線的に延びていていもよい。また、スポーク９同士の間の隙間が、図１のようにタイヤ径方向に直線的でなく、曲線的に延びていていもよい。スポーク９の本数は、例えば、４本～２００本である。

内側リング５、支持層７ａ、及びスポーク９は、車両からの荷重を支持する支持構造体を構成している。支持構造体の材質は、特に限定されないが、例えば、支持構造体は、弾性材料で形成されている。また、例えば、支持構造体の母材として、ポリエステルエラストマー等の熱可塑性エラストマー、天然ゴム等の架橋ゴム、又はその他の樹脂（例えば、ポリエチレン樹脂等の熱可塑性樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂）が採用されてもよい。また、例えば、斯かる母材の内部に、繊維又は金属コード等の補強材が埋設されていてもよい。

次に、図２～図７を参照しつつ、非空気圧タイヤ１の異常位置の検出方法について、より詳細には、非空気圧タイヤに対して回転角と同期した音源探査を実施して異常位置を特定する方法について説明する。

図２は、本実施形態に係る検出装置１０のブロック図である。検出装置１０は、ノイズを測定するマイクロホンアレイ１２と、測定したノイズから近距離場音響ホログラフィ処理により音圧分布を算出する音響ホログラフィ装置１４とを有する。

検出装置１０は、さらに、非空気圧タイヤ１の回転量を測定する回転量測定装置１６を有する。計算機１８は、音響ホログラフィ装置１４及び回転量測定装置１６と接続されており、これらの装置から得られるデータ組み合わせることで、後述するように非空気圧タイヤ１の異常位置を特定する。また、検出装置１０は、計算機１８での計算結果を表示するディスプレイ等の出力装置１９を有してもよい。

非空気圧タイヤ１が生じさせるノイズの測定は、図３に示すように、非空気圧タイヤ１が路面Ｇに接地して回転している状態において行われる。非空気圧タイヤ１は、路面Ｇと接地面２０で接している。図３は、実施形態の一例において、非空気圧タイヤ１とマイクロホンアレイ１２との位置関係を示す図である。回転方向は、例えば、主回転方向Ｒである。ノイズの計測は、無響室、半無響室のような音計測に適した環境で実施されることが好ましい。

本実施形態に係る検出方法は、非空気圧タイヤ１を路面Ｇに押し当て、非空気圧タイヤ１に荷重を付加した状態で行われる。本実施形態において、路面Ｇは、フラットベルトであり、フラットベルトの移動速度を変化させることで、非空気圧タイヤ１の回転速度を制御することができる。路面Ｇは、平面に限定されず、ドラムの曲面であってもよい。

路面Ｇは滑らかであることが好ましい。路面Ｇは、粗さ指標であるＭＰＤ（Ｍｅａｎ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｄｅｐｔｈ）が０．３未満であることが好ましい。路面Ｇの材質は、例えば、スチールである。

マイクロホンアレイ１２は、例えば、非空気圧タイヤ１の側面の略全体を覆うように設置されてもよい。これにより、非空気圧タイヤ１の側面方向全面で、非空気圧タイヤ１の異常位置から発生するノイズを測定することができる。なお、図３において、非空気圧タイヤ１の接地面２０の近傍が、マイクロホンアレイ１２の格子に覆われていないが、後述する近距離場音響ホログラフィ処理は、問題なく実施することができる。

本実施形態においては、複数のマイクロホン２５が格子状に配置されてマイクロホンアレイ１２を構成している。図３に示す例では、マイクロホン２５が、縦方向に略等間隔で８個並び、横方向に略等間隔で８個並んで、マイクロホンアレイ１２を構成している。なお、マイクロホンアレイ１２を構成するマイクロホン２５の配置及び数は、この例に限定されず、例えば、マイクロホン２５の配置は、格子状以外であってもよい。

マイクロホン２５同士の縦方向の間隔ｓと、マイクロホン２５同士の横方向の間隔ｔとは、略同じであることが好ましい。即ち、マイクロホン２５が構成する格子は、正方格子であることが好ましい。

マイクロホン２５同士の間隔ｓ，ｔは、２５ｍｍ～８５ｍｍであることが好ましく、２５ｍｍ～５０ｍｍであることがより好ましい。これにより、トレッドパターン由来のノイズを含めた通常の走行音による影響を小さくして近距離場音響ホログラフィ処理を行うことができる。近距離場音響ホログラフィの上限周波数は、間隔ｓ，ｔに依存する。近距離場音響ホログラフィの上限周波数は、間隔ｓ，ｔが２５ｍｍで６４００Ｈｚ、間隔ｓ，ｔが５０ｍｍで３２００Ｈｚ、間隔ｓ，ｔが８５ｍｍで２０００Ｈｚである。間隔ｓ，ｔを上記範囲とすることで、通常の走行音が支配的な周波数（２０００Ｈｚ以下）を避けて、非空気圧タイヤ１の異常位置から発生するノイズを測定することができる。

マイクロホン２５は、例えば、プローブマイクロホンである。プローブマイクロホンとしては、先端の測定部の直径が１／２、１／４又は１／８インチのものが例示できる。非空気圧タイヤ１の側面部とマイクロホンアレイ１２を構成するマイクロホン２５の先端との間の距離は、間隔ｓ，ｔと略同じであることが好ましい。

音響ホログラフィ装置１４は、測定したノイズから、近距離場音響ホログラフィ処理により、非空気圧タイヤ１の側面における音圧分布を算出する。音響ホログラフィ装置１４としては、市販のものを使用することができる。

図４は、実施形態の一例において、非空気圧タイヤ１の側面に音圧分布を適用した図である。非空気圧タイヤ１を路面Ｇに押し付けながら回転させることで、非空気圧タイヤ１の異常位置からはノイズが発生する。近距離場音響ホログラフィ処理により得られた音圧分布を非空気圧タイヤ１の側面に適用することで、図４に示すように、非空気圧タイヤ１の異常位置が音圧分布で音圧が上昇している音圧上昇部分４０として測定される。

検出装置１０は、ノイズ測定と並行して、回転量測定装置１６で非空気圧タイヤ１の回転量を測定している。回転量測定装置１６としては、タイヤ１回転につき１個のパルス信号が得られる回転パルス計や、タイヤ１回転につき複数個のパルス信号が得られるホイールエンコーダーが挙げられる。

後述するように非空気圧タイヤ１に基準点５０を設定した上で、非空気圧タイヤ１の回転量を測定することで、基準点５０からの回転角を測定することができる。これにより、音圧上昇部分４０と基準点５０との位置関係から、非空気圧タイヤ１の異常位置を特定することができる。

より具体的には、回転している非空気圧タイヤ１に対して、単位角毎にノイズ測定を実施する。この時、単位角毎のノイズ測定データを平均化することで、単位角毎の音圧分布を評価することができる。この単位角は、非空気圧タイヤ１の回転角の分解能である。単位角は、非空気圧タイヤ１のスポーク数以上の分解能にすることが好ましい。例えば、スポーク数が１００本の場合は、単位角を３．６度以下にすることが好ましい。

非空気圧タイヤ１の側面において、音圧上昇部分４０が複数存在してもよい。非空気圧タイヤ１の側面において、接地面２０の中央に対応する位置から少なくとも回転方向後方側の１／４の範囲に含まれる音圧上昇部分４０については、以下のように、外側リング７又はスポーク９のいずれに異常があるかを推定することができる。ここで、接地面２０の中央とは、非空気圧タイヤ１の側面において、接地面２０の両端部から等距離にある点である。

音圧上昇部分４０の中心と非空気圧タイヤ１の中心Ｏとを結ぶ線と、中心Ｏから接地面２０に下ろした垂線とが成す角度θが０°～１０°の場合には、音圧上昇部分４０に対応する外側リング７に異常が発生していると特定してもよい。

外側リング７の異常としては、例えば、補強層７ｂでの亀裂の発生、補強層７ｂとトレッド層７ｃとの間のセパレーション、支持層７ａと補強層７ｂとの間のセパレーションが想定される。非空気圧タイヤ１の上記部位に音圧上昇部分４０が発生する原因としては、接地面２０において、剥離した外側リング７を構成する各層が接触するためと推定される。

音圧上昇部分４０の中心と非空気圧タイヤ１の中心Ｏとを結ぶ線と、中心Ｏから接地面２０に下ろした垂線とが成す角度θが１０°～６０°の場合には、音圧上昇部分４０に対応するスポークに異常が発生していると特定してもよい。

角度θが１０°～６０°の場合には、さらに、音圧上昇部分４０の中心Ｐの非空気圧タイヤ１の中心Ｏからの距離Ｌによって、音圧上昇部分４０に対応するスポークにおける異常位置をタイヤ半径方向で特定してもよい。なお、角度θが１０°の場合には、距離Ｌによって、外部リング７又はスポークのいずれに異常が発生しているかを特定してもよい。より具体的には、距離Ｌが外部リング７の半径と略同じであれば外部リング７に異常が発生していると特定し、距離Ｌが外部リング７の半径よりも小さければスポークに異常が発生していると特定してもよい。

スポーク９の異常としては、例えば、スポーク９における折れやクラックの発生、及び、スポーク９と外側リング７との間のセパレーションが想定される。非空気圧タイヤ１の上記部位に音圧上昇部分４０が発生する原因としては、接地面２０近傍で非空気圧タイヤ１が大きく変形する影響で、接地面２０から回転方向後方側の上記部位でスポーク９異常部の座屈、接触が発生するためと推定される。

図５は、実施形態の一例において、非空気圧タイヤ１の基準点５０を説明する図である。基準点５０は、例えば、複数のスポーク９の内の隣接する２本のスポーク（９ａ，９ｂ）の間に設定される。より具体的には、基準点５０は、隣接するスポーク９ａ及びスポーク９ｂの各々が外側リング７と接続する接続部３０ａ及び接続部３０ｂの間の隙間ｇに設定される。基準点５０は、例えば、隙間ｇにおいて、接続部３０ａ及び接続部３０ｂの両方から等距離にある点である。

図６は、本実施形態に係る検出方法の手順をフローチャートにして示した図である。Ｓ１のステップでは、非空気圧タイヤ１の基準点５０からの回転角を測定する。Ｓ１のステップは、回転量測定装置１６によって行われる。

Ｓ２のステップでは、非空気圧タイヤ１が生じさせるノイズを非空気圧タイヤ１の側面方向から測定する。Ｓ２のステップは、図３に示すような複数のマイクロホン２５を含むマイクロホンアレイ１２を用いて行われる。

Ｓ３のステップでは、Ｓ２のステップで得られたノイズから、近距離場音響ホログラフィ処理により、非空気圧タイヤ１の側面における音圧分布を算出する。Ｓ３のステップは、音響ホログラフィ装置１４によって行われる。

Ｓ４のステップでは、Ｓ１のステップで得られた回転角、及び、Ｓ３のステップで得られた音圧分布から、非空気圧タイヤ１の異常位置を特定する。また、音圧上昇部分４０と接地面２０との位置関係から、さらに外側リング７又はスポーク９のいずれに異常が発生しているのかを特定してもよい。

Ｓ１のステップ及びＳ２のステップは、並行して行われる。Ｓ１のステップ及びＳ２のステップを連続的に行ってもよい。また、Ｓ１のステップを連続的に行いつつＳ２のステップを断続的に行ってもよいし、Ｓ２のステップを連続的に行いつつＳ１のステップを断続的に行ってもよい。

Ｓ３のステップは、Ｓ２のステップと並行して行ってもよいし、Ｓ２のステップが終了後に行ってもよい。本実施形態に係る検出方法は、Ｓ４のステップで、音圧分布及び回転角のデータを解析して、非空気圧タイヤ１の異常位置を特定することで終了する。

図７は、実施形態の他の一例において、非空気圧タイヤ１０１とマイクロホンアレイ１１２との位置関係を示す図である。図７に示すように、マイクロホンアレイ１１２は、非空気圧タイヤ１０１の側面のうち、接地面１２０の中央に対応する位置から少なくとも回転方向後方側の１／４の範囲に対向配置されている。これにより、非空気圧タイヤ１０１の側面全体を覆うようにマイクロホンアレイを構成するよりも、マイクロホンの数を少なくすることができる。

以上のように、本発明に係る検出方法を用いれば、非空気圧タイヤの異常位置を適切に検出することができる。また、より詳細に解析を行うことで、非空気圧タイヤのいずれの部位に異常があるかを推定することができる。

１，１０１ 非空気圧タイヤ、５ 内側リング、７ 外側リング、９ スポーク、１０ 検出装置、１２，１１２ マイクロホンアレイ、１４ 音響ホログラフィ装置、１６ 回転量測定装置、１８ 計算装置、１９ 出力装置、２０ 接地面、２５，１２５ マイクロホン、３０ａ，３０ｂ 接続部、４０ 音圧上昇部分、５０ 基準点、θ 角度

Claims (6)

1. 非空気圧タイヤが接地面で接地して回転している状態において、複数のマイクロホンを含むマイクロホンアレイを用いて、前記非空気圧タイヤが生じさせるノイズを前記非空気圧タイヤの側面方向から測定するステップと、
   前記ノイズから、近距離場音響ホログラフィ処理により、前記非空気圧タイヤの側面における音圧分布を算出するステップと、
   前記非空気圧タイヤの基準点からの回転角を測定するステップと、
   前記音圧分布及び前記非空気圧タイヤの基準点からの回転角から、前記非空気圧タイヤの異常位置を特定するステップと、を含む、非空気圧タイヤの異常位置の検出方法。
2. 前記マイクロホンアレイにおける前記複数のマイクロホンが格子状に配置され、マイクロホン同士の間隔が、２５ｍｍ～８５ｍｍである、請求項１に記載の非空気圧タイヤの異常位置の検出方法。
3. 前記マイクロホンアレイが、前記非空気圧タイヤの側面のうち、前記接地面の中央に対応する位置から少なくとも回転方向後方側の１／４の範囲に対向配置されている、請求項１又は２に記載の非空気圧タイヤの異常位置の検出方法。
4. 前記非空気圧タイヤが、内側リングと、前記内側リングのタイヤ径方向の外側に設けられた外側リングと、前記内側リングと前記外側リングとを相互に連結する複数のスポークとを有し、
   前記基準点が、前記複数のスポークの内の隣接する２本のスポークの間に設定される、請求項１～３のいずれか１項に記載の非空気圧タイヤの異常位置の検出方法。
5. 音圧上昇部分の中心と前記非空気圧タイヤの中心とを結ぶ線と、前記非空気圧タイヤの中心から前記接地面に下ろした垂線とが成す角度をθとした場合に、
   前記θが０°～１０°の場合には、前記音圧上昇部分に対応する前記外側リングに異常が発生していると特定し、
   前記θが１０°～６０°の場合には、前記音圧上昇部分に対応するスポークに異常が発生していると特定する、請求項４に記載の非空気圧タイヤの異常位置の検出方法。
6. 前記θが１０°～６０°の場合には、さらに、前記音圧上昇部分の中心の前記非空気圧タイヤの中心からの距離によって、前記音圧上昇部分に対応するスポークにおける異常位置をタイヤ半径方向で特定する請求項５に記載の非空気圧タイヤの異常位置の検出方法。