專利名稱：用于判斷輪胎內(nèi)部故障的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于判斷車輛行駛期間輪胎出現(xiàn)諸如剝離等的內(nèi)部故障的方法。
背景技術(shù)：
輪胎具有胎體簾布層和帶束部的層疊結(jié)構(gòu)，所述胎體簾布層和帶束部各自為覆有橡膠的纖維簾線或金屬簾線構(gòu)件。結(jié)果，如果在車輛行駛期間過多的負荷作用在這些構(gòu)件的粘合區(qū)域，則可能出現(xiàn)稱作為“龜裂”的現(xiàn)象，其中，簾線端和覆蓋的橡膠彼此剝離而使得橡膠中產(chǎn)生裂紋。如果出現(xiàn)在輪胎周向的不同點處的龜裂能夠連在一起，則它們會造成層疊構(gòu)件彼此剝離。如果剝離周向地或軸向地在輪胎中擴大，則車輛行駛期間出現(xiàn)爆胎的可能性增大。因此，期望開發(fā)出一種技術(shù)，用于提早檢測任何剝離現(xiàn)象，并在爆胎即將發(fā)生之前對司機進行警告。在檢測諸如剝離等的輪胎內(nèi)部故障的技術(shù)領(lǐng)域中，提出過各種方法。在其中的一種方法(例如，參見專利文獻I)中，將溫度傳感器嵌入輪胎的容易出現(xiàn)內(nèi)部故障的胎肩區(qū)。然后測量車輛行駛期間輪胎的溫度，并且根據(jù)溫度的變化來檢測輪胎的內(nèi)部故障。這種方法利用的是輪胎內(nèi)部故障造成局部發(fā)熱從而導(dǎo)致故障點附近溫度升高。更具體地，在出現(xiàn)任何剝落(剝離)之前，通過檢測胎面中的溫度升高來檢測輪胎的內(nèi)部故障。在提出的用于檢測輪胎內(nèi)部故障的另一種方法(例如，參見專利文獻2)中，熱敏鐵氧體片(其具有在預(yù)定溫度范圍內(nèi)的居里點)以預(yù)定間距沿著輪胎環(huán)形部的周向布置。此外，安裝在車體側(cè)的是磁體，所述磁體形成的環(huán)形磁路與輪胎的環(huán)形部和圍繞在環(huán)形磁路外圍的線圈相交。并且測量由與輪胎轉(zhuǎn)動相關(guān)聯(lián)的通量密度改變在線圈中激發(fā)的電動勢，并根據(jù)所測量的波形來間接地檢測輪胎的胎肩區(qū)的變形，由此檢測輪胎的內(nèi)部故障。_7] 現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻一日本特開2005-67447專利文獻二 日本特開2004-6946
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題然而，在利用嵌入輪胎內(nèi)的溫度傳感器的方法中，傳感器埋入在可能出現(xiàn)剝離的帶束端附近的胎肩區(qū)的橡膠中。因而，傳感器和周圍橡膠之間的邊界界面可能成為橡膠中新裂紋的起始點，其可能會造成輪胎故障。此外，對用于提取輸出信號的測量系統(tǒng)的需要可能會加大設(shè)備的復(fù)雜性。同樣地，使用嵌入在胎肩區(qū)中的熱敏鐵氧體片的方法需要沿著易出現(xiàn)剝離的胎肩區(qū)的周向嵌入多個熱敏鐵氧體片。從實際的角度看，這樣的需求是不期望的。此外，在存在大量的由輪胎的轉(zhuǎn)速導(dǎo)致的對輪胎的輸入的情況下，線圈中激發(fā)的電動勢隨著熱敏鐵氧體和磁軛之間的距離(間隙)的改變而變化。因此，難以檢測具有一定穩(wěn)定度的電動勢。本發(fā)明用于解決傳統(tǒng)方法中的上述問題，并且本發(fā)明的目的是提供一種方法，用于在不影響輪胎特性的情況下準(zhǔn)確地判斷諸如剝離等的輪胎內(nèi)部故障。用于解決問題的方案本發(fā)明人對沒有諸如剝離等的內(nèi)部故障的輪胎(正常輪胎)以及具有剝離的輪胎(故障輪胎)的路面接觸性能進行了調(diào)查，從而認識到故障輪胎在胎面中心區(qū)傾向于具有較短的地面接觸長度。圖9A和9B是示出輪胎在胎面中心區(qū)的周向變形的輪廓的圖。圖9A是示意圖，并且圖9B是示出通過對所述示意圖中示出的推測進行分析得到的確認結(jié)果的圖。同樣地，注意在圖9A中，實線表示故障輪胎的周向變形的輪廓圖，而點劃線表示正常輪胎的周向變形的輪廓圖。假設(shè)由于剝離導(dǎo)致輪胎的徑向向外膨脹量減少，因此所示的故障輪胎的胎面中心區(qū)的地面接觸長度變短。此外，圖10是示出在車輛速度為80km/hr的情況下，輪胎在胎面中心區(qū)的徑向加速度波形的示例的圖。由點劃線所表示的正常輪胎的徑向加速度波形和由實線所表示的故障輪胎的徑向加速度波形之間的比較表明，故障輪胎的凸出點(接地面以外的輪胎最向外膨脹的點)處峰值水平相對較低。在圖10中，由于凸出點的峰的周期大致為O. 004秒，因此將凸出點附近振動的頻率估計為240Hf250Hz。包括了這些頻率的頻率范圍是如下的頻帶，所述頻帶包括通過對輪胎徑向加速度的時序波形進行頻率分析而獲得的頻譜中出現(xiàn)的峰中的峰頻率第二低的峰的頻率。因此，通過將下述頻率范圍的振動分量的振動幅度與正常輪胎的振動分量的振動幅度相比較，可以準(zhǔn)確地判斷輪胎中是否出現(xiàn)內(nèi)部故障。所述頻率范圍包括通過對車輛行駛期間胎面中心區(qū)的輪胎振動進行頻率分析所獲得的頻譜中出現(xiàn)的峰中的峰頻率第二低的峰的頻率。由此，本發(fā)明提供了一種方法，用于判斷車輛行駛期間諸如剝離等的輪胎內(nèi)部故障。并且該方法包括以下步驟通過安裝在輪胎內(nèi)表面的胎面中心區(qū)的加速度傳感器，來檢測車輛行駛期間的輪胎的徑向加速度；根據(jù)所檢測到的徑向加速度來計算帶值，所述帶值是特定頻帶中振動分量的幅度；將所計算出的帶值與預(yù)定的正常輪胎的帶值進行比較；以及在所計算出的帶值小于所述正常輪胎的帶值的情況下，判斷為輪胎存在內(nèi)部故障。在該方法中，所述特定頻帶是包括如下頻率的頻帶，所述頻率是通過對所述徑向加速度進行頻率分析而得到的頻譜中出現(xiàn)的峰中的峰頻率第二低的峰的頻率。因而，可以在不影響輪胎特性的情況下準(zhǔn)確地判斷出輪胎是否出現(xiàn)內(nèi)部故障。并且這樣會改善車輛的行駛安全。要注意的是，在上述頻譜中所出現(xiàn)的最低的振動的峰，是由于路面不平或輪胎特征振動(近40Hz)所引起的振動的峰。在本發(fā)明中要使用的第二低的峰，是與靠近上述凸出點的振動的頻率相對應(yīng)的振動的峰。所使用的術(shù)語胎面中心區(qū)是與輪胎的胎肩區(qū)相對而言的，其表示軸向地處于胎肩槽內(nèi)部的胎面區(qū)域。
此外，術(shù)語“剝離”通常指橡膠從帶束部上剝離下來或者橡膠從橡膠上剝離下來的輪胎損壞現(xiàn)象。如文中所用，“剝離”還包括簾線端從覆蓋的橡膠中剝離出來的龜裂現(xiàn)象。此外，本發(fā)明提出了用于判斷輪胎的內(nèi)部故障的方法，其中，特定頻帶在IOOHz 400Hz的范圍內(nèi)。由此，能夠可靠地計算出涵蓋了靠近凸出點的振動的頻率分量的帶值。此外，本發(fā)明提出了用于判斷輪胎內(nèi)部故障的方法，其中，特定頻帶根據(jù)車輛速度而改變。因此，可以將用于計算帶值的頻帶設(shè)置得更窄，從而能夠改善針對輪胎內(nèi)部故障的判斷的準(zhǔn)確度。此外，本發(fā)明提出了用于判斷輪胎的內(nèi)部故障的方法，其中，帶值是所述徑向加速度的時序波形的前緣側(cè)帶值和后緣側(cè)帶值的兩者之一，或者是所述前緣側(cè)帶值和所述后緣側(cè)帶值之和，所述前緣側(cè)帶值根據(jù)包括了在所述輪胎與所述地面接合的情況下出現(xiàn)的前緣峰的前緣區(qū)域的時序波形來計算，所述后緣側(cè)帶值根據(jù)包括了在所述輪胎與所述地面脫離的情況下出現(xiàn)的后緣峰的后緣區(qū)域的時序波形來計算。如上所述，僅使用包括靠近凸出點的振動的峰的時域加速度波形就能夠產(chǎn)生帶值之間的顯著區(qū)別。并且這會改善針對輪胎內(nèi)部故障的判斷的準(zhǔn)確度。要了解的是本發(fā)明的上述總結(jié)不需列舉本發(fā)明的所有必要特征，并且期望本發(fā)明包括所有這些特征的子組合。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的輪胎內(nèi)部故障判斷設(shè)備的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示出輪胎結(jié)構(gòu)和加速度傳感器位置的圖。圖3是示出輪胎徑向加速度的時序波形的圖和示出其頻譜的示例的圖。圖4是示出可能出現(xiàn)剝離的位置的圖。圖5示出正常輪胎的印痕和故障輪胎的印痕。圖6是示出剝離的大小和帶值之間關(guān)系的圖。圖7是示出在輪胎僅有一側(cè)出現(xiàn)剝離的情況下加速度波形的頻譜的圖。圖8是示出在輪胎僅有一側(cè)出現(xiàn)剝離的情況下剝離大小和帶值之間關(guān)系的圖。圖9是示出胎面中心區(qū)中周向變形的輪廓的圖。圖10是示出胎面中心區(qū)中徑向加速度波形的示例的圖。
具體實施例方式圖1是示出輪胎內(nèi)部故障判斷設(shè)備10的結(jié)構(gòu)的圖。輪胎內(nèi)部故障判斷設(shè)備10包括加速度傳感器11、發(fā)送器12、輪速傳感器13、接收器14、加速度波形提取部件15、頻率分析部件16、帶值計算部件17、故障判斷部件18、以及警報部件19。加速度波形提取部件15、頻率分析部件16、帶值計算部件17、故障判斷部件18構(gòu)成了運算單元10Z。在微計算機軟件上運行的運算單元IOZ安裝在車輛的司機座椅附近。加速度傳感器11如圖2所示地布置在輪胎20的氣密層25的輪胎氣室28側(cè)上的軸向中心區(qū)中，用于檢測輸入到輪胎20的胎面24的振動。在本典型實施例中，將加速度傳感器11定位，以使得其檢測沿輪胎的徑向從路面輸入的胎面振動。發(fā)送器12,其與加速度傳感器11 一體地布置,用于將來自加速度傳感器11的輸出信號發(fā)送至安裝在車體上的接收器14。輪速傳感器13用于檢測車輪的轉(zhuǎn)速(以下稱為“輪速”)。本實施例中的輪速傳感器13具有轉(zhuǎn)子，其外周具有齒輪齒，并隨著車輪轉(zhuǎn)動；磁軛，其與轉(zhuǎn)子相結(jié)合地生成磁路；以及線圈，用于檢測磁路的磁通量變化。這是廣為人知的電磁感應(yīng)型輪速傳感器，其能夠檢測車輪的轉(zhuǎn)角。磁軛和線圈安裝在未示出的轉(zhuǎn)向節(jié)上。將輪速傳感器13檢測到的輪速的數(shù)據(jù)發(fā)送至帶值計算部17。接收器14接收從發(fā)送器12發(fā)送出的加速度傳感器11的輸出信號，并將其發(fā)送至加速度波形提取部件15。加速度波形提取部件15從加速度傳感器11的輸出信號中提取如圖3A所示的輪胎徑向加速度的時序波形(以下稱為“加速度波形”)。時序波形的橫軸是時間(秒)，并且縱軸是振動水平(dB)，其為加速度的幅度。時序波形中較早出現(xiàn)的峰是在輪胎20與路面接合的情況下出現(xiàn)的前緣峰，并且接下來的峰是在輪胎20與路面脫離的情況下出現(xiàn)的后緣峰。并且前緣峰和后緣峰之間的振動水平低的區(qū)域是輪胎與地面相接觸的區(qū)域。在加速度波形提取部件15所提取出的加速度波形中，頻率分析部件16通過FFT對圖3A中由粗點劃線圍繞的從前緣之前的點至后緣之后的點的時域中的加速度波形進行頻率分析，并因此獲得如圖3B所示的加速度波形的頻譜(振動譜)。頻譜的橫軸是頻率(Hz)，并且頻譜的縱軸是作為加速度的幅度的振動水平(dB)。在本示例中示出的是通過對車速為40km/hr的情況下的加速度波形進行頻率分析而獲得的、頻率最高到200Hz的頻譜。圖中的點劃線表示以新輪胎(正常輪胎)行駛的車輛的頻譜，而細實線和粗實線表示以出現(xiàn)剝離的輪胎(故障輪胎)行駛的車輛的頻譜。以下說明輪胎的內(nèi)部故障。如圖2所示，輪胎20包括胎體21、胎圈22、帶束部23、胎面24和氣密層25。胎體21是輪胎20的環(huán)狀框架構(gòu)件，其跨裝于布置在各自的胎圈22中的一對胎圈芯22C。帶束部23徑向地布置在胎體21的冠狀區(qū)域的外側(cè)。帶束部23包括徑向地位于內(nèi)側(cè)的第一帶束層23a和徑向地位于外側(cè)的第二帶束層23b。第一帶束層23a和第二帶束層23b各自是由以相對于輪胎赤道面的20度 70度角彼此交叉的鋼絲簾線或有機纖維編織簾線制成的。并且所形成的第一帶束層23a的寬度寬于第二帶束層23b的寬度。第一帶束層23a的簾線的延伸方向和第二帶束層23b的簾線的延伸方向彼此交叉。胎面24是徑向地布置在帶束部23外部的橡膠層，其具有形成在其表面上的胎面圖案。以下，在形成于胎面24的表面上并周向地繞輪胎延伸的周向槽中，將位于軸向最外側(cè)位置的周向槽稱為胎肩槽24a和24b。并且將胎肩槽24a和24b的軸向內(nèi)部的區(qū)域稱為胎面中心區(qū)26，并且將胎肩槽24a和24b的軸向外部的區(qū)域稱為胎肩區(qū)27。氣密層25是橡膠類材料的薄片，其徑向地布置在胎體21的內(nèi)側(cè)。將加速度傳感器11安裝至氣密層25。在輪胎20中，“龜裂”現(xiàn)象(橡膠出現(xiàn)裂紋，并且覆蓋的橡膠從簾線端剝落)主要出現(xiàn)在第一帶束層23a和第二帶束層23b的端部。這種現(xiàn)象最終會發(fā)展成為如圖4所示的胎肩區(qū)27中第一帶束層23a和第二帶束層23b之間的剝離。所述剝離可能會在輪胎的周向和軸向上擴大。在第一帶束層23a端部和第二帶束層23b端部之間出現(xiàn)剝離的情況下，帶束部23和胎肩區(qū)27的接合會消失，這會使得胎肩區(qū)27的剛性下降。結(jié)果，認為胎肩區(qū)27的地面接觸長度變長，并且胎面中心區(qū)26的地面接觸長度變短。圖5A和5B示出沒有任何諸如剝離等的內(nèi)部故障的輪胎(正常輪胎)的印痕，以及具有剝離的輪胎(故障輪胎)的印痕。圖5A所示的正常輪胎的印痕顯示出中心區(qū)的地面接觸長度長于胎肩區(qū)的地面接觸長度，而圖5B所示的故障輪胎的印痕顯示出胎肩區(qū)的地面接觸長度長于中心區(qū)的地面接觸長度。這被認為是由于胎肩區(qū)27的剛性下降所引起，所述剛性下降的原因是第一帶束層23a端部或第二帶束層23b端部處的剝離造成帶束部23與胎肩區(qū)27之間接合的消失。隨著胎肩區(qū)的地面接觸長度變長，中心區(qū)26產(chǎn)生彎曲或向內(nèi)的凹陷，由此，中心區(qū)26的地面接觸長度變短。如上所述，由于剝離使輪胎在徑向上的向外膨脹減少，因此胎面中心區(qū)的地面接觸長度變短。結(jié)果是降低了故障輪胎的徑向加速度波形中凸出點的峰值水平。因此，可以通過下述處理來準(zhǔn)確地判斷輪胎是否存在內(nèi)部故障在車輛行駛期間在胎面中心區(qū)26檢測輪胎20的振動；計算下述頻帶的帶值，如圖3B所示，所述頻帶包括與通過對輪胎的徑向加速度進行頻率分析而得到的頻譜中出現(xiàn)的峰中的峰頻率第二低的峰相對應(yīng)的頻率；并將所計算出的上述帶值與正常輪胎的預(yù)定帶值進行比較。

帶值計算部件17根據(jù)頻率分析部件16所獲得的頻譜來計算帶值，所述帶值為特定頻帶中的振動分量的幅度。特定的頻帶是包括了如下頻率的頻帶所述頻率是通過對徑向加速度進行頻率分析而得到的頻譜中出現(xiàn)的峰中的峰頻率第二低的峰的頻率。所述特定的頻帶雖然隨著車速變化而變化，不過其處在IOOHf400Hz之間的范圍內(nèi)。在圖3B的示例中，由于車速為40km/hr,因此通過將[fa, fb] = [100Hz, 200Hz]設(shè)置為用于計算帶值的特定頻帶來計算帶值Xab。在本典型實施例中，針對60km/hr的車速將特定頻帶設(shè)置為[150Hz，300Hz]，并且針對80km/hr的車速將特定頻帶設(shè)置為[200Hz, 400Hz]。在圖3B的頻譜中，所有接受測試的輪胎示出第一峰位于30Hz 40Hz，并且第二峰位于130Ηζ 140Ηζ。第二峰是與輪胎徑向加速度波形的凸出點附近的峰值頻率相對應(yīng)的峰。計算帶值并將其作為帶內(nèi)頻率點的總體值。更具體地，如果以[fa，fb]來表示特定的頻帶，以N來表示采樣的數(shù)量，并且以Ak來表示頻率點(k)的振動水平，則可以通過以下等式來計算帶值Xab 等式I
權(quán)利要求
1.一種用于判斷輪胎內(nèi)部故障的方法，其包括以下步驟 通過安裝在輪胎內(nèi)表面的胎面中心區(qū)的加速度傳感器，來檢測車輛行駛期間的輪胎的徑向加速度； 根據(jù)所檢測到的徑向加速度來計算帶值，所述帶值是特定頻帶中振動分量的幅度； 將所計算出的帶值與預(yù)定的正常輪胎的帶值進行比較；以及 在所計算出的帶值小于所述正常輪胎的帶值的情況下，判斷為輪胎存在內(nèi)部故障， 其中，所述特定頻帶是包括如下頻率的頻帶，所述頻率是通過對所述徑向加速度進行頻率分析而得到的頻譜中出現(xiàn)的峰中的峰頻率第二低的峰的頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于判斷輪胎內(nèi)部故障的方法，其中，所述特定頻帶在IOOHz 400Hz的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于判斷輪胎內(nèi)部故障的方法，其中，所述特定頻帶根據(jù)車速而改變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的用于判斷輪胎內(nèi)部故障的方法，其中，所述帶值是所述徑向加速度的時序波形的前緣側(cè)帶值和后緣側(cè)帶值的兩者之一，或者是所述前緣側(cè)帶值和所述后緣側(cè)帶值之和，所述前緣側(cè)帶值根據(jù)包括了在輪胎與地面接合的情況下出現(xiàn)的前緣峰的前緣區(qū)域的時序波形來計算，所述后緣側(cè)帶值根據(jù)包括了在輪胎與地面脫離的情況下出現(xiàn)的后緣峰的后緣區(qū)域的時序波形來計算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輪胎內(nèi)部故障判斷方法，其用于在不影響輪胎特性的情況下，準(zhǔn)確地判斷是否存在諸如剝離等的輪胎內(nèi)部故障。通過安裝在輪胎內(nèi)表面的胎面的軸向中心處的加速度傳感器(11)來檢測車輛行駛期間輪胎的徑向加速度信號。對徑向加速度信號進行頻率分析以獲得頻譜。計算100Hz~400Hz范圍內(nèi)特定頻帶[fa,fb]的帶值Xab，所述頻帶包括頻譜中出現(xiàn)的峰中的峰頻率第二低的峰的頻率。然后進行檢查，以查看所述帶值Xab與正常輪胎的預(yù)先獲得的帶值Yab的差是否超過閾值K。并且在Yab–Xab>K的情況下，判斷為輪胎內(nèi)部出現(xiàn)諸如剝離等的內(nèi)部故障。
文檔編號B60C19/00GK103068597SQ20108006871
公開日2013年4月24日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者真砂剛 申請人:株式會社普利司通