JP4691418B2 - 車載式塩分濃度測定装置および塩分濃度測定方法 - Google Patents
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Description
上記のように測定端子を路面に埋め込む場合、路面上の限られた観測地点毎の測定結果しか得られず、広範囲に続く路面を連続的にきめ細かく測定しようとする場合には不向きであった。
ここで、文献2,3のような、電極をタイヤに対して先端部を外部に露出させつつ埋め込んだ構成を用いて出願人が行った、塩分測定の実験結果(便宜的に、タイヤ埋め込み型測定方法と言う。)について説明する。当該タイヤ埋め込み型測定方法の場合、広範囲に続く路面において、連続的な測定を実行できる。
測定端子として対の電極を用意するとともに、この電極を、測定用の車両が備えるタイヤに対して電極の先端部が当該タイヤの表面から露出する状態で埋め込んだ。当該構成とすることで、車両の移動すなわちタイヤの回転に伴い、電極はその先端を路面に対して繰り返し接触させることになる。一方、車両を移動させる路面上には、異なる塩分濃度(例えば、5%と1%)の塩水をそれぞれ散布した。具体的には、各濃度の塩水ごとに、路面が湿る程度に散布した領域(湿り領域)と水溜り状態となるまで散布した領域(水溜り領域)とを作り出した。
同図においては、グラフの横軸を車両の移動時間、縦軸を各時点で計測された電圧値としている。図中の2点鎖線は、濃度5%の塩水による湿り領域と水溜り領域の計測結果であり、1点鎖線は、濃度1%の塩水による湿り領域と水溜り領域の計測結果である。また、比較対象として、塩水を散布しない乾燥路面の計測結果を実線にて示している。
しかし、上記の測定方法を用いた場合、一定濃度の塩水に対する計測結果が安定せず、かつ、湿り領域や水溜り領域というような路面上の水膜の厚さの違いによっても計測結果が変動していた。これは、路面と接触する電極の先端部間に保持される塩水量が、路面上の塩水量の違いなど路面状況に応じてその時々で大きく変動してしまうことが原因と考えられる。
R=ρ×L/S
によって表される。ρは電極の先端部間に存在する塩水の抵抗率であり、抵抗率は塩水の濃度によって決まる。Lは、電極間の距離であり上記実験では一定である。そして、Sは、対の電極が相対し合う方向に対して垂直な断面による電極の先端部間に存在する塩水の断面積である。つまり、電極の先端部間に保持される塩水量が変動するということは、上記断面積Sも変動するということであり、この断面積Sの変動が原因となって電極間の抵抗値Rが塩水の濃度に応じた一定値とならないものと考えられる。
従って、上記タイヤ埋め込み型測定方法によっては、路面上の塩分濃度を正確に把握することができなかった。
つまり、車両の回転体が塩水を含む路面を通過する場合、路面上における塩水の溜まり具合によらず、回転体表面に形成される水膜は回転の遠心力によってほぼ一定の厚さに保たれる。その結果、回転体の表面に対して一部を略接触させた状態の電極間に保持される塩水量も一定となる。
また、車両の移動中は、回転体の表面は路面との摩擦によって発熱している。そのため、回転体表面と略接触する電極周りおいて付着した水分が凍結してしまうことが防止される。かつ、車両の移動中は回転体は振動しているため、当該振動によって電極周りに付着した雪や泥が振り落とされ、同雪や泥が電極周りで凍結することが防止される。その結果、気温の低い過酷な環境下においても上記測定を確実に実行することができる。
かかる構成とした場合、回転体表面の塩水が、同表面と同表面に接近して最後は略接触する電極との間に一定量溜まりやすい。
車両は前後それぞれに回転体を備えているのが一般的であるから、電極を前方側の回転体に略接触させて路面上の塩分濃度を測定しつつ、同測定結果に応じて、同車両の後方から路面上に凍結防止剤等を散布することができる。塩分濃度の測定結果に応じた凍結防止剤の散布と言った場合には、所定のコンピュータが同測定結果に応じて適切な散布量を決定するとともに同決定した量の凍結防止剤を所定の散布用機器に散布させる、自動散布も含まれる。
つまり、電極間の抵抗値の変化に伴って変化する、同電極を含む回路中のある部位の電圧値を計測するとともに、予め定めた塩分濃度と計測電圧値との関係を参照することで、路面における塩分濃度を容易に求めることができる。
当該方法の発明においても、上述の車載式塩分濃度測定装置と同様の作用及び効果を発揮する。
(1)塩分濃度測定装置の概略構成
(2)塩分濃度の測定処理
(3)まとめ
図1は、塩分濃度測定装置及び同装置を搭載した車両を簡略的に示している。
同図は、測定に用いる車両60の右側前輪(タイヤ40)を中心に側方から示している。塩分濃度測定装置10は概略、対となった電極30と、電極30と電気的に接続した塩分濃度判定回路20とからなる。電極30と塩分濃度判定回路20とはいずれも車両60に搭載されるため、この意味で塩分濃度測定装置10は、車載式の塩分濃度測定装置と言える。
図2は、タイヤ40と電極30とを車両60の前進側から見た場合を示しており、電極30の両片は互いに距離L2の間隔を保って相対している。
このような構成において、車両60が塩水が分布する路面Aを移動すると、電極30間に一定量の塩水が保持される。
塩分濃度判定回路20は、車両60内に設置され、車両60の搭乗者によって操作される。ここで言う操作とは、後述の塩分濃度測定処理をCPU24に実行させる際の同CPU24に対する指令操作等が該当する。
図3は、塩分濃度判定回路20の回路図であり、図4は、同回路中のCPU24が実行する塩分濃度測定処理の内容を示したフローチャートである。
塩分濃度判定回路20は、概略、抵抗R1(抵抗値一定)と、発振部22と、電圧計測部21と、A/D変換部23とを備える。また、発振部22とA/D変換部23は、上記CPU24とバス25を介して双方向通信可能に接続しており、さらに濃度判定部26と出力インターフェース27と入力インターフェース28とがバス25を介してCPU24などと接続している。上述した対の電極30は抵抗R1と直列接続されており、この意味で電極30は塩分濃度判定回路20の一部との見方もできる。
まず、ステップS(以下、ステップの記載を省略。)100において、CPU24は、入力インターフェース28を介して入力される搭乗者からの塩分濃度測定処理を開始する旨の指令を認識したら、発振部22を制御し、直列となっている抵抗R1、電極30の両端に対して交流電圧を印加させる。発振部22は、例えば、10kHzの交流電圧(5Vp-p)を供給可能である。
ここで、電極30間の抵抗値R2について説明する。抵抗値R2は次式によって表すことができる。
R2=ρ2×L2/S2
本発明は、抵抗R2の大きさに基づいて路面A上の塩分濃度を判別するものであるから、抵抗値R2は塩分濃度のみに影響を受けるようにすることが望ましい。言い換えると、上記式を構成する各要素のうち、抵抗率ρ2以外の、距離L2および断面積S2が一定となる状況を作り出さなければ、正確な塩分濃度測定は実現できない。
具体的には、高濃度の場合に抵抗値R2は低下し、低濃度の場合に抵抗値R2は上昇する。対の電極30と直列接続されている抵抗R1の両端の電圧(電圧降下)V1は、抵抗値R2が低ければ上昇し、抵抗値R2が高ければ低下するという関係にあるため、塩水の濃度と電圧V1とは、濃度が高いほど電圧V1も上昇し、濃度が低いほど電圧V1も低下するという関係になる。
図5は、路面Aへ塩水を散布する際の散布量を各位置において一様とした場合の計測結果である。同図中の鎖線は濃度10%の塩水を一様に散布した場合の計測結果であり、2点鎖線は濃度5%の塩水を一様に散布した場合の計測結果であり、1点鎖線は濃度1%の塩水を一様に散布した場合の計測結果である。また、比較対象として、塩水を散布しない乾燥路面の計測結果を実線にて示している。
同図からは、湿り領域を通過した際に計測された電圧と、水溜り領域を通過した際に計測された電圧との差が小さいことが見て取れる。
また、散布直後の計測結果と5分経過後の計測結果は、少しの差はあるものの1.5〜2.0Vの範囲にいずれも収まっている。このことから、塩分濃度が一定であれば散布後の時間経過の影響もあまり受けることなくほぼ一定の電圧値を取得できることが理解できる。
同図からも、図6と同様に、湿り領域を通過した際に計測された電圧と水溜り領域を通過した際に計測された電圧との差が小さいことが見て取れる。さらに、散布直後の計測結果と5分経過後の計測結果は近いレベルとなっている。このことから、塩分濃度が一定であれば、路面A上の塩水量の違いや、散布後の時間経過の違いにかかわらず、ほぼ一定の電圧値を取得できることが理解できる。
電圧計測部21において電圧V1が計測されたら、CPU24は、同電圧計測部21が計測した電圧をA/D変換部23に入力させてA/D変換させた後、A/D変換部23の出力を濃度判定部26に入力させる。そして、濃度判定部26においては、入力されたデジタルデータ(電圧値)のレベルに応じて塩分濃度を判定する濃度判定処理を実行させる(S120)。
濃度判定部26は、電圧A/D変換部23から出力された、電圧値を示すデジタルデータを入力し(S200)、この電圧値が第一のしきい値(2.7V)以上であるか判断する(S210)。電圧値が第一のしきい値以上である場合は、塩水の濃度は10%以上であると判定する(S240)。
電圧値が第一のしきい値より低い場合には、第二のしきい値(2.5V)以上であるか判断し(S220)、電圧値が第二のしきい値以上である場合は、塩水の濃度は5%以上、10%未満であると判定する(S250)。
電圧値が第三のしきい値より低い場合には、塩水の濃度は1%未満であると判定する(S270)。
上記のように、濃度判定部26において塩分濃度が判定されたら、CPU24はその判定結果を出力インターフェース27を介して外部に出力させる(S130)。例えば、出力インターフェース27が車両60に搭載されたモニターに接続している場合には、このモニターに上記判定結果を表示させることができる。その結果、搭乗者はかかる表示を見て、路面A上の塩分濃度を知ることができる。また、出力インターフェース27はモニター以外にも、塩分濃度の判定結果をデータとして取得することを必要としている他の電子機器に対して接続されていてもよい。
以上説明したように本発明によれば、塩水に直接触れる電極30を路面Aに対して接触させるのではなく、回転するタイヤ40の表面に略接触するように支持した。そのため、路面Aにおける塩水の溜まり具合の影響を受けることなく、電極30間に保持される塩水量が一定となった。その結果、電極30間の抵抗R2は、塩水量の変化による影響が排除され塩水の濃度の違いだけによって変動するようになり、同抵抗R2によって変動する電圧値を計測することにより、路面A上の塩水の濃度を正確に判定することが可能となった。また、路面Aの塩分濃度の正確な判定結果は、凍結防止剤の適切な散布の判断に役立つ。
20…塩分濃度判定回路
21…電圧計測部
22…発振部
23…A/D変換部
24…CPU
26…濃度判定部
27…出力インターフェース
28…入力インターフェース
30…電極
31…電極支持部材
40…タイヤ
60…車両
Claims (6)
- 車両本体と路面との間に介在して同路面上を回転移動する回転体の表面に対して一部を略接触させた状態にて上記車両の所定部位から支持された対の電極と、
上記電極間に形成された水分膜の抵抗値に基づいて上記路面上の水分の塩分濃度を判定する塩分濃度判定手段と、
を備えることを特徴とする車載式塩分濃度測定装置。 - 上記電極は、上記回転体の正回転方向に向かって同回転体に対して接近する状態で支持されることを特徴とする請求項1に記載の車載式塩分濃度測定装置。
- 上記電極は、上記車両の前方側の回転体に対して略接触した状態で支持されることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の車載式塩分濃度測定装置。
- 上記電極は、上記車両の移動に用いるべく同車両が予め有する回転体とは別に取り付けられた電極専用回転体に対して略接触した状態で支持されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の車載式塩分濃度測定装置。
- 上記塩分濃度判定手段は、上記対の電極と直列に接続された抵抗の両端の電圧値を計測するとともに、同計測した電圧値の大きさに応じて上記路面上の水分の塩分濃度を判定することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の車載式塩分濃度測定装置。
- 車両本体と路面との間に介在して同路面上を回転移動する回転体の表面に対して一部を略接触させた状態にて上記車両の所定部位から支持された対の電極に電流を供給するとともに、上記電極間に形成された水分膜の抵抗値に基づいて上記路面上の水分の塩分濃度を判定することを特徴とする塩分濃度測定方法。
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