JP6488986B2 - 路面状況推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤが受ける振動に基づいて路面状況を推定する路面状況推定装置に関するものである。

従来より、タイヤトレッドの裏面に加速度センサを埋設し、加速度センサの検出信号に基づいて路面状況、例えばアスファルト路、雪路、凍結路などの状況を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、加速度センサをタイヤトレッドの裏面に埋設すると、タイヤ回転に伴ってタイヤトレッドのうち加速度センサの配置箇所と対応する部分が路面に接地しているときに、加速度センサの検出信号に路面状況に応じた振動成分が重畳される。このため、従来では、タイヤトレッドのうち加速度センサの配置箇所と対応する部分が路面に接地している接地区間中での振動の周波数成分を解析することで、路面状況を推定している。

特開２０１１−２４２３０３号公報

しかしながら、加速度センサが検出する振動のパルス波形のレベル（以下、パルスレベルという）が走行速度によって大きく変動する。このため、タイヤトレッドのうち加速度センサの配置箇所と対応する部分が路面に接地している接地区間をパルスレベルに基づいて判定することが精度良く行えず、路面状況の推定を的確に行えないという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、タイヤトレッドのうちタイヤの振動を検出する振動検出部の配置箇所と対応する部分が路面に接地している接地区間の特定を精度良く行える路面状態推定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の路面状況推定装置では、タイヤ側装置は、タイヤの接線方向の振動を検出する部分と遠心力を検出する部分とを有し、接線方向の振動の大きさに応じた検出信号を出力する振動検出部（１１）と、検出信号の高周波成分のレベルを算出する高周波レベル算出部（１８）を有する信号処理部（１３）と、高周波成分のレベルの算出結果を路面状況が表された路面状況データとして送信する送信機（１４）と、を有している。また、車両側装置は、送信機から送信された路面状況データを受信する受信機（２１）と、路面状況データに基づいて、タイヤの走行路面の路面状況を推定する路面状況推定部（２２）と、を有している。そして、振動検出部は、遠心力を検出する部分によって遠心力が働いていることが検出されたときにはタイヤの接線方向の振動を検出せず、遠心力を検出する部分によって遠心力が働いていないことが検出されたときにのみタイヤの接線方向の振動を検出するものである。

このような振動検出部を用いれば、接地区間中にのみ、振動検出部の検出信号が信号処理部における高周波レベル算出部に伝わるようにできる。したがって、振動検出部の構造として、遠心力検出部およびスイッチ部の機能を持たせることができる。このような構成としても、請求項１に記載の路面状況推定装置と同様の効果を得ることができる。また、信号処理部に遠心力検出部などを含む接地区間特定部を備える必要がなくなる。したがって、信号処理部のうちのマイクロコンピュータで構成する部分の処理負担を軽減することが可能となり、消費電力軽減を図ることも可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる路面状況推定装置の全体のブロック構成を示した図である。 タイヤ側装置が取り付けられたタイヤの断面模式図である。 走行速度が３０ｋｍ／ｈのときに振動検出発電部に付与されるタイヤ遠心方向の加速度の波形を示した図である。 走行速度が４０ｋｍ／ｈのときに振動検出発電部に付与されるタイヤ遠心方向の加速度の波形を示した図である。 走行速度が６０ｋｍ／ｈのときに振動検出発電部に付与されるタイヤ遠心方向の加速度の波形を示した図である。 タイヤ回転時における振動発電素子の出力電圧波形図である。 アスファルト路のように路面摩擦係数（以下、μという）が比較的大きな高μ路面を走行している場合における振動発電素子の出力電圧の変化を示した図である。 凍結路のように路面μが比較的小さな低μ路面を走行している場合における振動発電素子の出力電圧の変化を示した図である。 高μ路面を走行している場合と低μ路面を走行してる場合それぞれについて、接地区間中における出力電圧の周波数解析を行った結果を示した図である。 高周波成分のレベルを接地区間中に抽出した高周波成分の積分によって算出する場合における信号処理回路部の具体的な回路構成を示した図である。 走行路面が低μ路面の場合と高μ路面の場合それぞれの場合でのコンデンサでの充電の様子を示した図である。 第２実施形態にかかる路面状況推定装置の全体のブロック構成を示した図である。 第３実施形態にかかる路面状況推定装置の全体のブロック構成を示した図である。 第３実施形態にかかる振動検出発電部の遠心力が働いていないときの様子を示した断面図である。 図１１に示す振動検出発電部の遠心力が働いているときの様子を示した断面図である。 第３実施形態の変形例で説明する振動検出発電部の遠心力が働いていないときの様子を示した断面図である。 図１３に示す振動検出発電部の遠心力が働いているときの様子を示した断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
図１〜８を参照して、本実施形態にかかる路面状況推定装置について説明する。本実施形態にかかる路面状況推定装置は、車両の各車輪に備えられるタイヤの接地面における振動に基づいて走行中の路面状況を推定するものとして用いられる。

図１に示すように路面状況推定装置１００は、タイヤ側に設けられたタイヤ側装置１と、車体側に備えられた車両側装置２とを有する構成とされている。そして、路面状況推定装置１００は、タイヤ側装置１より走行中の路面状況を表すデータを送信すると共に、車両側装置２がタイヤ側装置１から送信されたデータを受信し、そのデータに基づいて走行中の路面状況を推定する。具体的には、タイヤ側装置１および車両側装置２は、以下のように構成されている。

タイヤ側装置１は、図１に示すように、振動検出発電部１１、電力供給回路１２、信号処理回路部１３および送信機１４を備えた構成とされ、図２に示されるように、タイヤ３のトレッド３１の裏面側に設けられる。

振動検出発電部１１は、２軸の振動検出を行うことができる２軸センサなどによって構成され、振動検出部を構成するものである。具体的には、振動検出発電部１１は、２軸のうちの１軸として、タイヤ３が回転する際にタイヤ側装置１が描く円軌道に対して接する方向、つまり図２中の矢印Ｘの方向となるタイヤ接線方向の振動を検出し、その振動に応じて第１検出信号に相当する検出信号を出力する。また、振動検出発電部１１は、２軸のうちの他の１軸として、タイヤ３が回転する際に振動検出発生部１１に働く遠心力、つまり図２中の矢印Ｙの方向となるタイヤ遠心方向に働く力を検出する。本実施形態の場合、振動検出発電部１１は、タイヤ遠心方向の振動を検出することで、遠心力に応じた第２検出信号に相当する検出信号を出力する。

さらに、本実施形態の場合、振動検出発電部１１は、タイヤ接線方向の振動に応じた検出信号を出力させるのに加えて、振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、それに基づいてタイヤ側装置１の電源を生成している。例えば、振動検出発電部１１は、振動発電素子１１ａを有した構成とされている。振動発電素子１１ａは、タイヤ接線方向の振動に対して発電するように配設されている。このような振動発電素子１１ａとしては、例えば静電誘導型の発電素子（例えばエレクトレット）、圧電素子、摩擦式、磁歪式、電磁誘導型の素子を適用できる。また、発電用途を加味しないタイヤ接線方向の振動に応じた検出信号を出力するだけであれば、振動発電素子１１ａとして他のもの、例えば加速度センサなどを用いることもできる。

例えば振動発電素子１１ａとして静電誘導型の発電素子を用いる場合には、マイナスの電荷を帯びる下部電極に対して静電誘導によってプラスに帯電させられる上部電極が水平方向に振動させられると、静電誘導による電荷が変動し、起電力を生じることで発電する。このような振動発電素子１１ａの発電に基づいて、タイヤ側装置１の電源を生成すると共に、タイヤ接線方向の振動の大きさに応じた検出信号を生成する。

すなわち、路面状況推定装置１００が備えられた車両が走行する際には、タイヤ３の回転運動や路面の凹凸などの種々の要因によって、タイヤ３のトレッド３１に振動が生じる。この振動が振動発電素子１１ａに伝わることで、振動発電素子１１ａによる発電が行われ、それが電力供給回路１２に伝えられることでタイヤ側装置１の電源が生成される。また、振動発電素子１１ａの発電の際の出力電圧が振動の大きさに応じて変化することから、振動発電素子１１ａの出力電圧をタイヤ接線方向の振動の大きさを表す検出信号として信号処理回路部１３に伝えるようにしている。なお、振動発電素子１１ａの出力電圧は、上部電極が振動によって往復動することから、交流電圧となる。

また、本実施形態の振動検出発電部１１は、振動検出発電部１１に働く遠心力を検出するものとして、タイヤ遠心方向の振動を検出する加速度センサ１１ｂを有した構成とされる。加速度センサ１１ｂは、振動検出発電部１１に働く遠心力に応じた検出信号を出力する。ここでは加速度センサ１１ｂを例に挙げているが、振動検出発電部１１に働く遠心力を検出できるものであれば良く、圧電素子などの他の素子であっても良い。

電力供給回路１２は、振動検出発電部１１の出力電圧に基づいて蓄電して電源を生成し、電力を信号処理回路部１３および送信機１４に供給するための回路であり、整流回路１５および蓄電回路１６を備えた構成とされている。

整流回路１５は、振動検出発電部１１の出力電圧、例えば振動発電素子１１ａより出力される交流電圧を直流変換する公知の回路である。振動発電素子１１ａで出力される交流電圧は、この整流回路１５で直流変換され、蓄電回路１６に出力される。整流回路１５は、全波整流回路であっても半波整流回路であってもよい。

蓄電回路１６は、整流回路１５より印加される直流電圧を蓄電するための回路であり、コンデンサなどによって構成される。振動検出発電部１１の出力電圧は、整流回路１５を介して蓄電回路１６で蓄電され、ここで蓄電された電圧を電源として、タイヤ側装置１が備える信号処理回路部１３や送信機１４などへの電力供給を行っている。また、電力供給回路１２が蓄電回路１６を備えることによって、振動検出発電部１１が余剰に発電している時にはその余剰分を蓄電しておき、発電量が不足している場合に、その不足分を補えるようになっている。

信号処理回路部１３は、信号処理部に相当する部分である。信号処理回路部１３は、振動検出発電部１１のうちタイヤ接線方向の振動の検出信号に含まれる高周波成分が路面状態を表していることから、この検出信号を処理することで路面状況を表すデータを得て、それを送信機１４に伝える役割を果たす。

具体的には、信号処理回路部１３は、加速度センサ１１ｂからの遠心力に応じた検出信号に基づいて、振動発電素子１１ａが示すタイヤ接線方向の検出信号を取り込む。すなわち、信号処理回路部１３は、振動検出発電部１１に働く遠心力に基づいて接地区間を検出し、接地区間中に振動検出発電部１１のうちのタイヤ接線方向の検出信号が示す出力電圧を取り込んでいる。ここでいう接地区間とは、タイヤ３のトレッド３１のうち振動検出発電部１１の配置箇所と対応する部分が路面接地している区間を意味している。接地区間については、振動検出発電部１１で遠心力を検出することにより特定できる。すなわち、接地区間中ではない非接地区間中にはタイヤ３が回転運動を行っているため、振動検出発電部１１に対してタイヤ回転速度に応じた遠心力が加わる。ところが、接地区間中にはタイヤ３の運動が直線運動に変わるため、振動検出発電部１１に対して遠心力が働かない。このため、振動検出発電部１１で遠心力を検出し、遠心力が働いていないときを接地区間中として特定している。これにより、走行速度に対応して的確に接地区間を特定できる。

そして、接地区間中において、振動発電素子１１ａが示すタイヤ接線方向の検出信号に含まれる高周波成分が路面状況を表している。このため、信号処理回路部１３は、この高周波成分を抽出すると共に抽出した高周波成分に基づいて路面状況を表すデータを生成し、送信機１４に伝えている。

具体的には、信号処理回路部１３は、各種回路やＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータ等によって構成され、振動検出発電部１１におけるタイヤ接線方向の振動の検出信号および遠心力に応じた検出信号に基づいて上記処理を行う。そして、信号処理回路部１３は、それらの処理を行う部分として接地区間特定部１７および高周波レベル算出部１８を備えている。

接地区間特定部１７は、接地区間を特定して、接地区間中であることを高周波レベル算出部１８に伝える役割などを果たす。接地区間特定部１７は、遠心力検出部１７ａおよび接地区間判定部１７ｂを有している。

遠心力検出部１７ａは、振動検出発電部１１からの遠心力に応じた検出信号を入力し、振動検出発電部１１に働く遠心力を検出する。例えば、振動検出発電部１１のうち遠心力を検出する部分を加速度センサ１１ｂによって構成する場合、加速度センサ１１ｂの検出信号を入力し、これに基づいて振動検出発電部１１に働く遠心力を検出している。

接地区間判定部１７ｂは、遠心力検出部１７ａの検出結果に基づいて接地区間中であることを判定している。そして、接地区間判定部１７ｂは、接地区間中であると判定すると、それを高周波レベル算出部１８に伝え、接地区間中、振動発電素子１１ａの出力電圧に含まれる高周波成分を整流して積分させる指示を出す。

具体的には、接地区間判定部１７ｂは、遠心力検出部１７ａにて振動検出発電部１１に対して遠心力が働いていないことが検出されている期間、つまり遠心力が０である期間を接地区間中と判定する。例えば、振動検出発電部１１のうちの遠心力を検出する部分を加速度センサ１１ｂによって構成する場合、加速度センサ１１ｂの検出信号が示す加速度は図３（ａ）〜（ｃ）に示す波形となる。図３（ａ）〜（ｃ）は、車両の走行速度を変えて加速度センサの検出信号を調べた結果を示しているが、車両の走行速度を変えても接地区間中には遠心力が０となり、振動検出発電部１１に対して遠心力が働いていないことが判る。このため、接地区間判定部１７ｂは、加速度センサ１１ｂの検出信号に基づいて振動検出発電部１１に遠心力が働いていないことを検出し、そのときを接地区間中と判定して高周波レベル算出部１８に伝えている。例えば、遠心力が閾値以下、例えば０以下になっている場合に遠心力が働いていないとして検出することができる。

また、接地区間判定部１７ｂは、送信機１４に対して高周波レベル算出部１８の算出結果を路面状況が表された路面状況データとして車両側装置２に送信させる送信トリガを発生させる。

ここで、タイヤ回転時における振動発電素子１１ａの出力電圧波形は例えば図４に示す波形となる。この図に示されるように、タイヤ３の回転に伴ってトレッド３１のうち振動検出発電部１１の配置箇所と対応する部分が接地し始めた接地開始時に、振動発電素子１１ａの出力電圧が極大値をとる。さらに、図４に示されるように、タイヤ３の回転に伴ってトレッド３１のうち振動検出発電部１１の配置箇所と対応する部分が接地していた状態から接地しなくなる接地終了時に、振動発電素子１１ａの出力電圧が極小値をとる。

振動発電素子１１ａの出力電圧を閾値と比較することで極大値をとるタイミングや極小値をとるタイミングを検出し、接地区間を判定することもできる。しかしながら、振動発電素子１１ａの出力電圧が車両の走行速度に応じて大きく変動することから、接地区間を精度良く判定できない。

このため、接地区間判定部１７ｂは、遠心力検出部１７ａの検出結果に基づいて接地区間中であることを精度良く判定している。

また、遠心力検出部１７ａの検出結果より、振動検出発電部１１に働く遠心力が０の状態から発生した状態に切り替わったタイミングが振動検出発電部１１の接地終了時となるため、接地区間判定部１７ｂは、このタイミングで送信機１４に送信トリガを送っている。これにより、送信機１４より、高周波レベル算出部１８から伝えられる算出結果を路面状況データとして送信させている。このように、送信機１４によるデータ送信を常に行うのではなく、振動検出発電部１１の接地終了時に限定して行うようにしているため、消費電力を低減することが可能となる。

高周波レベル算出部１８は、接地区間判定部１７ｂから接地区間中であることが伝えられると、その期間中に振動検出発電部１１のうちタイヤ接線方向の振動を検出する部分の検出信号に含まれるタイヤ３の振動に起因する高周波成分のレベルを算出する。そして、高周波レベル算出部１８は、その算出結果を路面状況が表された路面状況データとして送信機１４に伝える。ここで、路面状況を表わす指標として高周波成分のレベルを算出するようにしているが、その理由について図５および図６を参照して説明する。なお、ここでは振動検出発電部１１のうちタイヤ接線方向の振動を検出する部分を振動発電素子１１ａで構成した場合を例に挙げて説明する。

図５（ａ）は、アスファルト路のように路面μが比較的大きな高μ路面を走行している場合における振動発電素子１１ａの出力電圧の変化を示している。また、図５（ｂ）は、凍結路のように路面μが比較的小さな低μ路面を走行している場合における振動発電素子１１ａの出力電圧の変化を示している。

これらの図から分かるように、路面μにかかわらず、接地区間の最初と最後、つまり振動検出発電部１１の接地開始時と接地終了時において振動発電素子１１ａの出力電圧が極大値と極小値をとる。しかしながら、路面μの影響で、車両が低μ路面を走行しているときにはタイヤ３のスリップによる細かな高周波振動が出力電圧に重畳される。このため、高μ路面を走行している場合と低μ路面を走行してる場合それぞれについて、接地区間中における出力電圧の周波数解析を行うと、図６に示す結果となる。すなわち、低周波域では高μ路と低μ路のいずれを走行する場合にも高いレベルになるが、１ｋＨｚ以上の高周波域では低μ路を走行する場合の方が高μ路を走行する場合よりも高いレベルになる。このため、振動発電素子１１ａの出力電圧の高周波成分のレベルが路面状況を表す指標となる。

したがって、高周波レベル算出部１８によって接地区間中における振動発電素子１１ａの出力電圧の高周波成分のレベルを算出することで、これを路面状況データとすることが可能となる。例えば、高周波成分のレベルは、振動発電素子の出力電圧から高周波成分を抽出し、接地区間中に抽出した高周波成分を積分することで算出することができる。

図７は、接地区間中に抽出した高周波成分の積分によって高周波成分のレベルを算出するときに適用する信号処理回路部１３の具体的な回路構成を示した図である。

上記したように、接地区間特定部１７は、遠心力検出部１７ａおよび接地区間判定部１７ｂを有し、接地区間判定部１７ｂにて、振動検出発電部１１の接地区間中であることを判定している。そして、接地区間判定部１７ｂは、接地区間の開始タイミングで積分指示信号を出力し、接地区間の終了タイミングで積分指示信号を解除する。本実施形態の場合、接地区間判定部１７ｂから積分指示信号としてハイレベルが出力されるとスイッチ１７２がオン、それがインバータ１７３によって反転されてローレベルが伝えられるとスイッチ１７４がオフされて高周波成分の積分が開始される。また、積分指示信号が解除されて接地区間判定部１７ｂの出力がローレベルになるとスイッチ１７２がオフ、それがインバータ１７３によって反転されてハイレベルが伝えられるとスイッチ１７４がオンとなって高周波成分の積分が終了される。また、接地区間判定部１７ｂは、接地区間の終了タイミングの際に送信機１４に対して送信トリガを出力する。

高周波レベル算出部１８は、ハイパスフィルタ部１８１、整流部１８２および積分部１８３を有した構成とされている。

ハイパスフィルタ部１８１は、振動検出発電部１１の出力電圧、具体的には振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分を抽出する高周波成分抽出部を構成する。ハイパスフィルタ部１８１は、コンデンサ１８１ａ、１８１ｂおよび抵抗１８１ｃを有するＣＲフィルタ回路によって構成され、コンデンサ１８１ａ、１８１ｂの容量値や抵抗１８１ｃの抵抗値の調整により、振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分のみを通過させる。

整流部１８２は、ブリッジ状に配置したダイオード１８２ａ〜１８２ｄを有する全波整流回路によって構成されており、ハイパスフィルタ部１８１で抽出された検出信号の高周波成分を全波整流する。これにより、積分部１８３に対して全波整流後の正電圧のみが印加されるようにできる。

積分部１８３は、振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分を積分する部分であり、本実施形態では、積分部１８３はコンデンサ１８３ａおよび抵抗１８３ｂを有した構成とされている。

コンデンサ１８３ａは、全波整流後の高周波成分に基づいて充電される。このコンデンサ１８３ａの充電電圧が高周波成分を積分した値に相当し、このコンデンサ１８３ａの積分電圧値が路面状況を表すデータとして送信機１４に入力される。すなわち、図６に示したように、走行路面が低μ路面である場合と高μ路面である場合とで振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分のレベルが異なっていることから、路面状況に応じてコンデンサ１８３ａの積分電圧値が変化する。

図８は、走行路面が低μ路面の場合と高μ路面であるアスファルト路の場合それぞれの場合でのコンデンサ１８３ａでの充電の様子を示している。それぞれの場合について、３回ずつ試行、つまり試行回数Ｎ＝３としている。この図に示されるように、走行路面が低μ路面の場合、高μ路面の場合と比較して振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分のレベルが大きくなるため、コンデンサ１８３ａの積分電圧値が大きくなる。このように、路面状況に応じてコンデンサ１８３ａの積分電圧値の大きさが変化するため、コンデンサ１８３ａの積分電圧値が路面状況を表すデータとなる。

抵抗１８３ｂは、接地区間判定部１７ｂが積分指示信号を解除してスイッチ１７４がオンされたときに、コンデンサ１８３ａに接続されることでコンデンサ１８３ａを放電する。これにより、次に高周波成分の積分を行う際に、コンデンサ１８３ａの電圧を０にリセットしておくことが可能となる。

このような回路により、信号処理回路部１３を構成することができ、振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分を積分部１８３にて積分することで、接地区間中における高周波成分のレベルを算出することができる。

送信機１４は、信号処理回路部１３から伝えられた路面状況データを車両側装置２に対して送信するものである。送信機１４と車両側装置２が備える受信機２１との間の通信は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの公知の近距離無線通信技術によって実施可能である。路面状況データを送信するタイミングについては任意であるが、上記したように、本実施形態では、振動検出発電部１１の接地終了時に接地区間判定部１７ｂから送信トリガが送られることで送信機１４から路面状況データが送られるようになっている。このように、送信機１４によるデータ送信を常に行うのではなく、振動検出発電部１１の接地終了時に限定して行うようにしているため、消費電力を低減することが可能となる。

なお、路面状況データについては、車両に備えられたタイヤ３毎に予め備えられている車輪の固有認識情報（以下、ＩＤ情報という）と共に送ることもできる。各車輪の位置については、車輪が車両のどの位置に取り付けられているかを検出する周知の車輪位置検出装置によって特定できることから、車両側装置２にＩＤ情報と共に路面状況データを伝えることで、どの車輪のデータであるかが判別可能になる。通常、走行路面の路面μは均一であると想定されるが、車両の左右輪で路面μが異なるμスプリット路なども有り、このようなμスプリット路においては各車輪毎に路面状況データが伝えるられると好ましい。勿論、各車輪毎に路面状況を推定するのではなく、各車輪から送られてきた路面状況データが示す積分電圧値の平均値を路面状況の推定に用いるなど、複数の路面状況データを路面状況の推定に用いるようにしても良い。

一方、車両側装置２は、受信機２１と路面状況推定部２２とを備えた構成とされており、タイヤ側装置１より送信された路面状況データを受信し、このデータに基づいて各種処理を行うことで、走行中の路面状況を検出する。

受信機２１は、タイヤ側装置１が送信した路面状況データを受信するための装置である。受信機２１で受信した路面状況データは、受信するたびに路面状況推定部２２に逐次出力される。

路面状況推定部２２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って路面状況の検出のための処理を行っている。具体的には、路面状況推定部２２は、路面状況データが示す積分電圧値の大きさに基づいて路面μを推定しており、例えば積分電圧値が判定閾値よりも大きければ走行路面が低μ路面、小さければ走行路面が高μ路面と判定する。判定閾値は、図８に示すように走行路面が低μ路面であるときに想定される積分電圧値と高μ路面であるときに想定される積分電圧値の中間値に設定される。このため、この判定閾値との大小比較によって、走行路面の路面状況を推定することが可能となる。

なお、このようにして車両側装置２によって路面状況が推定されると、その推定結果を例えば車載ネットワークであるＣＡＮ（Controller Area Networkの略）通信に載せている。この路面状況の推定結果が例えばブレーキ制御用の電子制御装置（いわゆるブレーキＥＣＵ）などに入力され、アンチロックブレーキ制御などを行う際の指標、例えばアンチロックブレーキ制御における制御開始閾値の設定に用いられる。

以上説明したように、本実施形態にかかる路面状況推定装置１００では、路面状態の検出のために、接地区間中における振動検出発電部１１のうちのタイヤ接線方向の振動を検出する部分の検出信号を抽出している。そして、その際の接地区間中であることの特定を、振動検出発電部１１に働く遠心力が発生しているか否かに基づいて行っている。具体的には、遠心力が発生していないときを接地区間中であると特定している。これにより、車両の走行速度に応じて振動検出発生部１１の出力電圧のパルスレベルが変化しても、精度良く接地区間を特定することができる。したがって、精度良く特定された接地区間に基づいて、精度良く路面状態の検出を行うことが可能となる。

また、タイヤ側装置１において、接地区間中における振動検出発電部１１のうちのタイヤ接線方向の振動の検出信号の高周波成分のレベルを算出させ、それを路面状況データとして送信している。そして、その路面状況データを車両側装置２で受信し、走行路面の路面状況を推定している。これにより、周波数解析を行わなくても路面状況を推定することが可能となり、消費電力の低減を図ると共に周波数解析用の部品を削減することが可能となる。したがって、コスト削減を図ることができる。

また、信号処理回路部１３では、振動検出発電部１１のうちのタイヤ接線方向の振動の検出信号をハイパスフィルタ部１８１に通過させることで高周波成分を抽出している。そして、信号処理回路部１３では、抽出した高周波成分を整流後、振動検出発電部１１の接地終了時までコンデンサ１８３ａに充電して積分電圧値を得るようにしている。このように、信号処理回路部１３のうち接地区間判定部１７ｂ以外の部分についてはアナログ回路主体で構成できるため、低コスト、省スペースな回路で信号処理を行うことができる。また、タイヤ側装置１は路面状況データとしてコンデンサ１８３ａによる積分電圧値を送信すれば良いため、タイヤ側装置１から車両側装置２への送信データ量を大幅に減らすことが可能となり、より消費電力を低減できる。したがって、タイヤ側装置１に備える振動検出発電部１１の小型化が図れるなど、タイヤ側装置１の小型化が可能となって、よりタイヤ３内への搭載を容易に行うことが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して接地区間特定部１７の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図９に示すように、本実施形態では、接地区間特定部１７を遠心力検出部１７ａとスイッチ部１７ｃとによって構成している。

遠心力検出部１７ａは、第１実施形態と同様、振動検出発電部１１に働く遠心力を検出しているが、それに加えて、本実施形態では検出される遠心力に基づいてスイッチ部１７ｃのオンオフを制御する。具体的には、遠心力検出部１７ａで振動検出発電部１１に働く遠心力が発生していると判定したときにはスイッチ部１７ｃをオフさせ、遠心力が発生していないと判定したときにスイッチ部１７ｃをオンさせる。

スイッチ部１７ｃは、振動検出発電部１１のうちタイヤ接線方向の振動の検知信号の信号処理部１８への入力のオンオフを切り替えるものであり、半導体素子などで構成されていても良いし、アナログスイッチであっても良い。振動検出発電部１１のうちタイヤ接線方向の振動の検知信号は、スイッチ部１７ｃがオンされると信号処理部１８に入力され、スイッチ部１７ｃがオフされると信号処理部１８に入力されないようになっている。上記したように、遠心力検出部１７ａによって振動検出発電部１１に働く遠心力が０にときにスイッチ部１７ｃがオンされて、振動検出発電部１１のうちタイヤ接線方向の振動の検知信号が信号処理部１８に入力される。

このように、接地区間特定部１７にスイッチ部１７ｃを備え、遠心力検出部１７ａにおいて振動検出発電部１１に働く遠心力が０にときにスイッチ部１７ｃがオンされる構成とすることもできる。このようにしても、車両の走行速度に応じて振動検出発生部１１の出力電圧のパルスレベルが変化しても、精度良く接地区間を判定することができる。したがって、精度良く判定された接地区間に基づいて、接地区間中にのみ信号処理部１８に振動検出発電部１１のうちタイヤ接線方向の振動の検知信号が入力されるようにできる。よって、精度良く路面状態の検出を行うことが可能となる。

なお、送信トリガについては遠心力検出部１７ａより発生させれば良い。例えば、遠心力検出部１７ａにて遠心力が再び発生した状態になったときに、遠心力検出部１７ａより送信トリガを発生させるようにすれば良い。勿論、第１実施形態のように、接地区間判定部１７ｂを備えるようにし、接地区間判定部１７ｂから送信トリガを発生させるようにしても良い。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して接地区間特定部１７に備えたスイッチ部１７ｃと同様の機能を振動検出発電部１１に備えたものであり、その他については第２実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１０に示すように、本実施形態では、信号処理回路部１３を高周波レベル算出部１８のみによって構成し、振動検出発電部１１の検出信号が高周波レベル算出部１８に入力されるようにしている。

また、本実施形態では、振動検出発電部１１を図１２に示す構成としている。具体的には、振動検出発電部１１は、パッケージ１１０と、梁部１１１ａおよび第１錘部１１１ｂを有するセンサ部１１１と、バネ部１１２ａおよび第２錘部１１２ｂを有するストッパー部１１２を有した構成とされている。

パッケージ１１０は、中空状のケースを構成するものであり、裏面１１０ａと側壁１１０ｂおよび裏面１１０ａと反対側となる上面１１０ｃを有している。パッケージ１１０のうちの裏面１１０ａがタイヤ３のトレッド３１の裏面に貼り付けられることで、振動検出発電部１１がタイヤ３に取り付けられている。

センサ部１１１は、梁部１１１ａの一端がパッケージ１１０の裏面１１０ａに固定されており、梁部１１１ａの他端に第１錘部１１１ｂが取り付けられた構造とされ、タイヤ接線方向の振動に応じて第１錘部１１１ｂが移動して梁部１１１ａが撓むようになっている。梁部１１１ａには図示しないが圧電膜が形成されていると共に圧電膜の両面に電極が形成されており、梁部１１１ａの撓み量に応じて圧電膜の圧電作用に基づく電位差が両電極間に発生させられる。この電位差、つまり出力電圧を振動検出発電部１１におけるタイヤ接線方向の振動に応じた検出信号として用いている。また、この出力電圧に基づいて電力供給回路１６での蓄電を行うこともできることから、センサ部１１１によって、上記した振動発電素子１１ａを構成することもできる。

ストッパー部１１２は、振動検出発電部１１に働く遠心力に基づいてセンサ部１１１によるタイヤ接線方向の振動の検出のオンオフを切り替えるものである。このため、ストッパー部１１２が第１、第２実施形態で説明した振動検出発電部１１に働く遠心力を検出する遠心力検出部の機能を果たす。具体的には、バネ部１１２ａと第２錘部１１２ｂは、タイヤ接線方向において、センサ部１１１を挟んだ両側に配置されている。図１１のように、振動検出発電部１１に対して遠心力が働いていない状態においては、バネ部１１２ａの復元力によって第２錘部１１２ｂが上面１１０ｃ側に持ち上げられる。そして、図１２のように、振動検出発電部１１に対して遠心力が働くと、バネ部１１２ａの復元力に抗して第２錘部１１２ｂが裏面１１０ａ側に引張られる。これにより、センサ部１１１の第１錘部１１１ｂがストッパー部１１２の第２錘部１１２ｂに挟持される。

このように、振動検出発電部１１に対して遠心力が働いていない状態では、ストッパー部１１２からセンサ部１１１が開放されて振動検出を行える状態となる。そして、遠心力が働いている状態では、ストッパー部１１２にセンサ部１１１が拘束されて振動検出が行えない状態となる。

このような振動検出発電部１１を用いれば、接地区間中にのみ、振動検出発電部１１の検出信号が信号処理回路部１３における高周波レベル算出部１８に伝わるようにできる。したがって、振動検出発電部１１の構造として、第２実施形態で説明した遠心力検出部１７ａおよびスイッチ部１７ｃの機能を持たせることができ、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、第１、第２実施形態において、信号処理回路部１３に備えていた遠心力検出部１７ａなどを含む接地区間特定部１７を備える必要がなくなる。したがって、信号処理回路部１３のうちのマイクロコンピュータで構成する部分の処理負担を軽減することが可能となり、消費電力軽減を図ることも可能となる。

（第３実施形態の変形例）
図１３に示すように、振動検出発電部１１の構成を変更しても良い。具体的には、ストッパー部１１２を第２錘部１１２ｂと梁部１１２ｃとによって構成している。梁部１１２ｃは、一端がパッケージ１１０における側壁１１０ｂに取り付けられており、他端に第２錘部１１２ｂが取り付けられている。

このような構造としても、振動検出発電部１１に対して遠心力が働いていない状態においては、梁部１１２ｃの復元力によって第２錘部１１２ｂが上面１１０ｃ側に持ち上げられる。そして、図１４に示すように、振動検出発電部１１に対して遠心力が働くと、梁部１１２ｃの復元力に抗して第２錘部１１２ｂが裏面１１０ａ側に引張られる。これにより、センサ部１１１の第１錘部１１１ｂがストッパー部１１２の第２錘部１１２ｂに挟持される。したがって、本変形例としても第３実施形態で説明した効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、車両側装置２においてタイヤ側装置１から送信された積分電圧値を一定の判定閾値と比較することで路面状況を推定しているが、判定閾値を可変としても良い。例えば、タイヤ３に生じる振動は車速に応じて変化し、車速が大きいほど同じ路面状況であってもタイヤ３に生じる振動が大きくなる。このため、車速が大きいほど、振動検出発電部１１の検出信号に含まれる高周波成分も大きくなり、コンデンサ１８３ａに充電される積分電圧値も大きくなる。したがって、例えば路面状況推定部２２に車速データを入力し、車速データが示す車速が大きくなるほど判定閾値を大きな値に変化させることもできる。なお、車速データについては、例えば車速センサや車輪速度センサの検出信号に基づいて車載ＥＣＵ（電子制御装置）で演算されたものをＣＡＮ通信を通じて取得すれば良い。

また、上記実施形態では、接地区間判定部１７ｂにて振動検出発電部１１の接地開始時から接地終了時までの間、つまり接地時間中の振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分を抽出し、その高周波成分によってコンデンサ１８３ａに充電させて積分電圧値を得た。しかしながら、これは積分電圧値を得るときの充電時間の一例を示したものであり、例えば振動検出発電部１１の接地開始から一定期間を積分電圧値を得るときの充電時間としても良い。例えば、車両が時速６０ｋｍ／ｈで走行する際の振動検出発電部１１の接地時間として想定される時間を充電時間とすることができる。その場合、車両が時速６０ｋｍ／ｈ以上で走行する際に、充電時間中に振動検出発電部１１が接地区間以外に位置している期間が存在し、その期間中にも振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分がコンデンサ１８３ａに充電されることになる。したがって、その場合には、車速データを入力し、充電時間として振動検出発電部１１の接地時間として想定している車速を超えている場合には、路面状況推定を行わないようにするのが好ましい。

また、第３実施形態では、振動検出発電部１１のうちの遠心力を検出する部分を振動検出発電部１１に備えたストッパー部１１２によって構成し、遠心力が働いているときにはストッパー部１１２によってタイヤ３の接線方向の振動が検出されないようにしている。これと同様の動作を、振動検出発電部１１に加速度センサ１１ｂのような遠心力に応じた検出信号を出力するものを備えることによって行うこともできる。具体的には、第２実施形態で示したようなスイッチ部１７ｃをアナログスイッチおよびスイッチ制御部によって構成し、振動検出発電部１１からの遠心力に応じた検出信号が矩形波信号としてスイッチ制御部に入力されるようにする。そして、矩形波信号に基づいて、スイッチ制御部にて遠心力が働いていないときにアナログスイッチをオンし、遠心力が働いているときにアナログスイッチをオフする。このようにしても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、スイッチ部１７ｃを半導体スイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴによって構成し、振動検出発電部１１からの遠心力に応じた検出信号を矩形波信号として、直接もしくはインバータなどで反転させてＭＯＳＦＥＴのゲート電圧として印加するようにしても良い。このように、半導体スイッチング素子を用いた構成としても、遠心力が働いていないときにのみスイッチ部１７ｃをオンさせることができ、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

１…タイヤ側装置、２…車両側装置、３…タイヤ、１１…振動検出発電部、１１ａ…振動発電素子、１１ｂ…加速度センサ、１２…電力供給回路、１３…信号処理回路部、１４…送信機、１５…整流回路、１６…蓄電回路、１７…接地区間特定部、１７ａ…遠心力検出部、１７ｂ…接地区間判定部、１７ｃ…スイッチ部、１８…高周波レベル算出部、２１…受信機、２２…路面状況推定部、３１…トレッド、１００…路面状況推定装置

Claims (2)

1. 車両に備えられるタイヤ（３）のトレッド（３１）の裏面に取り付けられ、前記タイヤの接線方向の振動を検出する部分と遠心力を検出する部分とを有し、前記接線方向の振動の大きさに応じた検出信号を出力する振動検出部（１１）と、前記検出信号の高周波成分のレベルを算出する高周波レベル算出部（１８）を有する信号処理部（１３）と、前記高周波成分のレベルの算出結果を路面状況が表された路面状況データとして送信する送信機（１４）と、を有するタイヤ側装置（１）と、
   前記送信機から送信された前記路面状況データを受信する受信機（２１）と、前記路面状況データに基づいて、前記タイヤの走行路面の路面状況を推定する路面状況推定部（２２）と、を有する車両側装置（２）とを備え、
   前記振動検出部は、前記遠心力を検出する部分によって前記遠心力が働いていることが検出されたときには前記タイヤの接線方向の振動を検出せず、前記遠心力を検出する部分によって前記遠心力が働いていないことが検出されたときにのみ前記タイヤの接線方向の振動を検出するものである路面状況推定装置。
2. 前記振動検出部は、
   前記タイヤ接線方向の振動を検出する部分として、前記タイヤの接線方向の振動に基づいて移動させられる第１錘部（１１１ｂ）と該第１錘部が取り付けられることで該第１錘部の移動によって撓む梁部（１１１ａ）とを有し、前記梁部の撓みに応じて前記検出信号を出力するセンサ部（１１）と、
   前記遠心力を検出する部分として、前記タイヤの接線方向において、前記第１錘部の両側に配置されると共に前記遠心力に基づいて移動する第２錘部（１１２ｂ）を備え、前記遠心力が働いているときには前記第２錘部によって前記第１錘部が挟持されることで前記第１錘部を拘束し、前記遠心力が働いていないときには前記第２錘部から前記第１錘部を開放するストッパー部（１１２）と、を有している請求項１に記載の路面状況推定装置。

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