WO2017073210A1 - 路面状況推定装置 - Google Patents

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WO2017073210A1
WO2017073210A1 PCT/JP2016/078021 JP2016078021W WO2017073210A1 WO 2017073210 A1 WO2017073210 A1 WO 2017073210A1 JP 2016078021 W JP2016078021 W JP 2016078021W WO 2017073210 A1 WO2017073210 A1 WO 2017073210A1
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rotation
threshold value
tire
road surface
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PCT/JP2016/078021
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洋一朗 鈴木
高岡　彰
高俊 関澤
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株式会社デンソー
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    • B60W2422/70—Indexing codes relating to the special location or mounting of sensors on the wheel or the tire

Definitions

  • the present disclosure relates to a road surface state estimation device that estimates a road surface state based on vibrations received by a tire.
  • an acceleration sensor is embedded in the back surface of a tire tread and a road surface condition, for example, an asphalt road, a snow road, a frozen road, or the like is estimated based on a detection signal of the acceleration sensor (for example, a patent) Reference 1).
  • a detection signal of the acceleration sensor for example, a patent
  • the detection signal of the acceleration sensor is used.
  • a vibration component corresponding to the road surface condition is superimposed.
  • the road surface condition is estimated by analyzing the frequency component of the vibration in the contact section in which the portion corresponding to the location of the acceleration sensor in the tire tread is in contact with the road surface.
  • pulse level The level of the vibration pulse waveform detected by the acceleration sensor (hereinafter referred to as pulse level) varies greatly depending on the traveling speed. For this reason, it is not possible to accurately determine the contact section where the portion corresponding to the location of the acceleration sensor in the tire tread is in contact with the road surface based on the pulse level, and the road surface condition cannot be accurately estimated.
  • An object of the present disclosure is to provide a road surface state estimation device capable of accurately determining a contact section in which a portion corresponding to an arrangement position of a vibration detection unit that detects vibration of a tire is in contact with a road surface. .
  • the road surface state estimation device has a tire-side device and a vehicle-side device.
  • the tire-side device is attached to the rear surface of a tread of a tire provided in the vehicle, and outputs a vibration detection unit that outputs a detection signal corresponding to the magnitude of tire vibration, and a vibration detection unit of the tread during one rotation of the tire.
  • a signal processing unit having a section specifying unit for identifying a grounding section in which a portion corresponding to the arrangement location of the ground is grounded, a level calculating unit for calculating a level of a high frequency component of a detection signal in the grounding section, and a level of the high frequency component
  • a transmitter that transmits the calculation result as road surface state data representing the road surface state.
  • the vehicle-side device includes a receiver that receives the road surface condition data transmitted from the transmitter, and a road surface state estimation unit that estimates the road surface state of the tire traveling road surface based on the road surface state data. It is said that.
  • the section specifying unit sets a first threshold value to be compared with the pulse level of the pulse waveform indicated by the detection signal and a second threshold value smaller than the first threshold value according to the traveling speed of the vehicle.
  • the threshold value setting unit and the next maximum value when the pulse waveform indicated by the detection signal is larger than the first threshold value are set as the start of grounding, and the next minimum value when the pulse waveform is smaller than the second threshold value is set as the end of the grounding.
  • a section extracting unit that extracts a section from the start of contact to the end of contact as a contact section.
  • the detection signal of the vibration detection unit in the ground contact section is extracted for detecting the road surface condition.
  • grounding area in that case are made variable according to the running speed of a vehicle.
  • the road surface state estimation device is used for estimating a road surface state during traveling based on vibrations on a ground contact surface of a tire provided in each wheel of the vehicle.
  • the road surface state estimating device 100 is configured to include a tire side device 1 provided on the tire side and a vehicle side device 2 provided on the vehicle body side. And the road surface condition estimation apparatus 100 transmits the data showing the road surface condition during driving
  • the tire side device 1 and the vehicle side device 2 are configured as follows.
  • the tire-side device 1 is configured to include a vibration power generation element 11, a power supply circuit 12, a processing circuit unit 13, and a transmitter 14, and as illustrated in FIG. 2, Provided on the back side of the tread 31.
  • the vibration power generation element 11 generates a detection signal corresponding to the vibration in the tire tangential direction shown as the direction of the arrow X in FIG. 2 in the direction in contact with the circular orbit drawn by the tire side device 1 when the tire 3 rotates. It constitutes a vibration detection unit that outputs.
  • the vibration energy is converted into electric energy, and the power source of the tire side device 1 is generated based on the vibration energy. ing.
  • the vibration power generation element 11 is disposed so as to generate power with respect to vibration in the tire tangential direction.
  • an electrostatic induction type power generation element for example, electret
  • a piezoelectric element for example, a friction type, a magnetostriction type, or an electromagnetic induction type element
  • an acceleration sensor can be used as the detection signal corresponding to the vibration in the tire tangential direction not taking into account the power generation application.
  • an electrostatic induction type power generation element when used as the vibration power generation element 11, if the upper electrode charged positively by electrostatic induction is vibrated in the horizontal direction with respect to the lower electrode having a negative charge, Electricity is generated by changing the electric charge due to electrical induction and generating electromotive force. Based on such power generation by the vibration power generation element 11, the power source of the tire side device 1 is generated, and a detection signal corresponding to the magnitude of vibration in the tire tangential direction is generated.
  • the processing circuit unit uses the output voltage of the vibration power generation element 11 as a detection signal representing the magnitude of vibration in the tire tangential direction. 13 to tell.
  • the output voltage of the vibration power generation element 11 is an alternating voltage because the upper electrode reciprocates due to vibration.
  • the power supply circuit 12 is a circuit for storing power based on the output voltage of the vibration power generation element 11 to generate a power source and supplying power to the processing circuit unit 13 and the transmitter 14.
  • the power supply circuit 12 is a rectifier circuit 15 and a power storage circuit 16. It is set as the structure provided with.
  • the rectifier circuit 15 is a known circuit that converts an alternating voltage output from the vibration power generation element 11 into a direct current.
  • the AC voltage output from the vibration power generation element 11 is DC converted by the rectifier circuit 15 and output to the power storage circuit 16.
  • the rectifier circuit 15 may be a full-wave rectifier circuit or a half-wave rectifier circuit.
  • the accumulator circuit 16 is a circuit for accumulating the DC voltage applied from the rectifier circuit 15, and is constituted by a capacitor or the like.
  • the output voltage of the vibration power generation element 11 is stored in the power storage circuit 16 via the rectifier circuit 15, and the power stored in the power storage circuit 16 is used as a power supply to the processing circuit unit 13 and the transmitter 14 included in the tire side device 1. Supplying.
  • the power supply circuit 12 includes the power storage circuit 16, when the vibration power generation element 11 is generating excessive power, the surplus is stored, and when the power generation amount is insufficient, the shortage is stored. It comes to be able to compensate.
  • the processing circuit unit 13 corresponds to a signal processing unit, and uses the output voltage of the vibration power generation element 11 as a detection signal representing vibration data in the tire tangential direction, and represents the road surface condition by processing this detection signal. It is responsible for obtaining data and communicating it to the transmitter 14. Specifically, the processing circuit unit 13 specifies the grounding section based on the time change of the output voltage of the vibration power generation element 11.
  • the contact section here means a section in which a portion of the tread 31 of the tire 3 corresponding to the position where the vibration power generation element 11 is disposed is grounded on the road surface.
  • the grounding section is specified by comparing the pulse level of the output voltage of the vibration power generation element 11 with a threshold value, but the pulse level of the output voltage changes according to the traveling speed. For this reason, by setting a threshold value corresponding to the traveling speed by the section identifying unit 17 described later, the ground contact section can be accurately identified according to the traveling speed.
  • the processing circuit unit 13 extracts the high frequency component and the road surface based on the extracted high frequency component. Data representing the situation is generated and transmitted to the transmitter 14.
  • the processing circuit unit 13 is configured by a known microcomputer having various circuits, a CPU, a ROM, a RAM, an I / O, and the like, and performs the above processing based on the output voltage of the vibration power generation element 11. ing.
  • the processing circuit unit 13 includes a section specifying unit 17 and a level calculating unit 18 as parts for performing these processes.
  • the section specifying unit 17 plays a role of specifying the grounding section and notifying the level calculating unit 18 that the grounding section is being performed.
  • the section specifying unit 17 includes a section extracting unit 17a, a peak value detecting unit 17b, a threshold calculating unit 17c, and a threshold setting unit 17d.
  • the section extracting unit 17a detects the peak value of the detection signal represented by the output voltage of the vibration power generation element 11, thereby extracting that it is in the grounding section and telling the level calculating unit 18 that it is in the grounding section. Tell.
  • the section extraction unit 17a also causes the transmitter 14 to generate a transmission trigger that causes the vehicle-side device 2 to transmit the calculation result of the level calculation unit 18 as road surface state data representing the road surface state.
  • the function of the section extraction unit 17a will be specifically described.
  • the section extraction unit 17a detects the timing of the second peak value at which the output voltage of the vibration power generation element 11 takes a minimum value as the end of grounding. Specifically, when the output voltage of the vibration power generation element 11 becomes smaller than the second threshold specified by the section specifying unit 17 as will be described later, the next minimum value is detected and the end of grounding is detected. Yes. In this way, by detecting the minimum value of the output voltage on the condition that the output voltage of the vibration power generation element 11 becomes smaller than the second threshold value, it is possible to accurately detect the start of grounding.
  • the reason why the vibration power generation element 11 takes the peak value at the above timing is as follows. That is, when the portion of the tread 31 corresponding to the placement location of the vibration power generation element 11 comes into contact with the rotation of the tire 3, the portion of the tire 3 that has been substantially cylindrical in the vicinity of the vibration power generation element 11 is It is pressed and deformed into a flat shape. By receiving the impact at this time, the output voltage of the vibration power generation element 11 takes the first peak value. Further, when the portion of the tread 31 corresponding to the place where the vibration power generation element 11 is disposed is separated from the grounding surface as the tire 3 rotates, the tire 3 is released from pressing in the vicinity of the vibration power generation element 11 and is planar. To return to a substantially cylindrical shape.
  • the output voltage of the vibration power generation element 11 takes the second peak value. In this way, the output voltage of the vibration power generation element 11 takes the first and second peak values at the start and end of grounding, respectively. Moreover, since the direction of the impact when the tire 3 is pressed and the direction of the impact when released from the press are opposite directions, the sign of the output voltage is also opposite.
  • the section extraction unit 17a transmits the timings of the first and second peak values to the level calculation unit 18, and outputs the output voltage of the vibration power generation element 11 during the period from the timing of the first peak value to the timing of the second peak value.
  • An instruction to rectify and integrate the high-frequency components contained is issued. In this way, the section extraction unit 17a extracts the ground contact section and notifies the level calculation unit 18 that it is in the ground contact section.
  • the section extraction unit 17a sends a transmission trigger to the transmitter 14 at this timing.
  • the transmitter 14 transmits the calculation result transmitted from the level calculation unit 18 as road surface condition data. In this way, data transmission by the transmitter 14 is not always performed, but only when the vibration power generation element 11 is grounded, so that power consumption can be reduced.
  • the peak value detector 17b detects the peak value of the output voltage of the vibration power generation element 11, and stores the peak value as the peak value of the output voltage of the vibration power generation element 11 at the time of the previous tire rotation, that is, before one rotation.
  • the threshold value calculation unit 17c calculates the first threshold value and the second threshold value based on the peak value of the output voltage of the vibration power generation element 11 during the previous tire rotation stored in the peak value detection unit 17b. That is, the pulse level of the output voltage of the vibration power generation element 11 varies according to the traveling speed. For example, as shown in FIGS. 4A to 4C, the pulse level of the output voltage of the vibration power generation element 11 decreases as the vehicle traveling speed decreases, and the output of the vibration power generation element 11 increases as the vehicle traveling speed increases. The voltage pulse level increases. In FIGS. 4A to 4C, the vertical axis represents the acceleration applied to the vibration power generation element 11, but the output voltage of the vibration power generation element 11 has the same waveform.
  • the first threshold value and the second threshold value are set to constant values, even if the output voltage of the vibration power generation element 11 takes a maximum value or a minimum value when the traveling speed of the vehicle is low, it is between the first threshold value and the second threshold value. May not exceed range. Further, when the first threshold value and the second threshold value are set to constant values, even when the output voltage of the vibration power generation element 11 does not take the maximum value or the minimum value when the traveling speed of the vehicle is high, it is between the first threshold value and the second threshold value. May exceed the range. In this case, as shown in FIG. 4C, the maximum value and the minimum value are erroneously detected.
  • the first threshold value and the second threshold value are changed according to the peak value of the output voltage of the vibration power generation element 11 at the time of the previous tire rotation, thereby obtaining a value that follows the traveling speed of the vehicle. Like that.
  • the first threshold value is calculated based on the first peak value at the previous tire rotation
  • the second threshold value is calculated based on the second peak value at the previous tire rotation.
  • the initial value is set for the first threshold, and a new first threshold is set by correcting the initial value.
  • the initial value is set to a threshold value at the minimum traveling speed to be sensed.
  • the first threshold value increases as the first peak value increases and decreases as the first peak value decreases in accordance with the first peak value during the previous tire rotation.
  • the first threshold value is increased or decreased by an amount corresponding to the difference between the first peak values during the previous and current tire rotations, or by an amount obtained by multiplying the difference by a predetermined coefficient.
  • the initial value is also set for the second threshold, and a new second threshold is set by correcting this initial value.
  • the initial value is set to a threshold value at the minimum traveling speed to be sensed.
  • the second threshold value is smaller than the first threshold value.
  • the second threshold value is decreased as the second peak value is decreased in accordance with the second peak value during the previous tire rotation, and the second peak value is increased. Increased.
  • the second threshold value is decreased or increased by the difference between the second peak values during the previous and current tire rotations, or by the amount obtained by multiplying the difference by a predetermined coefficient.
  • the first threshold value and the second threshold value are variably set based on the first peak value and the second peak value at the previous tire rotation. Therefore, even if the pulse level of the output voltage of the vibration power generation element 11 changes according to the traveling speed of the vehicle, the first threshold value and the second threshold value corresponding to the pulse level can be set. Therefore, accurate determination can be performed by determining the contact section using the first threshold value and the second threshold value.
  • the maximum value and minimum value of the output signal of the vibration electric power generation element 11 for predetermined tire rotation speed are the range between a 1st threshold value and a 2nd threshold value.
  • the first threshold value and the second threshold value are returned to the initial values again.
  • the level calculation unit 18 calculates the level of the high-frequency component caused by the vibration of the tire 3 included in the output voltage of the vibration power generation element 11 during the period. . Then, the level calculation unit 18 transmits the calculation result to the transmitter 14 as road surface state data representing the road surface state.
  • the level of the high-frequency component is calculated as an index representing the road surface condition, and the reason will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 5A shows a change in the output voltage of the vibration power generation element 11 when traveling on a high ⁇ road surface having a relatively large road surface ⁇ such as an asphalt road.
  • FIG. 5B shows a change in the output voltage of the vibration power generation element 11 when traveling on a low ⁇ road surface having a relatively small road surface ⁇ such as a frozen road.
  • the first and second peak values appear at the beginning and end of the grounding section, that is, at the start and end of grounding of the vibration power generation element 11, regardless of the road surface ⁇ .
  • the road surface ⁇ due to the influence of the road surface ⁇ , when the vehicle is traveling on a low ⁇ road surface, fine high-frequency vibration due to the slip of the tire 3 is superimposed on the output voltage. For this reason, when the frequency analysis of the output voltage in the grounding section is performed for each of the case where the vehicle is traveling on the high ⁇ road surface and the case where the vehicle is traveling on the low ⁇ road surface, the result shown in FIG. 6 is obtained.
  • the level of the high frequency component of the output voltage of the vibration power generation element 11 is an index representing the road surface condition.
  • the level calculation unit 18 calculates the level of the high frequency component of the output voltage of the vibration power generation element 11 during the grounding section by the level calculation unit 18, this can be used as road surface condition data.
  • the level of the high frequency component can be calculated by extracting the high frequency component from the output voltage of the vibration power generation element and integrating the extracted high frequency component during the grounding section.
  • FIG. 7 is a diagram showing a specific circuit configuration of the processing circuit unit 13 applied when the level of the high frequency component is calculated by integrating the high frequency component extracted during the grounding section.
  • the section extraction unit 17 a receives the detection signal (output voltage) of the vibration power generation element 11, outputs an integration instruction signal to the level calculation unit 18 based on the analysis result of the detection signal, and transmits to the transmitter 14. To output a transmission trigger.
  • the section extraction unit 17a has a ground pulse detection unit 171, and the ground pulse detection unit 171 detects the peak of the detection signal when the vibration power generation element 11 is grounded and when the grounding is terminated. Yes. Then, the ground pulse detection unit 171 outputs an integration instruction signal when the detection signal of the vibration power generation element 11 reaches the first peak value, and cancels the integration instruction signal when the detection signal reaches the second peak value.
  • the switch 172 when a high level is output as an integration instruction signal from the ground pulse detector 171, the switch 172 is turned on, and when it is inverted by the inverter 173 and a low level is transmitted, the switch 174 is turned off and the high frequency component is turned on. Integration of starts.
  • the switch 172 is turned off, and when it is inverted by the inverter 173 and a high level is transmitted, the switch 174 is turned on and the high frequency component is generated. Integration is terminated.
  • the level calculation unit 18 includes a high-pass filter unit 181, a rectification unit 182 and an integration unit 183.
  • the high-pass filter unit 181 constitutes a high-frequency component extraction unit that extracts a high-frequency component of the detection signal of the vibration power generation element 11.
  • the high-pass filter unit 181 is configured by a CR filter circuit having capacitors 181a and 181b and a resistor 181c. Only the high-frequency component of the detection signal of the vibration power generation element 11 is adjusted by adjusting the capacitance values of the capacitors 181a and 181b and the resistance value of the resistor 181c. Pass through.
  • the rectifying unit 182 is configured by a full-wave rectifier circuit having diodes 182a to 182d arranged in a bridge shape, and full-wave rectifies the high-frequency component of the detection signal extracted by the high-pass filter unit 181. Thereby, only the positive voltage after full-wave rectification can be applied to the integrating unit 183.
  • the integrating unit 183 is a part that integrates the high-frequency component of the detection signal of the vibration power generation element 11, and in this embodiment, the integrating unit 183 has a configuration including a capacitor 183a and a resistor 183b.
  • the capacitor 183a is charged based on the high-frequency component after full-wave rectification.
  • the charging voltage of the capacitor 183a corresponds to a value obtained by integrating the high frequency component, and the integrated voltage value of the capacitor 183a is input to the transmitter 14 as data representing the road surface condition. That is, as shown in FIG. 6, since the level of the high frequency component of the detection signal of the vibration power generation element 11 is different between the case where the traveling road surface is a low ⁇ road surface and the case where the road surface is a high ⁇ road surface, Accordingly, the integrated voltage value of the capacitor 183a changes.
  • the number of trials N 3.
  • the traveling road surface is a low ⁇ road surface
  • the level of the high frequency component of the detection signal of the vibration power generation element 11 is higher than that of the high ⁇ road surface, so that the integrated voltage value of the capacitor 183a is growing.
  • the integrated voltage value of the capacitor 183a becomes data representing the road surface condition.
  • the resistor 183b is connected to the capacitor 183a to discharge the capacitor 183a when the ground pulse detector 171 releases the integration instruction signal and the switch 174 is turned on. As a result, the voltage of the capacitor 183a can be reset to 0 when the high-frequency component is integrated next time.
  • the processing circuit unit 13 can be configured by such a circuit, and the high-frequency component of the output voltage of the vibration power generation element 11 is integrated by the integration unit 183, thereby calculating the level of the high-frequency component in the ground section. Can do.
  • the transmitter 14 transmits the road surface condition data transmitted from the processing circuit unit 13 to the vehicle-side device 2.
  • Communication between the transmitter 14 and the receiver 21 included in the vehicle-side device 2 can be performed by a known short-range wireless communication technology such as Bluetooth (registered trademark).
  • the timing for transmitting the road surface condition data is arbitrary, but as described above, in the present embodiment, the road surface condition is transmitted from the transmitter 14 by sending a transmission trigger from the section extraction unit 17a when the grounding of the vibration power generation element 11 is completed. Data is sent. In this way, data transmission by the transmitter 14 is not always performed, but only when the vibration power generation element 11 is grounded, so that power consumption can be reduced.
  • the road surface condition data can be sent together with the unique recognition information (hereinafter referred to as ID information) of the wheels provided in advance for each tire 3 provided in the vehicle.
  • ID information unique recognition information
  • the position of each wheel can be specified by a well-known wheel position detection device that detects which position of the vehicle the wheel is attached to. Therefore, by transmitting road surface condition data together with ID information to the vehicle side device 2, which wheel is detected. It is possible to determine whether it is the data.
  • the road surface ⁇ of the road surface is assumed to be uniform, but there are ⁇ split roads with different road surface ⁇ between the left and right wheels of the vehicle, and on such ⁇ split roads road surface condition data is transmitted for each wheel.
  • the average value of the integrated voltage value indicated by the road surface data sent from each wheel is used to estimate the road surface condition. You may make it use for estimation of.
  • the vehicle-side device 2 is configured to include a receiver 21 and a road surface condition estimation unit 22, and receives road surface condition data transmitted from the tire-side device 1, and performs various processes based on this data. By doing so, the road surface condition while traveling is detected.
  • the receiver 21 is a device for receiving road surface condition data transmitted by the tire side device 1.
  • the road surface condition data received by the receiver 21 is sequentially output to the road surface state estimation unit 22 every time it is received.
  • the road surface condition estimation unit 22 is configured by a known microcomputer including a CPU, ROM, RAM, I / O, and the like, and performs processing for detecting road surface conditions in accordance with a program stored in the ROM or the like. Specifically, the road surface state estimation unit 22 estimates the road surface ⁇ based on the magnitude of the integrated voltage value indicated by the road surface state data. For example, if the integrated voltage value is larger than the determination threshold, the road surface is low ⁇ . If the road surface is small, the traveling road surface is determined to be a high ⁇ road surface. As shown in FIG.
  • the determination threshold is set to an intermediate value between an integrated voltage value assumed when the traveling road surface is a low ⁇ road surface and an integrated voltage value assumed when the traveling road surface is a high ⁇ road surface. For this reason, it is possible to estimate the road surface condition of the traveling road surface by comparing with the determination threshold value.
  • the estimation result is placed in, for example, CAN (abbreviation of Controller Area Network) communication that is an in-vehicle network.
  • the estimation result of the road surface condition is input to, for example, an electronic control device (so-called brake ECU) for brake control and used for setting an index for performing antilock brake control, for example, a control start threshold value in antilock brake control. .
  • brake ECU electronice control device
  • the road surface condition estimation apparatus 100 extracts the detection signal of the vibration power generation element 11 in the ground contact section for detection of the road surface condition.
  • the threshold value used for the determination of being in the ground contact section at that time is made variable according to the traveling speed of the vehicle. Therefore, even if the pulse level of the output voltage of the vibration power generation element 11 changes according to the traveling speed of the vehicle, a threshold value corresponding to the pulse level can be set.
  • determining the ground contact section using such a threshold value it is possible to perform accurate determination. Therefore, it is possible to detect the road surface condition with high accuracy based on the contact section determined with high accuracy.
  • the tire side device 1 calculates the level of the high frequency component of the detection signal of the vibration power generation element 11 during the ground contact section, and transmits it as road surface condition data. And the road surface condition data is received by the vehicle side apparatus 2, and the road surface condition of the traveling road surface is estimated. As a result, it is possible to estimate the road surface condition without performing frequency analysis, thereby reducing power consumption and reducing frequency analysis components. Therefore, cost reduction can be achieved.
  • the processing circuit unit 13 extracts the high frequency component by passing the detection signal of the vibration power generation element 11 through the high pass filter unit 181, and then charges the capacitor 183 a after rectification until the grounding of the vibration power generation element 11 is completed. An integrated voltage value is obtained.
  • the portion other than the ground pulse detection unit 171 in the processing circuit unit 13 can be composed mainly of an analog circuit, so that signal processing can be performed with a low-cost and space-saving circuit.
  • the tire side apparatus 1 should just transmit the integrated voltage value by the capacitor
  • first threshold value and the second threshold value are set independently, in which the first threshold value is changed based on the first peak value and the second threshold value is changed based on the second peak value, will be described. did. However, these can also be set in association so that the first threshold value and the second threshold value are set more accurately.
  • the first threshold value is changed to a large value
  • the second threshold value is changed to a small value.
  • the maximum value and the minimum value change in terms of noise. It is possible to prevent the first threshold value and the second threshold value from being erroneously changed.
  • the present embodiment is a modification of the threshold setting method used for detecting the grounding section with respect to the first embodiment, and the rest is the same as the first embodiment. Only explained.
  • the first threshold value and the second threshold value are set based on the first peak value and the second peak value at the previous tire rotation.
  • the first threshold value and the second threshold value are set based on the time interval between the first peak value and the second peak value at the time of the previous tire rotation (hereinafter referred to as the ground pulse interval). To do.
  • the ground contact pulse interval changes according to the traveling speed of the vehicle, and is longer as the traveling speed is lower and shorter as the traveling speed is higher. For this reason, the ground pulse interval changes according to the traveling speed of the vehicle. Therefore, by setting a threshold corresponding to the traveling speed based on the grounding pulse interval, the grounding section can be accurately extracted according to the traveling speed.
  • the section specifying unit 17 is configured to include a pulse interval detecting unit 17e, a threshold calculating unit 17f, and a threshold setting unit 17g as shown in FIG.
  • the pulse interval detection unit 17e detects a first peak value that is a maximum value and a second peak value that is a minimum value of the output voltage of the vibration power generation element 11, and sets these time intervals as the ground pulse interval during the previous tire rotation.
  • the threshold value calculation unit 17f calculates the first threshold value and the second threshold value based on the ground contact pulse interval at the previous tire rotation stored in the pulse interval detection unit 17e.
  • the ground pulse interval varies depending on the traveling speed. For example, as shown in FIGS. 10 (a) to 10 (c), the lower the traveling speed of the vehicle, the shorter the ground pulse interval, and the higher the traveling speed of the vehicle, the longer the ground pulse interval.
  • the first threshold value and the second threshold value are changed in accordance with the ground pulse interval at the time of the previous tire rotation so as to follow the traveling speed of the vehicle.
  • the first threshold value and the second threshold value are variably set as follows.
  • the initial value is set for the first threshold, and a new first threshold is set by correcting the initial value.
  • the initial value is set to a threshold value at the minimum traveling speed to be sensed.
  • the first threshold value decreases as the ground pulse interval during the previous tire rotation increases, and increases as the ground pulse interval decreases.
  • the first threshold value is increased or decreased by an amount corresponding to the difference between the previous and current ground pulse intervals multiplied by a predetermined coefficient.
  • the initial value is also set for the second threshold, and a new second threshold is set by correcting this initial value.
  • the initial value is set to a threshold value at the minimum traveling speed to be sensed.
  • the second threshold value is smaller than the first threshold value.
  • the second threshold value is increased as the ground pulse interval during the previous tire rotation is increased, and is decreased as the ground pulse interval is decreased.
  • the second threshold value is decreased or increased by an amount obtained by multiplying the difference between the ground pulse intervals during the previous and current tire rotations by a predetermined coefficient.
  • the first threshold value and the second threshold value are variably set based on the ground contact pulse interval at the previous tire rotation. Therefore, even if the pulse level of the output voltage of the vibration power generation element 11 changes according to the traveling speed of the vehicle, the first threshold value and the second threshold value corresponding to the pulse level can be set. Therefore, accurate determination can be performed by determining the contact section using the first threshold value and the second threshold value.
  • the maximum value and minimum value of the output signal of the vibration electric power generation element 11 for predetermined tire rotation speed are the range between a 1st threshold value and a 2nd threshold value.
  • the first threshold value and the second threshold value are returned to the initial values again.
  • the first threshold value and the second threshold value can be variably set based on the ground pulse interval at the previous tire rotation. Even if it does in this way, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.
  • the local maximum value during the current tire rotation is greater than the first peak value, the local minimum value during the current tire rotation is smaller than the second peak value, and the ground pulse interval during the current tire rotation is one. It is determined whether it is shorter than the ground pulse interval before rotation. Then, only when these conditions are satisfied, the first threshold value is changed to a larger value than before one rotation, and the second threshold value is changed to a smaller value than before one rotation. Similarly, the local maximum value during the current tire rotation is smaller than the first peak value, the local minimum value during the current tire rotation is larger than the second peak value, and the ground pulse interval during the current tire rotation is further increased. It is determined whether it is longer than the ground pulse interval before one rotation. Then, only when these conditions are satisfied, the first threshold value is changed to a smaller value than before one rotation, and the second threshold value is changed to a larger value than before one rotation.
  • the first threshold value and the second threshold value can be set more accurately, and further, the ground contact section can be recognized accurately and the road surface condition can be detected with higher accuracy.
  • the traveling speed of the vehicle can be estimated based on the grounding pulse interval, and further, the time required until the next grounding section can be estimated. Therefore, the section extraction unit 17a is provided with a mask function so that the first peak value and the second peak value are not set before the time when the next section is assumed to be a grounding section.
  • the section extraction unit 17a calculates the time that is expected to be taken from the end of the current grounding to the next grounding section based on the previous grounding pulse interval. And even if the output voltage of the vibration power generation element 11 becomes larger than the first threshold value or becomes smaller than the second threshold value during the predetermined period before reaching the time, the first peak value or the second value is extracted by the section extraction unit 17a. Prevent peak values from being set. As described above, even when the output voltage of the vibration power generation element 11 is larger than the first threshold value or smaller than the second threshold value when it is assumed that it is not the ground section, the first peak value and the second peak value are set. I'm trying not to be. As a result, it is possible to prevent erroneous determination as a ground contact section or erroneous change of the first threshold value or the second threshold value.
  • the first threshold value and the second threshold value can be set more accurately, and further, the ground contact section can be recognized accurately and the road surface condition can be detected with higher accuracy.
  • the first threshold value and the second threshold value are set based on the first peak value and the second peak value at the previous tire rotation.
  • the first threshold value and the second threshold value are set based on the centrifugal force (hereinafter referred to as tire centrifugal force) that works due to tire rotation.
  • the tire centrifugal force changes according to the traveling speed of the vehicle, and decreases as the traveling speed decreases and increases as the traveling speed increases. For this reason, the tire centrifugal force changes according to the traveling speed of the vehicle. Therefore, by setting a threshold value corresponding to the traveling speed based on the tire centrifugal force, the ground contact section can be accurately extracted according to the traveling speed.
  • the section specifying unit 17 includes a centrifugal force detecting unit 17h, a threshold calculating unit 17i, and a threshold setting unit 17j in addition to the section extracting unit 17a. .
  • the centrifugal force detection unit 17h detects the centrifugal force acting on the vibration detection power generation unit 11.
  • the vibration detection power generation unit 11 is provided with an acceleration sensor that can detect centrifugal force, and the centrifugal force detection unit 17h operates the vibration detection power generation unit 11 by using a detection signal of the acceleration sensor. Force can be detected.
  • the threshold value calculation unit 17 f calculates the first threshold value and the second threshold value based on the centrifugal force detected by the centrifugal force detection unit 17.
  • the centrifugal force varies according to the traveling speed. The lower the traveling speed of the vehicle, the smaller the centrifugal force. The higher the traveling speed of the vehicle, the larger the centrifugal force.
  • the first threshold value and the second threshold value are changed according to the centrifugal force at the time of the previous tire rotation so as to follow the traveling speed of the vehicle.
  • the first threshold value and the second threshold value are variably set as follows.
  • the initial value is set for the first threshold, and a new first threshold is set by correcting the initial value.
  • the initial value is set to a threshold value at the minimum traveling speed to be sensed.
  • the first threshold value decreases as the centrifugal force during the previous tire rotation decreases, and increases as the centrifugal force increases.
  • the first threshold value is decreased or increased by an amount obtained by multiplying the difference between the previous and current centrifugal forces by a predetermined coefficient.
  • the initial value is also set for the second threshold, and a new second threshold is set by correcting this initial value.
  • the initial value is set to a threshold value at the minimum traveling speed to be sensed.
  • the second threshold value is smaller than the first threshold value.
  • the second threshold value is increased as the centrifugal force during the previous tire rotation is decreased, and is decreased as the centrifugal force is increased.
  • the second threshold value is decreased or increased by an amount obtained by multiplying the difference in centrifugal force between the previous and current tire rotations by a predetermined coefficient.
  • the first threshold value and the second threshold value are variably set based on the centrifugal force during the previous tire rotation. Therefore, even if the pulse level of the output voltage of the vibration power generation element 11 changes according to the traveling speed of the vehicle, the first threshold value and the second threshold value corresponding to the pulse level can be set. Therefore, accurate determination can be performed by determining the contact section using the first threshold value and the second threshold value.
  • the first threshold value and the second threshold value can be variably set based on the centrifugal force during the previous tire rotation. Even if it does in this way, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.
  • the peak value detection unit 17b may store the peak value of the output voltage of the vibration power generation element 11 at the previous tire rotation, but the output voltage of the vibration power generation element 11 at the previous number of tire rotations including the previous time.
  • the peak value can also be stored.
  • the average value of the peak value of the output voltage of the vibration power generation element 11 in the number of rotations of the tire is obtained, and the average value is compared with the peak value of the output voltage of the vibration power generation element 11 during the current rotation of the tire.
  • the first threshold value and the second threshold value may be set.
  • the pulse interval detection unit 17e may store the ground pulse interval at the time of the previous tire rotation, but can also store the ground pulse interval for the previous number of tire rotations including the previous time. In that case, the first threshold value and the second threshold value may be set by obtaining an average value of the ground pulse intervals for the number of rotations of the tire and comparing the average value with the current ground pulse.
  • the road surface condition is estimated by comparing the integrated voltage value transmitted from the tire-side device 1 with the constant determination threshold value in the vehicle-side device 2, but the determination threshold value may be variable.
  • the vibration generated in the tire 3 changes according to the vehicle speed, and the vibration generated in the tire 3 increases as the vehicle speed increases even under the same road surface condition. For this reason, as the vehicle speed increases, the high-frequency component included in the detection signal of the vibration power generation element 11 also increases, and the integrated voltage value charged in the capacitor 183a also increases. Therefore, for example, the vehicle speed data can be input to the road surface condition estimation unit 22, and the determination threshold can be changed to a larger value as the vehicle speed indicated by the vehicle speed data increases.
  • the vehicle speed data for example, what is calculated by an in-vehicle ECU (that is, an electronic control unit) based on detection signals of a vehicle speed sensor or a wheel speed sensor may be acquired through CAN communication.
  • the ground pulse detection unit 171 extracts the high frequency component of the detection signal of the vibration power generation element 11 from the start of grounding of the vibration power generation element 11 to the end of grounding, that is, during the grounding section,
  • the integrated voltage value was obtained by charging the capacitor 183a with the high frequency component.
  • this shows an example of the charging time when obtaining the integrated voltage value.
  • a certain period from the start of grounding of the vibration power generation element 11 may be set as the charging time when obtaining the integrated voltage value.
  • the charging time can be assumed as the grounding time of the vibration power generation element 11 when the vehicle travels at a speed of 60 km / h.
  • a period that is not a ground section is estimated from the ground pulse interval.
  • This concept can also be applied to other values used as values corresponding to the traveling speed of the vehicle. For example, it is possible to estimate a period that is assumed not to be a grounding section based on the maximum value or the minimum value of the pulse waveform described in the first embodiment. Similarly, based on the centrifugal force described in the fourth embodiment, a period that is assumed not to be a ground contact section can be estimated.
  • the first threshold value and the second threshold value can be set more accurately, and further, the ground contact section can be accurately recognized and the road surface condition can be detected with higher accuracy.

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Abstract

路面状況推定装置は、路面状況の検出のために接地区間中の振動発電素子（１１）の検出信号を抽出する。そして、その際の接地区間中であることの判定に用いる閾値を車両の走行速度に応じて可変とする。これにより、車両の走行速度に応じて振動発電素子（１１）の出力電圧のパルスレベルが変化しても、それに対応した閾値を設定できる。このような閾値を用いて接地区間の判定を行うことで、精度良い判定を行うことが可能となる。したがって、精度良く判定された接地区間に基づいて、精度良く路面状況の検出を行うことが可能となる。

Description

路面状況推定装置 関連出願への相互参照
　本出願は、２０１５年１０月２７日に出願された日本特許出願番号２０１５－２１０９８４号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。
　本開示は、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
　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）は、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。
　本開示は、タイヤ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判定を精度良く行える路面状況推定装置を提供することを目的とする。
　本開示の１つの観点における路面状況推定装置は、タイヤ側装置と車両側装置とを有した構成とされている。タイヤ側装置は、車両に備えられるタイヤのトレッドの裏面に取り付けられ、タイヤ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と、タイヤの１回転中におけるトレッドのうちの振動検出部の配置箇所と対応する部分が接地している接地区間を特定する区間特定部および接地区間中における検出信号の高周波成分のレベルを算出するレベル算出部を有する信号処理部と、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と、を有した構成とされている。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と、を有した構成とされている。そして、タイヤ側装置において、区間特定部は、検出信号が示すパルス波形のパルスレベルと比較される第１閾値と該第１閾値よりも小さな第２閾値とを車両の走行速度に応じて設定する閾値設定部と、検出信号が示すパルス波形が第１閾値よりも大きくなった次の極大値を接地開始時とすると共にパルス波形が第２閾値より小さくなった次の極小値を接地終了時として、接地開始時から接地終了時までの間を接地区間として抽出する区間抽出部と、を有した構成とされている。
　このように、路面状況の検出のために接地区間中の振動検出部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判定に用いる第１閾値および第２閾値を車両の走行速度に応じて可変としている。これにより、車両の走行速度に応じて振動検出部の出力電圧のパルスレベルが変化しても、それに対応した閾値を設定できる。このような閾値を用いて接地区間の判定を行うことで、精度良い判定を行うことが可能となる。したがって、精度良く判定された接地区間に基づいて、精度良く路面状況の検出を行うことが可能となる。
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。 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。 走行速度が３０ｋｍ／ｈのときに振動発電素子に付与される振動加速度の波形と閾値の関係を示した図である。 走行速度が４０ｋｍ／ｈのときに振動発電素子に付与される振動加速度の波形と閾値の関係を示した図である。 走行速度が６０ｋｍ／ｈのときに振動発電素子に付与される振動加速度の波形と閾値の関係を示した図である。 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路面を走行してい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。 走行速度が３０ｋｍ／ｈのときに振動発電素子に付与される振動加速度の波形と接地パルス間隔の関係を示した図である。 走行速度が４０ｋｍ／ｈのときに振動発電素子に付与される振動加速度の波形と接地パルス間隔の関係を示した図である。 走行速度が６０ｋｍ／ｈのときに振動発電素子に付与される振動加速度の波形と接地パルス間隔の関係を示した図である。 第４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。
　以下、本開示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～図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、振動発電素子１１、電力供給回路１２、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。
　振動発電素子１１は、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の方向として示したタイヤ接線方向の振動に応じた検出信号を出力する振動検出部を構成するものである。本実施形態の場合、振動発電素子１１で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。このため、振動発電素子１１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１１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１１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１１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１１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１１に伝わることで、振動発電素子１１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１１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１１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１１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。
　電力供給回路１２は、振動発電素子１１の出力電圧に基づいて蓄電して電源を生成し、電力を処理回路部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、振動発電素子１１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１１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。振動発電素子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、振動発電素子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。
　処理回路部１３は、信号処理部に相当する部分であり、振動発電素子１１の出力電圧をタイヤ接線方向の振動データを表す検出信号として用いて、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、処理回路部１３は、振動発電素子１１の出力電圧の時間変化に基づいて接地区間を特定している。ここでいう接地区間とは、タイヤ３のトレッド３１のうち振動発電素子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、振動発電素子１１の出力電圧のパルスレベルを閾値と比較することで特定されるが、出力電圧のパルスレベルが走行速度に応じて変化する。このため、後述する区間特定部１７によって走行速度に応じた閾値を設定することで、走行速度に対応して的確に接地区間を特定できるようにしている。
　そして、この振動発電素子１１の接地区間中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とから、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、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、振動発電素子１１の出力電圧に基づいて上記処理を行っている。そして、処理回路部１３は、それらの処理を行う部分として区間特定部１７およびレベル算出部１８を備えている。
　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レベル算出部１８に伝える役割などを果たす。区間特定部１７は、区間抽出部１７ａ、ピーク値検出部１７ｂと閾値演算部１７ｃおよび閾値設定部１７ｄとを有している。
　区間抽出部１７ａは、振動発電素子１１の出力電圧で表される検出信号のピーク値を検出することで、接地区間中であることを抽出し、接地区間中であることをレベル算出部１８に伝える。また、区間抽出部１７ａは、送信機１４に対してレベル算出部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。以下、具体的に区間抽出部１７ａの機能について説明する。
　タイヤ回転時における振動発電素子１１の出力電圧波形は例えば図３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のうち振動発電素子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１１の出力電圧が極大値をとる。区間抽出部１７ａでは、この振動発電素子１１の出力電圧が極大値をとる第１ピーク値のタイミングを接地開始時として検出している。具体的には、振動発電素子１１の出力電圧が後述するように閾値設定部１７ｄで設定される第１閾値と比較して大きくなった場合に、次の極大値を検出して接地開始時としている。このように、振動発電素子１１の出力電圧が第１閾値よりも大きくなったことを条件として出力電圧の極大値を検出することで、的確に接地開始時を検出することができる。
　さらに、図３に示されるように、タイヤ３の回転に伴ってトレッド３１のうち振動発電素子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１１の出力電圧が極小値をとる。区間抽出部１７ａでは、この振動発電素子１１の出力電圧が極小値をとる第２ピーク値のタイミングを接地終了時として検出している。具体的には、振動発電素子１１の出力電圧が後述するように区間特定部１７で特定される第２閾値と比較して小さくなった場合に、次の極小値を検出して接地終了時としている。このように、振動発電素子１１の出力電圧が第２閾値よりも小さくなったことを条件として出力電圧の極小値を検出することで、的確に接地開始時を検出することができる。
　振動発電素子１１が上記のようなタイミングでピーク値をとるのは、以下の理由による。すなわち、タイヤ３の回転に伴ってトレッド３１のうち振動発電素子１１の配置箇所と対応する部分が接地する際、振動発電素子１１の近傍においてタイヤ３のうちそれまで略円筒面であった部分が押圧されて平面状に変形する。このときの衝撃を受けることで、振動発電素子１１の出力電圧が第１ピーク値をとる。また、タイヤ３の回転に伴ってトレッド３１のうち振動発電素子１１の配置箇所と対応する部分が接地面から離れる際には、振動発電素子１１の近傍においてタイヤ３は押圧が解放されて平面状から略円筒状に戻る。このタイヤ３の形状が元に戻るときの衝撃を受けることで、振動発電素子１１の出力電圧が第２ピーク値をとる。このようにして、振動発電素子１１の出力電圧が接地開始時と接地終了時でそれぞれ第１、第２ピーク値をとるのである。また、タイヤ３が押圧される際の衝撃の方向と、押圧から開放される際の衝撃の方向は逆方向であるため、出力電圧の符号も逆方向となる。
　そして、区間抽出部１７ａは、第１、第２ピーク値のタイミングをレベル算出部１８に伝え、第１ピーク値のタイミングから第２ピーク値のタイミングまでの期間、振動発電素子１１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。このようにして、区間抽出部１７ａは、接地区間を抽出し、接地区間中であることをレベル算出部１８に伝えている。
　また、振動発電素子１１の出力電圧が第２ピーク値をとるタイミングが振動発電素子１１の接地終了時となるため、区間抽出部１７ａ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、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、振動発電素子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。
　ピーク値検出部１７ｂは、振動発電素子１１の出力電圧のピーク値を検出し、そのピーク値を前回のタイヤ回転時、つまり一回転前における振動発電素子１１の出力電圧のピーク値として記憶する。
　閾値演算部１７ｃは、ピーク値検出部１７ｂで記憶した前回のタイヤ回転時における振動発電素子１１の出力電圧のピーク値に基づいて、第１閾値および第２閾値を演算する。すなわち、走行速度に応じて振動発電素子１１の出力電圧のパルスレベルが変動する。例えば、図４（ａ）～（ｃ）に示すように、車両の走行速度が低いほど振動発電素子１１の出力電圧のパルスレベルが小さくなり、車両の走行速度が高いほど振動発電素子１１の出力電圧のパルスレベルが大きくなる。なお、図４（ａ）～（ｃ）では、縦軸を振動発電素子１１に付与される加速度としているが、振動発電素子１１の出力電圧も同様の波形になる。
　したがって、第１閾値および第２閾値を一定値にすると、車両の走行速度が低いときには振動発電素子１１の出力電圧が極大値や極小値をとったとしても第１閾値から第２閾値の間の範囲を超えないことがある。また、第１閾値および第２閾値を一定値にすると、車両の走行速度が高いときには振動発電素子１１の出力電圧が極大値や極小値をとっていないときでも第１閾値から第２閾値の間の範囲を超えてしまうことがある。この場合、図４（ｃ）に示したように、極大値や極小値が誤検知されてしまう。
　このため、本実施形態では、前回のタイヤ回転時における振動発電素子１１の出力電圧のピーク値に応じて第１閾値および第２閾値を変化させることで、車両の走行速度に追従した値となるようにする。
　具体的には、前回のタイヤ回転時における第１ピーク値に基づいて第１閾値を演算するとともに、前回タイヤ回転時における第２ピーク値に基づいて第２閾値を演算する。
　第１閾値については、初期値が設定されており、この初期値を補正することによって新たな第１閾値を設定している。初期値は、センシング対象とする最低走行速度における閾値に設定してある。第１閾値は、例えば、前回のタイヤ回転時における第１ピーク値に合わせて、第１ピーク値が大きくなるほど大きくされ、第１ピーク値が小さくなるほど小さくされる。例えば、前回と今回のタイヤ回転時における第１ピーク値同士の差の分だけ、もしくは、その差に対して所定の係数を掛けた分だけ、第１閾値を大きくもしくは小さくする。
　第２閾値についても、初期値が設定されており、この初期値を補正することによって新たな第２閾値を設定している。初期値は、センシング対象とする最低走行速度における閾値に設定してある。第２閾値は、第１閾値よりも小さな値とされており、例えば、前回のタイヤ回転時における第２ピーク値に合わせて、第２ピーク値が小さくなるほど小さくされ、第２ピーク値が大きくなるほど大きくされる。例えば、前回と今回のタイヤ回転時における第２ピーク値同士の差の分だけ、もしくは、その差に対して所定の係数を掛けた分だけ、第２閾値を小さくもしくは大きくする。
　このように、第１閾値および第２閾値を前回のタイヤ回転時の第１ピーク値および第２ピーク値に基づいて可変設定としている。これにより、車両の走行速度に応じて振動発電素子１１の出力電圧のパルスレベルが変化しても、それに対応した第１閾値および第２閾値を設定できる。したがって、このような第１閾値および第２閾値を用いて接地区間の判定を行うことで、精度良い判定を行うことが可能となる。
　なお、第１閾値および第２閾値を初期値から変化させたのち、所定のタイヤ回転数分の振動発電素子１１の出力信号の極大値および極小値が第１閾値から第２閾値の間の範囲を超えない状態になったとき、再び第１閾値および第２閾値を初期値に戻すようにしている。このように、閾値設定部に、変化させた第１閾値および第２閾値を初期値に戻す初期値設定部を備えることで、車両が極めて低速で走行している極低速時や停止時に初期値に戻すことができる。
　レベル算出部１８は、区間抽出部１７ａから接地区間中であることが伝えられると、その期間中に振動発電素子１１の出力電圧に含まれるタイヤ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、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。
　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１１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１１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、つまり振動発電素子１１の接地開始時と接地終了時において第１、第２ピーク値が現れる。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路面を走行してい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１１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、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１１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処理回路部１３の具体的な回路構成を示した図である。
　図７において、区間抽出部１７ａは、振動発電素子１１の検出信号（出力電圧）を入力し、検出信号の解析結果に基づいてレベル算出部１８に積分指示信号を出力すると共に送信機１４に対して送信トリガを出力する。
　具体的には、区間抽出部１７ａは、接地パルス検出部１７１を有し、この接地パルス検出部１７１にて、振動発電素子１１の接地開始時および接地終了時における検出信号のピークを検出している。そして、接地パルス検出部１７１は、振動発電素子１１の検出信号が第１ピーク値となったタイミングで積分指示信号を出力し、第２ピーク値となった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、接地パルス検出部１７１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パルス検出部１７１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。
　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、振動発電素子１１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１１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１１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１１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１１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、接地パルス検出部１７１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、処理回路部１３を構成することができ、振動発電素子１１の出力電圧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、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、振動発電素子１１の接地終了時に区間抽出部１７ａ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、振動発電素子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 AreaNetwork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、路面状況の検出のために接地区間中の振動発電素子１１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判定に用いる閾値を車両の走行速度に応じて可変としている。これにより、車両の走行速度に応じて振動発電素子１１の出力電圧のパルスレベルが変化しても、それに対応した閾値を設定できる。このような閾値を用いて接地区間の判定を行うことで、精度良い判定を行うことが可能となる。したがって、精度良く判定された接地区間に基づいて、精度良く路面状況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発電素子１１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、処理回路部１３では、振動発電素子１１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たのち、整流後、振動発電素子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、処理回路部１３のうち接地パルス検出部１７１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に備える振動発電素子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。
　なお、ここでは第１閾値を第１ピーク値に基づいて変化させると共に、第２閾値を第２ピーク値に基づいて変化させるという第１閾値と第２閾値の設定を独立して行う場合について説明した。しかしながら、より的確に第１閾値と第２閾値とが設定されるように、これらを関連付けて設定することもできる。
　具体的には、今回のタイヤ回転時における極大値が第１ピーク値よりも大きく、かつ、今回のタイヤ回転時における極小値が第２ピーク値よりも小さいときにのみ、一回転前と比較して、第１閾値を大きい値に変化させ、第２閾値を小さい値に変化させる。同様に、今回のタイヤ回転時における極大値が第１ピーク値よりも小さく、かつ、今回のタイヤ回転時における極小値が第２ピーク値よりも大きいときにのみ、一回転前と比較して、第１閾値を小さい値に変化させ、第２閾値を大きい値に変化させる。
　このように、極大値と極小値の双方が共に同様の変化を示したときにのみ、第１閾値および第２閾値を変化させるようにすれば、ノイズ的に極大値や極小値が変化した場合に第１閾値や第２閾値が誤変更されることを防止できる。
　（第２実施形態）
　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の検出に用いる閾値の設定手法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。
　上記第１実施形態では、前回のタイヤ回転時の第１ピーク値および第２ピーク値に基づいて第１閾値および第２閾値を設定した。これに対して、本実施形態では、前回のタイヤ回転時の第１ピーク値と第２ピーク値の間の時間間隔（以下、接地パルス間隔という）に基づいて第１閾値および第２閾値を設定する。
　すなわち、接地パルス間隔は車両の走行速度に応じて変化し、走行速度が低いほど長く、高いほど短くなる。このため、接地パルス間隔が車両の走行速度に応じて変化することになる。したがって、接地パルス間隔に基づいて走行速度に応じた閾値を設定することで、走行速度に対応して的確に接地区間を抽出できるようにする。
　具体的には、本実施形態では、区間特定部１７を図９のように、パルス間隔検出部１７ｅと閾値演算部１７ｆおよび閾値設定部１７ｇを有した構成としている。
　パルス間隔検出部１７ｅは、振動発電素子１１の出力電圧の極大値となる第１ピーク値と極小値となる第２ピーク値を検出し、それらの時間間隔を前回のタイヤ回転時における接地パルス間隔として記憶する。
　閾値演算部１７ｆは、パルス間隔検出部１７ｅで記憶した前回のタイヤ回転時における接地パルス間隔に基づいて、第１閾値および第２閾値を演算する。走行速度に応じて接地パルス間隔が変動する。例えば、図１０（ａ）～（ｃ）に示すように、車両の走行速度が低いほど接地パルス間隔が短くなり、車両の走行速度が高いほど接地パルス間隔が長くなる。
　このため、本実施形態では、前回のタイヤ回転時における接地パルス間隔に応じて第１閾値および第２閾値を変化させることで、車両の走行速度に追従した値となるようにする。具体的には、以下のようにして第１閾値および第２閾値を可変設定している。
　第１閾値については、初期値が設定されており、この初期値を補正することによって新たな第１閾値を設定している。初期値は、センシング対象とする最低走行速度における閾値に設定してある。第１閾値は、例えば、前回のタイヤ回転時における接地パルス間隔が長くなるほど小さくされ、接地パルス間隔が短くなるほど大きくされる。例えば、前回と今回の接地パルス間隔同士の差に対して所定の係数を掛けた分だけ、第１閾値を大きくもしくは小さくする。
　第２閾値についても、初期値が設定されており、この初期値を補正することによって新たな第２閾値を設定している。初期値は、センシング対象とする最低走行速度における閾値に設定してある。第２閾値は、第１閾値よりも小さな値とされており、例えば、前回のタイヤ回転時における接地パルス間隔が長くなるほど大きくされ、接地パルス間隔が短くなるほど小さくされる。例えば、前回と今回のタイヤ回転時における接地パルス間隔同士の差に対して所定の係数を掛けた分だけ、第２閾値を小さくもしくは大きくする。
　このように、第１閾値および第２閾値を前回のタイヤ回転時の接地パルス間隔に基づいて可変設定としている。これにより、車両の走行速度に応じて振動発電素子１１の出力電圧のパルスレベルが変化しても、それに対応した第１閾値および第２閾値を設定できる。したがって、このような第１閾値および第２閾値を用いて接地区間の判定を行うことで、精度良い判定を行うことが可能となる。
　なお、第１閾値および第２閾値を初期値から変化させたのち、所定のタイヤ回転数分の振動発電素子１１の出力信号の極大値および極小値が第１閾値から第２閾値の間の範囲を超えない状態になったとき、再び第１閾値および第２閾値を初期値に戻すようにしている。このように、閾値設定部に、変化させた第１閾値および第２閾値を初期値に戻す初期値設定部を備えることで、車両が極めて低速で走行している極低速時や停止時に初期値に戻すことができる。
　以上説明したように、第１閾値および第２閾値を前回のタイヤ回転時の接地パルス間隔に基づいて可変設定することもできる。このようにしても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　なお、本実施形態で説明した接地パルス期間に基づく第１閾値および第２閾値の設定と第１実施形態で説明した第１ピーク値および第２ピーク値に基づく第１閾値および第２閾値の設定を組み合わせて行うこともできる。
　すなわち、今回のタイヤ回転時における極大値が第１ピーク値よりも大きく、かつ、今回のタイヤ回転時における極小値が第２ピーク値よりも小さく、さらに今回のタイヤ回転時における接地パルス間隔が一回転前の接地パルス間隔よりも短いかを判定する。そして、これらの条件を満たしたときにのみ、第１閾値を一回転前のときよりも大きい値に変化させると共に第２閾値を一回転前のときよりも小さい値に変化させる。同様に、今回のタイヤ回転時における極大値が第１ピーク値よりも小さく、かつ、今回のタイヤ回転時における極小値が第２ピーク値よりも大きく、さらに今回のタイヤ回転時における接地パルス間隔が一回転前の接地パルス間隔よりも長いかを判定する。そして、これらの条件を満たしたときにのみ、第１閾値を一回転前のときよりも小さい値に変化させると共に第２閾値を一回転前のときよりも大きい値に変化させる。
　これにより、より第１閾値および第２閾値が的確に設定されるようにでき、更に接地区間を的確に認識して、より精度良く路面状況の検出を行うことが可能となる。
　（第３実施形態）
　第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第１閾値および第２閾値の設定方法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。
　本実施形態では、第１閾値および第２閾値が誤設定されることを更に抑制できるように、第２実施形態で説明した接地パルス間隔を用いた第１ピーク値および第２ピーク値のマスク処理を行う。
　すなわち、接地パルス間隔は、車両の走行速度に対応していることから、接地パルス間隔に基づいて車両の走行速度が推定でき、さらに、次に接地区間になる迄に掛かる時間を推定できる。したがって、区間抽出部１７ａにマスク機能を持たせ、次に接地区間になると想定される時間前に第１ピーク値や第２ピーク値が設定されないようにする。
　例えば、区間抽出部１７ａでは、前回の接地パルス間隔に基づいて今回の接地終了時から次に接地区間に至るまでに掛かると想定される時間を演算する。そして、その時間に至る前の所定期間中に振動発電素子１１の出力電圧が第１閾値より大きくなったり、第２閾値より小さくなったとしても、区間抽出部１７ａで第１ピーク値や第２ピーク値が設定されないようにする。このように、接地区間でないと想定されるときに、振動発電素子１１の出力電圧が第１閾値より大きくなったり第２閾値より小さくなったとしても、第１ピーク値や第２ピーク値が設定されないようにしている。これにより、接地区間と誤って判定されたり、第１閾値や第２閾値が誤変更されないようにできる。
　これにより、より第１閾値および第２閾値が的確に設定されるようにでき、更に接地区間を的確に認識して、より精度良く路面状況の検出を行うことが可能となる。
　（第４実施形態）
　第４実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対して第１閾値および第２閾値の設定方法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。
　上記第１実施形態では、前回のタイヤ回転時の第１ピーク値および第２ピーク値に基づいて第１閾値および第２閾値を設定した。これに対して、本実施形態では、タイヤ回転によって働く遠心力（以下、タイヤ遠心力という）に基づいて第１閾値および第２閾値を設定する。
　すなわち、タイヤ遠心力は車両の走行速度に応じて変化し、走行速度が低いほど小さく、高いほど大きくなる。このため、タイヤ遠心力が車両の走行速度に応じて変化することになる。したがって、タイヤ遠心力に基づいて走行速度に応じた閾値を設定することで、走行速度に対応して的確に接地区間を抽出できるようにする。
　具体的には、本実施形態では、区間特定部１７を図１１のように、区間抽出部１７ａに加えて、遠心力検出部１７ｈと閾値演算部１７ｉおよび閾値設定部１７ｊを有した構成としている。
　遠心力検出部１７ｈは、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に、遠心力を検出することができる加速度センサを備えておき、この加速度センサの検出信号を利用することにより、遠心力検出部１７ｈにおいて振動検出発電部１１に働く遠心力を検出することができる。
　閾値演算部１７ｆは、遠心力検出部１７で検出した遠心力に基づいて、第１閾値および第２閾値を演算する。走行速度に応じて遠心力が変動し、車両の走行速度が低いほど遠心力が小さくなり、車両の走行速度が高いほど遠心力が大きくなる。
　このため、本実施形態では、前回のタイヤ回転時における遠心力に応じて第１閾値および第２閾値を変化させることで、車両の走行速度に追従した値となるようにする。具体的には、以下のようにして第１閾値および第２閾値を可変設定している。
　第１閾値については、初期値が設定されており、この初期値を補正することによって新たな第１閾値を設定している。初期値は、センシング対象とする最低走行速度における閾値に設定してある。第１閾値は、例えば、前回のタイヤ回転時における遠心力が小さくなるほど小さくされ、遠心力が大きくなるほど大きくされる。例えば、前回と今回の遠心力の差に対して所定の係数を掛けた分だけ、第１閾値を小さくもしくは大きくする。
　第２閾値についても、初期値が設定されており、この初期値を補正することによって新たな第２閾値を設定している。初期値は、センシング対象とする最低走行速度における閾値に設定してある。第２閾値は、第１閾値よりも小さな値とされており、例えば、前回のタイヤ回転時における遠心力が小さいほど大きくされ、遠心力が大きいほど小さくされる。例えば、前回と今回のタイヤ回転時における遠心力の差に対して所定の係数を掛けた分だけ、第２閾値を小さくもしくは大きくする。
　このように、第１閾値および第２閾値を前回のタイヤ回転時の遠心力に基づいて可変設定としている。これにより、車両の走行速度に応じて振動発電素子１１の出力電圧のパルスレベルが変化しても、それに対応した第１閾値および第２閾値を設定できる。したがって、このような第１閾値および第２閾値を用いて接地区間の判定を行うことで、精度良い判定を行うことが可能となる。
　以上説明したように、第１閾値および第２閾値を前回のタイヤ回転時の遠心力に基づいて可変設定することもできる。このようにしても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　（他の実施形態）
　本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
　例えば、ピーク値検出部１７ｂは、前回のタイヤ回転時における振動発電素子１１の出力電圧のピーク値を記憶すれば良いが、前回を含めた以前のタイヤ数回転分における振動発電素子１１の出力電圧のピーク値を記憶しておくこともできる。その場合、タイヤ数回転分における振動発電素子１１の出力電圧のピーク値の平均値を求め、その平均値と今回のタイヤ回転時の振動発電素子１１の出力電圧のピーク値とを比較して、第１閾値および第２閾値を設定するようにしても良い。同様に、パルス間隔検出部１７ｅは、前回のタイヤ回転時における接地パルス間隔を記憶すれば良いが、前回を含めた以前のタイヤ数回転分における接地パルス間隔を記憶しておくこともできる。その場合、タイヤ数回転分における接地パルス間隔の平均値を求め、その平均値と今回の接地パルスとを比較して、第１閾値および第２閾値を設定するようにしても良い。
　また、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、振動発電素子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（つまり電子制御装置）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、接地パルス検出部１７１にて振動発電素子１１の接地開始時から接地終了時までの間、つまり接地区間中の振動発電素子１１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、例えば振動発電素子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発電素子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、充電時間中に振動発電素子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１１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発電素子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、上記第３実施形態では、車両の走行速度に対応する値として接地パルス間隔を用いる場合に、その接地パルス間隔から接地区間でないと想定される期間を推定している。この考え方については、車両の走行速度に対応する値として用いている他の値についても適用できる。例えば、第１実施形態で説明したパルス波形の極大値もしくは極小値に基づいて接地区間でないと想定される期間を推定することもできる。同様に、第４実施形態で説明した遠心力に基づいて接地区間でないと想定される期間を推定することもできる。これらに基づいて接地区間でないと想定される期間を推定した場合にも、接地区間でないと想定される期間中にパルス波形が第１閾値より大きくなったり、第２閾値より小さくなったとしても、接地開始時や接地終了時の判定を行わないようにする。これにより、より第１閾値および第２閾値が的確に設定されるようにでき、更に接地区間を的確に認識して、より精度良く路面状況の検出を行うことが可能となる。

Claims (7)

  1. 　車両に備えられる路面状況推定装置であって、
    　前記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、前記タイヤの１回転中における前記トレッドのうちの前記振動検出部の配置箇所と対応する部分が接地している接地区間を特定する区間特定部（１７）および前記接地区間中における前記検出信号の高周波成分のレベルを算出するレベル算出部（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、
    　前記区間特定部は、
    　前記検出信号が示すパルス波形のパルスレベルと比較される第１閾値と該第１閾値よりも小さな第２閾値とを前記車両の走行速度に応じて設定する閾値設定部（１７ｄ、１７ｇ、１７ｊ）と、
    　前記検出信号が示すパルス波形が第１閾値よりも大きくなった次の極大値を接地開始時とすると共に前記パルス波形が第２閾値より小さくなった次の極小値を接地終了時として、前記接地開始時から前記接地終了時までの間を接地区間として抽出する区間抽出部（１７ａ）と、を有している路面状況推定装置。
  2. 　前記区間特定部は、前記車両の走行速度に対応する値として、前記パルス波形の極大値および極小値を検出し、前記タイヤの一回転前の前記極大値および前記極小値をそれぞれ前回の第１ピーク値および第２ピーク値として記憶するピーク値検出部（１７ｂ）を有し、
    　前記閾値設定部は、今回の前記タイヤの回転時における前記極大値が前記第１ピーク値よりも大きければ前記第１閾値を前記一回転前のときよりも大きい値に変化させると共に前記第１ピーク値よりも小さければ前記第１閾値を前記一回転前のときよりも小さい値に変化させ、今回の前記タイヤの回転時における前記極小値が前記第２ピーク値よりも小さければ前記第２閾値を前記一回転前のときよりも小さい値に変化させると共に前記第２ピーク値よりも大きければ前記第２閾値を前記一回転前のときよりも大きい値に変化させる請求項１に記載の路面状況推定装置。
  3. 　前記閾値設定部（１７ｄ）は、
    　今回の前記タイヤの回転時における前記極大値が前記第１ピーク値よりも大きく、かつ、今回の前記タイヤの回転時における前記極小値が前記第２ピーク値よりも小さいときにのみ、前記第１閾値を前記一回転前のときよりも大きい値に変化させると共に前記第２閾値を前記一回転前のときよりも小さい値に変化させ、
    　今回の前記タイヤの回転時における前記極大値が前記第１ピーク値よりも小さく、かつ、今回の前記タイヤの回転時における前記極小値が前記第２ピーク値よりも大きいときにのみ、前記第１閾値を前記一回転前のときよりも小さい値に変化させると共に前記第２閾値を前記一回転前のときよりも大きい値に変化させる請求項２に記載の路面状況推定装置。
  4. 　前記区間特定部は、前記車両の走行速度に対応する値として、前記パルス波形の極大値および極小値を検出し、前記タイヤの一回転中における前記極大値となってから前記極小値となるまでの間の時間間隔を接地パルス間隔として、前記タイヤの一回転前の前記接地パルス間隔を記憶するパルス間隔検出部（１７ｅ）を有し、
    　前記閾値設定部（１７ｇ）は、今回の前記タイヤの回転時における前記接地パルス間隔が前記一回転前の前記接地パルス間隔よりも短ければ前記第１閾値を前記一回転前のときよりも大きい値に変化させると共に前記第２閾値を前記一回転前のときよりも小さい値に変化させ、前記一回転前の前記接地パルス間隔よりも長ければ前記第１閾値を前記一回転前のときよりも小さい値に変化させると共に前記第２閾値を前記一回転前のときよりも大きい値に変化させる請求項１ないし３のいずれか１つに記載の路面状況推定装置。
  5. 　前記区間特定部は、前記車両の走行速度に対応する値として、前記パルス波形の極大値および極小値を検出し、前記タイヤの一回転中における前記極大値となってから前記極小値となるまでの間の時間間隔を接地パルス間隔として、前記タイヤの一回転前の前記接地パルス間隔を記憶するパルス間隔検出部（１７ｅ）を有し、
    　前記閾値設定部は、
    　今回の前記タイヤの回転時における前記極大値が前記第１ピーク値よりも大きく、かつ、今回の前記タイヤの回転時における前記極小値が前記第２ピーク値よりも小さく、さらに今回の前記タイヤの回転時における前記接地パルス間隔が前記一回転前の前記接地パルス間隔よりも短いときにのみ、前記第１閾値を前記一回転前のときよりも大きい値に変化させると共に前記第２閾値を前記一回転前のときよりも小さい値に変化させ、
    　今回の前記タイヤの回転時における前記極大値が前記第１ピーク値よりも小さく、かつ、今回の前記タイヤの回転時における前記極小値が前記第２ピーク値よりも大きく、さらに今回の前記タイヤの回転時における前記接地パルス間隔が前記一回転前の前記接地パルス間隔よりも長いときにのみ、前記第１閾値を前記一回転前のときよりも小さい値に変化させると共に前記第２閾値を前記一回転前のときよりも大きい値に変化させる請求項２または３に記載の路面状況推定装置。
  6. 　前記区間特定部は、前記車両の走行速度に対応する値として、前記タイヤ側装置に働く前記タイヤの遠心力を検出する遠心力検出部（１７ｈ）を有し、
    　前記閾値設定部（１７ｊ）は、今回の前記タイヤの回転時における前記遠心力が一回転前の前記タイヤの回転時における前記遠心力よりも大きければ、前記一回転前のときより前記第１閾値を大きい値に変化させると共に前記第２閾値を小さい値に変化させ、一回転前の前記タイヤの回転時における前記遠心力よりも小さければ、前記一回転前のときよりも前記第１閾値を小さい値に変化させると共に前記第２閾値を大きい値に変化させる請求項１に記載の路面状況推定装置。
  7. 　前記区間抽出部は、前記車両の走行速度に対応する値に基づいて、前記接地区間ではないと想定される期間を推定し、該接地区間ではないと想定される期間中に、前記検出信号が示すパルス波形が前記第１閾値よりも大きくなっても前記接地開始時の判定を行わず、前記パルス波形が前記第２閾値より小さくなっても前記接地終了時の判定を行わない請求項１ないし６のいずれか１つに記載の路面状況推定装置。
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