JP2006168568A - 路面粗さ検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 周波数分析(FFT)などを行わなくても、センサからの検出信号に基づいて路面粗さの検出を行えるようにする。
【解決手段】 タイヤ空気圧検出装置に元々備えられている加速度センサ22の検出信号を用いて路面粗さを検出する。具体的には、加速度センサ22の検出信号から交流成分を抽出し、この交流成分を整流した後、その信号の振幅に応じた電圧信号から路面粗さを検出する。このような路面粗さの検出方法によれば、周波数分析(FFT)などを行わなくても、加速度センサ22の検出信号に基づいて路面粗さを検出することが可能となる。したがって、近年自動車への装着がどんどん進んでいる、直接式タイヤ空気圧検出装置の送信機2に取り付けられる加速度センサ22を利用して、既存のシステムに若干の追加部品を加えるだけで、路面荒さ状態を検出できるようにすることが可能となる。
【選択図】 図2
【解決手段】 タイヤ空気圧検出装置に元々備えられている加速度センサ22の検出信号を用いて路面粗さを検出する。具体的には、加速度センサ22の検出信号から交流成分を抽出し、この交流成分を整流した後、その信号の振幅に応じた電圧信号から路面粗さを検出する。このような路面粗さの検出方法によれば、周波数分析(FFT)などを行わなくても、加速度センサ22の検出信号に基づいて路面粗さを検出することが可能となる。したがって、近年自動車への装着がどんどん進んでいる、直接式タイヤ空気圧検出装置の送信機2に取り付けられる加速度センサ22を利用して、既存のシステムに若干の追加部品を加えるだけで、路面荒さ状態を検出できるようにすることが可能となる。
【選択図】 図2
Description
本発明は、自動車が走行中の路面の凹凸度合いを示す路面粗さの検出を行うことができる路面粗さ検出装置に関するものであり、例えば、加速度センサが備えられているタイヤ空気圧検出装置に対して路面粗さ検出装置を備えることができる。
自動車の走行安定性を高め、制駆動や操舵といった危険回避操作を起こす前にABS制御等のような高度な制御を行えれば自動車の走行安全性を一段と高めることができる。そのために、タイヤが接触する走行路面のリアルタイムな路面状態を認識できる技術が必要とされる。
例えば、従来より、路面荒さや路面摩擦係数(以下路面μという)を測定する方法として、タイヤと路面との接触を音で検出する方法(例えば、特許文献1、2参照)が提案されている。
また、より精度と信頼性向上を目的として、タイヤ内に設けた振動センサの検出信号を周波数から路面μを求めてブレーキ制御のパラメータとして利用する方法が示されている。
例えば、特許文献3において、振動センサとして圧力センサを用い、タイヤ空気圧の変動が路面μの変動に起因して起こっているものとして、タイヤ空気圧の時間変動を周波数分析して、複数の周波数帯域内での圧力変動値を求め、この圧力変動値から路面μを求める方法が示されている。
また、特許文献4において、振動センサとして加速度センサを用い、加速度センサの検出信号を周波数分析し、その振動スペクトルの振動レベルを検出することで、振動レベルと路面μとの相関関係より、路面μを求める方法が示されている。
特開平8−261993号公報
特開平9−54020号公報
特開平2002−240520号公報
特開平2003−182476号公報
しかしながら、タイヤと路面との接触を音で検出する方法に関しては、得られた路面μの信頼性が低いという問題がある。また、振動センサを用いる方法に関しては、検出結果の時間変動を周波数分析(FFT)を行うため、かなり頻繁にデータ取得を繰り返さないと実現性が低いという問題がある。実際、動作電源や搭載手段の問題で実用化には至っていない。さらに、路面荒さが一定でなければ従来の方法による路面μの算出が行えず、乾燥路や凍結路などの路面μの算出が難しいという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みて、周波数分析(FFT)などを行わなくても、センサからの検出信号に基づいて路面粗さの検出を行えるようにすることを目的とする。
また、近年自動車への装着が進んでいる直接式タイヤ空気圧検出装置の送信機に取り付けられる加速度センサを利用して、既存のシステムに若干の追加部品を加えるだけで、路面荒さ状態を検出できるように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に記載の発明では、タイヤを備えた複数個の車輪(5a〜5d)それぞれに備えられられる送信機(2)に、複数個の車輪(5a〜5d)それぞれの加速度に応じた検出信号を出力する加速度センサ(22)と、加速度センサ(22)の検出信号から直流成分をカットして交流成分を抽出する交流成分抽出部(23)と、交流成分抽出部(23)で抽出された加速度センサ(22)の交流成分を整流する整流回路(24)と、整流回路(24)で整流された加速度センサ(22)の交流成分の振幅に応じた出力信号を発生させる信号出力部(25)とを備える。そして、第1制御部(26a)にて、信号出力部(25)の出力信号が示すデータを送信フレームに格納したのち、送信部(26b)を介して送信する。また、車体(6)側に備えられる受信機(3)の第2制御部(32b)により、送信フレームに格納された出力信号のデータに基づいて複数個の車輪(5a〜5d)それぞれが接する路面における路面粗さを検出することを特徴としている。
このように、加速度センサ(22)の検出信号を用い、この検出信号から交流成分を抽出して整流したのち、その交流成分の振幅に応じた出力信号を発生させ、この出力信号に基づいて路面粗さを検出する。このような路面粗さの検出方法によれば、周波数分析(FFT)などを行わなくても、加速度センサ(22)の検出信号に基づいて路面粗さを検出することが可能となる。
請求項2に記載の発明では、請求項1における加速度センサ(22)に変えて、圧電素子によって車輪(5a〜5d)の回転検出を行うショックセンサを用いることを特徴としている。このようなショックセンサの検出信号を用いても、路面粗さを検出することが可能であり、請求項1と同様の効果を得ることができる。ただし、ショックセンサを用いた場合、元々ショックセンサからの出力信号が交流信号となっていることから、請求項1で示した交流成分抽出部(23)は必要ない。
請求項3に記載の発明では、複数の車輪(5a〜5d)のうちの右車輪(5a、5c)と左車輪(5b、5d)のいずれか一方のみにおいて、第2制御部(32b)で検出された路面粗さの変化量が所定のしきい値を超えている場合に、警報部(4)により、ドライバに対して車線逸脱を示す警報を行うことを特徴としている。
このように、検出される路面粗さに基づいて、ドライバに車線逸脱を知らせることが可能となり、より車両(1)の走行安全性を高めることが可能となる。
請求項4に記載の発明では、車速検出手段で検出された車速が所定速度以上となっている場合において、第2制御部(32b)で検出された路面粗さが所定のしきい値を超えた場合には、警報部(4)により、ドライバに対してタイヤバーストし得る路面であることを示す警報を行うことを特徴としている。
このように、検出される路面粗さに基づいて、タイヤバーストし得る路面状態であることを警報することが可能となり、より車両(1)の走行安全性を高めることが可能となる。
上記請求項1ないし4では、路面粗さ検出装置として本発明を示したが、請求項5に示されるように、この路面粗さ検出装置をタイヤ空気圧検出装置に組み込むことも可能である。
このように、近年自動車への装着がどんどん進んでいる、直接式タイヤ空気圧検出装置の送信機(2)に取り付けられる加速度センサ(22)を利用すれば、既存のシステムに若干の追加部品を加えるだけで、路面荒さ状態を検出できるようにすることが可能となる。
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を示すものである。
本発明の一実施形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態における路面粗さ検出装置が適用されたタイヤ空気圧検出装置の全体構成を示すブロック図である。図1の紙面上方向が車両1の前方、紙面下方向が車両1の後方に一致する。この図を参照して、本実施形態におけるタイヤ空気圧検出装置について説明する。
図1に示されるように、タイヤ空気圧検出装置は、車両1に取り付けられるもので、送信機2、受信機3および警報部4を備えて構成されている。
送信機2は、車両1における各車輪5a〜5dに取り付けられるもので、車輪5a〜5dに取り付けられたタイヤの空気圧や路面粗さを検出すると共に、その検出結果を示す検出信号のデータを送信フレーム内に格納して送信するものである。また、受信機3は、車両1における車体6側に取り付けられるもので、送信機2から送信される送信フレームを受信し、その中に格納された検出信号に基づいて各種処理や演算等を行うことでタイヤ空気圧や路面粗さを求めるものである。図2(a)、(b)に、これら送信機2と受信機3のブロック構成を示す。
送信機2は、図2(a)に示されるように、送信機2は、センシング部21、加速度センサ22、交流(AC)成分抽出部23、整流回路24、ローパスフィルタ25、マイクロコンピュータ26およびアンテナ27を備えた構成となっている。
センシング部21は、例えばダイアフラム式の圧力センサや温度センサを備えた構成とされ、タイヤ空気圧に応じた検出信号や温度に応じた検出信号を出力するようになっている。
加速度センサ22は、車輪5a〜5dの回転検出を行うためのものであり、車輪5a〜5dの回転によって発生する遠心力に応じた検出信号を出力するものである。この加速度センサ22には、例えば容量式のものが用いられており、車輪5a〜5dの回転に伴う容量値の変動に応じた検出信号が出力される。この加速度センサ22の検出信号には、遠心力に応じた直流(DC)成分に加え、路面粗さに応じた交流成分が含まれている。
交流成分抽出部23は、加速度センサ22の検出信号を入力し、その検出信号の直流成分をカットして、交流成分のみを取り出すものである。
整流回路24は、交流成分抽出部23によって取り出された加速度センサ22の検出信号の交流成分を整流するものである。
また、ローパスフィルタ25は、整流回路24によって整流された後の加速度センサ22の検出信号の交流成分を入力し、この交流成分の振幅に応じた直流電圧値を出力するものである。
これら交流成分抽出部23、整流回路24およびローパスフィルタ25が従来のタイヤ空気圧検出装置に対して追加する部分である。図3に、これら交流成分抽出部23、整流回路24およびローパスフィルタ25の回路例を示す。この図に示されるように、交流成分抽出部23は、加速度センサ22に対して直列接続されたコンデンサ23aによって構成され、整流回路24は、例えば交流成分抽出部23に直列接続されたダイオード24aによって構成され、ローパスフィルタ25は、ダイオード24aのカソードとGNDとの間に接続されたコンデンサ25aによって構成される。
マイクロコンピュータ26は、CPU、ROM、RAM、I/Oなどを備えた周知のもので、制御部(第1制御部)26aや送受信部26bなどを備え、ROM内に記憶されたプログラムに従って、所定の処理を実行するようになっている。
制御部26aは、センシング部21からの検出信号や加速度センサ22の検出信号の交流成分の振幅に応じた電圧信号を受け取り、その信号を必要に応じて信号処理したのち、これを検出結果を示すデータを送信フレーム内に格納する。その後、制御部26aは、送受信部26bを通じて送信フレームを受信機3に向けて送信するようになっている。この受信機3に送信フレームを送る処理は、上記プログラムに従って、所定タイミングに実行される。
送信部26bは、アンテナ27を通じて、制御部26aから送られてきた送信フレームを受信機3に向けて送信する出力部としての機能を果たすものである。
このように構成される送信機2は、例えば、各車輪5a〜5dのホイールにおけるエア注入バルブに取り付けられ、センシング部21がタイヤの内側に露出するように配置される。これにより、該当する車輪5a〜5dのタイヤ空気圧および加速度を検出し、各送信機2に備えられたアンテナ27を通じて、所定周期毎(例えば、1分毎)の上記タイミングの際に、送信フレームを送信するようになっている。
受信機3は、アンテナ31とマイクロコンピュータ32を備えた構成となっている。
アンテナ31は、タイヤの数、すなわち送信機2の数に対応した個数備えられている。各アンテナ31は、車体6のうち各送信機2の位置と対応する場所に設置されており、例えば、各送信機2から所定間隔離れた位置において車体6に固定されている。
マイクロコンピュータ32は、CPU、ROM、RAM、I/Oなどを備えた周知のもので、受信部32aや制御部(第2制御部)32bなどを備え、ROM内に記憶されたプログラムに従って、所定の処理を実行するようになっている。
受信部32aは、各アンテナ31を通じて受信された各送信機2からの送信フレームを入力し、その送信フレームを制御部32bに送る入力部としての機能を果たすものである。
制御部32bは、受信部32aから送られてきた送信フレームを受け取り、それに格納された検出信号のデータに基づいて、各車輪5a〜5dのタイヤ空気圧や温度、さらには路面粗さなどを求めると共に、求めたタイヤ空気圧や路面粗さに応じた電気信号を警報部4に出力するようになっている。
具体的には、制御部32bは、タイヤ空気圧が所定のしきい値を下回ったか否かを判定し、その判定結果に基づき、タイヤ空気圧の低下したことを示す信号を警報部4に出力する。また、制御部32bは、路面粗さが所定の条件を満たすか否かを判定し、その判定結果に基づき、ドライバに対して警報を行うことを指示する信号を警報部4に出力する。
警報部4は、図1に示されるように、ドライバが視認可能な場所に配置され、例えば車両1におけるインストルメントパネル内に設置される警報ランプや警告表示器(ディスプレイ)、もしくは警報ブザーによって構成される。この警報部4は、例えば受信機3における制御部32bからタイヤ空気圧の低下を示す信号もしくはドライバに対して警報を行うことを指示する信号が送られてくると、その旨を示す警報を行うことでドライバにタイヤ空気圧の低下などを伝えるようになっている。以上のようにしてタイヤ空気圧検出装置が構成されている。
続いて、上記のように構成されるタイヤ空気圧検出装置の作動について説明する。
上述したように、送信機2では、制御部26aに、センシング部21からのタイヤ空気圧やタイヤ内の温度を示す検出信号に関するデータが入力されると共に、加速度センサ22の検出信号の交流成分の振幅に応じた電圧信号に関するデータが入力される。そして、これら必要に応じて信号処理されたのち、送信フレームに格納され、送信部26bを通じて受信機3側に送信される。
一方、送信機2から送信フレームが送信されると、それが受信機3のアンテナ31にて受信され、受信部32aを通じて制御部32bに入力される。そして、制御部32bにおいて、送信フレームからタイヤ空気圧を示すデータおよびタイヤ内の温度を示すデータが抽出され、温度を示すデータに基づいて必要に応じて温度補正が成され、タイヤ空気圧が求められる。このとき、求められたタイヤ空気圧が所定のしきい値を下回っていると判定されれば、制御部32bから警報部4にその旨を示す信号が出力され、警報部4にて警報が行われるようになっている。
さらに、受信機3では、送信フレームに格納された加速度センサ22の検出信号の交流成分の振幅に応じた電圧信号に関するデータに基づいて路面粗さの検出が行われる。これについて、図4を参照して説明する。
図4は、時間と共に車速を20km/hから60km/hに上げた場合の各種信号等を示したもので、車両1の走行中の路面が滑らかな状態から粗い状態に路面粗さが変化した場合を示してある。具体的には、図4(a)は、加速度センサ22の検出信号と車速の関係を示している。図4(b)は、加速度センサ22の検出信号から直流成分をカットしたときの信号(交流成分抽出部23の出力信号)を示している。図4(c)は、加速度センサ22の検出信号の交流成分の振幅に応じた電圧信号(ローパスフィルタ25の出力信号)を示している。
図4(a)に示されるように、路面が滑らかな場合には加速度センサ22の検出信号の振動が小さいが、路面が粗くなると加速度センサ22の検出信号の直流成分に重畳される振動(交流ノイズ)が大きくなる。このため、交流成分抽出部23において加速度センサ22の検出信号の直流成分がカットされると、図4(b)に示されるように、加速度センサ22の検出信号の交流成分のみが抽出されたときに、その振幅が路面粗さと対応したものとなる。したがって、加速度センサ22の検出信号の交流成分を整流回路24およびローパスフィルタ25に通過させると、図4(c)に示されるように、路面粗さと対応した電圧信号を得ることが可能となる。
したがって、ローパスフィルタ25の出力する電圧信号を路面粗さに対応する検出信号として、この電圧信号に関するデータが送信機2から受信機3に送られてきたときに、受信機3の制御部32bにて電圧信号の電圧値から路面粗さを検出することが可能となる。
そして、このようにして路面粗さが検出されると、制御部32bでは、さらに、車輪5a〜5dのうちの右車輪5a、5cもしくは左車輪5b、5dの一方のみで路面粗さが突然粗くなったときに、車両1が車線から逸脱する可能性があるものとして、その旨の警報をドライバに対して行う。例えば、制御部32bにて路面粗さの変化量を算出しておき、この変化量が右車輪5a、5cもしくは左車輪5b、5dの一方のみで所定のしきい値を超える程大きくなった場合に、このような警報が行われるようにしている。
車両が走行する車線の両側もしくは片側には、走行ラインを示す白線などが路面上に塗布されており、その白線に設けられた凹凸により、タイヤがその凹凸上を走行したときに、ドライバに振動が伝わるようになっている。このような凹凸による振動が加速度センサ22の検出信号に現れてくるため、加速度センサ22の検出信号から白線の凹凸に起因する振動が検出された場合に、ドライバに警報すれば、より効果的にドライバに車線逸脱を知らせることが可能となる。特に、ドライバが居眠り状態の場合には、白線の凹凸から受ける振動だけでは十分な警報にならない場合があるが、警報部4からの警報を合わせて行うことで、より効果的にドライバに車線逸脱を知らせることが可能となる。
さらに、ある一定以上の衝撃をタイヤが検出したような路面粗さが非常に粗い場合には、路面状態が悪いと考えられるため、路面の凹凸がタイヤバーストの要因にもなりかねない。例えば、タイヤ空気圧が正常であっても、劣化タイヤ等であった場合、路面の凹凸によってタイヤが傷ついてバーストする可能性がある。このため、例えば、ある車速以上において路面粗さが所定のしきい値を超えるような場合には、タイヤバーストし得る路面状態である旨の警報をドライバに対して行う。
以上説明したように、本実施形態では、タイヤ空気圧検出装置に元々備えられている加速度センサ22の検出信号を用いて路面粗さを検出している。そして、このような路面粗さの検出方法によれば、周波数分析(FFT)などを行わなくても、加速度センサ22の検出信号に基づいて路面粗さを検出することが可能となる。
したがって、近年自動車への装着がどんどん進んでいる、直接式タイヤ空気圧検出装置の送信機2に取り付けられる加速度センサ22を利用して、既存のシステムに若干の追加部品を加えるだけで、路面荒さ状態を検出できるようにすることが可能となる。
また、このように検出される路面粗さに基づいて、ドライバに車線逸脱を知らせたり、タイヤバーストし得る路面状態であることを警報することが可能となり、より車両1の走行安全性を高めることが可能となる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態のタイヤ空気圧検出装置では、第1実施形態に対して、加速度センサ22に変えて、圧電素子によって車輪5a〜5dの回転検出を行うショックセンサを用いたものであり、その他の構成については同様である。
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態のタイヤ空気圧検出装置では、第1実施形態に対して、加速度センサ22に変えて、圧電素子によって車輪5a〜5dの回転検出を行うショックセンサを用いたものであり、その他の構成については同様である。
このようなショックセンサの検出信号を用いても、路面粗さを検出することが可能であり、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。ただし、ショックセンサを用いた場合、元々ショックセンサからの出力信号が交流信号となっていることから、第1実施形態で示した交流成分抽出部23は必要なくなる。
(他の実施形態)
上記実施形態では、受信機3に取り付けられるアンテナ31が各送信機2に対応した数配置されるタイヤ空気圧検出装置を例に挙げて説明したが、アンテナ31を1つの共通アンテナとしたタイヤ空気圧検出装置についても本発明を適用することが可能である。
上記実施形態では、受信機3に取り付けられるアンテナ31が各送信機2に対応した数配置されるタイヤ空気圧検出装置を例に挙げて説明したが、アンテナ31を1つの共通アンテナとしたタイヤ空気圧検出装置についても本発明を適用することが可能である。
1…車両、2…送信機、3…受信機、4…警報部、5a〜5d…車輪、6…車体、21…センシング部、22…加速度センサ、23…交流成分抽出部、24…整流回路、25…ローパスフィルタ、26…マイクロコンピュータ、26a…制御部(第1制御部)、26b…送信部、27…送信アンテナ、31…受信アンテナ、32…マイクロコンピュータ、32a…受信部、32b…制御部(第2制御部)。
Claims (5)
- タイヤを備えた複数個の車輪(5a〜5d)それぞれに備えられ、前記複数個の車輪(5a〜5d)それぞれの加速度に応じた検出信号を出力する加速度センサ(22)と、前記加速度センサ(22)の検出信号から直流成分をカットして交流成分を抽出する交流成分抽出部(23)と、前記交流成分抽出部(23)で抽出された前記加速度センサ(22)の交流成分を整流する整流回路(24)と、前記整流回路(24)で整流された前記加速度センサ(22)の交流成分の振幅に応じた出力信号を発生させる信号出力部(25)と、前記信号出力部(25)の出力信号が示すデータを送信フレームに格納する第1制御部(26a)と、前記第1制御部(26a)から前記送信フレームを送信する送信部(26b)とを備えた送信機(2)と、
車体(6)側に備えられ、前記送信フレームを受信するアンテナ(31)と、前記アンテナ(31)を介して前記送信フレームを受け取る受信部(32a)と、前記送信フレームに格納された前記出力信号のデータに基づいて前記複数個の車輪(5a〜5d)それぞれが接する路面における路面粗さを検出する第2制御部(32b)を備えた受信機(3)と、を備えた路面粗さ検出装置。 - タイヤを備えた複数個の車輪(5a〜5d)それぞれに備えられ、前記複数個の車輪(5a〜5d)それぞれの振動に応じた交流信号を検出信号として出力する圧電素子を備えたショックセンサと、前記ショックセンサの出力する交流信号を整流する整流回路(24)と、前記整流回路(24)で整流された前記ショックセンサの交流信号の振幅に応じた出力信号を発生させる信号出力部(25)と、前記信号出力部(25)の出力信号が示すデータを送信フレームに格納する第1制御部(26a)と、前記第1制御部(26a)から前記送信フレームを送信する送信部(26b)とを備えた送信機(2)と、
車体(6)側に備えられ、前記送信フレームを受信するアンテナ(31)と、前記アンテナ(31)を介して前記送信フレームを受け取る受信部(32a)と、前記送信フレームに格納された前記出力信号のデータに基づいて前記複数個の車輪(5a〜5d)それぞれが接する路面における路面粗さを検出する第2制御部(32b)を備えた受信機(3)と、を備えた路面粗さ検出装置。 - 前記第2制御部(32b)で検出された路面粗さに基づいてドライバに対して警報を行う警報部(4)を有し、
前記複数の車輪(5a〜5d)のうちの右車輪(5a、5c)と左車輪(5b、5d)のいずれか一方のみにおいて、前記第2制御部(32b)で検出された路面粗さの変化量が所定のしきい値を超えている場合に、前記警報部(4)により、ドライバに対して車線逸脱を示す警報を行うようになっていることを特徴とする請求項1または2に記載の路面粗さ検出装置。 - 前記第2制御部(32b)で検出された路面粗さに基づいてドライバに対して警報を行う警報部(4)を有すると共に、
車両(1)の車速を検出する車速検出手段を有し、
前記車速検出手段で検出された前記車速が所定速度以上となっている場合において、前記第2制御部(32b)で検出された路面粗さが所定のしきい値を超えた場合には、前記警報部(4)により、ドライバに対してタイヤバーストし得る路面であることを示す警報を行うようになっていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の路面粗さ検出装置。 - 請求項1ないし4のいずれか1つに記載の路面粗さ検出装置を含むタイヤ空気圧検出装置であって、
前記送信機(2)は、前記複数個の車輪(5a〜5d)それぞれに備えられた前記タイヤの空気圧に応じた検出信号を出力するセンシング部(21)を備え、前記第1制御部(26a)によって前記センシング部(21)の検出信号が示すデータを前記送信フレームに格納したのち、前記送信部(26b)を介して送信するようになっており、
前記受信機(3)は、前記第2制御部(32b)にて、該検出信号に基づいて前記複数個の車輪(5a〜5d)それぞれに備えられた前記タイヤの空気圧を求めるようになっていることを特徴とするタイヤ空気圧検出装置。
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