JP6088908B2 - Deformation state detection method of tire sensor, tire contact state estimation method, and tire contact state estimation device - Google Patents

Deformation state detection method of tire sensor, tire contact state estimation method, and tire contact state estimation device Download PDF

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Description

本発明は、タイヤ内に配置されたセンサーの車両走行時における変形状態を検知する方法と、タイヤの接地状態に応じて変形するセンサーの変形状態からタイヤの接地状態を推定する方法及びその装置に関する。   The present invention relates to a method for detecting a deformation state of a sensor disposed in a tire when the vehicle travels, a method for estimating a ground contact state of a tire from a deformation state of a sensor that is deformed according to the ground contact state of the tire, and an apparatus therefor. .

従来、路面状態を推定する装置としては、タイヤの内面に加速度センサーを取付けて、タイヤの接地時に生じるタイヤの振動を検出し、この検出されたタイヤの振動のデータ(加速度のデータ)を、タイヤ内に設けられた送信機から車体側に送信するとともに、車体側に路面状態推定手段を設け、車体側にて、前記送信された加速度のデータを用いて路面状態を推定する構成のものが広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。
なお、タイヤ側に路面状態推定手段を設けて路面状態を推定する構成の路面状態推定装置も提案されているが、このような構成であっても、路面状態の推定結果は無線通信によって車体側に送られる。
Conventionally, as an apparatus for estimating the road surface condition, an acceleration sensor is attached to the inner surface of the tire to detect the tire vibration generated when the tire contacts the ground, and the detected tire vibration data (acceleration data) There is a wide variety of configurations that transmit to the vehicle body side from the transmitter provided in the vehicle, and provide road surface state estimation means on the vehicle body side to estimate the road surface state on the vehicle body side using the transmitted acceleration data. Used (see, for example, Patent Document 1).
Although a road surface state estimating device having a configuration in which road surface state estimating means is provided on the tire side to estimate the road surface state has been proposed, even with such a configuration, the road surface state estimation result is obtained by wireless communication on the vehicle body side. Sent to.

また、車体の帯電電位を検出して路面状態を推定する方法も提案されている(例えば、特願2011−282858)。
一般に、タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦によってタイヤと路面との間に静電気による帯電電位が生じること自体は、例えば、特開2011−225023号公報の背景技術などに記載されていることからも分かるように、周知事項である。
一方、車体とタイヤとは容量結合されているので、車体外表面には、タイヤと路面との間に生じた帯電電位に対応する電位が発生する。
タイヤ表面や車体外表面に分布する電界は、以下の式(1)に示す電磁界を構成する3つの要素(1/rに比例する放射電磁界、1/r2に比例する誘導電磁界、1/r3に比例する準静電界)のうちの準静電界であり、車両の走行に伴うタイヤの転動よりに時間的に変化する。

Figure 0006088908
準静電界は磁界成分を含まず、また、電波のように伝搬する性質がないので、人や車両、物質の周りに静電気帯電電界のように分布し、その極性またはレベルが変化する。
したがって、車体の帯電電位を検出すれば、タイヤと路面との間に生じた帯電電位に対応する電位を検出することができるので、路面状態などのタイヤの状態を精度よく推定することができる。 In addition, a method for estimating the road surface state by detecting the charging potential of the vehicle body has been proposed (for example, Japanese Patent Application No. 2011-282858).
In general, the fact that a charging potential due to static electricity is generated between a tire and a road surface due to contact, separation and friction between the tire and the road surface itself is described in, for example, the background art of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-225023. As you can see, it is a well-known matter.
On the other hand, since the vehicle body and the tire are capacitively coupled, a potential corresponding to the charged potential generated between the tire and the road surface is generated on the outer surface of the vehicle body.
The electric field distributed on the tire surface and the outer surface of the vehicle body is composed of three elements (radiated electromagnetic field proportional to 1 / r, induction electromagnetic field proportional to 1 / r 2 ) constituting the electromagnetic field shown in the following formula (1), Quasi-electrostatic field proportional to 1 / r 3 ), and changes with time due to rolling of the tire as the vehicle travels.
Figure 0006088908
Since the quasi-electrostatic field does not include a magnetic field component and does not have the property of propagating like radio waves, the quasi-electrostatic field is distributed around a person, vehicle, or substance like an electrostatic charging electric field, and its polarity or level changes.
Therefore, if the charging potential of the vehicle body is detected, the potential corresponding to the charging potential generated between the tire and the road surface can be detected, so that the state of the tire such as the road surface state can be accurately estimated.

特開2011−203017号公報JP 2011-203017 A

しかしながら、加速度のデータ等を無線にて車体に送信するためには、多くの電気エネルギーを必要とするので、タイヤに発電装置や電池を設置する必要がある。
また、車体の帯電電位を検出して路面状態を推定する方法では、発電装置や電池は不要であるが、S/N比が十分でないため、複数回転のデータを取得しそれを平均化する必要がある。
However, in order to transmit acceleration data or the like to the vehicle body wirelessly, a large amount of electric energy is required, and thus it is necessary to install a power generation device and a battery on the tire.
In addition, the method of estimating the road surface condition by detecting the charging potential of the vehicle body does not require a power generator or a battery, but since the S / N ratio is not sufficient, it is necessary to acquire data of multiple rotations and average it. There is.

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、無線通信を用いることなく、タイヤ内に配置されたセンサーの変形状態を車体側にて安定して検知する方法、及び、検知されたセンサーの変形状態からタイヤの接地状態を推定する方法とその装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of conventional problems, and a method for stably detecting the deformation state of a sensor disposed in a tire on the vehicle body side without using wireless communication, and the detection It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for estimating the ground contact state of a tire from the deformation state of a sensor.

本発明者らは、鋭意検討の結果、電荷発生型パッシブセンサーの一方の電極とホイールとを直接接続し他方の電極をフローティングさせるか、もしくは、一方の電極とホイールとを容量結合し他方の電極をフローティングさせて、車体に分布する帯電電位を検出すれば、車体の帯電電位の時間変化波形に出現する電荷発生型パッシブセンサーの変形状態を車体側にて精度良く検知できることを見出し、本発明に至ったものである。
すなわち、本発明は、タイヤ内に配置された電荷発生型パッシブセンサーの変形状態を車体側にて検知する方法であって、車体側に、車体における金属部位の表面に配置される検出電極と、前記車体の外側表面から空間を隔てて配置されるリファレンス電極とを設けるとともに、前記電荷発生型パッシブセンサーの一方の電極をホイールと電気的に結合させ、他方の電極をフローティングさせた状態で、前記検出電極と前記リファレンス電極との間の電位である車体に分布する帯電電位の時間変化波形を検出し、前記検出された帯電電位の時間変化波形から前記電荷発生型パッシブセンサーの変形状態を検知することを特徴とする。
これにより、無線通信を用いることなく、タイヤ内に配置された電荷発生型パッシブセンサーの変形状態を車体側にて精度良く検知することができる。
また、前記検知された電荷発生型パッシブセンサーの変形により発生する帯電電位の変化に基づいて当該タイヤの接地状態を推定するようにしたので、タイヤ内に電力供給手段を設けることなく、路面状態や横力などのタイヤの接地状態を安定して推定することができる。
ここで、電荷発生型パッシブセンサーとは、センサーに応力等の外力が作用すると伸縮して電荷を発生するセンサーであり、PZTなどの圧電センサーなどが挙げられる。
電荷発生型パッシブセンサーは、タイヤのトレッドの変形に伴い変形して電荷を発生する。タイヤのトレッドの変形状態は、走行時におけるタイヤの接地状態(タイヤと路面との摩擦状態やタイヤに作用する横力など)により変化する。したがって、電荷発生型パッシブセンサーの変形により発生する帯電電位の変化を、車体に分布する帯電電位の変化として検出すれば、当該タイヤの接地状態を推定することができる。
なお、電荷発生型パッシブセンサーの一方の電極をホイールと「電気的に結合させる」とは、上記電極とホイールとを導線で直接接続して結合する場合だけでなく、上記電極とホイールとを容量結合させる場合も含む。
また、電極を「フローティングさせた状態」とは、電極が、電圧源,グランド,グランド基準信号源のいずれにも接続されていないことをいう。
As a result of intensive studies, the inventors of the present invention have directly connected one electrode of the charge generation type passive sensor and the wheel to float the other electrode, or capacitively coupled one electrode and the wheel to the other electrode. And detecting the charging potential distributed in the vehicle body, the deformation state of the charge generation type passive sensor appearing in the time-varying waveform of the charging potential of the vehicle body can be accurately detected on the vehicle body side. It has come.
That is, the present invention is a method for detecting the deformation state of a charge generation type passive sensor disposed in a tire on the vehicle body side, on the vehicle body side, a detection electrode disposed on the surface of a metal part in the vehicle body, A reference electrode disposed at a distance from an outer surface of the vehicle body, and electrically connecting one electrode of the charge generation type passive sensor with a wheel and floating the other electrode, A time-varying waveform of a charging potential distributed in the vehicle body, which is a potential between the detection electrode and the reference electrode, is detected, and a deformation state of the charge generation type passive sensor is detected from the time-changing waveform of the detected charging potential. It is characterized by that.
Thereby, the deformation | transformation state of the electric charge generation type passive sensor arrange | positioned in a tire can be detected with a sufficient precision by the vehicle body side, without using wireless communication.
Also, since the ground contact state of the tire is estimated based on the change in the charged potential generated by the detected deformation of the charge generation type passive sensor, the road surface state or The ground contact state of the tire such as lateral force can be stably estimated.
Here, the charge generation type passive sensor is a sensor that expands and contracts when an external force such as stress acts on the sensor, and generates a charge such as a piezoelectric sensor such as PZT.
The charge generation type passive sensor is deformed as the tire tread is deformed to generate electric charges. The deformation state of the tire tread changes depending on the ground contact state of the tire during running (the frictional state between the tire and the road surface, the lateral force acting on the tire, etc.). Therefore, the ground contact state of the tire can be estimated by detecting a change in the charging potential caused by deformation of the charge generation type passive sensor as a change in the charging potential distributed in the vehicle body.
Note that “electrically coupling” one electrode of a charge generation type passive sensor to a wheel is not only a case where the electrode and the wheel are directly connected by a conductive wire and coupled, but also the electrode and the wheel are capacitively coupled. Including the case of combining.
In addition, the “floating state” of the electrode means that the electrode is not connected to any of the voltage source, the ground, and the ground reference signal source.

また、本発明は、タイヤ内に車両走行時のタイヤの変形状態を検知するセンサーを配置し、前記センサーで検知された当該タイヤの変形状態から、当該タイヤの接地状態を推定するタイヤ接地状態推定装置であって、前記センサーとして電荷発生型パッシブセンサーを用いるとともに、車体における金属部位の表面に配置される検出電極と、前記車体の外側表面から空間を隔てて配置されるリファレンス電極と、前記検出電極と前記リファレンス電極との間の電位である車体に分布する帯電電位の時間変化波形を検出する帯電電位検出手段と、前記検出された帯電電位の時間変化波形から当該タイヤの接地状態を推定するタイヤ接地状態推定手段とを備え、前記電荷発生型パッシブセンサーの一方の電極をホイールと電気的に結合させ、他方の電極をフローティングさせたことを特徴とする。
このような構成を採ることにより、タイヤに電池や蓄電回路、発電素子などの電力供給手段を設けることなく、タイヤの接地状態を確実に推定することのできるタイヤ接地状態推定装置を実現することができる。
In addition, the present invention provides a tire ground contact state estimation in which a sensor for detecting a deformation state of a tire during traveling of the vehicle is disposed in the tire, and a ground contact state of the tire is estimated from the deformation state of the tire detected by the sensor. The apparatus uses a charge generation type passive sensor as the sensor, a detection electrode disposed on a surface of a metal part in a vehicle body, a reference electrode disposed at a space from an outer surface of the vehicle body, and the detection A charging potential detecting means for detecting a time-varying waveform of a charging potential distributed in a vehicle body that is a potential between an electrode and the reference electrode; and a ground contact state of the tire is estimated from the time-changing waveform of the detected charging potential. Tire ground contact state estimating means, and one electrode of the charge generation type passive sensor is electrically coupled to the wheel, and the other Electrode, characterized in that floated to.
By adopting such a configuration, it is possible to realize a tire ground contact state estimation device that can reliably estimate the tire ground contact state without providing a power supply means such as a battery, a power storage circuit, and a power generation element in the tire. it can.

また、本発明は、前記電荷発生型パッシブセンサーを、タイヤ接地面に対応するタイヤ内面に配置される圧電素子と、前記圧電素子に接続される素子用電極とを備えた圧電センサーとするとともに、前記素子用電極のうちの一方の電極を前記タイヤのビード部近傍まで延在させ、他方の電極をフローティングさせたことを特徴とする。
なお、ビード部近傍とは、インナーライナーの内側で、タイヤ内のビード部に対向する範囲を指すものとする。これにより、ホイールと圧電素子とを確実に容量結合させて、ホイールの帯電電位を圧電素子の変形状態に応じた電位にすることができるので、車体に分布する帯電電位の時間変化波形に重畳される前記圧電素子の出力波形を精度よく検出できる。
また、本発明は、前記電荷発生型パッシブセンサーを、タイヤ接地面に対応するタイヤ内面に配置される圧電素子と、前記圧電素子に接続される素子用電極とを備えた圧電センサーとするとともに、前記素子用電極のうちの一方の電極を前記タイヤのホイールに接続し、他方の電極をフローティングさせたことを特徴とする。
このように、一方の電極をホイールに直接接続すれば、車体に分布する帯電電位の時間変化波形に重畳される前記圧電素子の出力波形を精度よく検出できる。
また、前記電荷発生型パッシブセンサーをタイヤの変形の大きなタイヤ赤道面に配置したので、タイヤの変形状態を更に精度よく検知できる。
In addition, the present invention provides the charge generation type passive sensor as a piezoelectric sensor including a piezoelectric element disposed on a tire inner surface corresponding to a tire contact surface, and an element electrode connected to the piezoelectric element, One of the element electrodes is extended to the vicinity of the bead portion of the tire, and the other electrode is floated.
In addition, the bead part vicinity shall refer to the range which opposes the bead part in a tire inside an inner liner. As a result, the wheel and the piezoelectric element can be capacitively coupled with each other, and the charged potential of the wheel can be set to a potential corresponding to the deformation state of the piezoelectric element, so that it is superimposed on the time-varying waveform of the charged potential distributed in the vehicle body. The output waveform of the piezoelectric element can be detected with high accuracy.
In addition, the present invention provides the charge generation type passive sensor as a piezoelectric sensor including a piezoelectric element disposed on a tire inner surface corresponding to a tire contact surface, and an element electrode connected to the piezoelectric element, One of the element electrodes is connected to the wheel of the tire, and the other electrode is floated.
Thus, if one electrode is directly connected to the wheel, the output waveform of the piezoelectric element superimposed on the time-varying waveform of the charging potential distributed in the vehicle body can be detected with high accuracy.
In addition, since the charge generation type passive sensor is disposed on the tire equator surface where the tire is greatly deformed, the deformation state of the tire can be detected with higher accuracy.

本実施形態に係る路面状態推定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the road surface state estimation apparatus which concerns on this embodiment. 圧電センサー、検知電極、及び、リファレンス電極の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of a piezoelectric sensor, a detection electrode, and a reference electrode. 圧電素子の配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of a piezoelectric element. 車体の帯電電位の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the charging potential of a vehicle body. タイヤの変形状態と圧電素子に作用する力を示す模式図と、圧電素子の両端に発生する帯電電位の時間変化波形の一例を示す図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a tire deformation state and a force acting on a piezoelectric element, and a diagram illustrating an example of a time-varying waveform of a charging potential generated at both ends of the piezoelectric element. 圧電素子の配置の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of arrangement | positioning of a piezoelectric element. 圧電センサーの他方の電極をフローティングさせたときとさせなかったときの帯電波形を示す図である。It is a figure which shows the electrification waveform when not making it make the other electrode of a piezoelectric sensor float. 静電界シミュレーションに用いた電気的等価モデルを示す図である。It is a figure which shows the electrical equivalent model used for the electrostatic field simulation. 圧電センサーのタイヤ側電極をフローティングさせたときとさせなかったときの電圧分布のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the voltage distribution when not having made the tire side electrode of a piezoelectric sensor float. タイヤ側電極の面積と測定電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the area of a tire side electrode, and a measurement voltage.

図1は、本実施形態に係る路面状態推定装置10の構成を示すブロック図である。
路面状態推定装置10は、電荷発生型パッシブセンサーとしての圧電センサー11と、帯電電位検知手段12と、帯電波形抽出手段13と、記憶手段14と、路面状態推定手段15とを備える。帯電電位検知手段12は、検知電極12aとリファレンス電極12bと増幅器12cとを備える。
図2に示すように、圧電センサー11はタイヤ3の内面に設置され、帯電電位検知手段12は車体2に設置される。また、帯電波形抽出手段13〜路面状態推定手段15までの各手段は、ROMやRAMなどの記憶装置とマイクロコンピュータのプログラムとから構成され、車両1の走行状態を制御する車両制御装置(図示せず)とともに電子ユニットに組み込まれて車体側(例えば、車体2のフレーム上など)に配置される。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a road surface state estimation device 10 according to the present embodiment.
The road surface state estimation device 10 includes a piezoelectric sensor 11 as a charge generation type passive sensor, a charged potential detection unit 12, a charging waveform extraction unit 13, a storage unit 14, and a road surface state estimation unit 15. The charged potential detection means 12 includes a detection electrode 12a, a reference electrode 12b, and an amplifier 12c.
As shown in FIG. 2, the piezoelectric sensor 11 is installed on the inner surface of the tire 3, and the charged potential detection means 12 is installed on the vehicle body 2. Each means from the charging waveform extracting means 13 to the road surface condition estimating means 15 is composed of a storage device such as a ROM and a RAM and a microcomputer program, and a vehicle control device (not shown) for controlling the running state of the vehicle 1. 2) and incorporated in the electronic unit and disposed on the vehicle body side (for example, on the frame of the vehicle body 2).

圧電センサー11は、図3(a)に示すように、圧電素子11aと、素子用電極11b,11cとを備えた電荷発生型パッシブセンサーで、図3(b)に示すように、タイヤ3の内面であるインナーライナー3cの内面に取付けられる。
圧電素子11aを構成する材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT;商品名)などの圧電セラミックスやポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの圧電ポリマーが好適に用いられる。本例では、圧電素子11aとして、PVDFから成る圧電フィルムを用いるとともに、圧電フィルムの両面にそれぞれ素子用電極11b,11cが形成された構成の圧電センサー11を用いている。
また、本例では、図3(c)に示すように、圧電フィルムの長手方向がタイヤ周方向を向くように圧電センサー11をインナーライナー3cのタイヤ径方向内側に配置している。これは、圧電フィルムが、長手方向に伸縮した場合に分極が大きくなるためと、フィルムを用いた方が、円環状であるタイヤ内面に貼付けやすいためである。なお、本例のように、圧電素子11aの長さをタイヤ3の接地長よりも短くしている場合には、圧電素子11aとして圧電セラミックスを用いても特に問題はない。
また、圧電センサー11の取付位置としては、タイヤ走行時の変形が最も大きな位置である、トレッド3aの接地面の幅方向中央に対応する位置(タイヤ赤道面)とすることが発生する電荷量が大きくなるので好ましい。
The piezoelectric sensor 11 is a charge generation type passive sensor provided with a piezoelectric element 11a and element electrodes 11b and 11c, as shown in FIG. 3A. As shown in FIG. It is attached to the inner surface of the inner liner 3c which is the inner surface.
As a material constituting the piezoelectric element 11a, for example, piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate (PZT; trade name) and piezoelectric polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF) are preferably used. In this example, a piezoelectric film made of PVDF is used as the piezoelectric element 11a, and the piezoelectric sensor 11 having a structure in which element electrodes 11b and 11c are formed on both surfaces of the piezoelectric film is used.
Further, in this example, as shown in FIG. 3C, the piezoelectric sensor 11 is disposed on the inner side in the tire radial direction of the inner liner 3c so that the longitudinal direction of the piezoelectric film faces the tire circumferential direction. This is because when the piezoelectric film expands and contracts in the longitudinal direction, the polarization becomes large, and when the film is used, it is easier to stick to the annular tire inner surface. In the case where the length of the piezoelectric element 11a is shorter than the ground contact length of the tire 3 as in this example, there is no particular problem even if piezoelectric ceramic is used as the piezoelectric element 11a.
In addition, as the mounting position of the piezoelectric sensor 11, there is an amount of electric charge generated to be a position corresponding to the center in the width direction of the ground contact surface of the tread 3 a (tire equatorial plane), which is the position where the deformation during tire traveling is the largest. Since it becomes large, it is preferable.

また、本例では、圧電センサー11を、エポキシ樹脂などの絶縁性接着剤を用いてインナーライナー3cの内面側に貼付けている。このとき、インナーライナー3cの内面側を予めバフ研磨して接着面に小さな凹凸をつけてから圧電センサー11を貼付けることが好ましい。これにより、圧電センサー11をタイヤ内面に強固に接着できるので、圧電素子11aを、トレッド3aの変形状態に応じて変形させることができる。また、接着面に小さな凹凸をつけることで、接着層の厚さを均一にできるので、接着状態のバラつきに起因する不要なノイズの発生を防止することができる。   In this example, the piezoelectric sensor 11 is attached to the inner surface side of the inner liner 3c using an insulating adhesive such as an epoxy resin. At this time, it is preferable to affix the piezoelectric sensor 11 after buffing the inner surface side of the inner liner 3c in advance to make small irregularities on the bonding surface. Thereby, since the piezoelectric sensor 11 can be firmly adhered to the tire inner surface, the piezoelectric element 11a can be deformed according to the deformation state of the tread 3a. Moreover, since the thickness of the adhesive layer can be made uniform by providing small irregularities on the adhesive surface, it is possible to prevent the generation of unnecessary noise due to the variation in the adhesive state.

本例では、圧電素子11aの変形状態を精度よく検知するため、圧電センサー11の一方の素子用電極(ここでは、タイヤ気室3sの素子用電極)11bを、リード線11dを介して、タイヤ3のホイール3bに直接接続させるとともに、他方の素子用電極(タイヤ内面側の素子用電極)11cをフローティングさせるようにしている。これに対して、素子用電極11b,11cをそれぞれホイール3bとタイヤ内面とに接続した場合には、圧電素子11aそのものが準静電的には電極として作用するので圧電素子11aがタイヤ3を介して路面4と電気的に結合してしまう。その結果、ホイール3bと路面4とが短絡するので、検知電極12aで検知する帯電電位が低下するだけでなく、不要なノイズが発生してしまい、十分かつ安定したセンサー出力(圧電素子11aの変形状態に起因する帯電電位)を検知することが困難となる。
本例では、圧電素子11aの配線をホイール3b側のみとすることで、ホイール3bに電気的に接続される素子用電極11bを接地側電極とし、他方の電極である素子用電極11cを配線しないようにしている。したがって、ホイール3bに、圧電素子11aのタイヤ3の周方向の伸縮に応じた電荷を効果的に帯電させることができる。
In this example, in order to accurately detect the deformation state of the piezoelectric element 11a, one element electrode (here, the element electrode of the tire chamber 3s) 11b of the piezoelectric sensor 11 is connected to the tire via the lead wire 11d. 3 is directly connected to the wheel 3b, and the other element electrode (element electrode on the tire inner surface side) 11c is floated. On the other hand, when the element electrodes 11b and 11c are respectively connected to the wheel 3b and the tire inner surface, the piezoelectric element 11a itself acts as an electrode quasi-electrostatically, so that the piezoelectric element 11a passes through the tire 3. Thus, it is electrically coupled to the road surface 4. As a result, since the wheel 3b and the road surface 4 are short-circuited, not only the charging potential detected by the detection electrode 12a is lowered, but also unnecessary noise is generated, and sufficient and stable sensor output (deformation of the piezoelectric element 11a) It becomes difficult to detect the charging potential due to the state.
In this example, the wiring of the piezoelectric element 11a is only on the wheel 3b side, so that the element electrode 11b electrically connected to the wheel 3b is a ground side electrode and the element electrode 11c which is the other electrode is not wired. I am doing so. Therefore, the electric charge according to the expansion-contraction of the circumferential direction of the tire 3 of the piezoelectric element 11a can be effectively charged to the wheel 3b.

なお、タイヤ3のホイール3bと電気的に接続させるためには、必ずしも素子用電極11bとホイール3bとを直接リード線11dで結合する必要はなく、例えば、素子用電極11bをビード部3d近傍まで延在させた構成としてもよい。これにより、素子用電極11cとホイール3bとを確実に容量結合させることができるので、ホイール3bに、圧電素子11aのタイヤの周方向の伸縮に応じた電荷を帯電させることができる。
素子用電極11cをフローティングさせるには、例えば、他方の電極である素子用電極11cとインナーライナー3cの内面側との間に高抵抗の絶縁体を配置するなどすればよい。また、素子用電極11cを省略してもよい。
本例では、前述したように、圧電センサー11をタイヤ内面に装着する際に、接着剤として、エポキシ樹脂などの絶縁性接着剤を使用しているので、素子用電極11cはフローティング状態にある。なお、本例のように、圧電素子11aの長さがタイヤ3の接地長よりも短く、素子用電極11b,11cの面積が小さい場合には、素子用電極11cとタイヤ3とが直接接続している部分があっても、素子用電極11cはほぼフローティング状態にあると見做すことができる。
In order to electrically connect the wheel 3b of the tire 3, it is not always necessary to directly couple the element electrode 11b and the wheel 3b with the lead wire 11d. It is good also as the structure extended. Accordingly, the element electrode 11c and the wheel 3b can be reliably capacitively coupled, so that the wheel 3b can be charged with a charge corresponding to the expansion and contraction of the piezoelectric element 11a in the circumferential direction of the tire.
In order to float the element electrode 11c, for example, a high-resistance insulator may be disposed between the element electrode 11c as the other electrode and the inner surface side of the inner liner 3c. Further, the element electrode 11c may be omitted.
In this example, as described above, when the piezoelectric sensor 11 is attached to the tire inner surface, an insulating adhesive such as an epoxy resin is used as an adhesive, so that the element electrode 11c is in a floating state. As in this example, when the length of the piezoelectric element 11a is shorter than the grounding length of the tire 3 and the area of the element electrodes 11b and 11c is small, the element electrode 11c and the tire 3 are directly connected. Even if there is a portion, the element electrode 11c can be regarded as being in a substantially floating state.

帯電電位検知手段12の検知電極12aは平板状の電極で、車体2の外側表面に対して所定の空隙を隔てて配置され、車体2と容量結合される。本例では、車体2の外側表面と検知電極12aとの間の空隙に厚さが一定の板状の誘電体を介挿することで、車体2との間の静電容量を大きくするとともに、前記空隙を確保するようにしている。
一方、リファレンス電極12bも平板状の電極から構成され、支持部材5により、車体2と電気的に絶縁した状態で車体2の外側表面に取付けられる。図2に示すように、支持部材5は、車体2の外表面に設けられた防振台5aと、防振台5a上に設けられた筒状の支持台5bと、支持台5bの上端から突出するように取付けられたアクリル,ウレタン等の樹脂から成る棒状の支持棒5cとを備えており、リファレンス電極12bは支持棒5cの先端に取付けられる。これにより、リファレンス電極12bを帯電している車体2から遠くに離す(例えば、100[mm]以上)ことができるとともに、リファレンス電極12bと車体2とを電気的に絶縁できるので、リファレンス電極12bを安定的に零電位に保つことができる。
増幅器12cは、FET(Field Effect Transistor)等の検知素子及びアンプを有しており、検知電極12aとリファレンス電極12bとの間の電位である帯電電位を検知して増幅する。
The detection electrode 12 a of the charging potential detection means 12 is a flat electrode, is disposed with a predetermined gap from the outer surface of the vehicle body 2, and is capacitively coupled to the vehicle body 2. In this example, by inserting a plate-like dielectric material having a constant thickness in the gap between the outer surface of the vehicle body 2 and the detection electrode 12a, the capacitance between the vehicle body 2 and the vehicle body 2 is increased. The gap is ensured.
On the other hand, the reference electrode 12 b is also composed of a plate-like electrode, and is attached to the outer surface of the vehicle body 2 in a state of being electrically insulated from the vehicle body 2 by the support member 5. As shown in FIG. 2, the support member 5 includes a vibration isolation table 5 a provided on the outer surface of the vehicle body 2, a cylindrical support table 5 b provided on the vibration isolation table 5 a, and an upper end of the support table 5 b. And a bar-like support bar 5c made of a resin such as acrylic or urethane, which is attached so as to protrude, and the reference electrode 12b is attached to the tip of the support bar 5c. Accordingly, the reference electrode 12b can be separated from the charged vehicle body 2 (for example, 100 [mm] or more), and the reference electrode 12b and the vehicle body 2 can be electrically insulated. It can be stably kept at zero potential.
The amplifier 12c includes a detection element such as an FET (Field Effect Transistor) and an amplifier, and detects and amplifies a charged potential that is a potential between the detection electrode 12a and the reference electrode 12b.

車体2とタイヤ3とは容量結合しているので、車体2の外表面には、タイヤ3と路面4との間の静電容量の変化に起因する帯電電位(以下、ベース電位という)に、タイヤ1回転毎に出現するタイヤの変形に起因する帯電電位(以下、圧電電位という)が重畳された帯電電位が発生する。したがって、検知電極12aとリファレンス電極12bとの間には、タイヤ3と路面4との接触によりトレッド3aに帯電した電荷を発生源として車体2全体に分布したベース電位と、圧電素子11aの伸縮に応じて発生しホイール3bに帯電した電荷とを発生源とした圧電電位とを含む帯電電位の信号が連続的に出力される。
圧電電位は、路面状態によらず、ベース電位に比較して大きく、かつ、ベース電位の周波数は圧電電位の周波数よりも高いので、帯電電圧の時間変化波形は、図4に示すように、ベース電位に圧電電位が重畳されたものとなる。これは、車体側に設けられた検知電極12aが、タイヤ側に設けられた圧電素子11aの出力を検出していることを意味している。つまり、タイヤ側で発生した圧電素子11aの変形状態に対応する信号は、送信機などの通信手段を用いることなく、車体2側に送られる。
Since the vehicle body 2 and the tire 3 are capacitively coupled, the outer surface of the vehicle body 2 has a charging potential (hereinafter referred to as a base potential) due to a change in electrostatic capacitance between the tire 3 and the road surface 4. A charging potential is generated in which a charging potential (hereinafter referred to as a piezoelectric potential) due to the deformation of the tire that appears every rotation of the tire is superimposed. Therefore, between the detection electrode 12a and the reference electrode 12b, the base potential distributed over the entire vehicle body 2 using the electric charge charged to the tread 3a due to the contact between the tire 3 and the road surface 4 as a generation source, and the expansion and contraction of the piezoelectric element 11a. In response, a charge potential signal including a piezoelectric potential generated using the charge generated on the wheel 3b as a generation source is continuously output.
The piezoelectric potential is larger than the base potential regardless of the road surface condition, and the frequency of the base potential is higher than the frequency of the piezoelectric potential, so that the time-varying waveform of the charging voltage is as shown in FIG. The piezoelectric potential is superimposed on the potential. This means that the detection electrode 12a provided on the vehicle body side detects the output of the piezoelectric element 11a provided on the tire side. That is, a signal corresponding to the deformation state of the piezoelectric element 11a generated on the tire side is sent to the vehicle body 2 side without using communication means such as a transmitter.

帯電波形抽出手段13は、増幅器12cで増幅されて連続的に出力される帯電電位の信号をA/D変換するとともに、帯電電位のタイヤ1回転分の長さの時間変化波形(以下、帯電波形という)を抽出する。なお、抽出する帯電波形としては、タイヤ2回転分あるいは3回転分以上の長さであってもよい。これにより、複数回転での平均を採ることができるので、路面状態の推定精度が向上する。
このとき、フィルタを用いて高周波成分を除去するとともに、圧電素子11aの接着状態に起因する低周波ノイズを除去するようにすれば、ベース電位も小さくなるので、車体2側にて、圧電電位の時間変化波形(センサーの出力波形)に近い帯電波形を抽出することができる。
The charging waveform extracting means 13 performs A / D conversion on the signal of the charging potential that is amplified and continuously output by the amplifier 12c, and also changes the time-dependent waveform of the charging potential for one rotation of the tire (hereinafter referred to as charging waveform). Extract). Note that the charging waveform to be extracted may have a length of two rotations of the tire or three or more rotations. Thereby, since the average in multiple rotation can be taken, the estimation accuracy of a road surface state improves.
At this time, if the high frequency component is removed using a filter and low frequency noise caused by the adhesion state of the piezoelectric element 11a is removed, the base potential is also reduced. A charging waveform close to a time change waveform (sensor output waveform) can be extracted.

記憶手段14は、予め様々な路面状態を走行させて作成した帯電波形に出現する蹴り出し点Ekにおけるピーク値である基準ピーク値Vk(R)と、そのときの路面状態Rとを対応させたR−Vテーブル14Tと、路面状態の判定に用いる閾値Kとを記憶する。
路面状態推定手段15は、ピーク値算出部15aと判定部15bとを備え、帯電波形抽出手段13で抽出した帯電波形からタイヤ3の走行している路面4の状態を推定する。具体的には、ピーク値算出部15aにて、帯電波形に出現する蹴り出し点Ekにおけるピーク値Vkを算出し、判定部15bにて、前記算出されたピーク値VkとR−Vテーブル14Tに記憶された基準ピーク値Vk(R)とを比較して路面状態を推定する。
例えば、路面状態が乾燥路面であるかWET路面であるかを判定する場合には、記憶手段14に、乾燥路面での基準ピーク値Vk(RD)とWET路面での基準ピーク値Vk(RW)とを、それぞれ乾燥路面及びWET路面に対応させたR−Vテーブル14Tを記憶させておき、帯電波形から算出された蹴り出し点Ekにおけるピーク値Vkと乾燥路面での基準ピーク値Vk(RD)及びWET路面での基準ピーク値Vk(RW)とを比較して路面状態を推定する。乾燥路面での基準ピーク値Vk(RD)はWET路面での基準ピーク値Vk(RW)よりも大きいので、算出されたピーク値Vkの大きさと基準ピーク値Vk(RD),Vk(RW)との大小関係を調べれば、路面状態を容易に推定できる。
The storage means 14 associates the reference peak value V k (R), which is the peak value at the kicking point E k that appears in the charging waveform created by running various road surface conditions in advance, with the road surface state R at that time. The R-V table 14T and the threshold value K used for determination of the road surface state are stored.
The road surface state estimation means 15 includes a peak value calculation unit 15 a and a determination unit 15 b, and estimates the state of the road surface 4 on which the tire 3 is traveling from the charging waveform extracted by the charging waveform extraction unit 13. Specifically, the peak value calculation unit 15a calculates the peak value V k at the kicking point E k that appears in the charging waveform, and the determination unit 15b calculates the calculated peak value V k and R−V. The road surface condition is estimated by comparing with the reference peak value V k (R) stored in the table 14T.
For example, if the road surface condition to determine whether the WET road or a dry road surface, the storage unit 14, the reference peak value V k of a dry road surface (R D) and the reference peak value V k in WET road (R W ) is stored in the RV table 14T corresponding to the dry road surface and the WET road surface, respectively, and the peak value V k at the kicking point E k calculated from the charging waveform and the reference on the dry road surface are stored. The road surface condition is estimated by comparing the peak value V k (R D ) with the reference peak value V k (R W ) on the WET road surface. Since the reference peak value V k (R D ) on the dry road surface is larger than the reference peak value V k (R W ) on the WET road surface, the magnitude of the calculated peak value V k and the reference peak value V k (R D ), V k (R W ), the road surface condition can be easily estimated by examining the magnitude relationship.

次に、路面状態推定装置10の動作について説明する。
インナーライナー3cの内側に圧電センサー11を取付けたタイヤ3を装着した車両を走行させて、車体2側に設けられた検知電極12aにてタイヤ3と路面4との間の静電容量の変化に起因するベース電位に、圧電素子11aの変形状態に応じて変化する圧電電位が重畳された帯電電位を検出する。
ベース電位は、タイヤ3と路面4との接触によりトレッド3aに帯電した電荷を発生源として車体2全体に分布した帯電電位で、その振幅は路面状態により変化する。なお、WET路面におけるベース電位の振幅の平均値は乾燥路面におけるベース電位の振幅の平均値の約1/5程度の大きさである。
一方、圧電電位も、タイヤ3の接地状態(ここでは、タイヤ3に作用する路面4からの摩擦力)により変化する。また、図4に示すように、ベース電位が時間的に正負に変化するのに対して、圧電電位は、踏み込み点と蹴り出し点とに大きなピークを有する波形がタイヤ1回転毎に出現する。これら2つのピークは、WET路面においても乾燥路面においてもベース電位よりもはるかに大きな振幅を有する。
Next, operation | movement of the road surface state estimation apparatus 10 is demonstrated.
A vehicle equipped with a tire 3 with a piezoelectric sensor 11 attached to the inner liner 3c is run, and the capacitance between the tire 3 and the road surface 4 is changed by a detection electrode 12a provided on the vehicle body 2 side. A charging potential in which a piezoelectric potential that changes in accordance with the deformation state of the piezoelectric element 11a is superimposed on the resulting base potential is detected.
The base potential is a charging potential distributed over the entire vehicle body 2 using the electric charge charged on the tread 3a by the contact between the tire 3 and the road surface 4 as a generation source, and the amplitude thereof changes depending on the road surface state. The average value of the base potential amplitude on the WET road surface is about 1/5 of the average value of the base potential amplitude on the dry road surface.
On the other hand, the piezoelectric potential also changes depending on the ground contact state of the tire 3 (here, the frictional force from the road surface 4 acting on the tire 3). Further, as shown in FIG. 4, the base potential changes positively and negatively with time, whereas the piezoelectric potential has a waveform having a large peak at the stepping-on point and the kicking-out point every time the tire rotates. These two peaks have a much larger amplitude than the base potential on both WET and dry road surfaces.

図5(a)は、走行時のタイヤ3の変形状態と圧電素子11aに作用する力を示す模式図で、同図の左右方向が車両1の前後方向、紙面に垂直な方向が車軸方向である。同図に示すように、タイヤ3が接地している箇所では円弧状であったタイヤ3の形状は荷重により引き伸ばされる。すなわち、タイヤ3の接地している領域(接地領域)では、タイヤ3には車両前後方向の引張応力が作用する。これに対して、接地する前の領域(踏み込み点Efよりも前の領域;踏み込み前領域)と接地面から離れた後の領域(蹴り出し点Ekよりも後の領域;蹴り出し後領域)では、圧縮応力が作用する。圧電素子11aが周方向の圧縮応力を受けたときにはタイヤ気室3s側が(+)に帯電し、引張応力を受けたときには(−)に帯電するように分極されているとすると、圧電素子11aの両端には、図5(b)に示すような、踏み込み点Efに(+)のピークを有し蹴り出し点Ekに(−)のピークを有する帯電電位が発生する。 FIG. 5A is a schematic diagram showing the deformation state of the tire 3 during traveling and the force acting on the piezoelectric element 11a. The left-right direction in the figure is the front-rear direction of the vehicle 1, and the direction perpendicular to the paper surface is the axle direction. is there. As shown in the figure, the shape of the tire 3 that was arcuate at the place where the tire 3 is in contact with the ground is stretched by a load. That is, in the region where the tire 3 is grounded (grounding region), the tire 3 is subjected to tensile stress in the vehicle longitudinal direction. In contrast, the region prior to the grounding (the region before the depression point E f; depression front region); area after kicking area after than the region (trailing point E k after leaving from the ground plane and ), Compressive stress acts. If the piezoelectric element 11a is polarized so that the tire chamber 3s side is charged to (+) when it receives a compressive stress in the circumferential direction and is charged to (-) when it receives a tensile stress, the piezoelectric element 11a At both ends, a charging potential having a (+) peak at the depression point E f and a (−) peak at the kicking point E k as shown in FIG. 5B is generated.

本例では、圧電センサー11のタイヤ気室3s側の素子用電極11bを、リード線11dを介して、タイヤ3のホイール3bと電気的に接続させるとともに、タイヤ内面側の素子用電極11cはフローティングされているので、素子用電極11bにはホイール3bから電荷が流れ込んで蓄積されるとともに、ホイール3bが帯電する。このとき、ホイール3bの帯電電位は、圧電素子11aの帯電電位、すなわち、圧電素子11aのタイヤ3の周方向の伸縮に応じた帯電電位となる。
したがって、車体2側に帯電電位検知手段12として検知電極12aとリファレンス電極12bとを設けて、車体2の帯電電位を検知すれば、タイヤ3と路面4との間の静電容量の変化に起因するベース電位と、圧電素子11aの変形状態に応じて変化する圧電電位とを同時に検知することができる。なお、帯電電位は増幅器12cで増幅されて帯電波形抽出手段13に送られる。
In this example, the element electrode 11b on the tire chamber 3s side of the piezoelectric sensor 11 is electrically connected to the wheel 3b of the tire 3 via the lead wire 11d, and the element electrode 11c on the tire inner surface side is floating. As a result, charges flow from the wheel 3b into the element electrode 11b and are accumulated, and the wheel 3b is charged. At this time, the charging potential of the wheel 3b is a charging potential corresponding to the charging potential of the piezoelectric element 11a, that is, the expansion and contraction of the piezoelectric element 11a in the circumferential direction of the tire 3.
Therefore, if the detection electrode 12a and the reference electrode 12b are provided as the charging potential detection means 12 on the vehicle body 2 side, and the charging potential of the vehicle body 2 is detected, the change in capacitance between the tire 3 and the road surface 4 is caused. The base potential to be detected and the piezoelectric potential that changes in accordance with the deformation state of the piezoelectric element 11a can be detected simultaneously. The charged potential is amplified by the amplifier 12c and sent to the charging waveform extracting means 13.

次に、帯電波形抽出手段13にて、帯電電位のタイヤ1回転の長さの時間変化波形である帯電波形を抽出する。
次に、この抽出された帯電波形から蹴り出し点Ekにおけるピーク値Vkを算出し、この算出されたピーク値Vkと乾燥路面での基準ピーク値Vk(RD)とWET路面での基準ピーク値Vk(RW)とを比較し、|Vk(RD)−Vk|<KDであれば路面は乾燥路面であると推定し、|Vk(RW)−Vk|<KWであればWET路面であると推定する。いずれでもない場合には、再度ピーク値Vkを算出して基準ピーク値Vk(R)と比較する。
なお、算出されたピーク値Vkの大きさと基準ピーク値Vk(RD),Vk(RW)との大小関係から路面状態を推定してもよい。
Next, the charging waveform extraction means 13 extracts a charging waveform that is a time-varying waveform of the length of one rotation of the tire at the charging potential.
Next, the peak value V k at the kicking point E k is calculated from the extracted charging waveform, and the calculated peak value V k , the reference peak value V k (R D ) on the dry road surface, and the WET road surface are calculated. Is compared with the reference peak value V k (R W ), and if | V k (R D ) −V k | <K D , the road surface is estimated to be a dry road surface, and | V k (R W ) − If V k | <K W , the road surface is estimated to be a WET road surface. If none of them is found, the peak value V k is calculated again and compared with the reference peak value V k (R).
The road surface condition may be estimated from the magnitude relationship between the magnitude of the calculated peak value V k and the reference peak values V k (R D ), V k (R W ).

このように、実施の形態では、タイヤ3内に配置された圧電センサー11のタイヤ気室3s側の素子用電極11bをホイール3bと電気的に結合させ、タイヤ内面側の素子用電極11cをフローティングさせるとともに、車体2側に検知電極12aとリファレンス電極12bとを設けて、車体2に分布する帯電電位を検知することで、タイヤ3と路面4との接触によりトレッド3aに帯電した電荷を発生源として車体2全体に分布した帯電電位とこの帯電電位に重畳される圧電センサー11の変形状態に起因する帯電電位を車体2側で検知するようにしたので、無線通信を用いることなく、圧電センサー11の変形状態を検知することが可能となる。また、検知された帯電電位の時間変化波形である帯電波形から当該タイヤの接地状態を推定するようにしたので、タイヤに電池や蓄電回路、発電素子などの電力供給手段を設けることなく、タイヤの接地状態を確実に推定することができる。   As described above, in the embodiment, the element electrode 11b on the tire chamber 3s side of the piezoelectric sensor 11 disposed in the tire 3 is electrically coupled to the wheel 3b, and the element electrode 11c on the tire inner surface side is floated. In addition, the detection electrode 12a and the reference electrode 12b are provided on the vehicle body 2 side to detect the charging potential distributed in the vehicle body 2, thereby generating the charge charged in the tread 3a by the contact between the tire 3 and the road surface 4. As described above, the vehicle body 2 side detects the charging potential distributed throughout the vehicle body 2 and the deformation state of the piezoelectric sensor 11 superimposed on the charging potential, so that the piezoelectric sensor 11 can be used without using wireless communication. It becomes possible to detect the deformation state. In addition, since the ground contact state of the tire is estimated from the charging waveform that is a time-varying waveform of the detected charging potential, the tire is not provided with power supply means such as a battery, a power storage circuit, and a power generation element. The grounding state can be reliably estimated.

なお、前記実施の形態では、圧電フィルムの長手方向がタイヤ周方向を向くように配置して路面状態を推定したが、図6(a)に示すように、圧電フィルムの長手方向がタイヤ幅方向を向くように配置したり、タイヤ周方向とタイヤ幅方向とに交差するように配置することで、横力や前後力などのタイヤ接地面に作用する多方向の力を求めることができる。図6(b)に示すように、タイヤ3の接地面に踏面に路面摩擦力が作用した場合には、圧電フィルムの長手方向がタイヤ周方向を向いている圧電センサー11Aのピーク値が最も大きく、長手方向がタイヤ幅方向を向いている圧電センサー11Bのピーク値が最も小さくなり、長手方向がタイヤ周方向に対して45°傾いている圧電センサー11C,11Dのピーク値はその中間の大きさになる。一方、タイヤ3に横力が作用すると、圧電センサー11Aのピーク値は変わらないが、圧電センサー11B〜11Dのピーク値は大きくなる。したがって、圧電センサー11A〜11Dのピーク値を比較することでタイヤ3に作用する横力の大きさを推定することができる。
また、タイヤ3の周方向に沿って、長手方向の向きが互いに異なる複数の圧電フィルムを貼着すると、図6(c)に示すように、タイヤ1周分の周期Tで、長手方向の向きが異なる複数の圧電センサー11A〜11Dの帯電電位が所定の時間間隔で出現するので、タイヤ接地面に作用する多方向の力を時限で切り分けてタイヤ3に作用する力の成分を分離して取り出すことができる。
また、タイヤ接地面に作用する多方向の力を分離することで、スリップ角やキャンバー角などのタイヤの姿勢角も推定できる。
In the above-described embodiment, the road surface state is estimated by arranging the piezoelectric film so that the longitudinal direction of the piezoelectric film faces the tire circumferential direction. However, as shown in FIG. 6A, the longitudinal direction of the piezoelectric film is the tire width direction. It is possible to obtain multi-directional forces acting on the tire contact surface such as lateral force and longitudinal force by arranging the tires so as to face each other or crossing the tire circumferential direction and the tire width direction. As shown in FIG. 6B, when road frictional force acts on the tread on the ground contact surface of the tire 3, the peak value of the piezoelectric sensor 11A in which the longitudinal direction of the piezoelectric film faces the tire circumferential direction is the largest. The peak value of the piezoelectric sensor 11B in which the longitudinal direction faces the tire width direction is the smallest, and the peak value of the piezoelectric sensors 11C and 11D in which the longitudinal direction is inclined by 45 ° with respect to the tire circumferential direction is an intermediate size. become. On the other hand, when a lateral force acts on the tire 3, the peak value of the piezoelectric sensor 11A does not change, but the peak values of the piezoelectric sensors 11B to 11D increase. Therefore, the magnitude of the lateral force acting on the tire 3 can be estimated by comparing the peak values of the piezoelectric sensors 11A to 11D.
In addition, when a plurality of piezoelectric films having different longitudinal directions are attached along the circumferential direction of the tire 3, the longitudinal direction has a period T corresponding to one round of the tire, as shown in FIG. 6C. Since the charging potentials of the plurality of piezoelectric sensors 11A to 11D having different values appear at predetermined time intervals, the multi-directional force acting on the tire contact surface is separated by time and the components of the force acting on the tire 3 are separated and extracted. be able to.
Further, by separating multidirectional forces acting on the tire contact surface, it is possible to estimate the tire posture angle such as the slip angle and the camber angle.

また、前記実施の形態では、帯電波形に出現する蹴り出し点Ekにおけるピーク値Vkから路面状態を推定したが、記憶手段14に、踏み込み点Efにおけるピーク値と路面状態との関係を示すテーブルと、蹴り出し点Ekにおけるピーク値と路面状態との関係を示すテーブルの両方を記憶させておき、路面状態推定手段15では踏み込み点Efにおけるピーク値と蹴り出し点Ekにおけるピーク値との両方を用いて路面状態を推定してもよい。あるいは、記憶手段14に、帯電波形そのものを路面状態毎に記憶させておき、検出した帯電波形と記憶手段14に記憶しておいた路面状態毎の帯電波形とを比較して路面状態を推定してもよい。
なお、本例では、圧電センサー11を1個としているが、複数個の圧電センサー11をタイヤ周方向に所定距離離隔して取付け、帯電波形に出現する蹴り出し点Ekにおけるピーク値Vkの平均値と基準ピーク値Vk(RD),Vk(RW)とを比較して路面状態を推定してもよい。
In the above embodiment, the road surface state is estimated from the peak value V k at the kicking point E k that appears in the charging waveform. However, the storage means 14 shows the relationship between the peak value at the depression point E f and the road surface state. And a table showing the relationship between the peak value at the kicking point E k and the road surface state are stored, and the road surface state estimating means 15 stores the peak value at the stepping point E f and the peak at the kicking point E k . The road surface condition may be estimated using both of the values. Alternatively, the storage unit 14 stores the charging waveform itself for each road surface state, and compares the detected charging waveform with the charging waveform stored for each road surface state stored in the storage unit 14 to estimate the road surface state. May be.
In this example, one piezoelectric sensor 11 is provided, but a plurality of piezoelectric sensors 11 are attached at a predetermined distance in the tire circumferential direction, and the peak value V k at the kicking point E k appearing in the charging waveform is shown. The road surface condition may be estimated by comparing the average value with the reference peak values V k (R D ) and V k (R W ).

また、前記実施の形態では、帯電波形抽出手段13にて、タイヤ1回転分の帯電波形を抽出したが、2回転あるいは3回転以上の長さの帯電波形を抽出してもよい。これにより、複数回転での圧電電位の平均を採ることができるので、路面状態の推定精度を向上させることができる。
また、少なくとも2つ以上の時間的に前後する圧電波形が含まれる帯電波形を求めれば、タイヤ3が1回転に要する時間である回転時間を求めることが可能となる。具体的には、タイヤ3の径と2つの時間変化波形に重畳された圧電波形の踏み込み点Efのピーク間の時間もしくは蹴り出し点Ekのピーク間の時間が回転時間となる。
In the above embodiment, the charging waveform extraction unit 13 extracts the charging waveform for one rotation of the tire. However, a charging waveform having a length of two or three or more rotations may be extracted. Thereby, since the average of the piezoelectric potential in a plurality of rotations can be taken, the estimation accuracy of the road surface state can be improved.
Further, if a charging waveform including at least two or more time-varying piezoelectric waveforms is obtained, it is possible to obtain a rotation time that is a time required for the tire 3 to make one rotation. Specifically, the rotation time is the time between the peak of the depression point E f or the peak of the kicking point E k of the piezoelectric waveform superimposed on the diameter of the tire 3 and two time-varying waveforms.

<実験例>
図7(a)は、圧電センサー11の一方の電極(素子用電極11b)をホイールに導通させ、他方の電極(素子用電極11c)をフローティング状態にした場合の帯電波形で、図7(b)は、素子用電極11cを、タイヤ3のインナーライナー3cの内面側に設けた銅箔(タイヤ側リファレンス電極)に導通させた場合の帯電波形である。このように、圧電センサーの素子用電極11cをフローティングした方が、大きな信号電圧を得ることができることが実験的に確認された。
また、このような傾向について、図8(a),(b)に示すような、電気的等価モデルを作成して、静電界シミュレーション(EEM-STF)による裏付けを行った。
具体的には、圧電素子11aを点電荷21とし、素子用電極11bを面電極(ホイール側電極22)とし、素子用電極11cとタイヤ側リファレンス電極とを面電極(タイヤ側電極23)とした。また、ホイール3bとリード線11dとを導体24とし、タイヤ3を誘電率がε=2.4である直方体状の誘電体25とした。符号26は路面である。
ここで、圧電素子11aの長さ方向をX方向、幅方向をY方向、厚み方向をZ方向とし、ホイール側電極22の長さを30mm、幅を10mmとした。また、タイヤ側電極23の幅を10mmとし長さを可変とすることでタイヤ側電極23の電極面積を可変とした。なお、誘電体25の厚さは10mmであり、素子用電極11cがフローティングされている場合には、タイヤ側電極23の面積は零として計算した。
<Experimental example>
FIG. 7A shows a charging waveform when one electrode (element electrode 11b) of the piezoelectric sensor 11 is electrically connected to the wheel and the other electrode (element electrode 11c) is in a floating state. ) Is a charging waveform when the element electrode 11c is electrically connected to a copper foil (tire side reference electrode) provided on the inner surface side of the inner liner 3c of the tire 3. Thus, it has been experimentally confirmed that a larger signal voltage can be obtained by floating the element electrode 11c of the piezoelectric sensor.
Further, an electrical equivalent model as shown in FIGS. 8A and 8B was created for such a tendency, and was supported by an electrostatic field simulation (EEM-STF).
Specifically, the piezoelectric element 11a is a point charge 21, the element electrode 11b is a surface electrode (wheel side electrode 22), and the element electrode 11c and the tire side reference electrode are surface electrodes (tire side electrode 23). . Further, the wheel 3b and the lead wire 11d were used as the conductor 24, and the tire 3 was formed as a rectangular parallelepiped dielectric 25 having a dielectric constant ε = 2.4. Reference numeral 26 denotes a road surface.
Here, the length direction of the piezoelectric element 11a is the X direction, the width direction is the Y direction, the thickness direction is the Z direction, and the length of the wheel side electrode 22 is 30 mm and the width is 10 mm. Moreover, the electrode area of the tire side electrode 23 was made variable by setting the width of the tire side electrode 23 to 10 mm and making the length variable. In addition, when the thickness of the dielectric 25 was 10 mm and the element electrode 11c was floated, the area of the tire side electrode 23 was calculated as zero.

図9(a),(b)は、静電界シミュレーションにより求めた電圧分布を示す図で、(a)図が素子用電極11cをフローティング状態にした場合、(b)図がタイヤ側リファレンス電極の面積を1000mm2としたときの電圧分布である。なお、路面26の電位を0Vとした。
素子用電極11cをフローティング状態にした方が、ホイール側電極22と導体24の周りの電位が高くなっている。すなわち、素子用電極11cをフローティングした方がホイール3bに帯電する電荷量が多いことが分かる。
図10は、タイヤ側電極23の面積と測定点(導体24先端)の電圧値との関係を示す図である。同図に示すように、タイヤ側電極23の面積が大きいほど測定電圧値が低下することが分かる。これにより、圧電センサーの素子用電極11cをフローティングした方が、大きな信号電圧を得ることができることが静電界シミュレーションによっても確認された。
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing voltage distributions obtained by electrostatic field simulation. FIG. 9A shows a case where the device electrode 11c is in a floating state, and FIG. This is the voltage distribution when the area is 1000 mm 2 . The potential of the road surface 26 was set to 0V.
The potential around the wheel-side electrode 22 and the conductor 24 is higher when the element electrode 11c is in a floating state. That is, it can be seen that the amount of charge charged on the wheel 3b is larger when the element electrode 11c is floated.
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the area of the tire-side electrode 23 and the voltage value at the measurement point (conductor 24 tip). As shown in the figure, it can be seen that the measured voltage value decreases as the area of the tire-side electrode 23 increases. Accordingly, it was confirmed by electrostatic field simulation that a larger signal voltage can be obtained by floating the element electrode 11c of the piezoelectric sensor.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the embodiment. It is apparent from the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

1 車両、2 車体、3 タイヤ、3a トレッド、3b ホイール、
3c インナーライナー、3d ビード部、3s タイヤ気室、4 路面、
5 支持部材、10 路面状態推定装置、11 圧電センサー、11a 圧電素子、
11b,11c 素子用電極、11d リード線、12 帯電電位検知手段、
12a 検知電極、12b リファレンス電極、12c 増幅器、
13 帯電波形抽出手段、14 記憶手段、14T R−Vテーブル、
15 路面状態推定手段、15a ピーク値算出部、15b 判定部。
1 vehicle, 2 body, 3 tires, 3a tread, 3b wheel,
3c inner liner, 3d bead, 3s tire chamber, 4 road surface,
5 support member, 10 road surface state estimation device, 11 piezoelectric sensor, 11a piezoelectric element,
11b, 11c element electrodes, 11d lead wires, 12 charged potential detection means,
12a sensing electrode, 12b reference electrode, 12c amplifier,
13 charging waveform extraction means, 14 storage means, 14TRV table,
15 road surface state estimation means, 15a peak value calculation unit, 15b determination unit.

Claims (6)

タイヤ内に配置された電荷発生型パッシブセンサーの変形状態を車体側にて検知する方法であって、
車体側に、車体における金属部位の表面に配置される検出電極と、前記車体の外側表面から空間を隔てて配置されるリファレンス電極とを設けるとともに、
前記電荷発生型パッシブセンサーの一方の電極をホイールと電気的に結合させ、他方の電極をフローティングさせた状態で、前記検出電極と前記リファレンス電極との間の電位である車体に分布する帯電電位の時間変化波形を検出し、
前記検出された帯電電位の時間変化波形から前記電荷発生型パッシブセンサーの変形状態を検知することを特徴とするタイヤ内センサーの変形状態検知方法。
A method for detecting a deformation state of a charge generation type passive sensor disposed in a tire on a vehicle body side,
On the vehicle body side, a detection electrode disposed on the surface of the metal part in the vehicle body and a reference electrode disposed with a space from the outer surface of the vehicle body are provided.
In the state where one electrode of the charge generation type passive sensor is electrically coupled to the wheel and the other electrode is floated, the charged potential distributed in the vehicle body is the potential between the detection electrode and the reference electrode. Detect time-varying waveforms
A method for detecting a deformation state of a sensor in a tire, wherein the deformation state of the charge generation type passive sensor is detected from the time-varying waveform of the detected charging potential.
タイヤ内に配置された電荷発生型パッシブセンサーの変形状態に基づいて走行中のタイヤの接地状態を推定する方法であって、
車体側に、車体における金属部位の表面に配置される検出電極と、前記車体の外側表面から空間を隔てて配置されるリファレンス電極とを設けるとともに、
前記電荷発生型パッシブセンサーの一方の電極をホイールと電気的に結合させ、他方の電極をフローティングさせた状態で、前記検出電極と前記リファレンス電極との間の電位である車体に分布する帯電電位の時間変化波形を検出し、
前記検出された帯電電位の時間変化波形から前記電荷発生型パッシブセンサーの変形により発生する帯電電位の変化を検知し、
前記検知された前記電荷発生型パッシブセンサーの変形により発生する帯電電位の変化に基づいて当該タイヤの接地状態を推定することを特徴とするタイヤ接地状態推定方法。
A method for estimating a ground contact state of a running tire based on a deformation state of a charge generation type passive sensor disposed in the tire,
On the vehicle body side, a detection electrode disposed on the surface of the metal part in the vehicle body and a reference electrode disposed with a space from the outer surface of the vehicle body are provided.
In the state where one electrode of the charge generation type passive sensor is electrically coupled to the wheel and the other electrode is floated, the charged potential distributed in the vehicle body is the potential between the detection electrode and the reference electrode. Detect time-varying waveforms
Detecting a change in charging potential generated by deformation of the charge generating passive sensor from the time-varying waveform of the detected charging potential,
A tire ground contact state estimation method, wherein the tire ground contact state is estimated based on a change in the charged potential generated by the detected deformation of the charge generation type passive sensor.
タイヤ内に車両走行時のタイヤの変形状態を検知するセンサーを配置し、前記センサーで検知された当該タイヤの変形状態から、当該タイヤの接地状態を推定するタイヤ接地状態推定装置であって、
前記センサーとして電荷発生型パッシブセンサーを用いるとともに、
車体における金属部位の表面に配置される検出電極と、
前記車体の外側表面から空間を隔てて配置されるリファレンス電極と、
前記検出電極と前記リファレンス電極との間の電位である車体に分布する帯電電位の時間変化波形を検出する帯電電位検出手段と、
前記検出された帯電電位の時間変化波形から当該タイヤの接地状態を推定するタイヤ接地状態推定手段とを備え、
前記電荷発生型パッシブセンサーの一方の電極をホイールと電気的に結合させ、他方の電極をフローティングさせたことを特徴とするタイヤ接地状態推定装置。
A tire ground contact state estimation device for disposing a sensor that detects a deformation state of a tire during vehicle travel in the tire and estimating a ground contact state of the tire from a deformation state of the tire detected by the sensor,
While using a charge generation type passive sensor as the sensor,
A detection electrode disposed on the surface of a metal part in the vehicle body;
A reference electrode disposed at a distance from the outer surface of the vehicle body;
A charging potential detecting means for detecting a time-varying waveform of a charging potential distributed in a vehicle body that is a potential between the detection electrode and the reference electrode;
A tire ground contact state estimating means for estimating the ground contact state of the tire from the time-change waveform of the detected charging potential;
A tire ground contact state estimating device, wherein one electrode of the charge generation type passive sensor is electrically coupled to a wheel and the other electrode is floated.
前記電荷発生型パッシブセンサーを、タイヤ接地面に対応するタイヤ内面に配置される圧電素子と、前記圧電素子に接続される素子用電極とを備えた圧電センサーとするとともに、
前記素子用電極のうちの一方の電極を前記タイヤのビード部近傍まで延在させ、他方の電極をフローティングさせたことを特徴とする請求項3に記載のタイヤ接地状態推定装置。
The charge generation type passive sensor is a piezoelectric sensor including a piezoelectric element disposed on a tire inner surface corresponding to a tire contact surface, and an element electrode connected to the piezoelectric element,
4. The tire ground contact state estimating device according to claim 3, wherein one of the element electrodes extends to the vicinity of a bead portion of the tire and the other electrode is floated. 5.
前記電荷発生型パッシブセンサーを、タイヤ接地面に対応するタイヤ内面に配置される圧電素子と、前記圧電素子に接続される素子用電極とを備えた圧電センサーとするとともに、
前記素子用電極のうちの一方の電極を前記タイヤのホイールに接続させ、他方の電極をフローティングさせたことを特徴とする請求項3に記載のタイヤ接地状態推定装置。
The charge generation type passive sensor is a piezoelectric sensor including a piezoelectric element disposed on a tire inner surface corresponding to a tire contact surface, and an element electrode connected to the piezoelectric element,
4. The tire ground contact state estimating device according to claim 3, wherein one of the element electrodes is connected to a wheel of the tire and the other electrode is floated.
前記電荷発生型パッシブセンサーがタイヤ赤道面に配置されていることを特徴とする請求項3〜請求項5のいずれかに記載のタイヤ接地状態推定装置。

The tire contact state estimation device according to any one of claims 3 to 5, wherein the charge generation type passive sensor is disposed on a tire equator plane.

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