WO2017073211A1 - 路面状況推定装置 - Google Patents

路面状況推定装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2017073211A1
WO2017073211A1 PCT/JP2016/078022 JP2016078022W WO2017073211A1 WO 2017073211 A1 WO2017073211 A1 WO 2017073211A1 JP 2016078022 W JP2016078022 W JP 2016078022W WO 2017073211 A1 WO2017073211 A1 WO 2017073211A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
road surface
unit
vibration
centrifugal force
tire
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/078022
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
洋一朗 鈴木
高岡　彰
高俊 関澤
Original Assignee
株式会社デンソー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
Priority to DE112016004908.0T priority Critical patent/DE112016004908B8/de
Priority to US15/770,828 priority patent/US10605780B2/en
Publication of WO2017073211A1 publication Critical patent/WO2017073211A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/041—Analysing solids on the surface of the material, e.g. using Lamb, Rayleigh or shear waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/02—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to ambient conditions
    • B60W40/06—Road conditions
    • B60W40/068—Road friction coefficient
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C19/00—Tyre parts or constructions not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/06—Signalling devices actuated by deformation of the tyre, e.g. tyre mounted deformation sensors or indirect determination of tyre deformation based on wheel speed, wheel-centre to ground distance or inclination of wheel axle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
    • B60T8/172—Determining control parameters used in the regulation, e.g. by calculations involving measured or detected parameters
    • B60T8/1725—Using tyre sensors, e.g. Sidewall Torsion sensors [SWT]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
    • B60T8/173—Eliminating or reducing the effect of unwanted signals, e.g. due to vibrations or electrical noise
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/003—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C19/00—Tyre parts or constructions not otherwise provided for
    • B60C2019/004—Tyre sensors other than for detecting tyre pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T2210/00—Detection or estimation of road or environment conditions; Detection or estimation of road shapes
    • B60T2210/10—Detection or estimation of road conditions
    • B60T2210/12—Friction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W2050/0001—Details of the control system
    • B60W2050/0043—Signal treatments, identification of variables or parameters, parameter estimation or state estimation
    • B60W2050/0052—Filtering, filters
    • B60W2050/0054—Cut-off filters, retarders, delaying means, dead zones, threshold values or cut-off frequency
    • B60W2050/0055—High-pass filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2420/00—Indexing codes relating to the type of sensors based on the principle of their operation
    • B60W2420/90—Single sensor for two or more measurements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2422/00—Indexing codes relating to the special location or mounting of sensors
    • B60W2422/70—Indexing codes relating to the special location or mounting of sensors on the wheel or the tire
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/18172—Preventing, or responsive to skidding of wheels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/263—Surfaces

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 that can accurately identify a ground contact section in which a portion corresponding to an arrangement position of a vibration detection unit that detects tire vibration in a tire tread is in contact with the road surface. To do.
  • 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, has a portion for detecting tangential vibration of the tire and a portion for detecting centrifugal force, and according to the magnitude of the tangential vibration.
  • a vibration detection unit that outputs a first detection signal and a second detection signal corresponding to the centrifugal force, and a grounding section in which a portion corresponding to the position of the vibration detection unit in the tread during one rotation of the tire is grounded
  • a signal processing unit having a level specifying unit for calculating the level of the high frequency component of the first detection signal in the grounding zone, and road surface condition data representing the road surface condition as a result of calculating the level of the high frequency component
  • the vehicle-side device includes a receiver that receives the road surface condition data transmitted from the transmitter, and a situation estimation unit that estimates the road surface condition of the running road surface of the tire based on the road surface condition data. Has been.
  • the section specifying unit has a centrifugal force detection unit that detects a centrifugal force acting on the vibration detection unit based on the second detection signal, and the ground contact section is detected from the centrifugal force detected by the centrifugal force detection unit. Is identified.
  • the first detection signal of the part that detects the vibration in the tire tangential direction in the vibration detection unit in the contact section is extracted. Then, identification of being in the ground contact section at that time is performed based on whether or not a centrifugal force acting on the vibration detection unit is generated. Thereby, even if the pulse level of the 1st detection signal of a vibration detection part changes according to the running speed of vehicles, a grounding section can be specified with sufficient accuracy. Therefore, it is possible to detect the road surface condition with high accuracy based on the ground contact section specified with high accuracy.
  • the tire-side device includes a portion that detects vibration in the tangential direction of the tire and a portion that detects centrifugal force, and the magnitude of vibration in the tangential direction.
  • a road surface condition data indicating a road surface condition with a vibration detection unit that outputs a detection signal corresponding to the signal, a signal processing unit having a level calculation unit that calculates a level of a high frequency component of the detection signal, and a calculation result of the level of the high frequency component As a transmitter.
  • the vehicle-side device includes a receiver that receives road surface condition data transmitted from a transmitter, and a situation estimation unit that estimates a road surface condition of a tire traveling road surface based on the road surface condition data. .
  • the vibration detection unit does not detect the tangential vibration of the tire when the centrifugal force is detected by the part that detects the centrifugal force, and the centrifugal force does not work by the part that detects the centrifugal force. Only when this is detected, vibrations in the tangential direction of the tire are detected.
  • the detection signal of the vibration detection unit can be transmitted to the level calculation unit in the signal processing unit only during the ground contact period. Therefore, the function of the centrifugal force detection unit and the switch unit can be provided as the structure of the vibration detection unit. Even with such a configuration, it is possible to obtain the same effects as those of the road surface condition estimating apparatus according to the first aspect described above. Further, it is not necessary to provide a section specifying unit including a centrifugal force detecting unit in the signal processing unit. Therefore, it is possible to reduce the processing load of the part constituted by the microcomputer in the signal processing unit, and to reduce power consumption.
  • 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 detection power generation unit 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 detection power generation unit 11 is configured by a biaxial sensor that can detect biaxial vibration, and constitutes a vibration detection unit. Specifically, the vibration detection power generation unit 11 has, as one of the two axes, a direction in contact with the circular orbit drawn by the tire side device 1 when the tire 3 rotates, that is, an arrow X in FIG. A vibration in the tire tangential direction as a direction is detected, and a detection signal corresponding to the first detection signal is output in accordance with the vibration. Further, the vibration detection power generation unit 11 uses the centrifugal force acting on the vibration detection generation unit 11 when the tire 3 rotates as another one of the two axes, that is, the tire centrifuge in the direction of the arrow Y in FIG. Detect the force acting in the direction. In the case of this embodiment, the vibration detection power generation unit 11 outputs a detection signal corresponding to the second detection signal corresponding to the centrifugal force by detecting vibration in the tire centrifugal direction.
  • the vibration detection power generation unit 11 converts the vibration energy into electric energy in addition to outputting a detection signal corresponding to the vibration in the tire tangential direction, and based on that, the tire-side device 1 Generating power.
  • the vibration detection power generation unit 11 is configured to include a vibration power generation element 11a.
  • the vibration power generation element 11a is arranged to generate power with respect to vibration in the tire tangential direction.
  • a vibration power generation element 11a for example, an electrostatic induction type power generation element (for example, electret), a piezoelectric element, a friction type, a magnetostriction type, or an electromagnetic induction type element can be applied.
  • another vibration power generation element 11a such as an acceleration sensor can be used.
  • an electrostatic induction type power generation element when used as the vibration power generation element 11a, 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 of the vibration power generation element 11a, a power source for 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 11a 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 11a is an alternating voltage because the upper electrode reciprocates due to vibration.
  • the vibration detection power generation unit 11 of the present embodiment is configured to include an acceleration sensor 11b that detects vibration in the tire centrifugal direction as a component that detects the centrifugal force acting on the vibration detection power generation unit 11.
  • the acceleration sensor 11 b outputs a detection signal corresponding to the centrifugal force acting on the vibration detection power generation unit 11.
  • the acceleration sensor 11b is taken as an example, but any other element such as a piezoelectric element may be used as long as the centrifugal force acting on the vibration detection power generation unit 11 can be detected.
  • the power supply circuit 12 is a circuit for storing power based on the output voltage of the vibration detection power generation unit 11 to generate a power source and supplying power to the processing circuit unit 13 and the transmitter 14. 16 is provided.
  • the rectifier circuit 15 is a known circuit that converts the output voltage of the vibration detection power generation unit 11, for example, an AC voltage output from the vibration power generation element 11a, into a direct current.
  • the AC voltage output from the vibration power generation element 11 a 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 detection power generation unit 11 is stored in the power storage circuit 16 via the rectifier circuit 15, and the stored voltage is used as a power source to the processing circuit unit 13 and the transmitter 14 included in the tire side device 1. Power is being supplied.
  • the power supply circuit 12 includes the power storage circuit 16, when the vibration detection power generation unit 11 is generating excessive power, the surplus is stored, and when the power generation amount is insufficient, the shortage is stored. Can be compensated.
  • the processing circuit unit 13 is a part corresponding to a signal processing unit. Since the high-frequency component included in the vibration detection signal in the tire tangential direction of the vibration detection power generation unit 11 represents the road surface condition, the processing circuit unit 13 processes the detection signal to obtain data representing the road surface condition. To get it to the transmitter 14.
  • the processing circuit unit 13 takes in the detection signal in the tire tangential direction indicated by the vibration power generation element 11a based on the detection signal corresponding to the centrifugal force from the acceleration sensor 11b. That is, the processing circuit unit 13 detects the ground contact section based on the centrifugal force acting on the vibration detection power generation unit 11, and captures the output voltage indicated by the detection signal in the tire tangential direction in the vibration detection power generation unit 11 during the ground contact section. It is out.
  • the contact section here means a section in which a portion of the tread 31 of the tire 3 corresponding to the arrangement location of the vibration detection power generation unit 11 is grounded on the road surface.
  • the grounding section can be specified by detecting the centrifugal force with the vibration detection power generation unit 11.
  • the vibration detection power generation unit 11 detects the centrifugal force and specifies the time when the centrifugal force is not working as the ground contact section. As a result, the ground contact section can be accurately identified according to the traveling speed.
  • the processing circuit unit 13 extracts the high-frequency component, generates data representing the road surface condition based on the extracted high-frequency component, and transmits the data 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 a vibration detection signal in the tire tangential direction in the vibration detection power generation unit 11. The above processing is performed based on the detection signal corresponding to the centrifugal force.
  • 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 centrifugal force detecting unit 17a and a section determining unit 17b.
  • the centrifugal force detection unit 17a receives a detection signal corresponding to the centrifugal force from the vibration detection power generation unit 11, and detects the centrifugal force acting on the vibration detection power generation unit 11. For example, when the portion that detects the centrifugal force of the vibration detection power generation unit 11 is configured by the acceleration sensor 11b, the detection signal of the acceleration sensor 11b is input, and the centrifugal force acting on the vibration detection power generation unit 11 is detected based on the detection signal. ing.
  • the section determination unit 17b determines that it is in the ground contact section based on the detection result of the centrifugal force detection unit 17a.
  • the section determination unit 17b transmits the instruction to the level calculation unit 18, and instructs to rectify and integrate the high-frequency component included in the output voltage of the vibration power generation element 11a during the ground section. put out.
  • the section determination unit 17b grounds a period during which the centrifugal force detection unit 17a detects that no centrifugal force is acting on the vibration detection power generation unit 11, that is, a period during which the centrifugal force is zero. It is determined that the section is in progress.
  • the portion of the vibration detection power generation unit 11 that detects the centrifugal force is configured by the acceleration sensor 11b
  • the acceleration indicated by the detection signal of the acceleration sensor 11b has the waveforms shown in FIGS.
  • FIGS. 3A to 3C show the results of examining the detection signal of the acceleration sensor while changing the vehicle traveling speed. Even if the vehicle traveling speed is changed, the centrifugal force is zero during the ground contact section.
  • the section determination unit 17b detects that the centrifugal force is not applied to the vibration detection power generation unit 11 based on the detection signal of the acceleration sensor 11b, determines that the time is during the grounding section, and determines to the level calculation unit 18 I tell you. For example, it can be detected that the centrifugal force is not working when the centrifugal force is equal to or lower than a threshold value, for example, 0 or lower.
  • the section determination unit 17b generates a transmission trigger that causes the transmitter 14 to transmit the calculation result of the level calculation unit 18 to the vehicle-side device 2 as road surface state data representing the road surface state.
  • the output voltage waveform of the vibration power generation element 11a during tire rotation is, for example, the waveform shown in FIG.
  • the output voltage of the vibration power generation element 11a is the maximum value at the start of grounding when the portion corresponding to the arrangement location of the vibration detection power generation unit 11 in the tread 31 starts to ground as the tire 3 rotates. Take. Furthermore, as shown in FIG. 4, the vibration power generation element at the end of the grounding in which the portion corresponding to the arrangement location of the vibration detection power generation unit 11 in the tread 31 is not grounded as the tire 3 rotates.
  • the output voltage 11a takes a minimum value.
  • the grounding section It is also possible to determine the grounding section by detecting the timing of taking the maximum value or the timing of taking the minimum value by comparing the output voltage of the vibration power generation element 11a with a threshold value. However, since the output voltage of the vibration power generation element 11a varies greatly depending on the traveling speed of the vehicle, the grounding section cannot be determined with high accuracy.
  • the section determination unit 17b accurately determines that it is in the contact section based on the detection result of the centrifugal force detection unit 17a.
  • the timing at which the centrifugal force acting on the vibration detection power generation unit 11 switches from the state of 0 to the state where the vibration detection power generation unit 11 is generated is at the end of grounding of the vibration detection power generation unit 11, 17b 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 detection power generation unit 11 is grounded, so that power consumption can be reduced.
  • the level calculation unit 18 When the level calculation unit 18 is notified from the section determination unit 17b that it is in the ground contact section, the tire 3 included in the detection signal of the portion of the vibration detection power generation unit 11 that detects vibration in the tire tangential direction during the period. The level of the high frequency component resulting from the vibration of is calculated. 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.
  • the case where the vibration detection power generation unit 11 detects the vibration in the tire tangential direction is configured by the vibration power generation element 11a will be described as an example.
  • FIG. 5A shows a change in the output voltage of the vibration power generation element 11a 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 11a when traveling on a low ⁇ road surface having a relatively small road surface ⁇ such as a frozen road.
  • the output voltage of the vibration power generation element 11a has the maximum value and the minimum value at the beginning and end of the grounding section, that is, at the start and end of grounding of the vibration detection power generation unit 11.
  • the output voltage of the vibration power generation element 11a has the maximum value and the minimum value at the beginning and end of the grounding section, that is, at the start and end of grounding of the vibration detection power generation unit 11.
  • the level of the high frequency component of the output voltage of the vibration power generation element 11a 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 11a 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 specifying unit 17 includes the centrifugal force detection unit 17a and the section determination unit 17b, and the section determination unit 17b determines that the vibration detection power generation unit 11 is in the grounding section. Then, the section determination unit 17b outputs an integration instruction signal at the start timing of the ground section, and cancels the integration instruction signal at the end timing of the ground section.
  • the switch 172 is turned on when a high level is output as the integration instruction signal from the section determining unit 17b, and the switch 174 is turned off when the low level is transmitted by being inverted by the inverter 173, and the high frequency component Integration begins.
  • the switch 172 when the integration instruction signal is canceled and the output of the section determination unit 17b becomes a low level, 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 integrated. Is terminated. Further, the section determination unit 17b outputs a transmission trigger to the transmitter 14 at the end timing of the ground section.
  • 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 an output voltage of the vibration detection power generation unit 11, specifically, a high-frequency component of a detection signal of the vibration power generation element 11a.
  • the high-pass filter unit 181 is configured by a CR filter circuit having capacitors 181a and 181b and a resistor 181c. By adjusting the capacitance values of the capacitors 181a and 181b and the resistance value of the resistor 181c, only the high-frequency component of the detection signal of the vibration power generation element 11a is obtained. 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 11a.
  • the integrating unit 183 has 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 11a 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 11a is higher than that of the high ⁇ road surface, and therefore 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 section determination unit 17b 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 detection signal of the vibration power generation element 11a is integrated by the integration unit 183, thereby calculating the level of the high-frequency component in the grounding 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, a transmission trigger is sent from the section determination unit 17b at the end of the grounding of the vibration detection power generation unit 11 to transmit the road surface from the transmitter 14. Status data is sent. In this way, data transmission by the transmitter 14 is not always performed, but only when the vibration detection power generation unit 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 situation estimation unit 22, receives road surface situation data transmitted from the tire side device 1, and performs various processes based on this data. Thus, the road surface condition during 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 situation estimation unit 22 each time it is received.
  • the situation 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 according to a program stored in the ROM. Specifically, the situation estimation unit 22 estimates the road surface ⁇ based on the magnitude of the integrated voltage value indicated by the road surface condition data. For example, if the integrated voltage value is larger than the determination threshold, the traveling road surface is a low ⁇ road surface. If it is small, it is determined that the road surface is a high ⁇ road surface. As shown in FIG. 8, 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 for brake control, a so-called brake ECU, and is used to set an index for performing antilock brake control, for example, a control start threshold value in antilock brake control.
  • a detection signal of a portion that detects vibration in the tire tangential direction in the vibration detection power generation unit 11 in the ground contact section in order to detect the road surface condition. Is extracted. Then, the identification of being in the ground contact section at that time is performed based on whether or not the centrifugal force acting on the vibration detection power generation unit 11 is generated. Specifically, the time when no centrifugal force is generated is specified as being in the ground contact section. Thereby, even if the pulse level of the output voltage of the vibration detection generator 11 changes according to the traveling speed of the vehicle, the ground contact section can be specified with high accuracy. Therefore, it is possible to detect the road surface condition with high accuracy based on the ground contact section specified with high accuracy.
  • the level of the high frequency component of the vibration detection signal in the tire tangential direction in the vibration detection power generation unit 11 in the ground contact section is calculated and transmitted as road surface condition data.
  • 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.
  • the processing circuit unit 13 extracts a high-frequency component by causing the high-pass filter unit 181 to pass a vibration detection signal in the tire tangential direction in the vibration detection power generation unit 11.
  • the processing circuit unit 13 rectifies the extracted high-frequency component and then charges the capacitor 183a until the vibration detection power generation unit 11 is grounded to obtain an integrated voltage value.
  • the portion other than the section determination unit 17b in the processing circuit unit 13 can be configured mainly by an analog circuit, signal processing can be performed with a low-cost and space-saving circuit.
  • the tire side apparatus 1 since the tire side apparatus 1 should just transmit the integrated voltage value by the capacitor
  • the section specifying unit 17 is configured by a centrifugal force detecting unit 17a and a switch unit 17c.
  • the centrifugal force detection unit 17a detects the centrifugal force acting on the vibration detection power generation unit 11 as in the first embodiment. In addition to this, in the present embodiment, the centrifugal force detection unit 17a of the switch unit 17c is based on the detected centrifugal force. Control on / off. Specifically, when the centrifugal force detection unit 17a determines that centrifugal force acting on the vibration detection power generation unit 11 is generated, the switch unit 17c is turned off, and when it is determined that centrifugal force is not generated, the switch unit 17c is turned on.
  • the switch unit 17c switches on / off the input of the detection signal of the vibration in the tire tangential direction to the signal processing unit 18 in the vibration detection power generation unit 11, and may be configured by a semiconductor element or the like, or an analog switch It may be.
  • a detection signal of vibration in the tire tangential direction in the vibration detection power generation unit 11 is input to the signal processing unit 18 when the switch unit 17c is turned on and is not input to the signal processing unit 18 when the switch unit 17c is turned off. It has become.
  • the switch unit 17c is turned on, and a vibration detection signal in the tire tangential direction of the vibration detection power generation unit 11 is a signal.
  • the data is input to the processing unit 18.
  • the section specifying unit 17 may be provided with the switch unit 17c, and the switch unit 17c may be turned on when the centrifugal force acting on the vibration detection power generation unit 11 is 0 in the centrifugal force detection unit 17a.
  • the switch unit 17c may be turned on when the centrifugal force acting on the vibration detection power generation unit 11 is 0 in the centrifugal force detection unit 17a.
  • a transmission trigger may be generated from the centrifugal force detector 17a.
  • a section determination unit 17b may be provided, and a transmission trigger may be generated from the section determination unit 17b.
  • the vibration detection power generation unit 11 has the same function as the switch unit 17c provided in the section identification unit 17 with respect to the second embodiment, and the others are the same as those in the second embodiment. Therefore, only a different part from 2nd Embodiment is demonstrated.
  • the processing circuit unit 13 is configured only by the level calculation unit 18, and the detection signal of the vibration detection power generation unit 11 is input to the level calculation unit 18.
  • the vibration detection power generation unit 11 is configured as shown in FIG. Specifically, the vibration detection power generation unit 11 includes a package 110, a sensor unit 111 having a beam part 111a and a first weight part 111b, and a stopper part 112 having a spring part 112a and a second weight part 112b. It is said that.
  • the package 110 constitutes a hollow case, and has a back surface 110a, a side wall 110b, and an upper surface 110c opposite to the back surface 110a.
  • the vibration detection power generation unit 11 is attached to the tire 3 by attaching the back surface 110 a of the package 110 to the back surface of the tread 31 of the tire 3.
  • the sensor portion 111 has a structure in which one end of the beam portion 111a is fixed to the back surface 110a of the package 110, and the first weight portion 111b is attached to the other end of the beam portion 111a, and in response to vibration in the tire tangential direction.
  • the first weight part 111b moves and the beam part 111a is bent.
  • a piezoelectric film (not shown) is formed on the beam portion 111a and electrodes are formed on both sides of the piezoelectric film, and a potential difference based on the piezoelectric action of the piezoelectric film is generated between both electrodes according to the amount of deflection of the beam portion 111a. Be made.
  • This potential difference that is, the output voltage is used as a detection signal corresponding to the vibration in the tire tangential direction in the vibration detection power generation unit 11.
  • the electric power supply circuit 16 can also store electricity based on this output voltage, the above-described vibration power generation element 11 a can be configured by the sensor unit 111.
  • the stopper unit 112 switches on / off the detection of vibration in the tire tangential direction by the sensor unit 111 based on the centrifugal force acting on the vibration detection power generation unit 11. For this reason, the stopper part 112 fulfill
  • the spring portion 112a and the second weight portion 112b are disposed on both sides of the sensor portion 111 in the tire tangential direction. As shown in FIG.
  • the second weight portion 112b is lifted to the upper surface 110c side by the restoring force of the spring portion 112a. Then, as shown in FIG. 12, when a centrifugal force acts on the vibration detection power generation unit 11, the second weight portion 112b is pulled toward the back surface 110a against the restoring force of the spring portion 112a. As a result, the first weight part 111b of the sensor part 111 is sandwiched between the second weight parts 112b of the stopper part 112.
  • the sensor unit 111 is opened from the stopper unit 112 and vibration detection can be performed.
  • the sensor unit 111 is restrained by the stopper unit 112 and vibration detection cannot be performed.
  • the detection signal of the vibration detection power generation unit 11 can be transmitted to the level calculation unit 18 in the processing circuit unit 13 only during the grounding section. Therefore, the structure of the vibration detection power generation unit 11 can be provided with the functions of the centrifugal force detection unit 17a and the switch unit 17c described in the second embodiment, and the same effects as in the second embodiment can be obtained.
  • the configuration of the vibration detection power generation unit 11 may be changed.
  • the stopper portion 112 is constituted by a second weight portion 112b and a beam portion 112c. One end of the beam portion 112c is attached to the side wall 110b of the package 110, and the second weight portion 112b is attached to the other end.
  • the second weight 112b is lifted to the upper surface 110c side by the restoring force of the beam 112c in a state where centrifugal force is not applied to the vibration detection power generation unit 11.
  • the second weight portion 112b is pulled toward the back surface 110a against the restoring force of the beam portion 112c.
  • the first weight part 111b of the sensor part 111 is sandwiched between the second weight parts 112b of the stopper part 112. Therefore, the effects described in the third embodiment can be obtained also in this modification.
  • the road surface condition is estimated by comparing the integrated voltage value transmitted from the tire-side device 1 in the vehicle-side device 2 with a certain determination threshold value, 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.
  • the high-frequency component included in the detection signal of the vibration detection power generation unit 11 also increases, and the integrated voltage value charged in the capacitor 183a also increases. Therefore, for example, vehicle speed data can be input to the situation 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 in-vehicle electronic control device based on detection signals from a vehicle speed sensor or a wheel speed sensor may be acquired through CAN communication.
  • the section determination unit 17b extracts the high frequency component of the detection signal of the vibration power generation element 11a from the start of grounding of the vibration detection power generation unit 11 to the end of grounding, that is, during the grounding time.
  • 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 the integrated voltage value is obtained.
  • a certain period from the start of grounding of the vibration detection power generation unit 11 may be set as the charging time when the integrated voltage value is obtained.
  • the charging time can be assumed as the grounding time of the vibration detection power generation unit 11 when the vehicle travels at a speed of 60 km / h.
  • the part which detects the centrifugal force of the vibration detection electric power generation part 11 is comprised by the stopper part 112 with which the vibration detection electric power generation part 11 was equipped, and when the centrifugal force is working, it is tire by the stopper part 112. 3 is prevented from detecting vibration in the tangential direction.
  • An operation similar to this can be performed by providing the vibration detection power generation unit 11 that outputs a detection signal corresponding to the centrifugal force, such as the acceleration sensor 11b.
  • the switch unit 17c as shown in the second embodiment is configured by an analog switch and a switch control unit, and the detection signal corresponding to the centrifugal force from the vibration detection power generation unit 11 is a rectangular wave signal as the switch control unit.
  • the switch control unit turns on the analog switch when the centrifugal force is not working, and turns off the analog switch when the centrifugal force is working. Even if it does in this way, the effect similar to 3rd Embodiment can be acquired.
  • the switch unit 17c is constituted by a semiconductor switching element, for example, a MOSFET, and a detection signal corresponding to the centrifugal force from the vibration detection power generation unit 11 is applied as a rectangular wave signal, or directly or inverted by an inverter or the like, and applied as a MOSFET gate voltage. You may make it do. As described above, even when the semiconductor switching element is used, the switch portion 17c can be turned on only when the centrifugal force is not working, and the same effect as that of the third embodiment can be obtained.
  • a semiconductor switching element for example, a MOSFET

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Tires In General (AREA)
  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

路面状況推定装置は、路面状況の検出のために、接地区間中における振動検出発電部（１１）のうちのタイヤ接線方向の振動を検出する部分、例えば振動発電素子（１１ａ）の検出信号を抽出する。その際の接地区間中であることの特定を、振動検出発電部（１１）に働く遠心力が発生しているか否かに基づいて行い、遠心力が発生していないときを接地区間中であると特定する。これにより、車両の走行速度に応じて振動検出発生部（１１）の出力電圧のパルスレベルが変化しても、精度良く接地区間を特定することができる。したがって、精度良く特定された接地区間に基づいて、精度良く路面状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２０１５－２１０９８５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、タイヤトレッドのうちタイヤの振動を検出する振動検出部の配置箇所と対応する部分が路面に接地している接地区間の特定を精度良く行える路面状況推定装置を提供することを目的とする。
　本開示の第１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、タイヤの接線方向の振動を検出する部分と遠心力を検出する部分とを有し、接線方向の振動の大きさに応じた第１検出信号と遠心力に応じた第２検出信号と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第１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、第２検出信号に基づいて振動検出部に働く遠心力を検出する遠心力検出部を有し、遠心力検出部で検出される遠心力から接地区間を特定する。
　このように、路面状況の検出のために、接地区間中における振動検出部のうちのタイヤ接線方向の振動を検出する部分の第１検出信号を抽出している。そして、その際の接地区間中であることの特定を、振動検出部に働く遠心力が発生しているか否かに基づいて行っている。これにより、車両の走行速度に応じて振動検出部の第１検出信号のパルスレベルが変化しても、精度良く接地区間を特定することができる。したがって、精度良く特定された接地区間に基づいて、精度良く路面状況の検出を行うことが可能となる。
　また、本開示の第２の観点における路面状況推定装置では、タイヤ側装置は、タイヤの接線方向の振動を検出する部分と遠心力を検出する部分とを有し、接線方向の振動の大きさに応じた検出信号を出力する振動検出部と、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状況推定部と、を有している。そして、振動検出部は、遠心力を検出する部分によって遠心力が働いていることが検出されたときにはタイヤの接線方向の振動を検出せず、遠心力を検出する部分によって遠心力が働いていないことが検出されたときにのみタイヤの接線方向の振動を検出するものである。
　このような振動検出部を用いれば、接地区間中にのみ、振動検出部の検出信号が信号処理部におけるレベル算出部に伝わるようにできる。したがって、振動検出部の構造として、遠心力検出部およびスイッチ部の機能を持たせることができる。このような構成としても、上記した第１の観点における路面状況推定装置と同様の効果を得ることができる。また、信号処理部に遠心力検出部などを含む区間特定部を備える必要がなくなる。したがって、信号処理部のうちのマイクロコンピュータで構成する部分の処理負担を軽減することが可能となり、消費電力軽減を図ることも可能となる。
第１実施形態にかかる路面状況推定装置の全体のブロック構成を示した図である。 タイヤ側装置が取り付けられたタイヤの断面模式図である。 走行速度が３０ｋｍ／ｈのときに振動検出発電部に付与されるタイヤ遠心方向の加速度の波形を示した図である。 走行速度が４０ｋｍ／ｈのときに振動検出発電部に付与されるタイヤ遠心方向の加速度の波形を示した図である。 走行速度が６０ｋｍ／ｈのときに振動検出発電部に付与されるタイヤ遠心方向の加速度の波形を示した図である。 タイヤ回転時における振動発電素子の出力電圧波形図である。 アスファルト路のように路面摩擦係数（以下、μという）が比較的大きな高μ路面を走行している場合における振動発電素子の出力電圧の変化を示した図である。 凍結路のように路面μが比較的小さな低μ路面を走行している場合における振動発電素子の出力電圧の変化を示した図である。 高μ路面を走行している場合と低μ路面を走行して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。 第３実施形態にかかる路面状況推定装置の全体のブロック構成を示した図である。 第３実施形態にかかる振動検出発電部の遠心力が働いていないときの様子を示した断面図である。 図１１に示す振動検出発電部の遠心力が働いているときの様子を示した断面図である。 第３実施形態の変形例で説明する振動検出発電部の遠心力が働いていないときの様子を示した断面図である。 図１３に示す振動検出発電部の遠心力が働いているときの様子を示した断面図である。
　以下、本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１～８を参照して、本実施形態にかかる路面状況推定装置について説明する。本実施形態にかかる路面状況推定装置は、車両の各車輪に備えられるタイヤの接地面における振動に基づいて走行中の路面状況を推定するものとして用いられる。
　図１に示すように路面状況推定装置１００は、タイヤ側に設けられたタイヤ側装置１と、車体側に備えられた車両側装置２とを有する構成とされている。そして、路面状況推定装置１００は、タイヤ側装置１より走行中の路面状況を表すデータを送信すると共に、車両側装置２がタイヤ側装置１から送信されたデータを受信し、そのデータに基づいて走行中の路面状況を推定する。具体的には、タイヤ側装置１および車両側装置２は、以下のように構成されている。
　タイヤ側装置１は、図１に示すように、振動検出発電部１１、電力供給回路１２、処理回路部１３および送信機１４を備えた構成とされ、図２に示されるように、タイヤ３のトレッド３１の裏面側に設けられる。
　振動検出発電部１１は、２軸の振動検出を行うことができる２軸センサなどによって構成され、振動検出部を構成するものである。具体的には、振動検出発電部１１は、２軸のうちの１軸として、タイヤ３が回転する際にタイヤ側装置１が描く円軌道に対して接する方向、つまり図２中の矢印Ｘの方向となるタイヤ接線方向の振動を検出し、その振動に応じて第１検出信号に相当する検出信号を出力する。また、振動検出発電部１１は、２軸のうちの他の１軸として、タイヤ３が回転する際に振動検出発生部１１に働く遠心力、つまり図２中の矢印Ｙの方向となるタイヤ遠心方向に働く力を検出する。本実施形態の場合、振動検出発電部１１は、タイヤ遠心方向の振動を検出することで、遠心力に応じた第２検出信号に相当する検出信号を出力する。
　さらに、本実施形態の場合、振動検出発電部１１は、タイヤ接線方向の振動に応じた検出信号を出力させるのに加えて、振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、それに基づいてタイヤ側装置１の電源を生成している。例えば、振動検出発電部１１は、振動発電素子１１ａを有した構成とされている。振動発電素子１１ａは、タイヤ接線方向の振動に対して発電するように配設されている。このような振動発電素子１１ａとしては、例えば静電誘導型の発電素子（例えばエレクトレット）、圧電素子、摩擦式、磁歪式、電磁誘導型の素子を適用できる。また、発電用途を加味しないタイヤ接線方向の振動に応じた検出信号を出力するだけであれば、振動発電素子１１ａとして他のもの、例えば加速度センサなどを用いることもできる。
　例えば振動発電素子１１ａとして静電誘導型の発電素子を用いる場合には、マイナスの電荷を帯びる下部電極に対して静電誘導によってプラスに帯電させられる上部電極が水平方向に振動させられると、静電誘導による電荷が変動し、起電力を生じることで発電する。このような振動発電素子１１ａの発電に基づいて、タイヤ側装置１の電源を生成すると共に、タイヤ接線方向の振動の大きさに応じた検出信号を生成する。
　すなわち、路面状況推定装置１００が備えられた車両が走行する際には、タイヤ３の回転運動や路面の凹凸などの種々の要因によって、タイヤ３のトレッド３１に振動が生じる。この振動が振動発電素子１１ａに伝わることで、振動発電素子１１ａによる発電が行われ、それが電力供給回路１２に伝えられることでタイヤ側装置１の電源が生成される。また、振動発電素子１１ａの発電の際の出力電圧が振動の大きさに応じて変化することから、振動発電素子１１ａの出力電圧をタイヤ接線方向の振動の大きさを表す検出信号として処理回路部１３に伝えるようにしている。なお、振動発電素子１１ａの出力電圧は、上部電極が振動によって往復動することから、交流電圧となる。
　また、本実施形態の振動検出発電部１１は、振動検出発電部１１に働く遠心力を検出するものとして、タイヤ遠心方向の振動を検出する加速度センサ１１ｂを有した構成とされる。加速度センサ１１ｂは、振動検出発電部１１に働く遠心力に応じた検出信号を出力する。ここでは加速度センサ１１ｂを例に挙げているが、振動検出発電部１１に働く遠心力を検出できるものであれば良く、圧電素子などの他の素子であっても良い。
　電力供給回路１２は、振動検出発電部１１の出力電圧に基づいて蓄電して電源を生成し、電力を処理回路部１３および送信機１４に供給するための回路であり、整流回路１５および蓄電回路１６を備えた構成とされている。
　整流回路１５は、振動検出発電部１１の出力電圧、例えば振動発電素子１１ａより出力される交流電圧を直流変換する公知の回路である。振動発電素子１１ａで出力される交流電圧は、この整流回路１５で直流変換され、蓄電回路１６に出力される。整流回路１５は、全波整流回路であっても半波整流回路であってもよい。
　蓄電回路１６は、整流回路１５より印加される直流電圧を蓄電するための回路であり、コンデンサなどによって構成される。振動検出発電部１１の出力電圧は、整流回路１５を介して蓄電回路１６で蓄電され、ここで蓄電された電圧を電源として、タイヤ側装置１が備える処理回路部１３や送信機１４などへの電力供給を行っている。また、電力供給回路１２が蓄電回路１６を備えることによって、振動検出発電部１１が余剰に発電している時にはその余剰分を蓄電しておき、発電量が不足している場合に、その不足分を補えるようになっている。
　処理回路部１３は、信号処理部に相当する部分である。処理回路部１３は、振動検出発電部１１のうちタイヤ接線方向の振動の検出信号に含まれる高周波成分が路面状況を表していることから、この検出信号を処理することで路面状況を表すデータを得て、それを送信機１４に伝える役割を果たす。
　具体的には、処理回路部１３は、加速度センサ１１ｂからの遠心力に応じた検出信号に基づいて、振動発電素子１１ａが示すタイヤ接線方向の検出信号を取り込む。すなわち、処理回路部１３は、振動検出発電部１１に働く遠心力に基づいて接地区間を検出し、接地区間中に振動検出発電部１１のうちのタイヤ接線方向の検出信号が示す出力電圧を取り込んでいる。ここでいう接地区間とは、タイヤ３のトレッド３１のうち振動検出発電部１１の配置箇所と対応する部分が路面接地している区間を意味している。接地区間については、振動検出発電部１１で遠心力を検出することにより特定できる。すなわち、接地区間中ではない非接地区間中にはタイヤ３が回転運動を行っているため、振動検出発電部１１に対してタイヤ回転速度に応じた遠心力が加わる。ところが、接地区間中にはタイヤ３の運動が直線運動に変わるため、振動検出発電部１１に対して遠心力が働かない。このため、振動検出発電部１１で遠心力を検出し、遠心力が働いていないときを接地区間中として特定している。これにより、走行速度に対応して的確に接地区間を特定できる。
　そして、接地区間中において、振動発電素子１１ａが示すタイヤ接線方向の検出信号に含まれる高周波成分が路面状況を表している。このため、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、振動検出発電部１１におけるタイヤ接線方向の振動の検出信号および遠心力に応じた検出信号に基づいて上記処理を行う。そして、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、遠心力検出部１７ａおよび区間判定部１７ｂを有している。
　遠心力検出部１７ａは、振動検出発電部１１からの遠心力に応じた検出信号を入力し、振動検出発電部１１に働く遠心力を検出する。例えば、振動検出発電部１１のうち遠心力を検出する部分を加速度センサ１１ｂによって構成する場合、加速度センサ１１ｂの検出信号を入力し、これに基づいて振動検出発電部１１に働く遠心力を検出している。
　区間判定部１７ｂは、遠心力検出部１７ａの検出結果に基づいて接地区間中であることを判定している。そして、区間判定部１７ｂは、接地区間中であると判定すると、それをレベル算出部１８に伝え、接地区間中、振動発電素子１１ａの出力電圧に含まれる高周波成分を整流して積分させる指示を出す。
　具体的には、区間判定部１７ｂは、遠心力検出部１７ａにて振動検出発電部１１に対して遠心力が働いていないことが検出されている期間、つまり遠心力が０である期間を接地区間中と判定する。例えば、振動検出発電部１１のうちの遠心力を検出する部分を加速度センサ１１ｂによって構成する場合、加速度センサ１１ｂの検出信号が示す加速度は図３（ａ）～（ｃ）に示す波形となる。図３（ａ）～（ｃ）は、車両の走行速度を変えて加速度センサの検出信号を調べた結果を示しているが、車両の走行速度を変えても接地区間中には遠心力が０となり、振動検出発電部１１に対して遠心力が働いていないことが判る。このため、区間判定部１７ｂは、加速度センサ１１ｂの検出信号に基づいて振動検出発電部１１に遠心力が働いていないことを検出し、そのときを接地区間中と判定してレベル算出部１８に伝えている。例えば、遠心力が閾値以下、例えば０以下になっている場合に遠心力が働いていないとして検出することができる。
　また、区間判定部１７ｂ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。
　ここで、タイヤ回転時における振動発電素子１１ａの出力電圧波形は例えば図４に示す波形となる。この図に示されるように、タイヤ３の回転に伴ってトレッド３１のうち振動検出発電部１１の配置箇所と対応する部分が接地し始めた接地開始時に、振動発電素子１１ａの出力電圧が極大値をとる。さらに、図４に示されるように、タイヤ３の回転に伴ってトレッド３１のうち振動検出発電部１１の配置箇所と対応する部分が接地していた状態から接地しなくなる接地終了時に、振動発電素子１１ａの出力電圧が極小値をとる。
　振動発電素子１１ａの出力電圧を閾値と比較することで極大値をとるタイミングや極小値をとるタイミングを検出し、接地区間を判定することもできる。しかしながら、振動発電素子１１ａの出力電圧が車両の走行速度に応じて大きく変動することから、接地区間を精度良く判定できない。
　このため、区間判定部１７ｂは、遠心力検出部１７ａの検出結果に基づいて接地区間中であることを精度良く判定している。
　また、遠心力検出部１７ａの検出結果より、振動検出発電部１１に働く遠心力が０の状態から発生した状態に切り替わったタイミングが振動検出発電部１１の接地終了時となるため、区間判定部１７ｂは、このタイミングで送信機１４に送信トリガを送っている。これにより、送信機１４より、レベル算出部１８から伝えられる算出結果を路面状況データとして送信させている。このように、送信機１４によるデータ送信を常に行うのではなく、振動検出発電部１１の接地終了時に限定して行うようにしているため、消費電力を低減することが可能となる。
　レベル算出部１８は、区間判定部１７ｂから接地区間中であることが伝えられると、その期間中に振動検出発電部１１のうちタイヤ接線方向の振動を検出する部分の検出信号に含まれるタイヤ３の振動に起因する高周波成分のレベルを算出する。そして、レベル算出部１８は、その算出結果を路面状況が表された路面状況データとして送信機１４に伝える。ここで、路面状況を表わす指標として高周波成分のレベルを算出するようにしているが、その理由について図５および図６を参照して説明する。なお、ここでは振動検出発電部１１のうちタイヤ接線方向の振動を検出する部分を振動発電素子１１ａで構成した場合を例に挙げて説明する。
　図５（ａ）は、アスファルト路のように路面μが比較的大きな高μ路面を走行している場合における振動発電素子１１ａの出力電圧の変化を示している。また、図５（ｂ）は、凍結路のように路面μが比較的小さな低μ路面を走行している場合における振動発電素子１１ａの出力電圧の変化を示している。
　これらの図から分かるように、路面μにかかわらず、接地区間の最初と最後、つまり振動検出発電部１１の接地開始時と接地終了時において振動発電素子１１ａの出力電圧が極大値と極小値をとる。しかしながら、路面μの影響で、車両が低μ路面を走行しているときにはタイヤ３のスリップによる細かな高周波振動が出力電圧に重畳される。このため、高μ路面を走行している場合と低μ路面を走行して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１１ａの出力電圧の高周波成分のレベルが路面状況を表す指標となる。
　したがって、レベル算出部１８によって接地区間中における振動発電素子１１ａの出力電圧の高周波成分のレベルを算出することで、これを路面状況データとすることが可能となる。例えば、高周波成分のレベルは、振動発電素子の出力電圧から高周波成分を抽出し、接地区間中に抽出した高周波成分を積分することで算出することができる。
　図７は、接地区間中に抽出した高周波成分の積分によって高周波成分のレベルを算出するときに適用する処理回路部１３の具体的な回路構成を示した図である。
　上記したように、区間特定部１７は、遠心力検出部１７ａおよび区間判定部１７ｂを有し、区間判定部１７ｂにて、振動検出発電部１１の接地区間中であることを判定している。そして、区間判定部１７ｂは、接地区間の開始タイミングで積分指示信号を出力し、接地区間の終了タイミングで積分指示信号を解除する。本実施形態の場合、区間判定部１７ｂから積分指示信号としてハイレベルが出力されるとスイッチ１７２がオン、それがインバータ１７３によって反転されてローレベルが伝えられるとスイッチ１７４がオフされて高周波成分の積分が開始される。また、積分指示信号が解除されて区間判定部１７ｂの出力がローレベルになるとスイッチ１７２がオフ、それがインバータ１７３によって反転されてハイレベルが伝えられるとスイッチ１７４がオンとなって高周波成分の積分が終了される。また、区間判定部１７ｂは、接地区間の終了タイミングの際に送信機１４に対して送信トリガを出力する。
　レベル算出部１８は、ハイパスフィルタ部１８１、整流部１８２および積分部１８３を有した構成とされている。
　ハイパスフィルタ部１８１は、振動検出発電部１１の出力電圧、具体的には振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分を抽出する高周波成分抽出部を構成する。ハイパスフィルタ部１８１は、コンデンサ１８１ａ、１８１ｂおよび抵抗１８１ｃを有するＣＲフィルタ回路によって構成され、コンデンサ１８１ａ、１８１ｂの容量値や抵抗１８１ｃの抵抗値の調整により、振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分のみを通過させる。
　整流部１８２は、ブリッジ状に配置したダイオード１８２ａ～１８２ｄを有する全波整流回路によって構成されており、ハイパスフィルタ部１８１で抽出された検出信号の高周波成分を全波整流する。これにより、積分部１８３に対して全波整流後の正電圧のみが印加されるようにできる。
　積分部１８３は、振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分を積分する部分であり、本実施形態では、積分部１８３はコンデンサ１８３ａおよび抵抗１８３ｂを有した構成とされている。
　コンデンサ１８３ａは、全波整流後の高周波成分に基づいて充電される。このコンデンサ１８３ａの充電電圧が高周波成分を積分した値に相当し、このコンデンサ１８３ａの積分電圧値が路面状況を表すデータとして送信機１４に入力される。すなわち、図６に示したように、走行路面が低μ路面である場合と高μ路面である場合とで振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分のレベルが異なっていることから、路面状況に応じてコンデンサ１８３ａの積分電圧値が変化する。
　図８は、走行路面が低μ路面の場合と高μ路面であるアスファルト路の場合それぞれの場合でのコンデンサ１８３ａでの充電の様子を示している。それぞれの場合について、３回ずつ試行、つまり試行回数Ｎ＝３としている。この図に示されるように、走行路面が低μ路面の場合、高μ路面の場合と比較して振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分のレベルが大きくなるため、コンデンサ１８３ａの積分電圧値が大きくなる。このように、路面状況に応じてコンデンサ１８３ａの積分電圧値の大きさが変化するため、コンデンサ１８３ａの積分電圧値が路面状況を表すデータとなる。
　抵抗１８３ｂは、区間判定部１７ｂが積分指示信号を解除してスイッチ１７４がオンされたときに、コンデンサ１８３ａに接続されることでコンデンサ１８３ａを放電する。これにより、次に高周波成分の積分を行う際に、コンデンサ１８３ａの電圧を０にリセットしておくことが可能となる。
　このような回路により、処理回路部１３を構成することができ、振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分を積分部１８３にて積分することで、接地区間中における高周波成分のレベルを算出することができる。
　送信機１４は、処理回路部１３から伝えられた路面状況データを車両側装置２に対して送信するものである。送信機１４と車両側装置２が備える受信機２１との間の通信は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの公知の近距離無線通信技術によって実施可能である。路面状況データを送信するタイミングについては任意であるが、上記したように、本実施形態では、振動検出発電部１１の接地終了時に区間判定部１７ｂから送信トリガが送られることで送信機１４から路面状況データが送られるようになっている。このように、送信機１４によるデータ送信を常に行うのではなく、振動検出発電部１１の接地終了時に限定して行うようにしているため、消費電力を低減することが可能となる。
　なお、路面状況データについては、車両に備えられたタイヤ３毎に予め備えられている車輪の固有認識情報（以下、ＩＤ情報という）と共に送ることもできる。各車輪の位置については、車輪が車両のどの位置に取り付けられているかを検出する周知の車輪位置検出装置によって特定できることから、車両側装置２にＩＤ情報と共に路面状況データを伝えることで、どの車輪のデータであるかが判別可能になる。通常、走行路面の路面μは均一であると想定されるが、車両の左右輪で路面μが異なるμスプリット路なども有り、このようなμスプリット路においては各車輪毎に路面状況データが伝えられると好ましい。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、受信するたびに状況推定部２２に逐次出力される。
　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、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、接地区間中における振動検出発電部１１のうちのタイヤ接線方向の振動を検出する部分の検出信号を抽出している。そして、その際の接地区間中であることの特定を、振動検出発電部１１に働く遠心力が発生しているか否かに基づいて行っている。具体的には、遠心力が発生していないときを接地区間中であると特定している。これにより、車両の走行速度に応じて振動検出発生部１１の出力電圧のパルスレベルが変化しても、精度良く接地区間を特定することができる。したがって、精度良く特定された接地区間に基づいて、精度良く路面状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検出発電部１１のうちのタイヤ接線方向の振動の検出信号の高周波成分のレベルを算出させ、それを路面状況データとして送信している。そして、その路面状況データを車両側装置２で受信し、走行路面の路面状況を推定している。これにより、周波数解析を行わなくても路面状況を推定することが可能となり、消費電力の低減を図ると共に周波数解析用の部品を削減することが可能となる。したがって、コスト削減を図ることができる。
　また、処理回路部１３では、振動検出発電部１１のうちのタイヤ接線方向の振動の検出信号をハイパスフィルタ部１８１に通過させることで高周波成分を抽出している。そして、処理回路部１３では、抽出した高周波成分を整流後、振動検出発電部１１の接地終了時までコンデンサ１８３ａに充電して積分電圧値を得るようにしている。このように、処理回路部１３のうち区間判定部１７ｂ以外の部分についてはアナログ回路主体で構成できるため、低コスト、省スペースな回路で信号処理を行うことができる。また、タイヤ側装置１は路面状況データとしてコンデンサ１８３ａによる積分電圧値を送信すれば良いため、タイヤ側装置１から車両側装置２への送信データ量を大幅に減らすことが可能となり、より消費電力を低減できる。したがって、タイヤ側装置１に備える振動検出発電部１１の小型化が図れるなど、タイヤ側装置１の小型化が可能となって、よりタイヤ３内への搭載を容易に行うことが可能となる。
　（第２実施形態）
　第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して区間特定部１７の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　図９に示すように、本実施形態では、区間特定部１７を遠心力検出部１７ａとスイッチ部１７ｃとによって構成している。
　遠心力検出部１７ａは、第１実施形態と同様、振動検出発電部１１に働く遠心力を検出しているが、それに加えて、本実施形態では検出される遠心力に基づいてスイッチ部１７ｃのオンオフを制御する。具体的には、遠心力検出部１７ａで振動検出発電部１１に働く遠心力が発生していると判定したときにはスイッチ部１７ｃをオフさせ、遠心力が発生していないと判定したときにスイッチ部１７ｃをオンさせる。
　スイッチ部１７ｃは、振動検出発電部１１のうちタイヤ接線方向の振動の検知信号の信号処理部１８への入力のオンオフを切り替えるものであり、半導体素子などで構成されていても良いし、アナログスイッチであっても良い。振動検出発電部１１のうちタイヤ接線方向の振動の検知信号は、スイッチ部１７ｃがオンされると信号処理部１８に入力され、スイッチ部１７ｃがオフされると信号処理部１８に入力されないようになっている。上記したように、遠心力検出部１７ａによって振動検出発電部１１に働く遠心力が０にときにスイッチ部１７ｃがオンされて、振動検出発電部１１のうちタイヤ接線方向の振動の検知信号が信号処理部１８に入力される。
　このように、区間特定部１７にスイッチ部１７ｃを備え、遠心力検出部１７ａにおいて振動検出発電部１１に働く遠心力が０にときにスイッチ部１７ｃがオンされる構成とすることもできる。このようにしても、車両の走行速度に応じて振動検出発生部１１の出力電圧のパルスレベルが変化しても、精度良く接地区間を判定することができる。したがって、精度良く判定された接地区間に基づいて、接地区間中にのみ信号処理部１８に振動検出発電部１１のうちタイヤ接線方向の振動の検知信号が入力されるようにできる。よって、精度良く路面状況の検出を行うことが可能となる。
　なお、送信トリガについては遠心力検出部１７ａより発生させれば良い。例えば、遠心力検出部１７ａにて遠心力が再び発生した状態になったときに、遠心力検出部１７ａより送信トリガを発生させるようにすれば良い。勿論、第１実施形態のように、区間判定部１７ｂを備えるようにし、区間判定部１７ｂから送信トリガを発生させるようにしても良い。
　（第３実施形態）
　第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して区間特定部１７に備えたスイッチ部１７ｃと同様の機能を振動検出発電部１１に備えたものであり、その他については第２実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　図１０に示すように、本実施形態では、処理回路部１３をレベル算出部１８のみによって構成し、振動検出発電部１１の検出信号がレベル算出部１８に入力されるようにしている。
　また、本実施形態では、振動検出発電部１１を図１２に示す構成としている。具体的には、振動検出発電部１１は、パッケージ１１０と、梁部１１１ａおよび第１錘部１１１ｂを有するセンサ部１１１と、バネ部１１２ａおよび第２錘部１１２ｂを有するストッパー部１１２を有した構成とされている。
　パッケージ１１０は、中空状のケースを構成するものであり、裏面１１０ａと側壁１１０ｂおよび裏面１１０ａと反対側となる上面１１０ｃを有している。パッケージ１１０のうちの裏面１１０ａがタイヤ３のトレッド３１の裏面に貼り付けられることで、振動検出発電部１１がタイヤ３に取り付けられている。
　センサ部１１１は、梁部１１１ａの一端がパッケージ１１０の裏面１１０ａに固定されており、梁部１１１ａの他端に第１錘部１１１ｂが取り付けられた構造とされ、タイヤ接線方向の振動に応じて第１錘部１１１ｂが移動して梁部１１１ａが撓むようになっている。梁部１１１ａには図示しない圧電膜が形成されていると共に圧電膜の両面に電極が形成されており、梁部１１１ａの撓み量に応じて圧電膜の圧電作用に基づく電位差が両電極間に発生させられる。この電位差、つまり出力電圧を振動検出発電部１１におけるタイヤ接線方向の振動に応じた検出信号として用いている。また、この出力電圧に基づいて電力供給回路１６での蓄電を行うこともできることから、センサ部１１１によって、上記した振動発電素子１１ａを構成することもできる。
　ストッパー部１１２は、振動検出発電部１１に働く遠心力に基づいてセンサ部１１１によるタイヤ接線方向の振動の検出のオンオフを切り替えるものである。このため、ストッパー部１１２が第１、第２実施形態で説明した振動検出発電部１１に働く遠心力を検出する遠心力検出部の機能を果たす。具体的には、バネ部１１２ａと第２錘部１１２ｂは、タイヤ接線方向において、センサ部１１１を挟んだ両側に配置されている。図１１のように、振動検出発電部１１に対して遠心力が働いていない状態においては、バネ部１１２ａの復元力によって第２錘部１１２ｂが上面１１０ｃ側に持ち上げられる。そして、図１２のように、振動検出発電部１１に対して遠心力が働くと、バネ部１１２ａの復元力に抗して第２錘部１１２ｂが裏面１１０ａ側に引張られる。これにより、センサ部１１１の第１錘部１１１ｂがストッパー部１１２の第２錘部１１２ｂに挟持される。
　このように、振動検出発電部１１に対して遠心力が働いていない状態では、ストッパー部１１２からセンサ部１１１が開放されて振動検出を行える状態となる。そして、遠心力が働いている状態では、ストッパー部１１２にセンサ部１１１が拘束されて振動検出が行えない状態となる。
　このような振動検出発電部１１を用いれば、接地区間中にのみ、振動検出発電部１１の検出信号が処理回路部１３におけるレベル算出部１８に伝わるようにできる。したがって、振動検出発電部１１の構造として、第２実施形態で説明した遠心力検出部１７ａおよびスイッチ部１７ｃの機能を持たせることができ、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
　さらに、第１、第２実施形態において、処理回路部１３に備えていた遠心力検出部１７ａなどを含む区間特定部１７を備える必要がなくなる。したがって、処理回路部１３のうちのマイクロコンピュータで構成する部分の処理負担を軽減することが可能となり、消費電力軽減を図ることも可能となる。
　（第３実施形態の変形例）
　図１３に示すように、振動検出発電部１１の構成を変更しても良い。具体的には、ストッパー部１１２を第２錘部１１２ｂと梁部１１２ｃとによって構成している。梁部１１２ｃは、一端がパッケージ１１０における側壁１１０ｂに取り付けられており、他端に第２錘部１１２ｂが取り付けられている。
　このような構造としても、振動検出発電部１１に対して遠心力が働いていない状態においては、梁部１１２ｃの復元力によって第２錘部１１２ｂが上面１１０ｃ側に持ち上げられる。そして、図１４に示すように、振動検出発電部１１に対して遠心力が働くと、梁部１１２ｃの復元力に抗して第２錘部１１２ｂが裏面１１０ａ側に引張られる。これにより、センサ部１１１の第１錘部１１１ｂがストッパー部１１２の第２錘部１１２ｂに挟持される。したがって、本変形例としても第３実施形態で説明した効果を得ることができる。
　（他の実施形態）
　本開示は、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、上記実施形態では、車両側装置２においてタイヤ側装置１から送信された積分電圧値を一定の判定閾値と比較することで路面状況を推定しているが、判定閾値を可変としても良い。例えば、タイヤ３に生じる振動は車速に応じて変化し、車速が大きいほど同じ路面状況であってもタイヤ３に生じる振動が大きくなる。このため、車速が大きいほど、振動検出発電部１１の検出信号に含まれる高周波成分も大きくなり、コンデンサ１８３ａに充電される積分電圧値も大きくなる。したがって、例えば状況推定部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、つまり車載用の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、区間判定部１７ｂにて振動検出発電部１１の接地開始時から接地終了時までの間、つまり接地時間中の振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分を抽出し、その高周波成分によってコンデンサ１８３ａに充電させて積分電圧値を得た。しかしながら、これは積分電圧値を得るときの充電時間の一例を示したものであり、例えば振動検出発電部１１の接地開始から一定期間を、積分電圧値を得るときの充電時間としても良い。例えば、車両が時速６０ｋｍ／ｈで走行する際の振動検出発電部１１の接地時間として想定される時間を充電時間とすることができる。その場合、車両が時速６０ｋｍ／ｈ以上で走行する際に、充電時間中に振動検出発電部１１が接地区間以外に位置している期間が存在し、その期間中にも振動発電素子１１ａの検出信号の高周波成分がコンデンサ１８３ａに充電されることになる。したがって、その場合には、車速データを入力し、充電時間として振動検出発電部１１の接地時間として想定している車速を超えている場合には、路面状況推定を行わないようにするのが好ましい。
　また、第３実施形態では、振動検出発電部１１のうちの遠心力を検出する部分を振動検出発電部１１に備えたストッパー部１１２によって構成し、遠心力が働いているときにはストッパー部１１２によってタイヤ３の接線方向の振動が検出されないようにしている。これと同様の動作を、振動検出発電部１１に加速度センサ１１ｂのような遠心力に応じた検出信号を出力するものを備えることによって行うこともできる。具体的には、第２実施形態で示したようなスイッチ部１７ｃをアナログスイッチおよびスイッチ制御部によって構成し、振動検出発電部１１からの遠心力に応じた検出信号が矩形波信号としてスイッチ制御部に入力されるようにする。そして、矩形波信号に基づいて、スイッチ制御部にて遠心力が働いていないときにアナログスイッチをオンし、遠心力が働いているときにアナログスイッチをオフする。このようにしても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
　さらに、スイッチ部１７ｃを半導体スイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴによって構成し、振動検出発電部１１からの遠心力に応じた検出信号を矩形波信号として、直接もしくはインバータなどで反転させてＭＯＳＦＥＴのゲート電圧として印加するようにしても良い。このように、半導体スイッチング素子を用いた構成としても、遠心力が働いていないときにのみスイッチ部１７ｃをオンさせることができ、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

Claims (5)

  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、前記タイヤの接線方向の振動を検出する部分と遠心力を検出する部分とを有し、前記接線方向の振動の大きさに応じた第１検出信号と前記遠心力に応じた第２検出信号と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第１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、
    　前記第２検出信号に基づいて前記振動検出部に働く遠心力を検出する遠心力検出部（１７ａ）を有し、前記遠心力検出部で検出される前記遠心力から前記接地区間を特定する路面状況推定装置。
  2. 　前記区間特定部は、
    　前記遠心力検出部により前記振動検出部に遠心力が働いていないことが検出されると前記接地区間であると判定すると共に、前記接地区間と判定されたときにのみ前記レベル算出部に対して前記第１検出信号の高周波成分のレベルを算出させる区間判定部（１７ｂ）を有するものである請求項１に記載の路面状況推定装置。
  3. 　前記区間特定部は、
    　前記遠心力検出部により前記振動検出部に遠心力が働いていないことが検出されると、前記レベル算出部に対して前記第１検出信号を伝えるスイッチ部（１７ｃ）を有するものである請求項１に記載の路面状況推定装置。
  4. 　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、前記タイヤの接線方向の振動を検出する部分と遠心力を検出する部分とを有し、前記接線方向の振動の大きさに応じた検出信号を出力する振動検出部（１１）と、前記検出信号の高周波成分のレベルを算出するレベル算出部（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状況推定部（２２）と、を有する車両側装置（２）とを備え、
    　前記振動検出部は、前記遠心力を検出する部分によって前記遠心力が働いていることが検出されたときには前記タイヤの接線方向の振動を検出せず、前記遠心力を検出する部分によって前記遠心力が働いていないことが検出されたときにのみ前記タイヤの接線方向の振動を検出するものである路面状況推定装置。
  5. 　前記振動検出部は、
    　前記タイヤ接線方向の振動を検出する部分として、前記タイヤの接線方向の振動に基づいて移動させられる第１錘部（１１１ｂ）と該第１錘部が取り付けられることで該第１錘部の移動によって撓む梁部（１１１ａ）とを有し、前記梁部の撓みに応じて前記検出信号を出力するセンサ部（１１）と、
    　前記遠心力を検出する部分として、前記タイヤの接線方向において、前記第１錘部の両側に配置されると共に前記遠心力に基づいて移動する第２錘部（１１２ｂ）を備え、前記遠心力が働いているときには前記第２錘部によって前記第１錘部が挟持されることで前記第１錘部を拘束し、前記遠心力が働いていないときには前記第２錘部から前記第１錘部を開放するストッパー部（１１２）と、を有している請求項４に記載の路面状況推定装置。
PCT/JP2016/078022 2015-10-27 2016-09-23 路面状況推定装置 WO2017073211A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112016004908.0T DE112016004908B8 (de) 2015-10-27 2016-09-23 Straßenoberflächenzustands-Schätzvorrichtung
US15/770,828 US10605780B2 (en) 2015-10-27 2016-09-23 Road surface condition estimation device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015210985A JP6488986B2 (ja) 2015-10-27 2015-10-27 路面状況推定装置
JP2015-210985 2015-10-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017073211A1 true WO2017073211A1 (ja) 2017-05-04

Family

ID=58631586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/078022 WO2017073211A1 (ja) 2015-10-27 2016-09-23 路面状況推定装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10605780B2 (ja)
JP (1) JP6488986B2 (ja)
DE (1) DE112016004908B8 (ja)
WO (1) WO2017073211A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108859957A (zh) * 2018-08-31 2018-11-23 中国联合网络通信集团有限公司 一种安全驾驶辅助方法和系统、车载服务器
CN109017746A (zh) * 2017-06-02 2018-12-18 本田技研工业株式会社 车辆控制装置、车辆控制方法及存储介质
US10597009B2 (en) 2015-10-27 2020-03-24 Denso Corporation Road surface condition estimation device
CN111290051A (zh) * 2020-04-08 2020-06-16 中国科学院西北生态环境资源研究院 一种沙漠气象监测装置及其监测方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6551463B2 (ja) * 2016-07-13 2019-07-31 株式会社デンソー タイヤマウントセンサおよびそれを含む路面状態推定装置
JP6627670B2 (ja) 2016-07-13 2020-01-08 株式会社デンソー タイヤマウントセンサおよびそれを含む路面状態推定装置
JP6946970B2 (ja) 2017-11-23 2021-10-13 株式会社デンソー 路面状態判別装置
WO2021247016A1 (en) * 2020-06-03 2021-12-09 Sensata Technologies, Inc. Detecting a condition of a road surface
DE112021008000T5 (de) * 2021-10-26 2024-05-29 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Erfassungsverfahren und erfassungsvorrichtung zum erfassen von fahrbahnunebenheiten sowie ein computerprogrammprodukt

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008126942A (ja) * 2006-11-24 2008-06-05 Yokohama Rubber Co Ltd:The ブレーキ制御方法およびブレーキ制御装置
JP2009292283A (ja) * 2008-06-04 2009-12-17 Yokohama Rubber Co Ltd:The タイヤの姿勢制御装置および方法
JP2010066261A (ja) * 2008-09-08 2010-03-25 Continental Automotive Gmbh 車輪荷重を検出するための方法および測定システム
JP2015174638A (ja) * 2014-03-18 2015-10-05 株式会社日本自動車部品総合研究所 路面状況推定装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7203579B2 (en) 2001-12-21 2007-04-10 Kabushiki Kaisha Bridgestone Method and apparatus for estimating road surface state and tire running state, ABS and vehicle control using the same
JP2006142993A (ja) 2004-11-19 2006-06-08 Yokohama Rubber Co Ltd:The 加速度センサ装着タイヤ
US7673505B2 (en) * 2008-08-01 2010-03-09 Infineon Technologies Ag Tire footprint determination apparatuses, systems and methods
DE102009005904A1 (de) * 2009-01-23 2010-07-29 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Ermitteln von Radzustandsgrößen eines Rades
JP5657917B2 (ja) 2010-05-19 2015-01-21 株式会社ブリヂストン 路面状態推定方法
JP5736948B2 (ja) * 2011-05-13 2015-06-17 日産自動車株式会社 タイヤ空気圧モニタシステム
JP6103298B2 (ja) * 2013-05-17 2017-03-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 タイヤセンサシステム
JP6273937B2 (ja) 2014-03-18 2018-02-07 株式会社Ｓｏｋｅｎ 路面状況推定装置
JP6268645B2 (ja) 2014-04-28 2018-01-31 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 照明用光源、および照明装置
JP6365503B2 (ja) 2015-10-27 2018-08-01 株式会社Ｓｏｋｅｎ 路面状況推定装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008126942A (ja) * 2006-11-24 2008-06-05 Yokohama Rubber Co Ltd:The ブレーキ制御方法およびブレーキ制御装置
JP2009292283A (ja) * 2008-06-04 2009-12-17 Yokohama Rubber Co Ltd:The タイヤの姿勢制御装置および方法
JP2010066261A (ja) * 2008-09-08 2010-03-25 Continental Automotive Gmbh 車輪荷重を検出するための方法および測定システム
JP2015174638A (ja) * 2014-03-18 2015-10-05 株式会社日本自動車部品総合研究所 路面状況推定装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10597009B2 (en) 2015-10-27 2020-03-24 Denso Corporation Road surface condition estimation device
CN109017746A (zh) * 2017-06-02 2018-12-18 本田技研工业株式会社 车辆控制装置、车辆控制方法及存储介质
CN108859957A (zh) * 2018-08-31 2018-11-23 中国联合网络通信集团有限公司 一种安全驾驶辅助方法和系统、车载服务器
CN108859957B (zh) * 2018-08-31 2020-07-14 中国联合网络通信集团有限公司 一种安全驾驶辅助方法和系统、车载服务器
CN111290051A (zh) * 2020-04-08 2020-06-16 中国科学院西北生态环境资源研究院 一种沙漠气象监测装置及其监测方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017083264A (ja) 2017-05-18
US20180364197A1 (en) 2018-12-20
US10605780B2 (en) 2020-03-31
JP6488986B2 (ja) 2019-03-27
DE112016004908B8 (de) 2022-12-01
DE112016004908T5 (de) 2018-07-12
DE112016004908B4 (de) 2022-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6273937B2 (ja) 路面状況推定装置
JP6281346B2 (ja) 路面状況推定装置
JP6488986B2 (ja) 路面状況推定装置
JP6365503B2 (ja) 路面状況推定装置
WO2017221578A1 (ja) 路面状況推定装置
WO2016092824A1 (ja) 車両制御装置
JP6318743B2 (ja) タイヤ状態検出装置
US11034356B2 (en) Tire-mounted sensor and road surface condition estimation apparatus including the same
US11142210B2 (en) Road surface state estimation device
JP6372214B2 (ja) タイヤ状態検出装置
WO2014141690A1 (ja) タイヤ装置
JP6601261B2 (ja) 路面状況推定装置
JP6119330B6 (ja) タイヤ装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16859448

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112016004908

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16859448

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1