WO2020110304A1 - 路面情報収集装置 - Google Patents

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WO2020110304A1
WO2020110304A1 PCT/JP2018/044248 JP2018044248W WO2020110304A1 WO 2020110304 A1 WO2020110304 A1 WO 2020110304A1 JP 2018044248 W JP2018044248 W JP 2018044248W WO 2020110304 A1 WO2020110304 A1 WO 2020110304A1
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sampling
acceleration sensor
tire
road surface
surface information
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PCT/JP2018/044248
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和則 澤藤
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太平洋工業株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a road surface information collecting device that collects road surface information while a vehicle is traveling.
  • JP-A-2007-55284 (paragraphs [0002], [0003], [0018])
  • the battery consumption is fast, so it is required to develop a technology capable of suppressing the power consumption.
  • the invention according to claim 1 made in order to solve the above-mentioned problems, in a road surface information collecting device for collecting road surface information by an acceleration sensor mounted on an inner peripheral surface of a tire of a vehicle, a first sampling of a detection result of the acceleration sensor.
  • a first sampling unit that obtains first sampling data by sampling in a cycle
  • a position calculation unit that calculates a rotational position of the acceleration sensor based on a change of the first sampling data
  • the acceleration sensor is a tire It operates under one of the conditions that it is located within the first specified range including the back side position of the ground contact portion, and the detection result of the acceleration sensor is sampled at a second sampling cycle shorter than the first sampling cycle.
  • a second sampling unit that acquires second sampling data as the road surface information.
  • Circuit diagram of the road surface information collecting apparatus of the first embodiment Conceptual diagram of a vehicle equipped with a road surface information collection device Graph showing changes in the detected voltage of the acceleration sensor Correspondence table between tire angular velocity and first sampling period Conceptual diagram showing the position where sampling is performed
  • Block diagram of road information collection device Block diagram of a road surface information collecting device of the second embodiment
  • Circuit diagram of the road surface information collecting device of the third embodiment Graph showing changes in the detected voltage of the acceleration sensor Circuit diagram of the road surface information collecting device of the fourth embodiment
  • Circuit diagram of the road surface information collecting device of the fifth embodiment Block diagram of road information collection device Block diagram of a road surface information collecting device of a sixth embodiment
  • a road surface information collecting apparatus 10 of the present embodiment includes a plurality of sensors connected to a control circuit 11, a battery 12 as a power source, and an entire package in a resin housing (not shown). Has been done. Then, as shown in FIG. 2, the road surface information collecting device 10 is fixed to the inner peripheral surface of each tire 92 of the vehicle 90, and the monitoring device 93 mounted on the vehicle body 91 and each road surface information collecting device 10 are wireless. Connected.
  • control circuit 11 is provided with a power supply circuit 24 that transforms the output voltage of the battery 12 as necessary to supply power to each part.
  • a capacitor may be provided as a power source instead of the battery 12.
  • the battery 12 may be of a one-time use type or may be rechargeable wirelessly from the outside.
  • the plurality of sensors described above include, for example, an acceleration sensor 13, a pressure sensor 17, and a temperature sensor 18. These sensors have a structure in which the resistance value changes according to the change of the detection target, are used in a state of receiving a voltage from the power supply circuit 24, and output a detection voltage according to the size of each detection target.
  • the acceleration sensor 13 is, for example, a composite type including an X-axis acceleration sensor 14, a Y-axis acceleration sensor 15, and a Z-axis acceleration sensor 16, and has accelerations in three directions of an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis that are orthogonal to each other. Can be detected separately. Then, the road surface information collecting device 10 is arranged at the center in the width direction at any one position in the circumferential direction of the inner peripheral surface of the tire 92, and at the same time, the X-axis acceleration sensor 14 applies acceleration toward the rotation center C1 of the tire 92. It is arranged so that the Y-axis acceleration sensor 15 can detect the acceleration in the circumferential speed direction of the tire 92, and the Z-axis acceleration sensor 16 can detect the acceleration in the rotational axis direction of the tire 92. ing.
  • the control circuit 11 has a CPU 20, a RAM 20A, and a ROM 20B.
  • the output of the X-axis acceleration sensor 14 is connected to the interrupt terminal of the CPU 20 via the interface 19A. Then, when the vehicle 90 travels, the X-axis acceleration sensor 14 receives centrifugal force, and when the detected voltage becomes equal to or higher than a preset reference voltage, the detected voltage becomes an interrupt signal, and the CPU 20 stores it in the ROM 20B by interrupt processing.
  • the executed start program (not shown) is executed.
  • the start-up program before the start-up program is executed, power supply from the power supply circuit 24 to parts other than the X-axis acceleration sensor 14, the interface 19A, and the CPU 20 is stopped, and these parts are required after execution of the start-up program.
  • the power supply is started according to. Further, when the state in which the interrupt signal is not given to the interrupt terminal of the CPU 20 continues for a preset specified time, the CPU 20 executes the sleep program (not shown) stored in the ROM 20B, and the X-axis Power supply from the power supply circuit 24 to parts other than the acceleration sensor 14, the interface 19A, and the CPU 20 is stopped.
  • the control circuit 11 includes first to third A/D converters 21, 22 and 23.
  • the X-axis acceleration sensor 14 is connected to the first A/D converter 21, the X-axis acceleration sensor 14, the Y-axis acceleration sensor 15, and the Z-axis acceleration sensor 16 are connected to the second A/D converter 22, and the third A A pressure sensor 17 and a temperature sensor 18 are connected to the /D converter 23.
  • an interface 19B is provided between each sensor and the first to third A/D converters 21, 22, 23, and a detection signal of each sensor is amplified and noise is removed as necessary. It is taken into the first to third A/D converters 21, 22, 23. Then, the first to third A/D converters 21, 22, 23 output the sampling data generated by sampling the detection voltage of each sensor to the buffer 25.
  • the CPU 20 determines the rotational position of the acceleration sensor 13 from sampling data of the output voltage of the X-axis acceleration sensor 14 (hereinafter, referred to as “first sampling data”) output from the first A/D converter 21. Calculate Then, the CPU 20 determines the on/off timing of the second A/D converter 21 based on the calculation results. Further, the CPU 20 turns on/off the third A/D converter 23 at a preset timing regardless of the rotational position of the acceleration sensor 13 and the angular velocity of the tire 92.
  • the CPU 20 outputs sampling data of the detection voltage of the acceleration sensor 13 (X-axis acceleration sensor 14, Y-axis acceleration sensor 15, Z-axis acceleration sensor 16) output from the second A/D converter 22 to the buffer 25 (hereinafter, these Is referred to as "second sampling data"), and spectrum data is generated by, for example, FFT processing. Then, the CPU 20 causes the wireless circuit 26 to wirelessly output the spectrum data as road surface information. At this time, the wireless circuit 26 wirelessly outputs the road surface information together with the identification number for each road surface information collecting device 10 for distinguishing the road surface information collecting devices 10 from each other.
  • the wireless circuit 26 stores sampling data of output voltages of the pressure sensor 17 and the temperature sensor 18 (hereinafter, referred to as “third sampling data”) output from the third A/D converter 23 to the buffer 25 in the tire.
  • the information is wirelessly output to the wireless circuit 26 together with the identification number.
  • the detection result of the acceleration sensor 13 is sampled at the first sampling period and the second sampling period shorter than the first sampling period.
  • the output voltage of the X-axis acceleration sensor 14 of the acceleration sensor 13 is sampled by the first and second A/D converters 21 and 22. Then, the first A/D converter 21 calculates the rotational position of the acceleration sensor 13 based on the change in the first sampling data sampled at the first sampling period, and the acceleration sensor 13 includes the back side position of the ground contact portion of the tire.
  • the second A/D converter 22 is configured to sample the detection result of the acceleration sensor 13 in the second sampling cycle on the condition that it is located within one prescribed range.
  • the first A/D converter 21 samples the output voltage of the X-axis acceleration sensor 14 at the initial setting first sampling cycle.
  • the horizontal axis is [time] and the vertical axis is The graph with the value of the first sampling data draws a sine wave. The difference between the maximum and minimum peak values in the graph at this time corresponds to the centrifugal force, and in this case is naturally [0].
  • the graph shows that the sine wave is changed by the centrifugal force F in the vertical direction as shown in FIG.
  • the pulse wave is offset in the axial direction, and the value of the offset becomes the value of the centrifugal force F.
  • the CPU 20 obtains the centrifugal force F from the first sampling data, and calculates the angular velocity ⁇ from the centrifugal force F based on a general physical formula.
  • ROM 20B a constant for converting the centrifugal force F detected by each axis of the acceleration sensor 13 into an acceleration ⁇ directed toward the rotation center and a distance from the rotation center C1 of the tire 92 to the acceleration sensor 13.
  • the turning radius r1 is stored.
  • the first A/D converter 21 samples the output voltage of the X-axis acceleration sensor 14 at the same first sampling cycle regardless of the rotation speed of the tire 92, the sampling is performed while the tire 92 makes one rotation.
  • the number of data changes greatly, and it becomes difficult to detect the accurate rotational position of the road surface information collecting device 10 at high speed, while at the time of low speed, more sampling data is acquired than necessary and power is wasted. Become.
  • the CPU 20 controls to change the first sampling cycle of the first A/D converter 21 according to the angular velocity ⁇ of the tire 92. That is, as shown in FIG. 4, the magnitude of the angular velocity ⁇ of the tire 92 is divided into a plurality of stages, and in each stage, the number of times close to a preset reference number is set during one rotation of the tire 92.
  • the first sampling period S1 is set for each stage of the angular velocity ⁇ so that sampling is performed.
  • the reference number of times is set to 24, and the first sampling cycle S1 is set so that the number of times of sampling after 24 times and near 24 times is performed during one rotation of the tire 92. Has been done.
  • the vehicle speed when the outer diameter of the tire 92 is 35 [cm] and the cycle T1 of one rotation of the tire 92 are displayed as reference values. .
  • the circular locus R of the acceleration sensor 13 that rotates together with the tire 92 is conceptually drawn, and an example of the position where the first A/D converter 21 samples is shown as “ ⁇ ” on the circular locus R. Has been done.
  • the first reference data can be acquired to the extent that the rotational position of the acceleration sensor 13 can be detected by sampling the reference number of times during one rotation of the tire 92.
  • a position that is horizontally forward of the vehicle 90 with respect to the rotation center C1 of the tire 92 is an origin P0, and a direction in which the vehicle 90 moves forward and the tire 92 rotates with respect to the origin P0 (that is, FIG. 2). , 5 in the counterclockwise direction) as the rotational position of the acceleration sensor 13, the CPU 20 calculates the rotational position of the acceleration sensor 13 from the first sampling data as follows, for example. That is, the CPU 20 calculates the angular velocity ⁇ by obtaining the centrifugal force F from the first sampling data as described above.
  • a point at which the value of the first sampling data changes from a value larger than the centrifugal force F to a value smaller than the centrifugal force F is obtained as the origin P0.
  • the angular velocity ⁇ is integrated to calculate the rotation angle from the origin P0 as the rotation position of the acceleration sensor 13.
  • the acceleration sensor 13 is located directly behind the ground contact portion of the tire 92 at a rotation position advanced by 1/4 cycle (that is, 2 ⁇ /4) from the origin P0.
  • the rotation position where the acceleration sensor 13 is offset from the rotation position which is directly behind the ground contact portion of the tire 92 to the origin P0 side and the opposite side by a certain margin angle ⁇ m are the sampling start position P1 and the sampling end position. It is stored in the ROM 20B as P2.
  • the sampling start position P1 is set to 46 ⁇ /24
  • the sampling end position P2 is set to 50 ⁇ /24. Has been done.
  • the CPU 20 turns on the second A/D converter 22 on the condition that the acceleration sensor 13 is located within the first specified range L1 between the sampling start position P1 and the sampling end position P2. Then, the output voltages of the X-axis acceleration sensor 14, the Y-axis acceleration sensor 15, and the Z-axis acceleration sensor 16 are sampled at the second sampling cycle S2, and the second sampling data is generated and stored in the buffer 25 as described above.
  • Other conditions for turning on the second A/D converter 22 include, for example, "the tire 92 is rotating 10 times or more after the sampling by the second A/D converter 22" or "the first sampling data is equal to or more than a reference value". It has become big.”
  • the second sampling period S2 is set to a value that is extremely shorter than the first sampling period S1.
  • the second sampling period S2 is, for example, a constant value (for example, 1.0 ⁇ 10 ⁇ 6 [s]) at which the number of pieces of the second sampling data becomes a number that enables FFT processing. Is set to.
  • the bottom column of FIG. 4 shows the X-axis acceleration sensor 14, the Y-axis acceleration sensor 15, and the Z-axis acceleration sensor 16 that can be acquired within the first specified range L1 for each stage of the angular velocity of the tire 92.
  • Each sample data number N1 is shown.
  • the position where the second A/D converter 22 samples is located on the circular locus R of the acceleration sensor 13 described above is conceptually shown as a vertical line “
  • the entire road surface information collection device 10 functions as the configuration shown in the block diagram of FIG. That is, the on/off control unit 38 of FIG. 6 is configured to include the power supply circuit 24 and the CPU 20 that executes the above-described start-up program and sleep program, and controls the power supply to each part on/off to save power.
  • the first sampling unit 31 includes interfaces 19A and 19B, a first A/D converter 21, and a CPU 20 that controls the first A/D converter 21, and the second sampling unit 32 includes an interface 19B.
  • a second A/D converter 22 and a CPU 20 that controls the second A/D converter 22, and the third sampling unit 33 includes an interface 19B, a third A/D converter 23, and a third A/D thereof. It is configured to include the CPU 20 that controls the converter 23.
  • the speed calculator 34 is configured to include the CPU 20 when calculating the angular velocity ⁇ of the tire 92
  • the position calculator 35 is configured to include the CPU 20 when calculating the rotational position of the acceleration sensor 13.
  • the sampling control unit 36 turns on/off the second A/D converter 22 when the rotational position of the acceleration sensor 13 reaches the sampling start position P1 and the sampling end position P2, and based on a preset timing.
  • the sampling cycle determining unit 37 includes a data table in which the angular velocity ⁇ of the tire 92 and the first sampling cycle are associated with each other, and the data table and the tire calculating unit 34 determine the tire 92.
  • the FFT processing unit 39 is configured to include the CPU 20 that is performing the FFT processing on the second sampling data, and the wireless output unit 40 includes the wireless circuit 26 and the CPU 20 that causes the wireless circuit 26 to wirelessly transmit data. It is configured to include.
  • the CPU 20 which is a general-purpose processor, executes the start-up program and the sleep program to form part of the speed calculation unit 34 and the like.
  • a DSP Digital Signal Process
  • a dedicated circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) may be provided.
  • the starting program, the sleeping program, and the data table are stored in the ROM 20B, but may be stored in the RAM or another storage medium, and a plurality of RAM and ROM are included. It may be stored in a combination of types of storage media.
  • the acceleration received by the acceleration sensor 13 is sampled in the first sampling cycle S1 and the second sampling cycle S2 shorter than the first sampling cycle S1. Then, the rotational position of the acceleration sensor 13 is calculated based on the change in the first sampling data sampled in the first sampling period S1, and the acceleration sensor 13 is within the first specified range L1 including the back side position of the ground contact portion of the tire 92.
  • the second detection data is acquired by sampling the detection result of the acceleration sensor 13 at a short second sampling cycle S2 under the condition that the vehicle is located at the position. As a result, useless sampling can be suppressed and power consumption can be suppressed.
  • the acceleration sensor 13 for obtaining the road surface information is also used for detecting the rotational position of the acceleration sensor 13, the acceleration sensor 13 can be effectively used and the road surface information collecting device 10 can be downsized. Moreover, since the acceleration sensor 13 detects accelerations in a plurality of directions, it is possible to collect detailed road surface information. Then, since the in-tire information based on the pressure in the tire 92 is collected together with the road surface information, when the detection result of the acceleration sensor 13 may be affected by the tire pressure or the temperature in the tire, the in-tire information is acquired. It is possible to accurately analyze the road surface condition in consideration.
  • FIGS. 7 and 8 This embodiment is shown in FIGS. 7 and 8.
  • the road surface information collecting apparatus 10A of the present embodiment differs from the first embodiment in that the sampling cycle determining unit 37 changes both the first and second sampling cycles S1 and S2 according to the angular velocity ⁇ of the tire 92.
  • the second sampling cycle S2 is set to decrease as the angular velocity ⁇ of the tire 92 increases. This prevents the number N1 of sampled data that can be acquired within the first specified range L1 from greatly decreasing as the angular velocity ⁇ of the tire 92 increases, as shown in the bottom column of FIG.
  • FIGS. 9 and 10 This embodiment is shown in FIGS. 9 and 10.
  • the first A/D converter 21 samples the detection voltages of both the X-axis acceleration sensor 14 and the Y-axis acceleration sensor 15 at the same first sampling period S1. ..
  • the graph based on the first sampling data of the Y-axis acceleration sensor 15 sampled substantially at the same time is the first sampling of the X-axis acceleration sensor 14. Unlike the graph based on the data, it is not affected by the centrifugal force and changes according to the rotational position of the acceleration sensor 13. Therefore, in the present embodiment, when the CPU 20 functions as the position calculation unit 35 (see FIG. 6), the rotational position of the acceleration sensor 13 is detected based on the first sampling data of the Y-axis acceleration sensor 15. ..
  • the ROM 20B stores a data table in which the detected voltage of the Y-axis acceleration sensor 15 and the rotational position of the acceleration sensor 13 are associated with each other.
  • the data table the rotational position of the acceleration sensor 13 with respect to the value of each detection voltage while the detection voltage of the Y-axis acceleration sensor 15 is decreasing and the value of each detection voltage with the detection voltage of the Y-axis acceleration sensor 15 increasing.
  • the rotational position of the acceleration sensor 13 is stored separately.
  • the CPU 20 calculates the differential value of the first sampling data of the detected voltage of the Y-axis acceleration sensor 15, determines whether the detected voltage is decreasing or increasing, and then based on the data table.
  • the rotational position of the acceleration sensor 13 is obtained from the value of the voltage detected by the acceleration sensor 15.
  • the rotational position of the acceleration sensor 13 is also calculated from the first sampling data of the detected voltage of the X-axis acceleration sensor 14, and the acceleration sensor 13 is calculated from the detected voltage of the X-axis acceleration sensor 14.
  • the rotational position of No. 1 and the rotational position of the acceleration sensor 13 calculated from the detection voltage of the Y-axis acceleration sensor 15 match within a preset allowable value range, one of the rotational positions is adopted. It may be configured to be used. Alternatively, only the origin P0 may be obtained from the detection voltage of the Y-axis acceleration sensor 15, and the rotation angle from the origin P0 may be obtained by integrating the detection voltage of the X-axis acceleration sensor 14.
  • the first A/D converter 21 samples the detection voltage of only the Y-axis acceleration sensor 15. Then, similar to the third embodiment, when the CPU 20 functions as the position calculation unit 35 (see FIG. 6), the rotational position of the acceleration sensor 13 is detected based on the first sampling data of the Y-axis acceleration sensor 15. Further, the CPU 20 does not operate as the speed calculation unit 34 and the sampling period determination unit 37 (see FIG. 6), and the first sampling period has a constant value.
  • the acceleration sensor 13 of the road surface information collection device 10D has a structure including only the X-axis acceleration sensor 14 described above, and detects only the acceleration directed to the rotation center C1 of the tire 92. Further, in the road surface information collecting device 10D, the CPU 20 switches the sampling cycle of one A/D converter 21A between the first sampling cycle S1 and the second sampling cycle S2, and as shown in FIG. In the range L1, fine sampling is performed in the second sampling period S2, while in the regions other than the first specified range L1, coarse sampling is performed in the first sampling period S1. That is, in the present embodiment, the first sampling unit 31 shown in the block diagram of FIG.
  • the second sampling unit 32 is configured to include the A/D converter 21A that performs sampling in the second sampling cycle S2 and the CPU 20 that controls the A/D converter 21A.
  • the road surface information collection device 10E of the present embodiment has a data table that stores different correction values depending on the angular velocity ⁇ of the tire 92. Then, the sampling control unit 36 acquires a correction value from the data table based on the angular velocity ⁇ of the tire 92 detected by the velocity calculation unit 34, multiplies the correction value by ⁇ m described above, and for each angular velocity ⁇ of the tire 92. The sampling start position P1 and the sampling end position P2 are calculated. As a result, the first specified range L1 is controlled to become wider as the angular velocity ⁇ of the tire 92 increases.
  • the sampling control unit 36 and the above-mentioned data table correspond to the “first prescribed range determination unit” of the “claim”.
  • the road surface information collection device 10 of the above embodiment has the pressure sensor 17 and the temperature sensor 18, but it is not necessary to have one or both of them.

Abstract

消費電力が従来より少ない路面情報収集装置を提供することを課題に、本開示の路面情報収集装置(10)では、加速度センサ(13)が受ける加速度を、第1サンプリング周期(S1)とそれより短い第2サンプリング周期(S2)とでサンプリングする。そして、第1サンプリング周期(S1)でサンプリングした第1サンプリングデータの変化に基づいて加速度センサ(13)の回転位置を演算し、加速度センサ(13)が、タイヤ(92)の接地部分の裏側位置を含む第1規定範囲(L1)内に位置していることを条件の1つにして、加速度センサ(13)の検出結果を短い第2サンプリング周期(S2)でサンプリングして第2サンプリングデータを取得する。

Description

路面情報収集装置
 本開示は、車両が走行中に路面情報を収集する路面情報収集装置に関する。
 従来、この種の路面情報収集装置として、タイヤの内周面に取り付けられる加速度センサを備えて、その加速度センサにて検出される振動や衝撃を路面情報として収集するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2007-55284号公報(段落[0002],[0003],[0018])
 しかしながら、従来の路面情報収集装置は、電池の消耗が早いため、消費電力を抑えることが可能な技術の開発が求められている。
 上記課題を解決するためになされた請求項1の発明は、車両のタイヤの内周面に取り付けられる加速度センサにより路面情報を収集する路面情報収集装置において、前記加速度センサの検出結果を第1サンプリング周期でサンプリングして第1サンプリングデータを取得する第1サンプリング部と、前記第1サンプリングデータの変化に基づいて前記加速度センサの回転位置を演算する位置演算部と、前記加速度センサが、前記タイヤの接地部分の裏側位置を含む第1規定範囲内に位置していることを条件の1つにして作動し、前記加速度センサの検出結果を、前記第1サンプリング周期より短い第2サンプリング周期でサンプリングして、第2サンプリングデータを前記路面情報として取得する第2サンプリング部と、を有する路面情報収集装置である。
第1実施形態の路面情報収集装置の回路図 路面情報収集装置が取り付けられた車両の概念図 加速度センサの検出電圧の変化を示したグラフ タイヤの角速度と第1サンプリング周期との対応表 サンプリングが行われる位置を示した概念図 路面情報収集装置のブロック図 第2実施形態の路面情報収集装置のブロック図 タイヤの角速度と第1と第2のサンプリング周期との対応表 第3実施形態の路面情報収集装置の回路図 加速度センサの検出電圧の変化を示したグラフ 第4実施形態の路面情報収集装置の回路図 第5実施形態の路面情報収集装置の回路図 路面情報収集装置のブロック図 第6実施形態の路面情報収集装置のブロック図
 [第1実施形態]
 以下、図1~図6を参照して路面情報収集装置10の実施形態について説明する。図1に示すように、本実施形態の路面情報収集装置10は、複数のセンサを制御回路11に接続して備えると共に電源として電池12を有し、全体を樹脂ハウジング(図示せず)でパッケージされている。そして、図2に示すように、路面情報収集装置10は、車両90の各タイヤ92の内周面に固着され、車両本体91に搭載された監視装置93と各路面情報収集装置10とが無線接続される。
 図1に示すように、制御回路11には、電池12の出力電圧を必要に応じて変圧して各部位に給電する電源回路24が備えられている。なお、電池12に替えて電源としてキャパシタを備えてもよい。また、電池12は、使い切りタイプのものであってもよいし、外部から無線にて充電可能なものであってよい。
 前述の複数のセンサは、例えば、加速度センサ13と圧力センサ17と温度センサ18とからなる。これらセンサは、検出対象の変化に応じて抵抗値が変化する構造をなし、電源回路24から電圧を受けた状態で使用されて、それぞれの検出対象の大きさに応じた検出電圧を出力する。
 また、加速度センサ13は、例えば、X軸加速度センサ14,Y軸加速度センサ15,Z軸加速度センサ16を備えた複合タイプであり、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸の3方向の加速度をそれぞれ別々に検出することができる。そして、路面情報収集装置10は、タイヤ92の内周面の周方向の任意の1箇所において幅方向中央に配置されると共に、X軸加速度センサ14にてタイヤ92の回転中心C1を向く加速度を検出し、Y軸加速度センサ15にてタイヤ92の周速方向を向く加速度を検出し、さらに、Z軸加速度センサ16にてタイヤ92の回転軸方向の加速度を検出することができるように配置されている。
 制御回路11は、CPU20,RAM20A,ROM20Bを有する。CPU20の割り込み端子には、インターフェース19Aを介してX軸加速度センサ14の出力が接続されている。そして、車両90が走行することでX軸加速度センサ14が遠心力を受け、その検出電圧が予め設定された基準電圧以上になると、その検出電圧が割り込み信号となり、CPU20が割り込み処理によりROM20Bに記憶された始動用プログラム(図示せず)を実行する。
 また、始動用プログラムが実行される前迄は、X軸加速度センサ14、インターフェース19A、CPU20以外の部位への電源回路24からの給電は停止されていて、始動用プログラムの実行後にそれら部位に必要に応じて給電が開始される。さらに、CPU20の割り込み端子に割り込み信号が付与されない状態が予め設定された規定時間を超えて継続した場合には、CPU20がROM20Bに記憶されたスリープ用プログラム(図示せず)を実行し、X軸加速度センサ14、インターフェース19A、CPU20以外の部位への電源回路24からの給電が停止される。
 制御回路11には、第1~第3のA/Dコンバータ21,22,23が備えられている。第1A/Dコンバータ21にはX軸加速度センサ14が接続され、第2A/Dコンバータ22にはX軸加速度センサ14、Y軸加速度センサ15、Z軸加速度センサ16が接続され、さらに、第3A/Dコンバータ23には圧力センサ17と温度センサ18とが接続されている。また、各センサと第1~第3のA/Dコンバータ21,22,23と間にはインターフェース19Bが備えられ、各センサの検出信号が必要に応じて増幅されかつノイズを除去された状態で第1~第3のA/Dコンバータ21,22,23に取り込まれる。そして、第1~第3のA/Dコンバータ21,22,23は各センサの検出電圧をサンプリングして生成したサンプリングデータをバッファ25に出力する。
 CPU20は、後に詳説するように第1A/Dコンバータ21から出力されるX軸加速度センサ14の出力電圧のサンプリングデータ(以下、これを「第1サンプリングデータ」という)から加速度センサ13の回転位置を演算する。そして、CPU20は、それらの演算結果に基づいて第2A/Dコンバータ21のオン・オフタイミングとを決定する。また、CPU20は、加速度センサ13の回転位置及びタイヤ92の角速度とは無関係に予め設定されたタイミングで第3A/Dコンバータ23をオンオフする。
 また、CPU20は、第2A/Dコンバータ22からバッファ25に出力される加速度センサ13(X軸加速度センサ14、Y軸加速度センサ15、Z軸加速度センサ16)の検出電圧のサンプリングデータ(以下、これらを「第2サンプリングデータ」という)を、それぞれ例えばFFT処理してスペクトルデータを生成する。そして、CPU20は、スペクトルデータを路面情報として無線回路26に無線出力させる。このとき、無線回路26は、路面情報収集装置10同士を区別するための各路面情報収集装置10毎に識別番号と共に路面情報を無線出力させる。
 さらに、無線回路26は、第3A/Dコンバータ23からバッファ25に出力される圧力センサ17及び温度センサ18の出力電圧のサンプリングデータ(以下、これらを「第3サンプリングデータ」という)を、タイヤ内情報として前記識別番号と共に無線回路26に無線出力させる。
 ところで、加速度センサ13にて詳しい路面情報を得るためには、短いサンプリング周期で加速度センサ13の検出結果を多数、サンプリングする必要がある。しかしながら、加速度センサ13の検出結果は、加速度センサ13がタイヤの接地部分の裏側に位置している瞬間にサンプリングされたものだけが路面情報として利用される。このため、加速度センサ13が全回転位置で受ける加速度を、短いサンプリング周期でサンプリングすると、無駄に多くの電力が消費されることになる。これに対し、本実施形態の路面情報収集装置では、以下説明するように、加速度センサ13の検出結果を、第1サンプリング周期とそれより短い第2サンプリング周期とでサンプリングする。そのために、加速度センサ13のX軸加速度センサ14の出力電圧を、第1及び第2の2つのA/Dコンバータ21,22でサンプリングしている。そして、第1A/Dコンバータ21が第1サンプリング周期でサンプリングした第1サンプリングデータの変化に基づいて加速度センサ13の回転位置を演算し、加速度センサ13が、タイヤの接地部分の裏側位置を含む第1規定範囲内に位置していることを条件の1つにして、第2A/Dコンバータ22が第2サンプリング周期で加速度センサ13の検出結果をサンプリングする構成になっている。
 具体的には、路面情報収集装置10が起動された直後は、第1A/Dコンバータ21は、初期設定の第1サンプリング周期でX軸加速度センサ14の出力電圧をサンプリングする。ここで、例えば、タイヤ92が極めて低い一定速度で回転し、遠心力を「0」と見なすことができるとすると、図3(A)に示すように、横軸を[時間]、縦軸を第1サンプリングデータの値としたグラフは正弦波を描く。このときのグラフの最大と最小のピーク値の差分が、遠心力に相当し、この場合は当然[0]になる。
 これに対し、タイヤ92の回転速度が上がり、遠心力Fが無視することができな大きさになると、前記グラフは、図3(B)に示すように、正弦波を遠心力F分だけ縦軸方向にオフセットさせた脈波となり、そのオフセットの値が遠心力Fの値となる。これを利用して、CPU20は、第1サンプリングデータから遠心力Fを求め、その遠心力Fから一般的な物理の公式に基づいて角速度ωを演算する。なお、ROM20Bには、加速度センサ13の各軸で検出される遠心力Fを、回転中心方向を向いた加速度αに換算する定数と、タイヤ92の回転中心C1から加速度センサ13までの距離である回転半径r1とが記憶されていている。
 ところで、タイヤ92の回転速度に拘わらず同じ第1サンプリング周期で第1A/Dコンバータ21がX軸加速度センサ14の出力電圧をサンプリングしていると、タイヤ92が1回転する間にサンプリングされるサンプリングデータの数が大きく変わることになり、高速時には路面情報収集装置10の正確な回転位置の検出が困難になる一方、低速時には必要以上にサンプリングデータが取得されて無駄に電力が使用されることになる。
 そこで、本実施形態の路面情報収集装置10では、CPU20が、タイヤ92の角速度ωに応じて第1A/Dコンバータ21の第1サンプリング周期を変更する制御を行っている。即ち、図4に示すように、タイヤ92の角速度ωの大きさは、複数の段階に分割し、何れの段階でも、タイヤ92が1回転する間に、予め設定された基準回数に近い回数のサンプリングが行われるように角速度ωの段階毎に第1サンプリング周期S1が定められている。同図4に示された例では、基準回数が24に設定され、タイヤ92に1回転する間に、24回以降かつ24回に近い回数のサンプリングが行われるように第1サンプリング周期S1が設定されている。
 なお、図4の上から2欄目と3欄目とには、タイヤ92の外径が35[cm]である場合の車速と、タイヤ92の1回転の周期T1が参考の値として表示されている。
 図5には、タイヤ92と共に回転する加速度センサ13の円軌跡Rが概念的に描かれ、第1A/Dコンバータ21がサンプリングを行った位置の一例が、円軌跡R上に「○」として示されている。このようにタイヤ92が1回転する間に略基準回数のサンプリングが行われることで加速度センサ13の回転位置を検出することができる程度の第1サンプリングデータを取得することができる。
 ここで、例えば、タイヤ92の回転中心C1に対して車両90の水平前方となる位置を原点P0とし、その原点P0に対し、車両90が前進してタイヤ92が回転する方向(即ち、図2,5の反時計回り方向)の回転角θを加速度センサ13の回転位置とすると、CPU20は、第1サンプリングデータから加速度センサ13の回転位置を、例えば以下のようにして演算する。即ち、CPU20は、前述したように第1サンプリングデータから遠心力Fを求め、角速度ωを演算する。また、第1サンプリングデータの値が遠心力Fより大きな値から遠心力Fより小さい値に変化するポイントを原点P0として求める。そして、角速度ωを積分して原点P0からの回転角を加速度センサ13の回転位置として演算する。
 また、加速度センサ13は、原点P0から1/4周期(即ち、2π/4)だけ進んだ回転位置でタイヤ92の接地部分の真裏に位置する。これに対し、加速度センサ13がタイヤ92の接地部分の真裏となる回転位置から原点P0側とその反対側とにそれぞれ一定の余裕角θmだけオフセットした回転位置が、サンプリング開始位置P1とサンプリング終了位置P2としてROM20Bに記憶されている。具体的には、本実施形態では、余裕角θmが例えば2π/24(=15°)に設定され、サンプリング開始位置P1が46π/24に設定されると共にサンプリング終了位置P2が50π/24に設定されている。
 そして、CPU20は、加速度センサ13が、サンプリング開始位置P1からサンプリング終了位置P2までの間の第1規定範囲L1内に位置していることを条件の1つにして第2A/Dコンバータ22をオンして、第2サンプリング周期S2でX軸加速度センサ14,Y軸加速度センサ15,Z軸加速度センサ16の出力電圧をサンプリングして、前述の如く第2サンプリングデータを生成してバッファ25に取り込む。第2A/Dコンバータ22をオンする他の条件として、例えば「第2A/Dコンバータ22によるサンプリングを行ってからタイヤ92が10回転以上回転していること」や「第1サンプリングデータが基準値以上に大きくなったこと」等が挙げられる。
 第2サンプリング周期S2は、第1サンプリング周期S1に比べて極めて短い値に設定されている。具体的には、第2サンプリング周期S2は、例えば、第2サンプリングデータのデータ数がFFT処理を行うことが可能な数になる一定の値(例えば、1.0×10-6[s])に設定されている。
 なお、図4の最下欄には、タイヤ92の角速度の各段階毎に、第1規定範囲L1内で取得可能な、X軸加速度センサ14,Y軸加速度センサ15及びZ軸加速度センサ16のそれぞれのサンプルデータ数N1が示されている。また、図5には、前述の加速度センサ13の円軌跡Rの上に、第2A/Dコンバータ22がサンプリングを行った位置が概念的に縦線「|」として示されている。同図に示すように、「|」同士の間隔は、第1A/Dコンバータ21がサンプリングを行った位置である「○」同士の間隔に比べて極めて短くなる。
 CPU20が以上の制御を行うことで、路面情報収集装置10全体は、図6のブロック図で示した構成として機能する。即ち、図6のオンオフ制御部38は、電源回路24と前述の始動用プログラム及びスリープ用プログラムを実行しているCPU20とを含んで構成され、節電のために、各部位への給電をオンオフ制御する。また、第1サンプリング部31は、インターフェース19A,19Bと第1A/Dコンバータ21とその第1A/Dコンバータ21を制御しているCPU20とを含んで構成され、第2サンプリング部32は、インターフェース19Bと第2A/Dコンバータ22とその第2A/Dコンバータ22を制御しているCPU20とを含んで構成され、第3サンプリング部33は、インターフェース19Bと第3A/Dコンバータ23とその第3A/Dコンバータ23を制御しているCPU20とを含んで構成される。
 速度演算部34は、タイヤ92の角速度ωと演算しているときのCPU20を含んで構成され、位置演算部35は、加速度センサ13の回転位置を演算しているときのCPU20を含んで構成される。さらに、サンプリング制御部36は、加速度センサ13の回転位置がサンプリング開始位置P1及びサンプリング終了位置P2になったときに第2A/Dコンバータ22をオンオフするCPU20と、予め設定されたタイミングに基づいて第3A/Dコンバータ23をオンオフするCPU20とを含んで構成される。さらに、サンプリング周期決定部37は、図4に示すように、タイヤ92の角速度ωと第1サンプリング周期とを対応させたデータテーブルと、そのデータテーブルと速度演算部34にて求めたタイヤ92の角速度ωとから第1サンプリング周期を決定するCPU20とを含んで構成されている。また、FFT処理部39は、第2サンプリングデータをFFT処理しているときのCPU20を含んで構成され、無線出力部40は、無線回路26とその無線回路26にデータを無線送信させるCPU20とを含んで構成されている。
 なお、本実施形態では、汎用プロセッサであるCPU20が始動用プログラム及びスリープ用プログラムを実行することで、速度演算部34等の一部が構成されているが、CPU20等の汎用プロセッサの代わりに、DSP(Digital Signal Processo)等を設けてもよいし、ASIC(Application Specific Integrateed Circuit)等の専用回路を設けてもよい。また、本実施形態では、始動用プログラム及びスリープ用プログラム及びデータテーブルがROM20Bに記憶されていたが、RAM又はそれ以外の記憶媒体に記憶されていてもよく、さらには、RAM,ROMを含む複数種類の記憶媒体を組み合わせたものに記憶されていてもよい。
 本実施形態の路面情報収集装置10の構成に関する説明は以上である。上述したように本実施形態の路面情報収集装置10では、加速度センサ13が受ける加速度を、第1サンプリング周期S1とそれより短い第2サンプリング周期S2とでサンプリングする。そして、第1サンプリング周期S1でサンプリングした第1サンプリングデータの変化に基づいて加速度センサ13の回転位置を演算し、加速度センサ13が、タイヤ92の接地部分の裏側位置を含む第1規定範囲L1内に位置していることを条件の1つにして、加速度センサ13の検出結果を短い第2サンプリング周期S2でサンプリングして第2サンプリングデータを取得する。これにより、無駄なサンプリングが抑えられ、電力の消費を抑えることができる。また、タイヤ92の回転が停止中でないことを条件の1つにして路面情報とタイヤ内情報とが収集されるので、この点でも電力の消費を抑えることができる。さらに、路面情報を得るための加速度センサ13を加速度センサ13の回転位置の検出にも兼用するので、加速度センサ13の有効利用及び路面情報収集装置10の小型化が図られる。しかも、加速度センサ13は、複数方向の加速度を検出するものであるので、詳細な路面情報を収集することができる。そして、タイヤ92内の圧力に基づくタイヤ内情報を路面情報と併せて収集するので、タイヤ圧やタイヤ内の温度によって加速度センサ13の検出結果が影響を受けることがある場合に、タイヤ内情報を加味して路面状況を正確に解析することができる。
 [第2実施形態]
 本実施形態は、図7と図8とに示されている。本実施形態の路面情報収集装置10Aは、タイヤ92の角速度ωに応じてサンプリング周期決定部37が第1と第2のサンプリング周期S1,S2の両方を変更する点が第1実施形態と異なる。具体的には、図8に示すようにタイヤ92の角速度ωが高くなるに従って第2サンプリング周期S2が小さくなるように設定されている。これにより、同図の最下欄に示すように、タイヤ92の角速度ωが大きくなるに従って、第1規定範囲L1内で取得可能なサンプルデータ数N1が大きく減ることを防いでいる。
 [第3実施形態]
 本実施形態は、図9と図10とに示されている。本実施形態の路面情報収集装置10Bでは、第1A/Dコンバータ21が、X軸加速度センサ14とY軸加速度センサ15の両方の検出電圧を同じ第1サンプリング周期S1でサンプリングするようになっている。
 ここで、図10(A)と図10(B)と比較して示すように、略同時にサンプリングしたY軸加速度センサ15の第1サンプリングデータに基づくグラフは、X軸加速度センサ14の第1サンプリングデータに基づくグラフと異なり、遠心力の影響を受けず、加速度センサ13の回転位置に応じて変化する。そこで、本実施形態では、CPU20が位置演算部35(図6参照)として機能するときには、Y軸加速度センサ15の第1サンプリングデータに基づいて加速度センサ13の回転位置を検出するようになっている。
 具体的には、ROM20Bには、Y軸加速度センサ15の検出電圧と、加速度センサ13の回転位置とを対応させたデータテーブルが記憶されている。そのデータテーブルには、Y軸加速度センサ15の検出電圧が減少中の各検出電圧の値に対する加速度センサ13の回転位置と、Y軸加速度センサ15の検出電圧が増加中の各検出電圧の値に対する加速度センサ13の回転位置とが分けて記憶されている。これに対し、CPU20は、Y軸加速度センサ15の検出電圧の第1サンプリングデータの微分値を演算し、その検出電圧が減少中か増加中かを判別した上で、データテーブルに基づいてY軸加速度センサ15の検出電圧の値から加速度センサ13の回転位置を求めるようになっている。
 なお、前記第1実施形態のようにX軸加速度センサ14の検出電圧の第1サンプリングデータからも加速度センサ13の回転位置を演算し、X軸加速度センサ14の検出電圧から演算される加速度センサ13の回転位置と、Y軸加速度センサ15の検出電圧から演算される加速度センサ13の回転位置とが、予め設定された許容値の範囲で一致した場合に、何れか一方の回転位置を採用して使用する構成としてもよい。また、原点P0のみをY軸加速度センサ15の検出電圧から求めて、原点P0からの回転角をX軸加速度センサ14の検出電圧の積分によっても求めてもよい。
 [第4実施形態]
 本実施形態の路面情報収集装置10Cは、図11に示されているように、第1A/Dコンバータ21が、Y軸加速度センサ15のみの検出電圧をサンプリングするようになっている。そして、第3実施形態と同様にCPU20が位置演算部35(図6参照)として機能するときにY軸加速度センサ15の第1サンプリングデータに基づいて加速度センサ13の回転位置を検出する。また、CPU20は、速度演算部34、サンプリング周期決定部37(図6参照)として動作せず、第1サンプリング周期は一定の値になっている。
 [第5実施形態]
 本実施形態は、図12と図13とに示されている。本実施形態の路面情報収集装置10Dの加速度センサ13は、前述したX軸加速度センサ14のみを備えた構造をなし、タイヤ92の回転中心C1に向いた加速度のみが検出される。また、この路面情報収集装置10Dでは、CPU20が、1つのA/Dコンバータ21Aのサンプリング周期を第1サンプリング周期S1と第2サンプリング周期S2とに切り替えて、図5に示すように、第1規定範囲L1では第2サンプリング周期S2で細かくサンプリングを行う一方、第1規定範囲L1以外では、第1サンプリング周期S1で粗くサンプリングを行う構成になっている。即ち、本実施形態では、図13のブロック図に示された第1サンプリング部31が、第1サンプリング周期S1でサンプリングを行うA/Dコンバータ21Aとそれを制御するCPU20とにを含んで構成され、第2サンプリング部32が、第2サンプリング周期S2でサンプリングを行うA/Dコンバータ21Aとそれを制御するCPU20とにを含んで構成されている。
 [第6実施形態]
 本実施形態は、図14に示されている。本実施形態の路面情報収集装置10Eでは、タイヤ92の角速度ωに応じて異なる補正値を記憶したデータテーブルを有している。そして、サンプリング制御部36は、速度演算部34が検出したタイヤ92の角速度ωに基づいてデータテーブルから補正値を取得し、その補正値を前述のθmに乗じて、タイヤ92の角速度ω毎にサンプリング開始位置P1とサンプリング終了位置P2とを演算する。これにより、タイヤ92の角速度ωが大きくなるに従って第1規定範囲L1が範囲が広くなる制御される。この構成によれば、高速走行時であっても確実にタイヤ92の接地部分の裏側位置に加速度センサ13が位置するときにサンプリングを行うことができると共に、低速走行に無駄なサンプリングを抑えることができる。なお、本実施形態では、サンプリング制御部36と上記したデータテーブルとが、「請求の範囲」の「第1規定範囲決定部」に相当する。
 [他の実施形態]
 (1)前記実施形態では、3軸方向の加速度を検出可能なものと、1軸方向の加速度を検出可能なものを例示したが、2軸方向の加速度を検出可能な加速度センサを使用してもよい。
 (2)前記実施形態の路面情報収集装置10は、圧力センサ17及び温度センサ18とを有していたが、それらの一方又は両方を有していなくもてよい。
 10,10A~10E  各路面情報収集装置
 12  電池
 13  加速度センサ
 14  X軸加速度センサ
 15  Y軸加速度センサ
 16  Z軸加速度センサ
 17  圧力センサ
 18  温度センサ
 21  第1A/Dコンバータ
 22  第2A/Dコンバータ
 23  第3A/Dコンバータ
 36  サンプリング制御部
 37  サンプリング周期決定部
 92  タイヤ
 L1  第1規定範囲
 S1  第1サンプリング周期
 S2  第2サンプリング周期
 ω   角速度

Claims (10)

  1.  車両のタイヤの内周面に取り付けられる加速度センサにより路面情報を収集する路面情報収集装置において、
     前記加速度センサの検出結果を第1サンプリング周期でサンプリングして第1サンプリングデータを取得する第1サンプリング部と、
     前記第1サンプリングデータの変化に基づいて前記加速度センサの回転位置を演算する位置演算部と、
     前記加速度センサが、前記タイヤの接地部分の裏側位置を含む第1規定範囲内に位置していることを条件の1つにして作動し、前記加速度センサの検出結果を、前記第1サンプリング周期より短い第2サンプリング周期でサンプリングして、第2サンプリングデータを前記路面情報として取得する第2サンプリング部と、
     を有する路面情報収集装置。
  2.  前記加速度センサは、複数方向の加速度を検出するための複数の検出軸を有し、
     前記第1サンプリング部は、1つの前記検出軸により1方向の加速度のみをサンプリングする一方、前記第2サンプリング部は、前記複数の検出軸により複数方向の加速度をサンプリングする請求項1に記載の路面情報収集装置。
  3.  前記第1サンプリング部にてサンプリングされる加速度の方向は、前記タイヤの回転半径方向か又は前記タイヤの周速方向である請求項2に記載の路面情報収集装置。
  4.  前記加速度センサは、複数方向の加速度を検出するための複数の検出軸を有し、
     前記第1サンプリング部は、前記複数の検出軸の全て又は一部複数により複数方向の加速度をサンプリングし、
     前記位置演算部は、前記複数方向の加速度のそれぞれの変化に基づいて前記加速度センサの回転位置をそれぞれ演算し、
     前記第2サンプリング部は、前記複数方向の加速度のそれぞれの変化に基づく前記加速度センサの回転位置の全てが前記第1規定範囲内に位置していることを条件の1つにして作動し、前記複数の検出軸の全てにより複数方向の加速度をサンプリングする請求項1に記載の路面情報収集装置。
  5.  前記第1サンプリング部にてサンプリングされる加速度の方向は、前記タイヤの回転半径方向と前記タイヤの周速方向との二方向である請求項4に記載の路面情報収集装置。
  6.  前記第1サンプリングデータの変化に基づいて前記タイヤの回転速度を検出する速度演算部を有し、前記第2サンプリング部は、前記タイヤの回転が停止中でないことを条件の1つにして作動する請求項1乃至5の何れか1の請求項に記載の路面情報収集装置。
  7.  前記第1サンプリングデータの変化に基づいて前記タイヤの回転速度を検出する速度演算部を有し、
     前記タイヤの回転速度に応じて前記第1規定範囲を変更する第1規定範囲決定部を有する請求項1乃至6の何れか1の請求項に記載の路面情報収集装置。
  8.  前記タイヤ内の圧力を検出する圧力センサを有し、前記タイヤ内の圧力に基づくタイヤ内情報を前記路面情報と併せて収集する請求項1乃至7の何れか1の請求項に記載の路面情報収集装置。
  9.  前記第1サンプリングデータの変化に基づいて前記車両が走行中か否かを判別する走行判別部を有し、走行中であることを条件にして前記タイヤ内情報が収集される請求項8に記載の路面情報収集装置。
  10.  前記第1サンプリングデータの変化に基づいて前記タイヤの回転速度を検出する速度演算部を有し、
     前記タイヤの回転速度に応じて前記第1サンプリング周期を変更するサンプリング周期決定部を有する請求項1乃至9の何れか1の請求項に記載の路面情報収集装置。
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