路面状況検出装置および路面状況監視システム
【課題】導入コストを低減すると共に、車両側において路面状況を精度よく検出することができる路面状況検出装置および路面状況監視システムを提供すること。
【解決手段】タイヤに設けられたトランスポンダ３と、車両本体に設けられ、トランスポンダ３と通信可能なコントローラ４とを備えた路面状況監視システム１において、トランスポンダ３は、タイヤに固定され、路面上を走行するタイヤの振動を電気信号に変換する圧電素子１３と、圧電素子１３で変換された電気信号をコントローラ４に無線送信するアンテナ１１とを備え、コントローラ４は、トランスポンダ３から受信した電気信号の周波数に基づいて路面状況情報を取得する構成とした。
【解決手段】タイヤに設けられたトランスポンダ３と、車両本体に設けられ、トランスポンダ３と通信可能なコントローラ４とを備えた路面状況監視システム１において、トランスポンダ３は、タイヤに固定され、路面上を走行するタイヤの振動を電気信号に変換する圧電素子１３と、圧電素子１３で変換された電気信号をコントローラ４に無線送信するアンテナ１１とを備え、コントローラ４は、トランスポンダ３から受信した電気信号の周波数に基づいて路面状況情報を取得する構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等が走行する路面の路面状況を検出する路面状況検出装置および路面状況監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車が走行する路面の路面状況を検出する路面状況検出装置として、路面に固定されて路面状況を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この路面状況検出装置は、道路内部にマイクロフォンを設置し、マイクロフォンにより道路と自動車のタイヤとの接触音を電気信号に変換して検出し、この検出した電気信号から周波数スペクトルを抽出する。そして、抽出した周波数スペクトルを予め装置内に登録された複数種類の路面状況に対応する周波数スペクトルと比較することにより、路面状況を検出している。
【特許文献１】特開２００２−２５６５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の路面状況検出装置においては、道路内部に固定された装置によって路面状況を検出するものであるため、局所的な情報しか得ることができず、全体的な情報を得るためには、全ての道路に設ける必要があり導入コストが増加するという問題があった。この場合、全体的な情報を得るために車両本体にマイクロフォンを設けて走行中に路面状況を検出する構成が考えられるが、道路内部に設ける構成と異なり空気中を伝搬する雑音により路面状況を正しく検出することができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、導入コストを低減すると共に、車両側において路面状況を精度よく検出することができる路面状況検出装置および路面状況監視システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の路面状況検出装置は、タイヤに固定され、路面上を走行する前記タイヤの振動を電気信号に変換する圧電素子と、車両本体に設けられた車両側装置に対して、前記圧電素子で変換された電気信号を無線送信する通信部とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の路面状況監視システムは、タイヤに設けられた路面状況検出装置と、車両本体に設けられ、前記路面状況検出装置と通信可能な車両側装置とを備えた路面状況監視システムにおいて、前記路面状況検出装置は、前記タイヤに固定され、路面上を走行する前記タイヤの振動を電気信号に変換する圧電素子と、前記圧電素子で変換された電気信号を前記車両側装置に無線送信する通信部とを備え、前記車両側装置は、前記路面状況検出装置から受信した電気信号の周波数に基づいて路面状況情報を取得することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、走行中に路面状況に応じてタイヤが加振されてタイヤが振動し、このタイヤの振動に応じた周期で圧電素子が振動して、路面状況情報を含んだ周期の電気信号が発生する。圧電素子で発生した電気信号は通信部により車両側装置に無線送信されるため、車両本体側の車両側装置において、この電気信号に基づいて路面状況情報を取得し、路面状況を監視することができる。したがって、道路に路面状況を検出する装置を設ける構成と比較して導入コストを低減することができる。
また、路面状況に応じて加振されたタイヤの振動を直に電気信号に変換しているため、路面とタイヤとの接触音を電気信号に変換して路面状況を検出する構成と比較して空気中を伝搬する雑音などが発生しないため、精度よく路面状況を検出することができる。
【０００８】
また本発明は、上記路面状況検出装置において、前記通信部は、前記圧電素子で変換された電気信号の電力を利用して前記車両側装置に送信することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、電気信号の電力を利用して自立的に送信するので、搬送波を電気信号により変調するための変調用の回路が不要となり、より簡易な回路構成にすることができる。
【００１０】
また本発明は、上記路面状況検出装置において、前記通信部は、前記車両側装置から受信した搬送波を前記圧電素子で変換された電気信号で変調して送信することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、電気信号で変調した搬送波が車両側装置に送信されるため、電気信号を車両側装置に安定的に送信することができる。
【００１２】
また本発明の路面状況検出装置は、タイヤに固定され、路面上を走行する前記タイヤの振動を電気信号に変換する圧電素子と、前記圧電素子に変換された電気信号の周波数を路面状況情報に変換する制御回路と、前記圧電素子で変換された電気信号を整流し蓄電する蓄電部とを備え、前記制御回路は前記蓄電部の電圧により動作することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、圧電素子から発生した電気信号が整流されて蓄電部に蓄電され、制御回路の電源電圧として利用されるので、バッテリを設けることなく路面状況検出装置において路面状況を算出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、導入コストを低減すると共に、車両側において路面状況を精度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る路面状況監視システムの全体構成図である。図２は、圧電素子の固定状態を示す図である。なお、本実施の形態に係る路面状況監視システムにおいては、本発明を自動車に適用して説明するが、自動車に限定されるものではなく、飛行機、自動二輪車、電動式自転車等のタイヤにより路面上を走行するものであれば、どのようなものに適用してもよい。
【００１６】
図１に示すように、路面状況監視システム１は、自動車のタイヤが走行する路面状況を検出して車両本体側で路面状況を監視するために用いられるものであり、タイヤ内に設けられた路面状況検出装置としてのトランスポンダ３と、車両本体に設けられ、トランスポンダ３に無線接続された車両側装置としてのコントローラ４とから構成されている。路面状況監視システム１は、トランスポンダ３にタイヤの振動に応じた周期で振動する圧電素子１３を設け、この圧電素子１３の振動により発生した電圧変化である電気信号に基づいて路面状況を監視している。
【００１７】
コントローラ４は、タイヤの走行する路面状態を特定し、運転者に対する警告メッセージのために評価するものであり、アンテナ７から約２．４ＧＨｚの無変調の搬送波をトランスポンダ３に送信すると共に、無変調の搬送波を圧電素子１３の電気信号で変調したものをトランスポンダ３から受信する。また、コントローラ４は、トランスポンダ３において変調された搬送波の変調成分を抽出し、抽出した変調成分に基づいてタイヤの路面状況情報を算出する。
【００１８】
トランスポンダ３は、タイヤの振動を電気信号に変換して、この電気信号によりコントローラ４から送信された無変調の搬送波を変調してコントローラ４に返信するものであり、通信部としてのアンテナ１１およびアンテナ１１に接続されたＦＥＴ１２（Field Effect Transistor）を有している。ＦＥＴ１２は、ＭＯＳ形であり、ドレインにはアンテナ１１の給電点が接続され、ゲートには圧電素子１３の一方の電極が接続され、ソースには圧電素子１３の他方の電極が接続されている。また、ＦＥＴ１２のゲート・ソース間には、圧電素子１３と並列にバイアス抵抗１４が接続されている。
【００１９】
ＦＥＴ１２は、圧電素子１３から出力される振動周期に応じて変化する電気信号がゲートに印加されてゲート・ソース間の抵抗が変化し、このＦＥＴ１２のゲート・ソース間の抵抗の変化によりコントローラ４から送信された無変調の搬送波が変調される。このように、圧電素子１３から発生した電気信号で搬送波が変調される。
【００２０】
図２に示すように、圧電素子１３は、タイヤ２１とホイール２２とにより区画された空間に位置し、タイヤ２１のトレッド面２１ａの裏側に台座２４を介して固定されている。すなわち、圧電素子１３は、自動車の走行中に路面状況に応じてタイヤ２１が加振されて振動するため、このときのタイヤ２１の固有振動の振動周期に合わせて振動する。
【００２１】
また、圧電素子１３は、バイモルフ型であり、弾性プレート１６の両面を一対のピエゾプレート１７ａ、１７ｂにより両側から接合して構成されており、振動によりピエゾプレート１７ａと弾性プレート１６との間、およびピエゾプレート１７ｂと弾性プレート１６との間にそれぞれに電圧を発生する。このとき、圧電素子１３の振動の振動周期と電気信号の振動周期は一致している。
【００２２】
したがって、このタイヤ２１の固有振動の周波数（電気信号の周波数）を測定することで、路面状況を特定することが可能となる。図１において、ＦＥＴ１２のソース・ドレイン間のインピーダンスＲＤＳは、圧電素子１３で発生する電圧をＶ（ｔ）、ピンチオフ電圧をＶＰ、飽和ドレイン電流をＩＤＳＳとしてＶ（ｔ）＞ＶＰのとき、
【数１】
で与えられる。
【００２３】
図１でみると、ＦＥＴ１２はアンテナ１１の負荷になっており、後方散乱断面積σＢは、アンテナ１１のインピーダンスをＲ、搬送波の波長をλ、アンテナ１１のゲインをＧＡとすると、
【数２】
となる。
【００２４】
この後方散乱断面積σＢを用いて、コントローラ４の受信電力ＰＲは、トランスポンダ３の送信電力をＰＴ、コントローラ４のアンテナ７のゲインをＧＴ、トランスポンダ３のアンテナ１１からの距離をｄとすると、
【数３】
となり、圧電素子１３で発生する電圧変化から、コントローラ４の受信電力が変化することがわかる。このことから、コントローラ４の受信電力の変調成分を抽出し、変調成分の周波数を測定することで、路面状況がわかることとなる。
【００２５】
このような測定原理を用いた路面状況監視システム１において、コントローラ４からトランスポンダ３に送信された無変調の搬送波は、トランスポンダ３の圧電素子１３で発生した電気信号により変調されてコントローラ４に送信される。コントローラ４で受信された変調後の搬送波は、図示しないフィルタにより変調成分が抽出される。
【００２６】
抽出された変調成分は、圧電素子１３の振動周波数を表している。制御部は、この抽出した圧電素子１３の振動周波数と路面状況情報とを対応付けしたテーブルを参照して路面状況情報を算出している。なお、本実施の形態においては、圧電素子１３の振動周波数と路面状況情報とを対応付けしたテーブルを参照する構成としたが、圧電素子１３の振動周波数と路面状況情報とを対応付けしたマップや、プログラムに組み込まれた算出式により路面状況情報を算出してもよい。
【００２７】
また、路面状況情報とは、乾燥路面、湿潤路面、凍結路面、積雪路面、凹凸路面等の具体的な路面状況を示す情報でもよいし、摩擦係数等の間接的に路面状況を示す情報であってもよい。
【００２８】
以上のように、本実施の形態に係る路面状況監視システム１によれば、走行中に路面状況に応じてタイヤが加振されてタイヤが振動し、このタイヤの振動に応じた周期で圧電素子１３が振動して、路面状況情報を含んだ周期の電気信号が発生する。圧電素子１３で発生した電気信号はトランスポンダ３からコントローラ４に無線送信されるため、車両本体側のコントローラ４において、この電気信号に基づいて路面状況情報を取得し、路面状況を監視することができる。したがって、道路に路面状況を検出する装置を設ける構成と比較して導入コストを低減することが可能となる。
また、路面状況に応じて加振されたタイヤの振動を直に電気信号に変換しているため、路面とタイヤとの接触音を電気信号に変換して路面状況を検出する構成と比較して空気中を伝搬する雑音などが発生しないため、精度よく路面状況を検出することができる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施の形態に係る路面状況監視システムは、上述した第１の実施の形態に係る路面状況監視システムと搬送波を用いない点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る路面状況監視システムの全体構成図である。
【００３０】
図３に示すように、トランスポンダ３３は、通信部としてアンテナ１１およびアンテナ１１に接続された圧電素子１３を有している。圧電素子１３は、一方の電極がアンテナ１１の給電点に接続し、他方の電極がグランドに接地されている。この路面状況監視システム３１においては、タイヤの振動周期に合わせた周期で圧電素子１３が振動すると、アンテナ１１から電気信号自体の電力を利用して当該電気信号の有する周波数の電波が放射される。コントローラ３４で受信された電波は、図示しない制御部内で振動周波数が測定される。制御部は、圧電素子１３の振動周波数とタイヤ内の路面状況情報とを対応付けしたテーブルを参照してタイヤの路面状況情報を算出する。
【００３１】
以上のように、本実施の形態に係る路面状況監視システム３１によれば、圧電素子１３の出力する電気信号の電力を利用して自立的に電波を送信するのでトランスポンダ３３に搬送波を圧電素子１３の出力信号で変調するための変調用の回路が不要となり、より簡易な回路構成にすることが可能となる。
【００３２】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の第３の実施の形態に係る路面状況監視システムは、上述した第１の実施の形態に係る路面状況監視システムとトランスポンダにおいてタイヤ内の路面状況情報を算出する点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。
【００３３】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る路面状況監視システムの全体構成図である。図５は、電気信号および電源電圧の出力波形を示す図である。図６は、図５における電源電圧の増加サイクルの説明図である。なお、図５における波形Ｗ１は圧電素子の電気信号の振動波形、波形Ｗ２は電解コンデンサの電源電圧の波形、ラインＬ１は規定電圧をそれぞれ示している。図６における波形Ｗ３は圧電素子の電気信号の振動波形、波形Ｗ４は電解コンデンサの電源電圧の波形をそれぞれ示している。
【００３４】
図４に示すように、路面状況監視システム４１は、トランスポンダ４３において路面状況情報を算出し、これをパルス信号に変換して出力する制御回路４６を設け、この制御回路４６を圧電素子１３から発生した電気を充電した直流電源で動作させることにより、路面状況を監視している。
【００３５】
コントローラ４４は、アンテナ７から約２．４ＧＨｚの無変調の搬送波をトランスポンダ４３に送信すると共に、無変調の搬送波を制御回路４６から出力されたパルス信号で変調したものをトランスポンダ４３から受信する。また、コントローラ４４は、トランスポンダ４３で変調された搬送波から変調成分を抽出し、抽出した変調成分から路面状況情報を取得する。
【００３６】
トランスポンダ４３は、通信部としてアンテナ１１およびアンテナ１１に接続されたＦＥＴ１２を有している。ＦＥＴ１２のドレインにはアンテナ１１の給電点が接続され、ゲートには制御回路４６が接続され、ソースにはバイアス抵抗１４を介して制御回路４６が接続されている。ＦＥＴ１２は、制御回路４６から出力されるパルス信号の周期に応じた電圧がゲートに印加されゲート・ソース間の抵抗が変化し、このＦＥＴ１２のゲート・ソース間の抵抗の変化によりコントローラ４４から送信された無変調の搬送波が変調される。
【００３７】
制御回路４６には、圧電素子１３から出力された電気信号の周波数を測定する周波数測定部４７が接続されており、周波数測定部４７には、オペアンプ５１の出力端子が接続されている。オペアンプ５１は、反転入力側の入力端子が電解コンデンサ５２の一方の電極に接続され、非反転入力側の入力端子が電解コンデンサ５２の他方の電極に接続されている。
【００３８】
また、オペアンプ５１の２つの入力端子間には、電解コンデンサ５２と並列に圧電素子１３の一対の電極がそれぞれ接続され、オペアンプ５１の反転入力端子と圧電素子１３の一方の電極との間には、直流カットのコンデンサ５６が設けられ、オペアンプ５１の非反転入力端子と圧電素子１３の他方の電極との間には、直流カットのコンデンサ５７が設けられている。圧電素子１３と電解コンデンサ５２との間には、４つの整流ダイオード５４から構成された整流回路５３が設けられている。
【００３９】
そして、図５に示すように、タイヤの振動に応じた周期で圧電素子１３が振動すると、電気信号Ｗ１が整流回路５３を通じて電解コンデンサ５２で蓄電される。蓄電により電解コンデンサ５２の電源電圧Ｗ２が規定電圧Ｌ１に達すると、制御回路４６、周波数測定部４７、オペアンプ５１の動作が開始される。より具体的には、図６に示すように、タイヤの回転に応じて圧電素子１３が振動し、電源電圧Ｗ４は周期的に上昇する。
【００４０】
また、図４に戻り、制御回路４６には、記憶部４８が接続されている。記憶部４８は、制御回路４６の制御プログラム、圧電素子１３の振動周波数と路面状況情報とを対応付けしたテーブル等が記憶されており、これらは制御回路４６に適宜読み出される。
【００４１】
制御回路４６は、電解コンデンサ５２から供給される電源電圧が規定電圧に達すると動作し、記憶部４８からテーブルを読み出し、周波数測定部４７により測定された圧電素子１３の振動周波数に基づいて路面状況情報を算出し、これをパルス信号に変換してＦＥＴ１２に出力する。ＦＥＴ１２に出力されたパルス信号は、上記したように、搬送波の変調に利用される。なお、請求項に記載の蓄電部は本実施の形態に係る電解コンデンサ５２と整流回路５３とから構成されている。
【００４２】
このような路面状況監視システム４１において、コントローラ４４からトランスポンダ４３に送信された無変調の搬送波は、制御回路４６から出力されたパルス信号により変調されてコントローラ４４に送信される。コントローラ４４は受信した変調後の搬送波からフィルタにより変調成分を抽出し、この抽出した変調成分から路面状況情報を生成する。
【００４３】
以上のように、本実施の形態に係る路面状況監視システム４１によれば、圧電素子１３から発生した電気信号が整流回路５３で整流されて電解コンデンサ５２に蓄電され、制御回路４６の電源電圧として利用されるので、バッテリを設けることなくトランスポンダ４３において制御回路４６等を駆動して路面状況情報を算出することができる。
【００４４】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本発明の第４の実施の形態に係る路面状況監視システムは、上述した第３の実施の形態に係る路面状況監視システムとトランスポンダに発振回路を設けた点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。図７は、本発明の第４の実施の形態に係る路面状況監視システムの全体構成図である。
【００４５】
図７に示すように、本実施の形態に係る路面状況監視システム６１は、第３の実施の形態に係るトランスポンダ４３のＦＥＴ１２およびバイアス抵抗１４の代わりに発振回路６６を設けた点で異なっている。発振回路６６は、制御回路４６から出力されたパルス信号の周期に応じて発振している。そして、コントローラ６４は、図示しない制御部において受信した発振回路６６の発振周波数から路面状況情報を生成する。
【００４６】
以上のように、本実施の形態に係る路面状況監視システム６１によれば、圧電素子１３から発生した電気信号が整流回路５３で整流されて電解コンデンサ５２に蓄電され、制御回路４６の電源電圧として利用されるので、バッテリを設けることなくトランスポンダ６３において制御回路４６等を駆動して路面状況情報を算出することができる。また、コントローラ６４からトランスポンダ６３に搬送波を送信するためのステップが不要となり、コントローラ６４において路面状況情報を算出する手間を省けるので、測定時間の短縮化を図ることができると共に、コントローラ６４を簡易な回路構成とすることが可能となる。
【００４７】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本発明の第５の実施の形態に係る路面状況監視システムは、上述した第１の実施の形態に係る路面状況監視システムと路面状況を検出する構成をタイヤ内の空気圧を監視する既存のタイヤ空気圧監視システム（TPMS: Tire Pressure Monitoring System）に組み込んだ点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。図８は、本発明の第５の実施の形態に係る路面状況監視システムの全体構成図である。
【００４８】
図８に示すように、路面状況監視システム７１は、既存のＴＰＭＳに路面状況検出用の圧電素子１３を設けて構成され、タイヤの振動に応じて周波数が変化する圧電素子１３の電気信号に基づいて路面状況を監視している。ＴＰＭＳは、既知の構成であるため、詳細については説明しないが、第１の水晶振動子７６および第１の水晶振動子７６に並列に接続され、空気内の圧力に応じて容量が可変する可変容量素子７８によりタイヤ内の空気圧が検出され、この検出された空気圧が第２の水晶振動子７７に検出されたタイヤ内の温度により補正される。
【００４９】
コントローラ７４は、搬送波の変調の有無を切り替えて、一定期間、第１の水晶振動子７６、第２の水晶振動子７７の共振周波数（励振信号）で変調した搬送波をトランスポンダ７３に送信して第１の水晶振動子７６および第２の水晶振動子７７を励振させた後、変調を停止して無変調の搬送波をトランスポンダ７３に送信する。
【００５０】
一方、トランスポンダ７３は、コントローラ７４から励振信号で変調された搬送波が送信されると、ダイオード７９により励振信号を検波し、この励振信号により第１の水晶振動子７６および第２の水晶振動子７７を励振させる。このとき、第１の水晶振動子７６および第２の水晶振動子７７は変調停止後も約１ｍ秒以上振動し続ける。この状態で、コントローラ７４から無変調の搬送波がトランスポンダ７３に送信されると、無変調の搬送波が第１の水晶振動子７６および第２の水晶振動子７７の共振信号および圧電素子１３の電気信号に応じてダイオード７９によりそれぞれの周波数で変調されてコントローラ７４に送信される。
【００５１】
コントローラ７４は、トランスポンダ７３から第１の水晶振動子７６および第２の水晶振動子７７の共振周波数で変調された搬送波を受信すると共に、圧電素子１３の電気信号で変調された搬送波を受信してそれぞれの変調成分を抽出する。このとき、図９に示すように、第１の水晶振動子７６の共振信号は搬送波から±約１１ＭＨｚに位置し、第２の水晶振動子７７の共振信号は搬送波から±約１０ＭＨｚに位置し、圧電素子１３の電気信号は搬送波から±約１００Ｈｚに位置するため、変調後の搬送波から複数の変調成分が抽出可能となる。コントローラ７４は、抽出した第１の水晶振動子７６の共振周波数および第２の水晶振動子７７の共振周波数からタイヤの空気圧情報を算出し、圧電素子１３の振動周波数から路面状況情報を算出する。
【００５２】
以上のように、本実施の形態に係る路面状況監視システム７１によれば、既存のＴＰＭＳに圧電素子１３を追加することにより路面状況監視システム７１を構成することができるため、路面状況監視システム７１の導入コストを低減することができる。
【００５３】
なお、上記した各実施の形態においては、バイモルフ型の圧電素子１３を用いた構成としたが、タイヤの振動に応じた周期で振動を電圧に変換する構成であれば、この構成に限定されず、例えば、モノモルフ型や積層型の圧電素子を用いた構成としてもよい。
【００５４】
また、上記した各実施の形態においては、圧電素子１３をタイヤ２１のトレッド面２１ａの裏側に台座２４を介して固定する構成としたが、タイヤの振動に応じた周期で振動する構成であれば、この構成に限定されず、例えば、タイヤ２１に埋設された構成としてもよい。また、上記した実施例においては、路面状況検出装置から受信した電気信号の周波数に基づいて路面状況を判断したが、電気信号の周波数と振幅を受信してこれらから路面状況を判断することが可能であり、この場合は更に精密な路面状況を判断することが可能である。この変形例は圧電素子の振動周波数及び振幅と路面状況情報とを対応付けることにより可能となるが、これは上記実施例を応用することにより容易に実施可能である。
【００５５】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明は、導入コストを低減すると共に、車両側において路面状況を精度よく検出することができるという効果を有し、特に自動車等が走行する路面の路面状況を検出する路面状況検出装置および路面状況監視システムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る路面状況監視システムの第１の実施の形態を示す図であり、路面状況監視システムの全体構成図である。
【図２】本発明に係る路面状況監視システムの第１の実施の形態を示す図であり、圧電素子の固定状態を示す図である。
【図３】本発明に係る路面状況監視システムの第２の実施の形態を示す図であり、路面状況監視システムの全体構成図である。
【図４】本発明に係る路面状況監視システムの第３の実施の形態を示す図であり、路面状況監視システムの全体構成図である。
【図５】本発明に係る路面状況監視システムの第３の実施の形態を示す図であり、電気信号および電源電圧の出力波形を示す図である。
【図６】本発明に係る路面状況監視システムの第３の実施の形態を示す図であり、図５における電源電圧の増加サイクルの説明図である。
【図７】本発明に係る路面状況監視システムの第４の実施の形態を示す図であり、路面状況監視システムの全体構成図である。
【図８】本発明に係る路面状況監視システムの第５の実施の形態を示す図であり、路面状況監視システムの全体構成図である。
【図９】本発明に係る路面状況監視システムの第５の実施の形態を示す図であり、第１の水晶振動子の共振信号、第２の水晶振動子の共振信号および圧電素子の電気信号と搬送波との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１、３１、４１、６１、７１ 路面状況監視システム
３、３３、４３、６３、７３ トランスポンダ（路面状況検出装置）
４、３４、４４、６４、７４ コントローラ（車両側装置）
１１ アンテナ（通信部）
１２ ＦＥＴ（通信部）
１３ 圧電素子
４６ 制御回路
４７ 周波数測定部
４８ 記憶部
５１ オペアンプ
５２ 電解コンデンサ（蓄電部）
５３ 整流回路（蓄電部）
５４ 整流ダイオード
６６ 発振回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等が走行する路面の路面状況を検出する路面状況検出装置および路面状況監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車が走行する路面の路面状況を検出する路面状況検出装置として、路面に固定されて路面状況を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この路面状況検出装置は、道路内部にマイクロフォンを設置し、マイクロフォンにより道路と自動車のタイヤとの接触音を電気信号に変換して検出し、この検出した電気信号から周波数スペクトルを抽出する。そして、抽出した周波数スペクトルを予め装置内に登録された複数種類の路面状況に対応する周波数スペクトルと比較することにより、路面状況を検出している。
【特許文献１】特開２００２−２５６５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の路面状況検出装置においては、道路内部に固定された装置によって路面状況を検出するものであるため、局所的な情報しか得ることができず、全体的な情報を得るためには、全ての道路に設ける必要があり導入コストが増加するという問題があった。この場合、全体的な情報を得るために車両本体にマイクロフォンを設けて走行中に路面状況を検出する構成が考えられるが、道路内部に設ける構成と異なり空気中を伝搬する雑音により路面状況を正しく検出することができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、導入コストを低減すると共に、車両側において路面状況を精度よく検出することができる路面状況検出装置および路面状況監視システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の路面状況検出装置は、タイヤに固定され、路面上を走行する前記タイヤの振動を電気信号に変換する圧電素子と、車両本体に設けられた車両側装置に対して、前記圧電素子で変換された電気信号を無線送信する通信部とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の路面状況監視システムは、タイヤに設けられた路面状況検出装置と、車両本体に設けられ、前記路面状況検出装置と通信可能な車両側装置とを備えた路面状況監視システムにおいて、前記路面状況検出装置は、前記タイヤに固定され、路面上を走行する前記タイヤの振動を電気信号に変換する圧電素子と、前記圧電素子で変換された電気信号を前記車両側装置に無線送信する通信部とを備え、前記車両側装置は、前記路面状況検出装置から受信した電気信号の周波数に基づいて路面状況情報を取得することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、走行中に路面状況に応じてタイヤが加振されてタイヤが振動し、このタイヤの振動に応じた周期で圧電素子が振動して、路面状況情報を含んだ周期の電気信号が発生する。圧電素子で発生した電気信号は通信部により車両側装置に無線送信されるため、車両本体側の車両側装置において、この電気信号に基づいて路面状況情報を取得し、路面状況を監視することができる。したがって、道路に路面状況を検出する装置を設ける構成と比較して導入コストを低減することができる。
また、路面状況に応じて加振されたタイヤの振動を直に電気信号に変換しているため、路面とタイヤとの接触音を電気信号に変換して路面状況を検出する構成と比較して空気中を伝搬する雑音などが発生しないため、精度よく路面状況を検出することができる。
【０００８】
また本発明は、上記路面状況検出装置において、前記通信部は、前記圧電素子で変換された電気信号の電力を利用して前記車両側装置に送信することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、電気信号の電力を利用して自立的に送信するので、搬送波を電気信号により変調するための変調用の回路が不要となり、より簡易な回路構成にすることができる。
【００１０】
また本発明は、上記路面状況検出装置において、前記通信部は、前記車両側装置から受信した搬送波を前記圧電素子で変換された電気信号で変調して送信することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、電気信号で変調した搬送波が車両側装置に送信されるため、電気信号を車両側装置に安定的に送信することができる。
【００１２】
また本発明の路面状況検出装置は、タイヤに固定され、路面上を走行する前記タイヤの振動を電気信号に変換する圧電素子と、前記圧電素子に変換された電気信号の周波数を路面状況情報に変換する制御回路と、前記圧電素子で変換された電気信号を整流し蓄電する蓄電部とを備え、前記制御回路は前記蓄電部の電圧により動作することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、圧電素子から発生した電気信号が整流されて蓄電部に蓄電され、制御回路の電源電圧として利用されるので、バッテリを設けることなく路面状況検出装置において路面状況を算出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、導入コストを低減すると共に、車両側において路面状況を精度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る路面状況監視システムの全体構成図である。図２は、圧電素子の固定状態を示す図である。なお、本実施の形態に係る路面状況監視システムにおいては、本発明を自動車に適用して説明するが、自動車に限定されるものではなく、飛行機、自動二輪車、電動式自転車等のタイヤにより路面上を走行するものであれば、どのようなものに適用してもよい。
【００１６】
図１に示すように、路面状況監視システム１は、自動車のタイヤが走行する路面状況を検出して車両本体側で路面状況を監視するために用いられるものであり、タイヤ内に設けられた路面状況検出装置としてのトランスポンダ３と、車両本体に設けられ、トランスポンダ３に無線接続された車両側装置としてのコントローラ４とから構成されている。路面状況監視システム１は、トランスポンダ３にタイヤの振動に応じた周期で振動する圧電素子１３を設け、この圧電素子１３の振動により発生した電圧変化である電気信号に基づいて路面状況を監視している。
【００１７】
コントローラ４は、タイヤの走行する路面状態を特定し、運転者に対する警告メッセージのために評価するものであり、アンテナ７から約２．４ＧＨｚの無変調の搬送波をトランスポンダ３に送信すると共に、無変調の搬送波を圧電素子１３の電気信号で変調したものをトランスポンダ３から受信する。また、コントローラ４は、トランスポンダ３において変調された搬送波の変調成分を抽出し、抽出した変調成分に基づいてタイヤの路面状況情報を算出する。
【００１８】
トランスポンダ３は、タイヤの振動を電気信号に変換して、この電気信号によりコントローラ４から送信された無変調の搬送波を変調してコントローラ４に返信するものであり、通信部としてのアンテナ１１およびアンテナ１１に接続されたＦＥＴ１２（Field Effect Transistor）を有している。ＦＥＴ１２は、ＭＯＳ形であり、ドレインにはアンテナ１１の給電点が接続され、ゲートには圧電素子１３の一方の電極が接続され、ソースには圧電素子１３の他方の電極が接続されている。また、ＦＥＴ１２のゲート・ソース間には、圧電素子１３と並列にバイアス抵抗１４が接続されている。
【００１９】
ＦＥＴ１２は、圧電素子１３から出力される振動周期に応じて変化する電気信号がゲートに印加されてゲート・ソース間の抵抗が変化し、このＦＥＴ１２のゲート・ソース間の抵抗の変化によりコントローラ４から送信された無変調の搬送波が変調される。このように、圧電素子１３から発生した電気信号で搬送波が変調される。
【００２０】
図２に示すように、圧電素子１３は、タイヤ２１とホイール２２とにより区画された空間に位置し、タイヤ２１のトレッド面２１ａの裏側に台座２４を介して固定されている。すなわち、圧電素子１３は、自動車の走行中に路面状況に応じてタイヤ２１が加振されて振動するため、このときのタイヤ２１の固有振動の振動周期に合わせて振動する。
【００２１】
また、圧電素子１３は、バイモルフ型であり、弾性プレート１６の両面を一対のピエゾプレート１７ａ、１７ｂにより両側から接合して構成されており、振動によりピエゾプレート１７ａと弾性プレート１６との間、およびピエゾプレート１７ｂと弾性プレート１６との間にそれぞれに電圧を発生する。このとき、圧電素子１３の振動の振動周期と電気信号の振動周期は一致している。
【００２２】
したがって、このタイヤ２１の固有振動の周波数（電気信号の周波数）を測定することで、路面状況を特定することが可能となる。図１において、ＦＥＴ１２のソース・ドレイン間のインピーダンスＲＤＳは、圧電素子１３で発生する電圧をＶ（ｔ）、ピンチオフ電圧をＶＰ、飽和ドレイン電流をＩＤＳＳとしてＶ（ｔ）＞ＶＰのとき、
【数１】
で与えられる。
【００２３】
図１でみると、ＦＥＴ１２はアンテナ１１の負荷になっており、後方散乱断面積σＢは、アンテナ１１のインピーダンスをＲ、搬送波の波長をλ、アンテナ１１のゲインをＧＡとすると、
【数２】
となる。
【００２４】
この後方散乱断面積σＢを用いて、コントローラ４の受信電力ＰＲは、トランスポンダ３の送信電力をＰＴ、コントローラ４のアンテナ７のゲインをＧＴ、トランスポンダ３のアンテナ１１からの距離をｄとすると、
【数３】
となり、圧電素子１３で発生する電圧変化から、コントローラ４の受信電力が変化することがわかる。このことから、コントローラ４の受信電力の変調成分を抽出し、変調成分の周波数を測定することで、路面状況がわかることとなる。
【００２５】
このような測定原理を用いた路面状況監視システム１において、コントローラ４からトランスポンダ３に送信された無変調の搬送波は、トランスポンダ３の圧電素子１３で発生した電気信号により変調されてコントローラ４に送信される。コントローラ４で受信された変調後の搬送波は、図示しないフィルタにより変調成分が抽出される。
【００２６】
抽出された変調成分は、圧電素子１３の振動周波数を表している。制御部は、この抽出した圧電素子１３の振動周波数と路面状況情報とを対応付けしたテーブルを参照して路面状況情報を算出している。なお、本実施の形態においては、圧電素子１３の振動周波数と路面状況情報とを対応付けしたテーブルを参照する構成としたが、圧電素子１３の振動周波数と路面状況情報とを対応付けしたマップや、プログラムに組み込まれた算出式により路面状況情報を算出してもよい。
【００２７】
また、路面状況情報とは、乾燥路面、湿潤路面、凍結路面、積雪路面、凹凸路面等の具体的な路面状況を示す情報でもよいし、摩擦係数等の間接的に路面状況を示す情報であってもよい。
【００２８】
以上のように、本実施の形態に係る路面状況監視システム１によれば、走行中に路面状況に応じてタイヤが加振されてタイヤが振動し、このタイヤの振動に応じた周期で圧電素子１３が振動して、路面状況情報を含んだ周期の電気信号が発生する。圧電素子１３で発生した電気信号はトランスポンダ３からコントローラ４に無線送信されるため、車両本体側のコントローラ４において、この電気信号に基づいて路面状況情報を取得し、路面状況を監視することができる。したがって、道路に路面状況を検出する装置を設ける構成と比較して導入コストを低減することが可能となる。
また、路面状況に応じて加振されたタイヤの振動を直に電気信号に変換しているため、路面とタイヤとの接触音を電気信号に変換して路面状況を検出する構成と比較して空気中を伝搬する雑音などが発生しないため、精度よく路面状況を検出することができる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施の形態に係る路面状況監視システムは、上述した第１の実施の形態に係る路面状況監視システムと搬送波を用いない点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る路面状況監視システムの全体構成図である。
【００３０】
図３に示すように、トランスポンダ３３は、通信部としてアンテナ１１およびアンテナ１１に接続された圧電素子１３を有している。圧電素子１３は、一方の電極がアンテナ１１の給電点に接続し、他方の電極がグランドに接地されている。この路面状況監視システム３１においては、タイヤの振動周期に合わせた周期で圧電素子１３が振動すると、アンテナ１１から電気信号自体の電力を利用して当該電気信号の有する周波数の電波が放射される。コントローラ３４で受信された電波は、図示しない制御部内で振動周波数が測定される。制御部は、圧電素子１３の振動周波数とタイヤ内の路面状況情報とを対応付けしたテーブルを参照してタイヤの路面状況情報を算出する。
【００３１】
以上のように、本実施の形態に係る路面状況監視システム３１によれば、圧電素子１３の出力する電気信号の電力を利用して自立的に電波を送信するのでトランスポンダ３３に搬送波を圧電素子１３の出力信号で変調するための変調用の回路が不要となり、より簡易な回路構成にすることが可能となる。
【００３２】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の第３の実施の形態に係る路面状況監視システムは、上述した第１の実施の形態に係る路面状況監視システムとトランスポンダにおいてタイヤ内の路面状況情報を算出する点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。
【００３３】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る路面状況監視システムの全体構成図である。図５は、電気信号および電源電圧の出力波形を示す図である。図６は、図５における電源電圧の増加サイクルの説明図である。なお、図５における波形Ｗ１は圧電素子の電気信号の振動波形、波形Ｗ２は電解コンデンサの電源電圧の波形、ラインＬ１は規定電圧をそれぞれ示している。図６における波形Ｗ３は圧電素子の電気信号の振動波形、波形Ｗ４は電解コンデンサの電源電圧の波形をそれぞれ示している。
【００３４】
図４に示すように、路面状況監視システム４１は、トランスポンダ４３において路面状況情報を算出し、これをパルス信号に変換して出力する制御回路４６を設け、この制御回路４６を圧電素子１３から発生した電気を充電した直流電源で動作させることにより、路面状況を監視している。
【００３５】
コントローラ４４は、アンテナ７から約２．４ＧＨｚの無変調の搬送波をトランスポンダ４３に送信すると共に、無変調の搬送波を制御回路４６から出力されたパルス信号で変調したものをトランスポンダ４３から受信する。また、コントローラ４４は、トランスポンダ４３で変調された搬送波から変調成分を抽出し、抽出した変調成分から路面状況情報を取得する。
【００３６】
トランスポンダ４３は、通信部としてアンテナ１１およびアンテナ１１に接続されたＦＥＴ１２を有している。ＦＥＴ１２のドレインにはアンテナ１１の給電点が接続され、ゲートには制御回路４６が接続され、ソースにはバイアス抵抗１４を介して制御回路４６が接続されている。ＦＥＴ１２は、制御回路４６から出力されるパルス信号の周期に応じた電圧がゲートに印加されゲート・ソース間の抵抗が変化し、このＦＥＴ１２のゲート・ソース間の抵抗の変化によりコントローラ４４から送信された無変調の搬送波が変調される。
【００３７】
制御回路４６には、圧電素子１３から出力された電気信号の周波数を測定する周波数測定部４７が接続されており、周波数測定部４７には、オペアンプ５１の出力端子が接続されている。オペアンプ５１は、反転入力側の入力端子が電解コンデンサ５２の一方の電極に接続され、非反転入力側の入力端子が電解コンデンサ５２の他方の電極に接続されている。
【００３８】
また、オペアンプ５１の２つの入力端子間には、電解コンデンサ５２と並列に圧電素子１３の一対の電極がそれぞれ接続され、オペアンプ５１の反転入力端子と圧電素子１３の一方の電極との間には、直流カットのコンデンサ５６が設けられ、オペアンプ５１の非反転入力端子と圧電素子１３の他方の電極との間には、直流カットのコンデンサ５７が設けられている。圧電素子１３と電解コンデンサ５２との間には、４つの整流ダイオード５４から構成された整流回路５３が設けられている。
【００３９】
そして、図５に示すように、タイヤの振動に応じた周期で圧電素子１３が振動すると、電気信号Ｗ１が整流回路５３を通じて電解コンデンサ５２で蓄電される。蓄電により電解コンデンサ５２の電源電圧Ｗ２が規定電圧Ｌ１に達すると、制御回路４６、周波数測定部４７、オペアンプ５１の動作が開始される。より具体的には、図６に示すように、タイヤの回転に応じて圧電素子１３が振動し、電源電圧Ｗ４は周期的に上昇する。
【００４０】
また、図４に戻り、制御回路４６には、記憶部４８が接続されている。記憶部４８は、制御回路４６の制御プログラム、圧電素子１３の振動周波数と路面状況情報とを対応付けしたテーブル等が記憶されており、これらは制御回路４６に適宜読み出される。
【００４１】
制御回路４６は、電解コンデンサ５２から供給される電源電圧が規定電圧に達すると動作し、記憶部４８からテーブルを読み出し、周波数測定部４７により測定された圧電素子１３の振動周波数に基づいて路面状況情報を算出し、これをパルス信号に変換してＦＥＴ１２に出力する。ＦＥＴ１２に出力されたパルス信号は、上記したように、搬送波の変調に利用される。なお、請求項に記載の蓄電部は本実施の形態に係る電解コンデンサ５２と整流回路５３とから構成されている。
【００４２】
このような路面状況監視システム４１において、コントローラ４４からトランスポンダ４３に送信された無変調の搬送波は、制御回路４６から出力されたパルス信号により変調されてコントローラ４４に送信される。コントローラ４４は受信した変調後の搬送波からフィルタにより変調成分を抽出し、この抽出した変調成分から路面状況情報を生成する。
【００４３】
以上のように、本実施の形態に係る路面状況監視システム４１によれば、圧電素子１３から発生した電気信号が整流回路５３で整流されて電解コンデンサ５２に蓄電され、制御回路４６の電源電圧として利用されるので、バッテリを設けることなくトランスポンダ４３において制御回路４６等を駆動して路面状況情報を算出することができる。
【００４４】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本発明の第４の実施の形態に係る路面状況監視システムは、上述した第３の実施の形態に係る路面状況監視システムとトランスポンダに発振回路を設けた点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。図７は、本発明の第４の実施の形態に係る路面状況監視システムの全体構成図である。
【００４５】
図７に示すように、本実施の形態に係る路面状況監視システム６１は、第３の実施の形態に係るトランスポンダ４３のＦＥＴ１２およびバイアス抵抗１４の代わりに発振回路６６を設けた点で異なっている。発振回路６６は、制御回路４６から出力されたパルス信号の周期に応じて発振している。そして、コントローラ６４は、図示しない制御部において受信した発振回路６６の発振周波数から路面状況情報を生成する。
【００４６】
以上のように、本実施の形態に係る路面状況監視システム６１によれば、圧電素子１３から発生した電気信号が整流回路５３で整流されて電解コンデンサ５２に蓄電され、制御回路４６の電源電圧として利用されるので、バッテリを設けることなくトランスポンダ６３において制御回路４６等を駆動して路面状況情報を算出することができる。また、コントローラ６４からトランスポンダ６３に搬送波を送信するためのステップが不要となり、コントローラ６４において路面状況情報を算出する手間を省けるので、測定時間の短縮化を図ることができると共に、コントローラ６４を簡易な回路構成とすることが可能となる。
【００４７】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本発明の第５の実施の形態に係る路面状況監視システムは、上述した第１の実施の形態に係る路面状況監視システムと路面状況を検出する構成をタイヤ内の空気圧を監視する既存のタイヤ空気圧監視システム（TPMS: Tire Pressure Monitoring System）に組み込んだ点において相違している。したがって、特に相違点についてのみ説明し、同一の構成については同一の符号を用い、繰り返しの説明を省略する。図８は、本発明の第５の実施の形態に係る路面状況監視システムの全体構成図である。
【００４８】
図８に示すように、路面状況監視システム７１は、既存のＴＰＭＳに路面状況検出用の圧電素子１３を設けて構成され、タイヤの振動に応じて周波数が変化する圧電素子１３の電気信号に基づいて路面状況を監視している。ＴＰＭＳは、既知の構成であるため、詳細については説明しないが、第１の水晶振動子７６および第１の水晶振動子７６に並列に接続され、空気内の圧力に応じて容量が可変する可変容量素子７８によりタイヤ内の空気圧が検出され、この検出された空気圧が第２の水晶振動子７７に検出されたタイヤ内の温度により補正される。
【００４９】
コントローラ７４は、搬送波の変調の有無を切り替えて、一定期間、第１の水晶振動子７６、第２の水晶振動子７７の共振周波数（励振信号）で変調した搬送波をトランスポンダ７３に送信して第１の水晶振動子７６および第２の水晶振動子７７を励振させた後、変調を停止して無変調の搬送波をトランスポンダ７３に送信する。
【００５０】
一方、トランスポンダ７３は、コントローラ７４から励振信号で変調された搬送波が送信されると、ダイオード７９により励振信号を検波し、この励振信号により第１の水晶振動子７６および第２の水晶振動子７７を励振させる。このとき、第１の水晶振動子７６および第２の水晶振動子７７は変調停止後も約１ｍ秒以上振動し続ける。この状態で、コントローラ７４から無変調の搬送波がトランスポンダ７３に送信されると、無変調の搬送波が第１の水晶振動子７６および第２の水晶振動子７７の共振信号および圧電素子１３の電気信号に応じてダイオード７９によりそれぞれの周波数で変調されてコントローラ７４に送信される。
【００５１】
コントローラ７４は、トランスポンダ７３から第１の水晶振動子７６および第２の水晶振動子７７の共振周波数で変調された搬送波を受信すると共に、圧電素子１３の電気信号で変調された搬送波を受信してそれぞれの変調成分を抽出する。このとき、図９に示すように、第１の水晶振動子７６の共振信号は搬送波から±約１１ＭＨｚに位置し、第２の水晶振動子７７の共振信号は搬送波から±約１０ＭＨｚに位置し、圧電素子１３の電気信号は搬送波から±約１００Ｈｚに位置するため、変調後の搬送波から複数の変調成分が抽出可能となる。コントローラ７４は、抽出した第１の水晶振動子７６の共振周波数および第２の水晶振動子７７の共振周波数からタイヤの空気圧情報を算出し、圧電素子１３の振動周波数から路面状況情報を算出する。
【００５２】
以上のように、本実施の形態に係る路面状況監視システム７１によれば、既存のＴＰＭＳに圧電素子１３を追加することにより路面状況監視システム７１を構成することができるため、路面状況監視システム７１の導入コストを低減することができる。
【００５３】
なお、上記した各実施の形態においては、バイモルフ型の圧電素子１３を用いた構成としたが、タイヤの振動に応じた周期で振動を電圧に変換する構成であれば、この構成に限定されず、例えば、モノモルフ型や積層型の圧電素子を用いた構成としてもよい。
【００５４】
また、上記した各実施の形態においては、圧電素子１３をタイヤ２１のトレッド面２１ａの裏側に台座２４を介して固定する構成としたが、タイヤの振動に応じた周期で振動する構成であれば、この構成に限定されず、例えば、タイヤ２１に埋設された構成としてもよい。また、上記した実施例においては、路面状況検出装置から受信した電気信号の周波数に基づいて路面状況を判断したが、電気信号の周波数と振幅を受信してこれらから路面状況を判断することが可能であり、この場合は更に精密な路面状況を判断することが可能である。この変形例は圧電素子の振動周波数及び振幅と路面状況情報とを対応付けることにより可能となるが、これは上記実施例を応用することにより容易に実施可能である。
【００５５】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明は、導入コストを低減すると共に、車両側において路面状況を精度よく検出することができるという効果を有し、特に自動車等が走行する路面の路面状況を検出する路面状況検出装置および路面状況監視システムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る路面状況監視システムの第１の実施の形態を示す図であり、路面状況監視システムの全体構成図である。
【図２】本発明に係る路面状況監視システムの第１の実施の形態を示す図であり、圧電素子の固定状態を示す図である。
【図３】本発明に係る路面状況監視システムの第２の実施の形態を示す図であり、路面状況監視システムの全体構成図である。
【図４】本発明に係る路面状況監視システムの第３の実施の形態を示す図であり、路面状況監視システムの全体構成図である。
【図５】本発明に係る路面状況監視システムの第３の実施の形態を示す図であり、電気信号および電源電圧の出力波形を示す図である。
【図６】本発明に係る路面状況監視システムの第３の実施の形態を示す図であり、図５における電源電圧の増加サイクルの説明図である。
【図７】本発明に係る路面状況監視システムの第４の実施の形態を示す図であり、路面状況監視システムの全体構成図である。
【図８】本発明に係る路面状況監視システムの第５の実施の形態を示す図であり、路面状況監視システムの全体構成図である。
【図９】本発明に係る路面状況監視システムの第５の実施の形態を示す図であり、第１の水晶振動子の共振信号、第２の水晶振動子の共振信号および圧電素子の電気信号と搬送波との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１、３１、４１、６１、７１ 路面状況監視システム
３、３３、４３、６３、７３ トランスポンダ（路面状況検出装置）
４、３４、４４、６４、７４ コントローラ（車両側装置）
１１ アンテナ（通信部）
１２ ＦＥＴ（通信部）
１３ 圧電素子
４６ 制御回路
４７ 周波数測定部
４８ 記憶部
５１ オペアンプ
５２ 電解コンデンサ（蓄電部）
５３ 整流回路（蓄電部）
５４ 整流ダイオード
６６ 発振回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤに固定され、路面上を走行する前記タイヤの振動を電気信号に変換する圧電素子と、
車両本体に設けられた車両側装置に対して、前記圧電素子で変換された電気信号を無線送信する通信部とを備えたことを特徴とする路面状況検出装置。
【請求項２】
前記通信部は、前記圧電素子で変換された電気信号の電力を利用して前記車両側装置に送信することを特徴とする請求項１に記載の路面状況検出装置。
【請求項３】
前記通信部は、前記車両側装置から受信した搬送波を前記圧電素子で変換された電気信号で変調して送信することを特徴とする請求項１に記載の路面状況検出装置。
【請求項４】
タイヤに固定され、路面上を走行する前記タイヤの振動を電気信号に変換する圧電素子と、
前記圧電素子に変換された電気信号の周波数を路面状況情報に変換する制御回路と、
前記圧電素子で変換された電気信号を整流し蓄電する蓄電部とを備え、
前記制御回路は前記蓄電部の電圧により動作することを特徴とする路面状況検出装置。
【請求項５】
タイヤに設けられた路面状況検出装置と、車両本体に設けられ、前記路面状況検出装置と通信可能な車両側装置とを備えた路面状況監視システムにおいて、
前記路面状況検出装置は、
前記タイヤに固定され、路面上を走行する前記タイヤの振動を電気信号に変換する圧電素子と、
前記圧電素子で変換された電気信号を前記車両側装置に無線送信する通信部とを備え、
前記車両側装置は、前記路面状況検出装置から受信した電気信号の周波数に基づいて路面状況情報を取得することを特徴とする路面状況監視システム。
【請求項１】
タイヤに固定され、路面上を走行する前記タイヤの振動を電気信号に変換する圧電素子と、
車両本体に設けられた車両側装置に対して、前記圧電素子で変換された電気信号を無線送信する通信部とを備えたことを特徴とする路面状況検出装置。
【請求項２】
前記通信部は、前記圧電素子で変換された電気信号の電力を利用して前記車両側装置に送信することを特徴とする請求項１に記載の路面状況検出装置。
【請求項３】
前記通信部は、前記車両側装置から受信した搬送波を前記圧電素子で変換された電気信号で変調して送信することを特徴とする請求項１に記載の路面状況検出装置。
【請求項４】
タイヤに固定され、路面上を走行する前記タイヤの振動を電気信号に変換する圧電素子と、
前記圧電素子に変換された電気信号の周波数を路面状況情報に変換する制御回路と、
前記圧電素子で変換された電気信号を整流し蓄電する蓄電部とを備え、
前記制御回路は前記蓄電部の電圧により動作することを特徴とする路面状況検出装置。
【請求項５】
タイヤに設けられた路面状況検出装置と、車両本体に設けられ、前記路面状況検出装置と通信可能な車両側装置とを備えた路面状況監視システムにおいて、
前記路面状況検出装置は、
前記タイヤに固定され、路面上を走行する前記タイヤの振動を電気信号に変換する圧電素子と、
前記圧電素子で変換された電気信号を前記車両側装置に無線送信する通信部とを備え、
前記車両側装置は、前記路面状況検出装置から受信した電気信号の周波数に基づいて路面状況情報を取得することを特徴とする路面状況監視システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１２５９８４（Ｐ２０１０−１２５９８４Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０２６０２（Ｐ２００８−３０２６０２）
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
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