(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のタイヤに対向するタイヤハウス内車体側の後方部に搭載され、路面状態を検出するためのセンサであって、
前記車両の走行に伴う前記タイヤの回転によって路面から跳ね上げられた物体がセンサ自体に衝突し、又は付着する物理的現象による検出信号の変化に基づいて路面の状態を検出することを特徴とする路面状態検出用センサ。
【請求項２】
タイヤの回転によって路面から跳ね上げられた物体が衝突することによる振動成分を検出することを特徴とする請求項１に記載の路面状態検出用センサ。
【請求項３】
タイヤの回転によって路面から跳ね上げられた物体が付着することによる透磁率の変化成分を検出することを特徴とする請求項１に記載の路面状態検出用センサ。
【請求項４】
タイヤの回転によって路面から跳ね上げられた物体が付着することによる水分の塩分濃度を検出することを特徴とする請求項１に記載の路面状態検出用センサ。
【請求項５】
タイヤに対向するタイヤハウス内車体側の後方部に搭載され、前記車両の走行に伴う前記タイヤの回転によって路面から跳ね上げられた物体がセンサ自身に衝突し、又は付着する物理的現象による検出信号の変化に基づいて路面の状態を検出する路面状態検出用センサと、
車体に搭載され、路面に向けて光を照射し、この路面からの反射光に基づいて路面の状態を検出する反射型光センサと、
前記路面状態検出用センサと前記反射型光センサからの検出信号に基づいて、路面の滑り度合いを判定する判定手段とを備えたことを特徴とする路面状態検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の路面状態検出用センサを備えた凍結防止剤散布車両。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の路面状態検出用センサを備えた道路パトロールカー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載され、路面の状態を検出する路面状態検出用センサとそれを用いた路面状態検出装置に関し、特に、路面の滑り度合い及び路面に残留する塩分濃度とを同時に検出するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車載搭載型の路面状態検出装置として、路面に向かって光を照射し、その反射光に空間フィルタリング処理を施すことにより、反射光の空間周波数を取り出し、この空間周波数に基づいて、凍結、圧雪、湿潤、乾燥などの路面状態を検出するものが知られている（例えば、国際公開ＷＯ９５／０１５４９号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような路面状態検出装置においては、路面の表面状態を検出することはできるが、これは、自動車走行において大きく影響する路面の滑り度合いとは異なるものである。
【０００４】
また、近年、凍結防止剤の過剰散布による塩害の発生や舗装道路の劣化が問題となっている。この問題を解決するために、凍結防止剤の散布予定地に対して残留塩分濃度検出を行い、塩分濃度に応じて凍結防止剤の散布量を調整するという方法が採られている。この塩分濃度の検出方法としては、従来、路面上の水分を吸引用配管を介して採取し、この水分を塩分測定器で測定するという方法が知られている。ところが、このような方法では、吸引用配管が土などの汚れでつまったり、低温により水分が凍った場合には、水分採取が困難になり、結果として塩分濃度を安定して測定することができなかった。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、低温条件下においても、路面の滑り具合と路面に残留する塩分濃度とを同時にかつ安定して計測することができる路面状態検出用センサとそれを用いた路面状態検出装置及び凍結防止剤散布車両と道路パトロールカーを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、車両のタイヤに対向するタイヤハウス内車体側の後方部に搭載され、路面状態を検出するためのセンサであって、前記車両の走行に伴う前記タイヤの回転によって路面から跳ね上げられた物体がセンサ自体に衝突し、又は付着する物理的現象による検出信号の変化に基づいて路面の状態を検出するものである。
【０００７】
この構成においては、車両の走行に伴うタイヤの回転により、路面から水滴、砂等の物体が跳ね上げられ、これら物体がセンサの表面に衝突又は付着すると、センサは、衝突により生じた衝撃や、付着により生じた透磁率変化をとらえる。これにより、路面からの飛来物の有無及び量、さらに飛来物の種類及び特性などを検出することができるので、例えば、水分が検出された場合には、湿潤路面であるといったように路面の状態を検出することが可能となる。
【０００８】
また、本発明は、タイヤの回転によって路面から跳ね上げられた物体が衝突することによる振動成分を検出するものであってもよい。この構成においては、タイヤによって路面から跳ね上げられる物体の有無及び量を検出することができるので、例えば、跳ね上げられる物体がない場合には、乾燥路面であり、跳ね上げられる物体が有る場合には、湿潤路面であるといったように路面の状態を検出することができる。また、湿潤路面において路面から跳ね上げられる水の量を検出することも可能である。
【０００９】
また、本発明は、タイヤの回転によって路面から跳ね上げられた物体が付着することによる透磁率の変化成分を検出するものであってもよい。この構成においては、タイヤによって路面から跳ね上げられる物体の種類及び特性を検出することができるので、例えば、付着物が有れば、湿潤路面であるといったように路面状態を検出することができる。また、センサに塩分を含有する水分が付着した場合には、塩分含有量に応じた透磁率変化量を検出することができる。
【００１０】
また、本発明は、タイヤに対向するタイヤハウス内車体側の後方部に搭載され、前記車両の走行に伴う前記タイヤの回転によって路面から跳ね上げられた物体がセンサ自身に衝突し、又は付着する物理的現象による検出信号の変化に基づいて路面の状態を検出する路面状態検出用センサと、車体に搭載され、路面に向けて光を照射し、この路面からの反射光に基づいて路面の状態を検出する反射型光センサと、前記路面状態検出用センサと前記反射型光センサからの検出信号に基づいて、路面の滑り度合いを判定する判定手段とを備えたものである。
【００１１】
この構成においては、路面状態検出用センサによって路面から跳ね上げられた物体がセンサ表面に衝突、付着することによる物理的変化をとらえ、反射型光センサによって路面の光沢度等をとらえ、判定手段は、これら路面状態検出用センサ及び反射型光センサからの検出信号に基づいて路面の滑り度合いを判定する。これにより、路面から跳ね上げられた物体の特性、特に、水分に含まれる塩分濃度と、路面の滑り度合いとを同時に検出することができる。
また、本発明は、上記路面状態検出用センサを備えた凍結防止剤散布車両と、道路パトロールカーである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は車両の側面方向から見た本実施形態に係る路面状態検出装置の構成図である。この路面状態検出装置１は、車両２に搭載され、この車両２が走行する路面ＬＤの状態（路面の滑り度合い）の判別と、路面ＬＤの残留塩分濃度の計測を行うものである。この路面状態検出装置１の検出部は、前輪６（以下、タイヤと記す）に対して進行方向前方に搭載された反射型光センサ３と、タイヤハウス７（タイヤに対向する車体側）内に搭載された振動・透磁率変化検出部４（路面状態件検出用センサ）とから構成されている。この振動・透磁率変化検出部４は、振動検出センサと透磁率変化検出センサとから成るものであり、これら振動検出センサ、透磁率変化検出センサ、及び反射型光センサ３からの検出信号は、信号処理部（判定手段）（不図示）に入力されるようになっている。
【００１３】
反射型光センサ３は、正反射と拡散反射の反射光量を同一路面で検出することにより、反射むらによる表面の光沢度合いと反射光量とを同時に計測するものである。この反射型光センサ３の具体例としては、本出願人により出願された空間フィルタを利用した反射光処理装置（例えば、国際公開ＷＯ９５／０１５４９号公報参照）が挙げられる。振動検出センサは、車両２の走行に伴うタイヤ６の回転により路面ＬＤから跳ね上げられた物体（以下、飛来物と記す）の有無及び量を検出するためのものであり、路面ＬＤからの飛来物が検出部４の検出面に衝突することによる振動成分をとらえる。また、透磁率変化検出センサは、検出部４の検出面に路面ＬＤからの飛来物が付着することによる透磁率の変化成分を検出するものであり、付着物の有無及びこの付着物の塩分含有量に応じた信号を出力するものである。振動・透磁率変化検出部４の構成については後述する。
【００１４】
信号処理部による路面ＬＤの滑り度合いの判定方法について、図２のフローチャートを参照して説明する。ここでは、反射型光センサ３により路面の表面状態（光沢度合い）を検出し、続いて、路面ＬＤからの飛来物が水分であるか否かを検出することにより、タイヤ６直下の水膜の有無によりスリップの危険度合い
（路面滑り）を分類する。また、飛来物が水分であるか否かは、振動検出センサによって検出される振動量、及び透磁率変化検出センサによって検出される透磁率変化に基づいて識別している。
【００１５】
まず、振動検出センサからの検出信号に基づいて、振動が有るか否かを調べ
（Ｓ１）、振動が有る場合には（Ｓ１で振動あり）、さらに、透磁率変化検出センサ５からの検出信号に基づいて、透磁率変化を調べる（Ｓ２）。ここで透磁率に変化がある場合には（Ｓ２で変化あり）、反射型光センサ３によってとらえられた路面ＬＤの光沢を調べ（Ｓ３）、光沢が大きい場合には、路面ＬＤは湿潤路であると判定すると共に、路面滑り（路面摩擦係数）を０．５〜０．８の範囲内に決定する（Ｓ４）。また、Ｓ３において、光沢がそれほど大きくない場合には、路面ＬＤは非常に滑りやすい圧雪・凍結路であると判定すると共に、路面摩擦係数を０．１〜０．２の範囲内に決定する（Ｓ５）。さらにまた、Ｓ３において、光沢が小さい場合には、路面ＬＤは滑りにくいシャーベット路であると判定すると共に、路面摩擦係数を０．４〜０．６の範囲内に決定する（Ｓ６）。
【００１６】
Ｓ２において、透磁率に変化がない場合には（Ｓ２で変化なし）、光沢の度合いを調べ（Ｓ７）、光沢が小さい場合には、路面ＬＤは舗装路であるが、その表面には砂があるので、少し滑り易い状態にあると判定すると共に、路面摩擦係数を０．５〜０．８の範囲内に決定する（Ｓ８）。また、Ｓ７において、光沢がそれほど大きくない又は極めて大きい場合には、路面ＬＤは滑りやすい圧雪・凍結路であると判定すると共に、路面摩擦係数を０．２〜０．３の範囲内に決定する（Ｓ９）。また、Ｓ１において振動検出センサ３によって振動が検出されなければ、反射型光センサ３によってとらえらえた路面ＬＤの光沢を調べ（Ｓ１０）、光沢が小さい場合には、路面ＬＤは舗装路であると判定すると共に、路面摩擦係数を０．８〜１．０の範囲内に決定する（Ｓ１１）。また、Ｓ１０において、光沢が小さくない場合には、路面ＬＤは滑りにくい圧雪・凍結路であると判定すると共に、路面摩擦係数を０．３〜０．４の範囲内に決定する（Ｓ１２）。
【００１７】
次に、振動・透磁率変化検出部４の内部構成について、図３を参照して説明する。振動・透磁率変化検出部４の筐体１０内には、振動検出部１１と付着物検出部１２とが組み込まれている。振動検出部１１は、水晶式加速度計、力平衡式加速度計等であり、振動検出センサの検出動作を司るものであり、検出面１０ａの振動回数や振動強度を検出し、路面ＬＤからの飛来物の有無及び量に応じた振動出力を出力する。また、１回巻きの円形のコイルから成る付着物検出部１２は、検出面１０ａに物体が付着することによる透磁率の変化を検出するものであり、透磁率変化検出センサの検出動作を司るものである。また、この透磁率変化検出センサは、検出面１０ａに塩分を含んだ水分が付着すると、塩分濃度に応じた透過率の変化をとらえ、この変化に応じた信号を出力する。
【００１８】
図４（ａ）に塩分濃度と透磁率変化出力（検出電圧）との関係を示す。同図より、塩分濃度が大きくなるにしたがって、検出電圧が大きくなることがわかる。また、図４（ｂ）は、付着水分量と透磁率変化検出センサからの透磁率変化出力との関係を示すものである。同図より、塩分濃度が大きくなると、付着水分量に対する透磁率変化出力の変化率が大きくなることがわかる。本実施形態では、振動検出センサによってとらえられた検出面１０ａ上の付着水分量と、透磁率変化検出センサによってとらえられた透磁率変化出力に基づいて、付着水分に含まれる塩分濃度を検出する。
【００１９】
このように、本実施形態によれば、路面ＬＤの光沢度合いから湿潤・凍結路面と乾燥・圧雪路面とを区別し、路面ＬＤからの飛来物の量に基づいてタイヤ６直下の水の量を検出することができるので、車両２のスリップする危険度合いを識別することができる。また、路面ＬＤが凍結路面であり、さらに路面ＬＤから多量の水分が跳ね上げられていると判定された場合には、タイヤ６直下には水幕が形成されており、極めて滑りやすい状態にあると判定することができる。また、乾燥状態においても、路面ＬＤ上の砂の有無をとらえることができるので、スリップする危険性を検出することができる。さらにまた、検出面１０ａに付着した水分量と、透磁率変化量に基づいて水分中に含まれる塩分濃度を検出することができるので、従来のように、水分を配管で計測器まで吸引することによる問題が発生せず、路面ＬＤの塩分濃度の連続計測が可能となる。
【００２０】
（第２の実施形態）
図５は第２の実施形態に係る振動・透磁率変化検出部の構成図である。本実施形態の振動・透磁率変化検出部４の検出面１０ａには、水分保持用スポンジ１５が取り付けられており、路面から跳ね上げられた水分を保持することができるようになっている。上述の図３に示した実施形態においては、検出面１０ａに付着した水分を対象として塩分濃度検出を行っていたため、付着水分量を一定に保つことができず、検出精度の向上を図ることが困難であった。これに対し、本実施形態では、水分保持用スポンジ１５に保持された水分に対して塩分濃度検出を行うことができるので、検出対象となる水分量を一定に保つことができ、塩分濃度検出の精度向上を図ることができる。また、振動検出部１１により、路面ＬＤからの飛来量（水分量）を積算することにより、水分保持用スポンジ１５に保持された水分量を検出し、スポンジ１５内の水分量が一定量に達したと判断すると、観測者に対して残留塩分濃度の検出時期がきたことを告知する機能を備えてもよい。
【００２１】
また、図６に示すように、タイヤハウス７の下部に塩分検出用のカップ１６を設け、タイヤハウス７を伝ってカップ１６に流入する水分に対して塩分濃度検出を行うようにしてもよい。カップ１６には、雪や氷を溶かすためのヒータ１７が取り付けられている。この構成においては、タイヤハウス７からカップ１６への流入水分量を振動検出センサによってとらえることにより、検出対象としての水分量を一定値に保つことができるので、より高い分解能で塩分濃度検出を行うことが可能となる。図７は、塩分濃度と車両の移動距離との関係を示す図であり、急激に塩分濃度の積算値が上昇している地点は塩分濃度が高く、積算値が緩やかに上昇している地点は塩分濃度が低いことを示している。このように、各地点における塩分濃度を計測することが可能となる。
【００２２】
（第３の実施形態）
図８は第３の実施形態に係る振動・透磁率変化検出部の内部構成図である。この振動・透磁率変化検出部４は、上述の図５に示した振動・透磁率変化検出部４において、水分保持用スポンジ１５の周囲に電気ヒータ２０を取り付けたものであり、雪道路面上においても、安定に路面状態を検出することを目的とする。タイヤハウス内部に雪が付着すると、振動検出部１１による検出感度が低下する場合がある。また、検出部４の周辺（特に、水分保持用スポンジ１５）に雪が付着すると、付着物検出部１２によって検出される透磁率には時間的に急峻な変化が生じ、誤動作を起こす場合がある。本実施形態では、電気ヒータ２０の加熱機構を動作させることにより、検出部４の周辺、及び水分保持用スポンジ１５の表面に付着した雪を融解によって排除することができるので、振動検出部１１による検出感度の低下や、付着物検出部１２による誤動作の発生を抑えることができる。これにより、機械的可動要素を持たず、低温下においても故障しにくいセンサの動作復帰機構を実現することができる。
【００２３】
（第４の実施形態）
図９は第４の実施形態による路面状態検出装置を搭載した凍結防止剤散布車両を示す。この凍結防止剤散布車両３０は、上述の図１に示した路面状態検出装置と、この路面状態検出装置からの出力に基づいて薬剤散布機３１を制御する薬剤散布機コントロール部（不図示）とを備え、路面ＬＤの滑り度合いに応じて凍結防止剤３２の散布量を調整するものである。これにより、乾燥路面等の滑りにくい路面に対して凍結防止剤を散布するということがなくなり、凍結防止剤の散布量を節約できる。また、塩害による自然破壊や舗装道路の劣化を防ぐことができる。
【００２４】
薬剤散布機コントロール部による薬剤散布機３１の制御方法について、図１０のフローチャートを参照して説明する。まず、上述の路面状態検出装置によって路面の状態を検出し（Ｓ２０）、路面摩擦係数μが０．５よりも大きく、路面が滑りにくい状態にあると判定された場合には（Ｓ２０でＮＯ）、凍結防止剤３２の散布を待機する（Ｓ２１）。また、Ｓ２０において、μが０．５以下であり、路面が滑りやすい状態にあると判定された場合には（Ｓ２０でＹＥＳ）、路面ＬＤに残留する塩分濃度を調べ、残留塩分濃度が低い場合には（Ｓ２２でＹＥＳ）、凍結防止剤を通常量散布する（Ｓ２３）。また、路面ＬＤの残留塩分濃度が高い場合には（Ｓ２２でＮＯ）、通常よりも少量の凍結防止剤を散布する（Ｓ２４）。
【００２５】
（第５の実施形態）
図１１は第５の実施形態による路面状態検出装置を備えた道路パトロールカーの外観図である。この道路パトロールカー４０は、上述の図１に示した路面状態検出装置１と、この路面状態検出装置１によって検出された路面滑り情報及び残留塩分濃度情報を道路情報管理局（不図示）に送信する無線装置（不図示）等を備えるものである。道路パトロールカー４０から送られてくる路面滑り情報、及び残留塩分濃度情報に基づいて、図１２（ａ）に示すような路面滑りの分布地図、及び図１２（ｂ）に示すような残留塩分濃度の分布地図が作成される。路面滑りの分布地図は、サービスエリア等に設置された道路情報板に表示され、道路利用者に対して安全運転の注意を促すために用いられる。また、残留塩分濃度の分布地図は、凍結防止剤散布などの雪氷対策作業指示を的確に行うための道路管理地図として用いられる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施の形態に限られず種々の変形が可能である。例えば、路面ＬＤの温度を計測する温度センサをさらに備え、この温度センサにより路面が凍結している可能性をとらえるようにすれば、より高精度に路面状態を判別することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明の路面状態検出用センサによれば、タイヤの回転によって路面から跳ね上げられた物体がセンサ自身に衝突し又は付着する物理的現象をとらえることにより、路面の状態を検出するようにしたので、例えば、路面から跳ね上げられた物体が水分である場合には、湿潤路面であるといったように路面状態を検出することができる。
【００２８】
また、タイヤの回転によって路面から跳ね上げられた物体が衝突することによる振動成分を検出するものとすることにより、路面から跳ね上げられる物体の有無及び量を検出することが可能となる。これにより、路面から跳ね上げられる水分量等を検出することができる。
【００２９】
また、タイヤの回転によって路面から跳ね上げられた物体が付着することによる透磁率の変化成分を検出するものとすることにより、付着した塩分含有量に応じた透磁率変化量を検出することができる。また、センサ自身に付着した水分量と透磁率変化量に基づいて、付着した水分に含まれる塩分濃度を検出することも可能である。
【００３０】
また、本発明の路面状態検出装置によれば、タイヤの回転によって路面から跳ね上げられた物体が衝突又は付着する物理的現象と、路面の光沢度合いに基づいて、路面の滑り度合いを検出するようにしたので、路面の残留塩分濃度と、路面の滑り度合いとを同時にかつ安定して検出することができる。
また、本発明の路面状態検出用センサを備えた凍結防止剤散布車両によれば、路面状況に応じて適切に凍結防止剤を散布することが可能になり、また、本発明の路面状態検出用センサを備えた道路パトロールカーによれば、路面情報を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による路面状態検出装置の構成図である。
【図２】路面状態の判別処理動作を示すフローチャートである。
【図３】振動・透磁率変化検出部の内部構成図である。
【図４】（ａ）は塩分濃度と検出電圧との関係を示す図であり、（ｂ）は付着水分量と透磁率変化出力との関係を示す図である。
【図５】第２の実施形態による振動・透磁率変化検出部の内部構成図である。
【図６】塩分検出用カップを備えた路面状態検出装置の構成図である。
【図７】塩分濃度と車両の移動距離との関係を示す図である。
【図８】第３の実施形態による振動・透磁率変化検出部の内部構成図である。
【図９】第４の実施形態による路面状態検出装置を搭載した凍結防止剤散布車両の構成図である。
【図１０】凍結防止剤の散布量決定処理動作を示すフローチャートである。
【図１１】第５の実施形態による路面状態検出装置を搭載した道路パトロールカーの外観図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ、路面滑りの分布地図と残留塩分濃度の分布地図である。
【符号の説明】
１  路面状態検出装置
２  車両
３  反射型光センサ
４  振動・透磁率変化検出部（路面状態検出用センサ）
６  タイヤ
７  タイヤハウス（タイヤに対向する車体側）
ＬＤ  路面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003703062.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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