(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により車体に分布する帯電電位を検出する検出部と、前記検出部により検出される帯電電位の振幅を監視する監視部とを備え、
前記検出部は、
前記車体の外側表面に分布する帯電電位を検出し、
前記監視部は、
前記検出部により検出される帯電電位における単位期間あたりの振幅変化を監視して、
前記単位期間あたりの振幅変化から、水気を帯びた路面と乾燥した路面との相互間の変化を捉えることを特徴とする測定装置。  
【請求項２】
前記検出部により検出される帯電電位における単位期間あたりの振幅の平均に対して水気を帯びた路面にすべきとして設定される閾値の上限と、当該平均に対して乾燥した路面にすべきとして設定される閾値の下限との差が５倍以上とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。  
【請求項３】
タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により車体に分布する帯電電位を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにて検出される帯電電位の時間変化波形を監視する監視ステップと、
路面の状態の変化に伴う前記時間変化波形の変化からタイヤが接している路面の状態を推定する推定ステップと
を備える
ことを特徴とする路面状態推定方法。
【請求項４】
前記時間変化波形に出現する、帯電電位の変化量が単位期間あたりの振幅の平均値よりも大きなピークである特定ピークの数である特定ピーク数を単位期間毎に複数回計数する計数ステップを設け、
前記推定ステップでは、
前記特定ピーク数の出現頻度からタイヤが接している路面の状態を判定する
ことを特徴とする請求項３に記載の路面状態推定方法。
【請求項５】
前記計数ステップでは、
前記時間変化波形から単位期間あたりのＲＭＳ値を取得して、前記ＲＭＳ値を単位期間あたりの振幅の平均値とする
ことを特徴とする請求項４に記載の路面状態推定方法。
【請求項６】
前記計数ステップでは、
前記時間変化波形から、正側のピークと負側のピークとを抽出して、前記正側のピークの振幅値と前記負側のピークの振幅値との差であるピーク値差を算出し、前記ピーク値差が前記ＲＭＳ値を超えた場合に、前記正側のピーク又は負側のピークを特定ピークと判定して、前記判定された特定ピークの数である特定ピーク数を計数し、
前記推定ステップでは、
単位期間あたりの特定ピーク数の頻度分布を求め、前記特定ピーク数の出現頻度からタイヤが接している路面の状態を推定する
ことを特徴とする請求項５に記載の路面状態推定方法。
【請求項７】
前記推定ステップでは、
前記頻度分布をワイブル分布により近似して、前記ワイブル分布の確率密度関数の尺度パラメータと形状パラメータとを算出し、
前記算出された形状パラメータ又は尺度パラメータ及び形状パラメータからタイヤが接している路面の状態を推定する
ことを特徴とする請求項６に記載の路面状態推定方法。
【請求項８】
タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により車体に分布する帯電電位を検出する検出部と、
前記検出部により検出される帯電電位の時間変化波形を監視する監視部と、
路面の状態の変化に伴う前記時間変化波形の変化からタイヤが接している路面の状態を推定する推定部と
を備え、
前記推定部が、
前記時間変化波形に出現する、帯電電位の変化量が単位期間あたりの振幅の平均値よりも大きなピークである特定ピークの数である特定ピーク数を単位期間毎に複数回計数する計数手段と、
前記特定ピーク数の出現頻度からタイヤが接している路面の状態を推定する推定手段とを備えることを特徴とする路面状態推定装置。
【請求項９】
車体の外側表面から空間を隔てて配置されるリファレンス電極と、
前記車体と、前記リファレンス電極との間の電位を信号として検知し増幅するセンサアンプと
を備えることを特徴とする検出装置。
【請求項１０】
前記リファレンス電極は、前記車体の外側表面から７．５［μｍ］以上の空間を隔てて配置される
ことを特徴とする請求項９に記載の検出装置。
【請求項１１】
前記車体における金属部位の表面に配置される検知電極
をさらに備え、
前記センサアンプは、前記検知電極と前記リファレンス電極との間の電位を信号として検知し増幅する
ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置及び検出装置に関し、路面状態を識別する場合において好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下記先行技術文献などに開示されているように、路面状態を識別する指標としてタイヤの加速度を検出する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０３０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、加速度では、路面の材料や、タイヤと路面との間に介在する物体の相違を捉えることは、物理法則的にはできない。つまり、加速度は、路面の状態を間接的に識別する指標となる。
【０００５】
したがって、例えば、路面状態の重要な識別対象の１つである水気を帯びた路面と、鉄板の路面との区別は困難であり、路面状態の識別精度が高いとはいえない状況にあった。
【０００６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、路面状態の識別精度を向上しうる測定装置及び検出装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため本発明は、測定装置であって、タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により車体に分布する帯電電位を検出する検出部と、前記検出部により検出される帯電電位の振幅を監視する監視部とを備え、前記検出部は、前記車体の外側表面に分布する帯電電位を検出し、前記監視部は、前記検出部により検出される帯電電位における単位期間あたりの振幅変化を監視して、前記単位期間あたりの振幅変化から、水気を帯びた路面と乾燥した路面との相互間の変化を捉えることを特徴とする。
車体（タイヤ表面や車体外表面など）に分布する電界は、以下の式（１）に示す、微小ダイポールアンテナが距離ｒに生成する電界のうちの１つで、マックスウェル方程式による解から求められる。式（１）は、電磁界を構成する３つの要素（1/rに比例する放射電磁界、1/r2に比例する誘導電磁界、1/r3に比例する準静電界）を含み、第３項が車体に分布する電界であり、車両の走行に伴うタイヤの転動よりに時間的に変化する。
【数１】
0005928704.tif 000002
準静電界は磁界成分を含まず、また、電波のように伝搬する性質がなく、人や車両、物質の周りに静電気帯電電界のように分布し、その極性またはレベルが変化する。
【０００９】
また、本発明は、走行中の路面の状態を推定する方法であって、タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により車体に分布する帯電電位を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出される帯電電位の時間変化波形を監視する監視ステップと、路面の状態の変化に伴う前記時間変化波形の変化からタイヤが接している路面の状態を推定する推定ステップとを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、走行中の路面の状態を推定する装置であって、タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により車体に分布する帯電電位を検出する検出部と、前記検出部により検出される帯電電位の時間変化波形を監視する監視部と、路面の状態の変化に伴う前記時間変化波形の変化からタイヤが接している路面の状態を推定する推定部とを備え、前記推定部が、前記時間変化波形に出現する、帯電電位の変化量が単位期間あたりの振幅の平均値よりも大きなピークである特定ピークの数である特定ピーク数を単位期間毎に複数回計数する計数手段と、前記特定ピーク数の出現頻度からタイヤが接している路面の状態を推定する推定手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、検出装置であって、車体の外側表面から空間を隔てて配置されるリファレンス電極と、前記車体と、前記リファレンス電極との間の電位を信号として検知し増幅するセンサアンプとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
一般に、タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦によってタイヤと路面との間に帯電電位が生じること自体は知られている。しかし、タイヤと路面との間に生じる帯電電位を直接的に得ることは困難である。しかも、水気を帯びた路面では、その水気を通じて大地に電荷が直ちに移動し、タイヤと路面との間に生じる帯電電位を検出できないと考えられていた。
この点、タイヤと路面との間に生じる帯電電位は、水気を帯びた路面であったとしても車体全体に膜のように分布し、僅かながらも車体表面に生じていることを発明者らは見出した。
本発明の測定装置及び検出装置は、タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により車体に分布する帯電電位を検出しているため、タイヤと路面との間に直に検出器を配することなく、タイヤと路面との間に生ずる帯電電位を正確に検出することができる。
また、タイヤと路面との間に生ずる帯電電位は、路面の材料や、タイヤと路面との間に介在する物体の種類によっても変動するパラメータであり、路面の状態を直接的に識別する指標となる。
本発明の測定装置は、このような帯電電位の振幅を監視しているため、当該路面状態を精度よく識別することが可能となる。一方、本発明の検出装置は、このような帯電電位を検出しているため、当該電位の振幅の程度に応じて路面の状態を精度良く識別させることが可能となる。
こうして、路面状態の識別精度を向上しうる測定装置及び検出装置が実現される。
【００１３】
また、本発明の路面状態推定方法及び路面状態推定装置は、タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により車体に分布する帯電電位の時間変化波形の変化から路面状態を推定しているため、タイヤにセンサーを設けることなく、路面の状態を推定できる。
また、時間変化波形の変化から路面状態を推定する際に、時間変化波形に出現する振幅の大きな特定ピークの数を単位期間毎に複数回計数して求めた特定ピーク数の出現頻度から、タイヤが接している路面の状態を推定しているため、路面の状態を精度良く推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】データ処理部の構成を示す概略図である。
【図３】監視処理手順を示すフローチャートである。
【図４】タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により車体に分布する帯電電位の振幅波形を示すグラフである。
【図５】４重極子を示す概略図である。
【図６】熱雑音レベルと周波数との関係を示すグラフである。
【図７】シミュレーションに基づく電極間距離と電極間電位差との関係を示すグラフである。
【図８】本実施形態２に係る路面状態推定装置の構成を示す図である。
【図９】帯電電圧の時間変化波形の一例を示す図である。
【図１０】帯電電圧の時間変化波形の拡大図である。
【図１１】特定ピークの出現回数の頻度分布を表わすヒストグラムの一例を示す図である。
【図１２】ワイブル分布の確率密度関数を示す図である。
【図１３】ドライ路面走行時の帯電電圧の時間変化波形と特定ピークの出現回数の頻度分布を表わすヒストグラムである。
【図１４】ウェット路面走行時の帯電電圧の時間変化波形と特定ピークの出現回数の頻度分布を表わすヒストグラムである。
【図１５】路面状態推定方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（１）検出原理
本発明を実施するための形態を説明する前に、まずは、本発明の検出原理について説明する。
【００１６】
本発明の検出原理は、路面状態を識別する指標として、タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により車体に分布する帯電電位を検出しようとするものである。
【００１７】
タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦によってタイヤと路面との間に帯電電位が生じること自体は、例えば、特開２０１１−２２５０２３号公報の背景技術などに記載されていることからも分かるように、周知事項である。
【００１８】
ところが、タイヤと路面との間に生じる帯電電位を検出するといった先行技術は、本発明者らの知見にはない。このような背景として主に２つの要因があるからと本発明者らは考えている。
【００１９】
１つ目の要因は、タイヤと路面との間に生じる帯電電位を直接的に得ることは困難と考えられていたということである。
【００２０】
２つ目の要因は、水気を帯びた路面（以下、ウェット路面という）ではその水気を通じて大地に電荷が直ちに移動し、タイヤと路面との間に生じる帯電電位を検出できないと考えられていたということである。
【００２１】
このため、タイヤと路面との間の電位をどのようにして検出するのかが課題の１つとなった。この点、タイヤと路面との間に生じる帯電電位は、当該路面がウェット路面であったとしても車体全体に膜のように分布し、僅かながらも車体表面に生じていることを本発明者らは見出した。これにより、タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦によりそのタイヤと路面との間に生じる帯電電位を、車体表面上の空間から検出することに成功した。
【００２２】
タイヤと路面との間に生じる帯電電位は、路面の材料や、タイヤと路面との間に介在する物体の種類などによって変動するパラメータであり、路面の状態を直接的に識別する指標となる。したがって、例えば、コンクリートに比べて滑り易い路面である鉄板の路面とウェット路面とは、物理法則的に識別可能となる。また、路面状態を識別する指標として加速度も加味すれば、路面状態を識別し得るバリエーションを増やすこともできる。
【００２３】
このように本発明の検出原理は、タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により車体に分布する帯電電位を検出するというものであり、路面状態を識別する指標として加速度を適用する場合に比べて、路面状態の識別精度を飛躍的に向上させることができる。
【００２４】
（２）本発明を実施するための形態
実施形態１．
図１に示すように、本実施形態１の測定装置１は、車２に搭載されるものであり、検出部１０と、データ処理部２０とを含む構成とされる。
【００２５】
検出部１０は、検知電極１１と、リファレンス電極１２と、センサアンプ１３とを主な構成要素として備える。
【００２６】
検知電極１１は車体２Ａの外側表面に配置され、リファレンス電極１２は車体２Ａの外側表面から空間を隔てて配置される。
【００２７】
本実施形態１の場合、検知電極１１とリファレンス電極１２とは同形同大の平板でなり、互いに平行に配置される。また、検知電極１１は車体２Ａにおける最も高い部位の外側表面に配置され、リファレンス電極１２はその検知電極１１の直上となる空間内に配置される。
【００２８】
なお、リファレンス電極１２は車２に固定される支持部材１４によって支持される。この支持部材１４の誘電率は低いほど好ましい。検知電極１１とリファレンス電極１２との間の電位を正確に得ることができるからである。低誘電率の材料にはアクリル、ウレタン又はガラスなどがある。
【００２９】
本実施形態１の場合、支持部材１４は底面を開放面とする容器とされ、振動吸収部材１５を介して車体２Ａの外側表面上に固定される。この容器の頂板側の外側表面にリファレンス電極１２が貼り付けられ、当該容器内における車体２Ａの外側表面に検知電極１１が貼り付けられる。ただし、上述した支持部材１４の形状や支持手法はあくまで一例であり、この実施形態に限定されるものではない。
【００３０】
センサアンプ１３は、ＦＥＴ（Field  Effect  Transistor）等の検知素子及びアンプを有しており、検知電極１１とリファレンス電極１２との間の電位を信号（以下、電位信号という）として検知し、当該電位信号を増幅する。なお、検知電極１１とリファレンス電極１２との間の電位は、主に、タイヤ２Ｂと路面３との接触、剥離及び摩擦によりそのタイヤ２Ｂと路面３との間を発生源として車体２Ａ全体に分布した帯電電位である。
【００３１】
このように検出部１０は、タイヤ２Ｂと路面３との接触、剥離及び摩擦により車体に分布する帯電電位を検出する。
【００３２】
データ処理部２０は、車２の電子ユニットの筐体内に組み込まれ、あるいは、当該電子ユニットとは別の独立した筺体内に設けられており、ケーブルを通じてセンサアンプ１３と結線される。なお、車２の電子ユニットとは別の独立した筺体内にデータ処理部２０を設ける場合、当該筺体は車体２Ａの外側表面に配置されていてもよく、車内に配置されていてもよい。
【００３３】
このデータ処理部２０は、図２（Ａ）に示すように、データ処理部２０の制御を司るＣＰＵ（Central  Processing  Unit）２１に対して各種ハードウェアを接続することにより構成される。例えば、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）２２、ＣＰＵ２１のワークメモリとなるＲＡＭ（Random  Access  Memory）２３及び記憶部２４などがバス２５を介して接続される。記憶部２４には、タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により生じる帯電電位を測定するプログラム（以下、測定プログラムという）などが格納される。
【００３４】
ＣＰＵ２１は、タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により生じる帯電電位を測定すべき命令を受けた場合、測定プログラムをＲＡＭ２３に展開し、図２（Ｂ）に示すように、Ａ／Ｄ変換部３１、フィルタ部３２、計測部３３及び監視部３４として機能する。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換部３１は、センサアンプ１３から出力される電位信号をデータ（以下、電位データという）に変換する。フィルタ部３２は、Ａ／Ｄ変換部３１から出力される電位データにおける所定周波数帯域を抽出する。
【００３６】
計測部３３は、フィルタ部３２から出力される電位データを記憶部２４に記憶するとともに、監視部３４に送出する。なお、計測部３３は、記憶部２４に記憶すべき電位データに対して、所定のデータ圧縮処理を施すようにしてもよい。
【００３７】
監視部３４は、計測部３３から出力される電位データを用いて図３に示すフローチャートにしたがった監視処理を実行し、路面状態を識別する。すなわち監視部３４は、タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により生じる帯電電位を測定すべき命令を受けると監視処理を開始し、第１ステップＳＰ１に進む。
【００３８】
監視部３４は、第１ステップＳＰ１では、基準よりもプラス側又はマイナス側で単位期間に出現する振幅ピークを計数する。
【００３９】
監視部３４は、第２ステップＳＰ２では、第１ステップＳＰ１で単位期間の振幅ピークが計数されるたびに、当該振幅ピークの平均を算出する。
【００４０】
監視部３４は、第３ステップＳＰ３では、第２ステップＳＰ２で振幅ピークの平均が算出されるたびに、路面状態を規定する閾値と比較し、その比較結果から路面状態を推定する。
【００４１】
ウェット路面時に車体に分布する帯電電位の振幅と、乾燥した路面（以下、ドライ路面という）時に車体に分布する帯電電位の振幅との実測波形の開示はここでは控えるが、おおむね図４に示す波形となる。この図４から分かるように、ウェット路面時に車体に分布する帯電電位の振幅（図４（Ａ））と、ドライ路面時に車体に分布する帯電電位の振幅（図４（Ｂ））とには大幅な差がある。
【００４２】
具体的には、時速３０[ｋｍ]の車体に分布する帯電電位の振幅の平均はウェット路面では０．０６[Ｖ]、ドライ路面では０．３[Ｖ]となり、５倍程度の電位差が生じるという実験結果が得られている。また、時速６０[ｋｍ] の車体に分布する帯電電位の振幅の平均はウェット路面では０．０９[Ｖ]、ドライ路面では０．５５[Ｖ]となり、６倍程度の電位差が生じるという実験結果が得られている。つまり、時速が速くなるほど、ウェット路面とドライ路面との違いが車体に分布する帯電電位の振幅差に大きく表われる。
【００４３】
この実験結果として、ウェット路面とドライ路面との違いが車体に分布する帯電電位の振幅差に大きく表われたということが極めて重要である。なぜならば、ウェット路面とドライ路面との違いを識別できる程度に、当該違いを捉えるパラメータが現状では見出されていなかったからである。
【００４４】
したがって、センサアンプ１３により検出される電位における単位期間あたりの変化の程度を監視することで、少なくともウェット路面とドライ路面との相互間の変化を、従来に比べて鋭敏に捉えることができる。
【００４５】
例えば、センサアンプ１３により検出される電位における単位期間あたりの振幅の平均に対しウェット路面にすべきとして設定される閾値の上限と、当該平均に対しドライ路面にすべきとして設定される閾値の下限との差が５倍以上とすることができる。このような状態に設定された場合、時速３０[ｋｍ]以上で走行する際のウェット路面とドライ路面との相互間の変化を、従来に比べて鋭敏に捉えることができる。
【００４６】
なお、ウェット路面及びドライ路面に対する閾値に代えて、あるいは、ウェット路面に加えて、様々な路面状態を規定する閾値を設定することができる。また、このような閾値数が多いほど、路面材料や、タイヤとの間に介在する物体の種類に応じた路面状態を識別することが可能となる。
【００４７】
監視部３４は、第４ステップＳＰ４では、第３ステップＳＰ３での比較結果に関連付けられた処理を実行する。例えば、第２ステップＳＰ２で算出された振幅ピークの平均がウェット路面として設定される閾値の上限未満となる場合、監視部３４は、当該振幅ピークが出現した電子データ部分がウェット路面であったことを示すフラグを記憶部２４に記憶する。別例として、ウェット路面であるため走行に注意すべき旨の報知命令を車本体の電子ユニットに与える。
【００４８】
このようにデータ処理部２０は、タイヤ２Ｂと路面３との接触、剥離及び摩擦により車体に分布する帯電電位の振幅を監視し、当該帯電電位の振幅の程度に応じて路面状態を識別する。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態１における測定装置１は、タイヤ２Ｂと路面３との接触、剥離及び摩擦により車体２Ａに分布する帯電電位を検出する。
【００５０】
したがって、この測定装置１は、タイヤ２Ｂと路面３との間に検出部１０を配することなく、当該タイヤ２Ｂと路面３との間に生ずる帯電電位を正確に検出することができる。
【００５１】
また、本実施形態１における測定装置１は、タイヤ２Ｂと路面３との接触、剥離及び摩擦により車体２Ａに分布する帯電電位の振幅を監視する。
【００５２】
上述したように、タイヤ２Ｂと路面３との間に生じる帯電電位は、路面３の材料や、タイヤ２Ｂと路面３との間に介在する物体の種類によっても変動するパラメータであり、路面３の状態を直接的に識別する指標となる。したがって、測定装置１は、帯電電位の振幅の程度に応じて路面状態を精度よく識別することができる。
【００５３】
前記実施形態１では、車体２Ａにおける最も高い部位の外側表面に検知電極１１が配置された。しかしながら、検知電極１１の配置部位はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、検知電極１１の配置部位として、車体２Ａの内側表面を採用することができる。別例として、車体２Ａの底又は側方における部位、トランクパネル又はバックドア、あるいは、車体２Ａに連結される導体部位を採用することができる。要するに、検知電極１１は車体２Ａの表面に配置されていればよい。
【００５４】
なお、車体２Ａ自体を検知電極に相当する導体とすることもできる。ただし、車体２Ａ自体を検知電極に相当する導体とする場合、センサアンプ１３に配線されるケーブルを車体２Ａに接続することになるが、車体２Ａには一般に塗装が施されている。したがって、ケーブルを接続すべき部位の塗装を製造時に省略しておくこと、あるいは、当該部位の塗装を剥がすことを要する。このようなことを要することなく、車体表面上に分布する電位を得る観点では、検知電極１１を車体２Ａにおける導体部位の表面（塗装面）に配置するほうが好ましい。また、車体２Ａ自体を検知電極に相当する導体とする場合、センサアンプ１３の感度を大きくするためには、ケーブルをある程度太くして車体２Ａの金属部位の表面に対するケーブルの接触面積を大きくすることを要する。したがって、ケーブルを太くすることなくある一定のセンサアンプ１３の感度を得る観点では、検知電極１１を車体２Ａにおける導体部位の表面（塗装面）に配置するほうが好ましい。
【００５５】
また、前記実施形態１では、車体２Ａにおける最も高い部位の直上となる空間にリファレンス電極１２が配置された。しかしながら、リファレンス電極１２の配置部位はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、リファレンス電極１２の配置部位として、車体２Ａの内側表面の上方となる空間位置を採用することができる。別例として、車体２Ａの底又は側方における部位、あるいは、トランクパネルやバックドアの表面の上方となる空間位置を採用することができる。要するに、車体２Ａの表面から空間を隔ててリファレンス電極１２が配置されていればよい。ただし、車周囲の物体あるいは車の構成物品との静電結合量を低くする観点では、フロントガラスの上端と車体との境界を通る鉛直面よりも後方となる車体部位の外側表面の上方が好適であり、また、最も高い車体部位の外側表面よりも上方がより一段と好適である。
【００５６】
ところで、図５に示すように、リファレンス電極１２を重心として正方形の各頂点となる関係にあり、隣り合う頂点では反転した極性の電荷を受ける４個の電極４１〜４４（以下、４重極子という）が設けられてもよい。この４重極子が設けられたリファレンス電極１２では、隣り合う電極４１−４２，４２−４３，４３−４４，４４−４１から生じる電界が時間変化にかかわらず相互に打ち消しあう。また各電極４１〜４４から生じる電界の強さは距離に対して２５（２ｍ＋１：ｍは電極数）だけ減衰し、当該電界の範囲はごく近傍に限局した状態にあることから、当該電極４１〜４４に対する外部の結合範囲がごく近傍に限局される。このため、リファレンス電極１２近傍における電界の強さは０[Ｖ／ｍ]又はそれに近似する値となる。したがって、車体２Ａの内側表面や、車体２Ａの底部位の外側表面の上方となる空間位置がリファレンス電極１２の配置部位とされた場合であっても、路面３や車２の構成物品等との静電結合量が大幅に低減される。このため、リファレンス電極１２がより一段と安定化し、検知電極１１とリファレンス電極１２との間の電位をより一段と正確に得ることができることになる。このように４重極子を設けた場合には、車体２Ａの表面に配されるリファレンス電極１２の位置にかかわらず、検知電極１１とリファレンス電極１２との間の電位をより一段と正確に得ることができる。なお、このような電極構造は上述の４重極子に限られない。具体的には、正２ｎ（ｎは２以上の偶数）角形の各頂点となる関係にあり、隣り合う頂点では反転した極性の電荷を受ける２ｎ個の電極が適用可能である。正２ｎ角形の重心から各頂点までの距離が一定であれば、ｎが大きくなるほど、隣り合う電荷間の距離（すなわち多角形の辺の長さ）が小さくなり、当該電極から生じる電界が打ち消しあう効率が向上する。したがって、ｎが大きい電極構造が採用されるほど、リファレンス電極１２の安定化の程度を大きくすることができる。このような電極構造の詳細については本発明者が既に提案した特願２００７−５６９５４を参照されたい。
【００５７】
上述の電極構造を設けない場合、車体２Ａの外側表面から７．５[μｍ]以上の空間を隔ててリファレンス電極１２が配置されるとよい。この７．５[μｍ]という値はシミュレーションから得たものであるが、当該シミュレーションに関して説明する。
【００５８】
＜シミュレーション方法＞
ウェット路面時に車体外側表面に生じた電位を０．１[Ｖ]と仮定し、センサアンプに生じる熱雑音レベルの値を図６に示す値と仮定して、車体２Ａの表面からリファレンス電極１２までの電位差が熱雑音レベル以上となる距離を求めた。
【００５９】
０．１[Ｖ]という値は、セダン型の車体における屋根部位の外側表面に検知電極を配置し、その検知電極の直上となる空間内にリファレンス電極を配置した状態で、路面を濡らした走行路を走行したときに得られた実測値の平均である。
【００６０】
図６は、熱雑音の大きさを表す一般式から１[Ｈｚ]〜１[ＧＨｚ]の帯域における熱雑音レベルを算出したものである。なお、一般式は、２６．８５℃での熱雑音の大きさをＰ［ｄｂｍ］とし、周波数をｆとすると、Ｐ＝−１７４＋１０ｌｏｇ（Δｆ）となる。
【００６１】
＜シミュレーション条件＞
シミュレーターは、情報数理研究所のＥＥＭ−ＳＴＦ  Version2.0を用い、車体は１[ｍ]×１[ｍ]の電極と仮定し、その電極に前記０．１[Ｖ]を印加した。一方、リファレンス電極は１[ｍ]×１[ｍ]の無限遠方の電極と仮定し、その電極は０[Ｖ]とした。また、車体であると仮定した電極と、リファレンス電極であると仮定した電極との間の距離は１[ｍ]とした。
【００６２】
＜シミュレーション結果＞
このようなシミュレーションから得られた電極間距離と電極間電位差との関係を図７に示す。１[Ｈｚ]〜１[ＧＨｚ]の帯域における熱雑音レベルの最大値は、図６に示すとおり１４．１[μＶ]であり、この１４．１[μＶ]以上の電位差を得るには、図７に示すとおり７．５[μｍ]であった。上述したように、ウェット路面における車体に分布する帯電電位の振幅はドライ路面に比べて５分の１程度となる。したがって、リファレンス電極１２に対して上述の電極構造を設けることなく、そのリファレンス電極１２を車体２Ａの外側表面から７．５[μｍ]以上の空間を隔てて配置した場合、１[Ｈｚ]〜１[ＧＨｚ]の帯域では、ウェット路面時に車体外側表面に生じる電位以上の電位を検出することが可能となる。
【００６３】
また、前記実施形態１では、検知電極１１の直上となる空間内にリファレンス電極１２が配置された。しかしながら、リファレンス電極１２は、検知電極１１の直上となる空間外に配置されていてもよい。なお、サンルーフ等のように、車体２Ａにガラスやアクリル等の低誘電体が存在する場合、その低誘電体の直上となる空間内にリファレンス電極１２を配置したほうがよい。このように配置すれば、リファレンス電極１２の直下が車体２Ａの金属部位である場合に比べて、当該リファレンス電極１２と車体２Ａとの静電結合量が低減されるため、リファレンス電極１２がより一段と安定化される。したがって、検知電極１１とリファレンス電極１２との間の電位をより一段と正確に得ることができる。
【００６４】
また、前記実施形態１では、検知電極１１とリファレンス電極１２とが同形同大の平板とされた。しかしながら、検知電極１１とリファレンス電極１２とは互いに異なる形状とされていてもよく、互いに異なる大きさとされていてもよい。また、検知電極１１及びリファレンス電極１２の形状は、平板状に限らず、様々な形状を採用することができる。
【００６５】
また、前記実施形態１では、フィルタ部３２の後段に計測部３３が設けられ、当該計測部３３の後段に監視部３４が設けられた。しかしながら、フィルタ部３２の後段に監視部３４が設けられ、当該監視部３４の後段に計測部３３が設けられていてもよい。なお、計測部３３は、電位データ全体を記憶部２４に記憶したが一部を記憶部２４に記憶するようにしてもよい。また、フィルタ部３２又は監視部３４は省略されていてもよい。さらに、データ処理部２０が車２に搭載されている場合等では、検出部１０を検出装置として車２に搭載することができる。
【００６６】
実施形態２．
前記実施形態１の測定装置１では、検出部１０により検出される帯電電位における単位期間あたりの振幅の平均から路面がウェット路面なのかドライ路面なのかを推定したが、単位期間毎に帯電電位の時間変化波形を抽出し、この抽出された複数個の時間変化波形のデータを用いて路面状態を推定するようにすれば、路面状態の推定精度を更に向上させることができる。
図８は、本実施形態２に係る路面状態推定装置５０の構成を示す図で、路面状態推定装置５０は、検知電極５１と、リファレンス電極５２と、センサアンプ５３と、帯電波形抽出手段５４と、ＲＭＳ（Root Mean Square）値算出手段５５と、ピーク計数手段５６と、ピーク頻度分布作成手段５７と、記憶手段５８と、路面状態推定手段５９とを備える。
検知電極５１〜センサアンプ５３までの各手段が、タイヤと路面との接触、剥離及び摩擦により生じる帯電電位を検出する検出部５０Ａを構成し、帯電波形抽出手段４４が検出部５０Ａにより検出される帯電電位を監視する監視部５０Ｂを構成し、ＲＭＳ値算出手段５５〜路面状態推定手段５９までの各手段が推定部５０Ｃを構成する。
監視部５０Ｂと推定部５０Ｃとは、実施形態１のデータ処理部２０と同様に、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置とマイクロコンピュータのプログラムとから構成される。
【００６７】
検知電極５１は平板状の電極で、車体２Ａの外側表面に対して所定の空隙を隔てて配置され、車体２Ａと容量結合される。本例では、車体２Ａの外側表面と検知電極５１との間の空隙に厚さが一定の板状の誘電体を介挿することで、車体２Ａとの間の静電容量を大きくするとともに、前記空隙の大きさを確保するようにしている。
一方、リファレンス電極５２も平板状の電極から成り、車体２Ａの外側表面に設けられた防振台２ａ上に設けられた支持台２ｂの上端から突出するように取付けられたアクリル，ウレタン等の樹脂から成る棒状の支持棒２ｃの先端に取付けられる。支持台２ｂは、防振台２ａ側と支持棒２ｃに板状の木材等の絶縁部材が取付けられた筒状の部材である。
これにより、リファレンス電極５２を帯電している車体２Ａから遠く（例えば、１００ｍｍ以上）に離すことができるとともに、リファレンス電極５２と車体２Ａとを電気的に絶縁できるので、リファレンス電極５２を安定的に零電位に保つことができる。
車体２Ａの帯電電位は、（＋）側と（−）側とに周期的に変化するので、車体２Ａと容量結合されている検知電極５１の電位である帯電電位も時間的に正負に変化する。
また、車体２Ａの帯電電位はタイヤ２Ｂと路面３との間の静電容量の変化に伴って変化するので、タイヤ２Ｂと路面３との間の静電容量も路面状態によって変化する。したがって、前記帯電電圧の変化を検出することで、路面状態の変化を検出できる。
センサアンプ５３は、例えば、ＦＥＴ（Field  Effect  Transistor）を備えた増幅器で、検知電極５１とリファレンス電極５２との間の電圧（以下、帯電電圧という）を増幅して出力する。
【００６８】
帯電波形抽出手段５４は、センサアンプ５３で増幅されて連続的に出力される帯電電圧の時間変化波形から、タイヤ１周分毎の帯電電圧の時間変化波形である帯電波形を順次抽出する。
図９（Ａ），（Ｂ）は、帯電電圧の時間変化波形の一例を示す図で、（Ａ）図はドライ路面にて停止している車両の時間変化波形、（Ｂ）図はドライ路面を走行中の車両の時間変化波形である。
停止中の時間変化波形と走行中の時間変化波形とを比較して分かるように、走行中の時間変化波形では振幅が必ずしも一定ではない。これは、路面凹凸などの影響により、タイヤが路面上の水気と接する形態が変化しているためである。
本実施形態２では、単位期間をタイヤ１周分とするとともに、帯電波形抽出手段５４にて順次抽出されたタイヤＮ周分の帯電波形のデータを用いて路面状態を推定することで、精度を向上させるようにしている。
ＲＭＳ値算出手段５５は、抽出された帯電波形のＲＭＳ値を、タイヤ１周分毎に算出し、記憶手段５８に記憶する。
【００６９】
ピーク計数手段５６は、ピーク抽出手段５６ａと、特定ピーク判定手段５６ｂと、計数手段５６ｃとを備え、帯電波形中に含まれる特定ピークの数を計数する。特定ピークについては後述する。
ピーク抽出手段５６ａは、帯電波形から（＋）側のピークと（−）側のピークとを抽出する。
特定ピーク判定手段５６ｂは、時間的に隣接する（＋）側のピークの振幅値と（−）側のピークの振幅値との差であるピーク値差を算出するとともに、このピーク値差と記憶手段５８に記憶されたＲＭＳ値とを比較し、ピーク値差がＲＭＳ値よりも大きい場合に、時間的に後ろ側にあるピークを特定ピークと判定する。
ＲＭＳ値は路面の凹凸状態や車速により変化するので、本例のように、ピーク値差がＲＭＳ値よりも大きいピークを特定ピークと判定したほうが、振幅値差に対して閾値を設定し、振幅値差が前記閾値よりも大きなピークを特定ピークとするよりも、不要なピークを確実に排除することができる。
図１０は、図９（Ｂ）の拡大図で、同図の丸で囲ったピークが特定ピークである。
計数手段５６ｃは、特定ピークの出現回数を計数する。出現回数の計数は、タイヤ１周分毎に行い、計数結果を記憶手段５８に記憶する。出現回数の計数は、予め設定した回数であるＮ回、すなわち、Ｎ個の帯電波形についてそれぞれ行う。
【００７０】
ピーク頻度分布作成手段５７は、ヒストグラム作成手段５７ａと分布関数近似手段５７ｂとを備える。
ヒストグラム作成手段５７ａは、記憶手段５８に記憶されたタイヤ１回転毎の特定ピークの出現回数のデータを用いて特定ピークの出現回数の頻度分布を表わすヒストグラムを作成する。
図１１はヒストグラムの一例を示す図で、横軸は特定ピークの出現回数、縦軸は度数である。
ウェット路面走行時には、帯電波形の振幅が小さいので、特定ピークの出現回数の少ない度数が大きく、出現回数の多い度数が小さい頻度分布になることが予想される。
一方、ドライ路面走行時には特定ピークは必ず出現するので、特定ピークが、ある出現回数を中心にある程度の幅を持った出現回数の範囲で度数が大きい頻度分布になることが予想される。
【００７１】
分布関数近似手段５７ｂは、ヒストグラム作成手段５７ａで作成された特定ピークの出現回数の頻度分布を表わすヒストグラムを、主に物体の破壊現象を統計的に表す場合に利用されるワイブル分布により近似し、下記の式（２）に示すワイブル分布の確率密度関数の尺度パラメータηと形状パラメータｍとを算出する。
【数２】
0005928704.tif 000003
【００７２】
ワイブル分布の確率密度関数の形状パラメータｍは分布の形状に関するパラメータで、図１２（Ａ）に示すように、ｍが小さい場合、ｆ（ｘ）はピークを持たずｘが増加するにつれて急激に減少し、ｍが大きい場合には、ｆ（ｘ）はピークを持つ。
尺度パラメータηはピークの位置と高さとに関するパラメータで、図１２（Ｂ）に示すように、ηが小さい場合にはピークの位置の座標が小さく高さが高い。また、ηが大きい場合にはピークの位置の座標が大きく高さが低い。
すなわち、特定ピークの出現回数の少ない度数が大きく、出現回数の多い度数が小さい頻度分布になることが予想されるウェット路面では、頻度分布をワイブル分布の確率密度関数で近似したときの形状パラメータｍが小さく、特定ピークは必ず出現するドライ路面では形状パラメータｍが大きいことが予想される。
本例では、後述するように、形状パラメータｍにより路面の状態を推定する。
【００７３】
記憶手段５８は、上述したように、ＲＭＳ値算出手段５５で抽出したタイヤ１周分毎の帯電波形のＲＭＳ値と、計数手段５６ｃで計測したタイヤ１周分毎の特定ピークの出現回数を記憶するとともに、路面状態と形状パラメータｍとの関係を示すマップを記憶する。本例では、ドライ路面とウェット路面とを識別するための閾値としての、判定形状パラメータｍ0を記憶する。
路面状態と形状パラメータｍとの関係を示すマップは、予め実施の形態２の路面状態推定装置５０を搭載した車両をドライ路面及びウェット路面を含む様々な路面で走行させて求めた、特定ピークの出現回数の頻度分布を表わすヒストグラムのデータを用いて作成することができる。判定形状パラメータｍ0は、このマップを用いて設定される。
なお、ウェット路面の形状パラメータｍについては、水膜の厚さにより複数求めることが好ましい。
【００７４】
路面状態推定手段５９は、ピーク頻度分布作成手段５７で求めたワイブル分布の確率密度関数の形状パラメータｍと記憶手段５８に記憶された判定形状パラメータｍ0とを比較して走行中の路面がドライ路面なのかウェット路面なのかを推定する。
図１３（Ａ），（Ｂ）は、ドライ路面走行時の帯電電圧の時間変化波形と特定ピークの出現回数の頻度分布を表わすヒストグラムで、図１４（Ａ），（Ｂ）は、ウェット路面走行時の帯電電圧の時間変化波形と特定ピークの出現回数の頻度分布を表わすヒストグラムである。
ドライ路面のヒストグラムとウェット路面のヒストグラムとをそれぞれ同図の太い曲線で示すワイブル分布に近似すると、ドライ路面では確率密度関数の形状パラメータｍが大きい（ｍ＝１．９９）のに対し、ウェット路面では形状パラメータｍが小さい（ｍ＝０．９８）。
したがって、形状パラメータｍを、ドライ路面とウェット路面とを識別するための閾値として設定すれば、走行中の路面状態を精度よく推定することができる。
すなわち、ｍ≧ｍ0ならドライ路面と推定し、ｍ＜ｍ0ならウェット路面と推定する。
なお、閾値を２つ（ただし、ｍ1＞ｍ0＞ｍ2）設けて、ｍ≧ｍ1ならドライ路面と推定し、ｍ≦ｍ2ならウェット路面と推定し、ｍ1＞ｍ＞ｍ2なら、もう一度測定する指示を出すようにしてもよい。
【００７５】
次に、路面状態推定装置５０を用いて走行中の路面状態を推定する方法について、図１５のフローチャートを参照して説明する。
まず、走行中の車２のタイヤ２Ｂと路面３との間の静電容量の変化に伴って変化する車体２Ａの帯電電位の変化を、車体２Ａと容量結合されている検知電極５１の帯電電圧の時間変化波形として検出（ステップＳ１０）した後、この帯電電圧の時間変化波形から、タイヤ１周分毎の帯電電圧の時系列波形である帯電波形を順次抽出する（ステップＳ１１）。
次に、抽出された帯電波形のＲＭＳ値を算出する（ステップＳ１２）とともに、このタイヤ１周分の帯電波形中に含まれる特定ピークの個数である特定ピークの出現回数を計数する（ステップＳ１３）。
そして、タイヤＮ回転分の特定ピーク出現回数の計数が終了したか否かを調べる（ステップＳ１４）。
【００７６】
Ｎ回転分の計数が終了していない場合には、ステップＳ１１に戻って次の帯電波形を抽出して特定ピークの出現回数を計数する操作を継続する。
Ｎ回転分の計数が終了した後には、特定ピークの出現回数の頻度分布を表わすヒストグラムを作成（ステップＳ１５）した後、このヒストグラムをワイブル分布により近似して、ワイブル分布の確率密度関数の形状パラメータｍを算出（ステップＳ１６）する。
そして、この形状パラメータｍと、ドライ路面とウェット路面とを識別するための閾値である判定形状パラメータｍ0とを比較して、走行中の路面がドライ路面かウェット路面かを推定する（ステップＳ１７）。
【００７７】
図１３（Ｂ）及び図１４（Ｂ）に示すように、ドライ路面のヒストグラムをワイブル分布で近似したときの確率密度関数の形状パラメータｍDは、をワイブル分布で近似したときの確率密度関数の形状パラメータｍWよりも大きいので、判定形状パラメータｍ0を、例えば、ｍ0＝１．５に設定すれば、走行中の路面がドライ路面かウェット路面かを確実に識別することができる。
このように帯電電圧の時間変化波形から特定ピークの出現回数の頻度分布を表わすヒストグラムを作成してワイブル分布の確率密度関数の形状パラメータｍを求め、この形状パラメータｍを用いて路面状態を推定することで、路面凹凸の影響や車速の影響を排除することができるので、路面状態の推定精度を更に向上させることができる。
【００７８】
なお、前記実施の形態２では、検知電極５１を車体２Ａの外側表面に対して空隙を隔てて配置することで、車体２Ａと容量結合したが、実施の形態１と同様に、車体２Ａの外側表面に配置してもよい。
また、リファレンス電極５２を、図５に示すような４重極子の重心に設置すれば、リファレンス電極５２を車体２Ａの外表面だけでなく、内側表面に設置できるとともに、リファレンス電極５２を安定化させることができる。
また、前記実施の形態２では、車体２Ａの帯電電位の変化を検出することで、４個のタイヤ２Ｂの帯電電位を合成したものを検出したが、検知電極５１を、例えば、各タイヤ２Ｂのタイヤハウス２Ｃ（図８参照）に設けて、各タイヤ２Ｂ毎に路面状態を推定すれば、路面状態の推定精度を更に向上させることができる。
【００７９】
また、前記実施の形態２では、形状パラメータｍにより路面の状態を推定したが、尺度パラメータηと形状パラメータｍとを用いてもよい。尺度パラメータηはピークの位置と高さとに関するパラメータで、図１２（Ｂ）に示すように、ηが小さい場合にはピークの位置の座標が小さく高さが高い。また、ηが大きい場合にはピークの位置の座標が大きく高さが低い。
尺度パラメータηは、走行している路面のバラつきの推定に用いる。すなわち、ηが小さい場合には特定ピークの出現回数の少ない度数が大きく、ηが大きい場合には特定ピークの出現回数の多い度数が大きいので、ηが小さい場合はウェット路面で、ηが大きい場合はドライ路面であると予想できる。
したがって、形状パラメータｍと尺度パラメータηとを用いて、路面状態を推定すれば、路面状態の推定精度を更に向上させることができる。
【００８０】
本発明の測定装置、路面状態検出装置、又は検出装置の構成要素は、上述の実施形態に示された内容以外に、適宜、組み合わせ、省略、周知技術の付加などをすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、例えば運輸業、農業、鉱業、林業、漁業、建設業、製造業、電気業又は情報通信業において利用可能性があり、もちろんこれら以外のあらゆる産業において幅広く利用可能性がある。
【符号の説明】
【００８２】
１……測定装置、１０……検出部、１１……検知電極、１２……リファレンス電極、
１３……センサアンプ、１４……支持部材、１５……振動吸収部材、
２０……データ処理部、２１……ＣＰＵ、２２……ＲＯＭ、２３……ＲＡＭ、
２４……記憶部、３１……Ａ／Ｄ変換部、３２……フィルタ部、３３……計測部、
３４……監視部、４１〜４４……電極。
【図１】
0005928704.tif 000004
【図２】
0005928704.tif 000005
【図３】
0005928704.tif 000006
【図４】
0005928704.tif 000007
【図５】
0005928704.tif 000008
【図６】
0005928704.tif 000009
【図７】
0005928704.tif 000010
【図８】
0005928704.tif 000011
【図９】
0005928704.tif 000012
【図１０】
0005928704.tif 000013
【図１１】
0005928704.tif 000014
【図１２】
0005928704.tif 000015
【図１３】
0005928704.tif 000016
【図１４】
0005928704.tif 000017
【図１５】
0005928704.tif 000018