(57)【要約】【課題】圧電性物質から出力される信号を適切に処理することにより、車両の加速度及び車両に設けられた容器内の液量を検出することのできる圧電性物質の出力信号の処理方法を提供する。【解決手段】ブレーキフルードが貯留されたリザーバタンク１０を、圧電性物質で形成されたステー１１を介して車両１００に固定する。信号処理装置５０は、ステー１１の圧電性物質から出力される信号のうちで車両１００の加速度成分が含まれる低周波数領域の信号に基づいて車両１００の加速度を検出するとともに、その低周波数領域よりも高い周波数領域の信号であってブレーキフルードの重量成分が含まれる高周波数領域の信号に基づいてリザーバタンク１０内の液量を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性物質を備えた固定部材を介して液体貯留用の容器を車両に固定し、前記圧電性物質から出力される信号のうちで前記車両の加速度成分が含まれる低周波数領域内の信号に基づいて前記車両の加速度を検出するとともに、前記低周波数領域よりも高い周波数領域の信号であって前記液体の重量成分が含まれる高周波数領域内の信号に基づいて前記容器内の液量を検出する
ことを特徴とする圧電性物質の出力信号の処理方法。
【請求項２】
前記低周波数領域内の前記信号の最大振幅が大きいときほど前記加速度の検出値は大きくされる
請求項１に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法。
【請求項３】
前記高周波数領域内の前記信号について最大振幅が得られた周波数が低いときほど前記液量の検出値は多くされる
請求項１または２に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法。
【請求項４】
前記高周波数領域内の前記信号について最大振幅が大きいときほど前記液量の検出値は多くされる
請求項１または２に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法。
【請求項５】
前記圧電性物質から出力される信号を２系統に分岐して、一方の系統には前記低周波数領域の信号を抽出するフィルタを設け、他方の系統には前記高周波数領域の信号を抽出するフィルタを設ける
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法。
【請求項６】
前記固定部材には、圧電性物質で構成された圧電素子が設けられてなる
請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法。
【請求項７】
前記固定部材には、その表面に圧電性物質で形成された膜が設けられてなる
請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法。
【請求項８】
前記固定部材は、圧電性物質で形成されてなる
請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法。
【請求項９】
前記容器が、ブレーキフルードのリザーバタンクである
請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法。
【請求項１０】
前記容器が、ウィンドウォッシャ液のウォッシャタンクである
請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法。
【請求項１１】
前記容器が、冷却水のリザーバタンクである
請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法。
【請求項１２】
前記容器が、燃料タンクである
請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電性物質の出力信号の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、撓み量に応じた電圧を出力する圧電性物質が知られており、例えば特許文献１では、圧電性物質の出力信号を利用して車両の加速度を検出するようにしており、特許文献２では、圧電性物質の出力信号を利用して容器内の液体残量を検出するようにしている。
【特許文献１】実開平６−８４３６９号公報
【特許文献２】特開２００４−２０３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記各文献に記載のものでは、圧電性物質の出力信号を車両の加速度検出にのみ、あるいは容器内の液量検出にのみ利用するようにしているが、同圧電性物質から出力される信号を適切に処理することにより、加速度及び液量をともに検出することができることを本発明者は見出した。
【０００４】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電性物質から出力される信号を適切に処理することにより、車両の加速度及び車両に設けられた容器内の液量を検出することのできる圧電性物質の出力信号の処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、圧電性物質の出力信号の処理方法であって、圧電性物質を備えた固定部材を介して液体貯留用の容器を車両に固定し、前記圧電性物質から出力される信号のうちで前記車両の加速度成分が含まれる低周波数領域内の信号に基づいて前記車両の加速度を検出するとともに、前記低周波数領域よりも高い周波数領域の信号であって前記液体の重量成分が含まれる高周波数領域内の信号に基づいて前記容器内の液量を検出することをその要旨とする。
【０００６】
同方法では、圧電性物質を備えた固定部材を介して液体貯留用の容器を車両に取り付けるようにしている。これにより、車両に加速度が作用したときには固定部材が撓み、その撓み量に応じた出力信号が圧電性物質から出力される。また、車両振動が固定部材を介して容器に伝達されるときには、同固定部材は周期的に撓むが、その撓み量や撓みの周期は容器に貯留された液体の重量、すなわち液量に応じて変化する。
【０００７】
ここで、本発明者は、圧電性物質を備えた固定部材を用いて上記容器を車両に取り付けた場合には、その圧電性物質から出力される信号のうちで低周波数領域内の信号に車両の加速度成分が含まれており、その低周波数領域よりも高い高周波数領域内の信号には液体の重量成分が含まれていることを見出した。そこで、上記方法では、上述した固定部材に備えられた圧電性物質から出力される信号のうちで車両の加速度成分が含まれる低周波数領域内の信号に基づいて車両の加速度を検出し、その低周波数領域よりも高い周波数領域の信号であって上記容器内の液体の重量成分が含まれる高周波数領域内の信号に基づいて上記容器内の液量を検出するようにしている。このように、同方法では、圧電性物質から出力される信号を適切に処理することにより、車両の加速度及び車両に設けられた容器内の液量をともに検出することができるようになる。
【０００８】
そして、これにより、例えば、液量検出用のセンサと加速度検出用のセンサをそれぞれ設けることなく、そうした液量及び加速度をともに検出することができるようになる。さらには、固定部材そのものが、容器を車両に固定するための部材としてだけではなく、液量や加速度を検出するためのセンサとしても機能するようになるため、それら液量や加速度の検出専用に別途センサを設ける必要も無くなる。
【０００９】
なお、車両の加速度が大きいときほど上記低周波数領域内の信号の最大振幅は大きくなる。そこで、請求項２に記載の発明によるように、前記低周波数領域内の前記信号の最大振幅が大きいときほど前記加速度の検出値は大きくされる、といった方法を採用することにより、圧電性物質から出力される信号に基づいた車両の加速度検出を好適に行うことができるようになる。
【００１０】
また、容器内の液量が多いときほど、上記固定部材の撓みの周期は遅くなるため、上記高周波数領域内における上記信号について最大振幅が得られる周波数は低くなる。そこで、請求項３に記載の発明によるように、前記高周波数領域内の前記信号について最大振幅が得られた周波数が低いときほど前記液量の検出値は多くされる、といった方法を採用することにより、圧電性物質から出力される信号に基づいた容器内の液量検出を好適に行うことができるようになる。
【００１１】
また、容器内の液量が多いときほど、上記固定部材の撓み量は大きくなるため、上記高周波数領域内における上記信号について最大振幅の値は大きくなる。そこで、請求項４に記載の発明によるように、前記高周波数領域内の前記信号について最大振幅が大きいときほど前記液量の検出値は多くされる、といった方法を採用することによっても、圧電性物質から出力される信号に基づいた容器内の液量検出を好適に行うことができるようになる。
【００１２】
なお、圧電性物質から出力される信号のうち、上記低周波数領域の信号及び高周波数領域の信号を抽出する場合には、ＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）等を用いて周波数分析を行う他、請求項５に記載に発明によるように、前記圧電性物質から出力される信号を２系統に分岐して、一方の系統には前記低周波数領域の信号を抽出するフィルタを設け、他方の系統には前記高周波数領域の信号を抽出するフィルタを設ける、といった方法を採用することによっても、各周波数領域の信号をそれぞれ抽出することができるようになる。また、この方法を採用することにより、ＦＦＴ等を用いた周波数分析を行う場合と比較して、各周波数領域の信号をより簡易な構成で抽出することができるようになる。
【００１３】
圧電性物質を備えた上記固定部材の構成態様としては、請求項６に記載の発明によるように、圧電性物質で構成された圧電素子を上記固定部材に設けるといった態様や、請求項７に記載の発明によるように、上記固定部材の表面に圧電性物質で形成された膜を設けるといった態様や、請求項８に記載の発明によるように、上記固定部材を圧電性物質で形成するといった態様を採用することができる。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法において、前記容器が、ブレーキフルードのリザーバタンクであることをその要旨とする。
【００１５】
同方法によれば、リザーバタンク内のブレーキフルードの量を検出することができるようになる。
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法において、前記容器が、ウィンドウォッシャ液のウォッシャタンクであることをその要旨とする。
【００１６】
同方法によれば、ウォッシャタンク内のウィンドウォッシャ液の量を検出することができるようになる。
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法において、前記容器が、冷却水のリザーバタンクであることをその要旨とする。
【００１７】
同方法によれば、リザーバタンク内の冷却水の量を検出することができるようになる。
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電性物質の出力信号の処理方法において、前記容器が、燃料タンクであることをその要旨とする。
【００１８】
同方法によれば、燃料タンク内の燃料の量を検出することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明にかかる圧電性物質の出力信号の処理方法を具体化した一実施形態について、図１〜図５を併せ参照して説明する。
本実施形態では、本発明にかかる圧電性物質の出力信号の処理方法を利用して、車両のブレーキフルードが貯留されたリザーバタンク内の液量を検出するとともに、同車両の加速度を検出するようにしている。
【００２０】
図１に、リザーバタンクとその周辺の構成を示す。
この図１に示すように、車両１００には、ブレーキフルードが貯留されたリザーバタンク１０が設けられている。このリザーバタンク１０は、固定部材であるステー１１を介して車両１００に固定されている。このステー１１は、撓み量に応じた電圧を出力する圧電性物質で形成されている。なお、本実施では、圧電性物質として酸化亜鉛を用いるようにしているが、この他の圧電性物質、例えばチタン酸バリウムやチタン酸ジルコン酸鉛などを用いることも可能である。
【００２１】
ステー１１が撓んだときに圧電性物質から出力される電圧は、適宜の電極や電線を介して信号処理装置５０に入力される。
図２に、上記リザーバタンク１０の固定態様を模式化したモデル図を示す。
【００２２】
この図２に示すように、リザーバタンク１０は支軸であるステー１１を介して車両１００に取り付けられている。より詳細には、ステー１１の一端がリザーバタンク１０に固定されており、同ステー１１の他端は車両１００に固定されている。これにより、車両１００に加速度が作用したときにはステー１１が撓み、その撓み量に応じた出力信号が圧電性物質から出力される。より詳細には、加速度が大きいときほどステー１１の撓み量は大きくなるため、圧電性物質からはより高いレベルの信号（電圧）が出力される。
【００２３】
また、車両１００の振動がステー１１を介してリザーバタンク１０に伝達されると、車両振動によるリザーバタンク１０の振動が励起されることにより、支軸であるステー１１は周期的に撓むようになる。このときの撓み量や撓みの周期は、リザーバタンク１０に貯留されたブレーキフルードの慣性質量に応じて、換言すればブレーキフルードの液量に応じて変化する。より詳細には、ブレーキフルードの液量が多いときには、撓み量は大きくなるとともに撓みの周期は遅くなる。従って、ブレーキフルードの液量が多いときほど、圧電性物質から出力される信号（電圧）のレベルは高くなるとともに、撓みの周期に対応した出力電圧の変動周期、すなわち圧電性物質から出力される信号の周波数は低くなる。
【００２４】
ここで、図３に示すように、圧電性物質を備えたステー１１を用いて上記リザーバタンク１０を車両１００に取り付けた場合には、その圧電性物質から出力される信号に次のような特性があることを本発明者は見出した。すなわち、圧電性物質から出力される信号のうちで低周波数領域ＬＦ内の信号には車両１００の加速度成分が含まれており、その低周波数領域ＬＦよりも高い高周波数領域ＨＦ内の信号にはブレーキフルードの重量成分が含まれていることを見出した。
【００２５】
そこで、本実施形態では、ステー１１を形成する圧電性物質から出力された信号のうちで車両１００の加速度成分が含まれる低周波数領域ＬＦ内の信号に基づいて車両１００の加速度を検出するようにしている。さらに、そうした低周波数領域ＬＦよりも高い周波数領域の信号であって上記リザーバタンク１０内のブレーキフルードの重量成分が含まれる高周波数領域ＨＦ内の信号に基づいてリザーバタンク１０内の液量、即ちブレーキフルードの量を検出するようにしている。
【００２６】
より詳細には、ステー１１の圧電性物質から出力される信号（電圧）が上記信号処理装置５０に入力される。そして、信号処理装置５０では、ＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）等を用いた周波数分析が行われ、これにより、入力された信号のうち、加速度成分が含まれる低周波数領域ＬＦの信号と、ブレーキフルードの重量、すなわちブレーキフルードの液量成分が含まれる高周波数領域ＨＦの信号が抽出される。
【００２７】
そして、上述したように、車両１００の加速度が大きいときほどステー１１の撓み量は大きくなり、圧電性物質からはより高いレベルの信号（電圧）が出力されるため、車両１００の加速度が大きいときほど低周波数領域ＬＦ内の信号についてその最大振幅は大きくなる。そこで、図４に示すように、低周波数領域ＬＦ内の信号の最大振幅が大きいときほど、すなわち同低周波数領域ＬＦ内における圧電性物質の出力電圧Ｖの最大値が大きいときほど、車両１００の加速度の検出値は大きくされる。
【００２８】
また、上述したように、ブレーキフルードの液量が多いときほど、ステー１１の撓みの周期は遅くなる。そのため、図５に示すように、上記高周波数領域ＨＦ内における信号であって、最大振幅が得られたピーク周波数ＦＰ、換言すればピーク電圧ＶＰが得られたピーク周波数ＦＰは、液量が多いときほど低くなり、液量が少なくなるほど高くなる。そこで、その高周波数領域ＨＦ内の信号について最大振幅が得られたピーク周波数ＦＰが低いときほどブレーキフルードの液量の検出値は多くされ、ピーク周波数ＦＰが高いときほどブレーキフルードの液量の検出値は少なくされる。
【００２９】
以上説明した本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）ブレーキフルードが貯留されたリザーバタンク１０を、圧電性物質で形成されたステー１１を介して車両１００に固定するようにしている。そして、圧電性物質から出力される信号のうちで車両１００の加速度成分が含まれる低周波数領域ＬＦの信号に基づいて車両１００の加速度を検出するとともに、ブレーキフルードの重量成分が含まれる高周波数領域ＨＦの信号に基づいてリザーバタンク１０内の液量を検出するようにしている。このように圧電性物質から出力される信号を適切に処理することにより、車両１００の加速度及び車両１００に設けられたリザーバタンク１０内の液量をともに検出することができるようになる。
【００３０】
これにより、例えば、液量検出用のセンサと加速度検出用のセンサをそれぞれ設けることなく、そうした液量及び加速度をともに検出することができるようになる。さらには、ステー１１そのものが、リザーバタンク１０を車両１００に固定するための固定部材としてだけではなく、液量や加速度を検出するためのセンサとしても機能するようになるため、それら液量や加速度の検出専用に別途センサを設ける必要も無くなる。
【００３１】
（２）圧電性物質から出力される信号のうち、低周波数領域ＬＦ内の信号の振幅が大きいときほど、車両１００の加速度の検出値が大きくなるようにしており、これにより圧電性物質から出力される信号に基づいた車両１００の加速度検出を好適に行うことができるようになる。
【００３２】
（３）圧電性物質から出力される信号のうち、高周波数領域ＨＦ内の信号について最大振幅が得られたピーク周波数ＦＰが低いときほど、ブレーキフルードの液量の検出値が多くなるようにしており、これにより圧電性物質から出力される信号に基づいたリザーバタンク１０内の液量検出を好適に行うことができるようになる。
【００３３】
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、圧電性物質から出力される信号のうち、上記低周波数領域ＬＦの信号及び高周波数領域ＨＦの信号を抽出するために、ＦＦＴ等を用いた周波数分析を行うようにした。この他、図６に示すように、圧電性物質から出力される信号を２系統に分岐する。そして、一方の系統には低周波数領域ＬＦの信号を抽出するローパスフィルタ５１を設け、他方の系統には高周波数領域ＨＦの信号を抽出するバンドパスフィルタ５２を設けるようにしても、各周波数領域の信号をそれぞれ抽出することができる。また、この場合には、ＦＦＴ等を用いた周波数分析を行う場合と比較して、各周波数領域の信号をより簡易な構成で抽出することができる。ちなみに、この場合には、先の図６に示すように、上記信号処理装置５０内に上記ローパスフィルタ５１及びバンドパスフィルタ５２を設ける。そして、ローパスフィルタ５１を通過した低周波数信号を加速度演算部５３に入力し、その加速度演算部５３では、入力された低周波数信号の振幅の大きさに基づき、上記実施形態と同様な態様にて車両１００の加速度を検出する。また、バンドパスフィルタ５２を通過した高周波数信号を液量演算部５４に入力し、その液量演算部５４では、入力された高周波数信号のうち上記ピーク周波数ＦＰの値に基づき、上記実施形態と同様な態様にてリザーバタンク１０内の液量を検出するようにするとよい。
【００３４】
・リザーバタンク１０内の液量が多いときほど、上記ステー１１の撓み量は大きくなるため、上記高周波数領域ＨＦ内における圧電性物質の信号についてその最大振幅の値は大きくなる。そこで、高周波数領域ＨＦ内における同信号について、その最大振幅が大きいときほど、換言すれば出力電圧が高いときほど、リザーバタンク１０内の液量の検出値が多くされるようにしても、圧電性物質から出力される信号に基づいたリザーバタンク１０内の液量検出を好適に行うことができる。
【００３５】
・上記ピーク周波数ＦＰが予め設定された値を超えたとき、あるいは上記高周波数領域ＨＦ内における圧電性物質の信号についてその最大振幅が予め設定された値以下となったときに、リザーバタンク１０内の液量が不足していると判定するようにしてよい。
【００３６】
・上記実施形態では、ステー１１を圧電性物質で形成するようにした。この他、ステー１１の表面に圧電性物質で形成された膜を設けるようにしてもよい。こうした膜の形成に際しては、圧電性物質の塗布、蒸着、あるいはスパッタリング等といった方法を用いることができる。また、圧電性物質で構成された圧電素子をステー１１に設けるようにしてもよい。
【００３７】
・図７に示すように、ステー１１にあって撓みが生じやすい方向（図７においては矢印Ｘ方向）を、車両１００のヨー方向に関する加速度の作用方向に合わせることにより、そのヨー方向の加速度を検出することができる。同様に、矢印Ｘ方向を、車両１００のロール方向に関する加速度の作用方向に合わせることにより、そのロール方向の加速度を検出することも可能である。また、同様に、矢印Ｘ方向を、車両１００のピッチ方向に関する加速度の作用方向に合わせることにより、そのピッチ方向の加速度を検出することも可能である。
【００３８】
また、上述したように、ステー１１に圧電性物質で形成された膜を設けたり、圧電素子を設けたりする場合にあって、車両１００のヨー方向やロール方向、あるいはピッチ方向の加速度を検出する場合には次のようにするとよい。すなわち、その検出対象となる加速度の作用方向に対して直交する面に上記膜や圧電素子を設けることにより、ヨー方向やロール方向、あるいはピッチ方向の加速度を適切に検出することができる。
【００３９】
・上記実施形態では、圧電性物質を備えた固定部材をステー形状にしたが、この他の形状にしてもよい。例えばフランジ形状やマウント形状にしてもよい。
・上記実施形態では、圧電性物質を備えたステー１１を介してリザーバタンク１０を車両１００に固定することにより、同リザーバタンク１０に貯留されたブレーキフルードの液量を検出するようにした。
【００４０】
この他、図８に示すように、圧電性物質を備えたマウント９０を介して燃料タンク８０を車両１００に固定する。そして、マウント９０の圧電性物質から出力される信号を上記実施形態と同様な態様で処理することにより、燃料タンク８０内の燃料の量を検出することも可能である。
【００４１】
また、ウィンドウォッシャ液を貯留するウォッシャタンクを、圧電性物質を備えた固定部材を介して車両１００に固定することにより、そのウォッシャタンク内のウィンドウォッシャ液の量を検出することも可能である。また、冷却水を貯留するリザーバタンクを、圧電性物質を備えた固定部材を介して車両１００に固定することにより、そのリザーバタンク内の冷却水の量を検出することも可能である。
【００４２】
このように、本発明にかかる圧電性物質の出力信号の処理方法は、上記実施形態の態様に限定されるものではない。要は、車両に設けられる液体貯留用の容器を、圧電性物質を備える固定部材を介して車両に固定するとともに、同固定部材の圧電性物質から出力される信号を上記実施形態と同様な態様で処理することにより、その容器内の液量と車両１００の加速度とをともに検出することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明にかかる圧電性物質の出力信号の処理方法を具体化した一実施形態について、これが適用されるリザーバタンク及びその周辺構成を示す概略図。
【図２】リザーバタンクの固定態様を模式化したモデル図。
【図３】同実施形態において、圧電性物質から出力される信号の周波数特性を示すグラフ。
【図４】圧電性物質から出力される電圧の最大値と加速度との関係を示すグラフ。
【図５】圧電性物質から出力される信号のピーク周波数と液量との関係を示すグラフ。
【図６】同実施形態の変形例における信号処理装置の構成を示す模式図。
【図７】ステーの撓み方向を示す模式図。
【図８】同実施形態の変形例における構成を示す概略図。
【符号の説明】
【００４４】
１０…リザーバタンク、１１…ステー、５０…信号処理装置、５１…ローパスフィルタ、５２…バンドパスフィルタ、５３…加速度演算部、５４…液量演算部、８０…燃料タンク、９０…マウント、１００…車両。
【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】
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【図８】
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