JP2004142550A

JP2004142550A - 車体速測定装置

Info

Publication number: JP2004142550A
Application number: JP2002308302A
Authority: JP
Inventors: Keiyu Kin; 金　圭勇
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-05-20
Also published as: US6999859B2; DE10349451A1; US20040093128A1

Abstract

【課題】タイヤの径の変化の影響が少ない車体速の測定を可能とする車体速測定装置を提供すること。
【解決手段】少なくとも入力部１１と処理部１２…を有し、タイヤを介して入力される路面との振動を検知する前輪側及び後輪側の振動検出センサから検出値Ｖｆ，Ｖｒをそれぞれ入力し、この入力した検出値の変化のパターンに基づいて車両の車体速Ｖｖを測定する。このため、入力部１１から検出値Ｖｆ，Ｖｒを入力すると、処理部１２…にて、前輪側及び後輪側について検出値Ｖｆ，Ｖｒの変化のパターンをタイヤ固有の影響を除去してそれぞれ特徴抽出する。この特徴抽出した検出値Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）の変化のパターンを前輪側と後輪側とでパターンマッチングし、一致したパターンの時間差Δｔを求め、このように求めた時間差Δｔと予め記憶しているホイールベース間距離ＷＢとから車体速Ｖｖを演算するようにした。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の車体速を測定する車体速測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両における各種制御に車体速が用いられるが、この車体速は一般的には車輪速センサの検出値を用いて演算等により測定される。例えば、制動時のブレーキロックを防止する装置や車両挙動制御装等では、車輪速センサの検出値から演算により、車体速を測定していた。例えば、各車輪速センサから得られる４輪の車輪速のうち、一番早いものを車体速にしたり、従動輪の車輪速の平均を取って車体速にしたりしている（例えば特許文献１等参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−４７９９８号公報（例えば、請求項２、３、段落００３１，００３２等、図５等）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車輪速センサは、タイヤ（車輪）がある時間内に何回回転したかにより車輪速を演算するものである。このため、異径のタイヤを装着した場合やタイヤの空気圧が変化した場合にはタイヤ径そのものが変化するので、車輪速もタイヤ径により変化してしまう。よって、車輪速に基づいて演算により測定される車体速も変化してしまう。この問題は、変速機の出力側シャフトの回転速度を検出することで車速を測定する車速センサの場合にもいえることであり、タイヤ径が変化すると車速（車体速）も変化してしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、タイヤ径の変化に影響されない車体速の測定を可能とした車体速測定装置を提供することを主たる目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題に鑑み、本発明者は鋭意研究を行い、振動検出センサ（車輪速センサ）の検出値は、路面の段差やバンプ（路面の凸凹）等により変動すること。この変動は、車両が前進している場合は、まず前輪のセンサの検出値に現われ、次に後輪のセンサの検出値に現われること。ここで、前輪における検出値の変動と、後輪における検出値の変動が同じ段差やバンプが原因であることが判り、かつ両変動の時間間隔が判れば、車両のホイールベース間距離（基準長さ、前方と後方のセンサ間距離）から車体速を測定することができること、つまりタイヤ径の変化に影響されない車体速の測定が可能であること等に着目し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、前記課題を解決した本発明は、少なくとも入力部と処理部を有し、タイヤを介して入力される路面との振動を検知する前輪側及び後輪側の振動検出センサから検出値をそれぞれ入力し、この入力した検出値の変化のパターンに基づいて車両の車体速を測定する車体速測定装置である。この車体速測定装置は、前記入力部から前記検出値を入力すると、前記処理部にて、前記前輪側及び後輪側について前記検出値の変化のパターンをタイヤ固有の影響を除去してそれぞれ特徴抽出し、この特徴抽出した検出値の変化のパターンを前記前輪側と後輪側とでパターンマッチングし、一致したパターンの時間差を求め、このように求めた時間差と予め記憶している基準長さとから車体速を演算するようにした構成を有することを特徴とする。
【０００８】
この構成は、道路上のある地点（ある任意のバンプ等）を、ある長さの物体（車両）がどの程度の時間をかけて通過したかにより車体速を測定するものであり、従来技術のようにタイヤがある時間内に何回回転したかにより車体速を測定するものとは原理的に異なる。このため、タイヤ径の変化に影響されない（本質的に影響されない）車体速を測定することができる。
ちなみに、後記する実施形態では、前輪側で出現した車輪速の検出値の変動と原因を同じくする変動が、いつ後輪側で起こつたかをパターンマッチングにより検出することとして車体速を測定する実施形態を説明しているが、逆に、後輪側で出現した車輪速の検出値の変動と原因を同じくする変動が、遡ることどのくらい前に前輪側で起こったのかをパターンマッチングにより検出することとして車体速を測定する実施形態としてもよい。
【０００９】
また、本発明は、請求項１の構成において、前記振動検出センサが車輪速センサであることを特徴とする。
車輪速センサは路面のバンプ等により検出値が変動する。即ち、車輪速センサは、振動検出センサとして利用することができる。また、車輪速センサは一般的なセンサであり、多くの車両に搭載されていることから、別に車輪速センサを準備する必要がない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の本実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
参照する図において、図１は本実施形態の車体速測定装置を搭載する車両のシステム構成図である。
【００１１】
≪車体速測定装置の構成≫
本実施形態の車体速測定装置１の構成を、車両Ｃの構成を含めて説明する。
図１に示すように、本実施形態の車体速測定装置１を搭載する車両Ｃは、前輪Ｗｆ２つ、後輪Ｗｒ２つを有する４輪車両である。この車両Ｃは、右側の前輪Ｗｆ及び右側の後輪Ｗｆに、請求項における「振動検出センサ」に相当する車輪速センサＶＳ（ＶＳｆ，ＶＳｒ）を有する。なお、本明細書において、符号に添えられるｆ，ｒの添字は、ｆが前輪側、ｒが後輪側であることを示す。
【００１２】
車輪速センサＶＳ（ＶＳｆ，ＶＳｒ）は、例えばホール素子等を用いて車速パルスを生成する一般的なセンサである。この車輪速センサＶＳｆ、ＶＳｒが生成し、車体速測定装置１に送信する車速パルス（アナログ電気信号）は、車速が早くなるほど単位時間当たりのパルス数が多くなり、車速が遅くなるほど単位時間当たりのパルス数が少なくなる。一般的には、この車速パルスに基づいて車輪速や車体速を測定するが、既に説明したように、この車速パルスから得られる車輪速や車体速は、タイヤの空気圧の影響、装着するタイヤの種類（外径サイズ）等により変化し、必ずしも正確なものではない。なお、ブレーキロックを防止するシステムを搭載する車両やトラクションを制御するシステムを搭載した車両は、通常、車輪速センサＶＳを有しているので、これを流用することができる。
【００１３】
次に、車体速測定装置１は、図示しないマイコン（マイクロコンピュータ）及び周辺回路から構成され、マイコンが図示しないＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出すことにより該プログラムの各モジュール（後記するデジタルフィルタ１２、正規化手段１５等）を実行して、車体速の測定を行う。また、車体速測定装置１は、車体速の測定を行うために、各種信号・情報・指令等を入出力する入出力ポート（後記する入出力インタフェイス１１）、アナログ信号をデジタル信号に変換してマイコンでデジタル処理するための図示しないＡＤ変換器等を有する。なお、入出力ポートは請求項の「入力部」に相当する。
【００１４】
車体速測定装置１について、図２、図３を参照してさらに詳細に説明する。図２は、車体速測定装置のブロック構成図である。図３は、車輪速の検出値の変動を説明する図である。
【００１５】
図２に示すように、車体速測定装置１は、主に、入出力インタフェイス１１、デジタルフィルタ１２（１２ｆ，１２ｒ）、バッファコントローラ１３（１３ｆ，１３ｒ）、データバッファ１４（１４ｆ，１４ｒ）、正規化手段１５（１５ｆ，１５ｒ）、相互相関関数演算手段１６、最大値抽出手段１７、車体速演算手段１８、平均車体速演算手段１９を含んで構成される。
【００１６】
入出力インタフェイス１１は、車体速測定装置１で処理するデータの入力及び車体速測定装置１で処理したデータの出力を行う機能を有する。なお、車体速測定装置１では、車速パルスは、デジタルデータの車輪速（検出値Ｖ（Ｖｆ，Ｖｒ））として取り扱うものとする。ちなみに、本実施形態での車輪速のサンプリングレートは１０００Ｈｚとする。
【００１７】
デジタルフィルタ１２（１２ｆ，１２ｒ）は、刻々と入力される車輪速の検出値Ｖ（Ｖｆ，Ｖｒ）を処理して、特定の周波数の成分のみを通過させるデジタル式のバンドパスフィルタである。このように特定の周波数のみを通過させるのは、タイヤのユニフォーミティの崩れによる車輪速の変動を除去して、路面のバンプや段差等（以下「路面バンプ等」という）による車輪速変動を抽出するためである。
【００１８】
つまり、タイヤはゴムやスチールワイヤ等を巻いて製造するため、タイヤ一周の強度や密度に不均一性（ユニフォーミティの崩れ）が存在する。このため、図３（ａ）に示すように車輪Ｗが路面上を回転すると、見かけ上車両Ｃが一定速度で走行していても、車輪速センサＶＳから得られる検出値Ｖの時間変動（車輪速検出値の変動曲線）には、図３（ｂ）に示すように、タイヤのアンバランス（ユニフォーミティの崩れ）による周期の大きな変動が生じる。そして、この周期の大きな変動に、路面バンプ等による周期の小さな変動が重畳される。本実施形態では、路面バンプ等による車輪速変動から絶対的な車体速を求めるものであることから、図３（ｃ）に示すように、タイヤのユニフォーミティの崩れによる変動成分を、デジタルフィルタ１２で除去し（つまりタイヤ固有の影響を除去し）、後の処理を円滑に行えるようにする。なお、車輪速が早いほど、タイヤのユニフォーミティの崩れによる車輪速変動の周期（周波数）、路面バンプ等による車輪速変動の周期（周波数）、は全体的に短周期になる（高周波数帯域にシフトする）。このため、デジタルフィルタ１２は、車輪速が早くなるほど高い周波数帯域の車輪速の変動を通過するように、車輪速応動に構成してある。
【００１９】
バッファコントローラ１３（１３ｆ，１３ｒ）は、デジタルフィルタ１２を通過した車輪速の検出値Ｖ（Ｖｆ，Ｖｒ）を、１０ミリ秒間隔を置いて取得し、これをデータバッファ１４（１４ｆ，１４ｒ）に、所定個数書き込む機能を有すると共に、書き込んだ検出値Ｖを、所定個数まとめて読み出す機能を有する手段である。
【００２０】
データバッファ１４（１４ｆ，１４ｒ）は、検出値Ｖ（Ｖｆ，Ｖｒ）を一時記憶する読み書き自在のメモリである。データの読み書きは、バッファコントローラ１３を介して行われる。
【００２１】
ちなみに、検出値Ｖ（Ｖｆ，Ｖｒ）は、処理の回数を数える処理カウンタｎ，ｍと対応付けてデータバッファ１４に記憶される。具体的には、前輪側の検出値Ｖｆは、配列変数Ｖｆ（ｎ）として処理カウンタｎと対応付けてデータバッファ１４ｆに記憶される。また、後輪側の検出値Ｖｒは、配列変数Ｖｒ（ｍ）として処理カウンタｍと対応付けてデータバッファ１４ｒに記憶される。ちなみに、処理カウンタｎ，ｍは、検出値Ｖ（Ｖｆ，Ｖｒ）を１個記憶する際に１ずつインクリメントされるカウンタ（インデックス）であり、本実施形態では、処理カウンタｎは１６を上限に１ずつインクリメントされ、処理カウンタｍは３０を上限に１ずつインクリメントされる。
【００２２】
つまり、前記した所定個数（終値Ｎ，Ｍ）は、前輪側のバッファコントローラ１３ｆについていえば１６個（終値Ｎ＝１６）であり、後輪側のバッファコントローラ１３ｒについていえば３０個（終値Ｍ＝３０）である。このように、記憶するデータ数を絞り込むのは、後段の正規化手段１５や相互相関関数演算手段１６における演算処理の負荷を少なくするためである。また、このようにデータ数を絞り込んでも、充分に絶対的な車体速Ｖｖを測定することができるからである。なお、処理カウンタｎ，ｍの初期値はそれぞれ０であるが、実際にデータが記憶されるのは１からである。従って、処理カウンタｎは実質上１〜１６までの正の整数値を取り、処理カウンタｍは実質上１〜３０までの正の整数値を取る。このように、後輪側の処理カウンタｍの終値Ｍが大きな値を取るのは、前輪側で起こったのと同じ事象（特定のバンプ等を通過したことによる検出値Ｖの変動）は時間を置いて後輪側で起こるが、後輪側で起こった際にその事象を見逃さないためである。よって、終値Ｍは、前輪側で起こったのと同じ事象を確実に記憶できる数が設定される。
【００２３】
ちなみに、本実施形態では、データバッファ１４がデジタルフィルタ１２から検出値Ｖを取得する間隔が１０ミリ秒置きであることから、処理カウンタｎが１６になるまで検出値Ｖｆを配列変数Ｖｆ（ｎ）に格納すると、検出値Ｖｆを実時間にして１５０ミリ秒分データバッファ１４ｆに記憶したことになる（１５０ミリ秒＝（１６−１）×１０ミリ秒）。同様に、処理カウンタｍが終値の３０になるまで検出値Ｖｒを配列変数Ｖｒ（ｍ）に格納すると、検出値Ｖｒを実時間で２９０ミリ秒分データバッファ１４ｒに記憶したことになる（２９０ミリ秒＝（３０−１）×１０ミリ秒）。
【００２４】
なお、車速（車体速、車輪速）が早い場合は、データの取得間隔（サンプリング間隔）を短くするのが好ましい。その一方で、さほど長い時間分検出値Ｖを記憶する必要はない。逆に、車速が遅い場合は、長い時間分検出値Ｖを記憶する必要がある（つまり、終値Ｍを大きくするか、サンプリング間隔を長くするかが必要）。
【００２５】
次に、正規化手段１５（１５ｆ，１５ｒ）を説明する。
前輪側の正規化手段１５ｆは、バッファコントローラ１３ｆを介してデータバッファ１４ｆから配列変数Ｖｆ（ｎ）を１６個分、全てを読み出す機能を有する。そして、次の相互相関関数演算手段１６での処理を行い易くするため、検出値Ｖｆ（＝配列変数Ｖｆ（ｎ））から車輪速成分を取り除いて正規化する機能を有する。このため、正規化手段１５ｆは、配列変数Ｖｆ（１）〜Ｖｆ（１６）までの平均車輪速ＡＶｆを求める処理を行う。なお、前輪側の平均車輪速ＡＶｆは、次の式１で演算される。

【００２６】
また、正規化手段１５ｆは、配列変数Ｖｆ（ｎ）の正規化を次の式２のように行い、車輪速成分（平均車輪速ＡＶｆ）を取り除く。
Ｖｆ（ｎ）＝Ｖｆ（ｎ）−ＡＶｆ　　…　（式２）
【００２７】
なお、処理カウンタｎ（データを記憶している部分）は１〜１６までの正の整数であるので、正規化手段１５ｆは、処理カウンタｎを１から１ずつインクリメントして終値Ｎの１６になるまで１６回、式２を実行する。これにより、正規化した配列変数Ｖｆ（１）〜Ｖｆ（１６）が得られる。
ちなみに、本実施形態では変数名を節約するため、正規化する前と正規化した後で、同じＶｆ（ｎ）という変数名を使用することとする。
【００２８】
後輪側の正規化手段１５ｒも、前輪側の正規化手段１５ｆと同様の正規化処理を行う（重複を避けるために説明を簡略化する）。即ち、正規化手段１５ｒは、後輪側の平均車輪速ＡＶｒを次の式３で演算する。

【００２９】
また、後輪側の正規化手段１５ｒは、平均車輪速ＡＶｒを用いて、次の式４により、正規化を行う。
Ｖｒ（ｍ）＝Ｖｒ（ｍ）−ＡＶｒ　　…　（式４）
【００３０】
なお、処理カウンタｍは１〜３０までの正の整数であるので、正規化手段１５ｒは、処理カウンタｍを１から１ずつインクリメントして終値Ｍの３０になるまで３０回、式４を実行する。これにより、正規化した配列変数Ｖｒ（１）〜Ｖｒ（３０）が得られる。
【００３１】
相互相関関数演算手段１６は、フーリエ変換の一種である相互相関関数を演算（実行）する手段である。つまり、この相互相関関数演算手段１６は、前記した１５０ミリ秒の間に前輪Ｗｆに現われる路面バンプ等による車輪速の変動パターンと同じ変動パターンが、２９０ミリ秒の間に後輪Ｗｒにどのように（どの時点で）現われるのかを判断するための処理を行う手段である。このため、相互相関関数演算手段１６は、正規化手段１５（１５ｆ，１５ｒ）から一括して正規化した配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）を取得して、次の式５〜式１９に示すように畳み込み積分を行う（式８〜式１８は省略）。

【００３２】
ここで、Ｓ（１）〜Ｓ（１５）はＳ（ｊ）として表現されるが、このＳ（ｊ）は、相互相関関数の演算（畳み込み積分）の結果を１５個分（ｊ＝１〜１５）格納する配列変数である。なお、ｊは、データのアドレスを指定するインデックスである。
【００３３】
ところで、相互相関関数の演算が完了して配列変数Ｓ（ｊ）に結果のデータが書き込まれると、新たな検出値Ｖ（Ｖｆ，Ｖｒ）を配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）として記憶しても車体速Ｖｖの測定に支障は生じない。このため、相互相関関数演算手段１６は、相互相関関数の演算が完了すると、処理完了報告（図示外）をバッファコントローラ１３（１３ｆ、１３ｒ）に行うものとする。バッファコントローラ１３は処理完了報告を受信すると、処理カウンタｎ，ｍを０にし、新たな検出値Ｖ（Ｖｆ，Ｖｒ）を、前記したように配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）として新たにデータバッファ１４に記憶するものとする。このようにすることで、変数名を節約することができる。即ち、メモリの使用量を節約することができ、例えばより多くのデータを取り扱えるようになる。
【００３４】
ちなみに、データバッファ１４から配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）とは異なる変数名をつけて配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）を読み出すとすれば、配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）の読出完了後、直ちに新たな検出値Ｖｆ，Ｖｒを同じ変数名の配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）として記憶することもできる。このようにすると、処理時間を短縮化することが可能になる。
【００３５】
次に、最大値抽出手段１７は、配列変数Ｓ（ｊ）のうち、最大値を抽出する関数を実行する手段である。つまり、前記した畳み込み積分の結果が割り当てられている配列変数Ｓ（ｊ）から、次の式２０により最大値を抽出する。
Ｓｓｉｍ＝ｍａｘ｜Ｓ（１），Ｓ（２），Ｓ（３），…，Ｓ（１５）｜　　…　（式２０）
【００３６】
車体速演算手段１８は、前記した配列変数が最大値となるインデックスｊの値から時間差Δｔを決定する処理、及び別に記憶している車両Ｃの前輪Ｗｆと後輪Ｗｆのホイールベース間距離（基準長さ）ＷＢの値とから、次の式２１、式２２により車体速Ｖｖを演算する処理を行う手段である。

【００３７】
なお、時間差Δｔは、請求項の「一致したパターンの時間差」に相当する。また、式２１の１０という値は、各検出値Ｖｆ，Ｖｒのサンプリング間隔である。また、インデックスｊから１を引くのは、区間数を求めるためである。
【００３８】
平均車体速演算手段１９は、図示しないＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ　Ｉｎ　Ｆｉｒｓｔ　Ｏｕｔ）を有し、車体速演算手段１８で演算された車体速Ｖｖから平均車体速ＡＶｖを演算する処理を行う手段である。ここで、ＦＩＦＯは、先入れ先出しを行うメモリである。ＦＩＦＯには、車体速演算手段１８で演算されたＫ個の車体速Ｖｖが配列変数Ｖｖ（ｋ）として格納されるものとし、新たな車体速Ｖｖが車体速演算手段１８からＦＩＦＯに配列変数Ｖｖ（１）として格納される際、最も古い配列変数Ｖｖ（Ｋ）は消去する。そして、他の配列変数Ｖｖ（ｋ）は、そのインデックスｋを１だけインクリメントされる。つまり、配列変数Ｖｖ（１）は配列変数Ｖｖ（２）に、配列変数Ｖｖ（Ｋ−１）は配列変数Ｖｖ（Ｋ）に、というようにインデックスｋがインクリメントされ、過去の一定時間にわたる車体速Ｖｖが順に更新される。なお、インデックスｋとその終値Ｋの関係は、１≦ｋ≦Ｋ、となる（但しＫ＞１）。ちなみに、終値Ｋは例えば５である。
【００３９】
そして、平均車体速演算手段１９は、ＦＩＦＯから配列変数Ｖｖ（１）〜Ｖｖ（５）を読み出して、次の式２３により平均車体速ＡＶｖを演算する（つまり車体速を測定する）。

【００４０】
ちなみに、インデックスｋの終値Ｋが５であるとすると、処理カウンタｍの終値Ｍが３０であり、各検出値Ｖ（Ｖｆ，Ｖｒ）のデータ間隔が１０ミリ秒であることから平均車体速ＡＶｖは、１．５秒間（＝３０×１０ミリ秒×５）における車両Ｃの平均した車体速となる。なお、前記したとおり、バッファコントローラ１３（１３ｆ，１３ｒ）は、検出値Ｖ（Ｖｆ，Ｖｒ）を常に１０ミリ秒間隔でデジタルフィルタ１２から取得し、データバッファ１４（１４ｆ，１４ｒ）に記憶するものとする。
【００４１】
このように、平均車体速演算手段１９を、ＦＩＦＯを有する構成とすることで、平均車体速演算手段１９は、車体速演算手段１８が車体速Ｖｖを１つ演算するごとに、平均車体速ＡＶｖを１つ演算（測定）することができる。なお、変数名を節約するため、車体速演算手段１８が演算した車体速Ｖｖと平均車体速演算手段１９が演算した平均車体速ＡＶｖを同じ変数名Ｖｖにしてもよい。
このように演算（測定）された平均車体速ＡＶｖは、各種制御に使用される。
【００４２】
ちなみに、本実施形態において、デジタルフィルタ１２、バッファコントローラ１３、データバッファ１４、正規化手段１５で行われる処理は、請求項の「タイヤ固有の影響を除去」、及び「特徴抽出」に相当する。また、相関関数演算手段１６、最大値抽出手段１７、車体速演算手段１８で行われる処理は、請求項の「パターンマッチング」、及び「車体速を演算」に相当する。
【００４３】
≪車体速測定装置の動作≫
次に、本実施形態の車体速測定装置の動作を、図１〜図７を参照して説明する。図４は、車体速測定の様子を模式的に示す図であり、（ａ）は車両がａ地点及びｂ地点を含む道路をｂ地点側へと走行する様子を模式的に示し、（ｂ）はその際における車輪速の検出値の変化を時系列で示し、（ｃ）は（ｂ）の検出値をデジタルフィルタで処理した後の検出値の変化を時系列で示す。図５は、車体速を測定する処理のうち、検出値をデータバッファに記憶する部分に関するフローチャートである。図６は、車体速を測定する処理のうち、データバッファに記憶された検出値から平均車体速を演算する部分に関するフローチャートである。図７は、（ａ）が正規化処理後の配列変数Ｖｆ（ｎ）を模式的に示し、（ｂ）が正規化処理後の配列変数Ｖｆ（ｍ）を模式的に示す。
【００４４】
〔タイヤのユニフォーミティの崩れによる変動の除去〕
図４（ａ）に示すように、車両Ｃがある車速でａ地点、ｂ地点を含む道路を走行する。車両Ｃが走行すると車輪速センサＶＳ（ＶＳｆ，ＶＳｒ）から入出力インタフェイス１１を介して車輪速の検出値Ｖ（Ｖｆ，Ｖｒ）が車体速測定装置１に入力される。前記したとおり前輪Ｗｆ、後輪Ｗｒのタイヤにはユニフォーミティの崩れが存在するのでこれによる周期の大きな変動と、路面バンプ等による周期の小さな変動が車輪速センサＶＳで検出される検出値Ｖｆ，Ｖｒに重畳されている（図４（ｂ）参照）。つまり、見かけ上車両Ｃが一定速で走行していても、タイヤのユニフォーミティの崩れと路面バンプ等の存在による影響で検出値Ｖｆ，Ｖｒは変動する。本実施形態では、車体速を路面バンプ等による車輪速変動から測定するので、デジタルフィルタ１２で処理してタイヤのユニフォーミティの崩れによる変動を検出値Ｖｆ，Ｖｒから除去する。
なお、図４（ｂ）の上図は前輪側についてのものであり、下図は後輪側についてのものであり、車両Ｃのホイールベース間距離ＷＢ及び車体速Ｖｖに対応した位相のズレがある。つまり、前輪Ｗｆがａ地点（ｂ地点）を通過した後、後輪Ｗｒがａ地点（ｂ地点）を通過する。この点は、次の図４（ｃ）でも同じである。ちなみに、図４（ｃ）は、図４（ｂ）よりも縦軸方向を強調して記載している。
【００４５】
デジタルフィルタ１２で処理すると、図４（ｃ）に示すように検出値Ｖｆ，Ｖｒからタイヤのユニフォーミティの崩れによる変動が除去される。これにより、絶対的な速度である車体速をより正確に測定（演算）できるようになる。
【００４６】
〔検出値のデータバッファへの記憶〕
デジタルフィルタ１２により、タイヤのユニフォーミティの崩れによる変動が除去された検出値Ｖｆ，Ｖｒは、バッファコントローラ１３により１０ミリ秒間隔で取得され、データバッファ１４に配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）として記憶する処理が次に行われる。
【００４７】
即ち（主として図５参照）、最初は、処理カウンタｎ，ｍが０になっているので、処理カウンタｎ，ｍをインクリメントして、検出値Ｖ（Ｖｆ，Ｖｒ）をデータバッファ１４に記憶する。具体的には、前輪側についての処理カウンタｎをインクリメントする（Ｓ１１）。そして、前輪側についてデジタルフィルタ１２ｆが処理した検出値Ｖｆを１０ミリ秒間隔で取得して、データバッファ１４ｒに配列変数Ｖｆ（ｎ）として記憶する（Ｓ１２）。後輪側でも、ステップＳ１１に相当する処理をステップＳ１３で、ステップＳ１２に相当する処理をステップＳ１４で行う。
【００４８】
データバッファ１４ｒに検出値Ｖｒを配列変数Ｖｒ（ｍ）として記憶すると、バッファコントローラ１３が、処理カウンタｎの値が終値Ｎになっているか否かを判断する（Ｓ１５）。終値Ｎになっていない場合（ｎｏ）は、再びステップＳ１１に戻り処理を続行する。これにより、データバッファ１４に順次検出値Ｖｆ，Ｖｒが配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）として記憶される。
【００４９】
一方、ステップＳ１５で処理カウンタｎが終値Ｎになっている場合（ｙｅｓ）、つまり本実施形態でいえば処理カウンタｎが１６になった場合は、処理カウンタｍが終値Ｍになっているか否かを判断する（Ｓ１６）。
【００５０】
ステップＳ１６で、処理カウンタｍが終値Ｍになっていない場合は、ステップＳ１３に戻り、処理カウンタｍをインクリメントした後、後輪側のデジタルフィルタ１２ｒが処理した検出値Ｖｒをデータバッファ１４ｒに配列変数Ｖｒ（ｍ）として記憶する（Ｓ１４）。この後は、ステップＳ１５を経由してステップＳ１６の処理を繰り返す。これにより、後輪側のデータバッファ１４ｒにだけ、順次検出値Ｖｒが配列変数Ｖｒ（ｍ）として記憶される。
【００５１】
一方、ステップＳ１６で処理カウンタｍが終値Ｍになっている場合（ｙｅｓ）、つまり本実施形態でいえば処理カウンタｍが３０になった場合は、相互相関関数演算手段１６からの処理完了報告の有無を判断する（Ｓ１７）。処理完了報告がない場合（ｎｏ）は、処理完了報告があるまで処理を待つ。処理完了報告が相互相関関数演算手段１６からバッファコントローラ１３にあった場合（ｙｅｓ）は、バッファコントローラ１３は、処理カウンタｎ，ｍを０にクリアした後（Ｓ１８）、Ｒｅｔｕｒｎに移行する（処理を継続する）。
【００５２】
これにより、１０ミリ秒間隔ごとに、検出値Ｖｆが１６個分、配列変数Ｖｆ（ｎ）として記憶され、検出値Ｖｒが３０個分、配列変数Ｖｒ（ｍ）として記憶され、次の処理である平均車体速の演算処理の前準備が整う。
【００５３】
〔平均車体速の演算〕
データバッファ１４ｆ，１４ｒに配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）が所定個数記憶されると、図６のフローチャートに示すように、データバッファ１４から配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）を全て読み出す（Ｓ２１）。そして、前輪側及び後輪側について既に説明した手順により正規化を行う（Ｓ２２，Ｓ２３）。この際の演算において使用されるのは、式１〜式４である。正規化が完了すると、図７（ａ），（ｂ）のようなグラフで配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）が模式的に示される。なお、既に説明したように、正規化する前と正規化する後とで、同じ変数名を使用して、メモリを節約している。
【００５４】
ステップＳ２２，Ｓ２３で正規化が完了すると、既に説明した式５〜式１９を使用して相互相関関数を演算する（Ｓ２４）。なお、式５〜式１９は、次のように１つの式２４にまとめて、繰り返し部分を省略化することができる。

【００５５】
ステップＳ２４で、相互相関関数を演算して配列変数Ｓ（ｊ）に格納すると、配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）に新しいデータを書き込むことができるようになる。このため、ステップＳ２５で、相互相関関数演算手段１６が処理完了報告をバッファコントローラ１３に出力する。これにより、新たな検出値Ｖｆ，Ｖｒを配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）に格納してデータバッファ１４に記憶することができるようになる（図５のステップＳ１７参照）。
【００５６】
ステップＳ２６では、式２０により、相互相関関数の演算結果を格納した配列変数Ｓ（ｊ）から最大値を抽出する（Ｓ２６）。そして、その最大値となるＳ（ｊ）のインデックスｊを特定し、このインデックスを式２１に代入して時間差Δｔを決定する。続けて、式２２に決定した時間差Δｔと予め記憶しているホイールベース間距離ＷＢを代入して、車体速Ｖｖを演算する（Ｓ２７）。ちなみに、ステップＳ２４の相互相関関数の演算、及びステップＳ２６の最大値の抽出は、図７（ａ）のグラフに図７（ｂ）のグラフをどの様にずらせば両グラフが重なり合うのかを試行（パターンマッチング）することに相当し、ステップＳ２７の時間差Δｔの決定は、重なり合う場所における両グラフの位相差を決定するものである。
【００５７】
位相差の決定を、図７（ａ），（ｂ）と式５〜１９を用いて補足説明する。
前輪側と後輪側とで位相が揃わない場合（パターンの異なる場合）の式５では、例えば「Ｖｆ（２）とＶｒ（２）の積」、「Ｖｆ（３）とＶｒ（３）の積」は負の値になり、例えば「Ｖｆ（１６）とＶｒ（１６）の積」は正の値になる。従って、和のＳ（１）は、正の値と負の値を足し合わせて演算されることになる。
位相が揃わない場合の式６等も同様であり、和のＳ（２）等は、正の値と負の値を足し合わせて演算されることになる（図７（ａ），（ｂ）参照）。
ところが、位相が揃う場合（パターンが一致する場合）の式１９では、「Ｖｆ（１）とＶｒ（１５）の積」〜「Ｖｆ（１６）とＶｒ（３０）の積」の全てが正の値になるので、和のＳ（１５）も、Ｓ（ｊ）の中で最も大きな値になる（ｊは１〜１５）。
このことから、最大値となるＳ（ｊ）のインデックスｊを見つけ出せば、そのインデックスｊとサンプリング間隔（ここでは１０ミリ秒）から位相差がどれだけの時間あるのかが判る。
【００５８】
次に、ステップＳ２７の処理を、具体的な数字を用いて説明する。
仮に、配列変数Ｓ（１５）が最大値であったとすると（Ｓ２６）、時間差Δｔは１４０ミリ秒（＝（１５−１）・１０ミリ秒＝０．１４秒）になる。ここで、ホイールベース間距離ＷＢが２．８３ｍとすると車体速Ｖｖは、式２２により次のように求められる。

【００５９】
このステップＳ２７で演算された車体速Ｖｖは、Ｓ２８で平均車体速ＡＶｖを演算するのに使用される。即ち、ステップＳ２８では、車体速Ｖｖが演算されると、これを配列変数Ｖｖ（ｋ）として先入れ先出しメモリのＦＩＦＯに記憶する。そして、平均車体速ＡＶｖを式２３に基づいて演算する（移動平均の演算）。演算後はＲｅｔｕｒｎに移行して処理を継続する。これにより、ステップＳ２１〜ステップＳ２８が順次繰り返され、平均車体速ＡＶｖが演算される。なお、ステップＳ２８において、最初のうちはＦＩＦＯにデータが全て記憶されていないことから、ステップＳ２８（平均車体速演算手段１９）では、記憶したデータの分だけの平均車体速ＡＶｖを演算するものとする。ちなみに、ＦＩＦＯにデータが全て記憶された後は、データバッファ１４に検出値Ｖｆ，Ｖｒが配列変数Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ）として所定個数書き込まれると、これを全て読み出して（Ｓ２１）、ステップＳ２２〜Ｓ２８の処理を実行して直ちに平均車体速ＡＶｖを演算する。
【００６０】
なお、フローチャートのステップＳ１１〜Ｓ２３までが、請求項の「特徴抽出」に相当し、フローチャートのステップＳ２４，Ｓ２６が請求項の「パターンマッチング」に相当するといえる。
【００６１】
このようにして、本実施形態の車体速測定装置１は、車輪速センサＶＳにより検出される車輪速の検出値Ｖの変動（即ちタイヤを介して入力される路面との振動）に基づいて平均車体速を演算（測定）する。このような測定によれば、タイヤの径が変化しても、車体速をより正しく測定することができる。この点、従来の文字通りの車輪速に基づいて車体速を測定するのとは異なる。
【００６２】
なお、本実施形態で測定（演算）した車体速Ｖｖ及び平均車体速ＡＶｖは、原理上タイヤのサイズ、空気圧の多少等に影響されない速度である。従って、測定値は、各種の制御や車両状況の検出等に利用することができる。例えば、タイヤの空気圧の漏れ判定（パンク検出）では、４輪ごとに設置した車輪速センサから車輪速の検出値を監視し、この車輪速の検出値と本実施形態の車体速とを比較して、車体速よりも早い車輪速にかかる車輪（タイヤ）を空気漏れと判定することができる。また、カーナビゲーションでは、長いトンネル内を走行する際の車両位置の検出に、本実施形態の車体速を使用することができる。また、ヨーレートの算出等にも本実施形態の車体速を使用することができる。また、得られる車体速の精度を高いものとすることも可能である。
【００６３】
なお、以上説明した本発明は、前記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。
例えば、既に説明したように、後輪側の変動パターンと同じパターンが、前輪側でいつ出現したかをパターンマッチングにより検出して車体速を測定することとしてもよい。また、平均車体速を演算しない構成としてもよい。また、最大値となるＳ（ｊ）に閾値を定め、最大値となるＳ（ｊ）であっても、ある値（閾値）を超えなければ、車体速Ｖｖを演算しないようにしてもよい。
【００６４】
処理カウンタの終値は一例であり、必ずしも前記した実施形態の値に限定されることはない。また、検出値のサンプリング間隔を１０ミリ秒ごととして説明したが、これを車速が早くなると短くなるようにしてもよい。また、処理カウンタの終値も検出値のサンプリング間隔や車速に応じて変動するようにしてもよい。また、タイヤのユニフォーミティの崩れによる変動を、デジタルフィルタでソフトウェア的に除去したが、ハードウェア的に除去するようにしてもよい。また、バンドパスフィルタを用いた例を説明したが、ローパスフィルタやハイパスフィルタ等を用いるようにしてもよい。車体速測定装置における処理を、ハードウェア的に行うようにしてもよい。また、図１に示すように車輪速センサＶＳを片側の前輪Ｗｆ、片側の後輪Ｗｒに有することとしたが、両側に有することとしてもよい。また、配置が斜になるようにしてもよい。
【００６５】
また、振動検出センサとして、車輪速センサを例に説明したが、路面と車両（タイヤ）との間で発生する振動を検出することのできるものであれば、変位計、重量計、Ｇセンサ等、様々なセンサを適用することができる。例えば、前輪側、後輪側のサスペンションにこれらセンサを設置するようにし、この検出値により車体速を測定（演算）するようにしてもよい。
【００６６】
また、相互相関関数によるパターンマッチングは一例であり、本発明がこれに限定されることはない。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、原理的にタイヤ径の変化に影響されない車体速の測定が可能になる。また、請求項２に記載の発明によれば、車両が備えている車輪速センサの検出値をそのまま利用することができるので、例えばコスト的にも機器のレイアウト的にも都合がよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる実施形態の車体速測定装置を搭載する車両のシステム構成図である。
【図２】車体速測定装置の要部をなす車体速測定装置のブロック構成図である。
【図３】車輪速の検出値の変動を説明する図である。
【図４】車体速測定の様子を模式的に示す図であり、（ａ）は車両がａ地点及びｂ地点を含む道路をｂ地点側へと走行する様子を模式的に示し、（ｂ）はその際における車輪速の検出値の変化を時系列で示し、（ｃ）は（ｂ）の検出値をデジタルフィルタで処理した後の検出値の変化を時系列で示す。
【図５】車体速を測定する処理のうち、検出値をデータバッファに記憶する部分に関するフローチャートである。
【図６】車体速を測定する処理のうち、データバッファに記憶された検出値から平均車体速を演算する部分に関するフローチャートである。
【図７】（ａ）が正規化処理後の配列変数Ｖｆ（ｎ）を模式的に示し、（ｂ）が正規化処理後の配列変数Ｖｆ（ｍ）を模式的に示す。
【符号の説明】
１　　…　車体速測定装置
１１　…　入出力インタフェイス
１２　…　デジタルフィルタ
１３　…　バッファコントローラ
１４　…　データバッファ
１５　…　正規化手段
１６　…　相互相関関数演算手段
１７　…　最大値抽出手段
１８　…　車体速演算手段
Ｃ　　…　車両
ＶＳ　…　車輪速センサ（振動検出センサ）
Ｖ，Ｖｆ，Ｖｒ　…　検出値
Ｖｆ（ｎ），Ｖｒ（ｍ），Ｓ（ｊ）　…　配列変数
Ｖｖ　…　車体速
ＡＶｖ…　平均車体速
Δｔ　…　時間差
ＷＢ　…　ホイールベース間距離（基準長さ）

Claims

少なくとも入力部と処理部を有し、
タイヤを介して入力される路面との振動を検知する前輪側及び後輪側の振動検出センサから検出値をそれぞれ入力し、この入力した検出値の変化のパターンに基づいて車両の車体速を測定する車体速測定装置であって、
前記入力部から前記検出値を入力すると、前記処理部にて、前記前輪側及び後輪側について前記検出値の変化のパターンをタイヤ固有の影響を除去してそれぞれ特徴抽出し、この特徴抽出した検出値の変化のパターンを前記前輪側と後輪側とでパターンマッチングし、一致したパターンの時間差を求め、このように求めた時間差と予め記憶している基準長さとから車体速を演算するようにした構成を有すること、
を特徴とする車体速測定装置。
前記振動検出センサが車輪速センサであること、を特徴とする請求項１に記載の車体速測定装置。