JP2004175349A - 路面状態判定方法および装置、ならびに路面状態判定のプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】４輪駆動車であっても、走行中の路面の状態を判定することができる路面状態判定方法を提供する。
【解決手段】４輪車両が走行している路面の状態を判定する路面状態判定方法。車輪速検出手段から得られる走行中の４輪車両の駆動輪の車輪速回転情報と、ＧＰＳ電波を受信し、算出される位置情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する。前記車輪速回転情報が、車輪速検出手段の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出される回転速度である。該回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記位置情報を読み込み、ついで該位置情報から車両の移動距離を算出するとともに、該移動距離から車両速度と車両の加速度を算出し、ついで前記回転速度と車両速度からスリップ率を演算したのち、該スリップ率と加速度との関係を用いて、走行中の路面の状態を判定する。
【選択図】なし

Description

本発明は路面状態判定方法および装置、ならびに路面状態判定のプログラムに関する。さらに詳しくは、とくに４輪駆動車において、走行中の路面の状態を判定することができる路面状態判定方法および装置、ならびに路面状態判定のプログラムに関する。

従来より、タイヤと路面とのあいだの制動力が最大値をこえてタイヤがロック状態になる前に、車輪に作用するブレーキトルクを低下させて車輪のロック状態を防止し、最大制動力が得られる車輪の回転数を制御するアンチロックブレーキ装置などが提案されている。このアンチロックブレーキ装置には、たとえば車両の加速度とスリップ比との関係式を求めたのち、該関係式の傾きと予め設定されたしきい値を比較して、当該比較の結果から路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する路面摩擦係数判定方法を用いることができる（特許文献１参照）。

特願２００１−３３４９２０号公報

しかしながら、前記路面摩擦係数判定方法における車両の加速度とスリップ比との関係では、従動輪の回転速度から求められる車両の加速度を用いて、路面とタイヤのμ−ｓ曲線の勾配を求め、路面の滑りやすさを判定しているため、４輪駆動車には適用できないという問題がある。

本発明は、叙上の事情に鑑み、４輪駆動車であっても、走行中の路面の状態を判定することができる路面状態判定方法および装置、ならびに路面状態判定のプログラムを提供することを目的とする。

本発明の路面状態判定方法は、４輪車両が走行している路面の状態を判定する路面状態判定方法であって、車輪速検出手段から得られる走行中の４輪車両の駆動輪の車輪速回転情報と、ＧＰＳ電波を受信し、算出される位置情報との関係から、走行中の路面の状態を判定することを特徴とする。

また、本発明の路面状態判定装置は、４輪車両が走行している路面の状態を判定する路面状態判定装置であって、車両の駆動輪のタイヤの車輪速回転情報を検出する車輪速検出手段と、ＧＰＳ電波を受信し、位置情報を算出するＧＰＳ装置と、車輪速回転情報と位置情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明の路面状態判定のプログラムは、路面の状態を判定するためにコンピュータを、車輪速検出手段から得られる車両の駆動輪のタイヤの車輪速回転情報と、ＧＰＳ電波を受信し、位置情報を算出するＧＰＳ装置から得られる車両の位置情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段として機能させることを特徴とする。

さらに本発明の路面状態判定方法は、４輪車両が走行している路面の状態を判定する路面状態判定方法であって、車輪速検出手段から得られる走行中の４輪車両の駆動輪の車輪速回転情報と、ＧＰＳ電波を受信し、算出される車両の速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定することを特徴とする。

また、本発明の路面状態判定装置は、４輪車両が走行している路面の状態を判定する路面状態判定装置であって、車両の駆動輪のタイヤの車輪速回転情報を検出する車輪速検出手段と、ＧＰＳ電波を受信し、車両の速度情報を算出するＧＰＳ装置と、車輪速回転情報と車両の速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明の路面状態判定のプログラムは、車輪速検出手段から得られる車両の駆動輪のタイヤの車輪速回転情報と、ＧＰＳ電波を受信するＧＰＳ装置から得られる車両の速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、４輪駆動車における走行中の路面の状態を精度よく判定することができる。また、本発明は、２輪駆動車にも適用することができる。

さらにＧＰＳの位置情報と容易にリンクできるため、路面状況付の道路マップの作製を行なうことができる。

以下、添付図面に基づいて、本発明の路面状態判定方法および装置、ならびに路面状態判定のプログラムを説明する。

図１〜２に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわる路面状態判定装置は、４輪車両に備えられた４つのタイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲの車輪速回転情報から走行中の路面の状態を判定するもので、各タイヤにそれぞれ関連して設けられた通常の車輪速検出手段１を備えている。

前記車輪速検出手段１としては、電磁ピックアップなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数から車輪速回転情報を測定する車輪速センサまたはダイナモのように回転を利用して発電を行ない、この電圧から車輪速回転情報を測定するものを含む角速度センサなどを用いることができる。前記車輪速検出手段１の出力はＡＢＳなどのコンピュータである制御ユニット２に与えられる。この制御ユニット２には、ＧＰＳアンテナ３ａからＧＰＳ電波を受信し、走行中の車両の位置と速度の位置情報を算出するＧＰＳ装置３が接続されている。また、路面の状態（高μ路、中μ路、低μ路）のうち、低μ路をドライバーに知らせる低μ路警報表示器４、たとえば液晶表示素子、プラズマ表示素子またはＣＲＴなどから構成された表示手段が接続されている。

制御ユニット２は、図２に示されるように、外部装置との信号の受け渡しに必要なＩ／Ｏインターフェイス２ａと、演算処理の中枢として機能するＣＰＵ２ｂと、該ＣＰＵ２ｂの制御動作プログラムが格納されたＲＯＭ２ｃと、前記ＣＰＵ２ｂが制御動作を行なう際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き込まれたデータなどが読み出されるＲＡＭ２ｄとから構成されている。

前記車輪速検出手段１では、タイヤの回転数に対応したパルス信号（以下、車輪速パルスという）が出力される。またＣＰＵ２ｂでは、車輪速検出手段１から出力された車輪速パルスに基づき、所定のサンプリング周期ΔＴ(sec)、たとえばΔＴ＝１秒ごとに各タイヤの回転角速度Ｆ_iが算出される。

ここで、タイヤは、規格内でのばらつき（初期差異）が含まれて製造されるため、各タイヤの有効転がり半径（一回転により進んだ距離を２πで割った値）は、すべてのタイヤがたとえ正常空気圧であっても、同一とは限らない。そのため、各タイヤの回転角速度Ｆ_iはばらつくことになる。そこで、初期差異によるばらつきを打ち消すために補正した回転角速度Ｆ１_iを算出する。具体的には、
Ｆ１₁＝Ｆ₁
Ｆ１₂＝ｍＦ₂
Ｆ１₃＝Ｆ₃
Ｆ１₄＝ｎＦ₄
と補正される。前記補正係数ｍ、ｎは、たとえば車両が直線走行していることを条件として回転角速度Ｆ_iを算出し、この算出された回転角速度Ｆ_iに基づいて、ｍ＝Ｆ₁／Ｆ₂、ｎ＝Ｆ₃／Ｆ₄として得られる。そして、前記車輪速回転情報は、車輪速検出手段１の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出される回転速度であり、前記Ｆ１_iに基づき、各車輪のタイヤの回転速度Ｖｉを算出する。

従来より、カーナビゲーションに代表されるように、車両の位置測定については全地球測位システム（ＧＰＳ）を利用した側位が一般的に知られている。民間利用が許されている周波数帯における位置精度の向上について、多くの研究がなされており、その中で、各衛星から送られてくる情報の搬送波の位相を測定することでその精度を向上させる技術が電子情報通信学会誌（Ｖｏｌ．８２ Ｎｏ．１２）に紹介されている。

本発明は、ＧＰＳによる車両の情報（位置情報、車速情報など）を高精度に取得し、車両が走行している路面の状態を判定する。そして、この路面の状態により走行中の路面の滑りやすさを検知し、低μ路である場合、ドライバーに警報を発する。

本実施の形態では、前記車輪速検出手段１と、ＧＰＳ装置３と、回転速度と位置情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段とから構成されている。

ＧＰＳ装置３としては、たとえばレースロジック（ＲＡＣＥＬＯＧＩＣ）社製のＶＢＯＸ（商品名）を用いることができる。このＶＢＯＸは、衛星電波の搬送波の位相差を利用して補正するＫｉｎｅｍａｔｉｃ ＧＰＳという位置特定方法を採用しているため、高精度に位置を特定することができる。なお、ＧＰＳ装置において、搬送波のドップラー効果を用いて、高精度に車両の速度を算出することができる場合、直接該車両の速度情報から路面状態を判定することもできる。

以下、本実施の形態では、速度を直接算出することができないＧＰＳ装置について、位置情報から路面状態を判定する例について説明する。

本実施の形態におけるＧＰＳ装置３は、回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記位置情報を読み込み、ついで該位置情報から車両の移動距離を算出する距離演算手段と、該移動距離から車両速度と車両の加速度を算出する車両情報演算手段とからなる。また、本実施の形態では、前記回転速度と車両速度からスリップ率を演算するスリップ率演算手段を備えており、判定手段により、該スリップ率とＧＰＳ装置により算出された加速度との関係を用いて、走行中の路面の状態を判定する。ここで、スリップ率と加速度との関係というのは、一般的なタイヤと路面のμ−ｓ曲線と同じことであり、高μ路、中μ路、低μ路により勾配が変わる。

さらに一定時間間隔ごとに読み込んだ回転速度と車両の速度または加速度に、所定の個数の移動平均処理を施す移動平均処理手段を備えるのが好ましい。

また、本実施の形態の路面状態判定のプログラムは、制御ユニット２を、車輪速検出手段１から得られる車両の駆動輪のタイヤの回転速度と、ＧＰＳ装置３から得られる車両の位置情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段として機能させる。また、制御ユニット２を、回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記位置情報を読み込み、ついで該位置情報から算出される車両の移動距離から算出される車両速度と前記回転速度とから、スリップ率を演算するスリップ率演算手段、該スリップ率とＧＰＳ装置により算出された加速度との関係を用いて、走行中の路面の状態を判定する判定手段として機能させる。さらに一定時間間隔ごとに読み込んだ回転速度と車両の速度または加速度に、所定の個数の移動平均処理を施す移動平均処理手段として機能させる。

以下、本実施の形態の路面状態判定装置の動作の一例を手順(1)〜(6)に沿って説明する。

(1)車両の４輪タイヤのそれぞれの回転速度（Ｖ１_n、Ｖ２_n、Ｖ３_n、Ｖ４_n）を算出する。
たとえば、ＡＢＳセンサなどのセンサから得られた車両の各車輪タイヤのある時点の車輪速データを回転速度Ｖ１_n、Ｖ２_n、Ｖ３_n、Ｖ４_nとする。

(2)ついで車両の駆動輪の回転速度Ｔを演算する。たとえば２輪駆動車の場合、駆動輪の平均回転速度とし、４輪駆動車の場合、４輪の平均回転速度とすることができる。また、２または４駆動輪のうちの１輪の回転速度とすることもできる。

(3)ＧＰＳ装置を利用して算出される走行中の車両の位置情報から、車両の移動距離を算出したのち、車両速度Ｖｆ_nを求める。なお、前述したように、直接速度が算出されるＧＰＳ装置の場合は、位置情報から演算しなくても車両速度Ｖｆ_nを入力することができる。

(4)前記車両速度Ｖｆ_nより１つ前の車両速度データから、車両速度Ｖｆ_n-1とすると、車両の加速度Ｖａｆ_nはつぎの式（１）で求められる。
Ｖａｆ_n＝（Ｖｆ_n−Ｖｆ_n-1）／Δｔ／Ｇ ・・・（１）

ここで、Δｔは前記回転速度のサンプリングと同期する、車両速度データから算出される平均車両速度Ｖｆ_nとＶｆ_n-1の時間間隔（サンプリング時間）であり、Ｇは重力加速度である。前記サンプリング時間としては、データのばらつきを小さくし、かつ短時間で判別するためには、０．１秒以下である必要がある。より好ましくは、０．０５秒以下である。

(5)走行中の車両のスリップ率Ｓをつぎの式（２）で定義する。ここで、Ｔは前記駆動輪の回転速度であり、Ｖは前記車両速度である。
Ｓ＝（Ｔ−Ｖ）／Ｔ ・・・（２）

(6)ついで車両の駆動輪のスリップ率と車両の加速度の関係を求める。

ここで、このスリップ率と加速度を求めるために、
（１）路面の凹凸による外乱の影響を除くため、サンプリング時間ごとに得られた所定の個数のデータ、たとえば５０個のデータを移動平均処理する。
データの数を減らさずに、データのばらつきを小さくするために、短時間のサンプリング時間、たとえば数十ｍｓごとにデータをサンプリングし、このサンプリング時間で得られたばらつきの大きいデータを移動平均する。この移動平均処理は、回転速度や車両の速度の車速データにも適用することができる。
（２）ついでスリップ率と加速度の１次式の関係を得るために、所定の個数、たとえば２０個ごとの最小自乗近似法による直線近似を行ない、この処理をサンプリング時間ごとに移動計算する。

この結果、サンプリング時間ごとに求まった直線近似式の勾配が路面の滑りやすさに応じた値となる。

つぎに本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。

車両として、４輪駆動車（排気量２．０Ｌ）を用意した。タイヤのサイズは２０５／５５Ｒ１６である。また、車両の走行条件としては、住友ゴム工業株式会社の岡山トラックコースにおいて、セラミックタイル、ドルセットペブルおよびウェットコンクリートの路面μを変えた路面を採用した。また、車両に搭載したＧＰＳセンサは、ＲＡＣＥＬＯＧＩＣ社製のＶＢＯＸ ＰＲＯである。サンプリング周波数は５０Ｈｚである。

ついで前記各種の路面を約１０秒間走行した。本実施の形態にかかわる路面状態判定のプログラムを格納した路面状態判定装置を用いて、プロットしたスリップ率と加速度との関係を図３に示す。図３から、路面ごとにその線形近似式の勾配が異なり、低μ路ほど勾配が大きいことがわかる。

したがって、車両が走行中の路面の状態を判定して、これを自動変速機の変速制御情報、タイヤ空気圧低下検出装置（ＤＷＳ）や路面状態判定システムに用いることにより、走行性能および走行安全性を向上させることができる。

本発明の路面状態判定装置の一実施の形態を示すブロック図である。 図１の路面状態判定装置の電気的構成を示すブロック図である。 セラミックタイル、ドルセットペブルおよびウェットコンクリートの路面走行のスリップ率と加速度との関係を示す図である。

符号の説明

１ 車輪速検出手段
２ 制御ユニット
３ ＧＰＳ装置
３ａ ＧＰＳアンテナ
４ 警報表示器

Claims (18)

1. ４輪車両が走行している路面の状態を判定する路面状態判定方法であって、車輪速検出手段から得られる走行中の４輪車両の駆動輪の車輪速回転情報と、ＧＰＳ電波を受信し、算出される位置情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定方法。
2. 前記車輪速回転情報が、車輪速検出手段の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出される回転速度であり、該回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記位置情報を読み込み、ついで該位置情報から車両の移動距離を算出するとともに、該移動距離から車両速度と車両の加速度を算出し、ついで前記回転速度と車両速度からスリップ率を演算したのち、該スリップ率と加速度との関係を用いて、走行中の路面の状態を判定する請求項１記載の路面状態判定方法。
3. 一定時間間隔ごとに読み込んだ回転速度と車両の速度または加速度に、所定の個数の移動平均処理を施す請求項２記載の路面状態判定方法。
4. ４輪車両が走行している路面の状態を判定する路面状態判定装置であって、車両の駆動輪のタイヤの車輪速回転情報を検出する車輪速検出手段と、ＧＰＳ電波を受信し、位置情報を算出するＧＰＳ装置と、車輪速回転情報と位置情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段とを備える路面状態判定装置。
5. 前記車輪速回転情報が、車輪速検出手段の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出される回転速度であり、前記ＧＰＳ装置が該回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記位置情報を読み込み、ついで該位置情報から車両の移動距離を算出する距離演算手段と、該移動距離から車両速度と車両の加速度を算出する車両情報演算手段とからなるとともに、前記回転速度と車両速度からスリップ率を演算するスリップ率演算手段と、該スリップ率と加速度との関係を用いて、走行中の路面の状態を判定する判定手段を備える請求項４記載の路面状態判定装置。
6. 一定時間間隔ごとに読み込んだ回転速度と車両の速度または加速度に、所定の個数の移動平均処理を施す移動平均処理手段を備える請求項５記載の路面状態判定装置。
7. 路面の状態を判定するためにコンピュータを、車輪速検出手段から得られる車両の駆動輪のタイヤの車輪速回転情報と、ＧＰＳ電波を受信し、位置情報を算出するＧＰＳ装置から得られる車両の位置情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段として機能させる路面状態判定のプログラム。
8. 前記車輪速回転情報が、車輪速検出手段の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出される回転速度であり、該回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記位置情報を読み込み、ついで該位置情報から算出される車両の移動距離から算出される車両速度と前記回転速度とから、スリップ率を演算するスリップ率演算手段、該スリップ率とＧＰＳ装置により算出された加速度との関係を用いて、走行中の路面の状態を判定する判定手段として機能させる請求項７記載の路面状態判定のプログラム。
9. 一定時間間隔ごとに読み込んだ回転速度と車両の速度または加速度に、所定の個数の移動平均処理を施す移動平均処理手段として機能させる請求項８記載の路面状態判定のプログラム。
10. ４輪車両が走行している路面の状態を判定する路面状態判定方法であって、車輪速検出手段から得られる走行中の４輪車両の駆動輪の車輪速回転情報と、ＧＰＳ電波を受信し、算出される車両の速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定方法。
11. 前記車輪速回転情報が、車輪速検出手段の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出される回転速度であり、該回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記車両の速度情報を読み込み、ついで該車両の速度情報から車両の車両速度と車両の加速度を算出し、前記回転速度と車両速度からスリップ率を演算したのち、該スリップ率と加速度との関係を用いて、走行中の路面の状態を判定する請求項１０記載の路面状態判定方法。
12. 一定時間間隔ごとに読み込んだ回転速度と車両の速度または加速度に、所定の個数の移動平均処理を施す請求項１１記載の路面状態判定方法。
13. ４輪車両が走行している路面の状態を判定する路面状態判定装置であって、車両の駆動輪のタイヤの車輪速回転情報を検出する車輪速検出手段と、ＧＰＳ電波を受信し、車両の速度情報を算出するＧＰＳ装置と、車輪速回転情報と車両の速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段とを備える路面状態判定装置。
14. 前記車輪速回転情報が、車輪速検出手段の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出される回転速度であり、前記ＧＰＳ装置が該回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記車両の速度情報を読み込み、ついで該車両の速度情報から車両の車両速度と車両の加速度を算出する車両情報演算手段とからなるとともに、前記回転速度と車両速度からスリップ率を演算するスリップ率演算手段と、該スリップ率と加速度との関係を用いて、走行中の路面の状態を判定する判定手段を備える請求項１３記載の路面状態判定装置。
15. 一定時間間隔ごとに読み込んだ回転速度と車両の速度または加速度に、所定の個数の移動平均処理を施す移動平均処理手段を備える請求項１４記載の路面状態判定装置。
16. 路面の状態を判定するためにコンピュータを、車輪速検出手段から得られる車両の駆動輪のタイヤの車輪速回転情報と、ＧＰＳ電波を受信するＧＰＳ装置から得られる車両の速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段として機能させる路面状態判定のプログラム。
17. 前記車輪速回転情報が、車輪速検出手段の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出される回転速度であり、該回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記車両の速度情報を読み込み、ついで該車両の速度情報から算出される車両速度と前記回転速度とから、スリップ率を演算するスリップ率演算手段、該スリップ率とＧＰＳ装置により算出された加速度との関係を用いて、走行中の路面の状態を判定する判定手段として機能させる請求項１６記載の路面状態判定のプログラム。
18. 一定時間間隔ごとに読み込んだ回転速度と車両の速度または加速度に、所定の個数の移動平均処理を施す移動平均処理手段として機能させる請求項１７記載の路面状態判定のプログラム。

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