JP2005059800A

JP2005059800A - 路面状態推定方法及び路面状態推定装置

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Publication number: JP2005059800A
Application number: JP2003295459A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Morinaga; 啓詩森永; Hidetoshi Yokota; 英俊横田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-19
Also published as: JP4554176B2

Abstract

【課題】制駆動や操舵といった動作が加わらない定常走行状態においても、外乱の影響を受けることなく、タイヤの接地している路面の状態を精度よく推定して、車両の走行安全性を向上させる。
【解決手段】タイヤトレッド部のタイヤ気室側に装着された二方向振動センサ１１により、タイヤ周方向の振動とタイヤ径方向の振動を検出するとともに、ピークレベル検出手段１４において、上記タイヤ周方向とタイヤ径方向の振動の接地開始点近傍あるいは接地終了点近傍における振動レベルのピーク値Ｐ_A，Ｐ_Bを検出し、路面摩擦係数推定手段１５にて、上記ピーク値Ｐ_A，Ｐ_Bとの比率であるピーク比率Ｒ＝Ｐ_A／Ｐ_Bを算出し、予め記憶手段１６に記憶されたピーク比率Ｒと路面摩擦係数μとの関係を示すマップ１６Ｍを用いて、上記算出されたピーク比率Ｒから路面摩擦係数μを推定するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行時のタイヤが接地している路面の状態を推定するための方法とその装置に関するものである。

自動車の走行安定性を高めるため、走行時のタイヤと路面との間の摩擦係数（路面摩擦係数）を精度良く推定し、車両制御へフィードバックすることが求められている。特に、制駆動や操舵といった危険回避の操作を起こす前に、予めタイヤの走行状態や路面摩擦係数を推定することができれば、例えば、ＡＢＳブレーキやこれを応用した車体姿勢制御装置のより高度な制御等が可能になり、安全性が一段と高まることが予想される。また、運転者に走行中の路面状態に起因する危険度を伝えるだけでも、運転者が早めの減速動作を行えるようになり、事故の減少が期待できる。
従来、路面摩擦係数を推定する方法としては、運転者がアクセル、あるいはブレーキを操作した結果として生じるスリップ率の変動に伴う車輪の加減速度の大小から路面摩擦係数を推定する方法（例えば、特許文献１参照）や、運転者がハンドルを操作した結果として生じるタイヤスリップ角の変動に伴うタイヤ発生力（コーナリングフォース）の大小から路面摩擦係数を推定する方法（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。

しかし、上記従来の方法では、いずれも、運転者が、制駆動や操舵といったある大きさ以上の運転操作を行なった時点ではじめてタイヤと路面間の摩擦係数を推定するようにしているため、運転者が一定速度で直進運動を行なっている状態（いわゆる、定常走行状態）においては路面の変化を推定することができず、したがって、定常走行状態において路面の状態が変わった直後には、上記変化に対応した車両制御ができないといった問題点があった。

一方、タイヤのトレッドブロックは、定常走行中、すなわち一定速回転中においても、接地開始点において路面と衝突して振動を発生するが、この振動の振動レベルやその周波数特性は路面摩擦係数により異なることから、タイヤやホイール、あるいはサスペンション部に振動センサを取付けて上記振動を検出してその振動レベルや周波数特性から路面摩擦係数を推定する方法が提案されている。
具体的には、走行中のタイヤや車両バネ下部の振動レベルの時間変化の波形を検出し、この波形の所定の位置、あるいは所定の時間範囲での振動レベルを算出したり、上記振動のデータを周波数分析して得られる振動スペクトルの所定の周波数帯域内での振動レベルを算出し、上記算出された振動レベルから路面摩擦係数を推定することにより、定常走行状態においても路面摩擦係数を推定することができる（例えば、特許文献３，４参照）。
特開平７−１１２６５９号公報特開平６−２５５５１０号公報国際公開第０１／９８１２３号パンフレット国際公開第０３／５３７４７号パンフレット

しかしながら、上記従来の方法では、定常走行状態においても路面摩擦係数のを推定することはできるものの、上記タイヤや車両バネ下部に伝達される振動は、車速や路面の凹凸などの外乱の影響を受け易いため、路面摩擦係数の推定精度が必ずしも十分とはいえなかった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、制駆動や操舵といった動作が加わらない定常走行状態においても、外乱の影響を受けることなく、タイヤの接地している路面の状態を精度良く推定して、車両の走行安全性を向上させることを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討の結果、走行中のタイヤもしくはホイールといった回転部、あるいは、サスペンションからハブ部までの非回転部に発生する振動の振動レベルの時間変化、あるいは、上記振動の特定周波数帯域における振動レベルがタイヤの周方向、径方向、及び、軸方向でそれぞれ特徴的に変化していることを把握した。そこで、上記タイヤやタイヤ周りの少なくとも二方向の振動を検出して比較することにより、タイヤの接地している路面状態を精度良く推定することができることを見出し本発明に到ったものである。
詳細には、タイヤのトレッドブロックは、定常走行中、すなわち一定速回転中には、接地開始点において路面と衝突し、タイヤ径方向、周方向、及び軸方向の力を受け、振動を発生する。このとき、路面摩擦係数が低ければ、接地開始点近傍において上記トレッドブロックの表面にはすべりが発生し、上記発生力が緩和される。この場合、すべりが発生するのは水平面内であるので、タイヤ周方向、あるいはタイヤ軸方向の振動レベルは低下傾向となるが、上下方向であるタイヤ径方向での影響は少ない。また、これらの振動レベルは車速や路面の凹凸によって変わるが、二方向の振動レベルを相対的に比較することにより、上記のような外乱の影響を抑えて路面摩擦係数を影響のみを抽出することが可能となる。
したがって、タイヤ周方向とタイヤ径方向、あるいはタイヤ軸方向とタイヤ径方向の振動レベルを連続的に比較することにより、路面の摩擦係数が急激に変わった際にその変化の度合を推定することができる。あるいは、予め振動レベルと路面摩擦係数との関係をマップ化しておくことにより、タイヤと路面との間の摩擦係数を正確に推定することが可能となる。

請求項１に記載の路面状態推定方法は、タイヤ、もしくはホイールのいずれか一方あるいは両方の少なくとも一つの部位において、少なくとも二方向の振動を検出し、上記各振動の予め設定された所定の時間域における振動レベルを比較して走行中の路面状態を推定するようにしたことを特徴とする。

請求項２に記載の路面状態推定方法は、請求項１に記載の路面状態推定方法において、上記検出する少なくとも二方向の振動が、タイヤ周方向（前後方向）の振動とタイヤ径方向（上下方向）の振動とを含むことを特徴とする。
また、請求項３に記載の路面状態推定方法は、請求項１に記載の路面状態推定方法において、上記検出する少なくとも二方向の振動が、タイヤ軸方向（左右方向）の振動とタイヤ径方向（上下方向）の振動とを含むことを特徴とする。
請求項４に記載の路面状態推定方法は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の路面状態推定方法において、上記振動の検出位置をタイヤトレッド部の空気室側、すなわち、インナーライナー部としたことを特徴とする。

請求項５に記載の路面状態推定方法は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の路面状態推定方法において、上記路面状態をタイヤと路面との間の摩擦係数（路面摩擦係数）としたことを特徴とする。
請求項６に記載の路面状態推定方法は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の路面状態推定方法において、上記路面状態を路面摩擦係数の変化の度合としたことを特徴とする。

また、請求項７に記載の路面状態推定方法は、タイヤ、もしくはホイールのいずれか一方あるいは両方の少なくとも一つの部位において、少なくとも二方向の振動を検出し、上記検出された振動データを周波数分析して上記各振動の特定周波数帯域における振動レベルを算出し、上記算出された各振動レベルを比較して走行中の路面状態を推定するようにしたことを特徴とする。
請求項８に記載の路面状態推定方法は、請求項７に記載の路面状態推定方法において、上記検出する少なくとも二方向の振動が、タイヤ周方向の振動とタイヤ径方向の振動とを含むことを特徴とする。
また、請求項９に記載の路面状態推定方法は、請求項７に記載の路面状態推定方法において、上記検出する少なくとも二方向の振動が、タイヤ軸方向の振動とタイヤ径方向の振動とを含むことを特徴とする。
請求項１０に記載の路面状態推定方法は、請求項７〜請求項９のいずれかに記載の路面状態推定方法において、上記振動の検出位置をタイヤトレッド部の空気室側、すなわち、インナーライナー部としたことを特徴とする。
請求項１１に記載の路面状態推定方法は、請求項７〜請求項１０のいずれかに記載の路面状態推定方法において、上記路面状態をタイヤと路面との間の摩擦係数（路面摩擦係数）としたことを特徴とする。
請求項１２に記載の路面状態推定方法は、請求項７〜請求項１０のいずれかに記載の路面状態推定方法において、上記路面状態を路面摩擦係数の変化の度合としたことを特徴とする。

請求項１３に記載の路面状態推定装置は、タイヤ、もしくはホイールのいずれか一方あるいは両方の少なくとも一つの部位に配設された、少なくとも二方向の振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段で検出された各方向の振動の、予め設定された所定の時間域における振動レベルを比較する手段と、上記比較結果に基づいて走行中の路面状態を推定する路面状態推定手段とを備えたものである。
請求項１４に記載の路面状態推定装置は、請求項１３に記載の路面状態推定装置において、上記振動検出手段を、タイヤ周方向の振動とタイヤ径方向の振動とを含む少なくとも二方向の振動を検出するように構成したものである。
また、請求項１５に記載の路面状態推定装置は、請求項１３に記載の路面状態推定装置において、上記振動検出手段を、タイヤ軸方向の振動とタイヤ径方向の振動とを含む少なくとも二方向の振動を検出するように構成したものである。
請求項１６に記載の路面状態推定装置は、請求項１３〜請求項１５のいずれかに記載の路面状態推定装置において、上記振動検出手段を、タイヤトレッド部の空気室側、すなわち、インナーライナー部に配設したものである。
請求項１７に記載の路面状態推定装置は、請求項１３〜請求項１６のいずれかに記載の路面状態推定装置において、上記路面状態推定手段の推定する路面状態をタイヤと路面との間の摩擦係数（路面摩擦係数）としたものである。
請求項１８に記載の路面状態推定装置は、請求項１３〜請求項１６のいずれかに記載の路面状態推定装置において、上記路面状態推定手段の推定する路面状態を路面摩擦係数の変化の度合としたものである。

また、請求項１９に記載の路面状態推定方法は、サスペンションからホイールを装着するハブ部との間の、少なくとも一つの非回転部位において、少なくとも二方向の振動を検出し、上記検出された振動データを周波数分析して上記各振動の特定周波数帯域における振動レベルを算出し、上記算出された各振動レベルを比較して走行中の路面状態を推定するようにしたことを特徴とする。
請求項２０に記載の路面状態推定方法は、請求項１９に記載の路面状態推定方法において、上記検出する少なくとも二方向の振動が車体前後方向の振動と上下方向の振動とを含むことを特徴とする。
請求項２１に記載の路面状態推定方法は、請求項１９に記載の路面状態推定方法において、上記検出する少なくとも二方向の振動が車体幅方向の振動と上下方向の振動とを含むことを特徴とする。

請求項２２に記載の路面状態推定装置は、サスペンションからホイールを装着するハブ部との間の、少なくとも一つの非回転部位に配設された、少なくとも二方向の振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段で検出された各方向振動データを周波数分析して上記各振動の特定周波数帯域における振動レベルを算出する手段と、上記算出された各振動レベルを比較する手段と、上記比較結果に基づいて走行中の路面状態を推定する路面状態推定手段とを備えたものである。
請求項２３に記載の路面状態推定装置は、請求項２２に記載の路面状態推定装置において、上記振動検出手段を、車体前後方向の振動と上下方向の振動とを含む少なくとも二方向の振動を検出するように構成したものである。
請求項２４に記載の路面状態推定装置は、請求項２２に記載の路面状態推定装置において、上記振動検出手段を、車体幅方向の振動と上下方向の振動とを含む少なくとも二方向の振動を検出するように構成したものである。

本発明によれば、タイヤ、もしくはホイールのいずれか一方あるいは両方の少なくとも一つの部位において、少なくとも二方向の振動を検出し、上記各振動の予め設定された所定の時間域における振動レベル、あるいは、上記各振動の特定周波数帯域における振動レベルを比較して走行中の路面状態を推定するようにしたので、制駆動や操舵といった動作が加わらない定常走行状態においても、タイヤの接地している路面状態を精度良く推定することができ、車両の走行安全性を向上させることができる。
また、サスペンションからホイールを装着するハブ部との間の、少なくとも一つの非回転部位において、少なくとも二方向の振動を検出し、上記各振動の特定周波数帯域における振動レベルを比較して走行中の路面状態を推定するようにしても、同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
最良の形態１．
図１は、本最良の形態１に係る路面状態推定装置１０の構成を示す機能ブロック図で、同図において、１１はタイヤ周方向の振動を検出する第１の振動検出手段１１ａとタイヤ径方向の振動を検出する第２の振動検出手段１１ｂとを一体に構成した二方向振動センサで、この二方向振動センサ１１は、図２に示すように、タイヤ２０のタイヤトレッド部２１のタイヤ気室２０Ｓ側、すなわち、インナーライナー２２側に、加硫時、あるいは、加硫後に装着される。１２は上記二方向振動センサ１１に取付けられ、上記二方向振動センサ１１で検出されたタイヤ周方向及びタイヤ径方向の振動の情報を送信するための送信機、１３は上記二方向振動センサ１１と送信機１２とに電力を供給するためのバッテリである。
また、１４は上記タイヤ周方向及びタイヤ径方向の振動の情報から、例えば、接地開始点、あるいは接地終了点などのある特定の時間域における上記タイヤ周方向の振動レベルのピーク値Ｐ_A及びタイヤ径方向の振動レベルのピーク値Ｐ_Bをそれぞれ算出するピークレベル検出手段、１５は上記検出された振動レベルのピーク値Ｐ_A及びピーク値Ｐ_Bの比率であるピーク比率Ｒ＝Ｐ_A／Ｐ_Bを算出するとともに、予め記憶手段１６に記憶されたピーク比率Ｒと路面摩擦係数（μ）との関係を示すマップ１６Ｍを用いて、上記算出されたピーク比率Ｒ＝Ｐ_A／Ｐ_Bから路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段である。

次に、上記構成の路面状態推定装置１０を用いて路面摩擦係数を推定する方法について説明する。
タイヤ２０が回転し、上記二方向振動センサ１１の設置された位置に対応するタイヤトレッド部２１が路面に接すると、上記二方向振動センサ１１の第１の振動検出手段１１ａはタイヤ２０に作用するタイヤ周方向の振動を検出し、第２の振動検出手段１１ｂはタイヤ径方向の振動を検出する。
図３（ａ），（ｂ）は、図２に示した二方向振動センサ１１を装着したタイヤ２０を搭載した車両を、車速６０ｋｍ／ｈｒでＤＲＹアスファルト路、及び、平滑な氷路をそれぞれ定常走行させたときの、上記第１の振動検出手段１１ａの検出したタイヤ周方向の振動レベルの時間変化の一例を示すグラフである。なお、試験に用いた車両は排気量１８００ｃｃのＦＦ駆動車で、タイヤサイズは１９５／６０Ｒ１５であり、左前輪に上記タイヤ２０を装着した。
上記検出されたタイヤ周方向の振動では、接地開始点近傍と接地終了点近傍でそれぞれ特徴的な振動レベルのピークが観測された。図３（ａ），（ｂ）のグラフから明らかなように、氷路においては、接地開始点近傍と接地終了点近傍の振動レベルのピーク値がＤＲＹアスファルト路でのピーク値よりも小さくなっていることが分かる。なお、グラフは省略するが、タイヤ径方向では、路面摩擦係数の低下、すなわち、すべりの発生に伴う振動レベル低下はない。

上記二方向振動センサ１１の第１の振動検出手段１１ａで検出されたタイヤ周方向の振動のデータと、上記第２の振動検出手段１１ｂで検出されたタイヤ径方向の振動のデータは、ともに送信機１２を介して、ピークレベル検出手段１４に送られ、このピークレベル検出手段１４において、接地開始点近傍あるいは接地終了点近傍におけるタイヤ周方向の振動レベルのピーク値Ｐ_Aとタイヤ径方向の振動レベルのピーク値Ｐ_Bがそれぞれ算出される。
路面摩擦係数推定手段１５では、上記ピーク値Ｐ_Aとピーク値Ｐ_Bとの比率であるピーク比率Ｒ＝Ｐ_A／Ｐ_Bを算出するとともに、予め記憶手段１６に記憶されたピーク比率Ｒと路面摩擦係数μとの関係を示すマップ１６Ｍを用いて、上記算出されたピーク比率Ｒから路面摩擦係数μを推定する。
上記マップ１６Ｍは、実験により、様々な路面における路面摩擦係数μと、タイヤ周方向の振動レベルのピーク値Ｐ_Aとタイヤ径方向の振動レベルのピーク値Ｐ_Bの比率であるピーク比率Ｒ＝Ｐ_A／Ｐ_Bとの関係を求めて作成したもので、このマップ１６Ｍを用いることにより、上記算出されたピーク比率Ｒから路面摩擦係数を推定することができる。
なお、上記二方向振動センサ１１の第１の振動検出手段１１ａで検出されたタイヤ周方向の振動のデータと、上記第２の振動検出手段１１ｂで検出されたタイヤ径方向の振動のデータから算出される上記ピーク値Ｐ_Aとピーク値Ｐ_Bには車速や路面の凹凸に起因する外乱が含まれているが、上記ピーク比率Ｒ＝Ｐ_A／Ｐ_Bを路面摩擦係数の推定に用いることにより上記外乱がキャンセルされるので、路面摩擦係数を精度良く推定することができる。

このように、本最良の形態１によれば、タイヤ２０のタイヤトレッド部２１のタイヤ気室２０Ｓ側に装着された二方向振動センサ１１により、タイヤ周方向の振動とタイヤ径方向の振動を検出し、ピークレベル検出手段１４において、上記タイヤ周方向とタイヤ径方向の振動の接地開始点近傍あるいは接地終了点近傍における振動レベルのピーク値Ｐ_A，Ｐ_Bを検出し、路面摩擦係数推定手段１５にて、上記ピーク値Ｐ_A，Ｐ_Bとの比率であるピーク比率Ｒ＝Ｐ_A／Ｐ_Bを算出するとともに、予め記憶手段１６に記憶されたピーク比率Ｒと路面摩擦係数（μ）との関係を示すマップ１６Ｍを用いて、上記算出されたピーク比率Ｒから路面摩擦係数を推定するようにしたので、車速や路面の凹凸のような外乱の影響を排除することができ、路面摩擦係数を精度良く推定することができる。

なお、上記最良の形態１では、タイヤ周方向とタイヤ径方向の振動の接地開始点近傍あるいは接地終了点近傍における振動レベルのピーク値Ｐ_A，Ｐ_Bを用いて路面摩擦係数を推定した場合について説明したが、タイヤ軸方向とそれに垂直な平面内の所定の方向、例えば、タイヤ径方向の振動データから得られた振動レベルのピーク値Ｐ_C，ピーク値Ｐ_Bを用いても、同様の効果を得ることができる。
また、上記例では、二方向振動センサ１１をタイヤ２０のタイヤトレッド部２１のタイヤ気室２０Ｓ側に装着したが、二方向振動センサ１１の装着位置はこれに限るものではなく、例えば、最も振動源に近いタイヤトレッド部２１のトレッドゴム内に埋設してもよい。この場合には、摩擦によるセンサ部の露出を避けるため、二方向振動センサ１１をできるだけでタイヤベルト層２３に近い位置に埋設する必要がある。但し、センサの耐久性を考慮すると、本例のように、タイヤトレッド部２１の内側の方が好ましい。
あるいは、上記二方向振動センサ１１をホイール３０に装着してもよい。この場合には、ホイール３０のリム部３１あるいはウエル部３２が好ましい。
更に、複数個の二方向振動センサ１１を周上に配置し、複数箇所におけるタイヤ周方向とタイヤ径方向の振動、あるいは、タイヤ軸方向とタイヤ径方向の振動を検出したり、タイヤ２０とホイール３０とにそれぞれ二方向振動センサ１１を周上に配置してタイヤ２０の振動とホイール３０の振動の両方を検出するようにすれば、路面摩擦係数の推定精度や応答性を更に向上させることができる。
また、上記例では、推定する路面状態を路面摩擦係数としたが、上記マップ１６Ｍに代えて、ピーク比率Ｒと路面摩擦係数の変化の度合との関係を示すマップを準備することにより、上記二方向振動センサ１１で検出された振動データから路面摩擦係数の変化の度合を推定することも可能である。

また、上記最良の形態１では、振動の接地開始点近傍あるいは接地終了点近傍などの、タイヤ周方向とタイヤ径方向の振動、あるいは、タイヤ軸方向とタイヤ径方向の振動の予め設定された所定の時間域における振動レベルを比較して走行中の路面状態を推定するようにしたが、上記検出された各振動データを周波数分析して得られた振動スペクトルの、タイヤ周りの固有振動数、例えば、４０〜６０Ｈｚ近傍のタイヤ接地固有振動や、回転一次周波数、回転一次周波数にタイヤブロック数を掛けたブロックピッチ成分周波数などの特定周波数帯域における振動レベルを比較しても、走行中の路面状態を推定することが可能である。あるいは、上記周波数帯域における二方向の伝達関数を求めてもよい。
なお、周波数分析を行う振動データは、１回転全てのデータを用いるか、あるいは、タイヤの路面との接地開始点近傍などの特定時間域だけ抽出したもののいずれであってもよい。

最良の形態２．
上記最良の形態１では、タイヤ２０あるいはホイール３０などの、回転部におけるタイヤ周方向とタイヤ径方向の振動、あるいは、タイヤ軸方向とタイヤ径方向の振動を検出して走行中の路面状態を推定するようにしたが、サスペンションからホイールを装着するハブ部との間の、少なくとも一つの非回転部位における、前後方向と上下方向を含む少なくとも二方向の振動を検出し、上記各振動の特定周波数帯域における振動レベルを比較しても、走行中の路面状態を推定することができる。

図４は、本最良の形態２に係る路面状態推定装置４０の構成を示す機能ブロック図で、同図において、４１はサスペンション部の前後方向の振動を検出する第１の振動検出手段４１ａと上下方向の振動を検出する第２の振動検出手段４１ｂとを一体に構成した二方向振動センサで、この二方向振動センサ４１は、図５に示すように、サスペンション部５０のシャフト５１に装着される。４４は上記検出された前後方向及び上下方向の振動データを周波数分析して、それぞれの振動の振動スペクトルを求め、この振動スペクトルの予め設定された特定周波数帯域における上下方向の振動レベルＡ_Zと前後方向の振動レベルＡ_Xとをそれぞれ算出するとともに、上記上下方向の振動レベルＡ_Zに対する前後方向の振動レベルＡ_Xである振動伝達レベルＫ＝（Ａ_X／Ａ_Z）を算出する振動伝達レベル算出手段、４５は予め記憶手段４６に記憶された振動伝達レベルＫと路面摩擦係数との関係を示すマップ４６Ｍを用いて、上記算出された振動伝達レベルＫから路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段である。

次に、上記構成の路面状態推定装置４０を用いて路面摩擦係数を推定する方法について説明する。
タイヤトレッド部２１から入力した振動は、ホイール３０からサスペンション部５０のシャフト５１に伝達され、上記二方向振動センサ４１の第１の振動検出手段４１ａは上記シャフト５１に作用する前後方向の振動を検出し、第２の振動検出手段４１ｂは上下方向の振動を検出する。
上記前後方向の振動のデータと上下方向の振動のデータは、ともに、図示しない信号ケーブルを介して振動伝達レベル算出手段４４に送られる。振動伝達レベル算出手段４４では、上記各振動のデータから振動スペクトルを求め、この振動スペクトルの予め設定された特定周波数帯域における前後方向の振動レベルＡ_xと上下方向の振動レベルＡ_zとを検出して、振動伝達レベルＫを算出する。路面摩擦係数推定手段４５では、予め記憶手段４６に記憶された振動伝達レベルＫと路面摩擦係数μとの関係を示すマップ４６Ｍを用いて、上記算出された振動伝達レベルＫから路面摩擦係数μを推定する。
なお、上記振動データを送る際には、上記信号ケーブルに代えて、上記最良の形態１と同様に、送信機を用い、無線にて送信するようにしてもよい。

図６は、サスペンション部５０に上記二方向振動センサ４１が設置された車両を、車速６０ｋｍ／ｈｒでＤＲＹアスファルト路、及び、平滑な氷路をそれぞれ定常走行させたときの、上記第１の振動検出手段４１ａの検出した前後方向の振動レベルＡ_xと、上記第１の振動検出手段４１ｂの検出した上下方向の振動レベルＡ_zとから得られた振動伝達レベルの周波数スペクトルの一例を示すグラフである。なお、試験に用いた車両は排気量１８００ｃｃのＦＦ駆動車で、タイヤサイズは１９５／６０Ｒ１５であり、左前輪サスペンション部に上記二方向振動センサ４１を装着した。
上記振動伝達レベルの周波数スペクトルには、固有振動周波数である５０Ｈｚ近傍、２０Ｈｚ近傍のピークと、回転一次周波数である９Ｈｚ近傍のピークが観測された。グラフから明らかなように、氷路においては、上記各ピークがＤＲＹアスファルト路でのピークに比べて小さくなっていることが分かる。したがって、実験により、様々な路面における路面摩擦係数μと上記振動伝達レベルとの関係を求めてマップ４６Ｍを作成し、このマップ４６Ｍを用いることにより、上記算出された振動伝達レベルから路面摩擦係数μを推定することができる。
また、上記最良の形態１と同様に、本例の路面状態推定装置４０を用いて路面摩擦係数μの変化の度合を推定することが可能である。
なお、上記振動伝達レベルを用いた場合でも、車速や路面の凹凸に起因する外乱はキャンセルされるので、路面摩擦係数、あるいは、路面摩擦係数の変化の度合を精度良く推定することができる。

図７は上記路面状態推定装置４０を用い、車速３０，４５，６０ｋｍ／ｈｒでＤＲＹアスファルト路、高圧雪路、及び、平滑な氷路をそれぞれ定常走行させたときの、上下方向振動に対する前後方向振動の４０〜７０Ｈｚにおける振動伝達レベルを算出したもので、試験に用いた車両は、排気量１８００ｃｃのＦＦ駆動車で、タイヤサイズは１９５／６０Ｒ１５であり、左前輪サスペンション部に上記二方向振動センサ４１を装着した。別途行った制動試験による各路面の摩擦係数は、アスファルト路で０．９、高圧雪路で０．３、氷路では０．１であった。図７から明らかなように、振動伝達レベルはタイヤと路面間の摩擦係数に応じて変化していることが確認できた。
なお、振動伝達レベルと路面摩擦係数との関係は車速に応じた傾きを有するが、タイヤ特性に応じて車速による補正を行えば、簡単に路面摩擦係数との対応づけを行うことができる。

なお、上記最良の形態１，２では、タイヤ周方向の振動とタイヤ径方向の振動の時間軸における振動レベルのピーク値Ｐ_A，Ｐ_Bの比であるピーク比率Ｒ＝Ｐ_A／Ｐ_B、あるいは、上下方向の振動と前後方向の振動の振動スペクトルにおける特定周波数帯域における振動レベルＡ_Z，Ａ_Xの比である振動伝達レベルＫ＝Ａ_Z／Ａ_Xを用いて路面状態を推定したが、各方向の振動レベルを比較する方法はこれに限るものではなく、例えば、前後方向の振動レベルＡ_Xと上下方向の振動レベルＡ_Zとの差を求めたり、上下方向の振動レベルＡ_Zを入力とみなし、前後方向の振動レベルＡ_Xを出力とみなしたときの伝達関数を求めるなど、他の方法を用いてもよい。

以上説明したように本発明によれば、定常状態においても、タイヤ挙動に基づき、タイヤと路面との間の摩擦係数を精度良く推定することができるので、上記情報を車両制御へフィードバックすることにより、車両の走行安定性を格段に向上させることができる。

本発明の最良の形態１に係る路面状態推定装置の構成を示す機能ブロック図である。二方向振動センサの装着位置の一例を示す図である。タイヤ周方向の振動レベルの時間変化を示す図である。本最良の形態２に係る路面状態推定装置の構成を示す機能ブロック図である。二方向振動センサの装着位置の一例を示す図である。サスペンション部における振動伝達レベルの振動スペクトルを示す図である。路面状態と振動伝達レベルの関係を示すグラフである。

符号の説明

１０路面状態推定装置、１１二方向振動センサ、１２送信機、
１３バッテリ、１４ピークレベル検出手段、１５路面摩擦係数推定手段、
１６記憶手段、１６Ｍマップ、２０タイヤ、２０Ｓタイヤ気室、
２１タイヤトレッド部、２２インナーライナー、２３タイヤベルト層、
３０ホイール、３１リム部、３２ウエル部。

Claims

タイヤ、もしくはホイールのいずれか一方あるいは両方の少なくとも一つの部位において、少なくとも二方向の振動を検出し、上記各振動の予め設定された所定の時間域における振動レベルを比較して走行中の路面状態を推定するようにしたことを特徴とする路面状態推定方法。
上記検出する少なくとも二方向の振動が、タイヤ周方向の振動とタイヤ径方向の振動とを含むことを特徴とする請求項１に記載の路面状態推定方法。
上記検出する少なくとも二方向の振動が、タイヤ軸方向の振動とタイヤ径方向の振動とを含むことを特徴とする請求項１に記載の路面状態推定方法。
上記振動の検出位置をタイヤトレッド部の空気室側としたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の路面状態推定方法。
上記路面状態を路面摩擦係数としたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の路面状態推定方法。
上記路面状態を路面摩擦係数の変化の度合としたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の路面状態推定方法。
タイヤ、もしくはホイールのいずれか一方あるいは両方の少なくとも一つの部位において、少なくとも二方向の振動を検出し、上記検出された振動データを周波数分析して上記各振動の特定周波数帯域における振動レベルを算出し、上記算出された各振動レベルを比較して走行中の路面状態を推定するようにしたことを特徴とする路面状態推定方法。
上記検出する少なくとも二方向の振動が、タイヤ周方向の振動とタイヤ径方向の振動とを含むことを特徴とする請求項７に記載の路面状態推定方法。
上記検出する少なくとも二方向の振動が、タイヤ軸方向の振動とタイヤ径方向の振動とを含むことを特徴とする請求項７に記載の路面状態推定方法。
上記振動の検出位置をタイヤトレッド部の空気室側としたことを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれかに記載の路面状態推定方法。
上記路面状態を路面摩擦係数としたことを特徴とする請求項７〜請求項１０のいずれかに記載の路面状態推定方法。
上記路面状態を路面摩擦係数の変化の度合としたことを特徴とする請求項７〜請求項１０のいずれかに記載の路面状態推定方法。
タイヤ、もしくはホイールのいずれか一方あるいは両方の少なくとも一つの部位に配設された、少なくとも二方向の振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段で検出された各方向の振動の、予め設定された所定の時間域における振動レベルを比較する手段と、上記比較結果に基づいて走行中の路面状態を推定する路面状態推定手段とを備えたことを特徴とする路面状態推定装置。
上記振動検出手段は、少なくともタイヤ周方向の振動とタイヤ径方向の振動とを検出することを特徴とする請求項１３に記載の路面状態推定装置。
上記振動検出手段は、少なくともタイヤ軸方向の振動とタイヤ径方向の振動とを検出することを特徴とする請求項１３に記載の路面状態推定装置。
上記振動検出手段を、タイヤトレッド部の空気室側に配設したことを特徴とする請求項１３〜請求項１５のいずれかに記載の路面状態推定装置。
上記路面状態を路面摩擦係数としたことを特徴とする請求項１３〜請求項１６のいずれかに記載の路面状態推定装置。
上記路面状態を路面摩擦係数の変化の度合としたことを特徴とする請求項１３〜請求項１６のいずれかに記載の路面状態推定装置。
サスペンションからホイールを装着するハブ部との間の、少なくとも一つの非回転部位において、少なくとも二方向の振動を検出し、上記検出された振動データを周波数分析して上記各振動の特定周波数帯域における振動レベルを算出し、上記算出された各振動レベルを比較して走行中の路面状態を推定するようにしたことを特徴とする路面状態推定方法。
上記検出する少なくとも二方向の振動が車体前後方向の振動と上下方向の振動とを含むことを特徴とする請求項１９に記載の路面状態推定方法。
上記検出する少なくとも二方向の振動が車体幅方向の振動と上下方向の振動とを含むことを特徴とする請求項１９に記載の路面状態推定方法。
サスペンションからホイールを装着するハブ部との間の、少なくとも一つの非回転部位に配設された、少なくとも二方向の振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段で検出された各方向振動データを周波数分析して上記各振動の特定周波数帯域における振動レベルを算出する手段と、上記算出された各振動レベルを比較する手段と、上記比較結果に基づいて走行中の路面状態を推定する路面状態推定手段とを備えたことを特徴とする路面状態推定装置。
上記振動検出手段は、少なくとも車体前後方向の振動と上下方向の振動とを検出することを特徴とする請求項２２に記載の路面状態推定装置。
上記振動検出手段は、少なくとも車体幅方向の振動と上下方向の振動とを検出することを特徴とする請求項２２に記載の路面状態推定装置。