JP2018205972A - 路面情報収集システム - Google Patents

Abstract

【課題】車格に応じて適切な路面情報を得ることができる路面情報収集システムを提供する。
【解決手段】路面情報収集システム１は、路面状況の基礎データを収集する第１の車両１０と、車両から無線通信を介して取得した基礎データを解析して路面情報を得るデータセンタ２０と、データセンタから配信された路面情報をナビゲーション表示に利用する第２の車両３０と、を含み、前記路面情報に第２の車両３０の車格情報を適用して、第２の車両への影響レベルを推定し、当該影響レベルを第２の車両３０のナビゲーション表示に反映させる機能を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信端末搭載車両を利用した路面情報収集システムに関する。

特許文献１には、車両走行に伴う振動データを収集して路面状況を推定し、ナビゲーション装置の画面表示等に反映させるようにすることが開示されている。路面の凹凸などを運転者に事前告知して対備を促すことで、走行の安全や積載貨物の保全を図るものである。

特開２０１０−２８７０４４号公報

しかし、車格が異なる車両が同じ路面を通過した場合、その振動振幅などの波形が異なるので、単に振動データを収集しても正確な路面状況は把握できない。特許文献１では、個々の車両の固有データを予め取得すれば、車両固有の標準偏差から路面状況を把握できるとしているが、個々の車両（車種）について速度毎の基本振動データを予め取得することは現実的ではない。

一方、収集されたデータを解析することにより特定された路面凹凸であっても、その凹凸レベルと車格との関係において、車両への大きな振動や衝撃が予測される場合と、その前後の区間と比較して特に運転者が留意する必要がない場合もあり得る。例えば、小型車両では徐行等を要する未舗装の道路の凹凸であっても、大型車では当該未舗装道路の一般的な凹凸レベルになる場合もあり、これらに一律に路面凹凸の警告を出すと、不必要な対応や不適格な対応を喚起することになりかねない。

本発明は、上記のような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、車格に応じて適切な路面情報を表示できる路面情報収集システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、路面状況の基礎データを収集する第１の車両と、前記車両から無線通信を介して取得した基礎データを解析して路面情報を得るデータセンタと、前記データセンタから配信された路面情報をナビゲーション表示に利用する第２の車両と、を含む路面情報収集システムであって、
前記路面情報に前記第２の車両の車格情報を適用して、前記第２の車両への影響レベルを推定し、当該影響レベルを前記第２の車両のナビゲーション表示に反映させる機能を備えている、路面情報収集システムにある。

本発明に係る路面情報収集システムは、上記のように、データセンタから配信された路面情報に当該車両の車格情報を適用して車両への影響レベルを推定し、ナビゲーション表示に反映させて表示可能であり、車格に応じて適切な路面情報を提示でき、走行の安全や積載貨物の保全に寄与できる。

本発明実施形態に係る路面情報収集システムを示すブロック図である。 本発明実施形態に係る路面情報収集システムを示す概略図である。 本発明実施形態に係る路面情報収集システムにおける平均化処理および正規化処理を示す概念図である。 本発明実施形態に係る路面情報収集システムにおける速度補正と平均化処理を示す概念図である。 車両に収集された基礎データ、データセンタに収集された路面基礎データ、および、解析済み路面情報のデータテーブルの例を示す図である。 本発明実施形態に係る路面情報収集システムにおける処理を示すフローチャートである。 ナビゲーション装置における路面情報の表示例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１および図２において、本発明に係る路面情報収集システム１は、路面状況の基礎データ２１ｄを収集する少なくとも１つの車両１０と、無線通信を介して取得した基礎データ２１ｄを解析して路面情報２４ｄを得るデータセンタ２０と、前記データセンタから配信された路面情報をナビゲーション表示に利用する少なくとも１つの車両３０を含む。

この車両３０は、基礎データの収集を行う機能を備えた車両１０であってもよいし、データ収集機能を備えない、専ら路面データの受信のみ行う車両であってもよい。当然ながら、データ収集機能を備えた車両１０が、同一地点を再び通過する際に（以前自車両から収集されたデータが反映された）路面データを受信する車両となる場合もある。以下の説明では、これらのような場合も含めて、便宜的に車両３０とする。

（データ収集車両側システム構成）
車両１０側のシステムは、車両位置検出手段１１、車両情報取得手段１２、振動検出手段１３、車格情報１４、基礎データ構成手段１５、送信手段１６などで構成される。

車両位置検出手段１１は、衛星測位システムを利用して現在の位置情報（経度、緯度、高度）を取得するＧＰＳ受信器であり、電波の受信から位置計算まで行う１チップのＧＰＳモジュールとしてナビゲーション装置３１に実装されているものを利用することもできる。

車両情報取得手段１２は、車両速度を取得する車速センサを含み、その他、操舵角センサなど、車両１０の走行状態に係るパラメータを取得する複数のセンサで構成され、これらは車両１０に通常備わる既存のセンサを利用することもできる。これらの検出値は車載ネットワーク（ＣＡＮ）を介して基礎データ構成手段１５に送られる。

振動検出手段１３は、路面状況を反映する車両走行時の上下方向の振動を検知するセンサを用いることができ、例えば、図２に示すように、左右前輪および左右後輪のサスペンション２，３に設けられた上下方向の加速度センサ１３ａ，１３ｂや、車体の上下方向の振動を検出する加速度センサ１３ｃなどで構成される。また、各車輪のタイヤ空気圧を検出する圧力センサを用いることもできる。振動データは、前記同様に基礎データ構成手段１５に送られる。前後左右の車輪やサスペンションごとにセンサを備えることで、路面凹凸が道路の片側のみに存在することを確実に検知できる。

車格情報１４は、振動検出手段１３の検出値の車格毎のばらつきを排除するためのパラメータであり、後述の基礎データ構成手段１５のＲＯＭ領域に数値化して記憶されており、排気量と車体サイズに基づく法令または慣用の車格や車両総重量をベースに数値化したものを用いることができる。それらに加えて、サスペンション形式やタイヤ規格（サイズ、偏平率）などの関与を考慮して数値化してもよい。

基礎データ構成手段１５は、路面情報収集システム１の車両側コントロールユニット（ＥＣＵ）であり、振動検出手段１３に検出された振動データを、車両位置検出手段１１に取得される振動検出時の車両位置、車両情報取得手段１２に取得される車両速度、および、車格情報１４と関連させた基礎データを構成する処理を行うＣＰＵ、データ収集やデータ構成のためのプログラムを記憶したＲＯＭ、一時記憶領域となるＲＡＭなどで構成される。

送信手段１６は、移動体通信網５０の基地局５１との間で無線通信を行い、基礎データ構成手段１５によって構成された基礎データをデータセンタ２０に送信するための無線通信端末である。なお、送信手段１６は、後述する受信手段１７と共に送受信端末として構成されても良い。

（データセンタ側システム構成）
次に、データセンタ２０側のシステムは、基礎データ受信部２１、データ処理部２２、データ解析部２３、路面情報データベース２４、および、路面情報配信部２５などで構成される。

基礎データ受信部２１は、車両１０側システムの送信手段１６より送信された基礎データ（図５に符号２１ｄで示す）を受信し、バッファ領域に一時記憶した後、位置情報に従って、路面情報データベース２４の路面基礎データテーブル２２ｄに格納する。この際、基礎データ２１ｄ（ステータス「未処理」）には、振動検出時の車両速度や、振動検出前後の減速や停止状況に従って、「通常」「要注意」「要注意仮設定」などのステータス情報が追加される。この点については後述する。

データ処理部２２は、路面基礎データ２２ｄに、位置情報に従って基礎データ２１ｄが追加されると（例えば、図５に示すように、路面基礎データ２２ｄを構成するテーブルの一番左側の列に新たに１台の車両の基礎データ２１ｄが追加されると）、ステータスが「通常」である場合に、当該基礎データ２１ｄに対して、振動データ（振幅）を車両速度（速度指数）で除算する平均化処理と、車格情報１４に対応した数値（車格指数）で除算する正規化処理を実施し、路面基礎データテーブル２２ｄを更新する。ステータスが「通常」以外の場合は、処理対象から除外し、基礎データ２１ｄを保留する。速度指数および車格指数については後述する。

データ解析部２３は、データ処理部２２で平均化処理および正規化処理を経た振動データから、路面状況の凹凸種別や凹凸レベルを解析し、路面情報データベース２４（データテーブル２４ｄ）を更新する。凹凸種別や凹凸レベルの解析については後述する。

路面情報データベース２４は、路面情報のもとになる位置毎の路面基礎データテーブル２２ｄと、路面基礎データテーブル２２ｄを解析して得られた路面情報データテーブル２４ｄ、および、地図情報データベース（不図示）などから構成され、データ処理部２２およびデータ解析部２３からアクセス可能にデータサーバに格納されている。

路面情報配信部２５は、路面情報データベース２４に格納された路面情報（２４ｄ）を車両側からの要求に応じて、あるいは、地図情報の更新と共に、移動体通信網５０を通じて当該車両１０または他の車両３０に配信する。

（データ受信車両側システム構成）
路面情報の受信および表示機能を備えた車両３０側のシステムは、受信手段３７（１７）およびナビゲーション装置３８（１８）で構成される。

受信手段３７（１７）は、データセンタ２０から配信される路面情報（２４ｄ）を受信するための無線通信端末であり、先述の通り、送信手段（１６）と共に送受信端末として構成されても良い。さらに、受信手段３７（１７）は、車格情報（車格指数）の保持手段、および、路面情報に基づいて振動レベルを推定する手段をさらに備えている。

車格情報の保持手段は、先述した車格情報１４の記憶手段（基礎データ構成手段１５のＲＯＭ領域）を利用しても良いし、受信手段３７またはナビゲーション装置３８側で初期設定できるようにしても良い。また、振動レベルの推定手段は、データセンタ２０から配信された路面データ（標準車格で正規化された凹凸レベル）に、前記保持手段に取得される自車両の車格指数を乗算して通過時の振動レベルを推定する。

受信手段３７（１７）は、上記のように自車両の車格情報が反映された路面情報を、ナビゲーション装置３８（１８）の地図表示画面に文字やアイコンなどでオーバーレイ表示する。また、ナビゲーション装置１８，３８によって、音声で案内しても良いし、路面情報を経路選定に利用することもできる。

（振動検出に基づく路面状況判別）
非舗装道路の場合、振動検出手段１３には不規則な振動が継続的に検出される。一方、舗装道路であっても、交通量の少ない山岳道路などでは、路面が損傷し易いうえ、補修工事の頻度も低いので、路面の凹凸が放置される場合があり、非舗装道路に比べて走行速度が高速な舗装道路では、突然現れる凹凸が運転や車両に及ぼす影響は大きい。

このような単発的な路面凹凸において、例えば、図２（ａ）に示されるように比較的平坦な道路に形成された凸部６を車両１０が通過する場合、先ず前輪２が凸部６に乗り上げることで加速度センサ１３ａの検出波形に振動ピーク６ａが検出され、次いで後輪３が凸部６に乗り上げることで加速度センサ１３ｂの検出波形に振動ピーク６ｂが検出される。これらの波形において、何れも車輪が凸部６を乗り越えた直後には瞬間的に荷重が減少しサスペンション（スプリング）が伸長するので、波形の谷が生じる。

一方、図２（ｂ）に示されるように比較的平坦な道路に形成された凹部７を車両１０′が通過する場合、前輪２が凹部７に進入する際に瞬間的に荷重が減少し、波形に谷を生じた後、前輪２が凹部７から脱出する際に凹部７の縁に突き当たることで検出波形に振動ピーク７ａが検出され、同様に後輪３が凹部７を通過する際にも小さな谷に続いてピーク７ｂが現れることになる。

このように、操舵による回避の有無や程度により検出レベルの差は生じるとしても、単発もしくは散発的な凹凸の場合、典型的な波形パターンから路面状況を推定できる。また、スピードブレーカのような同形状かつ等間隔の凹凸の場合は、前後の加速度センサ１３ａ，１３ｂに周期的な振動波形が検出される。

（振動データの平均化処理および正規化処理）
１台の車両１０が全ての道路を走行して振動データを収集すれば、確度の高い路面情報が得られるが、データ収集に長時間を要するので、データの更新頻度も少なくなる。一方、各地域に分散した多数の車両の振動データを収集すれば、比較的短期間で広範囲の路面情報が得られ、逐次データを更新できるが、検出データに車両毎の要件に起因したばらつきを生じることは否めない。

そこで、基礎データに対して、以下のように平均化および正規化処理を行うことで、車両毎の要件を排除して平均的な振動データを抽出することで、路面状況の推定精度と更新頻度の両立を図るようにしている。

例えば、図３（ａ）に示すように、同一地点で車格が小型車両１０Ａに分類される複数の振動データ、中型車両１０Ｂに分類される複数の振動データ、大型車両１０Ｃに分類される複数の振動データが取得されている場合に、それぞれの振動データを、振動検出時の車両速度（速度指数）で除算すると、図３（ｂ）に示すように、同じ車格毎に類似した振動データ６Ａ，６Ａ′，６Ａ″・・・、６Ｂ，６Ｂ′，６Ｂ″・・・、６Ｃ，６Ｃ′，６Ｃ″・・・が得られる。

次に、振動データ６Ａ，６Ａ′，６Ａ″・・・、６Ｂ，６Ｂ′，６Ｂ″・・・、６Ｃ，６Ｃ′，６Ｃ″・・・を車格１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ毎に平均化して、図３（ｃ）に示すように、車格１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ毎に１つの振動データ６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃを得る。この際、車格毎に標準偏差を求め、標準偏差の±２倍から外れる振動データは考慮しないものとする。

次に、車格１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ毎の振動データ６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃを、それぞれ、数値化された車格情報（車格指数）で除算することにより、振動データ６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃから車格差の影響が排除され、ほぼ等しい振動データが得られ、それらを平均化することにより、図３（ｄ）に示すように、当該地点の路面状況に対応して正規化された１つの振動データ６０が得られる。

このようにして得られた振動データ６０は、個々の振動データに対する速度差や個体差、車格差の影響が排除されているので、凹凸レベルを反映した一般的な指標となり、それらの振動パターンをもとに推定される凹凸種別（凸部、凹部、周期的連続した凸部、不規則に連続した凹凸など）と合わせて、路面情報データベース２４に格納される。

（基準速度を考慮した振動データの速度補正）
図４は、同一地点における同一車格（ここでは小型車両１０Ａ）での速度補正から平均化処理の概略を示している。図３では、便宜的に速度の時間軸への影響は省略したが、実際に検出される振動波形（図２の６ａ，６ｂ、７ａ，７ｂ）では、前輪２と後輪３に対応した２つのピークの間隔は速度と車格（ホイールベース）に応じて異なる。車格が同一であれば、振動波形の時間軸方向のスケールは速度に反比例する。

例えば、図４（ａ）において、中間的な車速の場合の振動波形６２に比較して、車速が相対的に遅い場合の振動波形６１は、ピークの間隔が広く（時間軸が長く）、ピークの振幅が小さい。逆に、中間的な車速の場合の振動波形６２に比較して、車速が相対的に早い場合の振動波形６３は、ピークの間隔が狭く（時間軸が短く）、ピークの振幅が大きい。

そこで、個々のサンプルにおける車両速度を基準速度（ここでは便宜上中間的な車速とする）で除算して基準速度に対する指数（速度指数＝速度／基準速度）とし、それぞれの振動波形６１〜６３に速度指数を適用（振幅に除算、時間軸に乗算）することにより、図４（ｂ）に示すように、基準速度によって時間軸および振幅が標準化された振動波形６１′，６２′，６３′が得られる。

上記のように基準速度によって標準化された振動波形６１′，６２′，６３′は、速度の影響が排除されているので、直ちに平均化を行うことで、図４（ｃ）に示すような振動波形６１″，６２″，６３″が得られ、基準速度の場合の振動波形６２″をもって平均化された図４（ｄ）の振動波形６０Ａ（＝６２″）が得られる。

なお、図３および図５では、同一地点に関して、既に全ての車格１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの複数の基礎データ（振動データＡ，６Ａ′，６Ａ″・・・、６Ｂ，６Ｂ′，６Ｂ″・・・、６Ｃ，６Ｃ′，６Ｃ″・・・）が取得されている場合について述べたが、最初の基礎データのみが取得された状況でも、基準速度による速度補正や平均化処理、車格指数による正規化処理は実施可能であり、以後、基礎データが追加される際に、それらの処理が実施され、路面情報データベース２４が更新される。

図５は、車両１０の基礎データ構成手段１５に収集され、データセンタ２０の基礎データ受信部２１に受信された基礎データ（データテーブル２１ｄ）が、位置ごとの解析用の路面基礎データテーブル２２ｄとして集積され、それに基づいて、路面情報のデータベース２４ｄが構成され、更新される過程を示している。

（基礎データの収集から路面情報の配信および表示までのフロー）
以上述べたような基礎データの収集から路面情報の配信および表示までの流れについて、図６を参照しながら整理する。

先ず、車両１０の加速度センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃに振動データが検出されると（ステップ１００）、この振動データ検出をトリガとして、基礎データ構成手段１５に、振動データと振動検出時の位置情報、車両速度、車格情報（車格指数）が関連付けられた基礎データが構成され（ステップ１１０）、送信手段１６より移動体通信網５０を介してデータセンタ２０に基礎データが送信される（１２０）。

データセンタ２０に基礎データが受信されると（２００）、先ず、車両速度が所定以上か否かなど、路面状況解析に不適格なデータを除去または保留するフィルタリング処理が実施され、次いでフィルタリング処理を経た基礎データに対して基準速度に対する速度指数を適用した上で平均化処理が実施され、さらに、車格情報に対応する車格指数で振幅を除算する正規化処理が実施される（ステップ２１０）。

次いで、上記処理を通じて取得された当該位置の路面の標準的な振動波形データが解析されることで、路面の舗装／非舗装、凹凸種別（凹部、凸部、連続性、規則性／不規則性、水溜りなど）、凹凸レベル（振幅）、操舵回避可否（凹凸の左右偏位と道路幅員）などが推定され（ステップ２２０）、路面情報データベース２４に格納され、路面情報データベース２４が更新される（ステップ２３０）。

一方、位置情報に基づいて地図情報を表示するナビゲーション装置３８を搭載した車両３０（データ収集車両１０も含む）において、ナビゲーション装置３８に案内されるかまたは選択可能な経路に、上述した振動データ検出位置が含まれるようになると、当該車両３０からの路面情報要求に応じてオンデマンドで、当該位置に係る路面情報データがデータセンタ２０から配信される（２３０）。

車両３０の受信手段３７に、当該車両３０の位置情報と関連して、路面の舗装／非舗装、凹凸種別、凹凸レベル（振幅）、操舵回避可否などの路面情報データが受信されると（３００）、受信した路面情報における路面凹凸レベルに、当該車両３０の車格情報（車格指数）が適用され（ステップ３１０）、路面凹凸レベルが当該車両３０において検出されると推定されるレベルで、ナビゲーション装置３８に表示される（ステップ３２０）。

また、当該車両３０の車格情報を反映した画面表示のみならず、車格情報（車格指数）を適用して推定した振動レベルに応じて、ナビゲーションされる経路が変更されるようにすることもできる。例えば、小型車両では操舵回避が可能な路面凹凸であっても、道路幅員が狭く大型車両では操舵回避が困難であるような場合や、逆に、大型車両では、徐行して直進通過可能な凹凸レベルであっても、車輪サイズや最低地上高が小さい小型車両では通過困難な場合などが該当する可能性がある。また、運転者が、経路案内に路面状況を優先するか所要時間を優先するか、あるいはその優先度などを予め設定し、運転者の好みが経路案内に反映されるようにしても良い。

図７は、ナビゲーション装置１８への表示例を示している。現在地点８０から分岐点８１を経由して目的地８５に向かう際に、最短の道路８２が案内されるケースにおいて、途中の地点８６，８７に路面凹凸がアイコンでオーバーレイ表示されることで、運転者は事前に路面凹凸の存在を把握でき、徐行や操舵回避などの対応が可能となる。

また、地点８６，８７の路面凹凸の程度と車格との関係如何によっては、代替ルートとして道路８３，８４が案内されるようにすることもできる。その場合、路面凹凸のアイコン表示の存在によって、運転者は距離が長く高低差の大きいルートが代替ルートとして案内されている事情を容易に理解することができる。

以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。

１ 路面情報収集システム
２，３ サスペンション
６ 凸部
７ 凹部
８ マップ（ナビゲーション装置表示部）
１０，１０′，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，３０ 車両
１１ 車両位置検出手段
１２ 車両情報取得手段
１３ 振動検出手段
１４ 車格情報
１５ 基礎データ構成手段
１６ 送信手段
１７，３７ 受信手段
１８，３８ ナビゲーション装置
２０ 路面情報収集装置
２１ 基礎データ受信部
２２ データ処理部
２３ データ解析部
２４ 路面情報データベース
２５ 路面情報配信部
５０ 移動体通信網

Claims (5)

1. 路面状況の基礎データを収集する第１の車両と、前記車両から無線通信を介して取得した基礎データを解析して路面情報を得るデータセンタと、前記データセンタから配信された路面情報をナビゲーション表示に利用する第２の車両と、を含む路面情報収集システムであって、
   前記路面情報に前記第２の車両の車格情報を適用して、前記第２の車両への影響レベルを推定し、当該影響レベルを前記第２の車両のナビゲーション表示に反映させる機能を備えている、路面情報収集システム。
2. 前記影響レベルを前記第２の車両でナビゲーションされる経路の選定に反映させる機能をさらに備えている、請求項１に記載の路面情報収集システム。
3. 前記第２の車両は、前記データセンタから配信された路面情報の凹凸レベルに当該車両の車格情報を反映させて、前記第２の車両の振動レベルを推定し、当該振動レベルを前記第２の車両のナビゲーション表示に反映させる機能をさらに備えている、請求項１または２に記載の路面情報収集システム。
4. 前記第１の車両は、位置検出手段と、速度を含む車両情報取得手段と、振動検出手段と、前記振動検出手段に検出された振動データを、車両位置、車両速度、および、車格情報と関連させた基礎データを構成する基礎データ構成手段と、を備え、
   前記データセンタは、前記基礎データから車両速度および車格の影響を排除するデータ処理部と、前記データ処理部にて処理したデータを解析して路面情報を得るデータ解析部と、前記路面情報を車両に向けて配信する手段と、を備えている、
   請求項３記載の路面情報収集システム。
5. 前記データ処理部は、前記振動データに、車両速度を基準速度で除算した速度指数を適用する平均化処理と、車格に対応した車格指数で振幅を除算する正規化処理を実施する機能を含み、
   前記第２の車両は、前記データセンタから配信された路面情報の凹凸レベルに当該車両の車格指数を乗算する機能を含む、
   請求項４記載の路面情報収集システム。

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