JP2020159988A

JP2020159988A - 路面判定装置

Info

Publication number: JP2020159988A
Application number: JP2019062285A
Authority: JP
Inventors: 吾一小林; Goichi Kobayashi; 正容齊藤; Masayasu Saito
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: US20200307603A1; JP7335713B2; US11613260B2

Abstract

【課題】簡単な構成によりタイヤの滑りが生じていない状況でも路面状態を判定可能な路面判定装置を提供する。【解決手段】路面判定装置を、車体又はタイヤから車体に振動を伝達する振動伝達部材の加速度を検出する加速度検出部１０と、加速度検出部が検出する加速度から所定の周波数帯域の成分を抽出して積算して得た判定値を用いて路面の状態を判定する路面判定部２０とを備える構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、車両が走行する路面の状態を判定する路面判定装置に関する。

自動車等の車両が走行する路面の状態を判別し、各種車両制御に反映させたり、低摩擦係数の路面に進入した際にドライバ等のユーザに注意を喚起させたりすることが要望されている。
路面状態の検出、判定に関する従来技術として、例えば、特許文献１には、車輪速信号の振動成分を抽出し、抽出された振動成分の共振強度に基づいて路面μ勾配を推定する路面μ勾配推定装置が記載されている。
特許文献２には、サスペンションのばね下の上下方向の加速度に基づいて予め設定された複数の周波数領域におけるパワースペクトル密度を算出し、路面状態が予め特定された複数種の道路を走行時に求めた各周波数領域のパワースペクトル密度に対応するニューラルネットの重み係数と、実際の道路の走行時に求められたパワースペクトル密度とに基づいて、路面状態が複数種の道路のいずれに該当するかを判定する路面判定装置が記載されている。
特許文献３には、タイヤ内面歪の時間変化の波形を演算し、タイヤ踏面以外で計測したタイヤ内面歪の平均値であるベースライン歪値と、タイヤ踏面内で計測したタイヤ内面歪との差である歪変位量に基づいて路面摩擦係数の推定値を演算する路面摩擦係数推定装置が記載されている。

特開２００３−２６１０１７号公報特開平６−１３５２１４号公報特許第４７０３８１７号公報

上述した従来の路面状態推定は、例えば旋回中や加減速時といった、タイヤの横滑り、縦スリップ率が生じたときに路面状態推定を行うロジックとなっている。
このため、車速がほぼ一定の状態での直進走行時においては、タイヤの横滑り、縦スリップ率が生じないため、路面状態推定を行うことができない。
さらに、従来の路面状態推定は、車両のばね下側で推定に必要なパラメータを取得することが必要であり、センサの配置やセンサ出力配線の引き回しなど、装置構成が複雑となり、実用車両への実装は困難である。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、簡単な構成によりタイヤの滑りが生じていない状況でも路面状態を判定可能な路面判定装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、車体又はタイヤから車体に振動を伝達する振動伝達部材の加速度を検出する加速度検出部と、前記加速度検出部が検出する加速度から所定の周波数帯域の成分を抽出して積算して得た判定値を用いて路面の状態を判定する路面判定部とを備えることを特徴とする路面判定装置である。
請求項２に係る発明は、車体又はタイヤから車体に振動を伝達する振動伝達部材に作用する作用力を検出する作用力検出部と、前記作用力検出部が検出する作用力から所定の周波数帯域の成分を抽出して積算して得た判定値を用いて路面の状態を判定する路面判定部とを備えることを特徴とする路面判定装置である。
これらの各発明によれば、タイヤから車体に伝達される振動、作用力の周波数分布の変化を検出することにより、タイヤのスリップが実質的に生じないほぼ一定車速の直進状態であっても、簡単な装置構成により適切に路面の状態を判別することができる。

請求項３に係る発明は、前記路面判定部は、前記判定値が所定の閾値より大きい場合に圧雪路であると判定し、前記判定値が前記閾値より小さい場合に氷盤路であると判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の路面判定装置である。
これによれば、圧雪路と氷盤路とで路面の平滑さが異なる特徴を利用して、これらを適切に判別することができる。

請求項４に係る発明は、前記所定の周波数帯域が２０乃至１００Ｈｚであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の路面判定装置である。
これによれば、一般的な構造の車両において、圧雪路と氷盤路との判別を適切に行うことができる。

請求項５に係る発明は、車両の氷雪路走行状態を判別する氷雪路判別部を備え、前記路面判定部は、前記氷雪路走行状態が判別された場合にのみ路面の状態を判定することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の路面判定装置である。
これによれば、平滑な舗装路を走行した際に氷盤路等であると誤判定することを防止できる。

請求項６に係る発明は、前記氷雪路判別部は、自車両前方の路面を撮像した画像に基づいて氷雪路走行状態を判別することを特徴とする請求項５に記載の路面判定装置である。
これによれば、例えば運転支援などに用いられる撮像装置の画像を用いることにより、簡単な構成により適切に氷雪路走行状態を判別することができる。

以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成によりタイヤの滑りが生じていない状況でも路面状態を判定可能な路面判定装置を提供することができる。

本発明を適用した路面判定装置の第１実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。第１実施形態の路面判定装置の動作を示すフローチャートである。本発明を適用した路面判定装置の第２実施形態が設けられる車両のフロントサスペンションの外観斜視図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明を適用した路面判定装置の第１実施形態について説明する。
第１実施形態の路面判定装置は、例えば、乗用車等の自動車に設けられ、車両が走行中の路面の状態を判別するものである。

図１は、第１実施形態の路面判定装置の構成を模式的に示すブロック図である。
路面判定装置１は、上下加速度センサ１０、路面状態判定ユニット２０、環境認識ユニット３０、車速センサ４１、舵角センサ４２、前後加速度センサ４３等を有して構成されている。

上下加速度センサ１０は、サスペンション装置を介して車輪が取り付けられる車体の一部に設けられ、装着部位における上下方向の加速度を検出する加速度検出部である。
上下加速度センサ１０は、例えば、車体のフロア部に沿って設けられた梁状の構造部材であるクロスメンバ等に取り付けられる。
上下加速度センサ１０の出力は、路面状態判定ユニット２０に伝達される。

路面状態判定ユニット２０は、上下加速度センサ１０の出力に基づいて、自車両が走行している路面の状態を判別する路面判定部である。
路面状態判別ユニット２０は、フィルタ手段２１、積算手段２２、直進状態判定部２３を有する。

フィルタ手段２１は、上下加速度センサ１０の出力から所定の周波数帯域の成分を抽出するバンドパスフィルタである。
フィルタ手段２１は、例えば、チェビシェフフィルタを有する構成とすることができる。
積算手段２２は、フィルタ手段２１が出力するフィルタ処理後の加速度を、所定の時間にわたって積算するものである。
直進状態判定部２３は、車両が例えばほぼ一定の車速において直進する状態であるか否かを判別するものである。
路面状態判定ユニット２０の機能については、後に詳しく説明する。

環境認識ユニット３０は、自車両周囲の環境を認識するものである。
環境認識ユニット３０は、例えば、運転支援制御や自動運転制御において用いるため、自車両前方の道路の車線形状や、障害物等を検出する機能を有する。

環境認識ユニット３０には、自車両前方の路面を含む領域を撮像する撮像装置３１が設けられる。
撮像装置３１として、例えば、車幅方向に離間して配置された一対のカメラを有するステレオカメラ装置を用いることができる。

車速センサ４１は、例えば、車輪の回転速度に比例する周波数の車速信号を発生し、車両の走行速度（車速）の検出に利用されるものである。
舵角センサ４２は、車両の前輪を操向するステアリング装置における舵角（ステアリングホイールの回転角）を検出するものである。
前後加速度センサ４３は、車体に作用する前後方向の加速度を検出するものである。
前後加速度センサ４３は、例えば、上述した上下加速度センサ１０と一体化したユニットとして設けることができる。

以下、第１実施形態の路面判定装置の動作について説明する。
図２は、第１実施形態の路面判定装置の動作を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。

＜ステップＳ０１：定速直進走行判断＞
路面状態判定ユニット２０の直進状態判定部２３は、車速センサ４１、舵角センサ４２、前後加速度センサ４３の出力に基づいて、車両がほぼ一定車速での直線走行状態であるか否かを判別する。
具体的には、車速センサ４１が検出する車速Ｖが所定値（例えば、２０ｋｍ／ｈ）以上であり、かつ、舵角センサ４２が検出する舵角（ステアリングホイール角）δが所定範囲内（例えば、−５ｄｅｇ≦δ≦５ｄｅｇ）であり、かつ、前後加速度センサ４３が検出する前後加速度Ｇ_Ｘが所定範囲以内（例えば、−５ｍ／ｓ^２≦Ｇ_Ｘ≦５ｍ／ｓ^２）である場合に、直進走行状態であると判定する。
直進走行状態が判定された場合はステップＳ０２に進み、その他の場合はステップＳ０１を繰り返す。

＜ステップＳ０２：氷雪路判定＞
路面状態判定ユニット２０は、環境認識ユニット３０からの情報に基づいて、現在自車両が走行している路面が氷盤路、圧雪路を含む氷雪路であるか否かを判別する。
例えば、撮像装置３１が撮像した画像において、自車両走行車線に相当する箇所の画素の平均輝度値が所定の閾値以上であった場合に、氷雪路であると判定することができる。
環境認識ユニット３０、撮像装置３１は、車両の氷雪路走行状態を判定する氷雪路判定部である。
氷雪路であると判定された場合はステップＳ０３に進み、その他の場合はステップＳ０７に進む。

＜ステップＳ０３：加速度フィルタ処理・積算値算出＞
路面状態判定ユニット２０のフィルタ手段２１は、上下加速度センサ１０の出力値から所定の周波数帯域の成分を抽出する。
例えば、フィルタ手段２１は、２０乃至１００Ｈｚの成分を抽出する構成とすることができる。
積算手段２２は、フィルタ手段２１によるバンドパスフィルタ処理後の加速度の絶対値を、所定時間（例えば、１秒）にわたって積算する。
路面状態判定ユニット２０は、この積算値を判定値とする。
その後、ステップＳ０４に進む。

＜ステップＳ０４：判定値を閾値と比較＞
路面状態判定ユニット２０は、ステップＳ０３において算出した判定値を、予め設定された閾値と比較する。
判定値が閾値以上である場合はステップＳ０５に進み、その他の場合はステップＳ０６に進む。

＜ステップＳ０５：圧雪路判定＞
路面状態判定ユニット２０は、現在走行中の路面が圧雪路であると判定する。
その後、一連の処理を終了（リターン）する。

＜ステップＳ０６：氷盤路判定＞
路面状態判定ユニット２０は、現在走行中の路面が、圧雪路に対して比較的平滑である氷盤路であると判定する。
この場合、圧雪路に対して通常は摩擦係数が低下することから、路面状態判定ユニット２０は、図示しないインジケータ等を利用してドライバ等のユーザに注意喚起する。
また、路面状態判定ユニット２０からの信号に応じて、例えば車体挙動安定化制御、トラクションコントロール制御、ＡＷＤトランスファクラッチの締結力制御などの制御を変更してもよい。
さらに、自動運転制御を行う車両の場合には、目標走行ライン、目標車速などからなる自動運転シナリオを変更する構成としてもよい。
その後、一連の処理を終了する。

＜ステップＳ０７：舗装路判定＞
路面状態判定ユニット２０は、現在走行中の路面が舗装路であると判定する。
その後、一連の処理を終了する。

以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）上下加速度センサ１１０を用いて、タイヤから車体に伝達される振動の周波数分布の変化を検出することにより、タイヤのスリップが実質的に生じないほぼ一定車速の直進状態であっても、簡単な装置構成により適切に路面の状態を判別することができる。
（２）上下加速度センサ１０の出力から所定の周波数成分を抽出し、積算して得た判定値が閾値以上であるときに圧雪路であると判定し、それ以外の場合に氷盤路であると判定することにより、圧雪路と氷盤路とで路面の平滑さが異なる特徴を利用して、これらを適切に判別することができる。
（３）フィルタ手段により２０乃至１００Ｈｚの周波数成分を抽出して判定値を求めることにより、一般的な構造の車両において、圧雪路と氷盤路との判別を適切に行うことができる。
（４）撮像装置を用いて氷雪路走行状態が判別された場合にのみ車体の上下加速度を用いた路面状態の判定を行うことにより、平滑な舗装路を走行した際に氷盤路等であると誤判定することを防止できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用した路面判定装置の第２実施形態について説明する。
上述した第１実施形態と同様の箇所には同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
第２実施形態の路面判定装置は、第１実施形態における上下加速度センサ１０に代えて、前輪を操向するステアリング装置１６０のタイロッド１６２の軸力を検出する軸力センサ１６４を設け、軸力の所定の周波数帯域の成分を抽出して所定時間にわたって積算し、判定値とするものである。

図３は、第２実施形態が設けられる車両のフロントサスペンションの外観斜視図である。
図３においては、フロントサスペンションを車体下方の斜め前方側から見た状態を示している。
サスペンション装置１００は、ハウジング１１０、クロスメンバ１２０、ロワアーム１３０、ストラット１４０、スタビライザ１５０、ステアリング装置１６０等を有して構成されている。

ハウジング（ナックル）１１０は、車輪を回転可能に支持するハブベアリングが収容される部材である。
ハウジング１１０の上端部は、ストラット１４０の下端部に設けられたブラケットに締結されている。
ハウジング１１０の下端部は、ロワアーム１３０の端部と、ボールジョイント１３１を介して回動可能に連結されている。
ハウジング１１０は、車両前方に突出したナックルアーム１１１を有する。
ナックルアーム１１１は、タイロッド１６２と接続され、ハウジング１１０に転舵方向の力を入力する部分である。

クロスメンバ１２０は、車体のフロントサイドフレーム下部に取り付けられ、車幅方向に沿って延在する構造部材である。
クロスメンバ１２０は、ロワアーム１３０、スタビライザ１５０、ステアリング装置１６０の車体側の取付箇所となる。

ロワアーム１３０は、クロスメンバ１２０を含む車体及びハウジング１１０に対してそれぞれ揺動（回動）可能に連結されたサスペンションアーム（トランスバースリンク）である。
ロワアーム１３０の車体側の端部は、前後一対の弾性体ブッシュを介して、車両前後方向にほぼ沿った軸回りに回動可能となっている。
ロワアーム１３０の車幅方向外側の端部は、ボールジョイント１３１を介してハウジング１１０に連結されている。

ストラット１４０は、油圧式緩衝器であるショックアブソーバ（ダンパ）と、これと並列に配置されたコイルスプリングとをユニット化したものである。
ストラット１４０の上端部は、図示しないトップマウントを介して、車体に形成されたストラットタワーの上部に締結されている。
トップマウントには、ストラット１４０の本体が転舵時にハウジング１１０とともに回動することを許容するベアリングが設けられている。

スタビライザ１５０は、リンク１５１を介してロワアーム１３０に連結され、左右のサスペンションリンクを連結するスタビライザバーを有し、左右のサスペンションのストローク差が発生した場合に、これを抑制する方向の力を発生するアンチロール装置である。

ステアリング装置１６０は、左右のハウジング１１０及びストラット１４０を所定のキングピン軸（ストラット１４０のトップマウントベアリングとロワアーム１３０のボールジョイント１３１とを結んだ軸）回りに回動させ、車両の操向を行うものである。
ステアリング装置１６０は、ステアリングギアボックス１６１、タイロッド１６２等を有する。

ステアリングギアボックス１６１は、ドライバによるステアリング操作や、自動運転制御による転舵指令に応じて、車幅方向に並進する図示しないステアリングラックを有する。
タイロッド１６２は、ステアリングラックの端部と、ハウジング１１０のナックルアーム１１１とを連結し、ステアリングラック推力をハウジング１１０に伝達するとともに、ハウジング１１０側からタイヤ反力をステアリングラックに伝達する部材である。
タイロッド１６２の車幅方向外側の端部は、ボールジョイント１６３を介してハウジング１１０のナックルアーム１１１に連結されている。

タイロッド１６２の中間部には、例えばロードセルやひずみゲージを利用して、タイロッドに作用する軸力を検出する軸力センサ１６４が設けられている。
軸力センサ１６４は、タイヤから車体に振動を伝達する振動伝達部材であるタイロッド１６２に作用する力を検出する作用力検出部である。
第２実施形態においては、第１実施形態の上下加速度センサ１０に代えて、軸力センサ１６４の出力にバンドパスフィルタ処理を行い、積算して判定値を求めている。
なお、フィルタ処理により抽出する周波数帯域は、上述した第１実施形態と同等とすることができる。
以上説明した第２実施形態においても、上述した第１実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）路面判定装置、サスペンション装置、及び、これらが設けられる車両の構成は、上述した各実施形態に限らず、適宜変更することができる。
例えば、第１実施形態においては、上下加速度センサを車体のフロア部のクロスメンバに設けており、第２実施形態においては軸力センサ（作用力センサ）をタイロッドに設けているが、各センサを設ける箇所はこれらに限定されず、車輪リム（ホイール）、サスペンションアーム、フロア部以外の車体など、タイヤから車体に振動を伝達する部材のなかで適宜変更することが可能である。
（２）各実施形態ではセンサが検出した車体上下加速度、タイロッド軸力から例えば２０乃至１００Ｈｚの成分を抽出して判定に利用しているが、抽出する周波数帯域は、車両の振動伝達特性等に応じて適宜変更することが可能である。また、その出力を積算する時間も特に限定されない。
（３）各実施形態では、撮像装置を用いた画像処理により氷雪路判定を行っているが、氷雪路判定を行う手法はこれに限らず、適宜変更することができる。
例えば、通信手段により道路情報や気象情報を取得したり、外気温が所定以下の状態でドライバ等のユーザがＡＷＤ制御モードのうち悪路モード、氷雪路モード等を選択した場合に氷雪路判定を成立させてもよい。

１路面判定装置１０上下加速度センサ
２０路面状態判定ユニット２１フィルタ手段
２２積算手段２３直進状態判定部
３０環境認識ユニット３１撮像装置
４１車速センサ４２舵角センサ
４３前後加速度センサ
１００サスペンション装置１１０ハウジング
１１１ナックルアーム１２０クロスメンバ
１３０ロワアーム１３１ボールジョイント
１４０ストラット１５０スタビライザ
１５１リンク１６０ステアリング装置
１６１ステアリングギアボックス１６２タイロッド
１６３ボールジョイント１６４軸力センサ

Claims

車体又はタイヤから車体に振動を伝達する振動伝達部材の加速度を検出する加速度検出部と、
前記加速度検出部が検出する加速度から所定の周波数帯域の成分を抽出して積算して得た判定値を用いて路面の状態を判定する路面判定部と
を備えることを特徴とする路面判定装置。
車体又はタイヤから車体に振動を伝達する振動伝達部材に作用する作用力を検出する作用力検出部と、
前記作用力検出部が検出する作用力から所定の周波数帯域の成分を抽出して積算して得た判定値を用いて路面の状態を判定する路面判定部と
を備えることを特徴とする路面判定装置。
前記路面判定部は、前記判定値が所定の閾値より大きい場合に圧雪路であると判定し、前記判定値が前記閾値より小さい場合に氷盤路であると判定すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の路面判定装置。
前記所定の周波数帯域が２０乃至１００Ｈｚであること
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の路面判定装置。
車両の氷雪路走行状態を判別する氷雪路判別部を備え、
前記路面判定部は、前記氷雪路走行状態が判別された場合にのみ路面の状態を判定すること
を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の路面判定装置。
前記氷雪路判別部は、自車両前方の路面を撮像した画像に基づいて氷雪路走行状態を判別すること
を特徴とする請求項５に記載の路面判定装置。