JP2021109541A - 路面の状態の判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の走行中に路面の状態を安定的に判定する。【解決手段】タイヤのスリップ比と車両の駆動力との線形関係を表す回帰係数として、駆動力に対するスリップ比の傾きを算出し、傾きに基づいて、路面の状態を判定する。路面の状態の判定時において駆動力のばらつきが一定値以上と判断される場合、路面の状態の判定時及びそれよりも前のスリップ比及び駆動力の多数のデータセットに基づいて、傾き及び切片を算出する。路面の状態の判定時においてばらつきが一定値以上でないと判断される場合、路面の状態の判定時におけるスリップ比及び駆動力のデータセットと、既出の切片とに基づいて、傾きを算出する。【選択図】図３

Description

本発明は、車両が走行する路面の状態を判定する判定装置、方法及びプログラムに関する。

走行中の車両に装着されたタイヤのスリップ比を把握することは、車両の走行を制御する上で重要となる。スリップ比は、例えば（駆動輪の速度−車体速度）／車体速度と定義することができ、タイヤのスリップのし易さを表す。スリップ比は、路面の状態（タイヤの滑り易さ）に依存するため、走行中にスリップ比を判定することで、走行中の路面の状態を判定し、これが車両の走行の制御に用いられることがある。路面の状態の情報は、例えば、ドライバーへの警報や、ブレーキシステムの制御に用いることができる。スリップ比は、車両の駆動力（又は、車両の加速度）と線形関係にあり、例えば、この関係を表す回帰係数（傾き）に応じて路面の状態を判定することができる（例えば、特許文献１及び２等）。回帰係数は、走行中に時々刻々変化するスリップ比と、同じく走行中に時々刻々変化する駆動力（加速度）との多数のデータセットから算出することができる。

特開２００２−２７４３５７号公報 特開２００２−３６２３４５号公報

しかし、スリップ比と駆動力との関係を表す以上の回帰係数は、例えば、下り坂において一定速で走行している期間のように、駆動力が余り変化していない期間のデータセットから算出される場合、妥当な値とはならない可能性が高い。よって、このような期間においては、路面の状態を正しく判定できなくなる虞がある。

本発明は、車両の走行中に路面の状態を安定的に判定することが可能な判定装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１観点に係る判定装置は、車両が走行する路面の状態を判定する判定装置であって、前記車両に装着されたタイヤの回転速度を順次取得する回転速度取得部と、順次取得される前記回転速度に基づいて、前記タイヤのスリップ比を順次算出するスリップ比算出部と、前記車両の駆動力を順次取得する駆動力取得部と、前記スリップ比と前記駆動力との線形関係を表す回帰係数として、前記駆動力に対する前記スリップ比の傾きを算出する傾き算出部と、前記傾きに基づいて、前記路面の状態を判定する判定部とを備える。前記傾き算出部は、前記路面の状態の判定時において前記駆動力のばらつきが一定値以上と判断される場合、前記路面の状態の判定時及びそれよりも前の前記スリップ比及び前記駆動力の多数のデータセットに基づいて、前記傾きを算出するとともに、前記線形関係を表す別の回帰係数として切片を算出する。前記路面の状態の判定時において前記ばらつきが前記一定値以上でないと判断される場合、前記路面の状態の判定時における前記スリップ比及び前記駆動力のデータセットと、既出の前記切片とに基づいて、前記傾きを算出する。

本発明の第２観点に係る判定装置は、第１観点に係る判定装置であって、前記傾き算出部は、前記路面の状態の判定時において前記ばらつきが前記一定値以上と判断される場合、逐次的に又はバッチ処理により前記傾きを算出する。

本発明の第３観点に係る判定装置は、第１観点又は第２観点に係る判定装置であって、前記傾き算出部は、前記路面の状態の判定時において前記ばらつきが前記一定値以上でないと判断される場合であって、当該駆動力の絶対値が一定値以上と判断される場合に、前記路面の状態の判定時における前記スリップ比及び前記駆動力と、既出の前記切片とに基づいて、前記傾きを算出する。

本発明の第４観点に係る判定装置は、第１観点から第３観点のいずれかに係る判定装置であって、前記判定部は、前記路面の状態の判定時において前記駆動力の前記ばらつきが前記一定値以上でないと判断される場合、前記路面の状態の判定時における前記スリップ比及び前記駆動力のデータセットと既出の前記切片とに基づいて算出された前記傾きと、既出の前記傾きとを重みを付けて合成した傾きに応じて、前記路面の状態を判定する。

本発明の第５観点に係る判定方法は、車両が走行する路面の状態を判定する判定方法であって、以下のことを含む。また、本発明の第６観点に係る判定プログラムは、車両が走行する路面の状態を判定する判定プログラムであって、以下のことをコンピュータに実行させる。
・前記車両に装着されたタイヤの回転速度を順次取得すること
・順次取得される前記回転速度に基づいて、前記タイヤのスリップ比を順次算出することと、前記車両の駆動力を順次取得すること
・前記スリップ比と前記駆動力との線形関係を表す回帰係数として、前記駆動力に対する前記スリップ比の傾きを算出すること
・前記傾きに基づいて、前記路面の状態を判定すること

また、前記傾き算出することは、以下のことを含む。
・前記路面の状態の判定時において前記駆動力のばらつきが一定値以上と判断される場合、前記路面の状態の判定時及びそれよりも前の前記スリップ比及び前記駆動力の多数のデータセットに基づいて、前記傾きを算出するとともに、前記線形関係を表す別の回帰係数として切片を算出すること
・前記路面の状態の判定時において前記ばらつきが前記一定値以上でないと判断される場合、前記路面の状態の判定時における前記スリップ比及び前記駆動力のデータセットと、既出の前記切片とに基づいて、前記傾きを算出すること

以上の観点によれば、路面の状態の判定時において駆動力のばらつきが一定値以上と判断される場合には、路面の状態の判定時及びそれよりも前のスリップ比及び駆動力の多数のデータセットに基づいて、スリップ比と駆動力との関係を表す回帰係数（傾き及び切片）が算出される。このような場合には、駆動力が十分にばらついているため、スリップ比及び駆動力の多数のデータセットに基づき、両者の関係を表す回帰係数（傾き）として、路面の状態を判定するための妥当な値を算出することができる。一方で、路面の状態の判定時において駆動力のばらつきが一定値以上でないと判断される場合、言い換えると、駆動力が余り変化していない場合には、路面の状態の判定時におけるスリップ比及び駆動力のデータセットと、既出の切片とに基づいて、傾きが算出される。切片、すなわち、駆動力がゼロのときのスリップ比は、路面の状態にかかわらず概ね一定となる。よって、十分にばらつきのある駆動力についての多数のデータセットが得られない場合でも、このような切片に基づいて、路面の状態を判定するための妥当な回帰係数（傾き）の値を算出することができる。以上の結果、回帰係数（傾き）に基づいて、車両の走行中に路面の状態を安定的に判定することができる。

第１実施形態に係る判定装置としての制御ユニットが車両に搭載された様子を示す模式図。 第１実施形態に係る制御ユニットの電気的構成を示すブロック図。 第１実施形態に係るスリップ比及びこれに基づく路面の状態の判定処理の流れを示すフローチャート。 スリップ比と車両の旋回半径との関係を表すグラフ。 駆動力に対するスリップ比の傾きと横方向加速度との関係を表すグラフ。 スリップ比と駆動力との関係を表すグラフ。 第２実施形態に係るスリップ比及びこれに基づく路面の状態の判定処理の流れを示すフローチャート。 スリップ比の別の定義による駆動力に対するスリップ比の傾きと横方向加速度との関係を表すグラフ。 スリップ比の別の定義による駆動力に対するスリップ比の傾きと横方向加速度との関係を表すグラフ。 実施形態の効果の評価結果を示すグラフ。 実施形態の効果の別の評価結果を示すグラフ。 実施形態の効果のさらに別の評価結果を示すグラフ。

以下、図面を参照しつつ、本発明の幾つかの実施形態に係る判定装置、方法及びプログラムについて説明する。

＜１．第１実施形態＞
＜１−１．判定装置の構成＞
図１は、本実施形態に係る判定装置としての制御ユニット２が車両１に搭載された様子を示す模式図である。車両１は、四輪車両であり、左前輪ＦＬ、右前輪ＦＲ、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲを備えている。車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲには、それぞれ、タイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RRが装着されている。本実施形態に係る車両１は、フロントエンジン・フロントドライブ車（ＦＦ車）であり、前輪タイヤＴ_FL，Ｔ_FRが駆動輪タイヤであり、後輪タイヤＴ_RL，Ｔ_RRが従動輪タイヤである。制御ユニット２は、走行中のタイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RRの回転速度の情報に基づいて、走行中のタイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RRのスリップのし易さを表すスリップ比Ｓを判定し、スリップ比Ｓに基づいて、車両１が走行する路面の状態を判定する。なお、ここでいう路面の状態とは、タイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RRの滑り易さである。路面の状態の情報は、様々な用途に応用することができ、例えば、車両の走行を制御する各種制御や、路面の状態についての道路マップの作成等に用いることができる。車両の走行を制御する各種制御には、例えば、ハイドロプレーニング等についてのドライバーへの警報、ブレーキシステムの制御、車間距離の制御等が含まれる。

車両１のタイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RR（より正確には、車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲ）には、各々、車輪速センサ６が取り付けられており、車輪速センサ６は、自身の取り付けられた車輪に装着されたタイヤの回転速度（すなわち、車輪速）Ｖ１〜Ｖ４を検出する。Ｖ１〜Ｖ４は、それぞれ、タイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RRの回転速度である。車輪速センサ６としては、走行中の車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲの車輪速を検出できるものであれば、どのようなものでも用いることができる。例えば、電磁ピックアップの出力信号から車輪速を測定するタイプのセンサを用いることもできるし、ダイナモのように回転を利用して発電を行い、このときの電圧から車輪速を測定するタイプのセンサを用いることもできる。車輪速センサ６の取り付け位置も、特に限定されず、車輪速の検出が可能である限り、センサの種類に応じて、適宜、選択することができる。車輪速センサ６は、制御ユニット２に通信線５を介して接続されている。車輪速センサ６で検出された回転速度Ｖ１〜Ｖ４の情報は、リアルタイムに制御ユニット２に送信される。

車両１には、車両１の加速度αを検出する加速度センサ７が取り付けられている。加速度センサ７としては、車両１の加速度αを検出できる限り、その構造も取り付け位置も特に限定されない。加速度センサ７は、制御ユニット２に通信線５を介して接続されている。加速度センサ７で検出された加速度αの情報は、回転速度Ｖ１〜Ｖ４の情報と同様、リアルタイムに制御ユニット２に送信される。

また、車両１には、車両１に加わる横方向加速度γを検出する横方向加速度センサ４が取り付けられている。横方向加速度γとは、車両１の旋回時に、旋回外側に向かって車両１に作用する遠心加速度である。横方向加速度センサ４としては、横方向加速度γを検出できる限り、その構造も取り付け位置も特に限定されない。横方向加速度センサ４は、制御ユニット２に通信線５を介して接続されている。横方向加速度センサ４で検出された横方向加速度γの情報は、回転速度Ｖ１〜Ｖ４及び加速度αの情報と同様、リアルタイムに制御ユニット２に送信される。

また、車両１には、車両１のヨーレートωを検出するヨーレートセンサ８が取り付けられている。ヨーレートωとは、車両１の旋回時の鉛直軸周りの回転角速度である。ヨーレートセンサ８としては、例えば、コリオリ力を利用してヨーレートを検出するタイプのセンサを用いることができるが、ヨーレートωを検出できる限り、その構造も取り付け位置も特に限定されない。ヨーレートセンサ８は、制御ユニット２に通信線５を介して接続されている。ヨーレートセンサ８で検出されたヨーレートωの情報は、回転速度Ｖ１〜Ｖ４、加速度α及び横方向加速度γの情報と同様、リアルタイムに制御ユニット２に送信される。

図２は、制御ユニット２の電気的構成を示すブロック図である。制御ユニット２は、車両１に搭載されており、図２に示されるとおり、Ｉ／Ｏインターフェース１１、ＣＰＵ１２、ＲＯＭ１３、ＲＡＭ１４、及び不揮発性で書き換え可能な記憶装置１５を備えている。Ｉ／Ｏインターフェース１１は、車輪速センサ６、加速度センサ７、横方向加速度センサ４、ヨーレートセンサ８及び表示器３等の外部装置との通信を行うための通信装置である。ＲＯＭ１３には、車両１の各部の動作を制御するためのプログラム９が格納されている。ＣＰＵ１２は、ＲＯＭ１３からプログラム９を読み出して実行することにより、仮想的に回転速度取得部２１、駆動力取得部２２、横方向加速度取得部２３、旋回半径取得部２４、スリップ比算出部２５、関係特定部２６、補正部２７、傾き算出部２８及び判定部２９として動作する。各部２１〜２９の動作の詳細は、後述する。記憶装置１５は、ハードディスクやフラッシュメモリ等で構成される。なお、プログラム９の格納場所は、ＲＯＭ１３ではなく、記憶装置１５であってもよい。ＲＡＭ１４及び記憶装置１５は、ＣＰＵ１２の演算に適宜使用される。

表示器３は、ユーザ（主として、ドライバー）に警報を含む各種情報を出力することができ、例えば、液晶表示素子、液晶モニター、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等、任意の態様で実現することができる。表示器３の取り付け位置は、適宜選択することができるが、例えば、インストルメントパネル上等、ドライバーに分かりやすい位置に設けることが好ましい。制御ユニット２がカーナビゲーションシステムに接続される場合には、カーナビゲーション用のモニターを表示器３として使用することも可能である。表示器３としてモニターが使用される場合、警報はモニター上に表示されるアイコンや文字情報とすることができる。

＜１−２．スリップ比及びこれに基づく路面の状態の判定処理＞
以下、図３を参照しつつ、走行中のタイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RRのスリップ比Ｓを判定し、これに基づき車両１が走行する路面の状態を判定する判定処理について説明する。この判定処理は、車両１の電気系統に電源が投入されている間、繰り返し実行される。

ステップＳ１では、回転速度取得部２１が、走行中のタイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RRの回転速度Ｖ１〜Ｖ４を取得する。回転速度取得部２１は、所定のサンプリング周期における車輪速センサ６からの出力信号を受信し、これを回転速度Ｖ１〜Ｖ４に換算する。

ステップＳ２では、駆動力取得部２２が、車両１の加速度αを取得する。駆動力取得部２２は、所定のサンプリング周期における加速度センサ７からの出力信号を受信し、これを加速度αに換算する。

ステップＳ３では、横方向加速度取得部２３が、車両１に加わる横方向加速度γを取得する。横方向加速度取得部２３は、所定のサンプリング周期における横方向加速度センサ４からの出力信号を受信し、これを横方向加速度γに換算する。

ステップＳ４では、旋回半径取得部２４が、車両１のヨーレートωを取得する。旋回半径取得部２４は、所定のサンプリング周期におけるヨーレートセンサ８からの出力信号を受信し、これをヨーレートωに換算する。旋回半径取得部２４は、車体速度をヨーレートωで除することにより、車両１の旋回半径Ｒを取得する。車体速度は、従動輪の速度で近似することができるため、例えば、Ｒ＝（Ｖ３＋Ｖ４）／２ωとして算出することもできる。車体速度は、加速度αを積分することにより算出することもできる。

次のステップＳ５では、スリップ比算出部２５が、回転速度Ｖ１〜Ｖ４に基づいて、スリップ比Ｓを算出する。本実施形態では、スリップ比Ｓは、（駆動輪の速度−車体速度）／車体速度として算出され、車体速度として、従動輪の速度が用いられる。より具体的には、本実施形態では、スリップ比Ｓは、左輪と右輪との間で回転速度を平均化し、以下のとおり算出される。
Ｓ＝｛（Ｖ１＋Ｖ２）−（Ｖ３＋Ｖ４）｝／（Ｖ３＋Ｖ４）

次のステップＳ６では、ステップＳ５で算出されたスリップ比Ｓと、ステップＳ２で取得された加速度αに基づく車両１の駆動力Ｆに対し、測定誤差を除去するためのフィルタリングが行われる。なお、車両１の駆動力Ｆは、ステップＳ２で取得された加速度αから適宜算出することができる。

連続して実行されるステップＳ１〜Ｓ６において取得される回転速度Ｖ１〜Ｖ４、加速度α、横方向加速度γ、ヨーレートω、旋回半径Ｒ、並びにフィルタリングされたスリップ比Ｓ及び駆動力Ｆのデータは、同時刻又は概ね同時刻に取得されたデータセットとして取り扱われ、ＲＡＭ１４又は記憶装置１５に保存される。図３に示すとおり、ステップＳ１〜Ｓ６は、繰り返し実行されるため、以上のデータセットは、順次取得される。ステップＳ６の後、このようなデータセットがＮ１個（Ｎ１≧２）溜まると、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７とこれに続くステップＳ８は、一度だけ実行される。ステップＳ７及びステップＳ８が一度実行された後は、ステップＳ１〜Ｓ６の後、ステップＳ９に移行する。

ステップＳ７では、関係特定部２６が、ステップＳ４で算出された旋回半径Ｒと、ステップＳ６でフィルタリングされたスリップ比Ｓとの多数のデータセットに基づいて、旋回半径Ｒとスリップ比Ｓとの関係を表す関係情報を特定する。この関係情報は、以後のスリップ比Ｓの補正（ステップＳ９）に用いられる。詳しくは後述するが、本実施形態では、路面の状態は、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係に基づいて判定される。しかし、車両１の旋回中は、車両１が同じ状態の路面を走行している場合でも、直進時と比べてスリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係が変化するため、路面の状態を正しく判定できなくなり得る。旋回中は、左右のタイヤに軌道差（経路差）が生じ、この軌道差の影響により、スリップ比Ｓが直進時から変化するからである。よって、ここでは、スリップ比Ｓに基づく安定した各種制御を実現するべく、スリップ比Ｓから、旋回中の左右の軌道差により生じる影響がキャンセルされる。

旋回中の左右の軌道差は、旋回半径Ｒに依存し、旋回半径Ｒとスリップ比Ｓとの間には、一定の関係が成立する。本発明者が行った実験によれば、スリップ比Ｓは、図４に示すように、概ね旋回半径Ｒの逆数の二次関数で表される。ステップＳ７では、関係特定部２６が、このような旋回半径Ｒとスリップ比Ｓとの関係を表す関係情報として、下式の係数ａ₁、ｂ₁及びｃ₁を特定する。
Ｓ＝ａ₁（１／Ｒ）²＋ｂ₁（１／Ｒ）＋ｃ₁

係数ａ₁、ｂ₁及びｃ₁は、ＲＡＭ１４又は記憶装置１５に保存されているスリップ比Ｓ及び旋回半径Ｒの多数のデータセットに基づいて算出され、例えば、最小二乗法等の方法で算出される。

なお、旋回半径Ｒの逆数とスリップ比Ｓとの関係を表す放物線の頂点は、直進時に対応し、図４に示すとおり、概ねスリップ比Ｓを表す縦軸に重なる。言い換えると、ｂ₁は概ね０である。よって、ここでは、下式に従って、関係情報として、係数ａ₁及びｃ₁のみを特定することもできる。
Ｓ＝ａ₁（１／Ｒ）²＋ｃ₁

次のステップＳ８では、関係特定部２６が、ステップＳ３で取得された横方向加速度γと、ステップＳ６でフィルタリングされたスリップ比Ｓ及び駆動力Ｆとの多数のデータセットに基づいて、横方向加速度γと駆動力Ｆとスリップ比Ｓとの関係を表す関係情報を特定する。この関係情報も、以後のスリップ比Ｓの補正（ステップＳ１０）に用いられる。上記のとおり、車両１の旋回中は、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係が変化するため、路面の状態を正しく判定できなくなり得る。そして、旋回中、この線形関係は、左右の軌道差のみならず、車体の左右方向の荷重移動の影響によっても、直進時から変化する。このような荷重移動の影響によっても、スリップ比Ｓが直進時から変化するからである。よって、ここでは、スリップ比Ｓに基づく安定した各種制御を実現するべく、スリップ比Ｓから、旋回中の左右方向の荷重移動により生じる影響がキャンセルされる。

旋回中の左右方向の荷重移動は、横方向加速度γに依存し、横方向加速度γと、駆動力Ｆに対するスリップ比Ｓの傾きｆ₁との間には、一定の関係が成立する。本発明者が行った実験によれば、傾きｆ₁は、図５に示すように、概ね横方向加速度γの二次関数で表される。ステップＳ８では、関係特定部２６が、このような横方向加速度γと駆動力Ｆとスリップ比Ｓとの関係を表す関係情報として、下式の係数ａ₂、ｂ₂、ｃ₂及びｆ₂を特定する。なお、ｆ₂は、駆動力Ｆに対するスリップ比Ｓの切片であり、後述する通り、概ね一定値である。
Ｓ＝ｆ₁Ｆ＋ｆ₂＝（ａ₂γ²＋ｂ₂γ＋ｃ₂）Ｆ＋ｆ₂

係数ａ₂、ｂ₂、ｃ₂及びｆ₂は、スリップ比Ｓ、駆動力Ｆ及び横方向加速度γの多数のデータセットに基づいて算出され、例えば、最小二乗法等の方法で算出される。また、横方向加速度γの範囲を任意の範囲に区切り、各範囲でスリップ比Ｓと駆動力Ｆとの一次回帰を行い、回帰係数ｆ₁及びｆ₂を算出した後、各範囲で横方向加速度γの平均値及び傾きｆ₁の平均値を算出し、これらの平均値に基づき、ガウスの消去法により、係数ａ₂、ｂ₂及びｃ₂を特定することもできる。

ステップＳ８が終了すると、ステップＳ１に戻り、再度ステップＳ１〜Ｓ６が繰り返される。図３に示すとおり、ステップＳ７及びＳ８が一度実行され、旋回半径Ｒとスリップ比Ｓとの関係情報ａ₁、ｂ₁及びｃ₁、並びに横方向加速度γと駆動力Ｆとスリップ比Ｓとの関係情報ａ₂、ｂ₂及びｃ₂が特定された後は、ステップＳ１〜Ｓ６が１回ずつ実行される度に、これに続いてステップＳ９〜Ｓ１７が繰り返し実行される。

ステップＳ９では、補正部２７が、旋回半径Ｒとスリップ比Ｓとの関係を表す関係情報ａ₁、ｂ₁及びｃ₁と、最新のステップＳ４で取得された旋回半径Ｒとに基づいて、最新のステップＳ６で取得されたスリップ比Ｓを補正する。以上のとおり、スリップ比Ｓは、旋回半径Ｒの逆数の二次関数で表される。よって、補正部２７は、下式に従って、スリップ比Ｓから、補正時の旋回半径Ｒの逆数を二乗した値に係数ａ₁を乗じた値を減算することにより、スリップ比Ｓを補正する。
Ｓ＝Ｓ−ａ₁（１／Ｒ）²
なお、下式によって、スリップ比Ｓから、補正時の旋回半径Ｒの逆数に係数ｂ₁を乗じた値をさらに減算することにより、スリップ比Ｓを補正してもよい。
Ｓ＝Ｓ−ａ₁（１／Ｒ）²−ｂ₁（１／Ｒ）

以上の補正式によれば、図４に示すとおり、実質的に（１／Ｒ）＝０のときに、すなわち、直進時に換算したスリップ比Ｓを算出することができ、スリップ比Ｓから左旋回及び右旋回による軌道差の影響がキャンセルされる。

次のステップＳ１０では、補正部２７が、横方向加速度γとスリップ比Ｓとの関係を表す関係情報ａ₂、ｂ₂及びｃ₂と、最新のステップＳ３で取得された横方向加速度γと、最新のステップＳ６で取得された駆動力Ｆとに基づいて、ステップＳ９で取得されたスリップ比Ｓをさらに補正する。以上のとおり、スリップ比Ｓは、傾きをｆ₁とする駆動力Ｆの一次関数で表され、傾きｆ₁は、横方向加速度γの二次関数で表される。よって、補正部２７は、下式に従って、補正時の横方向加速度γを二乗した値に係数ａ₂を乗じた値と、補正時の横方向加速度γに係数ｂ₂を乗じた値と、ｃ₂との和を算出し、当該和と補正時の駆動力Ｆとの積を算出し、当該積をステップＳ９で取得されたスリップ比Ｓから減算することにより、スリップ比Ｓをさらに補正する。
Ｓ＝Ｓ−ｆ₁Ｆ＝Ｓ−（ａ₂γ²＋ｂ₂γ＋ｃ₂）Ｆ

なお、ｂ₂も概ね０となるため、下式に従ってスリップ比Ｓを補正してもよい。
Ｓ＝Ｓ−（ａ₂γ²＋ｃ₂）Ｆ

以上の補正式によれば、直進時に換算したスリップ比Ｓを算出することができ、スリップ比Ｓから左旋回及び右旋回による左右方向の荷重移動の影響がキャンセルされる。

以後のステップＳ１１〜Ｓ１７では、以上のとおりに補正されたスリップ比Ｓに基づいて、路面の状態（タイヤの滑り易さ）が判定される。本実施形態では、路面の状態は、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの関係に基づき、判定される。スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの間には、図６に示すような線形関係が成り立ち、駆動力Ｆに対するスリップ比Ｓの傾きｆ₁は、路面の状態に応じて変化する。従って、ここでは、これまでに取得されたスリップ比Ｓ及び駆動力Ｆのデータセットに基づいて、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係を表す回帰係数（傾きｆ₁）を算出し、これに応じて路面の状態が判定される。

回帰係数は、スリップ比Ｓ及び駆動力Ｆの多数のデータセットに基づき算出することができる。ただし、多数のデータセットに基づいて回帰係数を正しく算出するためには、データセットのばらつきが一定値以上であることが望ましい。しかし、例えば、下り坂において一定速で走行している期間のように、駆動力Ｆが余り変化していない期間においては、データセットにばらつきが余り見られない。よって、本実施形態では、路面の状態の判定時における駆動力Ｆのばらつきの程度に応じて、異なる方法で回帰係数（傾きｆ₁）が判定される。

ステップＳ１１では、傾き算出部２８は、路面の状態の判定時である現在において、駆動力Ｆのばらつきが一定値以上であるか否かを判断する。本実施形態では、直近の所定の期間に取得された多数の駆動力Ｆの値の幅及び分散が算出され、これらがそれぞれ所定の閾値以上である場合には、ばらつきが一定値以上であると判断され、ステップＳ１２に進む。一方、多数の駆動力Ｆの値の幅及び分散の少なくとも一方がそれぞれ所定の閾値よりも小さい場合には、ばらつきが一定値以上でないと判断され、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１２では、傾き算出部２８は、路面の状態の判定時である現在及びそれよりも前の所定の期間におけるスリップ比Ｓ及び駆動力Ｆの多数のデータセットに基づいて、下式に示されるスリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係を表す回帰係数ｆ₁及びｆ₂を算出する。
Ｓ＝ｆ₁Ｆ＋ｆ₂

回帰係数ｆ₁及びｆ₂は、例えば、最小二乗法等の方法で算出することができる。このとき、回帰係数ｆ₁及びｆ₂は、スリップ比Ｓ及び駆動力Ｆの多数のデータセットに基づいて、逐次的に算出されてもよいし、バッチ処理により算出されてもよい。本実施形態では、好ましい例として、逐次最小二乗法が用いられる。ステップＳ１２では、多数のデータセットに含まれる駆動力Ｆが十分にばらついているため、このような多数のデータセットに基づき、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係を表す回帰係数ｆ₁及びｆ₂を正しく算出することができる。

一方、ステップＳ１３及びそれに続くステップＳ１４〜Ｓ１６は、直近の所定の期間において駆動力Ｆのばらつきが一定値以上でないと判断される場合、言い換えると、駆動力Ｆが余り変化していない場合に実行される。このような場合には、直近の期間の多数のデータセットから回帰係数ｆ₁及びｆ₂を算出したとしても、それらの回帰係数ｆ₁及びｆ₂は、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係を表す妥当な値とはならない可能性がある。しかし、このような場合であっても、切片ｆ₂が既出である場合には、妥当な線形関係を表す回帰係数ｆ₁を算出することが可能である。

具体的に説明すると、図６に示すように、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係は、路面の状態によって変化するものの、変化するのは傾きｆ₁のみである。つまり、切片ｆ₂、すなわち、駆動力Ｆ＝０のときのスリップ比Ｓは、路面の状態にかかわらず概ね一定となる。よって、十分にばらつきのある駆動力Ｆについての多数のデータセットが得られない場合でも、このような切片ｆ₂が既出であれば、路面の状態の判定時における少なくとも１つのデータセット（Ｆ，Ｓ）に基づき、妥当な傾きｆ₁を算出することができる。そのため、ステップＳ１３では、傾き算出部２８は、切片ｆ₂が既出であるか否かを判断し、切片ｆ₂が既出である場合には、ステップＳ１４に進む。一方、切片ｆ₂が既出でない場合には、現在時刻における路面の状態の判定（ステップＳ１７）を省略し、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ１４では、傾き算出部２８は、路面の状態の判定時である現在の駆動力Ｆの絶対値が一定値以上であるか否かを判断し、一定値以上と判断される場合には、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、傾き算出部２８は、路面の状態の判定時である現在のスリップ比Ｓ及び駆動力Ｆのデータセットと、既出の切片ｆ₂とに基づいて、傾きｆ₁を算出し、ステップＳ１６に進む。傾きｆ₁は、下式に従って、算出される。なお、ここで算出される傾きｆ₁は、ステップＳ１２又は後述する次のステップＳ１６で算出される傾きｆ₁と区別し、ｆ₁’と表す。
ｆ₁’＝（Ｓ−ｆ₂）／Ｆ

ところで、路面の状態の判定時である現在の駆動力Ｆの絶対値が一定値以上でない場合には、現在のデータセット（Ｆ，Ｓ）と、切片ｆ₂により表される点（０,ｆ₂）との距離とが近いため、妥当な傾きｆ₁’を算出できない虞がある。よって、本実施形態では、ステップＳ１４において、駆動力Ｆの絶対値が一定値以上でないと判断される場合には、現在時刻における路面の状態の判定（ステップＳ１７）が省略され、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ１６では、傾き算出部２８は、下式に従って、傾きｆ₁’と、直近の傾きｆ₁とを重みを付けて合成することにより、路面の状態の判定に用いられる傾きｆ₁を算出する。ここで、ｒは、過去に算出された傾きｆ₁と現在の傾きｆ₁’とを合成するための重み係数である。
ｆ₁＝（１−ｒ）ｆ₁＋ｒｆ₁’

次のステップＳ１７では、判定部２９は、ステップＳ１２又はステップＳ１６で算出された傾きｆ₁に基づいて、路面の状態を判定する。判定部２９は、傾きｆ₁を所定の閾値と比較し、閾値以上であれば、ハイドロプレーニング等が起こり易くなっており、路面が滑り易い状態であると判断する。このとき、例えば、判定部２９は、ドライバーに向けて、路面が滑り易い状態である旨の警報を表示器３上に表示させる。また、判定部２９は、傾きｆ₁に応じて滑り易さを示す指標を算出し、これを制御ユニット２上で実行されている各種制御のプロセスに受け渡す。ここでいう制御の例としては、車両の走行時のブレーキ制御や車間距離の制御等が挙げられる。

ステップＳ１７が終了すると、ステップＳ１に戻る。以上の方法によれば、各種制御を実行する上で妥当なスリップ比Ｓを算出することができ、ひいては、妥当な回帰係数（傾きｆ₁）を算出することができ、車両１の走行中に路面の状態を安定的に判定することができる。

＜２．第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る判定装置について説明する。ただし、第２実施形態に係る判定装置は、ハードウェア構成としては第１実施形態と同様に構成することができるため、以下では、第２実施形態に係る判定処理についてのみ説明する。

第２実施形態に係る判定処理は、図７に示すフローチャートに従って実行される。以下では、第１実施形態に係る判定処理と共通する部分についての説明は省略する。第１実施形態と第２実施形態における判定処理の違いは、以下のとおりである。すなわち、第１実施形態では、横方向加速度γと駆動力Ｆとスリップ比Ｓとの関係に基づきスリップ比Ｓが補正され（ステップＳ１０）、補正されたスリップ比Ｓに基づき傾きｆ₁が算出されたのに対し、第２実施形態では、図５に示される傾きｆ₁と横方向加速度γとの関係に基づいて、傾きｆ₁が補正される。

具体的には、ステップＳ８に代えて、ステップＳ２１が実行され、ステップＳ１０が省略される。本発明者が行った実験によれば、上記のとおり、横方向加速度γと傾きｆ₁との間には、一定の関係が成立する。より具体的には、傾きｆ₁は、図５に示すとおり、概ね横方向加速度γの二次関数で表される。ステップＳ２１では、関係特定部２６は、ステップＳ６でフィルタリングされたスリップ比Ｓ及び駆動力Ｆの多数のデータセットに基づいて、駆動力Ｆとスリップ比Ｓとの線形関係を表す関係情報として、回帰係数（傾きｆ₁）を算出する。このとき、関係特定部２６は、多数の傾きｆ₁を算出し、各傾きｆ₁に対し、これを与えた横方向加速度γを特定する。これにより、傾きｆ₁と横方向加速度γとの多数のデータセットが取得される。なお、このとき、回帰係数ｆ₁は、スリップ比Ｓ及び駆動力Ｆの多数のデータセットに基づいて、逐次的に算出されてもよりし、バッチ処理により算出されてもよい。

続いて、関係特定部２６は、これらの多数のデータセット（γ，ｆ₁）に基づいて、横方向加速度γと傾きｆ₁との関係を表す関係情報として、下式の係数ａ₂、ｂ₂及びｃ₂を特定する。
ｆ₁＝ａ₂γ²＋ｂ₂γ＋ｃ₂

係数ａ₂、ｂ₂及びｃ₂は、横方向加速度γ及び傾きｆ₁の多数のデータセットに基づいて、例えば、最小二乗法等の方法で算出される。また、横方向加速度γの範囲を任意の範囲に区切り、各範囲で横方向加速度γの平均値及び傾きｆ₁の平均値を算出し、これらの平均値に基づき、ガウスの消去法により、係数ａ₂、ｂ₂及びｃ₂を特定することもできる。

以上により、横方向加速度γと傾きｆ₁との関係を表す関係情報として、係数ａ₂、ｂ₂及びｃ₂が特定される。この関係情報は、以後の傾きｆ₁の補正を行うステップＳ２２に用いられる。ステップＳ２２は、ステップＳ１２及びステップＳ１６において傾きｆ₁を算出した後に、これを補正するために実行される。

ステップＳ２２では、補正部２７は、横方向加速度γと傾きｆ₁との関係を表す係数ａ₂、ｂ₂及びｃ₂と、補正時の横方向加速度γとに基づいて、下式に従って、傾きｆ₁を補正する。
ｆ₁＝ｆ₁−ａ₂γ²−ｂ₂γ

なお、ｂ₂も概ね０となるため、下式に従って傾きｆ₁を補正してもよい。
ｆ₁＝ｆ₁−ａ₂γ²

その後、ステップＳ１７に進み、判定部２９は、ステップＳ２２で補正された傾きｆ₁に基づいて、第１実施形態と同様に、路面の状態を判定する。この方法によっても、第１実施形態と同様に、実質的にスリップ比Ｓから、旋回中の左右方向の荷重移動により生じる影響をキャンセルすることができ、スリップ比Ｓに基づく安定した各種制御を実現することができる。

＜３．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。

＜３−１＞
上記実施形態に係るスリップ比Ｓ及びこれに基づく路面の状態を判定する機能は、後輪駆動車にも適用することができるし、四輪駆動車にも適用することもできる。さらに、同機能は、四輪車両に限られず、三輪車両または六輪車両などにも適宜、適用することができる。

＜３−２＞
車両１の横方向加速度γの取得方法は、上記実施形態で説明されたものに限定されない。例えば、ヨーレートセンサ８からのヨーレートω及び回転速度Ｖ１〜Ｖ４の情報からも、横方向加速度γを取得することができる。

＜３−３＞
上記実施形態では、関係情報は、車両の走行の度に特定されたが、関係情報を予め導出しておき、スリップ比Ｓ又は傾きｆ₁の補正時にこれを参照するようにしてもよい。

＜３−４＞
スリップ比Ｓの算出方法は、上記実施形態で説明されたものに限定されない。例えば、スリップ比Ｓ＝（駆動輪の速度−車体速度）／車体速度と定義したときに、車体速度を加速度センサ７により取得される加速度αを積分した値として、スリップ比Ｓを算出してもよい。

また、スリップ比Ｓは、上記実施形態のように、左輪と右輪との間で回転速度を平均化するのではなく、以下のように、左輪の回転速度Ｖ１及びＶ３のみ、又は右輪の回転速度Ｖ２及びＶ４のみに基づき、算出することもできる。なお、下式は、第１実施形態と同様に、前輪駆動車であることを前提としている。
Ｓ＝（Ｖ１−Ｖ３）／Ｖ３
Ｓ＝（Ｖ２−Ｖ４）／Ｖ４

ただし、上式のように定義した場合、傾きｆ₁と横方向加速度γとの関係は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように変化する。本発明者の行った実験によると、図８Ａ及び図８Ｂに示すグラフは、概ね三次関数に近似される。このような場合にも、このような関係を特定することにより、第１及び第２実施形態と同様に、スリップ比Ｓ又は傾きｆ₁を補正することができる。

＜３−５＞
駆動力Ｆの取得方法は、上記実施形態で説明されたものに限られない。例えば、駆動力Ｆは、車両１に取り付けられているホイールトルクセンサの出力値から導出することもできるし、車両１のエンジンの制御装置から取得されるエンジントルク及びエンジンの回転数から導出することもできるし、タイヤの回転速度Ｖ１〜Ｖ４から導出することもできる。

＜３−６＞
車体速度の取得方法は、上記実施形態で説明されたものに限られない。例えば、駆動輪の回転速度でなく、車両１に通信接続されているＧＰＳ等の衛星測位システムから取得してもよい。

＜３−７＞
上記実施形態では、横方向加速度γや旋回半径Ｒに基づき補正されたスリップ比Ｓは、路面の状態の判定に用いられたが、これに限らず、スリップ比Ｓに基づく様々な制御に用いることができる。

＜４．評価＞
＜４−１．評価１＞
実際に車両を走行させて計測データを収集し、車体速度を取得するとともに、シミュレーション例１として、第１実施形態と同様の方法で傾きｆ₁を算出した。また、参考シミュレーション例１として、シミュレーション例１の方法から、駆動力Ｆのばらつきが一定値以上でない場合には傾きｆ₁の算出を省略した方法により、シミュレーション例１と同様の計測データから、傾きｆ₁を算出した。このときの結果を、図９に示す。図９の横軸は、時間である。図９によれば、下り坂において車体速度が概ね一定となり、駆動力が概ねゼロになっている期間において、参考シミュレーション例１による方法では算出できなかった傾きｆ₁を、シミュレーション例１の方法によれば算出できている。なお、シミュレーション例１による傾きｆ₁の有効データ数は、１０５２４個であったが、参考シミュレーション例１による傾きｆ₁の有効データ数は、６３３１個であった。よって、シミュレーション例１によれば、下り坂等においても、安定して路面の状態を判定可能であることが確認された。

＜４−２．評価２＞
実際に車両を走行させて計測データを収集し、シミュレーション例２として、第１実施形態と同様の方法で旋回半径Ｒに基づく補正を行い、多数のスリップ比Ｓのデータを取得した。また、参考シミュレーション例２として、シミュレーション例２の方法から旋回半径Ｒに基づく補正を省略した方法で、シミュレーション例２と同様の計測データから、多数のスリップ比Ｓのデータを取得した。そして、それぞれの場合について、横方向加速度γの所定の範囲ごとに、駆動力Ｆ及びスリップ比Ｓの値をプロットした。図１０に、その結果を示す。図１０の各グラフは、横軸が駆動力、縦軸がスリップ比を表す。図１０からは、旋回半径Ｒに基づく補正をしない場合には、図中に丸印で囲む箇所のように、駆動力Ｆとスリップ比Ｓとの線形性が崩れている箇所が散見される。これに対し、旋回半径Ｒに基づく補正を行った場合には、このような線形性の崩れが抑制されている。よって、旋回半径Ｒに基づくスリップ比Ｓの補正により、路面の状態の判定等に用いるためのより妥当なスリップ比Ｓを算出できることが確認された。

＜４−３．評価３＞
路面の状態が概ね安定した道路上で実際に車両を走行させて計測データを収集し、車体速度及び横方向加速度γを取得するとともに、シミュレーション例３として、第１実施形態と同様の方法で傾きｆ₁を算出した。また、参考シミュレーション例３として、シミュレーション例３の方法から横方向加速度γに基づく補正を省略した方法で、シミュレーション例３と同様の計測データから、多数の傾きｆ₁のデータを取得した。このときの結果を、図１に示す。図１の各グラフの横軸は、時間である。図１１によれば、横方向加速度γが大きく加わるとき、参考シミュレーション例３では、傾きｆ₁が大きく変動するのに対し、シミュレーション例３では、傾きｆ₁の変動が抑制されている。よって、横方向加速度γに基づくスリップ比Ｓの補正により、路面の状態の判定等に用いるためのより妥当なスリップ比Ｓを算出できることが確認された。

１ 車両
２ 制御ユニット（判定装置）
３ 表示器
４ 横方向加速度センサ
６ 車輪速センサ
７ 加速度センサ
８ ヨーレートセンサ
９ プログラム
２１ 回転速度取得部
２２ 駆動力取得部
２３ 横方向加速度取得部
２４ 旋回半径取得部
２５ スリップ比算出部
２６ 関係特定部
２７ 補正部
２８ 傾き算出部
２９ 判定部
ＦＬ 左前輪
ＦＲ 右前輪
ＲＬ 左後輪
ＲＲ 右後輪
Ｖ１〜Ｖ４ タイヤの回転速度

Claims (6)

1. 車両が走行する路面の状態を判定する判定装置であって、
   前記車両に装着されたタイヤの回転速度を順次取得する回転速度取得部と、
   順次取得される前記回転速度に基づいて、前記タイヤのスリップ比を順次算出するスリップ比算出部と、
   前記車両の駆動力を順次取得する駆動力取得部と、
   前記スリップ比と前記駆動力との線形関係を表す回帰係数として、前記駆動力に対する前記スリップ比の傾きを算出する傾き算出部と、
   前記傾きに基づいて、前記路面の状態を判定する判定部と
   を備え、
   前記傾き算出部は、
   前記路面の状態の判定時において前記駆動力のばらつきが一定値以上と判断される場合、前記路面の状態の判定時及びそれよりも前の前記スリップ比及び前記駆動力の多数のデータセットに基づいて、前記傾きを算出するとともに、前記線形関係を表す別の回帰係数として切片を算出し、
   前記路面の状態の判定時において前記ばらつきが前記一定値以上でないと判断される場合、前記路面の状態の判定時における前記スリップ比及び前記駆動力のデータセットと、既出の前記切片とに基づいて、前記傾きを算出する、
   判定装置。
2. 前記傾き算出部は、前記路面の状態の判定時において前記ばらつきが前記一定値以上と判断される場合、逐次的に又はバッチ処理により前記傾きを算出する、
   請求項１に記載の判定装置。
3. 前記傾き算出部は、前記路面の状態の判定時において前記ばらつきが前記一定値以上でないと判断される場合であって、当該駆動力の絶対値が一定値以上と判断される場合に、前記路面の状態の判定時における前記スリップ比及び前記駆動力と、既出の前記切片とに基づいて、前記傾きを算出する、
   請求項１又は２に記載の判定装置。
4. 前記判定部は、前記路面の状態の判定時において前記駆動力の前記ばらつきが前記一定値以上でないと判断される場合、前記路面の状態の判定時における前記スリップ比及び前記駆動力のデータセットと既出の前記切片とに基づいて算出された前記傾きと、既出の前記傾きとを重みを付けて合成した傾きに応じて、前記路面の状態を判定する、
   請求項１から３のいずれかに記載の判定装置。
5. 車両が走行する路面の状態を判定する判定方法であって、
   前記車両に装着されたタイヤの回転速度を順次取得することと、
   順次取得される前記回転速度に基づいて、前記タイヤのスリップ比を順次算出することと、
   前記車両の駆動力を順次取得することと、
   前記スリップ比と前記駆動力との線形関係を表す回帰係数として、前記駆動力に対する前記スリップ比の傾きを算出することと、
   前記傾きに基づいて、前記路面の状態を判定することと
   を含み、
   前記傾き算出することは、
   前記路面の状態の判定時において前記駆動力のばらつきが一定値以上と判断される場合、前記路面の状態の判定時及びそれよりも前の前記スリップ比及び前記駆動力の多数のデータセットに基づいて、前記傾きを算出するとともに、前記線形関係を表す別の回帰係数として切片を算出することと、
   前記路面の状態の判定時において前記ばらつきが前記一定値以上でないと判断される場合、前記路面の状態の判定時における前記スリップ比及び前記駆動力のデータセットと、既出の前記切片とに基づいて、前記傾きを算出することと
   を含む、判定方法。
6. 車両が走行する路面の状態を判定する判定プログラムであって、
   前記車両に装着されたタイヤの回転速度を順次取得することと、
   順次取得される前記回転速度に基づいて、前記タイヤのスリップ比を順次算出することと、
   前記車両の駆動力を順次取得することと、
   前記スリップ比と前記駆動力との線形関係を表す回帰係数として、前記駆動力に対する前記スリップ比の傾きを算出することと、
   前記傾きに基づいて、前記路面の状態を判定することと
   をコンピュータに実行させ、
   前記傾き算出することは、
   前記路面の状態の判定時において前記駆動力のばらつきが一定値以上と判断される場合、前記路面の状態の判定時及びそれよりも前の前記スリップ比及び前記駆動力の多数のデータセットに基づいて、前記傾きを算出するとともに、前記線形関係を表す別の回帰係数として切片を算出することと、
   前記路面の状態の判定時において前記ばらつきが前記一定値以上でないと判断される場合、前記路面の状態の判定時における前記スリップ比及び前記駆動力のデータセットと、既出の前記切片とに基づいて、前記傾きを算出することと
   を含む、判定プログラム。

Images