JP3617593B2

JP3617593B2 - Road surface friction coefficient measuring device and vehicle brake control system using the same

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Publication number: JP3617593B2
Application number: JP04573098A
Authority: JP
Inventors: 英樹東影
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: JPH11248438A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行する車両の車輪とその走行路の路面との間の摩擦係数を測定するための路面摩擦係数測定装置に関し、特に、車両の加減速度の影響を受けることなく安定に摩擦係数を測定するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特に寒冷地においては、冬季になると、路面への積雪や路面の凍結によりスリップ事故が起こる危険が高くなる。このため、あらかじめ管理対象の道路において、車両と路面との間にどの程度の摩擦が生じるかを測定して路面の危険性を判別し、特に危険度が高いと判別された区域の路上に塩をまいたり、危険区域の下流位置で警告情報を表示するなどの対応がとられている。
【０００３】
車輪と路面との間の摩擦係数（以下、これを路面摩擦係数と呼ぶ）を測定する方法としては、一般に車両に第５のタイヤを取り付け、この第５のタイヤにブレーキをかけながら走行することにより、滑り度合いをチェックするという方法が採用されている。
【０００４】
しかしながら、このような測定方法では、駆動機構などの装置構成が複雑化するためコスト高になる。しかも測定時には車両を低速走行させる必要があるため、計測に時間がかかる上、道路が混雑する時間帯には測定できないなど、種々の問題が発生する。
【０００５】
この問題を解決する方法として、本出願人は、先に路面摩擦係数測定装置およびこの装置が搭載された車両、ならびにこの装置を用いた路面情報管理システムを提案している。この路面摩擦係数測定装置は、路面状態判別手段、対地速度検出手段、車輪速度判定手段を備えるものであり、路面状態判別手段による路面判別結果から路面摩擦係数の概略値を求め、さらに、対地速度検出手段及び車輪速度判定手段により、走行中の車両の対地速度に対する車輪の回転速度の揺らぎ度合い（あるいはタイヤの滑るスリップ率）を求め、この車輪の回転速度の揺らぎ度合いに基づいて前記概略値を更に分類することにより、詳細な路面摩擦係数を算出するものである。この路面摩擦係数測定装置を用いることにより、低コストで路面に非接触な計測が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、走行中の車両のタイヤのスリップ率は、車両の加減速度に応じて変化するものであるが、上記のような路面摩擦係数測定装置では、車両の加減速度を勘案することなく、路面摩擦係数の測定を行っている。このため、路面摩擦係数を正確に検出することが困難であった。
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、上記路面摩擦係数測定装置にさらに対地加速度検出手段を追加することにより、車両の加減速の影響を受けにくい、高精度な路面摩擦係数測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、走行する車両の車輪とその走行路の路面との間の摩擦係数を測定する路面摩擦係数測定装置において、走行路の路面状態を判別する路面状態判別手段と、車両の対地速度を路面に非接触な状態で検出する対地速度検出手段と、車輪の回転速度を測定する車輪速度測定手段と、車両の対地加速度を求める対地加速度検出手段と、対地速度検出手段からの対地速度と、車輪速度測定手段からの回転速度に基づいてスリップ率を求めるスリップ率検出手段と、路面状態判別手段からの判別結果に基づいて、路面と車輪との間の路面摩擦係数の領域を限定し、さらに、スリップ率検出手段からのスリップ率と対地加速度検出手段からの対地加速度に基づいて、路面摩擦係数を決定する摩擦係数決定手段と、車輪の荷重を測定する車輪荷重測定手段とを備え、スリップ率検出手段は、車輪荷重測定手段により測定された荷重に基づいて車輪が路面と接地しているか否かを判断し、車輪が路面と非接地となっていると判断されたときを除いた期間のスリップ率の平均値を出力するものである。
【０００９】
この構成においては、車両の走行路の路面状態の判別結果に基づき、路面摩擦係数の領域を限定した後、さらにスリップ率と対地加速度に基づいて詳細な路面摩擦係数を決定するようにした。このように、車両の加速度を勘案して路面摩擦係数を決定するようにしたことにより、車両の加減速状態に依存することなく、安定に路面摩擦係数を検出することができる。
【００１１】
さらには、車輪が路面と非接地となっているときを除いた期間のスリップ率の平均値が出力されるので、より正確なスリップ率を得ることができる。
【００１２】
また、本発明は、走行中の自車両とこの自車両の前方に位置する障害物との間の距離が所定値以下となると、自動的にブレーキ制御を行う車両ブレーキ制御システムにおいて、自車両と障害物との間の距離を検出する距離検出手段と、距離検出手段により検出された距離と、請求項１に記載の路面摩擦係数測定装置により測定された路面摩擦係数とに基づいて、ブレーキ制御のタイミングを変化させる制御手段とを備えたものである。
【００１３】
この構成においては、自車両と障害物との間の距離と、路面摩擦係数に応じて、ブレーキ制御のタイミングを変化させる。例えば、路面摩擦係数が小さく、ブレーキがかかり難い状態にあると判断されると、路面が乾燥しており摩擦係数が大きい場合よりも、早めにブレーキ制御を行う。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
路面摩擦係数測定装置は、車両に搭載され、この車両の車輪と路面との間の摩擦係数を検知するものである。図１は本実施形態の路面摩擦係数測定装置を構成する反射光処理装置の構成図、図２はこの反射光処理装置の光学系構成図である。反射光処理装置１（対地速度検出手段）は、路面ＬＤに向かって光を照射し、その反射光に空間フィルタリング処理を施すことにより、反射光の空間周波数を取り出すものであり、２個の光源２，３と、各光源２，３に対する受光系４，５、及び拡散反射用の空間フィルタ光学系６などから構成される。光源２，３は、路面ＬＤに対して光を照射するためのもので、第１の光源２はマトリクス状に配置された複数個のＬＥＤ２ａにより、第２の光源３は単独のＬＥＤ３ａにより構成される。また、光源毎の光を分離できるように、２つの光源２，３は、互いに異なる波長の光を出射するものとなっている。
【００１５】
第１の光源２は、路面ＬＤの上方から車両の走行方向（図１中、矢印Ｂで示す）に向かって光を照射するもので、その受光系４は、受光用レンズ７、スリット板８、コリメートレンズ９とから構成される。この受光系４の光軸は、第１の光源２により路面ＬＤから反射する光のうち、路面ＬＤに対して垂直な方向に反射する光を受光するように調整されている。なお、スリット板８のスリット孔８ｂには、光源２からの照射光と同一波長の光のみを通過させる光学フィルタ８ａが配置されている。
【００１６】
空間フィルタ光学系６は、スリットアレイ１０、プリズムアレイ１１、集光レンズ１２、２つの光検出器１３ａ，１３ｂ、２枚の鏡１４等により構成される。スリットアレイ１０は、細長形状のスリット孔１０ａを車両の走行方向Ｂに沿うように配列したもので、受光系４のコリメートレンズ９により平行化された光は、これらスリット孔１０ａを介してプリズムアレイ１１に入射する。プリズムアレイ１１は、スリットアレイ１０の配列周期の２倍の周期でプリズムを連続して成るものであり、入射した光は、各プリズム内で交互に屈折して、２方向に分離される。
【００１７】
光検出器１３ａ，１３ｂは、プリズムアレイ１１の配列周期と集光レンズ１２の倍率に応じた間隔だけ、互いに距離をおいて配置されており、プリズムアレイ１１を通過することにより２方向に分離された光は、集光レンズ１２を介して、光検出器１３ａ，１３ｂへと入射するようになっている。これら光検出器１３ａ，１３ｂからの出力信号は、演算装置２１（図５参照）に入力され、これら出力信号の差動信号から路面ＬＤの凹凸状態を反映する空間周波数係数が抽出される。なお、鏡１４は、各光検出器１３ａ，１３ｂの受光面上に集光されない光を反射して受光面上に導くものである。
【００１８】
第２の光源３に対応する受光系５は、単独の光検出器により構成されるもので、光源３からの照射光の路面ＬＤからの正反射光を受光する位置に配置される。また、反射光処理装置１は、路面ＬＤの温度を計測するための温度センサ１５
（赤外線放射温度系）を備えている。
【００１９】
ここで、反射光処理装置１による速度検出原理について、図３を参照して説明する。例えば、図３（ａ）に示すように、ピッチ幅Ｐでスリット孔１６ａが並設されたスリットアレイ１６上を輝点１７が速度Ｖで通過したとする。このとき、スリットアレイ１６を通過した光を光検出器によってとらえると、この光検出器からの信号出力には、図３（ｂ）に示すような周期Ｔの波形が現れる。輝点１７は、この周期Ｔの間にピッチ幅Ｐだけ移動しているので、輝点１７の移動速度Ｖは、
Ｖ＝Ｐ÷Ｔ・・・▲１▼
で示される。ここで、サンプリング時間をｔ、ピーク値のサンプリング間隔をｎとすると、▲１▼式は
Ｖ＝Ｐ÷（ｔ×ｎ）・・・▲２▼
となる。このように、輝点の移動速度Ｖは、スリットアレイ１６を介して検出した受光信号の周波数に基づいて検出することができる。本実施形態では、図２に示すように、路面ＬＤに向けて光を照射し、その反射光をスリットアレイ１０を介して光検出器１３ａ，１３ｂによってとらえ、これら光検出器１３ａ，１３ｂの出力差動信号に含まれる中心周波数信号成分の周波数（電気的な中心周波数）の周期を用いて、対地速度Ｖｇを検出する。
【００２０】
次に、路面状態判別方法の原理を説明する。図４（ａ）（ｂ）は、それぞれ圧雪路面、乾燥路面における光検出器１３ａ，１３ｂからの差動信号出力を、図４（ｃ）は、それぞれの路面状態における空間周波数スペクトルを示す。測定対象である路面ＬＤは、乾燥、圧雪等の状態により、それぞれ特有の路面模様ムラや光沢度合いを有する。図４（ａ）（ｂ）において、路面模様ムラとは空間周波数のうねりを示し、光沢度合いとは対地速度算出で説明したピッチ幅Ｐ（波長）の周波数成分（以下、中心周波数成分と記す）の振幅を示す。図４（ｃ）は図４（ａ）（ｂ）の波形をＦＦＴ（フーリエ級数展開）したものであり、本実施形態では中心周波数ＦＣをもとに、低周波数成分の帯域をＦＣ／１０〜ＦＣ／４に設定し、その帯域の強度Ｄｂと中心周波数成分の強度Ｄａ（図５参照）を比較することで路面判別がなされる。
【００２１】
図５は路面摩擦係数測定装置２０のブロック図であり、破線で囲んだ領域が演算装置２１である。反射光処理装置１の光源２，３は、それぞれ自動パワー制御装置３５，３６（図中「ＡＰＣ」で示す）により、照射光量が一定に保たれるように制御される。
【００２２】
反射光処理装置１の光検出器１３ａ，１３ｂ（拡散反射受光用）からの出力信号は、差動増幅回路２２で増幅に入力され、この差動増幅回路２２から出力された受光量の差動信号は、対地速度演算部２３に入力され、対地速度Ｖが演算される。ここで算出される中心周波数ＦＣは、トラッキング用として差動増幅回路２２からの出力信号と共にトラッキング・バンドパスフィルタ２４及びトラッキング・ローパスフィルタ２５に与えられ、上述のように中心周波数ＦＣを中心とする周波数帯域、低周波数帯域に含まれる周波数成分が取り出される。各フィルタ２４，２５からの出力信号は、それぞれ振幅検出器２６，２７に与えられ、各周波数成分の強度Ｄａ，Ｄｂが抽出される。
【００２３】
第２の光検出器１３ｂからの出力信号は、ローパスフィルタ２８にも入力されるようになっている。このローパスフィルタ２８は、極低周波数の光成分のみを通過させるように設定されており、その出力信号Ｐｃは、後述するように、路面が積雪路面であるか否かを判別するために用いられる。
【００２４】
路面状態判別部３０（路面状態判別手段）には、振幅検出器２６，２７からの出力Ｄａ，Ｄｂ、正反射光受光用の光検出器５からの出力信号Ｐｄ、ローパスフィルタ２８からの出力信号Ｐｃ、温度センサ１５の計測値Ｔｅが与えられ、後述する手順により路面ＬＤの状態が判別される。また、対地速度演算部２３からの出力値（対地速度）は、対地加速度演算部３１（対地加速度検出手段）及びスリップ率算出部３２（スリップ率検出手段）に入力されるようになっており、対地加速度演算部３１は、対地速度に基づいて対地加速度を算出する。また、スリップ率算出部３２は、車輪速度センサ４０からの車輪の回転速度Ｖｔと対地速度演算部２３からの対地速度Ｖｇに基づいてスリップ率を算出する。これら路面状態判別部３０による路面状態判別結果、対地加速度演算部３１による対地加速度、及びスリップ率演算部３２によるスリップ率は、摩擦係数決定部３３（摩擦係数決定手段）に入力され、路面摩擦係数が決定される。
【００２５】
次に、路面状態判別部３０による路面状態判別動作について、図６を参照して説明する。なお、同図において、ＴＨ１，ＴＨｃ，ＴＨｄ１，ＴＨｄ２，ＴＨｅは、路面状態を判別するためのしきい値を示す。まず、温度センサ１５により計測された路面温度Ｔｅをしきい値ＴＨｅと比較する（Ｓ１）。このしきい値ＴＨｅは、水分の凍結路面である０℃付近に設定されており、温度Ｔｅがしきい値ＴＨｅを上回る場合には、路面が凍結している可能性はないと判断し、Ｓ２以降の処理へと移行する。
【００２６】
次に、拡散反射光について、空間周波数成分比Ｄｂ／Ｄａとしきい値ＴＨ１とを比較する（Ｓ２）。ここで、中心周波数成分の強度に対する低周波数成分の強度の比が大きい場合（Ｓ２でＹＥＳ）、つまり、Ｄｂ／Ｄａがしきい値ＴＨ１を上回る場合には、積雪路面であると判断する（Ｓ４）。一方、空間周波数成分比Ｄｂ／Ｄａがしきい値ＴＨ１以下である場合には（Ｓ２でＮＯ）、正反射受光用光検出器５により得られた正反射光量Ｐｄとしきい値ＴＨｄ１とを比較する（Ｓ３）。一般に、湿潤舗装路面の場合には路面は鏡面に近い状態になり、正反射光が増大するという特性を有するので、しきい値ＴＨｄ１を路面が湿潤状態にある場合と乾燥状態にある場合の中間の光量値になるよう設定することにより、検出された正反射光量Ｐｄがしきい値ＴＨｄ１を上回る場合には、走行路は湿潤舗装路面であると判断する（Ｓ６）。また、正反射光量Ｐｄがしきい値ＴＨｄ１以下である場合には、路面は乾燥舗装路面であると判断する（Ｓ５）。
【００２７】
Ｓ１において、路面温度Ｔｅがしきい値ＴＨｅ以下である場合には（Ｓ１でＮＯ）、ローパスフィルタ２８により抽出された拡散反射光量Ｐｃを所定のしきい値ＴＨｃと比較する（Ｓ７）。路面上に雪が積もっていると、路面に照射された光はこの雪により拡散反射されるので、拡散反射光量Ｐｃは通常の場合よりも大きくなる。したがって、拡散反射光量Ｐｃがしきい値ＴＨｃを上回る場合には
（Ｓ７でＹＥＳ）、積雪路面であると判断する（Ｓ４）。
【００２８】
一方、拡散反射光量Ｐｃがしきい値ＴＨｃ以下である場合には（Ｓ７でＮＯ）、正反射光量Ｐｄとしきい値ＴＨｄ２との比較を行う（Ｓ８）。一般に、凍結した路面は鏡面に近い状態となり、正反射光量が大幅に増大するので、拡散反射光量Ｐｃがしきい値ＴＨｄ２を上回ったときには、路面は凍結していると判断する（Ｓ９）。これに対し、拡散反射光量Ｐｃがしきい値ＴＨｄ２以下の場合は（Ｓ８でＮＯ）、乾燥路面であると判断する（Ｓ５）。
【００２９】
図７に車輪速度センサ４０の構成を示す。車輪速度センサ４０は、車輪のＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）に付属するもので、周囲に多数の磁極歯４１が等間隔に配備されたエンコーダである回転体４２と、各磁極歯４１の接近を感知してパルス信号を出力する検知部４３からなり、車輪が１回転する間に約１００個のパルス信号が出力されるようになっている。タイヤの径より１回転に進む移動距離も分かるので、このパルスの時間間隔から車輪の回転速度Ｖｔを算出することができる。なお、この車輪速度センサ４０は、タイヤのスリップ／ロックをとらえるものであるため、駆動輪の車輪回転速度を測定するものであることが好ましい。
【００３０】
スリップ率算出部３２は、車輪速度センサ４０からの車輪回転速度検出Ｖｔと、対地速度演算部２３からの対地速度出力Ｖｇに基づいて、以下の▲３▼式の演算を行うことにより、スリップ率を演算するものである。
スリップ率Ｓ＝（Ｖｇ−Ｖｔ）／Ｖｇ・・・▲３▼
ここで、Ｓ＝１のときは、減速などによるタイヤの完全ロック状態を示し、また、Ｓ＜０のときは、加速等によるタイヤのスリップ状態を示す。なお、この▲３▼式の演算は、スリップ算出部３２を構成するマイコンによって行われる。
【００３１】
次に、摩擦係数決定部３３による摩擦係数の決定方法について説明する。図８は、タイヤを完全ロックさせて制動した時の各路面状態における走行速度と路面摩擦係数の関係を示すものである。路面が凍結している場合や路上に雪が積もっている場合の路面摩擦係数μは、走行速度に関わらず低い値となる。また、雨などで濡れている路面では、路面摩擦係数μは走行速度に応じて大きく変化し、走行速度が速くなるほど低い数値となる。これに対し、乾燥した路面における路面摩擦係数μは、走行速度に関わらず高い数値を示す。同図に示すように、凍結路面における路面摩擦係数μは０．１〜０．２であり、雪の路面では０．２〜０．４、濡れた路面の場合は走行速度にもよるがおよそ０．５〜０．８、乾燥路面では０．８〜１．０となっている。
【００３２】
図９は加速度とスリップ率を指標とする圧雪路面における路面摩擦係数の分布領域を示しており、網点領域Ｒ２（スノー路面２）は比較的滑りやすい状態（μ＝０．２〜０．３）を、それ以外の領域Ｒ１（スノー路面１）は比較的滑りにくい状態（μ＝０．３〜０．４）を示している。また、領域Ｒ１と一部重なる斜線領域は、基準となる乾燥路面における路面摩擦係数の分布を示すものである。一般に加速・減速が大きい場合、乾燥路面に比べて圧雪路面では加速によるスリップや減速によるロックが起こりやすい。ただし、圧雪であっても雪質などの違いにより滑り易さにはかなりばらつきが生じ、図のような広がった分布となる。そこで、図９に示すように、乾燥路面を基準にスリップ率と加速度の関係から圧雪路面の路面摩擦係数を分類し、この特性を予め摩擦係数決定部３３に記憶させておき、スリップ率算出部３２からのスリップ率と対地加速度演算部３１からの対地加速度を図中にプロットすることで、より詳細な路面摩擦係数を求めることができる。この図では、圧雪路面を比較的滑りにくい領域Ｒ１（μ＝０．３〜０．４）と滑りやすい領域Ｒ２（μ＝０．２〜０．３）とに分類した。
【００３３】
図１０は、摩擦係数決定部３３による路面摩擦係数の決定動作のフローチャートである。路面状態判別部３０から路面ＬＤが凍結路面（アイス）であるという判別結果を受けとった場合には、路面摩擦係数μを０．１〜０．２の範囲内に決定する（Ｓ１１，１２）。また、Ｓ１１において、路面ＬＤが圧雪路面（スノー）である場合には、路面摩擦係数を上記図９に示したような領域に限定し、加減加速度とスリップ率を図９上にプロットする。このプロット点が領域Ｒ２内に在る場合には（Ｓ１３でＹＥＳ）、路面摩擦係数μを０．２〜０．３の範囲内に決定する（Ｓ１４）。一方、プロット点が領域Ｒ１内に在る場合には（Ｓ１３でＮＯ）、路面摩擦係数μを０．３〜０．４の範囲内に決定する（Ｓ１５）。また、Ｓ１１において、路面ＬＤが湿潤路面（ウエット）である場合には、対地速度Ｖｇが６０ｋｍ／ｈ以上であるか否かを調べ、対地速度が６０ｋｍ／ｈ以上である場合には（Ｓ１６でＹＥＳ）、路面摩擦係数μを０．４〜０．５の範囲内に決定する（Ｓ１７）。一方、対地速度が６０ｋｍ／ｈ未満である場合には（Ｓ１６でＮＯ）、路面摩擦係数μを０．５〜０．８の範囲内に決定する（Ｓ１８）。さらにまた、Ｓ１１において、路面ＬＤが乾燥路面（ドライ）である場合には、路面摩擦係数μを０．８〜１．０の範囲内に決定する（Ｓ１９）。
【００３４】
このように、本実施形態によれば、路面状態の判別結果に基づいて路面摩擦係数の領域を限定し、さらに、スリップ率と対地加速度に基づいて詳細な路面摩擦係数を決定するようにしたので、車両の加減速状態に依存しない高精度な路面摩擦係数の検出が可能となる。なお、本実施形態では、乾燥路面を基準に積雪路面をさらに２分類した例を取り上げたが、例えば、凍結路面との関係を用いてさらに詳細な分類を行うことも可能である。
【００３５】
（第２の実施形態）
上述の図７に示した実施形態のように、車輪回転速度をエンコーダを用いて測定するものでは、タイヤの空気圧や摩擦熱の影響を受けるので、検出精度の向上を図ることが困難である。本実施形態では、車輪回転速度の測定にも、対地速度検出と同様、上述の図１に示した反射光処理装置を用いることで、検出精度の向上を図っている。
【００３６】
図１１は車両の側面方向から見た本実施形態に係る路面摩擦係数測定装置の構成図、図１２（ａ）（ｂ）は、それぞれ反射光処理装置及び車輪速度センサの構成図である。この路面摩擦係数測定装置２０は、上述の図１に示した反射光処理装置１を２系統持つもので、１系統の反射光処理装置１は対地速度検出に用いられるものであり、その出力ＯＵＴＰＵＴ１からは対地速度の周波数成分を持つ信号が出力され、対地速度演算部２３（図５参照）によって対地速度出力に変換されるようになっている。また、もう１系統の反射光処理装置は車輪速度センサ４０として用いられるものであり、その出力ＯＵＴＰＵＴ２からは車輪速度の周波数成分を持つ信号が出力され、演算装置（不図示）にて車輪の速度出力に変換されるようになっている。この車輪速度センサ４０において、拡散反射光用のＬＥＤ２は、レンズ２ｂ、ガラス板４６を介して車両４７のタイヤ４８に向けて光を出射し、このタイヤ４８からの反射光は、プリズムミラ４９によって垂直方向に変更され、受光レンズ７に入射するようになっている。このように、反射光処理装置１を用いた車輪速度センサ４０によって非接触で車輪回転速度を測定することにより、タイヤ４８への荷重や摩擦熱によるタイヤ４８の空気圧変化の影響を受けることなく、精度良く車輪の回転速度を検出することができる。なお、反射光処理装置１において、拡散反射光用のＬＥＤ２は、レンズ２ｂ、ガラス板４６を介して路面ＬＤに向けて光を照射するようになっている。
【００３７】
（第３の実施形態）
タイヤの空転には大きく２つの要素が考えられる。１つは路面と接触した状態で起こるスリップによるものであり、もう１つは路面の突起や凸凹により路面とは非接触の状態で起こるものである。路面摩擦係数とは、路面とタイヤとの間の摩擦係数であるから、非接触での空転は精度低下の原因となる。本実施形態では、車輪の荷重を測定する車輪荷重測定装置（車輪荷重測定手段）（不図示）を備え、この車輪荷重測定装置からの測定結果をスリップ率算出部３２（図５参照）に与え、スリップ率算出部３２によって、測定結果に基づいて、車輪が路面と接地しているか否かを判断し、車輪が路面と非接地となっていると判断されたときを除いた期間のスリップ率の平均値を出力する。これにより、正確なスリップ率を得ることができるので、路面摩擦係数の検出精度の向上を図ることができる。
【００３８】
図１３は車輪荷重−時間の図であり、ここで、ＫはイグニッションをＯＮとした時に測定された車輪荷重であり、メモリに記憶される。振幅の大きい振動はタイヤと非接触になる影響であり、振幅の小さい振動は車両の加減速等による４輪の荷重度合いが変化した影響によるものである。ここで、後者の場合が非接地であると検出されないように、車輪非接地判断用スレッシュＫ−Ｓが設定されている。車輪荷重の測定値ｆ（ｔ）がスレッシュＫ−Ｓを下回ると、非接触状態にあると判定する。
【００３９】
図１４にスリップ率算出動作のフローチャートを示す。まず、イグニッションがＯＮとされると、メモリをクリアし、カウンタの値Ｔ，車輪回転速度Ｖｔの積算値Ａ，及び対地速度Ｖｇの積算値Ｂを０とする（Ｓ２１）。次に、車輪荷重測定装置からの測定値ｆ（ｔ）をスレッシュＫ−Ｓと比較し、測定値ｆ（ｔ）がスレッシュＫ−Ｓよりも大きければ（Ｓ２２でＹＥＳ）、車輪は路面と接地状態にあると判断し、このとき測定された車輪回転速度Ｖｔ及び対地速度Ｖｇをそれぞれ積算値Ａ，Ｂに加え（Ｓ２３）、カウントを行う（Ｓ２４）。また、測定値ｆ（ｔ）がスレッシュＫ−Ｓ以下であれば（Ｓ２２でＮＯ）、車輪は路面と非接地状態にあると判断し、このとき測定された車輪回転速度Ｖｔ及び対地速度Ｖｇを積算値Ａ，Ｂに加えずに、カウントを行う（Ｓ２４）。次に、カウント値Ｔを所定値Ｎと比較し、Ｔが所定値Ｎ以下であると、Ｓ２２に戻り（Ｓ２５でＮＯ）、測定を続ける。Ｔが所定値Ｎよりも大きくなると（Ｓ２５でＹＥＳ）、積算Ａ，Ｂに基づいてスリップ率Ｓを算出する（Ｓ２６）。
【００４０】
（第４の実施形態）
図１５は路面摩擦係数測定装置２０を搭載した車両である。この車両４７は、対象路面ＬＤを走行しながら路面状態判別、対地速度、車輪回転速度、対地加速度を検出し、それらの情報に基づいて演算装置２１が路面摩擦係数を測定し、その測定結果を送信装置５０を介して道路管理センターの情報管理局（不図示）に送信したり、車両４７内の車両制御装置５１に伝達するものである。この車両４７によって測定された路面摩擦係数の情報は、サービスエリア等に設置された道路情報表示板（不図示）などに表示される。本実施形態では、上述の図１に示した反射光処理装置１によって路面状態判別と対地速度を検出し、上述の図１２
（ｂ）に示した車輪速度検出センサ４０によって車輪回転速度を検出している。このように、車両４７に本発明の路面摩擦係数測定装置２０を搭載することにより、正確な路面情報を運転者に知らせることができる。
【００４１】
（第５の実施形態）
図１６（ａ）は衝突軽減自動ブレーキシステム（車輪ブレーキ制御システム）のシステム構成図、図１６（ｂ）は衝突軽減自動ブレーキシステムを搭載した車両の走行状態を説明するための模式図である。衝突軽減自動ブレーキシステム６０は、自車両４７と先行車両６１等の前方障害物との間の距離が所定値以下となると、警報を発したり、自動的にブレーキ制御を行うものであり、システム全体の制御を司る自動ブレーキ制御用ＥＣＵ６２（制御手段）には、上述の路面摩擦係数測定装置２０の他、ＣＣＤカメラ６３（距離検出手段）、レーザレーダ６４（又はミリ波レーダ）（距離検出手段）、警報装置６５，６６及びブレーキ制御装置７０が接続されている。この衝突軽減自動ブレーキシステム６０において、前方障害物の検知は、ＣＣＤカメラ６３の画像処理とレーザレーダ６４による検出結果とを組み合わせて検出するようになっている。すなわち、ＣＣＤカメラ６３で自車両４７の走行レーンとレーン内の先行車両６１とを認識し、レーザレーダ６４によって、認識した先行車両６１までの距離、相対速度を測定する。警報及びブレーキの制御タイミングは３段階となっており、安全車間距離が保てなくなると１次警報装置６５が駆動されて１次警報がなり、運転者がブレーキをかけても回避操作をしないと危険なタイミングで２次警報警報装置６６が駆動されて２次警報が鳴り、さらに、２次警報の発令後にブレーキがかけられなければ、ブレーキ制御装置７０が制御されてフルブレーキ制御が行われるようになっている。
【００４２】
従来の自動ブレーキシステムでは、２次警報後に瞬間的にブレーキをかけ、車両の駆動輪と誘導輪の車輪回転速度の違いから路面摩擦係数を推定し、路面状況、及び車間距離に応じてフルブレーキを作動していたが、それに対し、本実施形態では、路面摩擦係数測定装置２０を使用することにより、常時路面摩擦係数の測定が可能であるので、わざわざ２次警報後に瞬間的にブレーキをかける必要がなくなり、安全かつ精度の良い衝突軽減自動ブレーキシステムを実現することができる。このシステムは、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）にも同様に利用することができる。
【００４３】
なお、本発明は上記の実施形態に限られず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、スリップ率算出部３２は、車輪速度センサ４０と対地速度演算部２３からの出力値に基づいてスリップ率を算出していたが、車輪の回転速度と対地速度との関係を示すテーブルが予めメモリ内に記憶されており、このテーブルを用いてスリップ率を求めるものであってもよい。また、路面状態摩擦係数の測定結果を道路管理センターの情報管理局に送信していたが、運転者に対して走行中の路面の情報を知らせ、滑りやすい状態となっている場合には、運転者に対して警告を発するようにしてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明の路面摩擦係数測定装置によれば、路面状態判別結果に基づいてその路面状態における路面と車輪との間の摩擦係数の領域を限定し、対地加速度とスリップ率に基づいて詳細な路面摩擦係数を決定するようにしたので、車両の加減速状態に依存しない高精度な路面摩擦係数の検出が可能となる。
【００４５】
また、車輪速度測定手段を、車輪に非接触な状態で車輪の回転速度を検出するものとすることにより、タイヤへの荷重や摩擦熱による空気圧変化の影響を受けることなく、車輪の回転速度を精度良く検出することができる。
【００４６】
また、車輪が路面と非接地となっていると判断されたときを除いた期間のスリップ率の平均値を出力することにより、より正確なスリップ率を得ることができ、路面摩擦係数測定装置の性能向上を図ることができる。
【００４７】
また、車両ブレーキ制御システムにおいて、測定された路面摩擦係数に基づいてブレーキ制御のタイミングを変化させるようにしたので、安全かつ正確な車輪ブレーキ制御システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による路面摩擦係数測定装置を構成する反射光処理装置の構成図である。
【図２】反射光処理装置の光学系の構成図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は、それぞれ反射光処理装置による速度検出原理を説明するための図、及びスリットアレイを通過した光の波形を示す図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、それぞれ乾燥路面、圧雪路面における光検出器からの差動信号出力を示す図であり、（ｃ）はこれら差動信号出力をフーリエ級数展開した図である。
【図５】路面摩擦係数測定装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図６】路面状態の判別処理動作を示すフローチャートである。
【図７】車輪速度センサの詳細な構成を示す側面図である。
【図８】走行速度と路面摩擦係数との関係を示す図である。
【図９】路面が圧雪路面であると判別された場合に限定される路面摩擦係数の領域を示す図である。
【図１０】路面摩擦係数の決定処理動作を示すフローチャートである。
【図１１】第２の実施形態による路面摩擦係数測定装置の構成図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）は、それぞれ対地速度検出用と車輪速度検出用の反射光処理装置の構成図である。
【図１３】車輪荷重と時間との関係を示す図である。
【図１４】第３の実施形態によるスリップ率の算出動作を示すフローチャートである。
【図１５】第４の実施形態による路面摩擦係数測定装置を搭載した車両の構成図である。
【図１６】（ａ）は衝突軽減自動ブレーキシステムのシステム構成図、（ｂ）は衝突軽減自動ブレーキシステムを搭載した車両の走行状態を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１反射光処理装置（対地速度検出手段）
２０路面摩擦係数測定装置
３０路面状態判別部（路面状態判別手段）
３１対地加速度演算部（対地加速度検出手段）
３２スリップ率算出部（スリップ率検出手段）
３３摩擦係数決定部（摩擦係数決定手段）
４０車輪速度センサ（車輪速度測定手段）
４８車輪
６０衝突軽減自動ブレーキシステム（車両ブレーキ制御システム）
６１先行車両（障害物）
６２自動ブレーキ制御用ＥＣＵ（制御手段）
６３ＣＣＤカメラ（距離検出手段）
６４レーザレーダ（距離検出手段）
ＬＤ路面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a road surface friction coefficient measuring device for measuring a friction coefficient between a wheel of a traveling vehicle and a road surface of the traveling road, and more particularly to a friction coefficient stably without being affected by the acceleration / deceleration of the vehicle. It relates to a technique for measuring.
[0002]
[Prior art]
Especially in cold regions, the risk of a slip accident increases due to snow on the road surface and freezing of the road surface in winter. For this reason, on the road to be managed in advance, the degree of friction between the vehicle and the road surface is measured to determine the road surface risk, and the salt on the road in the area where the risk level is determined to be particularly high. Measures are taken, such as displaying warning information at a position downstream of the hazardous area.
[0003]
As a method of measuring a friction coefficient between a wheel and a road surface (hereinafter referred to as a road surface friction coefficient), generally, a fifth tire is attached to a vehicle, and the vehicle is driven while a brake is applied to the fifth tire. Therefore, a method of checking the degree of slip is adopted.
[0004]
However, such a measuring method increases the cost because the configuration of the device such as the drive mechanism is complicated. Moreover, since it is necessary to drive the vehicle at a low speed at the time of measurement, various problems occur such as measurement takes time and measurement cannot be performed in a time zone where the road is congested.
[0005]
As a method for solving this problem, the present applicant has previously proposed a road surface friction coefficient measuring device, a vehicle equipped with this device, and a road surface information management system using this device. This road surface friction coefficient measuring device includes a road surface state determining unit, a ground speed detecting unit, and a wheel speed determining unit. An approximate value of a road surface friction coefficient is obtained from a road surface determination result by the road surface state determining unit, and further, a ground speed is obtained. The detecting means and the wheel speed determining means obtain the degree of fluctuation of the rotational speed of the wheel relative to the ground speed of the running vehicle (or the slip ratio of the tire slip), and the approximate value is calculated based on the degree of fluctuation of the rotational speed of the wheel. By further classifying, a detailed road surface friction coefficient is calculated. By using this road surface friction coefficient measuring device, it is possible to perform non-contact measurement on the road surface at low cost.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the slip ratio of the tire of a running vehicle changes according to the acceleration / deceleration of the vehicle. However, the road friction coefficient measuring device as described above does not take the acceleration / deceleration of the vehicle into consideration, and the road friction The coefficient is measured. For this reason, it has been difficult to accurately detect the road surface friction coefficient.
[0007]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. By adding ground acceleration detection means to the road surface friction coefficient measurement device, the present invention is less susceptible to the acceleration and deceleration of the vehicle. It aims at providing a road surface friction coefficient measuring device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is a road surface friction coefficient measuring device for measuring a friction coefficient between a wheel of a traveling vehicle and a road surface of the traveling road, and a road surface state determination for determining a road surface state of the traveling road. Means, ground speed detecting means for detecting the ground speed of the vehicle in a non-contact state with the road surface, wheel speed measuring means for measuring the rotational speed of the wheel, ground acceleration detecting means for determining the ground acceleration of the vehicle, and ground speed The road surface friction between the road surface and the wheel based on the determination result from the slip ratio detection means for obtaining the slip ratio based on the ground speed from the detection means and the rotational speed from the wheel speed measurement means, and the road surface state determination means A friction coefficient determining means for limiting a coefficient area and further determining a road surface friction coefficient based on the slip ratio from the slip ratio detecting means and the ground acceleration from the ground acceleration detecting means; A wheel load measuring means for measuring the load of the wheel, and the slip ratio detecting means determines whether or not the wheel is in contact with the road surface based on the load measured by the wheel load measuring means. And output the average value of the slip ratio during the period excluding the time when it is determined that the contact is not grounded Is.
[0009]
In this configuration, after limiting the region of the road surface friction coefficient based on the determination result of the road surface state of the traveling road of the vehicle, the detailed road surface friction coefficient is determined based on the slip ratio and the ground acceleration. Thus, the road surface friction coefficient can be stably detected without depending on the acceleration / deceleration state of the vehicle by determining the road surface friction coefficient in consideration of the acceleration of the vehicle.
[0011]
Moreover, Since the average value of the slip ratio during the period except when the wheel is not in contact with the road surface is output, a more accurate slip ratio can be obtained.
[0012]
Further, the present invention provides a vehicle brake control system that automatically performs brake control when a distance between a traveling host vehicle and an obstacle positioned in front of the host vehicle is a predetermined value or less. A distance detecting means for detecting a distance between the obstacle, a distance detected by the distance detecting means, Claim 1 Control means for changing the timing of brake control based on the road surface friction coefficient measured by the described road surface friction coefficient measuring device is provided.
[0013]
In this configuration, the brake control timing is changed according to the distance between the host vehicle and the obstacle and the road surface friction coefficient. For example, if it is determined that the road surface friction coefficient is small and braking is difficult, the brake control is performed earlier than when the road surface is dry and the friction coefficient is large.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
The road surface friction coefficient measuring device is mounted on a vehicle and detects a friction coefficient between a wheel of the vehicle and a road surface. FIG. 1 is a configuration diagram of a reflected light processing apparatus that constitutes a road surface friction coefficient measuring apparatus according to this embodiment, and FIG. 2 is an optical system configuration diagram of the reflected light processing apparatus. The reflected light processing device 1 (ground speed detection means) irradiates light toward the road surface LD, and performs spatial filtering processing on the reflected light to extract the spatial frequency of the reflected light. 2 and 3, light receiving systems 4 and 5 for the light sources 2 and 3, a spatial filter optical system 6 for diffuse reflection, and the like. The light sources 2 and 3 are for irradiating the road surface LD with light. The first light source 2 is composed of a plurality of LEDs 2a arranged in a matrix, and the second light source 3 is composed of a single LED 3a. The Further, the two light sources 2 and 3 emit light having different wavelengths so that the light for each light source can be separated.
[0015]
The first light source 2 emits light from above the road surface LD toward the traveling direction of the vehicle (indicated by an arrow B in FIG. 1). The light receiving system 4 includes a light receiving lens 7 and a slit plate 8. And a collimating lens 9. The optical axis of the light receiving system 4 is adjusted so as to receive light reflected from the first light source 2 from the road surface LD in a direction perpendicular to the road surface LD. Note that an optical filter 8 a that allows only light having the same wavelength as the irradiation light from the light source 2 to pass is disposed in the slit hole 8 b of the slit plate 8.
[0016]
The spatial filter optical system 6 includes a slit array 10, a prism array 11, a condenser lens 12, two photodetectors 13a and 13b, two mirrors 14 and the like. The slit array 10 is formed by arranging elongated slit holes 10a along the traveling direction B of the vehicle, and the light collimated by the collimating lens 9 of the light receiving system 4 passes through the slit holes 10a to form a prism array. 11 is incident. The prism array 11 is composed of prisms continuously at a period twice as long as the arrangement period of the slit array 10, and incident light is refracted alternately in each prism and separated in two directions.
[0017]
The photodetectors 13 a and 13 b are arranged at a distance from each other by an interval corresponding to the arrangement period of the prism array 11 and the magnification of the condenser lens 12, and are separated in two directions by passing through the prism array 11. The light enters the photodetectors 13 a and 13 b through the condenser lens 12. Output signals from these photodetectors 13a and 13b are input to the arithmetic unit 21 (see FIG. 5), and a spatial frequency coefficient reflecting the uneven state of the road surface LD is extracted from the differential signals of these output signals. The mirror 14 reflects light that is not collected on the light receiving surfaces of the photodetectors 13a and 13b and guides the light onto the light receiving surfaces.
[0018]
The light receiving system 5 corresponding to the second light source 3 is constituted by a single photodetector, and is arranged at a position for receiving the regular reflection light from the road surface LD of the irradiation light from the light source 3. The reflected light processing apparatus 1 also includes a temperature sensor 15 for measuring the temperature of the road surface LD.
(Infrared radiation temperature system).
[0019]
Here, the principle of speed detection by the reflected light processing apparatus 1 will be described with reference to FIG. For example, as shown in FIG. 3A, it is assumed that the bright spot 17 passes at a speed V on the slit array 16 in which the slit holes 16a are arranged in parallel with the pitch width P. At this time, if the light that has passed through the slit array 16 is captured by the photodetector, a waveform having a period T as shown in FIG. 3B appears in the signal output from the photodetector. Since the bright spot 17 has moved by the pitch width P during this period T, the moving speed V of the bright spot 17 is
V = P ÷ T ・・・ ▲ 1 ▼
Indicated by Here, if the sampling time is t and the sampling interval of the peak value is n, equation (1) is
V = P ÷ (t × n) (2)
It becomes. As described above, the moving speed V of the bright spot can be detected based on the frequency of the light reception signal detected through the slit array 16. In this embodiment, as shown in FIG. 2, the light is irradiated toward the road surface LD, and the reflected light is captured by the photodetectors 13a and 13b via the slit array 10, and the outputs of these photodetectors 13a and 13b. The ground speed Vg is detected by using the period of the center frequency signal component (electrical center frequency) included in the differential signal.
[0020]
Next, the principle of the road surface state determination method will be described. 4 (a) and 4 (b) show differential signal outputs from the photodetectors 13a and 13b on the snow-capped road surface and the dry road surface, respectively, and FIG. 4 (c) shows a spatial frequency spectrum in each road surface state. The road surface LD to be measured has a specific road surface pattern unevenness and glossiness depending on the state of dryness, snow pressure, and the like. 4 (a) and 4 (b), the road surface pattern unevenness indicates the swell of the spatial frequency, and the glossiness is the frequency component of the pitch width P (wavelength) described in the calculation of the ground speed (hereinafter referred to as the center frequency component). The amplitude of is shown. FIG. 4C is an FFT (Fourier series expansion) waveform of FIGS. 4A and 4B. In this embodiment, the low frequency component band is set to FC / 10 to 10 based on the center frequency FC. The road surface is discriminated by setting to FC / 4 and comparing the intensity Db of the band with the intensity Da (see FIG. 5) of the center frequency component.
[0021]
FIG. 5 is a block diagram of the road surface friction coefficient measuring device 20, and a region surrounded by a broken line is the arithmetic device 21. The light sources 2 and 3 of the reflected light processing device 1 are controlled by automatic power control devices 35 and 36 (indicated by “APC” in the figure), respectively, so that the irradiation light quantity is kept constant.
[0022]
Output signals from the photodetectors 13a and 13b (for diffuse reflection light reception) of the reflected light processing apparatus 1 are input to the amplification by the differential amplifier circuit 22, and the received light amount output from the differential amplifier circuit 22 is differential. The signal is input to the ground speed calculation unit 23, and the ground speed V is calculated. The center frequency FC calculated here is given to the tracking bandpass filter 24 and the tracking lowpass filter 25 together with the output signal from the differential amplifier circuit 22 for tracking, and the center frequency FC is centered as described above. Frequency components included in the frequency band and the low frequency band are extracted. Output signals from the filters 24 and 25 are respectively supplied to the amplitude detectors 26 and 27, and the intensities Da and Db of the frequency components are extracted.
[0023]
The output signal from the second photodetector 13b is also input to the low-pass filter 28. The low-pass filter 28 is set so as to pass only an extremely low frequency light component, and its output signal Pc is used to determine whether the road surface is a snowy road surface, as will be described later. .
[0024]
The road surface state discriminating unit 30 (road surface state discriminating means) includes outputs Da and Db from the amplitude detectors 26 and 27, an output signal Pd from the photodetector 5 for receiving regular reflection light, and an output signal from the low-pass filter 28. Pc and the measurement value Te of the temperature sensor 15 are given, and the state of the road surface LD is determined by a procedure described later. The output value (ground speed) from the ground speed calculation unit 23 is input to the ground acceleration calculation unit 31 (ground acceleration detection means) and the slip ratio calculation unit 32 (slip ratio detection means). The ground acceleration calculation unit 31 calculates ground acceleration based on the ground speed. Further, the slip ratio calculation unit 32 calculates the slip ratio based on the wheel rotation speed Vt from the wheel speed sensor 40 and the ground speed Vg from the ground speed calculation unit 23. The road surface state determination result by the road surface state determination unit 30, the ground acceleration by the ground acceleration calculation unit 31, and the slip rate by the slip rate calculation unit 32 are input to the friction coefficient determination unit 33 (friction coefficient determination means), and the road surface friction coefficient Is determined.
[0025]
Next, the road surface state determination operation by the road surface state determination unit 30 will be described with reference to FIG. In the figure, TH1, THc, THd1, THd2, and THe indicate threshold values for determining the road surface condition. First, the road surface temperature Te measured by the temperature sensor 15 is compared with a threshold value THe (S1). This threshold value THe is set near 0 ° C., which is a frozen road surface of moisture, and when the temperature Te exceeds the threshold value THe, it is determined that there is no possibility that the road surface is frozen, and S2 Shift to subsequent processing.
[0026]
Next, the spatial frequency component ratio Db / Da is compared with the threshold value TH1 for the diffuse reflected light (S2). If the ratio of the intensity of the low frequency component to the intensity of the center frequency component is large (YES in S2), that is, if Db / Da exceeds the threshold value TH1, it is determined that the road surface is snowy (S4). ). On the other hand, when the spatial frequency component ratio Db / Da is equal to or less than the threshold value TH1 (NO in S2), the regular reflection light amount Pd obtained by the regular reflection light receiving photodetector 5 is compared with the threshold value THd1. (S3). In general, in the case of a wet paved road surface, the road surface is in a state close to a mirror surface, and has a characteristic that specular reflection light increases. Therefore, the threshold THd1 is set between the case where the road surface is wet and the case where the road surface is dry. When the detected regular reflection light amount Pd exceeds the threshold value THd1, it is determined that the traveling road is a wet pavement surface (S6). If the regular reflection light amount Pd is equal to or less than the threshold value THd1, it is determined that the road surface is a dry paved road surface (S5).
[0027]
In S1, when the road surface temperature Te is equal to or lower than the threshold value THe (NO in S1), the diffuse reflection light amount Pc extracted by the low-pass filter 28 is compared with a predetermined threshold value THc (S7). If snow is piled up on the road surface, the light irradiated on the road surface is diffusely reflected by the snow, and the diffused reflection light amount Pc becomes larger than usual. Therefore, when the diffuse reflection light amount Pc exceeds the threshold value THc
(YES in S7), it is determined that the road surface is snowy (S4).
[0028]
On the other hand, when the diffuse reflection light amount Pc is equal to or less than the threshold value THc (NO in S7), the regular reflection light amount Pd is compared with the threshold value THd2 (S8). In general, the frozen road surface is close to a mirror surface, and the amount of specular reflection greatly increases. Therefore, when the diffuse reflection light amount Pc exceeds the threshold value THd2, it is determined that the road surface is frozen (S9). On the other hand, when the diffuse reflection light amount Pc is equal to or smaller than the threshold value THd2 (NO in S8), it is determined that the road surface is dry (S5).
[0029]
FIG. 7 shows the configuration of the wheel speed sensor 40. The wheel speed sensor 40 is attached to the ABS (anti-lock brake system) of the wheel, and the rotating body 42 that is an encoder in which a large number of magnetic pole teeth 41 are arranged at equal intervals in the periphery and the proximity of each magnetic pole tooth 41 to each other. The detection unit 43 detects and outputs a pulse signal, and about 100 pulse signals are output during one rotation of the wheel. Since the distance traveled by one rotation can be determined from the tire diameter, the wheel rotation speed Vt can be calculated from the time interval of this pulse. In addition, since this wheel speed sensor 40 catches the slip / lock of a tire, it is preferable to measure the wheel rotational speed of a driving wheel.
[0030]
The slip ratio calculation unit 32 calculates the slip ratio by performing the following equation (3) based on the wheel rotation speed detection Vt from the wheel speed sensor 40 and the ground speed output Vg from the ground speed calculation unit 23. Is calculated.
Slip rate S = (Vg−Vt) / Vg (3)
Here, when S = 1, a completely locked state of the tire due to deceleration or the like is shown, and when S <0, a slip state of the tire due to acceleration or the like is shown. The calculation of equation (3) is performed by the microcomputer that constitutes the slip calculation unit 32.
[0031]
Next, a method for determining the friction coefficient by the friction coefficient determination unit 33 will be described. FIG. 8 shows the relationship between the running speed and the road surface friction coefficient in each road surface state when the tire is completely locked and braked. When the road surface is frozen or when snow is accumulated on the road, the road surface friction coefficient μ is a low value regardless of the traveling speed. On the road surface wet by rain or the like, the road surface friction coefficient μ changes greatly according to the traveling speed, and becomes a lower value as the traveling speed increases. On the other hand, the road surface friction coefficient μ on a dry road surface shows a high value regardless of the traveling speed. As shown in the figure, the road surface friction coefficient μ on the frozen road surface is 0.1 to 0.2, about 0.2 to 0.4 on the snow road surface, and depending on the traveling speed on the wet road surface, it is approximately 0.5 to 0.8 and 0.8 to 1.0 on the dry road surface.
[0032]
FIG. 9 shows a distribution region of the road surface friction coefficient on the snow pressure road surface using acceleration and slip ratio as indices, and the halftone dot region R2 (snow road surface 2) is relatively slippery (μ = 0.2 to 0.3). ), The other region R1 (snow road surface 1) shows a relatively slippery state (μ = 0.3 to 0.4). A hatched area that partially overlaps the area R1 indicates the distribution of the road surface friction coefficient on the standard dry road surface. In general, when acceleration / deceleration is large, slippage due to acceleration and locking due to deceleration are more likely to occur on a snowy road surface than on a dry road surface. However, even in the case of compressed snow, slipperiness varies considerably due to differences in snow quality and the like, and the distribution is wide as shown in the figure. Therefore, as shown in FIG. 9, the road surface friction coefficient of the compressed snow road surface is classified from the relationship between the slip ratio and the acceleration on the basis of the dry road surface, and this characteristic is stored in the friction coefficient determination unit 33 in advance, and the slip ratio calculation unit By plotting the slip ratio from 32 and the ground acceleration from the ground acceleration calculating unit 31 in the figure, a more detailed road surface friction coefficient can be obtained. In this figure, the snow-capped road surface is classified into a relatively slippery region R1 (μ = 0.3 to 0.4) and a slippery region R2 (μ = 0.2 to 0.3).
[0033]
FIG. 10 is a flowchart of the determination operation of the road surface friction coefficient by the friction coefficient determination unit 33. When the determination result that the road surface LD is the frozen road surface (ice) is received from the road surface state determination unit 30, the road surface friction coefficient μ is determined within the range of 0.1 to 0.2 (S11, 12). In S11, when the road surface LD is a pressure snow road surface (snow), the road surface friction coefficient is limited to the region as shown in FIG. 9, and the acceleration / deceleration and the slip ratio are plotted on FIG. When the plotted point is in the region R2 (YES in S13), the road surface friction coefficient μ is determined within the range of 0.2 to 0.3 (S14). On the other hand, when the plot point is in the region R1 (NO in S13), the road surface friction coefficient μ is determined within the range of 0.3 to 0.4 (S15). In S11, when the road surface LD is a wet road surface (wet), it is checked whether the ground speed Vg is 60 km / h or more. If the ground speed is 60 km / h or more (in S16). YES), the road surface friction coefficient μ is determined within the range of 0.4 to 0.5 (S17). On the other hand, when the ground speed is less than 60 km / h (NO in S16), the road surface friction coefficient μ is determined within the range of 0.5 to 0.8 (S18). Furthermore, in S11, when the road surface LD is a dry road surface (dry), the road surface friction coefficient μ is determined within a range of 0.8 to 1.0 (S19).
[0034]
As described above, according to the present embodiment, the region of the road surface friction coefficient is limited based on the determination result of the road surface state, and the detailed road surface friction coefficient is determined based on the slip ratio and the ground acceleration. In addition, it is possible to detect the road surface friction coefficient with high accuracy without depending on the acceleration / deceleration state of the vehicle. In the present embodiment, an example in which the snowy road surface is further classified into two on the basis of the dry road surface has been described. However, for example, more detailed classification can be performed using the relationship with the frozen road surface.
[0035]
(Second Embodiment)
As in the embodiment shown in FIG. 7 described above, when the wheel rotation speed is measured using an encoder, it is difficult to improve detection accuracy because it is affected by the tire air pressure and frictional heat. In the present embodiment, the accuracy of detection is improved by using the reflected light processing device shown in FIG. 1 as described above for the measurement of the wheel rotation speed as well as the detection of the ground speed.
[0036]
FIG. 11 is a configuration diagram of a road surface friction coefficient measuring device according to this embodiment viewed from the side of the vehicle, and FIGS. 12A and 12B are configuration diagrams of a reflected light processing device and a wheel speed sensor, respectively. This road surface friction coefficient measuring device 20 has two systems of the reflected light processing device 1 shown in FIG. 1 described above, and one system of the reflected light processing device 1 is used for ground speed detection, and its output OUTPUT1. A signal having a frequency component of the ground speed is output from the ground and is converted into a ground speed output by the ground speed calculation unit 23 (see FIG. 5). The other reflected light processing apparatus is used as the wheel speed sensor 40, and a signal having a frequency component of the wheel speed is output from the output OUTPUT2, and the speed of the wheel is output by an arithmetic unit (not shown). It is converted to output. In the wheel speed sensor 40, the diffuse reflected light LED 2 emits light toward the tire 48 of the vehicle 47 through the lens 2 b and the glass plate 46, and the reflected light from the tire 48 is reflected by the prism mirror 49. It is changed in the vertical direction and is incident on the light receiving lens 7. In this way, by measuring the wheel rotation speed in a non-contact manner by the wheel speed sensor 40 using the reflected light processing device 1, without being affected by the load on the tire 48 or the change in air pressure of the tire 48 due to frictional heat, The rotational speed of the wheel can be detected with high accuracy. In the reflected light processing apparatus 1, the diffusely reflected LED 2 emits light toward the road surface LD through the lens 2 b and the glass plate 46.
[0037]
(Third embodiment)
There are two major factors in tire idling. One is caused by slip that occurs in contact with the road surface, and the other is caused by non-contact with the road surface due to protrusions or irregularities on the road surface. Since the road surface friction coefficient is a coefficient of friction between the road surface and the tire, non-contact idling causes a decrease in accuracy. In this embodiment, a wheel load measuring device (wheel load measuring means) (not shown) for measuring the wheel load is provided, and the measurement result from this wheel load measuring device is given to the slip ratio calculating unit 32 (see FIG. 5). The slip ratio calculation unit 32 determines whether or not the wheel is in contact with the road surface based on the measurement result, and the slip ratio for a period excluding the time when it is determined that the wheel is not in contact with the road surface. The average value of is output. As a result, an accurate slip ratio can be obtained, so that the detection accuracy of the road surface friction coefficient can be improved.
[0038]
FIG. 13 is a diagram of wheel load-time, where K is the wheel load measured when the ignition is turned on, and is stored in the memory. The vibration with a large amplitude is an effect of non-contact with the tire, and the vibration with a small amplitude is due to an effect of changing the load degree of the four wheels due to acceleration / deceleration of the vehicle. Here, the wheel non-grounding determination threshold KS is set so that the latter case is not detected as ungrounded. When the measured value f (t) of the wheel load falls below the threshold KS, it is determined that the vehicle is in a non-contact state.
[0039]
FIG. 14 shows a flowchart of the slip ratio calculating operation. First, when the ignition is turned ON, the memory is cleared, and the counter value T, the integrated value A of the wheel rotational speed Vt, and the integrated value B of the ground speed Vg are set to 0 (S21). Next, the measured value f (t) from the wheel load measuring device is compared with the threshold KS, and if the measured value f (t) is larger than the threshold KS (YES in S22), the wheel is in contact with the road surface. The wheel rotational speed Vt and the ground speed Vg measured at this time are added to the integrated values A and B, respectively (S23), and counting is performed (S24). If the measured value f (t) is less than or equal to the threshold KS (NO in S22), it is determined that the wheel is not in contact with the road surface, and the wheel rotation speed Vt and the ground speed Vg measured at this time are determined. Counting is performed without adding to the integrated values A and B (S24). Next, the count value T is compared with a predetermined value N, and if T is equal to or less than the predetermined value N, the process returns to S22 (NO in S25) and measurement is continued. When T becomes larger than the predetermined value N (YES in S25), the slip ratio S is calculated based on the integrations A and B (S26).
[0040]
(Fourth embodiment)
FIG. 15 shows a vehicle equipped with a road surface friction coefficient measuring device 20. The vehicle 47 detects the road surface state, the ground speed, the wheel rotation speed, and the ground acceleration while traveling on the target road surface LD, and the arithmetic unit 21 measures the road surface friction coefficient based on the information, and the measurement result is obtained. The information is transmitted to the information management station (not shown) of the road management center via the transmission device 50 or transmitted to the vehicle control device 51 in the vehicle 47. Information on the road surface friction coefficient measured by the vehicle 47 is displayed on a road information display board (not shown) installed in a service area or the like. In the present embodiment, the reflected light processing device 1 shown in FIG. 1 described above detects the road surface state and the ground speed, and the above-described FIG.
The wheel rotation speed is detected by the wheel speed detection sensor 40 shown in FIG. Thus, by mounting the road surface friction coefficient measuring device 20 of the present invention on the vehicle 47, it is possible to notify the driver of accurate road surface information.
[0041]
(Fifth embodiment)
FIG. 16A is a system configuration diagram of a collision reduction automatic brake system (wheel brake control system), and FIG. 16B is a schematic diagram for explaining a traveling state of a vehicle equipped with the collision reduction automatic brake system. The collision mitigation automatic brake system 60 issues an alarm or automatically performs brake control when the distance between the host vehicle 47 and a front obstacle such as the preceding vehicle 61 becomes a predetermined value or less. In addition to the road surface friction coefficient measuring device 20 described above, the automatic brake control ECU 62 (control means) that controls the above-described control includes a CCD camera 63 (distance detection means), a laser radar 64 (or millimeter wave radar) (distance detection means). The alarm devices 65 and 66 and the brake control device 70 are connected. In the collision reducing automatic braking system 60, the front obstacle is detected by combining the image processing of the CCD camera 63 and the detection result by the laser radar 64. That is, the traveling lane of the host vehicle 47 and the preceding vehicle 61 in the lane are recognized by the CCD camera 63, and the distance and relative speed to the recognized preceding vehicle 61 are measured by the laser radar 64. The alarm and brake control timing is in three stages. If the safe inter-vehicle distance cannot be maintained, the primary alarm device 65 is driven to generate the primary alarm, and the driver must perform the avoidance operation even when the brake is applied. If the secondary alarm / alarm device 66 is driven at a dangerous timing and the secondary alarm sounds, and if the brake is not applied after the secondary alarm is issued, the brake control device 70 is controlled to perform full brake control. It has become.
[0042]
In the conventional automatic brake system, the brake is applied instantaneously after the secondary alarm, the road surface friction coefficient is estimated from the difference in the wheel rotational speed of the drive wheel and the guide wheel of the vehicle, and the full brake is applied according to the road surface condition and the inter-vehicle distance. However, in this embodiment, the road surface friction coefficient measurement device 20 is used, so that the road surface friction coefficient can be measured at all times. Therefore, the brake is instantaneously applied after the secondary alarm. This eliminates the need for a safe and accurate collision-reducing automatic braking system. This system can be used for ABS (anti-lock brake system) as well.
[0043]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the slip ratio calculation unit 32 calculates the slip ratio based on the output values from the wheel speed sensor 40 and the ground speed calculation unit 23, but the rotation speed of the wheel and the ground speed are not calculated. A table indicating the relationship may be stored in the memory in advance, and the slip rate may be obtained using this table. In addition, the road surface friction coefficient measurement results were sent to the information management station of the road management center, but the driver is informed of the road surface during driving and is in a slippery state. A warning may be issued to the person.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the road surface friction coefficient measuring device of the present invention, the region of the friction coefficient between the road surface and the wheel in the road surface state is limited based on the road surface state determination result, and based on the ground acceleration and the slip ratio. Since the detailed road surface friction coefficient is determined, it is possible to detect the road surface friction coefficient with high accuracy independent of the acceleration / deceleration state of the vehicle.
[0045]
In addition, the wheel speed measuring means detects the rotation speed of the wheel in a non-contact state with the wheel, so that the rotation speed of the wheel can be reduced without being affected by a change in air pressure due to a load on the tire or frictional heat. It can be detected with high accuracy.
[0046]
In addition, by outputting the average value of the slip rate during the period except when it is determined that the wheel is not in contact with the road surface, a more accurate slip rate can be obtained, and the road surface friction coefficient measuring device The performance can be improved.
[0047]
Further, in the vehicle brake control system, the brake control timing is changed based on the measured road surface friction coefficient, so that a safe and accurate wheel brake control system can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a reflected light processing apparatus constituting a road surface friction coefficient measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of an optical system of a reflected light processing apparatus.
FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the principle of speed detection by the reflected light processing device, and a diagram showing a waveform of light passing through a slit array, respectively.
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing differential signal outputs from photodetectors on a dry road surface and a compressed snow road surface, respectively, and FIG. 4C is a diagram in which these differential signal outputs are developed in a Fourier series. is there.
FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of a road surface friction coefficient measuring apparatus.
FIG. 6 is a flowchart showing a road surface state determination processing operation;
FIG. 7 is a side view showing a detailed configuration of a wheel speed sensor.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a running speed and a road surface friction coefficient.
FIG. 9 is a diagram illustrating a region of a road surface friction coefficient that is limited when it is determined that the road surface is a snow-capped road surface.
FIG. 10 is a flowchart showing a road surface friction coefficient determination processing operation.
FIG. 11 is a configuration diagram of a road surface friction coefficient measuring apparatus according to a second embodiment.
FIGS. 12A and 12B are configuration diagrams of reflected light processing apparatuses for ground speed detection and wheel speed detection, respectively.
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between wheel load and time.
FIG. 14 is a flowchart showing a slip ratio calculating operation according to the third embodiment.
FIG. 15 is a configuration diagram of a vehicle equipped with a road surface friction coefficient measuring device according to a fourth embodiment.
FIG. 16A is a system configuration diagram of a collision reducing automatic braking system, and FIG. 16B is a schematic diagram for explaining a traveling state of a vehicle equipped with a collision reducing automatic braking system.
[Explanation of symbols]
1 Reflected light processing equipment (ground speed detection means)
20 Road surface friction coefficient measuring device
30 Road surface state determination unit (road surface state determination means)
31 Ground acceleration calculation unit (ground acceleration detection means)
32 Slip rate calculation unit (slip rate detection means)
33 Friction coefficient determination unit (friction coefficient determination means)
40 Wheel speed sensor (wheel speed measuring means)
48 wheels
60 Collision reduction automatic brake system (vehicle brake control system)
61 Leading vehicle (obstacle)
62 Automatic brake control ECU (control means)
63 CCD camera (distance detection means)
64 Laser radar (distance detection means)
LD road surface

Claims

In a road surface friction coefficient measuring device that measures a friction coefficient between a wheel of a traveling vehicle and a road surface of the traveling road,
Road surface state determining means for determining the road surface state of the traveling road;
Ground speed detection means for detecting the ground speed of the vehicle in a non-contact state with the road surface;
Wheel speed measuring means for measuring the rotational speed of the wheel;
A ground acceleration detecting means for obtaining a ground acceleration of the vehicle;
A slip ratio detecting means for obtaining a slip ratio based on the ground speed from the ground speed detecting means and the rotational speed from the wheel speed measuring means;
Based on the determination result from the road surface state determination means, the area of the road surface friction coefficient between the road surface and the wheel is limited, and further, the slip ratio from the slip ratio detection means and the ground acceleration from the ground acceleration detection means based on a friction coefficient determining means for determining a road surface friction coefficient,
Wheel load measuring means for measuring wheel load,
The slip ratio detecting means determines whether or not the wheel is in contact with the road surface based on the load measured by the wheel load measuring means, and when it is determined that the wheel is not in contact with the road surface A road surface friction coefficient measuring device that outputs an average value of a slip ratio in a period excluding the above .

In the vehicle brake control system that automatically performs the brake control when the distance between the traveling vehicle and the obstacle located in front of the traveling vehicle is a predetermined value or less,
Distance detection means for detecting the distance between the vehicle and the obstacle;
Control means for changing the timing of brake control based on the distance detected by the distance detection means and the road surface friction coefficient measured by the road surface friction coefficient measuring device according to claim 1. Vehicle brake control system.