JP4073476B2 - Vehicle travel safety evaluation device and vehicle travel safety evaluation method - Google Patents
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Description
本発明は、自動車車両の走行時の安全性の程度を評価するための装置および方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and a method for evaluating the degree of safety when a vehicle is running.
自動車車両の操縦者が、自身が操縦して走行する自動車車両の走行状態を知っておくことは重要である。特に、自身が操縦して走行する自動車車両の走行時の安全性の程度(走行安全性)を知っておくことは重要である。ここで、走行安全性とは、車両走行時における、車両の操縦容易性または操縦安定性の少なくともいずれか一方の程度を表す。車両の走行安全性とは、具体的には、自動車車両のタイヤと路面との滑り具合の大きさの程度に対応している。自動車車両のタイヤと路面との滑り具合の大きさが大きいほど、車両の操縦容易性や操縦安定性の程度は低下し、車両の操縦は困難となる。自動車車両のタイヤと路面との滑り具合の大きさが大きいほど、車両の走行安全性は低いといえる。 It is important for the driver of an automobile vehicle to know the traveling state of the automobile vehicle that he / she runs. In particular, it is important to know the degree of safety (running safety) during travel of an automobile vehicle that it controls and travels. Here, the traveling safety represents at least one of the ease of steering and the stability of driving of the vehicle when the vehicle is traveling. The traveling safety of the vehicle specifically corresponds to the degree of the degree of slippage between the tire of the automobile vehicle and the road surface. The greater the degree of slippage between the tire and the road surface of the automobile vehicle, the lower the degree of maneuverability and stability of the vehicle and the more difficult the maneuvering of the vehicle. It can be said that the greater the degree of slippage between the tire of the automobile vehicle and the road surface, the lower the traveling safety of the vehicle.
例えば、自動車車両の走行中、この自動車車両のタイヤにかかるコーナリングフォースや横力の大きさが、ある程度大きくなると、タイヤと路面との接地領域において、すべりが発生する。このすべりが比較的大きくなると、タイヤが装着された車両の操縦(制御)が困難になってくる。タイヤと路面との接地領域において発生している、このようなすべりの程度は、自動車車両の走行時の安全性に大きく関わっている。下記特許文献1では、このようなすべりの程度に応じて発生するタイヤスキール音を、車両のタイヤ近傍に設けられたマイクによって計測し、計測したタイヤのスキール音に基いて、路面に対するタイヤの接地状態を推定して、推定した接地状態に基いて操縦者へ警報を発する装置が開示されている。なお、本明細書においてスキール音とは、特許文献1にも記載されているように、タイヤと路面との間で生じたすべりに起因してタイヤが振動することで発生する、周波数範囲500Hz〜1500Hz程度の音のことをいう。スキール音は、タイヤと路面の接地状態に応じて発生するタイヤ振動に起因して生じる音であり、例えば、車両のタイヤ近傍に設けられたマイクによって、直接計測することができる。
For example, when a cornering force or a lateral force applied to a tire of the automobile vehicle is increased to some extent while the automobile vehicle is running, slip occurs in a contact area between the tire and the road surface. If this slip becomes relatively large, it becomes difficult to control (control) a vehicle equipped with tires. The degree of such slip that occurs in the contact area between the tire and the road surface is greatly related to the safety of the automobile vehicle during travel. In
下記特許文献2および特許文献3にも、タイヤと路面の接地状態に応じて発生するタイヤ振動に基いて、タイヤ走行状態を評価する方法や装置が提案されている。特許文献2には、特許文献2の段落[0014]に記載されているように、乾燥路を定常走行しているときのタイヤ内部の加速度および音圧スペクトルを基準とし、走行時の特定周波数における基準周波数スペクトルからの変化を検出することで、路面状態を判定する方法および装置が開示されている。特許文献2では、タイヤに発生する車両前後方向の加速度信号の周波数スペクトルを用いて、路面状態を評価している。また、特許文献3には、車両の走行安全性を向上させることを目的になされた、路面状態およびタイヤ走行状態推定装置が開示されている。特許文献3では、特許文献3の段落[0004]に記載されているように、制駆動や操舵といった動作が加わらない一定走行状態で、タイヤが接地している路面状態やタイヤの走行状態を精度良く推定している。特許文献3記載の発明は、特許文献3の段落[0005]に記載されているように、走行中のタイヤの周方向の振動あるいは幅方向の振動を周波数分析して得られた、振動の周波数のスペクトルの振動レベルが、タイヤが接地している路面の状態やタイヤの故障形態によって特徴的に変化していることに、特許文献3の発明者が着目してなされたものである。特許文献3記載の発明は、ホイールやサスペンションの振動の情報を、タイヤの振動を表す情報として取得し、取得した振動を周波数分析して得られる周波数スペクトルの、特定周波数帯域の振動レベルから、走行時の路面状態(主に、路面とタイヤとの摩擦係数)やタイヤの走行状態(タイヤ内圧、摩耗、故障等)を推定している。
The following
特許文献1記載のタイヤ接地状態の推定方法および装置では、車両のタイヤ近傍に設けられたマイクによって、発生したタイヤのスキール音を直接計測している。このように、タイヤ近傍にマイクを設置した場合、エンジン音や風切り音等の外部音の影響を受け易く、タイヤの接地状態を精度良く推定することができないといった問題があった。
In the tire ground contact state estimation method and apparatus described in
特許文献2記載の路面判定装置、および、特許文献3記載の路面状態およびタイヤ走行状態の推定方法は、双方とも、路面の状態を判定することを目的としている。タイヤに発生する車両前後方向の加速度信号の周波数スペクトルを用いて路面状態を評価する、特許文献2記載の路面判定装置では、自動車車両の操縦者は、自身が操縦する自動車車両が走行している路面の滑りやすさの程度について知ることはできる。しかし、例えば、自動車車両の操舵時において刻々と変化する、タイヤと路面との接地領域におけるすべりの程度や、このすべりの大きさに応じた車両の走行安全性などを知ることはできなかった。また、走行中のタイヤの、周方向あるいは幅方向の振動を周波数分析して得られた、振動の周波数スペクトルのレベルに基いて、路面状態およびタイヤ走行状態を推定する特許文献3記載の発明でも、自動車車両の操舵時において刻々と変化する、タイヤと路面との接地領域におけるすべりの程度や、このすべりの大きさに応じた車両の走行安全性などを知ることはできなかった。そこで、本発明は、自動車車両の操舵時において刻々と変化する、車両の走行安全性について、精度良く評価することを目的とする。
The road surface determination device described in
上記課題を解決するために、本発明は、タイヤが装着された車輪を備える車両について、この車両が路面を走行する際の走行安全性を評価する装置であって、前記車両が路面を走行する際、転動中の前記タイヤが前記路面から外力を受けることで発生する、前記タイヤに固定された所定位置の加速度データを時系列に取得する手段と、前記時系列の加速度データを周波数分析して前記加速度のスペクトルを求める手段と、前記加速度のスペクトルの、500Hz〜1500Hzの周波数範囲におけるピーク値を検出する手段と、検出した前記ピーク値に応じて、前記車両の走行安全性を評価する手段と、を有することを特徴とする車両走行安全性評価装置を提供する。なお、前記加速度データ取得手段で取得される加速度データは、前記タイヤの半径方向の加速度のデータであることが好ましい。 In order to solve the above-described problems, the present invention relates to a vehicle having wheels equipped with tires, and is an apparatus for evaluating traveling safety when the vehicle travels on a road surface. The vehicle travels on a road surface. When the rolling tire receives an external force from the road surface, means for acquiring in a time series acceleration data at a predetermined position fixed to the tire, and frequency analysis of the time series acceleration data. Means for determining the acceleration spectrum; means for detecting a peak value of the acceleration spectrum in a frequency range of 500 Hz to 1500 Hz; and means for evaluating the driving safety of the vehicle according to the detected peak value. And a vehicle travel safety evaluation device characterized by comprising: The acceleration data acquired by the acceleration data acquisition means is preferably acceleration data in the radial direction of the tire.
また、前記タイヤの所定位置の加速度データは、前記タイヤの所定位置に配置されて、前記車両が路面を走行する際、転動中のタイヤが前記路面から外力を受けることで発生する、前記所定位置の加速度を計測して出力する加速度センサによって計測されることが好ましい。 Further, the acceleration data of the predetermined position of the tire is arranged at the predetermined position of the tire, and is generated when the rolling tire receives an external force from the road surface when the vehicle travels on the road surface. It is preferably measured by an acceleration sensor that measures and outputs the acceleration of the position.
また、前記スペクトルを求める手段は、取得した前記時系列の加速度データの計測時間範囲から、前記所定位置が前記タイヤと路面との接地領域に対応する部分を通過してから、タイヤ軸を介して前記接地領域の中心と反対側の位置に到達するまでの分析対象時間領域を抽出し、前記加速度のスペクトルとして、前記分析対象時間領域における前記時系列の加速度データのスペクトルを求めることが好ましい。なお、前記スペクトルを求める手段は、取得した前記時系列の加速度データに基づいて、前記分析対象時間領域を抽出することが好ましい。 Further, the means for obtaining the spectrum may be configured so that, from the measurement time range of the acquired time-series acceleration data, the predetermined position passes through a portion corresponding to the contact area between the tire and the road surface, and then passes through the tire shaft. It is preferable that an analysis target time region until reaching a position opposite to the center of the ground contact region is extracted, and the time-series acceleration data spectrum in the analysis target time region is obtained as the acceleration spectrum. The means for obtaining the spectrum preferably extracts the analysis target time region based on the acquired time-series acceleration data.
なお、前記評価する手段は、前記分析対象時間領域における前記時系列の加速度データのスペクトルの前記ピーク値の最大値に応じて、前記車両の走行安全性を、前記タイヤの各回転毎に評価することが好ましい。 The means for evaluating evaluates the driving safety of the vehicle for each rotation of the tire according to the maximum value of the peak value of the spectrum of the time-series acceleration data in the analysis target time region. It is preferable.
また、予め定められた閾値を記憶しておく記憶手段を備え、前記評価手段は、前記記憶手段から前記閾値を読み出して、読み出した前記閾値と前記ピーク値とを比較し、この比較結果に応じて、前記車両が安全な走行状態であるか否かを判定し、判定した結果を出力することが好ましい。なお、前記閾値は、転動中の前記タイヤに発生するコーナリングフォースの値または横力の値の少なくともいずれか一方を計測するタイヤ試験機を用いて予め取得された、前記タイヤに発生するコーナリングフォースの値または前記タイヤに発生する横力の値の少なくともいずれか一方と、前記タイヤ試験機において転動している最中に発生する、前記タイヤに固定された所定位置の加速度のスペクトルの、500Hz〜1500Hzの周波数範囲におけるピーク値と、の対応関係に基いて予め定められていることが好ましい。 In addition, a storage unit that stores a predetermined threshold value is provided, and the evaluation unit reads the threshold value from the storage unit, compares the read threshold value with the peak value, and responds to the comparison result. It is preferable to determine whether or not the vehicle is in a safe traveling state and output the determined result. The threshold is a cornering force generated in the tire, which is acquired in advance using a tire testing machine that measures at least one of a cornering force value and a lateral force value generated in the rolling tire. 500 Hz of a spectrum of acceleration at a predetermined position fixed to the tire, generated during rolling in the tire testing machine, and at least one of the value of the lateral force generated in the tire and the value of the lateral force generated in the tire It is preferably determined in advance based on a correspondence relationship with a peak value in a frequency range of ˜1500 Hz.
本発明は、また、タイヤが装着された車輪を備える車両について、この車両が路面を走行する際の走行安全性を評価する方法であって、前記車両が路面を走行する際、転動中の前記タイヤが前記路面から外力を受けることで発生する、前記タイヤに固定された所定位置の加速度データを時系列に取得するステップと、前記時系列の加速度データを周波数分析して前記加速度のスペクトルを求めるステップと、前記加速度のスペクトルの、前記タイヤから発生するスキール音の周波数に対応する500Hz〜1500Hzの周波数範囲におけるピーク値を検出するステップと、検出した前記ピーク値に応じて、前記車両の走行安全性を評価するステップと、を有することを特徴とする車両走行安全性評価方法も、併せて提供する。 The present invention also relates to a method for evaluating traveling safety when the vehicle travels on a road surface with respect to a vehicle having wheels on which tires are mounted, and the vehicle is rolling when the vehicle travels on the road surface. A step of acquiring acceleration data at a predetermined position fixed to the tire, which is generated when the tire receives an external force from the road surface, in time series; and a frequency analysis of the time series acceleration data to obtain a spectrum of the acceleration. Determining a peak value in a frequency range of 500 Hz to 1500 Hz corresponding to a frequency of a squeal sound generated from the tire in the spectrum of the acceleration, and traveling of the vehicle according to the detected peak value. There is also provided a vehicle travel safety evaluation method characterized by having a step of evaluating safety.
なお、前記スペクトルを求めるステップでは、前記時系列の加速度データに対応する時間領域のうち、前記所定位置が前記タイヤと路面との接地領域に対応する部分を通過してから、タイヤ軸を介して前記接地領域の中心と反対側の位置に到達するまでの分析対象時間領域を抽出し、前記加速度のスペクトルとして、前記分析対象時間領域における前記時系列の加速度データのスペクトルを求めることが好ましい。また、前記スペクトルを求めるステップでは、取得した前記時系列の加速度データに基づいて、前記分析対象時間領域を抽出することが好ましい。 In the step of obtaining the spectrum, the predetermined position passes through a portion corresponding to the ground contact region between the tire and the road surface in the time region corresponding to the time-series acceleration data, and then passes through the tire shaft. It is preferable that an analysis target time region until reaching a position opposite to the center of the ground contact region is extracted, and the time-series acceleration data spectrum in the analysis target time region is obtained as the acceleration spectrum. Further, in the step of obtaining the spectrum, it is preferable to extract the analysis target time region based on the acquired time-series acceleration data.
本発明によれば、自動車車両の操舵時において刻々と変化する、タイヤと路面との接地領域におけるすべりの大きさに応じて、この自動車車両の走行安全性を精度良く評価することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately evaluate the traveling safety of the automobile vehicle according to the magnitude of the slip in the contact area between the tire and the road surface, which changes every moment when the automobile vehicle is steered.
以下、本発明の車両の走行安全性を評価する装置および方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an apparatus and a method for evaluating the traveling safety of a vehicle according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
図1は、本発明の車両の走行安全性を評価する装置の一例である評価装置10(装置10)について説明する概略構成図である。装置10は、4つの車輪14a〜14dが配備された車両12に備えられている。装置10は、センサユニット16a〜16dと、判定手段20と、報知手段34とを有して構成されている。センサユニット16a〜16dは、4つの車輪14a〜14dにそれぞれ備えられており、車両12が路面を走行する際に、各車輪のタイヤ15(図2参照)が路面から外力を受けることで発生する、このタイヤ15の所定部位の加速度情報を取得して無線信号で送信する。判定手段20は、センサユニット16a〜16dから送信された無線信号を受信して、タイヤ15の所定部位の加速度データを時系列に取得し、取得した時系列の加速度データを周波数分析して加速度データの周波数スペクトルを求め、この加速度データの周波数スペクトルに基いて、現在の車両12の走行状態が安全であるか否かを判定する。報知手段34は、判定手段20の判定結果を報知するとともに、判定手段20における判定結果に応じて、車両12の運転者に警告を発する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an evaluation device 10 (device 10) which is an example of a device for evaluating the traveling safety of a vehicle according to the present invention. The
図2は、図1に示す車両走行安全性評価装置における、センサユニットおよびデータ処理ユニットについて説明する図である。図2に示す判定手段20は、受信機3と、増幅器(AMP)4と、データ処理手段21と、CPU23と、メモリ27とを有する。判定手段20は、メモリ27に記憶されたプログラムをCPU23が実行することで、データ処理手段21の各手段(後述する各部)が機能する、受信機3とAMP4とが備えられたコンピュータである。判定手段20は、車輪14(車輪14a〜車輪14dのいずれか1つを代表して表す)を構成するタイヤ15のトレッド部19における加速度の計測データに基づき、現在の車両12の走行状態が安全であるか否かを判定する。ここで用いられる加速度の計測データは、タイヤ15のトレッド部19の、タイヤの空洞領域の内周面に固定した加速度センサ2で検知され、車輪14に設けられたセンサユニット16の送信機17から受信機3へ送信されて、アンプ4で増幅されたデータである。なお、送信機17を設けず、例えば、加速度センサ2に別途送信機能を持たせ、加速度センサ2から受信機3へ送信するように構成してもよい。なお、車輪14a〜14dに設けられた各送信機17は、それぞれを識別可能とする識別情報(ID)をそれぞれ保有しており、送信機17は、対応する加速度センサで計測された加速度の計測データとともにIDを送信する。
FIG. 2 is a diagram illustrating a sensor unit and a data processing unit in the vehicle travel safety evaluation apparatus shown in FIG. The
加速度センサ2は、例えば、本願出願人が先に出願した特願2003−134727号に開示された半導体加速度センサが例示される。半導体加速度センサは、具体的には、Siウエハ外周枠部内にダイアフラムが形成されたSiウエハと、このウエハ外周枠部を固定する台座とを有し、ダイアフラムの一方の面の中央部に重錘が設けられ、ダイアフラムには複数のピエゾ抵抗体が形成されている。この半導体加速度センサに加速度が作用した場合、ダイアフラムは変形し、この変形によりピエゾ抵抗体の抵抗値は変化する。この変化を加速度の情報として検出できるようにブリッジ回路が形成されている。
この加速度センサをタイヤ内周面に固定することにより、タイヤ回転中のトレッド部19に作用する加速度を計測することができる。
加速度センサ2は、この他にピエゾ圧電素子を用いた加速度ピックアップを用いてもよいし、歪みゲージを組み合わせた歪みゲージタイプの加速度ピックアップを用いてもよい。
As the
By fixing this acceleration sensor to the tire inner peripheral surface, the acceleration acting on the
In addition to this, the
アンプ4で増幅された加速度の計測データが供給されるデータ処理手段21は、データ取得部22、時間領域抽出部24、周波数分析部26、ピーク値導出部28、および評価部29を有する。データ取得部22は、アンプ4で増幅された少なくともタイヤ1回転分の加速度の計測データを入力データとして取得する部分である。アンプ4から供給されるデータはアナログデータであり、データ取得部22では、このデータを所定のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタルデータ(取得加速度データ)に変換する。取得加速度データは、メモリ27に記憶される。なお、データ取得部22は、各送信機17から送信された上述のIDに基づき、各車輪から送信される加速度の計測データが、どの車輪のタイヤの加速度の計測データであるか(車輪14a〜車輪14dのいずれの車輪であるか)を判定する。以降、時間領域抽出部24、周波数分析部26、ピーク値導出部28、および評価部29で行なわれる各処理は、各車輪のタイヤの計測データそれぞれについて行なわれる。
The data processing means 21 to which the acceleration measurement data amplified by the
時間領域抽出部24は、取得加速度データをメモリ27から読み出す。時間領域抽出部24は、時系列の取得加速度データに基づいて、加速度センサ2が、タイヤ15と路面との接地領域に対応する部分を通過してから、タイヤ軸を介して接地領域の中心位置と反対側の位置に到達するまでの分析対象時間領域を抽出する。分析対象時間領域とは、すなわち、図2中にαで示す分析対象部分に加速度センサ2が位置している時間領域のことをいう。時間領域抽出部24では、例えば、時系列の取得加速度データから、タイヤの転動に起因した遠心力成分を除去することで、タイヤの変形に基く加速度成分を表す時系列データ(変形加速度データ)を抽出する。時間領域抽出部24では、この変形加速度データを用いて、分析対象時間領域を抽出する。時間領域抽出部24では、例えば、データ取得部22によって取得されてデジタルデータに変換された加速度データを受け取り、このデータを平滑化処理することで、タイヤの変形に基く加速度成分を表す時系列データ(変形加速度データ)を抽出し、この変形加速度データを用いて、分析対象時間領域を抽出してもよい。
The time
取得加速度データを平滑化処理して平滑化加速度データとするには、トレンドモデルを用いる手法や、デジタルフィルタを用いる手法、移動平均処理を用いる手法、また、スプライン関数を用いる手法など、公知の手法のいずれを用いてもよい。取得加速度データは、路面を転動するタイヤが変形することで生じる、タイヤの変形に基づく加速度の変化をトレンド成分として、このタイヤの変形に基づく加速度成分に、タイヤの振動などのノイズ成分が多く含まれたデータである。例えば、公知のトレンドモデルを用いた手法によって平滑化した加速度データは、取得加速度データからノイズ成分が除去された加速度成分を表しているといえる。時間領域抽出部24は、このような平滑化加速度データを用いて、分析対象時間領域を抽出してもよい。
To obtain smoothed acceleration data by smoothing the acquired acceleration data, a known method such as a method using a trend model, a method using a digital filter, a method using a moving average process, or a method using a spline function is used. Any of these may be used. Acquired acceleration data uses a change in acceleration based on tire deformation caused by deformation of the tire rolling on the road surface as a trend component, and the acceleration component based on this tire deformation includes many noise components such as tire vibration. It is included data. For example, it can be said that acceleration data smoothed by a technique using a known trend model represents an acceleration component obtained by removing a noise component from acquired acceleration data. The time
時間領域抽出部24は、また、以下のようにしてタイヤの変形加速度データを抽出すればよい。図3(a)〜(c)は、時間領域抽出部24において実施される処理の例について説明する図である。この実施形態では、取得加速度データ(図3(a))に対して平滑化処理を行い、これら平滑化加速度データに対して近似曲線を算出して背景成分1を求める(図3(b))。そして、この背景成分1を、平滑化加速度データから除去して、タイヤの変形に基づく加速度の時系列データ(タイヤの変形加速度データ)を抽出する(図3(c))。平滑化加速度データに対する近似曲線の算出には、トレンドモデルを用いる手法や、デジタルフィルタを用いる手法、移動平均処理を用いる手法、また、スプライン関数を用いる手法など、公知の手法のいずれを用いてもよい。
The time
時間領域抽出部24は、変形加速度データの時系列波形から、トレッド部19に設けられた加速度センサ2がタイヤ接地領域の前端部分を通過したタイミング(接地前端タイミング)と、加速度センサ2がタイヤ接地領域の後端部分を通過したタイミング(接地後端タイミング)とを抽出する。例えば、変形加速度データの時系列波形が、加速度0を横切るときの2つのタイミングを抽出し、より早い一方のタイミングを接地前端タイミング、より遅い一方のタイミングを接地後端タイミングとして抽出する。時間領域抽出部24は、抽出した接地前端タイミングと接地後端タイミングとを基準に、分析対象時間領域を抽出する。分析対象時間領域の抽出については、後に詳述する。
The time
ここで、本願発明者が本願発明を創作するにあたって着目した、本願発明者によって初めて見出された、タイヤに発生する振動とタイヤ接地領域のスリップ角との関係について説明しておく。 Here, the relationship between the vibration generated in the tire and the slip angle of the tire contact area, which was first discovered by the inventor of the present application, which the inventor of the present application focused on when creating the present invention, will be described.
図4(a)〜(f)は、走行中の車両のタイヤに発生する振動について説明する図であり、公知のフラットベルト型室内走行試験機を用い、上記タイヤ15と同様にトレッド部19の内面に加速度センサが設けられた、所定の仕様のタイヤAにスリップ角入力を与えて得られたデータである。この際タイヤAに設けられた加速度センサとしては、タイヤトレッド部19の、タイヤ半径方向の振動の加速度のみならず、タイヤ周方向の振動の加速度およびタイヤ幅方向の振動の加速度も計測可能なものを使用した。図4(f)は、タイヤAと接地路面とのスリップ角の時系列データである。図4(f)に示すように、タイヤAには時系列に単調増加するスリップ角入力を与えた。図4(a)は、タイヤAに設けられた加速度センサで計測されたタイヤ半径方向の加速度データをデジタル変換した、半径方向の取得加速度データである。図4(e)は、この半径方向の取得加速度データの高周波成分を除いて平滑化処理した、半径方向加速度の平滑化加速度データである。図4(b)〜(d)は、取得加速度データを、所定の微小時間領域(0.0016秒)毎に周波数分析して得られた、取得加速度データの周波数スペクトル(振動のスペクトル)の時系列の変化を表している。図4(b)は、タイヤ周方向の周波数スペクトルの時系列データであり、図4(c)は、タイヤ幅方向の周波数スペクトルの時系列データであり、図4(d)は、タイヤ半径方向の周波数スペクトルデータである。図4(a)〜(f)それぞれの横軸は時間軸であり、各時間軸における同一座標は、同一時刻を表している。タイヤAを用いて行なったこの実験では、タイヤAに与えるスリップ角入力の大きさがある程度大きく(具体的には、スリップ角が3°)なった時点で、タイヤAからスキール音が発生していることが、タイヤAの近くに位置していたオペレータによって確認された。
4 (a) to 4 (f) are diagrams for explaining vibrations generated in a tire of a running vehicle, and using a known flat belt type indoor running tester, the
路面上を転動するタイヤには、図4(e)に示すような、時系列で変動するタイヤ半径方向の変形加速度が生じる。すなわち、図2を参照すれば明らかなように、タイヤの半径方向の変形は、接地領域前端にさしかかった瞬間に大きくなり、接地領域を通過する最中では、加速度センサは路面と平行に移動するので小さく(特に接地領域の中心位置では、ほぼゼロ)なり、接地領域後端を通過した際に再び大きくなる。このため、図4(e)に示すような、高周波成分(ノイズ成分)を除いた、タイヤ半径方向の平滑化加速度データに基づいて、図4(e)に示すような、タイヤと路面との接地領域に加速度センサがさしかかっている時間領域(接地時間領域C1〜C8)を判定することができる。なお、平滑化処理および接地時間領域の判定処理については、後述する。 A tire that rolls on the road surface has a deformation acceleration in the tire radial direction that varies in a time series as shown in FIG. That is, as is clear from FIG. 2, the radial deformation of the tire increases at the moment when it approaches the front end of the ground contact area, and the acceleration sensor moves in parallel with the road surface while passing through the ground contact area. Therefore, it becomes small (particularly zero at the center position of the grounding area), and becomes large again when passing through the rear end of the grounding area. For this reason, based on the smoothed acceleration data in the tire radial direction excluding high-frequency components (noise components) as shown in FIG. 4E, the tire and road surface as shown in FIG. It is possible to determine a time region where the acceleration sensor is approaching the ground contact region (ground contact time region C 1 to C 8 ). Note that the smoothing process and the determination process of the contact time period will be described later.
図4(a)に示す、タイヤ半径方向の取得加速度データは、図4(e)に示す平滑化加速度データ(タイヤの変形にともなって生じる時系列の加速度)に、その他のノイズ成分(主にタイヤの振動成分)が加わったものである。図4(f)と図4(a)とを比較してわかるように、タイヤのスリップ角が大きくなれば、取得加速度データのノイズ成分は大きくなっている。本願発明者は、タイヤのスリップ角の上昇にともなって増加する、タイヤ幅方向、周方向、半径方向それぞれのノイズ成分について着目し、図4(b)〜(d)にそれぞれ示すように、タイヤに発生する取得加速度データの周波数スペクトルの時間変化を導出し、その変化の態様について確認した。図4(b)〜(d)のグラフの縦軸は周波数であり、スペクトル値の大きさは、色の濃淡の程度(ドット密度)によって表している。 The acquired acceleration data in the tire radial direction shown in FIG. 4A is obtained by adding other noise components (mainly, the acceleration data in time series generated as the tire is deformed) shown in FIG. Tire vibration component). As can be seen by comparing FIG. 4F and FIG. 4A, the noise component of the acquired acceleration data increases as the tire slip angle increases. The inventor of the present application pays attention to noise components in the tire width direction, the circumferential direction, and the radial direction, which increase as the tire slip angle increases, and as shown in FIGS. The time change of the frequency spectrum of the acquired acceleration data generated in the experiment was derived, and the mode of the change was confirmed. The vertical axis of the graphs of FIGS. 4B to 4D is the frequency, and the magnitude of the spectral value is represented by the degree of color shading (dot density).
本願発明者は、図4(b)〜(d)のグラフを比較検討した結果、取得加速度データのノイズ成分は、タイヤ幅方向、周方向、半径方向のうち、タイヤ半径方向に最も強く表れることを見出した。そして、図4(d)に示されるタイヤ半径方向の取得加速度データの周波数スペクトルについて、図4(e)に示すグラフから判定された接地時間領域C1〜C8との対応を確認し、転動中のタイヤに設けられた加速度センサのタイヤ上の位置と、半径方向の周波数スペクトルとの関係を調査した。これにより、本願発明者は、図4(d)に示すように、半径方向の周波数スペクトルが、加速度センサが接地領域内に位置している時間(接地時間領域C1〜C8)のみならず、加速度センサが接地領域の後端を通過した直後から、タイヤ軸を介して接地領域の中心位置と反対側の地点に到達するまでの間の所定の時間領域(分析対象時間領域E1〜E8)でも、依然高いスペクトル値を維持していることを見出した。すなわち、スリップ角の増加にともなってタイヤからスキール音が発生した状態では、タイヤ接地領域の前端からタイヤ接地領域の後ろ側(分析対象部分)にかけて、特に大きなタイヤ振動が発生していることを見出した。そして、この振動は、特にタイヤ半径方向の振動が支配的であることを見出した。 As a result of comparing and examining the graphs of FIGS. 4B to 4D, the inventor of the present application shows that the noise component of the acquired acceleration data appears most strongly in the tire radial direction among the tire width direction, the circumferential direction, and the radial direction. I found. Then, regarding the frequency spectrum of the acquired acceleration data in the tire radial direction shown in FIG. 4D, the correspondence with the contact time regions C 1 to C 8 determined from the graph shown in FIG. The relationship between the position of the acceleration sensor provided on the moving tire on the tire and the frequency spectrum in the radial direction was investigated. Thus, the present inventors, as shown in FIG. 4 (d), the frequency spectrum of the radial, not only the time in which the acceleration sensor is located in the ground area (contact time domain C 1 -C 8) , A predetermined time region (analysis target time region E 1 to E) from immediately after the acceleration sensor passes through the rear end of the ground contact region until it reaches a point opposite to the center position of the ground contact region via the tire shaft. 8 ) However, it was found that the high spectral value is still maintained. In other words, when squeal noise is generated from the tire as the slip angle increases, it is found that particularly large tire vibration is generated from the front end of the tire contact area to the rear side (analysis target portion) of the tire contact area. It was. And it has been found that this vibration is particularly dominant in the tire radial direction.
図4(b)〜(d)を比較してわかるように、取得加速度データの周波数スペクトルとしては、タイヤ半径方向が最も顕著に表れている。そして、接地時間領域から分析対象時間領域にわたって、周波数スペクトルのピークは500Hz〜1500Hzの範囲に集中しており、ピーク周波数は、この500Hz〜1500Hzの周波数範囲にあることがわかる。上述したように、500Hz〜1500Hzの周波数範囲は、タイヤに発生するスキール音に対応する周波数範囲である。さらに、接地時間領域C1〜C8における周波数スペクトルの値の分布と、接地時間領域直後の分析対象時間領域E1〜E8の周波数スペクトルの値の分布とを比較すると、接地時間領域C1〜C8でのピーク周波数に比べて、分析対象時間領域E1〜E8でのピーク周波数の方が、低くなっている(周波数が低い)ことがわかる。 As can be seen by comparing FIGS. 4B to 4D, the tire radial direction appears most prominently as the frequency spectrum of the acquired acceleration data. It can be seen that the peak of the frequency spectrum is concentrated in the range of 500 Hz to 1500 Hz from the contact time region to the analysis target time region, and the peak frequency is in the frequency range of 500 Hz to 1500 Hz. As described above, the frequency range of 500 Hz to 1500 Hz is a frequency range corresponding to the squeal noise generated in the tire. Further, when the distribution of the frequency spectrum values in the ground contact time region C 1 to C 8 is compared with the distribution of the frequency spectrum values in the analysis target time regions E 1 to E 8 immediately after the ground contact time region, the ground contact time region C 1 compared to the peak frequency in the -C 8, towards the peak frequency in the analyzed time domain E 1 to E 8 is (low frequency) and is lower can be seen.
なお、図5(a)〜(f)も、図4(a)〜(f)と同様、走行中の車両のタイヤに発生する振動について説明する図である。図5(a)〜(f)も、公知のフラットベルト型室内走行試験機を用い、上記タイヤ15と同様にトレッド部19の内面に加速度センサが設けられた、上記タイヤAと異なる仕様のタイヤBにスリップ角入力を与えて得られたデータである。タイヤBを用いて行なったこの実験では、タイヤAを用いた場合と同様に、スリップ角が10°となるまで単調にスリップ角入力を大きくしても、タイヤBの近くに位置していたオペレータが、タイヤBからスキール音が発生していることを確認することはできなかった。この場合、図5(b)〜(d)に示す各データにも、特徴的なノイズ成分は表れなかった。
5 (a) to 5 (f) are also diagrams for explaining vibrations generated in the tires of the traveling vehicle, as in FIGS. 4 (a) to (f). FIGS. 5A to 5F also show tires having specifications different from those of the tire A, in which an acceleration sensor is provided on the inner surface of the
図6(a)は、タイヤAに、スリップ角6°のスリップ角入力を与えた際の、タイヤが1回転する時間領域にわたる、半径方向の周波数スペクトルである。図4の各グラフからも判断できるように、この状態(スリップ角6°)では、タイヤAにスキール音が発生している。図6(a)に示すように、スキール音が発生している状態では、半径方向の周波数スペクトルは、500Hz〜1500Hzの周波数範囲で比較的大きなスペクトル値を有し、当然、この周波数範囲においてピークを有している。図6(a)に示す半径方向の周波数スペクトルでは、大きく分けて2つの特徴的なピークが確認できる。図4(d)からも明らかなように、図6(a)に示す2つの特徴的なピークのうち、比較的低い周波数のピーク(図6(a)にP1で示す)は、主に分析対象部分におけるタイヤ振動に起因しており、比較的高いピーク(図6(a)にP2で示す)は、主に、加速度センサがタイヤ接地領域を通過している最中のタイヤ振動に起因している。 FIG. 6A shows a frequency spectrum in the radial direction over a time region in which the tire makes one rotation when a slip angle input having a slip angle of 6 ° is given to the tire A. FIG. As can be determined from the graphs of FIG. 4, in this state (slip angle 6 °), a squeal noise is generated in the tire A. As shown in FIG. 6A, in the state where the squeal noise is generated, the frequency spectrum in the radial direction has a relatively large spectrum value in the frequency range of 500 Hz to 1500 Hz, and naturally peaks in this frequency range. have. In the frequency spectrum in the radial direction shown in FIG. 6A, two distinctive peaks can be confirmed. Figure 4 (d) As is clear from, among the two characteristic peaks shown in FIGS. 6 (a), (indicated by P 1 in FIG. 6 (a)) relatively low frequency peak is mainly It is due to the tire vibration in the analysis target part, a relatively high peak (indicated by P 2 in FIG. 6 (a)), mainly in the tire vibration of the middle of the acceleration sensor is passing through the tire contact area Is attributed.
図6(a)に示す2つの特徴的なピークを比較してわかるように、タイヤが1回転する時間領域にわたるタイヤ振動は、分析対象部分における振動の成分が支配的である(図6(a)では、P1の方がより大きい)。なお、図6(b)は、タイヤAと異なる上記タイヤBに、スリップ角10°のスリップ角入力を与えた際の、タイヤ1回転に対応する時間領域にわたる、半径方向の周波数スペクトルである。図4の各グラフからも判断できるように、タイヤ15では、この状態(スリップ角10°)でもスキール音は発生していない。図6(b)に示すように、スキール音が発生していない状態では、500Hz〜1500Hzの周波数範囲で有意なピークを有していない。
As can be seen by comparing the two characteristic peaks shown in FIG. 6A, the vibration component in the analysis target portion is dominant in the tire vibration over the time region in which the tire makes one rotation (FIG. 6A). ), the larger is more of P 1). FIG. 6B shows a frequency spectrum in the radial direction over a time region corresponding to one rotation of the tire when a slip angle input with a slip angle of 10 ° is given to the tire B different from the tire A. As can be determined from each graph of FIG. 4, the squeal noise is not generated in the
本願発明は、本願発明者が行なったこのような確認実験によって得られた、(1)スリップ角の増加にともなってタイヤスキール音が発生した際、取得加速度データのノイズ成分(主にタイヤの振動成分)は、タイヤ幅方向、周方向、半径方向のうち、タイヤ半径方向に最も強く表れること。(2)タイヤ半径方向の取得加速度データの周波数スペクトルの値が、加速度センサが接地領域内に位置している時間(接地時間領域)のみならず、加速度センサが接地領域の後端を通過した直後から、タイヤ軸を介して接地領域の中央位置と反対側の地点に到達するまでの間の所定の時間領域でも、依然高い値を維持していること。むしろ、加速度センサが接地領域の後端を通過した直後から、タイヤ軸を介して接地領域の中央位置と反対側の地点に到達するまでの間の所定の時間領域(分析対象時間領域)において支配的に大きいこと。(3)そして、このような半径方向の周波数スペクトルのピーク周波数は、タイヤに発生するスキール音に対応する500Hz〜1500Hzの周波数範囲にあること。といった知見に基いてなされたものである。 The present invention is obtained by such a confirmation experiment conducted by the inventor of the present application. (1) When tire squeal noise is generated as the slip angle increases, noise components (mainly tire vibrations) of acquired acceleration data are generated. Component) should appear most strongly in the tire radial direction among the tire width direction, circumferential direction, and radial direction. (2) The frequency spectrum value of the acquired acceleration data in the tire radial direction is not only the time when the acceleration sensor is located in the ground contact area (ground contact time area) but immediately after the acceleration sensor passes the rear end of the ground contact area. The high value is still maintained even in a predetermined time region from when the vehicle reaches the point opposite to the center position of the ground contact region through the tire shaft. Rather, it is dominated in a predetermined time region (analysis target time region) from immediately after the acceleration sensor passes through the rear end of the ground contact region to the point opposite to the center position of the ground contact region via the tire shaft. Big. (3) And the peak frequency of such a frequency spectrum in the radial direction is in the frequency range of 500 Hz to 1500 Hz corresponding to the squeal noise generated in the tire. It was made based on such knowledge.
時間領域抽出部24において分析対象時間領域を抽出するのは、上述したように、タイヤ1回転にわたる時間領域におけるタイヤ半径方向の取得加速度データのノイズ成分(主に振動成分)のなかでは、この分析対象時間領域におけるタイヤ半径方向の取得加速度データのノイズ成分が、支配的に大きいからである。時間領域抽出部24において抽出された分析時間領域の情報は、周波数分析部26に送られる。
The time
周波数分析部26は、分析時間領域の情報を受け取り、また、メモリ27から取得加速度データを読み出す。周波数分析部26は、時間領域抽出部24において抽出した、タイヤの各回転毎の分析対象時間領域毎に、取得加速度データを周波数分析して、上記図6(a)および(b)に示されるような、タイヤ半径方向の取得加速度データの周波数スペクトルを求める。周波数分析部26は、求めた半径方向の周波数スペクトルを、ピーク値導出部28に出力する。ピーク値導出部28は、周波数分析部26から出力された半径方向の周波数スペクトルから、周波数スペクトルのピーク値(スペクトルピーク値)を求め、さらに求めたピーク値のうちの最大値(最大スペクトルピーク値)を導出する。
The
図7(a)および(b)は、公知の室内タイヤ試験機を用いて導出された、所定の仕様のタイヤについての、スリップ角の大きさと、タイヤの接地領域に発生する横力、およびタイヤ半径方向の取得加速度データの最大スペクトルピーク値、それぞれとの対応を表すグラフである。図7(a)は、取得した加速度データ(取得加速度データ)の、タイヤが1回転する時間領域における最大スペクトルピーク値とスリップ角との対応関係を示すグラフである。図7(b)は、取得加速度データを、上記分析対象時間領域についてのみ周波数分析して得られた、分析対象時間領域における最大スペクトルピーク値とスリップ角との対応関係を示すグラフである。図7(a)および(b)に示すFyは、タイヤの接地領域に発生する横力であり、図7(a)および(b)に示すAx〜Azのうち、Axはタイヤ周方向の最大スペクトルピーク値、Ayはタイヤ幅方向の最大スペクトルピーク値、Azはタイヤ半径方向の最大スペクトルピーク値である。各方向の最大スペクトルピーク値は、取得加速度データをタイヤが1回転する時間領域について周波数分析してスペクトル(周波数スペクトル)を得、各周波数スペクトルから周波数スペクトルのピーク値を求め、求めたピーク値のうちの最大値を抽出することで求めている。図7(a)および(b)に示すように、タイヤと路面とのスリップ角が増加するにともない、最大スペクトルピーク値の値も単調に上昇していく。 7 (a) and 7 (b) show the magnitude of the slip angle, the lateral force generated in the ground contact area of the tire, and the tire derived from a known indoor tire testing machine. It is a graph showing the correspondence with the maximum spectrum peak value of the acquisition acceleration data of radial direction, and each. FIG. 7A is a graph showing a correspondence relationship between the maximum spectrum peak value and the slip angle in the time region in which the tire makes one rotation of the acquired acceleration data (acquired acceleration data). FIG. 7B is a graph showing the correspondence between the maximum spectral peak value and the slip angle in the analysis target time region, obtained by frequency analysis of the acquired acceleration data only in the analysis target time region. Fy shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b) is a lateral force generated in the tire contact area, and Ax to Az shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b) is Ax in the tire circumferential direction. The spectral peak value, Ay is the maximum spectral peak value in the tire width direction, and Az is the maximum spectral peak value in the tire radial direction. The maximum spectrum peak value in each direction is obtained by frequency-analyzing the acquired acceleration data in the time domain in which the tire rotates once, obtaining a spectrum (frequency spectrum), obtaining a peak value of the frequency spectrum from each frequency spectrum, It is obtained by extracting the maximum value. As shown in FIGS. 7A and 7B, as the slip angle between the tire and the road surface increases, the value of the maximum spectral peak value also increases monotonously.
図7(a)および図7(b)いずれの場合でも、タイヤと路面とのスリップ角と、各方向の最大スペクトルピーク値とは、良好な線型関係を示す。図7(a)および図7(b)のいずれの場合も、タイヤと路面とのスリップ角は、タイヤ半径方向の最大スペクトルピーク値と、特に良好な線形性を示す。タイヤと路面とのスリップ角と最大スペクトルピーク値とが、図7(a)に示すグラフのみならず図7(b)に示すグラフにおいても良好な線型関係を示すのは、取得加速度データのノイズ成分(主に振動成分)は、タイヤが1回転する時間領域の中で、この分析対象時間領域において支配的に大きいからである。さらに、図7(a)と図7(b)とを比較すると、入力したスリップ角の範囲全体で、特にAzの値(タイヤ半径方向の最大スペクトルピーク値)が、図7(a)に比べて図7(b)の方が大きくなっている。そして、上述のように、最大スペクトルピーク値に対応するピーク周波数は、タイヤに発生するスキール音に対応する500Hz〜1500Hzの周波数範囲にある。タイヤ半径方向の取得加速度データを分析対象時間領域についてのみ周波数分析して得られた最大スペクトルピーク値の方が、タイヤ半径方向の取得加速度データをタイヤ1回転にわたる時間領域(接地領域を含む)について周波数分析して得られた最大スペクトルピーク値よりも、スキール音(に対応する振動)に対する感度が良いといえる。本実施形態では、このような、分析対象時間領域における最大スペクトルピーク値を用いて、タイヤと路面のとのスリップ角の大きさを表す評価値を導出する。 In both cases of FIG. 7A and FIG. 7B, the slip angle between the tire and the road surface and the maximum spectral peak value in each direction show a good linear relationship. In both cases of FIG. 7A and FIG. 7B, the slip angle between the tire and the road surface exhibits a particularly good linearity with the maximum spectral peak value in the tire radial direction. The slip angle between the tire and the road surface and the maximum spectral peak value show a good linear relationship not only in the graph shown in FIG. 7 (a) but also in the graph shown in FIG. 7 (b). This is because the component (mainly vibration component) is dominantly large in this analysis target time region in the time region in which the tire rotates once. Further, when FIG. 7A is compared with FIG. 7B, the value of Az (maximum spectral peak value in the tire radial direction) in the whole range of the slip angle is compared with FIG. 7A. FIG. 7B is larger. As described above, the peak frequency corresponding to the maximum spectral peak value is in the frequency range of 500 Hz to 1500 Hz corresponding to the squeal noise generated in the tire. The maximum spectral peak value obtained by frequency analysis of the acquired acceleration data in the tire radial direction only in the analysis target time domain is the time domain (including the ground contact area) of the acquired acceleration data in the tire radial direction over one rotation of the tire. It can be said that the sensitivity to the squeal sound (corresponding vibration) is better than the maximum spectral peak value obtained by frequency analysis. In the present embodiment, an evaluation value representing the magnitude of the slip angle between the tire and the road surface is derived using such a maximum spectral peak value in the analysis target time region.
このように、タイヤ半径方向の取得加速度データの周波数スペクトルのピーク値の大きさは、タイヤと路面とのスリップ角の大きさを、精度良く表している。本実施形態では、例えば、車両12に装着されているタイヤ14について、予め、公知の室内タイヤ試験機を用いてスリップ角と最大スペクトルピーク値との対応関係を導出しておき、車両が安全に走行できるスリップ角の上限値に対応する最大スペクトルピーク値を、現在の車両の走行安全性を判定するための閾値として設定しておく。設定されたこの閾値は、メモリ27に予め記憶されている。
Thus, the magnitude of the peak value of the frequency spectrum of the acquired acceleration data in the tire radial direction accurately represents the magnitude of the slip angle between the tire and the road surface. In the present embodiment, for example, with respect to the
評価部29は、ピーク値導出部28においてタイヤの各回転毎に導出した最大スペクトルピーク値(評価値)と、メモリ27に予め記憶されているこの閾値とを比較して、評価値が閾値を上回るか否かを判定し、判定結果をディスプレイに表示出力する。ここで閾値は、上述のように、車両が安全に走行できるスリップ角の上限値を表している。評価値(タイヤ15のスリップ角の大きさによく対応する、タイヤの半径方向の最大スペクトルピーク値)が、予め設定された上記閾値を下回る場合は、タイヤ15と路面とのスリップ角の大きさは、タイヤ15を備える車両12が安全に走行できる範囲にあるといえる。また、評価値が、予め設定された上記閾値より大きい場合は、タイヤ15と路面とのスリップ角の大きさが、タイヤ15を備える車両12が安全に走行できる上限値よりも大きくなっており、車両12は安全な走行状態にないことがいえる。
The
報知手段34は、例えば、図示しないディスプレイやスピーカなどからなり、評価部29から送られた、車両が安全な走行状態にあるか否かの判定結果の情報を受けて、車両12の運転者に対し警報を発する。報知手段34は、これにより、車両12の運転者に対し、どの車輪において、スリップ角が極端に大きくなっているかを報知する。例えば、スピーカから警告音を発生したり、ディスプレイに警告を伝える画像を表示することで、警報を発すればよい。
The notification means 34 is composed of, for example, a display or a speaker (not shown), and receives information on a determination result sent from the
図8は、このような装置10にて行われる車両走行安全性評価方法のフローチャートの一例である。以下、車両12が走行している状態において、車両走行安全性を評価する一例について説明する。まず、アンプ4で増幅された、各車輪の加速度の計測データがデータ取得部22に供給され、所定のサンプリング周波数にてサンプリングされて、デジタル化した計測データが取得される(ステップS102)。この際、データ取得部22は、上述のように、各送信機15から送信された上述のIDに基づき、各車輪から送信される加速度の計測データが、どの車輪のタイヤの加速度の計測データであるか(車輪14a〜車輪14dのいずれの車輪であるか)を判定する。以降の各処理は、各車輪のタイヤの計測データそれぞれについて、並列に行なわれる。
FIG. 8 is an example of a flowchart of a vehicle travel safety evaluation method performed by such an
取得された計測データ(取得加速度データ)は、メモリ27に記憶される。時間領域抽出部24は、メモリ27から取得加速度データを読み出す。そして、時間領域抽出部24において、まず、ローパスフィルタによる平滑化処理が行われる(ステップS104)。図4(a)や図5(a)に示すように、時間領域抽出部24に供給された計測データはノイズ成分が多く含まれるため、平滑化処理により、図4(e)や図5(e)に示すように滑らかなデータとされる。フィルタは、例えば、所定の周波数をカットオフ周波数とするデジタルフィルタが用いられる。カットオフ周波数は、転動速度やノイズ成分によって変化するが、例えば転動速度が60(km/時)の場合、カットオフ周波数は、0.5〜2(kHz)とされる。この他に、デジタルフィルタの替わりに、移動平均処理やトレンドモデル等を用いて平滑化処理を行ってもよい。
The acquired measurement data (acquired acceleration data) is stored in the
次に、時間領域抽出部24が、平滑化された加速度データの時系列波形から、トレッド部19に設けられた加速度センサ2がタイヤ接地領域の前端部分を通過したタイミング(接地前端タイミング)と、加速度センサ2がタイヤ接地領域の後端部分を通過したタイミング(接地後端タイミング)とを抽出する。具体的には、タイヤ半径方向の加速度データから遠心力成分を抽出して得られた変形加速度データの時系列波形が、加速度0を横切るときの2つのタイミングを抽出し、より早い一方のタイミングを接地前端タイミング、より遅い一方のタイミングを接地後端タイミングとして抽出する。図9は、変形加速度データの時系列波形を示す概略図であり、タイヤが2回転する時間範囲にわたって示している。時間領域抽出部24では、図9に示すように、タイヤの各回転毎に、接地前端タイミング(FnおよびFn+1)と、接地後端タイミング(RnおよびRn+1)を抽出する。
Next, from the time-series waveform of the acceleration data smoothed by the time
そして、時間領域抽出部24において、タイヤの各回転毎に、分析対象時間領域を抽出して設定する。上述のように、分析対象時間領域とは、加速度センサ2が、図2に示す分析対象部分αを通過している時間に対応する時間領域であり、より詳しくは、上述のように、タイヤと路面との接地領域に対応する部分を通過してから、タイヤ軸を介して接地領域の中心地点と反対側の位置に到達するまでの時間領域のことをいう。タイヤが一定速度で転動している場合、加速度センサがタイヤ接地領域の後端部分を通過したタイミング(例えば、図9に示す接地後端タイミングRn)から、加速度センサ2がタイヤ接地領域の前端部分を次に通過したタイミング(例えば、接地前端タイミングFn+1)までの時間範囲において、この時間範囲を2等分した2つの時間領域のうちの前半部分の時間領域(例えば、図9に示すEn)と略一致する。時間領域抽出部24では、抽出した接地前端タイミングと接地後端タイミングとに基き、例えば、図4(e)および図5(e)に示すように、タイヤの各回転毎に、分析対象時間領域(分析対象時間領域E1〜E8)を抽出する。
Then, the time
そして、周波数分析部26は、分析時間領域の情報を受け取り、また、メモリ27から取得加速度データを読み出す。周波数分析部26は、時間領域抽出部24において抽出したタイヤの各回転の分析対象時間領域毎に、時系列の取得加速度データを周波数分析して、タイヤ半径方向の取得加速度データの周波数スペクトル(半径方向の振動スペクトル)を求めて出力する(ステップS110)。
Then, the
そして、ピーク値導出部28が、周波数分析部26から出力された半径方向の周波数スペクトルから、500Hz〜1500Hzの周波数範囲にある、半径方向の周波数スペクトルのピーク値の最大値(最大スペクトルピーク値)を導出する(ステップS112)。そして、評価部29が、タイヤの各回転毎(分析対象時間領域毎)に導出した最大スペクトルピーク値に基き、車両12の現在の走行安全性を評価する(ステップS114)。評価部29では、ステップS112において導出したタイヤの各回転毎の評価値と、メモリ27に予め記憶されている上記閾値とを比較して、評価値が閾値を上回るか否かを判定し、判定結果を、報知手段34の図示しないディスプレイに表示出力する。
Then, the peak
評価値が、予め設定された上記閾値を下回る場合(ステップS114の判定結果がYesの場合)は、タイヤ14と路面とのスリップ角の大きさは、タイヤ14を備える車両12が安全に走行できる範囲にあるといえる。この場合(ステップS114の判定結果がYesの場合)、判定結果を、通常の表示モードでディスプレイに表示出力する。これに対し、評価値が、予め設定された上記閾値より大きい場合(ステップS114の判定結果がNoの場合)は、タイヤ14と路面とのスリップ角の大きさが、タイヤ14を備える車両12が安全に走行できる上限値よりも大きくなっており、車両12は安全な走行状態にないことがいえる。この場合(ステップS114の判定結果がNoの場合)、報知手段34によって警告が発せられる(ステップS116)。例えば、スピーカから警告音を発生したり、ディスプレイに警告を伝える画像を表示することで、車両12の運転者に対し警報を発するとともに、どの車輪においてスリップ角が極端に大きくなっているか、報知する。このような警報によって、車両12の運転者は、現在の車両が安全な走行状態にあるか否かを知ることができる。ステップS102〜ステップS116の一連の処理は、車両12の走行が終了するまで、繰り返し実行される。
When the evaluation value falls below the preset threshold value (when the determination result in step S114 is Yes), the slip angle between the
評価値は、分析対象時間領域における周波数スペクトルのピーク値の最大値(最大スペクトルピーク値)であることに限定されない。また、周波数分析する時間領域についても特に限定されず、例えば、評価値として、タイヤが1回転している時間領域における振動スペクトルのピーク値であってもよい。ただし、転動中のタイヤ振動のノイズ成分は、タイヤの分析対象部分において支配的に大きいので、車両の走行安全性をより高精度に評価するには、評価値として、分析対象時間領域における周波数スペクトルのピーク値を用いることが好ましい。また、評価値として、タイヤ半径方向の最大スペクトルピーク値を用いることに限定されず、タイヤ周方向またはタイヤ幅方向のスペクトル値を用いてもよい。ただし、タイヤ周方向の加速度およびタイヤ幅方向の加速度に比べて、タイヤ半径方向の加速度は、特に大きい。車両の走行安全性をより高精度に評価するには、評価値として、タイヤ半径方向の加速度のスペクトル値の最大値を用いることが、より好ましい。 The evaluation value is not limited to the maximum value of the peak value of the frequency spectrum (maximum spectrum peak value) in the analysis target time region. Also, the time domain for frequency analysis is not particularly limited. For example, the evaluation value may be a peak value of a vibration spectrum in the time domain where the tire rotates once. However, since the noise component of tire vibration during rolling is dominantly large in the analysis target portion of the tire, in order to evaluate the driving safety of the vehicle with higher accuracy, the frequency in the analysis target time domain is used as an evaluation value. It is preferable to use the peak value of the spectrum. Further, the evaluation value is not limited to using the maximum spectrum peak value in the tire radial direction, and a spectrum value in the tire circumferential direction or the tire width direction may be used. However, the acceleration in the tire radial direction is particularly larger than the acceleration in the tire circumferential direction and the acceleration in the tire width direction. In order to evaluate the traveling safety of the vehicle with higher accuracy, it is more preferable to use the maximum value of the spectrum value of the acceleration in the tire radial direction as the evaluation value.
本発明では、タイヤ1回転毎に評価値を算出して、タイヤ1回転毎に走行安全性を評価することに限定されない。例えば、所定時間間隔でタイヤ1回転あたりの評価値を算出して、この所定時間間隔で判定してもよい。また、所定時間単位で連続して、タイヤの各回転毎の評価値を算出して、この所定時間単位で取得された複数の評価値について平均値を求め、この平均値を用いて、所定時間単位毎に、車両の走行安全性を判定してもよい。本発明における判定方法や判定基準は特に限定されない。 The present invention is not limited to calculating an evaluation value for each rotation of the tire and evaluating the running safety for each rotation of the tire. For example, an evaluation value per one tire rotation may be calculated at a predetermined time interval, and the determination may be made at the predetermined time interval. In addition, an evaluation value for each rotation of the tire is calculated continuously in a predetermined time unit, an average value is obtained for a plurality of evaluation values acquired in the predetermined time unit, and the average value is used for a predetermined time. You may determine the driving safety of a vehicle for every unit. The determination method and determination criteria in the present invention are not particularly limited.
以上、本発明の車両走行安全性評価装置、および車両走行安全性評価方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 As mentioned above, although the vehicle travel safety evaluation apparatus and the vehicle travel safety evaluation method of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, you may make changes.
10 評価装置
12 車両
14a〜14d 車輪
15 タイヤ
16a〜16d センサユニット
17 送信機
20 判定手段
21 データ処理手段
22 データ取得部
23 CPU
24 時間領域抽出部
26 周波数分析部
27 メモリ
28 ピーク値導出部
29 評価部
34 報知手段
DESCRIPTION OF
24 Time
Claims (11)
前記車両が路面を走行する際、転動中の前記タイヤが前記路面から外力を受けることで発生する、前記タイヤに固定された所定位置の加速度データを時系列に取得する手段と、
前記時系列の加速度データを周波数分析して前記加速度のスペクトルを求める手段と、
前記加速度のスペクトルの、500Hz〜1500Hzの周波数範囲におけるピーク値を検出する手段と、
検出した前記ピーク値に応じて、前記車両の走行安全性を評価する手段と、を有することを特徴とする車両走行安全性評価装置。 For a vehicle having wheels equipped with tires, an apparatus for evaluating the traveling safety when the vehicle travels on a road surface,
Means for acquiring, in a time series, acceleration data at a predetermined position fixed to the tire, generated when the rolling tire receives an external force from the road surface when the vehicle travels on a road surface;
Means for frequency-analyzing the time-series acceleration data to obtain the acceleration spectrum;
Means for detecting a peak value in a frequency range of 500 Hz to 1500 Hz of the acceleration spectrum;
Means for evaluating the traveling safety of the vehicle according to the detected peak value.
前記加速度のスペクトルとして、前記分析対象時間領域における前記時系列の加速度データのスペクトルを求めることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の車両走行安全性評価装置。 The means for obtaining the spectrum, from the measurement time range of the acquired time-series acceleration data, after the predetermined position has passed the portion corresponding to the contact area of the tire and the road surface, the ground contact via the tire shaft Extract the time domain to be analyzed until it reaches the position opposite to the center of the area,
The vehicle travel safety evaluation device according to claim 1, wherein a spectrum of the time-series acceleration data in the analysis target time domain is obtained as the acceleration spectrum.
前記評価手段は、前記記憶手段から前記閾値を読み出して、読み出した前記閾値と前記ピーク値とを比較し、この比較結果に応じて、前記車両が安全な走行状態であるか否かを判定し、判定した結果を出力することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の車両走行安全性評価装置。 A storage means for storing a predetermined threshold value;
The evaluation unit reads the threshold value from the storage unit, compares the read threshold value with the peak value, and determines whether the vehicle is in a safe driving state according to the comparison result. The vehicle running safety evaluation device according to claim 1, wherein the determined result is output.
前記タイヤ試験機において転動している最中に発生する、前記タイヤに固定された所定位置の加速度のスペクトルの、500Hz〜1500Hzの周波数範囲におけるピーク値と、の対応関係に基いて予め定められていることを特徴とする請求項7記載の車両走行安全性評価装置。 The threshold value is a value of a cornering force generated in the tire, which is acquired in advance using a tire testing machine that measures at least one of a cornering force value and a lateral force value generated in the rolling tire. Or at least one of the values of the lateral force generated in the tire,
Predetermined based on a correspondence relationship between a peak value in a frequency range of 500 Hz to 1500 Hz of an acceleration spectrum at a predetermined position fixed to the tire that is generated while rolling in the tire testing machine. 8. The vehicle travel safety evaluation device according to claim 7, wherein
前記車両が路面を走行する際、転動中の前記タイヤが前記路面から外力を受けることで発生する、前記タイヤに固定された所定位置の加速度データを時系列に取得するステップと、
前記時系列の加速度データを周波数分析して前記加速度のスペクトルを求めるステップと、
前記加速度のスペクトルの、前記タイヤから発生するスキール音の周波数に対応する500Hz〜1500Hzの周波数範囲におけるピーク値を検出するステップと、
検出した前記ピーク値に応じて、前記車両の走行安全性を評価するステップと、を有することを特徴とする車両走行安全性評価方法。 For a vehicle having wheels equipped with tires, a method for evaluating traveling safety when the vehicle travels on a road surface,
When the vehicle travels on the road surface, the tire that is rolling is generated by receiving an external force from the road surface, the acceleration data of a predetermined position fixed to the tire is acquired in time series,
Obtaining a spectrum of the acceleration by frequency analysis of the time-series acceleration data;
Detecting a peak value in a frequency range of 500 Hz to 1500 Hz corresponding to a frequency of a squeal noise generated from the tire in the spectrum of the acceleration;
Evaluating the traveling safety of the vehicle according to the detected peak value, and a vehicle traveling safety evaluation method.
前記加速度のスペクトルとして、前記分析対象時間領域における前記時系列の加速度データのスペクトルを求めることを特徴とする請求項9に記載の車両走行安全性評価方法。 In the step of obtaining the spectrum, the predetermined position passes through a portion corresponding to a ground contact region between the tire and a road surface in a time region corresponding to the time-series acceleration data, and then the ground contact is performed via a tire shaft. Extract the time domain to be analyzed until it reaches the position opposite to the center of the area,
The vehicle travel safety evaluation method according to claim 9, wherein a spectrum of the time-series acceleration data in the analysis target time domain is obtained as the acceleration spectrum.
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