JP4252540B2 - 路面判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、路面判定装置に係り、特に、車両走行の制御に用いて好適な路面判定装置に関する。

車両のタイヤに関するタイヤパラメータを推定し、このタイヤパラメータを用いて車両走行を制御することが行われている。タイヤパラメータとしては、例えばタイヤ摩耗量やタイヤ温度などがある。

タイヤ摩耗量を推定するものとして、例えば特許文献１においてタイヤ異常摩耗検知装置が開示されている。このタイヤ異常摩耗検知装置は、タイヤの摩耗によりタイヤの動的半径が小さくなったときのタイヤ回転数の変化からタイヤの異常摩耗を判定している。具体的には、タイヤの空気圧による動的半径の変化を考慮して、車輪速センサから求めた共振周波数（空気圧に依存）とタイヤ回転数との相関関係をマップとして求めておき、相関関係から外れる回転数を検出した場合にタイヤが摩耗していると判定するものである。

しかし、このタイヤ異常摩耗検知装置は、タイヤが一様に摩耗して動的半径が均一に小さくなった場合しかタイヤの摩耗を検出することができない問題があった。例えば、タイヤショルダー部の摩耗によってもタイヤグリップ力が低下するが、そのような摩耗を検出することができなかった。

また、タイヤ温度を推定するものとしては、例えば特許文献２において、タイヤハウジング内部に温度センサを設け、この温度センサによる温度計測値を車室内又は車外に送信する装置が開示されている。しかし、この装置は、タイヤの温度計測のためにスリップリングや温度センサなどの専用部品を必要とし、コスト増を招くとともに、耐久性及び信頼性の面で問題があった。
特開平５−３３２７６２号公報 特表平１１−５０４５８５号公報

一方、例えば路面摩擦等の外部環境の影響を受けるタイヤパラメータについては、車両側及び道路環境側両方の特性の影響を受け、さらに環境側と車両側の影響を厳密に区別するのは困難であることから、車両挙動や状態量だけで推定するのは困難である。

一般的に、タイヤの状態をある程度限界領域（最大摩擦領域）近辺までにもっていかないと、路面状態を判定するのは困難である。しかし、そのような制御を行えば車両挙動変化が生じると共に、振動や音等が生じて、乗り心地や操作性の劣化に繋がる。

路面状態は、道路側を直接計測することにより実現することもできる。しかし、道路全体にセンサを設置することは、コストがかかってしまうという問題がある。また、部分的に提示することも考えられるが、摩擦特性は場所により大きく変動するので、部分的に行ってもあまり意味がない。

本発明は、道路側の設備にコストをかけることなく、容易に路面状態を判定することができる路面判定装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、車両の走行状態を検出する車両状態検出手段と、前記車両状態検出手段で検出した車両の走行状態に基づいて、車両が走行している路面の路面摩擦係数の変動量であるμ勾配を推定するμ勾配推定手段と、前記車両状態検出手段が検出した車両の走行状態と、車両の制御状態とに基づいて、車両が走行している路面の路面摩擦係数を計測する路面摩擦係数計測手段と、前記μ勾配推定手段で推定されたμ勾配と前記路面摩擦係数計測手段で計測された路面摩擦係数とを対応付けて記憶する記憶手段と、前記路面摩擦係数計測手段が新たに計測した路面摩擦係数が前記記憶手段に記憶されている路面摩擦係数と同じ場合に、前記路面摩擦係数に対応付けられたμ勾配を前記μ勾配推定手段が推定したμ勾配に変更する変更手段と、前記μ勾配推定手段が新たに推定するμ勾配と、前記記憶手段に記憶された路面摩擦係数及びμ勾配の対応とに基づいて、現在車両が走行している路面の路面摩擦係数を判定する路面摩擦係数判定手段と、を備えたことで前述した課題を解決する。

請求項１記載の発明によれば、車両状態検出手段で検出した車両の走行状態に基づいて、車両が走行している路面の路面摩擦係数の変動量であるμ勾配を推定する。また、車両状態検出手段が検出した車両の走行状態と、車両の制御状態とに基づいて、車両が走行している路面の路面摩擦係数を計測する。このようにして求められたμ勾配と路面摩擦係数とを対応付けて記憶する。なお、基準路面と同じ路面を車両が再び走行した場合には、基準値のμ勾配をμ勾配推定手段が推定したμ勾配に変更する。これにより、車両や路面状態などに対応して基準値を変更する。そして、μ勾配推定手段が新たに推定するμ勾配と、路面摩擦係数及びμ勾配の対応とに基づいて、現在車両が走行している路面の路面摩擦係数を判定する。

また、前記記憶手段は、請求項２記載のように、車両が所定の走行状態のときに前記μ勾配と前記路面摩擦係数とを対応付けて記憶してもよい。

さらに、前記記憶手段は、請求項３記載のように、車両が所定の路面を走行しているときに前記μ勾配と前記路面摩擦係数とを対応付けて記憶してもよい。

請求項４記載の発明は、車両走行状態を検出する車両状態検出手段と、走行路面に関する路面摩擦係数を受信する受信手段と、前記車両状態検出手段が検出した車両走行状態に基づいて、車両が走行している路面の路面摩擦係数の変動量であるμ勾配を推定するμ勾配推定手段と、前記受信手段が前記路面摩擦係数を受信する毎に、前記μ勾配推定手段が推定したμ勾配を前記路面摩擦係数に対応付けて記憶する記憶手段と、前記受信手段が路面摩擦係数を受信していないときに、前記μ勾配推定手段が推定したμ勾配と、前記記憶手段に記憶されている路面摩擦係数に対するμ勾配とに基づいて、前記路面摩擦係数を受信していないときに走行している路面の路面摩擦係数を判定する判定手段と、を備えたことで前述した課題を解決する。

請求項４記載の発明によれば、車両状態検出手段が検出した車両走行状態に基づいて、車両が走行している路面の路面摩擦係数の変動量であるμ勾配を推定する。受信手段が路面摩擦係数を受信する毎に、μ勾配推定手段が推定したμ勾配を路面摩擦係数に対応付けて記憶手段に記憶する。これにより、道路環境の変化に合わせてμ勾配と路面摩擦係数との対応を最適な値に更新する。そして、μ勾配推定手段が推定したμ勾配と、記憶手段に記憶されている路面摩擦係数に対するμ勾配とに基づいて、路面摩擦係数を受信していないときに走行している路面の路面摩擦係を判定する。

前記記憶手段は、請求項５記載のように、車両が所定の走行状態のときに、前記μ勾配推定手段が推定したμ勾配を走行路面に対する路面摩擦係数に対応付けて記憶してもよい。

本発明に係る路面判定装置は、路面摩擦係数計測手段が新たに計測した路面摩擦係数が記憶手段に記憶されている路面摩擦係数と同じ場合に、路面摩擦係数に対応付けられたμ勾配をμ勾配推定手段が推定したμ勾配に変更し、μ勾配推定手段が新たに推定するμ勾配と、記憶手段に記憶された路面摩擦係数及びμ勾配の対応とに基づいて、現在車両が走行している路面の路面摩擦係数を判定することにより、車両特性の変動を考慮しながら基準値を変更して、常に精度よく路面摩擦係数を判定することができる。

本発明に係る路面判定装置は、受信手段が前記路面摩擦係数を受信する毎に、μ勾配推定手段が推定したμ勾配を路面摩擦係数に対応付けて記憶手段に記憶し、μ勾配推定手段が新たに推定したμ勾配と、記憶手段に記憶されている路面摩擦係数に対するμ勾配とに基づいて路面摩擦係数を受信していないときに走行している路面の路面摩擦係数を判定することによって、車両状態だけでなく車外からの道路環境情報も用いて、路面摩擦係数を精度よく判定することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control）、ＡＢＳ（Antilock Braking System）、ＴＲＣ（TRaction Control system）、ＡＴ（Automatic Transmission）、ＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）、ＩＴＳ（Intelligent Transport System）等の車両走行制御のために用いて好適なものである。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る路面判定装置８０の構成を示すブロック図である。路面判定装置８０は、車両に設置され、車両走行時に路面を判定するものである。

路面判定装置８０は、車両の走行状態等を検出する車両状態検出回路８１と、路面計測装置９０を駆動させる駆動回路８２と、車両制御装置９１を制御する制御回路８３とを備えている。なお、車両制御装置９１はこの車両の走行を制御し、路面計測装置９０はこの車両走行時の路面を計測するものである。

車両状態検出回路８１は、例えば車輪速度に基づいて、車両が走行を開始したか、車両が直進しているか、車両が一定速度で走行しているか、タイヤを交換したか等、車両がどのような状態であるかを検出する。

駆動回路８２は、路面計測を行うタイミングを計り、そのタイミングになると、車両制御装置９１の駆動を指示する駆動指示信号を制御回路８３に供給する。なお、駆動回路８２は、車両状態検出回路８１が検出した車輪速度の変動や上下加速度に基づいて路面の状態が悪いと判断した場合（例えば、左右輪で路面が大きく違う場合、操舵角信号から急操舵をしていると判定した場合）には、駆動指示信号を出力しなくてもよい。これにより、車両が安定して走行している場合のみ、路面測定を行うことができる。

制御回路８３は、この信号を受けると、例えばブレーキ制動を行ったり、アクセルのスロットル制御等を行うように車両制御装置９１を制御する。このとき、制御回路８３は、制御時間を短くかつ制御量も小さくして、車両状態に変化が生じないように車両制御装置９１を制御する。また、制御回路８３は、一輪以上の輪に制動等をかけると同時にその制動の車両挙動への影響を打ち消すように駆動や操舵等を行うことによって、車両の挙動変動を抑えるようにしてもよい。さらに、制御回路８３は、駆動制御するときに生じる音を消すために、ワイパやエアー・コンディショナ、オーディオ等の駆動と同期して、ブレーキ等の駆動制御を行ってもよい。また、制御回路８３は、駆動制御時の振動を抑えるために、車両が路面の突起物に乗り上げたときにブレーキ等の駆動制御を行ってもよい。これにより、路面判定時の車両の変動量を少なくして、乗り心地が悪くなるのを抑制することができる。

駆動回路８２は、上述のように駆動指示信号を制御回路８３に供給する一方、路面計測を開始するように路面計測装置９０を駆動する。これにより、路面計測装置９０は、車両に所定の制御が行われている時の路面を計測する。

また、路面判定装置８０は、路面状態の計測結果を得るための路面状態計測回路８４と、路面状態の推定値を算出する路面状態推定回路８５と、基準値を求める基準化回路８６と、必要に応じて基準値を変更する基準値変更回路８７と、基準値と推定値とに基づいて路面状態を判定する路面判定回路８８とを備えている
路面状態計測回路８４は、制御回路８３が路面状態の判定のための制御を行っていることを認識すると、このとき車両状態検出回路８１が検出した車両状態に基づいて、路面摩擦状態を計測する。路面状態計測回路８４は、例えば、以下の式に基づいて路面摩擦係数μを求める。

μ＝｛Ｉ・（ｄω／ｄｔ）＋Ｋ・Ｐｂ｝／ｍ
Ｐｂ：ブレーキ圧、ｄω／ｄｔ：車輪加速度、ｍ：車輪荷重
Ｉ：車輪慣性、Ｋ：ブレーキパッド摩擦係数
路面状態推定回路８５は、車両状態検出回路８１で検出した路面状態に基づいて、タイヤと路面間の摩擦状態を示す指標を推定し、その推定値を基準化回路８６及び路面判定回路８８に供給する。摩擦状態を示す指標としては、例えば車両の定常走行状態でのμ勾配（速度変動に対するμの変動量）を推定する。

基準化回路８６は、車両状態検出回路８１からの路面状態と、路面状態推定回路８５からの推定値との対応付けを行い、この関係を基準値として基準値変更回路８７に供給する。基準化回路８６は、例えば、計測した路面μと推定値であるμ勾配とを対応付けて、基準値として（μ，μ勾配）を出力する。

基準値変更回路８７は、基準化回路８６で得られた基準値を記憶する図示しないメモリを備えている。基準値変更回路８７は、基準化回路８６で得られた基準値とメモリに記憶されている従来の基準値との比較を行い、差があるようであれば従来の基準値を補正し、この補正結果を路面判定回路８８に供給する。例えば、従来の基準値（μ，μ勾配）があり、さらに新たな基準値（μ，μ勾配）が得られたとする。従来の基準値と今回の基準値のμが同じであるときにμ勾配が異なっていれば、μ勾配を入れ替える。すなわち、基準値変更回路８７は、μ勾配のみを入れ替えた（μ，μ勾配）を新たな基準値として変更し、この基準値をメモリに記憶すると共に、路面判定回路８８に供給する。

路面判定回路８８は、基準値を求めた路面と異なる路面を走行しているときの当該路面状態の判定を行う。路面判定回路８８は、具体的には、路面状態推定回路８５で得たμ勾配の推定値と基準値変更回路８７からの基準値（μ，μ勾配）とを対応させて、現在車両が走行している路面μを判定する。

以上のように、路面判定装置８０は、タイヤの交換、経年劣化、積載量のような車両特性の変動を考慮して基準値を変更するので、タイヤと路面間の摩擦状態を精度よく推定することができる。また、路面判定装置８０は、路面状態計測の際の車両制御を最小限に抑えているので、車両挙動量を少なくして乗り心地が悪化するのを防止することができる。さらに、車両が基準路面と同一とみなせる路面を走行している場合には、推定値の変化を比較することによって、車両の特性変化も精度よく推定することができる。

（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る路面判定装置１００の構成を示すブロック図である。路面判定装置１００は、基準区間の道路に設けられている道路環境発信装置１１０からの情報を受信して路面状態を示す指標である基準値を求め、必要に応じてその基準値を補正し、他の区間を走行するときにはその基準値を用いて正確に路面状態を判定するものである。

具体的には、路面判定装置１００は、道路環境発信装置１１０からの情報を受信する基準路面情報受信回路１０１と、車両の走行中の状態や挙動を検出する車両状態／挙動量検出回路１０２と、推定値を基準化するのに最適な条件であるかを判断する推定条件判断回路１０３と、推定値を算出する推定回路１０４とを備えている。

さらに、路面判定装置１００は、従来の推定値と新たな推定値とを比較する比較回路１０５と、比較回路１０５の結果に応じて基準値を修正する判定基準修正回路１０６と、修正後の基準値を記憶する状況判断基準記憶回路１０７と、基準値と推定値とから路面状況を判定する状況判定回路１０８とを備えている。

一方、道路環境発信装置１１０は、走行中の車両に道路環境情報を発信するものであり、認識した道路環境情報を記憶する道路環境認識／記憶回路１１１と、道路環境認識/記憶回路１１１に記憶されている情報を送信する基準路面情報送信回路１１２とを備えている。

道路環境認識／記憶回路１１１は、例えば、道路の基準区間の開始位置や終了位置、基準区間の距離、路面摩擦係数μ、路面傾斜角、雨量等の路面状態に関連する道路環境情報を計測して認識し、その結果を記憶する。そして、基準路面情報送信回路１１２は、道路環境認識／記憶回路１１１に記憶されている環境情報を走行中の各車両に送信する。

基準路面情報受信回路１０１は、道路環境発信装置１１０から道路環境情報を受信し、この道路環境情報を推定条件判断回路１０３及び比較回路１０５に供給する。なお、基準路面情報受信回路１０１は、車両が基準路面を走行していなければ、道路環境情報を受信することができない。車両状態／挙動量検出回路１０２は、車輪速度、操舵角、車体加速度などの車両状態及び挙動に関する車両状態／挙動情報を検出し、この情報を推定条件判断回路１０３及び推定回路１０４に供給する。

推定条件判断回路１０３は、基準路面情報受信回路１０１から供給される道路環境情報と、車両状態／挙動量検出回路１０２から供給される車両状態／挙動情報とに基づいて、路面状態を推定し、それが基準化するのに適した状態であるかを判断する。例えば車両の直進状態を基準とする場合においては、推定条件判断回路１０３は、車両状態／挙動量検出回路１０２が操舵中であることを検出したときは、基準化を行わない。また、基準路面情報受信回路１０１が悪天候であること、道路に落下物が存在すること、既に同様の路面で基準化を行ったばかりであること等を受信したときも、推定条件判断回路１０３は基準化を行わない。推定条件判断回路１０３は、基準化を行うときは推定回路１０４にその指示を行い、基準化を行わないときは基準化を中止する。なお、推定条件判断回路１０３は、基準化を行わなくても、基準路面以外の路面を判定するときはその指示を状況判定回路１０８に行う。

推定回路１０４は、推定条件判断回路１０３から基準化を行う旨の指示があったときに、車両状態／挙動量検出回路１０２からの車両状態／挙動量に基づいて、路面摩擦状態を示す指標を推定する。例えば、車輪速度の変動から、定常走行状態でのμ勾配（速度変動に対するμの変動量）を推定する。

比較回路１０５は、基準区間道路を走行している場合に路面状態を示す指標の比較を行う。具体的には、比較回路１０５は、基準路面情報受信回路１０１からの環境情報に基づいて路面状態を示す指標を得て、この指標と推定回路１０４で得た推定値とを比較し、この比較結果を判定基準修正回路１０６に供給する。比較回路１０５は、例えば、基準路面μに対する「従来のμ勾配」と、基準路面μに対する「今回推定したμ勾配」との差を出力する。

判定基準修正回路１０６は、比較回路１０５で得られた比較結果から、基準路面状態に対する路面状態の指標の修正を行うように、状況判断基準記憶回路１０７に指示する。判定基準修正回路１０６は、例えば、基準路面μに対応するμ勾配を必要に応じて今回推定した値に修正するように指示する。

状況判断基準記憶回路１０７は、状況判定を行うための基準値として例えば（μ，μ勾配）を記憶する。なお、μは基準路面情報受信回路１０１が受信する道路環境情報から得られたものであり、μ勾配は推定回路１０４で推定されたものである。そして、状況判断基準記憶回路１０７は、判定基準修正回路１０６からの修正指示があった場合にはその指示に従って推定値を修正して、この修正された推定値を基準値として記憶する。状況判断基準記憶回路１０７は、例えば、μ勾配の修正指示があった場合には、基準値（μ，μ勾配）のμ勾配を新たに推定回路１０４で推定されたμ勾配に変更する。

状況判定回路１０８は、車両が基準区間路面以外を走行している場合に路面判定を行う。具体的には、状況判定回路１０８は、推定回路１０４で得た推定値と状況判断基準記憶回路１０７に記憶されている基準値に基づいて、路面の状態を判断する。例えば、基準路面区間における（μ，μ勾配）、すなわちμとμ勾配の対応関係を用いて、基準区間路面以外のμ勾配の推定値から路面μを推定する。

以上のように、路面判定装置１００は、車両自体の状態や挙動だけでなく、道路環境発信装置１１０からの道路状態も考慮して基準値を変更するので、刻々と変わる道路状態に対応して正確に路面状態を判定することができる。

また、路面判定装置１００は、道路環境を管理する基準区間だけに道路環境発信装置１１０が設置されていれば、他の区間では基準区間で求めた基準値を用いて路面状態を判定することができる。これにより、すべての区間に道路環境発信装置１１０を設置することなく路面を判定することができるので、道路側の設備投資の負担を軽減しながら、路面状態を精度よく推定することができる。

なお、本実施の形態では従来のμ勾配と新たに得られたμ勾配とに差があったときにμ勾配を更新していたが、基準路面情報受信回路１０１が新たに道路環境情報を受信する毎にμ勾配を更新するようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る路面判定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る路面判定装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

８０，１００ 路面判定装置
８４ 路面状態計測回路
８５ 路面状態推定回路
８６ 基準化回路
８７ 基準値変更回路
８８ 路面判定回路
１０１ 基準路面情報受信回路
１０４ 推定回路
１０５ 比較回路
１０６ 判断基準修正回路
１０７ 状況判定基準記憶回路
１０８ 状況判定回路

Claims (5)

1. 車両の走行状態を検出する車両状態検出手段と、
   前記車両状態検出手段で検出した車両の走行状態に基づいて、車両が走行している路面の路面摩擦係数の変動量であるμ勾配を推定するμ勾配推定手段と、
   前記車両状態検出手段が検出した車両の走行状態と、車両の制御状態とに基づいて、車両が走行している路面の路面摩擦係数を計測する路面摩擦係数計測手段と、
   前記μ勾配推定手段で推定されたμ勾配と前記路面摩擦係数計測手段で計測された路面摩擦係数とを対応付けて記憶する記憶手段と、
   前記路面摩擦係数計測手段が新たに計測した路面摩擦係数が前記記憶手段に記憶されている路面摩擦係数と同じ場合に、前記路面摩擦係数に対応付けられたμ勾配を前記μ勾配推定手段が推定したμ勾配に変更する変更手段と、
   前記μ勾配推定手段が新たに推定するμ勾配と、前記記憶手段に記憶された路面摩擦係数及びμ勾配の対応とに基づいて、現在車両が走行している路面の路面摩擦係数を判定する路面摩擦係数判定手段と、
   を備えた路面判定装置。
2. 前記記憶手段は、車両が所定の走行状態のときに前記μ勾配と前記路面摩擦係数とを対応付けて記憶する請求項１記載の路面判定装置。
3. 前記記憶手段は、車両が所定の路面を走行しているときに前記μ勾配と前記路面摩擦係数とを対応付けて記憶する請求項１または２記載の路面判定装置。
4. 車両走行状態を検出する車両状態検出手段と、
   走行路面に関する路面摩擦係数を受信する受信手段と、
   前記車両状態検出手段が検出した車両走行状態に基づいて、車両が走行している路面の路面摩擦係数の変動量であるμ勾配を推定するμ勾配推定手段と、
   前記受信手段が前記路面摩擦係数を受信する毎に、前記μ勾配推定手段が推定したμ勾配を前記路面摩擦係数に対応付けて記憶する記憶手段と、
   前記受信手段が路面摩擦係数を受信していないときに、前記μ勾配推定手段が推定したμ勾配と、前記記憶手段に記憶されている路面摩擦係数に対するμ勾配とに基づいて、前記路面摩擦係数を受信していないときに走行している路面の路面摩擦係数を判定する判定手段と、
   を備えた路面判定装置。
5. 前記記憶手段は、車両が所定の走行状態のときに、前記μ勾配推定手段が推定したμ勾配を走行路面に対する路面摩擦係数に対応付けて記憶する請求項４記載の路面判定装置。

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