JP4629756B2 - 路面状態推定方法と路面状態推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行中のタイヤが接地している路面の状態を推定するための方法とその装置に関するものである。

自動車の走行安定性を高めるため、走行時のタイヤの状態やタイヤが接地している路面状態を精度良く推定し、車両制御へフィードバックすることが求められている。ここで、タイヤの状態は、タイヤ内圧、摩耗、故障の予知等であり、路面状態は主に路面とタイヤとの摩擦係数（路面摩擦係数μ）を指す。
予めタイヤの走行状態や路面状態を推定することができれば、タイヤが故障を起こす前に車を停めて点検を行ったり、制駆動や操舵といった危険回避の操作を起こす前に、例えば、ＡＢＳブレーキのより高度な制御等が可能になり、安全性が一段と高まることが予想される。また、運転者に走行中の路面状態の危険度を伝えるだけでも、運転者が早めの減速動作を行えるようになり、事故の減少が期待できる。
従来、路面摩擦係数を推定する方法としては、車輪の回転速度の変動を表わす物理量であるタイヤのユニフォミティレベルが、路面摩擦係数の大きさによって変化することを利用して路面摩擦係数を推定する方法や、前輪と車体とを連結するロアアームに加速度計を取付けて、トー角がついているタイヤの横振動を検出し、その振動レベルが路面摩擦係数によって変化することを利用して路面摩擦係数を推定する方法などが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２０００−５５７９０号公報 特開平６−２５８１９６号公報

しかしながら、上記タイヤのユニフォミティレベルから路面摩擦係数を推定する方法では、タイヤにフラットスポットが生じてユニフォミティが悪化し、これが回復していく過程では、正確な推定が困難であった。
一方、上記トー角がついている前輪の横振動から路面摩擦係数を推定する方法では、タイヤのスリップ角が完全にゼロになった場合や、大きなスリップ角がついた場合などでの測定精度が低いといった問題点があった。
また、車輪の上下方向の加速度であるバネ下加速度と、車体の上下方向の加速度であるバネ上加速度間の伝達特性から路面摩擦係数を推定する方法も提案されている（特開平１１−９４６６１号公報）。この方法では、路面摩擦係数の推定に操舵力を用いていないため、操舵がほとんど行われない直線路においても路面摩擦係数を推定することができるという利点があるが、バネやダンパー等の緩衝特性の大きな懸架装置を介した２点間の振動の伝達特性から路面摩擦係数を推定しているため、路面の凹凸の影響を受けやすいといった問題点があった。例えば、雪上などの荒れた路面上においては、バネ下の振動が大きくなるため、サスペンションによって振動が吸収されるバネ上の振動と、上記バネ下の振動との振動レベル差が大きくなってしまい、路面摩擦係数を正確に推定することができなかった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、制駆動や操舵といった動作が加わらない一定速走行時に、タイヤの接地している路面状態を精度良く推定して、車両の走行安全性を向上させることを目的とする。

本発明者らは、走行中のタイヤの接地挙動や、故障時のタイヤ挙動を詳細に検討した結果、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上記振動の周波数スペクトル（振動スペクトル）の、１つあるいは複数の周波数帯域での振動レベルが、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を把握した。
そこで、このような振動をタイヤ自体の振動やタイヤから伝播したホイールやサスペンション部の振動、あるいは、タイヤ内に充填されている気体（通常は空気）の圧力の時間軸上での微小な変化として検出することにより、路面状態及びタイヤ走行状態を精度良く推定することができることを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、請求項１に記載の路面状態推定方法は、タイヤ内に圧力変動検出手段を設置して、一定の速度で走行中の車両のタイヤに充填されている気体の圧力変動を検出し、これを周波数分析して得られる圧力変動スペクトルのうちの、トレッド面の滑り振動に起因する、８００〜１００００Ｈｚの周波数範囲にある圧力変動レベルを検出して、一定の速度走行時における路面状態を推定することを特徴とする。

請求項２に記載の路面状態推定方法は、タイヤ内に設置した圧力センサの出力の絶対値を用いてタイヤ内圧を検出するとともに、上記出力の時間軸上における微小振動成分を検出し、これを上記請求項１に記載の気体の圧力変動とし、走行時の路面状態を推定するようにしたものである。
請求項３に記載の路面状態推定方法は、請求項１または請求項２に記載の路面状態推定方法において、車両の速度を検出して、上記検出された車両の速度データからタイヤのパターンピッチ周波数を検出するとともに、上記圧力変動スペクトルの上記パターンピッチ周波数を含む周波数帯域の圧力変動レベルを検出し、この検出された圧力変動レベルが一定の閾値を超えた場合には、路面がハイドロプレーニング状態にあると推定するようにしたことを特徴とする。
請求項４に記載の路面状態推定方法は、請求項１または請求項２に記載の路面状態推定方法において、車両の速度を検出して、上記検出された車両の速度データからタイヤのパターンピッチ周波数を検出し、上記圧力変動スペクトルの上記パターンピッチ周波数を含む周波数帯域の圧力変動レベルを検出するとともに、上記パターンピッチ周波数に影響されない周波数帯域の圧力変動レベルを求め、これに対する上記パターンピッチ周波数帯域での圧力変動レベルの比が一定の閾値を超えた場合には、路面がハイドロプレーニング状態にあると推定するようにしたことを特徴とする。

請求項５に記載の路面状態推定装置は、タイヤ内に設置され、走行中の車両のタイヤに充填されている気体の圧力変動を検出する圧力変動検出手段と、上記検出された気体の圧力変動を周波数分析して得られる周波数スペクトルのうちの、トレッド面の滑り振動に起因する、８００〜１００００Ｈｚの周波数範囲にある圧力変動レベルを検出する手段と、上記検出された圧力変動レベルから、一定速度走行時における路面状態を推定する手段とを備えたことを特徴とするものである。

請求項６に記載の路面状態推定装置は、請求項５に記載の路面状態推定装置であって、車両の速度を検出する手段と、上記検出された車両の速度データからタイヤのパターンピッチ周波数を検出するパターンピッチ周波数算出手段と、上記圧力変動スペクトルの上記パターンピッチ周波数を含む周波数帯域の圧力変動レベルを検出するハイドロプレーニング振動レベル検出手段と、上記ハイドロプレーニング振動レベル検出手段で検出された圧力変動レベルが一定の閾値を超えた場合には、路面がハイドロプレーニング状態にあると推定するハイドロプレーニング状態推定手段とを備えたことを特徴とするものである。
請求項７に記載の路面状態推定装置は、請求項５に記載の路面状態推定装置であって、車両の速度を検出する手段と、上記検出された車両の速度データからタイヤのパターンピッチ周波数を検出する手段と、上記圧力変動スペクトルの上記パターンピッチ周波数を含む周波数帯域の圧力変動レベルを検出するとともに、上記パターンピッチ周波数に影響されない周波数帯域の圧力変動レベルを求めて、これに対する上記パターンピッチ周波数帯域での圧力変動レベルの比を算出するレベル比算出手段と、上記レベル比が一定の閾値を超えた場合には、路面がハイドロプレーニング状態にあると推定するハイドロプレーニング状態推定手段とを備えたことを特徴とするものである。

以上説明したように本発明によれば、タイヤ内に設置された圧力変動検出手段で検出した、タイヤ内に充填されている気体（通常は空気）の圧力の時間軸上での微小な変化である気体の圧力変動を周波数分析し、得られた周波数スペクトルのうちの、トレッド面の滑り振動に起因する、８００〜１００００Ｈｚの周波数範囲にある圧力変動レベルを検出して、上記検出された圧力変動レベルから、路面状態を推定するようにしたので、一定速度走行時における路面状態を精度よく推定することができる。
また、上記圧力変動スペクトルのデータと車両の速度データとから、タイヤのパターンピッチ周波数を検出し、このパターンピッチ周波数帯域の圧力変動レベルが一定の閾値を超えた場合には、路面がハイドロプレーニング状態にあると推定することにより、ハイドロプレーニング状態を確実に推定することができる。なお、上記パターンピッチ周波数に影響されない周波数帯域圧力変動レベルを求め、これに対するパターンピッチ周波数帯域の圧力変動レベルの比が一定の閾値を超えた場合には、路面がハイドロプレーニング状態にあると推定することにより、推定精度を更に向上させることができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
最良の形態１．
図１は、本最良の形態１に係る路面状態及びタイヤ走行状態推定装置１０の機能ブロック図で、同図において、１１はタイヤ内に設けられた圧力センサ、１２は周波数帯域設定手段１３と振動レベル検出手段１４とを備え、上記圧力センサ１１で検出されたタイヤ内の気体の圧力変動信号である、圧力センサ１１の出力の時間軸上における微小振動成分（ＡＣ成分）を周波数分析して、上記圧力変動の周波数スペクトル（以下、圧力変動スペクトルという）の、路面状態やタイヤの走行状態によってその振動レベルが特徴的に変化する周波数範囲、すなわち、少なくとも１０〜１００００Ｈｚの範囲に含まれる周波数帯域の振動レベルを検出する周波数分析手段、１５は予め求められた路面状態、あるいは、走行中のタイヤの状態と所定の周波数帯域での圧力変動レベル（以下、圧力変動の周波数帯域値という）との関係を示すＧ−テーブル１５Ｇを記憶する圧力変動レベル記憶手段、１６は上記周波数分析手段１２で検出された圧力変動レベルを上記Ｇ−テーブル１５Ｇに対応させて、走行中の路面状態及び走行中のタイヤの状態を推定する路面状態及びタイヤ走行状態推定手段である。
なお、上記Ｇ−テーブル１５Ｇは、試験車両に圧力センサ１１を取付け、上記車両を、所定の速度Ｖで路面状態（路面摩擦係数μ）の異なる路面を走行させたり、例えば、トレッドの一部を剥離させた故障タイヤに相当する試作タイヤを装着した車両を走行させたりして、タイヤ内の気体の圧力変動を実測することにより作成される。

本例では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、上記圧力センサ１１を検出回路等の回路部品を搭載した基板１７に取り付けて、ホイール１のホイールリム２の、タイヤ側の凹部に取付けられたセンサーボックス１８内に収納するとともに、図３に示すように、ホイール側（転動側）Ａと、非転動側である車体側Ｂとを無線により接続するようにしている。
ホイール側Ａには、圧力センサ１１と、圧力センサ１１で検出されたタイヤに充填されている気体の圧力変動信号をデジタル変換して圧縮するデータ処理部２１と、この圧縮信号を車体側Ｂに無線により送信するＲＦ（Radio Frequency）部２２とを設ける。また、車体側Ｂには、上記圧縮信号を受信する受信部２３と、上記受信された圧縮信号を復元して周波数分析し、得られた圧力変動スペクトルから走行時の路面状態及びタイヤの走行状態を推定する路面状態及びタイヤ走行状態演算部２４とを設ける。なお、この路面状態及びタイヤの走行状態演算部２４は、上記周波数分析手段１２，圧力変動レベル記憶手段１５，路面状態及びタイヤ走行状態推定手段１６の各手段から構成される。
これにより、信号接続線を設けることなく、転動側であるホイール部で検出された圧力変動信号を車体側Ｂにて処理して、路面状態及びタイヤ走行状態を推定することができる。

次に、上記構成の路面状態及びタイヤ走行状態推定装置１０の動作について、路面摩擦係数μの推定値を求める場合を例にとって説明する。
まず、圧力センサ１１により走行中のタイヤに充填されている気体の圧力変動を検出し、周波数分析手段１２により周波数分析して所定の周波数帯域の圧力変動レベルを検出する。詳細には、周波数分析手段１２の検出する上記圧力変動レベルは、中心周波数が、路面状態やタイヤの走行状態によってその振動レベルが特徴的に変化する周波数範囲、すなわち、少なくとも１０〜１００００Ｈｚの範囲にある、所定の帯域幅を有する周波数帯域の圧力変動レベルであり、例えば、８００〜３５００Ｈｚのような、比較的広い帯域幅を有する１つの周波数帯域の圧力変動レベルでもよいし、８００〜１０００Ｈｚ，１６００〜２０００Ｈｚ，３０００〜３５００Ｈｚでの圧力変動レベルなどのように、比較的狭い帯域幅を有する複数の周波数帯域での圧力変動レベル（複数個）でもよい。周波数分析手段１２では、上記１つあるいは複数の周波数帯域を周波数帯域設定手段１３で設定し、振動レベル検出手段１４により、その振動レベルを検出する。
上記検出された振動レベルは、路面状態及びタイヤ走行状態推定手段１６に送られ、路面状態及びタイヤ走行状態推定手段１６において、上記検出された所定の周波数帯域の圧力変動レベル（圧力変動の周波数帯域値）と、予め圧力変動レベル記憶手段１５に記憶されている路面摩擦係数μと圧力変動の周波数帯域値との関係を示すＧ−テーブル１５Ｇとを対応させて、路面摩擦係数の推定値（μ推定値）を求めることにより、路面状態（路面摩擦係数μ）を精度良く推定することができる。

なお、路面摩擦係数μの推定値ではなく、通常路面状態（ドライ）、要注意路面状態（ウエット路、雪路、など）、危険路面状態（ハイドロプレーニング状態、圧雪路、ミラーバーンなど）などのような、路面状態を推定するようにしてもよい。
また、上記路面摩擦係数μから、走行中のタイヤの状態である滑り易さを推定するようにしてもよい。
また、上記圧力変動スペクトルを用いて、タイヤの故障状態を推定することも可能である。具体的には、タイヤトレッドの一部に剥離が生じた場合などには、その部分が路面に接する度に特有の振動が発生するので、上記圧力変動スペクトルの、１０〜１００Ｈｚの周波数帯域の圧力変動レベルを検出して、正常なタイヤの圧力変動レベルと比較することにより、タイヤに何らかの異常が生じていることを推定することができる。

ここで、周波数帯域設定手段１３による、路面状態（路面摩擦係数μ）の推定に用いる圧力変動レベルを検出する際の周波数帯域ｆ_i(ｉ＝１〜ｎ）の設定方法について説明する。
まず、試験車両に圧力センサ１１を取付け、上記車両を、所定の速度Ｖで路面状態（路面摩擦係数μ）の異なる路面を走行させて、タイヤの圧力振動スペクトルを求め、この圧力振動スペクトルから、少なくとも１つの周波数帯域ｆ_i（ｉ＝１〜ｎ）における圧力変動の周波数帯域値ｘ_i（ｉ＝１〜ｎ）を検出して、下記の式（１）を用いて路面摩擦係数推定値（μ推定値）を算出する。
μ推定値＝1/[1＋exp{−(ａ₀＋ａ₁ｘ₁＋ａ₂ｘ₂＋‥‥＋ａ_nｘ_n)}]‥‥（１）
ここで、ａ₀；定数、ａ₁，ａ₂，‥‥，ａ_n；係数
そして、上記式（１）で算出したμ推定値と、予め測定した路面摩擦係数μとの相関係数を求め、この相関係数が最も高くなるように、上記複数の周波数帯域ｆ_i(ｉ＝１〜ｎ）を設定し、この設定された周波数帯域ｆ_i(ｉ＝１〜ｎ）の圧力変動レベルから、上記の式（１）を用いてμ推定値を算出する。
このように、μ推定値を算出するための圧力変動レベルを検出するための周波数帯域ｆ_i（ｉ＝１〜ｎ）を、路面摩擦係数μとの相関関係の高い周波数帯域ｆ_i（ｉ＝１〜ｎ）に設定するようにすれば、単に、異なる路面を走行させて得られた各圧力変動スペクトルを比較して、圧力変動の周波数帯域値ｘ_iが高いと思われる複数の周波数帯域ｆ_iを設定してμ推定値を算出する場合に比べて、μ推定値の精度を確実に向上させることができる。
このとき、上記路面摩擦係数μの検出に使用する圧力変動レベルを検出するための周波数帯域ｆ_iの数は、３つ以上とすることが好ましいが、路面状態（路面摩擦係数μ）がかなり明確に反映されている周波数帯域ｆ_iがあれば、周波数帯域を１つとしてもよい。
また、路面状態あるいは路面摩擦係数μの推定のみを行うのであれば、上記装置１０において、圧力変動レベル記憶手段１５を省略するとともに、路面状態及びタイヤ走行状態推定手段１６では、周波数分析手段１２で検出された圧力変動の周波数帯域値ｘ_iから、上記式（１）を用いて直接μ推定値を求めたり、上記μ推定値を用いて、路面状態を推定するようにしてもよい。

このように、本最良の形態１によれば、ホイール１のホイールリム２に圧力センサ１１を取付けて、走行中の車両のタイヤに充填されている気体の圧力を検出し、この検出された圧力信号の時間軸上における微小振動成分（ＡＣ成分）を、周波数分析手段１２により周波数分析してその圧力変動スペクトルの圧力変動レベルを検出し、路面状態及びタイヤ走行状態推定手段１６により、この検出された圧力変動レベルと、圧力変動レベル記憶手段１５に記憶された路面状態及びタイヤの走行状態との関係を示すＧ−テーブル１５Ｇとを比較して、路面摩擦係数μやタイヤの故障状態を推定するようにしたので、路面状態及びタイヤの走行状態を精度良く推定することができる。

なお、圧力センサ１１の出力の絶対値（ＤＣ成分）からは、タイヤ内圧を検出することができるので、本装置１０は、上記圧力センサ１１として、近年普及しているタイヤ内圧モニターシステムの圧力センサをそのまま用いることができる。したがって、ハードウェア付加によるコストアップを回避して、低コスト化を図ることができる。
また、上記圧力センサ１１によりタイヤ内圧を検出することにより、タイヤの走行状態の１つである、タイヤ内圧の異常についても推定することができる。

また、上記例では、タイヤに充填されている気体の圧力を検出して路面状態及びタイヤの走行状態を推定する場合について説明したが、図４（ａ）に示すように、加速度センサ１９をタイヤ３のトレッド４の内面側４ａに取付けてタイヤの振動を直接検出し、上記加速度センサ１９で検出した振動情報信号を周波数分析して振動スペクトルを求め、上記例と同様の信号処理及び演算を行って、路面状態及びタイヤの走行状態を推定するようにしてもよい。
あるいは、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、加速度センサ１９をホイールリム２、あるいは、サスペンション部５に取付け、ホイール１やサスペンション部５に伝播されるタイヤの振動を検出して、路面状態及びタイヤ走行状態を推定するようにしてもよい。なお、サスペンション部５には、振動緩衝のため、ゴムブッシュ６等の弾性部材が複数取付けられているので、上記伝播されたタイヤの振動を効率よく検出するためには、加速度センサ１９をサスペンションアーム５ａ，５ｂ上ではなく、ホイール１が取付けられているハブ部７に取付けることが好ましい。

なお、加速度センサ１９を用いた場合には、タイヤ内圧を別途測定する必要があるが、加速度センサ１９からの振動情報信号を周波数分析して得られる振動スペクトルの２００Ｈｚ以下の周波数帯域内での振動レベルから、タイヤの固有振動の周波数を検出してタイヤ内圧を推定することが可能である。つまり、タイヤの固有振動周波数と実際のタイヤ内圧とは高い相関関係があるので、上記振動スペクトルのデータからタイヤの固有振動数を求め、予め求めたタイヤ振動数とタイヤ内圧との関係からタイヤ内圧を推定し、この推定されたタイヤ内圧をタイヤ内圧として用いればよい。

また、車両の速度を検出する手段を設けるとともに、車速毎に路面摩擦係数μと圧力変動の周波数帯域値との関係を示すＧ−テーブル１５Ｇを準備して、圧力変動スペクトルのデータに加え、車両の速度データを用いて走行時の路面状態及びタイヤの走行状態を推定するようにすれば、路面状態及びタイヤの走行状態の推定精度を更に向上させることができる。
更に、車両の各輪に荷重測定装置を設置して車両各輪に作用する荷重を検出し、車両各輪の荷重データに基づいて、走行時の路面状態及びタイヤの走行状態の推定を行うことも可能である。
すなわち、大型の運搬車などのように、積み荷の重さにより車輪に加わる荷重が大きく変動する車両においては、荷重による摩擦係数の変化が大きいため、荷重によりタイヤの振動状態が変化する（荷重が大きくなると摩擦係数が減少して滑り易くなる）ので、これを補正するため、路面摩擦係数μと圧力変動の周波数帯域値との関係を示すＧ−テーブル１５Ｇを各荷重毎に作成して記憶しておき、上記荷重測定装置で検出された車両各輪の荷重データに応じて、路面状態及びタイヤ走行状態を推定するようにすれば、推定精度を更に向上させることができる。

＜実施例１＞
試験車両に圧力センサ１１を取付け、上記車両を、Ｖ＝２０ｋｍ／ｈで通常のアスファルト（ドライアスファルト）と滑り易い雪上において走行させて、タイヤ内圧の圧力変動を測定して周波数分析し、圧力変動スペクトルを求めた結果を図５に示す。このグラフの横軸は周波数、縦軸は２×１０^-2Ｐａを０ｄＢとしたときの圧力変動レベルの大きさであり、同図の太い実線がドライアスファルト、細い実線が雪上のデータである。
図５に示すように、滑り易い雪上では、１０００Ｈｚ以上の高周波領域で圧力変動レベルが高くなっていることがわかる。これは、滑り易い雪上においては、路面と接しているタイヤのトレッド面の路面からの拘束が小さくなり、トレッド面が滑り振動を発生してタイヤ内部の気体を加振しているためと考えられる。
このように、圧力変動レベルと、路面の摩擦係数μとの対応を調べておけば、タイヤ内の圧力変動を常時モニタリングすることで路面状態（路面の摩擦係数μ）を推定することが可能となることが確認された。
なお、この方法は、タイヤ振動、ホイール振動、サスペンション振動にも同様に適応できる。

＜実施例２＞
実施例１と同様の方法で、様々な路面状態におけるタイヤ内の圧力変動、ホイール振動を測定し、上記式（１）を用いてμ推定値を算出し、実際に測定した路面摩擦係数μとの相関関係を調べた結果を図６及び図７に示す。このとき、μ推定値の計算に用いた振動レベル、圧力変動レベルは、上記実施の形態１の方法で設定した周波数帯域での振動レベル、圧力変動レベルを用いた。
タイヤ内の圧力変動、ホイール振動のいずれの場合にも、μ推定値は路面摩擦係数μと高い相関関係を示しており、路面摩擦係数の値を精度良く求めることができることが確認された。なお、タイヤ振動、サスペンション振動についても同様の結果が得られた。

最良の形態２．
上記最良の形態１では、タイヤ内の圧力変動、タイヤ振動、ホイール振動、サスペンション振動を検出して、路面状態及びタイヤ走行状態を推定するようにしたが、上記方法では、滑り易い路面状態である氷雪路とハイドロプレーニング状態の区別が明確ではない。
発明者らは、上記振動スペクトルまたは圧力変動スペクトルを詳細に検討した結果、ハイドロプレーニング状態が発生した場合には、振動スペクトルまたは圧力変動スペクトルにおいて、タイヤのパターンピッチ１次周波数近傍の振動レベルまたは圧力変動レベルが特徴的に大きくなることがわかった。
そこで、本例では、図８に示すように、上記最良の形態１の装置１０に、ハイドロプレーニング検出手段３０を付加した、路面状態及びタイヤ走行状態推定装置１０Ｈを構成して、タイヤのパターンピッチ１次周波数近傍の振動レベルまたは圧力変動レベルを検出することにより、ハイドロプレーニング状態の発生の推定も同時に行えるようにした。
図８において、３１は車両の速度を検出する車速検出手段、３２は上記車速検出手段３１からの車速のデータからパターンピッチ周波数を算出するパターンピッチ周波数算出手段、３３は圧力センサ１１の出力を周波数分析する第２の周波数分析手段で、この第２の周波数分析手段３３に設けられた第２の周波数帯域設定手段３４により、圧力変動レベルを検出する周波数帯域を上記パターンピッチ周波数を含む周波数帯域に設定し、ハイドロプレーニング振動レベル検出手段３５により、上記周波数帯域の圧力変動レベルを検出する。
３６は上記検出された圧力変動レベルと所定の閾値とを比較してハイドロプレーニング状態の発生を推定するハイドロプレーニング状態推定手段である。

上記ハイドロプレーニング検出手段３０においては、はじめに、パターンピッチ周波数算出手段３２において、車速検出手段３１で検出した車速データＶと、タイヤ周長Ｌと、トレッドパターンのブロック数ｎとを用いて、以下の式（２）により、パターンピッチ周波数Ｆ_pを算出する。
Ｆ_p(Hz)＝Ｖ(km/h)×1000(m/km)÷3600(s/h) ÷Ｌ (m)×ｎ‥‥（２）
そして、第２の周波数分析手段３３のハイドロプレーニング振動レベル検出手段３５により、圧力変動スペクトルの、上記パターンピッチ周波数Ｆ_pに相当する周波数帯域での圧力変動レベルを検出した後、ハイドロプレーニング状態推定手段３６により、上記検出された圧力変動レベルと所定の閾値とを比較し、上記圧力変動レベルが上記閾値を超えた場合に、ハイドロプレーニング状態が発生したと推定する。
これにより、滑り易い路面状態である氷雪路とハイドロプレーニング状態を明確に区別することができる。
なお、上記閾値は、例えば、車両各輪に作用する荷重等により適宜変更できるようにすれば、ハイドロプレーニング状態の推定精度を更に向上させることができる。

なお、上記最良の形態２では、圧力センサ１１により、タイヤ内の気体の圧力変動を検出してハイドロプレーニング状態を推定する場合について説明したが、加速度センサ１９を用いて、タイヤ、トレッド、サスペンション振動を検出して周波数分析し、得られた振動スペクトルからハイドロプレーニング状態を推定することも可能である。
また、上記例では、パターンピッチ周波数帯域圧力変動レベルが一定の閾値を超えた場合に、路面がハイドロプレーニング状態にあると推定するようにしたが、上記パターンピッチ周波数に影響されない周波数帯域の振動レベルまたは圧力変動レベルを求め、これに対するパターンピッチ周波数帯域の振動レベルまたは圧力変動レベルの比が一定の閾値を超えた場合には、路面がハイドロプレーニング状態にあると推定するようにすれば、ハイドロプレーニング状態の推定精度を更に向上させることができる。
なお、上記第２の周波数分析手段３３の機能を、上記周波数分析手段１２にもたせる構成とすることも可能である。

＜実施例３＞
試験車両に圧力センサを取付け、上記車両を、水深１０ｍｍの路上をＶ＝９０ｋｍ／ｈで走行させた。このとき、ハイドロプレーニングが発生し、ハンドル操作やブレーキ操作による車体の制御が不可能な危険な状態になっていた。
上記の状態でタイヤ内の圧力変動を測定して周波数分析し、圧力変動スペクトルを求めたところ、図９に示すように、９００〜１０００Ｈｚ付近の振動レベルが特徴的に大きくなっていることが分かった。
また、試験車両に振動センサを取付けて同様の実験を行い振動スペクトルを求めたところ、図１０に示すように、上記図９と同じ周波数帯域に振動レベルのピークが見られた。
ここで、上記試験車両に用いたタイヤは195/60R15サイズの乗用車タイヤで、ピッチ周波数は上記式（２）を用いて、以下のように算出される。
90(km/h)×1000(m/km)÷3600(s/h) ÷1.885 (m)×70＝943Hz
すなわち、上記図９，１０の９００〜１０００Ｈｚ付近において、圧力変動レベル、振動レベルが高くなっているのは、タイヤトレッドと路面との間の水膜がトレッドブロックに衝突することにより、ブロックのピッチ一次周波数での圧力変動・振動が増大することによることがわかる。これにより、上記のような挙動を示すタイヤのタイヤ内圧の変動あるいはタイヤ、ホイール、サスペンションの振動を検出することにより、ハイドロプレーニング状態を推定することができることが確認された。

＜実施例４＞
試験車両に加速度センサを取付け、上記車両を、水深１０ｍｍの路上とドライアスファルト路上を速度を変えて走行させて、振動スペクトルを求め、以下の２つの周波数帯域での振動レベルの比を算出しプロットした結果を図１１に示す。
（900〜1000Hz帯域での振動レベル）／（100〜200Hz帯域での振動レベル）
水深１０ｍｍの場合には、車速が７５ｋｍ／ｈを超えると急激に振動レベルの比が増加することがわかった。そこで、閾値を０．３に設定するようにすれば、ハイドロプレーニング状態を確実に推定することができる。

以上説明したように本発明によれば、制駆動や操舵といった動作が加わらない一定速走行時に、タイヤの接地している路面状態を精度良く推定することができるので、車両の走行安全性を向上させることができる。

本発明の最良の形態１に係る路面状態及びタイヤ走行状態推定装置の機能ブロック図である。 圧力センサの装着箇所を示す図である。 本装置の一構成例を示す図である。 加速度センサの装着箇所を示す図である。 圧力センサを装着した車両を、ドライアスファルト路と雪上において走行させたときの圧力変動スペクトルを示す図である。 実際の路面摩擦係数μとタイヤ内圧変動によるμ推定値との相関関係を示す図である。 実際の路面摩擦係数μとホイール振動によるμ推定値との相関関係を示す図である。 本最良の形態２に係るハイドロプレーニング状態推定手段の構成を示す図である。 ハイドロプレーニング状態の圧力変動スペクトルを示す図である。 ハイドロプレーニング状態の振動スペクトルを示す図である。 車速と、パターンピッチ周波数での振動レベルと100〜200Hz帯域での振動レベルとの比との関係を示す図である。

符号の説明

１ ホイール、２ ホイールリム、３ タイヤ、４ トレッド、
４ａ トレッドの内面側、５ サスペンション部、５ａ，５ｂ サスペンションアーム、
６ ゴムブッシュ、７ ハブ部、１０ 路面状態及びタイヤ走行状態推定装置、
１１ 圧力センサ、１２ 周波数分析手段、１３ 周波数帯域設定手段、
１４ 振動レベル検出手段、１５ 圧力変動レベル記憶手段、
１５Ｇ Ｇ−テーブル、１６ 路面状態及びタイヤ走行状態推定手段、１７ 基板、
１８ センサーボックス、１９ 加速度センサ、２１ データ処理部、２２ ＲＦ部、
２３ 受信部、２４ 路面状態及びタイヤ走行状態演算部、
３０ ハイドロプレーニング検出手段、３１ 車速検出手段、
３２ パターンピッチ周波数算出手段、３３ 第２の周波数分析手段、
３４ 第２の周波数帯域設定手段、３５ ハイドロプレーニング振動レベル検出手段、
３６ ハイドロプレーニング状態推定手段。

Claims (7)

1. タイヤ内に圧力変動検出手段を設置して、一定の速度で走行中の車両のタイヤに充填されている気体の圧力変動を検出し、これを周波数分析して得られる圧力変動スペクトルのうちの、トレッド面の滑り振動に起因する、８００〜１００００Ｈｚの周波数範囲にある圧力変動レベルを検出して、一定の速度走行時における路面状態を推定することを特徴とする路面状態推定方法。
2. タイヤ内に設置した圧力センサの出力の絶対値を用いてタイヤ内圧を検出するとともに、上記出力の時間軸上における微小振動成分を検出し、これを上記気体の圧力変動としたことを特徴とする請求項１に記載の路面状態推定方法。
3. 車両の速度を検出して、上記検出された車両の速度データからタイヤのパターンピッチ周波数を検出するとともに、上記圧力変動スペクトルの上記パターンピッチ周波数を含む周波数帯域の圧力変動レベルを検出し、この検出された圧力変動レベルが一定の閾値を超えた場合には、路面がハイドロプレーニング状態にあると推定するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の路面状態推定方法。
4. 車両の速度を検出して、上記検出された車両の速度データからタイヤのパターンピッチ周波数を検出し、上記圧力変動スペクトルの上記パターンピッチ周波数を含む周波数帯域の圧力変動レベルを検出するとともに、上記パターンピッチ周波数に影響されない周波数帯域の圧力変動レベルを求め、これに対する上記パターンピッチ周波数帯域での圧力変動レベルの比が一定の閾値を超えた場合には、路面がハイドロプレーニング状態にあると推定するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の路面状態推定方法。
5. タイヤ内に設置され、走行中の車両のタイヤに充填されている気体の圧力変動を検出する圧力変動検出手段と、上記検出された気体の圧力変動を周波数分析して得られる周波数スペクトルのうちの、トレッド面の滑り振動に起因する、８００〜１００００Ｈｚの周波数範囲にある圧力変動レベルを検出する手段と、上記検出された圧力変動レベルから、一定速度走行時における路面状態を推定する手段とを備えたことを特徴とする路面状態推定装置。
6. 車両の速度を検出する手段と、上記検出された車両の速度データからタイヤのパターンピッチ周波数を検出するパターンピッチ周波数算出手段と、上記圧力変動スペクトルの上記パターンピッチ周波数を含む周波数帯域の圧力変動レベルを検出するハイドロプレーニング振動レベル検出手段と、上記ハイドロプレーニング振動レベル検出手段で検出された圧力変動レベルが一定の閾値を超えた場合には、路面がハイドロプレーニング状態にあると推定するハイドロプレーニング状態推定手段とを備えたことを特徴とする請求項５に記載の路面状態推定装置。
7. 車両の速度を検出する手段と、上記検出された車両の速度データからタイヤのパターンピッチ周波数を検出する手段と、上記圧力変動スペクトルの上記パターンピッチ周波数を含む周波数帯域の圧力変動レベルを検出するとともに、上記パターンピッチ周波数に影響されない周波数帯域の圧力変動レベルを求めて、これに対する上記パターンピッチ周波数帯域での圧力変動レベルの比を算出するレベル比算出手段と、上記レベル比が一定の閾値を超えた場合には、路面がハイドロプレーニング状態にあると推定するハイドロプレーニング状態推定手段とを備えたことを特徴とする請求項５に記載の路面状態推定装置。

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