JP4817753B2

JP4817753B2 - 路面状態推定方法、路面状態推定装置、及び、車両制御装置

Info

Publication number: JP4817753B2
Application number: JP2005239481A
Authority: JP
Inventors: 泰史花塚; 啓詩森永
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2025-08-22
Also published as: JP2007055284A

Description

本発明は、車両の走行する路面の状態を推定する路面状態推定方法と路面の状態を推定する路面状態推定装置、及び、上記路面状態推定装置を搭載した車両制御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、車両の走行している路面の状態、あるいは、タイヤと路面との間の摩擦係数（路面摩擦係数）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。特に、制駆動や操舵といった危険回避の操作を起こす前に、予め路面状態や路面摩擦係数の値を推定することができれば、ＡＢＳやＶＳＣ等の車両制御技術の精度を高めることが可能となり、安全性が一段と高まることが予想される。
従来、路面摩擦係数を推定する方法としては、アクセル、あるいはブレーキ操作を行ったときのスリップ率の変化と車両の車体加速度との関係から、路面状態、特に路面の最大摩擦係数を推定する手法が提案されている。これは、路面摩擦係数μの大きさが車体加速度Ａｂと対応していることを利用したもので、車体加速度Ａｂ−車輪滑りＳ特性曲線の安定領域内において、予め求めておいた、低μ路、中μ路、あるいは、高μ路を走行した時のＡｂ／Ｓの値と比較して、走行中の路面の状態を推定する。これにより、車体加速度Ａｂから路面摩擦係数μの大きさを容易に推定することができる（例えば、特許文献１参照）。

また、走行中のタイヤの振動レベルが路面状態によって変化することを利用し、タイヤに振動センサなどのセンサを取付けて、当該タイヤをセンサとして用いて路面状態を推定する方法が提案されている。この方法は、タイヤトレッドの内面側に振動センサを設置して走行中のタイヤトレッド部の振動レベルを検出し、この振動レベルを時系列に配列した振動波形を求めた後、上記波形の時間軸に振動検出位置を対応させ、縦軸を振動レベルのパワー値（振動のＯ．Ａパワー値）とした振動レベル分布を示すカーブを作成し、この振動レベル分布における接地面領域での振動のＯ．Ａパワー値を予め作成しておいた様々な路面を走行した時の振動レベル分布のマスターカーブと比較することにより、走行時の路面状態を推定するようにしたもので、これにより、走行時の路面状態を精度良く判定することが可能となる（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−１１２６５９号公報ＷＯ０１／０９８１２３Ａ１

しかしながら、上記車両の車体加速度から路面摩擦係数を推定する方法では、運転者が加速や減速などの一定の操作を行ったときのみ路面摩擦係数を推定できるものであり、定常走行時においては路面摩擦係数を推定することができないことから、リアルタイムで路面状態を推定するには適していない。
一方、タイヤトレッドの振動レベルを検出する方法では、例えば、路面μが低下した場合には、高周波の振動レベルは上昇し、低周波の振動レベルは逆に低下するので、路面状態の変化に対する振動のＯ．Ａパワー値変化のゲインが小さくなってしまい、そのため、路面状態の推定精度が必ずしも十分とはいえなかった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、路面状態の変化に対する振動レベルの変化のゲインを向上させて、温度や速度の変化があった場合でも路面状態を精度良く推定することのできる方法とその装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、走行中のタイヤ振動の振動レベルについて鋭意検討した結果、蹴り出し領域の比較的低い周波数帯域での振動レベルと踏み込み領域の比較的高い周波数帯域での振動レベルは、ともに、ＤＲＹアスファルト路面を走行したときの振動レベルとＩＣＥ路面を走行したときの振動レベルとの差が大きく、かつ、温度依存性が低いことから、上記の振動レベルを抽出し、この抽出された振動レベルに基づいて路面状態を推定するようにすれば、路面状態を精度良く推定することができることを見出し、本発明に至ったものである。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、車両の走行する路面の状態を推定する方法であって、走行中のタイヤの振動を検出して上記タイヤの振動の時系列波形を求め、上記タイヤの振動の時系列波形を踏み込み領域の時系列波形と蹴り出し領域の時系列波形とに分離するとともに、上記蹴り出し領域の時系列波形を周波数解析して得られた周波数スペクトルから０．５〜３．５ｋＨｚの周波数帯域での振動レベルを算出し、上記算出された振動レベルに基づいて路面状態を推定することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、タイヤ振動の周波数スペクトルから振動レベルを算出して路面状態を推定する方法に代えて、上記蹴り出し領域の時系列波形をバンドパスフィルタに通して周波数帯域が０．５〜３．５ｋＨｚの蹴り出し領域の時系列波形を抽出し、上記抽出された蹴り出し領域の時系列波形から周波数帯域が０．５〜３．５ｋＨｚの振動レベルを算出し、上記算出された振動レベルに基づいて路面状態を推定するようにしたものである。

また、請求項３に記載の発明は、車両の走行する路面の状態を推定する方法であって、走行中のタイヤの振動を検出して上記タイヤの振動の時系列波形を求め、上記タイヤの振動の時系列波形を踏み込み領域の時系列波形と蹴り出し領域の時系列波形とに分離した後、上記蹴り出し領域の時系列波形を周波数解析し、上記周波数解析して得られた蹴り出し領域の周波数スペクトルから周波数帯域が０．５〜３．５ｋＨｚの振動レベルを算出するとともに、上記踏み込み領域の時系列波形を周波数解析し、上記周波数解析して得られた踏み込み領域の周波数スペクトルから周波数帯域が６．５〜１０ｋＨｚの振動レベルを算出し、上記算出された蹴り出し領域の振動レベルと踏み込み領域の振動レベルとを用いて算出される振動レベルの演算値に基づいて路面状態を推定することを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、上記請求項３のタイヤ振動の周波数スペクトルから得られた振動レベルの演算値を用いて路面状態を推定する方法に代えて、上記蹴り出し領域の時系列波形をバンドパスフィルタに通して周波数帯域が０．５〜３．５ｋＨｚの蹴り出し領域の時系列波形を抽出するとともに、上記踏み込み領域の時系列波形をバンドパスフィルタに通して周波数帯域が６．５〜１０ｋＨｚの踏み込み領域の時系列波形を抽出し、上記抽出された蹴り出し領域の時系列波形の振動レベルと上記抽出された踏み込み領域の時系列波形の振動レベルとを用いて振動レベルの演算値を算出し、上記算出された振動レベルの演算値に基づいて路面状態を推定するようにしたものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の路面状態推定方法において、タイヤ接地面近傍に現れる上記タイヤ振動のピーク位置から、上記踏み込み領域または蹴り出し領域の始点を決定するようにしたものである。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の路面状態推定方法において、上記ピーク位置を、タイヤ振動の踏み込み時または蹴り出し時に発生するタイヤ周方向振動のピーク位置としたものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の路面状態推定方法において、車輪速を測定し、上記測定された車輪速データから上記踏み込み領域または蹴り出し領域の時間の長さを決定するようにしたものである。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の路面状態推定方法において、走行中のタイヤの振動をタイヤの少なくとも２箇所において検出して、上記振動レベルまたは振動レベルの演算値をそれぞれ算出し、上記算出された振動レベルまたは振動レベルの演算値の平均値を用いて路面状態を推定するようにしたものである。
請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の路面状態推定方法において、様々な路面状態と上記振動レベルまたは上記振動レベル演算値との関係を予め求めておき、上記関係に基づいて路面状態を推定するようにしたものである。
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の路面状態推定方法において、上記振動レベルまたは振動レベル演算値または上記振動レベル演算値の平均値が所定の閾値を超えたときに、路面が滑りやすいと判定するようにしたものである。
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の路面状態推定方法において、車輪速を測定するとともに、上記閾値を車輪速データに基づいて変更することを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項１０に記載の路面状態推定方法において、上記閾値をタイヤ種に基づいて変更することを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、車両の走行する路面の状態を推定する装置であって、タイヤトレッド部のインナーライナー部の気室側に貼り付けまたは埋め込みにより配設されて走行中のタイヤの振動を検出するタイヤ振動検出手段と、上記タイヤ振動検出手段で検出された上記タイヤの振動の時系列波形を求める振動波形検出手段と、上記タイヤ振動の時系列波形から蹴り出し領域の時系列波形と踏み込み領域の時系列波形とを抽出する信号抽出手段と、上記信号抽出手段で抽出された蹴り出し領域の時系列波形を周波数解析する周波数解析手段と、上記周波数解析手段で得られた蹴り出し領域の周波数スペクトルから０．５〜３．５ｋＨｚの周波数帯域の振動レベルを算出する振動レベル算出手段と、上記振動レベルのデータを車体側に無線送信する手段とを備えた路面状態推定用タイヤと、上記路面状態推定用タイヤから無線送信された振動レベルのデータを受信する手段と、上記受信された振動レベルのデータに基づいて路面状態を推定する路面状態推定手段と、を備えたものである。
請求項１４に記載の発明は、車両の走行する路面の状態を推定する装置であって、タイヤトレッド部のインナーライナー部の気室側に貼り付けまたは埋め込みにより配設されて走行中のタイヤの振動を検出するタイヤ振動検出手段と、上記タイヤ振動検出手段で検出された上記タイヤの振動の時系列波形を求める振動波形検出手段と、上記タイヤ振動の時系列波形から蹴り出し領域の時系列波形を抽出する信号抽出手段と、上記信号抽出手段で抽出された蹴り出し領域の時系列波形から０．５〜３．５ｋＨｚの周波数帯域の時系列波形を抽出するバンドパスフィルタと、上記抽出された蹴り出し領域の時系列波形から０．５〜３．５ｋＨｚの周波数帯域の振動レベルを算出する振動レベル算出手段と、上記振動レベルのデータを車体側に無線送信する手段とを備えた路面状態推定用タイヤと、上記路面状態推定用タイヤから無線送信された振動レベルのデータを受信する手段と、上記受信された振動レベルのデータに基づいて路面状態を推定する路面状態推定手段と、を備えたものである。

また、請求項１５に記載の発明は、車両の走行する路面の状態を推定する装置であって、タイヤトレッド部のインナーライナー部の気室側に貼り付けまたは埋め込みにより配設されて走行中のタイヤの振動を検出するタイヤ振動検出手段と、上記タイヤ振動検出手段で検出された上記タイヤの振動の時系列波形を求める振動波形検出手段と、上記タイヤ振動の時系列波形から蹴り出し領域の時系列波形と踏み込み領域の時系列波形とを抽出する信号抽出手段と、上記信号抽出手段で抽出された蹴り出し領域の信号と踏み込み領域の信号とを周波数解析する周波数解析手段と、上記周波数解析手段で得られた蹴り出し領域の周波数スペクトルから０．５〜３．５ｋＨｚの周波数帯域の振動レベルを算出し、踏み込み領域の周波数スペクトルから６．５〜１０ｋＨｚの周波数帯域の振動レベルを算出する振動レベル算出手段と、上記算出された蹴り出し領域の振動レベルと踏み込み領域の振動レベルとを用いて振動レベルの演算値を演算する手段と、上記振動レベル演算値のデータを車体側に無線送信する手段とを備えた路面状態推定用タイヤと、上記路面状態推定用タイヤから無線送信された振動レベル演算値のデータを受信する手段と、上記受信された振動レベル演算値のデータに基づいて路面状態を推定する路面状態推定手段と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項１６に記載の発明は、車両の走行する路面の状態を推定する装置であって、タイヤトレッド部のインナーライナー部の気室側に貼り付けまたは埋め込みにより配設されて走行中のタイヤの振動を検出するタイヤ振動検出手段と、上記タイヤ振動検出手段で検出された上記タイヤの振動の時系列波形を求める振動波形検出手段と、上記タイヤ振動の時系列波形から蹴り出し領域の時系列波形と踏み込み領域の時系列波形とを抽出する信号抽出手段と、上記信号抽出手段で抽出された蹴り出し領域の時系列波形と踏み込み領域の時系列波形とをそれぞれ入力し、互いに異なる所定の周波帯域の信号をそれぞれ抽出するバンドパスフィルタと、上記抽出された蹴り出し領域の時系列波形から０．５〜３．５ｋＨｚの周波数帯域の振動レベルを算出し、踏み込み領域の時系列波形から６．５〜１０ｋＨｚの周波数帯域の振動レベルを算出する振動レベル算出手段と、上記算出された蹴り出し領域の振動レベルと踏み込み領域の振動レベルとを用いて、振動レベルの演算値を演算する手段と、上記振動レベル演算値のデータを車体側に無線送信する手段とを備えた路面状態推定用タイヤと、上記路面状態推定用タイヤから無線送信された振動レベル演算値のデータを受信する手段と、上記受信された振動レベル演算値のデータに基づいて路面状態を推定する路面状態推定手段と、を備えたことを特徴とするものである。

請求項１７に記載の発明は、請求項１３〜請求項１６のいずれかに記載の路面状態推定装置において、上記タイヤ振動検出手段を、タイヤ周方向の振動を検出するタイヤ振動検出手段としたものである。
請求項１８に記載の発明は、請求項１３〜請求項１６のいずれかに記載の路面状態推定装置において、上記タイヤ振動検出手段を、タイヤ幅方向の振動を検出するタイヤ振動検出手段としたものである。
請求項１９に記載の発明は、請求項１３〜請求項１８のいずれかに記載の路面状態推定装置において、上記タイヤ振動検出手段をタイヤ幅方向中心に配設したものである。
請求項２０に記載の発明は、請求項１３〜請求項１９のいずれかに記載の路面状態推定装置において、上記タイヤ振動検出手段を、タイヤ幅方向中心から幅方向に所定距離だけ離隔して配設したものである。

請求項２１に記載の発明は、請求項１３〜請求項２０のいずれかに記載の路面状態推定装置において、上記タイヤ振動検出手段を、２００００Ｈｚまでのタイヤ振動を検出可能なタイヤ振動検出手段としたものである。
請求項２２に記載の発明は、請求項１３〜請求項２１のいずれかに記載の路面状態推定装置において、上記タイヤ振動検出手段をタイヤ周上の少なくとも２点に配設したものである。

また、請求項２３に記載の発明は、請求項１３〜請求項２２のいずれかに記載の路面状態推定装置において、予め求められた、様々な路面状態と上記振動レベルまたは上記振動レベル演算値との関係のマップを記憶する記憶手段を設け、上記受信された振動レベルまたは振動レベル演算値のデータと上記マップとを用いて、路面状態を推定するようにしたものである。
請求項２４に記載の発明は、請求項１３〜請求項２２のいずれかに記載の路面状態推定装置において、予め求められた、当該タイヤ種の様々な路面状態と上記振動レベルまたは上記振動レベル演算値との関係のマップを記憶する記憶手段をタイヤ側に設けるとともに、上記マップの情報を読み取る手段を車体側に設けて、車体側にて、上記読み取ったマップ情報に基づいて路面状態を推定するようにしたものである。

請求項２５に記載の発明は、請求項１３〜請求項２４のいずれかに記載の路面状態推定装置において、上記推定された路面状態の情報を他の車両に無線伝送する手段を設けたものである。
請求項２６に記載の発明は、請求項２５に記載の路面状態推定装置において、上記無線伝送された路面状態の情報を受信する手段と、自車より前方の車両から送信された路面状態の情報から前方の路面状態を把握する手段を備えたものである。
請求項２７に記載の発明は、車両の走行状態を制御する車両制御装置であって、請求項２５に記載の路面状態推定装置と、先行車との車間距離を推定する手段と車輪速検出手段とを備えるとともに、上記前方の路面状態を把握する手段からの路面情報と、上記車間距離推定手段からの車間距離情報と、上記車輪速検出手段からの車輪速情報とに基づいて車両の走行状態を制御する走行状態制御手段とを備えたものである。

本発明によれば、走行中のタイヤの振動を検出して上記タイヤの振動の時系列波形を求め、上記タイヤの振動の時系列波形を踏み込み領域の時系列波形と蹴り出し領域の時系列波形に分離するとともに、上記蹴り出し領域の時系列波形を周波数解析して得られた周波数スペクトルから、０．５〜３．５ｋＨｚの周波数帯域における振動レベルを算出し、この算出された振動レベルに基づいて路面状態を推定するようにしたので、温度や速度の変化があった場合でも路面状態を精度良く推定することができる。
このとき、上記踏み込み領域の時系列波形についても、上記蹴り出し領域の時系列波形と同様に周波数解析して周波数スペクトルを求め、その６．５〜１０ｋＨｚの周波数帯域における振動レベルについて算出し、上記算出された蹴り出し領域の振動レベルと踏み込み領域の振動レベルとを用いて算出される振動レベルの演算値に基づいて路面状態を推定するようにすれば、路面状態の推定精度を更に向上させることができる。
なお、上記蹴り出し領域の振動レベルと踏み込み領域の振動レベルとを、それぞれ、タイヤの振動の時系列波形を所定周波数帯域のバンドパスフィルタを通して得られた時系列波形から算出して振動レベルの演算値を求めても、同様の効果を得ることができる。
また、上記振動レベル演算値が所定の閾値を超えたときに路面が滑りやすいと判定するようにすれば、車両の走行安全性を向上させるための情報を容易に得ることができる。

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。
図１は、本最良の形態に係わる路面状態推定システムの構成を示す機能ブロック図で、同図において、１０は当該タイヤに入力する振動を検出する振動検出手段である加速度センサ１１と、上記加速度センサ１１の出力を信号処理してタイヤ振動の振動レベルの演算値を算出して車体側に送信する信号処理装置１２とを備えた路面状態推定用タイヤ、２０は回転センサ２１を備え、車輪の回転速度を検出する車輪速検出手段である。また、３０は上記送信手段１９から送信される振動レベル演算値のデータを受信する受信手段３１と、予め求めておいた路面状態と上記振動レベルの演算値との関係を示すマップ３２Ｍを記憶する記憶手段３２と、上記受信された振動レベルの演算値のデータと上記マップ３２Ｍとに基づいて車両の走行している路面の状態を推定する路面状態推定手段３３とを備え、上記路面状態推定用タイヤ１０から送信された振動レベル演算値に基づいて路面状態を推定する路面状態推定装置で、この路面状態推定装置３０は車体側に設けられる。
上記信号処理装置１２は、詳細には、上記加速度センサ１１の出力である走行中の路面状態推定用タイヤ（以下、タイヤという）１０に入力する振動を時系列に配列した振動波形を求める振動波形検出手段１３と、上記回転センサ２１からの出力パルスを用いて、上記振動波形をタイヤの所定の位置に対応する振動波形に変換して振動レベルの分布を求める振動レベル分布演算手段１４と、タイヤ接地面近傍に現れる上記タイヤ振動のピーク位置から、当該タイヤ１０の正確な蹴り出し位置を特定するとともに、上記振動レベル分布のデータを、踏み込み領域と蹴り出し領域との２つの領域のデータに分割し、上記各領域における振動レベルのデータをそれぞれ抽出する信号抽出手段１５と、この抽出された各振動レベルの時系列波形を周波数分析するＦＦＴアナライザーなどの周波数分析手段１６と、この周波数分析手段１６で得られた上記各領域の周波数スペクトルの所定周波数帯域における振動レベルを算出する振動レベル算出手段１７と、上記算出された各領域における振動レベルを用いて振動レベルの演算値を算出する振動レベル演算値算出手段１８と、上記算出された振動レベルの演算値のデータを車体側に送信するための送信手段１９とを備えている。
本例では、上記加速度センサ１１として、２００００Ｈｚまでの振動加速度が検出可能なセンサを用いるとともに、上記加速度センサ１１と信号処理装置１２とを、図２に示すように、タイヤトレッド１０ａのインナーライナー部１０ｂのタイヤ気室側のほぼ中央部に配置して、当該タイヤ１０に入力する振動を検出するようにしている。なお、本例では、上記加速度センサ１１の検出方向をタイヤ周方向になるように配置して、路面から入力するタイヤ周方向振動を検出する。

次に、本最良の形態に係る路面状態の推定方法について説明する。
まず、加速度センサ１１にて走行中のタイヤ１０のタイヤ周方向振動を検出し、その出力を振動波形検出手段１３に送り、時系列に配列したタイヤ周方向の振動波形を求める。そして、この振動波形を振動レベル分布演算手段１４にて処理し、上記時系列に配列した振動波形の時間軸に踏み込み位置及び蹴り出し位置を対応させる。具体的には、タイヤ接地面近傍に現れる上記タイヤ周方向振動のピーク位置から、蹴り出し領域の始点を決定した後、回転センサ２１から求めた車輪速度のデータとタイヤ径とから踏み込み領域の始点を決定するとともに、図３に示すように、上記時系列に配列した振動波形である振動レベル分布のデータを、踏み込み領域と蹴り出し領域の２つの領域のデータに分割する。
図４は、本発明による路面状態推定システムを搭載した車両をＤＲＹアスファルト路面（μ≒１）において一定速度で走行させたときのタイヤ周方向振動の時系列波形に踏み込み位置及び蹴り出し位置を対応させたもので、図５は、ＩＣＥ路面（μ≒０．１）における時系列波形にタイヤトレッド位置を対応させたものである。このように、タイヤ振動の時系列波形から蹴り出し位置を特定し、この蹴り出し位置から踏み込み位置を特定するようにすれば、回転センサ２１からの出力パルスのデータから踏み込み位置及び蹴り出し位置を特定する場合に比べて、上記２つの領域を精度よく特定することができる。
なお、上記蹴り出し位置に代えて、振動波形から当該タイヤ１０の実際の踏み込み位置を特定し、この特定された踏み込み位置を基準として蹴り出し位置を特定することも可能であるが、ＳＮＯＷ路面やＷＥＴ路面等では、後述するように、踏み込み位置近傍では高周波成分が多くピーク位置の検出精度が若干低下するので、本例のように、先に蹴り出し位置を特定して、この蹴り出し位置から踏み込み位置を特定する方が好ましい。

次に、信号抽出手段１５において、上記分割された踏み込み領域の時系列波形と蹴り出し領域の時系列波形をそれぞれ抽出した後、この抽出された各領域の時系列波形のデータをそれぞれ周波数分析手段１６に送って周波数解析を行い、踏み込み領域の周波数スペクトルと蹴り出し領域の周波数スペクトルとを求める。
図６は、図４に示したＤＲＹアスファルト路面におけるタイヤ周方向振動と図５に示したＩＣＥ路面におけるタイヤ周方向振動の踏み込み領域における周波数スペクトル（ＦＦＴ波形）同士を比較したもので、踏み込み領域では、全体に、ＤＲＹアスファルト路面での振動レベルがＩＣＥ路面での振動レベルよりも小さく、６．５〜１０ｋＨｚ、特に、８〜１０ｋＨｚの周波数帯域においては、ＤＲＹアスファルト路面での振動レベルとＩＣＥ路面での振動レベルとの差が大きくなっている。
また、図７は、図４に示したＤＲＹアスファルト路面におけるタイヤ周方向振動と図５に示したＩＣＥ路面におけるタイヤ周方向振動の蹴り出し領域における周波数スペクトル（ＦＦＴ波形）同士を比較したもので、蹴り出し領域では、上記の踏み込み領域とは逆に、全体に、ＩＣＥ路面での振動レベルがＤＲＹアスファルト路面での振動レベルよりも小さくなっており、０．５ｋＨｚ〜３．５ｋＨｚ、特に、１〜３ｋＨｚの周波数帯域においては、ＤＲＹアスファルト路面での振動レベルとＩＣＥ路面での振動レベルの差が大きくなっている。
そこで、上記踏み込み領域の周波数スペクトルから、８〜１０ｋＨｚの周波数帯域での振動レベル（踏み込み振動レベル）を算出するとともに、上記蹴り出し領域の周波数スペクトルから、１〜３ｋＨｚの周波数帯域での振動レベル（蹴り出し振動レベル）をそれぞれ算出し、上記蹴り出し振動レベルに対する踏み込み振動レベルの比を求めてこれを振動レベル演算値とする。上記のように、ＤＲＹアスファルト路面での蹴り出し振動レベルはＩＣＥ路面での蹴り出し振動レベルよりも高く、逆に、ＤＲＹアスファルト路面での踏み込み振動レベルはＩＣＥ路面での踏み込み振動レベルよりも低いので、上記振動レベルの演算値を用いて路面状態を推定するようにすれば、路面状態を精度よく推定することができる。

本例では、振動レベル算出手段１７により、上記踏み込み振動レベルと蹴り出し振動レベルをそれぞれ算出して、振動レベル演算値算出手段１８に送る。振動レベル演算値算出手段１８では、上記蹴り出し振動レベルに対する踏み込み振動レベルの比を求めてこれを振動レベル演算値とし、この振動レベル演算値を送信手段１９を介して、車体側に設けられた路面状態推定装置３０に送信する。
路面状態推定装置３０では、上記振動レベル演算値のデータを受信手段３１で受信し、路面状態推定手段３３にて、上記振動レベル演算値と記憶手段３２に記憶された、予め求めておいた路面状態とタイヤ振動の振動レベルの演算値との関係を示すマップ３２Ｍとに基づいて車両の走行している路面の状態を推定する。
これにより、車両の走行している路面の状態を精度よく推定することができるとともに、上記踏み込み領域の８〜１０ｋＨｚの周波数帯域での振動レベルと、上記蹴り出し領域の１〜３ｋＨｚの周波数帯域での振動レベルとは、ともに、温度による影響が少ないので、温度外乱に対するロバスト性についても向上させることができる。
なお、上記マップ３２Ｍに代えて、振動レベル演算値と路面摩擦係数μとの関係を示すマップを準備すれば、路面摩擦係数μを精度良く推定することができる。

このように、本最良の形態によれば、タイヤ１０に加速度センサ１１とこの加速度センサ１１の出力を信号処理して車体側に送信する信号処理装置１２とを装着して、走行中のタイヤ１０のタイヤ周方向振動を検出し、上記振動波形から当該タイヤ１０の正確な蹴り出し位置を特定した後、上記振動の時系列波形を踏み込み領域と蹴り出し領域に分割してそれぞれ周波数分析し、得られた踏み込み領域の周波数スペクトルの８〜１０ｋＨｚにおける振動レベルと、蹴り出し領域の周波数スペクトルの１〜３ｋＨｚにおける振動レベルを算出して、上記算出された踏み込み振動レベルと蹴り出し振動レベルとから振動レベル演算値を求め、これを車体側の路面状態推定装置３０に送信し、車体側にて、上記受信した振動レベル演算値と記憶手段３２に記憶された振動レベル演算値と路面の状態との関係を示すマップ３２Ｍとに基づいて車両の走行している路面の状態を推定するようにしたので、路面状態を精度良く推定することができる。
また、本例では、路面状態を推定するための振動レベルとして、温度による影響の少ない、蹴り出し領域の１〜３ｋＨｚでの振動レベルと踏み込み領域の８〜１０ｋＨｚでの振動レベルとを用いるようにしているので、温度外乱に対するロバスト性を向上させることができる。

なお、上記最良の形態では、蹴り出し領域の１〜３ｋＨｚでの振動レベル（蹴り出し振動レベル）と踏み込み領域の８〜１０ｋＨｚでの振動レベル（踏み込み振動レベル）との比である振動レベルの演算値を用いて路面状態を推定したが、図６及び図７に示したように、上記蹴り出し振動レベルと上記踏み込み振動レベルとは、いずれもＤＲＹアスファルト路面での振動レベルとＩＣＥ路面での振動レベルの差が大きいので、蹴り出し振動レベルと路面状態との関係、あるいは、踏み込み振動レベルと路面状態との関係を予め求めたマップを作成しておけば、上記蹴り出し振動レベルのデータまたは上記踏み込み振動レベルのデータからでも路面状態を推定することができる。
また、上記蹴り出し振動レベルと上記踏み込み振動レベルはいずれも温度依存性が低いので、温度外乱に対するロバスト性についても向上させることができる。なお、どちらか一方の振動レベルを用いるとすれば、蹴り出し領域での差の方が大きく、かつ、温度依存性が若干いいので、蹴り出し領域の振動レベルを用いた方が有利である。
また、上記例では、加速度センサ１１により、タイヤトレッド１０ａの幅中心部のタイヤ周方向振動を検出するようにしたが、加速度センサ１１の振動検出方向をタイヤ幅方向とし、上記中心近傍とは逆の変形をするトレッド端部の振動についても検出し、タイヤ幅方向の振動を検出するようにしてもよい。
また、ＩＣＥ路面では振動レベルのデータのばらつきが大きいので、複数個の加速度センサ１１をタイヤ周上に配置し、路面状態を推定するための振動レベル演算値として上記複数のセンサで得られた平均値を用いることが好ましい。これにより、路面状態の判定精度を更に向上させることができる。
また、上記例では、蹴り出し領域の周波帯域を１〜３ｋＨｚとし踏み込み領域の周波帯域を８〜１０ｋＨｚとしたが、これに限るものではなく、タイヤ種や車速等により、適宜設定すればよい。

また、上記例では、周波数分析手段１６により、各領域振動の時系列波形を周波数分析してその周波数スペクトルを求め、上記各周波数スペクトルから蹴り出し領域の１〜３ｋＨｚの振動レベル（蹴り出し振動レベル）と踏み込み領域の８〜１０ｋＨｚの振動レベル（踏み込み振動レベル）とを算出したが、上記周波数分析手段１６に代えて、バンドパスフィルタを用いて、蹴り出し領域の１〜３ｋＨｚの時系列波形と踏み込み領域の８〜１０ｋＨｚの時系列波形をそれぞれ抽出して、蹴り出し振動レベルと踏み込み振動レベルとを算出するようにしてもよい。
また、上記例では、予め求めたタイヤ振動の振動レベル演算値と路面の状態との関係を示すマップ３２Ｍを用いて路面状態を推定したが、上記マップ３２Ｍに代えて、振動レベル演算値に対する閾値Ｋを設けて、上記振動レベル演算値が上記閾値Ｋ以下であれば高μ路面であり、上記閾値Ｋを超えた場合には低μ路面であると判定するようにしてもよい。あるいは、複数の閾値Ｋ１，Ｋ２を設けて、Ｒ≦Ｋ１なら高μ路面、Ｋ１＜Ｒ≦Ｋ２なら中μ路面、Ｋ２＜Ｒなら低μ路面と判定するようにしてもよい。
また、蹴り出し振動レベルまたは踏み込み振動レベルを用いて路面状態を推定する場合にも、上記振動レベルの演算値を用いた場合と同様に、振動レベルに対する閾値ｋを設けて、路面が高μ路面であるか低μ路面であるかを判定するようにしてもよい。
なお、この閾値についても、タイヤ種や車速等により、適宜変更するようにすれば、路面状態の推定精度を更に向上させることができる。

なお、上記タイヤ振動の振動レベル演算値と路面の状態との関係を示すマップ３２Ｍはタイヤ種により異なるので、タイヤ種が多いと記憶手段３２の容量を大きくしなければならない。そこで、タイヤ１０の信号処理装置１２に当該タイヤのタイヤ種のマップを記憶する記憶手段を設けるとともに、タイヤ側に上記マップの情報を読み取る手段を設けるようにすれば、記憶手段３２には、上記読み取った当該タイヤのタイヤ種のマップのみを記憶させておけばよいので、記憶手段３２の容量を小さくすることができるだけでなく、マップの検索作業が省けるので、演算速度を高めることができる。

また、上記最良の形態では、当該車両の走行している路面の状態を推定したが、路面状態推定装置３０に、上記推定された路面状態の情報を他の車両に無線伝送する手段を設けるようにすれば、同じ道路を走行する後続車両に前方の路面状態を伝達することができる。このとき、後続の車両に、上記無線伝送された路面状態の情報を受信する手段と、自車より前方の車両から送信された路面状態の情報から前方の路面状態を把握する手段とを設けるようにすれば、後続の車両は、前方の路面状態を容易に把握することができる。
また、上記車両に、上記路面状態推定用タイヤ１０，車輪速検出手段２０，路面状態推定装置３０に加えて、先行車との車間距離を推定する手段を設けるとともに、上記前方の路面状態を把握する手段からの路面情報と、上記車間距離推定手段からの車間距離情報と、上記車輪速検出手段からの車輪速情報とに基づいて車両の走行状態を制御する走行状態制御手段とを設けるようにすれば、走行中の路面状態の情報に加えて、前方の路面状態の情報や、先行車との車間距離の情報に基づいて車両の走行状態を制御することができるので、走行の安全性を大幅に高めることができる。

本発明の路面状態推定用タイヤを搭載した車両を、ＤＲＹアスファルト路面（μ≒１）からＩＣＥ路面（μ≒０．１）に一定速度で進入させて、振動レベル演算値の時間変化を測定した。その結果を図８に示す。同図の横軸は時間、縦軸は、上述した、踏み込み振動レベルと蹴り出し振動レベルとの比である振動レベル演算値である。同図の判定ラインは、予め求めておいたＩＣＥ路面で振動レベル演算値のボトム値とＤＲＹアスファルト路面のトップ値との中間の値で、振動レベル演算値が上記判定ラインよりも上ならば低μ路と判定し、下なら高μ路と判定する。
同図から明らかなように、車両がＩＣＥ路面に入ったと同時に上記振動レベル演算値が増大し、車両が高μ路から低μ路に進入したことが分かる。このように、適当な閾値を設けることにより、路面の滑りやすさを判定することができることが確認された。

以上説明したように、本発明によれば、定常走行中であっても、温度や速度に対してロバストにタイヤ挙動から路面状態を推定することができるので、上記推定された路面状態の情報を用いて、ＡＢＳやＶＳＣ等の車両制御の精度を格段に向上させることができる。

本発明の最良の形態に係わる路面状態推定システムの構成を示す機能ブロック図である。加速度センサの装着位置の一例を示す図である。タイヤ振動波形における踏み込み領域と蹴り出し領域を示す図である。車両をＤＲＹアスファルト路面において一定速度で走行させたときのタイヤ周方向の振動波形を示す図である。車両をＩＣＥ路面において一定速度で走行させたときのタイヤ周方向の振動波形を示す図である。踏み込み領域のＦＦＴ波形を示す図である。蹴り出し領域ののＦＦＴ波形を示す図である。車両をＤＲＹアスファルト路面からＩＣＥ路面に一定速度で進入させたときの、振動レベル演算値の変化を示す図である。

符号の説明

１０路面状態推定用タイヤ、１０ａタイヤトレッド、１０ｂインナーライナー部、
１１加速度センサ、１２信号処理装置、１３振動波形検出手段、
１４振動レベル分布演算手段、１５信号抽出手段、１６周波数分析手段、
１７振動レベル算出手段、１８振動レベル演算値算出手段、１９送信手段、
２０車輪速検出手段、２１回転センサ、３０路面状態推定装置、
３１受信手段、３２記憶手段、３２Ｍマップ、３３路面状態推定手段。

Claims

走行中のタイヤの振動を検出して上記タイヤの振動の時系列波形を求め、上記タイヤの振動の時系列波形を踏み込み領域の時系列波形と蹴り出し領域の時系列波形とに分離するとともに、上記蹴り出し領域の時系列波形を周波数解析して得られた周波数スペクトルから０．５〜３．５ｋＨｚの周波数帯域での振動レベルを算出し、上記算出された振動レベルに基づいて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。
走行中のタイヤの振動を検出して上記タイヤの振動の時系列波形を求め、上記タイヤの振動を踏み込み領域の時系列波形と蹴り出し領域の時系列波形とに分離するとともに、上記蹴り出し領域の時系列波形をバンドパスフィルタに通して周波数帯域が０．５〜３．５ｋＨｚの蹴り出し領域の時系列波形を抽出し、上記抽出された蹴り出し領域の時系列波形から周波数帯域が０．５〜３．５ｋＨｚの振動レベルを算出し、上記算出された振動レベルに基づいて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。
走行中のタイヤの振動を検出して上記タイヤの振動の時系列波形を求め、上記タイヤの振動の時系列波形を踏み込み領域の時系列波形と蹴り出し領域の時系列波形とに分離した後、上記蹴り出し領域の時系列波形を周波数解析し、上記周波数解析して得られた蹴り出し領域の周波数スペクトルから周波数帯域が０．５〜３．５ｋＨｚの振動レベルを算出するとともに、上記踏み込み領域の時系列波形を周波数解析し、上記周波数解析して得られた踏み込み領域の周波数スペクトルから周波数帯域が６．５〜１０ｋＨｚの振動レベルを算出し、上記算出された蹴り出し領域の振動レベルと踏み込み領域の振動レベルとを用いて算出される振動レベルの演算値に基づいて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。
走行中のタイヤの振動を検出して上記タイヤの振動の時系列波形を求め、上記タイヤの振動を踏み込み領域の時系列波形と蹴り出し領域の時系列波形とに分離するとともに、上記蹴り出し領域の時系列波形をバンドパスフィルタに通して周波数帯域が０．５〜３．５ｋＨｚの蹴り出し領域の時系列波形を抽出するとともに、上記踏み込み領域の時系列波形をバンドパスフィルタに通して周波数帯域が６．５〜１０ｋＨｚの踏み込み領域の時系列波形を抽出し、上記抽出された蹴り出し領域の時系列波形の振動レベルと上記抽出された踏み込み領域の時系列波形の振動レベルとを用いて振動レベルの演算値を算出し、上記算出された振動レベルの演算値に基づいて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。
タイヤ接地面近傍に現れる上記タイヤの振動のピーク位置から、上記踏み込み領域または蹴り出し領域の始点を決定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の路面状態推定方法。
上記ピーク位置を、タイヤ振動の踏み込み時または蹴り出し時に発生するタイヤ周方向振動のピーク位置としたことを特徴とする請求項５に記載の路面状態推定方法。
車輪速を測定し、上記測定された車輪速データから上記踏み込み領域または蹴り出し領域の時間の長さを決定することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の路面状態推定方法。
走行中のタイヤの振動をタイヤの少なくとも２箇所において検出して、上記振動レベルまたは振動レベルの演算値をそれぞれ算出し、上記算出された振動レベルまたは振動レベルの演算値の平均値を用いて路面状態を推定するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の路面状態推定方法。
様々な路面状態と上記振動レベルまたは上記振動レベルの演算値との関係を予め求めておき、上記関係に基づいて路面状態を推定するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の路面状態推定方法。
上記振動レベルまたは振動レベル演算値または上記振動レベル演算値の平均値が所定の閾値を超えたときに、路面が滑りやすいと判定するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の路面状態推定方法。
車輪速を測定するとともに、上記閾値を車輪速データに基づいて変更することを特徴とする請求項１０に記載の路面状態推定方法。
上記閾値をタイヤ種に基づいて変更することを特徴とする請求項１０に記載の路面状態推定方法。
タイヤトレッド部のインナーライナー部の気室側に貼り付けまたは埋め込みにより配設されて走行中のタイヤの振動を検出するタイヤ振動検出手段と、上記タイヤの振動検出手段で検出された上記タイヤの振動の時系列波形を求める振動波形検出手段と、上記タイヤの振動の時系列波形から蹴り出し領域の時系列波形と踏み込み領域の時系列波形とを抽出する信号抽出手段と、上記信号抽出手段で抽出された蹴り出し領域の時系列波形を周波数解析する周波数解析手段と、上記周波数解析手段で得られた蹴り出し領域の周波数スペクトルから０．５〜３．５ｋＨｚの周波数帯域の振動レベルを算出する振動レベル算出手段と、上記振動レベルのデータを車体側に無線送信する手段とを備えた路面状態推定用タイヤと、
上記路面状態推定用タイヤから無線送信された振動レベルのデータを受信する手段と、
上記受信された振動レベルのデータに基づいて路面状態を推定する路面状態推定手段と、
を備えたことを特徴とする路面状態推定装置。
タイヤトレッド部のインナーライナー部の気室側に貼り付けまたは埋め込みにより配設されて走行中のタイヤの振動を検出するタイヤ振動検出手段と、上記タイヤ振動検出手段で検出された上記タイヤの振動の時系列波形を求める振動波形検出手段と、上記タイヤの振動の時系列波形から蹴り出し領域の時系列波形を抽出する信号抽出手段と、上記信号抽出手段で抽出された蹴り出し領域の時系列波形から０．５〜３．５ｋＨｚの周波数帯域の時系列波形を抽出するバンドパスフィルタと、上記抽出された蹴り出し領域の時系列波形から０．５〜３．５ｋＨｚの周波数帯域の振動レベルを算出する振動レベル算出手段と、上記振動レベルのデータを車体側に無線送信する手段とを備えた路面状態推定用タイヤと、
上記路面状態推定用タイヤから無線送信された振動レベルのデータを受信する手段と、
上記受信された振動レベルのデータに基づいて路面状態を推定する路面状態推定手段と、
を備えたことを特徴とする路面状態推定装置。
タイヤトレッド部のインナーライナー部の気室側に貼り付けまたは埋め込みにより配設されて走行中のタイヤの振動を検出するタイヤ振動検出手段と、上記タイヤ振動検出手段で検出された上記タイヤの振動の時系列波形を求める振動波形検出手段と、上記タイヤの振動の時系列波形から蹴り出し領域の時系列波形と踏み込み領域の時系列波形とを抽出する信号抽出手段と、上記信号抽出手段で抽出された蹴り出し領域の信号と踏み込み領域の信号とを周波数解析する周波数解析手段と、上記周波数解析手段で得られた蹴り出し領域の周波数スペクトルから０．５〜３．５ｋＨｚの周波数帯域の振動レベルを算出し、踏み込み領域の周波数スペクトルから６．５〜１０ｋＨｚの周波数帯域の振動レベルを算出する振動レベル算出手段と、上記算出された蹴り出し領域の振動レベルと踏み込み領域の振動レベルとを用いて振動レベルの演算値を演算する手段と、上記振動レベルの演算値のデータを車体側に無線送信する手段とを備えた路面状態推定用タイヤと、
上記路面状態推定用タイヤから無線送信された振動レベル演算値のデータを受信する手段と、
上記受信された振動レベル演算値のデータに基づいて路面状態を推定する路面状態推定手段と、
を備えたことを特徴とする路面状態推定装置。
タイヤトレッド部のインナーライナー部の気室側に貼り付けまたは埋め込みにより配設されて走行中のタイヤの振動を検出するタイヤ振動検出手段と、上記タイヤ振動検出手段で検出された上記タイヤの振動の時系列波形を求める振動波形検出手段と、上記タイヤの振動の時系列波形から蹴り出し領域の時系列波形と踏み込み領域の時系列波形とを抽出する信号抽出手段と、上記信号抽出手段で抽出された蹴り出し領域の時系列波形と踏み込み領域の時系列波形とをそれぞれ入力し、互いに異なる所定の周波帯域の信号をそれぞれ抽出するバンドパスフィルタと、上記抽出された蹴り出し領域の時系列波形から０．５〜３．５ｋＨｚの周波数帯域の振動レベルを算出し、踏み込み領域の時系列波形から６．５〜１０ｋＨｚの周波数帯域の振動レベルを算出する振動レベル算出手段と、上記算出された蹴り出し領域の振動レベルと踏み込み領域の振動レベルとを用いて、振動レベルの演算値を演算する手段と、上記振動レベルの演算値のデータを車体側に無線送信する手段を備えた路面状態推定用タイヤと、
上記路面状態推定用タイヤから無線送信された振動レベル演算値のデータを受信する手段と、
上記受信された振動レベル演算値のデータに基づいて路面状態を推定する路面状態推定手段と、
を備えたことを特徴とする路面状態推定装置。
上記タイヤ振動検出手段を、タイヤ周方向の振動を検出するタイヤ振動検出手段としたことを特徴とする請求項１３〜請求項１６のいずれかに記載の路面状態推定装置。
上記タイヤ振動検出手段を、タイヤ幅方向の振動を検出するタイヤ振動検出手段としたことを特徴とする請求項１３〜請求項１６のいずれかに記載の路面状態推定装置。
上記タイヤ振動検出手段を、タイヤ幅方向中心に配設したことを特徴とする請求項１３〜請求項１８のいずれかに記載の路面状態推定装置。
上記タイヤ振動検出手段を、タイヤ幅方向中心から幅方向に所定距離だけ離隔して配設したことを特徴とする請求項１３〜請求項１９のいずれかに記載の路面状態推定装置。
上記タイヤ振動検出手段を、２００００Ｈｚまでのタイヤ振動を検出可能なタイヤ振動検出手段としたことを特徴とする請求項１３〜請求項２０のいずれかに記載の路面状態推定装置。
上記タイヤ振動検出手段をタイヤ周上の少なくとも２点に配設したことを特徴とする請求項１３〜請求項２１のいずれかに記載の路面状態推定装置。
予め求められた、様々な路面状態と上記振動レベルまたは上記振動レベル演算値との関係のマップを記憶する記憶手段を設け、上記受信された振動レベルまたは振動レベル演算値のデータと上記マップとを用いて、路面状態を推定するようにしたことを特徴とする請求項１３〜請求項２２のいずれかに記載の路面状態推定装置。
予め求められた、当該タイヤ種の様々な路面状態と上記振動レベルまたは上記振動レベル演算値との関係のマップを記憶する記憶手段をタイヤ側に設けるとともに、上記マップの情報を読み取る手段を車体側に設けて、車体側にて、上記読み取ったマップの情報に基づいて路面状態を推定するようにしたことを特徴とする請求項１３〜請求項２２のいずれかに記載の路面状態推定装置。
上記推定された路面状態の情報を他の車両に無線伝送する手段を設けたことを特徴とする請求項１３〜請求項２４のいずれかに記載の路面状態推定装置。
上記無線伝送された路面状態の情報を受信する手段と、自車より前方の車両から送信された路面状態の情報から前方の路面状態を把握する手段を備えたことを特徴とする請求項２５に記載の路面状態推定装置。
請求項２５に記載の路面状態推定装置と、先行車との車間距離を推定する手段と車輪速検出手段とを備えるとともに、上記前方の路面状態を把握する手段からの路面情報と、上記車間距離推定手段からの車間距離情報と、上記車輪速検出手段からの車輪速情報とに基づいて車両の走行状態を制御する走行状態制御手段とを備えたことを特徴とする車両制御装置。