JP5241556B2

JP5241556B2 - 路面状態推定装置

Info

Publication number: JP5241556B2
Application number: JP2009035711A
Authority: JP
Inventors: 敬司織田; 隆行藤島
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2029-02-18
Also published as: JP2010188885A

Description

本発明は、タイヤの内側に設けられ、タイヤ内の音を測定するタイヤ内音測定手段と、タイヤ内音測定手段からの音測定信号に基づいて路面状態を推定する演算を行う演算手段と、を具えた路面状態推定装置に関する。

走行中の車両が接地している路面の状態をリアルタイムに検知することは極めて有意義であり、この情報を運転者に伝えることにより走行時の安全性を向上させ、また、路面状態を知ることによりアンチロックブレーキシステムを効果的に作動させることができる等の効果を生み出すことができる。路面状態を検知する方法として、スリップ率を測定しそことから求められる摩擦係数に基づく方法も提案されているが、求められた摩擦係数は、特にスリップ率が小さなときには信頼性が極めて低いため、路面の推定がうまく行えないという問題があり、その対応策として、路面によってタイヤ内の音が変化することを利用して、タイヤ内の音を測定し、この測定音を、予め登録されている各路面状態に対応する基準音と比較（より具体的には、測定音と基準音との、予め定められた周波数領域の音の強度を比較）し判定することによって、路面状態を推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

実開平６−１７４５４３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された路面状態の推定方法においては、第一に、音は車両の走行速度に大きく依存して変化するはずなのに、車両の走行速度を無視して、それらの音を比較していること、第二に、比較の方法として、1つの周波数領域に限定してそれらを比較しており、設定された周波数領域では同程度の強度を示していても、別の周波数領域では強度が全く異なっていることがあり、その結果、この推定方法も、その推定精度において殆ど実用的なものには成り得なかった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、タイヤ内の音を測定するタイヤ内音測定手段音測定信号に基づいて、路面状態の推定を高精度に行えることのできる路面状態推定装置を提供することを目的とする。

＜１＞は、車両速度を測定する車両速度測定手段と、タイヤの内側に設けられ、タイヤ内の音を測定するタイヤ内音測定手段と、タイヤ内音測定手段からの音測定信号に基づいて路面状態を推定する演算を行う演算手段と、を具えた路面状態推定装置において、
予め定められたI個の路面状態と、予め定められたJ個の車両速度領域とを組み合わせたI x J個の条件下で車両を走行させて得られた音測定信号のそれぞれから、予め定められたK個の周波数帯域に対する強度もしくはそれに相関する物理量Pとして得られたI x J x K個の基準特性値P0_ijk（i=1,2,・・・・,I, j=1,2,・・・・,J, k=1,2,・・・・,K）を格納する記憶部を具え、
前記演算手段は、車両走行下で、タイヤ内音検出手段からの音測定信号と、車両速度測定手段からの車両速度信号とをリアルタイムに入力し、車両速度信号に基づいて音測定信号入力時の車両速度領域V_nを前記J個の車両速度領域の中から推定するとともに、音測定信号からK個の各周波数帯域F_kに対する強度もしくはそれに相関する前記物理量Pを、音測定信号入力時の車両速度領域V_nに対応する測定特性値P1_nkとして算出し、これらのＫ個の測定特性値P1_nkと、車両速度領域V_nに属するI個の路面状態のそれぞれに対応するK個の基準特性値P0_ink（i=1,2,・・・・,I, k=1,2,・・・・,K）と、を比較することにより、前記音測定信号測定時に走行していた路面の路面状態を推定し、
前記Ｋ個の測定特性値P1 _nk と、車両速度領域V _n に属するI個の路面状態のそれぞれに対応するK個の基準特性値P0 _ink とを比較するに際し、Ｋ個の測定特性値P1 _nk を、Ｋ次元空間における点Q _n （P1 _n1 , P1 _n2 , ・・・・, P1 _nK ）で表し、車両速度領域V _n に属し、i番目の路面状態に対応するK個の基準特性値P0 _in を、Ｋ次元空間における点Q _in （P0 _in1 , P0 _in2 , ・・・・, P0 _inK ）で表して、点Q _n とI個の点Q _in との距離D _i を式（１）に基づいてそれぞれ算出してこれらを比較し、これらのI個の距離のうちもっとも近い距離に対応する路面状態を、前記音測定信号測定時に走行していた路面の路面状態として推定する路面状態推定装置である。

＜１＞によれば、測定特性値P1_nkを、音測定時の車両速度の属する車両速度領域V_nの基準特性値P0_inkに対して比較しており、すなわち、同一車両速度を合わせた上で、測定音と基準音とを比較しており、また、測定特性値P1_nkと基準特性値P0_inkとの比較において、複数個の周波数領域において総合的に比較しており、これらのことによって、路面状態の推定を精度の高いものとすることができる。

また、＜１＞によれば、測定特性値P1_nkと基準特性値P0_inkとの比較において、それらをK次元空間における点に対応させたときのそれらの点間の距離の大小で、測定特性値がどの路面状態の基準特性値にもっとも近いかを判定するので、極めて高い精度で、路面状態を推定することができる。

本発明に係る実施形態の路面状態推定装置の構成を示すブロック線図である。演算手段の１回の処理を示す概念図である。。基準特性値を設定する際の演算処理を示す概念図である。 n次元空間における点Q_nと、点Q_inとの間の距離を表す概念図である。

本発明の実施形態について図に基づいて説明する。図１は、本発明に係る実施形態の路面状態推定装置の構成を示すブロック線図である。路面状態推定装置１０は、車両速度を測定する車両速度測定手段１と、タイヤ２０の内側に設けられ、タイヤ内２０の音を測定するタイヤ内音測定手段２と、タイヤ内音測定手段２からの音測定信号に基づいて路面状態を推定するための演算を行う演算手段３と、予め定められた値のデータを格納する記憶部４とを具える。

車両測定手段１は、例えば、各車輪に設けられた周知の車輪回転速度センサ１１ａ、１１ｂと、車輪回転速度センサ１１ａ、１１ｂから得られた車輪速度を基に車両の平均速度を算出して車両速度信号を生成する車速演算部１２とで構成することができ、車速演算部１２は、例えば、演算手段３、および、記憶部４とともに、車両全体を制御する制御部５の中に設けられる。車速演算部１２からの車両速度信号は、所定のサンプリングタイムでリアルタイムに演算手段３に入力される。

また、タイヤ内音測定手段２は、これを、例えば、タイヤ２０の内面に貼り付けられ、もしくは、リムに取り付けられた発信アンテナ付のマイクロフォンモジュールで構成することができ、この場合、タイヤ内音測定手段２からは、所定のサンプリングタイムで音測定信号が発信され、この信号は、タイヤの近くの車体側に設けられた受信アンテナ１３で受信されて、演算手段３に入力される。

本発明は、タイヤ内音測定手段２で測定された音測定信号から特性値を算出し、この測定特性値を、予め路面状態ごとに採取され保存されている基準特性値と照合し、測定特性値にもっとも近い基準特性値に対応する路面状態を、測定推定値に対応する路面状態であるとして推定する方法の１つであるが、その特長は、第一に、測定特性値をほぼ同じ車両速度の条件下で採取された基準特性値に対して比較する点であり、このことによって、車両速度条件が推定されていない基準特性値と比較する場合に対比して、高い信頼性をもって路面状態を推定することができ、第二に、測定特性値と基準特性値とを比較する際の特性値として、音測定信号から複数の周波数成分を抽出し、それぞれの成分に基づいたものを用いていることであり、このことによって、単一の周波数成分に基づいた特性値同士を比較する場合に対して一層高い信頼性をもって路面状態を推定することが可能となる。

演算手段３の処理についてより具体的に説明する。演算手段３は、期間Tにわたって、所定のサンプリングタイムで連続的に入力される音測定信号X_n(m)の路面状態を推定する処理を1回行うものとし、図２は、演算手段３の１回の処理を示す概念図である。期間Tとしては、例えば、タイヤ1回転分をとり、m（m=1,2,3,・・・・）は、この期間内におけるサンプリングポイントである。

上記に説明したように、本発明に特徴の1つは、測定特性値とほぼ同じ車両速度の条件下で採取された基準特性値と比較する点であり、このため、演算手段３は、１回の路面状態推定処理について、この処理に対応する期間Tにおける車両の速度を知る必要があり、期間T内の１もしくは複数のサンプリングポイントにおける車両速度信号を入力し、この信号に基づいて、そのサンプリングポイントにおける車両速度が、予め定められたJ個の車両速度領域Vj（j=1,2,3,・・・,J）のいずれに属するかを推定する処理を行う。

ここで、Ｊ個の車両速度領域としては、例えば、1番目の速度領域を10km/h未満、2番目の速度領域を10km/h以上20km/h未満、・・・・・、J番目の速度領域を(J-1)*10km/h以上J*10km/h未満というように設定することができる。以下の説明においては、路面状態を推定する処理に対応する車両速度領域はV_nであったとする。（車両速度領域はV_nを推定する上記の説明は、図２には図示せず）

図２に示すように、入力した音測定信号X_n(m)は、予め定められたK個のバンドフィルタf_k(z^-1)（k=1,2,3,・・・・,K）によって各周波数帯域成分Y_nk(m)が抽出される。ここで、サフィックスnは、この音測定信号を採取された時点に対応する車両速度領域がV_nであることを意味し、また、サフィックスkは、周波数帯域を区別するための符号である。バンドフィルタf_k(z^-1)としては、K=4として、以下の周波数帯域F_kのものを例示することができる。
バンドフィルタf₁(z^-1)の周波数帯域F₁：中心周波数31.5Hz、1/3オクターブ幅、
バンドフィルタf₂(z^-1)の周波数帯域F₂：中心周波数125Hz、1/3オクターブ幅、
バンドフィルタf₃(z^-1)の周波数帯域F₃：中心周波数250Hz、1/3オクターブ幅、
バンドフィルタf₄(z^-1)の周波数帯域F₄：中心周波数3150Hz、1/3オクターブ幅

音測定信号X_n (m)の各周波数帯域成分Y_nk(m)は、時間や、タイヤの位置、路面の微細な変化によるバラツキを抑えるために平均化処理を行う。平均化の処理としては、例えば、式（２）、（３）、（４）に示すように、期間Tにわたる二乗平均化しさらにこれを移動平均化するとよい。

ここで、上記平均化は、タイヤ5〜10回転分に対応する期間Tについて行うのが好ましく、期間Tがタイヤ5回転分に対応する期間より小さいと、期間T内のY_nk(m)のサンプリングポイントによるバラツキを十分抑えることがむつかしい。一方、期間Tを10回転分に対応する長さより長くすると路面の変化した時の推定がむつかしくなる。また、期間Tを、例えば、タイヤ10周分とした場合、タイヤ10周分に対応する期間Tはタイヤの回転速度によって異なるが、別途設けられている車速測定手段１の車輪回転速度センサ１１ａの情報を用いて補正することによってこの期間Tを、各処理の都度ほぼ正確に設定することができる。

以上の平均化処理によって算出されたZave_nk(T)は、先に説明した、車両速度領域V_nに対応するＫ個の測定特性値P1_nkであり、演算手段３は、図２に示すように、平均化処理のあと、これらの測定特性値P1_nkを、予め設定された、車両速度領域V_nに属するI個の路面状態の対応するK個の基準特性値P0_ink（i=1,2,・・・・,I, k=1,2,・・・・,K）に対して比較する比較演算処理を行う。

基準特性値P0_ijk（i=1,2,・・・・,I, j=1,2,・・・・,J,k=1,2,・・・・,K）は、図３に示すような演算を行うことによって得られるZave_ijk (T)で表すことができる。すなわち、基準特性値P0_ijk求めるには、予め定められたI個の路面状態のうち、i番目の路面状態の路面を、速度が車両速度領域Vjとなるようににして、車両を走行させ、そのとき、タイヤ内音測定手段２からの音測定信号X_ij(m)から、前記のK個のバンドフィルタf_k(z^-1)（k=1,2,3,・・・・,K）によって各周波数帯域成分Y_ijk(m)を抽出する。

次いで、各周波数帯域成分Y_ijk(m)を、例えば、式（５）、（６）、（７）に従って平均化処理する。この平均化処理に際しては、先に、式（２）、（３）、（４）について説明したのと同様に処理することができる。

さて、図２に示した比較演算処理において、Ｋ個の測定特性値P1_nk（すなわちZave_nk(T)）と_、、I組の路面状態のそれぞれに対応するＫ個の基準特性値P0_ink（すなわちZave_ink(T)）と比較する処理を行うが、もし、i番目の路面状態に対して、実際の測定時の条件が、完璧に、基準特性値P0_inkを取得したときの条件と同じであったとするならば、このiに対して、K個の測定特性値P1_nkは、対応するK個の基準特性値P0_inkとすべて同じとなるはずである。しかし、実際には条件は微妙に異なるのでそうはならない。このような場合、K個の測定特性値P1_nkが、対応するK個の基準特性値P0_inkに総合的に見てもっとも近いようなiを現在走行中の路面状態と推定するのが妥当である。

このような、K個の測定特性値P1_nkと、対応するK個の基準特性値P0_inkとの総合的な遠近度合いを表すものとして、Ｋ個の測定特性値P1_nkを、Ｋ次元空間における点Q_n（P1_n1, P1_n2, ・・・・, P1_nK）で表し、i番目の路面状態に対応するK個の基準特性値P0_nkを、Ｋ次元空間における点Q_in（P0_in1, P0_in2, ・・・・, P0_inK）で表したときの点Q_nと点Q_inとの間の距離を用い、点Q_nに対して、この距離が最も近い点Q_inに対応する路面状態iを、現在走行中の路面として推定する。すなわち、先述の式（１）で表される距離が最も小さくなるiに対応する路面状態iを、現在走行中の路面として推定するものである。

なお、式（１）で表される距離D_iをが、K個の測定特性値P1_nkと、対応するK個の基準特性値P0_inkとの総合的な遠近度合いを表すものとすることについては、K=3とした3次元空間における点Q_nと例えば２個の点Q_in（i=1,2）を表す図４を見ると明らかである。

しかし、本発明は、上記遠近度合いを示す指標として、距離D_iに限定されるものではなく、例えば、式（８）であらわされるような、K個の測定特性値P1_nkと、対応する基準特性値P0_inkとのそれぞれの差の絶対値の合計C_iを用いることもできる。

上記の説明に従った路面推定装置を搭載した車両を、路面状態の異なる路面上を、種々の速度で走行させ、路面を推定し、路面推定装置によって推定した路面状態と、実際の路面状態とを比較して速度ごとの正解率を算出し表１にまとめた。

走行させた路面は、
１）舗装アスファルト路面
２）ひび割れアスファルト路面
３）石畳路面
４）低摩擦係数路面
の４種類とした。また、速度は、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h、70km/h、80km/hの7レベルで変化させた。

バンドフィルタとしては、先に例示したf₁(z^-1)、f₂(z^-1)、 f₃(z^-1)、 f₄(z^-1)を用いた。それぞれのバンドフィルタの周波数帯域は以下の通りである。
バンドフィルタf₁(z^-1)の周波数帯域F₁：中心周波数31.5Hz、1/3オクターブ、
バンドフィルタf₂(z^-1)の周波数帯域F₂：中心周波数125Hz、1/3オクターブ、
バンドフィルタf₃(z^-1)の周波数帯域F₃：中心周波数250Hz、1/3オクターブ、
バンドフィルタf₄(z^-1)の周波数帯域F₄：中心周波数3150Hz、1/3オクターブ

平均化処理には、式（２）〜（４）に従った。また、基準特性値を求めるに際しては、式（５）〜（７）に従った。また、判定には、式（１）を用いた。正解率の算出にあたっては、各条件について50回判定した際の正解率とした。

１車両速度測定手段
２タイヤ内音測定手段
３演算手段
４記憶部
５制御部
１０路面状態推定装置
１１ａ、１１ｂ車輪回転速度センサ
１２車速演算部
１３受信アンテナ
２０タイヤ

Claims

車両速度を測定する車両速度測定手段と、タイヤの内側に設けられ、タイヤ内の音を測定するタイヤ内音測定手段と、タイヤ内音測定手段からの音測定信号に基づいて路面状態を推定する演算を行う演算手段と、を具えた路面状態推定装置において、
予め定められたI個の路面状態と、予め定められたJ個の車両速度領域とを組み合わせたI x J個の条件下で車両を走行させて得られた音測定信号のそれぞれから、予め定められたK個の周波数帯域に対する強度もしくはそれに相関する物理量Pとして得られたI x J x K個の基準特性値P0_ijk（i=1,2,・・・・,I, j=1,2,・・・・,J, k=1,2,・・・・,K）を格納する記憶部を具え、
前記演算手段は、車両走行下で、タイヤ内音検出手段からの音測定信号と、車両速度測定手段からの車両速度信号とをリアルタイムに入力し、車両速度信号に基づいて音測定信号入力時の車両速度領域V_nを前記J個の車両速度領域の中から推定するとともに、音測定信号からK個の各周波数帯域F_kに対する強度もしくはそれに相関する前記物理量Pを、音測定信号入力時の車両速度領域V_nに対応する測定特性値P1_nkとして算出し、これらのＫ個の測定特性値P1_nkと、車両速度領域V_nに属するI個の路面状態のそれぞれに対応するK個の基準特性値P0_ink（i=1,2,・・・・,I, k=1,2,・・・・,K）と、を比較することにより、前記音測定信号測定時に走行していた路面の路面状態を推定し、
前記Ｋ個の測定特性値P1 _nk と、車両速度領域V _n に属するI個の路面状態のそれぞれに対応するK個の基準特性値P0 _ink とを比較するに際し、Ｋ個の測定特性値P1 _nk を、Ｋ次元空間における点Q _n （P1 _n1 , P1 _n2 , ・・・・, P1 _nK ）で表し、車両速度領域V _n に属し、i番目の路面状態に対応するK個の基準特性値P0 _in を、Ｋ次元空間における点Q _in （P0 _in1 , P0 _in2 , ・・・・, P0 _inK ）で表して、点Q _n とI個の点Q _in との距離D _i を式（１）に基づいてそれぞれ算出してこれらを比較し、これらのI個の距離のうちもっとも近い距離に対応する路面状態を、前記音測定信号測定時に走行していた路面の路面状態として推定する路面状態推定装置。