JP6382534B2 - 路面状態推定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、走行中の路面状態を推定する方法に関するものである。
自動車の走行安定性を高めるため、走行中の路面の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。予め路面状態を推定することができれば、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。
路面状態を推定する方法としては、タイヤのインナーライナー部に設置された加速度センサーで検出した走行中のタイヤトレッドの振動の時系列波形から、踏み込み点を含む領域の時系列波形と蹴り出し点を含む領域の時系列波形とを抽出して周波数分析し、得られた周波数スペクトルから、複数の周波数帯域の振動レベルである踏み込み領域の帯域値Ｐfiと蹴り出し領域の帯域値Ｐkjとをそれぞれ算出し、これらの帯域値Ｐfi，Ｐkjから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）。
路面状態を推定する方法としては、タイヤのインナーライナー部に設置された加速度センサーで検出した走行中のタイヤトレッドの振動の時系列波形から、踏み込み点を含む領域の時系列波形と蹴り出し点を含む領域の時系列波形とを抽出して周波数分析し、得られた周波数スペクトルから、複数の周波数帯域の振動レベルである踏み込み領域の帯域値Ｐfiと蹴り出し領域の帯域値Ｐkjとをそれぞれ算出し、これらの帯域値Ｐfi，Ｐkjから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）。
ところで、タイヤの踏み込み点及び蹴り出し点の位置は、振動の時系列波形に現れるピークの位置から特定されるが、タイヤに、突起や縁石を乗り越えたときのような過度な入力があった場合には、時系列波形上に大きなピークが発生するため、踏み込み点及び蹴り出し点の位置を誤推定してしまう場合がある。
そこで、前記特許文献１では、サスペンション部に監視用の加速度センサーを設置し、監視用の加速度センサーで検出した加速度の値が予め設定した閾値を超えた場合には、タイヤに過度な入力（以下、大入力という）があったと判定し、路面状態の推定を中止するようにしている。
そこで、前記特許文献１では、サスペンション部に監視用の加速度センサーを設置し、監視用の加速度センサーで検出した加速度の値が予め設定した閾値を超えた場合には、タイヤに過度な入力（以下、大入力という）があったと判定し、路面状態の推定を中止するようにしている。
しかしながら、前記特許文献１の方法では、サスペンション部に大入力を検出するための監視用の加速度センサーを設置する必要があった。
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、センサーの数を増やすことなく、タイヤに大入力があったか否かを精度よく判定して路面状態を推定する方法を提供する。
本発明は、振動検出手段により検出した走行中のタイヤの振動の時間変化波形から、当該タイヤが走行している路面の状態を推定する路面状態推定方法であって、前記時間変化波形に出現するピーク位置から、前記タイヤの踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置とを推定する踏み蹴り位置推定ステップと、前記推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置とから、当該タイヤが１回転する時間である回転時間を算出する算出ステップと、前記算出された回転時間もしくは前記回転時間から推定される回転長さが、予め設定された回転長範囲外であるときに、前記推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置の一方もしくは両方が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置ではないと判定する判定ステップとを備え、前記判定ステップで前記推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置の一方もしくは両方が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置でないと判定された場合には、路面状態の推定を行わないようにしたことを特徴とする。
ここで、踏み込み点は、タイヤの振動の時間変化波形の、振動検出手段が設置されたタイヤ周上の位置（以下、計測点という）が路面に衝突する時刻もしくはタイヤ周上の位置を指し、蹴り出し点は、計測点が路面から離れる時刻もしくはタイヤ周上の位置を指す。
これにより、簡単な方法で推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを判定することができる。したがって、タイヤに大入力があった場合にタイヤの振動の時間変化波形に出現する大きなピークを踏み込み点のピークもしくは蹴り出し点のピークと誤推定することを避けることができるので、路面状態を精度よく推定することができる。
ここで、踏み込み点は、タイヤの振動の時間変化波形の、振動検出手段が設置されたタイヤ周上の位置（以下、計測点という）が路面に衝突する時刻もしくはタイヤ周上の位置を指し、蹴り出し点は、計測点が路面から離れる時刻もしくはタイヤ周上の位置を指す。
これにより、簡単な方法で推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを判定することができる。したがって、タイヤに大入力があった場合にタイヤの振動の時間変化波形に出現する大きなピークを踏み込み点のピークもしくは蹴り出し点のピークと誤推定することを避けることができるので、路面状態を精度よく推定することができる。
また、本願発明は、走行している路面の状態を推定する路面状態推定方法であって、前記時間変化波形に出現するピーク位置から、前記タイヤの踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置とを推定する踏み蹴り位置推定ステップと、前記推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置とから、当該タイヤの接地時間と当該タイヤが１回転する時間である回転時間とを算出する算出ステップと、前記算出された前記接地時間と前記回転時間との比である接地時間比を算出し、前記算出された接地時間比が予め設定された接地時間比範囲外であるときに、前記推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置の一方もしくは両方が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置ではないと判定する判定ステップとを備え、前記判定ステップで前記推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置の一方もしくは両方が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置でないと判定された場合には、路面状態の推定を行わないようにしたことを特徴とする。
これにより、車輪速によらず、推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを判定することができるので、路面状態の推定精度を向上させることができる。
これにより、車輪速によらず、推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを判定することができるので、路面状態の推定精度を向上させることができる。
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
図１は、本実施の形態に係る路面状態推定装置１０の機能ブロック図である。
路面状態推定装置１０は、振動検出手段としての加速度センサー１１と、車輪速検出手段としての車輪速センサー１２と、振動波形検出手段１３と、踏み蹴り位置推定手段１４と、接地時間・回転時間算出手段１５と、判定手段１６と、記憶手段１７と、路面状態推定手段１８とを備える。
振動波形検出手段１３〜判定手段１６及び路面状態推定手段１８の各手段は、例えば、コンピュータのソフトウェアにより構成され、記憶手段１７は、ＲＡＭ、ＲＯＭから構成され、車体側に設けられた車両制御装置に組み込まれる。
加速度センサー１１は、図２に示すように、タイヤ２０のインナーライナー部２１のタイヤ気室２２側のほぼ中央部に配置されて、路面から当該タイヤ２０のトレッド２３に入力する振動を加速度として検出する。本例では、加速度センサー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。以下、加速度センサー１１の位置（厳密には、加速度センサー１１の径方向外側にあるトレッド２３表面の位置）を計測点という。なお、加速度センサー１１の出力は、例えば、送信機１１Ｆにより、車体側に設けられた車両制御装置に送られる。
車輪速センサー１２は、車輪の回転速度（以下、車輪速という）を検出するもので、例えば、外周部に歯車が形成され車輪とともに回転するローターと、このローターと磁気回路を構成するヨークと、磁気回路の磁束変化を検出するコイルとを備え、車輪の回転角度を検出する周知の電磁誘導型の車輪速センサーなどを用いることができる。
路面状態推定装置１０は、振動検出手段としての加速度センサー１１と、車輪速検出手段としての車輪速センサー１２と、振動波形検出手段１３と、踏み蹴り位置推定手段１４と、接地時間・回転時間算出手段１５と、判定手段１６と、記憶手段１７と、路面状態推定手段１８とを備える。
振動波形検出手段１３〜判定手段１６及び路面状態推定手段１８の各手段は、例えば、コンピュータのソフトウェアにより構成され、記憶手段１７は、ＲＡＭ、ＲＯＭから構成され、車体側に設けられた車両制御装置に組み込まれる。
加速度センサー１１は、図２に示すように、タイヤ２０のインナーライナー部２１のタイヤ気室２２側のほぼ中央部に配置されて、路面から当該タイヤ２０のトレッド２３に入力する振動を加速度として検出する。本例では、加速度センサー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。以下、加速度センサー１１の位置（厳密には、加速度センサー１１の径方向外側にあるトレッド２３表面の位置）を計測点という。なお、加速度センサー１１の出力は、例えば、送信機１１Ｆにより、車体側に設けられた車両制御装置に送られる。
車輪速センサー１２は、車輪の回転速度（以下、車輪速という）を検出するもので、例えば、外周部に歯車が形成され車輪とともに回転するローターと、このローターと磁気回路を構成するヨークと、磁気回路の磁束変化を検出するコイルとを備え、車輪の回転角度を検出する周知の電磁誘導型の車輪速センサーなどを用いることができる。
振動波形検出手段１３は、加速度センサー１１の出力である走行中のタイヤ２０に入力する振動を時系列に配列した振動の時系列波形を検出する。
図３に示すように、振動の時系列波形には、タイヤ１回転毎に正・負２つの大きなピークが出現する。
振動の時系列波形において最初に出現するピーク（ここでは、正のピーク）は、計測点が路面に衝突するときに発生するピークで、このピークが踏み込み点Ｐfである。次に出現するピーク（ここでは、負のピーク）は、計測点が路面を離れるときに発生するピークで、このピークが蹴り出し点Ｐkである。
踏み蹴り位置推定手段１４は、振動の時系列波形から、先に出現する正・負２つのピークを検出し、これらピークの出現する時刻を、それぞれ、踏み込み点Ｐfの位置ｔ11、及び、蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12と推定するとともに、後に出現する正・負２つのピークの時刻を、それぞれ、次の踏み込み点Ｐfの位置ｔ21、及び、次の蹴り出し点Ｐkの位置ｔ22と推定する。
接地時間・回転時間算出手段１５は、前記の踏み込み点Ｐfの位置ｔ11と蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12との差から、計測点が路面と接している時間である接地時間Ｔaを算出するとともに、前記の蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12と蹴り出し点Ｐkの位置ｔ22との差から、タイヤ２０が１回転する時間である回転時間Ｔabを算出する。なお、前記の蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12と踏み込み点Ｐfの位置ｔ21との差か接地外時間Ｔbである。
Ｔa＝ｔ12−ｔ11、Ｔb＝ｔ21−ｔ12、Ｔab＝ｔ22−ｔ12である。
また、回転時間Ｔabを、前記の踏み込み点Ｐfの位置ｔ11と踏み込み点Ｐfの位置ｔ21との差から算出してもよい。
図３に示すように、振動の時系列波形には、タイヤ１回転毎に正・負２つの大きなピークが出現する。
振動の時系列波形において最初に出現するピーク（ここでは、正のピーク）は、計測点が路面に衝突するときに発生するピークで、このピークが踏み込み点Ｐfである。次に出現するピーク（ここでは、負のピーク）は、計測点が路面を離れるときに発生するピークで、このピークが蹴り出し点Ｐkである。
踏み蹴り位置推定手段１４は、振動の時系列波形から、先に出現する正・負２つのピークを検出し、これらピークの出現する時刻を、それぞれ、踏み込み点Ｐfの位置ｔ11、及び、蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12と推定するとともに、後に出現する正・負２つのピークの時刻を、それぞれ、次の踏み込み点Ｐfの位置ｔ21、及び、次の蹴り出し点Ｐkの位置ｔ22と推定する。
接地時間・回転時間算出手段１５は、前記の踏み込み点Ｐfの位置ｔ11と蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12との差から、計測点が路面と接している時間である接地時間Ｔaを算出するとともに、前記の蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12と蹴り出し点Ｐkの位置ｔ22との差から、タイヤ２０が１回転する時間である回転時間Ｔabを算出する。なお、前記の蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12と踏み込み点Ｐfの位置ｔ21との差か接地外時間Ｔbである。
Ｔa＝ｔ12−ｔ11、Ｔb＝ｔ21−ｔ12、Ｔab＝ｔ22−ｔ12である。
また、回転時間Ｔabを、前記の踏み込み点Ｐfの位置ｔ11と踏み込み点Ｐfの位置ｔ21との差から算出してもよい。
判定手段１６は、接地時間比算出部１６１と、比較判定部１６２と、中止信号出力部１６３とを備える。
接地時間比算出部１６１は、接地時間・回転時間算出手段１５で算出した接地時間Ｔaと回転時間Ｔabとの比である接地時間比Ｒを算出する。
比較判定部１６２は、踏み蹴り位置推定手段１４で推定した踏み込み点Ｐfの位置ｔ11と、蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12，ｔ22の位置が、全て、実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを判定する。
具体的には、接地時間比Ｒが予め設定された接地時間比範囲［Ｒ１，Ｒ２］内にあるか否かを判定し、接地時間比Ｒが接地時間比範囲内（Ｒ１≦Ｒ≦Ｒ２）にある場合には、踏み蹴り位置推定手段１４で推定されたｔ11，ｔ12，ｔ22が全て実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置（正常位置）であると判定する。
一方、接地時間比Ｒが接地時間比範囲外（Ｒ＜Ｒ１またはＲ＞Ｒ２）のときには、推定された踏み込み点Ｐfの位置ｔ11と蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12，ｔ22の位置うちの、いずれか一つ、もしくは、２つ、もしくは全部が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置ではない（誤推定）と判定する。
中止信号出力部１６３は、比較判定部１６２の判定が誤推定である場合、すなわち、踏み込み点Ｐfの位置と蹴り出し点Ｐkの位置の推定に失敗したと判定した場合には、路面状態推定手段１８に路面推定操作を中止するための指令信号である中止信号を出力する。
接地時間比算出部１６１は、接地時間・回転時間算出手段１５で算出した接地時間Ｔaと回転時間Ｔabとの比である接地時間比Ｒを算出する。
比較判定部１６２は、踏み蹴り位置推定手段１４で推定した踏み込み点Ｐfの位置ｔ11と、蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12，ｔ22の位置が、全て、実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを判定する。
具体的には、接地時間比Ｒが予め設定された接地時間比範囲［Ｒ１，Ｒ２］内にあるか否かを判定し、接地時間比Ｒが接地時間比範囲内（Ｒ１≦Ｒ≦Ｒ２）にある場合には、踏み蹴り位置推定手段１４で推定されたｔ11，ｔ12，ｔ22が全て実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置（正常位置）であると判定する。
一方、接地時間比Ｒが接地時間比範囲外（Ｒ＜Ｒ１またはＲ＞Ｒ２）のときには、推定された踏み込み点Ｐfの位置ｔ11と蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12，ｔ22の位置うちの、いずれか一つ、もしくは、２つ、もしくは全部が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置ではない（誤推定）と判定する。
中止信号出力部１６３は、比較判定部１６２の判定が誤推定である場合、すなわち、踏み込み点Ｐfの位置と蹴り出し点Ｐkの位置の推定に失敗したと判定した場合には、路面状態推定手段１８に路面推定操作を中止するための指令信号である中止信号を出力する。
記憶手段１７は、予め求めておいた路面状態と振動レベルの演算値との関係を示すマップ１７Ｍを記憶する。
路面状態推定手段１８は、波形領域分割部１８１と、領域信号抽出部１８２と、周波数分析部１８３と、振動レベル算出部１８４と、路面状態推定部１８５とを備え、踏み蹴り位置推定手段１４で推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であると判定された場合のみ路面状態の推定を行い、中止信号出力部１６３から中止信号が出力された場合には、路面状態の推定を中止する。
波形領域分割部１８１は、踏み蹴り位置推定手段１４で推定した踏み込み点Ｐfもしくは蹴り出し点Ｐkの位置と、車輪速センサー１２で検出したタイヤ２０の回転速度とを用いて、タイヤ一回転分の振動波形を抽出するとともに、この振動波形を、図４に示すような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する。
領域信号抽出部１８２は、各領域の振動レベルの時系列波形をそれぞれ抽出する。
周波数分析部１８３は、ＦＦＴアナライザーなどの周波数分析手段から構成され、抽出された各振動レベルの時系列波形を周波数分析した周波数スペクトルを作成する。
振動レベル算出部１８４は、踏み込み領域の周波数スペクトルにおける所定周波数帯域における振動レベルである踏み込み振動レベルＶfと、蹴り出し領域の周波数スペクトルにおける所定周波数帯域における振動レベルである蹴り出し振動レベルＶkとを算出するとともに、これらの振動レベルを用いて振動レベルの演算値Ｓを算出する。演算値Ｓとしては、蹴り出し振動レベルＶkに対する踏み込み振動レベルＶfの比などを挙げることができる。
路面状態推定部１８５は、記憶手段１７に記憶されている、予め求めておいた路面状態と振動レベルの演算値Ｓとの関係を示すマップ１７Ｍと、振動レベル算出部１８４で算出された振動レベルの演算値Ｓのデータとから、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１８は、波形領域分割部１８１と、領域信号抽出部１８２と、周波数分析部１８３と、振動レベル算出部１８４と、路面状態推定部１８５とを備え、踏み蹴り位置推定手段１４で推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であると判定された場合のみ路面状態の推定を行い、中止信号出力部１６３から中止信号が出力された場合には、路面状態の推定を中止する。
波形領域分割部１８１は、踏み蹴り位置推定手段１４で推定した踏み込み点Ｐfもしくは蹴り出し点Ｐkの位置と、車輪速センサー１２で検出したタイヤ２０の回転速度とを用いて、タイヤ一回転分の振動波形を抽出するとともに、この振動波形を、図４に示すような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する。
領域信号抽出部１８２は、各領域の振動レベルの時系列波形をそれぞれ抽出する。
周波数分析部１８３は、ＦＦＴアナライザーなどの周波数分析手段から構成され、抽出された各振動レベルの時系列波形を周波数分析した周波数スペクトルを作成する。
振動レベル算出部１８４は、踏み込み領域の周波数スペクトルにおける所定周波数帯域における振動レベルである踏み込み振動レベルＶfと、蹴り出し領域の周波数スペクトルにおける所定周波数帯域における振動レベルである蹴り出し振動レベルＶkとを算出するとともに、これらの振動レベルを用いて振動レベルの演算値Ｓを算出する。演算値Ｓとしては、蹴り出し振動レベルＶkに対する踏み込み振動レベルＶfの比などを挙げることができる。
路面状態推定部１８５は、記憶手段１７に記憶されている、予め求めておいた路面状態と振動レベルの演算値Ｓとの関係を示すマップ１７Ｍと、振動レベル算出部１８４で算出された振動レベルの演算値Ｓのデータとから、車両の走行している路面の状態を推定する。
次に、本実施の形態に係る路面状態の推定方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。
まず、加速度センサー１１にて走行中のタイヤ２０のタイヤ周方向振動を検出し（ステップＳ１０）、その出力を振動波形検出手段１３に送って、時系列に配列したタイヤ周方向の振動波形である振動の時系列波形を求める（ステップＳ１１）。
次に、踏み蹴り位置推定手段１４にて、図３に示すような振動の時系列波形から、先に出現する踏み込み点Ｐfの位置ｔ11と、先に出現する蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12と、後に出現する蹴り出し点Ｐkの位置ｔ22と推定する（ステップＳ１２）。
そして、接地時間・回転時間算出手段１５にて、ステップＳ１２で検出したｔ11，ｔ12，ｔ22とを用いて、接地時間Ｔaと回転時間Ｔabを算出する（ステップＳ１３）。
次に、判定手段１６にて、接地時間Ｔaと回転時間Ｔabとの比である接地時間比Ｒを算出（ステップＳ１４）した後、この接地時間比Ｒが予め設定された接地時間比範囲［Ｒ１，Ｒ２］内にあるか否かを判定し、ステップＳ１２で検出したｔ11，ｔ12，ｔ22の全てが、実際の踏み込み点Ｐf及び蹴り出し点Ｐkの位置であるか否かを判定する踏み蹴り位置判定を行う（ステップＳ１５）。
まず、加速度センサー１１にて走行中のタイヤ２０のタイヤ周方向振動を検出し（ステップＳ１０）、その出力を振動波形検出手段１３に送って、時系列に配列したタイヤ周方向の振動波形である振動の時系列波形を求める（ステップＳ１１）。
次に、踏み蹴り位置推定手段１４にて、図３に示すような振動の時系列波形から、先に出現する踏み込み点Ｐfの位置ｔ11と、先に出現する蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12と、後に出現する蹴り出し点Ｐkの位置ｔ22と推定する（ステップＳ１２）。
そして、接地時間・回転時間算出手段１５にて、ステップＳ１２で検出したｔ11，ｔ12，ｔ22とを用いて、接地時間Ｔaと回転時間Ｔabを算出する（ステップＳ１３）。
次に、判定手段１６にて、接地時間Ｔaと回転時間Ｔabとの比である接地時間比Ｒを算出（ステップＳ１４）した後、この接地時間比Ｒが予め設定された接地時間比範囲［Ｒ１，Ｒ２］内にあるか否かを判定し、ステップＳ１２で検出したｔ11，ｔ12，ｔ22の全てが、実際の踏み込み点Ｐf及び蹴り出し点Ｐkの位置であるか否かを判定する踏み蹴り位置判定を行う（ステップＳ１５）。
ところで、突起や縁石を乗り越えたときのように、タイヤ２０に過度な入力（以下、大入力という）があった場合には、図６に示すように、時系列波形に大きなピークが発生するため、踏み込み点Ｐf及び蹴り出し点Ｐkの位置を誤推定してしまう場合がある。
例えば、同図に示すように、大入力の位置を後の蹴り出し点Ｐkの位置と推定してしまった場合には、算出された回転時間ｔabが実際の回転時間Ｔabよりも短くなる。
また、大入力の位置を後の踏み込み点Ｐfと推定してしまった場合には、接地時間ｔaが実際の接地時間Ｔaよりも短くなる。
そこで、接地時間比Ｒに対して接地時間比範囲［Ｒ１，Ｒ２］を設定して、Ｒと、接地時間比範囲の下限値Ｒ１及び接地時間比範囲の上限値Ｒ２とを比較し、接地時間比Ｒが接地時間比範囲にあるか否かを判定すれば、踏み蹴り位置推定手段１４で推定された踏み込み点Ｐfの位置ｔ11と、蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12，ｔ22の位置が、実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを判定する踏み蹴り位置判定を行うことができる。
ステップＳ１５において、踏み蹴り位置判定の結果が「正常位置」だった場合には、ステップＳ１６に進み、振動レベルの時系列波形を用いて路面状態の推定を行う。
一方、踏み蹴り位置判定の結果が「誤推定」だった場合には、路面状態推定手段１８に中止信号を出力（ステップＳ１７）してから、ステップＳ１０に戻って、走行中のタイヤ２０のタイヤ周方向振動の検出を継続する。
中止信号が出力されたときには、路面状態の推定を中止する。
なお、ステップＳ１６が終了した場合には、路面状態の推定操作が終了したか否かを判定し（ステップＳ１８）、推定操作を継続する場合には、ステップＳ１０に戻って、走行中のタイヤ２０のタイヤ周方向振動の検出を継続し、継続しない場合には本操作を終了する。
例えば、同図に示すように、大入力の位置を後の蹴り出し点Ｐkの位置と推定してしまった場合には、算出された回転時間ｔabが実際の回転時間Ｔabよりも短くなる。
また、大入力の位置を後の踏み込み点Ｐfと推定してしまった場合には、接地時間ｔaが実際の接地時間Ｔaよりも短くなる。
そこで、接地時間比Ｒに対して接地時間比範囲［Ｒ１，Ｒ２］を設定して、Ｒと、接地時間比範囲の下限値Ｒ１及び接地時間比範囲の上限値Ｒ２とを比較し、接地時間比Ｒが接地時間比範囲にあるか否かを判定すれば、踏み蹴り位置推定手段１４で推定された踏み込み点Ｐfの位置ｔ11と、蹴り出し点Ｐkの位置ｔ12，ｔ22の位置が、実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを判定する踏み蹴り位置判定を行うことができる。
ステップＳ１５において、踏み蹴り位置判定の結果が「正常位置」だった場合には、ステップＳ１６に進み、振動レベルの時系列波形を用いて路面状態の推定を行う。
一方、踏み蹴り位置判定の結果が「誤推定」だった場合には、路面状態推定手段１８に中止信号を出力（ステップＳ１７）してから、ステップＳ１０に戻って、走行中のタイヤ２０のタイヤ周方向振動の検出を継続する。
中止信号が出力されたときには、路面状態の推定を中止する。
なお、ステップＳ１６が終了した場合には、路面状態の推定操作が終了したか否かを判定し（ステップＳ１８）、推定操作を継続する場合には、ステップＳ１０に戻って、走行中のタイヤ２０のタイヤ周方向振動の検出を継続し、継続しない場合には本操作を終了する。
ステップＳ１６における路面状態の推定方法は、以下の通りである。
まず、加速度センサー１１の出力である走行中のタイヤ２０に入力する振動の時系列波形から、タイヤ一回転分の振動波形を抽出し、抽出された振動波形を、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た後、各領域の振動レベルの時系列波形をそれぞれ抽出する。
次に、抽出された各振動レベルの時系列波形をそれぞれ周波数分析して得られた各領域の周波数スペクトルから、所定周波数帯域における振動レベルＶf及びＶkを算出した後、振動レベルＶf及びＶkの演算値Ｓを算出する。
そして、演算値Ｓと、予め求めておいた路面状態と振動レベルの演算値Ｓrとの関係を示すマップ１７Ｍとから車両の走行している路面の状態を推定する。
具体的には、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Ｖfを算出し、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Ｖkをし、演算値Ｓ＝Ｖf/Ｖkがどの路面の演算値Ｓrに近いかを調べることで、路面の状態を推定する。
まず、加速度センサー１１の出力である走行中のタイヤ２０に入力する振動の時系列波形から、タイヤ一回転分の振動波形を抽出し、抽出された振動波形を、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た後、各領域の振動レベルの時系列波形をそれぞれ抽出する。
次に、抽出された各振動レベルの時系列波形をそれぞれ周波数分析して得られた各領域の周波数スペクトルから、所定周波数帯域における振動レベルＶf及びＶkを算出した後、振動レベルＶf及びＶkの演算値Ｓを算出する。
そして、演算値Ｓと、予め求めておいた路面状態と振動レベルの演算値Ｓrとの関係を示すマップ１７Ｍとから車両の走行している路面の状態を推定する。
具体的には、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Ｖfを算出し、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Ｖkをし、演算値Ｓ＝Ｖf/Ｖkがどの路面の演算値Ｓrに近いかを調べることで、路面の状態を推定する。
このように、本実施の形態によれば、タイヤ２０に加速度センサー１１を配置して、走行中のタイヤ２０のタイヤ周方向振動を検出し、タイヤ周方向振動の時間変化波形に出現するピーク位置から、タイヤの踏み込み点Ｐfの位置と蹴り出し点Ｐkの位置とを推定するとともに、推定された踏み込み点Ｐfの位置と蹴り出し点Ｐkの位置とから、タイヤ２０の接地時間Ｔa、接地外時間Ｔb、及び、回転時間Ｔabのいずれかまたは複数を算出し、この
算出された接地時間Ｔa、接地外時間Ｔb、及び、回転時間Ｔabのいずれかまたは複数を用いて、推定された踏み込み点Ｐfの位置と蹴り出し点の位置Ｐkが実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを判定する踏み蹴り位置判定を行い、踏み蹴り位置判定の判定結果が誤推定である場合には、路面状態の推定を行わないようにしたので、センサーの数を増やすことなく、タイヤに過度な入力があったか否かを精度よく判定することができる。したがって、路面状態の推定精度を向上させることができる。
算出された接地時間Ｔa、接地外時間Ｔb、及び、回転時間Ｔabのいずれかまたは複数を用いて、推定された踏み込み点Ｐfの位置と蹴り出し点の位置Ｐkが実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを判定する踏み蹴り位置判定を行い、踏み蹴り位置判定の判定結果が誤推定である場合には、路面状態の推定を行わないようにしたので、センサーの数を増やすことなく、タイヤに過度な入力があったか否かを精度よく判定することができる。したがって、路面状態の推定精度を向上させることができる。
［実験例］
図７は、本発明による踏み蹴り位置判定における誤推定の結果と、前記特許文献１に記載の監視用の加速度センサーによる大入力検出の結果とを比較した図で、同図からも明らかなように、本発明による踏み蹴り位置判定は、前記特許文献１に記載の大入力検出と同等以上の判定精度を有していることが分かる。
これにより、大入力があった場合でも、振動波形から推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを精度よく判定できることが確認された。
図７は、本発明による踏み蹴り位置判定における誤推定の結果と、前記特許文献１に記載の監視用の加速度センサーによる大入力検出の結果とを比較した図で、同図からも明らかなように、本発明による踏み蹴り位置判定は、前記特許文献１に記載の大入力検出と同等以上の判定精度を有していることが分かる。
これにより、大入力があった場合でも、振動波形から推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを精度よく判定できることが確認された。
以上、本発明を実施の形態及び実験例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
例えば、前記実施の形態では、タイヤ２０のインナーライナー部２１のタイヤ気室２２側に加速度センサー１１を設置してタイヤ周方向加速度を検出したが、ナックルに加速度センサーを取付けてタイヤ前後方向の加速度を検出する構成としてもよい。
また、前記実施の形態では、加速度センサー１１で検出したタイヤ周方向加速度を用いて、踏み込み点Ｐfの位置、蹴り出し点Ｐkの位置、及び、路面状態を推定したが、タイヤ幅方向加速度、もしくは、タイヤ径方向加速度を用いてもよい。但し、タイヤ径方向加速度を用いる場合には、検出したタイヤ径方向加速度を微分した微分加速度を用いる方が、踏み込み点Ｐfの位置及び蹴り出し点Ｐkの位置をより正確に推定できるので、好ましい。
また、前記実施の形態では、加速度センサー１１で検出したタイヤ周方向加速度を用いて、踏み込み点Ｐfの位置、蹴り出し点Ｐkの位置、及び、路面状態を推定したが、タイヤ幅方向加速度、もしくは、タイヤ径方向加速度を用いてもよい。但し、タイヤ径方向加速度を用いる場合には、検出したタイヤ径方向加速度を微分した微分加速度を用いる方が、踏み込み点Ｐfの位置及び蹴り出し点Ｐkの位置をより正確に推定できるので、好ましい。
また、前記実施の形態では、加速度センサー１１で検出されたタイヤの振動の時系列波形から求めた踏み込み振動レベルＶfと蹴り出し振動レベルＶkの演算値Ｓと、予め求めておいた路面状態と振動レベルの演算値Ｓrとの関係を示すマップ１７Ｍとから車両の走行している路面の状態を推定したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、前記特許文献１に開示されているような、振動検出手段により検出した走行中のタイヤの振動の時間変化波形を用いて路面状態を推定する装置であれば適応可能である。
また、前記実施の形態では、車輪速センサー１２の出力を用いて、振動波形を蹴り出し領域と踏み込み領域とに分離したが、タイヤの動半径と回転時間とから振動波形の時系列波形をタイヤの所定の位置の振動波形に変換して蹴り出し領域と踏み込み領域とに分離するようにすれば、車輪速センサー１２を省略することができる。
したがって、本願発明は、車輪速センサー１２を構成要素としない路面状態推定装置にも適用可能である。
また、前記実施の形態では、車輪速センサー１２の出力を用いて、振動波形を蹴り出し領域と踏み込み領域とに分離したが、タイヤの動半径と回転時間とから振動波形の時系列波形をタイヤの所定の位置の振動波形に変換して蹴り出し領域と踏み込み領域とに分離するようにすれば、車輪速センサー１２を省略することができる。
したがって、本願発明は、車輪速センサー１２を構成要素としない路面状態推定装置にも適用可能である。
また、前記実施の形態では、接地時間比Ｒにより踏み蹴り位置判定を行ったが、接地時間、接地外時間、回転時間のいずれか一つを用いて踏み蹴り位置判定を行ってもよい。
また、接地時間、回転時間に代えて、接地長、回転長さを用いれば、車輪速による影響をなくすことができるので、踏み蹴り位置判定の精度が更に向上する。
例えば、接地時間もしくは接地長を用いる場合には、接地時間もしくは接地長が予め設定された接地長範囲外であるときに誤推定であると判定する。また、回転時間もしくは回転長さを用いた場合には、回転時間もしくは回転長さが予め設定された回転長範囲外であるときに誤推定であると判定する。
なお、前記実施の形態では、接地時間Ｔaと回転時間Ｔabとから推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置の一方もしくは両方が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを判定したが、接地外時間Ｔbは、回転時間Ｔabと接地時間Ｔaとの差であるので、接地時間Ｔaと接地外時間Ｔb、もしくは、接地外時間Ｔbと回転時間Ｔabとから、推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置の一方もしくは両方が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを判定できることはいうまでもない。
また、接地時間、回転時間に代えて、接地長、回転長さを用いれば、車輪速による影響をなくすことができるので、踏み蹴り位置判定の精度が更に向上する。
例えば、接地時間もしくは接地長を用いる場合には、接地時間もしくは接地長が予め設定された接地長範囲外であるときに誤推定であると判定する。また、回転時間もしくは回転長さを用いた場合には、回転時間もしくは回転長さが予め設定された回転長範囲外であるときに誤推定であると判定する。
なお、前記実施の形態では、接地時間Ｔaと回転時間Ｔabとから推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置の一方もしくは両方が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを判定したが、接地外時間Ｔbは、回転時間Ｔabと接地時間Ｔaとの差であるので、接地時間Ｔaと接地外時間Ｔb、もしくは、接地外時間Ｔbと回転時間Ｔabとから、推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置の一方もしくは両方が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置であるか否かを判定できることはいうまでもない。
１０ 路面状態推定装置、１１ 加速度センサー、１２ 車輪速センサー、
１３ 振動波形検出手段、１４ 踏み蹴り位置推定手段、
１５ 接地時間・回転時間算出手段、１６ 判定手段、１６１ 接地時間比算出部、
１６２ 比較判定部、１６３ 中止信号出力部、１７ 記憶手段、
１８ 路面状態推定手段、１８１ 波形領域分割部、１８２ 領域信号抽出部、
１８３ 周波数分析部、１８４ 振動レベル算出部、１８５ 路面状態推定部、
２０ タイヤ、２１ インナーライナー部、２２ タイヤ気室、２３ トレッド。
１３ 振動波形検出手段、１４ 踏み蹴り位置推定手段、
１５ 接地時間・回転時間算出手段、１６ 判定手段、１６１ 接地時間比算出部、
１６２ 比較判定部、１６３ 中止信号出力部、１７ 記憶手段、
１８ 路面状態推定手段、１８１ 波形領域分割部、１８２ 領域信号抽出部、
１８３ 周波数分析部、１８４ 振動レベル算出部、１８５ 路面状態推定部、
２０ タイヤ、２１ インナーライナー部、２２ タイヤ気室、２３ トレッド。
Claims (2)
- 振動検出手段により検出した走行中のタイヤの振動の時間変化波形から、当該タイヤが走行している路面の状態を推定する路面状態推定方法において、
前記時間変化波形に出現するピーク位置から、前記タイヤの踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置とを推定する踏み蹴り位置推定ステップと、
前記推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置とから、当該タイヤが１回転する時間である回転時間を算出する算出ステップと、
前記算出された回転時間もしくは前記回転時間から推定される回転長さが、予め設定された回転長範囲外であるときに、前記推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置の一方もしくは両方が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置ではないと判定する判定ステップとを備え、
前記判定ステップで前記推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置の一方もしくは両方が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置でないと判定された場合には、路面状態の推定を行わないようにしたことを特徴とする路面状態推定方法。 - 振動検出手段により検出した走行中のタイヤの振動の時間変化波形から、当該タイヤが走行している路面の状態を推定する路面状態推定方法において、
前記時間変化波形に出現するピーク位置から、前記タイヤの踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置とを推定する踏み蹴り位置推定ステップと、
前記推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置とから、当該タイヤの接地時間と当該タイヤが１回転する時間である回転時間とを算出する算出ステップと、
前記算出された前記接地時間と前記回転時間との比である接地時間比を算出し、
前記算出された接地時間比が予め設定された接地時間比範囲外であるときに、前記推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置の一方もしくは両方が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置ではないと判定する判定ステップとを備え、
前記判定ステップで前記推定された踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置の一方もしくは両方が実際の踏み込み点の位置と蹴り出し点の位置でないと判定された場合には、路面状態の推定を行わないようにしたことを特徴とする路面状態推定方法。
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