JP6614073B2

JP6614073B2 - 路面状態推定装置

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Publication number: JP6614073B2
Application number: JP2016173733A
Authority: JP
Inventors: 良佑神林; 高俊関澤; 雅士森
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2019-12-04
Anticipated expiration: 2036-09-06
Also published as: JP2018040631A; US20190185008A1; WO2018047780A1; US11565704B2

Description

本発明は、タイヤが受ける振動を検出し、振動データとして車体側システムに伝えるタイヤマウントセンサを含み、振動データに基づいて路面状態を推定する路面状態推定装置に関するものである。

従来より、タイヤトレッドの裏面にタイヤマウントセンサを備え、タイヤマウントセンサにてタイヤに加えられる振動を検出すると共に、その振動の検出結果を車体側システムに伝え、走行路面の摩擦係数（以下、μという）などを推定する路面状態推定装置がある。路面μ値については、アンチロックブレーキシステム（以下、ＡＢＳという）や自動運転などの車両運動制御の高精度化に活用できるが、それを実現するには高精度に路面μ値を推定できるようにすることが求められる。

特許第４４３９９８５号公報

しかしながら、従来では、タイヤマウントセンサから車体側システムに振動の検出結果を送って路面状態を推定しているだけであるため、路面μ値を高精度に推定することが難しかった。

なお、路面μ値の推定手法として、車輪速度センサの検出信号を用いる手法があるが、４輪の車輪速度に基づいて路面μ値を推定しているため、１輪毎に路面μ値を推定することができない。

また、ここでは路面状態の一例として路面μ値を例に挙げたが、例えば乾燥路、ウェット路、凍結路のような路面の種類の推定についても同様のことが言え、より高精度に路面の種類を検出できるようにすることが求められる。

本発明は上記点に鑑みて、より高精度に路面状態を推定することができ、かつ、１輪毎に路面状態を推定することができる路面状態推定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の路面状態検出装置では、車両に備えられるタイヤ（３）の裏面に取り付けられ、タイヤの振動の大きさに応じた検出信号を出力する振動検出部（１２）と、タイヤの１回転中における検出信号の高周波成分のレベルを算出すると共に、高周波成分のレベルに基づいて路面状態を推定する信号処理部（１３）と、路面状態が表された路面データを送信する送信部（１５）と、路面状態に関係する情報を受信する受信部（１４）と、を有するタイヤマウントセンサ（１）と、車体側に備えられ、送信部から送信された路面データを受信すると共に、路面状態に関係する情報を取得してタイヤマウントセンサに送信する送受信機（２１）を有する車体側システム（２）と、を備えている。このような構成において、信号処理部は、受信部で受信した路面状態に関係する情報に基づいて、高周波成分のレベルを補正し、補正後の該高周波成分のレベルに基づいて路面状態を推定する。

このように、車体側システムからタイヤマウントセンサに路面状態に関係する情報を伝え、タイヤマウントセンサが路面状態の判定を行うときに、路面状態に関係する情報に基づいて高周波成分のレベルを補正している。これにより、より的確に路面状態を推定することが可能となる。また、各タイヤマウントセンサにおいて、路面状態を推定できることから、１輪毎に路面状態を推定することが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかるタイヤマウントセンサが適用された路面状態推定装置の車両搭載状態でのブロック構成を示した図である。タイヤマウントセンサのブロック図である。タイヤマウントセンサが取り付けられたタイヤの断面模式図である。タイヤ回転時における加速度センサの出力電圧波形図である。アスファルト路のように路面μが比較的大きな高μ路面を走行している場合における加速度センサの出力電圧の変化を示した図である。凍結路のように路面μが比較的小さな低μ路面を走行している場合における加速度センサの出力電圧の変化を示した図である。高μ路面を走行している場合と低μ路面を走行してる場合それぞれについて、接地区間中における出力電圧の周波数解析を行った結果を示した図である。三種類の路面において、接地区間中における加速度センサの検出信号の高周波成分の積分電圧値を求めた結果および補正後の積分電圧値を示した図である。接地区間中における積分電圧値のバラツキを示した図である。図８に示すバラツキを有する積分電圧値を補正したときの様子を示した図である。接地前領域や蹴り出し後領域における積分電圧値のバラツキを示した図である。図１０に示すバラツキを有する積分電圧値を補正したときの様子を示した図である。図１に示す路面状態推定装置がシステムとして実行する処理のフローチャートである。第２実施形態で説明する路面状態推定装置がシステムとして実行する処理のフローチャートである。路面の種類と路面μ値想定範囲の関係を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
図１〜図１２を参照して、本実施形態にかかるタイヤマウントセンサ１が適用される路面状態推定装置１００について説明する。この路面状態推定装置１００は、車両の走行中の路面状態を推定するものである。

図１および図２に示すように路面状態推定装置１００は、車輪側に設けられたタイヤマウントセンサ１と、車体側に備えられた各部を含む車体側システム２とを有した構成とされている。車体側システム２としては、送受信機２１や報知装置２２などが備えられている。

路面状態推定装置１００は、タイヤマウントセンサ１にて各車輪に備えられるタイヤ３の振動を検出し、この振動に基づいてタイヤ３と走行中の路面との間の路面μを示すデータなどの走行中の路面状態を表すデータを生成して送受信機２１側に送信する。以下、路面μのデータのことをμデータといい、μデータなどを含めた路面状態を表すデータのことを路面データという。また、路面状態推定装置１００は、送受信機２１にてタイヤマウントセンサ１から送信された路面データを受信し、路面データに示される路面状態を報知装置２２より伝える。これにより、例えば路面μが低いことや乾燥路やウェット路もしくは凍結路であることなど、路面状態をドライバに伝えることが可能となり、滑り易い路面である場合にはドライバに警告することも可能となる。具体的には、タイヤマウントセンサ１および送受信機２１は、以下のように構成されている。

タイヤマウントセンサ１は、図２に示すように、電源１１、加速度センサ１２、制御部１３、受信回路１４、送信回路１５を備えた構成とされ、図３に示されるように、タイヤ３のトレッド３１の裏面側に設けられる。

電源１１は、例えば電池などによって構成され、タイヤマウントセンサ１の各部を駆動するための電源供給を行っている。

加速度センサ１２は、タイヤに加わる振動を検出するための振動検出部を構成するものである。例えば、加速度センサ１２は、タイヤ３が回転する際にタイヤマウントセンサ１が描く円軌道に対して接する方向、つまり図３中の矢印Ｘで示すタイヤ接線方向の振動に応じた検出信号として、加速度の検出信号を出力する。

制御部１３は、信号処理部に相当する部分であり、加速度センサ１２の検出信号をタイヤ接線方向の振動データを表す検出信号として用いて、この検出信号を処理することで路面データを得て、それを送信回路１５に伝える役割を果たす。

具体的には、制御部１３は、加速度センサ１２の検出信号、つまり加速度センサ１２の出力電圧の時間変化に基づいて、タイヤ３の回転時における加速度センサ１２の接地区間を抽出し、接地区間や接地区間以外の各領域に区画している。なお、ここでいう接地区間とは、タイヤ３のトレッド３１のうち加速度センサ１２の配置箇所と対応する部分が路面接地している区間のことを意味している。本実施形態の場合、加速度センサ１２の配置箇所がタイヤマウントセンサ１の配置箇所とされているため、接地区間とはタイヤ３のトレッド３１のうちタイヤマウントセンサ１の配置箇所と対応する部分が路面接地している区間と同意である。以下、タイヤ３のトレッド３１のうちタイヤマウントセンサ１の配置箇所、換言すれば加速度センサ１２の配置箇所のことを装置配置箇所という。

そして、加速度センサ１２の検出信号に含まれる高周波成分が路面状態を表していることから、制御部１３は、検出信号の高周波成分を抽出し、抽出した高周波成分に基づいて路面状態を検出している。

例えば、接地区間中における加速度センサ１２の検出信号に含まれる高周波成分のレベルが路面μ値を表していたり、乾燥路、ウェット路もしくは凍結路のいずれであるかなどの路面の種類を表している。このため、後述するように、制御部１３は、接地区間中の検出信号から高周波成分を抽出すると共に抽出した高周波成分に基づいて路面μ値や路面の種類を検出している。また、例えば接地区間以外の各領域における加速度センサ１２の検出信号に含まれる高周波成分のレベルが、圧雪路であるか、それとも乾燥路や凍結路などの圧雪路以外の路面であるかなどの路面の種類を表している。このため、後述するように、制御部１３は、接地区間以外の各領域の検出信号から高周波成分を抽出すると共に抽出した高周波成分に基づいて路面の種類を検出している。

このとき、加速度センサ１２の検出信号のみによって路面状態を検出することもできるが、路面状態をより高精度に検出することが求められる。このため、後述するように、制御部１３は、車体側システム２から路面状態に関係する情報、例えば天気情報や温度情報を取得し、これらの情報に基づく補正を行って路面状態を検出するようにしている。

このようにして、制御部１３は、路面状態の検出を行うと、その路面状態を示した路面データを生成し、それを送信回路１５に伝える処理を行う。これにより、送信回路１５を通じて送受信機２１に路面データが伝えられるようになっている。

より詳しくは、制御部１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って上記した処理を行っている。そして、制御部１３は、それらの処理を行う機能部として領域区画部１３ａ、レベル算出部１３ｂ、情報取得部１３ｃおよびデータ生成部１３ｄを備えている。

領域区画部１３ａは、加速度センサ１２の出力電圧で表される検出信号のピーク値を検出することで接地区間と接地区間以外の各領域、すなわち接地区間よりも前となる接地前領域や接地区間の後となる蹴り出し後領域を区画する。

タイヤ回転時における加速度センサ１２の出力電圧波形は例えば図４に示す波形となる。この図に示されるように、タイヤ３の回転に伴って装置配置箇所と対応する部分が接地し始めた接地開始時に、加速度センサ１２の出力電圧が極大値をとる。領域区画部１３ａでは、この加速度センサ１２の出力電圧が極大値をとる接地開始時を第１ピーク値のタイミングとして検出している。さらに、図４に示されるように、タイヤ３の回転に伴って装置配置箇所が接地していた状態から接地しなくなる接地終了時に、加速度センサ１２の出力電圧が極小値をとる。領域区画部１３ａでは、この加速度センサ１２の出力電圧が極小値をとる接地終了時を第２ピーク値のタイミングとして検出している。

加速度センサ１２の出力電圧が上記のようなタイミングでピーク値をとるのは、以下の理由による。すなわち、タイヤ３の回転に伴って装置配置箇所が接地する際、加速度センサ１２の近傍においてタイヤ３のうちそれまで略円筒面であった部分が押圧されて平面状に変形する。このときの衝撃を受けることで、加速度センサ１２の出力電圧が第１ピーク値をとる。また、タイヤ３の回転に伴って装置配置箇所が接地面から離れる際には、加速度センサ１２の近傍においてタイヤ３は押圧が解放されて平面状から略円筒状に戻る。このタイヤ３の形状が元に戻るときの衝撃を受けることで、加速度センサ１２の出力電圧が第２ピーク値をとる。このようにして、加速度センサ１２の出力電圧が接地開始時と接地終了時でそれぞれ第１、第２ピーク値をとるのである。また、タイヤ３が押圧される際の衝撃の方向と、押圧から開放される際の衝撃の方向は逆方向であるため、出力電圧の符号も逆方向となる。

そして、領域区画部１３ａは、第１、第２ピーク値のタイミングを含めた検出信号のデータを抽出することで加速度センサ１２の接地区間を抽出し、接地区間中であることをレベル算出部１３ｂに伝える。また、領域区画部１３ａは、第１ピーク値をとる前を接地前領域、第２ピーク値をとった後を蹴り出し後領域として、第２ピーク値から第１ピーク値に至るまでの間を接地区間以外の領域として区画している。接地区間以外の領域については、１つの領域として区画しても良いし、接地前領域と蹴り出し後領域として区画しても良い。接地前領域と蹴り出し後領域との境界は、第２ピーク値から第１ピーク値に至るまでの時間的な中心もしくは最も高周波振動の振幅が小さくなる時点などとすることができる。

また、加速度センサ１２の出力電圧が第２ピーク値をとるタイミングが加速度センサ１２の接地終了時となるため、領域区画部１３ａは、このタイミングで送信回路１５に送信トリガを送っている。これにより、送信回路１５より、後述するようにデータ生成部１３ｄで作成されるμデータなどの路面データを送信させている。このように、送信回路１５によるデータ送信を常に行うのではなく、加速度センサ１２の接地終了時に限定して行うようにしているため、消費電力を低減することが可能となる。

レベル算出部１３ｂは、領域区画部１３ａから接地区間中であることや接地前領域および蹴り出し後領域であることが伝えられると、区画された各領域中に加速度センサ１２の出力電圧に含まれるタイヤ３の振動に起因する所定の周波数成分のレベルを算出する。そして、レベル算出部１３ｂは、その算出結果をデータ生成部１３ｄに伝える。具体的には、路面μなどの路面状態を表わす指標として、接地区間中であれば、高周波成分として２〜５ｋＨｚの周波数成分のレベルを算出し、接地前領域および蹴り出し後領域であれば、高周波成分として０．１〜０．２ｋＨｚの周波数成分のレベルを算出している。このような指標を用いているが、その理由について、例えば接地区間中に高周波成分を用いていることを例に挙げ、図５Ａ、図５Ｂおよび図６を参照して説明する。

図５Ａは、アスファルト路のように路面μが比較的大きな高μ路面を走行している場合における加速度センサ１２の出力電圧の変化を示している。また、図５Ｂは、凍結路の相当する程度に路面μが比較的小さな低μ路面を走行している場合における加速度センサ１２の出力電圧の変化を示している。

これらの図から分かるように、路面μにかかわらず、接地区間の最初と最後、つまり加速度センサ１２の接地開始時と接地終了時において第１、第２ピーク値が現れる。しかしながら、路面μの影響で、加速度センサ１２の出力電圧が変化する。例えば、低μ路面の走行時のように路面μが低いときには、タイヤ３のスリップによる細かな高周波振動が出力電圧に重畳される。このようなタイヤ３のスリップによる細かな高周波信号は、高μ路面の走行時のように路面μが高い場合にはあまり重畳されない。

このため、路面μが高い場合と低い場合それぞれについて、接地区間中における出力電圧の周波数解析を行うと、図６に示す結果となる。すなわち、低周波域では路面μが高い場合と低い場合のいずれを走行する場合にも高いレベルになるが、１ｋＨｚ以上の高周波域では路面μが低い場合の方が高い場合よりも高いレベルになる。このため、加速度センサ１２の出力電圧の高周波成分のレベルが路面状態を表す指標となる。

したがって、レベル算出部１３ｂによって接地区間中における加速度センサ１２の出力電圧の高周波成分のレベルを算出することで、これを路面μなどの路面状態に対応するデータとして用いることが可能となる。また、このデータから、例えば路面μが低い場合に凍結路と判定するなど、路面μと対応する路面の種類を路面状態として検出することもできる。

例えば、高周波成分のレベルは、加速度センサ１２の出力電圧から高周波成分を抽出し、接地区間中に抽出した高周波成分を積分することで積分電圧値を算出することができる。具体的には、路面状態や路面μに応じて変化すると想定される周波数帯域ｆａ〜ｆｂの高周波成分をフィルタリングなどによって抽出し、周波数解析によって取り出した周波数帯域ｆａ〜ｆｂの高周波数成分の電圧を積分して積分電圧値を取得する。例えば、図示しないコンデンサにチャージさせる。このようにすれば、高μ路面を走行している場合のように路面μが高い場合よりも低μ路面を走行している場合のように路面μが低い場合の方がチャージ量が多くなる。このチャージ量を路面状態に対応するデータとして用いて、このデータが示すチャージ量が多いほど路面μが低いというように路面μを推定できる。

なお、ここでは接地区間中の加速度センサ１２の出力電圧の高周波成分を抽出する場合について説明したが、接地区間中以外の領域についても同様のことが言える。すなわち、接地前領域や蹴り出し後領域においては、加速度センサ１２の出力電圧における高周波成分、例えば０．１〜０．２ｋＨｚの周波数成分が、乾燥路やウェット路および凍結路ではあまり大きくなく、圧雪路では大きくなる。このため、これらの領域において、加速度センサ１２の出力電圧の高周波成分を積分して積分電圧値を算出すると、圧雪路とそれ以外の路面とを判別することができ、路面の種類を推定することができる。

情報取得部１３ｃは、後述する受信回路１４を通じて車体側システム２より路面状態に関係する情報を取得し、その情報をデータ生成部１３ｄに伝える。路面状態に関係する情報とは、路面状態に影響を及ぼす情報を意味しており、例えば天気情報や温度情報などが該当する。天気情報については、晴天、雨天、雪などの天候を示す情報であり、温度情報は、外気温を示す情報である。例えば、晴天の場合と比較して、雨天や雪のときには路面μが低くなる傾向にある。また、例えば、凍結路においては、乾燥路やウェット路と比較して、接地前領域や蹴り出し後領域における加速度センサ１２の出力電圧の高周波成分が大きくなる傾向にある。このため、このような路面状態に影響を及ぼす情報を車体側システム２から取得し、これをデータ生成部１３ｄに伝えるようにしている。

データ生成部１３ｄは、基本的には、レベル算出部１３ｂでの算出結果に基づいて路面データを生成している。例えば、データ生成部１３ｄは、レベル算出部１３ｂから伝えられる路面状態に対応するデータに基づいて路面μを算出したり路面の種類を求めるなど、路面状態を推定し、それを示すデータを路面データとして生成している。このとき、データ生成部１３ｄは、情報取得部１３ｃより路面状態に関係する情報が伝えられていれば、その情報に基づいて路面状態の推定を行う際に補正を掛ける。

例えば、路面状態に対応するデータに基づいて路面μ値を判定する場合、接地区間中における上記の積分電圧値が所定の閾値よりも大きいか小さいかに基づいて低μ路面であるか高μ路面であるかを判定する。このとき、図７中の（１）、（２）の黒丸で示すように、得られた積分電圧値が閾値から離れた値であれば、単純に積分電圧値を閾値と大小比較し、積分電圧値が閾値よりも大きければ低μ路面、小さければ高μ路面と判定すればよい。しかしながら、図７中の（３）の黒丸で示すように、積分電圧値が閾値の近傍に位置しているような場合、的確な判定を行えない。したがって、路面状態に関係する情報に基づいて積分電圧値を補正することで、より的確な判定が行えるようにする。

具体的には、接地区間中における積分電圧値については、例えば図７中の（１）に示したように天候が晴れの場合の補正定数を１とすると、図７中の（３）に示したような雨のときには１より大きな補正係数、例えば１．３を掛けることで補正を行う。同様に、図７中の（２）に示したような雪の場合や外気温がマイナス値である場合にも、積分電圧値に対して１より大きな補正係数、例えば１．５倍を掛けることで補正を行う。このようにすれば、図７中の白丸で示すように補正が行われ、補正前の積分電圧値が閾値の近傍の値であったとしても、路面状態に応じた補正が行われることによって閾値の近傍から離れるようになる。したがって、より的確に路面状態が低μ路面であるか高μ路面であるかを判定することが可能となる。

また、路面の種類を判定する場合についても同様の補正を行うことができる。例えば、同じ路面であっても、図８に示すように取得される接地区間中における積分電圧値にはバラツキがある。このため、積分電圧値が閾値の近傍であった場合、積分電圧値が誤判定の可能性が生じる誤判定可能性領域に含まれることがある。この場合、図９に示すように、例えば乾燥路や高μ路と言える程度のウェット路においては、補正後の積分電圧値が誤判定可能性領域よりも低い値となるように、積分電圧値の補正定数を決定する。同様に、例えば凍結路においては、補正後の積分電圧値が誤判定可能性領域よりも高い値となるように、積分電圧値の補正定数を決定する。

例えば、積分電圧値が誤判定可能性領域にある場合、天気情報が晴れまたは雨のときには、積分電圧値から所定の補正定数を差し引くようにする。また、積分電圧値が誤判定可能性領域にある場合、外気温がマイナスのときには、積分電圧値に所定の補正定数を加算する。これにより、積分電圧値が閾値の近傍である場合にも、路面状態に応じた補正が行われることによって閾値の近傍から離れるようになる。したがって、より的確に路面の種類を判定することが可能となる。

さらに、路面の種類を判定する場合において、接地前領域や蹴り出し後領域における積分電圧値についても、路面の種類が同じであっても、図１０に示すようなバラツキが発生する。このため、積分電圧値が閾値の近傍であった場合、積分電圧値が誤判定の可能性が生じる誤判定可能性領域に含まれることがある。この場合、図１１に示すように、例えば乾燥路においては、補正後の積分電圧値が誤判定可能性領域よりも低い値となるように、積分電圧値の補正定数を決定する。このとき、凍結路での積分電圧値についても補正を行っても良いが、図１１に示すように補正前の状態で誤判定可能領域から離れた値となってれば、補正を行わなくても良い。したがって、この場合には、補正定数を１とするなどによって補正が行われないようにすることができる。同様に、例えば圧雪路においては、補正後の積分電圧値が誤判定可能性領域よりも高い値となるように、積分電圧値の補正定数を決定する。

例えば、積分電圧値が誤判定可能性領域にある場合、天気情報が雪以外のときには、外気温がマイナスであったとしても、積分電圧値から所定の補正定数を差し引くようにする。また、積分電圧値が誤判定可能性領域にある場合、天気情報が雪のときには、積分電圧値に所定の補正定数を加算する。これにより、積分電圧値が閾値の近傍である場合にも、路面状態に応じた補正が行われることによって閾値の近傍から離れるようになる。したがって、より的確に路面の種類を判定することが可能となる。

なお、補正において用いる補正係数や補正定数により積分電圧値について重み付けを行ったが、この重み付けに用いる補正係数や補正定数については、車速依存性を持たせるようにすると好ましい。すなわち、車速が大きくなる程、タイヤ３の振動が大きくなることから、補正係数や補正定数も車速が大きくなる程大きな値となるようにすると好ましい。

このように、データ生成部１３ｄは、路面状態に関係する情報に基づいて各領域における加速度センサ１２の出力電圧の積分電圧値を補正すると共に、補正後の積分電圧値に基づいて路面状態を推定し、それにより得られた路面状態を路面データとして生成している。このため、データ生成部１３ｄでは、積分電圧値が閾値近傍の誤判定可能性領域に含まれるような場合にも、的確に路面状態を推定して路面データを生成することが可能となる。

受信回路１４は、受信部に相当し、車体側システム２から伝えられる路面に関する情報などを受信する回路である。例えば、車体側システム２より路面に関する情報がＲＦ電波もしくはＬＦ電波として送信されてくるため、それを受信回路１４で受信し、情報取得部１３ｃに伝えるようになっている。

送信回路１５は、データ生成部１３ｄから伝えられたμデータなどの路面データを送受信機２１に対して送信する送信部を構成するものである。送信回路１５と送受信機２１との間の通信は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの公知の近距離無線通信技術によって実施可能である。路面データを送信するタイミングについては任意であるが、上記したように、本実施形態では、加速度センサ１２の接地終了時に領域区画部１３ａから送信トリガが送られることで送信回路１５から路面データが送られるようになっている。このように、送信回路１５によるデータ送信を常に行うのではなく、加速度センサ１２の接地終了時に限定して行うようにしているため、消費電力を低減することが可能となる。

また、路面データについては、車両に備えられたタイヤ３毎に予め備えられている車輪の固有識別情報（以下、ＩＤ情報という）と共に送られる。各車輪の位置については、車輪が車両のどの位置に取り付けられているかを検出する周知の車輪位置検出装置によって特定できることから、送受信機２１にＩＤ情報と共に路面データを伝えることで、どの車輪のデータであるかが判別可能になる。

一方、送受信機２１は、タイヤマウントセンサ１より送信された路面データを受信し、これに基づいて路面状態を推定すると共に推定した路面状態を報知装置２２に伝え、必要に応じて報知装置２２より路面状態をドライバに伝える。これにより、ドライバは路面状態に対応した運転を心掛けるようになり、車両の危険性を回避することが可能となる。例えば、報知装置２２を通じて推定された路面状態を常に表示するようにしても良いし、推定された路面状態がウェット路や凍結路や低μ路等のように運転をより慎重に行う必要があるときにのみ路面状態を表示してドライバに警告するようにしても良い。また、送受信機２１からブレーキ制御用の電子制御装置（以下、ＥＣＵという）などの車両運動制御を実行するためのＥＣＵに対して路面状態を伝えれば、伝えられた路面状態に基づいて車両運動制御が実行されるようにすることもできる。

また、送受信機２１は、天気情報や温度情報を取得し、それを各タイヤマウントセンサ１に向けて送信している。つまり、送受信機２１とタイヤマウントセンサ１とは双方向通信が可能となっており、送受信機２１からはタイヤマウントセンサ１に対して天気情報や温度情報を伝え、タイヤマウントセンサ１からは送受信機２１に対して路面データを伝えるようになっている。例えば、通信センターなどの道路に関する情報を管理している施設では、天気情報や温度情報についても管理しているため、送受信機２１は、道路に併設されている路上機などを通じて通信センターから天気情報や温度情報を取得している。なお、ここでは車体側システム２のうち天気情報や温度情報を取得する部分として送受信機２１を示しているが、これらの情報を送受信機２１が直接取得する必要はなく、他のＥＣＵ、例えばナビゲーションＥＣＵなどから取得することもできる。

報知装置２２は、例えばメータ表示器などで構成され、ドライバに対して路面状態を報知する際に用いられる。報知装置２２をメータ表示器で構成する場合、ドライバが車両の運転中に視認可能な場所に配置され、例えば車両１におけるインストルメントパネル内に設置される。メータ表示器は、送受信機２１から路面状態が伝えられると、その路面状態が把握できる態様で表示を行うことで、視覚的にドライバに対して路面状態を報知することができる。

なお、報知装置２２をブザーや音声案内装置などで構成することもできる。その場合、報知装置２２は、ブザー音や音声案内によって、聴覚的にドライバに対して路面状態を報知することができる。また、視覚的な報知を行う報知装置２２としてメータ表示器を例に挙げたが、ヘッドアップディスプレイなどの情報表示を行う表示器によって報知装置２２を構成しても良い。

以上のようにして、本実施形態にかかる路面状態推定装置１００が構成されている。なお、車体側システム２を構成する各部が例えばＣＡＮ（Controller Area Networkの略）通信などによる車内ＬＡＮ（Local Area Networkの略）を通じて接続されている。このため、車内ＬＡＮを通じて各部が互いに情報伝達できるようになっている。

続いて、本実施形態にかかる路面状態推定装置１００におけるタイヤマウントセンサ１の作動について説明する。

上記したように、タイヤマウントセンサ１では、加速度センサ１２の検出信号に基づいて、制御部１３がタイヤ３が１回転する毎に出力電圧波形を解析し、路面データを得ている。そして、出力電圧波形が第２ピーク値となるタイミングで制御部１３から送信回路１５に送信トリガが出され、路面データが送信される。

一方、送受信機２１は、送信回路１５からデータ送信が行われると、それを受信し、路面データに基づいて路面状態を推定すると共に推定した路面状態を報知装置２２に伝える。これにより、ドライバに路面状態を報知することができる。

このような作動は、路面状態推定装置１００がシステム的に各種処理を実行することで行われる。これについて、図１２に示す路面状態推定装置１００がシステムとして実行する各種処理のフローチャートを参照して説明する。

まず、タイヤマウントセンサ１では、制御部１３にて、ステップＳ１００〜Ｓ１５０に示す各処理を実行する。なお、これらの処理は、電源１１からの電力供給に基づいて制御部１３が所定の制御周期毎に実行している。

具体的には、ステップＳ１００に記載したように、タイヤ３の１回転分における加速度センサ１２の出力電圧の振動波形を取得し、その振動波形を各領域に分割する。例えば、第１ピーク値よりも前の接地前領域と、第１ピーク値から第２ピーク値に至る間の接地区間と、第２ピーク値以降の蹴り出し後領域とに分ける。

続いて、ステップＳ１１０において、ステップＳ１００で分割した各領域について、加速度センサ１２の出力電圧波形の振動を周波数解析する。そして、ステップＳ１２０において、ステップＳ１１０での各領域の周波数解析結果を用いて、各領域での加速度センサ１２の出力電圧における高周波成分の積分電圧値を算出する。

この後、ステップＳ１３０において、車体側システム２から得た天気情報や温度情報などの路面状態に関係する情報に基づいて、必要に応じて、上記した手法により、ステップＳ１２０で算出した各領域の積分電圧値を補正する。そして、ステップＳ１４０に進み、必要に応じて補正を行った積分電圧値を閾値と比較することで、路面μ値や路面の種類などの路面状態を推定する。例えば、路面μ値については、接地区間中における積分電圧値を閾値と比較し、低μ路面であるか高μ路面であるかを判定することで得ることができる。また、路面の種類については、凍結路の判定の場合、接地区間中における積分電圧値を閾値と比較し、閾値よりも大きければ凍結路、小さければ凍結路以外の路面であると判定することができる。また、圧雪路の判定の場合、接地前領域や蹴り出し後領域における積分電圧値を閾値と比較し、閾値よりも大きければ圧雪路、小さければ圧雪路以外の路面であると判定することができる。

このようにして、路面状態が推定されるとステップＳ１５０に進み、その推定結果を示す路面データを生成し、それを車体側システム２に向けて送信する。

この後、車体側システム２では、送受信機２１に内蔵された図示しない制御部にて、ステップＳ１６０の処理を実行する。

具体的には、車体側システム２では、送受信機２１にて、路面データを受信し、路面データが示す路面状態の推定結果を取得する。そして、送受信機２１より路面状態の推定結果を報知装置２２に伝える。これにより、例えば路面μが低いことや乾燥路やウェット路もしくは凍結路であることなど、路面状態をドライバに伝えることが可能となり、滑り易い路面である場合にはドライバに警告することも可能となる。また、路面状態をブレーキＥＣＵなどに伝えることで、路面状態に応じた車両運動制御が実行されるようにすることもできる。

以上説明したように、車体側システム２からタイヤマウントセンサ１に路面状態に関係する情報を伝え、タイヤマウントセンサ１が路面状態の判定を行うときに、路面状態に関係する情報に基づいて積分電圧値を補正している。これにより、より的確に路面状態を推定することが可能となる。また、各タイヤマウントセンサ１において、路面状態を推定できることから、１輪毎に路面状態を推定することが可能となる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して路面状態の推定を車体側システム２で実行するようにしたものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

上記第１実施形態では、車体側システム２から路面状態に関係する情報をタイヤマウントセンサ１に伝え、タイヤマウントセンサ１において路面状態を推定した。これに対して、本実施形態では、タイヤマウントセンサ１から加速度センサ１２の出力電圧の振動波形そのまま、もしくは各領域の積分電圧値を路面データとして車体側システム２に送信させ、車体側システム２で路面データに基づいて路面状態を推定する。

この場合、車体側システム２では、路面状態に関係する情報を持っているため、受信した路面データから各領域の積分電圧値を得て、必要に応じて路面状態に関係する情報に基づいて積分電圧値を補正する。このとき、受信した路面データが加速度センサ１２の出力電圧の振動波形をそのまま示すものであれば、それから各領域の積分電圧値を算出する。そして、補正後の積分電圧値を閾値と比較することで、路面状態を推定することができる。

具体的には、路面状態推定装置１００では、図１３に示す各種処理を実行することで路面状態推定を行っている。なお、ここでは、路面データとして加速度センサ１２の出力電圧の振動波形をそのまま用いる場合を例に挙げて説明する。

まず、タイヤマウントセンサ１では、制御部１３にて、ステップＳ２００、Ｓ２１０の処理を実行する。すなわち、ステップＳ２００では、タイヤ３の１回転分における加速度センサ１２の出力電圧の振動波形を取得する。そして、ステップＳ２１０では、ステップＳ２００で取得した加速度センサ１２の出力電圧の振動波形に関する情報を路面データとして車体側システム２に送信する。

続いて、車体側システム２では、送受信機２１にて、ステップＳ２２０以降の処理を実行する。

ステップＳ２２０〜Ｓ２５０では、第１実施形態で説明した図１２のステップＳ１００〜Ｓ１４０と同様の処理を行う。すなわち、ステップＳ２２０では、受信した加速度センサ１２の出力電圧の振動波形に関する情報から振動波形を各領域に分割する。また、ステップＳ２３０では、分割した各領域について、加速度センサ１２の出力電圧波形の振動を周波数解析したのち、各領域の周波数解析結果を用いて、各領域での加速度センサ１２の出力電圧における高周波成分の積分電圧値を算出する。さらに、ステップＳ２４０では、天気情報や温度情報などの路面状態に関係する情報に基づいて、必要に応じて、ステップＳ２３０で算出した各領域の積分電圧値を補正する。そして、ステップＳ２５０では、必要に応じて補正を行った積分電圧値を閾値と比較することで、路面μ値や路面の種類などの路面状態を推定する。

その後、ステップＳ２６０において、送受信機２１より路面状態の推定結果を報知装置２２に伝える。これにより、例えば路面μが低いことや乾燥路やウェット路もしくは凍結路であることなど、路面状態をドライバに伝えることが可能となり、滑り易い路面である場合にはドライバに警告することも可能となる。また、路面状態をブレーキＥＣＵなどに伝えることで、路面状態に応じた車両運動制御が実行されるようにすることもできる。

以上説明したように、本実施形態では、タイヤマウントセンサ１から加速度センサ１２の出力電圧の振動波形をそのまま、もしくは各領域の積分電圧値を路面データとして車体側システム２に送信させ、車体側システム２で路面データに基づいて路面状態を推定する。このように、車体側システム２において、路面状態を推定するようにしても良い。この場合でも、路面状態に関係する情報に基づいて積分電圧値を補正することにより、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

なお、本実施形態でも、第１実施形態と同様のタイヤマウントセンサ１を用いているが、本実施形態の場合には、受信機能が必要とされないことから、単なるセンサ送信機としても良い。また、車体側システム２においても、送受信機２１を備えるようにしたが、送信機能が必要とされないことから、単なる受信機としても良い。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第１実施形態においては、振動検出部を構成する加速度センサ１２の検出信号から接地区間中やそれ以外の領域に区画し、各領域の検出信号における高周波成分のレベルの算出結果に基づいて路面状態を推定している。しかしながら、これは振動検出部での検出信号を用いて路面状態を検出する手法の一例を示したに過ぎず、振動検出部での検出信号を用いた他の手法によって路面状態を検出しても良い。

例えば、上記実施形態では、振動検出部の検出信号を３つの領域、すなわち接地区間中と接地前領域および蹴り出し後領域に分けている。しかしながら、これは一例を示したに過ぎず、他の区画、例えば検出信号を５つの領域に区画するようにしても良い。例えば、図４中に示したように、領域Ｒ１〜Ｒ５に区画することができる。具体的には、装置配置箇所が路面に接地した瞬間を「踏み込み領域」、路面から離れる瞬間を「蹴り出し領域」、踏み込み領域の前を「踏み込み前領域」とする。また、踏み込み領域から蹴り出し領域までの領域、つまり装置配置箇所が接地中の領域を「蹴り出し前領域」、蹴り出し領域後を「蹴り出し後領域」とする。そして、これらを順に領域Ｒ１〜Ｒ５とすることができる。このような区画とする場合においても、各領域Ｒ１〜Ｒ５の所望の領域において振動検出部の検出信号の振動成分の積分値を求め、路面状態の推定に用いるようにしても良い。

また、振動検出部を加速度センサ１２によって構成する場合を例示したが、他の振動検出を行うことができる素子、例えば圧電素子などによって振動検出部を構成することもできる。また、電源１１についても、電池に限らず、発電素子などによって構成することもできる。例えば、振動検出素子を用いれば、振動検出素子によって振動検出部を構成しつつ電源１１を構成することもできる。

さらに、路面μ値の判定の際に、天気情報等を参照し、算出した路面μ値が天気情報ごとに想定される路面μ値の範囲外であった場合に、そのときのタイヤ３の１回転分の判定結果によっては結論を出さず、次のタイヤ３の１回転分の判定結果を待つこともできる。例えば、図１４に示すように、乾燥路では路面μ値が０．５以上、ウェット路では０．２以上、凍結路では０．５以下が想定される範囲であるとする。そして、温度情報が示す外気温が−５℃であった場合において、そのときのタイヤ３の１回転分の判定結果として得られた路面μ値が０．７であったとする。その場合、路面μ値０．７は、凍結路として想定される路面μ値となる０．５以下の範囲外となる。したがって、この場合には、次のタイヤ３の１回転分の判定結果を待ち、その判定結果が想定される範囲内であれば、前回の判定結果を削除し、今回の判定結果を路面μ値として選択するようにすることができる。

１タイヤマウントセンサ
２車体側システム
３タイヤ
１２加速度センサ
１３制御部
１３ａ領域区画部
１３ｂレベル算出部
１３ｃ情報取得部
１３ｄデータ生成部
２１送受信機

Claims

車両の走行路面の路面状態を検出する路面状態検出装置であって、
前記車両に備えられるタイヤ（３）の裏面に取り付けられ、前記タイヤの振動の大きさに応じた検出信号を出力する振動検出部（１２）と、前記タイヤの１回転中における前記検出信号の高周波成分のレベルを算出すると共に、前記高周波成分のレベルに基づいて路面状態を推定する信号処理部（１３）と、前記路面状態が表された路面データを送信する送信部（１５）と、前記路面状態に関係する情報を受信する受信部（１４）と、を有するタイヤマウントセンサ（１）と、
車体側に備えられ、前記送信部から送信された前記路面データを受信すると共に、前記路面状態に関係する情報を取得して前記タイヤマウントセンサに送信する送受信機（２１）を有する車体側システム（２）と、を備え、
前記信号処理部は、前記受信部で受信した前記路面状態に関係する情報に基づいて、前記高周波成分のレベルを補正し、補正後の該高周波成分のレベルに基づいて前記路面状態を推定するものであり、
前記信号処理部は、
前記タイヤの１回転中における前記検出信号を複数の領域に区画し、区画された前記複数の領域における前記検出信号の高周波成分のレベルを算出しており、前記複数の領域の１つとして、前記タイヤのうち前記振動検出部の配置箇所と対応する部分が接地する接地区間中における前記検出信号の高周波成分のレベルを算出し、前記路面状態に関係する情報に基づいて、前記接地区間中における前記高周波成分のレベルを補正し、補正後の該高周波成分のレベルを所定の閾値と大小比較することで前記路面状態を推定しており、
前記複数の領域の１つとして、前記タイヤのうち前記振動検出部の配置箇所と対応する部分が接地する接地区間の前となる接地前領域および前記接地区間の後となる蹴り出し後領域における前記検出信号の高周波成分のレベルを算出し、前記路面状態に関係する情報に基づいて、前記接地前領域および前記蹴り出し後領域における前記高周波成分のレベルを補正し、補正後の該高周波成分のレベルを所定の閾値と大小比較することで前記路面状態を推定する路面状態推定装置。
車両の走行路面の路面状態を検出する路面状態検出装置であって、
前記車両に備えられるタイヤ（３）の裏面に取り付けられ、前記タイヤの振動の大きさに応じた検出信号を出力する振動検出部（１２）と、前記検出信号に基づいてタイヤの１回転中における路面データを生成する信号処理部（１３）と、前記路面データを送信する送信部（１５）と、を有するタイヤマウントセンサ（１）と、
車体側に備えられ、前記送信部から送信された前記路面データを受信し、前記路面データが示す前記タイヤの１回転中における前記検出信号の高周波成分のレベルに基づいて路面状態を推定する受信機（２１）を有する車体側システム（２）と、を備え、
前記受信機は、前記路面状態に関係する情報を取得し、該路面状態に関係する情報に基づいて前記高周波成分のレベルを補正すると共に、補正後の該高周波成分のレベルに基づいて前記路面状態を推定するものであり、
前記受信機は、
前記タイヤの１回転中における前記検出信号を複数の領域に区画し、区画された前記複数の領域における前記検出信号の高周波成分のレベルを算出しており、前記複数の領域の１つとして、前記タイヤのうち前記振動検出部の配置箇所と対応する部分が接地する接地区間中における前記検出信号の高周波成分のレベルを算出し、前記路面状態に関係する情報に基づいて、前記接地区間中における前記高周波成分のレベルを補正し、補正後の該高周波成分のレベルを所定の閾値と大小比較することで前記路面状態を推定しており、
前記複数の領域の１つとして、前記タイヤのうち前記振動検出部の配置箇所と対応する部分が接地する接地区間の前となる接地前領域および前記接地区間の後となる蹴り出し後領域における前記検出信号の高周波成分のレベルを算出し、前記路面状態に関係する情報に基づいて、前記接地前領域および前記蹴り出し後領域における前記高周波成分のレベルを補正し、補正後の該高周波成分のレベルを所定の閾値と大小比較することで前記路面状態を推定する路面状態推定装置。
前記路面状態に関係する情報は、天候を示す情報である天気情報と外気温を示す情報である温度情報を含んでいる請求項１または２に記載の路面状態推定装置。