JP6777103B2 - 路面状態判別装置およびそれを含むタイヤシステム - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ側装置にてタイヤが受ける振動を検出すると共に、振動データに基づいて路面状態を示す路面データを作成して車体側システムに伝え、その路面データに基づいて路面状態を判別する路面状態判別装置およびそれを含むタイヤシステムに関する。

従来、特許文献１において、タイヤトレッドの裏面に加速度センサを備え、加速度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に基づいて路面状態の推定を行う路面状態判別装置が提案されている。この路面状態判別装置では、加速度センサが検出したタイヤの振動波形に基づいて路面状態に関するデータを作成し、各車輪それぞれのデータを車体側の受信機などに伝えることで、路面状態の推定を行っている。

特開２０１４−３５２７９号公報

しかしながら、加速度センサなどのタイヤ側装置がタイヤ内に備えられていて容易に電池交換を行うことができないため、限られた電力でセンシングやデータ通信を行う必要がある。各車輪に取り付けられたタイヤ側装置から制限なくデータ通信を行うようにすると電池寿命の低下を招くため、電池寿命を考慮して、センシングやデータ通信の間隔を長くすることが必要になり、路面状態の変化を迅速に判別できない。

本発明は上記点に鑑みて、消費電力の軽減を図りつつ、路面状態を的確に判別することが可能な路面状態判別装置およびそれを含むタイヤシステム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に記載の路面状態判別装置は、車両に備えられる複数のタイヤ（３）それぞれに取り付けられたタイヤ側装置（１）と、車体に備えられた車体側システム（２）とを有し、タイヤ側装置は、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（１０）と、検出信号のセンシングを行い、該検出信号の波形に現れる路面状態を示す路面データを生成する制御部（１１）と、路面データを送信する第１データ通信部（１２）と、を備え、車体側システムは、タイヤ側装置と双方向通信を行い、第１データ通信部から送信された路面データを受信する第２データ通信部（２７）と、路面データに基づいて車両の走行路面の路面状態を判別する路面判別部（２８ａ）と、を備えている。さらに、車体側システムは、制御部による検出信号のセンシング条件、信号処理条件および路面データの送信における通信条件の少なくとも１つを決定し、第２データ通信部を通じて、決定した内容を示す指示データをタイヤ側装置に送信する指示決定部（２８ｄ）を有し、制御部は、第１データ通信部を通じて指示データを受け取り、該指示データに基づいて、検出信号のセンシング条件、信号処理条件および路面データの送信における通信条件の少なくとも１つを設定する指示実行部（１１ａ）を有している。

このような構成の路面状態判別装置により、車両の走行路面の路面状態を判別することができる。そして、路面状態判別装置にて、路面状態の判別を行う際に用いる路面データを作成するとき、もしくは、路面データを車体側システムに送信するときの各種条件を、車体側システムから各タイヤ側装置に予め指示データとして伝えるようにしている。このため、消費電力の軽減を図りつつ、路面状態を的確に判別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側装置が適用されたタイヤシステムの車両搭載状態でのブロック構成を示した図である。 タイヤ側装置および車体側システムの詳細を示したブロック図である。 タイヤ側装置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振動センサ部の出力電圧波形図である。 振動センサ部の検出信号を所定の時間幅Ｔの時間窓毎に区画した様子を示す図である。 タイヤの今回の回転時の時間軸波形と１回転前のときの時間軸波形それぞれを所定の時間幅Ｔの時間窓で分割した各区画での行列式Ｘｉ（ｒ）、Ｘｉ（ｓ）と距離Ｋ_ｙｚとの関係を示した図である。 第２実施形態にかかるタイヤシステムに備えられるタイヤ側装置および車体側システムの詳細を示したブロック図である。

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６を参照して、本実施形態にかかる路面状態判別機能を有するタイヤシステム１００について説明する。本実施形態にかかるタイヤシステム１００は、車両の各車輪に備えられるタイヤの接地面に加わる振動に基づいて走行中の路面状態を判別すると共に、路面状態に基づいて車両の危険性の報知や車両運動制御などを行うものである。

図１および図２に示すようにタイヤシステム１００は、車輪側に設けられたタイヤ側装置１と、車体側に備えられた各部を含む車体側システム２とを有する構成とされている。車体側システム２としては、受信機２１、各種電子制御装置（以下、ＥＣＵという）２２〜２５、報知装置２６などが備えられている。各種ＥＣＵ２２〜２５としては、ブレーキ制御用のＥＳＣ（Electronic Stability Controlの略）−ＥＣＵ２２、ナビゲーション制御用のナビゲーションＥＣＵ２３、エンジン制御用のエンジンＥＣＵ２４、運転支援制御用の運転支援ＥＣＵ２５等がある。なお、このタイヤシステム１００のうち路面状態判別機能を実現する部分が路面状態判別装置に相当する。本実施形態の場合、タイヤ側装置１と車体側システム２のうちの受信機２１が路面状態判別装置を構成している。

本実施形態のタイヤシステム１００は、タイヤ側装置１よりタイヤ３が走行中の路面状態に応じたデータ（以下、路面データという）を送信すると共に、受信機２１で路面データを受信して路面状態の判別を行う。また、タイヤシステム１００は、受信機２１での路面状態の判別結果を報知装置２６に伝え、報知装置２６より路面状態の判別結果を報知させる。これにより、例えばドライ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、タイヤシステム１００は、車両運動制御を行うＥＳＣ−ＥＣＵ２２などに路面状態を伝えることで、危険を回避するための車両運動制御が行われるようにする。例えば、凍結時には、ドライ路の場合と比較してブレーキ操作量に対して発生させられる制動力が弱められるようにすることで、路面μが低いときに対応した車両運動制御となるようにする。具体的には、タイヤ側装置１および車体側システム２は、以下のように構成されている。

タイヤ側装置１は、図２に示すように、振動センサ部１０、制御部１１、データ通信部１２および電源部１３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。

振動センサ部１０は、タイヤ３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、振動センサ部１０は、加速度センサによって構成される。振動センサ部１０が加速度センサとされる場合、振動センサ部１０は、タイヤ３が回転する際にタイヤ側装置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の大きさに応じた検出信号として、加速度の検出信号を出力する。より詳しくは、振動センサ部１０は、矢印Ｘで示す二方向のうちの一方向を正、反対方向を負とする出力電圧などを検出信号として発生させる。例えば、振動センサ部１０は、タイヤ３が１回転するよりも短い周期に設定される所定のサンプリング周期ごとに加速度検出を行い、それを検出信号として出力している。なお、振動センサ部１０の検出信号は、出力電圧もしくは出力電流として表されるが、ここでは出力電圧として表される場合を例に挙げる。

制御部１１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検出信号の信号処理を行い、検出信号に現れる路面状態を示す路面データを生成する。そして、制御部１１は、それらの処理を行う機能部として指示実行部１１ａおよび波形処理部１１ｂを備えた構成とされている。

指示実行部１１ａは、路面データを作成するための振動センサ部１０の検出信号の「センシング条件」や「信号処理条件」の設定や、車体側システム２との「通信条件」の設定を行う。本実施形態では、これら「センシング条件」や「信号処理条件」および「通信条件」の設定のすべてを行う場合を例に挙げて説明するが、指示実行部１１ａは、少なくともこれらのうちのいずれか１つの設定を行う。なお、「センシング条件」や「信号処理条件」および「通信条件」の詳細については後述する。

波形処理部１１ｂは、振動センサ部１０が出力する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、この検出信号が示す振動波形の波形処理を行うことで路面データを作成する。波形処理部１１ｂによる振動センサ部１０の検出信号の波形取込みについては、指示実行部１１ａで設定される「センシング条件」に沿って行われる。そして、本実施形態の場合、波形処理部１１ｂは、タイヤ３の加速度（以下、タイヤＧという）の検出信号を信号処理することでタイヤＧの特徴量を抽出し、この特徴量を含むデータを路面データとしている。さらに、波形処理部１１ｂは、路面データを作成すると、それをデータ通信部１２に伝えている。なお、ここでいう特徴量の詳細については後で説明する。

また、波形処理部１１ｂは、指示実行部１１ａで設定された「通信条件」に基づいてデータ通信部１２からのデータ送信を制御している。このため、波形処理部１１ｂは、データ送信を行わせたいタイミングでデータ通信部１２に対して路面データを伝えることで、データ通信部１２からデータ通信が行われるようにする。例えば、波形処理部１１ｂは、タイヤ３が複数回転するごとにタイヤＧの特徴量の抽出を行い、タイヤ３が１回または複数回転する毎、例えば１０回転する毎に１回もしくは複数回の割合で、データ通信部１２に対して路面データを伝えている。例えば、波形処理部１１ｂは、データ通信部１２に対して路面データを伝えるときのタイヤ３の１回転中に抽出されたタイヤＧの特徴量を含んだ路面データをデータ通信部１２に対して伝えている。

データ通信部１２は、第１データ通信部を構成する部分であり、例えば、波形処理部１１ｂから路面データが伝えられると、そのタイミングで路面データの送信を行う。データ通信部１２からのデータ送信のタイミングについては、指示実行部１１ａで設定された「通信条件」に基づいて波形処理部１１ｂによって制御されている。すなわち、波形処理部１１ｂからタイヤ３が複数回転するごとに路面データが送られてくるたびに、データ通信部１２からのデータ送信が行われるようになっている。なお、データ通信部１２によるデータ送信の「通信条件」については、波形処理部１１ｂで制御されるが、指示実行部１１ａで設定された「通信条件」に基づいて制御されるものであるため、指示実行部１１ａが制御していると言うこともできる。

また、データ通信部１２は、双方向通信可能とされており、車体側システム２から送られてくるデータを受信する役割も果たす。例えば、データ通信部１２は、車体側システム２からの車両データを受信し、それを指示実行部１１ａに伝える。

なお、データ通信部１２は、ここでは１つの構成として記載されているが、送信部と受信部それぞれ別々に構成されたものであっても良い。また、双方向通信の形態については、様々なものを適用することができ、ＢＬＥ（Bluetooth Low Energyの略）通信を含むブルートゥース通信、wifiなどの無線LAN（Local Area Networkの略）、Sub-GHz通信、ウルトラワイドバンド通信、ZigBeeなどを適用できる。なお、ブルートゥースは「登録商標」である。

電源部１３は、タイヤ側装置１の電源となるものであり、タイヤ側装置１に備えられる各部への電力供給を行うことで、各部が作動させられるようにしている。電源部１３は、例えばボタン電池等の電池で構成される。タイヤ側装置１がタイヤ３内に備えられることから、容易に電池交換を行うことができないため、消費電力の軽減を図ることが必要となっている。また、電池の他にも、発電装置および蓄電池等によって電源部１３を構成することもできる。電源部１３が発電装置を有した構成とされる場合、電池とされる場合と比較すると電池寿命の問題は少なくなるが、大きな電力の発電は難しいため、消費電力の低減を図るという課題は電池とされる場合と同様である。

一方、車体側システム２を構成する受信機２１や各種ＥＣＵ２２〜２５および報知装置２６は、図示しないイグニッションスイッチなどの起動スイッチがオンされると駆動されるものである。

受信機２１は、図２に示すように、データ通信部２７と制御部２８を有した構成とされている。

データ通信部２７は、第２データ通信部を構成するものであり、タイヤ側装置１のデータ通信部１２との間において双方向通信を行う。具体的には、データ通信部２７は、データ通信部１２より送信された特徴量を含む路面データを受信し、制御部２８に伝える役割を果たす。また、データ通信部２７は、制御部２８から送られてくる各種データを各タイヤ側装置１に送信する役割も果たす。なお、データ通信部２７は、ここでは１つの構成として記載されているが、送信部と受信部それぞれ別々に構成されたものであっても良い。

制御部２８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各種処理を行って、路面状態を判別する。具体的には、制御部２８は、路面状態の判別を行うための機能部として、路面判別部２８ａ、データ取得部２８ｂ、制御判定部２８ｃおよび指示決定部２８ｄを有した構成とされている。

路面判別部２８ａは、路面の種類ごとにサポートベクタを記憶して保存しており、制御部１１から伝えられる路面データとサポートベクタとを比較することで路面状態の判別を行っている。

サポートベクタは、路面の種類ごとに記憶され、保存されている。サポートベクタは、手本となる特徴量のことであり、例えばサポートベクタマシンを用いた学習によって得ている。タイヤ側装置１を備えた車両を実験的に路面の種類別に走行させ、そのときに制御部１１で抽出した特徴量を所定のタイヤ回転数分学習し、その中から典型的な特徴量を所定数分抽出したものがサポートベクタとされる。例えば、路面の種類別に、１００万回転分の特徴量を学習し、その中から１００回転分の典型的な特徴量を抽出したものをサポートベクタとしている。

そして、路面判別部２８ａは、データ通信部２７が受信したタイヤ側装置１より送られてきた路面データに含まれる特徴量と、保存された路面の種類別のサポートベクタとを比較することで、路面状態を判別する。例えば、今回受信した路面データに含まれる特徴量を路面の種類別のサポートベクタと対比して、その特徴量が最も近いサポートベクタの路面を現在の走行路面と判別している。

また、路面判別部２８ａは、路面状態を判別すると、判別した路面状態を報知装置２６に伝え、必要に応じて報知装置２６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２６を通じて判別された路面状態を常に表示するようにしても良いし、判別された路面状態がウェット路や凍結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、受信機２１からＥＳＣ−ＥＣＵ２２や運転支援ＥＣＵ２５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ており、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している。

データ取得部２８ｂは、各種ＥＣＵ２２〜２５を通じて車両データや天候データもしくは走行環境データを取得する。車両データとしては、車速、車両の現在位置、ブレーキ絵液圧、アクセル開度、操舵角、ヨーレートなどが挙げられる。天候データとしては、晴天、雨天、降雪などの天候そのものに加えて、降水量、積雪量など、さらには外気温などが挙げられる。走行環境データとしては、路面がウェット路、凍結路もしくは積雪路などの路面状態や未舗装路などの悪路、高速道路などの道路の種類、周辺の車両の存在などの周辺状況が挙げられる。

制御判定部２８ｃは、各種ＥＣＵ２２〜２５から制御データを取得し、取得した制御データに基づいて、車両運動制御の実行の有無、さらには制御中である場合における制御状態を判定する。

指示決定部２８ｄは、データ取得部２８ｂで取得した各種データの内容や制御判定部２８ｃでの判定結果に基づいて、振動センサ部１０の検出信号の「センシング条件」や「信号処理条件」を決定したり、車体側システム２との「通信条件」を決定したりする。そして、指示決定部２８ｄは、決定した「センシング条件」、「信号処理条件」および「通信条件」の内容を示す指示データをデータ通信部２７に伝え、データ通信部２７を通じてタイヤ側装置１に送信する。この指示データがタイヤ側装置１におけるデータ通信部１２で受信されると、指示実行部１１ａに伝えられるようになっている。

ＥＳＣ−ＥＣＵ２２は、様々なブレーキ制御を行う制動制御装置を構成するものである。様々なブレーキ制御としては、例えば、横滑り防止制御、自動ブレーキ制御、車間制御のためのブレーキ制御などが挙げられ、運転支援制御として実行される自動ブレーキ制御、車間制御なども含まれる。ＥＳＣ−ＥＣＵ２２は、ブレーキ液圧制御用のアクチュエータを駆動することで、ドライバのブレーキ操作に基づいて発生させられているブレーキ液圧を調整したり、自動的にブレーキ液圧を発生させてホイールシリンダを加圧して制動力を発生させたりする。ＥＳＣ−ＥＣＵ２２は、各車輪の制動力を独立して制御することもできる。このＥＳＣ−ＥＣＵ２２により、受信機２１から伝えられる路面状態に基づいて、車両運動制御として制動力の制御を行っている。例えば、ＥＳＣ−ＥＣＵ２２は、伝えられた路面状態が凍結路であることを示していた場合、ドライ路面と比較して、ドライバによるブレーキ操作量に対して発生させる制動力を弱めるようにする。これにより、車輪スリップを抑制でき、車両の危険性を回避することが可能となる。

また、ＥＳＣ−ＥＣＵ２２は、横滑り防止制御等を含めた様々なブレーキ制御を行うために、各種センサの検出信号を入力し、その検出信号から車両データを取得したり、他のＥＣＵからの車両データを取得したりしている。具体的には、ＥＳＣ−ＥＣＵ２２は、図示しないヨーレートセンサや舵角センサの検出信号を入力しており、各検出信号に基づいてヨーレートや操舵角を検出している。また、ＥＳＣ−ＥＣＵ２２は、図示しない車輪速度センサの検出信号を入力し、その検出信号に基づいて各車輪の車輪速度や車速に相当する推定車体速度の演算、スリップ率の演算などを行っているさらに、ＥＳＣ−ＥＣＵ２２は、図示しないがブレーキ液圧制御用のアクチュエータに備えられる圧力センサを通じてブレーキ液圧についても検出している。

例えば、ＥＳＣ−ＥＣＵ２２は、車両の横滑り制御を行う場合には、ヨーレートや操舵角に基づいて横滑り状態を検出し、その検出結果に応じてブレーキ液圧制御用のアクチュエータを駆動することで制御対象車輪に制動力を発生させる。この制動力に基づいてヨーモーメントを発生させられることができ、車両の横滑りを抑制している。また、ＥＳＣ−ＥＣＵ２２は、運転支援制御における自動ブレーキ制御や車間制御でのブレーキ制御において、制御対象輪に制動力を発生させることで、衝突被害を軽減したり、車間距離を保ったりする制御を行っている。

このように、ＥＳＣ−ＥＣＵ２２は、各種センサの検出信号から車両データを取得したり、他のＥＣＵからの車両データを取得したりしており、取得した様々な車両データをデータ取得部２８ｂに伝えるようになっている。

また、ＥＳＣ−ＥＣＵ２２は、車両運動制御として横滑り防止制御等を含めたブレーキ制御の実行の有無や制御中である場合における制御の状態、さらにはブレーキ液圧についても把握しているため、これらをデータ取得部２８ｂや制御判定部２８ｃに伝えている。なお、ＥＳＣ−ＥＣＵ２２は、車両運動制御のために、自らも路面状態の推定を行うこともできる。例えば、車輪速度の加減速度に基づいて周知の手法によって路面状態の推定を行うこともできる。その場合、路面状態の推定を行えた状況である旨のデータをデータ取得部２８ｂもしくは制御判定部２８ｃに伝えることもできる。

ナビゲーションＥＣＵ２３は、ナビゲーションシステムに備えられ、道路情報などを記憶したメモリなどの非遷移的実体的記憶媒体からの情報取得やＧＰＳ（Global Positioning Systemの略）衛星の位置情報に基づく車両の現在位置の計測などを行う。換言すれば、ナビゲーションＥＣＵ２３は、道路案内等に関する各種処理を行う。また、ナビゲーションＥＣＵ２３は、自身で、もしくは、図示しない外部通信機を通じて、渋滞情報や路面状態に関する情報を取得し、道路案内に反映させたりしている。さらに、ナビゲーションＥＣＵ２３は、車両の現在位置情報や路面状態を含めた道路情報などを扱っているため、これらをデータ取得部２８ｂに伝えている。また、ナビゲーションＥＣＵ２３は、外部通信機を通じて天候データや走行環境データも取得しているため、これらのデータについてもデータ取得部２８ｂに伝えている。

なお、外部通信機は、ＤＣＭ（Data Communication Module）のような無線ネットワークなどを経由して図示しない情報センターとのデータ通信を行うための装置である。ここでは、外部通信機が情報センターから取得した各種データをナビゲーションＥＣＵ２３に伝えているため、ナビゲーションＥＣＵ２３から各種データがデータ取得部２８ｂに伝えられるようにしているが、外部通信機から直接伝えられるようにしても良い。

さらに、ユーザがナビゲーションのディスプレイを通じて各種データを入力できる場合、ナビゲーションＥＣＵ２３は、そのデータをデータ取得部２８ｂに伝えることもできる。例えば、タイヤ種類のデータなどをナビゲーションＥＣＵ２３からデータ取得部２８ｂに伝えることもできる。

エンジンＥＣＵ２４は、エンジン回転数や燃料噴射量の調整などによってエンジン制御を行うものである。エンジンＥＣＵ２４では、例えばアクセル開度に関する情報などのエンジン制御に用いる各種情報を取り扱っている。このエンジンＥＣＵ２４から受信機２１にアクセル開度の情報が伝えられる。また、エンジンＥＣＵ２４では、エンジン制御の実行の有無や制御中である場合における制御の状態を把握しているため、これらを制御判定部２８ｃに伝えている。また、エンジンＥＣＵ２４は、駆動輪と非駆動輪に関するデータも扱っているため、これらのデータを車両データとしてデータ取得部２８ｂに伝えることもできる。

運転支援ＥＣＵ２５は、運転支援のための制御を行うものである。運転支援制御としては、様々なものがあるが、例えばアダプティブクルーズコントロール（以下、ＡＣＣ）や、レーンキープアシスト（以下、ＬＫＡ）などがある。これらは、図示しないレーダ装置や車載カメラを用いて前方車両を含む周辺車両や走行車線に沿って描かれた白線などの周辺状況を認識し、認識した周辺状況に対応した車両運転制御を行う。これらの制御については周知となっているため詳細については説明しないが、運転支援ＥＣＵ２５は、運転支援制御として、上記各ＥＣＵ２２〜２４と連携して自動ブレーキ制御や車間制御などを実行する。そして、運転支援制御の実行のために、レーダ装置および車載カメラによって周辺状況を認識していることから、それらを走行環境データとしてデータ取得部２８ｂに伝えている。

また、運転支援ＥＣＵ２５は、車両運動制御として運転支援制御の実行の有無や制御中である場合における制御の状態についても把握しているため、これらをデータ取得部２８ｂや制御判定部２８ｃに伝えている。なお、運転支援ＥＣＵ２５は、車載カメラの画像を解析することなどにより、自らも路面状態の推定を行うこともできる。その場合、路面状態の推定を行えた状況である旨のデータをデータ取得部２８ｂもしくは制御判定部２８ｃに伝えることもできる。

なお、ここで挙げた各種ＥＣＵ２２〜２５および外部通信機以外でも、車両データ、天候データ、走行環境データをデータ取得部２８ｂに伝えることができる。例えば、方向指示器の作動信号や、上記した各種ＥＣＵ２２〜２５以外のＥＣＵによる車両運動制御の制御状態や制御の実行の有無を示す制御データがデータ取得部２８ｂに伝えられるようにすることもできる。

報知装置２６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２６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、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２６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２６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２６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２６を構成しても良い。

このようにして、本実施形態にかかるタイヤシステム１００が構成されている。なお、車体側システム２を構成する各部は、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。

次に、上記した制御部１１で抽出する特徴量の詳細について説明する。

ここでいう特徴量とは、振動センサ部１０が取得したタイヤ３に加わる振動の特徴を示す量であり、例えば特徴ベクトルとして表される。

タイヤ回転時における振動センサ部１０の検出信号の出力電圧波形は、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の回転に伴ってトレッド３１のうち振動センサ部１０の配置箇所と対応する部分（以下、装置搭載位置という）が接地し始めた接地開始時に、振動センサ部１０の出力電圧が極大値をとる。以下、この振動センサ部１０の出力電圧が極大値をとる接地開始時のピーク値を第１ピーク値という。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搭載位置が接地していた状態から接地しなくなる接地終了時に、振動センサ部１０の出力電圧が極小値をとる。以下、この振動センサ部１０の出力電圧が極小値をとる接地終了時のピーク値を第２ピーク値という。

振動センサ部１０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搭載位置が接地する際、振動センサ部１０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、振動センサ部１０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搭載位置が接地面から離れる際には、振動センサ部１０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、振動センサ部１０の出力電圧が第２ピーク値をとる。このようにして、振動センサ部１０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。

ここで、装置搭載位置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」とする。「踏み込み領域」には、第１ピーク値となるタイミングが含まれ、「蹴り出し領域」には、第２ピーク値となるタイミングが含まれる。また、踏み込み領域の前を「踏み込み前領域」、踏み込み領域から蹴り出し領域までの領域、つまり装置搭載位置が接地中の領域を「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。このように、装置搭載位置が接地する期間およびその前後を５つの領域に区画することができる。なお、図４中では、検出信号のうちの「踏み込み前領域」、「踏み込み領域」、「蹴り出し前領域」、「蹴り出し領域」、「蹴り出し後領域」を順に５つの領域Ｒ１〜Ｒ５として示してある。

路面状態に応じて、区画した各領域でタイヤ３に生じる振動が変動し、振動センサ部１０の検出信号が変化することから、各領域での振動センサ部１０の検出信号を周波数解析することで、車両の走行路面における路面状態を検出する。例えば、圧雪路のような滑り易い路面状態では蹴り出し時の剪断力が低下するため、蹴り出し領域Ｒ４や蹴り出し後領域Ｒ５において、１ｋＨｚ〜４ｋＨｚ帯域から選択される帯域値が小さくなる。このように、路面状態に応じて振動センサ部１０の検出信号の各周波数成分が変化することから、検出信号の周波数解析に基づいて路面状態を判定することが可能になる。

このため、波形処理部１１ｂは、連続した時間軸波形となっているタイヤ３の１回転分の振動センサ部１０の検出信号を、図５に示すように所定の時間幅Ｔの時間窓毎に複数の区画に分割し、各区画で周波数解析を行うことで特徴量を抽出している。具体的には、各区画で周波数解析を行うことで、各周波数帯域でのパワースペクトル値、つまり特定周波数帯域の振動レベルを求め、このパワースペクトル値を特徴量としている。

なお、時間幅Ｔの時間窓で分割された区画の数は車速に応じて、より詳しくはタイヤ３の回転速度に応じて変動する値である。以下の説明では、タイヤ１回転分の区画数をｎ（ただし、ｎは自然数）としている。

例えば、各区画それぞれの検出信号を複数の特定周波数帯域のフィルタ、例えば０〜１ｋＨｚ、１〜２ｋＨｚ、２〜３ｋＨｚ、３〜４ｋＨｚ、４〜５ｋＨｚの５つのバンドパスフィルタに通して得られたパワースペクトル値を特徴量としている。この特徴量は、特徴ベクトルと呼ばれるもので、ある区画ｉ（ただし、ｉは１≦ｉ≦ｎの自然数）の特徴ベクトルＸｉは、各特定周波数帯域のパワースペクトル値をａ_ｉｋで示すと、これを要素とする行列として、次式のように表される。

なお、パワースペクトル値ａ_ｉｋにおけるｋは、特定周波数帯域の数、つまりバンドパスフィルタの数であり、上記のように０〜５ｋＨｚの帯域を５つに分ける場合、ｋ＝１〜５となる。そして、全区画１〜ｎの特徴ベクトルＸ１〜Ｘｎを総括して示した行列式Ｘは、次式となる。

この行列式Ｘがタイヤ１回転分の特徴量を表した式となる。波形処理部１１ｂでは、この行列式Ｘで表される特徴量を振動センサ部１０の検出信号を周波数解析することによって抽出している。

続いて、本実施形態にかかるタイヤシステム１００の作動について説明する。

まず、受信機２１において、データ取得部２８ｂで車両データや天候データもしくは走行環境データを取得すると共に、制御判定部２８ｃで車両運動制御の実行の有無や制御中である場合における制御の状態を判定する。そして、データ取得部２８ｂで取得した各種データの内容や制御判定部２８ｃでの判定結果に基づいて、指示決定部２８ｄにて、振動センサ部１０の検出信号の「センシング条件」や「信号処理条件」、および、車体側システム２との「通信条件」を決定する。

ここで、指示決定部２８ｄによる「センシング条件」、「信号処理条件」および「通信条件」の決定手法について説明する。

「センシング条件」、「信号処理条件」および「通信条件」については、タイヤ側装置１での消費電力の軽減を図りつつ、路面状態を的確に判別できるようにするということに鑑みて設定される。具体的には、指示決定部２８ｄは、データ取得部２８ｂで取得した各種データの内容や制御判定部２８ｃでの判定結果に基づいて、以下のようにして各条件を決定している。

まず、「センシング条件」としては、サンプリング条件、取込み範囲、垂直分解能、センシング頻度、センシングの実行の有無などがある。サンプリング条件は、検出信号のセンシングを行う際のサンプリング周波数、換言すればサンプリング間隔等である。取込み範囲は、検出信号のセンシングを行うときのサンプリング範囲であり、例えば取込み開始タイミングおよび終了タイミングとして設定される。垂直分解能は、波形処理部１１ｂで検出信号をＡ／Ｄ変換するときのレンジ、つまり１ＬＳＢ当たりの加速度値（以下、最小検出Ｇ値という）である。センシング頻度は、センシングを行う時間間隔のことであり、例えば２０ｍに１回などの路面データの送信頻度に相当する。センシングの実行の有無は、センシングを行うか否かを示している。

サンプリング条件については、例えばデータ取得部２８ｂで取得された車両データに含まれる車速に応じて決定され、車速が高いほどサンプリング周波数が高くなるように、つまりより細かいサンプリング間隔でサンプリングが行われるようにしている。

取込み範囲については、例えば検出したい路面の種類に応じて決定される。具体的には、データ取得部２８ｂで取得された天候データもしくは走行環境データから、検出したい路面の種類を特定し、その路面の種類に対応して取込み範囲が決定される。例えば、ウェット路である可能性が高い場合には、装置搭載位置が接地しようとする直前にスリップ量が他の路面よりも増えるため、図４中の領域Ｒ２を取込み範囲とする。また、凍結路である可能性が高い場合には、装置搭載位置が接地中に最も路面のスリップに起因する振動の影響を受けるため、図４中の領域Ｒ３を取込み範囲とする。

垂直分解能については、例えばデータ取得部２８ｂで取得された車両データに含まれる車速に応じて決定され、車速が高いほど垂直分解能を高く、つまり最小検出Ｇ値が大きくなるようにしている。車速が高いほど、路面の凹凸による振動が大きくなり、検出信号に現れる振動波形が大きくなるため、その振動波形の大きさに対応して最小検出Ｇ値を大きくする。

センシング頻度については、路面状態や車両運動制御の制御状態に応じて決定される。例えば、データ取得部２８ｂで取得された天気データもしくは走行環境データおよび車両データに含まれる現在位置から、天候が晴天でドライ路が続くと想定される場合には、基準値として設定されるセンシング頻度よりも低いセンシング頻度に決定される。逆に、天候が雨天もしくは降雪などの場合や温度が低温である場合のように、路面状態の変化が予想される場合には、基準値として設定されるセンシング頻度よりも高いセンシング頻度に決定される。さらに、データ取得部２８ｂで取得された車両データに基づいて車両がレーンチェンジを行おうとしていることが検出された場合には、レーンチェンジ前に、基準値として設定されるセンシング頻度よりも高いセンシング頻度に決定される。逆に、レーンチェンジを行わない場合には、基準値として設定されるセンシング頻度よりも低いセンシング頻度に決定される。なお、レーンチェンジを行おうとしていることについては、例えば方向指示器の作動信号に基づいて把握できる。

また、制御判定部２８ｃで取得された制御データから、車両運動制御の制御中、もしくは、制御中における特定の状況であることが確認されると、基準値として設定されるセンシング頻度よりも高くされる。例えば、運転支援制御の制御中において、前方に車両が存在する場合には、車間制御や自動ブレーキ制御が行われる可能性があるため、基準値として設定されるセンシング頻度よりも高くされる。逆に、運転支援制御の制御中において、周辺に車両が存在しない場合には、車間制御や自動ブレーキ制御が行われる可能性が低いため、基準値として設定されるセンシング頻度よりも低くされる。

センシングの実行の有無については、例えばデータ取得部２８ｂで取得された車両データに基づいて決定される。例えば、判別した路面状態が使用される車両運動制御においては、制御が実行される車速域が決まっている場合がある。このような場合、その車速域外のときには路面状態の推定を行う必要がなくなる。また、悪路などで、路面状態を判別しても良好な判別結果が得られないような状況もある。さらに、車両データに含まれる車輪速度の加減速度に基づいて、車体側システム２で路面状態を推定することができる状況である場合もある。したがって、これらの場合には「センシング無し」として、センシングを行わないようにする。

なお、車両運動制御が実行される車速域については、例えば１００ｋｍ／ｈ以下において実行されるなど、制御毎に決められているものであるため、実行され得るすべての車両運動制御を加味して決定されるようにすれば良い。悪路については、ヨーレートセンサの検出信号から得られるヨーレートの変動が大きくなることに基づいて把握できる。車体側システム２で路面状態を判別することができる状況については、例えばＥＳＣ−ＥＣＵ２２や運転支援ＥＣＵ２５からデータ取得部２８ｂもしくは制御判定部２８ｃに路面状態の推定を行えた状況である旨のデータが伝えられることに基づいて把握できる。

次に、「信号処理条件」としては、フィルタ条件、波形区切り幅、演算条件、補正係数、信号処理頻度、信号処理の実行の有無などがある。フィルタ条件は、例えば特徴量を取得するためにフィルタリングを行う際の複数のバンドパスフィルタそれぞれの周波数帯域や、そのフィルタ定数などである。波形区切り幅は、上記した時間幅Ｔの長さである。演算条件は、特徴量の演算手法などであり、補正係数は、特徴量の演算の際に用いる補正係数である。例えば、上記例では各周波数帯域でのパワースペクトル値を特徴量としているが、特徴量の演算方法については様々な手法があり、例えば重み付け演算を行ったりすることもできる。演算条件としては、演算方法の選択を行ったりすることが挙げられ、補正係数については、選択された演算方法で用いられる重み付けの補正係数などが挙げられる。信号処理頻度は、検出信号について信号処理を行って特徴量を求める頻度である。信号処理の実行の有無は、検出信号について信号処理を行うか否かを示している。信号処理頻度は、典型的にはセンシング頻度と同じにされるが、異なっていても良い。

フィルタ条件、演算条件、補正係数については、例えばデータ取得部２８ｂで取得された車両データや天候データもしくは走行環境データに基づいて決定している。具体的には、データ取得部２８ｂで取得された天候データもしくは走行環境データから、検出したい路面の種類、例えばウェット路や凍結路を特定し、その路面の種類に対応してフィルタ定数、演算条件、補正係数を決定している。このようにすると、特に検出したい路面の種類での特徴量と他の路面の種類の場合の特徴量との差が大きくなり、より的確に路面状態が判別できるようになる。また、データ取得部２８ｂで取得された車両データに含まれる車速に基づき、車速に応じてフィルタ定数を決定している。さらに、車両データとして、タイヤ種類のデータや駆動輪と非駆動輪に関するデータが含まれている場合、それらに基づいてフィルタ定数、演算条件、補正係数を決定することもできる。

波形区切り幅については、例えばデータ取得部２８ｂで取得された車両データに含まれる車速に基づいて決定され、車速が高いほど波形区切り幅を小さくしている。

信号処理頻度や信号処理の実行の有無については、上記した「センシング条件」におけるセンシング頻度やセンシングの実行の有無と同様の手法によって決定している。

また、「通信条件」としては、通信頻度、コネクタ条件、通信の実行の有無などが挙げられる。

通信頻度については、センシング頻度と同じとされている。通信頻度や通信の実行の有無については、センシング頻度やセンシングの実行と同様の手法によって決定している。

コネクション条件については、例えば通信頻度に基づいて決定している。通信頻度が低い場合には、通信タイミングの間の間隔が長くなることから、双方向通信のコネクションを切断し、次の通信タイミングとなる前にコネクションの再構築を行うようにコネクション条件を設定している。

以上のようにして、指示決定部２８ｄは、「センシング条件」、「信号処理条件」および「通信条件」の各種条件を決定している。そして、指示決定部２８ｄにおいて、各種条件が決定されると、その決定内容を示す指示データがデータ通信部２７を通じて各タイヤ側装置１に伝えられる。これにより、各タイヤ側装置１では、路面データの作成の際もしくは路面データを受信機２１に送信する際に、指示データが示す各種条件を設定して路面データを作成する。そして、各種条件にて通信の実行有りとされていると、各種条件が示す「通信条件」に基づいて路面データが受信機２１に送信される。

一方、路面データが送信されると、受信機２１におけるデータ通信部２７で受信され、それが路面判別部２８ａに伝えられる。そして、路面判別部２８ａにおいて、路面状態判別が行われる。具体的には、受信した路面データに含まれる特徴量と、路面判別部２８ａに保存された路面の種類別のサポートベクタとを比較することで、路面状態を判別する。例えば、特徴量を路面の種類別の全サポートベクタとの類似度を求め、最も類似度が高かったサポートベクタの路面を現在の走行路面と判別している。

例えば、特徴量を路面の種類別の全サポートベクタとの類似度の算出は、次のような手法によって行うことができる。

上記したように特徴量を表す行列式Ｘについて、特徴量の行列式をＸ（ｒ）、サポートベクタの行列式をＸ（ｓ）とし、それぞれの行列式の各要素となるパワースペクトル値ａ_ｉｋをａ（ｒ）_ｉｋ，ａ（ｓ）_ｉｋで表すとする。その場合、特徴量の行列式Ｘ（ｒ）とサポートベクタの行列式Ｘ（ｓ）は、それぞれ次のように表される。

類似度は、２つの行列式で示される特徴量とサポートベクタとの似ている度合いを示しており、類似度が高いほどより似ていることを意味している。本実施形態の場合、路面判別部２８ａは、カーネル法を用いて類似度を求め、その類似度に基づいて路面状態を判別する。ここでは、特徴量の行列式Ｘ（ｒ）とサポートベクタの行列式Ｘ（ｓ）の内積、換言すれば特徴空間内において所定の時間幅Ｔの時間窓毎で分割した区画同士の特徴ベクトルＸｉが示す座標間の距離を算出し、それを類似度として用いている。

例えば、図６に示すように、振動センサ部１０の検出信号の時間軸波形について、今回のタイヤ３の回転時の時間軸波形とサポートベクタの時間軸波形それぞれを所定の時間幅Ｔの時間窓で各区画に分割する。図示例の場合、各時間軸波形を５つの区画に分割しているため、ｎ＝５となり、ｉは、１≦ｉ≦５で表される。ここで、図中に示したように、今回のタイヤ３の回転時の各区画の特徴ベクトルＸｉをＸｉ（ｒ）、サポートベクタの各区画の特徴ベクトルをＸｉ（ｓ）とする。その場合、各区画の特徴ベクトルＸｉが示す座標間の距離Ｋ_ｙｚについては、今回のタイヤ３の回転時の各区画の特徴ベクトルＸｉ（ｒ）を含む横の升とサポートベクタの各区画の特徴ベクトルＸｉ（ｓ）を含む縦の升とが交差する升のように示される。なお、距離Ｋ_ｙｚについて、ｙはＸｉ（ｓ）におけるｉを書き換えたものであり、ｚはＸｉ（ｒ）におけるｉを書き換えたものである。なお、実際には、車速に応じて、今回のタイヤ３の回転時とサポートベクタとの区画数は異なったものとなり得るが、ここでは等しくなる場合を例に挙げてある。

本実施形態の場合、５つの特定周波数帯域に分けて特徴ベクトルを取得している。このため、時間軸と合わせた６次元空間において各区画の特徴ベクトルＸｉが表されることとなり、区画同士の特徴ベクトルがＸｉ示す座標間の距離は、６次元空間における座標間の距離となる。ただし、各区画の特徴ベクトルが示す座標間の距離については、特徴量とサポートベクタとが似ているほど小さく、似ていないほど大きくなることから、当該距離が小さいほど類似度が高く、距離が大きいほど類似度が低いことを示している。

例えば、時分割によって区画１〜ｎとされている場合、区画１同士の特徴ベクトルが示す座標間の距離Ｋ_ｙｚについては、次式で示される。

このようにして、時分割による区画同士の特徴ベクトルが示す座標間の距離Ｋ_ｙｚを全区画について求め、全区画分の距離Ｋ_ｙｚの総和Ｋ_{ｔｏｔａｌ}を演算し、この総和Ｋ_{ｔｏｔａｌ}を類似度に対応する値として用いている。そして、総和Ｋ_{ｔｏｔａｌ}を所定の閾値Ｔｈと比較し、総和Ｋ_{ｔｏｔａｌ}が閾値Ｔｈよりも大きければ類似度が低く、総和Ｋ_{ｔｏｔａｌ}が閾値Ｔｈよりも小さければ類似度が高いと判定する。そして、このような類似度の算出を全サポートベクタに対して行い、最も類似度が高かったサポートベクタと対応する路面の種類が現在走行中の路面状態であると判別する。このようにして、路面状態判別を行うことができる。

なお、ここでは類似度に対応する値として各区画の特徴ベクトルが示す２つの座標間の距離Ｋ_ｙｚの総和Ｋ_{ｔｏｔａｌ}を用いているが、類似度を示すパラメータとして他のものを用いることもできる。例えば、類似度を示すパラメータとして、総和Ｋ_{ｔｏｔａｌ}を区画数で割って求めた距離Ｋ_ｙｚの平均値である平均距離Ｋ_ａｖｅを用いたり、特許文献１に示されているように、様々なカーネル関数を用いて類似度を求めることもできる。また、特徴ベクトルのすべてを用いるのではなく、その中から類似度の低いパスを除いて類似度の演算を行うようにしても良い。

以上説明したようにして、本実施形態にかかるタイヤシステム１００により、車両の走行路面の路面状態を判別することができる。このような路面状態の判別を行う際に用いる路面データを作成するとき、もしくは、路面データを車体側システム２に送信するときの各種条件を、車体側システム２から各タイヤ側装置１に予め指示データとして伝えるようにしている。このため、消費電力の軽減を図りつつ、路面状態を的確に判別することが可能となる。

例えば、路面状態や車両運動制御の制御状態に応じてセンシング頻度を設定している。具体的には、天候データもしくは走行環境データおよび車両データに含まれる現在位置から、天候が晴天でドライ路が続くと想定される場合にはセンシング頻度や通信頻度を低くする。逆に、天候が雨天もしくは降雪などの場合や温度が低温である場合のように、路面状態の変化が予想される場合にはセンシング頻度や通信頻度を高くする。これにより、センシング頻度や通信頻度を高くする必要がないときまでこれらを高くする必要がなくなり、消費電力の低減が図れるし、必要な時には高いセンシング頻度や通信頻度とすることで、路面状態を的確に判別することが可能となる。

また、車両運動制御の制御状態に基づき、路面状態の変化を応答性良く取得したいか否かに応じてセンシング頻度や通信頻度を決定している。例えば、周辺に車両が存在している場合にはセンシング頻度や通信頻度を高く、周辺に車両が存在しないときにはセンシング頻度や通信頻度を低くしている。これにより、応答性が求められるときにはセンシング頻度や通信頻度を高くしてより応答性良く路面状態の判別が行えるようにできる。また、応答性が求められないときにはセンシング頻度や通信頻度を低く、または、センシングやや通信無しとして消費電力の低減を図ることが可能となる。

また、検出したい路面の種類に応じてサンプリングの取込み範囲を決定したり、特徴量を得るときのフィルタ定数、演算条件、補正係数を決定したりしている。これにより、特に検出したい路面の種類での特徴量と他の路面の種類の場合の特徴量との差が大きくなり、より的確に路面状態が判別できるようになる。また、検出したい路面に絞った取込み範囲やフィルタ定数、演算条件の設定を行うことで、制御部１１での処理負荷を軽減でき、制御部１１を構成するマイクロコンピュータの小型化が図れ、消費電力の軽減、ひいては電池サイズの小型化を図ることが可能となる。

また、車速が高いほどサンプリング周波数が高くなるようにしているが、逆に、車速が低いときにはサンプリング周波数が低くなる。このため、車速が低いときに不必要にサンプリング数を増やして消費電力を増加させないようにできると共に、車速が高いときでも的確なサンプリング数を確保でき、路面状態を的確に判別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実施形態に対してタイヤ側装置１の構成要素の追加、および、タイヤシステム１００での検出対象の追加を行ったものであり、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。

本実施形態では、タイヤシステム１００により、路面状態の判別だけでなく、タイヤ空気圧、タイヤ３の摩耗状態、各車輪に加えられる荷重という複数種類の検出対象について検出する。

図７に示すように、本実施形態では、タイヤ側装置１に、空気圧検出部１５を備えている。

空気圧検出部１５は、圧力センサ１５ａおよび温度センサ１５ｂを備えた構成とされている。圧力センサ１５ａは、タイヤ空気圧を示す検出信号を出力し、温度センサ１５ｂはタイヤ内温度を示す検出信号を出力する。これら圧力センサ１５ａおよび温度センサ１５ｂの検出信号が示すタイヤ空気圧や温度のデータは、タイヤ空気圧に関するデータとして用いられる。本実施形態では、圧力センサ１５ａおよび温度センサ１５ｂの検出信号が示すタイヤ空気圧や温度のデータが制御部１１に入力されている。

また、制御部１１には、空気圧算出部１１ｃが備えられ、空気圧算出部１１ｃにおいて、空気圧検出部１５の検出信号に基づき、基準温度におけるタイヤ空気圧が算出されるようにしている。すなわち、圧力センサ１５ａの検出信号が示すタイヤ空気圧はタイヤ空気圧の実測値に相当するため、タイヤ空気圧の実測値が温度センサ１５ｂの検出信号が示す温度に基づいて補正されることで、基準温度におけるタイヤ空気圧が算出される。そして、空気圧算出部１１ｃは、タイヤ空気圧の算出結果をタイヤ空気圧に関するデータとしてデータ通信部１２に伝え、車体側システム２に送信させている。

なお、ここでは基準温度下でのタイヤ空気圧の算出結果がタイヤ空気圧に関するデータとして伝えられるようにしているが、タイヤ空気圧の実測値およびタイヤ内温度のデータが伝えられるようにすることもできる。その場合は、それらのデータに基づいて、制御部２８で基準温度下でのタイヤ空気圧に換算することになる。

さらに、本実施形態では、制御部１１は、波形処理部１１ｂにおいて、振動センサ部１０の出力電圧の時間変化に基づいて、タイヤ３の回転時における装置搭載位置の接地区間を抽出している。ここでいう接地区間とは、装置搭載位置が路面接地している区間のことを意味している。タイヤ３が１回転する毎に１回ずつ接地区間になるため、接地区間の時間間隔などから単位時間当たりのタイヤ３の回転数、つまり回転速度を算出できる。

そして、波形処理部１１ｂは、抽出した接地区間に関するデータやタイヤ３の回転速度に関するデータを荷重に関するデータや摩耗状態に関するデータとして、データ通信部１２に伝えている。

荷重に関しては、荷重に関するデータに含まれる接地区間の時間とタイヤ３の回転速度に関するデータから得られるタイヤ１回転に掛かる時間に基づいて接地面積を求め、４輪それぞれの接地面積の面積比から算出することができる。また、各車輪のタイヤサイズが異なっていたり、タイヤ空気圧が異なっている場合には、これらに応じた補正を行うことで、各車輪に加えられる荷重をより正確に得ることができる。

摩耗状態に関しては、ナビゲーションＥＣＵ２３から伝えられる車両の現在位置から求められる移動距離情報と摩耗状態に関するデータに含まれるタイヤ３の回転速度に関するデータに基づいて算出できる。つまり、タイヤ３のトレッド３１に形成された溝の深さが変化すると、タイヤ３の円周が小さくなるため、同じ距離を走行したとしてもタイヤ３の摩耗前と比較して摩耗後の方がタイヤ３の回転数が増える。このため、ナビゲーションＥＣＵ２３からの情報により得られる車両の移動距離と、摩耗状態に関するデータに含まれるタイヤ３の回転速度およびタイヤ径から推定される車両の移動距離との差に基づいて、タイヤ３の摩耗状態を算出できる。さらに、走行すると各車輪に加わる荷重によってタイヤ３が変形するし、タイヤ空気圧に応じてもタイヤ３が変形する。このため、上記のようにして算出した各車輪に加えられる荷重やタイヤ空気圧に基づいて、各タイヤ３の回転速度もしくはそれに基づいて推定される車両の移動距離を補正すれば、より正確に摩耗状態を算出することもできる。

このように、タイヤ側装置１にて、路面データだけでなく、タイヤ空気圧に関するデータや荷重に関するデータ、さらには摩耗状態に関するデータを車体側システム２に伝え、路面状態、タイヤ空気圧、各車輪にかかる荷重、タイヤ３の摩耗状態を検出できる。

この場合において、車体側システム２からどのデータが欲しいかを伝えるようにする。具体的には、図７に示すように、受信機２１の制御部２８に情報決定部２８ｅを備えるようにしている。そして、情報決定部２８ｅにおいて、データ取得部２８ｂから車両データや天候データおよび走行環境データを取得したり、制御判定部２８ｃから車両運動制御の実行の有無や制御状態のデータを取得したりして、タイヤ側装置１から得たい情報を決定する。つまり、情報決定部２８ｅは、タイヤ側装置１での検出対象を決定し、得たい情報が路面データ、タイヤ空気圧に関するデータや荷重に関するデータ、さらには摩耗状態に関するデータであるかを決定する。

例えば、路面データについては車両の走行中、基本的には継続的に得たい情報である。摩耗状態に関するデータについては、１回の走行中に少なくとも１回摩耗状態を検出できれば良く、例えば走行開始時に得られれば良い情報である。タイヤ空気圧に関するデータについては、基本的には所定の定期送信周期毎に継続的に得たい情報である。荷重に関するデータについては、例えば車両運動制御において車輪ごとの制駆動トルク制御を行う際に、ＥＳＣ−ＥＣＵ２２やエンジンＥＣＵ２４もしくは運転支援ＥＣＵ２５から要求があったときに得たい情報である。

したがって、情報決定部２８ｅは、１回の走行中に少なくとも１回摩耗状態が検出できるように、例えば、車両データから車速が発生して車両が走行を開始したことが確認できた場合に、摩耗状態に関するデータが得たい情報であると決定する。また、情報決定部２８ｅは、ＥＳＣ−ＥＣＵ２２等で車両運動制御が実行されていて、荷重に関するデータの要求信号が送られてきた場合に、荷重に関するデータが得たい情報であると決定する。

そして、情報決定部２８ｅでの決定結果および指示決定部２８ｄでの決定結果を示す指示データをデータ通信部２７から送信させる。これにより、タイヤ側装置１は、指示決定部２８ｄの決定結果に基づいて、路面データ、タイヤ空気圧に関するデータ、荷重に関するデータ、および、摩耗状態に関するデータのどれを送信するかを認識し、制御部１１において送信するデータに応じた処理を行う。

具体的には、制御部１１は、送信するのが路面データである場合には、指示決定部２８ｄでの決定結果に基づいて振動センサ部１０の検出信号の「センシング条件」、「信号処理条件」および「通信条件」を設定する。そして、制御部１１は、設定された各種条件に沿って路面データを作成し、データ通信部１２を通じて送信する。また、制御部１１は、送信するのがタイヤ空気圧である場合には、所定の定期送信周期に従って圧力センサ１５ａおよび温度センサ１５ｂの検出信号に基づいてタイヤ空気圧を算出し、その結果をタイヤ空気圧に関するデータとしてデータ通信部１２から送信する。

なお、路面データについては指示決定部２８ｄでの決定結果に基づいて送信されるようにすれば良いし、タイヤ空気圧に関するデータについては所定の定期送信周期毎に送信されるようにすれば良い。このため、これらのデータについては、情報決定部２８ｅでの決定結果に依らずに、所定の送信タイミングで送信されるようにしてあれば良い。

また、制御部１１は、例えば１回の走行中に１回、指示データにて、送信するのが摩耗状態に関するデータであることが伝えられるため、その際には、摩耗状態に関するデータをデータ通信部１２から送信する。さらに、制御部１１は、車両運動制御が実行されたときに、指示データにて、送信するのが荷重に関するデータであることが伝えられるため、その際には、荷重に関するデータをデータ通信部１２から送信する。

このようにして、車体側システム２より、指示データとして、必要なデータが何であるかを示すこともできる。これにより、適切なタイミングで、車体側システム２が要求しているデータを送信することが可能になる。また、第１実施形態と同様に、路面状態の判別を行う際に用いる路面データを作成するとき、もしくは、路面データを車体側システム２に送信するときの各種条件を、車体側システム２から各タイヤ側装置１に予め指示データとして伝えるようにしている。このため、消費電力の軽減を図りつつ、路面状態を的確に判別することが可能となる。

（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。

（１）例えば、上記実施形態では、振動センサ部１０を加速度センサ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センサ部１０を構成することもできる。

（２）また、上記実施形態では、タイヤ側装置１から振動センサ部１０の検出信号に現れる路面状態を示す路面データとして、特徴量を含むデータを用いている。しかしながら、これも一例を示したに過ぎず、他のデータを路面データとして用いても良い。例えば、タイヤ３の１回転中の振動データに含まれる５つの領域Ｒ１〜Ｒ５それぞれの振動波形の積分値データを路面データとして良いし、検出信号そのものの生データを路面データとしても良い。

（３）また、上記各実施形態では、車体側システム２に備えられる受信機２１の路面判別部２８ａによって特徴量とサポートベクタとの類似度を求めて路面状態の判別を行っている。

しかしながら、これも一例を示したに過ぎず、車体側システム２のいずれかの場所、例えばＥＳＣ−ＥＣＵ２２などのような他のＥＣＵによって類似度を求めたり、路面状態の判別を行ったりしても良い。また、タイヤ側装置１にサポートベクタを記憶しておき、タイヤ側装置１で路面状態の判別を行えるようにし、路面状態の判別結果を示すデータを路面データとして、車体側システム２に送るようにしても良い。

（４）また、上記第２実施形態において、路面データや荷重に関するデータだけでなく、タイヤ空気圧に関するデータや摩耗状態に関するデータについても、車体側システム２からの指示データに基づいて、送信頻度を設定するようにしても良い。

例えば、摩耗状態については、概ね１回の走行中に１回検出できれば良いが、周辺に車両が多いような周辺状況などのように、摩耗状態による車両挙動の変化の影響が大きくなり得る状況では、検出回数を増やすようにすると好ましい。このため、走行環境データに基づいて指示決定部２８ｄで摩耗状態に関するデータの送信を指示し、１回の走行中に複数回データ送信が行われるようにしても良い。

また、タイヤ空気圧に関するデータについては、所定の定期送信周期に従ってデータ送信が行われるようにしている。この定期送信周期については、例えばタイヤ空気圧の低下が検出された場合に短周期とされるが、それとは別に、走行環境などに基づいて周期を変化させるようにしても良い。例えば、高速道路を走行中においては、より短周期でタイヤ空気圧に関するデータが送信されるようにすると好ましい。このため、走行環境データに基づいて指示決定部２８ｄでタイヤ空気圧に関するデータの送信を指示し、より短周期でデータ送信が行われるようにしても良い。

１ タイヤ側装置
２ 車体側システム
１０ 振動センサ部
１１、２８ 制御部
１１ａ 指示実行部
１１ｂ 波形処理部
１２、２７ データ通信部
２１ 受信機
２８ａ 路面判別部
２８ｃ 指示決定部

Claims (10)

1. 車両に備えられる複数のタイヤ（３）それぞれに取り付けられたタイヤ側装置（１）と、車体に備えられた車体側システム（２）とを有する路面状態判別装置であって、
   前記タイヤ側装置は、
   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（１０）と、
   前記検出信号のセンシングを行い、該検出信号の波形に現れる路面状態を示す路面データを生成する制御部（１１）と、
   前記路面データを送信する第１データ通信部（１２）と、を備え、
   前記車体側システムは、
   前記タイヤ側装置と双方向通信を行い、前記第１データ通信部から送信された前記路面データを受信する第２データ通信部（２７）と、
   前記路面データに基づいて前記車両の走行路面の路面状態を判別する路面判別部（２８ａ）と、を備え、
   さらに、前記車体側システムは、前記制御部による前記検出信号のセンシング条件、信号処理条件および前記路面データの送信における通信条件の少なくとも１つを決定し、前記第２データ通信部を通じて、決定した内容を示す指示データを前記タイヤ側装置に送信する指示決定部（２８ｄ）を有し、
   前記制御部は、前記第１データ通信部を通じて前記指示データを受け取り、該指示データに基づいて、前記検出信号のセンシング条件、信号処理条件および前記路面データの送信における通信条件の少なくとも１つを設定する指示実行部（１１ａ）を有している路面状態判別装置。
2. 前記指示決定部は、前記センシング条件として、前記検出信号のサンプリング条件、取込み範囲、垂直分解能、センシング頻度、センシングの実行の有無の少なくとも１つを決定し、前記指示データとして該センシング条件の決定内容を送信させる請求項１に記載の路面状態判別装置。
3. 前記指示決定部は、前記検出信号を信号処理して前記タイヤの振動の特徴を示す特徴量を求めており、前記信号処理条件として、前記検出信号をフィルタリングする際のフィルタ条件、前記検出信号の波形を所定の時間幅で区切る波形区切り幅、前記特徴量を演算する際の演算条件および該演算を重みづけ演算にて行う際の重み付けの補正係数、信号処理頻度、信号処理の実行の有無の少なくとも１つを決定し、前記指示データとして該信号処理条件の決定内容を送信させる請求項１または２に記載の路面状態判別装置。
4. 前記指示決定部は、前記通信条件として、通信頻度、コネクション条件、通信の実行の有無の少なくとも１つを決定し、前記指示データとして該信号処理条件の決定内容を送信させる請求項１ないし３のいずれか１つに記載の路面状態判別装置。
5. 前記車体側システムは、車速、車両の現在位置、ブレーキ液圧、アクセル開度、操舵角およびヨーレートの少なくとも１つを含む車両データと、天候、降水量、積雪量および外気温の少なくとも１つを含む天候データ、および、路面状態、道路の種類および周辺状況の少なくとも１つを含む走行環境データ、の少なくとも１つのデータを取得するデータ取得部（２８ｂ）を有し、
   前記指示決定部は、前記データ取得部が取得したデータに基づいて前記センシング条件、前記信号処理条件および前記通信条件の少なくとも１つを決定する請求項１ないし４のいずれか１つに記載の路面状態判別装置。
6. 前記車体側システムは、車両運動制御の制御データを取得して、前記車両運動制御の実行の有無や制御中である場合における制御状態を判定する制御判定部（２８ｃ）を有し、
   前記指示決定部は、前記制御判定部の判定結果に基づいて前記センシング条件、前記信号処理条件および前記通信条件の少なくとも１つを決定する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の路面状態判別装置。
7. 車両に備えられる複数のタイヤ（３）それぞれに取り付けられたタイヤ側装置（１）と、車体に備えられた車体側システム（２）とを有する路面状態判別装置であって、
   前記タイヤ側装置は、
   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（１０）と、
   前記検出信号のセンシングを行い、該検出信号の波形に現れる路面状態を示す路面データを生成する制御部（１１）と、
   前記路面データを送信する第１データ通信部（１２）と、を備え、
   前記車体側システムは、
   前記タイヤ側装置と双方向通信を行い、前記第１データ通信部から送信された前記路面データを受信する第２データ通信部（２７）と、
   前記路面データに基づいて前記車両の走行路面の路面状態を判別する路面判別部（２８ａ）と、を備え、
   さらに、前記車体側システムは、前記路面データの送信における通信頻度を決定し、前記第２データ通信部を通じて、決定した前記通信頻度を示す指示データを前記タイヤ側装置に送信する指示決定部（２８ｄ）を有し、
   前記制御部は、前記第１データ通信部を通じて前記指示データを受け取り、該指示データに基づいて、前記路面データの送信頻度を設定する指示実行部（１１ａ）を有している路面状態判別装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１つに記載の路面状態判別装置を含むタイヤシステムであって、
   前記タイヤ側装置は、前記路面データを含めて、前記タイヤに関わる複数種類の検出対象のうちのいずれかの検出対象に関するデータを送信するものであり、
   前記車体側システムは、前記複数種類の検出対象のうちのいずれの検出対象に関するデータを要求するかを決定する情報決定部（２８ｅ）を有し、前記指示決定部にて、前記情報決定部での決定結果を前記指示データに含めて前記第２データ通信部より前記タイヤ側装置に送信させるタイヤシステム。
9. 請求項１ないし４のいずれか１つに記載の路面状態判別装置を含むタイヤシステムであって、
   前記タイヤ側装置は、前記路面データを含めて、前記タイヤに関わる複数種類の検出対象のうちのいずれかの検出対象に関するデータを送信するものであり、
   前記車体側システムは、車速、車両の現在位置、ブレーキ液圧、アクセル開度、操舵角およびヨーレートの少なくとも１つを含む車両データと、天候、降水量、積雪量および外気温の少なくとも１つを含む天候データ、および、路面状態、道路の種類および周辺状況の少なくとも１つを含む走行環境データ、の少なくとも１つのデータを取得するデータ取得部（２８ｂ）と、車両運動制御の制御データを取得して、前記車両運動制御の実行の有無や制御中である場合における制御状態を判定する制御判定部（２８ｃ）と、前記複数種類の検出対象のうちのいずれの検出対象に関するデータを要求するかを決定する情報決定部（２８ｅ）と、を有し、
   前記指示決定部は、前記データ取得部が取得したデータと前記制御判定部の判定結果に基づいて前記センシング条件、前記信号処理条件および前記通信条件の少なくとも１つを決定すると共に、前記情報決定部での決定結果を前記指示データに含めて前記第２データ通信部より前記タイヤ側装置に送信させるタイヤシステム。
10. 前記検出対象には、前記タイヤの摩耗状態、タイヤ空気圧、および、前記タイヤが取り付けられたそれぞれの車輪にかかる荷重の少なくとも１つが含まれている請求項８または９に記載のタイヤシステム。

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