JP7434910B2

JP7434910B2 - 路面の状態の判定装置、判定方法及び判定プログラム

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Publication number: JP7434910B2
Application number: JP2020002500A
Authority: JP
Inventors: 悠輔前田
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2040-01-10
Also published as: JP2021109543A

Description

本発明は、車両が走行する路面の状態を判定する判定装置、方法及びプログラムに関する。

走行中の車両に装着されたタイヤのスリップ比を把握することは、車両の走行を制御する上で重要となる。スリップ比は、例えば（駆動輪の速度－車体速度）／車体速度と定義することができ、タイヤのスリップのし易さを表す。スリップ比は、路面の状態（タイヤの滑り易さ）に依存するため、走行中にスリップ比を判定することで、走行中の路面の状態を判定し、これが車両の走行の制御に用いられることがある。路面の状態の情報は、例えば、ドライバーへの警告や、ブレーキシステムの制御に用いることができる。スリップ比は、車両の駆動力（又は、車両の加速度）と線形関係にあり、例えば、この関係を表す回帰係数（傾き）に応じて路面の状態を判定することができる（例えば、特許文献１及び２等）。回帰係数は、走行中に時々刻々変化するスリップ比と、同じく走行中に時々刻々変化する駆動力（加速度）との多数のデータセットから算出することができる。

特許２００２－２７４３５７号公報特許２００２－３６２３４５号公報

しかし、車両の旋回中は、車体の左右方向の荷重移動の影響により、スリップ比が直進時から変化する。その結果、旋回中は、車両が同じ状態の路面を走行している場合でも、スリップ比と駆動力との線形関係も変化するため、路面の状態を正しく判定できなくなる。

本発明は、旋回中の車体の左右方向の荷重移動により生じる影響をキャンセルし、路面の状態を正しく判定することが可能な判定装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１観点に係る判定装置は、車両が走行する路面の状態を判定する判定装置であって、前記車両に装着されたタイヤの回転速度を順次取得する回転速度取得部と、前記車両に加わる横方向加速度を順次取得する横方向加速度取得部と、順次取得される前記横方向加速度に応じて、順次取得される前記タイヤの前記回転速度うち、左のタイヤの回転速度に基づき算出される前記タイヤのスリップ比である第１スリップ比と、右のタイヤの回転速度に基づき算出される前記タイヤのスリップ比である第２スリップ比とを含む群からいずれか１つを順次選択して取得するスリップ比算出部と、前記車両の駆動力を順次取得する駆動力取得部と、前記スリップ比と前記駆動力との線形関係を表す回帰係数として、前記スリップ比及び前記駆動力の多数のデータセットに基づいて、前記駆動力に対する前記スリップ比の傾きを算出する傾き算出部と、前記傾きに基づいて、前記路面の状態を判定する判定部とを備える。

本発明の第２観点に係る判定装置は、第１観点に係る判定装置であって、前記スリップ比算出部は、前記横方向加速度に応じて、前記車両の右旋回時には前記第１スリップ比を、前記車両の左旋回時には前記第２スリップ比を選択する。

本発明の第３観点に係る判定装置は、第１観点又は第２観点に係る判定装置であって、前記スリップ比算出部は、順次取得される前記横方向加速度に応じて、前記第１スリップ比と、前記第２スリップ比と、順次取得される前記タイヤの前記回転速度うち、左右のタイヤの回転速度の平均に基づき算出される前記タイヤのスリップ比である第３スリップ比とを含む前記群からいずれか１つを順次選択して取得する。

本発明の第４観点に係る判定装置は、第３観点に係る判定装置であって、前記スリップ比算出部は、前記横方向加速度に応じて、前記車両の右旋回時には前記第１スリップ比を、前記車両の左旋回時には前記第２スリップ比を、前記車両の直進時には前記第３スリップ比を選択する。

本発明の第５観点に係る判定装置は、第１観点から第４観点のいずれかに係る判定装置であって、前記傾き算出部は、前記スリップ比及び前記駆動力の多数のデータセットに基づいて、逐次的又はバッチ処理により、前記傾きを算出する。

本発明の第６観点に係る判定方法は、車両が走行する路面の状態を判定する判定方法であって、以下のことを含む。また、第７観点に係る判定プログラムは、車両が走行する路面の状態を判定する判定プログラムであって、以下のことをコンピュータに実行させる
・前記車両に装着されたタイヤの回転速度を順次取得すること
・前記車両に加わる横方向加速度を順次取得すること
順次取得される前記横方向加速度に応じて、順次取得される前記タイヤの前記回転速度うち、左のタイヤの回転速度に基づき算出される前記タイヤのスリップ比である第１スリップ比と、右のタイヤの回転速度に基づき算出される前記タイヤのスリップ比である第２スリップ比とを含む群からいずれか１つを順次選択して取得すること
・前記車両の駆動力を順次取得すること
・前記スリップ比と前記駆動力との線形関係を表す回帰係数として、前記スリップ比及び前記駆動力の多数のデータセットに基づいて、前記駆動力に対する前記スリップ比の傾きを算出すること
・前記傾きに基づいて、前記路面の状態を判定すること

車両の旋回中、旋回内側においては、遠心力により相対的に荷重が減少し、相対的にタイヤのスリップが増加する一方、旋回外側においては、相対的に荷重が増加するため、相対的にタイヤのスリップが減少する。また、この現象に付随し、車両の駆動力に対するスリップ比の傾きは、旋回内側においては横方向加速度の大きさが大きくなる程大きくなるが、旋回外側においては値が収束し、概ね一定になる。この現象を利用し、上記観点によれば、順次取得される横方向加速度に応じて、左のタイヤの回転速度に基づき算出されるスリップ比（第１スリップ比）と、右のタイヤの回転速度に基づき算出されるスリップ比（第２スリップ比）とを含む群からいずれか１つのスリップ比が順次選択され、取得される。すなわち、旋回の状態に依存する横方向加速度に応じて、旋回による車体の左右方向の荷重移動の影響の小さいスリップ比を選択することができ、このようなスリップ比に基づいて、駆動力に対するスリップ比の傾きが算出される。よって、このような傾きに基づき、路面の状態を正しく判定することができる。

第１実施形態に係る判定装置としての制御ユニットが車両に搭載された様子を示す模式図。第１実施形態に係る制御ユニットの電気的構成を示すブロック図。第１実施形態に係る路面の状態の判定処理の流れを示すフローチャート。スリップ比と車両の旋回半径との関係を表すグラフ。スリップ比と駆動力との関係を表すグラフ。直進時、左旋回時及び右旋回時における様々なスリップ比と駆動力との関係を表すグラフ。直進時における様々な車体速度に対する第１スリップ比及び第２スリップ比と駆動力との関係を表すグラフ。左旋回時における様々な車体速度に対する第１スリップ比及び第２スリップ比と駆動力との関係を表すグラフ。右旋回時における様々な車体速度に対する第１スリップ比及び第２スリップ比と駆動力との関係を表すグラフ。実施形態の効果の評価結果を示すグラフ。実施形態の効果の別の評価結果を示すグラフ。実施形態の効果のさらに別の評価結果を示すグラフ。実施形態の効果のさらに別の評価結果を示すグラフ。

以下、図面を参照しつつ、本発明の幾つかの実施形態に係る判定装置、方法及びプログラムについて説明する。

＜１．第１実施形態＞
＜１－１．判定装置の構成＞
図１は、本実施形態に係る判定装置としての制御ユニット２が車両１に搭載された様子を示す模式図である。車両１は、四輪車両であり、左前輪ＦＬ、右前輪ＦＲ、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲを備えている。車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲには、それぞれ、タイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RRが装着されている。本実施形態に係る車両１は、フロントエンジン・フロントドライブ車（ＦＦ車）であり、前輪タイヤＴ_FL，Ｔ_FRが駆動輪タイヤであり、後輪タイヤＴ_RL，Ｔ_RRが従動輪タイヤである。制御ユニット２は、走行中のタイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RRの回転速度の情報に基づいて、走行中のタイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RRのスリップのし易さを表すスリップ比Ｓを判定し、スリップ比Ｓに基づいて、車両１が走行する路面の状態を判定する。なお、ここでいう路面の状態とは、タイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RRの滑り易さである。路面の状態の情報は、様々な用途に応用することができ、例えば、車両の走行を制御する各種制御や、路面の状態についての道路マップの作成等に用いることができる。車両の走行を制御する各種制御には、例えば、ハイドロプレーニング等についてのドライバーへの警報、ブレーキシステムの制御、車間距離の制御等が含まれる。

車両１のタイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RR（より正確には、車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲ）には、各々、車輪速センサ６が取り付けられており、車輪速センサ６は、自身の取り付けられた車輪に装着されたタイヤの回転速度（すなわち、車輪速）Ｖ１～Ｖ４を検出する。Ｖ１～Ｖ４は、それぞれ、タイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RRの回転速度である。車輪速センサ６としては、走行中の車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲの車輪速を検出できるものであれば、どのようなものでも用いることができる。例えば、電磁ピックアップの出力信号から車輪速を測定するタイプのセンサを用いることもできるし、ダイナモのように回転を利用して発電を行い、このときの電圧から車輪速を測定するタイプのセンサを用いることもできる。車輪速センサ６の取り付け位置も、特に限定されず、車輪速の検出が可能である限り、センサの種類に応じて、適宜、選択することができる。車輪速センサ６は、制御ユニット２に通信線５を介して接続されている。車輪速センサ６で検出された回転速度Ｖ１～Ｖ４の情報は、リアルタイムに制御ユニット２に送信される。

車両１には、車両１の加速度αを検出する加速度センサ７が取り付けられている。加速度センサ７としては、車両１の加速度αを検出できる限り、その構造も取り付け位置も特に限定されない。加速度センサ７は、制御ユニット２に通信線５を介して接続されている。加速度センサ７で検出された加速度αの情報は、回転速度Ｖ１～Ｖ４の情報と同様、リアルタイムに制御ユニット２に送信される。

また、車両１には、車両１に加わる横方向加速度γを検出する横方向加速度センサ４が取り付けられている。横方向加速度γとは、車両１の旋回時に、旋回外側に向かって車両１に作用する遠心加速度である。横方向加速度センサ４としては、横方向加速度γを検出できる限り、その構造も取り付け位置も特に限定されない。横方向加速度センサ４は、制御ユニット２に通信線５を介して接続されている。横方向加速度センサ４で検出された横方向加速度γの情報は、回転速度Ｖ１～Ｖ４及び加速度αの情報と同様、リアルタイムに制御ユニット２に送信される。

また、車両１には、車両１のヨーレートωを検出するヨーレートセンサ８が取り付けられている。ヨーレートωとは、車両１の旋回時の鉛直軸周りの回転角速度である。ヨーレートセンサ８としては、例えば、コリオリ力を利用してヨーレートを検出するタイプのセンサを用いることができるが、ヨーレートωを検出できる限り、その構造も取り付け位置も特に限定されない。ヨーレートセンサ８は、制御ユニット２に通信線５を介して接続されている。ヨーレートセンサ８で検出されたヨーレートωの情報は、回転速度Ｖ１～Ｖ４、加速度α及び横方向加速度γの情報と同様、リアルタイムに制御ユニット２に送信される。

図２は、制御ユニット２の電気的構成を示すブロック図である。制御ユニット２は、車両１に搭載されており、図２に示されるとおり、Ｉ／Ｏインターフェース１１、ＣＰＵ１２、ＲＯＭ１３、ＲＡＭ１４、及び不揮発性で書き換え可能な記憶装置１５を備えている。Ｉ／Ｏインターフェース１１は、車輪速センサ６、加速度センサ７、横方向加速度センサ４、ヨーレートセンサ８及び表示器３等の外部装置との通信を行うための通信装置である。ＲＯＭ１３には、車両１の各部の動作を制御するためのプログラム９が格納されている。ＣＰＵ１２は、ＲＯＭ１３からプログラム９を読み出して実行することにより、仮想的に回転速度取得部２１、駆動力取得部２２、横方向加速度取得部２３、旋回半径取得部２４、スリップ比算出部２５、関係特定部２６、補正部２７、傾き算出部２８及び判定部２９として動作する。各部２１～２９の動作の詳細は、後述する。記憶装置１５は、ハードディスクやフラッシュメモリ等で構成される。なお、プログラム９の格納場所は、ＲＯＭ１３ではなく、記憶装置１５であってもよい。ＲＡＭ１４及び記憶装置１５は、ＣＰＵ１２の演算に適宜使用される。

表示器３は、ユーザ（主として、ドライバー）に警報を含む各種情報を出力することができ、例えば、液晶表示素子、液晶モニター、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等、任意の態様で実現することができる。表示器３の取り付け位置は、適宜選択することができるが、例えば、インストルメントパネル上等、ドライバーに分かりやすい位置に設けることが好ましい。制御ユニット２がカーナビゲーションシステムに接続される場合には、カーナビゲーション用のモニターを表示器３として使用することも可能である。表示器３としてモニターが使用される場合、警報はモニター上に表示されるアイコンや文字情報とすることができる。

＜１－２．スリップ比及びこれに基づく路面の状態の判定処理＞
以下、図３を参照しつつ、走行中のタイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RRのスリップ比Ｓを判定し、これに基づき車両１が走行する路面の状態を判定する判定処理について説明する。この判定処理は、車両１の電気系統に電源が投入されている間、繰り返し実行される。

ステップＳ１では、回転速度取得部２１が、走行中のタイヤＴ_FL，Ｔ_FR，Ｔ_RL，Ｔ_RRの回転速度Ｖ１～Ｖ４を取得する。回転速度取得部２１は、所定のサンプリング周期における車輪速センサ６からの出力信号を受信し、これを回転速度Ｖ１～Ｖ４に換算する。

ステップＳ２では、駆動力取得部２２が、車両１の加速度αを取得する。駆動力取得部２２は、所定のサンプリング周期における加速度センサ７からの出力信号を受信し、これを加速度αに換算する。

ステップＳ３では、横方向加速度取得部２３が、車両１に加わる横方向加速度γを取得する。横方向加速度取得部２３は、所定のサンプリング周期における横方向加速度センサ４からの出力信号を受信し、これを横方向加速度γに換算する。

ステップＳ４では、旋回半径取得部２４が、車両１のヨーレートωを取得する。旋回半径取得部２４は、所定のサンプリング周期におけるヨーレートセンサ８からの出力信号を受信し、これをヨーレートωに換算する。旋回半径取得部２４は、車体速度をヨーレートωで除することにより、車両１の旋回半径Ｒを取得する。車体速度は、従動輪の速度で近似することができるため、例えば、Ｒ＝（Ｖ３＋Ｖ４）／２ωとして算出することもできる。車体速度は、加速度αを積分することにより算出することもできる。

次のステップＳ５では、スリップ比算出部２５が、回転速度Ｖ１～Ｖ４に基づいて、スリップ比Ｓを算出する。本実施形態では、スリップ比Ｓは、（駆動輪の速度－車体速度）／車体速度として算出され、車体速度として、従動輪の速度が用いられる。スリップ比Ｓを算出する方法は、３つある。第１の方法は、左右のタイヤのうち左のタイヤの回転速度のみに基づいて算出する方法である。第２の方法は、左右のタイヤのうち右のタイヤの回転速度のみに基づいて算出する方法である。第３の方法は、左輪と右輪との間で回転速度を平均化し、このような左右のタイヤの回転速度の平均に基づいて算出する方法である。本実施形態では、以下のとおり定義される。
第１の方法（左輪）：
Ｓ＝（Ｖ１－Ｖ３）／Ｖ３
第２の方法（右輪）：
Ｓ＝（Ｖ２－Ｖ４）／Ｖ４
第３の方法（左右平均）：
Ｓ＝｛（Ｖ１＋Ｖ２）－（Ｖ３＋Ｖ４）｝／（Ｖ３＋Ｖ４）

ここでは、以上の３種類の方法のうち、いずれかの方法に基づくスリップ比Ｓが、後の演算に使用されるスリップ比Ｓとして取得される。第１の方法によるスリップ比（以下、第１スリップ比ということがある）と、第２の方法によるスリップ比（以下、第２スリップ比ということがある）と、第３の方法によるスリップ比（以下、第３スリップ比ということがある）のうち、いずれのスリップ比Ｓを選択するかは、最新のステップＳ３で算出された横方向加速度γに応じて決定される。より具体的には、スリップ比算出部２５は、最新の（すなわち、実質的に現在の）横方向加速度γに応じて、車両１の右旋回時には第１スリップ比Ｓを、左旋回時には第２スリップ比Ｓを、直進時には第３スリップ比Ｓを選択する。このとき、例えば、－Ａ≦γ≦Ａのとき、直進時であり、γ＜－Ａのとき、右旋回時であり、Ａ＜γのとき、左旋回時であると判断することができる。Ａは、予め定められている正の値をとる閾値である。このようなスリップ比Ｓの選択が行われる理由については、後述する。

次のステップＳ６では、ステップＳ５で取得されたスリップ比Ｓと、ステップＳ２で取得された加速度αに基づく車両１の駆動力Ｆに対し、測定誤差を除去するためのフィルタリングが行われる。なお、車両１の駆動力Ｆは、ステップＳ２で取得された加速度αから適宜算出することができる。

連続して実行されるステップＳ１～Ｓ６において取得される回転速度Ｖ１～Ｖ４、加速度α、横方向加速度γ、ヨーレートω、旋回半径Ｒ、並びにフィルタリングされたスリップ比Ｓ及び駆動力Ｆのデータは、同時刻又は概ね同時刻に取得されたデータセットとして取り扱われ、ＲＡＭ１４又は記憶装置１５に保存される。図３に示すとおり、ステップＳ１～Ｓ６は、繰り返し実行されるため、以上のデータセットは、順次取得される。ステップＳ６の後、このようなデータセットがＮ１個（Ｎ１≧２）溜まると、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７は、一度だけ実行される。ステップＳ７が一度実行された後は、ステップＳ１～Ｓ６の後、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ７では、関係特定部２６が、ステップＳ４で算出された旋回半径Ｒと、ステップＳ６でフィルタリングされたスリップ比Ｓとの多数のデータセットに基づいて、旋回半径Ｒとスリップ比Ｓとの関係を表す関係情報を特定する。この関係情報は、以後のスリップ比Ｓの補正（ステップＳ８）に用いられる。詳しくは後述するが、本実施形態では、路面の状態は、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係に基づいて判定される。しかし、車両１の旋回中は、車両１が同じ状態の路面を走行している場合でも、直進時と比べてスリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係が変化するため、路面の状態を正しく判定できなくなり得る。旋回中は、左右のタイヤに軌道差（経路差）が生じ、この軌道差の影響により、スリップ比Ｓが直進時から変化するからである。よって、ここでは、スリップ比Ｓに基づく安定した各種制御を実現するべく、スリップ比Ｓから、旋回中の左右の軌道差により生じる影響がキャンセルされる。

旋回中の左右の軌道差は、旋回半径Ｒに依存し、旋回半径Ｒとスリップ比Ｓとの間には、一定の関係が成立する。本発明者が行った実験によれば、スリップ比Ｓは、図４に示すように、概ね旋回半径Ｒの逆数の二次関数で表される。ステップＳ７では、関係特定部２６が、このような旋回半径Ｒとスリップ比Ｓとの関係を表す関係情報として、下式の係数ａ₁、ｂ₁及びｃ₁を特定する。
Ｓ＝ａ₁（１／Ｒ）²＋ｂ₁（１／Ｒ）＋ｃ₁

係数ａ₁、ｂ₁及びｃ₁は、ＲＡＭ１４又は記憶装置１５に保存されているスリップ比Ｓ及び旋回半径Ｒの多数のデータセットに基づいて算出され、例えば、最小二乗法等の方法で算出される。

なお、旋回半径Ｒの逆数とスリップ比Ｓとの関係を表す放物線の頂点は、直進時に対応し、図４に示すとおり、概ねスリップ比Ｓを表す縦軸に重なる。言い換えると、ｂ₁は概ね０である。よって、ここでは、下式に従って、関係情報として、係数ａ₁及びｃ₁のみを特定することもできる。
Ｓ＝ａ₁（１／Ｒ）²＋ｃ₁

ステップＳ７が終了すると、ステップＳ１に戻り、再度ステップＳ１～Ｓ６が繰り返される。図３に示すとおり、ステップＳ７が一度実行され、旋回半径Ｒとスリップ比Ｓとの関係情報ａ₁、ｂ₁及びｃ₁が特定された後は、ステップＳ１～Ｓ６が１回ずつ実行される度に、これに続いてステップＳ８～Ｓ１５が繰り返し実行される。

ステップＳ８では、補正部２７が、旋回半径Ｒとスリップ比Ｓとの関係を表す関係情報ａ₁、ｂ₁及びｃ₁と、最新のステップＳ４で取得された旋回半径Ｒとに基づいて、最新のステップＳ６で取得されたスリップ比Ｓを補正する。以上のとおり、スリップ比Ｓは、旋回半径Ｒの逆数の二次関数で表される。よって、補正部２７は、下式に従って、スリップ比Ｓから、補正時の旋回半径Ｒの逆数を二乗した値に係数ａ₁を乗じた値を減算することにより、スリップ比Ｓを補正する。
Ｓ＝Ｓ－ａ₁（１／Ｒ）²
なお、下式によって、スリップ比Ｓから、補正時の旋回半径Ｒの逆数に係数ｂ₁を乗じた値をさらに減算することにより、スリップ比Ｓを補正してもよい。
Ｓ＝Ｓ－ａ₁（１／Ｒ）²－ｂ₁（１／Ｒ）

以上の補正式によれば、図４に示すとおり、実質的に（１／Ｒ）＝０のときに、すなわち、直進時に換算したスリップ比Ｓを算出することができ、スリップ比Ｓから左旋回及び右旋回による軌道差の影響がキャンセルされる。

以後のステップＳ９～Ｓ１５では、以上のとおりに補正されたスリップ比Ｓに基づいて、路面の状態（タイヤの滑り易さ）が判定される。本実施形態では、路面の状態は、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの関係に基づき、判定される。スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの間には、図５に示すような線形関係が成り立ち、駆動力Ｆに対するスリップ比Ｓの傾きｆ₁は、路面の状態に応じて変化する。従って、ここでは、これまでに取得されたスリップ比Ｓ及び駆動力Ｆのデータセットに基づいて、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係を表す回帰係数（傾きｆ₁）を算出し、これに応じて路面の状態が判定される。

ところで、傾きｆ₁は、路面の状態によってのみ変化するのではなく、車両の旋回中に生じる車体の左右方向の荷重移動によっても変化する。よって、傾きｆ₁に含まれるこのような荷重移動の影響をキャンセルできなければ、傾きｆ₁に基づく路面の状態の判定の精度が低下し得る。ステップＳ５で３種類のスリップ比Ｓの中から１種類のスリップ比Ｓを選択するのは、このような旋回中の荷重移動の影響をキャンセルするためである。

図６は、直進時、より横方向加速度γの大きさが小さい左旋回時、より横方向加速度γの大きさが大きい左旋回時、より横方向加速度γの大きさが小さい右旋回時、及びより横方向加速度γの大きさが大きい右旋回時における、３種類のスリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係を示すグラフである。また、図７Ａ～図７Ｃは、実際の車両を走行させたときの計測データに基づき、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの関係をプロットしたグラフであり、縦軸がスリップ比、横軸が駆動力Ｆである。図７Ａは、直進時の第１スリップ比及び第２スリップ比と駆動力Ｆとの関係を示しており、図７Ｂは、左旋回時の第１スリップ比及び第２スリップ比と駆動力Ｆとの関係を示しており、図７Ｃは、右旋回時の第１スリップ比及び第２スリップ比と駆動力Ｆとの関係を示している。いずれのグラフにおいても、右上に駆動力Ｆに対するスリップ比Ｓの傾きｆ₁の値が示されている。図７Ａ～図７Ｃでは、車両１の車体速度毎にグラフが描画されている。なお、横方向加速度γの大きさは、車体速度の二乗に比例するため、車体速度が大きくなる程、すなわち、各図において下方のグラフ程、横方向加速度γの大きさが大きい。

車両１の旋回中、旋回内側においては、遠心力により相対的に荷重が減少し、相対的にタイヤのスリップが増加する一方、旋回外側においては、相対的に荷重が増加するため、相対的にタイヤのスリップが減少する。また、この現象に付随し、図６及び図７Ａ～図７Ｃに示されるように、車両１の駆動力Ｆに対するスリップ比Ｓの傾きｆ₁は、旋回内側においては横方向加速度γの大きさが大きくなる程大きくなるが、旋回外側においては値が収束し、概ね一定になることが分かる。よって、左旋回時においては、右のタイヤの回転速度に基づく第２スリップ比Ｓが、最も傾きｆ₁を小さな値に収束させ、右旋回時においては、左のタイヤの回転速度に基づく第１スリップ比Ｓが、最も傾きｆ₁を小さな値に収束させる。直進時はいずれのスリップ比Ｓによっても、傾きｆ₁に大きな差異は見られない。

以上の現象を利用し、ステップＳ５では、横方向加速度γに応じて、傾きｆ₁の算出に用いられるスリップ比Ｓとして、第１、第２及び第３スリップ比Ｓのいずれかが順次選択される。これにより、旋回の状態に依存する横方向加速度γに応じて、旋回による車体の左右方向の荷重移動の影響の小さいスリップ比Ｓを選択することができる。よって、後述するステップにおいて、このようなスリップ比Ｓに基づき算出される傾きｆ₁に基づき、路面の状態を正しく判定することが可能になる。

また、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係を表す回帰係数は、スリップ比Ｓ及び駆動力Ｆの多数のデータセットに基づき算出することができる。ただし、多数のデータセットに基づいて回帰係数を正しく算出するためには、データセットのばらつきが一定値以上であることが望ましい。しかし、例えば、下り坂において一定速で走行している期間のように、駆動力Ｆが余り変化していない期間においては、データセットにばらつきが余り見られない。よって、本実施形態では、路面の状態の判定時における駆動力Ｆのばらつきの程度に応じて、異なる方法で回帰係数（傾きｆ₁）が判定される。

ステップＳ９では、傾き算出部２８は、路面の状態の判定時である現在において、駆動力Ｆのばらつきが一定値以上であるか否かを判断する。本実施形態では、直近の所定の期間に取得された多数の駆動力Ｆの値の幅及び分散が算出され、これらがそれぞれ所定の閾値以上である場合には、ばらつきが一定値以上であると判断され、ステップＳ１０に進む。一方、多数の駆動力Ｆの値の幅及び分散の少なくとも一方がそれぞれ所定の閾値よりも小さい場合には、ばらつきが一定値以上でないと判断され、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１０では、傾き算出部２８は、路面の状態の判定時である現在及びそれよりも前の所定の期間におけるスリップ比Ｓ及び駆動力Ｆの多数のデータセットに基づいて、下式に示されるスリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係を表す回帰係数ｆ₁及びｆ₂を算出する。ｆ₁は、駆動力Ｆに対するスリップ比Ｓの傾きであり、ｆ₂は、駆動力Ｆに対するスリップ比Ｓの切片である。
Ｓ＝ｆ₁Ｆ＋ｆ₂

回帰係数ｆ₁及びｆ₂は、例えば、最小二乗法等の方法で算出することができる。このとき、回帰係数ｆ₁及びｆ₂は、スリップ比Ｓ及び駆動力Ｆの多数のデータセットに基づいて、逐次的に算出されてもよいし、バッチ処理により算出されてもよい。本実施形態では、好ましい例として、逐次最小二乗法が用いられる。ステップＳ１０では、多数のデータセットに含まれる駆動力Ｆが十分にばらついているため、このような多数のデータセットに基づき、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係を表す回帰係数ｆ₁及びｆ₂を正しく算出することができる。

一方、ステップＳ１１及びそれに続くステップＳ１２～Ｓ１４は、直近の所定の期間において駆動力Ｆのばらつきが一定値以上でないと判断される場合、言い換えると、駆動力Ｆが余り変化していない場合に実行される。このような場合には、直近の期間の多数のデータセットから回帰係数ｆ₁及びｆ₂を算出したとしても、それらの回帰係数ｆ₁及びｆ₂は、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係を表す妥当な値とはならない可能性がある。しかし、このような場合であっても、切片ｆ₂が既出である場合には、妥当な線形関係を表す回帰係数ｆ₁を算出することが可能である。

具体的に説明すると、図５に示すように、スリップ比Ｓと駆動力Ｆとの線形関係は、路面の状態によって変化するものの、変化するのは傾きｆ₁のみである。つまり、切片ｆ₂、すなわち、駆動力Ｆ＝０のときのスリップ比Ｓは、路面の状態にかかわらず概ね一定となる。よって、十分にばらつきのある駆動力Ｆについての多数のデータセットが得られない場合でも、このような切片ｆ₂が既出であれば、路面の状態の判定時における少なくとも１つのデータセット（Ｆ，Ｓ）に基づき、妥当な傾きｆ₁を算出することができる。そのため、ステップＳ１１では、傾き算出部２８は、切片ｆ₂が既出であるか否かを判断し、切片ｆ₂が既出である場合には、ステップＳ１２に進む。一方、切片ｆ₂が既出でない場合には、現在時刻における路面の状態の判定（ステップＳ１５）を省略し、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ１２では、傾き算出部２８は、路面の状態の判定時である現在の駆動力Ｆの絶対値が一定値以上であるか否かを判断し、一定値以上と判断される場合には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、傾き算出部２８は、路面の状態の判定時である現在のスリップ比Ｓ及び駆動力Ｆのデータセットと、既出の切片ｆ₂とに基づいて、傾きｆ₁を算出し、ステップＳ１４に進む。傾きｆ₁は、下式に従って、算出される。なお、ここで算出される傾きｆ₁は、ステップＳ１０又は後述する次のステップＳ１４で算出される傾きｆ₁と区別し、ｆ₁’と表す。
ｆ₁’＝（Ｓ－ｆ₂）／Ｆ

ところで、路面の状態の判定時である現在の駆動力Ｆの絶対値が一定値以上でない場合には、現在のデータセット（Ｆ，Ｓ）と、切片ｆ₂により表される点（０,ｆ₂）との距離とが近いため、妥当な傾きｆ₁’を算出できない虞がある。よって、本実施形態では、ステップＳ１２において、駆動力Ｆの絶対値が一定値以上でないと判断される場合には、現在時刻における路面の状態の判定（ステップＳ１５）が省略され、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ１４では、傾き算出部２８は、下式に従って、傾きｆ₁’と、直近の傾きｆ₁とを重みを付けて合成することにより、路面の状態の判定に用いられる傾きｆ₁を算出する。ここで、ｒは、過去に算出された傾きｆ₁と現在の傾きｆ₁’とを合成するための重み係数である。
ｆ₁＝（１－ｒ）ｆ₁＋ｒｆ₁’

次のステップＳ１５では、判定部２９は、ステップＳ１０又はステップＳ１４で算出された傾きｆ₁に基づいて、路面の状態を判定する。判定部２９は、傾きｆ₁を所定の閾値と比較し、閾値以上であれば、ハイドロプレーニング等が起こり易くなっており、路面が滑り易い状態であると判断する。このとき、例えば、判定部２９は、ドライバーに向けて、路面が滑り易い状態である旨の警報を表示器３上に表示させる。また、判定部２９は、傾きｆ₁に応じて滑り易さを示す指標を算出し、これを制御ユニット２上で実行されている各種制御のプロセスに受け渡す。ここでいう制御の例としては、車両の走行時のブレーキ制御や車間距離の制御等が挙げられる。

ステップＳ１５が終了すると、ステップＳ１に戻る。以上の方法によれば、各種制御を実行する上で妥当なスリップ比Ｓを算出することができ、ひいては、妥当な回帰係数（傾きｆ₁）を算出することができ、車両１の走行中に路面の状態を安定的に判定することができる。

＜２．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。

＜２－１＞
上記実施形態に係るスリップ比Ｓ及びこれに基づく路面の状態を判定する機能は、後輪駆動車にも適用することができるし、四輪駆動車にも適用することもできる。さらに、同機能は、四輪車両に限られず、三輪車両または六輪車両などにも適宜、適用することができる。

＜２－２＞
上記実施形態では、ステップＳ５において、第１スリップ比、第２スリップ比及び第３スリップ比の３つのスリップ比Ｓのいずれかが選択されたが、第１スリップ比及び第２スリップ比の２つのスリップ比Ｓのいずれかが選択されるようにしてもよい。より具体的には、上記のとおり、直進時は第１スリップ比及び第２スリップ比のいずれによっても、傾きｆ₁に大きな差異は見られない。よって、直進時のスリップ比として、第３スリップ比ではなく、第１スリップ比又は第２スリップ比のいずれかを選択するようにしてもよい。

＜２－３＞
車両１の横方向加速度γの取得方法は、上記実施形態で説明されたものに限定されない。例えば、ヨーレートセンサ８からのヨーレートω及び回転速度Ｖ１～Ｖ４の情報からも、横方向加速度γを取得することができる。

＜２－４＞
上記実施形態では、関係情報は、車両の走行の度に特定されたが、関係情報を予め導出しておき、スリップ比Ｓの補正時にこれを参照するようにしてもよい。

＜２－５＞
スリップ比Ｓの算出方法は、上記実施形態で説明されたものに限定されない。例えば、スリップ比Ｓ＝（駆動輪の速度－車体速度）／車体速度と定義したときに、車体速度を加速度センサ７により取得される加速度αを積分した値として、スリップ比Ｓを算出してもよい。

＜２－６＞
駆動力Ｆの取得方法は、上記実施形態で説明されたものに限られない。例えば、駆動力Ｆは、車両１に取り付けられているホイールトルクセンサの出力値から導出することもできるし、車両１のエンジンの制御装置から取得されるエンジントルク及びエンジンの回転数から導出することもできるし、タイヤの回転速度Ｖ１～Ｖ４から導出することもできる。

＜２－７＞
車体速度の取得方法は、上記実施形態で説明されたものに限られない。例えば、駆動輪の回転速度でなく、車両１に通信接続されているＧＰＳ等の衛星測位システムから取得してもよい。

＜２－８＞
上記実施形態では、旋回半径Ｒに基づき補正されたスリップ比Ｓは、路面の状態の判定に用いられたが、これに限らず、スリップ比Ｓに基づく様々な制御に用いることができる。

＜３．評価＞
＜３－１．評価１＞
実際に車両を走行させて計測データを収集し、車体速度を取得するとともに、シミュレーション例１として、第１実施形態と同様の方法で傾きｆ₁を算出した。また、参考シミュレーション例１として、シミュレーション例１の方法から、駆動力Ｆのばらつきが一定値以上でない場合には傾きｆ₁の算出を省略した方法により、シミュレーション例１と同様の計測データから、傾きｆ₁を算出した。このときの結果を、図８に示す。図８の横軸は、時間である。図８によれば、下り坂において車体速度が概ね一定となり、駆動力が概ねゼロになっている期間において、参考シミュレーション例１による方法では算出できなかった傾きｆ₁を、シミュレーション例１の方法によれば算出できている。なお、シミュレーション例１による傾きｆ₁の有効データ数は、１０５２４個であったが、参考シミュレーション例１による傾きｆ₁の有効データ数は、６３３１個であった。よって、シミュレーション例１によれば、下り坂等においても、安定して路面の状態を判定可能であることが確認された。

＜３－２．評価２＞
実際に車両を走行させて計測データを収集し、シミュレーション例２として、第１実施形態と同様の方法で旋回半径Ｒに基づく補正を行い、多数のスリップ比Ｓのデータを取得した。また、参考シミュレーション例２として、シミュレーション例２の方法から旋回半径Ｒに基づく補正を省略した方法で、シミュレーション例２と同様の計測データから、多数のスリップ比Ｓのデータを取得した。そして、それぞれの場合について、横方向加速度γの所定の範囲ごとに、駆動力Ｆ及びスリップ比Ｓの値をプロットした。図９に、その結果を示す。図９の各グラフは、横軸が駆動力、縦軸がスリップ比を表す。図９からは、旋回半径Ｒに基づく補正をしない場合には、図中に丸印で囲む箇所のように、駆動力Ｆとスリップ比Ｓとの線形性が崩れている箇所が散見される。これに対し、旋回半径Ｒに基づく補正を行った場合には、このような線形性の崩れが抑制されている。よって、旋回半径Ｒに基づくスリップ比Ｓの補正により、路面の状態の判定等に用いるためのより妥当なスリップ比Ｓを算出できることが確認された。

＜３－３．評価３＞
路面の状態が概ね安定した道路上で実際に車両を走行させて計測データを収集し、横方向加速度γを取得するとともに、シミュレーション例３として、第１実施形態と同様の方法で多数の傾きｆ₁を算出した。また、参考シミュレーション例３として、常に第３スリップ比に基づき傾きｆ₁を算出する方法で、シミュレーション例３と同様の計測データから、多数の傾きｆ₁を算出した。このときの結果を、図１０Ａ及び図１０Ｂ示す。図１０Ａは、主として左旋回の走行を行ったときの計測データに基づくグラフであり、図１０Ｂは、主として右旋回の走行を行ったときの計測データに基づくグラフである。図１０Ａ及び図１０Ｂの各グラフの横軸は、時間である。また、図１０Ａ及び図１０Ｂの各グラフに示される直進時の傾きｆ₁は、直線を含むコースを走行したときの計測データに基づく第３スリップ比から算出された値である。図１０Ａ及び図１０Ｂによれば、横方向加速度γが大きく加わるとき、シミュレーション例３でも参考シミュレーション例３でも、傾きｆ₁が変動するが、シミュレーション例３では、参考シミュレーション例３よりも傾きｆ₁の変動が抑制されている。よって、横方向加速度γに応じてスリップ比を選択することにより、路面の状態の判定等に用いるためのより妥当な傾きｆ₁を算出できることが確認された。

１車両
２制御ユニット（判定装置）
３表示器
４横方向加速度センサ
６車輪速センサ
７加速度センサ
８ヨーレートセンサ
９プログラム
２１回転速度取得部
２２駆動力取得部
２３横方向加速度取得部
２４旋回半径取得部
２５スリップ比算出部
２６関係特定部
２７補正部
２８傾き算出部
２９判定部
ＦＬ左前輪
ＦＲ右前輪
ＲＬ左後輪
ＲＲ右後輪
Ｖ１～Ｖ４タイヤの回転速度

Claims

車両が走行する路面の状態を判定する判定装置であって、
前記車両に装着されたタイヤの回転速度を順次取得する回転速度取得部と、
前記車両に加わる横方向加速度を順次取得する横方向加速度取得部と、
順次取得される前記横方向加速度に応じて、順次取得される前記タイヤの前記回転速度うち、左のタイヤの回転速度に基づき算出される前記タイヤのスリップ比である第１スリップ比と、右のタイヤの回転速度に基づき算出される前記タイヤのスリップ比である第２スリップ比とを含む群からいずれか１つを順次選択して取得するスリップ比算出部と、
前記車両の駆動力を順次取得する駆動力取得部と、
前記順次選択して取得されたスリップ比と前記駆動力との線形関係を表す回帰係数として、前記順次選択して取得されたスリップ比及び前記駆動力の複数のデータセットに基づいて、前記駆動力に対する前記スリップ比の傾きを算出する傾き算出部と、
前記傾きに基づいて、前記路面の状態を判定する判定部と
を備える、
判定装置。
前記スリップ比算出部は、前記横方向加速度に応じて、前記車両の右旋回時には前記第１スリップ比を、前記車両の左旋回時には前記第２スリップ比を選択する、
請求項１に記載の判定装置。
前記スリップ比算出部は、順次取得される前記横方向加速度に応じて、前記第１スリップ比と、前記第２スリップ比と、順次取得される前記タイヤの前記回転速度うち、左右のタイヤの回転速度の平均に基づき算出される前記タイヤのスリップ比である第３スリップ比とを含む前記群からいずれか１つを順次選択して取得する、
請求項１又は２に記載の判定装置。
前記スリップ比算出部は、前記横方向加速度に応じて、前記車両の右旋回時には前記第１スリップ比を、前記車両の左旋回時には前記第２スリップ比を、前記車両の直進時には前記第３スリップ比を選択する、
請求項３に記載の判定装置。
前記傾き算出部は、前記スリップ比及び前記駆動力の複数のデータセットに基づいて、逐次的又はバッチ処理により、前記傾きを算出する、
請求項１から４のいずれかに記載の判定装置。
コンピュータにより実行される車両が走行する路面の状態を判定する判定方法であって、
前記車両に装着されたタイヤの回転速度を順次取得することと、
前記車両に加わる横方向加速度を順次取得することと、
順次取得される前記横方向加速度に応じて、順次取得される前記タイヤの前記回転速度うち、左のタイヤの回転速度に基づき算出される前記タイヤのスリップ比である第１スリップ比と、右のタイヤの回転速度に基づき算出される前記タイヤのスリップ比である第２スリップ比とを含む群からいずれか１つを順次選択して取得することと、
前記車両の駆動力を順次取得することと、
前記順次選択して取得されたスリップ比と前記駆動力との線形関係を表す回帰係数として、前記順次選択して取得されたスリップ比及び前記駆動力の複数のデータセットに基づいて、前記駆動力に対する前記スリップ比の傾きを算出することと、
前記傾きに基づいて、前記路面の状態を判定することと
を含む、判定方法。
車両が走行する路面の状態を判定する判定プログラムであって、
前記車両に装着されたタイヤの回転速度を順次取得することと、
前記車両に加わる横方向加速度を順次取得することと、
順次取得される前記横方向加速度に応じて、順次取得される前記タイヤの前記回転速度うち、左のタイヤの回転速度に基づき算出される前記タイヤのスリップ比である第１スリップ比と、右のタイヤの回転速度に基づき算出される前記タイヤのスリップ比である第２スリップ比とを含む群からいずれか１つを順次選択して取得することと、
前記車両の駆動力を順次取得することと、
前記順次選択して取得されたスリップ比と前記駆動力との線形関係を表す回帰係数として、前記順次選択して取得されたスリップ比及び前記駆動力の複数のデータセットに基づいて、前記駆動力に対する前記スリップ比の傾きを算出することと、
前記傾きに基づいて、前記路面の状態を判定することと
をコンピュータに実行させる、判定プログラム。