JPH0680044A

JPH0680044A - 路面状態推定装置およびその方法

Info

Publication number: JPH0680044A
Application number: JP26072792A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kuretake; 俊昭呉竹; Katsuyuki Inage; 勝行稲毛
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1992-09-03
Filing date: 1992-09-03
Publication date: 1994-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ファジー推論によって路面状態を正確に推定
できる路面状態推定装置およびその方法を提供する。【構成】車輪に取り付けた車輪速センサを用いて車輪
速を検出し、次いで、車輪速の検出結果からその特徴量
を演算し、さらに特徴量の演算結果を入力パラメータと
して、所定のファジールールに従ってファジー推論を行
い、「良路」あるいは「悪路」という路面状態の推定値
を得る。したがって、単に路面のμを推定するのと異な
り、じゃり道や土・砂地の「悪路」と、そうでない「良
路」とを正確に判断し、この推定値を車両の走行制御
（例えば、ＡＢＳ装置）に適用した場合、より安全性を
高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、路面状態推定装置およ
びその方法に係わり、詳しくは車両走行中における路面
をファジー推論によって推定する装置およびその方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両に対してマイクロコンピュー
タを応用することによって各種の電子制御が行われてお
り、例えばＡＢＳ（アンチロック・ブレーキ・システ
ム）装置もその１つである。ＡＢＳ装置は、急制動時や
滑りやすい路面での制動時に車輪がロックするために起
こるスリップを防止し、制動時の方向安定性・操縦性の
確保や制動距離を短縮する機能を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＡＢＳ装置
をはじめとする従来の車両制御装置では走行中の路面を
正確に推定する手段がなく、特に車輪速度などの情報か
ら路面状態を推定するというような機能は全くなかっ
た。そのため、路面状態の変化に対して車両制御を十分
に行うことができないという問題点があった。例えば、
ＡＢＳ装置の場合、悪路での制動中に、ＡＢＳ機能を作
動させなかった場合は、作動させた場合に比べて、さら
に制動距離が短くなる傾向がある。したがって、悪路を
推定できれば、ＡＢＳ機能を停止するとよいが、従来は
悪路を正確に推定する装置がなかった。ここでいう「悪
路」とは、じゃり道や土・砂地の道路のことを意味す
る。

【０００４】そこで、悪路を推定する装置を開発するこ
とが考えられるが、悪路情報を得るとき、下記の事実か
ら単に路面のμを推定するだけでは上記問題点を解決で
きない。すなわち、悪路ではＡＢＳ機能を停止した方が
よいという上記状況は、路面のμが低くなった場合にも
みられるが、雨天時の舗装道路のような低いμの路面で
は、むしろＡＢＳ機能を作動させた方が安全性が高くな
る。したがって、単に路面のμを推定するだけでは上記
問題点を解決できない。

【０００５】そこで本発明は、ファジー推論によって路
面状態を正確に推定できる路面状態推定装置およびその
方法を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明による路面状態推定装置は、車
輪速度を検出する車輪速度検出手段と、車輪速度検出手
段の出力に基づいて車輪速度の特徴量を演算する特徴量
演算手段と、特徴量演算手段の出力を入力パラメータと
して、所定のファジールールに従ってファジー推論を行
い、車両走行の路面状態を推定するファジー推論手段
と、を備えたことを特徴とする。

【０００７】請求項２記載の発明による路面状態推定方
法は、車輪速度を検出し、次いで、車輪速度の検出結果
に基づいて車輪速度の特徴量を演算し、次いで、特徴量
の演算結果を入力パラメータとして、所定のファジール
ールに従ってファジー推論を行い、車両走行の路面状態
を推定するようにしたことを特徴とする。

【０００８】また、好ましい態様として、前記特徴量演
算手段は、車輪速度の差分値を算出し、次いで、該差分
値の時系列データに対し単位時間において、平均振幅の
算出、相対振幅変化の算出、ヒストグラム分散の算出、
振幅値指定区間に含まれるデータ数のカウントの処理の
うち、少なくとも１つ以上の処理を実行して車輪速度の
特徴量を演算することを特徴とする。

【０００９】前記ファジー推論手段によって推定された
路面状態の推定値は、車両の走行制御に応用されること
を特徴する。前記車両の走行制御への応用は、ＡＢＳ装
置であることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明では、車輪に取り付けた車輪速センサを
用いて車輪速度（以下、車輪速という）が検出され、次
いで、車輪速度の検出結果からその特徴量が演算され、
さらに特徴量の演算結果を入力パラメータとして、所定
のファジールールに従ってファジー推論が行われて「良
路」あるいは「悪路」という路面状態の推定値が得られ
る。したがって、単に路面のμを推定するのと異なり、
じゃり道や土・砂地の「悪路」と、そうでない「良路」
とを正確に判断でき、この推定値を車両の走行制御（例
えば、ＡＢＳ装置）に適用した場合、より安全性を高め
ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は本発明に係る路面状態推定装置およびその方法を適
用したＡＢＳ装置の一実施例を示す図である。図１は本
装置のハード構成を示す図である。図１において、１は
車輪速センサ、２は入力インターフェース、３はマイク
ロコンピュータ、４は出力インターフェース、５はＡＢ
Ｓ制御装置である。

【００１２】車輪速センサ（車輪速度検出手段）１は車
輪速を検出するもので、例えば図２（ａ）に車輪速セン
サ原理図を示すように、交流電圧を発生するコイル１２
と、マグネット１３と、車輪と一体回転するロータ１１
に近接して配置された磁性体１４と、ケーシング１５と
を有している。そして、ロータ１１が回転することによ
り、車輪速センサ１内のマグネット１３の磁束が変化
し、コイル１２に交流電圧が発生する。この交流電圧は
図２（ｂ）に示すような波形を有しており、その周波数
から車輪速を検出する。

【００１３】車輪速センサ１の出力は入力インターフェ
ース２を介してマイクロコンピュータ３に入力されてお
り、マイクロコンピュータ３はＣＰＵ２１、ＲＯＭ２
２、ＲＡＭ２３により構成される。マイクロコンピュー
タ３は特徴量演算手段およびファジー推論手段としての
機能を有し、車輪速センサ１の出力に基づいて車輪速度
の特徴量を演算するとともに、特徴量演算結果を入力パ
ラメータとして、所定のファジールールに従ってファジ
ー推論を行い、車両走行の路面状態を推定し、この推定
値を出力インターフェース４を介してＡＢＳ制御装置５
に出力する。ＡＢＳ制御装置５は路面状態の推定値に基
づいてＡＢＳ制御を行う。

【００１４】図３はマイクロコンピュータ３によって実
現される路面状態の推定演算およびＡＢＳ制御の機能を
ブロック図として示すものである。図２において、車輪
速センサ１の出力はマイクロコンピュータ３に入力さ
れ、マイクロコンピュータ３は単位時間に得られる車輪
速データの差分値を算出する車輪速差分算出回路３１
と、車輪速差分値の時系列データに対して単位時間にお
いて、平均振幅の算出、相対振幅変化の算出、ヒストグ
ラム分散の算出、振幅値指定区間に含まれるデータ数の
カウントの各処理を実行して車輪速の特徴量を計算する
特徴量計算回路３２と、特徴量演算結果を入力パラメー
タとして所定のファジールールに従ってファジー推論を
行うファジー推論回路３３と、ファジー推論結果に基づ
いて走行中の路面状態を推定する路面状態推定回路３４
と、路面状態推定回路３４の出力に基づいてＡＢＳ機能
を作動あるいは非作動とする制御値を出力するＡＢＳ機
能制御回路３５という各回路の機能を実現する。

【００１５】ＡＢＳ機能制御回路３５の出力はソレノイ
ドバルブ制御回路４１に出力され、ソレノイドバルブ制
御回路４１は各車輪毎に配置され、路面状態推定の結果
が「良路」の場合にはＡＢＳ機能を作動させ、「悪路」
の場合にはＡＢＳ機能を非作動とする。

【００１６】ここで、路面状態推定のファジールールに
ついて説明する。図４（ａ）は前件部のメンバーシップ
関数で、振幅値指定区間に含まれるデータ数のカウント
（以下、ファジールールの説明では、適宜カウントとい
う）を入力パラメータとするものである。図４（ｂ）は
前件部のメンバーシップ関数で、車輪速差分値の時系列
データに対する相対振幅変化を入力パラメータとするも
のである。図４（ｃ）は前件部のメンバーシップ関数
で、車輪速差分値の時系列データに対するヒストグラム
分散を入力パラメータとするものである。図４（ｄ）は
前件部のメンバーシップ関数で、車輪速差分値の時系列
データに対する平均振幅を入力パラメータとするもので
ある。なお、前件部のメンバーシップ関数は三角形状、
台形形状のみならず、他の任意の形状のメンバーシップ
関数を採用してもよいことは勿論である。

【００１７】図４（ｅ）は後件部におけるファジー出力
であり、「良路」、「悪路」をファジー推論による路面
状態の推定値としている。なお、ファジー出力は図に示
すような表現方法に限らず、例えば他の形状のメンバー
シップ関数で表現してもよい。

【００１８】各メンバーシップ関数におけるラベルは
「大」、「中」、「小」を採用している。ファジィルー
ルはいわゆるＩＦ、ＴＨＥＮ（もし、ならば）の形式で
表現される。各ファジィルールを説明すると、次のよう
になる。ファジィルール１：もし、「カウント」がなければ、
「良路」と推定する。これは、振幅がかなり大きくなけ
れば、「良路」と判断できるからである。

【００１９】ファジィルール２：もし、「カウント」
があり、かつ「相対振幅変化」が大きければ、「良路」
と推定する。これは、大きな振幅が含まれていても、一
時的になものと考えられるので、「良路」と判断できる
からである。

【００２０】ファジィルール３：もし、「カウント」
があり、かつ「相対振幅変化」が小さく、かつ「ヒスト
グラム分散」が大きければ、「良路」と推定する。これ
は、ヒストグラム分散が大きければ、全体的に振幅が小
さいと考えられるので、「良路」と判断できるからであ
る。

【００２１】ファジィルール４：もし、「カウント」
があり、かつ「相対振幅変化」が小さく、かつ「ヒスト
グラム分散」が中ぐらい、かつ「平均振幅」が小さけれ
ば、「良路」と推定する。これは、「平均振幅」が小さ
く、「相対振幅変化」が小さければ、全体的に振幅が小
さいと考えられるので、「良路」と判断できるからであ
る。

【００２２】ファジィルール５：もし、「カウント」
があり、かつ「相対振幅変化」が小さく、かつ「ヒスト
グラム分散」が小さく、かつ「平均振幅」が大きけれ
ば、「悪路」と推定する。これは、全ての要素から全体
的に大きな振幅が続いていると考えられるので、「悪
路」と判断できるからである。

【００２３】ファジィルール６：もし、「カウント」
があり、かつ「相対振幅変化」が小さく、かつ「ヒスト
グラム分散」が中ぐらい、かつ「平均振幅」が大きけれ
ば、「悪路」と推定する。これは、ファジールール５に
比べて、「ヒストグラム分散」の条件が異なるだけであ
るが、他の要素からファジールール５と同様に考えられ
るので、「悪路」と判断できるからである。

【００２４】ファジィルール７：もし、「カウント」
があり、かつ「相対振幅変化」が小さく、かつ「ヒスト
グラム分散」が小さく、かつ「平均振幅」が小さけれ
ば、「悪路」と推定する。これは、大きな振幅が含ま
れ、「ヒストグラム分散」が小さいことにより、全体的
に大きな振幅が続いていると考えられるので、「悪路」
と判断できるからである。

【００２５】なお、ファジー演算を行う部分はバイナリ
ィ・デジタル・コンピュータを用いて実現してもよい
し、あるいはファジー推論演算専用のアーキテクチャを
持つデジタル又はアナログ・タイプのファジー・プロセ
ッサによって実現することもできる。

【００２６】動作説明次に、ＡＢＳ制御の動作について説明する。図５は割り
込み処理によって行われる車輪速差分値算出のプログラ
ムを示すフローチャートである。所定の割り込み時間が
くると、ステップＳ１０で車輪速センサ１の出力から車
輪速を算出する。次いで、ステップＳ２０に進み、単位
時間に得られる車輪速データの差分値を算出し、割り込
みルーチンを終了する。ここで、車輪速データの差分値
は、単位時間に得られる車輪速データの差を取ったもの
で、次式に従って算出される。車輪速差分値＝（今回の車輪速）−（前回の車輪速）なお、今回、前回とは割り込みルーチンの処理タイミン
グである。車輪速差分値データを時系列的に表すと、図
７のように示される。

【００２７】図６は路面状態推定処理のプログラムを示
すフローチャートである。まず、ステップＳ３０で所定
の単位時間が経過したか否かを判別する。単位時間の経
過を判別するのは、上記車輪速差分値の時系列的データ
に対し、単位時間において以下の４つの特徴量を計算す
る必要があるからである。単位時間が経過していないと
きは、ステップＳ３０に待機し、単位時間が経過する
と、ステップＳ４０に進んで車輪速差分値の時系列的デ
ータに対し、単位時間において次の４つの特徴量を計算
する。

【００２８】（Ａ）平均振幅単位時間における振幅（絶対値）の平均値を算出するも
のである。具体的には、図８に示すように車輪速差分値
データが時系列的に変化しているとき、所定の単位時間
内で振幅ａ_i（_i＝１〜６）について図示の式（１）に従
って平均振幅を求める。

【００２９】（Ｂ）相対振幅変化単位時間における振幅変化の最大値を算出し、その結果
を（Ａ）で求めた平均振幅算出値で割る。これは、平均
振幅に対する振幅変化の最大値の割合に相当する。具体
的には、図８において、｜ａ₂−ａ₁｜、｜ａ₃−ａ₂｜、
｜ａ₄−ａ₃｜、｜ａ₅−ａ₄｜、｜ａ₆−ａ₅｜を求める
と、これらは絶対振幅変化となる。したがって、相対振
幅変化は次式で表される。相対振幅変化＝絶対振幅変化の最大値／平均振幅

【００３０】（Ｃ）ヒストグラム分散単位時間における振幅ヒストグラムの「分散」を算出す
る。これは、単位時間における振幅ヒストグラムの広が
り度合いに相当する。具体的には、図９に示すように車
輪速差分値データが時系列的に変化しているとき、所定
の単位時間内で振幅ヒストグラムの広がり度合い（度数
分布）をとる。すなわち、時系列データの振幅におい
て、ヒストグラム（度数分布）をとり、そのヒストグラ
ムの分散を計算する。一般的な分散の算出は、図示の式
（２）に従って行われる。

【００３１】（Ｄ）振幅値指定区間に含まれるデータ数のカウント単位時間において、振幅の大きさがある値以上のデータ
の数をカウントする。具体的には、図１０に示すように
車輪速差分値データが時系列的に変化しているとき、所
定の単位時間内である振幅値指定区間（図１０の斜線部
分）に含まれるデータの数をカウントする。

【００３２】Ｓ４０の特徴量計算処理が終わると、次い
でステップＳ５０に進んでファジー推論処理を行う。す
なわち、特徴量演算結果を入力パラメータとして図４に
示したメンバーシップ関数による評価、すなわち、平均
振幅、相対振幅変化、ヒストグラム分散、振幅値指定区
間に含まれるデータ数のカウントを入力パラメータとし
てメンバーシップ関数にどの程度適合するかの評価を行
い、前述した各ファジールールに従ってファジー論理演
算を実行する。

【００３３】ファジィ論理演算過程では、その前件部で
上記入力パラメータが与えられ、ファジィルールの対応
するメンバーシップ関数にどの程度適合するかが求めら
れ、適合度の小さいものが選択されて後件部に与えら
れ、後件部では選択された適合度より出力のメンバーシ
ップ関数に制限をかけて例えば、台形状のメンバーシッ
プ関数を得る。

【００３４】次いで、上記メンバーシップ関数をＭＡＸ
合成処理によって重ね合わせて合成出力を生成し、その
後、デファジファイヤによってこの合成出力の重心を確
定出力として路面状態推定値を得る。次いで、ステップ
Ｓ６０に進み、路面状態推定の判定値として「良路」あ
るいは「悪路」を出力する。このようにして、ファジー
推論を応用して路面状態推定の判定値が得られる。な
お、ステップＳ６０を経ると、ステップＳ２０にリター
ンし、上記各ステップを繰り返して実行する。

【００３５】次いで、ファジー推論結果である「良路」
あるいは「悪路」という路面状態の判定値は４つの車輪
毎に配置されたソレノイドバルブ制御回路４１に出力さ
れ、ソレノイドバルブ制御回路４１により路面状態推定
の結果が「良路」の場合にはＡＢＳ機能が作動し、「悪
路」の場合にはＡＢＳ機能が非作動となる。したがっ
て、単に路面のμを推定する場合と異なり、じゃり道や
土・砂地の「悪路」と、そうでない「良路」とを正確に
判断した路面状態推定値に基づいているから、ＡＢＳ装
置が極めて適切に作動し、従来に比べて車両走行の安全
性を高めることができる。例えば、「悪路」での制動中
にはＡＢＳ装置が作動せず、作動させた場合に比べてさ
らに制動距離を短くすることができる。

【００３６】一方、雨天時の舗装道路のような低いμの
路面では、「良路」と判断されるので、ＡＢＳ装置が作
動し、ＡＢＳ装置本来の機能を十分に発揮させて安全性
を高めることができる。

【００３７】なお、上記実施例は本発明を車両制御の中
のＡＢＳ装置に適用した例であるが、本発明の適用はＡ
ＢＳ装置に限るものではない。路面状態の正確な推定値
を制御に用いて有効な車両制御装置には全てに適用が可
能である。例えば、パワーステアリング装置、サスペン
ション制御装置、車高制御装置、トラクション制御装置
などの各装置、あるいは他の装置に幅広く適用して相応
の効果を得ることができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、車輪速を検出し、その
特徴量を入力パラメータとしてファジー推論を行って路
面状態を推定しているので、単に路面のμを推定するの
と異なり、じゃり道や土・砂地の「悪路」と、そうでな
い「良路」とを正確に判断することができる。したがっ
て、この推定値を車両制御装置に適用した場合、より適
切な制御を行うことができ、車両走行の安全性を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る路面状態推定装置を適用したＡＢ
Ｓ装置のハード構成を示すブロック図である。

【図２】同実施例の車輪速センサを説明する図である。

【図３】同実施例のＡＢＳ装置の機能的ブロック図であ
る。

【図２】同実施例のメンバーシップ関数を示す図であ
る。

【図５】同実施例の車輪速差分値算出のプログラムを示
すフローチャートである。

【図６】同実施例の路面状態推定処理のプログラムを示
すフローチャートである。

【図７】同実施例の車輪速差分値データを時系列的に示
す図である。

【図８】同実施例の車輪速の平均振幅の算出を説明する
図である。

【図９】同実施例の車輪速のヒストグラム分散の算出を
説明する図である。

【図１０】同実施例の車輪速の振幅値指定区間に含まれ
るデータ数のカウントの算出を説明する図である。

【符号の説明】

１車輪速センサ（車輪速度検出手段）２入力インターフェース３マイクロコンピュータ（特徴量演算手段、ファジー
推論手段）４出力インターフェース５ＡＢＳ制御装置１１ロータ１２コイル１３マグネット１４磁性体２１ＣＰＵ２２ＲＯＭ２３ＲＡＭ３１車輪速差分算出回路３２特徴量計算回路３３ファジー推論回路３４路面状態推定回路３５ＡＢＳ機能制御回路４１ソレノイドバルブ制御回路

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【手続補正書】

【提出日】平成５年３月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図２】同実施例の車輪速センサを説明する図である。

【図４】同実施例のメンバーシップ関数を示す図であ
る。

【符号の説明】１車輪速センサ（車輪速度検出手段）２入力インターフェース３マイクロコンピュータ（特徴量演算手段、ファジー
推論手段）４出力インターフェース５ＡＢＳ制御装置１１ロータ１２コイル１３マグネット１４磁性体２１ＣＰＵ２２ＲＯＭ２３ＲＡＭ３１車輪速差分算出回路３２特徴量計算回路３３ファジー推論回路３４路面状態推定回路３５ＡＢＳ機能制御回路４１ソレノイドバルブ制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車輪速度を検出する車輪速度検出手段
と、車輪速度検出手段の出力に基づいて車輪速度の特徴量を
演算する特徴量演算手段と、特徴量演算手段の出力を入力パラメータとして、所定の
ファジールールに従ってファジー推論を行い、車両走行
の路面状態を推定するファジー推論手段と、を備えたこ
とを特徴とする路面状態推定装置。
【請求項２】車輪速度を検出し、次いで、車輪速度の
検出結果に基づいて車輪速度の特徴量を演算し、次い
で、特徴量の演算結果を入力パラメータとして、所定の
ファジールールに従ってファジー推論を行い、車両走行
の路面状態を推定するようにしたことを特徴とする路面
状態推定方法。
【請求項３】前記特徴量演算手段は、車輪速度の差分
値を算出し、次いで、該差分値の時系列データに対し単
位時間において、平均振幅の算出、相対振幅変化の算
出、ヒストグラム分散の算出、振幅値指定区間に含まれ
るデータ数のカウントの処理のうち、少なくとも１つ以
上の処理を実行して車輪速度の特徴量を演算することを
特徴とする請求項１記載の路面状態推定装置。
【請求項４】前記ファジー推論手段によって推定され
た路面状態の推定値は、車両の走行制御に応用されるこ
とを特徴する請求項１記載の路面状態推定装置。
【請求項５】前記車両の走行制御への応用は、ＡＢＳ
装置であることを特徴とする請求項１記載の路面状態推
定装置。