JPH0749223A - 路面状態検出装置とそれを備えた速度制御システム及び車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 投光部と受光部を一体化して小型化すること
が可能で、かつ、砂・砂利路の検出が可能な路面状態検
出装置とそれを備えた速度制御システム及び車両を提供
する。 【構成】 投光部である発光素子２と受光部である受光
素子アレイ５を互いに路面１に対し正反射光が入射する
角度に配しており、路面１からの反射光を受光した受光
素子アレイ５の出力は、レベル弁別回路６においてレベ
ル弁別され、この弁別結果から、判別回路８において路
面１の状態が判別される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非接触にて路面の状態
を検出する路面状態検出装置とそれを備えた速度制御シ
ステム及び車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】アンチロックブレーキシステム（ＡＢ
Ｓ）は、制動力が最大となるスリップ率でブレーキを制
御し、車両制動距離を短くするシステムである。制動力
が最大となるスリップ率は路面状態によって異なるの
で、路面状態に応じた最適なＡＢＳ制御を行うために
は、路面状態を検出する必要がある。特に、砂・砂利路
では、乾燥アスファルト等と比べて明らかにスリップし
やすく、最適となるスリップ率も異なることが知られて
いる。

【０００３】従来から、路面状態を検出するセンサとし
て、路面反射の偏光特性を利用したものがある。路面状
態は光学的に見ると、乾燥時は拡散反射が強くなり、湿
潤時は鏡面反射が強くなる傾向にあり、上記のセンサ
は、路面状態を検出するための発光素子と受光素子を入
射角及び反射角が、いわゆるブリュースタ角となるよう
に設置し、そのとき得られる反射の偏光特性の違いを利
用して路面状態の判別をしようとするものである（光技
術コンタクトvol.27,no.3,p158,1989 参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
路面状態検出センサにおいては、ブリュースタ角が比
較的大きい（５３度）ので、投光部と受光部を分離させ
た２ユニット構成としなければならず、装置が大型化
し、コスト高となる、投光部と受光部を所定の間隔、
角度で配置する必要があるので取付けが難しい、砂・
砂利路と通常の乾燥路面との区別がつかない、といった
問題がある。

【０００５】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたもので、路面に対して小さな入射角度で光を
投光し、路面からの正反射光を受光し、その反射光量分
布を測定することにより、投光部と受光部を一体化して
小型化することが可能で、しかも砂・砂利路の検出が可
能な路面状態検出装置とそれを備えた速度制御システム
及び車両を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、車両に取付けられ、路面の状態を
光学的に非接触で検出する路面状態検出装置において、
路面を照明する光源と、路面からの正反射光を受光する
位置に配された受光レンズと、路面からの正反射光が上
記受光レンズによって結像する位置に配された受光素子
アレイと、上記受光素子アレイの各出力をレベル弁別す
る弁別回路と、上記弁別回路により弁別された各レベル
の度数から路面の状態を判別する判別回路とを備えたも
のである。請求項２の発明は、光源としてパルス発光光
源を用いた請求項１記載の路面状態検出装置である。請
求項３の発明は、受光素子アレイとしてＣＣＤを用いた
請求項１又は２記載の路面状態検出装置である。請求項
４の発明は、受光素子アレイの各素子が車両の進行方向
に対して垂直な方向に並ぶように配設された請求項１乃
至３のいずれかに記載の路面状態検出装置である。

【０００７】請求項５の発明は、光源をＡＰＣ回路によ
り駆動するようにした請求項１乃至４のいずれかに記載
の路面状態検出装置である。請求項６の発明は、受光レ
ンズの焦点位置に小孔を有する遮光部材を配した請求項
１乃至５のいずれかに記載の路面状態検出装置である。
請求項７の発明は、路面に対する相対的移動速度を測定
する光学式速度測定装置と共に使用され、光源として上
記光学式速度測定装置の光源を利用した請求項１乃至６
のいずれかに記載の路面状態検出装置である。請求項８
の発明は、路面に対する相対的移動速度を測定する空間
フィルタ方式速度測定装置と一体で構成された請求項１
乃至６のいずれかに記載の路面状態検出装置である。

【０００８】請求項９の発明は、受光素子アレイが空間
フィルタと同一面内に配置された請求項８記載の路面状
態検出装置である。請求項１０の発明は、砂や砂利路又
は雪、凍結路面を検出した時、スリップの可能性が高い
ことを運転者に告知する警報装置を備えた請求項１乃至
９のいずれかに記載の路面状態検出装置である。請求項
１１の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の路
面状態検出装置と、路面に対する相対的移動速度を測定
する空間フィルタ方式速度測定装置と、車輪速度センサ
とを備え、これらの出力によってブレーキ又はアクセル
を制御することで速度を制御するようにした速度制御シ
ステムである。請求項１２の発明は、請求項１１記載の
速度制御システムを搭載した車両である。

【０００９】

【作用】請求項１乃至１０記載の路面状態検出装置によ
れば、光源から路面に対して光が照射され、路面で反射
されて、その反射光は受光レンズを介して受光素子アレ
イにより受光される。受光素子アレイの各出力は、弁別
回路においてレベル弁別され、この弁別された各レベル
の度数から路面の状態が判別される。請求項１１記載の
速度制御システムによれば、路面状態の検出出力と空間
フィルタによる相対移動速度の測定出力と車輪速度の出
力によって、ブレーキ又はアクセルを制御することで、
効率の良い制動又は加速が可能となる。請求項１２記載
の車両によれば、効率の良い制動・加速制御を行うこと
ができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例について
図面を参照して説明する。図１は路面状態検出装置の構
成を示す。この検出装置は、路面１を照明するパルス発
光光源である発光素子２と、発光素子２からの光を集光
する投光レンズ３と、路面１からの正反射光を受光する
位置に配された受光レンズ４と、受光レンズ４によって
集光された光を受光するＣＣＤ（電荷結合素子）などで
なる受光素子アレイ５とで構成される。受光素子アレイ
５には、路面１の受光エリア１ａの部分からの光が受光
される。受光素子アレイ５の各素子は車両の進行方向に
対して垂直な方向に並ぶように配設され、広範囲の路面
１の状態を検出することで、一部の路面状態のみで判断
することによる誤判断の確率を低くしている。図２は路
面状態検出装置の前面図である。発光素子２の路面１に
対する投光角度θと、受光素子アレイ５の路面１に対す
る受光角度θとを等しくし、路面１からの正反射光を受
光することができるようにしている。

【００１１】次に、受光素子アレイ５が受光した反射光
を処理して、路面１の状態を検出する原理について説明
する。本実施例による路面状態検出装置では、受光素子
アレイ５の受光量が全素子に亘って大きい場合には雪・
凍結路面であると判断し、正反射光を受光する素子が多
い場合には湿潤路面であると判断し、影の部分を受光す
る素子が多い場合には砂・砂利、それ以外には乾燥路面
であると判断する。なお、アスファルト路面上に砂・砂
利が浮いている場合にも、影が多く発生することから砂
・砂利路面として検出することができる。

【００１２】以下、路面状態の検出について図３乃至図
５を参照して詳細に説明する。図３は４種類の路面１に
対する受光素子アレイ５の受光量分布、図４は４種類の
路面状態を判別する処理系、図５はその判別フローを示
す。図３（ｂ）に示されるように、湿潤アスファルト路
は正反射光が多く、図３（ｃ）に示されるように、砂利
・砂路は影が多く、図３（ｄ）に示されるように、雪、
凍結路は全体に反射率が高いといった特徴がある。正反
射光：高反射率拡散反射光：影の受光量比は、路面１と
受光レンズ４の間の距離を３００ｍｍ、受光レンズ４の
径を１０ｍｍとした場合、５００：１〜０．５程度：
０．０５以下となっているので、路面状態の弁別は容易
である。

【００１３】図４の路面状態判別の処理系において、レ
ベル弁別回路６は、受光素子アレイ５の各受光素子の受
光量を、拡散反射光受光量上限レベルＡ、雪・凍結受光
量下限レベルＢ、影受光量上限レベルＣの３レベルによ
って弁別する。カウンタ７はレベルＡ以上の度数を計数
し、カウンタ１７はレベルＢ以上の度数を計数し、カウ
ンタ２７はレベルＣ未満の度数を計数する。判別回路８
は、これらＡ以上の度数Ｎ１、Ｂ以上の度数Ｎ２、Ｃ未
満の度数Ｎ３から路面１の状態を判別する。判別回路８
における判別は、後述の図５に示す判別フローによって
行われ、その判別結果はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に出力される。また、投
光回路の発光素子２をＡＰＣ回路９により駆動すること
により、光源の光量を一定に保ち、絶対レベルによる受
光量弁別を可能としている。なお、タイミング回路１０
はレベル弁別回路６とＡＰＣ回路９の同期をとるための
ものである。

【００１４】上記判別回路８は、図５の判別フローによ
り、路面種類を雪・凍結路、湿潤アスファルト路、乾燥
アスファルト路、砂・砂利路の４種類に判別する。この
とき、判別の基準となる度数αは湿潤路面において正反
射を受光する受光素子数、度数βは雪・凍結路面におい
て受光量がレベルＢ以上である受光素子数、度数γは砂
・砂利路において影を受光する受光素子数を示す。判別
フローでは、最初に、Ｎ２がβ以上であれば、雪・凍結
路面と判断する。Ｎ２がβ未満であれば、Ｎ１がα以上
であると湿潤路面、Ｎ１がα未満であり、かつ、Ｎ３が
γ以上の場合は砂・砂利（アスファルト路面上に砂・砂
利が浮いている場合も含む）と判断し、それ以外の場合
は乾燥路面と判断する。

【００１５】以下、上記実施例の変形例について説明す
る。図６は、受光レンズ４の焦点距離ｆの位置に小孔を
有する遮光部材１１を配した構成を示す。テレセントリ
ック光学系を導入することにより、装置と路面１との距
離が変化しても、受光素子アレイ５における受光像がぼ
けずに、安定して路面１の状態を検出することができ
る。

【００１６】図７は、路面状態検出のために路面１を照
明する光源として、空間フィルタ方式速度測定装置２１
の光源２２を利用した場合を示す。空間フィルタ方式速
度測定装置２１の光源２２から路面１に光が照射され、
路面１で反射されて、その反射光は受光レンズ４を介し
て受光素子アレイ５によって受光される。この受光素子
アレイ５の受光データに基づいて、上述と同様にして、
路面１の状態が検出される。なお、利用される光源は、
空間フィルタ方式速度測定装置２１のものに限られず、
光学式速度測定装置のものであってもよい。

【００１７】図８は、路面状態検出装置が空間フィルタ
方式速度測定装置と一体で構成された例を示す。この例
では、路面状態を検出するための受光素子アレイ５を空
間フィルタのスリットアレイ３８と同一面内に配置する
ことで、路面状態検出装置は空間フィルタ方式速度測定
装置の投光系及び受光系を共有した例である。

【００１８】なお、空間フィルタ方式速度測定装置は、
路面３１に対向して配置され、路面３１を照明する光源
３２と、路面３１からの反射光を処理して２方向へ分離
集光する空間フィルタ光学系３３とで構成されている。
この光学系３３は、路面３１からの反射光を受光する受
光レンズ３４と、開口絞り３５と、光源３２の波長と等
しい波長の光だけを選択的に透過させる波長選択フィル
タである光学フィルタ３６と、開口絞り３５及び光学フ
ィルタ３６を通過した光をコリメートするコリメートレ
ンズ３７と、路面３１からの反射光に開口制限を与える
スリットアレイ３８と、路面３１からの反射光を一定ピ
ッチで交互に２方向へ分離するプリズムアレイ３９と、
集光レンズ４０と、この分離された光をそれぞれ別個に
受光する２個の光検出器４１とでなる。また、２個の光
検出器４１の側面には、集光効率を向上させるために鏡
４２が配置されている。開口絞り３５は、路面３１の相
対的な移動方向に対して幅の狭いスリットとしている。

【００１９】図９は、路面状態検出装置５１によって砂
や砂利路、あるいは、雪・凍結路が検出されたとき、ス
リップの可能性が高いことを運転者に告知する警報装置
５２を自動車５３に搭載した例を示す。路面状態検出装
置５１の出力はＡＢＳ（アンチロックブレーキシステ
ム）用ＥＣＵ５４に入力され、ＥＣＵ５４にてスリップ
の可能性が高いと判断されたとき、ＥＣＵ５４は警報装
置５２に警報信号を出力して、その旨を運転者に告知す
る。この警報には、音声や画面あるいは表示灯等を用い
ればよい。

【００２０】図１０は、路面状態検出装置６１と空間フ
ィルタ方式速度測定装置６２を備えたＡＢＳの構成を示
す。路面状態検出装置６１の路面判別出力と、空間フィ
ルタ方式速度測定装置６２の速度出力と、車輪回転速度
センサ６３の出力とは、ＥＣＵ６４に入力される。車輪
回転速度センサ６３は、タイヤに取り付けられた磁性体
のロータ（歯形）６５と、ロータ６５の歯数に応じてパ
ルスを出力する電磁ピックアップ方式センサ６６とから
構成されている。ＥＣＵ６４は、路面状態検出装置６１
の路面判別出力と、空間フィルタ方式速度測定装置６２
の速度出力と、車輪回転速度センサ６３の出力とに基づ
いて、所定の演算を行い、最適なブレーキ制御信号を出
力する。

【００２１】図１１は上記のＡＢＳを備えた自動車５３
の例を示す。路面状態検出装置６１と空間フィルタ方式
速度測定装置６２と車輪回転速度センサ６３の各出力信
号を用いて、ブレーキがロックしないように制御できる
ＡＢＳや、アクセルを制御できるトラクションコントロ
ールシステム（ＴＣＬ）等の速度制御システムが構築で
きると共に、効率の良い制動・加速能力が得られる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように請求項１乃至３の発明によ
れば、路面からの反射光を受光した受光素子アレイの各
出力をレベル弁別し、弁別された各レベルの度数から路
面の状態を判別するので、砂利・砂路は影の部分が多い
ことを利用することができ、砂・砂利路、又は、アスフ
ァルト路面上に砂・砂利路が浮いた状態であっても検出
可能となる。また、路面への投光角度と路面からの受光
角度とが小さくて済むので、投光部と受光部を一体化す
ることができ、装置がコンパクトになり、低コストで取
付けが容易になる。請求項４の発明によれば、受光素子
アレイの各素子が車両の進行方向に対して垂直な方向に
並ぶように配設されているので、広範囲の路面の状態を
検出することができ、それを基に正確な判断ができる。
請求項５の発明によれば、光源の光量が一定に保たれる
ので、温度変化や経時変化の影響を受けず、安定して反
射光量を検出することができ、正確な路面状態の検出が
可能となる。請求項６の発明によれば、受光レンズの焦
点位置に小孔を有する遮光部材が配されているので、路
面との距離が変化しても受光像がぼけずに、安定して路
面状態を検出することができる。

【００２３】請求項７の発明によれば、光学式速度測定
装置と光源を共用するので、製造コストを抑えることが
できる。請求項８，９の発明によれば、空間フィルタ方
式速度測定装置と投光系、受光系を共用するので、本検
出装置を該速度測定装置に簡単に取付けることができ
る。請求項１０の発明によれば、スリップしやすい路面
を検出した場合、運転者にスリップ警告信号を発するこ
とで減速を促し、安全運転に寄与できる。請求項１１の
発明によれば、最適なＡＢＳ制御、ＴＣＬ制御が行え
る。請求項１２の発明によれば、制動距離が短縮され、
加速性が良くなるので、自動車の安全性が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による路面状態検出装置の斜
視図である。

【図２】上記路面状態検出装置の前面図である。

【図３】受光素子アレイの受光量分布を示す図であり、
（ａ）は乾燥アスファルト路、（ｂ）は湿潤アスファル
ト路、（ｃ）は砂・砂利路、（ｄ）は雪、凍結路の場合
を示す。

【図４】路面状態を判別する処理系のブロック図であ
る。

【図５】上記処理系の判別回路における路面状態の判別
フローを示す図である。

【図６】変形例における受光レンズの焦点位置に小孔を
有する遮光部材を配した路面状態検出装置の前面図であ
る。

【図７】他の変形例における路面状態検出装置の光源を
空間フィルタ方式速度測定装置の光源と共用した側面図
である。

【図８】別の変形例における受光素子アレイと空間フィ
ルタ方式速度測定装置の斜視図である。

【図９】スリップ警報装置を備えた自動車の概略側面図
である。

【図１０】路面状態検出装置を備えたＡＢＳのブロック
構成図である。

【図１１】路面状態検出装置とＡＢＳを備えた自動車の
概略側面図である。

【符号の説明】

２ 発光素子 ３ 投光レンズ ４ 受光レンズ ５ 受光素子アレイ ６ レベル弁別回路 ８ 判別回路 ９ ＡＰＣ回路 １１ 遮光部材 ２１，６２ 空間フィルタ方式速度測定装置 ２２，３２ 光源 ５１，６１ 路面状態検出装置 ５３ 自動車 ６３ 車輪回転速度センサ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両に取付けられ、路面の状態を光学的
   に非接触で検出する路面状態検出装置において、 路面を照明する光源と、 路面からの正反射光を受光する位置に配された受光レン
   ズと、 路面からの正反射光が上記受光レンズによって結像する
   位置に配された受光素子アレイと、 上記受光素子アレイの各出力をレベル弁別する弁別回路
   と、 上記弁別回路により弁別された各レベルの度数から路面
   の状態を判別する判別回路とを備えたことを特徴とする
   路面状態検出装置。
2. 【請求項２】 光源としてパルス発光光源を用いたこと
   を特徴とする請求項１記載の路面状態検出装置。
3. 【請求項３】 受光素子アレイとしてＣＣＤを用いたこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の路面状態検出装
   置。
4. 【請求項４】 受光素子アレイの各素子が車両の進行方
   向に対して垂直な方向に並ぶように配設されたことを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の路面状態検
   出装置。
5. 【請求項５】 光源をＡＰＣ回路により駆動するように
   したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載
   の路面状態検出装置。
6. 【請求項６】 受光レンズの焦点位置に小孔を有する遮
   光部材を配したことを特徴とする請求項１乃至５のいず
   れかに記載の路面状態検出装置。
7. 【請求項７】 路面に対する相対的移動速度を測定する
   光学式速度測定装置と共に使用され、光源として上記光
   学式速度測定装置の光源を利用したことを特徴とする請
   求項１乃至６のいずれかに記載の路面状態検出装置。
8. 【請求項８】 路面に対する相対的移動速度を測定する
   空間フィルタ方式速度測定装置と一体で構成されたこと
   を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の路面状
   態検出装置。
9. 【請求項９】 受光素子アレイが空間フィルタと同一面
   内に配置されたことを特徴とする請求項８記載の路面状
   態検出装置。
10. 【請求項１０】 砂や砂利路又は雪、凍結路面を検出し
    た時、スリップの可能性が高いことを運転者に告知する
    警報装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至９のい
    ずれかに記載の路面状態検出装置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０のいずれかに記載の
    路面状態検出装置と、路面に対する相対的移動速度を測
    定する空間フィルタ方式速度測定装置と、車輪速度セン
    サとを備え、これらの出力によってブレーキ又はアクセ
    ルを制御することで速度を制御するようにしたことを特
    徴とする速度制御システム。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の速度制御システムを
    搭載したことを特徴とする車両。