JPH10103939A - 路面状態判別装置およびこの装置が搭載された車輌 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 路面状態の判別を安定化させる。 【解決手段】 空間フィルタを有する反射光測定センサ
２と制御装置３とから路面状態判別装置１を構成する。
制御装置３は、反射光測定センサ２より得られた正，拡
散の各反射光の波形データを所定の時間間隔毎にサンプ
リングして高速フーリエ変換を実行し、その結果から車
輌５の移動速度に相当する中心周波数成分と路面の状態
を反映する低周波数成分との各強度を抽出して路面状態
を判別する。またこの制御装置３は、前記正，拡散の各
反射光毎に、その反射光に含まれる中心周波数成分を所
定の測定時間内で計数して車輌の移動速度を測定してお
り、これら測定値のうち速い方の速度に基づき、つぎの
段階における反射光のサンプリング間隔を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車などの車輌の
走行路において、その路面の状態を判別するための装
置、およびこの装置が搭載された車輌に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の装置として、先般、出願
人により提案された車輌搭載型の路面状態判別装置が存
在する（国際公開特許公報 ＷＯ９５／０１５４９）。
この装置は、走行する車輌から路面に向けて光を照射す
るとともに、その反射光を空間フィルタを介して受光
し、この空間フィルタからの出力信号に空間周波数分析
を施して路面状態を判別するものである。

【０００３】前記空間フィルタは、図１９に示すごと
く、路面の所定位置に照射された光の反射光Ｐを複数個
のスリット孔５０に順次通過させた後、これら通過光を
集光処理するもので、その結果、図２０に示すような一
定周期Ｔ１の正弦波を含む信号が出力される。

【０００４】前記空間周波数分析処理は、具体的には、
図２１に示すように、前記空間フィルタからの出力信号
を所定の時間間隔Ｔ₀ 毎に取り込んで、車輌が所定距離
移動する間の出力波形を示すＮ個のサンプリングデータ
を取り出し、これらサンプリングデータに対するフーリ
エ変換を実行するものである。

【０００５】図２２は、前記サンプリングデータに高速
フーリエ変換（以下「ＦＦＴ」と略す）を施した結果を
示すもので、０〜１／２Ｔ₀ の周波数範囲内においてＮ
／２個の信号強度データが抽出される。この中で強度が
ピーク値をとるような周波数ｆ₀ （データ数ｎに相当す
る）が、車輌の移動速度に相当する中心周波数として抽
出される。

【０００６】また後記するように、この中心周波数ｆ₀
よりも低い周波数帯域に含まれる成分の強度は、走行路
の路面状態を反映しており、この低周波数成分の強度を
中間周波数成分の強度により規格化した値を所定のしき
い値と比較することにより、路面状態の判別処理が行わ
れる。

【０００７】したがって路面状態を高精度に判別するた
めには、空間フィルタからの出力信号を車輌の現在速度
に応じた時間間隔でサンプリングし、目的とする周波数
成分を的確に抽出する必要がある。ここで仮に、前記サ
ンプリング間隔Ｔ₀ を、中心周波数成分に当たる正弦波
の１周期Ｔ１の２分の１倍以上の時間間隔に設定する
と、図２３に示すごとく、エイリアシングが発生して本
来の中間周波数成分５１とは異なる周波数成分５２が抽
出されてしまう。

【０００８】これに対し、図２４に示すように、前記周
期Ｔ１の４分の１に相当する時間間隔でサンプリングを
行って、正弦波の基線への復帰点と、極大・極小値との
４点を抽出すれば、中心周波数成分を適切に抽出するこ
とができる。したがって、前記サンプリング間隔Ｔ₀ が
常に前記周期Ｔ１の４分の１程度になるように制御すれ
ば、前記ｎがＮ／４となり、前記空間周波数分布曲線に
おける中心周波数成分の抽出位置を、分布曲線の中央付
近に設定することができる。

【０００９】しかしながら、さらにサンプリング間隔Ｔ
₀ を前記周期Ｔ１の４分の１より短く設定すると、中心
周波数成分の抽出精度は良くなるが、同時に高周波成分
の抽出範囲が増大するため、前記図２２に示した周波数
の強度分布における中心周波数ｆ₀ の抽出位置が低周波
寄りになり、中心周波数成分と低周波数成分とを精度良
く分離できなくなるという問題が生じる。したがって中
心周波数成分と低周波成分とを精度良く検出して路面状
態を安定して判別するためには、前記サンプリング間隔
Ｔ₀ が周期Ｔ１の約４分の１の長さになるように制御す
る必要がある。そこで従来の路面状態判別装置では、前
記空間フィルタからの出力信号より得られた中心周波数
ｆ₀ を車輌の移動速度ｖに変換し、その変換結果を用い
てつぎのサンプリング間隔Ｔ₀ を設定するようにしてい
る。

【００１０】前記図２２の空間周波数分析結果より、中
心周波数ｆ₀ は、つぎの（１）式により算出される。さ
らにこの（１）式の結果を前記空間フィルタの１周期
（すなわち前記スリット孔の配列間隔）ｍを用いた
（２）式にあてはめることにより、車輌の移動速度ｖが
算出される。

【００１１】

【数１】

【００１２】

【数２】

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら空間フィ
ルタからの出力信号に基づきサンプリング間隔Ｔ₀ を決
定する場合、この出力信号から前記中心周波数が欠落し
てしまうと、誤った速度が検出されてしまい、以後の路
面判別処理にも誤動作が生じるという問題がある。たと
えば、空間フィルタに橋の継ぎ目などの金属部分からの
反射光が入射した場合、図２５に示すように、この入射
期間Ａにおける出力信号は飽和状態となり、中心周波数
成分の抽出は不可能となる。また溝など穴のあいている
部分に光が照射されると、この部分では反射対象が欠落
しているため、図２６に示すように、その欠落期間Ｂに
おいては空間フィルタからの出力信号がフラットの状態
になり、やはり中心周波数の抽出が不可能となる。

【００１４】この発明は上記問題点に着目してなされた
もので、反射光からの中心周波数成分の欠落の影響を同
時に受けない複数の速度検出手段を用いて車輌の移動速
度を計測し、その計測値を用いて反射光のサンプリング
間隔を決定することにより、速度の誤抽出による路面状
態の判別処理の誤動作を回避し、路面状態の判別を安定
して行うことを技術課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、走行
する車輌から路面に向かって光を照射する投光手段と、
路面からの反射光を受光して、その反射光を所定の間隔
でサンプリングするサンプリング手段と、サンプリング
された反射光の空間周波数分布より車輌の移動速度に該
当する中心周波数成分と路面状態を反映する所定の低周
波数成分とを抽出する抽出手段と、前記抽出手段により
抽出された各周波数成分の強度比に基づき路面状態を判
別する判別手段とを備えて成る路面状態判別装置におい
て、前記反射光からの中心周波数成分の欠落の影響を同
時に受けない複数の速度検出手段を用いて車輌の移動速
度を計測する速度計測手段と、前記速度計測手段による
計測値に基づき前記サンプリング手段の反射光のサンプ
リング間隔を決定するサンプリング間隔決定手段とを備
えて成るものである。

【００１６】請求項２の発明では、前記速度計測手段
は、少なくとも、路面からの正反射光に含まれる空間周
波数成分を用いて車輌の移動速度を検出する第１の速度
検出手段と、路面からの拡散反射光に含まれる空間周波
数成分を用いて車輌の移動速度を検出する第２の速度検
出手段とを有している。

【００１７】請求項３の発明では、前記速度計測手段
は、少なくとも、測定時間の短い第１の速度検出手段
と、この第１の速度検出手段よりも十分に測定時間が長
い第２の速度検出手段とを有している。

【００１８】請求項４の発明では、前記速度計測手段
は、少なくとも、前記反射光に含まれる中心周波数成分
の波数を所定の期間内計数して車輌の移動速度を検出す
る第１の速度検出手段と、前記反射光に離散的フーリエ
変換を施した結果を用いて車輌の移動速度を検出する第
２の速度検出手段とを有している。

【００１９】請求項５の発明では、前記第２の測定手段
には、第１の測定手段の測定時間よりも十分に長い測定
時間が設定される。

【００２０】請求項６の発明では、前記速度計測手段
は、前記複数の速度検出手段により検出された移動速度
のうち最も速い速度を前記車輌の移動速度として決定す
る。

【００２１】請求項７の発明では、上記の路面状態判別
装置が搭載された車輌を構成する。

【００２２】

【作用】路面からの反射光から中心周波数成分が欠落し
た場合も、その影響を受けない速度検出手段による検出
値を用いて、反射光のサンプリング間隔を決定するの
で、常に車輌の移動速度に応じた適切なサンプリング間
隔を設定して、路面状態の判別に必要な空間周波数成分
を的確に抽出することが可能となる。

【００２３】請求項２の発明では、路面からの正反射
光，拡散反射光それぞれに含まれる空間周波数成分を用
いて速度を抽出することにより、いずれか一方の反射光
において中心周波数成分が欠落しても、他方の反射光を
用いて正確な速度を計測することができる。

【００２４】請求項３の発明では、測定時間の短い第１
の速度検出手段により車輌の加減速に対応するととも
に、測定時間の長い第２の速度検出手段とにより反射光
からの中心周波数成分の欠落に対応する。

【００２５】請求項４の発明では、反射光に含まれる中
心周波数成分の波数を計数する第１の速度検出手段によ
り車輌の加減速に対応するとともに、反射光に離散的フ
ーリエ変換を施す第２の速度検出手段により反射光から
の中心周波数成分の欠落に対応する。

【００２６】請求項５の発明では、前記中心周波数成分
の波数を用いる第１の速度検出手段の測定時間を短く設
定し、離散的フーリエ変換を用いる第２の速度検出手段
の測定時間を長く設定することにより、車輌の加減速と
反射光からの中心周波数成分の欠落との両方に、確実に
対応する。

【００２７】請求項６の発明では、反射光からの中心周
波数成分の欠落の影響を受けた速度検出手段では、その
検出速度は実際の速度よりも遅くなるので、複数の速度
検出手段のうち最も早い検出速度を計測値として採用す
ることにより、中心周波数成分の欠落の影響を受けない
正確な速度が計測できる。

【００２８】請求項７の発明では、上記の路面状態判別
装置を車輌に搭載することにより、車輌を走行させなが
ら路面状態を安定して判別することが可能となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１にこの発明の路面状態判別装
置が搭載された車輌の構成例を示すとともに、以下の図
２〜図１８を用いて、路面状態判別装置の好適な実施例
を説明する。

【００３０】

【実施例】図１は、この発明の一実施例にかかる路面状
態判別装置１を車輌５に設置した状態を示す。この路面
状態判別装置１は、路面ＬＤからの反射光量を測定する
反射光測定センサ２と、このセンサ２からの検知信号を
入力して路面状態の判別処理を行う制御装置３とから構
成されるもので、制御装置３はさらに警報装置４に接続
される。警報装置４は、音声や発光ランプなどにより構
成されるもので、制御装置３により路面ＬＤが危険な状
態であることが判別されたとき、運転者に対し所定の警
告情報を出力する。

【００３１】図２は、前記反射光測定センサ２の詳細な
構成を示すもので、２個の光６，７，受光系８，および
空間フィルタ光学系９などから構成される。第１の光源
６はマトリクス状に配置された複数個のＬＥＤ６ａによ
り、第２の光源７は単独のＬＥＤ７ａにより、それぞれ
構成され、これら光源６，７，受光系８，および空間フ
ィルタ光学系９は、図３に示すように、同一のハウジン
グ１０内に収容配備される。各光源６，７は、路面ＬＤ
に向けて光を照射するように配備されており、受光系８
および空間フィルタ光学系９は、第１の光源６からの照
射光の拡散反射光と、第２の光源７からの照射光の正反
射光とを取り込むように、その光軸が調整されている。

【００３２】なお各光源６，７のＬＥＤ６ａ，７ａに
は、図４に示すように、所定の時間間隔毎に交互に発光
するように制御パルスが与えられており、空間フィルタ
光学系７は、各光源への制御パルスに同期して、路面Ｌ
Ｄからの正反射光，拡散反射光を交互に処理し、それぞ
れの反射光の特性を示す信号を制御装置３に出力する。

【００３３】前記受光系８は、受光用レンズ１１，スリ
ット板１２，コリメートレンズ１３から構成されてお
り、路面ＬＤからの反射光は、レンズ１１により集光さ
れた後、スリット板１２のスリット孔１２ａを介してコ
リメートレンズ１３に入射し、平行化される。

【００３４】前記空間フィルタ光学系９は、スリットア
レイ１４，プリズムアレイ１５，集光レンズ１６，２個
の光検出器１７ａ，１７ｂ，２枚の鏡１９，１９などに
より構成される。スリットアレイ１４は、細長形状のス
リット孔１４ａを車輌１の走行方向Ｂに沿うように配列
したもので、前記受光系８のコリメートレンズ１３によ
り平行化された光は、これらスリット孔１４ａを介して
プリズムアレイ１５に入射する。プリズムアレイ１５
は、前記スリットアレイ１４の配列周期の２倍の周期で
プリズムを連続して成るもので、入射した光は、各プリ
ズム内で交互に屈折して、２方向に分離される。

【００３５】各光検出器１７ａ，１７ｂは、プリズムア
レイ１５の配列周期と集光レンズ１６の倍率に応じた間
隔だけ隔てて配備されており、前記プリズムアレイ１５
を通った光は、集光レンズ１６により各分離方向毎に集
光され、それぞれの光検出器１７ａ，１７ｂへと入射す
る。さらにこれら光検出器１７ａ，１７ｂからの出力信
号は、制御装置３に入力され、後記するように、これら
出力信号の差動信号から路面ＬＤの凹凸状態を反映する
空間周波数成分が抽出される。なお鏡１９は、各光検出
器１７ａ，１７ｂの受光面上に集光されない光を反射し
て、受光面上に導くためのものである。また図２中、２
０は路面温度を計測するための温度センサ（赤外線放射
温度計により構成される）を示す。

【００３６】図５は、乾燥したアスファルトまたはコン
クリート路面（以下「乾燥舗装路面」と総称する）、砂
利路面（土、砂道を含む）、積雪路面の三種類の路面に
ついて、前記反射光測定センサ２からの拡散光の空間周
波数を分析した結果を示す。なおここでは各路面状態に
おける周波数分布の違いが明らかになるように、各分析
結果を車輌の移動速度に相当する空間中心周波数ｆ₀ に
より正規化して示している。

【００３７】図示例において、空間中心周波数ｆ₀ より
も低帯域における周波数成分の強度に着目すると、それ
ぞれの路面状態の間には明確な差があり、その差は、空
間周波数が低くなるほど大きくなっている。この原理に
基づき、この路面状態判別装置では、所定の低周波数帯
域における周波数成分の強度Ｄｂを前記空間中心周波数
成分ｆ₀ の強度Ｄａにより正規化した値（以下これを
「周波数成分強度比Ｄｂ／Ｄａ」という）を、路面状態
を判別するための指標として設定するようにしている。

【００３８】さらにこの路面状態判別装置では、各路面
状態についての実測値に基づき、積雪路面と砂利路面と
を識別するためのしきい値Ｔ１と、砂利路面と乾燥舗装
路面とを識別するためのしきい値Ｔ２とを、それぞれ設
定して制御装置３内のメモリに記憶させておき、算出さ
れた周波数成分強度比Ｄｂ／Ｄａをこのしきい値Ｔ１，
Ｔ２と比較して、路面状態が乾燥舗装路面，砂利路面，
積雪路面のいずれであるかを判別する。

【００３９】路面状態をさらに詳細に判別するために
は、拡散反射光のみならず、路面ＬＤからの正反射光を
計測する必要がある。特に舗装路の場合、路面が雨など
により濡れているときや凍結状態にあるとき、路面は鏡
面に近い状態となるので、路面からの正反射光量は、乾
燥状態時よりも大幅に増大する。

【００４０】図６は、舗装路面における拡散反射率と正
反射率とについて、それぞれの中心周波数成分の強度の
関係を、乾燥，湿潤，凍結，積雪の各路面状態と対応づ
けて示したもので、積雪路面における拡散反射光の中心
周波数成分の強度は他の路面状態よりも大幅に高くなっ
ている。また乾燥，湿潤，凍結の各状態間では、拡散反
射光の中心周波数成分には殆ど差異が見られないが、正
反射光の中心周波数成分強度を比較すると、乾燥路面と
湿潤・凍結路面との間に明確な差異が見られる。なお、
湿潤状態と凍結状態とを判別するには、前記温度センサ
２０による路面温度の測定値が用いられる。

【００４１】図７は、前記路面状態別装置の電気的構成
を示す。前記制御装置３は、パルス発振回路２１，差動
増幅回路２２，２個の変換回路２３ａ，２３ｂ，判別回
路２４，速度フィードバック回路２５などから構成され
る。

【００４２】前記空間フィルタ光学系９の各光検出器１
７ａ，１７ｂからの出力信号は、差動増幅回路２２に入
力されて差動増幅処理を受けた後、変換回路２３ａ，２
３ｂに入力される。変換回路２３ａ，２３ｂは、入力さ
れた反射光量の差動増幅信号を空間周波数に変換するた
めのもので、それぞれコムフィルタ２６，Ａ／Ｄ変換回
路２７，メモリ２８，高速フーリエ変換回路２９（以下
「ＦＦＴ回路２９」と略す）などから構成されている。

【００４３】パルス発振回路２１は、前記したように、
各光源６，７への駆動パルスを交互に出力している。ま
た第１の変換回路２３ａには拡散反射用のＬＥＤ６ａへ
の駆動パルスが、第２の変換回路２３ｂには正反射用の
ＬＥＤ７ａへの駆動パルスが、それぞれ入力されてお
り、これにより第１の変換回路２３ａからは拡散反射光
の空間周波数の分析結果が、第２の変換回路２３ｂから
は正反射光の空間周波数の分析結果が、それぞれ出力さ
れる。

【００４４】各光源のＬＥＤ６ａ，６ｂは、パルス発振
回路２１から前記図４に示した駆動パルスを入力してパ
ルス状の光を照射する。これにより光検出器１７ａ，１
７ｂからも各駆動パルスに同期した矩形状の信号が出力
されるが、反射光以外の外乱光も同時に入射してくるた
め、その出力信号波形のレベルには、図８に示すような
変動が生じている。

【００４５】前記コムフィルタ２６は、この外乱光によ
る影響を取り除いて反射光の矩形信号を平滑化するため
のもので、図９に示すように、タイミング発生回路３
５，３個のサンプル・ホールド回路（以下「Ｓ／Ｈ回
路」と略す）３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，および演算回路
３７により構成されている。

【００４６】タイミング発生回路３５は、前記パルス発
振回路３１からの駆動パルスを入力し、パルスの立ち上
がり時点ｔ１，立ち下がり時点ｔ３，およびこれらの中
間時点ｔ２においてタイミング信号を生成する。このタ
イミング信号は、各Ｓ／Ｈ回路３６ａ，３６ｂ，３６ｃ
に順次与えられ、図１０に示すように、各時点での受光
部からの信号レベルＶ１，Ｖ２，Ｖ３がサンプルホール
ドされる。

【００４７】演算回路３７は、Ｓ／Ｈ回路３６ａ，３６
ｃからの出力を入力する加算回路３８と、Ｓ／Ｈ回路３
６ｂからの出力を入力する２倍回路３９と、加算回路３
８と２倍回路３９とからの出力を入力する減算回路４０
とにより、つぎの（３）式の演算処理を実行して出力レ
ベルＶを決定する。これにより外乱光によるレベルの変
化が取り除かれ、反射光量を正確に把握することができ
る。

【００４８】

【数３】

【００４９】図７に戻って、コムフィルタ２６を通った
反射光量の波形データは、Ａ／Ｄ変換回路２７により所
定のサンプリング間隔Ｔ₀ をもってサンプリングされ、
ディジタル変換される。この変換処理により取り出され
たディジタル量の波形データは、メモリ２８に蓄積され
た後、ＦＦＴ回路２９に取り込まれ、高速フーリエ変換
処理が実行される。

【００５０】判別回路２４は、各変換回路２３ａ，２３
ｂの変換結果から前記空間中心周波数を含む高周波数帯
域の強度Ｄａや低周波数帯域の強度Ｄｂなどを抽出し、
さらにこの抽出結果や前記した路面温度計測用の温度セ
ンサによる計測値を用いて、路面状態の判別処理（詳細
は後述する）を実行する。なおここまでに説明した構成
は、後記する図１４，１６の構成例においても同様であ
り、以下、各図に共通の符号を付すことにより詳細な説
明を省略する。

【００５１】ところで金属部分など正反射率が高い部分
からの反射光が反射光測定センサ２に入射した場合に
は、図１１に示すように、正反射光の出力結果は飽和状
態となるが、拡散反射光の成分は、比較的影響を受けず
に抽出される。また光の吸収率が大きい路面の場合、図
１２に示すように、拡散反射光の出力は殆どフラットの
状態となるが、正反射率は比較的高くなるので、中心周
波数成分を欠落なく取り出すことができる。

【００５２】このように、正，拡散の両反射光は、中心
周波数成分の欠落の影響を同時に受けにくいので、上記
構成例のように、各反射光量毎に速度を検出することに
より、いずれか一方の速度検出値に誤りが生じても、他
方の検出値により車輌の移動速度を正確に計測すること
ができる。また前記図１１，１２のいずれの場合も、中
心周波数成分の欠落の影響を受けているほうの反射光に
より検出された速度は、実際の車輌の移動速度よりも遅
くなるので、各速度の検出値のうち速い方が、実際の車
輌の移動速度を表すものであると考えられる。

【００５３】したがって両反射光を用いて車輌の移動速
度を正確に計測し、前記Ａ／Ｄ変換回路のつぎのサンプ
リング間隔Ｔ₀ を、この計測値の４分の１の長さに決定
するようにすれば、前記ＦＦＴ回路２９による空間周波
数分析の結果において、常に中心周波数成分が分布曲線
上の理想的な位置にくるように制御でき、路面状態を安
定して判別することが可能となる。

【００５４】再び図７に戻って、前記速度フィードバッ
ク回路２５は、上記の原理に基づき、正，拡散の両反射
光のいずれかにより検出された速度データを変換回路２
３ａ，２３ｂにフィードバックするためのもので、それ
ぞれ２個のトラッキング・バンドパス・フィルタ３０，
３１（以下「トラッキングＢＰＦ３０，３１」と略
す），パルスカウント回路３２，３３，および速度計測
回路３４から構成される。

【００５５】各トラッキングＢＰＦ３０，３１は、それ
ぞれ前記コムフィルタ２６，２６を介した正，拡散の各
反射光の波形信号を取り込んで、中心周波数ｆ₀ に相当
する周波数成分を抽出する。パルスカウント回路３２，
３３は、入力された中間周波数成分について、図１３に
示すように、その正弦波を基線のレベルを基にパルス変
換するとともに、所定の測定時間ｔの間に生じたパルス
信号を順次計数し、その計数値を速度計測回路３４に出
力する。

【００５６】速度計測回路３４は、各パルスカウント回
路３２，３３から出力されたパルス信号の計数値ｎによ
り前記測定時間ｔ内における車輌の移動距離Ｌを算出
し、さらにこの距離から車輌の移動速度ｖを算出する。
いま空間フィルタの１周期を４mmとすると、前記パルス
信号の出力間隔はその半分の周期に相当するから、測定
期間ｔの間に車輌が進む距離Ｌは４＊ｎ／２となる。し
たがって車輌の移動速度ｖは、つぎの（４）式により算
出される。

【００５７】

【数４】

【００５８】上記の速度算出処理は、正，拡散の両反射
光について行われるもので、速度計測回路３４は、これ
ら２つの算出値のうち早い方の速度を移動速度の計測値
として採用し、この採用された計測値を各Ａ／Ｄ変換回
路２７，２７およびトラッキングＢＰＦ３０，３１へと
フィードバックする。これにより各Ａ／Ｄ変換回路２
７，２７におけるサンプリング間隔Ｔ₀ と、トラッキン
グＢＰＦ３０，３１における遮断周波数の範囲とが決定
され、次の段階の空間周波数分布においても中心周波数
成分を適切な位置で抽出することが可能となる。

【００５９】図１４は、速度フィードバックにかかる他
の構成例を示す。この図示例の速度フィードバック回路
２５は、路面からの拡散反射光を用いて車輌の移動速度
を計測するもので、前記図７の実施例と同様のトラッキ
ングＢＰＦ３０，２個のパルスカウント回路３２ａ，３
２ｂ，速度計測回路３４を構成として含んでいる。

【００６０】各パルスカウント回路３２ａ，３２ｂは、
ともにトラッキングＢＰＦ３０により取り出された拡散
反射光の空間周波数成分について、その波数を示すパル
ス信号を計数するもので、各パルスカウント回路３２
ａ，３２ｂには、それぞれ長さの異なる測定時間Ｔ_A ，
Ｔ_B が設定されている。

【００６１】前記第１のパルスカウント回路３２ａに
は、具体的には、車輌の加減速に対応可能な短い測定時
間Ｔ_A （たとえば１／１６ms）が決定されている。この
場合、図１５に示すように、拡散反射光から中心周波数
成分が欠落すると、パルスカウント回路３２ａでは、そ
の欠落時点においての計数処理が不可能となり、誤った
速度を検出してしまう。この誤動作に対応できるよう
に、第２のパルスカウント回路３２ｂには、第１のパル
スカウント回路３２ａの測定時間Ｔ_A よりも十分に長い
測定時間Ｔ_B （たとえば１sec ）が設定される。この場
合に検出される速度は、この測定時間Ｔ_B 内の平均的な
データとなるので、測定時間内の一時点において中心周
波数成分が欠落していても、速度の検出値に生じる誤差
は少なくなり、変換回路２３ａ，２３ｂに適切な速度を
フィードバックすることができる。

【００６２】しかしながら、車輌が加速または減速した
場合、測定期間の長い第２のパルスカウント回路３２ｂ
では、車輌の速度変化に追従した検出を行うことは不可
能である。この場合、速度計測回路３４は、測定期間の
短い第１のパルスカウント回路３２ａの計数値から求め
た速度を計測値として採用するので、車輌の速度変化に
対応したフィードバック動作を行うことが可能となる。
なお上記の速度フィードバック回路に入力する信号は、
拡散反射光に限らず、正反射光を入力するように構成し
てもよい。

【００６３】図１６は、速度フィードバックにかかる第
３の構成例を示す。この実施例も、前記図１４の実施例
と同様、拡散反射光を用いて車輌の移動速度ｖを計測す
るもので、速度計測回路３４は、前記と同様のパルスカ
ウント回路３２を用いて所定の計測時間内における中心
周波数成分の波数から速度を検出する。また同時に速度
計測回路３４は、拡散反射光用の変換回路２３ａのＦＦ
Ｔ回路２９による中心周波数ｆ₀ の抽出結果を前記
（１）（２）式にあてはめて速度を検出し、これら検出
結果のうち速度の速い方を計測値として採用している。

【００６４】上記構成の場合、パルスカウント回路３２
には、前記図１４の実施例と同様、車輌の加減速に対応
可能な短い測定期間Ｔ_A が設定される。この場合、反射
光から中心周波数成分が欠落すると、速度の検出が不可
能となるが、ＦＦＴ回路２９の処理に要するデータの収
集期間は、この測定期間Ｔ_A よりもはるかに長くなるた
め、この中心周波数成分の欠落の影響を受けずに速度を
検出することが可能となる。

【００６５】図１７は、中心周波数成分の欠落のない波
形に対するＦＦＴの処理結果（図中、破線で示す）と、
一部に中心周波数成分の欠落が認められる波形に対する
ＦＦＴの処理結果（図中、実線で示す）とを、対応づけ
て示す。このように処理期間中に中心周波数成分の欠落
部分が含まれる場合、その欠落分は中心周波数の成分強
度に反映されるだけで、速度の検出には大きな影響を及
ぼさない。

【００６６】しかしながら車輌の加減速などにより前記
Ａ／Ｄ変換回路２７のサンプリング間隔Ｔ₀ が車輌の移
動速度に対応しなくなると、ＦＦＴ回路２９による速度
検出値は誤ったものとなる。この場合には、速度計測回
路３４は前記パルスカウント回路３２からの計数値を用
いて車輌の速度変化を反映した移動速度ｖを検出するこ
とにより、ＦＦＴ回路２９側の検出値を正常化するよう
なフィードバック処理を行う。これによりＦＦＴ回路２
９による周波数分析結果における中心周波数の抽出位置
は理想的な状態に保たれ、路面状態の判別処理の安定化
が実現する。

【００６７】図１８は、前記判別回路１７による路面状
態の判別処理の手順を示す。なお同図において、ＴＨ
１，ＴＨ２，ＴＨ３，ＴＨ_c ，ＴＨ_d1，ＴＨ_d2，ＴＨ_e
は、路面状態を判別するためのしきい値を示す（このう
ちＴＨ１，ＴＨ２は前記した拡散反射光の周波数成分強
度比と比較するためのものである）。

【００６８】まず最初のステップ１では、温度センサ１
９により計測された路面温度Ｄｅがしきい値ＴＨ_e と比
較される。このしきい値ＴＨ_e は、水分の凍結温度であ
る０°Ｃ付近に設定されるもので、前記温度Ｄｅがしき
い値ＴＨ_e を上回る場合には、路面が凍結している可能
性はないと判断され、ステップ２以降の処理へと移行す
る。

【００６９】ステップ２および３では、拡散反射光につ
いて、前記周波数成分強度比Ｄｂ／Ｄａとしきい値ＴＨ
１，ＴＨ２との比較が行われる。この場合、前記図５に
より説明した原理により、周波数成分強度比Ｄｂ／Ｄａ
がしきい値ＴＨ１を上回る場合には、走行路面は積雪路
面であると判断され（ステップ５）、周波数成分強度比
Ｄｂ／Ｄａがしきい値ＴＨ２とＴＨ１との間にある場合
には、走行路は砂利路面であると判断される（ステップ
６）。

【００７０】一方、周波数成分強度比Ｄｂ／Ｄａがしき
い値ＴＨ２以下である場合には、路面は舗装路面である
と判断される。この場合には、つぎのステップ４で、
正，拡散の両反射光について、それぞれ空間中心周波数
を中心とする周波数帯域に含まれる成分の強度Ｄａ，Ｄ
ｆが取り出され、これら強度の比率Ｄｆ／Ｄａ（以下こ
れを「反射光比Ｄｆ／Ｄａ」という）としきい値ＴＨ_d1
との比較が行われる。

【００７１】前記したように、舗装路が濡れている場合
には路面は鏡面に近い状態になるので、正反射光量が増
大し、これに伴い前記反射光比Ｄｆ／Ｄａの値が増大す
る。前記しきい値ＴＨ_d1は、路面が湿潤状態にある場合
の反射光比Ｄｆ／Ｄａと乾燥状態にある場合の反射光比
Ｄｆ／Ｄａとの中間レベルに設定されており、算出され
た反射光比Ｄｆ／Ｄａがこのしきい値ＴＨ_d1を上回った
場合には、路面は湿潤路面であると判断される（ステッ
プ８）。他方、反射光比Ｄｆ／Ｄａがしきい値ＴＨ_d1以
下である場合には、走行路は乾燥路面であると判断され
る（ステップ７）。

【００７２】路面温度Ｄｅが前記しきい値ＴＨ_e 以下で
ある場合には、ステップ９へと移行して、前記周波数成
分強度比Ｄｂ／Ｄａが所定のしきい値ＴＨ３と比較され
る。この結果、周波数成分強度比Ｄｂ／Ｄａがしきい値
ＴＨ３を上回った場合には、路面は積雪路面または砂利
路面であると認識され、さらにつぎのステップ１０でい
ずれの路面状態であるかの判別が行われる。

【００７３】このステップ１０は、拡散反射光の反射光
率Ｒｖ（路面ＬＤへの投光量に対する反射光量の比率）
を所定のしきい値ＴＨ_c と比較するもので、この拡散反
射光率Ｒｖがしきい値ＴＨ_c を上回った場合には、路面
は積雪面であると判断され（ステップ５）、拡散反射光
率がしきい値ＴＨ_c 以下の場合には、路面は砂利路面で
あると判断される（ステップ６）。

【００７４】前記ステップ９で、周波数成分強度比Ｄｂ
／Ｄａがしきい値ＴＨ３以下であった場合には路面は舗
装路面であると判断され、さらにステップ１１で前記し
た反射光比Ｄｆ／Ｄａとしきい値ＴＨ_d2との比較を行う
ことにより、その路面状態の詳細な判別が行われる。凍
結した路面は鏡面に近い状態となるので、正反射光量が
大幅に増大し、その結果反射光比Ｄｆ／Ｄａが大きくな
る。したがって反射光比Ｄｆ／Ｄａがしきい値ＴＨ_d2を
上回ったときには、路面は凍結していると判断され（ス
テップ１２）、反射光比Ｄｆ／Ｄａがしきい値ＴＨ_d2以
下である場合には、路面は乾燥していると判断される
（ステップ７）。

【００７５】このように、路上を走行しながら所定位置
における正反射光および拡散反射光の空間周波数を分析
し、さらに路面温度をチェックすることにより、湿潤路
面，乾燥路面，砂利路面，積雪路面，凍結路面という５
種類の路面状態を判別することが可能となる。

【００７６】なお、この実施例では、凍結路面や積雪路
面など、路面状態が危険な状態であることが判別された
とき、運転者に警告情報を出力するようにしているが、
これに限らず、前記制御装置の機能をＡＢＳ（アンチロ
ックブレーキシステム）用のＥＣＵに導入し、路面状態
に応じた適切なブレーキ制御を行うように構成してもよ
い。またこの車輌に通信装置を配備して、路面状態の判
別結果を道路の管理センターなどに送信し、道路の各位
置における路面状態を一元管理するシステムを構成する
ことも可能である。

【００７７】

【発明の効果】この発明では上記のごとく、路面からの
反射光を所定の間隔でサンプリングして得られる空間周
波数分布より、車輌の移動速度に相当する中心周波数成
分と路面状態を反映する低周波成分とを抽出して路面状
態を判別する装置において、前記反射光から中心周波数
成分が欠落した場合、その欠落の影響を受けない速度検
出手段による検出値を用いて反射光のサンプリング間隔
を決定するようにしたので、常に車輌の移動速度に応じ
たサンプリング間隔を設定して、路面状態の判別に必要
な空間周波数成分を的確に抽出でき、路面状態を安定し
て判別することができる。

【００７８】請求項２の発明では、少なくとも路面から
の正反射光，拡散反射光それぞれに含まれる空間周波数
成分を用いて車輌の移動速度を計測するので、いずれか
一方の反射光において中心周波数成分が欠落していて
も、他方の反射光を用いて正確な速度を計測することが
できる。

【００７９】請求項３の発明では、少なくとも、測定時
間の短い第１の速度検出手段と、この測定時間よりも十
分に長い測定時間が設定された第２の速度検出手段とを
用いて車輌の移動速度を計測するので、車輌の加減速に
も反射光からの中心周波数成分の欠落にも対応すること
が可能となる。

【００８０】請求項４の発明では、少なくとも、反射光
に含まれる中心周波数成分の波数を用いる第１の速度検
出手段と、反射光に離散的フーリエ変換を施す第２の速
度検出手段とを用いて車輌の移動速度を計測するので、
車輌の加減速にも反射光からの中心周波数成分の欠落に
も対応することが可能となる。

【００８１】請求項５の発明では、前記中心周波数成分
の波数を用いる第１の速度検出手段の測定時間を短く設
定し、離散的フーリエ変換を用いる第２の速度検出手段
の測定時間を長く設定するので、車輌の加減速と反射光
からの中心周波数成分の欠落との両方に、確実に対応す
ることが可能となる。

【００８２】請求項６の発明では、複数の速度検出手段
のうち最も早い検出速度を計測値として採用するので、
中心周波数成分の欠落の影響を受けにくい計測値を得
て、反射光のサンプリング間隔の決定を高精度で行うこ
とができる。

【００８３】請求項７の発明では、上記の路面状態判別
装置を車輌に搭載するので、車輌を走行させながら路面
状態を安定して判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる路面状態判別装置を搭載した
車輌を示す説明図である。

【図２】反射光測定センサの詳細な構成を示す斜視図で
ある。

【図３】反射光測定センサの各光学系の位置関係を示す
説明図である。

【図４】各投光部への駆動パルスの出力タイミングを示
すタイミングチャートである。

【図５】各路面状態毎の拡散反射光の空間周波数特性を
示す説明図である。

【図６】拡散反射光，正反射光の中心周波数成分の強度
の関係を路面状態の種毎に対応づけて示す説明図であ
る。

【図７】路面状態判別装置の電気的構成例を示すブロッ
ク図である。

【図８】光検出器からの出力信号の状態を示す説明図で
ある。

【図９】図７のコムフィルタの詳細な構成を示すブロッ
ク図である。

【図１０】図８の出力信号に対する処理方法を示す説明
図である。

【図１１】路面からの正反射光と拡散反射光との関係を
示す説明図である。

【図１２】路面からの正反射光と拡散反射光との関係を
示す説明図である。

【図１３】図７のパルスカウント回路における計数処理
方法を示す説明図である。

【図１４】路面状態判別装置の他の構成例を示すブロッ
ク図である。

【図１５】図１４の各パルスカウント回路の測定時間と
反射光からの中間周波数成分の欠落との関係を示すタイ
ミングチャートである。

【図１６】路面状態判別装置の他の構成例を示すブロッ
ク図である。

【図１７】反射光からの中心周波数の欠落がＦＦＴ処理
に及ぼす影響を示す説明図である。

【図１８】路面判別の手順を示すフローチャートであ
る。

【図１９】空間フィルタを用いた光処理方法を示す説明
図である。

【図２０】空間フィルタを介した反射光の出力信号を示
す説明図である。

【図２１】空間フィルタからの出力信号に対するサンプ
リング処理を示す説明図である。

【図２２】ＦＦＴを用いて得られる空間周波数分布曲線
を示す説明図である。

【図２３】中心周波数の周期とサンプリング周期との関
係を示す説明図である。

【図２４】中心周波数の周期とサンプリング周期との関
係を示す説明図である。

【図２５】反射光からの空間周波数の欠落例を示す説明
図である。

【図２６】反射光からの空間周波数の欠落例を示す説明
図である。

【符号の説明】

１ 路面状態判別装置 ２ 反射光測定センサ ３ 制御装置 ２３ 変換回路 ２４ 判別回路 ２５ 速度フィードバック回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行する車輌から路面に向かって光を照
   射する投光手段と、 路面からの反射光を受光して、その反射光を所定の間隔
   でサンプリングするサンプリング手段と、 サンプリングされた反射光の空間周波数分布より車輌の
   移動速度に該当する中心周波数成分と路面状態を反映す
   る所定の低周波数成分とを抽出する抽出手段と、 前記抽出手段により抽出された各周波数成分の強度比に
   基づき路面状態を判別する判別手段とを備えて成る路面
   状態判別装置において、 前記反射光からの中心周波数成分の欠落の影響を同時に
   受けない複数の速度検出手段を用いて車輌の移動速度を
   計測する速度計測手段と、 前記速度計測手段による計測値に基づき前記サンプリン
   グ手段の反射光のサンプリング間隔を決定するサンプリ
   ング間隔決定手段とを備えて成る路面状態判別装置。
2. 【請求項２】 前記速度計測手段は、少なくとも、路面
   からの正反射光に含まれる空間周波数成分を用いて車輌
   の移動速度を検出する第１の速度検出手段と、路面から
   の拡散反射光に含まれる空間周波数成分を用いて車輌の
   移動速度を検出する第２の速度検出手段とを有する請求
   項１に記載された路面状態判別装置。
3. 【請求項３】 前記速度計測手段は、少なくとも、測定
   時間の短い第１の速度検出手段と、この第１の速度検出
   手段よりも十分に測定時間が長い第２の速度検出手段と
   を有する請求項１に記載された路面状態判別装置。
4. 【請求項４】 前記速度計測手段は、少なくとも、前記
   反射光に含まれる中心周波数成分の波数を所定の期間内
   計数して車輌の移動速度を検出する第１の速度検出手段
   と、前記反射光に離散的フーリエ変換を施した結果を用
   いて車輌の移動速度を検出する第２の速度検出手段とを
   有する請求項１に記載された路面状態判別装置。
5. 【請求項５】 前記第２の測定手段には、第１の測定手
   段の測定時間よりも十分に長い測定時間が設定されて成
   る請求項４に記載された路面状態判別装置。
6. 【請求項６】 前記速度計測手段は、前記複数の速度検
   出手段により検出された移動速度のうち最も速い速度を
   前記車輌の移動速度として決定する請求項１に記載され
   た路面状態判別装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載された路
   面状態判別装置が搭載されて成る車輌。