JPH11153518A

JPH11153518A - 路面状態判定装置

Info

Publication number: JPH11153518A
Application number: JP9321600A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Iwasaki; 克彦岩▲崎▼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 1999-06-08
Anticipated expiration: 2017-11-21
Also published as: JP3440791B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、車輪速信号の周波数解析の結果か
ら路面状態を判定することにより、騒音等の外乱の影響
を受けにくく、正確な判定を行うことができ、既存の車
輪速センサを利用でき、コストを低く抑えることのでき
る路面状態判定装置を提供することを目的とする。【解決手段】車輪速を検出する車輪速検出手段と、記
検出された車輪速信号の周波数解析を行う解析手段と、
解析の結果から路面状態を判定する判定手段とを有す
る。ここでは、路面状態に応じて車輪速信号の周波数解
析結果が異なることに着目し、車輪速信号の周波数解析
結果を用いて路面状態を判別する。このため、車輪の直
接的な動きから判定を行っているので、騒音等の外乱の
影響を受けにくく、正確な判定を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、路面状態判定装置
に関し、車両の走行している路面の摩擦係数μ等の路面
状態を判定する路面状態判定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ロードノイズに基づいて車両
が走行している路面の状態を判定する路面状態判定装置
が開発されている。例えば、特開平７−１５６７８２号
公報には、車輪から発生されるロードノイズを検出し、
この検出されたロードノイズの各周波数成分のパターン
からニューラルネットワークを利用して路面状態を判定
することが記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来装置は、ロードノ
イズを検出するためにマイクロホンを用いており、周辺
環境によっては他の騒音等の外乱の影響を受けやすい。
このため、マイクロホンの設置位置が制限されるため、
設置位置を決定するのが難しい。また、マイクロホンを
新たにセンサとして付加する必要があることから、構成
部品点数が多くなるという問題があった。

【０００４】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、車輪速信号の周波数解析の結果から路面状態を判定
することにより、騒音等の外乱の影響を受けにくく、正
確な判定を行うことができ、既存の車輪速センサを利用
でき、コストを低く抑えることのできる路面状態判定装
置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、車輪速を検出する車輪速検出手段と、前記検出され
た車輪速信号の周波数解析を行う解析手段と、前記解析
の結果から路面状態を判定する判定手段とを有する。こ
こでは、路面状態に応じて車輪速信号の周波数解析結果
が異なることに着目し、車輪速信号の周波数解析結果を
用いて路面状態を判別する。このため、車輪の直接的な
動きから判定を行っているので、騒音等の外乱の影響を
受けにくく、正確な判定を行うことができる。

【０００６】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
路面状態判定装置において、前記判定手段は、所定周波
数領域の信号強度に基づいて路面状態を判定する。この
ため、路面状態によって顕著な違いが現れる周波数帯域
で判定を行うことができ、正確な判定を行うことがで
き、精度が向上する。請求項３に記載の発明は、請求項
２記載の路面状態判定装置において、前記判定手段は、
所定周波数以下の信号強度に基づいて路面状態を判定す
る。

【０００７】このため、路面状態によって顕著な違いが
現れる周波数帯域で判定を行うことができ、正確な判定
を行うことができ、精度が向上する。請求項４に記載の
発明は、請求項２記載の路面状態判定装置において、前
記判定手段は、車輪速によって決まる所定周波数の信号
強度に基づいて路面状態を判定する。

【０００８】タイヤでは車輪速によって定まる所定の周
波数で外乱が現れ信号強度が変化し、路面状態によって
この変化度合いが異なるため、これを利用して路面状態
を判定することが可能となる。請求項５に記載の発明
は、請求項２記載の路面状態判定装置において、前記判
定手段は、車輪の固有振動周波数と略等しい周波数の信
号強度に基づいて路面状態を判定する。

【０００９】車輪の固有振動周波数と略等しい周波数で
は路面状態によって信号強度が変化するため、これを利
用して路面状態を判定することが可能となる。請求項６
に記載の発明は、請求項５記載の路面状態判定装置にお
いて、前記判定手段は、路面外乱の影響だけを受ける周
波数の信号強度に基づき前記車輪の固有振動周波数と略
等しい周波数の信号強度を正規化し、正規化した信号強
度に基づき路面状態を判定する。

【００１０】路面の凸凹による路面外乱で信号強度が変
化するため、路面外乱の影響だけを受ける周波数の信号
強度に基づき信号強度を正規化することにより、路面外
乱の影響を排除して正確に路面状態を判定することがで
きる。請求項７に記載の発明は、請求項５記載の路面状
態判定装置において、路面の振動情報を走行位置に応じ
て記憶する記憶手段を有し、前記判定手段は、前記記憶
手段に記憶されている走行位置に応じた振動情報と車輪
の固有振動周波数と略等しい周波数の信号強度に基づい
て路面状態を判定する。

【００１１】路面の凸凹による路面の振動情報を予め記
憶し、走行位置に応じた振動情報と車輪の固有振動周波
数と略等しい周波数の信号強度に基づいて路面状態を判
定するため、路面外乱の影響を排除して正確に路面状態
を判定することができる。請求項８に記載の発明は、請
求項５記載の路面状態判定装置において、車輪速に基づ
き前記判定手段の判定基準を変更する判定基準変更手段
を有する。

【００１２】車輪速によって車輪の固有振動周波数と略
等しい周波数の信号強度が変化するため、車輪速に基づ
き判定基準を変更することで正確に路面状態を判定する
ことができる。請求項９に記載の発明は、請求項５記載
の路面状態判定装置において、タイヤ空気圧に基づき前
記判定手段で判定に用いる周波数を変更する周波数変更
手段を有する。

【００１３】タイヤ空気圧によって車輪の固有振動周波
数が変化するため、タイヤ空気圧に基づき判定に用いる
周波数を変更することで正確に路面状態を判定すること
ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の路面状態判定装置
の第１実施例のブロック図を示す。同図中、車輪速セン
サ１０で検出された車輪速信号はＥＣＵ（電子制御装
置）１２に供給される。ここでは車両の４輪のうち１輪
の車輪速信号を車輪速センサ１０で検出しているが、４
輪の車輪速信号が所定時間毎に順次切換えられてＥＣＵ
１２に供給される構成としても良い。ＥＣＵ１２にはＦ
ＦＴ（高速フーリエ変換器）１４が接続されている。

【００１５】図２はＥＣＵ１２が実行する路面状態判定
処理の第１実施例のフローチャートを示す。この処理は
所定時間毎に繰り返される。同図中、まず、ステップＳ
１２で車輪速信号を読み込む。次に、ステップＳ１４で
カウンタｎの値が所定値Ｔｎ未満か否かを判別する。ｎ
＜Ｔｎの場合は、ステップＳ１６で計測した車輪速をメ
モリ（内蔵のＲＡＭ）に保存し、かつ、カウンタｎを１
だけインクリメントしてステップＳ１２へ進む。カウン
タｎの値がＴｎ以上のときはステップＳ１８に進み、所
定値Ｔｎに対応する期間に計測された車輪速データをＦ
ＦＴ１４に供給してフーリエ変換を実行させ、各周波数
におけるゲインを計算して車輪速の周波数スペクトラム
を求める。

【００１６】ところで、車輪速信号の周波数スペクトラ
ムをとると、路面が濡れたウエット路においては図３の
破線I に示すように所定周波数（例えば３０Ｈｚ）以下
でのゲインが全体的に大きいのに対して、路面が乾いた
ドライ路においては図３の実線IIに示すように所定周波
数以下でのゲインが全体的に小さくなる。このため、ス
テップＳ２０では所定周波数（例えば３０Ｈｚ）以下の
離散的な周波数それぞれにおけるゲインの総和（積分
値）ＳＧ１を求める。そして、ステップＳ２２で上記ゲ
インの総和ＳＧ１を閾値ＴＧ１と比較する。この閾値Ｔ
Ｇ１は図３の周波数３０Ｈｚ以下における破線I 上のポ
イントのゲインの総和と、実線II上のポイントのゲイン
の総和との平均値を用いる。これにより、ステップＳ２
２の比較でＳＧ１＞ＴＧ１の場合は、ステップＳ２４に
進んでウエット路と判定し、ＳＧ１≦ＴＧ１の場合は、
ステップＳ２６に進んでドライ路と判定する。この後、
ステップＳ２８でカウンタｎを０にリセットして処理サ
イクルを終了する。

【００１７】このようにして、車輪速の周波数スペクト
ラムの所定周波数以下のゲインの総和から、車両が走行
している路面がウエット路かドライ路かの路面状態を判
定できる。ＥＣＵ１２は路面状態を判定結果を例えばア
ンチロックブレーキシステムに通知し、アンチロックブ
レーキシステムでは路面状態に応じたブレーキ制御を行
う。アンチロックブレーキシステムでは車輪速センサを
必要としているため、本発明装置ではアンチロックブレ
ーキシステムの車輪速センサ信号を流用すれば良く、マ
イクロホン等の新たなセンサを必要としない。

【００１８】図４は本発明の路面状態判定装置の第２実
施例のブロック図を示す。同図中、車輪速センサ１０で
検出された車輪速信号はバンドパスフィルタ群１６に供
給される。ここでは車両の４輪のうち１輪の車輪速信号
を車輪速センサ１０で検出しているが、４輪の車輪速信
号が所定時間毎に順次切換えられてバンドパスフィルタ
群１６に供給される構成としても良い。

【００１９】バンドパスフィルタ群１６は複数個のバン
ドパスフィルタより構成されている。各バンドパスフィ
ルタは所定周波数（例えば３０Ｈｚ）以下で互いに異な
る周波数（例えば５Ｈｚ，１０Ｈｚ，１５Ｈｚ，２０Ｈ
ｚ，２５Ｈｚ）を中心とする狭い周波数帯域（例えば±
数Ｈｚ）の信号を通過させる通過周波数帯域特性を有し
ている。このバンドパスフィルタ群１６の複数個のバン
ドパスフィルタそれぞれを通過した信号がＥＣＵ（電子
制御装置）１２に供給される。

【００２０】図５はＥＣＵ１２が実行する路面状態判定
処理の第２実施例のフローチャートを示す。この処理は
所定時間毎に繰り返される。同図中、まず、ステップＳ
３０でバンドパスフィルタ群１６の複数個のバンドパス
フィルタそれぞれを通過した車輪速信号を順次読み込
む。次に、ステップＳ３２で読み込んだ車輪速信号の振
幅の絶対値つまりゲインを求める。そして、ステップＳ
３４で各バンドパスフィルタ出力のゲインの総和ＳＧ２
を求める。そして、ステップＳ３６で上記ゲインの総和
ＳＧ２を閾値ＴＧ２と比較する。

【００２１】この閾値ＴＧ２は、各バンドパスフィルタ
の通過中心周波数５Ｈｚ，１０Ｈｚ，１５Ｈｚ，２０Ｈ
ｚ，２５Ｈｚにおける図３の周波数スペクトラムの破線
I 上のポイントのゲインの総和と、実線II上のポイント
のゲインの総和との平均値を用いる。これにより、ステ
ップＳ３６の比較でＳＧ２＞ＴＧ２の場合はステップＳ
３８に進んでウエット路と判定し、ＳＧ２≦ＴＧ２の場
合はステップＳ４０に進んでドライ路と判定して、処理
サイクルを終了する。

【００２２】この実施例ではバンドパスフィルタ群１６
を用いることにより、簡易的に車輪速の周波数スペクト
ラムを求めており、大きなメモリ容量を持つＦＦＴを用
いる必要がなく、低コストで、車両が走行している路面
がウエット路かドライ路かの路面状態を判定できる。Ｅ
ＣＵ１２は路面状態を判定結果を例えばアンチロックブ
レーキシステムに通知し、アンチロックブレーキシステ
ムでは路面状態に応じたブレーキ制御を行う。アンチロ
ックブレーキシステムでは車輪速センサを必要としてい
るため、本発明装置ではアンチロックブレーキシステム
の車輪速センサ信号を流用すれば良く、マイクロホン等
の新たなセンサを必要としない。

【００２３】図６は本発明の路面状態判定装置の第３実
施例のブロック図を示す。同図中、車輪速センサ１０で
検出された車輪速信号は可変バンドパスフィルタ群１８
に供給される。ここでは車両の４輪のうち１輪の車輪速
信号を車輪速センサ１０で検出しているが、４輪の車輪
速信号が所定時間毎に順次切換えられて可変バンドパス
フィルタ群１８に供給される構成としても良い。

【００２４】ここで、車輪のタイヤは接地面が扁平にた
わみ変形し、このタイヤのたわみによって車輪速信号に
アンユニフォーミティ外乱が発生する。タイヤは路面摩
擦係数μが大きい路面ではスリップロスが小さいため、
タイヤの回転周波数と等しい周波数にアンユニフォーミ
ティ外乱の基本波のピークが現れ、また、その高調波も
現れる。図３の実線II（ドライ路）では周波数８Ｈｚに
アンユニフォーミティ外乱の基本波のピークが現れ、そ
の２次、３次、４次高調波も現れている。しかし、路面
摩擦係数μが小さい路面ではスリップロスが大きいた
め、アンユニフォーミティ外乱の基本波のピークはブロ
ードとなってゲインが小さくなる。その高調波もブロー
ドとなってゲインが小さくなる。図３の破線I （ウエッ
ト路）では周波数８Ｈｚのアンユニフォーミティ外乱の
基本波のピークがブロードとなり、その２次、３次、４
次高調波もブロードとなっている。

【００２５】可変バンドパスフィルタ群１８は複数個の
可変バンドパスフィルタより構成されている。この複数
個の可変バンドパスフィルタそれぞれで、タイヤの回転
周波数と等しい周波数のアンユニフォーミティ外乱の基
本波のピーク及びその２次、３次、４次の高調波それぞ
れを帯域分離する。可変バンドパスフィルタ群１８はＥ
ＣＵ１２から供給される制御信号に応じて各バンドパス
フィルタの通過周波数帯域特性を可変して、アンユニフ
ォーミティ外乱の基本波及びその２次、３次、４次の高
調波それぞれを取り出し、帯域制限をしていない車輪速
信号と共にＥＣＵ１２に供給する。

【００２６】図７はＥＣＵ１２が実行する路面状態判定
処理の第３実施例のフローチャートを示す。この処理は
所定時間毎に繰り返される。同図中、まず、ステップＳ
４２で４輪の帯域制限をしていない車輪速信号を読み込
んで車速を求め、この車速に基づいた制御信号を生成し
て可変バンドパスフィルタ群１８に供給する。なお、車
速とアンユニフォーミティ外乱の基本波との関係を図８
に示す。これによって、可変バンドパスフィルタ群１８
は各バンドパスフィルタの通過周波数帯域特性を可変し
て、アンユニフォーミティ外乱の基本波及びその２次、
３次、４次の高調波それぞれを取り出す。

【００２７】ステップＳ４４では可変バンドパスフィル
タ群１８からの複数個の可変バンドパスフィルタそれぞ
れを通過した車輪速信号を順次読み込む。次に、ステッ
プＳ４６で読み込んだ車輪速信号の振幅の絶対値つまり
ゲインを求める。そして、ステップＳ４８で各可変バン
ドパスフィルタ出力のゲインの総和ＳＧ３を求める。そ
して、ステップＳ５０で上記ゲインの総和ＳＧ３を閾値
ＴＧ３と比較する。

【００２８】この閾値ＴＧ３は、アンユニフォーミティ
外乱の基本波及びその２次、３次、４次の高調波それぞ
れの周波数における図３の周波数スペクトラムの破線I
上のポイントのゲインの総和と、実線II上のポイントの
ゲインの総和との平均値を用いる。これにより、ステッ
プＳ５０の比較でＳＧ３≦ＴＧ３の場合はステップＳ５
２に進んでウエット路と判定し、ＳＧ３＞ＴＧ３の場合
はステップＳ５２に進んでドライ路と判定して、処理サ
イクルを終了する。

【００２９】この実施例では可変バンドパスフィルタ群
１６を用いることにより、アンユニフォーミティ外乱の
基本波及びその２次、３次、４次の高調波を求め、車両
が走行している路面がウエット路かドライ路かの路面状
態を判定しており、大きなメモリ容量を持つＦＦＴを用
いる必要がなく、低コストとなる。ところで、タイヤは
図９のタイヤモデルに示すように、ホイール２０とベル
ト２２が回転方向にバネ２４で接続されていると考えら
れる。タイヤが回転しているとき、ベルト２２が路面２
６に接地するとホイール２０の回転速度ω_wに対してベ
ルト２２の回転速度ω_tが遅れてバネ２４が引っ張ら
れ、ベルト２２が路面２６から離れるとバネ２４が縮む
ために、タイヤの前後方向のバネ振動による固有振動が
発生し、この固有振動が車輪速信号に含まれる。この固
有振動の周波数は４０Ｈｚ近傍である。

【００３０】また、タイヤは、乾燥アスファルト等の路
面摩擦係数μが大きい路面ではスリップロスが小さいた
め、上記固有振動のピークのゲインは図１０の実線III
に示すように大きくなり、濡れたアスファルト等の路面
摩擦係数μが小さい路面ではスリップロスが大きいた
め、固有振動のピークのゲインは一点鎖線IVに示すよう
に小さくなり、更に、圧雪路等の路面摩擦係数μが更に
小さい路面ではスリップロスが非常に大きいため、固有
振動のピークのゲインは破線V に示すように非常に小さ
くなる。

【００３１】この固有信号を利用して、図１に示すＥＣ
Ｕ１２が実行する路面状態判定処理の第４実施例のフロ
ーチャートを図１１に示す。この処理は所定時間毎に繰
り返される。同図中、まず、ステップＳ１１２で車輪速
信号を読み込む。次に、ステップＳ１１４でカウンタｎ
の値が所定値Ｔｎ未満か否かを判別する。ｎ＜Ｔｎの場
合は、ステップＳ１１６で計測した車輪速をメモリ（内
蔵のＲＡＭ）に保存し、かつ、カウンタｎを１だけイン
クリメントしてステップＳ１１２へ進む。カウンタｎの
値がＴｎ以上のときはステップＳ１１８に進み、所定値
Ｔｎに対応する期間に計測された車輪速データをＦＦＴ
１４に供給してフーリエ変換を実行させ、各周波数にお
けるゲインを計算して車輪速の周波数スペクトラムを求
める。

【００３２】ステップＳ１２０では固有振動の周波数
（４０Ｈｚ近傍）におけるゲインを上記車輪速の周波数
スペクトラムから読み取る。そして、ステップＳ１２２
で上記ゲインでマップを参照して路面摩擦係数μを推定
する。このマップは、図１０に基づいて、固有振動の周
波数（４０Ｈｚ近傍）におけるゲインと路面摩擦係数μ
とを関係付けたものである。この後、ステップＳ１２８
でカウンタｎを０にリセットして処理サイクルを終了す
る。

【００３３】このようにして、車輪速の周波数スペクト
ラムの固有振動の周波数（４０Ｈｚ近傍）におけるゲイ
ンから車両が走行している路面の路面摩擦係数μを推定
することができる。図４に示すＥＣＵ１２が実行する路
面状態判定処理の第５実施例のフローチャートを図１２
に示す。この処理は所定時間毎に繰り返される。同図
中、まず、ステップＳ１３０でバンドパスフィルタ群１
６のうちで固有振動の周波数（４０Ｈｚ近傍）を通過す
るバンドパスフィルタから供給される車輪速信号を読み
込む。次に、ステップＳ１３２で読み込んだ車輪速信号
の振幅の絶対値つまりゲインを求める。そして、ステッ
プＳ１３４で上記ゲインでマップを参照して路面摩擦係
数μを推定する。このマップは、図１０に基づいて、固
有振動の周波数（４０Ｈｚ近傍）におけるゲインと路面
摩擦係数μとを関係付けたものである。この後、処理サ
イクルを終了する。

【００３４】この実施例ではバンドパスフィルタ群１６
を用いることにより、簡易的に車輪速の固有振動成分を
取り出しており、低コストで、車両が走行している路面
の路面摩擦係数μを推定することができる。ところで、
乾燥アスファルト等の滑らかな路面では路面外乱が小さ
いため、車輪速信号の周波数スペクトラムは図１３の実
線に示すように全体のゲインが小さくなり、圧雪路等の
凸凹の路面では路面外乱が大きいため、この路面外乱が
オフセットとなり車輪速信号の周波数スペクトラムは図
１３の破線に示すように全体のゲインが大きくなる。こ
の場合は固有振動の周波数のゲインをそのまま用いる
と、路面摩擦係数μを誤って推定することになる。

【００３５】これを解決するのが次の実施例である。図
１に示すＥＣＵ１２が実行する路面状態判定処理の第６
実施例のフローチャートを図１４に示す。図１４におい
て、図１１と同一ステップには同一番号を付す。この処
理は所定時間毎に繰り返される。図１４中、まず、ステ
ップＳ１１２で車輪速信号を読み込む。次に、ステップ
Ｓ１１４でカウンタｎの値が所定値Ｔｎ未満か否かを判
別する。ｎ＜Ｔｎの場合は、ステップＳ１１６で計測し
た車輪速をメモリ（内蔵のＲＡＭ）に保存し、かつ、カ
ウンタｎを１だけインクリメントしてステップＳ１１２
へ進む。カウンタｎの値がＴｎ以上のときはステップＳ
１１８に進み、所定値Ｔｎに対応する期間に計測された
車輪速データをＦＦＴ１４に供給してフーリエ変換を実
行させ、各周波数におけるゲインを計算して車輪速の周
波数スペクトラムを求める。ステップＳ１２０では固
有振動の周波数（４０Ｈｚ近傍）におけるゲインを上記
車輪速の周波数スペクトラムから読み取る。

【００３６】次に、ステップＳ１２５で路面外乱だけが
存在する特定周波数（例えば２０Ｈｚ）のゲインの平均
値Ｈ_AVEを計算する。これは過去一定時間の特定周波数
のゲインを保持することで計算を行う。次に、ステップ
Ｓ１２６で予め設定された基準値Ｈ_REFと平均値Ｈ_AVE
との差Ｄ（＝Ｈ_AVE−Ｈ_REF）を求め、ステップＳ１２
７で今回得られた周波数スペクトラムのうちの固有振動
の周波数（４０Ｈｚ近傍）のゲインに差Ｄを乗算して固
有振動の周波数のゲインの正規化を行う。

【００３７】そして、ステップＳ１２２で上記正規化さ
れたゲインでマップを参照して路面摩擦係数μを推定す
る。この後、ステップＳ１２４でカウンタｎを０にリセ
ットして処理サイクルを終了する。このように、固有振
動の周波数のゲインの正規化を行って、正規化されたゲ
インでマップを参照して路面摩擦係数μを推定するた
め、路面外乱の影響により誤ることなく正確な路面摩擦
係数μを推定することができる。

【００３８】図４に示すＥＣＵ１２が実行する路面状態
判定処理の第７実施例のフローチャートを図１５に示
す。この処理は所定時間毎に繰り返を示す。この処理は
所定時間毎に繰り返される。同図中、まず、ステップＳ
１４０でバンドパスフィルタ群１６のうちで固有振動の
周波数（４０Ｈｚ近傍）及び路面外乱だけが存在する特
定周波数（例えば２０Ｈｚ）を通過するバンドパスフィ
ルタから供給される車輪速信号を読み込む。次に、ステ
ップＳ１４２で読み込んだ２つの周波数の車輪速信号の
振幅の絶対値つまりゲインを求める。

【００３９】次に、ステップＳ１４４で路面外乱だけが
存在する特定周波数（例えば２０Ｈｚ）のゲインの平均
値Ｈ_AVEを計算する。これは過去一定時間の特定周波数
のゲインを保持することで計算を行う。次に、ステップ
Ｓ１４６で予め設定された基準値Ｈ_REFと平均値Ｈ_AVE
との差Ｄ（＝Ｈ_AVE−Ｈ_REF）を求め、ステップＳ１４
８で今回得られた固有振動の周波数（４０Ｈｚ近傍）の
ゲインに差Ｄを乗算して固有振動の周波数のゲインの正
規化を行う。

【００４０】そして、ステップＳ１５０で上記ゲインで
マップを参照して路面摩擦係数μを推定する。このマッ
プは、図１０に基づいて、固有振動の周波数（４０Ｈｚ
近傍）におけるゲインと路面摩擦係数μとを関係付けた
ものである。この後、処理サイクルを終了する。このよ
うに、固有振動の周波数のゲインの正規化を行って、正
規化されたゲインでマップを参照して路面摩擦係数μを
推定するため、路面外乱の影響により誤ることなく正確
な路面摩擦係数μを推定することができる。

【００４１】また、車速によって固有振動の周波数のゲ
インが変化することが実験的に知られている。圧雪路等
の路面では、図１６（Ａ）に示すように、低速での固有
振動の周波数のゲインａに対して中速でのゲインｂ、高
速でのゲインｃの順にゲインが低下する。同様に乾燥ア
スファルト等の路面では、図１６（Ｂ）に示すように、
低速での固有振動の周波数のゲインａに対して中速での
ゲインｂ、高速でのゲインｃの順にゲインが低下する。
この場合は固有振動の周波数のゲインをそのまま用いる
と、路面摩擦係数μを誤って推定することになる。

【００４２】これを解決するのが次の実施例である。図
１に示すＥＣＵ１２が実行する路面状態判定処理の第８
実施例のフローチャートを図１７に示す。図１７におい
て、図１１と同一ステップには同一番号を付す。この処
理は所定時間毎に繰り返される。図１７中、まず、ステ
ップＳ１１２で車輪速信号を読み込む。次に、ステップ
Ｓ１１４でカウンタｎの値が所定値Ｔｎ未満か否かを判
別する。ｎ＜Ｔｎの場合は、ステップＳ１１６で計測し
た車輪速をメモリ（内蔵のＲＡＭ）に保存し、かつ、カ
ウンタｎを１だけインクリメントしてステップＳ１１２
へ進む。カウンタｎの値がＴｎ以上のときはステップＳ
１１８に進み、所定値Ｔｎに対応する期間に計測された
車輪速データをＦＦＴ１４に供給してフーリエ変換を実
行させ、各周波数におけるゲインを計算して車輪速の周
波数スペクトラムを求める。ステップＳ１２０では固有
振動の周波数（４０Ｈｚ近傍）におけるゲインを上記車
輪速の周波数スペクトラムから読み取る。

【００４３】次に、ステップＳ１２８で例えば４輪の車
輪速の平均から車速を求め、この車輪速に基づいてマッ
プを選択する。このマップは、図１６に基づいて、各車
速毎に固有振動の周波数（４０Ｈｚ近傍）におけるゲイ
ンと路面摩擦係数μとを関係付けたものである。そし
て、ステップＳ１２２でゲインで選択したマップを参照
して路面摩擦係数μを推定する。この後、ステップＳ１
２４でカウンタｎを０にリセットして処理サイクマップ
ルを終了する。

【００４４】このように、車速に基づいてマップを選択
し、固有振動の周波数のゲインで選択したマップを参照
して路面摩擦係数μを推定するため、車速の影響により
誤ることなく正確な路面摩擦係数μを推定することがで
きる。図４に示すＥＣＵ１２が実行する路面状態判定処
理の第９実施例のフローチャートを図１８に示す。図１
８において、図１２と同一ステップには同一番号を付
す。この処理は所定時間毎に繰り返を示す。この処理は
所定時間毎に繰り返される。図１８中、まず、ステップ
Ｓ１３０でバンドパスフィルタ群１６のうちで固有振動
の周波数（４０Ｈｚ近傍）を通過するバンドパスフィル
タから供給される車輪速信号を読み込む。次に、ステッ
プＳ１３２で読み込んだ車輪速信号の振幅の絶対値つま
りゲインを求める。

【００４５】次に、ステップＳ１３６で例えば４輪の車
輪速の平均から車速を求め、この車輪速に基づいてマッ
プを選択する。このマップは、図１６に基づいて、各車
速毎に固有振動の周波数（４０Ｈｚ近傍）におけるゲイ
ンと路面摩擦係数μとを関係付けたものである。そし
て、ステップＳ１３４で上記ゲインで選択したマップを
参照して路面摩擦係数μを推定する。この後、処理サイ
クルを終了する。

【００４６】このように、車速に基づいてマップを選択
し、固有振動の周波数のゲインで選択したマップを参照
して路面摩擦係数μを推定するため、車速の影響により
誤ることなく正確な路面摩擦係数μを推定することがで
きる。また、タイヤの空気圧によって、図９に示すモデ
ルのバネ２４の定数が変化して固有振動の周波数が変化
する。圧雪路等の路面では、図１９（Ａ）に示すよう
に、タイヤ空気圧が高いときの固有振動の周波数ｆａに
対してタイヤ空気圧が中程度のときの固有振動の周波数
ｆｂ、タイヤ空気圧が低いときの固有振動の周波数ｆｃ
の順に周波数が低下する。同様に乾燥アスファルト等の
路面では、図１９（Ｂ）に示すように、タイヤ空気圧が
高いときの固有振動の周波数ｆａに対してタイヤ空気圧
が中程度のときの固有振動の周波数ｆｂ、タイヤ空気圧
が低いときの固有振動の周波数ｆｃの順に周波数が低下
する。つまりタイヤ空気圧が変動した場合は固有振動の
周波数を固定していると、その周波数のゲインをそのま
ま用いると、路面摩擦係数μを誤って推定することにな
る。

【００４７】これを解決するのが次の実施例である。図
１に示すＥＣＵ１２が実行する路面状態判定処理の第１
０実施例のフローチャートを図２０に示す。但し、図１
のＥＣＵ１２にはタイヤ空気圧センサで検出したタイヤ
空気圧が供給される。図２０において、図１１と同一ス
テップには同一番号を付す。この処理は所定時間毎に繰
り返される。図２０中、まず、ステップＳ１１２で車輪
速信号を読み込む。次に、ステップＳ１１４でカウンタ
ｎの値が所定値Ｔｎ未満か否かを判別する。ｎ＜Ｔｎの
場合は、ステップＳ１１６で計測した車輪速をメモリ
（内蔵のＲＡＭ）に保存し、かつ、カウンタｎを１だけ
インクリメントしてステップＳ１１２へ進む。カウンタ
ｎの値がＴｎ以上のときはステップＳ１１８に進み、所
定値Ｔｎに対応する期間に計測された車輪速データをＦ
ＦＴ１４に供給してフーリエ変換を実行させ、各周波数
におけるゲインを計算して車輪速の周波数スペクトラム
を求める。

【００４８】次に、ステップＳ１２９でタイヤ空気圧を
検出し、このタイヤ空気圧から固有振動の周波数を決定
する。次の、ステップＳ１２０では決定された固有振動
の周波数におけるゲインを上記車輪速の周波数スペクト
ラムから読み取る。そして、ステップＳ１２２で上記ゲ
インでマップを参照して路面摩擦係数μを推定する。こ
のマップは、固有振動の周波数におけるゲインと路面摩
擦係数μとを関係付けたものである。この後、ステップ
Ｓ１２４でカウンタｎを０にリセットして処理サイクマ
ップルを終了する。

【００４９】このように、タイヤ空気圧に基づいて固有
振動の周波数を決定し、決定した固有振動の周波数のゲ
インでマップを参照して路面摩擦係数μを推定するた
め、タイヤ空気圧の影響により誤ることなく正確な路面
摩擦係数μを推定することができる。図４に示すＥＣＵ
１２が実行する路面状態判定処理の第１１実施例のフロ
ーチャートを図２１に示す。但し、図４のＥＣＵ１２に
はタイヤ空気圧センサで検出したタイヤ空気圧が供給さ
れる。図２１において、図１２と同一ステップには同一
番号を付す。この処理は所定時間毎に繰り返を示す。こ
の処理は所定時間毎に繰り返される。図２１中、まず、
ステップＳ１３８でタイヤ空気圧を検出し、このタイヤ
空気圧から固有振動の周波数を決定する。次のステップ
Ｓ１３０でバンドパスフィルタ群１６のうちで決定され
た固有振動の周波数を通過するバンドパスフィルタから
供給される車輪速信号を読み込む。次に、ステップＳ１
３２で読み込んだ車輪速信号の振幅の絶対値つまりゲイ
ンを求める。

【００５０】次に、ステップＳ１３６で例えば４輪の車
輪速の平均から車速を求め、この車輪速に基づいてマッ
プを選択する。このマップは、図１６に基づいて、各車
速毎に固有振動の周波数（４０Ｈｚ近傍）におけるゲイ
ンと路面摩擦係数μとを関係付けたものである。そし
て、ステップＳ１３４で上記ゲインで選択したマップを
参照して路面摩擦係数μを推定する。この後、処理サイ
クルを終了する。

【００５１】このように、タイヤ空気圧に基づいて固有
振動の周波数を決定し、決定した固有振動の周波数のゲ
インでマップを参照して路面摩擦係数μを推定するた
め、タイヤ空気圧の影響により誤ることなく正確な路面
摩擦係数μを推定することができる。更に、環境温度に
よって、図９に示すモデルのバネ２４の定数が変化して
固有振動の周波数が変化する。圧雪路等の路面では、図
２２（Ａ）に示すように、温度が高いときの固有振動の
周波数ｆａに対して温度が中程度のときの固有振動の周
波数ｆｂ、温度が低いときの固有振動の周波数ｆｃの順
に周波数が上昇する。同様に乾燥アスファルト等の路面
では、図１９（Ｂ）に示すように、温度が高いときの固
有振動の周波数ｆａに対して温度が中程度のときの固有
振動の周波数ｆｂ、温度が低いときの固有振動の周波数
ｆｃの順に周波数が上昇する。つまり温度が変動した場
合は固有振動の周波数を固定していると、その周波数の
ゲインをそのまま用いると、路面摩擦係数μを誤って推
定することになる。

【００５２】この場合も、図２０の実施例においてはス
テップＳ１２９で温度を検出し、この検出温度から固有
振動の周波数を決定し、また、図２１の実施例において
はステップＳ１３８で温度を検出し、この検出温度から
固有振動の周波数を決定することによって対応すること
ができ、正確な路面摩擦係数μを推定することができ
る。

【００５３】先に述べたように、乾燥アスファルト等の
滑らかな路面では路面外乱が小さいため、車輪速信号の
周波数スペクトラムは図１０の実線に示すように全体の
ゲインが小さくなり、圧雪路等の凸凹の路面では路面外
乱が大きいため、この路面外乱がオフセットとなり車輪
速信号の周波数スペクトラムは図１０の破線に示すよう
に全体のゲインが大きくなる。この場合は固有振動の周
波数のゲインをそのまま用いると、路面摩擦係数μを誤
って推定することになる。

【００５４】これを解決するための他の実施例について
説明する。図２３は本発明の路面状態判定装置の第３実
施例のブロック図を示す。同図中、車輪速センサ１０で
検出された車輪速信号はＥＣＵ（電子制御装置）１２に
供給される。ここでは車両の４輪のうち１輪の車輪速信
号を車輪速センサ１０で検出しているが、４輪の車輪速
信号が所定時間毎に順次切換えられてＥＣＵ１２に供給
される構成としても良い。ＥＣＵ１２にはＦＦＴ（高速
フーリエ変換器）１４が接続されると共に、ナビゲーシ
ョンシステム３０及びメモリ３２が接続されている。ナ
ビゲーションシステム３０は車両の走行位置を検出して
ＥＣＵ１２に供給する。メモリ３２には走行位置に対応
して、固有振動の周波数（４０Ｈｚ近傍）におけるゲイ
ンと路面摩擦係数μとを関係付けたマップが予め格納さ
れている。

【００５５】図２３に示すＥＣＵ１２が実行する路面状
態判定処理の第４実施例のフローチャートを図２４に示
す。図２４で図１１と同一ステップには同一番号を付
す。この処理は所定時間毎に繰り返される。図２４中、
まず、ステップＳ１１２で車輪速信号を読み込む。次
に、ステップＳ１１４でカウンタｎの値が所定値Ｔｎ未
満か否かを判別する。ｎ＜Ｔｎの場合は、ステップＳ１
１６で計測した車輪速をメモリ（内蔵のＲＡＭ）に保存
し、かつ、カウンタｎを１だけインクリメントしてステ
ップＳ１１２へ進む。カウンタｎの値がＴｎ以上のとき
はステップＳ１１８に進み、所定値Ｔｎに対応する期間
に計測された車輪速データをＦＦＴ１４に供給してフー
リエ変換を実行させ、各周波数におけるゲインを計算し
て車輪速の周波数スペクトラムを求める。ステップＳ１
２０では固有振動の周波数（４０Ｈｚ近傍）におけるゲ
インを上記車輪速の周波数スペクトラムから読み取る。

【００５６】そして、ステップＳ１６０でナビゲーショ
ンシステム３０から車両の走行位置を読み取り、メモリ
３２から走行位置に対応した固有振動の周波数（４０Ｈ
ｚ近傍）におけるゲインと路面摩擦係数μとを関係付け
たマップを読み取る。次のステップＳ１２２で上記ゲイ
ンでマップを参照して路面摩擦係数μを推定する。この
後、ステップＳ１２８でカウンタｎを０にリセットして
処理サイクルを終了する。

【００５７】上記の実施例では、あらゆる道路の位置に
対応した固有振動の周波数（４０Ｈｚ近傍）におけるゲ
インと路面摩擦係数μとを関係付けたマップを用意しな
ければならない。このため、コストが高くなる。これを
避けるためには、図２５に示すように、ＥＣＵ１２に操
作スイッチ３４を設け、運転者が乾燥アスファルト、濡
れたアスファルト、圧雪路等の状況を操作スイッチ３４
から入力して、ナビゲーションシステム３０からの車両
の走行位置に対応してメモリ３２に道路状態（路面摩擦
係数μ）を記憶させ、学習を行っても良い。

【００５８】更に、図２６に示すように、路車間通信シ
ステム３６から走行位置における固有振動の周波数（４
０Ｈｚ近傍）におけるゲインと路面摩擦係数μとを関係
付けたマップを受け取り、車両の走行位置に対応してメ
モリ３２に道路状態（路面摩擦係数μ）を記憶させる構
成としても良い。上記の図２５，図２６におけるＥＣＵ
１２が実行する路面状態判定処理は図２４に示すフロー
チャートを用いればよい。

【００５９】

【発明の効果】上述の如く、請求項１に記載の発明は、
路面状態に応じて車輪速信号の周波数解析結果が異なる
ことに着目し、車輪速信号の周波数解析結果を用いて路
面状態を判別する。このため、車輪の直接的な動きから
判定を行っているので、騒音等の外乱の影響を受けにく
く、正確な判定を行うことができる。また、既存の車輪
速センサを利用でき、コストを低く抑えることができ
る。

【００６０】請求項２に記載の発明では、判定手段は、
所定周波数領域の信号強度に基づいて路面状態を判定す
る。このため、路面状態によって顕著な違いが現れる周
波数帯域で判定を行うことができ、正確な判定を行うこ
とができ、精度が向上する。請求項３に記載の発明で
は、判定手段は、所定周波数以下の信号強度に基づいて
路面状態を判定する。このため、路面状態によって顕著
な違いが現れる周波数帯域で判定を行うことができ、正
確な判定を行うことができ、精度が向上する。

【００６１】請求項４に記載の発明は、判定手段は、車
輪速によって決まる所定周波数の信号強度に基づいて路
面状態を判定する。タイヤでは車輪速によって定まる所
定の周波数で外乱が現れ信号強度が変化し、路面状態に
よってこの変化度合いが異なるため、これを利用して路
面状態を判定することが可能となる。請求項５に記載の
発明は、判定手段は、車輪の固有振動周波数と略等しい
周波数の信号強度に基づいて路面状態を判定する。車輪
の固有振動周波数と略等しい周波数では路面状態によっ
て信号強度が変化するため、これを利用して路面状態を
判定することが可能となる。

【００６２】請求項６に記載の発明は、判定手段は、路
面外乱の影響だけを受ける周波数の信号強度に基づき前
記車輪の固有振動周波数と略等しい周波数の信号強度を
正規化し、正規化した信号強度に基づき路面状態を判定
する。路面の凸凹による路面外乱で信号強度が変化する
ため、路面外乱の影響だけを受ける周波数の信号強度に
基づき信号強度を正規化することにより、路面外乱の影
響を排除して正確に路面状態を判定することができる。

【００６３】請求項７に記載の発明は、路面の振動情報
を走行位置に応じて記憶する記憶手段を有し、判定手段
は、前記記憶手段に記憶されている走行位置に応じた振
動情報と車輪の固有振動周波数と略等しい周波数の信号
強度に基づいて路面状態を判定する。路面の凸凹による
路面の振動情報を予め記憶し、走行位置に応じた振動情
報と車輪の固有振動周波数と略等しい周波数の信号強度
に基づいて路面状態を判定するため、路面外乱の影響を
排除して正確に路面状態を判定することができる。

【００６４】請求項８に記載の発明は、車輪速に基づき
前記判定手段の判定基準を変更する判定基準変更手段を
有する。車輪速によって車輪の固有振動周波数と略等し
い周波数の信号強度が変化するため、車輪速に基づき判
定基準を変更することで正確に路面状態を判定すること
ができる。請求項９に記載の発明は、タイヤ空気圧に基
づき前記判定手段で判定に用いる周波数を変更する周波
数変更手段を有する。タイヤ空気圧によって車輪の固有
振動周波数が変化するため、タイヤ空気圧に基づき判定
に用いる周波数を変更することで正確に路面状態を判定
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の路面状態判定装置の第１実施例のブロ
ック図である。

【図２】路面状態判定処理の第１実施例のフローチャー
トである。

【図３】車輪速信号の周波数スペクトラムを示す図であ
る。

【図４】本発明の路面状態判定装置の第２実施例のブロ
ック図である。

【図５】路面状態判定処理の第２実施例のフローチャー
トである。

【図６】本発明の路面状態判定装置の第３実施例のブロ
ック図である。

【図７】路面状態判定処理の第３実施例のフローチャー
トである。

【図８】車速とアンユニフォーミティ外乱の基本波との
関係を示す図である。

【図９】タイヤモデルを示す図である。

【図１０】固有振動のゲインと路面状態との関係を示す
図である。

【図１１】路面状態判定処理の第４実施例のフローチャ
ートである。

【図１２】路面状態判定処理の第５実施例のフローチャ
ートである。

【図１３】路面外乱に応じた固有振動のゲインと路面状
態との関係を示す図である。

【図１４】路面状態判定処理の第６実施例のフローチャ
ートである。

【図１５】路面状態判定処理の第７実施例のフローチャ
ートである。

【図１６】車速に応じた固有振動のゲインと路面状態と
の関係を示す図である。

【図１７】路面状態判定処理の第８実施例のフローチャ
ートである。

【図１８】路面状態判定処理の第９実施例のフローチャ
ートである。

【図１９】タイヤ空気圧に応じた固有振動のゲインと路
面状態との関係を示す図である。

【図２０】路面状態判定処理の第１０実施例のフローチ
ャートである。

【図２１】路面状態判定処理の第１１実施例のフローチ
ャートである。

【図２２】温度に応じた固有振動のゲインと路面状態と
の関係を示す図である。

【図２３】本発明の路面状態判定装置の第３実施例のブ
ロック図である。

【図２４】路面状態判定処理の第１２実施例のフローチ
ャートである。

【図２５】本発明の路面状態判定装置の第４実施例のブ
ロック図である。

【図２６】本発明の路面状態判定装置の第５実施例のブ
ロック図である。

【符号の説明】

１０車輪速センサ１２ＥＣＵ（電子制御装置）１４ＦＦＴ（高速フーリエ変換器）１６バンドパスフィルタ群１８可変バンドパスフィルタ群２０ホイール２２ベルト２４バネ２６路面３０ナビゲーションシステム３２メモリ３４操作スイッチ３６路車間通信システム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車輪速を検出する車輪速検出手段と、前記検出された車輪速信号の周波数解析を行う解析手段
と、前記解析の結果から路面状態を判定する判定手段とを有
することを特徴とする路面状態判定装置。
【請求項２】請求項１記載の路面状態判定装置におい
て、前記判定手段は、所定周波数領域の信号強度に基づいて
路面状態を判定することを特徴とする路面状態判定装
置。
【請求項３】請求項２記載の路面状態判定装置におい
て、前記判定手段は、所定周波数以下の信号強度に基づいて
路面状態を判定することを特徴とする路面状態判定装
置。
【請求項４】請求項２記載の路面状態判定装置におい
て、前記判定手段は、車輪速によって決まる所定周波数の信
号強度に基づいて路面状態を判定することを特徴とする
路面状態判定装置。
【請求項５】請求項２記載の路面状態判定装置におい
て、前記判定手段は、車輪の固有振動周波数と略等しい周波
数の信号強度に基づいて路面状態を判定することを特徴
とする路面状態判定装置。
【請求項６】請求項５記載の路面状態判定装置におい
て、前記判定手段は、路面外乱の影響だけを受ける周波数の
信号強度に基づき前記車輪の固有振動周波数と略等しい
周波数の信号強度を正規化し、正規化した信号強度に基
づき路面状態を判定することを特徴とする路面状態判定
装置。
【請求項７】請求項５記載の路面状態判定装置におい
て、路面の振動情報を走行位置に応じて記憶する記憶手段を
有し、前記判定手段は、前記記憶手段に記憶されている走行位
置に応じた振動情報と車輪の固有振動周波数と略等しい
周波数の信号強度に基づいて路面状態を判定することを
特徴とする路面状態判定装置。
【請求項８】請求項５記載の路面状態判定装置におい
て、車輪速に基づき前記判定手段の判定基準を変更する判定
基準変更手段を有することを特徴とする路面状態判定装
置。
【請求項９】請求項５記載の路面状態判定装置におい
て、タイヤ空気圧に基づき前記判定手段で判定に用いる周波
数を変更する周波数変更手段を有することを特徴とする
路面状態判定装置。