JPS60596A - 路面状態識別装置 - Google Patents

路面状態識別装置

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JPS60596A
JPS60596A JP58108258A JP10825883A JPS60596A JP S60596 A JPS60596 A JP S60596A JP 58108258 A JP58108258 A JP 58108258A JP 10825883 A JP10825883 A JP 10825883A JP S60596 A JPS60596 A JP S60596A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は車両の走行中にその路面状態を車速センサより
の車速信号に基いて判別する路面状態識別装置に関する
ものである。
近年、自動車の足まわりに関する電子制御装置化はめざ
ましいものである。例えば、スキ・ノド制御装置、車高
制御装置、サスペンシロン制御装置などがあり、また広
まりつつあるパワーステアリング制御装置、定速走行制
御装置、トランスミッション制御装置等がある。
これらの装置で共通に言えることは、どの装置もなんら
かの方法で車両の車速信号を取り込み制御を行なってい
ることである。このように車速センサはしだいに自動車
の制御装置の中に普及しつつある。
車輪速度信号を、車輪に取付けた車輪速度センサより取
入れている場合、車輪回転変動を直接信号に変換してい
ることになる。
実験により悪路での車輪速度Ｖｗは、第１図（ａ）に示
すように不規則に変動していて、車輪速度ＶＷの微分値
、すなわち第１図（ｂ）車輪加減速度※ＷはＯｇを中心
に不規則振動していることがわかる。
この主原因は、路面の凹凸により、車輪のバウンド、リ
バウンドや、シャーシの振動による車輪速度信号の乱れ
によるものであることが判明した。
通常、足まわり制御装置での悪路での制御は、良路での
制御のままでは不具合を生じるもの、また調整した方が
より高い安定性、操作性、安全性を得られるものがいく
つかある。
例えば、スキッド制御装置では、悪路での制御は路面か
らの不規則振動により、車輪速度信号が乱れるため制御
装置が誤ゆるめを発生し、制御力が低下し、制動距離が
ロック時に比べ大幅に延びるといった問題点がある。ま
た、車高制御装置では悪路でのバウンド−リバウンドに
よるボディシャーシの腹すりの問題がある。また、サス
ペンション制御装置では、悪路で乗心地の低下、操縦安
定性に問題がある。また、パワーステアリング制御装置
では悪路で操縦安定性に問題がある。
従来、路面の悪路状態を判別する装置または方法として
路面を光電変換素子によって走査して、その反射輝度を
解析し路面を判別する装置（特開昭５７−７７９４６＞
とか、路面に可視光または赤外光を投射し、その反射光
を解析することにより路面状態を判別する装置（特開昭
５８−５９００）などが公開されている。これらの装置
は、それ専用の装置を必要とし、また、高価であり車両
に装着するものとしては実用的でない。
本発明では現在足まわり制御装置の中などで使われ、次
第に自動車に普及しつつある車輪系の一部に取付けられ
た車速センサ信号をそのまま流用し、制御装置内で車速
センサ信号を解析し、路面の凹凸状筋を判別することに
より、足まわり制御装置等の制御特性を悪路に見合った
特性に自動的に切換えることにより、従来悪路走行で問
題となっていた車両の不具合を対策することを可能とし
、また悪路に見合った特性に切換えることにより、車両
の安定性、操作性、安全性をより増すことが可能となり
、その判別のためには、現在車両に普及しつつある車速
センサを流用することにより、特別なセンサを必要とせ
ず、経済性、実用性が高い足まわり制御に適した路面状
態識別装置を提供することを目的とするものである。
以下本発明を図に示す実施例に基いて説明する。
第２図は本発明の一実施例を示したブロック図である。
１は車輪の回転数に比例した周波数を持つ速度信号を発
生ずる車速センサ、２はセンサ入カバソファ、３は制御
袋Ｎ（マイクロコンピュータ）、４は車両状態スイッチ
、５はスイッチ人カバソファ、６はアクチュエータ駆動
回路、７はアクチュエータである。ここでいうアクチュ
エータ７とは、例えば制動時のブレーキ油圧を制御し、
車輪のロックをふせぐスキッド制御アクチュエータであ
ったり、車両の車高を調節するためのハイドコントロー
ルアクチュエータであったり、車両のサスペンション特
性を調節するだめのアブソーバ−コントロールアクチュ
エータであったり、ハンドルの操作重量を調節するパワ
ーステアリングコントロールアクチュエータなど、一般
にいう足まわり制御装置のアクチュエータを示している
。
制御装置３にはマイクロコンピュータを用いており、車
両状態スイッチ４とは例えばブレーキスイッチ（ＳＷ）
等である。
具体的実施例について、以下図面、フローヂャートを用
い説明する。
第３図は、第１図の悪路走行中の車速信号波形の一部分
を拡大したものである。車速センサの出力波形は通常、
良路（凹凸のないなめらかな路面；アスファルト路等）
で定速走行の場合、はぼ同一周期の信号であるが、悪路
ではセンサ出力波形周期が乱れ、車速に直し約４〜５　
ｋｍ　／　ｋｔ変動する悪路もある。この場合車輪速度
を微分した車輪加減速度では約±５ｇ（ｇは重力加速度
）も変動する。
こうした不規則に近い形で変動する車輪回転変動の特徴
パラメータを抽出し、路面凹凸状態の評価関数を算出す
ることによって路面の凹凸状態を判別する手法について
いくつか以下説明する。
車輪速度センサからの第３図ｆａｌに示す車速信号は、
波形整形され第３図（ｂ）の波形のような車速パルス信
号に変換される。この信号より車輪速度、車輪加減速度
を正確にめるには、ある基準の車速パルス信号から、あ
る所定の時間ＴＯ経過後、最初に入力された車速パルス
までの時間ΔＴと、その間に入力された車速パルス数Ｎ
ｐより、ΔＴ間の平均車輪速度Ｖｗを以下の計算式にて
算出できる。
ｖｗ＝Ｋ　１ｘＮｐ／ΔＴ　（但しに１：定数）・・・
（１）式 車輪加減速度Ｖｗは、車輪速度ＶＷの時間微分であるか
ら以下の式でめられる。
Ｖｗｎ−（（Ｖｗｎ　−Ｖｗｎ−＋）／　（ΔＴｎ＋Δ
Ｔｎ−＋）、’２１　・・・（２）式（添字ｎ：今回デ
ータ、ｎｌ前回データをそれぞれ示す） 第４図は、路面凹凸状態判別手法のフローチャートであ
る。まずプログラムがスタートしステップ１００で以下
演算に使用する作業レジスフ等を初期化しておく。ステ
ップ１１０では先に説明した車輪速度演算式Ｃ１１式に
よって車輪速度Ｖｗｎを演算する。次のステップ１２０
ではステップ１１０で演算した車輪速度■ｗｎと前回演
算車輪速度■ｗｎ−１から先に説明した車輪加減速度演
算式（２）式により車輪加減速度Ｖｗｎを算出する。
次のステップ２００では、以下３つの実施例を示すが、
前記ステップ１２０にて算出された車輪加減速度＜／Ｗ
を分析することにより、路面の凹凸状態評価関数−Ｆを
算出する。これについては後で詳し〈実施例をもって説
明する。ステップ２００で得られた内面状態の評価関数
Ｆを、ステップ３００では、悪路評価判定レベル設定値
：ＫＢＲと比較することにより、路面の良／悪路状態を
判別する。路面凹凸状態評価関数Ｆは、値が大きければ
大きい程、凹凸が激しい路面であることを示すもので、
ここでは１つの悪路評（ｉ　判定レベル：ＫＢＲによっ
て良〆悪路を判定するように記したが複数の判定レベル
を設り、悪路に段階的レベルを設けてもよい。例えば、
良路、悪路、極悪路等である。また評価関数Ｆの値に応
じて連続的に変化する制御変数を算出してもよい。ここ
では良〆悪の２値に判定を別ける場合について説明する
。
判定ステップ３００の判定で評価関数値Ｆが、悪路判定
レベルＫＢＲよりも、まず大きい場合は、ステップ３３
０へ飛び、すぐさま悪路判定クラブ：ｆＢＲをセットす
る。判定ステップ３００でＦ＜ＫＢＲと判定レベルより
も評価関数値が小さい場合は、判定ステップ３１０へ進
み、゛悪路判定に要する時間よりも長いある所定の時間
Ｔｃだけ、良路判定（Ｆくに６Ｒ）が継続したかどうか
を判定する。
ここですぐさま悪路判定フラグｆＢＲをリセットし、良
路状態としない理由は、一般に悪路判定はなるべく早い
時期に判定し、かつ誤判定は避ける必要から、判定時間
は短（、判定レベルは、ある程度高い値にセットされる
べきである。よって悪路によっては悪路判定が限らずし
も連続するとは限らず、悪路走行中でも判定レベルに達
しないことも、路面の状態によってはあり得、そのよう
な場合に良〆悪路判定を交互に繰返し、アクチュエータ
特性をその判定に追従しようと制御した場合、かえって
過制御、ハンチング等の問題を発生する恐れがあるため
である。よって、ある時間１０間に一度も悪路判定がさ
れず、確実に良路に戻ったと判断された時、３２０のス
テップにて悪路判定フラグｆＢＲをリセットする。
次の判定ステップ４００では、前記悪路判定フラグｆＢ
Ｒにより、現在の路面状筋を判定し、良路判定中の場合
はステップ４１０へ進み良路にてマツチングされた良路
制御定数にて、アクチェエータを制御する。判定ステッ
プ４００で現在悪路判定中の場合は、ステップ４２０へ
飛び悪路にてマツチングされた悪路判定制御定数にてア
クチェエータを制御する。以下、ステップ１１０に戻り
前記処理を繰返す。このような制御により、良路。
悪路に応じた制御が可能となる。
次にステップ２００で述べた、路面の凹凸状態を評価す
るいくつかの関数Ｆを算出する手法について、波形図と
フローチャートにより詳しく説明する。
まず、１番目の手法として、第５図および第６図により
車輪加減速度の分散をめ路面の凹凸状態評価関数を得る
場合について説明する。分散とは、誤差、ばらつき、変
化などの単位当りの大きさを示すもので、一般にＸＩ、
）Ｃ２・・・Ｘｎのｎ個の測定値の目標をＸｏとすれば
、分散■はＶ＝　（（ＸＩ　Ｘｏ）　２＋　（Ｘ２　Ｘ
ｏ）　２＋・・・＋（′ｆ、ｎ−Ｘｏ）２）Ｘｎ・・・
（３）式として定義できる。ここで目標値に０に相当す
るものは、車輪加減速度の場合なく、一定速度を想定し
また実際の車両車体速度の最大、最小加減速度はたかだ
か＋０．８ｇ〜−１，０ｇ程度であることからも、Ｏｇ
としてよく、よって（３）式の目標値ＸＯは０である。
第５図にて実際の車輪加減速度のｎ個のデータをＶｗｌ
、Ｖｗ２．　・−・Ｖｗｎとすれば、車輪加減速度の分
散Ｖは次式にてめられる。
■＝（※ＷＩ２＋※Ｗ２２＋・・・＋９ｗｎ２）Ｘｎ　
・・・（４）式 この式によって得られる車輪加減速度の分散値Ｖは車輪
回転変動の大きさを示すもので、すなわら路面凹凸状態
を示すパラメータである。説明するまでもなく値■が大
きい程、路面の凹凸状態が激しいことを示す。次にこの
車輪加減速度のサンプリング周期について考察してみる
。実際、路面の凹凸の距離間隔（単位距離当りの凹凸間
隔）と、車両の速度によっである車輪が凹凸を乗越える
周期は異なってくるが、実際の車両実験により、車輪加
減速度の変動周期の最高周波数はたかだか１０数１１ｚ
であることが判別した。これはタイヤの空気圧また、車
両のサスペンションの特性が影響するためで、実際車輪
は路面の凹凸によりバウンド−リバウンドを繰返し共振
するためであると思われる。この周波数はほぼ車輪のバ
ネ下共振周波数に一致する。このことより、車輪加減速
度のサンプリング周波数は、サンプリング定理からもた
かだか３０１１ｚ程度で、その変動をとらえることがで
きるということが判明した。以上のことより、評価関数
としての車輪加減速度の分散を計算するサブルーチンと
してそのフローチャートを第６図にて説明する。
ステップ２１０では、サンプリング周期の経過時点か否
かを判定し、周期前の場合はルーチンをリターンする。
このサンプリング周期は先の考察より例えば３２ｍ５と
する。次にステップ２１１ではその時の車輪加減速度値
Ｖｗを取り込み、２乗して加算していく。ここで示した
Ｖｓｕ閂は加算作業エリアであり、サンプリング周期毎
にＶｗのしておく。ステップ２１２では、２乗加算デー
タがｎ個に達したかを判定し、まだｎ個に満たない場合
はルーチンをリターンする。ｎ個に達した場合、ステッ
プ２１３でＶ　ｓ　ｕ　Ｍをｎで割算し、車輪加減速度
の分散値Ｖを算出する。こうして得られた分散値Ｖをパ
ラメータとする路面状態評価関数Ｆをステ・７プ２１４
でＦ＝Ｆ　（Ｖ）と定義する。
これは分散値データを悪路評価判定変数に変換する関数
でもある。ステップ２１５では、分散算出作業エリアｖ
ＳｕＭをクリアし、次の判定サイクルの分散計算の準備
をしておく。
以上の分散分析を行なう場合の特徴は、評価関数のＦ＝
Ｆ　（Ｖ）のグイナミソクレンジが大きいことにより、
精度の高い路面状態判別であるといえる。反面、判定ま
での処理時間、作業メモリを多く必要とする。
次に作業メモリが少なく、また処理時間等が比較的短か
く、かつ路面、車体を含めた変動の変動周波数を算出で
きる手法の一例を第７図、第８図を用いて説明する。
この手法の特徴は、車輪加減速度値に対して、ある悪路
判定加減速度基準レベルを設け、ある一定時間に、この
判定レベルを車輪加減速度が何回越えたかをカウントし
、こ−のカウント値を路面−状態の評価関数とすること
である。第７図は、前記判定加減速度基準レベル二０８
を、車輪加減速度Ｖｗが、ある所定時間’　Ｔ　ｅ　ｌ
−Ｉ　Ｋ　＋の間に、何回越えたかを、カウンタ：　Ｃ
Ｏｕｐにてカウントする様子を示した図である。以下こ
の処理を第８図のフローチャートにより説明する。
ステップ２２０では、車輪加減速度Ｖｗと、判定レベル
Ｇ８とを比較し※Ｗ≦ＧＢの場合はステップ２２４に飛
び、フラグｆｏｕＰを０とする。
この判定フラグｒＯｕＰは、※ＷがＧ８を越えた時に１
″にセットされ、越えている間は“１″を保持し、ＣＢ
以下となった時に″θ″リセットされるフラグで、９Ｗ
が０８を越えた回数をカウントするカウンカ：Ｃｃｕｐ
のためのフラグである。以上説明したようにステップ２
２０の判定にて９ｗ＞ＱＢと判定された場合は、ステ・
ノブ２２１にてフラグｒＧｕＰが１″となっているかを
判定し、すでに１″となっている場合は、カウンタＣＧ
ｕＰのカウントをバスし、０″の場合にのみステップ２
２２にてカウンタＣａ　ｕ　Ｐをカウントアツプし、ス
テップ２２３にてフラグｆＯｕｐを１″にセットする。
判定ステ・ノブ２２５では、ある所定時間：ＴＣＨＫＩ
経過したかを判定し、経過前の場合はルーチンをリター
ンする。
経過した場合は、ステップ２２６にてＴ。ＨＫＩ間に判
定レベルＧＢを越えたカウント値Ｃｑｕｐをパラメータ
とする路面状態評価関数Ｆを、ステップ２２６にてＦ＝
Ｆ（ＣＧｕｐ）と定義する。
これは所定時間の変動回数すなわち、路面または車両の
振動周波数を、悪路評価判定変数に変換する関数でもあ
る。ステップ２２７では、カウンタＣａｕｐをクリアし
、次の判定サイクルの準備をする。
以上述べたある加減速度判定レベルを越える回数をカウ
ントする場合の特徴は、比較的作業メモリが少なく、ま
た所定時間の変動回数がわかることから、路面または車
両の変動周波数をめることができることである。反面あ
る程度測定時間ＴＣＨＫＩを長くし測定しないと路面状
態評価関数Ｆ＝Ｆ　（Ｃａｕｐ）の信頼度が上らないこ
とである。
もう１つの実施例として、前記２つの実施サイクルに比
べ判定時間が短かくてずみ、作業メモリも比較的少ない
車輪加減速度の変動の大きさを、最大ピーク、最小ピー
クの差からめる手法についての一例を第９図、第１０図
を用いて説明する。
この手法の特徴は、車輪加減速度の変動振幅中より路面
状態を評価することである。第９図は、ある所定時間二
ＴｏＨＫ２の間の車輪加速度の最大値ＶＷＭ　Ａ　Ｘ　
（＞　Ｏｇ＞と、車輪減速度の最小値ｖＷＭｉＮ　（＜
Ｏｇ）をめ、その差：Ｖｐ−ｐ＝※ＷＭＡＸ−※Ｗ　Ｍ
　ｔ　Ｎの大きさを路面状態評価関数とすることを示し
たものである。以下この処理を第１０し　・フローチャ
ートにより説明する。
ステップ２３０では車輪加減速度＜／Ｗの値がまず正か
負かを判定する。正の値ならばステップ２３１にて、そ
れ以前の最大車輪加速度値ＶＷＭＡＸと比較し、’Ｊ　
Ｗ　Ｍ　Ａ　Ｘ≧Ｖｗならばステップ２３２をスキップ
する。※ＷＭＡＸ＜※Ｗと判定され、それ以前の最大値
よりも大きい場合は、ステップ２３２にて※Ｗ　Ｍ　Ａ
　Ｘに※Ｗをセットする。同様に※Ｗの値が負の場合は
、ステップ２３３，２３４にてそれ以前の最小値ＶｗＭ
ｉＮ（＜Ｏｇ）と比較しより小さい値を※ｗＭｉ＋ｖに
セットする。
こうしてステップ２３５にである所定の時間：１゛ＣＨ
Ｋ２が経過したかを判定し、経過前ならばルーチンをリ
ターンし、経過後はずステップ２３６にて＊ＷＭＡＸと
※Ｗ　Ｍ　ｉ　Ｎとの差：Ｖｐ−ｐをめる。ステップ２
３７では、前記ＶＰ−Ｐを評価パラメータとする路面状
態評価関数ＦをＦ＝Ｆ（Ｖ　ｐ　−ｐ）と定義する。こ
れは車輪加減速度変動振幅値を、悪路評価判定変数に、
変換する関数でもある。ステップ２３８では※Ｗ　Ｍ　
Ａ　ｘ＋　◇ＷＭｉＮともＯｇとし、次の判定サイクル
の基準を行なう。
以上述べた車輪加減速度変動の振幅中をめる場合の特徴
は、判定までの時間ＴＣＨＫ２が短かくてすむことであ
る。反面、単発振動、車速センサノイス等に対して弱い
面がある。
以上、車輪加減速度の変動周期、変動周波数、変動振幅
等の分析から路面の凹凸状態の評価手法について述べて
きたが、もちろんこれらの各手法の組合せ、応用等でも
よく、例えば車輪加減速度絶対値の積分量で評価する手
法、また路面凹凸振動で特徴的な正の車輪加速度量だけ
を対象として、分析する手法等が考えられる。すなわち
、悪路での対象とする制御装置の応答性、制御性また判
定装置内メモリ、容量または車速センサの精度等を考慮
して判別手法を選べばよい。
なお、上述の実施例では、１つの車速信号についての分
析判定手法をいくつか示したが、複数の車輪から車速信
号を得ているシステムでは、各車輪毎に前記手法にて分
析し、その評価関数の平均値、または最大値をもって路
面状態を判定してもい。この場合駆動輪と転動輪が含ま
れているシステムでは、転動輪の方が車輪の慣性重量が
少なく、路面の振動に対して影響を受けやすいために路
面評価関数のダイナミックレンジが大きく判定積度が高
いことがわかった。ただし駆動輪に対しても、車速セン
サの分解能がある程度高い場合、路面の振動が影響し、
車輪速度の微分値にはあきらかにその変動が表われるこ
とをつきとめた。以上より少なくとも車両の車輪系に１
つ以上の車速センサを有した足まわり制御装置の中で制
御部に車速信号分析による路面状態判別手段を設けるこ
とによって、悪路での制御特性を悪路に適した特性に自
動的に切換えることができ、車両の安定性、安全性を増
すことができるという優れた効果のある制御装置を可能
とする路面の凹凸状態判別を車両実験をもとに完成した
ものである。
なお、ここで説明した実施例で制御装置にはマイクロコ
ンビニーりを使用し、その内部プログラムのフローチャ
ートによって説明してきたが、これを論理回路等におき
かえて、ハード回路によって構成しても同等の効果を得
られることはいうまテモない。また車両に車速センサの
信号をもとにいくつかの別々の制御を行なうシステムが
存在する場合、ある１台の装置が、路面状態を判別し、
その信号を他の制御装置に送ることによって、それぞれ
の制御装置が、独自に路面状態を判定する必要をなくす
こともできる。また路面状態判別専用装置を備え、各制
御装置に信号、データ等を送るようにしてもよい。
以上述べたように本発明によれば、今まで、良路、悪路
の中間レベルまたは良路寄りでマツチングを取っていた
足まわり制御装置の特性を、良路と悪路に分けて制御す
ることが可能となるため、良路では、より良路に見合っ
た制御特性にマツチングでき、また悪路では悪路のレベ
ルに応じて、制御特性を変化させることが可能となるた
め、より安定性、操作性、安全性の高い車両を実現でき
ることが可能となるという大きな効果があり、かつ現在
普及しつつある車速センサの信号を用いて路面状態の判
別を行なうことができ、経済性、実現性が高いという優
れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）、（ｂ）は悪路走行時の波形を示す波形図
、第２図は本発明の一実施例の全体構成図、第３図（ａ
）、（ｂ）はその作動説明の波形図、第４図はその全体
演算処理を示すフローチャー１・、第５図は分散分析の
説明波形図、第６図はその分散分析の演算を示すフロー
チャート、第７図は変動周波数分析の説明波形図、第８
図はその変動周波数分析の演算を示すフローチャート、
第９図は変動振幅分析の説明波形図、第１０図はその変
動振幅分析の演算を示すフローチャートである。 １・・・車速センサ、３・・・制御装置、４・・・車両
状態スイッチ、６・・・駆動回路、７・・・アクチュエ
ータ。 代理人弁理士　岡　部　隆 第４図。 第５図 第７図 第９図 第８図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 Ｔｌ）車輪の回転に応じて速度信号を発生する車速セン
    サを備えた車両において、 前記車速センサよりの車速信号に基いて車輪速度の微分
    値を示す車輪加減速度を演算する微分手段と、 この車輪加減速度の変動分析から走行中の路面の凹凸状
    態を判別する判別手段と を備えたことを特徴とする路面状態識別装置。 （２、特許請求の範囲第１項において、前記判別手段は
    、車輪加減速度をある周期でサンプリングし、そのサン
    プリング値の分散を算出する手段を有することを特徴と
    する路面状態識別装置。 （３）特許請求の範囲第１項において、前記判別手段は
    、所定時間内に予め定めた闇値を車輪加減速度が越えた
    回数を算出する手段を有することを特徴とする路面状態
    識別装置。 （４）特許請求の範囲第１項において、前記判別手段は
    、所定時間内の車輪加減速度の最大ピーク値、及び最小
    ピーク値の差を算出する手段を有することを特徴とする
    路面状態識別装置。 （５）特許請求の範囲第１項〜第４項において、前記判
    別手段は、路面の凹凸状態を少なくとも２段階に判定を
    分ける手段を有することを特徴とする路面状態識別装置
    。 （６）特許請求の範囲第５項において、前記判別手段に
    よる路面の判定が悪路状態を判定すると、その判定時間
    より長い所定時間その判定結果を保持する手段を有する
    ことを特徴とする路面状態識別装置。
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