WO2019103094A1 - 路面状態判別装置 - Google Patents

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WO2019103094A1
WO2019103094A1 PCT/JP2018/043170 JP2018043170W WO2019103094A1 WO 2019103094 A1 WO2019103094 A1 WO 2019103094A1 JP 2018043170 W JP2018043170 W JP 2018043170W WO 2019103094 A1 WO2019103094 A1 WO 2019103094A1
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tire
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vehicle speed
data
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良佑 神林
雅士 森
高俊 関澤
洋一朗 鈴木
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株式会社デンソー
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    • G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means

Definitions

  • the present disclosure detects the vibration received by the tire with the tire side device, creates road surface data indicating the road surface state based on the vibration data, transmits it to the vehicle body side system, and determines the road surface state based on the road surface data.
  • the present invention relates to a road surface state determination device.
  • Patent Document 1 there is provided a road surface state determining method including an acceleration sensor on the back surface of the tire tread, detecting the vibration applied to the tire by the acceleration sensor, and determining the road surface state based on the detection result of the vibration. Proposed.
  • this road surface condition determination method a feature vector is extracted from the tire's vibration waveform detected by the acceleration sensor, and the similarity between the extracted feature vector and all the support vectors stored for each type of road surface is calculated. , Determine the road surface condition.
  • the kernel function is used to calculate the degree of similarity between the extracted feature vector and all the support vectors, and the type of road surface having the highest degree of similarity, such as dry road surface, wet road surface, frozen road, snow road etc., is currently running. It is determined that the road surface condition is According to such a road surface state determination method, it is possible to perform road surface determination with high robustness.
  • the detection signal of the acceleration sensor which is an analog signal
  • a / D converted and converted into a digital signal is A / D converted and converted into a digital signal, and extraction of a feature vector is performed based on the digital signal.
  • the conversion range in A / D conversion is determined, and the resolution of the A / D conversion, that is, the acceleration value per 1 LSB (hereinafter, referred to as minimum detected G value) is also determined corresponding to this conversion range.
  • the number of bits of the memory used for A / D conversion is fixed, and is, for example, 13 bits. In that case, for example, when the maximum range of input acceleration is expected to be ⁇ 350 G, 13 bits represent ⁇ 350 G, so the minimum detection G value is 0.085 G / LSB.
  • the detection signal is A / D converted and the frequency is also used when another sensor that outputs a detection signal representing the tire vibration is used. Since the analysis is performed, the same problem as described above occurs.
  • the present disclosure is a road surface state determining apparatus that determines the road surface state by frequency-analyzing a digital signal obtained by A / D converting a detection signal representing the vibration of a tire. The purpose is to make it possible to determine the state.
  • a road surface state determining device is attached to each of a plurality of tires provided in a vehicle, and a vibration detection unit that outputs a detection signal according to the magnitude of the vibration of the tire, and a vibration detection that is an analog signal A / D converter for A / D converting the detection signal of the unit into a digital signal of a predetermined number of bits as a digital output signal, and a waveform processing unit for generating road surface data indicating a road surface condition appearing in the waveform of the digital output signal
  • a first data communication unit transmitting road surface data; a second data communication unit receiving road surface data transmitted from the first data communication unit; and a traveling road surface of the vehicle based on the road surface data
  • a vehicle body side system having a road surface determination unit that determines the road surface state of the vehicle.
  • the tire side device is configured to obtain the magnitude of the vibration of the tire at the time of converting the detection signal into a digital signal by the vehicle speed acquisition unit for acquiring the vehicle speed which is the speed of the vehicle and the A / D converter. And a range setting unit for setting a conversion range.
  • the conversion range when A / D converts the detection signal of the vibration sensor unit in the A / D conversion unit can be varied according to the vehicle speed. Therefore, the conversion range can be set in accordance with the maximum amplitude of the detection signal of the vibration detection unit, which changes in accordance with the vehicle speed. Therefore, when a digital output signal obtained by A / D converting a detection signal representing tire vibration is subjected to frequency analysis to determine a road surface state, the road surface state is accurately determined even if the magnitude of the tire vibration changes. It becomes possible.
  • the parenthesized reference symbol attached to each component etc. shows an example of the correspondence of the component etc. and the specific component etc. as described in the embodiment to be described later.
  • FIG. 1 It is a figure showing the block configuration in the vehicles mounting state of the tire device to which the road surface state distinction device concerning a 1st embodiment is applied. It is a block diagram showing details of a tire side device and a vehicle body side system. It is a cross-sectional schematic diagram of the tire in which the tire side apparatus was attached. It is a figure showing the relation between the vehicle speed and the acceleration maximum amplitude. It is an output voltage waveform figure of the vibration sensor part at the time of tire rotation. It is a figure which shows a mode that the detection signal of the vibration sensor part was divided for every time window of predetermined time width
  • a tire device 100 having a road surface condition determination function according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
  • the tire device 100 according to the present embodiment determines the road surface state during traveling based on the vibration applied to the ground contact surface of the tire provided on each wheel of the vehicle, and notifies of the danger of the vehicle or the vehicle based on the road surface state. It performs exercise control and the like.
  • the tire device 100 is configured to have a tire side device 1 provided on the wheel side and a vehicle body side system 2 including each part provided on the vehicle body side.
  • a receiver 21 an electronic control unit for brake control (hereinafter referred to as a brake ECU) 22, a notification unit 23 and the like are provided.
  • the part of the tire device 100 that realizes the road surface state determination function corresponds to the road surface state determination device.
  • the receiver 21 of the tire side device 1 and the vehicle body side system 2 constitutes a road surface state determining device.
  • the tire device 100 transmits data (hereinafter referred to as road surface data) according to the road surface state in which the tire 3 is traveling from the tire side device 1 and receives the road surface data by the receiver 21 To determine the In addition, the tire device 100 transmits the determination result of the road surface condition in the receiver 21 to the notification device 23, and causes the notification device 23 to notify the determination result of the road surface condition. This makes it possible to convey the road surface condition to the driver, for example, a dry road, a wet road, or a frozen road, and to warn the driver if the road surface is slippery. In addition, the tire device 100 transmits a road surface state to the brake ECU 22 or the like that performs vehicle motion control so that vehicle motion control for avoiding a danger is performed.
  • road surface data data (hereinafter referred to as road surface data) according to the road surface state in which the tire 3 is traveling from the tire side device 1 and receives the road surface data by the receiver 21
  • the tire device 100 transmits the determination result of the road surface condition in the receiver 21 to
  • the tire side device 1 and the receiver 21 are configured as follows.
  • the tire side device 1 is configured to include a vibration sensor unit 10, an acceleration detection unit 11, a control unit 12, a data communication unit 13 and a power supply unit 14 as shown in FIG. 2, and as shown in FIG. For example, it is provided on the back side of the tread 31 of the tire 3.
  • the vibration sensor unit 10 constitutes a vibration detection unit for detecting a vibration applied to the tire 3.
  • the vibration sensor unit 10 is configured by an acceleration sensor.
  • the vibration sensor unit 10 contacts the circular track drawn by the tire-side device 1 when the tire 3 rotates, that is, the tire tangent indicated by the arrow X in FIG.
  • An acceleration detection signal is output as a detection signal corresponding to the magnitude of the directional vibration.
  • the vibration sensor unit 10 generates, as a detection signal, an output voltage or the like in which one of the two directions indicated by the arrow X is positive and the opposite direction is negative.
  • the vibration sensor unit 10 performs acceleration detection at a predetermined sampling cycle set to a cycle shorter than one rotation of the tire 3 and outputs it as a detection signal.
  • the detection signal of the vibration sensor unit 10 is represented as an output voltage or an output current, here, a case where it is represented as an output voltage is taken as an example.
  • the acceleration detection unit 11 is for detecting an acceleration in the radial direction of the tire 3 to which the tire side device 1 is attached. Specifically, the acceleration detection unit 11 outputs a detection signal according to the radial acceleration of the tire 3 indicated by the arrow Z in FIG. 3. For example, the acceleration detection unit 11 performs acceleration detection at a predetermined sampling cycle which is set to a cycle shorter than one rotation of the tire 3 and outputs it as a detection signal.
  • the control unit 12 is constituted by a known microcomputer provided with a CPU, ROM, RAM, I / O and the like, performs signal processing of detection signals according to a program stored in the ROM and the like, and indicates road surface conditions appearing in the detection signals. Generate road surface data.
  • the control unit 12 is configured to include an A / D conversion unit 12a, a vehicle speed acquisition unit 12b, a range setting unit 12c, and a waveform processing unit 12d as functional units that perform those processes.
  • the A / D conversion unit 12a performs A / D conversion of a detection signal of the vibration sensor unit 10, which is output as an analog signal, into a digital signal, and transmits the digital signal to the waveform processing unit 11d.
  • the A / D conversion unit 12a converts the acceleration indicated by the detection signal of the vibration sensor unit 10 into a digital value and outputs the digital value as a digital signal within the set conversion range.
  • the conversion range of the A / D conversion can be changed based on the setting value transmitted from the range setting unit 12c described later, and in the case of this embodiment, the conversion range can be set stepwise. There is.
  • the A / D conversion unit 12a is configured to be able to perform A / D conversion of the conversion range of three steps with 13 bits, and converts the output voltage corresponding to the detection signal of the vibration sensor unit 10 into three conversion ranges. Convert to digital value with.
  • the vibration sensor unit 10 is configured by an acceleration sensor and the detected vibration of the tire 3 is represented by acceleration
  • the A / D conversion unit 12a converts three steps of ⁇ 20 G, ⁇ 100 G, ⁇ 350.
  • the range can be set.
  • the amplitude of the output voltage waveform which is a detection signal of the vibration sensor unit 10 changes in accordance with the vehicle speed, and as shown in FIG. That is, when the vehicle speed is in a low speed range, for example, 0 to 30 km / h, the maximum amplitude of the acceleration indicated by the output voltage of the vibration sensor unit 10 is, for example, within ⁇ 20 G. When the vehicle speed is in the practical speed range, for example, 30 to 80 km / h, the maximum amplitude of the acceleration indicated by the output voltage of the vibration sensor unit 10 is in the range of ⁇ 100 G.
  • the A / D conversion unit 12a can change the conversion range into the above-described three stages corresponding to each speed range.
  • the minimum detection G value is 0.0049 G / LSB.
  • the minimum detection G value is 0.024 G / LSB.
  • the minimum detection G value is 0.085 G / LSB.
  • the maximum amplitude of the output voltage of the vibration sensor unit 10 may be out of the range of ⁇ 350 G.
  • 120 km / h or more is in the same conversion range.
  • a conversion range wider than ⁇ 350 G may be set.
  • the vehicle speed acquisition unit 12 b plays a role of acquiring the vehicle speed that is the speed of the vehicle.
  • the vehicle speed acquisition unit 12 b measures the radial acceleration of the tire 3 based on the detection signal of the acceleration detection unit 11 and then calculates the vehicle speed based on the acceleration.
  • the output voltage waveform of the detection signal of the acceleration detection unit 11 includes a gravity acceleration component and a centrifugal acceleration component.
  • the gravitational acceleration component appears as an amplitude waveform such that one rotation of the tire 3 has one cycle, and the centrifugal acceleration component appears as a direct current component proportional to the rotational speed of the tire 3. Therefore, the vehicle speed acquisition unit 12b calculates the rotation speed of the tire 3, that is, the vehicle speed based on the number of times of the amplitude of the gravity acceleration component, or calculates the vehicle speed based on the magnitude of the centrifugal acceleration component.
  • the range setting unit 12 c sets a setting value for determining the conversion range of the A / D conversion unit 12 a based on the vehicle speed calculated by the vehicle speed acquisition unit 12 b.
  • the set value may be any value as long as the correspondence with the conversion range to be set can be confirmed in the A / D conversion unit 12a.
  • the setting value is 1 to 3, and for example, the setting value is 1 when the vehicle speed is 0 to 30 km / h, 2 for 30 to 80 km / h, and 3 for 80 km / h or more. .
  • the A / D conversion unit 12a changes the conversion range, and conversion range of ⁇ 20 G at setting value 1, ⁇ 100 G at setting value 2, and ⁇ 350 G at setting value 3 Is set.
  • the conversion range of A / D conversion in the A / D conversion unit 12a is variable according to the vehicle speed, and the conversion range of the A / D conversion is set wider as the vehicle speed increases. Therefore, it becomes possible to set the conversion range in accordance with the maximum amplitude of the output voltage of the vibration sensor unit 10 which changes in accordance with the vehicle speed.
  • the waveform processing unit 12 d uses a detection signal (hereinafter referred to as a digital output signal) of the vibration sensor unit 10 after A / D conversion as a detection signal representing vibration data in the tire tangential direction, and generates a vibration waveform indicated by the digital output signal.
  • the waveform processing is performed to extract feature quantities of tire vibration.
  • the feature amount of the tire G is extracted by performing signal processing on a detection signal of the acceleration of the tire 3 (hereinafter referred to as a tire G).
  • the waveform processing unit 12 d transmits data including the extracted feature amount to the data communication unit 13 as road surface data. The details of the feature quantities referred to here will be described later.
  • the waveform processing unit 12 d controls data transmission from the data communication unit 13, and transmits road surface data to the data communication unit 13 at a timing when data transmission is to be performed. Allow communication to take place.
  • the waveform processing unit 12d extracts the feature amount of the tire G each time the tire 3 makes one rotation, and the data communication unit 13 at a rate of once or plural times every time the tire 3 makes one rotation or plural rotations.
  • the road surface data is transmitted to
  • the waveform processing unit 12 d transmits, to the data communication unit 13, road surface data including the feature amount of the tire G extracted during one rotation of the tire 3 when transmitting the road surface data to the data communication unit 13. ing.
  • the data communication unit 13 constitutes a first data communication unit. For example, when road surface data is transmitted from the waveform processing unit 12 d, the road surface data is transmitted at that timing.
  • the data transmission timing from the data communication unit 13 is controlled by the waveform processing unit 12d, and the data communication unit is sent from the waveform processing unit 12d every time the tire 3 makes one or more rotations. Data transmission from 13 is to be performed.
  • the power supply unit 14 is a power supply of the tire-side device 1 and supplies the power to the respective units provided in the tire-side device 1 so that the respective units can be operated.
  • the power supply unit 14 is configured of, for example, a battery such as a button battery. Since the tire side device 1 is provided in the tire 3, battery replacement can not be easily performed, and therefore, it is necessary to reduce power consumption.
  • the power supply unit 14 can also be configured by a power generation device, a storage battery, and the like. When the power supply unit 14 is configured to have a power generation device, the problem of battery life is reduced as compared to the case where it is a battery, but large power generation is difficult, so it is desirable to reduce power consumption.
  • the receiver 21, the brake ECU 22, and the notification device 23, which constitute the vehicle body side system 2 are driven when a start switch such as an ignition switch (not shown) is turned on.
  • the receiver 21 is configured to have a data communication unit 24 and a road surface determination unit 25 as shown in FIG.
  • the data communication unit 24 is a part that constitutes the second data communication unit, receives the road surface data including the feature amount transmitted from the data communication unit 13 of the tire-side device 1, and plays the role of transmitting it to the road surface determination unit 25. .
  • the road surface determination unit 25 is configured by a well-known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, an I / O, and the like, performs various processes according to a program stored in the ROM or the like, and determines a road surface state. Specifically, the road surface determination unit 25 stores the support vector, and determines the road surface state by comparing the road surface data transmitted from the control unit 12 with the support vector.
  • the support vectors are stored and stored for each type of road surface.
  • the support vector is a feature that serves as an example, and is obtained, for example, by learning using a support vector machine.
  • the vehicle equipped with the tire side device 1 is run experimentally for each type of road surface, and at that time the feature quantity extracted by the control unit 12 is learned for a predetermined number of tire rotations, and a typical feature quantity is determined from among them.
  • a few minutes are extracted as support vectors. For example, feature amounts for one million rotations are learned for each type of road surface, and typical feature amounts for 100 rotations are extracted therefrom as support vectors.
  • the road surface determination unit 25 determines the road surface state by comparing the feature amount sent from the tire-side device 1 received by the data communication unit 24 with the stored support vector for each type of road surface. . For example, the feature amount included in the road surface data received this time is compared with the support vector for each type of road surface, and the road surface of the support vector having the closest feature amount is determined as the current traveling road surface.
  • the road surface determination unit 25 determines the road surface state
  • the road surface determination unit 25 transmits the determined road surface state to the notification device 23, and notifies the driver of the road surface condition from the notification device 23 as necessary.
  • the driver can keep in mind the driving corresponding to the road surface condition, and the danger of the vehicle can be avoided.
  • the road surface condition determined through the notification device 23 may be always displayed, or the road surface condition is determined only when the driving needs to be performed more carefully, such as a wet route or a frozen route. The status may be displayed to warn the driver.
  • the road surface state is transmitted from the receiver 21 to the ECU for executing the vehicle movement control such as the brake ECU 22, and the vehicle movement control is performed based on the transmitted road surface state.
  • the brake ECU 22 constitutes a braking control device that performs various brake control. Specifically, the brake ECU 22 controls the braking force by increasing or decreasing the wheel cylinder pressure by driving an actuator for controlling the brake fluid pressure. The brake ECU 22 can also control the braking force of each wheel independently. When the road surface condition is transmitted from the receiver 21 by the brake ECU 22, the braking force is controlled as the vehicle motion control based thereon. For example, the brake ECU 22 weakens the braking force generated with respect to the amount of brake operation by the driver, as compared to a dry road surface, when it is indicated that the road surface state transmitted is a frozen road. Thereby, it is possible to suppress the wheel slip and to avoid the danger of the vehicle.
  • the notification device 23 is configured of, for example, a meter indicator, and is used when notifying the driver of the road surface condition.
  • the notification device 23 is configured by a meter indicator, the driver is disposed at a visible position during driving of the vehicle, for example, installed in an instrument panel of the vehicle.
  • the meter display can notify the driver of the road surface condition visually by performing display in a mode in which the road surface condition can be grasped when the road surface condition is transmitted from the receiver 21.
  • the notification device 23 can also be configured by a buzzer, a voice guidance device, or the like. In that case, the notification device 23 can aurally notify the driver of the road surface condition by buzzer sound or voice guidance.
  • the meter display was mentioned as the example as the alerting
  • each part which comprises the vehicle body side system 2 is connected through in-vehicle LAN (abbreviation of Local Area Network) by CAN (abbreviation of Controller Area Network) communication etc., for example. Therefore, each part can communicate information with each other through the in-vehicle LAN.
  • in-vehicle LAN abbreviation of Local Area Network
  • CAN abbreviation of Controller Area Network
  • the tire device 100 according to the present embodiment is configured as described above. Next, details of the feature quantity extracted by the above-described waveform processing unit 12 d will be described.
  • the feature amount mentioned here is an amount indicating the feature of the vibration applied to the tire 3 acquired by the vibration sensor unit 10, and is represented as, for example, a feature vector.
  • An output voltage waveform of a detection signal of the vibration sensor unit 10 at the time of tire rotation is, for example, a waveform shown in FIG.
  • the output voltage of the vibration sensor unit 10 reaches its maximum value at the start of grounding, in which the portion of the tread 31 corresponding to the location of the vibration sensor unit 10 starts to be grounded as the tire 3 rotates.
  • the peak value at the start of grounding where the output voltage of the vibration sensor unit 10 has a maximum value is referred to as a first peak value.
  • the vibration sensor unit 10 is no longer grounded from the state where the portion corresponding to the location of the vibration sensor unit 10 is grounded.
  • Output voltage has a local minimum value.
  • the peak value at the end of grounding where the output voltage of the vibration sensor unit 10 has a local minimum value is referred to as a second peak value.
  • the reason why the output voltage of the vibration sensor unit 10 has a peak value at the above timing is as follows. That is, when the portion of the tread 31 corresponding to the location where the vibration sensor unit 10 is in contact with the tread 31 as the tire 3 rotates, the portion of the tire 3 having a substantially cylindrical surface in the vicinity of the vibration sensor unit 10 is It is pressed and deformed into a planar shape. By receiving the impact at this time, the output voltage of the vibration sensor unit 10 takes a first peak value. In addition, when a portion of the tread 31 corresponding to the location where the vibration sensor unit 10 is disposed is separated from the ground contact surface as the tire 3 rotates, the tire 3 is released from pressure in the vicinity of the vibration sensor unit 10 and is planar It returns to approximately cylindrical shape from.
  • the output voltage of the vibration sensor unit 10 takes a second peak value.
  • the output voltage of the vibration sensor unit 10 takes the first and second peak values at the start of grounding and at the end of grounding, respectively. Further, since the direction of the impact when the tire 3 is pressed and the direction of the impact when released from the pressing are opposite, the sign of the output voltage is also the opposite.
  • step-in region the moment when a portion of the tire tread 31 corresponding to the location where the vibration sensor unit 10 is placed contacts the road surface
  • step-out region the moment leaving the road surface
  • step-in area includes the timing at which the first peak value is obtained
  • step-out area includes the timing at which the second peak value is obtained.
  • the area in front of the stepping area is the area before the stepping area, and the area from the stepping area to the kicking area, that is, the portion of the tire tread 31 corresponding to the location where the vibration sensor unit 10 is in contact.
  • "Region after kicking out” is taken as "area after kicking out”.
  • five areas R1 to R5 are “pre-step-in area”, “step-in area”, “kick-out front area”, “kick-out area”, and “post-kick out area” of detection signals in order. It is shown as.
  • the vibration generated in the tire 3 fluctuates in each of the divided areas, and the detection signal of the vibration sensor unit 10 changes, so that the frequency analysis of the detection signal of the vibration sensor unit 10 in each area is performed.
  • the road surface state can be determined based on the frequency analysis of the detection signal.
  • the waveform processing unit 12d first detects the detection signal of the vibration sensor unit 10 for one rotation of the tire 3, which has a continuous time axis waveform, as shown in FIG.
  • Each division is divided into a plurality of sections, and frequency analysis is performed in each section to extract feature quantities.
  • the power spectrum value in each frequency band that is, the vibration level in the specific frequency band is determined by performing frequency analysis in each section, and this power spectrum value is used as the feature amount.
  • the raw waveform of the detection signal of the vibration sensor unit 10 represented by an analog signal is described as it is, but in actuality, extraction of the feature value by the waveform processing unit 12d is , A / D conversion is performed based on the digital output signal.
  • the number of sections divided by the time window of the time width T is a value that changes according to the rotation speed of the tire 3 in more detail according to the vehicle speed.
  • the number of sections for one tire rotation is n (where n is a natural number).
  • the power obtained by passing the detection signal of each section through five band pass filters of a plurality of specific frequency bands for example, 0 to 1 kHz, 1 to 2 kHz, 2 to 3 kHz, 3 to 4 kHz, or 4 to 5 kHz
  • This feature quantity is called a feature vector
  • a feature vector Xi of a section i (where i is a natural number of 1 ⁇ i ⁇ n) is represented by aik when the power spectrum value of each specific frequency band is indicated by aik It is expressed as in the following equation as a matrix having.
  • This determinant X is an expression representing the feature amount for one rotation of the tire.
  • the waveform processing unit 12 d extracts the feature represented by the determinant X by frequency analysis of the detection signal of the vibration sensor unit 10.
  • control unit 12 executes data transmission processing shown in FIG. 7. This process is performed every predetermined control cycle.
  • step S100 the radial acceleration of the tire 3 is measured based on the detection signal of the acceleration detection unit 11. Then, in step S110, the vehicle speed based on the gravitational acceleration component or centrifugal acceleration component included in the radial acceleration. Calculate Thereafter, the process proceeds to step S120, and the setting value of the conversion range of A / D conversion according to the vehicle speed calculated in step S110 is set. Specifically, in the low speed range of 0 to 30 km / h, the conversion range is ⁇ 20 G, and in the practical speed range of 30 to 80 km / h, the conversion range is ⁇ 100 G. In the high speed range of h or more, set value 3 is set such that the conversion range is ⁇ 350 G.
  • step S130 the detection signal of the vibration sensor unit 10 is input.
  • step S140 the detection signal of the vibration sensor unit 10 is A / D converted to obtain a digital output signal.
  • steps S130 and S140 are continued until the tire 3 makes one rotation in the subsequent step S150.
  • step S160 the feature amount of the time axis waveform of the digital output signal for one rotation of the input tire is extracted.
  • the fact that the tire 3 has made one rotation is determined based on the time axis waveform of the digital output signal. That is, since the digital output signal is obtained by A / D converting the detection signal of the vibration sensor unit 10 which draws the time axis waveform shown in FIG. 5, the first peak value and the second peak value of the digital output signal are confirmed. By doing this, one rotation of the tire 3 can be grasped.
  • the road surface state appears as a change in the time axis waveform of the digital output signal particularly in the period before and after that including the "step-in area", the "before kicking area", and the "kicking area”. Therefore, data in this period may be input, and data of all digital output signals during one rotation of the tire may not necessarily be input.
  • data in the vicinity of the “step-in area” or in the vicinity of the “kicking-out area” is sufficient.
  • the digital output signal is a period less likely to be affected by the road surface condition in the “pre-step-in region” and the “after kick-out region”. You may make it not input.
  • step S160 The extraction of the feature amount performed in step S160 is performed by the method described above.
  • step S170 road data including the feature quantity extracted in the current control cycle is transmitted to the data communication unit 13 in order to execute data transmission.
  • the data communication unit 13 transmits road surface data including the feature amount.
  • the road surface determination unit 25 performs the road surface state determination process shown in FIG. This process is performed every predetermined control cycle.
  • step S200 data reception processing is performed. This process is performed when the data communication unit 24 receives road surface data, and the road surface determination unit 25 takes in the road surface data. When the data communication unit 24 is not performing data reception, the road surface determination unit 25 ends the process without taking in any road surface data.
  • step S210 it is determined whether data has been received. If it has been received, the process proceeds to step S220. If not received, the processes of steps S200 and S210 are repeated until it is received.
  • step S220 determine the road surface state.
  • the determination of the road surface state is performed by comparing the feature amount included in the received road surface data with the support vector for each road surface type stored in the road surface determination unit 25. For example, the feature amount is determined as the degree of similarity with all the support vectors for each type of road surface, and the road surface of the support vector with the highest degree of similarity is determined as the current traveling road surface.
  • calculation of the similarity between the feature amount and all the support vectors for each type of road surface can be performed by the following method.
  • the determinant of the feature is X (r)
  • the determinant of the support vector is X (s)
  • the power spectrum value a ik serving as each element of each determinant Let be represented by a (r) ik , a (s) ik .
  • the determinant X (r) of the feature amount and the determinant X (s) of the support vector are expressed as follows.
  • the similarity indicates the degree of similarity between the feature quantities indicated by the two determinants and the support vector, which means that the higher the similarity, the more similar.
  • the road surface determination unit 25 obtains the similarity using the kernel method, and determines the road surface state based on the similarity.
  • the inner product of the determinant X (r) of the feature amount and the determinant X (s) of the support vector in other words, the feature vector Xi of sections divided by each time window of a predetermined time width T in the feature space The distance between the coordinates indicated by is calculated and used as the similarity.
  • the time axis waveform of the digital output signal For example, as shown in FIG. 9, regarding the detection signal of the vibration sensor unit 10, specifically, the time axis waveform of the digital output signal, the time axis waveform when the tire 3 is rotating this time and the time axis waveform of the support vector It divides into each section by the time window of predetermined time width T.
  • n 5 and i is represented by 1 ⁇ i ⁇ 5.
  • the feature vector Xi of each section when the tire 3 is rotating this time is Xi (r)
  • the feature vector of each section of the support vector is Xi (s).
  • feature vectors are obtained by dividing into five specific frequency bands. Therefore, the feature vector Xi of each section is represented in the six-dimensional space aligned with the time axis, and the distance between the coordinates indicated by the feature vector Xi of the sections is the distance between the coordinates in the six-dimensional space.
  • the distance between coordinates indicated by the feature vector of each section is smaller as the feature amount and the support vector are similar and larger as they are not similar, so the smaller the distance is, the higher the similarity is, and the distance is The larger the value, the lower the degree of similarity.
  • the distance K yz between coordinates indicated by the feature vector of the compartment between time-division determined for all sections and calculates the distance K yz sum K total of all sections fraction, the sum K total similarity It is used as the corresponding value.
  • the total sum K total is compared with a predetermined threshold Th, and it is determined that the degree of similarity is low if the total sum K total is larger than the threshold Th, and the degree of similarity is high if the total K total is smaller than the threshold Th.
  • Such similarity calculation is performed on all the support vectors, and it is determined that the type of the road surface corresponding to the support vector having the highest similarity is the road condition currently being traveled. In this way, road surface condition determination can be performed.
  • the sum K total of the distance K yz between two coordinates indicated by the feature vector of each section is used as a value corresponding to the degree of similarity
  • another parameter may be used as a parameter indicating the degree of similarity.
  • a parameter indicating the degree of similarity an average distance K ave which is an average value of the distances K yz obtained by dividing the total sum K total by the number of sections, or various kernels as shown in Patent Document 1
  • the degree of similarity can be determined using a function, or the calculation of degree of similarity may be performed excluding paths with low degree of similarity.
  • the tire device 100 can determine the road surface state of the traveling road surface of the vehicle. Then, when the road surface condition is determined, the detection signal of the vibration sensor unit 10 is A / D converted by the A / D conversion unit 12a, but the conversion range can be varied according to the vehicle speed. Therefore, the conversion range can be set in accordance with the maximum amplitude of the output voltage of the vibration sensor unit 10 which changes according to the vehicle speed. Therefore, when determining the road surface state by frequency-analyzing a digital output signal obtained by A / D converting a detection signal representing the vibration of the tire 3, even if the magnitude of the vibration of the tire 3 changes, the road surface state is accurately determined. It becomes possible to distinguish.
  • the second embodiment will be described.
  • the present embodiment is obtained by changing the method of acquiring the vehicle speed with respect to the first embodiment, and the other parts are the same as the first embodiment, and therefore, only different parts from the first embodiment will be described.
  • the vehicle speed is not acquired by providing the acceleration detection unit 11 in the tire side device 1, but the vehicle speed is obtained by transmitting data corresponding to the vehicle speed to the tire side device 1 from the vehicle body side system 2.
  • the tire side device 1 is not provided with the acceleration detection unit 11. Then, bi-directional communication is enabled between the tire side device 1 and the vehicle body side system 2 through the data communication unit 13 and the data communication unit 24.
  • the data communication unit 13 and the data communication unit 24 are described here as one configuration, they may be separately configured as the transmission unit and the reception unit.
  • various forms can be applied to the form of two-way communication, Bluetooth communication including BLE (abbreviation of Bluetooth Low Energy) communication, wireless LAN such as wifi (abbreviation of Local Area Network), Sub-GHz, etc. Communication, ultra-wide band communication, ZigBee, etc. can be applied.
  • Bluetooth is a "registered trademark".
  • bidirectional communication can be performed between the tire side device 1 and the acceleration detection unit 11, and data corresponding to the vehicle speed can be transmitted from the vehicle body side system 2 to the tire side device 1.
  • the data corresponding to the vehicle speed means data representing the vehicle speed itself or data representing a value corresponding to the vehicle speed. Since the vehicle speed is handled, for example, by the brake ECU 22 or the like, the receiver 21 can transmit the data corresponding to the vehicle speed through the in-vehicle LAN to the tire side device 1 through the data communication unit 24.
  • the brake ECU 22 not only the brake ECU 22 but also various devices provided in the vehicle that handle data corresponding to the vehicle speed, for example, data corresponding to the vehicle speed may be transmitted to the receiver 21 from the meter ECU.
  • Third Embodiment A third embodiment will be described.
  • the present embodiment is the one in which the setting method of A / D conversion is changed with respect to the first and second embodiments, and the other is the same as the first and second embodiments. Only the differences from the embodiment will be described.
  • the thing which added the structure of this embodiment to the structure of 1st Embodiment is mentioned as an example and demonstrated here, it is applicable similarly to the structure of 2nd Embodiment.
  • the conversion range of A / D conversion in the A / D conversion unit 12a is set according to the vehicle speed, but in this embodiment, in addition to that, according to the temperature of the vibration sensor unit 10. Correct the conversion range of A / D conversion.
  • the tire side device 1 of the present embodiment is provided with the temperature sensor 15, and the control unit 12 is provided with the temperature correction unit 12e.
  • the temperature sensor 15 is for detecting the temperature of the tire side device 1, that is, the temperature of the vibration sensor unit 10, and outputs a detection signal according to the temperature of the vibration sensor unit 10.
  • the temperature correction unit 12e receives the detection signal of the temperature sensor 15, measures the temperature, and corrects the conversion range of the A / D conversion unit 12a based on the measured temperature. For example, the temperature correction unit 12e calculates a correction coefficient according to the measured temperature. The correction coefficient is transmitted to the A / D conversion unit 12a, and the conversion range is corrected by multiplying the conversion range before correction by the correction coefficient in the A / D conversion unit 12a.
  • the vibration sensor unit 10 since the maximum amplitude of the output voltage of the vibration sensor unit 10 fluctuates according to the vehicle speed, it is preferable to set the conversion range of A / D conversion accordingly. However, even at the same vehicle speed, the vibration sensor unit 10 has temperature characteristics, and the output voltage changes according to the temperature of the vibration sensor unit 10. That is, the sensitivity of the vibration sensor unit 10 changes according to the temperature.
  • FIG. 12 shows the result of investigating the temperature change of the output voltage of the vibration sensor unit 10 when the vehicle travels at the same speed when the traveling road surface is the same road surface state.
  • the vibration sensor unit 10 is configured by an acceleration sensor and the detected vibration of the tire 3 is represented by acceleration
  • the temperature range of -40 to 80 ° C assumed as the environmental temperature when the vehicle is used
  • the output voltage of the vibration sensor unit 10 changes as shown in FIG.
  • the reference temperature is 20 ° C., which is the center value of the temperature range of ⁇ 40 to 80 ° C.
  • the acceleration at ⁇ 40 ° C. is ⁇ 10% of the reference temperature
  • the acceleration at 80 ° C. is the reference temperature.
  • the value is + 10% against the value. That is, in the temperature range of ⁇ 40 to 80 ° C., a shift of 20% occurs around the reference temperature.
  • the correction coefficient is set so that the conversion range of the A / D conversion also increases as the temperature increases. Specifically, assuming that the correction coefficient of the reference temperature is 1, the correction coefficient according to the relationship shown in FIG. 12 is set such that the correction coefficient at -40.degree. C. is 0.9 and the correction coefficient at 80.degree. It is set to.
  • step S111 the temperature of the vibration sensor unit 10 is measured based on the detection signal of the temperature sensor 15.
  • step S112 a correction coefficient is calculated based on the measured temperature.
  • step S120 when setting the conversion range of A / D conversion according to the vehicle speed, the conversion range is multiplied by the correction coefficient, and this is set as the conversion range after correction.
  • vibration sensor part 10 is constituted by an acceleration sensor
  • constituting vibration sensor part 10 with elements which can perform other vibration detection for example, a piezoelectric element etc. You can also.
  • the conversion range of A / D conversion in the A / D conversion unit 12a is set according to the maximum amplitude of the physical quantity representing the vibration. Good. That is, when the maximum amplitude of the output voltage or the output current which is the detection signal of the vibration sensor unit 10 increases as the vehicle speed increases, the conversion range of A / D conversion may be wider as the vehicle speed increases.
  • the conversion range of A / D conversion is changed stepwise, for example, in three steps.
  • this is also merely an example, and may be changed to a plurality of stages other than three stages, as in the relationship shown in FIG. You may do so.
  • data including a feature amount is used as road surface data indicating a road surface condition appearing in a detection signal of the vibration sensor unit 10.
  • road surface data indicating a road surface condition appearing in a detection signal of the vibration sensor unit 10.
  • integrated value data of vibration waveforms of five regions R1 to R5 included in vibration data during one rotation of the tire 3 may be road surface data, or raw waveform data of a detection signal itself may be road surface data.
  • the road surface determination unit 25 of the receiver 21 provided in the vehicle body side system 2 determines the road surface state by obtaining the similarity between the feature amount and the support vector.
  • the similarity may be determined or the road surface state may be determined by any other ECU such as the brake ECU 22 in any place of the vehicle body side system 2, for example.
  • the support vector is stored in the tire side device 1 so that the road surface state can be determined by the tire side device 1, and data indicating the determination result of the road surface state is sent to the vehicle side system 2 as road surface data. You may
  • the tire side device 1 can also be provided with an air pressure detection unit configured by a pressure sensor, a temperature sensor, and the like.
  • air pressure and temperature data or air pressure data converted to a predetermined reference temperature can be transmitted to the vehicle body side system 2 as tire pressure data, together with road surface data or separately.
  • the temperature sensor 15 is provided to detect the temperature of the tire-side device 1. However, even if the temperature of the tire-side device 1 is detected by the temperature sensor provided in the air pressure detection unit. good.
  • the acceleration detection unit 11 is provided to obtain the vehicle speed
  • the vehicle speed may be obtained based on a detection signal of the vibration sensor unit 10.
  • the detection signal of the vibration sensor unit 10 has a waveform as shown in FIG. 5, the time interval between the first peak values of the output voltage or between the second peak values is one rotation of the tire 3. It will be time for it. Therefore, the vehicle speed can be calculated from the outer peripheral length for one rotation of the tire 3 and the time taken for one rotation.
  • the vehicle speed can be calculated based on the raw waveform of the detection signal of the vibration sensor unit 10 before waveform shaping. Also, since the vehicle speed gradually changes, the vehicle speed is based on the vibration data after A / D conversion in the A / D conversion unit 12a or based on the vibration data after waveform processing in the waveform processing unit 12d. May be calculated.
  • data corresponding to the vehicle speed transmitted from the vehicle body side system 2 to the tire side device 1 data etc. indicating the vehicle speed itself is taken as an example, but this is also an example It is only For example, data indicating the conversion range of A / D conversion corresponding to the vehicle speed, for example, data of a setting value may be transmitted from the vehicle body side system 2 to the tire side device 1 as data corresponding to the vehicle speed.
  • the temperature sensor 15 having a configuration different from that of the control unit 12 is provided.
  • the temperature sensor 15 may be built in the IC of the microcomputer constituting the control unit 12 .

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Abstract

路面状態の判別を行うに際し、振動検出部（１０）の検出信号をＡ／Ｄ変換部（１２ａ）においてＡ／Ｄ変換するときの変換範囲を、車速に応じて変化させる。すなわち、車速に応じて変化する振動検出部（１０）の出力電圧の最大振幅に合わせて変換範囲を設定する。

Description

路面状態判別装置 関連出願への相互参照
　本出願は、２０１７年１１月２３日に出願された日本特許出願番号２０１７－２２５２６８号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。
　本開示は、タイヤ側装置にてタイヤが受ける振動を検出すると共に、振動データに基づいて路面状態を示す路面データを作成して車体側システムに伝え、その路面データに基づいて路面状態を判別する路面状態判別装置に関する。
　従来、特許文献１において、タイヤトレッドの裏面に加速度センサを備え、加速度センサにてタイヤに加えられる振動を検出すると共に、その振動の検出結果に基づいて路面状態の判別を行う路面状態判別方法が提案されている。この路面状態判別方法では、加速度センサが検出したタイヤの振動波形から特徴ベクトルを抽出し、抽出した特徴ベクトルと路面の種類ごとに記憶しておいた全サポートベクタとの類似度を計算することで、路面状態を判別する。例えば、カーネル関数を用いて、抽出した特徴ベクトルと全サポートベクタとの類似度が計算され、最も類似度が高い路面の種類、例えばドライ路面、ウェット路面、凍結路、積雪路などが現在走行中の路面状態であると判別される。このような路面状態判別方法により、ロバスト性の高い路面判定を行うことが可能となる。
特開２０１６－１０７８３３号公報
　上記のようにして路面状態判別を行う場合、アナログ信号となる加速度センサの検出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号に変え、デジタル信号に基づいて特徴ベクトルの抽出などを行うことになる。
　Ａ／Ｄ変換における変換範囲は決まっており、この変換範囲に対応してＡ／Ｄ変換の分解能、つまり１ＬＳＢ当たりの加速度値（以下、最小検出Ｇ値という）も決まる。例えば、路面状態判別に用いられる制御部のうちＡ／Ｄ変換に用いられるメモリのビット数は決まっており、例えば１３ビットとされる。その場合、例えば入力加速度の最大範囲が±３５０Ｇ見込まれる場合には、１３ビットで±３５０Ｇを表すことになることから、最小検出Ｇ値は、０．０８５Ｇ／ＬＳＢとなる。
　ここで、路面状態判別においては、例えばＡ／Ｄ変換によりデジタル信号に変換した加速度センサの検出信号を０～５ｋＨｚで複数に区画した各範囲の周波数成分の周波数解析を行うことで、特徴ベクトルの抽出を行う。このため、最小検出Ｇ値が大きすぎる場合、入力加速度が小さいと、加速度が変化してもデジタル値の変化が小さくなり、各範囲の周波数成分の周波数解析を的確に行うことができず、特徴ベクトルを抽出できなくなる。逆に、最小検出Ｇ値を小さくするためにＡ／Ｄ変換における変換範囲を狭くすると、変換範囲を超える入力加速度が発生した場合に、すべて同じデジタル値で表されることになり、特徴ベクトルを抽出できなくなる。したがって、入力加速度の大きさが変化したときに、的確に周波数解析が行えなくなり、精度良く路面状態を判別できなくなるという課題が発生し得る。
　なお、ここではタイヤの振動の検出に加速度センサを用いる場合について説明したが、タイヤの振動を表す検出信号を出力する他のものを用いる場合においても、その検出信号をＡ／Ｄ変換して周波数解析を行うことになるため、上記と同様の課題が発生する。
　本開示は、タイヤの振動を表す検出信号をＡ／Ｄ変換したデジタル信号を周波数解析して路面状態を判別する路面状態判別装置において、タイヤの振動の大きさが変化しても、精度良く路面状態を判別できるようにすることを目的とする。
　本開示の１つの観点における路面状態判別装置は、車両に備えられる複数のタイヤそれぞれに取り付けられ、タイヤの振動の大きさに応じた検出信号を出力する振動検出部と、アナログ信号である振動検出部の検出信号を所定ビット数のデジタル信号にＡ／Ｄ変換してデジタル出力信号とするＡ／Ｄ変換部と、デジタル出力信号の波形に現れる路面状態を示す路面データを生成する波形処理部と、路面データを送信する第１データ通信部と、を有するタイヤ側装置と、第１データ通信部から送信された路面データを受信する第２データ通信部と、路面データに基づいて車両の走行路面の路面状態を判別する路面判別部と、を有する車体側システムと、を備えている。このような構成において、タイヤ側装置は、車両の速度である車速を取得する車速取得部と、Ａ／Ｄ変換部にて、検出信号をデジタル信号に変換する際のタイヤの振動の大きさの変換範囲を設定する範囲設定部と、を有している。
　このような路面状態判別装置においては、振動センサ部の検出信号をＡ／Ｄ変換部においてＡ／Ｄ変換するときの変換範囲を車速に応じて可変させられる。このため、車速に応じて変化する振動検出部の検出信号の最大振幅に合わせて変換範囲を設定することができる。よって、タイヤの振動を表す検出信号をＡ／Ｄ変換したデジタル出力信号を周波数解析して路面状態を判別する際に、タイヤの振動の大きさが変化しても、精度良く路面状態を判別することが可能となる。
　なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
第１実施形態にかかる路面状態判別装置が適用されたタイヤ装置の車両搭載状態でのブロック構成を示した図である。 タイヤ側装置および車体側システムの詳細を示したブロック図である。 タイヤ側装置が取り付けられたタイヤの断面模式図である。 車速と加速度最大振幅との関係を示した図である。 タイヤ回転時における振動センサ部の出力電圧波形図である。 振動センサ部の検出信号を所定の時間幅Ｔの時間窓毎に区画した様子を示す図である。 タイヤ側装置が実行するデータ送信処理のフローチャートである。 車体側システムが実行する路面状態判別処理のフローチャートである。 タイヤの今回の回転時の時間軸波形と１回転前のときの時間軸波形それぞれを所定の時間幅Ｔの時間窓で分割した各区画での行列式Ｘｉ（ｒ）、Ｘｉ（ｓ）と距離ｙｚとの関係を示した図である。 第２実施形態にかかるタイヤ側装置および車体側システムの詳細を示したブロック図である。 第３実施形態にかかるタイヤ側装置および車体側システムの詳細を示したブロック図である。 車両の使用に想定される環境温度と加速度最大振幅との関係を示した図である。 タイヤ側装置が実行するデータ送信処理のフローチャートである。
　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
　（第１実施形態）
　図１～図９を参照して、本実施形態にかかる路面状態判別機能を有するタイヤ装置１００について説明する。本実施形態にかかるタイヤ装置１００は、車両の各車輪に備えられるタイヤの接地面に加わる振動に基づいて走行中の路面状態を判別すると共に、路面状態に基づいて車両の危険性の報知や車両運動制御などを行うものである。
　図１および図２に示すようにタイヤ装置１００は、車輪側に設けられたタイヤ側装置１と、車体側に備えられた各部を含む車体側システム２とを有する構成とされている。車体側システム２としては、受信機２１、ブレーキ制御用の電子制御装置（以下、ブレーキＥＣＵという）２２、報知装置２３などが備えられている。なお、このタイヤ装置１００のうち路面状態判別機能を実現する部分が路面状態判別装置に相当する。本実施形態の場合、タイヤ側装置１と車体側システム２のうちの受信機２１が路面状態判別装置を構成している。
　本実施形態のタイヤ装置１００は、タイヤ側装置１よりタイヤ３が走行中の路面状態に応じたデータ（以下、路面データという）を送信すると共に、受信機２１で路面データを受信して路面状態の判別を行う。また、タイヤ装置１００は、受信機２１での路面状態の判別結果を報知装置２３に伝え、報知装置２３より路面状態の判別結果を報知させる。これにより、例えばドライ路やウェット路もしくは凍結路であることなど、路面状態をドライバに伝えることが可能となり、滑り易い路面である場合にはドライバに警告することも可能となる。また、タイヤ装置１００は、車両運動制御を行うブレーキＥＣＵ２２などに路面状態を伝えることで、危険を回避するための車両運動制御が行われるようにする。例えば、凍結時には、ドライ路の場合と比較してブレーキ操作量に対して発生させられる制動力が弱められるようにすることで、路面μが低いときに対応じた車両運動制御となるようにする。具体的には、タイヤ側装置１および受信機２１は、以下のように構成されている。
　タイヤ側装置１は、図２に示すように、振動センサ部１０、加速度検出部１１、制御部１２、データ通信部１３、電源部１４を備えた構成とされ、図３に示されるように、例えばタイヤ３のトレッド３１の裏面側に設けられる。
　振動センサ部１０は、タイヤ３に加わる振動を検出するための振動検出部を構成するものである。例えば、振動センサ部１０は、加速度センサによって構成される。振動センサ部１０が加速度センサとされる場合、振動センサ部１０は、タイヤ３が回転する際にタイヤ側装置１が描く円軌道に対して接する方向、つまり図３中の矢印Ｘで示すタイヤ接線方向の振動の大きさに応じた検出信号として、加速度の検出信号を出力する。より詳しくは、振動センサ部１０は、矢印Ｘで示す二方向のうちの一方向を正、反対方向を負とする出力電圧などを検出信号として発生させる。例えば、振動センサ部１０は、タイヤ３が１回転するよりも短い周期に設定される所定のサンプリング周期ごとに加速度検出を行い、それを検出信号として出力している。なお、振動センサ部１０の検出信号は、出力電圧もしくは出力電流として表されるが、ここでは出力電圧として表される場合を例に挙げる。
　加速度検出部１１は、タイヤ側装置１が取り付けられたタイヤ３の径方向の加速度を検出するためのものである。具体的には、加速度検出部１１は、図３中の矢印Ｚで示すタイヤ３の径方向の加速度に応じた検出信号を出力する。例えば、加速度検出部１１は、タイヤ３が１回転するよりも短い周期に設定される所定のサンプリング周期ごとに加速度検出を行い、それを検出信号として出力している。
　制御部１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って検出信号の信号処理を行い、検出信号に現れる路面状態を示す路面データを生成する。そして、制御部１２は、それらの処理を行う機能部としてＡ／Ｄ変換部１２ａ、車速取得部１２ｂ、範囲設定部１２ｃおよび波形処理部１２ｄを備えた構成とされている。
　Ａ／Ｄ変換部１２ａは、アナログ信号として出力される振動センサ部１０の検出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号とし、それを波形処理部１１ｄに伝える役割を果たす。Ａ／Ｄ変換部１２ａは、設定された変換範囲内において、振動センサ部１０の検出信号が示す加速度をデジタル値に変換してデジタル信号として出力する。Ａ／Ｄ変換の変換範囲は、後述する範囲設定部１２ｃから伝えられる設定値に基づいて設定変更が可能となっており、本実施形態の場合、変換範囲を段階的に設定できるようになっている。
　ここでは、Ａ／Ｄ変換部１２ａは、１３ビットで３段階の変換範囲のＡ／Ｄ変換が行えるようにされており、振動センサ部１０の検出信号に相当する出力電圧を３段階の変換範囲でデジタル値に変換する。例えば、振動センサ部１０が加速度センサにて構成され、検出されるタイヤ３の振動が加速度で表される場合、Ａ／Ｄ変換部１２ａは、±２０Ｇ、±１００Ｇ、±３５０の３段階の変換範囲に設定可能とされる。
　振動センサ部１０の検出信号となる出力電圧波形の振幅は、車速に応じて変化し、図４に示されるように車速が高いほど指数関数的に大きくなる。すなわち、車速が低速域、例えば０～３０ｋｍ／ｈのときには、振動センサ部１０の出力電圧が示す加速度の最大振幅は例えば±２０Ｇの範囲内となる。また、車速が実用速度域、例えば３０～８０ｋｍ／ｈのときには、振動センサ部１０の出力電圧が示す加速度の最大振幅が±１００Ｇの範囲内となる。さらに、車速が高速域、例えば８０～１２０ｋｍ／ｈのときには、振動センサ部１０の出力電圧が示す加速度の最大振幅が±３５０Ｇの範囲内となる。このため、Ａ／Ｄ変換部１２ａは、各速度域に対応して変換範囲を上記した３段階に可変できるようになっている。
　例えば、１３ビットで±２０Ｇを表す場合、最小検出Ｇ値は、０．００４９Ｇ／ＬＳＢとなる。１３ビットで±１００Ｇを表す場合、最小検出Ｇ値は、０．０２４Ｇ／ＬＳＢとなる。１３ビットで±３５０Ｇを表す場合、最小検出Ｇ値は、０．０８５Ｇ／ＬＳＢとなる。このように、最小検出Ｇ値を３段階に可変できる。
　なお、車速が１２０ｋｍ／ｈを超えると、振動センサ部１０の出力電圧の最大振幅が±３５０Ｇの範囲外になる可能性もあるが、ここでは１２０ｋｍ／ｈ以上を同じ変換範囲にしている。勿論、１２０ｋｍ／ｈ以上の際に、±３５０Ｇよりも広い変換範囲を設定しても良い。
　車速取得部１２ｂは、車両の速度である車速を取得する役割を果たす。本実施形態の場合、車速取得部１２ｂは、加速度検出部１１の検出信号に基づいてタイヤ３の径方向の加速度を測定したのち、その加速度に基づいて車速を演算する。加速度検出部１１の検出信号の出力電圧波形には、重力加速度成分と遠心加速度成分が含まれる。重力加速度成分は、タイヤ３の１回転分が１周期となるような振幅波形として現れ、遠心加速度成分は、タイヤ３の回転速度に比例する直流成分として現れる。このため、車速取得部１２ｂは、重力加速度成分の振幅回数に基づいてタイヤ３の回転速度、つまり車速を演算したり、遠心加速度成分の大きさに基づいて車速を演算している。
　範囲設定部１２ｃは、車速取得部１２ｂで演算された車速に基づいて、Ａ／Ｄ変換部１２ａの変換範囲を決める設定値を設定する。設定値としては、Ａ／Ｄ変換部１２ａにおいて、設定すべき変換範囲との対応が確認できる値であればどのような値であっても良い。ここでは設定値１～３としており、例えば車速が０～３０ｋｍ／ｈのときには設定値１、３０～８０ｋｍ／ｈの場合には設定値２、８０ｋｍ／ｈ以上のときには設定値３が設定される。これらの設定値１～３に基づき、Ａ／Ｄ変換部１２ａは、変換範囲を変化させ、設定値１のときには±２０Ｇ、設定値２のときには±１００Ｇ、設定値３のときには±３５０Ｇの変換範囲が設定されるようになっている。
　このように、車速に応じてＡ／Ｄ変換部１２ａにおけるＡ／Ｄ変換の変換範囲を可変としており、車速が大きくなるほどＡ／Ｄ変換の変換範囲が広く設定されるようにしている。このため、車速に応じて変化する振動センサ部１０の出力電圧の最大振幅に合わせて変換範囲を設定することが可能になる。
　波形処理部１２ｄは、Ａ／Ｄ変換後の振動センサ部１０の検出信号（以下、デジタル出力信号という）をタイヤ接線方向の振動データを表す検出信号として用いて、デジタル出力信号が示す振動波形の波形処理を行うことで、タイヤ振動の特徴量を抽出する。本実施形態の場合、タイヤ３の加速度（以下、タイヤＧという）の検出信号を信号処理することで、タイヤＧの特徴量を抽出する。また、波形処理部１２ｄは、抽出した特徴量を含むデータを路面データとしてデータ通信部１３に伝える。なお、ここでいう特徴量の詳細については後で説明する。
　また、波形処理部１２ｄは、データ通信部１３からのデータ送信を制御しており、データ送信を行わせたいタイミングでデータ通信部１３に対して路面データを伝えることで、データ通信部１３からデータ通信が行われるようにする。例えば、波形処理部１２ｄは、タイヤ３が１回転するごとにタイヤＧの特徴量の抽出を行い、タイヤ３が１回転もしくは複数回転する毎に１回もしくは複数回の割合で、データ通信部１３に対して路面データを伝えている。例えば、波形処理部１２ｄは、データ通信部１３に対して路面データを伝えるときのタイヤ３の１回転中に抽出されたタイヤＧの特徴量を含んだ路面データをデータ通信部１３に対して伝えている。
　データ通信部１３は、第１データ通信部を構成する部分であり、例えば、波形処理部１２ｄから路面データが伝えられると、そのタイミングで路面データの送信を行う。データ通信部１３からのデータ送信のタイミングについては、波形処理部１２ｄによって制御され、波形処理部１２ｄからタイヤ３が１回転もしくは複数回転するごとに路面データが送られてくるたびに、データ通信部１３からのデータ送信が行われるようになっている。
　電源部１４は、タイヤ側装置１の電源となるものであり、タイヤ側装置１に備えられる各部への電力供給を行うことで、各部が作動させられるようにしている。電源部１４は、例えばボタン電池等の電池で構成される。タイヤ側装置１がタイヤ３内に備えられることから、容易に電池交換を行うことができないため、消費電力の軽減を図ることが必要となっている。また、電池の他にも、発電装置および蓄電池等によって電源部１４を構成することもできる。電源部１４が発電装置を有した構成とされる場合、電池とされる場合と比較すると電池寿命の問題は少なくなるが、大きな電力の発電は難しいため、消費電力の低減を図ることが望ましい。
　一方、車体側システム２を構成する受信機２１やブレーキＥＣＵ２２および報知装置２３は、図示しないイグニッションスイッチなどの起動スイッチがオンされると駆動されるものである。
　受信機２１は、図２に示すように、データ通信部２４と路面判別部２５とを有した構成とされている。
　データ通信部２４は、第２データ通信部を構成する部分であり、タイヤ側装置１のデータ通信部１３より送信された特徴量を含む路面データを受信し、路面判別部２５に伝える役割を果たす。
　路面判別部２５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って各種処理を行って、路面状態を判定する。具体的には、路面判別部２５は、サポートベクタを保存しており、制御部１２から伝えられる路面データとサポートベクタとを比較することで路面状態の判別を行っている。
　サポートベクタは、路面の種類ごとに記憶され、保存されている。サポートベクタは、手本となる特徴量のことであり、例えばサポートベクタマシンを用いた学習によって得ている。タイヤ側装置１を備えた車両を実験的に路面の種類別に走行させ、そのときに制御部１２で抽出した特徴量を所定のタイヤ回転数分学習し、その中から典型的な特徴量を所定数分抽出したものがサポートベクタとされる。例えば、路面の種類別に、１００万回転分の特徴量を学習し、その中から１００回転分の典型的な特徴量を抽出したものをサポートベクタとしている。
　そして、路面判別部２５は、データ通信部２４が受信したタイヤ側装置１より送られてきた特徴量と、保存された路面の種類別のサポートベクタとを比較することで、路面状態を判別する。例えば、今回受信した路面データに含まれる特徴量を路面の種類別のサポートベクタと対比して、その特徴量が最も近いサポートベクタの路面を現在の走行路面と判別している。
　また、路面判別部２５は、路面状態を判別すると、判別した路面状態を報知装置２３に伝え、必要に応じて報知装置２３より路面状態をドライバに伝える。これにより、ドライバは路面状態に対応した運転を心掛けるようになり、車両の危険性を回避することが可能となる。例えば、報知装置２３を通じて判別された路面状態を常に表示するようにしても良いし、判別された路面状態がウェット路や凍結路等のように運転をより慎重に行う必要があるときにのみ路面状態を表示してドライバに警告するようにしても良い。また、受信機２１からブレーキＥＣＵ２２などの車両運動制御を実行するためのＥＣＵに対して路面状態を伝えており、伝えられた路面状態に基づいて車両運動制御が実行されるようにしている。
　なお、ブレーキＥＣＵ２２は、様々なブレーキ制御を行う制動制御装置を構成するものである。具体的には、ブレーキＥＣＵ２２は、ブレーキ液圧制御用のアクチュエータを駆動することでホイールシリンダ圧を増減して制動力を制御する。また、ブレーキＥＣＵ２２は、各車輪の制動力を独立して制御することもできる。このブレーキＥＣＵ２２により、受信機２１から路面状態が伝えられると、それに基づいて車両運動制御として制動力の制御を行っている。例えば、ブレーキＥＣＵ２２は、伝えられた路面状態が凍結路であることを示していた場合、ドライ路面と比較して、ドライバによるブレーキ操作量に対して発生させる制動力を弱めるようにする。これにより、車輪スリップを抑制でき、車両の危険性を回避することが可能となる。
　また、報知装置２３は、例えばメータ表示器などで構成され、ドライバに対して路面状態を報知する際に用いられる。報知装置２３をメータ表示器で構成する場合、ドライバが車両の運転中に視認可能な場所に配置され、例えば車両におけるインストルメントパネル内に設置される。メータ表示器は、受信機２１から路面状態が伝えられると、その路面状態が把握できる態様で表示を行うことで、視覚的にドライバに対して路面状態を報知することができる。
　なお、報知装置２３をブザーや音声案内装置などで構成することもできる。その場合、報知装置２３は、ブザー音や音声案内によって、聴覚的にドライバに対して路面状態を報知することができる。また、視覚的な報知を行う報知装置２３としてメータ表示器を例に挙げたが、ヘッドアップディスプレイなどの情報表示を行う表示器によって報知装置２３を構成しても良い。
　このようにして、本実施形態にかかるタイヤ装置１００が構成されている。なお、車体側システム２を構成する各部は、例えばＣＡＮ（Controller Area Networkの略）通信などによる車内ＬＡＮ（Local Area Networkの略）を通じて接続されている。このため、車内ＬＡＮを通じて各部が互いに情報伝達できるようになっている。
　以上のようにして、本実施形態にかかるタイヤ装置１００が構成されている。次に、上記した波形処理部１２ｄで抽出する特徴量の詳細について説明する。
　ここでいう特徴量とは、振動センサ部１０が取得したタイヤ３に加わる振動の特徴を示す量であり、例えば特徴ベクトルとして表される。
　タイヤ回転時における振動センサ部１０の検出信号の出力電圧波形は、例えば図５に示す波形となる。この図に示されるように、タイヤ３の回転に伴ってトレッド３１のうち振動センサ部１０の配置箇所と対応する部分が接地し始めた接地開始時に、振動センサ部１０の出力電圧が極大値をとる。以下、この振動センサ部１０の出力電圧が極大値をとる接地開始時のピーク値を第１ピーク値という。さらに、図５に示されるように、タイヤ３の回転に伴ってトレッド３１のうち振動センサ部１０の配置箇所と対応する部分が接地していた状態から接地しなくなる接地終了時に、振動センサ部１０の出力電圧が極小値をとる。以下、この振動センサ部１０の出力電圧が極小値をとる接地終了時のピーク値を第２ピーク値という。
　振動センサ部１０の出力電圧が上記のようなタイミングでピーク値をとるのは、以下の理由による。すなわち、タイヤ３の回転に伴ってトレッド３１のうち振動センサ部１０の配置箇所と対応する部分が接地する際、振動センサ部１０の近傍においてタイヤ３のうちそれまで略円筒面であった部分が押圧されて平面状に変形する。このときの衝撃を受けることで、振動センサ部１０の出力電圧が第１ピーク値をとる。また、タイヤ３の回転に伴ってトレッド３１のうち振動センサ部１０の配置箇所と対応する部分が接地面から離れる際には、振動センサ部１０の近傍においてタイヤ３は押圧が解放されて平面状から略円筒状に戻る。このタイヤ３の形状が元に戻るときの衝撃を受けることで、振動センサ部１０の出力電圧が第２ピーク値をとる。このようにして、振動センサ部１０の出力電圧が接地開始時と接地終了時でそれぞれ第１、第２ピーク値をとるのである。また、タイヤ３が押圧される際の衝撃の方向と、押圧から開放される際の衝撃の方向は逆方向であるため、出力電圧の符号も逆方向となる。
　ここで、タイヤトレッド３１のうち振動センサ部１０の配置箇所と対応する部分が路面に接地した瞬間を「踏み込み領域」、路面から離れる瞬間を「蹴り出し領域」とする。「踏み込み領域」には、第１ピーク値となるタイミングが含まれ、「蹴り出し領域」には、第２ピーク値となるタイミングが含まれる。また、踏み込み領域の前を「踏み込み前領域」、踏み込み領域から蹴り出し領域までの領域、つまりタイヤトレッド３１のうち振動センサ部１０の配置箇所と対応する部分が接地中の領域を「蹴り出し前領域」、蹴り出し領域後を「蹴り出し後領域」とする。このように、タイヤトレッド３１のうち振動センサ部１０の配置箇所と対応する部分が接地する期間およびその前後を５つの領域に区画することができる。なお、図５中では、検出信号のうちの「踏み込み前領域」、「踏み込み領域」、「蹴り出し前領域」、「蹴り出し領域」、「蹴り出し後領域」を順に５つの領域Ｒ１～Ｒ５として示してある。
　路面状態に応じて、区画した各領域でタイヤ３に生じる振動が変動し、振動センサ部１０の検出信号が変化することから、各領域での振動センサ部１０の検出信号を周波数解析することで、車両の走行路面における路面状態を検出する。例えば、圧雪路のような滑り易い路面状態では蹴り出し時の剪断力が低下するため、蹴り出し領域Ｒ４や蹴り出し後領域Ｒ５において、１ｋＨｚ～４ｋＨｚ帯域から選択される帯域値が小さくなる。このように、路面状態に応じて振動センサ部１０の検出信号の各周波数成分が変化することから、検出信号の周波数解析に基づいて路面状態を判定することが可能になる。
　このため、波形処理部１２ｄは、まず、連続した時間軸波形となっているタイヤ３の１回転分の振動センサ部１０の検出信号を、図６に示すように所定の時間幅Ｔの時間窓毎に複数の区画に分割すると共に、各区画で周波数解析を行い、特徴量を抽出している。具体的には、各区画で周波数解析を行うことで、各周波数帯域でのパワースペクトル値、つまり特定周波数帯域の振動レベルを求め、このパワースペクトル値を特徴量としている。
　なお、ここでは理解を容易にするために、アナログ信号で表される振動センサ部１０の検出信号の生波形をそのまま用いて説明したが、実際には、波形処理部１２ｄによる特徴量の抽出は、Ａ／Ｄ変換後のデジタル出力信号に基づいて行われる。
　ここで、時間幅Ｔの時間窓で分割された区画の数は車速に応じて、より詳しくはタイヤ３の回転速度に応じて変動する値である。以下の説明では、タイヤ１回転分の区画数をｎ（ただし、ｎは自然数）としている。
　例えば、各区画それぞれの検出信号を複数の特定周波数帯域のフィルタ、例えば０～１ｋＨｚ、１～２ｋＨｚ、２～３ｋＨｚ、３～４ｋＨｚ、４～５ｋＨｚの５つのバンドパスフィルタに通して得られたパワースペクトル値を特徴量としている。この特徴量は、特徴ベクトルと呼ばれるもので、ある区画ｉ（ただし、ｉは１≦ｉ≦ｎの自然数）の特徴ベクトルＸｉは、各特定周波数帯域のパワースペクトル値をａｉｋで示すと、これを要素とする行列として、次式のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　なお、パワースペクトル値ａｉｋにおけるｋは、特定周波数帯域の数、つまりバンドパスフィルタの数であり、上記のように０～５ｋＨｚの帯域を５つに分ける場合、ｋ＝１～５となる。そして、全区画１～ｎの特徴ベクトルＸ１～Ｘｎを総括して示した行列式Ｘは、次式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　この行列式Ｘがタイヤ１回転分の特徴量を表した式となる。波形処理部１２ｄでは、この行列式Ｘで表される特徴量を振動センサ部１０の検出信号を周波数解析することによって抽出している。
　続いて、本実施形態にかかるタイヤ装置１００による路面状態判別について、図７～図８を参照して説明する。
　各車輪のタイヤ側装置１では、制御部１２にて、図７に示すデータ送信処理を実行している。この処理は、所定の制御周期ごとに実行される。
　まず、ステップＳ１００において、加速度検出部１１の検出信号に基づいてタイヤ３の径方向の加速度を測定したのち、ステップＳ１１０において、径方向の加速度に含まれる重力加速度成分もしくは遠心加速度成分に基づいて車速を演算する。その後、ステップＳ１２０に進み、ステップＳ１１０で演算した車速に応じたＡ／Ｄ変換の変換範囲の設定値を設定する。具体的には、車速が０～３０ｋｍ／ｈの低速域では変換範囲が±２０Ｇとなる設定値１、３０～８０ｋｍ／ｈの実用速度域では変換範囲が±１００Ｇとなる設定値２、８０ｋｍ／ｈ以上の高速域では変換範囲が±３５０Ｇとなる設定値３を設定する。
　その後、ステップＳ１３０に進み、振動センサ部１０の検出信号の入力処理を行ったのち、ステップＳ１４０に進んで、振動センサ部１０の検出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル出力信号を取得する。これらステップＳ１３０、Ｓ１４０の処理は、続くステップＳ１５０において、タイヤ３が１回転するまでの期間継続される。そして、デジタル出力信号をタイヤ１回転分入力すると、その後のステップＳ１６０に進み、入力したタイヤ１回転分のデジタル出力信号の時間軸波形の特徴量を抽出する。
　なお、タイヤ３が１回転したことについては、デジタル出力信号の時間軸波形に基づいて判定している。すなわち、デジタル出力信号は図５に示した時間軸波形を描く振動センサ部１０の検出信号をＡ／Ｄ変換したものとなることから、デジタル出力信号の第１ピーク値や第２ピーク値を確認することでタイヤ３の１回転を把握することができる。
　また、路面状態がデジタル出力信号の時間軸波形の変化として特に現れるのが、「踏み込み領域」、「蹴り出し前領域」、「蹴り出し領域」を含めたその前後の期間である。このため、この期間中のデータが入力されていれば良く、必ずしもタイヤ１回転中におけるデジタル出力信号すべてのデータを入力していなくても良い。例えば、「踏み込み前領域」や「蹴り出し後領域」については、「踏み込み領域」の近傍や「蹴り出し領域」の近傍のデータがあれば良い。このため、デジタル出力信号のうちの振動レベルが所定の閾値よりも小さくなる領域については、「踏み込み前領域」や「蹴り出し後領域」の中でも路面状態の影響を受け難い期間として、デジタル出力信号の入力を行わないようにしても良い。
　また、ステップＳ１６０で行う特徴量の抽出については、上述した通りの手法によって行っている。
　そして、ステップＳ１７０に進み、データ送信を実行すべく、今回の制御周期の際に抽出した特徴量を含む路面データをデータ通信部１３に伝える。これにより、データ通信部１３より、特徴量を含む路面データが送信される。
　一方、受信機２１では、路面判別部２５にて、図８に示す路面状態判別処理を行う。この処理は、所定の制御周期ごとに実行される。
　まず、ステップＳ２００では、データ受信処理が行われる。この処理は、データ通信部２４が路面データを受信したときに、その路面データを路面判別部２５が取り込むことによって行われる。データ通信部２４がデータ受信を行っていないときには、路面判別部２５は何も路面データを取り込むことなく本処理を終えることになる。
　この後、ステップＳ２１０に進み、データ受信が有ったか否かを判定し、受信していた場合にはステップＳ２２０に進み、受信していなければ受信するまでステップＳ２００、Ｓ２１０の処理が繰り返される。
　そして、ステップＳ２２０に進み、路面状態の判別を行う。路面状態の判別については、受信した路面データに含まれる特徴量と、路面判別部２５に保存された路面の種類別のサポートベクタとを比較することで実行する。例えば、特徴量を路面の種類別の全サポートベクタとの類似度を求め、最も類似度が高かったサポートベクタの路面を現在の走行路面と判別している。
　例えば、特徴量を路面の種類別の全サポートベクタとの類似度の算出は、次のような手法によって行うことができる。
　上記したように特徴量を表す行列式Ｘについて、特徴量の行列式をＸ（ｒ）、サポートベクタの行列式をＸ（ｓ）とし、それぞれの行列式の各要素となるパワースペクトル値ａｉｋをａ（ｒ）ｉｋ，ａ（ｓ）ｉｋで表すとする。その場合、特徴量の行列式Ｘ（ｒ）とサポートベクタの行列式Ｘ（ｓ）は、それぞれ次のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　類似度は、２つの行列式で示される特徴量とサポートベクタとの似ている度合いを示しており、類似度が高いほどより似ていることを意味している。本実施形態の場合、路面判別部２５は、カーネル法を用いて類似度を求め、その類似度に基づいて路面状態を判別する。ここでは、特徴量の行列式Ｘ（ｒ）とサポートベクタの行列式Ｘ（ｓ）の内積、換言すれば特徴空間内において所定の時間幅Ｔの時間窓毎で分割した区画同士の特徴ベクトルＸｉが示す座標間の距離を算出し、それを類似度として用いている。
　例えば、図９に示すように、振動センサ部１０の検出信号、具体的にはデジタル出力信号の時間軸波形について、今回のタイヤ３の回転時の時間軸波形とサポートベクタの時間軸波形それぞれを所定の時間幅Ｔの時間窓で各区画に分割する。図示例の場合、各時間軸波形を５つの区画に分割しているため、ｎ＝５となり、ｉは、１≦ｉ≦５で表される。ここで、図中に示したように、今回のタイヤ３の回転時の各区画の特徴ベクトルＸｉをＸｉ（ｒ）、サポートベクタの各区画の特徴ベクトルをＸｉ（ｓ）とする。その場合、各区画の特徴ベクトルＸｉが示す座標間の距離Ｋｙｚについては、今回のタイヤ３の回転時の各区画の特徴ベクトルＸｉ（ｒ）を含む横の升とサポートベクタの各区画の特徴ベクトルＸｉ（ｓ）を含む縦の升とが交差する升のように示される。なお、距離Ｋｙｚについて、ｙはＸｉ（ｓ）におけるｉを書き換えたものであり、ｚはＸｉ（ｒ）におけるｉを書き換えたものである。なお、実際には、車速に応じて、今回のタイヤ３の回転時とサポートベクタとの区画数は異なったものとなり得るが、ここでは等しくなる場合を例に挙げてある。
　本実施形態の場合、５つの特定周波数帯域に分けて特徴ベクトルを取得している。このため、時間軸と合わせた６次元空間において各区画の特徴ベクトルＸｉが表されることとなり、区画同士の特徴ベクトルＸｉが示す座標間の距離は、６次元空間における座標間の距離となる。ただし、各区画の特徴ベクトルが示す座標間の距離については、特徴量とサポートベクタとが似ているほど小さく、似ていないほど大きくなることから、当該距離が小さいほど類似度が高く、距離が大きいほど類似度が低いことを示している。
　例えば、時分割によって区画１～ｎとされている場合、区画１同士の特徴ベクトルが示す座標間の距離Ｋｙｚについては、次式で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 　このようにして、時分割による区画同士の特徴ベクトルが示す座標間の距離Ｋｙｚを全区画について求め、全区画分の距離Ｋｙｚの総和Ｋｔｏｔａｌを演算し、この総和Ｋｔｏｔａｌを類似度に対応する値として用いている。そして、総和Ｋｔｏｔａｌを所定の閾値Ｔｈと比較し、総和Ｋｔｏｔａｌが閾値Ｔｈよりも大きければ類似度が低く、総和Ｋｔｏｔａｌが閾値Ｔｈよりも小さければ類似度が高いと判定する。このような類似度の算出を全サポートベクタに対して行い、最も類似度が高かったサポートベクタと対応する路面の種類が現在走行中の路面状態であると判別する。このようにして、路面状態判別を行うことができる。
　なお、ここでは類似度に対応する値として各区画の特徴ベクトルが示す２つの座標間の距離Ｋｙｚの総和Ｋｔｏｔａｌを用いているが、類似度を示すパラメータとして他のものを用いることもできる。例えば、類似度を示すパラメータとして、総和Ｋｔｏｔａｌを区画数で割って求めた距離Ｋｙｚの平均値である平均距離Ｋａｖｅを用いたり、特許文献１に示されているように、様々なカーネル関数を用いて類似度を求めることもできるし、類似度の低いパスを除いて類似度の演算を行うようにしても良い。
　以上説明したようにして、本実施形態にかかるタイヤ装置１００により、車両の走行路面の路面状態を判別することができる。そして、路面状態の判別を行うに際し、振動センサ部１０の検出信号をＡ／Ｄ変換部１２ａにおいてＡ／Ｄ変換しているが、その変換範囲を車速に応じて可変させられるようにしている。このため、車速に応じて変化する振動センサ部１０の出力電圧の最大振幅に合わせて変換範囲を設定することができる。よって、タイヤ３の振動を表す検出信号をＡ／Ｄ変換したデジタル出力信号を周波数解析して路面状態を判別する際に、タイヤ３の振動の大きさが変化しても、精度良く路面状態を判別することが可能となる。
　（第２実施形態）
　第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して車速の取得手法を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　本実施形態では、タイヤ側装置１に加速度検出部１１を備えることで車速を取得するのではなく、車体側システム２よりタイヤ側装置１に対して車速に対応するデータを伝えることで車速を取得する。
　図１０に示すように、本実施形態では、タイヤ側装置１に加速度検出部１１を備えていない。そして、データ通信部１３とデータ通信部２４とを通じて、タイヤ側装置１と車体側システム２との間において双方向通信が可能とされている。データ通信部１３およびデータ通信部２４は、ここでは１つの構成として記載されているが、送信部と受信部それぞれ別々に構成されたものであっても良い。また、双方向通信の形態については、様々なものを適用することができ、ＢＬＥ（Bluetooth Low Energyの略）通信を含むブルートゥース通信、wifiなどの無線LAN（Local Area Networkの略）、Sub-GHz通信、ウルトラワイドバンド通信、ZigBeeなどを適用できる。なお、ブルートゥースは「登録商標」である。
　このように、タイヤ側装置１と加速度検出部１１との間において、双方向通信が行えるようにし、車体側システム２からタイヤ側装置１に対して車速に対応するデータが伝えられるようにしている。車速に対応するデータは、車速そのものを表すデータもしくは車速と対応する値を示したデータを意味している。車速については、例えばブレーキＥＣＵ２２などにおいて取り扱われていることから、受信機２１は、車内ＬＡＮを通じて車速に対応するデータを取得することで、データ通信部２４を通じてタイヤ側装置１に伝えることができる。勿論、ブレーキＥＣＵ２２に限らず、車両に備えられる各種機器のうち車速に対応するデータを取り扱っているもの、例えばメータＥＣＵから車速に対応するデータが受信機２１に伝えられるようにしても良い。
　以上説明したように、タイヤ側装置１と車体側システム２との間において双方通信が行えるようにし、車体側システム２から車速に対応するデータをタイヤ側装置１に伝えるようにしても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　（第３実施形態）
　第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１、第２実施形態に対してＡ／Ｄ変換の設定手法を変更したものであり、その他については第１、第２実施形態と同様であるため、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第１実施形態の構成に対して、本実施形態の構成を追加したものを例に挙げて説明するが、第２実施形態の構成に対しても同様に適用できる。
　第１、第２実施形態では、車速に応じてＡ／Ｄ変換部１２ａにおけるＡ／Ｄ変換の変換範囲を設定したが、本実施形態では、それに加えて、振動センサ部１０の温度に応じてＡ／Ｄ変換の変換範囲を補正する。
　このため、図１１に示すように、本実施形態のタイヤ側装置１には、温度センサ１５が備えられていると共に、制御部１２に温度補正部１２ｅを備えた構成としている。
　温度センサ１５は、タイヤ側装置１の温度、つまり振動センサ部１０の温度を検出するためのものであり、振動センサ部１０の温度に応じた検出信号を出力する。温度補正部１２ｅは、温度センサ１５の検出信号を入力して温度を測定し、測定した温度に基づいてＡ／Ｄ変換部１２ａの変換範囲の補正を行う。例えば、温度補正部１２ｅは、測定した温度に応じた補正係数を算出する。この補正係数がＡ／Ｄ変換部１２ａに伝えられ、Ａ／Ｄ変換部１２ａで、補正前の変換範囲に対して補正係数が掛け算されることで、変換範囲の補正が行われる。
　上記したように、車速に応じて振動センサ部１０の出力電圧の最大振幅が変動することから、それに応じてＡ／Ｄ変換の変換範囲を設定するのが好ましい。ただし、同じ車速であっても、振動センサ部１０は温度特性を有しており、振動センサ部１０の温度に応じて出力電圧が変化する。つまり、温度に応じて振動センサ部１０の感度が変化する。
　例えば、図１２は、走行路面が同じ路面状態である場合に同じ速度で車両を走行させたときの振動センサ部１０の出力電圧の温度変化を調べた結果を示している。振動センサ部１０が加速度センサにて構成され、検出されるタイヤ３の振動が加速度で表される場合、車両が使用される際の環境温度として想定される－４０～８０℃の温度範囲においては、振動センサ部１０の出力電圧が図１２のように変化する。例えば、－４０～８０℃の温度範囲の中央値となる２０℃を基準温度とすると、－４０℃のときの加速度は基準温度に対して－１０％、８０℃のときの加速度は基準温度に対して＋１０％した値となる。つまり、－４０～８０℃の温度範囲において基準温度を中心として２０％のずれが生じる。
　このように、温度が高くなるほど振動センサ部１０の出力電圧の最大振幅が大きくなることから、Ａ／Ｄ変換の変換範囲についても、温度が高くなるほど広くなるように補正係数を設定する。具体的には、基準温度の補正係数を１として、－４０℃の補正係数が０．９、８０℃の補正係数が１．１となるように、図１２に示される関係に応じた補正係数に設定している。
　以上のように構成されるタイヤ側装置１では、路面状態判別処理として図１３のフローチャートに示す処理を実行する。具体的には、ステップＳ１００、Ｓ１１０で図７と同様の処理を行ったのち、ステップＳ１１１、Ｓ１１２の処理を行う。ステップＳ１１１では、温度センサ１５の検出信号に基づいて振動センサ部１０の温度を測定し、ステップＳ１１２では、測定した温度に基づいて補正係数を演算する。そして、ステップＳ１２０において、車速に応じてＡ／Ｄ変換の変換範囲を設定する際に、その変換範囲に補正係数を掛け算し、これを補正後の変換範囲として設定する。この後は、ステップＳ１３０以降において、図７と同様の処理を行う。
　このようにすることで、振動センサ部１０の出力電圧が温度によって変動しても、温度に応じてＡ／Ｄ変換部１２ａの変換範囲を可変でき、精度良く路面状態を判別することが可能となる。
　（他の実施形態）
　本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
　（１）例えば、上記実施形態では、振動センサ部１０を加速度センサによって構成する場合を例示したが、他の振動検出を行うことができる素子、例えば圧電素子などによって振動センサ部１０を構成することもできる。このように振動センサ部１０によって、加速度以外の物理量によって振動検出を行う場合、その振動を表す物理量の最大振幅に応じてＡ／Ｄ変換部１２ａでのＡ／Ｄ変換の変換範囲を設定すればよい。すなわち、車速が大きくなるほど振動センサ部１０の検出信号となる出力電圧もしくは出力電流の最大振幅が大きくなる場合、車速が大きくなるほどＡ／Ｄ変換の変換範囲が広くなるようにすれば良い。
　（２）また、上記各本実施形態では、Ａ／Ｄ変換の変換範囲を段階的に、例えば３段階で変化させるようにした。しかしながら、これも一例を挙げたに過ぎず、３段階以外の複数段階に変化させるようにしても良いし、図４に示す関係のように、車速に対して指数関数的に変換範囲を広くするようにしても良い。
　（３）また、上記実施形態では、振動センサ部１０の検出信号に現れる路面状態を示す路面データとして、特徴量を含むデータを用いている。しかしながら、これも一例を示したに過ぎず、他のデータを路面データとして用いても良い。例えば、タイヤ３の１回転中の振動データに含まれる５つの領域Ｒ１～Ｒ５それぞれの振動波形の積分値データを路面データとして良いし、検出信号そのものの生波形データを路面データとしても良い。
　（４）また、上記各実施形態では、車体側システム２に備えられる受信機２１の路面判別部２５によって特徴量とサポートベクタとの類似度を求めて路面状態の判別を行っている。
　しかしながら、これも一例を示したに過ぎず、車体側システム２のいずれかの場所、例えばブレーキＥＣＵ２２などのような他のＥＣＵによって類似度を求めたり、路面状態の判別を行ったりしても良い。また、タイヤ側装置１にサポートベクタを記憶しておき、タイヤ側装置１で路面状態の判別を行えるようにして、路面状態の判別結果を示すデータを路面データとして、車体側システム２に送るようにしても良い。
　（４）また、タイヤ側装置１に、圧力センサや温度センサなどで構成する空気圧検出部を備えることもできる。この場合、空気圧および温度のデータもしくは所定の基準温度に換算した空気圧のデータをタイヤ空気圧に関するデータとして、路面データと共に、もしくは別々に、車体側システム２に送信することができる。
　なお、第３実施形態では、タイヤ側装置１の温度を検出するために温度センサ１５を備えるようにしたが、空気圧検出部に備えられる温度センサにてタイヤ側装置１の温度を検出しても良い。
　（５）さらに、車速を取得するために、加速度検出部１１を備えるようにしたが、振動センサ部１０の検出信号に基づいて車速を取得するようにしても良い。具体的には、振動センサ部１０の検出信号は図５のような波形を示すことから、出力電圧の第１ピーク値同士もしくは第２ピーク値同士の間の時間間隔などがタイヤ３の１回転に掛かった時間となる。このため、タイヤ３の１回転分の外周長さと１回転に掛かった時間とから車速を演算することができる。
　なお、この場合、第１ピーク値や第２ピーク値を認識できれば良いため、波形成形前の振動センサ部１０の検出信号の生波形に基づいて車速を演算することができる。また、車速については徐々に変化することから、Ａ／Ｄ変換部１２ａでのＡ／Ｄ変換後の振動データに基づいて、もしくは波形処理部１２ｄでの波形処理後の振動データに基づいて、車速を演算しても良い。
　（５）また、第２実施形態のように、車体側システム２からタイヤ側装置１に伝える車速に対応するデータとして、車速そのものを示すデータなどを例に挙げているが、これも一例を示したに過ぎない。例えば、車速に対応したＡ／Ｄ変換の変換範囲を示すデータ、例えば設定値のデータを、車速に対応するデータとして、車体側システム２からタイヤ側装置１に伝えるようにしても良い。
　（６）また、第３実施形態では、制御部１２とは別構成の温度センサ１５を備えるようにしたが、制御部１２を構成するマイクロコンピュータのＩＣ内に温度センサ１５を作り込むようにしても良い。

Claims (7)

  1. 　車両に備えられる複数のタイヤ（３）それぞれに取り付けられ、前記タイヤの振動の大きさに応じた検出信号を出力する振動検出部（１０）と、アナログ信号である前記振動検出部の検出信号を所定ビット数のデジタル信号にＡ／Ｄ変換してデジタル出力信号とするＡ／Ｄ変換部（１２ａ）と、前記デジタル出力信号の波形に現れる路面状態を示す路面データを生成する波形処理部（１２ｄ）と、前記路面データを送信する第１データ通信部（１３）と、を有するタイヤ側装置（１）と、
    　前記第１データ通信部から送信された前記路面データを受信する第２データ通信部（２４）と、前記路面データに基づいて前記車両の走行路面の路面状態を判別する路面判別部（２５）と、を有する車体側システム（２）と、を備え、
    　さらに、前記タイヤ側装置は、
    　前記車両の速度である車速に対応するデータを取得する車速取得部（１２ｂ）と、
    　前記Ａ／Ｄ変換部にて、前記検出信号を前記デジタル信号に変換する際の前記タイヤの振動の大きさの変換範囲を、前記車速取得部が取得した車速に関するデータに基づいて設定する範囲設定部（１２ｃ）と、を有している路面状態判別装置。
  2. 　前記範囲設定部は、前記車速が大きくなるほど前記変換範囲を広く設定する請求項１に記載の路面状態判別装置。
  3. 　前記範囲設定部は、前記車速が大きくなるほど前記変換範囲を段階的に広く設定する請求項１に記載の路面状態判別装置。
  4. 　前記タイヤ側装置には、前記タイヤの径方向の加速度に応じた検出信号を出力する加速度センサ（１１）が備えられ、
    　前記車速取得部は、前記加速度センサの検出信号に基づいて前記車速を演算する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の路面状態判別装置。
  5. 　前記タイヤ側装置と前記車体側システムとは双方向通信が可能とされており、
    　前記車速取得部は、前記車体側システムからの通信によって前記車速に関するデータを取得する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の路面状態判別装置。
  6. 　前記タイヤ側装置は、前記振動検出部の温度に応じた検出信号を出力する温度センサ（１５）を備え、
    　前記範囲設定部は、前記車速に基づいて設定する前記変換範囲を前記温度センサの検出信号より測定される温度に基づいて補正する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の路面状態判別装置。
  7. 　前記タイヤ側装置は、前記温度センサの検出信号より測定される温度に基づいて、前記温度が高くなるほど高い値とされる補正係数を算出する温度補正部（１２ｅ）を有し、
    　前記範囲設定部は、前記車速に基づいて設定する前記変換範囲に対して前記補正係数を掛け算することで補正後の変換範囲を設定する請求項６に記載の路面状態判別装置。
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