WO2019131568A1 - 路面状態判別装置 - Google Patents

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WO2019131568A1
WO2019131568A1 PCT/JP2018/047409 JP2018047409W WO2019131568A1 WO 2019131568 A1 WO2019131568 A1 WO 2019131568A1 JP 2018047409 W JP2018047409 W JP 2018047409W WO 2019131568 A1 WO2019131568 A1 WO 2019131568A1
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tire
connection
signal
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良佑 神林
渡部　宣哉
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株式会社デンソー
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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.
  • the inventors of the present invention are examining, in the road surface state determining device, bidirectional communication that enables reliable communication between the tire-side device provided with the acceleration sensor and the receiver on the vehicle body side.
  • the tire side device since the tire side device is provided in the tire and battery replacement can not be easily performed, it is necessary to perform sensing and data communication with limited power.
  • the connection in the configuration in which the connection is established based on the advertisement signal and then data transmission is performed, although communication of a large amount of data can be reliably performed, power consumption is high.
  • the battery life of the tire side device it is not preferable to keep the connection continuously formed because the power consumption becomes large, but it is preferable to perform the data transmission after forming the connection every time the data transmission. Even power consumption will increase.
  • An object of the present disclosure is to provide a road surface state determination device capable of accurately determining a road surface state while reducing power consumption.
  • the road surface state determining device is disposed on a tire and transmits the road surface data that is data related to the road surface state, and is disposed on the vehicle body side, receives the road surface data, and receives the road surface state. It has a vehicle side system to discriminate, and a tire side device and a vehicle side system perform two-way communication.
  • the tire-side device comprises: a vibration detection unit that outputs a detection signal according to the magnitude of tire vibration; a waveform processing unit that creates road surface data based on the detection signal;
  • a first data communication unit for performing data communication between the two, and the vehicle body side system includes a second data communication unit for performing data communication with the tire side device, and road surface data received by the second data communication unit And a road surface determination unit that determines the road surface state based on the Then, the tire side device indicates the result of waveform processing of the detection signal in the waveform processing unit, and transmits road surface data including the waveform processing value corresponding to the road surface condition in the advertising signal and transmits it.
  • the road surface condition is determined based on the waveform processing value included in
  • the tire side device 1 and the receiver 21 are configured as follows.
  • 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 is, for example, in accordance with the magnitude of vibration in a direction in which the tire side device 1 touches a circular track drawn when the tire 3 rotates, that is, a tire tangential direction indicated by arrow X in FIG.
  • An acceleration detection signal is output as the detected signal.
  • 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 waveform processing unit 11 is configured by a well-known microcomputer including a CPU, ROM, RAM, I / O, etc., performs signal processing of the detection signal according to a program stored in the ROM or the like, and displays the road surface condition appearing in the detection signal.
  • the road surface data to be shown is generated.
  • the road surface data includes data including a feature amount of tire vibration and data including a raw waveform of a detection signal in addition to the feature amount.
  • the waveform processing unit 11 performs the waveform processing of the vibration waveform indicated by the detection signal using the detection signal output from the vibration sensor unit 10 as a detection signal that represents the vibration data in the tire tangential direction. Extract the feature value 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 11 acquires a raw waveform that is the detection signal of the vibration sensor unit 10 itself, performs signal processing such as noise removal as necessary, and digitizes it (hereinafter, the raw waveform is digitized) Is called raw waveform data).
  • the waveform processing unit 11 controls data transmission from the data communication unit 12 and transmits road surface data to the data communication unit 12 at a timing when data transmission is to be performed. Allow communication to take place. For example, the waveform processing unit 11 extracts the feature amount of the tire G each time the tire 3 makes one rotation, and the data communication unit 12 at a rate of once or plural times every one rotation or plural rotations of the tire 3. The road surface data is transmitted to For example, the waveform processing unit 11 transmits, to the data communication unit 12, 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 12. ing.
  • the waveform processing unit 11 receives a request signal of detailed data from the vehicle body side system 2, it includes raw waveform data in addition to the feature amount of the tire G extracted during one rotation of the tire 3 at that time. Road surface data is transmitted to the data communication unit 12.
  • the data communication unit 12 constitutes a first data communication unit, and performs data communication with a data communication unit 24 of the receiver 21 in the vehicle body side system 2 described later. For example, when road surface data is transmitted from the waveform processing unit 11, the data communication unit 12 transmits the road surface data at that timing. The timing of data transmission from the data communication unit 12 is controlled by the waveform processing unit 11, and the data communication unit is sent from the waveform processing unit 11 every time the road surface data is sent each time the tire 3 makes one or more rotations. Data transmission from 12 is to be performed.
  • an advertisement signal is transmitted from the tire side device 1, and thereafter, a connection request signal is sent from the vehicle body side system 2 which has received the advertisement signal to the tire side device 1.
  • a connection request signal is sent from the vehicle body side system 2 which has received the advertisement signal to the tire side device 1.
  • the power supply unit 13 is a power supply of the tire-side device 1 and supplies the power to the respective components provided in the tire-side device 1 so that the respective components can be operated.
  • the power supply unit 13 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 13 can also be configured by a power generation device, a storage battery, and the like. When the power supply unit 13 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 the problem of reducing power consumption is the battery The same as in the case of
  • 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 data communication unit 24 is a part configuring the second data communication unit, and includes raw waveform data in addition to road surface data and feature amounts including the feature amount transmitted from the data communication unit 12 of the tire-side device 1 It plays a role of receiving road surface data and 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 waveform processing unit 11 with the support vector.
  • 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
  • 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 11 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.
  • a portion of the tread 31 corresponding to the location where the vibration sensor unit 10 is in contact with the ground is removed.
  • 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 It returns to approximately cylindrical shape from.
  • 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 11 detects the detection signal of the vibration sensor unit 10 for one rotation of the tire 3 which is a continuous time axis waveform, for each time window of a predetermined time width T as shown in FIG.
  • the feature quantity is extracted by dividing into a plurality of sections and performing frequency analysis in each section. Specifically, 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 number of the division divided by the time window of time width T is a value which changes according to the rotational 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).
  • step S100 input processing of the detection signal of the vibration sensor unit 10 is performed. This process is continued in the subsequent step S105 for a period until the tire 3 makes one rotation. Then, when the detection signal of the vibration sensor unit 10 is input for one rotation of the tire, the process proceeds to the subsequent step S110, and the feature amount of the time axis waveform of the detection signal of the vibration sensor unit 10 for one rotation of the input tire is extracted.
  • 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.
  • the process proceeds to step S220 to determine the road surface state.
  • the road surface state is determined by comparing the feature amount included in the received road surface data with the support vector classified by road surface type stored in the road surface determination unit 25.
  • 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.
  • 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 time axis waveform at the time of rotation of the tire 3 and the time axis waveform of the support vector each have a predetermined time width T Divide into each section.
  • T time width
  • 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).
  • 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.
  • 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 can be used.
  • various kernel functions can be used to determine the degree of similarity.
  • step S230 when the road surface state determination can not be accurately performed in step S230, the process proceeds to step S250, and a request signal for detailed data is transmitted.
  • the request signal of the detailed data may be sent to all of the plurality of tire side devices 1, the request signal of the detailed data is sent to the tire side device 1 at which the road surface state determination can not be accurately performed. You should do it. Therefore, the ID information of the tire-side device 1 for requesting transmission of the detailed data is stored, and the request signal is transmitted. As a result, it is possible to reduce the power consumption because it is sufficient to send information only to the necessary tire-side device 1.
  • the ID information of each tire-side device 1 can be recognized in the vehicle-body-side system 2 by storing the ID included in the transmission data from the tire-side device 1, for example. It is possible to include ID information in the signal.
  • step S115 when the request signal of the detailed data is transmitted from the vehicle body side system 2 to the tire side device 1, an affirmative determination is made in step S115 in the tire side process of FIG. Then, when an affirmative determination is made in step S115, the process proceeds to step S125, and the waveform processing unit 11 determines whether connection is in progress. If it is immediately after receiving the request signal for detailed data, the process proceeds to step S130 because the connection is not yet in progress. If the connection is in progress based on the process described later, the process proceeds to step S150.
  • step S130 the waveform processing unit 11 transmits an advertise signal in order to establish a connection.
  • the advertisement signal at this time corresponds to the second advertisement signal, and it is sufficient if the transmission of a connection request signal to be described later can be requested from the vehicle body side system 2 in order to establish a connection.
  • the road surface data may be included.
  • the waveform processing unit 11 enters a reception standby state so as to be able to receive a connection request signal to be described later, which will be sent from the vehicle body side system 2 later.
  • step S260 it is determined in step S260 whether or not an advertise signal is received, and this process is repeated until an advertise signal is received. For example, scanning is performed to read data transmitted from the tire-side device 1 every predetermined scanning cycle, and it is determined whether or not an advertise signal is received every cycle.
  • the advertisement signal is transmitted from the tire-side device 1 as described above, an affirmative determination is made in step S260, the process proceeds to step S270, and the connection request signal is transmitted.
  • step S140 when the connection request signal is transmitted from the receiver 21, an affirmative determination is made in step S140 of the tire-side process of FIG. 6, and the process proceeds to step S145 to form a connection.
  • step S150 road surface data including raw waveform data in addition to the feature amount is transmitted to the vehicle body side system 2.
  • road surface data including raw waveform data in addition to the feature amount is transmitted to the receiver 21, when the processing of steps S200 to S220 of the road surface state determination processing of FIG.
  • the road surface condition is determined based on the detailed data.
  • various known methods can be applied to the road surface state determination method using raw waveform data. For example, in the receiver 21, the above-mentioned feature quantities are extracted again and the similarity to the support vector is calculated to determine the road surface state, or the integrated value of the output voltage in a predetermined frequency band in the raw waveform data
  • the road surface condition can be determined based on the size of the road surface.
  • the tire device 100 can determine the road surface state of the traveling road surface of the vehicle.
  • road surface data including a feature amount that is a small amount of data is included in the advertise signal, and the road surface determination is performed based on the feature amount. It is carried out. As a result, it is possible to determine the road surface without establishing a connection, and it is possible to reduce power consumption by not establishing a connection each time road surface data is transmitted.
  • the tire device 100 including the road surface state determination device capable of accurately determining the road surface state while reducing power consumption.
  • Second Embodiment The second embodiment will be described.
  • the present embodiment is the same as the first embodiment except that the connection construction method is changed with respect to the first embodiment, and therefore, only different parts from the first embodiment will be described.
  • the advertisement signal is transmitted from the tire side device 1 when the detailed data is requested, and when the vehicle body side system 2 receives it, the connection request is made The signal is to be transmitted. That is, construction of a connection is requested from the vehicle body side system 2 to the tire side device 1.
  • the construction of the connection may be requested from the tire device 1 to the vehicle body system 2.
  • the road surface determination unit 25 executes the road surface condition determination process shown in FIG.
  • the process shown in FIG. 9 is executed instead of the process of FIG. 7 described in the first embodiment. Also in this embodiment, almost the same processing as the processing shown in FIG. 6 described in the first embodiment is executed, and a part of the processing shown in FIG. 9 is processing common to FIG. The description of the common parts is omitted.
  • the tire side device 1 executes the process shown in FIG. 6 as in the first embodiment, and the road surface determination unit 25 executes the process shown in FIG. Then, when a request signal for detailed data is transmitted in step S250 of FIG. 9, an advertisement signal corresponding to a second advertisement signal is transmitted from the tire-side device 1 as shown in step S130 of FIG. .
  • the advertisement signal includes a connection request signal that requests establishment of a connection.
  • the vehicle body side system 2 receives the advertise signal including the connection request signal in step S280 of FIG. 9, instead of transmitting the connection request signal of step S270 of FIG. The process of S290 is performed.
  • a connection response signal for performing connection formation is transmitted in step S285 to form a connection
  • a connection completion signal indicating that the connection formation is completed is transmitted to the tire side device 1.
  • the tire side device 1 can confirm that the connection has been reliably formed.
  • the vehicle body side system 2 and the tire side device 1 transition to the connection state at the time of connection formation, it can be grasped that they are in the connection state.
  • the tire side device 1 requests the vehicle body side system 2 to establish a connection as described above, the processes of steps S140 and S145 among the processes shown in FIG. 6 are deleted.
  • step S150 without processing the step S145, that is, the road surface data including the feature amount and raw waveform data Processing to send
  • connection construction from the tire device 1 to the vehicle body system 2 it is also possible to request connection construction from the tire device 1 to the vehicle body system 2. Also in this case, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • vibration sensor part 10 is constituted by elements which can perform other vibration detection, for example, a piezoelectric element etc. It can also be done.
  • the data containing a feature-value is used as road surface data which show the road surface state which appears in the detection signal of the vibration sensor part 10.
  • FIG. this is also merely an example, and other data may be used as road surface data.
  • integrated value data of vibration waveforms of each of the five regions R1 to R5 included in vibration data during one rotation of the tire 3 may be used as road surface data.
  • These feature amounts and integral value data are values corresponding to the road surface condition, and are waveform processing values indicating the results of waveform processing of the vibration waveform. Since the waveform processing value is a small amount of data, it can be included in the advertisement signal and transmitted to the vehicle body side system 2.
  • 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 receiver 21 transmits instruction signals such as a request signal for detailed data, a connection request signal, and a disconnection request signal.
  • another ECU such as the brake ECU 22 or the like determines the degree of similarity, determines the road surface state, or performs an instruction signal detection at any place of the vehicle body side system 2. Transmission may be performed.
  • the tire side device 1 further includes a pressure sensor capable of detecting the tire air pressure and a temperature sensor capable of detecting the temperature in the tire, and the data of the tire air pressure and the temperature in the tire can be used as data on the tire air pressure to the vehicle body side system 2 You can also send it. In that case, since the data related to the tire pressure is a small amount of data, it is not necessary to establish a connection if it is included in the advertisement signal and transmitted together with the waveform processing value such as the feature amount. Power can be reduced.
  • the tire side device 1 when the detailed data is requested from the vehicle body side system 2, the tire side device 1 transmits the advertisement signal including the connection request signal.
  • the tire side device 1 itself transmits the advertisement signal including the connection request signal when the data amount is larger than the predetermined amount, the connection with the vehicle body side system 2 may be established. .
  • tire side apparatus 1 was provided with respect to each of the some tire 3 in said each embodiment, what is necessary is just to be provided in at least one.

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Abstract

路面状態判別装置は、タイヤ側装置（１）から路面データを送信する際に、アドバタイズ信号に少量データとなる特徴量を含めた路面データを含め、車体側システム（２）にて、路面データを受信し、路面データに含まれた特徴量に基づいて路面判別を行う。これにより、コネクションを構築しなくても路面判別を行うことが可能となり、路面データを送信するたびにコネクションを構築していない分、消費電力の軽減を図ることが可能となる。よって、消費電力の軽減を図りつつ、路面状態を的確に判別することが可能な路面状態判別装置とすることができる。

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１２月２７日に出願された日本特許出願番号２０１７－２５２０１７号と、２０１８年６月２２日に出願された日本特許出願番号２０１８－１１８７７４号とに基づくもので、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
　本発明者らは、路面状態判別装置において、加速度センサが備えられるタイヤ側装置と車体側の受信機との間において、確実な通信が可能となる双方向通信を行うことについて検討している。
　通信分野において、双方向通信を行う場合、両者の間において専用の通信経路を形成するための通信のコネクションの構築が行われ、コネクションが構築されてから実際に伝えたいデータの通信が行われる。この場合、コネクションを構築するために、まず一方の装置からアドバタイズ信号を送信し、その後、アドバタイズ信号を受信した他方の装置から一方の装置に対して接続要求信号を送ることでコネクションが形成される。このようなコネクションを構築することで、大量データの通信も可能となる。
　しかしながら、路面状態判別装置の場合、タイヤ側装置がタイヤ内に備えられていて容易に電池交換を行うことができないため、限られた電力でセンシングやデータ通信を行う必要がある。上記のように、アドバタイズ信号に基づいてコネクションを構築し、それからデータ送信を行うという形態は、大量データの通信を確実に行える反面、消費電力が多い。特に、タイヤ側装置の電池寿命を考慮すると、コネクションを形成し続けたままにするのは消費電力が大きくなって好ましくないが、データ送信のたびにコネクションを形成してからデータ送信を行うようにしても消費電力が大きくなる。
　本開示は、消費電力の軽減を図りつつ、路面状態を的確に判別することが可能な路面状態判別装置を提供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、タイヤに配置され、路面状態に関するデータである路面データを送信するタイヤ側装置、および、車体側に配置され、路面データを受信して路面状態を判別する車体側システムを有し、タイヤ側装置と車体側システムとが双方向通信を行う。このような構成において、タイヤ側装置は、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、検出信号に基づいて路面データを作成する波形処理部と、車体側システムとの間におけるデータ通信を行う第１データ通信部と、を有し、車体側システムは、タイヤ側装置との間におけるデータ通信を行う第２データ通信部と、第２データ通信部が受信した路面データに基づいて路面状態を判別する路面判別部と、を有している。そして、タイヤ側装置は、波形処理部にて検出信号を波形処理した結果を示すと共に路面状態に対応した波形処理値を含む路面データをアドバタイズ信号に含めて送信し、車体側システムは、アドバタイズ信号に含まれる波形処理値に基づいて路面状態の判別を行う。
　このように、路面状態判別装置は、タイヤ側装置から路面データを送信する際に、アドバタイズ信号に少量データとなる特徴量を含めた路面データを含めるようにし、特徴量に基づいて路面判別を行っている。これにより、コネクションを構築しなくても路面判別を行うことが可能となり、路面データを送信するたびにコネクションを構築していない分、消費電力の軽減を図ることが可能となる。よって、消費電力の軽減を図りつつ、路面状態を的確に判別することが可能な路面状態判別装置と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実施形態にかかるタイヤ側装置および車体側システムが備えら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うちの受信機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。 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。 タイヤ側装置の波形処理部が実行するタイヤ側処理のフローチャートである。 車体側システムの路面判別部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。 車体側システムの路面判別部が実行する路面状態判別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８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、波形処理部１１、データ通信部１２、電源部１３を備えた構成とされ、図３に示されるように、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。その場合、振動センサ部１０は、例えばタイヤ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。
　波形処理部１１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。路面データとしては、タイヤ振動の特徴量を含むデータと、特徴量に加えて検出信号の生波形を含むデータとがある。
　具体的には、波形処理部１１は、振動センサ部１０が出力する検出信号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、この検出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１１は、振動センサ部１０の検出信号そのものとなる生波形を取得し、必要に応じてノイズ除去等の信号処理を行い、それをデータ化する（以下、生波形をデータ化したものを生波形データという）。そして、波形処理部１１は、抽出した特徴量を含むデータもしくは生波形データを含めたものを路面データとしてデータ通信部１２に伝える。ここでは、生波形データを含めた路面データに、特徴量を示すデータも含めているが、特徴量を示すデータを含めない形態とすることもできる。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１１は、データ通信部１２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１２に対して路面データを伝えることで、データ通信部１２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１１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の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１２に対して路面データを伝えている。例えば、波形処理部１１は、データ通信部１２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１２に対して伝えている。また、波形処理部１１は、車体側システム２から詳細データの要求信号を受け取ったときには、そのときのタイヤ３の１回転中に抽出されたタイヤＧの特徴量に加えて生波形データを含めた路面データをデータ通信部１２に対して伝える。
　データ通信部１２は、第１データ通信部を構成する部分であり、車体側システム２における受信機２１の後述するデータ通信部２４との間においてデータ通信を行う。例えば、データ通信部１２は、波形処理部１１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１２からのデータ送信のタイミングについては、波形処理部１１によって制御され、波形処理部１１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１２からのデータ送信が行われるようになっている。
　また、データ通信部１２は、データ通信部２４との間において双方向通信を行える構成とされている。データ通信部１２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。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。
　上記したように、通信分野において、双方向通信を行う場合、両者の間において専用の通信経路を形成するための通信のコネクションの構築が行われ、コネクションが構築されてから実際に伝えたいデータの通信が行われる。
　しかしながら、本実施形態では、タイヤ側装置１から車体側システム２に送るデータのデータ量が大量であるかそれよりも少量であるかによって、双方向通信の手法を異ならせている。具体的には、生波形データを含めていない「特徴量を含めた路面データ」はデータ量が比較的少ない「少量データ」、特徴量を含めるか否かにかかわらず「生波形データを含めた路面データ」はそれよりもデータ量が多い「大量データ」となる。本実施形態の場合、「少量データ」となる「特徴量を含めた路面データ」と、「大量データ」となる「特徴量に加えて生波形データを含めた路面データ」とで、双方向通信の形態を変えている。すなわち、前者についてはコネクションを構築することなくデータ通信を行い、後者についてはコネクションを構築してからデータ通信を行っている。
　コネクションを構築する場合、まずタイヤ側装置１からアドバタイズ信号を送信し、その後、アドバタイズ信号を受信した車体側システム２からタイヤ側装置１に対して接続要求信号を送る。このようなコネクションを構築することで、大量データの通信も可能となる。これは、大量データについては、送信したいデータ量のすべてのパケットを１度の送信では送信しきれないためである。大量データについては、例えば７．５μｓｅｃなどの一定期間の送信間隔を空けながら、１回当たり所定パケットのデータ量での送信を行い、複数回の送信を繰り返すことですべてのデータ送信が完了となる。このようなデータ通信は、コネクションを構築した状態でないと行えない。
　ここで、アドバタイズ信号は、双方向通信において、コネクションを構築する際に用いられるキーワードとなる信号であり、ペリフェラル側の装置が短周期で複数回送信を行うことで、セントラル側の装置に対してコネクションの構築を求める信号となる。本実施形態で言えば、タイヤ側装置１がペリフェラル側の装置、車体側システム２がセントラル側の装置に相当し、タイヤ側装置１からアドバタイズ信号を送ることで車体側システム２との間のコネクションが構築される。アドバタイズ信号は、仕様や規制などで周波数や送信回数が決められており、例えば双方向通信としてＢＬＴ通信が適用される場合、２．５ＧＨｚの周波数帯域の信号とされる。アドバタイズ信号は短周期で送信が繰り返される信号であることから少量データしか含めることができず、大量データについては含めることができない。
　このため、「大量データ」となる「特徴量に加えて生波形データを含めた路面データ」についてはアドバタイズ信号に含めることはできないが、「少量データ」となる「特徴量を含めた路面データ」についてはアドバタイズ信号に含められる。そこで、本実施形態では、「特徴量を含めた路面データ」についてはアドバタイズ信号に含めて送信し、詳細データとして「特徴量に加えて生波形データを含めた路面データ」が必要な場合にのみ、コネクションを構築してからデータ通信を行うようにしている。
　電源部１３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１３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１３を構成することもできる。電源部１３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という課題は電池とされる場合と同様である。
　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１２より送信された特徴量を含めた路面データや特徴量に加えて生波形データを含めた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、波形処理部１１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、そのときに波形処理部１１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１１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４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４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４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１１は、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５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し、各区画で周波数解析を行うことで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、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１１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の作動について、図６～図７を参照して説明する。ここでは、詳細データ、つまり生波形データが無くても路面状態を判別できていた状態から、後に、路面状態の判別に詳細データが要求されるようになった場合を例に挙げて説明する。
　まず、各車輪のタイヤ側装置１では、波形処理部１１にて、図６に示すタイヤ側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では、振動センサ部１０の検出信号の入力処理を行う。この処理は、続くステップＳ１０５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、振動センサ部１０の検出信号をタイヤ１回転分入力すると、その後のステップＳ１１０に進み、入力したタイヤ１回転分の振動センサ部１０の検出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、振動センサ部１０の検出信号の時間軸波形に基づいて判定している。すなわち、検出信号は図４に示した時間軸波形を描くことから、検出信号の第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、路面状態が検出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回転中における振動センサ部１０の検出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、振動センサ部１０の検出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、検出信号の入力を行わないようにしても良い。
　また、ステップＳ１１０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Ｓ１１５に進み、詳細データの要求が有ったか否かを判定する。この判定は、後述する図７のステップＳ２５０において、車体側システム２より詳細データの要求信号の送信が行われていた場合に肯定判定される。ここでは、まだ詳細データの要求信号の送信が行われていないことから、ステップＳ１２０に進み、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１２に伝える。これにより、コネクションが構築されていないままの状態で、データ通信部１２より、特徴量を含む路面データがアドバタイズ信号に含められて送信される。なお、このときのアドバタイズ信号は第１アドバタイズ信号に相当する。
　一方、受信機２１では、路面判別部２５にて、図７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、路面状態を判別する。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の判定を行う。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８に示すように、振動センサ部１０の検出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がＸｉ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。そして、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を用いることができる。また、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。また、特徴ベクトルのすべてを用いるのではなく、その中から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。
　ただし、例えば、複数の路面におけるサポートベクタとの間において類似度が高く、類似していると考えられる候補が複数ある場合など、路面状態判別を的確に行えない場合もあり得る。このような場合には、詳細データを要求して、より詳細な路面状態判別を行うのが好ましい。このため、続くステップＳ２３０において、詳細データが必要か否かを判定している。
　そして、ステップＳ２２０において路面状態判別が的確に行えていない場合にはステップＳ２３０で肯定判定され、路面状態判別が的確に行えている場合にはステップＳ２３０で否定判定される。なお、上記した路面状態判別は、各車輪それぞれのタイヤ側装置１から送られてきた路面データ中の特徴量に基づいて行われる。このため、４つのタイヤ側装置１が配置されたタイヤ３の走行路面の路面状態がそれぞれ判別されることになる。ここでは、路面状態判別が的確に行えていない場合を、４つのタイヤ側装置１のうちのいずれか１つでも、当該タイヤ側装置１から送られてきた路面データ中の特徴量に基づいて路面状態の判別が行えなかった場合としている。
　ただし、これは一例に過ぎず、路面状態判別が的確に行えない場合として、他の形態が適用されるようしても良い。例えば、４つのタイヤ側装置１のすべてについて路面データ中の特徴量に基づいて路面状態の判別が行えなかった場合や、両右車輪もしくは両左車輪のタイヤ側装置１について路面データ中の特徴量に基づいて路面状態の判別が行えなかった場合などが挙げられる。
　ここで、まずは、詳細データが無くても路面状態判別を的確に行えたとして、ステップＳ２４０に進む。ステップＳ２４０は、後述するコネクションが構築されていた場合に行われる処理である。コネクションが構築されていた場合には、それを切断するための切断要求信号を送信して処理を終了し、コネクションが構築されていない場合にはそのまま処理を終了する。これにより、必要に応じてコネクションを形成できるため消費電力を低減できる。すなわち、常時コネクションが構築された状態としていれば、常時詳細データの通信を行うことができるが、その場合、消費電力の増大を招き、タイヤ側装置１のように隔離させた場所に備えられるものについては電池寿命の低下を招くことになる。このため、コネクションの維持が必要ない場合には、それが切断されるようにし、必要なときにコネクションが形成されるようにすることで、消費電力の低減が図れ、電池寿命を向上させることが可能となる。
　一方、ステップＳ２３０において路面状態判別が的確に行えていなかった場合には、ステップＳ２５０に進み、詳細データの要求信号を送信する。この場合、複数のタイヤ側装置１のすべてに対して詳細データの要求信号を送っても良いが、少なくとも路面状態判別が的確に行えなかったタイヤ側装置１に対して詳細データの要求信号を送信するようにすれば良い。このため、詳細データの送信を求めるタイヤ側装置１のＩＤ情報を格納して、要求信号を送信するようにしている。これにより、必要なタイヤ側装置１にのみ情報を送ればいいため消費電力を低減できる。なお、各タイヤ側装置１のＩＤ情報については、例えば受信機２１がタイヤ側装置１からの送信データに含まれるＩＤを記憶していくことで、車体側システム２において認識可能であるため、要求信号にＩＤ情報を含ませることは可能である。
　ここで、車体側システム２からタイヤ側装置１に対して詳細データの要求信号が送信されると、図６のタイヤ側処理において、ステップＳ１１５で肯定判定されることになる。そして、ステップＳ１１５で肯定判定されるとステップＳ１２５に進み、波形処理部１１は、コネクション中であるか否かを判定する。詳細データの要求信号を受信して直ぐのときには、まだコネクション中ではないためステップＳ１３０に進む。また、後述する処理に基づいてコネクション中になっていれば、ステップＳ１５０に進む。
　ステップＳ１３０では、波形処理部１１は、コネクションを構築するために、アドバタイズ信号の送信を行う。このときのアドバタイズ信号は、第２アドバタイズ信号に相当するものであり、コネクションを構築するために、車体側システム２より後述する接続要求信号の送信を求められるものであれば良いが、特徴量を含む路面データが含まれたものであっても構わない。この後、ステップＳ１３５に進み、波形処理部１１は、後で車体側システム２から送られてくる予定の後述する接続要求信号を受信できるように受信待機状態となる。
　また、図７の路面状態判別処理では、ステップＳ２６０において、アドバタイズ信号が受信されたか否かが判定され、アドバタイズ信号が受信されるまで本処理が繰り返される。例えば、所定のスキャニング周期毎にタイヤ側装置１から送信されたデータの読み取りを行うスキャニングが実施され、その周期毎にアドバタイズ信号が受信されたか否かの判定が行われる。ここで、上記したようにタイヤ側装置１からアドバタイズ信号が送信されると、ステップＳ２６０で肯定判定されてステップＳ２７０に進み、接続要求信号の送信を行う。
　そして、上記したように、受信機２１から接続要求信号が送信されると、図６のタイヤ側処理のステップＳ１４０で肯定判定されてステップＳ１４５に進み、コネクションを形成する。これにより、各タイヤ側装置１と受信機２１との間において専用の通信経路が形成され、大容量データであっても通信可能となる。このため、ステップＳ１５０に進み、特徴量に加えて生波形データを含めた路面データを車体側システム２に向けて送信する。
　このようにして、特徴量に加えて生波形データを含めた路面データが受信機２１に伝えられると、図７の路面状態判別処理のステップＳ２００～Ｓ２２０の処理が再び実行されたときに、より詳細なデータに基づいて、路面状態の判別が行われる。なお、生波形データを用いた路面状態の判別手法については、公知となっている様々な手法を適用することができる。例えば、受信機２１において、改めて、上記したような特徴量を抽出してサポートベクタとの類似度を演算して路面状態を判別したり、生波形データにおける所定周波数帯域での出力電圧の積分値の大きさに基づいて路面状態を判別したりすることができる。
　そして、路面判別部２５は、ステップＳ２２０で路面状態の判別が的確に行えた場合、ステップＳ２４０に進んで切断要求信号を送信する。これに基づき、波形処理部１１は、図６のタイヤ側処理のステップＳ１５５で切断要求信号を受信したと判定し、ステップＳ１６０に進んでコネクションの切断を行って処理を終了する。また、切断要求信号が受信されるまでは、コネクションが維持され、特徴量と生波形データを含めた路面データの送信が継続される。
　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。このような路面状態の判別を行うに際し、タイヤ側装置１から路面データを送信する際に、アドバタイズ信号に少量データとなる特徴量を含めた路面データを含めるようにし、特徴量に基づいて路面判別を行っている。これにより、コネクションを構築しなくても路面判別を行うことが可能となり、路面データを送信するたびにコネクションを構築していない分、消費電力の軽減を図ることが可能となる。
　よって、消費電力の軽減を図りつつ、路面状態を的確に判別することが可能な路面状態判別装置を含むタイヤ装置１００とすることができる。
　また、アドバタイズ信号に含めて送った路面データに含まれる特徴量では路面状態の判別を的確に行えなかった場合には、車体側システム２からタイヤ側装置１に対して詳細データの要求信号を送信している。これにより、タイヤ側装置１と車体側システム２との間のコネクションが構築され、タイヤ側装置１から大量データとなる生波形データを含めた路面データが車体側システム２に送られ、生波形データに基づいて路面状態の判別が行われるようにしている。したがって、アドバタイズ信号として送った特徴量に基づいて路面状態の判別が行えなかったとしても、生波形データに基づいて的確に路面状態の判別を行うことが可能となる。
　（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実施形態に対してコネクションの構築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。
　上記第１実施形態では、車体側システム２において、詳細データが必要なときに詳細データの要求を行うと、タイヤ側装置１からアドバタイズ信号を送信させ、それを車体側システム２で受信すると接続要求信号が送信されるようにしている。つまり、車体側システム２からタイヤ側装置１に向けてコネクションの構築を要求している。
　これに対して、タイヤ側装置１から車体側システム２に向けてコネクションの構築を要求するようにしても良い。具体的には、路面判別部２５にて、図９に示す路面状態判別処理を実行する。なお、図９に示す処理は、第１実施形態で説明した図７の処理に代えて実行されるものである。本実施形態でも、第１実施形態で説明した図６に示す処理とほぼ同じ処理を実行しており、図９に示す処理の一部については図７と共通している処理となっているため、共通部分については説明を省略する。
　本実施形態でも、タイヤ側装置１では、第１実施形態と同様に図６に示す処理を実行しており、路面判別部２５では、図９に示す処理を実行している。そして、図９のステップＳ２５０において、詳細データの要求信号が送信されてきたときに、図６のステップＳ１３０で示したように、タイヤ側装置１から第２アドバタイズ信号に相当するアドバタイズ信号が送られる。このとき、そのアドバタイズ信号にコネクションの構築を要求する接続要求信号を含める。そして、車体側システム２が、図９のステップＳ２８０において、接続要求信号を含むアドバタイズ信号を受信したときに、図７のステップＳ２７０の接続要求信号の送信の代わりに、図９のステップＳ２８５およびステップＳ２９０の処理を実行する。すなわち、ステップＳ２８５においてコネクション形成を行うためのコネクションレスポンス信号を送信することでコネクションを形成すると共に、ステップＳ２９０においてコネクション形成が完了したことを示す接続完了信号をタイヤ側装置１に送信する。これにより、タイヤ側装置１は確実にコネクションが形成されたことを確認できる。なお、車体側システム２およびタイヤ側装置１はコネクション形成時、コネクション状態に遷移するため、自身がコネクション状態であることを把握できる。また、このように、タイヤ側装置１から車体側システム２に向けてコネクションの構築を要求する場合、図６に示す各処理のうちステップＳ１４０、Ｓ１４５の処理については削除することになる。
　この後、図６のステップ１３５での受信待機状態の際に、接続完了信号を受信することで、ステップＳ１４５の処理を行うことなくステップＳ１５０の処理、つまり特徴量と生波形データを含む路面データを送信する処理が行われるようにする。
　このように、タイヤ側装置１から車体側システム２に向けてコネクションの構築を要求することもできる。このようにしても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
　（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、上記各実施形態では、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。
　（２）また、上記各実施形態では、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。これら特徴量や積分値データは、路面状態に対応した値であり、振動波形について波形処理を行った結果を示した波形処理値である。波形処理値は、少量データであることからアドバタイズ信号に含めて車体側システム２に伝えることができる。
　（３）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。また、受信機２１から詳細データの要求信号や接続要求信号および切断要求信号などの指示信号の送信を行っている。
　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、指示信号の送信を行うようにしても良い。
　（４）また、タイヤ側装置１内に、タイヤ空気圧を検出できる圧力センサやタイヤ内温度を検出できる温度センサを備え、タイヤ空気圧やタイヤ内温度のデータをタイヤ空気圧に関するデータとして車体側システム２に送ることもできる。その場合、タイヤ空気圧に関するデータについては、少量データであることから、アドバタイズ信号に含めて特徴量などの波形処理値と共に送信すれば、コネクションを構築しなくても良いため、タイヤ側装置１の消費電力の軽減が図れる。
　（５）また、上記第２実施形態では、タイヤ側装置１は、車体側システム２から詳細データが要求されたときに、アドバタイズ信号にコネクション要求信号を含めて送信するようにしている。しかしながら、これも一例を示したに過ぎない。例えば、タイヤ側装置１が自身でデータ量が所定量よりも大きい場合に、アドバタイズ信号にコネクション要求信号を含めて送信するようにし、車体側システム２とのコネクションが構築されるようにしても良い。
　また、上記各実施形態では、複数のタイヤ３のそれぞれに対してタイヤ側装置１を備えるようにしたが、少なくとも１つに備えられていればよい。

Claims (5)

  1. 　タイヤ（３）に配置され、路面状態に関するデータである路面データを送信するタイヤ側装置（１）、および、車体側に配置され、前記路面データを受信して前記路面状態を判別する車体側システム（２）を有し、前記タイヤ側装置と前記車体側システムとが双方向通信を行う路面状態判別装置であって、
    　前記タイヤ側装置は、
    　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、前記検出信号に基づいて前記路面データを作成する波形処理部（１１）と、前記車体側システムとの間におけるデータ通信を行う第１データ通信部（１２）と、を有し、
    　前記車体側システムは、
    　前記タイヤ側装置との間におけるデータ通信を行う第２データ通信部（２４）と、前記第２データ通信部が受信した前記路面データに基づいて路面状態を判別する路面判別部（２５）と、を有し、
    　前記タイヤ側装置は、前記波形処理部にて前記検出信号を波形処理した結果を示すと共に前記路面状態に対応した波形処理値を含む前記路面データをアドバタイズ信号に含めて送信し、
    　前記車体側システムは、前記アドバタイズ信号に含まれる前記波形処理値に基づいて前記路面状態の判別を行う路面状態判別装置。
  2. 　前記波形処理部は、前記波形処理値として、前記検出信号から前記タイヤの振動の特徴を示す特徴量を抽出し、該特徴量を含めた前記路面データを作成する請求項１に記載の路面状態判別装置。
  3. 　前記車体側システムは、前記アドバタイズ信号に含まれる前記波形処理値に基づいて前記路面状態の判別を行えないと、前記タイヤ側装置に対して詳細データの送信を要求する要求信号を送信し、
    　前記タイヤ側装置は、前記詳細データの要求信号を受信すると、前記車体側システムとの間のコネクションを構築すると共に、該コネクションが構築されてから、前記路面データとして前記検出信号の生波形データを送信する請求項１または２に記載の路面状態判別装置。
  4. 　前記アドバタイズ信号を第１アドバタイズ信号として、
    　前記車体側システムは、前記第１アドバタイズ信号に含まれる前記波形処理値に基づいて前記路面状態の判別を行えないと、前記タイヤ側装置に対して詳細データの送信を要求する要求信号を送信し、その後、前記タイヤ側装置からの第２アドバタイズ信号を受信すると、前記タイヤ側装置に対してコネクション形成を要求する接続要求信号を送信し、
    　前記タイヤ側装置は、前記詳細データの要求信号を受信すると、前記第２アドバタイズ信号を送信したのち前記接続要求信号を待機し、前記接続要求信号を受信すると前記車体側システムとの間のコネクション形成を行ってコネクションを構築し、該コネクションが構築されてから、前記路面データとして前記検出信号の生波形データを送信する請求項１または２に記載の路面状態判別装置。
  5. 　前記アドバタイズ信号を第１アドバタイズ信号として、
    　前記車体側システムは、前記第１アドバタイズ信号に含まれる前記波形処理値に基づいて前記路面状態の判別を行えないと、前記タイヤ側装置に対して詳細データの送信を要求する要求信号を送信し、その後、前記タイヤ側装置からのコネクション形成を要求する接続要求信号を含む第２アドバタイズ信号を受信すると、コネクション形成を行うことで前記タイヤ側装置とのコネクションを構築し、
    　前記タイヤ側装置は、前記詳細データの要求信号を受信すると、前記第２アドバタイズ信号を送信し、前記車体側システムによるコネクション形成によってコネクションが構築されてから、前記路面データとして前記検出信号の生波形データを送信する請求項１または２に記載の路面状態判別装置。
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