(57)【要約】【課題】路面勾配があり路面勾配が変化する場合、および車両の駆動方式が異なる場合（ＦＦ／ＦＲ）においても正確な路面状態判定を行う方法を提供する。【解決手段】車両が走行している路面の状態を判定する路面状態判定方法であって、車両に備えられる傾斜計の検出値を入力し、車両に取り付けられた車輪回転速度検出手段から車輪の回転速度情報を入力して、従動輪の回転速度情報から走行面に沿った対地速度および対地加速度を求め、前記傾斜計の検出値と該対地加速度とから前記路面の傾斜角度を求め、ついで駆動輪の回転速度情報と前記対地速度とからスリップ率を求めることを含み、該スリップ率、前記対地加速度および前記路面の傾斜角度との関係を用いて走行中の路面とタイヤとの摩擦係数および滑りやすさを判定する。【選択図】図１
2006035928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両が走行している路面の状態を判定する路面状態判定方法であって、車両に備えられる傾斜計の検出値を入力する工程と、車両に取り付けられた車輪回転速度検出手段から車輪の回転速度情報を入力する工程と、当該車輪回転速度情報に基づき車両の対地速度および対地加速度を算出する工程と、前記傾斜計の検出値と前記対地加速度とから路面の傾斜角度を算出する工程とを有し、前記車輪回転速度情報と前記路面の傾斜角度とによって、走行中の路面とタイヤとの摩擦係数および滑りやすさを判定することを含む路面状態判定方法。
【請求項２】
前記車輪回転速度情報が、所定の時間間隔で読み込まれる車輪速度検出手段の車輪回転パルスの周期および該パルス数から算出される車輪回転速度であり、
該車輪回転速度を算出する車輪回転速度検知の時間間隔に同期して、前記傾斜計の検出値を読み込み、従動輪の回転速度情報から走行面に沿った対地速度および対地加速度を求め、前記傾斜計の検出値と該対地加速度とから前記路面の傾斜角度を求め、ついで駆動輪の回転速度情報と前記対地速度とからスリップ率を求めることを含み、
該スリップ率、前記対地加速度および前記路面の傾斜角度との関係を用いて走行中の路面とタイヤとの摩擦係数および滑りやすさを判定する請求項１記載の路面状態判定方法。
【請求項３】
一定時間間隔毎に読み込んだ車輪回転速度、車両の対地速度または対地加速度、および路面の傾斜角度に、所定の個数の移動平均処理を施す請求項２記載の路面状態判定方法。
【請求項４】
車両が走行している路面の状態を判定する路面状態判定装置であって、水平に対する車両の傾斜角度を検知する手段と、車両に装着された車輪の回転速度を検出する手段と、当該車輪回転速度情報に基づき車両の対地速度および対地加速度を算出する手段と、前記傾斜検知手段によって得られる情報と前記対地加速度に基づいて路面の傾斜角度を算出する手段とを備え、前記車輪回転速度情報と前記路面の傾斜角度とによって、走行中の路面とタイヤとの摩擦係数および滑りやすさを判定することを含む路面状態判定装置。
【請求項５】
前記車輪回転速度情報が、所定の時間間隔で読み込まれる車輪速度検出手段の車輪回転パルスの周期および該パルス数から算出される車輪回転速度であり、
該車輪回転速度を算出する車輪回転速度検知の時間間隔に同期して、前記傾斜計の検出値を読み込み、従動輪の回転速度情報から走行面に沿った車両の対地速度および対地加速度を求め、前記傾斜計の検出値と該対地加速度とから前記路面の傾斜角度を求め、ついで駆動輪の回転速度情報と前記対地速度とからスリップ率を求めることを含み、
該スリップ率、前記対地加速度および前記路面の傾斜角度との関係を用いて走行中の路面とタイヤとの摩擦係数および滑りやすさを判定する請求項４記載の路面状態判定装置。
【請求項６】
一定時間間隔毎に読み込んだ車輪回転速度、車両の対地速度または対地加速度、および路面の傾斜角度に、所定の個数の移動平均処理を施す請求項５記載の路面状態判定装置。
【請求項７】
車両が走行している路面の状態を判定するためにコンピュータを、
水平に対する車両の傾斜角度、および車両に装着された車輪の回転速度を記憶するメモリ手段、
前記車輪の回転速度に基づいて車両の対地速度および対地加速度を算出する手段、
前記車両の傾斜角度および前記対地加速度とから路面の傾斜角度を算出する手段、および
前記車輪回転速度情報と前記路面の傾斜角度とによって、走行中の路面とタイヤとの摩擦係数および滑りやすさを判定する手段として機能させるための路面状態判定プログラム。
【請求項８】
前記車輪回転速度情報が、所定の時間間隔で読み込まれる車輪速度検出手段の車輪回転パルスの周期および該パルス数から算出される車輪回転速度であり、
該車輪回転速度を算出する車輪回転速度検知の時間間隔に同期して、前記傾斜計の検出値を読み込み、従動輪の回転速度情報から走行面に沿った対地速度および対地加速度を求め、前記傾斜計の検出値と該対地加速度とから前記路面の傾斜角度を求め、ついで駆動輪の回転速度情報と前記対地速度とからスリップ率を求めることを含み、
該スリップ率、前記対地加速度および前記路面の傾斜角度との関係を用いて走行中の路面とタイヤとの摩擦係数および滑りやすさを判定する請求項７記載の路面状態判定プログラム。
【請求項９】
一定時間間隔毎に算出される車輪回転速度、車両の対地速度または対地加速度、および路面の傾斜角度に、所定の個数の移動平均処理を施すステップを含む請求項８記載の路面状態判定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路面状態のうちの路面とタイヤとのあいだのスリップ率、摩擦係数および滑りやすさを判定する方法および装置、ならびに路面状態判定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に装着された４つの車輪の回転速度情報を用いて路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する路面状態判定装置は、たとえば特許文献１に開示されている。ＧＰＳ受信電波から求められる位置および絶対時間情報、外部から得られた天気情報、および車載センサから得られた外気温度情報から、現在の天候に適応するように車両を制御することは、たとえば特許文献２に開示されている。ナビゲーション装置から得た情報にもとづき操舵および車速制御を支援する車両走行制御装置は、たとえば特許文献３に開示されている。また、ＧＰＳによって得られる車両の移動速度情報を車両の絶対速度として利用することで、走行中の車両の駆動輪のスリップ率を計算し、またＧＰＳ速度情報を時間微分することで車両の加速度を求め、この加速度とスリップ率の関係から、走行中の路面の滑りやすさを判定しようとするものも知られており、これにより４輪駆動への応答も可能になっている。
【０００３】
また、発進時の駆動輪と従動輪の回転開始時期によって、旋回発進時でも路面の状態を判定することが特許文献５に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５３３３４号公報
【特許文献２】特開２０００−８２１９８号公報
【特許文献３】特開平１０−１１９８０７号公報
【特許文献４】特開２０００−７９８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記のように、路面の滑りやすさに関する発明は種々なされているが、その中で、通常走行時にリアルタイムに車両の滑りやすさを検出する方法が開示されているのは、特許文献１のみである。特許文献２は天候によって滑りやすさを推定し、特許文献３は操舵したときの舵角反力によって滑りやすさを推定し、特許文献４は前後輪の回転開始時期の違いにより滑りやすさを推定するものであって、いずれも路面勾配は考慮されていない。すなわち、前記の文献には路面勾配まで考慮して滑りやすさを推定する技術は開示されていない。
【０００６】
また、特許文献１が最もリアルタイムに滑りやすさを判定する技術を開示しているが、たとえば同じアスファルト舗装の路面状況であっても、平坦路から上り坂に変わった場合、特許文献１の方法では線形近似するためのデータ蓄積中に走行抵抗が変化するために、スリップ率と加速度の関係が大きく変化する。すなわち、スリップ率が大きくなっても加速度が大きくならない。このため、相関係数が低下し、線形近似できなくなる。したがって、もしその上り坂が一定の勾配であるなら、上り坂になってからしばらくのあいだ、走行抵抗の値が同じであるデータが集まるまで、路面の判定ができない状態が発生する。同様に、路面の勾配が変化し続けると、路面判定値が求められない。
【０００７】
本発明は、傾斜計による路面勾配情報を加味することで、ＧＰＳなどの高額な装置を使用せずに、路面に勾配があっても正確な路面状態判定を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、車両が走行している路面の状態を判定する路面状態判定方法であって、車両に備えられる傾斜計の検出値を入力する工程と、車両に取り付けられた車輪回転速度検出手段から車輪の回転速度情報を入力する工程と、当該車輪回転速度情報に基づき車両の対地速度および対地加速度を算出する工程と、前記傾斜計の検出値と前記対地加速度とから路面の傾斜角度を算出する工程とを有し、前記車輪回転速度情報と前記路面の傾斜角度とによって、走行中の路面の状態を判定することを特徴としている。
【０００９】
さらに詳しくは、従動輪の回転速度情報から走行面に沿った対地速度および対地加速度を求め、前記傾斜計の検出値と該対地加速度とから前記路面の傾斜角度を求め、ついで駆動輪の回転速度情報と前記対地速度とからスリップ率を求めることを含み、該スリップ率、前記対地加速度および前記路面の傾斜角度との関係を用いて走行中の路面とタイヤとの摩擦係数および滑りやすさを判定する。
【００１０】
本発明の第２の態様は、車両が走行している路面の状態を判定する路面状態判定装置であって、
水平に対する車両の傾斜角度を検知する手段と、車両に装着された車輪の回転速度を検出する手段と、当該車輪回転速度情報に基づき車両の対地速度および対地加速度を算出する手段と、前記傾斜検知手段によって得られる情報と前記対地加速度に基づいて路面の傾斜角度を算出する手段とを備え、前記車輪回転速度情報と前記路面の傾斜角度とによって、走行中の路面とタイヤとの摩擦係数および滑りやすさを判定することを含む路面情報判定装置である。
【００１１】
本発明の第３の態様は、車両が走行している路面の状態を判定するためにコンピュータを、
水平に対する車両の傾斜角度、および車両に装着された車輪の回転速度を記憶するメモリ手段、
前記車輪の回転速度に基づいて車両の対地速度および対地加速度を算出する手段、
前記車両の傾斜角度および前記対地加速度とから路面の傾斜角度を算出する手段、および
前記車輪回転速度情報と前記路面の傾斜角度とによって、走行中の路面とタイヤとの摩擦係数および滑りやすさを判定する手段として機能させるための路面状態判定プログラムである。
【発明の効果】
【００１２】
走行中の車両において、車両に取り付けられた車輪回転速度検出手段から得られる車輪の回転速度情報と、傾斜計によって得られる車両の傾斜角度情報を用いて路面の滑りやすさを判定する方法および装置が提供され、路面の勾配の変化時や、登り勾配路面走行時および下り勾配路面走行時でも、路面とタイヤとの摩擦係数および滑りやすさの推定が可能になり、車両の性能および安全性を高めることができる。
【００１３】
また、ＧＰＳの電波が届かないトンネル内であっても、路面の勾配が変化しているときや、登り勾配路面走行時および下り勾配路面走行時を含む路面状態の判定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１、図２および図３を参照して説明する。車両は前輪駆動車を想定している。図１中、Ｍは車両の質量、Ｇは重力加速度、θは路面の勾配、Ｔは車輪の回転速度、Ｔｆは前輪の回転速度、Ｔｒは後輪の回転速度、ａは駆動力による加速度である。ここで、車輪回転速度は車輪の回転角速度×車輪の動荷重半径である。
【００１５】
タイヤが発生する力Ｆは、各輪がスリップ率Ｓによって生じるμ−Ｓ特性に従った反力ＦＴの総和である。前輪右をｆｒ、前輪左をｆｌ、後輪右をｒｒ、後輪左をｒｌで表わす。２輪駆動車の場合、従動輪はスリップしないものとみなすと、車両の対地速度ＶRは、
ＶR＝（Ｔrl＋Ｔrr）／２
スリップ率は、
Ｓfl＝（Ｔfl−ＶR）／Ｔfl
Ｓfr＝（Ｔfr−ＶR）／Ｔfr
であり、タイヤの駆動力は、
Ｆ＝ＦＴfr＋ＦＴfl 
ＦＴfr＝μ-ｓ（Ｓfr）
ＦＴfl＝μ-ｓ（Ｓfl）
である。
【００１６】
ここで、駆動輪のスリップ率Ｓを、左右輪の平均
Ｓ＝（Ｓfl＋Ｓfr）／２
で代表すると、タイヤが発生する駆動力Ｆは、駆動輪がスリップ率Ｓによって生じた、μ−Ｓ特性に従った反力であるので、
Ｆ＝２（μ-ｓ（Ｓ））
で表わせる。車両質量をＭとすると、駆動輪タイヤが発生する力により、
Ｆ＝Ｍ・ａ
に相当する加速度ａを生ずる結果となる。
【００１７】
車両の対地速度をＶR、対地加速度をＶR’とすると、傾斜計の検出値は重力加速度Ｇと車両の走行面に沿った対地加速度（の反力）ＶR’とのベクトル和Ｘの向きαである（図１）。
【００１８】
路面の傾斜角度による重量加速度Ｇの影響を考慮すると、駆動力Ｆと対地加速度ＶR’との関係は、移動方向の水平に対する角度情報（路面の傾斜角度）をθ（登り方向を正）として、
Ｆ＝Ｍ・ａ＝Ｍ・ＶR’＋Ｍ・Ｇsinθ
となる（図２）。車両の質量Ｍは省略できて、
ａ＝ＶR’＋Ｇsinθ
ゆえに、μ−Ｓ特性が左右の駆動輪で同じで、かつ１次式で近似できるとすると、駆動輪のスリップ率Ｓの平均と、ＶR’＋Ｇsinθの関係を線形近似することでμ-S勾配の推定すなわち滑りやすさの判定が可能となる（図３）。
【００１９】
この勾配の大きさを、基準値（アスファルト走行時の値）と比較することで路面の滑りやすさを推定できる。
【００２０】
ここで、このスリップ率と駆動力を求めるにあたって、路面の凹凸による外乱の影響を除くため、サンプリング時間ごとに得られた所定の個数のデータ、たとえば５０個のデータを移動平均処理する。データの数を減らさずに、データの変動の影響を小さくするために、短時間のサンプリング時間、たとえば数十ｍｓごとにデータをサンプリングし、このサンプリング時間で得られた変動の大きいデータを移動平均する。ついでスリップ率と駆動力の１次式の関係を得るために、所定の個数、たとえば２０個ごとの最小自乗近似法による直線近似を行ない、この処理をサンプリング時間ごとに移動計算する。
【００２１】
本発明によれば、路面勾配による走行抵抗変化を加速度情報に加味することによって、平坦路でない道路を走行している場合でも、路面の滑りやすさを判定することが可能になる。また、登り勾配路面走行時および下り勾配路面走行時でも、正確な路面の滑りやすさを判定でき、そのうえ前輪駆動でも後輪駆動でも同じロジックで判定できる。
【００２２】
実施の形態
本発明の実施の形態にかかわる路面状態判定装置のブロック図を図６に示す。路面状態判定装置１０は傾斜計１から入力装置３を介して傾斜角度αを入力して、メモリ５に記憶する。また車輪速検出装置２から車輪回転速度情報を入力してメモリ５に記憶する。車輪速検出装置２からの車輪回転速度情報は車輪の回転によって生じるパルスであってもよい。その場合は入力されるパルスの周期またはある時間間隔のパルス数から車輪回転速度を算出することができる。ＣＰＵ４はメモリ５におかれたプログラムを実行する。本実施の形態ではメモリ５を１つに記載しているが、プログラムをＲＯＭ（読み出し専用メモリ）に、演算データをＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に記憶するよう分けてもよい。また、判定した路面状態を表示する路面状態表示装置７や、路面状態判定情報を利用する車両駆動制御装置８が接続される。
【００２３】
つぎに動作について説明する。メモリ５に入力された従動輪の回転速度情報のデータ列から車両の対地速度ＶR（従動輪の回転角速度×動荷重半径）を算出する。算出される対地速度ＶRをさらに微分して対地加速度ＶR’を算出する。対地加速度ＶR’を算出するには差分法によってもよいし、高次の微分係数を使用する近似式によってもよい。対地加速度ＶR’と傾斜計検出値αから路面の傾斜角度θを計算する。
【００２４】
一方、駆動輪の回転角速度と所与の車輪動荷重半径とから駆動輪の回転速度Ｖtを算出し、駆動輪回転速度Ｖtと路面に沿った対地速度ＶRとの差からスリップ率Ｓを計算する。対地加速度および路面勾配による重力加速度の和ＶR’＋Ｇsinθと、スリップ率とを順次計算し、連続する複数の加速度およびスリップ率の組からμ−Ｓ勾配を一次近似で推定する。
【００２５】
得られた推定値を路面状態表示装置または車両駆動制御装置に出力する。
【００２６】
なお、本実施の形態では、傾斜計から不定間隔に傾斜角度αを入力する例を記載したが、車輪回転速度情報入力にあわせて一定間隔に傾斜計検出値を入力してもよい。一定間隔に入力する場合、時間間隔は決められており、計算が簡単になる。
【００２７】
さらに、一定時間間隔毎に読み込んだ車輪回転速度、車両の対地速度または対地加速度、および路面の傾斜角度（移動方向の水平面に対する角度）に、所定の個数の移動平均処理を施してもよい。移動平均処理を施すことによって、ノイズの影響をキャンセルでき、安定した結果を得ることができる。また、精度の高い路面摩擦係数を速やかに計算することができるという効果がある。
【００２８】
そして、この判定された路面摩擦係数の情報をＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）装置やＴＲＣ（トラクションコントロール）装置などに用いることにより、路面摩擦係数に応じた最適な制御を行なうことができる。また、低摩擦係数路面と判定された場合、運転者に滑りやすい路面であると注意を促すことができる。
【００２９】
たとえばＡＢＳ装置では、走行中の路面摩擦係数を本発明の路面状態判定装置から入力して、路面摩擦係数に応じたブレーキ操作力の上限を設定することができる。ＡＢＳ装置では、時々刻々スリップ（タイヤロック）していることを検出して、リアルタイムにブレーキ操作力を調節するものであるが、路面状態に応じてブレーキ操作力の上限を設定することによって、タイヤロックする直前の最大制動力を得ることが可能になり、より安全確実な制動を実現できる可能性がある。その結果、雨が降り始めた路面、雨によって埃が洗い流された路面、積雪路面（温度によって滑りやすさが異なる）をスタッドレスタイヤを装着して走行する場合、凍結した路面、砂利道などの路面とタイヤの状況に応じたブレーキ制御が可能になる。
【００３０】
ＴＲＣ装置では、路面摩擦係数を本発明の路面状態判定装置から入力して、たとえば、左右輪の駆動力配分を調節したり、路面摩擦係数に応じた駆動力の上限を設定して発進・加速時のスリップをなくし、より効果的な車両の駆動制御を実現できる可能性がある。たとえば、雪の坂道でも適正な駆動力に制御して、スリップすることを回避できる。
【００３１】
また、たとえば湿ったアスファルトの滑りやすさ数値を基準として、それよりも滑りやすさが大きい（駆動力に対するスリップ率の傾きが大きい）場合に、滑りやすいと判定し警報ブザーを鳴動したり警告灯を点灯するなどして、運転者に注意を促すことができる。
【００３２】
比較例
アスファルト路面で平坦路から坂道に入る場合の例
車両：Ａｕｄｉ  Ａ４（前輪駆動）
場所：住友ゴム（株）岡山ＴＣ近郊の平坦路から上り坂へ進入する路面
速度：４０〜５０ｋｍ／ｈ  ２名乗車
傾斜計データは、株式会社東海理化製の傾斜センサーを用いて、ＡＤ変換して入力した。
【００３３】
本比較例においては、車輪回転速度の検出は車輪の回転によって生ずるパルスの数を、一定の周期でカウントしている。カウントする周期は、５０ｍｓｅｃである。傾斜計データを取り込む周期は、車輪回転速度を検出するためのパルスをカウントする周期と一致させている。また、検出した車輪回転速度と傾斜計データは、検出周期１秒周期分にわたって移動平均をとっている。
【００３４】
使用した演算装置は、ＣＰＵが日本電気（株）製 ３シリーズマイコン、動作クロック１６ＭＨｚ、作業用メモリ容量７６０Ｂｙｔｅである。データ取り込み装置と、ＰＣは日本ＩＢＭ（株）製 ＴｈｉｎｋＰａｄ  ２４０である。
【００３５】
図４は勾配角度情報を使用しない従来の方法による加速度−スリップ率算定値をプロットしたものである。傾斜計を使用せず、路面の勾配を考慮しない従来の方法では、勾配が変化している路面においてスリップ率と加速度との関係式が、一次式で近似することができないので、路面摩擦係数を算出することができず、路面状態判定ができない状態があることがわかる。
【００３６】
一方、本発明の方法による駆動加速度−スリップ率算定値をプロットしたのが図５である。図５に示されるとおりスリップ率は、路面の勾配で補正された駆動加速度の一次関数として近似できるので、路面摩擦係数を常に推定することができる。
【００３７】
従来の方法によるスリップ率と、本発明の方法によるスリップ率とを比較すると、平坦路を走行している部分に相当する０．０３〜０．１５ｍ／ｓ2ではグラフは一致するが、登り勾配にさしかかったところから、図４では折れ曲がっており（図４のグラフの屈曲点）、それより大きい加速度の領域では上方にシフトしてしまっている。したがって、勾配が変化する路面では加速度に対するスリップ率が変動し、路面摩擦係数を推定することができない。それに対して、本発明の方法による駆動加速度−スリップ率（図５）では、勾配にさしかかったところから、それ以降でも加速度（駆動加速度）に対するスリップ率は直線上にのるので、路面勾配が変動しても正しく路面摩擦係数を推定することができる。
【００３８】
本比較例では路面摩擦係数の推定のために、２０個のスリップ率算定値を使用したので、実質のリードタイム（最初のデータ入力から路面摩擦係数推定値が最初に出力されるまでの時間）は２ｓｅｃであった。以後は５０msec毎の路面摩擦係数推定値が出力されるので、路面状態判定として有効であるといえる。
【００３９】
さらに、本発明を実際の車両に適用した場合の効果を以下に記載する。
【００４０】
本実施例では、路面の滑りやすさを判定する前記路面滑りやすさ推定値（スリップ率／駆動加速度）は、０．０５２５前後の値を安定して出力できた。
【００４１】
一方この車両が、滑りやすい路面を走行した場合の路面滑りやすさ推定値は、住友ゴム岡山ＴＣ内の各種滑りやすい路面を走行したときの平均値として０．０５８が得られている。また、同じく岡山ＴＣ内の乾燥アスファルト路面を走行したときの路面滑りやすさ推定値は０．０５１付近であり、たとえば基準値を０．０５として、前記滑りやすさ推定値が０．０５５を超えた場合に滑りやすいと判定し、警報ブザーを鳴動させることによって、運転者に滑りやすい危険な状態であることを伝えることができる。
【００４２】
本実施例の走行では誤報を発生せずに、つねに滑りやすい路面ではないことを示し続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】傾斜計の検出値および車両の対地加速度と路面の傾斜角度との関係を説明する図である。
【図２】本発明の路面勾配を考慮する路面状態推定を説明する図である。
【図３】スリップ率と加速度の関係を表す図である。
【図４】比較例の従来の方法による加速度−スリップ率算定値をプロットした図である。
【図５】比較例の本発明の方法による駆動加速度−スリップ率算定値をプロットした図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかわる路面状態判定装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  傾斜計
２  車輪速検出装置
３  入力装置
４  ＣＰＵ
５  メモリ
６  出力装置
７  路面状態表示装置
８  車両駆動制御装置
１０  路面状態判定装置
【図１】
2006035928.tif 000003
【図２】
2006035928.tif 000004
【図３】
2006035928.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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