(57)【要約】【課題】サンプリング周波数を低く抑えつつ、必要な周波数成分を取出して路面状態を精度よく推定することのできる方法とその装置を提供する。【解決手段】タイヤが走行している路面の状態を推定する路面状態推定装置１０を、タイヤに装着されてタイヤの振動の時間変化波形を検出する振動検出手段（加速度センサー１１）と、予め設定された掛算用周波数を有する正弦波を発生する正弦波発生手段１２と、時間変化波形と正弦波とを掛算した掛算波形を作成する掛算波形作成手段１３と、掛算波形から特定周波数帯域の周波数と掛算周波数との差の周波数成分を有する時間変化波形を抽出する差分波形抽出手段１４と、抽出された差分波形を所定のサンプリング周波数でサンプリングして特定周波数範囲の帯域値を算出するための帯域値算出用波形を求める帯域値算出用波形抽出手段１５と、帯域値算出用波形を用いて路面状態を推定する路面状態推定手段とから構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動検出手段により検出した走行中のタイヤの振動の時間変化波形から求められる特定周波数範囲の振動レベルである帯域値から、当該タイヤが走行している路面の状態を推定する方法であって、
タイヤに装着された振動検出手段により検出した走行中のタイヤの振動の時間変化波形を検出するステップと、
前記時間変化波形と予め設定された掛算用周波数を有する正弦波と掛算した掛算波形を作成するステップと、
前記作成された掛算波形から前記特定周波数帯域の振動の周波数と前記掛算周波数との差の周波数成分を含む時間変化波形を抽出するステップと、
前記抽出された時間変化波形を所定のサンプリング周波数でサンプリングして前記特定周波数範囲の帯域値を算出するための帯域値算出用波形を求めるステップと、
前記帯域値算出用波形から路面状態を推定するステップと、
を備えたことを特徴とする路面状態推定方法。
【請求項２】
振動検出手段により検出した走行中のタイヤの振動の時間変化波形から求められる特定周波数範囲の振動レベルである帯域値から、当該タイヤが走行している路面の状態を推定する装置であって、
タイヤに装着されて走行中のタイヤの振動の時間変化波形を検出する振動検出手段と、
予め設定された掛算用周波数を有する正弦波を発生する正弦波発生手段と、
前記時間変化波形と前記正弦波とを掛算した掛算波形を作成する掛算波形作成手段と、
前記作成された掛算波形から前記特定周波数帯域の周波数と前記掛算周波数との差の周波数成分を有する時間変化波形としての差分波形を抽出する差分波形抽出手段と、
前記抽出された差分波形を所定のサンプリング周波数でサンプリングして前記特定周波数範囲の帯域値を算出するための帯域値算出用波形を求める帯域値算出用波形抽出手段と、
前記帯域値算出用波形を用いて路面状態を推定する路面状態推定手段と、を備えたことを特徴とする路面状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行中の路面状態を推定する方法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の走行安定性を高めるため、走行中の路面の状態を精度良く推定し、車両制御へフィードバックすることが求められている。予め路面状態を推定することができれば、制駆動や操舵といった危険回避の操作を起こす前に、例えば、ＡＢＳブレーキのより高度な制御等が可能になり、安全性が一段と高まることが予想される。
路面状態を推定する方法としては、タイヤのインナーライナー部に設置されたセンサーモジュールに搭載された加速度センサーで検出した走行中のタイヤの振動の時系列波形をサンプリングしてデジタル化した後、しかるべき演算を行って路面状態を推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４２３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、路面がＷＥＴ状態にあるか否かの推定には、タイヤの振動の高周波成分が必要となる。一方、サンプリング周波数としては、必要な周波数成分の２倍以上のサンプリング周波数が必要となる。
しかしながら、サンプリング周波数を高くすると、センサーモジュールの消費電力が増加するため、小型軽量化が求められるタイヤ内センサーモジュールの要求仕様に背反してしまうといった問題点があった。
【０００５】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、サンプリング周波数を低く抑えつつ、必要な周波数成分を取出して路面状態を精度よく推定することのできる方法とその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、振動検出手段により検出した走行中のタイヤの振動の時間変化波形から求められる特定周波数範囲の振動レベルである帯域値から、当該タイヤが走行している路面の状態を推定する方法であって、タイヤに装着された振動検出手段により検出した走行中のタイヤの振動の時間変化波形を検出するステップと、前記時間変化波形と予め設定された掛算用周波数を有する正弦波と掛算した掛算波形を作成するステップと、前記作成された掛算波形から前記特定周波数帯域の振動の周波数と前記掛算周波数との差の周波数成分を含む時間変化波形を抽出するステップと、前記抽出された時間変化波形を所定のサンプリング周波数でサンプリングして前記特定周波数範囲の帯域値を算出するための帯域値算出用波形を求めるステップと、前記帯域値算出用波形から路面状態を推定するステップと、を備えたことを特徴とする。
このように、タイヤの振動の時間変化波形をデジタル化する際に、必要な周波数帯域を低周波領域に変換したので、サンプリング周波数を低く抑えることができる。したがって、センサーモジュールの消費電力の低減と小型軽量化を図りつつ路面状態を精度よく推定することができる。
【０００７】
また、本発明は、振動検出手段により検出した走行中のタイヤの振動の時間変化波形から求められる特定周波数範囲の振動レベルである帯域値から、当該タイヤが走行している路面の状態を推定する装置であって、タイヤに装着されて走行中のタイヤの振動の時間変化波形を検出する振動検出手段と、予め設定された掛算用周波数を有する正弦波を発生する正弦波発生手段と、前記時間変化波形と前記正弦波とを掛算した掛算波形を作成する掛算波形作成手段と、前記作成された掛算波形から前記特定周波数帯域の周波数と前記掛算周波数との差の周波数成分を有する時間変化波形としての差分波形を抽出する差分波形抽出手段と、前記抽出された差分波形を所定のサンプリング周波数でサンプリングして特定周波数範囲の帯域値を算出するための帯域値算出用波形を求める帯域値算出用波形抽出手段と、前記帯域値算出用波形を用いて路面状態を推定する路面状態推定手段と、を備えたことを特徴とする。
このような構成を採ることにより、センサーモジュールの消費電力を低減できるとともに、路面状態を精度よく推定することができる路面状態推定装置を得ることができる。
【０００８】
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る路面状態推定装置の構成を示す図である。
【図２】加速度センサーの配置例を示す図である。
【図３】周波数帯域の変換方法を示す図である。
【図４】帯域値算出用波形の周波数特性を示す図である。
【図５】本実施の形態に係る路面状態の推定方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本実施の形態に係る路面状態推定装置１０の機能ブロック図である。
路面状態推定装置１０は、振動検出手段としての加速度センサー１１と、正弦波発生手段１２と、掛算波形作成手段１３と、差分波形抽出手段としてのローパスフィルタ１４と、帯域値算出用波形抽出手段１５と、路面状態推定手段１６とを備える。正弦波発生手段１２〜路面状態推定手段１６までの各手段とは、例えば、コンピュータのソフトウェア及びＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリーから構成される。
加速度センサー１１は、図２に示すように、タイヤ２０のインナーライナー部２１のタイヤ気室２２側のほぼ中央部に配置されて、路面から当該タイヤ２０のトレッド２３に入力する走行中のタイヤの振動の時間変化波形を検出する。本例では、加速度センサー１１の検出方向をタイヤ周方向になるように配置して、路面から入力するタイヤ周方向振動を検出する。以下、加速度センサー１１の位置（厳密には、加速度センサー１１の径方向外側にあるトレッド２３表面の位置）を計測点という。加速度センサー１１の出力であるタイヤの振動の時間変化波形は、掛算波形作成手段１３に送られる。
正弦波発生手段１２から路面状態推定手段１６までの各手段は、加速度センサー１１と一体化されてセンサーモジュール１０Ａを構成し、路面状態推定手段１５の推定結果は、例えば、センサーモジュール１０Ａに設けられた送信機１０Ｂにより、車体側に設けられた車両制御装置に送られる。
【００１１】
正弦波発生手段１２は、予め設定された掛算用周波数ｆ0を有する正弦波を発生するもので、正弦波発生手段１２の出力は掛算波形作成手段１３に送られる。
掛算波形作成手段１３は、加速度センサー１１から送られたタイヤの振動の時間変化波形と、正弦波発生手段１２から送られた正弦波とを掛算した掛算波形を作成する。
時間変化波形のうちの周波数がｆkである成分Ｆk＝Ａsin（2πｆkt）と、掛算用周波数ｆ0を有する正弦波Ｆ0＝Ａsin（2πｆ0t）とを掛け合わせると、その結果は、時間変化波形の周波数ｆkと掛算用周波数ｆ0との和の成分と、差の成分とが得られる。
和の成分は、
Ｆ+＝1/2 ＡＢsin｛2π（ｆk＋ｆ0）t｝……（１）と表せる。
また、差の成分は、
Ｆ-＝1/2 ＡＢsin｛2π（ｆk−ｆ0）t｝……（２）と表せる。
なお、上記式（１），（２）では、位相を考慮せず、波形を全てサイン波で表した。
ローパスフィルタ１４は、掛算波形作成手段１３において作成された掛算波形（和の成分Ｆ+と差の成分Ｆ-との和）から、差の成分である差分波形Ｆ-抽出する。
帯域値算出用波形抽出手段１５は、ローパスフィルタ１４で抽出された差分波形を所定のサンプリング周波数でサンプリングして特定周波数範囲の帯域値を算出するための帯域値算出用波形を求める。
【００１２】
ここで、必要な周波数範囲を［ｆ1，ｆ2］とし、掛算用周波数をｆ0（０＜ｆ0≦ｆ1）とすれば、帯域値算出用波形における特定周波数範囲は［ｆ1−ｆ0，ｆ2−ｆ0］となるので、必要な周波数範囲の上限値を低くすることができる。
例えば、２−３ｋＨｚの振動が必要な場合、従来法であれば、６ｋＨｚを超えるサンプリング周波数が必要であったが、ｆ0として１．５ｋＨｚを用いて変換すると、帯域値算出用波形における特定周波数範囲は０．５−１．５ｋＨｚとなるので、必要なサンプリング周波数は３ｋＨｚを超えればよいことになる。すなわち、従来の半分の低サンプリング周波数が実現できる。
また、ｆ0≧ｆ2の場合には、特定周波数範囲は、［ｆ0−ｆ2，ｆ0−ｆ1］となる。
例えば、２−３ｋＨｚの振動が必要な場合に、ｆ0として３．５ｋＨｚを用いて変換すると、帯域値算出用波形における特定周波数範囲は０．５−１．５ｋＨｚとなる。この場合も、必要なサンプリング周波数は３ｋＨｚを超えればよいことになる。
但し、ｆ0≧ｆ2なら、必要な周波数範囲の上限値を低くするためには、ｆ0−ｆ1＜ｆ2、すなわち、ｆ2≦ｆ0＜ｆ1＋ｆ2とする必要がある。
なお、掛算用周波数ｆ0を、ｆ1＜ｆ0＜ｆ2の範囲としてもよいが、この場合は、周波数範囲［ｆ1，ｆ2］内の特定周波数の振動レベルについては求められないが、必要な周波数範囲［ｆ1，ｆ2］全体の帯域値については求めることができる。
【００１３】
次に、必要な周波数範囲の変換方法の詳細について、図３を参照して説明する。
図３（ａ）に示すように、必要な周波数範囲を２．５ｋＨｚ−４ｋＨｚとすると、最小サンプリング周波数は８ｋＨｚとなる。
図３（ｂ）に示すように、タイヤの振動の時間変化波形に掛算用周波数ｆ0＝４ｋＨｚの正弦波を掛算すると、掛算波形は、図３（ｃ）に示すように、差の成分である０ｋＨｚ−１．５ｋＨｚの周波数成分と、和の成分である６．５ｋＨｚ−８ｋＨｚの周波数成分との和で表される。そこで、この掛算波形を、同図の太い実線で示すローパスフィルタに通すと、差の成分である０ｋＨｚ−１．５ｋＨｚの周波数成分のみが抽出される。
したがって、図３（ｄ）に示すように、最小サンプリング周波数を３ｋＨｚと、従来の半分以下にすることができる。
【００１４】
路面状態推定手段１６は、周波数分析部１６１と、帯域値算出部１６２と、路面状態推定部１６３とを備え、低いサンプリング周波数でサンプリングして得られた帯域値算出用波形を用いて、タイヤ２０の走行している路面の状態を推定する。
周波数分析部１６１は、ＦＦＴアナライザーなどの周波数分析手段から構成され、帯域値算出用波形抽出手段１５で抽出された帯域値算出用波形を周波数分析する。
図４の太い実線は、タイヤの振動の時間変化波形に掛算用周波数ｆ0＝４ｋＨｚの正弦波を掛算した後、ローパスフィルタに通し、４ｋＨｚでサンプリングした帯域値算出用波形の周波数特性で、細い実線は、加速度センサー１１で検出した走行中のタイヤの振動の時間変化波形を、従来の１０ｋＨｚでサンプリングしたときの周波数特性である。
なお、図４では、比較のため、特定周波数範囲［０ｋＨｚ．１．５ｋＨｚ］を、元の必要周波数範囲［２．５ｋＨｚ．４ｋＨｚ］に戻して表示した。
同図に示すように、帯域値算出用波形の周波数特性と、従来の１０ｋＨｚでサンプリングしたときの周波数特性とはほぼ一致することがわかる。
路面状態推定部１６３は、帯域値算出部１６２で算出された帯域値ＶTのデータから、車両の走行している路面の状態を推定する。
例えば、帯域値ＶTと、予め設定された閾値Ｋとを比較し、ＶT≧Ｋであれば、路面がＷＥＴ路面と推定し、ＶT＜Ｋであれば、路面がＤＲＹ路面と推定すればよい。
【００１５】
次に、本実施の形態に係る路面状態の推定方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。
まず、加速度センサー１１にて走行中のタイヤ２０のタイヤの振動を検出し（ステップＳ１０）、その出力を掛算波形作成手段１３に送って、正弦波発生手段１２で発生させた掛算用周波数を有する正弦波と掛算した掛算波形を作成する（ステップＳ１１）。
次に、ローパスフィルタ１４にて、掛算波形から特定周波数帯域の振動の周波数と掛算周波数との差の周波数成分を含む時間変化波形である差分波形を抽出（ステップＳ１２）した後、抽出された差分波形を所定のサンプリング周波数でサンプリングして特定周波数範囲の帯域値を算出するための帯域値算出用波形を求める（ステップＳ１３）。
この所定のサンプリング周波数は、従来の、加速度センサー１１で検出したタイヤの振動の時間変化波形をサンプリングするときの周波数よりも低い周波数であることは、前記の通りである。
そして、帯域値算出用波形を周波数分析して得られた周波数スペクトルから、所定周波数帯域における振動レベルである帯域値ＶTを算出（ステップＳ１４）した後、この帯域値ＶTと予め設定された閾値Ｋとを比較して、車両の走行している路面の状態を推定する（ステップＳ１５）。
【００１６】
以上、本発明を実施の形態及び実験例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【００１７】
例えば、前記実施の形態では、加速度センサー１１で検出されたタイヤの振動の時系列波形から求めた帯域値算出用波形を周波数分析して得られた周波数スペクトルから帯域値ＶTを算出し、この帯域値ＶTから車両の走行している路面の状態を推定したが、上記の周波数スペクトルから１つまたは複数の特定周波数の振動レベルを求め、この振動レベルの大きさ、もしくは、複数の特定周波数の振動レベルの演算値を帯域値としてもよい。
また、本発明は、例えば、前記特許文献１に開示されているような、振動検出手段により検出した走行中のタイヤの振動の時間変化波形を用いて路面状態を推定する装置であれば適応可能である。
【符号の説明】
【００１８】
１０  路面状態推定装置、１０Ａ  センサーモジュール、１０Ｂ  送信機、
１１  加速度センサー、１２  正弦波発生手段、１３  掛算波形作成手段、
１４  ローパスフィルタ（差分波形抽出手段）、１５  帯域値算出用波形抽出手段、
１６  路面状態推定手段、１６１  周波数分析部、１６２  帯域値算出部、
１６３  路面状態推定部、
２０  タイヤ、２１  インナーライナー部、２２  タイヤ気室、２３  トレッド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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