(57)【要約】【課題】  自動車の運転モード中に道路の状態を判断するための方法を提供する。【解決手段】  本発明は、自動車の運転モード中に道路の状態を判断するための方法に関する。車両のタイヤが路面上を回転する時に生成される音が感知される。周波数信号が、関知された音を表す音レベル信号を用いて決定される。周波数信号は、少なくとも１つの限界周波数を用いて少なくとも２つの小区域に分割される。小区域は、それぞれ、関連する周波数帯域に割り当てられる。周波数信号の割り当てられた小区域から、少なくとも２つの周波数帯域のそれぞれについて、強度値が決定される。強度値は、周波数帯域内に存在する音の強さに特有である。第１の周波数帯域の第１の強度値を第２の周波数帯域の第２の強度値によって分割することにより、２つの強度値から強度比率が形成される。強度比率を使用して、道路の状態を判断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の運転モード中に道路の状態を判断するための方法であって、
車両のタイヤが路面上を回転する時に生成される音の少なくとも一部分が感知され、
この音を表す音レベル信号が、前記感知された音を用いて生成され、
前記音レベル信号を表す周波数信号が決定され、
前記周波数信号が、少なくとも１つの限界周波数を用いて、それぞれ、関連する周波数帯域に割り当てられた少なくとも２つの小区域に分割され、
前記周波数信号の前記割り当てられた小区域から、少なくとも２つの周波数帯域のそれぞれについて、強度値が決定され、前記強度値が、周波数帯域内に存在する音の強さに特有であり、
強度比率が、第１の周波数帯域の第１の強度値を第２の周波数帯域の第２の強度値によって分割することによって形成され、
前記強度比率を使用して、前記道路の前記状態を判断する方法。
【請求項２】
前記周波数信号が、前記音レベル信号の時系列的に限定された区分に基づいて決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つの決定された強度比率と道路の状態に関連づけられた予め定義可能な値の範囲との間で比較が行われ、
この比較を用いて、前記道路の実際の状態についての結論が導き出される、請求項１あるいは２に記載の方法。
【請求項４】
スペクトログラムが前記周波数信号として判断される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
周波数帯域のための二次行列が決定され、行列要素が、予め定義可能な周波数サブバンド内および予め定義可能な時間小区分内の前記感知された音レベル信号の強度に特有であり、
前記行列の正規形が強度値として判断される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記行列が２ｋ行および２ｋ列を有し、ｋが自然数である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
それぞれの場合において、隣接する周波数帯域の前記強度比率が決定され、それを用いて、道路の前記状態を判断する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記１つ以上の限界周波数によって予め定義できるすべての前記周波数帯域が、同じ帯域幅を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記路面上に位置する水の膜の厚さ、前記路面上の雪または氷の存在、または前記路面の被覆材のタイプが、前記道路の状態として判断される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記路面と前記車両のタイヤとの間の予想される最大の摩擦係数が、前記道路の状態として判断される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の自動車の運転モード中に道路の状態を判断するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術を開示する特許文献１では、水のついた路面（下に横たわる表面）のぬれを非接触で判断するための方法について開示している。音ピックアップを使用して、噴射された水のノイズまたは自動車の少なくとも１つの車輪の回転するノイズを感知し、感知されたノイズに対応する出力信号を生成する。感知されたノイズのスペクトル分布は、この出力信号からフーリエ変換を用いて決定される。スペクトル分布から周波数帯域を切り離し、周波数帯域内のスペクトル分布の振幅平均値が計算される。特性要因図を用いて、路面のぬれのための値がこの平均値に割り当てられる。ここで、たとえば、走行速度、エンジン速度、かじ取り角、タイヤのタイプ、タイヤの温度、タイヤの空気圧、または荷重状態などのさらなる変数を補正変数として考慮に入れることができる。その上、駆動エンジンのエンジン騒音などの暗騒音を判断し補償することができる。
【０００３】
【特許文献１】独国特許発明第４２  １３  ３３１  Ｃ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、この出願を出発点として、自動車の運転モード中に道路の状態のより正確で信頼性の高い判断を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１の特徴を有する方法を用いて本発明に従って達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
車両が路面上を回転する時には、さまざまなノイズが生成される。これらは、車両のタイヤと路面との間の直接接触のために生じる実際に回転するノイズだけでなく、たとえば、周囲空気と車輪との間の相対運動によって生じるその他の風騒音や、タイヤから車両の構成部品に噴射された水滴の衝撃の結果生じる噴射された水の音でもある。これらのさまざまに重畳されたノイズの音が感知され、感知された音を表す音レベル信号が生成される。音レベル信号は、たとえばマイクロホンやその他の振動ピックアップなどの、任意の適切な音ピックアップを用いて生成できる。音ピックアップのタイプおよびその取付け場所によっては、さまざまなノイズは、いろいろな程度に重み付けされ、音響伝送リンクによってろ波され、恐らくはさらにかずかずの暗騒音がそれに付随する。所望のノイズのみを、特に実際に回転するノイズをさらなる評価のための手段にできる限り送るために、音レベル信号のろ波またはその他の条件付けが起こることがある。しかし、このことは絶対に必要というわけではない。
【０００７】
次いで、音レベル信号、特に音レベル信号の時系列的に限定された区分に基づいて、音レベル信号の時系列的に限定された区分を表す周波数信号が決定される。このことは、たとえば、離散フーリエ変換を用いて実施できる。周波数信号は、少なくとも１つの限界周波数を用いて、さまざまな小区域に分割される。これらの小区域のそれぞれが、それぞれの場合において、関連する周波数帯域に割り当てられる。周波数信号の割り当てられた小区域から、少なくとも２つの周波数帯域のそれぞれのための強度値が決定され、前記強度値は、割り当てられた周波数帯域内に、かつ適切な場合には、予め定義可能な時系列区分内に存在する音の強度に特有である。第１の周波数帯域の第１の強度値を第２の周波数帯域の第２の強度値によって分割することにより、２つの強度値から強度比率が決定される。
【０００８】
強度値の数に応じて、複数の強度比率が決定できる。たとえば、周波数信号の、算術または幾何振幅平均値、その他の重み付された平均値、または自己相関値を強度値として使用することが可能であり、さらに、強度値を決定するために周波数信号の標準偏差または分散を考慮に入れることが可能である。強度値から得られた強度比率を使用して、道路の状態を判断する。たとえば、路面上に存在する被覆材または道路が濡れているかどうかは、道路の状態として判断される。
【０００９】
道路の状態を判断するために、さらなる変数、たとえば、外部温度や車両の動きの動力学に関係する変数を感知し使用することも可能である。
【００１０】
本発明による方法の利点は、道路の状態が、正確にかつ確実に判断できることである。本発明による方法は、さらに干渉に対して非常に安定であり、多数のさらなるパラメータ、たとえば、車両の速度、車両の荷重、タイヤのタイプ、きめ深さ（ｐｒｏｆｉｌｅ  ｄｅｐｔｈ）、またはタイヤの空気圧の変化に左右されず、または少なくともほとんどその影響を受けない。
【００１１】
本発明の１つの有利な改良形態においては、少なくとも１つの決定された強度比率と予め定義可能な値の範囲との間で比較が行われる。比較の結果を使用して道路の状態を判断するが、具体的には、この比較を用いて直接、すなわちさらなる変数を使用せずに、道路の状態を判断する。後続のステップにおいて、直接判断された道路の状態に関するより正確な情報を得るためにまたはそれを検証するために、さらなる変数が使用できる。
【００１２】
一つの実施形態においては、さらなる変数を考慮に入れることなく、決定された強度比率と予め定義可能な値の範囲とを単に比較することにより、かつさらなる後続の評価ステップを実施せずに、道路の状態を判断することが可能である。このため、２つの周波数帯域の強度値の強度比率の値の範囲への道路状態の割り当てを予め定義することが可能である。この実施形態の利点は、非常にすばやくかつ容易に道路の状態を判断することが可能であることである。
【００１３】
強度比率と１つ以上の予め定義可能な値の範囲との間を比較する代わりに、複数の決定された強度比率と複数の予め定義可能な値の範囲とを比較することが可能である。比較結果を使用して道路の状態を判断するが、特に１つの簡単な実施形態においては、道路の状態についての結論が、比較結果から直接導き出される。
【００１４】
本発明の１つの有利な発展形態においては、スペクトログラムが周波数信号として判断される。スペクトログラムは、少なくとも１つの限界周波数を用いて、少なくとも２つの周波数帯域に分割される。周波数帯域内に含まれるスペクトルエネルギ分布の重み付けされた平均値を、周波数帯域のための強度値として決定できる。次いで、２つの周波数帯域の強度値の比率から、道路の状態についての結論が導き出される。本発明のこの発展形態では、請求項１による本発明に基づいて、道路の状態のより正確で信頼性の高い判断が可能となり、さらに、スペクトログラムが対応する時系列分解能を有する場合には、時間依存的作用を考慮に入れることも可能となる。
【００１５】
本発明による方法の１つの発展形態においては、少なくとも１つの周波数帯域のための二次行列が判断される。この行列のそれぞれの要素が、周波数サブバンド、すなわち周波数領域の予め定義可能な範囲と、時間小区分、すなわち予め定義可能な時間範囲とに割り当てられる。行列の１つの要素は、行列要素に割り当てられた周波数サブバンド内および行列要素に割り当てられた時間小区分内の周波数信号の強度に特有である。行列の正規形は、強度値として決定される。限界周波数によって予め定義された周波数帯域のそれぞれについて、このような二次行列が判断されることが好ましく、前記行列のための各正規形が、強度値として行列から決定される。フロベニウス正規形が、行列の正規形として判断されることが好ましい。
【００１６】
このような行列が、たとえば、０〜９９Ｈｚの周波数帯域が行１に割り当てられ、１０〜１９９Ｈｚの周波数サブバンドが行２に割り当てられ、２００〜２９９Ｈｚの周波数サブバンドが行３に割り当てられ、以下同様に続くような方式で構築される。同様の方式で、ｔ０〜ｔ０＋１０ｍｓの時間小区分が列１に割り当てられ、ｔ０＋５ｍｓ〜ｔ０＋１５ｍｓの時間小区分が列２に割り当てられ、ｔ０＋１０ｍｓ〜ｔ０＋２０の時間小区分が列３に割り当てられ、以下同様に続く。
【００１７】
列に割り当てられる時間帯は、オーバラップし、互いに隣接し、または間隔を置いて配置されることがある。行または列の順序を逆に配置してもあるいは行と列を交換しても、本発明による方法に対して基本的な影響を及ぼさず、したがって可能である。
【００１８】
周波数信号がｎ限界周波数によって分割されると、ｎ＋１の行列が生成され、それぞれの行列のための強度値が決定される。強度比率は、商を形成することによりｎ＋１の強度値から決定される。強度比率を使用して、道路の状態を判断する。
【００１９】
本発明のこの発展形態の利点は、かなりの程度、路面とタイヤとの間で音が発生している間の、非定常状態の挙動を引き起こす作用および過渡的な回復作用が、完全に除去されるかまたは少なくとも減少されることである。
【００２０】
１つの改良形態においては、それぞれの周波数帯域が、２ｋ周波数サブバンドに分割され、ｋは自然数である。その上、行列に割り当てられた時間区分は、２ｋ時間小区分に分割される。その結果、行列は２ｋ列と２ｋ行とを含む。このことにより、行列の正規形が容易にかつ効率的に判断でき、したがって道路の状態を迅速に判断できる。
【００２１】
ｋは１より大きいことが好ましく、それにより、道路の状態の判断の精度および／または信頼性が向上する。しかし、計算の複雑さを減少するために、過度に大きくないｋの値が選択される。
【００２２】
本発明の１つの有利な改良形態においては、それぞれの場合において、隣接する周波数帯域の決定された強度比率を使用して、道路の状態を判断する。その結果、道路の状態、たとえば路面上の水の膜の異なる厚さの検出や路面の異なる程度の粗さの検出が十分に区別できる。
【００２３】
道路の状態の判断を単純化するために、１つ以上の限界周波数によって予め定義できるすべての周波数帯域が同じ帯域幅を有することが有利である。
【００２４】
複数の強度比率を使用して、道路の状態を判断する場合は、道路の状態の改良されたおよび／またはより正確な判断が可能である。たとえば、周波数信号が、４つの周波数帯域、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分割されると、強度比率、ＩＡ／ＩＢ、ＩＢ／ＩＣ、ＩＣ／ＩＤ、恐らくはさらに、強度比率、ＩＡ／ＩＣ、ＩＡ／ＩＤ、ＩＢ／ＩＤを使用して、道路の状態を判断することができる。
【００２５】
たとえば、路面上に位置する水の膜の厚さ、雪や氷が集まった状態、路面の性質、特に予想される最大の摩擦係数を、道路の状態として判断することが可能である。異なる道路被覆材間、たとえばアスファルト、コンクリート、丸石の舗装道路を識別することが可能である。タイヤと路面との間の予想される最大の摩擦係数がぬれの厚さに大きく依存するので、舗装道路を濡らす水の膜の厚さを検出することが特に有利である。
【００２６】
本発明による方法は、わずかな程度の計算の複雑さしか必要とせず、したがって短かい計算時間しか必要としないので、判断される道路の状態が、事実上時間遅延がなく、すなわちリアルタイムで使用可能であるように、非常に迅速に実施できる。
【００２７】
図を参照しながら、本発明の１つの有利な実施形態をより詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明による方法の有利な実施形態の流れ図を示している。ステップ１においては、車両が路面上を回転する時に生成される音が感知され、感知された音を表す音レベル信号が生成される。音は、ホイールケース内またはタイヤの近くに配置された音ピックアップを用いて感知される。音を表す音レベル信号は、たとえば音ピックアップの出力信号であり、音レベル信号の振幅は、音の振幅に比例する。音レベル信号は、たとえば８ｋＨｚの、予め定義可能な周波数帯域幅を有する。
【００２９】
ステップ２においては、音レベル信号の時系列的に限定された区分が、複数の予め定義可能な時間小区分に分割される。時間小区分のそれぞれについてのパワースペクトルが計算される。パワースペクトルは、以下の等式を用いて計算できる。
【数１】
2004198433.tif 000003
式中、ｓ（ｔ）は音レベル信号であり、ｈ（ｔ）はそれを用いて時間小区分が予め定義される窓関数である。
【００３０】
増分的に窓関数の時間窓を変位し、得られたパワースペクトルを連続してプロットすることにより、パワースペクトルからスペクトログラムが得られる。
【００３１】
パワースペクトルのアナログ関数は周波数領域内に離散される。すなわち周波数領域内の周波数サブバンドに割り当てられる、予め定義可能な小区分に分割される。信号振幅は小区分内で平均され、平均値は小区分に割り当てられる。
【００３２】
代替実施形態においては、音レベル信号は、アナログ／ディジタル変換器を用いて生成できる既にディジタル化された信号である。この場合、離散スペクトログラムは、特定の積分に対応する加算を用いて計算される。
【００３３】
ステップ２の結果、行列要素として、それぞれの場合において、時間小区分内および周波数サブバンド内に存在する音の強さのための数値を有するスペクトログラムが得られる。
【００３４】
時間小区分および周波数サブバンドは、隣接する時間小区分または隣接する周波数サブバンドが、オーバラップする、互いに隣接する、あるいは隣接する時間小区分間または周波数サブバンド間に中間空間があるような方式で予め定義できる。
【００３５】
ステップ３においては、周波数信号、すなわち現在存在する離散スペクトログラムは、２ｋ−１限界周波数を用いて２ｋ周波数帯域に分割される。限界周波数は、周波数領域内に等距離で間隔をあけて配置される。
【００３６】
たとえば、スペクトログラムは、３つの限界周波数を用いて、４つの周波数帯域に、したがって４つの部分行列に分割される。周波数帯域の数、周波数サブバンドの数、時間小区分の数は、それぞれの部分行列が二次行列である、すなわちそれぞれの部分行列が列と同じ数の行を含むような方式で予め定義される。
【００３７】
ステップ４においては、関連する周波数帯域内の音の強さを特徴づける値として、それぞれの部分行列のためのフロベニウス正規形が計算される。
【数２】
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【００３８】
ステップ５においては、４つの部分行列のフロベニウス正規形の比率、すなわち４つの周波数帯域の強度値の強度比率ＸＮ／ＸＮ＋１が形成される。道路の状態を判断するために、決定された強度比率は、表内に格納されている予め定義可能な強度比率範囲と比較される。予め定義可能な強度比率範囲が、表を用いて、それぞれの場合における１つの予め定義可能な道路の状態または１つの予め定義可能な道路の状態の特徴または１つの予め定義可能な最大摩擦係数に割り当てられる。
【００３９】
表の代わりに、道路の状態またはそれを表す特徴と決定された強度比率との間のその他の所望の知られている形式の割り当てを予め定義することも可能である。たとえば、関数割り当て、特に閾値関数を予め定義することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による方法の実施形態の流れ図を示す。
【図１】
2004198433.tif 000005