(57)【要約】【課題】４輪駆動車であっても、走行中の路面の状態を判定することができる路面状態判定方法を提供する。【解決手段】４輪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。車輪速検出手段から得られる走行中の４輪車両の駆動輪の車輪速回転情報と、水平路面に対する車両の進行方向鉛直面内において、鉛直軸に対して前方に４５°方向および後方に４５°方向へ向くように設置される直交２軸方向加速度検知手段から得られる加速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
４輪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、車輪速検出手段から得られる走行中の４輪車両の駆動輪の車輪速回転情報と、水平路面に対する車両の進行方向鉛直面内において、鉛直軸に対して前方に４５°方向および後方に４５°方向へ向くように設置される直交２軸方向加速度検知手段から得られる加速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定方法。
【請求項２】
前記車輪速回転情報が、車輪速検出手段の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出される回転速度であり、該回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記加速度情報の加速度と車両速度を読み込み、ついで前記回転速度と車両速度からスリップ率を演算したのち、該スリップ率と加速度との関係を用いて、走行中の路面の状態を判定する請求項１記載の路面状態判定方法。
【請求項３】
一定時間間隔ごとに読み込んだ回転速度と加速度に、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】
４輪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、車両の駆動輪のタイヤの車輪速回転情報を検出する車輪速検出手段と、水平路面に対する車両の進行方向鉛直面内において、鉛直軸に対して前方に４５°方向および後方に４５°方向へ向くように設置される直交２軸方向加速度検知手段と、該直交２軸方向加速度検知手段から加速度情報を算出する加速度演算手段と、前記車輪速回転情報と加速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段とを備える路面状態判定装置。
【請求項５】
前記車輪速回転情報が、車輪速検出手段の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出される回転速度であり、該回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記加速度情報の加速度と車両速度を読み込み、ついで前記回転速度と車両速度からスリップ率を演算するスリップ率演算手段を備える請求項４記載の路面状態判定装置。
【請求項６】
一定時間間隔ごとに読み込んだ回転速度と加速度に、所定の個数の移動平均処理を施す移動平均処理手段を備える請求項５記載の路面状態判定装置。
【請求項７】
路面の状態を判定するためにコンピュータを、車輪速検出手段から得られる車両の駆動輪のタイヤの車輪速回転情報と、水平路面に対する車両の進行方向鉛直面内において、鉛直軸に対して前方に４５°方向および後方に４５°方向へ向くように設置される直交２軸方向加速度検知手段から得られる加速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段として機能させる路面状態判定のプログラム。
【請求項８】
前記車輪速回転情報が、車輪速検出手段の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出される回転速度であり、該回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記加速度情報の加速度と車両速度を読み込み、ついで前記回転速度と車両速度からスリップ率を演算するスリップ率演算手段として機能させる請求項７記載の路面状態判定のプログラム。
【請求項９】
一定時間間隔ごとに読み込んだ回転速度と加速度に、所定の個数の移動平均処理を施す移動平均処理手段として機能させる請求項８記載の路面状態判定のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は路面状態判定方法および装置、ならびに路面状態判定のプログラムに関する。さらに詳しくは、とくに４輪駆動車において、走行中の路面の状態を判定することができる路面状態判定方法および装置、ならびに路面状態判定のプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、タイヤと路面とのあいだの制動力が最大値をこえてタイヤがロック状態になる前に、車輪に作用するブレーキトルクを低下させて車輪のロック状態を防止し、最大制動力が得られる車輪の回転数を制御するアンチロックブレーキ装置などが提案されている。このアンチロックブレーキ装置には、たとえば車両の加速度とスリップ比との関係式を求めたのち、該関係式の傾きと予め設定されたしきい値を比較して、当該比較の結果から路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する路面摩擦係数判定方法を用いることができる（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３４９２０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記路面摩擦係数判定方法における車両の加速度とスリップ比との関係では、従動輪の回転速度から求められる車両の加速度を用いて、路面とタイヤのμ−ｓ曲線の勾配を求め、路面の滑りやすさを判定しているため、４輪駆動車には適用できないという問題がある。
【０００５】
本発明は、叙上の事情に鑑み、４輪駆動車であっても、走行中の路面の状態を判定することができる路面状態判定方法および装置、ならびに路面状態判定のプログラムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の路面状態判定方法は、４輪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、車輪速検出手段から得られる走行中の４輪車両の駆動輪の車輪速回転情報と、水平路面に対する車両の進行方向鉛直面内において、鉛直軸に対して前方に４５°方向および後方に４５°方向へ向くように設置される直交２軸方向加速度検知手段から得られる加速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の路面状態判定装置は、４輪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、車両の駆動輪のタイヤの車輪速回転情報を検出する車輪速検出手段と、水平路面に対する車両の進行方向鉛直面内において、鉛直軸に対して前方に４５°方向および後方に４５°方向へ向くように設置される直交２軸方向加速度検知手段と、該直交２軸方向加速度検知手段から加速度情報を算出する加速度演算手段と、前記車輪速回転情報と加速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
さらに本発明の路面状態判定のプログラムは、路面の状態を判定するためにコンピュータを、車輪速検出手段から得られる車両の駆動輪のタイヤの車輪速回転情報と、水平路面に対する車両の進行方向鉛直面内において、鉛直軸に対して前方に４５°方向および後方に４５°方向へ向くように設置される直交２軸方向加速度検知手段から得られる加速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段として機能させることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の路面状態判定方法および装置、ならびに路面状態判定のプログラムを説明する。
【００１０】
図１に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわる路面状態判定装置は、４輪車両に備えられた４つのタイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲの車輪速回転情報から走行中の路面の状態を判定するもので、各タイヤにそれぞれ関連して設けられた通常の車輪速検出手段１を備えている。また、車両には、水平路面に対する車両の進行方向鉛直面内において、鉛直軸に対して前方に４５°方向および後方に４５°方向へ向くように設置される直交２軸方向加速度検知手段（以下、単に加速度センサという）３が搭載されている。
【００１１】
前記車輪速検出手段１としては、電磁ピックアップなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数から車輪速回転情報を測定する車輪速センサまたはダイナモのように回転を利用して発電を行ない、この電圧から車輪速回転情報を測定するものを含む角速度センサなどを用いることができる。前記車輪速検出手段１の出力はＡＢＳなどのコンピュータである制御ユニット２に与えられる。また、この制御ユニット２には、図２に示されるように、前記加速度センサ３が接続されているとともに、路面の状態（高μ路、中μ路、低μ路）のうち、低μ路をドライバーに知らせる低μ路警報表示器４、たとえば液晶表示素子、プラズマ表示素子またはＣＲＴなどから構成された表示手段が接続されている。
【００１２】
制御ユニット２は、図２に示されるように、外部装置との信号の受け渡しに必要なＩ／Ｏインターフェイス２ａと、演算処理の中枢として機能するＣＰＵ２ｂと、該ＣＰＵ２ｂの制御動作プログラムが格納されたＲＯＭ２ｃと、前記ＣＰＵ２ｂが制御動作を行なう際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き込まれたデータなどが読み出されるＲＡＭ２ｄとから構成されている。
【００１３】
前記車輪速検出手段１では、タイヤの回転数に対応したパルス信号（以下、車輪速パルスという）が出力される。またＣＰＵ２ｂでは、車輪速検出手段１から出力された車輪速パルスに基づき、所定のサンプリング周期ΔＴ（ｓｅｃ）、たとえばΔＴ＝１秒ごとに各タイヤの回転角速度Ｆｉが算出される。
【００１４】
ここで、タイヤは、規格内でのばらつき（初期差異）が含まれて製造されるため、各タイヤの有効転がり半径（一回転により進んだ距離を２πで割った値）は、すべてのタイヤがたとえ正常空気圧であっても、同一とは限らない。そのため、各タイヤの回転角速度Ｆｉはばらつくことになる。そこで、初期差異によるばらつきを打ち消すために補正した回転角速度Ｆ１ｉを算出する。具体的には、
Ｆ１１＝Ｆ１
Ｆ１２＝ｍＦ２
Ｆ１３＝Ｆ３
Ｆ１４＝ｎＦ４
と補正される。前記補正係数ｍ、ｎは、たとえば車両が直線走行していることを条件として回転角速度Ｆｉを算出し、この算出された回転角速度Ｆｉに基づいて、ｍ＝Ｆ１／Ｆ２、ｎ＝Ｆ３／Ｆ４として得られる。そして、前記車輪速回転情報は、車輪速検出手段１の車輪速パルスの周期とパルス数を所定の時間間隔ごとに読み込み、算出される回転速度であり、前記Ｆ１ｉに基づき、各車輪のタイヤの回転速度Ｖｉを算出する。
【００１５】
本実施の形態では、走行中の４輪車両の駆動輪の回転速度と、加速度センサ３から算出される車両速度とからスリップ率を演算し、該スリップ率と車両速度から算出される加速度との関係から、走行中の路面の状態を判定する。そして、この路面の状態により走行中の路面の滑りやすさを検知し、低μ路である場合、ドライバーに警報を発する。ここで、スリップ率と加速度との関係というのは、一般的なタイヤと路面のμ−ｓ曲線と同じことであり、高μ路、中μ路、低μ路により勾配が変わる。
【００１６】
したがって、本実施の形態の路面状態判定装置は、車輪速検出手段１と、加速度センサ３と、該加速度センサ３から加速度情報を算出する加速度演算手段と、前記回転速度と加速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段とから構成されている。また、本実施の形態は、回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して前記加速度情報の加速度と車両速度を読み込み、ついで前記回転速度と車両速度からスリップ率を演算するスリップ率演算手段を備えている。さらに一定時間間隔ごとに読み込んだ回転速度と加速度に、所定の個数の移動平均処理を施す移動平均処理手段を備えるのが好ましい。
【００１７】
また、本実施の形態の路面状態判定のプログラムは、制御ユニット２を、前記回転速度と加速度情報との関係から、走行中の路面の状態を判定する路面状態判定手段として機能させる。また、制御ユニット２を、スリップ率演算手段として機能させ、さらに移動平均処理手段として機能させるのが好ましい。
【００１８】
以下、本実施の形態の路面状態判定装置の動作の一例を手順（１）〜（５）に沿って説明する。
【００１９】
（１）車両の４輪タイヤのそれぞれの回転速度（Ｖ１ｎ、Ｖ２ｎ、Ｖ３ｎ、Ｖ４ｎ）を算出する。
たとえば、ＡＢＳセンサなどのセンサから得られた車両の各車輪タイヤのある時点の車輪速データを回転速度Ｖ１ｎ、Ｖ２ｎ、Ｖ３ｎ、Ｖ４ｎとする。
【００２０】
（２）ついで車両の駆動輪の回転速度Ｔｆｎを演算する。たとえば２輪駆動車の場合、駆動輪の平均回転速度とし、また４輪駆動車の場合、４輪の平均回転速度とすることができる。
【００２１】
（３）ついで前記車両の駆動輪の回転加速度Ｔａｆｎを演算する。
すなわち前記回転速度Ｔｆｎより１つ前の車輪速データから、回転速度Ｔｆｎ−１とすると、車両の駆動輪の回転加速度Ｔａｆｎはつぎの式（１）で求められる。
Ｔａｆｎ＝（Ｔｆｎ−Ｔｆｎ−１）／Δｔ／Ｇ        ・・・（１）
【００２２】
ここで、Δｔは車輪速データから算出される平均回転速度ＴｆｎとＴｆｎ−１の時間間隔（サンプリング時間）であり、Ｇは重力加速度である。前記サンプリング時間としては、データのばらつきを小さくし、かつ短時間で判別するためには、０．１秒以下である必要がある。より好ましくは、０．０５秒以下である。
【００２３】
（４）走行中の車両の駆動輪のスリップ率Ｓをつぎの式（２）で定義する。ここで、Ｔは駆動輪の回転速度であり、Ｖは車両の対地速度（車両速度）である。
Ｓ＝（Ｔ−Ｖ）／Ｔ          ・・・（２）
【００２４】
（５）ついで車両の駆動輪のスリップ率と車両の加速度の関係を求める。
【００２５】
ここで、前記車両の加速度（対地加速度）および加速度センサの値を単にそれぞれＶａおよびＧ１、Ｇ２とすると、図３に示されるように、路面の勾配θを走行している車両に対しては、つぎの式（３）および式（４）の関係が成り立つ。なお、Ｇは重力加速度である。
Ｇ１＝Ｇ×ｃｏｓ（４５°＋θ）−Ｖａ×ｃｏｓ４５°・・・（３）
Ｇ２＝Ｇ×ｃｏｓ（４５°−θ）＋Ｖａ×ｃｏｓ４５°・・・（４）
この式（１）と式（２）を加算すると、
Ｇ１＋Ｇ２＝Ｇ×｛ｃｏｓ（４５°＋θ）＋ｃｏｓ（４５°−θ）｝
＝Ｇ×√２・ｃｏｓθ
となるので、これから、
θ＝ｃｏｓ−１｛（Ｇ１＋Ｇ２）／Ｇ／√２｝        ・・・（５）
を求めることができる。
【００２６】
また、前記式（１）と式（２）を引き算すると、
Ｇ１−Ｇ２＝Ｇ×｛ｃｏｓ（４５°＋θ）−ｃｏｓ（４５°−θ）｝
−２×Ｖａ×ｃｏｓ４５°
＝Ｇ×（−√２×ｓｉｎθ）−Ｖａ×√２
となるので、これから、
Ｖａ＝｛（Ｇ２−Ｇ１）／√２｝−Ｇ×ｓｉｎθ    ・・・（６）
を求めることができる。
【００２７】
ここで、前記駆動輪の回転速度Ｔを時間で微分することにより、駆動輪の回転加速度Ｔａを求める。ついで前記式（６）の２つの解と回転加速度Ｔａを比較し、その差の小さい方を対地加速度Ｖａの真値とする。そして、この対地加速度Ｖａを時間で積分し、車両速度Ｖを求める。これにより、これら回転速度Ｔと車両速度Ｖの値から、前記式（２）のスリップ率Ｓを算出する。
【００２８】
つぎにスリップ率Ｓと対地加速度Ｖａとの関係をプロットし、線形近似を行なうことにより、この線形直線の勾配から路面の滑りやすさを判定する。
【００２９】
ここで、このスリップ率Ｓと対地加速度Ｖａを求めるために、
▲１▼路面の凹凸による回転速度および加速度センサへの外乱を除くため、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、データのばらつき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ばらつきの大きいデータを移動平均する。
▲２▼ついでスリップ率Ｓと対地加速度Ｖａ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。
▲３▼この結果、サンプリング時間ごとに求まった直線近似式の勾配が路面の滑りやすさに応じた値となる。
【００３０】
つぎに本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００３１】
【実施例】
車両として、４輪駆動車（排気量２．０Ｌ）を用意した。タイヤのサイズは２０５／５５Ｒ１６である。また、車両の走行条件としては、住友ゴム工業株式会社の岡山トラックコースにおいて、セラミックタイル、ドルセットペブルおよびウェットコンクリートの路面μを変えた路面を採用した。また、車両に搭載した加速度センサは、（株）東京測器研究所製ＡＲ−２ＴＦであり、３軸のうち、２軸を車両の鉛直軸に対し前後に４５°ずつ傾くように取り付けた。サンプリング周波数は５０Ｈｚである。
【００３２】
ついで前記各種の路面を約１０秒間走行した。本実施の形態にかかわる路面状態判定のプログラムを格納した路面状態判定装置を用いて、プロットしたスリップ率と加速度との関係を図４に示す。図４から、路面ごとにその線形近似式の勾配が異なり、低μ路ほど勾配が大きいことがわかる。
【００３３】
したがって、車両が走行中の路面の状態を判定して、これを自動変速機の変速制御情報、タイヤ空気圧低下検出装置（ＤＷＳ）や路面状態判定システムに用いることにより、走行性能および走行安全性を向上させることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、４輪駆動車における走行中の路面の状態を精度よく判定することができる。また、本発明は、２輪駆動車にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の路面状態判定装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１の路面状態判定装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】車両が勾配のある路面を走行している状態を説明する模式図である。
【図４】セラミックタイル、ドルセットペブルおよびウェットコンクリートの路面走行のスリップ率と加速度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  車輪速検出手段
２  制御ユニット
３  加速度センサ（直交２軸方向加速度検知手段）
４  低μ路警報表示器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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