(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳに利用される衛星電波を受信し、該衛星電波の情報に基づき算出される車両速度情報と、タイヤの回転速度情報とに基づいて路面状態を推定する路面状態推定装置であって、
所定時間毎に、ＧＰＳに利用される衛星電波の情報に基づき車両速度情報を検出する手段、該車両速度情報から車両加速度を演算する手段、車両のタイヤ回転速度情報を定期的に検出する手段、該車両速度情報と該タイヤ回転速度情報から前輪スリップ率と後輪スリップ率を演算する手段、該車両加速度を横軸、該前輪スリップ率を縦軸にとった場合の勾配と、該車両加速度を横軸、該後輪スリップ率を縦軸にとった場合の勾配との比を演算する手段、得られた比に基づいて路面状態を推定する手段を含む路面状態推定装置。
【請求項２】
ＧＰＳに利用される衛星電波を受信し、該衛星電波の情報に基づき算出される車両速度情報と、タイヤの回転速度情報とに基づいて路面状態を推定する路面状態推定方法であって、
所定時間毎に、ＧＰＳに利用される衛星電波の情報に基づき車両速度情報を検出する工程、該車両速度情報から車両加速度を演算する工程、車両のタイヤ回転速度情報を定期的に検出する工程、該車両速度情報と該タイヤ回転速度情報から前輪スリップ率と後輪スリップ率を演算する工程、該車両加速度を横軸、該前輪スリップ率を縦軸にとった場合の勾配と、該車両加速度を横軸、該後輪スリップ率を縦軸にとった場合の勾配との比を演算する工程、得られた比に基づいて路面状態を推定する工程を含む路面状態推定方法。
【請求項３】
コンピュータに、所定時間毎に、ＧＰＳに利用される衛星電波の情報に基づき車両速度情報を検出する手順、該車両速度情報から車両加速度を演算する手順、車両のタイヤ回転速度情報を定期的に検出する手順、該車両速度情報と該タイヤ回転速度情報から前輪スリップ率と後輪スリップ率を演算する手順、該車両加速度を横軸、該前輪スリップ率を縦軸にとった場合の勾配と、該車両加速度を横軸、該後輪スリップ率を縦軸にとった場合の勾配との比を演算する手順、得られた比に基づいて路面状態を推定する手順を実行させ、路面状態を推定するためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は路面状態推定装置および方法、ならびに路面状態推定のためのプログラムに関する。さらに詳しくは、駆動時および制動時のいずれの場合においても、絶えず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および方法、ならびに路面状態推定のためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、四輪タイヤの回転速度情報から、車両加速度とスリップ率を算出し、車両加速度とスリップ率の関係から路面状態を推定する方法がある（特許文献１）。また、車両加速度とスリップ率を所定距離分蓄積し、その関係から高μ路面を検出して路面状態を推定するための基準値およびしきい値を設定する方法がある（特許文献２）。しかしながら、これらの方法では、基本的に従動輪速度を車両速度として車両加速度やスリップ率を算出しているため、従動輪の存在しない四輪駆動車では適用するのが困難である。加速度センサなどを利用して車両加速度を算出する方法も考えられるが、路面勾配の影響などを受けて精度よく車両加速度を推定するのは難しい。そこで、車載したＧＰＳ受信機が受信した衛星電波の情報を利用して車両速度を推定し、その車両速度から車両加速度を算出し、また車両速度とタイヤ回転速度からスリップ率を算出し、路面状態を推定する方法がある（特許文献３）。
【０００３】
ところで、特許文献１および２に記載の方法では、車両速度として従動輪速度を利用しているため、制動時にはタイヤの回転に外的要因（フットブレーキによる制動力）が働き、正確に車両速度を求めることができないので、制動中は路面状態を推定することができないという問題点がある。一方、特許文献３に示されているように、ＧＰＳ情報をもとに車両速度を算出する場合、制動時にも精度よく車両速度を推定することができるため、理論的には制動中も路面状態を推定することが可能である。
【０００４】
しかしながら、たとえば二輪駆動車の場合、駆動時には前輪または後輪にしか作用しない駆動力で車両が加速しているのに対し、制動時には四輪に作用する制動力で車両が減速する。したがって駆動時と制動時では、車両加減速度に対するスリップ率の関係が異なる場合がある。よって、特許文献３に記載されているように、１つのしきい値で路面状態を推定した場合、推定精度が悪くなってしまう場合がある。また四輪駆動車においても、駆動時の駆動力配分と制動時の制動力配分が同じであるとは限らないため、二輪駆動車の場合と同様、制動時と駆動時では、車両加速度とスリップ率の関係が異なる場合がある。
【０００５】
そこで、制動時と非制動時（駆動時を含む）でそれぞれ別々に車両加速度とスリップ率の関係を求め、それぞれの基準値を設定し比較する方法が提案されている。しかしながら、非制動時に対して制動時は、その頻度が少なく、また制動動作自体は比較的短いものであるため、連続したデータを得ることはあまり期待できない。その結果、制動時の基準値がなかなか精度よく設定できなかったり、仮に設定できたとしても、瞬時瞬時の路面状態を精度よく推定できない場合が多々発生するという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２５３３３４号公報
【特許文献２】特開２００２−２７４３５７号公報
【特許文献３】特開２００４−１７５３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、特に制動時において路面状態を精度よく推定することができる方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明は、ＧＰＳに利用される衛星電波を受信し、該衛星電波の情報に基づき算出される車両速度情報と、タイヤの回転速度情報とに基づいて路面状態を推定する路面状態推定装置であって、所定時間毎に、ＧＰＳに利用される衛星電波の情報に基づき車両速度情報を検出する手段、該車両速度情報から車両加速度を演算する手段、車両のタイヤ回転速度情報を定期的に検出する手段、該車両速度情報と該タイヤ回転速度情報から前輪スリップ率と後輪スリップ率を演算する手段、該車両加速度を横軸、該前輪スリップ率を縦軸にとった場合の勾配と、該車両加速度を横軸、該後輪スリップ率を縦軸にとった場合の勾配との比を演算する手段、得られた比に基づいて路面状態を推定する手段からなる路面状態推定装置に関する。
【０００９】
また、本発明は、ＧＰＳに利用される衛星電波を受信し、該衛星電波の情報に基づき算出される車両速度情報と、タイヤの回転速度情報とに基づいて路面状態を推定する路面状態推定方法であって、所定時間毎に、ＧＰＳに利用される衛星電波の情報に基づき車両速度情報を検出する工程、該車両速度情報から車両加速度を演算する工程、車両のタイヤ回転速度情報を定期的に検出する工程、該車両速度情報と該タイヤ回転速度情報から前輪スリップ率と後輪スリップ率を演算する工程、該車両加速度を横軸、該前輪スリップ率を縦軸にとった場合の勾配と、該車両加速度を横軸、該後輪スリップ率を縦軸にとった場合の勾配との比を演算する工程、得られた比に基づいて路面状態を推定する工程からなる路面状態推定方法に関する。
【００１０】
さらに、本発明は、コンピュータに、所定時間毎に、ＧＰＳに利用される衛星電波の情報に基づき車両速度情報を検出する手順、該車両速度情報から車両加速度を演算する手順、車両のタイヤ回転速度情報を定期的に検出する手順、該車両速度情報と該タイヤ回転速度情報から前輪スリップ率と後輪スリップ率を演算する手順、該車両加速度を横軸、該前輪スリップ率を縦軸にとった場合の勾配と、該車両加速度を横軸、該後輪スリップ率を縦軸にとった場合の勾配との比を演算する手順、得られた比に基づいて路面状態を推定する手順を実行させ、路面状態を推定するためのプログラムに関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、前輪スリップ率と後輪スリップ率をそれぞれ別々に算出し比較することにより、特に制動時において精度よく路面状態を推定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面に基づいて、本発明の路面状態推定装置および方法、ならびに路面状態推定のためのプログラムについて説明する。
【００１３】
図１および２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推定装置において、４輪車両に備えられた４つのタイヤＦＬ、ＦＲ、ＲＬおよびＲＲの車輪速回転情報を検出するため、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を備えられている。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などを用いることができる。
【００１４】
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＝０．０１秒ごとに各タイヤの回転角速度Ｆiが算出される。
【００１５】
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。
【００１６】
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。この制御ユニット２には、ＧＰＳアンテナ３ａからＧＰＳ電波を受信し、走行中の車両の位置と速度の位置情報を算出するＧＰＳ装置３が接続されている。また、路面の状態をドライバーに知らせる路面状態表示器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。
【００１７】
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。
【００１８】
従来より、カーナビゲーションに代表されるように、車両の位置測定については全地球測位システム（ＧＰＳ）を利用した側位が一般的に知られている。民間利用が許されている周波数帯における位置精度の向上について、多くの研究がなされており、その中で、各衛星から送られてくる情報の搬送波の位相を測定することでその精度を向上させる技術が電子情報通信学会誌（Ｖｏｌ．８２  Ｎｏ．１２）に紹介されている。
【００１９】
ＧＰＳ装置３としては、たとえばレースロジック（ＲＡＣＥＬＯＧＩＣ）社製のＶＢＯＸ（商品名）を用いることができる。このＶＢＯＸは、衛星電波の搬送波の位相差を利用して補正するＫｉｎｅｍａｔｉｃ  ＧＰＳという位置特定方法を採用しているため、高精度に位置を特定することができる。なお、ＧＰＳ装置において、搬送波のドップラー効果を用いて、高精度に車両の速度を算出することができる場合、直接該車両の速度情報から路面状態を推定することが好ましい。
【００２０】
本発明においては、ＧＰＳによる車両の情報（位置情報、車速情報など）を高精度に取得し、前記タイヤ速回転情報とともに車両が走行している路面の状態を推定し、ドライバーに知らせる。
【００２１】
以下、本実施の形態では、速度を直接算出することができないＧＰＳ装置について、位置情報から路面状態を推定する例について説明する。
【００２２】
本実施の形態におけるＧＰＳ装置３は、タイヤ回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して車両の位置情報を読み込み、ついで該位置情報から車両の移動距離を算出する距離演算手段と、該移動距離から車両速度と車両の加速度を算出する手段とからなる。また、本実施の形態では、ＧＰＳに基づく車両速度情報とタイヤ回転速度情報から、車両速度と前輪スリップ率および後輪スリップ率を演算し、車両加速度に対する前輪スリップ率の勾配と車両加速度に対する後輪スリップ率の勾配との比を演算する。本発明では、その比の値に基づいて制動時の路面状態を推定する。
【００２３】
また、本実施の形態の路面状態推定のためのプログラムは、制御ユニット２を、タイヤ回転速度検出手段１から得られる車両の駆動輪および従動輪の回転速度と、ＧＰＳ装置３から得られる車両の位置情報との関係から、走行中の路面の状態を推定する路面状態推定手段として機能させる。また、制御ユニット２を、タイヤ回転速度を算出する速度検知の時間間隔に同期して車両の位置情報を読み込み、ついで該位置情報から算出される車両の移動距離から車両速度を算出する手段、該車両速度情報から車両加速度を算出する手段、該車両速度と前記タイヤ回転速度とから、前輪スリップ率と後輪スリップ率を演算するスリップ率演算手段、該車両加速度を横軸、該前輪スリップ率を縦軸にとった場合の勾配と、該車両加速度を横軸、該後輪スリップ率を縦軸にとった場合の勾配との比を演算する手段、得られた比に基づいて路面状態を推定する手段として機能させる。
【００２４】
通常、前輪と後輪に働くブレーキ力には差があり、一般的には、後輪よりも荷重の重い前輪の方がブレーキ力が大きく作用するように設定されている。その結果、前輪のスリップ率と後輪のスリップ率は異なる傾向がある。したがって、車両加速度と前輪スリップ率の勾配（Ｋ１Ｆｒ）と車両加速度と後輪スリップ率の勾配（Ｋ１Ｒｅ）を比較した場合、差が生じる（図３）。
【００２５】
また、車両加速度とスリップ率の関係は、路面の摩擦係数によって図４のように異なることが一般的に知られている。通常の走行状態では、車両加速度とスリップ率の関係はほぼ線形関係とみなすことができることから、両者の勾配を求めることで、路面状態、具体的には路面のすべりやすさを推定することができる。摩擦係数の高い路面と摩擦係数の低い路面を比較した場合、同じ車両加速度を得るための前輪制動力と後輪制動力が路面摩擦係数によらず同一であると仮定した場合、スリップ率と車両加速度の関係が完全に線形であるとすると、上記勾配（Ｋ１ＦｒとＫ１Ｒｅ）の比（Ｒａｔ）は同じとなる（図５（ａ））。
【００２６】
しかしながら、実際にはスリップ率と車両加速度の関係が完全な線形ではなく、また摩擦係数の低い路面ほど非線形となる傾向が大きいため、前記勾配の比（Ｒａｔ）は、摩擦係数の高い路面と低い路面で異なる（図５（ｂ））。したがって勾配の比（Ｒａｔ）の値から路面の状態を推定することができる。
【００２７】
ここで、勾配の比（Ｒａｔ）が所定値（Ｌ１）以上の場合、低μ路面であると判断する。なお、前記勾配の算出方法としては、線形近似により車両加速度と前輪スリップ率および後輪スリップ率の互いの１次の回帰係数を求めるなどの方法により演算することができる。
【００２８】
以下、本実施の形態の路面状態推定装置の動作の一例を手順(1)〜(5)に沿って説明する。
【００２９】
(1) 所定のサンプリング時間（Ｔ）毎に、ＧＰＳに利用される衛星電波を受信して、当該衛星信号の情報に基づいて車両速度（Ｖ）を算出する。ついで、車両速度（Ｖ）をサンプリング時間（Ｔ）毎に微分して車両加速度（Ａ）を算出する。
Ａn＝（Ｖn−Ｖn-1）／Ｔ
【００３０】
(2) タイヤ回転速度（Ｖｆｌ、Ｖｆｒ、Ｖｒｌ、Ｖｒｒ）を検出する。例えば、ＡＢＳセンサなどのセンサから得られた車両の各タイヤのある時点の車輪速データをタイヤ回転速度（Ｖｆｌ、Ｖｆｒ、Ｖｒｌ、Ｖｒｒ）とする。ついで、車両の前輪の平均車輪速度（ＶＦｒ）および後輪の平均車輪速度（ＶＲｅ）を算出する。
ＶＦｒn＝（Ｖｆｌn＋Ｖｆｒn）／２
ＶＲｅn＝（Ｖｒｌn＋Ｖｒｒn）／２
【００３１】
(3) 車両速度（Ｖ）と前輪平均車輪速度（ＶＦｒ）および後輪平均車輪速度（ＶＲｅ）から前輪スリップ率（ＳＦｒ）および後輪スリップ率（ＳＲｅ）を算出する。
ＳＦｒn＝（ＶＦｒn−Ｖn）／ＶＦｒn
ＳＲｅn＝（ＶＲｅn−Ｖn）／ＶＲｅn
【００３２】
(4) 車両加速度（Ａ）を横軸、前輪スリップ率（ＳＦｒ）を縦軸にとった場合の勾配（Ｋ１Ｆｒ）、および車両加速度（Ａ）を横軸、後輪スリップ率（ＳＲｅ）を縦軸にとった場合の勾配（Ｋ１Ｒｅ）を求める。それぞれの勾配は、所定時間（Ｔ１）分の車両加速度と前輪スリップ率および後輪スリップ率のデータについて線形近似により互いの１次の回帰係数として求めることができる。
【００３３】
(5) Ｋ１ＦｒとＫ１Ｒｅの比Ｒａｔを求める。
Ｒａｔ＝Ｋ１Ｆｒ／Ｋ１Ｒｅ
Ｒａｔが所定値（Ｌ１）以上の場合、路面が滑りやすいと判断する。この所定値（Ｌ１）は、あらかじめ車両毎に設定しておくこととする。具体的には、車両毎に事前に実験を行なうことにより設定される。
【実施例】
【００３４】
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。
【００３５】
車両として、４輪駆動車（排気量３．０Ｌ）を用意した。タイヤのサイズは２１５／４５Ｒ１７である。また、車両の走行条件としては、アスファルト路とアイスバーン路を走行した。車両に搭載したＧＰＳセンサは、ＲＡＣＥＬＯＧＩＣ社製のＶＢＯＸ  ＰＲＯであり、ＧＰＳに基づいた車両速度およびタイヤの回転速度のサンプリング時間は５０ミリ秒とした。
【００３６】
前記工程にしたがって、車両加速度と前輪スリップ率の勾配（Ｋ１Ｆｒ）および車両加速度と後輪スリップ率の勾配（Ｋ１Ｒｅ）を、それぞれの互いの１次の回帰係数として算出した。ついで、勾配Ｋ１Ｆｒと勾配Ｋ１Ｒｅの比（Ｒａｔ）を求めた。なおＫ１ＦｒおよびＫ１Ｒｅを算出するにあたり、１次回帰した場合の相関係数も同時に演算し、相関係数が０．７以下の場合は、Ｒａｔは算出しなかった。Ｒａｔおよび加速度（Ａ）の関係を図６（ａ）および（ｂ）に示す。
【００３７】
Ｒａｔが所定値（Ｌ１）２．０より大きい場合は、摩擦係数が低い路面であると判断した。結果、アスファルト走行時は、制動時（加速度がマイナスの場合）のＲａｔは１．５程度であるのに対し、アイスバーン路では制動時には、Ｒａｔが３．５以上となっており、精度よく低μ路面を検出することができていると言える。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の路面状態推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の路面状態推定装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】車両加速度と前輪スリップ率の勾配（Ｋ１Ｆｒ）と車両加速度と後輪スリップ率の勾配（Ｋ１Ｒｅ）の相違を示す図である。
【図４】路面の摩擦係数に応じた車両加速度とスリップ率の関係を示す図である。
【図５ａ】同じ車両加速度を得るための前輪制動力と後輪制動力が路面摩擦係数によらず同一であり、かつスリップ率と車両加速度の関係が完全に線形であると仮定した場合の、車両加速度と前輪スリップ率の勾配（Ｋ１Ｆｒ）と車両加速度と後輪スリップ率の勾配（Ｋ１Ｒｅ）の関係を示す図である。
【図５ｂ】実際の路面における車両加速度と前輪スリップ率の勾配（Ｋ１Ｆｒ）と車両加速度と後輪スリップ率の勾配（Ｋ１Ｒｅ）の関係を示す図である。
【図６ａ】四輪駆動車でアスファルト路を走行した場合のＲａｔおよび加速度（Ａ）の関係を示す図である。
【図６ｂ】四輪駆動車でアイスバーン路を走行した場合のＲａｔおよび加速度（Ａ）の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    車輪速検出手段
２    制御ユニット
３    ＧＰＳ装置
３ａ  ＧＰＳアンテナ
４    路面状態表示器
【図１】
0004636991.tif 000002
【図２】
0004636991.tif 000003
【図３】
0004636991.tif 000004
【図４】
0004636991.tif 000005
【図５ａ】
0004636991.tif 000006
【図５ｂ】
0004636991.tif 000007
【図６ａ】
0004636991.tif 000008
【図６ｂ】
0004636991.tif 000009