(57)【要約】【課題】  タイヤ空洞共鳴音を利用して常に路面状態を検出することができる路面状態検出装置を提供する。【解決手段】  車両床面３の上に、金属の厚板あるいはダイカスト（ダイキャスト）からなる固有周波数が５００［Ｈｚ］から１０００［Ｈｚ］の箱体２を設置し、箱体２の内部に形成される閉ざされた空間に、音を検出する音圧検出手段としてマイクロフォン１を設置する。そして、マイクロフォン１に接続ケーブル４を介して接続された演算処理部５は、マイクロフォン１により検出されたタイヤによる空洞共鳴音から、高、低２つのピーク周波数であるＦ＿ｌｏｗとＦ＿ｈｉｇｈ、及びＦ＿ｌｏｗとＦ＿ｈｉｇｈにそれぞれ対応する音圧レベルＰ＿ｌｏｗとＰ＿ｈｉｇｈを検出する。そして、演算処理部５は、検出された音圧レベルと高、低２つのピーク周波数の周波数差とから、車両が走行している路面状態を判定（検出）する。【選択図】  図１
2005106728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面からタイヤを経て車体に伝達される振動の伝達経路中に配置されると共に、個体材料により閉塞された一定体積の気体室と、
前記気体室内に配置されると共に、音を検出する音圧検出手段と、
前記音圧検出手段の出力を周波数解析することにより、車両が走行している路面状態に関連する情報を得る演算装置と
を備えたことを特徴とする路面状態検出装置。
【請求項２】
前記演算装置が、前記音圧検出手段の出力における高、低２つのピーク周波数とその周波数差、及び該２つのピーク周波数の少なくとも一方に対応する音圧レベルを検出すると共に、前記音圧レベルと前記周波数差とに基づいて、車両が走行している路面状態に関連する情報を得る
ことを特徴とする請求項１に記載の路面状態検出装置。
【請求項３】
前記音圧検出手段が検出する音の周波数帯域を、１００［Ｈｚ］から３００［Ｈｚ］とする
ことを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の路面状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両装置等に搭載される路面状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両が走行する路面の状態を検出する装置としては、例えば走行に伴うタイヤの空気圧の変化に基づいて路面の状態を推定するものがある。具体的には、車両の走行開始時点のタイヤ空気圧Ｐo 及び外気温Ｔ等より走行開始後所定時間経過時点のタイヤ空気圧Ｐe を推定し、推定タイヤ空気圧Ｐeと走行開始後所定時間経過時点の実際のタイヤ空気圧Ｐa との比較に基づき路面の状態を推定する（例えば、特許文献１参照。）。また、タイヤ内の空気圧の変動を検出して周波数分析を行うものもある（例えば、特許文献２参照。）。更に、各車輪の回転速度を検出する検出手段を備え、車両の走行速度と各車輪の回転速度とから各車輪と路面間のスリップ状況を推定し、各車輪を制動する制動力を制御するものもある（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
一方、車両が走行する際に路面の凹凸とタイヤにより発生する車内騒音（一般にはロードノイズという）を低減する技術が開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。非特許文献１の記載によれば、ロードノイズは、タイヤとディスクホイール（以下ホイールとする）によって構成されるドーナツ状の空洞音響系の共鳴モードが路面からの入力によって励起されて発生するものであり、空洞共鳴音は以下に示す３つの特徴があることが説明されている。
【０００４】
具体的には、図４に横軸を空洞共鳴音周波数、縦軸を音圧レベルとして示すように、
（ア）空洞共鳴音のピーク周波数は、タイヤが変形していない場合は１つであるが、タイヤが接地することにより部分的に変形した場合には２つ現れる。
（イ）また、２つのピーク周波数のうち、低い方の固有周波数（以下、Ｆ＿ｌｏｗとする）でホイールは前後に振動し、高い方の固有周波数（以下、Ｆ＿ｈｉｇｈとする）でホイールは上下に振動する。
【０００５】
更に、図５に横軸を車両の走行速度（車速）、縦軸を空洞共鳴音周波数として示すように、
（ウ）走行中、車両の走行速度（車速）が上昇するほどＦ＿ｌｏｗは低く、Ｆ＿ｈｉｇｈは高くなる。
という特徴を備えている。
【特許文献１】特開平８−１５６５３７号公報
【特許文献２】特開２００２−２４０５２０号公報
【特許文献３】特開平９−１０９８７１号公報
【非特許文献１】山内裕司、秋好靖二、「タイヤ空洞共鳴音の改良手法の提案」、自動車技術、社団法人自動車技術会、２００３年８月、Ｖｏｌ．５７、Ｎｏ．７、ｐ．５９−６３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１から特許文献３に記載されている従来の技術では、路面の状態を常時検出することができないという問題があった。具体的には、特許文献１に記載の技術では、路面がドライ路面であるかウェット路面であるかの判定を確実に行うには、車両の走行開始時点より時間ｔo が経過するのを待つ必要があった。また、特許文献２に記載の技術では、ハイドロプレーニング現象が発生しやすい状態が８００［Ｈｚ］以上の高周波領域でのトレッド振動から判別できることを利用して路面とタイヤとの間の状態を検出しているので、ハイドロプレーニング現象が発生する寸前でなければ、その制御値を計算できなかった。更に、特許文献３に記載の技術では、制動時に所定のスリップ率を超えない範囲で制動を行うのみで、スリップが発生しない通常走行時の路面状態を検出することができなかった。
従って、従来の技術では、路面の状態を常時検出して通常走行状態での積極的な車両制御を行いにくいという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、タイヤ空洞共鳴音を利用して常に路面状態を検出することができる路面状態検出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】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係る路面状態検出装置は、路面からタイヤを経て車体に伝達される振動の伝達経路中に配置されると共に、個体材料により閉塞された一定体積の気体室（例えば後述する実施例の箱体２）と、前記気体室内に配置されると共に、音を検出する音圧検出手段（例えば後述する実施例のマイクロフォン１）と、前記音圧検出手段の出力を周波数解析することにより、車両が走行している路面状態に関連する情報を得る演算装置（例えば後述する実施例の演算処理部５）とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
以上の構成を備えた路面状態検出装置は、個体材料により閉塞された一定体積の気体室内に設けられた音圧検出手段を用いて、路面からタイヤを経て車体に伝達される振動を音として検出し、演算装置がこの音の周波数解析を実行することにより、車両が走行していればいつでも車両が走行している路面状態に関連する情報を得ることができる。
【００１０】
請求項２の発明に係る路面状態検出装置は、請求項１に記載の路面状態検出装置において、前記演算装置が、前記音圧検出手段の出力における高、低２つのピーク周波数（例えば後述する実施例のピーク周波数Ｆ＿ｌｏｗ、Ｆ＿ｈｉｇｈ）とその周波数差、及び該２つのピーク周波数の少なくとも一方に対応する音圧レベル（例えば後述する実施例の音圧レベルＰ＿ｌｏｗ、Ｐ＿ｈｉｇｈ）を検出すると共に、前記音圧レベルと前記周波数差とに基づいて、車両が走行している路面状態に関連する情報を得ることを特徴とする。
【００１１】
以上の構成を備えた路面状態検出装置は、タイヤ空洞共鳴音の高、低２つのピーク周波数とその周波数差、及び該２つのピーク周波数に対応する音圧レベルが、タイヤの接地する路面の状況と密接な関係があることを利用することで、車両が走行していればいつでも正確に車両が走行している路面状態に関連する情報を得ることができる。
【００１２】
請求項３の発明に係る路面状態検出装置は、請求項１、または請求項２に記載の路面状態検出装置において、前記音圧検出手段が検出する音の周波数帯域を、１００［Ｈｚ］から３００［Ｈｚ］とすることを特徴とする。
【００１３】
以上の構成を備えた路面状態検出装置は、一般的に利用される例えばタイヤ空洞断面の重心直径が３６［ｃｍ］から１１０［ｃｍ］程度のタイヤに特化して、音圧検出手段が検出する音の周波数帯域を１００［Ｈｚ］から３００［Ｈｚ］に限定することで、最適なコストパフォーマンスを得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の路面状態検出装置によれば、車両が走行していればいつでも車両が走行している路面状態に関連する情報を得ることができる。従って、路面の状態を常時検出して通常走行状態での積極的な車両制御を実行することができるという効果が得られる。  また、請求項２に記載の路面状態検出装置によれば、車両が走行していればいつでも正確に車両が走行している路面状態に関連する情報を得ることができる。従って、高性能な路面状態検出装置を実現し、通常走行状態での精度の高い車両制御を実行することができるという効果が得られる。
更に、請求項３に記載の路面状態検出装置によれば、音圧検出手段が検出する音の周波数帯域を限定することで、最適なコストパフォーマンスを得ることができる。従って、高性能かつ低価格な路面状態検出装置を実現することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１６】
（全体構成）
図１は、本発明の一実施例の路面状態検出装置の構成及び設置例を示す図である。本実施例の路面状態検出装置は、タイヤとホイールによって構成されるドーナツ状の空洞音響系に、路面からの外力が入力されることにより励起される空洞共鳴音を利用して路面状態を検出する。そのため、本実施例の路面状態検出装置は、ホイールから車両のサスペンション及びボディを介して車室内まで伝達される空洞共鳴音を、伝達途中で検出して利用する。
【００１７】
図１において、マイクロフォン１は音を検出する音圧検出手段であって、金属の厚板あるいはダイカスト（ダイキャスト）からなる箱体２の内部（固体で閉ざされた空間）に設置される。
一方、車両床面３は本実施例の路面状態検出装置を搭載する車両の床面であって、車両床面３の上には、箱体２と、箱体２の内部に設置されたマイクロフォン１と電気的に接続する接続ケーブル４を介して接続されると共に、マイクロフォン１によって検出された空洞共鳴音を利用して路面状態検出処理を実行する演算処理部５とが取り付けられている。また、演算処理部５には、車両の走行速度（車速）を検出する車速センサ（図示せず）から、車両の走行速度を示す車速信号が入力されている。
【００１８】
なお、接続ケーブル４による箱体２の内部に設置されたマイクロフォン１と箱体２の外部に設置された演算処理部５との接続は、箱体２の壁面に設置された端子と接続ケーブル４に設けられたコネクタ等の接続手段を用いて、マイクロフォン１が設置された箱体２の内部空間の密閉性を保つように接続されるものとする。また、演算処理部５の動作については、詳細を後述する。
【００１９】
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、箱体２について更に詳細に説明すると、図２において、箱体２は例えば箱体２に溶接された断面がＬ型のブラケット６を介してボルト７によって車両床面３に取り付けられている。箱体２は、例えば固有周波数が５００［Ｈｚ］から１０００［Ｈｚ］で、かつ内部に閉ざされた空間が形成されるものであって、箱体２の上部にはボルト８により蓋２ａが開閉自在に取り付けられている。また、箱体２の内部に取り付けられたマイクロフォン１は、箱体２内部の底壁（底面）９にブラケット１０によって、マイクロフォン１が空間内の略中央部に位置するように固定されている。従って、タイヤの空洞共鳴音が箱体２を介して、箱体２の内部の空気に伝達されることにより、マイクロフォン１がこれを検出する。
【００２０】
すなわち、例えばもし開放された車外あるいは車室内にマイクロフォン１を設置した場合、その他の音による外乱と空洞共鳴音とが混在してフィルタ等での分離が困難であるため、上述のように、箱体２の内部にマイクロフォン１を設置することにより、空洞共鳴音が車両の固体部分を伝達している点を利用すると共に、空洞共鳴音以外の音からマイクロフォン１を絶縁して、正確に空洞共鳴音を検出することができるという効果が得られる。
【００２１】
なお、マイクロフォン１は、タイヤ空洞断面の重心直径が３６［ｃｍ］から１１０［ｃｍ］程度のタイヤに対応できるように、下記（１）式に基づいて算出される空洞共鳴音周波数に対応し、例えば周波数範囲（周波数帯域）が１００［Ｈｚ］から３００［Ｈｚ］の音を検出可能なものを選択することで、コストパフォーマンスを最適化することができる。また、実際に車両毎のタイヤサイズに限定して検出可能な音の周波数範囲を限定すれば、更に周波数解析の精度を向上させることができ、コストパフォーマンスが向上する。なお、下記（１）式において、Ｒはタイヤ空洞断面の重心半径［ｍ］である。また、音速は３４０［ｍ／ｓｅｃ］とする。
【００２２】
空洞共鳴音周波数＝（音速）／（２×π×Ｒ）    ・・・（１）
【００２３】
また上述の説明では、箱体２を、例えば箱体２に溶接されたブラケット６を介してボルト７によって車両床面３に取り付けると説明したが、箱体２は車両床面３に溶接されていても良く、機械的に接触固定されていれば良い。更に、箱体２と演算処理部５とを別体として説明したが、箱体２の内部にマイクロフォン１と一緒に演算処理部５を収納しても良く、その場合、演算処理部５を収納する前と後で、箱体２の体積が一定であれば良い。
【００２４】
（路面状態検出処理）
次に、図面を参照して本実施例の路面状態検出装置の路面状態検出処理動作について説明する。図３は、本実施例の路面状態検出装置の演算処理部５による路面状態検出処理動作を示すフローチャートである。
図３において、まず演算処理部５は、マイクロフォン１により空洞共鳴音を取得する（ステップＳ１）と共に、車速センサからこの時の車両の走行速度（車速）を取得する（ステップＳ２）。
【００２５】
次に、図４に示すマイクロフォン１により検出されたタイヤによる空洞共鳴音から、高、低２つのピーク周波数であるＦ＿ｌｏｗとＦ＿ｈｉｇｈ、及びＦ＿ｌｏｗとＦ＿ｈｉｇｈにそれぞれ対応する音圧レベルＰ＿ｌｏｗとＰ＿ｈｉｇｈを検出する（ステップＳ３）。具体的には、図４に示された高、低２つのピーク周波数Ｆ＿ｌｏｗとＦ＿ｈｉｇｈは、前述の非特許文献１に記載されているように、タイヤが接地することにより部分的に変形した場合に現れる空洞共鳴音の２つのピーク周波数であって、ここでは、一例としてタイヤ空洞断面の重心直径が４７［ｃｍ］で、基本空洞共鳴音周波数が２３０［Ｈｚ］の場合を示している。なお、図４は、横軸を空洞共鳴音周波数［Ｈｚ］、縦軸を音圧レベル［ｄＢ］として示す。
【００２６】
更に、演算処理部５は、高、低２つのピーク周波数Ｆ＿ｌｏｗとＦ＿ｈｉｇｈが、車両の走行速度（車速）が上昇するほどＦ＿ｌｏｗは低く、Ｆ＿ｈｉｇｈは高くなるという特徴を備えているため、マイクロフォン１により検出した空洞共鳴音の高、低２つのピーク周波数を、図５に示された車両の走行速度（車速）と空洞共鳴音周波数との計算例に基づいて、例えば車両の走行速度（車速）が「ゼロ」の時の空洞共鳴音の高、低２つのピーク周波数に換算し（ステップＳ４）、高、低２つのピーク周波数の周波数差を算出する（ステップＳ５）。なお、図５は、横軸を車両の走行速度（車速）［ｋｍ／ｈ］、縦軸を空洞共鳴音周波数［Ｈｚ］としてＦ＿ｌｏｗとＦ＿ｈｉｇｈを示す。また、Ｆ＿ａｖｅは、Ｆ＿ｌｏｗとＦ＿ｈｉｇｈの平均値を示す。
【００２７】
そして、演算処理部５は、検出された音圧レベルと高、低２つのピーク周波数の周波数差とから、車両が走行している路面状態を判定（検出）する（ステップＳ６）。
具体的に説明すると、図６は、既知の路面を走行して実験的に求めた路面状態を判定するための判定用マップであって、例えば横軸にピーク周波数Ｆ＿ｈｉｇｈに対応する音圧レベルＰ＿ｈｉｇｈが、縦軸に車両の走行速度（車速）が「ゼロ」の時の空洞共鳴音の高、低２つのピーク周波数の周波数差が示されている。
【００２８】
また、音圧レベルと高、低２つのピーク周波数の周波数差とに関連付けられて区分される路面状態は、図６に示すように、横軸に示された音圧レベルＰ＿ｈｉｇｈ及び縦軸に示された高、低２つのピーク周波数の周波数差に対し、例えば（１）砂利路面、（２）凹凸路面、（３）通常舗装路面、（４）低摩擦係数舗装路面のように対応づけられて区分される。従って、演算処理部５は、検出された音圧レベルと高、低２つのピーク周波数の周波数差とから、図６に示す判定用マップに従って、車両が現在走行している路面状態を判定する。
【００２９】
なお、上述のステップＳ４では、マイクロフォン１により検出した空洞共鳴音の高、低２つのピーク周波数を、その時の車両の走行速度（車速）に基づいて、車両の走行速度（車速）が「ゼロ」の時の空洞共鳴音の高、低２つのピーク周波数に換算するようにしたが、これは、どうのような走行条件下でも路面状態の判定において一定の結果を得られるようにしたもので、図６に示した路面の判定に用いる判定用マップの縦軸に、車両の走行速度（車速）が「ゼロ」の時の空洞共鳴音の高、低２つのピーク周波数の周波数差を示して路面状態の区分を現したことに対応している。
【００３０】
すなわち、図６に示した路面の判定に用いる判定用マップの縦軸に、例えば車両の走行速度（車速）が２０［ｋｍ／ｈ］の時の空洞共鳴音の高、低２つのピーク周波数の周波数差を示して路面状態の区分を現した場合には、ステップＳ４では、マイクロフォン１により検出した空洞共鳴音の高、低２つのピーク周波数を、その時の車両の走行速度（車速）に基づいて、車両の走行速度（車速）が２０［ｋｍ／ｈ］の時の空洞共鳴音の高、低２つのピーク周波数に換算して処理を行う必要がある。
【００３１】
また、図６に示した路面の判定に用いる判定用マップの横軸には、ピーク周波数Ｆ＿ｈｉｇｈに対応する音圧レベルＰ＿ｈｉｇｈを示したが、判定用マップの横軸に示す値は、ピーク周波数Ｆ＿ｌｏｗに対応する音圧レベルＰ＿ｌｏｗでも良いし、音圧レベルＰ＿ｈｉｇｈとＰ＿ｌｏｗの平均値であっても良い。更に、温度による音速の変化から、空洞共鳴音周波数も変化するので、外気音や路面温度、あるいはタイヤの温度等を計測する温度センサを備えて、計測された温度により補正を行うことで、より一層確かな路面状態の判定を実行することができる。
【００３２】
以上説明したように、本実施例の路面状態検出装置によれば、車両床面３の上に、金属の厚板あるいはダイカスト（ダイキャスト）からなる固有周波数が５００［Ｈｚ］から１０００［Ｈｚ］の箱体２を設置し、箱体２の内部に形成される閉ざされた空間に、音を検出する音圧検出手段としてマイクロフォン１を設置する。そして、マイクロフォン１に接続ケーブル４を介して接続された演算処理部５は、まずマイクロフォン１により空洞共鳴音を取得すると共に、車速センサからこの時の車両の走行速度（車速）を取得する。次に、マイクロフォン１により検出されたタイヤによる空洞共鳴音から、高、低２つのピーク周波数であるＦ＿ｌｏｗとＦ＿ｈｉｇｈ、及びＦ＿ｌｏｗとＦ＿ｈｉｇｈにそれぞれ対応する音圧レベルＰ＿ｌｏｗとＰ＿ｈｉｇｈを検出する。
【００３３】
更に、演算処理部５は、マイクロフォン１により検出した空洞共鳴音の高、低２つのピーク周波数を、例えば車両の走行速度（車速）が「ゼロ」の時の空洞共鳴音の高、低２つのピーク周波数に換算し、高、低２つのピーク周波数の周波数差を算出する。そして、演算処理部５は、検出された音圧レベルと高、低２つのピーク周波数の周波数差とから、車両が走行している路面状態を判定（検出）する。これにより、個体材料により閉塞された一定体積の箱体２内に設けられたマイクロフォン１を用いて、路面からタイヤを経て車体に伝達される振動を音（空洞共鳴音）として検出し、演算処理部５がこの音の周波数解析を実行することにより、車両が走行していればいつでも車両が走行している路面状態に関連する情報を得ることができる。
【００３４】
従って、高性能な路面状態検出装置を実現し、路面の状態を常時検出して通常走行状態での積極的かつ制度の高い車両制御を実行することができるという効果が得られる。更に、マイクロフォン１が検出する音の周波数帯域を限定することで、最適なコストパフォーマンスを得ることができるので、高性能かつ低価格な路面状態検出装置を実現することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例における路面状態検出装置の構成及び設置例を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】同実施例の路面状態検出装置の演算処理部による路面状態検出処理動作を示すフローチャートである。
【図４】マイクロフォンにより検出されたタイヤによる空洞共鳴音を示す図である。
【図５】車両の走行速度（車速）と空洞共鳴音周波数との関係を示す図である。
【図６】既知の路面を走行して実験的に求めた路面状態を判定するための判定用マップを示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    マイクロフォン（音圧検出手段）
２    箱体（気体室）
５    演算処理部（演算装置）
【図１】
2005106728.tif 000003
【図２】
2005106728.tif 000004
【図３】
2005106728.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005106728.tif 000007
【図６】
2005106728.tif 000008