路面状態推定装置及び方法
【課題】精度よく路面の状態を推定することができる路面状態推定装置及び方法を提供する。
【解決手段】路面状態推定装置は、路面に接触する回転体の各種物理量を計測する計測段１１と、計測段１１で計測したデータから回転体の回転に同期した信号を抽出する適応デジタルフィルタを有し、計測段１１で計測したデータと適応デジタルフィルタで抽出した回転に同期した信号とから、抽出した残りの信号を求める抽出段２１と、抽出段２１で抽出した残りの信号により路面の状態を推定する推定段４１とを具える。
【解決手段】路面状態推定装置は、路面に接触する回転体の各種物理量を計測する計測段１１と、計測段１１で計測したデータから回転体の回転に同期した信号を抽出する適応デジタルフィルタを有し、計測段１１で計測したデータと適応デジタルフィルタで抽出した回転に同期した信号とから、抽出した残りの信号を求める抽出段２１と、抽出段２１で抽出した残りの信号により路面の状態を推定する推定段４１とを具える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤなどの回転体が接触する路面の状態（乾いた路面、濡れた路面、荒れた路面等）を推定する路面状態推定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、凸凹、摩擦係数（ミュー；μ）等の路面の状態を推定するために、制動時のＡＢＳ信号から路面の状態を推定する方法や、カメラ画像などから光学的に推定する方法が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、制動時のＡＢＳ信号から路面の状態を推定する場合、車両の挙動から路面の状態を推定し、すなわち、制動などによってタイヤに力などを加え、その応答（例えば、スリップ）を見て路面の状態を推定しているので、車両の定常走行中ではタイヤの回転成分が車両の挙動に加わり、路面の状態を正確に反映しているとは限らない。したがって、路面の状態を精度よく推定するのが困難である。
【０００４】
また、路面の状態を光学的に推定する場合、画像を取得するためにカメラ（レンズ）を使用するため、水や泥のようなカメラの汚れの影響を受けやすく、路面の状態を精度よく推定するのが困難である。
【０００５】
なお、路面の状態を光学的に推定する場合には、使用する機器が高価であるため、実用化されていないのが現状である。
【０００６】
本発明の目的は、精度よく路面の状態を推定することができる路面状態推定装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による路面状態推定装置は、路面に接触する回転体の各種物理量を計測する計測手段と、前記計測手段で計測したデータから回転体の回転に同期した信号を抽出する適応デジタルフィルタを有し、前記計測手段で計測したデータと前記適応デジタルフィルタで抽出した回転に同期した信号とから、抽出した残りの信号を求める抽出手段と、前記抽出手段で抽出した残りの信号により路面の状態を推定する推定手段とを具えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、計測手段で計測したデータと適応デジタルフィルタで抽出した回転に同期した信号とから、抽出した残りの信号を求め、抽出した残りの信号により路面の状態を推定する。
【０００９】
したがって、回転体を車両のタイヤとした場合、タイヤに相関のある回転次数成分を、サスペンション、ホイール、ナックル、タイヤ等の車両の足回りの振動や音（路面の情報を含んだ信号）から精度よくかつほぼリアルタイムに分離して取り除くことによって、凸凹、摩擦係数（ミュー；μ）等の路面の状態に相関のある信号が抽出される。
【００１０】
路面状態が変化すると、タイヤとの接地状態が変化するので、タイヤ／路面間から発生する振動、音、歪み等が変化することが知られている。しかしながら、タイヤ近傍の足回りの振動や音から路面の状態を推定する場合、タイヤ自身が発生する音や振動（タイヤのユニフォーミティに起因する回転速度に相関のある回転次数成分）が含まれるため、精度の良い路面の状態の推定が困難である。
【００１１】
本発明のように適応デジタルフィルタを用いることによって、車速、走行モード、タイヤの変化等にも適合しながら回転体（例えば、タイヤ）に相関のある成分（例えば、タイヤの回転次数成分）を振動や音から精度よくほぼリアルタイムに抽出し及び分離することができる。
【００１２】
推定した路面の状態は、車両制御などにフィードバックして、更なる安全性の向上に役立つことが期待される。また、ドライバーへの情報提供によって、安全運転につなげることもできる。路面の状態の推定は、求めた信号の最大又は最小ピーク値の絶対値がしきい値を超えたか否かに応じて行うのが好ましい。
【００１３】
好適には、前記計測手段で計測する回転体の各種物理量が、振動、音、回転数、歪又は変位であり、前記抽出手段で回転に同期した信号を抽出するにあたり、前記計測手段で計測したデータを遅延させたデータを利用する。この場合、前記データの遅延時間が回転体の１回転に対応する時間であり、前記データを遅延させるための遅延回路を、前記計測手段からのデータの入力部と前記適応デジタルフィルタとの間の信号ライン又は前記計測手段からのデータの入力部と回転に相関のない信号を求めるための演算器との間の信号ラインに設ける。
【００１４】
好適には、前記抽出手段で回転に同期した信号を抽出するに当たり、前記計測手段で計測したデータのうち回転情報のデータから回転周期を算出して生成した次数成分を利用する。この場合、次数成分を生成するための次数成分生成回路を、前記計測手段からの回転情報のデータの入力部と適応デジタルフィルタとの間の信号ラインに設ける。
【００１５】
好適には、前記抽出手段で回転に同期した信号を抽出するにあたり、前記計測手段で計測したデータを、前記計測手段で計測したデータのうち回転速度情報のデータに応じて可変サンプリングして、見かけ上の周期を一定にする。この場合、可変サンプリングを実行するための可変サンプリング回路を、前記計測手段からのデータの入力部に設ける。これによって、車速の変化に対しても適応デジタルフィルタの追従性が向上して、安定した信号の抽出が可能になる（抽出精度の向上）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明による路面状態推定装置及び方法の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の路面状態推定装置の一例を説明するための図である。図１において、１は、路面に接触する回転体としての車両のタイヤを表し、２は、各タイヤ１に装着した振動又は音と回転情報（ＡＢＳなど）のうちの少なくとも一方を計測するためのセンサを表し、３は、各センサ２からの信号に基づいて路面の状態を推定する中央処理装置を表す。本発明の路面状態推定装置は、各センサ２により振動や音のような物理量を計測する計測段１１と、計測段１１で計測したデータからタイヤ１の回転に同期した信号を抽出する抽出段２１と、路面の状態を推定する基準となるマップ（データベース）３１と、計測段１１で計測された物理量、抽出段２１で抽出された信号及びマップ３１から路面の状態（例えば、乾いた路面、濡れた路面、荒れた路面等）を推定する推定段４１と、車両制御などのためにフィードバックしたり、ドライバーに情報提供したりするために、推定段４１の推定結果を出力する出力段５１とを具える。
【００１７】
計測段１１は、サスペンション、ホイール、ナックル、タイヤ１等の車両の足回りの音若しくは振動（センサ２により測定）又はＡＢＳなどの回転数信号（センサ２は必要ない）を計測し、計測したデータをデジタル信号として抽出段２１に入力する。音を計測する場合は、センサ２として、マイクロフォンなどを使用する。振動を計測する場合は、センサ２として、加速度計、速度計、変位計等を使用する。また、車両がＡＢＳ（Anti-lock Brake System）を装着している場合は、ＡＢＳの回転数信号を使用することができる。この場合はセンサ２を設ける必要がなく、簡易な構成とすることができる。ＡＢＳ以外でも、その他の方法で回転数を計測し、その回転数信号を使用することもできる。さらに、後に説明する次数成分生成回路及び可変サンプリング回路を用いる場合は、図示しない車輪速信号計測段によって各車輪の車輪速信号（ＡＢＳ信号など）を別途計測しておく必要がある。また、歪を計測する場合は、センサ２として歪ゲージなどを使用し、変位を計測する場合は、センサ２として変位計などを使用する。
【００１８】
抽出段２１としては、解析周波数帯域を分割した適応デジタルフィルタ（この場合、３段分割）を用いて、タイヤ１の回転に同期した周期成分を抽出するとともに、計測段１１で計測したデータと、適応デジタルフィルタで抽出したタイヤ１の回転に同期した信号とから、抽出した残りの信号を求める。。すなわち、図２に抽出段２１の一例の構成を示すように、抽出段２１では、計測段１１で計測した振動に起因する振動信号を可変サンプリング回路２２に入力するとともに、計測段１１で計測しない回転数に起因する回転（速度）信号を可変サンプリング回路２２及び次数成分生成回路２３の合成波形成形部２３−１〜２３−３に入力し、計測段１１によって計測された物理量のデジタル信号の値から抽出段２１の帯域（次数）分割型適応デジタルフィルタの出力信号の値を減算して、残差信号を取り出す。
【００１９】
合成波形成形部２３−１は、１次からＭ次の合成波形を成形し、合成波形成形部２３−２は、Ｍ＋１次からＮ次の合成波形を成形し、合成波形成形部２３−３は、Ｎ＋１次からＰ次の合成波形を成形する。例えば、Ｍ，Ｎ，Ｐを３，９，３０とする。合成波波形成形部２３−１〜２３−３からの出力信号と、リファレンス信号として演算器２４−１〜２４−３を通じて適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３に供給される上記出力信号とが、適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３においてそれぞれリアルタイムで演算され、出力信号としてタイヤ１の周期に相関のある信号が出力される。そのため、出力信号は、タイヤ１の回転に相関のある信号（周期的な信号）として求めることができる。求めた出力信号は、推定段４１に入力される。
【００２０】
適応デジタルフィルタ２３は従来から知られている任意のタイプのもの（ＦＩＲ型、ＩＩＲ型等）を使用することができる。図２に示す例では、計測段１１で計測したデジタルデータから構成されるリファレンス信号と、適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３の出力信号とを、演算器２４−１〜２４−３で演算して両者の差を求め、それをエラー信号として求めている。したがって、エラー信号は、タイヤ１の回転に無関係の、例えば、路面や車体に寄与した信号（ランダムな信号）として求めることができる。そして、求めたエラー信号を適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３の係数変更部にフィードバックして、エラー信号に応じて適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３の係数をそれぞれ動的に変更させ、適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３の最適化を図っている。エラー信号及び入力信号を用いて適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３の係数を変更する方法としては、従来からフィルタリングパラメータ更新アルゴリズムとして知られているＬＭＳ(Least Mean Square)法、ニュートン法あるいは最急下法などの適応アルゴリズムを用いることができる。また、その他好適に利用できる適応アルゴリズムとして、複素ＬＭＳアルゴリズム(Complex Least means Square Algorithm)、Normalized ＬＭＳアルゴリズム(Normalized Least means Square Algorithm)、射影アルゴリズム(Projection Algorithm)、ＳＨＡＲＦアルゴリズム(Simple Hyperstable Adaptive Recursive Filter Algorithm)、ＲＬＳアルゴリズム(Recursive Least Square Algorithm)、ＦＬＭＳアルゴリズム(Fast Least Mean Square Algorithm)、ＤＣＴを用いた適応フィルタ(Adaptive Filter using Discrete Cosine Transform)、ＳＡＮフィルタ(Single Frequency Adaptive Notch Filter)、ニューラルネットワーク(Neural Network)、遺伝的アルゴリズム(Genetic Algorithm)を用いることができる。
【００２１】
適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３の各々のサンプリング周波数は、分析対象周波数の最大周波数（最大次数）で決定され、通常、ＦＦＴなどの後処理における誤差などを考慮して上記最大周波数の４倍程度に設定される。実際に回転体の回転数が変化する場合には、最高回転数のときに最も周波数が高くなるので、最高回転数の場合を考慮する必要がある。以下の例では、タイヤの異常検知を考慮し、タイヤ回転数が５Ｈｚ（≒４０ｋｍ／ｈｒ）〜２０Ｈｚ（≒１５０ｋｍ／ｈｒ）で変化する場合を想定して見積もるものとする。
【００２２】
１〜３０次成分まで一括で分析する場合、１次成分が２０Ｈｚであれば３０次成分が２０×３０＝６００Ｈｚとなり、サンプリング周波数を２４００Ｈｚ以上に設定することになる。
【００２３】
図２において、Ｍ，Ｎ，Ｐを３，９，３０とした場合、適応デジタルフィルタ２５−１では分析対象が１〜３次成分であるので、最大周波数は、３次成分において、２０×３＝６０Ｈｚとなり、サンプリング周波数は、６０×４＝２４０Ｈｚ以上となる。したがって、適応デジタルフィルタ２５−１のサンプリング周波数は、１〜３０次成分まで一括で分析する場合の１／１０でよいことになる。また、適応デジタルフィルタ２５−２では、最大周波数は、９次成分において、２０×９＝１８０Ｈｚとなり、サンプリング周波数は、７２０Ｈｚ以上となる。さらに、適応デジタルフィルタ２５−３では、最大周波数は、３０次成分において、２０×３０＝６００Ｈｚとなり、サンプリング周波数は、２４００Ｈｚ以上になる。
【００２４】
適応デジタルフィルタのタップ長は、最低次数の分析対象周波数の周期の１倍程度の時間長さとなるように決定され、係数の数（タップ数）は、タップ長をサンプリング周期（サンプリング周波数の逆数）で除算した値となる。実際に回転数が変動する場合には、最低回転数のときが最も周波数が低くなるので、最低回転数を考慮する必要がある。
【００２５】
１〜３０次成分まで一括で分析する場合、最低次数が１次で５Ｈｚとすると、タップ長は、１／５＝０．６秒となり、サンプリング周波数が２４００Ｈｚのときには、タップ数は、０．２／（１／２４００）＝４８０となる。
【００２６】
図２において、Ｍ，Ｎ，Ｐを３，９，３０とした場合、適応デジタルフィルタ２５−１では分析対象が１〜３次成分であるので、サンプリング周波数が２４００Ｈｚのときにはタップ数が４８０となるが、既に説明したようにサンプリング周波数が２４０Ｈｚで分析可能であることを考えると、タップ数は、０．２／（１／２４０）＝４８となり、１〜３０次成分まで一括で分析する場合の１／１０でよいことになる。
【００２７】
また、適応デジタルフィルタ２５−２では、最小周波数は、４次成分において、５×４＝２０Ｈｚとなり、タップ長は、１／２０＝０．０５秒となり、サンプリング周波数が２４００Ｈｚの場合には、タップ数は、０．０５／（１／２４００）＝１２０となるが、既に説明したようにサンプリング周波数が７２０Ｈｚで分析可能であることを考えると、タップ数は、０．０５／（１／７２０）＝３６となり、１〜３０次成分まで一括で分析する場合の１／３以下でよいことになる。
【００２８】
推定段４１は、取り出した残差信号とマップ３１のデータとを比較することによって路面の状態を推定する。そのためには、残差信号の最大又は最小ピーク値の絶対値がしきい値を超えたか否かに応じて路面の状態を推定することが好ましい。
【００２９】
出力段５１は、推定段４１の推定結果すなわち推定した路面情報を、車両制御などにフィードバックし又はドライバーに情報提供する。出力段５１としては、警告灯や警告アラームを使用することが好ましい。また、路面情報を車両制御にフィードバックして、路面情報に応じた車両の制御（ＡＢＳ，ＶＳＣ等）に切り替えることもできる。
【００３０】
これまで説明した構成の本発明の路面状態推定装置では、正確なタイヤの回転数の信号がなくても、簡単かつ効果的にタイヤ１の回転に相関のある信号のみを出力信号として抽出することができる。すなわち、バーストなどのタイヤ１の回転に相関のある信号のみが出力信号に含まれ、縁石にのりあげるなどの一回のみの事象でタイヤ１の回転に相関のない信号は出力信号に含まれない。そのため、正確な路面の推定を行うことができる。なお、本実施の形態では、入力信号としてセンサ２で測定した振動、音の信号を利用した例を説明している。
【００３１】
図３は、本発明の路面状態推定装置で得られる各種信号を示す図である。図３において、乾いた路面、濡れた路面及び荒れた路面における、計測段１１によって計測された物理量（適応デジタルフィルタなし）、抽出段２１の帯域（次数）分割型適応デジタルフィルタの出力信号の値（タイヤ振動）、及びこれらの残差信号を示す。
【００３２】
図３に示すように、残差信号の最大又は最小ピーク値の絶対値が第１のしきい値２０を超えない場合には、路面が濡れていると推定でき、残差信号の最大又は最小ピーク値の絶対値が第１のしきい値２０を超えるが第２のしきい値４０を超えない場合には、路面が荒れていると推定でき、残差信号の最大又は最小ピーク値の絶対値が第２のしきい値４０を超える場合には、路面が乾いていると推定できる。
【００３３】
図４は、本発明における抽出段の他の例のブロック図である。この場合、抽出段２１は、可変サンプリング回路３２と、次数成分生成回路３３と、演算器３４−１，３４−２，３４−３，．．．，３４−ｎと、適応デジタルフィルタ３５−１，３５−２，３５−３，．．．，３５−ｎとを具え、次数成分生成回路３３が、１次成分成形部３３−１〜Ｎ（例えば、３０）次成分成形部３３−ｎとを有してもよい。この場合、適応デジタルフィルタ３５−１，３５−２，３５−３，．．．，３５−ｎを次数ごとに割り当てている。
【００３４】
適応デジタルフィルタ３５−１，３５−２，３５−３，．．．，３５−ｎは、それぞれ１周期の周期信号（サイン波又はコサイン波）に適応すればよいので、最低２タップで実現することができ、総タップ数は、１〜３０次の場合はが６０となり、ハード面（メモリ量の低減）からも非常に有利になる。また、適応デジタルフィルタ３５−１，３５−２，３５−３，．．．，３５−ｎはそれぞれ、一つの次数（サイン波）のみを担当するので、収束精度及び収束速度の面でも有利となる。
【００３５】
図５は、本発明における抽出段の他の例のブロック図である。この場合、抽出段２１は、可変サンプリング回路４２と、バンドパスフィルタ４３−１，４３−２，４３−３と、演算器４４−１，４４−２，４４−３と、適応デジタルフィルタ４５−１，４５−２，４５−３と、遅延回路４６−１，４６−２，４６−３とを具える。
【００３６】
本実施の形態では、バンドパスフィルタ４３−１は、１〜１０次成分を担当するために４〜８０Ｈｚのバンド幅を担当し、バンドパスフィルタ４３−２は、１１〜２０次成分を担当するために８０〜２００Ｈｚのバンド幅を担当し、バンドパスフィルタ４３−３は、２１〜３０次成分を担当するために２００〜５００Ｈｚのバンド幅を担当する。
【００３７】
回転（速度）信号などを用いて入力信号を可変サンプリングして、バンドパスフィルタ４３−１，４３−２，４３−３に入力される信号のサンプリングを一定とした場合、バンドパスフィルタ４３−１，４３−２，４３−３の設定は、基準周波数の次数成分でバンド幅を設定することができる。例えば、基準信号が１０Ｈｚのときには、バンドパスフィルタ４３−１は、１〜３次成分に相当する９〜３５Ｈｚのバンド幅を担当し、バンドパスフィルタ４３−２は、４〜９次成分に相当する４５〜９５Ｈｚのバンド幅を担当し、バンドパスフィルタ４３−３は、１０〜３０次に相当する９５〜３０５Ｈｚのバンド幅を担当する。
【００３８】
遅延回路４６−１，４６−２，４６−３は、周期信号を遅延するものであり、その遅延時間は、タイヤ１の１回転の時間間隔以下とすることが好ましいが、２回転以上の時間間隔又は１回転の時間より若干の長短の差がある時間間隔であっても、適応デジタルフィルタ６５−１，６５−２，６５−３の特性上、演算で回転に同期した周期成分を求めるのに不都合はない。
【００３９】
また、タイヤ１の１回転の時間間隔は、回転数（走行速度）によって変化する場合でも適応デジタルフィルタ４５−１，４５−２，４５−３のサンプリング周期及びタップ長を適切に設定することによって対応可能である。さらに、低速、中速及び高速の３段階の遅延時間を予め設定し、速度に応じて遅延回路４６−１，４６−２，４６−３の遅延時間を３段階に変化させることもできる。当然、車両の速度を常時測定し、その速度に応じて遅延回路４６−１，４６−２，４６−３の遅延時間をリアルタイムで変化させることもできる。
【００４０】
図６は、本発明における抽出段の他の例のブロック図である。この場合、抽出段２１は、可変サンプリング回路５２と、バンドパスフィルタ５３−１，５３−２，５３−３と、演算器５４−１，５４−２，５４−３と、適応デジタルフィルタ５５−１，５５−２，５５−３と、遅延回路５６−１，５６−２，５６−３とを具える。本実施の形態では、遅延回路５６−１，５６−２，５６−３が周期信号の代わりに実信号を遅延させる点を除いて、図５に示す抽出段と同一構成を有する。
【００４１】
図７Ａ，Ｂはそれぞれ、本発明における抽出段の他の例のブロック図である。図７Ａにおいて、抽出段２１は、可変サンプリング回路６２と、遅延回路６３，６４と、適応デジタルフィルタ６５，６６と、演算器６７，６８とを具え、図７Ｂにおいて、抽出段２１は、可変サンプリング回路７２と、次数成分生成回路７３，７４と、適応デジタルフィルタ７５，７６と、演算器７７，７８とを具える。
【００４２】
図７Ａ，Ｂに示すように、可変サンプリングを実行するための可変サンプリング回路６２；７２を、計測段１１からのデータの入力部に設け、回転体の回転情報（車両の場合はＡＢＳ車輪速信号など）を用いて、入力信号のデータをある正規化した回転数（周期）となるようにサンプリングを可変にし、適応デジタルフィルタ６５，６６；７５，７６内での処理では見かけ上の周期を一定として処理できるようにするロジックを用いることで、回転体の回転速度（車両の場合は車速）の変化に十分対応することができる。
【００４３】
なお、図７Ａ，Ｂの抽出段を単一のユニットとし、このユニットを複数で直列に接続してもよく、この場合、抽出精度を更に向上することができる。また、図７Ａでは、遅延回路６３，６４を用いた例に対して可変サンプリング回路６２を設けた例を示し、図７Ｂでは、次数成分生成回路７３，７４を用いた例に対して可変サンプリング回路７２を設けた例を示したが、他の例、例えば、適応デジタルフィルタを多段に組み合わせたものも有効である。
【００４４】
また、図７Ｂに示すような次数成分生成回路７３，７４を用いた例では、可変サンプリング回路７２で正規化した回転数（周期）により次数成分を生成し、その信号及び入力信号を適応デジタルフィルタ７５で，７６用いることによって、抽出したい成分のみを抽出することができる。また、図７Ａでは、遅延回路６３，６４を、可変サンプリング回路６２と演算器６７との間及び適応デジタルフィルタ６５と演算器６８との間に配置したが、可変サンプリング回路６２と適応デジタルフィルタ６５との間及び適応デジタルフィルタ６５と適応デジタルフィルタ６６との間に配置してもよい。
【００４５】
また、判定段４１の他の例としては、適応デジタルフィルタ６５，６６；７５，７６から出力された出力信号に対して周波数分析を行い、回転体の任意の回転次数成分を回転信号からトラッキングして抽出し、その大きさを足し合わせた結果を、正常時と比較することによって異常時を判別することもできる。
【００４６】
さらに、可変サンプリング回路６２；７２を設けた適応デジタルフィルタ６５，６６；７５，７６を用いる場合、任意の周期で正規化されているので、固定した任意の次数成分の周波数を足し合わせることによって、正常時と異常時とを比較することができる。なお、次数成分は任意の複数の次数でもよい。また、周波数分析を行わなくても、任意の次数成分のフィルタをかけ、時間軸信号の大きさを比較してもよい。
【００４７】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
例えば、図１に示す例では、回転体として車両に装着されるタイヤを例にとって本発明を説明するが、回転中の回転体の異常を検知する目的であれば、タイヤ以外の回転体にも同様に本発明を適用できる。
【００４８】
上記実施の形態では、入力信号としてセンサで測定した振動、音の信号を利用した例を説明したが、入力信号としてＡＢＳの回転数信号を利用した場合も、同様に本発明を適用することができる。例えば、所定の周期のサイン波から構成される回転数信号には、既に説明したようにバースト及び縁石にのりあげた際の信号を含んでおり、そのような場合でも、その回転数信号を入力信号として抽出段を通過させることで、タイヤの回転に相関がある信号のみを含む出力信号を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の路面状態推定装置は、車両制御などにフィードバックして、更なる安全性の向上に役立てたり、ドライバーへの情報提供によって、安全運転につなげたりする全ての回転体の用途に適応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の路面状態推定装置の一例を説明するための図である。
【図２】本発明における抽出段の一例のブロック図である。
【図３】本発明の路面状態推定装置で得られる各種信号を示す図である。
【図４】本発明における抽出段の他の例のブロック図である。
【図５】本発明における抽出段の他の例のブロック図である。
【図６】本発明における抽出段の他の例のブロック図である。
【図７】本発明における抽出段の他の例のブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ タイヤ
２ センサ
３ 中央処理装置
１１ 計測段
２１ 抽出段
２２，３２，４２，５２，６２，７２ 可変サンプリング回路
２３，３３，７３，７４ 次数成分生成回路
２３−１，２３−２，２３−３，３３−１，３３−２，３３−３，．．．，３３−ｎ 合成波形成形部
２４−１，２４−２，２４−３，３４−１，３４−２，３４−３，．．．，３４−ｎ，４４−１，４４−２，４４−３，５４−１，５４−２，５４−３，６７，６８，７７，７８ 演算器
２５−１，２５−２，２５−３，３５−，３５−２，３５−３，．．．，３５−ｎ，４５−１，４５−２，４５−３，５５−１，５５−２，５５−３，６５，６６，７５，７６ 適応デジタルフィルタ
３１ マップ
４１ 推定段
５１ 出力段
５１ バースト部
４３−１，４３−２，４３−３，５３−１，５３−２，５３−３ バンドパスフィルタ
４６−１，４６−２，４６−３，５６−１，５６−２，５６−３，６３，６４ 遅延回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤなどの回転体が接触する路面の状態（乾いた路面、濡れた路面、荒れた路面等）を推定する路面状態推定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、凸凹、摩擦係数（ミュー；μ）等の路面の状態を推定するために、制動時のＡＢＳ信号から路面の状態を推定する方法や、カメラ画像などから光学的に推定する方法が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、制動時のＡＢＳ信号から路面の状態を推定する場合、車両の挙動から路面の状態を推定し、すなわち、制動などによってタイヤに力などを加え、その応答（例えば、スリップ）を見て路面の状態を推定しているので、車両の定常走行中ではタイヤの回転成分が車両の挙動に加わり、路面の状態を正確に反映しているとは限らない。したがって、路面の状態を精度よく推定するのが困難である。
【０００４】
また、路面の状態を光学的に推定する場合、画像を取得するためにカメラ（レンズ）を使用するため、水や泥のようなカメラの汚れの影響を受けやすく、路面の状態を精度よく推定するのが困難である。
【０００５】
なお、路面の状態を光学的に推定する場合には、使用する機器が高価であるため、実用化されていないのが現状である。
【０００６】
本発明の目的は、精度よく路面の状態を推定することができる路面状態推定装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による路面状態推定装置は、路面に接触する回転体の各種物理量を計測する計測手段と、前記計測手段で計測したデータから回転体の回転に同期した信号を抽出する適応デジタルフィルタを有し、前記計測手段で計測したデータと前記適応デジタルフィルタで抽出した回転に同期した信号とから、抽出した残りの信号を求める抽出手段と、前記抽出手段で抽出した残りの信号により路面の状態を推定する推定手段とを具えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、計測手段で計測したデータと適応デジタルフィルタで抽出した回転に同期した信号とから、抽出した残りの信号を求め、抽出した残りの信号により路面の状態を推定する。
【０００９】
したがって、回転体を車両のタイヤとした場合、タイヤに相関のある回転次数成分を、サスペンション、ホイール、ナックル、タイヤ等の車両の足回りの振動や音（路面の情報を含んだ信号）から精度よくかつほぼリアルタイムに分離して取り除くことによって、凸凹、摩擦係数（ミュー；μ）等の路面の状態に相関のある信号が抽出される。
【００１０】
路面状態が変化すると、タイヤとの接地状態が変化するので、タイヤ／路面間から発生する振動、音、歪み等が変化することが知られている。しかしながら、タイヤ近傍の足回りの振動や音から路面の状態を推定する場合、タイヤ自身が発生する音や振動（タイヤのユニフォーミティに起因する回転速度に相関のある回転次数成分）が含まれるため、精度の良い路面の状態の推定が困難である。
【００１１】
本発明のように適応デジタルフィルタを用いることによって、車速、走行モード、タイヤの変化等にも適合しながら回転体（例えば、タイヤ）に相関のある成分（例えば、タイヤの回転次数成分）を振動や音から精度よくほぼリアルタイムに抽出し及び分離することができる。
【００１２】
推定した路面の状態は、車両制御などにフィードバックして、更なる安全性の向上に役立つことが期待される。また、ドライバーへの情報提供によって、安全運転につなげることもできる。路面の状態の推定は、求めた信号の最大又は最小ピーク値の絶対値がしきい値を超えたか否かに応じて行うのが好ましい。
【００１３】
好適には、前記計測手段で計測する回転体の各種物理量が、振動、音、回転数、歪又は変位であり、前記抽出手段で回転に同期した信号を抽出するにあたり、前記計測手段で計測したデータを遅延させたデータを利用する。この場合、前記データの遅延時間が回転体の１回転に対応する時間であり、前記データを遅延させるための遅延回路を、前記計測手段からのデータの入力部と前記適応デジタルフィルタとの間の信号ライン又は前記計測手段からのデータの入力部と回転に相関のない信号を求めるための演算器との間の信号ラインに設ける。
【００１４】
好適には、前記抽出手段で回転に同期した信号を抽出するに当たり、前記計測手段で計測したデータのうち回転情報のデータから回転周期を算出して生成した次数成分を利用する。この場合、次数成分を生成するための次数成分生成回路を、前記計測手段からの回転情報のデータの入力部と適応デジタルフィルタとの間の信号ラインに設ける。
【００１５】
好適には、前記抽出手段で回転に同期した信号を抽出するにあたり、前記計測手段で計測したデータを、前記計測手段で計測したデータのうち回転速度情報のデータに応じて可変サンプリングして、見かけ上の周期を一定にする。この場合、可変サンプリングを実行するための可変サンプリング回路を、前記計測手段からのデータの入力部に設ける。これによって、車速の変化に対しても適応デジタルフィルタの追従性が向上して、安定した信号の抽出が可能になる（抽出精度の向上）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明による路面状態推定装置及び方法の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の路面状態推定装置の一例を説明するための図である。図１において、１は、路面に接触する回転体としての車両のタイヤを表し、２は、各タイヤ１に装着した振動又は音と回転情報（ＡＢＳなど）のうちの少なくとも一方を計測するためのセンサを表し、３は、各センサ２からの信号に基づいて路面の状態を推定する中央処理装置を表す。本発明の路面状態推定装置は、各センサ２により振動や音のような物理量を計測する計測段１１と、計測段１１で計測したデータからタイヤ１の回転に同期した信号を抽出する抽出段２１と、路面の状態を推定する基準となるマップ（データベース）３１と、計測段１１で計測された物理量、抽出段２１で抽出された信号及びマップ３１から路面の状態（例えば、乾いた路面、濡れた路面、荒れた路面等）を推定する推定段４１と、車両制御などのためにフィードバックしたり、ドライバーに情報提供したりするために、推定段４１の推定結果を出力する出力段５１とを具える。
【００１７】
計測段１１は、サスペンション、ホイール、ナックル、タイヤ１等の車両の足回りの音若しくは振動（センサ２により測定）又はＡＢＳなどの回転数信号（センサ２は必要ない）を計測し、計測したデータをデジタル信号として抽出段２１に入力する。音を計測する場合は、センサ２として、マイクロフォンなどを使用する。振動を計測する場合は、センサ２として、加速度計、速度計、変位計等を使用する。また、車両がＡＢＳ（Anti-lock Brake System）を装着している場合は、ＡＢＳの回転数信号を使用することができる。この場合はセンサ２を設ける必要がなく、簡易な構成とすることができる。ＡＢＳ以外でも、その他の方法で回転数を計測し、その回転数信号を使用することもできる。さらに、後に説明する次数成分生成回路及び可変サンプリング回路を用いる場合は、図示しない車輪速信号計測段によって各車輪の車輪速信号（ＡＢＳ信号など）を別途計測しておく必要がある。また、歪を計測する場合は、センサ２として歪ゲージなどを使用し、変位を計測する場合は、センサ２として変位計などを使用する。
【００１８】
抽出段２１としては、解析周波数帯域を分割した適応デジタルフィルタ（この場合、３段分割）を用いて、タイヤ１の回転に同期した周期成分を抽出するとともに、計測段１１で計測したデータと、適応デジタルフィルタで抽出したタイヤ１の回転に同期した信号とから、抽出した残りの信号を求める。。すなわち、図２に抽出段２１の一例の構成を示すように、抽出段２１では、計測段１１で計測した振動に起因する振動信号を可変サンプリング回路２２に入力するとともに、計測段１１で計測しない回転数に起因する回転（速度）信号を可変サンプリング回路２２及び次数成分生成回路２３の合成波形成形部２３−１〜２３−３に入力し、計測段１１によって計測された物理量のデジタル信号の値から抽出段２１の帯域（次数）分割型適応デジタルフィルタの出力信号の値を減算して、残差信号を取り出す。
【００１９】
合成波形成形部２３−１は、１次からＭ次の合成波形を成形し、合成波形成形部２３−２は、Ｍ＋１次からＮ次の合成波形を成形し、合成波形成形部２３−３は、Ｎ＋１次からＰ次の合成波形を成形する。例えば、Ｍ，Ｎ，Ｐを３，９，３０とする。合成波波形成形部２３−１〜２３−３からの出力信号と、リファレンス信号として演算器２４−１〜２４−３を通じて適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３に供給される上記出力信号とが、適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３においてそれぞれリアルタイムで演算され、出力信号としてタイヤ１の周期に相関のある信号が出力される。そのため、出力信号は、タイヤ１の回転に相関のある信号（周期的な信号）として求めることができる。求めた出力信号は、推定段４１に入力される。
【００２０】
適応デジタルフィルタ２３は従来から知られている任意のタイプのもの（ＦＩＲ型、ＩＩＲ型等）を使用することができる。図２に示す例では、計測段１１で計測したデジタルデータから構成されるリファレンス信号と、適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３の出力信号とを、演算器２４−１〜２４−３で演算して両者の差を求め、それをエラー信号として求めている。したがって、エラー信号は、タイヤ１の回転に無関係の、例えば、路面や車体に寄与した信号（ランダムな信号）として求めることができる。そして、求めたエラー信号を適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３の係数変更部にフィードバックして、エラー信号に応じて適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３の係数をそれぞれ動的に変更させ、適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３の最適化を図っている。エラー信号及び入力信号を用いて適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３の係数を変更する方法としては、従来からフィルタリングパラメータ更新アルゴリズムとして知られているＬＭＳ(Least Mean Square)法、ニュートン法あるいは最急下法などの適応アルゴリズムを用いることができる。また、その他好適に利用できる適応アルゴリズムとして、複素ＬＭＳアルゴリズム(Complex Least means Square Algorithm)、Normalized ＬＭＳアルゴリズム(Normalized Least means Square Algorithm)、射影アルゴリズム(Projection Algorithm)、ＳＨＡＲＦアルゴリズム(Simple Hyperstable Adaptive Recursive Filter Algorithm)、ＲＬＳアルゴリズム(Recursive Least Square Algorithm)、ＦＬＭＳアルゴリズム(Fast Least Mean Square Algorithm)、ＤＣＴを用いた適応フィルタ(Adaptive Filter using Discrete Cosine Transform)、ＳＡＮフィルタ(Single Frequency Adaptive Notch Filter)、ニューラルネットワーク(Neural Network)、遺伝的アルゴリズム(Genetic Algorithm)を用いることができる。
【００２１】
適応デジタルフィルタ２５−１〜２５−３の各々のサンプリング周波数は、分析対象周波数の最大周波数（最大次数）で決定され、通常、ＦＦＴなどの後処理における誤差などを考慮して上記最大周波数の４倍程度に設定される。実際に回転体の回転数が変化する場合には、最高回転数のときに最も周波数が高くなるので、最高回転数の場合を考慮する必要がある。以下の例では、タイヤの異常検知を考慮し、タイヤ回転数が５Ｈｚ（≒４０ｋｍ／ｈｒ）〜２０Ｈｚ（≒１５０ｋｍ／ｈｒ）で変化する場合を想定して見積もるものとする。
【００２２】
１〜３０次成分まで一括で分析する場合、１次成分が２０Ｈｚであれば３０次成分が２０×３０＝６００Ｈｚとなり、サンプリング周波数を２４００Ｈｚ以上に設定することになる。
【００２３】
図２において、Ｍ，Ｎ，Ｐを３，９，３０とした場合、適応デジタルフィルタ２５−１では分析対象が１〜３次成分であるので、最大周波数は、３次成分において、２０×３＝６０Ｈｚとなり、サンプリング周波数は、６０×４＝２４０Ｈｚ以上となる。したがって、適応デジタルフィルタ２５−１のサンプリング周波数は、１〜３０次成分まで一括で分析する場合の１／１０でよいことになる。また、適応デジタルフィルタ２５−２では、最大周波数は、９次成分において、２０×９＝１８０Ｈｚとなり、サンプリング周波数は、７２０Ｈｚ以上となる。さらに、適応デジタルフィルタ２５−３では、最大周波数は、３０次成分において、２０×３０＝６００Ｈｚとなり、サンプリング周波数は、２４００Ｈｚ以上になる。
【００２４】
適応デジタルフィルタのタップ長は、最低次数の分析対象周波数の周期の１倍程度の時間長さとなるように決定され、係数の数（タップ数）は、タップ長をサンプリング周期（サンプリング周波数の逆数）で除算した値となる。実際に回転数が変動する場合には、最低回転数のときが最も周波数が低くなるので、最低回転数を考慮する必要がある。
【００２５】
１〜３０次成分まで一括で分析する場合、最低次数が１次で５Ｈｚとすると、タップ長は、１／５＝０．６秒となり、サンプリング周波数が２４００Ｈｚのときには、タップ数は、０．２／（１／２４００）＝４８０となる。
【００２６】
図２において、Ｍ，Ｎ，Ｐを３，９，３０とした場合、適応デジタルフィルタ２５−１では分析対象が１〜３次成分であるので、サンプリング周波数が２４００Ｈｚのときにはタップ数が４８０となるが、既に説明したようにサンプリング周波数が２４０Ｈｚで分析可能であることを考えると、タップ数は、０．２／（１／２４０）＝４８となり、１〜３０次成分まで一括で分析する場合の１／１０でよいことになる。
【００２７】
また、適応デジタルフィルタ２５−２では、最小周波数は、４次成分において、５×４＝２０Ｈｚとなり、タップ長は、１／２０＝０．０５秒となり、サンプリング周波数が２４００Ｈｚの場合には、タップ数は、０．０５／（１／２４００）＝１２０となるが、既に説明したようにサンプリング周波数が７２０Ｈｚで分析可能であることを考えると、タップ数は、０．０５／（１／７２０）＝３６となり、１〜３０次成分まで一括で分析する場合の１／３以下でよいことになる。
【００２８】
推定段４１は、取り出した残差信号とマップ３１のデータとを比較することによって路面の状態を推定する。そのためには、残差信号の最大又は最小ピーク値の絶対値がしきい値を超えたか否かに応じて路面の状態を推定することが好ましい。
【００２９】
出力段５１は、推定段４１の推定結果すなわち推定した路面情報を、車両制御などにフィードバックし又はドライバーに情報提供する。出力段５１としては、警告灯や警告アラームを使用することが好ましい。また、路面情報を車両制御にフィードバックして、路面情報に応じた車両の制御（ＡＢＳ，ＶＳＣ等）に切り替えることもできる。
【００３０】
これまで説明した構成の本発明の路面状態推定装置では、正確なタイヤの回転数の信号がなくても、簡単かつ効果的にタイヤ１の回転に相関のある信号のみを出力信号として抽出することができる。すなわち、バーストなどのタイヤ１の回転に相関のある信号のみが出力信号に含まれ、縁石にのりあげるなどの一回のみの事象でタイヤ１の回転に相関のない信号は出力信号に含まれない。そのため、正確な路面の推定を行うことができる。なお、本実施の形態では、入力信号としてセンサ２で測定した振動、音の信号を利用した例を説明している。
【００３１】
図３は、本発明の路面状態推定装置で得られる各種信号を示す図である。図３において、乾いた路面、濡れた路面及び荒れた路面における、計測段１１によって計測された物理量（適応デジタルフィルタなし）、抽出段２１の帯域（次数）分割型適応デジタルフィルタの出力信号の値（タイヤ振動）、及びこれらの残差信号を示す。
【００３２】
図３に示すように、残差信号の最大又は最小ピーク値の絶対値が第１のしきい値２０を超えない場合には、路面が濡れていると推定でき、残差信号の最大又は最小ピーク値の絶対値が第１のしきい値２０を超えるが第２のしきい値４０を超えない場合には、路面が荒れていると推定でき、残差信号の最大又は最小ピーク値の絶対値が第２のしきい値４０を超える場合には、路面が乾いていると推定できる。
【００３３】
図４は、本発明における抽出段の他の例のブロック図である。この場合、抽出段２１は、可変サンプリング回路３２と、次数成分生成回路３３と、演算器３４−１，３４−２，３４−３，．．．，３４−ｎと、適応デジタルフィルタ３５−１，３５−２，３５−３，．．．，３５−ｎとを具え、次数成分生成回路３３が、１次成分成形部３３−１〜Ｎ（例えば、３０）次成分成形部３３−ｎとを有してもよい。この場合、適応デジタルフィルタ３５−１，３５−２，３５−３，．．．，３５−ｎを次数ごとに割り当てている。
【００３４】
適応デジタルフィルタ３５−１，３５−２，３５−３，．．．，３５−ｎは、それぞれ１周期の周期信号（サイン波又はコサイン波）に適応すればよいので、最低２タップで実現することができ、総タップ数は、１〜３０次の場合はが６０となり、ハード面（メモリ量の低減）からも非常に有利になる。また、適応デジタルフィルタ３５−１，３５−２，３５−３，．．．，３５−ｎはそれぞれ、一つの次数（サイン波）のみを担当するので、収束精度及び収束速度の面でも有利となる。
【００３５】
図５は、本発明における抽出段の他の例のブロック図である。この場合、抽出段２１は、可変サンプリング回路４２と、バンドパスフィルタ４３−１，４３−２，４３−３と、演算器４４−１，４４−２，４４−３と、適応デジタルフィルタ４５−１，４５−２，４５−３と、遅延回路４６−１，４６−２，４６−３とを具える。
【００３６】
本実施の形態では、バンドパスフィルタ４３−１は、１〜１０次成分を担当するために４〜８０Ｈｚのバンド幅を担当し、バンドパスフィルタ４３−２は、１１〜２０次成分を担当するために８０〜２００Ｈｚのバンド幅を担当し、バンドパスフィルタ４３−３は、２１〜３０次成分を担当するために２００〜５００Ｈｚのバンド幅を担当する。
【００３７】
回転（速度）信号などを用いて入力信号を可変サンプリングして、バンドパスフィルタ４３−１，４３−２，４３−３に入力される信号のサンプリングを一定とした場合、バンドパスフィルタ４３−１，４３−２，４３−３の設定は、基準周波数の次数成分でバンド幅を設定することができる。例えば、基準信号が１０Ｈｚのときには、バンドパスフィルタ４３−１は、１〜３次成分に相当する９〜３５Ｈｚのバンド幅を担当し、バンドパスフィルタ４３−２は、４〜９次成分に相当する４５〜９５Ｈｚのバンド幅を担当し、バンドパスフィルタ４３−３は、１０〜３０次に相当する９５〜３０５Ｈｚのバンド幅を担当する。
【００３８】
遅延回路４６−１，４６−２，４６−３は、周期信号を遅延するものであり、その遅延時間は、タイヤ１の１回転の時間間隔以下とすることが好ましいが、２回転以上の時間間隔又は１回転の時間より若干の長短の差がある時間間隔であっても、適応デジタルフィルタ６５−１，６５−２，６５−３の特性上、演算で回転に同期した周期成分を求めるのに不都合はない。
【００３９】
また、タイヤ１の１回転の時間間隔は、回転数（走行速度）によって変化する場合でも適応デジタルフィルタ４５−１，４５−２，４５−３のサンプリング周期及びタップ長を適切に設定することによって対応可能である。さらに、低速、中速及び高速の３段階の遅延時間を予め設定し、速度に応じて遅延回路４６−１，４６−２，４６−３の遅延時間を３段階に変化させることもできる。当然、車両の速度を常時測定し、その速度に応じて遅延回路４６−１，４６−２，４６−３の遅延時間をリアルタイムで変化させることもできる。
【００４０】
図６は、本発明における抽出段の他の例のブロック図である。この場合、抽出段２１は、可変サンプリング回路５２と、バンドパスフィルタ５３−１，５３−２，５３−３と、演算器５４−１，５４−２，５４−３と、適応デジタルフィルタ５５−１，５５−２，５５−３と、遅延回路５６−１，５６−２，５６−３とを具える。本実施の形態では、遅延回路５６−１，５６−２，５６−３が周期信号の代わりに実信号を遅延させる点を除いて、図５に示す抽出段と同一構成を有する。
【００４１】
図７Ａ，Ｂはそれぞれ、本発明における抽出段の他の例のブロック図である。図７Ａにおいて、抽出段２１は、可変サンプリング回路６２と、遅延回路６３，６４と、適応デジタルフィルタ６５，６６と、演算器６７，６８とを具え、図７Ｂにおいて、抽出段２１は、可変サンプリング回路７２と、次数成分生成回路７３，７４と、適応デジタルフィルタ７５，７６と、演算器７７，７８とを具える。
【００４２】
図７Ａ，Ｂに示すように、可変サンプリングを実行するための可変サンプリング回路６２；７２を、計測段１１からのデータの入力部に設け、回転体の回転情報（車両の場合はＡＢＳ車輪速信号など）を用いて、入力信号のデータをある正規化した回転数（周期）となるようにサンプリングを可変にし、適応デジタルフィルタ６５，６６；７５，７６内での処理では見かけ上の周期を一定として処理できるようにするロジックを用いることで、回転体の回転速度（車両の場合は車速）の変化に十分対応することができる。
【００４３】
なお、図７Ａ，Ｂの抽出段を単一のユニットとし、このユニットを複数で直列に接続してもよく、この場合、抽出精度を更に向上することができる。また、図７Ａでは、遅延回路６３，６４を用いた例に対して可変サンプリング回路６２を設けた例を示し、図７Ｂでは、次数成分生成回路７３，７４を用いた例に対して可変サンプリング回路７２を設けた例を示したが、他の例、例えば、適応デジタルフィルタを多段に組み合わせたものも有効である。
【００４４】
また、図７Ｂに示すような次数成分生成回路７３，７４を用いた例では、可変サンプリング回路７２で正規化した回転数（周期）により次数成分を生成し、その信号及び入力信号を適応デジタルフィルタ７５で，７６用いることによって、抽出したい成分のみを抽出することができる。また、図７Ａでは、遅延回路６３，６４を、可変サンプリング回路６２と演算器６７との間及び適応デジタルフィルタ６５と演算器６８との間に配置したが、可変サンプリング回路６２と適応デジタルフィルタ６５との間及び適応デジタルフィルタ６５と適応デジタルフィルタ６６との間に配置してもよい。
【００４５】
また、判定段４１の他の例としては、適応デジタルフィルタ６５，６６；７５，７６から出力された出力信号に対して周波数分析を行い、回転体の任意の回転次数成分を回転信号からトラッキングして抽出し、その大きさを足し合わせた結果を、正常時と比較することによって異常時を判別することもできる。
【００４６】
さらに、可変サンプリング回路６２；７２を設けた適応デジタルフィルタ６５，６６；７５，７６を用いる場合、任意の周期で正規化されているので、固定した任意の次数成分の周波数を足し合わせることによって、正常時と異常時とを比較することができる。なお、次数成分は任意の複数の次数でもよい。また、周波数分析を行わなくても、任意の次数成分のフィルタをかけ、時間軸信号の大きさを比較してもよい。
【００４７】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
例えば、図１に示す例では、回転体として車両に装着されるタイヤを例にとって本発明を説明するが、回転中の回転体の異常を検知する目的であれば、タイヤ以外の回転体にも同様に本発明を適用できる。
【００４８】
上記実施の形態では、入力信号としてセンサで測定した振動、音の信号を利用した例を説明したが、入力信号としてＡＢＳの回転数信号を利用した場合も、同様に本発明を適用することができる。例えば、所定の周期のサイン波から構成される回転数信号には、既に説明したようにバースト及び縁石にのりあげた際の信号を含んでおり、そのような場合でも、その回転数信号を入力信号として抽出段を通過させることで、タイヤの回転に相関がある信号のみを含む出力信号を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の路面状態推定装置は、車両制御などにフィードバックして、更なる安全性の向上に役立てたり、ドライバーへの情報提供によって、安全運転につなげたりする全ての回転体の用途に適応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の路面状態推定装置の一例を説明するための図である。
【図２】本発明における抽出段の一例のブロック図である。
【図３】本発明の路面状態推定装置で得られる各種信号を示す図である。
【図４】本発明における抽出段の他の例のブロック図である。
【図５】本発明における抽出段の他の例のブロック図である。
【図６】本発明における抽出段の他の例のブロック図である。
【図７】本発明における抽出段の他の例のブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ タイヤ
２ センサ
３ 中央処理装置
１１ 計測段
２１ 抽出段
２２，３２，４２，５２，６２，７２ 可変サンプリング回路
２３，３３，７３，７４ 次数成分生成回路
２３−１，２３−２，２３−３，３３−１，３３−２，３３−３，．．．，３３−ｎ 合成波形成形部
２４−１，２４−２，２４−３，３４−１，３４−２，３４−３，．．．，３４−ｎ，４４−１，４４−２，４４−３，５４−１，５４−２，５４−３，６７，６８，７７，７８ 演算器
２５−１，２５−２，２５−３，３５−，３５−２，３５−３，．．．，３５−ｎ，４５−１，４５−２，４５−３，５５−１，５５−２，５５−３，６５，６６，７５，７６ 適応デジタルフィルタ
３１ マップ
４１ 推定段
５１ 出力段
５１ バースト部
４３−１，４３−２，４３−３，５３−１，５３−２，５３−３ バンドパスフィルタ
４６−１，４６−２，４６−３，５６−１，５６−２，５６−３，６３，６４ 遅延回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面に接触する回転体の各種物理量を計測する計測手段と、前記計測手段で計測したデータから回転体の回転に同期した信号を抽出する適応デジタルフィルタを有し、前記計測手段で計測したデータと前記適応デジタルフィルタで抽出した回転に同期した信号とから、抽出した残りの信号を求める抽出手段と、前記抽出手段で抽出した残りの信号により路面の状態を推定する推定手段とを具えることを特徴とする路面状態推定装置。
【請求項２】
前記求めた信号の最大又は最小ピーク値の絶対値がしきい値を超えたか否かに応じて路面の状態を推定することを特徴とする請求項１記載の路面状態推定装置。
【請求項３】
前記計測手段で計測する回転体の各種物理量が、振動、音、回転数、歪又は変位であることを特徴とする請求項１又は２に記載の路面状態推定装置。
【請求項４】
前記抽出手段で回転に同期した信号を抽出するにあたり、前記計測手段で計測したデータを遅延させたデータを利用することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の路面状態推定装置。
【請求項５】
前記データの遅延時間が回転体の１回転に対応する時間であることを特徴とする請求項４記載の路面状態推定装置。
【請求項６】
前記データを遅延させるための遅延回路を、前記計測手段からのデータの入力部と前記適応デジタルフィルタとの間の信号ラインに設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の路面状態推定装置。
【請求項７】
前記データを遅延させるための遅延回路を、前記計測手段からのデータの入力部と回転に相関のない信号を求めるための演算器との間の信号ラインに設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の路面状態推定装置。
【請求項８】
前記抽出手段で回転に同期した信号を抽出するにあたり、前記計測手段で計測したデータのうち回転情報のデータから回転周期を算出して生成した次数成分を利用することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の路面状態推定装置。
【請求項９】
次数成分を生成するための次数成分生成回路を、前記計測手段からの回転情報のデータの入力部と適応デジタルフィルタとの間の信号ラインに設けたことを特徴とする請求項８記載の路面状態推定装置。
【請求項１０】
前記抽出手段で回転に同期した信号を抽出するにあたり、前記計測手段で計測したデータを、前記計測手段で計測したデータのうち回転速度情報のデータに応じて可変サンプリングして、見かけ上の周期を一定にすることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の路面状態推定装置。
【請求項１１】
可変サンプリングを実行するための可変サンプリング回路を、前記計測手段からのデータの入力部に設けたことを特徴とする請求項１０記載の路面状態推定装置。
【請求項１】
路面に接触する回転体の各種物理量を計測する計測手段と、前記計測手段で計測したデータから回転体の回転に同期した信号を抽出する適応デジタルフィルタを有し、前記計測手段で計測したデータと前記適応デジタルフィルタで抽出した回転に同期した信号とから、抽出した残りの信号を求める抽出手段と、前記抽出手段で抽出した残りの信号により路面の状態を推定する推定手段とを具えることを特徴とする路面状態推定装置。
【請求項２】
前記求めた信号の最大又は最小ピーク値の絶対値がしきい値を超えたか否かに応じて路面の状態を推定することを特徴とする請求項１記載の路面状態推定装置。
【請求項３】
前記計測手段で計測する回転体の各種物理量が、振動、音、回転数、歪又は変位であることを特徴とする請求項１又は２に記載の路面状態推定装置。
【請求項４】
前記抽出手段で回転に同期した信号を抽出するにあたり、前記計測手段で計測したデータを遅延させたデータを利用することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の路面状態推定装置。
【請求項５】
前記データの遅延時間が回転体の１回転に対応する時間であることを特徴とする請求項４記載の路面状態推定装置。
【請求項６】
前記データを遅延させるための遅延回路を、前記計測手段からのデータの入力部と前記適応デジタルフィルタとの間の信号ラインに設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の路面状態推定装置。
【請求項７】
前記データを遅延させるための遅延回路を、前記計測手段からのデータの入力部と回転に相関のない信号を求めるための演算器との間の信号ラインに設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の路面状態推定装置。
【請求項８】
前記抽出手段で回転に同期した信号を抽出するにあたり、前記計測手段で計測したデータのうち回転情報のデータから回転周期を算出して生成した次数成分を利用することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の路面状態推定装置。
【請求項９】
次数成分を生成するための次数成分生成回路を、前記計測手段からの回転情報のデータの入力部と適応デジタルフィルタとの間の信号ラインに設けたことを特徴とする請求項８記載の路面状態推定装置。
【請求項１０】
前記抽出手段で回転に同期した信号を抽出するにあたり、前記計測手段で計測したデータを、前記計測手段で計測したデータのうち回転速度情報のデータに応じて可変サンプリングして、見かけ上の周期を一定にすることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の路面状態推定装置。
【請求項１１】
可変サンプリングを実行するための可変サンプリング回路を、前記計測手段からのデータの入力部に設けたことを特徴とする請求項１０記載の路面状態推定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−３１４０２５（Ｐ２００７−３１４０２５Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４５３２９（Ｐ２００６−１４５３２９）
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
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