JP5183275B2 - 路面状態判定装置及び方法、並びに路面状態の判定プログラム - Google Patents
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そして、走行中の路面の滑りやすさを検出する方法として、例えば特許文献1には、車両の加速度とタイヤの回転スリップ率との関係から滑りやすさを判定する方法が開示されている。この特許文献1記載の方法では、相関係数の値が設定値以上の場合における、加速度とスリップ率の1次の回帰係数の値と、予め設定された閾値とを比較することによりタイヤと路面との摩擦係数を判定している。
車両の速度を前記タイヤの回転速度に同期して算出する車両速度算出手段と、
算出された車両速度と検出されたタイヤの回転速度とから、前記車両の駆動輪タイヤの回転スリップ率を演算する回転スリップ率演算手段と、
車両の速度算出に同期して当該車両の加速度を算出する車両加速度算出手段と、
回転スリップ率と加速度とをそれぞれ移動平均し、移動平均された車両の加速度とタイヤのスリップ率との1次の回帰係数と相関係数を求める演算手段と、
得られた相関係数が所定の値以上の場合に、1次の回帰係数に基づいて路面状態判定の閾値を設定する閾値設定手段と、
前記閾値を設定したときの1次の回帰係数とは異なる、走行中にさらに得られた1次の回帰係数の値と前記閾値との関係から、前記車両が走行中の路面の滑り易さを数値化する数値化手段と
を備えており、
前記数値化手段は、
走行中に算出される1次の回帰係数の値が前記閾値以下であり、且つ、当該閾値を設定したときの1次の回帰係数以上である場合に、
設定された閾値SHに、タイヤのスティッフネスに応じて設定される所定の定数Aを乗じた値と閾値を設定したときの1次の回帰係数STとの差分に対する、走行中に算出される1次の回帰係数の値JDと前記1次の回帰係数STとの差分の割合Rを算出し、
得られるRに基づいて、所定の換算式に従い路面の摩擦係数μを換算するように構成されていることを特徴としている。
前記閾値は、過去の経験値により求めた式から求めることができ、1次の回帰係数をKs1とすると、例えばL(閾値)=6×Ks12+0.4×Ks1+0.04により自動的に求めることができる。
θ=180×R及び
μ=(cosθ+1.2)/2
に従い求めることができる。この場合、路面の摩擦係数μを所定範囲内の数値として表現することができ、滑り易い路面ほど小さな値となるように算出することができる。
車両の速度を前記タイヤの回転速度に同期して算出する工程と、
算出された車両速度と検出されたタイヤの回転速度とから、前記車両の駆動輪タイヤの回転スリップ率を演算する工程と、
車両の速度算出に同期して当該車両の加速度を算出する工程と、
回転スリップ率と加速度とをそれぞれ移動平均し、移動平均された車両の加速度とタイヤのスリップ率との1次の回帰係数と相関係数を求める工程と、
得られた相関係数が所定の値以上の場合に、1次の回帰係数に基づいて路面状態判定の閾値を設定する工程と、
さらに得られた1次の回帰係数の値と前記閾値との関係から、前記車両が走行中の路面の滑り易さを数値化する工程と
を含んでおり、
前記数値化する工程において、
走行中に算出される1次の回帰係数の値が前記閾値以下であり、且つ、当該閾値を設定したときの1次の回帰係数以上である場合に、
設定された閾値SHに所定の定数Aを乗じた値と閾値を設定したときの1次の回帰係数STとの差分に対する、走行中に算出される1次の回帰係数の値JDと前記1次の回帰係数STとの差分の割合Rを算出し、
得られるRに基づいて、所定の換算式に従い路面の摩擦係数μを換算することを特徴としている。
θ=180×R及び
μ=(cosθ+1.2)/2
に従い求めることができる。この場合、路面の摩擦係数μを所定範囲内の数値として表現することができ、滑り易い路面ほど小さな値となるように算出することができる。
前記数値化手段は、
走行中に算出される1次の回帰係数の値が前記閾値以下であり、且つ、当該閾値を設定したときの1次の回帰係数以上である場合に、
設定された閾値SHに、タイヤのスティッフネスに応じて設定される所定の定数Aを乗じた値と閾値を設定したときの1次の回帰係数STとの差分に対する、走行中に算出される1次の回帰係数の値JDと前記1次の回帰係数STとの差分の割合Rを算出し、
得られるRに基づいて、所定の換算式に従い路面の摩擦係数μを換算するように構成されていることを特徴としている。
図1に示されるように、本発明の一実施の形態に係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(左前輪)、FR(右前輪)、RL(左後輪)及びRR(右後輪)の車輪回転情報を検出するため、各タイヤに関連して設けられた通常の車輪速度検出手段(車輪回転情報検出手段)1を備えている。
(1)まず、車両の4輪タイヤFL、FR、RL及びRRのそれぞれの回転速度を所定の周期ΔT(例えば、50msec)でサンプリングし、この回転速度から車輪速度(V1n、V2n、V3n、V4n)を算出する。
Vfn=(V3n+V4n)/2・・・・・・(1)
Vdn=(V1n+V2n)/2・・・・・・(2)
Dist=Vfn×Δt・・・・・・(3)
ここで、Δtは車輪速データから算出される従動輪のVfnとVfn-1の時間間隔(サンプリング時間)である。
Afn=(Vfn−Vfn-1)/Δt/g・・・・・・(4)
まず、加速状態で、駆動輪がロック状態で車両が滑っているとき(Vdn=0、Vfn≠0)や、減速状態で、車両が停止状態で駆動輪がホイールスピンを起こしているとき(Vfn=0、Vdn≠0)は、起こり得ないものとして、スリップ率を次の式(5)、(6)により演算する。
Afn≧0及びVdn≠0である場合、
Sn=(Vfn−Vdn)/Vdn・・・・・・(5)
Afn<0及びVfn≠0である場合、
Sn=(Vfn−Vdn)/Vfn・・・・・・(6)
前記以外の場合は、Sn=0とする。
スリップ率については、
MSn=(S1+S2+・・・+Sn)/20・・・・・・(7)
MSn+1=(S2+S3+・・・+Sn+1)/20・・・・・・(8)
MSn+2=(S3+S4+・・・+Sn+2)/20・・・・・・(9)
また、車両の加減速度については、
MAfn=(Af1+Af2+・・・+Afn)/20・・・・・・(10)
MAfn+1=(Af2+Af3+・・・+Afn+1)/20・・・・・・(11)
MAfn+2=(Af3+Af4+・・・+Afn+2)/20・・・・・・(12)
移動平均されたスリップ率と車両の加減速度を、所定の個数N個(例えば、60個)ずつ集め、1次回帰係数(Ks)を次の式(13)及び(14)により求める。
また、相関係数(RS)はRS=Ks1×Ks2となる。
L=6×Ks12+0.4×Ks1+0.04・・・・・・(15)
そこで、あるタイヤにおけるアスファルトでの基準値を、例えば1.0とし、そのときに算出される閾値を0.1とし、走行中に測定(算出)された路面判定値(μ―s勾配の逆数)がこの基準値より小さければ、路面の摩擦係数を1.1とし、閾値よりも大きければ0.1とする。さらに、路面判定値が基準値以上であり、閾値以下である場合は、後述する関数に基づき、1.0〜0.1の間の数値として表現することを考案した。
これによると、すべての車両において、アスファルト走行時から滑り易い路面走行時までのあらゆる路面の摩擦係数を1.1〜0.1として表現することができ、滑り易い路面ほど小さな(0.1に近い)値となるように算出することができる。
すなわち、R=(JD−ST)/(A・SH−ST)を算出し、このRに基づいて摩擦係数(μ)を求めることができる。なお、Aは所定の定数であり、タイヤのスティッフネスに応じて、例えば0,9〜1.3の範囲内で経験的に設定することができる。スティッフネスが小さいときは、定数として大きめの値を採用し、逆にスティッフネスが大きいときは小さめの値を採用する。
前記Rの値からの、摩擦係数μの換算は、例えば次のようにして行うことが出来る。経験的にJDが閾値に近づくか、又は閾値を超えれば、確実に低μ路であると判断することができる。しかしながら、高μ路(アスファルト)を走行していても基準値から離れたJDが測定される場合が多いことが分かっている。
そこで、閾値にかなり近づかないと低μ路と判断しないように、JDの値からμ値を換算するときに三角関数を介する方法が考えられる。
図5は、かかる方法を説明する図であり、縦軸の値であるJDの値から、三角関数の曲線を利用してμ値を求めている。
具体的には、例えば以下の式(16)、(17)により摩擦係数(μ)を表現することができる。
θ=180×(JD−ST)/(1.2SH−ST)・・・・・・(16)
μ=(cosθ+1.2)/2・・・・・・(17)
ここに、(JD−ST)/(1.2SH−ST)は、定数Aを1.2としたときの前記Rを表している。
[実施例]
車両に装着された各タイヤの回転角速度を得るために、ABS制御に利用する回転速度情報を用いて、回転角速度に換算した。また、本実施例では、走行車両の位置をGPSを用いて算出しており、当該車両の絶対速度を得るためにVBOX(商品名。英国Race Logic社製GPS速度計)を車両に取り付けた。車両の速度は、シリアルデータとして直接PC(パーソナルコンピュータ)に出力され、この車両速度情報、及び前記回転速度情報を50msec毎にデジタルデータとして同期してPCに取り込めるようにした。
前述した式(4)に従い平均車両加減速度を求め、また式(5)、(6)に従いタイヤのスリップ率を求め、さらに平均車両加減速度及びスリップ率をそれぞれ移動平均処理し、移動平均されたスリップ率と車両の加減速度を、所定の個数(60個)ずつ集め、1次回帰係数(Ks)を前記式(13)及び(14)により求めた。
そして、相関係数(RS)が0.9以上のときのKs1から閾値Lを式(15)に代入して求めた。閾値であるLは、相関係数が高い場合にそのときのKs1によって更新し、そのときのKs1を基準値(ST)、そのときのLを閾値(SH)として、式(16)、(17)を用いて摩擦係数(μ)を求めた。
2 制御ユニット
2a インターフェース
2b CPU
2c ROM
2d RAM
3 表示器
4 初期化ボタン
5 警報器
Claims (5)
- 車両の4輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段と、
車両の速度を前記タイヤの回転速度に同期して算出する車両速度算出手段と、
算出された車両速度と検出されたタイヤの回転速度とから、前記車両の駆動輪タイヤの回転スリップ率を演算する回転スリップ率演算手段と、
車両の速度算出に同期して当該車両の加速度を算出する車両加速度算出手段と、
回転スリップ率と加速度とをそれぞれ移動平均し、移動平均された車両の加速度とタイヤのスリップ率との1次の回帰係数と相関係数を求める演算手段と、
得られた相関係数が所定の値以上の場合に、1次の回帰係数に基づいて路面状態判定の閾値を設定する閾値設定手段と、
前記閾値を設定したときの1次の回帰係数とは異なる、走行中にさらに得られた1次の回帰係数の値と前記閾値との関係から、前記車両が走行中の路面の滑り易さを数値化する数値化手段と
を備えており、
前記数値化手段は、
走行中に算出される1次の回帰係数の値が前記閾値以下であり、且つ、当該閾値を設定したときの1次の回帰係数以上である場合に、
設定された閾値SHに、タイヤのスティッフネスに応じて設定される所定の定数Aを乗じた値と閾値を設定したときの1次の回帰係数STとの差分に対する、走行中に算出される1次の回帰係数の値JDと前記1次の回帰係数STとの差分の割合Rを算出し、
得られるRに基づいて、所定の換算式に従い路面の摩擦係数μを換算するように構成されていることを特徴とする路面状態判定装置。 - 路面の摩擦係数μを
θ=180×R及び
μ=(cosθ+1.2)/2
に従い求める請求項1に記載の路面状態判定装置。 - 車両の4輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する工程と、
車両の速度を前記タイヤの回転速度に同期して算出する工程と、
算出された車両速度と検出されたタイヤの回転速度とから、前記車両の駆動輪タイヤの回転スリップ率を演算する工程と、
車両の速度算出に同期して当該車両の加速度を算出する工程と、
回転スリップ率と加速度とをそれぞれ移動平均し、移動平均された車両の加速度とタイヤのスリップ率との1次の回帰係数と相関係数を求める工程と、
得られた相関係数が所定の値以上の場合に、1次の回帰係数に基づいて路面状態判定の閾値を設定する工程と、
さらに得られた1次の回帰係数の値と前記閾値との関係から、前記車両が走行中の路面の滑り易さを数値化する工程と
を含んでおり、
前記数値化する工程において、
走行中に算出される1次の回帰係数の値が前記閾値以下であり、且つ、当該閾値を設定したときの1次の回帰係数以上である場合に、
設定された閾値SHに所定の定数Aを乗じた値と閾値を設定したときの1次の回帰係数STとの差分に対する、走行中に算出される1次の回帰係数の値JDと前記1次の回帰係数STとの差分の割合Rを算出し、
得られるRに基づいて、所定の換算式に従い路面の摩擦係数μを換算することを特徴とする路面状態判定方法。 - 路面の摩擦係数μを
θ=180×R及び
μ=(cosθ+1.2)/2
に従い求める請求項3に記載の路面状態判定方法。 - 路面状態を判定するためにコンピュータを、車両速度とタイヤの回転速度とから、車両の駆動輪タイヤの回転スリップ率を演算する回転スリップ率演算手段、車両の速度算出に同期して当該車両の加速度を算出する車両加速度算出手段、回転スリップ率と加速度とをそれぞれ移動平均し、移動平均された車両の加速度とタイヤのスリップ率との1次の回帰係数と相関係数を求める演算手段、得られた相関係数が所定の値以上の場合に、1次の回帰係数に基づいて路面状態判定の閾値を設定する閾値設定手段、及び、さらに得られた1次の回帰係数の値と前記閾値との関係から、前記車両が走行中の路面の滑り易さを数値化する数値化手段として機能させ、
前記数値化手段は、
走行中に算出される1次の回帰係数の値が前記閾値以下であり、且つ、当該閾値を設定したときの1次の回帰係数以上である場合に、
設定された閾値SHに、タイヤのスティッフネスに応じて設定される所定の定数Aを乗じた値と閾値を設定したときの1次の回帰係数STとの差分に対する、走行中に算出される1次の回帰係数の値JDと前記1次の回帰係数STとの差分の割合Rを算出し、
得られるRに基づいて、所定の換算式に従い路面の摩擦係数μを換算するように構成されていることを特徴とする路面状態の判定プログラム。
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