JP2006131137A - 車両用信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 走行中に検出した信号のみを用いて、車両の走行に関わる内部環境や外部環境を推定することのできる車両用信号処理装置の提供を目的とする。
【解決手段】 車両走行時に、車両バネ下におけるタイヤの所定方向の振動を検出する振動検出手段と、振動検出手段において検出した振動から、基準値となる周波数成分を所定の周波数帯域から抽出する基準周波数成分抽出手段と、振動検出手段において検出した振動から、比較値となる周波数成分を所定の周波数帯域から抽出する比較周波数成分抽出手段と、基準値となる周波数成分と比較値となる周波数成分とを含む周波数成分の組み合わせに基づいて、車両の走行に関わる内部環境と外部環境とのうち少なくとも１つの環境を推定する推定手段とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の走行に関わる内部環境や外部環境を推定する車両用信号処理装置に関する。

車両の走行安全性を向上させるため、たとえば、特許文献１に開示されているタイヤ空気圧検知装置が用いられる。

特許文献１に記載のタイヤ空気圧検知装置によれば、車輪速度センサの検出信号を周波数解析し、車両のバネ下の上下方向及び前後方向の共振周波数を算出し、この共振周波数に基づいてタイヤ空気圧の状態を検知する。これは、タイヤの空気圧が低下した場合、上下方向及び前後方向の共振周波数がともに低下することに着目したものであり、いずれか一方もしくは両方向の共振周波数と、正常なタイヤ空気圧に対応して設定されている初期周波数とを比較して、タイヤ空気圧の低下を警告するものである。
特開平５−１３３８３１号公報

しかしながら、正常なタイヤ空気圧に対応して設定されている初期周波数は、タイヤの種類によってそれぞれ異なる値をとる。従って、特許文献１に記載のタイヤ空気圧検知装置において、検知精度を向上させるには、車両に取り付けられたタイヤに対応する初期周波数を予め記憶させておかなければならない。また、使用者がタイヤを交換した場合には、何らかの手段によって、記憶させておいた初期周波数を変更する必要が生ずる。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、車両走行中に検出した信号を用いることによって、車両の走行に関わる内部環境や外部環境を推定することのできる車両用信号処理装置の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、車両走行時に、車両バネ下におけるタイヤの所定方向の振動を検出する振動検出手段と、振動検出手段において検出した振動から、基準値となる周波数成分を所定の周波数帯域から抽出する基準周波数成分抽出手段と、振動検出手段において検出した振動から、比較値となる周波数成分を所定の周波数帯域から抽出する比較周波数成分抽出手段と、基準値となる周波数成分と比較値となる周波数成分とを含む周波数成分の組み合わせに基づいて、車両の走行に関わる内部環境と外部環境とのうち少なくとも１つの環境を推定する推定手段とを有する車両用信号処理装置を特徴とする。また、振動検出手段は、少なくとも第１方向と第２方向との振動を検出し、基準周波数成分抽出手段は、第１方向の振動から基準値となる周波数成分を所定の周波数帯域から抽出し、比較周波数成分抽出手段は、第２方向の振動から比較値となる周波数成分を所定の周波数帯域から抽出してもよい。

このように、車両走行中に検出した周波数成分を組み合わせることにより、内部環境や外部環境の変化に応じて変更される初期値を予め記憶しておかなくても、精度良く環境を推定することができる。

また、方向は、車両の上下方向、車両の前後方向、車両の左右方向、タイヤの回転方向のうちいずれかとしてもよい。さらに、振動検出手段において、上下方向の振動は、車両バネ下の非回転部に取り付けられて上下方向の加速度を出力する加速度センサと、車輪速センサとのうち、いずれかの信号から検出してもよいし、前後方向の振動は、車両バネ下の非回転部に取り付けられて前後方向の加速度を出力する加速度センサと、車輪速センサとのうち、いずれかの信号から検出してもよいし、左右方向の振動は、車両バネ下の非回転部に取り付けられて左右方向の加速度を出力する加速度センサの信号から検出してもよいし、回転方向の振動は、車輪速センサの信号から検出してもよい。

このように、車両バネ下の非回転部に取り付けられた加速度センサを用いることによって、信頼性を向上させることができる。また、従来から用いられている車輪速センサを流用することにより、車両用信号処理装置を安価に提供することが可能となる。

請求項８に記載の発明は、車両の速度を検出する車速検出手段と、基準値となる周波数成分を車両の速度によって補正する基準値補正手段と、比較値となる周波数成分を車両の速度によって補正する比較値補正手段とを有し、推定手段は、基準値補正手段によって補正された周波数成分と比較値補正手段によって補正された周波数成分とを含む周波数成分の組み合わせに基づいて、環境を推定することを特徴とする。また、車両の速度を検出する車速検出手段とを有し、推定手段は、車両の速度によって環境の推定を補正してもよい。

これにより、車両の速度に起因する推定誤差を減少することができる。

また、請求項１０に記載の発明は、周波数成分から代用値を演算する振動特性演算手段とを有し、推定手段は、振動特性演算手段において演算された代用値を用いて環境を推定することを特徴とする。

これにより、環境の推定精度を向上させるとともに、推定に要する時間を短縮することができる。

さらに、振動特性演算手段は、環境が変化するまでの時間経過が短い場合、演算に用いる周波数成分の時間長を短くし、時間経過が長い場合、時間長を長くしてもよい。

すなわち、本発明において推定する環境のなかには、急激に変化するものもあれば、時間をかけて変化するものもある。従って、環境が変化するまでの時間経過を考慮することにより、急激な環境の変化に対してより早期に検出することができる。一方、時間長を長くして推定を行う場合には、ノイズが相殺され、推定精度が向上されるという効果を奏する。

請求項１２に記載の発明によれば、推定手段は、内部環境として、車両の運動量、車両の姿勢、車両の車体振動、タイヤのグリップ、タイヤの状態のうち少なくともいずれかを推定するとしてもよい。また、推定手段は、外部環境として、少なくとも車両が走行する路面の状態を推定するとしてもよい。また、推定手段は、車両の運動量として、車両のスリップ角、車両のヨーレイトのうち少なくともいずれかを推定するとしてもよいし、車両の姿勢として、車両のロール角、車両のピッチ角、車両の高さのうち少なくともいずれかを推定するとしてもよいし、タイヤのグリップとして、タイヤの前後方向のグリップ力、タイヤの横力のうち少なくともいずれかを推定するとしてもよいし、タイヤの状態として、タイヤの空気圧、タイヤ荷重、タイヤの異常、タイヤの磨耗、タイヤの種類のうち少なくともいずれかを推定するとしてもよい。さらに、推定手段は、路面の状態として、路面の凹凸、路面の形状、路面の勾配、路面の摩擦係数のうちいずれかを推定するとしてもよい。

このように、本発明は、車両バネ下の振動を用いて、車両の走行に関わる様々な環境を推定することが可能である。

また、請求項１９に記載の発明は、環境に対応する基準値及び比較値とを記憶した記憶手段とを有することを特徴とする。

基準値及び比較値としていかなる値を用いるかは、例えば車種ごとに異なる場合もあり得る。従って、予め適切な基準値及び比較値を記憶させておくことにより、環境の推定精度を向上させることができる。

請求項２０に記載の発明は、複数のタイヤ各々で同一の環境を推定する場合において、
複数のタイヤ各々に対する環境の推定に基づき、環境を総合的に判断する総合判断手段とを有することを特徴とする。

これにより、より具体的に環境を推定することができる。

また、請求項２１に記載の発明は、複数のタイヤ各々で同一の環境を推定する場合において、複数のタイヤ各々に対する環境の推定に基づき、環境が車両の走行に危険を及ぼす異常状態か否かを判定する第１異常判定手段とを有することを特徴とする。また、推定手段において推定に用いた各周波数成分とは異なる方向の振動に基づき、推定手段において推定した環境と同一の環境を推定する第２推定手段と、推定手段における環境の推定と、第２推定手段における環境の推定とに基づき、環境が車両の走行に危険を及ぼす異常状態か否かを判定する第２異常判定手段とを有し、第２異常判定手段は、推定手段において推定された環境が異常状態であり、かつ第２推定手段において推定された環境が異常状態である場合に、環境は異常状態であると判定し、推定手段において推定された環境が異常状態でない、もしくは第２推定手段において推定された環境が異常状態でない場合に、環境は異常状態でないと判定してもよい。

これにより、推定した環境が車両の走行に危険を及ぼす異常状態か否かについての誤判定を低減することができる。

また、請求項２３に記載の発明によれば、推定手段において推定された環境に基づき、車両の運転者へ警報する警報手段を有することを特徴とする。

これにより、推定した環境を運転者に対して知らせることができ、適切な措置を促すことも可能となる。

さらに、請求項２４に記載の発明によれば、推定手段において推定された環境に基づき、車両の走行を制御する走行制御手段を有することを特徴とする。

これにより、推定した環境に応じた措置を講じることができ、事故発生の低減に貢献することができる。

本発明の実施形態に係る車両用信号処理装置を図面に基づいて説明する。なお、本発明は下記の実施例により限定されず、本発明の思想を体現するすべての態様を含む。

図１は、本実施例に係る車両用信号処理装置１００の構成図である。これは、車両に取り付けられた複数のタイヤのうち、任意の１系統についてのみ図示したものである。この車両用信号処理装置１００は、振動検出部１１０と信号処理部１２０とから構成される。

振動検出部１１０は、車両バネ下の上下方向の加速度を検出する上下方向加速度センサ１１１、前後方向の加速度を検出する前後方向加速度センサ１１２、左右方向の加速度を検出する左右方向加速度センサ１１３、及び車輪速センサ１１４から構成される。それぞれ、上下方向、前後方向、左右方向、回転方向の振動を検出するためのセンサであるが、前後方向及び上下方向の振動については、車輪速センサ１１４の信号から抽出してもよい。車輪速センサとしては、例えば公知の電磁式ピックアップセンサ等が用いられる。

信号処理部１２０は、フィルタ部１３１、振動特性演算部１４１、路面状態推定部１５１、タイヤ状態推定部１５２、車両運動推定部１５３、車両姿勢推定部１５４、車体振動推定部１５５、及びグリップ推定部１５６から構成される。フィルタ部１３１では、振動検出部１１０で検出された振動から、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、もしくはバンドパスフィルタによって、所望の帯域における周波数成分を抽出する。振動特性演算部１４１では、この周波数成分から代用値を求め、各周波数帯域における代用値を算出する。

推定部１５１〜１５６は、振動特性演算部１４１で算出された代用値のうち２つ以上を組み合わせて、各環境を推定する。路面状態推定部１５１は、路面摩擦係数、路面の凹凸、路面形状、勾配といった路面状態に関する環境を推定する。タイヤ状態推定部１５２は、トレッド剥離あるいは破裂などタイヤ異常、タイヤの空気圧、タイヤ荷重、スタッドレス等タイヤの種類、タイヤの磨耗といったタイヤに関する環境を推定する。車両運動推定部１５３は、車両の速度、前後及び左右方向の加速度、スリップ角、ヨーレイトといった運動に関する環境を推定する。車両姿勢推定部１５４は、ロール角、ピッチ角、車高といった姿勢に関する環境を推定する。車体振動推定部１５５は、上下振動のような車体の振動に関する環境を推定する。グリップ推定部１５６は、車輪速、タイヤの前後グリップ力、タイヤ横力といったタイヤのグリップに関する環境を推定する。

なお、車両用信号処理装置１００は、全てのセンサ１１１〜１１４及び全ての推定部１５１〜１５６を備えている必要はなく、いずれか１つもしくは２つのセンサと、いずれか１つの推定部とを備えていればよい。以下、本実施例においては、上下方向加速度センサ１１１及び前後方向加速度センサ１１２、路面状態推定部１５１及びタイヤ状態推定部１５２を備えた車両用信号処理装置１００について説明する。

図２は、任意のタイヤ１０に対する上下方向加速度センサ１１１及び前後方向加速度センサ１１２の取り付け位置を示す。加速度センサ１１１、１１２は、タイヤ１０に固定されたハブ２１に取り付けられる。ハブ２１は、シャフト２２及びサスペンション２３と連結されている。このように、上下方向加速度センサ１１１及び前後方向加速度センサ１１２は、車両のサスペンション２３より下、つまり車両バネ下で、なおかつ非回転部に取り付ける。例えば四輪車の場合、４つのタイヤそれぞれに対して、もしくは２つの非駆動輪それぞれに対して、図２で示した位置に加速度センサ１１１、１１２が取り付けられる。また、左右方向加速度センサ１１３及び車輪速センサ１１４も、同様の位置に取り付けられる。なお、上下方向加速度センサ１１１及び前後方向加速度センサ１１２は、車輪速センサ１１４の中に一体として搭載してもよい。

信号処理部１２０は、図示しない電子制御装置（以下、ＥＣＵと称す）に組み込まれており、車内ＬＡＮを経由し、加速度センサ１１１、１１２で検出された信号を取得する。

まず、本実施例において、タイヤの空気圧や路面摩擦係数等を推定する原理について説明する。図３は、タイヤもしくは路面状態の変化に対する加速度変化の特徴を簡略化して示したものである。タイヤの空気圧が低下した場合、タイヤゴム部のバネ定数が低下するため、上下方向の加速度は小さくなるが、タイヤの歪みによって前後方向の加速度は大きくなる。また、タイヤに異常が生じた場合は、上下方向の加速度が大きくなるとともに、前後方向の加速度も大きくなる。一方、路面摩擦係数が低下した場合は、タイヤが回転し易くなるため前後方向の加速度は小さくなる。このように、上下方向及び前後方向の加速度の変化は、それぞれ、タイヤや路面環境の変化に応じた特徴を有している。

また、図４は、タイヤもしくは路面状態の変化に対する加速度の周波数特性を簡略化して示したものである。路面摩擦係数が低下した場合、上下方向の加速度は低〜中周波数成分で、前後方向の加速度は中〜高周波成分で特徴が現れる。また、路面形状が変化した場合、上下方向の加速度は高周波成分に、前後方向の加速度は低周波成分に特徴が現れる。一方、タイヤの空気圧が低下した場合、上下方向の加速度は低〜中周波成分で、前後方向の加速度は低周波成分で特徴が現れる。また、タイヤが磨耗した場合、上下方向及び前後方向ともに加速度は中〜高周波成分で特徴が現れる。このように、上下方向及び前後方向の加速度から抽出される周波数特性も、それぞれ、タイヤや路面の状態の変化に応じて変わってくる。

次に、本実施例におけるタイヤ状態及び路面状態の推定処理について説明する。タイヤ状態は車両の走行に関わる内部環境の一例、路面状態は外部環境の一例である。内部環境とは、走行する車両自体に関する環境を指し、外部環境とは、車両以外の周辺環境を指す。

図５は、信号処理部１２０において実行される信号処理のフローチャートである。この処理は、車両が走行している間、所定のタイミング毎に繰り返し行われる。信号処理部１２０は、各タイヤに対して同様の処理を行うため、本実施例においては任意のタイヤ１０に対する処理を示す。

Ｓ１００１で、信号処理部１２０は、上下方向加速度センサ１１１から車両上下方向の加速度を取得する。Ｓ１００２で、信号処理部１２０は、前後方向加速度センサ１１２から車両前後方向の加速度を取得する。そして、信号処理部１２０は、上下方向の加速度に対して、フィルタ処理（Ｓ１００３）及び振動特性演算処理（Ｓ１００４）を行う。同様に、信号処理部１２０は、前後方向の加速度に対しても、フィルタ処理（Ｓ１００５）及び振動特性演算処理（Ｓ１００６）を行う。

図６は、フィルタ処理（Ｓ１００３、Ｓ１００５）のフローチャートである。Ｓ２００１で、信号処理部１２０は、一定期間における加速度の周波数成分に対し、Ｓ２００２でバンドパスフィルタを通すことによって、ノイズの影響が大きい１Ｈｚ以下及び２００Ｈｚ以上の周波数成分をカットする。さらに、Ｓ２００３〜Ｓ２００５で、信号処理部１２０は、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタを用いて、加速度の低周波成分、高周波成分、及び中周波成分を抽出する。なお、バンドパスフィルタ等を用いて、さらに周波数帯域を細分化して抽出してもよい。図７は、加速度に対するフィルタ処理の一例を示したグラフである。横軸は時間［ｓｅｃ］、縦軸は加速度［Ｇ］を示す。図７（ａ）は、１Ｈｚハイパスフィルタを通した後の振動波形である。（ｂ）は５０Ｈｚ移動平均ローパスフィルタにより抽出した低周波成分、（ｃ）は５０Ｈｚ移動平均ハイパスフィルタにより抽出した高周波成分である。

図８は、振動特性演算処理（Ｓ１００４、Ｓ１００６）のフローチャートである。Ｓ３００１で、信号処理部１２０は、フィルタ処理によって抽出された所定時間長の周波数成分から絶対平均値、つまり、絶対値をとった平均値を算出する。Ｓ３００２で否定と判断された場合、すなわち、Ｓ２００３〜Ｓ２００５で抽出した低周波、高周波及び中周波の各周波数成分に対して絶対平均値の算出を完了していない場合、Ｓ３００１へ戻る。一方、Ｓ３００２で肯定と判断された場合は、振動特性演算処理を終了する。なお、代用値演算方法としては、偏差平方和、分散、標準偏差、範囲（最小値から最大値まで）、歪み、尖り、順位値（大きさの順に並べたときの任意の順位での値）等を用いてもよい。

そして、信号処理部１２０は、上下方向及び前後方向におけるこれら各周波数成分の代用値を用いて、タイヤ状態の推定（Ｓ１００７）、路面状態の推定（Ｓ１００８）を行う。本実施例においては、タイヤ状態として、タイヤ異常、タイヤの空気圧、タイヤの磨耗という３つの環境を、路面状態として、路面の凹凸、路面摩擦係数という２つの環境を例に挙げて説明する。なお、信号処理部１２０は、これら環境のうちいずれか１つを推定できればよいが、必要に応じて複数の環境を同時に推定することも可能である。

信号処理部１２０は、振動特性演算処理（Ｓ１００４、Ｓ１００６）で算出した上下方向及び前後方向の加速度に対する各周波数成分の代用値のうち、推定する環境に応じた２つの代用値を用いる。ここで、どの代用値を用いるかは、環境を変化させた場合の各周波数特性から、予め統計的に定めたものである。すなわち、上下方向及び前後方向の加速度に対する各周波数成分のうち、環境が変化したときに、共振点における変動が顕著である周波数成分や、変動のない周波数成分を用いる。好適には、２つの周波数成分の代用値を組み合わせることにより、実測値との相関が最も強くなる周波数成分を採用する。これら採用する周波数成分の値は、各推定部１２３〜１２８がテーブルとして記憶している。

図９は、推定する環境に応じた２つの代用値（基準値、比較値）を示す表の一例である。タイヤ異常を推定する場合には、前後方向の加速度の高周波成分Ｘ３を基準値とし、低周波成分Ｘ１を比較値とする。タイヤの空気圧を推定する場合には、上下方向の加速度の中周波成分Ｚ２を基準値とし、前後方向の加速度の中周波成分Ｘ２を比較値とする。タイヤの磨耗を推定する場合には、上下方向の加速度の低周波成分Ｚ１を基準値とし、中周波成分Ｚ２を比較値とする。路面の凹凸を推定する場合には、上下方向の加速度の低周波成分Ｚ１を基準値とし、高周波成分Ｚ３を比較値とする。路面摩擦係数を推定する場合には、上下方向の加速度の高周波成分Ｚ３を基準値とし、前後方向の加速度の高周波成分Ｘ３を比較値とする。いずれを基準値とするかは任意であり、環境の変化に対して変動の小さい周波数成分を基準値としてもよい。基準値とする代用値が環境の変化に対して変動しない値であれば、予め代用値そのものを記憶しておき、基準値を算出する処理を省略することができる。また、推定したい環境が既知の場合、基準値及び比較値となる周波数成分の抽出のみを行うことによって、推定処理を簡略化することができる。なお、実験により、本発明が対象とする環境に対しては、Ｓ２００１で示したように、１［Ｈｚ］〜２００［Ｈｚ］の周波数成分を用いれば推定できることが分かっている。

ここで、前後方向の加速度の代わりに、回転方向の車輪速を用いてもよい。双方の周波数特性には共通する点が多いことから、図９と同様の表を導くことが可能である。また、上下方向に関しても、車輪速センサ１１４の信号から抽出した上下方向の振動の周波数成分で代用可能である。

また、前後方向もしくは上下方向の加速度に対し、具体的にいくつからいくつまでの周波数帯域を基準値もしくは比較値とするかは、各環境に応じて変えてもよいし、各車種のバネ下特性によって変えてもよい。これにより、推定精度をさらに向上させることができる。各車種に対して統計的に定めるたり、いずれかの車種に対して定めた周波数帯域をバネ下特性で補正したりすることにより、図９に示すような表を導くことが可能である。

信号処理部１２０は、これら基準値及び比較値の代用値と、環境の実測値との間にある相関関係を用いて、環境を推定する。例えば、図１０は、路面摩擦係数の推定に用いる基準値の代用値Ｚ３及び比較値の代用値Ｘ３の比率と、路面摩擦係数の実測値との相関関係を示したグラフである。路面摩擦係数以外の環境は一定であるという単一条件の下、実測値に対して寄与率約９７％の相関関係を有する。なお、基準値及び比較値以外を組み合わせることによっても一定の相関関係を有する場合には、３つ以上の周波数成分を組み合わせて特定の環境を総合的に推定してもよい。

そして、信号処理部１２０は、この相関関係に基づき、基準値の代用値Ｚ３及び比較値の代用値Ｘ３から路面摩擦係数を推定する。推定値としては、予め与えられた初期値からの相対値ではなく、路面摩擦係数の絶対値を求めることができる。図１１は、路面摩擦係数の実測値と推定値との関係を示したグラフである。路面摩擦係数だけでなく、路面形状やタイヤの種類、タイヤの磨耗状態も変化する環境（複合条件）の下、寄与率約８０％の精度で路面摩擦係数を推定することができる。

路面摩擦係数のような外部環境は、図１で示した任意のタイヤ１系統から推定してもよいし、複数のタイヤに関する推定値から総合的に判断してもよい。例えば、右前輪と右後輪に関する推定値から道路中央寄りの路面摩擦係数を判断し、左前輪と左後輪に関する推定値から道路左端寄りの路面摩擦係数を判断してもよい。これにより、左端のみ雪がある道路等を推定することができる。このように、複数のタイヤに関する推定を用いて総合的に判断することにより、１つのタイヤから環境を推定する場合よりも、より詳細に環境を推定することができる。

路面摩擦係数の推定と同様の処理によって、信号処理部１２０は、図９で示した基準値及び比較値の代用値を用いて、タイヤ異常、タイヤの空気圧、タイヤの磨耗、タイヤの種類、路面の凹凸等の環境を推定する。また、信号処理部１２０が、右前輪、左前輪、右後輪、左後輪いずれのタイヤに取り付けられた加速度センサ１１１、１１２からの信号であるかを判断することにより、タイヤ異常、タイヤの空気圧、タイヤの磨耗のような内部環境については、各々のタイヤ毎に推定することができる。信号処理部１２０は、これらの環境のうち１つを推定するだけでなく、必要に応じて複数の環境を同時に推定することも可能である。

以上のように、車両用信号処理装置１００は、特定方向の加速度に対する特定の周波数成分の組み合わせに基づき、車両の走行に関わる内部環境や外部環境を精度良く推定することができる。車両バネ下の非回転部における加速度を用いるため、信頼性も高く、車両の走行に関わる様々な環境を推定することが可能である。さらに、従来から車両で用いられている車輪速センサ１１４の信号を流用することにより、車両用信号処理装置１００を安価に提供することもできる。

また、信号処理部１２０は、車両走行中に検出した値のみからタイヤ状態を推定できるため、タイヤに対応する初期周波数を予め記憶させたり、タイヤ交換の度に記憶させ直したりする必要もない。さらに、信号処理部１２０は環境の絶対値を推定できるため、定常状態における値、例えば乾いたアスファルトの路面摩擦係数や走行開始前のタイヤの状態などを、予め記憶させておく必要もない。

また、代用値を用いることにより、各周波数特性を生かした推定を、短時間で行うことができる。

なお、本実施例においては、車両の走行に関わる内部環境や外部環境の推定までを行ったが、車両用信号処理装置１００は、推定値に基づいて運転者に対する警報を発してもよい。例えば、信号処理部１２０において、タイヤの空気圧が一定値以下であることを推定した場合、車室内に設置された表示機器（図示せず）に、タイヤの空気圧が低下している旨を表示して警告する。これにより、事故につながり得る危険な状況を、事前に運転者へ知らせることができる。

また、車両用信号処理装置１００は、推定値に基づいて車両の走行を制御してもよい。例えば、信号処理部１２０において、走行する道路の路面摩擦係数が小さいことを推定した場合、車両の速度が一定値を超えないよう抑制する。ここで、信号処理部１２０は、タイヤの状態と路面の状態といった複数の環境を同時に推定することも可能であるため、より精度の高い走行制御を行うことができる。

図１２は、本実施例に係る車両用信号処理装置１０１の構成図である。これは、車両に取り付けられた複数のタイヤのうち、任意の１系統についてのみ図示したものである。前述実施例と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。

車両用信号処理装置１０１は、振動検出部１１０と信号処理部１２１とから構成される。本実施例における信号処理部１２１は、フィルタ部１３１、振動特性演算部１４１、路面状態推定部１５１、タイヤ状態推定部１５２、車両運動推定部１５３、車両姿勢推定部１５４、車体振動推定部１５５、グリップ推定部１５６、及び補正部１６１から構成される。補正部１６１は、車両の速度を用いてフィルタ後のデータ値を補正するものである。なお、車両の速度は、補正部１６１で演算してもよいし、ブレーキＥＣＵ（図示せず）で演算された結果を取り込んでもよい。

図１３は、信号処理部１２１において実行される信号処理のフローチャートを示す。Ｓ１００１及びＳ１００２で、信号処理部１２１は、上下方向加速度センサ１１１及び前後方向加速度センサ１１２から車両上下方向及び前後方向の加速度を取得する。そして、信号処理部１２１は、上下方向の加速度に対して、フィルタ処理（Ｓ１００３）、補正処理（Ｓ１１０１）及び振動特性演算処理（Ｓ１００４）を行う。同様に、信号処理部１２１は、前後方向の加速度に対しても、フィルタ処理（Ｓ１００５）、補正処理（Ｓ１１０２）及び振動特性演算処理（Ｓ１００６）を行う。前述実施例と同様、信号処理部１２１は、上下方向及び前後方向におけるこれら各周波数成分の代用値を用いて、タイヤ状態の推定（Ｓ１００７）、路面状態の推定（Ｓ１００８）を行う。

図１４は、本実施例に係る補正処理（Ｓ１１０１、Ｓ１１０２）のフローチャートである。Ｓ４００１で、信号処理部１２１は、車輪速センサ１１４の信号を取得し、車両の速度を算出する。Ｓ４００２で、信号処理部１１２は、車両の速度を用いて、フィルタ処理（Ｓ１００３、Ｓ１００５）後のデータを補正する。上下方向の加速度は、車両の速度の二乗に比例して増加する特徴があり、一方、前後方向の加速度は、低周波成分について車両の速度による変化が小さいという特徴がある。信号処理部１１２は、これら特徴に基づき、車両の速度によって加速度の各周波数成分を補正する。

以上のように、補正処理（Ｓ１１０１、Ｓ１１０２）を追加することによって、車両の速度が変化した場合でも精度よく環境を推定することができる。
なお、本実施例においては、フィルタ処理（Ｓ１００３、Ｓ１００５）の後に補正処理を行ったが、タイヤ状態の推定（Ｓ１００７）及び路面状態の推定（Ｓ１００８）において、車両の速度による補正を行うことで代替してもよい。この場合、信号処理部２０１は、基準値及び比較値の代用値と環境の実測値との間にある相関関係、つまり推定式を車両の速度によって補正する。これにより、前述と同様、車両の速度が変化した場合における推定精度を向上させることができる。

本実施例においては、前述実施例と異なる振動特性演算処理について説明する。前述実施例と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。

図８で示したＳ３００１において、信号処理部２００が代用値として絶対平均値を算出する際、推定する環境に応じて、演算に用いる周波数成分の時間長、すなわち、図５もしくは図１３で示した信号処理を行う時間間隔を変更する。車両の走行に対し、例えば路面摩擦係数のような環境は、瞬時に変化するものであり、一方、タイヤの磨耗のような環境は、時間をかけて変化するものである。環境の変化は車両の走行に影響を及ぼすため、前者はいち早く検出する必要があるが、後者は時間をかけて検出してもかまわない。

例えば、車両の走行に対して瞬時に変化し得る路面摩擦係数を推定する場合、信号処理部２００は、１［ｓｅｃ］以下の時間長で代用値を演算し、路面摩擦係数の推定を行う。これにより、各回の推定精度は低下するものの、突然の路面摩擦係数の変化を早期に検出することができる。同様に、タイヤ異常、路面の凹凸のように短時間で変化が生ずる環境を推定する場合も、短い時間長で推定を行う。

一方、タイヤの磨耗やタイヤの種類のように、時間経過に対する変化が小さいもしくは変化しない環境を推定する場合、時間長を長くとる。信号処理部２００は、例えば、数１０［ｓｅｃ］〜１００［ｓｅｃ］の時間長で代用値を演算し、タイヤの磨耗やタイヤの種類を推定する。また、タイヤの空気圧のように、時間経過に対する変化が中程度の場合、信号処理部２００は、数［ｓｅｃ］〜１０［ｓｅｃ］の時間長で代用値を演算する。

以上のように、推定する環境が短時間で変化する場合には処理時間を短くすることにより、環境の変化を早期に検出することができる。これにより、車両が走行する上で危険となり得る状態になったことを、いち早く検知することが可能となる。一方、推定する環境が時間をかけて変化する場合には処理時間を長くし、影響するノイズを相殺することによって、推定精度を向上させることができる。

図１５は、本実施例に係る車両用信号処理装置１０２の構成図である。これは、車両に取り付けられた複数のタイヤのうち、任意の１系統についてのみ図示したものである。前述実施例と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。

車両用信号処理装置１０２は、振動検出部１１０と信号処理部１２２とから構成される。本実施例における信号処理部１２２は、周波数解析部１７１、路面状態推定部１８１、タイヤ状態推定部１８２、車両運動推定部１８３、車両姿勢推定部１８４、車体振動推定部１８５、及びグリップ推定部１８６から構成される。周波数解析部１７１は、振動検出部１１０から出力される振動に対して周波数解析を行うものである。例えば、公知の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて周波数解析を行う。各推定部１８１〜１８６は、周波数解析から求めた共振周波数や各周波数帯域におけるパワースペクトル密度（ＰＳＤ）から、各環境を推定するものである。

図１６及び図１７は、タイヤの種類（ベースタイヤ、インチアップタイヤ）に対する周波数特性を示したグラフである。本実施例においては、車両の走行に関わる内部環境の一例として、タイヤの種類の推定について説明する。図１６（ａ）及び（ｂ）は、ベースタイヤにおける上下方向及び前後方向の加速度に対してＦＦＴ演算を行った結果である。図１７（ａ）及び（ｂ）は、インチアップタイヤにおける上下方向及び前後方向の加速度に対してＦＦＴ演算を行った結果である。

このように、タイヤの種類によって、周波数解析の結果に違いが生ずる。タイヤのインチアップは、共振点が高周波側に移動する特徴を有する。タイヤ状態推定部１８２は、このような特徴に基づき、周波数解析の結果からタイヤの種類を推定する。

以上のように、周波数解析部１７１を備えた車両用信号処理装置１２２によっても、車両の走行に関わる内部環境や外部環境を推定することができる。

図１８は、本実施例に係る車両用信号処理装置２００の構成図である。これは、四輪車に取り付けられたタイヤ４系統すべてについて示したものである。前述実施例と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。

車両用信号処理装置２００は、振動検出部１１０ＦＬ、１１０ＦＲ、１１０ＲＬ、１１０ＲＲ、信号処理部１２０ＦＬ、１２０ＦＲ、１２０ＲＬ、１２０ＲＲ、判定部２１０、警報部２２０、及び走行制御部２３０から構成される。各振動検出部及び各信号処理部は、左前輪（ＦＬ）、右前輪（ＦＲ）、左後輪（ＲＬ）、右後輪（ＲＲ）についての振動検出部１１０及び信号処理部１２０である。

異常判定部２１０は、各タイヤに対応する信号処理部１２０ＦＬ、１２０ＦＲ、１２０ＲＬ、１２０ＲＲから得られた環境の推定値から、異常発生の有無を判定するものである。警報部２２０は、推定値や判定結果に基づき、運転者への警報を行う。例えば、タイヤの空気圧が異常と判定された場合、表示装置（図示せず）に推定値を表示して、タイヤの空気圧が低下している旨を警告する。走行制御部２３０は、推定値や判定結果に基づき、車両の走行を制御する。例えば、タイヤの空気圧が異常と判定された場合、車両の速度が一定値以上に上昇しないよう制御する。

異常判定部２１０は、各タイヤ単独で異常を推定できる環境のうち、タイヤ異常のように、環境の変化が即座に車両の走行に危険を及ぼす場合には、複数のタイヤに対する推定値を比較する。例えば、右前輪（ＦＬ）に対しての推定値のみが所定の異常値に達しており、他のタイヤに対しての推定値は所定の正常値範囲内である場合、右前輪（ＦＬ）でタイヤに異常が発生していると判定する。これにより、ノイズ等により信号処理部１２０ＦＬが推定を誤った場合でも、走行制御部２３０の誤作動を防止することができる。これに対し、タイヤの磨耗のように、車両の走行に対して危険となる度合いが高くない場合には、他のタイヤに対しての推定値は参照しなくともよい。

また、路面摩擦係数について判定する場合、異常判定部２１０は、まず、左前輪（ＦＬ）及び右前輪（ＦＲ）の信号処理部１２０ＦＬ、１２０ＦＲから出力される推定値を用いて、路面の異常を判定する。異常判定部２１０は、両信号処理部１２０ＦＬ、１２０ＦＲから出力される路面摩擦係数の推定値が同程度に小さい場合、異常と判定する。一方のみ、例えば左前輪（ＦＬ）に対する推定値のみが小さい場合、路面摩擦係数の異なる部分を跨いで走行している可能性があるため、異常判定部２１０は、左後輪（ＲＬ）の信号処理部１２０ＲＬから出力される推定値も参照する。異常判定部２１０は、左後輪（ＲＬ）に対する推定値も左前輪（ＦＬ）と同程度に小さい場合に、異常と判定する。

以上のように、各推定値のうち、異常を判定する環境に応じて、いずれのタイヤに関する推定値を用いるか考慮することによって、誤判定の確率を低下することができる。ゆえに、走行制御や警報が過剰に作動することも抑制される。

なお、本実施例における警報部２２０及び走行制御部２３０は、異常と判定されない環境においても、各推定値に基づき、表示機器（図示せず）へ推定値を表示することや、走行制御に僅かな修正を加えることは可能である。

本実施例では、実施例５とは異なる異常判定処理について説明する。前述実施例と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。

本実施例における異常判定処理は、任意のタイヤ１系統に対する複数の推定値に基づいて、環境の異常状態を判定する。タイヤの空気圧を推定する場合、信号処理部１２０は、上下方向の加速度センサ１１１及び前後方向の加速度センサ１１２の信号を用いる。ここで、信号処理部１２０は、別方向の振動を用いて同一の環境を推定することも可能である。例えば、車輪速センサ１１４の信号から、標準偏差等による車輪速変動のばらつきや、周波数解析による共振周波数、バンドパスフィルタによる各周波数帯域のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を算出することにより、タイヤの空気圧を推定することができる。

そして、異常判定部２１０は、これら異なる方向に対する２つの推定値を用いて、環境が異常か否かを判定する。図１９は、異常判定の結果を示す表である。異常判定部２１０は、まず、加速度センサ１１１、１１２の信号から推定された環境、及び車輪速センサ１１４の信号から推定された環境それぞれに対し、正常状態か異常状態か判定する。次に、双方の判定結果がともに異常状態の場合に異常状態と確定し、ともに正常状態の場合に正常状態と確定する。いずれか一方が正常状態で、他方が異常状態の場合は、不定状態とみなす。

これにより、判定の確実性が増すため、警報部２２０や走行制御部２３０が過剰に作動することを抑制することができる。特に、タイヤ異常や路面摩擦係数のように、車両の走行に対して瞬時に危険を及ぼす環境を判定する場合に、本実施例における異常判定処理を行うようにしてもよい。

また、この異常判定結果を実施例３で示した振動特性演算処理に反映させてもよい。信号処理部２００は、異常判定部２１０から判定結果を取得し、代用値演算に用いる周波数成分の時間長、すなわち信号処理を行う時間間隔を変更する。判定結果が異常状態の場合、信号処理部２００は、時間間隔を短くしてさらなる環境の悪化を早期に検出する。一方、判定結果が不定状態の場合、信号処理部２００は、時間間隔を長くして精度の高い推定を行う。判定結果が正常状態の場合、時間間隔は変更しない。これにより、推定した環境の異常状態を早期に、かつ精度よく検出することができる。

実施例１に係る車両用信号処理装置の構成図である。 加速度センサの取り付け位置を示す図である。 環境の変化に対する加速度の特徴を模式的に示した図である。 環境の変化に対する周波数の特徴を模式的に示した図である。 実施例１に係る信号処理のフローチャートを示す図である。 実施例１に係るフィルタ処理のフローチャートを示す図である。 フィルタ処理の一例を示す図である。 実施例１に係る振動特性演算処理のフローチャートを示す図である。 基準値及び比較値のテーブル例を示す図である。 基準値及び比較値と路面摩擦係数との相関関係を示す図である。 路面摩擦係数の実測値と推定値とを示す図である。 実施例２に係る車両用信号処理装置の構成図である。 実施例２に係る信号処理のフローチャートを示す図である。 実施例２に係る補正処理のフローチャートを示す図である。 実施例４に係る車両用信号処理装置の構成図である。 ベースタイヤの周波数特性を示す図である。 インチアップタイヤの周波数特性を示す図である。 実施例５に係る車両用信号処理装置の構成図である。 異常判定の結果を示す図である。

符号の説明

１０ タイヤ
２１ ハブ
２２ シャフト
２３ サスペンション
１００、１０１、１０２、２００ 車両用信号処理装置
１１０ 振動検出部
１１１ 上下方向加速度センサ
１１２ 前後方向加速度センサ
１１３ 左右方向加速度センサ
１１４ 車輪速センサ
１２０、１２１、１２２ 信号処理部
１３１ フィルタ部
１４１ 振動特性演算部
１５１〜１５６、１８１〜１８６ 推定部
１６１ 補正部
１７１ 周波数解析部
２１０ 異常判定部
２２０ 警報部
２３０ 走行制御部

Claims (24)

1. 車両走行時に、前記車両バネ下におけるタイヤの所定方向の振動を検出する振動検出手段と、
   前記振動検出手段において検出した振動から、基準値となる周波数成分を所定の周波数帯域から抽出する基準周波数成分抽出手段と、
   前記振動検出手段において検出した振動から、比較値となる周波数成分を所定の周波数帯域から抽出する比較周波数成分抽出手段と、
   前記基準値となる周波数成分と前記比較値となる周波数成分とを含む周波数成分の組み合わせに基づいて、前記車両の走行に関わる内部環境と外部環境とのうち少なくとも１つの環境を推定する推定手段とを有する車両用信号処理装置。
2. 前記振動検出手段は、少なくとも第１方向と第２方向との振動を検出し、
   前記基準周波数成分抽出手段は、前記第１方向の振動から基準値となる周波数成分を所定の周波数帯域から抽出し、
   前記比較周波数成分抽出手段は、前記第２方向の振動から比較値となる周波数成分を所定の周波数帯域から抽出することを特徴とする請求項１に記載の車両用信号処理装置。
3. 前記方向は、前記車両の上下方向、前記車両の前後方向、前記車両の左右方向、前記タイヤの回転方向のうちいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用信号処理装置。
4. 前記振動検出手段において、
   前記上下方向の振動は、前記車両バネ下の非回転部に取り付けられて前記上下方向の加速度を出力する加速度センサと、車輪速センサとのうち、いずれかの信号から検出することを特徴とする請求項３に記載の車両用信号処理装置。
5. 前記振動検出手段において、
   前記前後方向の振動は、前記車両バネ下の非回転部に取り付けられて前記前後方向の加速度を出力する加速度センサと、車輪速センサとのうち、いずれかの信号から検出することを特徴とする請求項３又は４に記載の車両用信号処理装置。
6. 前記振動検出手段において、
   前記左右方向の振動は、前記車両バネ下の非回転部に取り付けられて前記左右方向の加速度を出力する加速度センサの信号から検出することを特徴とする請求項３乃至５いずれかに記載の車両用信号処理装置。
7. 前記振動検出手段において、
   前記回転方向の振動は、車輪速センサの信号から検出することを特徴とする請求項３乃至６いずれかに記載の車両用信号処理装置。
8. 前記車両の速度を検出する車速検出手段と、
   前記基準値となる周波数成分を前記車両の速度によって補正する基準値補正手段と、
   前記比較値となる周波数成分を前記車両の速度によって補正する比較値補正手段とを有し、
   前記推定手段は、前記基準値補正手段によって補正された周波数成分と前記比較値補正手段によって補正された周波数成分とを含む周波数成分の組み合わせに基づいて、前記環境を推定することを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の車両用信号処理装置。
9. 前記車両の速度を検出する車速検出手段とを有し、
   前記推定手段は、前記車両の速度によって前記環境の推定を補正することを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の車両用信号処理装置。
10. 前記周波数成分から代用値を演算する振動特性演算手段とを有し、
    前記推定手段は、前記振動特性演算手段において演算された代用値を用いて前記環境を推定することを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の車両用信号処理装置。
11. 前記振動特性演算手段は、前記環境が変化するまでの時間経過が短い場合、演算に用いる前記周波数成分の時間長を短くし、前記時間経過が長い場合、前記時間長を長くすることを特徴とする請求項１０に記載の車両用信号処理装置。
12. 前記推定手段は、前記内部環境として、前記車両の運動量、前記車両の姿勢、前記車両の車体振動、前記タイヤのグリップ、前記タイヤの状態のうち少なくともいずれかを推定することを特徴とする請求項１乃至１１いずれかに記載の車両用信号処理装置。
13. 前記推定手段は、前記外部環境として、少なくとも前記車両が走行する路面の状態を推定することを特徴とする請求項１乃至１２いずれかに記載の車両用信号処理装置。
14. 前記推定手段は、前記車両の運動量として、前記車両のスリップ角、前記車両のヨーレイトのうち少なくともいずれかを推定することを特徴とする請求項１２に記載の車両用信号処理装置。
15. 前記推定手段は、前記車両の姿勢として、前記車両のロール角、前記車両のピッチ角、前記車両の高さのうち少なくともいずれかを推定することを特徴とする請求項１２に記載の車両用信号処理装置。
16. 前記推定手段は、前記タイヤのグリップとして、前記タイヤの前後方向のグリップ力、前記タイヤの横力のうち少なくともいずれかを推定することを特徴とする請求項１２に記載の車両用信号処理装置。
17. 前記推定手段は、前記タイヤの状態として、前記タイヤの空気圧、前記タイヤ荷重、前記タイヤの異常、前記タイヤの磨耗、前記タイヤの種類のうち少なくともいずれかを推定することを特徴とする請求項１２に記載の車両用信号処理装置。
18. 前記推定手段は、前記路面の状態として、前記路面の凹凸、前記路面の形状、前記路面の勾配、前記路面の摩擦係数のうち少なくともいずれかを推定することを特徴とする請求項１３に記載の車両用信号処理装置。
19. 前記環境に対応する前記基準値及び前記比較値とを記憶した記憶手段とを有することを特徴とする請求項１乃至１８いずれかに記載の車両用信号処理装置。
20. 複数のタイヤ各々で同一の環境を推定する場合において、
    前記複数のタイヤ各々に対する前記環境の推定に基づき、前記環境を総合的に判断する総合判断手段とを有することを特徴とする請求項１乃至１９いずれかに記載の車両用信号処理装置。
21. 複数のタイヤ各々で同一の環境を推定する場合において、
    前記複数のタイヤ各々に対する前記環境の推定に基づき、前記環境が前記車両の走行に危険を及ぼす異常状態か否かを判定する第１異常判定手段とを有することを特徴とする請求項１乃至２０いずれかに記載の車両用信号処理装置。
22. 前記推定手段において推定に用いた各周波数成分とは異なる方向の振動に基づき、前記推定手段において推定した環境と同一の環境を推定する第２推定手段と、
    前記推定手段における前記環境の推定と、前記第２推定手段における前記環境の推定とに基づき、前記環境が前記車両の走行に危険を及ぼす異常状態か否かを判定する第２異常判定手段とを有し、
    前記第２異常判定手段は、
    前記推定手段において推定された環境が前記異常状態であり、かつ前記第２推定手段において推定された環境が前記異常状態である場合に、前記環境は前記異常状態であると判定し、
    前記推定手段において推定された環境が前記異常状態でない、もしくは前記第２推定手段において推定された環境が前記異常状態でない場合に、前記環境は前記異常状態でないと判定することを特徴とする請求項１乃至２１いずれかに記載の車両用信号処理装置。
23. 前記推定手段において推定された環境に基づき、前記車両の運転者へ警報する警報手段とを有することを特徴とする請求項１乃至２２いずれかに記載の車両用信号処理装置。
24. 前記推定手段において推定された環境に基づき、前記車両の走行を制御する走行制御手段とを有することを特徴とする請求項１乃至２３いずれかに記載の車両用信号処理装置。

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