JP2011203017A - Method of estimating road surface condition - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of highly accurate estimating of a road surface condition with less variation for each rotation of a tire.SOLUTION: In the method, an acceleration sensor 11 is disposed at a tread so that its detection direction is the same as a tire diameter direction inside a tire where a large block with a block period frequency fand a small block with a block period frequency f(f>f) are formed; a tire diameter direction acceleration acting on an inner surface of the tire tread is detected and a signal at a region having a length of 20% of one tire circumference is extracted from a waveform of the tire diameter direction acceleration starting from a swelling point of kicking out side; an RMS average value gof a frequency band containing the block period frequency fof the large block and an RMS average value gof a frequency band containing the block period frequency fof the small block are calculated from the extracted signal to obtain an ice road determination value R=(g/g); and the road surface condition is estimated from the comparison between the ice road determination value Rb and a predetermined threshold K.

Description

本発明は、タイヤトレッド内面側に取付けられた加速度センサーの出力信号を用いて走行中の路面状態を推定する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for estimating a road surface condition during traveling using an output signal of an acceleration sensor attached to the inner surface of a tire tread.

自動車の走行安定性を高めるため、走行中の路面の滑り易さを車両側にて常時モニタリングできるようにすることは非常に重要である。そこで、路面摩擦係数、または、乾燥/湿潤/雪/凍結などの路面状態を把握できれば、路面が滑り易い状態となった時に、運転者へ減速を促す警報を発したり、ＡＢＳブレーキなど、車両制御のパラメータを調整したりすることにより、安全性が一段と高まることが期待される。   In order to improve the running stability of automobiles, it is very important to be able to constantly monitor the slipperiness of the road surface during running on the vehicle side. Therefore, if the road surface friction coefficient or the road surface condition such as dry / wet / snow / frozen can be grasped, when the road surface becomes slippery, an alarm for prompting the driver to decelerate, vehicle control such as ABS brake, etc. It is expected that the safety will be further improved by adjusting the parameters.

路面摩擦係数を推定する方法としては、例えば、車輪を操舵したときに車輪が路面から受ける転舵方向の入力の大きさから路面状態を推定する方法（例えば、特許文献１参照）や、実車両のヨーレイトと車両の操舵状態に対応したハンドル角から推定される標準ヨーレイトとの関係に基づいて路面状態を推定する方法（例えば、特許文献２参照）、あるいは、車両の４輪の回転速度から求めた従動輪及び駆動輪の平均車輪速度から従動輪の平均加減速度に応じたスリップ比を演算し、このスリップ比と車両の加減速との関係から路面摩擦係数を推定する方法（例えば、特許文献３参照）などが提案されている。
しかしながら、これらの方法は、運転者が操舵や加減速の操作を行った後の車両挙動を分析して路面状態を推定しているため、運転者の操作量が少ない状態、すなわち、加減速が少なく、かつ、車両がほぼ真っ直ぐ進む定常走行状態においては、ほとんどの時間、路面状態を推定できないことになる。 As a method of estimating the road surface friction coefficient, for example, a method of estimating the road surface state from the magnitude of the input of the turning direction that the wheel receives from the road surface when the wheel is steered (see, for example, Patent Document 1), an actual vehicle A method of estimating the road surface state based on the relationship between the yaw rate of the vehicle and the standard yaw rate estimated from the steering angle corresponding to the steering state of the vehicle (see, for example, Patent Document 2) or the rotational speed of the four wheels of the vehicle The slip ratio according to the average acceleration / deceleration of the driven wheel is calculated from the average wheel speed of the driven wheel and the drive wheel, and the road surface friction coefficient is estimated from the relationship between the slip ratio and the acceleration / deceleration of the vehicle (for example, Patent Document 3) is proposed.
However, these methods estimate the road surface state by analyzing the vehicle behavior after the driver performs steering and acceleration / deceleration operations. In a steady running state where there are few and the vehicle is almost straight, the road surface state cannot be estimated for most of the time.

また、走行中の車輪速を検出し、この車輪速信号を周波数分析して得られる周波数スペクトルから路面状態を推定することで、定常走行状態における路面状態を推定する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
しかしながら、この方法では、車輪の固有振動が路面の凹凸による路面外乱に起因して発生することから、車輪速センサーで検出される車輪の固有振動の大きさが路面の凹凸状態に左右されるだけでなく、検出周波数帯域が外乱ノイズの多い４０Ｈｚ近傍であることから検出精度が悪かった。その結果、高い推定安定性を確保することができず、未だ実用化されていない状況である。 Further, a method for estimating the road surface state in the steady traveling state by detecting the wheel speed during traveling and estimating the road surface state from a frequency spectrum obtained by frequency analysis of the wheel speed signal has been proposed (for example, , See Patent Document 4).
However, in this method, since the natural vibration of the wheel occurs due to road disturbance due to road surface unevenness, the magnitude of the wheel natural vibration detected by the wheel speed sensor is only affected by the road surface unevenness state. In addition, since the detection frequency band is in the vicinity of 40 Hz where there are many disturbance noises, the detection accuracy was poor. As a result, high estimated stability cannot be ensured, and the situation has not yet been put into practical use.

一方、路面と直接接触しているタイヤに加速度センサーを配置し、加速度センサーの出力信号に現れるタイヤ挙動変化から路面状態を推定する技術が開示されている。このように、タイヤ接地面の振動変化から路面状態を推定することで、走行中の路面状態を精度よく推定することができる（例えば、特許文献５〜７参照）。   On the other hand, a technique is disclosed in which an acceleration sensor is disposed on a tire that is in direct contact with the road surface, and a road surface state is estimated from a change in tire behavior that appears in an output signal of the acceleration sensor. Thus, by estimating the road surface state from the vibration change of the tire ground contact surface, the road surface state during traveling can be accurately estimated (see, for example, Patent Documents 5 to 7).

特開平０８−１８８１６９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-188169 特開平１０−１８１５６６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-181656 特開２００１−２５３３３４号公報JP 2001-253334 A 特開平１１−１５３５１８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-153518 ＷＯ ０１/９８１２３ Ａ１WO 01/98123 A1 特開２００５−５９８００号公報JP-A-2005-59800 特開２００７−５５２８４号公報JP 2007-55284 A

ところで、前記の加速度センサーの出力信号を用いる方法では、タイヤトレッドの接地面の振動変化から路面状態を推定しているが、氷雪路では路面状態が多様であることから、タイヤ１回転毎のバラツキが大きい傾向にある。そのため、推定精度を上げるためには判定パラメータをある程度平均化処理する必要があった。しかし、平均化の回数を増やすと応答性が低下するため、判定パラメータの１回転毎のバラツキを抑えて精度を向上させることが望まれている。
また、前記方法では、路面状態の推定に高い周波数（１０ｋＨｚまで）の振動レベルを使っているので、サンプリングレートなど、装置の負荷を大きくする必要があった。しかし、コストやタイヤ内使用エネルギーの低減という観点からは、低い周波数の情報を使った推定方法が望ましい。 By the way, in the method using the output signal of the acceleration sensor, the road surface state is estimated from the vibration change of the ground contact surface of the tire tread. Tend to be large. Therefore, it is necessary to average the determination parameters to some extent in order to increase the estimation accuracy. However, since the responsiveness decreases as the number of times of averaging is increased, it is desired to improve the accuracy by suppressing the variation of the determination parameter for each rotation.
Further, in the above method, since the vibration level at a high frequency (up to 10 kHz) is used for estimating the road surface condition, it is necessary to increase the load on the apparatus such as a sampling rate. However, an estimation method using low-frequency information is desirable from the viewpoint of reducing cost and energy used in the tire.

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、判定パラメータのタイヤ１回転毎のバラツキが少ない、精度の高い路面状態の推定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the conventional problems, and an object of the present invention is to provide a highly accurate estimation method of a road surface state with less variation of a determination parameter for each rotation of a tire.

図８は荷重負荷時におけるタイヤの外形変化を示す模式図である。
走行中のタイヤ２０のタイヤ進行方向前方を踏み込み側、後方を蹴り出し側といい、タイヤが路面Ｒに接している面（接地面）の端を接地端と呼ぶ。
タイヤ２０は、荷重を加えることにより、接地面がタイヤ中心側に押し込められ、逆に、その周辺は同図の一点鎖線で示す初期プロファイルから外側へ膨れる変形をする。接地面外において、初期プロファイルから最も離れている点を膨出点と呼ぶ。符号Ｄfが踏み込み側の膨出点で、符号Ｄkが蹴り出し側の膨出点である。また、符号Ｍは、タイヤ回転軸を中心として接地中心と反対側に位置する反直下点で、符号Ｅf，Ｅkは、それぞれ、踏み込み側の接地端と蹴り出し側の接地端を示す。 FIG. 8 is a schematic view showing a change in the outer shape of the tire when a load is applied.
The front of the traveling tire 20 in the tire traveling direction is referred to as the stepping-in side, and the rear side is referred to as the kicking-out side.
In the tire 20, by applying a load, the ground contact surface is pushed toward the tire center side, and conversely, the periphery of the tire 20 is deformed so as to bulge outward from the initial profile indicated by the dashed line in FIG. A point farthest from the initial profile outside the ground plane is called a bulging point. Reference sign D f is the bulging point on the stepping side, and reference sign D k is the bulging point on the kicking side. Reference symbol M denotes a point directly below the ground contact center and the opposite side of the ground contact center, and reference characters E f and E k denote a ground contact end on the tread side and a ground contact end on the kick-out side, respectively.

本発明者らは路面状態を判定する際に、接地面部分に比較して広い領域を有する接地面外領域におけるトレッドの振動を検出すれば、データ点数を多く取得することができ、結果的に接地端で発生している現象を時間的に平均化して捉えることができるとともに、前記接地面外領域を、踏み込み側の接地端から伝達される振動の影響の強い反直下点と踏み込み側の接地端との間の領域と、蹴り出し側の接地端から伝達される振動の影響の強い蹴り出し側の接地端と反直下点との間の領域とに分割し、それぞれの領域を路面状態の判定に用いるようにすれば路面状態の推定精度を高めることができることを見出し本発明に到ったものである。   When determining the road surface condition, the present inventors can acquire a large number of data points by detecting tread vibrations in a region outside the ground contact surface that has a larger area than the ground contact surface portion. The phenomenon occurring at the ground end can be averaged over time, and the area outside the ground plane can be understood as the anti-straight point where the influence of vibration transmitted from the ground end on the tread side is strong and the ground on the tread side. It is divided into the area between the edge and the area between the grounding edge on the kicking side, which is strongly affected by vibration transmitted from the grounding edge on the kicking side, and the point directly under the ground. It has been found that the estimation accuracy of the road surface condition can be improved if it is used for the determination, and the present invention has been achieved.

すなわち、本願発明は、タイヤトレッド表面にタイヤ周方向に沿って配列されたブロック列が形成されたタイヤのタイヤセンター部のタイヤトレッド内面側に加速度センサーを取付てタイヤ径方向加速度を検出するとともに、前記加速度センサーの出力信号から、２つの周波数帯域における加速度レベルを抽出し、前記抽出された２つの周波数帯域における加速度レベルを比較して走行中の路面状態を推定する路面状態推定方法であって、前記出力信号が、タイヤ回転軸を中心として接地中心と反対側に位置する点である反直下点と踏み込み側の接地端との間、もしくは、蹴り出し側の接地端と前記反直下点との間から選択される接地面外領域における加速度信号の時系列波形である加速度波形で、前記２つの周波数帯域の上限値と下限値とが、前記加速度波形もしくは前記加速度波形を微分して得られる微分加速度波形から算出されるタイヤ回転時間を用いて設定されることを特徴とする。   That is, the present invention detects the tire radial acceleration by attaching an acceleration sensor to the tire tread inner surface side of the tire center portion of the tire in which the block row arranged along the tire circumferential direction is formed on the tire tread surface, A road surface state estimation method for extracting an acceleration level in two frequency bands from an output signal of the acceleration sensor and comparing the extracted acceleration levels in the two frequency bands to estimate a road surface state during traveling. The output signal is a point located on the opposite side of the ground center with respect to the tire rotation axis and between the grounding point on the stepping side or the grounding side on the kicking side and the grounding point An acceleration waveform, which is a time-series waveform of an acceleration signal in a region outside the ground plane selected between the upper limit value and the lower limit value of the two frequency bands, , Characterized in that it is set with a tire rotation time calculated from the differential acceleration waveform obtained by differentiating the acceleration waveform or the acceleration waveform.

タイヤトレッド表面にタイヤ周方向に沿って配列されたブロック列が形成されたタイヤでは、これらの領域には、踏み込み側の接地端及び蹴り出し側の接地端でそれぞれ発生した、ブロック周期に起因する振動などが伝達されてきているが、本願発明では、加速度センサーの出力信号のうち、伝達される振動の挙動が異なる２つの領域、すなわち、反直下点と踏み込み側の接地端との間の領域と蹴り出し側の接地端と反直下点との間の領域のそれぞれの出力信号を路面状態の判定に用いるようにしているので、路面状態の推定精度を高めることができ、応答性を向上させることができる。
また、本願発明では、これらの振動の中から、推定する路面状態に応じて、路面状態の変化に対する感度の高い２つの周波数帯域を選択し、これらの周波数帯域の加速度レベルを比較するようにしているので、路面状態を精度よく推定できる。
前記２つの周波数帯域としては、例えば、凍結路と他の路面を分ける場合や、圧雪路と他の路面を分ける場合など、それぞれ分けたい路面状態によって適切な２つの周波数帯域を選択すればよい。
前記２つの周波数帯域の上限値と下限値とは、車速に応じて変更する必要あるが、加速度波形もしくは微分加速度波形から算出されるタイヤ回転時間を用いれば、車速に応じた上限値と下限値とを設定することができる。 In a tire in which block rows arranged along the tire circumferential direction are formed on the surface of the tire tread, these regions are caused by block periods respectively generated at the stepping-side contact end and the kick-out contact end. Although vibration etc. have been transmitted, in the present invention, of the output signals of the acceleration sensor, two areas where the behavior of the transmitted vibration is different, that is, an area between the reverse direct point and the grounding end on the stepping side. Since each output signal in the area between the ground contact edge on the kick-out side and the anti-direct point is used for road surface condition determination, the estimation accuracy of the road surface state can be improved and the responsiveness can be improved. be able to.
Moreover, in this invention, according to the road surface state to estimate, two frequency bands with high sensitivity with respect to the change of a road surface state are selected from these vibrations, and the acceleration level of these frequency bands is compared. Therefore, it is possible to accurately estimate the road surface condition.
As the two frequency bands, for example, appropriate two frequency bands may be selected depending on the road surface condition to be divided, for example, when a frozen road is separated from another road surface, or when a snow-capped road is separated from another road surface.
The upper limit value and the lower limit value of the two frequency bands need to be changed according to the vehicle speed, but if the tire rotation time calculated from the acceleration waveform or the differential acceleration waveform is used, the upper limit value and the lower limit value according to the vehicle speed. And can be set.

また、本願発明は、前記２つの周波数帯域が、それぞれ、５０Ｈｚ以上２５００Ｈｚ以下の周波数範囲にあることを特徴とする。
この周波数範囲は、現実的に把え得る前記のブロック周波数に起因する周波数の範囲であり、５０Ｈｚより低い場合には、ノイズが大きくなり分解能を確保することが困難となる。一方、２５００Ｈｚを超えた場合には精度を確保することが困難である。更に、判定パラメータを抽出する周波数帯域を２５００Ｈｚ以下とすれば、データ量を抑えることができるので、処理装置などのコストを下げることができるとともに、消費電力も抑えることができる。 The invention of the present application is characterized in that the two frequency bands are in a frequency range of 50 Hz to 2500 Hz, respectively.
This frequency range is a frequency range caused by the block frequency that can be grasped practically. When the frequency range is lower than 50 Hz, noise increases and it is difficult to ensure resolution. On the other hand, when it exceeds 2500 Hz, it is difficult to ensure accuracy. Further, if the frequency band for extracting the determination parameter is 2500 Hz or less, the amount of data can be suppressed, so that the cost of the processing apparatus can be reduced and the power consumption can also be suppressed.

また、本願発明は、前記加速度信号が、前記反直下点と踏み込み側の接地面外においてタイヤが最も外側へ膨れる点である踏み込み側の膨出点との間、もしくは、蹴り出し側の接地面外においてタイヤが最も外側へ膨れる点である蹴り出し側の膨出点と前記反直下点との間から選択される接地面外領域における加速度信号であることを特徴とする。
このように、接地面外領域から、加速度変化の大きな接地端と膨出点との間の領域を外した領域を路面状態の推定に使用する接地面外領域とすれば、接地端近くの外乱に起因する大きな変化を除くことができるので、悪路などにおける路面状態の推定精度を向上させることができる。 Further, according to the present invention, the acceleration signal is between the anti-straight point and the stepped-side bulging point, which is the point where the tire bulges outside the stepped-side grounding surface, or the kicking-side grounded surface. It is an acceleration signal in a region outside the contact surface selected from between a bulging point on the kick-out side, which is a point where the tire bulges to the outermost side, and the anti-directly below point.
In this way, if the area between the grounding edge where the acceleration change is large and the bulging point is removed from the area outside the grounding plane, the area near the grounding edge will be Therefore, the estimation accuracy of the road surface condition on a rough road can be improved.

また、本願発明は、前記２つの周波数帯域のうち少なくとも１つを、ブロックの周期周波数に起因するピークを含む周波数帯域としたことを特徴とする。
これにより、ブロックの周期周波数に起因するピークを含む周波数帯域での加速度レベルを、例えば、判定のメジャーとして使用することにより、各路面状態の推定精度を向上させることができる。 The present invention is characterized in that at least one of the two frequency bands is a frequency band including a peak due to a periodic frequency of the block.
Thereby, the estimation accuracy of each road surface state can be improved by using the acceleration level in the frequency band including the peak due to the periodic frequency of the block, for example, as a measure for determination.

また、本願発明は、前記加速度信号が、タイヤ周方向に沿ったタイヤ１周の２０％以上の長さを有する領域の加速度信号であることを特徴とする。
これにより、接地端を含む接地面の情報を抽出する場合に比較して、データ点数を多く取得できるので、接地端で発生している現象が平均化されるので、１回転毎の推定安定性を向上させ、応答性を向上させることができる。なお、領域の最大長さは接地端から反直下点までの長さ（請求項１，２）か、もしくは、膨出点から反直下点までの長さ（請求項３）である。 The invention of the present application is characterized in that the acceleration signal is an acceleration signal in a region having a length of 20% or more of one circumference of the tire along the tire circumferential direction.
As a result, the number of data points can be acquired more than when extracting information on the ground contact surface including the ground contact, so that the phenomenon occurring at the ground contact is averaged, so the estimated stability per rotation Can be improved and the responsiveness can be improved. The maximum length of the region is the length from the ground contact end to the anti-direct point (Claims 1 and 2), or the length from the bulging point to the anti-direct point (Claim 3).

また、本願発明は、前記ブロック列は、周方向の長さが異なる少なくとも２種類のブロックを備えていることを特徴とする。
これにより、路面摩擦係数が低くなった際に発生する周方向の長さが異なるブロックの挙動の違い、すなわち、ブロックの周方向の長さの違いに起因する滑り易さの違いが、路面状態に応じた２つの周波数帯域におけるピーク値の大きさの変化の違いとして検出できるので、特に凍結路面において、路面状態を精度よく推定することができる。 Further, the invention of the present application is characterized in that the block row includes at least two types of blocks having different circumferential lengths.
As a result, the difference in the behavior of the blocks with different circumferential lengths generated when the road surface friction coefficient becomes low, that is, the difference in slipperiness due to the difference in the circumferential lengths of the blocks is the road surface condition. Since it can be detected as a difference in the magnitude of the peak value in the two frequency bands according to the road surface condition, it is possible to accurately estimate the road surface condition particularly on the frozen road surface.

また、本願発明は、前記２つの周波数帯域のうちの１つが、周方向の長さが長い方のブロックのブロック周期周波数を含む周波数帯域で、残りの周波数帯域が、周方向の長さが短い方のブロックのブロック周期周波数を含む周波数帯域であることを特徴とする。
このように、２つの周波数帯域を、周方向の長さが異なる２種類のブロックのブロック周期周波数とすることで、路面摩擦状態によるピーク値の増減が容易に検出できるので、特に凍結路面の状態を容易にかつ精度よく推定することができる。 Further, in the present invention, one of the two frequency bands is a frequency band including a block period frequency of a block having a longer circumferential length, and the remaining frequency band has a shorter circumferential length. The frequency band includes the block cycle frequency of the other block.
In this way, by setting the two frequency bands to the block cycle frequencies of two types of blocks having different circumferential lengths, it is possible to easily detect an increase or decrease in the peak value due to the road surface friction state. Can be estimated easily and accurately.

また、加速度レベルは車速により変化するので、車速の影響を補正する必要があるが、前記加速度レベルとして、前記算出されたタイヤ回転時間を用いて補正された加速度レベルを用いるようにすれば、車速の影響を排除できるので、路面状態の推定精度を向上させることができる。   Further, since the acceleration level changes depending on the vehicle speed, it is necessary to correct the influence of the vehicle speed. However, if the acceleration level corrected using the calculated tire rotation time is used as the acceleration level, the vehicle speed Therefore, it is possible to improve the estimation accuracy of the road surface condition.

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。   The summary of the invention does not list all necessary features of the present invention, and sub-combinations of these feature groups can also be the invention.

本実施の形態に係る路面状態推定装置の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the road surface state estimation apparatus which concerns on this Embodiment. 加速度センサーの取付け位置を示す図である。It is a figure which shows the attachment position of an acceleration sensor. 加速度波形及び加速度微分波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an acceleration waveform and an acceleration differential waveform. 乾燥路及び凍結路における蹴り出し側接地面外振動の周波数スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the frequency spectrum of the kicking side out-of-surface vibration in a dry road and a freezing road. 乾燥路、凍結路、及び、圧雪路を走行したときの蹴り出し側接地面外振動を用いた氷路判定値の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the ice road judgment value using the kick-out side ground surface vibration when drive | working a dry road, a freezing road, and a snowy road. 乾燥路及び圧雪路における蹴り出し側接地面外振動の周波数スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the frequency spectrum of the kicking side out-of-surface vibration in a dry road and a snowy road. 乾燥路、凍結路、及び、圧雪路を走行したときの蹴り出し側接地面外振動を用いた雪路判定値の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the snow road determination value using the kicking side out-of-surface vibration when driving | running | working on a dry road, a freezing road, and a snowy road. 荷重負荷時におけるタイヤの外形変化を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the external shape change of the tire at the time of a load load.

以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail through embodiments, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims, and all combinations of features described in the embodiments are included. It is not necessarily essential for the solution of the invention.

図１は、本実施の形態に係る路面状態推定装置１０の機能ブロック図である。
同図において、１１は加速度センサー、１２は特定位置抽出手段、１３は回転時間算出手段、１４は特定周波数帯域設定手段、１５は特定周波数帯域信号抽出手段、１６は加速度レベル算出手段、１７は判定値算出手段、１８は路面状態推定手段、１９は警報手段である。
加速度センサー１１はタイヤトレッド内面の加速度を検出するセンサーで、この加速度センサー１１が本発明の路面状態推定装置１０のセンサー部１０Ａを構成し、特定位置抽出手段１２から路面状態推定手段１８までの各手段が演算部１０Ｂを構成する。演算部１０Ｂは、例えば、コンピュータのソフトウェアにより構成され、警報手段１９とともに、図示しない車体側に配置されている。 FIG. 1 is a functional block diagram of a road surface state estimation apparatus 10 according to the present embodiment.
In the figure, 11 is an acceleration sensor, 12 is a specific position extracting means, 13 is a rotation time calculating means, 14 is a specific frequency band setting means, 15 is a specific frequency band signal extracting means, 16 is an acceleration level calculating means, and 17 is a determination. A value calculating means, 18 is a road surface state estimating means, and 19 is a warning means.
The acceleration sensor 11 is a sensor for detecting the acceleration of the inner surface of the tire tread. The acceleration sensor 11 constitutes a sensor unit 10A of the road surface state estimating device 10 of the present invention. The means constitutes the calculation unit 10B. The calculation unit 10B is configured by, for example, computer software, and is disposed on the vehicle body side (not shown) together with the alarm unit 19.

タイヤとしては、例えば、周方向の長さの異なる大小２種類のブロックをランダムに組み合わせて配置したタイヤなどのように、タイヤトレッド表面にタイヤ周方向に沿って配列されたブロック列が形成されたタイヤを用いることができる。本例では、１周に５６個のブロックを有するスタッドレスタイヤを用いた。このタイヤでは、車輪速を４０ｋｍ/ｈとしたときに、平均すると約３３０Ｈｚで路面に接触することになる。
周方向長さの短い方のブロックである小ブロックの連続する部分の周波数であるブロック周期周波数は４１０Ｈｚで、周方向長さの長い方のブロックである大ブロックのブロック周期周波数は２９０Ｈｚである。なお、周波数については、車輪速が４０ｋｍ/ｈとしたときの値である。 As the tire, for example, a row of blocks arranged along the tire circumferential direction is formed on the surface of the tire tread, such as a tire in which two types of blocks having different lengths in the circumferential direction are randomly combined. Tires can be used. In this example, a studless tire having 56 blocks per round was used. In this tire, when the wheel speed is 40 km / h, the road surface is contacted at about 330 Hz on average.
The block cycle frequency, which is the frequency of the continuous portion of the small blocks that are the shorter blocks in the circumferential direction, is 410 Hz, and the block cycle frequency of the large block that is the block of the longer circumferential length is 290 Hz. In addition, about a frequency, it is a value when a wheel speed shall be 40 km / h.

加速度センサー１１は、図２に示すように、タイヤ２０のインナーライナー部２１のタイヤの幅方向中心に、その検出方向がタイヤ径方向になるように配置されて、タイヤトレッド（以下、トレッドという）２２の内面に作用するタイヤ径方向加速度を検出する。なお、同図のＣＬはタイヤ２０のタイヤ幅方向の中心を示すセンターラインである。
加速度センサー１１の出力信号を車体側に配置された演算部１０Ｂに送る構成としては、例えば、インナーライナー部２１もしくはホイール２３に送信器１１Ｆを設置して、加速度センサー１１の出力信号を図示しない増幅器で増幅した後、無線にて上記演算部１０Ｂに送信する構成とすることが好ましい。なお、演算部１０Ｂをタイヤ２０側に設けて路面状態推定手段１８で推定した路面状態の情報を車体側に設けられた警報手段１９や図示しない車両制御装置に送信する構成としてもよい。 As shown in FIG. 2, the acceleration sensor 11 is disposed at the center in the tire width direction of the inner liner portion 21 of the tire 20 such that the detection direction is the tire radial direction, and a tire tread (hereinafter referred to as a tread). The tire radial acceleration acting on the inner surface of the tire 22 is detected. Note that CL in the figure is a center line indicating the center of the tire 20 in the tire width direction.
As a configuration for sending the output signal of the acceleration sensor 11 to the arithmetic unit 10B arranged on the vehicle body side, for example, a transmitter 11F is installed on the inner liner part 21 or the wheel 23, and the output signal of the acceleration sensor 11 is not shown in the figure. It is preferable that the signal is amplified and transmitted to the calculation unit 10B wirelessly. In addition, it is good also as a structure which provides the calculating part 10B in the tire 20 side, and transmits the information of the road surface state estimated by the road surface state estimation means 18 to the alarm means 19 provided in the vehicle body side, and the vehicle control apparatus which is not shown in figure.

特定位置抽出手段１２は、図３（ａ）に示すような、加速度センサー１１から連続して出力されるトレッド２２に作用するタイヤ径方向加速度の時系列波形から、蹴り出し側の膨出点Ｄkを始点としてタイヤ１周の２０％分の長さの領域の信号を抽出する。
回転時間算出手段１３は、加速度信号微分部１３ａと回転時間算出部１３ｂとを備える。
加速度信号微分部１３ａは、図３（ａ）に示すタイヤ径方向加速度の時系列波形（以下、加速度波形という）を時間微分して、図３（ｂ）に示すようなタイヤ径方向加速度の微分波形（以下、加速度微分波形という）を求める。
回転時間算出部１３ｂは、加速度微分波形のデータを用いてタイヤ２０が一回転する時間を算出する。接地端Ｅf，Ｅk近傍は、加速度波形においてグラフの傾きが最も大きい箇所であるので、加速度微分波形ではピークとなる。そこで、加速度微分波形から蹴り出し側の接地端Ｅkの時刻と次に現れる蹴り出し側の接地端Ｅkの時刻との時間間隔を算出してこれを回転時間Ｔrとすることができる。踏み込み側の接地端の時刻と次に現れる踏み込み側の接地端の時刻との時間間隔を算出してこれを回転時間Ｔrとしてもよい。
なお、加速度波形における蹴り出し側の接地端Ｅkの時刻と次に現れる蹴り出し側の接地端Ｅkの時刻との時間間隔からも回転時間Ｔrを求めることは可能であるが、接地端Ｅf，Ｅkの時間を精度よく算出して回転時間Ｔrを求めるには、加速度微分波形を使用することが好ましい。 The specific position extracting unit 12 is configured to extract the bulging point D on the kicking side from the time series waveform of the tire radial acceleration acting on the tread 22 continuously output from the acceleration sensor 11 as shown in FIG. A signal of a region having a length corresponding to 20% of one round of the tire is extracted starting from k .
The rotation time calculation means 13 includes an acceleration signal differentiator 13a and a rotation time calculator 13b.
The acceleration signal differentiating unit 13a time-differentiates the time series waveform (hereinafter referred to as acceleration waveform) of the tire radial acceleration shown in FIG. 3 (a) to differentiate the tire radial acceleration as shown in FIG. 3 (b). A waveform (hereinafter referred to as an acceleration differential waveform) is obtained.
The rotation time calculation unit 13b calculates the time for which the tire 20 makes one rotation using the acceleration differential waveform data. Since the vicinity of the grounding ends E f and E k is a portion where the slope of the graph is the largest in the acceleration waveform, it becomes a peak in the acceleration differential waveform. Therefore, it is possible to acceleration differential to calculate the time interval between the trailing side of the time and the next occurrence trailing side of the ground contact edge E k times the ground contact edge E k from waveform rotation time this T r. It is also possible to calculate the time interval between the time of the stepping-side grounding end and the time of the stepping-side grounding end that appears next and set this as the rotation time Tr .
Although it is possible to determine the rotation time T r from the time interval between the time of ground contact edge E k of time and then appear trailing side of the ground contact edge E k of trailing side in the acceleration waveform, a ground terminal In order to calculate the times E f and E k with high accuracy and obtain the rotation time Tr , it is preferable to use an acceleration differential waveform.

特定周波数帯域設定手段１４は、記憶部１４ａと帯域設定部１４ｂとを備える。
記憶部１４ａは、所定の回転時間（ここでは、４０ｋｍ/ｈに相当する回転時間）における各ブロック周期周波数と周波数帯域幅とを記憶して保存する。ここでは、大ブロックのブロック周期周波数（ｆa＝２９０Ｈｚ）とｆaを中心とした帯域幅、及び、小ブロックのブロック周期周波数（ｆb＝４１０Ｈｚ）とｆbを中心とした帯域幅とが保存される。
帯域設定部１４ｂは、記憶部１４ａに保存されたブロック周期周波数ｆa，ｆb及び帯域幅と、回転時間算出手段１３で算出した回転時間Ｔrとから、特定周波数帯域信号抽出手段であるバンドパスフィルター１５ａ，１５ｂの中心周波数と帯域幅とを設定する。
本例では、車輪速が４０ｋｍ/ｈである場合、バンドパスフィルター１５ａの中心周波数を２９０Ｈｚに、帯域幅を１２０Ｈｚに設定し、バンドパスフィルター１５ｂの中心周波数を４１０Ｈｚに、帯域幅は８０Ｈｚに設定した。
これら２９０Ｈｚ±６０Ｈzの範囲にある周波数帯域と４１０Ｈｚ±４０Ｈzの範囲にある周波数帯域とが本例の特定周期周波数帯域に相当する。
なお、前記例では、中心周波数が２９０Ｈｚのときに帯域幅を１２０Ｈｚとし、中心周波数が４１０Ｈｚのときに帯域幅を８０Ｈｚとしたが、帯域幅の広さはこれに限るものではないが、帯域幅としては５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲とすることが好ましい。 The specific frequency band setting unit 14 includes a storage unit 14a and a band setting unit 14b.
The memory | storage part 14a memorize | stores and preserve | saves each block period frequency and frequency bandwidth in predetermined rotation time (here rotation time corresponded to 40 km / h). Here, the band width is set to block period frequency of large block (f a = 290 Hz) and f a centered, and, and a bandwidth centered and a f b block period frequency of the small block (f b = 410Hz) Saved.
The band setting unit 14 b is a band that is a specific frequency band signal extracting unit, based on the block cycle frequencies f a and f b and the bandwidth stored in the storage unit 14 a and the rotation time Tr calculated by the rotation time calculating unit 13. The center frequency and bandwidth of the pass filters 15a and 15b are set.
In this example, when the wheel speed is 40 km / h, the center frequency of the bandpass filter 15a is set to 290 Hz, the bandwidth is set to 120 Hz, the center frequency of the bandpass filter 15b is set to 410 Hz, and the bandwidth is set to 80 Hz. did.
The frequency band in the range of 290 Hz ± 60 Hz and the frequency band in the range of 410 Hz ± 40 Hz correspond to the specific periodic frequency band in this example.
In the above example, the bandwidth is 120 Hz when the center frequency is 290 Hz, and the bandwidth is 80 Hz when the center frequency is 410 Hz. However, the bandwidth is not limited to this. Is preferably in the range of 50 Hz to 200 Hz.

図４（ａ），（ｂ）は、１９５/６５Ｒ１５サイズのスタッドレスタイヤに図２のように加速度センサーを設置し、一般的な乾燥アスファルト路と凍結路をそれぞれ車輪速４０ｋｍ/ｈで走行したときの蹴り出し側接地面外振動の周波数スペクトルで、（ａ）図は前輪、（ｂ）図は後輪のデータである。試験車両はＦＦ車で、前輪の荷重の方が後輪の荷重より約１ｋＮ重い設計になっている。
乾燥路では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、大ブロックのブロック周期周波数であるｆa＝２９０Ｈｚ近傍と、小ブロックのブロック周期周波数であるｆb＝４１０Ｈｚ近傍とに明確なピークＰa及びＰbが現れることがわかる。
特定周波数帯域信号抽出手段１５は、バンドパスフィルター１５ａ，１５ｂを備える。
バンドパスフィルター１５ａは、特定位置抽出手段１２で抽出されたタイヤ径方向加速度の時系列波形の蹴り出し側の膨出点を始点としてタイヤ１周の２０％分の長さの加速度信号から、中心周波数がｆa＝２９０Ｈｚで帯域幅が１２０Ｈzの周波数帯域の信号を抽出し、バンドパスフィルター１５ｂは、中心周波数がｆb＝４１０Ｈｚで帯域幅が８０Ｈzの周波数帯域の信号を抽出する。
車輪速が変わる場合には、バンドパスフィルター１５ａ，１５ｂの中心周波数であるブロック周期周波数と帯域幅とを、前記のように、回転時間Ｔrにより変更する。 4 (a) and 4 (b) show that when an accelerometer is installed on a 195 / 65R15 size studless tire as shown in FIG. 2 and the vehicle runs on a general dry asphalt road and a frozen road at a wheel speed of 40 km / h, respectively. The frequency spectrum of the kicking side out-of-plane vibration is shown in (a) where the front wheel data and (b) the rear wheel data. The test vehicle is an FF vehicle, and the front wheel load is about 1 kN heavier than the rear wheel load.
The dry road, as shown in FIG. 4 (a), (b) , a clear and neighborhood f a = 290 Hz is a block cycle frequency of large block, f b = 410Hz and near a block cycle frequency of the small block it can be seen that peaks P a and P b appears.
The specific frequency band signal extraction means 15 includes band pass filters 15a and 15b.
The band-pass filter 15a starts from the acceleration signal having a length of 20% of the circumference of the tire starting from the bulging point on the kicking side of the time-series waveform of the tire radial acceleration extracted by the specific position extracting means 12. A frequency band signal having a frequency of f a = 290 Hz and a bandwidth of 120 Hz is extracted, and the band pass filter 15b extracts a signal of a frequency band having a center frequency of f b = 410 Hz and a bandwidth of 80 Hz.
When the wheel speed changes, the block period frequency and the bandwidth, which are the center frequencies of the bandpass filters 15a and 15b, are changed according to the rotation time Tr as described above.

加速度レベル算出手段１６は、バンドパスフィルター１５ａで抽出された中心周波数がｆaである周波数帯域の信号のＲＭＳ平均値ｇaと、バンドパスフィルター１５ｂで抽出された中心周波数がｆbである周波数帯域のＲＭＳ平均値ｇbとを算出する。これらＲＭＳ平均値ｇa，ｇbが、本例における特定周波数帯域における加速度の大きさである。
判定値算出手段１７は、前記ＲＭＳ平均値ｇaと前記ＲＭＳ平均値ｇbとを加速度レベルの判定のメジャーとして氷路判定値Ｒｂを算出する。具体的には、ｇaに対するｇbの比を路面が乾燥路か凍結路かの判定に用いる氷路判定値Ｒｂとする。Ｒｂ＝（ｇb/ｇa）である。
なお、加速度レベルであるＲＭＳ平均値ｇa，ｇbは車輪速により変化するので、加速度レベルを回転時間Ｔrを用いて補正することが望ましい。
なお、補正の仕方としては、タイヤ加速度がタイヤ回転速度Ｔrの二乗にほぼ比例する、すなわち、回転時間Ｔrの二乗に反比例するという関係を用いてＲＭＳ平均値ｇa，ｇbをそれぞれＲＭＳ補正値Ｇa，Ｇbに変換すればよい。 The acceleration level calculation means 16 uses the RMS average value g a of the signal in the frequency band where the center frequency extracted by the band pass filter 15a is f a and the frequency where the center frequency extracted by the band pass filter 15b is f b. The RMS average value g b of the band is calculated. These RMS average values g a and g b are the magnitudes of acceleration in the specific frequency band in this example.
The determination value calculation means 17 calculates the ice road determination value R b using the RMS average value g a and the RMS average value g b as a measure for determining the acceleration level. Specifically, the ratio of g b to g a is the ice road determination value R b used for determining whether the road surface is a dry road or a frozen road. R b = (g b / g a ).
Note that the RMS average values g a and g b that are acceleration levels vary depending on the wheel speed, so it is desirable to correct the acceleration level using the rotation time Tr .
As a correction method, the RMS average values g a and g b are calculated by using the relationship that the tire acceleration is approximately proportional to the square of the tire rotation speed Tr , that is, inversely proportional to the square of the rotation time Tr. correction value G a, may be converted to G b.

図５は、図４（ａ）に示した前輪の蹴り出し側接地面外加速度から算出した乾燥路、凍結路、及び、圧雪路におけるタイヤ１回転毎の氷路判定値Ｒｂを時系列的に示したものである。
この図から、凍結路における氷路判定値Ｒｂは、乾燥路や圧雪路の氷路判定値Ｒｂに比較して非常に小さな値になっていることがわかる。したがって、適切な閾値Ｋb（例えば、Ｋb＝０．２）を設けることで、路面が凍結路であるか否かを判定することができる。
路面状態推定手段１８では、判定値算出手段１７で算出された氷路判定値Ｒｂと予め設定された閾値Ｋbとを比較して、路面が凍結路であるか否かを推定するとともに、走行中の路面が凍結路であると推定された場合には、警報手段１９に路面が凍結路であるという信号を出力する。
警報手段１９は、運転席近傍に設置されて、路面が凍結路であるという信号が入力されたときに、例えば、警報用のＬＥＤを点灯もしくは点滅させるなどしてドライバーに路面が凍結路であることを認識させる。なお、警報用の音声や警報音により、ドライバーに路面が低μ路面であることを認識させるようにしてもよいし、警報用の音とＬＥＤとを併用してもよい。 FIG. 5 shows the icy road determination value Rb for each rotation of the tire on the dry road, the frozen road, and the snow-capped road calculated from the front-wheel kick-out side contact surface acceleration shown in FIG. It is shown in.
From this figure, it can be seen that the icy road judgment value Rb on the frozen road is very small compared to the icy road judgment value Rb on the dry road and the snowy road. Therefore, it is possible to determine whether or not the road surface is a frozen road by providing an appropriate threshold value K b (for example, K b = 0.2).
The road surface state estimation means 18 compares the ice road determination value Rb calculated by the determination value calculation means 17 with a preset threshold value Kb to estimate whether or not the road surface is a frozen road, When it is estimated that the traveling road surface is a frozen road, a signal that the road surface is a frozen road is output to the alarm means 19.
The alarm means 19 is installed in the vicinity of the driver's seat, and when a signal indicating that the road surface is a frozen road is input, for example, a warning LED is turned on or blinked, and the road surface is frozen. Recognize that. The driver may be made to recognize that the road surface is a low μ road surface by a warning sound or a warning sound, or a warning sound and an LED may be used in combination.

次に、本実施の形態に係る路面状態の推定方法について説明する。
なお、本例では、トレッド２２に、ブロック周期周波数がｆa＝２９０Ｈｚである大ブロックとブロック周期周波数がｆb＝４１０Ｈｚである小ブロックとが形成されたタイヤ２０を用いた。
まず、加速度センサー１１により、図３（ａ）に示すような、タイヤ２０のトレッド２２の内面に作用するタイヤ径方向加速度を検出した後、特定位置抽出手段１２にて、タイヤ径方向加速度の時系列波形から、蹴り出し側の膨出点を始点としてタイヤ１周の２０％分の長さの領域の信号を抽出する。
一方、回転時間算出手段１３にて、図３（ｂ）に示すような、タイヤ径方向加速度を微分した加速度微分波形を求め、この加速度微分波形を用いて、タイヤ２０が一回転する時間である回転時間Ｔrを算出する、そして、この回転時間Ｔrを用い、特定周波数帯域設定手段１４により、バンドパスフィルター１５ａ，１５ｂの中心周波数と帯域幅とを設定する。 Next, the road surface state estimation method according to the present embodiment will be described.
In this example, the tread 22, the block period frequency is large block and a block period frequency is f a = 290 Hz using the tire 20 and the small blocks are formed, which are f b = 410Hz.
First, after detecting the tire radial acceleration acting on the inner surface of the tread 22 of the tire 20 as shown in FIG. 3A by the acceleration sensor 11, the specific position extracting means 12 performs the tire radial acceleration. From the series waveform, a signal of an area having a length corresponding to 20% of one round of the tire is extracted from the bulging point on the kicking side as a starting point.
On the other hand, the rotation time calculating means 13 obtains an acceleration differential waveform obtained by differentiating the tire radial acceleration as shown in FIG. 3B, and the tire 20 is rotated once using this acceleration differential waveform. The rotation time Tr is calculated, and the center frequency and the bandwidth of the bandpass filters 15a and 15b are set by the specific frequency band setting means 14 using the rotation time Tr .

次に、特定位置抽出手段１２で抽出された信号を、バンドパスフィルター１５ａ，１５ｂを通過させた後、加速度レベル算出手段１６に送り、加速度レベル算出手段１６にて、大ブロックが路面と連続して接触するかあるいは離れる際に発生するブロック周期周波数ｆaを含む周波数帯域のＲＭＳ平均値ｇaと小ブロックのブロック周期周波数ｆbを含む周波数帯域のＲＭＳ平均値ｇbとを算出する。
そして、これらのＲＭＳ平均値ｇa，ｇbを用いて氷路判定値Ｒｂ＝（ｇb/ｇa）を算出し、この氷路判定値Ｒｂと予め設定された閾値Ｋbとを比較して、路面が凍結路であるか否かを判定する。
走行中の路面が凍結路であると推定された場合には、警報手段１９に路面が凍結路であるという信号を出力し、警報手段１９にてＬＥＤを点灯もしくは点滅させるなどしてドライバーに路面が凍結路であることを認識させる。 Next, after the signal extracted by the specific position extracting unit 12 is passed through the band pass filters 15a and 15b, the signal is sent to the acceleration level calculating unit 16 where the large block continues to the road surface. calculating the RMS average value g b of a frequency band including the block period frequency f b of RMS average value g a and the small blocks of the frequency band including the block period frequency f a which is generated when or leaving contact Te.
Then, using these RMS average values g a and g b , an ice road determination value R b = (g b / g a ) is calculated, and the ice road determination value R b and a preset threshold value K b are calculated. In comparison, it is determined whether or not the road surface is a frozen road.
When it is estimated that the running road surface is an icy road, a signal indicating that the road surface is an icy road is output to the alarm means 19, and the alarm means 19 turns on or blinks the LED to the driver. Recognize that is a frozen road.

このように本実施の形態では、トレッド２２に、ブロック周期周波数がｆa＝２９０Ｈｚである大ブロックとブロック周期周波数がｆb＝４１０Ｈｚである小ブロックとが形成されたタイヤ２０のインナーライナー部２１のタイヤの幅方向中心に、加速度センサー１１を、その検出方向がタイヤ径方向になるように配置して、タイヤ２０のトレッド２２の内面に作用するタイヤ径方向加速度を検出し、タイヤ径方向加速度から大ブロックのブロック周期周波数ｆaを含む周波数帯域のＲＭＳ平均値ｇaと小ブロックのブロック周期周波数ｇbを含む周波数帯域のＲＭＳ平均値ｇbとを算出して氷路判定値Ｒｂ＝（ｇb/ｇa）を求め、この氷路判定値Ｒｂと予め設定された閾値Ｋbとを比較して、路面状態を推定するようにしたので、走行中の路面が凍結路であるか否かを確実に推定することができる。
このとき、タイヤ径方向加速度の時系列波形から、蹴り出し側の膨出点を始点としてタイヤ１周の２０％分の長さの領域の信号を抽出し、抽出された信号から氷路判定値Ｒｂ＝（ｇb/ｇa）を求めるようにすれば、外乱の影響を受けにくくなるので、路面状態の推定精度を更に向上させることができるとともに、応答性が向上する。
また、本発明の路面状態推定装置１０で推定された路面状態の情報を車両制御手段などに出力して、車両の走行状態を制御するようにすれば、ＡＢＳブレーキのより高度な制御等が可能になり、車両の安全性を更に高めることができる。 In this way, in the present embodiment, the tread 22, inner liner 21 of the tire 20 and the small block large block and the block cycle frequency block period frequency is at f a = 290 Hz is a f b = 410Hz is formed The acceleration sensor 11 is arranged at the center of the tire in the width direction so that the detection direction is the tire radial direction, the tire radial acceleration acting on the inner surface of the tread 22 of the tire 20 is detected, and the tire radial acceleration is detected. ice road determination value by calculating the RMS average value g b of a frequency band including the block period frequency g b of RMS average value g a and the small blocks of the frequency band including the block period frequency f a of the large block from R b = (g b / g a) a determined, by comparing the preset threshold value K b and the ice road determination value R b, since so as to estimate the road surface condition, the traveling Surface can be reliably estimated whether the frozen road.
At this time, from the time-series waveform of the tire radial direction acceleration, a signal of a region having a length of 20% of one round of the tire is extracted from the bulging point on the kicking side, and the ice road determination value is extracted from the extracted signal. If R b = (g b / g a ) is obtained, it becomes difficult to be affected by disturbance, so that the estimation accuracy of the road surface state can be further improved and the responsiveness is improved.
Further, if the road surface state information estimated by the road surface state estimation device 10 of the present invention is output to the vehicle control means or the like to control the traveling state of the vehicle, more advanced control of the ABS brake or the like is possible. Thus, the safety of the vehicle can be further improved.

なお、前記実施の形態では、タイヤ径方向加速度から大ブロックのブロック周期周波数ｆaを含む周波数帯域のＲＭＳ平均値ｇaと小ブロックのブロック周期周波数ｆbを含む周波数帯域のＲＭＳ平均値ｇbとを算出して氷路判定値Ｒｂ＝（ｇb/ｇa）を求め、走行中の路面が凍結路であるか否かを推定するようにしたが、２つの周波数帯域を変更することで、走行中の路面が雪路であるか否かを推定することができる。
図６（ａ），（ｂ）は、一般的な乾燥アスファルト路と圧雪路をそれぞれ車輪速４０ｋｍ/ｈで走行したときの蹴り出し側接地面外振動の周波数スペクトルで、（ａ）図は前輪、（ｂ）図は後輪のデータである。なお、タイヤ及び試験車両については、前記実施の形態と同じである。
乾燥路では、図４（ａ），（ｂ）と同様に、大ブロックのブロック周期周波数ｆa＝２９０Ｈｚ近傍と、小ブロックのブロック周期周波数ｆb＝４１０Ｈｚ近傍とに明確なピークＰa及びＰbが現れる。一方、圧雪路ではピークＰaよりも低周波側で加速度レベルが高くなっており、図６（ａ），（ｂ）に示すように、約１４０Ｈｚに新たなピークＰcが出現している。 In the above-described embodiment, the RMS average value g b of the frequency band including the block period frequency f a of the large block and the RMS average value g b of the frequency band including the block period frequency f b of the small block from the tire radial acceleration. DOO obtains the calculated ice path determination value R b = (g b / g a) and the road surface during running was to estimate whether the frozen road, changes the two frequency bands Thus, it can be estimated whether or not the traveling road surface is a snowy road.
FIGS. 6 (a) and 6 (b) are frequency spectra of kicking-side out-of-ground vibrations when traveling on a general dry asphalt road and a snow-capped road at a wheel speed of 40 km / h, respectively. , (B) shows the rear wheel data. The tire and test vehicle are the same as those in the above embodiment.
The dry road, FIG. 4 (a), (b) and similarly, the block period frequency f a = 290 Hz near the large block, block period the frequency of the small blocks f b = 410Hz clear in the vicinity of the peak P a and P b appears. On the other hand, the peak P a in compacted snow road has a higher acceleration level at a low frequency side, FIG. 6 (a), a new peak P c appeared to as shown, approximately 140 Hz (b).

そこで、圧雪路において出現するピークＰcに対応する周波数ｆcを含む周波数帯域のＲＭＳ平均値ｇcの大きさを雪路の判定に使用すれば、走行中の路面が乾燥路であるか雪路であるかを推定することができる。
ここで、基準として、大ブロックのブロック周期周波数ｆaを含む周波数帯域のＲＭＳ平均値ｇaを使用するとともに、新たなバンドパスフィルターを設け、本実施の形態と同様に、タイヤ径方向加速度の時系列波形の蹴り出し側の膨出点を始点とするタイヤ１周の２０％分の長さの領域の信号から、例えば、中心周波数がｆc＝１４０Ｈｚ、帯域幅が１２０Ｈｚの周波数帯域の信号を抽出し、この抽出されたピークＰcに対応する周波数ｆcを含む周波数帯域のＲＭＳ平均値ｇcを算出する。
そして、大ブロックのブロック周期周波数ｆaを含む周波数帯域のＲＭＳ平均値ｇaを加速度レベルの判定のメジャーとして雪路判定値Ｒc＝（ｇｃ/ｇa）を算出する。
図７は、図６（ａ）に示した前輪の蹴り出し側接地面外加速度から算出した乾燥路、凍結路、及び、圧雪路におけるタイヤ１回転毎の雪路判定値Ｒcを時系列的に示したものである。
同図から、圧雪路における雪路判定値Ｒcは、バラツキはあるものの、乾燥路や凍結路の雪路判定値Ｒcよりも大きくなっていることがわかる。したがって、適切な閾値Ｋc（例えば、Ｋc＝１．０）を設けることで、路面が圧雪路であるか否かを判定することができる。
よって、氷路判定値Ｒｂによる判定と雪路判定値Ｒcによる判定とを組み合せることにより、路面が乾燥路であるか、凍結路であるか、あるいは、圧雪路であるかを安定的に分離することができる。 Therefore, if the RMS average value g c in the frequency band including the frequency f c corresponding to the peak P c appearing on the snowy road is used for the determination of the snowy road, whether the running road surface is a dry road or snow It can be estimated whether it is a road.
Here, as a reference, the RMS average value g a of the frequency band including the block period frequency f a of the large block is used, and a new band pass filter is provided, and the tire radial acceleration is the same as in the present embodiment. For example, a signal in a frequency band with a center frequency of f c = 140 Hz and a bandwidth of 120 Hz is obtained from a signal in a region corresponding to a length of 20% of one round of the tire starting from the bulging point on the kicking side of the time series waveform. extracting, it calculates the RMS average value g c of the frequency band including the frequency f c corresponding to the extracted peaks P c.
Then, the snow road determination value R c = (g c / g a ) is calculated using the RMS average value g a in the frequency band including the block cycle frequency f a of the large block as a measure for determining the acceleration level.
FIG. 7 shows, in a time-series manner, the snow road judgment value R c for each rotation of the tire on the dry road, the frozen road, and the snow pressure road calculated from the front-wheel kick-out side contact surface acceleration shown in FIG. It is shown in.
From the figure, snowy determination value R c in snow-packed road, though variation is, it can be seen that is larger than snow judgment value R c of the dry road or frozen road. Therefore, by providing an appropriate threshold value K c (for example, K c = 1.0), it can be determined whether or not the road surface is a snow-capped road.
Thus, by combining the determination by the determination and snowy road judgment value R c by ice road determination value R b, or the road surface is dry road or a frozen road, or stably whether the snow-packed road Can be separated.

また、前記例では、タイヤ径方向加速度の時系列波形から、蹴り出し側の膨出点を始点としてタイヤ１周の２０％分の長さの領域の信号を抽出したが、反直下点から踏み込み側の膨出点までの領域の信号を抽出してもよい。但し、蹴り出し側と踏み込み側とを比較すると、踏み込み側の方が路面の凹凸影響を受け易いので、本例のように、蹴り出し側を用いる方が高い推定精度が得られるので好ましい。
また、前記例では、ブロックの種類を周方向の長さの異なる２種類のブロックとしたが、これに限るものではなく、３種類あるいはそれ以上あってもよい。但し、種類が増えるとブロック周期に起因するピークレベルが低くなる傾向にあるので、ブロックの種類としては３種類以下にすることが好ましい。
また、前記例では、特定周波数帯域における加速度の大きさを、バンドパスフィルター１５ａ，１５ｂを通過した加速度波形のＲＭＳ平均値ｇa，ｇbとしたが、例えば、ＦＦＴなどの他の解析手法を用いてもよい。 Further, in the above example, a signal of a region having a length of 20% of the circumference of the tire is extracted from the time series waveform of the tire radial acceleration, starting from the bulging point on the kicking side. You may extract the signal of the area | region to the side bulging point. However, when the kicking side and the stepping side are compared, the stepping side is more susceptible to the unevenness of the road surface, and therefore it is preferable to use the kicking side as in this example because higher estimation accuracy can be obtained.
In the above example, two types of blocks having different circumferential lengths are used. However, the present invention is not limited to this, and there may be three types or more. However, since the peak level due to the block period tends to decrease as the number of types increases, the number of types of blocks is preferably three or less.
In the above example, the magnitude of the acceleration in the specific frequency band is the RMS average values g a and g b of the acceleration waveforms that have passed through the band pass filters 15a and 15b, but other analysis methods such as FFT are used. It may be used.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the embodiment. It is apparent from the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

以上説明したように、本発明によれば、タイヤ１回転毎のバラツキの少なく、かつ、精度の高い路面状態の推定を行うことができるので、推定された路面状態に基づいて車両の走行状態を制御するようにすれば、車両の走行安全性を向上させることができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to estimate the road surface state with little variation for each rotation of the tire and with high accuracy. Therefore, based on the estimated road surface state, the traveling state of the vehicle can be determined. If controlled, the traveling safety of the vehicle can be improved.

１０ 路面状態推定装置、１０Ａ センサー部、１０Ｂ 演算部、
１１ 加速度センサー、１２ 特定位置抽出手段、１３ 回転時間算出手段、
１３ａ 加速度信号微分部、１３ｂ 回転時間算出部、
１４ 特定周波数帯域設定手段、１４ａ 記憶部、１４ｂ 帯域設定部、
１５ 特定周波数帯域信号抽出手段、１５ａ，１５ｂ バンドパスフィルター、
１６ 加速度レベル算出手段、１７ 判定値算出手段、１８ 路面状態推定手段、
１９ 警報手段、
２０ タイヤ、２１ インナーライナー部、２２ タイヤトレッド、２３ ホイール、
ＣＬ センターライン、Ｒ 路面。 10 road surface state estimation device, 10A sensor unit, 10B calculation unit,
11 acceleration sensor, 12 specific position extracting means, 13 rotation time calculating means,
13a acceleration signal differentiation unit, 13b rotation time calculation unit,
14 specific frequency band setting means, 14a storage unit, 14b band setting unit,
15 specific frequency band signal extraction means, 15a, 15b band pass filter,
16 acceleration level calculation means, 17 judgment value calculation means, 18 road surface state estimation means,
19 Alarm means,
20 tires, 21 inner liner parts, 22 tire treads, 23 wheels,
CL center line, R road surface.

Claims (8)

タイヤトレッド表面にタイヤ周方向に沿って配列されたブロック列が形成されたタイヤのタイヤセンター部のタイヤトレッド内面側に加速度センサーを取付てタイヤ径方向加速度を検出するとともに、前記加速度センサーの出力信号から、２つの周波数帯域における加速度レベルを抽出し、前記抽出された２つの周波数帯域における加速度レベルを比較して走行中の路面状態を推定する路面状態推定方法であって、
前記出力信号は、タイヤ回転軸を中心として接地中心と反対側に位置する点である反直下点と踏み込み側の接地端との間、もしくは、蹴り出し側の接地端と前記反直下点との間から選択される接地面外領域における加速度信号の時系列波形である加速度波形で、
前記２つの周波数帯域の上限値と下限値とは、前記加速度波形もしくは前記加速度波形を微分して得られる微分加速度波形から算出されるタイヤ回転時間を用いて設定されることを特徴とする路面状態推定方法。 An acceleration sensor is attached to the tire tread inner surface side of the tire center portion of the tire in which block rows arranged along the tire circumferential direction are formed on the tire tread surface to detect tire radial acceleration, and an output signal of the acceleration sensor A road surface state estimation method for extracting acceleration levels in two frequency bands and comparing the extracted acceleration levels in the two frequency bands to estimate a road surface state during traveling,
The output signal is a point between the reverse direct point that is located on the opposite side of the ground contact center around the tire rotation axis and the ground contact end on the stepping side, or between the ground contact end on the kicking side and the direct direct contact point. In the acceleration waveform which is the time series waveform of the acceleration signal in the area outside the ground plane selected from
The upper and lower limits of the two frequency bands are set using a tire rotation time calculated from the acceleration waveform or a differential acceleration waveform obtained by differentiating the acceleration waveform. Estimation method. 前記２つの周波数帯域が、それぞれ、５０Ｈｚ以上２５００Ｈｚ以下の周波数範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の路面状態推定方法。   The road surface state estimation method according to claim 1, wherein the two frequency bands are in a frequency range of 50 Hz to 2500 Hz, respectively. 前記加速度信号が、前記反直下点と踏み込み側の接地面外においてタイヤが最も外側へ膨れる点である踏み込み側の膨出点との間、もしくは、蹴り出し側の接地面外においてタイヤが最も外側へ膨れる点である蹴り出し側の膨出点と前記反直下点との間から選択される接地面外領域における加速度信号であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の路面状態推定方法。   The acceleration signal is between the anti-linear point and the stepped-side bulging point, which is the point where the tire bulges outwardly outside the stepping-side ground contact surface, or the tire is outermost outside the kicking-out grounding surface. 3. The road surface state according to claim 1, wherein the road surface condition is an acceleration signal in a region outside the ground contact surface selected from a bulging point on the kicking side that is a point that bulges to a point and a point directly below the anti-straight point. Estimation method. 前記２つの周波数帯域のうち少なくとも１つは、前記ブロック列を構成するブロックの周期に相当する周波数であるブロック周期周波数に起因するピークを含む周波数帯域であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の路面状態推定方法。   The at least one of the two frequency bands is a frequency band including a peak due to a block period frequency that is a frequency corresponding to a period of a block constituting the block row. Item 4. The road surface state estimating method according to any one of Items 3 to 4. 前記加速度信号が、タイヤ周方向に沿ったタイヤ１周の２０％以上の長さを有する領域の加速度信号であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の路面状態推定方法。   The road surface state estimation according to any one of claims 1 to 4, wherein the acceleration signal is an acceleration signal of a region having a length of 20% or more of one tire circumference along the tire circumferential direction. Method. 前記ブロック列は、周方向の長さが異なる少なくとも２種類のブロックを備えていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の路面状態推定方法。   The road surface state estimation method according to claim 1, wherein the block row includes at least two types of blocks having different circumferential lengths. 前記２つの周波数帯域のうちの１つが、周方向の長さが長い方のブロックのブロック周期周波数を含む周波数帯域で、残りの周波数帯域が、周方向の長さが短い方のブロックのブロック周期周波数を含む周波数帯域であることを特徴とする請求項６に記載の路面状態推定方法。   One of the two frequency bands is a frequency band including a block period frequency of a block having a longer circumferential length, and the remaining frequency band is a block period of a block having a shorter circumferential length. The road surface state estimating method according to claim 6, wherein the road surface state is a frequency band including a frequency. 前記加速度レベルが、前記算出されたタイヤ回転時間を用いて補正された加速度レベルであることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の路面状態推定方法。

The road surface state estimation method according to claim 1, wherein the acceleration level is an acceleration level corrected using the calculated tire rotation time.

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