JP2016016812A - 運転制御装置、自動車及び運転制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの劣化を適切に反映して自動車の運転を制御することが可能な運転制御装置、自動車及び運転制御方法を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる運転制御装置１０は、自動車のタイヤの粘弾性特性に関する測定量を測定する測定センサ１１と、測定センサ１１が測定した測定量を用いてタイヤの粘弾性特性を算出する粘弾性特性算出部１２と、粘弾性特性算出部１２が算出した粘弾性特性を用いてタイヤの摩擦係数を算出する摩擦係数算出部１３と、摩擦係数算出部１３が算出したタイヤの摩擦係数に基づいて自動車の運転を制御する運転制御部１４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は運転制御装置、自動車及び運転制御方法に関し、特にタイヤの摩擦係数に基づいて自動車の運転を制御する運転制御装置、自動車及び運転制御方法に関する。

自動車において、タイヤのグリップ力が減少することは、スリップ等の不安定な走行を引き起こす要因になりえる。そのため、タイヤのグリップ力に応じて、自動車の走行を制御する技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、タイヤのグリップ状態が旋回性能の限界に近い場合に、旋回の際に自動車を緩やかに減速させる技術が開示されている。ここで、タイヤのグリップ状態は、車輪のスリップ率が高いほど、旋回性能の限界に近いと推定される。また、特許文献２には、タイヤのグリップ力が低下している場合に変速機の変速比を制御する技術が開示されている。なお、タイヤに関する技術として、特許文献３には、タイヤ等の粘弾性体における摩擦特性を測定する技術が開示されている。

特開２００６−２８１９３５号公報 特開２０１４−３９４４９号公報 特開２００７−４７１３０号公報

自動車のタイヤのグリップ力は、路面状態だけではなく、タイヤ自体の劣化（特に、タイヤの摩擦係数の低下）が原因でも低下する。従って、タイヤの劣化を測定することは、自動車の走行を安全に制御するために重要である。

上述の特許文献１に記載の技術では、車輪のスリップ率に基づいてタイヤのグリップ状態を推定しているものの、タイヤの劣化を直接測定しているわけではない。従って、タイヤが劣化している場合でも、タイヤのグリップ状態が旋回性能の限界に近いと判定されず、旋回の際に自動車が緩やかに減速されない可能性がある。また、特許文献２には、タイヤのグリップ力の低下を測定する方法について、具体的な記載がない。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、タイヤの劣化を適切に反映して自動車の運転を制御することが可能な運転制御装置、自動車及び運転制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様における運転制御装置は、測定センサと、粘弾性特性算出部と、摩擦係数算出部と、運転制御部と、を備える。測定センサは、自動車のタイヤの粘弾性特性に関する測定量を測定する。粘弾性特性算出部は、測定センサが測定した測定量を用いてタイヤの粘弾性特性を算出する。摩擦係数算出部は、粘弾性特性算出部が算出した粘弾性特性を用いてタイヤの摩擦係数を算出する。運転制御部は、摩擦係数算出部が算出したタイヤの摩擦係数に基づいて自動車の運転を制御する。

本発明の第２の態様における自動車の運転制御方法は、以下のステップ（ａ）〜（ｄ）を備える。
（ａ）自動車のタイヤの粘弾性特性に関する測定量を測定する測定ステップ、
（ｂ）測定した測定量を用いてタイヤの粘弾性特性を算出する粘弾性特性算出ステップ、
（ｃ）算出した粘弾性特性を用いてタイヤの摩擦係数を算出する摩擦係数算出ステップ、及び
（ｄ）算出したタイヤの摩擦係数に基づいて自動車の運転を制御する運転制御ステップ。

以上の通り、本発明においては、自動車の運転を制御するために、自動車のタイヤの粘弾性特性を実際に測定し、測定した粘弾性特性を用いてタイヤの摩擦係数を算出している。そのため、本発明にかかる技術は、タイヤの劣化を正確に測定し、その測定結果に基づいて自動車の運転を制御することができる。

本発明により、タイヤの劣化を適切に反映して自動車の運転を制御することが可能な運転制御装置、自動車及び運転制御方法を提供することができる。

実施の形態１にかかる運転制御装置を搭載した自動車の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる測定センサ及び粘弾性特性算出部の構成例を示したブロック図である。 実施の形態１において測定センサを自動車のタイヤに設けた一例を示した図である。 実施の形態１において粘弾性特性を算出する方法を説明した図である。 実施の形態１において粘弾性特性を算出する方法を説明した図である。 実施の形態１にかかる摩擦係数算出部の構成例を示したブロック図である。 実施の形態１にかかる運転制御装置の処理の一例を示したフローチャートである。 実施の形態３において粘弾性特性を算出する方法を説明した図である。 実施の形態３において粘弾性特性を算出する方法を説明した図である。 実施の形態３において、タイヤＴの２つのケースにおける音響インピーダンス及び反射率について例示した表である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、様々な処理を行う機能ブロックとして以下の図に記載された自動車の各要素は、ハードウェア的には、メモリやその他のＩＣ（Integrated Circuit）等の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現することができる。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１にかかる自動車１の構成例を示したブロック図である。自動車１は、運転制御装置１０とレーダーセンサ１５と駆動部１６とブレーキ部１７とステアリング部１８と表示部１９を備える。

運転制御装置１０は、自動車１に搭載され、自動車１の運転を制御する装置である。運転制御装置１０は、詳細には、測定センサ１１と粘弾性特性算出部１２と摩擦係数算出部１３と運転制御部１４を備える。以下、運転制御装置１０の各部について説明する。

測定センサ１１は、自動車１のタイヤ（図１には図示せず）の粘弾性特性に関する測定量を測定する。なお、測定センサ１１が測定するタイヤは、自動車１が備える複数（例えば４つ）のタイヤのうち、任意の１つのタイヤでもよく、複数のタイヤであってもよい。また、測定センサ１１が測定するタイヤの箇所は、タイヤのどの部分でもよい。ただし、摩擦劣化の判断を正確に行うには、タイヤのトレッド部を測定するのがより好適である。粘弾性特性算出部１２は、測定センサ１１が測定した測定量を用いて、タイヤの粘弾性特性を算出する。

図２は、測定センサ１１及び粘弾性特性算出部１２の構成例を示したブロック図である。測定センサ１１は、音波信号発生部２０と接触部２１を備える。音波信号発生部２０は、入射音波の電気信号を発生させて、発生させた電気信号を接触部２１に出力する。この入射音波は、タイヤＴに入射される音波信号であり、タイヤＴの粘弾性特性を算出するために用いられる。また、音波信号発生部２０は、接触部２１が取得した反射音波の電気信号を受信し、受信した電気信号を粘弾性特性算出部１２に出力する。この反射音波は、入射音波がタイヤＴに反射されて生じる音波である。接触部２１は、自動車のタイヤＴに接触し、音波信号発生部２０が発生した入射音波をタイヤＴに放射するとともに、反射音波を取得する。

音波信号発生部２０は、詳細には、駆動波形発生器２２と方向整合器２３と高周波増幅器２４を有する。以下、各部について説明する。

駆動波形発生器２２は、粘弾性特性算出部１２からの音波の放射指示に応じて、入射音波を生成させるための電気信号（駆動波形）を生成するとともに、生成した入射音波の電気信号を方向整合器２３に出力する。タイヤＴに入射させる入射音波の具体例としては、パルス状の音波や、所定の周波数成分を含むような音波が挙げられる。さらに、駆動波形発生器２２は、上述の電気信号を生成して出力する際、生成した電気信号の出力タイミングを示すトリガ信号を高周波増幅器２４に出力する。

方向整合器２３は、駆動波形発生器２２、高周波増幅器２４及びトランスデューサ２５に接続されている。方向整合器２３は、駆動波形発生器２２から供給された入射音波の電気信号をトランスデューサ２５に出力するとともに、トランスデューサ２５から供給された反射音波の電気信号を高周波増幅器２４に出力する。ここで方向整合器２３は、駆動波形発生器２２から出力された電気信号が高周波増幅器２４に出力されないように、信号の伝送方向を調節している。

高周波増幅器２４には、方向整合器２３から反射音波の電気信号が供給される。高周波増幅器２４は、供給された電気信号における高周波成分を所定の増幅率で増幅する。そして、高周波増幅器２４は、増幅後の電気信号を粘弾性特性算出部１２の時間データメモリ部２７に出力する。高周波増幅器２４が増幅する電気信号中の高周波成分には、粘弾性特性を算出するのに必要となる測定量が含まれている。なお、高周波増幅器２４は、駆動波形発生器２２からトリガ信号を受信後、トランスデューサ２５から供給される電気信号の受信を開始する。この処理により、高周波増幅器２４は、タイヤＴの粘弾性特性の測定を行わない期間、動作を行わない。そのため、高周波増幅器２４の不要な動作を抑制することができる。

次に、接触部２１について説明する。接触部２１は、詳細には、トランスデューサ２５と遅延材２６を有する。以下、各部について説明する。

トランスデューサ２５は、例えば圧電素子で構成される。トランスデューサ２５は、遅延材２６と接触するとともに、方向整合器２３と接続されるように取付けられている。トランスデューサ２５は、方向整合器２３から入射音波の電気信号が供給されると、供給された電気信号を音波に変換する。なお、この電気信号は、駆動波形発生器２２が出力した電気信号である。変換された音波は、遅延材２６に放射される。さらに、トランスデューサ２５は、遅延材２６から反射音波を受信すると、その反射音波を電気信号に変換し、その電気信号を方向整合器２３に出力する。

以上から、駆動波形発生器２２、方向整合器２３及びトランスデューサ２５は、タイヤＴに入射音波を出力する放射部として機能し、方向整合器２３、高周波増幅器２４及びトランスデューサ２５は、入射音波がタイヤＴで反射されて生じる反射音波を受信する受信部として機能するといえる。

遅延材２６は、一方の面がトランスデューサ２５と密着しており、一方の面と対向する他方の面はタイヤＴと接触するように設けられている。遅延材２６は、このように配置されているため、トランスデューサ２５から入射された入射音波をタイヤＴに伝搬させるとともに、入射音波がタイヤＴで反射されて生じる反射音波をトランスデューサ２５に伝搬させることができる。遅延材２６の伝搬長を長くすると、音波の到達時間がより遅延する。そのため、遅延材２６の伝搬長を長くすることで、トランスデューサ２５が入射音波を放射してから反射音波を受信するまでの時間を長くすることができる。従って、遅延材２６の伝搬長を長くすることで、トランスデューサ２５が入射音波を放射している間にトランスデューサ２５が反射音波を受信することを回避できる。

図３は、測定センサ１１を自動車のタイヤＴに設けた一例を示した図である。図３は、タイヤＴの内部構成図を示している。図３に示す通り、測定センサ１１をタイヤＴの内部に組込むことで、タイヤＴの粘弾性特性に関する測定量を測定することができる。例えば、測定センサ１１における接触部２１は、タイヤＴの裏面に設けられ、好適にはカーカスとトレッドゴムの間に設けられるのが望ましい。また、音波信号発生部２０は、タイヤＴのリム（ホイール）に設けられてもよい。

図２に戻り、粘弾性特性算出部１２について説明する。粘弾性特性算出部１２は、詳細には、時間データメモリ部２７と基準値記憶部２８と演算部２９を有する。以下、各部について説明する。

時間データメモリ部２７には、測定センサ１１の高周波増幅器２４から供給された反射音波の電気信号の時間波形が、予め定められた周期で格納される。なお、時間データメモリ部２７は、演算部２９の制御に基づいて、時間波形を格納する周期を変更することができる。

基準値記憶部２８は、タイヤＴの粘弾性特性を算出するのに必要な基準値を予め格納している。この基準値は、粘弾性特性の検出対象となる周波数における振幅値及び位相のデータである。基準値の詳細については後述する。基準値記憶部２８に格納された基準値は、演算部２９が読み出す。

演算部２９は、測定センサ１１のデータ測定処理を制御する。さらに演算部２９は、測定センサ１１の測定で取得した反射音波に基づいて、タイヤＴの粘弾性特性を算出する。

具体的には、演算部２９が駆動波形発生器２２に対し、音波の放射指示を出力すると、駆動波形発生器２２は放射指示に応じて、入射音波を生成させるための電気信号を生成し、方向整合器２３に出力する。このようにして、演算部２９は、測定センサ１１の測定を開始させる。

測定センサ１１がタイヤＴの測定を実施し、時間データメモリ部２７に反射音波の時間波形データが格納されると、演算部２９はそのデータを読み出す。演算部２９は、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）処理のような周波数領域での波形解析処理を行ない、検出対象となる周波数における振幅値及び位相を取得する。なお、検出対象となる周波数は、１つであってもよいし、複数であってもよい。次に、演算部２９は、基準値記憶部２８に格納されている基準値を読み出し、その基準値と、時間データメモリ部２７に格納された反射音波の検出対象となる周波数における振幅値及び位相とに基づいて、タイヤＴの粘弾性特性を算出する。

＜粘弾性特性の算出方法＞
次に、測定センサ１１及び粘弾性特性算出部１２がタイヤＴの高周波粘弾性特性を算出する場合について説明する。具体的には、測定センサ１１が入射音波をタイヤＴへ放射すると、その入射音波がタイヤＴのトレッドの内側表面で反射されて反射音波が生じる。なお、トレッドの内側表面とは、地面に接するトレッドの外側表面と反対側の表面である。この反射音波に基づいて、粘弾性特性算出部１２は、トレッドの音響特性である複素音響インピーダンスから、トレッドの内側表面における粘弾性特性（特に損失正接）を算出する。この算出方法を、表面反射法という（例えば、特許文献２参照）。

図４Ａ及び図４Ｂは、この表面反射法を用いて粘弾性特性を算出する方法を説明した図である。図４Ａは、基準値を取得する際の入射音波の反射状況を示した図面であり、図４Ｂは、タイヤＴの粘弾性特性を算出する際の入射音波の反射状況を示した図面である。なお、以下の説明では、測定センサ１１のトランスデューサ２５から放射される入射音波の伝搬特性を表す音響インピーダンスを用いる。

まず、図４Ａを参照して、基準値について説明する。基準値は、遅延材２６において、トランスデューサ２５が接触している面と反対側の面がタイヤＴと接触していない場合の、測定対象となる周波数における位相及び振幅値である。このとき、入射音波は、遅延材２６の端と空気との境界面で反射される。入射音波及び反射音波の周波数をｆとすると、遅延材２６の音響インピーダンスは、周波数ｆの関数であるＺ_Ｒ（ｆ）と表すことができる。同様に、空気中の音響インピーダンスも、周波数ｆの関数であるＺ_Ａ（ｆ）と表すことができる。ここで、音響インピーダンスＺ_Ｒ（ｆ）とＺ_Ａ（ｆ）は複素数の値である。

遅延材２６と空気中との境界面における入射音波の反射率Ｒ_ＡＲ（ｆ）は
Ｒ_ＡＲ（ｆ）＝（Ｚ_Ａ（ｆ）−Ｚ_Ｒ（ｆ））／（Ｚ_Ａ（ｆ）＋Ｚ_Ｒ（ｆ））・・・（１）
となる。このとき、任意の周波数ｆにおいてＺ_Ａ（ｆ）はＺ_Ｒ（ｆ）に比較して十分小さいため、式（１）から、反射率Ｒ_ＡＲ（ｆ）＝−１となる。つまり、遅延材２６と空気中との境界面においては、入射音波が全反射する。

以下の説明においては、トランスデューサ２５に入射する反射音波の式をａ_０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ_０（ｆ））と表す。ｉは虚数単位、ａ_０（ｆ）は対象とする周波数における実数の振幅値であり、θ_０（ｆ）は０以上の実数であって各周波数における位相を表す。測定センサ１１からタイヤＴに放射される入射音波の式は、
ａ_０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ_０（ｆ））×Ｒ_ＡＲ（ｆ）＝−ａ_０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ_０（ｆ））・・・（２）
となる。従って、図４Ａでは、式（２）に示す入射音波がタイヤＴに放射されるとみなすことができる。基準値記憶部２８には、基準値として、式（２）における振幅ａ_０（ｆ）及び位相θ_０（ｆ）が予め格納されている。この基準値ａ_０（ｆ）は、予め測定をすることで取得される。

次に、図４Ｂを参照して、タイヤＴの粘弾性特性を算出する場合について説明する。タイヤＴの粘弾性特性を算出する場合には、遅延材２６がタイヤＴと密着した状態で、駆動波形発生器２２から電気信号が出力されることで、トランスデューサ２５から図４Ａと同一の入射音波が放射される。トランスデューサ２５は、遅延材２６とタイヤＴとの境界面において反射される反射音波を受信し、高周波増幅器２４は、その反射音波の電気信号における高周波成分を増幅する。

ここで、周波数ｆの関数であるタイヤＴのバルクの音響インピーダンスをＺ_Ｔ（ｆ）とすると、遅延材２６とタイヤＴとの境界面における入射音波の反射率Ｒ_ＲＴ（ｆ）は、
Ｒ_ＲＴ（ｆ）＝（Ｚ_Ｔ（ｆ）−Ｚ_Ｒ（ｆ））／（Ｚ_Ｔ（ｆ）＋Ｚ_Ｒ（ｆ））・・・（３）
となる。式（３）から、Ｚ_Ｔ（ｆ）は次のように表される。
Ｚ_Ｔ（ｆ）＝Ｚ_Ｒ（ｆ）×（１＋Ｒ_ＲＴ（ｆ））／（１−Ｒ_ＲＴ（ｆ））・・・（４）

以下の説明においては、トランスデューサ２５に入射する反射音波の式をａ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ（ｆ））と表す。ｉは虚数単位、ａ（ｆ）は対象とする周波数における実数の振幅値であり、θ（ｆ）は０以上の実数であって各周波数における位相を表す。式（２）における基準値を用いると、反射音波の式は
ａ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ（ｆ））＝−ａ_０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ_０（ｆ））×Ｒ_ＲＴ（ｆ）・・・（５）
と表される。式（５）から、入射音波の反射率Ｒ_ＲＴ（ｆ）は
Ｒ_ＲＴ（ｆ）＝−（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））×ｅｘｐ（ｉ（θ（ｆ）−θ_０（ｆ））・・・（６）
と表される。ここで、式（４）に式（６）を代入することで、Ｚ_Ｔ（ｆ）は以下のように得られる。
Ｚ_Ｔ（ｆ）＝Ｚ_Ｒ（ｆ）×（１−（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））×ｅｘｐ（ｉ（θ（ｆ）−θ_０（ｆ）））／（１＋（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））×ｅｘｐ（ｉ（θ（ｆ）−θ_０（ｆ）））・・・（７）

ここで、周波数ｆの関数であるタイヤＴの貯蔵弾性率をＥ’（ｆ）、タイヤＴの損失弾性率をＥ”（ｆ）とする。このとき、Ｅ’（ｆ）及びＥ”（ｆ）と、タイヤＴの音響インピーダンスＺ_Ｔ（ｆ）及び密度ρ_Ｔとの間には、次の関係が成り立つ。
Ｅ’（ｆ）＋ｉＥ”（ｆ）＝Ｚ_Ｔ（ｆ）^２／ρ_Ｔ・・・（８）

式（７）を式（８）に代入し、実数成分と虚数成分とを分離することで、損失正接ｔａｎδ（ｆ）は、次のように算出される。
ｔａｎδ（ｆ）＝Ｅ”（ｆ）／Ｅ’（ｆ）＝｛４×（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））×（１−（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））^２）×ｓｉｎ（θ（ｆ）−θ_０（ｆ））｝／｛（１−（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））^２）^２−４×（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））^２×ｓｉｎ^２（θ（ｆ）−θ_０（ｆ））｝・・・（９）

なお、貯蔵弾性率Ｅ’（ｆ）及び損失弾性率Ｅ”（ｆ）は、それぞれ次のように算出される。
Ｅ’（ｆ）＝Ｒｅ［Ｚ_Ｔ（ｆ）^２／ρ_Ｔ］＝（Ｚ_Ｒ（ｆ）^２／ρ_Ｔ）×｛（１−（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））^２）^２−４（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））^２×ｓｉｎ^２（θ（ｆ）−θ_０（ｆ））｝／｛１＋２（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））ｃｏｓ（θ（ｆ）−θ_０（ｆ））＋（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））^２｝^２・・・（１０）
Ｅ”（ｆ）＝Ｉｍ［Ｚ_Ｔ（ｆ）^２／ρ_Ｔ］＝（Ｚ_Ｒ（ｆ）^２／ρ_Ｔ）×｛４（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））×（１−（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））^２）ｓｉｎ（θ（ｆ）−θ_０（ｆ））｝／｛１＋２（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））ｃｏｓ（θ（ｆ）−θ_０（ｆ））＋（ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ））^２｝^２・・・（１１）
ここで、Ｒｅ［Ｚ_Ｔ（ｆ）^２／ρ_Ｔ］はＺ_Ｔ（ｆ）^２／ρ_Ｔの実数成分であり、Ｉｍ［Ｚ_Ｔ（ｆ）^２／ρ_Ｔ］はＺ_Ｔ（ｆ）^２／ρ_Ｔの虚数成分である。

式（９）〜（１１）の通り、貯蔵弾性率Ｅ’（ｆ）、損失弾性率Ｅ”（ｆ）及び損失正接ｔａｎδ（ｆ）は、いずれもａ_０（ｆ）、θ_０（ｆ）を基準とする｛ａ（ｆ）／ａ_０（ｆ）｝（入射音波の振幅と反射音波の振幅との比）、｛θ（ｆ）−θ_０（ｆ）｝（入射音波の位相と反射音波の位相との位相差）で定義される。そのため、振幅ａ_０（ｆ）及び位相特性θ_０（ｆ）を基準値として、タイヤＴの測定時において取得される反射音波の電気信号のデータと比較することで、タイヤＴの粘弾性特性（特に損失正接）を測定できる。また、上述の通り、タイヤＴの損失正接は周波数に依存する。そのため、演算部２９は、複数の周波数成分毎に損失正接を導出してもよい。また、高い周波数における損失正接を算出する必要がある場合には、入射音波として、超音波がトランスデューサ２５から供給されてもよい。

以下、図１に戻って、運転制御装置１０の説明を続ける。摩擦係数算出部１３は、粘弾性特性算出部１２が算出したタイヤＴの粘弾性特性を用いて、タイヤＴの摩擦係数を算出する。例えば、周波数ｆの関数であるタイヤＴの摩擦係数μ（ｆ）は、上述の損失正接ｔａｎδ（ｆ）及び貯蔵弾性率Ｅ’（ｆ）を用いて、
μ（ｆ）＝α×Ｅ’（ｆ）^ｎ×ｔａｎδ（ｆ）＋β・・・（１２）
と表される。α（＞０）及びβはタイヤの種類（例えばタイヤの材質）に応じて変化する固有の定数であり、ｎは所定の実数である（例えばｎ＝−１／３）。なお、摩擦係数μ（ｆ）を求める数式は、式（１２）ではない、ｔａｎδ（ｆ）を用いた他の多項式や高次式であってもよい。この摩擦係数μ（ｆ）を求めることで、タイヤの劣化を測定することができる。なお、定数α及びβは、予め実験等を行うことで取得される値である。特に、定数α及びｔａｎδ（ｆ）は、降雨時（ｗｅｔ時）において、摩擦係数との相関が大きい。ｗｅｔ時の摩擦係数の大小が事故率と密接な関係があることは言うまでもない。

図５は、摩擦係数算出部１３の構成例を示したブロック図である。摩擦係数算出部１３は、詳細には、定数記憶部３１と算出部３２を有する。定数記憶部３１には、上述のα及びβが格納されている。算出部３２は、定数記憶部３１に格納された定数α及びβを用いて、粘弾性特性算出部１２が算出した損失正接ｔａｎδ（ｆ）及び貯蔵弾性率Ｅ’（ｆ）に基づき、式（１２）からタイヤＴの摩擦係数μ（ｆ）を算出する。

以下、図１に戻って説明を続ける。測定センサ１１がタイヤの測定量を測定すると、粘弾性特性算出部１２は測定されたデータに基づいてタイヤＴの粘弾性特性を算出する。摩擦係数算出部１３は、粘弾性特性算出部１２が算出した粘弾性特性に基づいてタイヤＴの摩擦係数を算出する。運転制御部１４は、摩擦係数算出部１３が算出したタイヤＴの摩擦係数に基づいて、自動車の運転を制御し、ユーザの操作なしで自動車１の自動運転を行う（以下、運転制御部１４がユーザの操作なしで自動車１を自動運転するモードを自動運転モードと記載する。）。自動運転モードでは、運転制御部１４は、駆動部１６−表示部１９を制御して自動運転を行う。なお、運転制御部１４は、通常時には自動車１の自動運転を行わず（ユーザが自動車の運転を行い）、所定の場合において、運転制御部１４がユーザの操作なしで自動車１を自動運転してもよい（以下、このモードを運転アシストモードと記載する。）。なお、所定の場合とは、例えば自動車１の進行方向に障害物を検出した場合や、自動車１が加速を行う場合等である。運転制御部１４の運転の制御の具体例については、後述の［制御例１］−［制御例４］において示す。粘弾性特性算出部１２、摩擦係数算出部１３及び運転制御部１４は、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）に設けられている。

レーダーセンサ１５は、自動車１の走行の際に、自動車１の周辺にある物体を検出し、検出結果を運転制御部１４に出力する。特にレーダーセンサ１５は、自動車１の進行方向（以下、前方とも記載）にある物体（障害物）を検出することができる。レーダーセンサ１５は、電波を照射し、照射された電波が前方の物体に反射されて生じた反射波を検出する。これにより、レーダーセンサ１５は、物体と自動車１との距離や物体の位置等を検出することができる。レーダーセンサ１５は、例えばミリ波レーダーである。

駆動部１６は、運転制御部１４の制御に応じて、自動車１の車輪に駆動力を与えて車輪を駆動させる。駆動部１６が車輪に与える駆動力を増加又は減少させることで、駆動部１６は自動車１の走行の加速又は減速を行う。駆動部１６は、例えばエンジンであってもよいし、モータであってもよい。あるいは、駆動部１６は、エンジン及びモータの両方で構成されていてもよい（即ち、自動車１はハイブリッド車であってもよい）。

ブレーキ部１７は、運転制御部１４の制御に応じて、自動車１の車輪の回転を減速させる。これにより、ブレーキ部１７は自動車１の速度を減速させる。ブレーキ部１７は、例えば、ブレーキアクチュエータや、車輪に設けられたブレーキパッドで構成される。

ステアリング部１８は、運転制御部１４の制御に応じて、自動車１の車輪の操舵（ステアリング）を行う。例えば、ステアリング部１８は、運転制御部１４の制御に応じて、現在の自動車１の進行方向を変更するように、自動車１の車輪を左右方向に旋回させる。ステアリング部１８は、例えばハンドル、デファレンシャルギア、ステアリングシャフト等から構成され、運転制御部１４の制御に応じて、駆動部１６が車輪に与える駆動力を分配する。

表示部１９は、運転制御部１４の制御に応じて、自動車の運転に関する情報を表示する。表示部１９は、例えばスピードメータやディスプレイで構成される。

図６は、運転制御装置１０の処理の一例を示したフローチャートである。以下、図１、図２及び図６を用いて、運転制御装置１０の全体処理について説明する。

まず、演算部２９は、駆動波形発生器２２に音波の放射指示を出力する。一例として、演算部２９は、運転制御部１４からの測定指示に応じて、駆動波形発生器２２に音波の放射指示を出力してもよい。駆動波形発生器２２は、その指示に応じて、入射音波の電気信号を生成し、方向整合器２３に出力する。方向整合器２３は、その入射音波の電気信号をトランスデューサ２５に出力する。トランスデューサ２５は、供給された電気信号を入射音波に変換し、タイヤＴに放射する（図６のステップＳ１）。

トランスデューサ２５は、タイヤＴからの反射音波を受信すると、その反射音波を電気信号に変換し、変換後の電気信号を方向整合器２３に出力する（図６のステップＳ２）。方向整合器２３は、反射音波の電気信号を高周波増幅器２４に出力する。高周波増幅器２４は、供給された電気信号に含まれる高周波成分を増幅し、増幅した電気信号を時間データメモリ部２７に出力する。

演算部２９は時間データメモリ部２７に格納されたデータを読み出し、周波数領域における波形解析処理を行ない、検出対象となる周波数における振幅値及び位相を取得する（図６のステップＳ３）。次に、演算部２９は、基準値記憶部２８に格納されている基準値を読み出す。演算部２９は、その基準値と、時間データメモリ部２７に格納された反射音波の振幅値及び位相とに基づいて、タイヤＴの粘弾性特性を算出する（図６のステップＳ４）。この算出方法の詳細は上述の通りである。

摩擦係数算出部１３は、粘弾性特性算出部１２が算出したタイヤＴの粘弾性特性を用いて、タイヤＴの摩擦係数を算出する（ステップＳ５）。運転制御部１４は、摩擦係数算出部１３が算出したタイヤＴの摩擦係数に基づいて、自動車の運転を制御する（図６のステップＳ６）。

このように、本発明では、自動車の運転を制御するために、測定した自動車のタイヤの粘弾性特性に基づいてタイヤの摩擦係数を算出している。タイヤの摩擦係数の低下は安全性の低下に直結し、事故の確率を高めるとともに損害を大きくするものと考えられるため、本発明を利用することで、自動車の運転をより安全に制御することができる。例えば、運転中に不意の危険が生じた場合に、ブレーキを使用した自動車の停止が危険回避に間に合うように、自動車の運転を制御することができる。また、タイヤの摩擦係数が低下した（タイヤの特性が劣化した）ことが判定された場合には、自動車のユーザはタイヤを交換する（特に、タイヤを買い替える）ことが想定される。そのため、本発明では、自動車の安全性の向上を図ることができるほか、ユーザにタイヤの劣化を通知することで、タイヤの交換を促すことができる。

以下、図１を参照しつつ、運転制御部１４の制御の具体例について説明する。なお、以下の説明の前提として、運転制御部１４は自動運転モードにおいて制御を行うものとする。

［制御例１］
運転制御部１４は、レーダーセンサ１５が自動車１の前方に障害物を検出した際には、自動車１と障害物との衝突を回避するために、ブレーキ部１７を制御して自動車１の減速（特に停止）を行う。ここで、運転制御部１４は、測定したタイヤの摩擦係数が所定の閾値未満である場合（タイヤが劣化している場合）には、タイヤの摩擦係数が所定の閾値以上である場合（タイヤが劣化していない場合）と比較して、自動車１の減速をより早いタイミングで実行させる。

一例として、運転制御部１４は、自動車１が６０ｋｍ／ｈで走行している際に、タイヤの摩擦係数が所定の閾値以上である場合、障害物と自動車１との距離が２０ｍ以下になった時点で自動車１を停止させる。しかし、運転制御部１４は、自動車１が６０ｋｍ／ｈで走行している際に、タイヤの摩擦係数が所定の閾値未満である場合、障害物と自動車１との距離が２５ｍ以下になった時点で自動車１を停止させる。このように、運転制御部１４は、自動車１が同じ走行速度で走行していても、タイヤの摩擦係数が所定の閾値未満である場合には、タイヤの摩擦係数が所定の閾値以上である場合と比較して、自動車１の停止を実行させる自動車１と障害物との距離を長く設定する。つまり、運転制御部１４は、走行中に、より早いタイミングで自動車１の減速を実行させる。以上より、運転制御部１４は、タイヤが劣化している際にも、自動車１と障害物との衝突を確実に回避することができる。

なお、運転制御部１４は、レーダーセンサ１５が自動車１の前方に障害物を検出した際には、自動車１の減速に代えて（又は自動車１の減速と同時に）、ステアリング部１８を制御して自動車の進行方向を変更する操舵を実行させてもよい。つまり、運転制御部１４は、障害物との衝突を回避するために、左右いずれかに自動車１の進路を変更する。このとき、タイヤの摩擦係数が所定の閾値未満である場合には、タイヤの摩擦係数が所定の閾値以上である場合と比較して、自動車１の進行方向の変更をより早いタイミングで実行させる。

［制御例２］
運転制御部１４は、自動車１を加速させる際、タイヤの摩擦係数が所定の閾値未満である場合には、タイヤの摩擦係数が所定の閾値以上である場合と比較して、自動車１の加速度を小さく設定してもよい。一例として、自動車１が停止している状態から動きだす場合に、駆動部１６が車輪に駆動力を与える。このとき、運転制御部１４は、タイヤの摩擦係数が所定の閾値未満である場合には、タイヤの摩擦係数が所定の閾値以上である場合と比較して、車輪に与える駆動力が小さくなるように駆動部１６を制御する。自動車１が一定の速度で走行している状態から加速する場合にも、運転制御部１４は同様の制御が可能である。以上より、運転制御部１４は、タイヤが劣化している際に自動車１の急加速を防止し、事故の可能性を減少させることができる。

［制御例３］
運転制御部１４は、タイヤの摩擦係数が所定の閾値未満である場合には、タイヤの摩擦係数が所定の閾値以上である場合と比較して、自動車１の最高速度を低く設定してもよい。例えば、運転制御部１４は、タイヤの摩擦係数が所定の閾値未満である場合には、駆動部１６を制御して、車輪に与える駆動力を所定値未満に制限させる。このように、運転制御部１４は、タイヤが劣化している場合に自動車１の最高速度を制限する。そのため、運転制御部１４は、タイヤが劣化している際に、自動車１が引き起こす事故の可能性を減少させることができる。なお、タイヤの摩擦係数が所定の閾値以上である場合には、運転制御部１４は、駆動部１６が所定値以上の駆動力を車輪に与えるように制御することができる。

［制御例４］
制御例１−３において、運転制御部１４は、タイヤの摩擦係数を用いて、自動車１の運転の制御を行った。しかしながら、運転制御部１４は、制御例１−３において、タイヤの摩擦係数だけでなくタイヤの制動距離のデータも用いて、自動車１の運転を制御してもよい。このように、運転制御部１４は、タイヤの摩擦係数以外のタイヤの情報も用いて自動車１の運転を制御するため、タイヤの安全性をより確実に反映して自動車１の運転を制御することができる。

自動車１において、ＡＢＳが作動している状態（つまり、自動車が急制動を行う状態）の制動距離が所定の値より大きい場合は、タイヤの特性が劣化していると推定できる。自動車１が加速する際に、ブレーキをかけてタイヤの空転を抑制するＴＣＳが作動している場合にも、同様の推定が可能である。ＡＢＳ又はＴＣＳ機能の作動頻度が所定の値より大きい場合にも、タイヤの特性が劣化していると推定できる。このため、運転制御部１４は、ＡＢＳ又はＴＣＳ機能が作動している際のタイヤの制動距離、自動車がＡＢＳ又はＴＣＳ機能を有している際のＡＢＳ又はＴＣＳ機能の作動頻度のデータの少なくともいずれか１つを、測定したタイヤの摩擦係数と共に用いることで、自動車１の運転を制御してもよい。なお、ＡＢＳ又はＴＣＳ機能を有さない自動車１でも、運転制御部１４は、ユーザがブレーキをかけた際のタイヤの制動距離のデータと、測定したタイヤの摩擦係数とを共に用いて、自動車１の運転を制御することができる。

さらに、旋回時の舵角や横滑り、車体に発生した横加速度Ｇに応じた自動車のスピード制御、ユーザが手動でブレーキをかけた際のタイヤロックの度合いにおいても、同様にタイヤ劣化の影響が生じる。このため、運転制御部１４は、自動車１の旋回時の舵角、自動車１の旋回時の横滑り、横加速度に応じたスピード制御又はユーザが手動でブレーキをかけた際のタイヤロックの度合いのデータの少なくともいずれか１つを、測定したタイヤの摩擦係数と共に用いることで、自動車１の運転を制御してもよい。これにより、タイヤの劣化具合を、自動車の運転制御にさらに正確に反映させることができる。

さらに、自動車１に搭載された加速度センサと車重センサの計測値（加速度及び車重の値）からタイヤに働く制動力や横加速度Ｇが計算できる。このため、運転制御部１４は、計算した制動力や横加速度Ｇを用いて、制動距離や、旋回の際の横滑りを正規化することで、タイヤの基準状態からの劣化具合を精度高く判定できる。また、自動車群のこれらの計測値を援用して統計処理することで、ＡＢＳ又はＴＣＳ機能が作動している際の制動距離、ＡＢＳ又はＴＣＳ機能の作動頻度、及び旋回の際の横滑りの正規化がより実情を反映して行われる。これにより、的確な自動車の運転制御ができる。

一例として、自動車１には、ＡＢＳ又はＴＣＳ機能を使用した時に制動距離を測定するセンサが車載装置として設けられ、そのセンサが運転制御部１４に制動距離のデータを出力する。そして、運転制御部１４は、取得したタイヤの制動距離のデータとタイヤの摩擦係数のデータとに基づいて、自動車１の運転を制御する。運転制御部１４が制御例１に示した制御を行う際には、摩擦係数算出部１３が算出したタイヤの摩擦係数が同じ場合、タイヤの制動距離が長くなるほど、自動車１の減速又は進行方向の変更をより早いタイミングで実行させる。運転制御部１４は、制御例２−３の場合でも同様の制御が可能である。

なお、運転制御部１４は、タイヤの摩擦係数が所定の閾値未満である場合に、表示部１９にタイヤが劣化した旨を表示させてもよい。同様に、ＡＢＳ又はＴＣＳ機能が作動している際の制動距離、ＡＢＳ又はＴＣＳ機能の作動頻度、又は旋回の際の横滑りのデータも、自動車の運転制御に用いられるだけでなく、表示部１９に表示させてユーザに告知してもよい。

［実施の形態２］
実施の形態２では、タイヤＴにおけるトレッドの内側表面の粘弾性特性ではなく、タイヤＴにおけるバルクの粘弾性特性を算出する例について説明する。

演算部２９は、実施の形態１における表面反射法によって計算したタイヤＴのトレッドの内側表面における粘弾性特性に基づいて、タイヤＴにおけるバルクの（全体の）音響特性及び粘弾性特性を推定することができる。摩擦係数算出部１３は、推定したバルクの粘弾性特性を用いて、タイヤＴにおけるバルクの摩擦係数μを算出する。運転制御部１４は、摩擦係数算出部１３が算出したバルクの摩擦係数μが所定の閾値未満か否かに基づいて、上述の自動車１の運転制御を行うことができる。

また、演算部２９は、底面反射法を用いて、タイヤのバルクの粘弾性特性を直接算出してもよい。ここで、底面反射法は、入射音波がタイヤに入射しようとする際に内側表面で反射されて生じる反射音波（以下、第１の反射音波と記載）と、タイヤの内側表面を透過した入射音波が、その内側表面と反対側の外側表面で反射されて生じる反射音波（以下、第２の反射音波と記載）とに基づいて、タイヤのバルクの粘弾性特性を測定する方法である（例えば、特許文献１参照）。

底面反射法において、上述の第１の反射音波及び第２の反射音波とも遅延材２６を透過するため、第１の反射音波及び第２の反射音波の伝搬時間に基づいて、タイヤ内部（トレッドゴム）の音波の伝搬時間を算出することができる。演算部２９は、このタイヤ内部の伝搬時間と、音波の基準音速（特にタイヤが新品時の音速）とに基づいて、トレッドゴムの厚みを計算する。ここで、音波の基準音速の代わりに、タイヤ内部における実際の音速を用いてもよい。この実際の音速は、タイヤのトレッドゴム内に反射板を設置し、その反射板に音波を放射して音波が反射するまでの時間を測定することで算出できる（なお、トランスデューサ２５から反射板までの距離及び遅延材２６の厚さは既知であるとする）。また、タイヤの溝部に音波を放射することにより、音波が反射するまでの時間を測定して音速を測定してもよい。

演算部２９は、音速の値と、以上の通り算出したトレッドゴムの厚みとに基づいて、タイヤのバルクの貯蔵弾性率Ｅ’（ｆ）を算出する。さらに演算部２９は、音波の減衰係数α（ｆ）を算出することで、タイヤのバルクの損失弾性率Ｅ”（ｆ）を算出する。演算部２９は、算出したＥ’（ｆ）とＥ”（ｆ）との比率を算出することで、タイヤのバルクの損失正接ｔａｎδ（ｆ）を算出する。

［実施の形態３］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では、タイヤＴにおけるトレッドの内側表面の粘弾性特性ではなく、タイヤＴにおけるトレッドの外側表面の粘弾性特性を算出する例について説明する。さらにいえば、実施の形態３では、第１のタイミングでのタイヤＴの外側表面で反射した反射音波の測定値と、第１のタイミングから所定の時間が経過した第２のタイミングでのタイヤＴの外側表面で反射した反射音波の測定値とを比較する。これにより、トレッドの外側表面における粘弾性特性（特に損失正接）を算出する。以降では、この算出方法を、底面反射比較法と記載する。また、一般に、長時間時間が経過するような際に、同一のタイヤＴにおける粘弾性特性は劣化する。以降では、このような場合を想定し、「第１のタイミング」を劣化前、「第２のタイミング」を劣化後と記載する。

図７Ａ及び図７Ｂは、この底面反射比較法を用いて粘弾性特性を算出する方法を説明した図である。図７Ａは、基準値を取得する際の入射音波の反射状況を示した図面であり、図７Ｂは、劣化後のタイヤＴの粘弾性特性を算出する際の入射音波の反射状況を示した図面である。なお、以下の説明では、測定センサ１１のトランスデューサ２５から放射される入射音波の伝搬特性を表す音響インピーダンスを用いる。

まず、図７Ａを参照して、基準値について説明する。基準値は、タイヤＴが劣化していない場合の、測定対象となる周波数における反射音波の位相及び振幅値である。このとき、入射音波は、劣化していないタイヤＴの外側表面と空気との境界面で反射される。入射音波及び反射音波の周波数をｆとすると、劣化していないタイヤＴの外側表面の音響インピーダンスは、周波数ｆの関数であるＺ_ＴＯ（ｆ）と表すことができる。同様に、空気中の音響インピーダンスも、周波数ｆの関数であるＺ_Ａ（ｆ）と表すことができる。ここで、音響インピーダンスＺ_ＴＯ（ｆ）とＺ_Ａ（ｆ）は複素数の値である。

タイヤＴの外部表面と空気中との境界面における反射音波の反射率Ｒ_ＴＯ（ｆ）は
Ｒ_ＴＯ（ｆ）＝（Ｚ_Ａ（ｆ）−Ｚ_ＴＯ（ｆ））／（Ｚ_Ａ（ｆ）＋Ｚ_ＴＯ（ｆ））・・・（１３）
となる。このとき、任意の周波数ｆにおいてＺ_Ａ（ｆ）はＺ_ＴＯ（ｆ）に比較して十分小さいため、式（１３）から、一般的には、Ｒ_ＴＯ（ｆ）＝−１とみなすことができる。

一例として、Ｚ_Ａ（ｆ）＝４２８．６（Ｐａ・ｓ／ｍ）、Ｚ_ＴＯ（ｆ）＝１．５×１０^６（Ｐａ・ｓ／ｍ）という値である場合、式（１３）から、Ｒ_ＴＯ（ｆ）はＲ_ＴＯ（ｆ）＝−０．９９９４となり、−１にかなり近い値となる。なお、Ｚ_ＴＯ（ｆ）は、１．５×１０^６〜２．４×１０^６（Ｐａ・ｓ／ｍ）の範囲の値であってもよい。

以下の説明においては、トランスデューサ２５に入射する反射音波の式をｂ_Ｔ０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ_Ｔ０（ｆ））と表す。ｉは虚数単位、ｂ_Ｔ０（ｆ）は対象とする周波数における実数の振幅値であり、θ_Ｔ０（ｆ）は０以上の実数であって各周波数における位相を表す。測定センサ１１から、遅延材２６及びタイヤＴ内部を介してタイヤＴの外部表面に放射される入射音波の式は、
ｂ_Ｔ０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ_Ｔ０（ｆ））×Ｒ_ＴＯ（ｆ）・・・（１４）
となる。従って、図７Ａでは、式（１３）に示す入射音波がタイヤＴの外部表面に放射されるとみなすことができる。基準値記憶部２８には、基準値として、式（１４）における振幅ｂ_Ｔ０（ｆ）及び位相θ_Ｔ０（ｆ）が予め格納されている。この基準値ｂ_Ｔ０（ｆ）は、予め測定をすることで取得される。

次に、図７Ｂを参照して、タイヤＴの外部表面における粘弾性特性の変化を算出する場合について説明する。タイヤＴの粘弾性特性の変化を算出する場合には、劣化したタイヤＴの外部表面へ、図７Ａに示した入射音波が放射される。トランスデューサ２５は、タイヤＴの外部表面と空気との境界面において反射される反射音波を受信し、高周波増幅器２４は、その反射音波の電気信号における高周波成分を増幅する。

ここで、劣化したタイヤＴの外部表面の音響インピーダンスをＺ_ＴＯＧ（ｆ）とする。なお、音響インピーダンスＺ_ＴＯＧ（ｆ）は周波数ｆの関数である。劣化したタイヤＴの外部表面と空気との境界面における入射音波の反射率Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）は、
Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）＝（Ｚ_Ａ（ｆ）−Ｚ_ＴＯＧ（ｆ））／（Ｚ_Ａ（ｆ）＋Ｚ_ＴＯＧ（ｆ））・・・（１５）
となる。式（１５）から、Ｚ_ＴＯＧ（ｆ）は次のように表される。
Ｚ_ＴＯＧ（ｆ）＝Ｚ_Ａ（ｆ）×（１−Ｒ_ＴＯＧ（ｆ））／（１＋Ｒ_ＴＯＧ（ｆ））・・・（１６）

図８は、タイヤＴの２つのケースにおける音響インピーダンス及び反射率について例示した表である。ケース１は、劣化していないタイヤＴの外側表面の音響インピーダンスＺ_ＴＯが１．５×１０^６（Ｐａ・ｓ／ｍ）、劣化したタイヤＴの外側表面の音響インピーダンスＺ_ＴＯが２．４×１０^６（Ｐａ・ｓ／ｍ）である例を示している。また、ケース２は、劣化していないタイヤＴの外側表面の音響インピーダンスＺ_ＴＯが２．４×１０^６（Ｐａ・ｓ／ｍ）、劣化したタイヤＴの外側表面の音響インピーダンスＺ_ＴＯが１．５×１０^６（Ｐａ・ｓ／ｍ）である例を示している。なお、Ｚ_Ａは４２８．６（Ｐａ・ｓ／ｍ）の共通の値である。このとき、ケース１においてＲ_ＴＯ＝−０．９９９４、Ｒ_ＴＯＧ＝−０．９９９６となる。ケース２では、Ｒ_ＴＯ＝−０．９９９６、Ｒ_ＴＯＧ＝−０．９９９４となる。以上、ケース１及びケース２において、Ｒ_ＴＯ及びＲ_ＴＯＧは−１の値に近いものの、厳密に同じ値ではない。Ｒ_ＴＯ及びＲ_ＴＯＧは、−１の値とは僅かながら差がある。

以下の説明においては、トランスデューサ２５に入射する反射音波の式をｂ_Ｔ０Ｇ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ_Ｔ０Ｇ（ｆ））と表す。ｉは虚数単位、ｂ_Ｔ０Ｇ（ｆ）は対象とする周波数における実数の振幅値であり、θ_Ｔ０Ｇ（ｆ）は０以上の実数であって各周波数における位相を表す。式（１４）における基準値を用いると、表面反射法と同様に、入射音波の反射率Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）が
Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）＝−｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜×ｅｘｐ（−ｉ（θ_Ｇ（ｆ））・・・（１７）
と表される。なお、
｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜＝｜ｂ_Ｔ０Ｇ（ｆ）／ｂ_Ｔ０（ｆ）｜・・・（１８）
θ_Ｇ（ｆ）＝θ_Ｔ０（ｆ）−θ_Ｔ０Ｇ（ｆ）・・・（１９）
である。ここで、式（１６）に式（１７）を代入することで、Ｚ_Ｔ０Ｇ（ｆ）は以下のように得られる。
Ｚ_Ｔ０Ｇ（ｆ）＝Ｚ_Ａ（ｆ）×（１＋｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜×ｅｘｐ（−ｉθ_Ｇ（ｆ））／（１−｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜×ｅｘｐ（−ｉθ_Ｇ（ｆ））・・・（２０）

ここで、周波数ｆの関数であるタイヤＴの貯蔵弾性率をＬ’（ｆ）、タイヤＴの損失弾性率をＬ”（ｆ）とする。このとき、Ｌ’（ｆ）及びＬ”（ｆ）と、劣化したタイヤＴの音響インピーダンスＺ_ＴＯＧ（ｆ）及び密度ρ_Ｔとの間には、次の関係が成り立つ。
Ｌ’（ｆ）＋ｉＬ”（ｆ）＝Ｚ_ＴＯＧ（ｆ）^２／ρ_Ｔ・・・（２１）

式（２０）を式（２１）に代入し、実数成分と虚数成分とを分離することで、損失正接ｔａｎδ（ｆ）は、次のように算出される。
ｔａｎδ（ｆ）＝Ｌ”（ｆ）／Ｌ’（ｆ）＝−４｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜×（１−｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜^２）×ｓｉｎθ_Ｇ（ｆ）／（（１−｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜^２）^２−４×｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜^２×ｓｉｎ^２θ_Ｇ（ｆ））・・・（２２）

なお、貯蔵弾性率Ｌ’（ｆ）及び損失弾性率Ｌ”（ｆ）は、それぞれ次のように算出される。
Ｌ’（ｆ）＝Ｒｅ［Ｚ_ＴＯＧ（ｆ）^２／ρ_Ｔ］＝（Ｚ_Ａ（ｆ）^２／ρ_Ｔ）×（１−｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜^２）^２−４｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜^２×ｓｉｎ^２θ_Ｇ（ｆ）／｛１−２｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜ｃｏｓθ_Ｇ（ｆ）＋｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜^２｝^２・・・（２３）
Ｌ”（ｆ）＝Ｉｍ［Ｚ_ＴＯＧ（ｆ）^２／ρ_Ｔ］＝−（Ｚ_Ａ（ｆ）^２／ρ_Ｔ）×４｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜（１−｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜^２）×ｓｉｎθ_Ｇ（ｆ）／｛１−２｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜×ｃｏｓθ_Ｇ（ｆ）＋｜Ｒ_ＴＯＧ（ｆ）｜^２｝^２・・・（２４）

式（２１）〜（２４）の通り、貯蔵弾性率Ｌ’（ｆ）、損失弾性率Ｌ”（ｆ）及び損失正接ｔａｎδ（ｆ）は、いずれもｂ_Ｔ０（ｆ）、θ_Ｔ０（ｆ）を基準とするＲ_ＴＯＧ（ｆ）=ｂ_Ｔ０Ｇ（ｆ）／ｂ_Ｔ０（ｆ）（劣化前の反射音波の振幅と劣化後の反射音波の振幅との比）、θ_Ｇ（ｆ）＝θ_Ｔ０（ｆ）−θ_Ｔ０Ｇ（ｆ）（劣化前の反射音波の位相と劣化後の反射音波の位相との位相差）で定義される。そのため、劣化前の振幅ｂ_Ｔ０（ｆ）及び位相特性θ_Ｔ０（ｆ）を基準値として、劣化したタイヤＴの外部表面の測定時において取得される反射音波の電気信号のデータと比較することで、劣化したタイヤＴの外部表面の粘弾性特性（特に損失正接）を測定できる。また、上述の通り、タイヤＴの外部表面の損失正接は周波数に依存する。そのため、演算部２９は、複数の周波数成分毎に損失正接を導出してもよい。また、高い周波数における損失正接を算出する必要がある場合には、入射音波として、超音波がトランスデューサ２５から供給されてもよい。

なお、計算に用いる各周波数の位相値は、タイヤの摩耗によって音波の伝搬距離が変わることで変化する。そのため、演算部２９は、各周波数の位相値を、上述のトレッドゴム厚みの計算値を援用して補正してもよい。

まとめると、測定センサ１１及び粘弾性特性算出部１２がタイヤ外側表面の反射波を計測する場合、演算部２９は、タイヤのトレッドゴムを実施の形態１における遅延材２６とみなし、空気の音響インピーダンスを基準とした表面反射法の計算を行う。このようにして、演算部２９は、損失正接等の粘弾性特性を算出する。摩擦係数算出部１３は、算出したタイヤ外側表面の粘弾性特性を用いて、タイヤ外側表面の摩擦係数μを算出する。運転制御部１４は、摩擦係数算出部１３が算出したタイヤ外側表面の摩擦係数μが所定の閾値未満か否かに基づいて、上述の自動車１の運転制御を行うことができる。運転制御部１４タイヤ外側表面の摩擦係数μが所定の閾値未満である場合には、タイヤＴの外側表面が熱、オゾン、紫外線、くりかえし応力等により劣化していると判断する。

なお、以上に示したタイヤの外側表面の粘弾性特性測定では、タイヤ外側表面に水膜や泥が付着することで測定誤差が生じうる。そのため、例えば、タイヤの溝部における粘弾性特性を測定する場合には、タイヤ外側表面に水膜が付着している状態で測定を行うことで（同じ環境で測定を行うことで）、誤差の影響を補正できる。一例として、自動車の洗車後にタイヤ劣化の測定を行ってもよい。例えば、自動車に測定ボタンが設けられ、ボタンが押下されることで自動車１はタイヤの状況に応じた劣化測定モードとなり、演算部２９が上述の処理を実行する。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、測定センサ１１は、タイヤの粘弾性特性に関する測定量を測定可能であれば、図２で図示した構造に限定されない。

自動車１が前輪駆動車である場合には、前輪タイヤ（フロントタイヤ）に制動力や駆動力が集中してかかるため、前輪タイヤは後輪タイヤ（リアタイヤ）に比較して摩耗しやすい。従って、摩耗しやすい前輪タイヤに測定センサ１１を設置し、粘弾性特性の測定を行うことで、タイヤの劣化度をより正確に反映させて運転が制御できると考えられる。逆に、自動車１が後輪駆動車である場合には、後輪タイヤが前輪タイヤに比較して摩耗しやすい。そのため、摩耗しやすい後輪タイヤに測定センサ１１を設置し、粘弾性特性の測定を行うことで、タイヤの劣化度をより正確に反映させて運転が制御できると考えられる。

さらに、前輪タイヤにおいては、ショルダー部（タイヤにおけるトレッドパターンの両端部）が摩耗しやすく、後輪タイヤにおいては、トレッドパターンのセンター部が摩耗しやすい。このため、そのため、摩耗しやすいそれらの箇所に測定センサ１１を設置し、粘弾性特性の測定を行うことで、上述と同様、タイヤの劣化度をより正確に反映させて運転が制御できると考えられる。

測定センサ１１が複数のタイヤについて測定量を測定する場合には、測定センサ１１は、測定量が測定されるタイヤ毎に設けられる。タイヤ毎の測定センサ１１の設け方は、例えば図３に示した通りである。このように、複数のタイヤの粘弾性特性に関する測定量を測定した場合には、粘弾性特性算出部１２は、測定した測定量を用いて、各タイヤの粘弾性特性を算出する。摩擦係数算出部１３は、算出した各タイヤの粘弾性特性を用いて、各タイヤの摩擦係数を算出する。ここで、運転制御部１４は、算出した各タイヤの摩擦係数の平均値が所定の閾値未満であるか否かを判定し、その判定結果に基づいて上述の制御例１−３の制御を実行してもよい。また、運転制御部１４は、所定の数（１つ以上）のタイヤにおいて、摩擦係数が所定の閾値未満であるか否かを判定し、その判定結果に基づいて上述の制御例１−３の制御を実行してもよい。

運転制御部１４がタイヤの劣化を判定するための閾値は、１つに限られず、２つ以上あってもよい。例えば、制御例１において、運転制御部１４は第１の閾値Ａ１と第２の閾値Ａ２（Ａ１＞Ａ２）を用いて、自動車１の減速又は進行方向の変更のタイミングを設定してもよい。具体的には、タイヤの摩擦係数が第１の閾値Ａ１以上であった場合に、運転制御部１４は、自動車１の減速又は進行方向の変更のタイミングを所定のタイミング（タイミングｔ１）で実行させる。そして、タイヤの摩擦係数が第１の閾値Ａ１未満であって第２の閾値Ａ２以上であった場合に、運転制御部１４は、自動車１の減速又は進行方向の変更のタイミングを、タイミングｔ１よりも早い所定のタイミング（タイミングｔ２）で実行させる。さらに、タイヤの摩擦係数が第２の閾値Ａ２未満であった場合に、運転制御部１４は、自動車１の減速又は進行方向の変更のタイミングを、タイミングｔ２よりも早いタイミングで実行させる。このようにして、運転制御部１４は、タイヤの劣化度合いに応じて、より細かい運転制御を行うことができる。

運転制御部１４は、摩擦係数算出部１３が算出したタイヤの摩擦係数が所定の閾値未満である場合に、自動車１の運転を制御するだけでなく、タイヤの摩擦係数が所定の閾値未満であることを周囲に通知する報知信号を出力してもよい。

例えば、運転制御部１４は、電波の信号を他の自動車に照射する。信号を受信した他の自動車は、信号を照射した自動車１があることを、画面、音声等で自動車のユーザに通知する。あるいは、他の自動車が自動制御を行っている場合には、他の自動車は自動車１を回避するように運転を制御してもよい。例えば、上述で説明した、自動車の減速又はその進行方向を変更するステアリング等を行うことができる。

運転制御部１４は、歩行者等が有している端末（スマートフォン等）に信号を出力してもよい。信号を受信した端末は、信号を発信した自動車１が近くにいることを表示部に表示する。端末のユーザは、この表示を見ることにより、自動車１が近くにいることを認識する。その結果、ユーザは、例えば自動車１を回避するように歩行することができる。このように、例えば自動車１のタイヤが劣化している場合に、周囲の自動車や歩行者に対して報知信号が通知される。このため、周囲の自動車や歩行者は、事故を未然に防止できる可能性が高くなる。

なお、自動車１に設けられているレーダーセンサ１５は、１つに限られず、異なる波長の電波を照射する複数のレーダーセンサが設けられてもよい。また、自動車１には、自動運転に必要な構成要素として、レーダーセンサ１５の代わりにステレオカメラが設けられてもよい。このカメラは、自動車１の周辺環境を撮影し、その撮影データに基づいて、自動車１の前方の障害物を検出する。さらに、レーダーセンサ１５とステレオカメラは両方とも自動車１に設けられてもよい。

自動車１が電気自動車又はハイブリッド車であって、駆動部１６であるモータが左右の車輪にそれぞれ設けられている場合には、運転制御部１４の制御に応じて、左右の車輪に設けられたモータは異なる駆動力を各車輪に与えることができる。これにより、自動車１は進行方向を変更することができる。この場合には、ステアリング部１８は設けられなくてもよい。

実施の形態１においては、自動運転モードにおける運転制御部１４の制御例について説明した。しかし、同様の制御は、運転アシストモードであっても実行できる。この場合、レーダーセンサ１５は自動車１に設けられなくてもよい。

１ 自動車
１０ 運転制御装置
１１ 測定センサ
１２ 粘弾性特性算出部
１３ 摩擦係数算出部
１４ 運転制御部
１５ レーダーセンサ
１６ 駆動部
１７ ブレーキ部
１８ ステアリング部
１９ 表示部
２０ 音波信号発生部
２１ 接触部
２２ 駆動波形発生器
２３ 方向整合器
２４ 高周波増幅器
２５ トランスデューサ
２６ 遅延材
２７ 時間データメモリ部
２８ 基準値記憶部
２９ 演算部
３０ 定数記憶部
３１ 算出部

Claims (11)

1. 自動車のタイヤの粘弾性特性に関する測定量を測定する測定センサと、
   前記測定センサが測定した前記測定量を用いて前記タイヤの粘弾性特性を算出する粘弾性特性算出部と、
   前記粘弾性特性算出部が算出した前記粘弾性特性を用いてタイヤの摩擦係数を算出する摩擦係数算出部と、
   前記摩擦係数算出部が算出した前記タイヤの前記摩擦係数に基づいて前記自動車の運転を制御する運転制御部と、
   を備える自動車の運転制御装置。
2. 前記運転制御部は、前記自動車の進行方向に障害物が検出された際、前記自動車の減速又は前記自動車の進行方向を変更するステアリングを実行し、
   前記タイヤの前記摩擦係数が所定の閾値未満である場合には、前記タイヤの前記摩擦係数が所定の閾値以上である場合と比較して、前記自動車の減速又は前記自動車の進行方向を変更するステアリングをより早いタイミングで実行させる、
   請求項１に記載の運転制御装置。
3. 前記運転制御部は、前記自動車を加速させる際、前記タイヤの前記摩擦係数が所定の閾値未満である場合には、前記タイヤの前記摩擦係数が所定の閾値以上である場合と比較して、前記自動車の加速度を小さく設定する、
   請求項１又は２に記載の運転制御装置。
4. 前記運転制御部は、前記タイヤの前記摩擦係数が所定の閾値未満である場合には、前記タイヤの前記摩擦係数が所定の閾値以上である場合と比較して、前記自動車の最高速度を低く設定する、
   請求項１ないし３のいずれか一項に記載の運転制御装置。
5. 前記運転制御部は、前記タイヤの制動距離、前記自動車の旋回時の舵角、前記自動車の旋回時の横滑り、前記自動車の横加速度に応じたスピード制御、又は前記自動車においてブレーキをかけた際のタイヤのロック度合いの少なくともいずれか１つのデータを、前記タイヤの前記摩擦係数と共に用いて前記自動車の運転を制御する、
   請求項１ないし４のいずれか一項に記載の運転制御装置。
6. 前記運転制御部は、
   前記自動車でＡＢＳ又はＴＣＳ機能が作動している際の前記自動車の制動距離、又は前記自動車の前記ＡＢＳ又はＴＣＳ機能の作動頻度の少なくともいずれか１つのデータを、前記タイヤの前記摩擦係数と共に用いて前記自動車の運転を制御する、
   請求項１ないし４のいずれか一項に記載の運転制御装置。
7. 前記測定センサは、
   前記タイヤに入射音波を放射する放射部と、
   前記放射部が放射した前記入射音波が前記タイヤで反射されて生じる反射音波を受信する受信部と、を有し、
   前記粘弾性特性算出部は、前記受信部が受信した前記反射音波に基づいて前記タイヤの粘弾性特性を算出する、
   請求項１ないし６のいずれか一項に記載の運転制御装置。
8. 前記放射部は、第１のタイミングで前記タイヤに入射音波を放射するとともに、前記第１のタイミングから所定の時間が経過した第２のタイミングで前記タイヤに前記入射音波を放射し、
   前記受信部は、前記第１のタイミングでの前記タイヤにおいて、前記入射音波が放射された面と反対側の面で前記入射音波が反射されて生じる第１の反射音波を受信するともに、前記第２のタイミングでの前記タイヤにおいて、前記反対側の面で前記入射音波が反射されて生じる第２の反射音波を受信し、
   前記粘弾性特性算出部は、前記受信部が受信した前記第１の反射音波の振幅及び前記第２の反射音波の振幅と、前記第１の反射音波の位相及び前記第２の反射音波の位相とに基づいて、前記第２のタイミングでの前記タイヤにおける粘弾性特性を算出する、
   請求項７に記載の運転制御装置。
9. 前記運転制御部は、前記タイヤの前記摩擦係数が所定の閾値未満である場合に、前記タイヤの摩擦係数が前記所定の閾値未満であることを周囲に通知する報知信号を出力する、
   請求項１ないし８のいずれか一項に記載の運転制御装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の前記運転制御装置を搭載した自動車。
11. 自動車のタイヤの粘弾性特性に関する測定量を測定する測定ステップと、
    測定した前記測定量を用いて前記タイヤの粘弾性特性を算出する粘弾性特性算出ステップと、
    算出した前記粘弾性特性を用いてタイヤの摩擦係数を算出する摩擦係数算出ステップと、
    算出した前記タイヤの前記摩擦係数に基づいて前記自動車の運転を制御する運転制御ステップと、
    を備える自動車の運転制御方法。

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