JP2022086894A - 演算装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】車両側の検出条件が異なる場合であっても、道路の路面の状態を適切に確認する。【解決手段】演算装置は、道路を走行する車両１０の異なる位置に設けられる複数のセンサによって検出された、車両の挙動を示す車両挙動情報を取得する車両挙動情報取得部と、複数の車両挙動情報に基づいて、入力としての道路の路面状態と、出力としての車両挙動情報との関係を示す伝達関数を推定することで、道路の路面状態を示す路面状態情報を取得する路面状態情報取得部と、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、演算装置及びプログラムに関する。

例えば特許文献１に示すように、道路を走行している車両の振動を検出し、その振動データに基づいて、道路の路面凹凸状態を診断する技術が知られている。

特開２０１４－１０８９８８号公報

しかし、例えば同じ道路を走行していたとしても、例えば車種が異なるなど、車両側の検出条件が異なる場合には、車両の挙動は異なるものとなり、道路の路面の状態を適切に検出できないおそれがある。そのため、車両側の検出条件が異なる場合であっても、道路の路面の状態を適切に検出することが求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両側の検出条件が異なる場合であっても、道路の路面の状態を適切に検出可能な演算装置及びプログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る演算装置は、道路を走行する車両の異なる位置に設けられる複数のセンサによって検出された、前記車両の挙動を示す車両挙動情報を取得する車両挙動情報取得部と、複数の前記車両挙動情報に基づいて、入力としての前記道路の路面状態と、出力としての前記車両挙動情報との関係を示す伝達関数を推定することで、前記道路の路面状態を示す路面状態情報を取得する路面状態情報取得部と、を含む。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るプログラムは、道路を走行する車両の異なる位置に設けられる複数のセンサによって検出された、前記車両の挙動を示す車両挙動情報を取得するステップと、複数の前記車両挙動情報に基づいて、入力としての前記道路の路面状態と、出力としての前記車両挙動情報との関係を示す伝達関数を推定することで、前記道路の路面状態を示す路面状態情報を取得するステップと、を含む、演算方法を、コンピュータに実行させる。

本発明によれば、車両側の検出条件が異なる場合であっても、道路の路面の状態を適切に確認することができる。

図１は、本実施形態に係る検出システムの模式的なブロック図である。 図２は、車両の模式図である。 図３は、車両の模式図である。 図４は、演算装置の模式的なブロック図である。 図５は、路面状態の算出を説明する模式図である。 図６は、本実施形態に係る路面状態の算出フローを説明するフローチャートである。

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。

（検出システム）
図１は、本実施形態に係る検出システムの模式的なブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る検出システム１は、車両１０と、測定データ取得装置１２と、演算装置１４とを含む。検出システム１は、道路Ｒを走行する車両１０の車両挙動情報に基づき、その道路Ｒの路面状態を判定するシステムである。車両挙動情報とは、道路Ｒを走行中の車両１０の挙動を示す情報であり、詳しくは後述する。検出システム１は、演算装置１４によって、車両挙動情報に基づいて道路Ｒの路面状態を算出することで、道路Ｒの路面状態を判定する。路面状態は、本実施形態では路面の凹凸度合いを示す指標である。さらに言えば、本実施形態では、路面状態は、路面の鉛直方向での高さを示す情報であり、例えば、道路Ｒ上のある位置における路面状態は、その位置よりも車両１０の進行方向に沿って単位距離手前での路面の高さに対する、その位置における路面の高さの差分であってよい。また例えば、路面状態は、ＩＲＩ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｉｎｄｅｘ；国際ラフネス指数）、路面の平たん性、ひび割れ、わだち掘れ、及びＭＣＩ（Ｍｅｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉｎｄｅｘ）の少なくとも１つであってもよい。また例えば、路面状態は、道路Ｒ上の、マンホールの有無や橋の継ぎ目の有無など、路面の凹凸度合いに影響を及ぼす物体の有無を示す情報であってよいし、路面の凹凸度合いに影響を及ぼす物体の有無を示す情報と、上記の情報（ＩＲＩなど）とを含むものであってもよい。また、路面状態情報は、路面の状態を示す指標であれば、路面の凹凸度合いを示す指標に限定されない。

検出システム１においては、車両１０が、道路Ｒを走行しながら車両挙動情報を検出し、検出した車両挙動情報を測定データ取得装置１２に送信する。測定データ取得装置１２は、例えば道路Ｒを管理する主体に管理される装置（コンピュータ）である。測定データ取得装置１２は、車両１０から送信された車両挙動情報を、演算装置１４に送信する。演算装置１４は、測定データ取得装置１２から送信された車両挙動情報に基づき、車両１０が走行した道路Ｒの路面状態を算出する。そして、演算装置１４は、路面状態の算出結果を、測定データ取得装置１２に送信する。このように、演算装置１４は、測定データ取得装置１２を介して車両挙動情報を取得するが、それに限られない。例えば、検出システム１は、測定データ取得装置１２が設けられておらず、演算装置１４が、車両１０から直接車両挙動情報を取得してもよい。

（車両）
図２及び図３は、車両の模式図である。図２及び図３におけるＺ方向は、鉛直方向の上方を指し、図２は鉛直方向上方から車両１０を見た場合の模式図であり、図３は、側方から車両１０を見た場合の模式図である。図２に示すように、車両１０は、位置センサ１０Ａと、複数の挙動センサ１０Ｂと、測定装置１０Ｃとを備える。位置センサ１０Ａは、車両１０の位置情報を取得するセンサである。車両１０の位置情報とは、車両１０の地球座標を示す情報である。位置センサ１０Ａは、本実施形態ではＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｖａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）用のモジュールである。

挙動センサ１０Ｂは、車両１０の挙動を示す車両挙動情報を検出するセンサである。車両挙動情報は、道路を走行中の車両１０の挙動を示す情報であれば任意の情報であってよい。それぞれの挙動センサ１０Ｂは、異なる種類の車両挙動情報を検出するものであってよいが、同じ種類の車両挙動情報を検出することが好ましい。本実施形態では、挙動センサ１０Ｂは、車両１０の加速度を車両挙動情報として検出することが好ましい。この場合、挙動センサ１０Ｂは、加速度を検出する加速度センサであり、より好ましくは３軸での加速度を検出する加速度センサである。また、挙動センサ１０Ｂが検出する車両挙動情報は、加速度であることに限られず、例えば、加速度、車両１０の周囲を撮像した画像データ、車両１０の速度、車両１０の角速度、車両１０のステアリング角度、車両１０のブレーキ量、車両１０のワイパの動作、及び車両１０のサスペンションの作動量の少なくとも１つであってよい。なお、車両１０の周囲の画像データは、車両１０の動きによって変化するため、車両１０の挙動を示す情報であるといえる。車両１０の周囲の撮像画像を検出する挙動センサ１０Ｂは例えばカメラであり、車両１０の速度を検出する挙動センサ１０Ｂは例えば速度センサであり、車両１０の速度を検出する挙動センサ１０Ｂは例えば３軸ジャイロセンサであり、車両１０のステアリング角度を検出する挙動センサ１０Ｂは例えばステアリングセンサであり、車両１０のブレーキ量を検出する挙動センサ１０Ｂは例えばブレーキセンサであり、車両１０のワイパの動作を検出する挙動センサ１０Ｂは例えばワイパセンサが挙げられ、車両１０のサスペンションの作動量を検出する挙動センサ１０Ｂは例えばサスペンションセンサが挙げられる。

それぞれの挙動センサ１０Ｂは、車両１０において、互いに異なる位置に搭載されている。図３に示すように、挙動センサ１０Ｂは、車両１０のタイヤ（ホイール）ＴＲに設けられるサスペンションＳＵよりも、Ｚ方向側に設けられる。すなわち、挙動センサ１０Ｂは、車両１０のサスペンションＳＵよりも、タイヤＴＲとは反対方向側（Ｚ方向側）に設けられる。図２の例では、挙動センサ１０Ｂとして、左側の前輪であるタイヤＴＲ１のサスペンションＳＵのＺ方向側に設けられる挙動センサ１０Ｂ１と、右側の前輪であるタイヤＴＲ２のサスペンションＳＵのＺ方向側に設けられる挙動センサ１０Ｂ２と、左側の後輪であるタイヤＴＲ３のサスペンションＳＵのＺ方向側に設けられる挙動センサ１０Ｂ３と、右側の後輪であるタイヤＴＲ４のサスペンションＳＵのＺ方向側に設けられる挙動センサ１０Ｂ４とを含む。ただし、挙動センサ１０Ｂの設けられる位置は任意であり、例えばサスペンションＳＵよりもＺ方向側に設けられていることに限られない。また、挙動センサ１０Ｂの数も、４つであることに限られず任意であり、２つ以上の任意の数であってよい。また、図２の例ではタイヤＴＲの数は４つであるが、その数は任意であり、例えば、２つ以上の任意の数であってよい。

本実施形態の演算装置１４は、これらの挙動センサ１０Ｂ（図２の例では挙動センサ１０Ｂ１～１０Ｂ４）がそれぞれ検出した車両挙動情報を取得して、路面状態を算出する。

なお、車両１０は、以上説明した挙動センサ１０Ｂ以外にも、車両挙動情報を検出するセンサが設けられていてもよい。例えば、サスペンションＳＵよりも鉛直方向下方に、車両挙動情報を検出するセンサが設けられていてもよい。このように挙動センサ１０Ｂ以外にも車両挙動情報を検出するセンサが設けられている場合には、演算装置１４は、これら複数のセンサが検出した車両挙動情報のうちの、挙動センサ１０Ｂが検出した車両挙動情報を用いて、路面状態を算出するといえる。

測定装置１０Ｃは、位置センサ１０Ａ及び挙動センサ１０Ｂを制御して車両１０の位置情報と車両挙動情報を検出させて、検出させた位置情報と車両挙動情報とを記録する装置である。すなわち、測定装置１０Ｃは、車両１０の位置情報と車両挙動情報とを記録するデータロガーとして機能する。測定装置１０Ｃは、コンピュータであるとも言え、制御部１０Ｃ１と、記憶部１０Ｃ２と、通信部１０Ｃ３とを含む。制御部１０Ｃ１は、演算装置、すなわちＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。記憶部１０Ｃ２は、制御部１０Ｃ１の演算内容やプログラム、車両１０の位置情報及び車両挙動情報などの各種情報を記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のような主記憶装置と、フラッシュメモリやＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの不揮発性の記憶装置のうち、少なくとも１つを含む。なお、記憶部１０Ｃ２が保存する制御部１０Ｃ１用のプログラムは、測定装置１０Ｃが読み取り可能な記録媒体に記憶されていてもよい。通信部１０Ｃ３は、外部の装置と通信を行う通信モジュールであり、例えばアンテナなどである。

制御部１０Ｃ１は、記憶部１０Ｃ２に記憶されたプログラムを読み出して、位置センサ１０Ａ及び挙動センサ１０Ｂの制御を実行する。制御部１０Ｃ１は、車両１０が道路を走行中に、所定時間ごとに、挙動センサ１０Ｂに車両１０の車両挙動情報を検出させる。また、制御部１０Ｃ１は、位置センサ１０Ａに、挙動センサ１０Ｂが車両挙動情報を検出したタイミングにおける車両１０の位置情報を検出させる。すなわち、制御部１０Ｃ１は、車両１０が所定時間走行するたびに、挙動センサ１０Ｂに車両１０の車両挙動情報を検出させ、位置センサ１０Ａに車両１０の位置情報を検出させる。ここでの所定時間とは、例えば１分など、一定の時間であることが好ましいが、所定時間は一定の時間であることに限られず、任意の長さであってよい。すなわち、所定時間は都度変化してもよく、例えば前回検出を行ってから１分経過したタイミングで今回の検出を行い、今回の検出から３分経過しタイミングで次回の検出を行ってもよい。

以下、挙動センサ１０Ｂが車両挙動情報を検出したタイミングにおける車両１０の位置情報を、適宜、車両位置情報と記載する。車両位置情報は、車両挙動情報が検出された位置の情報（座標）ともいえる。

制御部１０Ｃ１は、所定時間ごとに検出させた車両１０の車両挙動情報と、車両位置情報とを取得し、取得した車両挙動情報と車両位置情報とを関連付けて、記憶部１０Ｃ２に記憶させる。すなわち、同じタイミングで検出された車両挙動情報と車両位置情報とが、関連付けられる。そのため、記憶部１０Ｃ２には、関連付けられた車両挙動情報と車両位置情報とが、検出されたタイミング毎に記憶される。なお、ここで関連付けられる車両位置情報と車両挙動情報とは、同じタイミングで検出されたものであるが、厳密に同じタイミングであることに限られず、異なるタイミングで検出されたものであってよい。この場合、例えば、検出タイミングの差が所定値以下となる車両位置情報と車両挙動情報とが、同じタイミングで検出されたものとして扱われて、関連付けられる。

制御部１０Ｃ１は、関連付けられた車両挙動情報と車両位置情報とを、通信部１０Ｃ３を介して、測定データ取得装置１２に送信する。測定データ取得装置１２は、車両１０から受信した車両挙動情報と車両位置情報とを、演算装置１４に送信する。なお、測定データ取得装置１２を設けない場合は、制御部１０Ｃ１は、関連付けられた車両挙動情報と車両位置情報とを、演算装置１４に直接送信してもよい。

（車両挙動情報と路面状態との関係）
ここで、路面状態は、路面に接するタイヤＴＲを介して、車両１０の挙動に影響を与える。例えば、路面の凹凸（路面状態）に応じてタイヤＴＲが振動し、その振動が車両１０全体に伝わるため、車両１０の加速度（車両挙動情報）は、路面の凹凸（路面状態）に応じて変化する。このように車両挙動情報が路面状態に応じて変化するため、路面状態は、車両挙動情報に基づいて推定可能である。しかし、車両が異なる場合には、振動の伝わり方も異なるため、同じ路面状態の道路を走行しても、検出される車両挙動情報が異なる場合がある。例えば軽い車両の方が、振動が増幅されて加速度変化が大きくなる場合がある。また、車両挙動情報を検出するセンサの設けられた位置や種類によっても、車両挙動情報が異なることもある。

以上説明した路面状態と車両挙動情報との関係は、次のように言い換えることもできる。車両１０においては、入力信号としての路面状態が、例えば振動などの信号に変換されて、タイヤＴＲを介して車両１０に入力される。そして、その信号（例えば振動）が、車両１０で変調されて挙動センサ１０Ｂの設けられる位置まで伝達されて、挙動センサ１０Ｂが、伝達された信号を、出力信号（例えば加速度）として検出する。この場合、車種やセンサ位置、種類などの検出条件に応じて、信号の変調度合いが異なるため、検出条件が変わると、挙動センサ１０Ｂが検出する出力信号（車両挙動情報）も変わる。すなわち、路面状態を入力信号として車両挙動情報を出力信号とした場合の伝達関数が、車両１０側の検出条件に応じて異なるために、路面状態が同じであっても車両挙動情報が変わるといえる。なお、ここでの伝達関数は、入力信号である路面状態と出力信号である車両挙動情報との関係を示す関数といえる。

このように、同じ路面状態であっても、車両１０側の検出条件に応じて伝達関数が変わり、結果として検出される車両挙動情報が異なるため、車両挙動情報に基づいて路面状態を適切に推定できない場合がある。従って、車両１０側の検出条件が異なる場合でも、言い換えれば車両１０側の検出条件を問わずに、路面状態を適切に推定することが求められている。それに対し、本実施形態に係る演算装置１４は、複数の車両挙動情報から伝達関数を推定することにより、車両１０側の検出条件を問わず、路面状態を適切に検出することを可能としている。以下、演算装置１４について具体的に説明する。

（演算装置）
図４は、演算装置の模式的なブロック図である。図４に示すように、演算装置１４は、例えばコンピュータであり、通信部２０と、記憶部２２と、制御部２４とを含む。通信部２０は、外部の装置と通信を行う通信モジュールであり、例えばアンテナなどである。記憶部２２は、制御部２４の演算内容やプログラムなどの各種情報を記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭと、ＲＯＭのような主記憶装置と、フラッシュメモリやＨＤＤなどの不揮発性の記憶装置のうち、少なくとも１つを含む。なお、記憶部２２が保存する制御部２４用のプログラムは、演算装置１４が読み取り可能な記録媒体に記憶されていてもよい。

制御部２４は、演算装置、すなわちＣＰＵである。制御部２４は、車両挙動情報取得部３０と路面状態情報取得部３２とを含む。制御部２４は、記憶部２２からプログラム（ソフトウェア）を読み出して実行することで、車両挙動情報取得部３０と路面状態情報取得部３２とを実現して、それらの処理を実行する。なお、制御部２４は、１つのＣＰＵによってこれらの処理を実行してもよいし、複数のＣＰＵを備えて、それらの複数のＣＰＵで、処理を実行してもよい。また、車両挙動情報取得部３０と路面状態情報取得部３２との少なくとも一部を、ハードウェアで実現してもよい。

（車両挙動情報取得部）
車両挙動情報取得部３０は、複数の挙動センサ１０Ｂによって検出された車両挙動情報を取得する。すなわち、車両挙動情報取得部３０は、車両１０内で互いに異なる位置で検出された、複数の車両挙動情報を取得する。本実施形態の例では、車両挙動情報取得部３０は、挙動センサ１０Ｂ１が検出した車両挙動情報と、挙動センサ１０Ｂ２が検出した車両挙動情報と、挙動センサ１０Ｂ３が検出した車両挙動情報と、挙動センサ１０Ｂ４が検出した車両挙動情報とを取得する。さらに言えば、車両挙動情報取得部３０は、車両挙動情報と共に、その車両挙動情報に関連付けられた車両位置情報を取得する。すなわち、車両挙動情報取得部３２は、複数の挙動センサ１０Ｂによって検出された車両挙動情報と、それらの車両挙動情報が検出された際の車両位置情報とを、取得する。車両挙動情報取得部３０は、車両１０によって逐次検出された車両挙動情報と車両位置情報を、取得する。

車両挙動情報取得部３０は、車両挙動情報と車両位置情報とを、通信部２０を介して、測定データ取得装置１２から取得する。ただし、測定データ取得装置１２を設けない場合は、車両挙動情報取得部３０は、車両挙動情報と車両位置情報とを、車両１０の測定装置１０Ｃから直接取得してもよい。

（路面状態情報取得部）
路面状態情報取得部３２は、車両挙動情報取得部３０が取得した複数の車両挙動情報に基づいて、入力信号としての路面状態と出力信号としての車両挙動情報との関係を示す伝達関数を推定することで、路面状態を示す路面状態情報を取得する。上述のように、伝達関数は車両側の検出条件によって異なり、検出条件毎の伝達関数は通常未知であるため、検出条件毎の伝達関数を予め算出することなく、車両挙動情報を用いて路面情報を算出することは難しい。それに対し、路面状態情報取得部３２は、複数の車両挙動情報に基づいて伝達関数を推定することで、検出条件毎の伝達関数を予め算出することなく、路面情報を算出することを可能としている。具体的には、本実施形態においては、路面状態情報取得部３２は、ブラインド信号源分離の原理を用いて、複数の車両挙動情報に基づき、伝達関数を推定して路面状態を算出する。以下、具体的に説明する。

路面状態情報取得部３２は、路面状態に応じたタイヤＴＲ１～ＴＲ４への信号（例えば振動）のそれぞれが、車両挙動情報のそれぞれに影響を及ぼすと仮定して、車両挙動情報に基づいて伝達関数を推定し、タイヤＴＲが接触する道路Ｒ上の位置毎の路面状態を算出する。すなわち、路面状態情報取得部３２は、それぞれのタイヤＴＲへの信号が全ての挙動センサ１０Ｂに伝わると仮定して、伝達関数を推定して路面状態を算出する。本実施形態の例では、路面状態情報取得部３２は、タイヤＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４への信号（タイヤＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４の振動）が、挙動センサ１０Ｂ１が検出した車両挙動情報と、挙動センサ１０Ｂ２が検出した車両挙動情報と、挙動センサ１０Ｂ３が検出した車両挙動情報と、挙動センサ１０Ｂ４が検出した車両挙動情報とに影響を及ぼすと仮定して、伝達関数を推定し、タイヤＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４が接触する位置の路面状態を算出する。なお、タイヤＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４は、それぞれ異なる位置で道路Ｒと接触する。そのため、路面状態情報取得部３２は、異なる位置に入力される路面状態に応じた信号のそれぞれが、車両挙動情報のそれぞれに影響を及ぼすと仮定して、伝達関数を推定して路面状態を算出するともいえる。

また、路面状態情報取得部３２は、路面状態に応じたタイヤＴＲへの信号と車両挙動情報との組み合わせ毎に（タイヤＴＲへの信号と車両挙動情報との１：１の組み合わせ毎に）、伝達関数を推定して、タイヤＴＲが接触する道路Ｒ上の位置毎の路面状態を算出する。言い換えれば、路面状態情報取得部３２は、道路Ｒのそれぞれの位置の路面状態とそれぞれの車両挙動情報との組み合わせ毎に（路面状態と車両挙動情報の１：１の組み合わせ毎に）、伝達関数を推定して、道路Ｒの位置毎の路面状態を算出する。すなわち、路面状態情報取得部３２は、信号が挙動センサ１０Ｂに伝わる際の変調度合いが、タイヤＴＲと挙動センサ１０Ｂの組み合わせ毎に異なるとして、タイヤＴＲの信号と車両挙動情報との組み合わせ毎に、言い換えれば道路Ｒの位置の路面状態と車両挙動情報との組み合わせ毎に、伝達関数を推定する。本実施形態の例では、路面状態情報取得部３２は、タイヤＴＲ１と挙動センサ１０Ｂ１の組み合わせ、タイヤＴＲ１と挙動センサ１０Ｂ２の組み合わせ、タイヤＴＲ１と挙動センサ１０Ｂ３の組み合わせ、タイヤＴＲ１と挙動センサ１０Ｂ４の組み合わせ、タイヤＴＲ２と挙動センサ１０Ｂ１の組み合わせ、タイヤＴＲ２と挙動センサ１０Ｂ２の組み合わせ、タイヤＴＲ２と挙動センサ１０Ｂ３の組み合わせ、タイヤＴＲ２と挙動センサ１０Ｂ４の組み合わせ、タイヤＴＲ３と挙動センサ１０Ｂ１の組み合わせ、タイヤＴＲ３と挙動センサ１０Ｂ２の組み合わせ、タイヤＴＲ３と挙動センサ１０Ｂ３の組み合わせ、タイヤＴＲ３と挙動センサ１０Ｂ４の組み合わせ、タイヤＴＲ４と挙動センサ１０Ｂ１の組み合わせ、タイヤＴＲ４と挙動センサ１０Ｂ２の組み合わせ、タイヤＴＲ４と挙動センサ１０Ｂ３の組み合わせ、タイヤＴＲ４と挙動センサ１０Ｂ４の組み合わせの、合計１６個の伝達関数を推定する。

より詳しくは、路面状態情報取得部３２は、車両挙動情報と、位置毎の路面状態と、路面状態と車両挙動情報との伝達関数との関係を示す方程式が、車両挙動情報毎に成立するとし、かつ、車両挙動情報同士が独立するとして、車両挙動情報毎の連立方程式を解くことで、伝達関数と路面状態とを算出する。車両挙動情報同士が独立するとは、車両挙動情報同士が互いに影響を及ぼさないことを意味する。図５は、路面状態の算出を説明する模式図である。図５に示すように、挙動センサ１０Ｂ１が検出した車両挙動情報をＸ１とし、挙動センサ１０Ｂ２が検出した車両挙動情報をＸ２とし、挙動センサ１０Ｂ３が検出した車両挙動情報をＸ３とし、挙動センサ１０Ｂ４が検出した車両挙動情報をＸ４とし、タイヤＴＲ１に接触する道路Ｒ上の位置での路面状態をＳ１とし、タイヤＴＲ２に接触する道路Ｒ上の位置での路面状態をＳ２とし、タイヤＴＲ３に接触する道路Ｒ上の位置での路面状態をＳ３とし、タイヤＴＲ４に接触する道路Ｒ上の位置での路面状態をＳ４とする。また、路面状態Ｓ１を入力信号とし車両挙動情報Ｘ１を出力信号とする伝達関数をＡ１１とし、路面状態Ｓ１を入力信号とし車両挙動情報Ｘ２を出力信号とする伝達関数をＡ１２とし、路面状態Ｓ１を入力信号とし車両挙動情報Ｘ３を出力信号とする伝達関数をＡ１３とし、路面状態Ｓ１を入力信号とし車両挙動情報Ｘ４を出力信号とする伝達関数をＡ１４とし、路面状態Ｓ２を入力信号とし車両挙動情報Ｘ１を出力信号とする伝達関数をＡ２１とし、路面状態Ｓ２を入力信号とし車両挙動情報Ｘ２を出力信号とする伝達関数をＡ２２とし、路面状態Ｓ２を入力信号とし車両挙動情報Ｘ３を出力信号とする伝達関数をＡ２３とし、路面状態Ｓ２を入力信号とし車両挙動情報Ｘ４を出力信号とする伝達関数をＡ２４とし、路面状態Ｓ３を入力信号とし車両挙動情報Ｘ１を出力信号とする伝達関数をＡ３１とし、路面状態Ｓ３を入力信号とし車両挙動情報Ｘ２を出力信号とする伝達関数をＡ３２とし、路面状態Ｓ３を入力信号とし車両挙動情報Ｘ３を出力信号とする伝達関数をＡ３３とし、路面状態Ｓ３を入力信号とし車両挙動情報Ｘ４を出力信号とする伝達関数をＡ３４とし、路面状態Ｓ４を入力信号とし車両挙動情報Ｘ１を出力信号とする伝達関数をＡ４１とし、路面状態Ｓ４を入力信号とし車両挙動情報Ｘ２を出力信号とする伝達関数をＡ４２とし、路面状態Ｓ４を入力信号とし車両挙動情報Ｘ３を出力信号とする伝達関数をＡ４３とし、路面状態Ｓ４を入力信号とし車両挙動情報Ｘ４を出力信号とする伝達関数をＡ４４とする。この場合、車両挙動情報Ｘ１～Ｘ４は、挙動センサ１０Ｂで検出されるため既知となり、伝達関数Ａ１１～Ａ４４及び路面状態Ｓ１～Ｓ４は未知であるため、路面状態情報取得部３２は、車両挙動情報Ｘ１～Ｘ４に基づいて、伝達関数Ａ１１～Ａ４４及び路面状態Ｓ１～Ｓ４を算出するといえる。

この場合、路面状態情報取得部３２は、以下の式（１）～（４）の全てが成立するような、伝達関数Ａ１１～Ａ４４及び路面状態Ｓ１～Ｓ４を算出する。なお、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４は、係数であり、伝達関数Ａ１１～Ａ４４及び路面状態Ｓ１～Ｓ４の算出に合わせて設定される。

Ｘ１＝Ａ１１・Ｓ１＋Ａ２１・Ｓ２＋Ａ３１・Ｓ３＋Ａ４１・Ｓ４＋Ｅ１ ・・・（１）
Ｘ２＝Ａ１２・Ｓ１＋Ａ２２・Ｓ２＋Ａ３２・Ｓ３＋Ａ４２・Ｓ４＋Ｅ２ ・・・（２）
Ｘ３＝Ａ１３・Ｓ１＋Ａ２３・Ｓ２＋Ａ３３・Ｓ３＋Ａ４３・Ｓ４＋Ｅ３ ・・・（３）
Ｘ４＝Ａ１４・Ｓ１＋Ａ２４・Ｓ２＋Ａ３４・Ｓ３＋Ａ４４・Ｓ４＋Ｅ４ ・・・（４）

例えば、路面状態情報取得部３２は、伝達関数Ａ１１～Ａ４４及び路面状態Ｓ１～Ｓ４に、値を変えながら数値を代入する回帰計算を用いて、式（１）～（４）が成立するような、伝達関数Ａ１１～Ａ４４及び路面状態Ｓ１～Ｓ４を算出する。なお、路面状態情報取得部３２は、式（１）～（４）の左辺と右辺が厳密に同じ値となる場合に、式（１）～（４）が成立すると判断することに限られず、式（１）～（４）の左辺と右辺との差分が所定の範囲内となる場合に、式（１）～（４）が成立するとして、式（１）～（４）の左辺と右辺との差分を所定の範囲内とするような、伝達関数Ａ１１～Ａ４４及び路面状態Ｓ１～Ｓ４を算出してよい。

路面状態情報取得部３２による、式（１）～（４）が成立するような、伝達関数Ａ１１～Ａ４４及び路面状態Ｓ１～Ｓ４の算出方法の具体例を以下で説明する。

路面状態情報取得部３２は、伝達関数Ａ１１～Ａ４４及び路面状態Ｓ１～Ｓ４について任意の値を当てはめて、式（１）～（４）の右辺を算出する計算を実行して、式（１）～（４）の全てで、左辺（車両挙動情報の計測値）と右辺（車両挙動情報を伝達関数や路面状態から算出した計算値）との差が所定値以内となるかを判断する。そして、伝達関数Ａ１１～Ａ４４及び路面状態Ｓ１～Ｓ４の値を変えながら同様の計算を行い、式（１）～（４）の全てで、左辺と右辺との差が所定値以内となった際の伝達関数Ａ１１～Ａ４４及び路面状態Ｓ１～Ｓ４を、伝達関数Ａ１１～Ａ４４及び路面状態Ｓ１～Ｓ４の算出結果として取得する。すなわち、路面状態情報取得部３２は、最尤推定の手法を用いて、伝達関数Ａ１１～Ａ４４及び路面状態Ｓ１～Ｓ４を算出するといえる。なお、係数であるＥ１～Ｅ４については、例えば確率分布などを利用して、計算の度にランダムに設定してよい。

また、計算に用いる路面状態Ｓ１～Ｓ４の候補を、次のように抽出してもよい。すなわち、時系列で連続した車両挙動情報Ｘ１～Ｘ４の測定値の波形である時間波形と、路面状態Ｓ１～Ｓ４及び伝達関数Ａ１１～Ａ４４として任意の値を代入して算出した車両挙動情報Ｘ１～Ｘ４の算出値（すなわち式（１）～（４）の右辺）の時間波形とを作成して、それらの時間波形を比較する。そして、それらの時間波形の形状の差異が小さい場合に、その時間波形に用いた路面状態Ｓ１～Ｓ４を、計算に用いる路面状態Ｓ１～Ｓ４の候補とする。時間波形の形状の差異が小さいかの判断は、任意の判断基準を用いてよい。

また、以上の説明では、路面状態Ｓ１～Ｓ４が未知であり、路面状態と伝達関数の両方を算出する場合を例にしたが、既知の路面状態Ｓ１～Ｓ４を用いて、伝達関数Ａ１１～Ａ４４を予め算出しておいてもよい。すなわちこの場合、車両１０に、路面状態が既知の道路上を走行させて、車両挙動情報Ｘ１～Ｘ４を取得させる。そして、取得した車両情報Ｘ１～Ｘ４を式（１）～（４）の左辺に代入し、既知の路面状態Ｓ１～Ｓ４を式（１）～（４）の右辺に代入して、例えば上述のような最尤推定の手法を用いて、伝達関数Ａ１１～Ａ４４を算出する。その後、路面状態が未知の道路を走行させて車両情報Ｘ１～Ｘ４を取得したら、車両情報Ｘ１～Ｘ４及び伝達関数Ａ１１～Ａ４４が既知となるので、式（１）～（４）により、路面状態が未知の道路の路面状態Ｓ１～Ｓ４を算出できる。このように既知の路面状態Ｓ１～Ｓ４を用いて、伝達関数Ａ１１～Ａ４４を予め算出することで、計算負荷を低減できる。

また、以上の説明では、タイヤの数が４つの場合を例に説明していたが、タイヤの数をｎ個として一般化した場合には、以下の式（Ａ１）から式（Ａｎ）の全てが成立するような、伝達関数Ａ１１～Ａｎｎ及び路面状態Ｓ１～Ｓｎを算出するといえる。算出方法としては上記の説明と同様である。なお、ｎは２以上の整数であり、例えば、伝達関数Ａ１ｎは、路面状態Ｓ１を入力信号とし車両挙動情報Ｘｎを出力信号とする伝達関数である。

Ｘ１＝Ａ１１・Ｓ１＋・・・＋Ａｎ１・Ｓｎ＋Ｅ１ ・・・（Ａ１）
・・・
Ｘｎ＝Ａ１ｎ・Ｓ１＋・・・＋Ａｎｎ・Ｓｎ＋Ｅｎ ・・・（Ａｎ）

以上の説明では、タイヤＴＲ及び挙動センサ１０Ｂが４つである場合を例に説明していたが、路面状態情報取得部３２は、タイヤＴＲ及び挙動センサ１０Ｂが２つ以上である場合に、次のようにして路面状態を算出すると言い換えることができる。すなわち、路面状態情報取得部３２は、第１路面状態（例えば路面状態Ｓ１）と第２路面状態（例えば路面状態Ｓ２）とが第１車両挙動情報（例えば車両挙動情報Ｘ１）に影響を及ぼし、かつ、第１路面状態と第２路面状態とが第２車両挙動情報（例えば車両挙動情報Ｘ２）に影響を及ぼすと仮定することで、第１路面状態と第１車両挙動情報との関係を示す第１伝達関数（例えば伝達関数Ａ１１）と、第２路面状態と第１車両挙動情報との関係を示す第２伝達関数（例えば伝達関数Ａ２１）と、第１路面状態と第２車両挙動情報との関係を示す第３伝達関数（例えば伝達関数Ａ１２）と、第２路面状態と第２車両挙動情報との関係を示す第４伝達関数（例えば伝達関数Ａ２２）とを推定して、第１路面状態及び第２路面状態を算出する。

路面状態情報取得部３２は、車両１０によって逐次検出された一群の車両挙動情報毎に、上述の処理を実行して、路面状態を算出する。一群の車両挙動情報とは、複数の挙動センサ１０Ｂによって同じタイミングで検出された車両挙動情報であり、同じ車両位置情報に関連付いた車両挙動情報といえる。すなわち上記の例では、車両挙動情報Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４は、同じタイミングで検出された（同じ車両位置情報に関連付けられた）車両挙動情報である。路面状態情報取得部３２は、一群の車両挙動情報毎に路面状態を算出することで、車両１０の進行方向に沿った道路Ｒの位置毎の路面状態を算出することができる。ただし、路面状態情報取得部３２は、異なるタイミングで検出された車両挙動情報を用いて（異なる車両位置情報に関連付けられた複数の車両挙動情報を用いて）、路面状態を算出してもよい。すなわち、車両挙動情報Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４は、異なるタイミングで検出された（異なる車両位置情報に関連付けられた）車両挙動情報であってもよい。

なお、伝達関数を推定して路面状態を算出する方法は、以上の説明に限られず、路面状態情報取得部３２は、複数の車両挙動情報を用いて、任意の方法で伝達関数を推定して路面状態を算出してよい。

（処理フロー）
次に、以上説明した路面状態の算出方法のフローを、フローチャートに基づいて説明する。図６は、本実施形態に係る路面状態の算出フローを説明するフローチャートである。図６に示すように、演算装置１４は、車両挙動情報取得部３０により、複数の挙動センサ１０Ｂによって検出された車両挙動情報を取得する（ステップＳ１０）。そして、演算装置１４は、車両挙動情報取得部３０が取得した複数の車両挙動情報に基づいて、車両挙動情報と路面状態との関係を示す伝達関数を推定し、路面状態を算出する（ステップＳ１２）。演算装置１４は、一群の車両挙動情報毎にこれらの処理を実行して、車両１０の進行方向に沿った道路Ｒの位置毎の路面状態を算出する。

（効果）
以上説明したように、本実施形態に係る演算装置１４は、車両挙動情報取得部３０と路面状態情報取得部３２とを含む。車両挙動情報取得部３０は、道路Ｒを走行する車両１０の異なる位置に設けられる複数の挙動センサ１０Ｂ（センサ）によって検出された、車両１０の挙動を示す車両挙動情報を取得する。路面状態情報取得部３２は、複数の車両挙動情報に基づいて、入力としての道路Ｒの路面状態と、出力としての車両挙動情報との関係を示す伝達関数を推定することで、道路Ｒの路面状態を示す路面状態情報を取得する。ここで、路面状態が同じ道路を走行する場合であっても、車両１０側の検出条件が異なる場合には、伝達関数が異なるために、車両挙動情報が変化する。そのため、車両１０側の検出条件を問わずに、車両挙動情報に基づいて路面状態を検出することは難しい。それに対し、本実施形態に係る演算装置１４は、複数の車両挙動情報に基づいて伝達関数を推定するため、車両１０側の検出条件が異なる場合にも、推定した伝達関数を用いて、路面状態を適切に検出することができる。すなわち、本実施形態に係る演算装置１４は、複数の車両挙動情報に基づいて伝達関数を推定するため、伝達関数を事前に把握していなくても、車両１０側の検出条件を問わずに、適切に路面状態を検出することが可能となる。

また、路面状態情報取得部３２は、道路Ｒの異なる位置の路面状態がそれぞれの車両挙動情報に影響を及ぼすと仮定することで伝達関数を推定することで、道路Ｒの位置毎の路面状態情報を取得する。路面状態情報取得部３２は、このように仮定することで、それぞれの位置の路面状態に基づく信号（振動など）が全ての挙動センサ１０Ｂに伝わることを条件として、伝達関数及び路面情報を算出する。これにより、演算装置１４は、伝達関数をより高精度に推定して、車両１０側の検出条件を問わずに、高精度に路面状態を検出することが可能となる。

また、路面状態情報取得部３２は、道路Ｒのそれぞれの位置の路面状態と車両挙動情報との組み合わせ毎に、伝達関数を推定して、道路Ｒの位置毎の路面状態情報を取得する。路面状態情報取得部３２は、組み合わせ毎に伝達関数を推定することで、路面状態に基づく信号が挙動センサ１０Ｂに伝わる際の信号の変調度合いを個別に設定することが可能となる。そのため、演算装置１４は、伝達関数をより高精度に推定して、車両１０側の検出条件を問わずに、高精度に路面状態を検出することが可能となる。

また、異なる挙動センサ１０Ｂが検出した車両挙動情報を、第１車両挙動情報及び第２車両挙動情報とし、異なる位置における路面状態を、第１路面状態及び第２路面状態とした場合に、路面状態情報取得部３２は、第１路面状態（例えば路面状態Ｓ１）と第２路面状態（例えば路面状態Ｓ２）とが第１車両挙動情報（例えば車両挙動情報Ｘ１）に影響を及ぼし、かつ、第１路面状態と第２路面状態とが第２車両挙動情報（例えば車両挙動情報Ｘ２）に影響を及ぼすと仮定することで、第１路面状態と第１車両挙動情報との関係を示す第１伝達関数（例えば伝達関数Ａ１１）と、第２路面状態と第１車両挙動情報との関係を示す第２伝達関数（例えば伝達関数Ａ２１）と、第１路面状態と第２車両挙動情報との関係を示す第３伝達関数（例えば伝達関数Ａ１２）と、第２路面状態と第２車両挙動情報との関係を示す第４伝達関数（例えば伝達関数Ａ２２）とを推定して、第１路面状態及び第２路面状態を路面状態情報として取得する。演算装置１４は、このように路面状態を算出することで、伝達関数をより高精度に推定して、車両１０側の検出条件を問わずに、高精度に路面状態を検出することが可能となる。

また、車両挙動情報取得部３０は、車両１０のサスペンションＳＵよりも車両１０のタイヤＴＲとは反対側（Ｚ方向側）に設けられた挙動センサ１０Ｂによって検出された車両挙動情報を取得する。演算装置１４は、サスペンションＳＵよりもＺ方向側のセンサで検出された車両挙動情報を用いることで、伝達関数をより高精度に推定して、車両１０側の検出条件を問わずに、高精度に路面状態を検出することが可能となる。

また、車両挙動情報取得部３０は、車両挙動情報として、少なくとも車両１０の加速度の情報を取得する。車両挙動情報として加速度を用いることで、伝達関数をより高精度に推定して、車両１０側の検出条件を問わずに、高精度に路面状態を検出することが可能となる。

また、路面状態とは、道路Ｒの路面の凹凸度合いを示す指標である。路面状態として路面の凹凸度合いを示す指標を用いることで、路面の状態を適切に判定することが可能となる。

以上、本発明の実施形態及び実施例を説明したが、これら実施形態等の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態等の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１ 検出システム
１０ 車両
１０Ｂ 挙動センサ（センサ）
１２ 測定データ取得装置
１４ 演算装置
３０ 車両挙動情報取得部
３２ 路面状態情報取得部
Ｒ 道路
ＴＲ タイヤ

Claims (5)

1. 道路を走行する車両の異なる位置に設けられる複数のセンサによって検出された、前記車両の挙動を示す車両挙動情報を取得する車両挙動情報取得部と、
   複数の前記車両挙動情報に基づいて、入力としての前記道路の路面状態と、出力としての前記車両挙動情報との関係を示す伝達関数を推定することで、前記道路の路面状態を示す路面状態情報を取得する路面状態情報取得部と、
   を含む、演算装置。
2. 前記路面状態情報取得部は、前記道路の異なる位置の路面状態がそれぞれの前記車両挙動情報に影響を及ぼすと仮定することで前記伝達関数を推定することで、前記道路の位置毎の路面状態情報を取得する、請求項１に記載の演算装置。
3. 前記路面状態情報取得部は、前記道路のそれぞれの位置の路面状態とそれぞれの前記車両挙動情報との組み合わせ毎に、前記伝達関数を推定して、前記道路の位置毎の路面状態情報を取得する、請求項２に記載の演算装置。
4. 異なる前記センサが検出した前記車両挙動情報を、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４とし、異なる位置における前記路面状態を、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とした場合に、
   前記路面状態情報取得部は、以下の式（１）～（４）の全てが成立するような伝達関数Ａ１１～Ａ４４及び車両挙動情報Ｓ１～Ｓ４を算出することで、前記路面状態情報を算出する、請求項３に記載の演算装置。
   Ｘ１＝Ａ１１・Ｓ１＋Ａ２１・Ｓ２＋Ａ３１・Ｓ３＋Ａ４１・Ｓ４＋Ｅ１ ・・・（１）
   Ｘ２＝Ａ１２・Ｓ１＋Ａ２２・Ｓ２＋Ａ３２・Ｓ３＋Ａ４２・Ｓ４＋Ｅ２ ・・・（２）
   Ｘ３＝Ａ１３・Ｓ１＋Ａ２３・Ｓ２＋Ａ３３・Ｓ３＋Ａ４３・Ｓ４＋Ｅ３ ・・・（３）
   Ｘ４＝Ａ１４・Ｓ１＋Ａ２４・Ｓ２＋Ａ３４・Ｓ３＋Ａ４４・Ｓ４＋Ｅ４ ・・・（４）
   ここで、Ｓ１を入力信号としＸ１を出力信号とする伝達関数をＡ１１とし、Ｓ１を入力信号としＸ２を出力信号とする伝達関数をＡ１２とし、Ｓ１を入力信号としＸ３を出力信号とする伝達関数をＡ１３とし、Ｓ１を入力信号としＸ４を出力信号とする伝達関数をＡ１４とし、Ｓ２を入力信号としＸ１を出力信号とする伝達関数をＡ２１とし、Ｓ２を入力信号としＸ２を出力信号とする伝達関数をＡ２２とし、Ｓ２を入力信号としＸ３を出力信号とする伝達関数をＡ２３とし、Ｓ２を入力信号としＸ４を出力信号とする伝達関数をＡ２４とし、Ｓ３を入力信号としＸ１を出力信号とする伝達関数をＡ３１とし、Ｓ３を入力信号としＸ２を出力信号とする伝達関数をＡ３２とし、Ｓ３を入力信号としＸ３を出力信号とする伝達関数をＡ３３とし、Ｓ３を入力信号としＸ４を出力信号とする伝達関数をＡ３４とし、Ｓ４を入力信号としＸ１を出力信号とする伝達関数をＡ４１とし、Ｓ４を入力信号としＸ２を出力信号とする伝達関数をＡ４２とし、Ｓ４を入力信号としＸ３を出力信号とする伝達関数をＡ４３とし、Ｓ４を入力信号としＸ４を出力信号とする伝達関数をＡ４４とし、Ｅ１～Ｅ４は係数である。
5. 道路を走行する車両の異なる位置に設けられる複数のセンサによって検出された、前記車両の挙動を示す車両挙動情報を取得するステップと、
   複数の前記車両挙動情報に基づいて、入力としての前記道路の路面状態と、出力としての前記車両挙動情報との関係を示す伝達関数を推定することで、前記道路の路面状態を示す路面状態情報を取得するステップと、
   を含む、演算方法を、コンピュータに実行させる、
   プログラム。

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