JP7018512B2 - 車両における現在走行路面粗さを検知する方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両における現在走行路面粗さを検知する方法に関する。

タイヤと走行路面との間の摩擦値は、異なる影響量によって決まり、タイヤカーカスの構造、ゴム混合物、および走行路面の表面性状がそれに数えられる。表面性状もまた、走行路面の湿り状態、およびタイヤと走行路面との間の噛合い効果（Ｖｅｒｚａｈｎｕｎｇｓｅｆｆｅｋｔ）を主に決めるミクロ粗さとに依存する。走行路面粗さを知ることにより、走行動特性に影響を及ぼす、例えば車両のブレーキシステムまたは駆動システムなどの車両ユニットにおいて、走行安全性および／または走行動特性が改善されるように力およびモーメントを生成することができる。

本発明による方法を用いて、車両において、その車両が走行している走行路面の現在走行路面粗さを検知することができる。走行路面粗さは、車両の走行中に決定することができる。走行路面粗さを検知するための基礎となるのは、センサによるホイールの回転数の検出とホイール回転数のプロファイルの分析である。ホイールの回転数は、殊に回転数センサにより決定され、その際、回転数のプロファイルからホイールの回転速度も決定することができる。

この方法では、取得された回転数にもとづいて、周波数分析により周波数依存振幅応答（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅｎｇａｎｇ）が決定される。この振幅応答は、ホイールもしくはタイヤの周波数依存振幅を示し、振幅応答の基本プロファイルはタイヤ固有であるとともに、タイヤの空気圧とタイヤ摩耗状態とに依存する。振幅応答の基本プロファイルは、共振周波数の領域に極大を有する。

振幅応答の基本プロファイルには、走行路面粗さによる励振に起因する高周波振動が重畳される。振幅応答の基本プロファイルにおける高周波振動は、典型的には基本プロファイルよりかなり小さい振幅を有する。振幅応答の基本プロファイルとの偏差を示すこの高周波振動から、走行路面粗さの程度である粗さ特性量が統計的手法で検知される。

したがって、本発明による方法を用いることにより、走行中に回転数センサの情報だけにもとづいて、走行路面粗さを特徴付ける粗さ特性量を決定することが可能である。続いて車両において、例えば駆動システム、ブレーキシステム、および／またはステアリングシステム、あるいはアクティブシャシーユニットなどの特に車両の走行動特性に影響を及ぼす車両ユニットを制御するために、粗さ特性量をさらに処理することができる。走行路面粗さは、主にタイヤと道路との間の噛合い効果を決めるとともに、走行路面の表面の湿り状態とともに走行路面の表面性状の主要ファクタに数えられる。表面性状は、タイヤの構造およびゴム混合物とともにタイヤと走行路面との間の摩擦値を決める。したがって走行路面粗さは摩擦値に特定の影響を及ぼし、場合によっては走行路面粗さを知ることにより、特に、現在走行路面湿度をさらに知ることにより、かつタイヤカーカスの構造およびゴム混合物を知ることにより摩擦値を推論することができる。それぞれ張設されたタイヤタイプ自体の上述のうち最後の２つの影響量が既知であり、車両における他のセンサ情報から走行路面表面湿度を少なくとも推定できるので、本発明による走行路面粗さの決定によってタイヤと走行路面との間の摩擦値を検知することができる。

例えば振幅応答の基本プロファイルに重畳される高周波振動を統計的に評価することにより決定される粗さ特性量として、特に振幅応答の、もしくは重畳される振動の振幅分散（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅｎｖａｒｉａｎｚ）が観察される。振幅分散は、それ自体公知の数学的手法で周波数依存振幅応答から決定することができる。振幅分散は、走行路面の実際の粗さを的確に表す粗さ特性量である。

振幅応答における散乱の程度である振幅分散に代えて、例えば標準偏差などの分散と類似の特性量も検知および考慮することができる。さらに、これに加えて、またはこれに代えて、その他の統計的粗さ特性量、例えば振幅応答の基本プロファイルとの高周波振動の最大偏差を検知することが可能である。

有利な一実施形態では、粗さ特性量は、タイヤもしくはホイールの振幅応答の共振点において検知される。共振点は、周波数依存振幅応答における極大であり、回転数から振幅応答を決定しようとする使用されるタイヤタイプを特徴付けるものである。共振増幅（ｒｅｓｏｎａｎｔｅ Ｖｅｒｓｔａｅｒｋｕｎｇ）の領域において、振幅応答から最も高い精度で粗さ特性量を決定することができる。走行路面粗さを決定するために、共振点を中心とした周波数スペクトル範囲内の振幅応答を観察することが有利である。その限りで、粗さ特性量は、振幅応答の共振点において直接、および共振点に隣接する領域において検知される。

別の有利な一実施形態では、粗さ特性量がタイヤに典型的な基準値に関係付けられる。基準値に関係付けることにより、現在タイヤタイプに当てはまる相対量が得られる。タイヤに典型的な基準値に関係付けることにより、粗さ特性量の正規化が達成される。

別の合目的的な実施形態では、回転数のプロファイルからタイヤの空気圧も決定される。タイヤの圧力損失は、振幅応答のプロファイルにおいてより低い周波数へのシフトをもたらし、シフトの程度から圧力損失を推論することができる。したがって回転数プロファイルからタイヤの圧力損失と走行路面粗さとを決定することができる。

別の合目的的な実施形態では、各車両ホイール、または少なくとも１つより多い数の車両ホイールに回転数センサが割り当てられ、回転数センサによってホイールの回転数が検知される。このことは複数の周波数依存振幅応答を決定すること、およびここからそれぞれ１つの粗さ特性量を検知することを可能にする。これにより達成される冗長性により、走行路面粗さの決定時により高い程度の確実性を得ることができる。

さらに別の有利な実施形態では、検知された粗さ特性量は、ブレーキシステム、駆動システム、ステアリングシステム、またはアクティブシャシーなどの走行動特性に影響を及ぼす車両ユニットの制御時に利用される。アクティブ車両ユニットの制御は、場合によっては運転支援システムの範囲で行われてもよい。

いくつかの方法ステップが車両における制御装置において実行され、制御装置に入力信号として回転数情報が供給され、制御装置において、供給された回転数信号にもとづいて周波数依存振幅応答が決定され、この周波数依存振幅応答から上述の粗さ特性量が検知される。走行動特性に影響を及ぼす車両ユニットを制御するために場合によっては制御信号もしくは調整信号が制御装置において生成されてもよい。

本発明は、さらに、車両ホイールにおける少なくとも１つの回転数センサと、走行動特性に影響を及ぼす少なくとも１つの車両ユニットと、方法を実行するための上述の制御装置と、を備える車両に関する。

他の利点および合目的的な実施形態は、他の請求項、図の説明、および図面から読み取ることができる。

粗い走行路面上の車両ホイールの図である。 車両ホイールの周波数依存振幅応答の図である。 車両における現在走行路面粗さを検知するためのフローチャートの図である。

図１において、リム３上にタイヤ２を有する車両ホイール１が示されており、車両ホイール１は、ばねダンパシステムとして形成されているホイールサスペンション４に懸吊されている。車両ホイール１は、比較的顕著に現れる走行路面粗さを有する走行路面５上を走行している。走行路面５の走行路面粗さは、走行中に車両ホイール１の垂直方向の励振をもたらす。

車両ホイール１は、原動機付き二輪車に組み付けられてもよいし、または自動車に組み付けられてもよい。

車両ホイール１の回転数は回転数センサによって検知され、回転数のプロファイルから周波数分析によって図２に示された周波数依存振幅応答を決定することができる。図２は、目標振幅応答６と、この目標振幅応答６より低い周波数の方向にシフトされている実振幅応答７とを周波数に依存して示す。振幅応答は、使用されるタイヤタイプに依存する。目標振幅応答６と実振幅応答７との間のシフトは、タイヤ２の圧力損失によって起こる。

図２において、共振領域８が破線で特徴付けられており、目標振幅応答６および実振幅応答７の極大を有する共振点がこの共振領域内にある。粗さ特性量を検知するために、図３によるフローチャートを用いて、共振領域８における実振幅応答７の振幅分散が検知される。

図３におけるフローチャートによれば、車両ホイール１のホイール回転数が回転数センサ９を用いて検知され、入力量として車両における制御装置１０に送られ、この制御装置において回転数センサ９のセンサデータが評価される。制御装置１０において、第１評価ステップ１１で回転数センサ９の回転数から周波数依存実振幅応答が検知される。実振幅応答７の共振領域８において、厳密には実振幅応答７の基本プロファイルに重畳される高周波振動の振幅分散が決定される。図２において、この高周波振動は、振幅応答の基本プロファイルに重畳された不規則なバイブレーションとして認識される。

制御装置１０における次の評価ステップ１２で、共振領域８において実振幅応答７の振幅分散が算出される。振幅分散は、タイヤに典型的な基準値１４と関係付けられる粗さ特性量である。そこから正規化された粗さ特性量が求められ、この粗さ特性量が制御装置１０の出力において利用可能であり、車両の走行動特性に影響を及ぼす車両ユニット１３においてさらに使用され得る。車両ユニット１３は、例示的にブレーキシステム、駆動システム、ステアリングシステムであるか、またはアクティブシャシーユニットである。正規化された走行路面粗さは、特に車両安全性を考慮した、または場合によっては別の基準を考慮した車両ユニット１３の制御に使用することができる。

１ 車両ホイール
２ タイヤ
３ リム
４ ホイールサスペンション
５ 走行路面
６ 目標振幅応答
７ 実振幅応答
８ 共振領域
９ 回転数センサ
１０ 制御装置
１１ 評価ステップ
１２ 評価ステップ
１３ 車両ユニット
１４ タイヤに典型的な基準値

Claims (9)

1. ホイールの回転数が検知され、かつ前記回転数のプロファイルの周波数分析が実行され、前記周波数分析において周波数依存振幅応答が決定される、車両における現在走行路面粗さを検知する方法であって、高周波振動する前記振幅応答の基本プロファイルからの偏差を特徴付ける統計的粗さ特性量が前記走行路面粗さの程度として前記振幅応答から検知され、前記車両のホイールのタイヤ（２）内の空気圧が、前記振幅応答のプロファイルの低周波数側へのシフトの程度に基づいて検知される、方法。
2. 前記振幅応答の振幅分散が粗さ特性量として検知されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記粗さ特性量は、タイヤ（２）もしくはホイールの前記振幅応答の共振点において、または共振点の隣で検知されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記粗さ特性量からタイヤ（２）と走行路面（５）との間の摩擦値が推論されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記粗さ特性量は、タイヤ（２）に典型的な基準値に関係付けられることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
6. 各車両ホイール（１）に回転数センサ（９）が割り当てられており、前記回転数センサにより前記ホイールの回転数が検知されることを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の方法を使用して車両動特性に影響を及ぼす車両ユニット（１３）を制御する方法であって、前記車両ユニット（１３）は、粗さ特性量の関数として制御されることを特徴とする、方法。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の方法を実行するための制御装置。
9. 請求項８に記載の制御装置（１０）を備える車両であって、車両ホイール（１）における少なくとも１つの回転数センサ（９）と、車両動特性に影響を及ぼす車両ユニット（１３）と、を備える、車両。

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