JP2019218018A - Road face state discrimination method and road face state discrimination device - Google Patents
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Abstract
【課題】時間伸縮の計算量を削減しても路面状態の判別精度を確保することができる路面状態判別方法と路面状態判別装置とを提供する。
【解決手段】加速度センサーにより検出したタイヤ振動の時系列波形を窓掛け手段により時間Tで窓掛けして、時間窓毎のタイヤ振動の時系列波形を抽出して時間窓毎の特徴ベクトルXiを算出した後、この時間窓毎の特徴ベクトルXiと、予め算出しておいた路面状態毎に求めておいた時間窓毎の特徴ベクトルである基準特徴ベクトルYASVJとからカーネル関数KAを算出する際に、前記基準特徴ベクトルYASVJとして、ラグランジェ未定乗数λが、予め設定された閾値m以上である基準特徴ベクトルであるYAKJを用いることで、カーネル関数KAの演算時間を短縮するようにした。
【選択図】図8Provided is a road surface state determination method and a road surface state determination device that can ensure the road surface state determination accuracy even when the calculation amount of time expansion / contraction is reduced.
A time series waveform of tire vibration detected by an acceleration sensor is windowed at time T by windowing means, and a time series waveform of tire vibration for each time window is extracted to obtain a feature vector X i for each time window. , A kernel function K A is calculated from the feature vector X i for each time window and a reference feature vector Y ASVJ that is a feature vector for each time window calculated for each road surface condition calculated in advance. At the time of calculation, the calculation time of the kernel function K A is reduced by using Y AKJ which is a reference feature vector whose Lagrange's undetermined multiplier λ is equal to or greater than a predetermined threshold value m as the reference feature vector YAVJ. I did it.
[Selection diagram] FIG.
Description
本発明は、走行中のタイヤの振動の時系列波形のデータのみを用いて路面状態を判別する方法とその装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for determining a road surface condition using only data of a time-series waveform of vibration of a running tire.
従来、走行中のタイヤの振動の時系列波形のデータのみを用いて路面状態を判別する方法として、タイヤの振動の時系列波形に窓関数をかけて抽出した時系列波形から算出される時間窓毎の特徴量と、予め路面状態毎に求めておいた時間窓毎の特徴量である基準特徴量とから算出したカーネル関数を用いて路面状態を判別する方法が提案されている。
基準特徴量は、予め路面状態毎に求めておいたタイヤ振動の時系列波形から算出された時間窓毎の特徴量を学習データとして、機械学習(SVM)により求められる(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, as a method of determining a road surface state using only data of a time series waveform of a tire vibration during traveling, a time window calculated from a time series waveform extracted by multiplying a time series waveform of a tire vibration by a window function is used. A method has been proposed in which a road surface state is determined using a kernel function calculated from a characteristic amount for each road surface and a reference characteristic amount, which is a characteristic amount for each time window, obtained in advance for each road surface state.
The reference feature amount is obtained by machine learning (SVM) using, as learning data, a feature amount for each time window calculated from a time series waveform of tire vibration previously obtained for each road surface condition (for example, see Patent Document 1). ).
しかしながら、時間伸縮は、取得された時系列波形を比較するために必要な操作であるものの、計算量が多いため、計算時間が長く、処理が非常に重くなってしまう、といった問題点があった。 However, although the time expansion and contraction is an operation necessary for comparing the acquired time-series waveforms, there is a problem that the calculation time is long and the processing becomes very heavy due to a large amount of calculation. .
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、時間伸縮の計算量を削減しても路面状態の判別精度を確保することができる路面状態判別方法と路面状態判別装置と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 provides a road surface state determination method and a road surface state determination device that can secure the road surface state determination accuracy even when the amount of time expansion / contraction calculation is reduced. The purpose is to:
本発明は、走行中のタイヤの振動を検出するステップ(a)と、前記検出されたタイヤの振動の時系列波形を取り出すステップ(b)と、前記タイヤ振動の時系列波形に所定の時間幅の窓関数をかけて時間窓毎の時系列波形を抽出するステップ(c)と、前記時間窓毎の時系列波形からそれぞれ特徴量を算出するステップ(d)と、前記ステップ(d)で算出した時間窓毎の特徴量と、予め路面状態毎に求めておいたタイヤ振動の時系列波形から算出された時間窓毎の特徴量から選択される基準特徴量とからカーネル関数を算出するステップ(e)と、前記カーネル関数を用いた識別関数の値に基づいて走行中の路面の状態を判別するステップ(f)と、を備えた路面状態判別方法において、前記ステップ(d)と前記ステップ(e)との間に設けられて、前記基準特徴量の中から、対応するラグランジェ未定乗数が予め設定された閾値以上である基準特徴量を演算用特徴量として抽出するステップ(g)を備え、前記ステップ(e)では、前記ステップ(d)で算出した特徴量と前記ステップ(g)で抽出した演算用特徴量とからカーネル関数を算出することを特徴とする。
これにより、カーネル関数K(X,Y)を算出するために使用する基準特徴量の数を削減できるので、路面状態の判別精度を確保しつつ、計算速度を速くすることができる。
The present invention provides a step (a) of detecting a vibration of a tire during running, a step (b) of extracting a time-series waveform of the detected tire vibration, and a step of adding a predetermined time width to the time-series waveform of the tire vibration. (C) extracting a time-series waveform for each time window by multiplying by the window function, (d) calculating a feature amount from the time-series waveform for each time window, and calculating in the step (d). Calculating a kernel function from the calculated feature values for each time window and a reference feature value selected from the feature values for each time window calculated from the time series waveform of the tire vibration obtained in advance for each road surface condition ( e) and a step (f) of determining the state of the running road surface based on the value of the identification function using the kernel function, wherein the step (d) and the step (d) are performed. e) between (G) extracting, from the reference feature values, a reference feature value whose corresponding Lagrange undetermined multiplier is equal to or greater than a preset threshold value, as a calculation feature value; Is characterized in that a kernel function is calculated from the feature amount calculated in the step (d) and the calculation feature amount extracted in the step (g).
This makes it possible to reduce the number of reference features used for calculating the kernel function K (X, Y), thereby increasing the calculation speed while ensuring the road surface state determination accuracy.
なお、前記の特徴ベクトルXiとしては、前記窓関数をかけて抽出した時間窓毎の時系列波形の特定周波数帯域の振動レベル、前記特定周波数帯域の振動レベルの時変分散、及び、前記時系列波形のケプストラム係数のいずれか1つ、または、複数、または、全部等が挙げられる。また、前記特定周波数帯域の振動レベルは、前記窓関数をかけて抽出した時間窓毎の時系列波形の周波数スペクトル、もしくは、前記窓関数をかけて抽出した時間窓毎の時系列波形をバンドパスフィルタを通して得られた時系列波形路面状態の判別精度を向上させることができる。
また、前記カーネル関数を、グローバルアライメントカーネル関数、または、ダイナミックタイムワーピングカーネル関数、または、前記カーネル関数の演算値とすれば、路面状態の判別精度を向上させることができる。
Note that, as the feature vector X i , the vibration level of a specific frequency band of the time-series waveform for each time window extracted by applying the window function, the time-varying variance of the vibration level of the specific frequency band, and the time Any one, a plurality, or all of the cepstrum coefficients of the sequence waveform may be used. Further, the vibration level of the specific frequency band may be a frequency spectrum of a time-series waveform for each time window extracted by applying the window function, or a time-series waveform for each time window extracted by applying the window function. The accuracy of determining the time-series waveform road surface state obtained through the filter can be improved.
Further, if the kernel function is a global alignment kernel function, a dynamic time warping kernel function, or an operation value of the kernel function, it is possible to improve the determination accuracy of the road surface state.
また、本発明は、タイヤトレッド部のインナーライナー部の気室側に配設されて、走行中のタイヤの振動を検出するタイヤ振動検出手段と、前記タイヤ振動検出手段で検出された前記タイヤ振動の時系列波形を予め設定した時間幅で窓掛けして時間窓毎にタイヤ振動の時系列波形を抽出する窓掛け手段と、前記抽出された時間窓毎の時系列波形における特定周波数の振動レベルを成分とする特徴量もしくは前記振動レベルの関数を成分とする特徴量を算出する特徴量算出手段と、予め算出しておいた路面状態毎のタイヤ振動の時系列波形から算出された時間窓毎の特徴量から選択される基準特徴量と前記基準特徴量に対応するラグランジェ未定乗数とを記憶する記憶手段と、前記特徴量算出手段で算出した時間窓毎の特徴量と、前記記憶手段に記憶された基準特徴量とからカーネル関数を算出するカーネル関数算出手段と、前記カーネル関数を用いた識別関数の値に基づいて路面状態を判別する路面状態判別手段とを備え、タイヤの走行する路面の状態を判別する路面状態判別装置において、前記記憶手段に記憶された基準特徴量のなかから、対応するラグランジェ未定乗数が予め設定された閾値以上である基準特徴量を、演算用特徴量として抽出する演算用特徴量抽出手段を設けるとともに、前記カーネル関数算出手段は、前記特徴量算出手段で算出した特徴量と前記演算用特徴量抽出手段で抽出された演算用特徴量とからカーネル関数を算出することを特徴とする。
このような構成を採ることにより、時間伸縮の計算量を削減しても路面状態の判別精度を確保することができる路面状態判別装置と得ることができる。
Further, the present invention provides a tire vibration detecting means disposed on an air chamber side of an inner liner portion of a tire tread portion for detecting vibration of a running tire, and the tire vibration detected by the tire vibration detecting means. Windowing means for windowing the time-series waveform of the predetermined time width to extract a time-series waveform of tire vibration for each time window, and a vibration level of a specific frequency in the extracted time-series waveform for each time window. And a feature amount calculating means for calculating a feature amount having a component of the vibration level as a component, and a time window calculated from a time series waveform of tire vibration for each road surface condition calculated in advance. Storage means for storing a reference feature quantity selected from the feature quantities of the above and a Lagrange undetermined multiplier corresponding to the reference feature quantity; a feature quantity for each time window calculated by the feature quantity calculation means; A kernel function calculating unit that calculates a kernel function from the stored reference feature amount; and a road surface state determining unit that determines a road surface state based on a value of an identification function using the kernel function. In the road surface state determination device for determining the state of the, from among the reference feature amounts stored in the storage means, a reference feature amount for which the corresponding Lagrange undetermined multiplier is equal to or greater than a preset threshold value, as a calculation feature amount In addition to providing calculation feature value extraction means for extraction, the kernel function calculation means calculates a kernel function from the feature value calculated by the feature value calculation means and the calculation feature value extracted by the calculation feature value extraction means. It is characterized in that it is calculated.
By adopting such a configuration, it is possible to obtain a road surface state determination device that can ensure the road surface state determination accuracy even when the amount of time expansion / contraction calculation is reduced.
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 the features required of the invention, and a sub-combination of these features may also be an invention.
実施の形態
図1は、本実施の形態に係る路面状態判別装置10の構成を示す図である。
路面状態判別装置10は、タイヤ振動検出手段としての加速度センサー11と、振動波形抽出手段12と、窓掛け手段13と、特徴ベクトル算出手段14と、記憶手段15と、カーネル関数算出手段16と、路面状態判別手段17と、データ量削減手段としての演算用特徴量抽出手段18とを備え、タイヤ20の走行している路面が、DRY路面であるかWET路面であるかの2路面判別を行う。
振動波形抽出手段12〜演算用特徴量抽出手段18までの各手段は、例えば、コンピュータのソフトウェア、及び、RAM等のメモリーから構成される。
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のタイヤ気室22側のほぼ中央部に一体に配置されて、路面からの入力による当該タイヤ20の振動を検出する。加速度センサー11の出力であるタイヤ振動の信号は、例えば、増幅器で増幅された後、デジタル信号に変換されて振動波形抽出手段12に送られる。
Embodiment FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a road surface
The road surface
Each unit from the vibration waveform extracting unit 12 to the calculation feature
As shown in FIG. 2, the acceleration sensor 11 is disposed integrally at a substantially central portion of the inner liner portion 21 of the
振動波形抽出手段12では、加速度センサー11で検出したタイヤ振動の信号から、タイヤの一回転毎に、タイヤ振動の時系列波形を抽出する。
図3はタイヤ振動の時系列波形の一例を示す図で、タイヤ振動の時系列波形は、踏み込み位置近傍と蹴り出し位置近傍に大きなピークを有しており、かつ、タイヤ20の陸部が接地する前の踏み込み前領域Rf、タイヤ20の陸部が路面から離れた後の蹴り出し後領域Rk、及び、タイヤ20の陸部が路面に接地している接地領域Rsにおいては、路面状態によって異なる振動が出現する。一方、踏み込み前領域Rfの前の領域と蹴り出し後領域Rkの後の領域(以下、路面外領域という)とは路面の影響を殆ど受けていないので、振動レベルも小さく、路面の情報も含んでいない。踏み込み前領域Rfから蹴り出し後領域Rkまでを、以下、路面領域という。
The vibration waveform extracting means 12 extracts a time series waveform of the tire vibration for each rotation of the tire from the signal of the tire vibration detected by the acceleration sensor 11.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a time series waveform of the tire vibration. The time series waveform of the tire vibration has large peaks near the stepping position and the kicking position, and the land portion of the
窓掛け手段13は、図4に示すように、前記抽出された時系列波形を予め設定した時間幅(時間窓幅ともいう)ΔTで窓掛けし、時間窓毎にタイヤ振動の時系列波形を抽出して特徴ベクトル算出手段14に送る。なお、同図のTsは、路面領域の時間幅である。
なお、前述したように、路面外領域の時系列波形は、路面の情報を含んでいないので、カーネル関数の計算速度を速めるため、本例では、路面領域の時系列波形のみを特徴ベクトル算出手段14には送るようにしている。
なお、路面外領域の定義としては、例えば、タイヤ振動の時系列波形に対してバックグラウンドレベルを設定し、このバックグラウンドレベルよりも小さな振動レベルを有する領域を路面外領域とすればよい。
As shown in FIG. 4, the windowing means 13 windows the extracted time-series waveform with a predetermined time width (also referred to as a time window width) ΔT, and generates a time-series waveform of tire vibration for each time window. It is extracted and sent to the feature vector calculation means 14. Incidentally, T s in the figure, a time width of the road area.
As described above, since the time-series waveform of the road surface area does not include the information of the road surface, in order to increase the calculation speed of the kernel function, in this example, only the time-series waveform of the road surface area is used as the feature vector calculation means. I send it to 14.
As the definition of the off-road area, for example, a background level may be set for a time-series waveform of tire vibration, and an area having a vibration level smaller than the background level may be set as the off-road area.
特徴ベクトル算出手段14は、図4に示すように、抽出された各時間窓の時系列波形のそれぞれに対して特徴ベクトルXi(i=1〜N;Nは抽出された時間窓毎の時系列波形の数)算出する。
本例では、算出する特徴ベクトルXiとして、タイヤ振動の時系列波形を、それぞれ、0-0.5kHz、0.5-1kHz、1-2kHz、2-3kHz、3-4kHz、4-5kHzのバンドパスフィルタにそれぞれ通して得られた特定周波数帯域の振動レベル(フィルター濾過波のパワー値)aik(k=1〜6)を用いた。特徴ベクトルは、Xi=(ai1,ai2,ai3,ai4,ai5,ai6)で、特徴ベクトルXiの数はN個である。
図5は、特徴ベクトルXiの入力空間を示す模式図で、各軸は特徴量である特定周波数帯域の振動レベルaikを表し、各点が特徴ベクトルXiを表している。実際の入力空間は特定周波数帯域の数が3つなので時間軸と合わせると7次元空間になるが、同図は2次元(横軸がa1、縦軸がa2)で表している。
同図において、グループCがDRY路面を走行しているときの特徴ベクトルXiの集合で、グループC’がWET路面を走行しているときの特徴ベクトルX’iの集合とすると、グループCとグループC’とを区別することができれば、タイヤの走行している路面がDRY路面かWET路面かを判別することができる。
As shown in FIG. 4, the feature vector calculation means 14 calculates the feature vector X i (i = 1 to N; N is the time for each extracted time window) Number of sequence waveforms).
In this example, as the feature vector X i to be calculated, the time-series waveforms of the tire vibration are band-pass filters of 0-0.5 kHz, 0.5-1 kHz, 1-2 kHz, 2-3 kHz, 3-4 kHz, and 4-5 kHz, respectively. The vibration level (power value of the filtered wave) a ik (k = 1 to 6) of the specific frequency band obtained by passing through each of them was used. Feature vectors, the number of X i = (a i1, a i2, a i3, a i4, a i5, a i6) , the feature vector X i is the N.
Figure 5 is a schematic diagram showing the input space of feature vectors X i, each axis represents the vibration level a ik of a specific frequency band, which is a feature quantity, each point representing a feature vector X i. The actual input space is a seven-dimensional space when combined with the time axis because the number of specific frequency bands is three. However, the figure is expressed in two dimensions (the horizontal axis is a 1 and the vertical axis is a 2 ).
In the figure, a set of feature vectors X i when the group C travels the DRY road, when group C be the set of i 'is the feature vector X of when traveling the WET road', and the group C If the tire can be distinguished from the group C ′, it can be determined whether the road on which the tires are traveling is a DRY road surface or a WET road surface.
記憶手段15は、予め求めておいた、DRY路面とWET路面とを識別するためのDW識別モデルを記憶する。
DW識別モデルは、DRY路面とWET路面とを分離超平面を表わす識別関数f(x)により分離するための基準特徴量である基準特徴ベクトルYASV(yjk)と、基準特徴ベクトルYASV(yjk)に対応するラグランジュ乗数λAとを備える。
基準特徴量YASV(yjk)及びλAは、加速度センサーを取り付けたタイヤを搭載した試験車両を、DRY路面とWET路面にて、様々な速度で走行させて得られたタイヤ振動の時系列波形から算出された時間窓毎の特徴ベクトルである路面特徴ベクトルYA(yjk)を入力データとして、学習により求められる。
なお、学習に使うタイヤサイズは1種類でもよいし、複数種でもよい。
基準特徴ベクトルYASV(yjk)の添え字Aは、DRYもしくはWETを示している。
また、添字j(j=1〜M)は時間窓毎に抽出した時系列波形の窓番号を示し、添字kはベクトルの成分を示している(k=1〜6)。すなわち、yjk=(aj1,aj2,aj3,aj4,aj5,aj6)である。また、SVはサポートベクトルの略である。
なお、本例のように、グローバルアライメントカーネル関数を用いる場合には、基準特徴ベクトルYASV(yjk)は、ベクトルyiの次元数(ここでは、6×M(M;窓の数))の行列となる。
以下、路面特徴ベクトルYA(yjk)及び基準特徴ベクトルYASV(yjk)を、それぞれ、YA、YASVと記す。
The storage means 15 stores a DW identification model for identifying a DRY road surface and a WET road surface, which has been obtained in advance.
The DW identification model includes a reference feature vector Y ASV (y jk ), which is a reference feature amount for separating a DRY road surface and a WET road surface by an identification function f (x) representing a separation hyperplane, and a reference feature vector Y ASV ( y jk ) and a Lagrange multiplier λ A.
The reference feature values Y ASV (y jk ) and λ A are the time series of tire vibration obtained by running a test vehicle equipped with a tire equipped with an acceleration sensor at various speeds on a DRY road surface and a WET road surface. The road surface feature vector Y A (y jk ), which is a feature vector for each time window calculated from the waveform, is obtained by learning using the input data as input data.
Note that the tire size used for learning may be one type or a plurality of types.
The subscript A of the reference feature vector Y ASV (y jk ) indicates DRY or WET.
The subscript j (j = 1 to M) indicates the window number of the time-series waveform extracted for each time window, and the subscript k indicates the vector component (k = 1 to 6). That is, y jk = (a j1, a j2, a j3, a j4, a j5, a j6). SV is an abbreviation for support vector.
When a global alignment kernel function is used as in this example, the reference feature vector Y ASV (y jk ) is the number of dimensions of the vector y i (here, 6 × M (M; number of windows)). Is a matrix.
Hereinafter, the road feature vector Y A a (y jk) and the reference feature vector Y ASV (y jk), respectively, referred to as Y A, Y ASV.
路面特徴ベクトルYAの算出方法は、前述した特徴ベクトルXjと同様で、例えば、DRY路面の基準特徴ベクトルYDなら、DRY路面を走行したときのタイヤ振動の時系列波形を時間幅ΔTで窓掛けし、時間窓毎にタイヤ振動の時系列波形を抽出し、抽出された各時間窓の時系列波形のそれぞれに対してDRY路面特徴ベクトルYDを算出する。同様に、WET路面特徴ベクトルYWは、WET路面を走行したときの時間窓毎の時系列波形から算出される。
また、基準特徴ベクトルYASVは、DRY路面特徴ベクトルYDとWET路面特徴ベクトルYWとを学習データとしたサポートベクトルマシーン(SVM)により、サポートベクトルとして選択された特徴ベクトルである。
なお、記憶手段15には全ての基準特徴ベクトルYASVを記憶する必要はなく、一般には、ラグランジュ乗数λが、所定の値λmin(例えば、λmin=0.05)以上であるサポートベクトルYASVのみを、基準特徴ベクトルYASVとして記憶すればよい。
ここで、時間幅ΔTが、特徴ベクトルXjを求める場合の時間幅ΔTと同じ値であることが肝要である。時間幅Tが一定なら、時間窓の時系列波形の数Mはタイヤ種と車速によって異なる。すなわち、路面特徴ベクトルYASVの時間窓の時系列波形の数Mは、特徴ベクトルXjの時間窓の時系列波形の数Nとは必ずしも一致しない。例えば、タイヤ種が同じでも、特徴ベクトルXjを求めるときの車速が路面特徴ベクトルYASVを求めたときの車速よりも遅い場合には、M>Nとなり、速い場合にはM<Nとなる。
The method of calculating the road surface feature vector Y A is the same as the feature vector X j described above, for example, if the reference feature vectors Y D of DRY road, the time-series waveform of tire vibrations when traveling along DRY road in time width ΔT and windowing, to extract the time-series waveform of tire vibrations per time window, it calculates a DRY road feature vector Y D for each of the time-series waveform of the extracted each time window was. Similarly, the WET road surface feature vector Y W is calculated from a time-series waveform for each time window when traveling on a WET road surface.
The reference feature vector Y ASV is a feature vector selected as a support vector by a support vector machine (SVM) using the DRY road surface feature vector Y D and the WET road surface feature vector Y W as learning data.
Note that it is not necessary to store all the reference feature vectors Y ASV in the storage means 15. Generally, only the support vector Y ASV whose Lagrangian multiplier λ is equal to or more than a predetermined value λ min (for example, λ min = 0.05) is used. May be stored as the reference feature vector Y ASV .
Here, it is important that the time width ΔT has the same value as the time width ΔT when the feature vector Xj is obtained. If the time width T is constant, the number M of time-series waveforms in the time window differs depending on the tire type and the vehicle speed. That is, the number M of the time-series waveforms in the time window of the road surface feature vector Y ASV does not always match the number N of the time-series waveforms in the time window of the feature vector Xj . For example, even if the tire type is the same, M> N when the vehicle speed at the time of finding the feature vector Xj is lower than the vehicle speed at the time of finding the road surface feature vector Y ASV, and M <N when the vehicle speed is fast. .
図6は、入力空間上におけるDRY路面特徴ベクトルYDとWET路面特徴ベクトルYWを示す概念図で、同図の黒丸がDRY路面、白丸がWET路面である。
なお、前述したように、DRY路面特徴ベクトルYDもWET路面特徴ベクトルYWも行列であるが、グループの識別境界の求め方を説明するため、図6では、DRY路面特徴ベクトルYDとWET路面特徴ベクトルYWとをそれぞれ2次元のベクトルで示した。
グループの識別境界は、一般には、線形分離が不可能である。そこで、カーネル法を用いて、路面特徴ベクトルYV及びYWを非線形写像φによって高次元特徴空間に写像して線形分離を行うことで、元の入力空間において路面特徴ベクトルYD及びYWに対して非線形な分類を行う。
DRY路面とWET路面とを区別するには、DRY路面特徴ベクトルYDjとWET路面特徴ベクトルYWjとを分離する分離超平面である識別関数f(x)に対してマージンを持たせることで、DRY路面とWET路面とを精度よく区別することができる。
マージンとは、分離超平面から一番近いサンプルまでの距離をいい、識別境界である分離超平面はf(x)=0である。また、DRY路面特徴ベクトルYDjは全てf(x)≧+1の領域にあり、WET路面特徴ベクトルYWjは全てf(x)≦−1の領域にある。
Figure 6 is a conceptual diagram showing a DRY road feature vector Y D and WET road feature vector Y W in the input space, black circles in the figure is DRY road, open circles are WET road.
As described above, although a DRY road feature vectors Y D also WET road feature vector Y W also matrices, for explaining how to determine the decision boundary of the group, in FIG. 6, DRY road feature vectors Y D and WET The road surface feature vector Y W is shown as a two-dimensional vector.
Group identification boundaries generally do not allow linear separation. Thus, by using the kernel method, the road surface feature vectors Y V and Y W are mapped to a high-dimensional feature space by a non-linear mapping φ to perform linear separation, so that the road surface feature vectors Y D and Y W are obtained in the original input space. Non-linear classification is performed.
In order to distinguish between a DRY road surface and a WET road surface, a margin is provided for an identification function f (x) that is a separating hyperplane that separates the DRY road surface feature vector Y Dj and the WET road surface feature vector Y Wj . The DRY road surface and the WET road surface can be accurately distinguished.
The margin refers to the distance from the separation hyperplane to the nearest sample, and the separation hyperplane that is the identification boundary is f (x) = 0. The DRY road surface feature vectors Y Dj are all in the region of f (x) ≧ + 1, and the WET road surface feature vectors Y Wj are all in the region of f (x) ≦ −1.
次に、データの集合X=(x1,x2,……xn)と所属クラスz={1、−1}とを用いて、データを識別する最適な識別関数f(x)=wTφ(x)−bを求める。ここで、wは重み係数を表すベクトルで、bは定数である。
また、データはDRY路面特徴ベクトルYDjとWER路面特徴ベクトルYWjであり、所属クラスはz=1が同図のχ1で示すDRY路面のデータで、z=−1がχ2で示すWET路面のデータである。f(x)=0が識別境界で、1/||w||が路面特徴ベクトルYAj(A=D,W)とf(x)=0との距離である。
識別関数f(x)=wTφ(x)−bは、例えば、ラグランジュ未定乗数法を用いて最適化される。最適化問題は、以下の式(1),(2)に置き換えられる。
ここで、内積φT(xα)φ(xβ)をカーネル関数K(xα,xβ)に置き換えることで、識別関数f(x)=wTφ(x)−bを非線形化できる。
なお、φT(xα)φ(xβ)は、xαとxβを写像φで高次元空間へ写像した後の内積である。
ラグランジュ乗数λは、前記の式(2)について、最急下降法やSMO(Sequential Minimal Optimization)などの最適化アルゴリズムを用いて求めることができる。
このように、内積φT(xα)φ(xβ)を直接求めずに、カーネル関数K(xα,xβ)に置き換えるようにすれば、高次元の内積を直接求める必要がないので、計算時間を大幅に縮減できる。
Next, using the data set X = (x 1 , x 2 ,..., X n ) and the belonging class z = {1, −1}, the optimal identification function f (x) = w for identifying the data. Find T φ (x) -b. Here, w is a vector representing a weight coefficient, and b is a constant.
The data is DRY road feature vectors Y Dj and WER road feature vector Y Wj, with data DRY road indicated by chi 1 belongs class z = 1 is the figure, WET indicated by z = -1 is chi 2 This is road surface data. f (x) = 0 is the identification boundary, and 1 / || w || is the distance between the road surface feature vector Y Aj (A = D, W) and f (x) = 0.
The discriminant function f (x) = w T φ (x) -b is optimized using, for example, the Lagrange multiplier method. The optimization problem is replaced by the following equations (1) and (2).
Here, the discrimination function f (x) = w T φ (x) −b can be nonlinearized by replacing the inner product φ T (x α ) φ (x β ) with the kernel function K (x α , x β ). .
Note that φ T (x α ) φ (x β ) is an inner product after x α and x β are mapped to a high-dimensional space by a mapping φ.
The Lagrange multiplier λ can be obtained by using an optimization algorithm such as the steepest descent method or SMO (Sequential Minimal Optimization) for the above equation (2).
Thus, without asking the inner product phi T a (x α) φ (x β ) directly, the kernel function K (x α, x β) if so replace the, there is no need to determine directly the inner product of high dimensional , Can greatly reduce the calculation time.
本例では、カーネル関数K(xα,xβ)として、グローバルアライメントカーネル関数(GAカーネル)を用いた。
GAカーネルK(xα,xβ)は、図7及び以下の式(3),(4)に示すように、特徴ベクトルxαと特徴ベクトルxβとの類似度を示すローカルカーネルκij(xαi,xβj)の総和もしくは総積から成る関数で、時間長さの異なる時系列波形を直接比較することができる。
ローカルカーネルκij(xαi,xβj)は、時間間隔Tの窓毎に求められる。
なお、図7は、時間窓の数が6である特徴ベクトルxαiと、時間窓の数が4である特徴ベクトルxβとのGAカーネルを求めた例である。
As shown in FIG. 7 and the following equations (3) and (4), the GA kernel K (x α , x β ) is a local kernel κ ij (indicating the similarity between the feature vector x α and the feature vector x β ) x αi , x βj ) can be directly compared with time series waveforms having different time lengths using a function composed of the sum or the sum of the products.
The local kernel κ ij (x αi , x βj ) is obtained for each window of the time interval T.
FIG. 7 shows an example in which a GA kernel is obtained for a feature vector x αi having six time windows and a feature vector x β having four time windows.
演算用特徴量抽出手段18は、記憶手段15に記録されているDRY路面の基準特徴ベクトルYDSVとWET路面の基準特徴ベクトルYWSVとの中から、カーネル関数の演算に使用するための基準特徴ベクトルYDKとYWKとを選択して抽出し、それぞれ、DRY路面の演算用特徴ベクトルYDK及びWET路面の演算用特徴ベクトルYWKとして、カーネル関数算出手段16に送る。
演算用特徴ベクトルYAKの選択基準としては、例えば、以下の3つの選択基準が挙げられる。
選択基準1;λ≧mである基準特徴ベクトルYAKを採用する。
但し、m>λmin=0.05
選択基準2;λの配列を降順に並べ替え、値の大きいものから一定数N個採用する。
選択基準3;λの配列を降順に並べ替え、それぞれのλをλ配列の合計でわることで、
割合を算出し、それぞれのλが全体の何%の大きさを占めるかを評価、
つまり、寄与率を計算して採用する。
具体的には、寄与率をλの大きいほうから足していき、
寄与率の積算値がk%(例えば、80%)を超えるλまでを採用する。
具体例を、以下の表1に示す。
これにより、データ量を削減できるので、カーネル関数K(X,Y)の演算時間を速くすることができる。
The calculation feature
As the selection criterion of the operation feature vector Y AK , for example, there are the following three selection criterion.
Selection criterion 1: a reference feature vector Y AK satisfying λ ≧ m is adopted.
However, m> λ min = 0.05
Selection Criteria 2: Arrangement of λ is rearranged in descending order, and a fixed number N is adopted from the largest value.
Calculate the ratio and evaluate what percentage of each λ occupies,
That is, the contribution rate is calculated and adopted.
Specifically, the contribution rate is added from the larger λ,
Up to λ where the integrated value of the contribution ratio exceeds k% (for example, 80%) is adopted.
Specific examples are shown in Table 1 below.
As a result, the data amount can be reduced, and the calculation time of the kernel function K (X, Y) can be shortened.
カーネル関数算出手段16は、特徴ベクトル算出手段14にて算出された特徴ベクトルXiと、演算用特徴量抽出手段18で抽出されたDRY路面の演算用特徴ベクトルYDKとWET路面の演算用特徴ベクトルYWKとから、DRYGAカーネルKD(X,YDK)とWETGAカーネルKW(X,YWK)とを算出する。
DRYGAカーネルKD(X,YDK)は、上記式(3)及び(4)において、特徴ベクトルxiαを特徴ベクトル算出手段14で算出された特徴ベクトルXiとし、特徴ベクトルxβをDRY路面の演算用特徴ベクトルYDKjとしたときのローカルカーネルκij(Xi,YDKj)の総和もしくは総積から成る関数で、WETGAカーネルKW(X,YWK)は、特徴ベクトルxβをWET路面の演算用特徴ベクトルYWKjとしたときのローカルカーネルκij(Xi,YKj)の総和もしくは総積から成る関数である。これらのGAカーネルKD(X,YDK)及びGAカーネルKW(X,YWK)を用いることで、時間長さの異なる時系列波形を直接比較することができる。
なお、上記のように、特徴ベクトルXiを求めた場合の時間窓の時系列波形の数nと路面特徴ベクトルYAjを求めた場合の時間窓の時系列波形の数mとが異なっている場合でも、特徴ベクトルXiと基準特徴ベクトルYASVjである演算用特徴ベクトルYWKj間の類似度を求めることができる。
The kernel function calculation means 16 calculates the feature vector X i calculated by the feature vector calculation means 14, the DRY road calculation feature vector Y DK extracted by the calculation feature quantity extraction means 18, and the WET road calculation feature. From the vector Y WK , a DRYGA kernel K D (X, Y DK ) and a WETGA kernel K W (X, Y WK ) are calculated.
DRYGA kernel K D (X, Y DK), in the above formula (3) and (4), and a feature vector X i calculated feature vector x i.alpha the feature
As described above, the number n of time-series waveforms in the time window when the feature vector X i is obtained is different from the number m of time-series waveforms in the time window when the road surface feature vector Y Aj is obtained. even if it is possible to determine the similarity between the calculating feature vectors Y Wkj a feature vector X i and the reference feature vector Y ASVj.
路面状態判別手段17では、以下の式(5)式に示す、カーネル関数KD(X,YDK)とカーネル関数KW(X,YWK)を用いた識別関数fDW(x)の値とに基づいて路面状態を判別する。
本例では、識別関数fDWを計算し、fDW>0であれば、路面がDRY路面であると判別し、fDW<0であれば、路面がWET路面であると判別する。
演算用特徴ベクトルYDKjの個数NDK及び演算用特徴ベクトルYWKjの個数NWKは、それぞれ基準特徴ベクトルYDSVの個数NDSV及び基準特徴ベクトルYWSVの個数NWSVよりも少ないので、カーネル関数K(X,Y)の演算時間を速くすることができる。
なお、後述する[実施例1]に示すように、演算用特徴ベクトルYDKj及び演算用特徴ベクトルYWKjの選定基準をλ≧0.3としても、DRY/WETの2路面の判別精度を十分確保することができる。
In the road surface state determining means 17, the value of the identification function f DW (x) using the kernel function K D (X, Y DK ) and the kernel function K W (X, Y WK ) shown in the following equation (5) The road surface condition is determined based on the above.
In this example, the identification function f DW is calculated, and if f DW > 0, the road surface is determined to be a DRY road surface, and if f DW <0, the road surface is determined to be a WET road surface.
Since the number N WK number N DK and calculating feature vectors Y Wkj of calculation feature vector Y DKj is less than the number N WSV number N DSV and the reference feature vectors Y WSV each reference feature vectors Y DSV, kernel function The calculation time of K (X, Y) can be shortened.
As described in [Example 1] described below, even if the selection criterion of the calculation feature vector Y DKj and the calculation feature vector Y WKj is λ ≧ 0.3, the discrimination accuracy of the two road surfaces of DRY / WET is sufficient. Can be secured.
次に、路面状態判別装置10を用いて、タイヤ20の走行している路面の状態を判別する方法について、図8のフローチャートを参照して説明する。
まず、加速度センサー11によりタイヤ20が走行している路面Rからの入力により発生したタイヤ振動を検出し(ステップS10)、検出されたタイヤ振動の信号からタイヤ振動の時系列波形を抽出する(ステップS11)。
そして、抽出されたタイヤ振動の時系列波形を予め設定した時間幅ΔTで窓掛けして、時間窓毎のタイヤ振動の時系列波形を求める。ここで、時間窓毎のタイヤ振動の時系列波形の数をm個とする(ステップS12)。
次に、抽出された各時間窓の時系列波形のそれぞれに対して特徴ベクトルXi=(xi1,xi2,xi3,xi4,xi5,xi6)を算出する(ステップS13)。本例では時間幅Tを3msec.とした。また、特徴ベクトルXiの数は6個である。
特徴ベクトルXiの各成分xi1〜xi6(i=1〜6)は、前述したように、タイヤ振動の時系列波形のフィルター濾過波のパワー値である。
次に、算出された特徴ベクトルXiと記憶手段15に記録されているDRY路面及びWET路面の基準特徴ベクトルYASVjとの中から、DRY路面の演算用特徴ベクトルYDKとWET路面の演算用特徴ベクトルYWKとを抽出する(ステップS14)。そして、これら演算用特徴ベクトルYDK及び演算用特徴ベクトルYWKと、特徴ベクトルXiとから、ローカルカーネルκij(Xi,YAKj)を算出した後、ローカルカーネルκij(Xi,YAKj)の総和を求めて、GAカーネル関数KA(X,YAK)をそれぞれ算出する(ステップS15)。
A=DであるGAカーネル関数KD(X,YDK)がDRY路面のGAカーネル関数で、A=WであるGAカーネル関数KW(X,YWK)がWET路面のGAカーネル関数である。
そして、DRY路面のGAカーネル関数KDとWET路面のGAカーネル関数KWとを用いた識別関数fDW(x)を計算(ステップS16)し、fDW>0であれば、路面がDRY路面であると判別し、fDW<0であれば、路面がWET路面であると判別する。(ステップS17)。
このように、カーネル関数の計算に使用する基準特徴ベクトルである演算用特徴ベクトルYAKとして、λ≧m(>λmin=0.05)である基準特徴ベクトルYADVを採用することで、路面状態の判別精度を確保しつつ、データ量を削減できるので、路面判別時間を効果的に短縮することができる。
Next, a method of determining the state of the road surface on which the
First, a tire vibration generated by an input from a road surface R on which the
Then, the time-series waveform of the extracted tire vibration is windowed over a predetermined time width ΔT to obtain a time-series waveform of the tire vibration for each time window. Here, the number of time-series waveforms of tire vibration for each time window is set to m (step S12).
Next, a feature vector X i = (x i1 , x i2 , x i3 , x i4 , x i5 , x i6 ) is calculated for each of the extracted time-series waveforms in each time window (step S13). In this example, the time width T is 3 msec. The number of feature vectors X i is six.
As described above, the components x i1 to x i6 (i = 1 to 6) of the feature vector X i are the power values of the filter-filtered waves of the time series waveform of the tire vibration.
Next, a feature vector Y DK for calculating the DRY road surface and a feature vector Y DK for calculating the WET road surface are selected from the calculated feature vector X i and the reference feature vector YA SVj of the DRY road surface and the WET road surface recorded in the storage means 15. The feature vector Y WK is extracted (step S14). Then, a local kernel κ ij (X i , Y AKj ) is calculated from the calculation feature vector Y DK and the calculation feature vector Y WK and the feature vector X i, and then the local kernel κ ij (X i , Y AKj ) are calculated, and a GA kernel function K A (X, Y AK ) is calculated (step S15).
The GA kernel function K D (X, Y DK ) where A = D is a GA kernel function for a DRY road surface, and the GA kernel function K W (X, Y WK ) where A = W is a GA kernel function for a WET road surface. .
Then, an identification function f DW (x) using the GA kernel function K D of the DRY road surface and the GA kernel function K W of the WET road surface is calculated (step S16). If f DW > 0, the road surface is the DRY road surface And if f DW <0, it is determined that the road surface is a WET road surface. (Step S17).
As described above, by adopting the reference feature vector Y ADV that is λ ≧ m (> λ min = 0.05) as the calculation feature vector Y AK that is the reference feature vector used in the calculation of the kernel function, Since the data amount can be reduced while ensuring the determination accuracy, the road surface determination time can be effectively reduced.
[実施例]
DRY路面のサポートベクトルとWET路面のサポートベクトルとを、予めDRY路面とWET路面にて求めておいた、DRY路面とWET路面とを走行したときのタイヤ振動の時系列波形から算出された時間窓毎の特徴量である路面データを学習データとして、機械学習(SVM)により求めた。
具体的には、以下の表2に示すように、使用した路面データを、訓練用(Train用)とテスト用(Test用)とに分け、DRY路面のサポートベクトルとWET路面のサポートベクトルとを求めた後、DRY路面のサポートベクトルとWET路面のサポートベクトルの境界面とを求めた。このとき、サポートベクターマシーンのハイパーパラメータC,σは、それぞれ、C=2、σ=125とした。
このとき、サポートベクトルの数は最大で415個であった。
また、図10は、m=0.05,0.1,0.3,0.5,1.0としたときの、判別精度を示すグラフで、演算用特徴ベクトルYAKの選択基準をλ≧0.3とした場合、判別精度は、従来のλ≧0.05とした場合の95%を確保しつつ、サポートベクトルの個数を415個から260個(およそ、47%減)に減らすことができた。
また、同様に、計算時間を計測したところ、従来の42%減を達成できた。
これにより、ラグランジェ未定乗数λが予め設定された閾値m以上である基準特徴量を、カーネル関数を演算に使用する特徴量とすれば、路面状態の判別精度を確保しつつ、計算速度を速くすることができることが確認された。なお、従来の90%以上の判別精度を確保するには、m<0.35とすることが好ましい。
[Example]
A time window calculated from a time-series waveform of tire vibration when traveling on a DRY road surface and a WET road surface, in which the support vector of the DRY road surface and the support vector of the WET road surface have been obtained in advance on the DRY road surface and the WET road surface. The road surface data, which is the feature amount for each, was obtained as learning data by machine learning (SVM).
Specifically, as shown in Table 2 below, the used road surface data is divided into for training (for training) and for testing (for test), and the support vector for the DRY road surface and the support vector for the WET road surface are defined. After the determination, the support vector of the DRY road surface and the boundary surface of the support vector of the WET road surface were determined. At this time, the hyperparameters C and σ of the support vector machine were C = 2 and σ = 125, respectively.
At this time, the number of support vectors was 415 at the maximum.
FIG. 10 is a graph showing the discrimination accuracy when m = 0.05, 0.1, 0.3, 0.5, and 1.0. The selection criterion for the operation feature vector Y AK is λ. When ≧ 0.3, the discrimination accuracy is to reduce the number of support vectors from 415 to 260 (approximately 47% reduction) while maintaining 95% of the conventional λ ≧ 0.05. Was completed.
Similarly, when the calculation time was measured, it was possible to achieve a 42% reduction compared to the conventional case.
As a result, if the reference feature amount in which the Lagrange's undetermined multiplier λ is equal to or larger than the preset threshold value m is used as a feature amount used in the calculation of the kernel function, the calculation speed is increased while ensuring the accuracy of determining the road surface state. It was confirmed that it could be done. Note that it is preferable to set m <0.35 in order to ensure the discrimination accuracy of 90% or more of the related art.
以上、本発明を実施の形態及び実施例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 described above, the present invention has been described using the embodiment and the examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the embodiment. It is apparent from the appended claims that embodiments with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
例えば、前記実施の形態では、DW識別モデルを用いてタイヤ20の走行している路面が、DRY路面であるかWET路面であるかの2路面判別を行ったが、以下の6つの路面識別モデルを用いれば、タイヤ20の走行している路面が、DRY路面、WET路面、SNOW路面、ICE路面のいずれであるか判別することができる。
ここで、A,A’=DRY,WET,SNOW,ICE(A≠A’)とすると、AA’識別モデルは、A路面とA’路面とを分離超平面を表わす識別関数fAA’(x)により分離するための基準特徴量であるA路面特徴ベクトルYASVとラグランジュ乗数λAA’、及び、A’路面特徴ベクトルYA’SVラグランジュ乗数λA’Aを備える。
基準特徴量YASV及びλAは、加速度センサーを取り付けたタイヤを搭載した試験車両を、DRY,WET,SNOW,ICEの各路面にて、様々な速度で走行させて得られたタイヤ振動の時系列波形から算出された時間窓毎の特徴ベクトルである路面特徴ベクトルYA(yjk)を入力データとして、学習により求められる。
なお、A路面のデータは、図6のχ1で示すz=1に所属するデータで、A’路面のデータは、χ2で示すz=−1に所属するデータである。
For example, in the above-described embodiment, two road surfaces are discriminated whether the road surface on which the
Here, if A, A ′ = DRY, WET, SNOW, ICE (A ≠ A ′), the AA ′ identification model is an identification function f AA ′ (x ), A road surface feature vector Y ASV and a Lagrangian multiplier λ AA ′ , which are reference feature amounts for separation by A), and an A ′ road surface feature vector Y A′SV Lagrangian multiplier λ A′A .
The reference feature values Y ASV and λ A are the values of tire vibration obtained by running a test vehicle equipped with a tire equipped with an acceleration sensor at various speeds on DRY, WET, SNOW, and ICE road surfaces. The road surface feature vector Y A (y jk ), which is a feature vector for each time window calculated from the series waveform, is obtained by learning using as input data.
The data of the A road surface, the data belonging to z = 1 indicated by chi 1 in FIG. 6, data A 'road is data belonging to z = -1 shown by chi 2.
ところで、基準特徴ベクトルYASVに対応するラグランジュ乗数λAが識別モデル毎にあることに注意する必要がある。例えば、DRY路面特徴ベクトルYDSVに対応する3つのラグランジュ乗数λDW,λDS,λDIはそれぞれ異なる値をもつ。他の路面特徴ベクトルYWSV,YSSV,YISVについても同様である。
ここでは、GAカーネル関数K(X,Y)に使用する特徴ベクトルを演算用特徴ベクトルYAKとして、GAカーネル関数KA(X,YAK)を算出している。
GAカーネル関数KA(X,YAK)の算出方法は実施の形態1と同様で、A=DであるGAカーネル関数KD(X,YDK)がDRY路面のGAカーネル関数、A=WであるGAカーネル関数KW(X,YWK)がWET路面のGAカーネル関数、A=SであるGAカーネル関数KS(X,YSK)がSNOW路面のGAカーネル関数、A=IであるGAカーネル関数KI(X,YIK)がICE路面のGAカーネル関数である。
路面状態の判別は、以下の式(6)〜(11)に示す6つの識別関数fAA’(x)を用いて行う。
fDW >0、fDS>0、fDI>0であれば、路面がDRY路面であると判別する。
fDW <0、fWS>0、fWI>0であれば、路面がWET路面であると判別する。
fDS <0、fWS>0、fSI>0であれば、路面がSNOW路面であると判別する。
fDI <0、fWI<0、fSI<0であれば、路面がICE路面であると判別する。
なお、GAカーネル関数K(X,Y)に使用する特徴ベクトルを基準特徴ベクトルYASVとした場合には、式(6)〜(11)において、YAA’KをYAA’SVとし、NAA’KをNAA’SVとすればよい。
It should be noted that there is a Lagrange multiplier λ A corresponding to the reference feature vector Y ASV for each identification model. For example, three Lagrangian multipliers λ DW , λ DS , and λ DI corresponding to the DRY road surface feature vector Y DSV have different values. The same applies to the other road surface feature vectors Y WSV , Y SSV and Y ISV .
Here, the GA kernel function K A (X, Y AK ) is calculated using the feature vector used for the GA kernel function K (X, Y) as the calculation feature vector Y AK .
The method of calculating the GA kernel function K A (X, Y AK ) is the same as in the first embodiment. The GA kernel function K D (X, Y DK ) in which A = D is the GA kernel function on the DRY road surface, and A = W GA kernel function K W (X, Y WK ) is a GA kernel function on a WET road surface, A = S GA kernel function K S (X, Y SK ) is a GA kernel function on a SNOW road surface, and A = I The GA kernel function K I (X, Y IK ) is the GA kernel function for the ICE road surface.
The determination of the road surface state is performed using the six identification functions f AA ′ (x) shown in the following equations (6) to (11).
If f DW > 0, f DS > 0, f DI > 0, it is determined that the road surface is a DRY road surface.
If f DW <0, f WS > 0, f WI > 0, it is determined that the road surface is a WET road surface.
If f DS <0, f WS > 0, f SI > 0, it is determined that the road surface is a SNOW road surface.
If f DI <0, f WI <0, f SI <0, it is determined that the road surface is an ICE road surface.
When the feature vector used for the GA kernel function K (X, Y) is the reference feature vector Y ASV , in equations (6) to (11), Y AA′K is set to Y AA′SV and N AA′SV is set. AA'K may be NAA'SV .
また、前記実施の形態では、タイヤ振動検出手段を加速度センサー11としたが、圧力センサーなどの他の振動検出手段を用いてもよい。また、加速度センサー11の設置箇所についても、タイヤ幅方向中心から幅方向に所定距離だけ離隔した位置に1個ずつ配設したり、ブロック内に設置するなど他の箇所に設置してもよい。
また、前記実施の形態では、特徴ベクトルXiをフィルター濾過波のパワー値xikとしたが、フィルター濾過波のパワー値xikの時変分散(log[xik(t)2+xik(t-1)2])を用いてもよい。あるいは、特徴ベクトルXiを、タイヤ振動時系列波形をフーリエ変換したときの特定周波数帯域の振動レベルであるフーリエ係数、もしくは、ケプストラム係数としてもよい。ケプストラム係数は、フーリエ変換後の波形をスペクトル波形とみなし、再度フーリエ変換して得られるか、もしくは、ARスペクトルを波形とみなし、更にAR係数を求めて得られる(LPC Cepstrum)もので、絶対レベルに影響されずにスペクトルの形状を特徴付けできるので、フーリエ変換により得られる周波数スペクトルを用いた場合よりも判別精度が向上する。
また、前記実施の形態では、カーネル関数としてGAカーネルを用いたが、ダイナミックタイムワーピングカーネル関数(DTWカーネル)を用いてもよい。あるいは、GAカーネルとDTWカーネル演算値を用いてもよい。
Further, in the above embodiment, the acceleration sensor 11 is used as the tire vibration detecting means, but other vibration detecting means such as a pressure sensor may be used. In addition, the acceleration sensor 11 may be installed at another location such as one at a position separated from the center of the tire in the width direction by a predetermined distance in the width direction, or may be installed in a block.
Further, in the embodiment, a feature vector X i and the power value x ik of filtration wave, variance, when the power value x ik of
In the above embodiment, the GA kernel is used as the kernel function, but a dynamic time warping kernel function (DTW kernel) may be used. Alternatively, a GA kernel and a DTW kernel operation value may be used.
10 路面状態判別装置、11 加速度センサー、12 振動波形抽出手段、
13 窓掛け手段、14 特徴ベクトル算出手段、15 記憶手段、
16 カーネル関数算出手段、17 路面状態判別手段、18 演算用特徴量抽出手段、
20 タイヤ、21 インナーライナー部、22 タイヤ気室。
10 road surface condition determination device, 11 acceleration sensor, 12 vibration waveform extraction means,
13 windowing means, 14 feature vector calculating means, 15 storage means,
16 kernel function calculating means, 17 road surface state determining means, 18 feature value extracting means for calculation,
20 tires, 21 inner liner part, 22 tire chamber.
Claims (4)
を備えた路面状態判別方法において、
前記ステップ(d)と前記ステップ(e)との間に設けられて、
前記基準特徴量の中から、対応するラグランジェ未定乗数が予め設定された閾値以上である基準特徴量を演算用特徴量として抽出するステップ(g)を備え、
前記ステップ(e)では、
前記ステップ(d)で算出した特徴量と前記ステップ(g)で抽出した演算用特徴量とからカーネル関数を算出することを特徴とする路面状態判別方法。 Detecting a vibration of the running tire (a), extracting a time-series waveform of the detected vibration of the tire (b), and applying a window function of a predetermined time width to the time-series waveform of the tire vibration. (C) extracting a time-series waveform for each time window by multiplying, (d) calculating a feature amount from the time-series waveform for each time window, and (E) calculating a kernel function from the characteristic amounts of the above and a reference characteristic amount selected from the characteristic amounts for each time window calculated from the time series waveform of the tire vibration obtained in advance for each road surface condition; (F) determining the state of the road surface on which the vehicle is traveling based on the value of the identification function using the kernel function;
In the road surface condition determination method provided with
Provided between the step (d) and the step (e),
(G) extracting, from the reference feature values, a reference feature value in which a corresponding Lagrange's undetermined multiplier is equal to or greater than a preset threshold value as a calculation feature value;
In the step (e),
A road surface state determination method, comprising calculating a kernel function from the feature amount calculated in the step (d) and the calculation feature amount extracted in the step (g).
前記窓関数をかけて抽出した時間窓毎の時系列波形の特定周波数帯域の振動レベル、
前記特定周波数帯域の振動レベルの時変分散、
及び、前記時系列波形のケプストラム係数のいずれか1つ、または、複数、または、全部であり、
前記特定周波数帯域の振動レベルは、前記窓関数をかけて抽出した時間窓毎の時系列波形の周波数スペクトル、もしくは、前記窓関数をかけて抽出した時間窓毎の時系列波形をバンドパスフィルタを通して得られた時系列波形から求められる特定周波数帯域の振動レベルであることを特徴とする請求項1に記載の路面状態判別方法。 The feature quantity is
Vibration level of a specific frequency band of a time-series waveform for each time window extracted by applying the window function,
Time-varying dispersion of the vibration level of the specific frequency band,
And any one, or a plurality, or all of the cepstral coefficients of the time-series waveform;
The vibration level of the specific frequency band is a frequency spectrum of a time-series waveform for each time window extracted by applying the window function or a time-series waveform for each time window extracted by applying the window function through a band-pass filter. The road surface state determination method according to claim 1, wherein the vibration level is a vibration level in a specific frequency band obtained from the obtained time-series waveform.
前記タイヤ振動検出手段で検出された前記タイヤ振動の時系列波形を予め設定した時間幅で窓掛けして時間窓毎にタイヤ振動の時系列波形を抽出する窓掛け手段と、
前記抽出された時間窓毎の時系列波形における特定周波数の振動レベルを成分とする特徴量もしくは前記振動レベルの関数を成分とする特徴量を算出する特徴量算出手段と、
予め算出しておいた路面状態毎のタイヤ振動の時系列波形から算出された時間窓毎の特徴量から選択される基準特徴量と前記基準特徴量に対応するラグランジェ未定乗数とを記憶する記憶手段と、
前記特徴量算出手段で算出した時間窓毎の特徴量と、前記記憶手段に記憶された基準特徴量とからカーネル関数を算出するカーネル関数算出手段と、
前記カーネル関数を用いた識別関数の値に基づいて路面状態を判別する路面状態判別手段とを備え、タイヤの走行する路面の状態を判別する路面状態判別装置において、
前記記憶手段に記憶された基準特徴量の中から、対応するラグランジェ未定乗数が予め設定された閾値以上である基準特徴量を、演算用特徴量として抽出する演算用特徴量抽出手段を設けるとともに、
前記カーネル関数算出手段は、
前記特徴量算出手段で算出した特徴量と前記演算用特徴量抽出手段で抽出された演算用特徴量とからカーネル関数を算出することを特徴とする路面状態判別装置。 Tire vibration detection means arranged on the air chamber side of the inner liner portion of the tire tread portion to detect the vibration of the running tire,
Windowing means for extracting a time-series waveform of the tire vibration for each time window by windowing the time-series waveform of the tire vibration detected by the tire vibration detecting means with a preset time width,
A feature value calculating unit that calculates a feature value having a vibration level of a specific frequency as a component or a feature value having a function of the vibration level as a component in the extracted time-series waveform for each time window,
A storage for storing a reference feature value selected from feature values for each time window calculated from a time series waveform of tire vibration for each road surface condition calculated in advance and a Lagrange undetermined multiplier corresponding to the reference feature value. Means,
Kernel function calculation means for calculating a kernel function from the feature quantity for each time window calculated by the feature quantity calculation means and the reference feature quantity stored in the storage means;
A road surface state determination unit configured to determine a road surface state based on a value of a discrimination function using the kernel function, wherein a road surface state determination device configured to determine a state of a road surface on which a tire travels;
Calculating means for extracting, from among the reference features stored in the storage means, reference features whose corresponding Lagrange's undetermined multipliers are equal to or greater than a predetermined threshold value, as calculation features; ,
The kernel function calculating means,
A road surface state determination device, wherein a kernel function is calculated from the characteristic amount calculated by the characteristic amount calculation unit and the operation characteristic amount extracted by the operation characteristic amount extraction unit.
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