CN102029987A - 推定加速度计算装置 - Google Patents

Abstract

提供一种推定加速度计算装置。该装置包括计算对应于起伏道路水平或车辆的转向水平的滚动阻力系数的滚动阻力系数计算单元；和基于运动方程式计算推定加速度的推定加速度计算单元，该运动方程式表达车轮力的平衡并含有滚动阻力系数项。

Description

推定加速度计算装置

技术领域

本发明涉及一种用于在车辆运动控制等中的计算推定加速度(以下称为“推定G”)的推定加速度计算装置。

背景技术

当基于车轮运动方程式计算行驶阻力时，由于车轮的滑移所以会发生误差。因此，JP-A-2006-2806提出一种通过根据车轮滑移执行校正能够缩小误差的行驶阻力传感装置。具体地，在该行驶阻力传感装置中，基于制动液压力或制动踏板力推定制动力，由四个车轮中具有最大转数和最小转数的车轮之间的转速差计算滑移量，基于该滑移量设定用于校正制动力的校正系数。然后，基于驱动力、加速阻力、空气滚动阻力以及通过校正系数校正的制动力检出坡度阻力。

同时，JP-A-2001-328516提出一种用于车辆的路面状态识别装置，该路面状态识别装置能够识别沙地路面和压实雪地路面，沙地路面和压实雪地路面两者具有相同的表示车辆行驶道路的表面状态的摩擦系数。路面状态的特征在于包括滚动阻力和路面坡度(准最大摩擦系数)在内的两个参数，路面坡度对应于μ-s特性曲线的坡度，μ-s特性曲线表示摩擦系数μ和滑移率为0的附近处的滑移率之间的关系。因此，路面状态识别装置基于这些参数识别沙地路面和压实雪地路面。

虽然JP-A-2006-2806中所述的行驶阻力传感装置通过校正制动力计算行驶阻力，但是，当车辆在起伏道路上或转向状态时会出现误差，因此，难以计算准确的行驶阻力。因此，当基于对应于行驶阻力的滚动阻力计算推定G时，由于不存在准确的行驶阻力，因此难以计算高精度的推定G。

因此，可以认为，只有基于在能够适当地算出行驶阻力的条件下获得的推定G才能执行车辆运动控制，当检测到起伏道路或车辆的转向状态时，不执行推定G的计算。但是，在基于更准确的最终推定G执行车辆运动控制的情况下，该更准确的最终推定G由在一定时间段上算出的推定G的多个段确定，只有在能够适当地算出行驶阻力的条件下获得的推定G的段数相对较小，因此基于推定G算出的最终推定G不能足够高精度地确定。

比如，在根据负载量执行防止侧翻的控制中，认为可以采用用于计算负载量的推定G。这种情况下，由于车辆不运行时负载量改变，车辆运行时负载量不变，因此，重要的是在车辆开始运行之后尽快确定准确的负载量，以便适当地在早期有效地执行防止侧翻的控制。特别是这种情况下，不论运行条件如何，尽可能地计算并收集准确的推定G是有利的。

另外，虽然JP-A-2001-328516中所述的路面状态识别装置能够识别具有相同摩擦系数μ的沙地路面和压实雪地路面，但是，该装置不用于基于上述识别计算高精度的推定G。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种推定G计算装置，该推定G计算装置能够通过根据路面状态或车辆的转向状态而减小误差来计算高精度的推定G。

根据本发明的示例性实施方式，提供一种推定加速度计算装置，包括：判定表示车辆所运行的道路的表面状态的起伏道路水平的起伏道路判定单元；计算对应于起伏道路水平的滚动阻力系数fr的滚动阻力系数计算单元；和基于运动方程式计算推定加速度的推定加速度计算单元，该运动方程式表达车轮力的平衡并含有滚动阻力系数项。

根据以上所述，通过计算对应于起伏道路水平的滚动阻力系数并利用对应于起伏道路水平的算出的滚动阻力系数作为用于运动方程式的滚动阻力系数获得推定G。因此，可以基于对应于起伏道路水平的精确滚动阻力系数计算推定G，因此，在考虑起伏道路水平的同时能够算出高精度的推定G。

上述推定加速度计算装置还可包括计算表示所述车辆的转向状态的程度的转向水平的转向水平计算单元。滚动阻力系数计算单元可基于起伏道路水平和转向水平校正预置默认值以计算滚动阻力系数fr。

根据以上所述，通过使用基于起伏道路水平和转向水平校正预置默认值获得的滚动阻力系数作为用于运动方程式的滚动阻力系数来算出推定G。因此，可以基于对应于起伏道路水平和车辆的转向状态的滚动阻力系数计算推定G，由此在考虑起伏道路水平和车辆的转向状态的同时，能够算出高精度的推定G。

比如，滚动阻力系数计算单元可利用平滑道路上的滚动阻力系数作为默认值，并将该默认值乘以为每个起伏道路水平相对于平滑道路设置的校正增益，以计算校正的滚动阻力系数，并且推定加速度计算单元可利用校正的滚动阻力系数作为由滚动阻力系数计算单元算出的滚动阻力系数以计算推定加速度。

根据另一个示例性实施方式，提供一种推定加速度计算装置，包括：计算表示车辆的转向状态的程度的转向水平的转向水平计算单元；计算对应于转向水平的滚动阻力系数fr的滚动阻力系数计算单元；和基于运动方程式计算推定加速度的推定加速度计算单元，该运动方程式表达车轮力的平衡并含有滚动阻力系数项。

根据以上所述，算出对应于转向水平的滚动阻力系数，并利用对应于转向水平所算出的滚动阻力作为用于运动方程式的滚动阻力系数算出推定G。因此，可以基于对应于车辆的转向状态的精确滚动阻力系数计算推定G，从而通过向其增加车辆的转向状态计算高精度推定G。

注意到，各个单元的括号内的符号表示对应于详细说明书中所述的特定单元的关系。

附图说明

本公开的上述及另外的特征和性能将通过以下参照附图的详细说明变得更加明显，其中：

图1是示出根据本发明的第一示例性实施方式的推定G计算装置的框图的视图；

图2A和2B是示出车辆运行状态的示意性视图，具体地，图2A示出出现车辆加速度b[m/s²]的状态，图2B示出在图2A的状态中出现在一个车轮上的相应的力的关系；

图3是示出由推定G计算装置执行的计算推定G的过程的流程图；以及

图4是示出轮速Vw的微分值DVw的振幅与用于相应的起伏道路水平的阈值之间关系的示意性视图。

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的示例性实施方式。

(第一示例性实施方式)

现在将描述本发明的第一示例性实施方式。图1是示出根据本发明的第一示例性实施方式的推定G计算装置的框图的视图。

如图1所示，推定G计算装置包括控制装置1。控制装置计算推定G，推定G是车辆在前后方向上的加速度的推定值。具体地，控制装置1包括用于制动器(制动器ECU)等的电子控制装置，并由具有CPU、ROM、RAM、I/O等的已知微型计算机构成。控制装置1构造成接收来自发动机ECU 2、检测每个车轮的轮速的轮速传感器3、检测由主缸(M/C)产生的制动液压力(M/C压力)的M/C压力传感器4和转向角传感器5的检测信号。控制装置1利用由传感器输入的信号、通过基于存储在ROM等中的程序执行各种运算来计算推定G。

在说明由控制装置1执行的推定G的计算之前，将说明根据该示例性实施方式的计算推定G的方法。

图2A和2B是示出车辆运行状态的示意性视图。具体地，图2A示出出现车辆加速度b[m/s²]的状态，图2B示出在图2A的状态中出现在一个车轮上的相应的力的关系。

在此，当车辆空载时施加到每个车轮(轮胎)上的重量由m[kg]表示，重力加速度由g[m/s²]表示，车轮加速度由a[m/s²]表示。由于总重是施加到四个车轮上的总的重量，因此，如图2A所示，车辆的总重量是4×m。在竖直方向上施加到每个车轮上的力是m×g[N]。

此时，施加到车轮上的力包括作用于轮胎点的力F1、相对于路面的摩擦力(即，轮胎的反力)F2、滚动阻力F3和制动力矩F4。当假定AT扭矩比表示自动车辆中变速器的扭矩比、齿轮传动比表示确定用于变速器的相应的齿轮位置的值、差动比表示差速齿轮的比率以及传动效率表示整个驱动系统中力的传动效率时，这些力满足以下关系。另外，μ表示轮胎的动摩擦系数，f表示滚动阻力系数，μ’表示刹车片的摩擦系数，N表示施加到刹车片上的力。

(方程式1)F1＝(发动机转矩×AT扭矩比×齿轮传动比

              ×差动比×传动效率)/轮胎半径

(方程式2)F2＝μ×m×g

(方程式3)F3＝f×m×g

(方程式4)F4＝(μ’×N)/轮胎半径

在这些值中，可变值——例如发动机转矩或者用于确定齿轮传动比的齿轮位置——可通过取得来自发动机ECU 2的数据获得。通过将定值预先存储在RAM中或获取来自发动机ECU 2的相关数据能够获得定值。

假定轮胎和发动机的惯量由I[kg·m²]表示，车轮的角加速度由ω[G]表示，上述方程式1至4中相应的力由下列方程式——即，表达车轮上的力(车轮力)的平衡运动方程式——表达。

(方程式5)F1-(F2+F3+F4)＝I×ω/轮胎半径

当方程式1至4代入方程式5式，可获得方程式6。当重新整理该方程式用于摩擦系数μ时，可获得方程式7。通过由总的车辆重量除摩擦力获得摩擦系数μ。在车辆驱动力中，那些用于驱动轮胎的力仅等于路面和轮胎之间的摩擦力。因此，摩擦系数μ是通过用总的车辆重量除驱动力获得的值，即，对应于车辆在前后方向上的加速度的值。因此，能够通过计算方程式7的μ计算推定G。

(方程式6)

(发动机转矩×AT扭矩比×齿轮传动比×差动比×传动效率)/轮胎半径-((μ×m×g)+(f×m×g)+(μ’×N)/轮胎半径)＝I×ω

(方程式7)

μ＝(发动机转矩×AT扭矩比×齿轮传动比×差动比×传动效率)/(轮胎半径×m×g)-(I×ω/轮胎半径)/(m×g)-f-(μ’×N)/(m×g×轮胎半径)

由上述方程式7可知，算出滚动阻力F3以便计算推定G，滚动阻力系数f用于滚动阻力F3的计算。在此，滚动阻力F3根据路面状态或车辆的转向状态而变化。通过根据路面状态或转向状态校正滚动阻力系数f，能够根据路面状态或车辆的转向状态计算精确的滚动阻力F3。因此，在该示例性实施方式中，通过检测路面状态或车辆的转向状态、基于路面状态或车辆的转向状态设定滚动阻力系数f以及利用设定的滚动阻力系数算出推定G。

图3是示出由推定G计算装置执行的计算推定G的过程的流程图。对于每个一定计算时间段，比如，当点火开关由断开状态切换至闭合状态时或当齿轮的位置被输入D(驱动)档时，控制装置1如图3所示执行推定G的计算。

首先，在步骤100，输入发自发动机ECU 2的信号(数据)或者来自轮速传感器3、M/C压力传感器4或转向角传感器5的检测信号。

然后，在步骤110中，通过执行起伏道路水平判定确定起伏道路水平。可采用本领域已知的各种方法用于起伏道路水平判定。在该示例性实施方式中，比如，以如下方式确定起伏道路水平。

即，在车辆加速度基本上为0的正常运转状态下，比如，当加速器上的踩踏状态处于不会引起加速或减速(局部加速)的恒速状态时，算出轮速Vw的微分值DVw并获得微分值DVw的振辐。微分值DVw的振辐与多个预置阈值比较。然后，基于微分值DVw的振辐在预定时间段内(比如500ms)经过阈值的次数和经过的哪些阈值判定起伏道路水平。

图4是示出轮速Vw的微分值DVw的幅值与用于相应的起伏道路水平的预置阈值之间关系的示意性视图。如该图所示，即使在正常运转状态下，轮速Vw受车辆所运行的路面上的小的突起和凹坑的影响而变化，并且轮速的微分值DVw变化。根据振辐是否超过对应于起伏道路水平1和2的第一阈值Th1和第二阈值Th2中的任一个，判定起伏道路水平1和2中的任一个。比如，如果振辐已在预定时间内超过起伏道路水平2预定次数，则判定起伏道路水平为起伏道路水平2。如果振辐已在预定时间内超过起伏道路水平1预定次数，即使该振辐没有超过起伏道路水平2预定次数，也判定起伏道路水平为起伏道路水平1。如果振辐在预定时间内没有超过起伏道路水平1预定次数，则判定起伏道路水平为起伏道路水平0，即平滑道路。

接着，在步骤120中，执行转向判定处理。该处理包括基于来自转向角传感器5的检测信号计算转向角。在此，转向角的符号相反表示比如沿左右方向增加和减小。但是，任意方向可设定为增加。

然后，在步骤130中，判定道路的表面状态是否起伏。如果在上述步骤110判定起伏道路水平0，则判定道路不起伏。如果判定为起伏水平1和2中的任一个，则判定道路为起伏。如果判定道路起伏，则处理前进至步骤140。并且，如果判定道路不起伏，则处理前进至步骤150。

在步骤140中，根据起伏道路水平设定滚动阻力系数f的校正增益。比如，如图3虚线所示，在平滑道路的情况下，滚动阻力系数f设定为比更高的起伏道路水平小的值。因此，平滑道路的滚动阻力系数f设定为默认值，当起伏道路水平较高时，滚动阻力系数f相对于平滑道路的滚动阻力系数f进行校正增益处理。比如，如图3所示，如果对应于起伏道路水平1的道路状态为泥地或压实的雪地，则滚动阻力系数f的校正增益设定为1.2。如果对应于起伏道路水平2的道路状态为砾石或压实的雪地起伏道路，则滚动阻力系数f的校正增益设定为1.5。在此，“泥地”表示具有小于砾石的突起和凹坑的沙地的路面，“压实的雪地起伏道路”表示具有通常大于雪被压实的路面的突起和凹坑的路面。

因此，能够算出对应于每个起伏道路水平的滚动阻力系数f的校正增益。

然后，在步骤150中，判定车辆是否为转向状态。该处理判定在步骤120中算出的转向角是否超过预定范围，即，转向角的绝对值是否超过预定阈值。如果转向角超过预定范围(即，转向角的绝对值超过预定阈值)，则判定为转向状态。如果判定车辆为转向状态，则处理前进至步骤160。如果判定车辆不是转向状态，则处理前进至步骤170。

在步骤160中，算出转向水平，并设定对应于该转向水平的滚动阻力系数f的校正增益。在此，转向水平为对应于转向角的绝对值的值，并表示车辆的转向状态的程度。如果转向角的绝对值较大，则转向水平变得更高。具体地，转向水平与校正增益之间的关系设定为使校正增益在转向水平变高时增大。利用如图3所示表达该关系的映射或对应于该关系的函数方程式获得校正增益。

注意到，如果转向水平为某个较小值，则滚动阻力不受显著影响，如果转向水平达到某个值，则对滚动阻力的影响程度不显著变化。因此，如果转向水平为第一数值或更小，则校正增益设定为1。仅当转向水平从第一数值到第二数值时，校正增益对应于转向水平变化。如果转向水平为第二数值或更大，则校正增益再次变为恒定值。

然后，在步骤170中，算出滚动阻力系数。具体地，由于平滑道路的滚动阻力系数f设定为默认值，因此，将在步骤140和160中获得的校正增益乘以默认值。因此，可以计算车辆所运行的路面的实际滚动阻力系数fr(以下称为经校正的滚动阻力系数fr)。

一旦获得经校正的滚动阻力系数fr，在步骤180中，基于步骤100中输入的信号和在步骤170中算出的经校正的滚动阻力系数fr计算推定G。计算推定G的方法如上所述。

具体地，从发动机ECU 2输入用于计算推定G的各种参数，如发动机转矩、AT扭矩比、齿轮传动比、差动比、传动效率及类似参数。通过基于来自轮速传感器3的检测信号对检出的轮速执行时间微分算出转向轮加速度ω。施加到刹车片上的力N变成对应于轮缸压力(以下，称为W/C压力)的值。由于M/C压力变成对应于W/C压力的值，因此，由来自M/C压力传感器5的检测信号计算施加到刹车片上的力N。

如上所述获得的各个参数代入方程式7，同时经校正的滚动阻力系数fr用作方程式7中的f。因此，能够在考虑起伏道路水平或车辆的转向状态的同时计算推定G。

如上所述，根据该示例性实施方式的推定G计算装置根据起伏道路水平或转向水平校正滚动阻力系数f，并利用经校正的滚动阻力系数fr作为用于运动方程式的滚动阻力系数f计算推定G。因此，能够基于根据起伏道路水平或转向水平校正的滚动阻力系数f计算推定G，由此在考虑起伏道路水平或车辆的转向状态的同时，能够算出高精度的推定G。

在相关技术中，提供检测前后加速度的加速度传感器用于通过车辆运动控制装置控制车辆运动控制中的滑移率，该车辆运动控制装置比如为用于防止侧向滑移的控制装置、用于防止侧翻的控制装置、ABS控制装置等。根据该示例性实施方式，由于能够算出高精度的推定G，因此有可能利用推定G代替由加速度传感器检出的值执行车辆运动控制。因此，能够在不提供加速度传感器时执行车辆运动控制。特别地，由于在有些情况下会发生四个车轮全部锁定的串联锁定，因此四轮驱动车辆需要提供加速度传感器，没有加速度传感器已不可能精确地获得车辆的推定速度。但是，如果如在该示例性实施方式中精确地获得推定G，则推定G可代替由加速度传感器检出的值被使用。因此，可省去加速度传感器，从而减少部件数量。

比如，考虑到根据负载量执行防止侧翻的控制的情况，在车辆不运行的同时负载量也可能变化。因此，不管运行条件如何，即，不管车辆运行在起伏道路上或处于转向状态，在车辆开始启动之后的早期尽可能地计算并存储推定G是有利的。并且，基于多段的推定G算出精确的负载量，并且精确的负载量用于在早期防止侧翻的控制，因此，可以从车辆开始运行之后——即，在负载量可能改变的时间之后——的早期开始执行根据负载量防止侧翻的控制。

即使设置加速度传感器，由于传感器故障等，由加速度传感器检出的值的可靠性可能下降。这种情况下，能利用推定G代替由加速度传感器检出的可靠性下降的值执行各个车辆运动控制等。

(其它示例性实施方式)

虽然已说明了关于由推定G计算装置算出的推定G用于控制车辆运动控制中的滑移率的上述示例性实施方式，但推定G可用于其它应用。比如，如果基于方程式3算出滚动阻力自身的阻力值，则可以基于推定G计算车辆的推定速度并计算车辆的行驶阻力。

上述示例性实施方式中，利用由转向传感器5检出的信号以便检测车辆的转向状态，或利用由M/C压力传感器4检出的信号以便检测施加到刹车片上的力N，可采用其它信号。比如，关于车辆的转向状态，可采用由偏航速率传感器检出的信号。另外，对于施加到刹车片上的力，可直接检出W/C压力，或基于制动踏板上的操作量执行计算。

此外，虽然上述示例性实施方式描述了判定表示车辆所运行的道路的表面状态的起伏道路水平的方法的例子，但当然可采用其它方法。

在此，各个附图所示的步骤对应于用于执行各种操作的单元。即，执行步骤110的部分对应于起伏道路水平判定单元，执行步骤140、160和170的部分对应于滚动阻力系数计算单元，执行步骤180的部分对应于推定G计算单元。

Claims (4)

1.一种推定加速度计算装置，包括：

起伏道路判定单元，所述起伏道路判定单元判定表示车辆所运行的道路的表面状态的起伏道路水平；

滚动阻力系数计算单元，所述滚动阻力系数计算单元计算对应于所述起伏道路水平的滚动阻力系数；和

推定加速度计算单元，所述推定加速度计算单元基于运动方程式计算推定加速度，所述运动方程式表达车轮力的平衡并含有滚动阻力系数项。

2.根据权利要求1所述的推定加速度计算装置，还包括：

转向水平计算单元，所述转向水平计算单元计算表示所述车辆的转向状态的程度的转向水平，

其中，所述滚动阻力系数计算单元基于所述起伏道路水平和所述转向水平校正预置默认值以计算所述滚动阻力系数。

3.根据权利要求1或2所述的推定加速度计算装置，

其中，所述滚动阻力系数计算单元利用平滑道路上的滚动阻力系数作为默认值，并将所述默认值乘以为每个起伏道路水平相对于所述平滑道路设置的校正增益，以计算校正的滚动阻力系数，并且

其中，所述推定加速度计算单元利用所述校正的滚动阻力系数作为由所述滚动阻力系数计算单元算出的滚动阻力系数以计算所述推定加速度。

4.一种推定加速度计算装置，包括：

转向水平计算单元，所述转向水平计算单元计算表示车辆的转向状态的程度的转向水平；

滚动阻力系数计算单元，所述滚动阻力系数计算单元计算对应于所述转向水平的滚动阻力系数；和

推定加速度计算单元，所述推定加速度计算单元基于运动方程式计算推定加速度，所述运动方程式表达车轮力的平衡并含有滚动阻力系数项。

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