DE10126315A1

DE10126315A1 - Straßenreibzahl-Schätzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10126315A1
Application number: DE10126315A
Authority: DE
Inventors: Akira Takahashi
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: JP2001334921A; US6526804B2; US20020007661A1; DE10126315C2

Abstract

Ein Gierwinkelvergleichs-Straßenreibzahl-Schätzabschnitt (14) schätzt eine erste Straßenreibzahl auf der Basis einer Referenz-Giergeschwindigkeit für hohe Straßenreibzahl, die nach Maßgabe eines Fahrzeugbewegungsmodells für hohe Straßenreibzahl in einem Referenzwert-Schätzabschnitt (11) für hohe Straßenreibzahl errechnet wird, einer Referenz-Giergeschwindigkeit für niedrige Straßenreibzahl, die nach Maßgabe eines Fahrzeugbewegungsmodells in einem Referenzwert-Schätzabschnitt (12) für niedrige Straßenreibzahl errechnet wird, und einer Ist-Giergeschwindigkeit, die in einem Istwert-Schätzabschnitt (23) errechnet wird. Ein Endstraßenreibzahl-Schätzabschnitt (15) errechnet eine aktuelle Endstraßenreibzahl durch Gewichtungsmittelung einer vorhergehenden Endstraßenreibzahl und der ersten Straßenreibzahl unter Nutzung einer Gewichtungsfunktion, die in einem Gewichtungsfunktions-Bestimmungsabschnitt (16) bestimmt wird. Die Gewichtungsfunktion ist nach Maßgabe eines Straßenrauhigkeitsparameters, der in einer Straßenrauhigkeits-Detektiervorrichtung (7) erzeugt wird, variabel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schätzen der Reib zahl zwischen dem Reifen und der Straßendecke und speziell eine Vorrichtung zum richtigen Schätzen der Reibzahl zwischen dem Reifen und der Straßendecke in Abhängigkeit von den Fahrbedin gungen.

In den letzten Jahren sind zahlreiche Techniken zur Fahrzeug steuerung wie etwa eine Antriebsschlupf-Steuerungstechnik, eine Bremskraft-Steuerungstechnik, eine Drehkraftverteilungs-Steue rungstechnik und dergleichen vorgeschlagen worden, und einige dieser Steuerungstechniken sind in gebauten Kraftfahrzeugen realisiert worden. Viele dieser Steuerungstechniken nutzen eine Reibzahl zwischen Reifen und Straßendecke (nachstehend als Straßenreibzahl bezeichnet) für die Berechnung oder Korrektur von Steuerparametern. Um also die Steuerung sicher und präzise zu machen, ist es erforderlich, genaue Straßenreibzahlen zu schätzen. Es sind verschiedene Techniken vorgeschlagen worden, bei denen Straßenreibzahlen geschätzt werden, indem tatsächli che Werte (von Sensoren detektierte Werte, von Beobachtern ge schätzte Werte) mit Referenzwerten von Parametern verglichen werden, die von einem Bewegungsmodell des Fahrzeugs erhalten werden. In der nichtgeprüften JP-Patentanmeldung Toku-Gan-Hei 10-242030 schlägt die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung beispielsweise Techniken vor, bei denen Straßenreibzahlen ge schätzt werden, indem von Beobachtern geschätzte Schräglaufwin kel mit Referenzwerten von Schräglaufwinkeln verglichen werden, die auf einem Fahrzeugbewegungsmodell auf einer Straßendecke mit hohen Reibzahlen oder einer Straßendecke mit niedrigen Reibzahlen basieren.

Wenn physikalische Größen wie etwa Straßenreibzahlen, die nicht direkt gemessen werden können, geschätzt werden, sind ihre An sprechfähigkeit, Präzision und Stabilität im allgemeinen ein Kompromiß in bezug aufeinander. Das heißt, wenn das Steuerungs system versucht, Änderungen von Straßenreibzahlen rasch zu er fassen, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß das Steue rungssystem auf Störungen und Sensorgeräusche anspricht und in folgedessen Straßenreibzahlen fehlerhaft geschätzt werden. Um andererseits diese fehlerhafte Schätzung zu vermeiden, muß die Abweichung von Straßenreibzahlen durch Prozesse wie etwa die Anwendung eines starken Filterverfahrens bei der Berechnung von Straßenreibzahlen beseitigt werden.

Insbesondere dann, wenn ein Fahrzeug während der Fahrt von ei ner trockenen befestigten Straße auf eine vereiste Straße ge langt, ändern sich die Straßenreibzahlen abrupt von einem hohen Reibungszustand zu einem niedrigen Reibungszustand. In dieser Situation ist es notwendig, so schnell wie möglich zu erkennen, daß das Fahrzeug auf eine Straßendecke mit niedrigen Reibungs zahlen kommt. Im Fall eines kleinen Einschlagwinkels oder in dem Fall, in dem ein kleiner Giergeschwindigkeitswert detek tiert wird, oder in dem Fall, in dem ein kleiner Querbeschleu nigungswert detektiert wird, verzögert sich manchmal die Erken nung von niedrigen Straßenreibzahlen. Wenn andererseits diese Erkennung von niedrigen Straßenreibzahlen zu empfindlich ist, bewirken geringfügige Geräusche, daß die Vorrichtung zum Schät zen der Straßenreibzahl irrtümlich normale trockene Straßen als Straßen mit niedrigen Straßenreibzahlen erkennt.

Zur Lösung dieses Problems weist die Vorrichtung zum Schätzen der Straßenreibzahl gemäß der offengelegten JP-Patentanmeldung Toku-Gan-Hei 11-267730 eine Straßenreibzahl-Schätzeinrichtung auf, die in der Vorrichtung zum Schätzen der Straßenreibzahl für eine Straßendecke mit niedriger Reibungszahl bestimmt ist, um so rasch in der Lage zu sein, eine Straßenreibzahl in Abhän gigkeit von den Fahrzeugfahrbedingungen auch dann zu bilden, wenn ein Fahrzeug mitten in einer Umgebung mit niedriger Reib zahl fährt.

Die vorgenannte Technik erfordert jedoch zwei Straßenreibzahl- Schätzeinrichtungen, deren eine eine Schätzeinrichtung für nor male Straßenreibzahlen und deren andere eine Schätzeinrichtung für niedrige Straßenreibzahlen ist. Es besteht also der Nach teil, daß das Steuerungssystem kompliziert, groß und teuer wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer kostengün stigen Vorrichtung zum Schätzen der Straßenreibzahl für ein Fahrzeug, die imstande ist, Reibzahlen von Straßendecken in Ab hängigkeit von Straßenzuständen effizient zu schätzen, ohne die Vorrichtung kompliziert und groß zu machen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Vorrichtung zum Schätzen der Straßenreibzahl für ein Fahrzeug, die eine Schätzeinrich tung zum Schätzen einer Straßenreibzahl auf der Basis von Bewe gungsparametern aufweist, die eine Bewegung des Fahrzeugs an zeigen, eine Straßenrauhigkeits-Detektiereinrichtung zum Detek tieren der Rauhigkeit einer Straßendecke und zum Erzeugen eines Straßenrauhigkeitsparameters auf, der die Rauhigkeit der Stra ßendecke anzeigt, wobei die Schätzeinrichtung so ausgebildet ist, daß sie die Ansprechfähigkeit zum Schätzen der Straßen reibzahl entsprechend dem Straßenrauhigkeitsparameter ändert.

Fig. 1 ist ein Funktionsblockbild, das die Konstruktion einer Vorrichtung zum Schätzen einer Straßenreibzahl gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist ein Diagramm, das ein Zweiradfahrzeugmodell als Äquivalent zu einem Vierradfahrzeug zeigt;

Fig. 3 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Konstruktion ei nes Beobachters zeigt; und

Fig. 4 ist ein Funktionsblockbild, das die Konstruktion einer Vorrichtung zum Schätzen einer Straßenreibzahl gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Vorrichtung zum Schätzen einer Straßenreibzahl, und 2 bezeichnet ein Steuerwerk (eine Straßen reibzahl-Schätzeinrichtung) der Vorrichtung 1 zum Schätzen ei ner Straßenreibzahl. Das Steuerwerk 2 ist mit einem Vorderrad- Lenkwinkelsensor 3, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 4, ei nem Querbeschleunigungssensor 5 und einem Giergeschwindigkeits sensor 6 verbunden zur Eingabe eines Vorderradlenkwinkels δfs, einer Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, einer Querbeschleunigung (dy²/dt²)s und eines Giergeschwindigkeit (einer Gierwinkelge schwindigkeit) (dϕ/dt)s. Ein Index "s", der den jeweiligen Pa rametern angefügt ist, soll von Sensoren detektierte Werte be zeichnen.

Weiterhin ist das Steuerwerk 2 der Vorrichtung 1 zum Schätzen der Straßenreibzahl mit einer Straßenrauhigkeits-Detektiervor richtung 7 verbunden, die als Straßenrauhigkeits-Detektierein richtung zur Eingabe von Straßenrauhigkeitszuständen wirkt. Die Straßenrauhigkeits-Detektiervorrichtung 7 besteht aus Vibrati onssensoren, die vertikale, Längs- und Quervibrationen eines Fahrzeugs detektieren, oder aus einer Frontbilderkennungsvor richtung. Bei Anwendung der Frontbilderkennungsvorrichtung nimmt ein Kamerapaar, das seitlich am Himmel eines Fahrga straums angebracht sind, stereoskopische Bilder der Außenszene rie auf. Dann wird Entfernungsinformation in bezug auf ein Paar von stereoskopischen Bildern gewonnen durch Anwendung des Tri angulationsprinzips auf die seitliche Abweichung des Paars von stereoskopischen Bildern, und es werden Entfernungsbilder er zeugt, die eine dreidimensionale Entfernungsverteilung enthal ten. Ferner werden die Entfernungsbilder auf der Basis von di versen gespeicherten Daten und frontalen Straßenzuständen ver arbeitet, oder Festobjekte werden erkannt. Die Straßenrauhig keit wird aus der Anzahl von Kanten in dem Bild beurteilt.

Das Steuerwerk 2 weist folgendes auf: einen Referenzwert- Schätzabschnitt 11 für hohe Straßenreibzahl, einen Referenz wert-Schätzabschnitt 12 für niedrige Straßenreibzahl, einen Istwert-Schätzabschnitt 13, einen Giergeschwindigkeitsver gleichs-Straßenreibzahl-Schätzabschnitt 14, einen Endstraßen reibzahl-Schätzabschnitt 15 und einen Gewichtungsfunktions- Feststellungsabschnitt 16.

Der Referenzwert-Schätzabschnitt 11 für hohe Straßenreibzahl erhält eine Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und einen Vorderradlenk winkel δfs, errechnet eine Giergeschwindigkeit, d. h. eine Re ferenzgiergeschwindigkeit (dϕ/dt)H für hohe Straßenreibzahl entsprechend der detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und dem detektierten Vorderradlenkwinkel δfs, und zwar auf der Ba sis eines Fahrzeugbewegungsmodells, das aus einer Bewegungs gleichung des Fahrzeugs auf einer Straßendecke mit hoher Reib zahl erhalten ist, und gibt die Giergeschwindigkeit an den Giergeschwindigkeitvergleichs-Straßenreibzahl-Bestimmungsab schnitt 14 ab.

Ferner gibt der Referenzwert-Schätzabschnitt 11 für hohe Stra ßenreibzahl eine Referenz-Giergeschwindigkeitsbeschleunigung (d²ϕ/dt²)H für hohe Straßenreibzahl und eine Querbeschleunigung (d²y/dt²)H zusätzlich zu der Referenzgiergeschwindigkeit (dϕ/dt)H für hohe Straßenreibzahl an den Giergeschwindigkeit vergleichs-Straßenreibzahl-Bestimmungsabschnitt 14 ab. Ein Zu satz "H" zu den jeweiligen Parametern soll Parameter des hohen Straßenreibzahl-Referenzwerts bezeichnen.

Der Referenzwert-Schätzabschnitt 12 für niedrige Straßenreib zahl erhält die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und den Vorderrad lenkwinkel δfs, errechnet eine Giergeschwindigkeit, das heißt eine Referenzgiergeschwindigkeit (dϕ/dt)L für niedrige Straßen reibzahl entsprechend der detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und dem detektierten Vorderradlenkwinkel δfs auf der Basis eines Fahrzeugbewegungsmodells, das aus einer Bewegungsglei chung des Fahrzeugs auf einer Straßendecke mit niedriger Reib zahl erhalten wird, und gibt die Giergeschwindigkeit an den Giergeschwindigkeitvergleichs-Straßenreibzahl-Schätzabschnitt 14 ab.

Weiterhin gibt der Referenzwert-Schätzabschnitt 12 für niedrige Straßenreibzahl eine Referenz-Gierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)L für niedrige Straßenreibzahl und eine Querbeschleu nigung (d²y/dt²)L zusätzlich zu der Referenzgiergeschwindigkeit (dϕ/dt)L für niedrige Straßenreibzahl an den Giergeschwindig keitvergleichs-Straßenreibzahl-Schätzabschnitt 14 ab. Ein Zu satz "L" an den jeweiligen Parametern soll Parameter des nied rigen Straßenreibzahl-Referenzwerts bezeichnen.

Das Fahrzeugbewegungsmodell, das in dem Referenzwert-Schätzab schnitt 11 für hohe Straßenreibzahl und dem Referenzwert- Schätzabschnitt 12 für niedrige Straßenreibzahl verwendet wird, und die Berechnung der jeweiligen Parameter werden unter Bezug nahme auf Fig. 2 beschrieben. Die Gleichung der seitlichen Übergangsbewegung eines Fahrzeugs ist:

M.(d²y/dt²) = 2.F_f + 2.F_r (1)

wobei M die Masse eines Fahrzeugs ist; F_f, F_r Seitenführungs kräfte der Vorder- bzw. Hinterräder sind; und (d²y/dt²) die Querbeschleunigung ist.

Andererseits wird eine Gleichung der Rotationsbewegung um den Schwerpunkt des Fahrzeugs wie folgt geschrieben:

I_z.(d²ϕ/dt²) = 2.F_f.L_f - 2.F_r.L_r (2)

wobei I_z das Giermoment des Fahrzeugs ist; L_f, L_r Entfernungen vom Schwerpunkt zu den Vorder- bzw. Hinterrädern sind; und (d²ϕ/dt²) die Gierwinkelbeschleunigung ist.

Die Querbeschleunigung (d²y/dt²) wird wie folgt geschrieben:

(d²y/dt²) = V.((dβ/dt) + (dϕ/dt) (3)

wobei V die Fahrzeuggeschwindigkeit ist; β der Schräglaufwinkel des Fahrzeugs ist; und (dβ/dt) die Schräglaufwinkelgeschwindig keit des Fahrzeugs ist.

Die Seitenführungskräfte haben ein Ansprechverhalten ähnlich einer Zeitverzögerung erster Ordnung, aber in diesem Fall wird diese zeitliche Verzögerung vernachlässigt. Wenn man die Sei tenführungskräfte linearisiert und den Gedanken eines äquiva lenten Seitenkraftbeiwerts einführt, bei dem die Radaufhängung scharakteristik in der Reifencharakteristik involviert ist, werden die Seitenführungskräfte wie folgt geschrieben:

F_f = -K_f.β_f (4)

Fr = -K_r.β_r (5)

wobei K_f, K_r äquivalente Seitenkraftbeiwerte der Vorder- bzw. Hinterräder sind; und β_f, β_r Seitenschräglaufwinkel der Vorder- bzw. Hinterräder sind.

Bei Anwendung äquivalenter Seitenkraftbeiwerte unter Berück sichtigung der Wirkung des Wankens und der Radaufhängung des Fahrzeugs können die Seitenschräglaufwinkel β_f, β_r wie folgt vereinfacht werden:

β_f = β + L_f.(dϕ/dt)/V - δ_f (6)

β_r = β - L_r.(dϕ/dt)/V (7)

wobei δ_f der Lenkwinkel des Vorderrads ist.

Durch Kombination der vorstehenden Bewegungsgleichungen erhält man die folgenden Zustandsgleichungen:

a₁₁ = -2.(K_f + K_r)/(M.V)
a₁₂ = -1 -2.(L_f.K_f - L_r.K_r)/(M.V²)
a₂₁ = -2.(L_f.K_f - L_r.K_r)/I_z
a₂₂ = -2.(L_f ².K_f + L_r ².K_r)/(I_z.V)
b₁₁ = 2.K_f/(M.V)
b₂₁ = 2.L_f.K_f/I_z
b₁₂ = b22 = 0

In dem Referenzwert-Schätzabschnitt 11 für hohe Straßenreibzahl werden eine Referenz-Schrägwinkelgeschwindigkeit (dβ/dt)H für hohe Straßenreibzahl und eine Referenz-Gierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)H für hohe Straßenreibzahl erhalten durch Berechnen von (dx(t)/dt) = [(dβ/dt) (d²ϕ/dt²)]^T unter einer Fahrzeugbe triebsbedingung (Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, Vorderrad-Lenk winkel δfs), wenn äquivalente Seitenkraftbeiwerte K_f, K_r, bei spielsweise bei 1,0 der Straßenreibzahl vorher in der Gleichung (8) bestimmt wurden. Dann werden ein Referenz-Schräglaufwinkel βH für hohe Straßenreibzahl und eine Referenzgiergeschwindig keit (dϕ/dt)H für hohe Straßenreibzahl erhalten durch Integra tion der Schräglaufwinkelgeschwindigkeit (dβ//dt)H und der Gierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)H. Ferner wird ein Referenz- Vorderradschräglaufwinkel β_fH für hohe Straßenreibzahl errech net durch Substitution des Referenzschräglaufwinkels βH für ho he Straßenreibzahl und der Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)H in die vorgenannte Gleichung (6). Außerdem wird eine Referenz-Querbe schleunigung (d²y/dt²)H für hohe Straßenreibzahl errechnet durch Substitution der Referenz-Schräglaufwinkelgeschwindigkeit (dβ/dt)H für hohe Straßenreibzahl und der Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)H in die vorgenannte Gleichung (3).

Auf die gleiche Weise werden in dem Referenzwert-Schätzab schnitt 12 für niedrige Straßenreibzahl eine Referenz-Schräg laufwinkelgeschwindigkeit (dβ/dt)L für niedrige Straßenreibzahl und eine Referenz-Gierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)L für nied rige Straßenreibzahl durch Berechnen von (dx(t)/dt) = [(dβ/dt) (d²ϕ/dt²)]^T in einem gegebenen Fahrzeugbetriebszustand (bei Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, Vorderradlenkwinkel δfs) erhalten, wenn äquivalente Seitenkraftbeiwerte K_f, K_r, beispielsweise bei 0,3 Straßenreibzahl, vorher in der Gleichung (8) bestimmt wor den sind. Dann werden ein Referenz-Schräglaüfwinkel βL für niedrige Straßenreibzahl und eine Referenz-Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)L für niedrige Straßenreibzahl erhalten durch Integrati on der errechneten Schräglaufwinkelgeschwindigkeit (dβ/dt)L und der Gierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)L. Ferner wird ein Refe renz-Vorderradschräglaufwinkel ßfL für niedrige Straßenreibzahl errechnet durch Substitution des Referenz-Schräglaufwinkels βL für niedrige Straßenreibzahl und der Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)L in die vorgenannte Gleichung (6).

Der Istwert-Schätzabschnitt 13 ist ein Beobachter, der durch ein Fahrzeugbewegungsmodell gebildet ist, in den eine Fahrzeug geschwindigkeit Vs, ein Vorderradlenkwinkel δfs und eine Gier geschwindigkeit (dϕ/dt) eingegeben werden, und eine Ist-Gier geschwindigkeit (dϕ/dt)0 wird durch Berechnung geschätzt, wäh rend gleichzeitig aktuelles Fahrzeugverhalten rückgeführt wird. Die Ist-Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)0, der in dem Istwert- Schätzabschnitt 13 geschätzt wird, wird an den Giergeschwindig keitvergleichs-Straßenreibzahl-Schätzabschnitt 14 abgegeben.

Ferner wird zusätzlich zu der Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)0 eine Giergeschwindigkeitbeschleunigung (d²ϕ/dt²)0 an den Gierwinkel vergleichs-Straßenreibzahl-Schätzabschnitt 14 abgegeben. Der Zusatz "0" zu jeweiligen Parametern, die von dem Istwert- Schätzabschnitt 13 abgegeben werden, kennzeichnet vom Beobach ter abgegebene Parameter.

Als nächstes wird der Aufbau des Beobachters gemäß dieser Aus führungsform unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Wenn ein meßbarer Ausgangswert (ein von Sensoren detektierbarer Aus gangswert) wie folgt gezeigt ist:

y(t) = C.x(t) (9)

dann ist die Konstruktion des Beobachters wie folgt:

(dx'(t)/dt) = (A-K.C).x'(t)+K.y(t)+B.u(t) (10)

wobei bei Anwendung des Beobachters auf das Fahrzeugbewegungs modell x(t) ein zustandsvariabler Vektor ist (x'(t) bedeutet Schätzwert); u(t) ist ein Eingangsvektor; A, B sind Koeffizien tenmatrizen von Zustandsgleichungen; y(t) ist ein beobachtbarer Sensorausgangsvektor, der als y(t) = [βs (dϕ/dt)s]^T geschrieben wird (βs wird durch Integration einer Sensor-Fahrzeugschräg laufwinkelgeschwindigkeit (dβ/dt)s und einer Sensor-Gierge schwindigkeit (dϕ/dt)s) unter Nutzung der obigen Gleichung (3) erhalten); C ist eine Matrix (Einheitsmatrix bei dieser Ausfüh rungsform), die die Beziehung zwischen Sensorausgangswerten und Zustandsvariablen zeigt; K ist eine Rückführungsverstärkungsma trix, die beliebig ermittelt werden kann.

Wenn die so gebildete Rückführungsverstärkungsmatrix einen gro ßen Wert hat, wird die Empfindlichkeit des Systems hoch. Infol gedessen ist das System mehr auf Ansprechfähigkeit als auf Prä zision gerichtet. Wenn dagegen die Rückführungsverstärkungsma trix einen kleinen Wert hat, wird die Empfindlichkeit des Sy stems niedrig. Infolgedessen ist das System mehr auf Präzision und Stabilität als auf Ansprechfähigkeit gerichtet.

Eine Gierwinkelbeschleunigung (d²ϕ(dt²)O und eine Fahrzeug schräglaufwinkelgeschwindigkeit (dβ/dt)O werden entsprechend den nachstehenden Gleichungen (11), (12) aus der vorher be schriebenen Beziehung berechnet:

(d²ϕ/dt²)0 = a₁₁.(dϕ/dt)0 + a₁₂.β0 + b₁₁.δfs
+ k₁₁.(dϕ/dt)s -- (dϕ/dt)0)
+ k₁₂.(βs - β0) (11)

(dβ/dt) 0 = a₂₁.(dϕ/dt)0 + a₂₂.β0
+ k₂₁.((dϕ/dt)s - (dϕ/dt)0)
+ k₂₂.(βs - β0) (12)

Eine Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)O und ein Fahrzeugschräglauf winkel ßO werden erhalten durch Integration der so errechneten Gierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)O und der Fahrzeugschräglauf winkelgeschwindigkeit (db/dt)O. Ferner wird ein Vorderrad schräglaufwinkel βfO errechnet durch Substitution des Fahrzeug schräglaufwinkels βO und der Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)O in die vorgenannte Gleichung (6).

Wenn während der Rechenvorgänge in dem Referenzwert-Schätz abschnitt 11 für hohe Straßenreibzahl, dem Referenzwert- Schätzabschnitt 12 für niedrige Straßenreibzahl und dem Ist wert-Schätzabschnitt 13 die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs Null ist, kann die Berechnung aufgrund der Division durch Null nicht ausgeführt werden. Wenn das Fahrzeug also mit sehr niedrigen Geschwindigkeiten, z. B. unter 10 km/h, fährt, müssen die Gier geschwindigkeit und die Querbeschleunigung Sensorwerte sein. Das heißt:

(dϕ/dt) H = (dϕ/dt)L = (dϕ/dt)O = (dϕ/dt)s
(d²y/dt²)O = (d²y/dt²)s.

Ferner kann der Fahrzeugschräglaufwinkel aus der geometrischen Beziehung des Einschlagens auf dem ortsfesten Kreis wie folgt abgeleitet werden:

βH = βL = βO = δf_s.L_r/(L_f - L_r).

Da in diesem Augenblick keine Seitenführungskraft erzeugt wird, werden alle Vorderradschräglaufwinkel zu Null:

βfH = βfL = βfO = 0.

Der Giergeschwindigkeitvergleichs-Straßenreibzahl-Schätzab schnitt 14 erhält als Eingangswerte die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, den Vorderradlenkwinkel δfs des Sensorwerts, die Referenz- Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)H für hohe Straßenreibzahl, die Re ferenz-Gierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)H für hohe Straßen reibzahl, die Referenz-Querbeschleunigung (d²y/dt²)H für hohe Straßenreibzahl, die Referenz-Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)L für niedrige Straßenreibzahl, die tatsächlich geschätzte Gierge schwindigkeit (dϕ/dt)O und die tatsächlich geschätzte Gierwin kelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)O. Wenn einer Rechenbedingung, die nachstehend noch beschrieben wird, genügt ist, wird ferner eine neue Straßenreibzahl µγn errechnet aus der Referenz-Gierge schwindigkeit (dϕ/dt)H für hohe Straßenreibzahl, der Referenz- Giergeschwindigkeit (dϕ//dt)L für niedrige Straßenreibzahl und der tatsächlich geschätzten Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)O ent sprechend der nachstehenden Gleichung (13), und diese neue Straßenreibzahl µγn wird an den Schätzabschnitt 15 für die end gültige Straßenreibzahl abgegeben.

Die Straßenreibzahl µγn wird entsprechend der nachstehenden Gleichung (13) errechnet:

Straßenreibzahl µγn = ((µH - µL).(dϕ/dt)O + µL.(dϕ/dt)H - µH.Dϕ/dt)L/((dϕ/dt)H - (dϕ/dt)L (13)

wobei µH die Straßenreibzahl ist, die in dem Referenzwert- Schätzabschnitt 11 für hohe Straßenreibzahl geschätzt wird (z. B. 1,0); und µL die Straßenreibzahl ist, die in dem Refe renzwert-Schätzabschnitt 12 für niedrige Straßenreibzahl ge schätzt wird (z. B. 0,3).

Das heißt also, es wird eine lineare Funktion gebildet unter Nutzung der Parameter Referenz-Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)H für hohe Straßenreibzahl und Referenz-Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)L für niedrige Straßenreibzahl, und die Straßenreibzahl µγn wird erhalten durch Substitution einer Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)O in diese lineare Funktion. Es ist zu beachten, daß der Wert der Straßenreibzahl µγn zwischen einer bestimmten Obergrenze (z. B. 1,0) und einer bestimmten Untergrenze (z. B. 0,3) begrenzt ist. Ferner sind in dem Giergeschwindigkeitvergleichs- Straßenreibzahl-Schätzabschnitt die folgenden Bedingungen vor her etabliert worden:

Bedingung 1-1

Es wird keine Berechnung durchgeführt, wenn das Fahrzeug mit geringen Geschwindigkeiten fährt (wenn beispielsweise die Fahr zeuggeschwindigkeit Vs unter 10 km/h liegt) oder wenn das Fahr zeug einen großen Lenkwinkel hat (wenn der Lenkwinkel bei spielsweise 500° überschreitet). Bei der Beschreibung der Bewe gung eines Fahrzeugs wird, obwohl die tatsächliche Bewegung des Fahrzeugs eine Vielzahl von Freiheitsgraden hat, bei dieser Ausführungsform die Fahrzeugbewegung nur durch zwei Freiheits grade ausgedrückt, und zwar die Querbewegung und die Drehbewe gung um eine Vertikalachse, um die Berechnung zu vereinfachen. Ferner wird das Zweiradmodell verwendet, um die Fahrzeugbewe gung zu beschreiben. Wenn daher die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig oder der Lenkwinkel groß ist, tritt ein großer Verhal tensunterschied zwischen dem Modell und dem tatsächlichen Fahr zeug auf.

Bedingung 1-2

Es wird keine Berechnung durchgeführt, wenn der Absolutwert der Giergeschwindigkeit klein ist. Wenn die Giergeschwindigkeit klein ist, werden die Auswirkungen von Geräuschen oder Störun gen relativ groß. Wenn beispielsweise der Absolutwert der Gier geschwindigkeit (dϕ/dt)O unter 1,5°/s liegt, wird die Berech nung nicht durchgeführt.

Bedingung 1-3

Es wird keine Berechnung durchgeführt, wenn die Seitenführungs kräfte klein sind, d. h. wenn der Absolutwert der Querbeschleu nigung im Verhältnis zu den Seitenführungskräften klein ist. Wenn die Seitenführungskräfte klein sind, wird die Auswirkung von Geräuschen oder Störungen relativ groß in bezug auf die Wirkung von Straßenreibzahlen. Wenn beispielsweise der Absolut wert der Referenz-Querbeschleunigung (d²y/dt²)H für hohe Stra ßenreibzahl kleiner als 0,15 G ist, wird die Berechnung nicht durchgeführt.

Bedingung 1-4

Manchmal wird das Giergeschwindigkeit-Ansprechverhalten auf den Lenkwinkel-Eingangswert durch Straßenreibzahlen zeitlich verzö gert. Wenn die Berechnung der Straßenreibzahl durchgeführt wird, während diese Verzögerung auftritt, werden große Fehler in die Berechnung eingeführt. Daher wird keine Berechnung durchgeführt, wenn die zeitliche Verzögerung groß ist oder wenn beurteilt wird, daß verzögerungsbedingte Fehler groß werden. Wenn beispielsweise beurteilt wird, daß die zeitliche Verzöge rung mit Ausnahme einer Vorderflanke der Giergeschwindigkeit Fehler vergrößert, wird die Berechnung nicht durchgeführt. Die Vorderflanke der Giergeschwindigkeit wird beurteilt aus (Gier geschwindigkeit).(Gierwinkelbeschleunigung).

Bedingung 1-5

Es wird keine Berechnung durchgeführt, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen einer Referenz-Giergeschwindigkeit für hohe Straßenreibzahl und einer Referenz-Giergeschwindigkeit für niedrige Straßenreibzahl keine adäquate Größe in bezug auf die Auswirkung von Geräuschen und Störungen hat. Wenn beispielswei se die Differenz zwischen einer Referenz-Giergeschwindigkeit (dϕ/dt)H für hohe Straßenreibzahl und einer Referenz-Gierge schwindigkeit (dϕ/dt)L für niedrige Straßenreibzahl 1°/s nicht erreicht, wird die Berechnung nicht durchgeführt.

Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung bilden der Refe renzwert-Schätzabschnitt 11 für hohe Straßenreibzahl, der Refe renzwert-Schätzabschnitt 12 für niedrige Straßenreibzahl, der Istwert-Schätzabschnitt 13 und der Giergeschwindigkeitver gleichs-Straßenreibzahl-Schätzabschnitt 14 eine erste Straßen reibzahl-Schätzeinrichtung.

Der Endstraßenreibzahl-Schätzabschnitt 15 erhält eine neue Straßenreibzahl µγn von dem Giergeschwindigkeitvergleichs- Straßenreibzahl-Schätzabschnitt 14 und eine Gewichtungssfunkti on K₁, die nachstehend noch beschrieben wird, von dem Gewich tungssfunktions-Bestimmungsabschnitt 16. Außerdem wird eine mo mentane Endstraßenreibzahl µγ durch Gewichtungsmittelung einer vorher geschätzten Endstraßenreibzahl µ_n-1 und einer Straßen reibzahl µγn von dem Giergeschwindigkeitvergleichs-Straßenreib zahl-Schätzabschnitt 14 gemäß der nachstehenden Gleichung (14) errechnet. Die so errechnete Straßenreibzahl µγ wird von dem Steuerwerk 2 der Straßenreibzahl-Schätzvorrichtung 1 abgegeben. Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung bildet dieser End straßenreibzahl-Schätzabschnitt 15 eine zweite Straßenreibzahl- Schätzeinrichtung.

µγ = µ_n-1 + κ₁.(µ γ n - µ_n-1) (14)

Der Gewichtungsfunktions-Bestimmungsabschnitt 16 erhält einen Straßendecken-Rauhigkeitszustand von der Straßenrauhigkeits- Detektiereinrichtung 7 und bildet die Gewichtungsfunktion k₁ entsprechend dem Rauhigkeitszustand der Straßendecke und gibt k₁ an den Endstraßenreibzahl-Bestimmungsabschnitt 15 ab. Der Rauhigkeitszustand der Straßendecke wird als eine Anzahl von konkaven und konvexen Teilen einer Straßendecke pro bestimmter Strecke ausgedrückt. Um die Folgecharakteristik in bezug auf Änderungen von Straßenreibzahlen zu erhöhen, gilt: je mehr die Anzahl von konkaven und konvexen Teilen größer als ein bestimm ter Wert je bestimmter Strecke ist, um so näher ist die Gewich tungsfunktion k₁ an 1, um so den Einfluß eines Terms (µγn - µ_n-1) der Formel (14) zu erhöhen und dadurch die Ansprechfähigkeit der Änderung von Straßenreibzahlen zu verstärken, und anderer seits gilt, um so näher ist die Gewichtungsfunktion k₁ an 0, um so den Einfluß eines Terms (µγ - µ_n-1) der Gleichung (14) zu verringern und dadurch Präzision und Stabilität in bezug auf die Änderung von Straßenreibzahlen zu steigern.

Wenn nämlich das Fahrzeug auf gewöhnlichen guten Straßen fährt, ist die Straßenreibzahl nahezu konstant ein hoher Straßenreib zahlwert, und auch die Rauhigkeit der Straßendecke wird klein gehalten. Durch Bestimmen der Gewichtungsfunktion k₁ mit einem Wert nahe 0, wie oben beschrieben, kann vermieden werden, daß die Straßenreibzahl µγ bei einem niedrigen Straßenreibzahlwert aufgrund von vorübergehenden Störungen und Sensorgeräuschen fehlerhaft bestimmt wird.

Wenn dagegen im Winter das Fahrzeug in einen Bergüberhang oder einen Tunnel einfährt, ist der Rauhigkeitszustand solcher Stra ßendecken relativ groß. Insbesondere bei schneebedeckten Stra ßen wird die Straßenreibzahl µγ rasch mit einem niedrigen Wert abgegeben durch Bestimmen der Gewichtungsfunktion k₁ mit einem Wert nahe 1 und Anzeigen eines Rauhigkeitszustands der Straßen decke, der für Straßen mit niedriger Reibzahl spezifisch ist.

Da gemäß der ersten Ausführungsform die Gewichtungsfunktion k₁ des Endstraßenreibzahl-Bestimmungsabschnitts 15 variabel ge macht ist, kann die Schätzung der Straßenreibzahl mit einer einzigen Straßenreibzahl-Schätzeinrichtung durchgeführt werden, während die Schätzung sowohl von Ansprechfähigkeit als auch Präzision begleitet ist. Ferner wird die Straßenreibzahl- Schätzvorrichtung 1 durch die Erfindung nicht komplexer und größer gemacht. Daher können die Herstellungskosten niedrig ge halten werden.

Gemäß der ersten Ausführungsform ist also der Gewichtungsfunk tions-Bestimmungsabschnitt 16 so ausgebildet, daß bei großem Rauhigkeitszustand der Straße die Gewichtungsfunktion k₁ näher an 1 liegt und im Gegensatz dazu bei geringem Rauhigkeitszu stand der Straße die Gewichtungsfunktion k₁ näher an 0 liegt; die Gewichtungsfunktion k₁ kann jedoch so ausgebildet sein, daß sie von beispielsweise 0,3 auf 0,8 wechselt, wenn der Straßen rauhigkeitszustand einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Ferner ist bei der ersten Ausführungsform eine neue Straßen reibzahl µγn so ausgebildet, daß sie erhalten wird durch Ver gleichen des Istwerts der Giergeschwindigkeit mit dem Referenz wert für hohe Straßenreibzahl und dem Referenzwert für niedrige Straßenreibzahl, aber diese Straßenreibzahl µγ kann durch Ver gleichen von anderen Parametern als der Giergeschwindigkeit er halten werden, beispielsweise durch Vergleichen der Querbe schleunigung oder des Fahrzeugschräglaufwinkels mit den Refe renzwerten für hohe und niedrige Straßenreibzahlen. Ferner ist bei dieser Ausführungsform die Straßenreibzahl µγn so ausgebil det, daß sie erhalten wird durch Vergleichen des von dem Beob achter errechneten Istwerts mit den Referenzwerten für hohe und niedrige Straßenreibzahlen, aber die neue Straßenreibzahl kann durch eine adaptive Steuerung und dergleichen geschätzt werden.

Fig. 4 ist ein Funktionsblockbild, das eine zweite Ausführungs form der Straßenreibzahl-Schätzvorrichtung zeigt. Der Hauptun terschied dieser zweiten Ausführungsform gegenüber der ersten Ausführungsform ist, daß die Rückführungsverstärkungsmatrix K des Beobachters in dem Istwert-Schätzabschnitt 13 der ersten Ausführungsform nach Maßgabe des Straßenrauhigkeitszustands va riabel ist, um die Ansprechfähigkeit der Straßenreibzahlschät zung variabel zu machen. Die bei beiden Ausführungsformen iden tischen Funktionsblöcke sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals beschrieben.

Ein Steuerwerk 22 (Straßenreibzahl-Schätzeinrichtung) einer Straßenreibzahl-Schätzvorrichtung 21 gemäß der zweiten Ausfüh rungsform weist auf: den Referenzwert-Schätzabschnitt 11 für hohe Straßenreibzahl, den Referenzwert-Schätzabschnitt 12 für niedrige Straßenreibzahl, einen Istwert-Schätzabschnitt 23 und den Giergeschwindigkeitvergleichs-Straßenreibzahl- Schätzabschnitt 14.

Der Istwert-Schätzabschnitt 23 ist ein Beobachter, der von ei nem Fahrzeugbewegungsmodell gebildet ist, dem eine Fahrzeugge schwindigkeit Vs, ein Vorderradlenkwinkel δfs und eine Gierge schwindigkeit(dϕ/dt) zugeführt werden und in dem eine Ist- Giergeschwindigkeit (dϕ/dr)O durch Berechnung geschätzt wird, während gleichzeitig aktuelles Fahrzeugverhalten rückgeführt wird.

Ferner erhält der Istwert-Schätzabschnitt 23 einen Straßenrau higkeitszustand von der Straßenrauhigkeits-Detektiervorrichtung 7, und gemäß diesem Straßenrauhigkeitszustand kann eine Rück führungsverstärkungsmatrix K in der Gleichung (10) variiert werden. Das heißt, entsprechende Elemente der Matrix, k₁₁, k₁₂, k₂₁, k₂₂, sind variabel.

Wie vorher beschrieben wurde, wird das System empfindlich, wenn diese Rückführungsverstärkungsmatrix K so etabliert ist, daß sie groß ist, und infolgedessen konzentriert sich das System mehr auf Ansprechfähigkeit als auf Präzision. Wenn andererseits die Rückführungsverstärkungsmatrix einen kleinen Wert hat, wird die Empfindlichkeit des Systems gering. Infolgedessen konzen triert sich das System auf Präzision und Stabilität und weniger auf Ansprechfähigkeit. Somit sind insbesondere die jeweiligen Elemente der Rückführungsverstärkungsmatrix, k₁₁, k₁₂, k₂₁, k₂₂, mit einem großen Wert festgelegt, um die Rückführung der Zu standsgröße zu erhöhen und den aktuellen Wert stärker in dem Zustandsgrößenschätzwert zu reflektieren. Die jeweiligen Ele mente der Matrix, k₁₁, k₁₂, k₂₁, k₂₂, können auf davon verschie dene Werte umgeschaltet werden, wenn der Straßenrauhigkeitszu stand einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

Gemäß der zweiten Ausführungsform können ebenso wie bei der er sten Ausführungsform Straßenreibzahlen mit einer einzigen Stra ßenreibzahl-Schätzeinrichtung geschätzt werden, während gleich zeitig Ansprechfähigkeit und Präzision erhalten werden. Ferner können Straßenreibzahlen bei niedrigen Kosten geschätzt werden, ohne die Vorrichtung komplexer und größer zu machen.

Eine in dem Istwert-Schätzabschnitt 23 geschätzte Ist-Gierge schwindigkeit (dϕ/dt)O wird an den Giergeschwindigkeitver gleichs-Straßenreibzahl-Schätzabschnitt 14 abgegeben. Ferner wird eine Giergeschwindigkeitbeschleunigung (d²ϕ/dt²)O an den Gierwinkelvergleichs-Straßenreibzahl-Schätzabschnitt 14 abgege ben.

Bei der zweiten Ausführungsform kann die in dem Giergeschwin digkeitvergleichs-Straßenreibzahl-Schätzabschnitt 14 errechnete neue Straßenreibzahl µγn entweder direkt als eine Endstraßen reibzahl abgegeben werden oder als eine Endstraßenreibzahl nach Gewichtungsmittelung, wie in dem Endstraßenreibzahl-Schätzab schnitt 15 der ersten Ausführungsform beschrieben, abgegeben werden. Bei der zweiten Ausführungsform wird ferner die neue Straßenreibzahl µγn erhalten durch Vergleichen der Ist-Gierge schwindigkeit (dϕ/dt)O mit dem Straßenreferenzwert für hohe Straßenreibzahl und dem Straßenreferenzwert für niedrige Stra ßenreibzahl, aber anstelle der Giergeschwindigkeit können ande re Parameter als die Giergeschwindigkeit, beispielsweise die Querbeschleunigung oder der Fahrzeugschräglaufwinkel, genutzt werden.

Es wurden zwar derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfin dung beschrieben, es versteht sich jedoch, daß diese Offenba rung nur der Veranschaulichung dient und verschiedene Änderun gen und Modifikationen im Rahmen der Erfindung gemäß den beige fügten Ansprüchen vorgenommen werden können.

Claims

1. Straßenreibzahl-Schätzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Straßenreibzahl auf der Basis von Bewegungsparametern, die eine Bewegung des Fahrzeugs bezeichnen, die folgendes umfasst:
eine Straßenrauhigkeits-Detektiereinrichtung (7), die eine Straßendeckenrauhigkeit detektiert und einen Straßenrauhigkeit sparameter erzeugt, der die Rauhigkeit der Straßendecke be zeichnet;
wobei die Schätzeinrichtung (2) so ausgebildet ist, daß sie die Ansprechfähigkeit zur Schätzung der Straßenreibzahl nach Maßgabe des Straßenrauhigkeitsparameters variiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzeinrichtung (2) so ausgebildet ist, daß sie die Ansprechfähigkeit ändert, so daß dann, wenn die Straßendec kenrauhigkeit groß ist, die Ansprechfähigkeit groß wird und dann, wenn die Straßendeckenrauhigkeit klein ist, die Ansprech fähigkeit klein wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzeinrichtung (2) folgendes aufweist:
eine erste Straßenreibzahl-Schätzeinrichtung zum Errechnen einer ersten Straßenreibzahl auf der Basis der Bewegungsparame ter des Fahrzeugs;
eine Gewichtungsfunktions-Bestimmungseinrichtung (16) zum Bestimmen einer Gewichtungsfunktion entsprechend dem Straßen rauhigkeitsparameter; und
eine zweite Straßenreibzahl-Schätzeinrichtung zum Schätzen einer zweiten Straßenreibzahl durch Gewichtungsmittelung der ersten Straßenreibzahl und der vorher bestimmten zweiten Stra ßenreibzahl unter Nutzung der Gewichtungsfunktion als Gewich tungsvervielfacher und zur Abgabe der zweiten Straßenreibzahl als endgültige Straßenreibzahl.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungsfunktion sich entsprechend dem Straßenrauhig keitsparameter ändert, so daß dann, wenn die Rauhigkeit der Straßendecke groß ist, die Ansprechfähigkeit hoch wird, und wenn die Rauhigkeit der Straßendecke klein ist, die Ansprechfä higkeit niedrig wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzeinrichtung (22) folgendes aufweist:
einen Istwert-Schätzabschnitt (23), in dem ein Bewegungs parameter-Istwert errechnet wird,
einen Referenzwert-Schätzabschnitt (11) für hohe Straßen reibzahl, in dem ein Straßenreferenzwert für hohe Straßenreib zahl auf der Basis eines Fahrzeugbewegungsmodells bei hoher Straßenreibzahl errechnet wird,
einen Referenzwert-Schätzabschnitt (12) für niedrige Stra ßenreibzahl, in dem ein Straßenreferenzwert für niedrige Stra ßenreibzahl auf der Basis eines Fahrzeugbewegungsmodells bei niedriger Straßenreibzahl errechnet wird, und
einen Straßenreibzahl-Schätzabschnitt, in dem die Straßen reibzahl auf der Basis des Referenzwerts bei hoher Straßenreib zahl, des Referenzwerts bei niedriger Straßenreibzahl und des Istwerts des Bewegungsparameters errechnet wird, wobei der Ist wert-Schätzabschnitt (23) einen Beobachter aufweist, der eine Rückführungsverstärkungsmatrix hat, die nach Maßgabe des Stra ßenrauhigkeitsparameters zu ändern ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsparameter so ausgebildet ist, daß er eine Gierge schwindigkeit ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführungsverstärkungsmatrix so ausgebildet ist, daß sie groß ist, wenn der Straßenrauhigkeitsparameter groß ist, um da durch eine Ansprechfähigkeit bei der Schätzung der Straßenreib zahl zu erhöhen, und die Rückführungsverstärkungsmatrix so aus gebildet ist, daß sie klein ist, wenn der Straßenrauhigkeitspa rameter klein ist, um dadurch die Ansprechfähigkeit herabzuset zen.