DE10130879A1 - Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten und Fahrzeug mit Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten - Google Patents

Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten und Fahrzeug mit Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten

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Abstract

Eine Einheit zum Berechnen eines Rutschwinkels berechnet einen Fahrzeugkörper-Rutschwinkel, der einem Lenkradwinkel und einer Fahrzeuggeschwindigkeit zugeordnet ist, basierend auf einem Fahrzeugradwinkel und der Geschwindigkeit durch einen auf einem vorgegebenen Fahrzeugbewegungsmodell basierenden Observer gemäß einer Bewegungsgleichung eines Fahrzeugs. Eine Einheit zum Berechnen eines Vorderrad-Rutschwinkels berechnet einen Vorderrad-Rutschwinkel, basierend auf dem Lenkradwinkel, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Giergeschwindigkeit und dem berechneten Fahrzeugkörper-Rutschwinkel. Eine Einheit zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmoments berechnet das Selbstausrichtungsdrehmoment, basierend auf einem Hydraulikkammerdruck der linken Seite und einem Hydraulikkammerdruck der rechten Seite eines Servozylinders. Die Fahrzeuggeschwindigkeit, ein geschätzter Vorderrad-Rutschwinkel und das Selbstausrichtungsdrehmoment werden einer Einheit zum Setzen eines Straßenreibungskoeffizienten zugeführt, und die Einheit zum Setzen eines Straßenreibungskoeffizienten setzt einen Straßenreibungskoeffizienten unter Bezug auf ein Kennliniendiagramm, basierend auf den zugeführten Werten, um den gesetzten Wert auszugeben. Auf diese Weise wird ein Straßenreibungskoeffizient in weiten Bereichen bestimmt, während Sensorrauschen reduziert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten zum präzisen Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten innerhalb eines weiten Fahrbereichs und ein Fahrzeug, das mit einer Vorrich­ tung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten ausge­ stattet ist.
In den letzten Jahren wurden verschiedene Steuerungs­ techniken bezüglich Traktionssteuerungen, Bremssteuerungen oder Drehmomentverteilungssteuerungen für ein Fahrzeug vor­ geschlagen und in die Praxis umgesetzt. In diesen Techniken verwenden viele Vorrichtungen einen Straßenreibungskoeffizi­ enten zum Berechnen eines erforderlichen Steuerparameters oder eines Korrekturwertes dafür, und es ist notwendig, den Straßenreibungskoeffizienten präzise zu bestimmen, um die Steuerung sicher auszuführen.
Eine dieser Techniken zum Bestimmen eines Straßenrei­ bungskoeffizienten basiert auf der Tatsache, daß die Größe eines Selbstausrichtungsdrehmoments für einen Rutschwinkel eines Rades sich gemäß dem Straßenreibungskoeffizienten än­ dert. Beispielsweise wird in der JP-A-11-287749 eine Vor­ richtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten basierend auf einem Lenkradwinkel und einem Lenkdrehmoment beschrieben.
Außerdem wird beispielsweise in der JP-A-6-221968 eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten basierend auf einer Seitenführungskraft eines Reifens und auf einem Selbstausrichtungsdrehmoment bestimmt.
Beim vorstehend erwähnten erstgenannten Stand der Tech­ nik besteht jedoch ein Problem darin, daß ein Vorderrad- Rutschwinkel nicht basierend auf einem Lenkradwinkel erfaßt werden kann, so daß die Bedingungen, unter denen eine Erfas­ sung des Straßenreibungskoeffizienten möglich ist, begrenzt sind, wodurch es schwierig ist, den Straßenreibungskoeffizi­ enten in einem weiten Fahrbereich präzise zu bestimmen.
Beim vorstehend erwähnten letztgenannten Stand der Technik wird dagegen ein Differenzwert eines Sensorsignals, z. B. ein Differenzwert einer Giergeschwindigkeit, zum Zeit­ punkt der Erfassung einer Seitenführungskraft verwendet, so daß ein Problem durch Sensorrauschen entsteht, wodurch es schwierig ist, den Straßenreibungskoeffizienten präzise zu bestimmen.
Hinsichtlich des vorstehenden Sachverhalts ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Be­ stimmen eines Straßenreibungskoeffizienten bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Straßenreibungskoeffizienten in­ nerhalb eines weiten Fahrbereichs präzise zu bestimmen, wäh­ rend das Rauschen eines Sensors oder eines ähnlichen Ele­ ments reduziert wird, und ein Fahrzeug, das mit der Vorrich­ tung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten ausge­ stattet ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprü­ che gelöst.
Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vor­ teile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Be­ schreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht; es zeigen:
Fig. 1 ein Funktionsblockdiagramm zum Darstellen einer Struktur einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizi­ enten;
Fig. 2 ein Funktionsblockdiagramm zum Darstellen einer Struktur einer in der ersten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung vorgesehenen Einheit zum Berechnen eines Fahr­ zeugkörper-Rutschwinkels;
Fig. 3 ein erläuterndes Diagramm zum Darstellen eines Zweirädermodells der Seitenbewegung eines Fahrzeugs gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ein erläuterndes Diagramm zum Darstellen einer Struktur eines allgemeinen Observers gemäß der ersten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein erläuterndes Kennliniendiagramm für einen einem Vorderrad-Rutschwinkel und einem Selbstausrichtungs­ drehmoment zugeordneten Straßenreibungskoeffizienten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm zum Bestimmen eines Straßen­ reibungskoeffizienten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ein Funktionsblockdiagramm zum Darstellen einer Struktur einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizi­ enten; und
Fig. 8 ein Ablaufdiagramm zum Bestimmen eines Straßen­ reibungskoeffizienten gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend wird als Beispiel eine erste Ausführungs­ form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenrei­ bungskoeffizienten ist auf einem Fahrzeug mit einer bekann­ ten hydraulischen Servolenkvorrichtung zum Unterstützen der Lenkkraft eines Fahrers durch Einleiten eines durch eine Öl­ pumpe erzeugten Öldrucks in ein Paar Hydraulikkammern (rech­ te und linke Hydraulikkammer) eines in einem Lenkgetriebe vorgesehenen Servozylinders angeordnet.
In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten. Ein Lenk­ radwinkelsensor 2, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3, ein Querbeschleunigungssensor 4 und ein Giergeschwindigkeitssen­ sor 5 sind mit einer Steuereinheit 10 der Vorrichtung 1 zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten verbunden, und ein Lenkradwinkel θH, eine Fahrzeuggeschwindigkeit V, eine Querbeschleunigung d2y/dt2 und eine Giergeschwindigkeit (Gierwinkelgeschwindigkeit) dψ/dt, die vom Lenkradwinkelsen­ sor 2, vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3, vom Querbe­ schleunigungssensor 4 bzw. vom Giergeschwindigkeitssensor 5 erhalten werden, werden der Steuereinheit 10 zugeführt.
Ein Öldrucksensor 6 auf der linken Seite und ein Öl­ drucksensor 7 auf der rechten Seite, die als Öldruckerfas­ sungseinrichtungen zum Erfassen von Öldrücken in einer Hy­ draulikkammer auf der linken Seite bzw. in einer Hydraulik­ kammer auf der rechten Seite eines Servozylinders in einer hydraulischen Servolenkvorrichtung (nicht dargestellt) die­ nen, sind mit der Steuereinheit 10 der Vorrichtung 1 zum Be­ stimmen eines Straßenreibungskoeffizienten verbunden, und ein Öldruck PcL in der Hydraulikkammer auf der linken Seite und ein Öldruck Pcr in der Hydraulikkammer auf der rechten Seite werden der Steuereinheit 10 zugeführt.
Die Steuereinheit 10 der Vorrichtung 1 zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten weist einen Mikrocomputer und Peripherieschaltungen davon auf, d. h., sie weist im we­ sentlichen eine Einheit 11 zum Berechnen eines Fahrzeugkör­ per-Rutschwinkels, eine Einheit 12 zum Berechnen eines Vor­ derrad-Rutschwinkels, eine Einheit 13 zum Berechnen einer Lenkradwinkelgeschwindigkeit, eine Einheit 14 zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmoments und eine Einheit 15 zum Setzen eines Straßenreibungskoeffizienten auf.
Ein vom Lenkradwinkelsensor 2 erhaltener Lenkradwinkel θH und eine vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 erhaltene Fahrzeuggeschwindigkeit V werden der Einheit 11 zum Berech­ nen eines Fahrzeugkörper-Rutschwinkels zugeführt. Die Ein­ heit 11 zum Berechnen eines Fahrzeugkörper-Rutschwinkels be­ rechret einen Fahrzeugkörper-Rutschwinkel basierend auf dem erfaßten Lenkradwinkel θH und der erfaßten Fahrzeuggeschwin­ digkeit V gemäß einem Fahrzeugbewegungsmodell, das auf einer vorgegebenen Bewegungsgleichung des Fahrzeugs basiert, und gibt den berechneten Wert an die Einheit 12 zum Berechnen eines Vorderrad-Rutschwinkels aus.
Die Bewegungsgleichung für die Querbewegung eines Fahr­ zeug wird unter Verwendung des Fahrzeugbewegungsmodells von Fig. 3 erhalten. Eine Bewegungsgleichung bezüglich einer Translationsbewegung in einer Querrichtung des Fahrzeugs wird durch die folgende Formel (1) dargestellt:
2.Cf + 2.Cr = M.(d2y/dt2) (1)
wobei Cf die Seitenführungskraft eines Vorderrades (eines einzelnen Rades), Cr die Seitenführungskraft eines Hinterra­ des (eines einzelnen Rades), M eine Fahrzeugkörpermasse und d2y/dt2 eine Querbeschleunigung bezeichnen.
Andererseits wird eine Bewegungsgleichung bezüglich ei­ ner Drehbewegung um einen Schwerpunkt durch folgende Formel (2) dargestellt:
2.Cf.Lf - 2.Cr.Lr = Iz.(d2ψ/dt2) (2)
wobei Lf einen Abstand vom Schwerpunkt zur Vorderradachse, Lr einen Abstand vom Schwerpunkt zur Hinterradachse, Iz ein Gierträgheitsmoment des Fahrzeugkörpers und d2ψ/dt2 eine Gierwinkelbeschleunigung bezeichnen.
Die Querbeschleunigung d2y/dt2 wird durch folgende For­ mel (3) dargestellt:
(d2y/dt2) = V.((dβ/dt) + (dψ/dt)) (3)
wobei β einen Fahrzeugkörper-Rutschwinkel und dβ/dt eine Fahrzeugkörper-Rutschwinkelgeschwindigkeit bezeichnen.
Daher kann die vorstehende Formel (1) durch Formel (4) dargestellt werden:
2.Cf + 2.Cr = M.V.((dβ/dt) + (dψ/dt)) (4)
Die Ansprechverzögerung der Seitenführungskraft bezüg­ lich des Seitenrutschwinkels eines Rades entspricht ungefähr einer Verzögerung erster Ordnung, die Ansprechverzögerung wird jedoch ignoriert. Wenn unter Verwendung einer äquiva­ lenten Seitenführungskraft, in der in den Kenngrößen des Reifens auch Kenngrößen einer Aufhängung berücksichtigt sind, eine Linearisierung vorgenommen wird, werden die Sei­ tenführungskräfte Cf und Cr durch folgende Formeln (5) und (6) dargestellt:
Cf = Kf.αf (5)
Cr = Kr.αr (6)
wobei Kf eine äquivalente Seitenführungskraft des Vorderra­ des, Kr eine äquivalente Seitenführungskraft des Hinterra­ des, αf einen Rutschwinkel des Vorderrades und αr einen Rut­ schwinkel des Hinterrades bezeichnen.
Unter Berücksichtigung von Roll- und Aufhängungsein­ flüssen in den äquivalenten Seitenführungskräften Kf und Kr können ein Rutschwinkel αf des Vorderrades und ein Rut­ schwinkel αr des Hinterrades unter Verwendung der äquivalen­ ten Seitenführungskräfte Kf, Kr folgendermaßen vereinfacht werden.
αf = δf - (β + Lf.(dψ/dt)/V)
= (θH/n) - (β + Lf.(dψ/dt)/V) (7)
αr = δr - (β - Lr.(dψ/dt)/V) (8)
wobei αf einen Vorderrad-Rutschwinkel, αr einen Hinterrad- Rutschwinkel, δf einen Vorderrad-Lenkwinkel, δr einen Hin­ terrad-Lenkwinkel und n ein Lenkgetriebeübersetzungsverhält­ nis bezeichnen.
Als ein Ergebnis der vorstehenden Bewegungsgleichungen wird die folgende Zustandsgleichung (9) erhalten:
(dx(t)/dt) = A.x(t) + B.u(t) (9)
x(t) = [β(dψ/dt)]T
u(t) = [θH δr]T
a11 = -2.(Kf + Kr)/(M.V)
a12 = -1,0 - 2.(Lf.Kf - Lr.Kr)/(M.V2)
a21 = -2.(Lf.Kf - Lr.Kr)/Iz
a22 = -2.(Lf2.Kf + Lr2.Kr)/(Iz.V)
b11 = 2.Kf/(M.V.n)
b12 = 2.Kr/(M.V)
b21 = 2.Lf.Kf/Iz
b22 = -2.Lr.Kr/Iz
Nachstehend wird der Aufbau eines Observers zum Bestim­ men des Fahrzeugkörper-Rutschwinkels unter Bezug auf Fig. 4 erläutert.
Wenn das (durch einen Sensor erfaßbare) meßbare Aus­ gangssignal durch die folgende Formel (10) dargestellt ist, wird der Aufbau (Struktur) des Observers durch Formel (11) dargestellt:
y(t) = C.x(t) (10)
(dx'(t)/dt) = (A - K.C).x'(t) + K.y(t) + B.u(t) (11)
oder
(dx'(t)/dt) = A.x'(t) + B.u(t) - K.C.(x' - x) (12)
Hierbei bezeichnet ['] in x'(t) einen Schätzwert.
Wenn die vorstehende Formel (12) für das Fahrzeugbewe­ gungsmodell angepaßt wird, wobei C durch die folgende Matrix definiert ist:
kann Formel (12) durch folgende Formel (14) dargestellt wer­ den:
(dx'(t)/dt) = A.x'(t) + B.u(t) - K.(x' - x) (14)
wobei K gegeben ist durch:
wobei, falls K so festgelegt ist, daß die Matrix (A - K.C) eine stabile Matrix ist, d. h. ein Realteil des Eigenwertes von (A - K.C) ist negativ (linke Hälfte einer komplexen Zahl), gewährleistet ist, daß x'(t)→x(t) gilt.
Weil u(t) durch [θHδr]T und x(t) durch [β(dψ/dt)]T gege­ ben ist, ist ein Observer 11a, in dem sich lediglich ein Vorderrad-Lenkwinkel δf ändert, so konstruiert, daß die Giergeschwindigkeit und ein Fahrzeugkörper-Rutschwinkel β basierend auf dem Lenkradwinkel θH bestimmt werden, wie in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 bezeichnet Bezugszeichen 11a einen Observer, der auf einem Fahrzeugbewegungsmodell mit zwei Freiheitsgraden basiert. Fettgedruckte Buchstaben (K1, K2, A, B) und fettgedruckte Linien bezeichnen eine Matrix bzw. einen Vektor.
Es wird eine Abweichung (Giergeschwindigkeitsabwei­ chung) zwischen der geschätzten Giergeschwindigkeit und ei­ ner aktuellen oder Ist-Giergeschwindigkeit (vom Gierge­ schwindigkeitssensor 5) berechnet. Es wird eine Abweichung (Fahrzeugkörper-Rutschwinkelabweichung) zwischen dem ge­ schätzten Fahrzeugkörper-Rutschwinkel β und einem aktuellen Fahrzeugkörper-Rutschwinkel β' berechnet. Der aktuelle Fahr­ zeugkörper-Rutschwinkel β' wird in einer Einheit 11b zum Be­ rechnen eines aktuellen Fahrzeugkörper-Rutschwinkels berech­ net. Die Giergeschwindigkeitsabweichung wird mit K1 multi­ pliziert. Die Fahrzeugkörper-Rutschwinkelabweichung wird mit K2 multipliziert. Die multiplizierten Werte werden jeweils von der Summe aus dem Produkt aus dem Lenkradwinkel θH und B und den Produkten aus der geschätzten Giergeschwindigkeit und A bzw. aus dem geschätzten Fahrzeugkörper-Rutschwinkel β und A subtrahiert. Daher wird die Berechnung zum Bestimmen der Giergeschwindigkeit und des Fahrzeugkörper-Rutschwinkels β durch jeweiliges Integrieren der subtrahierten Ergebnisse präzise ausgeführt.
Sensorrauschen mit einer hochfrequenten Welle, die im Fahr zug nicht erzeugt werden kann, kann unter Verwendung des Fahrzeugbewegungsmodells effektiv extrahiert werden.
Die Einheit 11b zum Berechnen eines aktuellen Fahrzeug­ körper-Rutschwinkels berechnet den aktuellen Fahrzeugkörper- Rutschwinkel β', der für eine Rückkopplung im Observer 11a erforderlich ist, nicht basierend auf dem Sensorsignal selbst, sondern basierend auf der folgenden Formel (15):
β' = ∫((d2y/dt2)/V - (dψ/dt))dt (15)
Der vom Lenkradwinkelsensor 2 erhaltene Lenkradwinkel θH, die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 erhaltene Fahr­ zeuggeschwindigkeit V, die vom Giergeschwindigkeitssensor 6 erhaltene Giergeschwindigkeit dψ/dt und der von der Einheit 11 zum Berechnen eines Fahrzeugkörper-Rutschwinkels erhalte­ ne geschätzte Fahrzeugkörper-Rutschwinkel β werden der Ein­ heit 12 zum Berechnen des Vorderrad-Rutschwinkels zugeführt. Die Einheit 12 zum Berechnen eines Vorderrad-Rutschwinkels berechnet den Rutschwinkel αf eines gelenkten Rades, d. h. eines Vorderrades, basierend auf der vorstehenden Formel (7) und gibt den Vorderrad-Rutschwinkel αf an die Einheit 14 zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmoments und an die Ein­ heit 15 zum Setzen eines Straßenreibungskoeffizienten aus. In der ersten Ausführungsform weist eine Einrichtung zum Er­ fassen des Rutschwinkels eines gelenkten Rades die Einheit 11 zum Berechnen eines Fahrzeugkörper-Rutschwinkels und die Einheit 12 zum Berechnen eines Vorderrad-Rutschwinkels auf.
Die Einheit 13 zum Berechnen einer Lenkradwinkelge­ schwindigkeit dient als Lenkgeschwindigkeitserfassungsein­ richtung, und ein Signal vom Lenkradwinkelsensor 2 wird der Einheit 13 zum Berechnen einer Lenkradwinkelgeschwindigkeit zugeführt. Die Recheneinheit 13 berechnet die Größe von Än­ derungen des Lenkradwinkels θH innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer (einer sehr kurzen Zeitdauer) als Lenkradwinkelge­ schwindigkeit dθH/dt und gibt den Wert an die Einheit 14 zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmoments aus.
Die Einheit 14 zum Berechnen eines Selbstausrichtungs­ drehmoments dient als Einrichtung zum Erfassen eines Selbst­ ausrichtungsdrehmoments, wobei Hydraulikkammerdrücke PcL und Pcr auf der linken Seite bzw. auf der rechten Seite von den Öldrucksensoren 6 und 7 auf der linken bzw. auf der rechten Seite des Servozylinders der Einheit 14 zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmoments zugeführt werden, und die Ein­ heit 14 zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmoments ein Selbstausrichtungsdrehmoment Tsa berechnet und den Wert an die Einheit 15 zum Setzen eines Straßenreibungskoeffizi­ enten ausgibt.
Der Einheit 14 zum Berechnen eines Selbstausrichtungs­ drehmoments werden die Lenkradwinkelgeschwindigkeit dθH/dt von der Einheit 13 zum Berechnen einer Lenkradwinkelge­ schwindigkeit und der Vorderrad-Rutschwinkel αf von der Ein­ heit 12 zum Berechnen eines Vorderrad-Rutschwinkels zuge­ führt.
Die Berechnung des Selbstausrichtungsdrehmoments Tsa wird in der Einheit 14 zum Berechnen eines Selbstausrich­ tungsdrehmoments beispielsweise gemäß den folgenden Formeln ausgeführt.
1.
Tsa = Pc.Ac.Ln (16)
wobei Pc den höheren der Druckwerte PcL der linken Hydrau­ likkammer und Pcr der rechten Hydraulikkammer ist, Ac eine Druckaufnahmefläche des Servozylinders und Ln eine Lenkge­ lenkarmlänge (Abstand zwischen einem Spurstangenverbindungs­ punkt auf der Radseite und einer Achszapfen- oder Anlenkbol­ zenachse) bezeichnen.
2.
Tsa = |ΔPc|.Ac.Ln (17)
wobei ΔPc den Unterschied zwischen dem Druck PcL der linken Hydraulikkammer und dem Druck Pcr der rechten Hydraulikkam­ mer bezeichnet.
3.
Tsa = (|ΔPc| - |dθH/dt|.Cdt).Ac.Ln (18)
wobei Cdt ein Koeffizient ist, durch den bei der Berechnung ein Druckverlust in der Hydraulikleitung und im Ventil ba­ sierend auf einer Lenkgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der Lenkradwinkelgeschwindigkeit dθH/dt in der vorstehenden Formel (17) erhalten wird.
4.
Tsa = Pp.Ac.Ln (19)
wenn ein Verdichtungsdruck Pp der Ölpumpe erfaßbar ist.
5.
Tsa = (Pc - |dθH/dt|.Cdt).Ac.Ln (20)
wobei Tsa in der vorstehenden Formel (19) unter Berücksich­ tigung der Lenkradwinkelgeschwindigkeit dθH/dt berechnet wird.
Die Einheit 14 zum Berechnen eines Selbstausrichtungs­ drehmoments vergleicht den zugeführten Vorderrad- Rutschwinkel αf mit einem durch Experimente oder auf andere Weise im voraus bestimmten Schwellenwert θc. Wenn festge­ stellt wird, daß der Vorderrad-Rutschwinkel αf kleiner als θc und der Fehler groß ist, unterbricht die Einheit 14 zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmoments die Berechnung des Selbstausrichtungsdrehmoments Tsa. Das Selbstausrich­ tungsdrehmoment Tsa kann immer innerhalb eines präzisen Be­ reichs berechnet werden, und ein Straßenreibungskoeffizient µ kann präzise bestimmt werden.
Die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 erhaltene Fahrzeuggeschwindigkeit V, der von der Einheit 12 zum Be­ rechnen eines Vorderrad-Rutschwinkels erhaltene, durch den Observer bestimmte Vorderrad-Rutschwinkel αf und das von der Einheit 14 zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmoments erhaltene Selbstausrichtungsdrehmoment werden der Einheit 15 zum Setzen eines Straßenreibungskoeffizienten zugeführt. Die Einheit 15 zum Setzen eines Straßenreibungskoeffizienten dient als Einrichtung zum Setzen eines Straßenreibungs­ koeffizienten µ basierend auf diesen zugeführten Werten, um den Wert aus zugeben.
Der Straßenreibungskoeffizient µ wird in der Einheit 15 zum Setzen eines Straßenreibungskoeffizienten grundsätzlich z. B. gemäß einem in Fig. 5 dargestellten Kennliniendiagramm für den einem Vorderrad-Rutschwinkel und einem Selbstaus­ richtungsdrehmoment zugeordneten Straßenreibungskoeffizien­ ten gesetzt, wobei der Vorderrad-Rutschwinkel αf und ein Selbstausrichtungsdrehmoment Tsa durch Experimente oder Be­ rechnungen im voraus bestimmt werden.
Das Kennliniendiagramm für den einem Vorderrad- Rutschwinkel und einem Selbstausrichtungsdrehmoment zugeord­ neten Straßenreibungskoeffizienten ist ein Diagramm, das die Kenngrößen für jeden Rutschwinkel αf jedes Vorderrades dar­ stellt. Die Kennlinien zeigen, daß in einem Fall, in dem der Vorderrad-Rutschwinkel αf konstant ist, gilt: je größer der Straßenreibungskoeffizient µ ist, desto größer ist das Selbstausrichtungsdrehmoment Tsa.
Die Einheit 15 zum Setzen eines Straßenreibungs­ koeffizienten ist daher so aufgebaut, daß der Straßenrei­ bungskoeffizienten µ nicht bestimmt wird, wenn die Fahrzeug­ geschwindigkeit V sehr niedrig ist (kleiner ist als ein vor­ gegebener Schwellenwert Vc), weil ein großes Drehmoment für die Lenkung erforderlich ist (wenn z. B. ein auf der Straße stillstehendes Rad gelenkt wird), so daß eine präzise Be­ stimmung schwierig sein kann.
Nachstehend wird das Ablaufdiagramm einer in der Vor­ richtung 1 zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten ausgeführten Verarbeitung zum Bestimmen eines Straßenrei­ bungskoeffizienten unter Bezug auf Fig. 6 erläutert. Dieses Programm wird zu jeweils vorgegebenen Zeitpunkten ausge­ führt. Bei einem Schritt (nachstehend durch "S" bezeichnet) 101 werden die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3 erhalte­ ne Fahrzeuggeschwindigkeit V, der vom Lenkradwinkelsensor 2 erhaltene Lenkradwinkel θH, die vom Giergeschwindigkeitssen­ sor 5 erhaltene Giergeschwindigkeit dw/dt und die vom Quer­ beschleunigungssensor 4 erhaltene Querbeschleunigung d2y/dt2 gelesen, und dann wird in Schritt S102 festgestellt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V größer ist als der vorgegebene Schwellenwert Vc bzw. diesem gleicht oder nicht.
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V in Schritt S102 kleiner ist als der Schwellenwert Vc, wird der Straßenrei­ bungskoeffizient µ nicht gesetzt, und das Programm wird be­ endet, weil ein Einfluß des Lenkdrehmoments zunimmt (wenn z. B. ein auf der Straße stillstehendes Rad gelenkt wird), so daß die präzise Bestimmung schwierig sein kann. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V dagegen größer ist als der Schwel­ lenwert Vc oder diesem gleicht, schreitet das Programm zu Schritt S103 fort.
In Schritt S103 bestimmt die Einheit 11 zum Berechnen eines Fahrzeugkörper-Rutschwinkels den Fahrzeugkörper- Rutschwinkel β durch den Observer. In Schritt S104 berechnet die Einheit 12 zum Berechnen eines Vorderrad-Rutschwinkels den Vorderrad-Rutschwinkel αf unter Verwendung von Formel (7) basierend auf dem in Schritt S103 bestimmten Fahrzeug­ körper-Rutschwinkel β.
Dann wird in Schritt S105 festgestellt, ob der in Schritt 104 berechnete Vorderrad-Rutschwinkel αf größer ist als der vorgegebene Schwellenwert θc bzw. diesem gleicht oder nicht. Wenn der Vorderrad-Rutschwinkel αf größer ist als der Schwellenwert θc bzw. diesem gleicht, schreitet das Programm zu Schritt S106 fort. Wenn der Vorderrad- Rutschwinkel αf kleiner ist als der Schwellenwert θc, wird entschieden, daß der Fehler des Rutschwinkels αf groß ist, und der Straßenreibungskoeffizient µ wird nicht gesetzt, und das Programm wird beendet.
Nachdem das Programm von Schritt S105 zu Schritt S106 fortgeschritten ist, berechnet die Recheneinheit 13 in Schritt S106 die Lenkradwinkelgeschwindigkeit dθH/dt.
Das Programm schreitet zu Schritt S107 fort, wo die Hy­ draulikkammerdrücke PcL und Pcr auf der linken bzw. auf der rechten Seite von den Öldrucksensoren 6 und 7 auf der linken bzw. auf der rechten Seite dem Servozylinder zugeführt wer­ den.
Das Programm schreitet daraufhin zu Schritt S108 fort, wo die Einheit 14 zum Berechnen eines Selbstausrichtungs­ drehmoments das Selbstausrichtungsdrehmoment Tsa berechnet.
Dann schreitet das Programm zu Schritt S109 fort, wo die Einheit 15 zum Setzen des Straßenreibungskoeffizienten den Straßenreibungskoeffizienten µ basierend auf dem Vorder­ rad-Rutschwinkel αfund dem Selbstausrichtungsdrehmoment Tsa unter Bezug auf das Kennliniendiagramm für den dem Vorder­ rad-Rutschwinkel und dem Selbstausrichtungsdrehmoment zuge­ ordneten Straßenreibungskoeffizienten setzt.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann, weil die Vor­ richtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten den Vorderrad-Rutschwinkel αf erfaßt, um den Straßenrei­ bungskoeffizienten µ zu setzen, der Straßenreibungskoeffizi­ enten µ innerhalb eines weiten Fahrbereichs bestimmt werden.
Außerdem kann, weil der Vorderrad-Rutschwinkel αf unter Verwendung des Observers erfaßt wird, der Straßenreibungs­ koeffizient µ präzise bestimmt werden, während das Rauschen von Sensoren oder systematische oder kumulative Fehler redu­ ziert werden.
Außerdem ist, weil die Berechnung des Selbstausrich­ tungsdrehmoments Tsa auf verschiedene Weisen ausgeführt wer­ den kann, das Selbstausrichtungsdrehmoment auf geeignete Weise bestimmbar.
Weil der Straßenreibungskoeffizient µ nicht gesetzt wird, wenn der Fehler bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwin­ digkeit V oder einem kleinen Vorderrad-Rutschwinkel αf groß wird, kann die Ausgabe eines mit einem großen Fehler behaf­ teten Straßenreibungskoeffizienten sicher verhindert werden.
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung beschrieben. Als ein Beispiel wird eine auf einem Fahrzeug mit einer bekannten elektrischen Servo­ lenkvorrichtung angeordnete Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten erläutert. Die elektrische Ser­ volenkvorrichtung unterstützt die Lenkkraft des Fahrers durch einen Elektromotor basierend auf Parametern des Drehmoments, das erzeugt wird, wenn der Fahrer das Lenkrad dreht (Torsionsfederdrehmoment), dem elektrischen Stromwert des Elektromotors, der Fahrzeuggeschwindigkeit und ähnlichen Parametern.
Die Struktur und die Verarbeitung bezüglich der Berech­ nung des Selbstausrichtungsdrehmoments unterscheiden sich teilweise von denjenigen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Die Teile, die denjenigen der ersten Aus­ führungsform gleichen, sind durch die gleichen Symbole be­ zeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
In Fig. 7 bezeichnet Bezugszeichen 20 die Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten. Der Lenk­ radwinkelsensor 2, der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3, der Querbeschleunigungssensor 4 und der Giergeschwindigkeitssen­ sor 5 sind mit einer Steuereinheit 30 der Vorrichtung 20 zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten verbunden. Ein Lenkradwinkel θH, eine Fahrzeuggeschwindigkeit V, eine Quer­ beschleunigung d2y/dt2 bzw. eine Giergeschwindigkeit (Gier­ winkelgeschwindigkeit) dψ/dt vom Lenkradwinkelsensor 2, vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 3, vom Querbeschleunigungs­ sensor 4 bzw. vom Giergeschwindigkeitssensor 5 werden der Steuereinheit 30 zugeführt.
Ein Torsionsfederdrehmoment Tt von einem als Torsions­ federdrehmomenterfassungseinrichtung dienenden Torsionsfe­ derdrehmomentsensor 21 und ein Motorstromwert Ia von einem als Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Antriebs­ stroms eines Elektromotors in einer elektrischen Servolenk­ vorrichtung (nicht dargestellt) dienenden Motorstromdetektor 22 werden der Steuereinheit 30 der Vorrichtung 20 zum Be­ stimmen eines Straßenreibungskoeffizienten zugeführt.
Die Steuereinheit 30 der Vorrichtung 20 zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten weist den Mikrocomputer und seine Peripherieschaltungen auf, d. h. sie weist im we­ sentlichen die Einheit 11 zum Berechnen eines Fahrzeugkör­ per-Rutschwinkels, die Einheit 12 zum Berechnen eines Vor­ derrad-Rutschwinkels, die Recheneinheit 13, eine Einheit 31 zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmoments und die Einheit 15 zum Setzen eines Straßenreibungskoeffizienten auf.
Das vom Drehmomentsensor 21 erhaltene Torsionsfeder­ drehmoment Tt und der vom Stromdetektor 22 erhaltene elek­ trische Stromwert Ia werden der Einheit 31 zum Berechnen ei­ nes Selbstausrichtungsdrehmoments zugeführt. Die Einheit 31 zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmoments berechnet ein Selbstausrichtungsdrehmoment Tsa basierend auf den zuge­ führten Werten und gibt den Wert an die Einheit 15 zum Set­ zen eines Straßenreibungskoeffizienten aus. D. h., die Ein­ heit 31 zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmoments dient als Einrichtung zum Erfassen eines Selbstausrichtungs­ drehmoments.
Eine von der Einheit 13 zum Berechnen einer Lenkradwin­ kelgeschwindigkeit erhaltene Lenkradwinkelgeschwindigkeit dθH/dt und ein von der Einheit 12 zum Berechnen eines Vor­ derrad-Rutschwinkels erhaltener Vorderrad-Rutschwinkel αf werden der Einheit 31 zum Berechnen eines Selbstausrich­ tungsdrehmoments zugeführt.
Das Selbstausrichtungsdrehmoment Tsa wird in der Ein­ heit 31 zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmoments z. B. durch die folgende Formel (21) oder (22) berechnet:
Tsa = |Tt.Ct + Ia.Ca|.Ln (21)
wobei Ct der Koeffizient (effektive Durchmesser eines Rit­ zels) ist, durch den ein Torsionsfederdrehmoment Tt in einen Zahnstangenvorschub umgewandelt wird, und Ca der Koeffizient ist, durch den der elektrische Stromwert Ia des Elektromo­ tors in den Zahnstangenvorschub umgewandelt wird.
Wenn Tsa durch Formel (21) unter Berücksichtigung der Lenkradwinkelgeschwindigkeit dθH/dt berechnet wird, ergibt sich folgende Formel:
Tsa = |Tt.Ct + Ia.Ca - Ip.(dθH/dt)|.Ln (22)
wobei Ip eine Trägheit des Elektromotors bezeichnet.
In der zweiten Ausführungsform wird der elektrische Stromwert Ia des Elektromotors verwendet, es kann jedoch hierbei auch ein Drehmoment des Elektromotors verwendet wer­ den.
Die Einheit 31 zum Berechnen eines Selbstausrichtungs­ drehmoments vergleicht den Vorderrad-Rutschwinkel αf mit ei­ nem Schwellenwert θc, der durch Experimente oder auf ähnli­ che Weise im voraus bestimmt wird. Wenn festgestellt wird, daß der Vorderrad-Rutschwinkel αf kleiner als θc und der Fehler groß ist, unterbricht die Einheit 31 zum Berechnen des Selbstausrichtungsdrehmoments die Berechnung des Selbst­ ausrichtungsdrehmoments Tsa. Auf diese Weise kann das Selbstausrichtungsdrehmoment Tsa immer in einem präzisen Be­ reich berechnet werden, so daß der Straßenreibungskoeffizi­ ent µ präzise bestimmbar ist.
Nachstehend wird der Ablauf einer in der Vorrichtung 20 zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten ausgeführ­ ten Verarbeitung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffi­ zienten anhand des Ablaufdiagramms von Fig. 8 erläutert. Diese Verarbeitung wird zu vorgegebenen Zeitpunkten ausge­ führt. In Schritten S101 bis S106 wird das Programm auf ähn­ liche Weise ausgeführt wie in der ersten Ausführungsform. Nachdem die Einheit 13 zum Berechnen einer Lenkradwinkelge­ schwindigkeit die Lenkradwinkelgeschwindigkeit dθH/dt in S106 berechnet hat, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S201 fort.
In Schritt S201 wird das Torsionsfederdrehmoment Tt durch den Torsionsfederdrehmomentsensor 21 erfaßt. Daraufhin schreitet das Programm zu Schritt S202 fort, und der elek­ trische Stromwert Ia des Motors wird durch den Motorstromde­ tektor 22 erfaßt.
Dann schreitet das Programm zu Schritt S203 fort, wo die Einheit 31 zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmo­ ments das Selbstausrichtungsdrehmoment Tsa berechnet.
Das Programm schreitet zu Schritt S204 fort, wo die Einheit 15 zum Setzen des Straßenreibungskoeffizienten den Straßenreibungskoeffizienten µ basierend auf dem Vorderrad- Rutschwinkel αf und dem Selbstausrichtungsdrehmoment Tsa un­ ter Bezug auf ein Kennliniendiagramm für den einem Vorder­ rad-Rutschwinkel und einem Selbstausrichtungsdrehmoment zu­ geordneten Straßenreibungskoeffizienten berechnet.
Gemäß der zweiten Ausführungsform kann der Straßenrei­ bungskoeffizient in weiten Fahrbereichen präzise bestimmt werden, während Rauschen der Sensoren im Fahrzeug, das mit der elektrischen Servolenkvorrichtung ausgestattet ist, auf die gleiche Weise vermindert wird wie in der ersten Ausfüh­ rungsform.
Gemäß der vorstehend beschriebenen vorliegenden Erfin­ dung kann, weil der Straßenreibungskoeffizient basierend auf einer Beziehung zwischen dem auf das gelenkte Rad wirkenden Selbstausrichtungsdrehmoment und dem Rutschwinkel des ge­ lenkten Rades, die durch Zuführen erfaßter Werte des Fahr­ zeugbewegungszustands zum Observer erhalten werden, der ba­ sierend auf einem Bewegungsmodell für das Fahrzeug gebildet wird, der Straßenreibungskoeffizient in weiten Fahrbereichen mit geringem Sensorrauschen präzise bestimmt werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffi­ zienten mit:
einer Selbstausrichtungsdrehmomenterfassungsein­ richtung zum Erfassen eines Selbstausrichtungsdrehmo­ ments eines gelenkten Rades;
einer Einrichtung zum Erfassen eines Rutschwinkels eines gelenkten Rades durch Zuführen eines erfaßten Wertes eines Fahrzeugbewegungsparameters zu einem Ob­ server, der basierend auf einem Bewegungsmodell für ein Fahrzeug gebildet wird; und
einer Einrichtung zum Setzen eines Straßenrei­ bungskoeffizienten basierend auf einer Beziehung zwi­ schen dem Selbstausrichtungsdrehmoment und dem Rutsch­ winkel des gelenkten Rades
2. Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffi­ zienten mit:
einer hydraulischen Servolenkvorrichtung zum Un­ terstützen einer Lenkkraft durch einen Öldruck, der ei­ nem Paar Hydraulikkammern eines Servozylinders zuge­ führt wird;
einer Öldruckerfassungseinrichtung zum Erfassen der jeweiligen Öldrücke der Hydraulikkammern des Hy­ draulikkammerpaars;
einer Selbstausrichtungsdrehmomenterfassungsein­ richtung zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmo­ ments basierend auf einem höheren der Öldrücke der Hy­ draulikkammern des Hydraulikkammerpaars;
einer Einrichtung zum Erfassen eines Rutschwinkels eines gelenkten Rades durch Zuführen eines erfaßten Wertes eines Fahrzeugbewegungsparameters zu einem Ob­ server, der basierend auf einem Bewegungsmodell für ein Fahrzeug gebildet wird; und
einer Einrichtung zum Setzen eines Straßenrei­ bungskoeffizienten basierend auf der Beziehung zwischen dem Selbstausrichtungsdrehmoment und dem Rutschwinkel des gelenkten Rades.
3. Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffi­ zienten mit:
einer hydraulischen Servolenkvorrichtung zum Un­ terstützen einer Lenkkraft durch einen Öldruck, der ei­ nem Paar Hydraulikkammern eines Servozylinders zuge- führt wird;
einer Öldruckerfassungseinrichtung zum Erfassen der jeweiligen Öldrücke der Hydraulikkammern des Hy­ draulikkammerpaars;
einer Selbstausrichtungsdrehmomenterfassungsein­ richtung zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmo­ ments basierend auf einer Differenz zwischen den Öl­ drücken der Hydraulikkammern des Hydraulikkammerpaars;
einer Einrichtung zum Erfassen eines Rutschwinkels eines gelenkten Rades durch Zuführen eines erfaßten Wertes eines Fahrzeugbewegungsparameters zu einem Ob­ server, der basierend auf einem Bewegungsmodell für ein Fahrzeug gebildet wird; und
einer Einrichtung zum Setzen eines Straßenrei­ bungskoeffizienten basierend auf der Beziehung zwischen dem Selbstausrichtungsdrehmoment und dem Rutschwinkel des gelenkten Rades.
4. Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffi­ zienten mit:
einer elektrischen Servolenkvorrichtung zum Unter­ stützen einer Lenkkraft durch einen Elektromotor;
einer Torsionsfederdrehmomenterfassungseinrichtung zum Erfassen eines Torsionsfederdrehmoments;
einer Motorstromerfassungseinrichtung zum Erfassen des Antriebsstroms des Elektromotors;
einer Selbstausrichtungsdrehmomenterfassungsein­ richtung zum Berechnen eines Selbstausrichtungsdrehmo­ ments basierend auf dem Torsionsfederdrehmoment und dem Motorstrom;
einer Einrichtung zum Erfassen eines Rutschwinkels eines gelenkten Rades durch Zuführen eines erfaßten Wertes eines Fahrzeugbewegungsparameters zu einem Ob­ server, der basierend auf einem Bewegungsmodell für ein Fahrzeug gebildet wird; und
einer Einrichtung zum Setzen eines Straßenrei­ bungskoeffizienten basierend auf der Beziehung zwischen dem Selbstausrichtungsdrehmoment und dem Rutschwinkel des gelenkten Rades.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit:
einer Lenkgeschwindigkeitserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Lenkgeschwindigkeit, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Selbstausrichtungsdrehmomenterfas­ sungseinrichtung das Selbstausrichtungsdrehmoment gemäß der Lenkgeschwindigkeit korrigiert.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Setzen eines Straßenreibungskoeffizienten den Straßenreibungskoeffi­ zienten basierend auf einer vorgegebenen Fahrzeugge­ schwindigkeitsbedingung nicht setzt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Setzen eines Straßenreibungskoeffizienten den Straßenreibungskoeffi­ zienten basierend auf dem vorgegebenen Rutschwinkel des gelenkten Rades nicht setzt.
8. Fahrzeug mit einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizienten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Vor­ richtung zum Bestimmen eines Straßenreibungskoeffizien­ ten bestimmte Straßenreibungskoeffizient für einen Steuerparameter des Fahrzeugs verwendet wird.
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