Die
vorliegende Erfindung dient dazu, das oben gestellte Problem zu
lösen.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Abschätzen
des Reibungszustandes einer Oberfläche einer Fahrbahn zur Verfügung zu
stellen, das einen Reibungszustand einer Oberfläche einer Fahrbahn präzise abschätzen kann,
ohne durch Störungen
der Oberfläche
der Fahrbahn beeinflußt
zu werden, selbst wenn rasch gelenkt wird.
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 10 gelöst.
Eine
Vorrichtung zum Abschätzen
des Reibungszustandes der Oberfläche
einer Fahrbahn gemäß einer
ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung umfaßt
einen Bereich zum Abschätzen
eines selbst ausrichtenden Moments, der ein selbst ausrichtendes
Moment abschätzt;
einen Bereich zum Abschätzen
eines Schlupfwinkels, der einen Schlupfwinkel abschätzt, einen
Hochpaßfilter,
der eine Hochpaßfilterung
des Schlupfwinkels durchführt,
der durch den Bereich zur Abschätzung
des Schlupfwinkels abgeschätzt
wird; einen Bereich zur Berechnung einer Querkraft, der eine Querkraft
berechnet; einen Bereich zur Umwandlung in einen Schlupfwinkel,
der die Querkraft, die durch den Bereich zur Berechnung der Querkraft
berechnet wird, in einen Schlupfwinkel umwandelt; einen Tiefpaßfilter,
der eine Tiefpaßfilterung
des Schlupfwinkels durchführt, der
durch die Umwandlung durch den Bereich zur Umwandlung in einen Schlupfwinkel
erhalten wird, einen Summierbereich, der den Schlupfwinkel, auf
dem die Hochpaßfilterung
durch den Hochpaßfilter
durchgeführt wurde,
und den Schlupfwinkel, auf dem die Tiefpaßfilterung durch den Tiefpaßfilter
durchgeführt
wurde, aufsummiert; und einen Bereich zur Abschätzung des Reibungszustandes
einer Oberfläche
einer Fahrbahn, der einen Reibungszustand einer Oberfläche einer
Fahrbahn basierend auf dem Schlupfwinkel, der durch das Aufsummieren
durch den Bereich zum Aufsummieren erhalten wird, und das selbst
ausrichtende Moment, das durch den Bereich zur Abschätzung eines
selbst ausrichtenden Moments abgeschätzt wird, abschätzt.
Der
Bereich zur Abschätzung
des selbst ausrichtenden Moments schätzt das selbst ausrichtende
Moment ab, das in einem Reifen erzeugt wird. Die Vorrichtung ist
nicht auf ein spezifisches Verfahren zum Abschätzen des selbst ausrichtenden
Moments beschränkt.
Der Bereich zur Abschätzung
des Schlupfwinkels schätzt
den Schlupfwinkel des Reifens ab.
Der
Hochpaßfilter
führt eine
Hochpaßfilterung
auf dem Schlupfwinkel durch, der durch den Bereich zur Abschätzung des
Schlupfwinkels abgeschätzt
wird, wodurch ein Drift- bzw. Abweichungsfehler entfernt wird, der
in dem Schlupfwinkel enthalten ist, welcher durch den Bereich zur
Abschätzung
des Schlupfwinkels abgeschätzt
wird. Darüber
hinaus extrahiert er eine hochfrequente Komponente des Schlupfwinkels,
die keine Phasenverzögerung
bezüglich
des sich selbst ausrichtenden Momentes aufweist.
Der
Bereich zur Berechnung der Querkraft berechnet die in dem Reifen
erzeugte Querkraft. Da eine im wesentlichen lineare Relation zwischen
der Querkraft und dem Schlupfwinkel besteht, wandelt der Bereich zur
Umwandlung in den Schlupfwinkel die Querkraft in den Schlupfwinkel
basierend auf dieser Relation um. Der Tiefpaßfilter führt eine Tiefpaßfilterung
auf dem Schlupfwinkel durch, der durch die Umwandlung durch den Bereich
zur Umwandlung in den Schlupfwinkel erhalten wird, wodurch er eine
Variationskomponente wie etwa ein Störungsrauschen entfernt, das
in dem Hochfrequenzbereich enthalten ist, und eine präzise niederfrequente
Komponente extrahiert, während
das Fahrzeug sich auf einer Fahrbahnböschung bzw. einer Erhöhung der Fahrbahnoberfläche bewegt.
Der
Bereich zum Aufsummieren summiert den Schlupfwinkel, auf dem die
Hochpaßfilterung
durchgeführt
worden ist, und den Schlupfwinkel, auf dem die Tiefpaßfilterung
durchgeführt
worden ist, auf, wodurch sich der Schlupfwinkel ergibt, der weder
ein Störungsrauschen,
einen Driftfehler noch eine Phasenverzögerung bezüglich des selbst ausrichtenden
Momentes aufweist.
Der
Bereich zur Abschätzung
des Reibungszustandes einer Oberfläche einer Fahrbahn schätzt einen Reibungszustand
einer Oberfläche
einer Fahrbahn, d.h. einen Reibungszustand zwischen dem Reifen und
der Oberfläche
der Fahrbahn, basierend auf dem Schlupfwinkel, der sich durch die
Aufsummierung durch den Bereich zur Aufsummierung ergibt, und des
selbst ausrichtenden Moment ab, das durch den Bereich zur Abschätzung des
sich selbst ausrichtenden Momentes abgeschätzt wird.
Daher
ist es gemäß der ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung möglich,
präzise
einen Reibungszustand einer Oberfläche einer Fahrbahn abzuschätzen, ohne
durch ein Störungsrauschen
oder einen Driftfehler beeinflußt
zu werden, selbst während
das Fahrzeug sich auf einer geraden horizontalen Fahrbahn oder einer
Fahrbahnböschung
bzw. einer Erhöhung
in der Fahrbahnoberfläche
bewegt.
Darüber hinaus
können
bei der Vorrichtung zur Abschätzung
des Reibungszustandes der Oberfläche einer
Fahrbahn gemäß der ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung der Hochpaßfilter und der Tiefpaßfilter
dieselbe Eckfrequenz aufweisen. Darüber hinaus ist die Summe einer Übertragungsfunktion
des Hochpaßfilters
und einer Übertragungsfunktion
des Tiefpaßfilters
bevorzugt gleich 1. Somit wird, wenn dasselbe Signal in den Hochpaßfilter
und den Tiefpaßfilter
eingespeist wird und die Ausgaben der beiden Filter aufsummiert
werden, das Originalsignal wieder hergestellt. Daher ist es bei
dieser Ausführung
möglich,
einen Schlupfwinkel zu erhalten, der kein Störungsrauschen oder einen Driftfehler
aufweist. Somit ist es möglich,
einen Reibungszustand einer Oberfläche einer Fahrbahn präzise abzuschätzen, indem
der Schlupfwinkel verwendet wird. Darüber hinaus können der
wert der Eckfrequenz des Hochpaßfilters
und des Tiefpaßfilters
entsprechend eines Bewegungszustandes des Fahrzeugs festgesetzt
werden. Der Bewegungszustand des Fahrzeugs umfaßt eine Fahrzeuggeschwindigkeit,
einen Drehzustand oder dergleichen.
Beispielsweise
müssen,
wenn ein Fahrzeug von einer geraden horizontalen Fahrbahn auf eine
Fahrbahnböschung
bzw. eine Erhöhung
der Fahrbahn auffährt,
die Eckfrequenz des Hochpaßfilters
und des Tiefpaßfilters
größer oder
gleich einer Geschwindigkeit der Änderung der Schräge der Oberfläche der
Fahrbahn sein, d.h., einer Geschwindigkeit, mit der sich eine Steigung
der Oberfläche
der Fahrbahn ändert.
Die Geschwindigkeit der Änderung
der Steigung der Oberfläche
der Fahrbahn ist proportional zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Daher ist es, wenn die Eckfrequenz so festgelegt wird, daß sie im
Verhältnis
zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs höher ist, möglich, präzise einen Reibungszustand
einer Oberfläche
einer Fahrbahn abzuschätzen,
selbst wenn das Fahrzeug auf eine Fahrbahnböschung bzw. eine Erhöhung der
Fahrbahn fährt.
Beispielsweise
können,
wenn eine Drehung ("spin") auftritt, die Eckfrequenz
des Hochpaßfilters
und des Tiefpaßfilters
so festgelegt werden, daß sie
höher sind,
wenn eine Abweichung zwischen dem Schlupfwinkel, der durch den Bereich
zur Abschätzung
des Schlupfwinkels abgeschätzt
wird, und dem Schlupfwinkel, der durch die Umwandlung durch den
Bereich zur Umwandlung in den Schlupfwinkel erhalten wird, größer ist.
Die
Abweichung ist groß,
wenn das Fahrzeug auf einer Fahrbahnböschung fährt, oder wenn die Relation
zwischen der Querkraft und dem Schlupfwinkel nicht linear ist. In
einem solchen Fall verschlechtert sich die Präzision des Schlupfwinkels,
der durch den Bereich zur Abschätzung
des Schlupfwinkels abgeschätzt wird.
Daher ist es bevorzugt, den Schlupfwinkel zu verwenden, in den die
Querkraft umgewandelt wird. Somit ist es, wenn die Eckfrequenz auf
die oben beschriebene weise festgelegt wird, möglich, präzise einen Reibungszustand
einer Oberfläche
einer Fahrbahn abzuschätzen,
selbst falls das Fahrzeug plötzlich
eine Fahrbahnböschung
befährt
oder plötzlich
eine Drehung ("spin") auftritt.
Daher
ist es durch das Festlegen der Eckfrequenz gemäß eines Bewegungszustands des
Fahrzeugs möglich,
einen Reibungszustand einer Oberfläche einer Fahrbahn präzise abzuschätzen, selbst
falls das Fahrzeug von einer geraden horizontalen Fahrbahn aus eine
Fahrbahnböschung
befährt
oder plötzlich
eine Drehung bzw. ein Schleudern auftritt.
Darüber hinaus
kann bei der Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes
einer Oberfläche einer
Fahrbahn gemäß der ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung der Bereich zur Abschätzung des Reibungszustandes
der Oberfläche
der Fahrbahn einen Referenzwert für das selbst ausrichtende Moment
basierend auf dem Schlupfwinkel, der sich durch die Summation durch
den Bereich zur Aufsummierung ergibt; berechnen und einen Grip-
bzw. Griffigkeitsgrad basierend auf einem Verhältnis zwischen dem Referenzwert für das selbst
ausrichtende Moment und dem selbst ausrichtenden Moment, wie es
durch den Bereich zur Abschätzung
des selbst ausrichtenden Moments abgeschätzt wird, abschätzen.
Somit
wird gemäß dieser
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung der Referenzwert für das selbst ausrichtende Moment
basierend auf dem Schlupfwinkel berechnet, der nicht durch Störungen auf
der Oberfläche
der Fahrbahn beeinflußt
wird, und der keinen Driftfehler aufweist, und der Grip-Grad wird
basierend auf dem Verhältnis
zwischen dem Referenzwert für
das selbst ausrichtende Moment und dem sich selbst ausrichtenden
Moment abgeschätzt.
Damit ist es möglich,
präzise
den Grip-Grad abzuschätzen,
der äquivalent
zu einem Überschreiten
einer Reibkraft in Quer- bzw. lateraler Richtung ist.
Darüber hinaus
kann der Bereich zur Abschätzung
des Reibungszustandes einer Oberfläche einer Fahrbahn einen Reibungskoeffizienten
der Oberfläche
der Fahrbahn basierend auf dem Grip-Grad und der Querbeschleunigung
abschätzen.
Indem
der abgeschätzte
Grip-Grad verwendet wird, wenn der Reibungskoeffizient der Oberfläche der Fahrbahn
abgeschätzt
wird, ist es möglich,
präzise
den Reibungskoeffizenten der Oberfläche der Fahrbahn abzuschätzen. Der
Reibungskoeffizient der Oberfläche
der Fahrbahn kann abgeschätzt
werden, wenn der Grip-Grad kleiner oder gleich einem vorbestimmten
Referenzwert ist.
Ein
Verfahren zur Abschätzung
eines Reibungszustandes einer Oberfläche einer Fahrbahn gemäß einer
weiteren Ausführung
der vorliegenden Erfindung umfaßt
die Schritte, ein selbst ausrichtendes Moment abzuschätzen; einen
Schlupfwinkel abzuschätzen;
eine Hochpaßfilterung
auf dem abgeschätzten
Schlupfwinkel durchzuführen,
eine Querkraft zu berechnen, die auf einen Reifen ausgeübt wird;
ein Umwandeln der berechneten Querkraft in einen Schlupfwinkel;
ein Durchführen
einer Tiefpaßfilterung
auf dem Schlupfwinkel, der durch die Umwandlung erhalten wird; ein
Aufsummieren des Schlupfwinkels, auf dem die Hochpaßfilterung durchgeführt worden
ist, und des Schlupfwinkels, auf dem die Tiefpaßfilterung durchgeführt worden
ist; und das Abschätzen
eines Reibungszustandes einer Oberfläche einer Fahrbahn basierend
auf dem Schlupfwinkel, der durch die Aufsummierung erhalten wird,
und dem abgeschätzten
selbst ausrichtenden Moment.
Gemäß dieser
Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Schlupfwinkel zu
erhalten, der kein Störungsrauschen
oder Driftfehler aufweist. Somit ist es durch die Verwendung des
Schlupfwinkels möglich,
präzise
einen Reibungszustand einer Oberfläche einer Fahrbahn abzuschätzen.
Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen
und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt:
1 ein
Blockdiagramm, das den Aufbau einer Vorrichtung zur Abschätzung eines
Reibungszustandes einer Oberfläche
einer Fahrbahn gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein
Blockdiagramm, das einen funktionellen Aufbau einer elektronischen
Kontrolleinheit ("electronic
control unit" ECU)
zeigt;
3 einen
Graph, der einen geschätzten
SAT-Wert in Abhängigkeit
einer Summe aus Steuermoment und Assistenzmoment zeigt;
4 einen
Graph, der den abgeschätzten
SAT-Wert in Abhängigkeit
von der Summe des Steuermoments und des Assistenzmoments zeigt,
um ein Verfahren zum Entfernen einer Hysteresecharakteristik zu
beschreiben;
5A einen
Graph, der eine zeitabhängige Änderung
in der Summe aus dem Steuermoment und dem Assistenzmoment während eines
Fahrens auf einer Fahrbahn mit einem hohen μ-Wert zeigt;
5B einen
Graph, der eine zeitabhängige Änderung
im geschätzten
SAT-Wert während
des Fahrens auf einer Fahrbahn mit einem hohen μ-Wert zeigt;
6A einen
Graph, der eine Relation der Summe aus dem Steuermoment und dem
Assistenzmoment in Abhängigkeit
von einem Schlupfwinkel zeigt, während
auf einer Fahrbahn mit einem hohen μ-Wert und während auf einer Fahrbahn mit
einem niedrigen μ-Wert
gefahren wird;
6B einen
Graph, der eine Relation des abgeschätzten SAT-Wertes in Abhängigkeit
von dem Schlupfwinkel zeigt, während
auf der Fahrbahn mit einem hohen μ-Wert gefahren wird
und während
auf der Fahrbahn mit einem niedrigen μ-Wert gefahren wird;
7 einen
Graph, der zeitabhängige
Wellenformen eines abgeschätzten
Schlupfwinkelwertes αE, eines umgewandelten Schlupfwinkelwertes αT und
eines integrierten Schlupfwinkels αI zeigt,
wenn das Fahrzeug auf eine Fahrbahnböschung fährt;
8 einen
Graphen, der den abgeschätzten
SAT-Wert in Abhängigkeit
von dem Schlupfwinkel zeigt, während
auf einer trockenen Asphaltfahrbahnböschung gefahren wird;
9A einen
Graphen, der einen Grip-Grad zeigt, während auf einer trockenen Asphaltfahrbahnböschung gefahren
wird;
9B einen
Graphen, der eine zeitabhängige
Wellenform des Steuer- bzw. Lenkwinkels zeigt;
10A einen Graphen, der den Grip-Grad zeigt, während mit
einer Geschwindigkeit von 40 km/h auf einer eisigen Fahrbahn gefahren
wird;
10B einen Graphen, der einen Wert μest (einen
abgeschätzten
("estimated") μ-Wert) für eine Oberfläche einer
Fahrbahn zeigt;
10C einen Graphen, der eine zeitabhängige Wellenform
des Lenkwinkels zeigt;
11A einen Graphen, der den Grip-Grad zeigt, während auf
einer Fahrbahn aus gepreßtem Schnee
mit einer Geschwindigkeit von 40 km/h gefahren wird;
11B einen Graphen, der den μest-Wert
(den abgeschätzten μ-Wert) der
Oberfläche
der Fahrbahn zeigt;
11C einen Graphen, der eine zeitabhängige Wellenform
des Lenkwinkels zeigt;
12A einen Graphen, der einen Grip-Grad zeigt,
während
mit einer Geschwindigkeit von 40 km/h auf einer Asphaltfahrbahn
gefahren wird;
12B einen Graphen, der den μest-Wert
(den abgeschätzten μ-Wert) der
Oberfläche
der Fahrbahn zeigt; und
12C eine Graphen, der eine zeitabhängige Wellenform
des Steuer- bzw. Lenkwinkels zeigt.
1 ist
ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zur
Abschätzung
eines Reibungszustandes einer Oberfläche einer Fahrbahn gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Vorrichtung zur Abschätzung des
Reibungszustandes einer Oberfläche
einer Fahrbahn kann beispielsweise in einem Fahrzeug verwendet werden,
das mit einer elektrischen Lenkeinheit versehen ist. Die Vorrichtung zur
Abschätzung
des Reibungszustandes einer Oberfläche einer Fahrbahn kann auch
in einem Fahrzeug verwendet werden, das mit einer hydraulischen
Steuervorrichtung versehen ist, wie nachfolgend beschrieben.
Die
Vorrichtung zur Abschätzung
des Reibungszustandes einer Oberfläche einer Fahrbahn umfaßt einen
Sensor 11 für
das Steuermoment, der ein Steuermoment erfaßt, einen Stromsensor 12,
der einen Motorstrom erfaßt,
einen Steuerwinkelsensor 13, der einen Steuerwinkel erfaßt, einen
Sensor 14 für
die Fahrzeuggeschwindigkeit, der eine Fahrzeuggeschwindigkeit erfaßt, einen
Querbeschleunigungssensor 15, der eine Querbeschleunigung
erfaßt,
einen Gierratensensor 16, der eine Gierrate erfaßt, und
eine elektronische Kontrolleinheit (nachfolgend als "ECU" abgekürzt) 20,
die einen Reibungszustand der Oberfläche der Fahrbahn abschätzt, in
dem von den Sensoren ausgegebene Signale verwendet werden.
Der
Steuermomentensensor 11 ist koaxial mit einer Lenk- bzw.
Steuerwelle angeordnet. Der Steuermomentensensor 11 gibt
ein Sensorsignal entsprechend einem Steuermoment aus, das auf eine
Lenkwelle aufgebracht wird, und liefert das Sensorsignal an die
ECU 20. Der Stromsensor 20 gibt ein Sensorsignal
entsprechend dem Motorstrom eines elektrischen Motors aus, der in
der elektrischen Steuer- bzw. Lenkvorrichtung verwendet wird, und
liefert das Sensorsignal an die ECU 20.
Der
Steuerwinkelsensor 13 gibt ein Sensorsignal entsprechend
einem Steuerwinkel θP während
einer Lenkoperation durch den Fahrer aus, und liefert das Sensorsignal
an die ECU 20. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 gibt ein
Sensorsignal entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit (Geschwindigkeit
des Fahrzeugkörpers)
u aus und liefert das Sensorsignal an die ECU 20.
Der
Querbeschleunigungssensor 15 gibt ein Sensorsignal entsprechend
einer Beschleunigung in einer lateralen Richtung des Fahrzeugs (einer
Querbeschleunigung) aus und liefert das Sensorsignal an die ECU 20.
Der Gierratensensor 16 gibt ein Sensorsignal entsprechend
einer Gierrate aus, die eine Drehgeschwindigkeit um einen Massenmittelpunkt
des Fahrzeugs darstellt, und liefert das Sensorsignal an die ECU 20.
2 ist
ein Blockdiagramm, das den funktionellen Aufbau der ECU 20 zeigt.
Die
ECU 20 umfaßt
einen Bereich 21 zum Erfassen eines Steuermoments, der
ein Steuermoment erfaßt;
einen Bereich 22 zum Erfassen eines Assistenzmoments, der
ein Assistenzmoment erfaßt;
einen Bereich 23 zum Abschätzen eines SAT, der ein SAT
abschätzt;
einen Bereich 24 zum Abschätzen eines Schlupfwinkels,
der einen Schlupfwinkel abschätzt;
und einen Hochpaßfilter 25,
der eine Hochpaßfilterung
auf dem Schlupfwinkel durchführt.
Die
ECU 20 umfaßt
weiters einen Bereich 26 zum Berechnen einer Querkraft,
der eine Querkraft eines Vorderrades des Fahrzeugs berechnet; einen
Bereich 27 zum Umwandeln in einen Schlupfwinkel, der die Querkraft
des Vorderrades in einen Schlupfwinkel umwandelt; einen Tiefpaßfilter 28,
der eine Tiefpaßfilterung auf
dem Schlupfwinkel durchführt,
der durch die Umwandlung erhalten wird; eine Summiervorrichtung 29,
die zwei Schlupfwinkel aufsummiert, auf denen beiden die Filterung
durchgeführt
wurde; und einen Bereich 30 zum Abschätzen eines Grip-Grades, der einen
Grip-Grad abschätzt;
und einen Bereich 31 zum Abschätzen eines μ-Wertes der Oberfläche der
Fahrbahn, der einen Reibkoeffizienten μ der Fahrbahn der Oberfläche (nachfolgend
als "μ-Wert der
Oberfläche
der Fahrbahn" bezeichnet)
abschätzt.
Der
Bereich 21 zur Erfassung des Steuermoments erfaßt ein Steuermoment,
das während
der Lenkoperation durch den Fahrer aufgebracht wird, basierend auf
dem Sensorsignal von dem Steuermomentsensor 11, und liefert
das erfaßte
Steuermoment an den Bereich 23 zur Abschätzung des
SAT.
Der
Bereich 22 zur Erfassung des Assistenzmoments erfaßt das Assistenzmoment,
das durch die elektrische Steuervorrichtung aufgebracht wird, basierend
auf dem Motorstrom basierend auf dem Sensorsignal vom Stromsensor 12 und
einem voreingestellten Parameter (beispielsweise einer Steigung
eines Ritzels, einer Steigung einer Kugelgewindespindel bzw. einer
Spindelmutter oder einem Assistenzmotormomentkoeffizienten) und
liefert das Assistenzmoment an den Bereich 23 zur Abschätzung des
SAT. Der Bereich 22 zur Erfassung des Assistenzmoments
kann einen Stromkommandowert anstelle des Motorstromes verwenden, der
an einen Motor der elektrischen Steuer- bzw. Lenkvorrichtung ausgegeben
wird.
Der
Bereich 23 zur Abschätzung
des SAT berechnet eine Summe des Steuermoments, das durch den Bereich 21 zur
Erfassung des Steuermoments erfaßt wird, und dem Assistenzmoment,
das durch den Bereich 22 zur Erfassung des Assistenzmomentes
erfaßt
wird, wodurch das SAT abgeschätzt
wird, das zwischen der Oberfläche
der Fahrbahn und einem Reifen erzeugt wird, während die Reibung eines Steuer- bzw. Lenksystems
entfernt wird.
3 ist
ein Graph, der den geschätzten
SAT-Wert in Abhängigkeit
von der Summe aus dem Steuermoment und dem Assistenzmoment zeigt.
Eine Breite zwischen zwei geraden Linien zeigt eine Größe einer Hysteresecharakteristik
aufgrund der Reibung des Steuer- bzw. Lenksystems. Eine Steigung
jeder dieser geraden Linien ist gleich 1.
4 ist
ein Graph, der den geschätzten
SAT-Wert in Abhängigkeit
von der Summe aus dem Steuermoment und dem Assistenzmoment zeigt,
um ein Verfahren zur Entfernung der Hysteresecharakteristik zu beschreiben.
Wenn
die Summe aus dem Steuermoment und dem Assistenzmoment gleich 0
ist und der Schlupfwinkel ebenfalls gleich 0 ist, während sich
das Fahrzeug geradlining bewegt, tritt keine Hysterese auf und der
geschätzte
SAT-Wert ist gleich
0.
Wenn
eine Steuerung bzw. Lenkung durchgeführt wird und ein SAT erzeugt
wird, wird der abgeschätzte
SAT-Wert berechnet, indem eine Steigung K1 bezüglich der
Summe aus dem Steuermoment und dem Assistenzmoment verwendet wird.
Genauer gesagt, führt
der Bereich 23 zur Abschätzung des SAT eine Berechnung
entsprechend der folgenden Gleichung (1) unter Verwendung einer
diskreten Logik aus: TSAT(k + 1) = TSAT(k)
+ K1·(TDA(k + 1) – TDA(k)) (1)
In
der Gleichung bezeichnet TSAT den abgeschätzten SAT-Wert,
TDA die Summe aus dem Steuermoment und dem
Assistenzmoment. Die Steigung K1 ist so
festgelegt, daß sie
kleiner als 1 ist, um anzuzeigen, daß eine Variation in dem abgeschätzten SAT-Wert
klein ist, selbst wenn die Summe aus dem Steuermoment und dem Assistenzmoment
aufgrund der Coulombreibung oder dergleichen variiert.
Wenn
die Steuerung bzw. Lenkung durchgeführt wird, erreicht der abgeschätzte SAT-Wert,
der entsprechend Gleichung (1) erhalten wird, einen Punkt A in 4.
Darüber
hinaus wächst,
wenn die Summe aus dem Steuermoment und dem Assistenzmoment anwächst, der
abgeschätzte
SAT-Wert entsprechend einer geraden Linie, die eine untere Grenze
des Modells bezeichnet, d.h., der abgeschätzte SAT-Wert wächst entsprechend
einer Gleichung (2): TSAT(k + 1) = TSAT(k)
+ TDA(k + 1) – TDA(k) (2)
Wenn
weiterhin eine Steuerung bzw. Lenkung durchgeführt wird, erreicht der abgeschätzte SAT-Wert einen
Punkt B, an dem der Steuerwinkel aufhört, anzuwachsen, und dann verringert
sich die Summe aus dem Steuermoment und dem Assistenzmoment, der
abgeschätzte
SAT-Wert verringert sich entsprechend Gleichung (1) unter Verwendung
der Steigung K1. In diesem Bereich ist der
abgeschätzte
SAT-Wert so festgelegt, daß eine
Variation in dem abgeschätzten
SAT-Wert klein bezüglich
einer Variation in der Summe aus dem Steuermoment und dem Assistenzmoment
ist. Der abgeschätzte
SAT-Wert ist daher so festgelegt, daß er nicht durch die Coulombreibung
der Steuer- bzw. Lenkvorrichtung oder dergleichen beeinflußt wird,
selbst falls die Lenkkraft, die durch den Fahrer aufgebracht wird,
bis zu einem bestimmten Grade variiert, wenn der Steuerwinkel beibehalten
wird, während
das Fahrzeug eine Kurve fährt.
Wenn
der abgeschätzte
SAT-Wert sich vom Punkt B zu einem Punkt C verringert und dann die
Summe aus Steuermoment und Assistenzmoment ansteigt, wächst der
abgeschätzte
SAT-Wert gemäß Gleichung
(1) hin in Richtung auf Punkt B an. Darüber hinaus sinkt, wenn die
Summe aus dem Steuermoment und dem Assistenzmoment sich von dem
Punkt C aufgrund einer Verringerung im Steuerwinkel verringert und
der geschätzte
SAT-Wert einen oberen Grenzwert des Modells erreicht, der abgeschätzte SAT-Wert
entsprechend einer geraden Linie, die den oberen Grenzwert beschreibt,
d.h., der abgeschätzte
SAT-Wert sinkt entsprechend der Gleichung (2). Eine Festlegung von
zwei Arten von Steigungen auf diese Weise entfernt die Hysteresecharakteristik.
5A ist
ein Graph, der eine zeitabhängige
Wellenform der Summe aus Steuermoment und Assistenzmoment zeigt,
während
auf einer Fahrbahn gefahren wird, die einen hohen μ-Wert aufweist,
und 5B ist ein Graph, der eine zeitabhängige Wellenform
des abgeschätzten
SAT-Wertes zeigt, während
auf der Fahrbahn mit dem hohen μ-Wert
gefahren wird. Der abgeschätzte
SAT-Wert in 5B wird erhalten, indem die Hysteresecharakteristik
von der Summe aus dem Steuermoment und dem Assistenzmoment in 5A entsprechend
der Gleichungen (1) und (2) entfernt wird. Indem die Hysteresecharakteristik
entfernt wird, kann eine Variation in dem abgeschätzten SAT-Wert,
wenn der Steuerwinkel beibehalten wird, von der angenommen wird,
daß sie
durch den Einfluß von
Coulombreibung verursacht wird, nahezu komplett kompensiert werden.
6A ist
ein Graph, der eine Relation der Summe aus dem Steuermoment und
dem Assistenzmoment in Abhängigkeit
von einem Schlupfwinkel zeigt, während
auf einer Fahrbahn gefahren wird, die einen hohen μ-Wert aufweist,
und während
auf einer Fahrbahn gefahren wird, die einen niedrigen μ-Wert aufweist. 6B ist
ein Graph, der eine Relation des geschätzten SAT-Wertes in Abhängigkeit
von dem Schlupfwinkel zeigt, während
auf der Fahrbahn mit einem hohen μ-Wert
gefahren wird, und während
auf der Fahrbahn mit niedrigem μ-Wert
gefahren wird. In 6B verändert sich der abgeschätzte SAT-Wert
im wesentlichen linear im Verhältnis
zum Schlupfwinkel sowohl in dem Fall, daß auf der Fahrbahn mit dem
hohen μ-Wert
gefahren wird, als auch in dem Fall, daß auf der Fahrbahn mit dem
niedrigen μ-Wert
gefahren wird. Daher ist aus 6B ersichtlich,
daß die
Hysteresecharakteristik entfernt worden ist.
Der
Bereich
24 zum Abschätzen
des Schlupfwinkels schätzt
einen Schlupfwinkel α
E in [rad] für ein Vorderrad ab, der ein
Schlupfwinkel eines Vorderrades ist, basierend auf einem Steuerwinkel θ
P in [rad] und einer Fahrzeuggeschwindigkeit
u in [m/s]. Der Steuerwinkel θ
P basiert auf dem Sensorsignal von dem Steuerwinkelsensor
13 und
die Fahrzeuggeschwindigkeit u basiert auf dem Sensorsignal von dem
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
14. Der Schlupfwinkel α
E für das Vorderrad
wird durch die Zustandsgleichungen (3) und (4) repräsentiert,
wobei die Charakteristik der Dynamik der Fahrzeugbewegung verwendet
wird:
In
den Gleichungen bezeichnet v eine Querbeschleunigung in [m/s], r
bezeichnet eine Gierrate in [rad/s], u bezeichnet eine Fahrzeuggeschwindigkeit
in [m/s], cf bezeichnet eine Kurvenkraft
eines Vorderrades in [N/rad], cr bezeichnet
eine Kurvenkraft für
ein Hinterrad in [N/rad], Lf bezeichnet
einen Abstand zwischen einer Vorderachse und einem Massenmittelpunkt
des Fahrzeugs in [m], Lr bezeichnet eine
Distanz zwischen einer Hinterachse und dem Massenmittelpunkt des
Fahrzeugs in [m], M bezeichnet die Masse des Fahrzeugs in [kg],
Iz bezeichnet eine Gier- bzw. Drehträgheit in
[kgm2], und gh bezeichnet
ein Steuer- bzw. Lenkgetriebeverhältnis.
Indem
die Gleichungen (3) und (4) diskretisiert werden, wobei eine Abtast-
bzw. Samplezeit τ verwendet
wird, so daß sie
Funktionen der Fahrzeuggeschwindigkeit u werden, ergeben sich die
folgenden Gleichungen (5) und (6):
In
diesen Gleichungen bezeichnet k eine Abtastzahl. Darüber hinaus
sind A
S und B
S in
Gleichung (5) durch folgende Gleichungen (7) bestimmt:
Der
Bereich 24 zum Abschätzen
des Schlupfwinkels schätzt
den Schlupfwinkel αE des Vorderrades ab, indem er Berechnungen
entsprechend der Gleichungen (5) bis (7) durchführt, und liefert den Schlupfwinkel αE des
Vorderrades zu jeder Abtastzeit τ an
den Hochpaßfilter 25.
Der
Hochpaßfilter 25 führt eine
Hochpaßfilterung
auf dem Schlupfwinkel αE des Vorderrades durch, der durch den Bereich 24 zum
Abschätzen
des Schlupfwinkels abgeschätzt
wird. Wenn ein Neutral- bzw. Null-Steuer- bzw. Lenkpunkt sich bewegt,
während
auf einer Fahrbahnböschung
gefahren wird, enthält
der Schlupfwinkel αE des Vorderrades, der durch den Bereich 24 zum
Abschätzen
des Schlupfwinkels abgeschätzt wird,
einen Driftfehler in einem niederfrequenten Bereich, aber enthält in einem
hochfrequenten Bereich eine Signalkomponente, die keine Phasenverzögerung bezüglich des
abgeschätzten
SAT-Wertes aufweist. Daher entfernt der Hochpaßfilter 25 den Driftfehler
in dem niederfrequenten Bereich und extrahiert nur die hochfrequente
Komponente, die keine Phasenverzögerung
bezüglich
des abgeschätzten
SAT-Wertes hat, indem die Hochpaßfilterung auf dem Schlupfwinkel αE für das Vorderrad
durchgeführt
wird.
Der
Hochpaßfilter
25 ist
als ein erster diskreter Filter ausgebildet. Der erste Hochpaßfilter
wird im zeitkontinuierlichen Bereich durch Gleichung (8) repräsentiert,
die eine Übertragungsfunktion
ist:
In
dieser Gleichung stellt ω
b eine Eckfrequenz dar. Der Hochpaßfilter
für diskrete
Zeiten kann entworfen werden, indem die Gleichung (8) beispielsweise
mittels einer Tustin-Transformation transformiert wird. In der Tustin-Transformation wird,
wenn die Abtastzeit T beträgt
und ein Zeitsteigungsoperator gleich z ist, ein Differenzialzeichen
s durch folgende Gleichung (9) repräsentiert:
Indem
man die Gleichung (9) in Gleichung (8) einsetzt, wird der Hochpaßfilter
im zeitdiskreten Bereich durch Gleichung (10) dargestellt:
Der
Hochpaßfilter 25 führt die
Hochpaßfilterung
auf dem Schlupfwinkel αE für
das Vorderrad entsprechend obiger Gleichung (10) aus und liefert
den Schlupfwinkel αE für
das Vorderrad, auf dem die Hochpaßfilterung ausgeführt worden
ist, an die Summiervorrichtung 29.
Der
Bereich
26 zur Berechnung der Querkraft berechnet eine
Querkraft F
f für ein Vorderrad, die eine Querkraft
ist, die in einem Vorderrad erzeugt wird, unter Verwendung einer
Quer- bzw. Lateralbeschleunigung g
y und
einer Gierrate r. Die Lateralbeschleunigung g
y basiert
auf einem Sensorsignal von dem Querbeschleunigungssensor
15,
und die Gierrate r basiert auf dem Sensorsignal von dem Gierratensensor
16.
Die Querkraft F
f für das Vorderrad erfüllt die
Bewegungsgleichung (11) bezüglich
der Querbeschleunigung g
y, und erfüllt die Bewegungsgleichung
(12) bezüglich
der Gierrate r:
In
diesen Gleichungen stellt Fr eine hintere Querkraft dar. Die Querbeschleunigung
g
y wird durch folgende Gleichung (13) ausgedrückt:
Basierend
auf den Gleichungen (11) und (12) wird die Querkraft F
f für das Vorderrad
durch folgende Gleichung (14) dargestellt:
Der
Bereich 26 zur Berechnung der Querkraft berechnet die Querkraft
Ff für
das Vorderrad unter Verwendung der Gierrate r und der Querbeschleunigung
gy entsprechend obiger Gleichung (14) und
liefert die Querkraft Ff für das Vorderrad
an den Bereich 27 zur Umwandlung in den Schlupfwinkel.
Der
Bereich
27 zur Umwandlung in den Schlupfwinkel wandelt
die Querkraft F
f für das Vorderrad in einen Schlupfwinkel α
T für das Vorderrad
um, indem die Querkraft F
f für das Vorderrad,
die durch den Bereich
26 zur Berechnung der Querkraft geliefert
wird, durch eine Kurvenkraft c
f für das Vorderrad
dividiert wird. Genauer gesagt, führt der Bereich
27 zur
Umwandlung in den Schlupfwinkel eine Berechnung entsprechend der folgenden
Gleichung (15) durch:
Der
Tiefpaßfilter
(28) führt
eine Tiefpaßfilterung
auf dem Schlupfwinkel αT für
das Vorderrad durch, der durch den Bereich 27 zur Umwandlung
in den Schlupfwinkel berechnet worden ist. Der Schlupfwinkel αT für das Vorderrad,
der durch den Bereich 27 zur Umwandlung in den Schlupfwinkelbereich
berechnet worden ist, enthält
in dem hochfrequenten Bereich eine Variationskomponente wie etwa
ein Rauschen aufgrund von Störungen
der Oberfläche
der Fahrbahn und eine Phasenverzögerung.
Jedoch enthält
der Schlupfwinkel αT für das
Vorderrad die niederfrequente Komponente, die nicht durch Störungen der
Oberfläche
der Fahrbahn beeinflußt
sind, selbst wenn das Fahrzeug auf einer Fahrbahnböschung fährt. Somit
entfernt der Tiefpaßfilter 28 die
Variationskomponente in dem hochfrequenten Bereich und extrahiert
nur die niederfrequente Komponente, die präzise berechnet ist, indem die
niederfrequente Filterung auf dem Schlupfwinkel αT für das Vorderrad durchgeführt wird.
Genauer
gesagt, ist der Tiefpaßfilter
28 als
ein primärer
diskreter Filter ausgebildet, der dieselbe Eckfrequenz wie der Hochpaßfilter
25 aufweist.
Der primäre
Tiefpaßfilter
wird im zeitkontinuierlichen Bereich durch die folgende Gleichung
(16) ausgedrückt,
die eine Übertragungsfunktion
darstellt:
Der
Tiefpaßfilter
während
im zeitdiskreten Bereich wird erhalten, indem Gleichung (16) durch
die Tustintransformation transformiert wird. Er wird durch Gleichung
(17) wiedergegeben:
Der
Tiefpaßfilter 28 führt die
Tiefpaßfilterung
auf dem Schlupfwinkel αT für
das Vorderrad entsprechend obiger Gleichung (17) aus und liefert
den Schlupfwinkel αT für
das Vorderrad, auf dem die Filterbearbeitung durchgeführt worden
ist, an die Summiervorrichtung 29.
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf eine spezifische Eckfrequenz
beschränkt.
Jedoch wird die Eckfrequenz vorzugsweise so gesetzt, daß sie sich
entsprechend einer Geschwindigkeit der Änderung der Neigung der Oberfläche der
Fahrbahn ändert,
um eine Störung
bzw. ein Rauschen aufgrund von Störungen der Oberfläche der
Fahrbahn zu entfernen.
Die
Summiervorrichtung 29 berechnet einen integrierten Schlupfwinkel αI,
indem der Schlupfwinkel αE für
das Vorderrad, der vom Hochpaßfilter 25 geliefert
wird, und der Schlupfwinkel αT für
das Vorderrad, der durch den Tiefpaßfilter 28 geliefert
wird, aufsummiert wird. Mit anderen Worten, die Summiervorrichtung 29 führt eine
Berechnung entsprechend der folgenden Gleichung (18) durch: αI(z)
= GH(z)·αE(z)
+ GL(z)·αT(z) (18)
Die
Summe der Übertragungs-
bzw. Transferfunktion des Hochpaßfilters 25 und der Übertragungs- bzw.
Transferfunktion des Tiefpaßfilters 28 ist
gleich 1. Daher wird, wenn das gleiche Signal in den Hochpaßfilter
und den Tiefpaßfilter
eingegeben wird und die Ausgaben von den beiden Filtern aufsummiert
werden, das Originalsignal wieder hergestellt. Dementsprechend kann
die Summiervorrichtung 29 den Schlupfwinkel αI berechnen,
der nicht durch einen Driftfehler oder Rauschen bzw. Störung beeinflußt ist.
7 ist
ein Graph, der zeitabhängige
Wellenformen des abgeschätzten
Schlupfwinkelwertes αE, des umgewandelten Schlupfwinkels αT (d.h.,
des Schlupfwinkels, der durch die Umwandlung erhalten wird) und des
integrierten Schlupfwinkels αI zeigt, wenn das Fahrzeug auf eine Straßen- bzw.
Fahrbahnböschung
fährt. Bei
diesem Experiment ist das Fahrzeug bei ungefähr 5 Sekunden auf eine Straßenböschung bzw.
einer Erhöhung
der Straße
aufgefahren und dann wurde das Fahrzeug bei ungefähr 6 Sekunden
nach links gesteuert. Aufgrund dieser Bewegung des Fahrzeugs wurde
der abgeschätzte
Schlupfwinkel αE ein negativer Wert. Wenn das Fahrzeug auf
einer Straßenböschung fährt, bewegt
sich der neutrale Lenkpunkt (in 7 bewegt
sich der neutrale Lenkpunkt in eine positive Richtung). Daher muß der Schlupfwinkel,
der durch den Bereich 30 zur Abschätzung des Gripgrades verwendet
wird, entsprechend der Verschiebung im neutralen Steuerpunkt modifiziert
werden.
Der
abgeschätzte
Schlupfwinkel αE, der basierend auf dem Steuerwinkel abgeschätzt wurde,
war gleich 0, bis mit dem Steuern begonnen wurde, selbst nachdem
das Fahrzeug auf die Straßenböschung fuhr (in
einem Intervall von 5 Sekunden bis 6 Sekunden). Der umgewandelte
Schlupfwinkel αT, der basierend auf der Querkraft berechnet
wurde, bewegte sich entsprechend der Verschiebung im neutralen Lenkpunkt
in die positive Richtung, als das Fahrzeug auf die Straßenböschung fuhr.
Jedoch enthielt der umgewandelte Schlupfwinkel αT erhebliches
Rauschen aufgrund von Störungen
der Oberfläche
der Fahrbahn. Indessen ist es offensichtlich, daß der integrierte Schlupfwinkel αI,
der erhalten wurde, indem die Signale integriert bzw. summiert wurden,
die gefiltert wurden, kein Rauschen enthielt, und sich entsprechend
der Verschiebung im neutralen Lenkpunkt in die positive Richtung
bewegte.
Der
Bereich 30 zur Abschätzung
des Gripgrades schätzt
einen Gripgrad ε ab,
welcher äquivalent
zu einem Überschuß an Reibkraft
in lateraler Richtung ist, basierend auf dem abgeschätzten SAT-Wert
TSAT, der durch den Bereich 23 zur
Abschätzung
des SAT abgeschätzt
wird, und dem integrierten Schlupfwinkel αI, der durch
die Summiervorrichtung 29 berechnet wird.
Der
Gripgrad ε ist
ein Verhältnis
zwischen dem abgeschätzten
SAT-Wert T
SAT und einem SAT-Referenzwert
T
SATO und wird durch folgende Gleichung
(19) ausgedrückt:
Der
SAT-Referenzwert T
SATO ist ein SAT-Wert
eines linearen Modells, d. h., eines Modells, das linearisiert wurde,
indem ein Schlupfwinkel 0 verwendet wird, und ist ein SAT-Wert in
einem Zustand mit hohem Grip, d. h. einem Zustand, wo ein Gripgrad
gleich 1 ist. Wenn eine Steigung des SAT-Wertes bezüglich dem
Schlupfwinkel bei einem Nullpunkt gleich K
0 ist,
wird der SAT-Referenzwert T
SATO durch ein
Produkt der Steigung K
0 und dem integrierten
Schlupfwinkel α
I ausgedrückt.
Daher wird der Gripgrad durch folgende Gleichung (20) dargestellt:
Der
Bereich 30 zur Abschätzung
des Grips bzw. des Griffes berechnet den Gripgrad ε unter Verwendung
des abgeschätzten
SAT-Wertes TSAT und des integrierten Schlupfwinkels αI entsprechend
obiger Gleichung (20) und liefert den Gripgrad ε an den Bereich 31 zur
Abschätzung
des Gripgrades.
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf einen Aufbau beschränkt, bei
dem der Bereich 30 zur Abschätzung des Gripgrades den Gripgrad ε abschätzt, indem
das oben dargestellte Verfahren verwendet wird. Beispielsweise kann
der Gripgrad ε dargestellt
werden, indem eine Funktion des SAT-Referenzwertes TSATO und des
abgeschätzten
SAT-Wertes TSAT verwendet wird. Gleichermaßen kann
der Gripgrad ε ausgedrückt werden, indem
eine zweidimensionale Karte des SAT-Referenzwertes TSATO und
des abgeschätzten
SAT-Wertes TSAT verwendet wird.
8 ist
ein Graph, der den abgeschätzten
SAT-Wert bezüglich
des Schlupfwinkels zeigt, während auf
einer trockenen Asphaltfahrbahnböschung
gefahren wird. Eine durchgezogene Linie bezeichnet einen Fall, in
dem der integrierte Schlupfwinkel αI als
ein Schlupfwinkel verwendet wird, und eine gestrichelte Linie bedeutet
einen Fall, in dem der abgeschätzte
Schlupfwinkel αE als ein Schlupfwinkel verwendet wird. Als
Referenz bezeichnet eine gestrichelte Linie den SAT-Referenzwert
TSATO.
9A und 9B zeigen
Daten, die in dem in 8 dargestellten Experiment gemessen
wurden. 9A ist ein Graph, der einen
Gripgrad zeigt, während
auf einer trockenen Asphaltfahrbahnböschung gefahren wird, und 9B ist
ein Graph, der eine zeitabhängige
Wellenform des Steuer- bzw. Lenkwinkels zeigt. In 9A zeigt
eine durchgezogene Linie einen Gripgrad, der berechnet wurde, indem
der integrierte Schlupfwinkel αI verwendet wurde, und eine gepunktete Linie
bezeichnet einen Gripgrad, der berechnet wurde, indem der abgeschätzte Schlupfwinkel αE verwendet
wurde. Darüber
hinaus wurde, wenn der berechnete Gripgrad 1 übersteigt, der Gripgrad auf
1 gesetzt.
Da
der abgeschätzte
Schlupfwinkel αE durch die Verschiebung im neutralen Lenkpunkt
beeinflußt
wird, während
auf einer Fahrbahnböschung
gefahren wird, verändert
sich der abgeschätzte
Schlupfwinkel αE in negativer Richtung, wie in 8 gezeigt.
Als Ergebnis wird der Absolutwert des abgeschätzten Schlupfwinkels αE klein
verglichen mit dem absoluten Wert des SAT-Referenzwertes TSATO. Auch der Gripgrad wird klein, wie in 9A gezeigt.
Indessen
wird der integrierte Schlupfwinkel αI nicht
durch die Verschiebung im neutralen Lenkpunkt beeinflußt, selbst
während
auf eine Fahrbahnböschung
gefahren wird. Mit anderen Worten, wie in 8 dargestellt,
stimmt die Relation des abgeschätzten
SAT-Wertes bezüglich
des integrierten Schlupfwinkels αI im Wesentlichen mit einer geraden Linie überein,
die den SAT-Referenzwert TSATO anzeigt.
Darüber
hinaus wurde der Gripgrad, wie in 9A gezeigt,
gleich 1.
Gemäß den Ergebnissen
der oben beschriebenen Experimente, muß im Fall einer trockenen Asphaltfahrbahnböschung der
Gripgrad konstant ungefähr
gleich 1 sein. Jedoch wurde der Gripgrad, der berechnet wurde, indem
der abgeschätzte
Schlupfwinkel αE verwendet wurde, ein Wert kleiner als 1,
was offensichtlich fehlerhaft ist. Indessen wurde der Gripgrad,
der berechnet wurde, indem der integrierte Schlupfwinkel αI verwendet
wurde, konstant gleich 1. Daher hat sich bestätigt, daß der Gripgrad präzise abgeschätzt wird,
wenn der integrierte Schlupfwinkel αI verwendet
wird.
Der
Bereich
31 zur Abschätzung
des μ-Wertes
der Oberfläche
der Fahrbahn schätzt
einen μ
est-Wert der Oberfläche der Fahrbahn, basierend
auf dem Gripgrad ε und
der Querbeschleunigung g
y ab, wenn der Gripgrad ε, der durch
den Bereich
30 zur Abschätzung des Gripgrades abgeschätzt wird,
kleiner oder gleich einem vorbestimmten Referenzwert wird (beispielsweise,
wenn der Gripgrad ε kleiner
oder gleich 0,5 wird). Der μ
est-Wert der Oberfläche der Fahrbahn wird durch
die folgende Gleichung (21) ausgedrückt:
In
obiger Gleichung bezeichnet g eine Gravitationsbeschleunigung. Darüber hinaus
bezeichnet g
fy eine Querbeschleunigung an
der Position eines Vorderrades und wird durch folgende Gleichung
(22) ausgedrückt:
Die
Genauigkeit der Abschätzung
des μest-Wertes für die Oberfläche der
Fahrbahn, der so erhalten wird, verbessert sich, wenn der Gripgrad ε sinkt, d.
h., der Gripgrad ε sich
einem Grenzwert annähert.
Daher schätzt,
wenn der Gripgrad ε kleiner
oder gleich dem vorbestimmten Referenzwert wird, wie oben dargestellt, der
Bereich 31 zur Abschätzung
des μ-Wertes
der Oberfläche
der Fahrbahn den μest-Wert der Oberfläche der Fahrbahn entsprechend
der Gleichung (21) und (22).
10A ist ein Graph, der den Gripgrad zeigt, während auf
einer eisigen Fahrbahn mit einer Geschwindigkeit von 40 km/h gefahren
wird. 10B ist ein Graph, der den μest-Wert
der Oberfläche
der Fahrbahn (einen abgeschätzten μ-Wert) zeigt,
und 10C ist ein Graph, der eine
zeitabhängige
Wellenform des Steuer- bzw. Lenkwinkels zeigt. In 10B wird ein Bestimmungskennzeichner gleich 1,
wenn der Gripgrad kleiner oder gleich dem Referenzwert wird, und
wird 0, wenn der Gripgrad den Referenzwert übersteigt. Entsprechend 10B wurde, wenn der Bestimmungskennzeichner gleich
1 war, der abgeschätzte μ-Wert konstant
ungefähr
0,3, was im Wesentlichen gleich dem μ-Wert der Oberfläche der
Fahrbahn für
eine eisige Fahrbahn ist.
11A ist ein Graph, der den Gripgrad zeigt, während auf
einer Fahrbahn mit gepreßtem
Schnee bei einer Geschwindigkeit von 40 km/h gefahren wird, 11B ist ein Graph, der den μest-Wert
für die
Oberfläche der
Fahrbahn (den abgeschätzten μ-Wert) zeigt,
und 11C ist ein Graph, der eine
zeitabhängige
Wellenform des Steuer- bzw.
des Lenkwinkels zeigt. Gemäß 11B wurde, wenn der Bestimmungskennzeichner gleich
1 war, der abgeschätzte μ-Wert konstant
groß verglichen
mit dem Fall des Fahrens auf der eisigen Fahrbahn und wurde konstant
ungefähr
0,5, was im Wesentlichen gleich dem μ-Wert der Oberfläche einer
Fahrbahn für
eine Fahrbahn aus gepreßtem
Schnee ist.
12A ist ein Graph, der den Gripgrad zeigt, während auf
einer Asphaltfahrbahn mit einer Geschwindigkeit von 40 km/h gefahren
wird, 12B ist ein Graph, der den μest-Wert
der Oberfläche
der Fahrbahn (den abgeschätzten μ-Wert) zeigt,
und 12C ist ein Graph, der eine
zeitabhängige
Wellenform des Steuer- bzw. des Lenkwinkels zeigt. Entsprechend 12B wurde der Gripgrad konstant größer oder
gleich dem Referenzwert (0,5) und der Bestimmungskennzeichner wurde
konstant gleich 0. Mit anderen Worten, wenn auf einer trockenen
Asphaltfahrbahn bei einer Geschwindigkeit von 40 km/h gefahren wurde,
war eine ausreichende Reibkraft zwischen den Reifen und der Oberfläche der
Fahrbahn übrig,
obwohl eine Steuerung in in etwa der gleichen Weise wie bei den
in den 10C und 11C gezeigten
Experimenten durchgeführt
wurde. Somit war der Gripgrad ε höher als
der Referenzwert und daher wurde der abgeschätzte μ-Wert nicht abgeschätzt.
Wie
oben beschrieben, kann die Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes
der Oberfläche einer
Fahrbahn gemäß der vorliegenden
Erfindung präzise
den Gripgrad ε abschätzen, der äquivalent
zu einem Überschuß der Reibkraft
in lateraler Richtung ist, indem der SAT-Referenzwert TSATO berechnet
wird, basierend auf dem integrierten Schlupfwinkel, der durch den
Hochpaßfilter 25 und
den Tiefpaßfilter 28 extrahiert wurde,
und ein Verhältnis
zwischen dem SAT-Referenzwert TSATO und
dem abgeschätzten
SAT-Wert TSAT berechnet wird, der durch
den Be reich 23 zur Abschätzung des SAT abgeschätzt wird.
Zusätzlich
kann die Vorrichtung zur Abschätzung
des Reibungszustandes der Oberfläche
einer Fahrbahn gemäß der vorliegenden Ausführung der
vorliegenden Erfindung präzise
den μ-Wert
der Oberfläche
der Fahrbahn abschätzen,
wenn der Gripgrad kleiner oder gleich dem Referenzwert wird.
Insbesondere
kann die Vorrichtung zur Abschätzung
des Reibungszustandes der Oberfläche
einer Fahrbahn präzise
einen Reibungszustand einer Oberfläche einer Fahrbahn wie etwa
den Gripgrad ε und
den μ-Wert
der Oberfläche
der Fahrbahn abschätzen,
indem der abgeschätzte
Schlupfwinkel αE durch den Hochpaßfilter 25 geschickt
wird, um einen Driftfehler zu entfernen, der durch die Verschiebung
im neutralen Steuerpunkt verursacht wird, während auf einer Fahrbahnböschung gefahren
wird. Darüber
hinaus kann die Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes
der Oberfläche
einer Fahrbahn präzise
einen Reibungszustand einer Oberfläche einer Fahrbahn abschätzen, ohne
durch Störungen
in der Oberfläche
der Fahrbahn beeinflußt
zu werden, indem der umgewandelte Schlupfwinkel αT durch
den Tiefpaßfilter 28 geschickt
wird.
Die
Eckfrequenz des Hochpaßfilters 25 und
des Tiefpaßfilters 28 können feste
Frequenzen sein. Jedoch sollte die Eckfrequenz gleich oder größer einer
Geschwindigkeit einer Änderung
der Steigung der Oberfläche
der Fahrbahn festgesetzt sein, d. h., einer Geschwindigkeit, mit
der sich eine Neigung einer Oberfläche der Fahrbahn ändert. Die
Geschwindigkeit der Änderung
der Neigung der Oberfläche
der Fahrbahn ist proportional zu einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Somit können
der Hochpaßfilter 25 und
der Tiefpaßfilter 28 so ausgelegt
sein, daß die
Eckfrequenz höher
wird, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs sich vergrößert.
Da
die Vorrichtung zur Abschätzung
des Reibungszustandes der Oberfläche
einer Fahrbahn mit dem Hochpaßfilter 25 und
dem Tiefpaßfilter 28 versehen
ist, die derart konfiguriert sind, kann die Vorrichtung präzise einen
Reibungszustand einer Oberfläche
einer Fahrbahn abschätzen,
selbst, wenn das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit auf eine
Fahrbahnböschung
fährt.
Darüber hinaus
können
der Hochpaßfilter 25 und
der Tiefpaßfilter 28 so
ausgebildet sein, daß die
Eckfrequenz höher
wird, wenn eine Abweichung zwischen dem abgeschätzten Schlupfwinkel αE und
dem umgewandelten Schlupfwinkel αT größer wird.
Dies kommt daher, daß die
Abweichung zwischen dem abgeschätzten
Schlupfwinkel αE und dem umgewandelten Schlupfwinkel αT in
dem Fall groß wird,
in dem das Fahrzeug auf eine Fahrbahnböschung fährt, oder in dem Fall, in dem
die Relation zwischen der Querkraft und dem Schlupfwinkel nichtlinear
wird. In einem solchen Fall ist es vorteilhaft, den umgewandelten
Schlupfwinkel αT zu nehmen, der auf der Querkraft Ff für
das Vorderrad basiert, der nicht durch eine Änderung in dem neutralen Lenkpunkt
oder die nicht lineare Beziehung zwischen der Querkraft und dem
Schlupfwinkel beeinflußt
wird.
Da
die Vorrichtung zur Abschätzung
des Reibungszustandes der Oberfläche
einer Fahrbahn mit dem Hochpaßfilter 25 und
dem Tiefpaßfilter 28 versehen
ist, kann die Vorrichtung entsprechend des Bewegungszustandes des
Fahrzeugs eine Proportion des umgewandelten Schlupfwinkels αT,
basierend auf der Querkraft Ff für das Vorderrad,
zu dem abgeschätzten
Schlupfwinkel αE, basierend auf dem Steuerwinkel erhöhen, wenn der
umgewandelte Schlupfwinkel αT und der abgeschätzte Schlupfwinkel αE verwendet
werden, um den integrierten Schlupfwinkel αI zu
erhalten. Als Ergebnis kann die Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes
der Oberfläche
einer Fahrbahn präzise
einen Reibungszustand der Oberfläche
einer Fahrbahn abschätzen,
selbst wenn beispielsweise das Fahrzeug plötzlich auf eine Fahrbahnböschung auffährt oder
das Fahrzeug plötzlich
in einen drehenden bzw. schleudernden Zustand gebracht wird.
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt,
sondern verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden.
Beispielsweise
werden bei den oben beschriebenen Ausführungen der Gripgrad und der μ-Wert der Oberfläche der
Fahrbahn abgeschätzt,
indem die elektrische Steuer- bzw. Lenkvorrichtung bzw. Lenkunterstützungsvorrichtung
verwendet wird. Jedoch kann auch eine hydraulische Steuer- bzw. Lenkvorrichtung
bzw. Lenkunterstützungsvorrichtung
verwendet werden. Wenn die hydraulische Lenkvorrichtung verwendet
wird, ist es möglich,
den Gripgrad und den μ-Wert der Oberfläche der
Fahrbahn auf die gleiche weise wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsformen
abzuschätzen,
indem ein hydraulischer Druck oder dergleichen der hydraulischen
Steuer- bzw. Lenkvorrichtung gemessen wird, und das Moment, das
dem Steuermoment entspricht, und das Moment, das dem Assistenzmoment
entspricht, erfaßt
wird.
In
oben beschriebenen Ausführungen
werden der Hochpaßfilter 25 und
der Tiefpaßfilter 28 unter
Verwendung linearer Übertragungsfunktionen
dargestellt. Jedoch können
auch andere Funktionen verwendet werden.
Gleichermaßen läßt sich
die vorliegende Erfindung auch wie folgt zusammenfassen:
Ein
Bereich 23 zur Abschätzung
eines selbst ausrichtenden Moments SAT erhält einen abgeschätzten SAT-Wert
und liefert den abgeschätzten
SAT-Wert an einen Bereich 30 zur Abschätzung eines Gripgrades. Eine
Summiervorrichtung 29 summiert einen Schlupfwinkel für ein Vorderrad,
auf dem eine Hochpaßfilterung durch
einen Hochpaßfilter 25 durchgeführt wurde,
und einen Schlupfwinkel für
ein Vorderrad, auf dem eine Tiefpaßfilterung durch einen Tiefpaßfilter 28 durchgeführt wurde,
um einen integrierten Schlupfwinkel zu erhalten, und liefert den
integrierten Schlupfwinkel an einen Bereich 30 zur Abschätzung eines
Gripgrades. Der Bereich 30 zur Abschätzung eines Gripgrades schätzt einen
Gripgrad eines Reifens ab, indem ein SAT-Referenzwert berechnet
wird, der auf dem integrierten Schlupfwinkel basiert, und ein Verhältnis zwischen
dem SAT-Referenzwert und dem abgeschätzten SAT-Wert berechnet wird.
Ein Bereich 31 zur Abschätzung eines μ-Wertes der Oberfläche der
Fahrbahn schätzt
einen μ-Wert
der Oberfläche
der Fahrbahn ab, wenn der Gripgrad kleiner oder gleich einem Referenzwert
wird.
