DE10337086A1

DE10337086A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Berechnung eines Rückstellmoment-Referenzwertes, und Vorrichtung und Verfahren zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche

Info

Publication number: DE10337086A1
Application number: DE10337086A
Authority: DE
Inventors: Eiichi Ono; Shoji Toyota Inagaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2004-03-04
Also published as: JP3860518B2; JP2004074845A; US20040133330A1

Abstract

Ein SAT-Abschätzungsabschnitt 23 erhält einen auf der Grundlage einer Summe aus einem Lenkmoment und einem Hilfsmoment abgeschätzten SAT-Wert. Ein SAT-Modellwert-Berechnungsabschnitt berechnet einen SAT-Modellwert auf der Grundlage eines Schlupfwinkels. Ein SAT-Verhältnis-Berechnungsabschnitt 26 berechnet ein Verhältnis zwischen dem abgeschätzten SAT-Wert und dem SAT-Modellwert. Ein SAT-Referenzwert-Berechnungsabschnitt 27 bestimmt, dass eine Kontaktlänge zwischen einem Reifen und einer Straßenoberfläche aufgrund einer Zunahme der Last eines Fahrzeugs oder einer Verringerung des Reifendrucks zunimmt und eine SAT-Steigung zunimmt und erhält einen SAT-Referenzwert, indem der SAT-Modellwert nach oben korrigiert wird, wenn ein Höchstwert des SAT-Verhältnisses in einer vorbestimmten Zeit einen Schwellenwert übersteigt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Berechnung eines Rückstellmoment-Referenzwertes, die/das einen Rückstellmoment-Referenzwert abschätzt, der als Referenz zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche verwendet wird, und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche.

Die japanische Patentanmeldung Nr. 2001-212683 offenbart eine Technologie zur Abschätzung eines Gripniveaus mittels eines Rückstellmomentes, kurz "SAT" (engl: "self aligning torque"). Gemäß dieser Technologie wird ein SAT-Referenzwert auf der Grundlage eines Vorderrad-Schlupfwinkels berechnet, ein geschätzter SAT-Wert wird berechnet, indem eine die Reibung eines. Lenksystems von der Summe aus einem von dem Fahrer aufgebrachten Drehmoment und einem auf eine Servolenkvorrichtung übertragenen Hilfsmoment abgezogen wird, und ein Gripniveau wird auf der Grundlage eines Verhältnisses zwischen dem SAT-Referenzwert und dem abgeschätzten SAT-Wert abgeschätzt.

Wenn hingegen die Nutzlast eines Fahrzeugs und somit die Last eines Vorderrades zunimmt, oder wenn der Luftdruck des Vorderrades bzw. des vorderen Reifens abnimmt, nimmt die Kontaktlänge zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche und als Folge davon die Steigung des SAT bezüglich des Schlupfwinkels zu. Der Grip wird jedoch im Stand der Technik mit Hilfe des SAT-Referenzwertes geschätzt, der lediglich auf dem Schlupfwinkel basiert, ohne eine Änderung der Kontaktlänge zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche zu berücksichtigen. Daher kann das Gripniveau nicht exakt geschätzt werden.

Es ist somit ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zur Berechnung eines Rückstellmoment-Referenzwertes bereitzustellen, der einen SAT-Referenzwert genau berechnet, welcher als Referenz zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche verwendet wird, selbst wenn sich die Kontaktlänge zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche ändert, sowie eine Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche bereitzustellen, die den Reibungszustand einer Straßenoberfläche mit Hilfe des SAT-Referenzwertes abschätzt.

Eine Vorrichtung zur Berechnung des Rückstellmoment-Referenzwertes gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst einen Rückstellmoment-Abschätzungsabschnitt, der ein auf einen Reifen ausgeübtes Rückstellmoment abschätzt, einen Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt, der einen Schlupfwinkel des Reifens abschätzt, einen Rückstellmoment-Modellwert-Berechnungsabschnitt, der einen Rückstellmoment-Modellwert unter Verwendung des durch den Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt abgeschätzten Schlupfwinkels berechnet, ein Rückstellmomentenverhältnis-Berechnungsabschnitt, der ein Rückstellmomentenverhältnis berechnet, welches das Verhältnis zwischen dem durch den Rückstellmoment-Abschätzungsabschnitt abgeschätzten Rückstellmoment und dem durch den Rückstellmoment-Modellwert-Berechnungsabschnitt berechneten Rückstellmoment-Modellwert ist, und einen Rückstellmoment-Re ferenzwert-Berechnungsabschnitt, der einen Rückstellmoment-Referenzwert auf der Grundlage des Rückstellmomentenverhältnisses und des Rückstellmoment-Modellwertes berechnet, wenn ein Höchstwert des Rückstellmomentenverhältnisses einen Schwellenwert übersteigt.

Der Rückstellmoment-Abschätzungsabschnitt schätzt ein in dem Reifen erzeugtes Rückstellmoment ab. Die Erfindung ist nicht auf ein spezielles Verfahren zur Abschätzung des Rückstellmomentes begrenzt. Der Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt schätzt einen Schlupfwinkel des Reifens ab .

Der Rückstellmoment-Modellwert-Berechnungsabschnitt berechnet unter Verwendung des durch den Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt abgeschätzten Schlupfwinkels einen Rückstellmoment-Modellwert eines Modells, das unter der Annahme erstellt wurde, dass eine Kontaktlänge eine Nennkontaktlänge ist, die als Referenz zur Konstruktion verwendet wird, und das Gripniveau hoch ist, das heißt eines linearen Modells, das unter Verwendung eines Schlupfwinkels von 0 linearisiert wird. Der Rückstellmoment-Modellwert ist ein Wert, der berechnet wird, indem als Parameter nur der Schlupfwinkel verwendet wird, ohne dabei eine Änderung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche, zum Beispiel eine Veränderung der Kontaktlänge zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche, zu berücksichtigen.

Der Rückstellmomentenverhältnis-Berechnungsabschnitt berechnet das Rückstellmomentenverhältnis, welches das Verhältnis zwischen dem Rückstellmoment und dem Rückstellmoment-Modellwert ist. Wenn die Kontaktlänge zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche gegenüber dem Anfangszustand unverändert bleibt, bleibt das Rückstellmomentenverhältnis unverändert. Wenn sich jedoch die Kon taktlänge ändert, ändert sich das Rückstellmoment und ebenfalls das Rückstellmomentenverhältnis.

Der Rückstellmoment-Referenzwert-Berechnungsabschnitt berechnet auf der Grundlage des Rückstellmomentenverhältnisses und des Rückstellmoment-Modellwertes den Rückstellmoment-Referenzwert, welcher als Referenz zur Abschätzung eines Reibungszustandes einer Straßenoberfläche verwendet wird, wenn der Höchstwert des Rückstellmomentenverhältnisses den Schwellenwert übersteigt.

Wenn sich daher gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung der Höchstwert des Rückstellmomentenverhältnisses entsprechend einer Änderung der Kontaktlänge zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche ändert, wird der Rückstellmoment-Referenzwert auf der Grundlage des Rückstellmomentenverhältnisses und des Rückstellmoment-Modellwertes berechnet, so dass man einen für die Kontaktlänge zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche optimalen Rückstellmoment-Referenzwert erhält.

Darüber hinaus kann der Rückstellmoment-Referenzwert-Berechnungsabschnitt gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung den Rückstellmoment-Modellwert als den Rückstellmoment-Referenzwert ausgeben, wenn der Höchstwert des Rückstellmomentenverhältnisses den Schwellenwert nicht übersteigt.

Wenn der Höchstwert des Rückstellmomentenverhältnisses den Schwellenwert nicht übersteigt, bleibt die Kontaktlänge zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche unverändert. Daher kann der Rückstellmoment-Referenzwert den Rückstellmoment-Modellwert des linearen Modells, das unter der Annahme erstellt wurde, dass die Kontaktlänge die Nennkontaktlänge ist, als den Rückstellmoment-Referenzwert ausgeben. Nachdem also bestimmt worden ist, ob sich die Kontaktlänge zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche verändert hat oder nicht, indem der Höchstwert des Rückstellmomentenverhältnisses mit dem Schwellenwert verglichen wurde, ist es möglich, den Rückstellmoment-Referenzwert für den Fall zu erhalten, in dem die Kontaktlänge unverändert ist.

Darüber hinaus kann der Rückstellmoment-Referenzwert-Berechnungsabschnitt gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung Folgendes umfassen: Einen Hochpassfilter, das eine Hochpassfilterbearbeitung des durch den Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt abgeschätzten Schlupfwinkels ausführt, einen Querkraft-Berechnungsabschnitt, der eine Querkraft berechnet, einen Schlupfwinkel-Umwandlungsabschnitt, der die durch den Querkraft-Berechnungsabschnitt berechnete Querkraft in einen Schlupfwinkel umwandelt, ein Tiefpassfilter, das eine Tiefpassfilterbearbeitung des durch Umwandlung durch den Schlupfwinkel-Umwandlungsabschnitt erhaltenen Schlupfwinkels ausführt, und einen Summationsabschnitt, der den Schlupfwinkel, der durch das Hochpassfilter eine Hochpassfilterbearbeitung erfahren hat, und den Schlupfwinkel, der durch das Tiefpassfilter eine Tiefpassfilterbearbeitung erfahren hat, summiert. Bei der Vorrichtung kann der Rückstellmoment-Modellwert-Berechnungsabschnitt den Rückstellmoment-Modellwert auf der Grundlage des durch Summation durch den Summationsabschnitt gewonnenen Schlupfwinkels berechnen.

Das Hochpassfilter führt die Hochpassfilterbearbeitung des durch den Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt abgeschätzten Schlupfwinkels aus, wobei ein Driftfehler, der während der Fahrt auf einer abschüssigen Straße vorhanden ist, beseitigt wird, und wobei eine hochfrequente Komponente, die gegenüber dem Rückstellmoment keine Phasenverzögerung aufweist, herausgefiltert wird.

Der Querkraft-Berechnungsabschnitt berechnet die in dem Reifen erzeugte Querkraft. Da eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen der Querkraft und dem Schlupfwinkel existiert, wandelt der Schlupfwinkel-Umwandlungsabschnitt die Querkraft auf der Grundlage dieser Beziehung in den Schlupfwinkel um. Das Tiefpassfilter führt eine Tiefpassfilterbearbeitung des durch Umwandlung durch den Schlupfwinkel-Umwandlungsabschnitt gewonnenen Schlupfwinkels aus, wobei eine Variationskomponente wie Störrauschen, das in einem hochfrequenten Bereich enthalten ist, herausgefiltert wird, und wobei eine ganz bestimmte niederfrequente Komponente während der Fahrt auf einer abschüssigen Straße herausgefiltert wird.

Der Summationsabschnitt summiert den Schlupfwinkel, der eine Hochpassfilterbearbeitung erfahren hat, und den Schlupfwinkel, der eine Tiefpassfilterbearbeitung erfahren hat, so dass man den Schlupfwinkel erhält, der kein Störrauschen, keine Driftfehler und keine Phasenverzögerung bezüglich des Rückstellmoments enthält.

Demzufolge ist es selbst während der Fahrt auf einer geraden horizontalen Straße oder einer abschüssigen Straße möglich, durch Berechnen des Rückstellmoment-Referenzwertes auf der Grundlage des Schlupfwinkels, der eine Hochpassfilterbearbeitung erfahren hat, und des Schlupfwinkels, der eine Tiefpassfilterbearbeitung erfahren hat, den Rückstellmoment-Referenzwert zu berechnen, der weder ein Störrauschen, noch einen Driftfehler, noch eine Phasenverzögerung bezüglich dem Rückstellmoment aufweist.

Eine Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes der Straßenoberfläche gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst einen Rückstellmoment-Abschätzungsabschnitt, der ein auf einen Reifen ausgeübtes Rückstellmoment abschätzt, einen Schlupfwinkel-Abschätzungsab schnitt, der einen Schlupfwinkel des Reifens abschätzt, einen Rückstellmoment-Modellwert-Berechnungsabschnitt, der einen Rückstellmoment-Modellwert unter Verwendung des durch den Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt abgeschätztenSchlupfwinkels berechnet, einen Rückstellmomentenverhältnis-Berechnungsabschnitt, der ein Rückstellmomentenverhältnis berechnet, welches das Verhältnis zwischen dem durch den Rückstellmoment-Abschätzungsabschnitt abgeschätzten Rückstellmoment und dem durch den Rückstellmoment-Modellwert-Berechnungsabschnitt berechneten Rückstellmoment-Modellwert ist, einen Rückstellmoment-Referenzwert-Berechnungsabschnitt, welcher einen Rückstellmoment-Referenzwert auf der Grundlage des Rückstellmomentenverhältnisses und des Rückstellmoment-Modellwertes berechnet, wenn ein Höchstwert des durch den Rückstellmomentenverhältnis-Berechnungsabschnitt berechneten Rückstellmomentenverhältnisses einen Schwellenwert übersteigt, und einen Straßenoberflächenreibungszustands-Abschätzungsabschnitt, der einen Reibungszustand einer Straßenoberfläche auf der Grundlage des durch den Rückstellmoment-Abschätzungsabschnitt abgeschätzten Rückstellmoments und des durch den Rückstellmoment-Referenzwert-Berechnungsabschnitt berechneten Rückstellmoment-Referenzwert abschätzt.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist es möglich, einen Reibungszustand einer Straßenoberfläche genau abzuschätzen, wenn die Kontaktlänge zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche geändert wird, indem der Rückstellmoment-Referenzwert verwendet wird, der eine Referenz ist, die einer Änderung der Konktaktlänge entspricht.

Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf den ersten Aspekt und den zweiten Aspekt der Erfindung begrenzt. Die Erfindung kann auf ein Verfahren zur Berechnung eines Rückstellmoment-Referenzwertes oder ein Verfahren zur Abschätzung eines Reibungszustandes einer Straßenoberfläche angewandt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorangegangenen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich, wobei gleiche Bezugszahlen verwendet werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen, und wobei:

1 ein Blockdiagramm ist, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

2 ein Blockdiagramm ist, das eine funktionelle Konfiguration einer elektronischen Steuereinheit (ECU; engl: "electonic control unit") zeigt;

3 ein Diagramm ist, das einen abgeschätzten SAT-Wert als Funktion einer Summe aus einem Lenkmoment und einem Hilfsmoment zeigt;

4 ein Diagramm ist, das den abgeschätzten SAT-Wert als Funktion des Lenkmoments und des Hilfsmoments zeigt, um ein Verfahren zur Beseitigung einer Hysteresecharakteristik zu beschreiben;

5 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einem SAT-Modellwert und einem abgeschätzten SAT-Wert zeigt;

6 ein Blockdiagramm ist, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und

7 ein Blockdiagramm ist, das eine funktionelle Konfiguration einer ECU gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche kann zum Beispiel in einem Fahrzeug angewendet werden, das mit einer elektrischen Servolenkvorrichtung ausgestattet ist. Die Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche kann auch in einem Fahrzeug angewendet werden, das mit einer hydraulischen Servolenkvorrichtung ausgestattet ist, wie im Folgenden beschrieben ist.
Die Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche umfasst einen Lenkmomentsensor 11, der ein Lenkmoment erfasst, einen Stromsensor 12, der einen Motorstrom erfasst, einen Lenkwinkelsensor 13, der einen Lenkwinkel erfasst, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14, der eine Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst, ei nen Querbeschleunigungssensor 15, der eine Querbeschleunigung erfasst, und eine elektronische Steuereinheit, kurz "ECU" (engl.: "electronic control unit") 20, die mit Hilfe von Signalen, die von den Sensoren ausgegeben werden, den Reibungszustand einer Straßenoberfläche abschätzt.
Der Lenkmomentsensor 11 ist koaxial zu einer Lenkspindel angeordnet. Der Lenkmomentsensor 11 gibt ein Sensorsignal aus, das einem auf die Lenkspindel ausgeübten Lenkmoment entspricht, und gibt das Sensorsignal an die ECU 20. Der Stromsensor 12 gibt ein Sensorsignal aus, das dem Motorstrom eines Elektromotors entspricht, der in der elektrischen Servolenkvorrichtung verwendet wird, und gibt das Sensorsignal an die ECU 20.
Der Lenkwinkelsensor 13 gibt ein Sensorsignal aus, das einem durch die Lenkbetätigung des Fahrers erzeugten Lenkwinkel θp entspricht, und gibt das Sensorsignal an die ECU 20. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14 gibt ein Sensorsignal aus, das einer Fahrzeuggeschwindigkeit u entspricht, und gibt das Sensorsignal an die ECU 20. Der Querbeschleunigungssensor 15 gibt ein Sensorsignal aus, das einer Beschleunigung des Fahrzeugs in Querrichtung (Querbeschleunigung , d.h. in lateraler Richtung des Fahrzeugs, entspricht, und gibt das Sensorsignal an die ECU 20.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionelle Konfiguration der ECU 20 zeigt. Die ECU 20 umfasst einen Lenkmoment-Erfassungsabschnitt 21, das ein Lenkmoment erfasst, einen Hilfsmoment-Erfassungsabschnitt 22, der ein Hilfsmoment erfasst, einen SAT-Abschätzungsabschnitt 23, der ein SAT erfasst, einen Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt 24, der einen Schlupfwinkel erfasst, und einen SAT-Modellwert-Berechnungsabschnitt 25, der einen SAT-Modellwert auf der Grundlage des Schlupfwinkels berechnet.
Die ECU 20 umfasst ferner einen SAT-Verhältnis-Berechnungsabschnitt 26, der ein Verhältnis zwischen dem abgeschätzten SAT-Wert und dem SAT-Modellwert berechnet, einen SAT-Referenzwert-Berechnungsabschnitt 27, der einen SAT-Referenzwert berechnet, einen Gripniveau-Abschätzungsabschnitt 28, der ein Gripniveau abschätzt, und einen Straßenoberflächen-μ-Wert-Abschätzungsabschnitt 29, der einen Reibungskoeffizient ("μ-Wert") einer Straßenoberfläche (nachfolgend als "Straßenoberflächen-μ-Wert" bezeichnet) abschätzt.
Der Lenkmoment-Erfassungsabschnitt 21 erfasst ein Lenkmoment, das durch die Lenkoperation des Fahrers ausgeübt wird, auf der Grundlage des Sensorsignals von dem Lenkmomentsensor 11 und gibt das erfasste Lenkmoment an den SAT-Abschätzungsabschnitt 23.
Der Hilfsmoment-Erfassungsabschnitt 22 erfasst das Hilfsmoment, das der elektrischen Servolenkvorrichtung zugeführt wird, auf der Grundlage eines Sensorsignals des Stromsensors 12, welches ein Maß für den Motorstrom ist, und einem voreingestellten Parameter (zum Beispiel einer Steigung eines Ritzels, einer Steigung einer Kugelspindel oder einem Hilfsmotor-Drehmomentkoeffizienten), und gibt das Hilfsmoment an den SAT-Abschätzungsabschnitt 23. Der Hilfsmoment-Erfassungsabschnitt 22 kann an Stelle des Motorstroms einen Strombefehlswert verwenden, der an einen Motor der elektrischen Servolenkvorrichtung ausgegeben wird.
Der SAT-Abschätzungsabschnitt 23 berechnet eine Summe aus dem durch den Lenkmoment-Erfassungsabschnitt 21 erfassten Lenkmoment und dem durch den Hilfsmoment-Erfas sungsabschnitt 22 erfassten Hilfsmoment, und schätzt somit ein SAT ab, das zwischen einer Straßenoberfläche und einem Reifen erzeugt wird, wobei er die Reibung eines Lenksystems abzieht.
3 ist ein Diagramm, das einen abgeschätzten SAT-Wert als Funktion der Summe aus dem Lenkmoment und dem Hilfsmoment zeigt. Der Abstand zwischen den zwei geraden Linien zeigt die Stärke einer Hysterese, die aufgrund der Reibung des Lenksystems typisch ist. Die Steigung jeder der geraden Linien beträgt 1.
4 ist ein Diagramm, das den abgeschätzten SAT-Wert als Funktion der Summe aus dem Lenkmoment und dem Hilfsmoment zeigt, um ein Verfahren zur Beseitigung der Hysterese-Charakteristik zu beschreiben.
Wenn, während sich das Fahrzeug geradeaus bewegt, die Summe aus dem Lenkmoment und dem Hilfsmoment 0 ist und der Schlupfwinkel ebenfalls 0 ist, so tritt keine Hysterese auf, und der abgeschätzte SAT-Wert ist 0.
Wenn ein Lenkvorgang ausgeführt und ein SAT erzeugt wird, wird der abgeschätzte SAT-Wert unter Verwendung einer Steigung K₁ als Funktion der Summe aus dem Lenkmoment und dem Hilfsmoment berechnet. Insbesondere führt der SAT-Abschätzungsabschnitt 23 gemäß der nachfolgenden Gleichung (1) eine Berechnung mittels einer diskreten Logik aus. TSAT(k+1) = TSAT(k) + K1 · (TDA(k+1) – TDA(k)) . . . (1)
In Gleichung (1) ist T_SAT der abgeschätzte SAT-Wert, und T_DA ist die Summe aus dem Lenkmoment und dem Hilfsmoment. Die Steigung K₁ ist kleiner als 1, um anzuzeigen, dass eine Änderung des abgeschätzten SAT-Wertes klein ist, selbst wenn die Summe aus dem Lenkmoment und dem Hilfsmoment aufgrund der Coulomb-Reibung oder dergleichen variiert.
Wenn ein Lenkvorgang ausgeführt wird, erreicht der mittels der Gleichung (1) gewonnene, abgeschätzte SAT-Wert einen Punkt A in 4. Außerdem, wenn die Summe aus dem Lenkmoment und dem Hilfsmoment zunimmt, nimmt der abgeschätzte SAT-Wert gemäß einer geraden Linie zu, die eine untere Grenze des Modells angibt. Das heißt, der abgeschätzte SAT-Wert nimmt gemäß der nachstehenden Gleichung (2) zu. TSAT(k+1) = TSAT(k) + (TDA(k+1) – TDA(k)) . . . (2)
Wenn ein Lenkvorgang fortgesetzt wird, erreicht der abgeschätzte SAT-Wert einen Punkt B, bei dem der Lenkwinkel nicht weiter zunimmt. Dann nimmt die Summe aus dem Lenkmoment und dem Hilfsmoment ab und der abgeschätzte SAT-Wert nimmt gemäß Gleichung (1) mit der Steigung K₁ ab. In diesem Bereich ist der abgeschätzte SAT-Wert so eingestellt, dass eine Änderung des abgeschätzten SAT-Wertes im Vergleich zu einer Änderung der Summe aus dem Lenkmoment und dem Hilfsmoment klein ist. Der abgeschätzte SAT-Wert ist folglich so eingestellt, dass er von der Coulomb-Reibung der Servolenkvorrichtung oder dergleichen nicht beeinflusst wird, selbst wenn die von dem Fahrer ausgeübte Lenkkraft bis zu einem gewissen Grad variiert, wenn der Lenkwinkel beibehalten wird, während er abbiegt.
Wenn der abgeschätzte SAT-Wert von dem Punkt B bis zu einem Punkt C abnimmt, und dann die Summe aus dem Lenkmoment und dem Hilfsmoment zunimmt, nimmt der abgeschätzte SAT-Wert zu dem Punkt B hin gemäß der Gleichung (1) zu. Darüber hinaus nimmt der abgeschätzte SAT-Wert gemäß ei ner geraden Linie, die die obere Grenze angibt, ab, wenn die Summe aus dem Lenkmoment und dem Hilfsmoment von Punkt C aufgrund einer Abnahme des Lenkwinkels abnimmt und der abgeschätzte SAT-Wert eine obere Grenze des Models erreicht. Das heißt, der abgeschätzte SAT-Wert nimmt gemäß Gleichung (2) ab. Indem man auf diese Weise zwei verschiedene Steigungen einstellt, wird die Hysterese-Charakteristik beseitigt. Anschließend führt der SAT-Abschätzungsabschnitt 23 den so gewonnenen abgeschätzten SAT-Wert dem SAT-Verhältnis-Berechnungsabschnitt 26 und dem Gripniveau-Abschätzungsabschnitt 28 zu.
Der Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt 24 schätzt auf der Grundlage eines Lenkwinkels θ_p[rad] und einer Fahrzeuggeschwindigkeit u[m/s] einen Vorderradschlupfwinkel α_E[rad] ab, welcher der Schlupfwinkel eines Vorderreifens ist. Der Lenkwinkel θ_p basiert auf dem Sensorsignal von dem Lenkwinkelsensor 13, und die Fahrzeuggeschwindigkeit u basiert auf dem Sensorsignal von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 14. Der Vorderradschlupfwinkel α_E wird unter Berücksichtigung der dynamischen Eigenschaften der Fahrzeugbewegung durch die nachstehenden Zustandsgleichungen (3) und (4) beschrieben.
In den Gleichungen bedeuten ν die Quergeschwindigkeit [m/s], r die Giergeschwindigkeit [rad/s], u die Fahrzeuggeschwindigkeit [m/s], c_v die Kurvenstabilität des Vorderrades [N/rad], c_h die Kurvenstabilität des Hinterrades [N/rad] , L_v der Abstand [m] zwischen der Vorderachse und dem Schwerpunkt des Fahrzeugs, L_h der Abstand [m] zwischen der Hinterachse und dem Schwerpunkt des Fahrzeugs, M die Masse des Fahrzeugs [kg], I_Z die Gierträgheit [kgm²] und g_h das Lenkübersetzungsverhältnis.
Indem die Gleichungen (3) und (4) durch Verwenden einer Probezeit τ diskretisiert wurde, erhält man die folgenden Gleichungen (5) und (6).
In den Gleichungen bedeutet k eine Abtastzahl. Ferner werden in Gleichung (5) A_s und B_s durch die folgenden Gleichungen (7) dargestellt:
Der Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt 24 schätzt den Vorderradschlupfwinkel α_E durch Ausführung von Berechnungen gemäß den Gleichungen (5) bis (7) ab, und gibt den Vorderradschlupfwinkel α_E in Abständen der Probezeit τ an den SAT-Modelwert-Berechnungsabschnitt 25.
Der SAT-Modellwert-Berechnungsabschnitt 25 berechnet den SAT-Modellwert unter Verwendung des Vorderradschlupf winkels α_E. Der SAT-Modellwert ist der SAT-Wert eines Modells, das unter der Annahme erstellt wurde, dass die Kontaktlänge eine Nennkontaktlänge ist, die als Referenz zur Konstruktion verwendet wird, und das Gripniveau hoch ist.Das heißt, ein lineares Modell, das unter Verwendung des Schlupfwinkels von 0 linearisiert worden ist. Insbesondere wird der SAT-Modellwert durch die folgende Gleichung (8) gewonnen: Tm = K0 · αE . . . (8)
In Gleichung (8) bedeutet K₀ eine Steigung des SAT-Modellwerts bezüglich des Vorderradschlupfwinkels an einem Nullpunkt (d.h. eine SAT-Steigung) für dem Fall, dass keine Änderung der Last des Fahrzeugs und keine Verringerung des Reifendruckes vorliegt. Der SAT-Modellwert wird als ein Produkt der Steigung K₀ und des Vorderradschlupfwinkels α_E dargestellt, wie es in Gleichung (8) gezeigt ist. Somit ist der SAT-Modellwert ein theoretischer SAT-Wert für den Fall, dass keine Änderung der Last des Fahrzeugs und keine Verringerung des Reifendrucks vorliegt und der Gripniveau hoch ist. Der SAT-Modellwert-Berechnungsabschnitt 25 gibt den SAT-Modellwert, der gemäß Gleichung (8) berechnet wird, an den SAT-Verhältnis-Berechnungsabschnitt 26.
Der SAT-Verhältnis-Berechnungsabschnitt 26 berechnet ein SAT-Verhältnis, welches das Verhältnis des abgeschätzten SAT-Wertes zu dem SAT-Modellwert ist, mit Hilfe des durch den SAT-Abschätzungsabschnitt 23 gewonnenen SAT-Wertes und dem durch den SAT-Modellwert-Berechnungsabschnitt 25 berechneten SAT-Modellwert. Das SAT-Verhältnis wird mit Hilfe eines Online-Identifizierungsverfahrens berechnet. Insbesondere wird das SAT-Verhältnis gemäß den nachstehenden Gleichungen (9) bis (11) gewonnen:
In den Gleichungen bedeuten θ ein Schätzparameter (ein erstes Element: ein Verhältnis des abgeschätzten SAT-Wertes zu dem SAT-Modellwert, ein zweites Element: eine Driftkomponente, die durch eine Verschiebung des neutralen Lenkpunktes erzeugt wird, oder dergleichen), λ ein Vergessenheitskoeffizient und k eine Abtastzahl.
5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem SAT-Modellwert und dem abgeschätzten SAT-Wert zeigt. Bei der Berechnungsalgorithmus für das SAT-Verhältnis in den Gleichungen (9) bis (11) erhält man den Schätzparamter θ. Ein erstes Element des Parameters θ ist die Steigung einer geraden Linie, wie es in 5 gezeigt ist, und ein zweites Element ist ein Schnittpunkt der geraden Linie. Liegt keine Verschiebung des neutralen Lenkpunktes vor, ist der Schnittpunkt 0.
Eine Veränderung in der Last des Fahrzeugs und eine Verringerung des Reifendrucks treten im Vergleich zum Verhalten des Fahrzeugs langsam auf. Daher ist in dem Berechnungsalgorithmus für das SAT-Verhältnis keine schnelle Antwort erforderlich. Daher erhält man den Schätzparameter θ vorzugsweise auf der Grundlage einer in 5 gezeigten Trajektorie, wenn der Fahrer die Lenkoperation einige Male wiederholt. Bei der Ausführungsform wird ein Online-Verfahren der kleinsten Quadrate verwendet.
Der SAT-Referenzwert-Berechnungsabschnitt 27 berechnet einen SAT-Referenzwert, indem der wie erforderlich durch den SAT-Modellwert-Berechnungsabschnitt 25 berechnete SAT-Modellwert auf der Grundlage des von dem SAT-Verhältnis-Berechnungsabschnitt 26 gelieferten SAT-Verhältnisses eingestellt wird.
Insbesondere bestimmt der SAT-Referenzwert-Berechnungsabschnitt 27, ob oder ob nicht ein Höchstwert des SAT-Verhältnisses in einer vorbestimmten Zeit einen Schwellenwert übersteigt. Wenn der Höchstwert des SAT-Verhältnisses den Schwellenwert in der vorbestimmten Zeit nicht übersteigt, gibt der SAT-Referenzwert-Berechnungsabschnitt 27 den SAT-Modellwert als den SAT-Referenzwert aus.
Wenn hingegen der Höchstwert des SAT-Verhältnisses in der vorbestimmten Zeit den Schwellenwert übersteigt, bestimmt der SAT-Referenzwert-Berechnungsabschnitt 27, dass die Kontaktlänge zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche aufgrund einer Zunahme der Last des Fahrzeugs oder einer Abnahme des Reifendrucks zunimmt, und die SAT-Steigung nimmt zu. Anschließend erhält der SAT-Referenzwert-Berechnungsabschnitt 27 den SAT-Referenzwert, indem der SAT-Modellwert nach oben korrigiert wird. Zur Korrektur nach oben wird die folgende Gleichung (12) verwendet: TSAT0m = TSAT0 · γ . . . (12)
In Gleichung (12) ist T_SAT0m der SAT-Referenzwert, T_SAT0 der SAT-Modellwert vor der Korrektur, und γ ist ein Parameter zur Korrektur nach oben und ist bei der Ausführungsform der Höchstwert des SAT-Verhältnisses in der vorbestimmten Zeit. Als Schwellenwert wird zum Beispiel "1,2" verwendet. In Anbetracht der Tatsache, dass der Reifendruck nicht während der Fahrt korrigiert wird, kann γ als ein Parameter eingestellt werden, der nicht abnimmt, solange das Fahrzeug für eine gegebene Zeit oder mehr nicht angehalten wird. Der SAT-Referenzwert-Berechnungsabschnitt 27 gibt den so gewonnenen SAT-Referenzwert T_SATm0 an den Gripniveau-Abschätzungsabschnitt 28.
Der Gripniveau-Abschätzungsabschnitt 28 schätzt einen Gripniveau ε gemäß der folgenden Gleichung (13) auf der Grundlage des durch den SAT-Abschätzungsabschnitt 23 abgeschätzten SAT-Wertes TSAT und des durch den SAT-Referenzwert-Berechnungsabschnitt 27 berechneten SAT-Referenzwertes T_SAT0m.
Die Erfindung ist nicht auf eine Konfiguration beschränkt, bei der der Gripniveau-Abschätzungsabschnitt 28 das Grippniveau ε mittels des zuvor genannten Verfahrens abschätzt. Zum Beispiel kann das Grippniveau ε mit Hilfe einer Funktion des SAT-Referenzwertes T_SATm0 und des geschätzten SAT-Wertes TSAT dargestellt werden. Alternativ kann das Grippniveau ε unter Verwendung einer zweidimensionalen Karte des SAT-Referenzwertes T_SATm0 und des abgeschätzten SAT-Wertes T_SAT dargestellt werden.
Der Straßenoberflächen-μ-Wert-Abschätzungsabschnitt 29 schätzt einen Straßenoberflächen- μ-wert auf der Grundlage des Grippniveaus ε und der Querbeschleunigung gy, wenn das durch den Grippniveau-Abschätzungsabschnitt 28 abgeschätzte Grippniveau ε gleich wie oder kleiner als ein vorbestimmter Referenzwert wird (zum Beispiel, wenn der Grippniveau ε gleich wie oder kleiner als 0,5 wird). Die Querbeschleunigung gy basiert auf dem Sensorsignal des Querbeschleunigungssensors 15.
Der Straßenoberflächen-μ-Wert wird durch die folgende Gleichung (14) dargestellt:
In Gleichung (14) ist g die Erdbeschleunigung, und g_vy ist eine Vorderradquerbeschleunigung, die durch die folgende Gleichung (15) dargestellt ist:
Die Schätzgenauigkeit des so erhaltenen Straßenoberflächen-μ-wertes wird verbessert, wenn das Grippniveau ε abnimmt. Das heißt, das Grippniveau ε nähert sich einem Grenzwert. Wenn daher das Grippniveau ε gleich wie oder kleiner als der vorbestimmte Referenzwert wird, wie es oben beschrieben ist, schätzt der Straßenoberflächen-μ-Wert-Abschätzungsabschnitt 29 den Straßenoberflächen-μ-Wert gemäß den Gleichungen (14) und (15).
Wie oben beschrieben ist, berechnet die Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche gemäß der ersten Ausführungsform den SAT-Modellwert als den SAT-Referenzwert, und schätzt auf der Grundlage des SAT-Referenzwertes und des abgeschätzten SAT-Wertes den Reibungszustand einer Straßenoberfläche, wenn die Kontaktlänge zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche gegenüber dem Anfangszustand unverändert bleibt.
Wenn die Kontaktlänge zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche aufgrund einer Zunahme der Nutzlast des Fahrzeugs oder einer Verringerung des Reifendrucks zunimmt, und die Steigung des SAT bezüglich des Schlupfwin kels zunimmt, ist es möglich, den SAT-Referenzwert unter Berücksichtigung des momentan geschätzten SAT-Wertes und des SAT-Modellwertes zu berechnen. Somit ist es möglich, das Grippniveau ε, das einem Überschuss einer Reibkraft in Querrichtung entspricht, als einen Reibungszustand einer Straßenoberfläche aus einer Änderung der Kontaktlänge zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche genau zu schätzen. Es ist darüber hinaus möglich, den Straßenoberflächen-μ-Wert genau zu schätzen, wenn das Grippniveau ε gleich wie oder kleiner als der Referenzwert wird.
Zweite Ausführungsform
Nachfolgend ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die gleichen Abschnitte wie bei der ersten Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und auf eine erneute Beschreibung wird verzichtet.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Die Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche umfasst zusätzlich zu den in 1 gezeigten Komponenten einen Giergeschwindigkeitssensor 16, der eine Giergeschwindigkeit erfasst.
7 ist ein Blockschaltbild, das einen funktionellen Aufbau der ECU 20 zeigt. Zusätzlich zu der in 2 gezeigten Konfiguration umfasst die ECU 20 außerdem einen Hochpassfilter 31, der eine Hochpassfilterbearbeitung des durch den Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt 24 abgeschätzten Schlupfwinkels durchführt, einen Querkraft-Berechnungsabschnitt 32, der eine Vorderradquerkraft des Fahrzeugs berechnet, einen Schlupfwinkel-Umwandlungsabschnitt 33, der die Vorderradquerkraft in einen Schlupfwinkel umwandelt, einen Tiefpassfilter 34, der eine Tief passfilterbearbeitung des durch die Umwandlung gewonnenen Schlupfwinkels vornimmt, und eine Summationsvorrichtung 35, die die zwei Schlupfwinkel summiert, die eine Filterbearbeitung erfahren haben.
Der Hochpassfilter 31 führt eine Hochpassfilterbearbeitung des Vorderradschlupfwinkels αE aus, der durch den Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt 24 geschätzt wurde. Wenn sich der neutrale Lenkpunkt während der Fahrt auf einer abschüssigen Straße verschiebt, enthält der durch den Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt 24 abgeschätzte Vorderradschlupfwinkel αE einen Driftfehler in einem niederfrequenten Bereich, enthält jedoch eine Signalkomponente, die in einem hochfrequenten Bereich keine Phasenverzögerung bezüglich des abgeschätzten SAT-Wertes aufweist. Folglich filtert der Hochpassfilter 31 den Driftfehler im niederfrequenten Bereich heraus und liefert nur die hochfrequente Komponente, die keine Phasenverzögerung bezüglich des abgeschätzten SAT-Wertes aufweist, indem er eine Hochpassfilterbearbeitung des Vorderradschlupfwinkels αE durchführt.
Der Hochpassfilter 31 ist als erstes diskretes Filter eingerichtet. Der primär diskrete Hochpassfilter im zeitkontinuierlichen Bereich ist durch die Gleichung (16) dargestellt, die eine Übertragungsfunktion ist.
In Gleichung (16) ist ωb eine Eckfrequenz. Das Hochpassfilter im zeitdiskreten Bereich kann durch Transformation der Gleichung (16), zum Beispiel durch eine Tustin-Transformation, eingerichtet sein. Wenn bei der Tustin-Transformation die Abtastzeit T und ein Zeitfüh rungsoperator z ist, so kann ein Differentiationszeichen s durch die Gleichung (17) dargestellt werden.
Durch Einsetzen der Gleichung (17) in Gleichung (16) wird der Hochpassfilter im zeitdiskreten Bereich durch die nachfolgende Gleichung (18) dargestellt.
Das Hochpassfilter 31 führt die Hochpassfilterbearbeitung des Vorderradschlupfwinkels α_E gemäß der Gleichung (18) aus und gibt den Vorderradschlupfwinkel α_E, an dem die Hochpassfilterbearbeitung durchgeführt worden ist, an die Summationsvorrichtung 35.
Der Querkraft-Berechnungsabschnitt 32 berechnet eine Vorderradquerkraft F_v, die eine in einem Vorderreifen erzeugte Querkraft ist, unter Verwendung einer Querbeschleunigung g_y und einer Giergeschwindigkeit r. Die Querbeschleunigung g_y basiert auf dem Sensorsignal des Querbeschleunigungssensors 15, und die Giergeschwindigkeit r basiert auf dem Sensorsignal des Giergeschwindigkeitssensors 16.
Die Vorderradquerkraft Fv genügt der Bewegungsgleichung (19), die die Querbeschleunigung g_y angibt, und genügt der Bewegungsgleichung (20), die die Giergeschwindigkeit r angibt:
In den Gleichungen (19) und (20) ist F_h eine hintere Querkraft. Die Querbeschleunigung gy wird durch die folgende Gleichung (21) dargestellt:
Basierend auf den Gleichungen (19) und (20) wird die Vorderradquerkraft F_v durch die folgende Gleichung (22) dargestellt:
Der Querkraft-Berechnungsabschnitt 32 berechnet die Vorderradquerkraft F_v mit Hilfe der Giergeschwindigkeit r und der Querbeschleunigung gy gemäß Gleichung (22), und gibt die Vorderradquerkraft Fv an den Schlupfwinkel-Umwandlungsabschnitt 33.
Der Schlupfwinkel-Umwandlungsabschnitt 33 wandelt die Vorderradquerkraft Fv durch Teilen der durch den Querkraft-Berechnungsabschnitt 32 gelieferten Vorderradquerkraft F_v durch ein Vorderradseitenführungsvermögen c_f in einen Vorderradschlupfwinkel α_T. Insbesondere führt der Schlupfwinkel-Umwandlungsabschnitt 33 eine Berechnung gemäß der folgenden Gleichung (23) aus:
Das Tiefpassfilter 34 führt eine Tiefpassfilterbearbeitung des durch den Schlupfwinkel-Umwandlungsabschnitt 33 berechneten Vorderradschlupfwinkels α_T aus: Der durch den Schlupfwinkel-Umwandlungsabschnitt 33 berechnete Vorderradschlupfwinkel α_T enthält im hochfrequenten Bereich eine Variationskomponente wie Rauschen aufgrund von Straßenoberflächenstörungen und einer Phasenverzögerung. Jedoch enthält der Vorderradschlupfwinkel α_T die niederfrequente Komponente, welche nicht von Straßenoberflächenstörungen beeinflusst wird, selbst wenn das Fahrzeug auf einer abschüssigen Straße fährt. Folglich filtert das Tiefpassfilter 34 die Variationskomponente im hochfrequenten Bereich heraus und lässt nur die niederfrequente Komponente, die genau berechnet wird, hindurch, indem die Tiefpassfilterbearbeitung an dem Vorderradschlupfwinkel α_T ausgeführt wird.
Insbesondere ist das Tiefpassfilter 34 als ein erstes diskretes Filter eingerichtet, das die gleiche Eckfrequenz wie die des Hochpassfilters 31 aufweist. Das erste Tiefpassfilter im zeitkontinuierlichen Bereich wird durch die folgende Gleichung dargestellt, welche eine Übertragungsfunktion ist:
Das Tiefpassfilter im zeitdiskreten Bereich erhält man durch Umwandeln der Gleichung (24) mittels einer Tustin-Transformation, wodurch sich folgende Gleichung (25) ergibt:
Das Tiefpassfilter 34 führt die Tiefpassfilterbearbeitung des Vorderradschlupfwinkels α_T gemäß der Gleichung (25) aus, und gibt den Vorderradschlupfwinkel α_T, an dem die Filterungbearbeitung ausgeführt wurde, an die Summationsvorrichtung 35.
Die Erfindung ist nicht auf eine spezielle Eckfrequenz begrenzt. Jedoch wird die Eckfrequenz vorzugsweise so eingestellt, dass sie sich gemäß einer Strahlenoberflächenneigungs-Änderungsgeschwindigkeit ändert, das heißt einer Geschwindigkeit, bei der sich eine Neigung der Straßenoberfläche ändert, um das Rauschen durch Straßenoberflächenstörungen zu beseitigen.
Die Summationsvorrichtung 35 berechnet einen integrierten Schlupfwinkel α_I durch Summation des von dem Hochpassfilter 31 bereitgestellten Vorderradschlupfwinkels α_E; und dem von dem Tiefpassfilter 34 bereitgestellten Vorderradschlupfwinkels α_T. Mit anderen Worten, die Summationsvorrichtung 35 führt eine Berechnung gemäß der folgenden Gleichung (26) aus:
Die Summe aus der Übertragungsfunktion des Hochpassfilters 31 und der Übertragungsfunktion des Tiefpassfilters ist 1. Wenn daher dem Hochpassfilter und dem Tiefpassfilter das gleiche Signal zugeführt wird, und die Ausgangssignale beider Filter addiert werden, so gewinnt man das ursprüngliche Signal zurück. Demzufolge kann die Summationsvorrichtung 35 den Schlupfwinkel α_I, der nicht durch einen Driftfehler oder ein Rauschen beeinträchtigt ist, berechnen.
Der SAT-Modellwert-Berechnungsabschnitt 25 berechnet den SAT-Modellwert, falls keine Änderung der Last des Fahrzeugs und keine Verringerung des Reifendrucks vorliegt, indem er den von der Summationsvorrichtung 35 erhaltenen integrierten Schlupfwinkel α_I verwendet. Insbe sondere führt der SAT-Modellwert-Berechnungsabschnitt 25 eine Berechnung gemäß der folgenden Gleichung (27) aus:
Folglich kann der SAT-Modellwert-Berechnungsabschnitt 25 den SAT-Modellwert genau berechnen, wenn keine Änderung der Last des Fahrzeugs und keine Verringerung des Reifendrucks vorliegt, ohne durch einen Driftfehler aufgrund einer Verschiebung des neutralen Lenkpunktes oder Rauschen durch Straßenstörungen oder dergleichen während der Fahrt auf einer abschüssigen Straße beeinflusst zu werden.
Der SAT-Verhältnis-Berechnungsabschnitt 26 berechnet das SAT-Verhältnis (das Verhältnis des abgeschätzten SAT-Modellwertes zu dem SAT-Modellwert) mit Hilfe des von dem SAT-Abschätzungsabschnitt 23 bereitgestellten abgeschätzten SAT-Wertes und des von dem SAT-Modellwert-Berechnungsabschnitt 25 bereitgestellten SAT-Modellwertes. Bei der Ausführungsform wird das SAT-Verhältnis gemäß der folgenden Gleichungen (28) bis (30) abgeleitet:
In den Gleichungen (28) bis (30) ist θ ein Schätzparameter (ein Verhältnis des abgeschätzten SAT-Wertes zu dem SAT-Modellwert). Mit anderen Worten, es wird nur das SAT-Verhältnis als Schätzparameter θ verwendet. Ferner ist P[k] in den Gleichungen (29) und (30) ein skalarer Wert, während P[k] gemäß der ersten Ausführungsform eine (2 × 2)-Matrix ist.
Da der SAT-Verhältnis-Berechnungsabschnitt 26 gemäß dieser Ausführungsform einen Driftfehler aufgrund einer Verschiebung des neutralen Lenkpunktes nicht berücksichtigen muss, ist folglich gemäß der zweiten Ausführungsform ein zweites Element des Parameters θ nicht notwendig. Daher ist es möglich, die Last der Online-Identifizierungsberechnung, die ausgeführt wird, wenn das SAT-Verhältnis berechnet wird, stark zu reduzieren. Sowohl der SAT-Referenzwert-Berechnungsabschnitt 27, der Gripniveau-Abschätzungsabschnitt 28 als auch der Straßenoberflächen-μ-Wert-Abschätzungsabschnitt 29 führt die gleiche Berechnung aus wie bei der ersten Ausführungsform.
Wie oben beschrieben ist, kann die Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche gemäß der zweiten Ausführungsform genau das Gripniveau ε und den Straßenoberflächen-μ-Wert abschätzen, indem sie den SAT-Referenzwert T_SATm0 auf der Grundlage des integrierten Schlupfwinkels berechnet, der mit Hilfe des Hochpassfilters 31 und des Tiefpassfilters 34 gewonnen wurde, und indem sie das Verhältnis zwischen dem SAT-Referenzwert T_SATm0 und dem durch den SAT-Abschätzungsabschnitt 23 abgeschätzten SAT-Wert T_SAT berechnet.
Insbesondere kann die Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche einen Driftfehler aufgrund einer Verschiebung des neutralen Lenkpunktes während der Fahrt auf einer abschüssigen Straße beseitigen, und kann einen Reibungszustand einer Straßenoberfläche genau abschätzen, ohne von Straßenstörungen beeinflusst zu werden, indem sie das Hochpassfilter 31 und das Tiefpassfilter 34 verwendet. Da darüber hinaus die Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche das SAT-Verhältnis berechnet, ohne dabei einen Driftfehler zu berücksichten, kann die Auslastung der Online-Identifikationsberechnung reduziert werden.
Die Eckfrequenz des Hochpassfilters 31 und des Tiefpassfilters 34 kann eine feste Frequenz sein. Jedoch muss die Eckfrequenz gleich wie oder höher als eine Straßenoberflächenneigungsfrequenz sein, d.h. eine Frequenz, mit der sich die Neigung der Straßenoberfläche ändert. Die Straßenoberflächenneigungsfrequenz ist proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit. Daher können das Hochpassfilter 31 und das Tiefpassfilter 34 so konfiguriert sein, dass die Eckfrequenz mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt.
Da die Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche mit dem so konfigurierten Hochpassfilter 31 und Tiefpassfilter 34 ausgestattet ist, kann die Vorrichtung den Reibungszustand einer Straßenoberfläche genau abschätzen, selbst wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit auf eine abschüssige Straße fährt.
Ferner können das Hochpassfilter 31 und das Tiefpassfilter 34 so konfiguriert werden, dass die Eckfrequenz höher wird als eine Abweichung zwischen dem geschätzten Schlupfwinkelwert α_E, und der umgewandelte Schlupfwinkelwert α_T (d.h. der durch Umwandlung erhaltene Schlupfwinkelwert α_T) wird größer. Dies ist deshalb der Fall, weil die Abweichung zwischen dem abgeschätzten Schlupfwinkelwert α_E und dem umgewandelten Schlupfwinkelwert α_T groß wird, wenn das Fahrzeug auf einer abschüssigen Straße fährt oder wenn die Beziehung zwischen der Querkraft und dem Schlupfwinkel nichtlinear wird. In einem solchen Fall wird vorzugsweise der umgewandelte Schlupfwinkelwert α_T verwendet, der auf der Vorderradquerkraft Fv basiert, die nicht durch eine Änderung des neutralen Lenkpunktes oder der nicht-linearen Beziehung zwischen der Querkraft und dem Schlupfwinkel beeinflusst wird.
Da die Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche mit dem Hochpassfilter 31 und dem Tiefpassfilter 34 ausgestattet ist, kann die Vorrichtung einen Anteil des umgewandelten Schlupfwinkelwertes α_T, der auf der Vorderradquerkraft Fv basiert, zu dem abgeschätzten Schlupfwinkelwert α_E, der auf dem Lenkwinkel basiert, erhöhen, wenn der umgewandelte Schlupfwinkelwert α_T und der abgeschätzte Schlupfwinkelwert α_E dazu verwendet wird, den integrierten Schlupfwinkel α_T entsprechend dem Fahrzeugbewegungszustand zu erhalten. Daraus folgt, dass die Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes der Straßenoberfläche zum Beispiel einen Reibungszustand des Straßenoberfläche genau schätzen kann, selbst wenn das Fahrzeug plötzlich eine abschüssige Straße befährt oder das Fahrzeug plötzlich in einen Schleuderzustand versetzt wird.
Die Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen begrenzt, und verschiedene Modifikationen können innerhalb des durch die Ansprüche definierten Umfangs der Erfindung am Aufbau vorgenommen werden.
Zum Beispiel werden bei den oben beschriebenen Ausführungsformen das Gripniveau und der Straßenoberflächen-m-Wert mit Hilfe der elektrischen Servolenkvorrichtung geschätzt. Es kann jedoch auch eine hydraulische Servolenkvorrichtung verwendet werden. Wenn eine hydraulische Servolenkvorrichtung verwendet wird, ist es möglich, das Gripniveau und den Straßenoberflächen-μ-Wert in gleicher Weise zu schätzen wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, indem ein hydraulischer Druck und dergleichen der hydraulischen Servolenkvorrichtung gemessen und das Drehmoment, das dem Lenkmoment entspricht, und das Drehmoment, das dem Hilfsmoment entspricht, erfasst wird.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen verwenden das Hochpassfilter 31 und das Tiefpassfilter 34 die linearen Übertragungsfunktionen. Es können jedoch auch andere Funktionen verwendet werden.

Claims

Vorrichtung zur Berechnung eines Rückstellmoment-Referenzwertes, die Folgendes umfasst: – einen Rückstellmoment-Abschätzungsabschnitt (23), der ein auf einen Reifen ausgeübtes Rückstellmoment abschätzt; – einen Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt (24), der einen Schlupfwinkel eines Reifens abschätzt; – einen Rückstellmoment-Modellwert-Berechnungsabschnitt (25), der unter Verwendung des durch den Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitts (24) abgeschätzten Schlupfwinkels einen Rückstellmoment-Modellwert berechnet; – einen Rückstellmomentenverhältnis-Berechnungsabschnitt (26), der ein Rückstellmomentenverhältnis berechnet, welches ein Verhältnis zwischen dem durch den Rückstellmoment-Abschätzungsabschnitt (24) abgeschätzten Rückstellmoment und dem durch den Rückstellmoment-Modellwert-Berechnungsabschnitt (25) berechneten Rückstellmoment-Modellwert ist; und – einen Rückstellmoment-Referenzwert-Berechnungsabschnitt (27), der einen Rückstellmoment-Referenzwert auf der Grundlage des Rückstellmomentenverhältnisses und des Rückstellmoment-Modellwerts berechnet, wenn ein Höchstwert des durch den Rückstellmomentenverhältnis-Berechnungsabschnitt (26) berechneten Rückstellmomentenverhältnisses einen Schwellenwert übersteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rückstellmoment-Referenzwert-Berechnungsabschnitt (27) den Rückstellmoment-Modellwert als den Rückstellmoment-Referenzwert ausgibt, wenn der Höchstwert des Rückstellmomentenverhältnisses den Schwellenwert nicht übersteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rückstellmoment-Referenzwert-Berechnungsabschnitt (27) den Rückstellmoment-Referenzwert durch Summation des Rückstellmomentenverhältnisses und des Rückstellmoment-Modellwertes berechnet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner Folgendes umfasst: – ein Hochpassfilter (31), das eine Hochpassfilterbearbeitung des durch den Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt (24) abgeschätzten Schlupfwinkels ausführt; – einen Querkraft-Berechnungsabschnitt (32), der eine auf den Reifen ausgeübte Querkraft berechnet; – einen Tiefpassfilter (34), der eine Tiefpassfilterbearbeitung des durch Umwandlung durch den Schlupfwinkel-Umwandlungsabschnitt gewonnenen Schlupfwinkels ausführt; und – einen Summationsabschnitt (35), der den Schlupfwinkel, der eine Hochpassfilterbearbeitung durch den Hochpassfilter (31) erfahren hat, und den Schlupfwinkel, der eine Tiefpassfilterbearbeitung durch den Tiefpassfilter (34) erfahren hat, summiert, wobei der Rückstellmoment-Modellwert-Berechnungsabschnitt (25) den Rückstellmoment-Modellwert auf der Grundlage des durch Summation durch den Summationsabschnitt (35) gewonnenen Schlupfwinkels berechnet.
Vorrichtung zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche, die Folgendes umfasst: – einen Rückstellmoment-Abschätzungsabschnitt (23), der ein auf den Reifen ausgeübtes Rückstellmoment abschätzt; – einen Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt (24), der einen Schlupfwinkel des Reifens abschätzt; – einen Rückstellmoment-Modellwert-Berechnungsabschnitt (25), der einen Rückstellmoment-Modellwert unter Verwendung des durch den Schlupfwinkel-Abschätzungsabschnitt (24) abgeschätzten Schlupfwinkels berechnet; – einen Rückstellmomentenverhältnis-Berechnungsabschnitt (26), der ein Rückstellmomentenverhältnis berechnet, welches ein Verhältnis ist zwischen dem durch den Rückstellmoment-Abschätzungsabschnitt (23) abgeschätzten Rückstellmoment und dem durch den Rückstellmoment-Modellwert-Berechnungsabschnitt (25) berechneten Rückstellmoment-Modellwert ist; – einen Rückstellmoment-Referenzwert-Berechnungsabschnitt (27), der einen Rückstellmoment-Referenzwert auf der Grundlage des Rückstellmomentenverhältnisses und des Rückstellmoment-Modellwertes berechnet, wenn ein Höchstwert des durch den Rückstellmomentenverhältnis-Berechnungsabschnitt berechneten Rückstellmomentenverhältnisses einen Schwellenwert übersteigt; und – einen Straßenoberflächenreibungszustands-Abschätzungsabschnitt (28, 29), der den Reibungszustand einer Straßenoberfläche auf der Grundlage des durch den Rückstellmoment-Abschätzungsabschnitt (23) abgeschätzten Rückstellmoments und des durch den Rückstellmoment-Referenzwert-Berechnungsabschnitt (27) berechneten Rückstellmoment-Referenzwert abschätzt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Straßenoberflächenreibungszustands-Abschätzungsabschnitt (28, 29) ein Gripniveau des Reifens als den Reibungszustand einer Straßenoberfläche auf der Grundlage eines Verhältnisses zwischen dem Rückstellmoment und dem Rückstellmoment-Referenzwert abschätzt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Straßenoberflächenreibungszustands-Abschätzungsabschnitt (28, 29) den Reibungskoeffizienten einer Straßenoberfläche auf der Grundlage des Gripniveaus und einer Querbeschleunigung abschätzt.
Verfahren zur Berechnung eines Rückstellmoment-Referenzwertes, das die folgenden Schritte umfasst – Abschätzen eines auf den Reifen ausgeübten Rückstellmomentes; - Abschätzen eines Schlupfwinkels des Reifens; – Berechnen eines Rückstellmoment-Modellwertes unter Verwendung des abgeschätzten Schlupfwinkels; – Berechnen eines Rückstellmomentenverhältnisses, das ein Verhältnis ist zwischen dem abgeschätzten Rückstellmoment und dem berechneten Rückstellmoment-Modellwert; und – Berechnen eines Rückstellmoment-Referenzwertes auf der Grundlage des Rückstellmomentenverhältnisses und des Rückstellmoment-Modellwertes, wenn ein Höchstwert des berechneten Rückstellmomentenverhältnisses einen Schwellenwert übersteigt.
Verfahren zur Abschätzung des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche, das folgende Schritte umfasst: – Abschätzen eines auf einen Reifen ausgeübten Rückstellmomentes; - Abschätzen eines Schlupfwinkels des Reifens; – Berechnen eines Rückstellmoment-Modellwertes unter Verwendung des abgeschätzten Schlupfwinkels; – Berechnen eines Rückstellmomentenverhältnisses, welches das Verhältnis ist zwischen dem abgeschätzten Rückstellmoment und dem berechneten Rückstellmoment-Modellwert; – Berechnen eines Rückstellmoment-Referenzwertes auf der Grundlage des Rückstellmomentenverhältnisses und des Rückstellmoment-Modellwertes, wenn ein Höchstwert des berechneten Rückstellmomentenverhältnisses einen Schwellenwert übersteigt; und – Abschätzen des Reibungszustandes einer Straßenoberfläche auf der Grundlage des abgeschätzten Rück stellmoments und des berechneten Rückstellmoment-Referenzwertes.