DE19935805C2

DE19935805C2 - Vorrichtung zur Beurteilung des Zustandes einer Straßenoberfläche sowie Vorrichtung zum Erfassen des Fahrzustandes eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE19935805C2
Application number: DE19935805A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Yamaguchi; Katsuhiro Asano; Kenji Tozu; Takayuki Itoh; Akitaka Nishio
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; Aisin Corp
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: US6308115B1; DE19935805A1

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Beurteilung des Zustandes einer Straßenoberfläche. Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zum Erfassen des Fahrzustandes eines Fahrzeugs.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Eine Straßenoberflächenzustandsbeurteilungsvorrichtung ist an einem Fahrzeug vorgesehen und beurteilt einen Straßenoberflächenzustand, während das Fahrzeug fährt. Das Beurteilungsergebnis des Straßenoberflächenzustandes, das mit einer solchen Vorrichtung erhalten wird, wird für eine elektronische Fahrsteuerung verwendet. Für verbesserte Fahrsicherheit ist eine Beurteilung des Straßenoberflächenzustandes mit verbesserter Genauigkeit erforderlich. Genauer ist für verschiedene Fahrsteuerungen in einem Vierradlenksystem und einem Fahrzeugrutsch- oder Schleuderverhinderungssystem eine genaue und umfassende Erfassung des Straßenoberflächenzustandes wichtig.

Aus der DE 196 12 222 A1 ist ein Straßenoberflächenzustands-Bestimmungssystem für ein Fahrzeug mit Eigenantrieb bekannt, das mit einer Traktionssteuerungszusatzeinrichtung ausgerüstet ist. Dieses System bestimmt, während eine Traktionssteuerung ausgeführt wird, einen ersten Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten, basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Längsbeschleunigung, sowie einen zweiten Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten, basierend auf dem auf die Antriebsräder aufgebauten Drehmoment. Als endgültiger Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient wird der größere aus dem ersten und dem zweiten Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten ausgewählt.

Aus der DE 196 26 398 A1 ist ein Detektor für den Zustand einer Fahrbahnoberfläche bekannt, bei dem Raddrehzahlen eines jeden Fahrzeugrades auf der Grundlage von Signalen von Raddrehzahlsensoren bestimmt werden. Die Radbeschleunigung eines jeden Rades wird auf der Grundlage der Drehzahlen berechnet. Hochfrequenzkomponenten der Radbeschleunigung eines jeden Rades werden unter Verwendung eines Hochpaßfilters herausgefiltert. Anschließend wird eine Veränderlichkeit der gefilterten Radbeschleunigung berechnet. Die Bestimmung einer schlechten Fahrbahnoberfläche wird unter Verwendung der berechneten Veränderlichkeit durchgeführt. Auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses für eine schlechte Fahrbahnoberfläche wird eine Antiblockiersteuerung durchgeführt.

Aus der DE 43 38 587 A1 ist ein Verfahren zum Schätzen des Greifverhaltens einer Fahrbahnoberfläche gegenüber den Rädern eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem eine periodische Erzeugung einer Vielzahl von Zustandssignalen vorgenommen wird, die für eine Schätzung des Greifverhaltens verarbeitet werden. Zu diesen Zustandssignalen gehören u. a. Drehzahlsignale der angetriebenen und nicht angetriebenen Räder, daraus abgeleitete Schlupfsignale sowie ein Radwinkelsignal, das den Winkel zwischen lenkbaren Rädern und der Fahrzeuglängsachse angibt.

In der Druckschrift JP-04368230 A ist eine Straßenoberflächen- Schlupfwiderstandsmeßvorrichtung beschrieben, bei der eine zwischen einem Motor und den Fahrzeugrädern angeordnete Antriebswelle in Eingriff und außer Eingriff bringbar ist und die Vorderräder und die Hinterräder unterschiedliche Durchmesser haben. An den Achsen der angetriebenen Räder sind Lastsensoren angebracht und an der Antriebswelle ist ein Drehmomentdetektor angebracht. Die Detektoren sind mit einer Datenverarbeitungsanlage und einem Display verbunden.

In der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 8-119131 ist eine Vorrichtung zum Erfassen eines rutschigen Zustands einer Straßenoberfläche beschrieben. Basierend auf von verschiedenen Sensoren enthaltenen Werten (Sensorwerte) und vorgespeicherten Reifencharakteristika, die in ein Fahrzeugbewegungsmodell (eine Zustandsgleichung) eingegeben sind, schätzt die Vorrichtung eine Referenzzustandsgröße (beispielsweise eine seitliche Beschleunigung des Fahrzeugs). Dann wird eine Differenz (ein Restfehler) zwischen der Referenzzustandsgröße und der auf einem Sensorwert (beispielsweise einer Fahrzeugseitenbeschleunigung) basierenden erfaßten Zustandsgröße berechnet und eine vorbestimmte Anzahl solcher Differenzdatengrößen werden in zeitlicher Folge geordnet, um Referenzdif ferenzzeitreihendaten zu erhalten. Währenddessen wird entsprechend dem jeweiligen Stra ßenzustandsbedingungen eine Mehrzahl von geschätzten Differenzzeitreihendatengrößen vorbereitet. Dann wird das Muster der Referenzdifferenzzeitreihendaten mit denen der Mehrzahl der geschätzten Differenzzeitreihendatengrößen verglichen, um festzustellen, welche Datengröße dasjenige Muster zeigt, das den Referenzdifferenzzeitreihendaten am nächsten kommt, um den augenblicklichen Straßenoberflächenzustand zu beurteilen.

Die japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 9-311042 beschreibt eine Vorrichtung zum Abschätzen eines Fahrzeugrutschwinkels, die ein Fahrzeugbewegungsmodell ähnlich dem obigen verwendet. Bei dieser Vorrichtung wird eine aus einem Kurvenfahreigenschafts- bzw. Seitenführungsmodell abgeschätzte Seitenbeschleunigung mit einer erfaßten Seitenbe schleunigung verglichen, um den Straßenoberflächenzustand zu beurteilen; darauf basierend werden Reifencharakteristika bestimmt. Die bestimmten Reifeneigenschaften wiederum werden bei der Abschätzung eines Fahrzeugrutschwinkels verwendet. Zur Abschätzung eines Fahrzeugrutschwinkels wird ein Rückkopplungsregel- bzw. -steuerverfahren mit Ver wendung eines Beobachters eingesetzt; Einzelheiten davon sind in der japanischen Patent veröffentlichung Nr. Hei 3-122541 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine Zustands abschätztechnik, eine der modernen Steuer- bzw. Regeltheorien bei der Erfassung eines Fahrzeugrutschwinkels verwendet.

Eine herkömmliche Vorrichtung, wie sie in der vorgenannten japanischen Patentveröffentli chung Nr. Hei 8-119131 beschrieben ist, zielt jedoch auf der Erfassung eines glatten Zu standes einer Straßenoberfläche nur im anfänglichen Zustand einer Fahrzeugdrehung vor einem Schleudern und kann daher beispielsweise prinzipiell zur Beurteilung des Straßen oberflächenzustandes nur im Anfangszustand einer Fahrzeugdrehung verwendet werden. Zusammenfassend kann diese Vorrichtung nicht verwendet werden, wenn sich der Straßen oberflächenzustand ändert, während das Fahrzeug sich dreht, und der Straßenoberflächenzu stand kann unter solchen Umständen daher nicht erfaßt werden. Genauer wird bei der vor genannten herkömmlichen Vorrichtung bei Beginn des Rutschens des Fahrzeugs eine Phasenabweichung zwischen einem Rechenmodellergebnis und einem aktuellen Wert enthalten, der von einem Sensor erhalten wird. Die Referenzdifferenzzeitreihendaten passen zu keinen der abgeschätzten Differenzzeitseriendaten, was dazu führt, dass eine genaue Beurteilung des Straßenoberflächenzustandes nicht möglich ist. Mit anderen Worten ist bei der vorgenannten herkömmlichen Vorrichtung eine Beurteilung des Straßenoberflächenzustandes nur im anfänglichen Zustand einer Fahrzeugdrehung möglich.

Weiter ist es mit verschiedenen herkömmlichen Vorrichtungen nicht möglich, den Straßenoberflächenzustand genau zu bestimmen, wenn ein Fahrzeug unter unterschiedlichen Fahrzuständen bzw. -bedingungen fährt. Beispielsweise besteht herkömmlicherweise ein Problem darin, dass eine Beurteilung des Straßenoberflächenzustandes nur im anfänglichen Zustand einer Fahrzeugdrehung möglich ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die vorstehend genannten Probleme zu lösen und eine genaue, aktuelle Abschätzung eines Straßenoberflächenzustandes zu ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der der Fahrzustand eines Fahrzeugs, insbesondere eines in einem Bremszustand befindlichen Fahrzeugs, erfasst werden kann.

Die erstgenannte Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zum Beurteilen des Zustandes einer Straßenoberfläche gemäß dem Anspruch 1 gelöst.

Nicht lineare Reifencharakteristika für jeweilige angenommene Straßenoberflächenzustände (z. B. eine trockene Straße und eine schneebedeckte Straße) sind zur späteren Verwendung bei der Schätzung eines Fahrzeugrutschwinkels gespeichert. Ein Vergleich zwischen einem Schätzwert (oder einer anderen physikalischen Größe, die basierend auf dem Schätzwert berechnet ist) und einem aktuellen Erfassungswert wird zur Bestimmung eines augenblicklichen Straßenoberflächenzustandes verwendet. Daten des geschätzten Rutschwinkels werden in der Rückkopplungskompensationseinrichtung kompensiert, bevor sie ausgegeben werden. Mit dieser Anordnung kann ein Straßenoberflächenzustand und Vermeidung einer Phasenabweichung genau bestimmt werden, selbst wenn sich der Zustand während einer Drehung des Fahrzeugs ändert.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 kann verhindert werden, dass ein Schätzwert oszilliert.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 werden, basierend auf Fahrzeugrutschwinkeln für die jeweiligen angenommenen Straßenoberflächen Schätzwinkelgeschwindigkeiten erhalten. Der augenblickliche Straßenoberflächenzustand wird in Abhängigkeit davon bestimmt, welche der Schätzwinkelgeschwindigkeiten der aktuellen Winkelgeschwindigkeit am nächsten kommt.

Der Anspruch 4 kennzeichnet eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß dem Anspruch 3.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 5 werden Seitenbeschleunigungen, basierend auf Fahrzeugrutschwinkeln, für die jeweiligen angenommenen Straßenoberflächen geschätzt, um festzustellen, welche der Schätzseitenbeschleunigungen der aktuellen Seitenbeschleunigung am nächsten kommt, um einen augenblicklichen Straßenoberflächenzustand zu bestimmen.

Der Anspruch 6 kennzeichnet eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß dem Anspruch 5.

Der Anspruch 7 kennzeichnet eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Tatsächlich zeigen Reifen jedoch gesättigte Charakteristika mit einer gesättigten Kurvenkraft, wenn ein Lenkwinkel größer wird, selbst bevor das Fahrzeug einen Fahrgrenzzustand erreicht, und eine aktuelle Seitenbeschleunigung (G seitlich) erreicht einen Grenzwert. In diesem Sinn ist die aktuelle Seitenbeschleunigung (von einem Sensor erfaßte G seitlich) nicht zur Verwendung bei einer raschen und genauen Bestimmung eines Fahrzeuggrenzzustandes geeignet. Anstatt dessen wird ein nichtlineares Reifencharakteristikmodell zur Abschätzung einer Seitenbeschleunigung verwendet. Da dieses Modell nicht gesättigten Charakteristika aufweist, selbst wenn sich ein Fahrzeug in einem Fahrgrenzzustand befindet, stellt sich ein unter Verwendung des Modells geschätzter seitlicher G-Wert als sehr verschieden von (insbesondere größer als) ein aktueller seitlicher G-Wert heraus, wenn das Fahrzeug sich in dem Fahrgrenzzustand befindet. In dieser Ausführungsform wird dieser Unterschied zwischen dem geschätzten und dem aktuellen seitlichen G-Wert, der auftritt, wenn ein Fahrzeug sich in dem Fahrgrenzzustand befindet, verwendet, um genau zu entscheiden, ob oder ob nicht das Fahrzeug den Fahrgrenzzustand erreicht hat. Genauer, wenn ein geschätzter seitlicher G-Wert über einem vorbestimmten Grenzwert (der in Abhängigkeit von einem aktuellen seitlichen G- Grenzwert bestimmt wird) liegt, wird bestimmt, dass das Fahrzeug den Fahrgrenzzustand erreicht hat. Mit dieser Anordnung kann rasch festgestellt werden, dass ein Fahrzeug den Fahrgrenzzustand erreicht hat, ohne dass eine weitere Beobachtung über eine vorbestimmte Zeitdauer erfolgt.

Der zweite Teil der vorgenannten Erfindungsaufgabe wird mit einer Fahrzeugfahrzustandserfassungseinrichtung gemäß dem Anspruch 8 gelöst.

Tatsächlich kann der Straßenoberflächenzustand unter Verwendung jedes von verschiedenen Verfahren geschätzt werden. Wenn der aktuelle Straßenoberflächenzustand bestimmt ist, wird eine Schätzseitenbeschleunigung G, die dem aktuellen Straßenoberflächenzustand entspricht, entsprechend bestimmt. Wenn die bestimmte Schätzseitenbeschleunigung G über einem vorbestimmten Grenzwert liegt, wird das Fahrzeug als im Grenzzustand befindlich bestimmt. Die nichtlinearen Reifencharakteristika haben vorzugsweise nicht gesättigte Charakteristika.

Die Unteransprüche 9 bis 12 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen der vorgenannten Fahrzeugzustandserfassungsvorrichtung gerichtet.

Eine weitere Vorrichtung zum Erfassen des Fahrzustands eines Fahrzeugs, mit dem die oben genannte zweite Erfindungsaufgabe gelöst wird, ist im Anspruch 13 gekennzeichnet. Bei dieser Vorrichtung ist die Größe, die den Fahrzeugfahrzustand betrifft, eine physikalische Größe, deren Beobachtung beim Steuern bzw. Regeln für einen stabilen Zustand eines in Bewegung befindlichen Fahrzeugs erforderlich ist, und ist vorzugsweise eine Seitenbeschleunigung. Wenn die Größe, die den Fahrzeugzustand betrifft, über einem vorbestimmten Grenzwert liegt, wird das Fahrzeug als im Grenzzustand befindlich entschieden. Mit dieser Anordnung kann das Verhalten eines in Bewegung befindlichen Fahrzeugs zuverlässig stabilisiert werden. Die nichtlinearen Reifencharakteristika haben vorzugsweise nicht gesättigte Charakteristika.

Die Unteransprüche 14 bis 17 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß dem Anspruch 13 gerichtet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform zusammen mit den beigefügten Zeichnungen erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Aufbaus einer Modellierbetriebssektion gemäß Fig. 1;

Fig. 3 Kurven von Reifencharakteristika;

Fig. 4A eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Lenkwinkels auf einer Straße mit hohem Reibwert zeigt;

Fig. 4B eine Kurve, die zeitliche Änderungen einer Gierrate und einer Seitenbeschleuni gung auf einer Straße mit hohem Reibwert zeigt;

Fig. 4C eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Fahrzeugrutschwinkels auf einer Straße mit hohem Reibwert zeigt;

Fig. 4D eine Kurve, die zeitliche Änderungen einer Rutschwinkelgeschwindigkeit auf einer Straße mit hohem Reibwert zeigt;

Fig. 5A eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Lenkwinkels auf einer Straße mit niedrigem Reibwert zeigt;

Fig. 5B eine Kurve, die zeitliche Änderungen einer Gierrate und Seitenbeschleunigung auf einer Straße mit niedrigem Reibwert zeigt;

Fig. 5C eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Fahrzeugrutschwinkels auf einer Straße mit niedrigem Reibwert zeigt;

Fig. 5D eine Kurve, die zeitliche Änderungen einer Rutschwinkelgeschwindigkeit auf einer Straße mit niedrigem Reibwert zeigt;

Fig. 6A eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Lenkwinkels zeigt, wenn das Fahr zeug auf einer Straße mit hohem Reibwert die Fahrspur ändert (Fall 1);

Fig. 6B eine Kurve, die zeitliche Änderungen einer Gierrate und einer Seitenbeschleuni gung zeigt, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit hohem Reibwert die Fahr spur ändert (Fall 1);

Fig. 6C eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Straßenoberflächenauswertungswertes zeigt, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit hohem Reibwert die Fahr spur ändert (Fall 1);

Fig. 6D eine Kurve, die zeitliche Änderungen der Beurteilungsergebnisse zeigt, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit hohem Reibwert die Fahrspur ändert (Fall 1);

Fig. 7A eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Lenkwinkels zeigt, wenn das Fahr zeug auf einer Straße mit hohem Reibwert die Fahrspur ändert (Fall 2);

Fig. 7B eine Kurve, die zeitliche Änderungen einer Gierrate und einer Seitenbeschleuni gung zeigt, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit hohem Reibwert die Fahr spur ändert (Fall 2);

Fig. 7C eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Straßenoberflächenauswertungs wertes zeigt, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit hohem Reibwert die Fahr spur ändert (Fall 2);

Fig. 7D eine Kurve, die zeitliche Änderungen von Beurteilungsergebnissen zeigt, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit hohem Reibwert die Fahrspur ändert (Fall 2);

Fig. 8A eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Lenkwinkels zeigt, wenn das Fahr zeug auf einer Straße mit niedrigem Reibwert die Fahrspur ändert (Fall 1);

Fig. 8B eine Kurve, die zeitliche Änderungen einer Gierrate und Seitenbeschleunigung zeigt, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit niedrigem Reibwert die Fahrspur ändert (Fall 1);

Fig. 8C eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Straßenoberflächenauswertungs wertes zeigt, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit niedrigem Reibwert die Fahrspur ändert (Fall 1);

Fig. 8D eine Kurve, die zeitliche Änderungen von Beurteilungsergebnissen zeigt, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit niedrigem Reibwert die Fahrspur ändert (Fall 1);

Fig. 9A eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Lenkwinkels zeigt, wenn das Fahr zeug auf einer Straße mit geringem Reibwert die Fahrspur ändert (Fall 2);

Fig. 9B eine Kurve, die zeitliche Änderungen einer Gierrate und einer Seitenbeschleuni gung zeigt, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit niedrigem Reibwert die Fahrspur ändert (Fall 2);

Fig. 9C eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Straßenoberflächenauswertungs wertes zeigt, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit niedrigem Reibwert die Fahrspur ändert (Fall 2);

Fig. 9D eine Kurve, die zeitliche Änderungen von Beurteilungsergebnissen zeigt, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit niedrigem Reibwert die Fahrspur ändert (Fall 2);

Fig. 10 ein Blockdiagramm eines Aufbaus einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11 ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines Schätzsystems, basierend auf einem nichtlinearen Modell gemäß Fig. 10;

Fig. 12A Kurven einer anderen Reifencharakteristik;

Fig. 12B ein teilweise vergrößertes Diagramm der Fig. 12A;

Fig. 13 ein Blockdiagramm eines Aufbaus einer Grenzbeurteilungsvorrichtung gemäß Fig. 10;

Fig. 14A eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Lenkwinkels zeigt;

Fig. 14B Kurven, die zeitliche Änderungen einer Gierrate und einer Seitenbeschleuni gung zeigen;

Fig. 14C Kurven, die zeitliche Änderungen einer Seitenbeschleunigung für jeweilige angenommene Straßenoberflächen zeigen;

Fig. 14D Kurven, die zeitliche Änderungen einer Rutschwinkelgeschwindigkeit zeigen;

Fig. 15A eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Lenkwinkels bei einer schnee bedeckten Straße zeigt;

Fig. 15B Kurven, die zeitliche Änderungen einer Gierrate und einer Seitenbeschleuni gung bei einer schneebedeckten Straße zeigen;

Fig. 15C Kurven, die zeitliche Änderungen eines quadrierten Restfehlersammelwertes bei einer schneebedeckten Straße zeigen;

Fig. 15D Kurven, die zeitliche Änderungen einer Rutschwinkelgeschwindigkeit betref fend eine schneebedeckte Straße zeigen;

Fig. 16A eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Lenkwinkels bei einer eisigen Stra ße zeigt;

Fig. 16B Kurven, die zeitliche Änderungen einer Gierrate und einer Seitenbeschleuni gung bei einer eisigen Straße zeigen;

Fig. 16C Kurven, die zeitliche Änderungen eines quadrierten Restfehlersammelwertes bei einer eisigen Straße zeigen;

Fig. 16D Kurven, die zeitliche Änderungen einer Rutschwinkelgeschwindigkeit bei einer eisigen Straße zeigen;

Fig. 17A eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines Lenkwinkels bei einer trockenen Straße zeigen;

Fig. 17B Kurven, die zeitliche Änderungen einer Gierrate und einer Seitenbeschleuni gung bei einer trocknen Straße zeigen;

Fig. 17C eine Kurve, die zeitliche Änderungen eines quadrierten Restfehlersammelwertes bei einer trocknen Straße zeigen und

Fig. 17D Kurven, die zeitliche Änderungen einer Rutschwinkelgeschwindigkeit bei einer trocknen Straße zeigen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das einen vollständigen Aufbau einer Vorrichtung einer be vorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die Vorrichtung kann beispielsweise an einem Fahrzeug, wie einem Automobil angebracht werden, um selbsttätig Minute für Mi nute den Zustand einer Straßenoberfläche zu beurteilen, auf der das Fahrzeug fährt. Die jeweiligen in Fig. 1 dargestellten Komponenten können mittels Software oder Hardware oder einer Kombination beider ausgeführt sein.

Modellierbetriebssektionen 10, 12 sind Einrichtungen zum Schätzen einer Zustandsgröße, die das Fahren eines Fahrzeugs betrifft ("ein Fahrzeugrutschwinkel" in dieser Ausführungs form), wobei ein nichtlineares Fahrzeugmodell benutzt wird. Die Modellierbetriebssektio nen 10, 12 empfangen ein Signal von unterschiedlichen, an dem Fahrzeug montierten Sen soren, genauer Signale, die Zustandsgrößen anzeigen, wie eine Seitenbeschleunigung (Sei ten G), eine Gierrate, eine Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Lenkwinkel. Eine Seitenbe schleunigung (Seiten G), eine Gierrate, eine Fahrzeuggeschwindigkeit und ein Lenkwinkel sind durch die gesamte Beschreibung hindurch als y (^..), θ (^.), v, δ f bezeichnet, wobei (^.) ein zeitliches Differential und (^..) das Zeitdifferential zweiter Ordnung bedeutet. Diese Si gnale für Zustandsgrößen werden auch einer Betriebssektion 18 (später beschrieben) zuge führt.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines speziellen Aufbaus der Modellierbetriebssektionen 10, 12 der Fig. 1. Eine Schneemodellierbetriebssektion 10 und eine Trockenmodellierbetriebssektion 12 haben den gleichen Aufbau und können als getrennte oder integrierte Ganzheiten ausge führt sein.

Eine Betriebssektion 60 mit einer Zustandsgleichung zur Verwendung als nichtlineares Fahrzeugmodell in dieser Ausführungsform, ist eine Einrichtung zum Schätzen eines Fahr zeugrutschwinkels, basierend auf verschiedenen Zustandsgrößen und Reifencharakteristika, die in die Zustandsgleichung eingesetzt sind. Die Betriebssektion 60 enthält einen Speicher 60A, in dem Daten nicht linearer Reifencharakteristika eingegeben sind, wie in Fig. 3 dar gestellt. Die Schneemodellierbetriebssektion 10 enthält in ihrem Speicher 60A Daten be züglich der nichtlinearen Reifencharakteristika auf "Schnee"; die Trockenmodel lierbetriebssektion 12 enthält in ihrem Speicher 60A Daten betreffend die nichtlinearen Reifencharakteristika für "Trocken".

Da sich der Aufbau der Modellierbetriebssektion 10 und 12 nur hinsichtlich der Charakteristika der verwendeten Reifen unterscheiden, wie durch den Vergleich offensichtlich ist, sind die Sektion 10 und 12 vorzugsweise als eine im wesentlichen einzige Modellierbe triebssektion ausgeführt. Diese Theorie kann auf die anderen duplizierten Komponenten der Fig. 1 und 2 angewendet werden.

Bezugnehmend auf Fig. 2 bilden jeweilige Komponenten um die Funktionseinheit bzw. Betriebssektion 60, Betriebssektion 62 und 64, eine zusätzliche Betriebssektion 66, eine Differentialbetriebssektion 68 und eine Differenzbetriebssektion 70 zusammen eine Rück kopplungskompensationseinrichtung zum Kompensieren eines Fahrzeugrutschwinkels, der wie oben geschätzt wird. Genauer berechnet die Betriebssektion 62 eine Fahrzeugrut schwinkelgeschwindigkeit, basierend auf einer augenblicklichen Zustandsgröße, während die Differentialbetriebssektion 68 eine Fahrzeugrutschwinkelgeschwindigkeit basierend auf dem augenblicklichen und dem letzten geschätzten Fahrzeugschlupfwinkel berechnet (ge nauer einen Fahrzeugrutschwinkel nach der später beschriebenen Kompensation). Die Dif ferenzbetriebssektion 70 berechnet eine Differenz (einen Restfehler) zwischen der von der Betriebssektion 62 berechneten Fahrzeugrutschwinkelgeschwindigkeit und der Fahrzeugrut schwinkelgeschwindigkeit, entsprechend dem letzten geschätzten Fahrzeugrutschwinkel, berechnet von der Differentialbetriebssektion 68. Basierend auf der berechneten Differenz berechnet die Betriebssektion 64 einen Kompensationswert (einen geschätzten Kom pensationswert) und der berechnete Kompensationswert wird dann in der Additionsbe triebssektion 66 zu dem Fahrzeugschlupfwinkel hinzuaddiert, der von der Betriebssektion 60 ausgegeben wird. Der kompensierte Fahrzeugschlupfwinkel wird zu der Differentialbe triebssektion 68 und nach außerhalb der Modellierbetriebssektion ausgegeben. Es sei darauf hingewiesen, daß die Betriebssektion 64 beispielsweise mit einer Funktion oder einer Ta belle zum Bestimmen eines Kompensationswertes dargestellt sein kann.

Die vorgenannte Rückkopplungskompensation ermöglicht eine einem Wechsel folgende Abschätzung, wenn bei drehendem Fahrzeug der Straßenoberflächenzustand sich ändert, wodurch das herkömmliche Problem der Phasenabweichung gelöst wird.

Bezugnehmend wiederum auf Fig. 1 ist ein Fahrzeugschlupfwinkel (ein Schätzwert), der von der Schneemodellierbetriebssektion 10 geschätzt wird, mit β(ˆ) Schnee bezeichnet ist, wobei (ˆ) einen Schätzwert bedeutet.

Die Differentialbetriebssektion 14 führt bezüglich des geschätzten Fahrzeugrutschwinkels eine Differenzierung durch, um eine Fahrzeugrutschwinkelgeschwindigkeit β (ˆ) (^.) Schnee zu erhalten, die eine zeitliche Ableitung von β (ˆ) ist.

Wie vorstehend beschrieben, kann unter Verwendung der Schneemodellierbetriebssektion 10 und der Differentialbetriebssektion 14 ein Schätzwert einer Fahrzeugrutschwinkelge schwindigkeit (eine Schätzwinkelgeschwindigkeit) erhalten werden, die einem Oberflächen zustand "Schnee" entspricht.

In der Trockenmodellierbetriebssektion 12 wird währenddessen ein Fahrzeugrutschwinkel (ein Schätzwert) β (ˆ) "trocken" geschätzt und dann in die Differentialbetriebssektion 16 eingegeben, wo der Differenziervorgang bezüglich des eingegebenen Fahrzeugrutschwin kels durchgeführt wird, um eine Fahrzeugrutschwinkelgeschwindigkeit β (ˆ) (^.) trocken zu erhalten.

Zusammenfassend werden Fahrzeugrutschwinkelgeschwindigkeiten entsprechend den Stra ßenoberflächenzuständen "Schnee" und "Trocken" in der Schneemodellierbetriebssektion 10, gefolgt von der Differentialbetriebssektion 14, und in der Trockenmodellierbe triebssektion 12, gefolgt von der Differentialbetriebssektion 16 berechnet.

Zusätzlich berechnet die Betriebssektion 18 einen Erfassungswert einer Fahrzeug rutschwinkelgeschwindigkeit, oder β (^.), basierend auf einer Information einer Seitenbe schleunigung, einer Gierrate und einer Fahrzeuggeschwindigkeit, mittels eines Sensors.

Genauer wird die folgende Berechnung durchgeführt, die im wesentlichen die gleiche wie die in der Betriebssektion 62 der Fig. 2 durchzuführende ist.

Wie vorstehend beschrieben, ist ein Erfassungswert einer Fahrzeugrutschwinkelgeschwin digkeit als Ausgang der Betriebssektion 18 spezifiziert, und Schätzwerte der Fahrzeugrut schwinkelgeschwindigkeiten für jeweils angenommene Straßenoberflächenzustände werden, wie oben beschrieben, geschätzt.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Betriebssektion 18 in Fig. 1 und die Betriebssektion 62 in Fig. 2 als eine einzige Einheit ausgeführt sein können, da sie im wesentlichen die gleiche Berechnung durchführen. Dies gilt auch für die Differentialbetriebssektion 14 und 16 in Fig. 1 und die Differentialbetriebssektion 68 in Fig. 2.

Eine Störunterdrückungssektion 20 ist eine Einrichtung zum Filtern des vorstehend be schriebenen Erfassungswertes und der beiden Schätzwerte und enthält drei Filter 22, 24 und 26, die den jeweiligen Werten entsprechen. Diese Filter 22, 24 und 26 sind vorgesehen, um jegliche Störfaktoren zu entfernen oder zu mindern beispielsweise eine externe Straßenober flächenstörung, wie sie an einer Bank oder Kante auftreten kann, oder Sensorrauschen. Jedes Filter funktioniert sowohl als 0,5 Hz Hochpaßfilter und 3 Hz Tiefpaßfilter, d. h. als ein Bandpaßfilter. Die Filter können jedwelche gewünschte Charakteristika aufweisen, je nach ihrer Verwendung. Alle drei Filter 22, 24 und 26 sind nicht immer notwendig und die Funktionen von zwei oder mehr dieser Filter können kombiniert werden.

Die beiden Schätzwerte und der Erfassungswert werden nach ihrer Filterung in der Störun terdrückungssektion 20 einer Fehlerberechnungssektion 28 zugeführt. Insbesondere der Schätzwert einer Fahrzeugrutschwinkelgeschwindigkeit für "Schnee" der beiden Schätz werte wird bei dieser Ausführungsform auch einer Aktualisierungsbeurteilungssektion 30 zugeführt. Eine Fahrzeugrutschwinkelgeschwindigkeit, die vom Filter 22 ausgegeben wird, ist als β (ˆ) (^.) Schnee* bezeichnet.

Die Akutalisierungsbeurteilungssektion 30 ist eine Einrichtung zum Entscheiden ob oder ob nicht ein vorheriges Beurteilungsergebnis aktualisiert wird, wenn der Straßenoberflächen zustand in jedem Prüfzyklus (später beschrieben) beurteilt wird. In der vorliegenden Aus führungsform erfolgt diese Aktualisierungsentscheidung insbesondere aufgrund einer Fahr zeugrutschwinkelgeschwindigkeit für "Schnee" und genauer durch die Bestimmung, ob oder ob nicht der folgende Beurteilungsausdruck erfüllt ist.

Daher zeigt ein Ausgangssignal der Aktualisierungsbeurteilungssektion 30 oder ein Aktuali sierungsbeurteilungsergebnissignal 100 an, ob oder ob nicht der obige Ausdruck 2 erfüllt ist, und diese Information wird später in einer Straßenoberflächenzustandsbeur teilungssektion 48 verwendet (später beschrieben).

Die hinter der Störentfernungs. bzw. -unterdrückungssektion 20 vorgesehene Fehler berechnungssektion 28 enthält genauer zwei Abweichungsberechnungsvorrichtungen 32 und 34, von denen jede ständig einen Fehler im Schätzwert relativ zu einem entsprechenden Erfassungswert berechnet. Genauer berechnet die Abweichungsberechnungsvorrichtung 32 einen Fehler für den "Schnee" Zustand, während die Abweichungsberechnungsvorrichtung 34 einen Fehler für den "Trocken" Zustand berechnet. Es sei darauf hingewiesen, daß in dem Fall, daß eine Zustandsgröße zu einer bestimmten Zeit parallel den Modellierbe triebssektionen 10, 12 und der Betriebssektion 18 zum Berechnen von Schätz- und Erfas sungswerten zugeführt wird, die berechneten Schätz- und Erfassungswerte, die die Zu standsgröße zur gleichen Zeit betreffen, so gesteuert werden, daß sie gleichzeitig der Feh lerberechnungssektion 28 zugeführt werden.

Der vorstehend genannte Fehler beschreibt die Verläßlichkeit eines Schätzwertes, der mit tels Modellbildung erreicht wird. Mit anderen Worten beschreibt der Fehler den Grad der Anwendbarkeit eines vorausgesetzten Zustandes (ein angenommener Straßenoberflächenzu stand), der bei der Modellbildung verwendet wird. Das heißt, durch einen Vergleich, welche Reifencharakteristika für die vorhandenen Bedingungen bzw. den vorhandenen Zustand am besten geeignet sind, wird der augenblickliche Straßenoberflächenzustand in der Folge bekannt.

Hinter der Fehlerberechnungssektion 28 sind Betriebssektionen 36 und 38 vorgesehen, die Akkumulierbetriebssektionen 40 und 44 und Filter 42 und 46 enthalten. Die Akkumulierbe triebssektionen 40 und 44 quadrieren den Fehler aus den Abweichungsberechnungsvor richtungen 32 und 34 und akkumulieren eine vorbestimmte Anzahl (hier 10) solcher qua drierten Werte, um einen Akkumulierwert zu erhalten. Das heißt, zehn Fehler werden in jedem Prüfzyklus in den Akkumulierbetriebssektionen 40 und 44 gesammelt, und der Ak kumulierwert der zehn Fehler wird den Filtern 42 bzw. 46 zugeführt.

Die Filter 42 und 46 enthalten in der vorliegenden Ausführungsform jeweils ein 0,5 Hz Tiefpaßfilter zur Glättung eines Akkumulierwertes.

Durch den Betrieb der Betriebssektionen 36 und 38 kann eine statistische oder geglättete Fehlergröße, basierend auf einer Mehrzahl von Fehlern, erhalten werden, die bei der Be urteilung eines Straßenoberflächenzustandes verwendet wird. Es sei darauf hingewiesen, daß anstelle der vorgenannten Quadratbildungen mit Absolutwerten gerechnet werden kann. Hinsichtlich der Beurteilungsgenauigkeit und Verläßlichkeit wird eine zweckmäßige Anzahl von Fehlern akkumuliert. Die Akkumulierbetriebssektionen 40 und 44 haben jeweils einen Speicher zum Speichern einer vorbestimmten Anzahl von Fehlerinformationsitems, dessen Kapazität entsprechend der zur speichernden Fehlerinformationsitems in zweckmäßiger Weise festgelegt wird.

Ein Fehlergrößenausgangssignal der Betriebssektion 36 wird als Δβ (^.) Schnee bezeichnet und das der Betriebssektion 38 ist mit Δβ (^.) trocken bezeichnet.

Die Straßenoberflächenzustandsbeurteilungssektion 48 enthält in der vorliegenden Aus führungsform eine Auswertungswertberechnungssektion 50 und eine Straßenoberflächenzustandsbestimmungssektion 52. Die Auswertungswertberechnungssektion 50 ist eine Ein richtung zum Berechnen eines Auswertungswertes K zur Verwendung bei der Beurteilung eines Straßenoberflächenzustandes, und führt genauer die folgende Berechnung durch:

Wenn der augenblickliche Straßenoberflächenzustand eine Straße mit hohem Reibwert ist, wird eine Fehlergröße für den "Schnee" Zustand im Vergleich zu der für den "Trocken" Zustand deutlich größer, wie später beschrieben wird. Das heißt, ein Vergleich der Fehler größen führt zu einer genauen Bestimmung des augenblicklichen Straßenoberflächenzu stands. Zu diesem Zweck wird das Verhältnis zwischen den beiden Fehlergrößen unter Verwendung des Ausdrucks 3 erhalten, wie oben beschrieben.

Die Straßenoberflächenzustandsbestimmungssektion 52 enthält einen Komperator 52A und einen Speicher 52B. Der Komperator 52A vergleicht einen Auswertungswert K und einen vorbestimmten Schwellwert C. Der Speicher 52B speichert das Ergebnis der letzten Be stimmung eines Straßenoberflächenzustandes. Wenn der Vergleich in dem Komperator 52A einen kleineren Auswertungswert A ergibt als ein Schwellwert C, bestimmt die Stra ßenoberflächenzustandsbestimmungssektion 52, daß die Straße eine Straße mit einem nied rigem Reibwert ist, und wenn der Vergleich einen Auswertungswert K gleich oder größer einem Schwellwert C ergibt, bestimmt die Bestimmungssektion 52, daß die Straße eine Straße mit hohem Reibwert ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei der vorliegenden Ausführungsform das Ergebnis bezüg lich des Straßenoberflächenzustandes nur aktualisiert wird, wenn eine Instruktion über das Aktualisierungsbeurteilungsergebnissignal 100 erfolgt, und das Ergebnis der letzten Be stimmung andernfalls gehalten wird. Diese Anordnung wird verwendet, um eine fehlerhafte Beurteilung eines Straßenoberflächenzustandes zu vermeiden, die auftreten kann, wenn ein Fahrzeug relativ langsam fährt.

Anstelle der Verwendung eines Schwellwertes in dem Aufbau der Fig. 1 können zum Be stimmen eines augenblicklichen Straßenoberflächenzustandes zwei oder mehr Schwellwerte verwendet werden. Anstelle der Verwendung eines Auswertungswertes K kann jegliches Beurteilungsverfahren angewendet werden, solange es einen Fehler verwendet, der jedem angenommenen Straßenoberflächenzustand als beurteilendes Kriterium entspricht. Im Falle eines langsam fahrenden Fahrzeugs, bei dem eine fehlerhafte Beurteilung auftreten kann, wird das Ergebnis der letzten Beurteilung vorzugsweise beibehalten.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel nichtlinearer Reifencharakteristika, welche Information in den Modellierbetriebsektionen 10 und 12 gehalten wird, wobei die waagrechte Achse einem Rutschwinkel eines Reifens entspricht, und die senkrechte Achse einer Seitenführungskraft entspricht. Wie dargestellt, beginnt die Zunahmerate der Linien, die die Charakteristika für "Schnee" Bedingungen darstellt, im Vergleich zu denen für "Trockenen" Zustand in einem Bereich mit einem kleineren Rutschwinkel abzunehmen. Aufgrund dieses Unterschiedes in den Charakteristika entsteht ein signifikanter Unterschied zwischen den Schätzwerten für "Trockenen" und "Schnee" Zustand, wenn der aktuelle Straßenoberflächenzustand "Troc ken" ist wie oben beschrieben. Durch Nutzung dieses Phänomens kann der Straßenober flächenzustand beurteilt werden; ein spezielles Beispiel davon wird nachfolgend beschrie ben.

Die Fig. 4A bis 4D und 5A bis 5D zeigen jeweils Beziehungen zwischen verschiedenen Zustandsgrößen und Fahrzeugrutschwinkelgeschwindigkeiten, wobei die Fig. 4A bis 4D eine Straße mit hohem Reibwert und die Fig. 5A bis 5D eine Straße mit niedrigem Reib wert betreffen. Die Fig. 4A und 5A zeigen eine Änderung eines Lenkwinkels. Die Fig. 4B und 5B zeigen Änderungen einer Gierrate, einer Seitenbeschleunigung und einer Fahr zeuggeschwindigkeit. Die Fig. 4C und 5C zeigen eine Änderung des Fahrzeugrutschwin kels. Die Fig. 4D und 5D zeigen Beziehungen zwischen einem Erfassungswert (einem Sensorwert) und jeweiligen Schätzwerten (Rutschwinkelgeschwindigkeiten für ein Trocken schätzsystem und für ein Schneeschätzsystem).

Wie aus einem Zeichnungsvergleich offensichtlich, wird zwischen einem Sensorwert und einem Schätzwert für "Schnee" mit einer Straße mit hohem Reibwert ein signifikanter Feh ler beobachtet. Das heißt, obwohl die Schätz- und Erfassungswerte im wesentlichen einan der gleich sind und die Fehler für den "Trockenen" und "Schnee" Zustand bei einer Stra ßenoberfläche mit geringem Reibwert nur leicht voneinander abweichen, wird zwischen den Fehlern bei einer Straße mit hohem Reibwert ein signifikanter Unterschied beobachtet. Die vorliegende Erfindung nutzt dieses Phänomen, um einen augenblicklichen Straßen oberflächenzustand zu beurteilen.

Die Fig. 6A bis 9D zeigen Beurteilungsergebnisse bezüglich des Straßenoberflächenzu standes, wobei Fig. 6A bis 7D diese Ergebnisse bei einem Fahrzeug zeigen, das die Fahr spuren bei einer Straße mit hohem Reibwert wechselt, und die Fig. 8A bis 9D die Ergeb nisse bei einem Fahrzeug zeigen, das auf einer Straße mit niedrigem Reibwert Slalom fährt. Die Fig. 6A bis 6D und 7A bis 7D betreffen die Fälle 1 und 2, während die Fig. 8A bis 8D und 9A bis 9D jeweils die Fälle 1 und 2 betreffen.

Die Fig. 6A, 7A, 8A und 9A zeigen eine Änderung des Lenkwinkels. Die Fig. 6B, 7B, 8B und 9B zeigen Änderungen einer Gierrate, einer Seitenbeschleunigung und einer Fahr zeuggeschwindigkeit. Die Fig. 6C, 7C, 8C und 9C zeigen eine Änderung eines Erfassungs wertes. Die Fig. 6D, 7D, 8D und 9D zeigen ein Beurteilungsergebnis.

Bezugnehmend auf die Fig. 6A bis 7D ändern sich bei Änderung eines Lenkwinkels, wie in Fig. 6A und 7A gezeigt (Fahrspurwechsel), eine Gierrate, eine Seitenbeschleunigung und eine Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend deutlich. Unter der Annahme solcher Wechsel wird ein Auswertungswert gemäß Fig. 6C und 7C erhalten, wobei eine Anordnung gemäß Fig. 1 verwendet wird. Unter Verwendung des erhaltenen Auswertungswertes erfolgt eine Beurteilung des Straßenoberflächenzustandes gemäß den Fig. 6D und 7D. In den in den Fig. 6A bis 6D und 7A bis 7D gezeigten Fällen wird die Straße als Straße mit hohem µ- Wert beurteilt.

Wenn unter Bezugnahme auf die Fig. 8A bis 9D ein Fahrzeug auf einer Straße mit gerin gem Reibwert Slalom fährt, ändert sich der Lenkwinkel gemäß Fig. 8A und 9A. Entspre chend ändern sich verschiedene Zustandsgrößen ebenfalls, wodurch sich ein Auswer tungswert ändert, wie in Fig. 8C und 9C gezeigt. In diesem Fall wird anfänglich entschie den, daß das Fahrzeug auf einer Straße mit hohem Reibwert fährt, und an einer Stelle, an der der Auswertungswert unter den Schwellwert für eine Straße mit niedrigem Reibwert absinkt, wird die anfängliche Bestimmung bzw. Entscheidung dahingehend geändert, daß das Fahrzeug auf einer Straße mit geringem Reibwert fährt.

Wie vorstehend beschrieben, hat die vorliegende Ausführungsform den Vorteil einer genau en Bestimmung eines augenblicklichen Straßenoberflächenzustandes, die einer Änderung des Straßenoberflächenzustandes folgt. Eine wirksame Verwendung der Beur teilungsergebnisse bezüglich des Straßenoberflächenzustandes kann unterschiedliche Steue rungen bzw. Regelungen für verbesserte Fahrsicherheit ermöglichen.

Anstelle der Verwendung von zwei Schwellwerten in den Beispielen gemäß Fig. 8 bis 9D, nämlich einen für Straßen mit niedrigem und hohem Reibwert, gemäß Fig. 8C und 9C, kann nur ein Schwellwert zusammen mit einer Aktualisierungsbeurteilung bei der Beur teilung eines Straßenoberflächenzustandes verwendet werden. Alternativ können drei oder mehr Schwellwerte für eine genauere Beurteilung verwendet werden. In diesem Fall ist vorzugsweise die Anzahl der erforderlichen Reifencharakteristika entsprechend der der für die Beurteilung angenommenen Straßenoberflächenzustände. Die Anpaßbarkeit der jeweili gen Straßenoberflächenzustandsbedingungen kann basierend auf einen Unterschied zwi schen einem Schwellwert und einem Auswertungswert ausgedrückt werden.

Fig. 10 zeigt einen Grundaufbau eines Systems mit Anwendung einer Fahrzeugfahr zustandsbeurteilungsvorrichtung entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung. Als Komponenten zur Berechnung eines Fahrzeugrutschwinkelschätzwertes β (ˆ) für die Einga be in ein Stabilisierungssystem, wie ein Fahrzeugstabilitätskontrollsystem, stehen ein Inte grationssystem 120 und ein Schätzsystem 122 zur Verfügung. Das Integrationssystem 120 schätzt einen Fahrzeugrutschwinkel durch Integration einer Rutschwinkelgeschwindigkeit, basierend auf einer Seitenbeschleunigung G, einer Gierrate und Fahrzeuggeschwin digkeitsdaten, die mit einem Sensor erhalten werden. Das Schätzsystem 122 dagegen schätzt einen Fahrzeugrutschwinkel unter Verwendung eines nichtlinearen Modells, das auf einer Seitenbeschleunigung G, einer Gierrate, einem Lenkwinkel und Fahrzeuggeschwin digkeitsdaten basiert, die mittels eines Sensors erhalten werden. Bei der Schätzung wird das Schätzsystem 122, das eine hochgenaue Berechnung durchfuhren kann, anfänglich verwen det, bis das Fahrzeug einen Grenzzustand erreicht, und anschließend, wenn ein nichtlinea res Modell nicht länger anwendbar ist, wird das Integrationssystem 120, dessen Ausgang einen Integrationsfehler enthält, verwendet. Die Umschaltung von dem Schätzsystem 122 zu dem Integrationssystem 120 wird bei dieser Ausführungsform unter Verwendung einer Grenzbeurteilungsvorrichtung 124 erreicht. Das auf einem nichtlinearen Modell basierende Schätzsystem 122 wird im folgenden beschrieben.

Fig. 11 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus eines auf einem nichtlinearen Modell basieren den Schätzsystems 122, das mit dem gleichen grundsätzlichen Betriebsprinzip arbeitet, wie das für die Fahrzeugrutschwinkelerfassungsvorrichtung verwendete, das in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 9-311042 beschrieben ist. Eine Seitenbeschleunigung G, eine Gierrate, ein Lenkwinkel und Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten, die unter Verwendung eines Sensors erhalten werden, werden einer Rutschwinkelschätzsektion (für "Trocken") und 101a, einer Rutschwinkelschätzsektion (für "Schnee") 101b und einer Rutschwinkel schätzsektion (für "Eis") 101c zugeführt. Die jeweiligen Rutschwinkelschätzsektionen 101a bis 101c schätzen Rutschwinkel unter Verwendung einer Bewegungsgleichung, in die Rei fencharakteristika für trockene, schneebedeckte und eisige Straßen (ein nichtlineares Rei fencharakteristikmodell) eingesetzt sind, und addieren zu den geschätzten Rutschwerten einen Kompensationswert Δβ, um Rutschwinkelschätzwerte β (ˆ) Trocken, β (^ˆ) Schnee und β (ˆ) Eis auszugeben.

Genauer erhält die Schlupfwinkelschätzsektion für "Trocken" 101a einen Rutschwinkel unter Verwendung einer Formel für die Fahrzeuggeschwindigkeit in der Seitenrichtung, wie folgt:

Um einen Fehler aufgrund einer sich bewegenden Last zu eliminieren, der aus einem rol lenden Fahrzeug oder einem Modellfehler der Reifencharakteristika resultiert, wird der unter Verwendung der Formel (4) erhaltene Wert mit einem Kompensationswert Δβ verse hen. Der Kompensationswert Δβ wird in einer Schätzkompensationswertberechnungssektion mit Hilfe der Formel (5) erhalten, basierend auf einem Unterschied Δβ (^.) (ˆ) zwischen β (^.), der von der Rutschwinkelgeschwindigkeitsberechnungssektion 102 erhalten wird, und einem Zeitdifferential β (^.) (ˆ) eines Rückkopplungsrutschwinkelsschätzwertes.

wobei K eine Rückkopplungsverstärkung bedeutet.

Ein endgültiger Rutschwinkelschätzwert β (ˆ) Trocken für eine trockene Straße kann erhal ten werden, indem ein Kompensationswert Δβ zu dem Wert β' (ˆ) addiert wird, der unter Verwendung der Bewegungsgleichung (4), wie oben beschrieben, erhalten wird. Im Aus druck (4) ist Cf die Seitenführungskraft eines Vorderrades, Cr ist die Seitenführungskraft eines Hinterrades, m ist eine Fahrzeugmasse, y (^{. .}) ist eine Seitenbeschleunigung, Lf ist ein Abstand zwischen einer Vorderachse und einem Schwerpunkt, Lr ist ein Abstand zwischen einer Hinterachse und einem Schwerpunkt, θ (^.) ist eine Gierrate. V ist eine Fahrzeugge schwindigkeit und δf ist ein Lenkwinkel. β (^.) beispielsweise bedeutet ein Zeitdifferential von β und β (^.) (ˆ) bedeutet einen Zeitdifferentialschätzwert von β.

Die jeweiligen Rutschwinkelschätzsektionen 101a bis 101c geben Schätzwerte β (ˆ) Troc ken, β (ˆ) Schnee und β (ˆ) Eis an dem jeweiligen Ausgang aus, basierend auf einem Be urteilungsergebnis des Straßenoberflächenzustandes, das in einer Straßenoberflächen zustandsbeurteilungssektion (weiter unten beschrieben) erhalten wird.

Fig. 12A zeigt Reifencharakteristika für "eine trockene Straße", eine "schneebedeckte Stra ße" und eine "eisige Straße", welche Information vorher in den Rutschwinkelschätzsek tionen 101a bis 101c gemäß Fig. 11 zur Verwendung in einer Rutschwinkelschätzberech nung eingespeichert werden. Die "Trocken" und "Schnee" Reifencharakteristika sind iden tisch mit denen der Fig. 3. Die Rutschwinkelschätzsektion 101a berechnet einen Rut schwinkel, basierend auf einem Reifencharakteristikmodell für "eine trockene Straße" ge mäß Fig. 12A unter Verwendung des Ausdrucks (4). Beim tatsächlichen Fahren entsteht ein volles Rutschen der Reifen sobald das Fahrzeug einen Grenzzustand erreicht, wobei eine Seitenführungskraft gesättigt bzw. voll ausgenützt wird. Bei dieser Ausführungsform dage gen wird zur Verwendung bei der Abschätzung eines Rutschwinkels ein Reifencharak teristikmodell ohne Sättigungscharakteristik angenommen, bei dem eine Seitenführungskraft bei zunehmendem Reifenschlupfwinkel ausschließlich zunimmt, wie in Fig. 12A dargestellt. Ein Rutschwinkel, der unter Verwendung des Modells gemäß Fig. 12A berechnet wird, ist am Ende natürlich verschieden von einem tatsächlichen Rutschwinkel, aufgrund der gesät tigten Charakteristik eines tatsächlichen Reifens, die vorhanden ist, sobald das Fahrzeug die Fahrgrenzbedingung erreicht. Die vorliegende Ausführungsform verwendet diese Tatsache zur Feststellung eines Fahrzeugfahrgrenzzustandes.

Fig. 13 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Grenzbeurteilungsvorrichtung 124 (Fig. 10) dieser bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die jeweiligen Funktionsblöcke der Grenzbeurteilungsvorrichtung 124 können mittels eines Mikrocomputers ausgeführt sein.

Die Rutschwinkelschätzeinrichtung 101a bis 101c sind die gleichen wie die Rutschwinkel schätzsektionen 101a bis 101c gemäß Fig. 11 und berechnen Rutschwinkel β (ˆ) Trocken, β (ˆ) Schnee und β (ˆ) Eis unter Verwendung der Reifencharakteristika entsprechend jeder Straßenoberfläche. Die für die Rutschwinkel erhaltenen Daten werden einer Seitenbe schleunigungsreferenzwertvorbereitungseinrichtung 105a bis 105c zugeführt.

Die Seitenbeschleunigungsreferenzwertvorbereitungseinrichtung 105a bis 105c berechnet die Seitenbeschleunigung, basierend auf den zugeführten Rutschwinkeln, unter Verwendung der folgenden Gleichung:

wobei βF, SF, βR und SR die Reifenrutschwinkel und die Seitenführungskräfte an den Eckpunkten der Reifencharakteristiklinien gemäß Fig. 12A bis 12B sind.

Wie vorstehend beschrieben wird beim tatsächlichen Fahren im Fahrgrenzzustand ein volles Rutschen der Reifen erzeugt, und eine Seitenführungskraft wird gesättigt bzw. voll erreicht, wie vorstehend beschrieben, eine Seitenbeschleunigung G wird basierend auf den Reifen charakteristika gemäß Fig. 12A berechnet, das heißt ein Seitenbeschleunigungs referenzwert, der von der Seitenbeschleunigungsreferenzwertvorbereitungseinrichtung 105A bis 105C ausgegeben wird, weicht von einem tatsächlichen Seitenbeschleunigungswert ab bzw. wird, um genauer zu sein, größer als der Seitenbeschleunigungswert G. Mit anderen Worten, wegen der in Fig. 12A dargestellten Reifencharakteristika, die in der Abschätzung der Seitenbeschleunigung verwendet werden, entsteht ein Unterschied zwischen einem Schätzseitenbeschleunigungswert und einem tatsächlichen Seitenbeschleunigungswert, wenn das Fahrzeug sich im Fahrgrenzzustand befindet.

Im Hinblick auf das vorstehende wird ein solcher Unterschied strategisch in der Fahrgrenz zustandsbeurteilungseinrichtung 110 verwendet. Genauer wird einer der Seitenbeschleuni gungsreferenzwerte, der von der Seitenbeschleunigungsreferenzwert vorbereitungseinrichtung 105a bis 105c ausgegeben wird, nämlich derjenige, der der aktu ellen Straßenoberfläche entspricht, mit einem vorbestimmten Seitenbeschleunigungs grenzwert verglichen. Wenn der Seitenbeschleunigungsreferenzwert den Vorbestimmten Grenzwert übersteigt, wird bestimmt, daß sich das Fahrzeug im Fahrgrenzzustand befindet. Ein Grenzwert zur Verwendung beim Vergleich durch die Fahrgrenzzustandsbeurteilungseinrichtung 110 kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von den Straßenoberflächen festgelegt werden, beispielsweise wie folgt:
Trockene Straße "Trocken": 1,1 G
Schneebedeckte Straße "Schnee": 0,65 G
Eisige Straße "Eis": 0,25 G

Diese Grenzwerte werden basierend auf den Grenzwerten (unten gezeigt) bestimmt, die aufgrund einer Reibkraft bestimmt werden, die zwischen dem Reifen auf einer trockenen, schneebedeckten oder eisigen Straße und der Straßenoberfläche entsteht, im Hinblick auf die Größe eines Schätzfehlers, der in einem Seitenbeschleunigungsreferenzwert enthalten ist.
Trockene Straße "Trocken": 0,8 G
Schneebedeckte Straße "Schnee": 0,5 G
Eisig Straße "Eis": 0,2 G

Wie vorstehend beschrieben, verwendet die Grenzbeurteilungsvorrichtung 124 dieser Aus führungsform eine Zunahme eines Schätzfehlers in einem Seitenbeschleunigungsschätzwert aufgrund des Unterschiedes zwischen nichtlinearen Reifencharakteristika und tatsächlichen Reifencharakteristika unter einem Fahrgrenzzustand, um einen Fahrgrenzzustand eines Fahrzeugs festzustellen. Die herkömmlicherweise erforderliche Beobachtung während einer vorbestimmten Zeitdauer ist daher unnötig und es kann augenblicklich beurteilt werden, ob oder ob nicht das Fahrzeug einen Fahrgrenzzustand erreicht hat.

Im vorliegenden Fall werden andere Komponenten der Grenzbeurteilungsvorrichtung 124 gemäß Fig. 13 zur Beurteilung eines Straßenoberflächenzustandes, basierend auf dem ge schätzten Seitenbeschleunigungsreferenzwert verwendet. Genauer berechnet eine Seitenbe schleunigungsrestfehlerberechnungseinrichtung 106a bis 106c einen Unterschied (genauer einen quadrierten Unterschied) zwischen einem berechneten Seitenbeschleunigungsreferenzwert und einem aktuellen Seitenbeschleunigungswert, der mittels eines Sen sors erhalten wird. Zur Berechnung eines Restfehlers ist eine Filtereinrichtung (nicht darge stellt) vorgesehen, um eine Hochpaßfilterung von 0,1 Hz und eine Tiefpaßfilterung von 5 Hz an dem Seitenbeschleunigungsreferenzwert und einem Signal aus dem Sensor zum Ex trahieren von Frequenzkomponenten in einem nur zur späteren Verwendung in einer Diffe renzbildung erforderlichen Band.

Die Seitenbeschleunigungsrestwertspeichereinrichtung 107a bis 107c speichert Daten des Restfehlers, die in der Seitenbeschleunigungsrestfehlerberechnungseinrichtung 106a bis 106c erhalten werden, in zeitlicher Folge und addiert sie auf. Daher speichert die Speicher einrichtung 107a bis 107c einen Akkumulierwert der quadrierten Differenz.

Nach Empfang der Daten der Restwerte bestimmt eine trocken, schneebedeckt, eisig Stra ßenbeurteilungseinrichtung 109 den Straßenoberflächenzustand entsprechend dem kleinsten Restfehler als Straßenoberflächenzustand (beispielsweise bestimmt sie eine trockene Straße, wenn der Restfehler für eine trockene Straße kleiner als diejenigen für schneebedeckte und eisige Straßen ist) und gibt das Ergebnis an die Fahrgrenzzustandsbeurteilungseinrichtung 110. Vorzugsweise beurteilt die trocken, schneebedeckt, eisig Straßenbeurteilungseinrich tung 109 eine Straßenoberfläche im Hinblick auf die Tatsache, daß ein absoluter Wert einer Rutschwinkelgeschwindigkeit für eine schneebedeckte Straße (ein 3 Hz Tiefpaßfilterwert) β (^.) Schnee, der von der Differentialvorrichtung 103b geliefert wird, 0,1 rad/s übersteigt, und einen von der Straßenoberflächebeurteilungseinrichtung 108 erhaltenen Auswertungs wert. Die Straßenoberflächebeurteilungseinrichtung 108 wertet den Straßenoberflächenzu stand aus, basierend auf Ausgängen einer Rutschwinkelgeschwindig keitsrestfehlerberechnungseinrichtung für "Trocken" 104 und einer Rutschwinkelgeschwin digkeitsrestwertberechnungseinrichtung für "Schnee" 104b und gibt als Auswertungswert ein Verhältnis zwischen den Restfehlern für trockene und schneebedeckte Straßen, das heißt Δβ (^.) Schnee/Δβ (^.) Trocken, wobei die Rutschwinkelgeschwindigkeitsrestfeh lerberechnungseinrichtung für "Trocken" 104a einen Restfehler einer Rutschwinkelge schwindigkeit auf einer trockenen Straße berechnet, und die Rutschwinkelgeschwindigkeitsrestwertberechnungseinrichtung für "Schnee" 104b einen Restfehler einer Rutschwin kelgeschwindigkeit auf einer schneebedeckten Straße berechnet. Die trocken, schnee bedeckt, eisig Straßenbeurteilungseinrichtung 109 beurteilt bedingungslos, daß die augen blickliche Straßenoberfläche trocken ist, ansprechend darauf, daß ein Auswertungswert von der Straßenoberflächenbeurteilungseinrichtung 108 gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert (beispielsweise 5,0) ist. Bei einem Auswertungswert unter einem vorbestimmten Wert (das heißt mit einem größeren Restfehler für eine trockene Straße) wird ein Straßenoberflä chenzustand entsprechend dem kleinsten Seitenbeschleunigungsrestfehler als augenblickli cher Straßenoberflächenzustand gewählt.

Alternativ kann die Beurteilung eines Straßenoberflächenzustandes nur basierend auf dem Seitenbeschleunigungsrestfehler erfolgen, der in der Seitenbeschleunigungsrestfehler speichereinrichtung 107a bis 107c gemäß Fig. 13 gespeichert ist, wobei die Rutschwinkel geschwindigkeitsberechungseinrichtung 102, die Differentialvorrichtungen 103a und 103b, die Rutschwinkelgeschwindigkeitsrestwertberechnungseinrichtung 104a und 104b und die Straßenoberflächenbeurteilungseinrichtung 108 fehlen.

Bezugnehmend auf Fig. 15A bis 17D wird der Straßenoberflächenbeurteilungsvorgang im Detail beschrieben.

Die Fig. 15A bis 15D zeigen eine zeitliche Änderung eines Erfassungssteuerwinkels (15A), eine Erfassungsseitenbeschleunigung G, eine Erfassungsgierrate und einer Fahrzeug geschwindigkeit (Fig. 15B) eines quadrierten Restfehlerakkumulierwertes, der in der Sei tenbeschleunigungsrestfehlerspeichereinrichtung 107a bis 107c (Fig. 15c) gespeichert ist, und wahre und Schätzwerte eines Fahrzeugrutschwinkels (Fig. 15D), wenn das Fahrzeug von einer trockenen auf eine schneebedeckte Fahrbahn wechselt. Der wesentliche Faktor bei der Beurteilung des Straßenoberflächenzustandes ist ein quadrierter Restfehlerakkumu lierwert, der in Fig. 15C gezeigt ist. Die trocken, schneebedeckt, eisig Straßenbeurteilungs einrichtung 109 bestimmt den Straßenoberflächenzustand entsprechend dem kleinsten Rest fehler als augenblicklicher Straßenoberflächenzustand. Wie aus Fig. 15C bekannt, nehmen die Restfehler für eisige und trockne Straße in etwa 2 Sekunden zu, wobei der Restfehler für eine schneebedeckte Straße als kleinster verbleibt. Daher bestimmt die Beurteilungsein richtung 109, daß die Straße, auf der das Fahrzeug augenblicklich fährt, sich von einer trockenen Straße in eine schneebedeckte Straße geändert hat, wie in Fig. 15D.

Fig. 16A bis 16D zeigen zeitliche Änderungen eines Erfassungslenkwinkels (Fig. 16A), einer Erfassungsseitenbeschleunigung G, einer Erfassungsgierrate, einer Fahrzeug geschwindigkeit (Fig. 16B), eines quadrierten Restfehlerakkumulierwertes, der in der Sei tenbeschleunigungsrestfehlerspeichereinrichtung 107a bis 107c (Fig. 16c) gespeichert ist, und wahre und Schätzwerte des Fahrzeugrutschwinkels (Fig. 16D), wenn das Fahrzeug von einer trockenen auf eine eisige Straße wechselt. Wie aus Fig. 16C bekannt, nehmen Rest fehler für trockene und schneebedeckte Straße in etwa 2 Sekunden zu, wobei der Restfehler für eine eisige Straße als kleinster verbleibt. Daher bestimmt die Beurteilungseinrichtung 109, daß die Straße, auf der das Fahrzeug fährt, sich von einer trockenen Straße in eine eisige Straße geändert hat, wie in Fig. 16D gezeigt.

Fig. 17A bis 17D zeigen eine zeitliche Änderung eines Erfassungslenkwinkels (Fig. 17A), einer Erfassungsseitenbeschleunigung G, einer Erfassungsgierrate, einer Fahrzeug geschwindigkeit (Fig. 17B), eines quadrierten Restfehlerakkumilierwertes, der in der Sei tenbeschleunigungsrestfehlerspeichereinrichtung 107a bis 107c (Fig. 17C) gespeichert ist, und wahre und geschätzter Werte eines Fahrzeugrutschwinkels (Fig. 17D), wenn das Fahr zeug auf einer trockenen Straße Slalom fährt. Restfehler für eisige und schneebedeckte Straße sind groß, wobei der Restfehler für trockene Straße der kleinste ist. Daher bestimmt die Beurteilungseinrichtung 109, daß die Straßenoberfläche, auf der das Fahrzeug augen blicklich fährt, eine trockene Straße ist, wie in Fig. 17D gezeigt. Es sei darauf hingewie sen, daß, obwohl der Restfehler für eine schneebedeckte Straße während etwa 4 Minuten gemäß Fig. 17C kleiner ist als der für eine trockene Straße, das heißt, der kleinste von den dreien ist, die Beurteilungssektion 109 korrekt selbst etwa zu diesem Zeitpunkt beurteilen und bestimmen kann, daß die Straße nicht eine schneebedeckte Straße, sondern eine trocke ne Straße ist. Dies liegt daran, daß die Beurteilungssektion 109 derart eingestellt ist, daß sie bedingungslos bestimmt, daß die Straße eine trockene Straße ist, wenn ein Auswertungs wert aus der Straßenoberflächenbeurteilungseinrichtung 108 gleich oder größer als vorbe stimmter Wert (beispielsweise 5,0) ist, oder den Straßenoberflächenzustand entsprechend dem kleinsten Restfehler wählt, wenn der Auswertungswert unter einem vorbestimmten Wert liegt (d. h. ein größerer Restfehler für eine trockene Straße).

Wie oben beschrieben, kann der Straßenoberflächenzustand genau bestimmt werden, indem ein anderes Verfahren als dasjenige verwendet wird, das nichtlineare Reifencharakteristika gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet. Das nicht mit linearen Reifen charakteristika arbeitende Verfahren, bei dem der Straßenoberflächenzustand unter Ver wendung eines Seitenbeschleunigungs G Restfehlers gemäß Fig. 13 beurteilt wird, ist da hingehend vorteilhaft, daß es eine einfach aufgebaute Hardware fordert, da der berechnete Seitenbeschleunigungsreferenzwert sowohl beim Beurteilen des Straßenoberflächenzustands als auch bei der Beurteilung eines Fahrgrenzzustandes des Fahrzeugs verwendet werden kann.

Fig. 14A bis 14D zeigen zeitliche Änderungen eines Erfassungslenkwinkels, einer Erfas sungsfahrzeuggeschwindigkeit, einer Erfassungseitenbeschleunigung G, einer Erfassungs gierrate, einer Schätzseitenbeschleunigung G, und eines Schätzrutschwinkels entsprechend einem anderen Erfassungsverfahren dieser Ausführungsform. Genauer zeigt Fig. 14A eine zeitliche Änderung eines mit einem Sensor erfaßten Lenkwinkels, bei dem ein Lenkwinkel, anfänglich in der Position Neutral 0 (Grad) zu einem bestimmten Zeitpunkt deutlich auf -600 (Grad) geändert wird.

Fig. 14B zeigt zeitliche Änderungen einer Erfassungsfahrzeuggeschwindigkeit, einer Erfas sungsseitenbeschleunigung G, einer Erfassungsgierrate, wenn der Lenkwinkel gemäß Fig. 14A verändert wird. Die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Seitenbeschleunigung G und die Gierrate ändern sich wie dargestellt. Ein Erfassungseitenbeschleunigungs G Wert erreicht aufgrund der Sättigung der Seitenführungskraft eines Reifens in einem relativ frühen Zu stand einer Fahrzeugdrehung einen deutlichen Grenzwert. Das Fahrzeug schleudert in diesem Zustand noch und befindet sich offensichtlich nicht in einem Fahrgrenzzustand. Wenn ein Erfassungsseitenbeschleunigungswert ein Bezugswert für die Aktivierung eines Fahr zeugsstabilitätskontrollsystems oder ähnliches wäre, würde das System seinen Betrieb im Ergebnis zu einem früheren Zeitpunkt beginnen als es sollte.

Fig. 14C zeigt eine Erfassungseitenbeschleunigung (die gleiche wie in Fig. 14B aber in einem anderen Maßstab) und eine Schätzseitenbeschleunigung G, die in der Seiten beschleunigungsreferenzwertvorbereitungseinrichtung 105a bis 105c gemäß Fig. 13 für jeweils angenommene Straßenoberflächenbedingungen (trockene, schneebedeckte und eisige Straße) erhalten werden. Die durchgezogene Linie zeigt einen Seitenbeschleunigungswert, wie er von einem Sensor erfaßt ist; die einpunktig unterbrochene Linie zeigt einen Schätz seitenbeschleunigungswert für eine trockene Straße, der in der Seitenbe schleunigungsreferenzwertvorbereitungseinrichtung für "Trocken" 105a berechnet ist; eine zweipunktig unterbrochene Linie zeigt einen Schätzseitenbeschleunigungswert für eine schneebedeckte Straße, der in der Seitenbeschleunigungsreferenzwert vorbereitungseinrichtung für "Schnee" 105b berechnet ist; und eine dreipunktig unter brochene Linie zeigt einen Schätzseitenbeschleunigungswert der eisigen Straße, der in der Seitenbeschleunigungsreferenzwertvorbereitungseinrichtung für "Schnee" 105c berechnet ist.

Weiter ist in der Zeichnung der Straßenoberflächenzustand eingezeichnet, der von der troc ken, schneebedeckt, eisig Straßenbeurteilungseinrichtung 109 bestimmt ist. Wie dargestellt, ändert sich das Straßenoberflächenzustandsbeurteilungsergebnis von trockener Straße auf schneebedeckte Straße bei etwa 1,5 Sekunden. Dies bedeutet, wie oben beschrieben, daß der Straßenoberflächenzustand mit dem kleinsten Seitenbeschleunigungsrestfehler sich von einer trockenen Straße auf eine schneebedeckte Straße geändert hat. Ein Grenzbeurteilungs schwellwert, auf den bei dem Vergleich mit der Fahrgrenzzustandbeurteilungseinrichtung 110 Bezug genommen wird, ist ebenfalls gezeigt. Wenn ein Schätzseitenbeschleunigungs wert für eine schneebedeckte Straße oder eine Seitenbeschleunigung "Schnee" den Grenz beurteilungsschwellwert (= 0,65 G) übersteigt, wird bestimmt, daß sich das Fahrzeug in einem Fahrgrenzzustand befindet. Aufmerksamkeit sollte der Tatsache zukommen, daß ein Erfassungsseitenbeschleunigungswert deutlich von einem Schätzseitenbeschleunigungswert abweicht, insbesondere der für eine schneebedeckte Straße, wobei die Schätzseitenbe schleunigung G größer als die Erfassungsseitenbeschleunigung G ist. Dies ist dadurch ver ursacht, daß die modellierten nichtlinearen Reifencharakteristika verschieden von den aktu ellen Reifencharakteristika sind, wenn sich das Fahrzeug in einem Fahrgrenzzustand befin det.

Fig. 14D zeigt einen wahren Wert eines Fahrzeugrutschwinkels, eine zeitliche Änderung eines Fahrzeugrutschwinkels, der unter Verwendung des Aufbaus der vorliegenden Vor richtung gemäß Fig. 10 geschätzt ist, und einen Zeitpunkt für die Fahrgrenzzustands erfassung. Für Vergleichszwecke ist in der Zeichnung ebenfalls ein Rutschwinkel darge stellt, der unter Verwendung nur des auf einem nichtlinearen Modell basierenden Schätzsy stems 122 gemäß Fig. 10 geschätzt ist (d. h. ein Rutschwinkel, der basierend nur einem nichtlinearen Modell geschätzt ist, aber nicht auf der Grenzbeurteilungsvorrichtung 124 der Fig. 10. Die durchgezogene, einpunktige und zweipunktige Linie stellen jeweils einen wah ren Wert eines Fahrzeugrutschwinkels, einen unter Verwendung des Aufbaus der Fig. 10 geschätzten Rutschwinkel und einen Rutschwinkel dar, der unter Verwendung des auf ei nem nichtlinearen Modell basierenden Schätzsystems 122 allein geschätzt ist.

Entsprechend einem Verfahren dieser Ausführungsform, bei dem ein im Fahrgrenzzustand befindliches Fahrzeug daraus bestimmt wird, daß ein Schätzseitenbeschleunigungswert für schneebedeckte Straße einen Grenzbeurteilungsschwellwert übersteigt, so daß das Schätz system 122 gemäß Fig. 10 beim Schätzen eines Rutschwinkels, bevor das Fahrzeug den Fahrgrenzzustand erreicht, verwendet wird, und das Integrationssystem 120 anschließend verwendet wird, wird erreicht, daß der erhaltene Schätzwert nahe an dem wahren Wert ist, wie durch die ausgezogene Linie dargestellt. Andererseits nimmt, wenn das auf dem nicht linearen Modell basierende Schätzsystem 122 für die Schätzung verwendet wird, selbst nachdem das Fahrzeug den Fahrgrenzzustand erreicht hat, ein Unterschied zwischen dem Schätzwert und dem wahren Wert aufgrund der Diskrepanz zwischen den modellierten nichtlinearen Reifencharakteristika und der tatsächlichen Reifencharakteristik unter dem Fahrgrenzzustand zu.

Wie vorstehend beschrieben werden in der vorliegenden Ausführungsform imaginäre, nichtlineare Reifencharakteristika ohne Sättigungscharakteristik angenommen, und ein Fahrzeugfahrgrenzzustand wird daraufhin rasch und verläßlich erfaßt, so daß ein geeigneter Zeitpunkt für das Umschalten von Schätz- bzw. Rechenverfahren für einen Fahrzeugrut schwinkel bekannt sind. Deshalb ist eine genaue Schlupf bzw. Rutschgröße bekannt.

Claims

1. Vorrichtung zur Beurteilung des Zustandes einer Straßenoberfläche, enthaltend:
eine Einrichtung zum Erfassen mindestens einer Zustandsgröße, die eine Bewegung eines Fahrzeugs betrifft, welche Zustandsgröße aus einem Signal eines an dem Fahrzeug angebrachten Sensors hergeleitet wird;
eine Einrichtung (60A; 101) zum Speichern nichtlinearer Reifencharakteristika für jede einer Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen, welche nichtlinearen Reifencharakteristika durch die Beziehung zwischen der Seitenführungskraft und dem Reifenrutschwinkel definiert sind;
eine Einrichtung (60, 60A) zum Schätzen eines Fahrzeugrutschwinkels für jede der Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen, basierend auf der mindestens einen Zustands größe und den nichtlinearen Reifencharakteristika;
eine Einrichtung (62, 64, 66, 68, 70) zum Kompensieren des Fahrzeugrutschwinkels für jede der Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen durch Kompensieren eines augenblicklichen geschätzten Fahrzeugrutschwinkels für jede der Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen, basierend auf einer augenblicklichen Zustandsgröße und einem letzten Fahrzeugrutschwinkel, der für die jeweilige angenommene Straßenoberfläche geschätzt wurde, und
eine Einrichtung (48; 108, 109) zum Beurteilen des augenblicklichen Straßenoberflächenzustandes, basierend auf dem kompensierten Fahrzeugrutschwinkel.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die nichtlinearen Reifencharakteristika nicht gesättigte Charakteristika zeigen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
wobei die Einrichtung zur Beurteilung des augenblicklichen Straßenzustandes enthält:
eine Einrichtung (10, 14; 12, 16) zum Berechnen einer Schätzwinkelgeschwindigkeit für jede der Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen, basierend auf dem kompensierten Fahrzeugrutschwinkel, für jede der Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen,
eine Einrichtung (18) zum Berechnen einer Erfassungswinkelgeschwindigkeit, basierend auf der Zustandsgröße, und
eine Einrichtung (48) zum Beurteilen eines augenblicklichen Straßenoberflächenzustandes durch Vergleich der Erfassungswinkelgeschwindigkeit und der Schätzwinkelgeschwindigkeit.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei jeweils eine Schätzwinkelgeschwindigkeit wenigstens für eine Straße mit hohem Reibwert und eine Straße mit geringem Reibwert bestimmt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2,
wobei die Einrichtung zur Beurteilung des augenblicklichen Straßenzustandes enthält:
eine Einrichtung (105) zum Berechnen einer Schätzseitenbeschleunigung für jede der Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen, basierend auf den nichtlinearen Reifencharakteristika und dem von der Rückkopplungskompensationseinrichtung kompensierten Fahrzeugrutschwinkel für jede der Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen; und
eine Einrichtung (109) zum Beurteilen eines augenblicklichen Straßenoberflächenzustandes durch Vergleich zwischen einer erfaßten Seitenbeschleunigung und der Schätzseitenbeschleunigung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei eine jeweilige Schätzseitenbeschleunigung zumindest für eine trockene Straße, eine schneebedeckten Straße und eine eisige Straße bestimmt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5,
zusätzlich enthaltend
eine Einrichtung (110) zum Beurteilen ob das Fahrzeug sich in einem Grenzzustand befindet oder nicht, indem ein Vergleich zwischen einem vorbestimmten Grenzwert und einer Schätzseitenbeschleunigung erfolgt, die dem von der Beurteilungseinrichtung beurteilten augenblicklichen Straßenoberflächenzustand entspricht, wobei die Schätzseitenbeschleunigung aus den Schätzseitenbeschleunigungen gewählt ist, die von der Berechnungseinrichtung für die jeweiligen angenommenen Straßenoberflächen berechnet sind.

8. Vorrichtung zum Erfassen des Fahrzustandes eines Fahrzeugs, enthaltend:
eine Einrichtung zum Erfassen einer Zustandsgröße, die eine Bewegung eines Fahrzeugs betrifft, welche Zustandsgröße aus einem Signal eines an dem Fahrzeug angebrachten Sensors hergeleitet wird;
eine Einrichtung (60A; 101) zum Speichern nichtlinearer Reifencharakteristika für jede einer Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen, welche nichtlinearen Reifencharakteristika durch die Beziehung zwischen der Seitenführungskraft und dem Reifenrutschwinkel definiert sind;
eine Einrichtung (60, 60A) zum Schätzen eines Fahrzeugrutschwinkels für jede der Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen, basierend auf der Zustandsgröße und den nichtlinearen Reifencharakteristika;
eine Einrichtung (62, 64, 66, 68, 70) zum Kompensieren des Fahrzeugrutschwinkels für jede der Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen durch Kompensieren eines augenblicklichen geschätzten Fahrzeugrutschwinkels für jede der Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen, basierend auf einer augenblicklichen Zustandsgröße und einem letzten Fahrzeugrutschwinkel, der für die jeweiligen Straßenoberflächen geschätzt wurde,
eine Einrichtung (105) zum Schätzen einer Seitenbeschleunigung für jede der Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen, basierend auf den nichtlinearen Reifencharakteristika und dem von der Kompensationseinrichtung kompensierten Fahrzeugrutschwinkel; und
eine Einrichtung (110) zum Beurteilen ob das Fahrzeug sich in einem Grenzzustand befindet oder nicht, durch Vergleich zwischen einem vorbestimmten Grenzwert und einer Seitenbeschleunigung, die einem aktuellen Straßenoberflächenzustand entspricht, welche Seitenbeschleunigung aus Seitenbeschleunigungen ausgewählt ist, die von der Seitenbeschleunigungsschätzeinrichtung für die jeweiligen angenommenen Straßenoberflächen geschätzt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die nichtlinearen Reifencharakteristika nicht gesättigte Charakteristika sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der aktuelle Straßenoberflächenzustand basierend auf Seitenbeschleunigungen bestimmt wird, die von der Seitenbeschleunigungsschätzeinrichtung für die jeweils angenommenen Straßenoberflächen geschätzt werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der aktuelle Straßenoberflächenzustand einer der Mehrzahl angenommener Stra ßenoberflächen ist, für die die von der Seitenbeschleunigungsschätzeinrichtung (105) geschätzte Seitenbeschleunigung unter den von der Seitenbeschleunigungsschätzeinrichtung für die jeweiligen angenommenen Straßenoberflächen geschätzten Seitenbeschleunigungen am wenigsten von einer erfaßten Seitenbeschleunigung abweicht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen zumindest jedwelche aus trockener Straße, schneebedeckter Straße und eisiger Straße enthält.

13. Vorrichtung zum Erfassen eines Fahrzustandes eines Fahrzeugs, enthaltend:
eine Einrichtung zum Erfassen einer Zustandsgröße, die eine Bewegung eines Fahrzeugs betrifft, welche Zustandsgröße aus einem Signal eines an dem Fahrzeug angebrachten Sensors hergeleitet wird;
eine Einrichtung zum Speichern nichtlinearer Reifencharakteristika für jede einer Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen, welche nichtlinearen Reifencharakteristika durch die Beziehung zwischen der Seitenführungskraft und dem Reifenrutschwinkel definiert sind;
eine Einrichtung (101) zum Schätzen einer einen Fahrzeugfahrzustand betreffenden Größe für jede der Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen, basierend auf der Zustandsgröße und den nichtlinearen Reifencharakteristika; und
eine Einrichtung (110) zum Beurteilen ob das Fahrzeug sich in einem Grenzzustand befindet oder nicht, durch Vergleich eines vorbestimmten Grenzwertes und der von der Schätzeinrichtung geschätzten Größe entsprechend einem aktuellen Straßenoberflächenzustand, welche Größe aus den von der Schätzeinheit für die jeweils angenommenen Straßenoberflächen geschätzten Größen gewählt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die nichtlinearen Reifencharakteristika nicht gesättigte Charakteristika zeigen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die den Fahrzeugfahrzustand betreffende Größe eine Fahrzeugseitenbeschleuni gung ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der aktuelle Straßenoberflächenzustand durch einen Vergleich zwischen Größen, die einen von der Berechnungseinrichtung (101) für die jeweils angenommenen Stra ßenoberflächen geschätzten Fahrzeugfahrzustand betreffen, und einer einen Fahrzeugfahr zustand betreffenden erfaßten Größe bestimmt wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Mehrzahl angenommener Straßenoberflächen zumindest jedwelche aus trockener Straße, schneebedeckter Straße und eisiger Straße enthält.