DE60119873T2

DE60119873T2 - Gerät zur Strassenreibwertabschätzung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE60119873T2
Application number: DE60119873T
Authority: DE
Inventors: Masaru Shinjuku-ku Kogure; Yutaka Shinjuku-ku Hiwatashi
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2021-11-16
Also published as: DE60119873D1; US20020087251A1; JP2002145037A; JP3539722B2; US6650987B2; EP1207089A2; EP1207089B1; EP1207089A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Straßenreibwertabschätzung für ein Fahrzeug, um Reibwerte auf Straßenoberflächen abzuschätzen und insbesondere eine Vorrichtung zur Straßenreibwertabschätzung, das Reibwerte auf Straßenoberflächen in Abhängigkeit von Fahrzuständen korrekt abschätzen kann.
In den letzten Jahren wurden zahlreiche Fahrzeugregelungstechnologien, wie zum Beispiel Traktionsregelungstechnologien, Bremskraftregelungstechnologien, Drehmomentverteilungstechnologien und dergleichen vorgeschlagen und einige von diesen Regelungstechnologien wurden in konkreten Automobilmärkten realisiert. Viele von diesen Regelungstechnologien nutzen Reibwerte auf Straßenoberflächen (hierin nachstehend als "Straßenreibwert") bezeichnet zur Berechnung oder Korrektur von Regelungsparametern. Demzufolge ist es für eine korrekte Ausführung der Regelung erforderlich, genaue Straßenreibwerte abzuschätzen.
Verschiedene Technologien, in welchen Straßenreibwerte auf der Basis von Fahrzeugbewegungsparametern, wie zum Beispiel Seitenbeschleunigung, Gierrate abgeschätzt werden, wurden bereits vorgeschlagen. Beispielsweise schlägt der Anmelder der vorliegenden Erfindung eine Technologie vor, in welcher Straßenreibwerte auf der Basis des Vergleichs einer von einer Beobachtungseinrichtung beobachteten Ist-Gierrate mit einer unter Verwendung eines Fahrzeugbewegungsmodels auf einer Straßenoberfläche mit hohem Reibwert berechneten Hoch reibwertstraßen-Bezugsgierrate bzw. einer unter Verwendung eines Fahrzeugbewegungsmodels auf einer Straßenoberfläche mit niedrigem Reibwert berechneten Niedrigreibwertstraßen-Bezugsgierrate in JP-A-2001039289 und der entsprechenden EP-Anmeldung EP-A-072490 abgeschätzt werden.
Ferner offenbart EP-A-0 718 167, einen zusammengesetzten Wert einer Vorwärts/Rückwärts-Beschleunigung und einer Seitenbeschleunigung zu einem Straßenreibwert-Schätzwert zu machen.
In US-A-6 094 614 ist eine Technik offenbart, dass der Seitenkraftbeiwert der Vorder/Hinter-Räder auf der Basis der Seitenbewegung des Fahrzeugs durch einen Lenkwinkel, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Ist-Gierrate abgeschätzt wird. Ein Straßenreibwert wird dem Straßenzustand entsprechend auf der Basis eines Verhältnisses des abgeschätzten Seitenkraftbeiwerts der Vorder/Hinter-Räder zu einem äquivalenten Seitenkraftbeiwert der Vorder/Hinter-Räder bei einem hohen Straßenreibwert festgelegt.
Jedoch hat eine Straßenreibwert-Abschätzvorrichtung, in welcher ein Straßenreibwert auf der Basis von Fahrzeugbewegungszuständen abgeschätzt wird, ein Problem dahingehend, dass insbesondere, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt, da die Änderung der Gierrate, Seitenbeschleunigung und Lenkwinkel, selbst unter der großen Auswirkung von Straßenreibwerten sehr klein ist, es extrem schwierig ist, genaue Straßenreibwerte durch Detektieren dieser kleinen Änderung abzuschätzen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Straßenreibwert-Abschätzvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, korrekt Straßenreibwerte eines mit hoher Geschwindigkeit fahrenden Fahrzeugs festzustellen.
Zum Lösen der Aufgabe weist die Straßenreibwert-Abschätzvorrichtung für ein Fahrzeug eine Bewegungsparameter-Detektionseinrichtung zum Detektieren von Bewegungsparametern des Fahrzeugs, eine Fahrumstanderkennungseinrichtung zum Detektieren von Fahrumständen und zum Ausgeben eines eine mit Schnee bedeckte Straßenoberfläche anzeigenden Erkennungssignals, eine Niedrigreibwertstraßen-Fahrzustand-Detektionseinrichtung zum Detektieren eines eine Fahrt auf einer Straßenoberfläche mit niedrigen Straßenreibwert anzeigenden Fahrzustandes, eine Niedrigseiten-Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung zum Abschätzen eines Niedrigseiten-Straßenreibwertes gemäß einer adaptiven Regeltheorie und einem Fahrzeugbewegungsmodel auf der Basis der Bewegungsparameter und des Fahrzustandes, der ein Fahren auf einer Straßenoberfläche mit niedrigen Reibwert anzeigt, und eine Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung zum Abschätzen eines Straßenreibwertes auf der Basis von Bewegungsparametern, indem eine Ist-Gierrate mit einer Hochreibwertstraßen-Bezugsgierrate und einer Niedrigreibwertstraßen-Bezugsgierrate verglichen wird.
Ferner nähert die Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung den zuerst von der Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung geschätzten Straßenreibwert selbst allmählich den im Voraus auf einer asphaltierten Straßenoberfläche erstellten Straßenreibwert an, wenn das Fahrzeug mit hohen Geschwindigkeiten fährt. Ferner nähert die Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung den zuerst von der Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung geschätzten Straßenreibwert selbst allmählich an den Niedrigseiten-Straßenreibwert an, wenn das Erkennungssignal eingegeben wird. Ferner nähert die Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung den zuerst von der Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung geschätzten Straßenreibwert selbst allmählich an den Niedrigseiten-Straßenreibwert an, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt und wenn das Erkennungssignal eingegeben wird.
1 ist eine Funktionsblockdarstellung, die den Aufbau einer Straßenreibwert-Abschätzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine Darstellung, die ein einem Vierradfahrzeug äquivalentes Zweiradfahrzeugmodel darstellt;
3 ist eine Funktionsblockdarstellung, die den Aufbau eines Istwertvergleichs-Straßenreibwertabschätzabschnittes darstellt;
4 ist ein Schaltbild, das einen Grundaufbau einer Beobachtungseinrichtung darstellt;
5 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel einer Abschätzung von Straßenreibwerten darstellt;
6 ist ein Flussdiagramm, das Schritte zum Berechnen eines Straßenreibwert-Schätzwertes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Gemäß 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine in einem Fahrzeug zum Abschätzen von Straßenreibwerten eingebaute Straßenreibwert-Abschätzvorrichtung, und die Straßenreibwert-Abschätzvorrichtung 1 besteht aus zwei Straßenreibwertabschätzabschnitten, einem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 und einem Istwertvergleichs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 3. Die zwei Straßenreibwertabschätzabschnitte 2, 3 nehmen ein Signal auf, dass das Erkennungsergebnis eines Fahrumstanderkennungsabschnittes 4 anzeigt.
Der Fahrumstanderkennungsabschnitt 4 dient in der vorliegenden Erfindung als Fahrumstandserkennungseinrichtung. Ein Paar von seitlich unter dem Dach des Fahrgastraums angeordneten Kameras 5 nimmt stereoskopische Bilder der Außenobjekte aus unterschiedlichen Sichtpunkten auf und es wird eine Abstandsinformation über das gesamte Bild auf Basis der stereo skopischen Bilder durch das Triangulationsprinzip erhalten. Anschließend werden auf der Basis der Abstandinformation eine dreidimensionale Abstandverteilung repräsentierende Abstandsbilder erzeugt. Dann werden Straßenzustände vor dem Fahrzeug und feste Objekte (vorausfahrende Fahrzeuge) durch Verarbeitung dieser Abstandsbilder auf der Basis verschiedener gespeicherter Daten erkannt.
Ferner weist, wie der Anmelder der vorliegenden Erfindung im Detail in JP-A-2002027447 beschreibt, wenn der Fahrumstanderkennungsabschnitt 4 einen Straßenzustand detektiert, der als eine in einem Beobachtungsbereich, der in einem spezifizierten Bereich auf dem von dem Kamera-Paar erhaltenen Bild festgelegt ist, insgesamt mit Schnee bedeckte Oberfläche betrachtet werden kann, der Fahrumstanderkennungsabschnitt 4 eine Failsafe-Funktion, einer Ausgabe eines Signals "IMAGE HALT" auf. Insbesondere werden die Anzahl von Helligkeitskanten in der horizontalen Richtung in dem Beobachtungsbereich und die Gesamtgröße der Helligkeit berechnet. In dem Falle, in welchem die Anzahl der Helligkeitskanten kleiner als ein Schwellenwert ist und die Gesamtgröße der Helligkeit größer als ein spezifizierter Wert ist, wird entschieden, dass der Fahrumstand als ein vollständig mit Schnee bedeckter Zustand betrachtet wird und das diesen Zustand anzeigende Signal (Signal IMAGE HALT) wird an die zwei Straßenreibwertabschätzabschnitte 2, 3 ausgegeben.
Der Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 ist auch mit einem Vorderradlenkwinkelsensor 6, einem Geschwindigkeitssensor 7 und einem Gierratensensor 8 und entsprechenden Sensoren verbunden, die einen Vorderradlenkwinkel δ_fs, eine Fahrzeuggeschwindigkeit V_s und eine Gierrate (dϕ/dt)_s (Gierwinkelgeschwindigkeit) darstellen. Ein Parameter mit ei nem tiefgestellten "s" zeigt einen von einem Sensor detektierten Wert an.
Ferner ist der Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 mit einem Scheibenwischerschalter 12, einem Außenluft-Niedrigtemperatur-Entscheidungsabschnitt 13, einer Traktionsregelungsvorrichtung 14, einer Antiblockierbremsen-(ABS)-Regelungsvorrichtung 15, einer Bremskraftregelungsvorrichtung 16, einer Schlupfdetektionsvorrichtung 17 und einer Getrieberegelungsvorrichtung 18 verbunden und nimmt Arbeitssignale aus diesen Vorrichtungen aus. Diese Vorrichtungen, der Wischerschalter 12, der Außenluft-Niedrigtemperatur-Entscheidungsbschnitt 13, die Traktionsregelungsvorrichtung 14, die Antiblockierbremsen-(ABS)-Regelungsvorrichtung 15, die Bremskraftregelungsvorrichtung 16, die Schlupfdetektionsvorrichtung 17 und die Getrieberegelungsvorrichtung 18 geben Arbeitssignale an den Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 aus, wenn das Fahrzeug auf einer Straßenoberfläche mit niedrigem Reibwert fährt, was eine Niedrigreibwertstraßen-Fahrzustand-Detektionseinrichtung ergibt.
Gemäß Kurzbeschreibungen der Wirkungsweisen dieser Vorrichtungen gibt der Scheibenwischerschalter 12 ein Arbeitssignal an den Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 aus, wenn ein Scheibenwischer arbeitet.
Der Außenluft-Niedrigtemperatur-Entscheidungsbschnitt 13 entscheidet, ob die Außenlufttemperatur niedrig ist oder nicht (beispielsweise unter 0 Grad) und in einem Bestätigungsfall wird ein Arbeitssignal an den Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 ausgegeben.
Die Traktionsregelungsvorrichtung 14 detektiert eine Schlupfrate entsprechender Räder auf der Basis von vier Raddrehzahlen und gibt, wenn eine maßgebliche Schlupfrate einen spezifizierten Wert überschreitet, ein spezifiziertes Regel signal an ein Bremsbetriebssystem und an ein Motorregelsystem zum Bremsen oder Reduzieren des Motordrehmoments aus. Das Arbeitssignal der Traktionsregelungsvorrichtung 14 wird auch an den Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 ausgegeben.
Die ABS-Regelungsvorrichtung 15 berechnet eine Raddrehzahl, Beschleunigung, Abbremsung und vorläufige berechnete Fahrzeuggeschwindigkeit (wenn das Bremspedal niedergedrückt wird und die Abbremsung der Raddrehzahl über einem spezifizierten Wert liegt, wird entschieden, dass das Fahrzeug abrupt bremst, wobei die vorläufige berechnete Fahrzeuggeschwindigkeit eine Fahrzeuggeschwindigkeit ist, die bei einer spezifizierten Abbremsung mit einer zum Zeitpunkt der Entscheidung festgelegten Anfangsgeschwindigkeit berechnet wird) und dergleichen, wählt ein Bremsregelungssignal aus drei Hydraulikbetriebsarten, zunehmender Druck, Haltedruck und abnehmender Druck aus, und gibt ein ausgewähltes Bremsregelungssignal an ein Bremssteuersystem aus. Ferner wird das Arbeitssignal der ABS-Regelungsvorrichtung 15 auch an den Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 ausgegeben.
Die Bremskraftregelungsvorrichtung 16 berechnet eine Differenz der Sollgierrate auf der Basis von vier Raddrehzahlen, dem Vorderradlenkwinkel, der Gierrate und Fahrzeugspezifikationen und einer Differenz der geschätzten Gierrate, wenn auf einer Straße mit niedrigem Reibwert gefahren wird, und einer Abweichung zwischen beiden Differenzen. Ferner berechnet die Bremskraftregelungsvorrichtung 16 eine Abweichung zwischen der Ist-Gierrate und der Soll-Gierrate. Auf der Basis dieser Werte wird eine Soll-Bremskraft zum Korrigieren einer Untersteuerungstendenz oder einer Übersteuerungstendenz des Fahrzeugs berechnet. Im Allgemeinen ist es zum Korrigieren der Untersteuerungstendenz eines Fahrzeugs erforderlich, eine Bremskraft auf ein hinteres Innenrad eines Wendekreises auszugeben, und zum Korrigieren der Übersteuerungstendenz ist es erforderlich, eine Bremskraft an ein vorderes Außenrad eines Wendekreises auszugeben. Die Bremskraftregelungsvorrichtung 16 wählt das zu bremsende Rad aus, an welches die Bremskraft anzulegen ist, und gibt ein Regelsignal an das Bremssteuerungssystem aus, um die Soll-Bremskraft an das ausgewählte zu bremsende Rad auszugeben. Dieses Steuersignal wird auch an den Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 ausgegeben.
Die Schlupfdetektionsvorrichtung 17 entscheidet, ob sich das Fahrzeug in einem Schlupfzustand befindet oder nicht, abhängig davon, ob ein Drehzahlverhältnis einer Durchschnittsdrehzahl der vorderen linken und rechten Räder zu einer Durchschnittsdrehzahl der hinteren linken und rechten Räder einen vorab festgelegten Schwellenwert überschreitet. Wenn die Schlupfdetektionsvorrichtung 17 entscheidet, dass sich das Fahrzeug in einem Schlupfzustand befindet, gibt die Vorrichtung ein Arbeitssignal an den Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 aus.
Die Getrieberegelungsvorrichtung 18 sendet ein Arbeitssignal an den Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2, wenn ein Fahrbereich 1 ausgewählt ist, um eine Zugfähigkeit und Manövrierbarkeit des Fahrzeugs auf einer Straßenoberfläche mit niedrigem Straßenreibwert zu verbessern.
Ferner berechnet der Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 einen Straßenreibwert (Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW) und gibt den Wert an eine Kraftverteilungs-Regelungsvorrichtung 21, und andererseits wird, wenn ein Signal IMAGE HALT aus dem Fahrumstanderkennungsabschnitt 4 aufgenommen wird, der Wert μ_LOW von dem Istwertvergleichs- Straßenreibwertabschätzabschnitt gelesen. Die Kraftverteilungs-Regelungsvorrichtung 21 steuert die Antriebskraftverteilung zwischen den Vorder- und Hinterrädern durch Regelung eines Differentialbegrenzungsdrehmomentes eines (nicht dargestellten) Mittendifferentials in Abhängigkeit von dem geschätzten Straßenreibwert.
Der Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 schätzt die Straßenreibwerte mittels des Verfahrens unter Verwendung einer adaptiven Regelung, welche der Anmelder der vorliegenden Erfindung in der Japanischen Patentanmeldung JP-A-800 2274 oder US-A-742917 offenbart. Das heißt, auf der Basis eines Seitenbewegungsmodelles eines Fahrzeugs werden unter Verwendung des Vorderradlenkwinkels δ_fs, der Fahrzeuggeschwindigkeit V_s, der Gierrate (dϕ/dt)_s die Seitenkraftbeiwerte der Vorder- und Hinterräder auf eine nicht-lineare Zone erweitert und darin abgeschätzt. Ein Straßenreibwert wird abhängig von Straßenoberflächenzuständen auf der Basis des Verhältnisses der geschätzten Seitenkraftbeiwerte der Vorder- und Hinterräder zu den äquivalenten Seitenkraftbeiwerten der Vorder- und Hinterräder auf einer Straßenoberfläche mit hohem Reibwert abgeschätzt.
In diesem Falle gibt es im Bezug auf das Abschätzverfahren des Straßenreibwertes ein Verfahren zum Abschätzen von Straßenreibwerten in Echtzeit, Vergleichen einer Gierratenreaktion auf der Basis der Gleichung der Fahrzeugbewegung mit einer Ist-Gierrate und Ausdrücken äquivalenter Seitenkraftbeiwerte als unbekannte Parameter. Insbesondere wird der erste Straßenreibwert abhängig von der nachstehenden adaptiven Regelungstheorie auf der Basis der Parameteranpassungsregel berechnet.
Die Gleichung einer Seitenübergangsbewegung eines Fahrzeugs wird unter Verwendung eines in 2 dargestellten Fahrzeugsbewegungsmodell, ausgedrückt als: (M·d2y/dt2) = 2·Ff + 2·Fr (1)wobei M die Masse eines Fahrzeugs ist; F_f, F_r jeweils Kurvenkräfte der vorderen und hinteren Räder sind; und d²y/dt² eine Seitenbeschleunigung ist.
Andererseits wird die Gleichung einer Rotationsbewegung um den Schwerpunkt des Fahrzeugs ausgedrückt als: Iz·(d2ϕ/dt2) = 2·Ff·Lf – 2·Fr·Lr (2)wobei I_z ein Gierträgheitsdrehmoment des Fahrzeugs ist; L_f, L_r Abstände vom Schwerpunkt zu den Vorder- bzw. Hinterrädern sind; und (d²ϕ/dt²) eine Gierwinkelbeschleunigung ist.
Die Seitenbeschleunigung (d²y/dt²) wird ausgedrückt als: (d2y/dt2) = V·((dβ/dt) + (dϕ/dt)) (3)wobei V die Fahrzeuggeschwindigkeit ist; β der Schlupfwinkel des Fahrzeugs ist; und (dβ/dt) die Schlupfwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist.
Die Kurvenkräfte weisen eine Reaktion ähnlich dem einer Zeitverzögerung erster Ordnung auf. In diesem Falle kann diese Zeitverzögerung vernachlässigt werden und indem man die Kurvenkräfte unter Einführung einer Idee eines äquivalenten Seitenkraftbeiwerts, in welcher die Aufhängungscharakteristik in der Reifencharakteristik beinhaltet ist, linearisiert belässt, werden die Kurvenkräfte ausgedrückt wie folgt: Ff = –Kf·βf (4) Fr = –Kr·βr (5) wobei K_f, K_r äquivalente Seitenkraftbeiwerte der Vorder- bzw. Hinterräder sind; und β_f, β_r Seitenschlupfwinkel der Vorder- bzw. Hinterräder sind.
Unter Verwendung äquivalenter Seitenkraftbeiwerte, welche Roll- und Aufhängungseffekte des Fahrzeugs berücksichtigen, können die Seitenschlupfwinkel β_f, β_r wie folgt vereinfacht werden: βf = β + Lf·(dϕ/dt)/v – δf (6) βr = β – Lr·(dϕ/dt)/v (7)wobei δ_f der Lenkwinkel eines Vorderrades ist.
Verschiedene Parameter werden durch Ausdrücken der vorgenannten Bewegungsgleichen in Zustandsvariablen und Anwendung einer adaptiven Regelungstheorie auf die Gleichung gemäß der Parameteranpassungsregel abgeschätzt.
Anschließend werden die Kurvenkräfte des Fahrzeugs aus so abgeschätzten Parametern erhalten. Es gibt viele Parameter für das Fahrzeug, wie zum Beispiel die Fahrzeugmasse, das Gierträgheitsmoment und dergleichen. In der vorliegenden Erfindung werden diese Parameter als konstant angenommen. Nur die Seitenkraftbeiwerte des Reifens werden als veränderlich angenommen. Es gibt einige Gründe, warum sich die Seitenkraftbeiwerte des Reifens ändern, eine Nicht-Linearität der Seitenkraft in Abhängigkeit von dem Schlupfwinkel, eine Auswirkung von Straßenreibwerten, eine Auswirkung einer Lastübertragung und dergleichen. Die Seitenkraftbeiwerte K_f, K_r der Vorder- und Hinterräder werden aus den nachstehenden Gleichungen erhalten: Kf = (q·Iz·n)/(2·Lf) (8) Kr = (p·Iz + Lf·Kf)/Lr (9) wobei p ein aus einer Veränderung der Gierrate abgeschätzter Parameter ist; q ein aus einem Vorderradlenkwinkel δ_f abgeschätzter Parameter ist.
Demzufolge werden die Seitenkraftbeiwerte K_f, K_r der Vorder- und Hinterräder in Abhängigkeit von den vorgenannten Gleichungen unter Verwendung des Vorderradlenkwinkels δ_fs, der Fahrzeuggeschwindigkeit V_s und der Gierrate (dϕ/dt)_s durch Erweitern der Seitenkraftbeiwerte auf einen nicht-linearen Bereich abgeschätzt. Ferner wird ein Straßenreibwert berechnet, indem diese abgeschätzten Seitenkraftbeiwerte K_f, K_r der Vorder- und Hinterräder mit den Seitenkraftbeiwerten der Vorder- und Hinterräder auf einer Straßenoberfläche mit hohem Reibwert verglichen werden, und ein Straßenreibwert μ_LOW des nicht-linearen Bereichs genau auf der Basis des vorstehend berechneten Straßenreibwertes festgelegt wird.
Ferner werden Straßenreibwert-Schätzwerte E_f, E_r der Vorder- bzw. Hinterräder ausgedrückt als: Ef = Kf/Kf0 (10) Er = Kr/Kr0 (11)wobei K_f0, K_r0 äquivalente Bezugsseitenkraftbeiwerte (äquivalente Seitenkraftbeiwerte auf einer Straßenoberfläche mit hohem Reibwert) der Vorder- bzw. Rückseiten sind.
Ferner gilt, wenn man einen Durchschnittswert der Straßenreibwert-Schätzwerte E_f, E_r der Vorder- bzw. Hinterräder als einen Straßenreibwerte μ_LOW annimmt, μLOW = (Ef + Er)/2 (12)
Gemäß dem vorstehend erwähnten Verfahren wird unter Anwendung der adaptiven Regelungstheorie zur Abschätzung eines Straßenreibwertes zuerst die Regelung mit einem vorhandenen geschätzten Wert ausgeführt wird und als Ergebnis davon be rechnet, wie weit der geschätzte Wert von einem Ist-Straßenreibwert abweicht. Der Betrag der berechneten Abweichung wird auf den vorhandenen geschätzten Wert addiert und ein genauer Wert erhalten. Das heißt, die Integration wird auf der Basis davon ausgeführt, ob der vorliegende geschätzte Wert größer oder kleiner als ein Ist-Wert ist, und sich der geschätzte Wert dem Ist-Wert annähert.
Ferner startet, wenn die Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzvorrichtung 2 ein Arbeitssignal des Scheibenwischerschalters 12, ein Außenluft-Niedrigtemperatur-Entscheidungssignal des Außenluft-Niedrigtemperatur-Entscheidungsabschnittes 13, ein Arbeitssignal der Traktionssteuerungsvorrichtung 14, ein Arbeitssignal der ABS-Regelungsvorrichtung 15, ein Arbeitssignal der Bremskraftregelungsvorrichtung 16, ein Schlupfdetektionssignal der Schlupfdetektionsvorrichtung 17 und ein die Auswahl des Fahrbereiches 1 anzeigendes Signal der Getrieberegelungsvorrichtung 18 aufnimmt, im Falle, in welchem der von dem vorgenannten adaptiven Regelungsverfahren geschätzte Straßenreibwert einen im Voraus festgelegten Wert überschreitet, die Berechnung das nächste Mal mit einem Anfangswert, der gezwungenermaßen ein Straßenreibwert auf einer niedrigeren Seite (beispielsweise 0,3) festgelegt ist.
Das heißt, dass, da das vorstehend erwähnte Straßenreibwertkoeffizienten-Abschätzverfahren in dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 im Wesentlichen durch die Integrationsoperation gebildet wird, wenn Straßenreibwerte schwanken, im Falle, in welchem ein anfänglich geschätzter Straßenreibwert (Anfangswert) stark von einem Ist-Straßenreibwert abweicht, es lange Zeit dauert, ein korrektes Straßenreibwertschätzresultat zu erzielen. Demzufolge wird in einem Falle, in welchem wenigstens einer von den Fahrzuständen, dass sich das Fahrzeug in einem Schlupfzustand befindet, oder das Fahrzeug auf einer Straßenoberfläche mit niedrigem Reibwert bewegt, detektiert wird, der Anfangswert auf einem Straßenreibwert eher auf einer niedrigeren Seite festgelegt, um das Ansprechverhalten zu steigern. Daher ist der Adaptivregelüngs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 eine Niedrigseiten-Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung, welche einen Straßenreibwert selbst auf einer Straßenoberfläche mit einem niedrigen Reibwert genau abschätzen kann. Somit wird der Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW an die Kraftverteilungs-Regelungsvorrichtung 21 ausgegeben, von der erwartet wird, dass sie ihr Verhalten, insbesondere auf einer Straße mit niedrigem Reibwert ausführt. Ferner wird, wenn ein Signal IMAGE HALT aus dem Fahrumstanderkennungsabschnitt 4 aufgenommen wird, der Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW von dem Istwertvergleichs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 3 gelesen.
Ferner wird, wenn ein Signal, das anzeigt, das das Fahrzeug den Motor nach einer langen Parkdauer startet, in den Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 aufgenommen wird, ein Anfangsstraßenreibwert zwangsweise auf einen Wert in einem mittleren Bereich, (beispielsweise μ = 0,5) zwischen einem Bereich hohen Reibwertes und einem Bereich niedrigen Reibwertes festgelegt, und die Berechnung der Straßenreibwerte danach wird von diesem Mittelwert aus begonnen. Eine lange Dauer in "lange Parkdauer" bedeutet eine Dauer, während welcher ein Computer des Fahrzeugs in einer Reparaturwerkstatt ausgetauscht wurde. Bei einem normalen Start des Motors wird der erste Straßenreibwert auf der Basis von Seitenkraftbeiwerten abgeschätzt, die zuvor durch eine elektrische Sicherungsquelle abgeschätzt wurden.
Andererseits dient der Istwertvergleichs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 3 als eine Straßenreibwertschätzeinrichtung in der vorliegenden Erfindung, mit welcher zusätzlich zu dem Fahrumstanderkennungsabschnitt 4 der Vorderradlenkwinkelsensor 6, der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 7, der Gierratensensor 8 und der Seitenbeschleunigungssensor 9 verbunden sind.
Der Istwertvergleichs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 3 nimmt Sensorwerte des Vorderradlenkwinkels δ_fs, der Fahrzeuggeschwindigkeit V_s, der Seitenbeschleunigung (d²y/dt²)_s, der Gierrate (dϕ/dt)_s von den entsprechenden Sensoren auf.
Der Istwertvergleichs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 3 schätzt die Straßenreibwerte ab und gibt die abgeschätzten Straßenreibwerte (Straßenreibwert-Schätzwert μ_out) an eine Fahrunterstützungsregelungsvorrichtung 22 aus. Die Fahrunterstützungsregelungsvorrichtung 22 führt verschiedene Regelungen unter Verwendung der Straßenreibwerte (beispielsweise eine Warnungssteuerung, automatische Bremsregelung und dergleichen) in Verbindung mit dem Durchfahren einer Kurve vor dem Fahrzeug aus. Wenn der Istwertvergleichs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 3 ein Signal IMAGE HALT aus dem Fahrumstanderkennungsabschnitt 4 aufnimmt, liest in dem Falle, in welchem der Zustand für eine spezifizierte Zeit andauert (beispielsweise 90 Sekunden) der Istwertvergleichs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 3 den Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW aus dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 ein und nähert den geschätzten Straßenreibwert allmählich an den Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW an. Ferner nähert in dem Falle, in welchem die eingegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V_s größer als 80 km/h ist, und dieser Zustand für mehr als eine spezifizierte Zeit andauert, der Istwertvergleichs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 3 den geschätzten Straßenreibwert allmählich an einen Straßenreibwert einer normalen asphaltierten Straßenoberfläche, beispielsweise 0,7 an. Fer ner liest in dem Falle, in welcher ein Signal IMAGE HALT aus dem Fahrumstanderkennungsabschnitt 4 aufgenommen wird, und der Zustand für mehr als eine spezifizierte Zeit (beispielsweise 90 Sekunden) andauert, und in dem Falle, in welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit v_s 80 km/h für mehr als eine spezifizierte Zeit überschreitet, der Istwertvergleichs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 3 den Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW aus dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 ein, und nähert den geschätzten Straßenreibwert allmählich an den Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW an.
Gemäß Darstellung in 3 ist der Istwertvergleichs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 3 aus einem Hochreibwertstraßen-Bezugswertschätzabschnitt 3a, einem Niedrigreibwertstraßen-Bezugswertschätzabschnitt 3b, einem Istwert-Schätzabschnitt 3c und einem Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d aufgebaut.
Der Hochreibwertstraßen-Bezugswertschätzabschnitt 3a nimmt die Fahrzeuggeschwindigkeit V_s und den Vorderradlenkwinkel δ_fs auf, berechnet eine Hochreibwertstraßen-Bezugsgierrate (δf/dt)_H, die der detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit V_s und dem Vorderradlenkwinkel δ_fs gemäß einem Fahrzeugbewegungsmodel entspricht, auf der Basis einer Gleichung der Fahrzeugbewegung auf einer Straßenoberfläche mit hohem Reibwert und gibt die Hochreibwertstraßen-Bezugsgierrate (dϕ/dt)_H an den Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d aus.
Ferner gibt der Hochreibwertstraßen-Bezugswertschätzabschnitt 3a eine Hochreibwertstraßen-Bezugsgierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)_H, eine Seitenbeschleunigung (d²y/dt²)_H, zusätzlich zur Gierrate (dϕ/dt)_H an den Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d aus. Entsprechende Parame ter mit tiefgestellten "H" bezeichnen Parameter auf der Basis eines Bezugswertes für einen hohen Reibwert.
Der Niedrigreibwertstraßen-Bezugswertschätzabschnitt 3b nimmt die Fahrzeuggeschwindigkeit V_s und den Vorderradlenkwinkel δ_fs auf, berechnet die Niedrigreibwertstraßen-Bezugsgierrate (δf/dt)_L, die der detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit V_s und dem Vorderradlenkwinkel δ_fs gemäß einem Fahrzeugbewegungsmodel entspricht, auf der Basis einer Gleichung der Fahrzeugbewegung auf einer Straßenoberfläche mit niedrigem Reibwert und gibt die Niedrigreibwertstraßen-Bezugsgierrate (dϕ/dt)_L an den Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d aus.
Ferner gibt der Niedrigreibwertstraßen-Bezugswertschätzabschnitt 3b eine Niedrigreibwertstraßen-Bezugsgierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)_L, zusätzlich zur Gierrate (dϕ/dt)_L an den Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d aus. Entsprechende Parameter mit tiefgestellten "L" bezeichnen Parameter auf der Basis eines Bezugswertes für einen niedrigen Reibwert.
Das Fahrzeugbewegungsmodel und die Berechnung der entsprechenden Parameter werden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Die nachstehende Gleichung eines Zustands (engl. equation of state), wird aus den vorstehenden Bewegungsgleichungen (1) bis (7) erhalten:
In dem Hochreibwertstraßen-Bezugswertschätzabschnitt 3a wird eine Hochreibwertstraßen-Schlupfwinkelgeschwindigkeit (dβ/dt)_H und eine Hochreibwertstraßen-Bezugsgierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)_H durch Berechnen von (dx(t)/dt) = [(dβ/dt)(d²ϕ/dt²)]^T in einem Fahrzeugbetriebszustand (Fahrzeuggeschwindigkeit V_s und Vorderradlenkwinkel δ_fs) jedes Moments erhalten, wenn äquivalente Seitenkraftbeiwerte K_f, K_r bei einem Straßenreibwert von 1,0 im Voraus in der Formel (13) festgelegt wurden. Dann werden ein Hochreibwertstraßen-Fahrzeugschlupfwinkel β_H und eine Hochreibwertstraßen-Bezugsgierrate (dϕ/dt)_H durch Integration der Fahrzeugschlupfwinkelgeschwindigkeit (dβ/dt)_H und der Gierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)_H erhalten. Ferner wird durch Einsetzen des Hochreib-wertstraßen-Fahrzeugschlupfwinkels β_H und der Hochreibwertstraßen-Bezugsgierrate (dϕ/dt)_H in die Formel (6) ein Hochreibwertstraßen-Vorderradschlupfwinkel β_fH berechnet. Ferner wird durch Einsetzen der Fahrzeugschlupfwinkelgeschwindigkeit (dβ/dt)_H und der Hochreibwertstraßen-Bezugsgierrate (dϕ/dt)_H in die Formel (3) eine Hochreibwertstraßen-Seitenbeschleunigung (d²y/dt²)_H berechnet.
Ähnlich wird in dem Niedrigreibwertstraßen-Bezugswertschätzabschnitt 3b eine Niedrigreibwertstraßen-Schlupfwinkelgeschwindigkeit (dβ/dt)_L und eine Niedrigreibwertstraßen-Bezugsgierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)_L durch Berechnen von (dx(t)/dt) = [(dβ/dt)(d²ϕ/dt²)]^T in einem Fahrzeugbetriebszustand (Fahrzeuggeschwindigkeit V_s und Vorderradlenkwinkel δ_fs) jedes Moments erhalten, wenn äquivalente Seitenkraftbeiwerte K_f, K_r bei einem Straßenreibwert von 0,3 im Voraus in der Formel (13) festgelegt wurden. Dann werden ein Niedrigreibwertstraßen-Fahrzeugschlupfwinkel β_L und eine Niedrigreibwertstraßen-Gierrate (dϕ/dt)_L durch Integration der berechneten Fahrzeugschlupfwinkelgeschwindigkeit (dβ/dt)_L und der Gierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)_L erhalten. Ferner wird durch Einsetzen des Niedrigreibwertstraßen-Fahrzeugschlupfwinkels β_L und der Niedrigreibwertstraßen-Gierrate (dϕ/dt)_L in die Formel (6) ein Niedrigreibwertstraßen-Vorderradschlupfwinkel β_fL berechnet.
Der Istwert-Schätzabschnitt 3c nimmt den Vorderradlenkwinkel δ_fs, die Fahrzeuggeschwindigkeit V_s, die Seitenbeschleunigung (d²y/d_t ²)_s und die Gierrate (dϕ/dt)_s auf und schätzt eine Ist-Gierrate (dϕ/dt)₀ ab, während das Ist-Verhalten des Fahrzeugs zurückgekoppelt wird. Das heißt, der Istwert-Schätzabschnitt 3c ist eine durch das Fahrzeugbewegungsmodel gebildete Beobachtungseinrichtung. Die in dem Istwert-Schätzabschnitt 3c abgeschätzte Ist-Gierrate (dϕ/dt)₀ wird an den Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d ausgegeben. Ferner wird zusätzlich zu der Ist-Gierrate (dϕ/dt)₀ eine Gierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)₀ an den Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d ausgegeben. Die Parameter mit den tiefgestellten "0" bezeichnen solche aus der Beobachtungseinrichtung.
Der Aufbau der Beobachtungseinrichtung der Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Wenn das von dem Sensor detektierte Ausgangssignal wie folgt ausgedrückt wird: y(t) = C·x(t) (14)ist der Aufbau der Beobachtungseinrichtung wie folgt: (dx'(t)/dt) = (A – K·C)·x'(t) + K·y(t) + B·u(t) (15)x(t) ist ein Zustandsvariablenvektor (der Apostroph "'" zeigt einen Schätzwert an); u(t) ist der Eingabevektor; A, B ist die Koeffizientenmatrix der Zustandsgleichung; y(t) ist ein beobachtbarer Sensorausgangsvektor und wird ausgedrückt als: y(t) = [βs(dϕ/dt)s]T
Der durch Sensor detektierte Fahrzeugschlupfwinkel β_s wird durch Integration der durch den Sensor detektierten Fahrzeugschlupfwinkelgeschwindigkeit (dβ/dt)_s erhalten. Die Fahrzeugschlupfwinkelgeschwindigkeit (dβ/dt)_s wird aus der Formel (3) auf der Basis der von dem Sensor detektierten Seitenbeschleunigung (d²y/dt²)_s und die durch den Sensor detektierte Gierrate (dϕ/dt)_s erhalten; C ist eine Matrix (in dieser Ausführungsform die Einheitsmatrix), die die Beziehung zwischen dem Sensorausgangssignal und der Zustandsvariablen darstellt und K ist die Rückkopplungs-Verstärkungsfaktormatrix, die beliebig festgelegt werden kann und C, K wird wie folgt ausgedrückt:
Somit werden die Ist-Gierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)₀ und die tatsächliche Fahrzeugschlupfwinkelgeschwindigkeit (dβ/dt)₀ durch die Beobachtungseinrichtung über die nachstehenden Formeln (16) und (17) berechnet. (d2ϕ/dt2)0 = a11·(dϕ/dt)0 + a21·β0 + b11·δfs + k11·((dϕ/dt)s – (dϕ/dt)0) + k12·(βs – β0) (16) (dß/dt)0 = a21·(dϕ/dt)0 + a22·β0 + k21·((dϕ/dt)s – (dϕ/dt)0) + k22·(βs – β0) (17)
Demzufolge werden eine Ist-Gierrate (dϕ/dt)₀ und ein Ist-Fahrzeugschlupfwinkel β₀ berechnet, indem die so berechnete tatsächliche Winkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)₀ bzw. die Ist-Fahrzeugschlupfwinkelgeschwindigkeit (dϕ/dt)₀ integriert werden. Ferner wird ein Ist-Vorderradschlupfwinkel β_f berechnet, indem jeweils der Ist-Fahrzeugschlupfwinkel β₀ und die Ist-Gierrate (dϕ/dt)₀ in die Formel (6) eingesetzt werden.
In dem Hochreibwertstraßen-Bezugswertschätzabschnitt 3a, den Niedrigreibwertstraßen-Bezugswertschätzabschnitt 3b und dem Istwert-Schätzabschnitt 3c, kann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V_s = 0 ist, die Berechnung aufgrund der Division durch 0 nicht durchgeführt werden. Somit werden, wenn das Fahrzeug mit extrem niedrigen Geschwindigkeiten, beispielsweise unter 10 km/h fährt, die Gierrate und Seitenbeschleunigung jeweils durch Sensorwerte ersetzt. Das heißt: (dϕ/dt)H = (dϕ/dt)L = (dϕ/dt)0 = (dϕ/dt)s (d2y/dt2)0 = (d2y/dt2)s
Ferner kann der Fahrzeugschlupfwinkel aus der geometrischen Beziehung der Drehung auf den stationären Kreis ausgedrückt werden als: βH = βL = β0 = δfs·Lr/(Lf + Lr)
Zu diesem Zeitpunkt wird, da keine Kurvenkraft erzeugt wird, der Vorderradschlupfwinkel zu 0. βfH = βfL = βf0 = 0
Der Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d nimmt den Vorderradlenkwinkel δ_fs, die Fahrzeuggeschwindigkeit V_s, die Hochreibwertstraßen-Bezugsgierrate (dϕ/dt)_H, die Hochreibwertstraßen-Bezugsgierratenwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)_H, die Hochreibwertstraßen-Bezugs-Seitenbeschleunigung (d²y/dt²)_H, die Niedrigreibwertstraßen-Bezugsgierrate (dϕ/dt)_L, die Niedrigreibwertstraßen-Gierwinkelbeschleunigung (d²f/dt²)_L, die Gierrate (dϕ/dt)₀, die als ein Ist-Wert abgeschätzt wird, und die Gierwinkelbeschleunigung (d²ϕ/dt²)₀, die als ein Ist-Wert abgeschätzt wird, auf. Ferner wird, wenn eine Ausführungsbedingung, welche hierin nachstehend beschrieben wird, erfüllt ist, unter Verwendung einer Hochreibwertstraßen-Bezugsgierrate (dϕ/dt)_H, Niedrigreibwertstraßen-Bezugsgierrate (dϕ/dt)_L und Gierrate (dϕ/dt)₀ ein Straßenreibwert-Schätzwert zu diesem Zeitpunkt von μ_γn durch Vergleich von Straßenreibwertkoeffizienten gemäß der nachfolgenden Formel (18) berechnet μγn = ((μH – μL)·(dϕ/dt)0 + μL·(dϕ/dt)H – μH·(dϕ/dt)L)/((dϕ/dt)H – (dϕ/dt)L) (18)wobei μ_H ein Straßenreibungskoeffizient ist, der in dem Hochreibwertstraßen-Bezugswertschätzabschnitt 3a angenommen wird (beispielsweise 1,0); und μ_L ein Straßenreibungskoeffizient ist, der in dem Niedrigreibwertstraßen-Bezugswertschätzabschnitt 3b angenommen wird (beispielsweise 0,3).
Gemäß der Formel (18) wird eine lineare Funktion durch die Hochreibwertstraßen-Bezugsgierrate (dϕ/dt)_H und die Niedrigreibwertstraßen-Bezugsgierrate (dϕ/dt)_L und einen neuen Straßenreibwert μ_γn durch Einsetzen der Gierrate (dϕ/dt)₀ in diese lineare Funktion erhalten.
Ferner wird ein Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ erhalten, indem der zuvor geschätzte Straßenreibwert μ_n–1 und der zu diesem Zeitpunkt geschätzte Straßenreibwert μ_γn beispielsweise gemäß der nachstehenden Formel (19) gewichtet gemittelt wird. μγ = μn–1 + κ1·(μγn – μn–1) (19)wobei κ₁ der Gewichtungsfaktor ist und wie folgt bestimmt ist. κ1 = 0,3·|(dϕ/dt)H – (dϕ/dt)L|/|(dϕ/dt)H| (20)
Um den Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ in dem Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d zu berechnen wurden die vorstehenden Bedingungen im Voraus festgelegt.
[Bedingung 1]
Da die Fahrzeugbewegung, welche inhärent zu einem System mit mehreren Freiheitsgraden gehört, einem Zweiradmodel und einem System mit zwei Freiheitsgraden (seitliche Versetzung und Bewegung um die vertikale Achse) angenähert wird, wird die Berechnung von Straßenreibwerten nicht durchgeführt, wenn sich das Fahrzeug bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten bewegt, oder wenn das Lenkrad sehr stark eingeschlagen wird, da die Differenz des Fahrzeugverhaltens zwischen dem Model und dem tatsächlichen Fahrzeug zunimmt. In dieser Ausführungsform wird die Berechnung nicht ausgeführt, wenn das Fahrzeug mit einer kleineren Geschwindigkeit als 10 km/h fährt, oder wenn der Absolutwert des Lenkwinkels 50 Grad überschreitet.
[Bedingung 2]
Wenn der Absolutwert der Gierrate klein ist, wird, da der Anteil von Rauschen, Störungen und dergleichen relativ groß wird, die Berechnung der Straßenreibwerte nicht durchgeführt, da die Auswirkung von elektrischen Rauschen der Sensoreingangsignale und Störungen bei der Modellerstellung nicht berücksichtigt wurden. Beispielsweise wird in dem Falle, in welchem der Absolutwert der Gierrate (dϕ/dt)₀ kleiner als 1,5°/s. ist, die Berechnung der Straßenreibwerte nicht durchgeführt.
[Bedingung 3]
Da das erfindungsgemäße Verfahren eines ist, das Straßenreibwerte unter Anwendung des Phänomens abschätzt, dass ein Unterschied zwischen Kurvenkräften in Abhängigkeit von den Straßenreibwerten auftritt, wird in dem Falle, in welchem Kurvenkräfte klein sind, das heißt in dem Falle, in welchem der Absolutwert der Seitenbeschleunigung klein ist, das Verhältnis der Auswirkungen von Rauschen oder Störungen zu der Auswirkung der Straßenreibwerte relativ groß, weshalb in diesem Falle die Berechnung der Straßenreibwerte nicht durchgeführt wird. Beispielsweise wird in dem Falle, in welchem der Absolutwert der Hochreibwertstraßen-Bezugseitenbeschleunigung (d²y/dt²)_H kleiner als 0,15 G ist, die Berechnung der Straßenreibwerte nicht durchführt.
[Bedingung 4]
Die Gierratenreaktion auf die Lenkwinkeleingangsgröße ist in einigen Fällen, abhängig von dem Straßenreibwert verzögert. Wenn die Gierratenreaktion verzögert ist, weisen die geschätzten Straßenreibwerte große Fehler auf. Demzufolge wird in einem Falle, in welchem eine große Verzögerung vorliegt, die Berechnung der Straßenreibwerte nicht durchgeführt. Beispielsweise wird in einem Falle, in welchem entschieden wird, dass die Fehler aufgrund von Verzögerungen mit Ausnahme einer Anstiegszeit (einer spezifizierten Zeitperiode vom Beginn der Erzeugung einer Gierrate bis zur Konvergenz der Gierrate) einer Gierrate groß wird, die Berechnung der Straßenreibwerte nicht durchgeführt. Ein Anstieg der Gierrate wird aus (Gierrate)·(Gierratenwinkelbeschleunigung) bestimmt.
[Bedingung 5]
In dem Falle, in welchem der Absolutwert der Differenz zwischen der Hochreibwertstraßen-Bezugsgierrate und der Niedrigreibwertstraßen-Bezugsgierrate nicht groß genug ist, um den Effekt von Rauschen, Störungen und dergleichen auszuschließen, wird die Berechnung der Straßenreibwerte nicht durchgeführt. Beispielsweise wird in einem Falle, in welchem der Absolutwert der Differenz zwischen der Hochreibwertstraßen-Bezugsgierrate (dϕ/dt)_H und der Niedrigreibwertstraßen-Bezugsgierrate (dϕ/dt)_L kleiner als 1°/s ist, die Berechnung der Straßenreibwerte nicht durchgeführt.
[Bedingung 6]
Um eine Division durch 0 in der Formel (20) beispielsweise in dem Falle, in welchem der Absolutwert der Hochreibwertstraßen-Bezugsgierrate (dϕ/dt)_H kleiner als 1°/s ist, zu verhindern, wird die Berechnung der Straßenreibwerte nicht durchgeführt.
Ferner nimmt der Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d ein Signal, das Fahrumstände des Fahrzeugs aus dem Fahrumstanderkennungsabschnitt 4 anzeigt, auf. Wenn ein Signal IMAGE HALT aus dem Fahrumstanderkennungsabschnitt 4 aufgenommen wird, und in einem Falle, in welchem der Zustand für eine spezifizierte Zeit (beispielsweise 90 Sekunden) andauert, wird ein Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW aus dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 eingelesen. Wenn ein in dem Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d geschätzter Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ größer als der aus dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 eingelesene Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW ist, wird der Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ allmählich an den Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW angenähert, indem der Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ durch ein Verzögerungsfilter erster Ordnung mit einer Zeitkonstante T1 geführt wird und dieser Wert als ein letztlich geschätzter Straßenreibwert-Schätzwert μ_out ausgegeben wird. Die Kennlinie dieses Verzögerungsfilters erster Ordnung ist exemplarisch in 5 dargestellt. Das Filter hat eine Kennlinie gemäß Darstellung in einem Abschnitt I von 5, dass der Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ angenähert auf einem Pegel des Straßenreibwert-Schätzwertes μ_LOW abfällt, der von dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 für 30 Sekunden ausgegeben wird. Das heißt, dass in dem Falle, in welchem ein Signal IMAGE HALT aus dem Fahrumstanderkennungsabschnitt 4 aufgenommen wird, eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass das Fahrzeug auf einer Straßenoberfläche mit niedrigem Reibwert fährt. Deshalb verwendet der Istwertvergleichs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 3 einen Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW aus dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2, in welchem ein genauer Straßenreibwert selbst dann abgeschätzt werden kann, wenn das Fahrzeug auf einer Straßenoberfläche mit niedrigem Reibwert fährt.
Der Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d nähert, wenn die eingegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V_s eine hohe Fahrgeschwindigkeit zeigt, beispielsweise in dem Falle, in welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als 80 km/h ist und dieser Zustand für mehr als eine spezifizierte Zeit andauert, den Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ allmählich an einen Straßenreibwert einer normal asphaltierten Straßenoberfläche (beispielsweise 0,7) an, indem er den Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ durch ein Verzögerungsfilter erster Ordnung mit einer Zeitkonstante T2 führt und diesen Wert als einen letztlich geschätzten Straßenreibwert-Schätzwert μ_out ausgibt. Dieses Verzögerungsfilter erster Ordnung mit einer Zeitkonstant T2 hat eine Kennlinie, die den von dem Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d abgeschätzten Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ gemäß Darstellung im Abschnitt III von 5 auf einem Pegel von ungefähr 0,7 in 60 Sekunden bringt. Das heißt, dass, wenn das Fahrzeug auf einer Autobahn fährt, selbst wenn der Straßenreibwert einen großen Einfluss auf das Fahrzeug ausübt, nur eine sehr kleine Veränderung in der Gierrate, Seitenbeschleunigung und Lenkwinkel vorhanden ist, es extrem schwierig ist, die Straßenreibwerte genau durch Detektion kleiner Änderungen dieser Parameter zu detektieren. Demzufolge verhindert, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt, die vorgenannte Kennlinie des Verzögerungsfilters erster Ordnung, eine Beurteilung der Straßenoberfläche als eine Straße mit niedrigem Reibwert.
In dem Falle, in welchem der Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d ein Signal IMAGE HALT aus dem Fahrumstanderkennungsabschnitt 4 aufnimmt und der Zustand für eine spezifizierte Zeit (beispielsweise 90 Sekunden) andauert, und in einem Falle, in welchem die eingegebene Fahrzeuggeschwindigkeit V_s eine hohe Fahrgeschwindigkeit anzeigt, wenn beispielsweise das Fahrzeug mit mehr als 80 km/h fährt und dieser Zustand für eine spezifizierte Zeitdauer andauert, liest der Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d einen Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW aus dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 ein. Dann führt in dem Falle, in welchem der in dem Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d geschätzte Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ größer als der Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW ist, der Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d den Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ durch das Verzögerungsfilter erster Ordnung mit der Zeitkonstante T1 und ferner durch das Verzögerungsfilter erster Ordnung mit der Zeitkonstante T2 führt. Da die abnehmende Veränderung des Straßenreibwert-Schätzwertes durch das Verzögerungsfilter erster Ordnung mit der Zeitkonstante T1 gemäß Darstellung in 5 größer als die Anstiegsveränderung des Straßenreibwert-Schätzwertes des Verzögerungsfilters erster Ordnung mit der Zeitkonstante T2 ist, wie es in einem Abschnitt II von 5 dargestellt ist, wird der von dem Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt 3d geschätzte Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ moderat allmählich an den von dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 geschätzten Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW angenähert. Dann wird dieser Wert als ein letztlich geschätzter Straßenreibwert-Schätzwert μ_out ausgegeben. Das heißt, dass in einem Falle, in welchem eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Straße, auf welcher das Fahrzeug fährt offensichtlich eine Straße mit niedrigen Reibwert ist, der Straßenreibwert-Schätzwert allmählich an dem Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW angenähert wird, selbst wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt Anschließend wird die Abschätzung von Straßenreibwerten in der Straßenreibwert-Schätzvorrichtung 1 unter Verwendung eines Flussdiagramms von 6 beschrieben. Dieses Programm wird in einem spezifizierten Zeitintervall (beispielsweise 10 ms) ausgeführt.
Zuerst wird bei einem Schritt (hierin nachstehend als "S" abgekürzt) S104 festgestellt, ob ein Signal IMAGE HALT, das den Zustand einer vollständig mit Schnee bedeckten Straße anzeigt, kontinuierlich für eine spezifizierte Zeit aufgenommen wird. In dem Falle, in welchem das Signal IMAGE HALT kontinuierlich für eine spezifizierte Zeit aufgenommen wird, geht das Programm zu S105, in welchem der aus dem Vergleich mit der Gierrate erhaltene Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ mit dem von dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 ausgegebenen Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW verglichen wird.
Wenn der durch den Vergleich mit der Gierrate erhaltene Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ größer als der aus dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 erhaltene Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW ist, geht das Programm zu S106, in welchem der durch den Vergleich mit der Gierrate erhaltene Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ allmählich an den von dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 geschätzten Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW gebracht wird.
Andererseits springt in dem Falle, in welchem entschieden wird, dass das Signal IMAGE HALT nicht aufgenommen wird, oder in dem Falle, in welchem durch den Vergleich mit der Gierrate entschieden wird, dass der Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ kleiner als der Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW aus dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 ist, das Programm zu S107.
Wenn das Programm von S104, S105 oder S106 zu S107 übergeht, wird festgestellt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V_s größer als 80 km/h ist oder nicht, und ob der Zustand für eine spezifizierte Zeit andauert. In dem Falle, in dem ent schieden wird, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit V_s größer als 80 km/h ist, geht das Programm zu S108, in welchem der durch den Vergleich mit der Gierrate erhaltene Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ allmählich an 0,7 eines Straßenreibwertes einer normal asphaltierten Straßenoberfläche angenähert wird, indem der Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ durch ein Verzögerungsfilter erster Ordnung mit der Zeitkonstante T2 geführt wird.
In dem Falle, in welchem das Programm auf S108 ohne Verarbeitung von S106 übergeht, wird entschieden, dass das Fahrzeug mit hohen Geschwindigkeiten fährt und kein anderer Zustand vorliegt, wird der Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ nur durch das Verzögerungsfilter erster Ordnung mit der Zeitkonstante T2 geführt und an 0,7 angenähert.
Im Falle, in welchem S106 ausgeführt wird und ferner S108 ausgeführt wird, wird der durch den Vergleich mit der Gierrate erhaltene Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ durch das Verzögerungsfilter erster Ordnung mit der Zeitkonstante T1 und das Verzögerungsfilter erster Ordnung mit der Zeitkonstante T2 geführt und mittels der Differenz der Zeitkonstanten T1, T2 moderat allmählich an den von dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 ausgegebenen Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW angenähert.
Wenn das Programm von S108 zu S109 übergeht, wird der auf der Basis des Gierratenvergleichs erhaltene Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ nur durch das Filter mit der Zeitkonstante T2 oder durch beide Filter mit den Zeitkonstanten T1, T2 geführt, und als ein Ausgabewert μ_out festgelegt, worauf das Programm die Routine verlässt.
Somit nähert gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Istwertvergleichs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 3, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt, den aus dem Vergleich mit Gierraten erhaltenen Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ allmählich an den Straßenreibwert-Schätzwert (0,7) an, der im Voraus für eine asphaltierte Straßenoberfläche festgelegt wurde. Ferner wird in dem Falle, in welchem das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt, und das Signal IMAGE HALT aufgenommen wird, der Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ moderat allmählich an dem von dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 ausgegebenen Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW angenähert.
Wenn das Signal IMAGE HALT aus dem Fahrumstanderkennungsabschnitt 4 aufgenommen wird und daher eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass das Fahrzeug auf einer Straßenoberfläche mit niedrigen Reibwert fährt, wird sofort der Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW aus dem Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 verwendet. Der Adaptivregelungs-Straßenreibwertabschätzabschnitt 2 kann eine genaue Abschätzung der Straßenreibwertkoeffizienten selbst dann durchführen, wenn das Fahrzeug auf einer Straßenoberfläche mit niedrigem Reibwert fährt. Ferner wird in einem Falle, in welchem erkannt wird, dass eine hohe Wahrscheinlichkeit einer Feststellung einer Straße mit niedrigem Reibwert aus dem Fahrumstanderkennungsabschnitt 4 vorhanden ist, der Straßenreibwert-Schätzwert μ_γ allmählich an den Straßenreibwert-Schätzwert μ_LOW angenähert, um die Genauigkeit der Abschätzung von Straßenreibwerten zu verbessern.

Claims

Straßenreibwert-Abschätzvorrichtung für ein Fahrzeug zum Abschätzen eines Reibwertes einer Straßenoberfläche auf welcher das Fahrzeug fährt, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: Bewegungsparameter-Detektionseinrichtungen (6, 7, 8, 9) zum Detektieren von Bewegungsparametern des Fahrzeugs; und Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung (3), um einen Straßenreibwert (μ_γ) auf der Basis der Bewegungsparameter abzuschätzen, und um den geschätzten Straßenreibwert (μ_γ) selbst allmählich an einen vorher festgelegten Straßenreibwert einer asphaltierten Straßenoberfläche anzunähern, wenn das Fahrzeug mit hohen Geschwindigkeiten fährt.
Straßenreibwert-Abschätzvorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner aufweist: eine Fahrumständeerkennungseinrichtung (4) zum Detektieren eines Fahrumstandes und zum Ausgeben eines Erkennungssignals, das einen Straßenzustand anzeigt, der als der einer vollständig mit Schnee bedeckten Straßenoberfläche betrachtet werden kann, wobei die Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung (3) den zuerst von der Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung (3) geschätzten Straßenreibwert (μ_γ) selbst an einen niedrigen Reibwert (μ_LOW) annähert, der im Voraus festgelegt wurde, wenn das Erkennungssignal (IMAGE HALT) aufgenommen wird, und die Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung (3) den von der Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung (3) geschätzten Straßenreibwert (μ_γ) selbst an den im Voraus festgelegten niedrigen Reibwert (μ_LOW) annähert, wenn das Fahrzeug mit hohen Geschwindigkeiten fährt und das Erkennungssignal (IMAGE HALT) aufgenommen wird.
Straßenreibwert-Abschätzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung (3) aufweist: einen Hochreibwertstraßen-Bezugswertschätzabschnitt (3a) zum Berechnen eines Bezugswertes einer Gierrate auf einer vorberstimmten Straße mit hohem Reibwert mittels eines Fahrzeugbewegungsmodels, einen Niedrigreibwertstraßen-Bezugswertschätzabschnitt (3b) zum Berechnen eines Bezugswertes einer Gierrate auf einer vorbestimmten Straße mit niedrigem Reibwert mittels eines Fahrzeugbewegungsmodels, einen Istwert-Schätzabschnitt (3c) zum Berechnen eines Ist-Wertes einer Gierrate durch eine Beobachtungseinrichtung und einen Gierratenvergleichs-Straßenreibwertschätzabschnitt (3d) zum Abschätzen eines momentanen Straßenreibwertes (μ_γ) durch Vergleichen des Ist-Wertes der Gierrate mit dem Hochreibwertstraßen-Bezugswert und mit dem Niedrigreibwertstraßen-Bezugswert.
Straßenreibwert-Abschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend: eine Niedrigreibwertstraßen-Fahrzustand-Detektionseinrichtung (12–18) zum Detektieren eines Fahrzustandes, der eine Fahrt auf einer Straßenoberfläche mit niedrigem Reibwert anzeigt, und eine Niedrigseiten-Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung (2) zum Abschätzen eines Niedrigseiten-Straßenreibwertes (μ_LOW) in Abhängigkeit von einer adaptiven Regelungstheorie und einem Fahrzeugbewegungsmodell auf der Basis der Bewegungsparameter und des Fahrzustands, der eine Fahrt auf einem Straßenbelag mit einem niedrigen Reibwert anzeigt.
Straßenreibwert-Abschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung (3) einen auf dem Bewegungsparameter basierenden Straßenreibwert (μ_γ) durch Vergleichen eines Ist-Wertes einer Gierrate mit ei nem Bezugswert einer Gierrate auf einer vorbestimmten Hochreibwertstraße und mit einem Bezugswert einer Gierrate auf einer vorbestimmten Niedrigreibwertstraße abschätzt.
Straßenreibwert-Abschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Straßenreibwert-Abschätzeinrichtung (3) geschätzte Straßenreibwert (μ_γ) selbst allmählich an den im Voraus festgelegten niedrigen Straßenreibwert (μ_LOW) angenähert wird.