DE60222499T2

DE60222499T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Beurteilung von Strassenoberflächengradienten und Programm zur Beurteilung von Gradienten

Info

Publication number: DE60222499T2
Application number: DE60222499T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Kobe-shi Kawasaki
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2022-06-19
Also published as: EP1271098A2; US20030033071A1; JP4076740B2; JP2003004128A; EP1271098B1; DE60222499D1; US6738704B2; EP1271098A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beurteilen von Straßenoberflächengradienten sowie ein Programm zum Beurteilen von Gradienten. Im Spezielleren betrifft sie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beurteilen von Straßenoberflächengradienten sowie ein Programm zum Beurteilen von Gradienten, um Gradienten der Straßenoberfläche zu beurteilen, auf der das Fahrzeug fährt, um dadurch das Fahrverhalten zu verbessern.
Eine Steuerung in einem Fahrzeug, das z.B. mit einem automatischen Getriebe ausgestattet ist, erfolgt herkömmlicherweise, indem Gangwechsel auf einer Hochgeschwindigkeitsseite des automatischen Getriebes begrenzt sind, um die dynamischen Eigenschaften beim Bergauffahren zu verbessern, oder indem die Gangwechsel auf der Hochgeschwindigkeitsseite des automatischen Getriebes begrenzt sind, um die Motorbremsleistungen beim Bergabfahren zu verbessern. Eine Straßenoberflächengradienten-Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Gradienten der Straßenoberfläche, auf der das Fahrzeug fährt, wird für solch eine Steuerung verwendet.
Bei herkömmlichen Vorrichtungen werden Gaspedalöffnungen und vordere und hintere Beschleunigungen jeweils detektiert, um zu bestimmen, dass ein Fahrzeug bergauf fährt, wenn die Gaspedalöffnung nicht kleiner als eine festgelegte Öffnung ist, und wenn die Beschleunigung in der vorderen und hinteren Richtung des Fahrzeugs nicht höher als ein festgelegter Wert ist.
Da das oben stehende Verfahren jedoch nicht genügt, um Gradienten genau zu beschaffen, wurde z.B. in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 145 323/1992 eine Straßenoberflächengradienten-Detektionsvorrichtung (A) zum Beschaffen eines Gradienten der Straßenoberfläche, auf der das Fahrzeug fährt, auf der Basis einer Differenz zwischen der Beschleunigung in der vorderen und hinteren Richtung des Fahrzeugs, die durch Detektionssignale eines an dem Fahrzeug montierten Sensors für die vordere und hintere Beschleunigung beschafft wird, und der laufenden Beschleunigung, die die Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungen pro Zeiteinheit angibt, die durch Impulssignale des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors beschafft werden, vorgeschlagen. Solch eine Vorrichtung A ist in der Lage, Gradienten einer Straßenoberfläche zu detektieren, indem der Sensor für die vordere und hintere Beschleunigung, der zur Fahrwerksregelung vorgesehen ist, umgeleitet wird, und dadurch, dass detektierte Gradienten der Straßenoberfläche als Getriebesteuerinformation für das automatische Getriebe verwendet werden, ist es möglich, die Steuerbarkeit des Getriebes zu verbessern.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 242 862/1997 beschreibt ferner eine Straßenoberflächengradienten-Abschätzvorrichtung (B). In dieser Veröffentlichung wird eine Beziehung verwendet, die gegeben ist durch: Fahrzeugantriebsdrehmoment = Widerstandsdrehmoment beim Fahren auf einer ebenen Straße + Beschleunigungswiderstandsdrehmoment + Gradientenwiderstandsdrehmoment, da ein Fahrzeugantriebsdrehmoment beim Fahren auf einer ebenen Straße gleich einer Summe aus einem Widerstandsdrehmoment, einem Beschleunigungswiderstandsdrehmoment und einem Gradientenwiderstandsdrehmoment ist. Darin wird angeführt, dass das Gradientenwiderstandsdrehmoment durch Beschaffen des Fahrzeugantriebsdrehmoments, des Widerstandsdrehmoments beim Fahren auf einer ebenen Straße und des Beschleunigungswi derstandsdrehmoments beschafft werden kann, sodass es möglich ist, einen Straßenoberflächengradienten sin θ aus der folgenden Gleichung zu berechnen: Tθ = W × G × sinθ × RtHier ist

Tθ:: der Gradientenwiderstandsdrehmoment
W:: das Fahrzeuggewicht
G:: die Schwerkraft
Rt:: der dynamische Radius des Reifens

Während sie eine herkömmliche Vorrichtung offenbart, berücksichtigt die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 147 304/1994 nicht, dass sich das Beschleunigungswiderstandsdrehmoment in Übereinstimmung mit dem Übersetzungsverhältnis ändert, und es wird angeführt, dass die obige Vorrichtung B eine Berechnung des Beschleunigungswiderstandsdrehmoments noch genauer ausführt, indem das Übersetzungsverhältnis berücksichtigt wird, um Gradienten der Straßenoberfläche genau zu beschaffen.
Wenn jedoch ein Sensor für die vordere und hintere Beschleunigung zum Detektieren von Gradienten einer Straßenoberfläche verwendet wird, wird der Aufbau eines Steuerkreises kompliziert, was wiederum zu erhöhten Kosten infolge der Tatsache führt, dass neben den Detektoren in Verbindung mit einer ABS-Vorrichtung ein zusätzlicher Detektionssensor erforderlich ist. Auch wenn Gradienten unter Verwendung eines Beschleunigungssensors oder auf der Basis einer Fahrzeuggeschwindigkeit ohne Verwendung eines Beschleunigungssensors beschafft werden, ist es schwierig, das Beschleunigungswiderstandsdrehmoment genau zu berechnen.
Die DE 43 08 128 betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Straßenneigung als eine Funktion einer Schlupfdifferenz zwischen verschiedenen Achsen eines Fahrzeugs und einer Beschleunigung.
Angesichts dessen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beurteilen von Straßenoberflächengradienten sowie ein Programm zum Beurteilen von Gradienten der Straßenoberfläche, auf der das Fahrzeug fährt, bereitzustellen, um dadurch das Fahrverhalten durch eine einfache Struktur zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Beurteilen von Straßenoberflächengradienten vorgesehen, die umfasst: ein Drehzahldetektionsmittel, um die Raddrehzahlen von vier Rädern eines Fahrzeugs periodisch zu detektieren, ein Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeits-Berechnungsmittel, um eine Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit des Fahrzeugs zu beschaffen, ein Schlupfratenberechnungsmittel, um eine Schlupfrate zu beschaffen, ein Mittel, um eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie zu berechnen, um eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs zu beschaffen, ein Bestimmungsmittel, um zu bestimmen, ob die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb eines festgelegten Bereiches nahe bei null liegt, und ein Gradientenbeurteilungsmittel, um einen Gradienten einer Straßenoberfläche auf der Basis der Bestimmung des Bestimmungsmittels zu beurteilen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zum Beurteilen von Straßenoberflächengradienten vorgesehen, das die Schritte umfasst, dass die Raddrehzahlen von vier Rädern eines Fahrzeugs periodisch detektiert werden, eine Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit des Fahrzeugs beschafft wird, eine Schlupfrate beschafft wird, eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs beschafft wird, bestimmt wird, ob die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb eines festgelegten Bereiches nahe bei null hegt, und ein Gradient einer Straßenoberfläche auf der Basis der Bestimmung beurteilt wird.
Des Weiteren ist gemäß der vorliegenden Erfindung ferner ein Programm zum Beurteilen von Gradienten vorgesehen, das einem Computer die Funktion gibt, als ein Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeits-Berechnungsmittel, um eine Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit des Fahrzeugs zu beschaffen, ein Schlupfratenberechnungsmittel, um eine Schlupfrate zu beschaffen, ein Mittel, um eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie zu berechnen, um eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs zu beschaffen, ein Bestimmungsmittel, um zu bestimmen, ob die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb eines festgelegten Bereiches nahe bei null hegt, und ein Gradientenbeurteilungsmittel zu dienen, um einen Gradienten einer Straßenoberfläche auf der Basis der Bestimmung des Bestimmungsmittels zu beurteilen.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Beurteilen von Straßenoberflächengradienten gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das elektrische Anordnungen der Vorrichtung zum Beurteilen von Straßenoberflächengradienten von 1 zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm einer Logik zum Beurteilen von Straßenoberflächengradienten; und
4 ist eine Darstellung, die zeitabhängige Änderungen von beurteilten Schlupfraten zeigt.
Die Vorrichtung und das Verfahren zum Beurteilen von Straßenoberflächengradienten sowie das Programm zum Beurteilen von Gradienten gemäß der Erfindung werden nun auf der Grundlage der beiliegenden Zeichnungen erklärt.
Wie in 1 veranschaulicht, ist die Vorrichtung zum Beurteilen von Straßenoberflächengradienten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Drehzahldetektionsmitteln 1 ausgestattet, die jeweils an vier Reifen FL, FR, RL bzw. RR (Wi, i = 1 bis 4,1: vorderer linker Reifen, 2: vorderer rechter Reifen, 3: hinterer linker Reifen, 4: hinterer rechter Reifen) vorgesehen sind, um Rotationsgeschwindigkeiten der Radreifen periodisch zu detektieren, und Ausgänge dieser Drehzahldetektionsmittel 1 werden an eine Steuereinheit 2 gesendet, die ein Computer eines ABS und dergleichen sein könnte. Die Bezugsziffer 3 bezeichnet einen Initialisierungsschalter, der von einem Fahrer bedient wird.
Das Drehzahldetektionsmittel 1 könnte ein Raddrehzahlsensor zum Erzeugen von Rotationsimpulsen, z.B. durch Verwenden eines elektromagnetischen Aufnehmers und Messen der Raddrehzahl auf der Basis von Impulszahlen, oder ein Winkelgeschwindigkeitssensor sein, in dem Energie durch Nutzen einer Rotation erzeugt wird, wie z.B. in einem Dynamo, und die Raddrehzahl über dieser Spannung gemessen wird.
Wie in 2 gezeigt, umfasst die Steuereinheit 2 eine E/A-Schnittstelle 2a, die erforderlich ist, um Signale an/von eine/r externe/n Vorrichtung zu senden/empfangen, eine CPU 2b, die als ein Berechnungszentrum dient, einen ROM 2c, der ein Steueroperationsprogramm für die CPU 2b speichert, und einen RAM 2d, in den Daten temporär geschrieben werden und davon ausgelesen werden, wenn die CPU 2b Steueroperationen ausführt.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Steuereinheit 2 das Drehzahldetektionsmittel 1, um die Raddrehzahlen der vier Rädern des Fahrzeugs periodisch zu detektieren, das Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeits-Berechnungsmittel, um eine Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit des Fahrzeugs zu beschaffen, ein Schlupfratenberechnungsmittel, um eine Schlupfrate zu beschaffen, ein Mittel, um eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie zu berechnen, um eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs zu beschaffen, ein Bestimmungsmittel, um zu bestimmen, ob die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb eines festgelegten Bereiches nahe bei null liegt, und ein Gradientenbeurteilungsmittel, um einen Gradienten einer Straßenoberfläche auf der Basis der Bestimmung des Bestimmungsmittels zu beurteilen.
In dem Fall, in dem die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb eines festgelegten Bereiches liegt, der nahe bei null liegt, führt das Gradientenbeurteilungsmittel eine Beurteilung eines Straßenoberflächengradienten auf der Basis von Werten von Schlupfraten aus, die innerhalb des obigen Bereiches liegen. Alternativ, wenn die Beschleunigung des Fahrzeugs innerhalb einer festgelegten Zeitspanne nicht innerhalb des obigen Bereiches liegt, wird eine lineare Regression der Schlupfraten und der Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie ausgeführt, um den Straßenoberflächengradienten durch Verwenden von Werten von Schlupfraten zu beurteilen, die beschafft werden, wenn die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie null ist.
Gemäß dem Programm zum Beurteilen von Gradienten der vorliegenden Erfindung wird der Steuereinheit 2 die Funktion gegeben, als ein Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeits-Berechnungsmittel, um eine Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit des Fahrzeugs zu beschaffen, ein Schlupfratenberechnungsmittel, um eine Schlupfrate zu beschaffen, ein Mittel, um eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie zu berechnen, um eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs zu beschaffen, ein Bestimmungsmittel, um zu bestimmen, ob die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb eines festgelegten Bereiches nahe bei null liegt, und ein Gradientenbeurteilungsmittel zu dienen, um einen Gradienten einer Straßenoberfläche auf der Basis der Bestimmung des Bestimmungsmittels zu beurteilen.
Die Schlupfrate kann auf der Basis einer durchschnittlichen Raddrehzahl der antreibenden Räder aus den vier Raddrehzahlen und der Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit beschafft werden. Im Spezielleren kann eine Berechnung in Übereinstimmung mit Werten von Beschleunigungs- und Verzögerungsgeschwindigkeiten Af_n des Fahrzeugs ausgeführt werden. Die Schlupfrate S_n kann aus den folgenden zwei Gleichungen beschafft werden, vorausgesetzt es gibt z.B. keine Bedingungen unter denen sich das Fahrzeug nicht in einem Schlupfzustand befindet, während es beschleunigt, wobei die antreibenden Räder blockiert sind (Vd_n = 0, Vf_n ≠ 0), oder unter denen sich das Fahrzeug in einem angehaltenen Zustand befindet, während es sich verlangsamt, wobei die antreibenden Räder durchdrehen (Vf_n = 0, Vd_n ≠ 0). Sn = (Vfn – Vdn)/Vdn, wenn Afn ≥ und Vdn ≠ 0 Sn = (Vfn – Vdn)/Vfn, wenn Afn < und Vfn ≠ 0
Per Definition ist in anderen Fällen als oben stehend S_n = 1 erfüllt.
Als Nächstes ist, wenn das Fahrzeug fährt, eine Kraft in einer Richtung wirksam, um das Fahren zu verhindern. Dies ist der sogenannte Fahrwi derstand. Dieser Fahrwiderstand kann grob in die folgenden Komponenten unterteilt werden:

(1) Beschleunigungswiderstand: Die Summe aus den Trägheitswiderständen zum Beschleunigen von Geradeausbewegungen des Gesamtgewichts der Fahrzeugkarosserie und den Rotationsbewegungen des Motors bzw. einer Getriebevorrichtung, wenn das Fahrzeug beschleunigt.
(2) Rollwiderstand: Der Widerstand, der verursacht wird, wenn die Reifen rollen.
(3) Luftwiderstand: Der Widerstand infolge der Kraft der Luft, die in einer Richtung wirksam ist, um ein Fahren des Fahrzeugs zu verhindern.
(4) Gradientenwiderstand: Die Komponente einer Kraft parallel zu einer geneigten Fläche, die ein Bergauffahren verhindert, wenn das Fahrzeug bergauf fährt.

Im Spezielleren ist die Beziehung Fahrwiderstand = Beschleunigungswiderstand + Rollwiderstand + Luftwiderstand + Gradientenwiderstand er füllt. Wenn das Fahrzeug fährt, muss eine Kraft (Antriebskraft) erzeugt werden, die dem Fahrwiderstand entspricht. Um solch eine Antriebskraft zu erhalten ist eine Schlupfrate erforderlich. Es ist bekannt, dass bei einer normalen Fahrt ohne spezielle Fahrbedingungen wie z.B. ein schnelles Wegfahren oder Driften, je größer die Schlupfrate ist, desto stärker die erhaltene Antriebskraft auf eine lineare Weise wird. Dies zeigt an, dass ein Anstieg der Schlupfrate zu einem größeren Fahrwiderstand führt.
In der vorliegenden Erfindung wird das Ausmaß der Schlupfraten als eine Referenz zur Bestimmung verwendet. Es ist jedoch zu unterscheiden, wel cher Widerstand von den vier Widerständen den Anstieg der Schlupfrate verursacht hat.
Bei der vorliegenden Erfindung wurde daher Aufmerksamkeit auf die Tatsache gelegt, dass der Beschleunigungswiderstand nicht genau beschafft werden kann, sodass in dem Fall, in dem die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb eines festgelegten Bereiches liegt, der nahe bei null liegt, ein Straßenoberflächengradient auf der Basis eines Werts für die Schlupfrate innerhalb dieses Bereiches, wie bereits oben beschrieben beurteilt, wird und alternativ in dem Fall, in dem die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb einer festgelegten Zeitspanne nicht innerhalb des oben festgelegten Bereiches liegt, eine lineare Regression für die Schlupfrate und die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie ausgeführt wird, um den Straßenoberflächengradienten auf der Basis eines Werts für die Schlupfrate zu beurteilen, wenn die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie null ist, und der Beschleunigungswiderstand wird demgemäß mit null angenommen.
Was den Rollwiderstand betrifft, so ist, während dieser Rollwiderstand von der Art von Reifen oder den Reibungskoeffizienten der Straßenoberflächen abhängig ist, der Betrag seiner Änderung klein im Vergleich mit dem des Gradientenwiderstandes. Während die Tendenz besteht, dass der Rollwiderstand gemeinsam mit einer Zunahme der Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit zunimmt, ist bekannt, dass er sich kaum ändert, wenn die Geschwindigkeit nicht bis ca. 100 km/h und mehr zunimmt, sodass er keine besondere Aufmerksamkeit erfordert. Allerdings könnten Straßenoberflächengradienten viel genauer bestimmt werden, wenn Korrekturen über die Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit ausgeführt werden, z.B. durch Multiplizieren mit einem Koeffizienten, der der Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit entspricht.
Was den Luftwiderstand betrifft, so ist der Luftwiderstand Ra durch die folgende Gleichung gegeben. Ra = (Cx × ρ × A × V2)/2Hier ist

C_x:: der Luftwiderstandskoeffizient
ρ:: die Luftdichte
A:: die vordere Projektionsfläche des Fahrzeugs
V:: die relative Geschwindigkeit in Bezug auf den Luftwiderstand

Der Luftwiderstandskoeffizient C_x und die vordere Projektionsfläche des Fahrzeugs A sind Werte, die für das Fahrzeug charakteristisch sind und vorbereitend beschafft und als Konstanten festgelegt werden könnten. Somit ist der Luftwiderstand Ra stark von der Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit abhängig und erhöht sich proportional zu dem Quadrat der Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit. Es ist demzufolge möglich, Einflüsse des Luftwiderstandes Ra zu eliminieren, indem vorbereitend für jedes Fahrzeug Korrekturkoeffizienten beschafft werden und indem eine Korrektur der Schlupfrate gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgeführt wird.
Auf diese Weise ist es möglich, festzustellen, dass eine Änderung des Gradienten der Straßenoberfläche erfolgt ist, wenn sich die Schlupfrate geändert hat.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Raddrehzahl der Radreifen der vier Räder innerhalb einer Zeitspanne detektiert, die nicht größer als 0,1 Sekunden, und vorzugsweise nicht größer als 0,05 Sekunden ist.
Während die Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit detektiert werden könnte, indem ein Bodensensor (ein optischer, kontaktloser Geschwindigkeitsmesser oder dergleichen) auf der Basis seiner Detektionssignale verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt und es ist möglich, die Raddrehzahl der mitlaufenden Räder als Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit zu betrachten, wenn das Fahrzeug ein Fahrzeug mit einem Vorderantrieb oder ein Fahrzeug mit einem Heckantrieb ist. Wenn allerdings die Raddrehzahl der mitlaufenden Räder als Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit betrachtet wird, müssen Daten, die während einer Bremsung beschafft werden, verworfen werden. Dies deshalb, da die Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit nicht genau beschafft werden kann, da eine Bremskraft während des Bremsens auch auf die mitlaufenden Räder wirkt. Es sollte beachtet werden, dass es ferner möglich ist, die Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit durch Integrieren der Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs zu beschaffen.
Während die Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit des Fahrzeugs durch Verwenden eines Beschleunigungssensors auf der Basis seiner Detektionssignale beschafft werden könnte, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt und es ist möglich, die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie auf der Basis eines Werts zu beschaffen, der durch Differenzieren der Raddrehzahl der mitlaufenden Räder beschafft wird, wenn das Fahrzeug ein Fahrzeug mit einem Vorderantrieb oder ein Fahrzeug mit einem Heckantrieb ist.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Schlupfrate und die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs durch eine gleitendes Durchschnittsverfahren pro Abtastzeit als ein Durchschnittswert von Daten beschafft, die für eine festgelegte Zeitspanne, z.B. nicht weniger als 0,1 Sekunden, beschafft werden, und eine Verhältnisgleichung zwischen der Schlupfrate und der Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs wird auf der Basis eines Werts beschafft, der durch eine gleitende Durchschnittsbildung (einer festgelegten Anzahl von Schlupfraten und Beschleunigungen der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs) beschafft wird.
Durch weitere Verwendung der gleitenden Durchschnittsdaten der Schlupfraten und der Beschleunigungen der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs, z.B. mindestens fünf Daten, werden relative lineare Regressionskoeffizienten und Korrelationskoeffizienten der Schlupfraten und der Beschleunigungen der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs beschafft.
Eine Schlupfrate wird beschafft, wenn die gleitend gemittelte Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb eines festgelegten Bereiches liegt, der nahe bei null liegt, z.B. ±0,01 G (G bezeichnet die Schwerkraft).
In dem Fall, in dem eine Vielzahl von Schlupfraten, die die Bedingung erfüllen, dass die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie nahe bei null liegt, innerhalb der festgelegten Zeitspanne festgestellt werden, wird ein Durchschnitt dieser Schlupfraten beschafft.
Diese Schlupfrate wird mit einer Schlupfrate verglichen, die vorbereitend beim Fahren auf einer ebenen Straße beschafft wurde, um den Gradienten der Straßenoberfläche zu beurteilen. Wenn die beschaffte Schlupfrate z.B. größer als die vorbereitend festgelegte Schlupfrate ist, wird bestimmt, dass das Fahrzeug bergauf fährt. Wenn sie hingegen kleiner ist, wird bestimmt, dass das Fahrzeug bergab fährt. Alternativ ist es möglich, den Grad der Schlupfraten in mehrere Stufen zu unterteilen, um zwischen steilen Bergaufbewegungen oder sanften Bergaufbewegungen zu unterscheiden.
Wenn hingegen innerhalb der festgelegten Zeitspanne, z.B. innerhalb von zwei Sekunden, keine Beschleunigungsdaten festzustellen sind, die in den festgelegten Bereich, z. B. ±0,01 G fallen, wird eine lineare Regression der Daten für die Schlupfrate und die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs ausgeführt, um einen Wert für die Schlupfrate zu beschaffen, wenn die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie null ist, und der Gradient der Straßenoberfläche wird von dem Wert der Schlupfrate beurteilt, wenn die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie null ist. In dem Fall, in dem der Korrelationskoeffizient jedoch selbst nach Ausführen einer linearen Regression kleiner als ein festgelegter Wert, z.B. 0,8, ist, wird die beschaffte Schlupfrate verworfen und keine Beurteilung wird ausgeführt.
Es sollte beachtet werden, dass eine beurteilte Schlupfrate JSL nach einer Korrektur einer Null-Schlupfrate ZSL unter Verwendung der unten stehenden Korrekturgleichung in dem Fall, in dem die Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit des Fahrzeugs nicht geringer als 60 km/h ist, beschafft wird. Wenn die Geschwindigkeit geringer als 60 km/h ist, werden keine Korrekturen vorgenommen. Dies deshalb, da der Luftwiderstand in dem Fall, in dem die Geschwindigkeit geringer als 60 km/h (16,7 m/s) ist, relativ klein und vernachlässigbar ist. JSL = ZSL – α × (v – 16,7)
Hier ist α eine Konstante und v ist eine Fahrzeuggeschwindigkeit (m/s). Die Konstante α könnte beschafft werden, indem vorbereitend jedes Fahrzeug auf einer ebenen Straße bei entsprechenden Geschwindigkeiten gefahren wird.
Die Arbeitsschritte der Vorrichtung zum Beurteilen von Straßenoberflächengradienten gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nun über die Schritte (1) bis (10) erklärt.

(1) Raddrehzahlen (V1_n, V2_n, V3_n, V4_n) werden aus den jeweiligen Rotationsgeschwindigkeiten der vier Radreifen Wi des Fahrzeugs berechnet.

Beispielsweise sind Raddrehzahldaten eines beliebigen Zeitpunkts für die entsprechenden Radreifen Wi, die durch einen Sensor wie z.B. einen ABC-Sensor beschafft werden, als die Raddrehzahlen V1_n, V2_n, V3_n, V4_n defmiert.

(2) Danach werden die durchschnittlichen Raddrehzahlen (Vf_n, Vd_n) der mitlaufenden Räder und der antreibenden Räder berechnet.

Im Fall eines Vorderradantriebs werden die durchschnittlichen Drehzahlen (Vf_n, Vd_n) der mitlaufenden Räder und der antreibenden Räder durch die folgenden Gleichungen (1), (2) beschafft: Vfn = (V3n + V4n)/2 (1) Vdn = (V1n + V2n)/2 (2)

(3) Die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs (d.h., eine durchschnittliche Radbeschleunigung der mitlaufenden Räder) A_f wird berechnet.

Die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs A_f ist durch die folgende Gleichung (3) auf der Basis der vorletzten Raddrehzahl Vf_n–1 in Bezug auf die durchschnittliche Raddrehzahl Vf_n der mitlaufenden Räder gegeben. Afn = (Vfn – Vfn–1)/Δt/g (3)
Hier bezeichnet Δt ein Zeitintervall (Abtastzeit) zwischen den Raddrehzahlen Vf_n und Vf_n–1, die aus den Raddrehzahldaten berechnet werden, und g ist die Schwerkraft. Um Schwankungen in den Daten zu reduzieren und eine Beurteilung in einer kurzen Zeitspanne auszuführen, darf die Abtastzeit nicht mehr als 0,1 Sekunden und im Spezielleren nicht mehr als 0,05 Sekunden betragen.

(4) Die Schlupfrate S_n wird durch die folgende Gleichung (4) unter Verwendung eines Verhältnisses von vorderen und hinteren Rädern zwischen der durchschnittlichen Raddrehzahl Vd_n der antreibenden Räder und der Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit (durchschnittliche Raddrehzahl Vf_n der mitlaufenden Räder) aus den Raddrehzahlen berechnet: Sn = Vdn/Vfn (4)
(5) Die Daten für die Schlupfrate und die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs werden dann einem gleitenden Durchschnittsverfahren pro Abtastzeit unterzogen.

Wenn eine lineare Regression ausgeführt wird, ist eine bestimmte Menge an Daten erforderlich, da ansonsten die Zuverlässigkeit des beschafften Regressionskoeffizienten schlecht ist. Daher werden die Daten in kurzen Abtastzeiten von wenigen Zehntel von ms abgetastet und eine gleitende Durchschnittsbildung dieser Daten von großen Schwankungen, die während dieser Abtastzeit beschafft werden, wird ausgeführt, um die Schwan kungen in den Daten zu reduzieren, ohne die Anzahl an Daten zu verringern. MSn = (S1 + S2 + ... + Sn)/N (5) MSn+1 = (S2 + S3 + ... + Sn+1)/N (6) MSn+2 = (S3 + S4 + ... + Sn+2)/N (7)
Die Beschleunigungen der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs werden wie folgt beschafft: MAfn = (Af1 + Af2 + ... + Afn)/N (8) MAfn+1 = (Af2 + Af3 + ... + Afn+1)/N (9) MAfn+2 = (Af3 + Af4 + ... + Afn+2)/N (10)

(6) In dem Fall, in dem die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb eines festgelegten Bereiches nahe bei null, z.B. ±0,005 G, liegt, wird der Gradient der Straßenoberfläche auf der Basis von Werten der Schlupfrate beurteilt, die innerhalb des obigen Bereiches liegen.
(7) In dem Fall, in dem innerhalb der festgelegten Zeitspanne, z.B. 2 Sekunden, die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie nicht innerhalb des festgelegten Bereiches, z.B. ±0,005 G, liegt, wird eine lineare Regression für die Schlupfraten und die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie ausgeführt und der Gradient der Straßenoberfläche wird auf der Basis der Werte der Schlupfraten beurteilt, wenn die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie null ist.
(8) Relative lineare Regressionskoeffizienten der Schlupfrate und der Beschleunigungen der Fahrzeugkarosserie, d.h., ein Regressionskoeffizient K1 der Schlupfrate zu der Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs und ein Regressionskoeffizient K2 der Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs zu der Schlupfrate werden aus den folgenden Gleichungen (11) und (12) erhalten:

Hier bezeichnen MS bzw. MAf durchschnittliche Werte einer Anzahl N von Schlupfraten und einer Beschleunigung/Verzögerung des Fahrzeugs, die durch eine gleitende Durchschnittsbildung beschafft werden. Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass der Regressionskoeffizient K1 0,12 und der Regressionskoeffizient K2 7,27 beträgt. Tabelle 1

N	MAf	MS	MAf × MS	MAf²	MS²
1	0,0270	0,0075	0,000203	0,000729	0,00005625
2	0,0260	0,0073	0,00019	0,000676	0,00005329
3	0,0250	0,0073	0,000183	0,000625	0,00005329
4	0,0240	0,0071	0,00017	0,000576	0,00005041
5	0,0260	0,0074	0,000192	0,000676	0,00005476
Gesamt	0,128	0,0366	0,0009376	0,003282	0,000268
Durchschnitt	0,0256	0,00732	–

Der Korrelationskoeffizient R ist gegeben durch R = K1 × K2 (13)
In dem Fall, in dem dieser Korrelationskoeffizient nicht kleiner ist als ein festgelegter Wert, z.B. 0,8, wird der Wert des linearen Regressionskoeffizienten K1 aktualisiert.
Die Beziehung zwischen der Schlupfrate und der Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs ist identisch mit einer μ-s-Kurve zwischen einem allgemeinen Reifen und einer Straßenoberfläche. Das Beschaffen der Regressionskoeffizienten K1, K2 bedeutet, das ein Gradient der μ-s-Kurve beschafft wurde. Während die μ-s-Kurve inhärent gekrümmt ist, ist sie im Wesentlichen linear in einem Bereich der Schlupfrate, die zum Zeitpunkt einer tatsächlichen Fahrt auftritt. Das heißt, die μ-s-Kurve könnte durch eine Gleichung y = aX + b gegeben sein. Der Koeffizient a zu diesem Zeitpunkt gibt die Regressionskoeffizienten (K1, K2), d.h., einen linearen Gradienten an. Je nachdem, ob y die Schlupfrate oder die Beschleunigung darstellt, ist entweder a = K1 oder a = K2 erfüllt. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Gradient der Straßenoberfläche durch Verwenden des Wertes von K1 beurteilt, in dem y eine Schlupfrate bezeichnet. Der Straßenoberflächengradient könnte auch auf der Basis des Regressionskoeffizienten K2 beurteilt werden.
Das Beschaffen eines Korrelationskoeffizienten R erfolgt, um zu bestimmen, ob der beschaffte Wert für den Regressionskoeffizienten geeignet ist oder nicht. Das heißt, in dem Fall, in dem der Wert des Korrelationskoeffizienten R groß ist, besteht eine Korrelation zwischen der Schlupfrate und der Beschleunigung und der beschaffte Regressionskoeffizient ist geeignet, während in dem Fall, in dem der Wert der Korrelation R klein ist, keine Korrelation zwischen den beiden Elementen besteht, sodass der beschaffte Regressionskoeffizient nicht geeignet ist und demzufolge der Gradient der Straßenoberfläche nicht auf der Basis solcher Werte beurteilt wird.

(9) Die beschaffte Schlupfrate wird gemäß der Beschleunigung der Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit des Fahrzeugs korrigiert.
(10) Die Schlupfrate wird mit einer Schlupfrate verglichen, die vorbereitend beschafft wurde, als auf einer ebenen Straße gefahren wurde, um die Straßenoberfläche zu beurteilen.

Der beurteilte Gradient der Straßenoberfläche wird als Getriebesteuerungsinformation für ein automatisches Getriebe verwendet, um die Steuerbarkeit des Getriebes zu verbessern. Um eine Abnahme eines Luftdruckes oder eine rutschige Straßenoberfläche auf der Basis nur der Raddrehzahl allein zu beurteilen, werden solche Gradienten in einer Vorrichtung zum Detektieren einer Abnahme eines Reifenluftdruckes (DWS) oder einer Vorrichtung zum Beurteilen von Straßenoberflächenzuständen verwendet. Wenn z.B. der Gradient der Straßenoberfläche bekannt ist, ist es möglich, die Detektionsgenauigkeit von Druckverlustzuständen oder Straßenoberflächenzuständen durch Korrekturen oder Verwerfungen während einer Bergauf- oder Bergabfahrt zu verbessern. Der Fahrer wird demgemäß vor Informationen gewarnt, die mit solchen Druckverlustzuständen oder Straßenoberflächenzuständen (z.B. rutschig) in Beziehung stehen.
Während die vorliegende Erfindung nun auf der Basis eines Beispiels hierfür erklärt wird, soll die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Beispiel beschrankt sein.
Beispiel
Ein Fahrzeug mit Heckantrieb wurde auf einer ebenen Straßenoberfläche R1 bzw. bergauf oder bergab (sanftes Bergauffahren R2, steiles Bergauffahren R3, sanftes Bergabfahren R4) gefahren. Die Raddrehzahlen der vier Räder wurden während des Fahrens abgetastet, wie in 3 gezeigt (Schritt S1). Die Abtastzeit für die Raddrehzahlen der Räder wurde auf 40 ms festgelegt, da eine Abtastzeit von z.B. 1 Sekunde zu lang war, um eine große Anzahl von Daten zu beschaffen, während Schwankungen oder Messfehler eliminiert wurden.
Eine durchschnittliche Raddrehzahl der vorderen Räder, die die mitlaufenden Räder sind, wurde als die Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit festgelegt, um somit eine Schlupfrate (ein Verhältnis von vorderen und hinteren Rädern) zu beschaffen (Schritte S2, S3). Die Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit wurde nach der Abtastzeit differenziert, um eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie zu beschaffen (Schritt S4).
Die Schlupfrate und die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie wurden dann gleitenden Durchschnittsverfahren unterzogen (Schritte S5, S6).
Danach wurde bestimmt, ob Daten, deren Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb des festgelegten Bereiches von ±0,005 G lagen, innerhalb von 2 Sekunden vorhanden waren oder nicht (Schritt S7). Wenn die Daten innerhalb des festgelegten Bereiches lagen, wurde eine gemittelte Schlupfrate, die der Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie entsprach, als eine Null-Schlupfrate (ZSL) definiert (Schritt S8).
Wenn keine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie in dem obigen Bereich von ±0,005 G festgestellt wurde, wurde bestimmt, ob ein Korrelationskoeffizient nicht kleiner als 0,8 war, nachdem eine lineare Regression der Daten der Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie und der Schlupfrate ausgeführt worden war (Schritte S9, S10). Wenn der Korrelationskoeffizient nicht kleiner als 0,8 war, wurde eine Schlupfrate beschafft, wenn die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie null war, um diese als eine Null-Schlupfrate (ZSL) festzulegen (Schritt S11). Wenn der Korrelationskoeffizient kleiner als 0,8 war, wurde eine Beurteilung von Gradienten der Straßenoberfläche verhindert.
Wenn die Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit nicht weniger betrug als 60 km/h, wurde die Null-Schlupfrate (ZSL) auf der Basis der oben beschriebenen Korrekturgleichung JSL = ZSL – α × (v – 16,7) korrigiert (Schritt S12), um eine beurteilte Schlupfrate (JSL) zu beschaffen.
Zeitabhängige Änderungen der beurteilte Schlupfraten (JSL) wurden für die Straße mit ebener Oberfläche R1, das sanfte Bergauffahren R2, das steile Bergauffahren R3 und das sanfte Bergabfahren R4 überprüft, um die Schlupfrate beim Fahren auf der ebenen Straßenoberfläche R1 mit anderen Schlupfraten zum Beurteilen von Gradienten der Straßenoberfläche zu vergleichen (Schritt S13). Im Ergebnis sind Differenzen von Gradienten der Straßenoberflächen in 4 genau gezeigt und es ist einzusehen, dass durch Vergleichen mit der Schlupfrate beim Fahren auf der ebenen Straßenoberfläche R1 beurteilt werden kann, dass je nach dem Ausmaß das Fahrzeug auf einer steilen Bergaufstraße R3 oder einer sanften Bergaufstraße R2 fuhr, wenn die Schlupfrate beim Fahren auf der ebenen Straßenoberfläche R größer als diese Schlupfrate ist, während es auf einer sanften Bergabstraße R4 fuhr, wenn die Schlupfrate kleiner ist.
Wie bisher erklärt, können gemäß der der vorliegenden Erfindung das Fahrverhalten und die Sicherheit beim Fahren verbessert werden, wenn das Fahrzeug Gradienten einer Straßenoberfläche beurteilt, um die Ergebnisse als Getriebesteuerungsinformation für ein automatisches Getriebe, eine Vorrichtung zum Detektieren einer Abnahme eines Reifenluftdruckes (DWS) oder eine Vorrichtung zum Beurteilen von Straßenoberflächenzuständen zu verwenden. Die Gradienten von Straßenoberflächen könnten beurteilt werden, ohne verschiedene Sensoren zu verwenden, sondern nur auf der Basis von Informationen, die von einem Drehzahldetektionsmittel zum Detektieren von Raddrehzahlen beschafft werden können. Wenn das Fahrzeug mit einem ABS ausgestattet ist, ist es daher möglich, Gradienten einer Straßenoberfläche zu beurteilen, ohne dass ein Bedarf an irgendwelchen zusätzliche Sensoren besteht.

Claims

Vorrichtung zum Beurteilen von Straßenoberflächengradienten, umfassend ein Drehzahldetektionsmittel (1), das geeignet ist, um die Raddrehzahlen von vier Rädern (FR, FL, RR, RL) eines Fahrzeugs periodisch zu detektieren, ein Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeits-Berechnungsmittel, das geeignet ist, um eine Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit des Fahrzeugs zu beschaffen, ein Schlupfratenberechnungsmittel, das geeignet ist, um eine Schlupfrate zu beschaffen, ein Mittel, das geeignet ist, um eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie zu berechnen, um eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs zu beschaffen, und ein Gradientenbeurteilungsmittel, das geeignet ist, um einen Gradienten einer Straßenoberfläche zu beurteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Bestimmungsmittel umfasst, das geeignet ist, um zu bestimmen, ob die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb eines festgelegten Bereiches nahe bei null liegt, und dass das Gradientenbeurteilungsmittel geeignet ist, um den Gradienten der Straßenoberfläche auf der Basis der Bestimmung des Bestimmungsmittels zu beurteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gradientenbeurteilungsmittel einen Straßenoberflächengradienten in dem Fall, in dem die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb eines festgelegten Bereiches liegt, der nahe bei null liegt, auf der Basis von Werten von Schlupfraten beurteilt, die innerhalb eines festgelegten Bereiches liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gradientenbeurteilungsmittel eine lineare Regression der Schlupfraten und der Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie in dem Fall ausführt, in dem die Beschleunigung des Fahrzeugs innerhalb einer festgelegten Zeitspanne nicht innerhalb eines festgelegten Bereiches liegt, der nahe bei null liegt, um einen Straßenoberflächengradienten durch Verwenden von Werten von Schlupfraten zu beurteilen, die beschafft werden, wenn die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie null ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die beschaffte Schlupfrate gemäß der Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit des Fahrzeugs korrigiert wird.
Verfahren zum Beurteilen von Straßenoberflächengradienten, umfassend die Schritte, dass die Raddrehzahlen von vier Rädern eines Fahrzeugs periodisch detektiert werden (S1), eine Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit des Fahrzeugs beschafft wird (S2), eine Schlupfrate beschafft wird (S3) und eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs beschafft wird (S4), gekennzeichnet durch die weiteren Schritte, dass bestimmt wird, ob die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb eines festgelegten Bereiches nahe bei null liegt, und der Gradient der Straßenoberfläche auf der Basis der Bestimmung beurteilt wird (S13).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Straßenoberflächengradient in dem Fall, in dem die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb eines festgelegten Bereiches liegt, der nahe bei null ist, auf der Basis von Werten von Schlupfraten beurteilt wird, die innerhalb eines festgelegten Bereiches liegen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Straßenoberflächengradient in dem Fall beurteilt wird, in dem die Beschleunigung des Fahrzeugs innerhalb einer festgelegten Zeitspanne nicht innerhalb eines festgelegten Bereiches ist, der nahe bei null liegt, indem eine lineare Regression der Schlupfraten und der Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie ausgeführt wird (S9), um den Straßenoberflächengradienten durch Verwenden von Werten von Schlupfraten zu beurteilen, die beschafft werden, wenn die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie null ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die beschaffte Schlupfrate gemäß der Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit des Fahrzeugs korrigiert wird.
Programm zum Beurteilen von Straßenoberflächengradienten, das einem Computer die Funktion gibt, als ein Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeits-Berechnungsmittel, das geeignet ist, um eine Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit des Fahrzeugs zu beschaffen, ein Schlupfratenberechnungsmittel, das geeignet ist, um eine Schlupfrate zu beschaffen, und ein Mittel zu dienen, das geeignet ist, um eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie zu berechnen, um eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs zu beschaffen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Computer die Funktion gegeben wird, als ein Bestimmungsmittel, das geeignet ist, um zu bestimmen, ob die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie innerhalb eines festgelegten Bereiches nahe bei null liegt, und ein Gradientenbeurteilungsmittel zu dienen, das geeignet ist, um den Gradienten der Straßenoberfläche auf der Basis der Bestimmung des Bestimmungsmittels zu beurteilen.