-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Straßenoberflächenzustandschätzvorrichtung
zum Schätzen eines Straßenoberflächenzustands
mit hoher Genauigkeit auf der Basis einer Beziehung zwischen einem
Straßenoberflächenreibungskoeffizienten und einer
Schlupfrate eines Fahrzeugrades.
-
In
den vergangenen Jahren sind verschiedenartige Steuerungstechniken
für Fahrzeuge entwickelt und in die Praxis umgesetzt worden,
wie beispielsweise eine Traktionssteuerung, eine Bremskraftsteuerung
und eine Drehmomentverteilungssteuerung. Diese Techniken verwenden
im Allgemeinen einen einen Straßenoberflächenzustand
anzeigenden Straßenoberflächenreibungskoeffizienten zum
Berechnen oder Korrigieren erforderlicher Steuerparameter. Zum geeigneten
Ausführen der Steuerung muss ein Straßenoberflächenreibungskoeffizient
mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.
-
Beispielsweise
wird in der
JP-A-7-159308 eine
Technik zum Schätzen eines Straßenoberflächenreibungskoeffizienten
beschrieben. Insbesondere wird die Schätzung implementiert
durch Berechnen einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Vorder-
und Hinterrädern, sequenzielles Integrieren der Geschwindigkeitsdifferenz
in vorgegebenen Intervallen, um einen integrierten Wert zu erhalten,
Berechnen eines mittleren Gradienten des integrierten Wertes innerhalb
einer vorgegebenen Zeitdauer, Bestimmen, ob dies eine geeignete
Zeit zum Schätzen eines Straßenoberflächenreibungskoeffizienten
vom berechneten mittleren Gradienten innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer
ist, und Schätzen eines Straßenoberflächenreibungskoeffizienten
vom mittleren Gradienten der fein veränderlichen Radgeschwindigkeiten
innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer, wenn das Bestimmungsergebnis
anzeigt, dass die Zeit eine geeignete Zeitdauer zum Schätzen eines
Straßenoberflächenreibungskoeffizienten ist.
-
Gemäß der
in der
JP-A-7-159308 beschriebenen
Technik ist die Beziehung zwischen einem Straßenoberflächenreibungskoeffizient μ und
einer Schlupfrate λ des Rades beispielsweise eine in
4 dargestellte
Beziehung. Insbesondere verwendet diese Technik eine Charakteristik
gemäß der, wenn die Schlupfrate λ einen
Wert λs annimmt und ein Änderungsmaß des
Straßenoberflächenreibungskoeffizienten bezüglich
eines Änderungsmaßes der Schlupfrate (dμ/dλ)
null wird, ein Wert eines Straßenoberflächenreibungskoeffizienten μ in
diesem Zustand schließlich der Straßenoberflächenreibungskoeffizient μ wird.
D. h., dass der Wert des Straßenoberflächenreibungskoeffizienten μ nur
dann geschätzt werden kann, wenn das Rad sich in der Nähe
der Griffigkeits- oder Haftungsgrenze befindet. Weil die Schätzung
des Straßenoberflächenreibungskoeffizienten μ in
anderen Fahrbereichen, die außerhalb des Bereichs liegen,
in dem das Rad sich in der Nähe der Haftungsgrenze befindet,
nicht möglich ist, ist diese Technik hinsichtlich einer
geringen Flexibilität problematisch. Bei den meisten Fahrzeugsteuerungen
muss die Stabilität des Fahrzeugs durch geeignetes Steuern
des Fahrzeugverhaltens gewährleistet werden, bevor das
Rad die Haftungsgrenze erreicht, so dass es schwierig ist, die Technik
auf derartige Fahrzeugsteuerungen anzuwenden. Außerdem
ist es, obwohl die Schätzung des Straßenoberflächenreibungskoeffizienten μ in
der
JP-A-7-159308 basierend
auf einer Theorie implementiert wird, die beinhaltet, dass das Produkt
aus dem Straßenoberflächenreibungskoeffizienten μ und der
Bodenkraft des Rades der Gesamtantriebskraft gleicht, wenn das Fahrzeug
auf einer geneigten Straße fährt, nicht möglich,
einen Straßenoberflächenreibungskoeffizienten μ mit
hoher Genauigkeit zu erhalten, falls durch die Neigung verursachte
Fehler nicht berücksichtigt werden.
-
Hinsichtlich
des vorstehend beschriebenen Sachverhalts ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Straßenoberflächenzustandschätzvorrichtung
für ein Fahrzeug bereitzustellen, die dazu geeignet ist,
einen Straßenoberflächenzustand über einen
breiten Fahrbereich zu schätzen und einen Straßenoberflächenzustand
auch dann mit hoher Genauigkeit zu schätzen, wenn das Fahrzeug
auf einer geneigten Straßenoberfläche fährt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche
gelöst.
-
Die
erfindungsgemäße Straßenoberflächenzustandschätzvorrichtung
ermöglicht eine Schätzung eines Straßenoberflächenzustands über
einen breiten Fahrbereich und kann einen Straßenoberflächenzustand
auch dann mit hoher Genauigkeit schätzen, wenn das Fahrzeug
auf einer geneigten Straßenoberfläche fährt.
-
Nachstehend
werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter
Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt
ein Funktionsblockdiagramm einer Straßenoberflächenzustandschätzvorrichtung;
-
2 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Straßenoberflächenzustandschätzprogramms;
-
3 zeigt
verschiedene Parameter in einem Fahrzeugmodell; und
-
4 zeigt
ein Diagramm zum Darstellen von Kennlinien von Beziehungen zwischen
einem Straßenoberflächenreibungskoeffizienten
und einer Schlupfrate.
-
Die
vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf ein Fahrzeug
mit Zweiradantrieb, z. B. ein Fahrzeug mit vorne liegendem Motor
und Vorderradantrieb (d. h. ein Fahrzeug, in dem die Vorderräder als
Antriebsräder und die Hinterräder als angetriebene
Räder dienen) als Beispiel eines mit der Straßenoberflächenzustandschätzvorrichtung
ausgestatteten Fahrzeugs. Die in den nachstehenden Gleichungen zu
verwendenden verschiedenen Parameter sind in 3 dargestellt.
-
In 1 bezeichnet
Bezugszeichen 1 eine in einem Fahrzeug installierte Straßenoberflächenzustandschätzvorrichtung
zum Schätzen eines Straßenoberflächenzustands.
Die Straßenoberflächenzustandschätzvorrichtung 1 weist
eine Steuereinheit 2 auf, die mit einem Geschwindigkeitssensor 3FL für das
linke Vorderrad zum Erfassen einer Radgeschwindigkeit ωFL
des als ein Antriebsrad dienenden linken Vorderrades, einem Geschwindigkeitssensor 3FR für
das rechte Vorderrad zum Erfassen einer Radgeschwindigkeit ωFR
des ebenfalls als ein Antriebsrad dienenden rechten Vorderrades,
einem Geschwindigkeitssensor 3RL für das linke
Hinterrad zum Erfassen einer Radgeschwindigkeit ωRL des
als ein angetriebenes Rad dienenden linken Hinterrades, einem Geschwindigkeitssensor 3RR für
das rechte Hinterrad zum Erfassen einer Radgeschwindigkeit ωRR
des ebenfalls als ein angetriebenes Rad dienenden rechten Hinterrades
und einem Längsbeschleunigungssensor 4 zum Erfassen
einer Längsbeschleunigung Ax des Fahrzeugs verbunden ist.
-
Die
Steuereinheit 2 der Straßenoberflächenzustandschätzvorrichtung 1 empfängt
von diesen Sensoren Signale, die die Radgeschwindigkeiten ωFL, ωFR, ωRL
und ωRR und die Längsbeschleunigung Ax anzeigen
und führt basierend auf diesen Eingangssignalen ein nachstehend
beschriebenes Straßenoberflächenzustandschätzprogramm
aus, um einen Straßenoberflächenzustand zu berechnen und
auszugeben (in der vorliegenden Ausführungsform einen Straßenoberflächenreibungs koeffizienten μ).
Insbesondere weist die Steuereinheit 2, wie in 1 dargestellt,
hauptsächlich einen Vorderradgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 2a,
einen Hinterradgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 2b,
einen Hinterradbeschleunigungsberechnungsabschnitt 2c,
einen Vorderradgeschwindigkeitsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2d,
einen Hinterradgeschwindigkeitsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2e,
einen Hinterradbeschleunigungsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2f,
einen Vorderrad-Bodenkraftberechnungsabschnitt 2g, einen
(dμ/dλ)-Berechnungsabschnitt 2h und einen
Straßenoberflächenzustandbestimmungsabschnitt 2i auf.
-
Der
Vorderradgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 2a empfängt
die Radgeschwindigkeiten ωFL und ωFR des linken
und des rechten Vorderrades von den Geschwindigkeitssensoren 3FR und 3FL für
das linke und das rechte Vorderrad, berechnet gemäß der
folgenden Gleichung (1) eine Vorderradgeschwindigkeit ωF
als Radgeschwindigkeit der Antriebsräder und gibt dann
die berechnete Vorderradgeschwindigkeit ωF an den Vorderradgeschwindigkeitsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2d und
den (dμ/dλ)-Berechnungsabschnitt 2h aus.
D. h., der Vorderradgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 2a dient
als Vorderradgeschwindigkeitserfassungseinrichtung. Ein jedem Symbol
nachgestellter zusätzlicher Ausdruck (n) zeigt an, dass
der Wert sich auf einen aktuellen Zustand bezieht, wohingegen ein
einem Symbol nachgestellter zusätzlicher Ausdruck (n-1)
anzeigt, dass der Wert sich auf einen vorangehenden Zustand bezieht
(z. B. auf einen einem unmittelbar vorangehenden Abtastwert entsprechenden
Wert). ωF(n) = (ωFL(n)
+ ωFR(n))/2 (1)
-
Der
Hinterradgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 2b empfängt
die Radgeschwindigkeiten ωRL und ωRR des linken
und des rechten Hinterrades von den Geschwindigkeitssensoren 3RL und 3RR für
das linke und das rechte Hinterrad, berechnet gemäß der
folgenden Gleichung (2) eine Hinterradgeschwindigkeit ωR
als Radgeschwindigkeit der angetriebenen Räder und gibt
dann die berechnete Hinterradgeschwindigkeit ωR an den Hinterradbeschleunigungsberechnungsabschnitt 2c, den
Hinterradgeschwindigkeitsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2e und
den (dμ/dλ)-Berechnungsabschnitt 2h aus.
D. h., der Hinterradgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 2b dient
als Geschwindigkeitserfassungseinrichtung für die angetriebenen
Räder. ωR(n) = (ωRL(n)
+ ωRR(n))/2 (2)
-
Der
Hinterradbeschleunigungsberechnungsabschnitt 2c empfängt
die Hinterradgeschwindigkeit ωR vom Hinterradgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 2b,
berechnet gemäß der folgenden Gleichung (3) eine
Hinterradbeschleunigung (dωR/dt) als Radbeschleunigung
der angetriebenen Räder und gibt die berechnete Hinterradbeschleunigung (dωR/dt)
an den Hinterradbeschleunigungsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2f aus.
D. h., der Hinterradbeschleunigungsberechnungsabschnitt 2c dient
als Beschleunigungserfassungseinrichtung für die angetriebenen
Räder. (dωR/dt)(n)
= (ωR(n) – ωR(n – 1))/Δt (3)
-
In
diesem Fall bezeichnet Δt die Abtastzeit.
-
Der
Vorderradgeschwindigkeitsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2d empfängt
die Vorderradgeschwindigkeit ωF vom Vorderradgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 2a,
berechnet gemäß der folgenden Gleichung (4) einen
Vorderradgeschwindigkeitsdifferenzwert ΔωF als
Geschwindigkeitsdifferenzwert der Antriebsräder und gibt
den berechneten Vorderradgeschwindigkeitsdifferenzwert ΔωF
an den (dμ/dλ)-Berechnungsabschnitt 2h aus.
D. h., der Vorderradgeschwindigkeitsdiffe renzwertberechnungsabschnitt 2d dient
als Geschwindigkeitsdifferenzwertberechnungseinrichtung für
die Antriebsräder. ΔωF
= ωF(n) – ωF(n – 1) (4)
-
Der
Hinterradgeschwindigkeitsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2e empfängt
die Hinterradgeschwindigkeit ωR vom Hinterradgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 2b,
berechnet gemäß der folgenden Gleichung (5) einen
Hinterradgeschwindigkeitsdifferenzwert ΔωR als
Geschwindigkeitsdifferenzwert für die angetriebenen Räder
und gibt den berechenten Hinterradgeschwindigkeitsdifferenzwert ΔωR
an den (dμ/dλ)-Berechnungsabschnitt 2h aus. D.
h., der Hinterradgeschwindigkeitsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2e dient
als Geschwindigkeitsdifferenzwertberechnungseinrichtung für
die angetriebenen Räder. ΔωR(n)
= ωR(n) – ωR(n – 1) (5)
-
Der
Hinterradbeschleunigungsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2f empfängt
die Hinterradbeschleunigung (dωR/dt) vom Hinterradbeschleunigungsberechnungsabschnitt 2c,
berechnet gemäß der folgenden Gleichung (6) einen
Hinterradbeschleunigungsdifferenzwert Δ(dωR/dt)
als Beschleunigungsdifferenzwert für die angetriebenen
Räder und gibt den berechneten Hinterradbeschleunigungsdifferenzwert Δ(dωR/dt)
an den (dμ/dλ)-Berechnungsabschnitt 2h aus.
D. h., der Hinterradbeschleunigungsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2f dient
als Beschleunigungsdifferenzwertberechnungseinrichtung. Δ(dωR/dt)(n) = (dωR/dt)(n) – (dωR/dt)(n – 1) (6)
-
Der
Vorderrad-Bodenkraftberechnungsabschnitt 2g empfängt
die Längsbeschleunigung Ax des Fahrzeugs vom Längsbeschleunigungssensor 4, berechnet
beispielsweise gemäß der folgenden Gleichung (7)
eine Vorderrad-Bodenkraft Fzf als auf die angetriebenen
Räder wirkende Bodenkraft und gibt die berechnete Vorderrad-Bodenkraft
Fzf an den (dμ/dλ)-Berechnungs abschnitt 2h aus.
D. h., der Vorderrad-Bodenkraftberechnungsabschnitt 2g dient
als Bodenkraftberechnungseinrichtung. Fzf = m·g·((Lr/L) – (H/L))·Ax (7)
-
Hierbei
bezeichnen m eine Fahrzeugmasse, g eine Schwerebeschleunigung, L
einen Radabstand, Lr einen Abstand zwischen
dem Schwerpunkt und der Hinterachse und H die Höhe des
Schwerpunkts.
-
Im
Fall eines Fahrzeugs, bei dem die Vorderrad-Bodenkraft Fzf nur geringfügig schwankt, kann
als Vorderrad-Bodenkraft Fzf eine im Voraus
bestimmte Konstante verwendet werden. Anstatt einen vom Längsbeschleunigungssensor 4 erhaltenen
Erfassungswert zu verwenden, kann die Längsbeschleunigung
Ax des Fahrzeugs alternativ gemäß der folgenden
Gleichung (8) berechnet werden. Ax
= ((T·i/R) – Fr)/m (8)
-
Hierbei
bezeichnen T ein Motordrehmoment, i ein Getriebeübersetzungsverhältnis,
R einen Reifenradius und Fr einen Fahrwiderstand.
-
Der
(dμ/dλ)-Berechnungsabschnitt 2h empfängt
die Vorderradgeschwindigkeit ωF vom Vorderradgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 2a,
die Hinterradgeschwindigkeit ωR vom Hinterradgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 2b, den
Vorderradgeschwindigkeitsdifferenzwert ΔωF vom
Vorderradgeschwindigkeitsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2d,
den Hinterradgeschwindigkeitsdifferenzwert ΔωR
vom Hinterradgechwindigkeitsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2e,
den Hinterradbeschleunigungsdifferenzwert Δ(dωR/dt)
vom Hinterradbeschleunigungsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2f und
die Vorderrad-Bodenkraft vom Vorderrad-Bodenkraftberechnungsabschnitt 2g.
Daraufhin berechnet der (dμ/dλ)-Berechnungsabschnitt 2h gemäß der
folgenden Gleichung (9) einen Gradient (dμ/dλ)
einer Reifenkennlinie und gibt den berechneten Gradienten (dμ/dλ)
an den Straßenoberflächenzustandbestimmungsabschnitt 2i aus.
Insbesondere zeigt ein Gradient (dμ/dλ) einer Reifenkennlinie
ein Änderungsmaß eines Straßenoberflächenreibungskoeffizienten
bezüglich eines Änderungsmaßes der Schlupfrate
an. D. h., der (dμ/dλ)-Berechnungsabschnitt 2h dient
als Kennlinienberechnungseinrichtung. (dμ/dλ)
= ((m·R + (Ir/R))·Δ(dωR/dt))
/((Fzf/ωF)·((ωR/ωF)·ΔωF – ΔωR)) (9)
-
Hierbei
bezeichnet Ir das Gesamtträgheitsmoment
der beiden als angetriebene Räder dienenden Hinterräder.
-
Nachstehend
wird die Herleitung von Gleichung (9) beschrieben.
-
Wenn
die in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs wirkende Antriebskraft in 3 durch
Fd dargestellt wird, wird die folgende Gleichung (10) erhalten: R·Fd = (R·(dωR/dt)
+ g·sin(θ))·m·R
+ (dωR/dt)Ir (10)
-
Hierbei
bezeichnet θ den Neigungswinkel der Straße.
-
Durch
Berechnen von Differenzen zwischen Werten des aktuellen Zustands
und Wertes eines vorangehenden Zustands (z. B. Werten eines unmittelbar
vorangehenden Zustands) bezüglich Gleichung (10) und Darstellen
der Differenzen durch Hinzufügen des Symbols Δ,
kann die folgende Gleichung (11) erhalten werden: R·ΔFd = Δ(dωR/dt)·m·R2 + Δ(dωR/dt)·Ir (11)
-
Bei
der Herleitung der Gleichung (11) fällt der Ausdruck g·sin(θ),
der gemäß einer Steigung/einem Gefälle
auftritt, als konstanter Ausdruck heraus, wenn die Differenzen (ΔFd)
berechnet werden.
-
Wenn
die Beziehung zwischen einer Schlupfrate λ und einem Straßenoberflächenreibungskoeffizienten μ (vgl. 4)
als eine Funktion μ(λ) dargestellt wird, können
die Reifenkennlinien der Antriebsräder unter Verwendung
der Vorderrad-Bodenkraft Fzf als auf die
Antriebsräder wirkende Bodenkraft durch die folgende Gleichung
(12) dargestellt werden. Fd = Fzf·μ(λ) (12)
-
Durch ähnliches
Berechnen von Differenzen zwischen Werten des aktuellen Zustands
und Werten eines vorangehenden Zustands (z. B. Werten eines unmittelbar
vorangehenden Zustands) bezüglich Gleichung (12) und Darstellen
der Differenzen durch Hinzufügen des Symbols Δ,
kann die folgende Gleichung (13) erhalten werden. Es wird jedoch
darauf hingewiesen, dass eine zeitliche Änderung ΔFzf der Vorderrad-Bodenkraft Fzf,
die aufgrund einer Änderung des Steigungs-/Gefällewinkels
oder einer Änderung der Beschleunigung auftritt, in Gleichung
(13) ignoriert wird. Weil die zeitliche Änderung ΔFzf unter einer Fahrbedingung null wird, in
der der Steigungs-/Gefällewinkel oder die Beschleunigung
feste Werte haben, führt das Ignorieren dieses Ausdrucks ΔFzf kaum zu einem Problem. ΔFd = Fzf·(dμ/dλ)·Δλ + μ(λ)·ΔFzf
≈ Fzf·(dμ/dλ)·Δλ (13)
-
Aufgrund
der Tatsache, dass die Vorderräder als Antriebsräder
und die Hinterräder als angetriebene Räder dienen,
ist die Schlupfrate λ durch die folgende Gleichung (14)
definiert. Durch ähnliches Berechnen von Differenzen zwischen
Werten des aktuellen Zustands und Werten eines vorangehenden Zustands
(z. B. Werten eines unmittelbar vorangehenden Zustands) bezüglich
Gleichung (14) und Darstellen der Differenzen durch Hinzufügen
des Symbols Δ kann die folgende Gleichung (15) erhalten
werden. λ = (ωE – ωR)/ωF (14) Δλ = (1/ωF)·((ωR/ωF)·ΔωF – ΔωR) (15)
-
Im
Allgemeinen ist es, weil eine aktuelle Schlupfrate λ eines
Reifens schwer messbar und ein Wert mit zwei Freiheitsgraden ist,
der durch Berechnen von zwei Eingangs-Radgeschwindigkeiten hergeleitet
wird, schwierig, ein geeignetes Filter auszuwählen. Unter
Verwendung der vorstehenden Gleichung (15) können die Radgeschwindigkeiten
dagegen mit hoher Genauigkeit gemessen werden, wodurch die Auswahl
eines Filters erleichtert wird, das sowohl eine Rauschunterdrückungsfunktion
als auch ein gutes Ansprechverhalten hat.
-
Durch
Substituieren der Gleichung (11) und der Gleichung (15) in Gleichung
(13) zum Herleiten eines vereinfachten Ausdrucks für (dμ/dλ)
(d. h. (dμ/dλ) = ΔFd/(Fzf·Δλ)),
kann die vorstehende Gleichung (9) erhalten werden. Unter Verwendung
dieser Gleichung (9) kann außerdem der Gradient (dμ/dλ) beispielsweise
durch Bestimmen eines Differenzwertes Δλ der Schlupfrate λ von
Gleichung (15) und eines Differenzwertes ΔFd der Antriebskraft
Fd von Motordrehmomentinformation direkt berechnet werden. Dieses
Verfahren kann für ein Fahrzeug mit einem Motor mit Direkteinspritzung
oder einem Dieselmotor geeignet sein, in dem das Motordrehmoment mit
hoher Genauigkeit geschätzt werden kann. Dies ist der Fall,
weil für ein derartiges Fahrzeug keine Beschleunigungsinformation über
die angetriebenen Räder erforderlich ist, und weil ein
derartiges Fahrzeug durch Störungen in geringerem Maße
beeinflusst wird, wodurch eine stabile Schätzung ermöglicht
wird.
-
Obwohl
ein Gradient (dμ/dλ) durch Ausführen
einer Berechnung unter Verwendung der vorstehenden Gleichung (9)
für jede Abtastzeit bestimmt werden kann, kann auch eine
rekursive Methode der kleinsten Quadrate oder ein Parameteridentifizierungsverfahren,
z. B. eine Fixed-Trace-Methode, angewendet werden, wobei diese Verfahren
als Verfahren zum Schätzen eines Gradienten (dμ/dλ)
aus Zeitfolgedaten hinreichend bekannt sind. Alternativ kann ein
anderes Verfahren angewendet werden, in dem eine lineare Regressionsberechnung
von einem aktuellen Wert bis zu einem Wert, der p-Werte vor dem aktuellen
Wert angeordnet ist, ausgeführt wird, ein Gradient (dμ/dλ)
und der Reziprokwert des Gradienten (dμ/dλ) statistisch
bestimmt werden und ein zum Bestimmen einer Aktualisierung eines
Schätzwertes zu verwendender Korrelationskoeffizient berechnet wird.
-
Der
Straßenoberflächenzustandbestimmungsabschnitt 2i empfängt
vom (dμ/dλ)-Berechnungsabschnitt 2h den
Gradienten (dμ/dλ) der Reifenkennlinie, der das Änderungsmaß des
Straßenoberflächenreibungskoeffizienten bezüglich
des Änderungsmaßes der Schlupfrate anzeigt. Anschließend vergleicht
der Straßenoberflächenzustandbestimmungsabschnitt 2i beispielsweise
den Gradienten (dμ/dλ) der Reifenkennlinie mit
vorgegebenen Schwellenwerten KCH und KCL (KCH > KCL),
wie nachstehend dargestellt ist, um einen Straßenoberflächenreibungskoeffizienten μ als
einen Straßenoberflächenzustand zu schätzen
und auszugeben. D. h., der Straßenoberflächenzustandbestimmungsabschnitt 2i dient
als Straßenoberflächenzustandbestimmungseinrichtung.
-
Wenn
(dμ/dλ) ≥ KCH ist,
wird entschieden, dass die Straße ein Straßenoberfläche
mit hohem Reibungskoeffizienten hat.
-
Wenn
KCH > (dμ/dλ) ≥ KCL ist, wird entschieden, dass die Straße
ein Straßenoberfläche mit mittlerem Reibungskoeffizienten
hat.
-
Wenn
(dμ/dλ) < KCL ist, wird entschieden, dass die Straße
ein Straßenoberfläche mit niedrigem Reibungskoeffizienten
hat.
-
Insbesondere
ist es gemäß den beispielsweise in 4 dargestellten
Kennlinien, die die Beziehungen zwischen dem Straßenoberflächenreibungskoeffizienten μ und
der Schlupfrate λ zeigen, allgemein bekannt, dass ein Gradient
(dμ/dλ) einer Reifenkennlinie größer
ist, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit hohem Reibungskoeffizienten
fährt, und kleiner, wenn das Fahrzeug auf einer Straße
mit niedrigem Reibungskoeffizienten fährt. Unter Verwendung
dieser Kennlinienunterschiede kann ein Straßenoberflächenreibungskoeffizient μ geschätzt werden.
-
In
der vorliegenden Ausführungsform wird ein Straßenoberflächenreibungskoeffizient μ basierend
auf drei Stufen durch Vergleichen der vorgegebenen Schwellenwerte
KCH und KCL mit
dem Gradienten (dμ/dλ) bestimmt. Alternativ kann
ein Straßenoberflächenreibungskoeffizient μ durch
Setzen nur eines Schwellenwertes basierend auf zwei Stufen bestimmt
werden. Als weitere Alternative kann der Straßenoberflächenreibungskoeffizient μ basierend auf
einer größeren Anzahl von Stufen feiner bestimmt werden,
indem mehr Schwellenwerte gesetzt und der Gradient (dμ/dλ)
mit diesen Schwellenwerten verglichen wird.
-
Der
durch den Straßenoberflächenzustandbestimmungsabschnitt 2i auf
die vorstehend beschriebene Weise bestimmte Straßenoberflächenzustand
(Straßenoberflächenreibungskoeffizient μ)
wird beispielsweise an eine externe Displayeinrichtung (nicht dargestellt)
ausgegeben und an einem Armaturenbrett dargestellt, so dass der
Fahrer über den Zustand informiert werden kann. Alternativ
kann der Straßenoberflächenzustand an eine Motorsteuerungseinheit,
eine Getriebe steuerungseinheit, eine Antriebskraftverteilungssteuerungseinheit,
eine Bremssteuerungseinheit, usw. (die alle nicht dargestellt sind)
ausgegeben und als Basis zum Setzen der Steuerwerte in diesen Steuereinheiten
verwendet werden.
-
Das
durch die Steuereinheit 2 der Straßenoberflächenzustandschätzvorrichtung 1 ausgeführte
Straßenoberflächenzustandschätzprogramm
wird nachstehend unter Bezug auf das Ablaufdiagramm von 2 beschrieben.
-
Zunächst
werden in Schritt S101 erforderliche Parameter gelesen, wie beispielsweise
die Radgeschwindigkeiten ωFL und ωFR des linken
und des rechten Vorderrades, die Radgeschwindigkeiten ωRL
und ωRR des linken und des rechten Hinterrades und die
Längsbeschleunigung Ax des Fahrzeugs.
-
In
Schritt S102 berechnet der Vorderradgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 2a gemäß der
vorstehenden Gleichung (1) eine Vorderradgeschwindigkeit ωF(n),
und der Hinterradgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 2b berechnet
gemäß der vorstehenden Gleichung (2) eine Hinterradgeschwindigkeit ωR(n),
-
In
Schritt S103 berechnet der Hinterradbeschleunigungsberechnungsabschnitt 2c gemäß der
vorstehenden Gleichung (3) eine Hinterradbeschleunigung (dωR/dt)(n).
-
In
Schritt S104 berechnet der Vorderradgeschwindigkeitsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2d gemäß der
vorstehenden Gleichung (4) einen Vorderradgeschwindigkeitsdifferenzwert ΔωF(n).
-
In
Schritt S105 berechnet der Hinterradgeschwindigkeitsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2e gemäß der
vorstehenden Gleichung (5) einen Hinterradgeschwindigkeitsdifferenzwert ΔωR(n).
-
In
Schritt S106 berechnet der Hinterradbeschleunigungsdifferenzwertberechnungsabschnitt 2f gemäß der
vorstehenden Gleichung (6) einen Hinterradbeschleunigungsdifferenzwert Δ(dωR/dt)(n).
-
In
Schritt S107 berechnet der Vorderrad-Bodenkraftberechnungsabschnitt 2g beispielsweise
gemäß der vorstehenden Gleichung (7) eine Vorderrad-Bodenkraft
Fzf.
-
In
Schritt S108 berechnet der (dμ/dλ)-Berechnungsabschnitt 2h gemäß der
vorstehenden Gleichung (9) einen Gradienten (dμ/dλ)
einer Reifenkennlinie.
-
In
Schritt S109 vergleicht der Straßenoberflächenzustandbestimmungsabschnitt 2i den
Gradienten (dμ/dλ) der Reifenkennlinie mit vorgegebenen
Schwellenwerten KCH und KCL (K > KCL),
um zu bestimmen, ob ein einen Straßenoberflächenzustand
anzeigender Straßenoberflächenreibungskoeffizient μ einer
Straße mit hohem Reibungskoeffizienten μ, einer
Straße mit mittlerem Reibungskoeffizienten μ oder
einer Straße mit niedrigem Reibungskoeffizienten μ entspricht.
Der Straßenoberflächenzustandbestimmungsabschnitt 2i gibt
anschließend das Bestimmungsergebnis aus, woraufhin das Programm
beendet wird.
-
Gemäß der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden eine
Vorderradgeschwindigkeit ωE als eine Radgeschwindigkeit
der Antriebsräder, eine Hinterradgeschwindigkeit ωR
als eine Radgeschwindigkeit der angetriebenen Räder, eine
Hinterradbeschleunigung (dωR/dt) als Beschleunigung der
angetriebenen Räder, ein Vorderradgeschwindigkeitsdifferenzwert ΔωF
als ein Geschwindigkeitsdifferenzwert der Antriebsräder,
ein Hinterradgeschwindigkeitsdifferenzwert ΔωR
als ein Geschwindigkeitsdifferenzwert der angetriebenen Räder,
ein Hinterradbeschleunigungsdifferenzwert Δ(dωR/dt)
als ein Beschleunigungsdifferenzwert der angetriebenen Räder
und eine Vorderrad-Bodenkraft Fzf als eine
auf die Antriebsräder wirkende Bodenkraft berechnet. Basierend
auf diesen berech neten Werten wird ein Gradient (dμ/dλ)
einer Reifenkennlinie berechnet, der ein Änderungsmaß des
Straßenoberflächenreibungskoeffizienten bezüglich
eines Änderungsmaßes der Schlupfrate anzeigt,
und der berechnete Gradient (dμ/dλ) der Reifenkennlinie
wird mit vorgegebenen Schwellenwerten KCH und
KCL (KCH > KCL)
verglichen, wodurch ein Straßenoberflächenreibungskoeffizient μ als
Straßenoberflächenzustand bestimmt werden kann.
Dies ermöglicht die Schätzung eines Straßenoberflächenzustandes
nicht nur an der Schlupf- oder Haftungsgrenze der Reifen, sondern auch über
einen breiten Fahrbereich. Auch wenn das Fahrzeug auf einer geneigten
Straßenoberfläche fährt, kann der Straßenoberflächenzustand
mit hoher Genauigkeit geschätzt werden, ohne dass durch
die Neigung verursachte Fehler eingeführt werden. Außerdem
kann, weil die Straßenoberflächenzustandschätzung
hinsichtlich der Wirkung der Bodenkraft ausgeführt wird,
der Straßenoberflächenzustand mit hoher Genauigkeit
geschätzt werden. Darüber hinaus kann, weil der
Straßenoberflächenzustand einfach durch Ausführen
minimaler Rechenprozesse basierend auf Erfassungswerten von Radgeschwindigkeiten
geschätzt wird, eine beispielsweise durch ein Filter verursachte
Ansprechverzögerung vermindert werden, so dass eine Straßenoberflächenzustandschätzung
mit gutem Ansprechverhalten ermöglicht wird.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung beispielhaft ein Fahrzeug mit Zweiradantrieb
eines Typs mit vorne liegendem Motor und Vorderradantrieb betrifft, kann
die Ausführungsform ähnlicherweise auch auf ein
Fahrzeug mit Zweiradantrieb mit vorne liegendem Motor und Hinterradantrieb
angewendet werden. In diesem Fall ist die Beziehung zwischen den
Antriebsrädern und den angetriebenen Rädern bezüglich
der vorstehend beschriebenen Beziehung umgekehrt. Daher wird die
folgende, der vorstehenden Gleichung (9) entsprechende Gleichung
(16) verwendet. (dμ/dλ)
= ((m·R + (If/R))·Δ(dωF/dt))
/((Fzr/ωR)·((ωF/wR)·ΔωR – ΔωF)) (16)
-
Hierbei
bezeichnen Δ(dωF/dt)) einen Vorderradbeschleunigungsdifferenzwert
als Beschleunigungsdifferenzwert der angetriebenen Räder,
Fzr eine Hinterrad-Bodenkraft als eine auf
die Antriebsräder wirkende Bodenkraft und If ein
Gesamtträgheitsmoment der als die angetriebenen Räder
dienenden beiden Vorderräder.
-
Obwohl
in der vorliegenden Ausführungsform ein Straßenoberflächenzustand
bezüglich des gesamten Fahrzeugs geschätzt wird,
ist auch eine alternative Ausführungsform möglich,
in der Straßenoberflächenzustände bezüglich
der linken Seite und der rechten Seite des Fahrzeugs individuell
geschätzt werden. Mit einer derartigen alternativen Ausführungsform
kann eine sogenannte geteilte Straße mit verschiedenen
Reibungskoeffizienten, bei der der Straßenoberflächenzustand
sich zwischen der linken und der rechten Seite des Fahrzeugs unterscheidet,
mit einem guten Ansprechverhalten erfasst werden.
-
Obwohl
die vorliegende Ausführungsform beispielhaft ein Fahrzeug
mit Zweiradantrieb betrifft, kann die Straßenoberflächenzustandschätzung
gemäß der vorliegenden Ausführungsform ähnlicherweise
auch im Fall eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb mit einem einstellbaren
Drehmomentverteilungsverhältnis implementiert werden, gemäß der eine
Antriebskraft derart gesteurt wird, dass sie vollständig
einem Radpaar zugeführt wird (z. B. den Vorderrädern).
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 7-159308
A [0003, 0004, 0004]