DE60305232T2

DE60305232T2 - Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades

Info

Publication number: DE60305232T2
Application number: DE60305232T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Nagoya city Yasui; Wataru Anja-city Tanaka; K.K. Toyota Chuo Kenkyusho Eiichi Aichi-gun Ono; K.K. Toyota Chuo Kenkyusho Yuji Aichi-gun Muragishi; K.K. Toyota Chuo Kenkyusho Katsuhiro Aichi-gun Asano; Minekazu Kariya city Momiyama; Syoji Kariya city Ogawa; Kenji Toyota-city Asano; Yuzo Chita-gun Imoto; Hiroaki Kariya city Kato
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Advics Co Ltd; Toyoda Koki KK
Current assignee: Advics Co Ltd; Toyoda Koki KK; Aisin Corp
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: US6895317B2; EP1357007B1; DE60305232D1; US20040019417A1; EP1357007A3; EP1357007A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abschätzung eines Bodenhaftungsfaktors und in besonderer Weise eine Vorrichtung zur Schätzung eines Haftungsfaktors, der den Haftungsgrad eines Reifens auf einer Straßenoberfläche in seitlicher Richtung eines Fahrzeugrades anzeigt.
Beschreibung des Stands der Technik
Um die Stabilität eines Fahrzeugs zu gewährleisten, ist bisher eine Vorrichtung zur Steuerung einer Bremskraft bekannt, die auf der Grundlage der ermittelten und bestimmten Radzustandsvariable auf jedes Rad angewendet wird, wie z.B. in Dokument JP-6-99800 offenbart. In dieser Veröffentlichung wird ein Soll-Wert des Giermaßes auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels bereitgestellt, wobei eine Übersteuerung oder eine Untersteuerung durch eine abgeleitete Funktion der Differenz aus dem Ist-Wert und dem Soll-Wert des Giermaßes bestimmt wird. Im Falle der Übersteuerung wird an einem Vorderrad, das in der Kurve auf der Kurvenaußenseite liegt, der Brems-Schlupf erhöht, d. h. eine Bremskraft wird an dem Vorderrad erhöht, das auf der Kurvenaußenseite liegt. Wohingegen im Falle der Untersteuerung der Brems-Schlupf an dem im Kurveninneren angeordneten Rad erhöht wird. In Dokument JP-62-146754 ist eine Vorrichtung zur Einstellung eines Geschwindigkeitsunterschiedes für die Vorderräder und eines Sollwertes für die seitliche Beschleunigung oder des Giermaßes auf der Grundlage des Lenkwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit beschrieben, um die Brems- und/oder die Motorleistung zu steuern.
In Dokument JP-11-99956 ist eine Steuervorrichtung für ein Fahrzeug mit einem veränderlichen Lenkwinkelverhältnis beschrieben, um eine übermäßige Eigensteuerung der Räder zu verhindern, wobei eine als Seitenkraftnutzverhältnis oder seitliches G-Nutzungsverhältnis bezeichnete Kennzahl verwendet wird. Entsprechend der in der Veröffentlichung beschriebenen Vorrichtung, wird ein Straßenreibungskoeffizient μ abgeschätzt, um das Seitenkraftnutzverhältnis zu erhalten. Es wird beschrieben, daß die Gegenkraft einer Gestellachse bei gleichem auf die Straßenoberfläche angewendetem Steuerwinkel in Übereinstimmung mit dem Straßenreibungskoeffizient μ verringert wird, da die Kurvensteifigkeit Cp des Rades umsomehr verringert wird, je kleiner der Straßenreibungskoeffizient μ ist. Daher folgt daraus, daß der Straßenreibungskoeffizient μ abgeschätzt werden kann durch die Messung des Steuerwinkels der Vorderräder und der Gegenkraft der Gestellachse und durch den Vergleich der Gegenkraft der Gestellachse in Abhängigkeit vom Steuerwinkel der Vorderräder mit einer Referenzkraft der Gestellachse, die im Voraus als ein Innenmodell bereitgestellt wird. Außerdem wird ein äquivalenter Reibungskreis auf der Grundlage des Straßenreibungskoeffizienten μ gebildet, danach wird ein durch eine Längskraft verwendeter Betrag der Reibungskraft davon subtrahiert, um eine maximale zu erzeugende Seitenkraft zu erhalten und schließlich wird ein Verhältnis aus der momentan erzeugten Seitenkraft und der maximalen Seitenkraft als das Seitenkraftnutzverhältnis festgelegt. Oder ein seitlicher G-Sensor kann bereitgestellt werden zur Einstellung des seitlichen G-Nutzungsverhältnisses aufgrund des durch den Sensor ermittelten seitlichen G-Wertes.
In dem Fall, wenn ein Fahrzeug einen Grenzwert für die Reibung zwischen der Straßenoberfläche und dem Rad erreicht hat, um eine übermäßige Untersteuerungsbedingung zu verursachen, ist es nicht nur notwendig, die Gierbewegung des Fahrzeuges, d. h. die Lage des Fahrzeuges auf der Straße zu steuern, sondern auch die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern, um den durch den Fahrzeugführer beabsichtigten Radius der Kurvenlinie des Fahrzeugs beizubehalten. Entsprechend der im Dokument JP-6-99800 offenbarten Vorrichtung wird jedoch das Fahrzeugverhalten bestimmt, nachdem das Rad die Reibungsgrenze erreicht hat. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit in dieser Situation verringert wird, wird deshalb die Seitenführungskraft verkleinert, wodurch die Tendenz der Untersteuerung erhöht werden könnte. Gemäß dem tatsächlichen Steuerungssystem beginnt die Steuerung, da eine tote Zone für die Steuerung vorliegt, im Allgemeinen erst nachdem ein bestimmtes Fahrzeugverhalten aufgetreten ist.
Da die Krümmung einer Fahrzeugstraße als eine Klothoiden-Kurve ausgebildet ist, wird das Lenkrad, wenn der Fahrzeugführer beabsichtigt, der Krümmung der Straße zu folgen, mit einem allmählich zunehmenden Betrag gedreht. Im Falle einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit wird deshalb beim Eintritt des Fahrzeugs in die Kurve die auf das Rad ausgeübte Seitenkraft durch die Fliehkraft ausgeglichen, wodurch das Fahrzeug dazu neigt, aus der Kurve getrieben zu werden. In solchen Fällen werden die in den Dokumenten 6-99800 und 62-146754 offenbarten Vorrichtungen eingesetzt, um die Bewegung des Fahrzeugs zu steuern. Da die Steuerungen jedoch beim Seitenführungsgrenzwert beginnen, kann die Fahrzeuggeschwindigkeit durch diese Steuerungen nicht hinreichend verringert werden. Daher könnte dies bewirken, daß nur durch diese Steuerungen das Fahrzeug nicht daran gehindert wird, aus der Kurve getrieben zu werden.
In Bezug auf die Vorrichtung zur Abschätzung des Straßenreibungskoeffizienten μ sind weitere Veröffentlichungen bekannt, wie z.B. die Dokumente JP-11-287749 und JP-6-221968. Im Ersteren ist eine Vorrichtung zum Erhalten einer Kennlinie aus der Veränderung des Lenkdrehmoments und der Veränderung des Lenkwinkels offenbart und der Abschätzung des Straßenreibungskoeffizienten μ auf der Basis dieser Kenn linie. Im Letzteren ist eine Vorrichtung zur Ermittlung des Straßenreibungskoeffizienten μ auf der Basis einer Beziehung zwischen einem Rückstellmoment des Rades und einer Seitenführungskraft beschrieben, mit einer verringert wordenen Hysterese, um den Straßenreibungskoeffizienten μ zu ermitteln, bevor das Rad eine Haftungsgrenze erreicht.
In der Zwischenzeit wurde in AUTOMOTIVE ENGINEERING HAND-BOOK, First Volume, für BASIC&THEORY, herausgegeben am 1. Februar 1990 durch Society of Automotive Engineers of Japan, Inc., S. 179 und 180, solch ein Zustand beschrieben, bei dem sich ein Reifen auf der Straße dreht und bei einem Schräglaufwinkel α rutscht, wie in einem Teil von 2 der vorliegenden Anwendung gezeigt. Wie in 2 durch gestrichelte Linien angezeigt, kontaktiert eine Laufflächenoberfläche des Reifens eine Straßenoberfläche am Vorderende der Kontaktoberfläche einschließlich des Punkts (A) in 2 und bewegt sich mit Haftung zur Straßenoberfläche mit dem Fortschreiten des Reifens bis zum Punkt (B). Der Reifen beginnt zu rutschen, wenn eine Verformungskraft durch eine seitliche Scherverformung den gleichen Wert aufweist wie eine Reibungskraft und rückt von der Straßenoberfläche ab bei einem das hintere Ende einschließenden Punkt (C). In diesem Fall ist eine seitliche Kraft Fy, die an der gesamten Kontaktoberfläche erzeugt wird, gleich dem Produkt aus einer verformten Fläche der Lauffläche in ihrer seitlichen Richtung (wie durch eine schraffierte Fläche in 2 gezeigt) und ihrem lateralen elastischen Koeffizienten pro Einheitsfläche. Wie in 3 gezeigt, wird ein Kraftangriffspunkt für die Seitenkraft Fy nach hinten verschoben (nach links in 2) von einem Punkt (O) auf der Mittellinie des Reifens durch einen Abstand (e_n), der als Reifennachlauf (pneumatic trail) bezeichnet wird. Dementsprechend wird das Drehmoment Fy·e_n zu einem Rückstellmoment (Tsa), das in solch eine Richtung wirkt, daß der Schräglaufwinkel α verringert wird und es als ein selbstrückstellendes Drehmoment bezeichnet werden kann.
Als Nächstes wird der Fall erklärt, bei dem der Reifen an einem Fahrzeug befestigt ist, bezugnehmend auf 3, als vereinfachte Darstellung von 2. In Bezug auf gelenkte Räder eines Fahrzeugs liegt im Allgemeinen ein Nachlaufwinkel vor, so daß ein gelenktes Rad in seine ursprüngliche Position sanft zurückkehren kann, um einen Nachlaufweg (e_c) zu beschreiben. Daher berührt der Reifen die Straßenoberfläche an einem Punkt (O'), so daß das Drehmoment, welches das lenkende Rad dazu zwingt, an der ursprünglichen Position zu bleiben, sich ergibt aus Fy·(e_n + e_c). Wenn die seitliche Haftkraft des Reifens verringert wird, um den Schlupfbereich zu erhöhen, wird die laterale Verformung der Lauffläche zu einer Veränderung der Form von ABC in 3 zu einer Form ADC führen. Im Ergebnis wird der Angriffspunkt für die Seitenkraft Fy nach vorn in die Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs vom Punkt (H) zu Punkt (J) verschoben. Das heißt der Reifennachlauf (e_n) wird verringert. Daher wird selbst im Falle, daß die gleiche Seitenkraft Fy auf den Reifen einwirkt, wenn der Haftbereich relativ groß ist und der Schlupfbereich relativ klein ist und damit die laterale Haftungskraft des Reifens relativ groß ist, der Reifennachlauf (e_n) relativ groß, so daß das Rückstellmoment Tsa relativ groß sein wird. Im Gegensatz dazu wird, wenn die laterale Haftungskraft des Reifens verringert wird und der Schlupfbereich groß ist, der Reifennachlauf (e_n) relativ klein werden, so daß das Rückstellmoment Tsa verringert wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann durch das Überwachen der Änderung des Reifennachlaufs (e_n) der Haftungsgrad des Reifens in seiner lateralen Richtung ermittelt werden. Und außerdem führt die Änderung des Reifennachlaufs (e_n) zu einem Rückstellmoment Tsa, was dazu dienen kann, einen Haftungsfaktor abzuschätzen, der einen Haftungsgrad des Reifens in seiner lateralen Richtung anzeigt z.B. in Bezug auf ein Frontrad (nachfolgend vereinfacht als Haftungsfaktor bezeichnet). In Bezug auf den Haftungsfaktor kann dies auf der Grundlage einer Begrenzung der Seitenkraft für die Stra ßenreibung abgeschätzt werden, wie später im Detail beschrieben.
In dieser Hinsicht wird der Haftungsfaktor deutlich unterschieden vom Seitenkraftnutzverhältnis oder vom seitlichen G-Nutzungsverhältnis, wie im Dokument JP-11-99956 beschrieben, wobei die maximale Seitenkraft, die auf der Straßenoberfläche erzeugt werden kann, auf der Grundlage des Straßenreibungskoeffizienten μ erhalten wird. Dieser Straßenreibungskoeffizient μ wird auf der Basis der Beziehung zwischen der Kurvensteifigkeit Cp (Wert der Seitenkraft pro ein Grad Schräglaufwinkel) und dem Straßenreibungskoeffizienten μ abgeschätzt. Die Kurvensteifigkeit Cp stützt sich jedoch nicht nur auf den Straßenreibungskoeffizienten μ, sondern hängt auch von der Form der Kontaktfläche zwischen der Straße und dem Reifen (seiner Kontaktlänge und -breite zur Straße) und der Elastizität des Reifenprofilgummis ab. Zum Beispiel wird sich für den Fall, daß Wasser auf der Laufflächenoberfläche vorkommt oder für den Fall, daß sich die Elastizität des Reifenprofilgummis aufgrund der Abnutzung des Reifens oder der Temperaturänderung verändert hat, die Kurvensteifigkeit Cp verändern, selbst wenn der Straßenreibungskoeffizient μ konstant bleibt. Im Dokument JP-11-99956 ist daher nichts zur Charakteristik des Reifens berücksichtigt worden, aus dem das Rad besteht. Das Dokument US 2002/011093 A1 ist gerichtet auf eine Straßenreibungskoeffizientenschätzvorrichtung zur genauen Abschätzung eines Straßenreibungskoeffizienten in einem breiten Fahrbereich, währenddessen gleichzeitig das Rauschen des Sensors verringert wird. Der Straßenreibungskoeffizient wird abgeschätzt in Übereinstimmung mit einer charakteristischen Karte für den Straßenreibungskoeffizienten eines Vorderradschlupfwinkels und eines Rückstellmoments, welche vorher durch Experimente oder Berechnungen erhalten wurden.
Weiterhin zeigt das Dokument EP 0 323 066 A2 ein System für das dynamische Bestimmen der Straßenhaftung, ohne durch Reifenabnutzung oder durch den angewendeten Reifentyp be einflußt zu werden, wobei die Straßenhaftung auf der Grundlage der Straßenraddrehwinkels, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkkraft bestimmt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades zu schaffen für die genaue Abschätzung eines Haftungsfaktors, der auf ein Haftniveau des Reifens in lateraler Richtung eines Fahrzeugs schließen läßt und um eine Vorrichtung zur Steuerung der Fahrzeugbewegung zu schaffen, welche die Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades aufweist.
Diese Aufgabe wird erreicht mit einer Vorrichtung zur Steuerung der Fahrzeugbewegung, welche die Merkmale von Anspruch 1 bzw. Anspruch 11 aufweist. Weitere Ausbildungen werden in den Unteransprüchen definiert.
Zur Erfüllung der vorgenannten Aufgabe weist die Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades auf eine Lenkfaktormeßeinrichtung zur Ermittlung mindestens eines Lenkfaktors, einschließlich eines Lenkdrehmoments und eines Lenkkraftaufwandes, die auf ein Lenksystem angewendet werden, das sich vom Lenkrad bis zur Radaufhängung eines Fahrzeugs erstreckt, eine Rückstellmomentschätzvorrichtung zur Abschätzung eines Rückstellmoments, das mindestens an einem Rad des Fahrzeugs erzeugt wird aufgrund des Lenkfaktors, der durch die Lenkfaktormeßeinrichtung ermittelt wird, und eine Fahrzeugzustandsmeßeinrichtung für die Ermittlung einer Zustandsgröße des Fahrzeugs. Die Vorrichtung weist weiterhin auf eine Radfaktorschätzeinrichtung für die Abschätzung von mindestens einem Radfaktor einschließlich einer Seitenkraft und eines Schräglaufwinkels, welche auf das Rad angewendet werden aufgrund der Zustandsgröße, die durch die Fahrzeugzustandsmeßeinrichtung ermittelt wird, und eine Haftungsfaktorschätzvorrichtung für die Abschätzung eines Haftungsfaktors von mindestens einem Radreifen in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen dem Rückstellmoment, das durch die Rückstellmomentschätzvorrichtung ermittelt wird, und dem Radfaktor, der durch die Radfaktorschätzeinrichtung ermittelt wird.
So wird z.B. auf der Basis des Lenkdrehmoments, das auf ein Lenkrad angewendet wird, oder des Lenkkraftaufwands, der auf eine Radaufhängung angewendet wird, das an einem Vorderrad (oder an den Vorderrädern) erzeugte Rückstellmoment abgeschätzt. Und auf der Grundlage der Fahrzeugzustandsgröße wird die Seitenkraft oder der Schräglaufwinkel des Vorderrades ermittelt. Danach kann der Haftungsfaktor des Vorderrades abgeschätzt werden auf der Grundlage der Veränderung des Rückstellmoments in Abhängigkeit von der Seitenkraft oder des Schräglaufwinkels des Vorderrades. Die Zustandsgröße umfaßt Faktoren bezüglich des sich bewegenden Fahrzeugs, wie z.B. die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Seitenbeschleunigung, das Giermaß, den Lenk(rad)winkel und dergleichen.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Referenzrückstellmomenteinstellvorrichtung auf zum Einstellen eines Referenzrückstellmoments auf der Grundlage des Radfaktors, der durch die Radfaktorschätzeinrichtung ermittelt wurde, und des Rückstellmoments, das durch die Rückstellmomentschätzvorrichtung ermittelt wurde. Und die Haftungsfaktorschätzvorrichtung wird angepaßt, um den Haftungsfaktor des Reifens auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses zwischen dem Rückstellmoment, das durch die Rückstellmomentschätzvorrichtung ermittelt wurde, und dem Referenzrückstellmoment, das durch die Referenzrückstellmomenteinstellvorrichtung eingestellt wurde, zu bestimmen.
In der Vorrichtung kann die Referenzrückstellmomenteinstellvorrichtung angepaßt werden, um das Referenzrückstellmoment einzustellen durch die Annäherung einer Kennlinie des Rückstellmoments, die durch die Rückstellmomentschätzvorrichtung ermittelt wurde in Abhängigkeit vom Radfaktor, der durch die Radfaktorschätzvorrichtung bestimmt wurde, an eine lineare Kennlinie des Referenzrückstellmoments, die zumindest den Ursprung enthält, und kann weiterhin angepaßt werden, um das Referenzrückstellmoment auf der Basis der linearen Kennlinie des Referenzrückstellmoments einzustellen.
Vorzugsweise kann die Lenkfaktormeßeinrichtung aufweisen eine Lenkdrehmomentmeßvorrichtung für die Ermittlung des Lenkdrehmoments, das auf das Lenksystem angewendet wird, eine Hilfsdrehmomentmeßvorrichtung für die Ermittlung eines Hilfsdrehmoments, das auf das Lenksystem angewendet wird, eine Gegendrehmomentabschätzvorrichtung zur Abschätzung eines Gegendrehmoments, das auf eine Lenkachse des Lenksystems angewendet wird auf der Basis des Lenkdrehmoments, das durch die Lenkdrehmomentmeßvorrichtung ermittelt wurde, und des Gegendrehmoments, das durch die Gegendrehmomentabschätzvorrichtung bestimmt wurde, und schließlich eine Reibungsdrehmomentabschätzvorrichtung für die Abschätzung eines Reibungsdrehmoments, das durch die innere Reibung des Lenksystems erzeugt wird. Die Rückstellmomentschätzvorrichtung kann angepaßt werden für die Abschätzung des Rückstellmoments auf der Grundlage des durch die Gegendrehmomentabschätzvorrichtung bestimmten Gegendrehmoments und des durch die Reibungsdrehmomentabschätzvorrichtung bestimmten Reibungsdrehmoments.
In der vorstehend beschriebenen Vorrichtung kann die Reibungsdrehmomentabschätzvorrichtung angepaßt werden, um das Reibungsdrehmoment auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Gegendrehmoment mit einem maximalen, absoluten Wert, der durch die Gegendrehmomentabschätzvorrichtung ermittelt wurde, und dem Gegendrehmoment, das erzeugt wird, wenn das Lenksystem in eine Richtung gegen die ursprüngliche Position des Lenksystems aktiviert wird.
Die Vorrichtung kann weiterhin aufweisen eine Geschwindigkeitsmeßvorrichtung für die Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und eine Filtervorrichtung zum Einstellen einer Grenzfrequenz in Übereinstimmung mit der durch die Geschwindigkeitsmeßvorrichtung ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei ein Tiefpaßfilterverfahren mit der Grenzfrequenz auf das durch die Gegendrehmomentabschätzvorrichtung bestimmte Gegendrehmoment angewendet wird. Die Reibungsdrehmomentabschätzvorrichtung kann angepaßt werden, um das Reibungsdrehmoment abzuschätzen auf der Grundlage des durch die Filtervorrichtung gefilterten Gegendrehmoments und die Rückstellmomentschätzvorrichtung kann angepaßt werden, um das Rückstellmoment auf der Grundlage des durch die Filtervorrichtung gefilterten Gegendrehmoments zu bestimmen.
Weiterhin kann die Vorrichtung eine Korrekturmomentschätzeinrichtung für die Abschätzung eines Korrekturmoments aufweisen in Übereinstimmung mit einer Veränderung des neutralen Punkts des Radaufhängungssystems, und die Rückstellmomentschätzvorrichtung kann angepaßt werden, um das Rückstellmoment auf der Grundlage des abgeschätzten Gegendrehmoments, des abgeschätzten Reibungsdrehmoments und des abgeschätzten Korrekturdrehmoments zu bestimmen.
Die Rückstellmomentschätzvorrichtung kann angepaßt werden, um das Korrekturdrehmoment in Übereinstimmung mit einer Veränderung des Reibungsdrehmoments einzustellen bevor und nachdem das Lenksystem in die Richtung der ursprünglichen Lage bedient wird, und die Rückstellmomentschätzvorrichtung kann angepaßt werden, um das Rückstellmoment abzuschätzen auf der Grundlage des Reibungsdrehmoments, nachdem das Lenksystem in die Richtung der ursprünglichen Lage bedient wurde, und des eingestellten Korrekturdrehmoments.
Die Vorrichtung kann weiterhin Warneinrichtungen für das Vergleichen des durch die Haftungsfaktorschätzvorrichtung abgeschätzten Haftungsfaktors mit einem vordefinierten Wert aufweisen, um ein Warnsignal zu erzeugen, wenn der abgeschätzte Haftungsfaktor kleiner wird als der vordefinierte Wert.
Vorzugsweise weist eine Vorrichtung zur Steuerung der Fahrzeugbewegung die vorstehend beschriebene Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors auf und weist weiter auf eine Steuervorrichtung zur Steuerung mindestens einer der drei Größen Bremskraft, Motorleistung und Verschiebeposition des Fahrzeugs zumindest als Reaktion auf die Zustandsgröße, die durch Fahrzeugzustandsmeßeinrichtung ermittelt wurde. Die Steuervorrichtung ist so gestaltet, um mindestens eine der drei Größen Bremskraft, Motorleistung und Verschiebeposition des Fahrzeugs zu steuern, wenn der durch die Haftungsfaktorschätzvorrichtung erhaltene Haftungsfaktor kleiner wird als ein vordefinierter Wert, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu verringern.
In der Vorrichtung zur Steuerung der Fahrzeugbewegung kann die Steuervorrichtung angepaßt werden, um die Bremskraft zu steuern, die auf mindestens ein Fahrzeugrad ausgeübt wird, wenn der durch die Haftungsfaktorschätzvorrichtung erhaltene Haftungsfaktor während einer Bremsbetätigung des Fahrzeugführers kleiner wird als der vorbestimmte Wert, um eine vordefinierte Bremskraft ohne Rücksicht auf die Bremsbetätigung des Fahrzeugführers zu überschreiten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben dargelegte Aufgabe und die folgende Beschreibung werden leichter ersichtlich mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen:
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Rückstellmoment und der Seitenkraft darstellt, wenn ein Reifen in eine laterale Richtung rutschend vorwärts bewegt wird.
3 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den in 2 gezeigten Größen Rückstellmoment und Seitenkraft vereinfachend darstellt.
4 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Rückstellmoment und Seitenkraft gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Rückstellmoment und Seitenkraft zum Schräglaufwinkel gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Rückstellmoment und Schräglaufwinkel gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Rückstellmoment und Schräglaufwinkel gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Rückstellmoment und Schräglaufwinkel gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Rückstellmoment und Schräglaufwinkel gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung der Fahrzeugbewegung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Vorrichtung zur Steuerung der Fahrzeugbewegung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
13 zeigt ein Blockschaltbild, das eine hydraulische Bremsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
14 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Warnroutine über die Verringerung des Haftungsfaktors an den Fahrzeugführer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
15 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine für die Bereitstellung einer Bremskraftsteuerung oder dergleichen zusätzlich zu einer Warnung darstellt, wenn ein Haftungsfaktor verringert wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Unterroutine für die in 15 gezeigte Bremskraftsteuerung darstellt.
17 zeigt ein Blockschaltbild, das eine Bremskraftsteuerung basierend auf einem Haftungsfaktor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
18 ist ein Diagramm, das eine Kennlinie für eine gewünschte Vergrößerung der Bremskraft bei einer Bremsbetätigung eines Fahrzeugführers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
19 ist ein Diagramm, das eine Kennlinie für eine gewünschte Vergrößerung der Bremskraft in Abhängigkeit von einem Haftungsfaktor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
20 ist ein Diagramm, das eine Kennlinie für eine gewünschte Vergrößerung der Bremskraft in Abhängigkeit von einem Straßenreibungskoeffizienten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
21 ist ein Diagramm, das eine Kennlinie für eine gewünschte Vergrößerung der Bremskraft in Abhängigkeit von einer Radlast gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
22 ist ein Diagramm, das eine Kennlinie für eine gewünschte Vergrößerung der Bremskraft in Abhängigkeit von einer Lenkbetätigungsgeschwindigkeit des Fahrzeugführers und einem Haftungsfaktor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
23 ist ein Ablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel der Routine für die Bereitstellung einer Bremskraftsteuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
24 ist ein Diagramm, das eine Kennlinie der Reibungskomponente des Lenksystems für die Verwendung zur Korrektur des zu bestimmenden Rückstellmoments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
25 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Rückstellmoment und dem Schräglaufwinkel gemäß einer wieteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
26 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem auf dem Reifennachlauf basierenden Haftungsfaktor ε und einem auf der Begrenzung der Seitenkraft für die Straßenreibung basierenden Haftungsfaktor ε_m zeigt.
27 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeug rades gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
28 ist ein Diagramm, das eine Änderung des effektiven Gegendrehmoments zeigt, das durch eine Gegendrehmomentabschätzvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermittelt wurde.
29 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem effektiven Gegendrehmoment und dem Schräglaufwinkel zeigt, wenn ein Fahrzeug auf einer ebenen, geraden Straße und auf einer überhöhten Straße fährt, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
30A ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem effektiven Gegendrehmoment und dem Schräglaufwinkel zeigt, wobei das Lenkrad in eine Richtung zur Vergrößerung des Lenkwinkels gedreht wurde, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
30B ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, kurz nachdem das Lenkrad in Richtung seiner ursprünglichen Position gedreht worden ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
31A ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem abgeschätzten Rückstellmoment und dem korrigierten, effektiven Gegendrehmoment gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
31B zeigt ein Diagramm, das ein Konzept einer subtrahierenden Berechnung der Hysterese gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt.
32A zeigt ein Diagramm bezüglich eines Bürstenmodells, das eine Beziehung zwischen Seitenkraft und Seitendrift gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
32B zeigt ein Diagramm bezüglich eines Bürstenmodells, das eine Beziehung zwischen Rückstellmoment und Seitendrift gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
33 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Haftungsfaktor und Rückstellmoment/lineares Modell gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
34A ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem effektiven Gegendrehmoment und dem Schräglaufwinkel auf einer ebenen, geraden Straße mit hohem μ und auf einer überhöhten Straße gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
34B ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem abgeschätzten Rückstellmoment und dem Schräglaufwinkel auf einer ebenen, geraden Straße mit hohem μ und auf einer überhöhten Straße gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
35A ist ein Diagramm, das Änderungen des Reibungsdrehmoments, des effektiven Gegendrehmoments, des Korrekturdrehmoments und des Lenkwinkels auf einer ebenen, geraden Straße mit hohem μ gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
35B ist ein Diagramm, das Änderungen des Reibungsdrehmoments, des effektiven Gegendrehmoments, des Korrekturdrehmoments und des Lenkwinkels auf einer überhöhten Straße gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
36A ist ein Diagramm, das Änderungen des Haftungsfaktors und des Lenkwinkels auf einer ebenen, geraden Straße mit hohem μ gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
36B ist ein Diagramm, das Änderungen des Haftungsfaktors und des Lenkwinkels auf einer überhöhten Straße gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
37A ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem effektiven Gegendrehmoment und dem Schräglaufwinkel bei der Fahrt mit einer Geschwindigkeit von 30 km/h auf Straßen mit hohem μ und niedrigem μ gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
37B ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem abgeschätzten Rückstellmoment und dem Schräglaufwinkel bei der Fahrt mit einer Geschwindigkeit von 30 km/h auf Straßen mit hohem μ und niedrigem μ gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
38A zeigt ein Diagramm, das die Ergebnisse für das effektive Gegendrehmoment, das Reibungsdrehmoment, das Korrekturdrehmoment und den Lenkwinkel auf einer Straße mit hohem μ, im Experiment wie in den 37A und 37B gezeigt, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
38B zeigt ein Diagramm, das die Ergebnisse für das effektive Gegendrehmoment, das Reibungsdrehmoment, das Korrekturdrehmoment und den Lenkwinkel auf einer Straße mit niedrigem μ, im Experiment wie in den 37A und 37B gezeigt, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
39A ist ein Diagramm, das Änderungen des Haftungsfaktors und des Lenkwinkels auf Straße mit hohem μ gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
39B ist ein Diagramm, das Änderungen des Haftungsfaktors und des Lenkwinkels auf Straße mit geringem μ gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
40 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
41 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem effektiven Gegendrehmoment und dem Schräglaufwinkel auf einer ebenen, geraden Straße und auf einer überhöhten Straße gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
42A ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem effektiven Gegendrehmoment und dem Schräglaufwinkel auf einer ebenen, geraden Straße mit hohem μ und auf einer überhöhten Straße gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
42B ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem abgeschätzten Rückstellmoment und dem Schräglaufwinkel auf einer ebenen, geraden Straße mit hohem μ und auf einer überhöhten Straße gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
43 ist ein Diagramm, das Änderungen des Haftungsfaktors und des Lenkwinkels auf einer überhöhten Straße gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezug nehmend auf 1 wird eine Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. 1 stellt ein Blockschaltbild der Haftungsfaktorschätzvorrichtung dar zur Abschätzung Haftungsfaktors auf der Grundlage der Seitenkraft und des Rückstellmoments. Zu Beginn ein Bei spiel für die Abschätzung des Haftungsfaktors unter Bezugnahme auf 2–4.
Wie bisher bezüglich 2 und 3 erklärt, wird die Kennlinie aus Rückstellmoment und Seitenkraft des Vorderrades derart gestaltet sein, wie durch Tsaa in 4 angezeigt. In diesem Fall ist, wenn das effektive Rückstellmoment durch Tsaa und die Seitenkraft des Vorderrads durch Fyf bezeichnet wird, das effektive Rückstellmoment Tsaa gegeben durch Tsaa = Fyf·(e_n + e_c), wobei eine nichtlineare Kennlinie aus effektivem Rückstellmoment Tsaa und vorderer Seitenkraft Fyf auf eine lineare Änderung des Reifennachlaufs e_n hinweist. Daher wird ein Gradient K1 aus effektivem Rückstellmoment Tsaa und vorderer Seitenkraft Fyf in der Nähe des Nullpunkt-Ursprungs (O) festgelegt, um eine Kennlinie zu erhalten wie sie durch die Kennlinie des Rückstellmoments im Zustand des vollständigen Griffs des Reifens angezeigt wird, d. h. des Referenzrückstellmoments Tsao. In Bezug auf den Gradienten K1 kann ein vorbestimmter Wert angewendet werden, der durch ein Experiment als Startwert erhalten wird, wobei festgelegt wird, daß er korrigiert werden kann während eines normalen Fahrbetriebs des Fahrzeugs, bei dem der Haftungsfaktor groß ist. Das effektive Rückstellmoment Tsaa kann in Übereinstimmung mit einer Berechnung erhalten werden, die nachfolgend im Detail beschrieben wird.
Danach wird der Haftungsfaktor in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen dem effektiven Rückstellmoment Tsaa und dem Referenzrückstellmoment Tsao bestimmt. Zum Beispiel kann auf der Basis des Wertes Tsao1 (= K1·Fyf1) des Referenzrückstellmoments Tsao und des Wertes Tsaa1 des effektiven Rückstellmoments Tsaa, welche erhalten werden, wenn die Seitenkraft des Vorderrades Fyf1 ist, der Haftungsfaktor ε durch ε = Tsaa1/Tsao1 bestimmt werden. Wie vorstehend beschrieben, kann der Radhaftungsfaktor durch die Änderung des Rückstellmoments (effektives Rückstellmoment Tsaa) in Abhängigkeit von der Seitenkraft (vordere Seitenkraft Fyf) gemäß der in 1 dargestellten Vorrichtung abgeschätzt werden, was praktisch angeordnet werden kann wie in 11 und 12 gezeigt. Bezugnehmend auf 1 werden am Anfang als eine Lenkfaktormeßeinrichtung zur Ermittlung mindestens eines Lenkfaktors, einschließlich eines Lenkdrehmoments und eines Lenkkraftaufwandes, die auf ein Lenksystem angewendet werden, das sich vom Lenkrad (nicht gezeigt) bis zur Radaufhängung (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs erstreckt, eine Lenkdrehmomentmeßeinheit M1 und eine Hilfsdrehmomentmeßeinheit M2 angeordnet. Basierend auf den Ergebnissen, die durch diese Einheiten M1 und M2 ermittelt wurden, wird durch die Gegendrehmomentabschätzeinheit M3 ein Gegendrehmoment abgeschätzt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 11 gezeigt, eine elektrische Servolenkvorrichtung EPS angeordnet. Entsprechend der elektrischen Lenkvorrichtung EPS der vorliegenden Ausführungsform wird ein Lenkdrehmoment Tstr, das auf eine Lenkwelle 2 mit einem durch einen Fahrzeugführer bedienten Lenkrad 1 ausgeübt wird, durch einen Lenkdrehmomentsensor TS ermittelt und ein elektrischer Motor 3 wird als Reaktion auf das ermittelte Lenkdrehmoment Tstr gesteuert, um die Vorderräder FL und FR über ein drehzahlreduzierendes Zahnrad 4 und über Zahnstange und Ritzel 5 zu steuern, so daß die Lenkbetätigung des Fahrzeugführers unterstützt wird. Der Lenkwinkel wird, wie in 11 gezeigt, durch einen Lenkwinkelsensor SS festgestellt, der als eine Lenkwinkelmeßeinheit M4 dient. Danach wird ein Lenkreibungsdrehmoment durch eine Reibungsdrehmomentabschätzeinheit M5 abgeschätzt, die später im Detail beschrieben wird.
Auf der Basis der Ergebnisse der Gegendrehmomentabschätzeinheit M3 und der Reibungsdrehmomentabschätzeinheit M5 wird deshalb das effektive, auf die Vorderräder FL, FR ausgeübte Rückstellmoment durch eine Rückstellmomentschätzeinheit M6 abgeschätzt. Mit Bezug auf die Fahrzeugzustandsmeßeinrichtung für die Ermittlung einer Zustandsgröße des Fahrzeugs werden in der vorliegenden Ausführungsform eine Seitenbeschleunigungsmeßeinheit M7 und eine Giermaßmeßeinheit M8 angeordnet. Anhand der Signale, die durch die Einheiten M7 und M8 bestimmt wurden, wird mindestens einer der Radfaktoren, welche die auf die Vorderräder FL und FR angewendeten Größen Seitenkraft und Schräglaufwinkel umfassen, d. h. die in 4 gezeigte vordere Seitenkraft Fyf, durch eine Seitenkraftabschätzeinheit M9 abgeschätzt, die als Radfaktorschätzvorrichtung dient. Die vordere Seitenkraft Fyf kann anhand der Ergebnisse, die durch die Seitenbeschleunigungsmeßeinheit M7 und die Giermaßmeßeinheit M8 ermittelt wurden, in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung bestimmt werden:
wobei „Lr" ein Abstand von der Schwerpunktlage zur hinteren Achse ist, „m" die Fahrzeugmasse ist, „L" der Achsabstand ist, „Iz" das Gierträgheitsmoment ist und dy/dt ein abgeleiteter Wert des Giermaßes ist.
Weiterhin wird ein Referenzrückstellmoment durch eine Referenzrückstellmomenteinstelleinheit M11 festgelegt anhand der beiden Größen effektives Rückstellmoment Tsaa, das abgeschätzt wird durch die Rückstellmomentschätzeinheit M6, und vordere Seitenkraft Fyf, die durch die Seitenkraftabschätzeinheit M9 abgeschätzt wird. Zum Beispiel wird ein Gradient des Rückstellmoments in der Umgebung des Ursprungs (abgekürzt als Ursprungsgradient) durch eine Rückstellmomentgradientenschätzeinheit M10 erhalten. Basierend auf dem Ursprungsgradienten und der vorderen Seitenkraft wird das Referenzrückstellmoment durch die Referenzrückstellmomenteinstelleinheit M11 festgelegt. Danach wird auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses zwischen dem durch die Referenzrückstellmomenteinstelleinheit M11 festgesetzten Referenzrückstellmoment und dem durch die Rückstellmomentschätzeinheit M6 abgeschätzten Rückstellmoment der Haftungsfaktor ε für das Vorderrad oder die Vorderräder durch die Haftungsfaktorschätzeinheit M12 abgeschätzt. Wie in 1 gezeigt, kann auf der Basis des durch die Rückstellmomentschätzein heit M6 abgeschätzten effektiven Rückstellmoments Tsaa und der durch die Seitenkraftabschätzeinheit M9 abgeschätzten vorderen Seitenkraft Fyf der Gradient K1 des effektiven Rückstellmoments Tsaa in der Nähe des Ursprungs (0) in 4 erhalten werden. Anhand des Gradienten K1 und der vorderen Seitenkraft Fyf kann das Referenzrückstellmoment Tsao durch Tsao = K1·Fyf angegeben und mit dem effektiven Rückstellmoment Tsaa verglichen werden. Danach kann basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs der Haftungsfaktor ε durch ε = Tsaa/Tsao erhalten werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die vorliegende Ausführungsform mit einer elektrischen Lenkvorrichtung EPS ausgestattet, und ein elektrischer Strom zur Steuerung der Vorrichtung EPS ist proportional zum Hilfsdrehmoment. Daher kann das Gegendrehmoment leicht auf der Basis des Hilfsdrehmoments und des durch die Lenkdrehmomentmeßeinheit M1 ermittelten Ergebnisses bestimmt werden, was nachstehend im Detail dargelegt wird. Weiterhin ist ein durch Reibung verursachtes Drehmoment im Lenksystem auszugleichen. In Übereinstimmung mit der Reibungsdrehmomentabschätzeinheit M5 wird daher eine Differenz berechnet zwischen dem maximalen Gegenmoment, das erhalten wird, wenn das Lenkrad zur Vergrößerung des Lenkwinkels gedreht wird, und dem Gegendrehmoment, das vorliegt, wenn das Lenkrad in seine Ursprungslage zurückgedreht wird, um somit das Reibungsdrehmoment zu ermitteln, das nach und nach korrigiert wird. Folglich kann das Rückstellmoment (effektives Rückstellmoment Tsaa) passend abgeschätzt werden. Hinsichtlich der Ermittlung des Rückstellmoments ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Vorrichtung beschränkt. Zum Beispiel kann das Rückstellmoment direkt durch Signale gemessen werden, die durch eine an der Lenksäule angeordnete Zugmeßeinrichtung (nicht gezeigt) oder einen an einem Radaufhängungsträger angeordneten Dehnungsmeßstreifen (nicht gezeigt) ermittelt werden.
Als Nächstes wird unter Hinweis auf 5 bis 10 eine andere Ausführungsform der Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt. 5 zeigt ein Blockschaltbild der Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades, das angepaßt wurde, um den Haftungsfaktor auf der Basis des Schräglaufwinkels und des Rückstellmoments zu bestimmen, wobei die Blöcke M1–M6 die gleichen sind wie die in 1 gezeigten, so daß das Gegenmoment und das Reibungsmoment im Lenksystem berechnet werden, um das Rückstellmoment abzuschätzen. Wohingegen der Schräglaufwinkel mit Hilfe des Lenkwinkels, des Giermaßes, der Seitenbeschleunigung und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet werden kann. Daher werden die durch die Lenkwinkelmeßeinheit M4, die Seitenbeschleunigungsmeßeinheit M7 und die Giermaßmeßeinheit M8 ermittelten Signale einer Schräglaufwinkelschätzeinheit M9y zugeführt, zusammen mit einem Signal, das durch eine Fahrzeuggeschwindigkeitsschätzeinheit M9x ermittelt wurde. Entsprechend der Schräglaufwinkelschätzeinheit M9y wird zu Beginn eine Fahrzeugschräglaufwinkelgeschwindigkeit dß/dt anhand des Giermaßes, der Seitenbeschleunigung und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet und danach integriert, um einen Fahrzeugschräglaufwinkel β zu erhalten. Der Schräglaufwinkel of wird berechnet auf der Basis des Fahrzeugschräglaufwinkels β zusammen mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Lenkwinkel und den Fahrzeugdaten. Der Fahrzeugschräglaufwinkel β kann wie vorstehend beschrieben durch Abschätzung erhalten werden, indem ein Fahrzeugmodell verwendet wird oder eine Kombination aus Abschätzung und Integration.
Basierend auf dem Rückstellmoment und dem Schräglaufwinkel of wird der Gradient des Rückstellmoments in der Nähe des Ursprungs festgestellt durch die Rückstellmomentgradientenschätzeinheit M10, und danach wird anhand des Gradienten und des Schräglaufwinkels das Referenzrückstellmoment durch die Referenzrückstellmomenteinstelleinheit M11 festgelegt. Weiter wird auf der Basis eines Vergleichsergebnisses zwischen dem durch die Referenzrückstellmomenteinstelleinheit M11 festgelegten Referenzrückstellmoment und dem durch die Rückstellmomentschätzeinheit M6 abgeschätzten Rückstellmoment der Haftungsfaktor ε für das Vorderrad (die Vorderräder) durch die Haftungsfaktorschätzeinheit M12 abgeschätzt.
Bezugnehmend auf 6–10 wird als nächstes die Abschätzung des Haftungsfaktors ε gemäß der in 5 gezeigten Ausführungsform erklärt. Die Abhängigkeit der Seitenkraft Fyf und des Rückstellmoments Tsa vom Radschräglaufwinkel, insbesondere dem Schräglaufwinkel of des Vorderrades, wird in 6 gezeigt, wobei hier jeweils nichtlineare Kennlinien vorliegen. Da das Rückstellmoment Tsa ein Produkt ist aus der vorderen Seitenkraft Fyf und dem Weg e (= e_n + e_c), zeigt die Kennlinie des Rückstellmoments, die für den Fall des im haftenden Zustand befindlichen Rades (Vorderrad) erhalten wurde, d. h. der Reifennachlauf e_n ist im vollständig haftenden Zustand, eine nichtlineare Charakteristik an wie durch „Tsar" in 7 gezeigt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch die Kennlinie des Rückstellmoments bei vollständig haftendem Zustand als linear angenommen, wobei ein Gradient K2 aus dem Rückstellmoment Tsa und dem Schräglaufwinkel in der Nähe des Ursprungs erhalten wird, um ein Referenzrückstellmoment (angezeigt durch „Tsas" in 8) festzulegen. Wenn der Schräglaufwinkel αf1 ist, kann zum Beispiel das Referenzrückstellmoment durch Tsas1 = K2·αf1 ermittelt werden. Und der Haftungsfaktor ε wird in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung bestimmt:
Da die Kennlinie des Rückstellmoments als linear angenommen werden muß, wenn das Referenzrückstellmoment in 8 eingestellt wurde, wird ein Fehler, der beim Abschätzen des Haftungsfaktors verursacht wird, in solch einem Bereich so groß, daß die Genauigkeit bei der Schätzung des Haftungsfaktors verringert werden könnte. In diesem Fall kann daher der Gradient des Rückstellmoments auf „K3" eingestellt werden, wenn der Schräglaufwinkel einen vorbestimmten Schräglaufwinkel überschreitet, und die Nichtlinearität des Referenzrückstellmoments kann, wie in 9 gezeigt, mit einer geraden Linie „OMN" angenähert werden. In diesem Fall kann der Gradient des Rückstellmoments K3 im Voraus durch ein Experiment erhalten, ermittelt und korrigiert werden während das Fahrzeug sich bewegt. In 9 kann der Punkt (M) auf der Grundlage des Wendepunkts (P) des effektiven Rückstellmoments festgelegt werden. Zum Beispiel kann, nachdem der Wendepunkt (P) erhalten wurde, der Punkt (M) durch den Schräglaufwinkel am als vorbestimmter Wert festgelegt werden, der größer ist als der Schräglaufwinkel αp, in Übereinstimmung mit dem Wendepunkt (P).
Weiterhin kann, da das Verhältnis Referenzrückstellmoment zu Schräglaufwinkel durch den Straßenreibungskoeffizienten μ beeinflußt wird, die Kennlinie für das Referenzrückstellmoment mit hoher Genauigkeit festgelegt werden durch die Einstellung des Referenzrückstellmomentes anhand des Wendepunktes (P) des effektiven Rückstellmoments Tsaa, wie in 10 gezeigt. Zum Beispiel wird, wenn der Straßenreibungskoeffizient μ verringert wird, die Kennlinie des effektiven Rückstellmoments Tsaa, wie in 10 gezeigt, von einer durchgezogenen Linie zu einer gestrichelten Linie verändert. Mit anderen Worten wechselt, wenn der Straßenreibungskoeffizient μ verringert wird, der Wendepunkt des effektiven Rückstellmoments Tsaa vom Punkt (P) zum Punkt (P'). Daher ist es notwendig, daß die Kennlinie für das Referenzrückstellmoment (Tsat) verändert wird von „OMN" zu „OM'N'". In diesem Fall wird der Punkt (M') anhand des Wendepunkts (P') festgelegt, selbst wenn der Straßenreibungskoeffizient μ verändert wird, wobei die Kennlinie für das Referenzrückstellmoment in Übereinstimmung mit der Veränderung des Straßenreibungskoeffizienten μ eingestellt werden kann.
11 stellt eine Ausführungsform der Fahrzeugbewegungssteuervorrichtung dar, die versehen ist mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades und der elektrischen Lenkvorrichtung EPS. Die elektrische Servolenkvorrichtung EPS ist schon auf dem Markt, wobei das Lenkdrehmoment Tstr, das auf eine Lenkwelle 2 mit einem durch einen Fahrzeugführer bedienten Lenkrad 1 ausgeübt wird, durch einen Lenkdrehmomentsensor TS ermittelt wird und der EPS-Motor (elektrischer Motor) 3 als Reaktion auf das ermittelte Lenkdrehmoment Tstr gesteuert wird, um die Vorderräder FL und FR über ein drehzahlreduzierendes Zahnrad 4 und über Zahnstange und Ritzel 5 zu steuern, so daß die Lenkbetätigung des Fahrzeugführers unterstützt wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Motor EG ein Verbrennungsmotor, der mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung FI und einer Drosselklappenverstellvorrichtung TH versehen ist, die so ausgebildet ist, um eine Hauptdrosselöffnung einer Hauptdrosselklappe MT zu steuern als Reaktion auf die Betätigung eines Gaspedals 6. Die Drosselklappenverstellvorrichtung TH weist eine Nebendrosselklappe ST auf, die angesteuert wird als Reaktion auf ein Ausgangssignal einer elektronischen Steuereinrichtung ECU, um eine Nebendrosselöffnung zu steuern. Ebenso wird die Kraftstoffeinspritzvorrichtung FI als Antwort auf ein Ausgangssignal der elektronischen Steuereinrichtung ECU betätigt, um den in den Motor EG eingespritzten Kraftstoff zu steuern. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Motor EG wirksam mit den Hinterrädern RL, RR verbunden durch ein Übersetzungsgetriebe GS und ein Differentialgetriebe DF, um eine sogenannte Heckantriebsanordnung zu schaffen, wobei jedoch die vorliegende Ausführungsform nicht auf die Heckantriebsanordnung beschränkt ist.
Weiterhin sind in Bezug auf ein Bremssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform Radbremszylinder Wfl, Wfr, Wrl, Wrr wirksam mit den Rädern FL, FR, RL bzw. RR des Fahrzeugs verbunden, wobei die Radbremszylinder über Flüssigkeit mit einer hydraulischen Bremsdruckregelungsvorrichtung BC verbunden ist, die später unter Bezug auf 13 beschrieben wird. Das Rad FL bezeichnet, von der Position des Fahrer sitzes aus gesehen, das Rad an der vorderen linken Seite, das Rad FR bezeichnet das Rad an der vorderen rechten Seite, das Rad RL bezeichnet das Rad an der hinteren linken Seite und das Rad RR bezeichnet das Rad an der hinteren rechten Seite.
Wie in 11 gezeigt, sind an den Rädern FL, FR, RL bzw. RR Radgeschwindigkeitssensoren WS1 bis WS4 angeordnet, die mit der elektronischen Steuereinrichtung ECU verbunden sind, wobei die Signale Impulse geben, die proportional zur Drehgeschwindigkeit jedes Rads sind, d. h. ein Radgeschwindigkeitssignal wird der elektronischen Steuereinrichtung ECU zugeführt. Weiterhin werden bereitgestellt ein Stop-Schalter ST, der einschaltet, wenn das Bremspedal BP niedergedrückt wird und ausschaltet, wenn das Bremspedal BP losgelassen wird, ein Lenkwinkelsensor SS zur Ermittlung eines Lenkwinkels θh der Vorderräder FL und FR, ein Längsbeschleunigungssensor XG zur Ermittlung einer Fahrzeuglängsbeschleunigung Gx, ein Seitenbeschleunigungssensor YG zur Ermittlung einer Fahrzeugseitenbeschleunigung Gy, ein Giermaßsensor YS zur Bestimmung eines Giermaßes γ des Fahrzeugs, Lenkdrehmomentsensor TS, Drehwinkelsensor RS zur Ermittlung eines Drehwinkels des EPS-Motors 3 usw.. Diese Bauteile sind elektrisch verbunden mit der elektronischen Steuereinrichtung ECU. 12 zeigt eine Gesamtanordnung der vorliegenden Erfindung, wobei das Lenksteuersystem (EPS), das Bremssteuersystem (ABS, TRC, VSC), das Drosselsteuersystem (SLT), das Schaltsteuersystem (ATM) und das Warnsystem miteinander verbunden sind durch den Kommunikationsbus, so daß jedes System jede Information gewöhnlich halten kann. Das Lenksteuersystem umfaßt eine Lenksteuereinheit ECU1, die eine CPU, ein ROM und ein RAM für die elektrische Servolenkvorrichtung EPS aufweist, die mit dem Lenkdrehmomentsensor TS und dem Drehwinkelsensor RS und weiterhin über eine Motorantriebsschaltung mit dem EPS-Motor 3 verbunden sind. Das Bremssteuersystem ist ausgebildet, um die Antiblockiersteuerung (ABS), die Antriebssteuerung (TRC) und die Fahrzeugstabilitätssteuerung (VSC) auszuführen und umfaßt eine Bremssteuerungseinheit ECU2, die eine CPU, ein ROM und ein RAM für die Bremssteuerung aufweist, die mit den Radgeschwindigkeitssensoren WS, dem hydraulischen Drucksensor PS, dem Stop-Schalter ST, dem Giermaßsensor YS, dem Längsbeschleunigungssensor XG, dem Seitenbeschleunigungssensor YG und dem Lenkwinkelsensor SS verbunden sind, und weiterhin über eine Magnetspulensteuereinheit AC2 mit Magnetventilen SL verbunden sind.
Die Warnvorrichtung ist ausgebildet, um ein Warnsignal abzugeben, wenn der abgeschätzte Haftungsfaktor kleiner ist als ein vorbestimmter Wert und umfaßt eine Warnsteuerungseinheit ECU3, die eine CPU, ein ROM und ein RAM für die Warnsteuerung aufweist, die mit einer Warnvorrichtung AC3 zur Bereitstellung der Warninformation über eine Anzeige, ein Audiosystem oder dergleichen verbunden sind. Das Drosselsteuersystem (SLT) und umfaßt eine Drosselsteuerungseinheit ECU4, die eine CPU, ein ROM und ein RAM für die Drosselklappensteuerung aufweist, die mit einer Warnvorrichtung AC4 verbunden ist. Ebenso umfaßt das Schaltsteuersystem eine Schaltsteuereinheit ECU5, die eine CPU, ein ROM und ein RAM für die Schaltsteuerung des Automatikgetriebes (ATM) aufweist, an die ein Schaltsteuerstellglied AC5 angeschlossen ist. Diese Steuereinheiten ECU1–ECU5 sind mit dem Kommunikationsbus durch eine Kommunikationseinheit verbunden, die mit CPU, ROM bzw. RAM zur Kommunikation ausgestattet ist. Dementsprechend kann die für jedes Steuersystem erforderliche Information durch andere Steuersysteme übertragen werden.
13 zeigt ein Beispiel einer hydraulischen Bremsdruckregelungsvorrichtung BC gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die als elektrische Bremse bezeichnet wird, die praktisch im Dokument JP-2000-62597 beschrieben wird und deren Arbeitsweise im Folgenden kurz beschrieben wird. Im normalen Betrieb sind die Druckkreisläufe zum Verbinden eines Hauptzylinders MC mit den Radbremszylindern Wfl, Wfr, Wrl und Wrr unterbrochen. Die Notwendigkeit zum Bremsen des Fahrzeugs durch den Fahrer wird ermittelt durch die Bremsbetragsmeßeinheit, die einen Bremspedalhubsensor SR, einen Niederdrückkraftsensor und einen Hauptzylinderdrucksensor oder dergleichen aufweist. Auf der Basis des ermittelten Bremsbetrags wird eine Sollbremskraft für jedes Rad bestimmt, so daß der Bremsdruck für jedes Rad durch lineare Magnetventile SL1–SL8 gesteuert wird. Im Bremsbetrieb werden die Magnetventile vom Ein/Aus-Typ SLa, SLb und SLc betätigt, so daß das Magnetventil SLa in seine Öffnen-Stellung gebracht wird und die Magnetventile SLb und SLc in ihre Schließen-Stellung gebracht werden. Folglich wird der Hauptzylinder MC von den Radbremszylindern Wfl, Wfr, Wrr abgetrennt und steht in Verbindung mit einem Hubsimulator SM über das Magnetventil SLa. Der Bremsdruck jedes Rades wird erzeugt mit dem hydraulischen Druck, der durch den Hochdruckspeicher ACC zugeführt wird und gesteuert durch das lineare Magnetventil (z.B. SL1), das sich auf der Speicherseite an jedem Rad befindet, und durch das lineare Magnetventil (z.B. SL2), das sich auf der Vorratsbehälterseite an jedem Rad befindet, so daß die Bremskraft unabhängig von jedem Rad gesteuert wird. Der in 13 gezeigte hydraulische Druckkreislauf ist lediglich ein Beispiel, so daß die Erfindung nicht darauf begrenzt ist, sondern jeder Kreislauf mit einer automatischen Überdruckquelle verwendet werden kann.
In Übereinstimmung mit der Fahrzeugbewegungssteuervorrichtung, die die vorstehend dargestellte Vorrichtung zur Schätzung der Radhaftung aufweist, werden verschiedene Steuerungen wie folgt durchgeführt. 14 zeigt ein Ablaufdiagramm, das eine Warnroutine über die Verringerung des Haftungsfaktors an den Fahrzeugführer darstellt. Zu Beginn sorgt das Programm in Schritt 101 für die Initalisierung der Anordnung und die durch die verschiedenen Sensoren ermittelten Signale werden in Schritt 102 gelesen. Danach geht das Programm über zu Schritt 103, bei dem das effektive Rückstellmoment Tsaa abgeschätzt wird auf der Basis dieser Signale wie nachfolgend dargelegt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 11 gezeigt, eine elektrische Servolenkvorrichtung angeordnet, wobei das Lenkdrehmoment Tstr, das entsprechend des Lenkvorgangs auf die Lenksäule 2 angewendet wird, durch den Lenkdrehmomentsensor TS ermittelt wird, und der EPS-Motor 3 wird als Reaktion auf das ermittelte Lenkdrehmoment Tstr gesteuert, um die Lenkbetätigung des Fahrzeugführers zu unterstützen. In diesem Fall steht das auf den Reifen des Vorderrades ausgeübte Rückstellmoment im Gleichgewicht mit einem Drehmoment, das erhalten wird durch das Subtrahieren einer Reibungskomponente in der Lenkanordnung von der Summe aus dem Lenkdrehmoment entsprechend der Lenkbetätigung und dem Drehmomentabgabe der elektrischen Lenkvorrichtung. Deshalb kann das effektive Rückstellmoment Tsaa in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung ermittelt werden: Tsaa = Tstr + Teps – Tfrcwobei "Tstr" das Drehmoment ist, das auf die Lenksäule 2 entsprechend der Lenkbetätigung des Fahrers ist und durch den Lenkdrehmomentsensor TS ermittelt wird. „Teps" ist die Drehmomentabgabe der elektrischen Lenkvorrichtung. Diese kann abgeschätzt werden auf der Basis des Wertes des elektrischen Stroms für den Antrieb des Motors, da der Wert des elektrischen Stroms für den Antrieb des EPS-Motors 3 und das Ausgabedrehmoment des Motors in einem bestimmten Zusammenhang stehen, d. h. das vom Motor abgegebene Drehmoment ist annähernd proportional zur elektrischen Stromstärke des Motors. „Tfrc" ist die Reibungskomponente in der Lenkanordnung, d. h. der Bestandteil des Drehmoments, der von der in der Lenkanordnung verursachten Reibung herrührt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird daher die Reibungskomponente Tfrc von der Summe Tstr + Teps subtrahiert und, wie mit Bezug auf 24 erklärt wird, korrigiert, so daß das effektive Rückstellmoment Tsaa erhalten wird. Wenn sich das Fahrzeug entlang einer geraden Fahrbahn bewegt, ist das effektive Gegendrehmoment (Tstr + Teps) gleich Null.
Wenn der Fahrer mit dem Lenkvorgang anfängt und beginnt, das Lenkrad zu drehen, wird das effektive Gegendrehmoment erzeugt. Zunächst wird das Drehmoment für den Ausgleich der Coulombschen Reibung erzeugt, danach werden die Vorderräder FL und FR (Reifen) gedreht, so daß das Rückstellmoment entsteht. Daher ist in der Anfangsphase beim Wechsel vom Zustand, in dem sich das Fahrzeug entlang einer geraden Fahrbahn bewegt und zum Zustand, in dem der Lenkvorgang begonnen hat, das Rückstellmoment noch nicht erzeugt worden, wobei das Gegendrehmoment, wie durch O-A in 24 angezeigt, zugenommen hat. Im Ergebnis wird das abgeschätzte Rückstellmoment als das effektive Rückstellmoment Tsaa ausgegeben (dies ist in der Tat der abgeschätzte, mit einer Korrektur versehene Wert, das Wort „abgeschätzt" wird hierbei jedoch weggelassen) mit einem geringfügigen Gradienten zum effektiven Gegendrehmoment. Beim weiteren Drehen (oder Rotieren) des Lenkrades wird, wenn das effektive Gegendrehmoment den Reibungsdrehmomentbereich überschreitet, das effektive Rückstellmoment Tsaa entlang A-B in 24 ausgegeben. Wenn das Lenkrad in seine ursprüngliche Lage zurückgedreht wird, so daß das effektive Gegendrehmoment verringert wird, wird das effektive Rückstellmoment Tsaa entlang B-C in 24 ausgegeben mit einem geringfügigen Gradienten zum effektiven Gegendrehmoment. Und wenn das effektive Gegendrehmoment den Reibungsdrehmomentbereich überschreitet, wird das effektive Rückstellmoment Tsaa entlang C-D in 24 mit dem Weiterdrehen des Lenkrades auf die gleiche Weise ausgegeben.
Nochmals bezugnehmend auf 14 wird in Übereinstimmung mit der vorgenannten Verarbeitung das Referenzrückstellmoment (Tsao) in Schritt 104 berechnet und der Haftungsfaktor ε in Schritt 105 abgeschätzt. Danach fährt das Programm mit dem Schritt 106 fort, bei dem der Haftungsfaktor ε mit einem vorbestimmten Wert ε0 verglichen wird. Wenn der Haftungsfaktor ε sich als kleiner herausstellt als der vorbestimmte Wert ε0, macht das Programm weiter mit Schritt 107, bei dem diese Tatsache dem Fahrer über eine Anzeige oder über eine akustische Ausgabe mitgeteilt wird. Darüber hinaus kann es auch so eingerichtet werden, daß die Stimme ausgegeben wird, um den Arbeitsvorgang der Beschleunigung zu verringern oder den Bremsvorgang zu verstärken.
15 zeigt ein Flußdiagramm, das ein Verfahren zeigt, das eine Bremskraftsteuerung zur Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Drosselklappensteuerung und/oder der Schaltsteuerung aufweist, zusätzlich zu den in 14 gezeigten Schritten, wobei die Schritte 201–207 die gleichen sind wie die Schritte 101–107 in 14, so daß deren Erklärung weggelassen wird. Nachdem der Haftungsfaktor ε sich in Schritt 206 als kleiner herausstellt als der vorbestimmte Wert ε0, macht das Programm weiter mit Schritt 207, bei dem diese Tatsache dem Fahrer mitgeteilt wird, wobei weiter in Schritt 208 der Haftungsfaktor ε mit einem vorbestimmten Wert ε1 (< ε0) verglichen wird. Wenn der Haftungsfaktor ε sich in Schritt 208 als kleiner herausstellt als der vorbestimmte Wert ε1, macht das Programm weiter mit Schritt 209, bei dem mindestens eine der Steuerungen für die Bremskraft, die Drosselklappe und der Schaltung ausgeführt wird. Zum Beispiel wird entsprechend der Bremskraftsteuerung die Bremskraft auf mindestens eines der Räder ausgeübt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern, selbst dann, wenn der Fahrzeugführer nicht den Bremsvorgang auslöst. In Übereinstimmung mit der Drosselklappensteuerung wird die Drosselklappe gesteuert, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern. Und in Übereinstimmung mit der Schaltsteuerung wird die Schaltposition zu der Position geändert, die die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern, was zum Herunterschalten führt.
16 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel der Bremskraftsteuerung aus den vorstehend genannten Steuerungen darstellt. Zu Beginn wird in Schritt 301 der Haftungsfaktor ε gelesen und in Schritt 302 wird die Stärke der Bremsbetätigung des Fahrzeugführers, d. h. der ermittelte Wert des Hubsensors SR in 13, gelesen. Als nächstes wird in Schritt 303 der Straßenreibungskoeffizient μ abgeschätzt. Die auf dem Haftungsfaktor basierende Bremskraftsteuerung wird ausgelöst, wenn der Haftungsfaktor wie in der Steuerung in 15 auf ein bestimmtes Niveau verringert wird. Daher ist es möglich, den Straßenreibungskoeffizienten μ durch die Verwendung eines Wendepunktes des effektiven Rückstellmoments, d. h. des Punktes (P) in 9, abzuschätzen. Zum Beispiel auf der Basis mindestens einer der den Fahrzeugzustand kennzeichnenden Größen einschließlich des Rückstellmoments zur Schaffung des Wendepunktes des effektiven Rückstellmoments, des Schräglaufwinkels der Vorderrades/der Vorderräder, der Seitenkraft und der Seitenbeschleunigung. Als nächstes fährt das Programm mit dem Schritt 304 fort, bei dem eine vertikale Last auf jedes Rad (Radlast) berechnet wird basierend auf der Seitenbeschleunigung (der ermittelte Wert des Seitenbeschleunigungssensors YG) und der Längsbeschleunigung (der ermittelte Wert des Längsbeschleunigungssensors XG). Anhand der abgeschätzten und berechneten Ergebnisse, d. h. der Stärke der Bremsbetätigung durch den Fahrzeugführer, des Haftungsfaktors ε, des Straßenreibungskoeffizienten μ und der Radlast wird bei Schritt 305 eine gewünschte Vergrößerung der Bremskraft für jedes Rad bestimmt. Danach wird jedes Magnetventil SL in 13 bei Schritt 306 auf der Basis einer gewünschten Bremskraft (oder Soll-Bremskraft) gesteuert, ergänzt durch die gewünschte Vergrößerung der Bremskraft, um die folgende Bremssteuerung auszuführen.
17 zeigt ein Blockschaltdiagramm der auf dem Haftungsfaktor basierenden Bremskraftsteuerung, wobei der auf dem Haftungsfaktor basierende vergrößerte Betrag der Bremskraft auf der Grundlage des Maßes des Bremsvorgangs oder der gewünschten Bremskraft des Fahrzeugführers, des abgeschätzten Wertes des Haftungsfaktors ε, des abgeschätzten Wertes des Straßenreibungskoeffizienten, des abgeschätzten Wertes der Radlast, des Ergebnisses der Bestimmung des Fahrzeugverhaltens und der Lenkbetätigungsgeschwindigkeit des Fahrzeugführers festgelegt wird. Der Haftungsfaktor wird durch die Haftungsfaktorschätzeinheit M12 (wie in 1 gezeigt) abgeschätzt und der Straßenreibungskoeffizient wird durch die Reibungskoeffizientenschätzeinheit M13 anhand des Wendepunktes (Punkt (P)) in 9) des effektiven Rückstellmoments abgeschätzt. Die Radlast wird, wie zuvor (bei Schritt 304) beschrieben, abgeschätzt durch eine Radlastschätzeinheit M14 und das Fahrzeugverhalten wird abgeschätzt durch eine Fahrzeugverhaltenschätzeinheit M15, wie nachfolgend beschrieben. Die Lenkbetätigungsgeschwindigkeit des Fahrzeugführers wird durch eine Nachweiseinheit für die Lenkbetätigungsgeschwindigkeit M16 ermittelt. Zum Beispiel wird ein sich veränderndes Tempo des durch den Lenkwinkelsensor SS ermittelten Lenkwinkelsignals wie in 11 gezeigt berechnet. Das Maß der Bremsbetätigung durch den Fahrzeugführer wird durch eine Bremsvorgangsnachweiseinheit M17 festgestellt, z.B. durch einen Hubsensor SR in 13.
Weiterhin wird auf der Basis des Signals, das durch die Bremsvorgangsnachweiseinheit M17 festgestellt wurde, die gewünschte Bremskraft für den Fahrzeugführer durch eine Soll-Bremskrafteinstelleinheit M18 festgelegt. Basierend auf den Ergebnissen und Werten, die durch die Einheiten M12–M16 und M18 ermittelt bzw. eingestellt wurden, wird die erwünschte Erhöhung der Bremskraft durch eine Einheit für die Einstellung der erwünschte Bremskrafterhöhung M19 festgelegt. Danach wird bei einer Einheit für die Einstellung der erwünschten Bremskraft M20 ein erwünschter Wert (oder Soll-Wert) der Bremskraft für jedes Rad bestimmt, um die erwünschte Erhöhung der Bremskraft der erwünschten Bremskraft für den Fahrzeugführer, wie vorstehend beschrieben, hinzuzufügen. Die auf dem Haftungsfaktor beruhende Bremskraftsteuerung kann sogar durchgeführt werden, wenn der Fahrzeugführer keinen Bremsvorgang veranlaßt. Daher kann, selbst für den Fall, daß das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit in eine kurvenförmige Straße kommt, die den üblichen Grenzwert für einen Kurvenradius der Straße überschreitet, das Fahrzeug auf der kurvenförmigen Straße, den Kurvenradius beibehaltend gehalten werden durch die Steuerung der Brems kraft auf der Basis des Haftungsfaktors der Vorderrades/der Vorderräder.
Die erwünschte Erhöhung der Bremskraft zur Verwendung in der auf dem Haftungsfaktor basierenden Bremskraftsteuerung wird gemäß der folgenden Bedingung eingestellt. 18 zeigt ein Diagramm der erwünschten Erhöhung der Bremskraft in Abhängigkeit von der Stärke der Bremsbetätigung oder der erwünschten Bremskraft des Fahrzeugführers. Wenn der Fahrzeugführer die Bremsbetätigung über einen vorbestimmten Wert (Kd) hinaus erhöht, wird der Bremsbetrieb entsprechend der Erfordernisse für das Abbremsen des Fahrzeugs gestaltet, sonst wird der Haftungsfaktor durch den Bremsbetrieb verringert. Daher sollte, wenn die erwünschte Verstärkung des Bremsvorgangs oder die erwünschte Bremskraft des Fahrzeugführers gleich oder größer ist als der vorbestimmte Wert (Kd), die erwünschte Erhöhung der Bremskraft Null betragen. 19 zeigt ein Diagramm der erwünschten Vergrößerung der Bremskraft in Abhängigkeit vom Haftungsfaktor ε, wobei die gewünschte Vergrößerung der Bremskraft mit sinkendem Haftungsfaktor ε zunimmt. In diesem Fall wird, wenn der Haftungsfaktor ε zu stark abnimmt, die Zunahme der Bremskraft eine weitere Abnahme des Haftungsfaktors ε verursachen. Daher sollte die erwünschte Vergrößerung der Bremskraft begrenzt werden, wenn der Haftungsfaktor ε geringer als ein vorbestimmter Haftungsfaktor ε2 ist. Zudem sollte ein Schwellwert für den Haftungsfaktor ε zur Bestimmung des Beginns der Bremskraftsteuerung höher sein, wenn der Straßenreibungskoeffizient μ relativ klein ist, wie durch eine durchgezogene Linie in 19 gezeigt, und dann gibt es einen Schwellwert, der vorliegt, wenn der Straßenreibungskoeffizient μ relativ groß ist, wie in 19 durch eine gestrichelte Linie gezeigt, so daß die Bremskraftsteuerung von dem Zustand mit dem höheren Haftungsfaktor ε beginnen sollte. Außerdem ist es wünschenswert, daß wenn der Straßenreibungskoeffizient μ relativ klein ist, das sich verändernde Tempo der erwünschten Zunahme der Bremskraft in Abhängigkeit vom Haftungsfaktor ε relativ klein sein sollte, um das Fahrzeugverhalten allmählich zu verändern.
20 zeigt ein Diagramm der erwünschten Vergrößerung der Bremskraft in Abhängigkeit vom Straßenreibungskoeffizienten μ und 21 zeigt ein Diagramm der erwünschten Vergrößerung der Bremskraft in Abhängigkeit von der Radlast. Wie aus 20 und 21 ersichtlich, sollte die erwünschte Vergrößerung der Bremskraft um so höher eingestellt werden, je größer der Straßenreibungskoeffizient μ oder die Radlast ist. Somit hängt die Kennlinie der Bremskraft des Rades von der Radlast und dem Straßenreibungskoeffizienten μ ab. In diesem Fall wurde ein oberer Grenzwert für die erwünschte Vergrößerung der Bremskraft festgelegt, um die Bremskraftsteuerung innerhalb eines vorbestimmten Bereiches des Haftbereiches zu halten, ohne den Schlupfbereich, wie in 2 gezeigt, übermäßig zu vergrößern. Weiterhin zeigt 22 ein Diagramm der erwünschten Vergrößerung der Bremskraft in Abhängigkeit von der Lenkbetätigungsgeschwindigkeit des Fahrzeugführers und dem Haftungsfaktor. Wie vorstehend beschrieben, wird die Lenkbetätigungsgeschwindigkeit des Fahrzeugführers ermittelt durch die Berechnung des sich verändernden Tempos der Lenkwinkelsignale, die durch den Lenkwinkelsensor SS nachgewiesen werden. In dem Falle, bei dem die Lenkbetätigungsgeschwindigkeit hoch ist, wird vorausgesagt, daß eine Gefahr vorliegen sollte, wie z.B. die Gegenwart von Hindernissen vor dem Fahrzeug. In diesem Fall wird die erwünschte Vergrößerung der Bremskraft so festgelegt, daß die Bremskraftsteuerung von dem Zustand mit dem höheren Haftungsfaktor ε beginnen soll, mit einem relativ großen Wert der erwünschten Vergrößerung der Bremskraft, um die Fahrzeuggeschwindigkeit hinreichend zu verringern.
Was gewöhnliche Fahrzeuge betrifft, werden diese so entworfen, daß eine Charakteristik mit einer leichten Untersteuerung geschaffen wird, so daß die Vorderräder dazu neigen, zuerst ihren Grenzwert zu erreichen. Daher wird es, wenn die Bremskraftsteuerung eingerichtet werden soll, bevorzugt, daß die Bremskraftsteuerung mindestens für ein Rad geschaffen wird, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern mit einer auf das Rad angewendeten Gesamtseitenkraft zur Aufrechterhaltung eines Gierdrehmomentes, das in das Innere der Kurvenkrümmung wirkt, und einem Kurvenradius. Als ein Beispiel für die Bremskraftsteuerung kann das in Übereinstimmung mit dem Haftungsfaktor zu bremsende Rad der Reihe nach ausgewählt werden, beginnend mit dem im Kurveninneren liegenden Hinterrad, dann das auf der Außenseite liegende Hinterrad und das auf der Außenseite liegende Vorderrad, wobei diese der Reihe nach gebremst werden. Oder alle Hinterräder, die im Kurveninneren und Kurvenäußeren liegen und das sich auf der Außenseite der Kurve befindende Vorderrad können gleichzeitig gesteuert werden. Wenn die Straßenoberfläche einen relativ hohen Reibungskoeffizienten aufweist, darf die Bremskraftsteuerung nur auf die Hinterräder ausgeübt werden, da das Fahrzeug dabei wirksam abgebremst werden kann, um die Fahrzeuggeschwindigkeit hinreichend zu verringern. Im Gegensatz dazu wird es bevorzugt, wenn die Straßenoberfläche einen äußerst kleinen Reibungskoeffizienten aufweist, daß die Bremskraftsteuerung nicht auf die Hinterräder ausgeübt werden soll, d. h. eine Erhöhung der Bremskraft soll verhindert werden, da der Fahrzeugzustand plötzlich in solch einen Zustand wechseln kann, in dem das Fahrzeug dazu neigt, eine Übersteuerungscharakteristik auszubilden.
Obwohl das übliche Fahrzeug in seinem normalen Zustand Untersteuerungseigenschaften zeigt, neigt das Fahrzeug im Falle eines Übergangslenkzustandes für Slalom- oder Wechselfahrbahnen oder bei der Änderung des Reibungskoeffizienten zu Übersteuerungseigenschaften. In diesem Fall wird die folgende, in 23 gezeigte Regelung durchgeführt, wobei die Schritte 401–404 den Schritten 301–304 in 16 entsprechen, so daß deren Erklärung weggelassen wird. Bei Schritt 405 wird eine Bestimmung des Fahrzeugverhaltens durchgeführt, um zu ermitteln, ob das Fahrzeug dazu neigt, Untersteuerung oder Übersteuerung zu zeigen. In Überein stimmung mit dem Ergebnis der Bestimmung macht das Programm, wenn in Schritt 406 festgestellt wird, daß das Fahrzeug in einem Zustand der Übersteuerung ist, mit dem Schritt 407 weiter, bei dem Steuerungsparameter für die Übersteuerung für die Erhöhung der Bremskraft festgelegt werden, um ein Gierdrehmoment zu erzeugen, das auf das Kurvenäußere gerichtet ist, damit die Fahrzeuggeschwindigkeit verringert wird. Wenn bei Schritt 406 ermittelt wird, daß sich das Fahrzeug nicht im Übersteuerungszustand befindet, geht das Programm weiter zu Schritt 408, bei dem Steuerungsparameter für die Untersteuerung festgelegt werden, für die Beibehaltung des auf das Kurveninnere gerichteten Gierdrehmoments, um der Kurve gefolgt werden kann und um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern. Dementsprechend wird die erwünschte Erhöhung der Bremskraft für jedes Rad in Schritt 409 auf der Basis dieser Parameter bestimmt. Danach wird in Schritt 410 jedes Magnetventil SL in 13 gesteuert auf der Basis der erwünschten Bremskraft, die durch die erwünschte Erhöhung der Bremskraft hinzugerechnet wurde, um die Bremskraftsteuerung auszuführen.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde der Haftungsfaktor ε auf der Grundlage des Rückstellmoments erhalten im Hinblick auf die Veränderung des Reifennachlaufs des Reifens. Wohingegen basierend auf der Begrenzung der Seitenkraft für die Straßenreibung ein Haftungsfaktor abgeschätzt werden kann, der einen Haftungsgrad eines Reifens in seine seitliche Richtung kennzeichnet (in diesem Fall wird „εm" hierfür verwendet), wie nachfolgend beschrieben.
Gemäß einem theoretischen Reifenmodell, dem sogenannten Bürstenmodell, das für die Untersuchung der am Reifen erzeugten Kraft verwendet wird, kann der Zusammenhang zwischen dem (effektiven) Rückstellmoment Tsaa und der (vorderen) Seitenkraft Fyf in Übereinstimmung mit den folgenden Gleichungen erhalten werden:
Vorausgesetzt, daß
wobei „Fz" die vertikale Last ist, „l" die Länge der Reifenoberfläche ist, die die Straße berührt, „Ks" eine Konstante gemäß der Laufflächenhärte ist, „λ" die Seitendrift (λ = tan(αf)) ist und „αf" der Schräglaufwinkel für das Vorderrad/die Vorderräder ist.
Im Allgemeinen kann, wenn der Schräglaufwinkel of klein ist im Bereich von f > 0, die Gleichung λ = of angewendet werden. Wie aus Gleichung (1) ersichtlich, ist der maximale Wert für die Seitenkraft μ·Fz. Daher kann, wenn ein Teil der Seitenkraft gemäß des Verhältnisses aus Straßenreibungskoeffizient μ und maximalem Wert der Seitenkraft durch einen Koeffizienten des Reibungsnutzverhältnisses η gekennzeichnet ist, das Verhältnis η angegeben werden durch η = 1 – ξ³. Folglich bedeutet εm = 1 – η eine Grenze für den (Straßen-) Reibungskoeffizienten, so daß der Haftungsfaktor εm durch εm = ξ³ angegeben werden kann.
Im Ergebnis kann die Gleichung (3) umgeschrieben werden zu folgender Gleichung:
Die Gleichung (5) zeigt, daß das Rückstellmoment Tsaa proportional zum Schräglaufwinkel αf und dem Haftungsfaktor εm ist. Dann wird, wenn die Kennlinie, die erhalten wurde, wenn εm = 1 (das Nutzverhältnis des Reibungskoeffizienten ist Null und die Grenze für den Reibungskoeffizienten ist 1) für die Kennlinie des Referenzrückstellmoments verwendet wird, das Referenzrückstellmoment Tsau durch folgende Gleichung wiedergegeben:
Dann kann der Haftungsfaktor εm durch die Gleichungen (5) und (6) wie folgt erhalten werden:
In der Gleichung (7) ist der Straßenreibungskoeffizient μ nicht als Parameter enthalten. Somit kann der Haftungsfaktor εm ohne die Verwendung des Straßenreibungskoeffizienten μ berechnet werden. In diesem Falle kann der Gradient K4 (= l·Ks/6) des Referenzrückstellmoments Tsau im Voraus mit Hilfe des Bürstenmodells eingestellt oder durch Experimente erhalten werden. Darüber hinaus wird, wenn der Anfangswert zuerst eingestellt wird und der Gradient des Rückstellmoments in der Nähe des Nullpunkts des Schräglaufwinkels ermittelt wird, wenn sich das Fahrzeug bewegt, um den Anfangswert zu korrigieren, die Genauigkeit des Haftungsfaktors verbessert.
Wie in 25 gezeigt, ist z.B., wenn der Schräglaufwinkel αf2 ist, das Referenzrückstellmoment Tsau2 durch die folgende Gleichung gegeben: Tsau2 = K4·αf2
Der Haftungsfaktor εm kann dann durch folgende Gleichung erhalten werden:
Dementsprechend kann an Stelle des in 14–23 beschriebenen, auf dem Reifennachlauf basierenden Haftungsfaktors ε der Haftungsfaktor εm, der auf der Begrenzung der Seitenkraft für die Straßenreibung basiert, eingesetzt werden. Der Zusammenhang zwischen diesen Haftungsfaktoren ε und εm wird in 26 gezeigt. Folglich kann, nachdem der Haftungsfaktor ε erhalten wurde, dieser in den Haftungsfaktor εm umgerechnet werden. Andererseits kann auch, nachdem der Haftungsfaktor εm erhalten wurde, dieser in den Haftungsfaktor ε umgerechnet werden.
Als nächstes wird bezugnehmend auf 27 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades für die Anwendung in einem Fahrzeug mit einer elektrischen Lenkvorrichtung erklärt. Die Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades weist auf einen Lenkwinkelsensor 11 zur Bestimmung eines Lenkradwinkels, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12 zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Lenkdrehmomentsensor 13 zur Bestimmung des Lenkdrehmoments, einen Hilfsdrehmomentsensor 14 zur Ermittlung eines Hilfsdrehmoments und eine elektrische Steuereinheit (nachfolgend abgekürzt als ECU) 20, die dafür eingerichtet ist, das Rückstellmoment auf der Basis der von den Sensoren zugeführten Ausgabe abzuschätzen und ferner, aufgrund dessen den Haftungsfaktor zu bestimmen.
Der Lenkwinkelsensor 11 ist eingerichtet, um einen Lenkradwinkel θp zu ermitteln, der auf den Lenkergriffwinkel schließen läßt, und führt den festgestellten Lenkradwinkel θp der ECU 20 zu. Der Lenkdrehmomentsensor 13 ist auf der gleichen Achse wie die Lenkwelle (nicht gezeigt) angeordnet und dafür ausgelegt, ein Rückstellmoment T_p zu ermitteln, das auf die Lenkwelle wirkt, wobei er das festgestellte Rückstellmoment T_p an die ECU 20 weiterleitet. Der Hilfsdrehmomentsensor 14 ist dafür ausgelegt, einen elektrischen Strom I_m zu ermitteln, der dem elektrischen Motor zur Verwendung in der elektrischen Lenkvorrichtung zugeführt wird,
wobei g_p die Gewindesteigung des Ritzels ist, g_b die Gewindesteigung der Kugelgewindespindel ist und k_m ein Koeffizient des Hilfsmotordrehmoments ist. Der Hilfsdrehmomentsensor 14 ist dafür eingerichtet, das berechnete Hilfsdrehmoment T_a an die ECU 20 weiterzuleiten. In Bezug auf den elektrischen Strom I_m kann der im elektrischen Motor verwendete elektrische Strom direkt ermittelt werden oder es kann ein Soll-Wert des an den elektrischen Motor abgegebenen elektrischen Stroms verwendet werden.
Wie in 27 gezeigt, weist die ECU 20 eine Schräglaufwinkelschätzeinheit 21 zur Abschätzung des Schräglaufwinkels auf, weiter eine Gegendrehmomentabschätzeinheit 22 zur Abschätzung eines Ist-Gegendrehmoments, Fahrzeuggeschwindigkeitsabtastfilter 23 und 24, Meßeinheit für die Lenkwinkelgeschwindigkeit 25 zur Ermittlung einer Lenkwinkelgeschwindigkeit, Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26 für die Abschätzung eines Reibungsdrehmoments, das durch die innere Reibung des Lenksystems erzeugt wird, eine Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 zur Abschätzung eines Korrekturdrehmoments, eine Rückstellmomentschätzeinheit 28 zur Abschätzung eines Rückstellmoments und eine Haftungsfaktorschätzeinheit 29 zur Abschätzung eines Haftungsfaktors auf der Basis des Schräglaufwinkels und des Rückstellmoments.
Die Schräglaufwinkelschätzeinheit 21 ist dafür ausgelegt, einen Schräglaufwinkel α_f (rad) für ein Vorderrad auf der Basis des Lenkwinkels θ_p (rad), der durch den Lenkwinkelsensor 11 und den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (m/s) ermittelt wird, abzuschätzen. Wenn die dynamischen Eigenschaften der Fahrzeugbewegung berücksichtigt werden, wird der Schräglaufwinkel α_f durch die folgenden Zustandsgleichungen (9) und (10) dargestellt:
der Schräglaufwinkel α_f durch die folgenden Zustandsgleichungen (9) und (10) dargestellt:
wobei v (m/s) eine laterale Fahrzeuggeschwindigkeit ist, γ (rad/s) ein Giermaß ist, μ (m/s) die Fahrzeuggeschwindigkeit ist, c_f (N/rad) eine Seitenführungskraft für ein Vorderrad ist, c_r (N/rad) eine Seitenführungskraft für ein Hinterrad
ist, L_f (m) ein Abstand zwischen den Schwerpunkten der Vorderachse ist, L_r (m) ein Abstand zwischen den Schwerpunkten der Hinterachse ist, M (kg) die Masse des Fahrzeugs ist, I_z (kgm²) eine Gierträgheit ist und g_h ein Lenkzahnradverhältnis ist. Die Markierung (^) kennzeichnet den abgeschätzten Wert.
Durch das Diskretisieren der Gleichungen (9) und (10) durch die Abtastzeit τ und die Bildung einer Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit u werden die folgenden Gleichungen (11) und (12) erhalten:
af(k) = [1 Lf]x(k)/u(k) – θp(k)/gh (12)wobei k eine Abtastnummer ist und A_s und B_s in der Gleichung (11) durch die folgende Gleichung (13) gegeben sind:
Dementsprechend ist die Schräglaufwinkelschätzeinheit 21 dafür ausgelegt, den Schräglaufwinkel α_f zu ermitteln, der an jedem Abtastzeitpunkt gemäß der Gleichung (12) berechnet wird, und weiterhin dafür ausgelegt, den Schräglaufwinkel α_f, dem Fahrzeuggeschwindigkeitsabtastfilter 23 zuzuführen.
Die Gegendrehmomentabschätzeinheit 22 ist dafür eingerichtet, das durch den Lenkdrehmomentsensor 13 ermittelte Lenkdrehmoment T_p und das durch den Hilfsdrehmomentsensor 14 ermittelte Hilfsdrehmoment T_a zu addieren, um damit das effektive Gegendrehmoment T_r abzuschätzen. Damit wird das effektive Gegendrehmoment T_r durch die folgende Gleichung (14) erhalten:
Gemäß der Gegendrehmomentabschätzeinheit 22 kann das effektive Gegendrehmoment T_r genauer abgeschätzt werden, indem eine viskose Reibung in der elektrischen Lenkvorrichtung berücksichtigt und eine Lenkwinkelgeschwindigkeit verwendet wird und so praktisch durch folgende Gleichung (15) berechnet wird:
wobei „c" ein Wert ist, der die Viskosität einer Ritzelachse (Lenkradachse) kennzeichnet, die gleichwertig umgerechnet wurde aus den Viskositäten jedes Elements der elektrischen Lenkvorrichtung, wie z.b. des Elektromotors, der Ritzelwelle, dem Gehäuse usw..
Weiterhin kann das effektive Gegendrehmoment T_r in Übereinstimmung mit der Gegendrehmomentabschätzeinheit 22 abgeschätzt werden durch die Berücksichtigung der Trägheit der elektrischen Lenkvorrichtung und durch die Verwendung einer Störungsüberwachung. In dieser Hinsicht wird die dynamische Charakteristik der elektrischen Lenkvorrichtung durch die folgende Differentialgleichung (16) dargestellt:
wobei M_r die Masse des Gehäuses und J_m die Motorträgheit ist.
Vorausgesetzt, daß die rechte Seite der Gleichung (16) die Störgröße ist, die durch die Störungsüberwachung abgeschätzt wird, kann die Störungsüberwachung durch die folgende dargestellte Gleichung (17) erhalten werden:
wobei J_e durch die folgende Gleichung (18) und d durch die folgende Gleichung (19) gegeben ist.
wobei G die Verstärkung der Überwachungsvorrichtung ist und die Markierung (^) den abgeschätzten Wert kennzeichnet.
Die Gleichung (17) dient zur Abschätzung der Störung (d) auf der Basis der Lenkwinkelgeschwindigkeit (dθ_p/dt) und des Lenkwinkels θ_p. Danach werden durch das Diskretisieren der Gleichung (17) die erneut auftretenden Formeln (20) und (21) wie folgt erhalten:
wobei jeder der Buchstaben A, B, C und D eine Systemmatrix ist, die sich aus der Diskretisierung der Gleichung (17) ergibt. In Übereinstimmung mit der Gegendrehmomentabschätzeinheit 22 kann das effektive Gegendrehmoment T_r gemäß der folgenden Gleichung (22) abgeschätzt werden:
Der Fahrzeuggeschwindigkeitsabtastfilter 23 ist ein Tiefpaßfilter zur Einstellung einer Grenzfrequenz, die erhöht wird in Übereinstimmung mit der Zunahme der durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12 ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit u. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Fahrzeuggeschwindigkeitsabtastfilter 23 aus einem linearen Tiefpaßfilter aufgebaut, wobei die Zeitkonstante in einem inversen Verhältnis zur Fahrzeuggeschwindigkeit u eingestellt ist. Der Fahrzeuggeschwindigkeitsabtastfilter 23 ist nicht auf den linearen Tiefpaßfilter beschränkt, sondern kann auch durch andere Vorrichtungen aufgebaut sein.
Ein zeitlich kontinuierlicher, linearer Tiefpaßfilter wird durch folgende Übertragungsfunktion (23) dargestellt:
wobei „a" eine proportionale Konstante ist. Durch die Transformation der Gleichung (23) z.B. mit Hilfe der Tustin-Transformation kann ein zeitlich diskreter Tiefpaßfilter gebildet werden. Wenn gemäß der Tustin-Transformation ein Operator für den zeitlichen Verlauf als „z" bezeichnet wird, dann wird „s" durch folgende Gleichung (24) dargestellt:
Auf der Basis der Gleichungen (23) und (24) wird daher der zeitlich diskrete Tiefpaßfilter durch die folgende Gleichung (25) dargestellt:
In Übereinstimmung mit dem Fahrzeuggeschwindigkeitsabtastfilter 23 wird, wobei die Grenzfrequenz abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit u eingestellt wird, der durch die Schräglaufwinkelschätzeinheit 21 abgeschätzte Schräglaufwinkel durch einen Tiefpaßfilter gefiltert, so daß der gefilterte Schräglaufwinkel der Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 und der Haftungsfaktorschätzeinheit 29 zugeführt wird. Die Eingangsfrequenz der Störung durch die Straße wird verringert mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit. Und in dem Fall, bei dem der Haftungsfaktor in der Fahrzeugbewegungssteuerung verwendet wird, wird mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit die höhere Ansprechempfindlichkeit für die Sicherung der Fahrzeugstabilität benötigt. In diesen Fällen ist der Fahrzeuggeschwindigkeitsabtastfilter 23 wirksam, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit relativ gering ist, da die niedrig-frequenten Störungen der Straße durch die Einstellung der Grenzfrequenz auf relativ kleine Werte behandelt werden können. Außerdem ist er auch wirkungsvoll, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit relativ hoch ist, da die Ansprechempfindlichkeit bei der Abschätzung des Haftzustandes gesichert werden kann durch die Einstellung der Grenzfrequenz auf relativ große Werte. Der Fahrzeug geschwindigkeitsabtastfilter 24 ist auf die gleiche Art und Weise aufgebaut wie der Fahrzeuggeschwindigkeitsabtastfilter 23. Das heißt, daß entsprechend dem Fahrzeuggeschwindigkeitsabtastfilter 24, bei dem die Grenzfrequenz auf der Basis der durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12 ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit u eingestellt wird, das durch die Gegendrehmomentabschätzeinheit 22 abgeschätzte effektive Gegendrehmoment mit Hilfe des Tiefpaßfilters gefiltert wird, so daß das gefilterte effektive Gegendrehmoment weitergeleitet wird an die Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26, die Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 und die Rückstellmomentschätzeinheit 28.
In 27 ist eine Meßeinheit für die Lenkwinkelgeschwindigkeit 25 dafür ausgestattet, den durch den Lenkwinkelsensor 11 ermittelten Lenkwinkel θ_p zu differenzieren, um die Lenkwinkelgeschwindigkeit (dθ_p/dt) zu erhalten und diese der Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26 zuzuführen.
Die Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26 ist dafür ausgelegt, ein Reibungsdrehmoment T_fric abzuschätzen, was zu einer Hysterese-Kennlinie des effektiven Gegendrehmoments führt. Entsprechend der Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26 wird eine Differenz berechnet zwischen dem effektiven Gegendrehmoment, dessen maximaler absoluter Wert erhalten wird, wenn das Lenkrad gedreht wird, um den Lenkwinkel zu vergrößern, und dem effektiven Gegendrehmoment, das erhalten wird, wenn das Lenkrad zurück auf die ursprüngliche Position gedreht wird, um schließlich die Differenz als Reibungsdrehmoment T_fric zu erhalten, das durch eine innere Coulomb'sche Reibung im Lenksystem erzeugt wird.
28 ist ein Diagramm, das eine Änderung (mit der ablaufenden Zeit) des effektiven Gegendrehmoments T_r zeigt, das durch die Gegendrehmomentabschätzvorrichtung 22 abgeschätzt wird. In 28 wird das effektive Gegendrehmoment T_r, das erzeugt wird, wenn das Lenkrad nach links gedreht wird, durch einen positiven Wert angezeigt, währenddessen das effektive Gegendrehmoment T_r, das erzeugt wird, wenn das Lenkrad nach rechts gedreht wird, durch einen negativen Wert angezeigt wird. Entsprechend der Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26 wird, wenn festgestellt wird, daß sich das Vorzeichen der von der Meßeinheit für die Lenkwinkelgeschwindigkeit 25 zugeführten Lenkwinkelgeschwindigkeit umgekehrt hat, der danach erhaltene maximale Wert des effektiven Gegendrehmoments T_r wie folgt berechnet. In dem Fall nämlich, wenn sich die Lenkwinkelgeschwindigkeit vom negativen Wert zum positiven Wert verändert, d. h. das Lenkrad wird nach links (in die positive Richtung) gedreht, wird das positive effektive Gegendrehmoment T_r erzeugt. Danach wird in der Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26 der maximale Wert T_max des effektiven Gegendrehmoments T_r gemäß der folgenden Gleichung (26) berechnet:
Als nächstes wird, wenn durch die Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26 festgestellt wurde, daß sich das Vorzeichen der Lenkwinkelgeschwindigkeit von einem positiven Wert zu einem negativen Wert geändert hat und sich das Lenkrad in Richtung seiner ursprünglichen Position dreht, auf der Basis des ermittelten effektiven Gegendrehmoments T_r und des maximalen Wertes T_max das Reibungsdrehmoment T_fric gemäß der folgenden Gleichung (27) berechnet: Tfric(k) – Tmax(k) – Tr(k) (27)
Im Gegensatz dazu wird, wenn sich das Vorzeichen der Lenkwinkelgeschwindigkeit von einem positiven Wert zu einem negativen Wert geändert hat und sich das Lenkrad nach rechts dreht, ein negatives effektives Gegendrehmoment T_r erzeugt. Danach wird entsprechend der Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26 ein minimaler Wert T_min des effektiven Gegendrehmoments T_r gemäß der folgenden Gleichung (28) berechnet:
Wenn durch die Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26 ermittelt wurde, daß sich das Vorzeichen der Lenkwinkelgeschwindigkeit von einem negativen Wert zu einem positiven Wert geändert hat und sich das Lenkrad in Richtung seiner ursprünglichen Position dreht, auf der Basis des ermittelten effektiven Gegendrehmoments T_r und des minimalen Wertes T_min das Reibungsdrehmoment T_fric gemäß der folgenden Gleichung (29) berechnet: Tfric(k) = Tr(k) – Tmin(k) (29)
Danach wird das durch die Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26 erhaltene Reibungsdrehmoment T_fric der Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 und der Rückstellmomentschätzeinheit 28 zugeführt. Mit Ausnahme der Lenkbetätigung in Richtung seiner ursprünglichen Position, wird das beim vorherigen Arbeitsgang berechnete Reibungsdrehmoment T_fric in der Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26 gehalten und das darin gehaltene Reibungsdrehmoment T_fric wird der Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 und der Rückstellmomentschätzeinheit 28 zugeführt.
Demzufolge wird in Übereinstimmung mit der Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26 Reibungsdrehmoment T_fric bei jedem Arbeitsgang, wenn das Lenkrad in Richtung seiner Ausgangsposition gedreht wird, in Abhängigkeit von der Hysterese abgeschätzt, die bei jedem Arbeitsgang erzeugt wird, wenn das Lenkrad in Richtung seiner Ausgangsposition gedreht wird, so daß die Hysterese-Kennlinie stets genau ermittelt werden kann. In besonderer Weise wirkt, wenn das Fahrzeug über eine unebene Straße fährt, die Störung durch die Straßenoberfläche auf die Coulomb'sche Reibung im Lenksystem, indem ein Zittereffekt verursacht wird und der Coulomb'sche Reibungsanteil verringert wird, um die Coulomb'sche Reibung Reibungsanteil verringert wird, um die Coulomb'sche Reibung zu verändern. Da das Reibungsdrehmoment T_fric bei jedem Arbeitsgang, wenn das Lenkrad in Richtung seiner Ausgangsposition gedreht wird, in Übereinstimmung mit der Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26 abgeschätzt wird, kann die Hysterese-Kennlinie selbst in dem Fall zeitlich kompensiert werden, wenn die Größe der Coulomb'schen Reibung stark verändert wird.
Die Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 ist dafür ausgelegt, eine Veränderung des effektiven Gegendrehmoments zu bestimmen, die durch eine Änderung des neutralen Punkts des Lenksystems erzeugt wird, wenn das Fahrzeug auf einer überhöhten Straße fährt, um das Gegendrehmoment abzuschätzen. Wenn das Fahrzeug auf einer überhöhten Straße fährt, wird der neutrale Punkt des Lenksystems verändert. In dem Fall, wenn der Haftungsfaktor entsprechend des Zusammenhangs zwischen dem Schräglaufwinkel und dem abgeschätzten Rückstellmoment abgeschätzt wird, kann es dazu führen, daß das abgeschätzte Rückstellmoment in der Nähe des Nullpunktbereichs einen kleinen Wert annimmt, währenddessen der Schräglaufwinkel relativ groß ist, so daß der Haftungsfaktor verringert werden wird, selbst wenn der Haftungsfaktor eigentlich groß ist. Entsprechend der Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 wird daher die Änderung des neutralen Punktes des Lenksystems ermittelt, wenn das Fahrzeug auf einer überhöhten Straße fährt, auf der Basis des Schräglaufwinkels, der erhalten wird, wenn die Lenkbetätigung beginnt, so daß das effektive Gegendrehmoment das Reibungsdrehmoment überschreitet, wie die Änderung des effektiven Gegendrehmoments, das als das Korrekturdrehmoment abgeschätzt wird.
29 zeigt einen Zusammenhang zwischen dem effektiven Gegendrehmoment und dem Schräglaufwinkel, wenn das Fahrzeug auf einer ebenen, geraden Straße und einer überhöhten Straße fährt. In 29 sind das effektive Gegendrehmoment und der Schräglaufwinkel, welche erzeugt werden, wenn das Lenkrad nach links gedreht wird, durch ein positives Vorzeichen gekennzeichnet. Das effektive Gegendrehmoment, das in dem Fall erzeugt wird, bei dem das beim Beginn der Lenkbetätigung erhaltene effektive Gegendrehmoment die Coulomb'sche Reibung übertrifft, ist nicht so klein, um von der Coulomb'schen Reibung absorbiert zu werden, und andererseits nicht so groß, daß es durch die Verringerung der Haftung in Übereinstimmung mit dem Straßenreibungskoeffizienten μ beeinflußt wird. Der Zusammenhang zwischen dem effektiven Gegendrehmoment und dem Schräglaufwinkel gibt nur die Änderung des neutralen Punkts im Lenksystem wider.
In dieser Ausführungsform wird eine Differenz zwischen dem effektiven Gegendrehmoment, das im Fall einer ebenen, geraden Straße aus dem Schräglaufwinkel zu dem Zeitpunkt abgeschätzt wird, bei dem das beim Beginn der Lenkbetätigung erhaltene effektive Gegendrehmoment die Coulomb'sche Reibung übertrifft, und dem gegenwärtigen effektiven Gegendrehmoment als Drehmoment aufgefaßt, das mit Hilfe der erhöhten Straße verursacht wurde, wobei dieses Moment als das Korrekturmoment verwendet wird. In der Praxis wird in Übereinstimmung mit der Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 für den Fall, bei dem das Lenkrad nach links gedreht wird, bestimmt, ob die folgenden Formeln (30), die als Bedingungen für den Beginn der Lenkbetätigung dienen, erfüllt werden oder nicht:
Wenn die Bedingungen für den Beginn der Lenkbetätigung durch die Formeln (30) erfüllt sind, wird das Korrekturdrehmoment T_correct in der Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 gemäß der folgenden Gleichung (31) berechnet:
wobei K₀ ein Gradient aus dem abgeschätzten Rückstellmoment und dem Schräglaufwinkel ist, der den Nullpunkt enthält und die gleiche Größe ist wie K₀ in der später beschriebenen Gleichung (41).
In dem Fall, bei dem das Lenkrad nach rechts gedreht wird, wird durch die Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 bestimmt, ob die Bedingungen für den Beginn der Lenkbetätigung durch die Formeln (32) erfüllt sind oder nicht.
Wenn die Bedingungen für den Beginn der Lenkbetätigung durch die Formeln (32) erfüllt sind, wird das Korrekturdrehmoment T_correct in der Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 gemäß der folgenden Gleichung (33) berechnet:
Die Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 ist eingerichtet, um das im vorherigen Arbeitsgang abgeschätzte Korrekturdrehmoment T_correct festzuhalten, wenn die Bedingungen für den Beginn der Lenkbetätigung durch die Formeln (30) oder (32) nicht erfüllt worden sind. Danach wird das abgeschätzte Korrekturdrehmoment T_correct von der Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 an die Rückstellmomentschätzeinheit 28 weitergeleitet.
Die Rückstellmomentschätzeinheit 28 ist dafür ausgelegt, die Hysterese-Charakteristik, die durch die Coulomb'sche Reibung in der elektrischen Lenkvorrichtung verursacht wurde, vom effektiven Gegendrehmoment zu entfernen, danach die Änderung des neutralen Punktes des Lenksystems zu korrigieren, wenn das Fahrzeug sich auf einer überhöhten Straße bewegt, und das abgeschätzte Rückstellmoment zu berechnen. Das heißt in Übereinstimmung mit der Rückstellmomentschätzeinheit 28 wird das abgeschätzte Rückstellmoment berechnet auf der Basis des durch den Fahrzeuggeschwindigkeitsabtastfilter 24 gefilterten effektiven Gegendrehmoments, des durch die Reibungsdrehmomentabschätzeinheit 26 abgeschätzten Reibungsdrehmoments und des durch die Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 abgeschätzten Korrekturdrehmoments.
Die Berechnung zur Entfernung der Hysterese-Charakteristik wird gemäß der folgenden Logik durchgeführt. Zuerst, wenn festgestellt wird, daß das effektive Gegendrehmoment im vorherigen Arbeitsgang die Hälfte des Reibungsdrehmoments überschritten hat und die Lenkbedienung in die positive Richtung begonnen hat (d. h. das effektive Gegendrehmoment hat einen positiven Wert), und daß das durch das Fahren auf einer Überhöhung verursachte Korrekturdrehmoment neu berechnet worden ist, wird das abgeschätzte Rückstellmoment T_SAT durch die Rückstellmomentschätzeinheit 28 gemäß der folgenden Gleichung (34) berechnet:
Und im Falle einer Lenkbetätigung in die negative Richtung, wird das abgeschätzte Rückstellmoment T_SAT durch die Rückstellmomentschätzeinheit 28 gemäß der folgenden Gleichung (35) berechnet:
Weiter, in einem Lenkhaltezustand, bei dem das Reibungsdrehmoment und das Korrekturdrehmoment nicht erneuert werden, arbeitet die Rückstellmomentschätzeinheit 28 mit einer zufälligen Abtastzeit in Übereinstimmung mit den folgenden Schritten. Zuerst wird eine Reibungszustandsvariable x_SAT entsprechend der folgenden Gleichung (36) berechnet: xSAT(k) = TSAT(k – 1) + K1·(Tr(k) – Tr(k – 1)) (36)wobei der Gradient K₁ auf einen Wert kleiner als 1 festgelegt werden muß, so daß die Schwankung der Reibungszustandsvariable x_SAT klein ist, selbst wenn das effektive Gegendrehmoment durch Coulomb'sche Reibung oder dergleichen verändert wird.
In dem Fall, bei dem die durch die Gleichung (36) erneuerte Reibungszustandsvariable einen Bereich überschreitet mit einer Breite des Reibungsdrehmoments, die entfernt ist vom korrigierten effektiven Gegendrehmoment durch das Subtrahieren des Korrekturdrehmoments vom effektiven Gegendrehmoment in Richtung ihrer entgegengesetzten Seiten, ist die Reibungszustandsvariable beschränkt auf die Abgrenzung des Bereichs und als das abgeschätzte Rückstellmoment festgelegt. Das heißt das abgeschätzte Rückstellmoment T_SAT wird durch die Rückstellmomentschätzeinheit 28 gemäß der folgenden Gleichung (37) berechnet:
Im Fall, bei dem das Lenkrad in Richtung seiner Ursprungsposition gedreht wird, wird sich manchmal der abgeschätzte Wert des Reibungsdrehmoments ändern. Dies wird in solch einem Fall verursacht, bei dem ein Fehler beim Abschätzen des Korrekturdrehmoments vorkommt, da das in 29 abgeschätzte Reibungsdrehmoment (d. h. die Breite der Hysterese für das Modell der ebenen, geraden Straße) falsch war. Entsprechend der Rückstellmomentschätzeinheit 28 wird das Korrekturdrehmoment abgestimmt, um den schwankenden Anteil des Reibungsdrehmoments zu neutralisieren, in dem Fall, bei dem der abgeschätzte Wert des Reibungsdrehmoments geändert wurde, wenn das Lenkrad in die Richtung seiner Ursprungsposition gedreht wurde. In diesem Fall wird die Summe aus dem Korrekturdrehmoment und dem Reibungsdrehmoment auf einem Wert gehalten, der sich nicht ändert, wenn das Lenkrad in die Richtung seiner Ursprungsposition gedreht wird.
In der Praxis wird, wenn das Lenkrad zum Einnehmen der Ursprungsposition von rechts nach links gedreht wird, das Korrekturdrehmoment T_correct durch die Rückstellmomentschätzeinheit 28 gemäß der folgenden Gleichung (38) berechnet:
Wenn das Lenkrad zum Einnehmen der Ursprungsposition von links nach rechts gedreht wird, wird das Korrekturdrehmoment T_correct durch die Rückstellmomentschätzeinheit 28 gemäß der folgenden Gleichung (39) berechnet:
Demzufolge kann die Rückstellmomentschätzeinheit 28 verhindern, daß das effektive Rückstellmoment unstetig wird, wenn das Lenkrad in Richtung seiner Ursprungsposition gedreht wird und sie berechnet das abgeschätzte Rückstellmoment, das stets proportional zum Schräglaufwinkel ist, insbesondere im Fall eines starken Haftzustandes.
30A und 30B sind Diagramme, die den Zusammenhang zwischen dem effektiven Gegendrehmoment und dem Schräglaufwinkel zeigen. Das Diagramm in 30A zeigt einen Zustand, bei dem das Lenkrad in eine Richtung zur Vergrößerung des Lenkwinkels gedreht wird und das Diagramm in 30B zeigt einen Zustand, kurz nachdem das Lenkrad in die Richtung der Ursprungsposition gedreht wurde. In diesem Fall wird solch ein Zustand geschaffen, bei dem das anfängliche Reibungsdrehmoment größer ist als das effektive Reibungsdrehmoment, das abgeschätzt wurde, als das Lenkrad in Richtung der Ursprungsposition gedreht wurde. In 30A wird das abgeschätzte Rückstellmoment in Übereinstimmung mit der Rückstellmomentschätzeinheit 28 auf der Basis des effektiven Gegendrehmoments, des anfänglichen Reibungsdrehmoments und des Korrekturdrehmoments berechnet. In 30B wird das Korrekturdrehmoment in Übereinstimmung mit der Rückstellmomentschätzeinheit 28 abgestimmt, wenn das Reibungsdrehmoment kleiner geworden ist als der Wert, der im vorherigen Arbeitsgang erhalten wurde, unmittelbar nachdem das Lenkrad in Richtung seiner Ursprungsposition gedreht wurde. Das heißt, daß das Korrekturdrehmoment um den Betrag des verringerten Reibungsdrehmoments erhöht worden ist. Daher wird dieser Fall durch die folgende Gleichung (40) dargestellt:
Demzufolge kann die Rückstellmomentschätzeinheit 28 verhindern, daß das effektive Rückstellmoment unstetig wird, unmittelbar nachdem das Lenkrad in Richtung seiner Ursprungsposition gedreht wurde und sie berechnet das abgeschätzte Rückstellmoment, das stets proportional zum Schräglaufwinkel ist, insbesondere im Fall eines starken Haftzustandes.
31A und 31B sind Diagramme, die den Zusammenhang zwischen dem abgeschätzten Rückstellmoment T_SAT und dem korrigierten, effektiven Gegendrehmoment (T_r – T_correct) zeigen. Das Diagramm in 31A zeigt die Größe des Reibungsdrehmoments. Das Diagramm in 31B legt ein Konzept zur Subtraktionsberechnung der Hysterese dar. Wenn die Abschätzung des Rückstellmoments begonnen wird, liegt das abgeschätzte Rückstellmoment entweder auf einer geraden Linie L1, die durch Gleichung (34) gekennzeichnet ist, oder auf einer geraden Linie L2, die durch Gleichung (35) gekennzeichnet ist, bei einem Punkt (A). Als nächstes wird, wenn das effektive Gegendrehmoment erhöht wird, das abgeschätzte Rückstellmoment entlang der beiden Linien L (Linie L2 in 31B) bis zu einem Punkt (B) erhöht. Wenn das effektive Gegendrehmoment an diesem Punkt verringert wird, wird das abgeschätzte Rückstellmoment durch den Gradienten K1 auf den Punkt (C) reduziert.
Im Bereich zwischen der Linie L1 und Linie L2 wird gewährleistet, daß die Änderung des abgeschätzten Rückstellmoments kleiner ist als die Änderung des effektiven Gegendrehmoments. Dies bedeutet, daß, wenn das Lenkrad während einer Kurvenfahrt gehalten wird, selbst wenn der Fahrzeugführer die Lenkkraft ein wenig ändert, das abgeschätzte Rückstellmoment wegen der in der elektrischen Lenkvorrichtung erzeugten Coulomb'schen Reibung oder dergleichen kaum beeinflußt wird. Wenn das effektive Gegendrehmoment vom Punkt (C) aus wieder erhöht wird, wird das abgeschätzte Rückstellmoment durch den Gradienten K1 auf den Punkt (C) erhöht. In dem Fall, bei dem das effektive Gegendrehmoment vom Punkt (C) aus durch Lenken in Richtung der Ausgangsposition weiter verringert wird, so daß das abgeschätzte Rückstellmoment die obere Grenze (Linie L1) erreicht hat, wird das abgeschätzte Rückstellmoment entlang der Linie L1 verringert. Mit diesen beiden wie vorstehend eingesetzten Gradientenarten wird die Hysterese beseitigt.
Die Haftungsfaktorschätzeinheit 29 ist dafür ausgelegt, einen Haftungsfaktor abzuschätzen auf der Basis des durch die Rückstellmomentschätzeinheit 28 berechneten abgeschätzten Rückstellmoments und des Rückstellmoments des Bürstenmodells, das durch die Verwendung des durch den Fahrzeuggeschwindigkeitsabtastfilter 23 gefilterten Schräglaufwinkels berechnet wird. 32A und 32B zeigen Diagramme bezüglich des Bürstenmodells, das entsprechend einer theoretischen Analyse der Charakteristik der am Reifen erzeugten Kraft modelliert wurde. Das Diagramm in 32A zeigt eine Beziehung zwischen der Seitenkraft und der Seitendrift, und das Diagramm in 32B zeigt eine Beziehung zwischen Rückstellmoment und Seitendrift. In 32B kennzeichnet das lineare Modell den Gradienten des Rückstellmoments im Koordinatenursprung. Obwohl der Zusammenhang zwischen der Seitendrift λy und dem Schräglaufwinkel α durch die Gleichung λy = tan α gegeben ist, kann die Gleichung λy = α verwendet werden, da der hierbei besprochene Schräglaufwinkel α sehr klein ist.
33 ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zeigt zwischen dem Haftungsfaktor und dem Verhältnis [Rückstellmoment/lineares Modell], wobei Letzteres den Quotienten aus Rückstellmoment und linearem Modell bei zufälliger Seitendrift, wie in 32B gezeigt, darstellt. Wie in 33 gezeigt, stimmt das Verhältnis [Rückstellmoment/lineares Modell] mit dem Haftungsfaktor überein. Daher kann der Haftungsfaktor direkt durch das abgeschätzte Rückstellmoment abgeschätzt werden. Da der Haftungsfaktor durch [1 – μ Nutzverhältnis] (= 1 – Seitenbeschleunigung (Gravitationsbeschleunigung)/μmax) gekennzeichnet ist, kann der Straßenreibungskoeffizient μ gemäß dem Bürstenmodell abgeschätzt werden. In der Praxis ist die Haftungsfaktorschätzeinheit 29 dafür ausgelegt, einen Haftungsfaktor g(k) gemäß der folgenden Gleichung (41) abzuschätzen:
wobei T_SAT(k) das durch die Rückstellmomentschätzeinheit 28 berechnete abgeschätzte Rückstellmoment und α_f(k) der durch den Fahrzeuggeschwindigkeitsabtastfilter 23 gefilterte Schräglaufwinkel ist.
K₀ ist der Gradient durch den Koordinatenursprung aus dem Rückstellmoment und dem Schräglaufwinkel, der angezeigt wird durch den Schräglaufwinkel entsprechend des Gradienten des linearen Modells wie in 32B gezeigt. Daher kennzeichnet K₀•α_f(k) das Rückstellmoment des Bürstenmodells mit dem Schräglaufwinkel α_f(k).
34A ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem effektiven Gegendrehmoment und dem Schräglaufwinkel zeigt, die erhalten wird, wenn das Fahrzeug auf einer ebenen, geraden Straße mit hohem μ und auf einer überhöhten Straße fährt, und 34B ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem abgeschätzten Rückstellmoment und dem Schräglaufwinkel zeigt, die erhalten wird, wenn das Fahrzeug auf einer ebenen, geraden Straße mit hohem μ und auf einer überhöhten Straße fährt. Wie in 34B gezeigt, ist das abgeschätzte Rückstellmoment, das für das auf einer überhöhten Straße fahrende Fahrzeug korrigiert wurde, eine gerade Linie proportional zum Schräglaufwinkel, d. h. eine den Ursprung einschließende gerade Linie.
35A ist ein Diagramm, das zeitabhängige Änderungen des Reibungsdrehmoments, des effektiven Gegendrehmoments, des Korrekturdrehmoments und des Lenkwinkels zeigt, die erhalten werden, wenn das Fahrzeug auf einer ebenen, geraden Straße mit hohem μ fährt, und 35B ist ein Diagramm, das zeitabhängige Änderungen des Reibungsdrehmoments, des effektiven Gegendrehmoments, des Korrekturdrehmoments und des Lenkwinkels zeigt, die erhalten werden, wenn das Fahrzeug auf einer überhöhten Straße fährt. In 35A und 35B wird das beim Drehen des Lenkrades nach links erzeugte effektive Gegendrehmoment durch positive Werte angezeigt. Die in 35B gezeigte überhöhte Straße ist nach links gekrümmt. In dem Fall, bei dem die Lenkung des Fahrzeugs festgehalten wurde, wenn das Fahrzeug in die überhöhte Straße hineingefahren wurde (in der Nähe von 5–6 s), wurde das effektive Gegendrehmoment in negativer Richtung erzeugt zur Lenkung des Fahrzeugs nach links längs der Kurve. Die Änderung des effektiven Gegendrehmoments, wenn die Lenkung des Fahrzeugs festgehalten worden ist, wird durch die Änderung des effektiven Gegendrehmoments (Änderung in der Längsrichtung) beim Schräglaufwinkel = 0 angezeigt. Das Reibungsdrehmoment wird bei jeder Lenkbetätigung in Richtung der Ursprungsposition abgeschätzt. Das Reibungsdrehmoment hat einen konstanten Wert von etwa 4 Nm, da das Fahrzeug auf einer glatten Straßenoberfläche fährt. Der Korrekturwert ist annähernd Null (0) auf der ebene, geraden Straße mit hohem μ, wobei er etwa 3 Nm beträgt bei der Lenkung auf der überhöhten Straße.
36A und 36B sind Diagramme, die zeitabhängige Änderungen des Haftungsfaktors und des Lenkwinkels zeigen. 36A zeigt solche Änderungen, die erhalten werden, wenn das Fahrzeug auf einer ebenen, geraden Straße mit hohem μ fährt, währenddessen 36B solche Änderungen zeigt, die erhalten werden, wenn das Fahrzeug auf einer überhöhten Straße fährt. Der Haftungsfaktor ist derjenige, der auf der Basis des korrigierten Rückstellmoments berechnet wurde. In Übereinstimmung mit 36A und 36B kann stets ein starker Haftzustand abgeschätzt werden, ohne fehlerhaft bestimmt worden zu sein, selbst wenn das Fahrzeug auf einer überhöhten Straße fährt.
37A ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem effektiven Gegendrehmoment und dem Schräglaufwinkel zeigt, wenn das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 30 km/h auf einer Straße mit hohem μ und niedrigem μ fährt. 37B ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem abgeschätzten Rückstellmoment und dem Schräglaufwinkel zeigt, wenn das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 30 km/h auf einer Straße mit hohem μ und niedrigem μ fährt. Das Experiment wurde hierbei auf einer glatten, ebenen, geraden Straße durchgeführt. In Übereinstimmung mit 37A und 37B kann bestätigt werden, daß die Korrekturen (Reibungsdrehmoment und Korrekturdrehmoment), die in Zusammenhang mit der rauhen Straße und überhöhten Straße gemacht wurden, die grundsätzliche Arbeitsweise für die Abschätzung des Haftungsfaktors nicht beeinflussen werden.
38A und 38B zeigen Diagramme, die die abgeschätzten Ergebnisse für das effektive Gegendrehmoment, das Reibungsdrehmoment, das Korrekturdrehmoment und den Lenkwinkel darstellen, die im Experiment entsprechend 37A und 37B erhalten wurden. 38A zeigt jene, die erhalten wurden, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit hohem μ fährt und 38B zeigt jene, die erhalten wurden, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit niedrigem μ fährt. Gemäß 38A und 38B hat das Reibungsdrehmoment einen konstanten Wert von etwa 4 Nm und der Korrekturwert ist annähernd Null (0), was dem wert entspricht, der für die ebene, gerade Straße erhalten wurde. Folglich können das Reibungsdrehmoment und das Korrekturdrehmoment nicht nur auf der Straße mit hohem μ genau abgeschätzt werden, die einen hinreichend großen Spielraum für die Haftung aufweist, sondern auch auf der Straße mit geringem μ und verringerter Haftung.
39A und 39B sind Diagramme, die zeitabhängige Änderungen des Haftungsfaktors und des Lenkwinkels zeigen. 39A zeigt jene, die erhalten wurden, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit hohem μ fährt und 39B zeigt jene, die erhalten wurden, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit niedrigem μ fährt. Insbesondere im Fall, bei dem das Fahrzeug auf einer Straße mit niedrigem μ fährt, kann die Verringerung des Haftungsfaktors, die erhalten wird, wenn der Lenkwinkel groß wird, passend abgeschätzt werden. Weiterhin kann der Haftungsfaktor nicht nur dann exakt abgeschätzt werden, wenn das Lenkrad in die Richtung der Vergrößerung des Lenkwinkels gedreht wird, sondern auch wenn das Lenkrad in Richtung der Ausgangsposition gedreht wird oder im selben Lenkzustand gehalten wird.
Gemäß der Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades einer weiteren, wie vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird das abgeschätzte Rückstellmoment auf der Basis des effektiven Gegendrehmoments, das auf die Lenksäule wirkt und des durch die innere Coulomb'sche Reibung oder dergleichen im Lenksystem erzeugten Reibungsdrehmoments berechnet. Dementsprechend wird, selbst wenn die Größe der Coulomb'schen Reibung durch die Störungen der Straßenoberfläche variiert wird, das Reibungsdrehmoment in Übereinstimmung mit der Störung abgeschätzt, so daß das Rückstellmoment genau bestimmt werden kann, ohne durch die Störungen der Straßenoberfläche beeinflußt zu werden. Und da der Haftungsfaktor auf der Basis des abgeschätzten Rückstellmoments berechnet wird, kann der Haftungsfaktor genau bestimmt werden, ohne durch die Störungen der Straßenoberfläche beeinflußt zu werden.
Außerdem weist die Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades die Fahrzeuggeschwindigkeitsabtastfilter 23 und 24 auf, deren Grenzfrequenz mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht werden muß. Daher können, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit gering ist, die niedrig-frequenten durch die Straßenoberfläche erzeugten Störungen ausgeglichen werden und, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist, die Ansprechempfindlichkeit auf die Abschätzung gesichert werden. Weiterhin ist die Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades dafür geschaffen, das Korrekturdrehmoment für die Veränderung des effektiven Gegendrehmoments, das durch die Änderung des neutralen Punkts des Lenksystems verursacht wird, zu berechnen, wenn das Fahrzeug auf einer überhöhten Straße fährt, wobei das abgeschätzte Rückstellmoment exakt berechnet werden kann.
Als nächstes wird noch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 40 beschrieben, wobei die Elemente, die durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind wie in 27 die gleichen Elemente bezeichnen, deren Erklärung hier weggelassen wird. In 40 weist die ECU 20 eine Einheit zur Korrektur des Schräglaufwinkels 30 anstatt der in 27 gezeigten Korrekturdrehmomentabschätzeinheit 27 auf.
Die Einheit zur Korrektur des Schräglaufwinkels 30 ist dafür geschaffen, eine Änderung des Schräglaufwinkels festzustellen, die durch die Veränderung des neutralen Punkts des Lenksystems erzeugt wird, wenn das Fahrzeug auf einer überhöhten Straße fährt, um den Korrekturschräglaufwinkel für eine Überhöhungskorrektur abzuschätzen. In dem Fall, bei dem der Haftungsfaktor in Übereinstimmung mit dem Zusammenhang zwischen dem Schräglaufwinkel und dem abgeschätzten Rückstellmoment bestimmt wird, könnte es passieren, daß das abgeschätzte Rückstellmoment einen kleinen Wert in der Nähe des Nullpunkt-Bereiches annimmt, währenddessen der Schräglaufwinkel relativ groß ist, so daß der Haftungsfaktor verringert wird, selbst wenn der Haftungsfaktor tatsächlich groß ist. Gemäß der Einheit zur Korrektur des Schräglaufwinkels 30 wird daher, wenn das Fahrzeug auf einer überhöhten Straße fährt, die Änderung des neutralen Punkts des Lenksystems ermittelt, auf der Basis des Schräglaufwinkels, der, wenn die Lenkbetätigung beginnt, so daß das effektive Gegendrehmoment das Reibungsdrehmoment überschreitet, als die Änderung des Schräglaufwinkels erhalten wird, der als Korrekturschräglaufwinkel abgeschätzt wird.
41 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem effektiven Gegendrehmoment und dem Schräglaufwinkel auf einer ebenen, geraden Straße und auf einer überhöhten Straße darstellt. In 41 sind das effektive Gegendrehmoment und der Schräglaufwinkel, welche erzeugt werden, wenn das Lenkrad nach links gedreht wird, durch ein positives Vorzeichen angezeigt. Das effektive Gegendrehmoment, das in dem Fall erzeugt wird, bei dem das erhaltene effektive Gegendrehmoment, wenn der Lenkbetrieb beginnt, die Coulomb'sche Reibung übersteigt, ist nicht so klein, daß es durch die Coulomb'sche Reibung neutralisiert wird, aber auch nicht so groß, daß es durch die Verringerung der Haftung in Übereinstimmung mit dem Straßenreibungskoeffizienten beeinflußt wird. Der Zusammenhang zwischen dem effektiven Gegendrehmoment und dem Schräglaufwinkel gibt nur die Änderung des neutralen Punktes im Lenksystem wider.
In dieser Ausführungsform wird eine Differenz zwischen dem Schräglaufwinkel, der in dem Fall abgeschätzt wird, bei dem die ebene, gerade Straße aus dem Schräglaufwinkel abgeschätzt wird, zu dem Zeitpunkt, wenn das zum Beginn der Lenkbetätigung erhaltene effektive Gegendrehmoment die Coulomb'sche Reibung überschreitet, und dem effektiven Schräglaufwinkel, der momentan vorliegt, für einen Schräglaufwinkel gehalten, der durch die überhöhte Straße verursacht wird, wobei dieser Schräglaufwinkel als der Korrekturschräglaufwinkel verwendet wird. In der Praxis wird entsprechend der Einheit zur Korrektur des Schräglaufwinkels 30 auf der Basis des durch den Fahrzeuggeschwindigkeitsabtastfilter 23 gefilterten Schräglaufwinkels α_f und des abgeschätzten Rückstellmoments T_SAT der Korrekturschräglaufwinkel α₁ gemäß der folgenden Gleichung (42) berechnet:
Die Rückstellmomentschätzeinheit 28 ist dafür ausgelegt, das abgeschätzte Rückstellmoment T_SAT in der gleichen Weise zu berechnen wie in 27. In den Gleichungen (34), (35) und (37) wird jedoch das Korrekturdrehmoment T_correct verwendet, um das abgeschätzte Rückstellmoment T_SAT zu ermitteln.
Die Haftungsfaktorschätzeinheit 29 ist dafür eingerichtet, einen Haftungsfaktor, der einer Begrenzung für die Reibungskraft in seitlicher Richtung entspricht, auf der Basis des abgeschätzten Rückstellmoments, das durch die Rückstellmomentschätzeinheit 28 berechnet wurde, und dem durch die Einheit zur Korrektur des Schräglaufwinkels 30 ermittelten Korrekturschräglaufwinkel abzuschätzen. In der Praxis wird die Haftungsfaktorschätzeinheit 29 dafür ausgelegt, den Haftungsfaktor g(k) gemäß der folgenden Gleichung (43) abzuschätzen:
42A ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem effektiven Gegendrehmoment und dem Schräglaufwinkel zeigt, die erhalten wird, wenn das Fahrzeug auf einer ebenen, geraden Straße mit hohem μ und einer überhöhten Straße fährt und 42B ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem abgeschätzten Rückstellmoment und dem Schräglaufwinkel zeigt, die erhalten wird, wenn das Fahrzeug auf einer ebenen, geraden Straße mit hohem μ und einer überhöhten Straße fährt. Wie in 42B gezeigt, wurde der Schräglaufwinkel für das auf der überhöhten Straße fahrende Fahrzeug durch die Überhöhungskorrektur (korrigierter Schräglaufwinkel) in die positive Richtung korrigiert. Daher ist das abgeschätzte Rückstellmoment proportional zum Schräglaufwinkel (gerade Linie), d. h. eine gerade Linie, die durch den Nullpunkt verläuft, wie in der in 27 gezeigten Ausführungsform dargestellt. 43 zeigt solche zeitabhängigen Veränderungen des Haftungsfaktors und des Lenkwinkels, die erhalten werden, wenn sich das Fahrzeug auf einer überhöhten Straße bewegt. Entsprechend 43 kann ein starker Haftzustand geeignet abgeschätzt werden, selbst wenn das Fahrzeug, wie in Ausführungsform in 27 gezeigt, auf einer überhöhten Straße fährt.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades gemäß der in 40 gezeigten Ausführungsform dafür ausgelegt, den korrigierten Schräglaufwinkel für die Änderung des Schräglaufwinkels zu berechnen, die durch die Veränderung des neutralen Punktes des Lenksystems verursacht wird, wenn das Fahrzeug auf einer überhöhten Straße fährt, wobei das abgeschätzte Rückstellmoment exakt berechnet werden kann. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde die elektrische Servolenkvorrichtung für die Berechnung des Haftungsfaktors verwendet, wobei statt dessen auch eine mit hydraulischem Druck angetriebene Servolenkvorrichtung verwendet werden kann. In letzterem Fall kann der Haftungsfaktor auf die gleiche Weise abgeschätzt werden, wie vorstehend beschrieben, nämlich durch die Ermittlung des hydraulischen Drucks in der Servolenkvorrichtung und der Berechnung des Drehmoments entsprechend des Lenkdrehmoments und Hilfsdrehmoments auf der Basis des festgestellten Drucks.
Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf eine Vorrichtung zur Schätzung des Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades, die eine Lenkfaktormeßeinrichtung zur Ermittlung mindestens eines Lenkfaktors, einschließlich eines Lenkdrehmoments und eines Lenkkraftaufwandes, die auf ein Lenksystem angewendet werden, das sich vom Lenkrad bis zur Radaufhängung eines Fahrzeugs erstreckt, eine Rückstellmomentschätzvorrichtung zur Abschätzung eines Rückstellmoments, das mindestens an einem Rad des Fahrzeugs erzeugt wird auf der Basis des Lenkfaktors, der durch die Lenkfaktormeßeinrichtung ermittelt wird, und eine Fahrzeugzustandsmeßeinrichtung für die Ermittlung einer Zustandsgröße des Fahrzeugs. Die Vorrichtung weist weiterhin auf eine Lenkfaktormeßeinrichtung zur Abschätzung mindestens eines Lenkfaktors einschließlich einer Seitenkraft und des Schräglaufwinkels, die auf das Rad auf der Basis der Fahrzeugzustandsvariable angewendet werden, und eine Haftungsfaktorschätzeinheit zur Abschätzung eines Haftungsfaktors für mindestens einen Reifen der Räder, in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen dem abgeschätzten Rückstellmoment und dem abgeschätzten Radfaktor.

Claims

Vorrichtung zur Schätzung eines Haftungsfaktors, der einen Haftungsgrad eines Reifens in seitlicher Richtung eines Fahrzeugrades bestimmt, die aufweist: – eine Lenkfaktormeßeinrichtung (M1, M2, M3; 13, 14, 22) zur Erfassung mindestens eines der Lenkfaktoren, einschließlich eines Lenkdrehmoments und eines Lenkkraftaufwandes, die auf ein Lenksystem angewendet werden, das sich vom Lenkrad bis zur Radaufhängung eines Fahrzeugs erstreckt, – eine Rückstellmomentschätzvorrichtung (M6; r) zur Abschätzung eines Rückstellmoments, das an mindestens einem Rad des Fahrzeugs erzeugt wird, auf der Basis des Lenkfaktors, der durch die Lenkfaktormeßeinrichtung (M1, M2, M3; 13, 14, 22) ermittelt wird, – eine Vorrichtung zur Bestimmung der Fahrzeugzustandsvariablen (M4, M7, M8, M9x; 11, 12) für die Erfassung einer Zustandsvariablen des Fahrzeugs, – eine Radfaktorschätzvorrichtung (M9, M9y; 21) zur Abschätzung von mindestens einem der Radfaktoren einschließlich einer Seitenkraft (Fyf) und eines Schräglaufwinkels (αf), welche auf das Rad angewendet werden auf der Basis der Zustandsvariablen, die durch die Vorrichtung zur Bestimmung der Fahrzeugzustandsvariablen (M4, M7, M8, M9x; 11, 12) ermittelt wurde, und – eine Haftungsfaktorschätzvorrichtung (M12; 29) zur Abschätzung des Haftungsfaktors (ε) von mindestens einem Rad des Fahrzeugs in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen dem durch die Rückstellmomentschätzvorrichtung (M6; 28) ermittelten Rückstellmoment (Tsaa) und dem Radfaktor, der durch die Radfaktorschätzvorrichtung (M9, M9y; 21) abgeschätzt wurde.
Vorrichtung zur Schätzung eines Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist: – eine Referenzrückstellmomenteinstelleinheit (M11) zur Einstellung eines Referenzrückstellmoments (Tsao, Tsas) auf der Basis des Radfaktors, der durch die Radfaktorschätzvorrichtung (M9, M9y) abgeschätzt wurde, und des Rückstellmoments (Tsaa), das durch die Rückstellmomentschätzeinheit (M6) abgeschätzt wurde, wobei die Haftungsfaktorschätzvorrichtung (M12) dafür ausgelegt ist, den Haftungsfaktor (ε) des Reifens auf der Basis eines Vergleichsergebnisses zwischen dem durch die Rückstellmomentschätzeinheit (M6) ermittelten Rückstellmoment (Tsaa) und dem durch die Referenzrückstellmomenteinstelleinheit (M11) festgelegten Referenzrückstellmoment (Tsao, Tsas) abzuschätzen.
Vorrichtung zur Schätzung eines Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades nach Anspruch 2, wobei die Referenzrückstellmomenteinstelleinheit (M11) dafür ausgelegt ist, das Referenzrückstellmoment (Tsao, Tsas) festzulegen durch Annäherung einer Kennlinie des durch die Rückstellmomentschätzeinheit (M6) ermittelten Rückstellmoments (Tsaa) in Abhängigkeit von dem durch die Radfaktorschätzvorrichtung (M9, M9y) abgeschätzten Radfaktor an eine lineare Kennlinie des Referenzrückstellmoments (Tsao, Tsas) einschließlich mindestens des Nullpunkts, und außerdem dafür ausgelegt ist, das Referenzrückstellmoment (Tsao, Tsas) anhand der linearen Kennlinie des Referenzrückstellmoments (Tsao, Tsas) einzustellen.
Vorrichtung zur Schätzung eines Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades nach Anspruch 2, wobei die Referenzrückstellmomenteinstelleinheit (M11) dafür ausgelegt ist, eine lineare Kennlinie des Referenzrückstellmoments (Tsau) mit einem Gradienten festzulegen, der bereitgestellt wird durch ein Bürstenmodell des Rades zur Abschätzung des Haftungsfaktors (εm) auf der Basis einer Begrenzung der Seitenkraft (Fyf) für die Straßenreibung, und außerdem dafür ausgelegt ist, das Referenzrückstellmoment (Tsau) anhand der linearen Kennlinie des Referenzrückstellmoments (Tsau) einzustellen.
Vorrichtung zur Schätzung eines Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades nach Anspruch 1, wobei die Lenkfaktormeßeinrichtung (M1, M2, M3; 13, 14, 22) aufweist: – eine Lenkdrehmomentmeßvorrichtung (M1; 13) zur Ermittlung des Lenkdrehmoments (Tstr), das auf das Lenksystem angewendet wird, – eine Hilfsdrehmomentmeßvorrichtung (M2; 14) zur Ermittlung eines Hilfsdrehmoments, das auf das Lenksystem angewendet wird, – eine Gegendrehmomentabschätzvorrichtung (M3; 22) zur Abschätzung eines Gegendrehmoments, das angewendet wird auf die Lenkachse des Lenksystems auf der Basis des durch die Lenkdrehmomentmeßvorrichtung (M1; 13) bestimmten Lenkdrehmoments und des durch die Gegendrehmomentabschätzvorrichtung (M3; 22) abgeschätzten Gegendrehmoments, und – eine Reibungsdrehmomentabschätzvorrichtung (M5; 26) zur Abschätzung eines Reibungsdrehmoments, das durch innere Reibung des Lenksystems verursacht wird, wobei die Rückstellmomentschätzvorrichtung (M6; 28) dafür ausgelegt ist, das Rückstellmoment (Tsaa) auf der Basis des durch die Gegendrehmomentabschätzvorrichtung (M3; 22) bestimmten Gegendrehmoments und des durch die Reibungsdrehmomentabschätzvorrichtung (M5; 26) bestimmten Reibungsdrehmoments abzuschätzen.
Vorrichtung zur Schätzung eines Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades nach Anspruch 5, wobei die Reibungsdrehmomentabschätzvorrichtung (M5; 26) dafür ausgelegt ist, das Reibungsdrehmoment abzuschätzen auf der Basis einer Differenz zwischen dem Gegendrehmoment mit dessen durch die Gegendreh momentabschätzvorrichtung (M3; 22) bestimmten maximalen Wert und dem Gegendrehmoment, das erzeugt wird, wenn das Lenksystem in eine Richtung zur Ursprungsposition des Lenksystems betätigt wird.
Vorrichtung zur Schätzung eines Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades nach Anspruch 5, die weiterhin aufweist: – eine Fahrzeuggeschwindigkeitsvorrichtung (12) zur Ermittlung einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs, und – eine Filtervorrichtung (23, 24) zur Einstellung einer Grenzfrequenz in Übereinstimmung mit der durch die Fahrzeuggeschwindigkeitsvorrichtung (12) ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit und zum Anwenden eines Tiefpaßfilterverfahrens mit der Grenzfrequenz auf das durch die Gegendrehmomentabschätzvorrichtung (22) bestimmte Gegendrehmoment, wobei die Reibungsdrehmomentabschätzvorrichtung (26) dafür ausgelegt ist, das Reibungsdrehmoment abzuschätzen auf der Basis des durch die Filtervorrichtung (23, 24) gefilterten Gegendrehmoments und wobei die Rückstellmomentschätzvorrichtung (28) dafür ausgelegt ist, das Rückstellmoment auf der Basis des durch die Filtervorrichtung (23, 24) gefilterten Gegendrehmoments abzuschätzen.
Vorrichtung zur Schätzung eines Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades nach Anspruch 5, die weiterhin aufweist: – eine Korrekturdrehmomentabschätzeinheit (27) zur Abschätzung eines Korrekturdrehmoments in Übereinstimmung mit einer Änderung eines neutralen Punkts des Radaufhängungssystems, wobei die Rückstellmomentschätzvorrichtung (28) dafür ausgelegt ist, das Rückstellmoment abzuschätzen auf der Basis des durch die Gegendrehmomentabschätzvorrichtung (22) bestimmten Gegendrehmoments, des durch die Reibungsdrehmomentabschätzvorrichtung (26) bestimmten Reibungsdrehmoments und des durch die Korrekturdrehmomentabschätzeinheit (27) bestimmten Korrekturdrehmoments.
Vorrichtung zur Schätzung eines Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades nach Anspruch 8, wobei die Rückstellmomentschätzvorrichtung (28) dafür ausgelegt ist, das Korrekturdrehmoment abzustimmen in Übereinstimmung mit einer Änderung des Reibungsdrehmoments, bevor und nachdem das Lenksystem in die Richtung zur Ursprungsposition bedient wird und wobei Rückstellmomentschätzvorrichtung (28) dafür ausgelegt ist, das Rückstellmoment abzuschätzen auf der Basis des Reibungsdrehmoments, nachdem das Lenksystem in die Richtung zur Ursprungsposition betätigt wurde, und auf der Basis des eingestellten Korrekturdrehmoments.
Vorrichtung zur Schätzung eines Haftungsfaktors eines Fahrzeugrades nach Anspruch 1, die weiterhin eine Warnvorrichtung (AL3) für das Vergleichen des durch die Haftungsfaktorschätzvorrichtung (29) abgeschätzten Haftungsfaktors (ε) mit einem vorbestimmten Wert (ε0) aufweist, um ein Warnsignal zu geben, wenn der abgeschätzte Haftungsfaktor kleiner wird als der vorbestimmte Wert (ε0).
Fahrzeugbewegungssteuervorrichtung, die eine Vorrichtung zur Abschätzung eines Haftungsfaktors aufweist, der einen Haftungsgrad eines Reifens in seitlicher Richtung eines Fahrzeugrades bestimmt, die aufweist: – eine Lenkfaktormeßeinrichtung (M1, M2, M3; 13, 14, 22) zur Erfassung mindestens eines der Lenkfaktoren, einschließlich eines Lenkdrehmoments und eines Lenkkraftaufwandes, die auf ein Lenksystem angewendet werden, das sich vom Lenkrad bis zur Radaufhängung eines Fahrzeugs erstreckt, – eine Rückstellmomentschätzvorrichtung (M6; 28) zur Abschätzung eines Rückstellmoments, das an mindestens einem Rad des Fahrzeugs erzeugt wird, auf der Basis des Lenkfaktors, der durch die Lenkfaktormeßeinrichtung (M1, M2, M3; 13, 14, 22) ermittelt wird, – eine Vorrichtung zur Bestimmung der Fahrzeugzustandsvariablen (M4, M7, M8, M9x; 11, 12) für die Erfassung einer Zustandsvariablen des Fahrzeugs, – eine Radfaktorschätzvorrichtung (M9, M9y; 21) zur Abschätzung von mindestens einem der Radfaktoren einschließlich einer Seitenkraft (Fyf) und eines Schräglaufwinkels (αf), welche auf das Rad angewendet werden auf der Basis der Zustandsvariablen, die durch die Vorrichtung zur Bestimmung der Fahrzeugzustandsvariablen (M4, M7, M8, M9x; 11, 12) ermittelt wurde, und – eine Haftungsfaktorschätzvorrichtung (M12; 29) zur Abschätzung des Haftungsfaktors (ε) von mindestens einem Rad des Fahrzeugs in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen dem durch die Rückstellmomentschätzvorrichtung (M6; 28) ermittelten Rückstellmoment (Tsaa) und dem Radfaktor, der durch die Radfaktorschätzvorrichtung (M9, M9y; 21) abgeschätzt wurde, wobei die Fahrzeugbewegungssteuervorrichtung weiter aufweist: – Steuerungsvorrichtungen (ECU3, ECU4, ECU5) zur Steuerung von mindestens einer der Größen Bremskraft, Motorleistung und Schaltungsposition des Fahrzeugs zumindest als Antwort auf die Zustandsvariable, die durch die Vorrichtung zur Bestimmung der Fahrzeugzustandsvariablen (M4, M7, M8, M9x; 11, 12) ermittelt wurde, wobei die Steuerungsvorrichtung mindestens eine der Größen Bremskraft, Motorleistung und Schaltungsposition des Fahrzeugs steuert, wenn der durch die Haftungsfaktorschätzvorrichtung (M12; 29) abgeschätzte Haftungsfaktor (ε) kleiner als ein vorbestimmter Wert (ε0) wird, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu verringern.
Fahrzeugbewegungssteuervorrichtung nach Anspruch 11, die weiterhin aufweist: – eine Referenzrückstellmomenteinstelleinheit (M11) zur Einstellung eines Referenzrückstellmoments (Tsao) auf der Basis des durch die Radfaktorschätzvorrichtung (M9, M9y) bestimmten Radfaktors und des durch die Rückstellmomentschätzvorrichtung (M6) bestimmten Referenzrückstellmoments (Tsao), wobei die Haftungsfaktorschätzvorrichtung (M12) dafür ausgelegt ist, den Haftungsfaktor (ε) des Reifens auf der Basis eines Vergleichsergebnisses zwischen dem durch die Rückstellmomentschätzeinheit (M6) ermittelten Rückstellmoment (Tsaa) und dem durch die Referenzrückstellmomenteinstelleinheit (M11) festgelegten Referenzrückstellmoment (Tsao, Tsas) abzuschätzen.
Fahrzeugbewegungssteuervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Referenzrückstellmomenteinstelleinheit (M11) dafür ausgelegt ist, das Referenzrückstellmoment (Tsao, Tsas) festzulegen durch Annäherung einer Kennlinie des durch die Rückstellmomentschätzeinheit (M6) ermittelten Rückstellmoments (Tsaa) in Abhängigkeit von dem durch die Radfaktorschätzvorrichtung (M9, M9y) abgeschätzten Radfaktor an eine lineare Kennlinie des Referenzrückstellmoments (Tsao, Tsas) einschließlich mindestens des Nullpunkts, und außerdem dafür ausgebildet ist, das Referenzrückstellmoment (Tsao, Tsas) anhand der linearen Kennlinie des Referenzrückstellmoments (Tsao, Tsas) einzustellen.
Fahrzeugbewegungssteuervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Referenzrückstellmomenteinstelleinheit (M11) dafür ausgelegt ist, eine lineare Kennlinie des Referenzrückstellmoments (Tsau) festzulegen mit einem Gradienten, der durch ein Bürstenmodell des Rades erhalten wird zur Abschätzung des Haftungsfaktors (εm) auf der Basis eines Spielraums der Seitenkraft (Fyf) für die Straßenreibung, und dafür ausgebildet ist, das Referenzrückstellmoment (Tsau) auf der Basis der linearen Kennlinie des Referenzrückstellmoments (Tsau) einzustellen.
Fahrzeugbewegungssteuervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Lenkfaktormeßeinrichtung (M1, M2, M3; 13, 14, 22) aufweist: – eine Lenkdrehmomentmeßvorrichtung (M1; 13) zur Ermittlung des auf das Lenksystem angewendeten Lenkdrehmoments (Tstr), – eine Hilfsdrehmomentmeßeinheit (M2; 14) zur Ermittlung des auf das Lenksystem angewendeten Hilfsdrehmoments, – eine Gegendrehmomentabschätzvorrichtung (M3; 22) zur Abschätzung eines Gegendrehmoments, das auf eine Lenkachse des Lenksystems angewendet wird auf der Basis des durch die Lenkdrehmomentmeßvorrichtung (M1; 13) ermittelten Lenkdrehmoments und des durch die Gegendrehmomentabschätzvorrichtung (M3; 22) abgeschätzten Gegendrehmoments, und – eine Reibungsdrehmomentabschätzvorrichtung (M5; 26) zur Abschätzung eines Reibungsdrehmoments, das durch innere Reibung des Lenksystems verursacht wird, wobei die Rückstellmomentschätzvorrichtung (M6; 28) dafür ausgelegt ist, das Rückstellmoment (Tsaa) auf der Basis des durch die Gegendrehmomentabschätzvorrichtung (M3; 22) bestimmten Gegendrehmoments und des durch die Reibungsdrehmomentabschätzvorrichtung (M5; 26) bestimmten Reibungsdrehmoments abzuschätzen.
Fahrzeugbewegungssteuervorrichtung nach Anspruch 15, die weiterhin aufweist: – eine Korrekturdrehmomentabschätzeinheit (27) zur Abschätzung eines Korrekturdrehmoments in Übereinstimmung mit einer Änderung eines neutralen Punkts des Radaufhängungssystems, wobei die Rückstellmomentschätzvorrichtung (28) dafür ausgebildet ist, das Rückstellmoment (T_SAT) abzuschätzen auf der Basis des durch die Gegendrehmomentabschätzvorrichtung (22) bestimmten Gegendrehmoments, des durch die Reibungsdrehmomentabschätzvorrichtung (26) bestimmten Reibungsdrehmoments und des durch die Korrekturdrehmomentabschätzeinheit (27) bestimmten Korrekturdrehmoments.
Fahrzeugbewegungssteuervorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Korrekturdrehmomentabschätzeinheit (27) dafür ausgebildet ist, das Korrekturdrehmoment abzuschätzen in Übereinstimmung mit der Änderung des neutralen Punkts des Radauf hängungssystems auf der Basis des durch die Reibungsdrehmomentabschätzvorrichtung (26) bestimmten Reibungsdrehmoments.
Fahrzeugbewegungssteuervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuerungsvorrichtung dafür ausgebildet ist, die auf mindestens ein Rad des Fahrzeugs ausgeübte Bremskraft zu steuern, wenn der durch die Haftungsfaktorschätzvorrichtung (M12; 29) abgeschätzte Haftungsfaktor (ε) während der Bremsbetätigung durch einen Fahrzeugführer kleiner wird als ein vorbestimmter Wert (ε0), um eine vorbestimmte Bremskraft unabhängig von der Bremsbetätigung des Fahrzeugführers zu überschreiten.
Fahrzeugbewegungssteuervorrichtung nach Anspruch 18, wobei die vorbestimmte Bremskraft eingestellt wird auf der Basis von mindestens einer der Größen Haftungsfaktor (ε), Betrag der Bremsbetätigung des Fahrzeugführers, Straßenreibungskoeffizient (μ) des Rades und Last auf das Rad.
Fahrzeugbewegungssteuervorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Steuerungsvorrichtung dafür ausgelegt ist, die auf die Hinterräder des Fahrzeugs ausgeübte Bremskraft zu steuern, wenn der Straßenreibungskoeffizient (μ) kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, um zu verhindern, daß die Bremskraft erhöht wird.
Fahrzeugbewegungssteuervorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Steuerungsvorrichtung dafür ausgelegt ist, zu bestimmen, ob das Fahrzeug eine Tendenz zur Untersteuerung oder zur Übersteuerung aufweist auf der Basis der Zustandsvariable, die durch die Vorrichtung zur Bestimmung der Fahrzeugzustandsvariablen (M4, M7, M8, M9x; 11, 12) ermittelt wurde, und dafür ausgelegt ist, die auf das Fahrzeug ausgeübte Bremskraft zu steuern, um ein unterschiedliches Giermoment zwischen den Zuständen zu erzeugen, wenn das Fahrzeug die Tendenz zur Untersteuerung aufweist und wenn das Fahrzeug die Tendenz zur Übersteuerung aufweist.