專利名稱：路面摩擦系數估計裝置和路面摩擦系數估計方法
技術領域：
本發明涉及一種用于估計自動車輛正在行駛的路面的路面摩擦系數(以下還稱 為路面μ)的路面摩擦系數估計裝置和路面摩擦系數估計方法。
背景技術：
存在一種測量驅動輪的轉動速度、基于其轉動加速度的最大值來估計路面μ、并且進行轉矩控制以防止驅動輪滑移的車輛行駛控制裝置(例如，參見專利文獻1)。專利文獻1 日本特公平6-7873
發明內容
由于根據專利文獻1的裝置基于驅動輪的轉動速度來估計路面μ，因此除非由于 驅動輪的滑移引起轉動速度實際變化，否則不能估計路面μ。本發明的問題是在由于車輪的滑移引起該車輪的轉動速度實際變化之前，估計行 駛路面的路面μ。為了解決該問題，根據本發明，一種路面摩擦系數估計裝置，包括橫向力檢測部， 其檢測車輪的橫向力；滑移角檢測部，其檢測所述車輪的滑移角；以及路面摩擦系數估計 部，其存儲與坐標面中的特性曲線有關的信息，其中，所述坐標面具有表示所述橫向力的 坐標軸和表示所述滑移角的坐標軸，并且所述特性曲線表示基準路面摩擦系數的條件下的 所述橫向力和所述滑移角之間的關系；得出所述坐標面內直線與所述特性曲線相交的點作 為基準點，其中，所述直線通過所述坐標面的原點和檢測點，并且所述檢測點與由所述橫向 力檢測部獲得的所述橫向力的檢測值和由所述滑移角檢測部獲得的所述滑移角的檢測值 相對應；以及基于所述橫向力和所述滑移角至少之一的檢測值和基準值、以及所述基準路 面摩擦系數，來計算路面摩擦系數的估計值，其中，所述基準值是所述基準點處的值。此外，根據本發明，一種路面摩擦系數估計方法，包括檢測車輪的橫向力的步驟； 檢測所述車輪的滑移角的步驟；以及如下步驟存儲與坐標面中的特性曲線有關的信息， 其中，所述坐標面具有表示所述橫向力的坐標軸和表示所述滑移角的坐標軸，并且所述特 性曲線表示基準路面摩擦系數的條件下的所述橫向力和所述滑移角之間的關系；得出所述 坐標面內直線與所述特性曲線相交的點作為基準點，其中，所述直線通過所述坐標面的原 點和檢測點，并且所述檢測點與所述橫向力的檢測值和所述滑移角的檢測值相對應；以及 基于所述橫向力和所述滑移角至少之一的檢測值和基準值、以及所述基準路面摩擦系數， 來計算路面摩擦系數的估計值，其中，所述基準值是所述基準點處的值。
圖1是解釋本發明的基礎技術所使用的、示出輪胎特性曲線的特性圖。圖2是解釋本發明的基礎技術所使用的、示出各路面μ的條件下的輪胎特性曲線 和輪胎摩擦圓的特性圖。
圖3是解釋本發明的基礎技術所使用的、示出各路面μ的條件下的輪胎特性曲線在該輪胎特性曲線與通過該輪胎特性曲線的原點的直線相交的點處的切線的斜率的特性 圖。圖4是解釋本發明的基礎技術所使用的、示出各路面μ的條件下的輪胎特性曲線 在該輪胎特性曲線與通過該輪胎特性曲線的原點的直線相交的點處的切線的斜率的另一 特性圖。圖5是解釋本發明的基礎技術所使用的、示出在路面μ不同的輪胎特性曲線之間 橫向力Fy的比、滑移角β t的比和路面μ的比彼此相等的特性圖。圖6是解釋本發明的基礎技術所使用的、示出在路面μ不同的路面的條件下獲得 的橫向力Fy和滑移角β t之間的關系的特性圖。圖7是解釋本發明的基礎技術所使用的、示出在無釘防滑輪胎的情況下在路面μ 不同的路面的條件下獲得的橫向力Fy和滑移角β t之間的關系的特性圖。圖8是解釋本發明的基礎技術所使用的、示出與任意直線和輪胎特性曲線相交的 點相對應的橫向力Fy和滑移角β t之間的比、和輪胎特性曲線在該交點處的切線的斜率之 間的關系的特性圖。圖9是解釋本發明的基礎技術所使用的、并且用于解釋以特定路面μ的條件下的 輪胎特性曲線為基準來估計實際行駛路面的路面μ的過程的圖。圖10是示出根據本發明第一實施例的路面摩擦系數估計裝置的結構的框圖。圖11是示出基于檢測到的橫向力Fyb來計算路面μ的估計值的過程的流程圖。圖12是示出基于檢測到的滑移角Ptb來計算路面μ的估計值的過程的流程圖。圖13是示出基于連接測量點和輪胎特性曲線的原點的直線的線段長度來計算路 面μ的估計值的過程的流程圖。圖14是示出橫軸表示橫向力Fy和滑移角β t之間的比(Fy/β t)、并且縱軸表示 橫向力Fy的輪胎特性曲線(特性映射)的特性圖。圖15是示出橫軸表示橫向力Fy和滑移角β t之間的比(Fy/β t)、并且縱軸表示 滑移角βt的輪胎特性曲線(特性映射)的特性圖。圖16是示出根據本發明第二實施例的車輛的示意結構的圖。圖17是示出車輛行駛狀態估計器的結構的框圖。圖18是示出車體滑移角估計部的結構的框圖。圖19是解釋轉彎期間作用于車體的場力所使用的圖。圖20是解釋轉彎期間作用于車體的場力所使用的圖。圖21是解釋用于設置補償增益的控制映射所使用的特性圖。圖22是解釋線性兩輪車輛模型所使用的圖。圖23是解釋EPS輸出調整映射所使用的圖。
具體實施例方式如以下所述，根據本發明，可以檢測車輪的橫向力和車輪的滑移角，并且基于這兩 者來估計時刻變化的路面μ。以下參考附圖來說明本發明的實施例。
本發明實施例的基礎技術首先，以下說明本發明實施例的基礎技術。圖1示出輪胎特性曲線。該輪胎特性 曲線示出在車輪的滑移角β t和驅動輪的橫向力Fy之間成立的一般關系。例如，基于測試 數據調整輪胎模型，以獲得前輪和后輪各自的兩輪等同特性圖(輪胎特性曲線)。例如，通 過魔術公式(magic formula)輪胎模型來創建輪胎模型。橫向力Fy是以轉彎力或側向力 為代表的量。如圖1所示，沿著輪胎特性曲線，隨著滑移角Pt的絕對值增加，滑移角i3t和橫 向力Fy之間的關系從線性轉變為非線性。S卩，當滑移角i3t處于從0開始的特定范圍內時， 在滑移角β t和橫向力Fy之間線性關系成立。然后，當滑移角Pt的絕對值已經一定程度 地增大時，滑移角β t和橫向力Fy之間的關系變為非線性。通過關注輪胎特性曲線的切線的斜率，可以容易地理解從線性關系到非線性關系 的轉變。該輪胎特性曲線的切線的斜率由滑移角β t的變化量與橫向力Fy的變化量之間 的比、即橫向力Fy相對于滑移角β t的偏微分系數來表示。可以將如此表示的輪胎特性曲 線的切線的斜率看作為輪胎特性曲線在任意直線a、b、c或d與該輪胎特性曲線相交的點 (圖1中由圓圈來表示)處的切線的斜率。如果在輪胎特性曲線中可以識別出點、即可以識 別出滑移角β t和橫向力Fy，則可以估計輪胎摩擦狀態。例如，如圖1所示，如果該點處于 輪胎特性曲線中位于非線性區域中但接近線性區域的點xO處，則可以估計為輪胎摩擦狀 態處于穩定狀態。如果輪胎摩擦狀態處于穩定狀態，則可以估計為輪胎處于展現其能力的 水平、或者車輛處于穩定狀態。圖2示出各路面μ的條件下的輪胎特性曲線和輪胎摩擦圓。圖2(a)示出各路面 μ的條件下的輪胎摩擦曲線。圖2(b)、2(c)和2(d)各自示出各路面μ的條件下的摩擦 圓。例如，路面μ等于0.2、0.5或1.0。如圖2(a)所示，各路面μ的輪胎特性曲線示出彼 此相同的特性。此外，如圖2(b)、2 (c)和2(d)所示，隨著路面μ減小，摩擦圓縮小。即，隨 著路面μ減小，輪胎可以承受的橫向力減小。圖3示出各路面μ的條件下的輪胎特性曲線和通過原點的任意直線a、b或c之 間的關系。如圖3所示，對于各路面μ的條件下的輪胎特性曲線，獲得在輪胎特性曲線與任 意直線a、b或C相交的點處的切線的斜率。S卩，對于各路面μ的條件下的輪胎特性曲線， 獲得在輪胎特性曲線與直線a相交的點處的切線的斜率；對于各路面μ的條件下的輪胎特 性曲線，獲得在輪胎特性曲線與直線b相交的點處的切線的斜率；并且對于各路面μ的條 件下的輪胎特性曲線，獲得在輪胎特性曲線與直線c相交的點處的切線的斜率。結果，可以 獲得，各路面μ的條件下的輪胎特性曲線在與同一直線的交點處的切線的斜率彼此相等。例如，圖4關注圖3所示的直線C。如圖4所示，各路面μ的條件下的輪胎特性 曲線在與直線c的交點處的切線的斜率彼此相等。S卩，在路面μ =0.2的條件下的輪胎特 性曲線上獲得的交點Xl處的橫向力Fyl和滑移角Ptl之間的比(Fyl/i3tl)、在路面μ =0. 5的條件下的輪胎特性曲線上獲得的交點χ2處的橫向力Fy2和滑移角β t2之間的比 (Fy2/i3t2)、以及在路面μ = 1.0的條件下的輪胎特性曲線上獲得的交點χ3處的橫向力 Fy3和滑移角i3t3之間的比(Fy3/i3t3)彼此相等。在各路面μ的條件下的輪胎特性曲線 上獲得的各交點xl、x2或x3處的切線的斜率彼此相等。這樣，即使路面μ不同，各輪胎特性曲線在以下點處的切線的斜率也彼此相等，其中，該點是橫向力Fy和滑移角β t之間的比(Fy/i3t)彼此相同的點(0t，Fy)。在輪胎 特性曲線中橫向力Fy和滑移角β t之間的比(Fy/β t)彼此相同的點(β , Fy)之間的 橫 向力Fy的比和滑移角Pt的比均等于輪胎特性曲線之間的路面μ的比。即，如果確定了 橫向力Fy的比或滑移角Pt的比，則可以確定路面μ的比。圖5用于解釋在路面μ不同的輪胎特性曲線之間，橫向力Fy的比、滑移角^t的 比和路面μ的比均彼此相等。圖5示出在路面μ不同的路面A(路面μ = μ Α)和路面 B(路面μ = μΒ)的條件下獲得的輪胎特性曲線。如圖5所示，橫向力a2和橫向力b2之 間的比(a2/b2)等于路面A的路面μΑ和路面B的路面^之間的比(μΑ/μΒ)，其中，橫向 力a2與在路面A的條件下獲得的輪胎特性曲線的點(β t，Fy)(由圖5中的實心框所示) 相對應，并且橫向力b2與在路面B的條件下獲得的輪胎特性曲線的點(β t，Fy)(由圖5中 的實心圓所示)相對應，并且其中，這些點在橫向力Fy和滑移角i3t之間的比(Fy/i3t)方 面彼此相同。同樣，滑移角a3和滑移角b3之間的比(a3/b3)等于路面A的路面μ A和路 面B的路面1^之間的比(μΑ/μΒ)，其中，滑移角a3與在路面A的條件下獲得的輪胎特性 曲線的點(i3t，Fy)相對應，并且滑移角b3與在路面B的條件下獲得的輪胎特性曲線的點 (3t，Fy)相對應，并且其中，這些點在橫向力Fy和滑移角Pt之間的比(Fy/β t)方面彼此 相同。因此，線段長度al和線段長度bl之間的比(al/bl)等于路面A的路面μ A和路面B 的路面間的比(μΑ/μΒ)，其中，線段長度al是在路面A的條件下獲得的輪胎特性曲 線的原點(0，0)和點(i3t，Fy)之間連接的線段的長度，并且線段長度bl是在路面B的條 件下獲得的輪胎特性曲線的原點(0，0)和點(i3t，Fy)之間連接的線段的長度，并且其中， 這些點在橫向力Fy和滑移角β t之間的比(Fy/i3t)方面彼此相同。圖6示出在路面μ不同的路面的條件下獲得的橫向力Fy和滑移角β t之間的關 系。在圖6中，振蕩波表示在干路、濕路和低μ路的條件下的測量值，并且虛線表示在這些 路面的條件下的輪胎(普通輪胎)的特性曲線。如圖6所示，在路面μ不同的路面的條件 下的輪胎特性曲線中，在維持橫向力Fy和滑移角β t之間的比(Fy/i3t)時，隨著路面μ 減小，橫向力Fy和滑移角i3t減小。圖7示出在無釘防滑輪胎的情況下、在路面μ不同的路面的條件下獲得的橫向力 Fy和滑移角β t之間的關系。在圖7中，振蕩波表示在干路、濕路和低μ路的條件下的測 量值，并且虛線表示在這些路面的條件下的輪胎的特性曲線。粗虛線表示普通輪胎的特性 曲線。如圖7所示，在線性區域中，在路面μ不同的路面的條件下的輪胎特性曲線(細虛 線)中，在維持橫向力Fy和滑移角Pt之間的比(Fy/i3t)時，隨著路面μ減小，橫向力Fy 和滑移角Pt減小。此外，在線性區域中，普通輪胎的特性曲線(粗虛線)的橫向力Fy和 滑移角Pt之間的比(Fy/i3t)等于無釘防滑輪胎的特性曲線(細虛線)的橫向力Fy和滑 移角β t之間的比(Fy/i3t)。即，普通輪胎的特性曲線和無釘防滑輪胎的特性曲線具有相 似的形狀。即，在特性曲線的橫向力Fy和滑移角β t之間的比(Fy/i3t)方面，在抓地力、 表面形狀等方面不同的無釘防滑輪胎也與普通輪胎相同。圖8示出在與任意直線與輪胎特性曲線相交的點相對應的橫向力Fy和滑移角β t 之間的比(Fy/β t)、和輪胎特性曲線在該交點處的切線的斜率之間的關系。如 圖8所示，該特性曲線示出橫向力Fy和滑移角Pt之間的比(Fy/i3t)與輪胎特性曲線的 切線的斜率處于特定關系，而與路面μ (例如，μ =0.2、0.5、1.0)無關。因此，即使在諸如干浙青路面和冰凍路面等的、路面μ不同的路面的條件下，圖8所示的特性曲線也成立。 在圖8所示的特性曲線的情況下，在橫向力Fy和滑移角Pt之間的比(Fy/β t) 小的區域中，輪胎特性曲線的切線的斜率為負。在該區域中，隨著比(Fy/i3t)增大，輪胎特 性曲線的切線的斜率先減小然后增大。順便提及，當輪胎特性曲線的切線的斜率為負時，這 意味著橫向力相對于滑移角的偏微分系數為負。在橫向力Fy和滑移角Pt之間的比(Fy/i3t)大的區域中，輪胎特性曲線的切線 的斜率為正。在該區域中，隨著比(Fy/i3t)增大，輪胎特性曲線的切線的斜率增大。順便 提及，當輪胎特性曲線的切線的斜率為正時，這意味著橫向力相對于滑移角的偏微分系數 為正。當輪胎特性曲線的切線的斜率為最大時，這意味著輪胎特性曲線的切線的斜率在輪 胎特性曲線的線性區域內。順便提及，在該線性區域中，輪胎特性曲線的切線的斜率恒定等 于特定值，而與橫向力Fy和滑移角i3t的值無關。如上所述，本申請的發明人已經得出以下事實各路面μ的條件下的輪胎特性曲 線在以下交點處的切線的斜率彼此相同，在該交點處，輪胎特性曲線與通過輪胎特性曲線 的原點的任意直線相交。基于該事實，本申請的發明人已經獲得以下結果橫向力Fy和滑 移角β t之間的比(Fy/i3t)與輪胎特性曲線的切線的斜率之間的關系可以由特定特性曲 線來表示，而與路面μ無關(參考圖8)。因此，如果確定了橫向力Fy和滑移角β ，則可 以基于特性曲線獲得與輪胎摩擦狀態有關的信息，而無需與路面μ有關的信息。本申請的發明人已經得出以下事實在路面μ不同的輪胎特性曲線中，在輪胎特 性曲線的橫向力Fy和滑移角Pt之間的比(Fy/i3t)彼此相同的點(@t，Fy)之間的橫向 力Fy的比和滑移角β t的比等于輪胎特性曲線之間的路面μ的比。基于該事實，如果確 定了橫向力Fy的比或滑移角Pt的比，則可以確定路面μ的比。因此，可以以路面μ的 特定值的條件下的輪胎特性曲線為基準來估計當前行駛路面的路面μ。參考圖9，以下說明以路面μ的特定值的條件下的輪胎特性曲線為基準來估計實 際行駛路面(作為檢測對象的行駛路面)的路面μ的過程。首先，檢測行駛期間的橫向力 Fyb和滑移角β tb。與檢測到的橫向力Fyb和滑移角β tb相對應的點(β tb，Fyb)(圖9 中由實心圓表示的點)位于檢測時(實際行駛路面的)路面μ的條件下的輪胎特性曲線 上。隨后，計算(確定)作為基準的路面(基準路面，例如路面μ = 1的路面)的條 件下的輪胎特性曲線中的點(β ta，Fya)(圖9中由實心框表示的點)，其中，該點與檢測到 的橫向力Fyb和滑移角3tb之間的比(Fyb/i3tb)相同。在基于線段長度進行估計的情況 下，計算線段長度bl和線段長度al之間的比(bl/al)，其中，線段長度bl是原點和與檢測 到的橫向力Fyb和滑移角i3tb相對應的點(i3tb，Fyb)之間的長度，并且線段長度al是基 準路面的條件下的輪胎特性曲線的原點、和在基準路面的條件下的輪胎特性曲線上與計算 出的值相對應的點(β ta，Fya)之間的長度(線段長度al是線段長度bl的延長)。然后， 獲得計算出的比(bl/al)和基準路面的路面μ值μΑ的乘積(μ Α · bl/al)，并且估計為實 際行駛路面的路面μ值μ Β等于該乘積(μΑ· bl/al)。在基于橫向力Fy進行估計的情況下，計算檢測到的橫向力Fyb的大小b2、和與 基準路面的條件下的輪胎特性曲線上計算出的值的點(i3ta，Fya)相對應的橫向力Fya的 大小a2之間的比(b2/a2)。獲得計算出的比(b2/a2)和基準路面的路面μ值μ Α的乘積(yA*b2/a2)，并且估計為實際行駛路面的路面μ值μ Β等于該乘積(μ Α · b2/a2)。a2和 b2各自表示橫向力的大小，并且與圖9中的線段長度a2或線段長度b2相對應，其中，a2和 b2之間的比等于線段長度al和線段長度bl之間的比。在基于滑移角β t進行估計的情況下，計算檢測到的滑移角β tb的大小b3、和與 基準路面的條件下的輪胎特性曲線上計算出的值的點(i3ta，Fya)相對應的滑移角β ta的 大小a3之間的比(b3/a3)。獲得計算出的比(b3/a3)和基準路面的路面μ值μ Α的乘積 (yA*b3/a3)，并且估計為實際行駛路面的路面μ值μ Β等于該乘積(μ Α · b3/a3)。a3和 b3各自表示滑移角的大小，并且與圖9中的線段長度a3或線段長度b3相對應，其中，a3和 b3之間的比等于線段長度al和線段長度bl之間的比。順便提及，基于橫向力Fy、滑移角β t和線段長度進行估計的過程盡管在表現上 有所不同，但在物理上彼此等同。根據以上所述的過程，可以以路面μ的特定值的條件下的輪胎特性曲線為基準 來估計實際行駛路面的路面μ。實施例 以下說明利用以上所述技術實現的實施例。第一實施例第一實施例是應用了本發明的路面摩擦系數估計裝置。MM.圖10示出根據第一實施例的路面摩擦系數估計裝置的結構。例如，將該路面摩擦 系數估計裝置安裝在基于路面μ來進行行駛控制的車輛上。如圖 ο所示，路面摩擦系數 估計裝置包括橫向力檢測部1、滑移角檢測部2和路面μ計算部3。橫向力檢測部1檢測 橫向力。例如，橫向力檢測部1基于驅動源的輸出來檢測橫向力。橫向力檢測部1將檢測 到的橫向力輸出至路面μ計算部3。滑移角檢測部2檢測滑移角。滑移角檢測部2基于車 輪速度和車體速度之間的差來檢測滑移角。滑移角檢測部2將檢測到的滑移角輸出至路面 μ計算部3。路面μ計算部3利用諸如存儲器等的存儲部件，存儲采用特性映射的形式的基準 路面的條件下的輪胎特性曲線。在圖9中示出基準路面的條件下的輪胎特性曲線。例如， 通過車輛的行駛測試預先獲得形成特性映射的基準路面的條件下的輪胎特性曲線。例如， 通過加速圓周轉彎行駛測試來實現該行駛測試。基于通過基準路面的條件下的加速圓周轉 彎行駛測試獲得的、滑移角的變化和橫向力的變化之間的關系來獲得基準路面的條件下的 輪胎特性曲線。可選地，代替行駛測試，可以通過諸如模擬等的計算來獲得基準路面的條件 下的輪胎特性曲線。當基準路面是諸如干浙青(μ = D等的路面μ高的路面時，由于可 以相對抑制諸如行駛測試期間測量設備的噪聲等的干擾的影響，因此可以獲得高精度的輪 胎特性曲線。路面μ計算部3基于由此獲得的基準路面的條件下的輪胎特性曲線的特性映射 來計算實際行駛路面的路面μ的估計值。通過說明以下的過程步驟來說明路面μ計算部 3的詳細計算操作。圖13示出針對基于線段長度來計算實際行駛路面的路面μ的估計值的情況的過 程。如圖13所示，首先在過程開始之后，在步驟S21和S22中，路面μ計算部3檢測橫向力Fyb和滑移角β tb。隨 后，在步驟S23中，路面μ計算部3確定與基準路面的條件下的輪胎特性曲線 與通過基準路面的條件下的輪胎特性曲線的原點(0，0)和測量點的直線相交的點相對應 的值(β ta，Fya)。“測量點”表示特性映射中與在步驟S21和S22中檢測到的橫向力Fyb 和滑移角β tb相對應的點(β tb，Fyb)。隨后，在步驟S24中，路面μ計算部3計算實際行駛路面的路面μ值μ Β的估 計值。具體地，路面μ計算部3計算線段長度Lb(= ^/(βΛ2 +Fyb2))和線段長度
La(= V(Pta2+Fya2))之間的比(Lb/La)，其中，線段長度Lb是在基準路面的條件下的
輪胎特性曲線的原點和測量點(0tb，Fyb)之間連接的直線的長度，并且線段長度La是在 基準路面的條件下的輪胎特性曲線的原點、和在步驟S23中確定的基準路面的條件下的輪 胎特性曲線上的交點(0ta，Fya)之間連接的直線的長度。然后，路面μ計算部3獲得計 算出的比(Lb/La)和從特性映射(輪胎特性曲線)獲得的基準路面的路面μ值μΑ的乘 積，并且估計為實際行駛路面的路面μ值μ Β等于該乘積(μΒ= μ Α · Lb/La)。在該等式 中，路面μ值μΑ的系數(即(Lb/La))被稱為“相對于基準的比率”。這樣，路面μ計算 部3計算坐標面內在檢測點和橫向力等于0的點之間的距離作為第一距離；計算坐標面內 在基準點和橫向力等于0的點之間的距離作為第二距離；并且基于該第一距離和第二距離 來計算相對于基準的比率。根據前述過程計算實際行駛路面的路面μ的估計值。換言之，估計實際行駛路面 的路面μ的條件下、檢測到的橫向力Fyb和滑移角β tb之間的關系。例如，可以估計實際 行駛路面的條件下、橫向力等于容許最大值的最大路面μ。例如，基于如圖9所示檢測到的 橫向力Fyb和滑移角β tb之間的關系，可以估計與相對于滑移角β tb的增加、橫向力Fyb 的變化從增大變為減小的邊界相對應的最大路面μ。可以通過以下結構來實現第一實施例。具體地，可以基于橫向力來計算實際行駛 路面的路面μ的估計值。圖11示出計算實際行駛路面的路面μ的估計值的過程。如圖 11所示，首先在過程開始之后，在步驟Sl中，橫向力檢測部1檢測橫向力Fyb。隨后，在步 驟S2中，滑移角檢測部2檢測滑移角β tb。隨后，在步驟S3中，路面μ計算部3計算在步驟Sl和S2中檢測到的橫向力Fyb 和滑移角Ptb之間的比(Fyb/i3tb)。隨后，在步驟S4中，路面μ計算部3通過采用特性 映射的形式的基準路面的條件下的輪胎特性曲線來計算相應的橫向力Fya。S卩，路面μ計 算部3確定比與在步驟S3中計算出的橫向力Fyb和滑移角β tb之間的比(Fyb/β tb)相 同的橫向力Fya和滑移角β ta，并且由此獲得橫向力Fya。隨后，在步驟S5中，路面μ計算部3計算實際行駛路面的路面μ值μ Β的估計 值。具體地，路面μ計算部3獲得在步驟Sl中檢測到的橫向力Fyb和在步驟S4中通過特 性映射計算出的橫向力Fya之間的比(Fyb/Fya)、與通過特性映射(輪胎特性曲線)獲得的 基準路面的路面μ值μ Α的乘積，并且獲得與該乘積相等的、實際行駛路面的路面μ的估 計值 μ B ( μ B = μ A · Fyb/Fya)。可以通過以下結構來實現第一實施例。具體地，可以基于滑移角來計算實際行駛 路面的路面μ的估計值。圖12示出針對基于滑移角來計算實際行駛路面的路面μ的估計值的情況的過程。如圖12所示，首先在過程開始之后，與圖11相同，在步驟Sll和S12中， 路面μ計算部3檢測橫向力Fyb和滑移角i3tb。隨后，與圖11相同，在步驟S13中，路面 μ計算部3計算在步驟Sll和S12中檢測到的橫向力Fyb和滑移角β tb之間的比(Fyb/ β tb)。隨后，在步驟S14中，路面μ計算部3通過采用特性映射的形式的基準路面的條 件下的輪胎特性曲線來計算相應的滑移角0ta。S卩，路面μ計算部3確定比與在步驟S13 中計算出的橫向力Fyb和滑移角i3tb之間的比(Fyb/i3tb)相同的橫向力Fya和滑移角 β ta,并且由此獲得滑移角β ta。隨后，在步驟S15中，路面μ計算部3計算實際行駛路面的路面μ值μ Β的估計 值。具體地，路面μ計算部3獲得在步驟S12中檢測到的滑移角i3tb和在步驟S14中通過 特性映射計算出的滑移角Pta之間的比(i3tb/i3ta)、與通過特性映射(輪胎特性曲線) 獲得的基準路面的路面μ值μ Α的乘積，并且獲得與該乘積相等的、實際行駛路面的路面 μ 的估計值 μ Β( μ β = μ Α · β tb/ β ta)。在輪胎特性曲線的橫軸表示滑移角β t、并且縱軸表示橫向力Fy的情況下，說明 了本實施例。可以對此進行修改，以使得可以按其它形式表示輪胎特性曲線。圖14示出橫軸表示橫向力Fy和滑移角β t之間的比(Fy/β t)、并且縱軸表示橫 向力Fy的輪胎特性曲線的另一例子。路面μ計算部3基于構成圖14所示的基準路面的條 件下的輪胎特性曲線的特性映射，計算實際行駛路面的路面μ值μΒ的估計值。具體地，如 前述實施例所述，路面μ計算部3檢測橫向力Fyb和滑移角β tb。路面μ計算部3確定 比與檢測到的橫向力Fyb和滑移角i3tb之間的比(Fyb/ β tb)相同的橫向力Fya(a2)。隨 后，路面μ計算部3獲得檢測到的橫向力Fyb (b2)和通過輪胎特性曲線確定的橫向力Fya 之間的比(Fyb/Fya( = b2/a2))、與通過輪胎特性曲線獲得的基準路面的路面μ值μΑ的乘 積，并且獲得與該乘積相等的、實際行駛路面的路面μ的估計值μΒ(μΒ= yA*Fyb/Fya)。此外，圖15示出橫軸表示橫向力Fy和滑移角β t之間的比(Fy/i3t)、并且縱軸 表示滑移角β t的輪胎特性曲線的另一示例。路面μ計算部3基于構成圖15所示的基準 路面的條件下的輪胎特性曲線的特性映射，計算實際行駛路面的路面μ值μΒ的估計值。 具體地，如前述實施例所述，路面μ計算部3檢測橫向力Fyb和滑移角β tb。路面μ計 算部3確定比與檢測到的橫向力Fyb和滑移角i3tb之間的比(Fyb/i3tb)相同的滑移角 β ta(a3)。隨后，路面μ計算部3獲得檢測到的滑移角β tb (b3)和通過輪胎特性曲線確定 的滑移角Pta之間的比(i3tb/i3ta( = b3/a3))、與通過輪胎特性曲線獲得的基準路面的 路面μ值μΑ的乘積，并且獲得與該乘積相等的、實際行駛路面的路面μ的估計值μΒ(μΒ =μ Α · β tb/ β ta)。 參考使用特性映射的情況說明了第一實施例。可以利用其它方法來實現第一實施 例。具體地，可以使用數學表達式來實現第一實施例。數學表達式提供與特性映射的形式 相同的輪胎特性曲線，其中，車輪的橫向力和車輪的滑移角均為變量。與特性映射的情況相 同，基于由數學表達式提供的輪胎特性曲線和檢測到的橫向力和滑移角，例如利用聯立方 程來估計實際行駛路面的路面μ。參考獲得輪胎特性曲線(特性映射等)所依賴的基準路面的路面μ高的情況說 明了第一實施例。然而，考慮到原理，沒有限制基準路面的路面μ，只要可以基于基準路面的路面μ和實際行駛路面的路面μ之間的比來估計實際行駛路面的路面μ即可。例如，可以獲得諸如濕路面或冰凍路面等的、路面μ低的基準路面的條件下的輪胎特性曲線(特 性映射等)。在第一實施例中，橫向力檢測部1實現用于檢測車輪的橫向力的橫向力檢測部 件。滑移角檢測部2實現用于檢測車輪的滑移角的滑移角檢測部件。路面μ計算部3(特 別地，用于存儲特性映射的存儲部件，其中，例如該存儲部件是存儲器)實現用于獲得基準 路面的條件下的車輪的橫向力和車輪的滑移角之間的相關關系(或表示該相關關系的基 準曲線)的相關關系獲得部件。此外，路面P計算部3實現用于計算由橫向力檢測部件檢 測到的橫向力和由滑移角檢測部件檢測到的滑移角之間的比的比計算部件。此外，路面μ 計算部3實現用于基于由比計算部件計算出的比、由相關關系獲得部件獲得的相關關系、 以及由橫向力檢測部件檢測到的橫向力和由滑移角檢測部件檢測到的滑移角至少之一、來 估計橫向力和滑移角之間的關系的路面摩擦系數估計部件。在第一實施例中，路面μ計算部3(特別地，用于存儲特性映射的存儲部件，其中， 例如該存儲部件是存儲器)實現用于獲得表示基準路面的條件下的車輪的橫向力和車輪 的滑移角之間的關系的特性曲線的特性曲線獲得部件。橫向力檢測部1實現用于檢測行駛 期間車輪的橫向力的橫向力檢測部件。滑移角檢測部2實現用于檢測行駛期間車輪的滑移 角的滑移角檢測部件。路面μ計算部3實現以下比計算部件，用于計算由橫向力檢測部 件檢測到的橫向力和由滑移角檢測部件檢測到的滑移角之間的比；確定部件，用于在由特 性曲線獲得部件獲得的特性曲線上確定車輪的橫向力或車輪的滑移角，其中，車輪的橫向 力和車輪的滑移角之間的比與由比計算部件計算出的比相同；以及實際路面μ計算部件， 用于基于由確定部件確定的車輪的橫向力和由橫向力檢測部件檢測到的橫向力之間的比、 或由確定部件確定的滑移角和由滑移角檢測部件檢測到的滑移角之間的比、以及基準路面 的路面μ，來計算行駛路面的實際路面μ。第一實施例實現一種路面摩擦系數估計方法，包括檢測車輪的橫向力和滑移角； 計算檢測到的橫向力和滑移角之間的比；以及基于計算出的比、基準路面的條件下的車輪 的橫向力和車輪的滑移角之間的相關關系、以及檢測到的橫向力和滑移角至少之一，來估 計橫向力和滑移角之間的關系。第一實施例實現一種路面摩擦系數估計方法，包括檢測車輪的橫向力和滑移角； 計算檢測到的橫向力和滑移角之間的比；在特性曲線上確定車輪的橫向力或車輪的滑移 角，其中，車輪的橫向力和車輪的滑移角之間的比與計算出的比相同，并且其中，該特性曲 線是作為基準路面的條件下的車輪的橫向力和滑移角之間的關系所獲得的；以及基于所確 定的車輪的橫向力和檢測到的車輪的橫向力之間的比、或所確定的車輪的滑移角和檢測到 的車輪的滑移角之間的比、以及基準路面的路面μ，來計算行駛路面的實際路面μ。作用和效果第一實施例產生如下作用和效果。(1)檢測行駛期間車輪的橫向力和滑移角，并且計算檢測到的車輪橫向力和車輪 滑移角之間的比。然后，基于計算出的比、輪胎特性曲線、以及檢測到的橫向力和滑移角至 少之一來估計橫向力和滑移角之間的關系，其中，該輪胎特性曲線是作為基準路面的條件 下的車輪的橫向力和車輪的滑移角之間的相關關系所獲得的。這使得在可以檢測到橫向力和滑移角的情況下，可以基于橫向力和滑移角之間的比來估計時刻變化的路面μ。即，可以 在滑移發生之前估計路面μ。因此，可以估計滑移角和行駛路面的路面μ(或橫向力)之 間的關系。具體地，檢測行駛期間車輪的橫向力和滑移角，并且計算檢測到的橫向力和車輪 滑移角之間的比。此外，在輪胎特性曲線上確定車輪的橫向力或車輪的滑移角，其中，車輪 的橫向力和 車輪的滑移角之間的比與計算出的比相同，并且其中，該輪胎特性曲線是作為 基準路面的條件下的車輪的橫向力和車輪的滑移角之間的關系所獲得的。然后，基于所確 定的車輪的橫向力和檢測到的橫向力之間的比或所確定的滑移角和檢測到的滑移角之間 的比、以及基準路面的路面μ來計算行駛路面的實際路面μ。這使得在可以檢測到橫向力 和滑移角的情況下，可以基于橫向力和滑移角之間的比來計算行駛路面的實際路面μ。因 此，可以在滑移發生之前估計行駛路面的路面μ。此外，可以通過使用基準路面的條件下的輪胎特性曲線來容易地估計行駛路面的 路面μ，其中，獲得特定的一種路面條件下的輪胎特性曲線就足夠了。例如，可以考慮以下 方法已經獲得路面μ不同的路面的條件下的輪胎特性曲線；并且當不存在用以獲得實際 行駛路面的路面μ的輪胎特性曲線時，通過在現有的輪胎特性曲線之間進行插值來估計 實際行駛路面的路面μ。然而，在這種情況下，由于使用多個輪胎特性曲線、插值等，因此估 計路面μ的精度低。作為對比，在本發明的情況下，由于可以僅基于特定的一種路面的條 件下的輪胎特性曲線來估計行駛路面的路面μ，因此可以容易且精確地估計行駛路面的路 面μ ο(2)使用構成具有表示橫向力的坐標軸和表示滑移角的坐標軸的輪胎特性曲線的 特性映射，來估計檢測到的橫向力和檢測到的滑移角之間的關系。這使得可以容易地估計 時刻變化的路面μ。(3)使用構成具有表示橫向力和滑移角之間的比的坐標軸、和表示橫向力的坐標 軸的輪胎特性曲線的特性映射，來估計檢測到的橫向力和檢測到的滑移角之間的關系。這 使得可以容易地估計時刻變化的路面μ。(4)使用構成具有表示橫向力和滑移角之間的比的坐標軸、和表示滑移角的坐標 軸的輪胎特性曲線的特性映射，來估計檢測到的橫向力和檢測到的滑移角之間的關系。這 使得可以容易地估計時刻變化的路面μ。(5)獲得采用橫向力和滑移角均為變量的數學表達式的形式的輪胎特性曲線。這 使得可以容易地估計時刻變化的路面μ。第二實施例第二實施例是應用了本發明的電動驅動車輛。MMl圖16示出根據第二實施例的車輛的示意結構。如圖16所示，該車輛包括轉向角 傳感器21、橫擺率傳感器22、橫向加速度傳感器23、縱向加速度傳感器24、車輪速度傳感器 25、EPSECU(Electric Power Steering Electronic Control Unit，電動助力轉向電子控制 單元)26、EPS(Electric Power Steering，電動助力轉向)電機27和車輛行駛狀態估計器 28。轉向角傳感器21檢測與方向盤29 —起轉動的轉向軸30的轉動角。轉向角傳感器21將檢測結果(轉向角)輸出至車輛行駛狀態估計器28。橫擺率傳感器22檢測車輛的 橫擺率。橫擺率傳感器22將檢測結果輸出至車輛行駛狀態估計器28。橫向加速度傳感器 23檢測車輛的橫向加速度。橫向加速度傳感器23將檢測結果輸出至車輛行駛狀態估計器 28。縱向加速度傳感器24檢測車輛的縱向加速度。縱向加速度傳感器24將檢測結果輸出 至車輛行駛狀態估計器28。車輪速度傳感器25檢測車體的車輪31吣3‘、31&和31κκ的車 輪速度。車輪速度傳感器25將檢測結果輸出至車輛行駛狀態估計器28。EPSE⑶26基于由轉向角傳感器21檢測到的轉向角，向EPS電機27輸出轉向輔助 命令。該轉向輔助命令采用轉向轉矩輔助的命令信號的形式。此外，EPSECU 26基于由車 輛行駛狀態估計器28輸出的(以下所述的)路面μ的估計值，向EPS電機27輸出轉向輔 助命令。EPS電機27基于由EPSE⑶26輸出的轉向輔助命令，施加轉矩以使轉向軸30轉 動。因而，EPS電極27通過齒輪齒條型機構(齒輪32和齒條33)、拉桿14和節臂15輔助 左前輪31%和右前輪31fk的轉向運動，其中，齒輪齒條型機構連接至轉向軸30。車輛行駛狀態估計器28基于轉向角傳感器21、橫擺率傳感器22、橫向加速度傳感 器23、縱向加速度傳感器24和車輪速度傳感器25的檢測結果，估計行駛路面的狀態(路面 μ)。車輛行駛狀態估計器28將檢測結果輸出至EPSE⑶26。圖17示出車輛行駛狀態估計器28的內部結構。如圖17所示，車輛行駛狀態估計 器28包括車體速度計算部41、車體滑移角估計部42、輪胎滑移角計算部43、輪胎橫向力計 算部44和路面μ估計值計算部45。車體速度計算部41基于由車輪速度傳感器25檢測到的車輪速度和由縱向加速度 傳感器24檢測到的縱向加速度來估計車體速度。具體地，車體速度計算部41計算非驅動 輪3、和3 Ikk的車輪速度的平均值或者車輪Slmdl^^lm和3 Ikk的車輪速度的平均值，并 將車體速度的基本值設置為該平均值。車體速度計算部41基于縱向加速度來校正該基本 值。具體地，車體速度計算部41校正該基本值，以消除由于急速加速時的輪胎空轉和緊急 制動時的輪胎抱死所引起的誤差的影響。車體速度計算部16將如此校正后的值設置為對 車體速度的檢測結果。車體速度計算部41將檢測結果輸出至車體滑移角估計部42和滑移 角估計部44。車體滑移角估計部42根據由轉向角傳感器21檢測到的轉向角、由橫擺率傳感器 22檢測到的橫擺率、由橫向加速度傳感器23檢測到的橫向加速度、由縱向加速度傳感器24 檢測到的縱向角速度和由車體速度計算部41計算出的車體速度，估計車輛的側滑角(滑移 角)。圖18示出車體滑移角估計部42的結構的示例。如圖18所示，車體滑移角估計部 42包括估計車輛的狀態量(車輛側滑角β、滑移角β)的線性兩輸入觀測器51。利用線性 兩輸入觀測器51，車體滑移角估計部42估計車輛側滑角(滑移角)β。線性兩輸入觀測器 51是基于兩輪車輛模型構成的。考慮到關于車輛的橫方向上的力和力矩的平衡，由以下等 式(1)來表示該兩輪車輛模型。
權利要求
1.一種路面摩擦系數估計裝置，包括 橫向力檢測部，其檢測車輪的橫向力； 滑移角檢測部，其檢測所述車輪的滑移角；以及 路面摩擦系數估計部，其存儲與坐標面中的特性曲線有關的信息，其中，所述坐標面具有表示所述橫向力的坐 標軸和表示所述滑移角的坐標軸，并且所述特性曲線表示基準路面摩擦系數的條件下的所 述橫向力和所述滑移角之間的關系；得出所述坐標面內直線與所述特性曲線相交的點作為基準點，其中，所述直線通過所 述坐標面的原點和檢測點，并且所述檢測點與由所述橫向力檢測部獲得的所述橫向力的檢 測值和由所述滑移角檢測部獲得的所述滑移角的檢測值相對應；以及基于所述橫向力和所述滑移角至少之一的檢測值和基準值、以及所述基準路面摩擦系 數，來計算路面摩擦系數的估計值，其中，所述基準值是所述基準點處的值。
2.根據權利要求1所述的路面摩擦系數估計裝置，其特征在于，所述路面摩擦系數估 計部通過將所述橫向力的檢測值除以所述滑移角的檢測值來計算所述坐標面中所述直線 的斜率；以及基于所述斜率得出所述基準點。
3.根據權利要求1所述的路面摩擦系數估計裝置，其特征在于，所述坐標面具有表示 所述滑移角的橫軸和表示所述橫向力的縱軸。
4.根據權利要求1所述的路面摩擦系數估計裝置，其特征在于，所述坐標面的所述原 點是所述橫向力等于0的點。
5.根據權利要求1所述的路面摩擦系數估計裝置，其特征在于，所述路面摩擦系數估 計部基于所述橫向力和所述滑移角至少之一的檢測值和基準值來計算相對于基準的比率；以及基于所述相對于基準的比率和所述基準路面摩擦系數來計算路面摩擦系數的估計值。
6.根據權利要求5所述的路面摩擦系數估計裝置，其特征在于，所述路面摩擦系數估 計部通過將所述橫向力和所述滑移角至少之一的檢測值除以基準值，來計算所述相對于基 準的比率。
7.根據權利要求5所述的路面摩擦系數估計裝置，其特征在于，所述路面摩擦系數估 計部計算所述坐標面內所述檢測點和所述橫向力等于0的點之間的距離，作為第一距離； 計算所述坐標面內所述基準點和所述橫向力等于0的點之間的距離，作為第二距離；以及基于所述第一距離和所述第二距離來計算所述相對于基準的比率。
8.根據權利要求7所述的路面摩擦系數估計裝置，其特征在于，所述路面摩擦系數估 計部通過將所述第一距離除以所述第二距離來計算所述相對于基準的比率。
9.根據權利要求1所述的路面摩擦系數估計裝置，其特征在于，所述路面摩擦系數估 計部存儲與第二坐標面中的第二特性曲線有關的信息，其中，所述第二坐標面具有表示所述橫向力相對于所述滑移角的比的橫軸和表示所述橫向力的縱軸，并且所述第二特性曲線 表示所述基準路面摩擦系數的條件下的所述橫向力和所述滑移角之間的關系。
10.根據權利要求9所述的路面摩擦系數估計裝置，其特征在于，所述路面摩擦系數估 計部參考與所述第二特性曲線有關的信息，計算所述橫向力的檢測值相對于所述橫向力的 基準值的比，作為相對于基準的比率；以及基于所述相對于基準的比率和所述基準路面摩擦系數來計算路面摩擦系數的估計值。
11.根據權利要求10所述的路面摩擦系數估計裝置，其特征在于，所述路面摩擦系數 估計部通過將所述橫向力的檢測值除以所述橫向力的基準值來計算所述相對于基準的比 率。
12.根據權利要求1所述的路面摩擦系數估計裝置，其特征在于，所述路面摩擦系數估 計部存儲與第二坐標面中的第二特性曲線有關的信息，其中，所述第二坐標面具有表示所 述橫向力相對于所述滑移角的比的橫軸和表示所述滑移角的縱軸，并且所述第二特性曲線 表示所述基準路面摩擦系數的條件下的所述橫向力和所述滑移角之間的關系。
13.根據權利要求12所述的路面摩擦系數估計裝置，其特征在于，所述路面摩擦系數 估計部參考與所述第二特性曲線有關的信息，計算所述滑移角的檢測值相對于所述滑移角的 基準值的比，作為相對于基準的比率；以及基于所述相對于基準的比率和所述基準路面摩擦系數來計算路面摩擦系數的估計值。
14.根據權利要求13所述的路面摩擦系數估計裝置，其特征在于，所述路面摩擦系數 估計部通過將所述滑移角的檢測值除以所述滑移角的基準值來計算所述相對于基準的比 率。
15.根據權利要求13所述的路面摩擦系數估計裝置，其特征在于，所述路面摩擦系數 估計部通過將所述基準路面摩擦系數乘以所述相對于基準的比率來計算路面摩擦系數的 估計值。
16.一種路面摩擦系數估計方法，包括檢測車輪的橫向力的步驟；檢測所述車輪的滑移角的步驟；以及如下步驟存儲與坐標面中的特性曲線有關的信息，其中，所述坐標面具有表示所述橫向力的坐 標軸和表示所述滑移角的坐標軸，并且所述特性曲線表示基準路面摩擦系數的條件下的所 述橫向力和所述滑移角之間的關系；得出所述坐標面內直線與所述特性曲線相交的點作為基準點，其中，所述直線通過所 述坐標面的原點和檢測點，并且所述檢測點與所述橫向力的檢測值和所述滑移角的檢測值 相對應；以及基于所述橫向力和所述滑移角至少之一的檢測值和基準值、以及所述基準路面摩擦系 數，來計算路面摩擦系數的估計值，其中，所述基準值是所述基準點處的值。
全文摘要
一種路面摩擦系數估計裝置，包括橫向力檢測部，其檢測行駛期間車輪的橫向力；滑移角檢測部，其檢測行駛期間所述車輪的滑移角；以及路面μ計算部，其基于檢測到的橫向力和檢測到的滑移角之間的比、基準路面的情況下的車輪的橫向力和車輪的滑移角之間的相關關系、以及檢測到的橫向力和檢測到的滑移角至少之一，來估計檢測到的橫向力和檢測到的滑移角之間的關系。
文檔編號B60W40/06GK102112354SQ20098012555
公開日2011年6月29日 申請日期2009年6月26日 優先權日2008年6月30日
發明者毛利宏, 鹽澤裕樹, 繩野昌明 申請人:日產自動車株式會社