路面摩擦系数估计装置和路面摩擦系数估计方法

专利名称：路面摩擦系数估计装置和路面摩擦系数估计方法
技术领域：
本发明涉及一种用于估计自动车辆正在行驶的路面的路面摩擦系数(以下还称 为路面μ)的路面摩擦系数估计装置和路面摩擦系数估计方法。
背景技术：
存在一种测量驱动轮的转动速度、基于其转动加速度的最大值来估计路面μ、并且进行转矩控制以防止驱动轮滑移的车辆行驶控制装置(例如，参见专利文献1)。专利文献1 日本特公平6-7873
发明内容
由于根据专利文献1的装置基于驱动轮的转动速度来估计路面μ，因此除非由于 驱动轮的滑移引起转动速度实际变化，否则不能估计路面μ。本发明的问题是在由于车轮的滑移引起该车轮的转动速度实际变化之前，估计行 驶路面的路面μ。为了解决该问题，根据本发明，一种路面摩擦系数估计装置，包括横向力检测部， 其检测车轮的横向力；滑移角检测部，其检测所述车轮的滑移角；以及路面摩擦系数估计 部，其存储与坐标面中的特性曲线有关的信息，其中，所述坐标面具有表示所述横向力的 坐标轴和表示所述滑移角的坐标轴，并且所述特性曲线表示基准路面摩擦系数的条件下的 所述横向力和所述滑移角之间的关系；得出所述坐标面内直线与所述特性曲线相交的点作 为基准点，其中，所述直线通过所述坐标面的原点和检测点，并且所述检测点与由所述横向 力检测部获得的所述横向力的检测值和由所述滑移角检测部获得的所述滑移角的检测值 相对应；以及基于所述横向力和所述滑移角至少之一的检测值和基准值、以及所述基准路 面摩擦系数，来计算路面摩擦系数的估计值，其中，所述基准值是所述基准点处的值。此外，根据本发明，一种路面摩擦系数估计方法，包括检测车轮的横向力的步骤； 检测所述车轮的滑移角的步骤；以及如下步骤存储与坐标面中的特性曲线有关的信息， 其中，所述坐标面具有表示所述横向力的坐标轴和表示所述滑移角的坐标轴，并且所述特 性曲线表示基准路面摩擦系数的条件下的所述横向力和所述滑移角之间的关系；得出所述 坐标面内直线与所述特性曲线相交的点作为基准点，其中，所述直线通过所述坐标面的原 点和检测点，并且所述检测点与所述横向力的检测值和所述滑移角的检测值相对应；以及 基于所述横向力和所述滑移角至少之一的检测值和基准值、以及所述基准路面摩擦系数， 来计算路面摩擦系数的估计值，其中，所述基准值是所述基准点处的值。


图1是解释本发明的基础技术所使用的、示出轮胎特性曲线的特性图。图2是解释本发明的基础技术所使用的、示出各路面μ的条件下的轮胎特性曲线 和轮胎摩擦圆的特性图。
图3是解释本发明的基础技术所使用的、示出各路面μ的条件下的轮胎特性曲线在该轮胎特性曲线与通过该轮胎特性曲线的原点的直线相交的点处的切线的斜率的特性 图。图4是解释本发明的基础技术所使用的、示出各路面μ的条件下的轮胎特性曲线 在该轮胎特性曲线与通过该轮胎特性曲线的原点的直线相交的点处的切线的斜率的另一 特性图。图5是解释本发明的基础技术所使用的、示出在路面μ不同的轮胎特性曲线之间 横向力Fy的比、滑移角β t的比和路面μ的比彼此相等的特性图。图6是解释本发明的基础技术所使用的、示出在路面μ不同的路面的条件下获得 的横向力Fy和滑移角β t之间的关系的特性图。图7是解释本发明的基础技术所使用的、示出在无钉防滑轮胎的情况下在路面μ 不同的路面的条件下获得的横向力Fy和滑移角β t之间的关系的特性图。图8是解释本发明的基础技术所使用的、示出与任意直线和轮胎特性曲线相交的 点相对应的横向力Fy和滑移角β t之间的比、和轮胎特性曲线在该交点处的切线的斜率之 间的关系的特性图。图9是解释本发明的基础技术所使用的、并且用于解释以特定路面μ的条件下的 轮胎特性曲线为基准来估计实际行驶路面的路面μ的过程的图。图10是示出根据本发明第一实施例的路面摩擦系数估计装置的结构的框图。图11是示出基于检测到的横向力Fyb来计算路面μ的估计值的过程的流程图。图12是示出基于检测到的滑移角Ptb来计算路面μ的估计值的过程的流程图。图13是示出基于连接测量点和轮胎特性曲线的原点的直线的线段长度来计算路 面μ的估计值的过程的流程图。图14是示出横轴表示横向力Fy和滑移角β t之间的比(Fy/β t)、并且纵轴表示 横向力Fy的轮胎特性曲线(特性映射)的特性图。图15是示出横轴表示横向力Fy和滑移角β t之间的比(Fy/β t)、并且纵轴表示 滑移角βt的轮胎特性曲线(特性映射)的特性图。图16是示出根据本发明第二实施例的车辆的示意结构的图。图17是示出车辆行驶状态估计器的结构的框图。图18是示出车体滑移角估计部的结构的框图。图19是解释转弯期间作用于车体的场力所使用的图。图20是解释转弯期间作用于车体的场力所使用的图。图21是解释用于设置补偿增益的控制映射所使用的特性图。图22是解释线性两轮车辆模型所使用的图。图23是解释EPS输出调整映射所使用的图。
具体实施例方式如以下所述，根据本发明，可以检测车轮的横向力和车轮的滑移角，并且基于这两 者来估计时刻变化的路面μ。以下参考附图来说明本发明的实施例。
本发明实施例的基础技术首先，以下说明本发明实施例的基础技术。图1示出轮胎特性曲线。该轮胎特性 曲线示出在车轮的滑移角β t和驱动轮的横向力Fy之间成立的一般关系。例如，基于测试 数据调整轮胎模型，以获得前轮和后轮各自的两轮等同特性图(轮胎特性曲线)。例如，通 过魔术公式(magic formula)轮胎模型来创建轮胎模型。横向力Fy是以转弯力或侧向力 为代表的量。如图1所示，沿着轮胎特性曲线，随着滑移角Pt的绝对值增加，滑移角i3t和横 向力Fy之间的关系从线性转变为非线性。S卩，当滑移角i3t处于从0开始的特定范围内时， 在滑移角β t和横向力Fy之间线性关系成立。然后，当滑移角Pt的绝对值已经一定程度 地增大时，滑移角β t和横向力Fy之间的关系变为非线性。通过关注轮胎特性曲线的切线的斜率，可以容易地理解从线性关系到非线性关系 的转变。该轮胎特性曲线的切线的斜率由滑移角β t的变化量与横向力Fy的变化量之间 的比、即横向力Fy相对于滑移角β t的偏微分系数来表示。可以将如此表示的轮胎特性曲 线的切线的斜率看作为轮胎特性曲线在任意直线a、b、c或d与该轮胎特性曲线相交的点 (图1中由圆圈来表示)处的切线的斜率。如果在轮胎特性曲线中可以识别出点、即可以识 别出滑移角β t和横向力Fy，则可以估计轮胎摩擦状态。例如，如图1所示，如果该点处于 轮胎特性曲线中位于非线性区域中但接近线性区域的点xO处，则可以估计为轮胎摩擦状 态处于稳定状态。如果轮胎摩擦状态处于稳定状态，则可以估计为轮胎处于展现其能力的 水平、或者车辆处于稳定状态。图2示出各路面μ的条件下的轮胎特性曲线和轮胎摩擦圆。图2(a)示出各路面 μ的条件下的轮胎摩擦曲线。图2(b)、2(c)和2(d)各自示出各路面μ的条件下的摩擦 圆。例如，路面μ等于0.2、0.5或1.0。如图2(a)所示，各路面μ的轮胎特性曲线示出彼 此相同的特性。此外，如图2(b)、2 (c)和2(d)所示，随着路面μ减小，摩擦圆缩小。即，随 着路面μ减小，轮胎可以承受的横向力减小。图3示出各路面μ的条件下的轮胎特性曲线和通过原点的任意直线a、b或c之 间的关系。如图3所示，对于各路面μ的条件下的轮胎特性曲线，获得在轮胎特性曲线与任 意直线a、b或C相交的点处的切线的斜率。S卩，对于各路面μ的条件下的轮胎特性曲线， 获得在轮胎特性曲线与直线a相交的点处的切线的斜率；对于各路面μ的条件下的轮胎特 性曲线，获得在轮胎特性曲线与直线b相交的点处的切线的斜率；并且对于各路面μ的条 件下的轮胎特性曲线，获得在轮胎特性曲线与直线c相交的点处的切线的斜率。结果，可以 获得，各路面μ的条件下的轮胎特性曲线在与同一直线的交点处的切线的斜率彼此相等。例如，图4关注图3所示的直线C。如图4所示，各路面μ的条件下的轮胎特性 曲线在与直线c的交点处的切线的斜率彼此相等。S卩，在路面μ =0.2的条件下的轮胎特 性曲线上获得的交点Xl处的横向力Fyl和滑移角Ptl之间的比(Fyl/i3tl)、在路面μ =0. 5的条件下的轮胎特性曲线上获得的交点χ2处的横向力Fy2和滑移角β t2之间的比 (Fy2/i3t2)、以及在路面μ = 1.0的条件下的轮胎特性曲线上获得的交点χ3处的横向力 Fy3和滑移角i3t3之间的比(Fy3/i3t3)彼此相等。在各路面μ的条件下的轮胎特性曲线 上获得的各交点xl、x2或x3处的切线的斜率彼此相等。这样，即使路面μ不同，各轮胎特性曲线在以下点处的切线的斜率也彼此相等，其中，该点是横向力Fy和滑移角β t之间的比(Fy/i3t)彼此相同的点(0t，Fy)。在轮胎 特性曲线中横向力Fy和滑移角β t之间的比(Fy/β t)彼此相同的点(β , Fy)之间的 横 向力Fy的比和滑移角Pt的比均等于轮胎特性曲线之间的路面μ的比。即，如果确定了 横向力Fy的比或滑移角Pt的比，则可以确定路面μ的比。图5用于解释在路面μ不同的轮胎特性曲线之间，横向力Fy的比、滑移角^t的 比和路面μ的比均彼此相等。图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)的条件下获得的轮胎特性曲线。如图5所示，横向力a2和横向力b2之 间的比(a2/b2)等于路面A的路面μΑ和路面B的路面^之间的比(μΑ/μΒ)，其中，横向 力a2与在路面A的条件下获得的轮胎特性曲线的点(β t，Fy)(由图5中的实心框所示) 相对应，并且横向力b2与在路面B的条件下获得的轮胎特性曲线的点(β t，Fy)(由图5中 的实心圆所示)相对应，并且其中，这些点在横向力Fy和滑移角i3t之间的比(Fy/i3t)方 面彼此相同。同样，滑移角a3和滑移角b3之间的比(a3/b3)等于路面A的路面μ A和路 面B的路面1^之间的比(μΑ/μΒ)，其中，滑移角a3与在路面A的条件下获得的轮胎特性 曲线的点(i3t，Fy)相对应，并且滑移角b3与在路面B的条件下获得的轮胎特性曲线的点 (3t，Fy)相对应，并且其中，这些点在横向力Fy和滑移角Pt之间的比(Fy/β t)方面彼此 相同。因此，线段长度al和线段长度bl之间的比(al/bl)等于路面A的路面μ A和路面B 的路面间的比(μΑ/μΒ)，其中，线段长度al是在路面A的条件下获得的轮胎特性曲 线的原点(0，0)和点(i3t，Fy)之间连接的线段的长度，并且线段长度bl是在路面B的条 件下获得的轮胎特性曲线的原点(0，0)和点(i3t，Fy)之间连接的线段的长度，并且其中， 这些点在横向力Fy和滑移角β t之间的比(Fy/i3t)方面彼此相同。图6示出在路面μ不同的路面的条件下获得的横向力Fy和滑移角β t之间的关 系。在图6中，振荡波表示在干路、湿路和低μ路的条件下的测量值，并且虚线表示在这些 路面的条件下的轮胎(普通轮胎)的特性曲线。如图6所示，在路面μ不同的路面的条件 下的轮胎特性曲线中，在维持横向力Fy和滑移角β t之间的比(Fy/i3t)时，随着路面μ 减小，横向力Fy和滑移角i3t减小。图7示出在无钉防滑轮胎的情况下、在路面μ不同的路面的条件下获得的横向力 Fy和滑移角β t之间的关系。在图7中，振荡波表示在干路、湿路和低μ路的条件下的测 量值，并且虚线表示在这些路面的条件下的轮胎的特性曲线。粗虚线表示普通轮胎的特性 曲线。如图7所示，在线性区域中，在路面μ不同的路面的条件下的轮胎特性曲线(细虚 线)中，在维持横向力Fy和滑移角Pt之间的比(Fy/i3t)时，随着路面μ减小，横向力Fy 和滑移角Pt减小。此外，在线性区域中，普通轮胎的特性曲线(粗虚线)的横向力Fy和 滑移角Pt之间的比(Fy/i3t)等于无钉防滑轮胎的特性曲线(细虚线)的横向力Fy和滑 移角β t之间的比(Fy/i3t)。即，普通轮胎的特性曲线和无钉防滑轮胎的特性曲线具有相 似的形状。即，在特性曲线的横向力Fy和滑移角β t之间的比(Fy/i3t)方面，在抓地力、 表面形状等方面不同的无钉防滑轮胎也与普通轮胎相同。图8示出在与任意直线与轮胎特性曲线相交的点相对应的横向力Fy和滑移角β t 之间的比(Fy/β t)、和轮胎特性曲线在该交点处的切线的斜率之间的关系。如 图8所示，该特性曲线示出横向力Fy和滑移角Pt之间的比(Fy/i3t)与轮胎特性曲线的 切线的斜率处于特定关系，而与路面μ (例如，μ =0.2、0.5、1.0)无关。因此，即使在诸如干浙青路面和冰冻路面等的、路面μ不同的路面的条件下，图8所示的特性曲线也成立。 在图8所示的特性曲线的情况下，在横向力Fy和滑移角Pt之间的比(Fy/β t) 小的区域中，轮胎特性曲线的切线的斜率为负。在该区域中，随着比(Fy/i3t)增大，轮胎特 性曲线的切线的斜率先减小然后增大。顺便提及，当轮胎特性曲线的切线的斜率为负时，这 意味着横向力相对于滑移角的偏微分系数为负。在横向力Fy和滑移角Pt之间的比(Fy/i3t)大的区域中，轮胎特性曲线的切线 的斜率为正。在该区域中，随着比(Fy/i3t)增大，轮胎特性曲线的切线的斜率增大。顺便 提及，当轮胎特性曲线的切线的斜率为正时，这意味着横向力相对于滑移角的偏微分系数 为正。当轮胎特性曲线的切线的斜率为最大时，这意味着轮胎特性曲线的切线的斜率在轮 胎特性曲线的线性区域内。顺便提及，在该线性区域中，轮胎特性曲线的切线的斜率恒定等 于特定值，而与横向力Fy和滑移角i3t的值无关。如上所述，本申请的发明人已经得出以下事实各路面μ的条件下的轮胎特性曲 线在以下交点处的切线的斜率彼此相同，在该交点处，轮胎特性曲线与通过轮胎特性曲线 的原点的任意直线相交。基于该事实，本申请的发明人已经获得以下结果横向力Fy和滑 移角β t之间的比(Fy/i3t)与轮胎特性曲线的切线的斜率之间的关系可以由特定特性曲 线来表示，而与路面μ无关(参考图8)。因此，如果确定了横向力Fy和滑移角β ，则可 以基于特性曲线获得与轮胎摩擦状态有关的信息，而无需与路面μ有关的信息。本申请的发明人已经得出以下事实在路面μ不同的轮胎特性曲线中，在轮胎特 性曲线的横向力Fy和滑移角Pt之间的比(Fy/i3t)彼此相同的点(@t，Fy)之间的横向 力Fy的比和滑移角β t的比等于轮胎特性曲线之间的路面μ的比。基于该事实，如果确 定了横向力Fy的比或滑移角Pt的比，则可以确定路面μ的比。因此，可以以路面μ的 特定值的条件下的轮胎特性曲线为基准来估计当前行驶路面的路面μ。参考图9，以下说明以路面μ的特定值的条件下的轮胎特性曲线为基准来估计实 际行驶路面(作为检测对象的行驶路面)的路面μ的过程。首先，检测行驶期间的横向力 Fyb和滑移角β tb。与检测到的横向力Fyb和滑移角β tb相对应的点(β tb，Fyb)(图9 中由实心圆表示的点)位于检测时(实际行驶路面的)路面μ的条件下的轮胎特性曲线 上。随后，计算(确定)作为基准的路面(基准路面，例如路面μ = 1的路面)的条 件下的轮胎特性曲线中的点(β ta，Fya)(图9中由实心框表示的点)，其中，该点与检测到 的横向力Fyb和滑移角3tb之间的比(Fyb/i3tb)相同。在基于线段长度进行估计的情况 下，计算线段长度bl和线段长度al之间的比(bl/al)，其中，线段长度bl是原点和与检测 到的横向力Fyb和滑移角i3tb相对应的点(i3tb，Fyb)之间的长度，并且线段长度al是基 准路面的条件下的轮胎特性曲线的原点、和在基准路面的条件下的轮胎特性曲线上与计算 出的值相对应的点(β ta，Fya)之间的长度(线段长度al是线段长度bl的延长)。然后， 获得计算出的比(bl/al)和基准路面的路面μ值μΑ的乘积(μ Α · bl/al)，并且估计为实 际行驶路面的路面μ值μ Β等于该乘积(μΑ· bl/al)。在基于横向力Fy进行估计的情况下，计算检测到的横向力Fyb的大小b2、和与 基准路面的条件下的轮胎特性曲线上计算出的值的点(i3ta，Fya)相对应的横向力Fya的 大小a2之间的比(b2/a2)。获得计算出的比(b2/a2)和基准路面的路面μ值μ Α的乘积(yA*b2/a2)，并且估计为实际行驶路面的路面μ值μ Β等于该乘积(μ Α · b2/a2)。a2和 b2各自表示横向力的大小，并且与图9中的线段长度a2或线段长度b2相对应，其中，a2和 b2之间的比等于线段长度al和线段长度bl之间的比。在基于滑移角β t进行估计的情况下，计算检测到的滑移角β tb的大小b3、和与 基准路面的条件下的轮胎特性曲线上计算出的值的点(i3ta，Fya)相对应的滑移角β ta的 大小a3之间的比(b3/a3)。获得计算出的比(b3/a3)和基准路面的路面μ值μ Α的乘积 (yA*b3/a3)，并且估计为实际行驶路面的路面μ值μ Β等于该乘积(μ Α · b3/a3)。a3和 b3各自表示滑移角的大小，并且与图9中的线段长度a3或线段长度b3相对应，其中，a3和 b3之间的比等于线段长度al和线段长度bl之间的比。顺便提及，基于横向力Fy、滑移角β t和线段长度进行估计的过程尽管在表现上 有所不同，但在物理上彼此等同。根据以上所述的过程，可以以路面μ的特定值的条件下的轮胎特性曲线为基准 来估计实际行驶路面的路面μ。实施例 以下说明利用以上所述技术实现的实施例。第一实施例第一实施例是应用了本发明的路面摩擦系数估计装置。MM.图10示出根据第一实施例的路面摩擦系数估计装置的结构。例如，将该路面摩擦 系数估计装置安装在基于路面μ来进行行驶控制的车辆上。如图 ο所示，路面摩擦系数 估计装置包括横向力检测部1、滑移角检测部2和路面μ计算部3。横向力检测部1检测 横向力。例如，横向力检测部1基于驱动源的输出来检测横向力。横向力检测部1将检测 到的横向力输出至路面μ计算部3。滑移角检测部2检测滑移角。滑移角检测部2基于车 轮速度和车体速度之间的差来检测滑移角。滑移角检测部2将检测到的滑移角输出至路面 μ计算部3。路面μ计算部3利用诸如存储器等的存储部件，存储采用特性映射的形式的基准 路面的条件下的轮胎特性曲线。在图9中示出基准路面的条件下的轮胎特性曲线。例如， 通过车辆的行驶测试预先获得形成特性映射的基准路面的条件下的轮胎特性曲线。例如， 通过加速圆周转弯行驶测试来实现该行驶测试。基于通过基准路面的条件下的加速圆周转 弯行驶测试获得的、滑移角的变化和横向力的变化之间的关系来获得基准路面的条件下的 轮胎特性曲线。可选地，代替行驶测试，可以通过诸如模拟等的计算来获得基准路面的条件 下的轮胎特性曲线。当基准路面是诸如干浙青(μ = D等的路面μ高的路面时，由于可 以相对抑制诸如行驶测试期间测量设备的噪声等的干扰的影响，因此可以获得高精度的轮 胎特性曲线。路面μ计算部3基于由此获得的基准路面的条件下的轮胎特性曲线的特性映射 来计算实际行驶路面的路面μ的估计值。通过说明以下的过程步骤来说明路面μ计算部 3的详细计算操作。图13示出针对基于线段长度来计算实际行驶路面的路面μ的估计值的情况的过 程。如图13所示，首先在过程开始之后，在步骤S21和S22中，路面μ计算部3检测横向力Fyb和滑移角β tb。随 后，在步骤S23中，路面μ计算部3确定与基准路面的条件下的轮胎特性曲线 与通过基准路面的条件下的轮胎特性曲线的原点(0，0)和测量点的直线相交的点相对应 的值(β ta，Fya)。“测量点”表示特性映射中与在步骤S21和S22中检测到的横向力Fyb 和滑移角β tb相对应的点(β tb，Fyb)。随后，在步骤S24中，路面μ计算部3计算实际行驶路面的路面μ值μ Β的估 计值。具体地，路面μ计算部3计算线段长度Lb(= ^/(βΛ2 +Fyb2))和线段长度
La(= V(Pta2+Fya2))之间的比(Lb/La)，其中，线段长度Lb是在基准路面的条件下的
轮胎特性曲线的原点和测量点(0tb，Fyb)之间连接的直线的长度，并且线段长度La是在 基准路面的条件下的轮胎特性曲线的原点、和在步骤S23中确定的基准路面的条件下的轮 胎特性曲线上的交点(0ta，Fya)之间连接的直线的长度。然后，路面μ计算部3获得计 算出的比(Lb/La)和从特性映射(轮胎特性曲线)获得的基准路面的路面μ值μΑ的乘 积，并且估计为实际行驶路面的路面μ值μ Β等于该乘积(μΒ= μ Α · Lb/La)。在该等式 中，路面μ值μΑ的系数(即(Lb/La))被称为“相对于基准的比率”。这样，路面μ计算 部3计算坐标面内在检测点和横向力等于0的点之间的距离作为第一距离；计算坐标面内 在基准点和横向力等于0的点之间的距离作为第二距离；并且基于该第一距离和第二距离 来计算相对于基准的比率。根据前述过程计算实际行驶路面的路面μ的估计值。换言之，估计实际行驶路面 的路面μ的条件下、检测到的横向力Fyb和滑移角β tb之间的关系。例如，可以估计实际 行驶路面的条件下、横向力等于容许最大值的最大路面μ。例如，基于如图9所示检测到的 横向力Fyb和滑移角β tb之间的关系，可以估计与相对于滑移角β tb的增加、横向力Fyb 的变化从增大变为减小的边界相对应的最大路面μ。可以通过以下结构来实现第一实施例。具体地，可以基于横向力来计算实际行驶 路面的路面μ的估计值。图11示出计算实际行驶路面的路面μ的估计值的过程。如图 11所示，首先在过程开始之后，在步骤Sl中，横向力检测部1检测横向力Fyb。随后，在步 骤S2中，滑移角检测部2检测滑移角β tb。随后，在步骤S3中，路面μ计算部3计算在步骤Sl和S2中检测到的横向力Fyb 和滑移角Ptb之间的比(Fyb/i3tb)。随后，在步骤S4中，路面μ计算部3通过采用特性 映射的形式的基准路面的条件下的轮胎特性曲线来计算相应的横向力Fya。S卩，路面μ计 算部3确定比与在步骤S3中计算出的横向力Fyb和滑移角β tb之间的比(Fyb/β tb)相 同的横向力Fya和滑移角β ta，并且由此获得横向力Fya。随后，在步骤S5中，路面μ计算部3计算实际行驶路面的路面μ值μ Β的估计 值。具体地，路面μ计算部3获得在步骤Sl中检测到的横向力Fyb和在步骤S4中通过特 性映射计算出的横向力Fya之间的比(Fyb/Fya)、与通过特性映射(轮胎特性曲线)获得的 基准路面的路面μ值μ Α的乘积，并且获得与该乘积相等的、实际行驶路面的路面μ的估 计值 μ B ( μ B = μ A · Fyb/Fya)。可以通过以下结构来实现第一实施例。具体地，可以基于滑移角来计算实际行驶 路面的路面μ的估计值。图12示出针对基于滑移角来计算实际行驶路面的路面μ的估计值的情况的过程。如图12所示，首先在过程开始之后，与图11相同，在步骤Sll和S12中， 路面μ计算部3检测横向力Fyb和滑移角i3tb。随后，与图11相同，在步骤S13中，路面 μ计算部3计算在步骤Sll和S12中检测到的横向力Fyb和滑移角β tb之间的比(Fyb/ β tb)。随后，在步骤S14中，路面μ计算部3通过采用特性映射的形式的基准路面的条 件下的轮胎特性曲线来计算相应的滑移角0ta。S卩，路面μ计算部3确定比与在步骤S13 中计算出的横向力Fyb和滑移角i3tb之间的比(Fyb/i3tb)相同的横向力Fya和滑移角 β ta,并且由此获得滑移角β ta。随后，在步骤S15中，路面μ计算部3计算实际行驶路面的路面μ值μ Β的估计 值。具体地，路面μ计算部3获得在步骤S12中检测到的滑移角i3tb和在步骤S14中通过 特性映射计算出的滑移角Pta之间的比(i3tb/i3ta)、与通过特性映射(轮胎特性曲线) 获得的基准路面的路面μ值μ Α的乘积，并且获得与该乘积相等的、实际行驶路面的路面 μ 的估计值 μ Β( μ β = μ Α · β tb/ β ta)。在轮胎特性曲线的横轴表示滑移角β t、并且纵轴表示横向力Fy的情况下，说明 了本实施例。可以对此进行修改，以使得可以按其它形式表示轮胎特性曲线。图14示出横轴表示横向力Fy和滑移角β t之间的比(Fy/β t)、并且纵轴表示横 向力Fy的轮胎特性曲线的另一例子。路面μ计算部3基于构成图14所示的基准路面的条 件下的轮胎特性曲线的特性映射，计算实际行驶路面的路面μ值μΒ的估计值。具体地，如 前述实施例所述，路面μ计算部3检测横向力Fyb和滑移角β tb。路面μ计算部3确定 比与检测到的横向力Fyb和滑移角i3tb之间的比(Fyb/ β tb)相同的横向力Fya(a2)。随 后，路面μ计算部3获得检测到的横向力Fyb (b2)和通过轮胎特性曲线确定的横向力Fya 之间的比(Fyb/Fya( = b2/a2))、与通过轮胎特性曲线获得的基准路面的路面μ值μΑ的乘 积，并且获得与该乘积相等的、实际行驶路面的路面μ的估计值μΒ(μΒ= yA*Fyb/Fya)。此外，图15示出横轴表示横向力Fy和滑移角β t之间的比(Fy/i3t)、并且纵轴 表示滑移角β t的轮胎特性曲线的另一示例。路面μ计算部3基于构成图15所示的基准 路面的条件下的轮胎特性曲线的特性映射，计算实际行驶路面的路面μ值μΒ的估计值。 具体地，如前述实施例所述，路面μ计算部3检测横向力Fyb和滑移角β tb。路面μ计 算部3确定比与检测到的横向力Fyb和滑移角i3tb之间的比(Fyb/i3tb)相同的滑移角 β ta(a3)。随后，路面μ计算部3获得检测到的滑移角β tb (b3)和通过轮胎特性曲线确定 的滑移角Pta之间的比(i3tb/i3ta( = b3/a3))、与通过轮胎特性曲线获得的基准路面的 路面μ值μΑ的乘积，并且获得与该乘积相等的、实际行驶路面的路面μ的估计值μΒ(μΒ =μ Α · β tb/ β ta)。 参考使用特性映射的情况说明了第一实施例。可以利用其它方法来实现第一实施 例。具体地，可以使用数学表达式来实现第一实施例。数学表达式提供与特性映射的形式 相同的轮胎特性曲线，其中，车轮的横向力和车轮的滑移角均为变量。与特性映射的情况相 同，基于由数学表达式提供的轮胎特性曲线和检测到的横向力和滑移角，例如利用联立方 程来估计实际行驶路面的路面μ。参考获得轮胎特性曲线(特性映射等)所依赖的基准路面的路面μ高的情况说 明了第一实施例。然而，考虑到原理，没有限制基准路面的路面μ，只要可以基于基准路面的路面μ和实际行驶路面的路面μ之间的比来估计实际行驶路面的路面μ即可。例如，可以获得诸如湿路面或冰冻路面等的、路面μ低的基准路面的条件下的轮胎特性曲线(特 性映射等)。在第一实施例中，横向力检测部1实现用于检测车轮的横向力的横向力检测部 件。滑移角检测部2实现用于检测车轮的滑移角的滑移角检测部件。路面μ计算部3(特 别地，用于存储特性映射的存储部件，其中，例如该存储部件是存储器)实现用于获得基准 路面的条件下的车轮的横向力和车轮的滑移角之间的相关关系(或表示该相关关系的基 准曲线)的相关关系获得部件。此外，路面P计算部3实现用于计算由横向力检测部件检 测到的横向力和由滑移角检测部件检测到的滑移角之间的比的比计算部件。此外，路面μ 计算部3实现用于基于由比计算部件计算出的比、由相关关系获得部件获得的相关关系、 以及由横向力检测部件检测到的横向力和由滑移角检测部件检测到的滑移角至少之一、来 估计横向力和滑移角之间的关系的路面摩擦系数估计部件。在第一实施例中，路面μ计算部3(特别地，用于存储特性映射的存储部件，其中， 例如该存储部件是存储器)实现用于获得表示基准路面的条件下的车轮的横向力和车轮 的滑移角之间的关系的特性曲线的特性曲线获得部件。横向力检测部1实现用于检测行驶 期间车轮的横向力的横向力检测部件。滑移角检测部2实现用于检测行驶期间车轮的滑移 角的滑移角检测部件。路面μ计算部3实现以下比计算部件，用于计算由横向力检测部 件检测到的横向力和由滑移角检测部件检测到的滑移角之间的比；确定部件，用于在由特 性曲线获得部件获得的特性曲线上确定车轮的横向力或车轮的滑移角，其中，车轮的横向 力和车轮的滑移角之间的比与由比计算部件计算出的比相同；以及实际路面μ计算部件， 用于基于由确定部件确定的车轮的横向力和由横向力检测部件检测到的横向力之间的比、 或由确定部件确定的滑移角和由滑移角检测部件检测到的滑移角之间的比、以及基准路面 的路面μ，来计算行驶路面的实际路面μ。第一实施例实现一种路面摩擦系数估计方法，包括检测车轮的横向力和滑移角； 计算检测到的横向力和滑移角之间的比；以及基于计算出的比、基准路面的条件下的车轮 的横向力和车轮的滑移角之间的相关关系、以及检测到的横向力和滑移角至少之一，来估 计横向力和滑移角之间的关系。第一实施例实现一种路面摩擦系数估计方法，包括检测车轮的横向力和滑移角； 计算检测到的横向力和滑移角之间的比；在特性曲线上确定车轮的横向力或车轮的滑移 角，其中，车轮的横向力和车轮的滑移角之间的比与计算出的比相同，并且其中，该特性曲 线是作为基准路面的条件下的车轮的横向力和滑移角之间的关系所获得的；以及基于所确 定的车轮的横向力和检测到的车轮的横向力之间的比、或所确定的车轮的滑移角和检测到 的车轮的滑移角之间的比、以及基准路面的路面μ，来计算行驶路面的实际路面μ。作用和效果第一实施例产生如下作用和效果。(1)检测行驶期间车轮的横向力和滑移角，并且计算检测到的车轮横向力和车轮 滑移角之间的比。然后，基于计算出的比、轮胎特性曲线、以及检测到的横向力和滑移角至 少之一来估计横向力和滑移角之间的关系，其中，该轮胎特性曲线是作为基准路面的条件 下的车轮的横向力和车轮的滑移角之间的相关关系所获得的。这使得在可以检测到横向力和滑移角的情况下，可以基于横向力和滑移角之间的比来估计时刻变化的路面μ。即，可以 在滑移发生之前估计路面μ。因此，可以估计滑移角和行驶路面的路面μ(或横向力)之 间的关系。具体地，检测行驶期间车轮的横向力和滑移角，并且计算检测到的横向力和车轮 滑移角之间的比。此外，在轮胎特性曲线上确定车轮的横向力或车轮的滑移角，其中，车轮 的横向力和 车轮的滑移角之间的比与计算出的比相同，并且其中，该轮胎特性曲线是作为 基准路面的条件下的车轮的横向力和车轮的滑移角之间的关系所获得的。然后，基于所确 定的车轮的横向力和检测到的横向力之间的比或所确定的滑移角和检测到的滑移角之间 的比、以及基准路面的路面μ来计算行驶路面的实际路面μ。这使得在可以检测到横向力 和滑移角的情况下，可以基于横向力和滑移角之间的比来计算行驶路面的实际路面μ。因 此，可以在滑移发生之前估计行驶路面的路面μ。此外，可以通过使用基准路面的条件下的轮胎特性曲线来容易地估计行驶路面的 路面μ，其中，获得特定的一种路面条件下的轮胎特性曲线就足够了。例如，可以考虑以下 方法已经获得路面μ不同的路面的条件下的轮胎特性曲线；并且当不存在用以获得实际 行驶路面的路面μ的轮胎特性曲线时，通过在现有的轮胎特性曲线之间进行插值来估计 实际行驶路面的路面μ。然而，在这种情况下，由于使用多个轮胎特性曲线、插值等，因此估 计路面μ的精度低。作为对比，在本发明的情况下，由于可以仅基于特定的一种路面的条 件下的轮胎特性曲线来估计行驶路面的路面μ，因此可以容易且精确地估计行驶路面的路 面μ ο(2)使用构成具有表示横向力的坐标轴和表示滑移角的坐标轴的轮胎特性曲线的 特性映射，来估计检测到的横向力和检测到的滑移角之间的关系。这使得可以容易地估计 时刻变化的路面μ。(3)使用构成具有表示横向力和滑移角之间的比的坐标轴、和表示横向力的坐标 轴的轮胎特性曲线的特性映射，来估计检测到的横向力和检测到的滑移角之间的关系。这 使得可以容易地估计时刻变化的路面μ。(4)使用构成具有表示横向力和滑移角之间的比的坐标轴、和表示滑移角的坐标 轴的轮胎特性曲线的特性映射，来估计检测到的横向力和检测到的滑移角之间的关系。这 使得可以容易地估计时刻变化的路面μ。(5)获得采用横向力和滑移角均为变量的数学表达式的形式的轮胎特性曲线。这 使得可以容易地估计时刻变化的路面μ。第二实施例第二实施例是应用了本发明的电动驱动车辆。MMl图16示出根据第二实施例的车辆的示意结构。如图16所示，该车辆包括转向角 传感器21、横摆率传感器22、横向加速度传感器23、纵向加速度传感器24、车轮速度传感器 25、EPSECU(Electric Power Steering Electronic Control Unit，电动助力转向电子控制 单元)26、EPS(Electric Power Steering，电动助力转向)电机27和车辆行驶状态估计器 28。转向角传感器21检测与方向盘29 —起转动的转向轴30的转动角。转向角传感器21将检测结果(转向角)输出至车辆行驶状态估计器28。横摆率传感器22检测车辆的 横摆率。横摆率传感器22将检测结果输出至车辆行驶状态估计器28。横向加速度传感器 23检测车辆的横向加速度。横向加速度传感器23将检测结果输出至车辆行驶状态估计器 28。纵向加速度传感器24检测车辆的纵向加速度。纵向加速度传感器24将检测结果输出 至车辆行驶状态估计器28。车轮速度传感器25检测车体的车轮31吣3‘、31&和31κκ的车 轮速度。车轮速度传感器25将检测结果输出至车辆行驶状态估计器28。EPSE⑶26基于由转向角传感器21检测到的转向角，向EPS电机27输出转向辅助 命令。该转向辅助命令采用转向转矩辅助的命令信号的形式。此外，EPSECU 26基于由车 辆行驶状态估计器28输出的(以下所述的)路面μ的估计值，向EPS电机27输出转向辅 助命令。EPS电机27基于由EPSE⑶26输出的转向辅助命令，施加转矩以使转向轴30转 动。因而，EPS电极27通过齿轮齿条型机构(齿轮32和齿条33)、拉杆14和节臂15辅助 左前轮31%和右前轮31fk的转向运动，其中，齿轮齿条型机构连接至转向轴30。车辆行驶状态估计器28基于转向角传感器21、横摆率传感器22、横向加速度传感 器23、纵向加速度传感器24和车轮速度传感器25的检测结果，估计行驶路面的状态(路面 μ)。车辆行驶状态估计器28将检测结果输出至EPSE⑶26。图17示出车辆行驶状态估计器28的内部结构。如图17所示，车辆行驶状态估计 器28包括车体速度计算部41、车体滑移角估计部42、轮胎滑移角计算部43、轮胎横向力计 算部44和路面μ估计值计算部45。车体速度计算部41基于由车轮速度传感器25检测到的车轮速度和由纵向加速度 传感器24检测到的纵向加速度来估计车体速度。具体地，车体速度计算部41计算非驱动 轮3、和3 Ikk的车轮速度的平均值或者车轮Slmdl^^lm和3 Ikk的车轮速度的平均值，并 将车体速度的基本值设置为该平均值。车体速度计算部41基于纵向加速度来校正该基本 值。具体地，车体速度计算部41校正该基本值，以消除由于急速加速时的轮胎空转和紧急 制动时的轮胎抱死所引起的误差的影响。车体速度计算部16将如此校正后的值设置为对 车体速度的检测结果。车体速度计算部41将检测结果输出至车体滑移角估计部42和滑移 角估计部44。车体滑移角估计部42根据由转向角传感器21检测到的转向角、由横摆率传感器 22检测到的横摆率、由横向加速度传感器23检测到的横向加速度、由纵向加速度传感器24 检测到的纵向角速度和由车体速度计算部41计算出的车体速度，估计车辆的侧滑角(滑移 角)。图18示出车体滑移角估计部42的结构的示例。如图18所示，车体滑移角估计部 42包括估计车辆的状态量(车辆侧滑角β、滑移角β)的线性两输入观测器51。利用线性 两输入观测器51，车体滑移角估计部42估计车辆侧滑角(滑移角)β。线性两输入观测器 51是基于两轮车辆模型构成的。考虑到关于车辆的横方向上的力和力矩的平衡，由以下等 式(1)来表示该两轮车辆模型。
权利要求
1.一种路面摩擦系数估计装置，包括 横向力检测部，其检测车轮的横向力； 滑移角检测部，其检测所述车轮的滑移角；以及 路面摩擦系数估计部，其存储与坐标面中的特性曲线有关的信息，其中，所述坐标面具有表示所述横向力的坐 标轴和表示所述滑移角的坐标轴，并且所述特性曲线表示基准路面摩擦系数的条件下的所 述横向力和所述滑移角之间的关系；得出所述坐标面内直线与所述特性曲线相交的点作为基准点，其中，所述直线通过所 述坐标面的原点和检测点，并且所述检测点与由所述横向力检测部获得的所述横向力的检 测值和由所述滑移角检测部获得的所述滑移角的检测值相对应；以及基于所述横向力和所述滑移角至少之一的检测值和基准值、以及所述基准路面摩擦系 数，来计算路面摩擦系数的估计值，其中，所述基准值是所述基准点处的值。
2.根据权利要求1所述的路面摩擦系数估计装置，其特征在于，所述路面摩擦系数估 计部通过将所述横向力的检测值除以所述滑移角的检测值来计算所述坐标面中所述直线 的斜率；以及基于所述斜率得出所述基准点。
3.根据权利要求1所述的路面摩擦系数估计装置，其特征在于，所述坐标面具有表示 所述滑移角的横轴和表示所述横向力的纵轴。
4.根据权利要求1所述的路面摩擦系数估计装置，其特征在于，所述坐标面的所述原 点是所述横向力等于0的点。
5.根据权利要求1所述的路面摩擦系数估计装置，其特征在于，所述路面摩擦系数估 计部基于所述横向力和所述滑移角至少之一的检测值和基准值来计算相对于基准的比率；以及基于所述相对于基准的比率和所述基准路面摩擦系数来计算路面摩擦系数的估计值。
6.根据权利要求5所述的路面摩擦系数估计装置，其特征在于，所述路面摩擦系数估 计部通过将所述横向力和所述滑移角至少之一的检测值除以基准值，来计算所述相对于基 准的比率。
7.根据权利要求5所述的路面摩擦系数估计装置，其特征在于，所述路面摩擦系数估 计部计算所述坐标面内所述检测点和所述横向力等于0的点之间的距离，作为第一距离； 计算所述坐标面内所述基准点和所述横向力等于0的点之间的距离，作为第二距离；以及基于所述第一距离和所述第二距离来计算所述相对于基准的比率。
8.根据权利要求7所述的路面摩擦系数估计装置，其特征在于，所述路面摩擦系数估 计部通过将所述第一距离除以所述第二距离来计算所述相对于基准的比率。
9.根据权利要求1所述的路面摩擦系数估计装置，其特征在于，所述路面摩擦系数估 计部存储与第二坐标面中的第二特性曲线有关的信息，其中，所述第二坐标面具有表示所述横向力相对于所述滑移角的比的横轴和表示所述横向力的纵轴，并且所述第二特性曲线 表示所述基准路面摩擦系数的条件下的所述横向力和所述滑移角之间的关系。
10.根据权利要求9所述的路面摩擦系数估计装置，其特征在于，所述路面摩擦系数估 计部参考与所述第二特性曲线有关的信息，计算所述横向力的检测值相对于所述横向力的 基准值的比，作为相对于基准的比率；以及基于所述相对于基准的比率和所述基准路面摩擦系数来计算路面摩擦系数的估计值。
11.根据权利要求10所述的路面摩擦系数估计装置，其特征在于，所述路面摩擦系数 估计部通过将所述横向力的检测值除以所述横向力的基准值来计算所述相对于基准的比 率。
12.根据权利要求1所述的路面摩擦系数估计装置，其特征在于，所述路面摩擦系数估 计部存储与第二坐标面中的第二特性曲线有关的信息，其中，所述第二坐标面具有表示所 述横向力相对于所述滑移角的比的横轴和表示所述滑移角的纵轴，并且所述第二特性曲线 表示所述基准路面摩擦系数的条件下的所述横向力和所述滑移角之间的关系。
13.根据权利要求12所述的路面摩擦系数估计装置，其特征在于，所述路面摩擦系数 估计部参考与所述第二特性曲线有关的信息，计算所述滑移角的检测值相对于所述滑移角的 基准值的比，作为相对于基准的比率；以及基于所述相对于基准的比率和所述基准路面摩擦系数来计算路面摩擦系数的估计值。
14.根据权利要求13所述的路面摩擦系数估计装置，其特征在于，所述路面摩擦系数 估计部通过将所述滑移角的检测值除以所述滑移角的基准值来计算所述相对于基准的比 率。
15.根据权利要求13所述的路面摩擦系数估计装置，其特征在于，所述路面摩擦系数 估计部通过将所述基准路面摩擦系数乘以所述相对于基准的比率来计算路面摩擦系数的 估计值。
16.一种路面摩擦系数估计方法，包括检测车轮的横向力的步骤；检测所述车轮的滑移角的步骤；以及如下步骤存储与坐标面中的特性曲线有关的信息，其中，所述坐标面具有表示所述横向力的坐 标轴和表示所述滑移角的坐标轴，并且所述特性曲线表示基准路面摩擦系数的条件下的所 述横向力和所述滑移角之间的关系；得出所述坐标面内直线与所述特性曲线相交的点作为基准点，其中，所述直线通过所 述坐标面的原点和检测点，并且所述检测点与所述横向力的检测值和所述滑移角的检测值 相对应；以及基于所述横向力和所述滑移角至少之一的检测值和基准值、以及所述基准路面摩擦系 数，来计算路面摩擦系数的估计值，其中，所述基准值是所述基准点处的值。
全文摘要
一种路面摩擦系数估计装置，包括横向力检测部，其检测行驶期间车轮的横向力；滑移角检测部，其检测行驶期间所述车轮的滑移角；以及路面μ计算部，其基于检测到的横向力和检测到的滑移角之间的比、基准路面的情况下的车轮的横向力和车轮的滑移角之间的相关关系、以及检测到的横向力和检测到的滑移角至少之一，来估计检测到的横向力和检测到的滑移角之间的关系。
文档编号B60W40/06GK102112354SQ20098012555
公开日2011年6月29日 申请日期2009年6月26日 优先权日2008年6月30日
发明者毛利宏, 盐泽裕树, 绳野昌明 申请人:日产自动车株式会社