DE10122808B4 - Method for detecting and indicating the friction properties between the roadway and the tires of a motor vehicle - Google Patents

Method for detecting and indicating the friction properties between the roadway and the tires of a motor vehicle Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Erfassung und Anzeige der Reibungseigenschaften zwischen der Fahrbahn und den Reifen eines Kraftfahrzeugs mit einem Lenkwinkelsensor (4), einem Gierwinkelgeschwindigkeits-Sensor (5) und einem Querbeschleunigungssensor umfassend folgende Verfahrensschritte:
– Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Drehzahl der Räder, des Lenkwinkels, der Gierwinkelgeschwindigkeit und der Querbeschleunigung,
– Zusätzliches Erfassen der Antriebsmomente der angetriebenen Räder und der Bremsmomente aller Räder,
– Ermittlung und Darstellung von Schätzwerten für die Reibungseigenschaften des Kontaktes zwischen Reifen und Fahrbahn bei Kurvenfahrt aus einem Vergleich des physikalischen Modells des bewegten Kraftfahrzeuges mit den erfassten realen Daten,
– Erfassen weiterer dynamischer Daten mittels Sensoren für den Windgeschwindigkeitsvektor, mittels Sensoren für den Federweg der Räder und mittels Neigungssensoren bei unzureichender Sicherheit der Schätzwerte für die Reibungseigenschaften,
– Ergänzen des physikalischen Modells der Fahrzeugbewegung durch die erfassten weiteren Daten und Präzisieren der daraus ermittelten Schätzwerte der Reibungseigenschaften des Kontaktes zwischen Reifen und Fahrbahn,
– Einleiten...Method for detecting and displaying the friction properties between the road surface and the tires of a motor vehicle with a steering angle sensor (4), a yaw rate sensor (5) and a lateral acceleration sensor comprising the following method steps:
Detecting vehicle speed, wheel speed, steering angle, yaw rate and lateral acceleration
Additional detection of the drive torques of the driven wheels and the braking torques of all wheels,
Determination and presentation of estimates for the friction characteristics of the contact between tire and road surface when cornering from a comparison of the physical model of the moving motor vehicle with the acquired real data,
Acquiring further dynamic data by means of sensors for the wind velocity vector, by means of sensors for the travel of the wheels and by means of tilt sensors in the case of insufficient certainty of the estimates of the friction properties,
- supplementing the physical model of the vehicle movement with the acquired further data and specifying therefrom the estimated values of the friction properties of the contact between the tire and the road surface,
- Initiate...

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Description

Die Erfindung beinhaltet ein Informationssystem, das den Fahrer/die Fahrerin (Fahrzeugführer) eines Kraftfahrzeuges über die Reibungseigenschaften des Kontaktes Fahrbahn-Reifen informiert. Diese Information kann auf Anforderung oder kontinuierlich erfolgen und z.B. optisch auf dem Armaturenbrett dargestellt werden. Die Information über die Reibungseigenschaften wird aus den dynamischen Daten der Fahrzeugbewegung oder mit elektromagnetischen Wellen gewonnen. Nach Anforderung durch den Fahrzeugführer können zusätzliche Brems-, Beschleunigungs- oder Lenkvorgänge oder eine Kombination dieser Vorgänge zur Informationsgewinnung dienen.The The invention includes an information system that informs the driver Driver (driver) of a Motor vehicle over informs the friction characteristics of the contact road tire. This information can be on demand or continuously and e.g. visually displayed on the dashboard. The information about The friction characteristics become from the dynamic data of the vehicle movement or obtained with electromagnetic waves. Upon request by the driver can additional Braking, acceleration or steering operations or a combination of these processes for obtaining information.

Beim Antiblockiersystem ABS wird bei Bremsvorgängen über Drehzahlsensoren an den Rädern eine Blockierneigung der Räder erkannt und der Bremsvorgang so geregelt, daß eine Blockierung der Räder verhindert wird und damit die Lenkfähigkeit des Fahrzeuges erhalten bleibt.At the Anti-lock braking system ABS is used in braking operations via speed sensors to the wheels a blockage of the wheels detected and the braking process regulated so that a blockage of the wheels prevented and thus the steering ability of the Vehicle is preserved.

Bei der Antischlupfregelung ASR wird bei Anfahr- und Beschleunigungsvorgängen ein aufgrund mangelnder Reibung durchdrehendes Rad abgebremst, dieser Bremsvorgang wirkt angenähert wie eine Differentialsperre.at The ASR traction control system is activated during start-up and acceleration processes slowed down due to lack of friction spinning wheel, this Braking seems to be approximate a differential lock.

Bei der Fahrdynamikregelung ESP (Elektronisches Stabilitäts-Programm) werden Bremsvorgänge an einzelnen Rädern gezielt so eingesetzt, daß Kurvenfahrten bei schwierigen Reibungseigenschaften unterstützt werden.at the Vehicle Dynamics Control ESP (Electronic Stability Program) will be braking on individual wheels specifically used so that cornering be assisted in difficult friction properties.

Bei der Elektrohydraulischen Bremse EHB besteht keine kraftführende Verbindung zwischen Bremspedal und Bremse mehr, die Bremsvorgänge werden elektrisch durchgeführt („Brake-by-Wire"). Hier wird z.B. eine Trockenbremsfunktion eingesetzt – kurze, für den Fahrzeugführer nicht spürbare Bremsimpulse, um bei Fahrbahnnässe den Wasserfilm von den Bremsscheiben zu verdrängen.at The Electrohydraulic Brake EHB does not have a live connection between brake pedal and brake more, the braking operations will be performed electrically ("Brake-by-wire"). a dry braking function used - short, not for the driver noticeable Braking impulses to at road wetness displace the water film from the brake discs.

Alle angesprochenen Produkte werden von der Robert Bosch GmbH hergestellt. Sie dienen der Unterstützung des Fahrzeugführers in kritischen Situationen und signalisieren bei ihrem Einsatz auch die kritischen Reibeigenschaften, z.B. über ein vibrierendes Bremspedal mit den dazugehörigen Geräuschen. Eine gezielte (und dauernde) Information des Fahrzeugführers über die Reibungseigenschaften ist aber nicht vorgesehen.All addressed products are manufactured by the Robert Bosch GmbH. They serve the support of the driver in critical situations and signal in their use the critical friction properties, e.g. via a vibrating brake pedal with the corresponding ones Noise. A targeted (and permanent) information of the driver about the Frictional properties is not provided.

In der DE 198 44 090 wird beschrieben, wie Signale von einem Lenkradwinkelsensor, einem Fahrgeschwindigkeitssensor und einem Gierratensensor in einem Rechenprogramm zu einem Schätzwert des Strassenreibungskoeffizienten verarbeitet werden.In the DE 198 44 090 It will be described how signals from a steering wheel angle sensor, a vehicle speed sensor and a yaw rate sensor are processed in a computer program to an estimate of the road friction coefficient.

In der DE 41 34 831 C2 wird beschrieben, wie durch separate Elektroantriebe für die Antriebsräder und durch Variation der Antriebsdrehmomente auf Reibungseigenschaften geschlossen werden kann.In the DE 41 34 831 C2 describes how it can be concluded by separate electric drives for the drive wheels and by varying the drive torque on friction characteristics.

In der DE 197 30 336 C2 wird beschrieben, wie mit Hilfe einer Datenbank, die Daten über Krümmungen und Neigungen von Straßen enthält, eine Warnung bei überhöhter Geschwindigkeit an den Fahrer gegeben werden kann.In the DE 197 30 336 C2 It describes how, with the aid of a database containing data on curvatures and inclinations of roads, a warning of excessive speed can be given to the driver.

In der DE 43 17 831 wird beschrieben, wie mit Hilfe verschiedener Sensoren und eines Rechners die Anzeige eines Bildschirmes so verändert wird, dass mit kognitiv ausgeprägtem Warninformatiosgehalt nngezeigt wird, wenn zulässige Geschwindigkeiten von Fahrzeugen überschritten werden.In the DE 43 17 831 It describes how, with the help of various sensors and a computer, the display of a screen is changed in such a way that with cognitively pronounced warning information content is displayed when permissible speeds of vehicles are exceeded.

Beschreibung der Erfindungdescription the invention

Straßenglätte ist eine der wesentlichen Unfallursachen. Der Fahrbahnzustand ist häufig nicht ohne Weiteres zu erkennen, z.B. bei Dunkelheit und Temperaturen um den Gefrierpunkt. Aufgabe der Erfindung ist, anhand eines physikalischen Modells des Kraftfahrzeuges und der Erfassung und Verarbeitung von ohnehin vorhandenen und zusätzlichen Sensordaten Informationen über die Reibungseigenschaften des Kontaktes Fahrbahn-Reifen zu ermitteln und in geeigneter Weise dem Fahrzeugführer zu übermitteln, wobei die verschleiß- und verbrauchsneutralen Methoden bei allen sich bietenden Gelegenheiten erfolgen können und die verschleiß- und verbrauchsbehafteten Methoden auf Anforderung durch den Fahrzeugführer erfolgen sollten.Road slipperiness is one of the main causes of accidents. The road condition is often not without To recognize further, e.g. in the dark and temperatures around the Freezing point. The object of the invention is based on a physical Model of the motor vehicle and the detection and processing of anyway existing and additional Sensor data information about To determine the friction properties of the contact road tire and to convey in a suitable manner to the driver, the wear and consumption-neutral methods can take place on all occassional occasions and the wear and consumption-based methods on request by the driver should.

Die Beschreibung erfolgt anhand von 1, die eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges 1 zeigt. Das Fahrzeug besitzt lenkbare Räder 2 und nicht lenkbare Räder 3, wobei der Lenkwinkel der lenkbaren Räder 2 mit einem Sensor 4 erfaßt wird. Außerdem vorhanden sind ein Sensor für die Gierwinkelgeschwindigkeit 5 und ein Sensor für die Querbeschleunigung 6. Diese Ausrüstung mit Sensoren ist für ESP erforderlich, außerdem sind schon für ABS (nicht eingezeichnete) Drehzahlsensoren für die Räder vorhanden.The description is based on 1 , which is a schematic representation of a motor vehicle 1 shows. The vehicle has steerable wheels 2 and non-steerable wheels 3 , where the steering angle of the steerable wheels 2 with a sensor 4 is detected. There is also a yaw angular velocity sensor 5 and a lateral acceleration sensor 6 , This equipment with sensors is required for ESP and ABS (not shown) speed sensors for the wheels are already available.

Optional zusätzlich können noch Sensoren für den Federweg der Räder 7, für den (scheinbaren) Windgeschwindigkeitsvektor 8 und ein Neigungssensor 10 vorhanden sein. Weiterhin können noch ein zusätzliches absenkbar und abbremsbar ausgeführtes Rad oder eine absenkbare Reibfläche (beide aus dem Gummimaterial der Reifen) vorhanden sein.Optionally, additional sensors for the travel of the wheels 7 , for the (apparent) wind velocity vector 8th and a tilt sensor 10 to be available. Furthermore, an additional lowerable and braked executed or a lowerable friction surface (both of the rubber material of the tires) be present.

Im Bereich des Armaturenbrettes kann eine optische Anzeige zur Darstellung der Reibungseigenschaften vorhanden sein, wobei die Anzeige durchaus in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgen kann (z.B. gute Reibungseigenschaften: grün; schlechte Reibungseigenschaften mit angepaßter Geschwindigkeit: gelb; schlechte Reibungseigenschaften mit überhöhter Geschwindigkeit: rot). Die Information kann auch akustisch erfolgen. Diese Informationsmöglichkeit kann so ausgeführt sein, daß sie auf Wunsch des Fahrzeugführers über eine Betätigungseinrichtung aktiviert wird oder auch permanent erfolgt. Diese Betätigungseinrichtung kann z.B. wie die Betätigung der Scheibenwischer-Intervallschaltung ausgelegt sein, aber z.B. auch über ein Spracherkennungsmodul erfolgen.in the The area of the dashboard can be a visual display for display the friction properties are present, the display certainly dependent on from the vehicle speed (e.g., good friction characteristics: green; bad Frictional properties at appropriate speed: yellow; poor friction characteristics at excessive speed: red). The information can also be made acoustically. This information opportunity can be done that way be that she at the request of the driver via a actuator is activated or permanently. This actuator can e.g. like the operation the wiper interval circuit may be designed, but e.g. also about one Voice recognition module done.

Die Ermittlung der Reibungseigenschaften kann in 3 Gruppen eingeteilt werden:

  • – in der 1. Gruppe werden alle für ESP anfallenden Daten zur Erkennung der Reibungseigenschaften ausgenutzt. Bei Geradeausfahrt auf ebener Fahrbahn ist so aber keine Information über die Reibungseigenschaften möglich.
  • – in der 2. Gruppe werden zusätzliche Sensoren z.B. zur Bestimmung des Windgeschwindigkeitsvektors 8, des Federweges 7 der Räder oder ein Neigungssensor 10 eingesetzt. Bei Seitenwind oder geneigter Fahrbahn können so die Reibungseigenschaften u.U. auch bei Geradeausfahrt bestimmt werden.
  • – in der 3. Gruppe werden spezielle Maßnahmen zur Bestimmung der Reibungseigenschaften ergriffen. Da diese Maßnahmen mit (allerdings sehr geringen) Verbrauchs- und Verschleißerhöhungen einhergehen, werden sie in der Regel nur auf Anforderung über eine Betätigugseinrichtung einmalig oder in (vorgebbaren) Intervallen aktiviert.
The determination of the friction properties can be divided into 3 groups:
  • - In the first group, all data for the identification of the friction properties for ESP are used. When driving straight ahead on a flat road but so no information about the friction properties is possible.
  • In the second group, additional sensors are used, eg to determine the wind velocity vector 8th , the spring path 7 the wheels or a tilt sensor 10 used. In crosswinds or inclined roads, the friction properties may also be determined when driving straight ahead.
  • - in the third group special measures are taken to determine the friction characteristics. Since these measures are associated with (but very low) consumption and wear increases, they are usually activated only on request via a Betätigugseinrichtung once or in (predeterminable) intervals.

Zu den Gruppen im Einzelnen:To the groups in detail:

1. Gruppe1st group

Die für ESP benötigten Daten, insbesondere Geschwindigkeit, Lenkeinschlag, Gierwinkelgeschwindigkeit und Querbeschleunigung werden um die Antriebsmomente der angetriebenen Räder (sind z.B. aus dem Motorkennfeld zu ermitteln) und die Bremsmomente aller Räder ergänzt und in die Reifenkräfte umgerechnet („Kammscher Kreis"). Aus dem physikalischen Modell des Kraftfahrzeuges, verglichen mit den realen Daten, kann zumindest bei Kurvenfahrt auf die Reibungseigenschaften geschlossen werden. Die Reibungseigenschaften können dann als Information für den Fahrzeugführer bereitgestellt werden.The for ESP required Data, in particular speed, steering angle, yaw rate and lateral acceleration are driven by the drive torque Wheels (e.g. determined from the engine map) and the braking torque of all wheels added and in the tire forces converted ("Kammscher Circle "). From the physical model of the motor vehicle, compared with the real one Data, at least when cornering on the friction characteristics getting closed. The friction characteristics may then be provided as information to the vehicle operator become.

Diese Information wird ohne zusätzliche Eingriffe in das Fahrgeschehen rein elektronisch ermittelt. Sie kann somit dauernd (auch bei trockener, gut haftender Fahrbahn) zur Verfügung gestellt werden. Allerdings ist so bei reiner Geradeausfahrt keine Aussage über die Reibungsverhältnisse möglich.These Information is provided without additional Intervention in the driving events determined purely electronically. she can thus permanently (even with dry, well-adhering roadway) to disposal be put. However, is so in pure straight ahead no Statement about the friction conditions possible.

2. Gruppe2nd group

Zusätzlich zu den für ESP erfaßten oder sonst vorhandenen Daten (Motorkennfeld, Bremsmoment) können weitere Sensoren benutzt und in das physikalische Modell des Fahrzeuges eingerechnet werden. Sinnvoll sind hier Sensoren für den Federweg der Räder 7, aus dem die Normalkraft ermittelt werden kann, mit der der Reifen auf die Straße drückt (unter Berücksichtigung des dynamischen Verhalten des Systems), weiterhin Neigungssensoren 10 (für statische Quer- und Längskräfte) und Sensoren zur Ermittlung des Windgeschwindigkeitsvektors 8 (z.B. über 2 oder 3 Staudrucksensoren).In addition to the data recorded for ESP or otherwise available (engine map, braking torque), additional sensors can be used and included in the physical model of the vehicle. It makes sense here sensors for the travel of the wheels 7 from which the normal force can be determined, with which the tire presses on the road (taking into account the dynamic behavior of the system), inclination sensors 10 (for static lateral and longitudinal forces) and sensors for determining the wind velocity vector 8th (eg via 2 or 3 dynamic pressure sensors).

Mit Hilfe dieser Sensoren können auch bei Geradeausfahrt Querkräfte ermittelt werden, falls Seitenwind oder Querneigungen vorhanden sind. In einem ersten Schritt können diese Querkräfte mit dem notwendigen Lenkwinkel zur Kompensation dieser Querkräfte verglichen und damit auf die Reibungseigenschaften geschlossen werden. Weiterhin ist es möglich, anhand des Federweges die Zeitabschnitte minimaler Normalkräfte zu ermitteln und in diesen Zeitabschnitten die gemessene Querbeschleunigung zur Bestimmung der Reibungseigenschaften zu benutzen.With Help these sensors can even when driving straight ahead lateral forces be determined, if crosswinds or crossings exist are. In a first step you can these lateral forces compared with the necessary steering angle to compensate for these lateral forces and thus be concluded on the friction properties. Furthermore is it is possible to determine the time periods of minimum normal forces by means of the spring travel and in these periods the measured lateral acceleration to Determining the friction properties to use.

Mit Hilfe dieser zusätzlichen Sensoren ist also ein vollständigeres physikalisches Modell der Fahrzeugbewegung zu ermitteln. Damit sind also genauere Reibungseigenschaften zu ermitteln als ohne diese Sensoren. Man ist aber weiterhin auf die gegebenen Umstände wie Seitenwind, Querneigungen (und unebene Fahrbahn) angewiesen, um Reibungseigenschaften ermitteln zu können. Dies kann aber häufiger der Fall sein als ohne diese zusätzlichen Sensoren. Da auch hier keine Eingriffe in den Fahrvorgang erfolgen, ist auch mit diesem erweiterten Meßumfang eine laufende Ermittlung der Reibungseigenschaften möglich, soweit die äußeren Umstände dies zulassen (also nicht auf ebener gerader Fahrbahn ohne Seitenwind).With Help this extra Sensors is thus a more complete one determine physical model of vehicle movement. This is So to determine more precise friction properties than without them Sensors. One is however still on the given circumstances like Crosswind, banks (and rough road) instructed to To be able to determine friction properties. But this can more often be the case Fall as without these additional sensors. Since there are no interventions in the driving process, is also with this extended scope of measurement a continuous determination of the friction properties possible, so far the external circumstances this allow (so not on a flat straight road without crosswinds).

3. Gruppe3rd group

Wenn vom Fahrzeugführer aktiv eine zuverlässige Information über die Reibungseigenschaften gewünscht wird (z.B. bei kalter feuchter Fahrbahn), können verschiedene Möglichkeiten eingesetzt werden, die allerdings alle einen (geringen) Mehrverbrauch und einen (geringen) zusätzlichen Verschleiß bedeuten. Diese Möglichkeiten funktionieren auch bei Geradeausfahrt auf ebener Fahrbahn ohne Seitenwind bzw. Querneigung.If reliable active information about the friction characteristics is desired by the driver (eg cold wet track), various possibilities can be used, but all of them have a (minor) increase in torque need and (minor) additional wear mean. These possibilities also work when driving straight on level ground without side wind or bank.

Eine mechanisch aufwendige, vom Rechneraufwand aber einfache Lösungsmöglichkeit besteht in einem kleinen zusätzlichen Rad 9, daß bei Bedarf (auf Anforderung durch den Fahrzeugführer) auf die Fahrbahn abgesenkt und mit definierter Kraft auf die Fahrbahnoberfläche gedrückt wird. Damit beim Absenken bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten der Verschleiß nicht zu hoch ist, sollte dieses Rad im angehobenen Zustand an der Unterseite vom Fahrtwind angeströmt und von diesem in Rotation versetzt werden. Dieses nun mitlaufende Rad (mit den gleichen Oberflächeneigenschaften wie die Reifen des Fahrzeuges) wird nun intermittierend bis zu einem (vorgebbaren) Moment oder bis zur Überwindung der Haftreibung abgebremst. Aus dem für die Überwindung der Haftreibung notwendigen Bremsmoment können die Reibungseigenschaften berechnet werden. Wenn die Haftreibung nicht überwunden wird, werden die Reibungseigenschaften als gut signalisiert (dient zur Verschleiß- und Verbrauchsminimierung). Außerdem kann die Vorgehensweise so sein, daß die Kraft, mit der das zusätzliche Rad 9 auf die Fahrbahn gedrückt wird, bei guten Reibungseigenschaften gering ist und bei schlechten Reibungseigenschaften vergrößert wird. Weiterhin kann das zusätzliche Rad 9 auch durch einen nicht rotiernden Reifenabschnitt (Reibfläche) ersetzt werden, der intermittierend auf die Fahrbahn abgesenkt wird, wobei die Gleitreibungseigenschaften durch eine Kraftmessung ermittelt werden.A mechanically complex, but by computer complexity simple solution is a small additional wheel 9 in that when required (on request by the driver) lowered onto the road and pressed with a defined force on the road surface. So that when lowering at higher vehicle speeds, the wear is not too high, this wheel should be flowed in the raised state at the bottom of the airstream and be rotated by this in rotation. This now revolving wheel (with the same surface properties as the tires of the vehicle) is now decelerated intermittently to a (predetermined) moment or to overcome the static friction. From the braking torque necessary to overcome the static friction, the friction properties can be calculated. If the static friction is not overcome, the friction properties are signaled as good (serves to minimize wear and consumption). In addition, the procedure may be such that the force with which the additional wheel 9 pressed on the road, is low with good friction properties and is increased in poor friction properties. Furthermore, the additional wheel 9 also be replaced by a non-rotating tire portion (friction surface) which is lowered intermittently onto the road surface, wherein the sliding friction characteristics are determined by a force measurement.

Auch mit den für ESP (bzw. ASR) schon vorhandenen Möglichkeiten, nur mit zusätzlichem Programmieraufwand und einer Betätigungseinrichtung, können aktiv (auf Anforderung durch den Fahrzeugführer) Informationen über die Reibungseigenschaften gewonnen und angezeigt werden. Dazu muß mindestens ein Rad zusätzlichen Belastungen ausgesetzt werden, die eine Erkennung der Reibungseigenschaften ermöglichen. Diese zusätzlichen Belastungen können durch kurzzeitige Beschleunigungsvorgänge („E-Gas"), kurzzeitige Bremsvorgänge (wie bei ASR) oder kurzzeitige überlagerte Lenkbewegungen (Servolenkung) erzeugt werden, wobei auch eine Kombination dieser Maßnahmen möglich ist. Analog zum absenkbaren Rad sollten auch hier die zusätzlichen Belastungen auf einen Höchstwert begrenzt und nur bis zur kurzfristigen Überschreitung der Haftreibungsgrenze ausgeführt werden. Verschiedene Vorgehensweisen sind denkbar, beispielsweise:

  • – Mindestens eins der nicht angetriebenen Räder wird kurzfristig abgebremst. Dabei kann es sinnvoll sein, ein nicht angetriebenes Rad sehr kurz, danach das gegenüberliegende etwas länger und dann das erste Rad wieder sehr kurz abzubremsen, damit kein größeres zusätzliches Giermoment für das Fahrzeug entsteht. (Die weiter unten aufgeführten zusätzlichen Beschleunigungs- und Lenkvorgänge können auch hier ausgeführt werden.)
  • – Die angetriebenen Räder werden kurzfristig beschleunigt (E-Gas, nur sinnvoll bei leistungsfähigen Motoren weit unterhalb der Höchstgeschwindigkeit.)
  • – Eine kurzfristige links-rechts (rechts-links)-Lenkbewegung wird ohne zutun des Fahrzeuglenkers von der Servolenkung ausgeführt.
  • – Die angetriebenen Räder werden kurzfristig beschleunigt und gleichzeitig abwechselnd abgebremst, so daß die Gesamtbewegung des Fahrzeuges nur unwesentlich verändert wird (bedingt durch die abwechselnden Bremsvorgänge tritt nur ein Giermoment auf).
  • – Die angetriebenen Räder werden kurzfristig beschleunigt und gleichzeitig abwechselnd abgebremst, das auftretende Giermoment wird durch eine von der Servolenkung gleichzeitig selbsttätig ausgeführte zusätzliche Lenkbewegung ausgeglichen.
Even with the already existing for ESP (or ASR) options, only with additional programming effort and an actuator, can be actively obtained (on request by the driver) information about the friction properties and displayed. For this purpose, at least one wheel must be exposed to additional loads that allow detection of the friction properties. These additional loads can be generated by short-term acceleration ("e-gas"), short-term braking (as in ASR) or short-term superimposed steering (power steering), although a combination of these measures is possible Limits are limited to a maximum value and are only carried out until the limit of friction has been exceeded in the short term Various methods are conceivable, for example:
  • - At least one of the non-driven wheels is braked at short notice. It may be useful to brake a non-driven wheel very short, then the opposite slightly longer and then the first wheel again very briefly, so that no greater additional yaw moment for the vehicle arises. (The additional acceleration and steering operations below can also be performed here.)
  • - The driven wheels are accelerated at short notice (e-gas, only useful for powerful engines far below the maximum speed.)
  • - A short-term left-right (right-left) -Lenkbewegung is performed without the vehicle driver of the power steering.
  • - The driven wheels are accelerated at short notice and simultaneously decelerated alternately, so that the overall movement of the vehicle is only slightly changed (due to the alternating braking occurs only a yaw moment).
  • - The driven wheels are accelerated at short notice and simultaneously decelerated alternately, the yawing moment occurring is compensated by an automatically executed by the power steering additional steering movement.

Mit ESP (oder ASR) ausgerüstete Fahrzeuge können – abgesehen von den zusätzlichen Lenkbewegungen – alle hier angesprochenen Funktionen ausführen. Bei vorhandener Servolenkung ist auch die zusätzliche Lenkbewegung nicht schwierig durchzuführen.With ESP (or ASR) equipped Vehicles can - apart from the extra Steering movements - all perform functions discussed here. With existing power steering is also the extra Steering movement not difficult to perform.

Die in dieser Gruppe beispielhaft genannten Methoden der Reibwertbestimmung sollten nur auf Anforderung des Fahrzeugführers vorgenommen werden, da Energieverluste und Verschleiß damit verbunden sind. Dabei kann die Größe der Eingriffe (Bremsen, Beschleunigen, Lenkbewegungen bzw. Grenzwert der Reibeigenschaften) und die Wiederholfrequenz der Vorgänge entweder vom Fahrzeugführer festgelegt oder auch automatisch (z.B. geschwindigkeitsabhängig) bestimmt werden. (Damit der Fahrzeugführer nicht zu stark abgelenkt wird, kann es sinnvoll sein, daß kompliziertere Eingaben nur bei stehendem Fahrzeug vorgenommen werden können.)The in this group exemplified methods of friction coefficient determination should only be made on request of the driver, since Energy losses and wear associated with it are. The size of the interventions (brakes, Acceleration, steering movements or limit of frictional properties) and the repetition frequency of the actions either determined by the driver or automatically (e.g., speed-dependent). (Thus the driver not too much distracted, it may be useful that more complicated Entries can only be made when the vehicle is stationary.)

Bei Kurvenfahrt können die beschriebenen Methoden der Reibwertbestimmung auch zum Schleudern des Fahrzeuges führen. Deshalb sollten bei Kurvenfahrt entweder die Methoden der anderen Gruppen angewendet werden oder es sollte jeweils nur ein kurveninneres Rad kurz abgebremst werden. Das dadurch erzeugte Giermoment unterstützt die Kurvenfahrt (wird bei ESP angewendet). Außerdem genügen an den kurveninneren Rädern kleinere Bremsmomente, da diese Räder gewichtsentlastet werden.at Cornering can the described methods of Reibwertbestimmung also for spinning lead the vehicle. Therefore, when cornering should be either the methods of other groups or it should only be one turn inside wheel be braked briefly. The resulting yaw moment supports cornering (used in ESP). In addition, enough to the inside wheels smaller braking torques, as these wheels are weight relieved.

Wenn Fahrbahnunebenheiten vorhanden sind, können auch in der 3. Gruppe anhand des Federweges Zeitabschnitte minimaler Normalkraft ermittelt und die Eingriffe in diesen Zeitabschnitten vorgenommen werden, damit zusätzlicher Energieverbrauch und Verschleiß minimiert werden.If Road bumps are present, can also be in the 3rd group determined on the basis of the travel time periods minimal normal force and the interventions are made during these periods, with it additional Energy consumption and wear minimized become.

Elektromagnetische Methodenelectromagnetic methods

Eiskristalle haben charakteristische Spektren für elektromagnetische Wellen. Wenn z.B. die zugehörigen Wellenlängen von einem Sender erzeugt und das Streulicht der Eiskristalle detektiert wird, kann auch berührungslos auf elektromagnetischem Wege das Vorhandensein von Eis ermittelt und angezeigt werden. Dieser Vorgang kann (bei entsprechend niedrigen Temperaturen) dauernd mitlaufen. Dabei kann es sinnvoll sein, daß diese Einrichtung durch eine durchsichtige Scheibe geschützt wird und daß diese Scheibe von einer Einrichtung analog zu einer Scheinwerferwaschanlage oder durch schnelle Rotation („Klarsichtscheibe") gereinigt wird. Beim Vorhandensein von Eiskristallen kann gegebenenfalls eine der anderen Maßnahmen ausgelöst werden.Ice crystals have characteristic spectra for electromagnetic waves. If e.g. the associated wavelength generated by a transmitter and the scattered light of the ice crystals is detected, can also be contactless Electromagnetically detects the presence of ice and are displayed. This process can (at correspondingly low Temperatures) run continuously. It may make sense that this Device is protected by a transparent disc and that these Disc of a device analogous to a headlight washer or by rapid rotation ("transparent disc") is cleaned Presence of ice crystals may optionally be one of the others activities to be triggered.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Der Fahrzeugführer erhält mit den beschriebenen Verfahren eine möglichst genaue Information über die Reibungseigenschaften des Kontaktes Fahrbahn-Reifen, wobei die für ESP ohnehin vorhandenen Sensoren, das Motorkennfeld und die Bremsmomente in einem Rechenmodell berücksichtigt werden, durch weitere Sensordaten ergänzt werden können und auf Anforderung durch den Fahrer durch elektronisch gesteuerte Bremsvorgänge (ergänzt durch Beschleunigungs- und Lenkvorgänge) die Genauigkeit der Schätzwerte verbessert wird (bei minimierter Verschleiß- und Verbrauchserhöhung).Of the driver receives with the described method the most accurate information about the Frictional properties of the contact roadway tires, while those for ESP anyway existing sensors, the engine map and the braking torques in considered in a calculation model can be supplemented by further sensor data and on request by the driver through electronically controlled braking (supplemented by Acceleration and steering operations) the accuracy of the estimates is improved (with minimized wear and consumption increase).

Claims (9)

Verfahren zur Erfassung und Anzeige der Reibungseigenschaften zwischen der Fahrbahn und den Reifen eines Kraftfahrzeugs mit einem Lenkwinkelsensor (4), einem Gierwinkelgeschwindigkeits-Sensor (5) und einem Querbeschleunigungssensor umfassend folgende Verfahrensschritte: – Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Drehzahl der Räder, des Lenkwinkels, der Gierwinkelgeschwindigkeit und der Querbeschleunigung, – Zusätzliches Erfassen der Antriebsmomente der angetriebenen Räder und der Bremsmomente aller Räder, – Ermittlung und Darstellung von Schätzwerten für die Reibungseigenschaften des Kontaktes zwischen Reifen und Fahrbahn bei Kurvenfahrt aus einem Vergleich des physikalischen Modells des bewegten Kraftfahrzeuges mit den erfassten realen Daten, – Erfassen weiterer dynamischer Daten mittels Sensoren für den Windgeschwindigkeitsvektor, mittels Sensoren für den Federweg der Räder und mittels Neigungssensoren bei unzureichender Sicherheit der Schätzwerte für die Reibungseigenschaften, – Ergänzen des physikalischen Modells der Fahrzeugbewegung durch die erfassten weiteren Daten und Präzisieren der daraus ermittelten Schätzwerte der Reibungseigenschaften des Kontaktes zwischen Reifen und Fahrbahn, – Einleiten zusätzlicher kurzzeitiger elektronisch gesteuerter Brems- und/oder Beschleunigungs- oder Lenkvorgänge durch den Fahrzeugführer bei weiterhin nicht ausreichender Sicherheit der Schätzwerte für die Reibungseigenschaften, – Erfassung von Eiskristallen mittels eines elektromagnetischen Sensors, – Einbeziehen der durch die zusätzlichen Brems- und/oder Beschleunigungs- oder Lenkvorgänge erfassten Daten und/oder der Daten des elektromagnetischen Sensors in das physikalische Modell der Fahrzeugbewegung zur Verbesserung der daraus ermittelten Schätzwerte für die Reibungseigenschaften des Kontaktes zwischen Reifen und Fahrbahn, – Optische oder akustische Anzeige der Reibungseigenschaften.Method for detecting and indicating the friction properties between the road surface and the tires of a motor vehicle with a steering angle sensor ( 4 ), a yaw rate sensor ( 5 ) and a lateral acceleration sensor comprising the following method steps: detecting the vehicle speed, the rotational speed of the wheels, the steering angle, the yaw angular velocity and the lateral acceleration, additionally detecting the driving torque of the driven wheels and the braking torques of all the wheels, determining and displaying estimates for the friction characteristics the contact between the tire and the road surface when cornering from a comparison of the physical model of the moving motor vehicle with the recorded real data, - Capturing further dynamic data by means of sensors for the wind speed vector, by means of sensors for the travel of the wheels and inclination sensors with insufficient certainty of the estimates for the frictional properties, - supplementing the physical model of the vehicle movement with the acquired further data and specifying the estimated values of the friction characteristics of the vehicle Contact between tire and roadway, - initiation of additional short-term electronically controlled braking and / or acceleration or steering operations by the driver while still insufficient certainty of the estimates of the friction characteristics, - detection of ice crystals by means of an electromagnetic sensor, - the inclusion of the additional Braking and / or acceleration or steering operations recorded data and / or the data of the electromagnetic sensor in the physical model of the vehicle movement to improve the resulting estimates of the friction properties of the contact between the tire and the road surface, - visual or acoustic indication of the friction properties. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmomente der angetriebenen Räder aus dem Motorkennfeld ermittelt werden.Method according to claim 1, characterized in that that the drive torque of the driven wheels determined from the engine map become. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugführer über eine elektrische Eingabemöglichkeit aktiv bestimmen kann, ob und welche Messdaten zur Ergänzung des physikalischen Modells der Fahrzeugbewegung und damit zur Verbesserung der Schätzwerte für die Reibungseigenschaften zwischen Reifen und Fahrbahn genutzt werden und in welchen Intervallen die Reibungseigenschaften erfasst werden.Method according to claim 1, characterized in that that the driver over a electrical input option can actively determine whether and which measurement data to supplement the physical model of the vehicle movement and thus to improve the estimates for the Friction properties between tires and road are used and at what intervals the friction characteristics are detected. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Eingabemöglichkeit Tasten oder ein Spracherkennungsmodul sein können.Method according to claim 3, characterized that the electrical input option buttons or a voice recognition module. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erfassung des Federweges der Räder mittels eines Rechenprogramms die Zeitabschnitte minimaler Normalkraft erkannt werden und die Ermittlung der Reibeigenschaften und/oder die zusätzlichen kurzzeitigen gesteuerten Eingriffe in das Fahrgeschehen auf diese Zeitabschnitte begrenzt werden.Method according to claim 1, characterized in that that in the detection of the spring travel of the wheels by means of a computer program the periods of minimum normal force are detected and the Determination of the friction properties and / or the additional short-term controlled interventions in the driving on these Time periods are limited. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche kurzfristige gesteuerte Bremsvorgang durch ein zusätzliches absenkbares Rad, das auf Anforderung des Fahrzeugführers auf die Fahrbahn abgesenkt und intermittierend abgebremst oder durch eine reifenähnliche Reibfläche, die intermittierend auf die Fahrbahn gedrückt wird, erzeugt wird, wobei aus den dabei auftretenden Kräften die Reibungseigenschaften berechnet werden.A method according to claim 1, characterized in that the additional short-term controlled braking operation by an additional lowerable wheel, which lowered at the request of the driver on the road and intermittently abge brakes or by a tire-like friction surface, which is intermittently pressed onto the road surface, is generated, wherein the frictional properties are calculated from the forces occurring. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Normalkraft des zusätzlichen Rades oder der Reibfläche bei guten Reibungseigenschaften klein und bei schlechten Reibungseigenschaften entsprechend größer aufgeprägt wird.Method according to Claim 6, characterized that the normal force of the extra Rades or the friction surface small with good friction properties and poor friction properties is impressed correspondingly larger. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Rad an der Unterseite des Fahrzeugs vom Fahrtwind angeströmt und dadurch in Rotation versetzt wird.Method according to one of claims 6 or 7, characterized that extra Wheel at the bottom of the vehicle flowed by the wind and thereby is set in rotation. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Sensor durch eine für elektromagnetische Wellen durchlässige Scheibe geschützt wird, wobei diese Scheibe durch schnelle Eigenrotation gereinigt werden kann.Method according to claim 1, characterized in that that the electromagnetic sensor by means of electromagnetic waves permeable disk protected is, this disc cleaned by rapid self-rotation can be.
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