DE102010048927A1

DE102010048927A1 - Automatische Reibungsschätzung

Info

Publication number: DE102010048927A1
Application number: DE102010048927A
Authority: DE
Inventors: Jon Andersson; Magnus Forsgård
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2030-10-20
Also published as: SE0950780A1; DE102010048927B4; SE534220C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Schätzung eines Reibungskoeffizienten zwischen den Rädern (110, 120, 130) eines Kraftfahrzeuges (100) und einer Fahrbahn (140), auf der das Fahrzeug (100) gefahren wird, bestehend aus: einer Eingangsschnittstelle (210), die konfiguriert ist, um Eingangssignale (M) zu empfangen, die ein von einem Motor im Fahrzeug (100) erzeugtes Drehmoment, Winkelgeschwindigkeiten (ω) der Räder (110, 120, 130) des Fahrzeugs (100) und die Längsgeschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (100) repräsentieren, einer Berechnungseinheit (200), die konfiguriert ist, um auf der Basis von Eingangssignalen (M) eine Längsverzögerungskraft (F), eine von der Fahrbahn (140) aus auf das Fahrzeug (100) wirkende Normalkraft (N) und einen Rutschgrad (s) an den Rädern (110, 120, 130) des Fahrzeugs (100) zu berechnen und eine Neigung (k) bei einem approximierten linearen Zusammenhang zwischen einer normalisierten Längsverzögerungskraft (F/N) des Fahrzeugs (100) und dem Rutschgrad (s) zu schätzen, und einer Speichereinheit (250), die eine Referenztabelle enthält. Dabei ist vorgesehen, dass die Referenztabelle eine Kategorisierung von Neigungen (k) im Reibungsgrad in mindestens zwei verschiedene Größenkategorien (VS, RS, NS) repräsentiert und die Berechnungseinheit (200) konfiguriert ist, um: auf der Basis der Neigung (k) und der Referenztabelle eine geschätzte Reibung (µ) als zu einer bestimmten Kategorie der oben genannten mindestens zwei Größenkategorien (VS, RS, ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND BEREITS BEKANNTE TECHNIK
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist allgemein ausgedrückt ein hochentwickeltes Fahrerassistenzsystem für Kraftfahrzeuge und insbesondere ein System zur Schätzung eines Reibungskoeffizienten zwischen den Rädern eines Kraftfahrzeugs und einer Fahrbahn, auf der das Fahrzeug gefahren wird, gemäß dem Oberbegriff zu Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff zu Patentanspruch 8. Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Computerprogramm gemäß Patentanspruch 12 und ein per Computer lesbares Medium gemäß Patentanspruch 13.
Es gibt heute verschiedene Lösungen, um dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs die Bewältigung von schwierigen Situationen zu erleichtern. Konkret gibt es Systeme zur Bestimmung des Radschlupfs und zur davon abgeleiteten Schätzung des Reibungskoeffizienten zwischen den Rädern des Fahrzeugs und der Fahrbahn. Solche Systeme sind beispielsweise in SE 518 551 , US 6,418,369 und US 6,543,278 beschrieben. Es gibt auch Systeme, bei denen das Bremsen des Fahrzeugs ausgehend vom Rutschgrad der Räder und/oder von einem geschätzten Reibungskoeffizient gesteuert wird. SE 522 432 , US 6,220,676 und GB 2 385 395 sind einige aufschlussreiche Beispiele dafür. Darüber hinaus beschreibt US 2005/0043882 ein System, bei dem GPS-Empfänger, die im vorderen bzw. hinteren Teil eines Fahrzeugs platziert sind, eingesetzt werden, um die Richtung des Fahrzeugs zu bestimmen, auf deren Basis die Steuerung des Fahrzeugs in Kurven beeinflusst wird.
Es gibt jedoch noch keine Lösung, die eine unkomplizierte, robuste und zuverlässige Schätzung der Fahrbahnreibung gestattet und die gleichzeitig für ein breites Spektrum von Fahrsituationen und Fahrbahnarten geeignet ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Lösung für die oben genannten Probleme bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Zweck durch das eingangs beschriebene System erreicht, das eine Speichereinheit aufweist. Die Speichereinheit enthält eine Referenztabelle, die eine Kategorisierung von Neigungen in mindestens zwei verschiedene Größenkategorien der Reibung repräsentiert. Außerdem ist die Berechnungseinheit so konfiguriert, dass sie auf der Basis der Neigung und der Referenztabelle eine geschätzte Reibung angibt, die zu einer bestimmten Kategorie der genannten mindestens zwei Größenkategorien gehört.
Wichtige Vorteile, die durch dieses System erzielt werden, sind die Schnelligkeit, die die Referenztabelle ermöglicht, und die Tatsache, dass die resultierende Reibungsbestimmung als Grundlage für die Präsentation von Informationen für den Fahrer des Fahrzeugs und zur Weiterverarbeitung in einem hochentwickelten Fahrerassistenzsystem (ADAS = Advanced Driver Assistance System), wie beispielsweise in einem Notbremssystem oder in einem automatischen Fahrspurhaltesystem, verwendet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung besitzt das System ein erstes und ein zweites Berechnungsmodul. Das erste Berechnungsmodul ist zur Bestimmung der normalisierten Längsverzögerungskraft und das zweite Berechnungsmodul ist zur Bestimmung des Rutschgrades konfiguriert. Die Berechnungsmodule können folglich zur möglichst effizienten Behandlung der jeweiligen Eingangssignale ausgebildet werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung besitzt das System ein Kalmanfilter, das konfiguriert ist, um die Neigung bei der normalisierten Längsverzögerungskraft als Funktion des Rutschgrades auf der Basis der normalisierten Längsverzögerungskraft und des Rutschgrades zu schätzen. Ein Kalmanfilter ist vorteilhaft, weil es gute Möglichkeiten zur Modellierung von komplizierten Zusammenhängen bietet. Außerdem ist das Kalmanfilter in geeigneter Weise anpassungsfähig, so dass seine Parameterwerte auf der Veränderungsgeschwindigkeit der Reibung beruhen und eine relativ schnelle Schätzung (d. h. eine hohe Aktualisierungshäufigkeit) bei einer relativ schnellen Änderung der Reibung möglich ist, während eine relativ stabile Schätzung (mit einer etwas geringeren Aktualisierungshäufigkeit) bei einer relativ langsamen Variation der Reibung möglich ist. Des Weiteren lässt sich ein Kalmanfilter relativ leicht kalibrieren und einstellen. Die Berechnungseinheit wird vorteilhaft so konfiguriert, dass das Kalmanfilter und/oder die oben genannten Berechnungsmodule implementiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform dieses Aspektes der Erfindung ist die Berechnungseinheit so konfiguriert, dass sie ein erstes Zusatzsignal empfängt, das ein über einen Retarder ausgeübtes Verzögerungsmoment an mindestens einer Radachse des Fahrzeugs repräsentiert. Die Berechnungseinheit ist hierbei konfiguriert, um die Neigung weiter auf der Basis des ersten Zusatzsignals zu bestimmen. Dadurch kann die geschätzte Reibung mit höherer Genauigkeit kategorisiert werden. Beispielsweise kann folglich die Anzahl der Größenklassen erhöht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform dieses Aspektes der Erfindung ist die Berechnungseinheit so konfiguriert, dass sie ein zweites Zusatzsignal empfängt, das ein über eine Abgasbremse auf eine Antriebsachse des Fahrzeugs ausgeübtes Verzögerungsmoment repräsentiert. Die Berechnungseinheit ist hierbei konfiguriert, um die Neigung auf der weiteren Basis des zweiten Zusatzsignals zu bestimmen. Unter der Voraussetzung, dass die gesamte Verzögerung von der Abgasbremse ausgeht, führt dies zusammen mit der Tatsache, dass die Abgasbremse nur auf die Antriebsräder des Fahrzeugs wirkt, dazu, dass die geschätzte Reibung mit noch höherer Genauigkeit kategorisiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform dieses Aspektes der Erfindung ist die Berechnungseinheit konfiguriert, um ein drittes Zusatzsignal zu empfangen, das einen in einem Bremssystem des Fahrzeugs ausgeübten Bremsdruck repräsentiert. Dabei ist die Berechnungseinheit konfiguriert, um die Neigung auf der weiteren Basis des dritten Zusatzsignals zu bestimmen. Analog zu der obigen Beschreibung kann dies unter der Voraussetzung, dass die gesamte Verzögerung vom Bremssystem ausgeht, in einer besseren Genauigkeit bei der Kategorisierung der geschätzten Reibung resultieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung ist die Berechnungseinheit konfiguriert, um ein viertes Zusatzsignal zu empfangen, das die geografische Position des Fahrzeugs angibt. Die Berechnungseinheit ist auch konfiguriert, um den Rutschgrad weiter auf der Basis des vierten Zusatzsignals zu bestimmen. Mithilfe der Positionsangaben kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mit hoher Genauigkeit bestimmt werden und dadurch wird eine zuverlässigere Bestimmung des Rutschgrades ermöglicht. Konkret bedeutet dies beispielsweise, dass man, wenn zwei oder mehr Verzögerungssysteme des Fahrzeugs gleichzeitig aktiviert werden, einen genaueren Rutschgradwert für die nicht angetriebenen Räder erhält.
Gemäß einer Ausführungsform dieses Aspektes der Erfindung ist deshalb die Berechnungseinheit konfiguriert, um bei Kombination von zwei oder mehr Verzögerungssystemen eine präzisierte Längsverzögerungskraft bei einem Satz Antriebsräder des Fahrzeugs auf der Basis des zweiten Zusatzsignals und mindestens des dritten oder vierten Zusatzsignals zu berechnen. Die Berechnungseinheit ist außerdem konfiguriert, um die Neigung auf der Basis der präzisierten Längsverzögerungskraft zu bestimmen, wodurch man eine höhere Genauigkeit bei der Reibungsschätzung erhält.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung ist die Berechnungseinheit konfiguriert, um mindestens ein Zusatzsignal zu empfangen, das eine Scheibenwischerfrequenz, eine festgestellte Regenintensität und/oder eine Lufttemperatur angibt. Auf der weiteren Basis des mindestens einen Zusatzsignals ist die Berechnungseinheit konfiguriert, um die geschätzte Reibung zu kategorisieren. Folglich kann die Genauigkeit noch weiter verbessert werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird der Zweck durch das oben in der Einleitung beschriebene Verfahren erreicht, wobei das Verfahren die Abgleichung der Neigung der normalisierten Längsverzögerungskraft als Funktion des Rutschgrades mit einer Referenztabelle beinhaltet, die eine Kategorisierung von Neigungen im Reibungsgrad von mindestens zwei verschiedenen Größenkategorien repräsentiert. Eine geschätzte Reibung wird dann als zu einer bestimmten Kategorie der genannten mindestens zwei Größenkategorien gehörend festgelegt. Die Vorteile dieses Verfahrens und der bevorzugten Ausführungsformen dieses Verfahrens gehen aus der obigen Beschreibung mit Verweis auf das vorgeschlagene System hervor.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Zweck durch ein Computerprogramm erreicht, das direkt in den internen Speicher eines Computers heruntergeladen werden kann, einschließlich Software zur Steuerung der Schritte gemäß des oben vorgeschlagenen Verfahrens, wenn dieses Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Zweck durch ein per Computer lesbares Medium mit einem darauf gespeicherten Programm erreicht, wobei das Programm in der Lage ist, einen Computer zu befähigen, die Schritte gemäß dem oben vorgeschlagenen Verfahren zu steuern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun mittels Ausführungsformen, die als Beispiel beschrieben werden, und mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erklärt.
zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, bei der die grundlegenden Kräfte, die gemäß der Erfindung genutzt werden, veranschaulicht sind.
zeigt ein Blockdiagramm eines Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
zeigt eine Grafik als Beispiel eines Verhältnisses zwischen einer normalisierten Längsverzögerungskraft und dem Rutschgrad der Räder.
veranschaulicht ein Beispiel dafür, wie verschiedene Neigungen der normalisierten Längsverzögerungskraft als Funktion des Rutschgrades zur Einteilung in verschiedene Größenkategorien des Reibungsgrades vorgeschlagen werden.
zeigt ein Ablaufdiagramm, das das allgemeine Verfahren gemäß der Erfindung veranschaulicht.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Wir verweisen zunächst auf die und . zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 100, auf der die grundlegenden Kräfte F und N, die gemäß der Erfindung genutzt werden, veranschaulicht sind. zeigt ein Blockdiagramm des Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das vorgeschlagene System dient dazu, einen Reibungskoeffizienten zwischen den Rädern 110, 120 bzw. 130 des Fahrzeugs 100 und einer Fahrbahn 140, auf der das Fahrzeug 100 gefahren wird, zu bestimmen. Zu dem System gehört eine Eingangsschnittstelle 210, eine Berechnungseinheit 200 und eine Speichereinheit 250. Außerdem besitzt das System mit Vorteil die Berechnungsmodule 220 und 230 und ein Kalmanfilter 240, von denen eins oder mehrere zu der Berechnungseinheit 200 gehören können. Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das System ein Speichermodul 260 besitzt, das Software enthält, um das System so zu steuern, dass es die Prozedur ausführt, die im Folgenden beschrieben wird, oder auf andere Weise an ein solches Speichermodul 260 angeschlossen ist.
Die Eingangsschnittstelle 210 ist konfiguriert, um Eingangssignale M_in zu empfangen, die Parameter repräsentieren, die beschreiben, wie das Fahrzeug 100 auf der Fahrbahn 140 gefahren wird. Die Eingangssignale M_in können folglich ein von einem Motor in Fahrzeug 100 erzeugtes Drehmoment, die Winkelgeschwindigkeiten ω an einem oder an mehreren der Räder 110, 120 und/oder 130 des Fahrzeugs 100 und die Längsgeschwindigkeit v des Fahrzeugs 100 angeben. Beim Motorbremsen können jedoch ein oder mehrere der Eingangssignale M_in stattdessen ein vom Motor erzeugtes Verzögerungsmoment angeben. Die Eingangsschnittstelle 210 kann an ein Bussystem zur Datenregistrierung und Steuerung verschiedener Einheiten und Prozesse im Fahrzeug 100 angeschlossen sein. Beispielsweise kann das Bussystem an den CAN-Standard (CAN = Controller Area Network) oder an einen der folgenden Standards angepasst sein: Time Triggered CAN (TTCAN), FlexRay, Media Oriented System Transport (MOST) oder ByteFlight.
Die Berechnungseinheit 200 ist konfiguriert, um auf der Basis der Eingangssignale M_in eine Längsverzögerungskraft F, eine von der Fahrbahn 140 auf das Fahrzeug 100 einwirkende Normalkraft N und einen Rutschgrad s der Räder 110, 120 und/oder 130 des Fahrzeugs 100 zu berechnen. Die Berechnungseinheit 200 ist auch konfiguriert, um eine Neigung k bei einem approximierten linearen Zusammenhang zwischen einer normalisierten Längsverzögerungskraft F/N des Fahrzeugs 100 und dem Rutschgrad s zu bestimmen.
Es wird verwiesen auf , wo eine Grafik für ein typisches Verhältnis zwischen der normalisierten Längsverzögerungskraft F/N und dem Rutschgrad s in einem Diagramm für verschiedene Reibungskoeffizienten μ = 0,1, μ = 0,3, μ = 0,5, μ = 0,7 bzw. μ = 1 gezeigt ist. Entlang der horizontalen Achse des Diagramms ist der Rutschgrad s in Prozent angegeben. Der Rutschgrad s ist gemäß SAE (Society of Automotive Engineers) definiert als:
Dabei gilt:

v: ist die Längsgeschwindigkeit des Radzentrums (im Wesentlichen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100),
ω: ist die Winkelgeschwindigkeit des Rades und
re: ist der Istradius des Rades.

Der Rutschgrad s ist folglich eine dimensionslose Größe im Intervall 0 ≤ s ≤ 1. Normalerweise wird der Rutschgrad s jedoch in Prozent ausgedrückt [0%–100%].
Das Verhältnis zwischen der Längsverzögerungskraft F und der Normalkraft N des Fahrzeugs 100, d. h. die normalisierte Längsverzögerungskraft F/N, ist ebenfalls eine dimensionslose Größe. Obwohl das Diagramm in ein Intervall 0 ≤ F/N ≤ 1 zeigt, ist die Größe prinzipiell nicht auf dieses Intervall begrenzt. Die Normalkraft N wird aus den Teilkräften L1, L2 und L3 hergeleitet, die über Positionsgeber und Sensoren im Radsystem von Fahrzeug 100 gemessen werden können. Beispielsweise wird die Längsverzögerungskraft F per Positionsgeber in Fahrzeug 100 bestimmt.
Wie aus hervorgeht, ist die Neigung k der normalisierten Längsverzögerungskraft F/N als Funktion des Rutschgrades s für relativ kleine Werte von s (bis s = 2% für das dargestellte Beispiel, wobei μ = 0,7) in etwa linear. Dies bedeutet, dass der folgende Zusammenhang gilt: F / N ≈ ks + m [2]
Dabei gilt:

k: st die oben genannte Neigung und
m: st eine Konstante (beispielsweise m = 0 für sehr kleines s).

Beispielsweise durch lineare Regression werden die aktuellen Neigungen k bei verschiedenen Reibungskoeffizienten μ für einen Satz Datenpunkte eines Fahrzeugs 100 abgebildet. Diese Datenpunkte wurden für verschiedene Fahrbahnen (Asphalt, Beton, Kopfsteine, Kies usw.) und/oder Fahrbahnverhältnisse (trocken, nass, Schnee, Eis usw.) registriert. Die Abbildungen der verschiedenen Neigungen k und Reibungskoeffizienten μ werden gemäß der Erfindung in einer Speichereinheit 250 in Form einer Referenztabelle gespeichert, so dass die Neigungen k in mindestens zwei verschiedenen Größenkategorien des Reibungsgrades kategorisiert werden.
zeigt ein Diagramm der normalisierten Längsverzögerungskraft F/N als Funktion des Rutschgrades s, das ein Beispiel einer solchen Kategorisierung veranschaulicht, wobei die Neigung k in drei verschiedene Größenkategorien eingeteilt wurde, und zwar VS = „sehr groß”, RS = „relativ groß” und NS = „nicht groß”.
Gemäß der Erfindung ist die Berechnungseinheit 200 konfiguriert, um auf der Basis der Neigung k und der Referenztabelle eine geschätzte Reibung μ_est als zu einer bestimmten Kategorie der oben genannten mindestens zwei Größenkategorien gehörig anzugeben, beispielsweise VS, RS und NS. Der geschätzte Reibungswert μ_est kann in vorteilhafter Weise zwecks automatischer Weiterverarbeitung in einem ADAS und/oder Präsentation für den Fahrer des Fahrzeugs zu dem oben genannten Bussystem übermittelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besitzt das System ein erstes und ein zweites Berechnungsmodul 220 bzw. 230. Das erste Berechnungsmodul 220 ist konfiguriert, um einen ersten Satz von Eingangssignalen M_in zu empfangen und auf dessen Basis die normalisierte Längsverzögerungskraft F/N zu bestimmen. Das zweite Berechnungsmodul 230 ist konfiguriert, um einen zweiten Satz von Eingangssignalen M_in zu empfangen und auf dessen Basis den Rutschgrad s zu bestimmen. Der erste und der zweite Satz von Eingangssignalen M_in können sich ganz oder teilweise überlappen, so dass ein Eingangssignal oder mehrere Eingangssignale sowohl vom ersten Berechnungsmodul 220 als auch vom zweiten Berechnungsmodul 230 empfangen wird/werden. Eins der Berechnungsmodule 220 und 230 oder beide Berechnungsmodule 220 und 230 kann/können mit der Berechnungseinheit 200 implementiert werden. Auf jeden Fall sind die Berechnungsmodule von Vorteil, weil sie zu einer möglichst effizienten Behandlung der jeweiligen Eingangssignale maßgeschneidert werden können.
Es ist auch von Vorteil, wenn das System ein Kalmanfilter 240 besitzt, das konfiguriert ist, um die Neigung k auf der Basis der normalisierten Längsverzögerungskraft F/N und des Rutschgrades s zu schätzen. Das Kalmanfilter 240 bietet gute Möglichkeiten, um komplizierte Zusammenhänge in Echtzeit zu modellieren. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kalmanfilter 240 adaptiv. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass die Parameterwerte des Filters 240 auf der Veränderungsgeschwindigkeit des geschätzten Reibungswertes μ_est basieren, so dass man eine relativ schnelle Schätzung (d. h. eine hohe Aktualisierungsfrequenz) bei einer relativ schnellen Veränderung des geschätzten Reibungswertes μ_est erhält. Wenn andererseits der geschätzte Reibungswert μ_est relativ langsam variiert, kann die Schätzung mit einer etwas geringeren Aktualisierungsfrequenz, aber mit relativ guter Stabilität erfolgen. Ein Kalmanfilter ist außerdem von Vorteil, weil es relativ leicht kalibriert und eingestellt werden kann. Wie die Berechnungsmodule 220 und 230 kann auch das Kalmanfilter 240 mit der Berechnungseinheit 200 implementiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Berechnungseinheit 200 konfiguriert, um außer den oben genannten Signalen F/N und s ein erstes Zusatzsignal D_RET zu empfangen, das ein über einen Retarder auf mindestens eine Radachse des Fahrzeugs 100 ausgeübtes Verzögerungsmoment repräsentiert, beispielsweise auf die Hinterachsen, an denen die Räder 120 und 130 montiert sind. Die Berechnungseinheit 200 ist hierbei konfiguriert, um die Neigung k auf der weiteren Basis des ersten Zusatzsignals D_RET zu bestimmen. Dadurch kann der geschätzte Reibungswert μ_est mit höherer Genauigkeit kategorisiert werden. Somit kann die Anzahl der Größenklassen in der Referenztabelle erhöht werden.
Die Berechnungseinheit 200 ist vorteilhafterweise auch konfiguriert, um ein zweites Zusatzsignal D_EXB zu empfangen, das ein über eine Abgasbremse auf eine Antriebsachse des Fahrzeugs 100 ausgeübtes Verzögerungsmoment repräsentiert, beispielsweise auf die Achse, an der das Rad 120 montiert ist. Die Berechnungseinheit 200 ist hierbei konfiguriert, um die Neigung k auf der weiteren Basis des zweiten Zusatzsignals D_EXB zu bestimmen, was eine weiter verbesserte Genauigkeit bei der Schätzung des Reibungswertes μ_est bietet. Dies gilt insbesondere, wenn die Berechnungseinheit 200 konfiguriert ist, um auch ein drittes Zusatzsignal D_BR zu empfangen, das einen in einem Bremssystem des Fahrzeugs 100 ausgeübten Bremsdruck repräsentiert, und die Berechnungseinheit 200 konfiguriert ist, um die Neigung k auf der weiteren Basis des dritten Zusatzsignals DBR zu bestimmen. Der von dem dritten Zusatzsignal D_BR repräsentierte Bremsdruck übt normalerweise ein Verzögerungsmoment auf sämtliche Radachsen von Fahrzeug 100 aus, d. h. auf die Achsen, an denen die Räder 110, 120 und 130 montiert sind. Dagegen übt die Abgasbremse nur ein Verzögerungsmoment auf die Antriebsachse von Fahrzeug 100 aus, und ein eventuell vorhandener Retarder kann ein Verzögerungsmoment auf einen weiteren Satz Radachsen ausüben, beispielsweise auf die Achsen, an denen die Räder 120 und 130 montiert sind. Es kann folglich eine ziemlich komplexe Aufgabe sein, den Beitrag des jeweiligen Verzögerungssystems zu der allgemeinen Längsverzögerungskraft F zu berechnen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist deshalb die Berechnungseinheit 200 konfiguriert, um bei Kombination von zwei oder mehr zum Fahrzeug 100 gehörenden Verzögerungssystemen eine präzisierte Längsverzögerungskraft F für einen Satz Antriebsräder 120 des Fahrzeugs 100 auf der Basis des zweiten Zusatzsignals D_EXB und des dritten Zusatzsignals D_BR und/oder des vierten Zusatzsignals bzw. D_POS in Abhängigkeit davon, welche Signale im jeweiligen Fall vorkommen, zu berechnen. Danach wird die Berechnungseinheit 200 konfiguriert, um die Neigung k auf der Basis der präzisierten Längsverzögerungskraft F zu bestimmen.
Außerdem ist die Berechnungseinheit 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung konfiguriert, um ein viertes Zusatzsignal D_POS zu empfangen. Dieses Signal gibt mit hoher Genauigkeit eine geografische Position für das Fahrzeug 100 an. Die Berechnungseinheit 200 wird hierbei konfiguriert, um den Rutschgrad s auf der weiteren Basis des vierten Zusatzsignals D_POS zu bestimmen. Genauer gesagt nutzt die Berechnungseinheit 200 die über das vierte Zusatzsignal D_POS übermittelten Positionsangaben, um die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Diese Geschwindigkeit wird dann als Grundlage für die Bestimmung des Rutschgrades s benutzt, beispielsweise mit Gleichung [1].
Die Berechnungseinheit 200 ist in vorteilhafter Weise konfiguriert, um außerdem mindestens ein Zusatzsignal D_EXT zu empfangen, das eine Scheibenwischerfrequenz, eine festgestellte Niederschlagsintensität und/oder eine Lufttemperatur angibt. Die Berechnungseinheit 200 kategorisiert hierbei die geschätzte Reibung μ_est auf der weiteren Basis des mindestens einen Zusatzsignals D_EXT. Durch Verwertung von Faktoren wie beispielsweise der Menge und der Art des Niederschlages kann die Genauigkeit bei der Schätzung des Reibungswertes μ_est weiter verbessert werden.
Zusammenfassend wird nun das allgemeine Verfahren gemäß der Erfindung zur Schätzung eines Reibungskoeffizienten zwischen den Rädern eines Fahrzeugs 100 und der Fahrbahn 140, auf der das Fahrzeug 100 gefahren wird, unter Verweis auf das Ablaufdiagramm in beschrieben.
In einem ersten Schritt 510 wird eine Längsverzögerungskraft F, eine von der Fahrbahn 140 auf das Fahrzeug 100 wirkende Normalkraft N und ein Rutschgrad s der Räder 110, 120 und/oder 130 des Fahrzeugs 100 berechnet. Diese Berechnung erfolgt auf der Basis von Eingangssignalen M_in, die ein von einem Motor im Fahrzeug 100 erzeugtes Drehmoment, die Winkelgeschwindigkeiten ω der Räder 110, 120 und/oder 130 des Fahrzeugs 100 und die Längsgeschwindigkeit v des Fahrzeugs 100 repräsentieren.
In einem Schritt 520 wird dann eine normalisierte Längsverzögerungskraft F/N des Fahrzeugs 100 (d. h. das Verhältnis zwischen der Längsverzögerungskraft F und der Normalkraft N) bestimmt und ein Zusammenhang zwischen der normalisierten Längsverzögerungskraft F/N und dem Rutschgrad s linear approximiert. Dann wird in einem Schritt 530 eine Neigung k des in Schritt 520 linear approximierten Zusammenhangs geschätzt.
In einem darauf folgenden Schritt 540 wird die Steigung k mit einer Referenztabelle abgeglichen, die eine Kategorisierung der Steigungen k im Reibungsgrad von mindestens zwei verschiedenen Größenkategorien, beispielsweise VS, RS und NS gemäß , repräsentiert. Auf dieser Basis wird dann in einem Schritt 550 eine geschätzte Reibung μ_est als zu einer bestimmten Kategorie der oben genannten mindestens zwei Größenkategorien gehörig bestimmt. Die Prozedur kehrt dann zu Schritt 510 zurück, um die berechnete Längsverzögerungskraft F, die Normalkraft N und einen Rutschgrad s zu aktualisieren.
Die mit Verweis auf beschriebenen Verfahrensschritte können mithilfe eines programmierten Computers gesteuert werden. Obwohl die oben mit Verweis auf die Abbildungen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung einen Computer und in einem Computer durchgeführte Prozesse beinhalten, erstreckt sich die Erfindung auf ein Computerprogramm, und zwar genauer gesagt auf ein Computerprogramm auf oder in einem Träger zur praktischen Implementierung der Erfindung. Das Programm kann in Form von Quellcode oder Objektcode, als Zwischenform zwischen Quell- und Objektcode, in teilweise kompilierter Form oder in jeder beliebigen anderen Form vorliegen, die zur Verwendung bei der Implementierung des Prozesses gemäß der Erfindung geeignet ist. Der Träger kann eine beliebige Einheit oder Anordnung sein, die in der Lage ist, das Programm zu tragen. Beispielsweise kann der Träger ein Speichermedium wie einen Flashspeicher, ein ROM (Read Only Memory), beispielsweise eine CD (Compact Disc) oder ein Halbleiter-ROM, ein EPROM (Electrically Programmable ROM) oder ein EEPROM (Erasable EPROM), oder einen magnetischen Datenträger wie eine Diskette oder eine Festplatte enthalten. Außerdem kann der Träger ein übertragender Träger, beispielsweise ein elektrisches oder optisches Signal, sein, das durch ein elektrisches oder optisches Kabel geleitet werden kann oder per Funk oder auf andere Weise übermittelt werden kann. Wenn das Programm ein Signal verwendet, das direkt mit einem Kabel oder einer anderen Anordnung oder einem anderen Organ übertragen werden kann, kann der Träger aus einem solchen Kabel, einer solchen Anordnung oder einem solchen Organ bestehen. Als Alternative dazu kann der Träger ein integrierter Kreis sein, in den das Programm eingebettet ist und der geeignet ist, die betroffenen Prozesse auszuführen oder bei der Ausführung der betroffenen Prozesse verwendet zu werden.
Die Erfindung ist nicht begrenzt auf die Ausführungsformen, die mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben wurden, sondern kann im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche frei variiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

SE 518551 [0002]
US 6418369 [0002]
US 6543278 [0002]
SE 522432 [0002]
US 6220676 [0002]
GB 2385395 [0002]
US 2005/0043882 [0002]

Claims

System zur Schätzung eines Reibungskoeffizienten zwischen den Rädern (110, 120, 130) eines Kraftfahrzeuges (100) und einer Fahrbahn (140), auf der das Fahrzeug (100) gefahren wird, bestehend aus: einer Eingangsschnittstelle (210), die konfiguriert ist, um Eingangssignale (M_in) zu empfangen, die ein von einem Motor im Fahrzeug (100) erzeugtes Drehmoment, Winkelgeschwindigkeiten (ω) der Räder (110, 120, 130) des Fahrzeugs (100) und die Längsgeschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (100) repräsentieren, einer Berechnungseinheit (200), die konfiguriert ist, um auf der Basis von Eingangssignalen (M_in) eine Längsverzögerungskraft (F), eine von der Fahrbahn (140) aus auf das Fahrzeug (100) wirkende Normalkraft (N) und einen Rutschgrad (s) an den Rädern (110, 120, 130) des Fahrzeugs (100) zu berechnen und eine Neigung (k) bei einem approximierten linearen Zusammenhang zwischen einer normalisierten Längsverzögerungskraft (F/N) des Fahrzeugs (100) und dem Rutschgrad (s) zu schätzen, und einer Speichereinheit (250), die eine Referenztabelle enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenztabelle eine Kategorisierung von Neigungen (k) im Reibungsgrad in mindestens zwei verschiedene Größenkategorien (VS, RS, NS) repräsentiert und die Berechnungseinheit (200) konfiguriert ist, um: auf der Basis der Neigung (k) und der Referenztabelle eine geschätzte Reibung (μ_est) als zu einer bestimmten Kategorie der oben genannten mindestens zwei Größenkategorien (VS, RS, NS) gehörig anzugeben, mindestens ein Zusatzsignal (D_RET, D_EXB, D_BR) zu empfangen, das mindestens eine der folgenden Größen repräsentiert: ein über einen Retarder auf mindestens eine Radachse des Fahrzeugs (100) ausgeübtes Verzögerungsmoment, ein über eine Abgasbremse auf eine Antriebsachse des Fahrzeugs (100) ausgeübtes Verzögerungsmoment und einen in einem Bremssystem des Fahrzeugs (100) ausgeübten Bremsdruck, und die Neigung (k) auf der weiteren Basis des mindestens einen Zusatzsignals (D_RET, D_EXB, D_BR) zu bestimmen.
System gemäß Anspruch 1 mit: einem ersten Berechnungsmodul (220), das konfiguriert ist, um die normalisierte Längsverzögerungskraft (F/N) zu bestimmen, und einem zweiten Berechnungsmodul (230), das konfiguriert ist, um den Rutschgrad (s) zu bestimmen.
System gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, das ein Kalmanfilter (240) besitzt, das konfiguriert ist, um die Neigung (k) auf der Basis der normalisierten Längsverzögerungskraft (F/N) und des Rutschgrades (s) zu schätzen.
System gemäß Anspruch 3, wobei die Berechnungseinheit (200) konfiguriert ist, um das Kalmanfilter (240) zu implementieren.
System gemäß Anspruch 1, wobei die Berechnungseinheit (200) konfiguriert ist, um ein viertes Zusatzsignal (D_POS) zu empfangen, das eine geografische Position des Fahrzeugs (100) angibt, und die Berechnungseinheit (200) konfiguriert ist, um den Rutschgrad (s) auf der weiteren Basis des vierten Zusatzsignals (D_POS) zu bestimmen.
System gemäß Anspruch 5, bei dem die Berechnungseinheit (200) konfiguriert ist, um bei Kombination von zwei oder mehr zum Fahrzeug (100) gehörenden Verzögerungssystemen: eine präzisierte Längsverzögerungskraft (F) für einen Satz Antriebsräder (120) des Fahrzeugs (100) auf der Basis des zweiten Zusatzsignals (D_EXB) und mindestens des dritten oder vierten Zusatzsignals (D_BR; D_POS) zu berechnen, und die Neigung (k) auf der Basis der präzisierten Längsverzögerungskraft (F) zu bestimmen.
System gemäß einem der obigen Ansprüche, bei dem die Berechnungseinheit (200) konfiguriert ist, um: mindestens ein Zusatzsignal (D_EXT,) zu empfangen, das mindestens die Scheibenwischerfrequenz, eine festgestellte Regenintensität oder eine Lufttemperatur angibt, und die geschätzte Reibung (μ_est) auf der weiteren Basis des mindestens einen Zusatzsignals (D_EXT) zu kategorisieren.
Verfahren zur Schätzung eines Reibungskoeffizienten zwischen den Rädern (110, 120, 130) eines Kraftfahrzeugs (100) und einer Fahrbahn (140), auf der das Fahrzeug (100) gefahren wird, die Folgendes beinhaltet: Berechnung einer Längsverzögerungskraft (F), einer von der Fahrbahn (140) aus auf das Fahrzeug (100) einwirkenden Normalkraft (N) und eines Rutschgrades (s) der Räder (110, 120, 130) des Fahrzeugs (100) auf der Basis von Eingangssignalen (M_in), die ein von einem Motor im Fahrzeug (100) erzeugtes Drehmoment, Winkelgeschwindigkeiten (ω) der Räder (110, 120, 130) des Fahrzeugs (100) und die Längsgeschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (100) repräsentieren, lineare Approximation eines Zusammenhangs zwischen einer normalisierten Längsverzögerungskraft (F/N) des Fahrzeugs (100) und dem Rutschgrad (s) und Schätzung einer Neigung (k) des linear approximierten Zusammenhanges, gekennzeichnet durch Abgleich der Neigung (k) mit einer Referenztabelle, die eine Kategorisierung von Neigungen (k) im Reibungsgrad in mindestens zwei verschiedene Größenkategorien (VS, RS, NS) repräsentiert, und darauf basierend Feststellung einer geschätzten Reibung (μ_est) als zu einer bestimmten Kategorie der oben genannten mindestens zwei Größenkategorien (VS, RS, NS) gehörend, wobei die Neigung (k) auf der weiteren Basis mindestens eines Zusatzsignals (D_RET, D_EXB, D_BR) bestimmt wird, das mindestens eine der folgenden Größen repräsentiert: ein über einen Retarder auf mindestens eine Radachse des Fahrzeugs (100) ausgeübtes Verzögerungsmoment, ein über eine Abgasbremse auf eine Antriebsachse des Fahrzeugs (100) ausgeübtes Verzögerungsmoment und einen in einem Bremssystem des Fahrzeugs (100) ausgeübten Bremsdruck.
Verfahren gemäß Anspruch 8 zur Bestimmung des Rutschgrades (s) auf der weiteren Basis eines vierten Zusatzsignals (D_POS), das eine geografische Position des Fahrzeugs (100) angibt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei das Fahrzeug (100) konfiguriert ist, um durch Kombination von zwei oder mehr Verzögerungssystemen des Fahrzeugs (100) gebremst zu werden, und dieses Bremsenkombinationsverfahren Folgendes beinhaltet: Berechnung einer präzisierten Längsverzögerungskraft (F) für einen Satz Antriebsräder (120) des Fahrzeugs (100) auf der Basis des zweiten Zusatzsignals (D_EX _B) und mindestens des dritten oder des vierten Zusatzsignals (D_BR; D_POS) und Bestimmung der Neigung (k) auf der Basis der präzisierten Längsverzögerungskraft (F).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, die die Kategorisierung der geschätzten Reibung (μ_est) auf der weiteren Basis mindestens eines Zusatzsignals (D_EXT) beinhaltet, das mindestens eine Scheibenwischerfrequenz, eine festgestellte Regenintensität oder eine Lufttemperatur angibt.
Computerprogramm, das direkt in den internen Speicher (260) eines Computers heruntergeladen werden kann, einschließlich Software zur Steuerung der Schritte gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wenn dieses Programm auf dem Computer ausgeführt wird.
Ein per Computer lesbares Medium (260) mit einem darauf gespeicherten Programm, das dazu dient, einen Computer in die Lage zu versetzen, die Schritte gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11 zu steuern.