DE102011085984A1

DE102011085984A1 - Verfahren zum radindividuellen Bestimmen des Reibwertes in Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102011085984A1
Application number: DE102011085984A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schanz; Yufei Wang; Daniel Rubia Serrano; Dieter Schwarzmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: DE102011085984B4

Abstract

Bei einem Verfahren zum radindividuellen Bestimmen des Reibwerts in Fahrzeugen wird das Reibmoment gemäß eines definierten Momentenverlaufs an einem Rad des Fahrzeugs vorgegeben und als Reaktion auf das Radmoment die Raddrehzahl bestimmt. Aus der Phasenverschiebung zwischen Radmoment und Raddrehzahl kann der aktuelle Reibwert bestimmt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum radindividuellen Bestimmen des Reibwertes in Fahrzeugen.
Stand der Technik
In der DE 10 2008 002 162 A1 wird ein Verfahren zur Ermittlung des Reibwertes zwischen Rad und Fahrbahn in einem Fahrzeug beschrieben, bei dem ausgehend von einem Rohwert in einem iterativen Verfahren zur Bestimmung des lokalen Maximums im Kurvenverlauf der Reibwert ermittelt wird. Hierbei werden Messdaten der Sensorik eines ESP-Systems (elektronisches Stabilitätsprogramm) zugrunde gelegt. Als Messwerte müssen zumindest die Längsbeschleunigung, die Querbeschleunigung im Fahrzeug sowie die aus dem Bremsdruck eines Bremszylinders zu gewinnende Bremskraft bekannt sein, um das in der DE 10 2008 002 162 A1 beschriebene Verfahren durchführen zu können.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen den Reibwert zwischen einem Rad eines Fahrzeugs und der Fahrbahn mit hinreichender Genauigkeit zu bestimmen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Reibwert zwischen einem Rad eines Fahrzeugs und der Fahrbahn ermittelt werden. Die Bestimmung des Reibwertes erfolgt radindividuell, wobei in einem Fahrzeug grundsätzlich die Ermittlung des Reibwertes an nur einem Rad oder an mehreren, gegebenenfalls an allen Rädern in Betracht kommt. Die Reibwertbestimmung wird bei dem sich bewegenden Fahrzeug online durchgeführt und zweckmäßigerweise fortlaufend aktualisiert, so dass den sich wechselnden Bedingungen im Fahrzeug und der Umgebung Rechnung getragen werden kann und somit die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Untergrundbeschaffenheit sowie die aktuell auf das Fahrzeug wirkende Querkraft berücksichtigt werden können.
Mithilfe des Verfahrens kann radindividuell der optimale Betriebspunkt mit maximalem Reibwert bestimmt und dem Aufbringen eines Antriebs- und/oder Bremsmomentes zugrunde gelegt werden. Je nach Betriebsart – antreiben oder bremsen – können zum Beispiel die radindividuellen, maximalen Reibwerte oder der kleinste Reibwert an den Fahrzeugrädern für die Einstellung der antreibenden bzw. bremsenden Momente zugrunde gelegt. Das Verfahren läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, das insbesondere Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems sein kann, beispielsweise eines Antriebs-Schlupf-Regelsystems (ASR) oder eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP).
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dem Radmoment, welches auf das zu untersuchende Rad wirkt, ein definierter Signalverlauf aufgegeben. Als Reaktion auf den Verlauf des Radmomentes wird die Raddrehzahl bzw. ein mit der Raddrehzahl korrelierender Wert bestimmt. Der Verlauf des Radmomentes dient als Eingangssignal, der Verlauf der Raddrehzahl bzw. des mit der Raddrehzahl korrelierenden Wertes als Ausgangssignal. Zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal wird die Phasenverschiebung bestimmt, wobei aus der Phasenverschiebung geschlossen werden kann, ob sich der Betriebspunkt noch vor dem Reibwertmaximum oder bereits nach dem Reibwertmaximum, welches maximal auf die Straße übertragbar ist, befindet. Der konkrete Wert des Reibwertmaximums muss hierbei nicht zwingenderweise bekannt sein; vielmehr kann aus dem Wert der Phasenverschiebung zwischen Eingangs- und Ausgangssignal auf die aktuelle Position des Betriebspunktes vor oder nach dem Reibwertmaximum geschlossen werden.
Die Reibwertkurve, welche das Reibwertmaximum aufweist, bezieht sich hierbei auf den Verlauf des Reibwertes in Abhängigkeit der Raddrehzahl bzw. eines mit der Raddrehzahl korrelierenden Wertes. In diesem Kurvenverlauf gibt es eine optimale Raddrehzahl, die mit dem Reibwertmaximum korreliert. Über die Bestimmung der Phasenverschiebung kann somit ermittelt werden, ob sich die Raddrehzahl bzw. der hiermit korrelierende Wert noch vor oder bereits nach dem Maximum des Reibwerts befindet.
Auf diese Weise kann in einem iterativen Verfahren der Betriebspunkt an das aktuell mögliche Reibwertmaximum angenähert werden. Nach der Bestimmung der Phasenverschiebung zwischen Radmoment und Raddrehzahl bzw. dem mit der Raddrehzahl korrelierenden Wert wird die Radmomentkurve so modifiziert, dass sich die Phasenverschiebung zwischen Eingangs- und Ausgangssignal ändert. Beispielsweise wird der Verlauf des aufgebrachten Radmomentes so geändert, dass der Reibwert im neuen Betriebspunkt auf der anderen Seite des Reibwertmaximums liegt. Möglich ist es auch, den Radmomentverlauf so anzupassen, dass der Betriebspunkt das Maximum nicht überschreitet, sondern sich ohne Überschreitung des Maximums an dieses annähert.
Das iterative Verfahren kann gegebenenfalls in ein Fahrerassistenzsystem wie Antriebs-Schlupf-Regelung oder elektronisches Stabilitätsprogramm eingebettet werden.
Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass grundsätzlich zur Bestimmung des Reibwertes als Messsignal lediglich die Raddrehzahl des betreffenden Rades bekannt sein muss. Es genügt somit, als Sensorik auf einen Raddrehzahlsensor an dem betreffenden Rad zurückzugreifen. Darüber hinaus sind keine weiteren Sensorinformationen erforderlich.
Der Radmomentverlauf an dem Fahrzeugrad, der der Bestimmung der Phasenverschiebung zugrunde gelegt wird, kann sich sowohl auf ein Antriebsmoment als auch auf ein Bremsmoment beziehen. Des Weiteren ist es möglich, den Momentenverlauf am Fahrzeugrad, welcher in der aktuellen Fahrsituation anliegt, für die Reibwertbestimmung ohne zusätzliches Aufbringen eines ergänzenden Radmoments heranzuziehen, soweit dieser Momentenverlauf bekannt ist und eine hinreichende Reaktion im Verlauf der Raddrehzahl bzw. des hiermit korrelierenden Wertes erzeugt, was beispielsweise bei einer ABS-Bremsung (Antiblockiersystem) mit oszillierendem Bremsmomentenverlauf der Fall ist. Darüber hinaus ist es auch möglich, dem aktuell bestehenden Radmoment bzw. dem Radmomentverlauf einen zusätzlichen Momentenverlauf zu überlagern, der eine Reaktion in der Raddrehzahl auslöst, so dass aus der Phasenverschiebung auf den aktuellen Reibwert bzw. Betriebspunkt im Reibwert-Drehzahl-Verlauf geschlossen werden kann. Der überlagerte Momentenverlauf ist insbesondere als ein pulsierendes Moment, vorzugsweise in Form einer Sinuskurve ausgeführt. Möglich sind aber auch andere Kurvenverläufe, beispielsweise eine einmalige Änderung im Momentenverlauf als Sprung- bzw. Quasisprungfunktion oder dergleichen, soweit der aufgeprägte Momentenverlauf eine Reaktion im Drehzahlverlauf zur Folge hat.
Die Phasenverschiebung zwischen Eingangssignal (Momentenverlauf) und Ausgangssignal (Raddrehzahl bzw. hiermit korrelierender Wert) lässt sich mit bekannten mathematischen Verfahren, beispielsweise durch Bestimmen eines Korrelationskoeffizienten ermitteln.
Das Verfahren funktioniert unter Berücksichtigung der Raddrehzahl, welche sensorisch ermittelt wird, bei der Bestimmung der Phasenverschiebung. Es kann jedoch zweckmäßig sein, anstelle der Raddrehzahl einen hiermit korrelierenden Wert heranzuziehen, welcher gegenüber der Raddrehzahl eine geringere Verzögerung im Antwortverhalten auf das Aufbringen des Momentenverlaufes aufweist. Grundsätzlich können alle Zustandsgrößen als Ausgangsgröße berücksichtigt werden, die mit der Raddrehzahl korrelieren bzw. sich aus der Raddrehzahl ermitteln lassen. In Betracht kommt zum Beispiel die Bestimmung des Radlastmomentes, das zweckmäßigerweise in einem Schätzverfahren als Funktion der Raddrehzahl ermittelt wird. Als Schätzalgorithmus kommt zum Beispiel die Gradientenmethode oder die Methode der kleinsten Fehlerquadrate in Betracht. Die dynamische Verzögerung im Antwortverhalten des Radlastmomentes ist geringer als bei der Raddrehzahl, die als dynamisches System des Rades einer zeitlichen Verzögerung unterliegt. Hierdurch kann die Genauigkeit bei der Reibwertermittlung erhöht werden.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 ein Reibwert-Raddrehzahl-Diagramm,
2 ein Blockschaltbild zur Durchführung des Verfahrens,
3 ein weiteres Blockschaltbild zur Durchführung des Verfahrens innerhalb einer Antriebs-Schlupf-Regelung.
In 1 ist ein Schaubild mit dem Verlauf des Reibwertes λ in Abhängigkeit der Raddrehzahl ω dargestellt. Der Reibwertverlauf λ ist exemplarisch für ein Rad eines Fahrzeuges dargestellt und weist im Bereich einer optimalen Raddrehzahl ω_opt ein Reibwertmaximum λ_max auf. Eingetragen ist in 1 beispielhaft ein aktueller Betriebspunkt 1 jenseits des Maximums λ_max des Reibwertes, also im Bereich einer höheren Raddrehzahl ω im Vergleich zum Raddrehzahloptimum ω_opt. Der optimale Betriebspunkt mit der Raddrehzahl ω_opt und dem Reibwertmaximum λ_max hängt von verschiedenen Bedingungen ab, unter anderem der Untergrundbeschaffenheit, der Querkraft und der Fahrzeuggeschwindigkeit, und muss bei bewegtem Fahrzeug fortlaufend online ermittelt werden. Das Verfahren zum Bestimmen des Reibwertmaximums λ_max bzw. des aktuellen Betriebspunktes 1 und einer Annäherung des Betriebspunktes 1 an das Reibwertmaximum λ_max wird im Folgenden beschrieben. Mittels des Verfahrens ist es möglich, dass die an einem Fahrzeugrad wirkenden Radmomente so eingestellt werden, dass sich das Rad im Bereich des Reibwertmaximums λ_max bewegt.
2 zeigt ein Blockschaltbild mit der Implementierung des Verfahrens zur Bestimmung der aktuellen Lage auf der Reibwertkurve gemäß 1 und der Schätzung eines Radlastmomentes M_L. Der Block 10 präsentiert die Dynamik des Fahrzeugrades einschließlich einer unterlegten Drehzahlregelung. Dem Block 10 wird als Eingangssignal eine Soll-Raddrehzahl ω_soll zugeführt, ausgangsseitig liegt die tatsächliche Raddrehzahl ω an. Zur Ermittlung der Soll-Raddrehzahl ω_soll wird zunächst eine Radlastschätzung im Block 11 durchgeführt, die unter Zugrundelegung der tatsächlichen Raddrehzahl ω erfolgt. Das geschätzte Radlastmoment M ^_L, das mit der Raddrehzahl korreliert, wird als Eingangsgröße einem Hochpassfilter im Block 12 zugeführt, wobei gegebenenfalls auch ein Bandpassfilter um die Anregungsfrequenz verwendet werden kann. Im Block 12 werden Gleichanteile aus dem geschätzten Radlastmoment entfernt.
Der Block 13 enthält die Bestimmung eines Korrelationskoeffizienten zur Ermittlung der Phasenverschiebung zwischen einem Eingangssignal – einem aufgeprägten Radmomentenverlauf – und einem Ausgangssignal – dem Radlastmoment M_L. Das Radmoment-Eingangssignal wird als Sinusform gemäß der Funktion sin(2πf·t) vorgegeben. Über den Korrelationskoeffizienten wird die Phasenverschiebung ermittelt, wobei aus dem Vorzeichen des Korrelationskoeffizienten auf die aktuelle Position des Betriebspunktes vor oder nach dem Raddrehzahloptimum ω_opt (1) geschlossen werden kann.
Im nachfolgenden Block 14 wird der Korrelationskoeffizient mit einem Verstärkungsfaktor k verstärkt, der beispielsweise die Adaptionsgeschwindigkeit darstellt. Die Blöcke 15 und 16 enthalten jeweils Integratoren, die aus der durch k vorgegebenen Änderung in der Kurve gemäß 1 nach links oder rechts die Soll-Radgeschwindigkeit ω_soll ermitteln, wobei im ersten Integrator gemäß Block 15 aus der gewünschten Änderung der Kurve ein gewünschter Wert und im zweiten Integrator 16 aus dem gewünschten Wert eine gewünschte Raddrehzahl bestimmt wird.
In 3 ist ein Blockschaltbild mit der Einbindung des Verfahrens zum radindividuellen Bestimmen des Reibwertes in eine Antriebs-Schlupf-Regelung dargestellt. Die Blöcke 10 bis 15 entsprechen in ihrer Bedeutung denjenigen aus 2, so dass auf die obige Beschreibung verwiesen wird. Hierbei bilden die Blöcke 12 bis 15 eine Einheit zur Soll-Schlupf-Korrektur, die der Korrektur einer Soll-Schlupf-Kennlinie gemäß Block 17 überlagert wird. Die Soll-Schlupf-Kennlinie im Block 17 wird unter Berücksichtigung einer geschätzten Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ν ^_x ermittelt, die auch in einen nachfolgenden Block 18 eingeht, in welchem die Raddrehzahl ω als Funktion des Soll-Schlupfes S_soll und der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ermittelt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008002162 A1 [0002, 0002]

Claims

Verfahren zum radindividuellen Bestimmen des Reibwertes (λ) in Fahrzeugen, bei dem das Radmoment (M_W) gemäß eines definierten Momentenverlaufs an einem Rad des Fahrzeugs vorgegeben und als Reaktion auf das Radmoment (M_W) die Raddrehzahl (ω) bzw. ein mit der Raddrehzahl (ω) korrelierender Wert bestimmt wird, wobei die Phasenverschiebung zwischen dem Radmoment (M_W) und der Raddrehzahl (ω) bzw. dem mit der Raddrehzahl (ω) korrelierenden Wert bestimmt und aus der Phasenverschiebung geschlossen wird, ob der aktuelle Reibwert (λ) größer oder kleiner als das Reibwertmaximum (λ_max) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensordaten ausschließlich Signale eines Raddrehzahlsensors verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Radlastmoment (M_L) als Funktion der Raddrehzahl (ω) bestimmt und der Ermittlung der Phasenverschiebung zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine online-Durchführung bei bewegtem Fahrzeug.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem iterativen Prozess der aktuelle Reibwert (λ) in Bezug auf das Reibwertmaximum (λ_max) bestimmt, anschließend das Radmoment (M_W) zur Annäherung an das Reibwertmaximum (λ_max) erhöht oder verringert und der aktuelle Reibwert (λ) erneut bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Reibwertes (λ) dem aktuell anliegenden Radmoment (M_W) ein sich unterscheidender Momentenverlauf überlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem aktuell anliegenden Radmoment (M_W) ein sinusförmiger Momentenverlauf überlagert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Reibwertes (λ) das aktuell anliegende Radmoment ohne Momentenüberlagerung herangezogen wird..
Regel- bzw. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Fahrerassistenzsystem in einem Fahrzeug mit einem Regel- bzw. Steuergerät nach Anspruch 9.