DE102012204671A1

DE102012204671A1 - Verfahren zur Ermittlung eines Kraftschlussverhältnisses zwischen zumindest einem Rad und einer Oberfläche sowie entsprechende Vorrichtung

Info

Publication number: DE102012204671A1
Application number: DE201210204671
Authority: DE
Inventors: Robert Zdych
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-09-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Kraftschlussverhältnisses zwischen zumindest einem Rad und einer Oberfläche, insbesondere zwischen zumindest einem Rad eines Kraftfahrzeugs und einer Straßenoberfläche, umfassend die Schritte:
a) Ermitteln, ob eine positive oder negative Beschleunigung des zumindest einen Rades vorliegt,
b) Ermitteln in Abhängigkeit des Ergebnisses von Schritt a), ob das zumindest eine Rad angetrieben oder abgebremst wird, und
c) Bestimmen des Kraftschlussverhältnisses zwischen dem zumindest einen Rad und der Oberfläche,
wobei
d) zumindest ein Kraftschluss-Identifikationsparameter für das zumindest eine Rad bestimmt wird, und dass
e) anhand zumindest einer vorbestimmten Zuordnungsfunktion für den Kraftschluss-Identifikationsparameter das Kraftschlussverhältnis zwischen dem zumindest einen Rad und der Oberfläche bestimmt wird.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine entsprechende Vorrichtung, ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Vorrichtung sowie eine entsprechende Verwendung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Kraftschlussverhältnisses zwischen zumindest einem Rad und einer Oberfläche, insbesondere zwischen zumindest einem Rad eines Kraftfahrzeugs und einer Straßenoberfläche, umfassend die Schritte a) Ermitteln, ob eine positive oder negative Beschleunigung des zumindest einem Rades vorliegt, b) Ermitteln in Abhängigkeit des Ergebnisses von a), ob das zumindest eine Rad angetrieben oder abgebremst wird, und c) Bestimmen des Kraftschlussverhältnisses zwischen dem zumindest einen Rad und der Oberfläche.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Kraftschlussverhältnisses zwischen zumindest einem Rad und einer Oberfläche, insbesondere zwischen zumindest einem Rad eines Kraftfahrzeugs mit einer Straßenoberfläche, vorzugsweise geeignet zur Durchführung eines Verfahrens gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend eine Berechnungseinrichtung und eine Speichereinrichtung.
Obwohl auf beliebige antreibbare Räder anwendbar, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Räder von Kraftfahrzeugen erläutert. Obwohl auch auf beliebige Oberflächen anwendbar, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Straßenoberflächen erläutert.
Unter dem Begriff Fahrstrategie in Bezug auf ein Kraftfahrzeug wird im Allgemeinen ein Modell verstanden, welches einen oder mehrere Steuerungsparameter für Komponenten, insbesondere den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs enthält. Eine Fahrstrategie ist dabei insbesondere von der aktuellen oder gewünschten Fahrsituation des Kraftfahrzeugs abhängig. Ist beispielsweise ein stufenloses Getriebe in einem land- oder forstwirtschaflichen Traktor mit konventionellem Verbrennungsmotor angeordnet, kann bei einem Fahren auf normalen Straßen das stufenlose Getriebe mittels der Fahrstrategie so angepasst werden, dass eine hohe Endgeschwindigkeit erreicht werden kann. Wird der Traktor dagegen im Feldeinsatz betrieben, kann im Niedriggeschwindigkeitsbereich eine entsprechend feine Übersetzung durch das Getriebe bereitgestellt werden, so dass eine möglichst gleichmäßige und gut zu dosierende niedrige (End)geschwindigkeit auch bei plötzlichen gewollten Fahrer-Änderungen bereitgestellt wird. Ist zudem eine hohe Zugkraft erforderlich, zum Beispiel bei einer schweren Bodenbearbeitung, kann das Getriebe eine weiche Einkupplung, ein möglichst hohes Drehmoment und eine niedrige Endgeschwindigkeit in Zusammenwirken mit dem Verbrennungsmotor bereitstellen.
Der Begriff Kraftschlussverhältnis kennzeichnet insbesondere kein Verhältnis im mathematischen Sinne, sondern ist in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen derart zu verstehen, dass dieses den Reibungszustand zwischen Rad und Oberfläche wiedergibt oder, insbesondere grob, charakterisiert.
Um eine Fahrstrategie in einem Kraftfahrzeug umsetzen zu können, ist eine Parametrierung dieser Fahrstrategie erforderlich: Diese kann Traktion, Agilität und Stabilität des Kraftfahrzeugs berücksichtigen. Vorgenannte Größen werden durch jeweilige Kraftschlussverhältnisse zwischen den Rädern und den jeweiligen Straßenoberflächen, auf der die Räder abrollen, wesentlich bestimmt und sind gegebenenfalls an sich veränderte Witterungsbedingungen, zum Beispiel einsetzender Schneefall oder dergleichen anzupassen.
Bereits bekannte Verfahren und Vorrichtungen nutzen bzw. erfordern zusätzliche Sensoren im Kraftfahrzeug, insbesondere an den Rädern, um beispielsweise die Art der Oberfläche und deren Beschaffenheit, auf der das Rad abrollt, zu sensieren. Diese sind dann wiederum mit einer zusätzlichen Recheneinrichtung im Kraftfahrzeug verbunden, die dann die jeweiligen Kraftschlussverhältnisse zwischen den jeweiligen Rädern und der Oberfläche anhand der bereitgestellten Signale der Sensoren bestimmt.
Nachteilig dabei ist jedoch, dass hierzu eine Um- oder Nachrüstung des Kraftfahrzeugs und gegebenenfalls eine zusätzliche oder erweiterte Recheneinrichtung erforderlich ist, was nicht nur aufwendig ist, sondern ebenfalls zeit- und kostenintensiv.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren und/oder eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Kraftschlussverhältnisses zwischen zumindest einem Rad und einer Oberfläche anzugeben, welche einfach durchzuführen bzw. herzustellen ist und gleichzeitig eine ausreichende Genauigkeit bei der Ermittlung des Kraftschlussverhältnisses, insbesondere bei einer Einbindung in eine Fahrstrategie, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Ermittlung eines Kraftschlussverhältnisses zwischen zumindest einem Rad und einer Oberfläche, insbesondere zwischen einem Rad eines Kraftfahrzeugs und einer Straßenoberfläche, umfassend die Schritte:

a) Ermitteln, ob eine positive oder negative Beschleunigung des zumindest einen Rades vorliegt,
b) Ermitteln in Abhängigkeit des Ergebnisses von Schritt a), ob das zumindest eine Rad angetrieben oder abgebremst wird und
c) Bestimmen des Kraftschlussverhältnisses zwischen dem zumindest einen Rad und der Oberfläche, dadurch gelöst, dass
d) zumindest ein Kraftschluss-Identifikationsparameter für das zumindest eine Rad bestimmt wird, und dass
e) anhand zumindest einer vorbestimmten Zuordnungsfunktion für den Kraftschluss-Identifikationsparameter das Kraftschlussverhältnis zwischen dem zumindest einen Rad und der Oberfläche bestimmt wird.

Die Aufgabe wird ebenfalls bei einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Kraftschlussverhältnisses zwischen zumindest einem Rad und einer Oberfläche, insbesondere zwischen zumindest einem Rad eines Kraftfahrzeugs und einer Straßenoberfläche, vorzugsweise geeignet zur Durchführung eines Verfahrens gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend eine Berechnungseinrichtung und eine Speichereinrichtung, dadurch gelöst, dass die Speichereinrichtung zur Speicherung zumindest einer vorbestimmten Zuordnungsfunktionen für einen Kraftschluss-Identifikationsparameter ausgebildet ist und dass die Berechnungseinrichtung ausgebildet ist, anhand von Eingangssignalen den Kraftschluss-Identifikationsparameter für das zumindest eine Rad zu bestimmen und dass die Berechnungseinrichtung mit der Speichereinrichtung derart zusammenwirkt, dass anhand zumindest einer der vorbestimmten Zuordnungsfunktionen für den Kraftschluss-Identifikationsparameter das Kraftschlussverhältnis zwischen dem zumindest einen Rad und der Oberfläche bestimmt wird.
Die Aufgabe wird ebenfalls durch ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst.
Die Aufgabe wird weiter auch durch eine Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 10 zur Beeinflussung einer Fahrstrategie, insbesondere eines Fahrdynamik-Profils eines Kraftfahrzeugs gelöst.
Das Kraftschlussverhältnis kann insbesondere periodisch neu bestimmt werden. Dabei kann das Kraftschlussverhältnis auf längeren Zeitskalen, beispielsweise im Bereich von Sekunden, Minuten oder Stunden neu bestimmt werden, insbesondere um ändernden Witterungsbedingungen Rechnung zu tragen. Die vorbestimmte Zuordnungsfunktion kann alternativ oder zusätzlich auf längeren Zeitskalen im Bereich von Tagen, Wochen oder Jahren angepasst werden, um Veränderungen des Rades, beispielsweise durch Alterung, Abrieb, Bremsplatten, verringertem Luftdruck oder dergleichen Rechnung zu tragen. Des Weiteren kann das Kraftschlussverhältnis für ein Rad und/oder jeweils für mehrere Räder getrennt oder gemeinsam bestimmt werden. Das Kraftschlussverhältnis kann auch aperiodisch bestimmt werden, insbesondere dann, wenn festgelegte Umgebungs- und/oder Fahrzeugereignisse festgestellt werden. Beispielsweise, wenn eine Außentemperatur einen vorgegebenen Wert unter- oder übersteigt, oder wenn Niederschlag erkannt wird (beispielsweise mittels eines Niederschlags-/Regensensors), oder wenn ein Fahrzeug-Positionsbestimmungsgerät (beispielsweise basierend auf GPS-Positionsbestimmungssignalen) die Annäherung an eine Straßenkreuzung, -kurve oder sonstige Gefahrenstelle meldet, oder wenn eine Fahrzeugbremse betätigt wird, oder wenn ein Kickdown-Schalter betätigt wird. Ein solches Ereignis kann auch eine periodische Neubestimmung des Kraftschlussverhältnisses starten und gegebenenfalls wieder beenden. Diese Beendigung kann allerdings auch zeitgesteuert erfolgen.
Insbesondere durch die vorbestimmte Zuordnungsfunktion kann auf zusätzliche und damit teure Sensoren an dem jeweiligen Rad im jeweiligen Kraftfahrzeug verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass Rechenzeit in einer Recheneinrichtung deutlich reduziert werden kann, da insbesondere nicht mehr der genaue Kraftschlussparameter berechnet werden muss, sondern anhand eines einfachen Vergleichs, beispielsweise auch anhand von Schwellwerten, eine Klassifizierung und Bestimmung des Kraftschlussverhältnisses an einem oder mehreren Rädern des Kraftfahrzeugs vorgenommen werden kann. Dies ermöglicht nicht nur eine kostengünstige, sondern ebenfalls eine äußerst schnelle Kraftschlussverhältnisbestimmung bei gleichzeitig ausreichender Genauigkeit, so dass das ermittelte Kraftschlussverhältnis als Parameter auch in einem Fahrstrategiemodell für ein Kraftfahrzeug verwendet respektive eingesetzt werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Zweckmäßigerweise umfasst die zumindest eine vorbestimmte Zuordnungsfunktion einen Wertebereich einer Klassifizierungsmenge mit einer ganzzahligen Anzahl von Elementen. Der hiermit erzielte Vorteil ist, dass zwar eine gröbere Klassifizierung des Kraftschlussverhältnisses erfolgt, jedoch diese ausreichend genau ist, um in einem Fahrstrategie-Modell für ein Kraftfahrzeug verwendet zu werden. Eine Zuordnungsfunktion mit vorgenanntem Wertebereich stellt damit ein Optimum aus Genauigkeit und Aufwand zur Bestimmung für das Kraftschlussverhältnis zwischen einem Rad und einer Oberfläche dar.
Vorteilhafterweise umfasst die Klassifizierungsmenge zumindest drei Elemente, welche eine im Wesentlichen trockene, feuchte und glatte Oberfläche charakterisieren. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass relevante und/oder mögliche Beschaffenheiten von Straßenoberflächen beim üblichen Gebrauch von Kraftfahrzeugen bezüglich des Kraftschlussverhältnisses charakterisiert werden können.
Zweckmäßigerweise wird der Kraftschluss-Identifikationsparameter mittels einer ersten vorbestimmten Zuordnungsfunktion auf einen Kraftschlussparameter abgebildet und anhand einer zweiten vorbestimmten Zuordnungsfunktion wird der Kraftschlussparameter auf die Klassifizierungsmenge abgebildet. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit zunächst auf einem Kraftschlussparameter abgebildet wird, der im Wesentlichen einen Reibwert zwischen dem Rad und der Oberfläche entspricht. Dieser Wert kann dann beispielsweise weiteren Anwendungen in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt werden. Der Kraftschlussparameter wird dann in einem zweiten Schritt auf die Klassifizierungsmenge abgebildet, sodass dann das Kraftschlussverhältnis entsprechend charakterisiert oder bestimmt wird.
Vorteilhafterweise umfasst die zumindest eine vorbestimmte Zuordnungsfunktion eine abschnittsweise konstante Steigung, insbesondere umfassend eine Steigung der Größe Null. Mittels einer derartigen vorbestimmten Zuordnungsfunktion kann eine einfache und zuverlässige Bestimmung des Kraftschlussverhältnisses ermöglicht werden. Aufwendige Berechnungen für Zuordnungsfunktionen höherer Ordnungen können damit entfallen.
Zweckmäßigerweise wird der Kraftschluss-Identifikationsparameter anhand von Antriebsmoment und/oder Bremsmoment, zeitlicher Änderung der Winkelgeschwindigkeit des zumindest einen Rades und/ oder Massenträgheitsmoment des zumindest einen Rades, insbesondere durch Bildung eines dimensionslosen Verhältnisses aus den vorgenannten Größen, bestimmt. Ein damit erzielter Vorteil ist, dass zur Klassifizierung oder Bestimmung des Kraftschlussverhältnisses eine möglichst geringe Anzahl von Berechnungsgrößen notwendig ist, so dass der Kraftschluss-Identifikationsparameter mit reduziertem Aufwand erhalten werden kann.
Vorteilhafterweise werden mittels eines Antriebsstangenmodells des Antriebsmoment und/ oder das Bremsmoment an dem zumindest einen Rad bestimmt. Durch die Verwendung eines Antriebsstrangmodells zur Bestimmung von Antriebsmoment und/oder Bremsmoment ist eine äußerst zuverlässige Bestimmung von Antriebsmoment und/ oder Bremsmoment möglich, was die Genauigkeit der Charakterisierung des Kraftschlussverhältnisses letztendlich verbessert.
Zweckmäßigerweise wird zumindest eine der vorbestimmten Zuordnungsfunktionen vor Durchführung von Schritt a) empirisch bestimmt. Auf diese Weise muss die jeweilige vorbestimmte Zuordnungsfunktion lediglich einmalig bestimmt werden. Dies ermöglicht die Hinterlegung der jeweiligen vorbestimmten Zuordnungsfunktion im Kraftfahrzeug bereits bei dessen Produktion bzw. bei Auslieferung. Nachträgliche Änderungen oder eine erneute Bestimmung der Zuordnungsfunktion sind damit nicht notwendig, können jedoch im Fahrzeugbetrieb vorteilhafterweise über Adaptionsalgorithmen eingelernt werden. Die empirische Bestimmung ermöglicht ebenfalls eine spätere realistische Bestimmung des Kraftschlussverhältnisses zwischen dem zumindest einen Rad und der entsprechenden Oberfläche und vermindert gleichzeitig die technischen Aufwendungen am Kraftfahrzeug selbst, indem auf Sensoren oder dergleichen im Kraftfahrzeug verzichtet werden kann.
Vorteilhafterweise umfasst der Kraftschluss-Identifikationsparameter Werte zwischen dem minimalen Wert Null und dem maximalen Wert Eins. Auf diese Weise kann ein normierter Kraftschluss-Identifikationsparameter zur Verfügung gestellt werden, was die Verwendung in verschiedenen Kraftfahrzeugen unabhängig vom Typ des jeweiligen Kraftfahrzeugs ermöglicht.
Zweckmäßigerweise erfolgt entweder bei einem vorhandenen Antriebsmoment oder bei einem vorhandenen Bremsmoment eine Bestimmung des Kraftschlussverhältnisses an dem zumindest einen Rad. Dies ermöglicht auch eine Bestimmung des Kraftschlussverhältnisses an den zumindest einem Rad, falls kein Bremsmoment vorliegt, weil beispielsweise keine Bremsdrucksignale vorhanden sind oder im Falle von einem vorhandenen Antriebsmoment, falls ein unbekannter Antriebsstrang vorliegt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der dazugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Dabei zeigen jeweils in schematischer Form
1 ein Antriebsstrangmodell mit Eingangs- und Ausgangsgrößen;
2 eine Zuordnung eines Kraftschluss-Identifikationsparameters zu einer Klassifizierungsmenge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; sowie
4 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Kraftfahrzeug.
1 zeigt ein Antriebsstrangmodell mit Eingangs- und Ausgangsgrößen.
In 1 sind Eingangsgrößen 2 für ein Antriebsstrangmodell 3 eines Kraftfahrzeugs mit vier Rädern gezeigt. Die Eingangsgrößen 2 gemäß 1 umfassen dabei das Verbrennungs-Motormoment T_eng, die Verbrennungs-Motor-Winkelgeschwindigkeit ω_eng und die Getriebeübersetzung i_trans sowie die Radwinkelgeschwindigkeit des i-ten Rades ω_W,i. Darüber hinaus werden als Eingangsgrößen 2 für das Antriebsstrangmodell 3 Sollmomentvorgaben eventuell vorhandener und aktiver Antriebsstrang-Komponenten T_act,sp,j sowie der Bremsdruck p_W,i am i-ten Rad verwendet. Derartige aktive Antriebsstrang-Komponenten können beispielsweise sein: ein/mehrere Schaltelemente (Kupplungen, Bremsen) eines/mehrerer Antriebsstranggetriebe (Verteilergetriebe, Zahnradwechselgetriebe, CVT-Getriebe oder Ähnliche) oder eine/mehrere Dauerbremse (Retarder) des Kraftfahrzeugs. Anhand dieser Eingangsgrößen 2 errechnet dann beispielsweise ein Mikroprozessor, auf dem das Antriebsstrangmodell 3 hinterlegt ist, Ausgangsgrößen 4, insbesondere in Form des Antriebsmomentes T_w,acc,i des i-ten Rades bzw. des Bremsmomentes T_w,dec,i des i-ten Rades Der Index i kennzeichnet dabei das jeweilige Rad eines Kraftfahrzeugs, d. h. bei einem vierrädrigen Kraftfahrzeug ist i = {1, 2, 3, 4}. Der Index j kennzeichnet die aktiven Antriebsstrang-Komponenten, also diejenigen Komponenten des Kraftfahrzeugantriebsstranges, welche ein Moment auf das jeweilige i-te Rad übertragen oder diese Momentenübertragung zumindest beeinflussen. Der Index j umfasst deshalb die Werte j = {1, 2, 3, ..., N} in Abhängigkeit der Anzahl N aktiver Antriebsstrang-Komponenten.
Anhand der Ausgangsgrößen 4 des Antriebsstrangmodells 3 und dem Massenträgheitsmoment J_w,i des i-ten Rades sowie der zeitlichen Ableitung der Radwinkelgeschwindigkeit ω_w,i des i-ten Rades kann der Kraftschluss-Identifikationsparameter λ_i im Beschleunigungsfall durch
und im Verzögerungsfall durch
berechnet werden.
2 zeigt eine Zuordnung eines Kraftschluss-Identifikationsparameters zu einer Klassifizierungsmenge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 2 ist ein x-y-Diagramm gezeigt. Auf der x-Achse ist der Kraftschluss-Identifikationsparameter λ_i (Bezugszeichen 5) für ein Rad auf einer Oberfläche gezeigt. Der Kraftschluss-Identifikationsparameter 5 umfasst einen Wertebereich zwischen den Werten Null und Eins. Auf der y-Achse aufgetragen ist der Wert des Kraftschluss-Parameters µ_l,i (Bezugszeichen 6). Zwischen dem Kraftschluss-Identifikationsparameter 5 und dem Kraftschluss-Parameter 6 besteht ein funktionaler Zusammenhang in Form einer ersten Zuordnungsfunktion 7. Der Verlauf der ersten Zuordnungsfunktion 7 ist dabei wie folgt: Die erste Zuordnungsfunktion 7 verläuft bei einem Kraftschluss-Parameter 6 mit dem Wert 1 und einem Kraftschluss-Identifikationsparameter 5 bei einem Wert von 0 zunächst horizontal (Bereich mit Bezugszeichen 7a). Anschließend fällt die erste Zuordnungsfunktion 7 mit konstanter Steigung (Bereich 7b) ab bis auf einen Kraftschluss-Identifikationsparameter 5 von ca. 0,9 und einem Kraftschluss-Parameter 6 von ca. 0,1. Anschließend verläuft die erste Zuordnungsfunktion 7 wiederum horizontal (Bereich 7c) bis zum Wert der Größe 1 des Kraftschluss-Identifikationsparameters 5.
Der mittels der ersten Zuordnungsfunktion 7 erhaltene Kraftschluss-Parameter 6 wird nun mittels einer zweiten Zuordnungsfunktion 7' auf eine Klassifizierungsmenge M abgebildet. Die Klassifizierungsmenge M enthält dabei gemäß 2 vier Elemente. Das Element E₁ ist „trockener Asphalt“, das Element E₂ ist „nasser Asphalt“, das dritte Element E₃ „Schneeglätte“ und das vierte Element E₄ ist „Eisglätte“. Auf diese Weise wird schließlich das Kraftschlussverhältnis anhand der Elemente E₁ bis E₄ bestimmt.
Einem berechneten Wert λ_i ≈ 0 (beispielsweise durch einen Radschlupf von ca. 0% bis 3%) des Kraftschluss-Identifikationsparameter 5 wird somit durch die Zuordnungsfunktion 7 der Wert µ_l,i ≈ 1 (beispielsweise µ_l,i = 0,8 bis 1) des Kraftschluss-Parameters 6 zugeordnet. Diesem wird wiederrum durch die zweite Zuordnungsfunktion 7' das Element E₁ der Klassifizierungsmenge M zuordnet (Kraftschlussverhältnis entspricht somit trockenem Asphalt).
Einem berechneten Wert von λ_i ≈ 1 (beispielsweise durch einen Radschlupf von ca. 100%) des Kraftschluss-Identifikationsparameter 5 wird hingegen durch die Zuordnungsfunktion 7 der Wert µ_l,i ≈ 0,1 (beispielsweise µ_l,i = 0,1 bis 0,2) des Kraftschluss-Parameters 6 zugeordnet. Welchem durch die zweite Zuordnungsfunktion 7' das Element E₄ der Klassifizierungsmenge M zuordnet wird (Kraftschlussverhältnis entspricht somit Eisglätte).
Entsprechend wird durch die Zuordnungsfunktionen 7 den berechneten Werten λ_i, die zwischen 0 und 1 liegen (beispielsweise zwischen 0,1 und 0,9), jeweils Werte µ_l,i des Kraftschluss-Parameters 6 zugeordnet, die zwischen 0,2 und 0,8 liegen. Diesen wird wiederrum das Element E₂ oder E₃ der Klassifizierungsmenge M zuordnet (Kraftschlussverhältnis entspricht nassem Asphalt bzw. Schneeglätte). Beispielsweise wird einem Wert λ_i, der zwischen 0,1 und 0,5 liegt, ein entsprechender Wert µ_l,i zwischen 0,5 und 0,8 zugeordnet, welchem das Element E₂ zugeordnet ist (Kraftschlussverhältnis entspricht somit nassem Asphalt); während einem Wert λ_i, der zwischen 0,5 und 0,9 liegt, ein entsprechender Wert µ_l,i zwischen 0,5 und 0,2 zugeordnet wird, welchem das Element E₃ zugeordnet ist (Kraftschlussverhältnis entspricht somit Schneeglätte).
Mit anderen Worten wird ein Kraftschlussverhältnis an dem i-ten Rad erkannt, das im Wesentlichen trockenem Asphalt, nassem Asphalt, Schneeglätte oder Eisglätte (E₁...E₄) entspricht, indem dem berechneten Wert des Kraftschluss-Identifikationsparameters 5 der Wert des Kraftschluss-Parameter 6 zugeordnet wird (mittels Zuordnungsfunktion 7), welchem wiederrum eines der Elemente E₁, E₂, E₃, E₄ der Klassifizierungsmenge M zugeordnet wird (mittels Zuordnungsfunktion 7'). Hierdurch kann jedem berechneten Wert des Kraftschluss-Identifikationsparameters 5 einfach ein konkretes Kraftschlussverhältnis zugeordnet werden.
Dabei sei angemerkt, dass die Zuordnungsfunktion 7 auch anders als in 2 abgebildet ausgeführt sein kann und beispielsweise einen unstetigen Verlauf aufweisen oder geglättet sein kann. Die Zuordnungsfunktion 7 kann beispielsweise S-förmig sein. Bei steigenden und fallenden Werten des Kraftschluss-Identifikationsparameters 5 können bevorzugt jeweils unterschiedliche Zuordnungsfunktionen 7 genutzt werden, im Sinne einer Hysterese. Die Klassifizierungsmenge M kann auch mehr als 4 Elemente aufweisen, um den Werten des Kraftschluss-Parameters 6 feiner abgestufte Kraftschlussverhältnisse zuzuordnen.
3 zeigt Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 3 sind Schritte eines Verfahrens 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dabei bezeichnet Bezugszeichen a Ermitteln, ob eine positive oder negative Beschleunigung des zumindest einen Rades vorliegt, Bezugszeichen b Ermitteln in Abhängigkeit des Ergebnisses von Schritt a), ob das zumindest eine Rad angetrieben oder abgebremst wird, Bezugszeichen c Bestimmen des Kraftschlussverhältnisses zwischen dem zumindest einen Rad und der Oberfläche, Bezugszeichen d, dass zumindest ein Kraftschluss-Identifikationsparameter für das zumindest eine Rad bestimmt wird, und Bezugszeichen e, dass anhand zumindest einer vorbestimmten Zuordnungsfunktion für den Kraftschluss-Identifikationsparameter das Kraftschlussverhältnis zwischen dem zumindest einen Rad und der Oberfläche bestimmt wird.
4 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Kraftfahrzeug.
In 4 ist schematisch ein Teil eines Kraftfahrzeugs F dargestellt. Zu sehen sind vier Räder 20, an denen jeweils ein Drehzahl- bzw. Drehratensensor 21, insbesondere in Form eines ABS- und/oder ESP-Sensors (ABS = Antiblockiersystem, ESP = Elektronisches Stabilitätsprogramm), angeordnet ist. Die Sensoren 21 sind mit einem Steuergerät 8 für das Kraftfahrzeug F verbunden, welches Signale der Sensoren 21 verarbeitet. Das Steuergerät 8 wirkt mit nicht näher bezeichneten Beinflussungseinrichtungen, beispielsweise Bremsen, Antrieben oder dergleichen zusammen, um diese mittels Beaufschlagung mit einem Antriebs- und/ oder Bremsmoment gezielt zu beeinflussen. Auf diese Weise kann beispielsweise die Fahrstabilität bzw. eine ausreichende Traktion des Kraftfahrzeugs F sichergestellt werden. Das Steuergerät 8 umfasst eine Berechnungseinrichtung 8a und eine Speichereinrichtung 8b. In der Speichereinrichtung 8b kann das Antriebsstrangmodell 3 sowie die erste vorbestimmte Zuordnungsfunktion 7 und die zweite vorbestimmte Zuordnungsfunktion 7' hinterlegt werden.
Die Berechnungseinrichtung 8a ist mit der Speichereinrichtung 8b verbunden und wirkt mit dieser derart zusammen, so dass zum einen aus den Signalen der Sensoren 21 die entsprechenden Größen zur Bestimmung des Kraftschluss-Identifikationsparameters 5 bestimmt werden können. Hierzu kann in einer Speichereinrichtung 8b ein Antriebsstrangmodell 3 hinterlegt sein, so dass die Berechnungseinrichtung 8a Ausgangsgrößen 4 zur Berechnung des Kraftschluss-Identifikationsparameters 5 bereitstellen kann. Zum anderen ist die Berechnungseinrichtung 8a auch ausgebildet, nach Berechnung des Kraftschluss-Identifikationsparameters 5 mittels der ersten und/oder der zweiten Zuordnungsfunktion 7, 7' das Kraftschlussverhältnis zwischen einem oder mehreren Rädern 20 und einer Straßenoberfläche anhand der Klassifizierung von Elementen aus der Klassifizierungsmenge M zu bestimmen.
Das Steuergerät 8 umfasst weiter einen oder mehrere Ausgänge 9, die beispielsweise mit dem Getriebe, dem Verbrennungs- und/ oder Elektromotor oder sonstigen aktiven Antriebs- und/ oder Bremsmomentkomponenten (aktive Antriebsstrang-Komponenten) verbunden sind. Das Steuergerät 8 wirkt dann mit an dem Ausgang 9 angeschlossenen aktiven Antriebsstrang-Komponenten zusammen, um beispielsweise eine Fahrstrategie für das Kraftfahrzeug F bereitzustellen und umzusetzen.
Zusammenfassend weist die Erfindung unter anderem den Vorteil auf, dass eine zuverlässige Bestimmung des Kraftschlussverhältnisses zwischen einem oder mehreren Rädern und der Oberfläche auf dem das bzw. die Räder abrollen, ermöglicht wird. Darüber hinaus weist die Erfindung den Vorteil auf, dass das Kraftschlussverhältnis zwischen einem Rad und einer Oberfläche hinreichend genau ist für eine Verwendung in einer Fahrstrategie für ein Kraftfahrzeug. Weiter ist das Verfahren und/ oder die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung einfach und kostengünstig durchführbar bzw. herstellbar. Schließlich ist ein weiterer Vorteil, dass das Kraftschlussverhältnis auf äußerst einfache Weise bestimmt werden kann, da insbesondere kein Radschlupf und damit keine Geschwindigkeit in einem Radaufstandspunkt des jeweiligen Rades und damit wiederum keine Kraftfahrzeugreferenzgeschwindigkeit benötigt wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Verfahren zur Ermittlung eines Kraftschlussverhältnisses
2: Eingangsgröße
3: Antriebsstrangmodell
4: Ausgangsgröße
5: Kraftschluss-Identifikationsparameter
6: Kraftschluss-Parameter
7: erste Zuordnungsfunktion
7a, 7b, 7c: Abschnitt erste Zuordnungsfunktion
7': zweite Zuordnungsfunktion
E₁, E₂, E₃, E₄: Elemente Klassifizierungsmenge
M: Klassifizierungsmenge
8: Steuergerät
8a: Berechnungseinrichtung
8b: Speichereinrichtung
9: Ausgang Steuergerät
20: Rad
21: Drehzahl- bzw. Drehratensensor Rad
F: Fahrzeug
a, b, c, d, e, f: Verfahrensschritt

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines Kraftschlussverhältnisses zwischen zumindest einem Rad (20) und einer Oberfläche, insbesondere zwischen zumindest einem Rad eines Kraftfahrzeugs und einer Straßenoberfläche, umfassend die Schritte: a) Ermitteln, ob eine positive oder negative Beschleunigung des zumindest einen Rades (20) vorliegt, b) Ermitteln in Abhängigkeit des Ergebnisses von Schritt a), ob das zumindest eine Rad (20) angetrieben oder abgebremst wird, und c) Bestimmen des Kraftschlussverhältnisses zwischen dem zumindest einen Rad (20) und der Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass d) zumindest ein Kraftschluss-Identifikationsparameter (5) für das zumindest eine Rad (20) bestimmt wird, und dass e) anhand zumindest einer vorbestimmten Zuordnungsfunktion (7) für den Kraftschluss-Identifikationsparameter (5) das Kraftschlussverhältnis (E₁, E₂, E₃, E₄) zwischen dem zumindest einen Rad (20) und der Oberfläche bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine vorbestimmte Zuordnungsfunktion (7) einen Wertebereich einer Klassifizierungsmenge (M) mit einer ganzzahligen Anzahl von Elementen (E₁, E₂, E₃, E₄) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassifizierungsmenge zumindest drei Elemente (E₁, E₂, E₃, E₄) umfasst, welche eine im Wesentlichen trockene, feuchte und glatte Oberfläche charakterisieren.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftschluss-Identifikationsparameter (5) mittels einer ersten vorbestimmten Zuordnungsfunktion (7) auf einen Kraftschlussparameter (6) abgebildet wird und anhand einer zweiten vorbestimmten Zuordnungsfunktion (7') der Kraftschlussparameter auf die Klassifizierungsmenge (M) abgebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine vorbestimmte Zuordnungsfunktion (7) eine abschnittsweise (7a, 7c) konstante Steigung, insbesondere umfassend eine Steigung der Größe Null, umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftschluss-Identifikationsparameter (5) anhand von Antriebsmoment und/oder Bremsmoment, zeitlicher Änderung der Winkelgeschwindigkeit des zumindest einen Rades (20) und/oder Massenträgheitsmoment des zumindest einen Rades (20), insbesondere durch Bildung eines dimensionslosen Verhältnisses aus den vorgenannten Größen bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Antriebsstrangmodells (3) das Antriebsmoment und/oder das Bremsmoment an dem zumindest einen Rad (20) bestimmt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der vorbestimmten Zuordnungsfunktionen (7, 7') vor Durchführung von Schritt a) empirisch bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftschluss-Identifikationsparameter (5) Werte zwischen dem minimalen Wert Null und dem maximalen Wert Eins umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass entweder bei einem vorhandenen Antriebsmoment (5) oder bei einem vorhandenen Bremsmoment (5) eine Bestimmung des Kraftschlussverhältnisses (E₁, E₂, E₃, E₄) an dem zumindest einen Rad (20) erfolgt.
Vorrichtung (8) zur Ermittlung eines Kraftschlussverhältnisses zwischen zumindest einem Rad (20) und einer Oberfläche, insbesondere zwischen zumindest einem Rad (20) eines Kraftfahrzeugs und einer Straßenoberfläche, vorzugsweise geeignet zur Durchführung eines Verfahrens gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–10, umfassend eine Berechnungseinrichtung (8a) und eine Speichereinrichtung (8b), dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (8b) zur Speicherung zumindest einer vorbestimmten Zuordnungsfunktion (7, 7') für einen Kraftschluss-Identifikationsparameter (5) ausgebildet ist und dass die Berechnungseinrichtung (8a) ausgebildet ist, anhand von Eingangssignalen den Kraftschluss-Identifikationsparameter (5) für das zumindest eine Rad (20) zu bestimmen und dass die Berechnungseinrichtung (8a) mit der Speichereinrichtung (8b) derart zusammenwirkt, dass anhand zumindest einer der vorbestimmten Zuordnungsfunktionen (7, 7') für den Kraftschluss-Identifikationsparameter (5) das Kraftschlussverhältnis (E₁, E₂, E₃, E₄) zwischen dem zumindest einen Rad (20) und der Oberfläche, bestimmt wird.
Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung (8) gemäß Anspruch 10.
Verwendung einer Vorrichtung (8) gemäß Anspruch 10 zur Beeinflussung einer Fahrstrategie, insbesondere eines Fahrdynamikprofils eines Kraftfahrzeugs (F).