DE102012217772A1

DE102012217772A1 - Verfahren zur Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwerts

Info

Publication number: DE102012217772A1
Application number: DE201210217772
Authority: DE
Inventors: Daniel Menz; Robert Zdych
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes zwischen einem Fahrzeugreifen und einer Fahrbahnoberfläche, wobei mindestens ein Wertetupel ermittelt wird, umfassend zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert und einen momentanen Schlupf und/oder zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert und einen momentanen Schräglaufwinkel, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des ermittelten Wertetupels und einem Nullpunkttupel ein Wert einer Steigung einer Ursprungsgeraden durch die zumindest zwei Wertetupel bestimmt und anhand des so bestimmten Wertes der maximale Kraftschlussbeiwert bestimmt wird und/oder dass anhand einer Lage des ermittelten Wertetupels in zumindest zwei vorbestimmten Bereichen, definiert durch vorgegebene Werte der Größen des ermittelten Wertetupels, der maximale Kraftschlussbeiwert bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes zwischen einem Fahrzeugreifen und einer Fahrbahnoberfläche, wobei mindestens ein Wertetupel ermittelt wird, umfassend zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert und einen momentanen Schlupf und/oder zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert und einen momentanen Schräglaufwinkel.
Entsprechende Verfahren sind aus dem Stand der Technik in Form verschiedener theoretischer und teilweise auch praktischer Ansätze zur Bestimmung oder Schätzung des maximalen Kraftschlussbeiwertes zwischen einem Fahrzeugreifen und einer Fahrbahnoberfläche bekannt. Die Kenntnis des maximalen Kraftschlussbeiwertes ist insbesondere für Fahrerassistenzsysteme, wie beispielsweise ABS oder ESP, von großer Bedeutung, da anhand des Kraftschlussbeiwertes eine entsprechende Steuerung oder Anpassung der Assistenzsysteme an die jeweilige Fahrsituation erfolgen kann.
Aus der DE 10 2004 053 880 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes zwischen Fahrzeugreifen und Fahrbahnoberfläche bekannt geworden. Die Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes beruht auf der Annahme, dass der maximale Kraftschlussbeiwert bei einem Schlupf von 0,15 bis 0,2 erreicht wird. Durch Messung des momentanen Schlupfs sowie des momentanen Kraftschlussbeiwerts am Fahrzeugreifen wird eine Ursprungsgerade gebildet. Diese Ursprungsgerade wird – in einer Auftragung des Kraftschlussbeiwertes über dem Schlupf – mit einer Geraden durch den Schlupf im angegebenen Wertebereich von 0,15 bis 0,2 geschnitten. Die entsprechende Koordinate des Schnittpunkts, im vorliegenden Fall der Y-Wert des Schnittpunkts, gibt dann den maximalen Kraftschlussbeiwert an.
Allerdings ist bei dem bekannten Verfahren problematisch, dass die dieser Lehre zugrunde liegende Annahme, wonach der maximale Kraftschlussbeiwert bei einem Schlupf von 0,15 bis 0,2 erreicht wird, nicht auf tatsächlichem physikalischen Verhalten beruht und daher überwiegend unzutreffend ist. So werden, wie verschiedene andere Untersuchungen, beispielsweise das Extended Braking Stiffness Konzept von Umeno zeigen, maximale Kraftschlussbeiwerte bereits bei nassem Fahrbahnuntergrund bei deutlich geringeren Schlupfwerten als 0,15 erreicht. Insofern besteht die Gefahr, dass die hier bestimmten maximalen Kraftschlussbeiwerte zu hoch sind und daher eine entsprechende Ungenauigkeit besteht. Dies hat zur Folge, dass Fahrerassistenzsysteme nicht oder zumindest nicht hinreichend sicher arbeiten können, nämlich indem durch die zu hoch angesetzten maximalen Kraftschlussbeiwerte bereits ein Haftungsabriss zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche und somit ein instabiler Fahrzustand eintreten kann, bevor die Fahrerassistenzsysteme wirken bzw. zur Sicherheit des Fahrers eingreifen können. Außerdem ist das Verfahren durch die Eingangsgrößen Schlupf und Kraftschlussbeiwert auf Anwendungen in der Längsdynamik beschränkt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes anzugeben, bei dem der Fahrbahnzustand bei einem beliebigen Fahrmanöver ermittelt werden kann. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes aufzuzeigen, bei dem der maximale Kraftschlussbeiwert in Längs- und Querrichtung ermittelt werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zur Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes anzugeben.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgaben bei einem Verfahren zur Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes zwischen einem Fahrzeugreifen und einer Fahrbahnoberfläche, wobei mindestens ein Wertetupel ermittelt wird, umfassend zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert und einen momentanen Schlupf und/oder zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert und einen momentanen Schräglaufwinkel, dadurch, dass anhand des ermittelten Wertetupels und einem Nullpunkttupel ein Wert einer Steigung einer Geraden durch die zumindest zwei Wertetupel bestimmt und anhand des so bestimmten Wertes der maximale Kraftschlussbeiwert bestimmt wird und/oder dass anhand einer Lage des ermittelten Wertetupels in zumindest zwei vorbestimmten Bereichen, definiert durch vorgegebene Werte der Größen des ermittelten Wertetupels, der maximale Kraftschlussbeiwert bestimmt wird.
Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass mit einfachen Mitteln eine zuverlässige Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes erfolgen kann, indem ausgehend von dem mindestens einen ermittelten Wertetupel und der Steigung der daraus bestimmten Ursprungsgeraden oder ausgehend von der Lage des ermittelten Wertetupels in zuvor festgelegten Bereichen eine Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes erfolgen kann. Dadurch, dass nicht nur Kraftschlussbeiwert und Schlupf, sondern auch der aktuelle Schräglaufwinkel in die Bestimmung einfließen kann, ist eine Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes bei beliebigen Fahrmanövern ermöglicht.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Zweckmäßigerweise erfolgt eine Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes anhand einer Mehrheit von verschiedenen Wertetupeln in einem der Bereiche. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise eine Bestimmung oder Klassifikation des maximalen Kraftschlusses zwischen Reifen und Fahrbahn vornehmen, indem die Mehrheit von Wertetupeln durch deren Lage in zuvor festgelegten Bereichen den maximalen Kraftschlussbeiwert zumindest näherungsweise angibt.
Vorteilhafterweise wird die Mehrheit anhand einer Verhältnisbildung der Anzahl der Wertetupel jeweils innerhalb der zumindest zwei Bereiche zur Gesamtzahl aller Wertetupel bestimmt. Durch diese Verhältnisbildung kann eine einfache Auswertung der Wertetupel erfolgen, wobei auch bei einer geringen Anzahl von Wertetupeln Messfehler oder „Ausreißer“ zuverlässig ausgeschlossen werden können. Mit anderen Worten lässt sich durch die überwiegende Mehrheit der maximale Kraftschlussbeiwert durch die erfolgende Klassifikation zumindest näherungsweise bestimmen.
Zweckmäßigerweise wird ein geringer Kraftschlussbeiwert, repräsentierend eine glatte Fahrbahnoberfläche, erkannt, wenn der Wert der Steigung der Ursprungsgeraden oder die Lage des Wertetupels in einem Bereich unterhalb einer ersten Schwelle liegt, und/oder wird ein hoher Kraftschlussbeiwert, repräsentierend eine nichtglatte Fahrbahnoberfläche, erkannt, wenn der Wert der Steigung der Ursprungsgeraden oder die Lage des Wertetupels in einem Bereich oberhalb einer zweiten Schwelle liegt. Hierdurch lässt sich auf besonders einfache Weise eine zumindest grobe Klassifikation für die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche realisieren, nämlich unter Zugrundelegung der Lage relativ zu der ersten oder zweiten Schwelle. So lässt sich sowohl bei einer Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes anhand der Steigung der Ursprungsgeraden als auch anhand der Lage der ermittelten Wertetupel eine Klassifikation vornehmen. Mit anderen Worten kann hier die Steigung der Ursprungsgeraden oder die Lage des Wertetupels als Kriterium herangezogen werden. Hinsichtlich der ersten und/oder der zweiten Schwelle ist denkbar, dass diese durch Simulation, Auswertung von Messdaten oder durch entsprechende Fahrversuche bestimmt werden.
Vorteilhafterweise können bei entsprechender Genauigkeit des ermittelten Wertetupels die erste Schwelle und die zweite Schwelle deckungsgleich sein. Hierdurch ist der Bereich zwischen der ersten und der zweiten Schwelle eliminiert, so dass eine die Anzahl unzulässiger Wertetupel reduziert ist und eine möglichst hohe Anzahl zulässiger Messpunkte zur Verfügung steht. Bei Identität der ersten und der zweiten Schwelle können somit lediglich die exakt auf der Schwelle liegenden Punkte als unzulässig erachtet werden, nämlich in Ermangelung einer Zuordenbarkeit zu den jeweiligen Bereichen.
Zweckmäßigerweise kann eine Unterteilung zumindest eines Bereichs in mehrere Teilbereiche erfolgen und kann anhand der Mehrheit von verschiedenen Wertetupeln in einem der Teilbereiche eine Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes erfolgen. Somit ist eine noch genauere Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes möglich, nämlich durch eine verfeinerte Unterklassifikation. Dies ist insbesondere bei geringen Kraftschlussbeiwerten, repräsentierend eine glatte Fahrbahnoberfläche, von Vorteil, da somit eine feine Auflösung des Bereichs unterhalb einer ersten Schwelle erfolgen kann. Die Lage der Mehrheit der verschiedenen Wertetupel in einem der Teilbereiche ermöglicht dann eine genauere Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes. Theoretisch ist eine beliebig feine Unterklassifizierung möglich. Denkbar ist eine Unterteilung in fünf, vorzugsweise in zehn, weiter vorzugsweise in mehr als zehn Teilbereiche.
Vorteilhafterweise wird eine Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes aus mindestens zwei Wertetupeln errechnet und es wird daraus der maximale Kraftschlussbeiwert bestimmt. Dadurch lässt sich der Kraftschlussbeiwert im gesamten Bereich der Längsanregung oder der Fahrzeuglängsdynamik und im gesamten Bereich der Fahrzeugqueranregung oder Fahrzeugquerdynamik bestimmen. Grundlegende Idee dabei ist, dass im Bereich des maximalen Kraftschlusses im Kraftschlussbeiwert-Schlupfdiagramm oder im Kraftschlussbeiwert-Schräglaufwinkel-Diagramm die lokale Ableitung des maximalen Kraftschlusses im Sinne einer Tangentensteigung zu Null wird. Somit kann durch die Veränderung der lokalen Ableitung von der linearen Ursprungssteigung auch der Bereich nichtlinearen Reifenverhaltens bis zum maximalen Kraftschluss definiert werden. Die Bestimmung der Geradensteigung aus den mindestens zwei Wertetupeln kann durch Bilden des Differenzenquotienten erfolgen. Zur Erhöhung der Genauigkeit und/oder um mögliche Messfehler oder „Ausreißer“ zu vermeiden, kann eine Ausgleichsgerade durch mehr als zwei Wertetupel gelegt werden. Beispielsweise können fünf Wertetupel, vorzugsweise zehn Wertetupel, weiter vorzugsweise mehr als zehn Wertetupel zur Bestimmung einer Ausgleichsgeraden herangezogen werden.
Zweckmäßigerweise wird einer ermittelten Geradensteigung, vorzugsweise mittels einer Wertetabelle, ein maximaler Kraftschlussbeiwert zugeordnet. Somit ist eine einfache Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes möglich, nämlich indem jeder ermittelten Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes ein maximaler Kraftschlussbeiwert zugeordnet ist. Dabei ist denkbar, dass die Wertetabelle bzw. die darin enthaltenen Werte durch Simulation, durch Auswertung entsprechender Messdaten und/oder durch entsprechende Fahrversuche ermittelt werden.
Vorteilhafterweise wird anhand eines bestimmten Wertebereichs der Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes ein Warnsignal für instabiles Fahrverhalten bereitgestellt und/oder es wird mit einem Reifenmodell eine genaue Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes durchgeführt. Anhand des Wertebereichs kann somit genau ermittelt werden, wenn sich der aktuelle Kraftschluss in der Nähe des maximalen Kraftschlussbeiwertes befindet. Wird beispielsweise nichtlineares Reifenverhalten detektiert, kann in Abhängigkeit des Wertebereichs ein Warnsignal ausgegeben werden. Hierbei ist denkbar, dass es sich bei dem Warnsignal um ein an einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs gerichtetes optisches oder akustisches Warnsignal handelt. Alternativ oder ergänzend kann dieses Signal einem Fahrerassistenzsystem zugeführt werden. Mittels eines Reifenmodells ist eine noch genauere Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes möglich. Beispielsweise kann das Reifenmodell mehrere Kurven des maximalen Kraftschlussbeiwertes in Abhängigkeit vom Längsschlupf und/oder vom Schräglaufwinkel beinhalten. Somit ist denkbar, dass neben der Ermittlung der Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes aus den mindestens zwei Wertetupeln auch bestimmt werden kann, welcher der im Reifenmodell enthaltenen Kurve die aktuellen Wertetupel am nächsten liegen.
Zweckmäßigerweise beginnt der Wertebereich der Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes bei kleiner 20%, vorzugsweise bei kleiner 10%, weiter vorzugsweise bei kleiner 5% des errechneten Wertes der Steigung der Ursprungsgeraden. Die Steigung der Ursprungsgeraden kann in einem ersten Schritt ermittelt werden, nämlich anhand eines ermittelten Wertetupels und eines Nullpunkttupels. Unterschreitet die aus mindestens zwei Wertetupeln ermittelte Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes die voranstehenden Prozentsätze der Steigung der Ursprungsgeraden, kann dass zuvor bereits erwähnte Warnsignal ausgegeben werden. Die jeweiligen Prozentsätze können in Abhängigkeit der Höhe des maximalen Kraftschlussbeiwertes vorgegeben werden. So ist denkbar, dass bei hohen Kraftschlussbeiwerten ein geringerer Prozentsatz vorgegeben wird als bei mittleren oder niedrigen Kraftschlussbeiwerten. Je geringer der Prozentsatz, desto geringer der „Abstand“ des aktuellen Kraftschlussbeiwerts zum maximalen Kraftschlussbeiwert.
Vorteilhafterweise wird das mindestens eine Wertetupel durch Messung oder mittels eines Modells bestimmt. So können beispielsweise zur Ermöglichung eines Serieneinsatzes des Verfahrens bei Serienfahrzeugen nicht messbare oder nicht gemessene Größen durch Modellgrößen ersetzt werden. Die Modellgrößen können anhand tatsächlich im Fahrzeug gemessener Größen anhand eines Fahrzeugmodells errechnet werden.
Zweckmäßigerweise werden bei einer Messung Schlupf, Längskraft, Schräglaufwinkel und/oder Seitenkraft ermittelt und/oder werden bei einer Verwendung eines Modells Gierrate, Raddrehzahlen und/oder Beschleunigungen ermittelt. Beispielsweise kann durch Nutzung von Modellgrößen und Nutzung von im Kraftfahrzeug üblicherweise bereits vorhandener Sensorik ein Serieneinsatz des Verfahrens weiter begünstigt werden.
Vorteilhafterweise wird die Ermittlung des Wertes der Steigung einer Ursprungsgeraden oder die Bestimmung der Lage des Wertetupels in vorbestimmten Bereichen im Bereich linearen Reifenverhaltens durchgeführt. Hierdurch kann eine hohe Genauigkeit erreicht werden, da dass Reifenverhalten in diesem Bereich näherungsweise linear ist und sich mit einer Geraden entsprechend abbilden lässt.
Zweckmäßigerweise wird eine Ermittlung der Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes im Bereich nichtlinearen Reifenverhaltens durchgeführt. Somit kann die Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes bei beliebigen Fahrmanövern durchgeführt werden, nämlich auch im Bereich nichtlinearen Reifenverhaltens. Die Ermittlung der Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes ist zuverlässig möglich, wenn die Kurve des maximalen Kraftschlussbeiwertes in Abhängigkeit des Schlupfs oder des Schräglaufwinkels ihren im Wesentlichen linearen Verlauf verlassen hat. Im Ergebnis kann sich die Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes somit in zwei Teile gliedern, nämlich einem ersten Teil, in dem im Bereich linearen Kraftschlussverhaltens eine Bestimmung oder Klassifikation des Kraftschlussbeiwertes anhand einer Steigung einer Ursprungsgeraden eines ermittelten Wertetupels oder anhand der Lage des ermittelten Wertetupels in vorbestimmten Bereichen erfolgt, und in einem zweiten Teil, in dem im Bereich nichtlinearen Reifenverhaltens der Kraftschlussbeiwert durch Ermittlung einer Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes aus mindestens zwei Wertetupeln erfolgt.
Vorteilhafterweise wird bei Unterschreiten zuvor festgelegter Schlupfgrenzen und/oder Schräglaufwinkelgrenzen lineares Reifenverhalten angenommen und/oder wird bei Überschreiten zuvor festgelegter Schlupfgrenzen und/oder Schräglaufwinkelgrenzen nichtlineares Reifenverhalten angenommen. Mit anderen Worten kann so ein Schlupffenster und/oder ein Schräglaufwinkelfenster festgelegt werden, dass, wenn sich die gemessenen Wertetupel innerhalb des jeweiligen Fensters oder der jeweiligen Fenster befinden, lineares Reifenverhalten angenommen wird. Befinden sich die gemessenen Wertetupel außerhalb dieser Fenster, wird nichtlinears Reifenverhalten angenommen.
Abweichend von der voranstehenden Beschreibung kann auch unmittelbar eine Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes anhand der Bestimmung einer Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes aus mindestens zwei Wertetupeln erfolgen. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere wenn nichtlineares Reifenverhalten vorliegt, auch wie folgt ausgeführt werden:
Verfahren zur Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes zwischen einem Fahrzeugreifen und einer Fahrbahnoberfläche bei nichtlinearem Reifenverhalten, wobei mindestens ein Wertetupel ermittelt wird, umfassend zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert und einen momentanen Schlupf und/oder zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert und einen momentan Schräglaufwinkel, dadurch gekennzeichnet,
dass aus mindestens zwei Wertetupeln eine Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes errechnet und daraus der maximale Kraftschlussbeiwert bestimmt wird.
Dabei sind die vorstehend beschriebenen Vorteile, vorteilhafte Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen in Bezug auf das Verfahren gemäß Anspruch 1 zumindest teilweise auch für das Verfahren gemäß Anspruch 16 anwendbar. So kann ausgehend von mindestens zwei Wertetupeln und der daraus bestimmten Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes auf einfache Weise eine Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes erfolgen. Beispielsweise ist denkbar, dass anhand einer Wertetabelle jeder ermittelten Geradensteigung ein maximaler Kraftschlussbeiwert zugeordnet wird. Dadurch, dass nicht nur Kraftschlussbeiwert und Schlupf, sondern auch der aktuelle Schräglaufwinkel in die Bestimmung einfließen kann, ist eine Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes bei beliebigen Fahrmanövern ermöglicht.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegeben 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 eine Darstellung eines Kraftschlussbeiwert-Schlupfdiagramms zur Veranschaulichung der Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes im Bereich linearen Reifenverhaltens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 eine Darstellung eines Kraftschlussbeiwert-Schlupfdiagramms zur Veranschaulichung der Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes im Bereich linearen Reifenverhaltens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3 eine Darstellung eines Kraftschlussbeiwert-Schlupfdiagramms zur Veranschaulichung der Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes im Bereich nichtlinearen Reifenverhaltens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
4 eine Darstellung eines Flussdiagramms zur Veranschaulichung des Ablaufs des Verfahrens zur Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftschlussbeiwert-Schlupfdiagramms zur Veranschaulichung der Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes im Bereich linearen Reifenverhaltens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In dem vorliegenden Diagramm ist der Kraftschlussbeiwert µ über dem Schlupf λ aufgetragen. Im Diagramm ist der Bereich 1, in dem das Reifenverhalten näherungsweise linear ist, punktiert dargestellt. Des Weiteren sind mehrere Kraftschlusskurven 2a, 2b, 2c eingezeichnet, die jeweils verschiedene Fahrbahnzustände darstellen, nämlich trockenen Beton, feuchten Beton und Glatteis. Ferner sind eine erste Schwelle 3 und eine zweite Schwelle 4 eingezeichnet, die jeweils als Gerade ausgebildet sind. Der Sektor 5 unterhalb der Schwelle 3 repräsentiert eine glatte Fahrbahnoberfläche mit entsprechend geringen Kraftschlussbeiwerten. Der oberhalb der zweiten Schwelle 4 im Bereich linearen Reifenverhaltens 1 liegende Sektor 6 repräsentiert eine nichtglatte Fahrbahnoberfläche mit hohen Kraftschlussbeiwerten. Zwischen der ersten Schwelle 3 und der zweiten Schwelle 4 liegt der Bereich 7, der einen unzulässigen Wertebereich markiert.
Im Folgenden wird die Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes oder die Klassifikation des Kraftschlussbeiwertes erläutert. Zunächst werden der aktuelle Kraftschlussbeiwert µ am Reifen und der dazugehörige Schlupf λ ermittelt. Dies kann durch Messungen oder Modelle erfolgen. Einzelne Messwerte bestehend aus dem aktuellen Kraftschlussbeiwert µ und dem zugehörigen Schlupf λ stellen einen Wertetupel (µ, λ) dar. Ausgehend von einem Wertetupel (µ, λ) wird zusammen mit einem Nullpunkttupel (0, 0) ein Wert einer Steigung einer Ursprungsgeraden durch diese Wertetupel (0, 0), (µ, λ) errechnet. Ist diese Steigung m geringer als die Steigung m1 der ersten Schwelle 3, wird von einem glatten Untergrund ausgegangen. Dieser glatte Untergrund kann maximale Kraftschlussbeiwerte µ bis ca. 0,4 umfassen. Ist die ermittelte Steigung m der Ursprungsgeraden größer als die Steigung m2 der zweiten Schwelle 4, wird von einem Untergrund mit mittleren oder hohen Kraftschlussbeiwerten µ ausgegangen. Die entsprechenden Kraftschlussbeiwerte µ können 0,4 und größer betragen. Liegt die ermittelte Steigung m der Ursprungsgeraden zwischen den Steigungen m1 und m2, das heißt im Bereich 7 zwischen der ersten Schwelle 3 und der zweiten Schwelle 4, kann diese ermittelte Steigung m ignoriert werden.
Auch wenn im vorliegenden Beispiel die Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes µ in Längsrichtung erfolgt, nämlich unter Berücksichtigung des Schlupfs λ, sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine entsprechende Ermittlung des Kraftschlussbeiwertes µ auch in Querrichtung, nämlich unter Berücksichtigung des Schräglaufwinkels, erfolgen kann. Dies kann auch bereits bei geringen Anregungen auf zuverlässige Art und Weise erfolgen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftschlussbeiwert-Schlupfdiagramms zur Veranschaulichung der Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes im Bereich linearen Reifenverhaltens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Im vorliegenden Diagramm ist der Kraftschlussbeiwert µ über dem Schlupf λ aufgetragen. Wie im voranstehenden Ausführungsbeispiel erfolgt auch im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Ermittlung des maximalen Kraftschlussbeiwertes im Bereich linearen Reifenverhaltens 1. Zudem sind eine erste Schwelle 3 und eine zweite Schwelle 4 eingezeichnet. Der Bereich 5 unterhalb der ersten Schwelle 3 repräsentiert eine glatte Fahrbahnoberfläche mit geringen Kraftschlussbeiwerten. Der Bereich 6 oberhalb der zweiten Schwelle 4 repräsentiert eine nichtglatte Fahrbahnoberfläche mit hohen Kraftschlussbeiwerten. Zwischen der ersten Schwelle 3 und der zweiten Schwelle 4 liegt ein Bereich 7, wobei darin liegende Wertetupel ignoriert werden können. Der Bereich 5 unterhalb der ersten Schwelle 3 kann in mehrere Teilbereiche 8 mit entsprechenden Schwellen unterteilt werden, so dass im Bereich 5 repräsentierend eine glatte Fahrbahnoberfläche mit geringen Kraftschlussbeiwerten µ eine beliebig feine Unterklassifikation erfolgen kann.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des vorliegenden Ausführungsbeispiels erläutert. Zunächst werden aktuelle Kraftschlussbeiwerte am Reifen und die zugehörigen Schlupfwerte λ ermittelt, wobei die zusammengehörigen Werte ein Wertetupel (µ, λ) darstellen. Entsprechende Wertetupel (µ, λ) können durch Messungen oder anhand von Modellen bestimmt werden. Anhand der Lage der Wertetupel (µ, λ) im Diagramm, das heißt in den entsprechenden Bereichen 5, 6, 8 des Diagramms, kann eine Klassifizierung des maximalen Kraftschlusses erfolgen, wobei aufgrund der Lage von zulässigen Wertetupeln (µ, λ) auf den maximalen Kraftschlussbeiwert µ geschlossen wird. Liegt die Mehrheit von zulässigen Wertetupeln oberhalb der ersten Schwelle 4, wird ein hoher Kraftschlussbeiwert µ, repräsentierend eine nichtglatte Fahrbahnoberfläche, erkannt. Liegt die Mehrheit der zulässigen Wertetupel (µ, λ) unterhalb der ersten Schwelle 3, wird ein geringer Kraftschlussbeiwert µ, repräsentierend eine glatte Fahrbahnoberfläche, erkannt. Durch die Unterteilung des Bereichs 5 unterhalb der ersten Schwelle 3 in mehrere Teilbereiche 8 kann eine weitere Unterklassifikation erfolgen, indem überprüft wird, in welchen der Teilebereiche 8 die Mehrheit der Wertetupel (µ, λ) liegt.
Die Bestimmung der Lage der Mehrheit der Wertetupel (µ, λ) erfolgt dabei derart, dass die Mehrheit anhand einer Verhältnisbildung der Anzahl der Wertetupel (µ, λ) jeweils innerhalb der Bereiche 5, 6 und/oder der Teilbereiche 8 zur Gesamtzahl aller Wertetupel (µ, λ) bestimmt wird. Sofern bei der Bestimmung der Wertetupel (µ, λ), das heißt einer Messung oder einer Bestimmung anhand von Modelldaten, eine hohe Genauigkeit erreicht werden kann, können die erste Schwelle 3 und die zweite Schwelle 4 deckungsgleich sein. Somit kann die Anzahl zulässiger Wertetupel erhöht werden.
Auch wenn im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Bestimmung des Kraftschlussbeiwertes anhand des Schlupfes in Längsrichtung erfolgt, sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine entsprechende Bestimmung des Kraftschlussbeiwertes auch bei Anregungen in Querrichtung, nämlich unter Berücksichtigung des Schräglaufwinkels erfolgen kann.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftschlussbeiwert-Schlupfdiagramm zur Veranschaulichung der Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes im Bereich nichtlinearen Reifenverhaltens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Im vorliegenden Diagramm gemäß 3 sind verschiedene Kraftschlusskurven, repräsentierend Haftungsverhältnisse auf verschiedenen Untergründen, dargestellt. Auf den Kraftschlusskurven 2 sind die maximalen Kraftschlussbeiwerte 9 eingezeichnet. Wie an einer der Kraftschlusskurven 2 zu erkennen ist, ist die Steigung der lokalen Ableitung im Bereich des maximalen Kraftschlussbeiwertes 9 Null. Durch Veränderung der lokalen Ableitung ausgehend von der Steigung der Ursprungsgeraden im linearen Bereich in Richtung der Steigung Null bei maximalem Kraftschlussbeiwert 9 kann der Bereich nichtlinearen Reifenverhaltens bis zum maximalen Kraftschluss definiert werden. So wird anhand von mindestens zwei – in der vorliegenden 3 nicht dargestellten – Wertetupeln eine Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes errechnet. Alternativ oder ergänzend kann anhand von mehreren Wertetupeln, beispielsweise fünf oder zehn Wertetupeln, eine Ausgleichsgerade und deren Steigung ermittelt werden. Die so ermittelte Geradensteigung ist regelmäßig genauer als die Bestimmung der Geradensteigung lediglich anhand von zwei Wertetupeln, da Messfehler oder „Ausreißer“ verhindert oder zumindest geglättet werden können. Wie die Geraden 10 veranschaulichen, ist die Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes µ umso geringer, je näher sich der Kraftschlussbeiwert µ am maximalen Kraftschlussbeiwert 9 befindet.
Der ermittelten Geradensteigung kann ein maximaler Kraftschlussbeiwert zugeordnet werden, beispielsweise mittels einer Wertetabelle. Hierdurch ist eine einfache Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwerts realisiert. Anhand eines Reifenmodells kann eine noch genauere Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes durchgeführt werden, beispielsweise indem im Reifenmodell mehrere Kraftschlusskurven 2, die die Haftungsbedingungen auf verschiedenen Untergründen darstellen oder repräsentieren, enthalten sind. Wird die Nähe/der Abstand der ermittelten Wertetupel relativ zu den Kraftschlusskurven 2 bestimmt, ist denkbar, dass beispielsweise der ermittelten Geradensteigung eindeutig ein maximaler Kraftschlussbeiwert zugeordnet werden kann.
4 zeigt schematisch eine Darstellung eines Flussdiagramms zur Veranschaulichung des Ablaufs des Verfahrens zur Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In einem ersten Schritt 11 werden anhand einer Messung oder anhand eines Modells, beispielsweise eines Fahrzeugmodells, Wertetupel, beinhaltend den momentanen Kraftschlussbeiwert am Reifen und den zugehörigen Schlupf und/oder beinhaltend den momentanen Kraftschlussbeiwert und den zugehörigen Schräglaufwinkel, ermittelt. Neben den hier aufgeführten Größen Schlupf, Längskraft, Schräglaufwinkel und Seitenkraft können auch weitere Messdaten, wie beispielsweise Gierrate, Raddrehzahlen und/oder Beschleunigungen ermittelt werden.
In einem zweiten Schritt 12 wird anhand von maximalen Schlupfwerten oder maximalen Schräglaufwinkeln ermittelt, ob lineares Reifenverhalten oder nichtlineares Reifenverhalten vorliegt. Mit anderen Worten sind Schlupf- und/oder Schräglaufwinkelfenster festgelegt, anhand derer lineares oder nichtlineares Reifenverhalten festgestellt werden kann. Auch wenn im vorliegenden Ausführungsbeispiel zuerst ermittelt wird, ob lineares Reifenverhalten vorliegt, kann analog hierzu zuerst eine Ermittlung von nichtlinearem Reifenverhalten erfolgen. Zudem sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es in dem zweiten Schritt 12 lediglich um die Ermittlung von linearem oder nichtlinearem Reifenverhalten geht, die Reihenfolge der Bestimmung und die logische Verknüpfung innerhalb des Flussdiagramms kann auf verschiedene Art und Weise durchgeführt werden. Beispielsweise kann zuerst eine Bestimmung von linearem Reifenverhalten oder eine Bestimmung von nichtlinearem Reifenverhalten erfolgen.
Liegt lineares Reifenverhalten vor, d.h. liegen die ermittelten Schlupfwerte oder Schräglaufwinkelwerte innerhalb des vorgegebenen Schlupf- und/oder Schräglaufwinkelfensters, kann in einem weiteren Schritt 13 eine Untersuchung der Steigung einer Ursprungsgeraden erfolgen. Hier wird anhand eines ermittelten Wertetupels beinhaltend einen momentanen Kraftschlussbeiwert und einen momentanen Schlupf und/oder zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert und einen momentanen Schräglaufwinkel, und einem Nullpunkttupel ein Wert einer Steigung einer Ursprungsgeraden durch diese Wertetupel ermittelt. Alternativ oder ergänzend hierzu kann eine Untersuchung des linearen Reifenverhaltens auch anhand einer Lage des ermittelten Wertetupels in zumindest zwei vorbestimmten Bereichen erfolgen, die durch vorgegebene Werte der Größen des ermittelten Wertetupels definiert sind. Anhand dieser Untersuchung kann bestimmt werden, ob ein nichtglatter Untergrund mit entsprechend hohen Kraftschlusswerten, beispielsweise µ größer als 0,4 vorliegt oder ob der Untergrund glatt ist und Kraftschlussbeiwerte µ bis ca. 0,4 aufweist. Anhand der zuvor bereits erwähnten Lagebestimmung der Wertetupel kann anhand einer Unterklassifikation des Bereichs des glatten Untergrunds mit geringen Kraftschlussbeiwerten eine noch genauere Bestimmung des Kraftschlussbeiwertes erfolgen.
Liegt nichtlineares Reifenverhalten vor, d.h. werden vorgegebene Schlupf- und/oder Schräglaufwinkelgrenzen überschritten, kann in einem weiteren Schritt 14 eine Bestimmung einer Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes aus mindestens zwei Wertetupeln erfolgen. Alternativ oder ergänzend hierzu kann durch mehrere Wertetupel eine Ausgleichsgerade gelegt und anhand dieser Ausgleichsgeraden eine Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes errechnet werden. Eine noch genauere Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes kann – wie voranstehend bereits ausgeführt – mit einem Reifenmodell durchgeführt werden. Somit lässt sich auch bei nichtlinearem Reifenverhalten der maximale Kraftschlussbeiwert bestimmen.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Bereich linearen Reifenverhaltens
2, 2a, 2b, 2c: Kraftschlusskurven
3: erste Schwelle
4: zweite Schwelle
5: Sektor, Bereich
6: Sektor, Bereich
7: Bereich
8: Teilbereich
9: maximaler Kraftschlussbeiwert
10: Gerade
11: Schritt
12: Schritt
13: Schritt
14: Schritt
µ: Kraftschlussbeiwert
λ: Schlupf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004053880 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes (9) zwischen einem Fahrzeugreifen und einer Fahrbahnoberfläche, wobei mindestens ein Wertetupel (µ, λ) ermittelt wird, umfassend zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert (µ) und einen momentanen Schlupf (λ) und/oder zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert (µ) und einen momentanen Schräglaufwinkel, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des ermittelten Wertetupels (µ, λ) und einem Nullpunkttupel ein Wert einer Steigung einer Ursprungsgeraden durch die zumindest zwei Wertetupel (µ, λ) bestimmt und anhand des so bestimmten Wertes der maximale Kraftschlussbeiwert (9) bestimmt wird und/oder dass anhand einer Lage des ermittelten Wertetupels (µ, λ) in zumindest zwei vorbestimmten Bereichen (5, 6, 8), definiert durch vorgegebene Werte der Größen des ermittelten Wertetupels, der maximale Kraftschlussbeiwert (9) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer Mehrheit von verschiedenen Wertetupeln (µ, λ) in einem der Bereiche (5, 6, 8) eine Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwerts (9) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrheit anhand einer Verhältnisbildung der Anzahl der Wertetupel (µ, λ) jeweils innerhalb der zumindest zwei Bereiche (5, 6, 8) zur Gesamtzahl aller Wertetupel (µ, λ) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein geringer Kraftschlussbeiwert (µ), repräsentierend eine glatte Fahrbahnoberfläche, erkannt wird, wenn der Wert der Steigung der Ursprungsgeraden oder die Lage des Wertetupels (µ, λ) in einem Bereich (5) unterhalb einer ersten Schwelle (3) liegt, und/oder dass ein hoher Kraftschlussbeiwert (µ), repräsentierend eine nichtglatte Fahrbahnoberfläche, erkannt wird, wenn der Wert der Steigung der Ursprungsgeraden oder die Lage des Wertetupels (µ, λ) in einem Bereich (6) oberhalb einer zweiten Schwelle (4) liegt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei entsprechender Genauigkeit des ermittelten Wertetupels (µ, λ) die erste Schwelle (3) und die zweite Schwelle (4) deckungsgleich sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterteilung zumindest eines Bereichs (5) in mehrere Teilbereiche (8) erfolgt und dass anhand der Mehrheit von verschiedenen Wertetupeln (µ, λ) in einem der Teilbereiche (8) eine Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwerts (9) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens zwei Wertetupeln (µ, λ) eine Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes (µ) errechnet und daraus der maximale Kraftschlussbeiwert (9) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer ermittelten Geradensteigung, vorzugsweise mittels einer Wertetabelle, ein maximaler Kraftschlussbeiwert (9) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines bestimmten Wertebereichs der Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes (µ) ein Warnsignal für instabiles Fahrverhalten bereitgestellt wird und/oder dass mit einem Reifenmodell eine Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes (9) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wertebereich der Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes (µ) bei kleiner 20%, vorzugsweise bei kleiner 10%, weiter vorzugsweise bei kleiner 5%, des errechneten Wertes der Steigung der Ursprungsgeraden beginnt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wertetupel (µ, λ) durch Messung oder mittels eines Modells bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Messung Schlupf, Längskraft, Schräglaufwinkel und/oder Seitenkraft ermittelt werden und/oder dass bei einer Verwendung eines Modells Gierrate, Raddrehzahlen und/oder Beschleunigungen ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Wertes der Steigung einer Ursprungsgeraden oder die Bestimmung der Lage des Wertetupels in vorbestimmten Bereichen (5, 6, 8) im Bereich linearen Reifenverhaltens (1) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ermittlung der Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes (µ) im Bereich nichtlinearen Reifenverhaltens durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten zuvor festgelegter Schlupfgrenzen und/oder Schräglaufwinkelgrenzen lineares Reifenverhalten angenommen wird und/oder dass bei Überschreiten zuvor festgelegter Schlupfgrenzen und/oder Schräglaufwinkelgrenzen nichtlineares Reifenverhalten angenommen wird.
Verfahren zur Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes (9) zwischen einem Fahrzeugreifen und einer Fahrbahnoberfläche bei nichtlinearem Reifenverhalten, wobei mindestens ein Wertetupel (µ, λ) ermittelt wird, umfassend zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert (µ) und einen momentanen Schlupf (λ) und/oder zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert (µ) und einen momentan Schräglaufwinkel, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens zwei Wertetupeln (µ, λ) eine Geradensteigung des Kraftschlussbeiwertes (µ) errechnet und daraus der maximale Kraftschlussbeiwert (9) bestimmt wird.