DE102013227083A1 - Method for determining the coefficient of friction between the wheel and the road surface in a vehicle - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Ermittlung des Reibwerts zwischen Fahrzeugrad und Fahrbahn wird in Abhängigkeit aktueller Fahrsituationen der Reibwert in eine von mindestens zwei unterschiedlich hohen Reibwertklassen eingestuft, wobei für verschiedene Fahrsituationen die Reibwertklassen der Anzahl von Einstufungen entsprechend mit einer Wahrscheinlichkeit belegt werden. Eine Einstufung in eine niedrigere Reibwertklasse verringert die Wahrscheinlichkeit für eine höhere Reibwertklasse nur dann, wenn ein Ausschlusskriterium für die höhere Reibwertklasse erfüllt ist.In a method for determining the coefficient of friction between the vehicle wheel and the road surface, the coefficient of friction is classified into one of at least two differently high coefficients of friction depending on current driving situations, with the coefficient of friction of the number of ratings correspondingly being assigned a probability for different driving situations. Classification in a lower coefficient of friction class reduces the probability of a higher coefficient of friction class only if an exclusion criterion for the higher coefficient of friction class is fulfilled.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung des Reibwerts zwischen einem Rad und der Fahrbahn in einem Fahrzeug.The invention relates to a method for determining the coefficient of friction between a wheel and the roadway in a vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Bekannt sind Schätzverfahren zur Ermittlung des Reibwerts zwischen Rad und Fahrbahn in Fahrzeugen, die auf mathematischen Modellen sowie Messwerten einer fahrzeugeigenen Sensorik basieren. Beispielsweise ist es bekannt, den Reibwert in einem ESP-Regelsystem (elektronisches Stabilitätsprogramm) aus der Normalkraft und der Bremskraft und/oder der Antriebskraft sowie der Querbeschleunigung zu ermitteln. Allerdings ist der auf diese Weise ermittelte Reibwert mit einer verhältnismäßig großen Unsicherheit behaftet. Es können Situationen auftreten, in denen nicht das gesamte Reibwertpotential ausgeschöpft wird.Are known estimation methods for determining the coefficient of friction between the wheel and the road in vehicles, which are based on mathematical models and measurements of an in-vehicle sensors. For example, it is known to determine the coefficient of friction in an ESP control system (electronic stability program) from the normal force and the braking force and / or the driving force and the lateral acceleration. However, the coefficient of friction determined in this way is subject to a relatively high degree of uncertainty. There may be situations in which not all of the friction potential is exhausted.
Aus der
Bei Unsicherheiten in der Reibwertschätzung muss aus Sicherheitsgründen von einem verhältnismäßig niedrigen Reibwert für die Fahrerassistenzsysteme im Fahrzeug ausgegangen werden, was jedoch im Hinblick auf ein sportliches Fahrverhalten hinderlich sein kann.For uncertainties in the Reibwertschätzung must be assumed for safety reasons of a relatively low coefficient of friction for the driver assistance systems in the vehicle, but this can be a hindrance in terms of a sporty driving.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Reibwert zwischen Rad und Fahrbahn in einem Fahrzeug mit verbesserter Genauigkeit zu ermitteln.The invention is based on the object to determine the coefficient of friction between the wheel and the road in a vehicle with improved accuracy.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved with the features of claim 1. The dependent claims indicate expedient developments.
Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Reibwert zwischen einem Fahrzeugrad und der Fahrbahn in einem Fahrzeug anhand aktueller Fahrsituationen ermittelt werden. Hierbei ist es nicht zwingend erforderlich, dass sich das Fahrzeug in oder nahe einer instabilen Fahrsituation befindet. Es können vielmehr auch stabile Fahrsituationen für die Bestimmung des Reibwerts berücksichtigt werden. Auf Grund der besseren, präziseren Ermittlung des Reibwerts können Reibwertpotenziale auch in stabilen Fahrsituationen besser ausgeschöpft werden, so dass beispielsweise in Fahrerassistenzsystemen eine Parametrierung eingestellt werden kann, die ein sportlicheres Fahrverhalten ermöglicht. Auch Änderungen im Reibwert, welche beispielsweise auf Grund einer plötzlich sich ändernden Fahrbahnbeschaffenheit auftreten, können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reibwertbestimmung erfasst werden, so dass beispielsweise der Übergang von einem hohen zu einem niedrigen Reibwert ermittelt werden kann.By means of the method according to the invention, the coefficient of friction between a vehicle wheel and the roadway in a vehicle can be determined on the basis of current driving situations. It is not absolutely necessary that the vehicle is in or near an unstable driving situation. Rather, it is also possible to take into account stable driving situations for determining the coefficient of friction. Due to the better, more precise determination of the coefficient of friction, friction potentials can be better utilized, even in stable driving situations, so that, for example, in driver assistance systems, a parameterization can be set which enables more sporty driving behavior. Changes in the coefficient of friction, which occur for example due to a suddenly changing road surface, can be detected by means of the method according to the invention for friction coefficient determination, so that, for example, the transition from a high to a low coefficient of friction can be determined.
Bei dem Verfahren wird der Reibwert in mindestens zwei unterschiedlich hohe Reibwertklassen eingestuft. Die Einstufung erfolgt anhand der aktuellen Fahrsituationen, in denen sich das Fahrzeug befindet, wobei jede Einstufung in eine Reibwertklasse die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sich der tatsächliche Reibwert zwischen Fahrzeugrad und Fahrbahn in dieser betreffenden Reibwertklasse befindet. Somit steigt die Wahrscheinlichkeit mit der Anzahl der Reibwerteinstufungen in eine bestimmte Reibwertklasse an.In the method, the coefficient of friction is classified in at least two different levels of friction. The classification is based on the current driving situations in which the vehicle is located, with each classification in a coefficient of friction class increasing the likelihood that the actual coefficient of friction between the vehicle wheel and the roadway will be in that friction coefficient class concerned. Thus, the probability increases with the number of Reibwerteinstufungen in a particular Reibwertklasse.
Um eine zu niedrige Reibwerteinstufung zu vermeiden und Reibwertpotenziale besser ausschöpfen zu können, ist eine Einstufung in eine niedrigere Reibwertklasse nur in bestimmten Fällen mit einer Herabstufung für die Wahrscheinlichkeit für die höhere Reibwertklasse verbunden. Tritt eine Fahrsituation auf, die eine Einstufung in die niedrigere Reibwertklasse zur Folge hat, verringert sich die Wahrscheinlichkeit für die höhere Reibwertklasse nur für den Fall, dass ein Ausschlusskriterium für die höhere Reibwertklasse erfüllt ist. Liegt dagegen das Ausschlusskriterium für die höhere Reibwertklasse nicht vor, so hat die Reibwerteinstufung in die niedrigere Reibwertklasse keine Wahrscheinlichkeitsverringerung für die höhere Reibwertklasse zur Folge; da die Gesamtwahrscheinlichkeit, also die Summe sämtlicher Einzelwahrscheinlichkeiten gleich eins bzw. gleich 100 % ist, erfolgt entweder eine Herabstufung einer noch niedrigeren Reibwertklasse und/oder ein geringerer Anstieg der Wahrscheinlichkeit für die niedrigere Reibwertklasse und eine entsprechend geringere Absenkung der Wahrscheinlichkeit für die höhere und/oder noch niedrigere Reibwertklasse.In order to avoid a too low coefficient of friction and to be able to make better use of potential for friction coefficients, a classification into a lower coefficient of friction class is only in certain cases associated with a downgrading for the probability for the higher coefficient of friction class. If a driving situation occurs which results in a classification into the lower coefficient of friction class, the probability for the higher coefficient of friction class is only reduced if an exclusion criterion for the higher coefficient of friction class is fulfilled. If, on the other hand, the exclusion criterion for the higher coefficient of friction class does not exist, the coefficient of friction rating in the lower coefficient of friction class does not result in a reduction in probability for the higher coefficient of friction class; since the total probability, ie the sum of all individual probabilities is equal to or equal to 100%, either a downgrading of an even lower coefficient of friction class and / or a lesser increase of the probability for the lower coefficient of friction class and a corresponding lower reduction of the probability for the higher and / or or even lower coefficient of friction.
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass eine Fahrsituation, die eine Einstufung in eine niedrigere Reibwertklasse zur Folge hat, nicht automatisch eine höhere Reibwertklasse ausschließt. Der Ausschluss erfolgt nur, wenn sich aus der jeweiligen Fahrsituation eindeutig ergibt, dass der Reibwert keinen Wert einnehmen kann, der eine Einstufung in die höhere Reibwertklasse erlaubt, beispielsweise bei einem Aktivwerden eines Fahrerassistenzsystems wie z.B. einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP), einem Antiblockiersystem (ABS) oder einer Antriebsschlupfregelung (ASR). Wird ein derartiges Fahrerassistenzsystem aktiv, so deutet dies auf einen bestimmten Reibwert hin, sofern nicht bereits eine Einstufung in eine höhere Reibwertklasse vorliegt. In diesem Fall ist ein Ausschlusskriterium erfüllt, so dass beispielsweise die Reibwerteinstufung in die niedrigere Reibwertklasse erfolgt und zugleich die Wahrscheinlichkeit für die höhere Reibwertklasse herabgesetzt wird.This procedure has the advantage that a driving situation that results in a classification into a lower coefficient of friction class does not automatically rule out a higher coefficient of friction class. The exclusion takes place only if it is clear from the respective driving situation that the coefficient of friction can not assume a value which allows a classification into the higher coefficient of friction class, for example when a driver assistance system such as an electronic stability program (ESP), an antilock braking system (ABS ) or traction control (ASR). If such a driver assistance system is active, this indicates a certain coefficient of friction, if not already classified in a higher coefficient of friction. In this case, an exclusion criterion is met, so that, for example, the coefficient of friction is classified in the lower coefficient of friction class and at the same time the probability for the higher coefficient of friction class is reduced.
Insgesamt liefert das erfindungsgemäße Verfahren Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Reibwertklassen, die in der Summe bei eins liegen. Die Wahrscheinlichkeiten werden durch die Summe der Reibwerteinstufungen in die betreffenden Reibwertklassen bestimmt, wobei die Reibwerteinstufungen sich aus den aktuellen Fahrsituationen ergeben. Die Reibwerteinstufungen werden fortlaufend durchgeführt, so dass die Wahrscheinlichkeitsermittlung auf iterative Weise erfolgt und fortlaufend anhand neuer, aktueller Fahrsituationen korrigiert wird. Overall, the inventive method provides probabilities for the different friction coefficient classes, which are in the sum of one. The probabilities are determined by the sum of the coefficients of friction ratings in the relevant Reibwertklassen, the Reibwerteinstufungen arise from the current driving situations. The coefficient of friction gradings are carried out continuously, so that the probability determination takes place in an iterative manner and is continuously corrected on the basis of new, current driving situations.
Die aktuell höchste Wahrscheinlichkeit einer Reibwertklasse kann für die Parametrierung beispielsweise eines Fahrerassistenzsystems herangezogen werden. Sind beispielsweise drei Reibwertklassen mit Reibwerten von z.B. kleiner als 0.3, zwischen 0.3 und 0.7 sowie größer als 0.7 vorhanden, so wird der Parametrierung derjenige Reibwert aus der Reibwertklasse mit der höchsten Wahrscheinlichkeit zu Grunde gelegt. The currently highest probability of a friction coefficient class can be used for the parameterization of, for example, a driver assistance system. If, for example, three friction coefficient classes with coefficients of friction of e.g. less than 0.3, between 0.3 and 0.7 and greater than 0.7, the parameterization is based on the friction coefficient from the friction coefficient class with the highest probability.
Für das Verfahren werden mindestens zwei, vorteilhafter drei Reibwertklassen definiert. Die Einstufung in eine niedrigere Reibwertklasse verringert, wie ausgeführt, die Wahrscheinlichkeit für eine höhere Reibwertklasse in entsprechender Weise nur dann, wenn ein Ausschlusskriterium für die höhere Reibwertklasse erfüllt ist. Umgekehrt verringert die Reibwerteinstufung in eine höhere Reibwertklasse die Wahrscheinlichkeit für eine niedrigere Reibwertklasse zweckmäßigerweise in jedem Fall.For the method, at least two, advantageously three coefficient of friction classes are defined. The classification into a lower coefficient of friction class, as stated, reduces the probability of a higher coefficient of friction class in a corresponding manner only if an exclusion criterion for the higher coefficient of friction class is fulfilled. Conversely, the friction coefficient rating in a higher coefficient of friction class expediently reduces the probability of a lower coefficient of friction in each case.
Es können verschiedene Ausschlusskriterien für die höhere Reibwertklasse herangezogen werden. Dies kann eine Aktivierung bzw. ein Eingriff eines Fahrerassistenzsystems sein, aus dem auf einen niedrigeren Reibwert geschlossen werden kann. Es ist aber auch möglich, unmittelbar aus sensorisch ermittelten Messwerten im Fahrzeug, beispielsweise auf der Grundlage einer Inertialsensorik, eine Einstufung in eine bestimmte Reibwertklasse auszuschließen. Beispielsweise kann bei einem Längsschlupf an einem Fahrzeugrad, welcher aus Raddrehzahlen ermittelt wird, oberhalb eines Grenzwertes ein höherer Reibwert ausgeschlossen werden. Various exclusion criteria can be used for the higher coefficient of friction. This can be an activation or intervention of a driver assistance system, from which a lower coefficient of friction can be deduced. However, it is also possible to rule out a classification into a certain coefficient of friction directly from sensory measured values in the vehicle, for example based on an inertial sensor system. For example, in the case of a longitudinal slip on a vehicle wheel, which is determined from wheel speeds, a higher coefficient of friction can be excluded above a limit value.
Es können unterschiedliche Fahrsituationen für die Reibwerteinstufung herangezogen werden, soweit diese Fahrsituationen sensorisch erfasst werden können. Die Fahrsituationen werden beispielsweise den Situationskomplexen Anfahren, Bremsen, Beschleunigungen und Kurvenfahrt zugeordnet. Different driving situations can be used for the friction value classification, as far as these driving situations can be sensed. The driving situations are assigned, for example, to the situation complexes starting, braking, acceleration and cornering.
Beim Anfahrvorgang wird beispielsweise die Drosselklappenstellung im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine ermittelt und für die Zuordnung in eine Reibwertklasse herangezogen. Hierbei können noch zusätzliche Bedingungen berücksichtigt werden, beispielsweise eine Mindest- oder Höchstgeschwindigkeit, eine Längsbeschleunigung innerhalb eines bestimmten Wertebereichs oder Motor- bzw. Antriebesmomente innerhalb eines definierten Wertebereichs. During the starting process, for example, the throttle position is determined in the intake tract of the internal combustion engine and used for the assignment in a Reibwertklasse. In this case, additional conditions can be considered, for example, a minimum or maximum speed, a longitudinal acceleration within a certain range of values or engine or drive torque within a defined range of values.
Bei einer Bremssituation wird die Bremsverzögerung gemessen und der Reibwerteinstufung zu Grunde gelegt. Zusätzlich können auch hier weitere Randbedingungen berücksichtigt werden, beispielsweise der Bremsdruck im Bremssystem, die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Aktivierung eines Antiblockiersystems (ABS). In the case of a braking situation, the braking deceleration is measured and the coefficient of friction is taken as the basis. In addition, further boundary conditions can also be taken into account here, for example the brake pressure in the brake system, the vehicle speed or the activation of an antilock braking system (ABS).
Bei einer Beschleunigungssituation kann die Reibwerteinstufung in Abhängigkeit der gemessenen Beschleunigung erfolgen, wobei auch in diesem Fall zusätzliche Randbedingungen berücksichtigt werden können wie z.B. die Aktivierung einer Antriebsschlupfregelung (ASR). In an acceleration situation, the coefficient of friction can be determined as a function of the measured acceleration, in which case additional boundary conditions can also be taken into account, such as, for example, the activation of a traction control (ASR).
Bei einer Kurvenfahrt wird insbesondere die Querbeschleunigung gemessen und für die Reibwerteinstufung herangezogen, wobei als Randbedingungen beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit oder Indikatoren für die Fahrzeugstabilität zusätzlich berücksichtigt werden.When cornering in particular the lateral acceleration is measured and used for the coefficient of friction, whereby as boundary conditions, for example, the vehicle speed or indicators for vehicle stability are also taken into account.
Das Verfahren zur Ermittlung des Reibwerts läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, das ggf. Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems sein kann.The method for determining the friction coefficient runs in a control or control unit in the vehicle, which may possibly be part of a driver assistance system.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der in schematischer Weise der Ablauf des Verfahrens zur Ermittlung des Reibwerts zwischen Fahrzeugrad und Fahrbahn in Abhängigkeit verschiedener Fahrsituationen dargestellt ist. Further advantages and expedient embodiments can be found in the further claims, the description of the figures and the drawing, which schematically shows the sequence of the method for determining the coefficient of friction between the vehicle wheel and the road surface as a function of different driving situations.
Mit dem in der Figur gezeigten Ablaufschema kann der Reibwert zwischen einem Fahrzeugrad eines Fahrzeugs und der Fahrbahn in drei unterschiedlich hohe Reibwertklassen eingestuft werden, die beispielsweise eine niedrige Klasse mit einem Reibwertbereich µ kleiner als 0.3, eine mittlere Reibwertklasse mit einem Reibwertbereich µ zwischen 0.3 und 0.7 und eine hohe Reibwertklasse mit einem Reibwertbereich µ größer als 0.7 umfassen. In Abhängigkeit der jeweiligen Fahrsituation wird der aktuelle Reibwert bestimmt und in eine entsprechende Reibwertklasse eingestuft, wobei die Anzahl ein Einstufungen pro Reibwertklasse einer Wahrscheinlichkeit für diese Klasse entspricht. In der Summe müssen die Wahrscheinlichkeiten für die drei Reibwertklassen eins bzw. 100 % ergeben.With the flow chart shown in the figure, the coefficient of friction between a vehicle wheel of the vehicle and the road in three different high friction classes are classified, for example, a low class with a coefficient of friction μ less than 0.3, an average coefficient of friction coefficient range μ between 0.3 and 0.7 and a high friction coefficient class with a coefficient of friction μ greater than 0.7 include. Depending on the particular driving situation, the current coefficient of friction is determined and classified into a corresponding friction coefficient class, the number corresponding to a rating per friction coefficient class of a probability for this class. In the sum must give the probabilities for the three friction coefficient classes one and 100%.
Wie der Figur zu entnehmen, werden die aktuellen Fahrsituationen, die der Reibwertbestimmung zu Grunde gelegt werden, in vier verschiedene Kategorien
Die beiden Knotenpunkte
Liegt ein höherer Reibwert im Knotenpunkt
Mit der Herabstufung der höheren Reibwertklasse im Block
In analoger Weise kann ausgangsseitig des Knotenpunktes
In den Blöcken
Im Block
Zu Beginn jeder Fahrt oder jedes Zündungszyklus erfolgt im Block
In den Ausgangsblöcken
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