DE102016203545A1 - Method of determining road grip classes - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Bestimmung von Fahrbahngriffigkeitsklassen aus gemessenen Werten einer Umfangskraft an wenigstens einem Fahrzeugrad mit folgenden Schritten: a) Ermitteln von Wertepaaren der am Fahrzeugrad wirkenden Umfangskraft und einem durch diese Umfangskraft erzeugten Reifenschlupf an dem Fahrzeugrad, b) Bestimmen von Werten für eine Hochreibwertfahrbahn, c) Berechnen von Reifenschlupfsteifigkeitswerten, d) Definieren einer eine Hochreibwertfahrbahn anzeigenden Fahrbahngriffigkeitsklasse und e) Klassifizieren eines aktuellen Reifenschlupfsteifigkeitswertes als ein eine Hochreibwertfahrbahn anzeigender Wert.Method for determining road grip classes from measured values of a circumferential force on at least one vehicle wheel comprising the following steps: a) determining pairs of values of the circumferential force acting on the vehicle wheel and a tire slip generated by this circumferential force on the vehicle wheel, b) determining values for a high friction roadway, c) Calculating tire slip stiffness values, d) defining a road grade class indicative of a high friction roadway, and e) classifying an actual tire slip stiffness value as a value indicating a high friction roadway.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Fahrbahngriffigkeitsklassen aus gemessenen Werten einer Umfangskraft an wenigstens einem Fahrzeugrad eines auf einer Fahrbahn fahrenden Fahrzeugs und des von dieser Umfangskraft bewirkten Radschlupfes.The invention relates to a method for determining road grip classes from measured values of a circumferential force on at least one vehicle wheel of a vehicle traveling on a roadway and of the wheel slip caused by this circumferential force.
Für eine verbesserte Funktion eines modernen Fahrerassistenzsystems, wie bspw. ein Notbremssystem ist es erforderlich, einen Kraftschlussbeiwert zwischen Reifen und Fahrbahn abzuschätzen.For an improved function of a modern driver assistance system, such as an emergency braking system, it is necessary to estimate a coefficient of adhesion between the tire and the road.
Beim manuellen Fahren obliegt die Abschätzung des Kraftschlussbeiwertes dem Fahrer. Wesentlicher Teil der Fahraufgabe ist es, den Straßenzustand abzuschätzen und darauf die Fahrweise bzw. den Fahrstil anzupassen. Mit der Einführung höher automatisierter Systeme und Fahrfunktionen geht die Fahraufgabe schrittweise vom Fahrer an das Fahrzeug über. Wesentliche Basis dafür ist es, die Fahrumgebung bzw. die Fahrbedingungen möglichst exakt zu bestimmen, zu beschreiben und dem System zur Verfügung zu stellen. Der maximale Kraftschlussbeiwert zwischen Reifen und Fahrbahn bestimmt die physikalische Grenze für die umsetzbare Fahrdynamik des Fahrzeugs. Damit bildet die Information über den Kraftschlussbeiwert einen wesentlichen Teil der Umfeldrepräsentation. Im Hinblick auf das automatisierte Fahren ist eine verlässliche Information über den Fahrbahnzustand oder daraus abgeleitet über den zur Verfügung stehenden maximalen Kraftschlussbeiwert eine unerlässliche Informationsgröße zur Absicherung der Fahrfunktion. Aber auch im Bereich der sog. Driver Assistance Systems und Advanced Driver Assistance Systems ergibt sich durch Kenntnis des zur Verfügung stehenden maximalen Kraftschussbeiwerts ein signifikanter Sicherheitsgewinn.During manual driving, the estimation of the coefficient of adhesion is the responsibility of the driver. An essential part of the driving task is to estimate the road condition and to adapt the driving style or style of driving. With the introduction of highly automated systems and driving functions, the driving task is gradually transferred from the driver to the vehicle. The essential basis for this is to determine the driving environment or the driving conditions as exactly as possible, to describe them and make them available to the system. The maximum adhesion coefficient between the tire and the road surface determines the physical limit for the vehicle's realizable driving dynamics. Thus, the information about the adhesion coefficient forms an essential part of the environment representation. With regard to automated driving reliable information about the road condition or derived from the available maximum adhesion coefficient is an indispensable amount of information to secure the driving function. But even in the area of so-called Driver Assistance Systems and Advanced Driver Assistance Systems, knowledge of the available maximum coefficient of force coefficient results in a significant safety benefit.
Aus der
Auch die
Weiterhin beschreibt auch die
Im Bereich der Anfangssteigung einer Schlupfkennlinie sind sowohl die Reifenkräfte als auch der Reifenschlupf sehr gering. Um bei stationären oder quasi stationären Zuständen eine ausreichende Aussageschärfe zu erhalten, ist ein robustes und vor allem gut auflösendes Signal sowohl für das Bremsmoment bzw. die Bremskraft als auch für den Schlupf erforderlich. Ist nur bei einem der beiden Signale die Streuung sehr groß und/oder die Auflösung gering, ist es nicht mehr möglich ein genaues und vor allem reproduzierbares Ergebnis zu erzielen.In the area of the initial slope of a slip characteristic, both tire forces and tire slip are very low. In order to obtain a sufficient degree of definition in stationary or quasi-stationary states, a robust and, above all, well-resolving signal is required both for the braking torque or the braking force and for the slip. If the scattering is very large and / or the resolution is low only for one of the two signals, it is no longer possible to achieve an exact and, above all, reproducible result.
Zudem ist aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Bestimmung von Fahrbahngriffigkeitsklassen anzugeben, mit welchem die Fahrbahn, auf welchem das Fahrzeug bewegt wird, hinsichtlich des Reibwertes klassifiziert werden kann und die hierzu erforderlichen Informationen nicht nur während eines Beschleunigungsvorganges des Fahrzeugs erzeugt werden, sondern insbesondere auch während eines Motorschleppmoment-Betriebes oder Bremsvorgangs einzelner Räder des Fahrzeugs.The object of the invention is to provide a method for determining Fahrbahngriffigkeitsklassen, with which the roadway on which the vehicle is moved, can be classified in terms of the coefficient of friction and the information required for this purpose not only during an acceleration process of the vehicle are generated, but in particular during an engine drag torque operation or braking operation of individual wheels of the vehicle.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung von Fahrbahngriffigkeitsklassen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved by a method for determining road grip classes with the features of
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung von Fahrbahngriffigkeitsklassen aus gemessenen Werten einer Umfangskraft an wenigstens einem Fahrzeugrad eines auf einer Fahrbahn fahrenden Fahrzeugs und des von dieser Umfangskraft bewirkten Reifenschlupfes werden folgende Schritte durchgeführt:
- a) Ermitteln von Wertepaaren jeweils aus dem Wert einer am Fahrzeugrad wirkenden Umfangskraft und einem durch diese Umfangskraft erzeugten Reifenschlupf an dem Fahrzeugrad, indem aus einer gemessenen Raddrehzahl des Fahrzeugrades und der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit der Reifenschlupf bestimmt und die Umfangskraft aus einem an dem Fahrzeugrad oder aus einem an einer Fahrzeugachse des Fahrzeugs wirkenden Motorantriebsmoment, aus einem an dem Fahrzeugrad oder aus einem an einer Fahrzeugachse des Fahrzeugs wirkenden Motorschleppmoment, aus einem Bremsmoment an dem Fahrzeugrad oder aus einem an einer Fahrzeugachse des Fahrzeugs wirkenden Bremsmoment bestimmt wird,
- b) Bestimmen einer eine Hochreibwertfahrbahn anzeigende Wertegruppe aus den ermittelten Wertepaaren von Umfangskraft und Reifenschlupf, wobei im Ermittlungszeitpunkt dieser Wertepaare von Fahrdynamikgrößen des Fahrzeugs größer als ein vorgegebener Wert bei gleichzeitig fehlenden Eingriffen eines Fahrstabilitätssystems und/oder von optischen Sensoren des Fahrzeugs und/oder von externen Datenquellen des Fahrzeugs eine Hochreibwertfahrbahn angezeigt wird bzw. werden,
- c) Berechnen von Reifenschlupfsteifigkeitswerten aus den Wertepaaren durch Quotientenbildung von Umfangskraft und Radschlupf,
- d) Definieren einer eine Hochreibwertfahrbahn anzeigenden Fahrbahngriffigkeitsklasse durch Bestimmen einer mittleren Reifenschlupfsteifigkeit aus den Reifenschlupfsteifigkeitswerten der Wertepaare der Wertegruppe und der Streuung dieser Wertepaare um die mittlere Reifenschlupfsteifigkeit mittels eines statistischen Auswerteverfahrens, und
- e) Klassifizieren eines aktuellen Reifenschlupfsteifigkeitswertes als ein eine Hochreibwertfahrbahn anzeigender Wert, falls dieser Wert in der die Hochreibwertfahrbahn anzeigenden Fahrbahngriffigkeitsklasse liegt, andernfalls als ein eine Niedrigreibwertfahrbahn anzeigender Wert.
- a) determining pairs of values in each case from the value of a circumferential force acting on the vehicle wheel and a tire slip on the vehicle wheel generated by this circumferential force by determining the tire slip from a measured wheel speed of the vehicle wheel and the measured vehicle speed and determining the circumferential force from one on or off the vehicle wheel A motor drive torque acting on a vehicle axle of the vehicle is determined from a motor drag torque acting on the vehicle wheel or from an engine drag torque acting on a vehicle axle of the vehicle, a brake torque on the vehicle wheel or a brake torque acting on a vehicle axle of the vehicle.
- b) determining a value group indicating a high friction road from the determined value pairs of circumferential force and tire slip, wherein at the time of determination of these pairs of vehicle dynamics values of the vehicle greater than a predetermined value with simultaneous lack of intervention of a driving stability system and / or optical sensors of the vehicle and / or external Data sources of the vehicle a Hochreibwertfahrbahn is or will be,
- c) calculating tire slip stiffness values from the value pairs by quotient of circumferential force and wheel slip,
- d) defining a road grade class indicating a high friction roadway by determining a mean tire slip stiffness from the tire slip stiffness values of the value pairs of the value group and the dispersion of these pairs of values around the average tire slip stiffness by a statistical evaluation method, and
- e) classifying an actual tire slip stiffness value as a value indicative of a high friction roadway value if that value is in the roadway grade class indicating the high friction roadway, otherwise as a value indicative of a low friction roadway.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein einen Hochreibwert anzeigendes Vergleichsnormal erzeugt, indem während der Detektion einer Hochreibwertfahrbahn eine Datenreihe aus Reifenschlupfsteifigkeiten, berechnet als Quotienten aus Wertepaaren von Umfangskraft des Fahrzeugrades und zugehörigem Radschlupf, erzeugt wird. Diese Datenreihe wird zur Bestimmung einer mittleren Reifenschlupfsteifigkeit einem statistischen Auswerteverfahrens unterzogen und bezogen auf die mittlere Reifenschlupfsteifigkeit die zugehörige Wertestreuung berechnet, also die Streubreite bestimmt. Damit wird eine Hochreibwertfahrbahn anzeigende Fahrbahngriffigkeitsklasse mit einem Reibwert μ von vorzugsweise μ ≥ 0,5 definiert. Somit zeigen alle aktuell bestimmten Reifenschlupfsteifigkeiten mit Werten innerhalb der Streubreite der mittleren Reifenschlupfsteifigkeit einen solchen Hochreibwert an, im anderen Fall, wenn diese Werte außerhalb dieser Fahrbahngriffigkeitsklasse liegen, einen Niedrigreibwert an.In this method according to the invention, a comparison standard indicating a high friction value is first generated by generating a data series from tire slip stiffnesses, calculated as quotients of value pairs of circumferential force of the vehicle wheel and associated wheel slip, during the detection of a high friction roadway. This data series is subjected to a statistical evaluation method for determining an average tire slip stiffness and calculated based on the average tire slip stiffness, the associated value dispersion, so determines the spread. In order for a Hochreibwertfahrbahn indicating lane grip class is defined with a coefficient of friction μ of preferably μ ≥ 0.5. Thus, all currently determined tire slip stiffnesses with values within the range of average tire slip stiffness indicate such a high friction value, in the other case, when these values are outside this roadway grade, a low friction value.
Die Umfangskraft eines Fahrzeugrades kann bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl während eines Beschleunigungsvorganges als auch während eines Bremsvorganges einzelner Fahrzeugräder oder -achsen, insbesondere während eines Motorschlepp-Betriebes bestimmt werden. Dadurch wird der Umfang der zur Verfügung stehenden Informationen erhöht, wodurch auch die Genauigkeit des statistischen Auswerteverfahrens und damit auch die Genauigkeit der Bestimmung der Fahrbahngriffigkeitsklasse erhöht werden.The circumferential force of a vehicle wheel can be determined in this method according to the invention both during an acceleration process and during a braking operation of individual vehicle wheels or axles, in particular during an engine towing operation. As a result, the scope of the available information is increased, whereby the accuracy of the statistical evaluation method and thus also the accuracy of the determination of the road grade class are increased.
Durch den Vergleich der aktuellen Reifenschlupfsteifigkeiten gegen das einen Hochreibwert anzeigende Vergleichsnormal lassen sich reifenspezifische Zusammenhänge, Parameter und insbesondere Veränderungen erkennen und eliminieren, da bei Vorliegen eines Referenzsignals das Vergleichsnormal laufend angepasst wird und dadurch ein selbstlernendes Verhalten des Systems über das Reifenleben realisiert wird, insbesondere im Zusammenhang von Reifenwechseln und Reifenabnutzung, selbst bei geänderten Umgebungsbedingungen.By comparing the current tire slip stiffnesses against the comparison standard indicating a high friction value, tire-specific relationships, parameters and, in particular, changes can be detected and eliminated, since the reference standard is continuously adapted when a reference signal is present, thereby realizing a self-learning behavior of the system via the tire life, in particular in the Correlation of tire changes and tire wear, even in changed environmental conditions.
Zur Bestimmung einer eine Hochreibwertfahrbahn anzeigende Wertegruppe aus den ermittelten Radschlupf-Radmoment-Wertepaaren wird das Verhalten des Fahrzeugregelsystems in den Ermittlungszeitpunkten dieser Wertepaare beobachtet. Aus dem Verhalten des Fahrzeugregelsystems lässt sich nämlich ableiten, ob sich das Fahrzeug auf einer Hochreibwertfahrbahn oder Niedrigreibwertfahrbahn bewegt.The behavior of the vehicle control system in the determination times of these value pairs is observed in order to determine a value group from the determined wheel slip wheel torque value pairs that indicates a high friction roadway. In fact, it can be deduced from the behavior of the vehicle control system whether the vehicle is moving on a high friction road or a low friction road.
Das Anzeigen einer Hochreibwertfahrbahn kann unter Zuhilfenahme verschiedener Datenquellen erfolgen. So bspw. aus Fahrdynamikgrößen des Fahrzeugs, indem bei Überschreiten eines vorgegebenen Beschleunigungswertes oder eines vorgegebenen Verzögerungswertes ein solches Referenzsignal erzeugt wird. Diese Information kann auch durch Auswertung eines von einer Kamera als optischen Sensor oder eines andersartigen optischen Sensors, beispielsweise eines die Fahrbahn abtastenden Lasersensors, erfassten Fahrbahnzustands bereitgestellt werden, wenn bspw. eine trockene Fahrbahn detektiert wird. Zudem können auch externe Datenquellen, die bspw. lokale Wetterdaten oder Fahrbahnzustandsdaten zur Verfügung stellen (z. B. eine Backendanbindung, Car-to-X Kommunikation oder auch dynamische Safetymaps) durch Vernetzung zur Erzeugung eines solchen Referenzsignals herangezogen werden.The display of a Hochreibwertfahrbahn can be done using various data sources. For example, from driving dynamics of the vehicle, by exceeding a predetermined acceleration value or a predetermined delay value such a reference signal is generated. This information can also be provided by evaluating a road condition detected by a camera as an optical sensor or a different type of optical sensor, for example a laser sensor scanning the roadway, if, for example, a dry roadway is detected. In addition, external data sources which make available, for example, local weather data or road condition data (eg a backend connection, car-to-X communication or also dynamic safety data) can be used by networking to generate such a reference signal.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht folgende Verfahrensschritte vor, bei welchen:
- d1) aus jeweils einer Datenreihe von zeitlich aufeinanderfolgenden Wertepaaren aus Umfangskraft und Radschlupf, deren Reifenschlupfsteifigkeitswerte eine Niedrigreibwertfahrbahn anzeigen, eine Anfangssteigung anhand einer Ausgleichsgeraden als linearer Teil der Schlupf-Umfangskraft-Kennlinie ermittelt wird, und
- d2) die Steigung einer jeden Ausgleichsgeraden als mittlere Reifenschlupfsteifigkeit einer eine Niedrigreibwertfahrbahn anzeigenden Fahrbahngriffigkeitsklasse mit einer mittels eines statistischen Auswerteverfahrens bestimmten Streuung der Wertepaare um die ermittelte Ausgleichsgerade definiert wird.
- d1) from each of a data series of temporally successive value pairs of circumferential force and wheel slip whose tire slip stiffness values indicate a low friction line, an initial slope is determined using a straight line as a linear part of the slip-circumferential force characteristic, and
- d2) the slope of each equalizer straight line is defined as average tire slip stiffness of a road grade class indicative of a low-friction roadway having a distribution of the value pairs about the determined equalization line determined by a statistical evaluation method.
Mit diesen Verfahrensschritten d1 und d2 werden die außerhalb der eine Hochreibwertfahrbahn anzeigende Fahrbahngriffigkeitsklasse liegenden Reifenschlupfsteifigkeitswerte durch die Erzeugung weiterer Fahrbahngriffigkeitsklassen klassifiziert. Hierzu wird eine Datenreihe aus zeitlich aufeinanderfolgenden Wertepaaren verwendet, indem für die Reifenschlupfsteifigkeitswerte mittels eines statistischen Auswerteverfahrens die die mittlere Reifenschlupfsteifigkeit darstellende Steigung einer Ausgleichsgeraden im Umfangskraft-Schlupf-Diagramm und die zugehörige Streuung ermittelt wird. Damit wird für jede derart erzeugten Ausgleichsgerade eine Niedrigreibwertfahrbahn anzeigende Fahrbahngriffigkeitsklasse definiert, deren mittlere Reifenschlupfsteifigkeit der Steigung der Ausgleichsgeraden entspricht. So können vorzugsweise eine Schneefahrbahn anzeigende Fahrbahngriffigkeitsklasse und eine vereiste Fahrbahn anzeigende Fahrbahngriffigkeitsklasse definiert werden. Damit können die Reifenschlupfsteifigkeitswerte einer dieser Fahrbahngriffigkeitsklassen, die bspw. eine Schneefahrbahn oder eine vereiste Fahrbahn anzeigen, zugeordnet werden, wenn diese nicht in der eine Hochreibwertfahrbahn anzeigende Fahrbahngriffigkeitsklasse liegt.With these method steps d1 and d2, the tire slip stiffness values lying outside the road grip class indicating a high friction roadway are classified by the generation of further roadway grip classes. For this purpose, a data series of temporally successive pairs of values is used by determining, for the tire slip stiffness values by means of a statistical evaluation method, the slope of a compensation straight line in the circumferential force-slip diagram representing the mean tire slip stiffness and the associated scattering. Thus, for each equalization straight line generated in this way, a low-friction roadway class indicative roadway class is defined whose mean tire slip stiffness corresponds to the slope of the equalization straight line. Thus, it is possible to define a road grip class indicating a snow lane and a lane grip class indicating an icy lane. Thus, the tire slip stiffness values may be assigned to one of these road grade classes indicating, for example, a snow track or an icy road, if it is not in the road grade class indicating a high friction road.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass zur Klassifizierung eines eine Niedrigreibwertfahrbahn anzeigenden Reifenschlupfsteifigkeitswertes die durch eine mathematische Ausgleichsrechnung an die zugehörige Datenreihe angenäherte Kurvenform berücksichtigt wird. So deutet bspw. eine Krümmung auf eine Schneefahrbahn hin, während Unstetigkeiten, bspw. plötzliches Abreißen auf eine vereiste Fahrbahn hindeuten.A particularly preferred development of the invention consists in that, for the classification of a tire slip stiffness value indicating a low-friction-value roadway, the curve shape approximated by a mathematical compensation calculation to the associated data series is taken into account. Thus, for example, a curvature points to a snow road, while discontinuities, for example, sudden tearing point to an icy roadway.
Des Weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn weiterbildungsgemäß die Verfahrensschritte d, d1 und d2 nur bei Vorliegen von betragsmäßig positivem Schlupfgradienten und Fahrzuständen des Fahrzeugs ohne Fahrzeugregelsystemeingriffe durchgeführt werden. Hierdurch wird erreicht, dass Hystereseerscheinungen durch Hoch- und Rücklauf des Reifenschlupfes ausgeschlossen werden.Furthermore, it is particularly advantageous if, according to further development, the method steps d, d1 and d2 are carried out only in the presence of magnitude-positive slip gradients and driving states of the vehicle without vehicle control system interventions. This ensures that hysteresis phenomena are excluded by the high and return of the tire slip.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird bei der Durchführung der Verfahrensschritte d, d1 und d2 die Klassifizierung der Reifenschlupfsteifigkeitswerte anhand des Eingriffsverhaltens eines Fahrzeugregelsystems plausibilisiert, indem bei fehlenden Fahrzeugregelsystemeingriffen oberhalb von vorgegebenen Längs- und/oder Querbeschleunigungen eine Hochreibwertfahrbahn anzeigende Fahrbahngriffigkeitsklasse plausibilisiert wird und bei Regelsystemeingriffen unterhalb von vorgegebenen Längs- und/oder quer Beschleunigungen eine Niedrigreibwertfahrbahn anzeigende Fahrbahngriffigkeitsklasse plausibilisiert wird.According to a further preferred development of the invention, in the implementation of method steps d, d1 and d2, the classification of the tire slip stiffness values is plausibilized on the basis of the intervention behavior of a vehicle control system by making plausibility checks on a road grade class indicative of high and low vehicle lashes in the absence of vehicle control system interventions above predetermined longitudinal and / or lateral accelerations Control systems interventions below predetermined longitudinal and / or transverse accelerations, a low friction roadway indicating lane grip class is plausibility.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Verfahrensschritte d, d1 und d2 sowohl bei einer Beschleunigung als auch bei einer Verzögerung des Fahrzeugs durchgeführt, wobei für den Beschleunigungsfall und den Verzögerungsfall jeweils die mittlere Reifenschlupfsteifigkeit in derselben Fahrbahngriffigkeitsklasse gleichgesetzt werden. Dies ist möglich, da die Anfangssteigung in der Reifenschlupf-Umfangskraft-Kennlinie für den Antriebsfall und den Bremsfall gleich sind. Damit kann die Genauigkeit der Berechnung der mittleren Reifenschlupfsteifigkeit durch mehrere Stützstellen verbessert werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, the method steps d, d1 and d2 are carried out both during acceleration and during a deceleration of the vehicle, wherein for the acceleration case and the deceleration case, the average tire slip stiffness are equated in the same roadway grip class. This is possible because the initial slope in the tire slip-circumferential force characteristic is the same for the drive case and the brake case. Thus, the accuracy of calculating the mean tire slip stiffness can be improved by multiple nodes.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn weiterbildungsgemäß zur Berechnung der Reifenschlupfsteifigkeiten die Beträge der Umfangskräfte und des Schlupfes verwendet werden. Hierdurch wird erreicht, dass die Auswertung im gleichen Quadranten des Radschlupf-Umfangskraft-Diagramms erfolgen kann und sich somit die Punktdichte durch Überlagerung von Antriebs- und Brems- oder Schleppmomentenfälle erhöht. Dadurch wir die Aussage genauer und die Verfügbarkeit erhöht.Furthermore, it is advantageous if the amounts of the circumferential forces and the slip are used for the calculation of the tire slip stiffness according to further development. This ensures that the evaluation can take place in the same quadrant of the Radschlupf-circumferential force diagram and thus increases the point density by superposition of drive and braking or Schleppmomentenfälle. This makes the statement more accurate and increases availability.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Verfahrensschritte d, d1 und d2 innerhalb eines vorgegebenen Schlupffensters zwischen einem Schlupfwert λmin und einem Schlupfwert λmax durchgeführt, wobei bei einem Schlupf größer als λmax Regelsystemeingriffe eines Fahrzeugregelsystems stattfinden und gleichzeitig solche Regelsystemeingriffe zur Plausibilisierung der Fahrbahngriffigkeitsklassifikation benutzt werden. In dem dadurch definierten Schlupfbereich wird der Schlupf kontinuierlich bestimmt und somit kann die eine Fahrbahngriffigkeitsklasse definierende Steigung der Ausgleichsgeraden genauer bestimmt werden, da bei zu geringen Absolutwerten von Radmoment und Radschlupf unter Berücksichtigung einer endlichen Meßgenauigkeit die Quotientenbildung für die Schlupfsteifigkeitsbestimmung ungenau wird und bei zu hohen Schlupfwerten die Kurvenform aber auch mögliche Regelsystemeingriffe die Klassifizierung nachteilig beeinflussen würden.According to a further advantageous embodiment of the invention, the method steps d, d1 and d2 within a predetermined Slip window between a slip value λ min and a slip value λ max performed, take place at a slip greater than λ max control system interventions of a vehicle control system and at the same time such control system interventions are used for plausibility of Fahrbahngriffigkeitsklassifikation. In the slip region defined thereby, the slip is determined continuously and thus the slope of the regression line defining a road grip class can be determined more accurately, because if the absolute values of wheel torque and wheel slip are too small taking into account a finite measurement accuracy, the quotient formation for the determination of the slip stiffness becomes inaccurate and if the slip values are too high the waveform but also possible control system interventions would adversely affect the classification.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn weiterbildungsgemäß zur Erkennung von μ-split-Situationen der Reifenschlupf für beide an einer Fahrzeugachse mit einer Umfangskraft beaufschlagten Fahrzeugräder des Fahrzeugs ermittelt und die Reifenschlupfsteifigkeitswerte durch den Quotienten der Umfangskraft und dem Reifenschlupf des am meisten schlupfenden Fahrzeugrades oder des Mittelwerts alle Räder einer Fahrzeugachse berechnet wird. In einer achsweisen Beaufschlagung von Antriebs- oder Bremsmoment wird das Moment in erster Näherung gleichmäßig auf die Antriebsräder verteilt. Der zur Bestimmung des Schlupfsteifigkeitsquotienten erforderliche Schlupfwert wird entweder über alle beaufschlagten Räder gemittelt oder es wird der höhere Schlupfwert der beiden Räder für die Berechnung herangezogen.Finally, it is advantageous if, for further development according to the invention, tire slip is detected for both vehicle axle wheels subjected to circumferential force on a vehicle axle, and the tire slip stiffness values are determined by the quotient of the circumferential force and the tire slippage of the most slipping vehicle wheel or the mean value all Wheels of a vehicle axle is calculated. In an axial loading of drive or braking torque, the torque is distributed in a first approximation evenly on the drive wheels. The slip value required to determine the slip stiffness quotient is either averaged over all applied wheels or the higher slip value of the two wheels is used for the calculation.
Nach einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Mittelung und/oder Filterung der Wertepaare aus Umfangskraft und Reifenschlupf jeweils über eine volle Radumdrehung oder über ganzzahlige Vielfache einzelner Radumdrehungen.According to a last advantageous embodiment of the invention, the averaging and / or filtering of the value pairs of circumferential force and tire slip takes place over a full wheel revolution or over integer multiples of individual wheel revolutions.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet zum Einsatz in Fahrzeugen, die ein Motorsteuergerät, ein Bremssteuergerät, eine Drehzahlerfassungseinrichtung für die Fahrzeugräder, ein Fahrdynamik-Regelsystem und eine Einrichtung zur Bestimmung eines Radmomentes oder eines Bremsmomentes als Umfangskraft des Fahrzeugrades aufweisen.The method according to the invention is suitable for use in vehicles which have an engine control unit, a brake control unit, a speed detection device for the vehicle wheels, a vehicle dynamics control system and a device for determining a wheel torque or a braking torque as a circumferential force of the vehicle wheel.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschreiben. Es zeigen:The method according to the invention will be described below on the basis of exemplary embodiments with reference to the attached figures. Show it:
Die Detektion einer Fahrbahngriffigkeit (Reibwert) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt durch die Bestimmung von Fahrbahngriffigkeitsklassen aus der Reifenschlupfsteifigkeit eines Fahrzeugrades eines Fahrzeugs und der Radumfangskraft-Radschlupf-Charakteristik des Fahrzeugrades. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Differenzierung zwischen einer Hochreibwertfahrbahn mit einem Reibwert von bspw. ≥ 0,5 und einer Niedrigreibwertfahrbahn, wobei eine Niedrigreibwertfahrbahn eine niedrige Griffigkeit, wie bspw. bei Schnee oder Eis aufweist. Der Reibwert von Schnee beträgt ungefähr < 0,5, derjenige von Eis beträgt ungefähr ≤ 0,2, der entsprechende Wert von trockenem Asphalt liegt ungefähr bei 1,0.The detection of a road grip (coefficient of friction) according to the method according to the invention is carried out by the determination of road grip classes from the tire slip stiffness of a vehicle wheel of a vehicle and the Radumfangskraft-Radschlupf characteristic of the vehicle wheel. The inventive method allows the differentiation between a Hochreibwertfahrbahn with a coefficient of friction of, for example, ≥ 0.5 and a low friction line, wherein a low friction line has a low grip, such as in snow or ice. The coefficient of friction of snow is approximately <0.5, that of ice is approximately ≤ 0.2, the corresponding value of dry asphalt is approximately at 1.0.
Die Radumfangskraft (im folgenden Umfangskraft genannt) umfasst sowohl das Antriebsmoment während einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs als auch das Bremsmoment während eines Einsatzes der Reibungsbremse oder eines Rekuperationsvorganges zur Energierückgewinnung, beispielsweise über einen Elektromotor, oder während eines Schleppmoment-Betriebes des Fahrzeugs.The wheel peripheral force (hereinafter referred to as circumferential force) includes both the drive torque during an acceleration phase of the vehicle and the braking torque during use of the friction brake or a Rekuperationsvorganges for energy recovery, for example via an electric motor, or during a drag torque operation of the vehicle.
Zur Bestimmung der Radumfangskraft-Radschlupf-Charakteristik werden Wertepaare jeweils aus dem Wert einer am Fahrzeugrad wirkenden Umfangskraft und einem durch diese Umfangskraft erzeugten Reifenschlupf an dem Fahrzeugrad ermittelt, indem aus einer gemessenen Raddrehzahl des Fahrzeugrades und der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit der Reifenschlupf bestimmt und die Umfangskraft aus einem Motorantriebsmoment, einem Motorschleppmoment oder einem Bremsmoment bestimmt wird. Die Bestimmung der Umfangskraft aus dem Motorschleppmoment wird zunächst das Motormoment an der Fahrzeugachse des Fahrzeugrades und anschließend erst das auf dieses Fahrzeugrad wirkende Moment berechnet. Entsprechendes gilt auch für die Bestimmung der Umfangskraft aus dem Bremsmoment.To determine the Radumfangskraft-Radschlupf characteristic pairs of values are each determined from the value of a circumferential force acting on the vehicle wheel and a tire slip generated by this circumferential force on the vehicle by determined from a measured wheel speed of the vehicle wheel and the measured vehicle speed of tire slip and the circumferential force of a Motor drive torque, a motor drag torque or a braking torque is determined. The determination of the circumferential force from the engine drag torque is first the engine torque on the vehicle axle of the vehicle and then only on this vehicle calculated acting moment. The same applies to the determination of the circumferential force from the braking torque.
Die Erfassung des Schleppmomentes kann beispielsweise unmittelbar über das Motordrehmomentsignal des Motors erfolgen, oder aus einer Drehzahl/Gangstufen-Schleppmoment-Kennlinie ausgelesen werden.The detection of the drag torque can for example be done directly on the engine torque signal of the engine, or be read from a speed / gear stage drag torque curve.
Durch Mittelung und/oder Filterung jedes Radschlupf/Umfangskraft-Wertepaares wird jeweils über eine ganze Radumdrehung oder über ganzzahlige Vielfache einzelner Radumdrehungen eine hochgenaue Schlupfermittlung im Promillebereich erreicht, wodurch auch bei nur geringen Motorschleppmomenten eine präzise Aussage ermöglicht wird. Werteschwankungen der Reifenschlupfwerte können darüber hinaus durch eine Klassifizierung des Reifenschlupfes kompensiert werden. Die Radschlupf-Umfangskraft-Wertepaare verteilen sich in einem Radschlupf-Umfangskraft-Diagramm gemäß den
Ferner wird aus den Radschlupf-Radmoment-Wertepaaren die Reifenschlupfsteifigkeit B als Quotient aus Radmoment |T| und Radschlupf |λ| berechnet. Die Darstellung dieser Werte B der Reifenschlupfsteifigkeit entlang der Zeitachse ist in dem Diagramm nach
Das Fahrzeug ist mit einem elektronischen Fahrstablitätsregelsystem, wie bspw. einem ABS, TCS oder einem AYC, allgemein ESC genannt, ausgestattet (im folgenden Fahrzeugregelsystem genannt).The vehicle is equipped with an electronic driving stability control system, such as an ABS, TCS or AYC, commonly called ESC (hereinafter referred to as vehicle control system).
Zur Bestimmung einer eine Hochreibwertfahrbahn anzeigende Wertegruppe aus den ermittelten Radschlupf-Radmoment-Wertepaaren wird das Verhalten des Fahrzeugregelsystems in den Ermittlungszeitpunkten dieser Wertepaare beobachtet. Aus dem Verhalten des Fahrzeugregelsystems lässt sich nämlich ableiten, ob sich das Fahrzeug auf einer Hochreibwertfahrbahn oder Niedrigreibwertfahrbahn bewegt.The behavior of the vehicle control system in the determination times of these value pairs is observed in order to determine a value group from the determined wheel slip wheel torque value pairs that indicates a high friction roadway. In fact, it can be deduced from the behavior of the vehicle control system whether the vehicle is moving on a high friction road or a low friction road.
Wenn der Verlauf von Fahrdynamikgrößen über einen Beobachtungszeitraum, wie bspw. die Längs- und/oder Querbeschleunigung größer als ein vorgegebener Wert ist bzw. sind und keine Regelsystemeingriffe erfolgen, zeigt dieses Verhalten des Fahrzeugregelsystems eine Hochreibwertfahrbahn an. Die über diesen Beobachtungszeitraum ermittelten Radschlupf-Radmoment-Wertpaare werden zu der eine Hochreibwertfahrbahn anzeigenden Wertegruppe zusammengefasst.If the progression of driving dynamics parameters over an observation period, such as, for example, the longitudinal and / or lateral acceleration is or are greater than a predefined value and no control system interventions take place, this behavior of the vehicle control system indicates a high-friction roadway. The wheel slip wheel moment value pairs determined over this observation period are combined to form a value group indicating a high friction roadway.
Regelsystemeingriffe würden dagegen bei einer geringen Beschleunigung, Abbremsung oder Querbeschleunigung auf einen Niedrigreibwert hinweisen. Damit können eine Niedrigreibwertfahrbahn anzeigende Fahrbahngriffigkeitsklasse anhand solcher Regelsystemeingriffe plausibilisiert werden.Control system interventions, on the other hand, would indicate a low friction value at low acceleration, deceleration, or lateral acceleration. In this way, a road grade class indicating a low-friction roadway can be made plausible on the basis of such control system interventions.
Das Anzeigen einer Hochreibwertfahrbahn kann auch mittels optischen Sensoren, bspw. einer Mono- oder Stereokamera des Fahrzeugs realisiert werden. Hierbei erfolgt die Klassifizierung der Fahrbahnoberfläche mittels einer Bildauswertung der von der Kamera erfassten Fahrbahnoberfläche. Eine weitere Möglichkeit zur Anzeige einer Hochreibwertfahrbahn besteht in einem Zugriff auf externe Datenquellen, wie bspw. Wetterdaten, aus den bspw. das Nichtvorhandensein von Schnee oder Eis geschlossen werden kann. Auch können Fahrzeugregelsystemeingriffe wie bspw. ABS, TCS oder AYC (ESC) genutzt werden, um den tatsächlichen Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn zu bestimmen und so eine Hochreibwertfahrbahn angezeigt werden.Displaying a Hochreibwertfahrbahn can also be realized by means of optical sensors, for example. A mono or stereo camera of the vehicle. Here, the classification of the road surface by means of an image analysis of the detected by the camera road surface. Another way to display a Hochreibwertfahrbahn is access to external data sources, such as. Weather data from the example. The absence of snow or ice can be closed. Also, vehicle control system interventions such as ABS, TCS or AYC (ESC) can be used to determine the actual coefficient of friction between the tire and the roadway, thus indicating a high friction roadway.
Eine solche eine Hochreibwertfahrbahn anzeigende Wertegruppe stellen die bis zu einem Zeitpunkt t1 eines Beobachtungszeitraums ermittelten Radschlupf-Radmoment-Wertepaare dar, deren Reifenschlupfsteifigkeitswerte B in
Mittels eines statistischen Auswerteverfahrens (statistische Verteilungsfunktion ΔB1 = f(σ(B1))) wird ein Mittelwert ΔB1 mit dazugehörigen Streuung aus den Wertepaaren der Wertegruppe bestimmt und damit eine Hochreibwertfahrbahn anzeigende Fahrbahngriffigkeitsklasse A definiert. Die mit der Streuung bestimmten Klassengrenzen sind in
Damit können alle Reifenschlupfsteifigkeitswerte B bzw. Radschlupf-Radmoment-Wertepaare klassifiziert werden. Liegen diese Werte bzw. Wertepaare in dieser Fahrbahngriffigkeitsklasse A, bewegt sich das Fahrzeug auf einer Hochreibwertfahrbahn, im anderen Fall, wenn diese Werte bzw. Wertepaare nicht in der Fahrbahngriffigkeitsklasse A liegen, zeigen sie eine Niedrigreibwertfahrbahn an. Damit stellt diese Fahrbahngriffigkeitsklasse A ein einen Hochreibwert anzeigendes Vergleichsnormal dar.All tire slip stiffness values B or wheel slip wheel torque value pairs can thus be used be classified. If these values or value pairs lie in this roadway grip class A, the vehicle moves on a high-friction roadway; in the other case, if these values or value pairs do not lie in the roadway grip class A, they indicate a low-friction roadway. Thus, this Fahrbahngriffigkeitsklasse A represents a high friction indicative comparison standard.
Durch den Vergleich der aktuellen Reifenschlupfsteifigkeiten gegen das einen Hochreibwert anzeigende Vergleichsnormal lassen sich reifenspezifische Zusammenhänge und Parameter erkennen und eliminieren, da dieses Vergleichsnormal laufend angepasst werden kann und dadurch ein selbstlernendes Verhalten des Systems realisierbar ist, insbesondere im Zusammenhang von Reifenwechseln und Reifenabnutzung, selbst bei geänderten Umgebungsbedingungen.By comparing the current tire slip stiffnesses against the comparison standard indicating a high friction value, tire-specific relationships and parameters can be identified and eliminated, since this comparison standard can be adapted continuously and thus a self-learning behavior of the system can be realized, especially in the context of tire changes and tire wear, even if changed Environmental conditions.
Bei der Bestimmung der Fahrbahngriffigkeitsklasse A ist es vorteilhaft, die Reifenschlupfsteifigkeit B nur innerhalb von vorgegebenen Schlupfgrenzen λmin und λmax entsprechend der Darstellung nach
Das oben im Zusammenhang mit den
Damit können alle Reifenschlupfsteifigkeitswerte B bzw. Radschlupf-Radumfangskraft-Wertepaare klassifiziert werden, wobei die Radumfangskraft als Antriebs-, Brems- oder Schleppmoment vorliegt. Liegen diese Werte bzw. Wertepaare in dieser Fahrbahngriffigkeitsklasse A, bewegt sich das Fahrzeug auf einer Hochreibwertfahrbahn, im anderen Fall, wenn diese Werte bzw. Wertepaare nicht in der Fahrbahngriffigkeitsklasse A liegen, zeigen sie eine Niedrigreibwertfahrbahn an.Thus, all tire slip stiffness values B and wheel slip-wheel circumference force value pairs can be classified, wherein the wheel peripheral force is present as drive, brake or drag torque. If these values or value pairs lie in this roadway grip class A, the vehicle moves on a high-friction roadway; in the other case, if these values or value pairs do not lie in the roadway grip class A, they indicate a low-friction roadway.
Die Fahrbahngriffigkeitsklasse A stellt damit ein auf Hochreibwert liegendes Vergleichsnormal für die Reifenschlupfsteifigkeitswerte B bzw. Radschlupf-Radumfangskraft-Wertepaare (|λ|, |T|) dar.The roadway grip class A thus represents a comparison standard lying at high friction for the tire slip stiffness values B or wheel slip-wheel circumference force value pairs (| λ |, | T |).
Durch die Anwendung einer statistischen Auswertefunktion können die außerhalb der Fahrbahngriffigkeitsklasse A liegenden Reifenschlupfsteifigkeitswerte B bzw. die Radschlupf-Umfangskraft-Wertepaare (|λ|, |T|) durch Bestimmung weiterer Fahrbahngriffigkeitsklassen nicht nur als einen eine Niedrigreibwertfahrbahn anzeigender Wert klassifiziert werden, sondern auch dahingehend, ob das Fahrzeug beispielsweise auf einer schneebedeckten oder eisbedeckten Fahrbahn fährt.By using a statistical evaluation function, the tire slip stiffness values B or the wheel slip circumferential force value pairs (| λ |, | T |) lying outside the road grip class A can be classified not only as a value indicating a low friction road, but also as such by determining further road grip classes whether the vehicle is driving on a snow-covered or ice-covered road, for example.
So werden gemäß
Ferner ist aus den
Die Fahrbahngriffigkeitsklasse B zeigt eine schneebedeckte Fahrbahn, während die Fahrbahngriffigkeitsklasse C nach dem Zeitpunkt t2 (vgl.
Das oben im Zusammenhang mit den
Damit können alle Reifenschlupfsteifigkeitswerte B bzw. Radschlupf-Radumfangskraft-Wertepaare klassifiziert werden, wobei die Radumfangskraft als Antriebs-, Brems- oder Schleppmoment vorliegt. Liegen diese Werte bzw. Wertepaare in dieser Fahrbahngriffigkeitsklasse A, bewegt sich das Fahrzeug auf einer Hochreibwertfahrbahn, im anderen Fall wenn diese Werte bzw. Wertepaare nicht in der Fahrbahngriffigkeitsklasse A liegen, liegen sie entweder in der eine schneebedeckte Fahrbahn anzeigende Fahrbahngriffigkeitsklasse B oder in der eine eisbedeckte Fahrbahn anzeigende Fahrbahngriffigkeitsklasse C.Thus, all tire slip stiffness values B and wheel slip-wheel circumference force value pairs can be classified, wherein the wheel peripheral force is present as drive, brake or drag torque. If these values or value pairs lie in this roadway grip class A, the vehicle moves on a high friction roadway; in the other case, if these values or value pairs are not in the roadway grip class A, they lie either in the roadway class B indicating a snowy roadway or in one ice-covered roadway grade C.
Aus den
Die aufgrund eines Antriebs- oder Bremsmomentes gemäß
Diese Gleichsetzung ist deshalb möglich, da die Anfangssteigungen der Reifenschlupf-Umfangskraft-Kennlinie eines Reifen für den Antriebsfall und den Bremsfall – wie anhand der Schleppmomenten-Darstellung nach
Bei diesem Diagramm gemäß
Es ist auch möglich, diese Ausgleichsgeraden g1, g2 und g3 jeweils getrennt für ein angetriebenes oder gebremstes Fahrzeugrad zu bestimmen.It is also possible to determine these equalization lines g 1 , g 2 and g 3 separately for a driven or braked vehicle wheel.
Schließlich wird zur Erkennung von μ-split-Situationen der Reifenschlupf für beide an einer Fahrzeugachse mit einer Umfangskraft beaufschlagten Fahrzeugräder des Fahrzeugs ermittelt und die Reifenschlupfsteifigkeitswerte durch den Quotienten der Umfangskraft und dem Reifenschlupf des am meisten schlupfenden Fahrzeugrades berechnet.Finally, to detect μ-split situations, tire slip is determined for both vehicle wheel circumferentially applied to a vehicle axle of the vehicle, and the tire slip stiffness values are calculated by the quotient of circumferential force and tire slip of the most slipping vehicle wheel.
Die Bestimmung des Schlupf-Offsets S0 erfolgt in drehmomentfreien als auch bei (quasi-)stationären Fahrmanövern. Der Schlupf-Offset ergibt sich beispielsweise aus unterschiedlichen Abrollumfängen der Reifen z. B. hervorgerufen durch Fertigungstoleranzen, unterschiedliche Luftdrücke oder den Verschleiß einzelner Reifen und ist kein Schlupf im eigentlichen Sinne. Der Schlupf-Offset tritt in drehmomentfreien Fahrmanövern auf und kann somit im normalen Fahrbetrieb in der Regel nicht direkt bestimmt werden. Damit dem erfindungsgemäßen Verfahren Wertepaare aus Radschlupf und Radmoment bzw. Umfangskraft gesammelt werden, kann aus diesen Wertepaaren kontinuierlich eine Regressionsgerade bestimmt werden. Der Schnittpunkt der Regressionsgeraden mit der Schlupfachse entspricht dem Schlupf-Offset S0. Die
Ein Fahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die folgenden Komponenten:
- – ein Motorsteuergerät,
- – ein Bremssteuergerät,
- – eine Drehzahlerfassungseinrichtung für die Fahrzeugräder des Fahrzeugs,
- – ein Fahrdynamik-Regelsystem, und
- – eine Einrichtung zur Bestimmung eines Radmomentes oder eines Bremsmomentes als Umfangskraft des Fahrzeugrades.
- An engine control unit,
- A brake control device,
- A speed detection device for the vehicle wheels of the vehicle,
- - a vehicle dynamics control system, and
- - A device for determining a wheel torque or a braking torque as the circumferential force of the vehicle wheel.
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- DE 102004044788 B4 [0008] DE 102004044788 B4 [0008]
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