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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zum Bestimmen eines Reibwertpotentials eines Fahrbahnbelags.
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Stand der Technik
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Wenn ein Rad frei auf einem Untergrund abrollt, entsteht am Rad kein Schlupf zwischen dem Rad und dem Untergrund. Wenn das Rad jedoch angetrieben oder abgebremst wird, entsteht Schlupf. Der Schlupf ist unter anderem von einer Aufstandskraft des Rads und einem Reibwertpotenzial des Untergrunds abhängig. Das Reibwertpotential repräsentiert, welchen Anteil der Aufstandskraft das Rad als Reibungskraft zum Antreiben, Abbremsen und für Seitenführungskräfte, also zum Lenken, auf den Untergrund übertragen kann.
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Am Übergang des Rades vom stabilen in den instabilen Schlupfbereich liegt der kritische Schlupf vor. Bei kritischem Schlupf wird das Reibwertpotential vollständig ausgeschöpft und kann so exakt bestimmt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Bestimmen eines Reibwertpotentials eines Fahrbahnbelags, ein entsprechendes Steuergerät, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, das Reibwertpotential eines Fahrbahnbelags an den Positionen der Räder eines Fahrzeugs jederzeit zu bestimmen, ohne das Fahrzeug dazu in einem Grenzbereich betreiben zu müssen. Auf das Reibwertpotential am Ort eines Schwerpunkts des Fahrzeugs kann aus diesen Informationen geschlossen werden. Das Reibwertpotential kann dem Ort und/oder den Positionen zugeordnet werden und in einer Reibwertkarte hinterlegt werden. Die Reibwertkarte kann von vielen Fahrzeugen verwendet werden, um Fahrmanöver mit einer erhöhten Sicherheit zu planen und auszuführen.
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Es wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Reibwertpotentials eines Fahrbahnbelags vorgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Gesamtdrehmoment zum Betreiben eines Fahrzeugs auf zumindest zwei Raddrehmomente an Rädern des Fahrzeugs ungleich verteilt wird, wobei das Reibwertpotential unter Verwendung eines erfassten Schlupfs zwischen dem Fahrbahnbelag und zumindest einem der Räder und des an dem Rad anliegenden Raddrehmoments ermittelt wird.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird Schlupf an zumindest zwei Rädern eines fahrenden Fahrzeugs erzeugt, ohne dass eine geplante Fahraufgabe des Fahrzeugs wesentlich abgeändert wird. Schon ein geringer Schlupf an zumindest einem der Räder kann erfasst werden. Wenn der Schlupf und die Rahmenbedingungen des Schlupfs, wie Radkräfte bekannt sind, kann das Reibwertpotential ermittelt werden.
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Dabei kann zwischen verschiedenen Reibwerten differenziert werden. Ein erster Reibwert ist der aktuell genutzte und mit dem jeweiligen Schlupf korrespondierende Reibwert. Dieser hängt somit von aktuell wirkenden Längs- und Querkräften ab. Ein zweiter Reibwert bezeichnet das mögliche Maximum, also den Reibwert, der mit dem Schlupf korreliert, bei dem die größte Längskraft übertragen werden kann. Der zweite Reibwert kann als Reibwertpotential bezeichnet werden. Gummireibung kennt kein reines Haften und Gleiten.
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Das Reibwertpotential kann als Reibungskoeffizient bezeichnet werden. Das Reibwertpotential beschreibt ein Verhältnis zwischen einer Aufstandskraft eines Rads des Fahrzeugs und einer an dem Rad maximal erreichbaren Reibungskraft. Da das Rad näherungsweise unverändert bleibt, ist das Reibwertpotential im Wesentlichen abhängig von einem Fahrbahnbelag beziehungsweise einer Beschaffenheit des Fahrbahnbelags. Je kleiner das Reibwertpotential des Fahrbahnbelags ist, umso größer wird der Schlupf eines Rads auf dem Fahrbahnbelag bei gleichem Raddrehmoment.
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Ausnahmen davon bestehen beispielsweise im instabilen Schlupfbereich. Es gibt Untergründe mit hohen Reibwertpotentialen und sehr hohem kritischem Schlupf, die viel Schlupf für das Erreichen von hohen genutzten Reibwerten benötigen. Andersherum gibt es auch Untergründe, die ein geringes Reibwertpotential bei extrem niedrigem kritischen Schlupf aufweisen.
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Ein Gesamtdrehmoment kann positiv oder negativ, also ein Antriebsmoment oder ein Bremsmoment sein. Wenn das Reibwertpotential nicht bestimmt werden soll, wird das Gesamtdrehmoment so auf die Räder des Fahrzeugs verteilt, dass eine möglichst gleichmäßige beziehungsweise unverspannte Momentenverteilung resultiert. Jedoch ist eine gleichmäßige Verteilung keine Voraussetzung. Prinzipiell kann vor dem Verspannen ein beliebiger Fahrzeugregler die Momentenverteilung gestalten. Dabei können alle Räder in etwa gleich viel Schlupf aufweisen. Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird in die Momentenverteilung eingegriffen und die Momentenverteilung so verändert, dass zumindest zwei Räder des Fahrzeugs gegeneinander verspannt werden. Dabei arbeitet ein Rad gegen das andere. Beispielsweise kann an einem Rad ein größeres Raddrehmoment angelegt werden, als an dem anderen Rad. So überträgt das eine Rad mehr Kraft auf den Untergrund, als das andere Rad. Ebenso kann das eine Rad angetrieben werden, während das andere Rad abgebremst wird. Alternativ kann das eine Rad angetrieben oder abgebremst werden, während das andere Rad frei rollt.
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Der Schlupf kann an zumindest einem Rad gemessen, d.h. erfasst, werden und in einem Schlupfwert abgebildet werden. Dazu kann beispielsweise zunächst eine Reibgeschwindigkeit des Rads erfasst werden und daraus ein Schlupfwert gebildet werden. Der Schlupf kann gemessen werden, wenn ein anderes Rad des Fahrzeugs frei rollt. Wenn es kein frei rollendes Rad gibt, kann der Schlupf geschätzt werden, da die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit nur geschätzt ist. Der Schlupf kann ebenso an allen Rädern geschätzt werden. Für den hier vorgestellten Ansatz ist jedoch nur erforderlich, den Schlupf an einem Rad zu messen beziehungsweise zu schätzen.
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Die Aufstandskraft des Rads ist bekannt, kann geschätzt werden oder kann über einen Sensor im Fahrwerk bestimmt werden. Unter Verwendung des Schlupfs beziehungsweise des Schlupfwerts, des Raddrehmoments und der Aufstandskraft kann das Reibwertpotential berechnet werden.
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Zum Unterstützen einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs können die Raddrehmomente asymmetrisch zu einer Längsachse des Fahrzeugs verteilt werden, um ein die Kurvenfahrt unterstützendes Giermoment zu erzeugen. Beispielsweise kann ein sogenanntes Torque Vectoring am Fahrzeug unterstützt werden, um während der Kurvenfahrt das Reibwertpotential zu bestimmen. Zum Unterstützen beziehungsweise nicht stören einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs können die Raddrehmomente symmetrisch zur Längsachse verteilt werden. Durch die symmetrische Verteilung kann jederzeit auch bei der Geradeausfahrt das Reibwertpotential bestimmt werden.
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Die Raddrehmomente können an auf unterschiedlichen Achsen des Fahrzeugs angeordneten Rädern angelegt werden. Das eine Raddrehmoment kann beispielsweise an einem Rad der Hinterachse angelegt werden, das andere Raddrehmoment kann an einem Rad der Vorderachse angelegt werden. Bei einem Fahrzeug mit mehr als zwei Achsen kann auch eine andere Verteilung verwendet werden. Durch die Verwendung unterschiedlicher Achsen kann ein Giermoment am Fahrzeug begrenzt beziehungsweise vermieden oder gezielt erzeugt werden.
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Zumindest an dem Rad, dessen Schlupf zum Ermitteln des Reibwertpotentials verwendet wird, kann ein Raddrehmoment mit einem Mindestwert angelegt werden. Ein Mindestwert des Raddrehmoments kann erforderlich sein, um einen bestimmbaren Schlupf zu erhalten. Das Raddrehmoment des Rads kann entsprechend erhöht werden. Am anderen Rad kann das Raddrehmoment zum Kompensieren des erhöhten Raddrehmoments entsprechend verringert werden.
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An den Rädern können entgegengesetzt wirkende Raddrehmomente angelegt werden, wenn das Gesamtdrehmoment kleiner als der Mindestwert ist. Wenn das Gesamtdrehmoment zu gering ist, beispielsweise während einer beschleunigungsfreien Fahrt des Fahrzeugs, kann an einem der Räder das Raddrehmoment mit dem Mindestwert angelegt werden, am anderen Rad kann das Raddrehmoment mit umgekehrter Wirkrichtung angelegt werden. Am anderen Rad kann das Raddrehmoment bis zu einem negativen Mindestwert betragen. So kann das Reibwertpotential auch dann bestimmt werden, wenn das ursprünglich angeforderte Gesamtmoment zu gering zur Erzeugung des Schlupfs ist, der für die Bestimmung des Reibwertpotentials benötigt wird.
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Zumindest ein Rad des Fahrzeugs kann frei rollend eingestellt werden. An dem frei rollenden Rad kann eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfasst werden. Ein frei rollendes Rad weist keinen Schlupf auf. Daher kann das frei rollende Rad als Referenz für die tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs verwendet werden. Unter Verwendung der Geschwindigkeit kann der Schlupf an den anderen Rädern mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden.
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An einem Rad kann das Raddrehmoment bis zu einem positiven oder negativen Maximaldrehmoment eines das Rad radindividuell antreibenden Elektromotors angelegt werden. Unter Verwendung von Elektromotoren kann das Raddrehmoment besonders gut eingestellt werden. Ein Bremsmoment kann ohne Verwendung von Reibungsbremsen eingestellt werden. Wenn das Raddrehmoment auf das Maximaldrehmoment begrenzt ist, ist sichergestellt, dass keine zusätzlichen, weniger gut kontrollierbaren Drehmomente an den Rädern anliegen.
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Das Reibwertpotential kann unter Verwendung einer Schlupfdifferenz zwischen den Schlupfen der Räder und einer Drehmomentdifferenz zwischen den Raddrehmomenten der Räder ermittelt werden. Der Schlupf kann ferner zumindest an dem anderen Rad bestimmt werden. Die Raddrehmomente können so eingestellt werden, dass sich die Drehmomentdifferenz ergibt. Drehmomente und Schlüpfe können ausgewertet werden, um das Reibwertpotential zu ermitteln.
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Das Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.
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Das Steuergerät kann ein elektrisches Gerät mit zumindest einer Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest einer Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, und zumindest einer Schnittstelle und/oder einer Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind, sein. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein sogenannter System-ASIC oder ein Mikrocontroller zum Verarbeiten von Sensorsignalen und Ausgeben von Datensignalen in Abhängigkeit von den Sensorsignalen sein. Die Speichereinheit kann beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein. Die Schnittstelle kann als Sensorschnittstelle zum Einlesen der Sensorsignale von einem Sensor und/oder als Aktorschnittstelle zum Ausgeben der Datensignale und/oder Steuersignale an einen Aktor ausgebildet sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben. Die Schnittstellen können auch Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale des Steuergeräts und des Verfahrens in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2a bis 2e zeigen Darstellungen eines Fahrzeugs mit Momentenverteilungen gemäß Ausführungsbeispielen; und
- 3a, 3b zeigen Darstellungen von Momentenverteilungen gemäß Ausführungsbeispielen.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Steuergerät 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug weist vier Räder 104 auf, die auf eine Vorderachse 106 des Fahrzeugs 100 und eine Hinterachse 108 des Fahrzeugs 100 verteilt sind. Alle Räder 104 sind hier angetrieben beziehungsweise können einzeln angetrieben werden. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Räder 104 mit einem eigenen Elektromotor verbunden. Die Elektromotoren können ein Antriebsmoment oder ein Bremsmoment an den Rädern 104 bereitstellen. Bei radindividuellen Elektromotoren gibt es keine Achse im klassischen Sinn und keine starre Verbindung zwischen den Rädern 104 der Achse.
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Das Steuergerät 102 ist so in die Infrastruktur des Fahrzeugs 100 integriert, dass über Steuersignale für jedes Rad 104 ein individuelles Raddrehmoment 110 vorgegeben werden kann. Die einzelnen Raddrehmomente 110 addieren sich zu einem Gesamtdrehmoment 112.
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In 1 ist ein Ausgangszustand des Fahrzeugs 100 dargestellt, in dem das Steuergerät 102 nicht in eine Momentenverteilung zwischen den Rädern 104 und/oder den Achsen 106, 108 eingreift. Ein positives Gesamtdrehmoment 112 beziehungsweise eine Gesamtkraft beziehungsweise eine Gesamtbeschleunigung ax zum Betreiben des Fahrzeugs 100 ist hier gleichmäßig auf vier gleiche Ausgangsdrehmomente 114 beziehungsweise Radkräfte verteilt. Alle Räder 104 werden mit dem gleichen Ausgangsdrehmoment 114 angetrieben, um das Fahrzeug 100 vorwärts zu beschleunigen oder konstant vorwärts fahren zu lassen.
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Um den Schlupf an zumindest einem der Räder 104 zu erhöhen, kann das Steuergerät 102 die Elektromotoren so ansteuern, dass sich eine verspannte Momentenverteilung an den Rädern 104 ergibt. Der Schlupf an den Rädern 104 wird radindividuell durch eine Schlupferfassungseinrichtung erfasst. Unter Verwendung des Raddrehmoments 110 und des Schlupfs zumindest eines Rads 104 ermittelt das Steuergerät 102 ein Reibwertpotential 116 des Fahrbahnbelags unter dem Rad 104.
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Die 2a bis 2e zeigen Darstellungen eines Fahrzeugs 100 mit Momentenverteilungen gemäß Ausführungsbeispielen. Das Fahrzeug 100 entspricht dabei im Wesentlichen dem Fahrzeug in 1.
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In 2a ist die Momentenverteilung achsweise verspannt. Die Hinterachse 108 ist gegen die Vorderachse 106 vorgespannt. Dabei werden die Räder 104 an der Hinterachse 108 mit größeren Raddrehmomenten 110 angetrieben, als die Räder 104 an der Vorderachse 106. Um die Verspannung zu erreichen, ist ein Drehmomentbetrag 200 von dem Ausgangsdrehmoment 114 der Räder 104 der Vorderachse 106 zu den Rädern 104 der Hinterachse 108 verschoben worden. Das Gesamtdrehmoment 112 bleibt dabei konstant auf dem in 1 dargestellten Wert. Durch den verschobenen Drehmomentbetrag 200 ist das resultierende Raddrehmoment 110 negativ und die Räder 104 der Vorderachse 106 werden gebremst beziehungsweise an den Rädern 104 der Vorderachse 106 wird rekuperiert, während die Räder 104 der Hinterachse 108 umso mehr angetrieben werden.
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In 2b ist das Gesamtdrehmoment 112 negativ. Die Momentenverteilung ist bei einer rekuperativen Bremsung wie in 2a achsweise verspannt. Das Fahrzeug 100 wird insgesamt gebremst. Hier ist der Drehmomentbetrag 200 von dem Ausgangsdrehmoment 114 der Räder 104 der Hinterachse 108 zu den Rädern 104 der Vorderachse 106 verschoben worden. Das resultierende Raddrehmoment 110 der Räder 104 der Hinterachse 108 wird durch den verschobenen Drehmomentbetrag 200 positiv. Die Räder 104 der Hinterachse 108 werden also angetrieben, während die Räder 104 der Vorderachse 106 umso stärker gebremst werden.
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In 2c ist die Momentenverteilung einseitig verspannt. Dazu sind ein Rad 104 an der Vorderachse 106 und ein Rad 104 an der Hinterachse 108 wie in 2a gegeneinander verspannt. Im Gegensatz dazu wird das jeweils andere Rad 104 der Vorder- und Hinterachse 106, 108 weiter mit dem Ausgangsdrehmoment 114 betrieben. Durch die einseitige Vorspannung entstehen Giermomente 202, 204. Das Giermoment 202 durch das vordere Rad 104 wird dabei von dem entgegengesetzten Giermoment 204 durch das hintere Rad 104 kompensiert.
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In 2d ist die Momentenverteilung diagonal verspannt. Der Drehmomentbetrag 200 ist auf der rechten Fahrzeugseite von hinten nach vorne verschoben, während der Drehmomentbetrag 200 auf der linken Fahrzeugseite von vorne nach hinten verschoben ist. Die jeweilig resultierenden Giermomente kompensieren sich dabei gegenseitig.
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In 2e ist die Momentenverteilung asymmetrisch, während ein Rad 104 frei rollt. An dem frei rollenden Rad 104 ohne resultierendes Raddrehmoment entsteht kein Schlupf. Dadurch kann an dem frei rollenden Rad 104 eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 besonders gut erfasst werden.
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Um das fehlende Antriebsmoment des frei rollenden Rads auszugleichen, ist die Momentenverteilung der anderen drei Räder 104 so eingestellt, dass sie kein Giermoment hervorruft. Hier rollt das linke vordere Rad 104 frei. Das rechte vordere Rad 104 und das linke hintere Rad 104 werden dafür stärker angetrieben. Das rechte hintere Rad 104 wird gebremst.
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Die 3a und 3b zeigen Darstellungen von Momentenverteilungen gemäß Ausführungsbeispielen. Die Momentenverteilungen zeigen eine mittlere Momentenanforderung 300, ein Moment 302 der erhöhten Räder, ein Moment 304 der reduzierten Räder und ein resultierendes Moment 306. Das resultierende Moment entspricht dabei einem Viertel des Gesamtdrehmoments in den 2a bis 2e. Das Moment 302 der erhöhten Räder kompensiert dabei in allen Fällen das Moment 304 der reduzierten Räder, sodass das resultierende Moment 306 immer gleich der Momentenanforderung 300 ist.
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Die Momentenverteilungen sind dabei für unterschiedliche Situationen dargestellt. In einer ersten Situation 308 wird eine starke Verzögerung angefordert. In einer zweiten Situation 310 wird eine leichte Verzögerung angefordert. In einer dritten Situation 312 wird Konstantfahrt angefordert. In einer vierten Situation 314 wird eine leichte Beschleunigung angefordert. In einer fünften Situation 316 wird eine starke Beschleunigung angefordert.
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In 3a wird in jeder Situation eine konstante Differenz zwischen dem Moment 302 der erhöhten Räder und dem Moment 304 der reduzierten Räder eingestellt. Hier wird nur in der ersten Situation 308 der starken Verzögerung und in der fünften Situation 316 der starken Beschleunigung ein maximales Drehmoment der Elektromotoren an den Rädern angefordert.
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In 3b wird in jeder Situation eine maximal mögliche Differenz zwischen dem Moment 302 der erhöhten Räder und dem Moment 304 der reduzierten Räder eingestellt. Hier wird das maximale Drehmoment der Elektromotoren in jeder Situation angefordert. In der Situation 312 der Konstantfahrt sogar das maximale Drehmoment in entgegengesetzten Richtungen.
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Mit anderen Worten wird eine Methode zur Ermöglichung von Reibwertschätzungen bei Fahrzeugen mit unabhängig angetriebenen Achsen oder Rädern in Fahrsituationen mit geringer Reibwertausnutzung vorgestellt.
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Bei zukünftigen höher automatisierten Funktionen wird das Fahrzeug u.U. auch ohne das Zutun des Fahrers kritische Situationen selbstständig bewältigen. Idealerweise sollte das Fahrzeug deshalb präventiv kritische Situationen vermeiden. Hierzu sind Informationen über das Reibwertpotential der Reifen-Straße-Paarung notwendig, da dieses den Anhalteweg und die maximale Kurvengeschwindigkeit bestimmt. Hierbei spielt wiederum das Thema Vernetzung von Fahrzeugen eine wichtige Rolle, um kritische Reibwerte prädizieren und präventiv auf diese reagieren zu können. Vernetzte Fahrzeuge können dadurch deutliche Verbesserungen des Fahrkomforts und der Fahrsicherheit mit sich bringen.
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Mit bestehender Sensorik und mit Hilfe von bestehenden Modellen aus dem ESP System und Lenksystemen ist eine Abschätzung des aktuell ausgenutzten Reibwerts möglich. Beim Beschleunigen oder Verzögern des Fahrzeugs ermitteln die Reibwertschätzer die ausgenutzten Reibwerte. Bei einem aktiven Regeleingriff bestimmter Sicherheitssysteme (ABS, TCS und teils ESP) wird das vorhandene Reibwertpotential ausgeschöpft und kann exakt ermittelt werden.
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Im Freirollfall d.h. ohne Beschleunigung oder Verzögerung, kann bisher kein Straßenreibwert geschätzt werden. Um z.B. eine Reibwertkarte zu erstellen ist es wichtig, so oft wie möglich Reibwerte zu ermitteln. Da Regeleingriffe im alltäglichen Fahrbetrieb selten sind, können bspw. schlupfbasierte Schätzverfahren eingesetzt werden, die aus dem Schlupf und der Kraft in Teilverzögerungen und Teilbeschleunigungen den maximalen Reibwert ermitteln.
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Fahrsituationen mit Teilbremsungen und Teilbeschleunigungen, wie für die Schätzung mit schlupfbasierten Verfahren benötigt, treten deutlich häufiger auf, als Vollverzögerungen und Beschleunigungen mit maximalem Antriebsmoment, sind jedoch im fließenden Verkehr auf Autobahnen und Bundesstraßen trotzdem noch zu selten, um flächendeckende Reibwertinformationen zu generieren. Um die Abdeckung mit solchen Verfahren zu erhöhen, bietet der hier vorgestellte Ansatz die Möglichkeit den Schlupfzustand und die damit verbundene Reibwertausnutzung der Räder zu manipulieren und so während eines Großteils der alltäglichen Fahrsituationen Reibwertinformationen generieren zu können. Verschleiß und Energieeffizienz werden durch den hier vorgestellten Ansatz nur gering beeinflusst.
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Elektrifizierte Fahrzeuge mit gewissen Antriebstopologien bieten die Möglichkeit, einzelne Achsen oder einzelne Räder gezielt in unterschiedliche Schlupfzustände zu bringen. Voraussetzung ist ein Vierradantrieb, bei dem Vorder- und Hinterachse unabhängig angetrieben werden können und mindestens eine Achse rein elektrisch angetrieben ist. Ein radindividueller elektrischer Antrieb an einer oder beiden Achsen bietet weitere Möglichkeiten, ist aber nicht notwendig.
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Die Schlupfzustände werden durch das Erzeugen einer Radmomentendifferenz (es wird von gleichen Raddurchmessern ausgegangen, Unterschiede bei Mischbereifung können kompensiert werden) zwischen den beiden Achsen oder einzelnen Rädern herbeigeführt. Dadurch kann auch bei Fahrsituationen mit sehr geringer Reibwertausnutzung (z.B. der Konstantfahrt) an einer Achse oder einem Rad der Schlupfzustand einer Teilbremsung und an der anderen Achse oder einem anderen Rad der Schlupfzustand einer Teilbeschleunigung erzeugt werden, die dann mit bekannten Verfahren zur Reibwertschätzung genutzt werden können.
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Beim Erzeugen der Momentendifferenz wird das Gesamtmoment entsprechend der Anforderung des Fahrers oder einer aktiven autonomen Fahrfunktion beibehalten. Dazu wird entweder eine festgelegte Momentendifferenz erzeugt oder eine Achse bzw. ein Rad bis an die Momentengrenze des Antriebs gebracht. Dabei wird das zur Verfügung stehende Momentenpotential auf Radebene hinsichtlich Antrieb oder Rekuperation ermittelt und berücksichtigt. Weiterhin wird kein zusätzliches resultierendes Giermoment erzeugt. Das Antriebsmoment, das an einer Achse oder einem Rad zusätzlich aufgebracht wird, um einen höheren Antriebsschlupf zu erzeugen, wird also durch Reduktion des Moments an der anderen Achse oder den anderen Rädern ausgeglichen, wobei je nach Antriebstopologie und Fahrsituation verschiedene Verteilungen möglich sind. Diese Reduktion erfolgt in vielen Fahrsituationen bis in den Bereich des Bremsmoments.
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Besonders vorteilhaft ist die Reduktion durch eine rein elektrisch angetriebene Achse möglich, da diese in der Lage ist, das Bremsmoment durch Rekuperation, also durch den Betrieb der elektrischen Maschine als Generator, aufzubringen. Dadurch wird die an der angetriebenen Achse überschüssig eingebrachte Energie nicht durch die Reibungsbremse in Wärme dissipiert, sondern wieder an die Traktionsbatterie zurückgeführt, wodurch die Energieeffizienz des Fahrzeugs gegenüber der Nutzung der Reibungsbremse durch das Schätzverfahren nur geringfügig negativ beeinflusst wird. Weiterhin wird an den Reibungsbremsen kein zusätzlicher Verschleiß und Feinstaub generiert.
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Rekuperation kann zudem dazu genutzt werden neben Situationen mit Konstantfahrt und Beschleunigung auch in Fahrsituationen mit Verzögerung den Reibwert zu schätzen, sofern die Verzögerung durch Rekuperation erzielt wird. Hier wird die elektrisch generierte Bremskraft an einer Achse erhöht und durch eine Reduktion der Rekuperation bzw. das Aufbringen einer Zugkraft an der zweiten Achse ausgeglichen. Das Verfahren kann auch bei stärkerer Verzögerung und Beschleunigung eingesetzt werden, wobei eine geringere Momentendifferenz aufgebracht wird und so die Energiebilanz weiter verbessert wird.
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Ein weiterer Vorteil elektrisch angetriebener Achsen liegt darin, dass die Antriebs- und Bremsmomente genauer bekannt sind als bei Verbrennungsmotoren oder Reibungsbremsen. Somit ist eine Messung des Zusammenhangs zwischen Schlupfzustand und Längskraft, welcher die Grundlage für eine Reibwertschätzung bildet, an elektrisch angetriebenen Achsen mit hoher Genauigkeit möglich. Zusätzlich ist mit zwei elektrisch angetriebenen Achsen eine gleichzeitige Messung von Antriebs- und Bremsverhalten möglich, was ebenfalls die Genauigkeit erhöht. Radindividuelle Antriebe bieten eine dritte Möglichkeit zur Verbesserung der Genauigkeit. Dann kann ein Rad als frei rollend eingestellt werden, um eine schlupffreie Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit direkt zu messen.
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Basierend auf einer Echtzeit-Analyse der Reibwertkarte kann festgestellt werden, in welchen Regionen/auf welchen Straßen gerade keine aktuellen Reibwertinformationen vorliegen. Ganz gezielt können basierend darauf Fahrzeuge in der entsprechenden Region für Reibwertmessaufgaben ausgewählt werden. Auf eine faire Verteilung der Reibwertmessmanöver auf die in Frage kommenden Fahrzeuge kann aus Gründen der Materialabnutzung entsprechend geachtet werden. Der Ansatz eignet sich auch sehr gut für ein Messfahrzeug, das losgeschickt werden kann, um ganz gezielt Reibwertinformationen zu sammeln.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
