DE102019203195A1

DE102019203195A1 - Verfahren zur Messung einer Kontaktkenngröße eines Untergrunds

Info

Publication number: DE102019203195A1
Application number: DE102019203195.1A
Authority: DE
Inventors: Konrad Hilarius
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2020-09-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Kontaktkenngröße zwischen einem Rad und einem festen Untergrund und umfasst die Schritte Starten einer Lenkbewegung des Rads, Messung der für die Lenkbewegung benötigten Kraft, Messung des Lenkwinkels, Beenden der Lenkbewegung und Bestimmen der Kontaktkenngröße aus einer Diskontinuität einer von gemessener Kraft und gemessenem Lenkwinkel bestimmten Messkurve.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messung einer Kontaktkenngröße eines Untergrunds. Die Erfindung betrifft weiterhin ein zum Ausführen des Verfahrens geeignetes Fahrzeug, ein zum Ausführen des Verfahren programmiertes Computerprogramm, ein Datenträger zum Speichern des Computerprogramms, ein Datenträgersignal zum Übertragen des Computerprogramms oder der Befehle zum Ausführen eines solchen Verfahrens, sowie ein Client, ein Server und ein Client-Server-System zum Ausführen eines solchen Verfahrens bzw. Computerprogramms.
In der US 2003182045 A1 ist eine Messmethode offenbart, bei der durch zyklisches Regeln des Bremsflüssigkeitsdrucks auf die Straßenoberflächen-Reibungskraft des Fahrzeugs geschlossen werden kann.
Es sind weiterhin Messmethoden bekannt, bei denen das auditive Spektrum genutzt wird, um über die Geräusche, die ein Rad beim Abrollen auf einem Untergrund verursacht, auf die Untergrundbeschaffenheit, insbesondere eine Straßenqualität, zurückzuschließen. Dabei können vor allem Oberflächenunregelmäßigkeiten, wie zum Beispiel Löcher, insbesondere Schlaglöcher, oder lose aufliegende Materialien, wie zum Beispiel Splitt, aber auch Hohlräume und unterschiedliche Untergrundmaterialien erkannt werden.
Es ist eine Messmethode bekannt, bei der ein Sensor in einem mit Luft gefüllten Reifen angeordnet ist, wobei der Sensor den Luftdruck im Reifen misst und durch die Veränderung des Luftdrucks Löcher in einer Straße registriert werden können.
Nicht nur im Stand der Technik, sondern vor allem auch im allgemeinen Bewusstsein der Bevölkerung wird es als besonders nachteilig angesehen, wenn die Räder eines Fahrzeugs im Stand eine große Lenkbewegung ausführen. Dies ist insbesondere der Fall, da bei einer solchen großen Lenkbewegung im Stand eine Scherkraft auf die Räder ausgeübt wird und dabei Verformungen auftreten können, die zu Materialermüdung führen und die Räder beschädigen können. Außerdem wird durch die Reibung zwischen Untergrund und Rad ein erhöhter Abrieb und damit ein Materialverlust am Reifen, insbesondere am Profil, hervorgerufen. Dies alles reduziert die Lebensdauer der Räder und führt zu Sicherheitsrisiken oder Kosten, die durch den vorzeitigen Austausch der Räder verursacht werden.
Nachteilig an den im Stand der Technik bekannten Messmethoden ist, dass eine lokale Bestimmung von Materialparameter des Untergrunds, insbesondere der Haftreibung, nicht möglich ist.
Weiterhin ist es für den Benutzer eines Fahrzeugs von Nachteil, wenn Reifen beim Anfahren durchdrehen, da die beabsichtigte Reaktion des Fahrzeugs nicht ausgeführt wird. Insbesondere auf glatten Straßen kann ein Durchdrehen der Räder zu einer unkontrollierten Bewegung des Fahrzeugs führen und somit das Fahrzeug und seine Insassen, jedoch auch insbesondere in der Nähe befindliche Personen und Objekte, gefährden.
Viele Unfälle passieren auch gerade deshalb, weil das Fahrzeug die Haftung auf dem Untergrund verliert und somit eine willentliche Steuerung des Fahrzeugs nicht oder nur eingeschränkt möglich ist. Insbesondere in Kurven kommt es so zu besonders gefährliche, Situationen und zu einer erhöhten Geräuschentwicklung, oft in Form eines Quietschens.
Es wäre daher vorteilhaft, eine direkte Bestimmung der Materialparameter des Untergrunds durchzuführen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung einer Kontaktkenngröße zwischen einem Rad und einem festen Untergrund umfasst dabei die folgenden Schritte:

- Starten einer Lenkbewegung des Rads,
- Messung der für die Lenkbewegung benötigten Kraft,
- Messung des Lenkwinkels,
- Beenden der Lenkbewegung, und
- Bestimmen der Kontaktkenngröße aus einer Diskontinuität einer von gemessener Kraft und gemessenem Lenkwinkel bestimmten Messkurve.

Insbesondere wird also die Messung der für die Lenkbewegung benötigten Kraft und die Messung des Lenkwinkels im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt, während die Lenkbewegung ausgeführt wird. Das Bestimmen der Kontaktkenngröße kann auch schon nach dem Starten aber vor dem Beenden der Lenkbewegung erfolgen.
Auch wenn hier von einer zu messenden Kraft gesprochen wird, kann auch eine andere Größe, die mit der aufgewendeten Kraft in Relation steht, gemessen werden. Dies kann zum Beispiel auch ein Drehmoment, das durch einen Drehmomentsensor gemessen wird, oder eine Anregungsspannung, die für das Verursachen der Kraft aufgewendet wird, sein.
Eine Diskontinuität kann dabei entweder ein Sprung in einer Funktion, insbesondere eine Funktion der Kraft, des Lenkwinkels und/oder eine von Kraft und Lenkwinkel abhängige Funktion, und/oder eine Änderung der Funktionsvorschrift umfassen. Insbesondere kann die Diskontinuität auch eine Abweichung in der Funktion, insbesondere in der Funktion der Kraft, des Lenkwinkels und/oder in der von Kraft und Lenkwinkel abhängige Funktion, und/oder eine Änderung der Funktionsvorschrift im Vergleich zu einer Referenzfunktion umfassen.
Bevorzugt wird die Lenkbewegung derart ausgeführt, dass das Rad auf dem festen Untergrund in eine gleitende Rotationsbewegung überführt wird. Dies hat den Vorteil, dass zum Überführen des Rades in die Rotationsbewegung die Haftreibung überwunden werden muss und somit die Höhe der Haftreibung direkt bestimmbar ist.
Bevorzugt wird die Lenkbewegung derart ausgeführt, dass diese eine erste Lenkbewegung und eine zweite, der ersten Lenkbewegung entgegengesetzte Lenkbewegung umfasst. Dadurch wird die Messgenauigkeit erhöht und das Rad kann in eine Position gebracht werden, die im Wesentlichen mit der ursprünglichen Ausgangsposition identisch ist.
Bevorzugt werden mehrere aufeinanderfolgende erste und zweite Lenkbewegungen ausgeführt. Dies erhöht die Messgenauigkeit noch weiter und bietet somit eine vertrauenswürdigere Datenquelle.
Bevorzugt ist außerdem, dass die mehreren aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Lenkbewegungen mit unterschiedlichen Frequenzen und einer im Wesentlichen konstanten maximalen Auslenkung oder mit unterschiedlichen maximalen Auslenkungen und einer im Wesentlichen konstanten Frequenz ausgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Kontaktkenngröße frequenzabhängig bestimmt werden kann. Dadurch ist auch der imaginäre Anteil der gemessenen Kontaktkenngröße bekannt und kann für weitere Anwendungen in einem größeren Kontext verwendet werden. Durch die Messung bei unterschiedlichen Frequenzen kann auch die benötigte maximale Auslenkung reduziert werden.
Bevorzugt werden Umgebungsparameter bestimmt, insbesondere eine Radtemperatur, eine Untergrundtemperatur und eine Umgebungsfeuchtigkeit. Dies hat den Vorteil, dass sich die Kontaktkenngröße unter verschiedenen Bedingungen und in verschiedenen Situationen verglichen werden kann, sich die Genauigkeit erhöht und weitere Parameter davon abgeleitet werden können.
Bevorzug wird ein Haftreibungskoeffizient des Untergrunds bestimmt, wobei der Haftreibungskoeffizient des Untergrunds aus der Kontaktkenngröße, der Radtemperatur, der Untergrundtemperatur, der Umgebungsfeuchtigkeit und einem Radparameter bestimmt wird. Dies hat den Vorteil, dass Veränderungen des Untergrunds über einen Zeitraum festgestellt werden können und andere Verkehrsteilnehmer und Interessenten über die lokale Haftreibung informiert werden können, wodurch diese sich auf die Haftreibungsbedingungen einstellen können.
Bevorzugt wird ein Radparameter des Rades bestimmt, wobei der Radparameter des Rades aus der Kontaktkenngröße, der Radtemperatur, der Untergrundtemperatur, der Umgebungsfeuchtigkeit und des Haftreibungskoeffizienten des Untergrunds bestimmt wird. Dies hat den Vorteil, dass Veränderungen des Rades über einen Zeitraum festgestellt werden können und sich die Sicherheit des Fahrzeugs erhöht, da Materialermüdung und Verschleiß genauer und früher festgestellt werden können.
Bevorzugt wird das Verfahren im Stand oder bei langsamer Fahrt durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass die Auswirkungen der durchgeführten Messung auf die geplante Bewegung minimiert werden, das Fahrzeug zu jedem Zeitpunkt sicher und vorhersehbar bewegt werden und Kollisionen mit anderen Objekten vermieden werden können.
Bevorzugt wird das Verfahren während einer durch einen Fahrer, einem Fahrassistenzsystem oder von Extern ausgelösten Lenkbewegung durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass die Auswirkungen der durchgeführten Messung auf die geplante Bewegung minimiert werden, das Fahrzeug zu jedem Zeitpunkt sicher und vorhersehbar bewegt werden und Kollisionen mit anderen Objekten vermieden werden können.
Erfindungsgemäß ist auch ein Fahrzeug, das eines der oben beschriebenen Verfahren durchführt und bei dem zumindest eine Sensorik zum Erfassen der Messdaten vorhanden ist, vorgesehen. Dabei kann der oder die Sensoren als eine intrinsische Sensorik ausgestaltet sein. Insbesondere können diese Sensordaten mit einer Rechen- oder Auswerteeinheit, welche Funktionen des maschinellen Lernens oder andere Methoden der künstlichen Intelligenz aufweisen kann, zur Ermittlung einer Kontaktkenngröße aus den Sensordaten verbunden sein. Ferner kann die Ermittlung einer Kontaktkenngröße oder der Zugriff auf Daten und Sensordaten auch aus Car2X-Kommunikationen (Car-to-X), welche das Fahrzeug über eine Kommunikationsschnittstelle empfängt und/oder versendet, gebildet werden.
Die Vorteile des Verfahrens können auch auf das Fahrzeug übertragen werden.
Erfindungsgemäß ist auch ein Computerprogramm vorgesehen, das dazu programmiert ist, die Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern, wenn das Computerprogramm beispielsweise auf einer Verarbeitungseinheit oder Recheneinheit ausgeführt wird.
Dadurch kann das Verfahren nachträglich einfach in Fahrzeuge und/oder Smartphones nachgerüstet bzw. aufgespielt werden.
Erfindungsgemäß ist auch ein Datenträgersignal, das das oben beschriebene Computerprogramm überträgt, vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass ein einfaches Nachrüsten von Fahrzeugen oder Installieren auf Smartphones möglich ist. Dies kann beispielsweise durch Einspielen des Computerprogramms mittels einer drahtlosen Kommunikationsschnittstelle durch einen Nutzer oder einen Besitzer vorgenommen werden. Außerdem kann das Datenträgersignal auch einzelne Befehle oder Daten des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragen.
Erfindungsgemäß ist auch ein Datenträger, auf dem das Computerprogramm aufgespielt wird, vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass ein einfaches Nachrüsten von Fahrzeugen oder Installieren in Smartphones möglich ist. Dies kann beispielsweise durch Einspielen des Computerprogramms mittels einer Speicherkarte oder einer drahtgebundenen Kommunikationsschnittstelle durch einen Nutzer oder Besitzer vorgenommen werden.
Erfindungsgemäß ist auch ein Client, auf dem das Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens installiert werden kann oder der die Befehle des Verfahrens ausführt, vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass ein einfacher Datenaustausch und eine erhöhte Rechenleistung ermöglicht werden.
Erfindungsgemäß ist auch ein Server, auf dem das Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens oder zur Auswertung der Kontaktkenngröße installiert und betrieben werden kann und zum Versenden und Empfangen des Datenträgersignals, vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass ein einfacher Datenaustausch und eine erhöhte Rechenleistung ermöglicht werden.
Erfindungsgemäß ist auch ein Client-Server System, das das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
Ein Rad ist eine Einrichtung, die dazu ausgelegt ist, durch eine Bewegung ein Fortbewegung auszulösen oder eine Bewegung eines Körpers zu unterstützen, insbesondere eine Fortbewegung. Dabei vollführt ein Rad eine zumindest teilweise Drehung um zumindest eine Achse, die Raddrehachse, und steht vorzugsweise in Wirkverbindung mit einem einen Widerstand erzeugendem Stoff. Insbesondere wird eine Rollreibung zwischen dem Stoff und dem Rad generiert, die es dem Rad erlaubt, durch Abrollen eine Bewegung zu generieren. Auch wenn ein Rad im üblichen Sprachgebrauch die äußere Form eines Zylinders aufweist und die Drehung sich um die Zylinderachse und entlang des Kreisumfangs ereignet, kann ein Rad auch eine Form eines Vielecks, zum Beispiel eines Drei-, Vier oder eines anderen Mehrecks, einer Kugel oder eines anderen, nicht notwendigerweise rotationssymmetrischen Körpers aufweisen. Insbesondere kann ein Rad auch in Form eines Multi- oder Omniwheels ausgestaltet sein.
Ein Rad kann einen festen, einen zumindest teilweise elastischen oder einen vollständig elastischen Stoff und/oder ein Stoffgemisch umfassen.
Untergrund ist jegliches Material, das sich mit dem Rad in Kontakt befindet, insbesondere auf dem sich das Rad fortbewegt. Vorzugsweise befindet sich der Untergrund unterhalb des Rads. Ein fester Untergrund ist hierbei derart definiert, dass das Rad bei einer Drehung um die Radachse genug Widerstand erfährt, so dass es sich durch (Ab-)Rollen von der Stelle fort und weiterbewegen kann. Dabei ist mit einem festen Untergrund ausdrücklich auch ein mit einem Material bedeckter Untergrund umfasst, wobei sich dieses Material auch von dem Material des Untergrunds unterscheiden kann und wobei dieses Material fest oder lose auf dem Untergrund liegt oder keine dauerhafte oder feste Verbindung mit dem Untergrund besitzt und die Eigenschaften des Untergrunds, insbesondere den Widerstand des Untergrunds, verändern oder ganz aufheben kann. Beispiele für solche Untergründe sind Straßen, insbesondere asphaltierte Straßen, Wege, Oberflächen oder ähnliche Untergründe, die auch mit zumindest einem aus Wasser, Eis, Blätter, Splitt, Straßenmarkierungen, Ölen, Treibstoffen, Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Blut, Harnstoff, teilweise festen Stoffen, wie zum Beispiel organisches Material, insbesondere Kadavern, im Speziellen Tierkadavern, Pflanzen, Pflanzenreste oder Pflanzenbestandteile zumindest teilweise bedeckt sein können.
Ein Untergrund umfasst dabei eine im Wesentlich zusammenhängende und/oder aus verschiedenen Abschnitten zusammengesetzte Oberfläche, die durch Löcher, Spalten und/oder andere Unregelmäßigkeiten unterbrochen sein kann. Ein Untergrund muss keine ebene Fläche darstellen, er kann auch lokal und/oder global durch Erhebungen und Senkungen, durch Steigungen und Gefälle charakterisiert sein.
Eine Kontaktkenngröße ist eine physikalische Größe, die durch zumindest eine Eigenschaft von Untergrund und Rad, insbesondere durch den Kontakt zwischen Rad und Untergrund, charakterisiert ist. Sie kann von anderen physikalischen Größen und Eigenschaften wie Material, Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Geometrie, Profil, Volumen, Masse, Gewicht, Zeit Geschwindigkeit, Beschleunigung, Energie, elektromagnetische Strahlung, akustische Wellen beeinflusst werden und/oder abhängig sein. Insbesondere ist dies ein Reibungskoeffizient, wie zum Beispiel ein Haftreibungskoeffizient.
Eine Lenkbewegung ist eine Bewegung, die die räumliche Ausrichtung zumindest einer der Raddrehachsen verändert. Vorzugsweise wird damit die Ausrichtung einer Raddrehachse in einer parallel zur Oberfläche des Untergrunds verlaufenden Ebene verändert, insbesondere kann die Raddrehachse um einen Oberflächennormalenvektor des Untergrunds gedreht werden.
Eine gleitende Bewegung ist eine Bewegung, bei der die Haftreibung, die der Bewegung entgegengesetzt ist, derart überwunden wird, dass der die Gleitbewegung ausführende Körper, insbesondere das Rad, auf dem Untergrund gleitet.
Räder eines Fahrzeugs können einzeln an einer Radachse oder mit einem oder mehreren anderen Räder gemeinsam aufgehängt sein. Auch können die Räder einzeln oder gemeinsam eine Lenkbewegung ausführen. Bevorzugt können die Räder einzeln angesteuert werden, um unabhängig voneinander eine Lenkbewegung auszuführen. Bei einer Vielzahl von Fahrzeugen, die über zwei oder mehr Achsen mit jeweils zwei oder mehr Räder verfügen, ist ein Räderpaar oder sind mehrere Räderpaare starr, während ein Räderpaar dazu ausgelegt ist, gemeinsam eine Lenkbewegung auszuführen, um die Richtung des Fahrzeugs zu ändern.
Die Räder eines Fahrzeugs sind oftmals die einzigen Bestandteile, die einen mechanischen Kontakt zum Untergrund aufweisen. Dies minimiert die mechanische Reibung des Fahrzeugs und sorgt so für eine erhöhte Effizienz. Der mechanische Kontakt zwischen Rad und Untergrund eröffnet die Möglichkeit, die Untergrundbedingungen direkt zu messen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird dabei von einem auf einem Untergrund im Wesentlichen stillstehenden Fahrzeug ausgeführt. Dabei wird zuerst eine Scherbelastung auf zumindest ein Rad durch eine Lenkbewegung ausgeübt. Die Kraft, die zum Ausführen der Lenkbewegung notwendig ist, wird zum Beispiel durch einen Kraftsensor, insbesondere einen Kraftumwandler, gemessen. Zusätzlich wird die Radposition und/oder der Lenkwinkel, insbesondere der Rotationswinkel der Lenkachse, über einen Positionssensor gemessen.
Abhängig von den Materialparametern des Rades gibt es eine elastische Region, bei der sich das Material elastisch verformt, sich die Kontaktfläche zum Untergrund aber im Wesentlichen nicht verändert. Die elastische Region liegt dabei typischerweise in einem Bereich weniger als 1° des Rotationswinkels der Lenkachse. Der relevante Materialparameter wird entweder gemessen, insbesondere bei kontrollierten Bedingungen, oder ist bereits bekannt. Zum Beispiel kann der Materialparameter bereits durch die Produktion festgelegt sein oder nach der Produktion gemessen werden.
Wenn die Scherbelastung weiter erhöht wird, wird die Haftreibung, die das Rad und den Untergrund verbindet, überwunden, und das Rad wird durch die Lenkbewegung in eine insbesondere gleitende Rotationsbewegung versetzt. Dadurch verändert sich die Scherbelastung und damit auch die vom Kraftsensor gemessene Kraft, insbesondere das vom Drehmomentsensor gemessene Drehmoment. Dadurch kann die Kontaktkenngröße zwischen Untergrund und Rad bestimmt werden.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren werden unterschiedliche Scherbelastungsraten verwendet, um die Kontaktkenngröße, insbesondere eine komplexe Kontaktkenngröße, frequenzabhängig zu bestimmen. Die Veränderung des Punkts, an dem das Rad die Haftreibung verliert, in Abhängigkeit der Scherbelastungsrate enthüllt Informationen über die Struktur des Untergrunds.
Darauf basierend können veränderte Untergrundeigenschaften festgestellt werden. Dabei sind vor allem die Kontaktkenngröße reduzierende Untergrundeigenschaften, insbesondere glatte oder rutschige Materialien oder Zustände, zum Beispiel nass, vereist oder verschmutzt, aber auch Untergrundeigenschaften, die die Kontaktkenngröße vergrößern, wie zum Beispiel flüssiger Teer, Klebstoffe oder andere haftende, die Reibung erhöhenden Materialien und Zustände umfasst.
Wenn die Materialeigenschaften des Untergrunds bekannt sind, kann durch die Messung der Kontaktkenngröße die Eigenschaften des Rades, insbesondere der Schermodul des Rades, bestimmt werden. Dadurch können Informationen über den Zustand des Rades gewonnen werden, zum Beispiel ob das Material des Rades beschädigt oder ausgelaugt ist. Wird so eine Messung in verschiedenen zeitlichen Abständen wiederholt, kann auch auf eine in der Zwischenzeit erfolgte Veränderung der Radeigenschaften geschlossen werden, zum Beispiel auf Materialermüdung oder Profilverlust. Insbesondere könne dadurch Unfälle und Fehlfunktionen, die durch Materialermüdung oder anderen Verschleiß ausgelöst werden, frühzeitig erkannt werden. Auch bei unbekannten, aber konstant bleibenden Materialeigenschaften des Untergrunds kann bei sich wiederholenden Messungen auf eine zeitliche Veränderung der Materialeigenschaften des Rads geschlossen werden. Insbesondere in einem für das Fahrzeug reservierten Bereich, wie zum Beispiel einer Ladestation, einem Parkplatz oder einer Garage, können bei gleichbleibenden Bedingungen die durch das Verfahren durchgeführten Messungen zur Bestimmung der Radeigenschaften ausgeführt werden.
Das Verfahren kann nicht nur im Stand, sondern auch bei langsamer Fahrt ausgeführt werden. So kann zum Beispiel auf einem Parkplatz, auf einem Startplatz, an einer Kreuzung, an einer Ampel, bei langsam fließenden oder stillstehendem Verkehr, insbesondere während eines Staus oder in einer Warteschlange, das Verfahren durchgeführt werden. Insbesondere bei der frequenzabhängigen Bestimmung der Kontaktkenngröße kann die Messung auch bei einer höheren Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Wenn das Fahrzeug bei Stillstand oder bei langsamer Fahrt eine Lenkbewegung ausführt, können die Daten entsprechend des Verfahrens gewonnen und verarbeitet werden.
Weiterhin kann das Verfahren durch ein äußeres Signal, zum Beispiel durch das Signal einer Straßenbeobachtungseinrichtung oder von extern, wie zum Beispiel von einer Station, insbesondere einer Fahrzeugstation oder einer Verkehrsüberwachungsstation, ausgelöst werden.
Insbesondere bei der externen Auslösung des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass das Lenkrad zumindest zum Teil von der Lenkbewegung entkoppelt wird, so dass die durch das Verfahren ausgelöste Lenkbewegung möglichst keine Bewegung des Lenkrades auslöst.
Die gewonnen Daten können von dem Fahrzeug selbst verarbeitet werden. Die Daten können aber auch zur Weiterverarbeitung nach Extern weitergegeben werden.
Zusätzlich kann der Druck, mit dem das Rad auf den Untergrund drückt, verändert werden, um eine oder mehrere zusätzliche Messungen mit veränderten Parametern durchzuführen. Dies kann zum Beispiel durch eine hydraulische oder elektrische Federung oder ein entsprechendes Fahrwerk, durch Gewichtsverlagerung, einer Veränderung einer Radgröße oder eine beliebige Kombination solcher Methoden realisiert werden.
Zusätzlich können vorteilhafterweise bestimmte Parameter wie Radtemperatur, Untergrundtemperatur, Luftdruck, der Luftdruck der Umgebung und auch ein Luftdruck eines Reifens, sowie Feuchtigkeit bestimmt werden.
Die aus dem Verfahren gewonnenen Informationen können im Fahrzeug weiter verwendet werden, um zum Beispiel das Durchdrehen von Rädern beim Anfahren zu verhindern.
Diese Informationen können auch an andere Fahrzeuge und Einheiten weitergeben werden. So kann zum Beispiel eine Warnung vor einer rutschigen oder verschmutzten Fahrbahn an nachfolgende Fahrzeuge gesendet werden.
Wird das Verfahren von einem oder mehreren Fahrzeugen an mehreren Stellen ausgeführt, kann eine detaillierte Karte über die Untergrundeigenschaften erstellt werden. Dadurch kann die zeitliche Veränderung der Untergrundeigenschaften dokumentiert werden. Außerdem kann damit auf kurzzeitige Veränderungen der Untergrundbeschaffenheit hingewiesen werden. So könnte zum Beispiel, wenn durch das Verfahren ein vereister Untergrund festgestellt wird, eine Warnung versendet oder ein Fahrzeug oder ein System zum Auflösen der Vereisung eingesetzt werden.
Insbesondere können die durch das Verfahren gewonnenen Daten in einer Cloudanwendung gespeichert und anderen Fahrzeugen und Stellen zur Verfügung gestellt werden.
Wird das Verfahren von einem oder mehreren Fahrzeugen an mehreren Stellen ausgeführt, kann auch die zeitliche Veränderung der Materialeigenschaften der Räder festgestellt werden. So könnte festgestellt werden, welche Räder auf welchem Untergrund die vorteilhafteren Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel könnte für einen bestimmten Untergrund oder für eine bestimmte Region die Radeigenschaften, insbesondere die Materialzusammensetzung, verändert werden, um zum Beispiel den Materialverschleiß zu reduzieren.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch:

1a und 1b ein Rad mit Untergrund in einer Ausgangstellung und einer gedrehten Stellung;
2a und 2b Ablaufdiagramme für verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
3a bis 3f Messkurven für verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßes Fahrzeugs;
5 eine Darstellung einer Rechnereinheit mit einem erfindungsgemäßen Datenträger; und
6a bis 6d verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In den 1a und 1b sind zwei verschiedene Draufsichten eines Rads R dargestellt. Das Rad R umfasst dabei eine Rotationsachse RA und eine Lenkachse LA und ist mit dem Untergrund U in Kontakt. Die Messung der Kontaktkenngröße wir durch eine Drehung des Rads R um die Lenkachse LA ermöglicht. Dabei kann das Rad von einer ersten Ausgangsposition über eine erste Lenkbewegung in eine erste Endposition bewegt werden. Durch eine zweite, der ersten Lenkbewegung entgegengesetzte Lenkbewegung kann das Rad R in eine zweite Endposition bewegt werden, die auch identisch mit der ersten Ausgangsposition sein kann. In 1b ist gezeigt, dass durch die Drehung um die Lenkachse LA die räumliche Lage der Rotationsachse RA um den Lenkwinkel L verändert und die neue Lage RA' eingenommen wird. Die ursprüngliche Radstellung ist hier gepunktet dargestellt.
Die Lenkachse LA ist in den 1a und 1b beispielhaft als eine mögliche, vereinfachte Darstellung zentral über dem Rad angeordnet, kann jedoch auch in jeder beliebigen Position angeordnet sein, zum Beispiel neben oder vor dem Rad.
Auch wenn hier nur die Lenkung in eine Richtung gezeigt ist, kann selbstverständlich das Rad in mehrere Richtungen gedreht werden. Außerdem kann es auch mehrere Lenkachsen geben, so dass das Rad um unterschiedliche Winkel in verschiedene räumliche Lagen gedreht werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist in 2a dargestellt und umfasst zumindest die Schritte „Starten einer Lenkbewegung“, „Messung ausführen“, „Beenden der Lenkbewegung“ und „Kontaktkenngröße bestimmen“

- Messung der für die Lenkbewegung benötigten Kraft (F),
- Messung des Lenkwinkels (L),
- Beenden der Lenkbewegung, und
- Bestimmen der Kontaktkenngröße aus einer Diskontinuität der einer vonKurve aus gemessener Kraft (F) und gemessenem Lenkwinkel (L) bestimmten Messkurve. „Lenkbewegung ausführen“, „Messung ausführen“ und „Kontaktkenngröße bestimmen“.

Im Schritt „Starten einer Lenkbewegung“ wird die Lenkung des Fahrzeugs durch den Fahrer, durch ein Fahrassistenzsystem oder von Extern, insbesondere von einer Station, durch ein Smartphone und/oder einem anderen Fahrzeug, betätigt.
Im Schritt „Messung ausführen“ werden die Messdaten von den Sensoren aufgenommen und zur Verarbeitung weitergeleitet. Insbesondere wird die Messung des für die Lenkbewegung benötigten Kraft und die Messung des Lenkwinkels ausgeführt. Im Schritt „Messung ausführen“ können auch die Umgebungstemperatur, Luftfeuchte und zusätzliche verfügbare Parameter wie beispielsweise die Radtemperatur bereits ermittelt werden. Die Verarbeitung kann entweder fahrzeugintern oder extern, zum Beispiel in einer Station, insbesondere einem Rechenzentrum, einem Smartphone oder einer anderen, nicht fest im Fahrzeug verbauten Recheneinheit passieren.
Im Schritt „Beenden der Lenkbewegung“ wird die Lenkbewegung beendet.
Im Schritt „Kontaktkenngröße bestimmen“ werden die im Schritt „Messung ausführen“ aufgenommenen Daten durch eine Recheneinheit derart weiterverarbeitet, dass die Kontaktkenngröße zwischen dem Rad und dem Untergrund bestimmt werden kann. Insbesondere wird die Kraftkurve und die Lenkwinkelkurve oder der Schermodul analysiert.
Alternativ kann der Schritt „Bestimmen der Kontaktkenngröße auch bereits nach dem Schritt „Messung ausführen“ stattfinden, noch vor dem Schritt „Beenden der Lenkbewegung“.
Alternativ oder zusätzlich können im Schritt „Bestimmen der Umgebungsparameter“ Parameter, bestimmt werden, die für eine Weiterverarbeitung und Analyse des Kontaktparameters verwendet werden können. Beispiele für solche Umgebungsparameter sind Druck, Temperatur, insbesondere Untergrundtemperatur und Radtemperatur, Feuchtigkeit und Strahlungsintensität. Der Schritt „Bestimmen der Umgebungsparameter“ kann aber auch zumindest zum Teil in einem anderen Schritt enthalten bzw. von ihm umfasst sein.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren noch den Schritt „Ergebnis verarbeiten“ umfassen. Dabei kann dann mithilfe anderer Daten, wie zum Beispiel Radtemperatur, Untergrundtemperatur, Umgebungsfeuchtigkeit und dem Radparameter, der Haftreibungskoeffizient berechnet werden. Alternativ kann mithilfe anderer Daten, wie zum Beispiel Radtemperatur, Untergrundtemperatur, Umgebungsfeuchtigkeit und dem Haftreibungskoeffizienten, der Radparameter berechnet werden. Dabei können vorteilhafterweise bereits bekannte Werte, von Sensoren, wie zum Beispiel vom Temperatur- oder Drucksensoren, erhaltene Werte oder von extern zur Verfügung gestellte Werte benutzt werden. Im Schritt „Ergebnis verarbeiten“ kann auch das Ergebnis der Berechnungen innerhalb des Fahrzeugs, aber auch extern verteilt werden. Insbesondere sind damit andere Fahrzeuge umfasst, die an der getesteten Stelle vorbeikommen oder planen, an dieser Stelle vorbeizukommen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren noch den Schritt „Messanfrage“ umfassen. Dabei kann durch einen Fahrer, ein Fahrassistenzsystem oder von Extern, insbesondere von einer Station, einem anderen Fahrzeug oder einem Kommunikationssystem, wie zum Beispiel einem Smartphone, eine Anfrage an das System gesendet werden, ob eine Messung der Kontaktkenngröße möglich bzw. erlaubt ist. Wird dies bejaht, kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Kontaktkenngröße gestartet werden. Es kann aber auch sein, dass der Fahrer, ein Fahrassistenzsystem oder von Extern, insbesondere von einer Station, einem anderen Fahrzeug oder einem Kommunikationssystem, wie zum Beispiel einem Smartphone, die Messung nicht freigibt oder die Messung nicht möglich ist. Dies kann insbesondere dann sein, wenn die Messung einen negativen Einfluss auf die Sicherheit des Fahrzeugs, anderer Fahrzeuge und/oder Objekte in der Umgebung hätte.
Die einzelnen Schritte, insbesondere die Schritte „Starten einer Lenkbewegung“, „Messung ausführen“, „Beenden der Lenkbewegung“ und „Kontaktkenngröße verarbeiten“, können auch mehrmals durchgeführt werden.
In 2b ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens explizit gezeigt, dass die Schritte „Messanfrage“, Starten einer Lenkbewegung“, „Messung ausführen“, „Beenden der Lenkbewegung“, „Kontaktkenngröße bestimmen“ und „Ergebnis verarbeiten“ umfasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mehrmals hintereinander ausgeführt werden.
Die 3a bis 3c zeigen verschiedene Messkurven für den Lenkwinkel L und die Kraft K zu verschiedenen Zeiten t der Messung. Am Punkt t=0 beginnt die Messung. Wenn Kräfte verglichen werden, dann ist damit vor allem der Betrag der jeweiligen Kräfte gemeint. Aus dem Zusammenhang ist die Richtung der wirkenden Kraft ersichtlich.
3a zeigt eine Messkurve, bei der das Rad keinen elastisch verformbaren Bereich aufweist und keine Haftreibung und Gleitreibung vorhanden ist. In 3a ist der Lenkwinkel L und die Kraft F zum Zeitpunkt t=0 jeweils auch Null. Mit Beginn des Verfahrens t > 0 wird eine Kraft F1 für die Lenkbewegung aufgewendet. Diese Kraft entspricht dabei mindestens der Kraft, die dafür benötigt wird, das Rad zu drehen. Die Größe ist dabei abhängig von internen Werten, wie zum Beispiel Reibungswerten und Masseträgheit und vorteilhafterweise bereits bekannt. Der Lenkwinkel des Rades folgt dann proportional zu der angelegen Kraft bis zu einem Lenkwinkel L1. Im Allgemeinen wird dies nicht der maximale Lenkwinkel des Rades sein, auch wenn es möglich wäre, dass es der maximale Lenkwinkel ist. Es kann auch einfach ein Endpunkt der Messung sein. Im Beispiel von 3a wird zur besseren Verständlichkeit eine konstante Kraft F1 aufgewendet und eine einfache lineare Beziehung zwischen Kraft F und Lenkwinkel L gezeigt. Die Beziehung kann jedoch auch eine nichtlineare Beziehung und/oder Diskontinuitäten umfassen.
Die 3b und 3c zeigen Messkurven, bei denen Haft- und Gleitreibung zwischen dem Untergrund und dem Rad vorhanden sind. Die Messkurven sind in verschiedenen Bereiche I, II, III, IV und V aufgeteilt, deren Dauer von den Ereignissen, die zu den Zeitpunkten t1 bis t4 stattfinden, bestimmt sind.
In 3b ist wieder ein Fall dargestellt, in dem das Rad keinen elastisch verformbaren Bereich aufweist. Der Lenkwinkel L und die Kraft F sind zum Zeitpunkt t=0 jeweils auch Null. Mit Beginn des Verfahrens t > 0 wird zuerst die Kraft F1 für die Lenkbewegung aufgewendet, wobei jedoch durch die Haftreibung keine Auslenkung stattfindet. Die Kraft F wird solange weiter erhöht, bis die Kraft F den Wert F2 zum Zeitpunkt t1 erreicht, bei dem die Haftreibung gerade überwunden wird. Im Bereich II vollführt das Rad dann eine gleitende Rotationsbewegung. Die dafür benötigte Kraft F3 ist im Allgemeinen niedriger als die Kraft F2, aber größer als die Kraft F1.Während das Rad auf dem Untergrund gleitet, verändert sich die Auslenkung dementsprechend. Im Beispiel von 3b wird zur besseren Verständlichkeit eine konstante Kraft F3 aufgewendet und eine einfache lineare Beziehung zwischen Kraft F und dem Lenkwinkel L gezeigt. Die Beziehung kann jedoch auch eine nichtlineare Beziehung und/oder Diskontinuitäten umfassen. Zum Zeitpunkt t2 erreicht die Auslenkung ihre Endposition. Dies muss nicht notwendigerweise die maximale Auslenkung des Rades sein, auch wenn es möglich wäre, dass es die Maximalauslenkung ist. Es kann auch einfach ein Endpunkt der Messung sein.
In 3c ist ein Fall dargestellt, in dem das Rad einen elastisch verformbaren Bereich aufweist. Der Lenkwinkel L und die Kraft F sind zum Zeitpunkt t=0 jeweils auch Null. Mit Beginn des Verfahrens t > 0 wird zuerst die Kraft F1 für die Lenkbewegung aufgewendet. Die Kraft F wird solange weiter erhöht, bis die Kraft F den Wert F2' zum Zeitpunkt t1 erreicht, bei dem die Haftreibung gerade überwunden wird. Im Bereich I findet außerdem eine elastische Verformung des Rades statt, so dass im Gegensatz zu 3b trotz dem, das die Haftreibung größer als die im Bereich I aufgewendete Kraft ist, eine Auslenkung stattfindet. In 3c ist beispielhaft eine nichtlineare Beziehung zwischen Kraft F und Lenkwinkel L gezeigt. Die Beziehung kann jedoch auch eine lineare Beziehung und/oder Diskontinuitäten umfassen.
Im Bereich II vollführt das Rad dann eine gleitende Rotationsbewegung. Die dafür benötigte Kraft F3` ist im Allgemeinen niedriger als die Kraft F2`, aber größer als die Kraft F1. Die Kraft F3` ist im Allgemeinen auch größer als die Kraft F3 aus dem Beispiel der 3b, da Kraft zusätzlich für das Halten der elastischen Verformung aufgebracht werden muss. Es kann aber auch sein, dass mit dem Beginn des Gleitens die Rückstellkraft durch die elastische Verformung groß genug ist, um die elastische Verformung zumindest teilweise rückgängig zu machen. Während das Rad auf dem Untergrund gleitet, verändert sich die Auslenkung dementsprechend. Im Beispiel von 3c wird im Bereich II zur besseren Verständlichkeit eine konstante Kraft F3` aufgewendet und eine einfache lineare Beziehung zwischen Kraft F und Lenkwinkel L gezeigt. Die Beziehung kann jedoch auch eine nichtlineare Beziehung und/oder Diskontinuitäten umfassen. Zum Zeitpunkt t2 erreicht die Auslenkung ihre Endposition. Dies muss nicht notwendigerweise die maximale Auslenkung des Rades sein, auch wenn es möglich wäre, dass es die Maximalauslenkung ist. Es kann auch einfach ein Endpunkt der Messung sein.
Nach dem Zeitpunkt t2 wird die Lenkrichtung umgekehrt. Dabei kann im Bereich III im Allgemeinen eine Kraft F4 aufgebracht werden, die niedriger als die Kraft F3` und/oder auch niedriger als die Kraft F1 sein kann, da die Rückstellkraft der elastischen Verformung in die gleiche Richtung wie die aktuelle Lenkbewegung wirkt. Dadurch baut sich zuerst die elastische Verformung ab, was zu einem Zeitpunkt t3 erreicht ist. Während das Rad sich elastisch verformt, verändert sich die Auslenkung dementsprechend. Im Bereich III ist außerdem beispielhaft eine nichtlineare Beziehung zwischen Kraft F und Lenkwinkel L gezeigt. Die Beziehung kann jedoch auch eine lineare Beziehung und/oder Diskontinuitäten umfassen.
Der Bereich IV kann dadurch charakterisiert sein, dass eine elastische Verformung des Rades nun in die aktuelle Lenkrichtung stattfindet, wodurch mindestens eine Kraft F1' aufgewendet werden muss. Die Kraft F1' kann mit der Kraft F1 übereinstimmen, aber auch verschieden sein, je nachdem, ob die Verformung des Rades in beide Richtungen die gleiche Kraft erfordert oder ob das Rad in einer der Richtungen weniger elastisch ist. Während das Rad sich elastisch verformt, verändert sich die Auslenkung dementsprechend. Im Bereich IV ist außerdem beispielhaft eine nichtlineare Beziehung zwischen Kraft F und Lenkwinkel L gezeigt. Die Beziehung kann jedoch auch eine lineare Beziehung und/oder Diskontinuitäten umfassen.
Zum Zeitpunkt t4 setzt nun wieder eine gleitende Rotationsbewegung ein, wenn die Haftreibung überwunden wird. Die dafür benötigte Kraft F3" ist im Allgemeinen niedriger als die Kraft F2", aber größer als die Kraft F1.Während das Rad auf dem Untergrund gleitet, verändert sich die Auslenkung dementsprechend. Im Bereich V ist außerdem beispielhaft eine lineare Beziehung zwischen Kraft F und Lenkwinkel L gezeigt. Die Beziehung kann jedoch auch eine nichtlineare Beziehung und/oder Diskontinuitäten umfassen.
Zum Zeitpunkt t5 hat das Rad entweder seine ursprüngliche Ausgangsposition oder eine andere Endposition erreicht.
Auch wenn in den verschiedenen Bereichen in den 3a bis 3c zur Erleichterung des Verständnisses nur konstante oder sich linear erhöhende Kräfte gezeigt sind, sind auch ganz andere Verläufe, insbesondere nichtlineare Verläufe, umfasst.
Weiterhin kann es durch Veränderungen, insbesondere Veränderungen des Radmaterials, der Steuerung, des Lenksystems und/oder des Untergrunds zu sich verändernden Kraftwerten und verändernden Beziehungen zwischen Kraft und Lenkwinkel kommen. Insbesondere kann es zu Hystereseeffekten kommen. Unter anderem durch Mehrfachmessungen können solche Effekte bei der Bestimmung der Kontaktkenngröße berücksichtigt werden.
Die 3d bis 3f zeigen weitere Messkurven des Verfahrens.
3d zeigt die Auslenkung des Lenkwinkels L in Abhängigkeit der Zeit t. Für das Verfahren wird der Lenkwinkel L in einer sinusförmigen Bewegung zyklisch mit der Kreisfrequenz ω und einem maximalen Ausschlag von L0 ausgelenkt. Die benötigte Anregungsspannung T wird dabei von einem Drehmomentaufnehmer bestimmt. Die Anregungsspannung ist gegenüber dem Lenkwinkel um δ phasenverschoben und hat eine maximale Amplitude To. Aus der Phasenverschiebung und der Kreisfrequenz lässt sich der komplexe Schubmodul G* berechnen, mit dem realen Speicheranteil G', sowie dem imaginären Verlustanteil G".
3e zeigt in einer doppelt logarithmischen Darstellung einen typischen Verlauf des Speicheranteils G' und des Verlustanteils G" vom Material eines Reifens über einen breiten Frequenzbereich ω und einen beispielhaften Messbereich. Typische Frequenzbereiche für die Messung liegen zum Beispiel bei 0,01 Hz - 1 Hz oder 0,1 Hz - 10 Hz.
3f zeigt in einer doppelt logarithmischen Darstellung den Verlauf des Speicheranteils G' und des Verlustanteils G" aus 3e innerhalb des Messbereichs als Referenzmessung sowie einen weiteren Verlauf eines Speicheranteils g' und eines Verlustanteils g" für den Fall, dass ein Haftungsverlust auftritt. Dabei zeigt sich ein starker Anstieg des Verlustmoduls g". Die Frequenz bei der dieser Punkt auftritt ist abhängig von den Eigenschaften der Straße. Bei glatter, nasser Straße wird der Verlust der Haftung bei niedrigeren Frequenzen als bei trockener Straße beobachtet. Anhand der Messung wird über diese Information auf die frequenzabhängig des Haftungskoeffizienten der Straße und damit über die Straßenbeschaffenheit gezogen.
Im Verfahren wird der komplexe Modul bei verschiedenen Frequenzen analysiert, um den Übergang zu finden, an dem sich die Phasenverschiebung oder der Verlustmodul gegenüber einer Referenzmessung verändert. Wird innerhalb der durch das Fahrzeug vorgegebenen Frequenzen kein Haftungsverlust festgestellt, so kann die Messung bei höherem maximalen Lenkausschlag wiederholt werden. Hierbei muss beachtet werden, dass Reifen typischerweise dem Payne-Effekt unterliegen, der bei größeren Dehnungen ebenfalls einen Einfluss auf den Verlustmodul hat. Sind die Umgebungsparameter bekannt, kann auch aus der absoluten Lage des Speicheranteils bereits eine Information über die Beschaffenheit ermittelt werden.
Besonderer Vorteil dieser Messung ist, dass die Straßeneigenschaften durch eine hohe zyklische Frequenz bei kleinem Lenkausschlag analysiert werden können.
Alternativ kann diese Analyse auch bei einer festen Frequenz und einer variablen Lenkamplitude durchgeführt werden.
Das Messen der Auslenkung bzw. des Lenkwinkels erfolgt beispielsweise über eine direkte Winkelmessung oder über eine indirekte Messung, beispielsweise über die Ansteuerung eines Schrittmotors, so dass man aus dem festen Zusammenhang zwischen Schrittmotoransteuerung und dem Schrittmotor den Auslenkwinkel extrahieren kann.
Das Messen des Kraft bzw. Drehmoments erfolgt beispielsweise über eine direkte Kraftmessung bzw. Drehmomentmessung oder über eine indirekte Messung, beispielsweise über die Ansteuerung eines Schrittmotors, so dass man aus dem festen Zusammenhang zwischen Schrittmotoransteuerung und dem Schrittmotor die ausgeübte Kraft bzw. das ausgeübte Drehmoment extrahieren kann.
Die Lage des Punkts bzw. der Form der Diskontinuität ist insbesondere abhängig vom Untergrundmaterial und von den Materialparametern. Zum Beispiel tritt bei Schotter, Kugeln, Teer, Beton und poröses Material der Diskontinuitätspunkt bei unterschiedlicher Kraftausübung auf.
Werden mehrere Räder zusammen bewegt, kann entweder jedes einzelne Rad individuell zu einer Messung benutzt werden. Es kann aber auch vorkommen, dass mehrere der Räder zusammenhängen und nur eine Gesamtmessung über mehrere Räder durchgeführt werden kann. Dann könnten mehrere Diskontinuitätspunkte auftreten, die in der Messkurve identifizierbar sind, oder es könnte eine Durchschnittskurve über mehrere Räder gemessen werden.
In 4 ist schematisch eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßes Fahrzeugs 11 gezeigt, dessen Räder R und R' sich mit dem Untergrund U in Kontakt befinden. Die Ausstattung des Fahrzeugs 11 umfasst dabei lenkbare Räder R, Kraft- und Lenkwinkelsensoren (nicht gezeigt), sowie eine Recheneinheit (nicht gezeigt).
Durch Lenken der Räder R kann das Fahrzeug das Verfahren zur Bestimmung der Kontaktkenngröße zwischen dem Untergrund und den Rädern ausführen.
In 5 ist eine Recheneinheit 21 mit einem Interface 22 gezeigt. Das Interface 22 kann dazu genutzt werden, einen Datenträger 23, auf dem ein Computerprogramm zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gespeichert ist, mit der Recheneinheit 21 zu verbinden. Ist ein Fahrzeug mit so einer Recheneinheit 21 ausgestattet, kann das Computerprogramm von dem Datenträger 23 auf das Fahrzeug übertragen werden und somit das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden.
Zusätzlich kann das Fahrzeug 11 auch mit einer nicht gezeigten Kommunikationsschnittstelle für eine Car2X Kommunikation ausgestattet sein. In einer Ausführungsform ist die Recheneinheit 21 bzw. das Interface 22 mit einer Kommunikationsschnittstelle ausgestattet.
Alternativ kann die Software über ein Softwareupgrade über das Internet oder während eines Werkstattbesuchs bereitgestellt werden.
In den 6a bis 6d sind verschiedenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
In 6a ist Ein Fahrzeug 11 und eine Station dargestellt. Beispielhaft ist die Station hier als Ampel 31 ausgestaltet und das Fahrzeug 11 steht vor der Ampel 31 oder bewegt sich langsam fort. Die Ampel 31 und das Fahrzeug 11 sind über eine Kommunikationsverbindung K miteinander verbunden. So kann zum Beispiel das Fahrzeug die Ergebnisse des Verfahrens zur Bestimmung der Kontaktkenngröße an die Ampel 31 weiterleiten oder das Ergebnis einer bereits früher durchgeführten Messung empfangen. Weiterhin kann das Fahrzeug 11 von der Ampel 31 dazu aufgefordert oder veranlasst werden, eine Messung der Kontaktkenngröße auszuführen und das Ergebnis an die Ampel 31 zurück zu melden. Weiterhin kann die Ampel 31 auch die Kontrolle über die Lenkung und eventuell die Sensorik des Fahrzeugs 11 erhalten, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Dies ist insbesondere bei Belohnungssystemen oder Daten-Monetarisierungssystemen von Vorteil, in dem das messende Fahrzeug bzw. der Besitzer für die Übermittlung der Kontaktkenngröße eine Belohnung erhält. Dies kann insbesondere eine Transaktion auf einer Blockchain oder einer ähnlichen Technologie sein..
Ist das Fahrzeug 11 ausgestattet mit einer Einrichtung zum Speichern elektrischer Energie, einer Speichereinrichtung wie zum Beispiel einer Batterie, so kann eine besonders vorteilhafte Form der Belohnung das Übertragen von Energie in die Speichereinrichtung sein. Dies kann drahtlos erfolgen, wenn das Fahrzeug in Reichweite dafür ist. So kann zum Beispiel in der Ampel 31 oder im Untergrund U eine Spule zum induktiven Laden integriert sein.
Ist das Fahrzeug 11 nicht mit dem Computerprogramm zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestattet, kann die Ampel 31 durch die Kommunikationsverbindung Kein Datenträgersignal an das Fahrzeug 11 senden, mit dem das Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens dem Fahrzeug 11 bereitgestellt wird. Alternativ kann die Ampel 31 auch die Steuerbefehle direkt an das Fahrzeug 11 übertragen.
Die Ampel 31 kann also als Server und das Fahrzeug 11 als Client fungieren. Alternativ oder zusätzlich kann das Fahrzeug 11 auch als Server und die Ampel 31 als Client fungieren, je nach vorliegender Situation und wer welche Daten wem sendet.
Die Ampel 31 kann auch mit weiteren Stationen durch eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsverbindung in Verbindung stehen. Die Ampel 31 kann bevorzugt das Fahrzeug 11 zu einem Durchführen des Verfahrens veranlassen, wenn festgestellt wurde, dass sich die Untergrundbeschaffenheit verändert haben könnte. Dies könnte zum Beispiel durch Nachrichten über Wetteränderungen, Untergrundbewegungen, Unfälle und andere Vorkommnisse oder von ampelseitig vorhandener Sensorik, zum Beispiel von Kameras, Feuchtigkeitssensoren oder Solaranlagen erfolgen.
In 6b ist das Fahrzeug 11 mit dem Untergrund U in Kontakt und steht oder bewegt sich langsam fort. Fahrzeug 11 ist über eine Kommunikationsverbindung K mit einer Station 41 direkt, oder über eine andere Station 42, verbunden. Beispielhaft ist die Station 41 hier als Rechenzentrum, Fahrzeugstation oder eine ähnliche stationäre Einrichtung ausgebildet. Station 42 ist hier beispielhaft als Satellit 42 ausgebildet. Die Stationen 41, 42 können analog zu der Station 31 aus 6a und der dazugehörigen Beschreibung eingesetzt werden. Station 41 kann insbesondere dazu ausgebildet sein, als zentrale Anlaufstelle für Daten, Berechnungen und Anfragen zu dienen, Anfragen zu versenden und/oder die Kontrolle über die Lenkung und eventuell die Sensorik von Fahrzeugen zu übernehmen.
In 6c ist ein Fahrzeug 11 und ein weiteres Fahrzeug 12 abgebildet. Fahrzeug 11 steht oder bewegt sich langsam fort und Fahrzeug 12 befindet sich hinter Fahrzeug 11, folgt ihm also auf dem Untergrund U nach. Dadurch kann die Kontaktkenngröße des Untergrunds an der Stelle, an der sich Fahrzeug 11 befindet, für Fahrzeug 12 von Relevanz sein. Fahrzeug 11 und Fahrzeug 12 sind über eine Kommunikationsverbindung K verbunden. Dadurch kann Fahrzeug 12 Fahrzeug 11 nach der Kontaktkenngröße fragen, das Verfahren zur Messung der Kontaktkenngröße veranlassen oder das Verfahren durch Kontrolle der Lenkung und eventuell der Sensorik des Fahrzeugs 11 selbst durchführen, analog zu der in 6a gezeigten der dazugehörigen Beschreibung beschriebenen Station 31. Fahrzeug 12 kann auch dazu ausgebildet sein, analog wie in der 6b dargestellt und in der dazugehörigen Beschreibung beschrieben als Stationen 41, 42 zu fungieren.
In 6d ist ein Fahrzeug 11 und ein weiteres Fahrzeug 12 abgebildet. Fahrzeug 11 steht oder bewegt sich langsam fort und Fahrzeug 12 befindet sich an einem anderen Ort. Fahrzeug 11 und Fahrzeug 12 sind über eine Kommunikationsverbindung K über zumindest eine der Stationen 41, 42 miteinander verbunden. Die Station 41 ist hier analog zu 6b als zentrale Anlaufstelle ausgebildet. Fahrzeug 12 möchte sich von seinem jetzigen Ort an einen anderen Ort bewegen. Dafür kann es unter verschiedenen möglichen Routen wählen. Einer der Aspekte, unter denen die Routen evaluiert und bewertet werden können, kann ein Sicherheitsaspekt sein. So ein Sicherheitsaspekt kann auch die Beschaffenheit, insbesondere die Kontaktkenngröße, und im Speziellen die Haftreibung, des Untergrunds umfassen. Fahrzeug 12 kann zur Unterstützung der Routenwahl eine Anfrage über die Beschaffenheit des Untergrunds der verschiedenen Routen an die Station 41 senden. Station 41 kann dann, basierend auf den vorhandenen Daten, diese Anfrage beantworten, oder ihrerseits eine Anfrage an Fahrzeuge, wie zum Beispiel Fahrzeug 11, versenden, die auf diesen Routen oder zumindest auf Teilbereichen dieser Routen unterwegs sind. Die Interaktion zwischen diesen Fahrzeugen und der Station 41 kann analog zu der Interaktion zwischen Fahrzeug 11 und der Station 31 aus 6a und der dazugehörigen Beschreibung stattfinden und unter Berücksichtigung der Merkmale aus den in den 6b und 6c gezeigten und in der jeweiligen Beschreibung beschriebenen Merkmalen. Die Daten, die die Station 41 auf diese Weise erhält, können von ihr weiterverarbeitet und insbesondere mit bereits vorhandenen Daten ergänzt werden, hier im Speziellen zu einer Karte, um die Anfrage von Fahrzeug 12 zu beantworten und bei der Routenbewertung zu helfen.
Auch wenn nur eine Route verfügbar ist, kann Fahrzeug 12 eine Anfrage an Station 41 senden, um festzustellen, ob die Route sicher ist. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn Fahrzeug 12 besondere Anforderungen an die Untergrundbeschaffenheit hat. Als Beispiel könnte Fahrzeug 12 ein Schwertransport, ein Spezialtransport oder ein Fahrzeug mit Räder, die im Wesentlichen kein oder kaum Profil aufweisen, sein. Fahrzeug 12 könnte auch Räder haben, die nur unter bestimmten Untergrundbedingungen einsetzbar sind. So könnte Fahrzeug 12 zum Beispiel Sommerreifen haben, die nicht für glatte oder schneebedeckte Straßen unter einer bestimmten Haftreibungsgrenze geeignet sind.
Insbesondere durch ein im Fahrzeug verbautes GPS-Modul können die Werte der Untergrundbeschaffenheit mit deren Koordinaten in Verbindung gesetzt werden.
Ein Client-Server System kann bevorzugt somit über viele Fahrzeuge hinweg eine Karte der Untergrundbeschaffenheit erstellen.
Weiterhin könnten die Daten dazu verwendet werden, Umrüstungen oder Softwareupdates vorzunehmen. So könnte basierend auf der Untergrundbeschaffenheit ein Aufspielen von zusätzlichen Fahrassistenzsystemen, wie zum Beispiel ESP, benötigt oder vorgeschlagen werden. Dadurch können Unfälle und Schäden am Fahrzeug vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich können an den Reifen Veränderungen vorgenommen werden bzw. vorgeschlagen werden, an den Reifen Veränderungen vorzunehmen. So können zum Beispiel neue oder für die vorliegende Strecke angepasste Reifen benutzt werden, zum Beispiel Slickreifen, Regenreifen, Matsch- und Schneereifen, Reifen mit veränderbaren Profilen, zum Beispiel mit ausfahrbaren, spikeähnlichen Dornen, breitere oder schmalere Reifen, Reifen mit einem anderen Durchmesser, einer anderen Gummimischung, Schneeketten und/oder andere vorteilhafte Veränderungen.
Insbesondere können auch die Kontaktkenngrößen, insbesondere auch die Kontaktkenngrößen verschiedener Fahrzeuge, dazu verwendet werden, relative Aussagen über den Untergrund bzw. die Räder zu treffen.
Die in der voranstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Variationen hiervon können vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert wird, zu verlassen.
Bezugszeichenliste

I, II, III, IV, V: Bereich
F, F1, F2, F2`, F2", F3, F3`, F3", F4: Kraft
K: Kommunikationsverbindung
L, L0, L1: Lenkwinkel
LA: Lenkachse
R, R': Rad
RA: Rotationsachse
t: Zeit
ω: Kreisfrequenz
τ, τ₀: Anregungsspannung
δ: Phasenverschiebung
t1, t2, t3, t4, t5: Zeitpunkt
G*: komplexe Schubmodul
G', g': realer Speicheranteil
G", g": imaginärer Verlustanteil
U: Untergrund
11, 12: Fahrzeug
21: Recheneinheit
22: Interface
23: Datenträger
31, 41, 42: Station

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2003182045 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Kontaktkenngröße zwischen einem Rad (R) und einem festen Untergrund (U), mit den Schritten: - Starten einer Lenkbewegung des Rads, - Messung der für die Lenkbewegung benötigten Kraft (F), - Messung des Lenkwinkels (L), - Beenden der Lenkbewegung, und - Bestimmen der Kontaktkenngröße aus einer Diskontinuität einer von gemessener Kraft (F) und gemessenem Lenkwinkel (L) bestimmten Messkurve.
Verfahren zur Bestimmung einer Kontaktkenngröße nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkbewegung derart ausgeführt wird, dass das Rad (R) auf dem festen Untergrund (U) in eine gleitende Rotationsbewegung überführt wird.
Verfahren zur Bestimmung einer Kontaktkenngröße nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkbewegung eine erste Lenkbewegung und eine zweite, der ersten Lenkbewegung entgegengesetzten Lenkbewegung umfasst.
Verfahren zur Bestimmung einer Kontaktkenngröße nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkbewegung mehrere aufeinanderfolgende erste und zweite Lenkbewegungen umfasst.
Verfahren zur Bestimmung einer Kontaktkenngröße nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausführen der mehreren aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Lenkbewegungen mit unterschiedlichen Frequenzen und einer im Wesentlichen konstanten maximalen Auslenkung erfolgt, oder dass das Ausführen der mehreren aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Lenkbewegungen mit unterschiedlichen maximalen Auslenkungen und einer im Wesentlichen konstanten Frequenz erfolgt.
Verfahren zur Bestimmung einer Kontaktkenngröße nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich den Schritt Bestimmen der Umgebungsparameter, insbesondere eine Radtemperatur, eine Untergrundtemperatur und eine Umgebungsfeuchtigkeit.
Verfahren zur Bestimmung einer Kontaktkenngröße nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich einen der Schritte: - Bestimmen eines Haftreibungskoeffizienten des Untergrunds, wobei der Haftreibungskoeffizient des Untergrunds aus der Kontaktkenngröße, der Radtemperatur, der Untergrundtemperatur, der Umgebungsfeuchtigkeit und einem Radparameter bestimmt wird, oder - Bestimmen eines Radparameters eines Rades, wobei der Radparameter des Rades aus der Kontaktkenngröße, der Radtemperatur, der Untergrundtemperatur, der Umgebungsfeuchtigkeit und des Haftreibungskoeffizienten des Untergrunds bestimmt wird.
Verfahren zur Bestimmung einer Kontaktkenngröße nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren im Stand oder bei langsamer Fahrt durchgeführt wird.
Verfahren zur Bestimmung einer Kontaktkenngröße nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während einer durch einen Fahrer, einem Fahrassistenzsystem oder von Extern ausgelösten Lenkbewegung durchgeführt wird.
Fahrzeug, das zumindest ein lenkbares Rad, einen Kraftsensor, einen Lenkwinkelsensor und eine Recheneinheit umfasst und das ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt, wobei vorzugsweise das Fahrzeug (11) auch eine Kommunikationsschnittstelle für eine Car2X Kommunikation umfasst.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass das Computerprogramm das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 ausführt.
Datenträgersignal, das das Computerprogramm nach Anspruch 11 überträgt.
Datenträger, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 11 zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gespeichert ist.
Client, der Computerprogramm nach Anspruch 11 ausführt oder das Datenträgersignal nach Anspruch 12 empfängt, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
Server, der das Computerprogramm nach Anspruch 11 ausführt oder das Datenträgersignal nach Anspruch 12 versendet, um das Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zu erlauben.
Client-Server-System, das das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 9 ausführt.