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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen eines aktuellen maximalen Reibwerts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuereinrichtung, ein Fahrzeug und ein computerlesbares Medium nach den nebengeordneten Ansprüchen.
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Autonomes Fahren und moderne Fahrassistenzsysteme gewinnen immer mehr an Bedeutung. Systeme zum autonomen Fahren müssen dabei unterschiedliche Anforderungen erfüllen, insbesondere was Fahrkomfort und Sicherheit betrifft. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist es notwendig, dass die Systeme und/oder die Fahrzeuge über aktuelle Gegebenheiten, Funktionsparameter, Fahrbedingungen und dergleichen Bescheid wissen.
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Ein Parameter, dessen Kenntnis dabei helfen kann, ein Fahrzeug entsprechend den aktuellen Straßenverhältnissen angemessen zu steuern, ist der aktuelle maximale Reibwert (auch: Reibungskoeffizient) zwischen den Reifen und der Fahrbahn. Darunter ist der Reibwert zu verstehen, den das Fahrzeug bei den aktuell herrschenden Strassenverhältnissen maximal ausnutzen kann, ohne dass es z. B. zu einem unkontrollierten Durchdrehen der Räder kommt.
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Je genauer eine Fahrzeugsteuerung diesen aktuellen maximalen Reibwert kennt, desto genauer kann zum Beispiel das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs an den aktuellen Fahrbahnzustand angepasst werden. Insofern besteht ein dringendes Bedürfnis, den aktuellen maximalen Reibwert zwischen Fahrzeugreifen und Fahrbahn so gut wie möglich zu ermitteln beziehungsweise zu schätzen. Es sind jedoch bisher keine einfachen, zuverlässigen, sicheren und komfortablen Möglichkeiten zur Ermittlung des aktuellen maximalen Reibwerts bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu beheben oder zumindest zu vermindern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Schätzen eines aktuellen maximalen Reibwerts zwischen einem Rad eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn während einer Fahrt des Fahrzeugs auf der Fahrbahn, wobei das Verfahren geeignet ist, einen Schätzschlupf zwischen dem Rad und der Fahrbahn zu erzeugen und auf Basis des Schätzschlupfs den aktuellen maximalen Reibwert zu schätzen, wobei zum Erzeugen des Schätzschlupfs eine temporäre Motormomentanhebung vorgenommen wird.
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Unter einem Schätzen ist dabei ein ungefähres Ermitteln zu verstehen, wobei das Ermitteln natürlich auch sehr präzise sein kann und im Idealfall auch ist. Der Reibwert kann auch als Reibungskoeffizient (Formelzeichen: µ) bezeichnet werden. Mit anderen Worten ist in dieser Beschreibung der Begriff „Reibwert“ als alternative Bezeichnung für den Begriff „Reibungskoeffizient“ (Formelzeichen: µ) zu verstehen. Bei dem Verfahren wird typischerweise ein aktueller Reibwert zwischen zumindest einem Reifen eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn ermittelt. Anschliessend wird typischerweise basierend auf dem ermittelten aktuellen Reibwert und dem ermittelten Schätzschlupf der aktuelle maximale Reibwert geschätzt. Unter dem aktuellen maximalen Reibwert ist dabei der Reibwert zu verstehen, welcher bei den gerade vorherrschenden Fahrbahnverhältnissen gerade noch genutzt werden kann, ohne dass es zu einem typischerweise unkontrollierten Durchdrehen der Räder kommt.
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Ein Rad im Sinne dieser Beschreibung umfasst insbesondere eine Felge und einen Reifen, wobei der Reifen auf der Felge aufgezogen ist, wobei der Reifen typischerweise Gummi und/oder eine Gummimischung umfasst. Unter einem Fahrzeug ist dabei ein Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel ein Auto, ein Bus, ein LKW, ein Motorrad oder auch ein dreirädriges KFZ zu verstehen. Unter einer Fahrbahn ist dabei eine Straße oder ein Weg zu verstehen, welche befestigt oder unbefestigt sein kann, also beispielsweise mit einem Belag aus Asphalt oder aber einem Schotterbelag. Ferner kann die Fahrbahn zumindest teilweise mit Schnee und/oder Eis bedeckt sein und/oder kann trocken oder zumindest teilweise nass sein. Ferner kann die Fahrbahn zumindest teilweise verunreinigt sein, insbesondere durch Laub, Öl oder dergleichen. Unter einem Schlupf ist dabei die Tatsache zu verstehen, dass die tatsächlich zurückgelegte Strecke pro Radumdrehung vom tatsächlichen Radumfang abweicht. Mit anderen Worten drehen also beim Auftreten eines Schlupfs die Räder schneller oder langsamer, als man es in Anbetracht der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit erwarten würde, das heißt, die Räder drehen durch oder blockieren, zumindest teilweise. Unter einem „Motormoment“ ist ein Drehmoment zu verstehen, welches ein Motor eines Fahrzeugs erzeugt. Wenn in dieser Beschreibung der Begriff „Radmoment“ und/oder „Raddrehmoment“ verwendet wird, so ist darunter das Drehmoment zu verstehen, welches auf ein Rad des Fahrzeugs ausgeübt wird. Unter einer „Motormomentanhebung“ ist eine Erhöhung des Motormoments zu verstehen.
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Die Erfindung beruht einerseits auf der Erkenntnis, dass ein Schlupf an einem Rad des Fahrzeugs gut dazu genutzt werden kann, den aktuellen Reibwert (und somit prinzipiell auch einen aktuellen maximalen Reibwert) zwischen einem Reifen und der Fahrbahn zu schätzen, und dass es andererseits vorteilhaft ist, einen solchen Schlupf zu Testzwecken temporär durch Anhebung des Motormoments zu erzeugen. Insbesondere beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass eine Motormomentanhebung deswegen vorteilhaft ist, weil so bei Kenntnis einiger Fahrzeugparameter zumindest ungefähr ermittelt werden kann, welches Raddrehmoment erzeugt wird und dann seinerseits zu einem messbaren Schätzschlupf führt.
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Bei weiterbildenden Ausführungsformen wird durch die Motormomentanhebung eine Radmomentanhebung an zwei Rädern erzeugt. Typischerweise findet die Radmomentanhebung dabei an ein- und derselben Achse statt, bei Fahrzeugen mit Vorderradantrieb typischerweise an der Vorderachse und bei Fahrzeugen mit Hinterradantrieb typischerweise an der Hinterachse. Bei Allradfahrzeugen ist es prinzipiell auch möglich, dass die Motormomentanhebung zu einer Radmomentanhebung an mehr als zwei Rädern, insbesondere allen Rädern, bei einem Fahrzeug mit vier Rädern typischerweise allen vier Rädern, führt. Bei weiterbildenden Ausführungsformen haben die durch die Motormomentanhebung erzeugten Radmomentanhebungen zumindest ungefähr die gleiche Höhe. Mit anderen Worten sind typischerweise die Radmoment-anhebungen an allen Rädern im Wesentlichen gleich. Dadurch, dass an beiden Rädern einer Achse eine Radmomentanhebung stattfindet, wird das Fahrverhalten des Fahrzeugs während der Motormomentanhebung stabilisiert, weil eine bessere Symmetrie der wirkenden Kräfte erreicht wird, insbesondere wenn die Radmoment-anhebungen an allen Rädern im Wesentlichen gleich sind. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, dass die Motormomentanhebung eine Radmomentanhebung an lediglich einem Rad erzeugt. Dann ist es jedoch wahrscheinlich, dass ein Giermoment entsteht, welches dann ausgeglichen werden muss, z. B. durch Gegenlenken.
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Bei weiterbildenden Ausführungsformen wird zur Giermoment-Kompensation während der Motormomentanhebung eine automatische Lenkbewegung ausgeführt. Eine solche Giermoment-Kompensation kann auch als Gierraten-Kompensation bezeichnet werden. Eine solche Giermoment-Kompensation kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn die Motormomentanhebung eine Radmomentanhebung an lediglich einem Rad erzeugt. Aber auch in Fällen, wo eine Radmomentanhebung an beiden Rädern einer Achse erfolgt, kann eine Giermoment-Kompensation sinnvoll sein, insbesondere wenn z. B. aufgrund einer Interaktion mit einem Fahrassistenzsystem die Radmomentanhebungen ungleich verteilt sind.
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Bei weiterbildenden Ausführungsformen umfasst die Lenkbewegung einen leichten Lenkradeinschlag. Bei weiterbildenden Ausführungsformen hat der Lenkradeinschlag eine Höhe von maximal 3 Grad, bevorzugt maximal 2 Grad oder maximal 1 Grad, mit Vorteil maximal 30 Gradminuten. Bei weiterbildenden Ausführungsformen ist die Höhe des Lenkradeinschlags vordefiniert und/oder wird in Abhängigkeit der Höhe der Motormomentanhebung gewählt. Bei weiterbildenden Ausführungsformen wird die Lenkbewegung durch einen Regelungsprozess geregelt, wobei typischerweise in Abhängigkeit eines tatsächlich auftretenden Giermoments automatisch derart gegengelenkt wird, dass eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs beibehalten wird, typischerweise über die gesamte Dauer des Verfahrens.
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Bei weiterbildenden Ausführungsformen wird bei der Motormomentanhebung ein Ausgangs-Motormoment um maximal 3%, bevorzugt maximal 2%, mit Vorteil maximal 1 % angehoben. Die Erfinder haben festgestellt, dass solche Grössenordnungen unter anderem deshalb vorteilhaft sind, weil sie einen guten Kompromiss zwischen Wirksamkeit des Verfahrens einerseits und Fahrkomfort andererseits bilden.
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Bei weiterbildenden Ausführungsformen umfasst das Verfahren einen Anhebungsschritt, während welches die temporäre Motormomentanhebung vorgenommen wird, und/oder einen Erfassungsschritt, während welches aktuelle Fahrzeugparameter, insbesondere eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Radgeschwindigkeit und/oder ein Radmoment und/oder der Schätzschlupf und/oder ein aktueller Reibwert, erfasst und/oder berechnet wird/werden, wobei der Erfassungsschritt bevorzugt zumindest teilweise gleichzeitig mit dem Anhebungsschritt abläuft. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schätzschritt, während welches auf Basis des Schätzschlupfs der aktuelle maximale Reibwert geschätzt wird, wobei zum Schätzen des aktuellen maximalen Reibwerts ein Kennlinienfeld verwendet wird, welches eine Mehrzahl an Kennlinien umfasst, wobei jede Kennlinie einen bestimmten Fahrbahnzustand betrifft, wobei jede Kennlinie den Reibwert zwischen einem Reifen und einer Fahrbahn als Funktion des Schlupfs zwischen Reifen und Fahrbahn angibt. Eine Kennlinie ist somit eine Kurve in einem zweidimensionalen Koordinatensystem, wobei auf der x-Achse der Schlupf in Prozent und auf der y-Achse der Reibwert aufgetragen ist.
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Die Mehrzahl an Kennlinien umfasst dabei typischerweise eine Kennlinie für trockene Fahrbahn und/oder eine Kennlinie für nasse Fahrbahn und/oder eine Kennlinie für schneebedeckte Fahrbahn und/oder eine Kennlinie für vereiste Fahrbahn. Bei weiterbildenden Ausführungsformen umfasst das Kennlinienfeld für unterschiedliche Feuchtegrade der Fahrbahn unterschiedliche Kennlinien. Typischerweise umfasst das Kennlinienfeld auch eine Kennlinie für eine Fahrbahn mit Schotterbelag und/oder mit Sandbelag und/oder mit sonstigem Belag. Alternativ zu einer Mehrzahl an Kennlinien ist es jedoch auch denkbar, lediglich mit einer einzigen Kennlinie, beispielsweise einer gemittelten Kennlinie, zu arbeiten.
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Bei weiterbildenden Ausführungsformen wird die Kennlinie, welche zum Schätzen des aktuellen maximalen Reibwerts genutzt wird, wie folgt ausgewählt: zunächst wird berechnet und/oder geschätzt, welches Raddrehmoment an dem oder den angetriebenen Rädern auftritt, wenn das Motormoment um einen bestimmten Wert angehoben wird. Dieses Raddrehmoment lässt sich typischerweise relativ genau berechnen und/oder abschätzen, weil typischerweise Übersetzungen, Verluste und andere technische Parameter der relevanten Fahrzeugkomponenten, wie z. B. Allradsystem, Antriebsstrang, Getriebe, Differenzial etc., bekannt sind. Diese Berechnung und/oder Schätzung des Raddrehmoments findet typischerweise im Erfassungsschritt statt, kann aber auch im Schätzschritt oder auf beide diese Schritte verteilt durchgeführt werden. Im Wesentlichen zeitgleich wird im Erfassungsschritt ermittelt, ob ein Schlupf auftritt und wenn ja, wie groß dieser Schlupf ist. Der Schlupf wird dabei beispielsweise mittels zumindest einem ABS-Sensor und/oder zumindest einem Raddrehzahlsensor ermittelt. Wenn ein solcher Schlupf als Reaktion auf die Motormomentanhebung auftritt, dann wird dieser Schlupf als Schätzschlupf behandelt (mit anderen Worten ist dieser Schlupf dann der Schätzschlupf). Wenn im Erfassungsschritt kein Schlupf auftritt, dann bedeutet dies, dass die Motormomentanhebung nicht stark genug war. Bei vorteilhaften Ausführungsformen wird das Verfahren dann mit einer stärkeren Motormomentanhebung neu gestartet.
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Basierend auf dem berechneten oder geschätzten Raddrehmoment, welches sich durch die Motormomentanhebung ergeben hat, wird dann ein aktueller Reibwert berechnet und/oder geschätzt. Dies ist deswegen möglich, weil sich bei bekanntem Raddrehmoment, bekanntem Reifenradius und bekannter Fahrzeugmasse typischerweise die zur Berechnung des aktuellen Reibwerts nötigen Kräfte berechnen lassen, beispielsweise die Kraft in Fahrtrichtung und die Normalkraft bzw. die Aufstandskraft. Diese Berechnung und/oder Schätzung des aktuellen Reibwerts findet typischerweise im Erfassungsschritt statt, kann aber auch im Schätzschritt oder auf beide diese Schritte verteilt durchgeführt werden.
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Wenn nun also der aktuelle Reibwert und der Schätzschlupf bekannt sind, dann kann für dieses Wertepaar ein Betriebspunkt in dem zweidimensionalen Koordinatensystem mit den Kennlinien eingetragen werden. Dieser Betriebspunkt wird dann dazu genutzt, eine aktuelle Kennlinie zu ermitteln. Bei weiterbildenden Ausführungsformen wird aus dem Kennlinienfeld diejenige Kennlinie als aktuelle Kennlinie gewählt, die den kleinsten Abstand zu dem Betriebspunkt hat. Ist die aktuelle Kennlinie ermittelt, so wird das Maximum dieser aktuellen Kennlinie ermittelt und der y-Wert dieses Maximums als aktueller maximaler Reibwert gesetzt.
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Welche Kennlinie zum Schätzen des aktuellen maximalen Reibwerts genutzt wird, kann prinzipiell auch mit Hilfe der Fahrzeugsensorik entschieden werden. Beispielsweise wird bei weiterbildenden Ausführungsformen mittels im Fahrzeug verbauter Sensoren erkannt, dass die Fahrbahn nass oder schneebedeckt ist, beispielsweise mittels mit der Fahrzeuglenkung und/oder mit dem Bremssystem verbundenen Sensoren und/oder mittels Temperatursensoren und/oder mittels Regensensoren. Auf Basis dieser Informationen wird dann die entsprechende Kennlinie, also z. B. eine Kennlinie für schneebedeckte oder nasse Fahrbahn, als aktuelle Kennlinie ausgewählt. Bei vorteilhaften Ausführungsformen werden beide Methoden zum Ermitteln der aktuellen Kennlinie kombiniert, wobei sich die beiden Methoden typischerweise gegenseitig plausibilisieren.
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Die Kennlinien selbst werden bei weiterbildenden Ausführungsformen verfügbaren Angaben von Reifenherstellern entnommen. Bei weiterbildenden Ausführungsformen werden die Kennlinien fahrzeugspezifisch für die derzeit montierten Reifen auf einem Prüfstand ermittelt. Bei anderen Ausführungsformen werden standardisierte, gemittelte Kennlinien verwendet.
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Bei weiterbildenden Ausführungsformen umfasst das Verfahren einen Triggerschritt, während welches ein Triggersignal zum Starten des Verfahrens erzeugt wird, wobei das Triggersignal typischerweise von einer zentralen Fahrzeugsteuerung erzeugt wird. Das Triggersignal wird z. B. erzeugt, wenn seit einer letzten Durchführung des Verfahrens ein bestimmtes Zeitintervall verstrichen ist und/oder wenn eine Gefahrensituation detektiert wurde und/oder wenn eine günstige Gelegenheit zum Durchführen des Verfahrens detektiert wurde.
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Bei weiterbildenden Ausführungsformen umfasst das Verfahren einen Start-Bedingungstest, während welches geprüft wird, ob eine vordefinierte Bedingung, insbesondere eine Sicherheitsbedingung, für die Durchführung des Verfahrens erfüllt ist, wobei das Verfahren abgebrochen oder zumindest unterbrochen wird, wenn die Bedingung nicht erfüllt ist. Die Bedingung umfasst bevorzugt zumindest eine Teilbedingung.
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In diesem Zusammenhang ist der Begriff „Gefahrensituation“ typischerweise derart zu verstehen, dass eine zentrale Fahrzeugsteuerung eine Situation erkennt, welche typischerweise ein Unfallrisiko erhöht. Ein Beispiel für eine solche Gefahrensituation ist zum Beispiel eine kurvige Streckenführung. Wenn eine solche Gefahrensituation erkannt wird, z. B. mittels eines Navigationssystems, kann dann mittels des Verfahrens kurzfristig der aktuelle maximale Reibwert geschätzt werden (idealerweise einige Zeit vor der Gefahrensituation) und so die Fahrweise, insbesondere die Beschleunigung, den Fahrbahnverhältnissen angepasst werden.
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Unter einer „günstigen Gelegenheit“ ist dabei z. B. eine Situation zu verstehen, bei welcher der Schätzschlupf besonders einfach erzeugt werden kann oder sogar durch andere Fahrassistenzsysteme quasi automatisch erzeugt wird. Beispielsweise ist es denkbar, dass in Situationen, wo das Motormoment sowieso temporär erhöht wird, beispielsweise wenn ein Fahrdynamiksystem gerade greift oder wenn ein Fahrer gerade Gas gibt, solche Situationen ausgenützt werden können, um den Schätzschlupf zu erzeugen, ohne dass sich dies zum Beispiel auf den Fahrkomfort auswirkt.
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Bei weiterbildenden Ausführungsformen umfasst die Sicherheitsbedingung als Teilbedingung eine Geradeausfahrt. Mit anderen Worten wird bei weiterbildenden Ausführungsformen das Verfahren nur dann ausgeführt, wenn sich das Fahrzeug in Geradeausfahrt befindet. Dies hat den Vorteil, dass während Kurvenfahrten, bei welchen sich eine temporäre Anhebung des Motormoments besonders unangenehm auswirken könnte, das Verfahren nicht ausgeführt wird.
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Weitere Sicherheitsbedingungen und/oder Teilbedingungen sind bei weiterbildenden Ausführungsformen beispielsweise die Bedingung „Bremspedal nicht gedrückt“ und/oder „Fahrer wird nicht überrascht“. Beispielsweise könnte es den Fahrer überraschen, wenn vor einer Kreuzung, einer Ampel oder einem Zebrastreifen temporär das Motormoment angehoben wird. Somit kann eine Teilbedingung sein, dass das Verfahren abgebrochen bzw. nicht ausgeführt wird, wenn eine solche Verkehrssituation detektiert wird. Bei weiterbildenden Ausführungsformen wird das Verfahren nicht ausgeführt beim Bremsen und/oder beim Beschleunigen und/oder vor einer Kurve.
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Mögliche Sicherheitsbedingungen und/oder Teilbedingungen sind somit „Kein Bremsen“ und/oder „Keine Beschleunigung“ und/oder „Keine Kurve voraus“.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen erfolgt die Motormomentanhebung gemäß einer Anhebungskurve, wobei eine Anhebungsdauer 1 Sekunde bis 5 Sekunden, bevorzugt 2 Sekunden bis 4 Sekunden, typischerweise ungefähr 2,5 Sekunden beträgt, und wobei die Motormomentanhebung abgeregelt wird, sobald ein maximaler Schätzschlupf erreicht ist, wobei der maximale Schätzschlupf maximal 10 %, vorzugsweise maximal 2 %, typischerweise ungefähr 1 % beträgt, und wobei die Motormomentanhebung im Wesentlichen linear sukzessive reduziert wird, sobald mindestens 70%, typischerweise ungefähr 80% der Anhebungsdauer verstrichen sind. Das Motormoment hat am Ende der Anhebungsdauer wieder den gleichen Wert wie zu Beginn der Motormomentanhebung. Derartige Anhebungsdauern haben sich in praktischen Versuchen als besonders vorteilhaft für die Durchführung des Verfahrens erwiesen, weil sie auf der einen Seite lang genug sind, um einen entsprechenden Schätzschlupf zu erzeugen, und weil sie auf der anderen Seite nicht so lang sind, dass die Fahrsicherheit und der Fahrkomfort dadurch signifikant beeinträchtigt würden. Ein Abregeln der Motormomentanhebung ist deshalb vorteilhaft, weil so ein zu starkes Durchdrehen der Räder verhindert wird, was sich positiv auf den Fahrkomfort auswirkt. Allgemein ist unter dem Begriff „ungefähr“ in dieser Beschreibung typischerweise eine Toleranz von +/- 15 % oder +/- 10% zu verstehen.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Steuereinrichtung zum Schätzen eines aktuellen maximalen Reibwerts zwischen einem Rad eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn während einer Fahrt des Fahrzeugs auf der Fahrbahn, wobei die Steuereinrichtung geeignet ist, einen Schätzschlupf zwischen dem Rad und der Fahrbahn zu erzeugen und auf Basis des Schätzschlupfs den aktuellen maximalen Reibwert zu schätzen, wobei die Steuereinrichtung geeignet ist, zum Erzeugen des Schätzschlupfs eine temporäre Motormomentanhebung vorzunehmen. In anderen Worten ist die Steuereinrichtung dazu geeignet, die Verfahrensschritte des Verfahrens durchzuführen, die in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurden. Vorteilhafterweise umfasst die Steuereinrichtung Computerprogrammcode zur Durchführung des Verfahrens zum Schätzen eines aktuellen maximalen Reibwerts nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Die Steuereinrichtung ist vorteilhafterweise Teil einer Fahrzeugsteuerung oder eine separate Steuereinrichtung. Mit Vorteil umfasst die Steuereinrichtung eine digitale Kontrolleinheit.
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Bei weiterbildenden Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung geeignet, ein Verfahren zum Schätzen eines aktuellen maximalen Reibwerts nach zumindest einer der vorgenannten Ausführungsformen durchzuführen. Hierzu umfasst die Steuereinrichtung vorteilhafterweise geeignete Komponenten, zum Beispiel eine Triggereinrichtung und/oder eine Start-Bedingungstest-Einrichtung und/oder eine Anhebungseinrichtung und/oder eine Erfassungseinrichtung und/oder eine Schätzeinrichtung und/oder eine Mehrzahl an Kommunikationsschnittstellen zur Kommunikation mit einer Kamera und/oder einem Radar und/oder einem Regensensor und/oder einem Bordcomputer und/oder einer Cloud und/oder einer zentralen Fahrzeugsteuerung.
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Mit Vorteil sind in der Steuereinrichtung zumindest einige der vorgenannten Komponenten mittels des Computerprogrammcodes implementiert.
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Ein Fahrzeug umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung eine vorgenannte Steuereinrichtung.
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Ein computerlesbares Medium umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung Computerprogrammcode zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren. Unter dem Begriff „computerlesbares Medium“ sind dabei insbesondere aber nicht ausschliesslich Festplatten und/oder Server und/oder Memorysticks und/oder Flash-Speicher und/oder DVDs und/oder Bluerays und/oder CDs zu verstehen. Zusätzlich ist unter dem Begriff „computerlesbares Medium“ auch ein Datenstrom zu verstehen, wie er beispielsweise entsteht, wenn ein Computerprogrammprodukt aus dem Internet heruntergeladen wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen kurz erläutert, wobei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn, wobei durch eine Motormomentanhebung eine Radmomentanhebung an zwei Rädern erzeugt wird,
- 2: eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn, wobei durch eine Motormomentanhebung eine Radmomentanhebung an einem Rad erzeugt wird,
- 3: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens in einem Flussdiagramm, und
- 4: eine Anhebungskurve, wie sie bei einem typischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Anwendung kommt.
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1 zeigt ein Fahrzeug F, welches auf einer Fahrbahn 1 fährt. Das Fahrzeug F befindet sich in Geradeausfahrt. Das Fahrzeug F ist heckangetrieben. Es wird gerade eine Motormomentanhebung vorgenommen, um den aktuellen maximalen Reibwert zu schätzen. Diese Motormomentanhebung führt dazu, dass an dem rechten Hinterrad 2 und dem linken Hinterrad 5 jeweils eine Radmomentanhebung erzeugt wird. Im gezeigten Beispiel sind die Radmomentanhebungen an den Hinterräder 2, 5 gleich gross. Dadurch wird die Geradeausfahrt des Fahrzeugs F nicht gestört und es ist insbesondere kein Gegenlenken nötig. Durch die Radmomentanhebungen stellt sich an jedem Hinterrad 2, 5 ein Schätzschlupf ein.
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Aus diesen Schätzschlupfen werden dann im Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens der aktuelle maximale Reibwert zwischen den Reifen des Fahrzeugs F und der Fahrbahnoberfläche der Fahrbahn 1 geschätzt. Die Kenntnis dieses aktuellen maximalen Reibwerts ermöglicht es dann, die Steuerung des Fahrzeugs F, insbesondere beim autonomen Fahren, dem aktuellen maximalen Reibwert anzupassen, beispielsweise was die Radmomentverteilung, die Beschleunigung und dergleichen angeht. Somit kann z. B. das autonome Fahren komfortabler und sicherer gemacht werden. Wenn im Ausführungsbeispiel in 1 zwei unterschiedliche aktuelle Reibwerte für die beiden Hinterräder 2, 5 ermittelt werden (dies kann so sein, muss aber nicht unbedingt so sein), dann kann der Schätzung des aktuellen maximalen Reibwerts ein gemittelter aktueller Reibwert zugrunde gelegt werden. Alternativ ist es auch möglich, entweder den aktuellen Reibwert des linken Hinterrads 5 oder den aktuellen Reibwert des rechten Hinterrads 2 zur Schätzung des aktuellen maximalen Reibwerts zu nutzen.
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2 zeigt ebenfalls ein Fahrzeug F, welches auf einer Fahrbahn 1 fährt. Vieles des in Bezug auf 1 Gesagten gilt im Prinzip auch für 2. Der Unterschied in 2 ist jedoch, dass hier durch die Motormomentanhebung eine Radmomentanhebung an lediglich einem Rad erzeugt wird, nämlich am rechten Hinterrad 2. Dadurch entsteht nur am rechten Hinterrad 2 ein Schätzschlupf, wodurch in Bezug auf das Fahrzeug F ein Giermoment auftritt. Damit sich in diesem Fall keine Änderung der Fahrrichtung des Fahrzeugs F ergibt, wird in diesem Ausführungsbeispiel eine leichte automatische Lenkbewegung 6, beispielsweise von maximal 5 Grad oder maximal 3 Grad, ausgeführt.
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3 zeigt ein Flussdiagramm, welches den typischen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel darstellt. Während eines Triggerschritts S1 wird das Verfahren eingeleitet. Hierzu wird typischerweise ein Triggersignal zur Verfügung gestellt, beispielsweise die Tatsache, dass das Verfahren seit einer bestimmten Zeit nicht mehr ausgeführt wurde und daher der aktuelle maximale Reibwert aktualisiert werden sollte, oder die Tatsache, dass eine Durchführung des Verfahrens gerade einfach möglich wäre, beispielsweise weil gerade eine Geradeausfahrt absolviert wird. Nachdem das Verfahren somit im Triggerschritt S1 ausgelöst wurde, wird im Start-Bedingungstest S2 überprüft, ob gewisse Start-Bedingungen zum Durchführen des Verfahrens vorliegen. Solche Start-Bedingungen können beispielsweise eine Geradeausfahrt des Fahrzeugs, eine Fahrt ohne Bremsung und/oder eine Fahrt ohne Gas sein.
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Nur wenn die Start-Bedingungen im Start-Bedingungstest S2 als vorliegend erkannt werden, wird das Verfahren weitergeführt. Der Grund für die Durchführung des Start-Bedingungstests ist die Tatsache, dass das Verfahren nur dann ausgeführt werden soll, wenn eine Durchführung des Verfahrens sicher und komfortabel möglich ist. Bei weiterbildenden Ausführungsformen wird der Start-Bedingungstest S2 an das Fahrzeug und/oder den Fahrzeugtyp und/oder an die Witterungsverhältnisse und/oder an das Komfortempfinden des jeweiligen Fahrers angepasst.
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Wenn die Bedingungen des Start-Bedingungstests S2 erfüllt sind, wird das Verfahren weitergeführt, nämlich mit dem Anhebungsschritt S3 und dem Erfassungsschritt S4. Wie in 3 schematisch dargestellt, laufen der Anhebungsschritt S3 und der Erfassungsschritt S4 in diesem Ausführungsbeispiel zumindest zum Teil gleichzeitig ab, wobei während des Anhebungsschritts S3 Informationen aus dem Erfassungsschritt S4 verwendet werden können, und andersherum. Mit anderen Worten werden während des Anhebungsschritts S3 bei typischen Ausführungsbeispielen Informationen verwendet, welche während des Erfassungsschritts S4 gesammelt wurden. Beispielsweise wird bei weiterbildenden Ausführungsformen während des Anhebungsschritts S3 die Motormomentanhebung gestoppt, wenn im Rahmen des Erfassungsschritts S4 erkannt wurde, dass trotz Motormomentanhebung kein Schätzschlupf erzeugt werden konnte. Auf der anderen Seite werden bei weiterbildenden Ausführungsformen auch im Erfassungsschritt S4 Informationen aus dem Anhebungsschritt S3 verwendet, beispielsweise die Höhe der Motormomentanhebung.
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Im Erfassungsschritt S4 wird berechnet, welches Raddrehmoment an dem oder den angetriebenen Rad/Rädern auftritt, wenn das Motormoment um einen bestimmten Wert angehoben wird. Dieses Raddrehmoment lässt sich, wie bereits beschrieben, typischerweise relativ genau berechnen. Im Wesentlichen zeitgleich wird im Erfassungsschritt S4 ermittelt, ob ein Schlupf auftritt und wenn ja, wie groß dieser Schlupf ist. Wenn ein solcher Schlupf als Reaktion auf die Motormomentanhebung auftritt, dann wird dieser Schlupf als Schätzschlupf behandelt. Basierend auf dem berechneten Raddrehmoment, welches sich durch die Motormomentanhebung ergeben hat, wird dann ein aktueller Reibwert berechnet, ebenfalls im Erfassungsschritt S4. Wie bereits erläutert, lassen sich bei bekanntem Raddrehmoment, bekanntem Reifenradius und bekannter Fahrzeugmasse typischerweise die zur Berechnung des aktuellen Reibwerts nötigen Kräfte, beispielsweise die Kraft in Fahrtrichtung und die Normalkraft bzw. die Aufstandskraft, relativ leicht berechnen.
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Sobald der Erfassungsschritt S4 abgeschlossen ist, das heißt sobald der aktuelle Reibwert und der Schätzschlupf bekannt sind, kann für dieses Wertepaar ein Betriebspunkt in einem zweidimensionalen Koordinatensystem mit unterschiedlichen Kennlinien eingetragen werden, wobei auf der x-Achse der Schlupf in Prozent und auf der y-Achse der Reibwert aufgetragen ist. Hierzu wird ein Kennlinienfeld verwendet, also eine Mehrzahl an Kennlinien, wobei jede Kennlinie für einen bestimmten Straßenzustand einen bestimmten Reibwert in Abhängigkeit eines bestimmten Schlupfs angibt. Die Kennlinien sind typischerweise im Fahrzeug abgespeichert und sind beispielsweise entweder vom Reifenhersteller vorgegeben oder auf einem Prüfstand ermittelt. Dieser Betriebspunkt wird dann dazu genutzt, eine aktuelle Kennlinie zu ermitteln. Bei weiterbildenden Ausführungsformen wird aus dem Kennlinienfeld diejenige Kennlinie als aktuelle Kennlinie gewählt, die den kleinsten Abstand zu dem Betriebspunkt hat. Ist die aktuelle Kennlinie ermittelt, so wird das Maximum dieser aktuellen Kennlinie ermittelt und der y-Wert dieses Maximums als aktueller maximaler Reibwert gesetzt.
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Im Rahmen eines abschließenden Endschritts S6, wird dieser aktuelle maximale Reibwert dann in einem Fahrzeugspeicher abgelegt und steht für verschiedene Zwecke zur Verfügung, bis das Verfahren abermals in einem Triggerschritt S1 ausgelöst wird. Nach einer abermaligen Durchführung des Verfahrens wird der aktuelle maximale Reibwert dann wieder aktualisiert und so weiter und so fort.
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Bei weiterbildenden Ausführungsformen wird das Verfahren jeweils abgebrochen, wenn erkannt wird, beispielsweise im Rahmen des Anhebungsschritts S3 und/oder des Erfassungsschritts S4, dass eine Neubestimmung des aktuellen maximalen Reibwerts nicht oder nicht sinnvoll oder nicht sicher oder nicht komfortabel möglich ist. Solche außerplanmäßigen Abbrüche des Verfahrens sind in 3 der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
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4 zeigt eine typische Anhebungskurve einer Motormomentanhebung in einem typischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere ist in dem Diagramm in 4 der Verlauf von Motormomentanhebungen T über der Zeit t aufgetragen. Hierbei sind zwei Anhebungskurven gezeigt, nämlich eine Anhebungskurve 3, bei welcher abgeregelt wird, sobald ein Schätzschlupf von 1 % erreicht ist, und eine Anhebungskurve 4 ohne Abregelung. Die Anhebungskurve 4 ist gestrichelt dargestellt. Aus der Betrachtung der Anhebungskurven 3, 4 in 4 wird klar, dass zu einem Startzeitpunkt t1 die Motormomentanhebung gestartet wird. Ab diesem Startzeitpunkt t1 wird das Motormoment des Fahrzeugs, in welchem das Verfahren abläuft, von einem Ausgangs-Motormoment T_0 aus sukzessive linear erhöht, sodass nach einer Zeitdauer von zwei Sekunden theoretisch ein Motormoment in Höhe von 200 Newtonmeter erreicht werden würde. Nach zwei Sekunden, also im Abflauzeitpunkt t3, werden die Motormomentanhebungen dann wieder zurückgefahren, und zwar linear über einen Zeitraum von 0,5 Sekunden, sodass das Motormoment zu einem Endzeitpunkt t4 wieder dem Ausgangs-Motormoment T_0 entspricht. Dieser theoretische Motormoment-Verlauf ist gestrichelt in der Anhebungskurve 4 dargestellt.
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Dieser Kurvenverlauf stellt sich ein, wenn niemals ein Schätzschlupf von mindestens 1 % erreicht wird. In den meisten Fällen wird es jedoch möglich sein, einen Schätzschlupf von mindestens 1 % zu erreichen. Dann nimmt die Anhebungskurve den für die Anhebungskurve 3 gezeigten Kurvenverlauf an. In diesem Fall wird ebenfalls zu einem Startzeitpunkt t1 das Motormoment linear erhöht. Sobald detektiert wurde, dass ein Schätzschlupf von 1 % erreicht wurde, wird die Motormomentanhebung T auf einen Abregelwert T_1% abgeregelt. Dies geschieht zu einem Abregelzeitpunkt t2. Anschließend wird die Motormomentanhebung T auf dem Abregelwert T_1% gehalten, bis zwei Sekunden nach dem Startzeitpunkt t1 der Abflauzeitpunkt t3 erreicht ist. Zwischen dem Abflauzeitpunkt t3 und dem Endzeitpunkt t4, welcher in diesem Ausführungsbeispiel 0,5 Sekunden nach dem Abflauzeitpunkt t3 liegt, wird die Motormomentanhebung T sukzessive linear reduziert, sodass zum Endzeitpunkt t4 wieder der Wert des Ausgangs-Motormoments T_0 erreicht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrbahn
- 2
- Rechtes Hinterrad
- 3
- Anhebungskurve (abgeregelt sobald 1% Schätzschlupf erreicht)
- 4
- Anhebungskurve (ohne Abregelung)
- 5
- Linkes Hinterrad
- 6
- automatische Lenkbewegung
- F
- Fahrzeug
- S1
- Triggerschritt
- S2
- Start-Bedingungstest
- S3
- Anhebungsschritt
- S4
- Erfassungsschritt
- S5
- Schätzschritt
- S6
- Endschritt
- T
- Motormomentanhebung
- T_1%
- Abregelwert
- T_0
- Ausgangs-Motormoment
- t
- Zeit
- t1
- Startzeitpunkt
- t2
- Abregelzeitpunkt
- t3
- Abflauzeitpunkt
- t4
- Endzeitpunkt
