DE102020200981A1

DE102020200981A1 - Prognose des Reibwerts für einen Reifen-Fahrbahn-Kontakt

Info

Publication number: DE102020200981A1
Application number: DE102020200981.3A
Authority: DE
Inventors: Simon Weissenmayer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2021-07-29

Abstract

Verfahren (100) zur Prognose (µP) des Reibwerts (µ) eines Reifen-Fahrbahn-Kontakts (53) eines Fahrzeugs (50) für einen vorgegebenen Prognosezeitpunkt (tP) mit den Schritten:• ein Anfangswert (z0) mindestens einer Zustandsgröße (z) der Fahrbahn (52), die das Reibungsverhalten der Fahrbahn (52) charakterisiert, wird ermittelt (110), wobei sich dieser Anfangswert (z0) auf einen Anfangszeitpunkt (t0) bezieht;• eine Abnutzung (Δ) der Fahrbahn (52) zwischen dem Anfangszeitpunkt (t0) und dem Prognosezeitpunkt (tP) wird ermittelt (120);• aus dem Anfangswert (z0) der Zustandsgröße (z) der Fahrbahn (52) und der Abnutzung (Δ) der Fahrbahn (52) wird ein Prognosewert (zP) der Zustandsgröße (z) der Fahrbahn (52) zum Prognosezeitpunkt (tP) ermittelt (130);• der Prognosewert (zP) der Zustandsgröße (z) der Fahrbahn (52) wird einem Reibwertmodell (1) zugeführt (150);• durch das Reibwertmodell (1) wird die Prognose (µP) des Reibwerts (µ) für den Prognosezeitpunkt (tP) ermittelt (160).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Prognose des Reibwerts für einen Reifen-Fahrbahn-Kontakt eines Fahrzeugs unter Berücksichtigung des Abnutzungszustandes der Fahrbahn.
Stand der Technik
Ein jedes Fahrmanöver, das die Trajektorie eines Fahrzeugs in beabsichtigter Weise ändert, setzt zwingend voraus, dass die für dieses Manöver nötigen Kräfte über Reifen-Fahrbahn-Kontakte des Fahrzeugs auf die befahrene Fahrbahn übertragen werden können. Der Reibwert des Reifen-Fahrbahn-Kontakts entscheidet darüber, welche Kräfte dieser Kontakt maximal übertragen kann.
Aus der EP 0 392 163 B1 ist ein Verfahren zur Ermittlung des Reibwerts bei Annäherung des Fahrzeugs an einen querdynamisch kritischen Fahrzustand bekannt. Aus der EP 2 865 572 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung des Reibwerts aus Messungen der auf den Reifen wirkenden Kraft bekannt. Die DE 103 53 481 B4 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung des Reibwerts aus Abrollgeräuschen eines Reifens.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zur Prognose des Reibwerts eines Reifen-Fahrbahn-Kontakts eines Fahrzeugs für einen vorgegebenen Prognosezeitpunkt entwickelt.
Bei diesem Verfahren wird ein Anfangswert mindestens einer Zustandsgröße der Fahrbahn, die das Reibungsverhalten der Fahrbahn charakterisiert, ermittelt. Dieser Anfangswert bezieht sich auf einen beliebigen Anfangszeitpunkt, der in der Vergangenheit, der Gegenwart oder auch der Zukunft liegen kann. Der Anfangszeitpunkt muss lediglich vor dem Prognosezeitpunkt liegen.
Es wird eine Abnutzung der Fahrbahn zwischen dem Anfangszeitpunkt und dem Prognosezeitpunkt ermittelt. Aus dem Anfangswert der Zustandsgröße der Fahrbahn und der Abnutzung der Fahrbahn wird ein Prognosewert der Zustandsgröße der Fahrbahn zum Prognosezeitpunkt ermittelt.
Optional wird mindestens eine Kenngröße und/oder Zustandsgröße des Reifens, die das Reibungsverhalten des Reifens charakterisiert, ermittelt und ebenfalls dem Reibwertmodel zugeführt. Beispiele von für das Reibungsverhalten relevanten Kenngrößen sind die Abmessungen des Reifens sowie der Reifentyp (etwa Sommerreifen oder Winterreifen). Beispiele von Zustandsgrößen sind der Luftdruck im Reifen, die Temperatur des Reifens sowie die Profiltiefe des Reifens.
Der Prognosewert der Zustandsgröße der Fahrbahn sowie die Kenngröße und/oder Zustandsgröße des Reifens werden einem Reibwertmodell zugeführt. Durch das Reibwertmodell wird die Prognose des Reibwerts für den Prognosezeitpunkt ermittelt.
Es wurde erkannt, dass der Reibwert nicht nur durch kurzfristige Änderungen der Fahrbahnbeschaffenheit beispielsweise durch Niederschläge beeinflusst wird, sondern auch durch längerfristige Abnutzungseffekte. Insbesondere verändert sich die Rauigkeit der Oberfläche der Fahrbahn auf einer längerfristigen Zeitskala auf Grund von Abnutzungseffekten. Der physikalische Reibungskoeffizient für eine bestimmte Materialpaarung (etwa Stahl auf Stahl oder Stein auf Stein) ist eine Eigenschaft speziell dieser Materialpaarung und verkörpert insbesondere Adhäsions- und Kohäsionskräfte. Er wird typischerweise an polierten Oberflächen gemessen. Der Reibwert eines Paars realer Oberflächen, die aufeinander gepresst werden, hängt zusätzlich von der mechanischen Verzahnung der Oberflächen ineinander ab. Ausschlaggebend für diese Verzahnung ist die Rauigkeit der Oberflächen. Daher beinhaltet in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung die Zustandsgröße der Fahrbahn ein Maß für die Rauigkeit der Oberfläche der Fahrbahn.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Abschleifen scharfkantiger Texturen der Oberfläche der Fahrbahn bei Verkehrsbelastung der Fahrbahn im trockenen Zustand als Abnutzung gewertet, die die Rauigkeit der Oberfläche der Fahrbahn vermindert. Bei einer Fahrbahndecke aus Beton werden die scharfkantigen Texturen beispielsweise durch Kanten der im Beton enthaltenen Sandkörner gebildet. Die scharfkantigen Texturen werden mit der Zeit blank geschliffen, wobei dieser Effekt umso stärker ist, je größer die an der entsprechenden Stelle auf die Fahrbahn ausgeübten Kräfte sind.
Diese Kräfte können insbesondere auch davon abhängen, welche Funktion ein bestimmtes Stück Fahrbahn im Verkehrssystem hat. So müssen beispielsweise vor einem Stoppschild an einer Kreuzung alle Fahrzeuge anhalten und wieder anfahren, wobei der Reifen-Fahrbahn-Kontakt jeweils große Kräfte übertragen muss. Hierdurch wird der Reibwert mit der Zeit deutlich stärker herabgesetzt als beispielsweise auf einem Stück Autobahn, auf dem die Fahrzeuge mit im Wesentlichen gleichbleibender Geschwindigkeit fahren.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Erosion der Oberfläche der Fahrbahn durch Kavitation zwischen Reifen und der Fahrbahn bei Verkehrsbelastung der Fahrbahn im nassen Zustand als Abnutzung gewertet, die die Rauigkeit der Oberfläche der Fahrbahn erhöht. Wenn die Fahrbahn nass ist, dann wird durch den Reifen eines auf der Fahrbahn fahrenden Fahrzeugs Wasser auf einer schnellen Zeitskala in die Oberfläche der Fahrbahn und in das Negativprofil des Reifens hineingepumpt und wieder herausgesaugt. Bei diesem Vorgang kann innerhalb des Wassers der Druck lokal kurzzeitig unter den Dampfdruck des Wassers sinken, so dass sich Dampfblasen im Wasser bilden. Wenn der Druck wieder ansteigt und die Dampfblasen kollabieren, treten hohe Druckspitzen auf, die Material aus der Fahrbahnoberfläche abtragen können. Dadurch wird die Fahrbahnoberfläche aufgeraut.
Dieser Effekt ist umso stärker, je schwerer und je schneller die auf der nassen Fahrbahn fahrenden Fahrzeuge sind. Daher wird die Kavitation an einem konkreten Ort der Fahrbahn vorteilhaft unter Heranziehung der Anzahl, Art und Geschwindigkeit der Fahrzeuge, die diesen Ort im nassen Zustand der Fahrbahn passieren, ermittelt.
Die Abnutzung der Fahrbahn weist also zwei Aspekte auf, die sich in gegensätzlicher Weise auf die Rauigkeit auswirken. Das bedeutet insbesondere, dass die Rauigkeit der Oberfläche der Fahrbahn nicht monoton mit der Zeit sinken muss. Vielmehr kann die Rauigkeit bei trockener Fahrbahn durch das Blankschleifen scharfkantiger Texturen abnehmen, aber später bei Nässe durch die Kavitation wieder ansteigen, wenn genügend schnelle Fahrzeuge die Fahrbahn passieren und hierbei nicht zu stark bremsen oder beschleunigen. Welcher Aspekt wann dominiert, hängt somit von einem Zusammenspiel der grundsätzlichen Anfälligkeit der Fahrbahn für die jeweiligen Abnutzungseffekte mit der Verkehrsbelastung im trockenen Zustand und im nassen Zustand ab. Die Verkehrsbelastung kann beispielsweise mit der Wetterabhängigkeit der Nachfrage nach einem Ziel, zu dem die Straße führt, korreliert sein. So sind etwa auf einer Straße, die zu einem Aussichtspunkt oder zu einem Freibad führt, bevorzugt dann viele Fahrzeuge unterwegs, wenn das Wetter trocken ist und der Aussichtspunkt bzw. das Freibad sinnvoll genutzt werden können. Eine Indoor-Kletterhalle oder ein Einkaufszentrum werden hingegen bei Regenwetter verstärkt angefahren.
Im genannten Beispiel der Kreuzung mit einem Stoppschild können Fahrzeuge den Abschnitt der Fahrbahn, der auf das Stoppschild zuführt, niemals schnell befahren, da sie immer anhalten müssen. Daher werden in diesem Abschnitt der Fahrbahn die für eine Erosion durch Kavitation nötigen Geschwindigkeiten nicht erreicht. Das heißt, dort und in allen anderen Bereichen, in denen langsam gefahren und häufig schnell abgebremst werden muss, findet nur das Blankschleifen statt, ohne dass die Oberfläche der Fahrbahn durch Kavitation wieder aufgeraut wird. Der Reibwert wird also progressiv immer schlechter.
Hingegen können Fahrzeuge an einer Ampelkreuzung bei Grün auch mit höherer Geschwindigkeit fahren, so dass durch Kavitation der Reibwert erhöht werden kann. Reibwerterhöhende und reibwertvermindernde Effekte können anhand der Anzahl an Fahrzeugen bestimmt werden, die bei Rot bremsen und bei Grün über die Ampel fahren. Diese Anzahlen können beispielsweise mit Induktionsschleifen ermittelt werden, die für eine bedarfsangepasste Steuerung der Ampelschaltung meistens ohnehin vorhanden sind. Wenn ausreichend viele Fahrzeuge schnell bei Grün über die Ampel fahren, wenig genug Fahrzeuge bei Rot bremsen und der Anteil an stark bremsenden Fahrzeugen gering genug ist, dann kann Nässe zu einer langfristigen Erhöhung des Reibwerts führen.
Kurven, die so scharf sind, dass sie nur mit niedrigen Geschwindigkeiten befahren werden können, sind hauptsächlich vom reibwertvermindernden Effekt betroffen, während Kurven, die mit höheren Geschwindigkeiten befahren werden können, auch vom reibwerterhöhenden Effekt bei Nässe profitieren.
Die Anzahl der Fahrzeuge, die einen Straßenabschnitt befahren, kann anhand von Bewegungsdaten berechnet werden, wobei die Bewegungsdaten beispielsweise von Online-Routenplanern erfasst werden können. Witterungsdaten bzw. Straßenzustandsdaten können mit Hilfe von Ultraschallsensoren von Fahrzeugen erfasst werden. Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsdaten können von Fahrzeugen oder von Mobiltelefonen, die in Fahrzeugen mitgeführt werden, berechnet werden. Die von den Fahrzeugen gemessenen Daten können über eine Mobilfunkschnittstelle an eine Cloud gesendet werden. Liegen keine detaillierten Straßenzustandsdaten vor, dann kann auch mit Hilfe von Wettermodellen ein Straßenzustand ersatzweise berechnet werden. Liegen keine Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsdaten vor, dann kann auch mit Annahmen aufgrund der Straßenbauart gearbeitet werden.
Die Anfälligkeit der Fahrbahn für die genannten Abnutzungseffekte hängt insbesondere von der Struktur ihrer Oberfläche ab. So kann die Oberfläche der Fahrbahn aus unterschiedlichen Materialien bestehen, deren Texturen unterschiedlich stark abgeschliffen werden und die unterschiedlich stark durch Kavitation ausgeraut werden. Weiche und spröde Materialien sind im Gegensatz zu harten und zähen Oberflächen besonders sowohl von der reibwerterhöhenden Kavitation als auch vom reibwertvermindernden Abschleifen betroffen, so dass sich der Reibwert sowohl bei Verkehrsbelastung im trockenen Zustand als auch bei Verkehrsbelastung im nassen Zustand schnell mit der Zeit ändert. Sind in der Oberfläche der Fahrbahn weiche und spröde Materialien gemischt mit harten und zähen Materialien, dann überlagern sich die Reibwertänderungen, die durch die Abnutzung der verschiedenen Materialien jeweils hervorgerufen werden.
Die Oberfläche der Fahrbahn kann je nach Belagtyp verschiedene Strukturen aufweisen. Offenporiger Asphalt mit hervorragenden Drainageeigenschaften sorgt dafür, dass Kavitationseffekte auf ein Minimum reduziert werden. Zusätzlich wirken die Reifenkräfte auf eine geringere Oberfläche, weshalb der Teil der Oberfläche, der mit den Reifen in Kontakt kommt, besonders schnell abgeschliffen wird. So kann es vorkommen, dass bei Asphalt mit besonders ausgeprägter Drainageeigenschaft der Reibwert selbst bei nasser Straße und hoher Verkehrsbelastung mit schnellen Fahrzeugen immer weiter sinkt.
Eine weitere wichtige Einflussgröße für die Abnutzungseffekte ist das Alter der Fahrbahn seit der letzten Erneuerung des Fahrbahnbelags. Das als Bindemittel verwendete Bitumen unterliegt einem Alterungsprozess und verliert zunehmend seine stabilisierende Wirkung. Sowohl das Blankschleifen scharfkantiger Texturen als auch die Erosion durch Kavitation werden hierdurch begünstigt.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird in dem Reibwertmodell zusätzlich berücksichtigt, dass die Wechselwirkung von Verschmutzungen der Fahrbahn mit Niederschlägen für einen ersten Zeitraum ab dem Übergang der Fahrbahn vom trockenen in den nassen Zustand den Reibwert vermindert. Derartige Verschmutzungen können beispielsweise Öl, Reifenabrieb und Staub beinhalten und sich mit Wasser zu einem Schmierfilm vermischen, der in einer zu Schmierseife analogen Weise den Reibwert kurzfristig drastisch verringert.
Dabei kann sich dieser Effekt umkehren, wenn Niederschläge länger andauern. In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird in dem Reibwertmodell zusätzlich berücksichtigt, dass eine Fortsetzung der Niederschläge während eines an den ersten Zeitraum anschließenden zweiten Zeitraums durch das Auswaschen von Verschmutzungen aus der Fahrbahn den Reibwert erhöht. Mit anderen Worten, die zunächst auf das Einsetzen der Niederschläge folgende drastische Verringerung des Reibwerts durch den Schmierfilm kann durch das Auswaschen wieder rückgängig gemacht werden, so dass nur noch eine Verschlechterung des Reibwerts durch die Feuchtigkeit als solche verbleibt.
Die von dem Reibwertmodell benötigten Informationen, wie etwa über den Typ des Reifens oder den Typ des Fahrbahnbelags, können aus beliebigen Quellen stammen. So kann beispielsweise der Fahrbahnbelag mit einer Kamera analysiert oder aus einer digitalen Karte abgerufen werden. Der Typ des Reifens kann beispielsweise durch das Auslesen einer an dem Reifen angebrachten Kennung ermittelt werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine Vielzahl von für die Ermittlung des Reibwerts nützlichen Informationen mit Geräuschen korreliert ist, die am Ort des Fahrzeugs erfassbar sind. Dabei haben diese Geräusche jeweils einen nennenswerten Anteil im Ultraschall-Frequenzbereich. Dadurch lassen sie sich gut von Störgeräuschen unterscheiden, die keinen solchen Ultraschall-Anteil haben. Weiterhin dienen Ultraschallsensoren in vielen Fahrzeugen als Annäherungssensoren für Parkassistenzsysteme, sind also ohnehin schon vorhanden.
Daher werden in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung Geräusche mit mindestens einem Ultraschallsensor des Fahrzeugs erfasst. Aus diesen Geräuschen werden

• die Art und/oder Stärke aktuell fallender Niederschläge an der Position des Fahrzeugs,
• ein Typ des Fahrbahnbelags,
• eine Belegung der Fahrbahn mit Niederschlägen, und/oder
• eine Kenngröße und/oder Zustandsgröße des Reifens, und/oder
• die Anzahl und/oder die Geschwindigkeit anderer Fahrzeuge auf der Fahrbahn und/oder auf der Gegenfahrbahn

So hat beispielsweise offenporiger Asphalt auch ausgeprägte schalldämpfende Eigenschaften und kann mit Hilfe von Ultraschallechos von geschlossenporigem Asphalt unterschieden werden. Das diffuse Bodenecho, das mit Hilfe eines Clutterwerts eines empfangenen Ultraschallechos gemessen werden kann, ist bei offenporigem Asphalt schwächer als bei geschlossenporiger Oberfläche.
Mit dem Ultraschallsensor kann weiterhin auch das Implodieren von Kavitationsblasen direkt detektiert werden. Dieses Implodieren kann zu sehr lauten Geräuschen führen, die über ein sehr großes Spektrum verteilt sind. Wie groß der Kavitationseffekt bei dem jeweiligen Fahrbahnbelag ist, kann sehr direkt anhand eines Rauschwerts mit Hilfe eines akustischen Sensors gemessen werden, wie etwa dem besagten Ultraschallsensor. Da sich die Struktur der Oberfläche der Fahrbahn und damit der Kavitationseffekt nur sehr langsam ändert, brauchen die Rauschwerte nur recht selten gemessen zu werden, um die Drainagefähigkeit der Fahrbahn zu bestimmen und im Reibwertmodell berücksichtigen zu können.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung ermittelt das Reibwertmodell die Prognose des Reibwerts zumindest teilweise anhand einer Fortschreibung mindestens eines für einen konkreten Zeitpunkt vorgegebenen Reibwerts mit der Dauer und Stärke mindestens eines Einflusses, der den Reibwert erhöht oder vermindert. Insbesondere können viele bekannte Reibwerte für verschiedene Zeitpunkte gleichsam als Stützstellen dienen. Das Reibwertmodell kann dann beispielsweise an diese Stützstellen angefittet werden. Das Reibwertmodell kann aber auch beispielsweise mit der Fortschreibung gezielt die Bereiche zwischen den Stützstellen ausfüllen.
Beispielsweise kann mindestens ein Reibwert anhand eines Eingriffs eines Fahrassistenzsystems, und/oder einer Fahrdynamikregelung, des Fahrzeugs ermittelt werden. Derartige Systeme, wie etwa ABS, ESP oder ASR, registrieren allgemein, dass das tatsächliche Verhalten des Fahrzeugs vom Fahrerwunsch abweicht, um entsprechende Gegenmaßnahmen zu ermitteln. Die tieferliegende Ursache für die Abweichung des Verhaltens vom Fahrerwunsch ist, dass die Grenze der Haftreibung am Reifen-Fahrbahn-Kontakt aktuell ausgereizt ist. Daher lässt sich der Reibwert aus Eingriffen der genannten Systeme auswerten. Alternativ oder auch in Kombination hierzu kann überwacht werden, ob der Radschlupf, und/oder der Schräglaufwinkel, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Insbesondere kann beispielsweise eine aktuelle Beschleunigung des Fahrzeugs zum Zeitpunkt des Eingriffs als maximale durch den Reifen-Fahrbahn-Kontakt übertragbare Beschleunigung gewertet werden. Der Reibwert kann dann aus dem Verhältnis dieser maximalen Beschleunigung zur Erdbeschleunigung ausgewertet werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden ein oder mehrere Reibwerte zu konkreten Zeitpunkten einerseits und ein oder mehrere Einflüsse, die den Reibwert erhöhen oder erniedrigen, andererseits in dem Reibwertmodell mit einem Kalman-Filter fusioniert. Ein Kalman-Filter ist als Algorithmus besonders gut dazu geeignet, Informationen über eine Messgröße selbst einerseits und Informationen über Ableitungen dieser Messgröße andererseits zu fusionieren. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Informationen aus verschiedenen Quellen stammen und mit verschiedenen Unsicherheiten behaftet sind. Alternativ oder zusätzlich werden in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung Parameter des Algorithmus mit Hilfe maschineller Lernverfahren ermittelt. Dadurch kann eine besonders hohe Genauigkeit der Fusion erreicht werden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Die Verfahren können insbesondere ganz oder teilweise computerimplementiert sein. Daher bezieht sich die Erfindung auch auf ein Computerprogramm mit maschinenlesbaren Anweisungen, die, wenn sie auf einem oder mehreren Computern ausgeführt werden, den oder die Computer dazu veranlassen, eines der beschriebenen Verfahren auszuführen. In diesem Sinne sind auch Steuergeräte für Fahrzeuge und Embedded-Systeme für technische Geräte, die ebenfalls in der Lage sind, maschinenlesbare Anweisungen auszuführen, als Computer anzusehen.
Ebenso bezieht sich die Erfindung auch auf einen maschinenlesbaren Datenträger und/oder auf ein Downloadprodukt mit dem Computerprogramm. Ein Downloadprodukt ist ein über ein Datennetzwerk übertragbares, d.h. von einem Benutzer des Datennetzwerks downloadbares, digitales Produkt, das beispielsweise in einem Online-Shop zum sofortigen Download feilgeboten werden kann.
Weiterhin kann ein Computer mit dem Computerprogramm, mit dem maschinenlesbaren Datenträger bzw. mit dem Downloadprodukt ausgerüstet sein.
Figurenliste
Es zeigt:

1 Ausführungsbeispiel des Verfahrens 100;
2 Veranschaulichung reibwerterhöhender (µ-) und reibwerterhöhender (µ+) Abnutzungen Δ der Fahrbahn 52;
3 Beispielhafter längerfristiger Verlauf des Reibwerts µ als Funktion der Zeit t.

1 ist ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens 100. Ziel dieses Verfahrens 100 ist es, eine Prognose µ_P des Reibwerts µ eines Reifen-Fahrbahn-Kontakts 53 eines Fahrzeugs 50 zu ermitteln.
Zu diesem Zweck wird in Schritt 110 ein Anfangswert z₀ mindestens einer Zustandsgröße z der Fahrbahn 52, die das Reibungsverhalten der Fahrbahn (52) charakterisiert, ermittelt. Diese Zustandsgröße 111 kann gemäß Block 111 insbesondere ein Maß für die Rauigkeit der Oberfläche der Fahrbahn 52 beinhalten. Der Anfangswert z₀ bezieht sich auf einen Anfangszeitpunkt t₀ .
In Schritt 120 wird eine Abnutzung Δ der Fahrbahn 52 zwischen dem Anfangszeitpunkt t₀ und dem Prognosezeitpunkt t_P ermittelt. Dies kann insbesondere gemäß Block 121 beinhalten, ein Abschleifen scharfkantiger Texturen der Oberfläche der Fahrbahn 52 bei Verkehrsbelastung der Fahrbahn im trockenen Zustand als Abnutzung zu werten, die die Rauigkeit der Oberfläche der Fahrbahn 52 vermindert. Alternativ oder auch in Kombination hierzu kann gemäß Block 122 eine Erosion der Oberfläche der Fahrbahn 52 durch Kavitation zwischen Reifen 51 und der Fahrbahn 52 bei Verkehrsbelastung der Fahrbahn im nassen Zustand als Abnutzung gewertet werden, die die Rauigkeit der Oberfläche der Fahrbahn 52 erhöht. Insbesondere kann gemäß Block 122a die Kavitation an einem konkreten Ort der Fahrbahn 52 unter Heranziehung der Anzahl, Art und Geschwindigkeit der Fahrzeuge, die diesen Ort im nassen Zustand der Fahrbahn 52 passieren, ermittelt werden.
In Schritt 130 wird aus dem Anfangswert z₀ der Zustandsgröße z der Fahrbahn 52 und der Abnutzung Δ der Fahrbahn 52 ein Prognosewert z_P der Zustandsgröße z der Fahrbahn 52 zum Prognosezeitpunkt t_P ermittelt.
Optional wird in Schritt 140 mindestens eine Kenngröße und/oder Zustandsgröße 51a des Reifens 51, die das Reibungsverhalten des Reifens 51 charakterisiert, ermittelt. Diese wird dann in Schritt 150 ebenfalls dem Reibwertmodell 1 zugeführt.
In Schritt 150 werden der Prognosewert z_P der Zustandsgröße z der Fahrbahn 52 sowie die Kenngröße und/oder Zustandsgröße 51a des Reifens 51 einem Reibwertmodell 1 zugeführt. Durch das Reibwertmodell 1 wird in Schritt 160 die Prognose µ_P des Reibwerts µ für den Prognosezeitpunkt t_P ermittelt.
Innerhalb des Kastens 160 sind beispielhafte Ausgestaltungen angegeben, wie die Prognose µ_P des Reibwerts µ für den Prognosezeitpunkt tp ermittelt werden kann.
Gemäß Block 161 kann im Reibwertmodell 1 zusätzlich berücksichtigt werden, dass die Wechselwirkung von Verschmutzungen der Fahrbahn 52 mit Niederschlägen für einen ersten Zeitraum t₁ ab dem Übergang der Fahrbahn 52 vom trockenen in den nassen Zustand den Reibwert µ vermindert. Gemäß Block 162 kann dann zusätzlich berücksichtigt werden, dass eine Fortsetzung der Niederschläge während eines an den ersten Zeitraum t₁ anschließenden zweiten Zeitraums t₂ durch das Auswaschen von Verschmutzungen aus der Fahrbahn 52 den Reibwert µ erhöht.
Gemäß Block 163 kann das Reibwertmodell 1 die Prognose µ_P des Reibwerts µ zumindest teilweise anhand einer Fortschreibung mindestens eines für einen konkreten Zeitpunkt vorgegebenen Reibwerts µ* mit der Dauer und Stärke mindestens eines Einflusses, der den Reibwert µ erhöht oder vermindert, ermitteln. Dabei kann gemäß Block 164 mindestens ein Reibwert µ* anhand eines Eingriffs eines Fahrassistenzsystems, und/oder einer Fahrdynamikregelung, des Fahrzeugs 50 ermittelt werden.
Gemäß Block 165 kann hierzu insbesondere eine aktuelle Beschleunigung des Fahrzeugs 50 zum Zeitpunkt des Eingriffs als maximale durch den Reifen-Fahrbahn-Kontakt 53 übertragbare Beschleunigung gewertet werden. Gemäß Block 166 kann dann der Reibwert µ* aus dem Verhältnis dieser maximalen Beschleunigung zur Erdbeschleunigung ausgewertet werden.
Gemäß Block 167 können ein oder mehrere Reibwerte µ* zu konkreten Zeitpunkten einerseits und ein oder mehrere Einflüsse, die den Reibwert erhöhen oder erniedrigen, andererseits in dem Reibwertmodell 1 mit einem Kalman-Filter fusioniert werden.
Gemäß Block 105a können mit mindestens einem Ultraschallsensor 54 Geräusche erfasst werden. Gemäß Block 105b können diese Geräusche in vielfältiger Weise zur Gewinnung der im Rahmen des Verfahrens 100 benötigten Informationen ausgewertet werden.
2 veranschaulicht, wie der Reibwert an einem Kontakt 53 zwischen dem Reifen 51 eines Fahrzeugs 50 und einer Fahrbahn 52 durch eine Abnutzung Δ der Fahrbahn 52 in beiden Richtungen beeinflusst werden kann.
Eine Reibwertverminderung µ- stellt sich ein, wenn scharfkantige Texturen 52b an der Oberfläche der Fahrbahn 52 durch den Reifen 51 blank geschliffen werden. Eine Reibwerterhöhung µ+ stellt sich hingegen ein, wenn sich im Reifen-Fahrbahn-Kontakt 53 Wasser 53a befindet, das durch den Reifen 51 in die Oberfläche der Fahrbahn 52 gepumpt und dort wieder herausgesaugt wird. Hierbei entstehen Kavitationsblasen 53b in dem Wasser 53a. Wenn diese Kavitationsblasen 53b implodieren, kann dies Löcher 52a in die Oberfläche der Fahrbahn 52 reißen und somit deren Rauigkeit erhöhen. Dies ist in 2 lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu eingezeichnet.
Das Fahrzeug 50 ist mit Ultraschallsensoren 54 ausgerüstet, die ursprünglich für ein Parkassistenzsystem vorgesehen wurden, jedoch nach dem zuvor Beschriebenen in vielfältiger Weise als Datenquellen für das Verfahren 100 genutzt werden können.
3 zeigt einen beispielhaften längerfristigen Verlauf des Reibwerts µ an einem Reifen-Fahrbahn-Kontakt 53 als Funktion der Zeit t ausgehend von einem Anfangswert µ₀ zum Zeitpunkt t₀ . Im Bereich A des Diagramms ist die Fahrbahn 52 trocken, so dass sich durch Abschleifen scharfkantiger Texturen der Reibwert µ nach und nach vermindert. Im Bereich B des Diagramms ist die Fahrbahn 52 nass geworden, und der Reibwert µ fällt noch wesentlich steiler linear mit der Zeit t ab, weil angesammelte Verschmutzungen zusammen mit den Niederschlägen einen glatten Schmierfilm bilden. Wenn die Niederschläge jedoch länger andauern, werden nach Ablauf der Zeitspanne t₁ , beginnend mit dem Übergang von Bereich B zu Bereich C des Diagramms die Verschmutzungen aus der Fahrbahn 52 ausgewaschen. Daher steigt im Bereich C während einer Zeitspanne t₂ , die an die Zeitspanne t₁ anschließt, der Reibwert µ wieder an, wobei dieser Anstieg zunächst fast linear beginnt und später etwas abflacht. Wenn nach Ablauf der Zeitspanne t₂ die Verschmutzungen ausgewaschen sind, setzt im Bereich D des Diagramms Kavitation an der Oberfläche der Fahrbahn 52 ein, und der Reibwert µ steigt noch etwas schneller an, ohne jedoch am Ende den ursprünglichen Wert µ₀ wieder zu erreichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0392163 B1 [0003]
EP 2865572 A1 [0003]
DE 10353481 B4 [0003]

Claims

Verfahren (100) zur Prognose (µ_P) des Reibwerts (µ) eines Reifen-Fahrbahn-Kontakts (53) eines Fahrzeugs (50) für einen vorgegebenen Prognosezeitpunkt (t_P) mit den Schritten: • ein Anfangswert (z₀) mindestens einer Zustandsgröße (z) der Fahrbahn (52), die das Reibungsverhalten der Fahrbahn (52) charakterisiert, wird ermittelt (110), wobei sich dieser Anfangswert (z₀) auf einen Anfangszeitpunkt (t₀) bezieht; • eine Abnutzung (Δ) der Fahrbahn (52) zwischen dem Anfangszeitpunkt (t₀) und dem Prognosezeitpunkt (t_P) wird ermittelt (120); • aus dem Anfangswert (z₀) der Zustandsgröße (z) der Fahrbahn (52) und der Abnutzung (Δ) der Fahrbahn (52) wird ein Prognosewert (z_P) der Zustandsgröße (z) der Fahrbahn (52) zum Prognosezeitpunkt (t_P) ermittelt (130); • der Prognosewert (z_P) der Zustandsgröße (z) der Fahrbahn (52) wird einem Reibwertmodell (1) zugeführt (150); • durch das Reibwertmodell (1) wird die Prognose (µ_P) des Reibwerts (µ) für den Prognosezeitpunkt (t_P) ermittelt (160).
Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei vor dem Schritt (150) im Schritt (140) mindestens eine Kenngröße und/oder Zustandsgröße (51a) des Reifens (51), die das Reibungsverhalten des Reifens (51) charakterisiert ermittelt wird und im Schritt (150) die Kenngröße und/oder Zustandsgröße (51a) des Reifens (51) dem Reibwertmodell (1) zugeführt wird.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Zustandsgröße (z) der Fahrbahn (52) ein Maß für die Rauigkeit der Oberfläche der Fahrbahn (52) beinhaltet (111).
Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein Abschleifen scharfkantiger Texturen der Oberfläche der Fahrbahn (52) bei Verkehrsbelastung der Fahrbahn im trockenen Zustand als Abnutzung gewertet wird (121), die die Rauigkeit der Oberfläche der Fahrbahn (52) vermindert.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei eine Erosion der Oberfläche der Fahrbahn (52) durch Kavitation zwischen Reifen (51) und der Fahrbahn (52) bei Verkehrsbelastung der Fahrbahn im nassen Zustand als Abnutzung gewertet wird (122), die die Rauigkeit der Oberfläche der Fahrbahn (52) erhöht.
Verfahren (100) nach Anspruch 5, wobei die Kavitation an einem konkreten Ort der Fahrbahn (52) unter Heranziehung der Anzahl, Art und Geschwindigkeit der Fahrzeuge, die diesen Ort im nassen Zustand der Fahrbahn (52) passieren, ermittelt wird (122a).
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dem Reibwertmodell (1) zusätzlich berücksichtigt wird (161), dass die Wechselwirkung von Verschmutzungen der Fahrbahn (52) mit Niederschlägen für einen ersten Zeitraum (t₁) ab dem Übergang der Fahrbahn (52) vom trockenen in den nassen Zustand den Reibwert (µ) vermindert.
Verfahren (100) nach Anspruch 7, wobei in dem Reibwertmodell (1) zusätzlich berücksichtigt wird (162), dass eine Fortsetzung der Niederschläge während eines an den ersten Zeitraum (t₁) anschließenden zweiten Zeitraums (t₂) durch das Auswaschen von Verschmutzungen aus der Fahrbahn (52) den Reibwert (µ) erhöht.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Geräusche mit mindestens einem Ultraschallsensor (54) des Fahrzeugs (50) erfasst werden (105a) und wobei aus diesen Geräuschen • die Art und/oder Stärke aktuell fallender Niederschläge an der Position des Fahrzeugs (50), • ein Typ des Fahrbahnbelags, • eine Belegung der Fahrbahn (52) mit Niederschlägen, und/oder • eine Kenngröße und/oder Zustandsgröße (51a) des Reifens (51), und/oder • die Anzahl und/oder die Geschwindigkeit anderer Fahrzeuge (50) auf der Fahrbahn (52) und/oder auf der Gegenfahrbahn ermittelt werden (105b).
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Reibwertmodell (1) die Prognose (µ_P) des Reibwerts (µ) zumindest teilweise anhand einer Fortschreibung mindestens eines für einen konkreten Zeitpunkt vorgegebenen Reibwerts (µ*) mit der Dauer und Stärke mindestens eines Einflusses, der den Reibwert (µ) erhöht oder vermindert, ermittelt (163).
Verfahren (100) nach Anspruch 10, wobei mindestens ein Reibwert (µ*) anhand eines Eingriffs eines Fahrassistenzsystems, und/oder einer Fahrdynamikregelung, des Fahrzeugs (50) ermittelt wird (164).
Verfahren (100) nach Anspruch 11, wobei • eine aktuelle Beschleunigung des Fahrzeugs (50) zum Zeitpunkt des Eingriffs als maximale durch den Reifen-Fahrbahn-Kontakt (53) übertragbare Beschleunigung gewertet wird (165); und • der Reibwert (µ*) aus dem Verhältnis dieser maximalen Beschleunigung zur Erdbeschleunigung ausgewertet wird (166).
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei ein oder mehrere Reibwerte (µ*) zu konkreten Zeitpunkten einerseits und ein oder mehrere Einflüsse, die den Reibwert erhöhen oder erniedrigen, andererseits in dem Reibwertmodell (1) mit einem Kalman-Filter und/oder mit einem maschinell gelernten Algorithmus fusioniert werden (167).
Computerprogramm, enthaltend maschinenlesbare Anweisungen, die, wenn sie auf einem oder mehreren Computern ausgeführt werden, den oder die Computer dazu veranlassen, ein Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.
Maschinenlesbarer Datenträger und/oder Downloadprodukt mit dem Computerprogramm nach Anspruch 14.
Computer, ausgerüstet mit dem Computerprogramm nach Anspruch 14, und/oder mit dem maschinenlesbaren Datenträger und/oder Downloadprodukt nach Anspruch 15.