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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Haftungsbedingungen zwischen einer Fahrbahn und zumindest einem Rad eines Fahrzeugs sowie ein entsprechendes Steuergerät.
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Stand der Technik
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Ein Rad eines Fahrzeugs weist während einer Rollbewegung Schlupf gegenüber einem Untergrund unter dem Rad auf. Als Schlupf wird dabei ein Verhältnis zwischen einer Umfangsgeschwindigkeit des Rads und einer Geschwindigkeit des Rads relativ zum Untergrund bezeichnet. Auch ein frei rollendes Rad weist Schlupf auf, der jedoch wesentlich geringer ist, als bei einem angetriebenen oder gebremsten Rad.
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Der Schlupf ist dabei abhängig von einem Reibwert zwischen dem Rad und dem Untergrund und einer am Rad wirkenden Kraft. Die Kraft am Rad weist eine Kraftkomponente senkrecht zum Untergrund und eine Kraftkomponente parallel zum Untergrund auf. Die maximal erreichbare Kraftkomponente parallel zum Untergrund ist abhängig von dem Reibwert und der Kraftkomponente senkrecht zum Untergrund.
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Die senkrecht zum Untergrund ausgerichtete Kraftkomponente wird als Aufstandskraft des Rads bezeichnet. Die parallel zum Untergrund ausgerichtete Kraftkomponente setzt sich aus einer Längskraft und einer Querkraft zusammen.
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Die Längskraft entspricht dabei einer Antriebskraft beziehungsweise einer Bremskraft am Rad. Die Querkraft entspricht einer Seitenführungskraft des Rads.
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Der Schlupf eines angetriebenen Rads eines Fahrzeugs kann näherungsweise bestimmt werden, indem eine Drehgeschwindigkeit des angetriebenen Rads mit einer Drehgeschwindigkeit eines frei rollenden Rads des Fahrzeugs verglichen wird. Ein Verhältnis zwischen den Drehgeschwindigkeiten entspricht in etwa dem Schlupf.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Bestimmen von Haftungsbedingungen zwischen einer Fahrbahn und zumindest einem Rad eines Fahrzeugs und ein entsprechendes Steuergerät, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, Haftungsbedingungen zwischen einem Rad und einer Fahrbahn unter dem Rad nur durch Kennwerte an dem Rad zu bestimmen.
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Es wird ein Verfahren zum Bestimmen von Haftungsbedingungen zwischen einer Fahrbahn und zumindest einem Rad eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei dem Rad eine Drehzahländerung vorgegeben wird und eine resultierende Drehmomentänderung erfasst wird, wobei die Haftungsbedingungen unter Verwendung der Drehmomentänderung ermittelt werden.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Haftungsbedingungen zwischen einem Rad eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn unter dem Rad umfassen eine von dem Rad auf die Fahrbahn übertragbare Kraft und einen momentanen Schlupf zwischen dem Rad und der Fahrbahn.
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Das Rad kann ein beschleunigbares Rad sein. Das Rad kann also angetrieben und/oder abgebremst werden. Insbesondere kann das Rad mit einem Elektromotor des Fahrzeugs gekoppelt sein, der das Rad wahlweise antreiben oder abbremsen kann.
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Die Kraft kann als Reibkraft, Kraftschlussbeanspruchung oder als genutzter Reibwert bezeichnet werden. Die Kraft ist durch eine momentane Aufstandskraft des Rads auf der Fahrbahn und einen Reibwert der Fahrbahn begrenzt. Ein Zusammenhang zwischen der Kraft und dem Schlupf kann als Schlupfkurve beziehungsweise µ-S-Kurve dargestellt werden.
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Der Reibwert ist abhängig von Rahmenbedingungen, also Eigenschaften der Fahrbahn und Eigenschaften einer Lauffläche des Rads. Beispielsweise ist der Reibwert unter Anderem abhängig von einer Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn, einer Oberflächenbeschaffenheit der Lauffläche und aktuell vorherrschenden Umweltbedingungen.
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Der Schlupf repräsentiert einen Faktor zwischen einer Umfangsgeschwindigkeit des Rads und einer Geschwindigkeit eines Radmittelpunkts des Rads über die Fahrbahn. Die Umfangsgeschwindigkeit ist abhängig von einer Drehzahl des Rads und einem Radius des Rads. Insbesondere kann die Umfangsgeschwindigkeit bezogen auf einen Rollradius des Rads sein.
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Die Schlupfkurve weist einen optimalen Schlupfbereich auf. Der optimale Schlupfbereich kann als Optimalschlupfbereich bezeichnet werden. Innerhalb des Optimalschlupfbereichs kann nahezu die maximale Kraft übertragen werden. Schlupfwerte kleiner als der Optimalschlupfbereich liegen in einem stabilen Bereich der Schlupfkurve. Innerhalb des stabilen Bereichs und des Optimalschlupfbereichs wirkt zwischen dem Rad und der Fahrbahn die Haftreibung. Schlupfwerte größer als der Optimalschlupfbereich liegen in einem Überschlupfbereich beziehungsweise Rutschbereich. Im Überschlupfbereich beginnt das Rad durchzurutschen und die vom Rad auf die Fahrbahn übertragbare Kraft wird durch die Gleitreibung zwischen dem Rad und der Fahrbahn bestimmt und nimmt ab.
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Eine Summe aus einer Beschleunigungskraft entlang einer Umfangsrichtung des Rads und einer Seitenführungskraft quer zur Umfangsrichtung kann maximal so groß sein, wie die momentan von dem Rad auf die Fahrbahn übertragbare Kraft. Die Beschleunigungskraft kann entweder eine Vortriebskraft oder eine in die entgegengesetzte Richtung wirkende Bremskraft sein.
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Eine Drehzahländerung kann eine auf eine momentane Drehgeschwindigkeit des Rads aufmodulierte Geschwindigkeitsänderung sein. Eine Drehmomentänderung kann eine Drehmomentantwort des Rads auf die Drehzahländerung sein. Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird durch die Drehzahländerung ein momentaner Arbeitspunkt des Rads auf der Schlupfkurve verschoben. Durch eine Drehzahlerhöhung ergibt sich bei gleichbleibenden Rahmenbedingungen ein Schlupfanstieg. Durch eine Drehzahlabsenkung ergibt sich bei gleichbleibenden Rahmenbedingungen ein Schlupfabfall. Da der Arbeitspunkt jeweils auf der Schlupfkurve liegt, ergibt sich durch die Drehzahländerung auch eine Kraftänderung am Rad. Die erfasste Drehmomentänderung ist wiederum direkt proportional zu der Kraftänderung.
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Unter Verwendung der erfassten Drehmomentänderung kann der Arbeitspunkt auf der Schlupfkurve ermittelt werden. Die Schlupfkurve bildet den Zusammenhang zwischen dem Schlupf und der Kraft ab. Die Kraft beziehungsweise Kraftschlussbeanspruchung entspricht dabei einem genutzten Reibwert, also einem Verhältnis zwischen der Kraftkomponente parallel zur Fahrbahn und der mit dem Reibwert multiplizierten Aufstandskraft normal zur Fahrbahn. Die Schlupfkurve weist im Bereich eines Übergangs zwischen einem Optimalschlupfbereich mit gewünschtem Schlupf und einem Überschlupfbereich mit zu großem Schlupf eine große Änderung der Steigung auf. Anders ausgedrückt weist die Schlupfkurve im Bereich des Übergangs einen Knick auf. Durch Ermitteln des Punkts auf der Schlupfkurve kann schnell erkannt werden, ob sich das Rad in einem Unterschlupfbereich mit zu wenig Schlupf, dem Optimalschlupfbereich oder dem Überschlupfbereich befindet.
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Absolutwerte der übertragenen Kraft sind abhängig von den Rahmenbedingungen. Die Rahmenbedingungen können teilweise unbekannt sein. Eine Form der Schlupfkurve ist jedoch charakteristisch. Durch das Auswerten der Drehmomentänderung kann eine Position des Arbeitspunkts auf der Schlupfkurve unabhängig von dem Absolutwert des Drehmoments erkannt werden. Die Position des Arbeitspunkts auf der Schlupfkurve ist charakteristisch für die Haftungsbedingungen.
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Es kann eine zyklisch variierende Drehzahländerung vorgegeben werden. Die Drehgeschwindigkeit kann also periodisch wiederkehrend erhöht und wieder abgesenkt werden. Die Drehzahländerung kann beispielsweise mit einer Frequenz von mehr als 5 Hz vorgegeben werden. Durch den schnellen Wechsel zwischen einer Drehzahlzunahme und einer Drehzahlabnahme kann eine Übertragung von Vibrationen auf eine Karosserie des Fahrzeugs verhindert beziehungsweise verringert werden.
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Eine Drehzahländerungsamplitude der Drehzahländerung kann unter Verwendung der Drehmomentänderung eingestellt werden. Die erfasste Drehmomentänderung kann als Regelgröße für die Drehzahländerungsamplitude der Drehzahländerung verwendet werden. Dabei kann die Drehzahländerungsamplitude so geregelt werden, dass die Drehmomentänderung innerhalb eines gewünschten Wertebereichs bleibt. Die Drehzahländerungsamplitude kann auch als Drehzahlumfang der Drehzahländerung bezeichnet werden.
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Die Drehzahländerungsamplitude kann verkleinert werden, wenn die Drehmomentänderung größer als eine Wahrnehmungsschwelle ist. An der Wahrnehmungsschwelle kann ein Fahrer des Fahrzeugs beginnen, die Drehmomentänderung als Ruck wahrzunehmen. Die nächste Drehzahländerung kann also kleiner vorgegeben werden als die zurückliegende Drehzahländerung.
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Die Drehzahländerungsamplitude kann vergrößert werden, wenn die Drehmomentänderung kleiner als eine Erfassungsschwelle ist. An der Erfassungsschwelle kann die Drehmomentänderung zu klein sein, um sinnvoll erfasst werden zu können. Die nächste Drehzahländerung kann also größer vorgegeben werden als die zurückliegende Drehzahländerung. Die Wahrnehmungsschwelle und die Erfassungsschwelle können den gewünschten Wertebereich der Drehmomentänderung begrenzen.
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Es kann ein Sollwert für die Drehzahländerung für einen elektrischen Antrieb des Rads vorgegeben werden. Zumindest eine resultierende elektrische Größe kann am Antrieb beziehungsweise einem Regler des Antriebs abgegriffen werden, um die Drehmomentänderung zu erfassen. Der elektrische Antrieb kann unter Verwendung einer Vektorregelung angesteuert werden. Dabei repräsentiert der zum Einstellen der elektrischen Größen verwendete Vektor das momentan vom Antrieb bereitgestellte Drehmoment. Eine Änderung des Vektors entspricht damit der Drehmomentänderung. Der hier vorgestellte Ansatz kann durch ein Bereitstellen von Steuersignalen und ein Einlesen von bereits vorhandenen Messwerten ausgeführt werden.
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Zumindest einem an einer anderen Achse des Fahrzeugs angeordneten weiteren Rad des Fahrzeugs kann eine entgegengesetzte Drehzahländerung vorgegeben werden. Eine resultierende weitere Drehmomentänderung kann am weiteren Rad erfasst werden. Die Haftungsbedingungen zwischen dem weiteren Rad und der Fahrbahn können unter Verwendung der weiteren Momentänderung ermittelt werden. Durch ein Ermitteln der Haftungsbedingungen an mindestens zwei Rädern des Fahrzeugs, die an unterschiedlichen Achsen des Fahrzeugs angeordnet sind, kann eine erhöhte Erfassungsgenauigkeit erreicht werden. Durch eine Vorgabe entgegengesetzter Drehzahländerungen können sich die resultierenden Drehmomentänderungen gegenseitig kompensieren. So kann eine Übertragung von Schwingungen auf das Fahrzeug vermieden beziehungsweise vermindert werden.
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Ein auf das Rad wirkendes Moment oder eine Drehzahl des Rads kann in Abhängigkeit von den ermittelten Haftungsbedingungen geregelt werden. Ein zum Beschleunigen des Fahrzeugs verwendetes Antriebsmoment beziehungsweise ein zum Verzögern des Fahrzeugs verwendetes Bremsmoment kann verringert werden, wenn die Haftungsbedingungen im Überschlupfbereich der Schlupfkurve liegen. Das Antriebsmoment beziehungsweise Bremsmoment kann vergrößert werden, wenn die Haftungsbedingungen im Unterschlupfbereich der Schlupfkurve liegen.
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Das Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.
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Das Steuergerät kann ein elektrisches Gerät mit zumindest einer Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest einer Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, und zumindest einer Schnittstelle und/oder einer Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind, sein. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein sogenannter System-ASIC oder ein Mikrocontroller zum Verarbeiten von Sensorsignalen und Ausgeben von Datensignalen in Abhängigkeit von den Sensorsignalen sein. Die Speichereinheit kann beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein. Die Schnittstelle kann als Sensorschnittstelle zum Einlesen der Sensorsignale von einem Sensor und/oder als Aktorschnittstelle zum Ausgeben der Datensignale und/oder Steuersignale an einen Aktor ausgebildet sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben. Die Schnittstellen können auch Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale des Steuergeräts und des Verfahrens in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 2 zeigt eine Darstellung von Drehzahländerungen und resultierenden Drehmomentänderungen in unterschiedlichen Schlupfbereichen gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Steuergerät 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug 100 weist ein Antriebssystem 104 auf, das drehzahlgesteuert ist. Das Antriebssystem 104 kann das Fahrzeug 100 beschleunigen und verzögern. Dem Antriebssystem 104 wird als Eingangsgröße eine Solldrehzahl 106 vorgegeben. Das Antriebssystem 104 stellt daraufhin als Ausgangsgröße eine abgegebene oder regenerierte Leistung 108 so ein, dass eine Drehzahl 110 von mit dem Antriebssystem 104 gekoppelten Rädern 112 des Fahrzeugs 100 die geforderte Solldrehzahl 106 erreicht.
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Das Steuergerät 102 ist dazu ausgebildet, Haftungsbedingungen 114 zwischen den Rädern 112 und einer Fahrbahn 116 unter den Rädern 112 zu bestimmen. Die Haftungsbedingungen 114 bilden dabei ab, wie viel Längskraft 118, also Antriebskraft 120 oder Bremskraft 122, und Querkraft 124 momentan von den Rädern 112 auf die Fahrbahn 116 übertragen werden kann. Dazu überlagert das Steuergerät 102 der Solldrehzahl 106 zumindest eines der Räder 112 eine Drehzahländerung 126. Das Antriebssystem 104 ändert daraufhin ein abgegebenes Drehmoment 128 und damit die Leistung 108 so, dass die Drehzahl 110 der Drehzahländerung 126 folgt. Das Steuergerät 102 erfasst eine Drehmomentänderung 130 des Drehmoments 128 und ermittelt unter Verwendung der Drehzahländerung 126 und der Drehmomentänderung 130 die Haftungsbedingungen 114.
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Die Haftungsbedingungen 114 werden durch mehrere Faktoren beeinflusst. Beispielsweise beeinflusst ein Zustand der Fahrbahn 116 wesentlich die Haftungsbedingungen 114. Ist die Fahrbahn 116 griffig, sind die Haftungsbedingungen 114 besser als wenn die Fahrbahn 116 glatt ist. Der Zustand der Fahrbahn 116 hängt dabei beispielsweise von einer Oberflächenstruktur der Fahrbahn 116 und aktuellen Umweltbedingungen ab. Ebenso beeinflusst ein Zustand der Räder 112 die Haftungsbedingungen 114. Beispielsweise hängen die Haftungsbedingungen 114 von einem Profil der Räder 112 und einem Materialzustand der Räder 112 ab. Weiterhin werden die Haftungsbedingungen 114 von einer Aufstandskraft 132 des jeweiligen Rads 112 beeinflusst. Bis auf die Aufstandskraft 132 sind die einzelnen Faktoren schwer zu erfassen.
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In einem Ausführungsbeispiel gibt das Steuergerät 102 eine zyklisch variierende Drehzahländerung 126 vor. Dabei wird die Solldrehzahl 106 mehrmals nacheinander angehoben und wieder gesenkt. Die Drehzahländerung 126 kann beispielsweise sinusförmig verlaufen. Die Drehzahländerung 126 kann innerhalb einer Sekunde schnell aufeinanderfolgend mehrmals positiv und negativ sein. Beispielsweise kann die Drehzahländerung 126 mit einer Frequenz größer fünf Hertz erfolgen.
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Die Drehzahländerung 126 ist gegenüber der Solldrehzahl 106 klein. In einem Ausführungsbeispiel führt das Steuergerät 102 eine Drehzahländerungsamplitude 134 der Drehzahländerung 126 der erfassten Drehmomentänderung 130 nach. Dabei wird die Drehzahländerungsamplitude 134 umso kleiner eingestellt, je größer die Drehmomentänderung 130 ist. Umgekehrt wird die Drehzahländerungsamplitude 134 umso größer eingestellt, je kleiner die Drehmomentänderung 130 ist. Dabei kann die Drehzahländerungsamplitude 134 vergrößert werden, wenn die Drehmomentänderung 130 kleiner als ein vordefinierter Minimalwert ist. Umgekehrt kann die Drehzahländerungsamplitude 134 verkleinert werden, wenn die Drehmomentänderung 130 größer als ein vordefinierter Maximalwert ist. Der Minimalwert kann als Erfassungsschwelle 136 bezeichnet werden. Der Maximalwert kann als Wahrnehmungsschwelle 138 bezeichnet werden.
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2 zeigt eine Darstellung von Drehzahländerungen 126 und resultierenden Drehmomentänderungen 130 in unterschiedlichen Schlupfbereichen 200, 202, 204 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Schlupfbereiche 200, 202, 204 sind Teilbereiche einer Schlupfkurve 206. Die Schlupfkurve 206 kann als µ-S-Kurve bezeichnet werden. Die Schlupfkurve 206 ist in einem Diagramm dargestellt, das auf seiner Abszisse einen genutzten Reibwert angetragen hat. Auf seiner Ordinate hat das Diagramm den Schlupf angetragen.
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In einem optimalen Bereich 200 der Schlupfkurve 206 ist der Schlupf nahe einem Sollschlupf. In einem Überschlupfbereich 202 der Schlupfkurve 206 ist der Schlupf zu hoch und das Rad fängt an zu rutschen. In einem stabilen Bereich 204 der Schlupfkurve 206 werden die Haftungsbedingungen nicht ausgenutzt.
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Die Schlupfkurve 206 verläuft im stabilen Bereich 204 flach. Im optimalen Bereich 200 steigt die Schlupfkurve 206 mit langsam zunehmender Steigung an. Im Überschlupfbereich 202 steigt die Steigung der Schlupfkurve 206 rasant an.
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Im stabilen Bereich 204 resultiert aus einer Drehzahländerung 126 eine große Drehmomentänderung 130. Im optimalen Bereich 200 ist die Drehmomentänderung 130 bei der gleichen Drehzahländerung 126 kleiner als im stabilen Bereich 204. Im Überschlupfbereich 202 ist die Drehmomentänderung 130 bei der gleichen Drehzahländerung 126 wesentlich kleiner als im optimalen Bereich 200. Eine Unterscheidung zwischen den Bereichen 200, 202, 204 kann damit anhand von Schwellenwerten der Drehmomentänderung 130 erfolgen.
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Die Drehzahländerung 126 wird hier jeweils sinusförmig auf eine momentane Drehzahl des Rads aufmoduliert. Dabei ist die Drehzahländerung 126 klein gegenüber der Drehzahl, um wahrnehmbare Vibrationen zu vermeiden.
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Mit anderen Worten wird eine Erkennung der µ-S-Kurve durch zyklische Variation der Sollradgeschwindigkeit beschrieben.
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Durch Aufprägung einer zyklischen Änderung der Sollradgeschwindigkeit und Beobachtung der zyklischen Antwort der Radmomente wird abgeschätzt, in welchem Bereich der µ-S-Kurve sich das Rad eines Fahrzeugs befindet. Dadurch können der Reibwert und der tatsächliche Schlupf genauer abgeschätzt werden.
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Herkömmlicherweise regelt der Schlupfregler im ESP den Radschlupf, der sich aus vRad/(vRad-vRadFrei) berechnet. Für den Fall einer Antriebsschlupfregelung wird der Schlupf im einstelligen-Prozentbereich geregelt. Die frei rollenden Radgeschwindigkeiten können aus der Geschwindigkeit des Fahrzeugs korrigiert werden und um den Effekt der Drehbewegung des Fahrzeugs zusammen mit der Fahrzeuggeometrie korrigiert werden. Die Drehbewegung des Fahrzeug kann mittels einer Drehratensensors ermittelt werden oder wie die Fahrzeuggeschwindigkeit aus den Radgeschwindigkeitssignalen unter der Annahme frei mit definiertem Schlupf rollender Räder geschätzt werden. Der Schlupf und die Berechnung der frei rollenden Radgeschwindigkeit beeinflussen sich gegenseitig, was zu falschen Berechnungen führen kann. Besonders bei allradgetriebenen Fahrzeugen auf Eis ist dies ein Problem, da alle Räder synchron beschleunigen können, ohne dass das Fahrzeug schneller wird. Die berechnete Fahrzeuggeschwindigkeit liegt dann zu hoch, was als „aufgeseilte Referenz“ bezeichnet wird. Dabei erkennt der Regler keinen Schlupf und regelt fälschlich nicht. Diesem Problem kann durch mehrere Mechanismen begegnet werden.
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Beispielsweise können, sofern dies der Antriebstrang zulässt, antriebsmomentenfrei rollende Räder erzeugt werden, indem einzelne Räder abgekoppelt werden. Dadurch wird jedoch die Traktion stark beeinträchtigt.
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Alternativ können zwei diagonal gegenüberliegende Räder zyklisch abgebremst werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass einzelne Räder auf die frei rollende Geschwindigkeit zurückfallen. Dadurch wird ebenfalls die Traktion beeinträchtigt, diese Herangehensweise ist vom Fahrer spürbar und das Geräusch wird sehr häufig kritisiert.
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Ebenso kann das Motormoment mit Hilfe einer Sollschlupfabsenkung während einer TCS-Motorregelung einmalig abgesenkt werden, wenn die Geschwindigkeitsschätzung dies anfordert. Dadurch ergibt sich jedoch eine spürbare Beschleunigungseinbuße.
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Weiterhin kann die Beschleunigung des Fahrzeugs aus dem Antriebsmoment geschätzt oder mit einem Beschleunigungssensor gemessen werden. Die Änderung der berechneten Fahrzeuggeschwindigkeit wird entsprechend begrenzt. Diese Herangehensweise ist jedoch nicht ausreichend genau, um eine falsch berechnete Fahrzeuggeschwindigkeit zu detektieren.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird der Bereich der Schlupfkurve, in dem sich ein Rad des Fahrzeugs befindet, anhand des Gradienten der µ-S-Kurve ermittelt. Im Übergang von instabilem zu stabilem Bereich ändert sich der Gradient der Schlupfkurve wesentlich deutlicher als der Schlupf selbst. Die Änderung der Kraftschlussbeanspruchung (Längskraft/ Aufstandskraft; F/FN) ist bei gleicher Schlupfänderung im instabilen Bereich um den Faktor 10-100 niedriger als im stabilen Bereich der µ-S-Kurve. Die Unterscheidung von stabilem zu instabilem Bereich anhand des Gradienten ist robuster gegen Änderungen durch Reifenkennwerte oder den Fahrbahnuntergrund, als anhand des Schlupfwerts selbst. Im Grunde kann anhand des Schlupfs selbst nicht ermittelt werden, in welchem Bereich der Schlupfkurve sich ein Rad des Fahrzeugs befindet. Zusätzlich kann die freirollende Radgeschwindigkeit falsch sein.
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Der Bereich der µ-S-Kurve, in dem sich ein Rad befindet, kann durch den hier vorgestellten Ansatz ständig beziehungsweise häufig und nicht nur für den speziellen Fall der aufgeseilten Referenz auf Eis verwendet werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass im Fall des Verdachts falscher freier Radgeschwindigkeiten der Bereich der Schlupfkurve, in dem sich ein Rad des Fahrzeugs befindet unter Verwendung des hier vorgestellten Ansatzes ermittelt werden kann, ist um ein Vielfaches höher als bei bekannten Methoden.
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Wird der hier vorgestellte Ansatz kontinuierlich verwendet, kann auch erkannt werden, ob sich ein Rad weit im stabilen oder nahe an der Grenze zum instabilen Bereich befindet. So kann der verfügbare Reibwert genauer bestimmt werden, auch wenn die Reibwertgrenze nicht erreicht ist.
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Der hier vorgestellte Ansatz kann alternativ mit einem Sollmoment durchgeführt werden. Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektroantrieben gewinnt jedoch die Vorgabe einer Sollgeschwindigkeit und/oder eines Sollschupfs an Bedeutung.
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Bei einem Antrieb, der über eine Sollgeschwindigkeit und/oder einen Sollschlupf anstatt über ein Sollmoment angesteuert wird, wird der Gradient der µ-S-Kurve ermittelt, indem eine kleine (zyklische) Sollgeschwindigkeitsänderung auf die Sollradgeschwindigkeit aufgebracht wird, und die Antwort des Antriebs mit einer Momentenänderung beobachtet wird.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz kann eine kontinuierliche Ermittlung des Bereichs der µ-S-Kurve erreicht werden. So kann die Reibwertschätzung verbessert werden und ein zuverlässiger Regelbeginn von Schlupfreglern erreicht werden.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz ist eine Unterscheidung von stabilem und instabilem Bereich der µ-S-Kurve nicht auf eine frei rollende Radgeschwindigkeit angewiesen. Weiterhin ist die Unterscheidung von stabilem und instabilem Bereich der µ-S-Kurve unabhängiger von Reifenkennwerten und einem Fahrbahnuntergrund.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz resultiert keine Einschränkung der Traktion.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz ergibt sich eine geringere Geräuschentwicklung, da die Sollgeschwindigkeit und/oder der Sollschlupf auch über den Motor und ein eventuelles Getriebe und nicht nur über die Bremse gestellt werden kann.
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Bei einer geeignet gewählten Frequenz und Amplitude ist Identifikation für den Fahrer nicht spürbar.
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Das Verfahren kann auch zur Ermittlung des Schlupfs bzw. des Anpresskraftbedarfs in Umschlingungs-CVT, verwendet werden.
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Der Gradient der µ-S-Kurve wird ermittelt, indem eine kleine zyklische Sollgeschwindigkeitsänderung auf die Sollradgeschwindigkeit aufgebracht wird. Eine Reaktion des Antriebs wird beobachtet, die sich als eine zyklische Momentenänderung darstellen wird. Die Sollgeschwindigkeitsänderung kann in Frequenz und Amplitude so gewählt werden, dass es für den Fahrer nicht spürbar ist.
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Vorteilhaft ist ein Verfahren, bei dem die Amplitude der Sollwertänderung automatisch der sich ergebenden Momentenänderung angepasst wird. Wird das Moment zu groß, so dass es für den Fahrer spürbar werden könnte, zu Geräuschen führen oder andere Nachteile verursachen könnte, wird die Amplitude verkleinert. Wird die Momentenänderung zu klein, so dass ein Zusammenhang zwischen Sollgeschwindigkeits- und Momentenänderung nur noch schwer ermittelt werden kann, wird die Amplitude erhöht. Eine automatische Anpassung der Frequenz kann ebenfalls erfolgen.
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Die zyklische Geschwindigkeitsänderung kann mit Hilfe des Motors, einer E-Maschine, die Ihr Moment parallel zum Motor auf den Antrieb gibt oder eine Achse oder einzelne Räder getrennt antreibt, oder andere Maßnahmen im Triebstrang erzeugt werden.
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In Allradfahrzeugen ist es von Vorteil, wenn die Sollgeschwindigkeitsänderung an Vorder- und Hinterachse gegensinnig aufgebracht wird, so dass insgesamt keine oder eine nur sehr geringe Beschleunigungsänderung des Fahrzeugs auftritt. In Fahrzeugen mit getrenntem Antrieb für Vorder- und Hinterachse (sog. Axle Split) kann dies jederzeit durch entsprechende Ansteuerung der Antriebe von Vorder- und Hinterachse geschehen. In Fahrzeugen mit einer steuerbaren Mittenkupplung ist diese Ansteuerung nur in bestimmten Fahrsituationen oder geometrischen Gegebenheiten im Triebstrang möglich, die zu so großen unterschiedlichen freirollenden Radgeschwindigkeiten an Vorder- und Hinterachse führen, dass ein ausreichend großes Koppelmoment zwischen beiden Achsen entstehen würde, wenn Vorder- und Hinterachse durch die Sperrkupplung auf die gleiche Drehzahl gezwungen werden. Das Moment, das an einer Achse zusätzlich entsteht, ist aber bei einer Sperrkupplung immer gleich dem Moment, das an der anderen Achse weniger entsteht.
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Befindet sich ein Rad im Bereich hohen Schlupfs beziehungsweise im instabilen Bereich, ist der maximale Wert der Kraftschlussbeanspruchung überschritten und das Rad dreht sich deutlich schneller als die frei rollende Radgeschwindigkeit kann das Radmoment abgesenkt werden. Das Rad kann dann nicht zur Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit benutzt werden. Der geschätzte verfügbare Reibwert kann entsprechend nach unten korrigiert werden.
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Befindet sich ein Rad im Bereich des Übergangs vom stabilen Bereich zum Bereich hohen Schlupfs beziehungsweise dem instabiler Bereich, kann der Regler drauf vorbereitet werden, das Radmoment abzusenken. Das Rad kann nur noch bedingt zur Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit benutzt werden. Der verfügbare Reibwert ist erreicht, so dass er in diesem Zustand genau ermittelt werden kann.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
