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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines aktuellen Fahrbahn-Reibwerts durch ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Es ist bereits bekannt, dass Steuergeräte in Kraftfahrzeugen dazu eingerichtet werden, einen aktuellen Reibwert der befahrenen Fahrbahn zu ermitteln, um das Kraftfahrzeug effizienter betreiben zu können. Beispielsweise können Geschwindigkeiten und Bremswege insbesondere von autonom betriebenen Fahrzeugen besser an die Fahrbahnbeschaffenheit abgestimmt werden. Auch kann das Auftreten von Überdrehzahlen in einer antreibenden elektrischen Maschine hierdurch vermieden werden.
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So offenbart die
DE 10 2020 200 161 B3 ein Verfahren zum Schutz vor einer Überdrehzahl einer elektrischen Maschine in einem Hybridkraftfahrzeugantriebsstrang mit zumindest einer zumindest teilweise über die elektrische Maschine antreibbaren Achse umfassend die folgenden Schritte:
- - Schätzung eines Kraftfahrzeuggewichts während einem Anfahrvorgang,
- - Laufende Berechnung einer dynamischen Achslast der angetriebenen Achse, eines antreibenden Radmoments und eines Bedarfsreibwerts,
- - Detektion eines Radabrisses mittels einer Detektion eines Mikro-Schlupfs zwischen einer antreibenden und einer nicht angetriebenen Achse,
- - Schätzung eines aktuellen Fahrbahn-Reibwerts basierend auf dem bei Radabriss berechneten antreibenden Radmoment und der bei Radabriss berechneten dynamischen Achslast der angetriebenen Achse,
- - Halten des geschätzten Fahrbahn-Reibwerts bis der Radabriss nicht mehr detektiert wird und gleichzeitige
- - Ermittlung einer maximalen Drehzahl der elektrischen Maschine, bei der diese vom Antriebsstrang antriebswirksam abgekoppelt wird, basierend auf dem ermittelten Fahrbahn-Reibwert und der gegenwärtigen Last der Verbrennungskraftmaschine.
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Im Rahmen eines Verfahrens nach
DE 10 2020 200 161 B3 kann eine Schätzung eines aktuellen Fahrbahn-Reibwerts lediglich bei Auftreten eines Radabrisses vorgenommen werden, also in einer Situation, in der die Radhaftung abreißt und das Rad bzw. die Räder des Kraftfahrzeugs nicht mehr die nötige Traktion bereitstellen und durchdrehen.
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Insbesondere bei einer Fahrt in höheren Gängen und bei geringen Radmomenten liegt allerdings ein nur geringer Reibwertbedarf vor, so dass es üblicherweise nicht zu einem Radabriss kommt.
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Aus dem Dokument
DE 10 2019 117 981 A1 ist ein Verfahren zur Reibwertermittlung für ein Fahrzeug bekannt, wobei eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs bestimmt wird, wobei ein Radmoment eines Rades des Fahrzeugs bestimmt wird, wobei eine Raddrehzahl des Rades bestimmt wird, wobei eine Ableitung der Raddrehzahl bestimmt wird, wobei abhängig von der Längsbeschleunigung, der Raddrehzahl und der Ableitung der Raddrehzahl eine Größe bestimmt wird, die eine Änderung einer Schlupfsteifigkeit definiert, wobei abhängig vom Radmoment des Rades eine Aufstandskraft und eine Längskraft bestimmt wird, wobei die Schlupfsteifigkeit abhängig von der Größe, einem Rollradius des Rades, der Aufstandskraft und der Längskraft bestimmt wird, und wobei ein Reibwert abhängig von der Schlupfsteifigkeit bestimmt wird.
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Die
DE 10 2012 217 772 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung des maximalen Kraftschlussbeiwertes zwischen einem Fahrzeugreifen und einer Fahrbahnoberfläche, wobei mindestens ein Wertetupel ermittelt wird, umfassend zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert und einen momentanen Schlupf und/oder zumindest einen momentanen Kraftschlussbeiwert und einen momentanen Schräglaufwinkel, wobei anhand des ermittelten Wertetupels und einem Nullpunkttupel ein Wert einer Steigung einer Ursprungsgeraden durch die zumindest zwei Wertetupel bestimmt und anhand des so bestimmten Wertes der maximale Kraftschlussbeiwert bestimmt wird und/oder dass anhand einer Lage des ermittelten Wertetupels in zumindest zwei vorbestimmten Bereichen, definiert durch vorgegebene Werte der Größen des ermittelten Wertetupels, der maximale Kraftschlussbeiwert bestimmt wird.
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Aus der
DE 10 2004 053 880 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Reibwertes zwischen mindestens einem Fahrzeugreifen und einer Fahrbahnoberfläche bekannt, wobei der maximale Reibwert dadurch bestimmt wird, dass der momentane Schlupf S und der momentane Reibwert µ bestimmt werden und in einer Auftragung von µ über S der Funktionswert einer Kurve durch den so ermittelten Punkt für einen bestimmten Wert für S bestimmt wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ermittlung eines aktuellen Fahrbahn-Reibwerts durch ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug anzugeben, dass auch +eine Ermittlung eines aktuellen Fahrbahn-Reibwerts erlaubt, wenn gerade kein Radabriss vorliegt.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zur Ermittlung eines aktuellen Fahrbahn-Reibwerts durch ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1.
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Dabei wird durch das Steuergerät kontinuierlich ein aktueller Reibwertbedarf berechnet, wobei aus dem berechneten aktuellen Reibwertbedarf und einem aktuellen Reifenschlupf eine aktuelle Reifensteifigkeit bestimmt wird und mittels einer abgespeicherten Tabelle, die Reifensteifigkeiten auf Fahrbahn-Reibwerte abbildet, aus der aktuellen Reifensteifigkeit der aktuelle Fahrbahn-Reibwert ermittelt wird.
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Erfindungsgemäß wird die abgespeicherte Tabelle, die Reifensteifigkeiten auf Fahrbahn-Reibwerte abbildet, bei Auftreten eines Radabrisses, also einem Durchdrehen der Räder, angepasst.
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Erfindungsgemäß wird somit in bekannter Weise kontinuierlich ein Reibwertbedarf ermittelt. Der aktuelle Reibwertbedarf kann insbesondere berechnet werden aus einem aktuellen antreibenden Radmoment und einer aktuell vorherrschenden Achslast. Zur Ermittlung des Fahrbahn-Reibwerts wird jedoch nicht auf einen Radabriss gewartet, sondern aus dem Reibwertbedarf und zusätzlich einer Information über den aktuellen Reifenschlupf, die aktuelle Reifensteifigkeit ermittelt. Diese Reifensteifigkeit wird daraufhin mittels einer Tabelle auf den aktuellen Fahrbahn-Reibwert abgebildet.
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Somit kann auch zwischen Radabriss-Ereignissen näherungsweise der aktuelle Fahrbahn-Reibwert bestimmt werden.
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Das Verfahren berechnet dazu die Reifensteifigkeit in normalen Fahrsituationen und klassifiziert diese Steifigkeit mit Tabellendaten, die einer Reifensteifigkeit einen Reibungswert zuordnen.
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Um eine höhere Genauigkeit bei der Berechnung der Reifensteifigkeit zu erreichen, kann ein statistischer Algorithmus verwendet werden, um einen Mittelwert über die letzten n zyklischen Berechnungen der Reifensteifigkeit zu bilden.
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Bevorzugt wird die aktuelle Reifensteifigkeit als statistischer Mittelwert bestimmt, der eine Anzahl n von vorausgehend berechneten aktuellen Reibwertbedarfen und aktuellen Reifenschlupfen berücksichtigt.
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Die Berechnung der Reifensteifigkeit kann beispielsweise mittels der Formel erfolgen:
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Bevorzugt werden bei der Bestimmung der aktuellen Reifensteifigkeit als statistischer Mittelwert nur vorausgehend berechnete aktuelle Reibwertbedarfe und aktuelle Reifenschlupfe berücksichtigt, die innerhalb einer vorgegebenen maximalen Abweichung von einem Mittelwert liegen.
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Vorzugsweise wird die abgespeicherte Tabelle, die Reifensteifigkeiten auf Fahrbahn-Reibwerte abbildet, bei Auftreten eines Radabrisses, also einem Durchdrehen der Räder, angepasst, insbesondere auf verschiedene Stra-ßenoberflächen und Bedingungen.
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Bevorzugt wird, bei Auftreten eines Radabrisses, also einem Durchdrehen der Räder, aus dem aktuellen Reibwertbedarf der aktuelle Fahrbahn-Reibwert als gleich dem aktuellen Reibwertbedarf bestimmt.
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Die Bestimmung des Reibwertbedarfs und des Fahrbahn-Reibwerts kann folgendermaßen erfolgen:
- Die Bestimmung kann die dynamische Achslast der angetriebenen Achse, sowie das aktuell antreibende Radmoment verwenden.
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Die Berechnung des aktuell antreibenden Radmomentes kann in einem Steuergerät erfolgen, basiert auf den vorherrschenden Kupplungsmomenten und den gegenwärtig eingelegten Übersetzungen im zugehörigen Teilgetriebe sowie dem aktuell von der elektrischen Maschine gelieferten Drehmoment multipliziert mit deren Übersetzung.
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Zur Berechnung oder Schätzung der aktuell vorherrschenden Achslasten kann im zuständigen Steuergerät permanent ein dynamisches Fahrzeug-Längsdynamikmodell berechnet werden, welches die aktuellen Achslasten schätzt. Die zur Berechnung der Achslasten benötigte Fahrzeugmasse kann während jedem Anfahrvorgang über das antreibende Radmoment und die gemessene Fahrzeugbeschleunigung ermittelt werden. Dies ist möglich, da im Anfahrvorgang die Kupplung das radmomentbestimmende Element im Antriebsstrang ist und das resultierende Radmoment im Getriebesteuergerät exakt bekannt ist. Der eventuelle Anteil der elektrischen Maschine im Anfahrvorgang kann als weitgehend exakt angesehen werden.
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Jetzt kann permanent mit Hilfe des antreibenden Radmomentes und der ermittelten dynamischen Achslast ein Reibwert berechnet werden. Dieser Reibwert kann als Reibwertbedarf des Kraftfahrzeugs angesehen werden.
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Tritt jetzt ein Radabriss auf, welcher sich als sich vergrößernder Mikro-Schlupf der antreibenden Achse des Kraftfahrzeugs gegenüber der nicht angetriebenen Achse des Kraftfahrzeugs auszeichnet, wird der Bedarfsreibwert in dieser Situation eingefroren. Da der Reibwert jetzt nicht mehr nur den Bedarf des Kraftfahrzeugs repräsentiert, sondern tatsächlich Radschlupf aufgebaut wird, kann dieser Reibwert als geschätzter Fahrbahn-Reibwert herangezogen werden.
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Vorzugsweise wird bei Auftreten eines Radabrisses, also einem Durchdrehen der Räder, aus dem aktuellen Reibwertbedarf der aktuelle Fahrbahn-Reibwert als gleich dem aktuellen Reibwertbedarf bestimmt, wobei auch die abgespeicherte Tabelle, die Reifensteifigkeiten auf Fahrbahn-Reibwerte ab-bildet, angepasst wird, in dem der aktuellen Reifensteifigkeit der aktuelle Fahrbahn-Reibwert, gleich dem aktuellen Reibwertbedarf, zu-geordnet wird.
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Bevorzugt erfolgt für den aktuellen Fahrbahn-Reibwert und/oder den aktuellen Reibwertbedarf eine Ermittlung eines lateralen und eines longitudinalen Anteils.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines aktuellen Fahrbahn-Reibwerts.
- 2 ist eine schematische Darstellung eines longitudinalen und eines transversalen Anteils eines Reibwerts.
- 3 ist eine schematische Darstellung von Graphen von longitudinalen Reibwerten über Reifenschlupfen für verschiedene Fahrbahnen.
- 4 ist eine schematische Darstellung von Graphen von transversalen Reibwerten über Reifenschlupfen für verschiedene Fahrbahnen.
- 5 ist eine schematische Darstellung von Datenpunkten in einem Koordinatensystem von Reibwertbedarfen und Reifenschlupfen und somit von Reifensteifigkeiten.
- 6 ist eine schematische Darstellung von Datenpunkten in einem Koordinatensystem von Reibwertbedarfen und Reifenschlupfen und somit von Reifensteifigkeiten.
- 7 ist eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs eines aktuellen Reibwertbedarfs rund um einen Radabriss.
- 8 ist eine schematische Darstellung der Anpassung eines Fahrbahn-Reibwerts und einer Reibungskurve bei einem Radabriss.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung eines aktuellen Fahrbahn-Reibwerts µroad schematisch dargestellt.
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Es wird dabei kontinuierlich ein aktueller Reibwertbedarf µdem berechnet (Kästchen Calc µdem) und zwar aus einem aktuellen antreibenden Radmoment und einer aktuell vorherrschenden Achslast.
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Zusätzlich wird ein aktueller Reifenschlupf Slip ermittelt (Kästchen Calc Slip). Aus den beiden Größen Reibwertbedarf µdem und Reifenschlupf Slip wird eine aktuelle Reifensteifigkeit St abgeschätzt bzw. bestimmt. Mittels einer abgespeicherten Tabelle T (St), die Reifensteifigkeiten St auf Fahrbahn-Reibwerte µroad abbildet, wird dann aus der aktuellen Reifensteifigkeit St der aktuelle Fahrbahn-Reibwert µroad ermittelt.
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Die Tabelle T(St) wird im Laufe des Betriebes des Kraftfahrzeuges auch adaptiert, so dass es sich um einen lernenden Algorithmus handelt:
- Bei Auftreten eines Radabrisses Abr, also einem Durchdrehen der Räder, wird aus dem aktuellen Reibwertbedarf µdem der aktuelle Fahrbahn-Reibwert µroad als gleich dem aktuellen Reibwertbedarf µdem bestimmt (Kästchen Calc µroad). Die abgespeicherte Tabelle T, die Reifensteifigkeiten St auf Fahrbahn-Reibwerte µroad abbildet, wird dann angepasst, in dem der aktuellen Reifensteifigkeit St der aktuelle Fahrbahn-Reibwert µroad, gleich dem aktuellen Reibwertbedarf µdem, zugeordnet wird.
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2 zeigt, dass sich der Reibwert - sowohl der Fahrbahn-Reibwert µroad als auch der Reibwertbedarf µdem - aus einem longitudinalen und einem transversalen Anteil zusammensetzt. Für den aktuellen Fahrbahn-Reibwert µroad und den aktuellen Reibwertbedarf µdem kann daher eine separate Ermittlung eines lateralen und eines longitudinalen Anteils erfolgen.
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3 ist eine Darstellung von verschiedenen möglichen Graphen von longitudinalen Reibwerten µ über Reifenschlupfen Slip für verschiedene Fahrbahnen, nämlich eine trockene Fahrbahn F1, eine nasse Fahrbahn F2, eine Schotter-Fahrbahn F3 und Schnee-/Eis-Fahrbahn F4. Die Reifenschlupfe Slip ergeben sich beispielsweise als Unterschiede zwischen den Radgeschwindigkeiten an den Vorderrädern zu den Hinterrädern. Die strichliert eingezeichneten Gradienten sind proportional zu den eingezeichneten Maxima und somit den maximalen Fahrbahn-Reibwerten µmax. Der aktuelle Gradient kann in Fahrsituationen mit hoher oder niedriger Last bzw. Radmomenten abgeschätzt werden. Der Gradient ist ein Maß für die Reifensteifigkeit St bzw. proportional zur Reifensteifigkeit St. Über diese Graphen kann daher der Fahrbahn-Reibwert µroad nicht nur an den Maxima, also bei Radabriss, abgeschätzt werden, sondern in allen Fahrsituationen mit einem antreibenden Radmoment.
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In analoger Weise zeigt 4 Graphen von transversalen Reibwerten µ über Reifenschlupfen Slip für die selben verschiedenen Fahrbahnen, nämlich eine trockene Fahrbahn F1, eine nasse Fahrbahn F2, eine Schotter-Fahrbahn F3 und eine Schnee-/Eis-Fahrbahn F4. Dargestellt sind wieder Gradienten der jeweiligen Graphen und somit ein Maß für die Reifensteifigkeit St, sowie die Maxima der Reibwerte µ und somit entsprechende Fahrbahn-Reibwerte µroad. Somit kann über die Graphen 3 und 4 der longitudinale und der transversale Anteil des Fahrbahn-Reibwerts µroad bestimmt werden.
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5 zeigt in einem Koordinatensystem von Reibwertbedarfen µdem und Reifenschlupfen Slip mehrere ermittelte Datenpunkte - dargestellt als kleine Kreuze - in verschiedenen Fahrsituationen, nämlich bei konstanter Fahrt auf trockenem Asphalt S1, bei Beschleunigung auf nassem Asphalt S2 und bei Beschleunigung auf einer Schnee-Fahrbahn S3. Die Gradienten-Abschätzung (strichlierte Linie) erfolgt jeweils für einen statistischen Mittelwert mehrerer ermittelter Datenpunkte (der letzten n Datenpunkte), so dass eine stabilere Ermittlung des Gradienten und somit der Reifensteifigkeit St durchgeführt wird. Durch eine solche Abschätzung auf Basis des Mittelwerts der Datenpunkte werden auch diskontinuierliche Sprünge des bestimmten Fahrbahn-Reibwertes µroad verhindert.
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6 zeigt schließlich im selben Koordinatensystem von Reibwertbedarfen µdem und Reifenschlupfen Slip von 5, dass eine Erhöhung der Stabilität auch dadurch erreicht werden kann, dass nur Datenpunkte einer bestimmten Abweichung von einem Mittelwert berücksichtigt werden, in der statistischen Mittelwertbildung zur Bestimmung des aktuellen Gradienten und somit der aktuellen Reifensteifigkeit St. Die Abweichung kann dabei, wie in 6 dargestellt, insbesondere durch das Definieren von maximalen und minimalen Grenzen für die Gradienten, rund um einen mittleren Gradienten der Datenpunkte festgelegt werden. In 6 sind die Grenzen G1 ohne Abweichungsprüfung dargestellt, sowie festgelegte Grenzen G2 für eine Abweichungsprüfung. Für die Bestimmung der Reifensteifigkeit werden bevorzugt nur Datenpunkte verwendet, die innerhalb der Grenzen G2 für eine Abweichungsprüfung liegen.
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7 zeigt schließlich einen möglichen zeitlichen Verlauf (Achse t) des bestimmten aktuellen Reibwertbedarfs µdem. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird das Vorliegen eines Radabrisses Abr festgestellt. Vor diesem Zeitpunkt lag der tatsächliche Fahrbahn-Reibwerte µroad oberhalb des aktuellen Reibwertbedarfs µdem. Zum Zeitpunkt Abr wird festgestellt, dass der tatsächliche Fahrbahn-Reibwert µroad nun dem aktuellen Reibwertbedarfs µdem entspricht. Diese Information kann nun genutzt werden um, wie in 8 dargestellt, den durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmten Fahrbahn-Reibwert µroad auf den tatsächlichen Fahrbahn-Reibwert µroad Adapt anzupassen. Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Reibungskurve µ(S1) wird zu der neuen Reibungskurve µ(S1)adapt adaptiert. Die abgespeicherten Tabelle T, die Reifensteifigkeiten St auf Fahrbahn-Reibwerte µroad abbildet, wird daher bei Auftreten eines Radabrisses Abr angepasst, in dem der aktuellen Reifensteifigkeit St der aktuelle Fahrbahn-Reibwert µroad, gleich dem aktuellen Reibwertbedarf µdem, zugeordnet wird.
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Bezugszeichenliste
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- Abr
- Radabriss
- Slip
- Reifenschlupf
- St
- Reifensteifigkeit
- F1
- trockene Fahrbahn
- F2
- nasse Fahrbahn
- F3
- Schotter-Fahrbahn
- F4
- Schnee-/Eis-Fahrbahn
- G1
- Grenzen ohne Abweichungsprüfung
- G2
- Grenzen mit Abweichungsprüfung
- S1
- Fahrsituationen konstante Fahrt auf trockenem Asphalt
- S2
- Fahrsituationen Beschleunigung auf nassem Asphalt
- S3
- Fahrsituationen Beschleunigung auf einer SchneeFahrbahn
- T
- Tabelle
- t
- Zeit
- µdem
- Reibwertbedarf
- µroad
- Fahrbahn-Reibwert
- µroad Adapt
- adaptierter Fahrbahn-Reibwert
- µ(S1)
- Reibungskurve
- µ(S1)adapt
- adaptierte Reibungskurve
- µlong
- longitudinaler Reibwert
- µlat
- lateraler Reibwert