DE102022104393A1 - Verfahren zum Erzeugen von Messdaten für ein Bestimmen einer aktuellen Bodenhaftung eines Vortriebsrads eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Messdaten für ein Bestimmen einer aktuellen Bodenhaftung eines Vortriebsrads (1,2) eines Kraftfahrzeugs (3), aufweisend die folgenden Schritte:- an zumindest einer Antriebsmaschine (4,5) und an einer Steuereinrichtung (6), Erhalten einer aktuellen Geschwindigkeitsanforderung (7) für das Kraftfahrzeug (3);- mittels zumindest einer der Antriebsmaschinen (4,5), Bereitstellen eines Gesamtantriebsmoments (8) entsprechend der aktuellen Geschwindigkeitsanforderung (7) für zumindest ein Vortriebsrad (1,2) mit einem bekannten aktuellen Reifenradius (9);- mittels des zumindest einen Vortriebsrads (1,2), entsprechend dem bereitgestellten Gesamtantriebsmoment (8) Aufbringen eines Rad-individuellen Antriebsmoments (10,11) auf den befahrenen Untergrund (12); und- mittels einer Messeinrichtung (13), Erfassen von Winkelgeschwindigkeitsänderungen an dem Vortriebsrad (1,2) und übermitteln der erfassten Winkelgeschwindigkeitsänderungen an die Steuereinrichtung (6). Das Verfahren ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (6) unter Einhaltung der Geschwindigkeitsanforderung (7) und/oder unter Einhaltung des bereitgestellten Gesamtantriebsmoments (8), an dem zumindest einen Vortriebsrad (1,2) das Rad-individuelle Antriebsmoment (10,11) variiert wird.Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren ist eine Bodenhaftung eines Vortriebsrads mittels Variieren der Antriebsmomente bestimmbar.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Messdaten für ein Bestimmen einer aktuellen Bodenhaftung eines Vortriebsrads eines Kraftfahrzeugs, ein Verfahren mit einem solchen Verfahren zum Erzeugen von Messdaten zum Bestimmen einer aktuellen Bodenhaftung eines Vortriebsrads eines Kraftfahrzeugs, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Verfahren, ein Computerprogramm mit einem solchen Verfahren, sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem solchen Computerprogramm.
• Für eine hohe Fahrsicherheit und gerade im Hinblick an (teil- oder voll-) autonomes Fahren ist es wünschenswert, die aktuelle Bodenhaftung der Räder eines Kraftfahrzeugs zu kennen. Dabei ist sowohl für den Fahrer als auch für ein (semi-) autonomes Fahrassistenzsystem eines Kraftfahrzeugs Information über die aktuellen Fahrbahnverhältnisse nützlich und teilweise essenziell, um das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs, insbesondere die Fahrgeschwindigkeit, für eine hohe Fahrsicherheit anzupassen. Die maximal zulässigen Fahrgeschwindigkeiten, Beschleunigungen und Verzögerungen werden durch die maximal möglichen von einem Rad übertragbaren Kräfte und somit durch den maximalen Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn bestimmt. Verfahren zur Bestimmung der Fahrbahnbeschaffenheit (also beispielsweise Eis, Schnee, Nässe, Schotter und ähnliches) im Hinblick auf verminderten Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn sind bekannt.
• Der Reibwert eines Reifens eines Vortriebsrads hat auf die Reifenkraftkennlinie, welche in Längsrichtung primär über den Schlupf bestimmt ist, deutliche Einflüsse im Bereich höherer Momentenanregungen und kann somit auch aus dieser bestimmt werden. Für niedrige Momentenanregungen ist diese Reifenkraftkennlinie linear und eine direkte, quantitative Bestimmung des Reibwerts ist nicht möglich. Es gibt jedoch einen eindeutigen Zusammenhang von einer Änderung der Anfangssteigung der Reifenkennlinie für verschiedene Untergründe und einem maximalem Reibwert, wobei ein Abfall der Anfangssteigung mit einem Abfall des maximalen Reibwerts eindeutig korreliert. Solange es sich um einen Kontakt zwischen Reifen und trockener, fester Fahrbahn handelt, wird die Anfangssteigung der Reifenkennlinie auch Schlupfsteifigkeit genannt und ist in diesem Falle ein reiner Reifenparameter. Zur Bestimmung der Reifenkennlinie werden neben der Längskraft und Aufstandskraft beziehungsweise deren Quotient, welcher als aktueller Kraftschluss bezeichnet wird, an einem Vortriebsrad auch der Schlupf des Vortriebsrads benötigt, welcher aus Winkelgeschwindigkeit, Reifenradius und Längsgeschwindigkeit berechnet wird. Dieser ist ein relatives Maß für die Differenz der Umfangsgeschwindigkeit zur Längsgeschwindigkeit des Vortriebsrads.
• Bei Allradfahrzeugen (potenziell beziehungsweise wahrscheinlich unterschiedlicher Schlupfanteil an den Radachsen) aber auch bei einachsig angetriebenen Kraftfahrzeugen beispielsweise während Bremsmanövern (mittels Bremsen Anliegen eines Entschleunigungsmoments an nicht-angetriebenen Rädern) lässt sich die Längsgeschwindigkeit für die Bestimmung des Schlupfs nicht ausreichend genau berechnen, weil an allen Rädern (unbekannter) Schlupf auftritt.
• Es gibt zahlreiche Verfahren, welche auf speziell zur Kraftschlussdetektion entwickelter Sensorik basieren, wie beispielsweise Kameras, optische und/oder akustische Verfahren und andere. Die dafür nötige Sensorik ist mit erheblichen Kosten verbunden und zum Teil wartungsintensiv. Es stehen auch eine Reihe von Lösungen und Verfahren zur Bestimmung des Fahrbahnzustandes, insbesondere des Reibwerts zwischen Reifen und Fahrbahn, basierend auf Messgrößen zur Verfügung, welche mit bestehenden Standardsensoren auskommen. Die bekannten Verfahren sind jedoch in ihrem Anwendungsbereich auf besondere Fahrzustände eingeschränkt.
• Beispielsweise sind Verfahren bekannt, welche direkt den Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn bestimmen. Diese benötigen längsdynamisch und/oder querdynamisch eine hohe Anregung, welche aber im normalen Fahrbetrieb äußerst selten auftreten. Querdynamische Verfahren benötigen im Allgemeinen ein vollständiges Fahrzeugmodell inklusive genauer Parameter des Kraftfahrzeugs sowie auch der Reifen. Diese querdynamischen Verfahren können jedoch verglichen mit Verfahren basierend auf längsdynamischen Manövern zumindest theoretisch früher eine Aussage zum Reibwert der Räder treffen, haben also ein schnelleres Ansprechverhalten. Es wird neben der Querkraftkennlinie, welche ähnlich der Längskraftkennlinie aus einem linearen und nichtlinearen Teil besteht, in vielen Fällen auch die Kennlinie des Reifenrückstellmoments verwendet. Aufgrund ihrer hohen Nichtlinearität ist es dabei frühzeitig möglich, direkt auf den Reibwert rückzuschließen. Die dazu benötigen Parameter sowie auch die Signale zur Berechnung sind jedoch schwerer in ausreichend guter Qualität zu bestimmen, insbesondere im Hinblick auf den Praxiseinsatz unter sich ändernden Bedingungen (beispielsweise Reifentypen, Reifenzustand, Fahrbahnneigung, Fahrzeugbeladung und ähnliches).
• Längsdynamische Verfahren für hohe Anregungsbereiche sind sowohl mithilfe eines gesamten Fahrzeugmodells und Reifenmodells, als auch nur mit Reifenmodellen realisiert worden. Für geringe Momentenanregungen wird über die Anfangssteigung der Längskraftkennlinie auf die aktuellen Fahrbahnverhältnisse rückgeschlossen. Dazu werden ebenfalls der genaue Schlupf und Kraftschluss an den Rädern benötigt. Die besondere Schwierigkeit neben der mangelnden Momentenanregung ist für alle längsdynamischen Verfahren das Bestimmen des Radschlupfs, welcher mithilfe der Längsgeschwindigkeit und den Reifenradien berechnet wird. Bereits kleine Fehler aufgrund von falschen Parametern (Reifendurchmesser, Reifendruck und weiteres), aber auch Zeitverzügen (Latenzen) in der Signalübermittlung, und zwar besonders der Raddrehzahlen und der Längsgeschwindigkeit, können zu großen Abweichungen des berechneten vom tatsächlichen Schlupf führen.
• Für den praktischen Einsatz wird die Längsgeschwindigkeit über die Drehzahl der nicht-angetriebenen Räder bestimmt, was die mögliche Anwendung auf nichtallradgetriebene Fahrzeuge einschränkt. Für letztere muss zur Bestimmung der Längsgeschwindigkeit aus den Raddrehzahlen eine Korrektur dieser mit nominellen Reifenparametern und den aktuell bekannten Größen der Kraft beziehungsweise des Kraftschlusses durchgeführt werden.
• Ein weiterer Ansatz zum Bestimmen des Schlupfs basiert auf einer Drehzahldifferenz beziehungsweise Kraftschlussdifferenz zwischen (Vortriebs-) Rädern der Vorderachse und Hinterachse. Dieser bekannte Ansatz geht jedoch von der vereinfachenden Annahme und der daraus folgenden Schlupfdefinition aus, dass sowohl die nominellen Raddurchmesser als auch die nominellen Reifenparameter (nominelle Schlupfsteifigkeit beziehungsweise Anfangssteigung der Reifenkennlinie) an beiden Rädern beziehungsweise Radachsen gleich sind. Änderungen dieser aufgrund von abweichenden Reifendrücken, Abnutzung, Beladung oder unterschiedlichen Reifentypen an Vorderachse und Hinterachse werden mit Ausnahme eines verallgemeinerten Parameters zur Radiendifferenz nicht berücksichtigt.
• Sowohl für die querdynamischen als auch die längsdynamischen Manöver werden derzeit im Allgemeinen (rekursive) Verfahren zur (Zustands- und) Parameterschätzung verwendet, wie rekursive Methode der kleinsten Quadrate [RLS] und diverse Zustandsbeobachter (Kalman-Filter [KF], erweiterter Kalman-Filter [EKF], Unscented Kalman-Filter [UKF] und ähnliche). Diese werden zur besseren Balance zwischen Robustheit und Sensitivität auf Änderungen oft mit sogenannten Change-Detection-Algorithmen kombiniert. Zur Sicherstellung ausreichend hoher Momentenanregungen zum direkten Bestimmen des Reibwerts sind Verfahren vorgeschlagen worden, welche darauf beruhen, die beiden Radachsen eines Kraftfahrzeugs entgegengesetzt anzutreiben beziehungsweise zu bremsen und somit im nicht-linearen Bereich der Reifenkennlinie direkte Schätzungen durchführen zu können. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine zusätzliche Regelung zum Bremsen einer Achse und führt zu einem erhöhten Energieverbrauch und erfordert ebenfalls genaue Kenntnis über die nominalen Reifenparameter (also beispielsweise der Schlupfsteifigkeit).
• Es besteht also der Bedarf einer Praxis-tauglichen Erfassung und Berechnung der aktuellen Fahrbahnverhältnisse und damit der sicherheitsrelevanten aktuellen Bodenhaftung der Räder eines Kraftfahrzeugs.
• Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Messdaten für ein Bestimmen einer aktuellen Bodenhaftung eines Vortriebsrads eines Kraftfahrzeugs, aufweisend die folgenden Schritte:
• - an zumindest einer Antriebsmaschine und an einer Steuereinrichtung, Erhalten einer aktuellen Geschwindigkeitsanforderung für das Kraftfahrzeug;
• - mittels zumindest einer der Antriebsmaschinen, Bereitstellen eines Gesamtantriebsmoments entsprechend der aktuellen Geschwindigkeitsanforderung für zumindest ein Vortriebsrad mit einem bekannten aktuellen Reifenradius;
• - mittels des zumindest einen Vortriebsrads, entsprechend dem bereitgestellten Gesamtantriebsmoment Aufbringen eines Rad-individuellen Antriebsmoments auf den befahrenen Untergrund; und
• - mittels einer Messeinrichtung, Erfassen von Winkelgeschwindigkeitsänderungen an dem Vortriebsrad und übermitteln der erfassten Winkelgeschwindigkeitsänderungen an die Steuereinrichtung.
• Das Verfahren ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung unter Einhaltung der Geschwindigkeitsanforderung und/oder unter Einhaltung des bereitgestellten Gesamtantriebsmoments, an dem zumindest einen Vortriebsrad das Rad-individuelle Antriebsmoment variiert wird.
• In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
• Das hier vorgeschlagene Verfahren zum Erzeugen von Messdaten für ein Bestimmen einer aktuellen Bodenhaftung eines Vortriebsrads eines Kraftfahrzeugs erlaubt eine von einem Fahrer unbemerkte Bereitstellung von solchen Messdaten (nämlich der Winkelgeschwindigkeitsänderung des zumindest einen Vortriebsrads) in einem zugleich sicheren Schlupfbetrieb des zumindest einen Vortriebsrads, welche es erlauben, die aktuelle Bodenhaftung und damit den aktuellen Fahrbahnzustand (beziehungsweise allgemeiner den relativen Reibwert des Untergrunds) zu bestimmen. Das vorgestellte Verfahren benötigt keine Messdaten betreffend eine Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, sondern eine Bodenhaftung ist unmittelbar aus der Winkelgeschwindigkeit und dem Reifenradius als Maß für die Schlupfsteifigkeit beziehungsweise Anfangssteigung der Reifenkennlinie bestimmbar, wobei in einer Anwendung auf eine Änderung (beispielsweise mit einer geeigneten Reduzierung der Längsgeschwindigkeit und/oder erlaubten Lenkwinkeländerung) reagiert werden kann.
• Die Messdaten sind nutzbar beispielsweise für das betreffende Kraftfahrzeug selbst und/oder sind (beispielsweise Mittels einer öffentlichen oder proprietären Cloud) anderen Fahrzeugen, beispielsweise In einem Verfahren unter Nutzung der sogenannten Schwarmintelligenz, zur Information und/oder Nutzung in einem Regelungsverfahren bereitstellbar.
• Für die Bestimmung einer Reifenkennlinie ist es notwendig, eine ausreichende Zahl von Messpunkten von Längskraft/Kraftschluss und Schlupf mit einer ausreichend großen Variation über den Nenn-Schlupf beziehungsweise Kraftschlussbereich zu haben. Für konstante Geschwindigkeiten, Beschleunigungen beziehungsweise Verzögerungen ist die ausreichend große Variation nicht gegeben; denn die Messpunkte sind in einem kleinen Bereich gruppiert und weder die gesamte Reifenkennlinie, noch deren Anfangssteigung sind in diesem Falle zuverlässig bestimmbar. Sie sind allerdings ein qualitatives Maß für die Änderung. Eine laufende Veränderung der Beschleunigungen beziehungsweise Verzögerungen würde zu einer ausreichenden Variation des Nennkraftschlusses (Schlupfes) führen, jedoch deutlich von den Fahrzeuginsassen wahrgenommen werden und im Hinblick auf sowohl Komfort als auch Fahrsicherheit Einschränkungen mit sich bringen.
• Das optional mögliche und hier präsentierte Verfahren zur aktiven Antriebsmomentenanregung ermöglicht sowohl eine Aufrechterhaltung der gewünschten Geschwindigkeit, Beschleunigung beziehungsweise Verzögerung als auch ausreichend verteilte Messpunkte zur Bestimmung der Anfangssteigungen beziehungsweise Schlupfsteifigkeiten der Reifenkennlinie. Hierbei werden kleine längsdynamische Anregungen beziehungsweise Reifenkräfte erzeugt. Das Verfahren nutzt dabei zur Erkennung von Niedrigreibwertfahrbahnoberflächen (beispielsweise Schnee oder Eis) die Abnahme der Schlupfsteifigkeit (Anfangssteigung der Reifenkennlinie in Längsrichtung), ohne die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs messen oder berechnen zu müssen. Letztere sind in allradgetriebenen Kraftfahrzeugen schwer zu bestimmen. Dies ist aber bei vorbekannten schlupfbasierten Verfahren erforderlich. Dabei werden auch unterschiedliche Reifen(nenn)parameter und Lasten an den Achsen berücksichtigt. Zusätzlich ermöglicht eine optionale, aktive Anregung der Reifenlängskräfte während Phasen konstanter Geschwindigkeit oder Beschleunigung eine erhöhte zeitliche Verfügbarkeit der Bestimmung der Fahrbahnbeschaffenheit. Also eine Verfügbarkeit unabhängig von einem Fahrzustand des Kraftfahrzeugs.
• Das Kraftfahrzeug umfasst zumindest eine Antriebsmaschine, beispielsweise eine (einzige) Verbrennungskraftmaschine, eine oder eine Mehrzahl von (zentralen) elektrischen Antriebsmaschinen und/oder einen oder einer Mehrzahl von Radnabenantrieben (also einen Einzelradantrieb). Das bereitstellbare Gesamtantriebsmoment ist die Summe der motorseitigen Nutzmomente für die Vortriebsräder. Mit einer zentralen Antriebsmaschine wird über ein Getriebe und in der Regel über ein Differential ein Nutzmoment an dem jeweiligen Vortriebsrad bereitgestellt. Ein sogenannter Allradantrieb ist beispielsweise mit einer oder einer Mehrzahl (beispielsweise bei einem sogenannten Hybrid-Antrieb) von zentralen Antriebsmaschinen über ein Längsdifferential fest oder steuerbar auf die vordere und hintere Radachse verteilbar. Weiterhin ist bei einer zentralen Antriebsmaschine ein Querdifferential vorgesehen, über welches ein Nutzmoment fest oder steuerbar für links und rechts aufgeteilt (bei ungestörter Geradeausfahrt mit normal hälftiger Verteilung) bereitstellbar ist. Bei vielen elektrifizierten Kraftfahrzeugen ist eine Antriebsmaschine für eine vordere Radachse und eine Antriebsmaschine für eine hintere Radachse vorgesehen. Bei dem Einsatz von Radnabenantrieben ist in der Regel in jedem der Vortriebsräder eine (meist elektrische) Antriebsmaschine vorgesehen. Das hier betrachtete Gesamtantriebsmoment setzt sich also gegebenenfalls aus den einzelnen Nutzmomenten der Mehrzahl der Antriebsmaschinen zusammen. An dem Vortriebsrad ergibt sich als Teil des Gesamtantriebsmoments jeweils ein Rad-individuelles Antriebsmoment (beziehungsweise Rad-individuelles Grundmoment, wie weiter unten erläutert wird).
• Die Steuereinrichtung ist beispielsweise ein integrierter Bestandteil eines Bordcomputers, beispielsweise als Teil eines Bus-Systems oder kommunizierend verbunden über ein Bus-System. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinrichtung beziehungsweise ein separater Bestandteil der Steuereinrichtung ein externer Computer, welcher bevorzugt mit dem Bordcomputer kommunizierend verbunden ist. Die Steuereinrichtung ist über eine beziehungsweise mehrere Messeinrichtungen mit den erforderlichen Messdaten versorgt.
• Eine aktuelle Geschwindigkeitsanforderung ist beispielsweise über ein sogenanntes Gaspedal von einem Fahrer in dem Kraftfahrzeug gestellt. Auch wenn der Stellwinkel eines Gaspedals eher mit dem Drehmoment einer Antriebsmaschine zusammenhängt, so ist doch die Zielsetzung des Fahrers, eine gewünschte Längsgeschwindigkeit beziehungsweise Längsbeschleunigung zu erzielen. Dies entspricht also einer Geschwindigkeitsanforderung. Alternativ oder zusätzlich ist die Geschwindigkeitsanforderung von einem Fahrerassistenzsystem gestellt, beispielsweise mittels einer Geschwindigkeitsregelanlage [GRA] oder einem (gegebenenfalls semi-) autonomen Fahrerassistenzsystem. In einer Anwendung ist die Geschwindigkeitsanforderung (etwa oder genau) konstant. In einer Anwendung ist die Geschwindigkeitsanforderung moderat veränderlich, beispielsweise bei ungestörter Fahrt auf einer Landstraße mit unterschiedlichen Geschwindigkeitshöchstgrenzen und/oder mit einer kurvigen Streckenführung. Es sei darauf hingewiesen, dass das Verfahren aber auch mit starken Beschleunigungswerten (wie bei einem Überholvorgang) beziehungsweise Verzögerungswerten (wie bei einem Bremsmanöver) ausführbar ist. Oftmals sind bei letzterer Situation aber bereits ohne weitere Modulation gut nutzbare Messdaten verfügbar oder aufgrund von zunehmender Nicht-Linearität der Reifenkennlinie andere beziehungsweise ergänzende Verfahren vorteilhaft einsetzbar.
• Das betreffende Vortriebsrad weist einen bekannten Reifenradius auf, sodass ein Zusammenhang zwischen der Winkelgeschwindigkeit des betreffenden Vortriebsrads und dem Drehmoment klar definiert ist. Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Anwendung nicht der einzelne Reifenradius eines einzelnen Vortriebsrads bekannt sein muss, sondern auch das Verhältnis der Reifenradien von einer Mehrzahl von (Vortriebs-) Rädern ausreichend ist; denn das Verfahren basiert darauf, dass die Längsgeschwindigkeit an jedem Vortriebsrad (nämlich mit dem Kraftfahrzeug) bei Geradeausfahrt gleich ist (bei Kurvenfahrt ist die bezogene Radmittelpunktgeschwindigkeit ebenfalls eindeutig bestimmbar). In einem Zustand auf ausreichend ebenem Untergrund, in welchem intrinsisch an dem (Vortriebs-) Rad kein Schlupf vorliegt (also bei drehmomentneutralem Betrieb), ist eine unterschiedliche Winkelgeschwindigkeit von den betrachteten Rädern des Kraftfahrzeugs eindeutig die Folge von unterschiedlichen Reifenradien.
• Mittels der Messeinrichtung werden die Messdaten erfasst, wobei die Winkelgeschwindigkeit und/oder das Radmoment beziehungsweise deren jeweiligen Änderungen erfasst werden. Die Messeinrichtung ist kommunizierend mit der Steuereinrichtung verbunden und versorgt diese mit den rohen (analogen oder digitalen) Messsignalen oder mit bereits aufbereiteten Messdaten.
• Hier ist nun vorgeschlagen, dass an dem zumindest einen Vortriebsrad das Rad-individuelle Antriebsmoment variiert wird, also ein Rad-individuelles Grundmoment von einer Momentenanregung überlagert wird. Diese überlagernde Momentenanregung ist von der Steuereinrichtung ausgegeben und hinreichend genau bekannt. Sobald eine Winkelgeschwindigkeitsänderung auftritt, muss dies an einem Auftreten von Schlupf liegen, wenn die Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs konstant und der Untergrund ausreichend eben ist. Wenn das Verfahren auf mehreren Radachsen mit gegenläufigen überlagernden Momentenanregungen ausgeführt wird, muss eine auftretende Differenz der Winkelgeschwindigkeitsänderungen (auch bei veränderlicher Längsgeschwindigkeit) an einem Auftreten von Schlupf liegen.
• Es sei darauf hingewiesen, dass das Rad-individuelle Antriebsmoment unter Einhaltung der Geschwindigkeitsanforderung und/oder unter Einhaltung des bereitgestellten Gesamtantriebsmoments ausgeführt wird und somit für einen Fahrer nicht spürbar ist und auch die Fahrphysik nicht negativ (in Richtung geringerer Fahrsicherheit) beeinflusst. Bei einer konstanten Längsgeschwindigkeit (erster Extremfall) ist es wünschenswert, die Geschwindigkeitsanforderung konstant zu halten. Bei einer konstanten Beschleunigung des Kraftfahrzeugs (anderer Extremfall) ist es wünschenswert, die Beschleunigungsanforderung konstant zu halten. In einer Ausführungsform wird die Summe der Rad-individuellen Antriebsmomente kleiner als das Gesamtantriebsmoment (also die aktuell bereitgestellte Summe der motorseitigen Nutzmomente für die Vortriebsräder), beispielsweise mittels Bremsen und/oder Rekuperieren. Dabei wird die Geschwindigkeitsanforderung erfüllt und/oder das Gesamtantriebsmoment über das angeforderte beziehungsweise für eine Geschwindigkeitsanforderung erforderliche Nutzmoment hinaus angehoben.
• Für eine geringe Wahrnehmbarkeit aber auch für ein Ausschließen einer Resonanzanregung und/oder Instabilität des Kraftfahrzeugs ist es vorteilhaft, dass die Summe aus Variationsamplitude der Momentenanregung (beispielsweise als Rechtecksignal, Sinuswelle oder stochastische Probe) und des Rad-individuellen Grundmoments den Kraftschluss von 20 % [zwanzig Prozent] nicht übersteigt. Für gute nutzbare Messdaten ist es vorteilhaft, wenn die Variationsamplitude der Momentenanregung größer als 2 % [zwei Prozent] des Rad-individuellen Grundmoments ist. Ein vorteilhafter Wert ist beispielsweise 5 % [fünf Prozent].
• Für eine geringe Wahrnehmbarkeit aber auch für ein Ausschließen einer Resonanzanregung des Kraftfahrzeugs ist es vorteilhaft, dass die Momentenanregung (beispielsweise als Rechtecksignal, Sinuswelle oder stochastische Probe) eine Wiederholungsrate oder Schwingungsperiode von gleich oder weniger als 1 Hz [ein Hertz] aufweist. Für noch immer ausreichend schnell ermittelte Messdaten ist es vorteilhaft, wenn die Wiederholungsrate oder Schwingungsperiode größer als 0,1 Hz [ein Zehntel Hertz] ist. Ein vorteilhafter Wert ist beispielsweise 8 s [acht Sekunden].
• Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass das Kraftfahrzeug zwei angetriebene Radachsen aufweist, auf welche das bereitgestellte Gesamtantriebsmoment auf die zwei Radachsen mit jeweils zumindest einem Vortriebsrad verteilbar ist,
  wobei mittels der Steuereinrichtung die Verteilung des bereitgestellten Gesamtantriebsmoments und damit an dem jeweiligen Vortriebsrad variiert wird.
• Diese Ausführungsform ist beispielsweise mit einem sogenannten Allradantrieb betreibbar. Hierbei ist nutzbar, dass die Längsgeschwindigkeit an beiden Radachsen gleich sein muss. Ein Vorteil hierbei ist, dass eine Geschwindigkeitsanforderung einfach eingehalten (beispielsweise eine Längsgeschwindigkeit konstant gehalten) werden kann, indem die Variation der Rad-individuellen Antriebsmomente innerhalb eines konstanten Gesamtantriebsmoments ausführbar ist. Dies ist rein elektronisch gesteuert auf separate Antriebsmaschine für die jeweilige Radachse oder mittels eines steuerbaren Längsdifferentials ausführbar.
• Diese Ausführungsform des Verfahrens ist ganz oder nahezu verlustfrei und somit für eine hervorragende Performance nutzbar.
• Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass der aktuelle Reifenradius gemessen wird mittels Vergleichen der Winkelgeschwindigkeit eines Vortriebsrads mit der aktuellen Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs,
  wobei die Winkelgeschwindigkeit des betreffenden Vortriebsrads erfasst wird, während dieses Vortriebsrad drehmomentneutral betrieben wird.
• Aufgrund der geringen Größe der nutzbaren Messwerte kann eine von dem tatsächlichen aktuellen Reifenradius abweichende Annahme des Reifenradius zu schwieriger auszuwertenden oder sogar unbrauchbaren Messdaten führen. Auf der anderen Seite ist ein Reifenradius über einen relativ langen Zeitraum konstant, weil dieser von relativ langsam veränderlichen Parametern wie dem Reifendruck, dem aktuellen Abnutzungszustand des Reifenprofils und gegebenenfalls extremen Temperaturunterschieden abhängt. Es ist also ausreichend, den aktuellen Reifenradius hin und wieder zu überprüfen. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Reifendruck quasi-kontinuierlich überwacht und bei Feststellen einer Änderung jenseits eines vorbestimmten Schwellwerts, wird der Reifenradius überprüft. Es sei darauf hingewiesen, dass der Reifenradius während des Ausführens des oben erläuterten Variierens des Rad-individuellen Antriebsmoments (beispielsweise durch eine vorhergehende Erfassung) bekannt ist.
• Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass die erfassten Winkelgeschwindigkeitsänderungen mittels eines Kalman-Filters zum Ableiten eines Schlupfs an dem betreffenden Vortriebsrad ausgewertet werden.
• Unter Einsatz eines Kalman-Filters [KF], bevorzugt eines erweiterten Kalman-Filters [EKF] oder Unscented Kalman-Filters [UKF], sind Messdaten verwertbar, welche nahe an einem überlagernden Rauschen liegen. Somit können sehr kleine Messwerte verarbeitet werden. Die Implementierung eines solchen Kalman-Filters ist wenig aufwendig und die Ansprechzeit ist für das Erfassen einer Bodenhaftung mehr als ausreichend. Es sei darauf hingewiesen, dass eine einzige Momentenanregung nicht zu einem einzigen Messwert führt. Vielmehr sind während eines Zeitraums einer Momentenanregung (beispielsweise über mehr als 1 s [eine Sekunde]) eine Vielzahl von Messdaten erfassbar. In einer Ausführungsform wird eine aktuelle Bodenhaftung mittels einer einzigen Momentenanregung erfasst; denn es ist lediglich (in einigen und häufig vorkommenden Fahrzuständen) notwendig, eine Schlupfänderung an dem Vortriebsrad zu erzeugen. Die hier vorgeschlagene Momentenanregung entspricht also einer (aber eben sehr kleinen) Beschleunigung beziehungsweise Verzögerung, was an sich bekanntermaßen zu einer Schlupfänderung an dem Vortriebsrad führt.
• Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass das Kraftfahrzeug zumindest eine angetriebene Radachse mit jeweils zwei Vortriebsrädern umfasst,
  wobei mittels der Steuereinrichtung ausschließlich an einem der beiden Vortriebsräder der betreffenden Radachse das Rad-individuelle Antriebsmoment variiert wird.
• Bei dieser Ausführungsform wird an einer gemeinsamen (also zwei-rädrigen) Radachse ausschließlich eines der beiden Vortriebsräder (also entweder das linke oder das rechte Vortriebsrad) mit einem variierenden Rad-individuellen Antriebsmoment beaufschlagt. Weil die resultierenden Momentenschwankungen unter der Vorgabe der Einhaltung der Geschwindigkeitsanforderung und/oder Beschleunigungsanforderung ausreichend gering sind, ist hierbei die Fahrstabilität nicht beeinträchtigt.
• In einer Ausführungsform wird an einer einzigen Radachse die Momentenanregung gegenläufig (also sich betragsmäßig aufhebend) an den beiden Vortriebsrädern (links und rechts) aufgegeben.
• Diese Einzelrad-Messung ist vorteilhaft beispielsweise, wenn an dem anderen Rad eine große Reifenseitenkraft anliegt, welche die Information über den durch Längsbeschleunigung verursachten Schlupfänderung zu stark verwässern könnte. Alternativ oder zusätzlich ist es bei (potenziell) ungleichem Untergrund vorteilhaft, für jedes Vortriebsrad separate Informationen über seine aktuelle Bodenhaftung zu erhalten. Alternativ ist es kostengünstiger oder weniger aufwendig, nur an einem Vortriebsrad (einer oder jeweils einer Radachse) eine entsprechende Möglichkeit zum Variieren des Rad-individuellen Antriebsmoments und/oder eine entsprechende Messeinrichtung vorzusehen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Bodenhaftung eines Vortriebsrads eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei auf Basis eines Verfahrens zum Erzeugen von Messdaten nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung mittels einer Steuereinrichtung die Winkelgeschwindigkeitsänderungen der jeweiligen Radachsen miteinander verglichen werden.
• Hier ist nun vorgeschlagen, wie das zuvor beschriebene Verfahren nutzbar ist, nämlich mittels Vergleichen (beispielsweise Bilden einer Differenz) von den Winkelgeschwindigkeitsänderungen an den jeweiligen Radachsen, also einer vorderen Winkelgeschwindigkeitsänderung und einer hinteren Winkelgeschwindigkeitsänderung. Die damit einhergehenden Schlupfänderungen lassen sich (mithilfe der bekannten Reifenradien der verwendeten Vortriebsräder) ausrechnen und lassen damit einen unmittelbaren Schluss auf die aktuelle Bodenhaftung zu. Das hier vorgeschlagene Verfahren ist besonders für ein Allrad-Fahrzeug vorteilhaft.
• Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Bodenhaftung eines Vortriebsrads eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei auf Basis eines Verfahrens zum Erzeugen von Messdaten nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung mittels einer Steuereinrichtung die Winkelgeschwindigkeitsänderungen der beiden Vortriebsräder der betreffenden Radachse miteinander verglichen werden.
• Hier ist nun vorgeschlagen, wie das zuvor beschriebene Verfahren nutzbar ist, nämlich mittels Vergleichen (beispielsweise Bilden einer Differenz) von den Winkelgeschwindigkeitsänderungen an einem einzigen Vortriebsrad oder an beiden Vortriebsrädern einer einzigen Radachse, also einer beidseitigen, linken oder rechten Winkelgeschwindigkeitsänderung und einem zeitlich vorhergehenden Zustand (innerhalb einer Messreihe) oder der jeweils anderen (rechten oder linken) Winkelgeschwindigkeitsänderung. Die damit einhergehenden Schlupfänderungen lassen sich (mithilfe der bekannten Reifenradien der verwendeten Vortriebsräder) ausrechnen und lassen damit einen unmittelbaren Schluss auf die aktuelle Bodenhaftung zu. Das hier vorgeschlagene Verfahren ist besonders für ein dauerhaft (also systemisch) oder zeitweise einachsig angetriebenes Kraftfahrzeug vorteilhaft.
• Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend einen Antriebsstrang und zumindest ein Vortriebsrad, wobei der Antriebsstrang für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs mit dem zumindest einen Vortriebsrad drehmomentübertragend verbunden ist,
  wobei der Antriebsstrang eine Steuereinrichtung umfasst, mittels welcher ein Verfahren nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausführbar ist.
• Das Kraftfahrzeug umfasst einen elektrischen oder elektrifizierten Antriebsstrang oder reinen Verbrenner-Antriebsstrang, wobei dieser beispielsweise konventionell ausgeführt ist oder alternativ zumindest konventionell betreibbar ist. Mittels des zumindest einen Vortriebsrads (beispielsweise zwei Räder einer gemeinsamen Radachse, bevorzugt von zwei Radachsen, beispielsweise als Allrad) ist das Kraftfahrzeug bewegbar. Die Steuereinrichtung ist beispielsweise eine Komponente eines Bus-Systems oder das Bus-System. Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dezentral organisiert oder mit dezentralen Steuereinheiten kommunizierend verbunden. In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung selbst eine oder ein Teil von einer zentralen Steuereinheit, wobei bevorzugt einzig der zumindest eine notwendige Sensor (beispielsweise Drehzahlsensor und/oder Momentensensor) dezentral bei der betreffenden Leistungskomponente angeordnet ist. Die dezentrale oder zentrale Steuereinheit, welche die Steuereinrichtung umfasst oder von dieser gebildet ist, ist beispielsweise ein sogenannter Bordcomputer des Kraftfahrzeugs.
• Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm vorgeschlagen, umfassend einen Computerprogrammcode, wobei der Computerprogrammcode, auf zumindest einem Computer derart ausführbar ist, dass der zumindest eine Computer dazu veranlasst ist, das Verfahren nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung auszuführen, wobei zumindest einer der Computer:
• - in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt als Bordcomputer oder eine Komponente eines Bordcomputers, integriert ist; und/oder
• - zur Kommunikation mit einem Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs eingerichtet ist.
• Ein Computer umfasst einen oder mehrere Prozessoren, beispielsweise einen Allzweck-Prozessor (CPU) oder Mikroprozessor, RISC-Prozessor, GPU und/oder DSP. Der Computer weist beispielsweise zusätzliche Elemente wie Speicherschnittstellen auf. Wahlweise oder zusätzlich bezeichnen die Begriffe solch eine Vorrichtung, welche in der Lage ist, ein bereitgestelltes oder eingebundenes Programm, bevorzugt mit standardisierter Programmiersprache, wie beispielsweise C++, JavaScript oder Python, auszuführen und/oder Datenspeichergeräte und/oder andere Geräte wie Eingangsschnittstellen und Ausgangsschnittstellen zu steuern und/oder darauf zuzugreifen. Der Begriff Computer bezeichnet auch eine Vielzahl von Prozessoren oder eine Vielzahl von (Unter-) Computern, welche miteinander verbunden und/oder anderweitig kommunizierend verbunden sind und möglicherweise eine oder mehrere andere Ressourcen, wie zum Beispiel einen Speicher, gemeinsam nutzen.
• Ein (Daten-) Speicher ist beispielsweise eine Festplatte (HDD, SSD, HHD) oder ein (nichtflüchtiger) Festkörperspeicher, beispielsweise ein ROM-Speicher oder Flash-Speicher [Flash-EEPROM). Der Speicher umfasst oftmals eine Mehrzahl einzelner physischer Einheiten oder ist auf eine Vielzahl von separaten Geräten verteilt, sodass ein Zugriff darauf über (Daten-) Kommunikation, beispielsweise Package-Data-Service, stattfindet. Letzteres ist eine dezentrale Lösung, wobei Speicher und Prozessoren einer Vielzahl separater Recheneinheiten anstelle eines (einzigen baueinheitlichen) zentralen Bordcomputers oder ergänzend zu einem zentralen Bordcomputer genutzt werden.
• Das Computerprogramm ist in einer Ausführungsform teilweise oder vollständig auf einem Server beziehungsweise einer Servereinheit eines Cloud-System, einem Handheld (beispielsweise einem Smartphone) und/oder auf zumindest einer Einheit der Computereinrichtung ausführbar. Mit dem Begriff Server oder Servereinheit wird hier ein solcher Computer bezeichnet, welcher Daten und/oder operative Dienste oder Dienste für ein oder mehrere andere computergestützte Geräte oder Computer bereitstellt und damit das Cloud-System bildet.
• Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform das Verfahren mittels eines Algorithmus basierend auf dem sogenannten DeepLearning oder Machine-Learning, bevorzugt als ein alternatives oder ergänzendes Filter für einen Kalman-Filter, veränderlich ist. Ein solcher Machine-Learning-Algorithmus oder DeepLearning-Algorithmus ist bereits beispielsweise aus den Bereichen Spracherkennung beziehungsweise Sprachverarbeitung und Gesichtserkennung bekannt, welche sich dadurch kennzeichnen, dass sie auf von Menschen nicht ausreichend beherrschbaren Datenmengen und/oder auf nur unzureichend oder gar nicht bekannten Regeln basieren. Vergleichbar mit einem Finite-Elemente-Algorithmus ist ein solcher Algorithmus im kleinsten trivial, doch aufgrund der Komplexität (in diesem Fall vor allem die Menge an Einflussfaktoren auf einen sicheren Betrieb an der Leistungsgrenze) sind die Aufgaben für einen Menschen unlösbar oder nur unter einem unvertretbaren Zeitaufwand lösbar. Bekannte Algorithmen beziehungsweise anwendbare Programmbibliotheken sind beispielsweise TensorFlow®, Keras und Microsoft® Cognitive Toolkit.
• Beispielsweise erlernt das Verfahren, wie sich eine Winkelgeschwindigkeit verändert, beispielsweise mit einer charakteristischen Steigung, und ist so in der Lage eine Bodenhaftung schneller und/oder zuverlässiger zu erkennen. Das Lernen ist dabei allein zwischen einem Starten des Verfahrens und seinem Beenden aktiv, über eine Lebensdauer des Antriebsstrangs aktiv oder sogar darüber hinaus Teil eines übergreifenden Wissens, welches beispielsweise bei einem Fahrzeugentwickler proprietär oder allgemein zugänglich hinterlegt ist beziehungsweise kontinuierlich ergänzt wird.
• Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, auf welchem ein Computerprogrammcode abgespeichert ist, wobei der Computerprogrammcode auf zumindest einem Computer derart ausführbar ist, dass der zumindest eine Computer dazu veranlasst ist, das Verfahren nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung auszuführen, wobei zumindest einer der Computer:
• - in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt als Bordcomputer oder eine Komponente eines Bordcomputers, integriert ist; und/oder
• - zur Kommunikation mit einem Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs eingerichtet ist.
• Ein Computerprogrammprodukt, aufweisend Computerprogrammcode, ist beispielsweise ein Medium wie beispielsweise RAM, ROM, eine SD-Karte, eine Speicherkarte, eine Flash-Speicherkarte oder eine Disc. Alternativ ist ein Computerprogrammprodukt auf einem Server abgespeichert und herunterladbar. Sobald das Computerprogramm über eine Ausleseeinheit (beispielsweise ein Laufwerk und/oder eine Installation) auslesbar gemacht ist, so ist der enthaltende Computerprogrammcode und das darin enthaltene Verfahren durch einen Computer beziehungsweise in Kommunikation mit einer Mehrzahl von computergestützten Vorrichtungen, beispielsweise gemäß obiger Beschreibung, ausführbar.
• Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
• 1: Diagramm eines Verlaufs eines Gesamtantriebsmoments mit überlagerter Momentenanregung;
• 2: Diagramme eines Verlaufs der Kraftschlusskoeffizienten, des Differentialschlupfs und der normierten Schlupfsteifigkeit bei einer konstanten Geschwindigkeitsanforderung; und
• 3: ein Kraftfahrzeug mit einer Steuereinrichtung.
• In 1 ist Diagramm eines Verlaufs eines Gesamtantriebsmoments 8 mit überlagerter Momentenanregung gezeigt. Die Ordinaten-Achse ist die Zeitachse 18, beispielsweise über ein Zeitintervall von acht Sekunden. Die orthogonal zu der Zeitachse 18 angeordnete Abszisse ist die Antriebsmomentenachse 19. Es wird rein zur Veranschaulichung auf ein Kraftfahrzeug 3 mit zwei angetriebenen Radachsen 14,15 Bezug genommen, wie beispielsweise in 3 gezeigt. Die obere gestrichelte (glatte) Linie verläuft von oben links nach unten rechts und stellt dabei ein hinteres Grundmoment 20 einer hinteren Radachse 15 eines Kraftfahrzeugs 3 dar, wie es beispielsweise für eine aktuelle Geschwindigkeitsanforderung 7 erforderlich ist. Unterhalb des hinteren Grundmoments 20 verläuft eine untere gestrichelte (glatte) Linie von etwa mittig-links nach unten rechts, welche ein vorderes Grundmoment 21 an einer vorderen Radachse 14 darstellt. Das vordere Grundmoment 21 und das hintere Grundmoment 20 stellen in Summe das Gesamtantriebsmoment 8 des Kraftfahrzeugs 3 dar. Hier sind sowohl das hintere Grundmoment 20 als auch das vordere Grundmoment 21 über einen Anregungszeitabschnitt 22 jeweils von einer Momentenanregung 23,24 (rein optional in Form von einer Sinusfunktion) überlagert, welche außerhalb des Anregungszeitabschnitts 22 strichpunktiert dargestellt sind. In dem Anregungszeitabschnitt 22 sind die vordere Momentenanregung 23 und das vordere Grundmoment 21 sowie die hintere Momentenanregung 24 und das hintere Grundmoment 20 überlagert und es ergibt sich so ein variierendes vorderes (Rad-individuelles) Antriebsmoment 10 und ein variierendes hinteres (Rad-individuelles) Antriebsmoment 11. Hier sind (bevorzugt aber rein optional) die Momentenanregungen 23,24 jeweils gegenläufig, also einander aufhebend, ausgewählt. Das heißt, wenn die vordere Momentenanregung 23 ansteigt, fällt die hintere Momentenanregung 24 mit der gleichen Steigung ab. In Summe bleibt bei dieser Ausführungsform das Gesamtantriebsmoment 8 konstant.
• In 2 ist zuoberst (zuerst) ein Diagramm eines Verlaufs einer (fast durchgehend konstanten) Geschwindigkeitsanforderung 7, darunter (als Zweites) ein Diagramm eines Verlaufs eines Kraftschlusskoeffizienten 25,26,27, als Drittes ein Diagramm eines Verlaufs eines Differentialschlupfs 28 und zuunterst (als Viertes) ein Diagramm eines Verlaufs der normierten Schlupfsteifigkeit 29,30,31 bei einer konstanten Geschwindigkeitsanforderung 7 gezeigt. Diese Diagramme sind über einer gemeinsamen Zeitachse 18 (in Sekunden) aufgetragen, wobei auf den die gezeigte Skala beispielsweise in Schritten von 50 s [fünfzig Sekunden] also beispielsweise von 0 s bis etwa 400 s. Zusätzlich sind im Hintergrund der Diagramme unterschiedliche Untergründe 12 mittels unterschiedlicher Schraffierungen dargestellt. So stellt der weiße Bereich (Start beispielsweise bei etwa 170 s) eine Fahrt eines Kraftfahrzeugs 3 auf Schnee 32 (pars-pro-toto einzig in dem ersten Diagramm bezeichnet) dar und der graue Bereich (Start des Zweiten beispielsweise bei etwa 285 s) eine Fahrt des Kraftfahrzeugs 3 auf Asphalt 33 (pars-pro-toto in jedem Diagramm stets nur einmal bezeichnet).
• Generell gilt für den absoluten Schlupf s_x,j [mit j = F(ront), R(ear)] wie er im Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Bodenhaftung eines Vortriebsrads 1,2 eines Kraftfahrzeugs 3 Anwendung findet: $$s_{x,j}=\frac{{\omega }_j{r}_{e,j}-v_x}{{\omega }_j{r}_{e,j}}$$

  
• Dabei ist ω_j die Winkelgeschwindigkeit an einer Radachse 14,15, r_e,j der effektive Reifenradius 9 und v_x die Längsgeschwindigkeit 16.
• Im ersten der hier gezeigten Diagramme ist an der linken Ordinate eine Längsgeschwindigkeit 16 (in Metern pro Sekunde) und an der rechten Ordinate eine Längsbeschleunigung 34 (in Metern pro Sekunde zum Quadrat) des Kraftfahrzeugs 3 aufgetragen. Hierbei ist klar ersichtlich, dass sich für eine Geschwindigkeitsanforderung 7 nach einer kurzen von null nach oben abweichenden Beschleunigungsanforderung 35 und einer damit einhergehenden Erhöhung der Längsgeschwindigkeit 16 eine konstante Längsgeschwindigkeit 16 über den verbleibenden dargestellten Zeitraum einstellt. In dem dargestellten Zeitraum liegt dreimal ein anderer Untergrund 12 vor, nämlich abwechselnd Asphalt 33, Schnee 32 und wieder Asphalt 33 (pars-pro-toto im ersten Diagramm bezeichnet).
• In dem zweiten Diagramm von oben sind die Kraftschlusskoeffizienten 25,26,27 (normiert, dimensionslos) über die Zeitachse 18 dargestellt. Der hintere Kraftschlusskoeffizient 26 ist mit einer Strich-Punkt-Linie dargestellt und folgt einer (nach Abschluss der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs 3 konstanten) Wellenfunktion aufgrund einer entsprechenden hinteren Momentenanregung 24 (vergleiche 1). Um 180° phasenverschoben ist hier der vordere Kraftschlusskoeffizient 25 mit einer dünnen Volllinie dargestellt aufgrund einer entsprechenden vorderen Momentenanregung 23 (vergleiche 1). Dabei gilt sowohl für den vorderen Kraftschlusskoeffizienten 25 (µ_F) als auch für den hinteren Kraftschlusskoeffizienten 26 (n_R) folgender Zusammenhang aus einer longitudinalen Kraft (F_x,F; F_x,R) (Vortrieb) und einer vertikalen Kraft (F_z,F; F_z,R) (Rad-individuelle Aufstandskraft): $${\mathrm{\mu }}_F=\frac{F_{x,F}}{F_{z,F}}$$

  

  beziehungsweise $${\mathrm{\mu }}_R=\frac{F_{x,R}}{F_{z,R}}$$

  
• Zusätzlich ist hier, als eine überlagernde dicke Volllinie dargestellt, der differentiale Kraftschlusskoeffizient 27 (µ_Δ,F, für die vordere Radachse 14) gezeigt, wobei sich dieser aus den Funktionen (2a) und (2b) ableitet. Es gilt: $${\mathrm{\mu }}_{\Delta ,F}={\mathrm{\mu }}_F-\frac{1}{\lambda }\frac{r_{e,R}{\omega }_R}{r_{e,F}{\omega }_F}{\mathrm{\mu }}_R$$

  
• Hierbei stellt λ das Verhältnis zwischen der vorderen Schlupfsteifigkeit 29 (C_sx,F) und der hinteren Schlupfsteifigkeit 30 (C_sx,R) dar (vergleiche unten). r_e,F beziehungsweise r_e,R ist der effektive Reifenradius 9 eines Vortriebsrads 1,2, sowie ω_R (an dem hintere Vortriebsrad 2) und ω_F (an dem vorderen Vortriebsrad 1) die Winkelgeschwindigkeit.
• In dem dritten Diagramm von oben ist der Differentialschlupf 28 (s_x,Δ,F) in einer dünnen Volllinie mit Bezug auf die linke Ordinate (normiert, dimensionslos) aufgetragen. Dieser folgt in dieser Fahrsituation des Kraftfahrzeugs 3 resultierend aus den Kraftschlusskoeffizienten 25,26 (µ_F, µ_R) ebenfalls einer Wellenfunktion. Für den Differentialschlupf 28 (s_x,Δ,F, an der vorderen Radachse 14) gilt: $$s_{x,\Delta ,F}=\left({\mathrm{\mu }}_F-\frac{1}{\lambda }\frac{r_{e,R}{\omega }_R}{r_{e,F}{\omega }_F}{\mathrm{\mu }}_R\right)\frac{1}{{\overline{C}}_{s_x,F}}+\underset{{\overline{\delta }}_F}{\underbrace{\left({\delta }_F-\frac{r_{e,R}{\omega }_R}{r_{e,F}{\omega }_F}{\delta }_R\right)}}$$

  
• Für die hintere Radachse 15 gilt diese Funktion (2a) analog. δ_F und δ_R sind hierbei Offset-Koeffizienten, δ _F ist ein verallgemeinerter Offset-Koeffizient des Differentialschlupfs 28 (an der vorderen Radachse 14) und C _sx,F ist nachfolgend beschrieben. In dem Diagramm ist ersichtlich, dass der Differentialschlupf 28 (s_x,Δ,F, an der vorderen Radachse 14) eine linear abhängige Funktion des differentialen Kraftschlusskoeffizient 27 (µ_Δ,F , für die vordere Radachse 14) ist, dessen Verlauf daher hier ebenfalls aufgetragen ist (rechte Ordinate; normiert, dimensionslos). Es ist zu erkennen, dass die Werte um mehr als den Faktor 10 kleiner sind.
• In dem untersten Diagramm sind die Schlupfsteifigkeiten 29,30,31 (normiert, dimensionslos) der Vortriebsräder 1,2 über der Zeit aufgetragen. Dabei verlaufen die vordere Schlupfsteifigkeit 29 (C_sx,F) und die hintere Schlupfsteifigkeit 30 (C_sx,R) in einer nahezu deckungsgleichen Rechteckfunktion, wobei nach jedem Wechsel des Untergrunds 12 von Schnee 32 auf Asphalt 33 die Schlupfsteifigkeiten 29,30 einen Versatz nach unten beziehungsweise nach oben durchlaufen. Zwischen den Versätzen der Graphen verlaufen die Schlupfsteifigkeiten 29,30 konstant. Neben den Schlupfsteifigkeiten 29,30 ist in diesem Diagramm die differentiale Schlupfsteifigkeit 31 (C _sx,F) dargestellt, wie sie sich aus den sehr kleinen Messwerten (beispielsweise unter Zuhilfenahme eines erweiterten Kalman-Filters) bestimmen lässt. Die differentiale Schlupfsteifigkeit 31 ist nach der jeweiligen vertikalen Kraft F_z,F oder F_z,R normiert. Dabei gilt für die differentiale Schlupfsteifigkeit 31: $${\overline{C}}_{s_x,F}=\frac{C_{s_{x,F}}}{F_{z,F}}$$

  
• Die differentiale Schlupfsteifigkeit 31 (C _sx,F) folgt in diesem Zeitraum den tatsächlichen Schlupfsteifigkeiten 29,30 (C_sx,F, C_sx,R) nahezu deckungsgleich, wobei bei den jeweiligen Versätzen eine Abweichung der differentialen Schlupfsteifigkeit 31 vorliegt und dort nur verzögert folgen kann. Es sei darauf hingewiesen, dass eine solche Verzögerung für viele Anwendungen unschädlich ist und mittels geeigneter Filtereinstellungen verringerbar ist.
• In 3 ist ein Kraftfahrzeug 3 mit einer Steuereinrichtung 6 gezeigt. Dabei umfasst das Kraftfahrzeug 3 einen Antriebsstrang 17, wobei der Antriebsstrang 17 hier an einer vorderen Radachse 14 zwei zum Vortrieb eingerichtete vordere Vortriebsräder 1 und an einer hinteren Radachse 15 zwei zum Vortrieb eingerichtete hintere Vortriebsräder 2 umfasst. Die Vortriebsräder 1,2 weisen eine (individuellen) $$$$

  

  Reifenradius 9 auf, welcher hier pars-pro-toto an dem hinteren rechten Vortriebsrad 2 bemaßt ist. Hier ist (rein optional) an jedem Vortriebsrad 1,2 eine Messeinrichtung 13 beziehungsweise eine Komponente einer (einzigen) Messeinrichtung 13 angeordnet, wobei diese beispielsweise zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeitsänderungen an dem jeweiligen Vortriebsrad 1,2 eingerichtet sind.
• Weiterhin ist von dem Antriebsstrang 17 eine vordere Antriebsmaschine 4 und eine hintere Antriebsmaschine 5 umfasst, wobei die hintere Antriebsmaschine 5 (mittels eines rein optionalen Getriebes) drehmomentübertragend mit den Vortriebsrädern 2 der hinteren Radachse 15 und die vordere Antriebsmaschine 4 (rein optional direkt) drehmomentübertragend mit den Vortriebsrädern 1 der vorderen Radachse 14 verbunden sind. Ferner ist die Steuereinrichtung 6 mit der Mehrzahl von Messeinrichtungen 13 (hier vier) kommunizierend (also datenübertragend) verbunden.
• Die Steuereinrichtung 6 ist zum Ausführen des Verfahrens zum Bestimmen einer aktuellen Bodenhaftung der Vortriebsräder 1,2 eingerichtet, wobei in dem Verfahren mittels der Steuereinrichtung 6 eine aktuelle Geschwindigkeitsanforderung 7 beispielsweise mittels eines Gaspedals und/oder einer Geschwindigkeitsregelanlage erhalten wird. Entsprechend der aktuellen Geschwindigkeitsanforderung 7 wird in dem Verfahren von zumindest einer der Antriebsmaschinen 4,5 ein entsprechendes Gesamtantriebsmoment 8 an zumindest einem der Vortriebsräder 1,2 bereitgestellt. Weiterhin wird in dem Verfahren mittels der Vortriebsräder 1,2 ein Antriebsmoment 10,11 auf den befahrenen Untergrund 12 aufgebracht. Dies entspricht somit einem normalen Fahrtbetrieb des Kraftfahrzeugs 3.
• Mittels der Steuereinrichtung 6 wird das aktuelle Rad-individuelle Antriebsmoment 10,11 an den jeweiligen Vortriebsrädern 1,2 derart variiert, dass eine Änderung des Schlupfs auftritt und mittels des Verfahrens die aktuelle Schlupfsteifigkeit und somit die Bodenhaftung unter Einhaltung der aktuellen Geschwindigkeitsanforderung 7 ermittelbar ist. Zugleich ist für die Insassen des Kraftfahrzeugs 3 keine Abweichung von einem normalen Fahrtbetrieb wahrnehmbar. Für das Verfahren sind mittels der Messeinrichtung 13 die Winkelgeschwindigkeitsänderungen an jedem Vortriebsrad 1,2 erfassbar, sodass mittels des so ermittelten Schlupfs beziehungsweise Differentialschlupfs 28 (vergleiche 2) und der bekannten Reifenradien 9 ein direkter Rückschluss auf die aktuelle Bodenhaftung der Vortriebsräder 1,2 getroffen werden kann.
• Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren ist eine Bodenhaftung eines Vortriebsrads mittels Variieren der Antriebsmomente bestimmbar.
• Bezugszeichenliste

1

vorderes Vortriebsrad

2

hinteres Vortriebsrad

3

Kraftfahrzeug

4

vordere Antriebsmaschine

5

hintere Antriebsmaschine

6

Steuereinrichtung

7

Geschwindigkeitsanforderung

8

Gesamtantriebsmoment

9

Reifenradius

10

vorderes Antriebsmoment

11

hinteres Antriebsmoment

12

Untergrund

13

Messeinrichtung

14

vordere Radachse

15

hintere Radachse

16

Längsgeschwindigkeit

17

Antriebsstrang

18

Zeitachse

19

Antriebsmomentenachse

20

hinteres Grundmoment

21

vorderes Grundmoment

22

Anregungszeitabschnitt

23

vordere Momentenanregung

24

hintere Momentenanregung

25

vorderer Kraftschlusskoeffizient

26

hinterer Kraftschlusskoeffizient

27

differentialer Kraftschlusskoeffizient

28

Differentialschlupf

29

vordere Schlupfsteifigkeit

30

hintere Schlupfsteifigkeit

31

differentiale Schlupfsteifigkeit

32

Schnee

33

Asphalt

34

Längsbeschleunigung

35

Beschleunigungsanforderung

Claims (10)

1. Verfahren zum Erzeugen von Messdaten für ein Bestimmen einer aktuellen Bodenhaftung eines Vortriebsrads (1,2) eines Kraftfahrzeugs (3), aufweisend die folgenden Schritte: - an zumindest einer Antriebsmaschine (4,5) und an einer Steuereinrichtung (6), Erhalten einer aktuellen Geschwindigkeitsanforderung (7) für das Kraftfahrzeug (3); - mittels zumindest einer der Antriebsmaschinen (4,5), Bereitstellen eines Gesamtantriebsmoments (8) entsprechend der aktuellen Geschwindigkeitsanforderung (7) für zumindest ein Vortriebsrad (1,2) mit einem bekannten aktuellen Reifenradius (9); - mittels des zumindest einen Vortriebsrads (1,2), entsprechend dem bereitgestellten Gesamtantriebsmoment (8) Aufbringen eines Rad-individuellen Antriebsmoments (10,11) auf den befahrenen Untergrund (12); und - mittels einer Messeinrichtung (13), Erfassen von Winkelgeschwindigkeitsänderungen an dem Vortriebsrad (1,2) und übermitteln der erfassten Winkelgeschwindigkeitsänderungen an die Steuereinrichtung (6), dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (6) unter Einhaltung der Geschwindigkeitsanforderung (7) und/oder unter Einhaltung des bereitgestellten Gesamtantriebsmoments (8), an dem zumindest einen Vortriebsrad (1,2) das Rad-individuelle Antriebsmoment (10,11) variiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kraftfahrzeug (3) zwei angetriebene Radachsen (14,15) aufweist, auf welche das bereitgestellte Gesamtantriebsmoment (8) auf die zwei Radachsen (14,15) mit jeweils zumindest einem Vortriebsrad (1,2) verteilbar ist, wobei mittels der Steuereinrichtung (6) die Verteilung des bereitgestellten Gesamtantriebsmoments (8) und damit an dem jeweiligen Vortriebsrad (1,2) variiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der aktuelle Reifenradius (9) gemessen wird mittels Vergleichen der Winkelgeschwindigkeit eines Vortriebsrads (1,2) mit der aktuellen Längsgeschwindigkeit (16) des Kraftfahrzeugs (3), wobei die Winkelgeschwindigkeit des betreffenden Vortriebsrads (1,2) erfasst wird, während dieses Vortriebsrad (1,2) drehmomentneutral betrieben wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erfassten Winkelgeschwindigkeitsänderungen mittels eines Kalman-Filters zum Ableiten eines Schlupfs an dem betreffenden Vortriebsrad (1,2) ausgewertet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug (3) zumindest eine angetriebene Radachse (14,15) mit jeweils zwei Vortriebsrädern (1,2) umfasst, wobei mittels der Steuereinrichtung (6) ausschließlich an einem der beiden Vortriebsräder (1,2) der betreffenden Radachse (14,15) das Rad-individuelle Antriebsmoment (10,11) variiert wird.
6. Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Bodenhaftung eines Vortriebsrads (1,2) eines Kraftfahrzeugs (3), wobei auf Basis eines Verfahrens zum Erzeugen von Messdaten nach Anspruch 2 mittels einer Steuereinrichtung (6) die Winkelgeschwindigkeitsänderungen der jeweiligen Radachsen (14,15) miteinander verglichen werden.
7. Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Bodenhaftung eines Vortriebsrads (1,2) eines Kraftfahrzeugs (3), wobei auf Basis eines Verfahrens zum Erzeugen von Messdaten nach Anspruch 5 mittels einer Steuereinrichtung (6) die Winkelgeschwindigkeitsänderungen der beiden Vortriebsräder (1,2) der betreffenden Radachse (14,15) miteinander verglichen werden.
8. Kraftfahrzeug (3), aufweisend einen Antriebsstrang (17) und zumindest ein Vortriebsrad (1,2), wobei der Antriebsstrang (17) für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs (3) mit dem zumindest einen Vortriebsrad (1,2) drehmomentübertragend verbunden ist, wobei der Antriebsstrang (17) eine Steuereinrichtung (6) umfasst, mittels welcher ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführbar ist.
9. Computerprogramm, umfassend einen Computerprogrammcode, wobei der Computerprogrammcode, auf zumindest einem Computer derart ausführbar ist, dass der zumindest eine Computer dazu veranlasst ist, das Verfahren nach einem von Anspruch 1 bis Anspruch 7 auszuführen, wobei zumindest einer der Computer: - in einem Kraftfahrzeug (3), bevorzugt als Bordcomputer oder eine Komponente eines Bordcomputers, integriert ist; und/oder -zur Kommunikation mit einem Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs (3) eingerichtet ist.
10. Computerprogrammprodukt, auf welchem ein Computerprogrammcode abgespeichert ist, wobei der Computerprogrammcode auf zumindest einem Computer derart ausführbar ist, dass der zumindest eine Computer dazu veranlasst ist, das Verfahren nach einem von Anspruch 1 bis Anspruch 7 auszuführen, wobei zumindest einer der Computer: - in einem Kraftfahrzeug (3), bevorzugt als Bordcomputer oder eine Komponente eines Bordcomputers, integriert ist; und/oder -zur Kommunikation mit einem Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs (3) eingerichtet ist.

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