DE102022208311A1

DE102022208311A1 - Verfahren und Schätzvorrichtung zum Schätzen eines Reibwertpotentials

Info

Publication number: DE102022208311A1
Application number: DE102022208311.3A
Authority: DE
Inventors: Julian King; Ulrich Mair; Yang Wang; Kanwar Bharat Singh; Sven Schäfer-OReilly
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG; Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG; Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 2022-08-10
Filing date: 2022-08-10
Publication date: 2024-02-15
Also published as: US20240053273A1; CN117584981A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen eines Reibwertpotentials (µ) zwischen Rädern eines Kraftfahrzeugs (1) und einer Oberfläche einer Fahrbahn während einer im Wesentlichen unbeschleunigten Fahrt des Kraftfahrzeugs (1) umfassend die Schritte:- Erfassen einer Raddrehzahl zumindest eines Rades des Kraftfahrzeugs (1) mittels eines Drehzahlsensors (6),- Erfassen einer hochgenauen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1),- Bestimmen des Verhältnisses zwischen der erfassten Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und der Raddrehzahl als aktuellen virtuellen Radradius (r),- Schätzen des aktuellen Reibwertpotentials (µ) anhand des aktuellen virtuellen Radradius (r).Ferner betrifft die Erfindung eine Schätzvorrichtung und ein Fahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen eines Reibwertpotentials zwischen Rädern eines Kraftfahrzeugs und einer Oberfläche einer Fahrbahn während einer im Wesentlichen unbeschleunigten Fahrt des Kraftfahrzeugs sowie eine Schätzvorrichtung und ein Kraftfahrzeug.
Um die Sicherheit eines Kraftfahrzeuges zu erhöhen, ist eine genaue Kenntnis des Straßenzustands und des daraus resultierenden Reibwertpotentials, d.h. der maximale Reibwert (Reibungskoeffizient) zwischen Reifen und Straße, unerlässlich. Aus ihr folgt, wie stark ein Kraftfahrzeug beschleunigt oder abgebremst werden kann und ab welcher Querbeschleunigung das Kraftfahrzeug seitlich ausbricht.
Das Reibwertpotenzial hängt von einer Vielzahl von Reibwertparametern ab. Insbesondere der Fahrbahnzustand, d.h. ob die Oberfläche der Fahrbahn trocken, nass, verschneit oder vereist ist, ist eine wichtige Einflussgröße.
Ein weiterer wichtiger Reibwertparameter ist der Reifen und dessen Eigenschaften.
Beim heutigen manuellen Fahren wird das Reibwertpotenzial vom Fahrer im Wesentlichen auf Basis seines erlernten Wissens abgeschätzt.
In gewissen Fahrsituationen, z.B. bei plötzlich auftretendem Blitzeis, kann diese Vorgehensweise aber zu Fehleinschätzungen führen. Darüber hinaus ist die Kenntnis des Reibwertpotenzials für viele Fahrerassistenzfunktionen und das automatisierte Fahren essentiell. Besonders im Rahmen der steigenden Automatisierung von Fahrfunktionen muss das Kraftfahrzeug selbst in der Lage sein, das Reibwertpotential so genau wie möglich zu erfassen. Das ist vor allem in Gefahrensituationen unabdingbar, da hier der maximale Reibwert (Reibungskoeffizient) ausgenutzt werden muss, um optimal handeln zu können.
Obwohl in der Vergangenheit eine Vielzahl von Untersuchungen zur Ermittlung des Reibwertpotenzials durchgeführt wurden, kann dieser Wert bis heute nur mit zusätzlicher, teurer Sensorik oder in Fahrzuständen mit ausreichendem Reifenschlupf ermittelt werden.
Unter Schlupf kann dabei die Abweichung der Radumdrehungen im Verhältnis zur Gesamtstrecke, die zurückgelegt wurde, verstanden werden; d.h. im Allgemeinen das Abweichen der Geschwindigkeiten miteinander in Reibkontakt stehender mechanischer Elemente unter tangentialer Belastung. Beim Bremsen ist der Schlupf das Verhältnis der Geschwindigkeit des Gummis gegenüber der Fahrbahn zur Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs; wobei bei einem Schlupf von Nahe 0 der Reifen haftet und bei einem Schlupf von 100%, der Reifen blockiert.
Die DE 10 2016 225 352 B4 offenbart ein Verfahren zum Schätzen eines Reibwerts einer Fahrbahn mittels eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs aus einem Schlupfregelsystem einen ersten Schätzwert einer maximal mit einem Rad des Kraftfahrzeugs auf die Fahrbahn übertragbaren Horizontalkraft empfängt, wobei die Steuervorrichtung aus einer Dämpferregelung einen zweiten Schätzwert einer Radaufstandskraft des Rades empfängt und den Reibwert anhand der Schätzwerte aus der Radaufstandskraft und der Horizontalkraft als fahrzeugunabhängigen Reibwert berechnet.
Die DE 10 2018 220 576 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen eines Reibwertpotentials eines Fahrbahnbelags, wobei ein Gesamtdrehmoment zum Betreiben eines Fahrzeugs auf zumindest zwei Raddrehmomente an Rädern des Fahrzeugs ungleich verteilt wird, wobei das Reibwertpotential unter Verwendung eines erfassten Schlupfs zwischen dem Fahrbahnbelag und zumindest einem der Räder und des an dem Rad anliegenden Raddrehmoments ermittelt wird.
Die DE 10 2016 220 692 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung eines zwischen Rädern eines Kraftfahrzeugs und einer Fahrbahn herrschenden Reibwerts, wobei während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs an Rädern einer lenkbaren Hinterachse für die Räder der Hinterachse betragsmäßig gleich große Lenkwinkel in entgegengesetzter Richtung eingestellt werden, die sich in Folge dieser Lenkwinkeleinstellung an mindestens einem der Hinterräder ausbildende Änderung der Drehzahl und/oder Änderung des Drehzahlgradienten ermittelt wird, abhängig von der oder jeder ermittelten Änderung der Drehzahl und/oder Änderung des Drehzahlgradienten der Reibwert zwischen den Rädern des Kraftfahrzeugs und der Fahrbahn bestimmt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Schätzen eines Reibwertpotentials sowie eine Schätzvorrichtung zum Schätzen eines Reibwertpotentials anzugeben. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Fahrzeug anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Schätzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 10 sowie ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche bzw. in der folgenden Beschreibung sowie den Figuren beschrieben.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Schätzen eines Reibwertpotentials zwischen Rädern eines Kraftfahrzeugs und einer Oberfläche einer Fahrbahn während einer im Wesentlichen unbeschleunigten Fahrt des Kraftfahrzeugs umfassend die Schritte:

- Erfassen einer Raddrehzahl zumindest eines Rades des Kraftfahrzeugs mittels eines Drehzahlsensors,
- Erfassen einer hochgenauen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs,
- Bestimmen des Verhältnisses zwischen der erfassten Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und der Raddrehzahl als aktuellen virtuellen Radradius,
- Schätzen des aktuellen Reibwertpotentials anhand des aktuellen virtuellen Radradius.

Unter dem Begriff Kraftfahrzeuge sind dabei sowohl Zweirad-, Vierrad- oder mehrrädrige bzw. ein- oder mehrachsige Kraftfahrzeuge wie Zweiräder, PKW, LKW etc. zu verstehen, bei denen einzelne oder mehrere Räder bzw. Achsen angetrieben werden.
Als Verhältnis kann insbesondere der Quotient herangezogen werden.
Eine im Wesentlichen unbeschleunigte Fahrt ist eine Fahrt in der vernachlässigbar, d.h. nicht bewusst gebremst oder beschleunigt wird. Kleinere Beschleunigungen/Bremsungen im nahezu unmerklichen Bereich können jedoch auftreten.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass im normalen gleichmäßigen Betrieb wenig oder gar kein Schlupf vorhanden ist, anhand dessen das Reibwertpotential genau geschätzt werden könnte.
Für ein autonomes oder teilautonomes Fahren ist es jedoch wichtig in unvorhergesehenen Situationen jederzeit angemessen reagieren zu können, so ist beispielsweise bei einem Fußgänger/Fahrradfahrer auf der Fahrbahn beispielsweise eine Vollbremsung mit möglichst geringem Bremsweg bei jeder Oberflächenbeschaffenheit notwendig. Das Kraftfahrzeug muss daher jederzeit wissen, wie lange der Weg bei einer Vollbremsung wäre. Dazu ist ein Wissen über das Reibwertpotential unerlässlich.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass das Verhältnis einer hochpräzisen, von einer Drehzahl(sensorik) unabhängig, erfassten Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und der Raddrehzahl direkt zu dem Reibwertpotential für ein unbeschleunigtes, frei rollendes Kraftfahrzeug, d.h. bei minimaler Reifenanregung, korreliert. Dabei wird die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit unabhängig von der Raddrehzahl erfasst, da diese Art des Erfassens zu einer nicht hochpräzisen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit führen würde.
Dies bedeutet, dass während einer unbeschleunigten Fahrt dieses Verhältnis, hier als aktueller virtueller Radradius bezeichnet, mit dem Reibwertpotential zwischen Reifen und Straße korreliert, wodurch das Reibwertpotential geschätzt werden kann.
Durch die Erfindung ist es somit jetzt möglich, das Reibwertpotential somit auch ohne das Auftreten von signifikantem Schlupf zu bestimmen.
Somit kann auf das Überschreiten eines gewissen Reifenschlupfes/einer gewissen Reifenanregung, welche in den Verfahren des Stands der Technik vorliegen muss, um eine robuste Schätzung des Reibwertpotentials zu gewährleisten, verzichtet werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es nun möglich, das Reibwertpotential bei einem frei rollenden, unbeschleunigten Kraftfahrzeug zu ermitteln.
In weiterer Ausbildung können mehrere virtuelle Radradien innerhalb einer vordefinierten Zeit bestimmt werden. Dabei können beispielsweise mehrere hundert Werte innerhalb einer Sekunde aufgenommen werden. Aus diesen aufgenommenen Werten kann anschließend als aktueller virtueller Radradius der Mittelwert oder Median aus den aufgenommenen Werten bestimmt werden. Dadurch können Ausreißer beispielsweise eliminiert werden.
Ferner können auch die am häufigsten auftretenden Radradien als aktueller virtueller Radradius herangezogen werden. Auch kann der niedrigste Wert als aktueller virtueller Radradius herangezogen werden. Wird der niedrigste Wert als aktueller virtueller Radradius, und ein entsprechendes niedriges korrespondierendes Reibwertpotential angenommen, und erfolgt anschließend beispielsweise eine entsprechende Einstellung der Fahrgeschwindigkeit anhand des Reibwertpotentials, so kann beispielsweise eine schnelle Vollbremsung jederzeit mit geringem Bremsweg durchgeführt werden, woraus eine hohe Fahrsicherheit bei autonomer Betriebsweise gewährleistet werden kann. Alternativ kann auch eine Kombination daraus verwendet werden.
Ferner kann in weiterer Ausbildung die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit mittels einer gemessenen Frequenzänderung zwischen einem von dem Kraftfahrzeug gesendeten und von dem Kraftfahrzeug empfangenen reflektierten Signal, ermittelt werden. Dadurch ist eine hochpräzise Bestimmung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit möglich.
Vorzugsweise wird das Signal mittels eines am Kraftfahrzeug angeordneten Radars (Radarsensors) und/oder eines angeordneten Doppler-Radars (Radarsensors) erzeugt. Dabei kann der Radarsensor ebenfalls mittels des Dopplereffektes die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit messen. Unter Doppler-Radar wird ein Radar bezeichnet das die technischen Voraussetzungen hat, den Doppler-Effekt auszunutzen, insbesondere kann der Doppler-Radar ein Impuls-Doppler-Radar sein.
Die Verwendung eines solchen Radars/Doppler-Radars ist insbesondere vorteilhaft, da die meisten Kraftfahrzeuge diesen bereits integriert haben bzw. aufweisen, so dass kein Nachrüsten von Hardware notwendig ist.
Alternativ oder optional ergänzend kann die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit mittels eines durch das Kraftfahrzeug empfangenen DGPS-Signals (Differential Global Positioning System) bestimmt werden. Alternativ oder optional ergänzend kann die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit mittels eines am Kraftfahrzeug angeordneten hochpräzisen optischen Lasers bestimmt werden.
Weiterhin kann beispielsweise eine Kombination aus diesen Möglichkeiten zur Präzisierung beitragen.
Vorzugsweise wird der erfasste aktuelle virtuelle Radradius mit zumindest einem individuellen Radradius oder einem Bereich von individuellen Radradien verglichen, wobei der individuelle Radradius oder der Bereich der individuellen Radradien zumindest mit dem Reibwertpotential für die aktuelle Bereifung auf einer asphaltierten, vorzugsweise trockenen Straße gekoppelt ist.
Das Reibwertpotential (maximaler Reibewert) auf einer asphaltierten trockenen Straße ist aus der Literatur oder vom Hersteller des Kraftfahrzeugs/Reifens bekannt. So kann beispielsweise bei neuer Bereifung, wie Wechsel von Winter- auf Sommerreifen, der Fahrer dazu aufgefordert werden, bei geeigneter asphaltierter trockener Straße mehrere aktuelle virtuelle Radradien zu erfassen. Diese werden dann ausgewertet und anhand dessen zumindest ein individueller Referenzwert erstellt, welcher das bekannte Reibwertpotential dem aufgenommenen aktuellen virtuellen Radradius oder dem Bereich von individuellen Radradien zuordnet.
Dabei kann der individuelle Radradius oder der Bereich von individuellen Radradien manuell durch einen Fahrer bei asphaltierter insbesondere trockener Straße aufgenommen werden. Dazu kann der Fahrer über eine Anzeigeneinheit beispielsweise aufgefordert werden, die Straßenoberfläche, insbesondere trockener Asphalt, einzustellen oder zu bestätigen und einen derartigen individuellen Radradius bzw. derartige individuelle Radradien als Referenzwerte aufzunehmen. Diesem Referenzwert bzw. diesen Referenzwerten wird dann das Reibwertpotential für trockener Asphalt zugeordnet.
Alternativ können mehrere solcher Messungen beispielsweise bei unterschiedlichem Wetter aufgenommen werden und somit mehrere individuelle Radradien erzeugt werden, denen aus der Literatur ein bekanntes Reibwertpotential zugeordnet wird. Dadurch kann das später zu schätzende Reibwertpotential genauer geschätzt werden.
In weiterer Ausbildung wird der erfasste aktuelle virtuelle Radradius mit zumindest einem gespeicherten Radradius oder einem Bereich von gespeicherten Radradien verglichen, wobei der gespeicherte Radradius oder der Bereich gespeicherter Radradien zumindest mit dem Reibwertpotential für eine Standardbereifung und/oder die Reifenart für den Fahrzeugtyp auf einer asphaltierten, insbesondere trockenen Straße gekoppelt ist.
Dabei können bereits vom Hersteller der Reifen/des Kraftfahrzeugs mittgelieferte Standardwerte in eine Speichereinheit des Kraftfahrzeugs eingespeichert sein. Diese können individuell für den Fahrzeugtyp und die für gewöhnlich verwendete Bereifung erzeugt worden sein. Der erfasste aktuelle virtuelle Radradius wird mit dem gespeicherten Radradius verglichen und anhand dessen das Reibwertpotential geschätzt.
Ferner können vom Hersteller auch mehrere gespeicherte Radradien für verschiedene Oberflächen in einer Datenbank im Kraftfahrzeug abgelegt werden. Dies erhöht die Schätzgenauigkeit des Reibwertpotentials.
Ein solcher gespeicherter Radradius kann auch immer dann zum Einsatz kommen, wenn kein individueller Radradius erfasst wurde.
In weiterer Ausbildung wird das geschätzte Reibwertpotential mit einem vordefinierten Schwellenwert verglichen, wobei bei einem Unterschreiten des Schwellenwertes eine Warnung an den Fahrer herausgegeben wird. Dadurch kann bei einem teilautonomen Fahren der Fahrer beispielsweise das Lenkrad selber übernehmen.
Weiter wird die Aufgabe gelöst durch eine Schätzvorrichtung zum Schätzen eines Reibwertpotentials zwischen den Rädern eines Kraftfahrzeugs und einer Oberfläche einer Fahrbahn während einer im Wesentlichen unbeschleunigten Fahrt des Kraftfahrzeugs, die Schätzvorrichtung umfassend zumindest einen Drehzahlsensor zum Erfassen einer Raddrehzahl zumindest eines Rades des Kraftfahrzeugs, wobei ein Sensorsystem zum Erfassen einer hochgenauen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist sowie eine Auswerteeinheit zum Bestimmen des Verhältnisses zwischen der erfassten Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und der Raddrehzahl als aktuellen virtuellen Radradius und zum Schätzen des aktuellen Reibwertpotentials anhand des aktuellen virtuellen Radradius.
Dabei können die Vorteile des Verfahrens auch auf die Schätzvorrichtung übertragen werden.
Ferner kann das Sensorsystem zumindest ein am Kraftfahrzeug angeordnetes Radar und/oder Doppler-Radar umfassen, zur Messung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit mittels einer gemessenen Frequenzänderung zwischen einem von dem Radar und/oder dem Doppler-Radar gesendeten und von dem Kraftfahrzeug empfangenen reflektierten Signal.
Weiterhin ist vorzugsweise die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, den erfassten aktuellen virtuellen Radradius mit zumindest einem individuellen Radradius oder einem Bereich von individuellen Radradien zu vergleichen, wobei der individuelle Radradius oder der Bereich von individuellen Radradien zumindest mit dem Reibwertpotential für die aktuelle Bereifung auf einer asphaltierten, insbesondere trockenen Straße gekoppelt ist. Dieser individuelle Radradius bzw. der Bereich von individuellen Radradien kann beispielsweise auf Aufforderung des Kraftfahrzeugs von einem Fahrer manuell als Referenzwert erfasst werden.
Ferner kann in weiterer Ausbildung eine Datenbank vorgesehen sein, mit zumindest einem gespeicherten Radradius oder einem Bereich von gespeicherten Radradien, welcher zumindest mit dem Reibwertpotential für eine Standardbereifung und/oder die Reifenart eines auf einer asphaltierten, insbesondere trockenen Straße gekoppelt ist, und anhand dessen durch einen Vergleich mit dem erfassten aktuellen virtuellen Radradius das aktuelle Reibwertpotential schätzbar ist.
Ferner kann auch eine Datenbank vorgesehen sein, mit zumindest mehreren Radradien, welche mit dem Reibwertpotential für eine Standardbereifung und/oder die Reifenart für den jeweiligen Fahrzeugtyp auf verschiedenen Straßenoberflächen, gekoppelt sind, und anhand dessen durch einen Vergleich mit dem erfassten aktuellen virtuellen Radradius das aktuelle Reibwertpotential schätzbar ist.
Eine solche Datenbank kann beispielsweise vom Fahrzeughersteller in Abhängigkeit vom Fahrzeugtyp fest vorinstalliert sein, insbesondere bei Kraftfahrzeugen die eine hohe Autonomiestufe aufweisen. Ferner kann die Datenbank für Winterbereifung und Sommerbereifung vorliegen, so dass das Reibwertpotential besser schätzbar ist. Auch kann eine Cloudanbindung vorgesehen sein, welche die Datenbank regelmäßig aktualisiert.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einer wie oben beschriebenen Schätzvorrichtung und/oder einem wie oben beschriebenen Verfahren.
Unter dem Begriff Kraftfahrzeuge sind dabei sowohl Zweirad-, Vierrad- oder mehrrädrige bzw. ein- oder mehrachsige Kraftfahrzeuge wie Zweiräder, PKW, LKW, Busse etc. zu verstehen, bei denen einzelne oder mehrere Räder bzw. Achsen angetrieben werden.
Auch können Traktoren oder Kettenfahrzeuge umfasst sein.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch:

1: ein Verfahren gemäß der Erfindung,
2: ein Diagramm mit verschiedenen Radradien auf unterschiedlichen Straßenoberflächen und den verschiedenen Reibpotentialen, und
3: ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.

1 zeigt ein Verfahren zum Schätzen eines Reibwertpotentials zwischen Rädern eines Kraftfahrzeugs 1 (3) und einer Oberfläche einer Fahrbahn gemäß der Erfindung anhand einer im Kraftfahrzeug 1 (3) angeordneten Schätzvorrichtung 2 (3).
Dabei fährt das Kraftfahrzeug 1 (3) im Wesentlichen frei rollend und unbeschleunigt, d.h. im Wesentlichen schlupffrei.
In einem Schritt S1 werden anhand eines Drehzahlsensors 6 (3) von einem oder mehreren Rädern des Kraftfahrzeugs 1 (3) die Raddrehzahl erfasst. Solche Drehzahlsensoren 6 (3) sind bereits häufig ein integraler Bestandteil in Bremsregelsystemen und dienen dazu, die Drehgeschwindigkeit von Rädern, d.h. die Raddrehzahl berührungslos zu ermitteln.
In einem zweiten Schritt S2 wird die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 (3) hochpräzise erfasst. Die Längsgeschwindigkeit ist im Wesentlichen die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 (3) in Längsrichtung des Fahrzeugkörpers.
Um eine solche Fahrzeuglängsgeschwindigkeit hochpräzise bei einem frei rollenden Kraftfahrzeug 1 (3) zu bestimmen wird vorzugsweise ein Radar(sensor) oder ein Doppler-Radar(sensor) 3 (3) herangezogen. Ein solcher ist bereits häufig integraler Bestandteil, insbesondere in autonom fahrenden Kraftfahrzeugen.
Mittels des Radars/Doppler-Radars 3 kann mittels einer gemessenen Frequenzänderung zwischen einem von dem Radar und/oder dem Doppler-Radar 3 (3) gesendeten und von dem Kraftfahrzeug 1 (3) empfangenen reflektierten Signal die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 (3) hochgenau erfasst werden (Doppler-Effekt) und zwar unabhängig von einem Drehzahlsensor. Durch die Erfassung der hochgenauen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit mithilfe des Radars/Doppler-Radars 3 (3) kann die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 (3) hocheffizient und hochgenau bestimmt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit mittels eines durch das Kraftfahrzeug 1 (3) empfangenen DGPS-Signals (Differential Global Positioning System) bestimmt werden. Durch ein solches Signal kann ebenfalls die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit präzise ermittelt werden.
Ferner kann die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit mittels eines am Kraftfahrzeug 1 (3) angeordneten hochpräzisen berührungslos optischen Lasers bestimmt werden. Dazu kann eine optische Laserkamera zur Erfassung einer texturierten Oberfläche wie der Straßenoberfläche am Kraftfahrzeug 1 (3) montiert werden, welche beispielsweise auf Triangulation als Auswerteverfahren beruht. Die Messwerte eines solchen optischen Lasers können insbesondere robust gegenüber Nicken, Wanken und Höhenänderungen des Kraftfahrzeugs 1 (3) sein.
Anschließend wird in einem dritten Schritt S3 das Verhältnis, hier der Quotient zwischen der erfassten Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und der Raddrehzahl als aktueller virtueller Radradius r (2) bestimmt.
Vorzugsweise werden mehrere solcher virtuellen Radradien r innerhalb einer vorgegebenen Zeit ermittelt. So können beispielsweise mehrere solcher virtuellen Radradien r (2) innerhalb einer Sekunde gemessen werden.
Anschließend kann beispielsweise der Mittelwert oder Median aus diesen aufgenommenen Radradien als aktueller virtueller Radradius r (2) bestimmt werden. Dadurch können Ausreißer beispielsweise eliminiert werden. Ferner kann auch der am häufigsten auftretende Wert als aktueller virtueller Radradius r (2) herangezogen werden. Auch kann der niedrigste Wert als aktueller virtueller Radradius r ( 2) herangezogen werden. Wird der niedrigste Wert als aktueller virtueller Radradius r (2) herangezogen, und ein entsprechend niedriges korrespondierendes Reibwertpotential µ angenommen, und erfolgt anschließend beispielsweise eine entsprechende Einstellung der Fahrgeschwindigkeit anhand des Reibwertpotentials µ, so kann beispielsweise eine schnelle Vollbremsung jederzeit mit geringem Bremsweg durchgeführt werden, woraus eine hohe Fahrsicherheit bei autonomer Betriebsweise gewährleistet werden kann.
Alternativ kann auch eine Kombination daraus verwendet werden.
Anhand des aktuellen virtuellen Radradius r (2) kann nun das aktuelle Reibwertpotential µ bestimmt werden.
Dazu wird der aktuelle virtuelle Radradius r (2) mit einem individuell erzeugten und eingespeicherten Radradius r (2) verglichen, vierter Schritt S4.
Der individuell erzeugte und eingespeicherte Radradius r (2) kann beispielsweise ein individueller Radradius r (2) sein, welcher manuell durch einen Fahrer bei asphaltierter trockener Straße aufgenommen wurde. Dazu kann der Fahrer beispielsweise nach einem Reifenwechsel oder selbständig über eine Anzeigeneinheit aufgefordert werden, die Straßenoberfläche, insbesondere trockener Asphalt einzustellen oder zu bestätigen und den aufgenommenen Radradius r (2) als individuellen Radradius r (2) und damit als Referenzwert aufzunehmen. Dieser individuelle Radradius r (2) ist an einen aus der Literatur bekannten Reibwertpotential µ gekoppelt. Das Reibwertpotential µ entspricht dabei dem maximalen Reibwert zwischen Reifen und Straße.
Vorzugsweise werden mehrere solcher individuellen Radradien r (2) erfasst und beispielsweise ein Mittelwert oder Median als Referenzwert gebildet und im Kraftfahrzeug 1 (3) gespeichert.
Somit wird ein solcher individueller Radradius r (2) dann als Referenzwert auf asphaltierter, trockener Straße mit aktueller Bereifung herangezogen, welcher an ein Reibwertpotential µ für eine asphaltierte, trockene Straße gekoppelt ist.
Alternativ können somit mehrere solcher Messungen beispielsweise bei unterschiedlichem Wetter bzw. unterschiedlichen Straßenoberflächen aufgenommen werden und somit mehrere individuelle Radradien erzeugt werden, denen aus der Literatur oder vom Fahrzeughersteller direkt ein bekanntes Reibwertpotential µ zugeordnet wird. Dadurch kann das später zu schätzende Reibwertpotential µ genauer geschätzt werden.
Ferner kann auch eine Datenbank 5 (3) vorgesehen sein, in welcher zumindest ein Radradius r (2) oder ein Bereich von gespeicherten Radradien r (2) als Referenzwert gespeichert ist, wobei der Radradius r (2) zumindest mit dem Reibwertpotential µ für eine Standardbereifung und/oder die Reifenart eines jeweiligen Fahrzeugtyps auf einer asphaltierten trockenen Straße, gekoppelt ist. Ferner kann auch eine Datenbank 5 (3) vorgesehen sein, worin zumindest mehrere Radradien r vorgesehen sind, welche mit dem Reibwertpotential µ für eine Standardbereifung und/oder die Reifenart eines jeweiligen Fahrzeugtyps auf verschiedenen Stra-ßenoberflächen gekoppelt sind, und anhand dessen durch einen Vergleich mit dem erfassten aktuellen virtuellen Radradius r (2) das aktuelle Reibwertpotential µ schätzbar ist.
Eine solche Datenbank 5 (3) kann beispielsweise vom Fahrzeughersteller in Abhängigkeit vom Fahrzeugtyp fest vorinstalliert sein, insbesondere bei Kraftfahrzeugen 1 (3) die eine hohe Autonomiestufe aufweisen. Ferner kann die Datenbank 5 (3) für Winterbereifung und Sommerbereifung vorliegen, so dass das Reibwertpotential µ besser schätzbar ist. Auch kann eine Cloudanbindung vorgesehen sein, welche die Datenbank 5 (3) regelmäßig aktualisiert.
Anhand des Vergleichs des erfassten aktuellen virtuellen Radradius r (2) und dem gespeicherten Radradius r (2) mit dem angekoppelten Reibwertpotential µ, d.h. dem Referenzwert kann das aktuelle Reibwertpotential µ geschätzt werden.
2 zeigt den Zusammenhang zwischen verschiedenen virtuellen Radradien r und verschiedenen Reibwertpotentialen µ auf unterschiedlichen Straßen in einem Box-Plot B1, B2, B3.
Ein Box-Plot (auch Box-Whisker-Plot) ist ein Diagramm, das zur grafischen Darstellung der Verteilung eines Merkmals, hier dem virtuellen Radradius r, verwendet wird. Ein Box-Plot besteht aus einem Rechteck, und zwei Linien, die dieses Rechteck verlängern. Durch die Linien werden die außerhalb der Box liegenden Werte dargestellt. Unter und oberhalb dieser Linien liegen sogenannte Ausreißer. In der Regel repräsentiert der Strich in der Box den Median M der Verteilung.
Es sind bei Beginn der Box (von unten) die kleinsten 25 % der Datenwerte kleiner als dieser oder gleich diesem Kennwert. Beim Median M sind die kleinsten 50 % der Datenwerte kleiner als dieser oder gleich diesem Kennwert und beim Ende der Box (oberhalb des Medians M) sind die kleinsten 75 % der Datenwerte kleiner als dieser oder gleich diesem Kennwert.
Der virtuelle Radradius r ist dabei der Quotient aus Fahrzeuglängengeschwindigkeit und Raddrehzahl.
Dabei gibt der erste Box-Plot B1 die Verteilung der aufgenommenen virtuellen Radradien r auf einer trockenen asphaltierten Straße an.
Das Reibwertpotential beträgt hier ca. µ =1,1.
Dabei ist das untere Boxende bei ca. 0,3431 m und das obere Ende bei ca. 0,3435 m (Fahrzeuglängengeschwindigkeit/Raddrehzahl).
Bei Erfassen eines aktuellen virtuellen Radradius r, welcher einem Wert innerhalb der Box des Box-Plot B1 entspricht, kann somit beispielsweise das autonom betriebene Kraftfahrzeug 1 (3) von einem Reibwertpotential von ca. µ= 1,1 ausgehen.
Dabei gibt der zweite Box-Plot B2 die Verteilung der aufgenommenen Radradien r auf einer nassen geschmolzenen Basaltoberfläche an. Das Reibwertpotential µ beträgt hier ca. 0,3.
Dabei ist das untere Boxende bei ca. 0,3424 m und das obere Ende bei ca. 0,3428 m. Bei Erfassen eines aktuellen virtuellen Radradius r welcher einem Wert innerhalb der Box des Box-Plot B2 entspricht, kann somit das autonom betriebene Kraftfahrzeug 1 (3) von einem Reibwertpotential von ca. µ =0,3 ausgehen.
Dabei gibt der dritte Box-Plot B3 die Verteilung der aufgenommenen Radradien r auf einer nassen polierten Granitoberfläche an.
Das Reibwertpotential beträgt hier ca. µ =0,15.
Dabei ist das untere Boxende bei ca. 0,3415 m und das obere Ende bei ca. 0,3419 m. Bei Erfassen eines aktuellen virtuellen Radradius r welcher einem Wert innerhalb der Box des Box-Plot B3 entspricht, kann somit das autonom betriebene Kraftfahrzeug 1 (3) von einem Reibwertpotential von ca. µ= 0,15 ausgehen.
Unterschreitet ein geschätztes Reibwertpotential µ einen vorgegebenen Schwellenwert so kann beispielsweise auch eine Warnung erzeugt werden, welcher beispielsweise einen Fahrer auffordert, das Lenkrad zu übernehmen.
So kann ferner bei einem Vorliegen eines geschätzten Reibwertpotentials von nur ca. µ= 0,15 eine solche Warnung an den Fahrer herausgegeben werden.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 schematisch. Dieses weist eine Schätzvorrichtung 2 zum Schätzen eines Reibwertpotentials µ zwischen den Rädern eines Kraftfahrzeugs 1 und einer Oberfläche einer Fahrbahn während einer im Wesentlichen unbeschleunigten Fahrt des Kraftfahrzeugs 1 auf.
Dabei umfasst die Schätzvorrichtung 2 zumindest einen Drehzahlsensor 6 zum Erfassen einer Raddrehzahl zumindest eines Rades des Kraftfahrzeugs 1.
Ferner umfasst die Schätzvorrichtung 2 ein Radar/Doppler-Radar 3 zum Erfassen einer hochgenauen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 durch die gemessene Frequenzänderung zwischen einem von dem Kraftfahrzeug 1 gesendeten Radarsignal und von dem Kraftfahrzeug 1 empfangenen reflektierten Radarsignal.
Ferner umfasst die Schätzvorrichtung 2 eine Auswerteeinheit 4, beispielsweise einen Prozessor zum Bestimmen des Verhältnisses zwischen der erfassten Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und der Raddrehzahl als aktuellen virtuellen Radradius r (2). Ferner ist die Auswerteeinheit 4 dazu ausgebildet, den erfassten aktuellen virtuellen Radradius r (2) mit zumindest einem individuellen Radradius r (2) oder einem Bereich von individuellen Radradien r (2) zu vergleichen, wobei der individuelle Radradius r (2) oder der Bereich von individuellen Radradien r zumindest an das Reibwertpotential µ für die aktuelle Bereifung auf einer asphaltierten trockenen Straße gekoppelt ist. Dabei wird der individuelle Radradius r (2) oder der Bereich von individuellen Radradien r vorzugsweise vom Fahrer selbst aufgenommen.
Alternativ oder zusätzlich umfasst die Schätzvorrichtung 2 eine Datenbank 5, in welcher zumindest ein Radradius r (2) oder ein Bereich von gespeicherten Radradien r (2) gespeichert ist, wobei der Radradius r (2) oder der Bereich von gespeicherten Radradien r (2) zumindest mit dem Reibwertpotential µ für eine Standardbereifung und/oder die Reifenart eines jeweiligen Fahrzeugtyps auf einer asphaltierten trockenen Straße, gekoppelt ist. Ferner kann auch eine Datenbank 5 vorgesehen sein, worin zumindest mehrere Radradien r vorgesehen sind, welche mit dem Reibwertpotential µ für eine Standardbereifung und/oder die Reifenart eines jeweiligen Fahrzeugtyps auf verschiedenen Straßenoberflächen, gekoppelt sind, und anhand dessen durch einen Vergleich mit dem erfassten aktuellen virtuellen Radradius r (2) das aktuelle Reibwertpotential µ schätzbar ist.
Eine solche Datenbank 5 kann beispielsweise vom Fahrzeughersteller in Abhängigkeit vom Fahrzeugtyp fest vorinstalliert sein.
Bezugszeichen

1: Kraftfahrzeug
2: Schätzvorrichtung
3: (Doppler-)Radar
4: Auswerteeinheit
5: Datenbank
6: Drehzahlsensor
µ: Reibwertpotential
r: Radradius
M: Median

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016225352 B4 [0009]
DE 102018220576 A1 [0010]
DE 102016220692 A1 [0011]

Claims

Verfahren zum Schätzen eines Reibwertpotentials (µ) zwischen Rädern eines Kraftfahrzeugs (1) und einer Oberfläche einer Fahrbahn während einer im Wesentlichen unbeschleunigten Fahrt des Kraftfahrzeugs (1) umfassend die Schritte: - Erfassen einer Raddrehzahl zumindest eines Rades des Kraftfahrzeugs (1) mittels eines Drehzahlsensors (6), - Erfassen einer hochgenauen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1), - Bestimmen des Verhältnisses zwischen der erfassten Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und der Raddrehzahl als aktuellen virtuellen Radradius (r), - Schätzen des aktuellen Reibwertpotentials (µ) anhand des aktuellen virtuellen Radradius (r).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere virtuelle Radradien (r) innerhalb einer vordefinierten Zeit gemessen werden, wobei der aktuelle virtuelle Radradius (r) als Mittelwert oder Median aus den virtuellen Radradien (r) und/oder der am häufigsten auftretende Wert als aktueller virtueller Radradius (r) und/oder der niedrigste Wert als aktueller virtueller Radradius (r) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit mittels einer gemessenen Frequenzänderung zwischen einem von dem Kraftfahrzeug (1) gesendeten und von dem Kraftfahrzeug (1) empfangenen reflektierten Signal ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal mittels eines am Kraftfahrzeug (1) angeordneten Radars und/oder eines angeordneten Doppler-Radars (3) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit mittels eines durch das Kraftfahrzeug (1) empfangenen DGPS-Signals (Differential Global Positioning System) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit mittels eines am Kraftfahrzeug (1) angeordneten hochpräzisen optischen Lasers bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste aktuelle virtuelle Radradius (r) mit zumindest einem individuellen Radradius (r) oder einem Bereich von individuellen Radradien (r) verglichen wird, wobei der individuelle Radradius (r) oder der Bereich der individuellen Radradien (r) zumindest mit dem Reibwertpotential (µ) für die aktuelle Bereifung auf einer asphaltierten Straße gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der individuelle Radradius (r) oder der Bereich von individuellen Radradien (r) manuell durch einen Fahrer bei asphaltierter Straße aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste aktuelle virtuelle Radradius (r) mit zumindest einem gespeicherten Radradius (r) oder einem Bereich von gespeicherten Radradien (r) verglichen wird, wobei der gespeicherte Radradius (r) oder der Bereich gespeicherter Radradien (r) zumindest mit dem Reibwertpotential (µ) für eine Standardbereifung und/oder eine Reifenart für den Fahrzeugtyp auf einer asphaltierten Straße gekoppelt ist.
Schätzvorrichtung (2) zum Schätzen eines Reibwertpotentials (µ) zwischen den Rädern eines Kraftfahrzeugs (1) und einer Oberfläche einer Fahrbahn während einer im Wesentlichen unbeschleunigten Fahrt des Kraftfahrzeugs (1), die Schätzvorrichtung (2) umfassend zumindest einen Drehzahlsensor (6) zum Erfassen einer Raddrehzahl zumindest eines Rades des Kraftfahrzeugs (1) dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorsystem zum Erfassen einer hochgenauen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1) vorgesehen ist, sowie eine Auswerteeinheit (4) zum Bestimmen des Verhältnisses zwischen der erfassten Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und der Raddrehzahl als aktuellen virtuellen Radradius (r) und zum Schätzen des aktuellen Reibwertpotentials (µ) anhand des aktuellen virtuellen Radradius (r).
Schätzvorrichtung (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem zumindest ein am Kraftfahrzeug (1) angeordnetes Radar und/oder Doppler-Radar (3) umfasst, zur Messung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit mittels einer gemessenen Frequenzänderung zwischen einem von dem Radar und/oder dem Doppler-Radar (3) gesendeten und von dem Kraftfahrzeug (1) empfangenen, reflektierten Signal.
Schätzvorrichtung (2) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) dazu ausgebildet ist, den erfassten aktuellen virtuellen Radradius (r) mit zumindest einem individuellen Radradius (r) oder einem Bereich von individuellen Radradien (r) zu vergleichen, wobei der individuelle Radradius (r) oder der Bereich von individuellen Radradien (r) zumindest mit dem Reibwertpotential (µ) für die aktuelle Bereifung auf einer asphaltierten trockenen Straße gekoppelt ist.
Schätzvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenbank (5) vorgesehen ist, mit zumindest einem Radradius (r) oder einem Bereich von gespeicherten Radradien (r), welcher zumindest mit dem Reibwertpotential (µ) für eine Standardbereifung und/oder die Reifenart eines jeweiligen Fahrzeugtyps auf einer asphaltierten Straße gekoppelt ist, gespeichert ist und anhand dessen durch einen Vergleich mit dem erfassten aktuellen virtuellen Radradius (r) das aktuelle Reibwertpotential (µ) schätzbar ist.
Schätzvorrichtung (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenbank (5) vorgesehen ist mit zumindest mehreren Radradien (r), welche mit dem Reibwertpotential (µ) für eine Standardbereifung und/oder die Reifenart für den jeweiligen Fahrzeugtyp auf verschiedenen Straßenoberflächen gekoppelt sind, anhand dessen durch einen Vergleich mit dem erfassten aktuellen virtuellen Radradius (r) das aktuelle Reibwertpotential (µ) schätzbar ist.
Kraftfahrzeug (1) mit einer Schätzvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14 und/oder einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9.