DE10319662B4

DE10319662B4 - Verfahren zum Bestimmen des Haftreibwerts μ aus dem Lenkmoment

Info

Publication number: DE10319662B4
Application number: DE2003119662
Authority: DE
Inventors: Michael Fausten
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2023-05-03
Also published as: DE10319662A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Haftreibwerts (μ) bei Fahrzeugen mit wenigstens einem gelenkten Rad, auf das bei Kurvenfahrt ein Rückstellmoment (MR) wirkt, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Ermitteln eines aktuellen Rückstellmoments (MR) mit Hilfe eines Lenkmomentensensors (4), – Ermitteln von aktuellen fahrdynamischen Werten, aus denen ein theoretisches Rückstellmoment (MRth) der gelenkten Räder bestimmt werden kann, und – Ermitteln des Haftreibwerts (μ) aus dem aktuellen Rückstellmoment (MR) und den aktuellen fahrdynamischen Werten (r, v, ay, dpsi/dt) oder aus dem aktuellen Rückstellmoment (MR) und dem theoretischen Rückstellmoment (MRth).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Haftreibwerts μ bei Kurvenfahrt gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Beurteilung der aktuellen Fahrsituation müssen elektronische Fahrdynamikregelsysteme, wie z. B. ESP, den Haftreibwert μ der Fahrbahn abschätzen. Hierzu wird der Radschlupf üblicherweise während eines Bremsmanövers oder einer Beschleunigung ermittelt und daraus der Haftreibwert μ abgeschätzt.
Wahlweise kann der Haftreibwert auch aus der Querbeschleunigung des Fahrzeugs abgeschätzt werden. Die auftretende Querbeschleunigung ist ein Indiz für den Haftreibwert der Fahrbahn. Ist die Querbeschleunigung höher als z. B. 5,5 m/s² kann ein niedriger Haftreibwert (z. B. kleiner als 0,35) ausgeschlossen werden. Die bislang bekannten Verfahren zur Abschätzung des Haftreibwerts μ sind jedoch alle relativ ungenau.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem der Haftreibwert wesentlich genauer bestimmt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, den Haftreibwert aus dem Rückstellmoment zu bestimmen, das bei einer Kurvenfahrt auf die gelenkten Räder wirkt. Mit Kenntnis des aktuellen Rückstellmoments und der aktuellen Fahrsituation kann der Haftreibwert in einfacher Weise ermittelt werden.
Das bei einer Kurvenfahrt wirkende aktuelle Rückstellmoment (tatsächliches Rückstellmoment) wird vorzugsweise mit Hilfe eines Lenkmomentensensors ermittelt. Bei Fahrzeugen mit Servolenkung muss dazu noch das Unterstützungsmoment der Servolenkung berücksichtigt werden. Die Summe von Lenk- und Unterstützungsmoment entspricht dann dem aktuellen Rückstellmoment.
Zur Bestimmung des Haftreibwerts muss die aktuelle Fahrsituation bekannt sein, um ein Referenz-Rückstellmoment bestimmen zu können. Die Fahrsituation ergibt sich aus verschiedenen fahrdynamischen Werten, wie z. B. der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, dem Kurvenradius, der Giergeschwindigkeit und/oder der Querbeschleunigung, die mit entsprechenden Sensoren aufgenommen werden und aus denen ein theoretisches Rückstellmoment (Referenz-Rückstellmoment) bestimmbar ist. Aus den fahrdynamischen Werten und dem aktuellen Rückstellmoment kann somit der Haftreibwert μ in einfacher Weise ermittelt werden. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten:
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird der Haftreibwert mit Hilfe einer Prozessoreinrichtung ermittelt, in der ein Kennfeld oder mathematisches Modell hinterlegt ist, aus dem sich unmittelbar der Haftreibwert ergibt. Als Eingangsgrößen werden der Prozessoreinheit das Rückstellmoment und die aktuellen fahrdynamischen Werte zugeführt. Daraus kann der zugehörige Haftreibwert unmittelbar bestimmt werden.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der Haftreibwert indirekt aus dem aktuellen Rückstellmoment und den fahrdynamischen Werten ermittelt. D. h., in einem ersten Schritt wird zunächst ein theoretisches Rückstellmoment aus den fahrdynamischen Werten bestimmt und der Haftreibwert μ schließlich in einem zweiten Schritt aus dem aktuellen Rückstellmoment und dem theoretischen Rückstellmoment ermittelt. Das theoretische Rückstellmoment kann wiederum mittels eines Kennfeldes oder eines mathematischen Modells bestimmt werden. Gleiches gilt auch für die Bestimmung des Haftreibwerts aus dem aktuellen Rückstellmoment und dem theoretischen Rückstellmoment.
Bei der Bestimmung des theoretischen Rückstellmoments aus den fahrdynamischen Werten muss selbstverständlich die Fahrzeuggeometrie berücksichtigt werden.
Im einfachsten Fall gilt für den Haftreibwert μ folgende lineare Beziehung:
wobei M_R das aktuelle Rückstellmoment, M_Rth ein Referenz-Rückstellmoment, z. B. bei hohem Reibwert und μ_th ein Referenzreibwert ist, für den das theoretische Rückstellmoment bestimmt wurd.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird der Haftreibwert mit Hilfe einer Einrichtung zur experimentellen Systemidentifikation ermittelt, der das aktuelle Rückstellmoment und die fahrdynamischen Werte als Eingangsgrößen zugeführt werden. Bei der Einrichtung zur experimentellen Systemidentifikation handelt es sich um eine Einrichtung, in der ein Identifikationsalgorithmus zur Bestimmung des Haftreibwerts hinterlegt ist. Der Identifikationsalgorithmus wird mit Hilfe von Eingangs-/Ausgangs-Wertepaaren trainiert, die in einer Trainingsphase vorgegeben werden. Dabei lernt der Identifikationsalgorithmus, zu bestimmten Eingangsgrößen bestimmte Ausgangsgrößen auszugeben. Als Identifikator kommen insbesondere nicht-lineare oder lokal-linearisierte Modelle in Frage. Der trainierte Identifikationsalgorithmus kann beispielsweise in einem Steuergerät hinterlegt werden und berechnet dann im Fahrbetrieb aus den aktuellen fahrdynamischen Werten und dem aktuellen Rückstellmoment jeweils den zugehörigen Haftreibwert.
Das aktuelle Rückstellmoment hängt in hohem Maße auch von den Eigenschaften der verwendeten Fahrzeugreifen ab. Die wesentlichen Einflussfaktoren sind dabei die Reifenart (Sommer/Winterreifen, Reifenprofil), der Reifendruck, etc.. Die Reifeneigenschaften, wie z. B. der Reifentyp, werden vorzugsweise in der Einrichtung zur Bestimmung des Haftreibwerts hinterlegt und bei der Bestimmung des Haftreibwerts berücksichtigt. Sie können aber auch laufend mittels entsprechender Sensoren wie z. B. Drucksensoren oder Profilsensoren, aktualisiert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Anordnung zur Bestimmung des Haftreibwerts gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
2 eine Anordnung zur Bestimmung des Haftreibwerts gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt eine Prozessoreinheit 1, wie z. B. ein Steuergerät, die in der Lage ist, aus den zugeführten Eingangsgrößen unmittelbar den Haftreibwert μ zu ermitteln. Die Prozessoreinheit 1 erhält als Eingangsgrößen das aktuelle Rückstellmoment MR, welches bei Kurvenfahrt auf die gelenkten Räder eines Kraftfahrzeugs wirkt, sowie verschiedene fahrdynamische Größen r, v, a_y, dpsi/dt, aus denen ein theoretisches Referenz-Rückstellmoment M_Rth bestimmbar ist. Die fahrdynamischen Größen sind im Einzelnen die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v, der Kurvenradius r, die Querbeschleunigung a_y und die Gierrate dpsi/dt.
In der Prozessoreinheit 1 ist ein mehrdimensionales Kennlinienfeld 5 hinterlegt, aus dem unter Berücksichtigung der Eingangsgrößen unmittelbar der Haftreibwert μ ermittelt werden kann. Im Kennlinienfeld 5 ist dabei insbesondere die Fahrzeuggeometrie des Fahrzeugs berücksichtigt. Das Kennlinienfeld 5 kann beispielsweise durch Messungen bei vorgegebenen Fahrsituationen oder aus einer Computersimulation gewonnen werden. Vorzugsweise werden im Kennfeld 5 auch Reifeneigenschaften, wie z. B. die Reifenart (Reifentyp, Sommer/Winterreifen), der Reifendruck oder das Reifenprofil, berücksichtigt, die Einfluß auf das Rückstellmoment haben. Sofern die Reifeneigenschaften R auch bei Betrieb berücksichtigt werden sollen, werden die gewünschten Werte mittels entsprechender Sensoren aufgenommen und der Prozessoreinheit 1 als zusätzliche Eingangsgröße R zugeführt.
Anstelle des Kennlinienfeldes 5 kann in der Prozessoreinheit 1 auch ein mathematisches Modell hinterlegt sein, das unter Berücksichtigung der Eingangsgrößen den Haftreibwert μ berechnet.
Das aktuelle Rückstellmoment, das bei einer Kurvenfahrt auf die gelenkten Räder wirkt, wird mit Hilfe eines Lenkmomentensensors 4 (siehe 2) bestimmt. Dabei ist die Lenkübersetzung, sowie Geometrie und Elastokinematik von Vorderachse und Lenkgestänge zu berücksichtigen. Bei einem Fahrzeug mit Servolenkung ist ferner das Unterstützungsmoment der Servolenkung zu berücksichtigen.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der in einer vorgegebenen Fahrsituation zunächst ein theoretisches Rückstellmoment M_Rth bei hoher Traktion (hohem Reibwert, z. B. μ_th = 1,0–1,1) ermittelt wird. Aus dem Verhältnis zwischen dem aktuellen Rückstellmoment MR und dem theoretischen Rückstellmoment M_Rth kann schließlich der Haftreibwert μ ermittelt werden.
Die dargestellte Anordnung umfaßt eine Prozessoreinheit (dargestellt durch die Blöcke 2, 3) die aus den aktuellen fahrdynamischen Werten r, v, a_y, dpsi/dt, und gegebenenfalls einer Reifeninformation R das theoretische Rückstellmoment M_Rth ermittelt (Block 2). Dies kann entweder anhand eines Kennfeldes 7 oder eines mathematischen Modells erfolgen, das in der Einheit 2 hinterlegt ist. Parallel dazu wird das aktuelle Rückstellmoment M_R, wie vorstehend beschrieben, aus dem Lenkmoment M_Lenk ermittelt. Das aktuelle Rückstellmoment M_R und das theoretische Rückstellmoment M_Rth werden einem Block 3 als Eingangsgrößen zugeführt, der daraus wiederum mittels eines Kennfeldes oder eines mathematischen Modells 6 den Haftreibwert μ ermittelt. Im einfachsten Fall gilt für den Haftreibwert μ:
Bezugszeichenliste

1: Prozessoreinheit
2: Berechnung von M_rth
3: Berechnung von μ
4: Lenkmomentensensor
5: Kennfeld
6: Mathematisches Modell
7: Kennfeld
v: Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
r: Kurvenradius
dpsi/dt: Gierrate
a_y: Querbeschleunigung Haftreibwert
μ: Haftreibwert

Claims

Verfahren zur Bestimmung des Haftreibwerts (μ) bei Fahrzeugen mit wenigstens einem gelenkten Rad, auf das bei Kurvenfahrt ein Rückstellmoment (M_R) wirkt, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Ermitteln eines aktuellen Rückstellmoments (M_R) mit Hilfe eines Lenkmomentensensors (4), – Ermitteln von aktuellen fahrdynamischen Werten, aus denen ein theoretisches Rückstellmoment (M_Rth) der gelenkten Räder bestimmt werden kann, und – Ermitteln des Haftreibwerts (μ) aus dem aktuellen Rückstellmoment (M_R) und den aktuellen fahrdynamischen Werten (r, v, a_y, dpsi/dt) oder aus dem aktuellen Rückstellmoment (M_R) und dem theoretischen Rückstellmoment (M_Rth).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftreibwert (μ) mit Hilfe eines Kennfeldes (5) oder eines mathematischen Modells direkt aus dem aktuellen Rückstellmoment (M_R) und den aktuellen fahrdynamischen Werten (r, v, a_y, dpsi/dt) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aktuelle Rückstellmoment (M_R) und die fahrdynamischen Werte (r, v, a_y, dpsi/dt) einer Einrichtung (1) zur experimentellen Systemidentifikation zugeführt werden, die daraus unmittelbar den Haftreibwert (μ) berechnet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Haftreibwerts (μ) eine Reifeneigenschaft (R) berücksichtigt wird.