DE10353246A1

DE10353246A1 - Verfahren zum Ermittlen einer Kenngröße für einen momentan maximalen Reibkraftbeiwert

Info

Publication number: DE10353246A1
Application number: DE10353246A
Authority: DE
Inventors: Ralph Gronau; Dieter Burkhard
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2002-11-16
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2004-06-09

Abstract

Ein Verfahren zum Ermitteln einer Kenngröße für einen momentan maximalen Reibkraftbeiwert zwischen Reifen eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn, der durch das Verhältnis aus Reibkraft zur Radaufstandskraft berechnet wird, für ein Fahrzeug mit einem Überlagerungslenkungssystem, bei dem mittels einer Lenkwinkelregelung der eingegebene Lenkwinkel durch einen weiteren Winkel (Zusatzlenkwinkel) überlagert werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngröße für den Reibkraftbeiwert auf Grundlage einer Ermittlung oder Abschätzung von einer Kraft oder einem Moment oder einer daraus abgeleiteten Größe ermittelt oder abgeschätzt wird, die zumindest auf einen Teil des Lenkungssystems einwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Kenngröße für einen momentan maximalen Reibkraftbeiwert zwischen Reifen eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn, der durch das Verhältnis aus Reibkraft zur Radaufstandskraft berechnet wird, für ein Fahrzeugs mit einem Überlagerungslenkungssystem, bei dem mittels einer Lenkwinkelregelung der eingegebene Lenkwinkel durch einen weiteren Winkel (Zusatzlenkwinkel) überlagert werden kann.
Die Erfindung betrifft ebenso ein Computerprogramm und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Kenngröße für einen momentan maximalen Reibkraftbeiwert zwischen Reifen eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn, der durch das Verhältnis aus Reibkraft zur Radaufstandskraft berechnet wird.
Heute erfolgt eine Ermittlung einer Kenngröße für einen momentan maximalen Reibkraftbeiwert (Reibwertermittlung) auf der Basis von Schätzungen. Dabei wird erst bei einsetzender Schlupfregelung des Bremsensystems ein Reibwert näherungsweise bestimmt. Eine frühzeitige Ermittlung ist nicht möglich. Es wird angenommen, dass der vorliegende Reibwert noch nicht ausgenutzt ist, wenn keine Regelung erfolgt.
Ferner wurden zur Messung des momentan maximalen Reibkraftbeiwerts zwei unterschiedliche Verfahren vorgeschlagen.
So wurde zum einen eine optische Abtastung einer Fahrbahnoberfläche unter einem Fahrzeug oder vor einem Fahrzeug zur anschließenden Auswertung des entsprechenden Brechungs- und Reflexionsverhaltens beschrieben.
Zum anderen ist vorgeschlagen worden, im Profilstollen eines Reifens Sensoren zur Messung der Schubkraft beziehungsweise Schubverformung zu installieren.
Diese Arten der Erfassung des momentan maximalen Reibkraftbeiwerts sind in der Herstellung als auch Installation kostenaufwendig.
Die Kenntnis des Reibwertes, auf dem sich ein Fahrzeug befindet, ist auf der anderen Seite aber von entscheidender Bedeutung für eine optimale Regelung durch ein Schlupf-Regelsystem (ABS), eine Antriebsschlupfregelung (TCS, ASR) oder Fahrdynamikregelung (ESP).
Ferner sind Überlagerungslenkungen bekannt. Sie sind dadurch charakterisiert, dass dem vom Fahrer eingegebenen Lenkwinkel bei Bedarf ein weiterer Lenkwinkel (Zusatzlenkwinkel) durch einen Aktuator überlagert werden kann. Es werden üblicherweise elektrische Aktuatoren verwendet, die auf ein Überlagerungsgetriebe wirken und den Zusatzlenkwinkel weitgehend unabhängig vom Fahrer einstellen. Die erforderlichen Stellmomente für die zwischengeschalteten Getriebe werden von Stellmotoren aufgebracht, die in der Regel als Elektromotoren ausgebildet sind.
Der zusätzliche Lenkwinkel dient insbesondere auch zur Erhöhung der Stabilität und Agilität des Fahrzeugs. Das bedeutet, Überlagerungslenkungen unterstützen oder korrigieren den Fahrerwunsch unter Berücksichtigung von Kriterien für die Fahrstabilität.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kenngröße für den momentan maximalen Reibkraftbeiwert auf einfache und kostengünstige Weise zu liefern.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Kraft oder ein Moment oder eine daraus abgeleitete Größe erfasst wird, die/das zumindest auf einen Teil des Lenkungssystems einwirkt, und dass die Kenngröße für den Reibkraftbeiwert auf Grundlage der erfassten Kraft oder des Moments oder der daraus abgeleiteten Größe ermittelt wird.
Das hat den Vorteil, dass eine Reibwertermittlung unabhängig von einer Schlupfsituation erfolgen kann. Im Grundsatz ist damit eine sehr frühzeitig Ermittlung, d.h. vor dem Eintreten einer Schlupfsituation, möglich.
Die Ermittlung erfolgt darüber hinaus erfindungsgemäß immer während das Fahrzeug fährt, d.h. permanent beim Betrieb des Fahrzeugs. Ein nach der Erfindung ermittelter, aktueller Reibwert wird dann der Bremsenregelung immer zur Verfügung gestellt.
Es ist darüber hinaus erfindungsgemäß vorgesehen, dass die eine Reibwertermittlung bzw. die Messungen erst nach einer bestimmten, vorzugsweise vorgegebenen Zeit, nach dem Zündungsstart, d.h. nach Antritt einer Fahrt, beginnen. Vorteilhaft können so sehr große „Steifigkeiten" im Fahrwerk, insbesondere bei tiefen Temperaturen, ausgeschlosen werden. So können Fehler bei der Ermittlung minimiert werden. Eine Kompensation dieser Effekte kann auch über eine Einbeziehung einer ermittelten Außentemperatur und/oder der Standzeit des Fahrzeugs durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ein Stellmoment erfasst wird, um einen Zusatzlenkwinkel zu überlagern oder einzustellen, und dass die Kenngröße für den Reibkraftbeiwert auf Grundlage des erfassten Stellmoments ermittelt wird.
Aus der Abhängigkeit des aufzubringenden Stellmoment für eine bestimmte Stellgeschwindigkeit von dem Reibwert, auf dem sich die gelenkte Achse befindet, wird dann erfindungsgemäß die Kenngröße für den Reibkraftbeiwert ermittelt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass eine die Leistungsaufnahme repräsentierende Größe eines Aktuators erfasst wird, mittels dem der Zusatzlenkwinkel überlagert oder eingestellt wird, und dass die Kenngröße für den Reibkraftbeiwert auf Grundlage der erfassten, die Leistungsaufnahme repräsentierenden Größe des Aktuators ermittelt wird.
Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass eine die Leistungsaufnahme repräsentierende Größe eines Elektromotors erfasst wird, mittels dem der Zusatzlenkwinkel überlagert oder eingestellt wird, und dass die Kenngröße für den Reibkraftbeiwert auf Grundlage der erfassten, die Leistungsaufnahme repräsentierenden Größe des Elektromotors ermittelt wird.
Die Leistungsaufnahme des Motors ist stellgeschwindigkeitsabhängig. Es ist vorgesehen, diese Abhängigkeit, als Kennlinie, abzulegen, d.h. zu speichern. Bei Betätigung der Überlagerungslenkung werden Unterschiede zwischen der hinterlegten Kennlinie und einer aktuell ermittelten Leistungsaufnahme erfasst. Diese Veränderungen der Leistungsaufnahme werden zur Ermittlung des Reibwerts verwendet.
Vorteilhaft kann so jede Lenkunterstützung und/oder Korrektur zu einer Reibwertmessung herangezogen werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Leistungsmessung bevorzugt durch eine Strommessung des Stellmotors, d.h. eine Erfassung der Stromaufnahme eines Elektromotors, mittels dem der Zusatzlenkwinkel überlagert oder eingestellt wird.
Es können aber auch durch andere, die Leistung repräsentierende Messungen zur Feststellung des Reibwertes herangezogen werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass zwecks Ermittlung der Kenngröße eine Lenkbewegung durch einen Aktuator der Überlagerungslenkung vorgenommen wird, obwohl kein Unterstützungs- oder Korrekturbedarf vorliegt.
Vorzugsweise wird eine Lenkbewegung durch den Aktuator vorgenommen, die in einem für den Fahrer nicht mehr zu bemerkenden Stellbereich der Lenkung liegt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Lenkbewegung im wesentlichen während einer Bremsung vorgenommen wird, bei der im wesentlichen eine Geradeausfahrt vorliegt, bei der die lenkbaren Räder im wesentlichen gerade, d.h, nicht verschwenkt sind.
Das bedeutet die Lenkbewegung wird auch bei „geradeaus" Bremsungen vorgenommen. Erfindungsgemäß wird einem ABS dann frühzeitig eine Reibwertinformation zur Verfügung gestellt. So kann die Regelgüte und Bremsleistung verbessert werden Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass eine Lenkbewegung um relativ geringe Lenkwinkel am Rad, vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 ° bis 0,3 °, vorgenommen wird.
Vorzugsweise wird demnach nur eine kleine Lenkbewegung vorgenommen, obwohl kein Unterstützungs- oder Korrekturbedarf vorliegt, um den Reibwert zu ermitteln. Diese Lenkbewegung zur Reibwertbestimmung wird dann vorteilhaft so gewählt, dass sie vom Fahrer nicht bemerkt wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Lenkbewegung ein kurzzeitiger Lenkeingriff (Lenkimpuls) ist, vorzugsweise für eine Dauer im Bereich der minimalen Ansprechzeit der Lenkung, die noch ausgewertet werden kann bei dem Verfahren.
Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die ermittelte Kenngröße einem Schlupf-Regelsystem (ABS), einer Antriebsschlupfregelung (TCS, ASR) oder Fahrdynamikregelung (ESP), vorzugsweise zumindest der Fahrdynamikregelung (ESP) als Eingangsgröße zugeführt wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ermittlung der Kenngröße vor einem Eingriff der Fahrdynamikregelung (ESP) in die Bremsensteuerung durchgeführt wird.
Das bedeutet eine frühzeitige Messung des Reibwertes wird durchgeführt, da die Lenkungsüberlagerung in der Regel deutlich vor einem „klassischen" ESP-Eingriff (Bremsen- und/oder Motoreingriff) erfolgt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass Parameter, die den Zustand der Reifen des Fahrzeugs, der Fahrbahn und/oder das Kontaktmedium zwischen dem Reifen und der Fahrbahn beschreiben, erfasst und zur Ermittlung des Kennwerts der Reibkraft mit berücksichtigt wird beziehungsweise werden, wobei zumindest eine Abschätzung der Parameter des Kontaktmediums durchgeführt und vorzugsweise die Radaufstandskraft näherungsweise berechnet wird.
Als Parameter der Reifen des Fahrzeugs werden insbesondere Reifentyp, Profilform, Latsch, Gummimischung und/oder Verschleißzustand und als Parameter des Kontaktmediums die Höhe eines Wasserfilms, Eis und/oder festen Schnees auf einer Fahrbahn erfasst.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass Parameter, die die äußeren Bedingungen beschreiben, wie die Außentemperatur, die relative Luftfeuchte, der Datenausgabewert eines Regensensors und/oder die Scheibenwischereinstellung, wie Ein/Aus und/oder Frequenz, erfasst und zur Ermittlung des Kennwerts der Reibkraft mit berücksichtigt wird beziehungsweise werden.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren durch ein Computerprogramm realisiert, das geeignete Programmschritte für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens aufweist.
Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung gelöst, die eine Auswerteinrichtung aufweist, die Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Kenngröße für einen momentan maximalen Reibkraftbeiwert zwischen Reifen eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn, der durch das Verhältnis aus Reibkraft zur Radaufstandskraft berechnet wird, für ein Fahrzeugs mit einem Überlagerungslenkungssystem, bei dem mittels einer Lenkwinkelregelung der eingegebene Lenkwinkel durch einen weiteren Winkel (Zusatzlenkwinkel) überlagert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraft oder ein Moment oder eine daraus abgeleitete Größe erfasst wird, die/das zumindest auf einen Teil des Lenkungssystems einwirkt, und dass die Kenngröße für den Reibkraftbeiwert auf Grundlage der erfassten Kraft oder des Moments oder der daraus abgeleiteten Größe ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellmoment erfasst wird, um einen Zusatzlenkwinkel zu überlagern oder einzustellen, und dass die Kenngröße für den Reibkraftbeiwert auf Grundlage des erfassten Stellmoments ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Leistungsaufnahme repräsentierende Größe eines Aktuators erfasst wird, mittels dem der Zusatzlenkwinkel überlagert oder eingestellt wird, und dass die Kenngröße für den Reibkraftbeiwert auf Grundlage der erfassten, die Leistungsaufnahme repräsentierenden Größe des Aktuators ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Leistungsaufnahme repräsentierende Größe eines Elektromotors erfasst wird, mittels dem der Zusatzlenkwinkel überlagert oder eingestellt wird, und dass die Kenngröße für den Reibkraftbeiwert auf Grundlage der erfassten, die Leistungsaufnahme repräsentierenden Größe des Elektromotors ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromaufnahme eines Elektromotors erfasst wird, mittels dem der Zusatzlenkwinkel überlagert oder eingestellt wird, und dass die Kenngröße für den Reibkraftbeiwert auf Grundlage der erfassten Stromaufnahme ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Ermittlung der Kenngröße eine Lenkbewegung durch einen Aktuator der Überlagerungslenkung vorgenommen wird, obwohl kein Unterstützungs- oder Korrekturbedarf vorliegt. 7, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkbewegung im wesentlichen während einer Bremsung vorgenommen wird, bei der im wesentlichen eine Geradeausfahrt vorliegt, bei der die lenkbaren Räder im wesentlichen gerade, d.h. nicht verschwenkt sind.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lenkbewegung um relativ geringe Lenkwinkel am Rad, vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 ° bis 0,3 °, vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkbewegung ein kurzzeitiger Lenkeingriff (Lenkimpuls) ist, vorzugsweise für eine Dauer von der minimalen Ansprechzeit der Lenkung ist, die noch auswertbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Kenngröße einer Fahrdynamikregelung (ESP) als Eingangsgröße zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Kenngröße vor einem Eingriff der Fahrdynamikregelung (ESP) in die Bremsensteuerung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter, die den Zustand der Reifen des Fahrzeugs, der Fahrbahn und/oder das Kontaktmedium zwischen dem Reifen und der Fahrbahn beschreiben, erfasst und bei der Ermittlung des Kennwerts der Reibkraft mit berücksichtigt wird beziehungsweise werden, wobei zumindest eine Abschätzung der Parameter des Kontaktmediums durchgeführt und vorzugsweise die Radaufstandskraft näherungsweise berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter, die die äußeren Bedingungen beschreiben, wie die Außentemperatur, die relative Luftfeuchte, der Datenausgabewert eines Regensensors und/oder die Scheibenwischereinstellung, wie Ein/Aus und/oder Frequenz, erfasst und zur Ermittlung des Kennwerts der Reibkraft mit berücksichtigt wird beziehungsweise werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Kenngröße immer während einer Fahrt des Fahrzeug aktuell erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Kenngröße erst nach einer bestimmten, vorzugsweise vorgegebenen Zeit, nach dem Zündungsstart, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Kenngröße die Außentemperatur und/oder die Dauer einer Standzeit des Fahrzeugs vor dem Fahrtantritt mit berücksichtigt wird.
Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche dient.
Vorrichtung zum Ermitteln einer Kenngröße für einen momentan maximalen Reibkraftbeiwert zwischen Reifen eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn, der durch das Verhältnis aus Reibkraft zur Radaufstandskraft berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung aufweist, die Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist.