DE10353481B4 - Verfahren zum Bestimmen des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen eines Kraftfahrzeuges oder einer für den Reibbeiwert charakteristischen Größe mit folgenden Schritten:
Erfassen des Abrollgeräusches mindestens eines Reifens (1) des Kraftfahrzeuges mittels mindestens einer Sensoreinrichtung (4);
Messen der Raddrehzahl des mindestens einen Reifens (1);
Ermitteln des dem erfassten Abrollgeräusch zugeordneten Frequenzspektrums;
Normieren des ermittelten Frequenzspektrums auf die Raddrehzahl; und
Erzeugen eines den Reibbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen oder die für den Reibbeiwert charakteristische Größe kennzeichnenden Signals durch Analysieren der Amplituden des normierten Frequenzspektrums.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen eines Kraftfahrzeuges.
  • Aktive und passive Sicherheitssysteme im Kraftfahrzeugbereich spielen eine immer größer werdende Rolle bei der Fortentwicklung von Fahrzeugen. Die Erwartungen der Kunden erfordern sowohl Leistungsfähigkeit und Komfort, gerichtet auf eine zunehmende Sicherheit für die Fahrzeuginsassen.
  • Neben den passiven und aktiven Sicherheitssystemen, wie Airbag, Aufprallschutz und Gurtstraffer, gewinnt mehr und mehr die aktive Fahrsicherheit mit ihren immer größer werdenden Möglichkeiten an Bedeutung. Ziel der Entwicklung ist dabei ein Kontrollsystem, das die momentane Fahrsituation schnell erfasst und sofort in eine etwaige kritische Lage aktiv eingreifen bzw. dem Fahrer ein entsprechendes Signal für eine manuelle Änderung der Fahrsituation liefern kann. Die ersten Schritte einer aktiven Fahrzeugkontrolle sind dabei bereits mit dem ABS, dem ACR oder dem elektronischen Stabilitätsprogramm gemacht worden. Diese Programme schätzen die Reibbeiwert-Schlupfkurve ab, mit deren Hilfe auf die aktuelle Fahrsituation reagiert werden kann.
  • Um Vorgänge, wie beispielsweise Bremsen, Beschleunigen und Kurvenfahrten des Kraftfahrzeuges, vor dem entsprechenden Vorgang berechnen zu können, um in Extremsituationen, wie beispielsweise auf glatten Straßenbahnen das Kraftfahrzeug sicher beherrschen zu können, werden die Reibbeiwerte für die Längs- und Querbeschleunigung benötigt.
  • Im Stand der Technik finden sich verschiedene Verfahren zur Bestimmung des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen eines Kraftfahrzeuges.
  • Nach einem Ansatz gemäß dem Stand der Technik werden die Reibbeiwerte für die Längs- und Querbeschleunigung lediglich während eines Bremsvorgangs des Kraftfahrzeuges aus den Parametern eines ABS-Systems bestimmt.
  • Nachteilig an diesem Ansatz ist jedoch die Tatsache, dass der gemessene Reibbeiwert erst während des Bremsvorgangs gemessen wird, was für ein vorausschauendes Handeln in der Regel jedoch zu einem zu späten Zeitpunkt stattfindet.
  • Gemäß einem weiteren Ansatz im Stand der Technik werden zum Erkennen des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen die Abrollgeräusche der Reifen mittels eines Mikrophons aufgenommen, wobei das Frequenzspektrum der aufgenommenen Abrollgeräusche raddrehzahlunabhängig analysiert und aufgrund wenigstens von Teilen des ermittelten Frequenzspektrums ein den Fahrbahnzustand kennzeichnendes Signal erzeugt wird.
  • Nachteilig an diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache herausgestellt, dass diese den Fahrbahnzustand kennzeichnenden Signale kein direktes Abbild kleiner Stöße liefern, die beim Abrollen eines Reifens auf der Fahrbahn auftreten. Ferner ist die Auswertung derartiger Signale durch etliche Störungen unsicher und instabil.
  • Die Druckschrift DE 42 13 222 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erfassung der Rauhigkeit einer Fahrbahnoberfläche, wobei lediglich ein von der Raddrehzahl unabhängiges Frequenz-Fenster ausgewertet wird. Eine Frequenz-Abhängigkeit des erfassten Signals von der Raddrehzahl bzw. der Fahrgeschwindigkeit wird nicht mitberücksichtigt.
  • Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, mit welchem zur Regelung der Fahrdynamik für Sicherheitszwecke und aus Komfortgründen sicherere und zuverlässigere Aussagen über die Fahrbahnbeschaffenheit geliefert werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erfassen des Abrollgeräusches mindestens eines Reifens des Kraftfahrzeuges mittels mindestens einer Sensoreinrichtung; Messen der Raddrehzahl des mindestens eines Reifens; Ermitteln des dem erfassten Abrollgeräusch zugeordneten Frequenzspektrums; Normieren des ermittelten Frequenzspektrums auf die Raddrehzahl; und Erzeugen eines den Reibbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen kennzeichnenden Signals durch Analysieren der Amplituden des normierten Frequenzspektrums.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen gemäß dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass zuverlässige In formationen über die Straßenbeschaffenheit bei verschiedenen Raddrehzahlen bzw. Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges dynamisch ermittelt werden können. Dadurch können die Grenzen des sicheren Fahrzustandes vor kritischen Manövern dynamisch berechnet und die Sicherheit der Fahrzeuginsassen erheblich erhöht werden.
  • In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird an beiden Vorderreifen, beiden Hinterreifen oder an jedem Reifen des Kraftfahrzeuges das jeweilige Abrollgeräusch mittels einer jeweils zugeordneten Sensoreinrichtung erfasst und ausgewertet. Dabei ist die mindestens eine Sensoreinrichtung insbesondere als Körperschallsensor zum Erfassen des Körperschalls des Abrollgeräusches ausgebildet. Somit können vorteilhaft auch kleine Stöße, welche beim Abrollen des Reifens auf der Fahrbahn auftreten, gemessen und ausgewertet werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der mindestens eine Körperschallsensor an der Aufhängung des mindestens einen Reifens angebracht. Vorzugsweise ist der Körperschallsensor an dem ungefederten Abschnitt der Aufhängung angebracht, um möglichst signalstarke Körperschallschwingungen aufnehmen zu können. Dabei kann der Körperschallsensor an dem ungefederten Abschnitt der Aufhängung mittels beispielsweise einer Metall-Bandage, einer Schraubverbindung, einer Schweißverbindung oder dergleichen angebracht werden.
  • Vorzugsweise wird das dem erfassten Abrollgeräusch zugeordnete Frequenzspektrum mittels einer Fourier-Analyse ermittelt. Dabei kann beispielsweise das ermittelte Frequenzspektrum zu sätzlich einer Frequenzfilterung, beispielsweise einer Bandpassfilterung, mittels mindestens eines Frequenzfilters unterzogen werden, um eine Datenreduktion zu erreichen. Dabei wird gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel die Frequenzfilterung in Abhängigkeit der gemessenen Raddrehzahl des mindestens einen Reifens durchgeführt.
  • Vorteilhaft wird das den Reibbeiwert kennzeichnende Signal durch Vergleich der Amplituden des normierten Frequenzspektrums mit in einer Speichereinrichtung abgespeicherten Referenzwerten mittels eines Steuergerätes bestimmt.
  • Vorzugsweise können auch zusätzliche Größen, wie beispielsweise die Achslast, Reifentemperatur, Fahrbahntemperatur, Reifentyp, Reifenluftdruck, Reifenunwucht, Stoßdämpfertyp, Stoßdämpferzustand, Vorderrad-Lenkwinkel, Einfederungszustand oder dergleichen erfasst und das ermittelte Frequenzspektrum auf mindestens eine dieser Größen zusätzlich normiert werden.
  • Gemäß einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird das den Reibbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen kennzeichnende Signal als ein die Fahrbahnbeschaffenheit kennzeichnendes Signal ausgebildet bzw. in ein derartiges umgewandelt. Dabei kann vorzugsweise das die Fahrbahnbeschaffenheit kennzeichnende Signal bei bestimmten ermittelten Fahrbahnbeschaffenheiten als Warnsignal ausgegeben werden. Das Warnsignal kann dabei beispielsweise als akustisches und/oder optisches Signal ausgegeben werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1a eine schematische Ansicht einer in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges wirkenden Kraft auf die Reifenprofilelemente bei einer positiven Beschleunigung;
  • 1b eine schematische Ansicht einer in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges wirkenden Kraft auf die Reifenprofilelemente bei einer negativen Beschleunigung;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Systems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 3 graphische Darstellungen von Körperschallmessungen bei vier verschiedenen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
  • Anhand der 1a und 1b wird im folgenden die Bestimmung des Reibbeiwertes über die Profilelementverformung im Latsch-Bereich näher erläutert. Die Kraftfahrzeugreifen 1 üben auf den Straßenbelag der Fahrbahn 2 eine Kraft aus und verursachen damit eine Beschleunigung des Kraftfahrzeuges. Das Kraftschlusspotential zwischen Fahrbahn 2 und Reifen 1 beschreibt, wie viel Kraft übertragen werden kann und wird durch den Reibbeiwert ausgedrückt. Beim Abrollen des Reifens 1 über der Fahrbahn 2 werden die Reifenprofilelemente 10 charakteristisch verformt, wie in 1a und 1b ersichtlich ist.
  • In 1a ist eine Verformung der Reifenprofilelemente 10 bei einer positiven Beschleunigung des Kraftfahrzeuges dargestellt, wobei der gestrichelte Pfeil die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges angibt.
  • 1b hingegen illustriert die Verformung der Reifenprofilelemente 10 bei einer negativen Beschleunigung des Kraftfahrzeuges, d.h. bei einem Abbremsvorgang des Kraftfahrzeuges, wobei die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges wiederum durch den gestrichelten Pfeil dargestellt ist.
  • Beim Abrollen des Reifens 1 über der Fahrbahn 2 werden demnach die Reifenprofilelemente 10 charakteristisch verformt. Verändert sich der Reibbeiwert der Fahrbahn 2, so modifiziert dies die charakteristische Verformung der Profilelemente 10. Die Schlupfbewegung der Profilelemente im Latsch, d.h. in der Aufstandsfläche des Reifens 1, gibt Aufschluss über die Höhe des beanspruchten Kraftschlusspotentials und deren Einfluss auf den Reibbeiwert.
  • Von der Verformung der Reifenprofilelemente 10 lässt sich wiederum auf die Kraftübertragung zwischen der Reifenlauffläche und der Fahrbahnoberfläche schließen. Wie viel Kraft auf die Reifen übertragen werden kann, hängt davon ab, wie viel vom Kraftschlusspotential beansprucht wird. Eine Möglichkeit, das Kraftschlusspotential zu messen, besteht darin, die Verformung des Profilelementes 10 im Latsch zu bestimmen. Wie in den 1a und 1b ersichtlich ist, verformen sich die Reifenprofilelemente 10 der Reifenlauffläche im Einlauf zum Latsch entgegen der Raddrehung und in Richtung der Fahrzeugbewegung bei einer positiven Beschleunigung gemäß 1a und entgegen der Raddrehung und entgegen der Richtung der Fahrzeugbewegung bei einer negativen Beschleunigung gemäß 1b. Dabei wirken die Reifenprofilelemente 10 treibend auf die Fahrzeugbewegung. Die Übertragung der Kräfte zwischen Reifen 1 und Fahrbahn 2 erfolgt an der Radaufstandsfläche, dem sogenannten Latsch-Bereich 3, die sich unter der Radlast im Kontaktbereich mit der Fahrbahn 2 bildet. Kommen die Reifenprofilelemente 10 in den Latsch-Bereich 3, baut sich eine mechanische Spannung auf, welche sich im Auslauf vom Latsch durch eine entgegengesetzte Verformung des Reifenprofilelementes 10 wieder abbaut. Aufgrund dieser Verformung der Reifenprofilelemente 10 im Latsch-Bereich 3 kommt es zu sogenannten Abrollgeräuschen beim Abrollen des Reifens 1 auf der Fahrbahn 2. Hier und im folgenden sind mit Abrollgeräusch alle beim Abrollen des Reifens 1 auf der Fahrbahn 2 entstehenden Schwingungen bezeichnet. Diese können als akustischer Schall oder als Körperschall erfasst werden, welcher sich auf das gesamte Kraftfahrzeug vom Reifen 1 über die Felge auf die Radaufhängung und letztendlich den Fahrzeugrahmen und die Karosserie überträgt.
  • Somit können durch ein Erfassen der Frequenz des Abrollgeräusches beim Abrollen des Reifens auf einer Fahrbahn Aufschlüsse über den Reibbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen gewonnen werden.
  • 2 illustriert eine schematische Ansicht eines Systems zum Erfassen und Auswerten des Abrollgeräusches durch beispielsweise Aufnehmen von Luft- oder Körperschall nahe zumindest einem Reifen 1 eines Kraftfahrzeuges mit nachfolgender Aufbereitung in ein weiter verarbeitungsgerechtes Signal gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es sind prinzipiell alle Verfahren geeignet, welche das Abrollgeräusch, insbesondere auch unter kraftfahrzeugspezifischen Bedingungen, im verwendeten Frequenzbereich erfassen.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in der Nähe aller vier Reifen 1 des Kraftfahrzeuges jeweils ein Körperschallsensor 4 vorgesehen, wobei für einen Fachmann offensichtlich ist, dass auch lediglich an einem beliebigen Reifen oder lediglich an den Vorder- oder Hinterreifen des Kraftfahrzeuges ein entsprechender Körperschallsensor 4 angebracht werden kann.
  • Der jeweilige Körperschallsensor 4 ist beispielsweise als Breitband-Schall-Emissionssensor mit einem weiten Frequenzbereich bis beispielsweise ein paar Kilohertz ausgebildet. Die jeweiligen Körperschallsensoren 4 sind vorzugsweise an einem ungefederten Abschnitt der Radaufhängung des Kraftfahrzeuges mittels beispielsweise einer Metall-Bandage, welche den Körperschallsensor an die Radaufhängung drückt, oder durch eine Schraubverbindung befestigt, wobei vorzugsweise eine bereits vorgesehene Befestigungsschraube verwendet werden kann, um ein zusätzliches Bauteil und eine zusätzliche Bohrung in der Radaufhängung zu vermeiden. Für einen Fachmann ist offensichtlich, dass auch andere Befestigungsmittel verwendet werden können, wie beispielsweise Schweißungen, Klebungen, etc.
  • Wie in 2 ferner ersichtlich ist, sind die Körperschallsensoren 4 beispielsweise jeweils über Signalleitungen 5 bzw. elektrische Leitungen 5 mit einer Auswerteschaltung 6 verbunden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Auswerteschaltung 6 in der Eingangsstufe mehrkanalig ausgelegt, wobei die Zahl der Kanäle der Anzahl der vorhandenen Körperschallsensoren 4 entspricht. Die Kanäle sind im Aufbau gleich. Jeder der Körperschallsensoren 4 ist an den Eingang eines der Kanäle angeschlossen und es erfolgt eine separate, parallele Umsetzung der von den Körperschallsensoren 4 gelieferten Signale.
  • Die aufgenommenen Signale werden beispielsweise zunächst an einem Mehrkanalverstärker 7 verstärkt und passieren danach beispielsweise ein ebenfalls mehrkanalig ausgelegtes, frequenzselektives Filter 8, beispielsweise ein Bandpassfilter 8. Die gefilterten Signale werden danach beispielsweise einer Spektral-Analyseeinrichtung 9 für eine Fourier-Analyse der Signale zugeführt. Von dort werden die das Frequenzspektrum kennzeichnenden Signale vorzugsweise an einen mehrkanalig ausgebauten Analog-Digital-Wandler 11 gesendet, der die digitalisierten Signale an eine Zentraleinheit eines Steuergerätes 12 weiterleitet.
  • Das Steuergerät 12 ist derart programmierbar, dass eine mehrkanalige digitale Analyse des digitalisierten Frequenzspektrums anhand beispielsweise in einer Speichereinrichtung (nicht dargestellt) abgespeicherter Referenzwerte erfolgt.
  • Die von den einzelnen Körperschallsensoren 4 gelieferten Frequenzspektren können dabei einzeln oder miteinander ausgewertet werden. Ferner können die von den einzelnen Körperschallsensoren 4 gelieferten Frequenzspektren sowohl miteinander als auch mit vorgegebenen, in der Speichereinrichtung abgespeicherten Normspektren verglichen werden, um bestimmte Signalcharakteristiken des Frequenzspektrums, wie beispielsweise die Amplitudenwerte, bestimmten Reibbeiwerten zwischen Reifen und Fahrbahn zuordnen zu können.
  • Das Abrollen der Reifen 1 auf der Fahrbahn 2 erzeugt eine von der Raddrehzahl abhängige Folge von Beschleunigungen, welche ein Abbild des Reifen-Fahrbahn-Kontaktes bzw. des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen liefert, wie oben unter Bezugnahme auf 1 ausführlich beschrieben wurde. Jede Struktur des Reifens 1 und der Fahrbahn 2 erzeugt ein Signal, welches sich als Körperschall in beispielsweise der Radauf hängung weiter ausbreitet. Dieses Körperschall-Abbild des Reifen-Fahrbahn-Kontaktes ist wesentlich deutlicher und detaillierter als ein Abbild in einem akustisch aufgenommenen Signal. Somit erzeugt jeder charakteristische Reifen-Fahrbahn-Kontakt, beispielsweise beim Abrollen des Reifens auf einer rauhen Straße, einer ebenen Straße, auf Glatteis, bei einem ungenügenden Luftdruck in den Reifen, bei abgefahrenen Reifen, etc., eine charakteristische Signatur, welche aus den physikalischen Bedingungen am Latsch des Reifens beim Abrollen erklärt werden kann. Somit können durch Messung des Körperschalls an einem bzw. an jedem Reifen mit nachfolgender Datenanalyse die von den Körperschallsensoren gelieferten Sensorsignale in Echt-Zeit Informationen über den Straßenzustand bzw. den Reibbeiwert zwischen Reifen und Fahrbahn liefern. Dadurch wird es möglich, die Grenzen des sicheren Fahrzustandes vor kritischen Manövern zu berechnen und die Fahrsicherheit erheblich zu erhöhen.
  • Beispielsweise sind die Amplitudenwerte eines charakteristischen von der Raddrehzahl unabhängigen Frequenzspektrums des Abrollgeräusches bei einer nassen Fahrbahn geringer als bei einer trockenen Fahrbahn, da bei einer nassen Fahrbahn ein vermehrtes Gleiten des Reifens 1 auf der Fahrbahn 2 auftritt und die Reifenprofilelemente 10, wie in 1a und 1b dargestellt, eine geringere Verformung erleiden als bei einer trockenen Fahrbahn. Dies stellt lediglich ein Beispiel einer möglichen Analyse dar. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass andere charakteristische Veränderungen im Frequenzspektrum mit Normspektren verglichen werden können und somit weitere Aufschlüsse über bestimmte Kraftfahrzeug-Parameter erlangt werden können.
  • Unter Bezugnahme insbesondere auf die 2 und 3 wird im folgenden ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß einem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert, wobei eine Signalerfassung und -auswertung anhand eines Körperschallsensors 4 stellvertretend für alle weiteren Körperschallsensoren 4 beschrieben wird.
  • Die beim Abrollen des Reifens 1 auf der Fahrbahn 2 durch die mechanischen Verformungen der Reifenprofilelemente 10 entstehenden Abrollgeräusche werden über den Gummireifen und die Reifenfelge auf die Radaufhängung als mechanische Körperschallwellen übertragen. Der vorzugsweise an einem ungefederten Abschnitt der Aufhängung des Reifens 1 montierte Körperschallsensor 4 erfasst die übertragenen Abrollgeräusche bzw. Körperschallwellen und leitet diese Signale über die Signalleitung 5 an die Auswerteschaltung 6 (siehe 2) weiter. In der Auswerteschaltung 6 werden die empfangenen Signale beispielsweise zunächst durch den Mehrkanalverstärker 7 verstärkt und an ein Bandpassfilter 8 weitergeleitet, welches den für die entsprechende Analyse relevanten Frequenzbereich herausfiltert. Dies kann beispielsweise, wie in 3 ersichtlich ist, der Frequenzbereich von 0 Hz bis 800 Hz, oder bei Kraftfahrzeugen mit einer voraussichtlichen höheren Fahrzeuggeschwindigkeit ein Frequenzbereich bis zu einer entsprechend höher gewählten Frequenz sein.
  • Wie in 3 ersichtlich ist, ist vorzugsweise der herausgefilterte Frequenzbereich in Abhängigkeit von der Raddrehzahl bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges ausgewählt. Somit kann die Frequenzfilterung vorzugsweise in Abhängigkeit der gemessenen Raddrehzahl des Reifens durchgeführt werden. Es kann zur Messung der Raddrehzahl zusätzlich eine weitere Sensoreinrichtung vorgesehen sein, oder eine bereits in dem Kraftfahrzeug vorhandene Geschwindigkeitsmess- bzw. Raddrehzahlmesseinrichtung für eine Geschwindigkeitsanzeige für den Fahrer kann parallel für die Auswahl des geeigneten Frequenzbereiches verwendet werden.
  • Der gefilterte Signalbereich wird anschließend vorzugsweise an eine Spektral-Analyseeinrichtung 9 weitergeleitet, welche beispielsweise mittels einer Fourier-Analyse das zugeordnete Frequenzspektrum ermittelt, welches in 3 für vier verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten dargestellt ist, nämlich 10 km/h, 20 km/h, 30 km/h und 40 km/h.
  • Ein für den Reibbeiwert zwischen Reifen und Fahrbahn bzw. ein für die Fahrbahnbeschaffenheit charakteristischer Amplituden-Peak ist in 3 jeweils für die einzelnen Geschwindigkeitsmessungen ersichtlich, wobei die einzelnen Peaks über eine Gerade miteinander verbunden sind. Die Frequenz dieses charakteristischen Peaks hängt jeweils von der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. der Raddrehzahl des Kraftfahrzeuges zum Messzeitpunkt ab. Wie in 3 ebenfalls ersichtlich ist, verschiebt sich der charakteristische Peak mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit in Richtung einer höheren Frequenz des Abrollgeräusches, da die Reifenprofilelemente mit einer größeren Winkelgeschwindigkeit auf der Fahrbahn abrollen. Die Frequenz der Reifenprofilelemente ist, wie in 3 ersichtlich, zur Raddrehzahl bzw. zur Fahrzeuggeschwindigkeit proportional, wobei bei der Messung ein Reifenumfang von 2 m und am Umfang eine Anzahl der Reifenprofilelemente von ca. 60 angenommen ist. Dadurch erhält man in etwa bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 40 km/h eine Frequenz der Reifenprofilelemente von ca. 330 Hz (siehe 3).
  • Nachdem das Analyse-Frequenzspektrum mittels des Analog-Digital-Wandlers 11 in digitale Signale umgewandelt und dem Steuergerät 12 zugeführt worden ist, normiert das Steuergerät 12 das ermittelte Frequenzspektrum auf die Raddrehzahl bzw.
  • die Fahrzeuggeschwindigkeit, um eine von der Raddrehzahl bzw. von der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängiges Frequenzspektrum zu erhalten. Durch den Normierungsvorgang wird ein solches raddrehzahlunabhängiges Frequenzspektrum geliefert, dessen charakteristische Amplituden beispielsweise mit in einer Speichereinrichtung (nicht dargestellt) abgespeicherten Referenzwerten und Normsignalen auf einfache Weise verglichen werden, um somit eine zuverlässige und sichere Aussage über den aktuell vorliegenden Reibbeiwert zwischen Reifen und Fahrbahn zu erhalten.
  • Somit kann ein den Reibbeiwert zwischen Reifen und Fahrbahn kennzeichnendes Signal durch Vergleich der raddrehzahlunabhängigen Amplituden des normierten Frequenzspektrums mit Referenzwerten bestimmt werden, wobei für einen Fachmann offensichtlich ist, dass zusätzliche Größen, wie beispielsweise die Achslast, Reifentemperatur, Fahrbahntemperatur, Reifentyp, Reifenluftdruck, Reifenunwucht, Stoßdämpfertyp, Stoßdämpferzustand, Vorderrad-Lenkwinkel, Einfederungszustand oder Beladungszustand erfasst werden können und das ermittelte Frequenzspektrum auch auf mindestens eine dieser Größen zusätzlich normiert werden kann. Somit erhält man eine von den entsprechenden Größen unabhängige Aussage über den Reibbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen, woraus ein die Fahrbahnbeschaffenheit kennzeichnendes Signal erzeugt werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das die Fahrbahnbeschaffenheit kennzeichnende Signal bei bestimmten, beispielsweise kritischen, ermittelten Fahrbahnbeschaffenheiten als Warnsignal an den Fahrer des Kraftfahrzeuges ausgegeben werden. Dabei kann das Warnsignal akustischer und/oder optischer Art oder anderweitig ausgebildet sein.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere nicht zur Bestimmen eines Reibbeiwerts im engeren Sinne zu betrachten, sondern kann alternativ zur Bestimmung einer für den Reibbeiwert charakteristischen Größe wie beispielsweise des Fahrbahnzustands, der Fahrbahnbeschaffenheit, des Fahrbahnbelags, der Körnung des Fahrbahnbelags oder eines Witterungseinflusses geeignet sein. Insbesondere kann das Verfahren dazu verwendet werden, zu bestimmen, ob der Fahrbahnbelag einer vorgebbaren Belagsklasse angehört oder mit Feuchtigkeit, Nässe, Schnee, Eis, Öl, Sand oder anderem Material bedeckt ist.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Bestimmen des Reibbeiwertes zwischen Fahrbahn und Reifen eines Kraftfahrzeuges oder einer für den Reibbeiwert charakteristischen Größe mit folgenden Schritten: Erfassen des Abrollgeräusches mindestens eines Reifens (1) des Kraftfahrzeuges mittels mindestens einer Sensoreinrichtung (4); Messen der Raddrehzahl des mindestens einen Reifens (1); Ermitteln des dem erfassten Abrollgeräusch zugeordneten Frequenzspektrums; Normieren des ermittelten Frequenzspektrums auf die Raddrehzahl; und Erzeugen eines den Reibbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen oder die für den Reibbeiwert charakteristische Größe kennzeichnenden Signals durch Analysieren der Amplituden des normierten Frequenzspektrums.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Vorderreifen, beiden Hinterreifen oder an jedem einzelnen Reifen des Kraftfahrzeuges das jeweilige Abrollgeräusch mittels einer jeweils zugeordneten Sensoreinrichtung (4) erfasst und ausgewertet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensoreinrichtung (4) zum Erfassen des Abrollgeräusches als Körperschallsensor (4) ausgebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Körperschallsensor (4) an der Aufhängung des mindestens einen Reifens (1) angebracht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Körperschallsensor (4) an einem ungefederten Abschnitt der Aufhängung des mindestens einen Reifens (1) angebracht wird.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Körperschallsensor (4) mittels einer Metall-Bandage, einer Schraubverbindung oder einer Schweißverbindung an dem ungefederten Abschnitt der Aufhängung des mindestens einen Reifens (1) angebracht wird.
  7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem erfassten Abrollgeräusch zugeordnete Frequenzspektrum mittels einer Fourier-Analyse ermittelt wird.
  8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ermittelten Frequenzspektrum zusätzlich eine Frequenzfilterung mittels mindestens eines Frequenzfilters (8) durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzfilterung eine Bandpassfilterung ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzfilterung in Abhängigkeit der gemessenen Raddrehzahl des mindestens einen Reifens (1) durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das den Reibbeiwert oder die für den Reibbeiwert charakteristische Größe kennzeichnende Signal durch Vergleich der Amplituden des normierten Frequenzspektrums mit in einer Speichereinrichtung abgespeicherten Referenzwerten mittels eines Steuergerätes (12) bestimmt wird.
  12. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzliche Größen mindestens eine der Größen Achslast, Reifentemperatur, Fahrbahntemperatur, Reifentyp, Reifen luftdruck, Reifenunwucht, Stoßdämpfertyp, Stoßdämpferzustand, Vorderrad-Lenkwinkel, Einfederungszustand oder Beladungszustand erfasst wird und das ermittelte Frequenzspektrum auf mindestens eine dieser Größen zusätzlich normiert wird.
  13. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das den Reibbeiwert zwischen Fahrbahn und Reifen oder die für den Reibbeiwert charakteristische Größe kennzeichnende Signal als ein die Fahrbahnbeschaffenheit kennzeichnendes Signal ausgebildet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das die Fahrbahnbeschaffenheit kennzeichnende Signal bei bestimmten ermittelten Fahrbahnbeschaffenheiten als Warnsignal ausgegeben wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Warnsignal als akustisches und/oder optisches Signal ausgegeben wird.
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