DE19855332A1

DE19855332A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von Kraftschluß und Kraftschlußgrenze bei Fahrzeugreifen

Info

Publication number: DE19855332A1
Application number: DE1998155332
Authority: DE
Inventors: Rolf Gnadler
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2000-06-08
Also published as: WO2000032456A1; EP1049612A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Kraftschlusses und/oder der Kraftschlußgrenze eines Reifens eines Fahrzeugs vorgeschlagen, bei dem die Auswertung der Daten von Fahrdynamiksensoren mit einem Fahrdynamik-Simulationsmodell erfolgt und bei dem die Auswertung der Daten von Fahrbahnsensoren Reifenkennlinien berücksichtigt, die im Laufe der Betriebszeit an das aktuelle Reifenverhalten angepaßt werden. Zur Eingrenzung des Fahrbahnzustands werden dabei die Informationen der Fahrbahnsensoren vorzugsweise mittels eines Schrankenverfahrens ausgewertet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Kraftschlusses und/oder der Kraft schlußgrenze eines Reifens eines fahrenden Fahrzeugs. Dabei wird der Fahrzustand des Fahrzeugs mittels mehrerer Fahrdynamiksensoren gemessen und der Fahrbahnzustand mit tels mindestens eines den Fahrbahnzustand detektierenden Fahrbahnsensors ermittelt. Ferner ist ein Rechner zum Auswerten der Daten der Fahrdynamiksensoren und des Fahr bahnsensors vorgesehen, der mittels eines Fahrdynamik- Simulationsmodells den kinematischen Zustand des Rads und den Kraftschluß bzw. unter Berücksichtigung mindestens eines abgespeicherten Reifenkennfelds mit Reifenkenn linien die Kraftschlußgrenze ermittelt.

Befindet sich ein mit Reifen ausgerüstetes Fahrzeug in einem normalen Fahrzustand mit vergleichsweise niedrigen Längs- und Querbeschleunigungswerten, d. h. nicht im Be reich der Fahrgrenze, können bisher keine zuverlässigen Aussagen über den Kraftschluß und die Kraftschlußgrenze von Reifen bzw. Rädern, von Achsen oder von dem Fahrzeug gemacht werden. Es ist weitgehend unsicher, wie groß die Kraftschlußreserven sind, d. h. der "Abstand" zwischen den aktuellen Horizontalkräften (Umfangskräfte und Seiten kräfte) zwischen Reifen und Fahrbahn (dem Kraftschluß) und den maximal übertragbaren Kräften (der Kraftschluß grenze).

Ein Abschätzen des Kraftschlusses sowie der Kraftschluß grenze ist in einem normalen Fahrzustand mit vergleichs weise niedrigen Längs- und Querbeschleuigungswerten bei Serienfahrzeugen bisher nur aufgrund der Erfahrung des Fahrers qualitativ und nur sehr grob möglich. Hierzu kann der Fahrer beispielsweise wahrnehmen, daß die Fahrbahn naß ist und aufgrund seiner Erfahrung eine Abnahme der Kraftschlußgrenze gegenüber der trockenen Fahrbahn ge fühlsmäßig annehmen. Dies gelingt jedoch nur unvollkom men, was die Zunahme der Unfallhäufigkeit bei nasser Fahrbahn zeigt. Bei einem Serienfahrzeug besteht bisher keine Möglichkeit, den Kraftschluß und die Kraftschluß grenze bei niedrigen Längs- und Querbeschleunigungen quantitativ zu bestimmen.

Auch beim Annähern an die Fahrgrenze, d. h. die Kraft schlußgrenze, mit vergleichsweise höheren Längs- und Querbeschleunigungswerten können bisher keine zuverläs sigen Angaben über den Kraftschluß und die Kraftschluß grenze gemacht werden. Bei Serienfahrzeugen sind Systeme wie zum Beispiel ABS, ASR oder ESP bekannt, die erkennen, wenn das Fahrzeug eine Kraftschlußgrenze bzw. eine fahr dynamische Grenze erreicht. Der Kraftschluß und die Kraftschlußgrenze werden aber weder ermittelt während sich das Fahrzeug in einem normalen Fahrzustand befindet, noch wenn es sich der Fahrgrenze nähert.

In der Literaturstelle H.-J. Görich, System zur Ermitt lung des aktuellen Kraftschlußpotentials eines PKW im Fahrbetrieb, Fortschritt-Berichte, VDI Reihe 12, Nr. 181, VDI-Verlag, 1993, Düsseldorf, wurde ein System vorgeschla gen, das in vielen Fällen eine Abschätzung von Kraft schluß und Kraftschlußgrenze ermöglicht. Dabei liefern Fahrdynamiksensoren Informationen über den Fahrzustand. Ferner liefern Fahrbahnsensoren, von denen jeder aus schließlich für eine spezielle Fahrbahn zuständig ist, Informationen über den Fahrbahnzustand. Außerdem werden umfangreiche Reifenkennfeldmessungen für verschiedene Fahrbahnzustände benötigt. Mit Hilfe eines einfachen, nicht besonders schnellen Fahrzeugrechenmodells und eines Fahrzeugrechners, der keinen Betrieb in Echtzeit ermög licht, wird der aktuelle Fahrzustand, d. h. der Kraft schluß der Achsen und des Fahrzeugs, mit der ermittelten Kraftschlußgrenze des Fahrzeugs verglichen. Die Ergeb nisse für das Fahrzeug werden mit einem Bildschirm im Fahrzeug graphisch dargestellt.

Das bekannte System liefert zwar Angaben zum Kraftschluß und zur Kraftschlußgrenze des Fahrzeugs, weist aber ver schiedene Nachteile auf.

Ein Nachteil besteht darin, daß umfangreiche Reifenkenn felder mit einer Vielzahl von Reifenkennlinien für alle denkbaren Fahrzustände und Fahrbahnzustände benötigt wer den. Diese Reifenkennlinien werden als unveränderlich angenommen. Dies führt beispielsweise bei einer während der Betriebsdauer des Fahrzeugs abnehmenden Profiltiefe dazu, daß die Ergebnisse ungenau werden.

Hinzu kommt, daß die Fahrbahnzustände nur relativ grob in drei Gruppen eingeteilt werden, nämlich trocken, naß und winterglatt. Innerhalb einer Gruppe werden die Reifen kennfelder als konstant vorausgesetzt. Dies führt eben falls zu teilweise sehr ungenauen Ergebnissen, da bekannt ist, daß in der Realität zum Beispiel die Wasserhöhe auf nasser Fahrbahn einen großen Einfluß hat. Weiterhin ist nachteilig, daß der Kraftschluß lediglich achsweise und der Kraftschluß und die Kraftschlußgrenze für das Fahr zeug ermittelt werden. Dies führt ebenfalls zu Ungenauig keiten in der Bestimmung, insbesondere wenn die Räder auf unterschiedlichen Fahrbahnuntergründen abrollen. Also besteht keine Möglichkeit, den Kraftschluß für jedes ein zelne Rad getrennt zu berechnen.

In der Literaturstelle Th. Dieckmann, Ein neuartiger An satz zur Bestimmung der Kraftschlußbedingungen im Reifen/Fahrbahnkontakt, Reifen, Fahrwerk, Fahrbahn, Tagungsbe richt der VDI-Gesellschaft Fahrzeugtechnik, Nr. 916, VDI- Verlag, 1991, Düsseldorf, sowie in dem Dokument DE 37 05 983 A1 ("Einrichtung zum Überwachen des Ausnut zungsgrads des vorhandenen Fahrbahnreibwerts beim Bremsen und/oder beim Beschleunigen eines Kraftfahrzeugs") wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem von der Anfangsstei gung der Umfangskraft-Schlupf-Kurven der Räder Rück schlüsse auf die Maximalwerte der übertragbaren Umfangs kräfte gezogen werden und bei dem daraus auf den Kraft schluß und die Kraftschlußgrenze des gesamten Fahrzeugs geschlossen wird. Dieses Prinzip ist relativ ungenau und weist folgende Nachteile auf.

Zum einen werden nur die Umfangskrafteigenschaften der Reifen berücksichtigt, so daß nur bedingt Rückschlüsse auf die Seitenkrafteigenschaften möglich sind.

Weiterhin hat sich gezeigt, daß eine ausreichend deut liche Änderung der Anfangssteigung nicht in allen prak tisch erforderlichen Fällen erkennbar ist. So ist bei spielsweise beim Übergang von trockener auf nasse Fahr bahn mit kleinen und mittleren Wasserhöhen ein großer Unterschied zwischen den Kraftschlußgrenzen möglich, wo gegen sich die Anfangssteigungen nur sehr geringfügig unterscheiden.

Ferner ist bekannt, daß die Anfangssteigung der Umfangs kraft-Schlupf-Kurven nicht nur von dem Fahrbahnzustand, sondern auch von den Eigenschaften der Reifen abhängt, die sich beispielsweise durch abnehmende Profiltiefe ändern. Da die abgespeicherten Kennlinien fest sind und eine Veränderungen der Reifeneigenschaften während der Betriebsdauer nicht berücksichtigen, kann aus der An fangssteigung nicht zuverlässig auf die aktuelle Kraft schlußgrenze geschlossen werden.

In dem Dokument DE 43 38 587 C2 ("Verfahren zum Einschätzen des Greifverhaltens einer Fahrbahnoberfläche gegenüber den Rädern eines darüber fahrenden Kraftfahrzeugs") wird vorgeschlagen, das Drehmoment der Antriebsräder und die Drehzahl aller Räder zu messen. Ferner wird die Radlast, die auf die Antriebsräder wirkt, abgeschätzt. Wenn die Antriebsräder bestimmte Umfangsschlupf-Werte erreichen und sich der Kraftschlußgrenze nähern, wird der aktuelle Kraftschluß der Räder mit der aktuellen Kraftschlußgrenze der Räder gleichgesetzt. Dieser wird in einem Speicher als augenblicklicher, jedoch vorübergehender Schätzwert gespeichert. Dieser abgespeicherte Schätzwert wird aktua lisiert, sobald bestimmte Bedingungen vorliegen, bei spielsweise wenn erneut ein Fahrzustand mit hohen Um fangsschlupf-Werten erreicht wird, bei dem ein anderer Kraftschluß der Räder vorliegt. Auf diese Weise werden der Kraftschluß und die Kraftschlußgrenze von Rädern ermittelt, und es kann auf den Kraftschluß und die Kraft schlußgrenze des Fahrzeugs geschlossen werden.

Dieses vorgeschlagene Prinzip weist jedoch den Nachteil auf, daß eine ausreichend genaue Abschätzung nur möglich ist, wenn das Fahrzeug in die unmittelbare Nähe der Fahr grenze kommt. Bei normalen Fahrzuständen kann keine Bestimmung erfolgen.

Ferner können die abgespeicherten Kraftschlußgrenzen nur dann aktualisiert werden, wenn bestimmte Kriterien, zum Beispiel hohe Umfangsschlupf-Werte, erfüllt werden. Da dies nur in seltenen Fahrzuständen der Fall ist, kann trotz eines permanenten Betriebs des Systems keine per manente und somit zuverlässige Aktualisierung der gespei cherten Werte erfolgen.

Weiterhin ist gemäß diesem Dokument vorgesehen, das Dreh moment zu messen, das an den Antriebsrädern anliegt. Die se Messung ist relativ aufwendig und muß sowohl beim Bremsen als auch Beschleunigen gleichermaßen funktionie ren. Hinzu kommt, daß lediglich die Kraftschlußgrenze der Reifen abgeschätzt wird, ohne daß eine Information über den Verlauf der kompletten Reifenkennlinie geliefert wird.

Weiterhin sind Systeme bekannt geworden, die im Rahmen von Forschungsprojekten untersucht wurden. Sie gestatten entweder nur qualitative Aussagen über den Kraftschluß und die Kraftschlußgrenze oder benötigen zum Erkennen des Fahrbahnzustands aufwendige Sensoren, die für den prak tischen Einsatz ungeeignet sind oder im Falle eines Ein satzes in der Serie inakzeptabel hohe Kosten verursachen würden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen in guter Näherung der aktuelle Kraftschluß und/oder die aktuelle Kraftschlußgrenze eines Reifens oder von Achsen eines fahrenden Fahrzeugs in möglichst jedem Fahrzustand, also auch bei vergleichsweise niedrigen Längs- und Querbe schleunigungswerten, ermittelt werden kann. Die aktuelle Kraftschlußgrenze soll also bereits lange, bevor sie er reicht ist, ermittelt werden können. Ferner ist es wün schenswert, wenn die zugehörigen Reifenkennfelder ver gleichsweise unaufwendig bereitgestellt werden können.

Durch die Erfindung sollen somit zuverlässige und genaue Informationen über den aktuellen Kraftschluß bzw. die aktuelle Kraftschlußgrenze in möglichst unaufwendiger Weise bereitgestellt werden. Diese Informationen können dann beispielsweise dem Fahrer zur Verfügung gestellt werden oder an ein System weitergeleitet werden, das regelnd in einen Fahr- oder Bremsvorgang eingreift.

Zur Lösung dieser Aufgabe bei einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art ist erfindungs gemäß vorgesehen, daß die Reifenkennlinien (für verschie dene Fahrbahnzustände und zum Beispiel für verschiedene Radlasten) ausgehend von einem Anfangssatz an Basis- Reifenkennlinien im Laufe der Betriebszeit an das aktuel le Reifenverhalten angepaßt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der aktuelle Kraftschluß, insbesondere die Umfangs- und Seitenkräfte, sowie der kinematische Zustand des Rads, insbesondere Umfangsschlupf- und Schräglaufwinkel, mit Hilfe des Rech ners, des Fahrdynamik-Simulationsmodells und der Signale der Fahrdynamiksensoren permanent berechnet. Ferner wird die aktuelle Kraftschlußgrenze dadurch bestimmt, daß zu nächst eine Fahrbahnerkennung durchgeführt wird und an schließend aus einem Reifenkennfeldspeicher zugehörige Reifenkennlinien (zum Beispiel für verschiedene Rad lasten) ausgewählt werden und schließlich nach einer Rei fenkennlinienanpassung die aktuelle Kraftschlußgrenze ermittelt wird.

Die Fahrdynamiksensoren liefern bei diesem Verfahren Meß daten über den kinematischen Zustand des Fahrzeugs und eventuell über die am Fahrzeug angreifenden Kräfte oder Momente. Sie dienen als Eingangsgrößen für die Simula tionsrechnungen des Rechners mittels des Fahrdynamik- Simulationsmodells. Die Simulationsrechnungen liefern als Ausgangsgrößen den aktuellen Kraftschluß sowie den kine matischen Zustand der Räder. Diese Größen stellen Ausga bedaten des Systems dar und können auch für die Ermitt lung der aktuellen Kraftschlußgrenze verwendet werden.

Der vorliegende Fahrbahnzustand (zum Beispiel trocken, naß, Schnee usw.) kann prinzipiell in an sich bekannter Weise mittels eines oder mehrerer Fahrbahnsensoren ermit telt werden. Ein Nachteil besteht dabei aber darin, daß die Entscheidung darüber, welcher Fahrbahnzustand vor liegt, jeweils von der korrekten und zuverlässigen Funk tion eines bestimmten, speziellen Sensors für den jewei ligen Fahrbahnzustand oder von einer bestimmten Auswerte größe abhängt. Bei Fehlfunktion eines Sensors oder einer fehlerhaften Auswertegröße kann die entsprechende Fahr bahn daher nicht mehr identifiziert werden.

Um die Genauigkeit der Bestimmung zu gewährleisten, soll der Fahrbahnzustand genau und sicher erkannt werden. Hierzu wird nach einem bevorzugten, zusätzlichen Merkmal vorgeschlagen, daß der Fahrbahnzustand mittels mehrerer, verschiedener Fahrbahnsensoren ermittelt wird, wobei die von deren Signalen abgeleiteten Informationen mittels eines Schrankenverfahrens zur Eingrenzung des Fahrbahnzu stands ausgewertet werden. Zusätzlich zu den Informatio nen über den Fahrbahnzustand, die von den Fahrbahnsenso ren ermittelt werden, können auch Ergebnisse der Fahr dynamik-Simulationsrechnung in dem Schrankenverfahren ausgewertet werden. So kann eine in dem Schrankenverfah ren berücksichtigbare Information beispielsweise die An fangssteigung der tatsächlich vorliegenden Kraftschluß kurve sein, die mit der Fahrdynamik-Simulationsberechnung ermittelt werden kann.

Bei dem Schrankenverfahren wird eine Vielzahl verschie denartiger Informationen übereinandergelegt, so daß be stimmte Fahrbahnzustände aufgrund vorhandener Kombina tionen von Sensorsignalen oder anderen Informationen aus geschlossen werden können, so daß als Resultat der logi schen Kombination der vorliegenden Informationen schließ lich der richtige Fahrbahnzustand identifiziert wird. Dies ist nicht zu verwechseln mit einem System einer re dundanten Anordnung von Fahrbahnsensoren, bei dem mehrere verschiedene Sensoren dazu bestimmt sind, den gleichen Fahrbahnzustand unabhängig voneinander zu sensieren. Bei dem vorteilhafterweise eingesetzten Schrankenverfahren werden verschiedene Informationen gesammelt, wobei aus der Kombination dieser Informationen auf den Fahrbahnzu stand geschlossen wird.

Wenn der Fahrbahnzustand zum Beispiel mittels des Schran kenverfahrens bestimmt wurde, kann aus einem Reifenkenn feldspeicher das zugehörige Reifenkennfeld (mit Kennli nien für zum Beispiel verschiedene Radlasten) oder die zugehörige Reifenkennlinie ausgewählt werden. Dabei kann die Auswahl durch Informationen der Fahrdynamiksensoren gestützt werden. Bei der ersten Inbetriebnahme einer er findungsgemäßen Vorrichtung wird von einem Basis-Reifen kennfeld, das einen Anfangssatz an Basis-Reifenkennlinien enthält, die für einige wenige, verschiedene Reifen-Fahr bahn-Kombinationen im Rechner abgespeichert sind, ausge gangen.

Diese Basis-Reifenkennlinien werden im Laufe der Be triebszeit des Fahrzeugs an das aktuelle Reifenverhalten angepaßt, indem die einzelnen Kennlinien korrigiert wer den. Dies ist möglich, da das System so aufgebaut ist, daß es eine Änderung des Kraftschlußverhaltens aufgrund einer Änderung der Reifeneigenschaften, zum Beispiel auf grund einer Änderung der Profilhöhe, im Laufe der Be triebszeit dadurch erkennt, daß in diesem Fall der ak tuelle Kraftschluß und der kinematische Zustand der Räder nicht zu dem ausgewählten Kennfeld oder der ausgewählten Kennlinie passen. Die Korrektur kann bei jeder erneut festgestellten Abweichung wiederholt werden.

Die Anpassung der Reifenkennlinien kann somit bevorzugt erfolgen, wenn auf Basis eines Vergleichs der Ergebnisse des Fahrdynamik-Simulationsmodells und der Ermittlung des Fahrbahnzustands eine Abweichung des aktuellen Kraft schlusses bei dem vorliegenden kinematischen Zustand des Rades von der ausgewählten Reifenkennlinie erkannt wird.

Die Basis-Reifenkennfelder bzw. die Reifenkennfelder ent halten vorzugsweise nur eine geringe Gesamtanzahl von Reifenkennlinien (für verschiedene Fahrbahnzustände und zum Beispiel verschiedene Radlasten) zur Berücksichtigung in der Fahrdynamik-Simulationsrechnung, bevorzugt weniger als 40, besonders bevorzugt weniger als 20 Reifenkennli nien. Nach einem zusätzlichen, vorteilhaften Merkmal kann jedoch vorgesehen sein, daß ein oder mehrere Reifenkenn felder im Laufe der Betriebszeit um Reifenkennlinien für weitere Fahrbahnzustände erweitert werden, die in den Basis-Reifenkennfeldern nicht enthalten waren und sich als zweckmäßig erwiesen haben. Das System kann insoweit lernfähig sein und adaptiv ausgestaltet werden.

Wenn sowohl der aktuell vorliegende Fahrbahnzustand iden tifiziert als auch die zugehörige Reifenkennlinie durch das System ausgewählt und an das aktuelle Reifenverhalten angepaßt ist, kann die Kraftschlußgrenze bestimmt werden, bevor sie erreicht ist. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können somit der Kraftschluß und die Kraft schlußgrenze genauer ermittelt werden, als es bisher mög lich war. Ein Vorteil des bevorzugten Schrankenverfahrens besteht darin, daß der Fahrbahnzustand sicherer erkannt werden kann, wobei eine redundante Erkennung möglich ist.

Ferner ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung von Vorteil, daß eine Änderung des Kraft schlußverhaltens erkannt werden kann, die durch eine Änderung der Reifeneigenschaften, zum Beispiel durch die veränderte Profilhöhe, im Laufe der Betriebszeit hervor gerufen wird. Außerdem sind nur wenige Basis-Reifenkenn felder oder Basis-Reifenkennlinien erforderlich, die im Laufe der Betriebszeit angepaßt und gegebenenfalls erwei tert werden können.

Nach einem weiteren, vorteilhaften Merkmal wird vorge schlagen, daß das Fahrdynamik-Simulationsmodell ein Echt zeit-Modell ist, mittels dessen von dem Rechner der aktu elle kinematische Zustand des Rads und/oder der aktuelle Kraftschluß und/oder die aktuelle Kraftschlußgrenze des Rads in Echtzeit berechnet wird. Ein solches Fahrdynamik- Simulationsmodell, das in Echtzeit arbeitet, kann bei spielsweise mit schnellen, kompakten Differentialglei chungen unter Verwendung von Kenntnissen über das dyna mische Verhalten des betreffenden Fahrzeugs erstellt werden.

Wenn das verwendete Fahrdynamik-Simulationsmodell spe ziell auf Echtzeit ausgelegt ist, kann der mit diesem Modell in Echtzeit berechnete, aktuelle Kraftschluß sowie der kinematische Zustand der Räder in günstiger Weise als Eingangsgröße für ein mechatronisches Regelsystem benutzt werden, das regelnd in das Fahrverhalten eingreift. Wenn der aktuelle Kraftschluß für jedes Rad getrennt berechnet wird, können die Ergebnisse beispielweise für eine opti mierte Fahrdynamikregelung genutzt werden, womit die Sta bilität des Fahrzeugs in kritischen Fahrsituationen bes ser gewährleistet werden kann.

Auch durch eine Ermittlung der Kraftschlußgrenze in Echt zeit können diese Daten in günstiger Weise durch mecha tronische Regelsysteme genutzt werden. Beispielsweise kann in diesem Fall eine mechatronische Bremsanlage bei einer Vollbremsung schneller auf wechselnde Fahrbahngrif figkeiten reagieren. Wenn die Kraftschlußgrenze für jedes Rad einzeln ermittelt wird, kann eine unterschiedliche Griffigkeit für die Räder einer Achse schon beim Einlei ten eines Bremsvorgangs berücksichtigt werden.

Die Ermittlung des Kraftschlusses und/oder der Kraft schlußgrenze erfolgt daher vorzugsweise für die einzelnen Räder des Fahrzeugs oder die Räder einer Achse getrennt, da hierdurch der kinematische Zustand und ein kritisches Fahrverhalten genauer erkannt werden können. Dies stellt eine günstige Voraussetzung für ein System dar, das zum Beispiel eine Warnung an den Fahrer gibt oder regelnd in das Fahrverhalten eingreift. Durch die für einzelne Räder getrennte Ermittlung der Kraftschlußgrenze kann genauer abgeschätzt werden, ob durch unterschiedliche Kraft schlußgrenzen an den einzelnen Rädern ein kritisches Fahrverhalten des Fahrzeugs zu erwarten ist, wenn sich das Fahrzeug der Fahrgrenze nähert. In diesem Fall kann beispielsweise bereits in einem größeren Abstand vor dem Erreichen der Fahrgrenze eine Warnung an den Fahrer er folgen. Bei einer Einzelberechnung oder -auswertung der Räder einer Achse kann auch erkannt und berücksichtigt werden, wenn die Räder unterschiedliche Reibwerte, zum Beispiel aufgrund unterschiedlicher Fahrbahnzustände, aufweisen.

In manchen Ausführungsformen kann es aber auch vorteil haft sein, wenn die Ermittlung des Kraftschlusses und/ oder der Kraftschlußgrenze achsweise erfolgt, wobei die Räder einer Achse gleich behandelt werden, bzw. wenn mit tels der bestimmten Kraftschlüsse und/oder Kraftschluß grenzen aller Räder der Kraftschluß und/oder die Kraft schlußgrenze des gesamten Fahrzeugs bestimmt wird. Die Berechnung des Kraftschlusses oder der Kraftschlußgrenze des gesamten Fahrzeugs ist geeignet, um den Fahrzustand bzw. die Fahrgrenze des Fahrzeugs in einer einfachen und übersichtlichen Weise zu beschreiben. Mit einer geeigne ten Darstellung des Kraftschlusses bzw. der Kraftschluß grenze kann beispielsweise der Fahrer während der Fahrt informiert werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschen derweise festgestellt, daß die außerordentlich schwie rigen Anforderungen bei einem hinreichend genauen Bestim men des Kraftschlusses oder der Kraftschlußgrenze eines Reifens mit relativ geringem Aufwand gelöst werden kön nen, ohne daß, wie bisher für erforderlich gehalten wur de, ein hoher technischer Aufwand zum Bereitstellen einer Vielzahl von Reifenkennfeldern oder -linien bzw. zum Be stimmen des Fahrbahnzustands erforderlich ist. Mit der Erfindung werden somit Ziele erreicht, um die die Fach welt sich schon lange bemüht hat.

Um dabei besonders gute Ergebnisse zu erzielen, werden die oben erläuterten Merkmale sowie die Merkmale der nachfolgenden Ausführungsbeispiele vorteilhafterweise einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt, wobei sich durch das Zusammenwirken erfindungsgemäßer Merkmale zusätzliche vorteilhafte Wirkungen ergeben können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher er läutert, die weitere folgende Merkmale und Besonderheiten erkennen lassen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Verfahrensschema zum Erkennen von Kraft schluß und Kraftschlußgrenze,

Fig. 2 ein Schrankenverfahren zum Ermitteln des Fahr bahnzustands,

Fig. 3 ein Reifenkennfeld mit fünf Reifenkennlinien und

Fig. 4 eine hochgenaue Anpassung einer Reifenkenn linie.

Hinsichtlich der Bedeutung der in diesem Anmeldungstext verwendeten Begriffe wird ergänzend auf folgende Lite ratur Bezug genommen: DIN 70 000; DIN 44 300; J. Reimpell- K. Hoseus, Fahrwerktechnik: Fahrzeugmechanik, Vogel Buch verlag 1992; A. Zomotor, Fahrwerktechnik: Fahrverhalten, Vogel Buchverlag 1991. Die in diesen Literaturstellen ge nannten Begriffe weichen zwar teilweise geringfügig von einander ab, können aber durch den Fachmann ohne weiteres zugeordnet werden.

Die Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm zur näheren Erläuterung der Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Systems zum Be stimmen des Kraftschlusses und der Kraftschlußgrenze für jedes einzelne Rad eines Fahrzeugs. Unter "Kraftschluß" wird dabei die Resultierende aus Umfangs- und Seitenkraft verstanden, die am Rad angreift, d. h. der Kraftschluß wird durch zwei Kräfte oder deren Resultierende beschrie ben. Unter "Kraftschlußgrenze" wird die maximal mögliche Umfangs- und Seitenkraft verstanden, die im aktuellen Fahrzustand und bei der aktuellen Fahrbahnoberfläche übertragen werden können. Die Kraftschlußgrenze wird somit durch zwei Kräfte beschrieben.

Die Umfangskraft ist dabei die Komponente der Bodenreak tionskraft in Richtung der X_W-Achse (DIN 70 000), d. h. anschaulich die Kraft (Antriebs- oder Bremskraft) in Längsrichtung des Rads, in Felgenmittelebene und in Fahr bahnebene. Die Seitenkraft ist die Komponente der Boden reaktionskraft in Richtung der Y_W-Achse (DIN 70 000), d. h. anschaulich die Kraft quer zum Rad, senkrecht zur Längs richtung des Rads in Fahrbahnebene.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte System führt die Bearbeitung von zwei Hauptaufgaben durch. Im linken Be reich des Flußdiagramms sind Systemkomponenten darge stellt, die zum Berechnen des aktuellen Kraftschlusses dienen. Im rechten Bereich sind diejenigen Systemkompo nenten dargestellt, mittels der die aktuelle Kraftschluß grenze ermittelt wird, bevor diese Grenze erreicht ist. Das Ermitteln der Kraftschlußgrenze erfolgt allerdings nicht unabhängig von dem Ermitteln des Kraftschlusses. Es erfolgt ein Datenaustausch vom linken Bereich zum rech ten.

Das System umfaßt zwei Gruppen von Sensoren. Die eine Gruppe umfaßt Fahrdynamiksensoren 1, die Daten über den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs liefern. Die andere Gruppe umfaßt Fahrbahnsensoren 2, die Daten über den Fahrbahnzustand liefern.

Die Fahrdynamiksensoren 1, die zum Teil bereits serien mäßig in dem Kraftfahrzeug vorhanden sein können, liefern beispielsweise Meßdaten über die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs, die Querbeschleunigung, den Wankwinkel, den Nickwinkel, den Gierwinkel, die Drehzahlen der einzelnen Räder und die Radlasten der einzelnen Räder.

Dabei ist es auch möglich, einzelne Größen nicht direkt zu messen, sondern indirekt zu bestimmen. Allgemein kön nen in dem Verfahren auch Fahrdynamikgrößen berücksich tigt werden, die von mittels der Fahrdynamiksensoren ge messenen Daten abgeleitet werden. Beispielsweise kann der Gierwinkel durch Integration der gemessenen Gierwinkel geschwindigkeit bestimmt werden oder die Radlast nicht gemessen, sondern durch eine Messung des Einfederweges der Räder gegenüber der Karosserie indirekt bestimmt wer den. Beispielsweise kann auch die Messung der Radlasten der Räder einer Achse durch eine Messung der Achslast er setzt werden, die mit Hilfe von Daten der Fahrdynamik sensoren 1, insbesondere des Wankwinkels, auf die einzel nen Räder aufgeteilt werden.

Auch die Messung der Radlasten kann beispielsweise durch die Ermittlung des Gesamtgewichts ersetzt werden. Das Gesamtgewicht kann beispielsweise über die Messung der Antriebsmomente und über die Meßsignale des Beschleuni gungssensors in Längsrichtung ermittelt werden. In diesem Fall kann mit Hilfe von Daten der Fahrdynamiksensoren 1, insbesondere des Nickwinkels, die Aufteilung auf die Achslasten und, insbesondere über den Wankwinkel, die Aufteilung auf die einzelnen Radlasten erfolgen.

Die Daten der Fahrdynamiksensoren 1 und daraus gegebenen falls indirekt abgeleitete Größen werden an das Fahrdyna mik-Simulationsmodell 3 weitergeleitet, das vorteilhaf terweise in Echtzeit betrieben wird. Echtzeitsysteme sind dadurch gekennzeichnet, daß sie externe Ereignisse inner halb einer vorgegebenen Zeit verarbeiten können und somit die externen Zeitbedingungen erfüllen (DIN 44 300). Dies bedeutet, daß in der Echtzeitsimulation das berechnete dynamische Phänomen in jedem Zeitpunkt dem in der Reali tät aufgetretenen Phänomen entspricht. Es tritt keine be deutsame Zeitverzögerung zwischen dem Verhalten des Echt zeitsystems und dem Verhalten des realen Systems auf.

Mit Hilfe des Fahrdynamik-Simulationsmodells 3 werden die an den einzelnen Rädern aktuell angreifenden Umfangskräf te, die Umfangsschlupf-Werte, die Seitenkräfte und die Schräglaufwinkel berechnet. Unter "Umfangsschlupf" wird dabei die Größe S_X,W gemäß DIN 70 000 verstanden, die an schaulich den Schlupf zwischen Reifen und Fahrbahn be schreibt, der beim Bremsen oder Antreiben entsteht, da sich das Rad, bei gleicher Fahrgeschwindigkeit, beim Bremsen langsamer und beim Antreiben schneller dreht als in frei rollendem Zustand. Der Schräglaufwinkel ist gemäß DIN 70 000 der Winkel von der X_W-Achse zur Tangente der Bahnkurve des Radaufstandspunkts und beschreibt anschau lich den Winkel zwischen Längsrichtung des Rads und der Richtung der Radschwerpunkt-Geschwindigkeit.

Das Fahrdynamik-Simulationsmodell 3 liefert als Ausgabe größe den aktuellen Kraftschluß 4 der einzelnen Räder. Die Ausgabedaten des Fahrdynamik-Simulationsmodells 3 einschließlich der Größen Längsbeschleunigung, Querbe schleunigung, Wankwinkel, Nickwinkel, Gierwinkel, Rad drehzahlen und Radlasten werden auch zu den Komponenten Fahrbahnerkennung 5 und Kennlinienanpassung 6 weiterge leitet.

Die Fahrbahnsensoren 2 liefern zum Beispiel Daten über die Fahrbahntemperatur und/oder über den Fahrbahnzustand, beispielsweise mittels optischer oder akustischer Verfah ren. Es können auch Sensoren eingesetzt werden, die le diglich eine Ja/Nein-Aussage treffen, beispielsweise ob die Fahrbahn trocken ist oder nicht.

Die Daten der Fahrbahnsensoren 2 werden von der Fahrbahn erkennung 5 verarbeitet, die auch Ergebnisse der Berech nungen des Fahrdynamik-Simulationsmodells 3 erhält. Diese Rechenergebnisse werden für die Fahrbahnerkennung ge nutzt, wenn die aktuellen Betriebspunkte in der Reifen kennlinie in linearem Bereich der Umfangskraft-Schlupf- und Seitenkraft-Schräglaufwinkel-Kurven liegen, d. h. wenn das Fahrzeug mit vergleichsweise niedrigen Längs- und Querbeschleunigungen fährt. Mit den aktuellen Betriebs punkten läßt sich in diesem Fall die Anfangssteigung der vorliegenden Umfangskraft-Schlupf- und/oder der Seiten kraft-Schräglaufwinkel-Kennlinie ermitteln. In DIN 70 000 wird die Steigung der Umfangskraft-Schlupf-Kurve als Um fangskraft/Umfangsschlupfgradient bezeichnet. Die An fangssteigung der Umfangskraft-Schlupf-Kurve ist gleich bedeutend mit dem Umfangskraft/Umfangsschlupfgradienten bei der Umfangskraft 0.

Für das Ermitteln des Fahrbahnzustands stehen somit diese Anfangssteigungen sowie Daten über die Fahrbahntemperatur und über den Fahrbahnzustand mittels optischer oder aku stischer Verfahren zur Verfügung. Mit Hilfe eines Schran kenverfahrens kann nun der Fahrbahnzustand erkannt wer den. Da zumindest teilweise Redundanz bei dem Erkennen des Fahrbahnzustands vorliegt, läßt sich in manchen Fäl len eine Plausibilitätskontrolle durchführen. Wird zum Beispiel aufgrund der optischen oder akustischen Verfah ren eine hohe Wasserhöhe erkannt, dürfen nicht gleichzei tig sehr tiefe Fahrbahntemperaturen vorliegen. Falls dies dennoch der Fall sein sollte, kann daraus geschlossen werden, daß die Fahrbahnerkennung fehlerhaft ist, und das System wird abgeschaltet. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, bestimmten Signalen den Vorrang zu geben, so daß das System aktiv bleibt und lediglich eine Fehlermel dung ausgibt.

Wenn die Fahrbahnerkennung 5 korrekt arbeitet, wird der ermittelte Fahrbahnzustand, vorzugsweise für die einzel nen Räder getrennt, an einen Kennfeldspeicher 7 weiterge leitet. Der Kennfeldspeicher 7 erhält ferner Informatio nen von den Fahrdynamiksensoren 1, insbesondere über die Radlast des Rads zur Auswahl der passenden Reifenkenn linie.

Um die Genauigkeit zu erhöhen, können dabei weitere Para meter berücksichtigt werden, wie zum Beispiel der Einfluß des Sturzwinkels. Da dieser in der Regel in Fahrzeugen nicht gemessen wird, kann eine Ersatzabhängigkeit von einer gemessenen Größe oder von einer Kombination gemes sener Größen, zum Beispiel Radlast und Querbeschleuni gung, verwendet werden. Schließlich wird mit den Informa tionen der Fahrbahnerkennung 5 und der Fahrdynamiksenso ren 1 ein passendes Reifenkennfeld (für zum Beispiel ver schiedene Radlasten) und daraus eine passende Reifenkenn linie, vorzugsweise für jedes einzelne Rad getrennt, aus gewählt.

Die ausgewählte Reifenkennlinie (oder ein Reifenkennfeld) wird an die Kennlinienanpassung 6 weitergeleitet. Da die Kennlinienanpassung 6 auch die Ausgangsdaten des Fahrdy namik-Simulationsmodells 3 erhält, kann überprüft werden, ob der aktuelle Kraftschluß 4 sowie der kinematische Zu stand der einzelnen Räder zu der ausgewählten Reifenkenn linie paßt. Ist dies nicht der Fall, erfolgt eine Korrek tur der Reifenkennlinie oder des Reifenkennfelds durch Anpassung einzelner Kennlinien, die in dem Kennfeldspei cher 7 gespeichert sind.

Die Anpassung muß sich aber nicht auf die ausgewählte Reifenkennlinie 10 beschränken, sondern beim Anpassen einer Reifenkennlinie können auch eine oder mehrere wei tere Reifenkennlinien eines oder mehrerer Reifenkennfel der 9 entsprechend angepaßt werden. Die Anpassung weite rer, sozusagen "benachbarter" Reifenkennlinien kann bei spielsweise auf Basis theoretischer oder empirischer Kenntnisse von Reifenkennfeldern erfolgen.

Ursache für diese Korrektur bzw. Adapation kann u. a. sein, daß sich die Reifeneigenschaften im Laufe der Be triebszeit geändert haben, zum Beispiel durch eine ab nehmende Profiltiefe. Auch eine Veränderung der Reifen eigenschaften infolge eines Reifenwechsels wird durch die Simulationsrechnung erkannt und korrigiert. Dabei kann vorteilhafter beim Abweichen des aktuellen Kraftschlusses 4 von der ausgewählten Reifenkennlinie die Kennlinie bei normalen Fahrzuständen näherungsweise und in der Nähe der Fahrgrenze hochgenau durchgeführt werden, was im Zusam menhang mit Fig. 4 erläutert wird.

Von der Kennlinienanpassung 6 werden für die Räder korri gierte bzw. adaptierte Reifenkennlinien ausgegeben, die auch an den Kennfeldspeicher 7 zum Abspeichern zurückge geben werden. Da die Kraftschlußgrenze 8 durch die Maxi malwerte der einzelnen Reifenkennlinien beschrieben wird, ist sie somit näherungsweise bekannt, wenn sich das Fahr zeug in einem normalen Fahrzustand befindet. Sofern die Genauigkeit der Kennlinienadaption erhöht wird, wenn sich das Fahrzeug der Fahrgrenze nähert, ist die Kraftschluß grenze im Grenzbereich genauer bekannt.

In Fig. 2 ist eine Tabelle zur näheren Erläuterung der Vorgehensweise bei der Fahrbahnerkennung 5 mit Hilfe eines Schrankenverfahrens dargestellt. In einem Schran kenverfahren wird der Fahrbahnzustand nicht präzise ge messen, sondern mittels verschiedener Informationen ein gegrenzt. Hierzu werden Informationen gesammelt, die Rückschlüsse auf den Fahrbahnzustand gestatten. Der Fahr bahnzustand kann um so genauer bestimmt werden, je mehr Informationen vorliegen. Mit der Auswertung einer einzi gen Information kann der Fahrbahnzustand zunächst nur sehr grob eingegrenzt werden. Werden zusätzlich weitere Informationen ausgewertet, wird die Eingrenzung immer genauer, auch wenn die einzelnen Informationen für sich allein betrachtet nur eine grobe Eingrenzung erlauben.

Auf der linken Seite in Fig. 2 sind zeilenweise Informa tionen über den Fahrbahnzustand aufgelistet, die von Fahrbahnsensoren 2 oder von der Auswertung der Berechnung mit dem Fahrdynamik-Simulationsmodell 3 stammen können. Sie umfassen vorzugsweise mindestens drei der folgenden Typen: Lufttemperatur, Fahrbahntemperatur, optische oder akustische Erkennung von Schnee, optische oder akustische Erkennung von Eis, optische oder akustische Erkennung von Wasser oder optische oder akustische Erkennung einer trockenen Fahrbahn. Die jeweiligen Informationen können beispielsweise als analoge Meßgröße, digitale Informationen (ja/nein) oder als qualitative Angabe (hoch, mittel, tief) vorliegen.

In den Spalten sind beispielhaft verschiedene Fahrbahnzu stände angegeben, die als unbekannt vorausgesetzt werden und durch die Fahrbahnerkennung 5 bestimmt werden sollen. Diese Fahrbahnzustände können vorzugsweise drei oder mehr der folgenden Fahrbahnzustände umfassen: trocken, feucht, naß, niedrige Wasserhöhe, hohe Wasserhöhe, Schnee, Eis, loser Untergrund.

Wenn die Fahrbahntemperaturmessung beispielsweise die Information "sehr tiefe Temperatur" liefert und der Fahr bahnsensor zum Erkennen von Schnee und Eis ein positives Signal liefert sowie die Auswertung der Anfangssteigung der Umfangskraft-Schlupf-Kurve ergibt, daß eine flache Anfangssteigung vorliegt, so kann aufgrund des angekreuz ten Musters nur eine verschneite Fahrbahn vorliegen. Die ses Ergebnis wird erzielt, obwohl kein Fahrbahnsensor 2 eingesetzt wird, der speziell nur die verschneite Fahr bahn erkennt. Ferner ist dieses Schrankensystem in einem gewissen Umfang redundant, da zumindest teilweise eine einfache Überprüfung der Ergebnisse erfolgen kann. Fällt in dem beschriebenen Beispiel etwa der Sensor zur Bestim mung der Fahrbahntemperatur aus, kann dennoch die ver schneite Fahrbahn über die beiden verbleibenden Informa tionen identifiziert werden.

Fig. 3 zeigt beispielhaft ein Reifenkennfeld 9, das meh rere Reifenkennlinien 10 für verschiedene Fahrbahnzustän de enthält. Eine Reifenkennlinie 10 ist eine Kurve in dem Reifenkennfeld 9, in der die Umfangskraft U als Funktion des Schlupfes s oder die Seitenkraft als Funktion des Schräglaufwinkels dargestellt sein kann. Ein Reifenkenn feld 9 ist allgemein ein Diagramm, in dem mehrere Reifen kennlinien 10 für unterschiedliche Parameter dargestellt sind. Beispielsweise können in dem Reifenkennfeld 9 Um fangskraft-Schlupf- oder Seitenkraft-Schräglaufwinkel- Kurven für verschiedene Radlasten abgebildet sein, wobei alle anderen Parameter konstant gehalten sind. Eine wei tere Möglichkeit sind zum Beispiel wie in Fig. 3 Umfangs kraft-Schlupf-Kurven für verschiedene Fahrbahnoberflä chen.

Im Rahmen der Erfindung werden als Parameter der Reifen kennlinie 10 bzw. des Reifenkennfelds 9 bevorzugt der Fahrbahnzustand und/oder die Radlast berücksichtigt. Wei tere oder andere vorteilhafte Parameter können beispiels weise die Querbeschleunigung, die Längsbeschleunigung, die Raddrehzahl oder der Sturzwinkel sein.

Bei der ersten Inbetriebnahme des Systems oder beispiels weise nach einem gewollten Zurücksetzen auf Anfangswerte enthalten die Reifenkennfelder 9 vorteilhafterweise einen Basissatz von Kennlinien 10, der noch nicht alle denkba ren Parameterkombinationen abdeckt. Die Basis-Reifenkenn linien bilden ein Basis-Reifenkennfeld, in dem in verein fachter, allgemeiner Weise Reifenkennlinien beispielswei se für wenige Fahrbahnzustände und/oder Radlasten abge speichert sind. Bei der ersten Inbetriebnahme können nur wenige Basis-Reifenkennlinien für einige wenige, ver schiedene Reifen-Fahrbahnkombinationen abgespeichert sein. Diese Kennlinien treffen für einen durchschnitt lichen Reifen zu und geben nicht exakt das Verhalten des tatsächlich aktuell montierten Reifens wieder. Das exakte Verhalten hängt u. a. vom Reifentyp, dem Profilzustand, dem Reifenluftdruck und anderen Parametern ab.

Die Basis-Kennlinienfelder sind ausreichend, da bei dem erfindungsgemäßen System eine Korrektur bzw. Adaption der abgelegten Kennlinien 10 durchgeführt wird. Dabei wird der Fahrbahnzustand berücksichtigt. Ferner können vor teilhafterweise auch die Reifenkennfelder 9 um weitere Reifenkennlinien 10 erweitert werden. Dabei können feh lende Parameterkombinationen zunächst durch Interpolation abgedeckt werden, die im Laufe der Betriebsdauer des Fahrzeugs durch eigene Reifenkennlinien 10 ersetzt wer den.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, daß die Reifen kennfelder 9 mindestens drei Basis-Reifenkennlinien bzw. Reifenkennlinien 10 für folgende Fahrbahnzustände umfas sen: trocken, feucht, naß, niedrige Wasserhöhe, hohe Was serhöhe, Schnee, Eis, loser Untergrund. Der Radlast einfluß und die Wechselwirkung zwischen Umfangs- und Sei tenkräften können beispielsweise aufgrund von Erfahrungs werten berücksichtigt werden.

Da das wirkliche Verhalten eines Reifens nicht exakt mit dem durch die Basiskennlinien beschriebenen Verhalten übereinstimmt, werden die Reifenkennlinien 10 und somit auch die Reifenkennfelder 9 während des Fahrbetriebs angepaßt, wobei auch eine Änderung des Reifenverhaltens, zum Beispiel durch Verschleiß, berücksichtigt wird. So lange normale Betriebszustände mit vergleichsweise nie drigen Längs- und Querbeschleunigungen bei vergleichswei se kleinen Umfangskraft-Schlupf- und Schräglaufwinkel- Werten vorliegen, kann bereits eine näherungsweise Anpas sung der Reifenkennlinien 10 erfolgen, sobald eine Abwei chung des aktuellen Kraftschlusses (bei einem vorliegen den kinematischen Zustand des Rades) von der ausgewählten Reifenkennlinie festgestellt wird, und damit eine nähe rungsweise Ermittlung der Kraftschlußgrenze 8 durchge führt werden. Dies ist möglich, obwohl der exakte Verlauf des tatsächlichen Reifenkennlinie 10 im Bereich großer Umfangskraft-Schlupf- und Schräglaufwinkel-Werte, d. h. bei vergleichsweise hohen Umfangs- und/oder Seitenkräften noch nicht bekannt ist.

In Fig. 4 ist veranschaulicht, wie nach einem besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung im Bereich der Fahr grenze des Fahrzeugs die Anpassung der Reifenkennlinien 10 bzw. die Ermittlung der Kraftschlußgrenze 8, 8a genau durchgeführt wird. Diese hochgenaue Anpassung erfolgt, sobald sich das Fahrzeug der Fahrgrenze nähert und der aktuelle Kraftschluß 4 sowie der kinematische Zustand der Räder möglicherweise nicht mehr zu der ausgewählten Rei fenkennlinie 10 paßt. Dadurch wird die Berechnung der Kraftschlußgrenze 8 um so genauer, je mehr sich das Fahr zeug der Fahrgrenze nähert.

Die Anpassung der Reifenkennlinie 10 kann allgemein erfolgen, sobald es zu Abweichungen zwischen dem berech neten, aktuellen Betriebspunkt 11 und der ursprünglich aus dem Kennfeldspeicher 7 ausgewählten Reifenkennlinie 10 kommt. Der Betriebspunkt 11 beschreibt dabei den Fahr zustand eines Fahrzeugs bzw. eines Reifens, dem eine bestimmte Umfangskraft U, ein bestimmter Umfangsschlupf s, eine bestimmte Seitenkraft und ein bestimmter Schräg laufwinkel zugeordnet werden können. Die Lage des Be triebspunkts in einem Reifenkennfeld 9 bzw. auf einer Reifenkennlinie 10 wird im Rahmen der Erfindung nicht notwendigerweise durch unmittelbare, direkte Messung von Umfangskraft U und Schlupf s bzw. Seitenkraft und Schräg laufwinkel ermittelt, sondern die genannten Größen werden aus dem Fahrdynamik-Simulationsmodell 3 zurückgerechnet, wobei die Auswahl der Reifenkennlinie 10 die Fahrbahner kennung 5 einbezieht.

Der Anfangsbereich 12 der Reifenkennlinie 10 kann nähe rungsweise weitgehend als linear betrachtet werden. Ins besondere in dem Anfangsbereich wird die Anpassung der Reifenkennlinie 10 bzw. die Ermittlung der Kraftschluß grenze näherungsweise sein.

Bei höheren Schlupfwerten, d. h. in der Nähe der nähe rungsweise zutreffenden Kraftschlußgrenze 8a, die durch den Maximalwert der ausgewählten Reifenkennlinie 10 bestimmt ist, verläßt die ausgewählte Kennlinie 10 da gegen den linearen Bereich. Eine Abweichung der ausge wählten Kennlinie 10 von der tatsächlich gültigen Kenn linie 14, aus der die tatsächliche Kraftschlußgrenze 8 bestimmt werden kann, kann auch in diesem Bereich dadurch festgestellt werden, daß der Betriebspunkt 11 nicht auf der ausgewählten Reifenkennlinie 10 liegt, sondern davon abweicht. Dies ist im nichtlinearen Fall für Betriebs punkte 11 der Fall, die oberhalb des Abweichungspunkts 13 liegen.

Der Abweichungspunkt 13 ist der Punkt auf der ausgewähl ten Reifenkennlinie 10, ab dem in Richtung zunehmender Schlupf- oder Schräglaufwinkelwerte die tatsächlich gül tige Reifenkennlinie von der ausgewählten Reifenkennlinie 10 bzw. von einem linearen Verlauf abweicht. Der Bereich, ab dem der Betriebspunkt 11 von der Reifenkennlinie 10 bzw. von einem linearen Verlauf abweicht, ist in Fig. 4 durch einen nach oben weisenden Pfeil dargestellt.

Sobald der Betriebspunkt 11 nicht mehr auf der ausgewähl ten Reifenkennlinie 10 liegt, wird die ausgewählte Rei fenkennlinie 10 korrigiert, so daß sich eine neue korri gierte Reifenkennlinie 14 ergibt. Diese angepaßte Reifen kennlinie 14 weicht dann beispielsweise von der ursprüng lich ausgewählten Kennlinie 10 ebenfalls ab dem Abwei chungspunkt 13 ab. Die Anpassung kann näherungsweise bereits im linearen Anfangsbereich erfolgen. Die Fest stellung einer Abweichung verbunden mit einer genauen Adaption der Reifenkennlinie bzw. Bestimmung der Kraft schlußgrenze ist vorzugsweise möglich, wenn der lineare Anfangsbereich 12 überschritten ist. Die genaue Adaption der Reifenkennlinie bzw. Bestimmung der Kraftschlußgrenze sind aber nicht nur in unmittelbarer Nähe der Kraft schlußgrenze, sondern bereits relativ frühzeitig im wei teren Bereich der Kraftschlußgrenze möglich.

Ein Abweichen des Betriebspunkts 11 von der ausgewählten Reifenkennlinie 10 bzw. ein Abweichen der Reifenkennlinie 10 von dem linearen Anfangsbereich kann zu einer gleiten den Korrektur der Kennlinie benutzt werden, wobei jede Abweichung zu einer Korrektur herangezogen wird. In man chen Ausführungsformen kann es aber auch zweckmäßig sein, wenn eine Korrektur erst durchgeführt wird, wenn die Ab weichung einen bestimmten Schwellwert übersteigt.

Die ausgewählte Reifenkennlinie 10 kann beim Erkennen einer Abweichung in eine korrigierte Reifenkennlinie 14 angepaßt werden, was beispielsweise mittels der theore tischen oder empirischen Kenntnis benachbarter Reifen kennlinien oder des grundsätzlichen Verhaltens von Fahr zeugreifen durchgeführt werden kann. Da die Anpassung der Reifenkennlinie 10 in eine korrigierte Reifenkennlinie 14 genauer erfolgen kann, insbesondere wenn sich das Fahr zeug der Fahrgrenze nähert, wird die Genauigkeit der Bestimmung der Kraftschlußgrenze 8 im Bereich der Kraft schlußgrenze 8 bzw. der Fahrgrenze erhöht.

Auf diese Weise ist eine näherungsweise Anpassung der Reifenkennfelder bei Betriebssituationen mit vergleichs weise niedrigen Längs- und Querbeschleunigungen und eine genaue Anpassung der Reifenkennlinien bei jeder Annähe rung an die Fahrgrenze möglich, unabhängig davon, ob die Fahrsituation kritisch ist oder nicht. Bei normalem Fahr betrieb erfolgt eine permanente, näherungsweise Abschät zung der aktuellen Kraftschlußgrenze. Nähert sich das Fahrzeug dem Grenzbereich, wird die Ermittlung der ak tuellen Kraftschlußgrenze genauer. Dadurch stehen dann präzise Daten zur Verfügung, sobald ein exakter Eingriff in das Fahrverhalten erforderlich wird.

Mit der Erfindung werden zuverlässige und genaue Informa tionen über den aktuellen Kraftschluß sowie die aktuelle Kraftschlußgrenze gegeben, bevor die Kraftschlußgrenze erreicht ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß nicht nur die aktuelle Kraftschlußgrenze, sondern auch der Verlauf der gültigen Reifenkennlinie vorliegt, um Extrapolationen des Fahrzeugverhaltens sowie bei einer eventuellen Fahrzeugregelung eine optimale Regelgüte zu ermöglichen. 1 Fahrdynamiksensor
2 Fahrbahnsensor
3 Fahrdynamik-Simulationsmodell
4 Kraftschluß
5 Fahrbahnerkennung
6 Kennlinienanpassung
7 Kennfeldspeicher
8 Kraftschlußgrenze
8a Kraftschlußgrenze der unkorrigierten Reifen kennlinie
9 Reifenkennfeld
10 Reifenkennlinie
11 Betriebspunkt
12 Anfangsbereich
13 Abweichungspunkt
14 korrigierte Reifenkennlinie
U Umfangskraft
s Schlupf

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen des Kraftschlusses (4) und/ oder der Kraftschlußgrenze (8) eines Reifens eines fahrenden Fahrzeugs, umfassend:
das Messen des Fahrzustands des Fahrzeugs mittels mehrerer Fahrdynamiksensoren (1),
das Ermitteln des Fahrbahnzustands mittels mindestens eines den Fahrbahnzustand detektierenden Fahrbahn sensors (2) und
das Auswerten der Daten der Fahrdynamiksensoren (1) und des Fahrbahnsensors (2), wobei ein Rechner mit tels eines Fahrdynamik-Simulationsmodells (3) den kinematischen Zustand des Rads und den Kraftschluß (4) bzw. unter Berücksichtigung mindestens eines ab gespeicherten Reifenkennfelds (9) mit Reifenkenn linien (10) die Kraftschlußgrenze (8) ermittelt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reifenkennlinien (10) ausgehend von einem An fangssatz an Basis-Reifenkennlinien im Laufe der Be triebszeit an das aktuelle Reifenverhalten angepaßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung der Reifenkennlinien (10) erfolgt, wenn auf Basis eines Vergleichs der Ergebnisse des Fahrdynamik-Simulationsmodells (3) und der Ermittlung des Fahrbahnzustands eine Abweichung von einer Rei fenkennlinie (10) erkannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Fahrbahnzustand mittels mehrerer, verschiedener Fahrbahnsensoren (2) ermittelt wird, wobei die von deren Signalen abgeleiteten Informa tionen mittels eines Schrankenverfahrens zur Eingren zung des Fahrbahnzustands ausgewertet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrbahnsensoren (2) mindestens drei der folgenden Typen umfassen: Luft temperatur, Fahrbahntemperatur, optische oder akustische Erkennung von Schnee oder Eis oder Wasser oder trockener Fahrbahn.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reifenkennfeld (9) Reifenkennlinien (10) in Form von Umfangskraft- Schlupf- und/oder Seitenkraft-Schräglaufwinkel-Kurven für bestimmte Fahrbahnzustände und/oder für unter schiedliche Radlasten umfaßt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reifenkennfeld (9) mindestens drei Basis-Reifenkennlinien bzw. Reifen kennlinien (10) für folgende Fahrbahnzustände umfaßt: trocken, feucht, naß, niedrige Wasserhöhe, hohe Was serhöhe, Schnee, Eis, loser Untergrund.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reifenkennfelder (9) nur eine geringe Gesamtanzahl von Reifenkennlinien (10), bevorzugt weniger als 40, besonders bevorzugt weniger als 20 Reifenkennlinien zum Bestimmen des Kraftschlusses (4) bzw. der Kraftschlußgrenze (8) um fassen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reifenkennfeld (9) im Laufe der Betriebszeit um Reifenkennlinien (10) für weitere Fahrbahnzustände erweitert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anpassen einer Rei fenkennlinie (10) eine oder mehrere weitere Reifen kennlinien eines oder mehrerer Reifenkennfelder (9) entsprechend angepaßt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrankenverfahren Informationen der Fahrdynamik-Simulationsrechnung berücksichtigt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrankenverfahren die Anfangssteigung der Kraftschlußkurve berücksich tigt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung der Reifen kennlinien (10) im Bereich normaler Betriebszustände des Fahrzeugs näherungsweise und im Bereich der Fahr grenze genau durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Kraft schlußgrenze (8) im Bereich normaler Betriebszustände des Fahrzeugs näherungsweise und im Bereich der Fahr grenze genau durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die genaue Anpassung bzw. Ermittlung durchgeführt wird, wenn der lineare Anfangsbereich (12) der ausgewählten Reifenkennlinie (10) über schritten ist.

15. Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung bzw. Ermittlung durchgeführt wird, wenn ein berechneter Betriebspunkt (11) von einer ausgewählten Reifenkennlinie (10) abweicht.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrdynamik-Simula tionsmodell (3) ein Echtzeit-Modell ist, mittels dessen von dem Rechner der aktuelle kinematische Zustand des Rades und/oder der aktuelle Kraftschluß (4) und/oder die aktuelle Kraftschlußgrenze (8) des Rads in Echtzeit berechnet wird.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Kraft schlusses (4) und/oder der Kraftschlußgrenze (8) Fahrdynamikparameter berücksichtigt, die von mittels der Fahrdynamiksensoren (1) gemessenen Daten abgelei tet werden.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Kraft schlusses (4) und/oder der Kraftschlußgrenze (8) achsweise erfolgt.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der bestimmten Kraftschlüsse (4) und/oder Kraftschlußgrenzen (8) aller Räder der Kraftschluß und/oder die Kraft schlußgrenze des gesamten Fahrzeugs bestimmt wird.

20. Vorrichtung zur Duchführung eines Verfahrens zum Be stimmen des Kraftschlusses (4) und/oder der Kraft schlußgrenze (8) eines Reifens eines fahrenden Fahr zeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfas send:
mehrere Fahrdynamiksensoren (1) zur Messung des Fahrzustands des Fahrzeugs,
mindestens einen den Fahrbahnzustand detektierenden Fahrbahnsensor (2) zur Ermittlung des Fahrbahnzu stands und
einen Rechner zum Auswerten der Daten der Fahrdyna miksensoren (1) und des Fahrbahnsensors (2), der mittels eines Fahrdynamik-Simulationsmodells (3) den kinematischen Zustand des Rads und den Kraftschluß (4) bzw. unter Berücksichtigung mindestens eines abgespeicherten Reifenkennfelds (9) mit Reifenkenn linien (10) die Kraftschlußgrenze (8) ermittelt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Anpassen der Reifenkennlinien (10) ausgehend von einem Anfangssatz von Basis- Reifenkennlinien im Laufe der Betriebszeit an das aktuelle Reifenverhalten ausgebildet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, verschiedene Fahrbahnsensoren (2) zum Ermitteln des Fahrbahnzustands vorgesehen sind und der Rechner zur Eingrenzung des Fahrbahnzustands unter Berücksichtigung der von den Signalen der Fahr bahnsensoren abgeleiteten Informationen und unter Anwendung eines Schrankenverfahrens ausgebildet ist.