DE3516399A1 - Verfahren zum ermitteln des reibungskoeffizienten zwischen reifen und fahrbahn - Google Patents

Verfahren zum ermitteln des reibungskoeffizienten zwischen reifen und fahrbahn

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Description

WUESTHOFF-v. PECHMANN iBEHRENS-JGQETZ* V" bf·PHI1"PREDA ™EST«°"
♦* " "*■ -" '-31P1.-ING. GERHARD PULS (19J2-I971)
LUCAS INDUSTRIES 0^8000 MÜNCHEN 90
SCHWEIGERSTRASSE 2
lA-59 146 telefon: (089)662051
telegramm: protecti'atent
telex: 5 24070
telefax: via (089) 271 6063 (111)
Verfahren zum Ermitteln des Reibungskoeffizienten zwischen Reifen und Fahrbahn
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Reibungskoeffizienten (Haftbeiwertes) zwischen einem Fahrzeugreifen und der Fahrbahn, bei dem ein Teil der Räder des Fahrzeuges gebremst und aus deren Drehgeschwindigkeit ein Schlupf der Räder ermittelt wird.
Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 31 19 153 bekannt und dient dazu, dem Fahrer die Hafteigenschaften der Fahrbahn mitzuteilen. Bei der bekannten Anordnung wird den Bremsen zur Ermittlung des Haftbeiwertes einer Fahrbahn ein automatisch mittels der zu anderen Zwecken ohnehin vorgesehenen Antiblockieranlage ein ansteigender Testdruck zugeführt und bei Erreichen eines vorbestimmten Schlupfwertes unterhalb eines vorgegebenen Testdruckwertes wird ein Warn-Signal abgegeben.
Bei der aus der DE-OS 31 19 153 bekannten Anordnung wird der Haftbeiwert der Fahrbahn nur mit einem vorgegebenen Wert verglichen und die Anzeige informiert den Fahrer darüber, ob der Haftbeiwert größer oder kleiner als der vorgegebene Wert ist. Eine kontinuierliche Messung und Anzeige des Meßergebnisses erfolgt nicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren derart weiterzubilden, daß der Reibungskoeffizient zwischen den Reifen und der Fahrbahn genau gemessen und der tatsächliche Wert des Reibungskoeffizienten dem Fahrer mitgeteilt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeweils ein einziges 'Rad abgebremst wird und dessen Drehgeschwindigkeit mit der Drehgeschwindigkeit zumindest eines anderen, ungebremsten Rades verglichen wird.
Die Dosierung des Bremsdruckes für das einzelne Rad ist dabei so bemessen, daß die Geradeausfahrt des Fahrzeuges nicht beeinträchtigt ist. Insbesondere kann dabei der Bremsdruck und/oder die Brems-Zeitspanne automatisch als Funktion der Geschwindigkeit variiert werden.
Bevorzugt werden nacheinander die beiden nicht angetriebenen Räder des Fahrzeuges einzeln abgebremst und die reduzierte Drehgeschwindigkeit des abgebremsten Rades wird mit der des nicht abgebremsten Rades verglichen. Durch die selektive Abbremsung einzelner Räder ist es möglich, unterschiedliche Bereiche der Fahrbahn auf ihren Haftbeiwert zu untersuchen» Dem Fahrer wird der schlechtere der beiden Haftbeiwerte mitgeteilt. Auch kann dem Fahrer angezeigt werden, ob sich die an den beiden nicht angetriebenen Rädern ermittelten Reibungskoeffizienten um mehr als einen vorgegebenen Wert unterscheiden oder es können auch beide Meßergebnisse (Reibungskoeffizienten) getrennt angezeigt werden.
Der Wert des Reibungskoeffizienten wird erfindungsgemäß genau bestimmt. Hierzu wird das Bremsmoment aus dem Produkt aus Bremsdruck, Kolbenfläche der Bremszange, Reibwert des Belages und Rad-Radius bestimmt. Der Bremsdruck am gebremsten Rad wird direkt gemessen. Die Kolbenfläche der Bremszange ist eine Konstante. Der Reibwert des Belages ist temperaturabhängig,
weshalb in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dessen Temperatur gemessen wird. Ohne eine Bestimmung der Temperatur des Belages kann auch ein unterer Mittelwert für den Reibwert angesetzt werden. Der Rad-Radius ist wiederum eine Konstante.
Um die volle Seitenführungskraft aller Räder in einer Kurve zu behalten, ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Lenkwinkelschalter angebracht, der ein Einschalten des Meßsystems bei eingeschlagener Lenkung (Kurvenfahrt) verhindert.
Weiterhin ist eine Kontrolle vorgesehen, die ein Einschalten des Systems während einer Betriebsbremsung verhindert und ein sofortiges Abschalten des Systems bei einer Betriebsbrerasung bewirkt, um eine überlagerung der Betriebsbremsdrücke über die Bremsdrücke, die das Prüfsystem benötigt, zu verhindern.
Der zu ermittelnde Reibungskoeffizient ist bei einem gegebenen Bremsmoment dem Schlupf des gebremsten Rades umgekehrt proportional. Der Schlupf wird erfindungsgemäß derart ermittelt, daß die Drehgeschwindigkeiten des gebremsten sowie des ungebremsten Rades gemessen werden. Der Schlupf ergibt sich dann aus dem Quotienten aus der Differenz der beiden Drehgeschwindigkeiten und der Drehgeschwindigkeit des freien, ungebremsten Rades.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem oder den Reibungskoeffizienten und der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit ein maximaler Bremsweg ermittelt und angezeigt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der so ermittelte Bremsweg in einer an sich bekannten Radarabstandswarnanzeige aufgearbeitet und dem Fahrer wird angezeigt, ob der ermittelte Bremsweg bei der gefahrenen Geschwindigkeit ausreicht, um hinter dem vorherfahrenden Fahrzeug, dessen Geschwindigkeit durch die Radarabstandswarnanzeige ermittelt wurde, zum Stehen zu kommen, falls dieses Fahrzeug ebenfalls maximal abgebremst wird.
Die Ermittlung des Reibungskoeffizienten erfolgt entweder durch Betätigung einer Start-Taste seitens des Fahrers oder aber wahlweise in regelmäßigen Abständen automatisch.
Auch kann der erfindungsgemäß ermittelte Reibungskoeffizient in Beziehung zur momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit gesetzt werden. Bei Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes des Quotienten wird ein Warnsignal abgegeben, das dem Fahrer anzeigt, daß der Bremsweg eine vorgegebene, geschwindigkeitsabhängige Strecke überschreitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei einem Fahrzeug mit Antiblockiersystem mit wenig Aufwand durchführen, da dessen Pumpe oder Druckspeicher und Druck-Schaltventile für die einzelnen Räder verwendet werden können.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt ein Block-Schaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bremsen 10 (vorne, links), 12 (hinten, rechts), 14 (vorne, rechts) und 16 (hinten, links) werden über Schaltventile 18, 20 mit Druck aus einem Druckspeicher 22 beaufschlagt. Der Druckspeicher 22 gehört zu einem (nicht gezeigten) Antiblockiersystem, dessen Steuergerät über die Druckleitung 24 angeschlossen ist (s. z.B. DE-OS 31 19 153).
Das Bremspedal 26 ist in bekannter Weise mit den Schaltventilen 18, 20 sowie dem Antiblockiersystem verbunden.
Ein Prozessor 30 verarbeitet Meßergebnisse und steuert die Schaltventile 18, 20 für die einzelnen Bremsen 10-16.
Drucksensoren 32 ermitteln den Bremsdruck, insbesondere im gerade zur Ermittlung des Reibungskoeffizienten abgebremsten Rad. Das Meßergebnis wird in den Prozessor 30 eingegeben, welcher
daraus in der eingangs angegebenen Weise das Bremsmoment berechnet. Gegebenenfalls wird hierfür auch die Temperatur der
Reibbeläge mittels der Temperatur-Meßgeräte 38 gemessen.
Weiterhin wird die Außentemperatur abgefragt und bei bestimmten kritischen Temperaturen, z.B. geringer als +10C, kann die Meßeinrichtung automatisch eingeschaltet werden.
Mittels der Radgeschwindigkeitssensoren 34 wird der Schlupf des gerade abgebremsten Rades durch Vergleich von dessen Radgeschwindigkeit mit der eines nicht abgebremsten Rades ermittelt. Der Schlupf ergibt sich aus der Formel:
freies Rad gebremstes Rad
freies Rad
Der Reibungskoeffizient ist bei gegebenem Bremsmoment, welches in der eingangs angegebenen Weise gemessen bzw. berechnet wird, und bei gegebener Achslast, welche mittels des Achslast-Meßgerätes 36 ermittelt und in den Prozessor 30 eingegeben wird, dem gemessenen Schlupf umgekehrt proportional. Die exakten funktionalen Zusammenhänge können experimentell ermittelt werden, so
daß der Prozessor 30 mit den experimentellen Daten programmiert werden kann.
Feuchtigkeitsmeßgeräte 40 ermitteln die Luftfeuchtigkeit im Bereich des Rades und können bei Erreichen einer bestimmten
Feuchtigkeit, z.B. 90%, das Meßprogramm automatisch in bestimmten Zeitintervallen abrufen.
über eine vom Fahrer zu betätigende Starttaste, welche über die Leitung 42 mit dem Prozessor 30 verbunden ist, wird die Meß-Routine ausgelöst.
--JET.-.
Die Leitung 50 führt zu den Bremslichtern oder dem Bremslicht-Schalter, um ein Einschalten der Meßeinrichtung zu verhindern, wenn die Betriebsbremse betätigt wird.
Mit dem Bezugszeichen 44 ist eine Leitung für Zusatzgeräte angedeutet. Als Zusatzgerät kann eine Anzeige-Einrichtung für den momentanen, durch den Reibungskoeffizienten und die Geschwindigkeit definierten Bremsweg vorgesehen sein.
Als Zusatzgerät kann auch eine Radarwarnanzeige angeschlossen sein (DE-OS 26 55 619), die bei Unterschreiten eines gefährlichen Reibungskoeffizienten und Unterschreiten eines gewissen Mindestabstandes eine Zwangsbremsung auslöst.
Als Eingang 52 ist ein Lenkwinkelschalter vorgesehen, der das Einschalten der Meßeinrichtung verhindert, wenn ein bestimmter Lenkwinkeleinschlag überschritten wird.
Eine Warnsignal-Anzeigeeinrichtung 46 leuchtet auf und/oder gibt ein Tonsignal ab, wenn der erfindungsgemäß ermittelte Reibungskoeffizient in Abhängigkeit von der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Daneben wird der gemessene Reibungskoeffizient direkt und kontinuierlich über die Reibungskoeffizienten-Anzeigeeinrichtung 48 mitgeteilt. Es ist auch möglich, eine digitale Anzeigeeinrichtung 48 nicht in Einheiten des Reibungskoeffizienten, sondern in Einheiten des Bremsweges zu eichen.

Claims (19)

PATENTANWÄLTE-*,---; ,'\ΐ pr.-ing. franz vuesthoff WUESTHOFF-v.PECHMANN-3EHREt^S-CÖET2 ':" D?-PHIl~FREDA ■ · - -- -.BiPL1-IN EUROPEAN PATENT ATTORNEYS dipl.-chem. or.ε. Freiherr von pechmann 35 1 63 99 DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT GOET2 D-8000 MÜNCHEN 90 LUCAS INDUSTRIES SCHWEIGERSTRASSE 2 lA-59 146 telefon: (089)662051 TELEGRAMM: PROTECTPATENT telex: j 24070 telefax: via (089) 2 71 60 63 (111) Patentansprüche :
1. Verfahren zum Ermitteln des Reibungskoeffizienten zwischen einem Fahrzeugreifen und der Fahrbahn, bei dem ein Teil der Räder des Fahrzeuges gebremst und aus deren Drehgeschwindigkeit ein Schlupf der Räder ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils ein einziges Rad abgebremst und dessen Drehgeschwindigkeit mit der Drehgeschwindigkeit zumindest eines anderen, ungebremsten Rades verglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß nacheinander zumindest zwei Räder des Fahrzeuges selektiv abgebremst werden, deren Drehgeschwindigkeit jeweils mit der von zumindest einem anderen, nicht abgebremsten Rad verglichen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein nicht angetriebenes Rad abgebremst wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei nicht angetriebene Räder nacheinander abgebremst werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit des gerade gebremsten Rades mit der des gerade nicht gebremsten Rades verglichen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung des Reibungskoeffizienten das am abgebremsten Rad herrschende Bremsmoment, die Radlast und der aus dem Vergleich der Drehgeschwindigkeiten der gebremsten und ungebremsten Räder gewonnene Schlupf des gebremsten Rades berücksichtigt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, !
daß bei der Ermittlung des am gebremsten Rad herrschenden Bremsmomentes der Reibwert der Beläge durch insbesondere Messungen von deren Temperatur berücksichtigt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die am gebremsten Rad wirkende Achslast gemessen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsung am ausgewählten Rad mit einem Bremsdruck und über eine Zeitspanne erfolgt, die so bemessen sind, daß die Geradeausfahrt des Fahrzeuges nicht erheblich gestört wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennze ichnet, daß der Bremsdruck und/oder die Brems-Zeitspanne automatisch als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Warn-Signal bei Unterschreiten eines vorgegebenen Reibungskoeffizienten abgegeben wird, wobei bei Messung mehrerer Reibungskoeffizienten der kleinste Meßwert herangzogen wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Warn-Signal bei überschreiten einer vorgegebenen maximalen Differenz der Reibungskoeffizienten verschiedener Räder abgegeben wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem Reibungskoeffizienten und der Fahrzeuggeschwindigkeit ein zu erwartender Bremsweg ermittelt und angezeigt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ermittlung des Reibungskoeffizienten durch eine von Hand betätigbare Start-Taste eingeleitet wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 13,
dadurch gekennz e ichnet,
daß ein ermittelter maximaler Bremsweg in einer Radarabstandswarnanzeige verarbeitet wird und bei Unterschreiten eines kritischen Abstands eine Warnung ausgelöst wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Unterschreiten eines bestimmten Abstandes eine Zwangsbremsung ausgelöst wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ab einem bestimmten Lenkwinkeleinschlag ein Auslösen der Meßvorrichtung verhindert wird.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Oberschreiten einer bestimmten Luftfeuchtigkeit, z.B. 90%, das Meßverfahren automatisch periodisch ausgelöst wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten einer bestimmten Temperatur, z.B. +20C, das Meßverfahren automatisch eingeleitet wird.
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