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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschätzen der Reibung zwischen Straße und Reifen, um
eine Anpassung eines Kollisionsverhütungssystems an aktuelle Straßenreibungsbedingungen
zu ermöglichen.
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Technischer Hintergrund
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Die
Reibung zwischen Straße
und Reifen kann abgeschätzt
werden, indem die Längssteifigkeit überwacht
wird, wie im SAE-Artikel
2001-01-0796 beschrieben. Das Problem der Abschätzung der Reibung zwischen
Straße
und Reifen besteht darin, daß für niedrige
Anregungspegel, wie niedrige Drosselklappen- oder Bremspegel die
Abschätzung
unsicher wird.
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In
Kollisionsverhütungssystemen
wird die Gefahr, eine Kollision zu erleiden, fortlaufend abgeschätzt, wie
in den SAE-Artikeln 2001-01-0357 und 2002-01-0403 beschrieben. Dies
kann durch die Verwendung verschiedener Sensoren, wie Radar, Lidar und
anderer Sichtsysteme geschehen, die die Objekte vor dem Wirtsfahrzeug überwachen.
Ein Kollisionsverhütungssystem
führt einen
Eingriff durch, wenn die Kollisionsgefahr eine bestimmte Schwelle überschreitet.
In der Praxis wird der optimale Zeitpunkt für diesen Eingriff beträchtlich
durch die gegenwärtig
verfügbare
Reibung zwischen Straße
und Reifen beeinflußt.
Im folgenden Text schließt
der Ausdruck Kollisionsverhütungs-(CA-)System auch
Systeme zur Kollisionsminderung und Kollisionswarnung ein.
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Ein
Verfahren zum Abschätzen
der Reibung zwischen Straße
und Reifen ist aus
JP-A-07-132
787 bekannt. Gemäß dieses
Dokuments wird ein Straßenreibungsfaktor
bestimmt, wenn ein automa tischer Bremsvorgang durchgeführt wird,
um das Fahrzeug zu verzögern.
Diese Lösung
erfordert einen verhältnismäßig schnellen
Computer, da die Kollisionsverhütungsvorrichtung
schon betätigt
wird, wenn die Abschätzung
vorgenommen wird. Da diese Anordnung nur die Bremsen verwendet,
ist sie nicht zur Verwendung unter Bedingungen geeignet, wenn das
Fahrzeug nicht verzögert,
da eine unerwartete automatische Betätigung der Bremsen den Fahrer
stören kann.
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Ein
Verfahren gemäß des Oberbegriffs
des Anspruchs 1 ist aus
US-5513907 bekannt.
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Ein
durch die Erfindung zu lösendes
Problem ist es, eine Einrichtung bereitzustellen, um auf Anforderung
vom Entscheidungsmechanismus eines CA-Systems zu jeder Zeit einer
Reibungsabschätzung
durchzuführen.
Dies wird es ermöglichen,
die Leistung des CA-Systems in Situationen mit niedriger Reibung
zu verbessern, während
eine niedrige Empfindlichkeit gegenüber falschen Warnungen in Umgebungen
mit hoher Reibung bewahrt wird.
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Ein
weiteres zu lösendes
Problem ist es, eine Einrichtung bereitzustellen, um auf Anforderung
von einem CA-System zu jeder Zeit die Reibung zwischen Straße und Reifen
abzuschätzen,
ohne den Fahrer zu stören.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
obigen Probleme werden durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und den
jeweiligen abhängigen
Ansprüchen
gelöst.
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Die
Erfindung verwendet ein Gefahrabschätzungsmodul eines Kollisionsverhütungs-(CA)
Systems, um festzustellen, wann eine automatische Anregung der Kontaktflächen zwischen
Straße
und Reifen durchgeführt
werden soll, um die Abschätzung der
maximalen verfügbaren
Reibung zwischen Straße
und Reifen mit einer größeren Präzision zu
ermöglichen.
Die automatische Anregung wird durchgeführt, wenn die durch das CA-System
abgeschätzte
Kollisionsgefahr einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Dieser Grenzwert
ist niedriger als der Schwellenwert oder die Schwellenwerte, die
tatsächlich
einen CA-Eingriff oder eine Kollisionswarnung auslösen werden.
Die abgeschätzte
Reibung kann dann verwendet werden, um die Entscheidungsmechanismen
des CA-Systems zu beeinflussen. Es wird vorausgesetzt, daß der abgeschätzte maximale
Reibungspegel unmittelbar vor dem Fahrzeug derselbe wie die aktuellen
Bedingungen zur Zeit der Anregung oder ähnlich dazu sein wird.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschätzen der Reibung zwischen Straße und Reifen zwischen
den Reifen eines Radfahrzeugs und einer Straßenoberfläche. Das Verfahren weist die
Schritte auf:
- – Ausüben eines positiven Antriebsdrehmoments auf
beide Räder
an einer ersten Achse und eines gleichen und entgegengesetzten,
negativen Bremsdrehmoments auf mindestens ein Rad auf einer zweiten
Achse:
- – Messen
aktueller Werte der Fahrzeuggeschwindigkeit, Winkelbeschleunigung
des Rades auf der zweiten Achse und des negativen Drehmoments, das
auf das Rad ausgeübt
wird;
- – Bestimmen
eines aktuellen Reibungskoeffizienten unter Verwendung einer Reibungskoeffizientenbestimmungseinrichtung.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
kann das positive Drehmoment mittels einer Antriebseinheit, die
mit der ersten Achse verbunden ist, durch einen Antriebsstrang zum
Antreiben eines oder mehrerer Räder
auf der ersten Achse ausgeübt
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann
das negative Drehmoment durch Betätigen einer Bremseinrichtung
für das
mindestens eine Rad auf der zweiten Achse ausgeübt werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform können das
positive und das negative Drehmoment durch Versetzen eines Rotationsverhältnisses
zwischen der ersten und zweiten Achse um einen gleichen und entgegengesetzten
Betrag ausgeübt
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann
eine einstellbare Allradantriebs-(AWD-)Kupplung zu dem Zweck verwendet
werden, ein positives und negatives Drehmoment auszuüben. In
einem Fahrzeug mit einem normalerweise festen Rotationsverhältnis zwischen
den Vorder- und Hinterachsen wird das Drehmoment typischerweise
so verteilt, daß die
Vorderräder
unter Normalbedingungen mehr Traktionskraft aufweisen. Normalbedingungen
können als
eine verhältnismäßig konstante
Geschwindigkeit auf einer trockenen, ebenen Fläche, wie Asphalt definiert
werden. Die Vorn-/Hintenverteilung des Gesamtdrehmoments, das dem
Antriebsstrang durch eine Antriebseinheit, wie einen Verbrennungsmotor
oder einem Elektromotor zugeführt
wird, kann zum Beispiel 70/30 betragen. Durch Erhöhen des Drehmomentpegels
der AWD-Kupplung würde
das resultierende Drehmoment mit entgegengesetzten Vorzeichen an
den Vorder- und Hinterachsen auftreten, wodurch die Beschleunigungswirkung
auf das Fahrzeug als ganzes praktisch aufgehoben wird, jedoch immer
noch die Kontaktflächen
der Räder
auf beiden Achsen angeregt werden, um eine verhältnismäßig schnelle und präzise Reibungsabschätzung in einer
potentiell gefährlichen
Situation zu ermöglichen.
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Das
Verfahren umfaßt
das Versetzen des Rotationsverhältnisses
der Achsen durch Steuern von Ausgangsdrehmomentpegeln einer Allradantriebskupplung,
die mit den ersten und zweiten Achsen verbunden ist. Zu diesem Zweck
kann der Versatz des Rotationsverhältnisses zwischen den Achsen
2–5%,
vorzugsweise 3% betragen. Folglich kann im Vergleich zur normalen
Drehmomentverteilung eine Achse 3% mehr Drehmoment erhalten, während die
andere Achse 3% weniger Drehmoment erhält.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform könnte das
Rotationsverhältnis
zwischen den Achsen so festgelegt werden, daß es einen bestimmten Versatz
aufweist, zum Beispiel eine 3% höhere
Winkelgeschwindigkeit an der rückwärtigen der
ersten und zweiten Achsen.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine computerlesbare Speichervorrichtung,
in der Daten gespeichert sind, die Befehle repräsentieren, die durch einen
Computer ausführbar
sind, um eine Abschätzung
der Reibung zwischen Straße
und Reifen zwischen Reifen eines Radfahrzeugs und einer Straßenoberfläche bei
einer Anforderung von einem Kollisionsverhütungssystem durchzuführen, wobei
das Fahrzeug aufweist: mindestens zwei Achsen (1, 4), eine
Einrichtung zum Ausüben
eines positiven Antriebsdrehmoments (T1;
T3; T5) auf beide
Räder auf einer
ersten Achse, eine Einrichtung zum Ausüben eines gleichen und entgegengesetzten,
ne gativen Bremsdrehmoments (T2; T4; T6) auf mindestens
ein Rad auf einer zweiten Achse, eine elektronische Steuerung (ECU)
zur Steuerung der Anwendung des Drehmoments und eine Reibungskoeffizientenbestimmungseinrichtung
wie eine Auswertungsschaltung zur Bestimmung eines Schätzwertes
eines Reibungskoeffizienten (μ)
zwischen Straße
und Reifen.
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Die
computerlesbare Speichervorrichtung weist auf:
- – Befehle
zum Einleiten einer Prozedur zum Abschätzen der Reibung zwischen Straße und Reifen
bei einer Anforderung vom Kollisionsverhütungssystem;
- – Befehle
zur Anwendung eines positiven Antriebsdrehmoments auf beide Räder auf
einer ersten Achse;
- – Befehle
zur gleichzeitigen Anwendung eines gleichen und entgegengesetzten,
negativen Bremsdrehmoments auf mindestens ein Rad auf einer zweiten
Achse,
- – Befehle
zum Bestimmen eines Werts für
einen aktuellen Reibungskoeffizienten (μ) unter Verwendung einer Reibungskoeffizientenbestimmungseinrichtung;
- – Befehle
zum Übertragen
des Werts für
einen aktuellen Reibungskoeffizienten (μ) zum Kollisionsverhütungssystem.
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Durch
die Verwendung einer Reibungsabschätzung im Entscheidungsmechanismus
eines CA-Systems kann seine Leistung unter Bedingungen mit niedriger
Reibung verbessert werden, während seine
Unanfälligkeit
gegenüber
falschen Warnungen unter Bedingungen mit hoher Reibung bewahrt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
folgenden Text wird die Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Diese Zeichnungen werden nur zur Veranschaulichung
verwendet und begrenzen auf keinerlei Weise den Rahmen der Erfindung.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das mit einer Einrichtung
zum Abschätzen
der Reibung zwischen Straße
und Reifen gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung versehen ist;
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2 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das mit einer Einrichtung
zum Abschätzen
der Reibung zwischen Straße
und Reifen gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung versehen ist;
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3 einen
Ablaufplan, der die Prozedur zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten
zwischen Straße
und Reifen darstellt.
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Arten der Ausführung der Erfindung
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Vorderachse 1 und
zwei Vorderrädern 2, 3,
und einer Hinterachse 4 und zwei Hinterrädern 5, 6.
Jedes Rad ist mit einem Bremsbetätigungselement 7–10 versehen,
das von einem Hydraulikblock eines (nicht gezeigten) Hauptbremszylinders
mit Hydraulikdruck versorgt wird. Die Bremsbetätigungselemente 7–10 werden
einzeln durch eine Antiblockierbremssteuereinheit ABS gesteuert, die
durch Signalleitungen 11–14 Steuersignale
an die Bremsbetätigungselemente überträgt. Eine
elektronische Steuerung ECU empfängt
ebenfalls von einer Anzahl (nicht gezeigter) Drucksensoren Signale,
die den Hydraulikdruck in jedem Betätigungselement 7–10 repräsentieren.
Jedes Rad ist außerdem
mit Geschwindigkeitssensoren 15–18 versehen, die durch
Signalleitungen 19–22 Signale,
die die Geschwindigkeit jedes Rades 2, 3, 5, 6 repräsentieren, an
die elektronische Steuerung ECU übertragen.
Die elektronische Steuerung ECU ist durch eine Signalleitung 23 mit
der Antiblockierbremssteuereinheit ABS verbunden, was es der elektronischen
Steuerung ECU ermöglicht,
einzelne Bremsbetätigungselemente
zu steuern. Die elektronische Steuerung ECU ist ferner durch eine
Signalleitung 24 mit einer (nicht gezeigten) Steuereinheit
für eine
Antriebseinheit PU verbunden, was es der elektronischen Steuerung
ECU ermöglicht,
Signale zur Steuerung der Drehmomentabgabe der Antriebseinheit PU
zu empfangen und zu senden. Die empfangenen Signale können ein
Drehmomentsignal und/oder eine Motordrehzahl und ein augenblickliches
Kurbelwellenbeschleunigungssignal umfassen, was es ermöglicht, die
Drehmomentabgabe zu berechnen.
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Wenn
die Antriebseinheit ein Verbrennungsmotor ist, wird die elektronische
Steuerung ECU eine Drosselklappe oder eine ähnliche Vorrichtung steuern,
um die Drehmomentabgabe des Motors einzustellen.
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Die
elektronische Steuerung ECU enthält eine
Auswertungsschaltung, um beruhend auf den Signalen, die von den
obenerwähnten
Sensoren empfangen werden, einen Schätzwert des Reibungskoeffizienten μ zwischen
Straße
und Reifen zu berechnen.
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Das
Fahrzeug ist mit einem Kollisionsverhütungssystem versehen, das im
folgenden als CA-System bezeichnet wird, das feststellen kann, wann
eine automatische Anregung der Kontaktflächen zwischen Straße und Reifen
durchzuführen
ist, um den maximalen verfügbaren
Reibungskoeffizienten μ zwischen
Straße
und Reifen abzuschätzen.
Die automatische Anregung wird durchgeführt, wenn die durch das CA-System
abgeschätzte
Kollisionsgefahr einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Dieser Grenzwert
ist niedriger als der Schwellenwert oder die Schwellenwerte, die
tatsächlich
einen CA-Systemeingriff auslösen
werden. Der abgeschätzte
Reibungskoeffizient kann dann verwendet werden, um die Entscheidungsmechanismen
des CA-Systems zu beeinflussen.
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Die
Anordnung in 1 arbeitet wie folgt. Wenn die
durch das CA-System abgeschätzte
Kollisionsgefahr einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wird ein Signal
an die elektronische Steuerung ECU übertragen, um eine automatische
Anregung der Kontaktflächen
zwischen Straße
und Reifen durchzuführen,
um den maximalen verfügbaren
Reibungskoeffizienten μ zwischen
Straße
und Reifen abzuschätzen.
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Die
elektronische Steuerung ECU überträgt ein Signal
an die Antiblockierbremssteuereinheit ABS, um eines der Bremsbetätigungselemente 9, 10 an
der Hinterachse zu betätigen.
Gleichzeitig wird ein Signal an die Steuereinheit für die Antriebseinheit
PU übertragen,
um die Drehmomentabgabe T1 der Antriebseinheit
PU zu erhöhen.
Die elektronische Steuerung ECU wird dann die Bremskraft überwachen, die
auf das eine Hinterrad ausgeübt
wird, und das Bremsdrehmoment T2 mit einer
entsprechenden Erhö hung
des Drehmoments T1 von der Antriebseinheit PU
auf beide Vorderräder 2, 3 ausgleichen.
Auf diese Weise wird der Fahrer des Fahrzeugs keine Änderung
der Fahrzeuggeschwindigkeit oder eine unerwartete Beschleunigung
wahrnehmen, die durch die Betätigung
der Bremsen bewirkt wird, während
die Prozedur zum Abschätzen
des maximalen verfügbaren
Reibungskoeffizienten μ zwischen
Straße
und Reifen durchgeführt
wird.
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1 zeigt
auch eine Antriebswelle 25 von der Antriebseinheit PU zur
Hinterachse 4 an, wie es für ein hinterradangetriebenes
Fahrzeug es der Fall wäre.
In diesem Fall überträgt die elektronische
Steuerung ECU ein Signal an die Antiblockierbremssteuereinheit ABS,
um eines der Bremsbetätigungselemente 7, 8 an
der Vorderachse zu betätigen.
Gleichzeitig wird ein Signal an die Steuereinheit für die Antriebseinheit
PU übertragen,
um die Drehmomentabgabe T3 der Antriebseinheit
PU an die Hinterachse 4 zu erhöhen. Die elektronische Steuerung
ECU wird die Bremskraft überwachen,
die auf das eine Vorderrad ausgeübt
wird, und das Bremsdrehmoment T4 mit einer
entsprechenden Erhöhung
des Drehmoments T3 von der Antriebseinheit
PU an die beiden Hinterräder 5, 6 ausgleichen.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das im wesentlichen
so gestaltet ist, wie in Verbindung mit 1 beschrieben.
Der Hauptunterschied zwischen den Ausführungsformen ist, daß das in 2 gezeigte
Fahrzeug mit einer Allradantriebskupplung AWD zwischen den Vorder-
und Hinterachsen 1, 4 versehen ist. Die Antriebseinheit PU
treibt die Vorderräder 2, 3 durch
die Vorderachse 1 und die Hinterräder 5, 6 durch
einen Antriebsstrang an, der eine erste Antriebswelle 26,
eine Allradantriebskupplung AWD, eine zweite Antriebswelle 27 und
die Hinterachse 4 aufweist. Die Allradantriebskupplung
AWD verteilt die Drehmomentabgabe aus der Antriebseinheit PU so,
daß die
Vorderachse 1 70% und die Hinterachse 4 30% des
verfügbaren Drehmoments
erhält.
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Die
Anordnung in 2 arbeitet wie folgt. Wenn die
durch das CA abgeschätzte
Kollisionsgefahr es erfordert, daß eine automatische Anregung der
Kontaktflächen
zwischen Straße
und Rei fen durchgeführt
wird, um den maximalen verfügbaren Reibungskoeffizienten μ zwischen
Straße
und Reifen abzuschätzen,
wird ein Signal an die elektronische Steuerung ECU übertragen.
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Die
elektronische Steuerung ECU überträgt ein Signal
an die Allradantriebskupplung AWD, um eine Umverteilung des Drehmoments
durchzuführen. Wenn
ein negatives Bremsdrehmoments T6 auf die Vorderachse 1 ausgeübt wird,
wird der Hinterachse 4 gleichzeitig ein positives Antriebsdrehmoment
T5 zugeführt.
Auf diese Weise werden das positive bzw. das negative Drehmoment
T5 bzw. T6 durch
Versetzen des Rotationsverhältnisses
zwischen den Vorder- und Hinterachsen um einen gleichen und entgegengesetzten
Betrag ausgeübt.
Dies wird die Beschleunigungswirkung auf das Fahrzeug als ganzes praktisch
aufheben, bewirkt jedoch, daß die
Kontaktflächen
der Räder
auf beiden Achsen angeregt werden. Es kann dann eine verhältnismäßig schnelle Reibungsabschätzung durch
die Auswertungsschaltung in der elektronischen Steuerung ECU durchgeführt werden,
bevor die Drehmomentverteilung zur normalen Einstellung zurückkehrt.
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Der
Versatz des Rotationsverhältnisses
zwischen den Achsen kann 2–5%,
vorzugsweise 3% betragen. Folglich kann im Vergleich zur normalen Drehmomentverteilung
von 70/30% eine Achse 3% mehr Drehmoment erhalten, während die
andere Achse 3% weniger Drehmoment erhält.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
wird das Rotationsverhältnis
zwischen den Achsen so festgelegt, daß es einen bestimmten Versatz,
z.B. eine 3% höhere
Winkelgeschwindigkeit an der Hinterachse aufweist. Jedoch ist es
natürlich
möglich, die
Drehmomentverteilung umzukehren, so daß die Vorderachse eine höhere Winkelgeschwindigkeit
erhält.
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3 zeigt
einen Ablaufplan, der die Prozedur zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten
zwischen Straße
und Reifen darstellt. Die Prozedur wird eingeleitet, wenn eine durch
das CA-System abgeschätzte Kollisionsgefahr
einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Dieser Grenzwert wird niedriger als der Schwellenwert oder die Schwellenwerte
sein, die tatsächlich
einen CA-Eingriff oder eine Kollisionswarnung auslösen werden.
In einem ersten Schritt S1 übt
die elektronische Steuerung ECU gleichzeitig ein positives Antriebsdrehmoment
auf eine Achse des Fahrzeugs und ein gleiches und entgegengesetztes
negatives Bremsdrehmoment auf eine zweite Achse des Fahrzeugs aus.
Die Anwendung eines positiven und negativen Drehmoments ist ausgeglichen,
so daß die
Beschleunigungswirkung auf das Fahrzeug aufgehoben wird. In einem
zweiten Schritt S2 werden Sensormeßwerte von Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren,
Winkelbeschleunigungssensoren für
die Räder
und Sensoren, die Werte messen, die das negative Drehmoment repräsentieren,
an die elektronische Steuerung ECU übertragen. In einem dritten
Schritt S3 bestimmt eine Reibungsbestimmungseinrichtung, wie eine
Auswertungsschaltung einen abgeschätzten Reibungskoeffizienten μ zwischen
Straße
und Reifen. Die Auswertungsschaltung kann eine getrennte Einheit
sein oder in der elektronischen Steuerung ECU integriert sein. In einem
vierten Schritt S4 gibt die elektronische Steuerung ECU die Drehmomentsteuerung
frei, und der abgeschätzte
Reibungskoeffizient μ zwischen
Straße und
Reifen wird an das CA-System übertragen.
Der abgeschätzte
Reibungskoeffizient kann dann verwendet werden, um die Entscheidungsmechanismen des
CA-Systems zu beeinflussen.
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Die
Ausführungsform
der 2 ist außerdem
mit den Sensor- und
Steueranordnungen versehen, die in Verbindung mit 1 beschrieben
werden, wie angezeigt. Dies kann verwendet werden, um die elektronische
Steuerung ECU mit Rückmeldesignalen
zu versorgen, die es ermöglichen,
daß der
tatsächliche
Versatz der Drehmomentverteilung überwacht wird.
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Alternativ
kann die Anordnung auch verwendet werden, wie in Verbindung mit 1 beschrieben,
wenn der Vierradantrieb ausgekuppelt ist. Das Fahrzeug kann dann
entweder einen Vorder- oder Hinterradantrieb
verwenden. Die Allradantriebskupplung AWD kann auch ein Umschalten
zwischen den beiden Antriebsarten ermöglichen.
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Obwohl
die obigen Anordnungen für
ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Hydraulikbremssystem
beschrieben werden, kann die erfinderische Idee auch auf elektrisch
ange triebene Fahrzeuge mit Zwei- oder Vierradantrieb und elektrisch
betätigte
Bremsen angewendet werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
und kann innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche frei verändert werden.