EP1483143A1 - Verfahren zum ermitteln eines maximalen reibwertes - Google Patents

Verfahren zum ermitteln eines maximalen reibwertes

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EP1483143A1
EP1483143A1 EP03743341A EP03743341A EP1483143A1 EP 1483143 A1 EP1483143 A1 EP 1483143A1 EP 03743341 A EP03743341 A EP 03743341A EP 03743341 A EP03743341 A EP 03743341A EP 1483143 A1 EP1483143 A1 EP 1483143A1
Authority
EP
European Patent Office
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longitudinal
forces
slip
friction
vehicle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03743341A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich LÜDERS
Rainer Oehler
Thomas Raste
Hubertus Raitz Von Frentz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Publication of EP1483143A1 publication Critical patent/EP1483143A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60W40/06—Road conditions
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    • B60W2530/20—Tyre data

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a maximum coefficient of friction between the tire and road surface of a vehicle from force information that occurs when the tire and road surface come into contact.
  • the invention has for its object to determine the current maximum coefficient of friction regardless of the entry into a control system.
  • this object is achieved in that a generic method is carried out in such a way that values which represent the use of traction in the longitudinal and / or transverse direction, on the basis of measured and / or estimated variables, which are the current ones acting on the individual wheels and tires Longitudinal forces, lateral forces and the riot forces are reproduced, including the measured or calculated current state variables, which represent the slip angle and / or the slip angle speed and / or the longitudinal slip and / or the slow slip speed, are permanently determined, and the determined values are compared with threshold values and one Evaluation to determine the maximum Coefficient of friction including other auxiliary variables, such as longitudinal force, lateral force, contact force, longitudinal acceleration, lateral acceleration, vehicle mass and / or substitute variables are supplied if the comparison results fall below the threshold values.
  • Other auxiliary variables and / or substitute variables such as yaw rate, yaw acceleration, steering angle speed, wheel rotation speed and acceleration, are included in the method.
  • the method for determining the current maximum coefficient of friction is advantageous regardless of the entry into the control.
  • a coefficient of friction estimated in this way can advantageously be used for the detection of the driving dynamic limit range.
  • the method is characterized by the following steps: determining gradients of the adhesion utilization between the tire and the road in the longitudinal direction as a function of the slip or the slip speed,
  • a substitute value ⁇ 0 is used as the coefficient of friction.
  • the gradients are determined from the longitudinal and / or lateral forces standardized by the contact forces of at least one wheel or at least one vehicle axis and the slip angle or the slip angle speed or the slip or the slip speed of at least one wheel.
  • the gradients are advantageously determined from the longitudinal force normalized with the contact forces of at least one vehicle axle according to the relationship
  • the contact forces of an axle result from the sum of the contact forces of the wheels of an axle.
  • the model-based determination of the riot forces from driving and vehicle condition variables has the advantage that sensors for the detection of the riot forces can be omitted.
  • a microcontroller program product is advantageously provided, which can be loaded directly into the memory of a vehicle dynamics control, such as ESP, ACT, ABS (anti-lock braking system) control and the like, and comprises software code sections with which the steps according to one of claims 1 to 11 are carried out, if the product runs on a microcontroller.
  • the microcontroller program product is stored on a microcontroller suitable medium.
  • a microcontroller is a highly integrated component that integrates a microprocessor, program memory, data memory, input and output interfaces and peripheral functions (e.g. counters, bus controllers, etc.) on a chip.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the tire forces in a wheel-fixed coordinate system
  • Fig. 5 is a force-utilization riot force curve
  • 1 shows the tire forces in the wheel-fixed coordinate systems of a vehicle as an example.
  • the forces of the individual wheels which occur on the tires as a result of the tire roadway contact can be longitudinal or circumferential forces, lateral forces and / or wheel contact forces.
  • 1 shows longitudinal wheel forces F x and lateral forces Fy in the wheel-fixed coordinate systems of a vehicle. The forces are designated with indices. It applies
  • V front axle of the vehicle
  • the cutting forces of the individual wheels arising from the tire-road contact are used for the method.
  • suitable sensors such as sidewall torsion sensors, force measuring rims, surface sensors, application force / pressure determination from control signals of the brake actuator via a mathematical model or application force / pressure measurement of the brake actuator, (circumferential forces), travel sensors or pressure sensors for air springs or with a wheel load model can be generated from lateral and longitudinal acceleration information (contact forces) or derived indirectly from driving state variables using a mathematical model.
  • These forces can be longitudinal wheel forces, lateral forces and / or wheel contact forces.
  • longitudinal or lateral accelerations, wheel rotational speeds and accelerations, as well as engine torque and rotational speeds can be used as a substitute for the forces.
  • the signal information can be used either directly or as further processed information, eg filtered with different time constants.
  • FIG. 2 shows typical courses of the longitudinal force F x of a tire as a function of the longitudinal slip ⁇ (FIG. 2a) and the lateral force F y as a function of the slip angle a (FIG. 2b).
  • the method for determining the current maximum coefficient of friction makes use of the fact that the slope of these characteristic curves decreases with increasing utilization of the adhesion, ie with increasing longitudinal slip ⁇ or slip angle a. This also applies to combined loads in the longitudinal and transverse directions, for example braking in a curve. Only the maxima are shifted to higher slip or slip angle values. If one of the slopes C x or C y falls below defined thresholds, it is assumed that the maximum coefficient of friction between the tire and the road has been reached. This consideration can be carried out for each individual wheel of a vehicle or on an axle basis.
  • the axially Consideration will preferably be performed in transverse dynamic maneuvers. Differences in the coefficient of friction on the right and left play a subordinate role in transverse dynamic maneuvers.
  • the method which is shown in its basic structure in FIGS. 3 and 4, consists of three parts which build on one another:
  • Tire characteristics from the measured or calculated tire forces F x , F y , F z of at least one wheel or axially in approximation to F x from the measured or calculated engine torque, the engine speed, the
  • the coefficient of friction is used as the coefficient of friction /, i or axially as / 4na ⁇ , vA / HA>
  • the existing frictional utilization can either be direct from the tire forces (Kammscher Kreis) or indirectly from substitute variables such as longitudinal and lateral acceleration, engine torque, engine speed, brake pressure and wheel rotation speed and acceleration.
  • the coefficient of friction 4 ia x , v AH A is determined axially, a wheel-specific distribution of the coefficient of friction takes place as a function of the measured or calculated wheel contact forces F z , ⁇ .
  • the riot forces are either measured or, for example, determined using a model, e.g. with the vehicle mass in, the center of gravity height h and the acting lever arms (see Fig. 1)
  • the longitudinal force circumferential slip gradient C x results from the longitudinal slip ⁇ that can be determined from vehicle and wheel speeds
  • the gradient can be determined with the slip speed ⁇ .
  • the slip speed ⁇ can be determined from further auxiliary signals, such as the wheel rotation speed ⁇ R , the wheel rotation acceleration ⁇ R , the longitudinal vehicle speed v x , the longitudinal vehicle acceleration a x and the wheel radius r.
  • the size T A is the sampling time.
  • the lateral force slip angle gradient C y can be determined using a measured or estimated slip angle a. If the slip angle is not available, the gradient in the form of dF VM dt ⁇ ,
  • the slip angular velocity ⁇ can be determined from further auxiliary signals, cf. Embodiment.
  • the size T A is the sampling time.
  • a longitudinal force standardized by the axis can be determined from the longitudinal force and the contact force of the axis
  • the longitudinal force on the front axle can be approximately calculated from the brake pressure P B , VA as the sum of the brake pressures on the axle
  • An axially normalized lateral force can be approximately calculated from the lateral acceleration of the front axle a y , ra or rear axle a y , ra .
  • the lateral accelerations can be determined directly from the sensor information or calculated from derived signals, such as from the acceleration of the center of gravity, using the yaw rate and yaw acceleration.
  • the criterion for determining the coefficient of friction is fulfilled if one or more slip stiffness values fall below defined threshold values S xr S y , ie
  • the adhesion utilization ⁇ can be customized for each wheel
  • the maximum coefficient of friction is estimated individually for the wheel with the aid of the lateral force slip angle gradient.
  • the slip angle speed is determined axially
  • the lateral force slip angle gradient on each wheel is a function of the threshold value S a in the range 0.5-5 degrees / s, preferably 1 degree / s with C y0, preferably 0.3 1 / degree
  • the lateral force slip angle gradient C y is compared with the threshold value S y .
  • S y is in the range 0.02 to 0.06 1 / degree, the maximum adhesion utilization is
  • the coefficient of friction ⁇ k is the current utilization of the adhesion at the sampling time k according to Eq. (2.13) when viewed by wheels and Eq. (2.15) or (2.17) when viewed axially.
  • the coefficient of friction ⁇ k - ⁇ is the adhesion utilization in the previous sampling time.
  • the coefficient of friction ⁇ ma ⁇ , vA / HA is distributed along the characteristic force-dependent characteristic curve in FIG. 5 to the wheels of the corresponding axle.
  • This distribution takes into account the fact that when cornering, the force utilization and thus also the maximum coefficient of friction on the relieved inner wheel is always higher than on the loaded outer wheel Distribution curve is non-linear, e.g. exponential.
  • An axially determined maximum coefficient of friction of 1.0, for example, must be taken into account with a value of 1.8 on the inside of the curve and 0.9 on the outside of the curve, depending on the wheel load / load.

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Abstract

Heutige Fahrdynamikregelsysteme, wie z.B. ESP oder TCS benötigen im fahrdynamischen Grenzbereich für eine sichere Funktion eine Information über den aktuellen maximalen Reibwert (mu-max) zwischen Reifen und Fahrbahn. Ein bewährtes Vorgehen ist, nach Eintritt in die Regelung, die aktuelle Kraftschlussausnutzung als den maximalen Reibwert zu verwenden.Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Ermitteln des aktuellen maximalen Reibwertes (mu-max) unabhängig vom Eintritt in die Regelung. Das Verfahren ermittelt permanent Werte (C_x1, C_y), die die Kraftschlussausnutzung in Längs- und/oder Querrichtung darstellen, auf Basis von gemessenen und/oder geschätzten Grössen, die die auf die einzelnen Räder und Reifen wirkenden aktuellen Längskräfte (F_x), Seitenkräfte (F_y) sowie die Aufstandskräfte (F_z) wiedergeben,unter Einbeziehung von gemessenen oder berechneten aktuellen Zustandsgrößen, die den Schräglaufwinkel (alpha) und/oder die Schräglaufwinkelgeschwindigkeit (alpha) und/oder den Längsschlupf (gamma) und/oder die Längsschlupfgeschwindigkeit (gamma) wiedergeben. Die ermittelten Werte (C_x1, C_y) werden mit Schwellwerten (S_x1, S_y) verglichen und einer Auswertung zur Bestimmung des maximalen Reibwertes (mu-max) unter Einbeziehung von weiteren Hilfsgrößen zugeführt, wenn die Vergleichsergebnisse die Schwellwerte unterschreiten.

Description

Verfahren zum Ermitteln eines maximalen Reibwertes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines maximalen Reibwertes zwischen Reifen und Fahrbahn eines Fahrzeugs aus Kraftinformationen, die bei dem Kontakt zwischen Reifen und Fahrbahn auftreten.
Einleitung und Stand der Technik
Heutige Fahrdynamikregelsysteme, wie z.B. ESP (Elektronisches Stabilitäts Programm) oder TCS (Traction Control System) benötigen im fahrdynamischen Grenzbereich für eine sichere Funktion eine Information über den aktuellen maximalen Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn. Ein bewährtes Vorgehen ist, nach Eintritt in die Regelung, die aktuelle Kraftschlussausnutzung als den maximalen Reibwert zu verwenden (WO 96/16851) .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den aktuellen maximalen Reibwert unabhängig vom Eintritt in eine Regelung zu ermitteln.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein gattungsgemässes Verfahren so durchgeführt wird, dass Werte, die die Kraftschlussausnutzung in Längs- und/oder Querrichtung darstellen, auf Basis von gemessenen und/oder geschätzten Grossen, die die auf die einzelnen Räder und Reifen wirkenden aktuellen Längskräfte, Seitenkräfte sowie die Aufstandskrafte wiedergeben, unter Einbeziehung von gemessenen oder berechneten aktuellen Zustandsgrößen, die den Schräglaufwinkel und/oder die Schräglaufwinkelgeschwindigkeit und/oder den Längsschlupf und/oder die Langsschlupfgeschwindigkeit wiedergeben, permanent ermittelt werden, und die ermittelten Werte mit Schwellwerten verglichen und einer Auswertung zur Bestimmung des maximalen Reibwertes unter Einbeziehung von weiteren Hilfsgrößen, wie Längskraft, Seitenkraft, Aufstandskraft, Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung, Fahrzeugmasse und/oder Ersatzgrößen zugeführt werden, wenn die Vergleichsergebnisse die Schwellwerte unterschreiten. Einbezogen in das Verfahren sind weitere Hilfsgrössen und/oder Ersatzgrössen, wie Gierrate, Gierbeschleunigung, Lenkwinkelgeschwindigkeit, Raddrehgeschwindigkeit und -beschleunigung,
Längsgeschwindigkeit, Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung, ggf. Motordrehzahl, Motormoment, Motorträgheitsmoment, Wirkungsgrad, Radträgheitsmoment, Radradius, und Bremsdruck, die zur Ermittlung der Kräfte, der Schlupfänderung und/oder SchräglaufWinkeländerung herangezogen werden.
Vorteilhaft ist das Verfahren zur Bestimmung des aktuellen maximalen Reibwertes unabhängig vom Eintritt in die Regelung. Ein derart geschätzter Reibwert kann vorteilhaft zur Detektion des fahrdynamischen Grenzbereichs verwendet werden. Hiermit sind erweiterte ESP-Funktionalitäten, wie z.B. eine Schwimmwinkelregelung, oder TCS-Funktionalitäten möglich.
Dabei ist das Verfahren gekennzeichnet durch die Schritte: Ermitteln von Gradienten der Kraftschlussausnutzung zwischen Reifen und Fahrbahn in Längsrichtung als Funktion des Schlupfes oder der Schlupfgeschwindigkeit,
Ermitteln von Gradienten der Kraftschlussausnutzung zwischen Reifen und Fahrbahn in Querrichtung als Funktion des Schräglauf inkeis oder der SchräglaufWinkelgeschwindigkeit, Vergleichen der Gradienten mit Schwellwerten und Ermitteln des maximalen Reibwertes aus den Längs-, Seiten-, Aufstandskräften oder den Längskräften, den Aufstandskräften, der Querbeschleunigung, der Längsbeschleunigung, der Fahrzeugmasse und/oder Ersatzgrössen, wenn das Vergleichsergebniss die Schwellwerte unterschreitet.
Wenn ein Vergleichsergebnis ermittelt wird, bei dem der ermittelte Wert den Schwellwert nicht unterschreitet, wird ein Ersatzwert μ0 als Reibwert verwendet wird. Der Ersatzwert ist bevorzugt μ0 = 1.
Um Gradientenschwankungen durch variierende Aufstandskrafte Fz auszuschließen, erfolgt die Ermittlung der Gradienten aus den mit den Aufstandskräften normierten Längs- und/oder Seitenkräften mindestens eines Rades oder mindestens einer Fahrzeugachse und dem Schräglaufwinkel oder der Schräglaufwinkelgeschwindigkeit oder dem Schlupf oder der Schlupfgeschwindigkeit mindestens eines Rades. Dabei erfolgt vorteilhaft die Ermittlung der Gradienten aus der mit den Aufstandskräften normierten Längskraft mindestens einer Fahrzeugachse nach der Beziehung
Gl . ( 2 . 6) p ^x,VAIHA -t<x,n,VAtHA ~ p wobei d
Vorderachse des Fahrzeugs nach
Gl . ( 2 . 7 ) FxyA = -(- KByApByA - 2JRώR VA) und/oder die r
Längskräfte der Hinterachse des Fahrzeugs nach
Gl. (2.8) ,HA = -{MMigη -KB^pB,m - {2JR + JMig 2)ώR A) r bestimmt werden. Die Ermittlung der Gradienten aus der mit den Aufstandskräften normierten Seitenkraft mindestens einer Fahrzeugachse erfolgt nach der Beziehung Gl . (2 . 11 ) ay,VAIHA y,VA/HA g ά
Vorteilhaft werden die Längskraft-Umfangschlupf-Gradienten für mindestens ein Rad nach der Beziehung
und/oder die Seitenkraft-Schräglaufwinkel-Gradienten für mindestens ein Rad nach der Beziehung
ermittelt,
Zweckmässig ist, dass die Aufstandskrafte modellbasiert nach der Beziehung
bestimmt werden. Die Aufstandskrafte einer Achse ergeben sich aus der Summe der Aufstandskrafte der Räder einer Achse. Die modellbasierte Ermittlung der Aufstandskrafte aus Fahr- und Fahrzeugzustandsgrößen hat den Vorteil, dass Sensoren für die Erfassung der Aufstandskrafte entfallen können.
Weiterhin ist es vorteilhaft, .dass die maximale Kraftschlussausnutzung radindividuell nach der Beziehung
ermittelt wird und die maximale Kraftschlussausnutzung für die Hinterachse des Fahrzeugs nach der Beziehung
Gl . (2 . 15) HA oder für die Vorderachse des Fahrzeugs nach der Beziehung
Gl . ( 2 . 17 ) μVA ermittelt wird.
Vorteilhaft ist ein Mikrocontrollerprogrammprodukt vorgesehen, das direkt in den Speicher einer Fahrdynamikregelung, wie ESP, ACT, ABS (Antiblockiersyste ) -Regelung und dgl., geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Mirkrocontroller läuft. Das Mikrocontrollerprogrammprodukt ist auf einem mikrocontrollergeeigneten Medium gespeichert. Unter Mikrocontroller versteht man einen hochintegrierten Baustein, der auf einem Chip Mikroprozessor, Programmspeicher, Datenspeicher, Ein- und Ausgabeschnittstellen und Peripheriefunktionen (z.B. Counter, Bus-Controller, etc.) integriert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Aus ührungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Reifenkräfte in einem radfesten Koordinatensystem
Fig. 2 a)eine Kraftschlussausnutzungs-Schlupf-Kurve b) eine Krafschlussausnutzungs-Schräglaufwinkel-Kurve
Fig. 3 eine schematische Regelstruktur mit radweise ermittelten Gradienten
Fig. 4 eine schematische Regelstruktur mit achsweise ermittelten Gradienten
Fig. 5 eine Kraftschlussausnutzungs- Aufstandskraft -Kurve
In Fig. 1 sind die Reifenkräfte in den radfesten Koordinatensystemen eines Fahrzeugs beispielhaft dargestellt. Die durch den Reifen-Fahrbah -Kontakt an den Reifen auftretenden Kräfte der einzelnen Räder können Radlängs- bzw. umfangskräfte, Querkräfte und/oder RadaufStandskräfte sein. In Fig. 1 sind beispielhaft Radlängskräfte Fx und Querkräfte Fy in den radfesten Koordinatensystemen eines Fahrzeugs dargestellt. Die Kräfte werden mit Indices bezeichnet . Es gilt
H = Hinterachse des Fahrzeugs
V = Vorderachse des Fahrzeugs
R = rechts
L = links
1 = Abstand der Achse vom Schwerpunkt b = halbe Spurweite des Rades .
2. Beschreibung des Verfahrens
Für das Verfahren werden die durch den Reifen-Fahrbahn-Kontakt auftretenden Schnittkräfte der einzelnen Räder verwendet. Diese können z.B. durch geeignete Sensorik, wie z.B. Seitenwandtorsionssensoren, Kraftmessfelgen, Oberflächensensoren, Zuspannkraft-/druck- Bestimmung aus Ansteuersignalen des Bremsenaktuators über ein mathematisches Modell oder Zuspannkraft-/druck- Messung des Bremsenaktuators, (Umfangskräfte) , Federwegsensoren bzw. Drucksensoren bei Luftfedern oder mit einem Radlastmodell aus Quer- und Längsbeschleunigungsinformation (Aufstandskrafte) erzeugt werden oder indirekt aus Fahrzustandsgrößen über ein mathematisches Modell abgeleitet werden. Diese Kräfte können Radlängskräfte, Querkräfte und/oder RadaufStandskräfte sein. Näherungsweise können als Ersatz zu den Kräften gemessene oder geschätzte Längs- , Querbeschleunigungen, Raddrehgeschwindigkeiten und -beschleunigungen sowie Motormoment und -drehzahl verwendet werden. Die Signalinformation kann entweder direkt oder als weiterverarbeitete Information, z.B. mit unterschiedlichen Zeitkonstanten gefiltert, genutzt werden.
In Fig. 2 sind typische Verläufe der Längskraft Fx eines Reifens in Abhängigkeit des Längsschlupfes λ (Fig 2a) und der Querkraft Fy in Abhängigkeit des Schräglaufwinkels a (Fig 2b) dargestellt. Das Verfahren zur Bestimmung des aktuellen maximalen Reibwertes nutzt die Tatsache, dass die Steigung dieser Kennlinien bei zunehmender Kraftschlussausnutzung, d.h. bei zunehmendem Längsschlupf λ bzw. Schräglaufwinkel a , sinkt. Dies gilt ebenso für kombinierte Beanspruchungen in Längs- und Querrichtung, z.B. Bremsen in der Kurve. Lediglich die Maxima sind zu höheren Schlupf- bzw. Schräglaufwinkelwerten verschoben. Unterschreitet eine der Steigungen Cx oder Cy definierte Schwellen, so wird davon ausgegangen, dass der maximale Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn erreicht ist. Diese Betrachtung kann für jedes einzelne Rad eines Fahrzeuges oder auch achsweise durchgeführt werden. Die achsweise Betrachtung wird man bevorzugt in querdynamischen Manövern durchführen. Reibwertunterschiede rechts und links spielen in querdynamischen Manövern eine eher untergeordnete Rolle.
Das Verfahren, das in seiner Grundstruktur in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, besteht aus drei aufeinander aufbauenden Teilen:
Berechnung der Gradienten Cx und Cy (Steigung der
Reifenkennlinien) aus den gemessenen oder berechneten Reifenkräften Fx, Fy, Fz mindestens eines Rades oder achsweise in Näherung zu Fx aus dem gemessenen oder berechneten Motormoment, der Motordrehzahl, dem
Bremsdruck und der Raddrehgeschwindigkeit und -beschleunigung und in Näherung zu Fy aus der gemessenen oder berechneten
Querbeschleunigung ay mindestens einer Fahrzeugachse, dem gemessenen oder berechneten Schräglaufwinkel a oder alternativ der Schräglaufwinkelgeschwindigkeit ά
(SchräglaufWinkeländerung) > dem gemessenen oder berechneten
Längsschlupf λ oder alternativ der Schlupfgeschwindigkeit λ (Schlupfänderung) mindestens eines Rades , sowie weiterer Hilfsgrößen z.B. Gierrate ψ , Gierbeschleunigung ψ , Lenkwinkel δ , Lenkwinkelgeschwindigkeit δ , Raddrehgeschwindigkeit ωR , Raddrehbeschleunigung ώR , der Längsgeschwindigkeit vx, der Längsbeschleunigung ax sowie dem Radradius r.
Kriterien zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten 4ιax zwischen Reifen und Fahrbahn.
Durch Vergleich der berechneten Gradienten Cx oder Cy mit definierten Schwellen wird entschieden ob das Maximum der Kraftschlussausnutzung vorliegt und welcher Reibwert als Reibungskoeffizient verwendet wird.
Berechnung des Reibungskoeffizienten / ax
Sind die Kriterien nicht erfüllt, so erfolgt eine Standartvorgabe für den Reibungskoeffizient = to - Sind die Kriterien erfüllt, so wird die momentan vorhandene Kraftschlussausnutzung pro Rad als Reibungskoeffizienten / ,i oder achsweise als /4naχ,vA/HA> Die vorhandene Kraftschlussausnutzung kann entweder direkt aus den Reifenkräften (Kammscher Kreis) oder indirekt aus Ersatzgrößen, wie Längs- und Querbeschleunigung, Motormoment, Motordrehzahl, Bremsdruck und Raddrehgeschwindigkeit und -beschleunigung ermittelt werden. Bei einer achsweisen Bestimmung des Reibungskoeffizienten 4ιax,vAHA erfolgt zusätzlich eine radindividuelle Reibwertverteilung in Abhängigkeit der gemessenen oder berechneten RadaufStandskräfte Fz,ι.
2.1 Bestimmung der Gradienten Cx und Cy
2.1.1 Radweise Bestimmung der Gradienten aus den Reif nkräf en
Um Gradientenschwankungen durch variierende Aufstandskrafte Fz auszuschließen, werden die Längs- und Seitenkräfte mit der Aufstandskraft normiert, d.h.
Gl. (2.1) F = — F = y *■" p ' y'n F '
Die Aufstandskrafte werden entweder gemessen oder z.B. modellgestützt bestimmt, z.B. mit der Fahrzeugmasse in, der Schwerpunkthöhe h sowie den wirkenden Hebelarmen (vgl. Fig. 1)
Der Längskraft-Umfangsschlupf-Gradienten Cx ergibt sich mit dem aus Fahrzeug- und Radgeschwindigkeiten ermittelbaren Längsschlupf λ zu
dFXΛ
Gl. (2.3) C = x,n dFXM dt ΔF x.n 11 dλ dt dλ
Steht der Schlupf nicht zur Verfügung, so kann mit der Schlupfgeschwindigkeit λ der Gradient bestimmt werden. Die Schlupfgeschwindigkeit λ kann aus weiteren Hilfssignalen, wie der Raddrehgeschwindigkeit ωR , der Raddrehbeschleunigung ώR , der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx , der Fahrzeuglängsbeschleunigung ax sowie dem Radradius r ermittelt werden. Die Größe TA ist die Abtastzeit.
Gl. (2.4) = ώRr ωRr ' aχ
Der Seitenkraft-Schräglaufwinkel-Gradient Cy kann mit einem gemessenen oder geschätzten Schräglaufwinkel a bestimmt werden. Steht der Schräglaufwinkel nicht zur Verfügung, so kann mit der Schräglaufwinkelgeschwindigkeit ά der Gradient in Form von dFVM dt Δ ,
Gl. (2.5) c„=-a- y,n y,„» 1 da dt da Tä a
bestimmt werden. Die SchräglaufWinkelgeschwindigkeit ά kann aus weiteren Hilfssignalen ermittelt werden, vgl. Ausführungsbeispiel. Die Größe TA ist die Abtastzeit.
2.1.2 Achsweise Bestimmung der Gradienten
Eine achsweise normierte Längskraft kann aus der Längskraft und der Aufstandskraft der Achse nach
berechnet werden. Bei einem Standardantrieb kann die Längskraft an der Vorderachse näherungsweise aus dem Bremsdruck PB,VA als Summe der Bremsdrücke an der Achse, einem
Proportionalitätsfaktor KB,VA I dem Radträgheitsmoment JR/ dem Radradius r und der Raddrehbeschleunigung ώRyA (Mittelwert der Raddrehbeschleunigungen der Achse) < berechnet werden zu
Gl- (2-7) FxyA = -{- KByApByA - 2JRώR A )
Die Längskraft an der Hinterachse kann näherungsweise aus dem Bremsdruck PB,HA als Summe der Bremsdrücke an der Achse, einem Proportionalitätsfaktor KB,HA , dem Radträgheitsmoment JR, dem Radradius r und der Raddrehbeschleunigung ώR HA (Mittelwert der Raddrehbeschleunigungen der Achse) > dem Motormoment MM, dem Motorträgheitsmoment JM, dem Übersetzungsverhältnis als Verhältnis von Motordrehzahl zu Raddrehzahl ig = ωM l 'G)R>HA und dem Wirkungsgrad η berechnet werden zu
Gl. (2.8) Fx = )bRM )
Die Längssteifigkeit pro Achse ergibt sich aus
Eine achsweise normierte Seitenkraft kann näherungsweise aus der Querbeschleunigung der Vorderachse ay,ra oder Hinterachse ay,ra berechnet werden.
π - y-M + y' hr ~ _ mHAa y,HA _ ay,m Fz,h, + Fz FZ<HA mmg g
Die Querbeschleunigungen lassen sich direkt aus den Sensorinformationen ermitteln oder aus abgeleiteten Signalen, wie z.B. aus der Schwerpunktsbeschleunigung mit Hilfe der Gierrate und Gierbeschleunigung berechnen. Die Schräglaufsteifigkeit pro Achse ergibt sich mit der zeitlichen Ableitung der Querbeschleunigung zu Gl.(2.11) CyyA/HA =-^ g et
2.2 Kriterien zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten ^ιax
Das Kriterium zur Bestimmung der Reibungskoeffizienten ist erfüllt, wenn eine oder mehrere Schräglaufsteifigkeiten festgelegte Schwellwerte Sxr Sy unterschreiten, d.h.
Gl.(2.12) C„ < S,, i χ≡ { l..A,VA,HA }
2.3 Berechnung des Reibungskoeffizienten max
Sind die Kriterien nach Gl . (2.17) nicht erfüllt, so erfolgt eine Standardvorgabe für den Reibungskoeffizient 4,ax = μ0. Anderenfalls kann der maximale Reibungskoeffizient aus der Kraftschlussausnutzung sowie weiteren Hilfsgrößen wie im folgenden beschrieben bestimmt werden.
Bestimmung der Kraftschlussausnutzung
Die Kraftschlussausnutzung μ kann radindividuell mit
^FX 2 + F;
Gl. (2.13) μ =
oder achsweise mit der Fahrzeugmasse m aus dem dem Ansatz
Gl- ( -14) μVAFzyA + μHAF2m bestimmt werden zu
Für den Spezialfall, dass FXf VA klein ist, gilt
Für die Vorderachse gilt entsprechend
m^a] + a y,HA
Gl. (2.17) z,HA VA ~ ~ HA -Y-> ∞Ü HA = 4 x,HA +F z,VA F z.,VA ■ z,HA
Für den Spezialfall, dass FX/HA klein ist, gilt
3 Ausführungsbeispiel
Im Ausführungsbeispiel wird radindividuell der maximale Reibwert mit Hilfe des Seitenkraft-Schräglaufwinkel-Gradienten geschätzt. Die Schräglaufwinkelgeschwindigkeit wird achsweise bestimmt zu
Der Seitenkraft-Schräglaufwinkel-Gradient an jedem Rad ergibt sich in Abhängigkeit des Schwellwertes Sa im Bereich 0.5 - 5 Grad/s, vorzugsweise 1 Grad/s mit Cy0 vorzugsweise 0.3 1/Grad zu
Der Seitenkraft-Schräglaufwinkel-Gradient Cy wird mit dem Schwellwert Sy verglichen. Bei Cy < Sy , wobei Sy im Bereich 0,02 bis 0,06 1/Grad liegt, wird die maximale Kraftschlussausnutzung
radindividuell nach der Beziehung μ ermittelt. z
Der maximale Reibwert wird bestimmt zu
Der Reibwert μk ist die aktuelle Kraftschlussausnutzung zum AbtastZeitpunkt k nach Gl. (2.13) bei radweiser Betrachtung und Gl. (2.15) bzw. (2.17) bei achsweiser Betrachtung. Der Reibwert μk-ι ist die Kraftschlussausnutzung im vorherigen Abtastzeitpunkt .
Im Falle der achsweisen Betrachtung wird der Reibwert μmaχ,vA/HA entlang der Aufstandskraft-abhängigen Kennlinie in Fig. 5 auf die Räder der entsprechenden Achse verteilt. Diese Verteilung berücksichtigt, dass bei Kurvenfahrt die Kraftschlussausnutzung und damit auch der maximale Reibwert am entlasteten, inneren Rad stets höher ist als am belasteten, äusseren Rad. Die Verteilungskurve ist nichtlinear, z.B. exponentiell. Ein achsweise ermittelter maximaler Reibwert von z.B. 1.0 muß je nach Radentlastung/-belastung auf der Kurveninnenseite mit einem Wert von 1.8 und auf der Kurvenaussenseite mit 0.9 berücksichtigt werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln eines maximalen Reibwertes zwischen Reifen und Fahrbahn eines Fahrzeugs aus Kraftinformationen, die bei dem Kontakt zwischen Reifen und Fahrbahn auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass Werte, die die Kraftschlussausnutzung in Längs- und/oder Querrichtung darstellen, auf Basis von gemessenen und/oder geschätzten Grossen, die die auf die einzelnen Räder und Reifen wirkenden aktuellen Längskräfte, Seitenkräfte sowie die Aufstandskrafte wiedergeben, unter Einbeziehung von gemessenen oder berechneten aktuellen Zustandsgrößen, die den Schräglaufwinkel und/oder die
Schräglaufwinkelgeschwindigkeit und/oder den Längsschlupf und/oder die Langsschlupfgeschwindigkeit wiedergeben, permanent ermittelt werden, und die ermittelten Werte mit Schwellwerten verglichen und einer Auswertung zur Bestimmung des maximalen Reibwertes unter Einbeziehung von weiteren Hilfsgrößen, wie Längskraft, Seitenkraft, Aufstandskraft, Längsbeschleunigung, Querbeschleunigung, Fahrzeugmasse und/oder Ersatzgrößen zugeführt werden, wenn die Vergleichsergebnisse die Schwellwerte unterschreiten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte Ermitteln von Gradienten der
Kraftschlussausnutzung zwischen Reifen und Fahrbahn in Längsrichtung als Funktion des Schlupfes oder der Schlupfgeschwindigkeit,
Ermitteln von Gradienten der Kraftschlussausnutzung zwischen Reifen und Fahrbahn in Querrichtung als Funktion des Schräglaufwinkels oder der SchräglaufWinkelgeschwindigkeit, Vergleichen der Gradienten mit Schwellwerten und Ermitteln des maximalen Reibwertes aus den Längs-, Seiten, Aufstandskräften oder den Längskräften, den Aufstandskräften, der Querbeschleunigung, der Längsbeschleunigung, der Fahrzeugmasse und/oder Ersatzgrössen, wenn das Vergleichsergebniss die Schwellwerte unterschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Vergleichsergebnis, bei dem der ermittelte Wert den Schwellwert nicht unterschreitet, ein Ersatzwert als Reibwert verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Ermittlung der Gradienten aus den mit den Aufstandskräften normierten Längs- und/oder Seitenkräften mindestens eines Rades oder mindestens einer Fahrzeugachse und dem Schräglaufwinkel oder der Schräglaufwinkelgeschwindigkeit oder dem Schlupf oder der Schlupfgeschwindigkeit mindestens eines Rades.
5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Ermittlung der Gradienten aus der mit den Aufstandskräften normierten Längskraft mindestens einer Fahrzeugachse nach der Beziehung
Gl. (2.9) C 'xxyyAAlIHHAA ~ = mit τp
Gl. (2.
6) FXιlιyA/HA = 'VA/m wobei die
^z,VA/HA
Längskräfte der Vorderachse des Fahrzeugs nach Gl- (2.
7) Fx A = -(-KByApB A - 2JRώRyA) und/oder die r
Längskräfte der Hinterachse des Fahrzeugs nach
Gl. (2.
8) FXJIA = bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Ermittlung der Gradienten aus der mit den Aufstandskräften normierten Seitenkraft mindestens einer Fahrzeugachse nach der Beziehung
G (jI nΛ i ni) r ^y.VA/HA - ~ ayyAIHA 1 T • g a
Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskraft-Umfangschlupf-Gradienten für mindestens ein Rad nach der Beziehung
Gll. n (1.5,) r Cx = dF*>—» = dF*'» dt » ^ lr. dλ dt dλ TA λ und/oder die Seitenkraft-Schräglaufwinkel-Gradienten für mindestens ein Rad nach der Beziehung
ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufstandskrafte modellbasiert nach der Beziehung
bestimmt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Kraftschlussausnutzung radindividuell nach der Beziehung
ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Kraftschlussausnutzung achsweise nach der Beziehung
für die Hinterachse des Fahrzeugs oder
für die Vorderachse ermittelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Schritte
Ermitteln der Schräglaufwinkelgeschwindigkeit ά an der Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs nach Massgabe der Querbeschleunigung ay , der Längsgeschwindigkeit v^. , der
Gierbeschleunigung ψ , der Gierwinkelgeschwindigkeit ψ , der Lenkwinkelgeschwindigkeit δ und/oder dem Abstand zwischen dem Schwerpunkt und der Vorderachse lv bzw. der Hinterachse lh ,
Vergleichen der Schräglaufwinkelgeschwindigkeit ά mit Schwellwerten S ,
Ermitteln der Seitenkraft-Schräglaufwinkel-Gradienten Cy an jedem Rad in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebniss
Ermitteln des maximalen Reibwertes max nach den Beziehungen für die maximale Kraftschlussausnutzung (Gl.2.13, 2.15, 2.17), wenn Cy < Sy ist.
12. Mikrocontrollerprogrammprodukt, das direkt in den Speicher einer Fahrdynamikregelung, wie ESP, ASR, ABS-Regelung und dgl . , geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem MikroController läuft.
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