EP2864165A1 - Messeinrichtung zum messen eines reibungskoeffizienten an einem antriebsrad - Google Patents

Messeinrichtung zum messen eines reibungskoeffizienten an einem antriebsrad

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Publication number
EP2864165A1
EP2864165A1 EP14738384.8A EP14738384A EP2864165A1 EP 2864165 A1 EP2864165 A1 EP 2864165A1 EP 14738384 A EP14738384 A EP 14738384A EP 2864165 A1 EP2864165 A1 EP 2864165A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
measuring device
pass filter
electric motor
hertz
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14738384.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Olena IVANOVA
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP2864165A1 publication Critical patent/EP2864165A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
    • B60T8/172—Determining control parameters used in the regulation, e.g. by calculations involving measured or detected parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T2210/00—Detection or estimation of road or environment conditions; Detection or estimation of road shapes
    • B60T2210/10—Detection or estimation of road conditions
    • B60T2210/12—Friction

Definitions

  • Measuring device for measuring a friction coefficient on a drive wheel
  • the invention relates to a measuring device for measuring a road friction of a vehicle wheel according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a suitably equipped electric motor according to the preamble of claim 9.
  • a drive with at least one electric motor as
  • Electric drive designates. Generic electric drives are typically controlled by a regulation. If the engine power is large, conventional electronic power actuators are switched between the controller and the electric motor. These are considered here as part of the electric drive.
  • control of the electric drive in the form of a speed, torque, position, speed or more variable control is executed.
  • control of the electric drive in the form of a speed, torque, position, speed or more variable control is executed.
  • the skilled person also separate components for the inputs and
  • Monitoring devices also known as an energy source in the form of a network connection, a generator in the form of a fuel cell or a rechargeable battery or double-layer capacitor, for example in the form of so-called ultra or supercaps.
  • Electric motor vehicles Vehicles that have such an electric drive and are not tied to rails are known in the automotive industry as electric motor vehicles.
  • the terms used for different types of electric vehicles in the art are extensive, but at the present time little systematic and ambiguous.
  • the term “electric motor vehicle” is therefore to be used in its comprehensive sense, which is called hybrid electric motor vehicles, which have an additional,
  • non-electric drive system - such as an internal combustion engine - without having direct mechanical connection to the drive train expressly includes.
  • the problem in this context is to ensure the highest possible driving safety.
  • the contact between the vehicle and the roadway only by several approximately palm-sized areas, the
  • DE 10 2009 022 592 A1 therefore proposes a method for determining the road friction coefficient during operation of a motor vehicle, which also appears to be fundamentally suitable for use in electric motor vehicles.
  • the tire return torques of the wheels of an axle are measured or determined from measured variables in accordance with this approach.
  • the lateral forces and / or the lateral acceleration are determined on these wheels.
  • the invention therefore has the task of a structurally simplified
  • Such an electric motor may for example be a wheel near electric motor.
  • Wheel near electric motors can be arranged on a chassis component or, although less frequently, on a body part.
  • wheels are close to electric motors a wishbone arranged, wherein the electric motor at one end fixed to the
  • a shaft transmits the moment of the electric motor to a drive wheel.
  • the wheel near the electric motor can each have a shaft at both ends which transmit the torque of the electric motor to the opposite wheels of a vehicle axle.
  • such an electric motor can also be a wheel hub motor. This is directly integrated in a vehicle wheel of the electric motor vehicle and at the same time carries its associated wheel hub. A part of the electric motor can therefore transmit the torque generated by this, waiving a classic drive train directly to the revolving around it with the vehicle. Since the driving of the electric motor
  • Components of a conventional drive train are attenuated, they act directly on the vehicle wheel adjacent to the electric motor and induce in this a high-frequency alternating current, which can manifest itself in a measurable alternating component of the voltage dropping between the poles of the electric motor.
  • the evaluation circuit determines at least the road friction based on at least that of the
  • Transducer detected AC voltage component wherein the transducer detects the AC voltage component of the voltage applied to the electric motor total voltage.
  • the transducer can be based on a between a
  • Voltage input and a voltage output arranged high-pass filter circuit can be realized, due to their configuration of only
  • Such a high-pass filter circuit can be realized in a straightforward manner by means of an ohmic resistance and a capacitor of known electrical capacity connected in series with the wished one
  • Substantially linear, time-invariant system which allows the developer, in view of his simple transformation equations, to flexibly design the system behavior by means of familiar configuration parameters at comparatively low unit costs.
  • the cut-off frequency of the high-pass filter circuit based on such an RC element can be structurally varied within a wide range by suitable dimensioning of the capacitor. From this point of view, it is advisable to choose a capacity that allows the filter to pass especially AC components in the frequency range above 25 Hertz, since voltage components of corresponding frequencies are to be fed to the evaluation as an indication of increased road friction of the vehicle wheel.
  • the capacities of the individual high passes should be chosen so that each has a different cutoff frequency.
  • Circuit alternative digitizing the sensor supplied by the sensor Analog signal allowed by detecting the exceeding of a predetermined reference voltage By suitable concatenation of a plurality of such comparators can be even gradations of the voltage amplitude
  • comparator may be considered the use of a Schottky diode, which allows a safe rectification of the AC voltage component even at high voltage frequencies.
  • a correspondingly designed evaluation circuit thus enables the construction of a measuring device which can be integrated into fast TTL logic circuits by means of powerful MOSFETs.
  • Fig. 1 shows the simplified circuit diagram of a measuring device according to the invention
  • Fig. 2 is a line diagram of the functional relationship between a
  • Figure 1 illustrates the structure of a measuring device 1 according to an exemplary embodiment of the invention for measuring a road friction. According to DIN 1319
  • a measuring device the entirety of all measuring devices and additional devices for detecting the frictional forces is used here
  • the measuring device 1 of Figure 1 is connected according to the invention with an electric motor 2, in particular with a wheel hub or wheel near electric motor of the electric motor vehicle.
  • an electric motor 2 in particular with a wheel hub or wheel near electric motor of the electric motor vehicle.
  • Vehicle wheel detectable electrical alternating currents within the electric motor 2 is able to induce.
  • this phenomenon manifests itself in the form of a superposition of falling between the electrical poles of the motor 2 DC voltage by periodic voltage fluctuations, which as a result to a skilled in the art
  • a measured value sensor 3, 4, 5 connected to the electric motor 2 via a voltage input 13, 14 serves in the given embodiment to isolate three alternating voltage components 9, 10, 11 contained in the total voltage 12
  • the transducer 3, 4, 5 comprises a parallel connection of three electrical filters, which the total voltage 12 depending on the voltage frequency f of the AC voltage components 9, 10, 11 in their
  • the filters used are so-called high-pass filter circuits 15, 16; 17, 18; 19, 20, also known as high passes or depth locks, let the AC components 9, 10, 11 of a frequency / above their respective cutoff frequency pass almost unattenuated and attenuate lower frequencies.
  • Embodiment put as so-called high passages first order in each case of an ohmic resistance 15, 17, 19 and a respective resistor 15, 17, 19 connected in series electrical capacitance 16, 18, 20 in the form of a capacitor together.
  • the constructional reactance of the capacitor blocks the flow of current through the high-pass filter circuits 15, 16; 17, 18; 19, 20.
  • the cut-off frequencies of the high-pass filter circuits 15, 16; 17, 18; 19, 20 are selected by dimensioning the respective capacitances 16, 18, 20 such that the alternating voltage component 9 dropping at the first voltage output 21, 22 has a voltage frequency f between 20 and 25 hertz, the alternating voltage component 10 dropping at the second voltage output 23, 24 Voltage frequency f between 28 and 30 hertz and at the third voltage output 25, 26 falling
  • AC voltage component 11 has a voltage frequency / "between 35 and 40 Hertz.
  • the voltage frequencies said f are chosen as an example and can practice due also differ by up to five Hertz.
  • the voltage frequencies f are not limited to low voltage frequencies f. Likewise, the
  • the said AC voltage components 9, 10, 11 are on the
  • FIG. 2 illuminates a functional relationship between the voltage frequency f and the voltage amplitude Q of the alternating voltage component 9, 10, 11 on which the evaluation circuit 6, 7, 8 is based, with different coefficients of friction ⁇ 1, ⁇ 2 , ⁇ 3.
  • the diagonal auxiliary lines of the diagram illustrate that the
  • Voltage amplitude Q increases approximately linearly with increasing voltage frequency f.
  • Voltage frequency f allows the evaluation circuit 6, 7, 8, the distinction between three different friction coefficients ⁇ , ⁇ 2 , ⁇ 3 , where a higher
  • Amplitude gradient is considered an empirical indication of increased road friction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung (1) zum Messen einer Fahrbahnreibung (μ 1 , μ 2 , μ 3 ) eines von einem Elektromotor (2) angetriebenen Fahrzeugrads, wobei die Messeinrichtung (1) einen Messwertaufnehmer (3, 4, 5) zum Aufnehmen eines Messwerts an dem Fahrzeugrad des Elektrokraftfahrzeugs und eine Auswertungsschaltung (6, 7, 8) zum Auswerten des Messwerts umfasst. Eine konstruktive Vereinfachung ergibt sich, wenn der Messwertaufnehmer (3, 4, 5) einen Wechselspannungsanteil (9, 10, 11) einer über dem Elektromotor (2) abfallenden Gesamtspannung (12) erfasst; und die Auswertungsschaltung (6, 7, 8) die Fahrbahnreibung (μ 1 , μ 2 , μ 3 ) aus dem erfassten Wechselspannungsanteil (9, 10, 11) ableitet.

Description

Messeinrichtung zum Messen eines Reibungskoeffizienten an einem Antriebsrad
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zum Messen einer Fahrbahnreibung eines Fahrzeugrads nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner einen entsprechend ausgestatteten Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
In der Antriebstechnik wird ein Antrieb mit mindestens einem Elektromotor als
Elektroantrieb bezeichnet. Gattungsgemäße Elektroantriebe werden dabei typischerweise von einer Regelung geregelt. Sofern die Motorleistung groß ist, werden herkömmliche elektronische Leistungsstellglieder zwischen die Regelung und den Elektromotor geschaltet. Diese werden vorliegend als Bestandteil des Elektroantriebs erachtet.
Häufig ist die Regelung des Elektroantriebs in Gestalt einer Drehzahl-, Drehmoment-, Lage-, Geschwindigkeits- oder mehrvariablen Regelung ausgeführt. Für den praktischen Betrieb sind dem Fachmann zudem gesonderte Komponenten für das Ein- und
Ausschalten des Antriebs sowie notwendige Sicherungs- und
Überwachungseinrichtungen, ferner eine Energiequelle in Form eines Netzanschlusses, eines Generators etwa in Gestalt einer Brennstoffzelle oder auch eines Akkumulators oder Doppelschichtkondensators etwa in Form sogenannter Ultra- oder Supercaps bekannt.
Fahrzeuge, die über einen derartigen Elektroantrieb verfügen und nicht an Schienen gebunden sind, sind in der Fahrzeugtechnik als Elektrokraftfahrzeuge bekannt. Die für unterschiedliche Gattungen von Elektrokraftfahrzeugen in Fachkreisen verwendeten Bezeichnungen sind umfangreich, zum gegenwärtigen Zeitpunkt jedoch wenig systematisiert und nicht eindeutig. Im vorliegenden Zusammenhang soll der Begriff „Elektrokraftfahrzeug" daher in seinem umfassenden Wortsinn verwendet werden, welcher sogenannte Hybridelektrokraftfahrzeuge, die über ein zusätzliches,
nichtelektrisches Antriebssystem - etwa eine Verbrennungskraftmaschine - ohne unmittelbare mechanische Verbindung mit dem Antriebsstrang verfügen, ausdrücklich einschließt. Problematisch ist in diesem Zusammenhang die Gewährleistung einer möglichst hohen Fahrsicherheit. So wird bei herkömmlichen Elektrokraftfahrzeugen der Kontakt zwischen Fahrzeug und Fahrbahn nur durch mehrere etwa handtellergroße Flächen, den
Radaufstandsflächen, vermittelt. Die Kraftentstehung in diesen Kontaktflächen ist somit für die Fahrdynamik von besonderem Interesse.
Zu Erhöhung der Fahrsicherheit schlägt die DE 10 2009 022 592 A1 daher ein Verfahren zur Ermittlung des Fahrbahnreibwerts während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs vor, welches auch zum Einsatz bei Elektrokraftfahrzeugen grundsätzlich geeignet erscheint. Zur Ermittlung des Fahrbahnreibwerts während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs werden gemäß diesem Ansatz die Reifenrückstellmomente der Räder einer Achse gemessen oder aus gemessenen Größen ermittelt. Ferner werden die Seitenkräfte und/oder die Querbeschleunigung an diesen Rädern ermittelt. Reifenrückstellmomente und
Seitenkräfte bzw. Querbeschleunigung dienen als Eingangsgrößen eines im Fahrzeug abgelegten Berechnungsmodells, welches als Ausgangsgröße den Fahrbahnreibwert liefert.
Ein Nachteil dieses Ansatzes liegt indes in der konstruktiven Komplexität der zur
Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens erforderlichen Vorrichtung. Deren Umsetzung erfordert eine speziell konfigurierte Sensorik zur Erfassung der auf die Spurstangen eines entsprechend ausgestatteten Kraftfahrzeugs wirkenden Kräfte, welche sodann die Grundlage einer modellbasierten Berechnung der resultierenden
Reifenrückstellmomente bilden.
Die Erfindung stellt sich daher der Aufgabe, eine konstruktiv vereinfachte
Messeinrichtung zum Messen des Fahrbahnreibungskoeffizienten bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombinationen der unabhängigen
Patentansprüche gelöst.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht demnach darin, sich die spezifische
Konfiguration der in gattungsgemäßen Elektrokraftfahrzeugen häufig verbauten
Elektromotoren zunutze zu machen.
Ein derartiger Elektromotor kann beispielsweise ein Rad naher Elektromotor sein. Rad nahe Elektromotoren können an einem Fahrwerksbauteil oder, wenn auch seltener, an einem Karosserieteil angeordnet sein. Vorzugsweise sind Rad nahe Elektromotoren an einem Querlenker angeordnet, wobei der Elektromotor einenends fest mit dem
Querlenker verbunden oder beweglich an diesem angeordnet sein kann. Am freien, radseitigen Ende des Elektromotors überträgt eine Welle das Moment des Elektromotors auf ein Antriebsrad.
Alternativ kann der Rad nahe Elektromotor an beiden Enden jeweils eine Welle aufweisen, die das Moment des Elektromotors auf die sich gegenüberliegenden Räder einer Fahrzeugachse übertragen.
Weiterhin kann ein derartiger Elektromotor auch ein Radnabenmotor sein. Dieser ist unmittelbar in einem Fahrzeugrad des Elektrokraftfahrzeugs integriert und trägt zugleich dessen zugehörige Radnabe. Ein Teil des Elektromotors kann daher das von diesem erzeugte Drehmoment unter Verzicht auf einen klassischen Antriebsstrang direkt auf das mit ihm umlaufende Fahrzeugrad übertragen. Da die im Fahrbetrieb des
Elektrokraftfahrzeugs vom Reifen auf die Radfelgen übertragenen Schwingungen somit nicht von Getriebe, Kardanwelle, Differentialgetriebe, Antriebswelle oder anderen
Komponenten eines herkömmlichen Antriebsstrangs gedämpft werden, wirken diese unmittelbar auf den dem Fahrzeugrad benachbarten Elektromotor und induzieren in diesem einen mit hoher Frequenz wechselnden Strom, der sich in einem messbaren Wechselanteil der zwischen den Polen des Elektromotors abfallenden Spannung manifestieren kann.
Erfindungsgemäß wird eben ein derartiger Wechselspannungsanteil der somit am Elektromotor resultierenden Gesamtspannung mittels eines geeigneten
Messwertaufnehmers an den Anschlüssen des Motors abgegriffen und einer
elektronischen Auswertungsschaltung zugeführt. Diese Schaltung kann nunmehr von der Amplitude der Wechselspannung auf den charakteristischen Reibungskoeffizienten schließen. Mit anderen Worten ausgedrückt ermittelt die Auswertungsschaltung zumindest die Fahrbahnreibung auf der Grundlage zumindest des von dem
Messwertaufnehmer erfassten Wechselspannungsanteils, wobei der Messwertaufnehmer den Wechselspannungsanteil der an dem Elektromotor anliegenden Gesamtspannung erfasst.
Der Messwertaufnehmer kann dabei auf der Grundlage einer zwischen einem
Spannungseingang und einem Spannungsausgang angeordneten Hochpass- Filterschaltung realisiert werden, die aufgrund ihrer Konfiguration lediglich von
Wechselspannungsanteilen oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz passiert werden kann. Während die zur Ermittlung des Reibungskoeffizienten relevanten
Wechselspannungsanteile somit nahezu ungeschwächt am Spannungsausgang anliegen, werden tiefere Spannungsfrequenzen in erheblichem Maße gedämpft und bleiben unbeachtet.
Eine derartige Hochpass-Filterschaltung lässt sich auf unkomplizierte Weise mittels eines ohmschen Widerstandes und eines zu diesem in Reihe geschalteten Kondensators bekannter elektrischer Kapazität verwirklichen, wobei der begehrte
Wechselspannungsanteil zwischen den als Spannungsausgang dienenden beidseitigen Anschlüssen des Kondensators abgenommen werden kann. Durch die beschriebene Kombination zweier elementarer elektrotechnischer Bauelemente entsteht ein im
Wesentlichen lineares, zeitinvariantes System, welches dem Entwickler angesichts seiner einfachen Transformationsgleichungen eine flexible Gestaltung des Systemverhaltens mittels vertrauter Konfigurationsparameter bei vergleichsweise niedrigen Stückkosten erlaubt.
So lässt sich etwa die Grenzfrequenz der Hochpass-Filterschaltung auf der Basis eines solchen RC-Glieds durch eine geeignete Dimensionierung des Kondensators in weiten Grenzen konstruktiv variieren. Unter diesem Gesichtspunkt empfiehlt sich die Wahl einer Kapazität, die vor allem Wechselspannungsanteile im Frequenzbereich oberhalb von 25 Hertz den Filter passieren lässt, da Spannungsanteile entsprechender Frequenzen als Anzeichen für eine erhöhte Fahrbahnreibung des Fahrzeugrads der Auswertung zuzuführen sind.
Selbst eine Mehrzahl unterschiedlicher Frequenzbereiche lässt sich mittels einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung abdecken, wenn deren Messwertaufnehmer eine Mehrzahl parallel geschalteter Hochpass-Filterschaltungen der beschriebenen Art umfasst. Um bei einer vergleichsweise geringen Anzahl paralleler Filter ein
größtmögliches Frequenzspektrum zu berücksichtigen, sind die Kapazitäten der einzelnen Hochpässe dabei so zu wählen, dass jeder eine andere Grenzfrequenz aufweist.
Zur Auswertung des am Spannungsausgang abgegebenen Wechselspannungsanteils bietet sich etwa ein analoger Komparator an, der als wohl einfachste
Schaltungsalternative eine Digitalisierung des vom Messwertaufnehmer gelieferten Analogsignals erlaubt, indem er das Überschreiten einer vorgegebenen Referenzspannung erkennt. Durch eine geeignete Verkettung mehrerer derartiger Komparatoren lassen sich dabei selbst Abstufungen der Spannungsamplitude
wiedergeben.
Als Alternative zur Verwendung eines Komparators mag indes der Einsatz einer Schottky- Diode in Betracht kommen, welche selbst bei hohen Spannungsfrequenzen eine sichere Gleichrichtung des Wechselspannungsanteils gestattet. Eine entsprechend gestaltete Auswertungsschaltung ermöglicht so die Konstruktion einer Messeinrichtung, welche mittels leistungsfähiger MOSFETs in schnelle TTL-Logikschaltungen integriert werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 den vereinfachten Schaltplan einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung und
Fig. 2 ein Liniendiagramm des funktionellen Zusammenhangs zwischen einer
Spannungsamplitude am Spannungsausgang der Messeinrichtung gemäß Figur 1 und der Vibration eines Rades auf unterschiedlichen Fahrbahnoberflächen.
Figur 1 illustriert den Aufbau einer Messeinrichtung 1 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung zur Messung einer Fahrbahnreibung. Gemäß DIN 1319 wird als Messeinrichtung dabei im vorliegenden Zusammenhang die Gesamtheit aller Messgeräte und zusätzlichen Einrichtungen zur Erfassung der Reibungskräfte
verstanden, welche an der Kontaktfläche des Fahrzeugrades eines (nicht dargestellten) Elektrokraftfahrzeugs zur Fahrbahnoberfläche im Betrieb des Elektrokraftfahrzeugs auftreten.
Um die beschriebene Reibungskraft in ein Verhältnis zur Anpresskraft zwischen dem Fahrzeugrad und dessen Untergrund zu setzen, dient dabei im Folgenden der
dimensionslose Reibungskoeffizient, welcher außerhalb der Tribologie auch als
Reibungszahl oder Reibwert bezeichnet und üblicherweise durch das Formelzeichen μ symbolisiert wird.
Die Messeinrichtung 1 der Figur 1 ist dabei erfindungsgemäß mit einem Elektromotor 2, insbesondere mit einem Radnaben beziehungsweise Rad nahen Elektromotor des Elektrokraftfahrzeugs verschaltet. Obgleich als Innen- oder Außenläufer in einer Vielzahl denkbarer Konfigurationen realisierbar, bildet ein solcher Motor 2 mit dem ihm
zugeordneten Fahrzeugrad über wechselwirkende Oberflächen beider Bauteile ein gemeinsam schwingendes System, sodass selbst eine geringfügige Vibration des
Fahrzeugrades nachweisbare elektrische Wechselströme innerhalb des Elektromotors 2 zu induzieren vermag. Im Falle eines im Wesentlichen als Gleichstrommotor ausgelegten Elektromotors 2 äußert sich diese Erscheinung in Form einer Überlagerung der zwischen den elektrischen Polen des Motors 2 abfallenden Gleichspannung durch periodische Spannungsschwankungen, welche im Ergebnis zu einer in Fachkreisen als
Gesamtspannung 12 bezeichneten Summenspannung führt.
Ein über einen Spannungseingang 13, 14 an den Elektromotor 2 angeschlossener Messwertaufnehmer 3, 4, 5 dient in der gegebenen Ausführungsform zur Isolation dreier in der Gesamtspannung 12 enthaltener Wechselspannungsanteile 9, 10, 11 in
unterschiedlichen Frequenzbereichen, welche mittels einer elektronischen
Auswertungsschaltung 6, 7, 8 auf den aktuell vorliegenden Reibungskoeffizienten μ schließen lassen. Hierzu umfasst der Messwertaufnehmer 3, 4, 5 eine Parallelschaltung dreier elektrotechnischer Filter, welche die Gesamtspannung 12 abhängig von der Spannungsfrequenz f der Wechselspannungsanteile 9, 10, 11 in ihrer
Spannungsamplitude verändern. Als Filter dienen dabei sogenannte Hochpass- Filterschaltungen 15, 16; 17, 18; 19, 20, auch als Hochpässe oder Tiefensperren bekannt, die Wechselspannungsanteile 9, 10, 11 einer Frequenz /oberhalb ihrer jeweiligen Grenzfrequenz annähernd ungeschwächt passieren lassen und tiefere Frequenzen dämpfen.
Die Hochpass-Filterschaltungen 15, 16; 17, 18; 19, 20 der in Rede stehenden
Ausführungsform setzen sich als sogenannte Hochpässe erster Ordnung jeweils aus einem ohmschen Widerstand 15, 17, 19 sowie einer zum jeweiligen Widerstand 15, 17, 19 in Reihe geschalteten elektrischen Kapazität 16, 18, 20 in Gestalt eines Kondensators zusammen. Bei niedriger Frequenz f sperrt der konstruktiv bedingte Blindwiderstand des Kondensators den Stromfluss durch die Hochpass-Filterschaltungen 15, 16; 17, 18; 19, 20.
Die Grenzfrequenzen der Hochpass-Filterschaltungen 15, 16; 17, 18; 19, 20 sind dabei durch eine Dimensionierung der jeweiligen Kapazitäten 16, 18, 20 derart gewählt, dass der am ersten Spannungsausgang 21 , 22 abfallende Wechselspannungsanteil 9 eine Spannungsfrequenz f zwischen 20 und 25 Hertz, der am zweiten Spannungsausgang 23, 24 abfallende Wechselspannungsanteil 10 eine Spannungsfrequenz f zwischen 28 und 30 Hertz und der am dritten Spannungsausgang 25, 26 abfallende
Wechselspannungsanteil 11 eine Spannungsfrequenz /"zwischen 35 und 40 Hertz aufweist. Die genannten Spannungsfrequenzen f sind beispielhaft gewählt und können praxisbedingt auch um bis zu fünf Hertz abweichen. Die Spannungsfrequenzen f sind dabei nicht auf tiefe Spannungsfrequenzen f eingeschränkt. Ebenso kann die
Verwendung von Spannungsfrequenzen f größer 40 Hertz zielführend sein.
Die genannten Wechselspannungsanteile 9, 10, 11 werden über die
Spannungsausgänge 21 , 22; 23, 24; 25, 26 einer den Hochpass-Filterschaltungen 15, 16; 17, 18; 19, 20 zugeordneten Auswertungsschaltung 6, 7, 8 zugeführt, welche vorliegend auf einer Schottky-Diode basiert.
Die Figur 2 beleuchtet einen der Auswertungsschaltung 6, 7, 8 zugrunde liegenden funktionellen Zusammenhang zwischen Spannungsfrequenz f und Spannungsamplitude Q des Wechselspannungsanteils 9, 10, 11 bei unterschiedlichen Reibungskoeffizienten μ^ μ2, μ3· Dabei verdeutlichen die diagonalen Hilfslinien des Diagramms, dass die
Spannungsamplitude Q mit zunehmender Spannungsfrequenz f näherungsweise linear ansteigt. Die spezifische Steigung der Spannungsamplitude ü mit der
Spannungsfrequenz f gestattet der Auswertungsschaltung 6, 7, 8 die Unterscheidung zwischen drei verschiedenen Reibungskoeffizienten μ , μ2, μ3, wobei eine höhere
Amplitudensteigung als empirisches Anzeichen einer erhöhten Fahrbahnreibung gewertet wird.

Claims

Patentansprüche
1. Messeinrichtung (1) zum Messen einer Fahrbahnreibung (μ·,, μ2, j- 3) eines von
einem Elektromotor (2) angetriebenen Fahrzeugrads, wobei die Messeinrichtung (1) einen Messwertaufnehmer (3, 4, 5) zum Aufnehmen eines Messwerts an dem Fahrzeugrad des Elektrokraftfahrzeugs und
eine Auswertungsschaltung (6, 7, 8) zum Auswerten des Messwerts umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
der Messwertaufnehmer (3, 4, 5) einen Wechselspannungsanteil (9, 10, 11) einer über dem Elektromotor (2) abfallenden Gesamtspannung (12) erfasst; und die Auswertungsschaltung (6, 7, 8) die Fahrbahnreibung (μ^ μ2, μ3) aus dem erfassten Wechselspannungsanteil (9, 10, 11) ableitet.
2. Messeinrichtung (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Messwertaufnehmer (3, 4, 5)
einen mit dem Elektromotor (2) verbundenen Spannungseingang (13, 14) zum Anlegen der Gesamtspannung (12),
eine Hochpass-Filterschaltung (15, 16; 17, 18; 19, 20) zum Auskoppeln des Wechselspannungsanteils (9, 10, 11) aus der Gesamtspannung (12), wenn der Wechselspannungsanteil (9, 10, 11) eine Spannungsfrequenz ( ) oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz der Hochpass-Filterschaltung (15, 16; 17, 18; 19, 20) aufweist, sowie
einen mit der Auswertungsschaltung (6, 7, 8) verbundenen Spannungsausgang (21, 22; 23, 24; 25, 26) zum Abgeben des Wechselspannungsanteils (9, 10, 11) umfasst. Messeinrichtung (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hochpass-Filterschaltung (15, 16; 17, 18; 19, 20) eine Reihenschaltung eines ohmschen Widerstands (15, 17, 19) mit einer elektrischen Kapazität (16, 18, 20) ist, sodass der Wechselspannungsanteil (9, 10, 11) an dem Widerstand (15, 17, 19) abfällt, wenn die Gesamtspannung (12) an dem Spannungseingang (13, 14) anliegt.
Messeinrichtung (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kapazität (16, 18, 20) so dimensioniert ist, dass die Grenzfrequenz zwischen 20 Hertz und 25 Hertz beträgt.
Messeinrichtung (1) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Messwertaufnehmer (3, 4, 5) eine Parallelschaltung mindestens zweier
Hochpass-Filterschaltungen (15, 16; 17, 18; 19, 20) umfasst, deren Kapazitäten (16, 18, 20) unterschiedlich dimensioniert sind, sodass die Hochpass- Filterschaltungen (15, 16; 17, 18; 19, 20) unterschiedliche Grenzfrequenzen aufweisen.
Messeinrichtung (1) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Parallelschaltung
- eine erste Hochpass-Filterschaltung (15, 16) mit einer ersten Kapazität (16),
- eine zweite Hochpass-Filterschaltung (17, 18) mit einer zweiten Kapazität (18) und
- eine dritte Hochpass-Filterschaltung (19, 20) mit einer dritten Kapazität (20) umfasst, wobei die Kapazitäten (16, 18, 20) so dimensioniert sind, dass
- die erste Hochpass-Filterschaltung (15, 16) eine erste Grenzfrequenz zwischen 20 Hertz und 25 Hertz,
- die zweite Hochpass-Filterschaltung (17, 18) eine zweite Grenzfrequenz zwischen 28 Hertz und 30 Hertz und
- die dritte Hochpass-Filterschaltung (19, 20) eine dritte Grenzfrequenz zwischen 35 Hertz und 40 Hertz
aufweist.
7. Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswertungsschaltung (6, 7, 8) einen analogen Komparator zum Vergleichen des Wechselspannungsanteils mit einer Referenzspannung umfasst.
8. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswertungsschaltung (6, 7, 8) eine Schottky-Diode zum Gleichrichten des Wechselspannungsanteils (9, 10, 11) umfasst.
9. Elektromotor (2) für ein Fahrzeugrad,
gekennzeichnet durch
eine Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Messen einer Fahrbahnreibung μ2, μ3) des Fahrzeugrades.
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