EP4532286A1 - Verfahren zur reibwertschätzung, computerprogramm, steuergerät, fahrzeug, insbesondere nutzfahrzeug - Google Patents
Verfahren zur reibwertschätzung, computerprogramm, steuergerät, fahrzeug, insbesondere nutzfahrzeugInfo
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- EP4532286A1 EP4532286A1 EP23726517.8A EP23726517A EP4532286A1 EP 4532286 A1 EP4532286 A1 EP 4532286A1 EP 23726517 A EP23726517 A EP 23726517A EP 4532286 A1 EP4532286 A1 EP 4532286A1
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Definitions
- Control of electric drives of vehicles in particular commercial vehicles such as e-trucks, e-buses, e-semi-trailers, are known from the prior art.
- An electric drive is installed, for example, in a towing vehicle and/or in an electrified trailer.
- the electric drive should be used primarily for traction, traction support and/or recuperation, i.e. for regenerative braking.
- commercial vehicles are also referred to as vehicles for easier description.
- recuperation In electrically powered vehicles, the maximum use of recuperation is crucial for energy-efficient operation of the vehicle. It is also helpful to know information about the coefficient of friction on the road, for example in order to be able to adjust the optimal slip on an electrically driven axle and thereby enable recuperation without the tires blocking.
- the currently known systems for determining the road friction coefficient are mainly based on additional sensors such as camera systems, moisture sensors, noise sensors, which on the one hand cause additional costs and on the other hand cannot distinguish between all road surfaces.
- the methods for determining the coefficient of friction need to be improved in that there is no direct measurement of the coefficient of friction of the road and/or the measurement is not energy-neutral and causes increased wear on the brakes and tires.
- the change in slip is preferably determined using a filter. Since the frequency of the excitation torque is known, the slip change can be evaluated specifically for this frequency, which means that influences from measurement noise and/or other short-term events can be minimized. Alternatively or additionally, the change in slip is determined using a Fourier analysis of the change in slip. The time-dependent change in slip caused by the periodic excitation torque Fourier transformed to determine a spectrum of slip change. The spectrum of slip change is frequency dependent. By applying a filter to the slip change spectrum, influences from measurement noise and/or other short-term events can be minimized.
- the method preferably further comprises the steps: determining an operating point based on the torque and the slip.
- a certain surface has a certain relationship between the coefficient of friction and slip.
- the relationship between the coefficient of friction and slip can be represented in a coefficient of friction curve that can be assigned to the subsurface.
- the coefficient of friction can be determined by the ratio of the load of the vehicle acting on a wheel and the propulsive force acting on the wheel. This results in a specific operating point from the determined slip and the coefficient of friction, which can be assigned to one or more coefficient of friction curves and thus to substrates.
- the load acting on the wheel is the normal force, which is the product of a mass times a location factor.
- the determination of the slip is possible by considering a driven wheel and a non-driven wheel of the vehicle.
- the method preferably further comprises the steps: determining a gradient of the coefficient of friction as a function of the slip. It was recognized that every coefficient of friction curve that can be assigned to a surface has a specific relationship between the gradient of the coefficient of friction and slip, i.e. a local increase for a specific slip of a coefficient of friction curve is characteristic of a surface. If an excitation torque is given, the slip value on the electrically driven axis changes with the same frequency. With the help of the excitation, the slope at the operating point of the friction curve can be determined. If the torque excitation only leads to a small change in slip, a high gradient results for the coefficient of friction curve.
- FIG. 1 shows a schematic representation of a flow chart of a method according to an embodiment of the invention
- the wheel 270 is acted upon 130 with a time-predetermined excitation torque ET, the excitation torque ET being applied to 130 of the wheel 270 periodically at a frequency F.
- the periodic excitation torque ET can be idealized as a time-dependent angle function, as a time-dependent square-wave function and/or as a sum of such functions of the excitation torque ET.
- the frequency F of the periodic excitation torque ET is in the range from 0.1 Hz to 20 Hz, preferably from 0.5 Hz to 5 Hz.
- Steps of the method 100 can also be carried out in an order other than that shown. Steps of the method can also take place simultaneously, i.e. at the same time.
- the operation 110, with the torque T, of the wheel 270 arranged on the surface 260 and the loading 130 of the wheel 270 with the time-predetermined excitation torque ET can take place at any time and in particular simultaneously.
- Investigating 120 The slip S can take place at any time after operation 110, with the torque T, of the wheel 270 arranged on the surface 260.
- Figure 2 shows two schematic representations (Figure 2 (A) and Figure 2 (B)) of friction curves 400.1, 400.2, 400.3, 400.3, 400.4, 400.5, 400.6.
- a tangential force can act, which depends on the dynamics of the respective wheel 270, in particular on propulsion and/or braking or the corresponding torque T and/or the excitation torque ET in the case of a driven wheel 270.
- the ratio of normal force to tangential force describes the coefficient of friction MU of the surface 260.
- the torque T causes a slip S and the excitation torque ET causes a change in slip DS.
- the slip is S the ratio of a speed R of a driven wheel 270 to a speed R of a non-driven and positively rotating wheel 270.
- the vehicle 300a, 300b is set up to carry out the method 100 described with reference to FIG.
- the control device 250 is also set up to form a lock-in amplifier 280.
- the control unit 250 can provide the interval I and the filter P to the lock-in amplifier 280.
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Abstract
Verfahren (100) zur Reibwertschätzung für ein durch einen elektrischen Antrieb (200) antreibbares Fahrzeug (300a), insbesondere Nutzfahrzeug (300b), das Verfahren (100) aufweisend die Schritte: Betreiben (110), mit einem Drehmoment (T), eines auf einem Untergrund (260) angeordneten Rades (270) des Fahrzeugs (300a), insbesondere Nutzfahrzeugs (300b); Ermitteln (120) des Schlupfs (S) des Rades (270); Beaufschlagen (130) des Rades (270) mit einem zeitlich vorbestimmten Anregungs- Drehmoment (ET), wobei das Beaufschlagen (130) des Rades (270) mit dem Anregungs-Drehmoment (ET) periodisch mit einer Frequenz (F) erfolgt; Ermitteln (140) einer Schlupfänderung (DS) in Abhängigkeit des Anregungs-Drehmoments (ET), wobei das Ermitteln (140) der Schlupfänderung (DS) unter Berücksichtigung der Frequenz (F) erfolgt; und Ermitteln (150) eines Reibwerts (MU) anhand der Schlupfänderung (DS).
Description
Verfahren zur Reibwertschätzung, Computerprogramm, Steuergerät, Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reibwertschätzung für ein durch einen elektrischen Antrieb antreibbares Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm und/oder computerlesbares Medium, ein Steuergerät für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, und ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug.
Ansteuerung von elektrischen Antrieben von Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen wie e-Trucks, e-Bussen, e-Sattelaufliegern, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein elektrischer Antrieb ist beispielsweise in einem Zugfahrzeug und/oder in einem elektrifizierten Anhänger verbaut. Bei elektrisch antreibbaren Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen, soll der elektrische Antrieb primär zur Traktion, zur Traktionsunterstützung und/oder zum Rekuperieren, also zur Nutzbremsung, genutzt werden. Im Folgenden werden Nutzfahrzeuge zur einfacheren Beschreibung auch als Fahrzeug bezeichnet.
Für Fahrzeuge und insbesondere zur Traktion, zur Traktionsunterstützung und/oder zum Rekuperieren sind automatisierte Fahrfunktionen bekannt. Beispielsweise ist eine Traktionsfunktion (Automatic Traction Control, ATC), eine Bremsfunktion (Anti- Blockiersystem, ABS) und eine Stabilitätsfunktionen (Electronic Stability Control, ESC) als automatisierte Fahrfunktion bekannt. Die automatisierten Fahrfunktionen bedürfen einer zuverlässigen Information über die von dem Fahrzeug befahrene Fahrbahn und den damit verbundenen Reibwert, um effektiv und zuverlässig durchgeführt werden zu können. Die maximal von den Rädern übertragbare Kraft ist stark von dem Reibwert der Fahrbahn abhängig. Fehlt eine den Reibwert betreffende Information, kann die jeweilige automatisierte Fahrfunktion nicht von Beginn an des Fahrmanövers optimal eingreifen. Informationen bezüglich dem Fahrbahnuntergrund werden zum Durchführen der aktuellen automatisierten Fahrfunktionen nicht berücksichtigt. Daher können Situationen entstehen, in denen Reifen des Fahrzeugs trotz beispielsweise ABS und ATC blockieren oder durchdrehen.
Verwenden die Traktions-, Brems- und Stabilisationsfunktionen keine Reibwertschätzung, kann es auf einer Fahrbahn mit einem niedrigen Reibwert nicht immer verhindert werden, dass es zu einem Blockieren oder Durchdrehen der Reifen und dadurch zu einer kritischen Fahrsituation kommt. Ein kurzfristiges Blockieren der Reifen mit anschließender „Anlaufphase“ mit reduzierter Bremskraft führt zu einer Verlängerung des Bremswegs. Ist bei der Bremsung der zur Nutzbremsung eingerichtete elektrische Antrieb beteiligt, wird in diesen Phasen die Rekuperationsleistung begrenzt und das Rekuperationspotential nicht ausreichend genutzt.
Bei elektrisch antreibbaren Fahrzeugen ist die maximale Nutzung der Rekuperation für ein energieeffizientes Betreiben des Fahrzeugs von entscheidender Bedeutung. Auch dafür ist es hilfreich, Informationen über den Reibwert der Straße zu kennen, um beispielsweise den optimalen Schlupf an einer elektrisch antreibbaren Achse einregeln zu können und dadurch eine Rekuperation ohne Blockieren der Reifen zu ermöglichen.
Um eine zuverlässige Funktion von automatisierten Fahrfunktionen und eine effektive Rekuperation zu ermöglichen ist es damit erstrebenswert, den Reibwert der Fahrbahn vorab zu ermitteln, um die automatisierten Fahrfunktionen und/oder die Rekuperation unter Berücksichtigung des Fahrbahnreibwertes durchführen zu können.
Die aktuell bekannten Systeme zur Ermittlung des Fahrbahnreibwertes basieren überwiegend auf zusätzlichen Sensoren wie Kamerasysteme, Feuchtigkeitssensoren, Geräuschsensoren, die einerseits zusätzlich Kosten verursachen und andererseits nicht alle Fahrbahnbeläge voneinander unterscheiden können.
Kamerabasierte Systeme können einen Reibwert der Fahrbahn abschätzen. Diese Systeme überwachen die Fahrbahn vor dem Fahrzeug und benötigen zusätzliche Auswerteeinheiten, um Bildmaterial auszuwerten. Dabei stellen unterschiedliche Umgebungs- und Lichtverhältnisse durch beispielsweise Sonne und Schatten ein
Problem dar. Beispielsweise sind Wasser und Schatten schwierig voneinander zu unterscheiden. Der Reibwert der Straße kann nicht messtechnisch ermittelt werden, sondern nur durch das Kamerabild analysiert und abgeschätzt werden. Die Systeme sind noch verbesserungswürdig.
Mithilfe zusätzlicher Sensoren im Bereich des Radkastens können die Abrollgeräusche des Reifens analysiert werden, um eine Reibwertschätzung mit akustischen Sensoren zu erzielen. Beispielsweise unterscheidet sich das Abrollgeräusch bei nasser Fahrbahn deutlich von einer trockenen Fahrbahn. Die akustischen Sensoren können auch in Verbindung mit Feuchtigkeitssensoren verwendet werden. Für diese Systeme wird zusätzlich eine Auswerteeinheit benötigt, die anhand der unterschiedlichen Abrollgeräusche den Fahrbahnbelag identifiziert und eine Abschätzung des Reibwerts ermöglicht.
Mithilfe von definierten radindividuellen Testbremsungen kann ebenfalls der Reibwert ermittelt werden. Diese Testbremsungen führen allerdings zu einem Verschleiß der Bremse und der Reifen und zu einem kurzfristig erhöhten Kraftstoff- und/oder Energieverbrauch. Zusätzlich ist die Reibbremse nicht exakt regelbar und das Verhältnis zwischen Bremsdruck und Bremskraft hängt von vielen Faktoren ab und kann während der Fahrt variieren. Eine Testbremsung kann nicht permanent erfolgen, wodurch der Fahrbahnbelag nur sporadisch überprüft werden kann.
Die Verfahren zur Reibwertermittlung sind insofern verbesserungswürdig, als dass keine unmittelbare Messung des Reibwerts der Fahrbahn erfolgt und/oder die Messung nicht energieneutral ist und einen erhöhten Verschleiß an der Bremse und an den Reifen verursacht.
Ein Antrieb des Fahrzeugs kann zur Reibwertabschätzung der Fahrbahn verwendet werden. US 2007 / 0061061 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen einer Straßenoberflächenbeschaffenheit. Dabei wird eine spezifische Fahrzeugbeschleunigung oder -Verzögerung durch die Anwendung eines Drehmoments auf ein angetriebenes Rad induziert. Geschwindigkeiten von dem angetriebenen Rad und einem nicht-angetriebenen Rad werden gemessen. Ein
Reifen-Straße-Reibungskoeffizient und ein Schlupf werden anhand der Geschwindigkeiten der Räder berechnet.
Ähnlich offenbart US 2010 / 0131165 A1 ein Verfahren zur Echtzeit Identifikation eines maximalen Reifen-Straße-Reibungskoeffizienten durch induzierte Radbeschleunigung/-verzögerung. Dabei wird eine Achse mit einem bestimmten Drehmoment mit einer bestimmten Frequenz beaufschlagt. Eine andere Achse wird mit einem damit koordinierten Drehmoment beaufschlagt, um die Fahrzeugbeschleunigung oder -Verzögerung in einem von einem Fahrer beabsichtigen Bereich zu halten und einen nachteiligen Effekt auf den Fahrer zu verhindern.
Dabei fließen jedoch zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten diverse Störgrößen ein, die die Geschwindigkeit des angetriebenen Rades beeinflussen können. Daraus resultiert ein verhältnismäßig hohes Signal-Rausch-Verhältnis. Somit muss ein verhältnismäßig großer Schlupf durch ein entsprechendes Drehmoment erzeugt werden, um den Reibungskoeffizienten zuverlässig zu ermitteln. Das Drehmoment muss dann wieder auf einer anderen Achse kompensiert werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Stand der Technik zu bereichern und eine zuverlässige und effektive Bestimmung des Fahrbahnreibwerts mithilfe eines elektrischen Antriebs zu ermöglichen und dadurch die bereits vorhandenen Funktionen zur Reibwerterkennung zu unterstützen und zu verbessern.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Reibwertschätzung für ein durch einen elektrischen Antrieb antreibbares Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, bereitgestellt. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Betreiben, mit einem Drehmoment, eines auf einem Untergrund angeordneten Rades des Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs; Ermitteln des Schlupfs des Rades; Beaufschlagen des Rades mit einem zeitlich vorbestimmten Anregungs-Drehmoment, wobei das Beaufschlagen des Rades mit dem Anregungs-Drehmoment periodisch mit einer Frequenz erfolgt; Ermitteln einer Schlupfänderung in Abhängigkeit des Anregungs- Drehmoments, wobei das Ermitteln der Schlupfänderung unter Berücksichtigung der
Frequenz erfolgt; und Ermitteln eines Reibwerts anhand des Schlupfes und der Schlupfänderung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Schätzen beziehungsweise Ermitteln eines Reibwertes. Der Reibwert der Fahrbahn beziehungsweise der Reibungskoeffizient ist das Verhältnis einer Reibungskraft und einer Anpresskraft, die jeweils zwischen dem Rad des Fahrzeugs und dem Untergrund wirkt, auf dem das Rad angeordnet ist. Die Reibungskraft ist dabei eine tangential zu einer Kontaktfläche zwischen dem Rad und dem Untergrund wirkende Kraft. Die Anpresskraft ist eine normal, d.h., senkrecht, zu der Kontaktfläche wirkende Kraft.
Es wird vorgeschlagen, das Ermitteln des Reibwerts der Fahrbahn mittels einer Drehmomentanregung durch den elektrischen Antrieb durchzuführen, wobei die Drehmomentanregung mit dem Anregungs-Drehmoment eine Auswertung der durch die Drehmomentanregung induzierten Schlupfänderung permanent während der Fahrt ermöglicht. Dafür wird das Rad mit einem Drehmoment, dem sogenannten stationären Drehmoment betrieben. Durch ein Betreiben des Rades mit dem Drehmoment stellt sich der Schlupf ein. Das Rad wird zusätzlich zu dem Drehmoment mit dem periodischen Anregungs-Drehmoment beaufschlagt. Das Anregungs-Drehmoment führt zu der ermittelbaren Schlupfänderung anhand derer der Reibwert der Fahrbahn abschätzbar ist. Das Anregungs-Drehmoment ist durch die Frequenz zeitlich vorbestimmt.
Dabei wurde erkannt, dass der elektrische Antrieb verglichen mit einem Verbrennungsmotor und/oder einer Reibbremse eine hohe Regeldynamik und eine präzise Kenntnis über das umgesetzte Drehmoment aufweist. Dies ermöglicht die vorgeschlagene Methode zur Ermittlung des Reibwerts der Fahrbahn. Dabei wird mithilfe des elektrischen Antriebs und einer hochfrequenten Drehmomentanregung eine minimale Schlupfänderungen induziert und ausgewertet und damit der Reibwert der Fahrbahn ermittelt.
Das Antriebs- und Bremsmoment, welches zur Beschleunigung, zur Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit und/oder zur Verzögerung des Fahrzeugs benötigt wird, wird im Folgenden als „stationäres Drehmoment“ bezeichnet. Abhängig von der Höhe
des „stationären Drehmoments“ und des Reibwerts der Fahrbahn stellt sich ein „stationärer Schlupf“ ein. Dieser „stationäre Schlupf“ ist zusätzlich abhängig vom Lenkwinkel, Schwimmwinkel und den Seitenführungskräften des Reifens. Das „stationäre Drehmoment“ ist von dem Anregungs-Drehmoment unterscheidbar, da dem Anregungs-Drehmoment die Frequenz zugeordnet ist, wobei die Frequenz optional fest und gleichbleibend ist. Das „stationäre Drehmoment“ kann zeitlich veränderlich sein, um unterschiedliche Beschleunigungen und/oder Verzögerungen des Rades hervorzurufen.
Aufgrund der genauen Regelbarkeit und der hohen Dynamik des elektrischen Antriebs kann dieser zur Reibwertabschätzung der Fahrbahn verwendet werden. Für die Auswertung des Reibwerts werden keine zusätzlichen Sensoren benötigt, was ein effektives und kosteneffektives Ermitteln des Reibwerts ermöglicht. Mit dem Verfahren kann das Schlupfverhalten bei unterschiedlicher Kraft am Reifen direkt, also unmittelbar „gemessen“ werden und so der Reibwert der Fahrbahn ermittelt werden.
Vorzugsweise liegt die Frequenz des periodischen Anregungs-Drehmoments im Bereich von 0,1 Hz bis 20 Hz, vorzugsweise von 1 Hz bis 5 Hz. Damit weist das Anregungs-Drehmoment eine Frequenz auf, die zum Ermitteln des Reibwerts vorteilhaft ist. Unterhalb von 0,1 Hz können Schwingungsmoden des Fahrzeugs angeregt werden, die als Wippen des Fahrzeugs wahrnehmbar sind und das Fahren des Fahrzeugs negativ beeinflussen. Oberhalb von 20 Hz nimmt das Signal-Rausch- Verhältnis (Signal-to-Noise Ratio, SNR) beim Ermitteln der Schlupfänderung derart ab, dass eine eindeutige Bestimmung der Schlupfänderung nicht zuverlässig möglich ist.
Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln der Schlupfänderung unter Verwendung eines Filters. Da die Frequenz des Anregungs-Drehmoments bekannt ist, kann die Auswertung der Schlupfänderung gezielt auf diese Frequenz erfolgen, wodurch Einflüsse durch Messrauschen und/oder andere kurzfristige Ereignisse minimiert werden können. Alternativ oder zusätzlich erfolgt das Ermitteln der Schlupfänderung mittels einer Fourier-Analyse der Schlupfänderung. Dabei wird die durch das periodische Anregungs-Drehmoment zeitabhängige Schlupfänderung
fouriertransformiert, um ein Spektrum der Schlupfänderung zu ermitteln. Das Spektrum der Schlupfänderung ist frequenzabhängig. Durch die Anwendung eines Filters auf das Spektrum der Schlupfänderung, können Einflüsse durch Messrauschen und/oder andere kurzfristige Ereignisse minimiert werden.
Vorzugsweise wird der Filter auf den Schlupf mit Hinblick auf ein vorbestimmtes, die Frequenz umfassendes Intervall angewendet. Damit ist die gezielte Einstellung des Filters zur Auswertung der Schlupfänderung auf das Intervall möglich. Das Intervall ist derart gewählt, dass die Schlupfänderung durch das Anregungs-Drehmoment eine Frequenz in dem Intervall aufweist. Beispielsweise umfasst das Intervall dafür die Frequenz des Anregungs-Drehmoments.
Vorzugsweise erfolgt das Beaufschlagen mehrerer Räder des Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, mit dem periodischen Anregungs-Drehmoment und mit einer vorbestimmten Phasenverschiebung. Dabei wurde erkannt, dass bei radindividuellen Antrieben eine Phasenverschiebung der Anregung vorteilhaft ist. Insbesondere eine Phasenverschiebung um 180° ist vorteilhaft. Die Räder können dabei einer oder mehrerer Antriebsachsen des Fahrzeugs zugeordnet sein. Durch die Phasenverschiebung insbesondere um 180° hat die Anregung wenig beziehungsweise keinen Einfluss auf das für das Fahrzeug wirkende Gesamtmoment und die daraus resultierende Fahrzeugbeschleunigung. Sind mehrere elektrisch antreibbare Achsen mit jeweils einem Zentralantrieb pro elektrisch antreibbarer Achse am Antrieb des Fahrzeugs beteiligt, kann die Phasenverschiebung achsbezogen erfolgen. Dadurch sind im Vergleich zu einem Zentralantrieb mit nur einer Antriebsachse höhere Anregungsamplituden ohne negativen Effekt auf die Fahrzeugdynamik möglich, um das Ermitteln der Schlupfänderung zu vereinfachen.
Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln der Schlupfänderung unter Verwendung eines Lock-in-Verstärkers. Damit kann das Signal-Rausch-Verhältnis der ermittelten Schlupfänderung verbessert werden. Der Lock-in-Verstärker erhält als Eingabe die Schlupfänderung als Messsignal und das Anregungs-Drehmoment als Referenzsignal mit der bekannten Frequenz. Der Lock-in-Verstärker ermittelt für eine bestimmte Phasenverschiebung das Produkt aus Schlupfänderung und Anregungs- Drehmoment. Damit kann die Schlupfänderung effektiv und zuverlässig mit Hinblick
auf das Anregungs-Drehmoment verstärkt werden, um Störfrequenzen zu unterdrücken.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner die Schritte auf: Ermitteln eines Arbeitspunktes anhand des Drehmoments und des Schlupfes. Ein bestimmter Untergrund weist einen bestimmten Zusammenhang zwischen Reibwert und Schlupf auf. Der Zusammenhang zwischen Reibwert und Schlupf ist in einer dem Untergrund zuordenbaren Reibwertkurve darstellbar. Durch das Verhältnis aus der auf ein Rad wirkenden Last des Fahrzeugs und einer auf das Rad wirkenden Vortriebskraft kann der Reibwert ermittelt werden. Damit ergibt sich aus dem ermittelten Schlupf und dem Reibwert ein bestimmter Arbeitspunkt, der einer oder mehrerer Reibwertkurven und somit Untergründen zuordenbar ist. Die auf das Rad wirkende Last ist die Normalkraft, die sich aus dem Produkt einer Masse mal einem Ortsfaktor ergibt. Ferner ist die Bestimmung des Schlupfes durch Betrachtung eines getriebenen Rades und eines unangetriebenen Rades des Fahrzeugs möglich.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner die Schritte auf: Ermitteln eines Gradienten des Reibwerts in Abhängigkeit des Schlupfes. Dabei wurde erkannt, dass jede einem Untergrund zuordenbare Reibwertkurve einen bestimmten Zusammenhang zwischen dem Gradienten des Reibwerts und Schlupf aufweist, d.h., ein lokaler Anstieg für einen bestimmten Schlupf einer Reibwertkurve ist für einen Untergrund charakteristisch. Ist ein Anregungs-Drehmoment gegeben, ändert sich mit gleicher Frequenz der Schlupfwert an der elektrisch antreibbaren Achse. Mithilfe der Anregung kann die Steigung im Arbeitspunkt der Reibwertkurve ermittelt werden. Führt die Drehmomentanregung nur zu einer geringen Schlupfänderung, ergibt sich ein hoher Gradient für die Reibwertkurve.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner die Schritte auf: Zuordnen einer dem Untergrund entsprechenden Reibwertkurve anhand des Gradienten des Reibwerts. Der Gradient beziehungsweise dessen Abhängigkeit von dem Schlupf ist dabei eine typische einem bestimmten Untergrund zuordenbare Größe. Alternativ oder zusätzlich erfolgt ein Zuordnen einer dem Untergrund entsprechenden Reibwertkurve anhand einer stochastischen Größe des Reibwerts und/oder des Schlupfes. Die stochastische Größe kann beispielsweise eine Varianz, eine Standardabweichung
und/oder ein Fehler des ermittelten Reibwerts und/oder des Schlupfes sein. Dabei wurde erkannt, dass der Reibwert und/oder der Schlupf je nach Untergrund beziehungsweise Fahrbahn unterschiedlich gut messbar ist und somit unterschiedlichen Schwankungen unterliegt, die anhand der stochastischen Größe erfassbar und klassifizierbar sind. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Zuordnen der dem Untergrund entsprechenden Reibwertkurve anhand eines Fits einer Kurve unter Berücksichtigung des Arbeitspunktes und des Gradienten der Reibwertkurve an dem Arbeitspunkt erfolgt. Dafür kann ein durch Parameter definierter funktionaler Zusammenhang der Reibwertkurve angenommen werden, wobei eine mathematische Optimierung zum Ermitteln der Parameter unter Berücksichtigung des ermittelten Arbeitspunkts und des ermittelten Gradienten erfolgt. Es ist möglich, in einem zeitlich vorbestimmten Intervall eine Mehrzahl von Arbeitspunkten aufzuzeichnen, um einen Fit der Reibwertkurve unter Berücksichtigung der Mehrzahl von Arbeitspunkten durchzuführen. Anhand der ermittelten Parameter kann die Reibwertkurve dem Untergrund zugeordnet werden.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner die Schritte auf: Ermitteln eines maximalen Reibwerts des Untergrunds anhand des Reibwerts. Ändert sich der Schlupf aufgrund der Anregung vergleichsweise stark, ist der Maximalwert des Reibwerts typischerweise fast erreicht. Mithilfe des „stationären Arbeitspunkts“ und der ermittelten Steigung in diesem Arbeitspunkt, kann der aktuelle Arbeitspunkt einer charakteristischen Reibwertkurve zugeordnet werden. Zusätzlich kann mithilfe einer Interpolation der maximale Reibwert der Fahrbahn abgeschätzt werden.
Vorzugsweise weist das Anregungs-Drehmoment eine Amplitude auf, wobei die Amplitude derart gewählt ist, dass eine Schlupfgrenze nicht überschritten wird. Damit wird die Amplitude der Drehmomentanregung vorteilhaft so gewählt, dass die Anregung nicht vom Fahrer spürbar ist und/oder negative Auswirkungen auf die Fahrzeugstabilität hat. Beispielsweise wird vermieden, dass bei Fahrbahnbelägen mit niedrigen Reibwert, z.B. Eis, allein durch das Anregungs-Drehmoment keine kritischen Schlupfwerte erreicht werden können. Zusätzlich oder alternativ weist das Anregungs-Drehmoment eine Amplitude auf, wobei die Amplitude derart gewählt ist, dass ein Vorzeichen einer Summe aus Drehmoment und Anregungs-Drehmoment gleich einem Vorzeichen des Drehmoments ist. Mit anderen Worten erfährt das
resultierende Drehmoment aus dem „stationären“ Drehmoment und der periodischen Drehmomentanregung kein Vorzeichenwechsel. Damit kann ein ungewollter Zahnflankenwechsel in einem Getriebe des Fahrzeugs verhindert werden. Alternativ oder zusätzlich weist das Anregungs-Drehmoment eine Amplitude auf, wobei die Amplitude derart gewählt ist, dass eine Berücksichtigung der Fahrzeugstabilität und/oder der Effizienz erfolgt. Damit kann die Anregung durch den elektrischen Antrieb in einem ineffizienten Arbeitspunkt vermieden werden, um eine Reduzierung der Effizienz des elektrischen Antriebs zu unterdrücken.
Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln des Schlupfes und das Ermitteln einer Schlupfänderung durch eine Mehrzahl von Raddrehzahlsensoren und/oder unter Berücksichtigung einer eine Drehzahl betreffenden Information des elektrischen Antriebs. Zur Auswertung des Schlupfes können die vorhandenen Raddrehzahlsensoren des Fahrzeugs verwendet werden. Vorteilhaft erfolgt das Ermitteln des Schlupfes und der Schlupfänderung durch einen an einer angetriebenen Achse angeordneten Raddrehzahlsensor und einen an einer nichtangetriebenen Achse angeordneten Raddrehzahlsensor. Bei radindividuellen Antrieben kann das Drehzahlsignal die die Drehzahl betreffende Information des elektrischen Antriebs sein und insbesondere zur Plausibilisierung verwendet werden, da diese gegebenenfalls eine höhere Auflösung und schneller Abtastrate aufweist. Zusätzlich oder alternativ erfolgt das Ermitteln des Schlupfes und der Schlupfänderung durch zwei an einer angetriebenen Achse angeordneten Raddrehzahlsensoren auf optional unterschiedlichen Seiten des Fahrzeugs, um unterschiedliche Reibwerte je Rad ermitteln zu können. Damit kann spezifisch für das jeweilige Rad der Reibwert berücksichtigt werden und/oder ein „kritisches Rad“ identifiziert werden, also das Rad, das näher an der Schlupfgrenze betrieben wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm und/oder ein computerlesbares Medium bereitgestellt. Das Computerprogramm und/oder das computerlesbare Medium umfassen Befehle, die bei der Ausführung des Programms bzw. der Befehle durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren gemäß der Erfindung und/oder Schritte davon durchzuführen. Optional umfasst das Computerprogramm und/oder das computerlesbare Medium Befehle, die bei der Ausführung des Programms bzw. der Befehle durch einen Computer diesen
veranlassen, die als vorteilhaft oder optional beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen, um einen damit verbundenen technischen Effekt zu erzielen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, bereitgestellt. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, das Verfahren gemäß der Erfindung durchzuführen. Optional ist das Steuergerät dazu eingerichtet, die als vorteilhaft oder optional beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen, um einen damit verbundenen technischen Effekt zu erzielen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einem Steuergerät gemäß der Erfindung, bereitgestellt. Optional ist das Steuergerät des Fahrzeugs und/oder das Fahrzeug dazu eingerichtet, die als vorteilhaft oder optional beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen, um einen damit verbundenen technischen Effekt zu erzielen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sowie deren technische Effekte ergeben sich aus den Figuren und der Beschreibung der in den Figuren gezeigten bevorzugten Ausführungsformen. Dabei zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ablaufschemas eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 zwei schematische Darstellungen von Reibwertkurven; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Übersicht eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufschemas eines Verfahrens 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Insbesondere zeigt Figur 1 ein Verfahren 100 zur Reibwertschätzung für ein durch einen elektrischen Antrieb 200 antreibbares Fahrzeug 300a, insbesondere Nutzfahrzeug 300b. Das Fahrzeug 300a, insbesondere Nutzfahrzeug 300b, wird im Folgenden als Fahrzeug 300a, 300b bezeichnet. Das Fahrzeug 300a, 300b ist mit Bezug zu Figur 3 genauer beschrieben.
Das Verfahren 100 gemäß Figur 1 beginnt mit Betreiben 110, mit einem Drehmoment T, eines auf einem Untergrund 260 angeordneten Rades 270 des Fahrzeugs 300a,
300b. Das Betreiben 110 ist ein Beschleunigen, Fahren mit konstanter Geschwindigkeit oder Verzögern des Rades 270. Das Drehmoment T zum Beschleunigen oder Verzögern, also das Antriebs- oder Bremsmoment, welches zur Beschleunigung, Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit und Verzögerung des Fahrzeugs 300a, 300b verwendet wird, wird auch als „stationäres“ Drehmoment T bezeichnet.
Es erfolgt ein Ermitteln 120 des Schlupfs S des Rades 270. Der Schlupf S stellt sich abhängig von der Höhe des „stationären“ Drehmoments T und eines Reibwerts MU der Fahrbahn als ein „stationärer“ Schlupf S ein. Dieser „stationäre“ Schlupf S ist zusätzlich abhängig von optional einem Lenkwinkel, einem Schwimmwinkel und Seitenführungskräften des Reifens beziehungsweise des Rades 270. Figur 2 zeigt beispielhafte Reibwertkurven 400, also den Zusammenhang des Reibwerts MU vom Schlupf S für unterschiedliche Fahrbahnen beziehungsweise Untergründe 260. Der Untergrund 260, auf dem das Fahrzeug 300a, 300b fährt sowie des entsprechende Reibwertkurve 400 ist während der Fahrt nicht bekannt und kann sich beim Fahren ändern.
In Figur 1 erfolgt ein Beaufschlagen 130 des Rades 270 mit einem zeitlich vorbestimmten Anregungs-Drehmoment ET, wobei das Beaufschlagen 130 des Rades 270 mit dem Anregungs-Drehmoment ET periodisch mit einer Frequenz F erfolgt. Das periodische Anregungs-Drehmoment ET kann idealisiert als zeitabhängige Winkelfunktion, als zeitabhängige Rechteckfunktion und/oder als Summe derartiger Funktionen des Anregungs-Drehmoments ET realisiert sein. Die Frequenz F des periodischen Anregungs-Drehmoments ET liegt im Bereich von 0,1 Hz bis 20 Hz, vorzugsweise von 0,5 Hz bis 5 Hz.
Das Anregungs-Drehmoment ET weist eine Amplitude A auf, wobei die Amplitude A derart gewählt ist, dass eine Schlupfgrenze ST nicht überschritten wird, ein Vorzeichen einer Summe aus Drehmoment T und Anregungs-Drehmoment ET gleich einem Vorzeichen des Drehmoments T ist und eine Berücksichtigung der Fahrzeugstabilität und/oder der Effizienz erfolgt.
Das Beaufschlagen 130 mehrerer Räder 270 des Fahrzeugs 300a, 300b, erfolgt mit dem periodischen Anregungs-Drehmoment ET und mit einer vorbestimmten Phasenverschiebung DP. Dadurch sind die den verschiedenen Rädern 270 zugeordneten Anregungs-Drehmoment ET zeitlich durch die Frequenz und die Phasenverschiebung DP vorbestimmt. Die mehreren Räder 270 können einer oder mehreren Achsen des Fahrzeugs 300a, 300b zugordnet sein. Die Phasenverschiebung DP beträgt beispielsweise 180 °.
Anschließend erfolgt ein Ermitteln 140 einer Schlupfänderung DS in Abhängigkeit des Anregungs-Drehmoments ET. Wird zusätzlich auf das „stationäre“ Drehmoment T eine hochfrequente Drehmomentanregung mit dem Anregungs-Drehmoment ET gegeben, ändert sich mit gleicher Frequenz der Schlupf S an der elektrisch angetriebenen Achse um die Schlupfänderung DS. Dabei erfolgt das Ermitteln 140 der Schlupfänderung DS unter Berücksichtigung der Frequenz F und unter Verwendung eines Filters P und/oder einer Fourier-Analyse der Schlupfänderung DS. Der Filter P wird auf den Schlupf S mit Hinblick auf ein vorbestimmtes, die Frequenz F umfassendes Intervall I angewendet. Das Ermitteln 140 der Schlupfänderung DS erfolgt unter Verwendung eines Lock-in-Verstärkers 280. Durch die Fourier-Analyse der Schlupfänderung DS kann ein zu der Schlupfänderung DS gehöriges Messignal auf eine bestimmte Frequenz untersucht werden. Insbesondere kann das Messsignal auf die Frequenz F und/oder ein Intervall I um die Frequenz F untersucht werden.
Das Ermitteln 120 des Schlupfes S und das Ermitteln 140 einer Schlupfänderung DS erfolgt durch eine Mehrzahl von Raddrehzahlsensoren 220 und wird optional durch den elektrischen Antrieb 21 plausibilisiert.
Es folgt ein Ermitteln 150 eines Reibwerts MU anhand der Schlupfänderung DS. Die Schlupfänderung DS bedingt eine Änderung der Tangentialkraft beziehungsweise Vortriebskraft an einer Kontaktfläche zwischen dem Rad 270 und dem Untergrund 260. Damit ergibt sich aus der Schlupfänderung DS eine Änderung des Reibwerts MU.
Es folgt ein Ermitteln 155 eines Arbeitspunktes 210 anhand des Drehmoments T und des Schlupfes S. Der Arbeitspunkt 210 ist ein „stationärer“ Arbeitspunkt 210 und ist
ein Punkt einer Reibwertkurve 400 (siehe Figur 2), der anhand des „stationären“ Drehmoments T und den damit verbundenen „stationären“ Schlupf S ermittelbar ist. Mithilfe der Anregung durch das Anregungs-Drehmoment ET und der Schlupfänderung DS kann die Steigung im Arbeitspunkt 210 der Reibwertkurve 400 ermittelt werden, da sich durch die Schlupfänderung DS der Reibwert MU ändert.
Es folgt ein Ermitteln 156 eines Gradienten D des Reibwerts MU in Abhängigkeit des Schlupfes S. Führt die Drehmomentanregung durch das Anregungs-Drehmoment ET nur zu einer geringen Schlupfänderung DS, ergibt sich ein hoher Gradient D für die Reibwertkurve 400.
Es erfolgt ein Zuordnen 157 einer dem Untergrund 260 entsprechenden Reibwertkurve 400 anhand des Gradienten D des Reibwerts MU und anhand einer stochastischen Größe des Reibwerts MU und/oder des Schlupfes S. Mithilfe des „stationären“ Arbeitspunktes 210 und der ermittelten Steigung beziehungsweise des Gradienten D in dem Arbeitspunkt 210, kann der aktuelle Arbeitspunkt 210 einer charakteristischen Reibwertkurve 400 zugeordnet werden.
Ermitteln 160 eines maximalen Reibwerts MM des Untergrunds 260 anhand des Reibwerts MU. Der aktuelle Arbeitspunkt 210 liegt bei einem hohen Gradienten D weit vom maximalen Reibwert MM entfernt, was auf einen hohen Reibwert MU der Fahrbahn schließen lässt. Ändert sich der Schlupf S aufgrund der Anregung jedoch stark, ist der maximale Reibwert MM fast erreicht. Zusätzlich kann mithilfe einer Interpolation der maximale Reibwert MM der Fahrbahn abgeschätzt werden. Durch den direkten Zusammenhang zwischen Drehmomentanregung, Schlupfwertänderung DS und Reibwert MU der Fahrbahn kann jederzeit ermittelt werden, ob der aktuelle Arbeitspunkt 210 schon nahe an der Schlupfgrenze ST liegt oder nicht.
Der Fachmann erkennt, dass die Schritte des Verfahrens 100 auch in einer anderen als der dargestellten Reihenfolge durchführbar sind. Schritte des Verfahrens können auch simultan, also gleichzeitig erfolgen. Beispielsweise können das Betreiben 110, mit dem Drehmoment T, des auf dem Untergrund 260 angeordneten Rades 270 und das Beaufschlagen 130 des Rades 270 mit dem zeitlich vorbestimmten Anregungs- Drehmoment ET jederzeit und insbesondere simultan erfolgen. Das Ermitteln 120
des Schlupfes S kann jederzeit nach dem Betreiben 110, mit dem Drehmoment T, des auf dem Untergrund 260 angeordneten Rades 270 erfolgen.
Figur 2 zeigt zwei schematische Darstellungen (Figur 2 (A) und Figur 2 (B)) von Reibwertkurven 400.1 , 400.2, 400.3, 400.3, 400.4, 400.5, 400.6.
Figur 2 (A) zeigt dabei sechs verschiedene Reibwertkurven 400.1 , 400.2, 400.3,
400.3, 400.4, 400.5, 400.6. Jeder der Reibwertkurven 400.1 , 400.2, 400.3, 400.3,
400.4, 400.5, 400.6 stellt den Zusammenhang zwischen Reibwert MU und Schlupf S für einen spezifischen Untergrund 260 dar. Dabei zeigt die Reibwertkurve 400.1 den Zusammenhang zwischen Reibwert MU und Schlupf S für trockenen Asphalt. Die Reibwertkurve 400.2 zeigt den Zusammenhang zwischen Reibwert MU und Schlupf S für feuchten Asphalt. Die Reibwertkurve 400.3 zeigt den Zusammenhang zwischen Reibwert MU und Schlupf S für Schotter und/oder Kies. Die Reibwertkurve 400.4 zeigt den Zusammenhang zwischen Reibwert MU und Schlupf S für feuchten Schotter und/oder Kies. Die Reibwertkurve 400.5 zeigt den Zusammenhang zwischen Reibwert MU und Schlupf S für Schnee. Die Reibwertkurve 400.6 zeigt den Zusammenhang zwischen Reibwert MU und Schlupf S für Eis.
Jede der Reibwertkurven 400.1 , 400.2, 400.3, 400.3, 400.4, 400.5, 400.6 weist eine unimodale Form mit einem maximalen Reibwert MM bei einem bestimmten Schlupf S auf (siehe Figur 2 (B)), wobei die Steigung beziehungsweise der Gradient D (siehe Figur 2 (B)) jeder der Reibwertkurven 400.1 , 400.2, 400.3, 400.3, 400.4, 400.5, 400.6 für einen kleineren Schlupf S positiv und vergleichsweise groß ist und für einen größeren Schlupf S negativ und vergleichsweise gering ist, wie auch mit Bezug zu Figur 2 (B) beschrieben.
Figur 2 (B) zeigt einen Ausschnitt für eine Auswahl der Reibwertkurven 400.1 , 400.2, 400.5 wie in Figur 2 (A) gezeigt. Dabei ist für eine der Reibwertkurven 400.5 ein Arbeitspunkt 210 dargestellt. Der Arbeitspunkt 210 ergibt sich aus dem „stationären“ Drehmoment T und dem damit einhergehenden Reibwert MU und Schlupf S. An dem Arbeitspunkt 210 ist ein Steigungsdreieck zum Ermitteln des Gradienten D dargestellt. Der Gradient D ist die lokale Steigung der Reibwertkurve 400.5. Durch das Anregungs-Drehmoment ET wird eine Schlupfänderung DS sowie eine Änderung
des Reibwerts MU induziert. Damit kann anhand der Schlupfänderung DS und der Änderung des Reibwerts MU der Gradient D ermittelt werden. Der Gradient D und der Arbeitspunkt 210 geben Aufschluss über die Reibwertkurve 210 und ermöglichen das Zuordnen 157 der dem jeweiligen Untergrund 260 entsprechenden Reibwertkurve 400.5 anhand des Gradienten D des Reibwerts MU.
Für die Reibwertkurve 400.5 ist der maximale Reibwert MM dargestellt. Der Gradient D der Reibwertkurve 400.5 ist für einen kleineren Schlupf S positiv und vergleichsweise groß und für einen größeren Schlupf S negativ und vergleichsweise gering.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Übersicht eines Fahrzeugs 300a, insbesondere Nutzfahrzeugs 300b, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Fahrzeug 300a, 300b gemäß Figur 3 wird unter Bezugnahme auf die Beschreibung der Figuren 1 und 2 beschrieben.
Wie in Figur 3 gezeigt ist das Fahrzeug 300a, 300b auf einem Untergrund 260 angeordnet. Dabei sind die Räder 270 auf dem Untergrund 260 angeordnet. Zwischen den Rädern 270 und dem Untergrund 260 ist eine nichtdargestellte Kontaktfläche angeordnet. An der Kontaktfläche kontaktieren die Räder 270 und der Untergrund 260 einander. Durch die Kontaktfläche können Kräfte zwischen den Rädern 270 und dem Untergrund 260 wirken. Insbesondere kann eine Normalkraft senkrecht zur Kontaktfläche wirken, die von der Masse des Fahrzeugs 300a, 300b und der Anzahl und Geometrie der Räder 270 abhängt. Zusätzlich zur Normalkraft kann eine Tangentialkraft wirken, die von der Dynamik des jeweiligen Rades 270 abhängt, insbesondere von einem Vortrieb und/oder Bremsen beziehungsweise dem entsprechenden Drehmoment T und/oder dem Anregungs-Drehmoment ET im Falle eines angetriebenen Rades 270. Das Verhältnis aus Normalkraft zu Tangentialkraft beschreibt den Reibwert MU des Untergrundes 260. Das Drehmoment T bedingt einen Schlupf S und das Anregungs-Drehmoment ET bedingt eine Schlupfänderung DS. Der Der Schlupf ist S das Verhältnis einer Drehzahl R eines angetriebenen Rades 270 zu einer Drehzahl R eines nicht angetriebenen und formschlüssig mitlaufenden Rades 270.
Das Fahrzeug 300a, 300b ist dazu eingerichtet, das mit Bezug zu Figur 1 beschriebene Verfahren 100 durchzuführen. Dafür weist das Fahrzeug 300a, 300b wie in Figur 3 gezeigt ein Steuergerät 250, einen elektrischen Antrieb 200, die mehreren Räder 270 und die Mehrzahl von Raddrehzahlsensoren 220 auf. Das Steuergerät 250 ist mit dem elektrischen Antrieb 200 und den Raddrehzahlsensoren 220 derart verbunden, um das Verfahren 100 gemäß Figur 1 durchzuführen.
Das Steuergerät 250 ist dazu eingerichtet, den elektrischen Antrieb 200 zum Beaufschlagen der Räder 270 mit dem Drehmoment T und dem Anregungs- Drehmoment ET anzusteuern. Dazu kann das Steuergerät 250 eine Drehmomentanforderung TR an den elektrischen Antrieb 200 übermitteln, die das Drehmoment T und das Anregungs-Drehmoment ET definieren, wobei für die Drehmomentanforderung TR die Amplitude A des Anregungs-Drehmoment ET, die Phasenverschiebung DP des Anregungs-Drehmoment ET, die Frequenz F des Anregungs-Drehmoment ET und die Schlupfgrenze ST berücksichtigt wird. Das Steuergerät 250 übermittelt dafür die momentane Drehmomentanforderung TR an den elektrischen Antrieb 200. Die Drehmomentanforderung TR besteht aus einer Überlagerung einer „stationären“ Drehmomentanforderung für das „stationäre“ Drehmoment T mit dem zusätzlich überlagerten Anregungs-Drehmoment ET. Die Frequenz F, die Amplitude A, die Phasenverschiebung DP und die Schlupfgrenzen ST sind im Steuergerät 250 hinterlegt und dienen zur „Erzeugung“ des Anregungs- Drehmoments ET, welches auf das „stationäre“ Drehmoment T aufaddiert wird. Der elektrische Antrieb 200 empfängt einen Momentanwert eines Gesamtdrehmoments als Summe aus Drehmoment T und Anregungs-Drehmoment ET, welcher sich dann durch das überlagerte Anregungs-Drehmoment ET periodisch ändert. Der elektrische Antrieb 200 ist dazu eingerichtet, das oder die Räder 270 anhand des Signals des Steuergeräts 250 mit dem Drehmoment T und dem Anregungs-Drehmoment ET zu beaufschlagen.
Jeder der Raddrehzahlsensoren 220 ist dazu eingerichtet, die Drehzahl R von jeweils einem der Räder 270 zu messen. Mithilfe mehrerer Raddrehzahlsensoren 220 kann der Schlupf S und die Schlupfänderung DS bestimmt werden. Dafür ist einer der Raddrehzahlsensoren 220 dazu eingerichtet, die Drehzahl R von einem nichtangetriebenen Rad 270 zu bestimmen, und einer der Raddrehzahlsensoren 220
ist dazu eingerichtet, die Drehzahl R von einem angetriebenen Rad 270 zu bestimmen. Der Raddrehzahlsensor 220 ist zum Übermitteln der Drehzahlen R der Räder 270 an das Steuergerät 250 mit dem Steuergerät 250 verbunden. Das Steuergerät 250 ist dazu eingerichtet, anhand der Drehzahlen R der Räder 270 den Schlupfs S und die Schlupfänderung DS zu ermitteln.
Das Steuergerät 250 ist ferner dazu eingerichtet, einen Lock-In-Verstärker 280 auszubilden. Dazu kann das Steuergerät 250 dem Lock-In-Verstärker 280 das Intervall I und den Filter P bereitstellen.
Das Steuergerät 250 umfasst ferner eine nichtgezeigte Datenverarbeitungsvorrichtung und einen nichtgezeigten Speicher. In dem Speicher sind beispielsweise die in Figur 2 gezeigten Reibwertkurven 400 speicherbar. Für eine Menge von Untergründen 260 ist je eine Reibwertkurve 400 und/oder eine Reibwertsteigungskurve in dem Speicher gespeichert, um das Verfahren 100 gemäß Figur 1 effektiv durchführen zu können. Die Reibwertkurve 400 können messtechnisch gewonnen worden sein und/oder heuristisch modelliert sein.
Bezugszeichen (Teil der Beschreibung)
100 Verfahren
110 Betreiben eines Rades
120 Ermitteln des Schlups
130 Beaufschlagen mit Anregungs-Drehmoment
140 Ermitteln einer Schlupfänderung
150 Ermitteln eines Reibwerts
155 Ermitteln eines Arbeitspunktes
156 Ermitteln eines Gradienten
157 Zuordnen einer Reibwertkurve
160 Ermitteln eines maximalen Reibwerts
200 elektrischer Antrieb
210 Arbeitspunkt
220 Raddrehzahlsensor
250 Steuergerät
260 Untergrund
270 Rad
280 Lock-in-Verstärker
300a Fahrzeug
300b Nutzfahrzeug
400 Reibwertkurve
A Amplitude
D Gradient
DP Phasenverschiebung
DS Schlupfänderung
ET Anregungs-Drehmoment
F Frequenz
MM maximaler Reibwert
MU Reibwert
P Filter
R Drehzahl
S Schlupf
ST Schlupfgrenze
T Drehmoment
TR Drehmomentanforderung
Claims
1 . Verfahren (100) zur Reibwertschätzung für ein durch einen elektrischen Antrieb (200) antreibbares Fahrzeug (300a), insbesondere Nutzfahrzeug (300b), das Verfahren (100) aufweisend die Schritte:
- Betreiben (1 10), mit einem Drehmoment (T), eines auf einem Untergrund (260) angeordneten Rades (270) des Fahrzeugs (300a), insbesondere Nutzfahrzeugs (300b);
- Ermitteln (120) des Schlupfs (S) des Rades (270);
- Beaufschlagen (130) des Rades (270) mit einem zeitlich vorbestimmten Anregungs- Drehmoment (ET), wobei das Beaufschlagen (130) des Rades (270) mit dem Anregungs-Drehmoment (ET) periodisch mit einer Frequenz (F) erfolgt;
- Ermitteln (140) einer Schlupfänderung (DS) in Abhängigkeit des Anregungs- Drehmoments (ET), wobei das Ermitteln (140) der Schlupfänderung (DS) unter Berücksichtigung der Frequenz (F) erfolgt; und
- Ermitteln (150) eines Reibwerts (MU) anhand des Schlupfes (S) und der Schlupfänderung (DS).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei
- die Frequenz (F) des periodischen Anregungs-Drehmoments (ET) im Bereich von 0,1 Hz bis 20 Hz, vorzugsweise von 0,5 Hz bis 5 Hz, liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- das Ermitteln (140) der Schlupfänderung (DS) unter Verwendung eines Filters (P) und/oder mittels Fourier-Analyse der Schlupfänderung (DS) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei
- der Filter (P) auf den Schlupf (S) mit Hinblick auf ein vorbestimmtes, die Frequenz (F) umfassendes Intervall (I) angewendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- das Beaufschlagen (130) mehrerer Räder (270) des Fahrzeugs (300a), insbesondere Nutzfahrzeugs (300b), mit dem periodischen Anregungs-Drehmoment (ET) und mit einer vorbestimmten Phasenverschiebung (DP) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- das Ermitteln (140) der Schlupfänderung (DS) unter Verwendung eines Lock-in- Verstärkers (280) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend den Schritt:
- Ermitteln (155) eines Arbeitspunktes (210) anhand des Drehmoments (T) und des Schlupfes (S).
8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend den Schritt:
- Ermitteln (156) eines Gradienten (D) des Reibwerts (MU) in Abhängigkeit des Schlupfes (S).
9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner aufweisend den Schritt:
- Zuordnen (157) einer dem Untergrund (260) entsprechenden Reibwertkurve (400) anhand des Gradienten (D) des Reibwerts (MU) und/oder anhand einer stochastischen Größe des Reibwerts (MU) und/oder des Schlupfes (S).
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend den Schritt:
- Ermitteln (160) eines maximalen Reibwerts (MM) des Untergrunds (260) anhand des Reibwerts (MU).
1 1 . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- das Anregungs-Drehmoment (ET) eine Amplitude (A) aufweist, wobei die Amplitude (A) derart gewählt ist, dass eine Schlupfgrenze (ST) nicht überschritten wird, ein Vorzeichen einer Summe aus Drehmoment (T) und Anregungs-Drehmoment (ET) gleich einem Vorzeichen des Drehmoments (T) ist und/oder eine Berücksichtigung der Fahrzeugstabilität und/oder der Effizienz erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- das Ermitteln (120) des Schlupfes (S) und das Ermitteln (140) einer Schlupfänderung (DS) durch eine Mehrzahl von Raddrehzahlsensoren (220) und/oder unter Berücksichtigung einer eine Drehzahl (R) betreffenden Information des elektrischen Antriebs (21 ) erfolgt.
13. Computerprogramm und/oder computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms bzw. der Befehle durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren (100) und/oder die Schritte des Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
14. Steuergerät (250) für ein Fahrzeug (300a), insbesondere Nutzfahrzeug (300b), wobei das Steuergerät (250) dazu eingerichtet ist, das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
15. Fahrzeug (300a), insbesondere Nutzfahrzeug (300b), umfassend das Steuergerät (250) nach Anspruch 14.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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