CN110049905A - 用于借助于机动车估计行车道的摩擦值的方法以及控制设备和机动车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于借助于机动车(10)估计行车道(24)的摩擦值(30)的方法,其中,机动车(10)的控制设备(14)从打滑调节***(17)接收能最大地利用机动车(10)的车轮(11)传递到行车道(24)上的水平力(28)的第一估计值。本发明设置成,控制设备(14)从减振器调节装置(15)接收车轮(11)的车轮支承力(26)的第二估计值并且借助源自车轮支承力(26)和水平力(28)的估计值将摩擦值(30)作为独立于车辆的摩擦值(30)来计算。
Description
技术领域
本发明涉及一种方法,以便借助于机动车或从机动车出发估计行车道的摩擦值。该方法由同样是本发明的部分的控制设备执行。最后,带有根据本发明的控制设备的机动车也属于本发明。
背景技术
行车道的摩擦值的估计在DE 10 2009 041 566 A1中描述。从中得知,对摩擦值的了解或估计是有用的,以便能够运行行驶动态性能调节***,例如打滑调节***(ESC-电子稳定控制)。根据该出版文献,摩擦值信息也基于地图和位置数据来查明。此外,已知的是,将摩擦值的估计划分成多个种类。对于这样的情况(即驾驶员的驾驶方式负责使机动车的轮胎在附着极限下运行,即快要打滑之前),能够借助于打滑调节***本身实现对于摩擦值的估计。利用打滑调节***用于估计摩擦值具有如下缺点,即在打滑调节***内本来仅能够估计车轮的能最大传递的水平力并且估计为了计算摩擦值所需要的竖直力,其方式为,例如假设,车辆质量均匀地分配到机动车的所有四个车轮上。这导致摩擦值的不准确的估计。估计源自打滑调节装置的摩擦值的另一个缺点在于,摩擦值只有当机动车即已经辗过行车道上的相应的部位时才能够事后确定。
由DE 10 2013 211 027 A1已知,借助于摄像头识别行车道表面的使摩擦值减少的属性,如例如雪覆盖或烂泥积聚。基于摄像头的方法具有如下缺点,即这些方法仅提供部分有效的值,因为基于摄像头***的估计是非常不准确的。然而为此,估计提前地存在。
发明内容
本发明基于如下任务:在机动车中提供对行车道的摩擦值的估计。
该任务通过独立专利权利要求的对象来解决。本发明的有利的改进方案通过从属专利权利要求、接下来的说明书以及附图来描述。
通过本发明,提供所述的用于估计行车道的摩擦值的方法,该方法能够“车载地”、也就是说借助于机动车的控制设备来实施。如已经结合现有技术所描述的那样,控制设备从打滑调节***、例如ESC接收能最大地利用机动车的车轮传递到行车道上的水平力的估计值。此处,该估计值被称为第一估计值,因为随后引入第二估计值。能最大传递的水平力也被称为水平力潜力。
如已经实施的那样,利用能最大传递的水平力虽然同样能够通过打滑调节***估计摩擦值。但是,这基于:起作用的竖直力基于关于车辆质量分配到机动车的四个车轮上的粗略估计。
为了能够避免这种粗略估计,根据本发明设置成,控制设备从机动车的减振器调节装置接收所述的第二估计值,该第二估计值给出车轮的车轮支承力。车轮支承力是这样的力,该力在车轮的轮胎与行车道的表面之间作用。即是当前的或实际起作用的竖直力,该竖直力不基于估计。通过使控制设备即打滑调节***与减振器调节装置组合或合成,不仅能够利用针对水平力的估计值而且能够利用针对竖直力或车轮支承力的估计值,这两者不基于粗略的、独立于情况的假设,而是考虑当前的行驶情况。控制设备然后借助这两个估计值、也就是说由车轮支承力和水平力来计算摩擦值。此外,该摩擦值独立于车辆地适用,也就是说该摩擦值也能够用于带有其它车辆质量和/或轮胎配置的其它机动车(所谓的外来车辆),以便例如实现可用的最大水平力的预测。
减振器调节装置能够例如如下地查明车轮支承力的所述的估计值。一方面能够考虑,哪个力从机动车的车辆车厢、即机动车的弹性地支承的部分作用到车轮上。该力经由减振器或弹性支柱从车辆车厢传递到车轮上。在此,减振器的弹簧的弹簧力起作用。该弹簧力能够取决于减振器的减振器行程或弹入行程来查明。此外,减振器力起作用,该减振器力能够取决于弹入行程的在时间上的变化借助减振器硬度来查明。车辆车厢的另一个力输入能够通过摇动稳定器传递到车轮上。由此,由弹簧力、减振器力和摇动稳定器力能够查明从车辆车厢总共地作用到车轮上的力,所述力此处被称为施加到车轮上的车辆支承力。与此相对,加速力能够在车轮在行驶期间、例如通过不平度期间扔起或朝上抛或下沉到坑洼中时起作用。为此,同样能够查明弹入行程的在时间上的变化。为了在此在车轮本身的运动与车辆车厢的运动之间进行区分,能够利用车辆车厢的加速度传感器的信号。在此,如果例如车辆车厢保持不加速,能够识别车轮本身的运动。由车轮的运动速度的在时间上的变化得出车轮的加速度并且然后能够基于对于车轮质量的给出值查明作用到车轮上的加速力。现在,仅仅缺少车轮在行车道上的车轮支承力。因为所有所提及的力的总和必须得出为零(力平衡),从而缺少的变量、即车轮支承力能够由该方程组计算。
由此即减振器调节装置能够提供车轮支承力的估计,该车轮支承力能够结合由打滑调节***提供的水平力被用来计算独立于车辆的摩擦值。
可选的附加的技术特征也属于本发明,通过所述技术特征得出另外的优点。
基于所描述的测量方法能够通过如下方式实现另一个优点,即同样识别,假如车轮完全不具有在道路上的附着还是仅具有较小的在道路上的附着,因为车轮例如正好行驶经过坑洼并由此例如短期地在空气中悬浮、即完全不具有附着。为此设置成,如果所述的车轮支承力的估计值(第二估计值)小于预确定的最小值,则不采纳经估计或计算的摩擦值或甚至完全停止摩擦值的计算。如果即车轮支承力如此小,使得该车轮支承力指示出车轮没有完全地放置或支撑在行车道上,即小于预确定的最小值,则由此推论,也可不采纳或无需计算摩擦值,因为该摩擦值不代表行车道的摩擦特性。
控制设备能够也设计成学***均或平均值计算。由此,对于每个底基种类单独地将统计的摩擦值递归地改善或具体化或精确化。如已经阐述的那样,能够将该统计上的合成律作为平均值、滑动的平均值或递归的平整来进行或执行,以便仅列出示例。在此,通过根据底基种类分开的存储防止:使不同行驶底基、例如一方面沙路和另一方面沥青的摩擦值叠加或混杂或影响。
为了产生所述的种类给出值、即识别底基种类,能够设置成,周围环境探测装置具有图像处理单元,该图像处理单元例如借助于摄像头探测处于前方的行驶底基。由此,图像处理单元光学地探测行驶底基并对其进行分类。该分类例如能够基于与不同底基种类的行驶底基的已知的图像图案或纹理和/或颜色的图案比较来实现。为此,能够例如将隐马尔科夫模型(HMM)和/或人工神经网络用于摄像头图像的图像分析。
统计的摩擦值的存储的一个优点也在于,现在也能够提供例如对于机动车的前轮的摩擦值的预测,即不必辗过行车道的一区域才事后计算摩擦值。为此,能够借助存储在数据存储器中的摩擦值和如其作为第二估计值由减振器调节装置提供的车轮支承力来计算可用的最大水平力的值,即水平力的潜力的值,并且能够将该值作为预测提供给打滑调节***。打滑调节***即在辗过行车道的查明的区域之前对于该区域接收可用的最大水平力的值,并且能够事后将可用的最大水平力的然后确定的值同样以已经描述的方式提供。
所描述的在数据存储器中的统计的摩擦值不一定必须收敛到可靠的、具体的摩擦值上。为了评价这个,优选地设置成,在数据存储器中在每个底基种类下对于其摩擦值也提供置信值。该置信值给出在统计的摩擦值中所考虑的摩擦值的偏散和/或单个的摩擦值的底基种类的种类估计的置信程度。该偏散能够例如作为统计上的方差来给出。种类估计的置信程度能够例如由分类器、即例如所述的HMM或人工神经网络以本身已知的方式来查明。源自数据存储器的统计的摩擦值然后与其置信值一起提供,从而利用该摩擦值的器械或***、例如打滑调节***借助置信值识别:统计的摩擦值估计有多可靠。统计的摩擦值与其置信值一起也能够提供到车辆外部的接收器处,例如提供到外来车辆处和/或例如互联网中的固定的数据库处。然后另外的外来车辆能够从例如互联网的数据库读取或调用每个底基种类的摩擦值。由此,这些车辆外部的接收器也能够匹配其车辆特性,这能够以小的收敛时间来执行,因为统计的摩擦值根据底基种类分开地提供。
所给定的底基种类、例如“沥青”的行车道仍能够由于当前的环境条件,例如在不同的温度和/或湿度下而具有不同的摩擦值。因此优选设置成,所存储的统计的摩擦值在提供之前、即在通过另一个器械或***的利用之前与通过至少一个传感器信号以信号指示的、当前的气候条件相匹配。该气候条件能够例如是周围环境温度和/或天气给出值、例如“下雨”或降雨量。也能够考虑,最近的降雨落下到现在有多长时间,并且现在在该干燥周期之后识别第一次降雨。由此,能够推断在一个下雨暂停和然后开始的下雨之后润滑薄膜的存在,并且相应地修正统计的摩擦值。
在行驶期间也能够在车轮到达行驶底基的相应的部位或相应的区域之前在机动车内提供预测、也就是说摩擦值的估计。为此,能够设置成,查明在机动车的前轮处的摩擦值并且将其作为预测的摩擦值传输到用于机动车的后轮的控制设备处。由此,至少在后轮处控制设备能够提前获得预测的摩擦值。为了预测在后轮处的摩擦值,该预测的摩擦值例如能够传递到减振器调节装置处。然后利用减振器调节装置的车轮支承力能够预测水平力潜力。
这能够例如得到利用,其方式为,在行车道的面区域中经由前轮识别出摩擦值小于预确定的最小值,也就是说识别出其是平滑的,且利用转向信号来操控方向盘控制装置,该转向信号设计成用于,利用(随后的)后轮在考虑摩擦值的情况下行驶通过或行驶绕过该面区域。这能够例如在制动机动期间被用于使制动行程缩短。一般地,即利用后轮行驶绕过关键面区域(摩擦值小于最小值)。基于预测能够例如预控制后桥转向,以便使车辆的路线保持恒定。用于行驶绕过的新的轨迹的选择能够基于摄像头数据来实现。所述摄像头数据仅保证,在偏移路径中不存在反常。通过考虑摩擦值尤其实现用于行驶方向预设(例如后桥转向)的设备的操控,以便在摩擦值反常的情况下通过车轮调整平衡车道偏差。
为了在机动车中能够执行根据本发明的方法,通过本发明提供一种用于机动车的控制设备。该控制设备能够例如设计为控制器。控制设备具有处理器装置,该处理器装置设置成用于,执行根据本发明的方法的实施方式。处理器装置为此能够具有微处理器或微控制器。该方法能够基于用于处理器装置的程序代码来实现。
附图说明
随后描述本发明的一种实施例。为此,唯一的图(图)示出根据本发明的机动车的实施方式的示意性的图示。
具体实施方式
随后阐释的实施例涉及本发明的一种优选的实施方式。在该实施例中实施方式的所描述的部件分别呈现本发明的相应单个的、可相互单独地考虑的特征,所述特征分别也相互独立地改进本发明,并由此也可单个地或不同于所示出的组合地视作为本发明的组成部分。此外所描述的实施方式也能够通过本发明的已经描述的特征中的另外的特征来补充。
该图示出机动车10,在其中该机动车例如能够涉及汽车,尤其是乘用汽车或载重汽车。所示出的是前轮11、后轮12、车辆前部13、控制设备14、用于带有前轮11的前桥的减振器调节装置15、用于带有后轮12的后桥的减振器调节装置16、打滑调节装置17和带有摄像头19的周围环境探测装置18,所述摄像头朝着车辆前部13对准到其探测区域20中。
在该图中,通过箭头阐明数据或值在所描述的部件之间的传递。在此,画阴影线的箭头给出预见信息,所述预见信息在行车道的相应的面区域21仍没有被辗过或驶过时就已经存在,也就是说预见信息在相应的行车道区域21被驶过之前就存在。没有阴影线的箭头呈现用于标识的信息,如该信息在行车道区域21被辗过或驶过之后存在并且考虑该驶过的当前的过程。
周围环境探测装置18能够基于图像处理单元22借助于摄像头19查明处于前方的行车道24的行车道底基的底基种类23并且提供给控制设备14。可选地,基于摄像头图像也能够查明高度轮廓25并且提供给减振器调节装置15。高度轮廓的提供能够例如以其如由开头所提及的DE 10 2013 211 027 A 1已知的方式来实现。
减振器调节装置15能够针对相应的前轮11查明车轮支承力26并且可选地由高度轮廓25预测或提前计算预测的车轮支承力26'。这能够以已知的方式基于模型来实现。由前轮11关于机动车10的车辆车厢的相对运动能够可选地查明道路轮廓27并且提供给减振器调节装置16。减振器调节装置16能够在其那方面查明当前的车轮支承力26并且例如基于模型预见性地查明预测的车轮支承力26'。
打滑调节装置17能够基于轮11,12的打滑的检测以本身已知方式查明当前的最大水平力28。
控制设备14能够基于当前的最大水平力28和当前的车轮支承力26通过摩擦值估计29来查明处于车轮11下方的行车道24的当前的摩擦值。如此所估计的摩擦值30能够在数据存储器31中在相应给出的当前的底基种类23下(例如能够设置种类给出值C1,C2)与存储在数据存储器31中的统计的摩擦值32组合成更新的统计的摩擦值32。附加地,能够给出置信值33,该置信值能够取决于在相应的统计的摩擦值32中所考虑的摩擦值30的方差。相应的统计的摩擦值32也能够基于所查明的底基种类23从数据存储器31中读取并且例如作为预测提供给打滑调节装置17。替代摩擦值32也能够通过与预测的车轮支承力26'组合来将预测的最大水平力34作为预测提供给打滑调节装置17。借助于该预测能够在打滑调节装置17中例如对水平力28的当前所识别的最大值的合理性进行合理性检查或进行检验。
摩擦值30或统计的摩擦值32也能够提供给用于后桥的减振器调节装置16,由此该后桥能够预测地调整或准备用于后轮12的减振器的减振器调节装置。
通过减振器调节装置16所查明的后轮12的预测的车轮支承力26'和/或当前的车轮支承力26的利用能够为了验证统计的摩擦值32而同样通过计算相应的后桥-摩擦值30'来执行。
所描述的计算方法允许在机动车10中的大量控制可行方案。由此,例如得出如下针对摩擦值估计的输入变量:
摄像头作为光学传感器探测行车道。借助光学的行车道印象来将底基分类。这在驶过之前就已经发生。底基的这种分类被发送到摩擦值估计器处。后期在该处对于每个底基种类学习单独的摩擦值。
利用摄像头尤其能够感测底基的突然的变化(例如干燥/潮湿;沥青/鹅卵石;沙子、树叶)。此处,摄像头提供信息,由此车辆能够快速地针对新的摩擦值进行调整或忽略在计算摩擦值时的短期的偏差。
只要传感装置将其分辨,则可选地查明行车道轮廓。行车道轮廓然后用于减振器调节,以用于估计将来的车轮支承力。
打滑调节***(例如ESC/ESP,ESP-电子稳定程序)能够有能力由车轮打滑和所传递的力查明最大水平力及由此摩擦值。但是因为正常情况下车轮支承力未知,通常在计算时假设平均的车轮支承力。如果摩擦值已知,则能够借助能最大传递的水平力来协调行驶机动。首先,这涉及车轮单独的驱动和制动力矩的极限。然而,经识别的摩擦值仅适用于已经驶过的行车道。对于将来的适用性由于可能的底基变化或在车轮支承力方面的偏差而成问题。
在机动车10的情况下现在得出如下变化,即,将经识别的摩擦值或经识别的最大水平力(水平力潜力)仅作为未加工值传输到呈摩擦值估计29形式的上级的摩擦值估计器处。摩擦值估计器在与摄像头数据和车轮支承力估计融合之后提供针对摩擦值的估计值。该估计值然后被用于打滑调节。
经由减振器调节装置(DCC-动态底盘控制)的传感装置估计车轮支承力。该信息在时间上稍微延迟地存在,因为首先必须发生过滤和计算。该信息能够在打滑调节装置中用于摩擦值估计。
如果对于一个桥具有关于待辗过的道路轮廓的预见信息,那么能够在一个模型中计算竖直动态性能并且预见性地输出车轮支承力。在此,预见信息能够利用附加的预览传感装置或经由预测例如将前桥运动传输到后桥处。
摩擦值估计器(摩擦值估计29)能够车辆单独地如下进行。打滑调节***提供经识别的摩擦值或最大水平力作为用于摩擦值计算的未加工值。减振器调节装置提供当前的车轮支承力。摄像头提供当前的和将来的底基种类。
摩擦值的学习车辆单独地通过由未加工值和车轮支承力对最终摩擦值的计算来实现。然后,实现最终摩擦值与相应的底基种类的关联。然后根据底基种类实现针对所涉及的底基种类的新的摩擦值的学习。针对所学习的底基种类的置信区间的查明能够借助摩擦值相对于之前所学习的摩擦值和迄今的置信区间的偏差来实现。针对所有未学习的测量值的置信区间的缩小能够由于不足够的实时性(过时的值)而同样设置。
针对将来辗过的底基的摩擦值和置信区间借助利用摄像头所识别的底基种类来估计。然后利用车轮支承力查明水平力潜力。如果车轮支承力不由减振器调节装置的模型而存在,那么车轮支承力由纵向和横向动态性能来估计或假设固定的值。能够实现水平力潜力(备选地摩擦值)和置信区间到打滑调节装置处的传递。
能够实现关于底基种类的摩擦值在导航存储器中的利用关键部位的标识的储存。可能的储存信息能够是:
从A向B的道路XYZ是90%沥青和10%混凝土。沥青在20°干燥度的情况下具有0.9的摩擦值并且在潮湿的情况下具有0.5的摩擦值。反常是在2.5-2.65km情况下在潮湿情况下沥青上的摩擦值低于0.3。
能够利用C2X(车辆至X)实现关于底基种类的摩擦值的通信。在C2X中同样能够实现摩擦值对于车辆特性的修正(例如:车辆A少10%,车辆B多10%)。
同样能够设置针对单个的路程区段的摩擦值和置信区间与气候条件(例如下雨、温度)的自动匹配。
同样能够实现对于驾驶员的局部低的摩擦值(小于阈值)的显示(源自C2X或导航存储器)。
在仅低的轨迹偏差的情况下,自动的完全制动能够行驶绕过低的摩擦值或在考虑摩擦值的情况下行驶通过所述低的摩擦值,例如沙道。
由此,在将车轮支承力包括在内的情况下实现摩擦值估计。在将摄像头图像包括在内的情况下同样能够实现由摩擦值-历史对将来估计的摩擦值的外插。由估计的摩擦值和所查明的车轮支承力对水平力潜力的查明同样是带来优势的。对机动车处的转向、驱动和/或制动装置的操控能够现在在考虑水平力极限(水平力潜力)的情况下实现。对调整的实际的车轮打滑和/或侧偏角的返回测量也能够用于检验估计的实际效果。
行驶底基根据光学的摄像头图像的分簇和基于该分簇的对摩擦值和摩擦值的可靠性的学习对于不同的子组分开地实现。
作为进一步开发方法还能够设置成,将所查明的涉及底基的摩擦值与周围环境C2X、WLAN或无线移动进行交换。这些发出的值然后能够在起接收作用的机动车中对于相应的车辆特性进行修正。这也能够通过关于底基的分类精确地实现。在周围环境条件变化的情况下借助该变化(特别是周围环境温度、太阳射入、潮湿)同样实现摩擦值的修正。
对于后桥在笔直行驶的情况下可行的是,将在前桥处所识别的摩擦值同样直接地使用在该后桥处。优选地,这尤其是在相同的车道内进行完全制动的情况下执行。
仅仅是提供竖直的行车道激励(高度轮廓)的信息通常能够推断出在查明摩擦值时的反常(例如轮的抬起)。该竖直的行车道激励能够被探测,并且所查明的摩擦值在这样的情况下不进一步用于摩擦值估计,而是例如不采纳。
总体上示出如下示例,即如何能够通过本发明提供一种用于基于底基的光学的分类进行摩擦值估计的方法。
附图标记列表
10 机动车
11 前轮
12 后轮
13 车辆前部
14 控制设备
15 减振器调节装置
16 减振器调节装置
17 打滑调节***
18 周围环境探测装置
19 摄像头
20 探测区域
21 行驶底基区域
22 图像处理装置
23 底基种类
24 行车道
25 高度轮廓
26 车轮支承力
26' 车轮支承力
27 道路轮廓
28 水平力
29 摩擦值估计
30 摩擦值
30' 摩擦值
31 数据存储器
32 统计的摩擦值
33 置信值
34 水平力潜力。
Claims (10)
1.一种用于借助于机动车(10)估计行车道(24)的摩擦值(30)的方法,其中,所述机动车(10)的控制设备(14)
- 从打滑调节***(17)接收能最大地利用所述机动车(10)的车轮(11)传递到所述行车道(24)上的水平力(28)的第一估计值,
其特征在于,所述控制设备(14)
- 从减振器调节装置(15)接收所述车轮(11)的车轮支承力(26)的第二估计值并且
- 借助源自所述车轮支承力(26)和所述水平力(28)的估计值将所述摩擦值(30)作为独立于车辆的摩擦值(30)来计算。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,如果车轮负载波动大于预确定的最高值,则不采纳所述摩擦值(30)或停止所述摩擦值(30)的计算。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述控制设备(14)从周围环境探测装置(18)接收所述行车道(24)的行驶底基的底基种类(23)的种类给出值(C1,C2)并且将所计算的摩擦值(30)在所述底基种类(23)下作为统计的摩擦值(32)存储在数据存储器(31)中并且在行驶到另外的行车道之上的情况下,所述周围环境探测装置(18)对于所述另外的行车道以信号指示相同的底基种类(23),重新计算摩擦值(30)并且利用该摩擦值将在所述数据存储器(31)中的统计的摩擦值(32)递归地更新。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,所述控制设备(14)从所述周围环境探测装置(18)的图像处理单元(22)接收所述种类给出值(C1,C2),所述图像处理单元光学地探测所述行驶底基并且将其分类。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的方法,其中,借助存储在所述数据存储器(31)中的摩擦值(32)和所述车轮支承力(26)提前计算可用的最大水平力(34)的值,并且将所述值提供给所述打滑调节***(17)作为预测。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法,其中,在所述数据存储器(31)中对于每个底基种类(23)对于所述底基种类的统计的摩擦值(32)提供置信值(33),并且所述置信值(33)给出在所述统计的摩擦值(32)中所考虑的摩擦值(30)的偏散和/或所述底基种类(23)的种类估计的置信程度,并且将所述统计的摩擦值(32)与其置信值(33)一起提供。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法,其中,将所存储的统计的摩擦值(32)在提供之前与通过至少一个传感器信号以信号指示的、当前的气候条件相匹配。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,查明所述机动车(10)的前轮(11)处的摩擦值(30)并且将其作为预测的摩擦值传输到用于所述机动车(10)的后轮(12)的控制设备(16)处。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,在所述行车道(24)的面区域(21)中经由所述前轮(11)识别出摩擦值(30)小于预确定的最小值,并且利用转向信号来操控方向盘控制装置,所述转向信号设计成用于,利用所述后轮(12)行驶绕过所述面区域(12)或在考虑所述摩擦值的情况下利用预确定的车轮调整来行驶通过所述面区域(12)。
10.一种用于机动车(10)的控制设备(14),其中,所述控制设备(14)具有处理器装置,所述处理器装置设置成用于,执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
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