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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung des Reibwerts zwischen einem Rad und der Fahrbahn in einem Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Schätzverfahren zur Ermittlung des Reibwerts zwischen Rad und Fahrbahn in Fahrzeugen, die auf mathematischen Modellen sowie Messwerten einer fahrzeugeigenen Sensorik basieren. Beispielsweise ist es bekannt, den Reibwert in einem ESP-Regelsystem (elektronisches Stabilitätsprogramm) aus der Normalkraft und der Bremskraft und/oder der Antriebskraft sowie der Querbeschleunigung zu ermitteln. Allerdings ist der auf diese Weise ermittelte Reibwert mit einer verhältnismäßig großen Unsicherheit behaftet. Es können Situationen auftreten, in denen nicht das gesamte Reibwertpotential ausgeschöpft wird.
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Aus der
DE 10 2007 007 282 A1 ist ein Verfahren zum Schätzen von Reibwerten bekannt, bei dem achsindividuell aus Seitenkräften und Achslasten jeweils ein Kraftschluss geschätzt wird und aus dem Vergleich des Kraftschlusses zwischen Vorder- und Hinterachse der Reibwert ermittelt wird.
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Bei Unsicherheiten in der Reibwertschätzung muss aus Sicherheitsgründen von einem verhältnismäßig niedrigen Reibwert für die Fahrerassistenzsysteme im Fahrzeug ausgegangen werden, was jedoch im Hinblick auf ein sportliches Fahrverhalten hinderlich sein kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Reibwert zwischen Rad und Fahrbahn in einem Fahrzeug mit verbesserter Genauigkeit zu ermitteln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Reibwert zwischen einem Fahrzeugrad und der Fahrbahn in einem Fahrzeug anhand aktueller Fahrsituationen ermittelt werden. Hierbei ist es nicht zwingend erforderlich, dass sich das Fahrzeug in oder nahe einer instabilen Fahrsituation befindet. Es können vielmehr auch stabile Fahrsituationen für die Bestimmung des Reibwerts berücksichtigt werden. Auf Grund der besseren, präziseren Ermittlung des Reibwerts können Reibwertpotenziale auch in stabilen Fahrsituationen besser ausgeschöpft werden, so dass beispielsweise in Fahrerassistenzsystemen eine Parametrierung eingestellt werden kann, die ein sportlicheres Fahrverhalten ermöglicht. Auch Änderungen im Reibwert, welche beispielsweise auf Grund einer plötzlich sich ändernden Fahrbahnbeschaffenheit auftreten, können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reibwertbestimmung erfasst werden, so dass beispielsweise der Übergang von einem hohen zu einem niedrigen Reibwert ermittelt werden kann.
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Bei dem Verfahren wird der Reibwert in mindestens zwei unterschiedlich hohe Reibwertklassen eingestuft. Die Einstufung erfolgt anhand der aktuellen Fahrsituationen, in denen sich das Fahrzeug befindet, wobei jede Einstufung in eine Reibwertklasse die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sich der tatsächliche Reibwert zwischen Fahrzeugrad und Fahrbahn in dieser betreffenden Reibwertklasse befindet. Somit steigt die Wahrscheinlichkeit mit der Anzahl der Reibwerteinstufungen in eine bestimmte Reibwertklasse an.
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Um eine zu niedrige Reibwerteinstufung zu vermeiden und Reibwertpotenziale besser ausschöpfen zu können, ist eine Einstufung in eine niedrigere Reibwertklasse nur in bestimmten Fällen mit einer Herabstufung für die Wahrscheinlichkeit für die höhere Reibwertklasse verbunden. Tritt eine Fahrsituation auf, die eine Einstufung in die niedrigere Reibwertklasse zur Folge hat, verringert sich die Wahrscheinlichkeit für die höhere Reibwertklasse nur für den Fall, dass ein Ausschlusskriterium für die höhere Reibwertklasse erfüllt ist. Liegt dagegen das Ausschlusskriterium für die höhere Reibwertklasse nicht vor, so hat die Reibwerteinstufung in die niedrigere Reibwertklasse keine Wahrscheinlichkeitsverringerung für die höhere Reibwertklasse zur Folge; da die Gesamtwahrscheinlichkeit, also die Summe sämtlicher Einzelwahrscheinlichkeiten gleich eins bzw. gleich 100 % ist, erfolgt entweder eine Herabstufung einer noch niedrigeren Reibwertklasse und/oder ein geringerer Anstieg der Wahrscheinlichkeit für die niedrigere Reibwertklasse und eine entsprechend geringere Absenkung der Wahrscheinlichkeit für die höhere und/oder noch niedrigere Reibwertklasse.
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Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass eine Fahrsituation, die eine Einstufung in eine niedrigere Reibwertklasse zur Folge hat, nicht automatisch eine höhere Reibwertklasse ausschließt. Der Ausschluss erfolgt nur, wenn sich aus der jeweiligen Fahrsituation eindeutig ergibt, dass der Reibwert keinen Wert einnehmen kann, der eine Einstufung in die höhere Reibwertklasse erlaubt, beispielsweise bei einem Aktivwerden eines Fahrerassistenzsystems wie z.B. einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP), einem Antiblockiersystem (ABS) oder einer Antriebsschlupfregelung (ASR). Wird ein derartiges Fahrerassistenzsystem aktiv, so deutet dies auf einen bestimmten Reibwert hin, sofern nicht bereits eine Einstufung in eine höhere Reibwertklasse vorliegt. In diesem Fall ist ein Ausschlusskriterium erfüllt, so dass beispielsweise die Reibwerteinstufung in die niedrigere Reibwertklasse erfolgt und zugleich die Wahrscheinlichkeit für die höhere Reibwertklasse herabgesetzt wird.
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Insgesamt liefert das erfindungsgemäße Verfahren Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Reibwertklassen, die in der Summe bei eins liegen. Die Wahrscheinlichkeiten werden durch die Summe der Reibwerteinstufungen in die betreffenden Reibwertklassen bestimmt, wobei die Reibwerteinstufungen sich aus den aktuellen Fahrsituationen ergeben. Die Reibwerteinstufungen werden fortlaufend durchgeführt, so dass die Wahrscheinlichkeitsermittlung auf iterative Weise erfolgt und fortlaufend anhand neuer, aktueller Fahrsituationen korrigiert wird.
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Die aktuell höchste Wahrscheinlichkeit einer Reibwertklasse kann für die Parametrierung beispielsweise eines Fahrerassistenzsystems herangezogen werden. Sind beispielsweise drei Reibwertklassen mit Reibwerten von z.B. kleiner als 0.3, zwischen 0.3 und 0.7 sowie größer als 0.7 vorhanden, so wird der Parametrierung derjenige Reibwert aus der Reibwertklasse mit der höchsten Wahrscheinlichkeit zu Grunde gelegt.
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Für das Verfahren werden mindestens zwei, vorteilhafter drei Reibwertklassen definiert. Die Einstufung in eine niedrigere Reibwertklasse verringert, wie ausgeführt, die Wahrscheinlichkeit für eine höhere Reibwertklasse in entsprechender Weise nur dann, wenn ein Ausschlusskriterium für die höhere Reibwertklasse erfüllt ist. Umgekehrt verringert die Reibwerteinstufung in eine höhere Reibwertklasse die Wahrscheinlichkeit für eine niedrigere Reibwertklasse zweckmäßigerweise in jedem Fall.
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Es können verschiedene Ausschlusskriterien für die höhere Reibwertklasse herangezogen werden. Dies kann eine Aktivierung bzw. ein Eingriff eines Fahrerassistenzsystems sein, aus dem auf einen niedrigeren Reibwert geschlossen werden kann. Es ist aber auch möglich, unmittelbar aus sensorisch ermittelten Messwerten im Fahrzeug, beispielsweise auf der Grundlage einer Inertialsensorik, eine Einstufung in eine bestimmte Reibwertklasse auszuschließen. Beispielsweise kann bei einem Längsschlupf an einem Fahrzeugrad, welcher aus Raddrehzahlen ermittelt wird, oberhalb eines Grenzwertes ein höherer Reibwert ausgeschlossen werden.
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Es können unterschiedliche Fahrsituationen für die Reibwerteinstufung herangezogen werden, soweit diese Fahrsituationen sensorisch erfasst werden können. Die Fahrsituationen werden beispielsweise den Situationskomplexen Anfahren, Bremsen, Beschleunigungen und Kurvenfahrt zugeordnet.
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Beim Anfahrvorgang wird beispielsweise die Drosselklappenstellung im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine ermittelt und für die Zuordnung in eine Reibwertklasse herangezogen. Hierbei können noch zusätzliche Bedingungen berücksichtigt werden, beispielsweise eine Mindest- oder Höchstgeschwindigkeit, eine Längsbeschleunigung innerhalb eines bestimmten Wertebereichs oder Motor- bzw. Antriebesmomente innerhalb eines definierten Wertebereichs.
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Bei einer Bremssituation wird die Bremsverzögerung gemessen und der Reibwerteinstufung zu Grunde gelegt. Zusätzlich können auch hier weitere Randbedingungen berücksichtigt werden, beispielsweise der Bremsdruck im Bremssystem, die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Aktivierung eines Antiblockiersystems (ABS).
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Bei einer Beschleunigungssituation kann die Reibwerteinstufung in Abhängigkeit der gemessenen Beschleunigung erfolgen, wobei auch in diesem Fall zusätzliche Randbedingungen berücksichtigt werden können wie z.B. die Aktivierung einer Antriebsschlupfregelung (ASR).
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Bei einer Kurvenfahrt wird insbesondere die Querbeschleunigung gemessen und für die Reibwerteinstufung herangezogen, wobei als Randbedingungen beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit oder Indikatoren für die Fahrzeugstabilität zusätzlich berücksichtigt werden.
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Das Verfahren zur Ermittlung des Reibwerts läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, das ggf. Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems sein kann.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der in schematischer Weise der Ablauf des Verfahrens zur Ermittlung des Reibwerts zwischen Fahrzeugrad und Fahrbahn in Abhängigkeit verschiedener Fahrsituationen dargestellt ist.
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Mit dem in der Figur gezeigten Ablaufschema kann der Reibwert zwischen einem Fahrzeugrad eines Fahrzeugs und der Fahrbahn in drei unterschiedlich hohe Reibwertklassen eingestuft werden, die beispielsweise eine niedrige Klasse mit einem Reibwertbereich µ kleiner als 0.3, eine mittlere Reibwertklasse mit einem Reibwertbereich µ zwischen 0.3 und 0.7 und eine hohe Reibwertklasse mit einem Reibwertbereich µ größer als 0.7 umfassen. In Abhängigkeit der jeweiligen Fahrsituation wird der aktuelle Reibwert bestimmt und in eine entsprechende Reibwertklasse eingestuft, wobei die Anzahl ein Einstufungen pro Reibwertklasse einer Wahrscheinlichkeit für diese Klasse entspricht. In der Summe müssen die Wahrscheinlichkeiten für die drei Reibwertklassen eins bzw. 100 % ergeben.
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Wie der Figur zu entnehmen, werden die aktuellen Fahrsituationen, die der Reibwertbestimmung zu Grunde gelegt werden, in vier verschiedene Kategorien 1, 2, 3 und 4 eingestuft. Block 1 steht für Anfahren, Block 2 für Bremsen, Block 3 für Beschleunigungen und Block 4 für Kurvenfahrt. Während die Blöcke 1, 2 und 4 konkrete Fahrsituationen beobachten, wertet Block 3 unabhängig von der Fahrsituation oder Kombinationen davon die am Fahrzeug wirkende Gesamtbeschleunigung aus. In jedem Block 1, 2, 3, 4 werden für die jeweilige Fahrsituation spezifische Werte ermittelt, die auf Messwerten basieren. Jeder Fahrsituationsblock 1 bis 4 liefert jeweils eine Ausgangsgröße für die Reibwertklasse des Hochreibwerts, des Mittelreibwerts und des Niedrigreibwerts. Die hohen Reibwerte werden in einem Knotenpunkt 5, die mittleren Reibwerte in zwei Knotenpunkten 6 und 7 und die niedrigen Reibwerte in einem Knotenpunkt 8 zusammengefasst. Hierbei ist jeder Fahrsituationsblock 1 bis 4 mit jedem Knotenpunkt 5 bis 8 verbunden und liefert beispielsweise je einen Wert „0“ oder „1“ für „nicht zutreffend“ bzw. „zutreffend“ bzw. beliebige Zwischenwerte zwischen 0 und 1 in der betreffenden Reibwertklasse. Ergibt beispielsweise eine Auswertung einer Fahrsituation im Block 1, dass eine Hochreibwertsituation vorliegt, so wird ein höherer, näher an „1“ liegender Wert an den Knotenpunkt 5 geliefert, wohingegen die Knotenpunkte 6 bis 8 jeweils einen geringeren, näher an „0“ liegenden Wert zugeführt bekommen.
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Die beiden Knotenpunkte 6 und 7 stehen für einen mittleren Reibwert µ, wobei ausgangsseitig der Knotenpunkt 6 und 7 in weiteren Blöcken 9 bzw. 10 zusätzliche Bedingungen einfließen, welche die Wahrscheinlichkeit für höhere bzw. niedriger Reibwertklassen beeinflussen. Beispielsweise wird ausgangsseitig des Knotenpunktes 6 eine zusätzliche Abfrage im Block 9 durchgeführt, die bejahendenfalls dazu führt, dass die Anzahl an Ereignissen für die höhere Reibwertklasse um den Wert 1 verringert wird; es handelt sich somit im Block 9 um ein Ausschlusskriterium für die höhere Reibwertklasse. In den Blöcken 9 und 10 können auch Gewichtungen durchgeführt werden, die die Wahrscheinlichkeit für eine Einstufung in eine höhere oder niedrigere Reibwertklasse beeinflussen können. Ausschlusskriterien für höhere Reibwertklassen können im Übrigen auch in den Fahrsituationsblöcken 1 bis 4 abgefragt werden, da die Ausschlusskriterien auch fahrsituationsabhängig sein können.
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Liegt ein höherer Reibwert im Knotenpunkt 6 vor und ist zusätzlich das Ausschlusskriterium im Block 9 erfüllt, wird der Reibwert für die mittlere Reibwertklasse mit einem erhöhten Wahrscheinlichkeitswert und zugleich der Reibwert für die höhere Reibwertklasse mit einem verringerten Wahrscheinlichkeitswert belegt. Ist dagegen das Ausschlusskriterium in Block 9 nicht erfüllt, bleibt der Wahrscheinlichkeitswert für die höhere Reibwertklasse bestehen.
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Mit der Herabstufung der höheren Reibwertklasse im Block 9 nur bei Vorliegen eines Ausschlusskriteriums wird sichergestellt, dass eine eventuell vorhandene Reibwertreserve nur aufgegeben wird, wenn ein die Reibwertherabstufung rechtfertigendes Ereignis vorliegt. Block 9 schließt sich an den Knotenpunkt 6 des mittleren Reibwertes an, der beispielsweise beim Wert µ = 0.5 liegt. Sollte jedoch der tatsächliche Reibwert bei µ = 0.8 liegen, so wird über das Ausschlusskriterium im Block 9 sichergestellt, dass die hohe Reibwertklasse nicht um einen Zähler verringert wird. Dies erfolgt vielmehr nur für den Fall, dass ein die Herabstufung rechtfertigendes Ereignis vorliegt, beispielsweise ein Eingriff eines Fahrerassistenzsystems, was einen Ausschluss eines hohen Reibwerts nach sich zieht. In diesem Fall ist das Ausschlusskriterium in Block 9 erfüllt und es wird die Wahrscheinlichkeit für die hohe Reibwertklasse verringert. Im Block 9 kann außerdem eine Gewichtung durchgeführt werden.
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In analoger Weise kann ausgangsseitig des Knotenpunktes 7 im Block 10 ein Ausschlusskriterium abgefragt werden, bei dessen Vorliegen die Wahrscheinlichkeit für die niedrigere Reibwertklasse verringert wird. Auch im Block 10 kann zusätzlich eine Gewichtung durchgeführt werden.
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In den Blöcken 5 bis 8 werden jeweils die Reibwertwahrscheinlichkeiten in den Reibwertklassen für niedrigen, mittleren und hohen Reibwert ermittelt. In den Blöcken 9 und 10 erfolgt ggf. eine Gewichtung sowie die Überprüfung von Ausschlusskriterien.
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Im Block 11 werden aus den einzelnen Reibwerteinstufungen der Knotenpunkte 5 bis 8 Summen je Reibwertklasse berechnet, deren Größenverhältnisse zur Ermittlung der Reibwertwahrscheinlichkeit benutzt werden. Durch unterschiedliche Dimensionierung der maximalen Summe kann man die Wahrscheinlichkeitsberechnung auf unterschiedlich weit in die Vergangenheit reichende Zeiträume einstellen. Bei großer maximaler Summe werden verhältnismäßig viele ältere Ereignisse berücksichtigt, bei kleiner maximaler Summe überwiegend die jüngeren Ereignisse. Auf diese Weise kann die Anzahl an Ereignissen, die für eine Reibwerteinstufung herangezogen werden, variabel eingestellt werden. Hierdurch kann beispielsweise eine Adaption für dynamische Fahrweise erfolgen.
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Zu Beginn jeder Fahrt oder jedes Zündungszyklus erfolgt im Block 11 eine Initialisierung der Reibwertwahrscheinlichkeiten auf vorgegebene Startwerte. Diese kann zur individuellen Abstimmung auf das Fahrzeug adaptiert werden; zum Beispiel kann die Initialisierung für ein komfortabel abgestimmtes, weniger agiles Fahrzeug oder einen Transporter mit mittleren Reibwerte erfolgen, wohingegen ein sportliches Fahrzeug mit höheren Reibwerten initialisiert wird.
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In den Ausgangsblöcken 12, 13 und 14 werden die Einzelwahrscheinlichkeiten für hohen Reibwert, mittleren Reibwert und niedrigen Reibwert zur Verfügung gestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007007282 A1 [0003]
