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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen zumindest eines Reibwerts zwischen zumindest einem Rad eines mehrere Räder aufweisenden Kraftfahrzeugs und einer Fahrbahn, auf welcher die Räder aufstehen, wobei durch Ansteuern zumindest eines Aktuators zum Beeinflussen eines aktuellen Fahrzustands eine aus der Ansteuerung resultierende Veränderung des Fahrzustands und in Abhängigkeit der Veränderung der Reibwert abgeschätzt werden.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des vorstehend genannten Verfahrens.
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Stand der Technik
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Moderne Sicherheitssysteme von Kraftfahrzeugen reagieren in Abhängigkeit von aktuellen Reibwerten, um eine optimale Gefahrenvermeidung oder Entschärfung zu gewährleisten. So regeln beispielsweise ABS- oder ESP-Systeme entsprechend eines aktuell erfassten Reibwerts eine Bremskraft ein, um ein Durchdrehen eines oder aller Räder des Kraftfahrzeugs zu vermeiden und das Fahrzeug zu stabilisieren. Die Erkennung des aktuellen Reibwerts der Straße beziehungsweise des Reibwerts, der zwischen Straße und Rad wirkt, findet dabei jedoch erst dann statt, wenn das ABS- oder ESP-System eingreift. Somit findet eine Schätzung des Reibwerts nur bei aktiver Regelung und bereits notwendigem Bremseingriff statt. Damit erfolgt das Erfassen des Reibwerts erst bei Überschreiten der eigentlichen Grenzen, was für Insassen des Fahrzeugs auch Komfortnachteile mit sich bringt, da der Eingriff des Bremssystems zwangsläufig zu einer Verzögerung des Fahrzeugs führt. Es soll daher vermieden werden, nur zum Feststellen des Reibwerts das Bremssystem anzusteuern.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ohne einen Eingriff in das Bremssystem beziehungsweise ohne einen Eingriff durch das Bremssystem in den Fahrzustand eine Reibwertabschätzung vorgenommen wird, die insbesondere von Insassen des Kraftfahrzeugs unbemerkt durchführbar ist. Heutige Kraftfahrzeuge sind oft mit einer elektromechanischen Lenkung ausgestattet, welche mit zwei aufeinander gegenüberliegenden Längsseiten des Kraftfahrzeugs angeordneten Rädern gekoppelt ist, um das Kraftfahrzeug zu steuern. Während bisher ein Lenksystem eine mechanische Kopplung zwischen Lenkrad und den Rädern vorausgesetzt hat, werden nunmehr Lenksysteme entwickelt, bei denen die mechanische Kopplung entfällt. Stattdessen wird auf eine elektrische Kopplung zurückgegriffen. Derartige Systeme werden als Steer-by-Wire-Systeme bezeichnet. Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich ein derartiges System mit Einzelradstellern zu Nutze, da ein derartiges System es erlaubt, Räder einzeln anzusteuern, sodass jeder Lenkwinkel individuell verstellt wird. So sieht das Verfahren erfindungsgemäß vor, dass zum Ermitteln des Reibwerts als der zumindest eine Aktuator zumindest ein Lenkaktuator, der nur einem Rad des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist, angesteuert wird, um einen Lenkwinkel des Rads zu verändern, wobei ein zum Verändern des Lenkwinkels notwendiges Moment erfasst und in Abhängigkeit des erfassten Moments der Reibwert abgeschätzt wird. Wird beispielsweise bei einer Geradeausfahrt der Lenkwinkel nur eines Rads innerhalb eines begrenzten Bereichs verändert, so wirkt sich dies nicht unbedingt auf den Gesamtfahrbetrieb aus, abgesehen davon, dass mit zunehmendem Lenkwinkel an dem einen Rad eine das Kraftfahrzeug verzögernde Kraft zunimmt. Insoweit wird der Lenkwinkel durch das Verfahren vorzugsweise nur innerhalb eines begrenzten Bereichs verändert, vorzugsweise um weniger als 1°, vorzugsweise weniger als 0,5°. Damit wirkt sich das Verändern des Lenkwinkels auf den Fahrbetrieb nicht aus, und erfolgt insbesondere unbemerkt von Insassen des Kraftfahrzeugs. Jedoch hängt die zum Verstellen des Lenkwinkels notwendige Kraft von dem zwischen Rad und Fahrbahn wirkenden Reibwert ab. Damit kann in Abhängigkeit von dem für die Verstellung notwendigerweise aufgebrachten Moment der aktuell wirkende Reibwert abgeschätzt werden. Somit wird es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, in Abhängigkeit des Moments, das notwendig ist, den gewünschten Lenkwinkel einzustellen, den Reibwert während der Fahrt, sogar während eines Rollbetriebs oder Segelbetriebs des Kraftfahrzeugs, abzuschätzen, ohne dass dies den Komfort für die Fahrzeuginsassen beeinträchtigt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind zwei Lenkaktuatoren, die jeweils nur einem Rad des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind, vorhanden, wobei diese beiden Räder auf gegenüberliegenden Längsseiten des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, und wobei die Lenkaktuatoren zum Ermitteln des Reibwerts derart angesteuert werden, dass sie die Lenkwinkel der Räder in gleichem Maße gegensinnig verändern. Durch das gegensinnige Verändern der Lenkwinkel wird gewährleistet, dass durch das Verändern der Lenkwinkel keine Kurvenfahrt eingeleitet wird, sondern vielmehr der Lenkwinkel des einen Rads durch den Lenkwinkel des anderen Rads ausgeglichen wird und beispielsweise die Geradeausfahrt beibehalten wird. Dadurch wird die Rückwirkung auf die Fahrzeuginsassen beziehungsweise auf das Gesamtkraftfahrzeug minimiert und der Komfort weiter erhöht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die Lenkwinkel dieser beiden Räder zum Einstellen einer Vorspur oder einer Nachspur, insbesondere abwechselnd einer Vorspur und einer Nachspur eingestellt. Dies ergibt sich letztendlich bereits aus dem gegensinnigen Ansteuern der Lenkwinkel. Insbesondere werden sie zum Einstellen einer Vorspur oder Nachspur in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrsituation, beispielsweise einer schnellen oder langsamen Geradeausfahrt, einer Vorwärtsbewegung oder Rückwärtsbewegung, oder dergleichen eingestellt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die zum Verändern des jeweiligen Lenkwinkels notwendigen Momente erfasst und miteinander verglichen. Durch den Vergleich der erfassten Momente ist bereits ohne das Feststellen oder Abschätzen eines aktuellen Reibwerts eine Aussage über einen relativen Reibwertunterschied zwischen den beiden Rädern feststellbar, sodass eine µ-Split-Situation in einfacher Weise ohne das Eingreifen des Bremssystems feststellbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird dabei außerdem der Momentenverlauf des jeweiligen Lenkaktuators erfasst und es werden die erfassten Lenkverläufe miteinander verglichen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auch bei geringen Lenkwinkeländerungen Aussagen bezüglich des Fahrzustands abgeleitet werden können. Sinkt beispielsweise das benötigte Lenkmoment bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit auf einer Längsseite ab, so wird auf dieser Seite eine niedrige Haftung erkannt und diese Information für die Ansteuerung von Lenk- und/oder Bremsvorgängen des Kraftfahrzeugs berücksichtigt.
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Weiterhin wird bevorzugt der Betriebsstrom des jeweiligen Lenkaktuators erfasst und in Abhängigkeit des erfassten Betriebsstroms das notwendige Moment ermittelt. Dadurch, dass der einzustellende Lenkwinkel vorgegeben wird, hängt der Betriebsstrom zum Erreichen dieses Lenkwinkels von dem Reibwert der Fahrbahn ab. Somit ist in Abhängigkeit des Betriebsstroms einfach das notwendige Moment ermittelbar. Insbesondere wird hierzu eine Kennlinie oder ein Kennfeld des Lenkaktuators verwendet, die/das dem Betriebsstrom Momentwerte zuordnet.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verfahren regelmäßig durchgeführt wird. Dadurch wird in insbesondere regelmäßigen zeitlichen Abständen geprüft, ob sich der Reibwert der Fahrbahn verändert. Dadurch wird gewährleistet, dass zeitnah Informationen über einen aktuellen Reibwert und/oder eine Reibwertänderung zur Verfügung stehen und vom anderen System des Kraftfahrzeugs genutzt werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Häufigkeit der Durchführung des Verfahrens bevorzugt in Abhängigkeit von einem zuletzt bestimmten Reibwert variiert. Wird beispielsweise eine Reibwertänderung festgestellt, so wird das Verfahren beim nächsten Durchgang zu einem früheren oder späteren Zeitpunkt als ursprünglich geplant durchgeführt, um der eventuell erhöhten oder reduzierten Gefahr gerecht zu werden.
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Insbesondere wird dazu mit abnehmendem Reibwert die Häufigkeit der Durchführung erhöht. Dadurch wird erreicht, dass mit steigendem Fahrrisiko die Überwachung des Reibwerts erhöht und der Betrieb des Kraftfahrzeugs, insbesondere der sicherheitsrelevanten Systeme zeitnah und entsprechend des Risikos angepasst wird. Nimmt der Reibwert zu, wird die Häufigkeit bevorzugt reduziert, um Energie zu sparen und Verschleiß zu vermeiden.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass ein erfasster Reibwert an in der Nähe befindliche Kraftfahrzeuge und/oder eine zentrale Datenbank gesendet wird. Dadurch werden auch andere Verkehrsteilnehmer über den aktuellen Reibwert informiert, sodass deren Sicherheitssysteme, beispielsweise ohne selbst den Reibwert feststellen zu müssen, an die Fahrsituation an der betreffenden Stelle angepasst werden können. Dazu wird der erfasste Reibwert insbesondere mit einer aktuellen Positionsinformation, die insbesondere durch ein Navigationssystem des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird, an die benachbarten Kraftfahrzeuge und/oder die zentrale Datenbank übermittelt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 zeichnet sich dadurch aus, dass sie speziell dazu hergerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Insbesondere sind zumindest zwei Rädern des Kraftfahrzeugs jeweils ein Lenkaktuator zugeordnet, wobei die beiden Räder insbesondere auf gegenüberliegenden Längsseiten des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, sodass der Lenkwinkel zumindest dieser zwei Räder individuell durch den jeweiligen Lenkaktuator einstellbar ist.
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Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
- 1 ein Kraftfahrzeug in einer vereinfachten Draufsicht und
- 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines vorteilhaften Verfahrens.
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1 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht ein Kraftfahrzeug 1, das vorliegend eine Vorderradachse 2 und eine Hinterradachse 3 aufweist, wobei beide Radachsen jeweils zwei Räder 4, 5 und 6, 7 aufweisen.
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Die Räder 4, 5 der Vorderradachse 2 sind dabei lenkbar ausgebildet. Dazu ist jedem der Räder 4, 5 ein eigener Lenkaktuator 8, 9 zugeordnet, der insbesondere elektromotorisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder elektromagnetisch ausgebildet ist und mit dem jeweiligen Rad 4, 5 derart gekoppelt ist, dass er den Lenkwinkel des jeweiligen Rads 4, 5 individuell einstellen kann.
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Ein Antriebssystem sowie ein Bremssystem des Kraftfahrzeugs 1 sind aus Übersichtlichkeitsgründen in 1 nicht gezeigt.
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Durch das im Folgenden beschriebene Verfahren wird während des Betriebs des Kraftfahrzeugs 1 zumindest ein Reibwert, der zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und einer Fahrbahn 10 wirkt, auf welcher sich das Kraftfahrzeug 1 entlang bewegt, ermittelt.
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2 zeigt dazu ein Flussdiagramm, das in einem Schritt S1 mit Inbetriebnahme der Kraftfahrzeugs 1 beginnt. In regelmäßigen Abständen, auf die später nochmals eingegangen wird, wird in einem Schritt S2 das Verfahren gestartet. Dabei werden zunächst in darauffolgenden Schritten S3_8 und S3_9 die Aktuatoren 8, 9 dazu angesteuert, das jeweils zugehörige Rad 4, 5 um einen vorbestimmten Lenkwinkel α zu verstellen. Dabei werden die Aktuatoren 8, 9 derart angesteuert, dass die Lenkwinkel gegensinnig (+α/-α) verstellt werden, sodass sich beispielsweise die in 1 gezeigte Nachspur einstellt. Alternativ kann auch eine Vorspur eingestellt werden. Bevorzugt werden die Lenkwinkel mehrfach gegensinnig verstellt, beispielsweise abwechselnd in eine Vorspur und eine Nachspur, insbesondere sinusförmig. Dabei wird ein aktueller Lenkwinkel um nicht mehr als 1°, insbesondere um weniger oder gleich 0,5° verstellt. In einem darauffolgenden Schritt S4_8 und S4_9 werden die zum jeweiligen Verstellen des Lenkwinkels notwendigen Betriebsströme des jeweiligen Aktuators 8, 9 überwacht und in Abhängigkeit der jeweils erfassten Betriebsströme und einem die jeweiligen Aktuatoren 8, 9 zugehörigen Kennfeld ein notwendiges Steller-Moment in einem Schritt S5_8 und S5_9 ermittelt. Unter dem notwendigen Moment wird das Moment verstanden, das von den Aktuatoren 8, 9 aufgebracht werden muss, um das jeweilige Rad um den gewünschten Lenkwinkel α zu verstellen.
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Anschließend werden die notwendigen Momente der beiden Aktuatoren 8, 9 in einem Schritt S6 miteinander verglichen.
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Ergibt eine darauffolgende Abfrage S7, dass die Momente nicht voneinander abweichen (n), so wird in Abhängigkeit der ermittelten Momente und eines Kennfelds, das zuvor beispielsweise durch Versuche erstellt wurde, der zwischen den Rädern 4, 5 und der Fahrbahn 10 wirkende Reibwert in einem Schritt S8 bestimmt und anschließend das Verfahren im Schritt S2, gegebenenfalls nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitdauer, erneut gestartet. Ergibt die Abfrage S7 jedoch, dass die Momente der beiden Aktuatoren 8, 9 voneinander abweichen (j), so wird in einem folgenden Schritt S9 auf eine µ-Split-Situation erkannt. Anschließend wird ein Maß der µ-Split-Situation in einer Abfrage S10 geprüft. Unterschreitet der erkannte Split einen vorgebbaren Grenzwert (n), so wird zu Schritt S8 verwiesen und die Überwachung erneut begonnen.
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Überschreitet jedoch der erfasste µ-Split-Wert den vorgebbaren Grenzwert im Schritt S10 (j), so wird in einem darauffolgenden Schritt S11 in Abhängigkeit von dem µ-Split und den erfassten Momenten ein aktuell zwischen Fahrbahn 10 und Fahrzeug 1 wirkender Reibwert mittels eines Kennfelds, das wie zuvor bereits beschrieben, bevorzugt durch vorherige Versuche oder Berechnungen erstellt wurde, bestimmt.
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Dieser so ermittelte Reibwert wird dann weiteren Systemen des Kraftfahrzeugs, beispielsweise Fahrerassistenzsystemen in einem Schritt S13, einem autonomen Fahrcomputer in einem Schritt S14, einer Anzeige zum Darstellen der Situation für den Fahrer des Kraftfahrzeugs in einem Schritt S15 und/oder in einem Schritt S16 einer zentralen Datenbank oder benachbarten Kraftfahrzeugen übermittelt.
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Durch das vorteilhafte Verfahren wird erreicht, dass durch die Einzelradsteller beziehungsweise Lenkaktuatoren Informationen für die lenkbaren Räder 4, 5 abgeleitet werden, wobei anstelle einer Zweiradlenkung, wie sie in dem Ausführungsbeispiel von 1 gezeigt ist, auch eine Vierradlenkung oder Allradlenkung vorgesehen sein kann. Optional kann auch der Reifendruck des jeweiligen Rads 4, 5, 6, 7 bei der Bestimmung des aktuell wirkenden Reibwerts und/oder der µ-Split-Situation berücksichtigt werden, vorausgesetzt, dass entsprechende Sensoren verbaut sind.
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Zweckmäßigerweise werden die Lenkwinkel synchron, also gleichzeitig verändert, um eine Beeinträchtigung des Fahrverhaltens zu vermeiden. Aus den Lenkmomentverläufen wird bevorzugt für geringe Spuränderungen bereits Aussagen bezüglich des Fahrbahnzustands abgeleitet. Sinkt beispielsweise das benötigte Moment bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit auf einer Seite, beispielsweise an dem Rad 5 ab, so wird dort eine niedrige Haftung erkannt und das Lenk- beziehungsweise Bremssystem des Kraftfahrzeugs kann dies bereits für Lenk- und/oder Bremsvorgänge berücksichtigen und die jeweiligen Aktuatoren entsprechend ansteuern, wie in 2 erläutert. Dabei ist es auch denkbar, in einer vereinfachten Form nur die Momente für die Drehung der Räder 4, 5 um die Hochachse gegenüber Einzelradstellung zu vergleichen, um eine µ-Split-Situation zu erkennen. In komplexeren Ausprägungen kann das ausgeführte System auch die konkreten Werte anhand des Maschinenkennfelds des jeweiligen Aktuators 8, 9 bestimmen beziehungsweise abschätzen.
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Für die Überprüfung des Reibwerts können gestaffelte beziehungsweise unterschiedliche Zeitintervalle für den Neustart des Fahrens im Schritt S2 vorgesehen sein. So kann beispielsweise bei einem normalen Reibwert an allen Rädern ein niedrigeres Intervall an Durchführungen des Verfahrens vorgesehen sein, als bei einem reduzierten Reibwert. Sobald eine Abweichung, insbesondere ein Absinken des Reibwerts, beispielsweise aufgrund von Eisbildung auf der Fahrbahn, detektiert wird, wird das Intervall bevorzugt erhöht, da nunmehr eine kritische Reibwertsituation erkannt wurde und die Fahrsicherheit erhöht werden soll.
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Der Vorteil gegenüber optischen Systemen ist vorliegend die Unabhängigkeit gegenüber aktuellen Lichtverhältnissen und Verschmutzungen optischer Prüfmittel. Ferner muss nicht anhand einer Bildaufnahme der Zustand der Fahrbahnoberfläche geschätzt werden und entsprechende Rechenleistung und Energie kann gespart werden.
