DE102018220259A1

DE102018220259A1 - Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102018220259A1
Application number: DE102018220259.1A
Authority: DE
Inventors: Timo Koenig; Markus Rall; Hans-Markus Bussenius; Helge Frauenkron; Robert Kuenne; Simon Weissenmayer; Waldemar Haas; David Becker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2020-05-28
Also published as: CN113165659A; EP3887221A1; WO2020108940A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (100), bei dem eine einen Reibwert einer Straße im Bereich des Fahrzeugs (100) repräsentierende Straßenzustandsinformation (106) von einem Ultraschallsensorsystem (104) des Fahrzeugs (100) eingelesen wird und eine Haftgrenze (112) zumindest eines Rads des Fahrzeugs (100) unter Verwendung der Straßenzustandsinformation (106) bestimmt wird, wobei ein Ansprechverhalten des Fahrzeugs (100) unter Verwendung der Haftgrenze (112) beeinflusst wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zum Betreiben eines Fahrzeugs
Stand der Technik
Wenn ein Rad eines Fahrzeugs die Bodenhaftung verliert und ins Rutschen kommt, kann ein Drehmoment an dem Rad reduziert werden, um die Bodenhaftung wieder herzustellen. Dazu kann eine Drehzahl des Rads über Sensoren überwacht werden. Ein entsprechendes System kann als Anti-Blockier-System oder Anti-Schlupf-Regelung bezeichnet werden.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, ein entsprechendes Steuergerät, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Vorteile der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, ein Fahrverhalten eines Fahrzeugs präventiv so zu beeinflussen, dass die Räder des Fahrzeugs auch bei einem schlechten witterungsbedingten Straßenzustand vor dem Rutschen bewahrt werden. Dadurch können eine Fahrstabilität des Fahrzeugs und die Sicherheit von Fahrzeuginsassen verbessert werden
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs vorgeschlagen, bei dem eine einen Reibwert einer Straße im Bereich des Fahrzeugs repräsentierende Straßenzustandsinformation von einem Ultraschallsensorsystem des Fahrzeugs eingelesen wird und eine Haftgrenze zumindest eines Rads des Fahrzeugs unter Verwendung der Straßenzustandsinformation bestimmt wird, wobei ein Ansprechverhalten des Fahrzeugs unter Verwendung der Haftgrenze beeinflusst wird.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
Ein Reibwert einer Straße wird wesentlich durch eine Oberflächenbeschaffenheit der Straße aufgrund von Nässe, Matsch, Laub oder Schnee o. Ä. beeinflusst. Insbesondere Nässe kann durch ein Ultraschallsensorsystem erkannt werden. Der Reibwert kann in Abhängigkeit davon, wie welche Wassermenge auf der Straße erkannt wird, bestimmt beziehungsweise geschätzt werden. Die Wassermenge kann beispielsweise durch Auswerten eines Rauschpegels erkannt werden. Der Rauschpegel bildet dabei eine Lautstärke beziehungsweise Intensität von Hintergrundgeräuschen ab, die durch einen Ultraschallsensor erfasst werden. Ein Abrollgeräusch von Reifen wird beispielsweise bei nur geringfügig angefeuchteter Straße bereits deutlich erhöht und erhöht damit auch die Lautstärke der Hintergrundgeräusche. Der Rauschpegel wird im Allgemeinen höher, je nasser die Straße ist.
Eine Haftgrenze kann eine maximal übertragbare Reibkraft zwischen einem Rad und einem Untergrund sein. Die Haftgrenzen der Räder eines Fahrzeugs können radindividuell verschieden sein. Beim Bestimmen der jeweiligen Haftgrenze können also radindividuelle Faktoren berücksichtigt werden. Das Ansprechverhalten kann also auch radindividuell beeinflusst werden. Das Ansprechverhalten kann so beeinflusst werden, dass eine am Rad erforderliche Reibkraft kleiner als die maximal übertragbare Reibkraft ist.
Die maximal übertragbare Reibkraft beziehungsweise Haftgrenze kann richtungsabhängig sein. Beispielsweise kann die Haftgrenze in einer Rollrichtung des Rads höher sein, als in einer Querrichtung.
Die Haftgrenze kann ferner unter Verwendung einer Radaufstandskraft des Rads bestimmt werden. Eine Radaufstandskraft kann abhängig von einer Beladung des Fahrzeugs sein. Die Radaufstandskraft kann durch einen Sensor gemessen werden. Die Radaufstandskraft kann auch abhängig von einer auf das Fahrzeug wirkenden Beschleunigung sein. Beispielsweise kann die Radaufstandskraft an kurvenäußeren Rädern größer sein, als an kurveninneren Rädern.
Die Haftgrenze kann ferner unter Verwendung einer Reifenzustandsinformation eines Reifens des Rads bestimmt werden. Die Haftgrenze kann abhängig von einer Art und einem Zustand des Reifens sein. Beispielsweise kann ein Winterreifen bei Kälte eine höhere Haftgrenze aufweise, als ein Sommerreifen. Ebenso kann eine Profiltiefe des Reifens die Haftgrenze beeinflussen. Auch ein in dem Reifen vorherrschender Luftdruck kann die Haftgrenze beeinflussen. Ein Reifen kann altern und Haftung verlieren. Eine Reifenzustandsinformation kann Informationen über den Reifen enthalten. Beispielsweise kann die Reifenzustandsinformation die Art des Reifens, sein Alter und/oder die Profiltiefe abbilden. Ein in dem Reifen vorherrschender Luftdruck kann mittels eines Sensors erfasst werden.
Ein Schleppmoment an dem Rad kann begrenzt werden, um eine resultierende Reibkraft unter der Haftgrenze zu halten. Ein Schleppmoment bremst das Fahrzeug ab. Beispielsweise kann durch das Schleppmoment eine elektrische Maschine generatorisch betrieben werden. Auch ein Verbrennungsmotor kann das Schleppmoment zum Beispiel durch Reibungskräfte erzeugen. Bei einem zu hohen Schleppmoment kann ein Rad durchrutschen. Das Schleppmoment kann reduziert werden, indem mehr Kraftstoff momentenwirksam verbrannt wird. Durch die Begrenzung des Schleppmoments kann die Fahrstabilität des Fahrzeugs erhöht werden.
Ein Antriebsmoment an dem Rad kann begrenzt werden, um die resultierende Reibkraft unter der Haftgrenze zu halten. Ein Antriebsmoment beschleunigt das Fahrzeug beziehungsweise wirkt entgegen von Fahrtwiderständen. Bei einem zu hohen Antriebsmoment kann ein Rad durchdrehen. Durch die Begrenzung des Antriebsmoments kann die Fahrstabilität des Fahrzeugs erhöht werden.
Ein Drehzahländerungslimit des Rads kann unter Verwendung der Haftgrenze eingestellt werden, um die resultierende Reibkraft unter der Haftgrenze zu halten. Ein Drehzahländerungslimit definiert, wie schnell ein Rad schneller oder langsamer werden darf. Wird das Rad zu schnell schneller oder langsamer, kann es durchrutschen oder durchdrehen. Durch das Einstellen des Drehzahländerungslimits kann die Fahrstabilität des Fahrzeugs erhöht werden.
Ein Rucklimit kann unter Verwendung der Haftgrenze eingestellt werden, um die resultierende Reibkraft unter der Haftgrenze zu halten. Der Ruck ist eine Änderung der Beschleunigung. Durch einen zu großen Ruck kann ein Rad durchrutschen oder durchdrehen. Durch das Einstellen des Rucklimits kann die Fahrstabilität des Fahrzeugs erhöht werden.
Ein Schräglaufwinkel des Rads kann begrenzt werden, um die resultierende Reibkraft unter der Haftgrenze zu halten. Bei einem zu großen Schräglaufwinkel kann das Fahrzeug untersteuern und über die Vorderachse schieben. Durch eine Begrenzung des Schräglaufwinkels kann eine Kurvenstabilität des Fahrzeugs verbessert werden.
Gangwechselgeschwindigkeitsschwellenwerte können unter Verwendung der Haftgrenze eingestellt werden, um die resultierende Reibkraft unter der Haftgrenze zu halten. Ein Gangwechselgeschwindigkeitsschwellenwert kann ein Schwellenwert sein, an dem von einem Gang in den nächsten gewechselt wird. Die Gangwechselgeschwindigkeitsschwellenwerte können bei niedriger Haftgrenze gesenkt werden, um bei geringerer Geschwindigkeit bereits in einen höheren Gang zu wechseln, wodurch das Drehmoment an angetriebenen Rädern begrenzt werden kann.
Das Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.
Das Steuergerät kann ein elektrisches Gerät mit zumindest einer Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest einer Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, und zumindest einer Schnittstelle und/oder einer Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind, sein. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein sogenannter System-ASIC oder ein Mikrocontroller zum Verarbeiten von Sensorsignalen und Ausgeben von Datensignalen in Abhängigkeit von den Sensorsignalen sein. Die Speichereinheit kann beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein. Die Schnittstelle kann als Sensorschnittstelle zum Einlesen der Sensorsignale von einem Sensor und/oder als Aktorschnittstelle zum Ausgeben der Datensignale und/oder Steuersignale an einen Aktor ausgebildet sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben. Die Schnittstellen können auch Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale des Steuergeräts und des Verfahrens in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei weder die Zeichnung noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.

1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Die Figur ist lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der Figur gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Steuergerät 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Steuergerät 102 ist mit einem Ultraschallsensorsystem 104 des Fahrzeugs 100 verbunden. Das Ultraschallsensorsystem 104 stellt eine Straßenzustandsinformation 106 bereit. Die Straßenzustandsinformation 106 wird durch eine Auswertung zumindest eines am Fahrzeug 100 erfassten Rauschpegels 108 bestimmt. Die Straßenzustandsinformation 106 bildet ab, ob die Straße im Bereich des Fahrzeugs 100 feucht, nass oder überschwemmt ist.
Ist die Straße feucht, nass oder überschwemmt, weist sie einen niedrigeren Reibwert auf, als die gleiche Straße bei Trockenheit. Daher kann ein Rad bei feuchter, nasser oder überschwemmter Straße weniger Reibkraft auf die Straße übertragen. Dabei ist es unerheblich, ob Längskräfte zum Beschleunigen oder Verzögern oder Seitenkräfte zum Lenken beziehungsweise Spurhalten betrachtet werden.
Die übertragbaren Längskräfte sind dabei im Allgemeinen auch bei trockener Straße etwas größer als die Seitenkräfte.
In dem Steuergerät 102 wird in einer Bestimmungseinrichtung 110 die Straßenzustandsinformation 106 ausgewertet und radindividuell je eine Haftgrenze 112 pro Rad des Fahrzeugs 100 bestimmt. Eine Beeinflussungseinrichtung 114 verwendet die Haftgrenzen 112, um ein Ansprechverhalten des Fahrzeugs 100 zu beeinflussen. Dabei kann die Beeinflussungseinrichtung 114 in eine Fahrdynamik des Fahrzeugs 100 eingreifen, um die Reibkräfte an den Rädern kleiner als die Haftgrenze 112 zu halten.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird ein Fahrzeugverhalten in Abhängigkeit eines mit Ultraschall gemessenen Wasserstands auf der Fahrbahn beeinflusst.
Eine Messung des Straßenzustands mit Hilfe eines Rauschpegels 108 ist möglich. Je höher die eigene Fahrzeuggeschwindigkeit ist, umso größer ist der gemessene Rauschpegel 108, den das eigene Fahrzeug 100 emittiert und von den Ultraschallsensoren (USS) gemessen wird.
Nässe auf der Fahrbahn kann mit Hilfe von Ultraschallsensoren erfasst werden. Alternativ oder ergänzend kann eine Nässeinformation 116 per Funkschnittstelle empfangen werden.
Mit Hilfe der Nässeinformation 116 beziehungsweise der Straßenzustandsinformation 112 wird das Fahrverhalten des Fahrzeugs 100 optimiert.
Unter Verwendung von Ultraschallsensorik wird gemessen, ob die Straße nass oder trocken ist, und anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Reifenbeschaffenheit und der auf die Räder wirkenden Kräfte wird eingeschätzt, ob eines der Räder an die Haftgrenze 112 kommt. In Abhängigkeit von der Messung und Einschätzung werden die auf die Räder wirkenden Kräfte begrenzt.
In einem Ausführungsbeispiel wird bei Nässe das maximal zulässige Rekuperationsmoment soweit reduziert, dass kein negativer Einfluss auf die Fahrzeugstabilität zu befürchten ist. Bei drohender Aquaplaninggefahr wird das Rekuperieren verhindert. Dadurch wird die Stabilität des Fahrzeugs 100 erhöht.
In einem Ausführungsbeispiel wird das Schleppmoment des Verbrennungsmotors bei nasser Straße reduziert und bei drohender Aquaplaninggefahr komplett kompensiert. Dabei werden spürbare Eingriffe mit einer Information an den Fahrer kombiniert. Dadurch wird die Stabilität erhöht. Außerdem wird das Bremsmoment an den Hinterrädern auf ein Minimum reduziert und ein Gangwechsel wird gesperrt, um Momente auf den Antriebsstrang (positiv wie negativ) zu vermeiden. Dadurch wird die Stabilität des Fahrzeugs 100 ebenfalls erhöht.
In einem Ausführungsbeispiel wird mit Hilfe eines Drehzahländerungslimits verhindert, dass die Reifen durchdrehen oder blockieren. Dazu wird das Drehzahländerungslimit so gewählt, dass sich die Drehzahl nur so schnell erhöhen kann, wie das bei Reibschluss und trockener bzw. nasser Fahrbahn möglich wäre. Das Drehzahländerungslimit wird daher bei trockener Straße höher und bei nasser Straße niedriger gewählt. Dadurch kann das Fahrzeug 100 schneller beschleunigt werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird das maximale Rucklimit bei trockener Straße höher als bei nasser Straße gewählt. Ein großer Ruck bzw. eine große Änderung des Moments kann dazu führen, dass das Fahrzeug 100 instabil wird. Dadurch wird die Gefahr begrenzt, dass das Fahrzeug 100 bei nasser Straße instabil wird während bei trockener Straße ein optimales Ansprechverhalten gewährleistet ist.
In einem Ausführungsbeispiel schaltet das Getriebe beim Beschleunigen auf nasser Straße früher in höhere Gänge als bei trockener Straße. Umgekehrt schaltet es beim Bremsen später in niedrigere Gänge. Das Verhältnis Gang zu Geschwindigkeit g/v aus gewähltem Gang g bezogen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit v wird bei nasser Straße höher als bei trockener Straße gewählt. Dadurch werden Effizienz und Fahrzeugstabilität erhöht.
In einem Ausführungsbeispiel erfolgt über das Lenksteuergerät eine Begrenzung des maximalen Schräglaufwinkels. Das heißt wird ein Gegenmoment auf die Lenkung gegeben, um damit zu starkes Einlenken zu reduzieren. Dadurch werden engere Kurvenradien ermöglicht und die Stabilität erhöht.
Durch den hier vorgestellten Ansatz steigt die Energieeffizienz und es kann schneller beschleunigt werden, egal ob nass oder trocken. Weiterhin verhält sich das Fahrzeug 100 stabiler und sicherer.
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (100), bei dem eine einen Reibwert einer Straße im Bereich des Fahrzeugs (100) repräsentierende Straßenzustandsinformation (106) von einem Ultraschallsensorsystem (104) des Fahrzeugs (100) eingelesen wird und eine Haftgrenze (112) zumindest eines Rads des Fahrzeugs (100) unter Verwendung der Straßenzustandsinformation (106) bestimmt wird, wobei ein Ansprechverhalten des Fahrzeugs (100) unter Verwendung der Haftgrenze (112) beeinflusst wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Haftgrenze (112) ferner unter Verwendung einer Radaufstandskraft des Rads bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Haftgrenze (112) ferner unter Verwendung einer Reifenzustandsinformation eines Reifens des Rads bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Schleppmoment an dem Rad begrenzt wird, um eine resultierende Reibkraft unter der Haftgrenze (112) zu halten.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Antriebsmoment an dem Rad begrenzt wird, um die resultierende Reibkraft unter der Haftgrenze (112) zu halten.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Drehzahländerungslimit des Rads unter Verwendung der Haftgrenze (112) eingestellt wird, um die resultierende Reibkraft unter der Haftgrenze (112) zu halten.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Rucklimit unter Verwendung der Haftgrenze (112) eingestellt wird, um die resultierende Reibkraft unter der Haftgrenze (112) zu halten.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Schräglaufwinkel des Rads begrenzt wird, um die resultierende Reibkraft unter der Haftgrenze (112) zu halten.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Gangwechselgeschwindigkeitsschwellenwerte unter Verwendung der Haftgrenze (112) eingestellt werden, um die resultierende Reibkraft unter der Haftgrenze (112) zu halten.
Steuergerät (102), das dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in entsprechenden Einrichtungen auszuführen, umzusetzen und/oder anzusteuern.
Computerprogrammprodukt, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, umzusetzen und/oder anzusteuern.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 11 gespeichert ist.