DE10338965A1

DE10338965A1 - Verfahren zur Reibwerterkennung zwischen einem Fahrzeugreifen und einem Fahrbahnbelag

Info

Publication number: DE10338965A1
Application number: DE10338965A
Authority: DE
Inventors: Gert Dr. Heinrich
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2005-03-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reibwerterkennung zwischen einem Fahrzeugreifen und einer Fahrbahnoberfläche sowie ein Verfahren zur Schlupfregelung bei einem Kraftfahrzeug, bei dem während des Fahrbetriebes über ein berührungsloses, kontinuierliches Messsystem ein Profiltiefenprofil ermittelt wird, das in der Rauschbereinigung auf der Grundlage stationär ermittelter Referenzprofile unterzogen wird. Aus der bereinigten Profilfunktion wird die Autokorrelationsfunktion und daraus die spektrale Leistungsdichte ermittelt, die in Verbindung mit einer viskoelastischen Kennfunktion des Fahrzeugreifenmaterials zur nummerischen Ermittlung des Reibintegrals verwendet wird. Der so ermittelte Reibbeiwert oder die Änderung des Reibbeiwertes wird einem Fahrzeugdynamik-Regelsystem übermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reibwerterkennung zwischen einem Fahrzeugreifen und einem Fahrbahnbelag sowie ein Verfahren zur Schlupfregelung eines Kraftfahrzeuges.
Aus dem Stand der Technik sind Antiblockiersysteme und elektronische Stabilitätssysteme bekannt, die ohne Kenntnis des Reibwertes zwischen der Fahrbahnoberfläche und dem Fahrzeugreifen ein Fahrzeugdynamik-Regelsystem zur Unterstützung des Fahrers beim Beschleunigen, Bremsen und Lenken bereitstellen. Diese Regelsysteme greifen erst dann ein, wenn der Fahrzeugreifen blockiert oder durchdreht, also wenn der Schlupf zu groß wird und ein sicherer Kontakt von Fahrzeugreifen und Fahrbahn nicht mehr gegeben ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System bereitzustellen, mit dem der Reibwert zwischen einem Fahrzeugreifen und einem Fahrbahnbelag ermittelt werden kann, so dass ein Fahrzeugdynamik-Regelsystem seine Wirkung entfalten kann, bevor der Schlupf zu groß wird.
Erfindungsgemäß wird dies mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Ebenfalls beansprucht ist ein Verfahren zur Schlupfregelung bei Kraftfahrzeugen unter Verwendung eines aktuell ermittelten Reibwertes.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass während des Fahr-betriebes über ein kontinuierliches, berührungsloses Messsystem ein Profiltiefenprofil der Fahrbahn ermittelt wird. Dies erfolgt vorteilhafterweise über ein eingebautes Messsystem zur linienhaften Aufnahme der Fahrbahnoberflächentextur, beispielsweise mittels eines Triangulationslasers, der unter stationären Bedingungen eine präzise Erfassung von Makro- und Mikrotextur der Fahrbahnoberfläche ermöglicht. Es können auch alternative optische Messsysteme eingesetzt werden, die sinnvollerweise an der Vorderfront des Fahrzeuges eingebaut sind.
Während unter stationären Bedingungen die Erfassung der Makro- und Mikrotextur der Fahrbahnoberfläche präzise möglich ist und aus einem repräsentativen Profil eine Höhendifferenzkorrelationsfunktion oder eine Autokorrelationsfunktion oder eine spektrale Leistungsdichtefunktion mit Hilfe einer geeigneten Datenauswertesoftware ermittelt werden kann, erhält man unter nichtstationären Bedingungen eine unvollständige Information über das Profil der Fahrbahnoberfläche. Mit anderen Worten erhält man durch die Messung während des Fahrbetriebes eine verrauschte Information, die in eine Rechnereinheit eingespeist und kontinuierlich abgelegt wird. Eine solche Rechnereinheit ist vorzugsweise ein Bordcomputersystem.
Anschließend erfolgt eine gezielte Rauschbereinigung, die auf der Grundlage ebenfalls im Bordcomputer abgespeicherter Referenzdaten repräsentativer Fahrbahnoberflächen erfolgt. Diese Referenzdaten sind beispielsweise im Rahmen stationärer Messungen ermittelt worden und stehen der Recheneinheit zur Verfügung. Die Rauschbereinigung erfolgt mittels Software auf Basis sogenannter Wavelets-Techniken, die beispielsweise bei der Bildver- und -bearbeitung oder in der Signalanalyse verrauschter Spektren in der Kernresonanzspektroskopie eingesetzt werden. Als Ergebnis erhält man eine entrauschte Profilfunktion.
Aus dieser Profilfunktion wird die Autokorrelationsfunktion ermittelt und daraus durch entsprechende Fouriertransformation unter Zugrundelegung des bekannten Wiener-Khinchin-Theorems die spektrale Leistungsdichtefunktion.
In der Rechnereinheit bzw. im Bordcomputer ist eine viskoelastische Materialkennfunktion des Materials des Fahrzeugreifen gespeichert, vorzugsweise der frequenzabhängige und temperaturabhängige Verlustmodul, der den Imaginärteil des komplexen Schubmoduls bildet. Diese Kennfunktion kann unter spezifischen Laborprüfbedingungen für den jeweiligen Fahrzeugreifenwerkstoff und den jeweiligen Reifentyp ermittelt werden.
Auf der Grundlage der Leistungsdichtefunktion und der viskoelastischen Materialkennfunktion wird auf der Theorie der Gummireibung auf rauen, selbstaffinen Fahrbahnoberflächen das Reibintegral ermittelt, das einen vom Kontakt zwischen Fahrbahn und Fahrzeugreifenlauffläche herrührenden Beitrag zum tatsächlichen lokalen Gleitreibungswert der Fahrbahn-Fahrzeugreifen-Reibung liefert. Das Reibintegral wird numerisch im Bordcomputer gemäß einer mathematischen Struktur berechnet, wobei es zur Regelung eines Fahrzeugdynamik-Regelsystems ausreichend ist, sich auf Änderungen des Reibwertes zu beschränken und nicht absolute Werte des Reibkoeffizienten zu ermitteln.
Die ermittelten aktuellen Reibzustände, die durch die Reibintegrale ausgedrückt werden, werden als Information bei der Schlupfregelung beim Bremsen, Lenken oder Beschleunigen eines Fahrzeuges eingesetzt, um ein Optimum der übertragbaren Kräfte zu erzielen. Generelles Ziel dabei ist es, den Menschen bei seiner Fahrtätigkeit zu unterstützen, wobei Schlupfregelsysteme die aktuelle Reibbeiwertinformation nutzen und im Vorfeld das Optimum der übertragbaren Kräfte ermitteln und entsprechend auf Bremsen oder Antriebssysteme eingreifen kön nen. Dabei kann ein vom Fahrer initiierter oder durch äußere Einflüsse hervorgerufener instabiler Fahrzustand in einen stabilen Fahrzustand überführt werden.
Anhand der Figur, in der ein Ablaufalgorithmus des Verfahrens dargestellt ist, wird das Prinzip der Erfindung nachfolgend erläutert. Über ein Laserabtastsystem, beispielsweise ein linienförmig arbeitender Triangulationslaser, wird ein verrauschtes Profiltiefenprofil (Z_R(x)) ermittelt und unter Zuhilfenahme der Wavelets-Technik einer Rauschbereinigung unterzogen, so dass eine Profilfunktion (Z(x)) erhalten wird. Diese Profilfunktion (Z(x)), das sogenannte "entrauschte Fahrbahnprofil", wird in einem Bordcomputer abgelegt und gleichzeitig mit Referenzinformationen über repräsentative, stationär aufgenommene Fahrbahnprofile verglichen. Eine Software zur Bearbeitung stochastischer Prozesse errechnet die Autokorrelationsfunktion (φ(Δx) = [Z(x)Z(x+Δx)]). Über die Fouriertransformation wird die spektrale Leistungsdichte (S(f)) ermittelt, die zusammen mit einer bereits ermittelten, vorzugsweise vom Reifenhersteller zur Verfügung gestellten viskoelastischen Kennfunktion des Fahrzeugreifenmaterials dem Rechner übergeben wird, der nummerisch das Reibintegral I_R = ∫S(ω)ωG''(ω)dω errechnet.
Das Reibintegral liefert entweder einen Wert für den Reibkoeffizienten μ oder Änderungen in dem Reibbeiwert, die zur Steuerung eines Fahrzeugdynamik-Regelsystems eingesetzt werden können.
Fällt der Wert von μ unter einen vorbestimmten Grenzwert, kann ein Warnsignal an den Fahrzeugführer ausgegeben werden. Anhand der Änderungen von μ kann die Motorelektronik oder das Bremsregelsystem optimiert werden, indem bei einem höheren Reibbeiwert mehr Leistung des Antriebes zur Verfügung gestellt wird bzw. das Antiblockiersystem optimal eingestellt werden kann. Dementsprechend wird bei einem geringeren Reibbeiwert das Antiblockiersystem empfindlicher eingestellt und die Motorleistung gegebenenfalls gedrosselt.

Claims

Verfahren zur Reibwerterkennung zwischen einem Fahrzeugreifen und einem Fahrbahnbelag, bei dem während des Fahrbetriebes über ein berührungsloses, kontinuierlich arbeitendes Messsystem ein Profiltiefenprofil (Z_R(X)) der Fahrbahn ermittelt wird, wobei eine Rauschbereinigung des ermittelten Profiltiefenprofils (Z_R(X)) auf der Grundlage ermittelter Referenzprofile durchgeführt und Profilfunktion (Z(X)) gebildet wird, und aus der Profilfunktion (Z(X)) die Autokorrelationsfunktion φ(Δx)=[Z(x)Z(x+Δx)]) und unter Anwendung der Fouriertransformation die spektrale Leistungsdichte (S(f)) ermittelt wird, wobei aus einer ermittelten, viskoelastischen Kennfunktion (G''(w)) des Fahrzeugreifenmaterials das Reibintegral I_R = ∫S(ω)ωG''(ω)dω gebildet und in einer Recheneinheit der Reibwert berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem optisch, insbesondere als Leseabtastsystem arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem die Fahrbahn-Oberflächentextur mittels Triangulationslaser abtastet.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauschbereinigung mittels Wavelets-Techniken erfolgt.
Verfahren zur Schlupfregelung eines Kraftfahrzeuges, bei dem der gemäß Anspruch 1 ermittelte Reibwert oder die Änderung des Reibwertes einem Fahrzeugsteuerungssystem übermittelt wird, das auf der Grundlage des Reibwertes Bremsen und/oder eine Motorelektronik ansteuert.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Bremsen und/oder der Motorelektronik auf der Grundlage der Änderung des Reibwertes durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten eines festgelegten Reibwertes eine Warnmeldung herausgegeben wird.