WO2018019505A1 - Bestimmung einer maximalen kraftschlussgrenze - Google Patents

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WO2018019505A1
WO2018019505A1 PCT/EP2017/065807 EP2017065807W WO2018019505A1 WO 2018019505 A1 WO2018019505 A1 WO 2018019505A1 EP 2017065807 W EP2017065807 W EP 2017065807W WO 2018019505 A1 WO2018019505 A1 WO 2018019505A1
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tire
adhesion
slip
limit
coefficient
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PCT/EP2017/065807
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Robert Zdych
Heinz-Joachim Gilsdorf
Volker Wagner
Matthias Schlegel
Lara Ruth TURNER
Julian KING
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • B60T2230/00—Monitoring, detecting special vehicle behaviour; Counteracting thereof
    • B60T2230/02—Side slip angle, attitude angle, floating angle, drift angle

Definitions

  • the invention relates to the determination of a maximum adhesion limit ma x, which indicates a maximum transferable force between a tire and a substrate.
  • a motor vehicle with four tires drives on a surface. If a longitudinal force, in particular an acceleration or a braking force, acts between one of the tires and the ground, then the peripheral speed of the tire usually deviates from the speed of movement of the motor vehicle and there is a slip. If a lateral force acts on the tire, for example when the motor vehicle is turning, the plane of rotation of the tire does not coincide with the direction of movement of the tire and there is a non-zero slip angle. The lateral force can act in both directions and the
  • Slip angle can occur on a steered or unguided tire.
  • Slip and slip angle can be summarized as ⁇ -value.
  • a maximum transferable between the tire and the ground force is called adhesion limit and generally depends on the ⁇ value and the maximum possible adhesion coefficient max. In this case, the relationship between ⁇ value and adhesion coefficient ⁇ is generally linear only in a subarea. If the force to be transmitted between the tire and the ground exceeds the limit of traction, there is a risk of loss of control over the tire
  • a first method for determining a traction limit between the tire and the ground, in the longitudinal direction of the tire comprises steps of detecting a momentary slip of the tire; determining a current coefficient of adhesion; forming a tuple from the detected slip and the current traction coefficient; and determining the maximum traction limit thereof.
  • the maximum adhesion limit is determined on the basis of the slope of an original straight line by the tuple if the slip is below a first predetermined first
  • Threshold or based on a tangent slope through the tuple, if the slip is between the first and second threshold, or directly based on the current traction coefficient, if the slip is above the second predetermined threshold.
  • Coefficient of adhesion over the slip has a negligible slope.
  • the determination of the maximum adhesion limit can therefore be carried out in a simplified manner in this area.
  • a tripartite division can be undertaken instead of a division of the characteristic of the adhesion coefficient over the slip.
  • Frictional limit in particular the current adhesion coefficient be equated. This allows an approximation that is sufficiently accurate for most purposes and that can be performed quickly and efficiently. Inaccuracies that could arise in the determination of the slope of the curve in this area on the basis of a tangential slope, are avoided, the reliability of the friction coefficient statement is thereby increased overall.
  • the instantaneous adhesion coefficient can be determined as the quotient of a directly measured tire tangential force and a directly measured tire normal force.
  • the direct measurement of the tangential force acting on the tire or the normal force acting on the tire is usually inexpensive and may be already implemented on the motor vehicle for other reasons.
  • the currently acting adhesion coefficient can also be determined on the basis of a model.
  • the model may comprise a calculation model based on a yaw rate of the
  • Adhesion coefficient can be determined easily and accurately.
  • a longitudinal force acting momentarily on the tire is determined and the coefficient of adhesion is calculated as the quotient of
  • a second method for determining a maximum traction limit between the tire and the ground, in the transverse direction of the tire comprises steps of detecting a current slip angle of the tire; determining a current coefficient of adhesion; forming a tuple from the detected skew angle and the determined, currently acting traction coefficient; and determining the maximum traction limit.
  • This is the maximum Frictional limit determined on the basis of the slope of a straight line of origin by the tuple, if the slip angle below a first predetermined
  • Threshold or based on a tangent slope through the tuple, if the slip angle is between the first and second threshold, or directly based on the currently acting adhesion coefficient, if the slip angle is above the second predetermined threshold.
  • the procedure of the second method essentially corresponds to the first method described above, so that variants or embodiments can be exchanged directly or appropriately between the two methods.
  • a method may also be provided for the universal determination of the longitudinal and / or transverse forces on the tire or successively on a plurality of tires of a motor vehicle.
  • a longitudinal force currently acting on the tire is determined and the adhesion coefficient is determined as the quotient of the longitudinal force and a normal force.
  • Longitudinal direction of the tire comprises a first interface for detecting a current slip of the tire; a second interface for determining a current coefficient of adhesion; and a processing device configured to collect a tuple from the detected slip and the determined one
  • the traction limit is determined on the basis of the slope of an original straight line by the tuple if the slip is below a first predetermined threshold, on the basis of a tangent slope through the tuple if the slip is between the first and second threshold, or directly on the basis of the currently acting adhesion coefficient if the slip is above the second predetermined threshold.
  • a further interface for providing the specific adhesion limit is provided.
  • a second device for determining a traction limit between a tire and a ground on which the tire rolls, in the transverse direction of the tire comprises a first interface for detecting a current slip angle of the tire; a determination device for determining a momentary adhesion coefficient; and a processing device configured to collect a tuple from the detected skew angle and the determined one
  • the maximum traction limit is determined based on the slope of an origin straight through the tuple if the skew angle is below a first predetermined threshold, based on a tangent slope through the tuple if the skew angle is between the first and second threshold, or directly based on the currently acting one
  • Adhesion coefficient if the slip angle is above the second predetermined threshold Preferably, a further interface for providing the specific adhesion limit is provided.
  • the two devices essentially correspond to each other so that variants or embodiments can be exchanged directly or appropriately between the devices. It is also possible to provide a device for the universal determination of the longitudinal and / or transverse forces on the tire or successively on a plurality of tires of a motor vehicle.
  • the interfaces can each be realized, for example, as an electrical, electronic, computer or logical interface.
  • the embodiments and features that apply to the methods may also be applied in a transferred manner to the devices and vice versa.
  • Processing device of one of the devices may in particular comprise a programmable microcomputer, which is preferably adapted to perform at least a part of one of the described methods.
  • the respective method can be present as a computer program product.
  • the methods and the devices can be used to advantageously determine the respective maximum adhesion limit, so that a valuable Information for judging a driving condition or for controlling the motor vehicle may be available. For example, a warning may be issued if forces acting on the tire threaten to reach the maximum traction limit, such as when the forces are less than one
  • the motor vehicle may be controlled to avoid reaching the maximum traction limit, such as by braking or accelerating the tire or other tire, changing a steering angle, or taking some other measure.
  • a motor vehicle includes a tire and one of those described above
  • the motor vehicle comprises several tires
  • the determination of the adhesion limit can be carried out on a tire-specific basis for all or some of the existing tires. As has been described, a determination of the adhesion limit in both the longitudinal direction and in
  • Figure 1 shows a tire on a substrate.
  • Fig. 2 shows a characteristic between a slip and a slip angle of a
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for determining a maximum
  • Fig. 4 is a schematic representation of a device for determining the
  • Figure 1 shows a tire 100 on a substrate 105 in a side view and a plan view.
  • the tire 100 is usually comprised of a wheel; in the present description, however, is mainly focused on the friction behavior between the tire 100 and the substrate 105, so that for
  • the said tire 100 can be considered as a synonym for a wheel.
  • a peripheral speed 1 10 In the side view are a peripheral speed 1 10 and a
  • the longitudinal speed 15 runs in a longitudinal direction 120, which is perpendicular to an axis of rotation of the tire 100 and usually runs parallel to the base 105.
  • a difference between the speeds 1 10 and 1 15 produces a slip 125 which may be referred to as s.
  • a plane of rotation 130 and a direction of movement 135 are plotted.
  • the plane of rotation 130 is perpendicular to a transverse direction 140 that extends parallel to the axis of rotation of the tire 100.
  • a slip angle 140 which can be designated ⁇ .
  • the slip 125 acting on a longitudinal force 120 is similar to the slip force 145 depending on a transverse force 140.
  • a ⁇ -value 150 is considered superordinate term for the slip 125 and the slip angle 145 used.
  • the determination of a frictional limit on the basis of the currently acting adhesion coefficient can thus be carried out in an analogous manner with regard to the longitudinal and transverse forces.
  • FIG. 2 shows a diagram 200 with a characteristic curve 205 between a ⁇ value 150 and a coefficient of adhesion 210, which is designated here by ⁇ .
  • An adhesion limit can be determined as a function of a slope of the characteristic curve 205. This slope is in the three areas 215 to 225
  • the slope may be approximated by the slope of an origin straight line 240 that passes through the origin and a measurement point on the 205.
  • This measurement point is a tuple with the right-hand value of a current ⁇ value 150 and the high value of a current one
  • Coefficient of adhesion 210 given.
  • the slope of a tangent 245 to the measuring point. It is also possible to consider several measuring points that are as close together as possible.
  • the slope can be approximated as a constant simplifying. In particular, the adhesion limit with the current
  • Coefficient of adhesion 210 are set equal.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method 300 for determining the
  • Frictional limit on a tire 100 In a step 305, one or more parameters are determined on the tire 100 or an associated motor vehicle. In one embodiment, at a time k, a current ⁇ value 150, a normal force F z , k, and a tire longitudinal force F
  • Tire sides force F s , k are determined.
  • the instantaneous coefficient of adhesion k (210) is determined, for example as a quotient of the determined tangential force, ie the force previously sampled in the longitudinal direction 120 or transverse direction 140, and the normal force.
  • the adhesion coefficient 210 can also be determined in another way, for example by means of a calculation model.
  • the calculation model may require a determination of the yaw rate of the motor vehicle, a tire speed of the tire 100, or another tire or accelerations.
  • the determined ⁇ value 150 is evaluated with respect to the threshold values 230 and 235.
  • the A value 150 lies in the first region 215, ie between the origin and the first threshold value 230.
  • the ⁇ value 150 lies in the second region 220, ie between the first threshold value 230 and second threshold 235.
  • the ⁇ -value 150 is above the second threshold 235.
  • the range 225 may be bounded above by a third threshold 255, if desired. In which adjacent area 215-225 the A-value 150 falls, if it coincides with one of the thresholds 230, 235, can be appropriately defined.
  • a source line slope m u is determined and the adhesion limit p ma x is determined in a step 330 by a function f1 on the basis of the slope m u.
  • the second case 320 becomes a
  • Tangent slope m t determined and the adhesion limit p ma x is determined in a step 335 by means of a function f2 on the basis of the slope m t .
  • the slope can be assumed to be constant, so that a determination is not required.
  • the adhesion limit p ma x can be set equal to the instantaneous or current adhesion coefficient k in a step 340.
  • the determined adhesion limit ma x may be provided, for example, to evaluate a consideration or evaluation of a driving state of a motor vehicle to which the tire 100 is connected, or a control of the motor vehicle or the tire 100
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an exemplary device 400 for determining the adhesion limit max on any tire 100 that is attached to a motor vehicle 405.
  • the device 400 comprises a
  • Processor 410 which includes a programmable microcomputer, and in particular may be configured to fully process 300 or partially perform. Furthermore, the device 400 comprises a first
  • Interface 415 for receiving a first value
  • a second interface 420 for receiving a second value
  • a third interface 425 for providing a certain adhesion limit ma x-
  • the two values for the interfaces 415 and 420 comprise a ⁇ -value 150 and a coefficient of adhesion ⁇ 210.
  • other values are taken, from which, as described above, the ⁇ -value 150 and the adhesion coefficient ⁇ 210 can be determined.
  • the determination of the adhesion limit ma x is preferably carried out as described above, taking into account in which of the three regions 215 to 225 the current ⁇ value 150 falls.
  • 325 ⁇ is in the 3rd area 330 max. Determine the coefficient of adhesion with respect to the slope of the straight line

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Abstract

Ein Reifen (100) läuft auf einem Untergrund (105). Ein Verfahren zum Bestimmen einer Kraftschlussgrenze (μmax) zwischen dem Reifen (100) und dem Untergrund (105) in Längsrichtung (120) des Reifens (100) umfasst Schritte des Erfassens eines momentanen Schlupfs (125) des Reifens (100); des Erfassens einer momentanen Längskraft auf den Reifen (100); des Bestimmens eines momentanen Kraftschlussbeiwerts (210); des Bildens eines Tupels aus dem erfassten Schlupf (125) und dem momentanen Kraftschlussbeiwert; und des Bestimmens der maximalen Kraftschlussgrenze (μmax). Dabei wird die maximale Kraftschlussgrenze (μmax) auf der Basis der Steigung (mu) einer Ursprungsgerade (240) durch das Tupel bestimmt, falls der Schlupf (125) unter einem ersten vorbestimmten Schwellenwert (230) liegt, oder auf der Basis einer Tangentensteigung (mt) durch das Tupel, falls der Schlupf (125) zwischen dem ersten (230) und einem zweiten Schwellenwert (235) liegt, oder direkt auf der Basis des momentanen Kraftschlussbeiwerts (210), falls der Schlupf (125) über dem zweiten vorbestimmten Schwellenwert (235) liegt.

Description

Bestimmung einer maximalen Kraftschlussgrenze
Die Erfindung betrifft das Bestimmen einer maximalen Kraftschlussgrenze max, die auf eine maximal übertragbare Kraft zwischen einem Reifen und einem Untergrund hinweist.
Ein Kraftfahrzeug mit vier Reifen fährt auf einem Untergrund. Wirkt eine Längskraft, insbesondere eine Beschleunigungs- oder eine Bremskraft, zwischen einem der Reifen und dem Untergrund, so weicht die Umfangsgeschwindigkeit des Reifens üblicherweise von der Bewegungsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ab und es besteht ein Schlupf. Wirkt eine Querkraft auf den Reifen, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug durch eine Kurve fährt, so fällt die Drehebene des Reifens nicht mit der Bewegungsrichtung des Reifens zusammen und es besteht ein Schräglaufwinkel ungleich null. Die Querkraft kann in beiden Richtungen wirken und der
Schräglaufwinkel kann an einem gelenkten oder einem ungelenkten Reifen auftreten.
Schlupf und Schräglaufwinkel können zusammenfassend als λ-Wert bezeichnet werden. Eine maximal zwischen dem Reifen und dem Untergrund übertragbare Kraft wird Kraftschlussgrenze genannt und hängt im Allgemeinen vom λ-Wert und dem maximal möglichen Kraftschlussbeiwert max ab. Dabei ist der Zusammenhang zwischen λ-Wert und Kraftschlussbeiwert μ in der Regel nur in einem Teilbereich linear. Übersteigt die zwischen dem Reifen und dem Untergrund zu übertragende Kraft die Kraftschlussgrenze, so droht ein Verlust der Kontrolle über das
Kraftfahrzeug.
DE 10 2012 217 772 A1 schlägt vor, die maximale Kraftschlussgrenze bezüglich zweier unterschiedlicher Bereiche für den λ-Wert zu bestimmen. Ist der λ-Wert klein, so soll die Steigung einer Ursprungsgeraden durch ein Tupel aus dem aktuellen λ- Wert und dem aktuellen Kraftschlussbeiwert μ der Bestimmung der maximalen Kraftschlussgrenze max zu Grunde gelegt werden. Ist der λ-Wert hingegen groß, so soll die Bestimmung der maximalen Kraftschlussgrenze max auf der Basis des Tupels aktueller λ-Wert u. Steigung einer Tangente erfolgen. Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin,
Ergänzungen u. eine verbesserte Technik zur zuverlässigen Bestimmung der maximalen Kraftschlussgrenze anzugeben. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Unteransprüche geben bevorzugte
Ausführungsformen wieder.
Offenbarung der Erfindung
Ein Reifen rollt auf einem Untergrund. Ein erstes Verfahren zum Bestimmen einer Kraftschlussgrenze zwischen dem Reifen und dem Untergrund, in Längsrichtung des Reifens, umfasst Schritte des Erfassens eines momentanen Schlupfs des Reifens; des Bestimmens eines momentanen Kraftschlussbeiwerts; des Bildens eines Tupels aus dem erfassten Schlupf und dem momentanen Kraftschlussbeiwert; und des Bestimmens der maximalen Kraftschlussgrenze daraus. Dabei wird die maximale Kraftschlussgrenze auf der Basis der Steigung einer Ursprungsgerade durch das Tupel bestimmt, falls der Schlupf unter einem ersten vorbestimmten ersten
Schwellenwert liegt, oder auf der Basis einer Tangentensteigung durch das Tupel, falls der Schlupf zwischen dem ersten und einem zweiten Schwellenwert liegt, oder direkt auf der Basis des momentanen Kraftschlussbeiwerts, falls der Schlupf über dem zweiten vorbestimmten Schwellenwert liegt.
Es wurde erkannt, dass ab einem gewissen Schlupf eine Kennlinie des
Kraftschlussbeiwerts über den Schlupf eine zu vernachlässigende Steigung aufweist. Die Bestimmung der maximalen Kraftschlussgrenze kann daher in diesem Bereich vereinfacht durchgeführt werden. Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik kann eine Dreiteilung statt einer Zweiteilung der Kennlinie des Kraftschlussbeiwerts über den Schlupf vorgenommen werden. Damit kann eine direkte Weiterentwicklung der in DE 10 2012 217 772 A1 veröffentlichten Vorschläge realisiert werden. Die vorliegende Erfindung versteht sich als unmittelbare Weiterentwicklung dieser Veröffentlichung.
In dem Bereich über dem zweiten Schwellenwert kann die maximale
Kraftschlussgrenze insbesondere dem momentanen Kraftschlussbeiwert gleichgesetzt werden. Dadurch kann eine Näherung durchgeführt werden, die für die meisten Zwecke ausreichend genau ist und rasch und effizient durchgeführt werden kann. Ungenauigkeiten, die bei der Bestimmung der Steigung der Kennlinie in diesem Bereich auf der Basis einer Tangentensteigung entstehen könnten, werden vermieden, die Zuverlässigkeit der Reibwertaussage wird hierdurch insgesamt erhöht.
Der momentane Kraftschlussbeiwert kann als Quotient aus einer direkt gemessen Reifen-Tangentialkraft und einer direkt gemessenen Reifen Normalkraft bestimmt werden. Das direkte Messen der auf den Reifen wirkenden Tangentialkraft oder der auf den Reifen wirkenden Normalkraft ist üblicherweise unaufwändig und kann aus anderen Gründen am Kraftfahrzeug bereits implementiert sein.
In einer anderen Ausführungsform kann der momentan wirkende Kraftschlussbeiwert auch auf der Basis eines Modells bestimmt werden. Das Modell kann insbesondere ein Berechnungsmodell umfassen, das auf der Basis einer Gierrate des
Kraftfahrzeugs, einer Reifendrehzahl des Reifens oder eines anderen Reifens oder auf der Basis von Beschleunigungen arbeitet. Die genannten Größen können an einem konventionellen Kraftfahrzeugs mittels einer bereits vorhandenen Sensorik aufgenommen bzw. bestimmt werden, sodass der momentan wirkende
Kraftschlussbeiwert einfach und genau bestimmt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine momentan auf den Reifen wirkende Längskraft bestimmt und der Kraftschlussbeiwert wird als Quotient aus der
Längskraft und einer Normalkraft bestimmt.
Das erste Verfahren lässt sich auch auf eine Querkraft am Reifen übertragen. Ein zweites Verfahren zum Bestimmen einer maximalen Kraftschlussgrenze zwischen dem Reifen und dem Untergrund, in Querrichtung des Reifens, umfasst Schritte des Erfassens eines momentanen Schräglaufwinkels des Reifens; des Bestimmens eines momentanen Kraftschlussbeiwerts; des Bildens eines Tupels aus dem erfassten Schräglaufwinkel und dem bestimmten, momentan wirkenden Kraftschlussbeiwert; und des Bestimmens der maximalen Kraftschlussgrenze. Dabei wird die maximale Kraftschlussgrenze auf der Basis der Steigung einer Ursprungsgerade durch das Tupel bestimmt, falls der Schräglaufwinkel unter einem ersten vorbestimmten
Schwellenwert liegt, oder auf der Basis einer Tangentensteigung durch das Tupel, falls der Schräglaufwinkel zwischen dem ersten und einem zweiten Schwellenwert liegt, oder direkt auf der Basis der momentan wirkenden Kraftschlussbeiwerts, falls der Schräglaufwinkel über dem zweiten vorbestimmten Schwellenwert liegt.
Die Vorgehensweise des zweiten Verfahrens entspricht im Wesentlichen dem oben beschriebenen ersten Verfahren, sodass Varianten oder Ausführungsformen direkt oder entsprechend zwischen den beiden Verfahren ausgetauscht werden können. Es kann auch ein Verfahren zur universellen Bestimmung der längs- und/oder der quergerichteten Kräfte an dem Reifen oder nacheinander an mehreren Reifen eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein.
In einer Ausführungsform wird eine momentan auf den Reifen wirkende Längskraft bestimmt und der Kraftschlussbeiwert wird als Quotient aus der Längskraft und einer Normalkraft bestimmt.
Eine erste Vorrichtung zur Bestimmung einer maximalen Kraftschlussgrenze zwischen einem Reifen und einem Untergrund, auf dem der Reifen rollt, in
Längsrichtung des Reifens, umfasst eine erste Schnittstelle zur Erfassung eines momentanen Schlupfs des Reifens; eine zweite Schnittstelle zur Bestimmung eines momentanen Kraftschlussbeiwerts; und eine Verarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Tupel aus dem erfassten Schlupf und dem bestimmten
Kraftschlussbeiwert zu bilden und die maximale Kraftschlussgrenze zu bestimmen. Dabei wird die Kraftschlussgrenze auf der Basis der Steigung einer Ursprungsgerade durch das Tupel bestimmt, falls der Schlupf unter einem ersten vorbestimmten Schwellenwert liegt, auf der Basis einer Tangentensteigung durch das Tupel, falls der Schlupf zwischen dem ersten und einem zweiten Schwellenwert liegt, oder direkt auf der Basis des momentan wirkenden Kraftschlussbeiwerts, falls der Schlupf über dem zweiten vorbestimmten Schwellenwert liegt. Bevorzugt ist eine weitere Schnittstelle zur Bereitstellung der bestimmten Kraftschlussgrenze vorgesehen. Eine zweite Vorrichtung zur Bestimmung einer Kraftschlussgrenze zwischen einem Reifen und einem Untergrund, auf dem der Reifen rollt, in Querrichtung des Reifens, umfasst eine erste Schnittstelle zur Erfassung eines momentanen Schräglaufwinkels des Reifens; eine Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines momentanen Kraftschlussbeiwerts; und eine Verarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Tupel aus dem erfassten Schräglaufwinkel und dem bestimmten
Kraftschlussbeiwert zu bilden; und die maximale Kraftschlussgrenze zu bestimmen. Dabei wird die maximale Kraftschlussgrenze auf der Basis der Steigung einer Ursprungsgerade durch das Tupel bestimmt, falls der Schräglaufwinkel unter einem ersten vorbestimmten Schwellenwert liegt, auf der Basis einer Tangentensteigung durch das Tupel, falls der Schräglaufwinkel zwischen dem ersten und einem zweiten Schwellenwert liegt, oder direkt auf der Basis des momentan wirkenden
Kraftschlussbeiwerts, falls der Schräglaufwinkel über dem zweiten vorbestimmten Schwellenwert liegt. Bevorzugt ist eine weitere Schnittstelle zur Bereitstellung der bestimmten Kraftschlussgrenze vorgesehen.
Die beiden Vorrichtungen entsprechen einander im Wesentlichen, sodass Varianten oder Ausführungsformen direkt oder entsprechend zwischen den Vorrichtungen ausgetauscht werden können. Es kann auch eine Vorrichtung zur universellen Bestimmung der längs- und/oder der quergerichteten Kräfte an dem Reifen oder nacheinander an mehreren Reifen eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein.
Die Schnittstellen können jeweils beispielsweise als elektrische, elektronische, informatische oder logische Schnittstelle realisiert sein. Die Ausführungsbeispiele und Merkmale, die bezüglich der Verfahren gelten, können in übertragener Weise auch auf die Vorrichtungen angewendet werden und umgekehrt. Die
Verarbeitungseinrichtung einer der Vorrichtungen kann insbesondere einen programmierbaren Mikrocomputer umfassen, der bevorzugt dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Teil eines der beschriebenen Verfahren durchzuführen. Zu diesem Zweck kann das jeweilige Verfahren als Computerprogrammprodukt vorliegen.
Die Verfahren und die Vorrichtungen können dazu verwendet werden, die jeweilige, maximale Kraftschlussgrenze vorteilhaft zu bestimmen, sodass eine wertvolle Information zur Beurteilung eines Fahrzustands oder zur Steuerung des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehen kann. Beispielsweise kann eine Warnung ausgegeben werden, falls auf den Reifen wirkende Kräfte drohen, die maximale Kraftschlussgrenze zu erreichen, etwa wenn die Kräfte weniger als ein
vorbestimmtes Maß kleiner als die maximale Kraftschlussgrenze sind. In einer anderen Ausführungsform kann im gleichen Fall das Kraftfahrzeug gesteuert werden, um das Erreichen der maximalen Kraftschlussgrenze zu vermeiden, etwa indem der Reifen oder ein anderer Reifen abgebremst oder beschleunigt, ein Lenkwinkel verändert oder eine andere Maßnahme getroffen wird.
Ein Kraftfahrzeug umfasst einen Reifen und eine der oben beschriebenen
Vorrichtungen. Üblicherweise umfasst das Kraftfahrzeug mehrere Reifen,
beispielsweise zwei, wenn es sich um ein Kraftrad, vier, wenn es sich um einen Personenkraftwagen oder ein leichtes Nutzfahrzeug, und vier oder mehr Reifen, wenn es sich um ein größeres oder schwereres Nutzfahrzeug handelt.
Mehrfachreifen, die zusammen ein Rad bilden, können als ein Reifen angesehen werden. Die Bestimmung der Kraftschlussgrenze kann reifenindividuell für alle oder einige der vorhandenen Reifen durchgeführt werden. Wie beschrieben wurde, ist eine Bestimmung der Kraftschlussgrenze sowohl in Längsrichtung als auch in
Querrichtung des betreffenden Reifens möglich.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
Fig. 1 einen Reifen auf einem Untergrund;
Fig. 2 eine Kennlinie zwischen einem Schlupf bzw. einem Schräglaufwinkel eines
Reifens und seinem Kraftschlussbeiwert;
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen eines maximalen
Kraftschlussbeiwerts eines Reifens; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung des
maximalen Kraftschlussbeiwerts darstellt. Figur 1 zeigt einen Reifen 100 auf einem Untergrund 105 in einer Seitenansicht und einer Draufsicht. Der Reifen 100 ist üblicherweise von einem Rad umfasst; in der vorliegenden Beschreibung wird jedoch hauptsächlich auf das Reibungsverhalten zwischen dem Reifen 100 und dem Untergrund 105 abgestellt, sodass für
Betrachtungen beispielsweise des Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeugs der genannte Reifen 100 als Synonym zu einem Rad aufgefasst werden kann.
In der Seitenansicht sind eine Umfangsgeschwindigkeit 1 10 und eine
Längsgeschwindigkeit 1 15 angetragen. Die Längsgeschwindigkeit 1 15 verläuft in einer Längsrichtung 120, die senkrecht auf einer Drehachse des Reifens 100 steht und üblicherweise parallel zum Untergrund 105 verläuft. Ein Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten 1 10 und 1 15 erzeugt einen Schlupf 125, der mit s bezeichnet werden kann.
In der Draufsicht sind eine Drehebene 130 und eine Bewegungsrichtung 135 angetragen. Die Drehebene 130 steht senkrecht auf einer Querrichtung 140, die sich parallel zur Drehachse des Reifens 100 erstreckt. Zwischen der Drehebene 130 und der Bewegungsrichtung 135 besteht ein Schräglaufwinkel 140, der mit α bezeichnet werden kann.
Bezüglich eines Kraftschlussbeiwerts zwischen dem Reifen 100 und dem Untergrund 105 verhält sich der von einer in Längsrichtung 120 wirkenden Kraft abhängige Schlupf 125 ähnlich wie der von einer in Querrichtung 140 wirkenden Kraft abhängige Schräglaufwinkel 145. Für die folgenden Erläuterungen wird daher ein λ- Wert 150 als übergeordneter Begriff für den Schlupf 125 und den Schräglaufwinkel 145 verwendet. Die Bestimmung einer Kraftschlussgrenze auf der Basis des momentan wirkenden Kraftschlussbeiwerts kann somit bezüglich der Längs- und Querkräfte auf analoge Weise erfolgen.
Figur 2 zeigt ein Diagramm 200 mit einer Kennlinie 205 zwischen einem λ-Wert 150 und einem Kraftschlussbeiwert 210, der hier mit μ bezeichnet ist . Die Kennlinie 205 kann in einen ersten Bereich 215, der sich an den Ursprung (λ=0, μ=0) anschließt, einen zweiten Bereich 220 und einen dritten Bereich 225 unterschieden werden. Zwischen dem ersten Bereich 215 und dem zweiten Bereich 220 liegt ein erster Schwellenwert 230 und zwischen dem zweiten Bereich 220 und dem dritten Bereich ein zweiter Schwellenwert 235.
Eine Kraftschlussgrenze kann in Abhängigkeit einer Steigung der Kennlinie 205 bestimmt werden. Diese Steigung ist in den drei Bereichen 215 bis 225
unterschiedlich. Im ersten Bereich 215 kann die Steigung durch die Steigung einer Ursprungsgeraden 240 angenähert werden, die durch den Ursprung und einen Messpunkt auf der 205 verläuft. Dieser Messpunkt ist als Tupel mit dem Rechtswert eines momentanen λ-Werts 150 und dem Hochwert eines momentanen
Kraftschlussbeiwerts 210 gegeben. Im zweiten Bereich 220 kann verbessert die Steigung einer Tangente 245 an den Messpunkt bestimmt werden. Dazu können auch mehrere, möglichst nahe zusammen liegende Messpunkte betrachtet werden. Im dritten Bereich 225 kann die Steigung vereinfachend als Konstante angenähert werden. Insbesondere kann die Kraftschlussgrenze mit dem momentanen
Kraftschlussbeiwert 210 gleich gesetzt werden.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Bestimmen der
Kraftschlussgrenze an einem Reifen 100. In einem Schritt 305 werden einer oder mehrere Parameter am Reifen 100 oder einem damit verbundenen Kraftfahrzeug bestimmt. In einer Ausführungsform können zu einem Zeitpunkt k ein momentaner λ- Wert 150, eine Normalkraft Fz,k und eine Reifenlängskraft F| k bzw. eine
Reifenseiten kraft Fs,k bestimmt werden. In einem Schritt 310 wird der momentane Kraftschlussbeiwert k (210) bestimmt, beispielsweise als Quotient aus der bestimmten Tangentialkraft, also der zuvor abgetasteten Kraft in Längsrichtung 120 oder Querrichtung 140, und der Normalkraft. In einer anderen Ausführungsform kann der Kraftschlussbeiwert 210 auch auf andere Weise bestimmt werden, etwa mittels eines Berechnungsmodells. Das Berechnungsmodell kann eine Bestimmung der Gierrate des Kraftfahrzeugs, einer Reifendrehzahl des Reifens 100 oder eines anderen Reifens oder Beschleunigungen erfordern. Anschließend wird der bestinnnnte λ-Wert 150 bezüglich der Schwellenwerte 230 und 235 bewertet. In einem ersten Fall 315 liegt der A-Wert 150 im ersten Bereich 215, also zwischen dem Ursprung und dem ersten Schwellenwert 230. In einem zweiten Fall 320 liegt der λ-Wert 150 im zweiten Bereich 220, also zwischen dem ersten Schwellenwert 230 und dem zweiten Schwellenwert 235. In einem dritten Fall 325 liegt der λ-Wert 150 über dem zweiten Schwellenwert 235. Der Bereich 225 kann bei Bedarf durch einen dritten Schwellenwert 255 nach oben begrenzt werden. In welchen angrenzenden Bereich 215-225 der A-Wert 150 fällt, wenn er mit einem der Schwellenwerte 230, 235 übereinstimmt, kann passend definiert werden.
Für die drei Fälle 315 bis 325 sind skizzenhaft die Lagen der jeweiligen Bereiche 215 bis 225 bezüglich der Kennlinie 205 und die Bestimmung einer Steigung m
angegeben. Im ersten Fall 315 wird eine Ursprungsgeradensteigung mu bestimmt und die Kraftschlussgrenze pmax wird in einem Schritt 330 mittels einer Funktion f1 auf der Basis der Steigung mu bestimmt. Im zweiten Fall 320 wird eine
Tangentensteigung mt bestimmt und die Kraftschlussgrenze pmax wird in einem Schritt 335 mittels einer Funktion f2 auf der Basis der Steigung mt bestimmt. Im dritten Fall 325 kann die Steigung als konstant angenommen werden, sodass eine Bestimmung nicht erforderlich ist. Die Kraftschlussgrenze pmax kann in einem Schritt 340 mit dem momentanen bzw. aktuellen Kraftschlussbeiwert k gleich gesetzt werden.
In einem abschließenden Schritt 345 kann die bestimmte Kraftschlussgrenze max bereitgestellt werden, um beispielsweise eine Betrachtung oder Bewertung eines Fahrzustands eines Kraftfahrzeugs, mit dem der Reifen 100 verbunden ist, zu bewerten oder eine Steuerung des Kraftfahrzeugs oder des Reifens 100
durchzuführen.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Vorrichtung 400 zur Bestimmung der Kraftschlussgrenze max an einem beliebigen Reifen 100, der an einem Kraftfahrzeug 405 angebracht ist. Die Vorrichtung 400 umfasst eine
Verarbeitungseinrichtung 410, die einen programmierbaren Mikrocomputer umfassen, und insbesondere dazu eingerichtet sein kann, das Verfahren 300 ganz oder teilweise durchzuführen. Ferner umfasst die Vorrichtung 400 eine erste
Schnittstelle 415 zur Entgegennahnne eines ersten Werts, eine zweite Schnittstelle 420 zur Entgegennahnne eines zweiten Werts und bevorzugt eine dritte Schnittstelle 425 zur Bereitstellung einer bestimmten Kraftschlussgrenze max- Einige der Schnittstellen 415, 420 und 425 können auch zusammenfallen oder miteinander integriert ausgeführt sein. In einer Ausführungsform umfassen die beiden Werte für die Schnittstellen 415 und 420 einen λ-Wert 150 und einen Kraftschlussbeiwert μ 210. In einer anderen Ausführungsform werden andere Werte entgegengenommen, aus denen, wie oben beschrieben ist, der λ-Wert 150 und der Kraftschlussbeiwert μ 210 bestimmt werden kann. Die Bestimmung der Kraftschlussgrenze max erfolgt bevorzugt so, wie oben beschrieben ist, unter Berücksichtigung, in welchen der drei Bereiche 215 bis 225 der aktuelle λ-Wert 150 fällt.
Bezuqszeichen
100 Reifen
105 Untergrund
1 10 Umfangsgeschwindigkeit
1 15 Längsgeschwindigkeit
120 Längsrichtung
125 Schlupf
130 Drehebene
135 Bewegungsrichtung
140 Querrichtung
145 Schräglaufwinkel
150 λ-Wert (Schlupf oder Schräglaufwinkel)
200 Diagramm
205 Kennlinie
210 Kraftschlussbeiwert
215 erster Bereich
220 zweiter Bereich
225 dritter Bereich
230 erster Schwellenwert
235 zweiter Schwellenwert
240 Ursprungsgerade
245 Tangente
250 Konstante
255 dritter Schwellenwert (zur Begrenzung von 255 nach oben, bei Bedarf)
300 Verfahren
305 Erfassen
310 momentanen Kraftschlussbeiwert bestimmen
315 λ liegt im 1 . Bereich
320 λ liegt im 2. Bereich
325 λ liegt im 3. Bereich 330 max. Kraftschlussbeiwert bezüglich Ursprungsgeradensteigung bestimmen
335 max. Kraftschlussbeiwert bezüglich Tangentensteigung bestimmen
340 max. Kraftschlussbeiwert bezüglich Maximalwert bestimmen
345 max. Kraftschlussbeiwert bereitstellen
400 Vorrichtung
405 Kraftfahrzeug
410 Verarbeitungseinrichtung
415 erste Schnittstelle
420 zweite Schnittstelle
425 dritte Schnittstelle

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren (300) zum Bestimmen einer Kraftschlussgrenze (Mmax) zwischen einem Reifen (100) und einem Untergrund (105), auf dem der Reifen (100) rollt, in Längsrichtung (120) des Reifens (100), wobei das Verfahren (300) folgende Schritte umfasst: Erfassen (305) eines momentanen Schlupfs (125) des Reifens (100); Bestimmen (310) eines momentanen Kraftschlussbeiwerts (210); Bilden (310) eines Tupels aus dem erfassten Schlupf (125) und dem momentanen Kraftschlussbeiwert; Bestimmen (330) der maximalen Kraftschlussgrenze (Mmax) auf der Basis der Steigung (mu) einer Ursprungsgerade (240) durch das Tupel, falls der Schlupf (125) unter einem ersten vorbestimmten Schwellenwert (230) liegt, oder (335) auf der Basis einer Tangentensteigung (mt) durch das Tupel, falls der Schlupf (125) zwischen dem ersten (230) und einem zweiten Schwellenwert (235) liegt; dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Kraftschlussgrenze (Mmax) direkt auf der Basis des Kraftschlussbeiwerts (210) bestimmt wird, falls der Schlupf (125) über dem zweiten vorbestimmten Schwellenwert (235) liegt.
2. Verfahren (300) zum Bestimmen einer maximalen Kraftschlussgrenze (Mmax)
zwischen einem Reifen (100) und einem Untergrund (105), auf dem der Reifen (100) rollt, in Querrichtung (140) des Reifens (100), wobei das Verfahren (300) folgende Schritte umfasst: Erfassen (305) eines momentanen Schräglaufwinkels (145) des Reifens (100); Bestimmen (310) eines momentanen
Kraftschlussbeiwerts (210); Bilden (310) eines Tupels aus dem erfassten
Schräglaufwinkel (145) und dem momentanen Kraftschlussbeiwert (210);
Bestimmen (330) der maximalen Kraftschlussgrenze (Mmax) auf der Basis der Steigung (mu) einer Ursprungsgerade (240) durch das Tupel, falls der
Schräglaufwinkel (145) unter einem ersten vorbestimmten Schwellenwert (230) liegt, oder (335) auf der Basis einer Tangentensteigung (mt) durch das Tupel, falls der Schräglaufwinkel (145) zwischen dem ersten (230) und einem zweiten
Schwellenwert (235) liegt; dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftschlussgrenze direkt (Mmax) auf der Basis des momentan wirkenden Kraftschlussbeiwerts (210) bestimmt (340) wird, falls der Schräglaufwinkel (145) über dem zweiten
vorbestimmten Schwellenwert (235) liegt.
3. Verfahren (300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kraftschlussgrenze (Mmax) dem momentanen Kraftschlussbeiwerts (21 0) gleichgesetzt wird, falls der Schlupf (1 25) über dem zweiten vorbestimmten Schwellenwert (235) liegt.
4. Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
Kraftschlussgrenze (Mmax) dem momentanen Kraftschlussbeiwerts (21 0) gleichgesetzt wird, falls der Schräglaufwinkel (1 45) über dem zweiten
vorbestimmten Schwellenwert (235) liegt.
5. Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine
momentan auf den Reifen (1 00) wirkende Tangentialkraft bestimmt wird und der momentane Kraftschlussbeiwert (21 0) als Quotient aus der Tangentialkraft (1 40) und einer Normalkraft bestimmt wird.
6. Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kraftschlussbeiwert (21 0) auf der Basis eines Modells bestimmt (31 0) wird.
7. Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine momentan auf den
Reifen (1 00) wirkende Längskraft bestimmt wird und der momentane
Kraftschlussbeiwert (21 0) als Quotient aus der Längskraft (1 20) und einer
Normalkraft bestimmt wird.
8. Vorrichtung (400) zur Bestimmung einer maximalen Kraftschlussgrenze (Mmax) zwischen einem Reifen (1 00) und einem Untergrund (1 05), auf dem der Reifen (1 00) rollt, in Längsrichtung (1 20) des Reifens (1 00), wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: eine erste Schnittstelle (41 5) zur Erfassung eines
momentanen Schlupfs (1 25) des Reifens (1 00); eine zweite Schnittstelle (420) zur Erfassung eines momentanen Kraftschlussbeiwerts (21 0); eine
Verarbeitungseinrichtung (41 0), die dazu eingerichtet ist, ein Tupel aus dem erfassten Schlupf (1 25) und dem bestimmten Kraftschlussbeiwert zu bilden; und die Kraftschlussgrenze (Mmax) auf der Basis der Steigung (mu) einer
Ursprungsgerade (240) durch das Tupel zu bestimmen, falls der Schlupf (1 25) unter einem ersten vorbestimmten Schwellenwert (230) liegt, die Kraftschlussgrenze (Mmax) auf der Basis einer Tangentensteigung (mt) durch das Tupel zu bestimmen, falls der Schlupf (1 25) zwischen dem ersten (230) und einem zweiten Schwellenwert (235) liegt, oder die maximale Kraftschlussgrenze (Mmax) direkt auf der Basis des Kraftschlussbeiwerts (21 0) zu bestimmen, falls der Schlupf (1 25) über dem zweiten vorbestimmten Schwellenwert (235) liegt; und eine weitere Schnittstelle (425) zur Bereitstellung der bestimmten
Kraftschlussgrenze (Mmax)-
9. Vorrichtung (400) zur Bestimmung einer Kraftschlussgrenze (Mmax) zwischen
einem Reifen (1 00) und einem Untergrund (1 05), auf dem der Reifen (1 00) rollt, in Querrichtung (1 40) des Reifens (1 00), wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: eine erste Schnittstelle (41 5) zur Erfassung eines momentanen Schräglaufwinkels (1 45) des Reifens (1 00); eine zweite Schnittstelle (420) zur Erfassung eines momentanen Kraftschlussbeiwerts (21 0); eine Verarbeitungseinrichtung (41 0), die dazu eingerichtet ist, ein Tupel aus dem erfassten Schräglaufwinkel (1 45) und dem bestimmten Kraftschlussbeiwert (21 0) zu bilden; und die Kraftschlussgrenze ( max) auf der Basis der Steigung (mu) einer Ursprungsgerade (240) durch das Tupel zu bestimmen, falls der Schräglaufwinkel (145) unter einem ersten vorbestimmten Schwellenwert (230) liegt, die Kraftschlussgrenze (Mmax) auf der Basis einer Tangentensteigung (mt) durch das Tupel zu bestimmen, falls der Schräglaufwinkel (145) zwischen dem ersten (230) und einem zweiten
Schwellenwert (235) liegt, oder die Kraftschlussgrenze (Mmax) auf der Basis des Kraftschlussbeiwerts (21 0) zu bestimmen, falls der Schräglaufwinkel (1 45) über dem zweiten vorbestimmten Schwellenwert (235) liegt; und eine weitere
Schnittstelle (425) zur Bereitstellung der bestimmten Kraftschlussgrenze (Mmax)-
1 0. Kraftfahrzeug (405) mit einem Reifen (1 00) und einer Vorrichtung (400) nach Anspruch 8 oder 9.
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