Titel

Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen eines maximalen Reibwerts eines Fahrbahn- Reifen- Kontakts

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren oder einer Vorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.

Bei zukünftigen höher automatisierten Funktionen sollte ein Fahrzeug unter Umständen auch ohne das Zutun des Fahrers kritische Situationen selbstständig bewältigen. Idealerweise sollte das Fahrzeug deshalb präventiv kritische Situationen vermeiden. Hierbei spielt das Thema Vernetzung von Fahrzeugen eine wichtige Rolle. Auch heute schon könnten vernetzte Fahrzeuge durch Prävention und Prädiktion von Ereignissen und Zuständen deutliche

Verbesserungen des Fahrkomforts und der Fahrsicherheit mit sich bringen.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Bestimmen eines maximalen Reibwerts eines Fahrbahn- Reifen- Kontakts zwischen Reifen eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn, eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen

Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Beispielsweise ist eine Abschätzung eines aktuell ausgenutzten

Kraftschlusspotenzials mithilfe einer bestehenden Sensorik und bestehender Modelle aus einem ESP-System und Lenksystemen möglich. Beim

Beschleunigen oder Verzögern des Fahrzeugs können Reibwertschätzer die ausgenutzten Reibwerte ermitteln. Bei einem aktiven Regeleingriff bestimmter Sicherheitssysteme wie etwa ABS, TCS, ESP oder EPS kann der vorhandene Reibwert exakt ermittelt werden. Im Freirollfall, d. h. ohne Beschleunigung oder Verzögerung, kann hingegen kein Straßenreibwert geschätzt werden. Um etwa eine Reibwertkarte zu erstellen, ist es wichtig, so oft wie möglich Reibwerte zu ermitteln.

Besonderes Augenmerk sollte dabei auf die Schätzung des maximalen

Reibwerts zwischen Reifen und Fahrbahn gerichtet werden. Diese Kenngröße gibt Aufschluss darüber, wie viel Kraft über die Reifen abgesetzt werden kann, und im Umkehrschluss darüber, bei welcher Kraft eine instabile Fahrsituation vorliegt. Daher ist diese Größe bei einer Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen und hochautomatisierten Fahrfunktionen von großer Bedeutung. Allerdings kann der tatsächlich vorliegende Reibwert nur beim Überschreiten der

Kraftschlussgrenze gemessen werden. Durch das Eingreifen moderner

Sicherheitssysteme wie ABS oder der Traktionskontrolle TCS ist eine Messung möglich, jedoch sind diese Eingriffe bei üblichem Fahrverhalten nur selten, weshalb nur wenige Informationen über den Reibwert zur Verfügung stehen.

Demgegenüber ermöglicht der hier vorgestellte Ansatz durch Verwendung einer normierten Reibwertkennlinie eine quantitative Aussage über den maximalen Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn bereits im Teilbrems- und

Teilbeschleunigungsbereich, also außerhalb des Arbeitsbereichs typischer Fahrzeugregler. Somit kann die Schätzhäufigkeit von Reibwerten deutlich erhöht werden, die dann beispielsweise über einen Vernetzungsansatz mehreren Fahrzeugen zur Verfügung gestellt werden können, die sich somit präventiv auf potenziell kritische Straßenzustände einstellen können.

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen eines maximalen Reibwerts eines Fahrbahn- Reifen- Kontakts zwischen Reifen eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn vorgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

Normieren einer Reibwertkennlinie, die einen unter Verwendung zumindest eines Reibwertmodells ermittelten Verlauf eines Reibwerts des Fahrbahn- Reifen- Kontakts in Abhängigkeit von einem gemessenen Schlupfwert des Fahrbahn- Reifen- Kontakts repräsentiert, um eine normierte Reibwertkennlinie zu erhalten; und

Verknüpfen eines normierten Reibwerts, der einen unter Verwendung der normierten Reibwertkennlinie und eines aktuell gemessenen Schlupfwerts des Fahrbahn- Reifen- Kontakts ermittelten Reibwert repräsentiert, mit einem aktuell ausgenutzten Reibwert, der einen unter Verwendung eines fahrdynamischen Modells geschätzten ausgenutzten Reibwert repräsentiert, um den maximalen Reibwert zu bestimmen.

Unter einem Reibwert kann ein Kraftschlusspotenzial zwischen Reifen und Fahrbahn verstanden werden. Unter einem gemessenen Schlupfwert kann ein Ergebnis einer Radschlupfmessung des Fahrzeugs verstanden werden. Unter einem Reibwertmodell kann beispielsweise eine Modellfunktion zur modellhaften Darstellung einer Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn in Abhängigkeit von einem gemessenen Radschlupf verstanden werden. Beispielsweise kann das Reibwertmodell auf dem sogenannten Burckhardt-Modell oder einem sonstigen geeigneten Modell basieren. Unter Verknüpfen kann beispielsweise ein

Dividieren oder Multiplizieren verstanden werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Verknüpfens der aktuell ausgenutzte Reibwert durch den normierten Reibwert dividiert werden, um den maximalen Reibwert zu bestimmen. Dadurch kann der maximale Reibwert mit geringem Rechenaufwand bestimmt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Normierens die Reibwertkennlinie auf einen Reibwert von 1 normiert werden. Dadurch kann die Reibwertkennlinie mit geringem Rechenaufwand vergleichbar gemacht werden.

Es ist vorteilhaft, wenn im Schritt des Normierens eine Reibwertkennlinie normiert wird, die einen Verlauf des Reibwerts in Abhängigkeit von einem auf trockener Fahrbahn gemessenen Schlupfwert repräsentiert. Dadurch wird eine möglichst realistische Schätzung des maximalen Reibwerts ermöglicht.

Von Vorteil ist auch, wenn im Schritt des Verknüpfens ein einen Mittelwert repräsentierender normierter Reibwert oder, zusätzlich oder alternativ, ein einen Mittelwert repräsentierender aktuell ausgenutzter Reibwert verknüpft wird.

Dadurch kann die Zuverlässigkeit des Verfahrens erhöht werden.

Das Verfahren kann gemäß einer weiteren Ausführungsform einen Schritt des Ermittelns des normierten Reibwerts oder, zusätzlich oder alternativ, des aktuell ausgenutzten Reibwerts unter Verwendung eines aktuell gemessenen

Schlupfwerts, der einen Mittelwert aus zumindest zwei Messwerten einer Schlupfmessung repräsentiert, umfassen. Auch durch diese Ausführungsform kann die Zuverlässigkeit des Verfahrens erhöht werden.

Zudem kann das Verfahren einen Schritt des Erzeugens eines Steuersignals zum Steuern des Fahrzeugs unter Verwendung des maximalen Reibwerts umfassen. Dadurch wird eine sichere Steuerung des Fahrzeugs abhängig vom maximal möglichen Reibwert ermöglicht.

Von Vorteil ist ferner ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die Schritte einer Variante des Verfahrens zum Bestimmen eines maximalen Reibwerts eines Fahrbahn- Reifen- Kontakts zwischen Reifen eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn und einen Schritt des Erzeugens eines

Steuersignals zur Steuerung des Fahrzeugs aufweist, wobei der Schritt des Erzeugens unter Verwendung des maximalen Reibwerts ausgeführt wird. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer sicheren und robusten Steuerung des Fahrzeugs, beispielsweise im Falle der Verwendung eines hochautomatisierten Fahrzeugs.

Die unterschiedlichen Varianten der hier vorgestellten Verfahren können 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 eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in

entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine

Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine

magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einiesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einiesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch die Vorrichtung eine Steuerung des Fahrzeugs. Hierzu kann die Vorrichtung beispielsweise auf Sensorsignale wie Beschleunigungs-, Druck-, Lenkwinkel- oder Umfeldsensorsignale zugreifen. Die Ansteuerung erfolgt über Aktoren wie Brems- oder Lenkaktoren oder ein Motorsteuergerät des Fahrzeugs.

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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung aus Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung von Reibwertkennlinien zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel; und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem

Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren

dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche

Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Vorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 102 zum Bestimmen eines maximalen Reibwerts p _max eines Reifen- Fahrbahn- Kontakts zwischen Reifen 104 des Fahrzeugs 100 und einer Fahrbahn 106 ist mit einer Sensoreinrichtung 108 verbunden, die ausgebildet ist, um einen einen gemessenen Schlupf der Reifen 104 repräsentierenden Schlupfwert 110 bereitzustellen. Die Vorrichtung 102 ist ausgebildet, um den Schlupfwert 110 unter Verwendung zumindest eines Reibwertmodells einem bestimmten, ein Kraftschlusspotenzial zwischen den Reifen 104 und der Fahrbahn 106 repräsentierenden Reibwert zuzuordnen und auf diese Weise eine

Reibwertkennlinie zu ermitteln. Unter Verwendung der Reibwertkennlinie ermittelt die Vorrichtung 102 durch eine geeignete Normierung eine normierte

Reibwertkennlinie. Anhand der normierten Reibwertkennlinie ordnet die

Vorrichtung 102 einen unter Verwendung der Sensoreinrichtung 108 aktuell gemessenen Schlupfwert 112 einem auf der normierten Reibwertkennlinie liegenden Reibwert zu, um einen normierten Reibwert p _n0rm zu erhalten. Ebenfalls ermittelt die Vorrichtung 102 mittels zumindest eines fahrdynamischen Modells einen aktuellen oder aktuell ausgenutzten Reibwert p _Mess . Um nun den maximalen Reibwert p _max zu ermitteln, verknüpft die Vorrichtung 102 den aktuell ausgenutzten Reibwert p _Mess in geeigneter Weise mit dem normierten

Reibwert m _ho ™.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 102 ausgebildet, um abhängig vom maximalen Reibwert p _max ein Steuersignal 114 zum Steuern des Fahrzeugs 100 zu erzeugen.

Ein derartiges Verfahren lässt sich beispielsweise als schlupf- und damit effektbasiertes Verfahren in den Kontext eines Reibwertschätzverfahrens einordnen. Da die Qualität der Schätzung bei quasistatischen Fahrzuständen zunimmt, wird die Schätzung beispielsweise nur bei Erkennung eines

quasistatischen Fahrzustands des Fahrzeugs 100 durchgeführt. Dabei werden beispielsweise unpassende Situationen gefiltert und damit die Qualität der Reibwertschätzung erhöht. Zusätzlich wird beispielsweise durch eine geeignete Mittelwertbildung die Aussagekraft des Schätzers erhöht und der Einfluss von Ausreißern oder Störeffekten minimiert.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel normiert die Vorrichtung 102 eine auf trockenem Asphalt eingefahrene Kraftschluss-Schlupf- Kurve auf ein maximales Kraftschlusspotenzial von 1,0, um die normierte Reibwertkennlinie zu erhalten. Die normierte Reibwertkennlinie hält die Reifeneigenschaften fest. Zur

Bestimmung des maximalen Reibwerts p _max wird der aktuell etwa mittels ESP- Modellen geschätzte ausgenutzte Reibwert p _Mess zum aktuellen gemessenen Schlupf A _Mess durch den entsprechenden Kraftschlusswert m _h0i ™ zum gemessenen Schlupf A _Mess auf der normierten Reibwertkennlinie dividiert. Das Ergebnis ist der maximal verfügbare Reibwert zwischen Reifen 104 und Fahrbahn 106:

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 102 aus Fig. 1. Die Vorrichtung 102 umfasst eine Normierungseinheit 210 zum Bereitstellen der normierten Reibwertkennlinie unter Verwendung einer Reibwertkennlinie, die auf der Basis des Schlupfwerts 110 und des geschätzten aktuell ausgenutzten Reibwerts ermittelt wurde. Die Normierungseinheit 210 leitet eine die normierte Reibwertkennlinie repräsentierende Kennlinieninformation 212 an eine

Verknüpfungseinheit 220 weiter, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des aktuell gemessenen Schlupfwerts 112 und des mittels des fahrdynamischen Modells geschätzten aktuell ausgenutzten Reibwert p _Mess und unter Verwendung des aktuell gemessenen Schlupfwerts 112 und der Kennlinieninformation 212 den normierten Reibwert p _n0rm zu ermitteln und anschließend den aktuellen Reibwert p _Mess und den normierten Reibwert m _h0i ™ miteinander zu verknüpfen. Als Ergebnis der Verknüpfung gibt die Verknüpfungseinheit 220 den maximalen Reibwert p _max aus.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 102 zusätzlich eine Erzeugungseinheit 230 zum Erzeugen des Steuersignals 114 unter Verwendung des maximalen Reibwerts p _max auf. Durch ein solches Steuersignal 114 kann beispielsweise eine (beispielsweise automatische) Bremsung des Fahrzeugs 100, ein Ausweichmanöver des Fahrzeugs 100 oder eine Beschleunigung des Fahrzeugs 100 angesteuert werden.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung von Reibwertkennlinien zur

Verwendung in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa einem Verfahren, wie es von der vorangehend anhand der Figuren 1 und 2

beschriebenen Vorrichtung ausgeführt werden kann. Gezeigt sind eine erste Kurve 300, die eine skalierte Reibwertkennlinie repräsentiert, und eine zweite Kurve 302, die eine normierte Reibwertkennlinie repräsentiert. Die normierte Reibwertkennlinie ist hier auf den Wert 1,0 normiert. Der gemessene Schlupf ist auf der Abszisse aufgetragen. Die dazugehörigen aktuell ausgenutzten

Reibwerte sind auf der Ordinate aufgetragen. Bei den Wertepaaren aus Reib- und Schlupfwerten handelt es sich beispielsweise je um Mittelwerte einer Mehrzahl verschiedener Messpunkte. Hierbei zeigt das in der Fig. 3 dargestellte Wertepaar den aktuell ausgenutzten Reibwert p _Mess und den aktuell gemessenen Schlupf A _Mess . Darüber ist der entsprechende Reibwert P _NO ™ auf der normierten Reibwertkennlinie zu erkennen.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Bestimmen eines maximalen Reibwerts gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 400 zum Bestimmen eines maximalen Reibwerts kann beispielsweise von der vorangehend anhand der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Vorrichtung ausgeführt werden. Dabei wird in einem Schritt 410 eine Reibwertkennlinie, die einen unter Verwendung eines fahrdynamischen Modells ermittelten Verlauf eines Reibwerts des Fahrbahn- Reifen- Kontakts in Abhängigkeit von einem gemessenen

Schlupfwert des Fahrbahn- Reifen- Kontakts repräsentiert, normiert, um eine normierte Reibwertkennlinie zu erhalten. In einem weiteren Schritt 420 wird ein normierter Reibwert, der einen unter Verwendung der normierten

Reibwertkennlinie und eines aktuell gemessenen Schlupfwerts des Fahrbahn- Reifen- Kontakts ermittelten Reibwert repräsentiert, mit einem aktuell

ausgenutzten Reibwert, der einen unter Verwendung eines fahrdynamischen Modells und des aktuell gemessenen Schlupfwerts ermittelten Reibwert repräsentiert, verknüpft, um den maximalen Reibwert p _max zu bestimmen. Ferner ist in der Fig. 4 ein Verfahren 450 zur Steuerung eines Fahrzeugs dargestellt, wobei das Verfahren 450 die Schritte 410 und 420 gemäß einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens 400 zum Bestimmen eines maximalen Reibwerts sowie einen Schritt 460 des Erzeugens eines Steuersignals 114 zur Steuerung des Fahrzeugs aufweist, wobei der Schritt 460 des Erzeugens unter Verwendung des maximalen Reibwerts p _max ausgeführt wird.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.