Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fortlaufenden Bestimmung des Kraftschlußbeiwerts μ und/oder der Steigung Kμ der μ-Schlupfkurve gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüchen 1 und 2

Stand der Technik

Aus der ATZ 83 (1981) Heft 1 Ξ. 31-36 ist ein derartiges Verfahren bekannt. Dort wird für diese Bestimmung neben dem Drehmoment an der Antriebsachse, die Fahrzeugbeschleunigung, der Radschlupf, die Fahrzeuggeschwindigkeit und einige während einer Fahrt konstante Größen benötigt. Man benötigt dort also relativ viele Sensoren.

Aus der deutschen Patentanmeldung P 35 35 843.2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem mit Hilfe des gemessenen Bremsdrucks und der gemessenen Radge¬ schwindigkeit μ und Kμ bestimmt werden. Hier sind diese Größen jedoch nur im Bremsfall ermittelbar.

Vorteile der Erfindung

Dem gegenüber haben die erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Ansprüchen 1 und 2 den Vorteil, daß die Größen μ und Kμ bei angetriebenem Fahrzeug ermittelt werden können und daß dazu nur Sensoren für die Radgeschwindig¬ keit und das Motor-Drehmoment benötigt werden. Das Verfahren läßt sich in ein vorhandenes ABS und/oder ASR-Steuergrät integrieren, wobei die vorhan¬ denen Radgeschwindigkeitssensoren mit benutzt werden können.

Man kann die gewonnene Größe μ dem Fahrer zur Anzeige bringen, bzw. ihn ab bestimmten kleinen Größen warnen, kann mit Hilfe des ermittelten μ den zu erwartenden Bremsweg errechnen und anzeigen und somit zur richtigen Ein¬ stellung der Fahrgeschwindigkeit beitragen und/oder kann das μ in eine Radarabstandswarnung oder Regelung als Parameter eingegeben und dort die Regelung bzw. Warnung in Abhängigkeit von dem μ beeinflussen.

Bei ASR läßt sich das eingegebene μ zur Verbesserung der Traktion ausnutzen.

Das gewonnene Kμ kann bei der Antriebsschlupfregelung zur Einstellu^y eines bei dem herrschenden Untergrund optimalen Schlupfwerts benutzt werden.

Figurenbeschreibung

Anhand der Zeichnung sollen ein Ausführungsbeispiel (hier: Heckantrieb) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie Anwendungsmöglichkeiten dafür erläutert werden.

Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Anordnung zur Bestimmung der Größen

Kμ und μ an beiden angetriebenen Rädern eines Fahrzeugs

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Auswertschaltung

Fig. 3 ein Blockschaltbild, in dem das ermittelte μ verwendet wird

Fig. 4 eine Schar von μ-Schlupfkurven zur Erläuterung der An¬ wendung der Fig. 5

Fig. 5 ein Blockschaltbild bei dem Kμ verwendet wird

In Fig. 1 ist mit 1 ein Fahrzöugmotor, mit 2 ein Getriebe mit der Über¬ setzung i _G ,_mit 3 ein Differential (mit Ritzel 3 a, Tellerrad 3b und An¬ triebsrad 3 c) und mit 4 a und 4 b davon angetriebene Halbwellen bezeichnet.

An der Antriebswelle zwischen Motor 1 und Getriebe 2 ist ein Sensor 5 vor¬ gesehen, der ein dem Motormoment M entsprechendes Signal an eine Auswerte¬ schaltung (Rechnet) 9 abgibt. Anstelle des Sensors 5 dann auch an der An¬ triebswelle hinter dem Getriebe 2 ein Sensor 6 zur Bestimmung der Getriebe¬ ausgangsmoments vorgesehen sein. Den beiden nicht dargestellten Rädern bzw. deren Antriebswellen 4 a und 4 b sind Geschwidigkeitssensoren 7 und 8 zu¬ geordnet. Diese liefern der Radgeschwindigkeit V _RL und V _RR bzw. der Rad¬ winkelgesch indigkeit ω _R und ω _L entsprechende Signale an die Auswertschal- tung.9. Diese liefert Schätzwerte der Kraftschlußbeiwerte μ _R und r und/oder die Steigungen der μ-Schlupfkurve K _R und K _L>

In Fig. 2 ist die Auswertschaltung 9 der Fig. 1 in drei Blocks unterteilt. Im Block 9 a erfolgt die Schätzung der Parameter Pι _R. P _2R und C _R für das rechte Rad und P,, _; ^un d C_ für das linke Rad auf der Basis von Identi¬ fikationsgleichungen

" _R ( ^K+1 ) = ?2R ^{* Y} R < ^K > ^{+ P} 1R" ^* U (K) + C _R bzw. Y _L (K+l) = P _2L • Y _L (K) + P _1L • U (K) + C _L

wobei Y _R (K) und Y _L (K) und Y _R (K+l) und Y _L (K+l) des gemessenen Radge¬ schwindigkeiten und Ü (K) das gemessene Motormoment sind.

Dies geschieht mit Hilfe von Identifikationsalgorithmen wie z.B. dem Least Sguares Verfahren. Die jeweils ermittelten Schätzwerte P _1R , P _2R und C _R bzw. P,τ , P _τ und C _T werden in einem Block 9 b gespeichert und können bei der nachfolgenden Bestimmung der Größen μ _L und μ _R bzw. K - und K _R in einem Block 9 c in Zeitabständen T» abgerufen werden.

Dem Block 9 c werden außerdem die Konstanten i _t (Achsübersetzung), 0 _T (Trägheitsmoment des Tellerrads), θ„ (Trägheitsmoment der angetriebenen Achse), Θ _R - (Trägheitsmoment des Ritzels), ^F 2Hstat ( ^stat i ^scne Radlast des Rads (gemessen oder berechnet)) und r _R (der Radius des Rads) sowie die Radgeschwindigkeiten V _RR und V _R ^ zugeführt.

Mit Hilfe der zugeführten Parameter, Konstanten und Meßgrößen wird im Block 9 c je ein Schätzwert μ für den Reibbeiwert μ und/oder ein Schätzwert kμ für die augenblickliche Steigung Kμ am Arbeitspunkt der μ-Schlupfkurve für das linke und rechte angetriebene Rad bestimmt. Die Bestimmungsgleichungen lauten

&R ^{= "} *2R ' (ZR - ^V *R _R ) ^{+ CTH} ' ^{LR F} ZHstat ^#r R

-TH ' RL

^R 2L (z _L - V* RL ) +

^F ZHstat ^{* r} R

Hierin bedeuten:

Z ~R ___ ° ^~R ~

--*ZB.

^C L ^Z L = -

!- ^p 2L

V* _RR und V* _Rτ : die mit der Konstanten Rechnergröße V _Q normierten Radgeschwindigkeiten.

Θ* _D R = ^H + ^{r t R} -

_c _ _c _ ^Θ T ⁺ H^ i . ^ω L - ^ω R ^U TH'LR ~ ~ ^L TH'RL ^{" "} = =

ω _R , ω _L die Winkelbeschleunigungen der Räder sind .

ω _R und lύγ können aus

ω _p (K) ^U R (K ) - ω _R (K- l ) und

ύ _L (K) - ω _L (K- l )

(K) *

ermittelt werden, wobei sich ω _R und o_ _L durch — ^V ™ R -_-_R____ bzw ^V RL ^r R ^r R ergeben.

Das gesamte Besti mungsverfahren läßt sich bei front- , heck- und allradge- triebenen Fahrzeugen anwenden.

Die Werte für Kμ ergeben sich zu:

Zur Unfallverhütung dient die bekannte Radar-Abstandswarnung bzw. Regelung. Sende- und Empfangsantenne des Radargeräts sind unter dem vorderen Sto߬ fänger untergebracht. Treffen Radarstrahlen auf ein Hindernis, wird die Zeit zwischen dem Aussenden des Radarsignals und dem Eintreffen des Echos gemessen. Aus den Meßdaten errechnet der Bordrechner den Abstand zum Hin¬ dernis. Aus Abstand, Geschwindigkeit und der Straßenzustand ermittelt der Bordrechner den ratsamen Sicherheitsabstand, der als Sollwert für die Ab¬ standswarnung bzw. -Regelung (Bremsen oder Motoreingriff) verwendet wird (Fig. 3). Bei der bisherigen bekannten Lösungen gibt es den Nachteil, daß der Fahrer den Straßenzustand durch Betrachtungen abschätzen muß. Er muß dann Informationen mit "trocken", "naß" oder "schneeglatt" einprogrammieren. Die geschilderte fortlaufende Bestimmung von Kraftschlußbeiwerten gemäß der Erfindung ist also eine relevante Unterstützung für den Einsatz der Abstands¬ warnung bzw. Regelung. Die on-line Schätzung von μ liefert sowohl eine auto¬ matische Parameterverstellung als auch präzise und aktuelle Werte. Vor allen bei Nacht- und Nebelfahrten, bei denen der Fahrer nicht mehr so sicher mit der Abschätzung von Gefahren ist, ist dieser automatische Verstellung sinnvoll.

In Fig. 3 ist ein Äbstandsradargerät mit 10, ein Regler mit 11, das Fahrzeug mit 12 und ein Sicherheitsabstandsbestimmungsblock mit 13 bezeichnet. Diesem wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 12 und das geschätzte μ vom μ-Schätzer 14 zugeführt und er errechnet den notwendigen Sicherabstand. Dieser wird in Regler 11 mit dem Istabstand (vom Radargerät) verglichen und daraus wird eine Regelgröße für eine Bremsung oder eine Motordruckmomentbeeinflussung abge¬ leitet, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu variieren.

Alternativ oder zusätzlich kann von einem Vergleicher 15 eine Warnlampe 16 angesteuert werden, wenn ein zu geringer Abstand festgestellt wird.

Wenn kein Radargerät im Fahrzeug installiert wird, kann der physikalische benötigte Bremsweg Xg kontinuirlich angezeigt werden. Diesen kann z.B. durch die Faustformel angegeben werden:

x _B ~ -J -

2gμ

g: Fallbeschleunigung, V,,: Ausgangsgeschwindigkeit,

wobei _ß den physikalischen benötigten Bremsweg bei einer Bremsung mit blok- kierenden Rädern auf den interessierenden Straßenbelag mit den Kraftschluß- beiwert μ darstellt. Auch hier liefert die on-line Abschätzung von μ einen wichtigen Beitrag zur besseren Überwachung der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Bei der Antriebs-Schlupf-Regelung wird das Rad in einem möglichst engen Schlupfbereich in der Nähe der maximalen Kraftschlußes gehalten. Da die Kraftschlußkurven u.a. abhängig von:

- dem Straßen- und Reifenzustand

- der Fahrzeuggeschwindigkeit

- der Radlast

- der Temperatur sowie

- dem Reifenschräglaufwinkel bzw. der in Anspruch genommenen Seitenführungskraft bei Kurvenfahrt sind

ist der Schlupf selbst keine geeignete Regelgröße für die Regelung. Für diesen Zweck dienen die gemäß dieser Erfindung fortlaufend gewonnenen on¬ line Schätzungen

des Kraftschlußbeiwerts μ und dμ der Steigung der Kraftschlußkurven k = ^μ ds

Eine eindeutige Regelgröße erhält man aus der Tatsache, daß die Steigung beim maximalen Kraftschluß gleich null ist. Um aber die bei Kurvenfahrt notwendigen Seitenführungskräfte aufbringen zu können, wird eine kleine positive Steigung, kurz vor dem maximalen Kraftschlußbeiwert im stabilen 8ereich als Sollwert für die Äntriebsschlupfregelung gewählt (siehe Fig. 4).

In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild hierfür gezeigt. Einem Vergleicher 20 wird der geschätzte Wert K zugeführt, der diesen mit einem vorαegebenen kleinen positiven Sollwert K* vergleicht. Aus der Abweichung wird eine Regelgröße Δ gewonnen, die zur Beeinflussung eines Bremsdrucksteuergeräts 21 dient und dem Bremsdruck so variiert, daß der ermittelte Wert für K sich dem Soll- wert nähert.

Der Sollwert kann bei hohem μ kleiner gewählt werden. Dem Vergleicher 20 wird deshalb auch der ermittelte Wert für μ zugeführt, der den Sollwert entsprechend dem bestimmten μ variiert.

Formelzeichen:

Bezeichnung für geschätzter Größen

K Zeitschritt, z.B. μ(K) bedeutet μ zum Zeitschritt K

"TH'LR Koppelterm, hinten, von links auf rechts -TH'RL Koppelterm, hinten, von rechts auf links

F _ZH ,stat statische Radlast (hinten)

Getriebeübersetzung

Achsübersetzung

^K μL' ^K μR Steigung der μ-s-Kennlinien, hinten links und hinten rechts ^K 2L ' ^K 2R Verhältnis R ^a , hinten links und hinten rechts

^T ERS

M, Drehmoment hinter dem Getriebe

Motormoment

^? 2L ' ^P 1L ' ^C 1L die zu schätzenden Parameter (links)

_> p

^• 2R^1R' ^L 1R die zu schätzenden Parameter (rechts)

Radradius

^X Abtastrate ^V o Bezugsgröße für die Normierung der Radgeschwindigkeit ^V *RL' ^V *RR Normierte Radgeschwindigkeit, hinten links und hinten rechts RR Radgeschwindigkeit, hinten links und hinten rechts

^Z L' ^Z R Ersatz-Konstant, hinten links und hinten rechts

Kraftschlußbeiwert

H Trägheitsmoment der Hinterachs

Gesamtträgheitmoment, Hinteres Rad Ri Trägheitsmoment des Ritzels

Trägheitsmoment des Tellerrades ^ω R'L' ^ω R'R Radwinkelgeschwindigkeit, hinten links und hinten rechts ^ω R,L,ω _R ,R Radwinkelbeschleunigung, hinten links und hinten rechts.