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DE102019208459A1 - Determination of a coefficient of friction - Google Patents

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DE102019208459A1
DE102019208459A1 DE102019208459.1A DE102019208459A DE102019208459A1 DE 102019208459 A1 DE102019208459 A1 DE 102019208459A1 DE 102019208459 A DE102019208459 A DE 102019208459A DE 102019208459 A1 DE102019208459 A1 DE 102019208459A1
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Ulrich Mair
Mehrdad Salari
Peter Reitz
Volker Wagner
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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Abstract

Ein zweispuriges Fahrzeug (305) umfasst wenigstens ein Rad (315). Ein Verfahren (400) zum Bestimmen eines Reibwerts (210) zwischen einer Fahrbahn (105) und dem Rad (315) umfasst Schritte des Ausübens eines ersten Drehmoments auf das Rad (315), um einen Schlupf (150) zwischen dem Rad (315) und der Fahrbahn (105) zu bewirken; des gleichzeitigen Veränderns eines Lenkwinkels (345) eines der Räder (315) des Fahrzeugs (305), um eine durch das Drehmoment bewirkte Fahrtrichtungsänderung zu kompensieren; und des Bestimmens des Reibwerts (210) auf der Basis des Schlupfs (150).A two-lane vehicle (305) comprises at least one wheel (315). A method (400) for determining a coefficient of friction (210) between a road surface (105) and the wheel (315) comprises steps of exerting a first torque on the wheel (315) in order to prevent slip (150) between the wheel (315) and effect the roadway (105); simultaneously changing a steering angle (345) of one of the wheels (315) of the vehicle (305) in order to compensate for a change in direction of travel caused by the torque; and determining the coefficient of friction (210) on the basis of the slip (150).

Description

Die Erfindung betrifft das Steuern eines Fahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung das Bestimmen eines Reibwerts, der auf eine übertragbare Kraft zwischen einem Reifen des Fahrzeugs und einer Fahrbahn hinweist.The invention relates to controlling a vehicle. In particular, the invention relates to determining a coefficient of friction that indicates a transferable force between a tire of the vehicle and a roadway.

Ein Fahrzeug hat mehrere Räder, die auf einer Fahrbahn rollen, während das Fahrzeug fährt. Eine zwischen einem der Räder und der Fahrbahn übertragbare Kraft ist begrenzt und kann auf der Basis eines zwischen dem Rad und der Fahrbahn herrschenden Reibwerts bestimmt werden. Der Reibwert hängt insbesondere von einer Charakteristik des Rads beziehungsweise eines von ihm umfassten Reifens und einer Beschaffenheit der Fahrbahn ab. Die Beschaffenheit der Fahrbahn kann häufig schwer einschätzbar sein, insbesondere bei Regen, Schnee, Eis oder auf der Fahrbahn liegenden Objekten wie Laub.A vehicle has multiple wheels that roll on a roadway while the vehicle is traveling. A force that can be transmitted between one of the wheels and the roadway is limited and can be determined on the basis of a coefficient of friction prevailing between the wheel and the roadway. The coefficient of friction depends in particular on a characteristic of the wheel or a tire it encompasses and a condition of the roadway. The condition of the road can often be difficult to assess, especially when it is raining, snow, ice or objects lying on the road such as leaves.

Zur Bestimmung des Reibwerts kann das Rad gezielt abgebremst werden, bis es in Schlupf zur Fahrbahn gelangt. Auf der Basis einer dafür erforderlichen Bremskraft kann der Reibwert bezüglich einer vorbestimmten Reifencharakteristik bestimmt werden. Diese Vorgehensweise wird jedoch üblicherweise nur auf gerader Strecke angewandt, wenn ein mögliches seitliches Ausbrechen des Fahrzeugs nicht befürchtet werden muss oder in Kauf genommen werden kann. Der Reibwert kann jedoch insbesondere für das Durchfahren einer Kurve von Interesse sein, insbesondere um das Fahrzeug in der Kurve zu steuern.To determine the coefficient of friction, the wheel can be braked specifically until it slips onto the road. The coefficient of friction with respect to a predetermined tire characteristic can be determined on the basis of a braking force required for this. However, this procedure is usually only used on a straight route if a possible lateral breakout of the vehicle does not have to be feared or can be accepted. However, the coefficient of friction can be of interest in particular for driving through a curve, in particular to control the vehicle in the curve.

DE 10 2012 217 772 A1 betrifft eine Technik zur Bestimmung eines maximalen Reibwerts zwischen einem Fahrzeugreifen und einer Fahrbahnoberfläche. DE 10 2012 217 772 A1 relates to a technique for determining a maximum coefficient of friction between a vehicle tire and a road surface.

DE 10 2016 009 257 A1 schlägt vor, auf der Basis einer Bremskraft an einem Rad einen aktuellen Haftwert zwischen dem Rad und einer Fahrbahn mittels Fuzzy-Methoden zu schätzen. DE 10 2016 009 257 A1 suggests using fuzzy methods to estimate a current adhesion value between the wheel and a road surface on the basis of a braking force on a wheel.

Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Technik zur Bestimmung des Reibwerts zwischen einem Rad eines Fahrzeugs und einer Fahrbahn. Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.An object of the present invention is to provide an improved technique for determining the coefficient of friction between a wheel of a vehicle and a roadway. The present invention achieves this object by means of the subjects of the independent claims. Sub-claims reproduce preferred embodiments.

Ein zweispuriges Fahrzeug umfasst wenigstens ein linkes und wenigstens ein rechtes Rad. Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bestimmen eines Reibwerts zwischen einer Fahrbahn und einem der Räder Schritte des Ausübens eines ersten Drehmoments auf das Rad, um einen Schlupf zwischen dem Rad und der Fahrbahn zu bewirken; des gleichzeitigen Veränderns eines Lenkwinkels eines der Räder des Fahrzeugs, um eine durch das Drehmoment bewirkte Fahrtrichtungsänderung zu kompensieren; und des Bestimmens des Reibwerts auf der Basis des Schlupfs.A two-lane vehicle comprises at least one left and at least one right wheel. According to a first aspect of the invention, a method for determining a coefficient of friction between a roadway and one of the wheels comprises steps of exerting a first torque on the wheel to prevent slip between the wheel and effect the roadway; simultaneously changing a steering angle of one of the wheels of the vehicle in order to compensate for a change in direction of travel caused by the torque; and determining the coefficient of friction based on the slip.

Durch das Ausüben eines Drehmoments auf das Rad, bis es in Schlupf gerät, kann ein Drehmoment um eine Hochachse des Fahrzeugs auftreten, sodass das Fahrzeug von einem gewünschten Kurs abkommen kann. Durch das gleichzeitige Verändern des Lenkwinkels kann das Drehmoment um die Hochachse kompensiert werden, sodass das Fahrzeug auf dem gewünschten Kurs weiter fahren kann. Das Kompensieren kann derart erfolgen, dass ein Fahrer von der Bestimmung des Reibwerts weitgehend unbehelligt bleibt. Idealerweise bemerkt der Fahrer die Bestimmung gar nicht.By exerting a torque on the wheel until it slips, a torque can occur about a vertical axis of the vehicle, so that the vehicle can deviate from a desired course. By changing the steering angle at the same time, the torque about the vertical axis can be compensated so that the vehicle can continue on the desired course. The compensation can take place in such a way that a driver remains largely unaffected by the determination of the coefficient of friction. Ideally, the driver does not even notice the determination.

Der Reibwert, der auch Reibungskoeffizient, Reibungszahl oder Kraftschlusskoeffizient genannt werden kann, ist ein dimensionsloses Maß für die Reibungskraft im Verhältnis zur Anpresskraft zwischen zwei Körpern und wird allgemein mit dem Formelbuchstaben µ bezeichnet. In einer Ausführungsform wird ein aktueller Reibwert bestimmt, in einer anderen ein maximaler Reibwert. Der bestimmte Reibwert kann zur Steuerung des Fahrzeugs verwendet werden. Insbesondere kann eine Kurvengeschwindigkeit des Fahrzeugs derart gewählt werden, dass das Fahrzeug sicher gesteuert, beschleunigt und/oder gebremst werden kann.The coefficient of friction, which can also be called the coefficient of friction, coefficient of friction or friction coefficient, is a dimensionless measure of the frictional force in relation to the contact force between two bodies and is generally referred to with the formula letter µ. In one embodiment, a current coefficient of friction is determined, in another a maximum coefficient of friction. The determined coefficient of friction can be used to control the vehicle. In particular, a cornering speed of the vehicle can be selected such that the vehicle can be safely controlled, accelerated and / or braked.

Während des Ausübens des ersten Drehmoments kann ein zweites Drehmoment auf ein anderes Rad des Fahrzeugs ausgeübt werden, um eine durch das erste Drehmoment bewirkte Änderung einer Beschleunigung oder Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu kompensieren. Wird beispielsweise das erste Rad mittels einer Bremseinrichtung in den Schlupf geführt, so kann das andere Rad mittels eines Antriebsmotors angetrieben werden. Eine umgekehrte Vorgehensweise ist ebenfalls möglich. Bei der Bestimmung des zweiten Drehmoments ist eine Position des Rads am Kraftfahrzeug zu beachten, um eine vorzeichenrichtige Beeinflussung des Giermoments zu bewirken.While the first torque is being applied, a second torque can be applied to another wheel of the vehicle in order to compensate for a change in an acceleration or speed of the vehicle caused by the first torque. If, for example, the first wheel is slipped by means of a braking device, the other wheel can be driven by means of a drive motor. The reverse procedure is also possible. When determining the second torque, a position of the wheel on the motor vehicle must be taken into account in order to influence the yaw torque with the correct sign.

Das zweite Drehmoment kann einen Einfluss auf eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs haben, sodass das zweite Drehmoment in Abhängigkeit der Veränderung des Lenkwinkels bestimmt werden kann oder umgekehrt, um möglichst die Beeinflussung der Fahrtrichtung und der Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs durch die Bestimmung des Reibwerts zu kompensieren.The second torque can have an influence on a direction of travel of the vehicle, so that the second torque can be determined as a function of the change in the steering angle or vice versa, in order to compensate for the influence of the direction of travel and the acceleration or deceleration of the vehicle by determining the coefficient of friction.

Das Verfahren kann insbesondere ausgeführt werden, während das Fahrzeug eine Kurve durchfährt. Dabei kann das Rad so weit in den Schlupf geführt werden, bis das Fahrzeug beginnt, sich um seine Hochachse zu drehen. Der Lenkwinkel in Abhängigkeit einer stattfindenden Drehung und/oder vorausschauend in Abhängigkeit des auf das Rad ausgeübte Drehmoments verändert werden.The method can in particular be carried out while the vehicle is driving through a curve. The wheel can go so far into the Slip can be performed until the vehicle begins to turn around its vertical axis. The steering angle can be changed as a function of a rotation taking place and / or in a predictive manner as a function of the torque exerted on the wheel.

Der Reibwert kann auf verschiedene Weisen bestimmt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Bestimmung bezüglich einer vorbestimmten Charakteristik des Rads auf der Basis des Drehmoments und optional eines Schräglaufwinkels des Rads.The coefficient of friction can be determined in different ways. In a preferred embodiment, a determination is made with regard to a predetermined characteristic of the wheel on the basis of the torque and optionally a slip angle of the wheel.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Reibwerts zwischen einer Fahrbahn und einem Rad eines zweispurigen Fahrzeugs eine erste Schnittstelle zur Verbindung mit einer auf das Rad wirkenden Beschleunigungs- oder Verzögerungseinrichtung; eine zweite Schnittstelle zur Verbindung mit einer Einrichtung zur Steuerung eines Lenkwinkels eines der Räder des Fahrzeugs; und eine Verarbeitungseinrichtung. Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment auf das Rad auszuüben, um einen Schlupf zwischen dem Rad und der Fahrbahn zu bewirken; und gleichzeitig einen Lenkwinkel eines der Räder des Fahrzeugs zu verändern, um eine durch das Drehmoment bewirkte Fahrtrichtungsänderung zu kompensieren. Außerdem kann die Verarbeitungseinrichtung den Reibwert auf der Basis des Schlupfs bestimmen.According to a second aspect of the invention, a device for determining a coefficient of friction between a roadway and a wheel of a two-lane vehicle comprises a first interface for connection to an acceleration or deceleration device acting on the wheel; a second interface for connection to a device for controlling a steering angle of one of the wheels of the vehicle; and a processing device. The processing device is designed to exert a torque on the wheel in order to cause a slip between the wheel and the roadway; and at the same time to change a steering angle of one of the wheels of the vehicle in order to compensate for a change in direction of travel caused by the torque. In addition, the processing device can determine the coefficient of friction on the basis of the slip.

Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden oder umgekehrt.The processing device can be set up to carry out a method described herein in whole or in part. For this purpose, the processing device can comprise a programmable microcomputer or microcontroller and the method can be in the form of a computer program product with program code means. The computer program product can also be stored on a computer-readable data carrier. Features or advantages of the method can be transferred to the device or vice versa.

Die auf das Rad wirkende Einrichtung kann eine Verzögerungseinrichtung sein, wobei die erste Schnittstelle zur Verbindung mit der Verzögerungseinrichtung des Fahrzeugs eingerichtet ist. Die Verzögerungseinrichtung kann auch mittels eines Bremssystems angesteuert werden, das beispielsweise eine Antiblockier-Funktion oder eine Antischlupfregelung durchführt, und die erste Schnittstelle kann mit dem Bremssystem verbunden werden.The device acting on the wheel can be a deceleration device, the first interface being set up for connection to the deceleration device of the vehicle. The deceleration device can also be activated by means of a brake system which, for example, performs an anti-lock function or an anti-slip control, and the first interface can be connected to the brake system.

Die auf das Rad wirkende Einrichtung kann auch eine Antriebseinrichtung sein, wobei die erste Schnittstelle zur Verbindung mit der Antriebseinrichtung des Fahrzeugs eingerichtet ist. Auch hier kann die Antriebseinrichtung mittels eines Steuersystems angesteuert werden, und die erste Schnittstelle kann mit dem Steuersystem verbunden werden.The device acting on the wheel can also be a drive device, the first interface being set up for connection to the drive device of the vehicle. Here, too, the drive device can be controlled by means of a control system, and the first interface can be connected to the control system.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebseinrichtung dem Rad individuell zugeordnet. Dabei kann die Antriebseinrichtung insbesondere einen Elektromotor umfassen, der beispielsweise als Nabenmotor am Rad ausgeführt sein kann. Mehrere Räder können mittels mehrerer, jeweils radindividueller Antriebseinrichtungen angetrieben werden. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Drehmoment eines Antriebsmotors dynamisch an mehrere Räder aufgeteilt werden.In a particularly preferred embodiment, the drive device is assigned individually to the wheel. In this case, the drive device can in particular comprise an electric motor, which can be designed, for example, as a hub motor on the wheel. Several wheels can be driven by means of several, each wheel-specific drive devices. In a further embodiment, a torque of a drive motor can be dynamically divided between several wheels.

Nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein System eine hierin beschriebene Vorrichtung und ein hierin beschriebenes Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, weiter bevorzugt einen Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere als Elektrofahrzeug mit zwei oder mehr radiindividuellen elektrischen Antriebsmotoren realisiert sein.According to yet another aspect of the present invention, a system comprises a device described herein and a vehicle described herein, in particular a motor vehicle, more preferably a passenger car. The motor vehicle can in particular be implemented as an electric vehicle with two or more radio-specific electric drive motors.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

  • 1 ein Rad auf einer Fahrbahn;
  • 2 ein Reifendiagramm;
  • 3 ein System; und
  • 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens
darstellt.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying figures, in which:
  • 1 a wheel on a roadway;
  • 2 a tire diagram;
  • 3 a system; and
  • 4th a flow chart of a method
represents.

1A zeigt ein Rad 100 auf einer Fahrbahn 105 in einer Seitenansicht und 1B einer Draufsicht. Das Rad 100 umfasst üblicherweise eine Felge und einen Reifen. In der Seitenansicht sind eine Umfangsgeschwindigkeit 110 und eine Längsgeschwindigkeit 115 angetragen. Die Längsgeschwindigkeit 115 verläuft in einer Längsrichtung 120, die senkrecht auf einer Drehachse des Rads 100 steht und üblicherweise parallel zur Fahrbahn 105 verläuft. Ein Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten 110 und 115 erzeugt einen Längsschlupf 125. 1A shows a wheel 100 on a roadway 105 in a side view and 1B a top view. The wheel 100 usually includes a rim and a tire. In the side view are a peripheral speed 110 and a longitudinal speed 115 offered. The longitudinal speed 115 runs in a longitudinal direction 120 perpendicular to an axis of rotation of the wheel 100 and usually parallel to the roadway 105 runs. A difference between the speeds 110 and 115 creates a longitudinal slip 125 .

In der Draufsicht sind eine Drehebene 130 und eine Bewegungsrichtung 135 des Rads 100 angetragen. Die Drehebene 130 steht senkrecht auf einer Querrichtung 140, die sich parallel zur Drehachse des Rads 100 erstreckt. Die Querrichtung 140 verläuft parallel zu einer Drehachse des Rads 100 und fällt bevorzugt mit dieser zusammen. Zwischen der Drehebene 130 und der Bewegungsrichtung 135 besteht ein Schräglaufwinkel 145.In the top view are a plane of rotation 130 and a direction of movement 135 of the wheel 100 offered. The plane of rotation 130 stands perpendicular to a transverse direction 140 that are parallel to the axis of rotation of the wheel 100 extends. The cross direction 140 runs parallel to an axis of rotation of the wheel 100 and preferably coincides with this. Between the plane of rotation 130 and the direction of movement 135 there is a slip angle 145 .

Bezüglich eines Reibwerts µ zwischen dem Rad 100 und der Fahrbahn 105 verhält sich der Längsschlupf 125, der von einer in Längsrichtung 120 wirkenden Kraft abhängig ist, ähnlich wie der Schräglaufwinkel 145, der von einer in Querrichtung 140 wirkenden Kraft abhängig ist. Für die folgenden Erläuterungen wird daher ein Schlupf 150 als übergeordneter Begriff für den Längsschlupf 125 und den Schräglaufwinkel 145 verwendet und mit λ bezeichnet.With regard to a coefficient of friction µ between the wheel 100 and the roadway 105 the longitudinal slip behaves 125 that of a lengthways 120 acting force is dependent, similar to the Slip angle 145 that of one in the transverse direction 140 acting force is dependent. For the following explanations, there is therefore a slip 150 as a generic term for the longitudinal slip 125 and the slip angle 145 used and denoted by λ.

2 zeigt ein Reifendiagramm 200 mit einer Anzahl beispielhafter Reifenkennlinien 205, die jeweils einen Zusammenhang zwischen einem vertikal angetragenen Reibwert 210 (µ) und einem horizontal angetragenen Schlupf 150 (A) beschreiben. Welche der Reifenkennlinien 205 anzuwenden ist, kann sich aus Umständen wie einem verwendeten Reifen, einer herrschenden Temperatur oder einem geltenden Luftdruck ergeben. Alternativ kann eine geltende Reifenkennlinie 205 anhand mehrerer bestimmter Schlupfe 150 bestimmt werden. Der Reibwert 210 steigt ab einem Schlupf 150 von null zunächst an und erreicht rasch einen maximalen Wert, bevor er mit weiter steigendem Schlupf 150 wieder abfällt. 2 shows a tire diagram 200 with a number of exemplary tire characteristics 205 , each showing a relationship between a vertically plotted coefficient of friction 210 (µ) and a horizontal slip 150 (A) describe. Which of the tire characteristics 205 applicable can result from circumstances such as a tire used, a prevailing temperature or an applicable air pressure. Alternatively, an applicable tire characteristic 205 based on several specific slips 150 to be determined. The coefficient of friction 210 increases from a slip 150 from zero initially and quickly reaches a maximum value before continuing with increasing slip 150 falls off again.

3 zeigt ein System 300, das ein Fahrzeug 305 umfasst, das bevorzugt als Kraftfahrzeug ausgeführt ist, und eine Steuervorrichtung 310 an Bord des Fahrzeugs 305. Das Fahrzeug 305 umfasst mehrere Räder 315, die in mehr als einer Spur angeordnet sind. Ein Rad 315 kann dem Rad 100 von 1 entsprechen. Die Räder 315 befinden sich üblicherweise auf dem Untergrund 105 und rollen auf diesem ab, während das Fahrzeug 300 fährt. 3 shows a system 300 that is a vehicle 305 comprises, which is preferably designed as a motor vehicle, and a control device 310 on board the vehicle 305 . The vehicle 305 includes several wheels 315 that are arranged in more than one lane. A wheel 315 can the wheel 100 of 1 correspond. The wheels 315 are usually on the ground 105 and roll on this while the vehicle 300 moves.

In der gewählten Darstellung sind vier Räder 315 vorgesehen, von denen exemplarisch zwei einer linken Spur 320 und zwei einer rechten Spur 325 zugeordnet sind. Die Spuren 320, 325 befinden sich auf unterschiedlichen Seiten einer Längsachse 330, die durch einen Schwerpunkt 335 des Fahrzeugs verlaufen kann. Eine Ausführungsform mit mehr als zwei Spuren 320, 325 oder mehr oder weniger als vier Rädern 315 ist ebenfalls möglich, allerdings sollte jeder Spur 320, 325 wenigstens ein Rad 315 zugeordnet sein.There are four wheels in the representation chosen 315 provided, two of which are exemplary in a left lane 320 and two of a right lane 325 assigned. The traces 320 , 325 are on different sides of a longitudinal axis 330 that by a focus 335 of the vehicle. An embodiment with more than two tracks 320 , 325 or more or less than four wheels 315 is also possible, but every track should 320 , 325 at least one bike 315 be assigned.

Wenigstens eines der Räder 315 ist lenkbar. Vorliegend ist eine Lenkeinrichtung 330 zur Steuerung eines Lenkwinkels 345 der vorderen Räder 315 vorgesehen. Der Lenkwinkel 345 kann dem Lenkwinkel 145 in 1 entsprechen. In einer weiteren Variante können zusätzlich oder alternativ die hinteren Räder 315 mittels einer zugeordneten Lenkeinrichtung 330 gelenkt werden. Die Lenkeinrichtung 330 kann insbesondere einen elektrischen oder hydraulischen Aktuator zur Ausübung einer Lenkkraft umfassen.At least one of the bikes 315 is steerable. The present is a steering device 330 for controlling a steering angle 345 the front wheels 315 intended. The steering angle 345 can change the steering angle 145 in 1 correspond. In a further variant, the rear wheels can additionally or alternatively 315 by means of an assigned steering device 330 be steered. The steering device 330 can in particular comprise an electrical or hydraulic actuator for exerting a steering force.

Zum Antrieb des Fahrzeugs 300 kann ein Antriebsmotor 350 vorgesehen sein, der vorliegend beispielhaft als Elektromotor ausgeführt ist, in einer anderen Ausführungsform aber auch beispielsweise als Brennkraftmaschine realisiert sein kann. Vorliegend ist der Antriebsmotor 350 dazu eingerichtet, auf die hinteren Räder 315 zu wirken; in einer anderen Ausführungsform kann der Antriebsmotor 350 aber auch auf die vorderen Räder 315 wirken. Der Antriebsmotor 350 kann auch auf mehr als zwei der Räder 315 wirken. Es ist bevorzugt, dass ein durch den Antriebsmotor 350 bereitgestelltes Drehmoment radindividuell gesteuert werden kann. Auch ein radindividueller Antriebsmotor 350, der nur einem der Räder 315 zugeordnet ist, kann eingesetzt werden. In einer Ausführungsform ist jedem der vier Räder 315 ein Antriebsmotor 350 zugeordnet, wobei die Antriebsmotoren 350 insbesondere als elektrische Radnabenmotoren ausgeführt sein können. Ein Antriebsmotor 350 ist üblicherweise zur Bereitstellung eines das Fahrzeug 305 beschleunigenden Drehmoments eingerichtet, allerdings kann er auch ein das Fahrzeug 305 bremsendes Drehmoment bereitstellen.To drive the vehicle 300 can be a drive motor 350 be provided, which is designed in the present example as an electric motor, but can also be implemented as an internal combustion engine in another embodiment. The present is the drive motor 350 set up for this on the rear wheels 315 to act; in another embodiment, the drive motor 350 but also on the front wheels 315 Act. The drive motor 350 can also be used on more than two of the wheels 315 Act. It is preferred that one be driven by the drive motor 350 provided torque can be controlled individually for each wheel. Also a wheel-specific drive motor 350 that is just one of the wheels 315 assigned can be used. In one embodiment, each of the four wheels 315 a drive motor 350 assigned, the drive motors 350 can be designed in particular as electric wheel hub motors. A drive motor 350 is usually used to provide the vehicle 305 accelerating torque set up, but he can also a the vehicle 305 Provide braking torque.

Bevorzugt ist an wenigstens einem der Räder 315 eine Verzögerungseinrichtung 355, auch Bremseinrichtung genannt, vorgesehen, um ein Drehmoment 315 auf das Rad auszuüben, welches das Fahrzeug 305 verzögert. Üblicherweise sind Verzögerungseinrichtungen 355 an allen Rädern 315 des Fahrzeugs 305 vorgesehen und können konzertiert angesteuert werden, um das Fahrzeug 305 zu verzögern und gleichzeitig zu stabilisieren, oder wenigstens einem Verlust von Fahrstabilität entgegen zu wirken. Die Betätigung einer Verzögerungseinrichtung 355 kann in Abhängigkeit einer Betätigung des Antriebsmotors 350 gesteuert werden oder umgekehrt.At least one of the wheels is preferred 315 a delay device 355 , also called braking device, provided to a torque 315 exercise on the wheel that the vehicle 305 delayed. They are usually delay devices 355 on all wheels 315 of the vehicle 305 provided and can be controlled in concert to the vehicle 305 to decelerate and stabilize at the same time, or at least to counteract a loss of driving stability. The operation of a delay device 355 can depending on an actuation of the drive motor 350 controlled or vice versa.

Die Steuervorrichtung 310 umfasst bevorzugt eine Verarbeitungseinrichtung 360 mit einer ersten Schnittstelle 365 zur Verbindung mit dem Antriebsmotor 350 und/oder der Verzögerungseinrichtung 355 und weiter bevorzugt einer zweiten Schnittstelle 370 zur Verbindung mit der Lenkeinrichtung 340. Es wird vorgeschlagen, dass die Verarbeitungseinrichtung 360 dazu eingerichtet ist, einen Reibwert 210 zwischen einem der Räder 315 und dem Untergrund 105 zu bestimmen, indem sie ein beschleunigendes oder verzögerndes Drehmoment auf das Rad 315 ausübt, bis dieses in Schlupf 150 gerät. Dabei soll die Lenkeinrichtung 340 angesteuert werden, um eine durch das Drehmoment bewirkte Fahrtrichtungsänderung des Fahrzeugs zu kompensieren. Je stärker das ausgeübte Drehmoment ist, desto stärker kann der Lenkwinkel 345 verändert werden, um einen beabsichtigten Kurs des Fahrzeugs 305 einzuhalten. Der Kurs kann einer geraden Linie oder einer beliebigen Kurve folgen. Anders ausgedrückt kann der Lenkwinkel 345 bereits ungleich null sein, bevor der Schlupf 150 bewirkt wird.The control device 310 preferably comprises a processing device 360 with a first interface 365 for connection to the drive motor 350 and / or the delay device 355 and more preferably a second interface 370 for connection to the steering device 340 . It is proposed that the processing device 360 be set up to determine a coefficient of friction 210 between one of the wheels 315 and the underground 105 to be determined by applying an accelerating or decelerating torque to the wheel 315 exercises until this in slip 150 device. The steering device should 340 be controlled in order to compensate for a change in the direction of travel of the vehicle caused by the torque. The stronger the torque exerted, the stronger the steering angle can be 345 can be changed to an intended course of the vehicle 305 to be observed. The course can follow a straight line or any curve. In other words, the steering angle 345 already be nonzero before the slip 150 is effected.

Auf der Basis des bestimmten Schlupfes 150 und in Abhängigkeit des ausgeübten Drehmoments kann dann der Reibwert 210 zwischen dem Rad 315 und dem Untergrund 105 bestimmt werden. Weitere Parameter wie ein Luftdruck, eine Temperatur oder eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 305 können ebenfalls berücksichtigt werden. In Abhängigkeit des Reibwerts 210 kann dann eine Steuerung des Fahrzeugs 305 erfolgen oder ein Signal, das auf den Reibwert 210 hinweist, kann an einen Fahrer des Fahrzeugs 305 ausgegeben werden. Insbesondere kann das Signal auf einen Unterschied zwischen einem aktuellen und einem maximalen Reibwert 210 hinweisen, sodass der Fahrer das Fahrzeug 305 so steuern kann, dass der maximale Reibwert 210 möglichst nicht überschritten wird.On the basis of the determined slip 150 and as a function of the torque exerted, the coefficient of friction 210 between the wheel 315 and the underground 105 to be determined. Further Parameters such as air pressure, temperature or speed of the vehicle 305 can also be taken into account. Depending on the coefficient of friction 210 can then control the vehicle 305 or a signal that affects the coefficient of friction 210 indicates can be sent to a driver of the vehicle 305 are issued. In particular, the signal can indicate a difference between a current and a maximum coefficient of friction 210 notify the driver of the vehicle 305 can control so that the maximum coefficient of friction 210 is not exceeded if possible.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Bestimmen eines Reibwerts 210 zwischen einem Rad 315 eines Fahrzeugs 305 und einem Untergrund 105. In einem Schritt 405 kann eine Fahrsituation des Fahrzeugs 305 bestimmt werden. Insbesondere kann bestimmt werden, ob sich das Fahrzeug 305 beim Durchfahren einer Kurve oder eines Manövers befindet, das sich von einem Geradeausfahren unterscheidet. Außerdem können eine Ober- und/oder Untergrenze für eine stattfindende Beschleunigung vorbestimmt sein. Das Verfahren 400 wird bevorzugt nur durchgeführt, wenn in diesem Schritt bestimmt werden kann, dass durch das Ausüben keine Gefahr für die Fahrstabilität des Fahrzeugs droht. 4th shows a flow chart of a method 400 to determine a coefficient of friction 210 between a wheel 315 of a vehicle 305 and an underground 105 . In one step 405 can be a driving situation of the vehicle 305 to be determined. In particular, it can be determined whether the vehicle 305 while driving through a curve or a maneuver that differs from driving straight ahead. In addition, an upper and / or lower limit for an acceleration taking place can be predetermined. The procedure 400 is preferably only carried out if it can be determined in this step that the exercise does not pose a threat to the driving stability of the vehicle.

In einem Schritt 410 wird ein Drehmoment auf eines der Räder 315 ausgeübt. Das betroffene Rad 315 kann in Abhängigkeit der bestimmten Fahrsituation gewählt sein und beispielsweise ein kurveninneres oder kurvenäußeres Vorder- oder Hinterrad des Fahrzeugs 305 betreffen. Das ausgeübte Drehmoment wird üblicherweise mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit gesteigert, während eine Drehgeschwindigkeit des Rads 315 und eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 305 gegenüber dem Untergrund 105 bestimmt werden können, aus denen der Schlupf 150 bestimmt werden kann. Das Drehmoment kann als Bremsmoment mittels der Verzögerungseinrichtung 355 bewirkt werden, wobei das Moment beispielsweise auf der Basis eines bewirkten hydraulischen Bremsdrucks bestimmt werden kann. Das Drehmoment kann auch als Antriebsmoment mittels des Antriebsmotors 350 bewirkt werden. Ein in diesem Schritt bewirkter Schlupf 150 an dem gewählten Rad 315 beträgt in einer Ausführungsform maximal ca. 1% und das dafür benötigte Drehmoment kann über ca. 1 s aufgebaut werden. Ein Bremsdruck einer hydraulischen Bremseinrichtung 355 kann dabei bei maximal ca. 30 bar liegen.In one step 410 becomes a torque on one of the wheels 315 exercised. The affected wheel 315 can be selected as a function of the specific driving situation and, for example, an inside or outside front or rear wheel of the vehicle 305 affect. The torque exerted is usually increased at a predetermined speed during a rotational speed of the wheel 315 and a speed of the vehicle 305 compared to the ground 105 can be determined from which the slip 150 can be determined. The torque can be used as a braking torque by means of the deceleration device 355 be effected, the torque can be determined, for example, on the basis of an effected hydraulic brake pressure. The torque can also be used as drive torque by means of the drive motor 350 be effected. A slip caused in this step 150 on the selected bike 315 in one embodiment is a maximum of approx. 1% and the torque required for this can be built up over approx. 1 s. A brake pressure of a hydraulic brake device 355 can be at a maximum of approx. 30 bar.

Parallel dazu kann in einem Schritt 415 eine Beschleunigung oder Verzögerung auf wenigstens eines der anderen Räder 315 des Fahrzeugs 305 gesteuert werden, um eine Verzögerung oder Beschleunigung der Maßnahme von Schritt 410 zu kompensieren.In parallel, in one step 415 an acceleration or deceleration on at least one of the other wheels 315 of the vehicle 305 can be controlled to decelerate or accelerate the action by step 410 to compensate.

Ebenfalls parallel zum Schritt 410 wird in einem Schritt 420 der Lenkwinkel 345 derart gesteuert, dass eine Fahrtrichtungsänderung des Fahrzeugs 305, die durch das in Schritt 410 ausgeübte Drehmoment bewirkt ist, möglichst kompensiert wird. Es ist zu beachten, dass der Lenkwinkel 345 bevorzugt nur den Einfluss auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs 305 kompensiert, der durch das ausgeübte Drehmoment bewirkt ist. Der Lenkwinkel 345 soll insbesondere so gesteuert werden, dass ein vorbestimmter Kurs des Fahrzeugs 305, auch wenn er eine Kurve oder eine vorbestimmte Änderung eines durchfahrenen Kurvenradius (Einlenken oder Auslenken) betrifft, möglichst unbeeinflusst ist.Also parallel to the step 410 is in one step 420 the steering angle 345 controlled in such a way that a change in the direction of travel of the vehicle 305 who step through that in 410 exerted torque is caused, is compensated if possible. It should be noted that the steering angle 345 prefers only the influence on the direction of travel of the vehicle 305 compensated, which is caused by the torque exerted. The steering angle 345 should in particular be controlled so that a predetermined course of the vehicle 305 , even if it concerns a curve or a predetermined change in a curve radius traveled through (turning in or out), is as unaffected as possible.

In einem Schritt 425 kann der Reibwert 210 auf der Basis des Schlupfs 150 und des Drehmoments bestimmt werden, beispielsweise wie oben mit Bezug auf die 1 und 2 ausgeführt ist. Dabei können ein aktueller und/oder ein maximaler Reibwert 210 bestimmt werden.In one step 425 can be the coefficient of friction 210 on the basis of the slip 150 and the torque can be determined, for example as above with reference to FIG 1 and 2 is executed. A current and / or a maximum coefficient of friction can be used 210 to be determined.

In einem weiteren Schritt 430 kann das Fahrzeug 305 in Abhängigkeit des bestimmten Reibwerts 210 gesteuert werden. Insbesondere können eine Geschwindigkeit und/oder ein Kurvenradius einer durchfahrenen Kurve in Abhängigkeit des bestimmten Reibwerts 210 aufeinander abgestimmt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann ein bestimmter Reibwert 210 auf ein vor dem Fahrzeug 305 liegendes Terrain bezogen werden. Dazu kann beispielsweise mittels einer Kamera oder eines Radarsensors bestimmt werden, ob auf einem vor dem Fahrzeug 305 liegenden Abschnitt des Untergrunds 105 voraussichtlich die gleichen Bedingungen gelten wie unter dem Fahrzeug 305, für die ein Reibwert 210 bereits bestimmt wurde. Ist beispielsweise ein Reibwert 210 auf einer schneebedeckten Straße bekannt, und beschreibt die Straße vor dem Fahrzeug 305 eine schneebedeckte Kurve, so kann der bestimmte Reibwert 210 für das Durchfahren der Kurve verwendet werden. Ist die Kurve hingegen trocken und schneefrei, so kann ein höherer Reibwert 210 für diesen Abschnitt des Untergrunds bestimmt oder geschätzt werden.In a further step 430 can the vehicle 305 depending on the specific coefficient of friction 210 to be controlled. In particular, a speed and / or a curve radius of a curve traveled through can be determined as a function of the determined coefficient of friction 210 be coordinated. In a further embodiment, a certain coefficient of friction 210 on one in front of the vehicle 305 lying terrain. For this purpose, for example, a camera or a radar sensor can be used to determine whether one is in front of the vehicle 305 lying section of the subsoil 105 the same conditions are likely to apply as under the vehicle 305 for which a coefficient of friction 210 has already been determined. Is a coefficient of friction, for example 210 known on a snow-covered road, and describes the road in front of the vehicle 305 a snow-covered curve, the specific coefficient of friction 210 used to drive around the curve. If, on the other hand, the curve is dry and free of snow, a higher coefficient of friction can occur 210 determined or estimated for this section of the subsurface.

Ferner kann ein Signal an Bord des Fahrzeugs 305 ausgegeben werden, das auf den bestimmten Reibwert 210 hinweist. Insbesondere kann ein Unterschied zwischen einem aktuellen und einem maximalen Reibwert 210 ausgegeben werden.Furthermore, a signal on board the vehicle 305 are output that is based on the specific coefficient of friction 210 indicates. In particular, there can be a difference between an actual and a maximum coefficient of friction 210 are issued.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100
Radwheel
105105
Fahrbahnroadway
110110
UmfangsgeschwindigkeitPeripheral speed
115115
LängsgeschwindigkeitLongitudinal speed
120120
LängsrichtungLongitudinal direction
125125
LängsschlupfLongitudinal slip
130130
DrehebeneTurning plane
135135
BewegungsrichtungDirection of movement
140140
QuerrichtungTransverse direction
145145
SchräglaufwinkelSlip angle
150150
A-Wert (Schlupf) A value (slip)
200200
ReifendiagrammTire diagram
205205
ReifenkennlinieTire characteristic
210210
TupelTuple
300300
Systemsystem
305305
Fahrzeugvehicle
310310
SteuervorrichtungControl device
315315
Radwheel
320320
linke SpurLeft Lane
325325
rechte Spurright lane
330330
LängsachseLongitudinal axis
335335
Schwerpunktmain emphasis
340340
LenkeinrichtungSteering device
345345
LenkwinkelSteering angle
350350
AntriebsmotorDrive motor
355355
Verzögerungseinrichtung / BremseinrichtungDeceleration device / braking device

400400
VerfahrenProcedure
405405
Bestimmen FahrsituationDetermine driving situation
410410
Ausüben DrehmomentExerting torque
415415
Ausüben Beschleunigung / VerzögerungExercise acceleration / deceleration
420420
Steuern LenkwinkelControl steering angle
425425
Bestimmen ReibwertDetermine coefficient of friction
430430
Steuern Fahrzeug / Ausgeben SignalControl vehicle / output signal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102012217772 A1 [0004]DE 102012217772 A1 [0004]
  • DE 102016009257 A1 [0005]DE 102016009257 A1 [0005]

Claims (9)

Verfahren (400) zum Bestimmen eines Reibwerts (210) zwischen einer Fahrbahn (105) und einem Rad (315) eines zweispurigen Fahrzeugs (305), wobei das Verfahren (400) folgende Schritte umfasst: Ausüben (410) eines ersten Drehmoments auf das Rad (315), um einen Schlupf (150) zwischen dem Rad (315) und der Fahrbahn (105) zu bewirken; gleichzeitiges Verändern (420) eines Lenkwinkels (345) eines der Räder (315) des Fahrzeugs (305), um eine durch das Drehmoment bewirkte Fahrtrichtungsänderung zu kompensieren; und Bestimmen (430) des Reibwerts (210) auf der Basis des Schlupfs (150).A method (400) for determining a coefficient of friction (210) between a roadway (105) and a wheel (315) of a two-lane vehicle (305), the method (400) comprising the following steps: exerting (410) a first torque on the wheel (315) to cause a slip (150) between the wheel (315) and the road surface (105); simultaneous changing (420) of a steering angle (345) of one of the wheels (315) of the vehicle (305) in order to compensate for a change in the direction of travel caused by the torque; and determining (430) the coefficient of friction (210) on the basis of the slip (150). Verfahren (400) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein gleichzeitiges Ausüben (420) eines zweiten Drehmoments auf ein anderes Rad (315) des Fahrzeugs (305), um eine durch das erste Drehmoment bewirkte Änderung einer Beschleunigung des Fahrzeugs (305) zu kompensieren.Method (400) according to Claim 1 , further comprising simultaneously applying (420) a second torque to another wheel (315) of the vehicle (305) to compensate for a change in an acceleration of the vehicle (305) caused by the first torque. Verfahren (400) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren (400) ausgeführt wird, während das Fahrzeug (305) eine Kurve durchfährt.Method (400) according to Claim 1 or 2 wherein the method (400) is performed while the vehicle (305) is cornering. Verfahren (400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Reibwert (210) bezüglich einer vorbestimmten Charakteristik (205) des Rades (315) auf der Basis des Drehmoments und eines Schräglaufwinkels des Rades (315) bestimmt wird.Method (400) according to one of the preceding claims, wherein the coefficient of friction (210) is determined with respect to a predetermined characteristic (205) of the wheel (315) on the basis of the torque and a slip angle of the wheel (315). Vorrichtung (310) zur Bestimmung eines Reibwerts (210) zwischen einer Fahrbahn (105) und einem Rad (315) eines zweispurigen Fahrzeugs (305), wobei die Vorrichtung (310) folgendes umfasst: eine erste Schnittstelle (365) zur Verbindung mit einer auf das Rad (315) wirkenden Beschleunigungs- (350) oder Verzögerungseinrichtung (355); eine zweite Schnittstelle (370) zur Verbindung mit einer Einrichtung (340) zur Steuerung eines Lenkwinkels (345) eines der Räder (315) des Fahrzeugs (305); und eine Verarbeitungseinrichtung (360), die dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment auf das Rad (315) auszuüben, um einen Schlupf (150) zwischen dem Rad (315) und der Fahrbahn (105) zu bewirken; und gleichzeitig einen Lenkwinkel (345) eines der Räder (315) des Fahrzeugs (305) zu verändern, um eine durch das Drehmoment bewirkte Fahrtrichtungsänderung zu kompensieren; und ferner zur Bestimmung des Reibwerts (210) auf der Basis des Schlupfs (150).Device (310) for determining a coefficient of friction (210) between a roadway (105) and a wheel (315) of a two-lane vehicle (305), the device (310) comprising: a first interface (365) for connection to a the wheel (315) acting acceleration (350) or deceleration device (355); a second interface (370) for connection to a device (340) for controlling a steering angle (345) of one of the wheels (315) of the vehicle (305); and a processing device (360) which is adapted to exert a torque on the wheel (315) in order to cause a slip (150) between the wheel (315) and the roadway (105); and at the same time changing a steering angle (345) of one of the wheels (315) of the vehicle (305) in order to compensate for a change in direction of travel caused by the torque; and also for determining the coefficient of friction (210) on the basis of the slip (150). Vorrichtung (310) nach Anspruch 5, wobei die erste Schnittstelle (356) zur Verbindung mit einer Verzögerungseinrichtung (355) des Fahrzeugs (305) eingerichtet ist.Device (310) after Claim 5 wherein the first interface (356) is set up for connection to a delay device (355) of the vehicle (305). Vorrichtung (310) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die erste Schnittstelle (365) zur Verbindung mit einer Antriebseinrichtung (350) des Fahrzeugs (305) eingerichtet ist.Device (310) after Claim 5 or 6th , wherein the first interface (365) is set up for connection to a drive device (350) of the vehicle (305). Vorrichtung (310) nach Anspruch 7, wobei die Antriebseinrichtung (350) dem Rad (315) individuell zugeordnet ist.Device (310) after Claim 7 , wherein the drive device (350) is individually assigned to the wheel (315). System (300), umfassend eine Vorrichtung (310) nach einem der Ansprüche 5 bis 8 und ein Fahrzeug (305).System (300) comprising a device (310) according to one of Claims 5 to 8th and a vehicle (305).
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