用于确定车道路面的摩擦系数潜力的方法和控制器与流程

1.本发明涉及一种用于确定车道路面的摩擦系数潜力的方法和控制器。


背景技术：

2.如果车轮在基底（untergrund）上自由滚动，则在车轮上在车轮和基底之间不产生滑转。然而，当车轮被驱动或制动时，会发生滑转。滑转还取决于车轮的支承力和基底的摩擦系数潜力。摩擦系数潜力代表，车轮能够将支承力的多大份额作为用于驱动、制动的摩擦力并且用于将侧向引导力、即用于转向的侧向引导力传递到基底上。
3.在车轮从稳定的滑转范围过渡到不稳定的滑转范围时，出现临界滑转。在临界滑转时，摩擦系数潜力被完全充分利用并且因此可精确地予以确定。


技术实现要素：

4.在此背景下，通过在此提出的方案提出根据独立权利要求所述的用于确定车道路面的摩擦系数潜力的方法、相应的控制器、以及相应的计算机程序产品和能够机读的存储介质。在此提出的方案的有利的改进方案和改良方案从说明书中得出并且在从属权利要求中得到描述。
5.本发明的实施方式能够以有利的方式实现，随时确定在车辆的车轮的位置处的车道路面的摩擦系数潜力，而不必为此在边界区域中运行车辆。由这些信息可以推断出在车辆的重心的地点处的摩擦系数潜力。摩擦系数潜力可以与地点和/或位置相关联并且存储在摩擦系数图（reibwertkarte）中。摩擦系数图能够由许多车辆使用，以便以提高的可靠性来计划和实施驾驶操纵。
6.提出一种用于确定车道路面的摩擦系数潜力的方法，其特征在于，将用于运行车辆的总转矩不均匀地分配到车辆的车轮上的至少两个车轮转矩上，其中，在使用在车道路面与车轮中的至少一个车轮之间的所检测的滑转和施加在车轮上的车轮转矩的情况下求取摩擦系数潜力。
7.本发明的实施方式的思想尤其可以视为基于下面描述的构思和认识。
8.在这里所提出的方案中，在行驶的车辆的至少两个车轮上产生滑转，而不显著改变车辆的计划的行驶任务。甚至可以检测到在车轮中的至少一个车轮上的小的滑转。如果滑转和滑转的框架条件、如车轮力是已知的，则可以求取摩擦系数潜力。
9.在此，可以在不同的摩擦系数之间进行区分。第一摩擦系数是当前使用的并且与相应的滑转相对应的摩擦系数。因此，该第一摩擦系数取决于当前作用的纵向力和横向力。第二摩擦系数表示可能的最大值，即与滑转相关的摩擦系数，在该第二摩擦系数下可以传递最大的纵向力。第二摩擦系数可以称为摩擦系数潜力。橡胶摩擦没有识别到纯粹的粘附和滑动。
10.摩擦系数潜力可以被称为摩擦系数。摩擦系数潜力描述车辆的车轮的支承力与在车轮上最大可达到的摩擦力之间的关系。因为车轮几乎保持不变，摩擦系数潜力基本上取
决于车道路面或车道路面的特性。车道路面的摩擦系数潜力越小，在车轮转矩相同的情况下在车道路面上的车轮的滑转越大。
11.其例外例如在于不稳定的滑转范围。存在具有高摩擦系数潜力和非常高的临界滑转的基底，其需要大量滑转以实现高的所利用的摩擦系数。反之，也存在在极低的临界滑转时具有低的摩擦系数潜力的基底。
12.总转矩可以是正的或负的，也就是可以是驱动力矩或制动力矩。如果不应该确定摩擦系数潜力，那么总转矩如此分配到车辆的车轮上，从而产生尽可能均匀的或者说未张紧（verspannen）的力矩分配。然而，均匀分配不是先决条件。
13.原则上，在张紧之前，任意的车辆调节器可以构成力矩分配。在此，所有车轮可以具有大致相同的滑转。在这里所提出的方案中，对力矩分配进行干预并且如此改变力矩分配，使得车辆的至少两个车轮相对于彼此张紧。在此，一个车轮与另一个车轮相对地工作。例如，在一个车轮上可以比在另一个车轮上施加更大的车轮转矩。因此，一个车轮比另一个车轮向基底传递更多的力。同样地，可以驱动一个车轮，而制动另一个车轮。替代地，一个车轮可以被驱动或制动，而另一个车轮自由滚动。
14.滑转可在至少一个车轮上进行测量、即检测到并且反映在滑转值中。为此，例如可以首先检测车轮的摩擦速度并且由此形成滑转值。当车辆的另一个车轮自由滚动时，可以测量滑转。如果不存在自由滚动的车轮，则可以估算滑转，因为车辆参考速度仅是估算的。
15.同样可以在所有车轮上估算滑转。然而对于在此提出的方案来说仅仅需要测量或者说估算一个车轮上的滑转。
16.车轮的支承力是已知的，可以被估算或者可以通过行走机构中的传感器来确定。在使用滑转或者说滑转值、车轮转矩和支承力的情况下，可以计算摩擦系数潜力。
17.为了支持车辆的转弯行驶，车轮转矩可关于车辆的纵轴线不对称地分配，以产生支持转弯行驶的偏转力矩。例如，可以支持在车辆上的所谓的扭矩矢量分配，以便在转弯行驶期间确定摩擦系数潜力。为了支持或者说不干扰车辆的直线行驶，车轮转矩可以关于纵轴线对称地分配。通过对称的分配，摩擦系数潜力也可在直线行驶时随时得到确定。
18.车轮转矩可以被施加到布置在车辆的不同的车桥上的车轮。一个车轮转矩可以例如施加在后桥的一个车轮上，而另一个车轮转矩可以施加在前桥的一个车轮上。在具有多于两根车桥的车辆中，也可以使用不同的分配。通过使用不同的车桥，可以限制或者说避免或者有针对性地在车辆上产生偏转力矩。
19.至少在其滑转用于求取摩擦系数潜力的车轮上可以施加具有最小值的车轮转矩。可能需要车轮转矩的最小值以获得可确定的滑转。车轮的车轮转矩可以相应地增加。在另一个车轮上，车轮转矩可相应地减小以补偿增加的车轮转矩。
20.当总转矩小于最小值时，相反作用的车轮转矩可以施加在车轮上。如果总转矩例如在车辆的无加速的行驶期间太小，可以在车轮之一上施加具有最小值的车轮转矩，在另一个车轮上可以施加具有相反的作用方向的车轮转矩。在另一个车轮上，车轮转矩可高达负的最小值。因此，如果最初要求的总力矩对于产生滑转来说太小，则也可以确定摩擦系数潜力，所述滑转对于确定摩擦系数潜力来说是必需的。
21.车辆的至少一个车轮可以以自由滚动的方式进行调设（einstellen）。在自由滚动的车轮上可以检测车辆的速度。自由滚动的车轮不具有滑转。因此，自由滚动的车轮可以用
作车辆的实际速度的参考。在使用速度的情况下，可以高精度地确定其它车轮上的滑转。
22.在车轮上可以施加直至以车轮单独的方式（radindividuell）驱动车轮的电动马达的正的或负的最大转矩的车轮转矩。在使用电动马达的情况下，能够特别好地调设车轮转矩。制动力矩可以在不使用摩擦制动器的情况下得到调设。当车轮转矩被限制到最大转矩时，确保没有额外的、不太容易控制的转矩施加在车轮上。
23.摩擦系数潜力可以在使用车轮的滑转之间的滑转差和车轮的车轮转矩之间的转矩差的情况下进行求取。此外，可以至少在另一个车轮上确定滑转。车轮转矩可以被如此调设，从而产生转矩差。可以评估（auswerten）转矩和滑转以求取摩擦系数潜力。
24.该方法例如可以以软件或硬件或以由软件和硬件组成的混合形式例如在控制器中实现。
25.在此提出的方案还提供一种控制器，该控制器被构造用于在相应的装置中执行、操控或实现在此提出的方法的变型方案的步骤。
26.控制器可以是电设备，该电设备具有至少一个用于处理信号或数据的计算单元、至少一个用于存储信号或数据的存储单元和至少一个用于读入或输出嵌入到通信协议中的数据的接口和/或通信接口。计算单元例如可以是信号处理器、所谓的系统asic或微控制器，其用于处理传感器信号和根据传感器信号来输出数据信号。存储单元例如可以是闪存、eprom或磁存储单元。接口可以构造为用于从传感器读入传感器信号的传感器接口和/或构造为用于将数据信号和/或控制信号输出到执行器的执行器接口。通信接口可以构造用于无线地和/或有线地读入或输出数据。接口也可以是软件模块，所述软件模块例如与其他软件模块一起存在于微控制器上。
27.具有程序代码的计算机程序产品或计算机程序也是有利的，所述程序代码可以存储在能够机读的载体或存储介质、例如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器上，并且尤其是当所述程序产品或程序在计算机或装置上实施时，用于执行、实现和/或操控根据前述实施方式中任一项所述的方法的步骤。
28.应指出的是，本发明的可能的特征和优点中的一些在此参照不同的实施方式来描述。本领域技术人员了解，所述控制器和所述方法的特征能够以合适的方式组合、匹配或者替换，以便实现本发明的其它实施方式。
附图说明
29.下面参照附图来描述本发明的实施方式，其中，附图和说明书都不应视为对本发明的限制。
30.图1示出了根据一个实施例的具有控制器的车辆的图示；图2a至2e示出了根据实施例的具有力矩分配的车辆的图示；并且图3a、3b示出根据实施例的力矩分配的图示。
31.附图仅是示意性的并且不是按比例的。相同的附图标记在附图中表示相同的或起相同作用的特征。
具体实施方式
32.图1示出根据一个实施例的具有控制器102的车辆100的图示。车辆具有四个车轮
104，所述四个车轮被分配到车辆100的前桥106和车辆100的后桥108上。所有车轮104在此被驱动或者说可以被单个地驱动。在这里所示的实施例中，所有车轮104与一个自身的电动马达连接。电动马达可以在车轮104处提供驱动力矩或制动力矩。在车轮单独的电动马达中，不存在传统意义上的车桥并且在车桥的车轮104之间不存在刚性连接。
33.控制器102如此集成到车辆100的基础设施中，使得通过用于每个车轮104的控制信号可以预先给定单独的车轮转矩110。各个车轮转矩110被加和成总转矩112。
34.在图1中示出了车辆100的初始状态，在该初始状态中控制器102不干预车轮104和/或车桥106、108之间的力矩分配。用于运行车辆100的正的总转矩112或者说合力或者说总加速度a
x
在此均匀地分配到四个相同的输出转矩114或者说车轮力上。所有车轮104以相同的输出转矩114驱动以使车辆100向前加速或恒定地向前行驶。
35.为了提高在车轮104中的至少一个车轮上的滑转，控制器102可以如此操控电动马达，使得在车轮104上产生张紧的力矩分配。车轮104上的滑转以车轮单独的方式通过滑转检测装置来检测。在使用车轮转矩110和至少一个车轮104的滑转的情况下，控制器102求取在车轮104下方的车道路面的摩擦系数潜力116。
36.图2a至2e示出了根据实施例的具有力矩分配的车辆100的图示。在此，车辆100基本上相应于图1中的车辆。
37.在图2a中，力矩分配被按车桥张紧。后桥108被相对于前桥106预紧。在此，后桥108上的车轮104与前桥106上的车轮104相比以更大的车轮转矩110驱动。为了实现这种张紧，转矩数值（drehmomentbetrag）200从前桥106的车轮104的输出转矩114被移动（verschieben）到后桥108的车轮104。总转矩112在此恒定地保持在图1中所示的值上。通过经移动的转矩数值200，所产生的车轮转矩110为负并且前桥106的车轮104被制动或者说在前桥106的车轮104上进行回收，而后桥108的车轮104则被越多地驱动。
38.在图2b中，总转矩112是负的。力矩分配在回收制动中如在图2a中那样按车桥被张紧。车辆100总体上被制动。在此，转矩数值200已经从后桥108的车轮104的输出转矩114被移动到前桥106的车轮104。后桥108的车轮104的所产生的车轮转矩110通过经移动的转矩数值200变为正的。因此，后桥108的车轮104被驱动，而前桥106的车轮104则被更强地制动。
39.在图2c中，力矩分配单侧地被张紧。为此，前桥106上的车轮104和后桥108上的车轮104如图2a中那样相互张紧。与之相反，前桥和后桥106、108中的相应的另一个车轮104继续以输出转矩114运行。偏转力矩202、204由单侧预紧来产生。在此，偏转力矩202通过前轮104由相反的偏转力矩204通过后轮104来补偿。
40.在图2d中，力矩分配对角地张紧。转矩数值200在车辆右侧从后向前移动，而转矩数值200在车辆左侧从前向后移动。相应所产生的偏转力矩在此相互补偿。
41.在图2e中，当车轮104自由滚动时，力矩分配是不对称的。在没有所产生的车轮转矩的自由滚动的车轮104上不产生滑转。由此可以在自由滚动的车轮104上特别好地检测车辆100的速度。
42.为了平衡自由滚动的车轮的缺少的驱动力矩，如此调设其它三个车轮104的力矩分配，使得其不引起偏转力矩。在此，左前轮104自由滚动。为此，右前轮104和左后轮104被更强地驱动。右后轮104被制动。
43.图3a和3b示出了根据实施例的力矩分配的图示。力矩分配示出平均的力矩要求
300、提高的车轮的力矩302、降低的车轮的力矩304以及所产生的力矩306。在此，所产生的力矩相当于图2a至2e中的总转矩的四分之一。在此，提高的车轮的力矩302在所有情况下补偿降低的车轮的力矩304，从而所产生的力矩306总是等于力矩要求300。
44.在此，力矩分配针对不同的情况示出。在第一情况308中，要求强烈减速。在第二情况310中，要求稍微减速。在第三情况312中，要求恒定行驶。在第四情况314中，要求轻微加速。在第五情况316中，要求强烈加速。
45.在图3a中，在任意情况下都调设在提高的车轮的力矩302与降低的车轮的力矩304之间的恒定的差。在此，仅在强烈减速的第一情况308中和在强烈加速的第五情况316中，在车轮处要求电动马达的最大转矩。
46.在图3b中，在任意情况下都调设在提高的车轮的力矩302和降低的车轮的力矩304之间的最大可能的差。在此，在任意情况下都要求电动马达的最大转矩。在恒定行驶的情况312中，甚至在相反方向上施加最大转矩。
47.换句话说，提出了一种用于在具有独立驱动的车桥或者车轮的车辆中在具有较小的摩擦系数利用的行驶情况中实现摩擦系数估算的方法。
48.在将来的更为自动化的功能中，车辆有时也在没有驾驶员的辅助下自主地克服危急情况。因此，理想地，车辆应预防性地避免危急情况。为此，关于轮胎
‑
道路对的摩擦系数潜力的信息是必需的，因为它确定了停止距离和最大弯道速度。在此，车辆的联网这一主题又起到重要作用，以便能够预测临界的摩擦系数并且预防性地对其作出反应。联网的车辆由此可以明显改善行驶舒适性和行驶安全性。
49.利用现有的传感器件和借助由esp系统和转向系统组成的现有模型，可以估算当前利用的摩擦系数。当车辆加速或减速时，摩擦系数估算器求取所利用的摩擦系数。在特定的安全系统（abs、tcs和部分esp）的主动调节干预的情况下，充分利用现有的摩擦系数潜力并且可以精确地求取。
50.在自由滚动的情况下，也就是说没有加速或减速的情况下，迄今为止不能估算道路摩擦系数。为了创建例如摩擦系数图重要的是，尽可能频繁地求取摩擦系数。因为在日常行驶运行中调节干预是少见的，所以例如可以使用基于滑转的估算方法，该估算方法由滑转和在部分减速和部分加速中的力来求取最大摩擦系数。
51.具有部分制动和部分加速的行驶情况（如利用基于滑转的方法进行估算所需的那样）明显比具有最大驱动力矩的完全减速和加速更频繁地出现，然而在高速公路和联邦公路上的交通流畅时仍然是少见的，以便生成全面的摩擦系数信息。为了提高这种方法的覆盖范围，在此提出的方案提供了操纵车轮的滑转状态和与此相关的摩擦系数利用的可能性，并且因此能够在大部分日常的行驶情况期间生成摩擦系数信息。磨损和能量效率仅受在此提出的方案很小的影响。
52.具有一定的驱动拓扑结构的电气化车辆提供了将单根车桥或单个车轮有针对性地置于不同的滑转状态的可行方案。先决条件是四轮驱动，在这种四轮驱动中，前桥和后桥可以独立地被驱动并且至少一根车桥被纯电动地驱动。在一根或两根车桥上的车轮单独的电驱动装置提供了另外的可行方案，但是不是必需的。
53.滑转状态通过在两根车桥或各个车轮之间产生车轮力矩差（假设车轮直径相同，在混合轮胎中的差别可被补偿）而产生。由此，即使在摩擦系数利用非常小的行驶情况下
（例如恒定行驶），也可以在一根车桥或一个车轮上产生部分制动的滑转状态，并且在另一根车桥或另一个车轮上产生部分加速的滑转状态，然后可以利用已知的方法将这些滑转状态用于摩擦系数估算。
54.在产生力矩差时，总力矩根据驾驶员的要求或者主动的自主驾驶功能被保持。为此，或者产生确定的力矩差，或者将车桥或车轮置于驱动装置的力矩极限。在此，在车轮平面上可供使用的力矩潜力在驱动或回收方面被求取和考虑。此外，不产生附加的所产生的偏转力矩。为了产生更高的驱动滑转而在一根车桥或一个车轮上附加地施加的驱动力矩通过在另一根车桥或另外的车轮上的力矩的降低来平衡，其中，根据驱动拓扑结构和行驶情况可实现不同的分配。这种降低在许多行驶情况中进行直至制动力矩的范围中。
55.特别有利地，通过纯电驱动的车桥来实现降低，因为该车桥能够通过回收、即通过电机作为发电机运行来施加制动力矩。由此，在被驱动的车桥上被过多地引入的能量不会通过摩擦制动器消散成热量，而是再次被回引到牵引电池，由此相对于通过估算方法来利用摩擦制动器，车辆的能量效率仅受到轻微的负面影响。此外，在摩擦制动器上不生成附加的磨损和细尘。
56.回收还可以用于，除了具有恒定行驶和加速的情况之外，只要减速通过回收实现，就也在具有减速的行驶情况中估算摩擦系数。在此，提高了在一根车桥上的电生成的制动力并且通过降低回收或在第二车桥上施加一个牵引力来进行平衡。该方法也可以在更强的减速和加速的情况下予以使用，其中，施加更小的力矩差并且因此进一步改善能量平衡。
57.电驱动的车桥的另一个优点在于，驱动力矩和制动力矩比在内燃机或摩擦制动器中更加准确地已知。因此，在电驱动的车桥上能够以高的精度测量形成用于摩擦系数估算的基础的、在滑转状态与纵向力之间的关系。附加地，利用两个电驱动的车桥可以同时测量驱动和制动特性，这同样提高了精度。车轮单独的驱动装置提供了改善精度的第三种可行方案。然后，车轮可以被调设为自由滚动，以便直接测量无滑转的车辆参考速度。
58.基于摩擦系数图的实时分析可以确定，在哪个区域/在哪条道路上刚好不存在当前的摩擦系数信息。基于此，能够完全有针对性地选择相应的区域中的车辆用于摩擦系数测量任务。由于材料磨损的原因，可以相应地注意摩擦系数测量操作到所考虑的车辆上的合理分配。该方案也非常好地适用于测量车辆，所述测量车辆能够被派出以便完全有针对性地收集摩擦系数信息。
59.最后要指出，诸如“具有”、“包括”等等的术语不排除其他的元件或者步骤，并且诸如“一个”或者“一种”的术语不排除多个。权利要求中的附图标记不应视为限制。

技术特征：
1.一种用于确定车道路面的摩擦系数潜力（116）的方法，其特征在于，用于运行车辆（100）的总转矩（112）不均匀地分配到所述车辆（100）的车轮（104）上的至少两个车轮转矩（110）上，其中，在使用所述车道路面与车轮（104）中的至少一个车轮之间的所检测的滑转和施加在所述车轮（104）上的车轮转矩（110）的情况下求取所述摩擦系数潜力（116）。2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了支持所述车辆（100）的转弯行驶，所述车轮转矩（110）关于所述车辆（100）的纵轴线非对称地分配，以便产生支持转弯行驶的偏转力矩（202），并且其中，为了支持所述车辆（100）的直线行驶，所述车轮转矩（110）关于所述纵轴线对称地分配。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将车轮转矩（110）施加到布置在所述车辆（100）的不同的车桥（106、108）上的车轮（104）上。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少在其滑转被用于求取摩擦系数潜力（116）的车轮（104）上施加具有最小值的车轮转矩（110）。5.根据权利要求4所述的方法，其中，当总转矩（112）小于最小值时，在车轮（104）上施加相反地作用的车轮转矩（110）。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述车辆（100）的至少一个车轮（104）以自由滚动的方式进行调设，其中，在自由滚动的车轮（104）上检测所述车辆（100）的速度。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在至少一个车轮（100）上施加直至以车轮单独的方式驱动所述车轮（104）的电动马达的正的或负的最大转矩的车轮转矩（110）。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在使用车轮（104）的滑转之间的滑转差和车轮（104）的车轮转矩（110）之间的转矩差的情况下求取摩擦系数潜力（116）。9.一种控制器（102），其被构造用于在相应的装置中实施、实现和/或操控根据前述权利要求中任一项所述的方法。10.一种计算机程序产品，其被设置用于实施、实现和/或操控根据权利要求1至8中任一项所述的方法。11.一种能够机读的存储介质，在所述存储介质上存储有根据权利要求10所述的计算机程序产品。
技术总结
本发明涉及一种用于确定车道路面的摩擦系数潜力（116）的方法，其特征在于，用于运行车辆（100）的总转矩（112）不均匀地分配到所述车辆（100）的车轮（104）上的至少两个车轮转矩（110）上，其中，在使用所述车道路面与车轮（104）中的至少一个车轮之间的所检测的滑转和施加在所述车轮（104）上的车轮转矩（110）的情况下求取所述摩擦系数潜力（116）。况下求取所述摩擦系数潜力（116）。况下求取所述摩擦系数潜力（116）。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：罗伯特
技术研发日：2019.09.21
技术公布日：2021/6/29