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DE102024200004A1 - Estimation of a friction coefficient for a means of transport - Google Patents

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DE102024200004A1
DE102024200004A1 DE102024200004.3A DE102024200004A DE102024200004A1 DE 102024200004 A1 DE102024200004 A1 DE 102024200004A1 DE 102024200004 A DE102024200004 A DE 102024200004A DE 102024200004 A1 DE102024200004 A1 DE 102024200004A1
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DE
Germany
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friction
transport
coefficient
measurement data
lateral acceleration
Prior art date
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Application number
DE102024200004.3A
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German (de)
Inventor
Goetz Baumgarten
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm mit Instruktionen und eine Vorrichtung zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel sowie ein Fortbewegungsmittel mit Sensoren, das ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren, ein Computerprogramm mit Instruktionen und eine Vorrichtung zum Trainieren eines Algorithmus des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel, sowie einen entsprechend trainierten Algorithmus. In einem ersten Schritt werden Messdaten empfangen (10), die von Sensoren des Fortbewegungsmittels stammen. Die Messdaten geben dabei zumindest eine Querbeschleunigung des Fortbewegungsmittels und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels auftretende Kräfte an. Durch Anwenden eines Algorithmus des maschinellen Lernens auf die Messdaten wird ein Reibwert geschätzt (11). Des geschätzte Reibwert wird zur weiteren Verwendung im Fortbewegungsmittel ausgegeben (12).

Figure DE102024200004A1_0000
The present invention relates to a method, a computer program with instructions, and a device for estimating a friction coefficient for a means of transport, as well as to a means of transport with sensors that uses a method or a device according to the invention. The invention also relates to a method, a computer program with instructions, and a device for training a machine learning algorithm for estimating a friction coefficient for a means of transport, as well as a correspondingly trained algorithm. In a first step, measurement data originating from sensors of the means of transport are received (10). The measurement data indicate at least a lateral acceleration of the means of transport and forces occurring in the steering system of the means of transport. By applying a machine learning algorithm to the measurement data, a friction coefficient is estimated (11). The estimated friction coefficient is output (12) for further use in the means of transport.
Figure DE102024200004A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm mit Instruktionen und eine Vorrichtung zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel sowie ein Fortbewegungsmittel mit Sensoren, das ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren, ein Computerprogramm mit Instruktionen und eine Vorrichtung zum Trainieren eines Algorithmus des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel, sowie einen entsprechend trainierten Algorithmus.The present invention relates to a method, a computer program with instructions, and a device for estimating a friction coefficient for a means of transport, as well as to a means of transport with sensors that uses a method or device according to the invention. The invention also relates to a method, a computer program with instructions, and a device for training a machine learning algorithm for estimating a friction coefficient for a means of transport, as well as to a correspondingly trained algorithm.

In der nachfolgenden Beschreibung werden teils englischsprachige Begriffe verwendet, da sich im Bereich des maschinellen Lernens teilweise keine deutschsprachigen Fachbegriffe etabliert haben. Die verwendeten englischsprachigen Begriffe sind dem Fachmann geläufig.In the following description, some English terms are used, as German-language technical terms have not been established in the field of machine learning. The English terms used are familiar to those skilled in the art.

Für das sichere Fahren eines Kraftfahrzeugs ist die Kenntnis des Reibwertes bzw. der maximal möglichen erreichbaren Längs- und Querbeschleunigung sicherheitskritisch. Noch wichtiger wird diese Information für automatisch fahrende Fahrzeuge. Würde ein solches Fahrzeug wegen einer nicht vorhandenen Information zum gegenwärtigen Reibwert stets den Reibwert einer trockenen, griffigen Fahrbahn annehmen, wären die Insassen bei Kurvenfahrten hochgradig gefährdet. Würde das Fahrzeug hingegen den Extremfall eines niedrigen Reibwertes wie bei schneeglatten Fahrbahn annehmen, würde das Fahrzeug aufgrund der zu niedrigen bzw. übervorsichtigen Geschwindigkeiten und der daraus resultierenden langen Fahrzeiten auf wenig Akzeptanz stoßen.For the safe driving of a motor vehicle, knowledge of the coefficient of friction, or the maximum possible achievable longitudinal and lateral acceleration, is critical. This information becomes even more important for automated vehicles. If such a vehicle were to always assume the coefficient of friction of a dry, grippy road surface due to a lack of information about the current coefficient of friction, the occupants would be at high risk when cornering. If, on the other hand, the vehicle were to assume the extreme case of a low coefficient of friction, such as on a snow-covered road, the vehicle would be met with little acceptance due to the excessively low or overly cautious speeds and the resulting long driving times.

Bekannte Ansätze zur Bestimmung des Reibwertes lassen sich unterteilen in fahrzeugexterne und fahrzeuginterne Ansätze. Fahrzeugexterne Ansätze beruhen beispielsweise auf Wetterdaten, Bilddaten oder Informationen von stationären Messstellen. Fahrzeuginterne Ansätze nutzen beispielsweise Informationen, die bei stabilisierenden Bremseingriffen des Antiblockiersystems (ABS) oder der elektronischen Stabilitätskontrolle (ESC) entstehen, die Differenz des Längsschlupfes von einer angetriebenen und einer nicht angetriebenen Achse, die maximal erreichte Querbeschleunigung oder spezielle Sensoren in der Reifenkarkasse. Sinnvoll ist hier in der Regel eine Fusion mehrerer Ansätze, da sich ihre Aussagebereiche, d.h. die Bereich der Horizontalbeschleunigung, eher ergänzen als überlappen.Known approaches for determining the coefficient of friction can be divided into vehicle-external and vehicle-internal approaches. Vehicle-external approaches are based, for example, on weather data, image data, or information from stationary measuring points. Vehicle-internal approaches use, for example, information generated during stabilizing braking interventions by the anti-lock braking system (ABS) or the electronic stability control (ESC), the difference in longitudinal slip between a driven and a non-driven axle, the maximum lateral acceleration achieved, or special sensors in the tire carcass. A fusion of several approaches is usually useful here, as their information areas, i.e., the area of horizontal acceleration, complement rather than overlap.

Die fahrzeugexternen Ansätze sind aufgrund der fahrzeugexternen Informationsquellen nur schwer auf das konkrete Fahrzeug übertragbar, woraus eine nicht unerhebliche Ungenauigkeit resultiert. Zudem sind sowohl die fahrzeugexternen Ansätze als auch die fahrzeuginternen Ansätze bei kleinen Horizontalbeschleunigungen teils wenig aussagefähig, oder aber sie sind, wie der Reifensensor, mit Zusatzkosten verbunden.Due to the external information sources, the vehicle-external approaches are difficult to transfer to the specific vehicle, resulting in a significant degree of inaccuracy. Furthermore, both the vehicle-external and the vehicle-internal approaches are sometimes not very informative for small horizontal accelerations, or, like the tire sensor, they involve additional costs.

Ein weiterer Ansatz besteht darin, mit Hilfe eines im Fahrbetrieb mitlaufendem Fahrdynamikmodells, z.B. in Form eines Kalman-Filters, das bei Kurvenfahrt auftretende Reifenrückstellmoment zu ermitteln und auszuwerten. Der physikalische Effekt des Reifenrückstellmomentes ermöglicht es, den Reibwert bereits bei etwa der halben maximalen Querbeschleunigung auszuwerten. Allerdings ist das erforderliche Fahrdynamikmodell komplex und das Tuning eines Kalman-Filters aufwändig.Another approach involves using a vehicle dynamics model, e.g., a Kalman filter, to determine and evaluate the tire aligning torque occurring during cornering. The physical effect of the tire aligning torque makes it possible to evaluate the friction coefficient at approximately half the maximum lateral acceleration. However, the required vehicle dynamics model is complex, and tuning a Kalman filter is time-consuming.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, verbesserte Lösungen für das Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel bereitzustellen.It is an object of the invention to provide improved solutions for estimating a friction coefficient for a means of transport.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 7, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 oder 9, durch ein Fortbewegungsmittel gemäß Anspruch 6, durch einen Algorithmus gemäß Anspruch 10 und durch ein Computerprogramm mit Instruktionen gemäß Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method having the features of claim 1 or 7, by a device having the features of claim 5 or 9, by a means of transport according to claim 6, by an algorithm according to claim 10, and by a computer program with instructions according to claim 11. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel die Schritte:

  • - Empfangen von Messdaten von Sensoren des Fortbewegungsmittels, wobei die Messdaten zumindest eine Querbeschleunigung des Fortbewegungsmittels und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels auftretende Kräfte angeben;
  • - Schätzen eines Reibwertes durch Anwenden eines Algorithmus des maschinellen Lernens auf die Messdaten; und
  • - Ausgeben des geschätzten Reibwertes.
According to a first aspect of the invention, a method for estimating a coefficient of friction for a means of transport comprises the steps:
  • - receiving measurement data from sensors of the means of transport, the measurement data indicating at least a lateral acceleration of the means of transport and forces occurring in the steering system of the means of transport;
  • - Estimating a friction coefficient by applying a machine learning algorithm to the measured data; and
  • - Output the estimated friction coefficient.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogramm Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer zur Ausführung der folgenden Schritte zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel veranlassen:

  • - Empfangen von Messdaten von Sensoren des Fortbewegungsmittels, wobei die Messdaten zumindest eine Querbeschleunigung des Fortbewegungsmittels und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels auftretende Kräfte angeben;
  • - Schätzen eines Reibwertes durch Anwenden eines Algorithmus des maschinellen Lernens auf die Messdaten; und
  • - Ausgeben des geschätzten Reibwertes.
According to a further aspect of the invention, a computer program contains instructions which, when executed by a computer, cause the computer to perform the following steps for estimating a coefficient of friction for a means of transport:
  • - receiving measurement data from sensors of the means of transport, the measurement data indicating at least a lateral acceleration of the means of transport and forces occurring in the steering system of the means of transport;
  • - Estimating a friction coefficient by applying a machine learning algorithm to the measured data; and
  • - Output the estimated friction coefficient.

Der Begriff Computer ist dabei breit zu verstehen. Insbesondere umfasst er auch Steuergeräte, eingebettete Systeme und andere prozessorbasierte Datenverarbeitungsvorrichtungen.The term "computer" should be understood broadly. In particular, it also includes control units, embedded systems, and other processor-based data processing devices.

Das Computerprogramm kann beispielsweise für einen elektronischen Abruf bereitgestellt werden oder auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.The computer program may, for example, be made available for electronic retrieval or stored on a computer-readable storage medium.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel auf:

  • - ein Empfangsmodul, das eingerichtet ist, Messdaten von Sensoren des Fortbewegungsmittels zu empfangen, wobei die Messdaten zumindest eine Querbeschleunigung des Fortbewegungsmittels und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels auftretende Kräfte angeben;
  • - einen Reibwertschätzer, der eingerichtet ist, einen Reibwert durch Anwenden eines Algorithmus des maschinellen Lernens auf die Messdaten zu schätzen; und
  • - ein Ausgabemodul, das eingerichtet ist, den geschätzten Reibwert auszugeben.
According to a further aspect of the invention, a device for estimating a coefficient of friction for a means of transport comprises:
  • - a receiving module configured to receive measurement data from sensors of the means of transport, the measurement data indicating at least a lateral acceleration of the means of transport and forces occurring in the steering system of the means of transport;
  • - a friction coefficient estimator configured to estimate a friction coefficient by applying a machine learning algorithm to the measurement data; and
  • - an output module configured to output the estimated friction coefficient.

Die erfindungsgemäße Lösung macht sich den physikalischen Effekt des Reifenrückstellmomentes zu nutze. Die Seitenkraft verhält sich linear über dem Schräglaufwinkel. Das Reifenrückstellmoment verhält sich bei kleinen Werten des Schräglaufwinkels ebenfalls linear über dem Schräglaufwinkel. Der Verlauf des Rückgangs des Reifenrückstellmomentes auf null bei größeren Schräglaufwinkeln hängt vom Reibwert ab und kann daher zur Bestimmung des Reibwertes genutzt werden. Allerdings liegen in Serienfahrzeugen weder das Reifenrückstellmoment noch der Schräglaufwinkel als Messgröße vor. Daher werden bei der erfindungsgemäßen Lösung andere Messgrößen genutzt. Anstatt des Schräglaufwinkels wird hier die Querbeschleunigung verwendet. Anstatt des Reifenrückstellmomentes werden im Lenksystem des Fortbewegungsmittels auftretende Kräfte verwendet. Beispielsweise kann hier die Summe der Spurstangenkräfte an der gelenkten Vorderachse genutzt werden. Diese können mit Dehnmessstreifen auf den Spurstangen gemessen werden. Wenn die Spurstangenkräfte nicht verfügbar sind, was in Serienfahrzeugen der Fall sein kann, kann stattdessen die Summe des Lenkritzelmomentes und des Servoritzelmomentes herangezogen werden. Weitere vorteilhafte Größen sind der Lenkradwinkel die Zahnstangenposition, die Fahrgeschwindigkeit, die Gierrate, der Schwimmwinkel und die Raddrehzahlen bzw. die daraus resultierende Fahrgeschwindigkeit. Die empfangenen Messdaten werden einem trainierten Algorithmus des maschinellen Lernens zugeführt, der auf Grundlage der Messdaten eine Schätzung des Reibwertes vornimmt. Je nach Ausführung des Algorithmus erhält der Algorithmus nur die Messdaten zum aktuellen Zeitpunkt oder die Messdaten eines gleitenden Zeitfensters, d.h. es werden die Messdaten für eine Anzahl von Zeitschritten in einem vorgegebenen Zeitintervall in den Reibwertschätzer eingespeist. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass der Reibwert schon bei kleinen Querbeschleunigungen ermittelt werden kann, typischerweise bereits ab der halben maximalen Querbeschleunigung bei allen Fahrgeschwindigkeiten. Dabei ist keine zusätzliche Sensorik erforderlich, es werden lediglich die Messdaten von im Serienfahrzeug verfügbaren Sensoren genutzt.The inventive solution utilizes the physical effect of the tire aligning torque. The lateral force behaves linearly with the slip angle. For small slip angle values, the tire aligning torque also behaves linearly with the slip angle. The progression of the tire aligning torque to zero at larger slip angles depends on the coefficient of friction and can therefore be used to determine the coefficient of friction. However, in production vehicles, neither the tire aligning torque nor the slip angle are available as measured variables. Therefore, other measured variables are used in the inventive solution. Instead of the slip angle, lateral acceleration is used here. Instead of the tire aligning torque, forces occurring in the steering system of the vehicle are used. For example, the sum of the tie rod forces on the steered front axle can be used. These can be measured using strain gauges on the tie rods. If the tie rod forces are not available, which may be the case in production vehicles, the sum of the steering pinion torque and the servo pinion torque can be used instead. Other advantageous variables are the steering wheel angle, the rack position, the driving speed, the yaw rate, the sideslip angle and the wheel speeds or the resulting driving speed. The received measurement data is fed to a trained machine learning algorithm, which estimates the friction coefficient based on the measurement data. Depending on the design of the algorithm, the algorithm receives only the measurement data from the current point in time or the measurement data from a sliding time window, i.e., the measurement data for a number of time steps in a predetermined time interval are fed into the friction coefficient estimator. One advantage of the solution according to the invention is that the friction coefficient can be determined even at small lateral accelerations, typically starting from half the maximum lateral acceleration at all driving speeds. No additional sensor technology is required; only the measurement data from sensors available in the production vehicle is used.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der geschätzte Reibwert als kontinuierlicher Wert oder als Entscheidungsklasse ausgegeben. Die Schätzung des Reibwertes kann in Form einer Entscheidung für eine Reibwertklasse ausgegeben werden. Beispielsweise können die Reibwertklassen 0.1, 0.4, 0.7 und 1.0 verwendet werden. Dies vereinfacht eine nachfolgende Verarbeitung des Reibwertes durch Assistenzsysteme des Fortbewegungsmittels und ist in der Regel ausreichend genau. Alternativ kann der Reibwert auch als kontinuierlicher Wert ausgegeben werden, wobei kontinuierlich hier im Rahmen der Datenauflösung zu verstehen ist.According to one aspect of the invention, the estimated friction coefficient is output as a continuous value or as a decision class. The estimate of the friction coefficient can be output in the form of a decision for a friction coefficient class. For example, the friction coefficient classes 0.1, 0.4, 0.7, and 1.0 can be used. This simplifies subsequent processing of the friction coefficient by assistance systems of the means of transport and is generally sufficiently accurate. Alternatively, the friction coefficient can also be output as a continuous value, where "continuous" here is understood in the context of the data resolution.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird nur dann ein geschätzter Reibwert ausgegeben, wenn die Querbeschleunigung bzw. der Betrag der Querbeschleunigung ausreichend groß ist, oder es wird ein Mindestwert des Reibwertes ausgegeben, wenn die Querbeschleunigung bzw. der Betrag der Querbeschleunigung nicht ausreichend groß ist. Die maximale Querbeschleunigung liegt bei ca. 8 m/s2, so dass etwa ab 4 m/s2 eine Reibwertschätzung möglich ist. Wenn die Querbeschleunigung zu klein ist, befindet sich das Reifenrückstellmoment im linearen Bereich. In diesem Fall kann kein Reibwert ermittelt werden und es wird keine der obigen genannten Reibwertklassen ausgegeben. Bei Bedarf kann ein charakteristischer Wert ausgegeben werden, wie z.B. -1, um zu verdeutlichen, dass keine Schätzung möglich ist. Allerdings kann für den linearen Bereich des Reifenrückstellmomentes zumindest ein Mindestwert für den Reibwert ausgegeben werden. Dieser errechnet sich aus einer aktuellen gemessenen Querbeschleunigung multipliziert mit einem Faktor größer 1. Wann die Querbeschleunigung bzw. der Betrag der Querbeschleunigung ausreichend groß ist, ergibt sich aus dem Verhalten des trainierten Schätzers und dem vorliegenden Reibwert. Zusätzlich kann eine Reserve für den Reibwert oder eine Mindestreserve für den Mindestwert des Reibwertes ausgegeben werden.According to one aspect of the invention, an estimated coefficient of friction is only output if the lateral acceleration or the magnitude of the lateral acceleration is sufficiently large, or a minimum value of the coefficient of friction is output if the lateral acceleration or the magnitude of the lateral acceleration is not sufficiently large. The maximum lateral acceleration is approximately 8 m/s 2 , so that an estimate of the coefficient of friction is possible from approximately 4 m/s 2 . If the lateral acceleration is too small, the tire aligning torque is in the linear range. In this case, no coefficient of friction can be determined and none of the above-mentioned friction coefficient classes is output. If necessary, a characteristic value can be output, such as -1, to clarify that no estimation is possible. However, at least a minimum value for the coefficient of friction can be output for the linear range of the tire aligning torque. This is calculated from a currently measured lateral acceleration multiplied by a factor greater than 1. When the lateral acceleration or the magnitude of the lateral acceleration is sufficiently large depends on the behavior of the trained estimator and the existing friction coefficient. A reserve for the coefficient of friction or a minimum reserve for the minimum value of the coefficient of friction can be issued.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung nutzt der Algorithmus des maschinellen Lernens ein neuronales Netz. Grundsätzlich kann der Algorithmus als Klassifikator aus dem Bereich des maschinellen Lernens implementiert werden. Dabei können durchaus klassische Ansätze genutzt werden, wie z.B. Entscheidungsbaum, Nächste-Nachbarn-Klassifikation (engl. k-Nearest-Neighbours; KNN), Support Vector Machine (SVM), Random Forest, usw. Bevorzugt wird aber ein neuronales Netz, zum Beispiel ein Faltungsnetz (engl. Convolutional Neural Network; CNN), ein rekurrentes Netzwerk (engl. Recurrent Neural Network; RNN) oder ein langes Kurzzeitgedächtnis (eng. Long-Short-Term-Memory, LSTM).According to one aspect of the invention, the machine learning algorithm uses a neural network. In principle, the algorithm can be implemented as a classifier from the field of machine learning. Classic approaches such as decision trees, k-nearest neighbors (KNN), support vector machines (SVMs), random forests, etc. are certainly acceptable. However, a neural network, such as a convolutional neural network (CNN), a recurrent neural network (RNN), or a long-short-term memory (LSTM), is preferred.

Vorteilhafterweise weist ein mit Sensoren ausgestattetes Fortbewegungsmittel eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf oder ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schätzen eines Reibwertes eingerichtet. Bei dem Fortbewegungsmittel kann es sich insbesondere um einen Pkw, einen Bus oder ein Nutzfahrzeug handeln, z.B. einen Lkw, eine Landmaschine oder eine Baumaschine.Advantageously, a means of transport equipped with sensors comprises a device according to the invention or is configured to carry out a method according to the invention for estimating a friction coefficient. The means of transport can be, in particular, a passenger car, a bus, or a commercial vehicle, e.g., a truck, an agricultural machine, or a construction machine.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Trainieren eines Algorithmus des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel die Schritte:

  • - Vorgeben von Reibwerten;
  • - Erzeugen von simulierten Messdaten mittels eines Fahrzeugmodells für die vorgegebenen Reibwerte, wobei die simulierten Messdaten zumindest eine Querbeschleunigung des Fortbewegungsmittels und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels auftretende Kräfte angeben; und
  • - Trainieren des Algorithmus des maschinellen Lernens mit den vorgegebenen Reibwerten und den simulierten Messdaten.
According to a further aspect of the invention, a method for training a machine learning algorithm for estimating a friction coefficient for a means of transport comprises the steps:
  • - Specifying friction values;
  • - generating simulated measurement data using a vehicle model for the specified friction values, wherein the simulated measurement data indicate at least a lateral acceleration of the means of transport and forces occurring in the steering system of the means of transport; and
  • - Training the machine learning algorithm with the specified friction values and the simulated measurement data.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogramm Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer zur Ausführung der folgenden zum Trainieren eines Algorithmus des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel veranlassen:

  • - Vorgeben von Reibwerten;
  • - Erzeugen von simulierten Messdaten mittels eines Fahrzeugmodells für die vorgegebenen Reibwerte, wobei die simulierten Messdaten zumindest eine Querbeschleunigung des Fortbewegungsmittels und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels auftretende Kräfte angeben; und
  • - Trainieren des Algorithmus des maschinellen Lernens mit den vorgegebenen Reibwerten und den simulierten Messdaten.
According to a further aspect of the invention, a computer program includes instructions which, when executed by a computer, cause the computer to perform the following for training a machine learning algorithm for estimating a coefficient of friction for a means of transport:
  • - Specifying friction values;
  • - generating simulated measurement data using a vehicle model for the specified friction values, wherein the simulated measurement data indicate at least a lateral acceleration of the means of transport and forces occurring in the steering system of the means of transport; and
  • - Training the machine learning algorithm with the specified friction values and the simulated measurement data.

Der Begriff Computer ist dabei breit zu verstehen. Insbesondere umfasst er auch Workstations, verteilte Systeme und andere prozessorbasierte Datenverarbeitungsvorrichtungen.The term "computer" should be understood broadly. It specifically includes workstations, distributed systems, and other processor-based data processing devices.

Das Computerprogramm kann beispielsweise für einen elektronischen Abruf bereitgestellt werden oder auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.The computer program may, for example, be made available for electronic retrieval or stored on a computer-readable storage medium.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Trainieren eines Algorithmus des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel auf:

  • - ein Vorgabemodul, das eingerichtet ist, Reibwerte vorzugeben;
  • - ein Simulationsmodul, das eingerichtet ist, simulierte Messdaten mittels eines Fahrzeugmodells für die vorgegebenen Reibwerte zu erzeugen, wobei die simulierten Messdaten zumindest eine Querbeschleunigung des Fortbewegungsmittels und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels auftretende Kräfte angeben; und
  • - ein Trainingsmodul, das eingerichtet ist, den Algorithmus des maschinellen Lernens mit den vorgegebenen Reibwerten und den simulierten Messdaten zu trainieren.
According to a further aspect of the invention, a device for training a machine learning algorithm for estimating a friction coefficient for a means of transport comprises:
  • - a specification module designed to specify friction values;
  • - a simulation module configured to generate simulated measurement data using a vehicle model for the specified friction values, the simulated measurement data indicating at least a lateral acceleration of the means of transport and forces occurring in the steering system of the means of transport; and
  • - a training module configured to train the machine learning algorithm with the specified friction values and the simulated measurement data.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Algorithmus des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes genutzt. Zum Trainieren eines solchen Algorithmus werden meist Messdaten des Systems als Trainingsdaten verwendet. Soll der Algorithmus beispielsweise Reibwertklassen ausgeben, würde das bedeuten, dass die Messdaten bei Messfahrten mit dem Fahrzeug aufgenommen werden. Dabei müssten die Messfahrten für jede einzelne Reibwertklasse auf einer Fahrbahnoberfläche mit genau dem vorgegebenen Reibwert erfolgen. Des Weiteren müssen alle im Fahrbetrieb auftretenden Fahrsituationen gefahren werden. Dies ist in der Praxis nicht möglich. Erfindungsgemäß werden deshalb die Trainingsdaten im Wesentlichen durch Simulation eines korrespondierenden Fahrzeugmodells gewonnen. Für die Variable Reibwert werden dazu unterschiedliche Werte festgelegt und für diese Werte jeweils Trainingsdaten erzeugt. Die Werte für den Reibwert entsprechen dabei den Reibwertklassen oder sind im Falle einer kontinuierlichen Ausgabe über den Wertebereich verteilt. Für die Simulation werden entsprechende Eingangszeitverläufe bereitgestellt, z.B. Zeitverläufe für den Lenkradwinkel sowie Brems- und Beschleunigungseingaben. Mit den so generierten simulierten Messdaten wird dann der Algorithmus trainiert. Zusätzlich zu den simulierten Trainingsdaten können reale Messdaten hinzugenommen werden, um komplexe, nicht modellierbare Effekte zu berücksichtigen.In the solution according to the invention, a machine learning algorithm is used to estimate a coefficient of friction. To train such an algorithm, measurement data from the system is usually used as training data. If the algorithm is to output friction coefficient classes, for example, this would mean that the measurement data would be recorded during test runs with the vehicle. The test runs for each individual friction coefficient class would have to be carried out on a road surface with exactly the specified friction coefficient. Furthermore, all driving situations that occur during driving must be experienced. This is not possible in practice. According to the invention, the training data is therefore essentially obtained by simulating a corresponding vehicle model. Different values are specified for the variable "coefficient of friction", and training data is generated for each of these values. The values for the coefficient of friction correspond to the friction coefficient classes or, in the case of continuous output, are distributed across the value range. For the simulation, corresponding input time delays Simulations are provided, e.g., time courses for the steering wheel angle as well as braking and acceleration inputs. The algorithm is then trained with the simulated measurement data generated in this way. In addition to the simulated training data, real measurement data can be added to account for complex, non-modelable effects.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden Eingangszeitverläufe für das Fahrzeugmodell durch Zufallsgeneratoren erzeugt. Vorteilhafterweise stellen die Eingangszeitverläufe nicht nur Nachahmungen typischer Fahrsituationen dar, sondern es werden mit Zufallsgeneratoren erzeugte Zeitverläufe genutzt. Dieser Ansatz beruht auf der Annahme, dass der so trainierte Reibwertschätzer auch in einer Fahrsituation, die nicht in den Trainingsdaten enthalten ist, den richtigen Reibwert findet bzw. ausreichend gut generalisieren kann.According to one aspect of the invention, input time profiles for the vehicle model are generated using random generators. Advantageously, the input time profiles do not merely represent simulations of typical driving situations, but rather time profiles generated using random generators are used. This approach is based on the assumption that the friction coefficient estimator trained in this way will find the correct friction coefficient or be able to generalize sufficiently well even in a driving situation not included in the training data.

Vorteilhafterweise wird ein Algorithmus des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens trainiert. Ein solcher Algorithmus ist in der Lage, den Reibwert bei allen Fahrgeschwindigkeiten schon bei kleinen Querbeschleunigungen zu ermitteln, typischerweise bereits ab der halben maximalen Querbeschleunigung.Advantageously, a machine learning algorithm for estimating a friction coefficient for a means of transport is trained using a method according to the invention. Such an algorithm is capable of determining the friction coefficient at all driving speeds, even at low lateral accelerations, typically starting at half the maximum lateral acceleration.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.

  • 1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel;
  • 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel;
  • 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel;
  • 4 stellt schematisch ein Fortbewegungsmittel dar, in dem eine erfindungsgemäße Lösung realisiert ist;
  • 5 zeigt schematisch ein Verfahren zum Trainieren eines Algorithmus des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel;
  • 6 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Trainieren eines Algorithmus des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel;
  • 7 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Trainieren eines Algorithmus des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel;
  • 8 veranschaulicht den Verlauf des Reifenrückstellmomentes über den Schräglaufwinkel;
  • 9 veranschaulicht ein gleitendes Zeitfenster über Messdaten;
  • 10 veranschaulicht die Erzeugung von Eingangszeitverläufen für eine Simulation zur Erzeugung von Trainingsdaten;
  • 11 veranschaulicht einen Trainingsprozess; und
  • 12 veranschaulicht das Verhalten eines erfindungsgemäßen Reibwertschätzers im Vergleich zu einem Reibwertschätzer gemäß dem Stand der Technik.
Further features of the present invention will become apparent from the following description and the appended claims taken in conjunction with the figures.
  • 1 shows schematically a method for estimating a friction coefficient for a means of transport;
  • 2 shows a first embodiment of a device for estimating a friction coefficient for a means of transport;
  • 3 shows a second embodiment of a device for estimating a friction coefficient for a means of transport;
  • 4 schematically represents a means of transport in which a solution according to the invention is implemented;
  • 5 schematically shows a method for training a machine learning algorithm for estimating a friction coefficient for a means of transport;
  • 6 shows a first embodiment of an apparatus for training a machine learning algorithm for estimating a friction coefficient for a means of transport;
  • 7 shows a second embodiment of an apparatus for training a machine learning algorithm for estimating a friction coefficient for a means of transport;
  • 8 illustrates the course of the tire return torque over the slip angle;
  • 9 illustrates a sliding time window over measurement data;
  • 10 illustrates the generation of input time courses for a simulation to generate training data;
  • 11 illustrates a training process; and
  • 12 illustrates the behavior of a friction coefficient estimator according to the invention in comparison to a friction coefficient estimator according to the prior art.

Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.To better understand the principles of the present invention, embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the figures. It is understood that the invention is not limited to these embodiments and that the described features may also be combined or modified without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims.

1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel. In einem ersten Schritt werden Messdaten empfangen 10, die von Sensoren des Fortbewegungsmittels stammen. Die Messdaten geben dabei zumindest eine Querbeschleunigung des Fortbewegungsmittels und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels auftretende Kräfte an. Durch Anwenden eines Algorithmus des maschinellen Lernens auf die Messdaten wird ein Reibwert geschätzt 11. Beispielsweise kann der Algorithmus des maschinellen Lernens ein neuronales Netz nutzten. Des geschätzte Reibwert wird zur weiteren Verwendung im Fortbewegungsmittel ausgegeben 12, z.B. als kontinuierlicher Wert oder als Entscheidungsklasse. Vorzugsweise wird dabei nur bei einer ausreichend großen Querbeschleunigung bzw. bei einem ausreichend großen Betrag der Querbeschleunigung ein geschätzter Reibwert ausgegeben 12. Wenn die Querbeschleunigung bzw. ihr Betrag nicht ausreichend groß ist, kann optional ein Mindestwert des Reibwertes ausgegeben werden 12. Zusätzlich kann eine Reserve für den Reibwert oder eine Mindestreserve für den Mindestwert des Reibwertes ausgegeben werden. 1 shows a schematic of a method for estimating a coefficient of friction for a means of transport. In a first step, measurement data is received 10, which originates from sensors of the means of transport. The measurement data indicates at least a lateral acceleration of the means of transport and forces occurring in the steering system of the means of transport. By applying a machine learning algorithm to the measurement data, a coefficient of friction is estimated 11. For example, the machine learning algorithm can use a neural network. The estimated coefficient of friction is output 12 for further use in the means of transport, e.g., as a continuous value or as a decision class. Preferably, an estimated coefficient of friction is only output 12 if the lateral acceleration or the magnitude of the lateral acceleration is sufficiently large. If the lateral acceleration or its magnitude is not sufficiently large, a minimum value of the coefficient of friction can optionally be output 12. In addition, a reserve for the coefficient of friction or a minimum reserve for the minimum value of the coefficient of friction can be output.

2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 20 zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel. Die Vorrichtung 20 hat einen Eingang 21, über den ein Empfangsmodul 22 Messdaten D von Sensoren 41 des Fortbewegungsmittels empfängt. Die Messdaten D geben dabei zumindest eine Querbeschleunigung Ay des Fortbewegungsmittels und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels auftretende Kräfte F an. Ein Reibwertschätzer 23 ist eingerichtet, durch Anwenden eines Algorithmus A des maschinellen Lernens auf die Messdaten D einen Reibwert µ zu schätzen. Beispielsweise kann der Algorithmus A des maschinellen Lernens ein neuronales Netz nutzen. Ein Ausgabemodul 24 ist eingerichtet, den geschätzten Reibwert µ über einen Ausgang 27 der Vorrichtung 20 zur weiteren Verwendung im Fortbewegungsmittel auszugeben z.B. als kontinuierlicher Wert oder als Entscheidungsklasse. Vorzugsweise wird dabei durch das Ausgabemodul 24 nur bei einer ausreichend großen Querbeschleunigung Ay bzw. bei einem ausreichend großen Betrag der Querbeschleunigung Ay ein geschätzter Reibwert µ ausgegeben. Wenn die Querbeschleunigung Ay bzw. ihr Betrag nicht ausreichend groß ist, kann aber optional ein Mindestwert µmin des Reibwertes ausgegeben werden. Zusätzlich kann eine Reserve für den Reibwert µ oder eine Mindestreserve für den Mindestwert µmin des Reibwertes ausgegeben werden. 2 shows a simplified schematic representation of a first embodiment of a device 20 for estimating a coefficient of friction for a means of transport. The device 20 has an input 21, via which a receiving module 22 receives measurement data D from sensors 41 of the means of transport. The measurement data D indicate at least a lateral acceleration A y of the means of transport. by means of and in the steering system of the means of transport. A friction coefficient estimator 23 is set up to estimate a friction coefficient µ by applying a machine learning algorithm A to the measurement data D. For example, the machine learning algorithm A can use a neural network. An output module 24 is set up to output the estimated friction coefficient µ via an output 27 of the device 20 for further use in the means of transport, e.g. as a continuous value or as a decision class. Preferably, an estimated friction coefficient µ is only output by the output module 24 if the lateral acceleration A y or if the absolute value of the lateral acceleration A y is sufficiently large. If the lateral acceleration A y or its absolute value is not sufficiently large, a minimum value µ min of the friction coefficient can optionally be output. In addition, a reserve for the friction coefficient µ or a minimum reserve for the minimum value µ min of the friction coefficient can be output.

Das Empfangsmodul 22, der Reibwertschätzer 23 und das Ausgabemodul 24 können von einem Kontrollmodul 25 gesteuert werden. Über eine Benutzerschnittstelle 28 können gegebenenfalls Einstellungen des Empfangsmoduls 22, des Reibwertschätzers 23, des Ausgabemoduls 24 oder des Kontrollmoduls 25 geändert werden. Die in der Vorrichtung 20 anfallenden Daten können bei Bedarf in einem Speicher 26 der Vorrichtung 20 abgelegt werden, beispielsweise für eine spätere Auswertung oder für eine Nutzung durch die Komponenten der Vorrichtung 20. Das Empfangsmodul 22, der Reibwertschätzer 23, das Ausgabemodul 24 und das Kontrollmodul 25 können als dedizierte Hardware realisiert sein, beispielsweise als integrierte Schaltungen. Natürlich können sie aber auch teilweise oder vollständig kombiniert oder als Software implementiert werden, die auf einem geeigneten Prozessor läuft, beispielsweise auf einer CPU oder einer GPU. Der Eingang 21 und der Ausgang 27 können als getrennte Schnittstellen oder als eine kombinierte bidirektionale Schnittstelle implementiert sein.The receiving module 22, the friction coefficient estimator 23, and the output module 24 can be controlled by a control module 25. Settings of the receiving module 22, the friction coefficient estimator 23, the output module 24, or the control module 25 can be changed via a user interface 28. The data generated in the device 20 can be stored in a memory 26 of the device 20 if necessary, for example, for later evaluation or for use by the components of the device 20. The receiving module 22, the friction coefficient estimator 23, the output module 24, and the control module 25 can be implemented as dedicated hardware, for example, as integrated circuits. Of course, they can also be partially or completely combined or implemented as software running on a suitable processor, for example, a CPU or a GPU. The input 21 and the output 27 can be implemented as separate interfaces or as a combined bidirectional interface.

3 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung 30 zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel. Die Vorrichtung 30 weist einen Prozessor 32 und einen Speicher 31 auf. Beispielsweise handelt es sich bei der Vorrichtung 30 um einen Computer, ein Steuergerät oder ein eingebettetes System. Im Speicher 31 sind Instruktionen abgelegt, die die Vorrichtung 30 bei Ausführung durch den Prozessor 32 veranlassen, die Schritte gemäß einem der beschriebenen Verfahren auszuführen. Die im Speicher 31 abgelegten Instruktionen verkörpern somit ein durch den Prozessor 32 ausführbares Programm, welches das erfindungsgemäße Verfahren realisiert. Die Vorrichtung 30 hat einen Eingang 33 zum Empfangen von Messdaten. Vom Prozessor 32 generierte Daten werden über einen Ausgang 34 bereitgestellt. Darüber hinaus können Daten im Speicher 31 abgelegt werden. Der Eingang 33 und der Ausgang 34 können zu einer bidirektionalen Schnittstelle zusammengefasst sein. 3 shows a simplified schematic representation of a second embodiment of a device 30 for estimating a coefficient of friction for a means of transport. The device 30 has a processor 32 and a memory 31. For example, the device 30 is a computer, a control unit, or an embedded system. Instructions are stored in the memory 31 which, when executed by the processor 32, cause the device 30 to carry out the steps according to one of the described methods. The instructions stored in the memory 31 thus embody a program executable by the processor 32 which implements the method according to the invention. The device 30 has an input 33 for receiving measurement data. Data generated by the processor 32 are provided via an output 34. In addition, data can be stored in the memory 31. The input 33 and the output 34 can be combined to form a bidirectional interface.

Der Prozessor 32 kann eine oder mehrere Prozessoreinheiten umfassen, beispielsweise Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder Kombinationen daraus.The processor 32 may include one or more processor units, such as microprocessors, digital signal processors, or combinations thereof.

Die Speicher 26, 31 der beschriebenen Ausführungsformen können sowohl volatile als auch nichtvolatile Speicherbereiche aufweisen und unterschiedlichste Speichergeräte und Speichermedien umfassen, beispielsweise Festplatten, optische Speichermedien oder Halbleiterspeicher.The memories 26, 31 of the described embodiments can have both volatile and non-volatile memory areas and can comprise a wide variety of storage devices and storage media, for example hard disks, optical storage media or semiconductor memories.

4 stellt schematisch ein Fortbewegungsmittel 40 dar, in dem eine erfindungsgemäße Lösung realisiert ist. Bei dem Fortbewegungsmittel 40 handelt es sich in diesem Beispiel um ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug weist eine Anzahl von Sensoren 41 auf, z.B. zur Messung einer Querbeschleunigung Ay oder zum Messen von im Lenksystem auftretenden Kräften F. Die Messdaten D der Sensoren 41 werden von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 zum Schätzen eines Reibwertes µ genutzt. Die Vorrichtung 20 kann beispielsweise auf einem Rechner 43 des Kraftfahrzeugs implementiert sein. Der geschätzte Reibwert µ kann beispielsweise von einem Assistenzsystem 42 im Rahmen einer (teil-)automatisierten Fahrfunktion genutzt werden. Gegebenenfalls kann das Assistenzsystem 42 über eine Anzeigevorrichtung 44 Warnungen betreffend den Reibwert µ an einen Bediener des Kraftfahrzeugs ausgeben. Mittels einer Datenübertragungseinheit 45 kann eine Verbindung zu einem Backend aufgebaut werden, z.B. zum Übermitteln von Einstellungen oder zum Abrufen aktualisierter Software für die Komponenten des Kraftfahrzeugs. Zur Speicherung von Daten ist ein Speicher 46 vorhanden. Der Datenaustausch zwischen den verschiedenen Komponenten des Kraftfahrzeugs erfolgt über ein Netzwerk 47. 4 schematically illustrates a means of transport 40 in which a solution according to the invention is implemented. In this example, the means of transport 40 is a motor vehicle. The motor vehicle has a number of sensors 41, e.g., for measuring a lateral acceleration A y or for measuring forces F occurring in the steering system. The measurement data D from the sensors 41 are used by a device 20 according to the invention to estimate a friction coefficient µ. The device 20 can, for example, be implemented on a computer 43 of the motor vehicle. The estimated friction coefficient µ can, for example, be used by an assistance system 42 as part of a (partially) automated driving function. If necessary, the assistance system 42 can output warnings regarding the friction coefficient µ to an operator of the motor vehicle via a display device 44. A connection to a backend can be established by means of a data transmission unit 45, e.g., for transmitting settings or retrieving updated software for the components of the motor vehicle. A memory 46 is provided for storing data. Data exchange between the various components of the motor vehicle takes place via a network 47.

5 zeigt schematisch ein Verfahren zum Trainieren eines Algorithmus des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel. Beispielsweise kann der Algorithmus des maschinellen Lernens ein neuronales Netz nutzten. In einem ersten Schritt werden Reibwerte vorgegeben 50. Zudem können durch Zufallsgeneratoren Eingangszeitverläufe für ein Fahrzeugmodell erzeugt werden 51. Mittels des Fahrzeugmodells werden für die vorgegebenen Reibwerte simulierte Messdaten erzeugt 52. Die simulierten Messdaten geben dabei zumindest eine Querbeschleunigung des Fortbewegungsmittels und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels auftretende Kräfte an. Mit den vorgegebenen Reibwerten und den simulierten Messdaten wird der Algorithmus des maschinellen Lernens trainiert 53. Zusätzlich zu den simulierten Messdaten können reale Messdaten hinzugenommen werden, um komplexe, nicht modellierbare Effekte zu berücksichtigen. Der trainierte Algorithmus wird dann zur weiteren Verwendung bereitgestellt 54. 5 shows a schematic of a method for training a machine learning algorithm for estimating a friction coefficient for a means of transport. For example, the machine learning algorithm can use a neural network. In a first step, friction coefficients are specified 50. In addition, input time profiles for a vehicle model can be generated using random generators 51. Simulated measurement data for the specified friction coefficients are generated using the vehicle model 52. The simulated measurement data indicate at least a lateral acceleration of the means of transport and, in the steering system of the vehicle, The machine learning algorithm is trained using the specified friction values and the simulated measurement data. 53 In addition to the simulated measurement data, real measurement data can be added to account for complex, non-modelable effects. The trained algorithm is then made available for further use. 54

6 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 60 zum Trainieren eines Algorithmus A des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel. Beispielsweise kann der Algorithmus A des maschinellen Lernens ein neuronales Netz nutzen. Die Vorrichtung 60 hat einen Eingang 61 zum Empfangen von Daten, beispielsweise Daten eines Fahrzeugmodells. Ein Vorgabemodul 62 ist eingerichtet, Reibwerte µ vorzugeben. Ein Simulationsmodul 63 ist eingerichtet, mittels eines Fahrzeugmodells simulierte Messdaten Ds für die vorgegebenen Reibwerte µ zu erzeugen. Dazu können durch Zufallsgeneratoren Eingangszeitverläufe für das Fahrzeugmodell erzeugt werden. Die simulierten Messdaten Ds geben dabei zumindest eine Querbeschleunigung Ay des Fortbewegungsmittels und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels auftretende Kräfte F an. Ein Trainingsmodul 64 ist eingerichtet, den Algorithmus A des maschinellen Lernens mit den vorgegebenen Reibwerten µ und den simulierten Messdaten Ds zu trainieren. Zusätzlich zu den simulierten Messdaten kann das Trainingsmodul 64 reale Messdaten hinzunehmen, um komplexe, nicht modellierbare Effekte zu berücksichtigen. Der trainierte Algorithmus A kann dann zur weiteren Verwendung über einen Ausgang 67 der Vorrichtung 60 bereitgestellt werden. 6 shows a simplified schematic representation of a first embodiment of a device 60 for training a machine learning algorithm A for estimating a friction coefficient for a means of transport. For example, the machine learning algorithm A can use a neural network. The device 60 has an input 61 for receiving data, for example data from a vehicle model. A specification module 62 is configured to specify friction coefficients µ. A simulation module 63 is configured to generate simulated measurement data D s for the specified friction coefficients µ using a vehicle model. For this purpose, input time profiles for the vehicle model can be generated using random generators. The simulated measurement data D s indicate at least a lateral acceleration A y of the means of transport and forces F occurring in the steering system of the means of transport. A training module 64 is configured to train the machine learning algorithm A with the specified friction coefficients µ and the simulated measurement data D s . In addition to the simulated measurement data, the training module 64 can add real measurement data to account for complex, non-modelable effects. The trained algorithm A can then be provided for further use via an output 67 of the device 60.

Das Vorgabemodul 62, das Simulationsmodul 63 und das Trainingsmodul 64 können von einem Kontrollmodul 65 gesteuert werden. Über eine Benutzerschnittstelle 68 können gegebenenfalls Einstellungen des Vorgabemoduls 62, des Simulationsmoduls 63, des Trainingsmoduls 64 oder des Kontrollmoduls 65 geändert werden. Die in der Vorrichtung 60 anfallenden Daten können bei Bedarf in einem Speicher 66 der Vorrichtung 60 abgelegt werden, beispielsweise für eine spätere Auswertung oder für eine Nutzung durch die Komponenten der Vorrichtung 60. Das Vorgabemodul 62, das Simulationsmodul 63, das Trainingsmodul 64 und das Kontrollmodul 65 können als dedizierte Hardware realisiert sein, beispielsweise als integrierte Schaltungen. Natürlich können sie aber auch teilweise oder vollständig kombiniert oder als Software implementiert werden, die auf einem geeigneten Prozessor läuft, beispielsweise auf einer CPU oder einer GPU. Der Eingang 61 und der Ausgang 67 können als getrennte Schnittstellen oder als eine kombinierte bidirektionale Schnittstelle implementiert sein.The specification module 62, the simulation module 63, and the training module 64 can be controlled by a control module 65. Settings of the specification module 62, the simulation module 63, the training module 64, or the control module 65 can be changed via a user interface 68. The data generated in the device 60 can be stored in a memory 66 of the device 60 if necessary, for example, for later evaluation or for use by the components of the device 60. The specification module 62, the simulation module 63, the training module 64, and the control module 65 can be implemented as dedicated hardware, for example, as integrated circuits. Of course, they can also be partially or completely combined or implemented as software running on a suitable processor, for example, a CPU or a GPU. The input 61 and the output 67 can be implemented as separate interfaces or as a combined bidirectional interface.

7 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung 70 zum Trainieren eines Algorithmus des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes für ein Fortbewegungsmittel. Die Vorrichtung 70 weist einen Prozessor 72 und einen Speicher 71 auf. Beispielsweise handelt es sich bei der Vorrichtung 70 um einen Computer, eine Workstation oder ein verteiltes System. Im Speicher 71 sind Instruktionen abgelegt, die die Vorrichtung 70 bei Ausführung durch den Prozessor 72 veranlassen, die Schritte gemäß einem der beschriebenen Verfahren auszuführen. Die im Speicher 71 abgelegten Instruktionen verkörpern somit ein durch den Prozessor 72 ausführbares Programm, welches das erfindungsgemäße Verfahren realisiert. Die Vorrichtung 70 hat einen Eingang 73 zum Empfangen von Daten. Vom Prozessor 72 generierte Daten werden über einen Ausgang 74 bereitgestellt. Darüber hinaus können Daten im Speicher 71 abgelegt werden. Der Eingang 73 und der Ausgang 74 können zu einer bidirektionalen Schnittstelle zusammengefasst sein. 7 shows a simplified schematic representation of a second embodiment of a device 70 for training a machine learning algorithm for estimating a coefficient of friction for a means of transport. The device 70 has a processor 72 and a memory 71. For example, the device 70 is a computer, a workstation, or a distributed system. Instructions are stored in the memory 71 which, when executed by the processor 72, cause the device 70 to carry out the steps according to one of the described methods. The instructions stored in the memory 71 thus embody a program executable by the processor 72 which implements the method according to the invention. The device 70 has an input 73 for receiving data. Data generated by the processor 72 are provided via an output 74. In addition, data can be stored in the memory 71. The input 73 and the output 74 can be combined to form a bidirectional interface.

Der Prozessor 72 kann eine oder mehrere Prozessoreinheiten umfassen, beispielsweise Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder Kombinationen daraus.The processor 72 may include one or more processor units, such as microprocessors, digital signal processors, or combinations thereof.

Die Speicher 66, 71 der beschriebenen Ausführungsformen können sowohl volatile als auch nichtvolatile Speicherbereiche aufweisen und unterschiedlichste Speichergeräte und Speichermedien umfassen, beispielsweise Festplatten, optische Speichermedien oder Halbleiterspeicher.The memories 66, 71 of the described embodiments can have both volatile and non-volatile memory areas and can comprise a wide variety of storage devices and storage media, for example hard disks, optical storage media or semiconductor memories.

Nachfolgend sollen weitere Details der Erfindung anhand von 8 bis 12 erläutert werden.In the following, further details of the invention will be explained with reference to 8 until 12 be explained.

8 veranschaulicht den Verlauf des Reifenrückstellmomentes Mz über den Schräglaufwinkel α. Ebenfalls eingezeichnet ist der Verlauf der Seitenkraft Fy über den Schräglaufwinkel α. Die Seitenkraft Fy verhält sich im durch den gestrichelten Kasten angezeigten Bereich im Wesentlichen linear über dem Schräglaufwinkel α. Das Reifenrückstellmoment Mz verhält sich bei kleinen Werten des Schräglaufwinkels α ebenfalls linear über dem Schräglaufwinkel α. Der lineare Bereich wird in 8 durch den durchgezogenen Kasten angezeigt. Der Verlauf des Rückgangs des Reifenrückstellmomentes Mz auf null bei größeren Schräglaufwinkeln α hängt vom Reibwert ab und kann daher zur Bestimmung des Reibwertes genutzt werden. Liegt α noch innerhalb des linearen Bereichs, kann zumindest ein Mindestwert für den Reibwert angegeben werden. 8 illustrates the progression of the tire aligning torque M z over the slip angle α. Also shown is the progression of the lateral force F y over the slip angle α. The lateral force F y behaves essentially linearly over the slip angle α in the area indicated by the dashed box. The tire aligning torque M z also behaves linearly over the slip angle α for small values of the slip angle α. The linear range is shown in 8 indicated by the solid box. The progression of the tire aligning torque M z to zero at larger slip angles α depends on the coefficient of friction and can therefore be used to determine the coefficient of friction. If α is still within the linear range, at least a minimum value for the coefficient of friction can be specified.

Bekannte Ansätze zur Schätzung des Reibwertes, die auf der Bestimmung der maximalen Querbeschleunigung im Fahrbetrieb beruhen, werten den Verlauf der Seitenkraft Fy über α und insbesondere die Abweichung vom linearen Ast aus. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird ausgenutzt, dass das Reifenrückstellmoment Mz in Bezug auf den Schräglaufwinkel α früher einbricht als die Seitenkraft Fy. Daher lässt sich der Reibwert bereits bei kleineren Querbeschleunigungen bestimmen, als dies bei einer Auswertung der der Seitenkraft Fy möglich ist.Known approaches to estimating the coefficient of friction, which are based on determining the maximum lateral acceleration during driving, are The curve of the lateral force F y over α and, in particular, the deviation from the linear branch are plotted. The solution according to the invention takes advantage of the fact that the tire restoring torque M z collapses earlier than the lateral force F y with respect to the slip angle α. Therefore, the coefficient of friction can be determined even at lower lateral accelerations than is possible when evaluating the lateral force F y .

In Serienfahrzeugen liegen in der Regel weder das Reifenrückstellmoment Mz noch der Schräglaufwinkel α als Messgröße vor. Daher werden bei der erfindungsgemäßen Lösung andere Messgrößen genutzt. Anstatt des Schräglaufwinkels α wird hier die Querbeschleunigung verwendet. Anstatt des Reifenrückstellmomentes Mz werden im Lenksystem des Fortbewegungsmittels auftretende Kräfte verwendet. Beispielsweise kann hier die Summe der Spurstangenkräfte an der gelenkten Vorderachse genutzt werden. Alternativ kann die Summe des Lenkritzelmomentes und des Servoritzelmomentes herangezogen werden. Weitere vorteilhafte Größen sind der Lenkradwinkel die Zahnstangenposition, die Fahrgeschwindigkeit, die Gierrate, der Schwimmwinkel und die Raddrehzahlen.In production vehicles, neither the tire aligning torque M z nor the slip angle α are usually available as measured variables. Therefore, the inventive solution uses other measured variables. Instead of the slip angle α, the lateral acceleration is used here. Instead of the tire aligning torque M z , forces occurring in the steering system of the vehicle are used. For example, the sum of the tie rod forces on the steered front axle can be used here. Alternatively, the sum of the steering pinion torque and the servo pinion torque can be used. Other advantageous variables are the steering wheel angle, the rack position, the driving speed, the yaw rate, the sideslip angle and the wheel speeds.

Die aufgenommen Messdaten werden einem trainierten Algorithmus des maschinellen Lernens zugeführt, der auf Grundlage der Messdaten eine Schätzung des Reibwertes vornimmt. Grundsätzlich kann der Algorithmus als Klassifikator aus dem Bereich des maschinellen Lernens implementiert werden. Dabei können beispielsweise klassische Ansätze genutzt werden, wie z.B. Entscheidungsbaum, Nächste-Nachbarn-Klassifikation, Support Vector Machine (SVM), Random Forest, usw. Bevorzugt wird aber ein neuronales Netz, zum Beispiel ein Faltungsnetz.The recorded measurement data is fed into a trained machine learning algorithm, which estimates the friction coefficient based on the measured data. The algorithm can be implemented as a classifier from the field of machine learning. Classic approaches such as decision trees, nearest neighbor classification, support vector machines (SVMs), random forests, etc. can be used. However, a neural network, such as a convolutional neural network, is preferred.

Die genannten Ansätze benötigen ein gleitendes Zeitfenster Z, das die letzten a Zeitschritte in einem Zeitintervall dt in den Schätzer speist. 9 veranschaulicht ein solches gleitendes Zeitfenster Z über die Messdaten D. Das Zeitintervall dt, die Anzahl a der Zeitschritte innerhalb des Zeitfensters Z sowie der Abstand b aufeinanderfolgender Zeitfenster Z sind dabei Hyperparameter des Algorithmus.The approaches mentioned require a sliding time window Z, which feeds the last a time steps in a time interval dt into the estimator. 9 illustrates such a sliding time window Z over the measurement data D. The time interval dt, the number a of time steps within the time window Z and the distance b between consecutive time windows Z are hyperparameters of the algorithm.

Andere Ansätze, z.B. andere Ausführungen neuronaler Netze wie ein rekurrentes Netzwerk oder ein langes Kurzzeitgedächtnis, benötigen kein gleitendes Zeitfenster Z, sondern lediglich die Messdaten zum aktuellen Zeitpunkt.Other approaches, e.g. other versions of neural networks such as a recurrent network or a long short-term memory, do not require a sliding time window Z, but only the measurement data at the current time.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Algorithmus des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes genutzt. Zum Trainieren eines solchen Algorithmus werden meist Messdaten des Systems als Trainingsdaten verwendet. Soll der Algorithmus beispielsweise Reibwertklassen ausgeben, würde das bedeuten, dass die Messdaten bei Messfahrten mit dem Fahrzeug aufgenommen werden. Dabei müssten die Messfahrten für jede einzelne Reibwertklasse auf einer Fahrbahnoberfläche mit genau dem vorgegebenen Reibwert erfolgen. Des Weiteren müssen alle im Fahrbetrieb auftretenden Fahrsituationen gefahren werden. Dies ist in der Praxis nicht möglich. Erfindungsgemäß werden deshalb die Trainingsdaten im Wesentlichen durch Simulation eines korrespondierenden Fahrzeugmodells gewonnen. Für die Variable Reibwert werden dazu unterschiedliche Werte festgelegt und für diese Werte jeweils Trainingsdaten erzeugt. Die Werte für den Reibwert entsprechen dabei den Reibwertklassen oder sind im Falle einer kontinuierlichen Ausgabe über den Wertebereich verteilt. Für die Simulation werden entsprechende Eingangszeitverläufe bereitgestellt, z.B. Zeitverläufe für den Lenkradwinkel sowie Brems- und Beschleunigungseingaben.The solution according to the invention uses a machine learning algorithm to estimate a coefficient of friction. To train such an algorithm, measurement data from the system is usually used as training data. If, for example, the algorithm is to output friction coefficient classes, this would mean that the measurement data would be recorded during test runs with the vehicle. The test runs for each individual friction coefficient class would have to be carried out on a road surface with exactly the specified friction coefficient. Furthermore, all driving situations that occur during driving must be experienced. This is not possible in practice. According to the invention, the training data is therefore essentially obtained by simulating a corresponding vehicle model. Different values are specified for the variable "coefficient of friction", and training data is generated for each of these values. The values for the coefficient of friction correspond to the friction coefficient classes or, in the case of continuous output, are distributed across the value range. Corresponding input time profiles are provided for the simulation, e.g., time profiles for the steering wheel angle as well as braking and acceleration inputs.

10 veranschaulicht die Erzeugung solcher Eingangszeitverläufe für eine Simulation zur Erzeugung von Trainingsdaten. Vorzugsweise stellen die Eingangszeitverläufe nicht nur Nachahmungen typischer Fahrsituationen dar, sondern es werden mit Zufallsgeneratoren erzeugte Zeitverläufe genutzt. Dieser Ansatz beruht auf der Annahme, dass der so trainierte Reibwertschätzer auch in einer Fahrsituation, die nicht in den Trainingsdaten enthalten ist, den richtigen Reibwert findet bzw. ausreichend gut generalisieren kann. 10 illustrates the generation of such input time profiles for a simulation to generate training data. Preferably, the input time profiles do not simply represent simulations of typical driving situations, but rather time profiles generated with random generators are used. This approach is based on the assumption that the friction coefficient estimator trained in this way can find the correct friction coefficient or generalize sufficiently well even in a driving situation not included in the training data.

Beispielsweise können mit Hilfe einer Exponential-Zufallsverteilung zufällig verteilte Zeiträume erzeugt werden, die Zeitpunkte des Zeitverlaufs festlegen. Zu jedem dieser Zeitpunkte wird eine Amplitude aus einer Zufallsverteilung (z B. Normal-Verteilung) erzeugt. For example, an exponential random distribution can be used to generate randomly distributed time periods that define points in the time course. At each of these points in time, an amplitude is generated from a random distribution (e.g., a normal distribution).

Damit erhält man Punkte des Zeitverlaufs, die sich beispielsweise mit Geraden verbinden lassen, so dass Zeitverläufe entstehen. Die durchgezogene Kurve in 10 stellt einen solchen Zeitverlauf dar. Dieser kann noch gefiltert werden, woraus der mit einer gestrichelten Linie dargestellte Zeitverlauf resultiert.This gives you points of the time course that can be connected with straight lines, for example, to create time courses. The solid curve in 10 represents such a time course. This can be further filtered, resulting in the time course shown with a dashed line.

11 veranschaulicht einen Trainingsprozess. Der Prozess umfasst die Simulation 80 von Messdaten Ds, die Vorverarbeitung 81 der simulierten Messdaten Ds, das eigentliche Training 82 des Klassifikators, das Testen 83 des Klassifikators im Fahrbetrieb und die Nachbereitung 84. Die Simulation 80 verwendet ein detailliertes Fahrzeugmodell und verwendet als Eingangsgrößen die Fahrzeugparameter FP. Die Simulation 80 wird durch Hyperparameter HP kontrolliert. Die aus der Simulation 80 resultierenden simulierten Messdaten Ds werden bei der Vorverarbeitung 81 in Zeitfenster aufgeteilt, d.h. die Zeitverläufe werden in Datensätze bzw. „Frames“ aufgeteilt, die durch die frei wählbare Fenster-Zeitschrittweite auch überlappen können. Diese Vorverarbeitung 81 kann bei Ansätzen ohne gleitendes Zeitfenster entfallen. Die Aufteilung in Zeitfenster wird durch die bereits im Zusammenhang mit 9 angeführten Hyperparameter dt, a und b kontrolliert. Beim anschließenden eigentlichen Training 82 wird der Klassifikator trainiert. Die konkrete Ausgestaltung des Trainings hängt vom gewählten Algorithmus ab und liegt im Ermessen des Fachmanns. Der trainierte Klassifikator, d.h. der trainierte Algorithmus A, wird in einem realen Fahrzeug getestet 83. Im Betrieb des Klassifikators sind nur die Zeitschrittweite dt und die Zeitfensterlänge a × dt relevant. Die im Testbetrieb gewonnenen Messdaten D können nachfolgend ebenfalls einer Vorverarbeitung 81 unterzogen und zum weiteren Training 82 des Klassifikators herangezogen werden. Optional kann im Rahmen einer Nachbereitung 82 beispielsweise ein Benchmarking erfolgen. 11 illustrates a training process. The process includes the simulation 80 of measurement data D s , the preprocessing 81 of the simulated measurement data D s , the actual training 82 of the classifier, the testing 83 of the classifier in driving operation, and the post-processing 84. The simulation 80 uses a detailed vehicle model and uses the vehicle parameters FP as input variables. The simulation 80 is controlled by hyperparameters HP. The results from the simulation 80 The resulting simulated measurement data D s are divided into time windows during preprocessing 81, ie the time courses are divided into data sets or "frames", which can also overlap due to the freely selectable window time step size. This preprocessing 81 can be omitted for approaches without a sliding time window. The division into time windows is carried out by the already described in connection with 9 The hyperparameters dt, a and b mentioned above are controlled. During the subsequent actual training 82, the classifier is trained. The concrete design of the training depends on the selected algorithm and is at the discretion of the expert. The trained classifier, i.e. the trained algorithm A, is tested in a real vehicle 83. During operation of the classifier, only the time step size dt and the time window length a × dt are relevant. The measurement data D obtained during test operation can subsequently also be subjected to preprocessing 81 and used for further training 82 of the classifier. Optionally, benchmarking can be carried out as part of follow-up 82, for example.

12 veranschaulicht das Verhalten eines erfindungsgemäßen Reibwertschätzers im Vergleich zu einem Reibwertschätzer gemäß dem Stand der Technik. Auf der x-Achse ist der Betrag der gemessenen Querbeschleunigung Ay aufgetragen, auf der y-Achse die gesuchte maximale Querbeschleunigung Ay,max. Diese ergibt sich aus dem gesuchten Reibwert µ durch die Multiplikation mit einem fahrzeugabhängigen Faktor (z.B. 10 unter Vernachlässigung der Einheiten). Die durchgezogene Linie zeigt die Ausgabe des erfindungsgemäßen Reibwertschätzers, die gestrichelte Linie die Funktion eines Reibwertschätzers, der ohne Reifenrückstellmoment nur mit der gemessenen Querbeschleunigung Ay arbeitet. Letzterer kann den durch die gestrichelte Linie angegebenen Mindestwert der maximalen Querbeschleunigung Ay,max ausgeben. Liegt zudem die Information vor, dass das Fahrzeug die maximale Querbeschleunigung Ay,max erreicht hat, kann er diese aus der gemessenen Querbeschleunigung Ay bestimmen und ausgeben. Der erfindungsgemäße Reibwertschätzer kann in diesem Beispiel in einem Fahrbereich FB0,5 bis zum Reibwert 0,5 den Reibwert nicht direkt schätzen. Er kann allerdings aus der zweifachen gemessenen Querbeschleunigung Ay einen Mindestwert ableiten. Im darüberhinausgehenden Fahrbereich FB1,0 bis zum Reibwert 1,0 kann der erfindungsgemäße Reibwertschätzer direkt die maximale Querbeschleunigung Ay,max. bzw. den Reibwert bestimmen. 12 illustrates the behavior of a friction coefficient estimator according to the invention compared to a friction coefficient estimator according to the prior art. The magnitude of the measured lateral acceleration A y is plotted on the x-axis, and the desired maximum lateral acceleration A y,max is plotted on the y-axis. This is obtained from the desired friction coefficient µ by multiplying it by a vehicle-dependent factor (e.g., 10, ignoring the units). The solid line shows the output of the friction coefficient estimator according to the invention, and the dashed line shows the function of a friction coefficient estimator that operates without tire aligning torque and only with the measured lateral acceleration A y . The latter can output the minimum value of the maximum lateral acceleration A y,max indicated by the dashed line. If there is also information that the vehicle has reached the maximum lateral acceleration A y,max , it can determine and output this from the measured lateral acceleration A y . In this example, the friction coefficient estimator according to the invention cannot directly estimate the friction coefficient in a driving range FB 0.5 up to a friction coefficient of 0.5. However, it can derive a minimum value from twice the measured lateral acceleration A y . In the driving range FB 1.0 extending beyond this, up to a friction coefficient of 1.0, the friction coefficient estimator according to the invention can directly determine the maximum lateral acceleration A y,max , or the friction coefficient.

Gut zu sehen ist, dass die Ausgabewerte für die maximale Querbeschleunigung Ay,max (bzw. den Reibwert) beim erfindungsgemäßen Reibwertschätzer gegenüber dem Reibwertschätzer gemäß dem Stand der Technik deutlich näher am Wert der maximalen Querbeschleunigung Ay,max liegen. Dies gilt über den gesamten Wertebereich der gemessenen Querbeschleunigung Ay. Zusätzlich kann für die Querbeschleunigung bei Ausgabe des Mindestwertes der der maximalen Querbeschleunigung Ay,max bzw. des Reibwertes eine Mindestreserve Rmin und bei Ausgabe des geschätzten Wertes der maximalen Querbeschleunigung Ay,max bzw. des Reibwertes eine Reserve R ausgegeben werden.It is clearly visible that the output values for the maximum lateral acceleration A y,max (or the coefficient of friction) of the friction coefficient estimator according to the invention are significantly closer to the value of the maximum lateral acceleration A y,max than of the friction coefficient estimator according to the prior art. This applies across the entire value range of the measured lateral acceleration A y . In addition, a minimum reserve R min can be output for the lateral acceleration when outputting the minimum value of the maximum lateral acceleration A y,max or the coefficient of friction, and a reserve R can be output when outputting the estimated value of the maximum lateral acceleration A y,max or the coefficient of friction.

In 12 ist zu erkennen, dass die für die Reibwerte 0,5 und 1,0 skizzierten Erläuterungen für alle Reibwerte gelten. Derjenige Wert der gemessenen Querbeschleunigung Ay, unterhalb dessen der Mindestwert für den Reibwert (bzw. für die maximale Querbeschleunigung Ay,max) ermittelt wird, und oberhalb dessen der Schätzwert des Reibwertes (bzw. der maximalen Querbeschleunigung Ay,max) ermittelt wird, ist also keine Größe, die appliziert bzw. fest eingestellt wird, sondern ergibt sich aus dem tatsächlich vorliegenden Reibwert und dem Verhalten des trainierten Reibwertschätzers. Die genannten Zahlen und Faktoren sind Beispielwerte und dienen lediglich zur Veranschaulichung.In 12 It can be seen that the explanations outlined for the friction coefficients 0.5 and 1.0 apply to all friction coefficients. The value of the measured lateral acceleration A y below which the minimum value for the friction coefficient (or for the maximum lateral acceleration A y,max ) is determined, and above which the estimated value of the friction coefficient (or the maximum lateral acceleration A y,max ) is determined, is therefore not a value that is applied or fixed, but results from the actual friction coefficient and the behavior of the trained friction coefficient estimator. The numbers and factors mentioned are example values and are for illustrative purposes only.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Empfangen von MessdatenReceiving measurement data
1111
Schätzen eines ReibwertesEstimating a friction coefficient
1212
Ausgeben des geschätzten ReibwertesOutput of the estimated friction coefficient
2020
Vorrichtungdevice
2121
EingangEntrance
2222
EmpfangsmodulReceiver module
2323
ReibwertschätzerFriction coefficient estimator
2424
AusgabemodulOutput module
2525
KontrollmodulControl module
2626
Speichermemory
2727
AusgangExit
2828
BenutzerschnittstelleUser interface
3030
Vorrichtungdevice
3131
Speichermemory
3232
Prozessorprocessor
3333
EingangEntrance
3434
AusgangExit
4040
FortbewegungsmittelMeans of transport
4141
Sensorsensor
4242
AssistenzsystemAssistance system
4343
Rechnercomputer
4444
AnzeigevorrichtungDisplay device
4545
DatenübertragungseinheitData transmission unit
4646
Speichermemory
4747
Netzwerknetwork
5050
Vorgeben von ReibwertenSpecifying friction values
5151
Erzeugen von EingangszeitverläufenGenerating input time profiles
5252
Erzeugen von simulierten MessdatenGenerating simulated measurement data
5353
Trainieren des AlgorithmusTraining the algorithm
5454
Bereitstellen des trainierten AlgorithmusProviding the trained algorithm
6060
Vorrichtungdevice
6161
EingangEntrance
6262
VorgabemodulDefault module
6363
SimulationsmodulSimulation module
6464
TrainingsmodulTraining module
6565
KontrollmodulControl module
6666
Speichermemory
6767
AusgangExit
6868
BenutzerschnittstelleUser interface
7070
Vorrichtungdevice
7171
Speichermemory
7272
Prozessorprocessor
7373
EingangEntrance
7474
AusgangExit
8080
Simulation von TrainingsdatenSimulation of training data
8181
Vorverarbeitung der TrainingsdatenPreprocessing of training data
8282
Training des KlassifikatorsTraining the classifier
8383
Testen des KlassifikatorsTesting the classifier
8484
NachbereitungFollow-up
AA
Algorithmusalgorithm
AyAy
QuerbeschleunigungLateral acceleration
Ay,maxAy,max
Maximale QuerbeschleunigungMaximum lateral acceleration
αα
SchräglaufwinkelSlip angle
DD
MessdatenMeasurement data
DsDs
Simulierte MessdatenSimulated measurement data
FF
KraftPower
FB0,5FB0.5
Fahrbereich bis Reibwert 0,5Driving range up to friction coefficient 0.5
FB1,0FB1.0
Fahrbereich bis Reibwert 1,0Driving range up to friction coefficient 1.0
FPFP
FahrzeugparameterVehicle parameters
FyFy
SeitenkraftLateral force
HPHP
HyperparameterHyperparameter
µµ
ReibwertFriction coefficient
µminµmin
Mindestwert des ReibwertesMinimum value of the friction coefficient
MzMz
ReifenrückstellmomentTire return torque
RR
Reservereserve
RminRmin
MindestreserveMinimum reserve

Claims (11)

Verfahren zum Schätzen eines Reibwertes (µ) für ein Fortbewegungsmittel (40), mit den Schritten: - Empfangen (10) von Messdaten (D) von Sensoren (41) des Fortbewegungsmittels (40), wobei die Messdaten (D) zumindest eine Querbeschleunigung (Ay) des Fortbewegungsmittels (40) und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels (40) auftretende Kräfte (F) angeben; - Schätzen (11) eines Reibwertes (µ) durch Anwenden eines Algorithmus (A) des maschinellen Lernens auf die Messdaten (D); und - Ausgeben (12) des geschätzten Reibwertes (µ).A method for estimating a coefficient of friction (µ) for a means of transport (40), comprising the steps of: - receiving (10) measurement data (D) from sensors (41) of the means of transport (40), wherein the measurement data (D) indicate at least one lateral acceleration (A y ) of the means of transport (40) and forces (F) occurring in the steering system of the means of transport (40); - estimating (11) a coefficient of friction (µ) by applying a machine learning algorithm (A) to the measurement data (D); and - outputting (12) the estimated coefficient of friction (µ). Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei nur dann ein geschätzter Reibwert (µ) ausgegeben wird (12), wenn die Querbeschleunigung (Ay) oder ein Betrag der Querbeschleunigung (Ay) ausreichend groß ist, oder wobei ein Mindestwert (µmin) des Reibwertes ausgegeben wird (12), wenn die Querbeschleunigung (Ay) oder ein Betrag der Querbeschleunigung (Ay) nicht ausreichend groß ist.Procedure according to Claim 1 , whereby an estimated coefficient of friction (µ) is only output (12) if the lateral acceleration (A y ) or an amount of the lateral acceleration (A y ) is sufficiently large, or whereby a minimum value (µ min ) of the coefficient of friction is output (12) if the lateral acceleration (A y ) or an amount of the lateral acceleration (A y ) is not sufficiently large. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei eine Reserve (R) für den Reibwert (µ) oder eine Mindestreserve (Rmin) für den Mindestwert (µmin) des Reibwertes ausgegeben wird.Procedure according to Claim 2 , whereby a reserve (R) for the coefficient of friction (µ) or a minimum reserve (R min ) for the minimum value (µ min ) of the coefficient of friction is output. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Algorithmus (A) des maschinellen Lernens ein neuronales Netz nutzt.Method according to one of the preceding claims, wherein the machine learning algorithm (A) uses a neural network. Vorrichtung (20) zum Schätzen eines Reibwertes (µ) für ein Fortbewegungsmittel (40), mit: - einem Empfangsmodul (22), das eingerichtet ist, Messdaten (D) von Sensoren (41) des Fortbewegungsmittels (40) zu empfangen (10), wobei die Messdaten (D) zumindest eine Querbeschleunigung (Ay) des Fortbewegungsmittels (40) und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels (40) auftretende Kräfte (F) angeben; - einem Reibwertschätzer (23), der eingerichtet ist, einen Reibwert (µ) durch Anwenden eines Algorithmus (A) des maschinellen Lernens auf die Messdaten (D) zu schätzen (11); und - einem Ausgabemodul (24), das eingerichtet ist, den geschätzten Reibwert (µ) auszugeben (12).Device (20) for estimating a coefficient of friction (µ) for a means of transport (40), comprising: - a receiving module (22) configured to receive (10) measurement data (D) from sensors (41) of the means of transport (40), wherein the measurement data (D) indicate at least a lateral acceleration (A y ) of the means of transport (40) and forces (F) occurring in the steering system of the means of transport (40); - a coefficient of friction estimator (23) configured to estimate (11) a coefficient of friction (µ) by applying a machine learning algorithm (A) to the measurement data (D); and - an output module (24) configured to output (12) the estimated coefficient of friction (µ). Fortbewegungsmittel (40) mit Sensoren (41), wobei das Fortbewegungsmittel (40) eine Vorrichtung (20) gemäß Anspruch 5 aufweist oder eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Schätzen eines Reibwertes (µ) auf Grundlage von Messdaten (D) der Sensoren (41) auszuführen.Means of transport (40) with sensors (41), wherein the means of transport (40) comprises a device tion (20) according to Claim 5 has or is arranged to implement a method according to one of the Claims 1 until 4 to estimate a coefficient of friction (µ) on the basis of measurement data (D) from the sensors (41). Verfahren zum Trainieren eines Algorithmus (A) des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes (µ) für ein Fortbewegungsmittel (40), mit den Schritten: - Vorgeben (50) von Reibwerten (µ); - Erzeugen (52) von simulierten Messdaten (Ds) mittels eines Fahrzeugmodells für die vorgegebenen Reibwerte (µ), wobei die simulierten Messdaten (Ds) zumindest eine Querbeschleunigung (Ay) des Fortbewegungsmittels (40) und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels (40) auftretende Kräfte (F) angeben; und - Trainieren (53) des Algorithmus (A) des maschinellen Lernens mit den vorgegebenen Reibwerten (µ) und den simulierten Messdaten (Ds).Method for training a machine learning algorithm (A) for estimating a friction coefficient (µ) for a means of transport (40), comprising the steps of: - specifying (50) friction coefficients (µ); - generating (52) simulated measurement data (D s ) using a vehicle model for the specified friction coefficients (µ), wherein the simulated measurement data (D s ) indicate at least one lateral acceleration (A y ) of the means of transport (40) and forces (F) occurring in the steering system of the means of transport (40); and - training (53) the machine learning algorithm (A) with the specified friction coefficients (µ) and the simulated measurement data (D s ). Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei Eingangszeitverläufe für das Fahrzeugmodell durch Zufallsgeneratoren erzeugt werden (51).Procedure according to Claim 7 , where input time courses for the vehicle model are generated by random generators (51). Vorrichtung (60) zum Trainieren eines Algorithmus (A) des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes (µ) für ein Fortbewegungsmittel (40), mit: - einem Vorgabemodul (62), das eingerichtet ist, Reibwerte (µ) vorzugeben (50); - einem Simulationsmodul (63), das eingerichtet ist, simulierte Messdaten (Ds) mittels eines Fahrzeugmodells für die vorgegebenen Reibwerte (µ) zu erzeugen (52), wobei die simulierten Messdaten (Ds) zumindest eine Querbeschleunigung (Ay) des Fortbewegungsmittels (40) und im Lenksystem des Fortbewegungsmittels (40) auftretende Kräfte (F) angeben; und - einem Trainingsmodul (64), das eingerichtet ist, den Algorithmus (A) des maschinellen Lernens mit den vorgegebenen Reibwerten (µ) und den simulierten Messdaten (Ds) zu trainieren (53).Device (60) for training a machine learning algorithm (A) for estimating a coefficient of friction (µ) for a means of transport (40), comprising: - a specification module (62) configured to specify (50) coefficients of friction (µ); - a simulation module (63) configured to generate (52) simulated measurement data (D s ) using a vehicle model for the specified coefficients of friction (µ), wherein the simulated measurement data (D s ) indicate at least one lateral acceleration (A y ) of the means of transport (40) and forces (F) occurring in the steering system of the means of transport (40); and - a training module (64) configured to train (53) the machine learning algorithm (A) with the specified coefficients of friction (µ) and the simulated measurement data (D s ). Algorithmus (A) des maschinellen Lernens zum Schätzen eines Reibwertes (µ) für ein Fortbewegungsmittel (40), wobei der Algorithmus (A) mittels eines Verfahrens gemäß Anspruch 7 oder 8 trainiert wurde.Algorithm (A) of machine learning for estimating a coefficient of friction (µ) for a means of transport (40), wherein the algorithm (A) is carried out by means of a method according to Claim 7 or 8 was trained. Computerprogramm mit Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer zur Ausführung der Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, 7 oder 8 veranlassen.A computer program comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the steps of a method according to any one of the Claims 1 until 4 , 7 or 8 initiate.
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DE10319662A1 (en) * 2003-05-02 2004-11-18 Robert Bosch Gmbh Coefficient of friction determination method for a vehicle steered wheel in which vehicle driving parameters and actual return torque acting on the wheel are measured and used to calculate the coefficient
DE102019118213A1 (en) * 2018-10-02 2020-04-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method and control unit for estimating a model parameter of a vehicle dynamics model

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