DE102004004805B4

DE102004004805B4 - System zum Kompensieren von bei Fahrzeugdynamik-Steuerungen verwendeten Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten

Info

Publication number: DE102004004805B4
Application number: DE200410004805
Authority: DE
Inventors: Jianbo Livonia Lu; A. Todd Dearborn Brown
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2024-01-31
Also published as: DE102004004805B9; DE102004004805A9; DE102004004805A1

Abstract

Einrichtung zum Bestimmen der Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten eines Kraftfahrzeugs, aufweisend,:
eine Mehrzahl von Raddrehzahlsensoren, die eine Mehrzahl von Drehzahlsignalen erzeugen,
einen Lenkwinkelsensor, der ein Lenkwinkelsignal erzeugt,
einen Längsbeschleunigungssensor, der ein Längsbeschleunigungssignal erzeugt,
einen Gierratensensor, der ein Gierratensignal erzeugt,
einen Nickratensensor, der ein Nickratensignal erzeugt, und
eine Steuervorrichtung, die mit den Raddrehzahlsensoren, dem Lenkwinkelsensor, dem Längsbeschleunigungssensor, dem Gierratensensor und dem Nickratensensor gekoppelt ist,
wobei die Steuervorrichtung auf Basis der Drehzahlsignale eine Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt, auf Basis der Längsgeschwindigkeit, der Drehzahlsignale, des Lenkwinkelsignals, des Gierratensignals und eines vorbestimmten Nennrollradius der Fahrzeugräder eine Mehrzahl von radspezifischen Korrekturfaktoren bestimmt, auf Basis der radspezifischen Korrekturfaktoren, des Nennrollradius und der Drehzahlsignale eine vorläufige Fahrzeugrad-Geschwindigkeit für jedes der Fahrzeugräder bestimmt und daraus eine Referenzgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt, auf Basis der Referenzgeschwindigkeit, des Längsbeschleunigungssignals und eines aus dem Nickratensignal ermittelten Nickwinkels einen radallgemeinen Korrekturfaktor bestimmt, und auf Basis der radspezifischen Korrekturfaktoren, des...

Description

Die Erfindung betrifft ein System, das die Fahrzeugrad-Drehzahlsensor-Signale mittels eines Lernalgorithmus kompensiert. Die kompensierten Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten werden dann in Bremssteuerungssystemen (wie z. B. einem Antiblockiersystem und einem Antriebsregelsystem) und Fahrzeugdynamik-Steuersystemen verwendet.
Es ist eine wohlbekannte Praxis die unterschiedlichen Betriebsdynamiken eines Kraftfahrzeugs zu steuern, um aktive Sicherheit zu erzielen, beispielsweise mittels der sogenannten Gierstabilitäts- und Wankstabilitäts-Steuersysteme. Bei einer neueren Entwicklung sind alle verfügbaren Teilsysteme kombiniert, um eine bessere Fahrzeugsicherheit und ein besseres dynamisches Fahrverhalten denn je zu erzielen. Der effektive Betrieb der unterschiedlichen Steuervorrichtungen erfordert eine hochgenaue Bestimmung der Betriebszustände von Kraftfahrzeugen bei einer kurzen Ansprechzeit, unabhängig von den Fahrbahnbedingungen und den Fahrzuständen. Solche Betriebszustände eines Fahrzeugs weisen die Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit, die Fahrzeug-Quergeschwindigkeit und die Fahrzeug-Vertikalgeschwindigkeit, die entlang der karosserieeigenen Längsachse, der karosserieeigenen Querachse bzw. der karosserieeigenen Vertikalachse gemessen werden, die Lage der Fahrzeugkarosserie, die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs usw. auf.
In DE 43 27 492 C1 ist ein Verfahren zur indirekten Reifendrucküberwachung durch das Erfassen des dynamischen Reifenabrollumfangs gezeigt, der sich bei gleichbleibender Fahrzeuggeschwindigkeit bei einem Reifenluftdruckabfall verkleinert, wodurch die Raddrehzahl ansteigt. Bei ausreichend schlumpfarmer Geradeausfahrt wird für jedes Fahrzeugrad ein Raddrehzahlabgleich durchgeführt und dabei Drehzahlskalierungsfaktoren ermittelt, mit denen die gemessenen Raddrehzahlen korrigiert und damit von einem Allradantrieb- oder Radschlupfregelsystem nur schlupfbedingte Raddrehzahlunterschiede berücksichtigt werden.
Aus der Offenlegungsschrift DE 42 28 894 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auswertung von Raddrehzahlsignalen bekannt, wobei Raddrehzahlsignale erfasst werden, für beide Fahrzeugachsen jeweils die Drehzahldifferenzen der Räder ermittelt werden und Einfederwege, d. h. Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern, erfasst werden, die mittels eines Kennfeldes zu Korrekturfaktoren für die Raddrehzahlsignale weiterverarbeitet werden.
US-Patent 5959202 zeigt eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Korrekturfaktors zum Korrigieren des Drehgeschwindigkeitswertes eines Fahrzeugrades, wobei die Vorrichtung jeweils Mittel zum Beurteilen einer Geradeausfahrt und einer Beschleunigung des Fahrzeuges aufweist. Bei Geradeausfahrt wird ein erster Korrekturfaktor zum Beseitigen eines Effektes einer Differenz der effektiven Rollradien auf die Drehgeschwindigkeit der Reifen abhängig von einer anfänglichen Differenz der Drehgeschwindigkeiten zwischen dem linken und rechten Vorderreifen berechnet. Analog wird ein zweiter Korrekturfaktor abhängig von einer anfänglichen Differenz der Drehgeschwindigkeiten zwischen dem linken und rechten Hinterreifen berechnet. Bei Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit wird ein dritter Korrekturfaktor zum Beseitigen des Effektes einer Differenz der effektiven Rollradien auf die Drehgeschwindigkeiten des Reifens abhängig von einer anfänglichen Differenz zwischen einem Vorderreifen und einem Hinterreifen auf jeweils einer Seite des Fahrzeugs berechnet.
US-Patent 5561415 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen des Druckverlustes in einem Reifen an einer angetriebenen Fahrzeugachse, wobei bei diesem Verfahren die Drehgeschwindigkeiten der Räder gemessen werden und daraus die Schlupfwerte für die angetriebenen Reifen berechnet werden und die Radantriebskräfte des Fahrzeugs bestimmt werden. Der charakteristische Kurvenverlauf von Antriebskräften zu entsprechenden berechneten Schlupfwerten wird mit einem vorher festgelegten Bereich verglichen und eine Warnung ausgegeben, wenn der Kurvenverlauf außerhalb des Bereiches liegt.
In der US-Offenlegungsschrift 2004/0167692 ist ein Steuersystem zum Steuern eines Sicherheitssystems eines Fahrzeugs offenbart, das eine Mehrzahl von Radgeschwindigkeitssensoren, einen Lenkwinkelsensor, einen Gierratensensor, einen Querbeschleunigungssensor und eine Steuerungseinheit aufweist, die eine Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit aus einer Mehrzahl von Radgeschwindigkeitssignalen, einem Lenkwinkelsignal, einem Gierratensignal und einem Querbeschleunigungssignal erzeugt. Die Steuerungseinheit überwacht das Sicherheitssystem in Reaktion auf die Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit.
Eine der wichtigen Informationen, welche die Basis für die zuvor genannte Fahrzeugzustands-Berechnung bildet, ist die Lineargeschwindigkeit des jeweiligen Rotationszentrums der vier Fahrzeugräder. Diese Information kann beispielsweise verwendet werden, um den bei Antiblockiersteuerungen und bei Antriebregelungen verwendeten Fahrzeugradschlupf zu berechnen bzw. einzuschätzen und um die Längsgeschwindigkeit zu berechnen bzw. einzuschätzen. Um jene Linear-Eckengeschwindigkeiten zu erhalten, werden die Raddrehzahlsensoren verwendet. Die Raddrehzahlsensoren geben das Produkt der jeweiligen Fahrzeugrad-Drehgeschwindigkeiten und der jeweiligen Fahrzeugrad-Rollradien aus. Die Fahrzeugrad-Drehgeschwindigkeiten werden direkt gemessen und die jeweiligen Fahrzeugrad-Rollradien werden mit ihren Nennwerten angenommen. Da während dynamischer Manöver die Veränderungen der Fahrzeugrad-Normalbelastung und die Veränderung der Fahrzeugreifen die Fahrzeugrad-Rollradien beeinflussen, würden folglich die Fahrzeugrad-Nennrollradien nicht den tatsächlichen Fahrzeugrad-Rollradien entsprechen und daher Fehler bei der Berechnung der jeweiligen Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten verursachen. Daher ist es von Interesse die Berechnung der jeweiligen Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten zu kompensieren.
Die Unterschiede zwischen den Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten während des Fahrens auf einer geraden Straße können zum Überprüfen der Reifenbefüllung genutzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung bereitzustellen zum genaueren Bestimmen der Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten, die bei Fahrzeugdynamik-Steuerungen über Raddrehzahlsensoren ermittelt werden.
Dies wird mit einer Einrichtung zum Bestimmen der Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung detaillierter beschrieben.
1 zeigt eine Ansicht, in der die Längsgeschwindigkeit und die Quergeschwindigkeit an den Ecken der Fahrzeugkarosserie dargestellt sind.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugrades, wobei gemäß 2 die Fahrzeugeckengeschwindigkeit entlang der Längsrichtung eines Fahrzeugrades gleich der Summe aus der Kontaktstellen-Schlupfgeschwindigkeit ν_cp und dem Produkt aus der Rotationsrate bzw. Winkelgeschwindigkeit ω_whl des Fahrzeugrades und dem Fahrzeugrad-Rollradius r₀ ist.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, die ein Kraftfahrzeug betreffen, das sich auf einer Straßenoberfläche bewegt. Die Quergeschwindigkeit und die Längsgeschwindigkeit am Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs werden mit V_y bzw. V_X bezeichnet, die Gierwinkelrate bzw. Gierwinkelgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs wird mit ω_z bezeichnet und der Vorderrad-Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs wird mit δ bezeichnet. Unter Verwendung jener Fahrzeugbewegungs-Variablen können die jeweiligen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs an seinen vier Eckpositionen, an denen die Fahrzeugräder am Fahrzeug angebracht sind, gemäß folgender Vorschrift berechnet werden, wobei die jeweiligen Fahrzeugeckengeschwindigkeiten entlang der karosserieeigenen Längsrichtung und entlang der karosserieeigenen Querrichtung hochgerechnet werden: Vlfx = Vx – ωztf, Vlfy = Vy + ωzlf Vrfx = Vx + ωztf, Vrfy = Vy + ωzlf Vlrx = Vx + ωztr, Vlry = Vy + ωzlr Vrrx = Vx + ωztr, Vrry = Vy + ωzlr (1),wobei t_f und t_r die jeweilige Halbspur für die Vorderachse bzw. für die Hinterachse bezeichnen, und wobei l_f und l_r die jeweilige Distanz zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und der Vorderachse bzw. der Hinterachse bezeichnen. V_lf, V_rf, V_lr und V_rr bezeichnen die Linear-Geschwindigkeiten der vier Ecken des Fahrzeugs entlang der jeweiligen Fahrtrichtung der Fahrzeugräder und können gemäß der folgenden Vorschrift berechnet werden: Vlf = Vlfxcos(δ) + Vlfysin(δ) Vrf = Vrfxcos(δ) + Vrfysin(δ) Vlr =Vlrx Vrr = Vrrx (2)
Die Raddrehzahlsensor-Ausgaben sind gewöhnlich kalibriert zum Bereitstellen der Linearrichtungs-Geschwindigkeiten ν_lf, ν_rf, ν_lr und ν_rr durch Multiplizieren der jeweiligen Rotations-Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugrades mit einem Fahrzeugrad-Nennrollradius, wobei ω_lf-sensor, ω_rf-sensor, ω_lr-sensor und ω_rr-sensor die jeweiligen Fahrzeugrad-Winkelgeschwindigkeiten an der linken vorderen Fahrzeugecke, an der rechten vorderen Fahrzeugecke, an der linken hinteren Fahrzeugecke bzw. an der hinteren rechten Fahrzeugecke sind. Für das Folgende wird der Fahrzeugrad-Nennrollradius, der in einem ABS-System zum Berechnen der Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten aus den Raddrehzahlen bzw. den Fahrzeugrad-Winkelgeschwindigkeiten verwendet wird, mit r₀ bezeichnet, wobei die folgende Vorschrift gilt: νlf = ωlf-sensorr0 νrf = ωrf-sensorr0 νlr = ωlr-sensorr0 νrr = ωrr-sensorr0 (3)
Es ist zu bemerken, dass die Fahrzeugräder einen anderen Rollradius als den Nennrollradius r₀ haben. Folglich müssen, um die tatsächlichen Linear-Geschwindigkeiten an den vier Fahrzeugecken genau zu berechnen, bestimmte Korrekturfaktoren eingerechnet werden. Für das Folgende werden jene Korrekturfaktoren für die linke vordere Fahrzeugecke, die rechte vordere Fahrzeugecke, die linke hintere Fahrzeugecke und die rechte hintere Fahrzeugecke als κ_lf, κ_rf, κ_lr bzw. κ_rr bezeichnet, wobei die folgende Vorschrift gilt: νlf = κlfωlf-sensorr0 νrf = κrfωrf-sensorr0 νlr = κlrωlr-sensorr0 νrr = κrrωrr-sensorr0 (4)
Ferner ist zu bemerken, dass die Fahrzeugräder nicht nur die Drehbewegung ausführen, sondern ferner eine lineare Gleitbewegung, d. h., dass die Fahrzeugräder ferner einen Längsschlupf aufweisen. Der Längsschlupf wird verursacht durch die Relativbewegung zwischen dem jeweiligen Fahrzeugrad und der Straße an deren Kontaktstelle. Für das Folgende werden die Längsgeschwindigkeiten solcher Relativbewegungen an den Kontaktstellen zwischen jeweiligem Fahrzeugrad und Straße als ν_cp-lf, ν_cp-rf, ν_cp-lr und ν_cp-rr bezeichnet, so dass die Fahrzeugeckengeschwindigkeiten wie in folgender Vorschrift als die Summen von zwei Geschwindigkeiten ausgedrückt werden können: Vlf = νcp-lf + νlf Vrf = νcp-rf + νrf Vlr = νcp-lr + νlr Vrr = νcp-rr + νrr (5)
Unter Berücksichtigung der folgenden Vorschrift: Vy = Vxtan(β) (6),wobei β der Fahrzeug-Driftwinkel ist, können die Korrekturfaktoren κ_lf, κ_rf, κ_lr bzw. κ_rr gemäß folgender Vorschrift berechnet werden:
Betrachtet man den Produktterm tan(β)sin(δ) als vernachlässigbar im Vergleich mit dem Term cos(δ), dann kann die Vorschrift (7) weiter zu folgender Vorschrift vereinfacht werden, wobei die Korrekturfaktoren unabhängig vom Fahrzeug-Driftwinkel β sind:
Im Fall geringer Fahrzeugrad-Längsschlupf-Verhältnisse sind die Längsgeschwindigkeiten ν_cp-lf, ν_cp-rf, ν_cp-lr und ν_cp-rr der Relativbewegungen an den Kontaktstellen nahezu Null und die Vorschrift (8) kann wie zu folgender Vorschrift weiter vereinfacht werden:
Für das Folgende wird der jeweilige, digitale Wert der oben genannten radspezifischen Korrekturfaktoren κ_lf, κ_rf, κ_lr und κ_rr zu einem bestimmten Zeitpunkt t = kΔT mit
bezeichnet, so dass ein Lernalgorithmus verwendet werden kann, um die Durchschnitts-Korrekturfaktoren zu berechnen. Die jeweiligen Korrekturfaktoren werden wie gemäß folgender Vorschrift alle N Berechnungsabfragen aktualisiert:
Unter Verwendung des obigen Lernalgorithmus (Vorschrift 10) können die Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten gemäß folgender Vorschrift korrigiert werden:
Es ist zu bemerken, dass der obige Lernalgorithmus nur die Geschwindigkeitskorrektur für die einzelnen Fahrzeugräder realisiert. Es gibt auch Fälle für die Fahrzeugräder, in denen die durchschnittlichen Rollradien der vier Fahrzeugräder infolge einer Veränderung des Fahrzeuggewichts oder der Fahrzeugbelastung gemeinsam reduziert werden. Wenn die oben korrigierten Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten in den bei der Fahrzeugdynamik-Steuerung verwendeten Algorithmus rückgeführt werden, wird eine Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit V ⌢_ref bereitgestellt, welche in Abhängigkeit vom verfügbaren Längsbeschleunigungssensor-Signal des Fahrzeugs nochmals kalibriert werden muss.
Es ist zu beachten, dass für die tatsächliche Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit die folgende Vorschrift gilt: Vref = κV ⌢ref (12),wobei κ der Korrekturfaktor auf Basis der Gesamtfahrzeugbelastung ist und gewöhnlich ein sich zeitlich langsam verändernder Parameter ist.
Werden die folgenden Variablen gemäß folgender Vorschrift definiert:
dann kann eine Fehler-Quadratberechnung des Korrekturfaktors gemäß folgender Vorschrift: κ ^ = inv(V ⌢TV ⌢)V ⌢T[Ax – gΘν] (15)oder gemäß folgender Vorschrift erzielt werden:
Es ist zu bemerken das κ ^ alle N Berechnungsabfragen aktualisiert wird. Die digitale Implementierung von Vorschrift (16) kann wie in folgender Vorschrift dargestellt erreicht werden:
Die mittels der zuvor genannten Faktoren korrigierten Endsignale der Raddrehzahlsensoren können gemäß folgender Vorschrift erhalten werden:

Claims

Einrichtung zum Bestimmen der Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten eines Kraftfahrzeugs, aufweisend,: eine Mehrzahl von Raddrehzahlsensoren, die eine Mehrzahl von Drehzahlsignalen erzeugen, einen Lenkwinkelsensor, der ein Lenkwinkelsignal erzeugt, einen Längsbeschleunigungssensor, der ein Längsbeschleunigungssignal erzeugt, einen Gierratensensor, der ein Gierratensignal erzeugt, einen Nickratensensor, der ein Nickratensignal erzeugt, und eine Steuervorrichtung, die mit den Raddrehzahlsensoren, dem Lenkwinkelsensor, dem Längsbeschleunigungssensor, dem Gierratensensor und dem Nickratensensor gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung auf Basis der Drehzahlsignale eine Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt, auf Basis der Längsgeschwindigkeit, der Drehzahlsignale, des Lenkwinkelsignals, des Gierratensignals und eines vorbestimmten Nennrollradius der Fahrzeugräder eine Mehrzahl von radspezifischen Korrekturfaktoren bestimmt, auf Basis der radspezifischen Korrekturfaktoren, des Nennrollradius und der Drehzahlsignale eine vorläufige Fahrzeugrad-Geschwindigkeit für jedes der Fahrzeugräder bestimmt und daraus eine Referenzgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt, auf Basis der Referenzgeschwindigkeit, des Längsbeschleunigungssignals und eines aus dem Nickratensignal ermittelten Nickwinkels einen radallgemeinen Korrekturfaktor bestimmt, und auf Basis der radspezifischen Korrekturfaktoren, des radallgemeinen Korrekturfaktors, des Nennrollradius und der Drehzahlsignale die Fahrzeugrad-Geschwindigkeit für jedes der Fahrzeugräder bestimmt.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung die radspezifischen Korrekturfaktoren unter Verwendung eines Lernalgorithmus bestimmt.
Einrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die unter Verwendung des Lernalgorithmus bestimmten radspezifischen Korrekturfaktoren Durchschnitts-Korrekturfaktoren einer Mehrzahl von Korrekturfaktoren sind.
Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuervorrichtung den radallgemeinen Korrekturfaktor unter Verwendung eines Online-Fehlerquadrat-Algorithmus bestimmt.