DE102006001378A1

DE102006001378A1 - Verfahren zur Bestimmung der Fahrtrichtung eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102006001378A1
Application number: DE200610001378
Authority: DE
Inventors: Marcus Schneider
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2007-07-12

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Fahrtrichtung eines Fahrzeuges mit mindestens einem Beschleunigungssensor (4), der ein die Beschleunigung des Fahrzeuges repräsentierendes Signal erzeugt, und mindestens einem Radimpulsgeber (2), der ein einen Umdrehungswinkel eines Rades (1) repräsentierendes Signal erzeugt. DOLLAR A Aus dem Signal des Radimpulsgebers (2) wird ein Erwartungswert (V¶E¶) für eine die Fahrtrichtung repräsentierende physikalische Größe (V) generiert und mit einem aus dem Signal des Beschleunigungsgebers (4) ermittelten Istwert (V¶BS¶) für die die Fahrtrichtung repräsentierende physikalische Größe (V) verglichen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Fahrtrichtung eines Fahrzeuges mit mindestens einem Beschleunigungssensor, der ein die Beschleunigung des Fahrzeuges repräsentierendes Signal erzeugt und mindestens einem Radimpulsgeber, der ein einen Umdrehungswinkel eines Rades repräsentierendes Signal erzeugt
Kraftfahrzeuge enthalten in der Regel so genannte Beschleunigungssensoren, z. B. zur Messung der Gier-Rate, der Verzögerung oder des Querdrift. Anhand des zeitlichen Signalverlaufs des Beschleunigungssignals kann zum einen die Größe der Beschleunigung bzw. Drehbeschleunigung und deren Richtung abgeleitet werden. Durch Integration der Größen wird die Geschwindigkeit ermittelt. Die Signale und die daraus abgeleiteten Informationen enthalten einen Fehler, der umso größer ist, je kleiner die auftretende Beschleunigung ist. Unter Beschleunigung wird hier auch eine negative Beschleunigung, mithin eine Verzögerung verstanden. Als Folge muss die Mittelungszeit der Signale umso länger gewählt werden, je geringer die Beschleunigung ist, um eine stabile Richtungsinformation zu erhalten. Soll die Richtungsinformation von einer Funktion genutzt werden, die nur eine begrenzte Mittelungszeit erlaubt, bis die Information verfügbar sein muss, so kann es bei geringen Beschleunigungen zu einer Überschreitung dieser Zeit kommen. Sehr geringe Beschleunigungen können z. B. beim unbeabsichtigten Anrollen auf einer leicht abschüssigen Straße auftreten, hier liegen Beschleunigungen in der Größenordnung < 0,01 G vor.
Kraftfahrzeuge umfassen nach Stand der Technik oftmals so genannte Radimpulszähler. Diese messen den Drehwinkel eines Rades mittels Impulsgebern, eine vollständige Radumdrehung liefert eine definierte Anzahl an Impulsen. Die Radimpulszähler liefern aus Kostengründen in der Regel keine Drehrichtungsinformationen. Radimpulszähler werden beispielsweise in Antiblockiersystemen verwendet.

Aus der DE 42 23 385 ist ein Verfahren zum Erkennen der Rückwärtsfahrt eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei dem aus der Giergeschwindigkeit und dem Lenkwinkel anhand eines Fahrzeugmodells auf die Fahrtrichtung geschlossen wird.

Probleme des Standes der Technik

Die Signale von Beschleunigungssensoren liefern im Stand der Technik bei sehr geringen Beschleunigungen keine verlässliche Größe zur Bestimmung der Fahrtrichtung. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine Verlängerung der Mess- und Integrationszeit bis zur Vorlage eines vertrauenswürdigen Fahrtrichtungssignals ermöglicht. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen in einer weiteren Aufgabe der Erfindung mit im Stand der Technik bekannten Sensoranordnungen durchgeführt werden.

Vorteile der Erfindung

Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den unabhängigen Ansprüchen. Das Problem wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung der Fahrtrichtung eines Fahrzeuges mit mindestens einem Beschleunigungssensor, der ein die Beschleunigung des Fahrzeuges repräsentierendes Signal erzeugt und mindestens einem Radimpulsgeber, der ein einen Umdrehungswinkel eines Rades repräsentierendes Signal erzeugt, wobei aus dem Signal des Radimpulsgebers ein Erwartungswert für eine die Fahrtrichtung repräsentierende physikalische Größe generiert wird und mit einem aus dem Signal des Beschleunigungsgebers ermittelten Istwert für die die Fahrtrichtung repräsentierende physikalische Größe verglichen wird. Dadurch wird eine Rollrichtungserkennung mit einer einfachen Radimpulssensorik ohne Drehrichtungsinformation ermöglicht. Dadurch steht die Richtungsinformation schnell zur Verfügung, auch wenn die Radimpulsgeber keine Richtungsinformation liefern.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die die Fahrtrichtung repräsentierende physikalische Größe die Geschwindigkeit des Fahrzeuges ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Erwartungswert als Betrag der Geschwindigkeit aus dem Signal des Radimpulsgebers durch Differentiation eines auf einen Fahrweg umgerechneten Umdrehungswinkels des Rades erzeugt wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Istwert der Geschwindigkeit aus dem Signal des Beschleunigungssensors durch Integration gewonnen wird.

Die Integration wird vorzugsweise fortlaufend durchgeführt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der mit positivem Vorzeichen versehene Erwartungswert und der mit negativem Vorzeichen versehene Erwartungswert fortlaufend mit dem Istwert der Geschwindigkeit verglichen wird, wobei der Istwert der Geschwindigkeit als plausibel eingestuft wird, wenn der Vergleich ein Gütekriterium erfüllt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Gutekriterium die Differenz zwischen dem Istwert und dem Erwartungswert ist.

Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Vorrichtung, insbesondere Steuergerät, zur Bestimmung der Fahrtrichtung eines Fahrzeuges mit mindestens einem Beschleunigungssensor, der ein die Beschleunigung des Fahrzeuges repräsentierendes Signal erzeugt und mindestens einem Radimpulsgeber, der ein einen Umdrehungswinkel eines Rades repräsentierendes Signal erzeugt, wobei aus dem Signal des Radimpulsgebers ein Erwartungswert für eine die Fahrtrichtung repräsentierende physikalische Größe generiert wird und mit einem aus dem Signal des Beschleunigungsgebers ermittelten Istwert für eine die Fahrtrichtung repräsentierende physikalische Größe verglichen wird.

Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Skizze einer Anordnung eines Beschleunigungssensors und eines Radimpulsgebers in einem Fahrzeug;
2 eine Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine Skizze eines Rades 1 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges mit einem Radimpulsgeber 2. Der Radimpulsgeber 2 liefert zusammen mit einem Radgeber 3 ein den Umdrehungswinkel des Rades 1 repräsentierendes Signal. Der Radgeber 3 kann beispielsweise eine Scheibe mit über den Umfang verteilten Markierungen sein, bei deren Vorbeiführen an dem Radimpulsgeber 2 ein elektrisches Signal erzeugt wird. Auf diese Weise liefert der Radimpulsgeber 2 jeweils beim Vorbeiführen einer Markierung einen Impuls P. Bei einer äquidistanten Teilung der Markierungen wurde zwischen zwei Impulsen P das Rad 1 um einen durch die Teilung vorgegebenen Winkel ϕ weiterbewegt. Hat der Radgeber 3 beispielsweise 36 Markierungen, die äquidistant über den Umfang verteilt sind, so ist der Winkel ϕ_i,i+1 = 10°. Der Index ist ein Zählindex, i + 1 ist der auf i folgende Wert. Mit Hilfe der Impulse P kann somit ein Verdrehwinkel ϕ des Rades 1 ermittelt werden. Aus dem Verdrehwinkel ϕ kann über den Umfang des Rades I unmittelbar auf den zurückgelegten Weg s des Fahrzeuges geschlossen werden. In dem Fahrzeug ist des Weiteren ein Beschleunigungssensor 4 angeordnet, der ein die Beschleunigung des Fahrzeuges repräsentierendes Signal erzeugt. Sowohl das Signal des Beschleunigungssensors 4 als auch das Signal des Radimpulsgebers 2 werden einem Steuergerät 5 zugeführt. Das Steuergerät 5 ermittelt aus dem Signal des Radimpulsgebers 2 sowie dem Signal des Beschleunigungssensors 4 die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges. Das Signal des Radimpulsgebers 2 enthält keine Richtungsinformation, die Signale können also nicht zur Unterscheidung zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges herangezogen werden. Das Signal des Beschleunigungssensors 4 enthält eine Richtungsinformationen. Die Richtungsinformation wird als positive oder negative Geschwindigkeit angegeben. Die Fahrtrichtung wird durch die Geschwindigkeit V des Fahrzeuges bestimmt, mithin ob diese positiv oder negativ ist. Zur Bestimmung der Fahrtrichtung muss das Signal des Beschleunigungssensors 4 über die Zeit integriert werden bzw. bei zeitdiskreter Betrachtung aufsummiert werden
Dabei ist t₀ ein beliebig gewählter Nullpunkt, an dem das Verfahren beginnt, t_e ist die Integrationsgrenze, i ist ein Laufindex, e ist der Index, der dem Integrationsende entspricht. Bei geringen Beschleunigungen des Fahrzeuges ist die Integration des Signals des Beschleunigungssensors zu ungenau um eine verlässliche Information über die Geschwindigkeit zu liefern. Die über das Signal des Beschleunigungssensors 4 ermittelte Geschwindigkeit V_BS wird mit Erhöhung der Integrationszeit t_i = t_e – t₀ genauer. Es soll nun eine Integrationszeit t_i bestimmt werden, von der an das über die Zeit integrierte Signal V_BS des Beschleunigungssensors 4 als plausibel eingestuft wird. Dazu wird zunächst über das Signal des Radimpulsgebers 2 ein Erwartungswert für die Geschwindigkeit V_E gebildet.
Zur leichteren Unterscheidung wird die aus dem Signal des Radimpulsgebers 2 ermittelte Geschwindigkeit V_E als Erwartungswert, die aus dem Signal des Beschleunigungssensors 4 ermittelte Geschwindigkeit als Istwert bezeichnet. Da der Radimpulsgeber 2 keine Richtungsinformation liefert, ist der Erwartungswert der Geschwindigkeit V_E nur vom Betrag her bekannt, der so ermittelte Erwartungswert der Geschwindigkeit kann also positiv oder negativ sein, kann also eine Geschwindigkeit einer Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt darstellen. Der über den Radimpulsgeber 2 ermittelte zurückgelegte Weg s_R wird aus der Anzahl der Impulse multipliziert mit dem Inkrementwinkel gebildet, wobei diese Summe wieder mit einer Konstanten, die eine Umrechnung des Inkrementwinkels in eine Strecke (gebildet aus dem Radumfang R mit k = 2 π R/360°·Δφ) gebildet wird,
Der Erwartungswert des Geschwindigkeitssignals V_E durch den Radimpulsgeber 2 sowie der Istwert des Geschwindigkeitssignals V_BS durch den Beschleunigungssensor 4 werden fortlaufend ermittelt, der Index i wird also ständig erhöht. Dabei erfolgt fortlaufend ein Vergleich des Istwertes V_BS mit dem Erwartungswert V_E. Der Vergleich erfolgt durch den Wert g einer Gütefunktion g = G(VE, VBS), (Gleichung 4)der ein Optimum oder einen Grenzwert erreicht. Im einfachsten Fall wird z.B. die Differenz beider Werte G(V_BS, V_E) = V_BS – V_E, gebildet. Unterschreitet dieser Wert im Betrag eine Schranke S_R, so wird die aus dem Signal des Beschleunigungssensors 4 ermittelte Geschwindigkeit als plausibel eingestuft. Aus dem Vorzeichen der als plausibel eingestuften Geschwindigkeit V_BS kann unmittelbar die Rollrichtung abgeleitet werden.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens. Das Verfahren wird in Schritt 101 gestartet, woraufhin in Schritt 102 die Geschwindigkeit V_BS gemäß Gleichung 1 bestimmt wird. Im darauf folgenden Schritt 103 wird die Geschwindigkeit V_E des Signals des Radimpulsgebers 2 gemäß Gleichung 2 ermittelt. In Schritt 104 wird die Gütefunktion gemäß Gleichung 4 ermittelt. Im darauf folgenden Schritt 105 wird geprüft, ob der Betrag der Gütefunktion kleiner als ein vorgegebenes Maximum der Gütefunktion ist. Ist dies nicht der Fall (Option N), so wird das Geschwindigkeitssignal des Beschleunigungssensors V_BS in Schritt 106 als nicht plausibel eingestuft. Ist der Betrag der Gütefunktion kleiner als das vorgegebene Maximum (Option J), so wird die aus dem Signal des Beschleunigungssensors 4 ermittelte Geschwindigkeit V_BS in Schritt 107 als plausibel eingestuft. Sowohl vom Verfahrensschritt 106 als auch vom Verfahrensschritt 107 wird wieder zum Verfahrensschritt 102 verzweigt, so dass das Verfahren in einer Schleife durchlaufen wird. Das Diagramm der 2 ist für nicht zeitdiskrete Berechnungen formuliert, bei einer zeitdiskreten Berechnung sind auch entsprechend Indexzähler weiter zu zählen. Die als plausibel eingestufte Geschwindigkeit V_BS aus dem Signal des Beschleunigungssensors 4 kann in weiteren Verfahren ausgewertet werden, beispielsweise zur Ausgabe von Warnsignalen oder zur Beeinflussung des Fahrzustandes des Kraftfahrzeuges.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Fahrtrichtung eines Fahrzeuges mit mindestens einem Beschleunigungssensor(4), der ein die Beschleunigung des Fahrzeuges repräsentierendes Signal erzeugt und mindestens einem Radimpulsgeber (2), der ein einen Umdrehungswinkel eines Rades (1) repräsentierendes Signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Signal des Radimpulsgebers (2) ein Erwartungswert (V_E) für eine die Fahrtrichtung repräsentierende physikalische Größe (V) generiert wird und mit einem aus dem Signal des Beschleunigungsgebers (4) ermittelten Istwert (V_BS) für die die Fahrtrichtung repräsentierende physikalische Größe (V) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die die Fahrtrichtung repräsentierende physikalische Größe die Geschwindigkeit (V) des Fahrzeuges ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Erwartungswert als Betrag der Geschwindigkeit (V_E) aus dem Signal des Radimpulsgebers (2) durch Differentiation eines auf einen Fahrweg umgerechneten Umdrehungswinkels (ϕ) des Rades erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert (V_BS) der Geschwindigkeit (V) aus dem Signal des Beschleunigungssensors (4) durch Integration gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Integration fortlaufend durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mit positivem Vorzeichen versehene Erwartungswert (V_E) und der mit negativem Vorzeichen versehene Erwartungswert (V_E) fortlaufend mit dem Istwert (V_BS) der Geschwindigkeit verglichen wird, wobei der Istwert (V_BS) der Geschwindigkeit als plausibel eingestuft wird, wenn der Vergleich ein Gütekriterium erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gütekriterium die Differenz zwischen dem Istwert (V_BS) und dem Erwartungswert (V_E) ist.
Vorrichtung, insbesondere Steuergerät, zur Bestimmung der Fahrtrichtung eines Fahrzeuges mit mindestens einem Beschleunigungssensor (4), der ein die Beschleunigung des Fahrzeuges repräsentierendes Signal erzeugt und mindestens einem Radimpulsgeber (2), der ein einen Umdrehungswinkel eines Rades (1) repräsentierendes Signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Signal des Radimpulsgebers (2) ein Erwartungswert (V_E) für eine die Fahrtrichtung repräsentierende physikalische Größe (V) generiert wird und mit einem aus dem Signal des Beschleunigungsgebers (4) ermittelten Istwert (V_BS) für eine die Fahrtrichtung repräsentierende physikalische Größe (V) verglichen wird.