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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Kraftfahrzeuge, insbesondere Verfahren zur Bestimmung einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ohne Nutzung eines radgekoppelten Fahrtrichtungssensors.
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Stand der Technik
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Das Bereitstellen einer Fahrtrichtungsinformation, die eine momentane Bewegungsrichtung eines Kraftfahrzeugs angibt, ist für die Durchführung verschiedener Funktionen im Kraftfahrzeug hilfreich oder sogar notwendig. Insbesondere kann bei Automatik- oder Halbautomatikgetrieben eines Antriebssystems des Kraftfahrzeugs die Fahrtrichtungsinformation zur Verhinderung eines Kupplungsverschleißes bzw. eines Abwürgens des Verbrennungsmotors verwendet werden. Insbesondere Betriebssituationen, wie das Schließen einer Kupplung bei einem sich rückwärts bewegenden Kraftfahrzeug bei einem eingelegten Vorwärtsgang sowie bei einem sich vorwärts bewegenden Kraftfahrzeug bei eingelegtem Rückwärtsgang, können verhindert bzw. ausgeschlossen werden.
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Heutzutage kann bei Kraftfahrzeugen die Fahrzeuggeschwindigkeit über einen oder mehrere Raddrehzahlsensoren erfasst und ermittelt werden. Die Raddrehzahlsensoren weisen üblicherweise Impulsgeber auf, die bei einer Bewegung des Rades um einen vorbestimmten Winkelbereich einen Impuls abgeben. Die Impulse werden gezählt und basierend auf ihrer Frequenz eine Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt. Die so ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit ist jedoch vorzeichenlos und bietet damit keinen Anhaltspunkt über die momentane Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs.
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Es sind Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen durch die Verwendung spezieller Geschwindigkeitssensoren an dem Rad auch die Drehrichtung der Räder, d.h. die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs, erkannt werden kann. Solche Raddrehzahlsensoren mit Drehrichtungserkennung sind jedoch teuer, und es ist daher wünschenswert, auf Grundlage bestehender Raddrehzahlsensoren ohne Drehrichtungserkennung die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs zuverlässig zu ermitteln.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Bereitstellen einer Fahrtrichtungsinformation gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Kraftfahrzeug gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Ermitteln einer Fahrtrichtungsinformation in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, mit folgenden Schritten:
- – Bereitstellen einer vorzeichenlosen Geschwindigkeitsangabe über eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs insbesondere mithilfe mithilfe eines radgekoppelten Sensors;
- – Separates Bereitstellen einer Beschleunigungsangabe über eine Fahrzeuglängsbeschleunigung insbesondere mithilfe eines Beschleunigungssensors;
- – Ermitteln der Fahrrichtungsinformation basierend auf der Geschwindigkeitsangabe und eines zeitlichen Gradienten der Beschleunigungsangabe.
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Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, die Fahrtrichtungsinformation basierend auf einer zum Beispiel mithilfe eines Raddrehzahlsensors erfassten richtungslosen Geschwindigkeitsangabe und basierend auf einer unabhängig davon, zum Beispiel von einem Beschleunigungssensor, bereitgestellten Beschleunigungsangabe zu ermitteln. Dadurch wird es möglich, auch unabhängig von einer Kenntnis über eine Steigung oder ein Gefälle einer Fahrstrecke, auf der sich das Kraftfahrzeug befindet, eine Fahrtrichtungsinformation zuverlässig anzugeben, ohne einen zusätzlichen radgekoppelten Fahrtrichtungssensor bzw. einen Raddrehzahlsensor mit Fahrtrichtungserkennung vorsehen zu müssen.
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Gemäß einer ersten Alternative kann vorgesehen sein, dass die Fahrtrichtungsinformation während eines Beschleunigens des Kraftfahrzeugs aus einem Stillstand des Kraftfahrzeugs basierend auf einem Vorzeichen des Gradienten der Beschleunigungsangabe ermittelt wird.
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In der obigen ersten Variante kann die Fahrtrichtungsinformation abhängig von einem Gradienten des von dem Beschleunigungssensor bereitgestellten Beschleunigungssignals unmittelbar nach dem Verlassen eines Stillstands des Kraftfahrzeugs, der mithilfe des Geschwindigkeitssignals erkannt werden kann, angegeben werden.
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Insbesondere kann die so erfasste Fahrrichtungsinformation bis zu einem erneuten Stillstand des Kraftfahrzeugs beibehalten werden bzw. als gültig angenommen werden. Dadurch wird vorgesehen, dass die unmittelbar nach Verlassen des Stillstands des Kraftfahrzeugs ermittelte Fahrtrichtungsinformation nicht geändert wird, bis ein erneuter Stillstand des Kraftfahrzeugs detektiert wird, der für eine Fahrtrichtungsumkehr notwendig ist. Dieses Verfahren stellt dadurch eine sehr einfache Vorgehensweise zur Fahrtrichtungserkennung dar, die mit einem geringen Rechenkapazitätsbedarf auskommt.
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Das Verlassen des Stillstands des Kraftfahrzeugs kann durch Auswerten der Geschwindigkeitsangabe erkannt werden. Insbesondere kann über einen Schwellenwertvergleich des Geschwindigkeitssignals mit Null oder mit einem vorgegebenen sehr geringen Geschwindigkeitsschwellenwert ein Stillstand des Kraftfahrzeugs festgestellt werden. Bei beginnender Bewegung des Kraftfahrzeugs wird dann ein Gradient des Beschleunigungssignals ausgewertet, der unabhängig von einer Steigung und einem Gefälle der Fahrbahn ist, auf der sich das Kraftfahrzeug befindet.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die Fahrtrichtungsinformation basierend auf einem Vorzeichenvergleich zwischen dem Gradienten der Beschleunigungsangabe und dem Gradienten der Geschwindigkeitsangabe bestimmt werden.
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In der zweiten Variante kann eine Fahrtrichtungsinformation auch anhand des Gradienten des Geschwindigkeitssignals, das zum Beispiel von einem Raddrehzahlsensor bereitgestellt wird, und eines Gradienten des Beschleunigungssignals, das von einem Beschleunigungssensor bereitgestellt wird, ermittelt werden. Dabei können gleiche Vorzeichen der Gradienten einer Vorwärtsfahrtrichtung und gegenläufige Gradienten einer Rückwärtsfahrrichtung entsprechen (oder umgekehrt). Da der Gradient des Beschleunigungssignals unabhängig von einem Offset ist, der von einem Gefälle oder einer Steigung, auf dem/der sich das Kraftfahrzeug befindet, hervorgerufen sein kann, kann durch die obige Vorgehensweise die Fahrtrichtung auch bei unebener Fahrstrecke jederzeit zuverlässig bestimmt werden.
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Insbesondere kann der Gradient der Beschleunigungsangabe und/oder der Gradient der Geschwindigkeitsangabe tiefpassgefiltert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere Steuergerät, vorgesehen, das ausgebildet ist, eines der obigen Verfahren durchzuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:
- – einen Raddrehzahlsensor, mit dessen Hilfe ein vorzeichenfreies Geschwindigkeitssignal als Geschwindigkeitsangabe bereitstellbar ist;
- – einen Beschleunigungssensor, mit dessen Hilfe ein Beschleunigungssignal als Beschleunigungsangabe bereitstellbar ist;
- – die obige Vorrichtung.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem System zur Ermittlung einer Fahrtrichtungsinformation;
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2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines ersten Verfahrens zur Ermittlung einer Fahrtrichtungsinformation;
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3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines zweiten Verfahrens zur Ermittlung einer Fahrtrichtungsinformation;
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4 ein Signal-Zeit-Diagramm zur Veranschaulichung der zeitlichen Verläufe der Geschwindigkeitsangabe, des Gradienten der Geschwindigkeitsangabe sowie der Beschleunigungsangabe.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer Vorrichtung 2 zur Ermittlung einer Fahrtrichtungsinformation. Weiterhin ist an mindestens einem Rad 3 des Kraftfahrzeugs 1 ein Raddrehzahlsensor 4 als einen radgekoppelten Sensor vorgesehen.
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Der Raddrehzahlsensor 4 kann mit einem Motorsteuergerät 5 in Signalverbindung stehen, so dass das Motorsteuergerät 5 ein Geschwindigkeitssignal basierend auf von im Raddrehzahlsensor 4 bei einer Bewegung des Kraftfahrzeugs 1 bereitgestellten Signalimpulsen bereitstellt. Das Motorsteuergerät 5 oder alternativ eine entsprechende Auswerteeinheit generiert aus den von dem Raddrehzahlsensor 4 generierten Signalimpulsen unter Berücksichtigung derer Frequenz das Geschwindigkeitssignal. Der Raddrehzahlsensor 4 kann das Geschwindigkeitssignal auch direkt an die Vorrichtung 2 bereitstellen.
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Weiterhin kann zum Beispiel ein ESP-Steuergerät 6 vorgesehen sein, das einen Beschleunigungssensor 7 enthält, der ein Beschleunigungssignal zur Angabe einer Information über eine Beschleunigung in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 1 als Beschleunigungsangabe bereitstellen kann. Alternativ kann der Beschleunigungssensor 7 auch in einem anderen Steuergerät und insbesondere auch in einem Motorsteuergerät 5 vorgesehen sein. Der Beschleunigungssensor 7 steht direkt oder indirekt in Signalverbindung mit der Vorrichtung 2, um dieser die Beschleunigungsangabe bereitzustellen.
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Die Vorrichtung 2 kann weiterhin ein Speicherelement 9 umfassen, um eine jeweils aktuelle Fahrtrichtungsinformation zu speichern.
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Eine Fahrtrichtungsinformation ist insbesondere für eine automatische Getriebesteuerung hilfreich. Eine automatische Getriebesteuerung kann beispielsweise mit Hilfe eines Getriebesteuergeräts 8 realisiert werden, das ein Schließen der Kupplung (nicht gezeigt) unterbindet, wenn eine durch einen Antriebsmotor und ein Getriebe hervorzurufende Fahrtrichtung von der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 1 verschieden ist. Insbesondere soll eine Kupplung bei einem rückwärts rollenden Kraftfahrzeug 1 bei eingelegtem Vorwärtsgang bzw. bei einem vorwärts rollenden Kraftfahrzeug 1 bei eingelegtem Rückwärtsgang nicht geschlossen werden können.
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In Verbindung mit dem Flussdiagramm der 2 wird nun nachfolgend ein erstes Verfahren zum Bestimmen einer Fahrtrichtungsinformation aus der mit Hilfe des Raddrehzahlsensors 4 ermittelten Geschwindigkeitsangabe und der mit Hilfe des Beschleunigungssensors 7 bereitgestellten Beschleunigungsangabe näher beschrieben.
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Gemäß dem ersten Verfahren werden im Schritt S1 mithilfe des Geschwindigkeitssignals ein aktueller Wert der Geschwindigkeitsangabe, die die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt, und mithilfe des Beschleunigungssignals ein aktueller Wert der Beschleunigungsangabe bereitgestellt.
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Im Schritt S2 wird überprüft, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit einen Stillstand des Kraftfahrzeugs anzeigt. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem abgefragt wird, ob die Geschwindigkeitsangabe null entspricht. Alternativ kann ein Stillstand mit Hilfe eines Schwellenwertvergleichs festgestellt werden, bei dem abgefragt wird, ob die Geschwindigkeitsangabe kleiner ist als ein vorgegebener sehr geringer Geschwindigkeitsschwellenwert, der nahezu einem Stillstand des Kraftfahrzeugs entspricht.
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Wird in Schritt S2 ein Stillstand des Kraftfahrzeugs festgestellt (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S3 fortgesetzt. Anderenfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
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In Schritt S3 wird aus der in Schritt S1 bereitgestellten Beschleunigungsangabe ein zeitlicher Gradient als Beschleunigungsgradient ermittelt. Dies kann beispielsweise durch Differenzbildung zwischen den beiden zuletzt erfassten Beschleunigungsangaben bzw. zwischen zwei zeitlich versetzt zueinander erfassten Beschleunigungsangaben erfolgen.
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In Schritt S4 wird überprüft, ob der Beschleunigungsgradient weiterhin einen Stillstand des Kraftfahrzeugs anzeigt. Dies kann beispielsweise überprüft werden, indem abgefragt wird, ob der Beschleunigungsgradient null oder betragsmäßig kleiner ist als ein vorgegebener Beschleunigungsgradient-Schwellenwert.
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Wird weiterhin ein Stillstand des Kraftfahrzeugs festgestellt (Alternative: Ja), so wird zu Schritt S1 zurückgesprungen. Anderenfalls (Alternative: Nein) wird das Verfahren mit Schritt S5 fortgesetzt.
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In Schritt S5 wird nun überprüft, ob das Vorzeichen des Beschleunigungsgradienten positiv oder negativ ist. Wird festgestellt, dass das Vorzeichen des Beschleunigungsgradienten positiv ist (Alternative: Ja), so wird in Schritt S6 in das Speicherelement 9 als Fahrtrichtungsinformation eine als erste Fahrtrichtung codierte Information, insbesondere als Vorwärts-Fahrtrichtung codierte Information geschrieben. Andererseits, d.h. wenn ein negativer Beschleunigungsgradient festgestellt wird (Alternative: Nein), so wird in Schritt S7 in das Speicherelement 9 eine als zweite Fahrtrichtung codierte Fahrtrichtungsinformation, insbesondere eine als Rückwärtsfahrtrichtung codierte Fahrtrichtungsinformation geschrieben.
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Anschließend wird das Verfahren mit Schritt S1 fortgesetzt und mit Schritt S2 auf einen erneuten Stillstand des Kraftfahrzeugs gewartet. Auf diese Weise bleibt die in dem Speicherelement 9 gespeicherte Fahrtrichtungsinformation so lange erhalten, bis nach einem Stillstand ein Wechsel eines Beschleunigungsgradienten bezüglich eines Beschleunigungsgradienten nach einem letzten Stillstand des Kraftfahrzeugs 1 festgestellt wird.
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In Verbindung mit dem Flussdiagramm der 3 wird nun ein zweites Verfahren zum Bestimmen einer Fahrtrichtungsinformation beschrieben.
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In Schritt S11 wird zunächst analog zum Schritt S1 eine Beschleunigungsangabe sowie eine Geschwindigkeitsangabe bereitgestellt.
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In Schritt S12 werden ein zeitlicher Beschleunigungsgradient bezüglich der Beschleunigungsangabe und ein zeitlicher Gradient der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 als Geschwindigkeitsgradient ermittelt. Der Geschwindigkeitsgradient wird analog zu der oben beschriebenen Ermittlung des Beschleunigungsgradienten ermittelt. Beispielsweise kann der Geschwindigkeitsgradient als eine Differenz von zeitlich nacheinander erfassten Geschwindigkeitsangaben ermittelt werden.
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In Schritt S13 wird ein Vorzeichenvergleich des Beschleunigungsgradienten und des Geschwindigkeitsgradienten vorgenommen. Sind der Beschleunigungsgradient und der Geschwindigkeitsgradient vorzeichengleich (Alternative: Ja), so wird eine erste Fahrtrichtung, insbesondere eine Vorwärts-Fahrtrichtung, angenommen und eine entsprechende codierte Fahrtrichtungsinformation in dem Speicherelement 9 gespeichert. Alternativ (Alternative: Nein) wird in Schritt S15 aufgrund der verschiedenen Vorzeichen des Beschleunigungsgradienten und des Geschwindigkeitsgradienten eine zweite Fahrtrichtung angenommen und eine entsprechend codierte Fahrtrichtungsinformation in das Speicherelement 9 geschrieben. Anschließend wird das Verfahren mit Schritt S11 fortgesetzt, wo das Verfahren basierend auf den aktuellsten Werten der Beschleunigungsangabe und der Geschwindigkeitsangabe durchgeführt wird.
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In 4 sind die Signalverläufe einer Geschwindigkeitsangabe G, die mithilfe des Raddrehzahlsensors 4 ermittelt wird, eine Beschleunigungsangabe B, die mithilfe des Beschleunigungssensors 7 ermittelt wird, sowie ein aus der Geschwindigkeitsangabe ermittelter Geschwindigkeitsgradient E über der Zeit aufgetragen. Man erkennt, dass die Beschleunigungsangabe B zu einem Startzeitpunkt T0 ein Offset gegenüber dem Geschwindigkeitsgradienten E aufweist. Dies entspricht einer Situation, bei der ein Fahrzeug an einer Steigung steht. Das heißt, es wird durch den Beschleunigungssensor 7 ein Wert der Beschleunigungsangabe ermittelt, der größer ist als ein Wert einer Beschleunigungsangabe bei einem stillstehenden Kraftfahrzeug auf gerader Fahrstrecke.
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Im Folgenden wird zu einem Zeitpunkt T1 eine Erhöhung der Geschwindigkeit festgestellt, was sich in einer positiven Steigung des Geschwindigkeitsgradienten E widerspiegelt, da bei steigender Geschwindigkeit der Geschwindigkeitsgradient positiv ist. Nimmt die Geschwindigkeit in Folge wieder ab, so wird der Geschwindigkeitsgradient E negativ. Gleichzeitig wird zum Zeitpunkt T1 mit Hilfe des Beschleunigungssensors 7 eine Beschleunigungsangabe festgestellt, die einen negativen Gradienten aufweist. Dies signalisiert eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1, da der Geschwindigkeitsgradient und der Beschleunigungsgradient unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.
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Wird eine nächste Stillstandsphase zum Zeitpunkt T2 erreicht, so kann der Wert des Geschwindigkeitsgradient E, sofern notwendig, auf null zurückgesetzt werden, um ein Justieren der Ermittlung des Geschwindigkeitsgradienten E vorzunehmen. Nach dem Zeitpunkt T2 findet erneut ein Beschleunigen und Abbremsen des Kraftfahrzeugs bis zum Zeitpunkt T3 statt. Der Beschleunigungsgradient B und der Geschwindigkeitsgradient E weisen beide das gleiche Vorzeichen auf, so dass auf eine Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs 1 geschlossen werden kann. Wie zum Zeitpunkt T2 kann zum Zeitpunkt T3 der Geschwindigkeitsgradient zurückgesetzt werden, um Diskriminierungsfehler auszugleichen.
