DE102016223902A1 - Verfahren und System zur Bestimmung von Radumfängen und Spurweiten eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Bestimmung von aktuellen Radumfängen und aktuellen Spurweiten eines Fahrzeugs.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Bestimmung von aktuellen Radumfängen und aktuellen Spurweiten eines Fahrzeugs.
• Über die genaue Kenntnis des Umfangs eines Fahrzeugrades kann der zurückgelegte Weg des Fahrzeugs genau ermittelt werden. Es gibt verschiedene Vorrichtungen im Fahrzeug, die von der Kenntnis des aktuellen Rad- bzw. Reifenumfangs profitieren. Zu diesen Vorrichtungen zählen beispielsweise eine Kilometer- und Geschwindigkeitsanzeige, eine Positionsbestimmung (Navigationssystem, insbesondere wenn kein hinreichend genaues Empfangssignal vorhanden ist) und eine Reifendruckkontrolle. Auch Fahrerassistenzsysteme können mit genauen Radumfängen genauere Ergebnisse liefern, insbesondere wenn eine genaue Fahrzeugpositionsbestimmung erforderlich ist. Zu diesen Fahrerassistenzsystemen gehört beispielsweise eine Einparkhilfe, welche eine Parklücke genau zu vermessen hat oder die entlang einer Sollbahn in eine Parklücke einfährt.
• In der vorliegenden Erfindung wird unter einem Umfang eines Rades der Abrollumfang dieses Rades verstanden, d.h. die Wegstrecke, welche je Umdrehung des Rades zurückgelegt wird. Die Radabrollumfänge der Räder eines Fahrzeugs sind nicht konstant. Sie können sich vielmehr aus verschiedenen Gründen verändern, beispielsweise Luftdruckschwankungen, Fertigungstoleranzen der Räder, Temperaturänderungen, Verschleiß oder Radwechsel. Es sind bereits verschiedene Methoden zur Bestimmung des Radumfangs beschrieben worden.
• DE 10 2004 029 370 A1 offenbart ein System zur Erkennung eines Reifendruckverlustes während der Fahrt, bei dem für jedes Rad eine dem Abrollumfang proportionale Größe aufgrund der für eine tatsächliche Fahrstrecke gemessenen Raddrehzahl des jeweiligen Rades ermittelt und mit einem gespeicherten Referenzwert verglichen wird.
• Aus EP 1 155 879 B1 ist ein Verfahren zur verbesserten Bestimmung des Verhältnisses der Radien der Räder eines Fahrzeuges zueinander bekannt, bei dem mittels an den Rädern angeordneter Drehzahlsensoren die Winkelgeschwindigkeiten der einzelnen Räder bestimmt werden und mittels eines weiteren Sensors ein Fahrzeugbewegungssignal ermittelt wird. Das Verhältnis der Radien wird aus den Winkelgeschwindigkeiten der Räder und dem Fahrzeugbewegungssignal errechnet.
• EP 2 051 894 B1 lehrt ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit mehreren Radsensoren, deren Messsignale repräsentativ sind für Winkelgeschwindigkeiten der jeweiligen Räder. Ausgehend von den Winkelgeschwindigkeiten werden Skalierungswerte für die einzelnen Räder angepasst.
• EP 1 826 530 B1 offenbart ein Verfahren zur Umfangsermittlung eines Rades durch Bestimmen der Drehgeschwindigkeiten zweier Räder. Bei diesem Verfahren wird zunächst bei Geradeausfahrt ein Radtoleranzabgleich durchgeführt, so dass die Unterschiede der Radumfänge relativ zu einem vorgegebenen Referenzrad (z.B. hinten links) ermittelt werden können. Im zweiten Schritt macht man sich die Tatsache zu Nutze, dass bei Kurvenfahrten das kurveninnere Rad einen kleineren Weg zurücklegt, als das kurvenäußere Rad. Der Radumfang wird berechnet aus der Gierrate, der Spurweite, den Drehgeschwindigkeiten des ersten und des zweiten Rades und dem Verhältnis zwischen dem Umfang des ersten Rades und dem Umfang des zweiten Rades.
• Dieses Verfahren funktioniert nur mit ungelenkten Rädern und gilt nur für eine fest vorgegebene Spurweite. Beim Einsatz in Parklenkassistenz-Systemen (PLA) liefert es bei extrem breiten oder schmalen Reifen große Ungenauigkeiten. Die Ursache liegt darin, dass sich die Spurweite zusammen mit der Reifenbreite ändert. Diese Ungenauigkeiten führen zu Bordsteinremplern und damit zu Beanstandungen.
• Es bestand daher die Aufgabe, ein weiter entwickeltes Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die beschriebenen Nachteile überwindet.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und ein System zur Bestimmung von aktuellen Radumfängen und aktuellen Spurweiten eines Fahrzeugs bereitgestellt.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
• Es wird ein Verfahren zur Ermittlung von aktuellen Radumfängen und aktuellen Spurweiten eines Fahrzeugs mit einer Vorderachse mit zwei durch die Spurweite S_V beabstandeten Vorderrädern und einer Hinterachse mit zwei durch die Spurweite S_H beabstandeten Hinterrädern, wobei S_V ungleich S_H ist und alle Räder eine gleiche Bereifung aufweisen, vorgestellt. Die Ermittlung der aktuellen Radumfänge und der aktuellen Spurweiten erfolgt aus Drehgeschwindigkeiten DG_i der Räder, Lenkwinkeln α_i der Räder und einer Gierrate ү des Fahrzeugs.
• Dabei wird unter der Gierrate ү eine Winkelgeschwindigkeit einer Drehung des Fahrzeugs um seine Hochachse bzw. Gierachse verstanden. Die Hochachse bzw. Gierachse ist dabei eine vertikale Achse durch den Schwerpunkt des Fahrzeugs, um welche sich das Fahrzeug bei Lenkbewegungen auf einer Fahrt dreht.
• Die Gierrate ү, die Drehgeschwindigkeiten DG_i und die Radlenkwinkel α_i sind Messgrößen, welche sich zeitlich ändern und über Sensoren ermittelt werden können, die beispielsweise in einem ESP-Steuergerät des Fahrzeugs vorhanden sein können.
• Da die Gierrate ү, die Drehgeschwindigkeiten DG_i und die Radlenkwinkel α_i relativ einfach ermittelt werden können, sowie die Spurweiten der Achsen bei bekannten Reifen beispielsweise aus Konstruktionsdaten bekannt sind, können erfindungsgemäß auch der aktuelle Umfang der Räder des Fahrzeugs und die aktuelle Spurweitenänderung relativ einfach bestimmt werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass die genaue Ermittlung des Umfangs der Räder und die Spurweitenänderung ohne äußere Hilfsmittel, wie z.B. Satelliten (GPS), ermöglicht wird, so dass die Ermittlung also ausschließlich mit im Fahrzeug meist bereits vorhandener Sensorik dynamisch erfolgt. Durch die genaue Ermittlung des Umfangs und der Spurweitenänderung ist dann wiederum eine sehr genaue Geschwindigkeits- und Positionsbestimmung möglich.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann für jedes Rad des Fahrzeugs der aktuelle Radumfang bestimmt werden. Damit ist es beispielsweise möglich, Unterschiede zwischen den Umfängen verschiedener Räder eines Fahrzeugs zu erfassen und daraus beispielsweise einen Verschleiß eines Rades oder Luftdruckschwankungen eines Rades zu erkennen.
• Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren werden im erfindungsgemäßen Verfahren auch gelenkte Räder zur Berechnung herangezogen. Damit liegt ein überbestimmtes Gleichungssystem vor und es können gleichzeitig zwei Unbekannte bestimmt werden: die aktuelle Spurweite bzw. die Spurweitenänderung und die aktuellen Radumfänge. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es sich auch für Fahrzeuge mit gelenkter Hinterachse einsetzen lässt. Das Verfahren liefert einen korrekten Radumfang trotz Änderung der Spurweite, sei es durch breite/schmale Reifen oder auch Platten zur Spurverbreiterung. Auch eine Änderung der Spurweite auf Grund der Einfederung wird erfasst. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man neben den aktuellen Radumfängen auch zugleich die aktuellen Spurweiten des Fahrzeugs.
• Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
• Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung an einer beispielhaften Ausführungsform erläutert.
• 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen System zur Ermittlung der aktuellen Umfänge der Räder und der aktuellen Spurweiten des Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Ermittlung der aktuellen Radumfänge und der aktuellen Spurweiten eines Fahrzeugs 1 mit einer Vorderachse 2 mit zwei durch die Spurweite Sv beabstandeten Vorderrädern 6, 7 und einer Hinterachse 3 mit zwei durch die Spurweite S_H beabstandeten Hinterrädern 4, 5, wobei S_V ungleich S_H ist und alle Räder 4, 5, 6, 7 eine gleiche Bereifung aufweisen. Die Ermittlung der aktuellen Radumfänge und der aktuellen Spurweiten erfolgt aus den Drehgeschwindigkeiten DG_i der Räder 4, 5, 6, 7, den Lenkwinkeln α_i der Räder 4, 5, 6, 7 und einer Gierrate y des Fahrzeugs 1.
• Das erfindungsgemäße Verfahren setzt voraus, dass die Spurweite der Vorderachse S_V und die Spurweite der Hinterachse S_H unterschiedlich sind. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass an der Vorderachse und an der Hinterachse Reifen mit der gleichen Breite montiert sind und damit die Spurweite an beiden Achsen um den gleichen Wert Δs geändert wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
1. a) Messung der Drehgeschwindigkeiten DG_i und der Lenkwinkel α_i aller vier Räder 4,5,6,7 sowie der Gierrate y des Fahrzeugs 1. Der Index i steht dabei für eines der vier Räder des Fahrzeugs 1, d.h. das Rad 4 hinten links (hl), das Rad 5 hinten rechts (hr), das Rad 6 vorne links (vl) und das Rad 7 vorne rechts (vr).
2. b) Bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs 1 werden die Umfangsverhältnisse X_i aller vier Räder 4,5,6,7 zu einem beliebig festgelegten Referenzrad bestimmt. In einer Ausführungsform werden die Umfangsverhältnisse aus einem zeitlichen Integral der Drehgeschwindigkeiten gemäß $${\text{X}}_{\text{i}}=\frac{{\displaystyle \int {\text{DG}}_{\text{1}}\text{dt}}}{{\displaystyle \int {\text{DG}}_{\text{i}}\text{dt}}}$$
   
   wobei DG_i die Drehgeschwindigkeit des Referenzrades bedeutet, und i die Werte hl, hr, vl und vr annimmt, ermittelt. Bei einer Geradeausfahrt wird die Tatsache ausgenutzt, dass alle Räder des Fahrzeugs dieselbe Weglänge pro Zeiteinheit zurücklegen.
• Dabei bedeutet Geradeausfahrt in einer Ausführungsform des Verfahrens, dass die Gierrate y des Fahrzeugs 1 nahezu 0°/s beträgt.
• Um bei der Berechnung der Verhältnisse X_i störende Effekte, wie z.B. dynamische Veränderungen der Umfänge bei höheren Geschwindigkeiten und hohen Gierraten, zu vermeiden, kann es sinnvoll sein, die Drehgeschwindigkeiten nur dann zu erfassen und aufzuintegrieren, wenn zusätzliche Randbedingungen gegeben sind.
• Daher bedeutet in einer anderen Ausführungsform des Verfahrens der Begriff Geradeausfahrt, dass
• • alle Lenkwinkel α_i betragsmäßig kleiner als 0,5° sind. Unter dem Lenkwinkel wird ein Vorspurwinkel eines eingeschlagenen Rades 4,5,6,7 des Fahrzeugs 1 verstanden. Der Lenkwinkel bezieht sich auf die Längsmittelachse des Fahrzeugs 1;
• • eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 größer ist als 10 km/h und kleiner als 50 km/h;
• • eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs (1) betragsmäßig kleiner als 1 m/s² ist;
• • eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs (1) betragsmäßig kleiner als 1 m/s² ist; und
• • die Drehgeschwindigkeiten DG_i nicht durch einen automatischen Eingriff ungleichmäßig beeinflusst werden. Ein automatischer Eingriff kann beispielsweise durch ESP, ABS, ASR, MSR usw. bei dem Fahrzeug 1 erfolgen.
• Es sei darauf hingewiesen, dass die oben für die Randbedingungen genannten Werte an den jeweils entsprechenden Fahrzeugtyp angepasst werden können.
• In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens werden die Verhältnisse X_i nicht notwendigerweise bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs 1 ermittelt, sondern zu einem Zeitpunkt, zu welchem ein zeitliches Integral der Gierrate y den Wert 0 annimmt, wobei die Integration der Drehgeschwindigkeiten DG_i und der Gierrate y über dasselbe Zeitintervall erfolgen. Anders ausgedrückt wird zu irgendeinem ersten Zeitpunkt begonnen, jeweils die Gierrate und die Drehgeschwindigkeiten DG_i aufzuintegrieren. Wenn zu einem zweiten Zeitpunkt, welcher zeitlich nach dem erstem Zeitpunkt liegt, das zeitliche Integral der Gierrate ∫ ү dt den Wert 0° aufweist, werden die Verhältnisse X_i aus der Gleichung 1 ermittelt. Dabei sind dann alle Drehgeschwindigkeiten DG_i über ein Zeitintervall, welches von dem ersten bis zu dem zweiten Zeitpunkt verläuft, aufintegriert worden.
• In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Verhältnisse X_i fortlaufend neu berechnet. Indem die Verhältnisse X_i andauernd neu berechnet werden, können sie an neue Bedingungen, z.B. einen sinkenden Reifendruck, angepasst werden. Des Weiteren gilt, dass die Verhältnisse X_i in der Regel umso genauer bestimmt werden können, je länger die Geradeausfahrt andauert oder je mehr Geradeausfahrtabschnitte kontinuierlich aufintegriert werden können.
• c) Bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs 1 wird zunächst der aktuelle Radumfang U₁ eines beliebig ausgewählten Referenzrades bestimmt. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass jedes der vier Räder 4,5,6,7 des Fahrzeugs 1 als Referenzrad gewählt werden kann. Aus den Spurweiten S_H der Hinterachse 3 und S_V der Vorderachse 2 und den Messwerten für die Gierrate ү, den Drehgeschwindigkeiten DG_i, den Lenkwinkeln α_i und den Umfangsverhältnissen X_i der vier Räder 4,5,6,7 lässt sich der Umfang des Referenzrades berechnen gemäß $$U_1=\gamma \ast \frac{s_H-s_V}{\left(D{G}_{hr}-D{G}_{hl}\right)-\left(D{G}_{vr}-D{G}_{vl}\right)}$$

  

  wobei jeweils gilt $$D{G}_i=\frac{D{G}_{i,mess}\ast \text{cos}{\alpha }_i}{x_i}$$

  
• Um gegebenenfalls auftretende Messfehler auszumitteln, wird bei einer Ausführungsform des Verfahrens der Umfang U_i über N Zeitpunkte berechnet und anschließend wird das arithmetische Mittel der berechneten Werte gebildet. Der Umfang U_i kann in der Regel umso genauer bestimmt werden, je mehr Zeitpunkte N in die Berechnung einfließen. Auf der anderen Seite muss die Berechnung ab und an neu aufgesetzt werden, um Veränderungen, welche beispielsweise durch einen sinkenden Reifendruck verursacht werden, rasch zu bemerken.
• Die Radumfänge der übrigen drei Räder ergeben sich dann aus dem Umfang U₁ des Referenzrades gemäß $$U_i=U_1\ast X_i$$

  
• Die Spurweitenänderung ΔS ergibt sich aus der Spurweite einer Achse, wahlweise der Vorderachse 2 oder der Hinterachse 3, dem Umfang U₁ des Referenzrades und den Messwerten der Gierrate y und der Räder der entsprechenden Achse gemäß $$\mathrm{\Delta }S=\frac{1}{\gamma }\ast \left[U_1\ast \left(D{G}_{vr}-D{G}_{vl}\right)-S_V\ast \gamma \right]$$

  

  oder $$\mathrm{\Delta }S=\frac{1}{\gamma }\ast \left[U_1\ast \left(D{G}_{hr}-D{G}_{hl}\right)-S_H\ast \gamma \right]$$

  
• Damit können die aktuellen Spurweiten S_V,akt der Vorderachse 2 und S_H,akt der Hinterachse 3 des Fahrzeugs 1 berechnet werden gemäß $$S_{V,akt}=S_V+\mathrm{\Delta }S$$

  

  $$S_{H,akt}=S_H+\mathrm{\Delta }S$$

  
• Dabei bedeutet Kurvenfahrt in einer Ausführungsform des Verfahrens, dass die Gierrate y mindestens 15°/s beträgt. Da ein Unterschied zwischen den Drehgeschwindigkeiten bei einer geringen Gierrate relativ klein ist, ist es vorteilhaft, den Umfang nur zu ermitteln, wenn die Gierrate groß ist.
• Ähnlich wie bei der Bestimmung der Umfangsverhältnisse X_i kann es für die genaue Bestimmung des Umfanges des Referenzrades vorteilhaft sein, störende Effekte zu vermeiden. Daher wird in einer Variante des Verfahrens der Umfang nur bestimmt, wenn bestimmte Randbedingungen erfüllt sind.
• In einer Ausführungsform des Verfahrens bedeutet Kurvenfahrt des Fahrzeugs 1, dass
• • mindestens ein Lenkwinkel α_i betragsmäßig größer als 3° ist,
• • eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 größer ist als 10 km/h und kleiner als 50 km/h,
• • eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs 1 kleiner als 1 m/s² ist, und
• • die Drehgeschwindigkeiten DG_i nicht durch einen automatischen Eingriff ungleichmäßig beeinflusst werden, beispielsweise durch ESP, ABS, ASR, MSR usw.
• Ähnlich wie bei den Randbedingungen zur Bestimmung der Verhältnisse X_i können die oben für die Randbedingungen angegebenen Werte vom Fahrzeugtyp abhängen. Diese Werte werden in aller Regel für einen bestimmten Fahrzeugtyp durch Fahrzeugtests bestimmt. Dies gilt sowohl für die Werte für die Randbedingungen zur Bestimmung der Verhältnisse X_i als auch für die Randbedingungen für die genaue Bestimmung des Umfanges U₁ des Referenzrades.
• Da die Gierrate ү eine zur Bestimmung der aktuellen Radumfänge und der Spurweitenänderung entscheidende Messgröße ist, ist es vorteilhaft, diese Gierrate möglichst korrekt zu ermitteln. Dazu kann eine Gierratenkorrekturgröße ү_korr bestimmt werden, um welche eine Gierratenmessgröße ү_mess, welche beispielsweise durch einen Drehratensensor, welcher üblicherweise im ESP-Steuergerät des Fahrzeugs vorhanden ist, gemessen wird, korrigiert wird, um diejenige Gierrate zu ermitteln, mit welcher schließlich die aktuellen Radumfänge, die Spurweitenänderung und damit die aktuelle Spurweite des Fahrzeugs genau bestimmt werden können.
• Dazu wird zu N Zeitpunkten, an denen das Fahrzeug 1 stillsteht, eine Gierrate ү_mess des Fahrzeugs 1 gemessen. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Gierrate beim Stillstand des Fahrzeugs den Wert 0 annimmt. Aus den Messwerten wird eine Gierratenkorrekturgröße ү_korr ermittelt gemäß $${\gamma }_{korr}=\frac{{\displaystyle \sum {}_1^N}{\gamma }_{mess}}{N}$$

  
• Die Gierratenkorrekturgröße kann dabei entweder bei jedem neuen Stillstand des Fahrzeugs neu bestimmt werden oder sie kann bestimmt werden, indem die Mittelwertbildung gemäß Gleichung (6) kontinuierlich fortgesetzt wird.
• Diese Gierratenkorrrekturgröße ү_korr wird dann zur Korrektur der gemessenen Gierrate ү des Fahrzeugs 1 herangezogen.
• In einer Ausführungsform des Verfahrens wird statt der Drehgeschwindigkeit eine Raddrehgeschwindigkeit herangezogen. Dabei wird die Raddrehgeschwindigkeit aus einem Produkt aus Drehgeschwindigkeit und Normradumfang berechnet. Bei Verwendung der Raddrehgeschwindigkeit werden anstelle der Drehgeschwindigkeiten Raddrehgeschwindigkeiten und anstelle einer Drehgeschwindigkeit pro Rad eine Raddrehgeschwindigkeit pro Rad in die Gleichungen (1), (2), (4) und (5) eingesetzt.
• Die Verwendung der Raddrehgeschwindigkeit kann Vorteile aufweisen, wenn die Raddrehgeschwindigkeiten für die entsprechenden Räder, für welche der genaue Umfang zu bestimmen ist, bereits beispielsweise in einem ESP-Steuergerät bekannt sind. Der Normradumfang ist dabei eine Konstante und entspricht insbesondere einer Vorgabe des Radherstellers.
• Da der Normradumfang und die Spurweiten S_V und S_H beispielsweise einem ESP-Steuergerät bekannt sind, kann das ESP-Steuergerät bei Kenntnis der Gierrate ү und der Raddrehgeschwindigkeiten den genauen Umfang des Referenzrades und aufbauend darauf die genauen Umfänge der anderen Räder bestimmen.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein System bereitgestellt, um die aktuellen Radumfänge und die aktuellen Spurweiten eines Fahrzeugs 1 mit einer Vorderachse 2 mit zwei durch die Spurweite S_V beabstandeten Vorderrädern 6,7 und einer Hinterachse 3 mit zwei durch die Spurweite S_H beabstandeten Hinterrädern 4,5, wobei Sv ungleich S_H ist und alle Räder 4,5,6,7 die gleiche Bereifung aufweisen, zu bestimmen. Das System umfasst
• • mindestens einen Drehgeschwindigkeitssensor 8 zur Bereitstellung von Drehgeschwindigkeiten DG_i der Räder;
• • mindestens einen Gierratensensor 9 zur Bereitstellung von Gierraten;
• • mindestens einen Sensor 10 zur Bereitstellung von Lenkwinkeln α_i ; und
• • eine Einheit 11 zur Berechnung von aktuellen Radumfängen U_i und aktuellen Spurweiten S_V und S_H des Fahrzeugs 1 aus den Sensordaten.
• In einer Ausführungsform umfasst das System auch
• • mindestens einen Längsbeschleunigungssensor 12 zur Bereitstellung einer Längsbeschleunigung und/oder
• • mindestens einen Querbeschleunigungssensor 13 zur Bereitstellung einer Querbeschleunigung.
• In einer weiteren Ausführungsform umfasst das System auch mindestens eine Vorrichtung 14 zur Messung einer Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1.
• Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Fahrzeug 1, welches mit einem erfindungsgemäßen System zur Bestimmung der aktuellen Radumfänge und aktuellen Spurweiten des Fahrzeugs 1 ausgerüstet ist.
• In 1 ist schematisch ein Fahrzeug 1 mit einer Vorderachse 2 und einer Hinterachse 3 dargestellt. Das Fahrzeug ist mit vier Rädern 4,5,6,7 ausgerüstet. Jedes Rad 4,5,6,7 weist eine Drehgeschwindigkeit DG_i und einen Lenkwinkel α_i auf, gemessen gegen die Längsachse des Fahrzeugs 1. Die Drehgeschwindigkeiten DG_i werden gemessen von mindestens einem Drehgeschwindigkeitssensor 8. In einer Ausführungsform des Verfahrens ist im System für jedes Rad 4,5,6,7 ein Drehgeschwindigkeitssensor 8 vorhanden. Die Lenkwinkel α_i werden gemessen von mindestens einem Lenkwinkelsensor 10. In einer Ausführungsform des Verfahrens ist im System für jedes Rad 4,5,6,7 ein Lenkwinkelsensor 10 vorhanden. Ein Gierratensensor 9 misst die Gierrate y des Fahrzeugs 1. Die Recheneinheit 11, z.B. ein ESP-Steuergerät, ist in der Lage, ausgehend von den gemessenen Drehgeschwindigkeiten, Lenkwinkeln und Gierraten des Fahrzeugs 1 die aktuellen Umfänge der Räder 4,5,6,7 und die aktuellen Spurweiten der Vorderachse 2 und der Hinterachse 3 zu bestimmen.
• In der in 1 dargestellten Ausführungsform weist das System zusätzlich einen Längsbeschleunigungssensor 12 und einen Querbeschleunigungssensor 13 auf, die die Beschleunigung des Fahrzeugs 1 in Richtung der Längsachse des Fahrzeugs 1 bzw. quer dazu messen. Außerdem weist das System eine Geschwindigkeitsmessvorrichtung 14 auf, die einen Wert der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 in Richtung seiner Längsachse bereitstellt.
• Wenn sich das Fahrzeug 1 im Stillstand befindet, wird eine Gierratenkorrekturgröße aus der Gierratenmessgröße, d.h. der gemessenen Gierrate bestimmt, da die Gierrate bei einem stillstehenden Fahrzeug per Definition 0 betragen muss. Mit dieser Gierratenkorrekturgröße wird die Gierratenmessgröße auf dem folgenden Fahrweg korrigiert, um die Gierrate zu ermitteln, mit welcher schließlich der aktuelle Umfang jedes Rades des Fahrzeugs 1 bestimmt wird.
• Bei einer Geradeausfahrt werden die Umfangsverhältnisse der Räder 4,5,6,7 zu einem beliebig ausgewählten Referenzrad bestimmt. Dazu werden die Drehgeschwindigkeiten aller vier Räder 4,5,6,7 aufintegriert. Anschließend wird das Integral der Drehgeschwindigkeit des Referenzrades jeweils durch eines der Integrale der Drehgeschwindigkeiten der vier Räder 4,5,6,7 geteilt, um das jeweilige Umfangsverhältnis X_i zu ermitteln. Für das Referenzrad ergibt sich natürlich ein Umfangsverhältnis von 1.
• Wird beispielsweise das linke Hinterrad 4 als Referenzrad ausgewählt, so ergeben sich folgende Umfangsverhältnisse X_i: $${\text{X}}_{\text{hl}}=\frac{{\displaystyle \int {\text{DG}}_{\text{hl}}\text{dt}}}{{\displaystyle \int {\text{DG}}_{\text{hl}}\text{dt}}}=1$$

  

  $${\text{X}}_{\text{hr}}=\frac{{\displaystyle \int {\text{DG}}_{\text{hl}}\text{dt}}}{{\displaystyle \int {\text{DG}}_{\text{hr}}\text{dt}}}$$

  

  $${\text{X}}_{\text{vl}}=\frac{{\displaystyle \int {\text{DG}}_{\text{hl}}\text{dt}}}{{\displaystyle \int {\text{DG}}_{\text{vl}}\text{dt}}}$$

  

  $${\text{X}}_{\text{vr}}=\frac{{\displaystyle \int {\text{DG}}_{\text{hl}}\text{dt}}}{{\displaystyle \int {\text{DG}}_{\text{vr}}\text{dt}}}$$

  
• Bei einer Kurvenfahrt wird der aktuelle Umfang U₁ des Referenzrades abhängig von den Drehgeschwindigkeiten DG_i der Räder 4,5,6,7, den Lenkwinkeln α_i, der Gierrate ү mit Hilfe der bekannten Spurweiten S_V und S_H sowie der vorab berechneten Umfangsverhältnisse X_i ermittelt. Der Umfang U_i des Referenzrades errechnet sich gemäß $$U_1=\gamma \ast \frac{S_H-S_V}{\left(D{G}_{hr}-D{G}_{hl}\right)-\left(D{G}_{vr}-D{G}_{vl}\right)}$$

  
• Hierbei werden die um den Einfluss des jeweiligen Lenkwinkels und des jeweiligen Umfangsverhältnisses korrigierten Drehgeschwindigkeiten eingesetzt. Die Drehgeschwindigkeit DG_i eines Rades ergibt sich aus der gemessenen Drehgeschwindigkeit DG_i,mess gemäß $$D{G}_i=\frac{D{G}_{i,mess}\ast \text{cos}{\alpha }_i}{X_i}$$

  
• Aus dem Umfang U₁ des Referenzrades lassen sich dann die aktuellen Umfänge aller Räder berechnen gemäß $$U_i=U_1\ast X_i$$

  
• Es wird dann die Spurweitenänderung ΔS berechnet. Da sich die Spurweiten der Vorderachse 2 und der Hinterachse 3 um denselben Betrag ΔS ändern, kann die Spurweitenänderung ΔS wahlweise aus den Drehgeschwindigkeiten DG_vr und DG_vl der Vorderräder 6,7 gemäß $$\mathrm{\Delta }S=\frac{1}{\gamma }\ast \left[U_1\ast \left(D{G}_{vr}-D{G}_{vl}\right)-S_V\ast \gamma \right]$$

  

  oder den Drehgeschwindigkeiten DG_hr und DG_hl der Hinterräder 4,5 gemäß $$\mathrm{\Delta }S=\frac{1}{\gamma }\ast \left[U_1\ast \left(D{G}_{hr}-D{G}_{hl}\right)-S_H\ast \gamma \right]$$

  

  ermittelt werden.
• Mittels der Spurweitenänderung ΔS werden schließlich die aktuellen Spurweiten der Vorderachse 2 und der Hinterachse 3 berechnet: $$S_{V,akt}\mathrm{=}{S}_V\mathrm{+\Delta }S\text{ und }{S}_{H,akt}=S_H+\mathrm{\Delta }S.$$

  
• Durch die Erfindung lässt sich der Abrollumfang jedes Rades eines Fahrzeugs genau bestimmen. Dadurch kann beispielsweise der von dem Fahrzeug zurückgelegte Weg sehr genau bestimmt werden, was z.B. für Fahrassistenzsysteme (Navigationssystem, Einparkhilfe) von großem Vorteil ist. Des Weiteren lässt sich dadurch beispielsweise vor einem sinkenden Luftdruck oder einem Verschleiß eines Rades warnen, wenn der für dieses Rad bestimmte Umfang unter einen entsprechend vorgegebenen Wert abfällt.
• Bezugszeichenliste

1:

Fahrzeug

2:

Vorderachse

3:

Hinterachse

4:

Rad, hinten links

5:

Rad, hinten rechts

6:

Rad, vorn links

7:

Rad, vorn rechts

8:

Drehgeschwindigkeitssensor

9:

Gierratensensor

10:

Lenkwinkelsensor

11:

Recheneinheit

12:

Längsbeschleunigungssensor

13:

Querbeschleunigungssensor

14:

Geschwindigkeitsmessvorrichtung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102004029370 A1 [0004]
• EP 1155879 B1 [0005]
• EP 2051894 B1 [0006]
• EP 1826530 B1 [0007]

Claims (14)

1. Verfahren zur Ermittlung von aktuellen Radumfängen und aktuellen Spurweiten eines Fahrzeugs (1) mit einer Vorderachse (2) mit zwei durch die Spurweite S_V beabstandeten Vorderrädern (6,7) und einer Hinterachse (3) mit zwei durch die Spurweite S_H beabstandeten Hinterrädern (4,5), wobei S_V ungleich S_H ist und alle Räder (4,5,6,7) eine gleiche Bereifung aufweisen, aus Drehgeschwindigkeiten DG_i der Räder (4,5,6,7), Lenkwinkeln α_i der Räder (4,5,6,7) und einer Gierrate y des Fahrzeugs (1), umfassend die Schritte: a) Messung der Drehgeschwindigkeiten DG_i und der Lenkwinkel α_i aller vier Räder (4,5,6,7) sowie der Gierrate y des Fahrzeugs (1); b) bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs (1) Bestimmung der Umfangsverhältnisse X_i aller vier Räder zu einem beliebig festgelegten Referenzrad aus einem zeitlichen Integral der Drehgeschwindigkeiten gemäß $${\text{X}}_{\text{i}}=\frac{{\displaystyle \int {\text{DG}}_{\text{1}}\text{dt}}}{{\displaystyle \int {\text{DG}}_{\text{i}}\text{dt}}}$$

   

   wobei DG_i die Drehgeschwindigkeit des Referenzrades bedeutet; c) bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs (1) c1) Bestimmung der aktuellen Radumfänge U_i aller vier Räder, wobei zunächst der aktuelle Radumfang U₁ des Referenzrades berechnet wird gemäß $$U_1=\gamma \ast \frac{S_H-S_V}{\left(D{G}_{hr}-D{G}_{hl}\right)-\left(D{G}_{vr}-D{G}_{vl}\right)}$$

   

   wobei jeweils gilt $$D{G}_i=\frac{D{G}_{i,mess}\ast \text{cos}{\alpha }_i}{X_i};$$

   

   und die Radumfänge U_i sich ergeben gemäß: $$U_i=U_1\ast X_i;$$

   

   c2) Bestimmung der Spurweitenänderung ΔS gemäß $$\mathrm{\Delta }S=\frac{1}{\gamma }\ast \left[U_1\ast \left(D{G}_{vr}-D{G}_{vl}\right)-S_V\ast \gamma \right]$$

   

   oder $$\mathrm{\Delta }S=\frac{1}{\gamma }\ast \left[U_1\ast \left(D{G}_{hr}-D{G}_{hl}\right)-S_H\ast \gamma \right]$$

   

   c3) Berechnung der aktuellen Spurweiten S_V,akt der Vorderachse (2) und S_H,akt der Hinterachse (3) des Fahrzeugs (1) gemäß $$S_{V,akt}=S_V+\mathrm{\Delta }S$$

   

   $$S_{H,akt}=S_H+\mathrm{\Delta }S.$$

   
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verhältnisse X_i fortlaufend neu berechnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zu einer Anzahl von Zeitpunkten, an denen das Fahrzeug (1) still steht, eine Gierrate ү_mess des Fahrzeugs (1) gemessen und aus den Messwerten eine Gierratenkorrekturgröße ү_korr ermittelt wird gemäß $${\gamma }_{korr}=\frac{{\displaystyle \sum {}_1^N{\gamma }_{mess}}}{N}$$

   

   und die Gierratenkorrrekturgröße ү_korr zur Korrektur der gemessenen Gierrate ү des Fahrzeugs (1) herangezogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Geradeausfahrt des Fahrzeugs (1) bedeutet, dass die Gierrate ү nahezu 0°/s beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Geradeausfahrt des Fahrzeugs (1) bedeutet, dass alle Lenkwinkel α_i betragsmäßig kleiner als 0,5° sind, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1) größer ist als 10 km/h und kleiner als 50 km/h, eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs (1) betragsmäßig kleiner als 1 m/s² ist, eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs (1) betragsmäßig kleiner als 1 m/s² ist, und die Drehgeschwindigkeiten DG_i nicht durch einen automatischen Eingriff ungleichmäßig beeinflusst werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Verhältnisse X_i zu einem Zeitpunkt ermittelt werden, zu welchem ein zeitliches Integral der Gierrate y den Wert 0 annimmt, wobei die Integration der Drehgeschwindigkeiten DG_i und der Gierrate y über dasselbe Zeitintervall erfolgen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Kurvenfahrt des Fahrzeugs (1) bedeutet, dass die Gierrate ү mindestens 15°/s beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Kurvenfahrt des Fahrzeugs (1) bedeutet, dass mindestens ein Lenkwinkel α_i betragsmäßig größer als 3° ist, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1) größer ist als 10 km/h und kleiner als 50 km/h, eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs (1) kleiner als 1 m/s² ist, und die Drehgeschwindigkeiten DG_i nicht durch einen automatischen Eingriff ungleichmäßig beeinflusst werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , bei dem anstelle der Drehgeschwindigkeit DG_i eine Raddrehgeschwindigkeit verwendet wird, die sich als Produkt der Drehgeschwindigkeit und eines Normradumfangs ergibt.
10. System zur Ermittlung der aktuellen Radumfänge und der aktuellen Spurweiten eines Fahrzeugs (1) mit einer Vorderachse (2) mit zwei durch die Spurweite S_V beabstandeten Vorderrädern (6,7) und einer Hinterachse (3) mit zwei durch die Spurweite S_H beabstandeten Hinterrädern (4,5), wobei S_V ungleich S_H ist und alle Räder (4,5,6,7) eine gleiche Bereifung aufweisen, umfassend: mindestens einen Drehgeschwindigkeitssensor (8) zur Bereitstellung von Drehgeschwindigkeiten DG_i der Räder; mindestens einen Gierratensensor (9) zur Bereitstellung von Gierraten; mindestens einen Sensor (10) zur Bereitstellung von Lenkwinkeln α_i ; eine Einheit (11) zur Berechnung von aktuellen Radumfängen U_i und aktuellen Spurweiten S_V und S_H des Fahrzeugs (1) aus den Sensordaten.
11. System nach Anspruch 10, das mindestens einen Längsbeschleunigungssensor (12) zur Bereitstellung einer Längsbeschleunigung umfasst.
12. System nach Anspruch 10 oder 11, das mindestens einen Querbeschleunigungssensor (13) zur Bereitstellung einer Querbeschleunigung umfasst.
13. System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, das mindestens eine Vorrichtung (14) zur Messung einer Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs (1) umfasst.
14. Fahrzeug mit einem System nach einem der Ansprüche 10 bis 13.

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