DE10238526A1

DE10238526A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Neigungserkennung

Info

Publication number: DE10238526A1
Application number: DE10238526A
Authority: DE
Inventors: Werner Quirant; Guenther Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-04
Also published as: JP2004083009A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Neigungserkennung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug, DOLLAR A - bei dem durch wenigstens zwei am Fahrzeug angebrachte Strahlquellen Signale ausgesandt werden und DOLLAR A - durch Auswertung der zu wenigstens zwei am Fahrzeug angebrachten Strahlempfängern zurückkommenden reflektierten Signale die seitliche Neigung des Kraftfahrzeugs relativ zur Fahrbahnoberfläche ermittelt wird.

Description

Die Endung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Neigungserkennung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug.

Aus der DE 42 44 112 A1 ist ein Antiblockienegelsystem für Motorräder bekannt. Um zu erreichen, dass nach eindeutig erkannter Kurvenfahrt eine modifizierte Blockierschutzregelung aktiviert wird, die sich dynamisch an den Grad der erreichten Schräglage anpasst, wird vorgeschlagen, die Kurvenfahrt und den Grad der Schräglage durch zwei Beschleunigungssensoren zu erfassen und die Überwachungsschaltung durch eine Hilfsschaltung zu ergänzen, welche den ASB-Regler durch Steuersignale veranlasst, den Bremsdruck am Vorderrad schon vor Erreichen des zu erwartenden Blockierdrucks anzuhalten.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Neigungserkennung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug

– bei dem durch wenigstens zwei am Fahrzeug angebrachte Strahlquellen Signale ausgesandt werden
– und durch Auswertung der zu wenigstens zwei am Fahrzeug angebrachten Strahlempfängern zurückkommenden von der Fahrbahnoberfläche reflektierten Signale die seitliche Neigung des Kraftfahrzeugs relativ zur Fahrbahnoberfläche ermittelt wird.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Verbindung von Strahlsendern und Strahlempfängern die Ermittlung der seitlichen Neigung des Kraftfahrzeugs relativ zur Fahrbahnoberfläche erlaubt, während bei der Verwendung von Querbeschleunigungssensoren in deren Ausgangssignal sowohl die auf das Fahrzeug wirkende Zentrifugalkraft als auch die Neigung des Fahrzeugs beinhaltet ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Maß für die seitliche Neigung ein Neigungswinkel ermittelt wird. Damit ist es möglich, die Größe bzw. Stärke bzw. Intensität der Neigung zu quantifizieren.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die seitliche Neigung des Kraftfahrzeugs aus dem Laufzeitunterschied der beiden Signale ermittelt wird. Durch die Ermittlung des Laufzeitunterschiedes und dessen Auswertung steht ein hochpräzises Messverfahren zur Verfügung.

Bei den Strahlquellen handelt es sich in vorteilhaften Ausführungsformen um Ultraschallsender oder um Lidarsender (Lidar = „Light Detection And Ranging", damit wird über zurückgestreutes Licht ein Objekt detektiert) oder um Radarsender. Diese Strahlquellen sind beispielsweise bei Einparkhilfen, Abstandswarnsystemen und ACC (= „Adaptive Cruise Control") bereits verfügbar.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Nichtbenutzbarkeit des Systems zur Neigungserkennung dann detektiert wird, wenn wenigstens einer der wenigstens zwei Strahlempfänger kein zurückkommendes Signal empfängt. Damit ist eine Auswertung des Laufzeitunterschiedes nicht möglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass dann ein vorliegender Fehler am System zur Neigungserkennung detektiert wird, wenn genau einer der wenigstens zwei Strahlempfänger kein zurückkommende Signal empfängt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass entweder verschmutzte Strahlquellen oder verschmutzte Empfänger oder ein wenigstens teilweise abgeschaltetes System zur Neigungserkennung detektiert wird, wenn keiner der wenigstens zwei Strahlempfänger ein zurückkommende Signal empfängt. Dies hängt damit zusammen, dass die Wahrscheinlichkeit, dass sämtliche Strahlempfänger zugleich defekt sind, sehr gering ist.

Die Vorrichtung zur Neigungserkennung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug umfasst wenigstens zwei am Fahrzeug angebrachte Strahlquellen zur Aussendung von Signalen, wenigstens zwei am Fahrzeug angebrachte Strahlempfänger zum Empfang der zurückkommenden, von der Fahrbahnoberfläche reflektierten Signale und eine Ermittlungsvorrichtung zur Ermittlung der seitlichen Neigung des Kraftfahrzeugs relativ zur Fahrbahnoberfläche durch Auswertung der zurückkommenden Signale.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Strahlquelle eng benachbart zu einem Strahlempfänger am Kraftfahrzeug angebracht ist. Insbesondere bietet es sich an, jeweils eine Strahlquelle und einen Strahlempfänger im selben Gehäuse unterzubringen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass sowohl Strahlquellen als auch Strahlempfänger an ungefederten Massen des Kraftfahrzeugs angebracht sind. Dadurch wird eine Fehlmessung durch die Fahrzeugfederung vermieden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind sowohl Strahlquellen als auch Strahlempfänger an den Enden der Vorderradgabel oder an der Hinterradschwinge in der Nähe der Hinterachse angebracht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Strahlquellen als auch Strahlempfänger an gefederten Massen des Kraftfahrzeugs angebracht sind. Dadurch empfinden Strahlquelle und -empfänger nicht so hohe Beschleunigungen wie die ungefederten Fahrzeugmassen. Zugleich kann die Verkabelung ist fest mit dem Fahrzeugkörper verbunden und damit besser geschützt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Strahlquellen am Fahrzeug so angebracht sind, dass die Aussendungsrichtungen der Signale im wesentlichen parallel zueinander sind. Dies äußert sich in 1 durch den Winkel γ = 0.

Die Zeichnung besteht aus den 1 bis 4.
1 zeigt als grobe Skizze das Vorderrad und die Vorderradgabel eines Motorrads auf einer geneigten Fahrbahn. Weiter sind in 1 die endungsrelevanten geometrischen Größen eingezeichnet.
2 zeigt einen normierten Laufzeitunterschied ΔL/L0 der wenigstens zwei ausgesandten Signale als Funktion des Neigungswinkels α des Zweirads.
3 zeigt in grober Form den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
4 zeigt den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Ausführungsbeispiele
Der Kern der Erfindung besteht im Einsatz von wenigstens zwei Strahlquellen und wenigstens zwei Strahlempfängern am Fahrzeug, mit denen der Abstand von der Strahlquelle zur Fahrbahnoberfläche hinreichend genau gemessen werden kann. Prinzipiell sind als Strahlquellen Ultraschall, Lidar und Radar geeignet, von denen es bei Einparkhilfen, Abstandswarnsystemen und ACC (Adaptive Cruise Control) zahlreiche Applikationen gibt. Neigt sich das Fahrzeug in einer Kurve seitlich gegen die Fahrhahn (unter einer seitlichen Neigung wird die Neigung des Fahrzeugs um die Fahrzeuglängsachse ver standen) oder fährt das Fahrzeug auf einer überhöhten Bahn oder Steilwand, dann legen die beiden Strahlen unterschiedliche Strecken zurück und die reflektierten Signale kommen zeitlich versetzt zum Empfänger zurück. Bei der Auswertung der beiden Signale im Steuergerät können die folgenden Informationen gewonnen werden.

1. Ein fehlerhaftes System liegt vor, wenn nur ein zurückkehrendes Signal empfangen wird. Hierbei wird ausgenutzt, dass mit sehr großer Wahrscheinlichkeit lediglich eine Strahlquelle bzw. ein Strahlempfänger (und nicht alle Strahlquellen bzw. Strahlempfänger zugleich) defekt sind.
2. Aus dem Laufzeitunterschied beider Signale kann die Neigung des Motorrads relativ zur Fahrbahn ermittelt werden.
3. Verschmutzte Strahlquellen und/oder verschmutzte Strahlempfänger oder ein zumindest teilweise abgeschaltetes System zur Neigungserkennung liegt vor, wenn beide Signale fehlen.

Der Einbau der Strahlquellen und Strahlempfänger am Fahrzeug wird dabei so vorgenommen, dass eine Abschirmung durch den Fahrer, den Beifahrer oder andere Gegenstände vermieden wird. Weiterhin können die Komponenten an ungefederten Massen angebracht werden, damit durch die Fahrzeugfederung keine Fehlmessung erfolgt. Geeignete Orte hierfür sind die Enden der Vorderradgabel oder in der Hinterradschwinge in der Nähe der Achse.
Es ist jedoch auch möglich, Strahlquellen und -empfänger an gefederten Komponenten des Fahrzeugs, insbesondere am gefederten Fahrzeugkörper anzubringen. In diesem Fall können Einfederungen des Fahrzeugs durch eine größere Toleranz in der Auswertung oder durch eine zeitliche Filterung berücksichtigt werden. Diese Art der Anbringung und Auswertung wirkt sich positiv aus, denn

1. Strahlquelle und -empfänger empfinden nicht die hohen Beschleunigungen,
2. Die Verkabelung ist fest mit dem Fahrzeugkörper verbunden und kann besser geschützt werden und
3. dadurch ist die Ausfallwahrscheinlichkeit sehr gering.

Bei der Anbringung von Strahlquellen und -empfänger an gefederten Komponenten des Fahrzeugs empfiehlt es sich, die Strahlen jeweils unter den Winkeln γ = 0 auszusenden, d.h. alle Strahlen laufen parallel. Dies ist deshalb empfehlenswert, da durch die Einfederbewegungen des Fahrzeugs sich ändernde Abstände zwischen gefederten Komponenten des Fahrzeug und der Fahrbahn ergeben. Im Falle paralleler Strahlen kürzen sich diese Änderungen auf der linken und rechten Fahrzeugseite gegenseitig heraus.
Mit dieser vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass unabhängig vom fahrdynamischen Zustand lediglich eine Messung des Abstandes Strahlquelle-Fahrbahn erfolgt und daraus weitere Parameter abgeleitet werden, welche beispielsweise für ein ABS-System verwendet werden können.
In 1 sind in Vorderansicht die Vorderradgabel eines Motorrads mitsamt dem Vorderreifen sowie eine ebene Fahrbahn und eine geneigte Fahrbahn eingezeichnet. Dabei kennzeichnet 104a die linke Vorderradgabel, 104b kennzeichnet die rechte Vorderradgabel (die Begriffe „links" und „rechts" sind auf 1 bezogen, also nicht als vom Fahrer aus betrachtet zu verstehen). 105 kennzeichnet den Reifen des Motorrads, welches entweder auf einer als gestrichelte Linie eingezeichneten ebenen Fahrbahn 101 oder auf einer als durchgezogene Linie eingezeichneten geneigten Fahrbahn 102 fährt. Die weiteren eingezeichneten Größen haben die folgende Bedeutung:
O = Koordinatenursprung
C = linke Strahlquelle und linker Strahlempfänger
D = rechte Strahlquelle und rechter Strahlempfänger
L1 = linker Strahl
L2 = rechter Strahl
A = linker Durchstoßpunkt Strahl – ebene Fahrbahn
B = rechter Durchstoßpunkt Strahl – ebene Fahrbahn
A' = linker Durchstoßpunkt Strahl – geneigte Fahrbahn
B' = rechter Durchstoßpunkt Strahl – geneigte Fahrbahn
R = Reifenradius
f = Felgenradius
e = halber Gabelabstand
g = Abstand der Strahlquellen zur Achse α = Neigungswinkel der geneigten Fahrbahn 102 γ = Winkel der ausgesandten Strahlen gegenüber einer vertikalen Achse.
Durch mathematische (geometrische) Beziehungen lässt sich aus den gegebenen Größen die Strahllänge des linken und rechten Strahls sowie die Differenz ΔL = s1 – s2 zwischen den Strahllängen berechnen. Hierbei kennzeichnet s1 die Länge des Stahls L1, s2 kennzeichnet die Länge des Strahls L2. Diese Strahllängendifferenz ist mit dem Laufzeitunterscheid über die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale (- Lichtgeschwindigkeit bei Radar und Lidar, = Schallgeschwindigkeit bei Ultraschall) verknüpft.
In einer konkreten Ausführungsform wurden die folgenden Werte verwendet: R = 10 cm, f = 30 cm, e = 15 cm, g = 10 cm, γ = 10 grad, α ist variabel.
Mit diesen Werten ergibt sich das in 2 dargestellte Diagramm. Darin ist in Ordinatenrichtung die dimensionslose Größe ΔL /L0 aufgetragen. L0 ist die Strahllänge bei ebener Fahrbahn. In Abszissenrichtung ist der Neigungswinkel α aufgetragen. Für kleine Neigungswinkel zeigt sich in 2 ein nahezu linearer Verlauf, zur normierten Strahllänge ΔL/L0 ≈ 0.5 gehört beispielsweise der Neigungswinkel α ≈ 20°. Mit diesem ermittelten Neigungswinkel können dann die Parameter eines Antiblockiersystems modifiziert werden, es kann z. B. eine Reduzierung der Schlupf- oder Beschleunigungsschwellen erfolgen. Bei einem ABS-System wird bei einem Überschreiten einer Schlupfschwelle an einem Rad (durch Reifen-Fahrbahn-Kontakt) der Bremsdruck an diesem Rad abgesenkt (oder konstant gehalten), um ein Blockieren dieses Rades zu verhindern.
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 3 dargestellt. Das Verfahren beginnt in Block 301 mit der Aussendung der Signale. In Block 302 werden die Signale empfangen und daraufhin erfolgt in Block 303 eine Auswertung der Signale und eine Ermittlung der Größe ΔL. Für die Größe ΔL gilt die Beziehung ΔL = c * ΔT/2.
Dabei ist ΔT der ermittelte Laufzeitunterschied und c die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale. Der Faktor 2 im Nenner rührt daher, dass in der Größe ΔT der Hin- und Rückweg der Signale beinhaltet ist, während die Länge ΔL sowohl für den Hin- als auch den Rückweg des Signale gilt.
Aus der Kenntnis der Größe ΔL (bzw. ΔL/L0) kann daraufhin die Neigung des Fahrzeugs ermittelt werden. Anschließend an Block 303 wird zur Block 301 zurückgegangen, das Verfahren beginnt erneut.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in 4 dargestellt. Dabei kennzeichnet Block 401 die Ermittlungsvorrichtung welche Strahlquellen 402 ansteuert. Die Strahlquellen 402 senden wellenförmig eingezeichnete Ultraschall-, Lidar- oder Radar-Signale zu den Empfängern 403. Die Strahlempfänger 403 reichen ihre Ausgangssignale wiederum an die Ermittlungsvorrichtung 401 weiter. Die Ausgangssignale der Ermittlungsvorrichtung werden an ein Antiblockiersystem 402 weitergeleitet, welches wiederum Aktoren 405 ansteuert. Bei diesen Aktoren handelt es sich beispielsweise um die Einlass- oder Auslassventile eines Bremssystems.

Claims

Verfahren zur Neigungserkennung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug, – bei dem durch wenigstens zwei am Fahrzeug angebrachte Strahlquellen (C, D) Signale ausgesandt werden und – durch Auswertung der zu wenigstens zwei, am Fahrzeug angebrachten Strahlempfängern (C, D) zurückkommenden, von der Fahrbahnoberfläche reflektierten Signale die seitliche Neigung (a) des Kraftfahrzeugs relativ zur Fahrbahnoberfläche (101, 102) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Maß für die seitliche Neigung ein Neigungswinkel (a) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Neigung des Kraftfahrzeugs aus dem Laufzeitunterschied (ΔT) der beiden Signale ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Strahlquellen (C, D) um – Ultraschallsender oder – Lidarsender oder – Radarsender handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nichtbenutzbarkeit des Systems zur Neigungserkennung dann detektiert wird, wenn wenigstens einer der wenigstens zwei Strahlempfänger (C, D) kein zurückkommendes Signal empfängt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorliegender Fehler am System zur Neigungserkennung dann detektiert wird, wenn genau einer der wenigstens zwei Strahlempfänger (C, D) kein zurückkommendes Signal empfängt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entweder – verschmutzte Strahlquellen oder – verschmutzte Empfänger oder – ein wenigstens teilweise abgeschaltetes System zur Neigungserkennung detektiert werden, wenn keiner der wenigstens zwei Strahlempfänger (C, D) ein zurückkommendes Signal empfängt.
Vorrichtung zur Neigungserkennung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug, – welche wenigstens zwei am Fahrzeug angebrachte Strahlquellen (C, D) zur Aussendung von Signalen, – wenigstens zwei am Fahrzeug angebrachte Strahlempfänger (C, D) zum Empfang der zurückkommenden, von der Fahrbahnoberfläche reflektierten Signale und – eine Ermittlungsvorrichtung zur Ermittlung der seitlichen Neigung des Kraftfahrzeugs (a) relativ zur Fahrbahnoberfläche (101, 102) durch Auswertung der empfangenen Signale enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Strahlquelle eng benachbart zu einem Strahlempfänger am Kraftfahrzeug angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Strahlquellen als auch Strahlempfänger an ungefederten Massen des Kraftfahrzeugs angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Strahlquellen als auch Strahlempfänger an den Enden der Vorderradgabel oder an der Hinterradschwinge in der Nähe der Hinterachse angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ermittlungsvorrichtung die seitliche Neigung des Kraftfahrzeugs aus dem Laufzeitunterschied (ΔT) der beiden Signale ermittelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Strahlquellen als auch Strahlempfänger an gefederten Massen des Kraftfahrzeugs angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Strahlquellen (C, D) am Fahrzeug so angebracht sind, dass die Aussendungsrichtungen der Signale im wesentlichen parallel zueinander sind.