DE112005002094T5

DE112005002094T5 - Verfahren zur Korrektur von Montageversatz bei einem Trägheitssensor

Info

Publication number: DE112005002094T5
Application number: DE112005002094T
Authority: DE
Inventors: Michael Plymouth Babala; Kevin J. Ypsilanti Fontenot
Original assignee: Kelsey Hayes Co
Current assignee: ZF Active Safety US Inc
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2007-07-26
Also published as: US20070150221A1; US7707867B2; WO2006026751A1

Abstract

Verfahren zum Begegnen von quer zur Achse auftretenden Montagefehlern bei einem Trägheitssensor mit folgenden Schritten:
(a) Positionieren des Trägheitssensors auf eine stationäre Oberfläche;
(b) Messen von gegebenenfalls vorhandenen Versatzfehlern des Trägheitssensors in Bezug auf die stationäre Oberfläche;
(c) Abspeichern des Versatzfehlers in einem nicht-flüchtigen Speicher;
(d) Einbau des Sensors in ein Fahrzeug;
(e) Überführen des Versatzfehlers aus dem nicht-flüchtigen Speicher in einen nicht-flüchtigen Speicher einer im Fahrzeug montierten Steuerung;
(f) Bewegen des Fahrzeuges auf eine stationäre Oberfläche;
(g) Erneutes Messen des Versatzes des Trägheitssensors;
(h) Bestimmen von korrigierten Versatzfehlern durch Kombinieren des im Schritt (g) gemessenen Versatzfehlers mit dem entsprechenden, in Schritt (b) gemessenen und abgespeicherten Versatzfehler; und
(i) Abspeichern des korrigierten Versatzfehlers in dem nicht-flüchtigen Speicher.

Description

UMFELD DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein Systeme zur Steuerung der Fahrzeugstabilität und insbesondere ein Verfahren zum Kompensieren von Montagefehlern bei Trägheitssensoren, wie sie in Fahrzeugstabilitätssteuersystemen verwendet werden.
Eine Fahrzeugstabilitätssteuerung (Vehicle Stability Control, VSC, ESP) mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) erfordert genaue Eingangsdaten bezüglich des Trägheitszustandes (Bewegungszustandes) des Fahrzeuges. Dies wird mit einem Sensor erreicht zum Detektieren und Messen der Fahrzeugdrehung um eine vertikale Achse, d.h. einen Giergeschwindigkeitssensor, und entweder nur einem Querbeschleunigungssensor oder einem Querbeschleunigungssensor und einem Längsbeschleunigungssensor. Gleich wie viele Beschleunigungssensoren eingesetzt werden, ist es erforderlich, dass alle internen Zustandssensoren akkurat in das Fahrzeug eingebaut sind. Idealerweise sind Sensoren für die Rotationsgeschwindigkeit und Beschleunigungssensoren so montiert, dass ihre Hauptmessachsen entsprechend den drei Raumachsen des Fahrzeuges ausgerichtet sind. Die drei Raumachsen bezüglich eines Fahrzeuges 10 sind in 1 dargestellt, wobei der mit dem Bezugszeichen 12 versehene Pfeil der Fahrzeuglängsachse entspricht, die sich über die Länge des Fahrzeuges erstreckt und in Vorwärtsrichtung der Fahrzeugbewegung zeigt. Eine zweite Raumachse ist mit „14" bezeichnet und entspricht der Querachse des Fahrzeuges und steht senkrecht auf der Längsachse 12. Eine dritte Raumachse 16 steht senkrecht auf der durch die Längs- und Querachsen 12 und 14 aufgespannten Ebene und entspricht der Vertikalachse (Hochachse) des Fahrzeuges. Somit wäre ein Accelerometer (= Beschleunigungsaufnehmer) zum Messen der Beschleunigung und Geschwindigkeit eines Fahrzeuges Idealerweise mit seiner Sensorachse parallel zu der Fahrzeug-Längsachse 12 montiert, während eine Accelerometer zum Messen der Querbewegung des Fahrzeuges mit seiner Sensorachse parallel zur Fahrzeug-Querachse 14 zu montieren wäre.
Drei besondere Drehgeschwindigkeiten sind in 1 ebenfalls dargestellt, wobei der mit 18 bezeichnete Pfeil, welcher auf die Längsachse 12 zentriert ist, der Fahrzeug-Rollgeschwindigkeit entspricht, während der kreisförmige Pfeil mit dem Bezugszeichen 20, der auf die Querachse 14 zentriert ist, der Fahrzeug- Neigungsgeschwindigkeit entspricht. Entsprechend stellt der auf die Vertikalachse 12 zentrierte kreisförmige Pfeil 22 die Giergeschwindigkeit dar. Jede dieser Rotationsgeschwindigkeiten kann mit einem Rotationsgeschwindigkeitssensor gemessen werden, der Idealerweise seine Rotationsachse parallel zur Fahrzeug-Raumachse ausgerichtet hat, um welche die Rotationsgeschwindigkeit auftritt. Um also die Giergeschwindigkeit zu messen, sollte der entsprechende Giergeschwindigkeitssensor mit seiner Achse auf die Fahrzeug-Vertikalachse 16 ausgerichtet sein.
Sind der Giersensor und die Accelerometer nicht genau montiert, so erhält die ECU falsche Daten. Signalfehler aufgrund der Montage, d.h. die Differenz zwischen dem tatsächlichen Trägheitszustand (= Bewegungszustand) und dem durch den Sensor gemessenen Zustand, ist eine Funktion von cosθ, wobei θ der Winkel zwischen der Messachse und der tatsächlichen, durch die Sensormontage gegebenen Achse ist. 2 zeigt beispielhaft einen Sensor 24 zur Messung der Giergeschwindigkeit, wobei die Raumachsen des Fahrzeuges mit durchgezogenen Pfeilen 12, 14 und 15 dargestellt sind. Im Beispiel von 2 ist die Vertikalachse des Sensors 24 auf die Fahrzeugvertikalachse 16 ausgerichtet; jedoch hat die Querachse des Sensors 24, welche durch den gestrichelten Pfeil 26 dargestellt ist, einen Versatz um den Winkel θ in Bezug auf die Neigungsachse 14 des Fahrzeuges. Für kleine Winkel θ ist dieser Fehler nicht erheblich, jedoch ist der Fehler quer zur Achse, welcher vom Trägheitsmoment in einer nicht zu messenden Achse abhängt, eine Funktion von sinθ. Für kleine Winkel θ ist der Fehler quer zur Achse signifikant. Man betrachte zum Beispiel den Fall, dass der Sensor 24 gemäß 2 einen Montagefehler von 5° in Bezug auf die Neigungsachse 14 hat. Bei einem tatsächlichen Giermanöver von 50°/sek hätte der Sensor ein Ausgangssignal entsprechend (cos5°)·50°/sek, oder 49,8°/sek. Bei einem Neigungsmanöver von 100°/sek, wobei eine Gierung von 0°/sek auftritt, hätte der Giersensor ein Ausgangssignal von (sin5°)·100°/sek, also 8,7°/sek anstelle von 0°/sek. Dieses Signal addiert sich auf andere bestehende Fehler. Ähnliche Fehler würden für die Beschleunigungsmessungen auftreten.
Um unerwünschte Eingriffe durch die VSC ECU aufgrund der oben beschriebenen Fehler zu vermeiden, werden die Auslöseschwellenwerte für die VSC angehoben. Eine Anhebung der Schwellenwerte reduziert aber die Empfindlichkeit der ECU. Dementsprechend ist es wünschenswert, die Wirkungen solcher Fehler zur minimieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kompensieren von Montagefehlern von Trägheitssensoren in einem Fahrzeugstabilitätssteuersystem.
Mit Blick auf Kreuzachsenfehler (Fehler senkrecht zur Achse) liegt die Wurzel des Übels in der Montage der Sensoren. Es ist anzustreben, die Sensoren perfekt auf die vorgesehene Messachse ausgerichtet zu montieren oder den tatsächlichen Montagefehler zu quantifizieren. Eine perfekte Monate ist jedoch praktisch kaum erreichbar, weshalb die beste Lösung darin besteht, den tatsächlichen Montagefehler zu quantifizieren und in einem Festspeicher abzulegen zur Verwendung durch den VSC-Steueralgorithmus. Ein Ansatz, dies in einem VSC-System zu realisieren, verwendet Mehrfach-Accelerometer (Accelerometer = Beschleunigungssensor), die die wahre Quer- und Längsbeschleunigung bei der Herstellung messen. Zulässige Versatz-Fehler aufgrund der Herstellung von Quer- und Längsaccelerometern und der elektronischen Steuereinheit (ECU), in welcher die Accelerometer montiert sind, werden mit den ECU-Accelerometern gemessen und in einem nicht-flüchtigen Speicher abgespeichert, bevor die Montage in ein Fahrzeug erfolgt. Sind die ECU und die Sensoren im Fahrzeug montiert, werden diese Fehler (Versätze) einem Mikroprozessor mitgeteilt, der die Algorithmen zum Durchführen der VSC enthält. Der Mikroprozessor misst sodann Versatz-Fehler nach der Installation der Sensoren im Fahrzeug und zieht sie von den im Speicher aufgrund der Herstellung der Sensoren und der ECU abgespeicherten Fehlern ab. Mit dieser Information und mit den Eingangssignalen anderer Fahrzeugssensoren, können die durch die Installation von Sensoren im Fahrzeug auftretenden Fehler kompensiert werden.
Insbesondere zielt die Erfindung auf ein Verfahren zum Reduzieren von Kreuzachsen-Montagefehlern bei einem Trägheitssensor, wobei der Trägheitssensor auf eine ortsfeste Oberfläche positioniert wird und jeder Versatzfehler des Trägheitssensors in Bezug auf die ortsfeste Oberfläche gemessen wird. Die Versatz-Fehler werden dann in einem nicht-flüchtigen Speicher abgelegt. Wenn dann der Sensor im Fahrzeug installiert ist, werden die Versatz-Fehler in einen nicht-flüchtigen Speicher einer Steuerung überführt, welche im Fahrzeug montiert ist. Das Fahrzeug wird auf eine ortsfeste Oberfläche gesetzt und die Versatz-Fehler werden erneut gemessen. Korrigierte Versatzfehler werden sodann durch Subtraktion der mit dem auf der ortsfesten Fläche abgestellten Fahrzeug gemessenen Fehler von den abgespeicherten Versatzfehlern bestimmt. Die korrigierten Versatzfehler werden sodann in dem nicht- flüchtigen Speicher abgefegt zur Verwendung mit einem elektronischen Bremssteuer system.
Die Erfindung lehrt weiterhin, vor der Montage in einem Fahrzeug den Sensor in einer elektronischen Steuereinheit zu installieren, die an einem hydraulischen Ventilkörper befestigt ist, der durch eine Montageklammer gehalten ist. Die gesamte Anordnung wird dann auf einem Teststand positioniert und rotiert, wobei der Sensor betätigt ist, um jedweden Fehler beim Zusammenbau aufgrund von einer Fehlmontage des Sensors in der elektronischen Steuereinheit und/oder mit Blick auf Montagetoleranzen, zu bestimmen. Diese Zusammenbaufehler werden sodann mit den abgespeicherten Versatzfehlern kombiniert und für eine spätere Kombination mit den korrigierten Versatzfehlern, die nach der Installation im Fahrzeug gemessen wurden, abgespeichert.
Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles im Lichte der beigefügten Zeichnung.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt eine ausgerichtetes Steuerachsensystem für ein Fahrzeug.
2 zeigt einen möglichen Ausrichtfehler für einen Bewegungssensor, der in einem Fahrzeug gemäß 1 montiert ist.
3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer hydraulischen Steuereinheit und einer Montageklammer zur Installation in dem Fahrzeug gemäß 1.
4 ist ein Flussdiagramm bezüglich eines Verfahrens zum Korrigieren von Sensormontageversatzfehlern entsprechend der Erfindung.
5 zeigt ein Flussdiagramm zur Eichung einer hydraulischen Steuereinheit und einer Montageklammer entsprechend einem der Blöcke in 4.
6 ist ein Flussdiagramm für eine Re-Kalibrierung der hydraulischen Steuereinheit und der Montageklammer gemäß einem der Blöcke in 4.
7 illustriert die Rekalibrierung eines Bewegungssensors nachdem eine Steuereinheit gemäß 3 in einem Fahrzeug gemäß 1 montiert ist.
BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS IM EINZELNEN
3 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Baugruppe 30 einer Systemsteuereinheit für ein Fahrzeugstabilitätssteuersystem (VSC). Die Baugruppe 30 der Steuereinheit enthält eine hydraulische Steuereinheit 32 und eine Montageklammer 34 zum Befestigen der Baugruppe 30 in einem Fahrzeug, wie dem Fahrzeug 10 gemäß 1. Die hydraulische Steuereinheitsbaugruppe 32 weist eine elektronische Steuereinheit 36 auf, die entfernbar an einer hydraulischen Ventileinheit 38 montiert ist.
Die hydraulische Ventileinheit 38 hat einen hydraulischen Ventilkörper 40, an dem ein elektrischer Pumpenmotor 42 montiert ist. Der Motor 42 treibt eine Hydraulikpumpe (nicht gezeigt) in dem Ventilkörper 40. Die Pumpe liefert ein unter Druck stehendes hydraulisches Fluid an eine Mehrzahl von elektromagnetischen Ventilen (nicht gezeigt), die ebenfalls im Ventilkörper 40 untergebracht sind. Mehrere Anschlüsse (nicht gezeigt) im Ventilkörper ermöglichen eine Verbindung zwischen den elektromagnetischen Ventilen und Komponenten des hydraulischen Bremssystems des Fahrzeuges. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel trägt die hydraulische Ventileinheit 36 auch eine Mehrzahl von mit Gewinde versehenen Ansätzen 44 (zwei sind gezeigt), welche in entsprechenden, in der Klammer 34 ausgeformten Schlitzen 46 aufgenommen werden. Die Ansätze 44 werden in den Klammerschlitzen 46 durch Schrauben (nicht gezeigt) gesichert, um die Steuereinheit 30 an der Montageklammer 34 zu halten. Alternativ kann auch eine Mehrzahl von mit Gewinde versehenen Öffnungen im Ventilkörper 40 und/oder Motorgehäuse ausgeformt sein, welche mit Gewinde versehene Befestigungsmittel aufnehmen, um die Steuereinheit 30 in der Klammer 32 zu arretieren. Werden mit Gewinde versehene Befestigungsmittel verwendet, können die Schlitze 46 in der Montageklammer 32 durch Öffnungen (nicht gezeigt) ersetzt werden.
Die elektronische Steuereinheit 36 hat ein Gehäuse 50, welches eine gedruckte Schaltungsplatine 52 oder ein Schaltkreis-Substrat trägt. Eine Mehrzahl von Solenoid-Spulen 54 ist ebenfalls durch die Schaltungsplatine 52 abgestützt, wobei eine Spule 54 entsprechend jedem der Elektromagnetventile im Hydraulikventilkörper 40 angeordnet ist. Die Solenoid-Spulen 54 werden selektiv durch elektronische Komponenten betätigt, welche auf der Schaltkreisplatine 52 montiert sind. Unter den Komponenten ist ein Mikroprozessor 56 mit einem nicht-flüchtigen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (NVRAM). Ein Steueralgorithmus für das VSC-System ist im NVRAM gespeichert. Alternativ kann auch eine für die Anwendung spezifizierte integrierte Schaltung (ASIC) anstelle des Mikroprozessors 56 verwenden werden. Auf der Schaltkreisplatine 52 ist auch zumindest ein Accelerometer (Beschleunigungssensor) 58 direkt montiert sowie ein Giergeschwindigkeitssensor 60. Das Accelerometer 58 ist mit seiner Hauptachse so auszurichten, dass eine Querbewegung des Fahrzeuges gemessen werden kann. Zusätzlich lehrt die Erfindung ein zweites Accelerometer (nicht gezeigt), welches auch auf der Schaltkreisplatine 52 so zu montieren ist, dass seine Hauptachse zur Messung einer Bewegung in Längsrichtung ausgerichtet ist. In Abwandlung kann auch ein einziges, zwei Achsen bedienendes Accelerometer oder eine Kombination aus einem einzelnen und/oder mehrere Achsen aufweisenden Accelerometern eingesetzt werden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zwei Accelerometer (Beschleunigungsaufnehmer), welche die Längs- und Querbeschleunigungen messen, und ein Winkelgeschwindigkeitssensor, welcher die Giergeschwindigkeit misst, eingesetzt.
In 3 sind der Beschleunigungsaufnehmer 58 und der Drehgeschwindigkeitssensor 60 so dargestellt, dass sie direkt auf der gedruckten Leiterplatine montiert sind, jedoch ist es auch möglich, andere Montagearten vorzusehen. Beispielsweise können der Beschleunigungsaufnehmer 58 und der Rotationsgeschwindigkeitssensor 60 auf einer Sekundärplatine (Tochterplatine) oder einer anderen Struktur montiert werden, sodass eine Orientierung der Haupt-Messachsen des Beschleunigungsaufnehmers und des Rotationssensors in Bezug auf die Raumachsen 12, 14 und 16 des Fahrzeuges möglich ist. Darüber hinaus kann auch die Stützstruktur in Bezug auf die Schaltkreisplatine 52 bewegbar sein, um eine Ausrichtung der Sensor-Hauptachsen in Bezug auf die Fahrzeug-Raumachsen zu ermöglichen. Die elektronische Steuereinheit 36 enthält auch einen ersten elektrischen Anschluss 62 zur Stromversorgung des Pumpmotors 42 und einen zweiten elektrischen Anschluss 64 zum Anschließen anderer elektrischer Komponenten, wie der Fahrzeug-Stromversorgung (nicht gezeigt) oder von Radgeschwindigkeitssensoren (nicht gezeigt).
Im Betrieb empfängt der Mikroprozessor 56 in der elektronischen Steuereinheit 36 Signale von im Fahrzeug 10 montierten Komponenten, wie beispielsweise Radgeschwindigkeitssensoren. Die empfangenen Signale werden mit Signalen kombiniert, die durch den Beschleunigungsaufnehmer 58 und/oder den Rotationsgeschwindigkeitssensor 60 erzeugt werden, kombiniert, um zu Bestimmen, ob eine Korrektur hinsichtlich der Fahrzeugrichtung erforderlich ist. Ist eine Korrektur erforderlich, betätigt der Mikroprozessor 56 den Pumpenmotor 42 und betätigt selektiv die Solenoid-Ventile, um die Fahrzeugbremsen anzulegen und so die Fahrzeugrichtung zu korrigieren. Darüber hinaus kann der Mikroprozessor 56 auch Signale an den Computer des Fahrzeugmotors senden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu ändern.
Wie oben beschrieben, sind die Trägheitssensoren unter Einschluss der Accelerometer (Beschleunigungsaufnehmer) und der Giergeschwindigkeitssensoren 58 bzw. 60 in der elektronischen Steuereinheit 36 montiert, entweder direkt auf der gedruckten Leiterplatine 52 oder auf einer anderen Abstützung. Die elektronische Steuereinheit 36 ist ihrerseits an der Hydraulikventileinheit 38 montiert, welche dann an der Klammer 32 befestigt wird. Die gesamte Steuereinheitsbaugruppe 30 wird sodann am oder im Fahrzeug 10 montiert. Jede dieser Montagen bedingt Toleranzfehler, die sich kombinieren und so einen summarischen Toleranzfehler ergeben. Mit Blick auf Kreuzachsenfehler (also Fehler quer zur Messachse) ist die Wurzel solcher Fehler eine Fehljustierung der Sensoren in Bezug auf die Raumachsen 12, 14 und 16 des Fahrzeuges, und zwar im Ergebnis der Montage der Sensoren. Es ist deshalb wünschenswert, diese Sensoren perfekt in der jeweils vorgesehenen Messachse zu montieren oder den tatsächlichen Montagefehler zu quantifizieren. Eine perfekte Montage ist jedoch praktisch nicht möglich und deshalb zielt die Erfindung auf ein Verfahren zum Quantifizieren der tatsächlichen Montagefehler und zum Abspeichern der Montagefehler in dem NVRAM zur Verwendung beim VSC-Steueralgorithmus. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel werden für das VSC-System zwei Beschleunigungsaufnehmer eingesetzt, welche die Quer- und die Längsbeschleunigung messen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird in den Flussdiagrammen gemäß 4 bis 6 erläutert. Der Überblick über den Ablauf wird in 4 gegeben, während die 5 und 6 einzelne Ablaufausschnitte aus 4 mit mehr Einzelheiten zeigen. Das Verfahren beginnt mit Block 70 und geht dann zum Funktionsblock 72, wo die Versatzfehler des Sensors durch den Sensorhersteller bestimmt wird. Nach Herstellung des Sensors betätigt der Hersteller den Sensor während dieser in Bezug auf seine Primärachse ausgerichtet ist und es wird sodann das Ausgangssignal aufgezeichnet. Zum Beispiel würde ein Längsbeschleunigungsaufnehmer in einer horizontalen Ebene positioniert und sodann betätigt, während er stationär gehalten wird. Im Idealfall sollte der Sensor ein Null-Ausgangssignal liefern. Jede davon verschiedene Auslesung stellt somit den Versatzfehler des Sensors dar und müsste dann von den im Einsatz gewonnenen Sensor-Signalen subtrahiert werden, um eine wahre Messung zu erhalten. Der Versatzfehler des Sensors kann zum Bei spiel auf den Sensor aufgedruckt werden oder, falls der Sensor eine Signalverarbeitungsschaltung aufweist, könnte der Versatzfehler des Sensors in dieser Verarbeitungsschaltung gespeichert werden. Solche Versatzfehler von Sensoren sind typischerweise temperaturempfindlich. Dementsprechend wird die Messung des Versatzfehlers am Besten bei einer Temperatur ausgeführt, die einen Mittelwert der erfahrungsgemäß zu erwartenden Temperaturen darstellt. Es ist aber auch möglich, den Versatzfehler über einen Bereich von erfahrungsgemäß typischerweise zu erwartenden Betriebstemperaturen zu messen und eine Tabelle kann dann bereitgestellt werden, der die Werte zu entnehmen sind. Dieser letztgenannte Ansatz wird bevorzugt wenn die Steuereinheit in der Lage ist, die Temperatur zu erfassen und so den jeweils zugehörigen Versatzfehler aus der Tabelle entnehmen kann. Nach Bestimmung des Versatzfehlers werden die Sensoren zum Hersteller der Steuereinheit geschickt.
Das Verfahren schreitet dann zum Funktionsblock 74, wo die Hydrauliksteuereinheit 32 hergestellt wird. Wie oben beschrieben ist, sind die Sensoren entweder direkt auf der gedruckten Schaltungsplatine 52 oder auf einer Stützstruktur montiert, die auf der gedruckten Schaltungsplatine 52 befestigt ist. Die gedruckte Schaltungsplatine 52 wird im Gehäuse 50 der elektronischen Steuereinheit untergebracht, um die elektronische Steuereinheit 36 zu bilden und die elektronische Steuereinheit 36 wird dann am Hydraulikventilkörper 38 befestigt, um die Hydrauliksteuereinheit 32 zu bilden. Das Verfahrens schreitet dann zum Funktionsblock 76, wo die Hydrauliksteuereinheit 32 an der Montageklammer 46 befestigt wird, um die Steuerbaugruppe 30 zu bilden. Das Verfahren schreitet dann zum Funktionsblock 78.
Gemäß Funktionsblock 78 werden Zusammenbaufehler bezüglich der Steuerbaugruppe 30 bestimmt, wie näher in dem Flussdiagramm gemäß 5 dargestellt ist. Das in 5 gezeigte Flussdiagramm beginnt mit dem Block 80 und schreitet zum Funktionsblock 82 vor, gemäß dem die Steuerbaugruppe 30 auf einem Kardan-Teststand montiert wird, welcher um jede der drei zueinander senkrecht stehenden Achsen eine Drehung ermöglicht, wobei die Achsen den Raumachsen 12, 14 und 16 des Fahrzeuges zugeordnet sind. Das Verfahren schreitet dann zum Funktionsblock 84 vor, wo ein Index, welcher eine der orthogonalen Achsen repräsentiert, bezüglich der keine Messung erfolgt, auf eins gesetzt wird und der zu untersuchende Trägheitssensor in Betrieb gesetzt wird. Das Verfahren schreitet dann zum Funktionsblock 86, wo die Baugruppe 30 um die ausgewählte Achse in eine Stellung gedreht wird, die senkrecht ist zur Messachse. Das Verfahren geht dann zum Funktionsblock 88, wo das Ausgangssignal des Sensors gemessen und als erster Baugruppenversatz in der Messeinrichtung abgespeichert wird. Die Baugruppe wird dann um 180° um die ausgewählte Achse zurückgedreht und im Funktionsblock 90 wird das Ausgangssignal des Sensors wieder gemessen und als zweiter Baugruppenversatz gemäß Funktionsblock 92 in der Testeinrichtung abgespeichert. Das Verfahren schreitet dann zum Funktionsblock 94, wo ein Korrekturfaktor für den Sensor berechnet wird durch Berechung der Hälfte der Differenz zwischen den in den Funktionsblöcken 88 und 92 gemessenen ersten und zweiten Versatzwerten der Baugruppe. Der berechnete Korrekturfaktor wird dann im NVRAM der elektronischen Steuereinheit 36 gemäß Funktionsblock 96 bezüglich der Rotationsachse gespeichert.
Als Beispiel für den vorstehend beschriebenen Prozess wird die Anwendung bei einem Longitudinalsensor beschrieben. Die Baugruppe 30 wird im Kardan-Messstand montiert mit Raumorientierungen, wie sie erwartet werden, wenn eine Montage im Fahrzeug 10 erfolgt. Der Kardan-Messstand wird dann um die Horizontalachse, entsprechend der Querachse, um 90° gedreht, sodass die longitudinale Messachse auf die nach oben gerichtete vertikale Achse ausgerichtet ist, welche senkrecht ist zu der Längsachse, und zwar durch Drehung der Gruppe um 90°. Das Ausgangssignal wird ausgelesen und sodann wird der Sensor um 180° um die Querachse zurückgedreht, sodass die longitudinale Messachse in Bezug auf die nach unten gerichtete Vertikalachse ausgerichtet ist und das Ausgangssignal wird wieder gelesen. Die zwei gemessenen Ausgangssignale werden sodann kombiniert, um einen einzigen Netto-Versatzfehler bezüglich der Querachse zu bestimmen. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel beinhaltet die Berechnung eine Addition der beiden Ausgangssignale und sodann eine Division der Summe durch zwei.
Das Verfahren schreitet dann zum Funktionsblock 100, wo der Achsenindex um eins erhöht wird. Das Verfahren schreitet dann bis zum Entscheidungsblock 102 vor, wo der gerade laufende Achsenindex mit zwei verglichen wird, was in diesem Falle die Anzahl der orthogonalen Achsen angibt, für die der Test erfolgt. Ist gemäß Entscheidungsblock 102 der laufende Index kleiner oder gleich 2, dann schreitet das Verfahren zum Funktionsblock 86, um einen weiteren berechneten Korrekturfaktor für die gerade untersuchte Achse zu bestimmen. Für das obige Beispiel des Longitudinalsensors wird der Sensor um die verbleibende, nicht untersuchte Achse gedreht, d.h. die Vertikalachse, und ein Versatzfehler in Bezug auf die Vertikalachse wird bestimmt. Ist hingegen im Entscheidungsblock 102 der laufende Index größer als 2, dann ist das Verfahren zuende und läuft über Block 104 zurück in das Diagramm gemäß 4. Die sich ergebenden gemessenen Versätze sind verursacht durch Toleranzen beim Zusammenbau, welche einen Fehler zwischen der tatsächlichen Longitudinalachse des Sensors und der gewünschten Fahrzeug-Longitudinalachse einführen. Die vorliegende Erfindung zielt darauf, die oben beschriebene Kalibrierung für jeden Beschleunigungsaufnehmer, der in der elektronischen Steuereinheit 36 montiert ist, zu wiederholen, bevor zum Funktionsblock 110 gemäß 4 fortgeschritten wird.
Im Anschluss an die Bestimmung des Baugruppenfehlers für die Steuereinheit 30 im Funktionsblock 78 wird die Einheit zum Fahrzeughersteller überführt, wo sie in ein Fahrzeug gemäß Funktionsblock 110 eingebaut wird. Da die Montageklammer 32 für ein bestimmtes Fahrzeug ausgelegt ist und dazu dient, die Sensorachsen in Bezug auf die Fahrzeug-Raumachsen auszurichten, können sich wiederum Fehler aufgrund von Toleranzen ergeben. Dementsprechend setzt sich die Erfindung auch das Ziel, einen Montagefehler für die Steuereinheit 30 im Funktionsblock 112 nach der Installation im Fahrzeug 10 zu bestimmen.
Im Funktionsblock 112 wird der Montagefehler der Steuerbaugruppe 30 gemäß dem Flussdiagramm nach 6 bestimmt. Das Flussdiagramm gemäß 6 beginnt mit dem Block 120 und führt zum Funktionsblock 122, wo das Fahrzeug 10 auf einer horizontalen Fläche abgestellt wird, wobei in der Steuereinheit 36 ein Algorithmus zur Bestimmung eines Montagefehlers in Gang gesetzt wird. Der Algorithmus zur Bestimmung des Montagefehlers setzt gemäß Funktionsblock 124 einen Sensorindex n auf 1 und sodann schreitet das Verfahren fort zum Funktionsblock 126, wo der erste Beschleunigungsaufnehmer im elektronischen Steuermodul 36 aktiviert wird. Ist der Beschleunigungsaufnehmer aktiviert, werden der gespeicherte Temperaturversatz und der berechnete Korrekturfaktor aus Block 94 gemäß 5 mit dem Sensorausgangssignal kombiniert. Der Temperaturversatz und der Korrekturfaktor werden entweder zum Sensorausgangssignal addiert oder davon subtrahiert, gemäß einer Bestimmung während der Messung und der Berechnung. Das Sensor-Ausgangssignal wird im Funktionsblock 128 gelesen. Da das Fahrzeug 10 auf einer horizontalen Fläche abgestellt ist und still steht, entspricht jedes Sensor-Ausgangssignal einer Fehljustierung der Sensorachse in Bezug auf die Zielachsen, was ein Ausgangssignal aufgrund der Schwerkraft zur Folge hat.
Das Ausgangssignal des Sensors wird im Funktionsblock 130 benutzt, einen Montagefehler für den Beschleunigungsaufnehmer zu berechnen. Die Berechnung ist in 7 dargestellt, wo die Raumachsen bezüglich der horizontalen Ebene durch die drei Achsen x, y und z angezeigt sind. Dabei gilt:
die x-Achse entspricht der Roll- oder Längsbeschleunigung;
die y-Achse entspricht der Neigungs- oder Querbeschleunigung; und
die z-Achse entspricht der Gierbewegung oder der Erd-Schwerkraft.
In 7 sind auch die Kräfte eingezeichnet, die auf den Sensor zum Messen der Longitudinalbeschleunigung entlang der x-Achse wirken, dabei gilt:

a_z: = die gewünschte gemessene Beschleunigung, welche der Erd-Schwerkraft entspricht oder 1g ist;
b_z: = die vom Sensor gemessen Resultante aufgrund eines Montagefehlers im Fahrzeug, wie sie durch einen Beschleunigungsaufnehmer bestimmt würde, der die Beschleunigung entlang der z-Achsen messen soll; und
c_x: = die Resultante aus a_z und b_z, wie sie durch Beschleunigung entlang der z-Achse oder durch Schwerkraft, verursacht ist, und zwar aufgrund eines Montagefehlers, wie mit einem Beschleunigungsaufnehmer bestimmt ist, der eine x-Achsen-Beschleunigung zu messen hat.

Unter Verwendung der obigen Beziehungen ist aus der Trigonometrie bekannt, dass bz = azcosθxz + axsinθxz + aysinθyz.
Wird angenommen, dass der Sensor perfekt in Bezug auf die y-Achse montiert ist, dann ist θ_yz gleich null und die obige Formel wird zu: bz = azcosθxz + axsinθxz,wie in 7 dargestellt ist. Wenn weiterhin angenommen wird, dass die Montagefehler klein sind, was insofern gerechtfertigt ist, als es sich um Toleranzfehler handelt, und sich somit in der Größenordnung von 7 oder 8° befinden, dann nähert sich der cos derart kleiner Winkel etwa dem Einheitswert. Diese zweite Annahme auf die Formel angewandt ergibt: bz = az + axsinθxz.
Die obige Formel zeigt, dass eine Beschleunigung oder eine Winkelgeschwindigkeit in reiner x-Achsen-Orientierung ein Ausgangssignal verursacht hinsichtlich eines fehlmontieren Sensors, der ausgelegt ist, eine z-Achsen-Beschleunigung zu messen, oder eines Winkelgeschwindigkeitssensors, wie einem Gier-Sensor in einem VCS-System.
Ähnliche Fehler treten auf hinsichtlich des Montagefehlers entlang der Querachse (y-Achse).
Als Beispiel für eine Berechnung werde angenommen, dass ein Montagefehler existiert in einer Achse, welche eine Neigung verursacht, welche mit einem Giermoment gekoppelt ist, d.h. der Sensor soll ausschließlich in Bezug auf die θ_z-Achse montiert werden, ist jedoch tatsächlich fehlmontiert mit einem Winkel θ_yz. Bei einer plötzlichen Bremsung, welche eine Neigung des Fahrzeuges nach vorne zur Folge hätte, würde der Montagefehler bewirken, dass der Geschwindigkeitssensor ein Ausgangssignal hat. Würde die Neigung etwa 50°/sek betragen, dann wäre die gemessene Gierrate 50sinθ_yz. Würde θ_yz 8° betragen, dann wäre das Giersignal etwa bei 7°/sek. Da Bestätigungsschwellenwerte für ein VSC-System typischerweise im Bereich von 3 bis 7°/sek liegen, könnte dieses Signal den VSC-Algorithmus veranlassen, eine mögliche Drehung des Fahrzeuges zu korrigieren, obwohl gar keine Notwendigkeit hierfür besteht. Durch Berechnung und Abspeicherung eines Montagefehlers wie oben beschrieben, kann der Montagefehler mit dem Sensorausgangssignal kombiniert werden, um den Fehlmontagefehler zu kompensieren und so ein falsches Anstoßen des VSC-Systems zu verhindern. Der hier verwendete Begriff „VSC" entspricht im wesentlichen dem Deutschen ESP. Das kombinierte Signal kann auch in andere Fahrzeugsysteme, je nach Bedarf, eingegeben werden. Auch kann der Montagefehler verwendet werden, einen Schwellenwert festzulegen, der eingesetzt wird, um intern eine falsche Aktivierung des VSC-Systems zu vermeiden. Die Erfindung lehrt auch, einen solchen internen Schwellenwert in Kombination mit anderen Sensor-Ausgangssignalen zu verwenden, um eine falsche Aktivierung oder Ansprache des Systems zu vermeiden. Beispielsweise, wie oben beschrieben ist, kann eine negative Beschleunigung in Längsrichtung (Abbremsung) aufgrund eines plötzlichen Stops in Kombination mit dem Montagefehlerschwellenwert dazu verwendet werden, eine falsche Aktivierung des VSC-Systems zu verhindern. Darüber hinaus lehrt die Erfindung auch den Einsatz der korrigierten Sensor-Ausgangsdaten in Zusammenhang mit anderen verfügbaren dynamischen Parametern des Fahrzeugs, wie zum Beispiel Radgeschwindigkeiten und/oder Bremsdruck, um die Berechnung von Längs-Beschleunigung und Abbremsung zu verfeinern, sowie die Berücksichtigung von Lenkwinkelsignalen zur Verfeinerung der Berechnung der Querbeschleunigung.
Nach Berechnung der Kalibrierung im Funktionsblock 130 wird der Montagefehler im NVRAM im Funktionsblock 132 gespeichert, wonach der Index n um 1 im Funktionsblock 134 angehoben wird. Das Verfahren fährt dann fort zum Entscheidungsblock 136. Im Entscheidungsblock 136 wird der laufende Index n verglichen mit der Maximalzahl von zu testenden Sensoren, n_MAX. Falls n kleiner oder gleich n_MAX ist, dann sind noch mehr Sensoren in der elektronischen Steuereinheit 36 zu kalibrieren und das Verfahren kehrt zurück zum Block 126, um die Kalibrierung des nächsten Sensors einzuleiten. Wenn aber im Entscheidungsblock 136 n größer ist als n_MAX, sind alle Sensoren kalibriert und das Verfahren kehrt zurück zum Block 138 gemäß 4 und gelangt zum Ausgangsblock 140. Für ein VSC-System mit einem Querbeschleunigungsaufnehmer und einem Longitudinalaufnehmer, wäre n_MAX gleich zwei.
Beim Betrieb des VSC-Systems, werden die gespeicherten Versatzfehler, die Steuerbaugruppenfehlerkorrekturen und die Montagefehler mit dem Ausgangssignal des entsprechenden Sensors kombiniert, um eine wahre Sensorauslesung zu erreichen. Alternativ kann jeder der Fehler akkumuliert werden, da der Wert bestimmt wird, um einen Netto-Fehlerfaktor zu erhalten. Mit diesem alternativen Ansatz wird der Zusammenbaufehler bezüglich der Steuereinheit mit dem gespeicherten Versatzfehler kombiniert und über den Versatzfehler in den NVRAM geschrieben. Ist dann der Montagefehler bestimmt, wird der Montagefehler mit dem im NVRAM abgespeicherten Wert kombiniert und der so kombinierte Netto-Fehlerfaktor wird über den für den in Rede stehenden Sensor im NVRAM gespeicherten Wert geschrieben. Somit reduziert dieser alternative Ansatz zur Verwendung der Korrekturen die erforderlichen Rechnungen zur Verwendung der Kalibrierungen. Wie oben auch beschrieben ist, kann der Netto-Fehler verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Gier-Sensor eine fehlerhafte Auslesung bereitstellt, die durch einen senkrecht zur Achse stehenden Montagefehler verursacht ist.
Zusammengefasst werden also zulässige Versatzfehler aufgrund der Herstellung der Beschleunigungsaufnehmer und der Steuereinheit bei der Herstellung gemessen und in einem Festspeicher abgelegt, bevor ein Einbau in ein Fahrzeug erfolgt. Ist der Sensor im Fahrzeug montiert, werden diese Versatz-Fehler in einem Mikroprozessor eingegeben, welcher die Algorithmen für die Ausführung des VSC (ESP) enthält. Der Mikroprozessor misst dann zusätzliche Versatzfehler nach der Installation der Sensoren und der Steuereinheit im Fahrzeug und subtrahiert diese von den im Speicher gespeicherten Fehlern aus dem Herstellungsverfahren der Sensoren und der Baugruppe, oder kombiniert sie mit diesen. Mit dieser Information können die aufgrund der Installation der Sensoren im Vehikel verursachten Fehler mittels des Mikroprozessors beim Betrieb des VSC-Systems (ESP-Systems) kompensiert werden.
Entsprechend den allgemeinen patentrechtlichen Vorschriften, wurde das Prinzip und die Arbeitsweise der Erfindung mit Blick auf ein bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es versteht sich aber, dass die Erfindung auch anders realisiert werden kann als hier besonders erläutert ist, ohne von ihrem Gehalt und Kern abzuweichen. Beispielsweise wurde das bevorzugte Ausführungsbeispiel für ein VSC-System (ESP-System) erläutert und beschrieben, jedoch kann das Verfahren auch bei anderen trägheitsbasierten Steuersystemen für das Fahrzeug eingesetzt werden, wie zum Beispiel einem Roll-Stabilitätssteuerungssystem oder einer adaptiven Geschwindigkeitssteuerung. Während das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher erläutert und beschrieben wurde in Hinsicht auf ein VSC-System (ESP-System) mit einem Gier-Sensor und Quer- und Längsbeschleunigungsaufnehmern, ergibt sich auch, dass die Erfindung eingesetzt werden kann mit einem VSC-System (ESP-System) mit nur einem Gier-Sensor und einem Querbeschleunigungsaufnehmer.
Zusammenfassung
Ein Verfahren zum Kalibrieren von Bewegungssensoren in einem elektronischen Bremssteuerungssystem in einem Fahrzeug umfasst die Anordnung des Fahrzeuges auf einer horizontalen Fläche und den Einsatz der Sensorsignale zur Berechnung eines Eichungsfaktors, der in einem Computerspeicher abgespeichert wird und beim Betrieb des Bremssteuersystems eingesetzt wird, um Montagefehler beim Einbau des Systems in das Fahrzeug zu kompensieren.

Claims

Verfahren zum Begegnen von quer zur Achse auftretenden Montagefehlern bei einem Trägheitssensor mit folgenden Schritten: (a) Positionieren des Trägheitssensors auf eine stationäre Oberfläche; (b) Messen von gegebenenfalls vorhandenen Versatzfehlern des Trägheitssensors in Bezug auf die stationäre Oberfläche; (c) Abspeichern des Versatzfehlers in einem nicht-flüchtigen Speicher; (d) Einbau des Sensors in ein Fahrzeug; (e) Überführen des Versatzfehlers aus dem nicht-flüchtigen Speicher in einen nicht-flüchtigen Speicher einer im Fahrzeug montierten Steuerung; (f) Bewegen des Fahrzeuges auf eine stationäre Oberfläche; (g) Erneutes Messen des Versatzes des Trägheitssensors; (h) Bestimmen von korrigierten Versatzfehlern durch Kombinieren des im Schritt (g) gemessenen Versatzfehlers mit dem entsprechenden, in Schritt (b) gemessenen und abgespeicherten Versatzfehler; und (i) Abspeichern des korrigierten Versatzfehlers in dem nicht-flüchtigen Speicher.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (i) der korrigierte Versatzfehler durch Subtraktion des in Schritt (g) gemessenen Versatzfehlers vom entsprechenden abgespeicherten Versatzfehler bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach Schritt (c) und vor Schritt (d) der Trägheitssensor in einer elektronischen Steuereinheit montiert wird, die an einem Hydrauliksteuerventil befestigt ist, welches an einer Montageklammer angebracht ist, wobei die Baugruppe in einem Teststand gedreht wird und dabei Sensorsignale ausgelesen werden und diese verwendet werden, um einen Baugruppenfehler zu bestimmen, der in einem nicht-flüchtigen Speicher abgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Baugruppenfehler mit einem im Schritt (b) gemessenen Versatzfehler kombiniert wird und der kombinierte Faktor in einem nicht-flüchtigen Speicher abgespeichert wird zur anschließenden Verwendung bei der Bestimmung des korrigierten Versatzfehlers im Schritt (h).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Steuerung eine elektronische Steuereinheit für ein Fahrzeugstabilisierungssystem ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Trägheitssensor in der elektronischen Steuereinheit im Fahrzeugstabilitätssteuerungssystem montiert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Mehrzahl von Trägheitssensoren in der elektronischen Steuereinheit des Fahrzeugstabilitätssteuerungssystems montiert sind und das Verfahren zur Bestimmung von korrigierten Versatzfehlern bei jedem der Sensoren eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Sensor einen nicht-flüchtigen Speicher aufweist und im Schritt (c) die Versatzfehler in dem nicht-flüchtigen Sensor-Speicher abgespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Mehrzahl von Trägheitssensoren zumindest einen Beschleunigungsaufnehmer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der kombinierte Versatzfehler verwendet wird, um einen Schwellenwert zu bestimmen, gemäß dem das Fahrzeugstabilitätssteuersystem außer Betrieb gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das elektronische Steuermodul elektrisch mit zumindest einem anderen Fahrzeugsteuersystem verbunden ist und wobei weiterhin der kombinierte Versatzfehler in das andere Fahrzeugsteuersystem übertragen wird, um dort verwendet zu werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Mehrzahl von Trägheitssensoren zumindest einen Gier-Sensor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die elektronische Steuereinheit einen nicht-flüchtigen Speicher aufweist, der zumindest einen der gemessenen Fehler abspeichert.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der nicht-flüchtige Speicher einen Algorithmus enthält zum Ausführen der Bestimmung der korrigierten Versatzfehler in Schritt (i).
Verfahren zum Begegnen von quer zur Achse auftretenden Montagefehlern bei einem Trägheitssensor mit folgenden Schritten: (a) Installieren des Sensors in einem Fahrzeug; (b) Bewegen des Fahrzeuges auf eine stationäre Oberfläche; (c) Messen von Versatzfehlern des Trägheitssensors; (d) Abspeichern der gemessenen Versatzfehler in einem nicht-flüchtigen Speicher.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem vor Schritt (a) ein Schritt durchgeführt wird, gemäß dem der Trägheitssensor auf einer stationären Fläche angeordnet und jegliche Versatzfehler des Trägheitssensors in Bezug auf die stationäre Fläche gemessen werden, wonach die Versatzfehler in einem nicht-flüchtigen Speicher abgespeichert werden und im Anschluss an Schritt (c) korrigierte Versatzfehler durch Kombination der vor der Installation gemessenen Versatzfehler mit entsprechenden abgespeicherten, in Schritt (c) gemessenen Versatzfehlern bestimmt werden und sodann die kombinierten Versatzfehler in dem nicht-flüchtigen Speicher abgespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem weiterhin vor Schritt (a) der Trägheitssensor in einer elektronischen Steuereinheit montiert wird, die an einem Hydrauliksteuerventil befestigt ist, welches an einer Montageklammer befestigt ist, wobei die Baugruppe in einem Teststand gedreht wird und dabei Sensorausgangssignale gelesen werden und die Sensorausgangssignale verwendet werden, um einen Baugruppenfehler zu bestimmen, der in dem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Baugruppenfehler mit dem in Schritt (b) gemessenen Versatzfehler kombiniert wird und der kombinierte Faktor in dem nicht-flüchtigen Speicher abgespeichert wird für eine anschließende Verwendung bei der Bestimmung des korrigierten Versatzfehlers in Schritt (h).
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem vor der Installation des Sensors in der elektronischen Steuereinheit folgende Schritte durchgeführt werden: Anordnen des Trägheitssensors auf einer stationären Fläche und Messen von Versatzfehlern des Trägheitssensors in Bezug auf die stationäre Oberfläche, wonach die Versatzfehler in einem nicht-flüchtigen Speicher abgespeichert werden und anschließend die vor der Installation gemessenen Versatzfehler mit entsprechenden abgespeicherten Baugruppenfehlern, die bei auf dem Teststand montierter Baugruppe gemessen wurden, kombiniert werden, und sodann Abspeichern der kombinierten Versatz- und Baugruppenfehler in dem nicht-flüchtigen Speicher.