DE19537791A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahr­ zeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung hierzu gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

Viele moderne, den Vortrieb eines Kraftfahrzeugs beeinflussende Systeme benötigen die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges als Eingangsgröße. In den meisten Fällen kommt es dabei nicht auf eine hohe Genauigkeit an, z. B. beim Tachometer ist ein Fehler von bis zu 5% tolerabel. Andere Systeme, z. B. ein ABS, werten im Gegensatz zum Tachometer nicht ein Getriebeabtriebsignal aus, sondern die Drehzahlsignale aller Räder. Durch logisches Verknüpfen der Raddrehzahlen kann hieraus die Fahrgeschwindigkeit relativ gut berechnet werden. Die Grenzen hierbei sind aber dann erreicht, wenn das Fahrzeug z. B. eine Kurve befährt. Aus den Raddrehzahlen kann nur eingeschränkt auf eine Kurve geschlossen wer­ den, insbesondere nur bei ungebremsten Rädern. Aus diesem Grund begnügt man sich in der Regel auf einige einfache Regeln: Im Antriebsfall wird das langsamstdrehende Rad verwendet, dies ist in der Regel das kurveninnere Hinterrad. Im Bremsfall verwendet man das schnellstdrehende Rad. Darüber hinaus wird der Anstieg bzw. der Abfall der ermittelten Geschwindigkeit auf beispielsweise 14 m/s² begrenzt, wodurch bei einer Beschleunigung durchdrehende Räder bzw. bei einer Verzögerung blockierende Räder erkannt werden.

Da eine solche Begrenzung auf einen festen Wert ungünstige Fahrbahnbedingungen, wie z. B. Schneeglätte, nicht berücksichtigt, wird in der DE 33 42 553 C vorgeschlagen, in die Ge­ schwindigkeitsbestimmung noch die Ausgangssignale eines mit dem Kraftfahrzeug ortsfest verbundenen Beschleunigungsmessers mit einzubeziehen. Durch eine Verknüpfung der aus den Raddrehzahlen erhaltenen Meßwerte und der Signale des Beschleunigungsmessers läßt sich im Beschleunigungs- und im Bremsfall die wahre Kraftfahrzeuggeschwindigkeit genauer ermitteln. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß der Beschleunigungsmesser trotz laufender Kalibrierung ein verhältnismäßig ungenaues Meßmittel ist und außerdem für weitere moderne Fahrzeugregelsysteme nicht benötigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeuggeschwindigkeitsermittlungsverfahren, das die Ausgangssignale von für verschiedene Fahrzeugsysteme einsetzbaren Meßwertauf­ nehmern zur Ermittlung einer sehr genauen Fahrzeuggeschwindigkeit verwenden kann. Aufgabe ist außerdem eine entsprechende Vorrichtung.

Bei dem eingangs beschriebenen Verfahren wird diese Aufgabe gelöst mit den Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 12.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung können die in einem Fahrzeug vorhandenen Sensoren, wie sie beispielsweise für ein ABS und eine Fahr­ dynamikregelung in einem Kraftfahrzeug vorhanden sind, nutzen. Die so erhaltene genauere Geschwindigkeit kann wiederum dem ABS bzw. der Fahrdynamikregelung zur Verfügung gestellt werden. In der vorliegenden Erfindung kommen dabei Sensoren wie die Raddreh­ zahlsensoren, Lenkradwinkelsensor; Giergeschwindigkeitssensor oder äquivalente Senso­ ren, wie beispielsweise ein Querbeschleunigungssensor, zur Anwendung. Unter bestimmten Fahrbedingungen kann ein Giergeschwindigkeitssignal auch durch Auswertung von Rad­ drehzahldifferenzen, beispielsweise nicht angetriebener und nicht gebremster Hinterräder eines Kraftfahrzeuges, erhalten werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Geschwindigkeitsermittlung nach den bekann­ ten Methoden, beispielsweise über die Raddrehzahlsensoren, allein erfolgen, je nach Fahrsituation werden jedoch Giergeschwindigkeitssignale und/oder Querbeschleunigungs­ signale mit verwendet. Vorteilhaft wird bei der Geschwindigkeitsbestimmung die Längsge­ schwindigkeit des Fahrzeuges bestimmt, so daß auch ein Lenkradwinkel- und/oder Rad­ winkelsignal mit ausgewertet wird. Grundsätzlich kann das Geschwindigkeitssignal auf jeden beliebigen Punkt des Kraftfahrzeuges berechnet werden, vorteilhaft wird die Geschwindigkeit auf die Fahrzeugmitte und insbesondere auf einen Fahrzeugschwerpunkt berechnet.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, wenn je nach Fahrsituation die Raddreh­ zahlen einzelner Räder nicht ausgewertet werden. Die Berechnung der Geschwindigkeit erfolgt dann aus den übrigen Rädern, wofür mindestens eines notwendig ist. Räder; die zeitweilig nicht ausgewertet werden, sind insbesondere solche, an denen bei der jeweiligen Fahrsituation ein Schlupf vermutet werden kann. Erfindungsgemäß werden entsprechend einzeln gebremste Räder; wie beispielsweise bei einer aktiven Fahrdynamikregelung, vorteil­ haft nicht ausgewertet. Welche Räder gerade einer solchen Situation unterliegen, liegt in den Fahrzeugsystemen (Fahrzeugelektronik) natürlich als Information vor.

Auch bei der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise der Anstieg bzw. der Abfall der Ge­ schwindigkeit auf einen festen Wert, beispielsweise 10 oder 14 m/s², oder besser auf die jeweilige Fahrzeugbeschleunigung oder insbesondere auf den Fahrbahnreibwert begrenzt. Hierdurch können bereits kleine Unregelmäßigkeiten in der Raddrehzahlerfassung geglättet werden.

Erfindungsgemäß werden zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs von den einzelnen Rädern, vorzugsweise von allen Rädern, die Raddrehzahlen erfaßt und in die Fahrgeschwindigkeit umgerechnet. Hierbei wird zumindest zeitweilig bei mindestens einem Rad die Umrechnung unter Berücksichtigung eines Giergeschwindigkeitssignals und/oder eines Querbeschleunigungssignals durchgeführt, wobei dieses Signal bei einer Kurvenfahrt zur Verfügung steht. Unter Kurvenfahrt fällt hierbei auch das Schleudern eines Fahrzeuges. Bei einer stationären Geradeausfahrt ist das Giergeschwindigkeitssignal und das Querbe­ schleunigungssignal Null, so daß hier ein solches Signal nicht berücksichtigt zu werden braucht, aber ohne Widerspruch zur vorliegenden Erfindung abgefragt werden kann. Das Giergeschwindigkeitssignal und/oder das Querbeschleunigungssignal wird vorteilhaft entsprechend der Fahrzeuggeometrie in die Berechnung der Geschwindigkeit mit einbezo­ gen, wobei die Berücksichtigung dieses oder dieser Signale in für den Fachmann bekannter Art und Weise erfolgt. Vorteilhaft erfolgt die Einbeziehung dieses oder dieser Signale zusammen mit der Spurweite, wobei bei einer Verknüpfung des Signals mit der halben Spurweite die Längsgeschwindigkeit in Fahrzeugmitte bestimmt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Raddrehzahlerfassung auf und eine Prozes­ soreinheit, in der aus der Raddrehzahlerfassung ein Geschwindigkeitssignal ermittelt wird. Zusätzlich weist die Vorrichtung Mittel zum Erfassen einer Giergeschwindigkeit und/oder einer Querbeschleunigung auf, wobei in der Prozessoreinheit zumindest zeitweilig die Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit unter Einbeziehung der erfaßten Giergeschwindig­ keit und/oder der erfaßten Querbeschleunigung erfolgt. Ansonsten kann die Vorrichtung weitere Mittel enthalten, wie sie sich aus dem Verfahren ergeben, beispielsweise zur Ermitt­ lung des Radwinkels bei einer Kurvenfahrt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher beschrieben.

Die Figur zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug in einer Kurvenfahrt.

Im folgenden wird anhand von Fig. 1 beispielhaft eine Fahrgeschwindigkeitsberechnung durchgeführt, wobei die Fahrgeschwindigkeit als Längsgeschwindigkeit in Fahrzeugmitte (Mitte in Querrichtung gesehen) berechnet wird.

In einem ersten Schritt werden Drehzahlsignale aller Fahrzeugräder ermittelt und in Radge­ schwindigkeiten V_R1-4 umgerechnet (1 = linkes Vorderrad, 2 = rechtes Vorderrad, 3 = linkes Hinterrad, 4 = rechtes Hinterrad). Durch Ermitteln des Lenkradwinkel δ_L s δ_L und dividieren desselben durch die Lenkübersetzung i_L erhält man den Radwinkel δ_R und die Längsge­ schwindigkeiten der Räder V_x:

Bei einer zusätzlichen Hinterradlenkung muß auch eine entsprechende Umrechnung an der Hinterachse durchgeführt werden.

In einem zweiten Schritt werden die vier Raddrehzahlen bzw. Radgeschwindigkeiten in die Fahrzeugmitte M umgerechnet unter Berücksichtigung der Spurweite S und der Gierge­ schwindigkeit Ψ:

Anstatt der Giergeschwindigkeit kann auch über die Beziehung · V = die Querbe­ schleunigung des Fahrzeuges herangezogen werden. Diese Beziehung gilt bei stationärem Fahrzustand.

Aus den so erhaltenen vier Schwerpunktgeschwindigkeiten V_x,SP,i kann durch logisches Ver­ knüpfen ein Rohwert für die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit errechnet werden (auch andere Rechenwege, beispielsweise verschiedene Mittelwertbildungen, sind möglich, wobei die folgende Minimum-/Maximum-Berücksichtigung vorzugsweise ebenfalls eingesetzt wird).

In angetriebenem Zustand bzw. im ungebremsten Fall gilt

(Sollbremsdrücke sind an allen vier Rädern Null).

Hierbei wird der Geschwindigkeitsanstieg der Hinterräder auf den Fahrbahnreibwert (alternativ Fahrzeugbeschleunigung oder fester Wert, z. B. 10 m/s² oder 14 m/s²) begrenzt, wobei kein Antrieb an den Hinterrädern ist. Die Minimumbildung berücksichtigt evtl. durch­ drehende Antriebsräder oder einen untersteuernden Zustand, bei dem an mindestens einer Seite die Vorderraddrehzahlen größer sind als die Hinterraddrehzahlen. Bei hinterradgetrie­ benen Fahrzeugen wird statt des arithmetischen Mittelwertes der Hinterradlängsgeschwin­ digkeiten der der Vorderräder in Längsrichtung V_x1 und V_x2 verwendet, bei einem Allrad­ fahrzeug erfolgt beispielsweise nur die Minimumbildung.

In gebremstem Fall wird unterschieden, ob an allen vier Rädern gebremst wird oder ob ein­ zelne Räder angebremst werden (beispielsweise bei einer Fahrdynamikregelung). Diese Informationen stehen im Fahrzeug zur Verfügung. Diese Bremsinformation wird in der fol­ genden Gleichung mit den vier Radhilfsgrößen K1 bis K4 berücksichtigt. Wenn an allen vier Rädern gebremst wird (oder an keinem Rad gebremst wird), dann werden alle vier Radhilfs­ größen zu 1 gesetzt. In allen anderen Fällen (mindestens ein Rad bis maximal drei Räder werden gebremst) werden die Radhilfsgrößen Ki der jeweiligen Räder; die gebremst werden, zu 0 gesetzt, die der ungebremsten Räder zu 1. Die Fahrgeschwindigkeit wird damit vor­ nehmlich an den ungebremsten und damit schlupffreien Rädern berechnet, nur wenn alle vier Räder gebremst werden, ergibt sich ein gewisser Fehler. Der Rohwert der Fahrzeuglängs­ geschwindigkeit berechnet sich im gebremsten Fall zu

Die Maximumbildung erfolgt hier; um evtl. blockierende Räder zu berücksichtigen; ge­ wünschtenfalls können die Radhilfsgrößen K3 und K4 auch in die Mittelwertbildung mit ein­ bezogen werden. Bei hinterradangetriebenen Fahrzeugen wird wieder wie oben der arith­ metische Mittelwert der Längsgeschwindigkeiten der Hinterräder gegen den der Vorderräder ausgetauscht.

Auch der Anstieg bzw. die Abnahme der Schwerpunktgeschwindigkeit V_{x, SP, Roh} wird in beiden Fällen auf den aktuellen Fahrbahnreibwert bzw. die oben angegebenen Alternativen begrenzt. Anschließend wird gewünschtenfalls der Wert noch tiefpaßgefiltert, beispielsweise mit einem Filter erster Ordnung mit 10 Hz, der so erhaltene Wert ist V_{x, SP}.

Die so erhaltene Fahrzeugmittengeschwindigkeit (oder auch eine andere so erhaltene Fahrzeuggeschwindigkeit) kann beispielsweise dem ABS, einer Fahrdynamikregelung oder einer Fahrbahnreibwerterkennung zur Verfügung gestellt werden. Zur Messung der Fahr­ zeuglängsbeschleunigung kann entweder ein entsprechender Sensor oder beispielsweise eine Berechnung aus den Raddrehzahlen verwendet werden.

Die mit diesem Verfahren ermittelten Fahrgeschwindigkeiten wurden in einem Fahrversuch mit den Ergebnissen eines korrelationsoptischen Sensors und der Referenzgeschwindigkeit eines im Fahrzeug installierten ABS verglichen. Hierbei zeigte das obige Verfahren insbe­ sondere in zwei Fahrsituationen deutlich bessere Ergebnisse:

• - Bei ungebremster Kurvenfahrt benutzt das ABS zur Bildung der Referenzgeschwindigkeit die Drehzahl des langsamstdrehenden Rades, also die des kurveninneren Hinterrades.
  Bedingt durch die Stellung des Fahrzeuges im Kreis bewegt sich das kurveninnere Hin­ terrad nicht auf der Bahnkurve B des Fahrzeugschwerpunktes SP sondern auf einer Bahn mit einem geringeren Kurvenradius B3. Die hiermit berechnete Referenzge­ schwindigkeit ist somit kleiner als die wahre Fahrgeschwindigkeit, die Schlüpfe für alle Räder werden falsch berechnet und somit auch der Fahrbahnreibwert.
• - Bei gleichzeitigem schnellen Einlaufen aller 4 Räder in großen, negativen Schlupf wird die Abnahme der Referenzgeschwindigkeit auf einen Wert begrenzt, der größer als die maximal vom Fahrzeug erreichbare negative Beschleunigung ist (z. B. Begrenzung auf |∂(V_Ref)/∂t|14 m/s²). Damit werden insbesondere auf niedrigen Fahrbahnreibwerten Änderungen in der Referenzgeschwindigkeit erlaubt, die gar nicht erreichbar sind. Beim Wiedereinlaufen eines Rades in geringen Schlupf ist somit die Referenzgeschwindigkeit schon deutlich reduziert und benötigt einen weiteren Zeitraum, um, bedingt durch ihre Anstiegsbegrenzung, wieder in normales Niveau einzulaufen. Durch die hier vorgenom­ mene Begrenzung der Geschwindigkeitszu- und -abnahme auf den ermittelten Fahrbahn­ reibwert ergibt sich ein flacherer Geschwindigkeitsverlauf, welcher sich nunmehr stärker an der tatsächlichen Abbremsung orientiert (die tatsächliche Abbremsung ist immer klei­ ner oder gleich dem ermittelten Fahrbahnreibwert).

Claims (12)

1. Verfahren zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges, bei dem an einzelnen Rädern die Raddrehzahlen erfaßt und in die Fahrgeschwindigkeit umgerechnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zeitweilig bei mindestens einem Rad bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuges die Umrechnung unter Berücksichtigung eines Giergeschwindigkeitswertes und/oder eines Querbeschleunigungswertes erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Giergeschwindigkeitswert von einem Giergeschwindigkeitssensor oder durch Auswertung von Raddrehzahldifferen­ zen oder aus der Querbeschleunigung ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrechnung je nach Fahrsituation den Giergeschwindigkeitswert und/oder den Querbeschleunigungs­ wert unberücksichtigt läßt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Umrechnung bei gelenkten Rädern der Radwinkel der gelenkten Räder und/oder der Lenkradwinkel mitverwertet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Fahrsituation einzelne Räder nicht ausgewertet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne gebremste Räder nicht ausgewertet werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrgeschwindigkeitsermittlung unter Berücksichtung der Spurweite des Kraftfahrzeuges erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anstieg und/oder ein Abfall der Geschwindigkeit einzelner Räder und/oder der Fahrge­ schwindigkeit des Kraftfahrzeuges einer Steigungsbegrenzung unterzogen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg und/oder der Abfall der Geschwindigkeit einzelner Räder oder der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahr­ zeugs auf den Fahrbahnreibwert begrenzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg und/oder der Abfall der Geschwindigkeit einzelner Räder oder der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahr­ zeugs auf die ermittelte Längs- oder Gesamtbeschleunigung begrenzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg und/oder der Abfall der Geschwindigkeit einzelner Räder oder der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahr­ zeugs auf einen fest eingestellten Wert begrenzt wird.

12. Vorrichtung zum Ermitteln der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges mit einer Raddrehzahlerfassung und einer Prozessoreinheit, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Erfassen eines Giergeschwindigkeitswertes und/oder eines Querbeschleunigungs­ wertes vorgesehen sind, und daß die Prozessoreinheit die Fahrgeschwindigkeit zumin­ dest zeitweilig unter Einbeziehung der Raddrehzahlerfassung sowie des Giergeschwin­ digkeitswertes und/oder des Querbeschleunigungswertes ermittelt.