DE19537791C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung hierzu gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

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 werden, 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 C2 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.

Die DE 39 24 448 A1 offenbart ein Verfahren zum Abschätzen der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges mit Antiblockierbremsanlage, bei dem man eine Fahrzeuggeschwindigkeit als einen Bezugswert zum Bestimmen eines Schlupfverhältnisses eines Rades, basierend auf einer Radgeschwindigkeit, einer Beschleunigung und einer Verzögerung erhält. Wenigstens die Verzögerung basiert auf dem differenzierten Wert einer höchsten Radgeschwindigkeit von allen Rädern.

Die DE 39 23 782 A1 offenbart ein Verfahren zur Schätzung von Fahrgeschwindigkeiten eines Vierrad-Motorfahrzeuges für Vorder- und Hinterräder unabhängig voneinander auf der Basis von Vorderrad- und Hinterradgeschwindigkeiten zur Nutzung als Basis für die Bestimmung von Rutschgeschwindigkeiten für Vorder- und Hinterräder. Dabei kann eine Referenzradgeschwindigkeit, die durch aus den Geschwindigkeiten der linken und rechten Räder geschätzten Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird, beim Lenken des Fahrzeuges nicht unnötig erhöht werden.

In der DE 43 14 830 A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung der Referenzgeschwindigkeit eines Fahrzeuges in Längsrichtung vorgeschlagen, welches folgende Schritte umfaßt:

• - Erfassen von Raddrehzahlen des Fahrzeuges,
• - Erfassen einer Fahrsituation des Fahrzeuges,
• - Auswahl einer Gruppe von Raddrehzahlen in Abhängigkeit von der Fahrsituation und
• - Bilden der Referenzgeschwindigkeit aus den ausgewählten Raddrehzahlen.

In der DE 40 24 815 A1 wird ein Verfahren zur Ermittlung der freirollenden Radumfangsgeschwindigkeit behandelt, wobei zeitweise der Bremsdruck an einem Rad abgesenkt wird und dann die Radgeschwindigkeit und die Bremskraft an diesem Rad bestimmt wird. Mit Hilfe des Lenkwinkels, der Giergeschwindigkeit und dem Schräglaufwinkel kann dann die Geschwindigkeit des freirollenden Rads geschätzt werden.

Die DE 33 42 553 C2 offenbart weiterhin eine Einrichtung zur Ermittlung der zumindest annähernd wahren Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges während dessen radschlupfbehafteten Verzögerungs- und/oder Beschleunigungsphasen. Dabei wird eine Auswerteeinrichtung derart ausgebildet, daß sie das Beschleunigungssignal des Beschleunigungsmessers während der nicht radschlupfgefährdeten Betriebsphasen durch Vergleich mit aus den Drehzahlsignalen der Drehzahlsensoren ermittelten Beschleunigungswerten laufend kalibriert.

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

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Fort- und Ausbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 dargestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung können die in einem Fahrzeug vorhandenen Sensoren, wie sie beispielsweise für ein ABS und eine Fahrdynamikregelung 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 Raddrehzahlsensoren, Lenkradwinkelsensor, Giergeschwindigkeitssensor oder äquivalente Sensoren, wie beispielsweise ein Querbeschleunigungssensor, zur Anwendung. Unter bestimmten Fahrbedingungen kann ein Giergeschwindigkeitssignal auch durch Auswertung von Raddrehzahldifferenzen, beispielsweise nicht angetriebener und nicht gebremster Hinterräder eines Kraftfahrzeuges, erhalten werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Geschwindigkeitsermittlung beispielsweise über Raddrehzahlsensoren erfolgen. Die Giergeschwindigkeit wird erfindungsgemäß ebenso berücksichtigt, kann jedoch je nach Fahrsituation einen Betragswert von Null aufweisen. Um den Giergeschwindigkeitswert zu ermitteln, kann in einer vorteilhaften Ausprägung ein Giergeschwindigkeitssensor, eine Auswertung von Raddrehzahldifferenzen oder eine Querbeschleunigung herangezogen werden. Vorteilhaft wird bei der Geschwindigkeitsbestimmung die Längsgeschwindigkeit des Fahrzeuges bestimmt, so daß auch ein Lenkradwinkel- und/oder Radwinkelsignal 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 Raddrehzahlen 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, vorteilhaft 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 Geschwindigkeit 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 Querbeschleunigungssignal 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 einbezogen. Dabei wird weiterhin die Spurweite berücksichtigt, um bei einer Verknüpfung von Signalen mit der halben Spurweite die Längsgeschwindigkeit in Fahrzeugmitte zu erhalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zum Ermitteln einer Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges Mittel zur Erfassung von Drehzahlsignalen aller Fahrzeugräder, sowie der Giergeschwindigkeit und einer Prozessoreinheit, um aus den Drehzahlsignalen entsprechende Radgeschwindigkeiten und daraus Längsgeschwindigkeiten der Räder zu errechnen auf, um unter Berücksichtigung der Spurweite und der Giergeschwindigkeit aus den Längsgeschwindigkeiten der Räder auf die Fahrzeugmitte bezogene Schwerpunktgeschwindigkeiten zu ermitteln und um aus einer logischen Verknüpfung der Schwerpunktgeschwindigkeiten aller vier Räder einen Rohwert für die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges zu bestimmen.

Ansonsten kann die Vorrichtung weitere Mittel enthalten, wie sie sich aus dem Verfahren ergeben, beispielsweise zur Ermittlung 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 Lenkradwinkels 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 :

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 evfl. 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 (10)

1. Verfahren zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs bei dem
Drehzahlsignale aller Fahrzeugräder erfasst und daraus entsprechende Radgeschwindigkeiten errechnet werden,
die Radgeschwindigkeiten zur Ermittlung der Längsgeschwindigkeiten der Räder herangezogen werden,
unter Berücksichtigung der Spurweite und der Giergeschwindigkeit aus den Längsgeschwindigkeiten der Räder auf die Fahrzeugmitte bezogene Schwerpunktgeschwindigkeiten ermittelt werden und
aus einer logischen Verknüpfung der Schwerpunktgeschwindigkeiten aller vier Räder ein Rohwert für die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Giergeschwindigkeit von einem Giergeschwindigkeitssensor oder durch Auswertung von Raddrehzahldifferenzen oder aus einer Querbeschleunigung ermittelt wird.

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

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

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne gebremste Räder nicht ausgewertet werden.

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

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg und/oder der Abfall der Geschwindigkeit einzelner Räder oder der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf den Fahrbahnreibwert begrenzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg und/oder der Abfall der Geschwindigkeit einzelner Räder oder der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf eine ermittelte Längs- oder Gesamtbeschleunigung begrenzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg und/oder der Abfall der Geschwindigkeit einzelner Räder oder der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf einen fest eingestellten Wert begrenzt wird.

10. Vorrichtung zum Ermitteln einer Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges mit Mitteln zur Erfassung von Drehzahlsignalen aller Fahrzeugräder sowie der Giergeschwindigkeit und einer Prozessoreinheit, um aus den Drehzahlsignalen entsprechende Radgeschwindigkeiten und daraus Längsgeschwindigkeiten der Räder zu errechnen, um unter Berücksichtigung der Spurweite und der Giergeschwindigkeit aus den Längsgeschwindigkeiten der Räder auf die Fahrzeugmitte bezogene Schwerpunktgeschwindigkeiten zu ermitteln und um aus einer logischen Verknüpfung der Schwerpunktgeschwindigkeiten aller vier Räder einen Rohwert für die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges zu bestimmen.