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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 103 40 053 A1 beschrieben, eine Bestimmung der Geschwindigkeit über Grund bei fahrdynamischen Anwendungen im Kraftfahrzeug bekannt. Während des Systemeingriffs zur Fahrdynamikregelung wird die vektorielle Geschwindigkeit über Grund mittels Satellitennavigation oder mittels einer Dreiachsen-Beschleunigungssensorik ermittelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs werden zumindest eine Fahrzeuglängsbeschleunigung, eine Fahrzeugquerbeschleunigung und eine Fahrzeuggiergeschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt und daraus wird eine Radgeschwindigkeit für zumindest ein Rad, bevorzugt für alle Räder, des Fahrzeugs ermittelt.
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Die derart ermittelte Radgeschwindigkeit und/oder eine aus der jeweiligen Radgeschwindigkeit ermittelte Raddrehzahl werden vorzugsweise als Ersatzsignal verwendet, falls Signale einer Raddrehzahlsensorik vorübergehend nicht zur Verfügung stehen. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Funktionsfähigkeit einer Fahrzeugassistenzfunktion oder mehrerer Fahrzeugassistenzfunktionen, welche diese Raddrehzahlsignale verwenden, auch bei Ausfall der Raddrehzahlsignale weiterhin aufrechterhalten werden.
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Beispielsweise ist für eine Umgebungssensorik, welche zum Beispiel eine Radarsensorik, Lidarsensorik und/oder Bilderfassungssensorik umfasst, zur Unterscheidung zwischen stehenden und bewegten Objekten die Ermittlung eines Geschwindigkeitssignals aus den Raddrehzahlsignalen erforderlich. Stehen die Signale der Raddrehzahlsensoren nicht zur Verfügung, kann hierfür, wie bereits beschrieben, die Radgeschwindigkeit und/oder die aus der jeweiligen Radgeschwindigkeit ermittelte Raddrehzahl als Ersatzsignal verwendet werden. Dadurch wird eine Deaktivierung der Umgebungssensorik und darauf aufbauender Fahrzeugassistenzfunktionen vermieden.
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Mit einer solchen Erzeugung von Ersatzsignalen für die Radgeschwindigkeit bzw. für die Raddrehzahlen kann somit eine Schnittstelle zur Umgebungssensorik und/oder zu weiteren Nutzern dieser Signale im Fahrzeug im Fehlerfall unverändert weiter genutzt werden. Die darauf aufbauenden Fahrzeugfunktionen, insbesondere Fahrzeugassistenzfunktionen, weisen somit eine deutlich höhere Verfügbarkeit auf, da deren Deaktivierung bei Ausfall der Signale der Raddrehzahlsensoren nicht mehr erforderlich ist.
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Insbesondere für das hochautomatische oder autonome Fahren kann auf diese Weise die Verfügbarkeit der Umgebungssensorik und damit der hochautomatischen oder autonomen Fahrfunktion des Fahrzeugs erheblich gesteigert werden. Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäße Lösung bei der hochautomatischen oder autonomen Fahrfunktion ein Zeitraum bis zu einer Fahrzeugkontrollübernahme durch den Fahrzeugführer sicher überbrückt werden, wobei bis zur Fahrzeugkontrollübernahme die volle Funktionsfähigkeit der hochautomatischen oder autonomen Fahrfunktion sichergestellt ist. Ohne die Umgebungssensorik könnte bei dieser hochautomatischen oder autonomen Fahrfunktion eine Kollision des Fahrzeugs mit einem Hindernis nicht ausgeschlossen werden, da derartige Hindernisse dann nicht mehr erkannt werden würden. Ohne das erfindungsgemäße Verfahren wird die Umgebungssensorik bei Ausfall der Raddrehzahlsensorsignale innerhalb kürzester Zeit, beispielsweise innerhalb von lediglich 0,4 Sekunden, störungsbedingt deaktiviert.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1. Das Fahrzeug 1 weist im dargestellten Beispiel vier Räder VL bis HR auf, wobei alle Räder VL bis HR des Fahrzeugs 1, d. h. ein vorderes linkes Rad VL, ein vorderes rechtes Rad VR, ein hinteres linkes Rad HL und ein hinteres rechtes Rad HR, lenkbar sind. Dies ist beispielsweise bei Fahrzeugen 1 der Fall, welche zur Erhöhung einer Fahrdynamik eine mitlenkende Hinterachse aufweisen. Das im Folgenden beschriebene Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs 1, in welchem zumindest eine Fahrzeuglängsbeschleunigung ax, eine Fahrzeugquerbeschleunigung ay und eine Fahrzeuggiergeschwindigkeit ωz des Fahrzeugs 1 ermittelt werden und daraus eine Radgeschwindigkeit für zumindest ein Rad VL bis HR des Fahrzeugs 1, bevorzugt für alle Räder VL bis HR, ermittelt wird, ist jedoch auch für Fahrzeuge 1 verwendbar, welche weniger oder mehr Räder VL bis HR und/oder weniger oder mehr lenkbare Räder VL bis HR aufweisen als das dargestellte Ausführungsbeispiel.
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Zur Durchführung des Verfahrens weist das Fahrzeug 1 eine Inertialsensorik auf, mittels welcher zumindest die Ermittlung der Fahrzeuglängsbeschleunigung ax, der Fahrzeugquerbeschleunigung ay und der Fahrzeuggiergeschwindigkeit ωz durchführbar ist, wobei sich deren Werte auf den Schwerpunkt SP des Fahrzeugs 1 und somit auf ein Fahrzeugkoordinatensystem beziehen, welches beispielsweise bei einer Berg- oder Talfahrt des Fahrzeugs 1 oder bei einer Befahrung einer seitlich geneigten Fahrbahn von einem äußeren Koordinatensystem, bei welchem eine z-Achse parallel zur Erdbeschleunigung g ausgerichtet ist und eine x-Achse und y-Achse entsprechend rechtwinklig zueinander und zur z-Achse ausgerichtet sind, abweichen kann.
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Eine solche Inertialsensorik ist bei Fahrzeugen 1, welche eine elektronische Stabilitätskontrolle und/oder eine Fahrdynamikregelung umfassen, üblicherweise bereits vorhanden und kann für das Verfahren genutzt werden. Zur Präzisierung können des Weiteren eine Fahrzeugvertikalbeschleunigung az und/oder eine Fahrzeugnickgeschwindigkeit ωy und/oder eine Fahrzeugwankgeschwindigkeit ωx und/oder eine Getriebeausgangsdrehzahl und/oder ein Lenkwinkel an Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs 1 bzw. an jedem Rad VL bis HR berücksichtigt werden. Die Getriebeausgangsdrehzahl dient insbesondere zur Bestimmung der Drehzahl der angetriebenen Räder VL bis HR sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Die Inertialsensorik liefert somit zumindest die Fahrzeuglängsbeschleunigung a
x, die Fahrzeugquerbeschleunigung a
y und die Fahrzeuggiergeschwindigkeit ω
z und bevorzugt zudem die Fahrzeugvertikalbeschleunigung a
z, die Fahrzeugnickgeschwindigkeit ω
y und die Fahrzeugwankgeschwindigkeit ω
x. Werden die Fahrzeugvertikalbeschleunigung a
z, die Fahrzeugnickgeschwindigkeit ω
y und die Fahrzeugwankgeschwindigkeit ω
x nicht berücksichtigt, so wird für diese Parameter in den Gleichungen [1] bis [6] der Wert Null angenommen. Aus diesen Parametern der Inertialsensorik als Eingangsgrößen kann mittels der Gleichungen [1] bis [6] zumindest eine aktuelle Längsgeschwindigkeit v
x und eine aktuelle Quergeschwindigkeit v
y des Fahrzeugs
1 ermittelt werden.
Θ . = ωycosϕ0– ω2sinϕ0 [1] ϕ . = ωx + ωysinϕ0tanΘ0 + ωzcosϕ0tanΘ0 [2] ν .x = ωzνy0 + ωyν0 + ax + gsinΘ [4] ν .y = –ωzνz0 + ωxνz0 + ay – gsinϕcosΘ [5] ν .z = ωyνx0 – ωxνy0 + az – gcosϕcosΘ [6] -
Dabei bezeichnet Θ eine Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 um die x-Achse des äußeren Koordinatensystems, aus welcher durch Integration ein aktueller Drehwinkel Θ des Fahrzeugs 1 um die x-Achse des äußeren Koordinatensystems ermittelt wird, der nachfolgend in die Gleichungen [4] bis [6] einfließt. ϕ . bezeichnet eine Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 um die y-Achse des äußeren Koordinatensystems, aus welcher durch Integration ein aktueller Drehwinkel ϕ des Fahrzeugs 1 um die y-Achse des äußeren Koordinatensystems ermittelt wird, der nachfolgend in die Gleichungen [5] und [6] einfließt. ψ . bezeichnet eine Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 um die z-Achse des äußeren Koordinatensystems, aus welcher durch Integration ein aktueller Drehwinkel ψ des Fahrzeugs 1 um die z-Achse ermittelt werden kann. In die Berechnung der Winkelgeschwindigkeiten Θ ., ϕ ., ψ . mittels der entsprechenden Gleichung [1] bis [3] fließen zudem der Drehwinkel Θ0 des Fahrzeugs 1 um die x-Achse des äußeren Koordinatensystems und der Drehwinkel ϕ0 des Fahrzeugs 1 um die y-Achse des äußeren Koordinatensystems aus einem vorhergehenden Ermittlungsschritt ein.
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ν .x ist eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs 1, aus welcher durch Integration die aktuelle Längsgeschwindigkeit vx des Fahrzeugs 1 ermittelt wird. ν .y ist eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs 1, aus welcher durch Integration die aktuelle Quergeschwindigkeit vy des Fahrzeugs 1 ermittelt wird. ν .z ist eine Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugs 1, aus welcher durch Integration eine aktuelle Vertikalgeschwindigkeit vz des Fahrzeugs 1 ermittelt werden kann. Eine Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx0, eine Fahrzeugquergeschwindigkeit vy0, und eine Fahrzeugvertikalgeschwindigkeit vz0 aus einem vorhergehenden Ermittlungsschritt fließen ebenfalls in die Ermittlung ein, da aus der Fahrzeuglängsbeschleunigung ax, der Fahrzeugquerbeschleunigung ay und der Fahrzeuggiergeschwindigkeit ωz selbst nur eine Geschwindigkeitsveränderung gegenüber den vorher ermittelten jeweiligen Geschwindigkeitswerten ermittelbar ist. Die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit vx0, die Fahrzeugquergeschwindigkeit vy0, und die Fahrzeugvertikalgeschwindigkeit vz0 können dabei mittels des Verfahrens oder auf andere Weise, beispielsweise mittels der Raddrehzahlsignale der Raddrehzahlsensoren, ermittelt worden sein.
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Aus der ermittelten aktuellen Längsgeschwindigkeit vx und Quergeschwindigkeit vy des Fahrzeugs 1 sowie aus der Fahrzeuggiergeschwindigkeit ωz und den Lenkwinkeln δVL bis δHR der Räder VL bis HR als Eingangsgrößen können mittels der folgenden Gleichungen [7] bis [10] die Radgeschwindigkeiten vVL, vVR, vHL, vHR für jedes der vier dargestellten Räder VL bis HR des Fahrzeugs 1 ermittelt werden, d. h. die Radgeschwindigkeit vVL des vorderen linken Rades VL, die Radgeschwindigkeit vVR des vorderen rechten Rades VR, die Radgeschwindigkeit HL des hinteren linken Rades RL und die Radgeschwindigkeit vHR des hinteren rechten Rades HR.
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Stehen Werte für den Lenkwinkel δVL bis δHR des jeweiligen Rades VL bis HR nicht zur Verfügung, so wird für den jeweiligen Lenkwinkel δVL bis δHR der Wert Null angenommen. Dies trifft beispielsweise bei Fahrzeugen 1, welche keine mitlenkende Hinterachse aufweisen, auf die beiden Hinterräder HL, HR des Fahrzeugs 1 zu. Für die Bestimmung des Lenkwinkels δVL bis δHR der Vorderräder VL, VR ist im Fahrzeug 1 üblicherweise eine entsprechende Sensorik vorhanden, welche beispielsweise für die elektronische Stabilitätskontrolle und/oder eine Fahrdynamikregelung verwendet wird und deren Sensorergebnisse somit auch für das Verfahren verwendet werden kann. νVL = νxcosδVL + νysinδVL + (lvsinδVL – s / 2cosδVL)ωz [7] νVR = νxcosδVR + νysinδVR + (lvsinδVR + s / 2cosδVR)ωz [8] νHL = νxcosδHL + νysinδHL – (lysinδHL + s / 2cosδHL)ωz [9] νHR = νxcosδHR + νysinδHR – (lHsinδHR – s / 2cosδHR)ωz [10]
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Dabei werden ein Hinterachsabstand IH zum Schwerpunkt SP, ein Vorderachsabstand IV zum Schwerpunkt SP und eine Spurbreite s des Fahrzeugs 1 berücksichtigt.
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Aus den jeweiligen Radgeschwindigkeiten vVL, vVR, vHL, vHR kann mittels des Umfangs des jeweiligen Rades zudem auch die Raddrehzahl des jeweiligen Rades ermittelt werden.
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Die derart ermittelte Radgeschwindigkeit vVL, vVR, vHL, vHR und/oder eine aus der jeweiligen Radgeschwindigkeit vVL, vVR, vHL, vHR ermittelte Raddrehzahl werden vorzugsweise als Ersatzsignal verwendet, falls Signale der Raddrehzahlsensorik vorübergehend nicht zur Verfügung stehen, und werden somit beispielsweise als Eingangsparameter einer Fahrzeugassistenzfunktion verwendet. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine Funktionsfähigkeit der jeweiligen Fahrzeugassistenzfunktion oder mehrerer Fahrzeugassistenzfunktionen, welche diese Raddrehzahlsignale verwenden, auch bei Ausfall der Raddrehzahlsignale weiterhin aufrechterhalten werden.
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Beispielsweise ist für eine Umgebungssensorik, welche zum Beispiel eine Radarsensorik, Lidarsensorik und/oder Bilderfassungssensorik umfasst, zur Unterscheidung zwischen stehenden und bewegten Objekten die Ermittlung eines Geschwindigkeitssignals aus den Raddrehzahlsignalen erforderlich. Stehen die Signale der Raddrehzahlsensoren nicht zur Verfügung, kann hierfür, wie bereits beschrieben, die Radgeschwindigkeit vVL, vVR, vHL, vHR und/oder die aus der jeweiligen Radgeschwindigkeit vVL, vVR, vHL, vHR ermittelte Raddrehzahl als Ersatzssignal verwendet werden. Dadurch wird eine Deaktivierung der Umgebungssensorik und darauf aufbauender Fahrzeugassistenzfunktionen vermieden.
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Mit einer solchen Erzeugung von Ersatzsignalen für die Radgeschwindigkeit vVL, vVR, vHL, vHR bzw. für die Raddrehzahlen kann somit eine Schnittstelle zur Umgebungssensorik und/oder zu weiteren Nutzern dieser Signale im Fahrzeug 1 im Fehlerfall unverändert weiter genutzt werden. Die darauf aufbauenden Fahrzeugfunktionen, insbesondere Fahrzeugassistenzfunktionen, weisen somit eine deutlich höhere Verfügbarkeit auf, da deren Deaktivierung bei Ausfall der Signale der Raddrehzahlsensoren nicht mehr erforderlich ist.
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Insbesondere für das hochautomatische oder autonome Fahren kann auf diese Weise die Verfügbarkeit der Umgebungssensorik und damit der hochautomatischen oder autonomen Fahrfunktion des Fahrzeugs 1 erheblich gesteigert werden. Des Weiteren kann durch diese Lösung bei der hochautomatischen oder autonomen Fahrfunktion ein Zeitraum bis zu einer Fahrzeugkontrollübernahme durch den Fahrzeugführer sicher überbrückt werden, wobei bis zur Fahrzeugkontrollübernahme die volle Funktionsfähigkeit der hochautomatischen oder autonomen Fahrfunktion sichergestellt ist. Ohne die Umgebungssensorik könnte bei dieser hochautomatischen oder autonomen Fahrfunktion eine Kollision des Fahrzeugs 1 mit einem Hindernis nicht ausgeschlossen werden, da derartige Hindernisse dann nicht mehr erkannt werden würden. Ohne das Verfahren wird die Umgebungssensorik bei Ausfall der Raddrehzahlsensorsignale innerhalb kürzester Zeit, beispielsweise innerhalb von lediglich 0,4 Sekunden, störungsbedingt deaktiviert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- ax
- Fahrzeuglängsbeschleunigung
- ay
- Fahrzeugquerbeschleunigung
- HL
- hinteres linkes Rad
- HR
- hinteres Rechtes Rad
- IH
- Hinterachsabstand
- IV
- Vorderachsabstand
- s
- Spurbreite
- SP
- Schwerpunkt
- vx
- aktuelle Längsgeschwindigkeit
- vy
- aktuelle Quergeschwindigkeit
- VL
- vorderes linkes Rad
- VR
- vorderes rechtes Rad
- δVL
- Lenkwinkel vorderes linkes Rad
- δVR
- Lenkwinkel vorderes rechtes Rad
- δHL
- Lenkwinkel hinteres linkes Rad
- δHR
- Lenkwinkel hinteres rechtes Rad
- ωz
- Fahrzeuggiergeschwindigkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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